科学在欧洲的复兴.docx

1、科学在欧洲的复兴一、对中世纪的简要回顾1.中世纪早期西方基督教文明2.第一次农业革命3.知识的复兴4.亚里士多德思想的影响二、文艺复兴1.意大利的文艺复兴2.来自东方的技术3.宗教改革三、变化世界中的人与自然1.新观念与新世界2.培根：“知识就是力量”3.血液循环的发现四、数学的新进展1.中世纪早期数学在欧洲的地位2.斐波那契3.斯蒂文与十进小数4.纳皮尔与对数5.韦达与符号代数6.数学与科学革命知识点汇总概念C01:三圃制C02:四科和三文C03:斐波那契数列原理和观点K01:耶稣的教义K02:中世纪时期在知识方面取得的重要成就K03:亚里士多德不适合基督教教义的观点K04:约翰加尔文对宗教

2、改革的贡献K05:新旧智力环境的不同重要信息I01:“1277大谴责”I02:维萨留斯：人体结构I03:韦达与符号代数正文一、对中世纪的简要回顾“中世纪”（the Middle Ages）是欧洲人在17世纪时新创的一个词，它被用来表达一个漫长而沉闷的时期，对于欧洲文明来说，它处于成就辉煌的古典希腊与生气勃勃的文艺复兴之间。就世界范围而言，华夏文明和穆斯林文明都在这一时期达到了顶峰。而在欧洲内部人们也从未消沉，他们不仅继承了传统的精华，并在某些方面创立了新的社会规范和思想体系。这为欧洲步入近代社会奠定了重要的基础。1.中世纪早期西方基督教文明基督教最初是由耶稣和圣保罗建立的。耶稣相信他肩负有把人

3、类从罪恶与苦难中拯救出来的使命，并宣告了自己的教义：（1）主乃人之父，人人皆兄弟；（2）己所不欲，勿施于人；（3）宽恕并且爱你的敌人；（4）以德报怨；（5）力戒虚伪；（6）简化宗教仪式；（7）靠近主的国；（8）复活与天堂。基督教在欧洲文明史上的作用是巨大的，这主要表现在以下几个方面：庞大的教会组织机构；鲜明的教义思想信念；严格的个人道德法规。但当教会的管理体制日趋合理时，这一宗教就必然变得世俗化，从而在精神上背离了耶稣的简朴信念。2.第一次农业革命历史学家把大约从1050年到1300年的这一时期称为中世纪盛期，这是西欧第一次明显地从落后状态变成世界上强大力量的时期。在导致这场变化的各种因素中，

4、农业技术革命无疑是最重要的因素。首先是重犁的使用。11世纪起，欧洲文明重心北移。罗马“浅犁”不能适应北方肥沃土地深耕的需要，这就促使了重犁的发明。其次是庄稼轮作的三圃制，即在一年中，三分之一的耕地休耕，三分之一的耕地种植谷物，另外的三分之一地块种植燕麦、大麦和豆类。第三项重要的革新是磨坊的使用。大约1050年开始，欧洲出现了一个建设水力磨坊的热潮，随即又转向了风力。磨坊起初只用于碾磨谷物，但不久它们就被用于其它行业：拉锯、榨油、酿造啤酒、加工布匹。经济上的繁荣带来了贸易和制造业的发展，这又引发和支持了城镇的成长。在新兴的城镇上，人们找到了一种新的生活方式，文化事业开始复苏和繁荣起来。欧洲文明终

5、于走出低谷，看见了黎明的曙光。3.知识的复兴中世纪全盛时期在文化教育领域取得了四项重要成就，它们是：（1）基础教育和扫盲运动的发展；（2）大学的诞生和发展；（3）获得古典希腊和伊斯兰的知识；（4）西方人在思想上的进步。这四项成就标志着西方知识重占优势的时代开始了。1050年后，欧洲学校的发展进入了全盛时期，学校课程的内容也逐渐丰富。学校培养教士不完全为了阅读祈祷书，还需要知道法律、历史和文法。大学的兴起是中世纪全盛时期教育繁荣的重要方面。最初，大学是从事一般教会学校无法从事的高级研究的机构。当时的大学还不需要依赖国家或个人的赞助，保持一种独立自治机构的状态，享有法律特权。大学培养出来的人才在促

6、使古典希腊学术的复兴和阿拉伯著述的翻译中起到了重要的作用。一个将阿拉伯学术和希腊文献翻译成拉丁语的伟大时代开始了。多种语言的辗转移译，使得这种翻译真正成为国际性的伟大事业。尽管多次转译不可避免的存在严重的曲解，但欧洲人对知识的渴求，使得他们似乎有些“饥不择食”了。4.亚里士多德思想的影响经由这个伟大的翻译时代，希腊科学的重要著作被翻译到了西方，随后的“经院哲学”基本上建立在诠释希腊著述的基础上。在这批科学和学术文献中，亚里士多德的物理学和哲学起着决定性的作用。要吸收亚里士多德和其他希腊的学术思想，使其合于中世纪基督教的思想传统，并不是一件容易的工作。在很大的程度上，这种消化吸收主要是由托马斯阿

