世界近代中期科技史-第5章

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一性、因果性和规律性。正是从自然科学的唯物主义的这些基本信念出发，　

牛顿实现了机械自然观与科学方法论的综合。　

　　　　在近代科学革命兴起之初，哥白尼和维萨里等人虽然动摇了神学自然观　

的基础，但他们并没有建立起一套新的自然观。直到19世纪初年，当法国哲　


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学家伽桑狄使以伊壁鸠鲁为代表的古希腊哲学中的原子论复兴后，特别是伽　

利略的运动力学与刻卜勒的天体力学的影响日趋增大之后，一种以力学观念　

为基础的机械自然观即处于初步形成之中，而笛卡尔则是一种自然观在初步　

形成时期的代表人物。笛卡尔认为，物质的唯一属性是广延，因此他以广延　

为基础，提出空间、时间、重量和速度是物质世界的基本量纲。正是从这些　

基本量纲出发，笛卡尔为物质世界建立起了一幅最初的机械图景，并因此奠　

走了机械自然观的初步基础，但他却没有使机械自然界观最终确立。　

　　　　　牛顿批判了笛卡尔把物质与空间等同的思想，吸取了笛卡尔的空间和时　

间是基本量纲的思想，建立了绝对时空观。牛顿认为：所谓“绝对的空间”　

就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”；牛顿也　

提出过相对空间的概念，不过他认为相对空间只是绝对空间的可动部分或者　

量度。为了证实绝对空间的存在，牛顿还设想过著名的水桶实验。牛顿设想，　

若有一桶水，让它做旋转运动，开始时水桶旋转而水不动，此时，水与桶壁　

之间虽有相对运动，但水面与水桶静止时相同，是一个平面。随后，水被桶　

壁带动并与桶一道旋转，这时水与桶之间虽无相对运动，但水面却与桶静止　

时不同，是一个凹面。这样，即使在水与桶没有相对运动的情形下，也可判　

定水桶体系有无相对于绝对空间的运动。　

　　　　　对于时间，牛顿认为，笛卡尔的数字演绎法处于彼此分离的状态。培根　

轻视数学演绎为：“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于　

其本性而在均匀地，与任何其他外界事物无关地流逝着。”　

　　　　　在批判笛卡尔把物质与空间等同的思想时，牛顿还吸取了伊壁鸠鲁的原　

子论思想，建立了物质的微粒观。牛顿说：“一切物体的最小微粒也具有广　

延性、不可入性、能动性，并且赋有其固有的惯性，这是整个哲学的基础。”　

物质微粒观不仅是牛顿的科学自然观的一个重要方面，而且也是他的力学中　

的质点观念与光学中的微粒观念的直接理论基础。　

　　　　　同时，牛顿还以他的绝对时空观为基础，提出了绝对运动观。他说，所　

谓“绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对的处所移动。”为了　

说明绝对运动的存在，他除了借助于绝对时空观之外，也借助了他所提出的　

相对运动观念。实际上，无论是绝对运动观还是相对运动观，牛顿都是从他　

的绝对时空观出发的。　

　　　　　正是在绝对时空观、物质微粒观、绝对运动观相继形成的基础上，牛顿　

把自然界的所有作用都规定为力的作用，并指出：“哲学的全部任务，看来　

就在于从各种运动现象来研究各种自然之力，然后用这些方法去论证其他的　

现象。”正是从这一宗旨出发，牛顿写作了《自然哲学的数学原理》一书，　

而正是在这一巨著中，牛顿建立了关于物质世界的一幅完整的机械力学的图　

景。　

　　　　　可见，机械自然观的最终确立，对于牛顿前半生的以经典力学为代表的　

科学成果的取得，确实是起过积极的作用。　

　　　　　在科学方法论方面，培根重视实验归纳法的作用，笛卡尔轻视实验归纳　

法的作用，而牛顿则首次在理论上，特别是在实践上实现了两种科学方法论　

的综合。　

　　　　　牛顿重视实验的作用，同时也重视数学的作用。牛顿认为，“物体的属　

性只有通过实验才能为我们所了解。”又说：“探求事物属性的准确方法是　

从实验中把它们推导出来。”正是在这种方法论思想的指导下，牛顿进行了　


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　　一系列受控实验，设想了不少理想实验，与此同时，牛顿也十分重视数学的　

　　作用，认为数学方法是自然科学的基础方法，并由此探索了整个数学方法统　

　　一的数学原理。这样，牛顿也就实现了实验方法与数学方法的结合。　

　　　　　　　在科学逻辑方面，牛顿既重视培根的归纳法，也重视笛卡尔的演绎法。　

　　牛顿曾把归纳法作为他的推理法则的第四条准则，并进而指出：“在实验哲　

　　学中，命题都从现象推出，然后通过实验而使之成为一般。”与此同时，尽　

　　管牛顿本人曾反复声称：“应当力戒去考虑假说”，说他自己“不作任何假　

　　说”，但在实际上，牛顿不仅在其科学理论的研究中经常运用假说，而且在　

　　理论上也承认过建立假说的必要性。1672年，牛顿在给皇家学会秘书欧登堡　

　　的一封信中说：“进行哲学研究的最好和最可靠的方法，看来第一是，勤恳　

　　地去探索事物的属性，并用实验来证明这些属性，然后进而建立一些假说，　

　　用以解释这些事物本身。”可见，牛顿所反对的假说只是那些没有实验依据　

　　的臆测。　

　　　　　　　在科学逻辑方面，牛顿不仅较好地处理归纳与演绎的关系，而且较好地　

　　处理了分析与综合的关系。牛顿认为：“从结果到原因，从特殊原因到普遍　

　　原因，一直论证到最普遍的原因为止，这就是分析的方法；而综合的方法则　

　　是假定原因已经找出，并且已把它们立为原理，再用这些原理去解释由它们　

　　发生的现象。并证明这些解释的正确性。”而在自然科学研究中，“总是先　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　①　

