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第九章近代自然科学的全面发展

一、概述

19世纪是近代自然科学全面发展的时期。工业革命不仅推动

了社会生产力突飞猛进的提高,更推动了近代自然科学实现了

全面的理论综合。经典的自然科学在19世纪末已达到了基本完

善的程度。各门自然科学都从经验科学变为理论科学,科学研究

方式从个人自由研究转变为集体研究。由于科学的进步,特别是

由于电磁理论的建立,科学开始走到了生产技术的前面,并推

动了生产技术的发展,使人类从蒸汽——机器时代,逐渐向以

电气应用为中心的时代过渡,科学逐渐成为经济生活中起主要

作用的手段。17世纪受牛顿力学革命影响而形成的机械唯物主

义自然观,因19世纪科学的发展而受到强烈的冲击,辩证唯

物主义自然观在新的科学事实的基础上诞生了。

二、19世纪是“科学的世纪”

工业革命和生产力的巨大进步,迎来了近代科学的全面繁

荣,其规模和成就远远超过17世纪的科学革命。科学开始走到

了生产技术的面前，并推动了生产技术的发展，使人类从蒸汽——

机器时代向电气应用化时代过渡。19世纪的热力学、光学、电

磁学、化学、地质学、生物学、人类学等学科都取得了重大的突

破,并大都进入到理论综合的阶段。经典的自然科学在19世纪末

已达到了基本完善的程度，我们今天所接受和应用的基础自然科

学原理,大部分是在这个世纪里奠定的。

各门自然科学已从经验科学变为理论科学，由个人自由研究

转变为集体研究，科学研究手段和方法日益完善，是19世纪科

学发展的重要特点。这一时期的科学家不仅注意搜集材料,用时

还重视理论上的分析、概括和综合,他们发展了科学的思维方

法,把假说、演绎同实验、归纳结合起来,使大量自然知识得

到有系统的整理。数学在力学和物理学等领域成为科学家进行理

论思维的辅助工具和表现方式。

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19世纪的自然科学成就促进了整个文化的科学化,特别是

哲学的科学化。机械唯物主义自然观受到冲击，19世纪的大多数

自然科学家已经从科学发现中开始摆脱传统自然观和方法论的束

缚。黑格尔在唯心主义范围内对当时的自然科学知识做了全面概

括,提出了对立面的渗透和统一、由量变到质变、否定之否定三

个辩证规律。在总结科学技术成果和批判吸取德国古典哲学的基

础上,马克思和恩格斯创立了辩证唯物主义。

三、热力学的研究和能量守恒与转化定律的发现

热力学是研究热同其他物理形式之间相互关系的科学,它的

建立是由研究蒸汽机的效率开始的。第一个对蒸汽机效率进行精

密的物理和数学分析的是法国工程师卡诺。卡诺总结了关于热

机效率的卡诺定理。这一时期的研究，确立了热力学第一、二定

律。热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热力学上的表现。

该定律证明不消耗任何能量就能永远作功的机器(第一类永动

机)不可能实现。德国的克劳胥斯和凯尔文等人分别独立地发现

了热力学第二定律。该定律揭示了热运动的自然过程是不可逆的,

宣布制造从单一热源吸取能量而永远作功的机器(第二类永动

机)也是不可能的。任何科学定律都有其适用范围和应用条件，

热力学第二定律是表达特定封闭系统宏观状态的规律,但克劳

胥斯却将其推广到无限宇宙中去，得出“热寂说”的错误判断。

这是科学史上的一个教训。

最早公布能量守恒与转化定律的是德国医生迈尔。英国业余

物理学家焦耳为能量守恒定律的确立作出了重要贡献。

能量守恒与转化定律的发现,揭示了热、力学、电、化学等

各种运动形式之间的统一性,使物理学达到空前的综合和统一,

这是牛顿力学体系建立以来物理学的最大成就。

1826年,英国植物学家布朗发现了分子的运动,即布朗

运动。1857年,克劳胥斯指出，气体的热能就是气体分子运动

的动能,对热现象作出了微观解释。在此基础上,英国物理学

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家麦克斯韦用概率统计方法研究分子运动论。分子运动说把宏观

的热现象和它的微观机制结合起来,开创了统计物理学这个新

的分支学科。

四、天学、地学、生物学的演化理论

19世纪产生了一个重要的科学概念,即演化或进化的概

念。当这个概念被引入到天学、地学、生物