　　用分析的方法，然后才用综合的方法。”牛顿不仅在理论上提出了分析与综　

　　合相结合的方法论思想，而且在其科学实验中应用了这一基本方法。就一定　

　　的意义来说，牛顿在光学、数学、天文学和力学方面的成就，都是他的分析　

　　与综合相结合的方法的结果。　



①　＇美＇H·S·塞耶：　《牛顿自然哲学著作选》，上海人民出版社1974年版。　


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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　三、物理学　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1。光学　



　　　　　（1）光学发展的技术基础和科学动力　

　　　　　16世纪与17世纪初，由于制镜业的发展，磨制透镜的技术有了显著的　

提高，这就使近代早期的光学发展具备了最初的技术基础。在此基础上，荷　

兰光学家詹森（1580—1638年）在十六世纪末发明了第一台显微镜，而荷兰　

的制镜商利波尔塞在1608年发明了第一架望远镜。　

　　　　　第一代显微镜和第一代望远镜发明之后，其科学价值立即为一些著名科　

学家所重视。1609年，伽利略得知荷兰发明了望远镜后，他立即意识到这一　

新的发明对天文观察的重大价值，因此在同年即发明了第一架折射型天文望　

远镜，并作出了震惊西欧的天文发现，以后他又曾研制过显微镜，并用它观　

察过昆虫的生理结构。在他的影响下，望远镜和显微镜立即被广泛地运用到　

天文学和解剖学之中。　

　　　　　在天文学中，由于天文观察的需要，反过来推动了望远镜的光学原理的　

研究，推动了望远镜的制作技术的革命。近代天文学发展初期的伟大开拓者，　

如伽利略、刻卜勒、惠更斯和牛顿等人，都直接研究过望远镜，并由此研究　

光学。因此，近代初期的许多天文学家，同时也是光学家。　

　　　　　在解剖学中，由于解剖观察的需要，反过来也推动了显微镜的光学原理　

的研究，推动了显微镜制作技术的革新。17世纪初，由于詹森发明的显微镜　

的显微倍数大多在10倍以下，且观察到的镜像大多扭曲和模糊，加上色差现　

象过分严重，因此在解剖学观察中尚未广泛使用显微镜。到了17世纪中期，　

荷兰一家眼镜店的店员列文虎克（1632—1723年）对显微镜进行了革新，使　

显微镜的显微倍数扩大到270倍左右。意大利显微解剖学家马尔比基　（1628　

—1694年）则以这种显微镜在17世纪中期奠定了显微解剖学的初步基础。　

后来，胡克也曾用他自制的显微镜观察过植物的细胞，并在1665年发表了《显　

微术》这一有关光学、解剖学和化学的著作。可见，解剖学的需要也是早期　

光学发展的一大科学动力。　



　　　　　（2）光学的早期发展　

　　　　　17世纪初年，刻卜勒以他的几何学研究为基础，并从革新天文望远镜的　

实际需要出发，对几何光学现象进行了一些最初的研究。1604年，他发表了　

一篇几何光学论文，对光的直射现象、反射现象以及视觉现象作了一些初步　

的理论解释。1611年，他又出版了一部光学著作，对作为望远镜制作原理的　

几何光学问题作了进一步的理论探讨，在这一著作中，他最先提出了焦点和　

光轴等最初的几何光学概念。可以说，刻卜勒是近代几何光学的直接开拓者。　

　　　　　继刻卜勒之后，荷兰物理学家和数学家斯涅尔（1580—1626年）对几何　

光学现象进行了较为系统的实验研究与数学分析。他是荷兰莱顿大学的数学　

教授，他坚信自然现象中存在着数的和谐，并由此推论在光学现象中也存在　

着数的和谐关系，正是从这一信念出发，他在17世纪初年对人们当时关注的　

光现象进行了一些实验观测和数学分析，终于在1620年发现了几何光学现象　

的两条基本定律：反射定律和折射定律。这两条定律的发现，奠定了近代几　

何光学的初步基础。　


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　　　　　在几何光学初步发展的基础上，近代早期的物理光学也随之发展起来。　

在早期的物理光学中，人们对于光的物理特征的探讨，主要集中在两个方面：　

一是光的本性问题，一是光的颜色问题。　

　　　　　17世纪初，居住在荷兰的法国数学家笛卡尔在光的几何特征被初步揭示　

出来之后，他对物理光学问题进行了初步的探讨。1637年，在他的《方法论》　

的三个附录之一的《折光》中，论述了物理光学理论。对于光的本性问题，　

笛卡尔曾提出过两种假说：第一种假说认为，根据光的反射现象推导，光可　

能是一种类似微粒的性质；第二种假说认为，光是一种以“以太”为媒质的　

压力　（以太，ether，other的变异，意为另外的一种东西，一种说不清的东　

西）。他的两种假说，其一被奉为后来的微粒说的鼻祖，其二由于含有朦胧　

的波动观念，则被奉为后来的波动说的先驱。　

　　　　　笛卡尔的关于光的本性的两种假说提出之后，主要以他的微粒说对当时　

已知的光的反射和折射现象进