7、奎那（Thomas Aquinas, 1224-1274）完成的。托马斯阿奎那创造性地吸收了亚里士多德学说，构造了一个介于基督教教义和亚里士多德主义之间的体系。阿奎那让亚里士多德的理论变成支持基督教教义的一种完备的智力体系，有了这个体系，中世纪的“经院哲学”才有可能做出关于上帝、人和自然的那一套理性思辨。但是，亚里士多德学说的某些观点明显不适合基督教教义。例如，亚里士多德认为：（1）世界是永恒的这否定了上帝的创世；（2）物体的属性不能离开实体而存在这与宗教圣餐学说相抵触；（3）自然的过程是规则的，不可改变的这排除了奇迹；（4）灵魂并不比肉体活得更久这否定了灵魂不朽，而这正是基督教的根本信仰；等

8、等。如何诠释亚里士多德的自然哲学和形而上学，在基督教的“哲学家”与“神学家”之间引发了激烈的争论。1277年的一项裁决使冲突达到了顶点。巴黎的主教在教皇的支持下公开谴责了亚里士多德学说中的219条“可恶的错误”，并发布了禁单，宣布：凡持有禁单中所列见解的人都将受到开除教籍的处罚。这就是著名的“1277大谴责”（The Condemnation of 1277）。二、文艺复兴1.意大利的文艺复兴文艺复兴（Renaissance）起源于意大利有多种原因。首先，意大利拥有欧洲最先进的城市社会；其次，意大利与古典文化相联系的意识比西欧的其他地区更为强烈；最后是经济的繁荣，有物质财富作为基础，意大利的王

9、公贵族们才可以延揽有才气的文学家、艺术家，从而激发了文学与艺术的繁荣。弗朗西斯克彼特拉克 （Francesco Petrarca, 1303-1374）被认为是最早的人文主义者的代表。而列奥那多达芬奇（Leonardo da Vinci, 1452-1519）则是“文艺复兴时期的巨人”，他不仅是位天才的画家，更在科学研究上留下了卓越的贡献。达芬奇有一句名言：“一个人如喜欢没有理论的实践，他就像水手上了一只没有舵和罗盘的船，永远不知道驶向何方”。在大约1500年以后，文艺复兴运动传到了其他欧洲国家，逐渐演变成一场“国际运动”。2.来自东方的技术不同文明之间的交流是促进经济繁荣、文化进步的有力杠杆

10、。火药本身是中国的发明，但把它有效地用于战争却是始于中世纪后期的欧洲。重炮约在1330年开始在战场上使用。15世纪中期火炮技术大大改进，大炮使得谋反的贵族领主难以蜷缩在城堡内，起到了巩固国家君主体制的作用。指南针最早起源于中国，而它在欧洲得到了更广泛地应用。接着地理大发现的时代开始了：1492年，克里斯托弗哥伦布发现新大陆；1498年，达伽马绕过好望角，到达印度；1499年，费迪南德麦哲伦完成环球航行。于是世界在欧洲人的眼中突然变小了。中国的造纸技术在欧洲的传播，使得纸张取代羊皮纸成为最普通的书写材料。随着基础教育的普及，对廉价图书的要求日益增长。1450年前后，约翰古腾堡（J.Gutenbe

11、rg）独立发明的活字印刷术充分满足了这种要求。图书的普及增强了进步思想的传播与交流从这种意义上，是印刷术保证了宗教改革的实行。3.宗教改革宗教改革在西方思想史的影响是深远的，使得人们对基督教的教义产生了新的认识。它直接导致了基督教分裂为新教（基督教新教）与旧教（天主教）。新教改革派倡导改革教义，返回原始的质朴状态；要求放松教义控制，允许个人在一定程度上可以自由地根据圣经作出自己的解释。这样就在科学和宗教之间构成了一种张力，从某种意义上讲，有利于鼓励人们探索自然的奥秘。在此基础上才有了后来著名的宗教改革家约翰加尔文（John Calvin, 1509-1564）做出的两大重要贡献：第一，积极鼓励

12、对自然科学的探索；第二，倡导以“适应”方式阐释圣经，排除了科学探索发展的主要障碍。三、变化世界中的人与自然1.新观念与新世界1500年以来，“新思想”的传播，如同和煦的春风，逐渐吹散了笼罩在欧洲上空的“中世纪”的阴霾。新旧智力环境在本质上有以下不同。第一：中世纪、文艺复兴以及宗教改革时期的思想家都认为过去的知识是最可靠的智慧源泉；而17世纪以来的思想家却不盲从古代权威，决心依靠他们自己的才智领悟知识，强调科学的自主性和思想的自由活动。第二：古代思想家（如柏拉图、亚里士多德、托马斯阿奎那等）认为，智慧越抽象越伟大。但新型的思想家却坚信，如果知识不能被利用就毫无价值。第三：古代思想家以及大多数人，

13、认为宇宙是由神秘的力量所驱使。但在1660年前后一种机械论的自然观荡涤了神秘主义。此后，自然界被认为像最精致的机械钟一样运转，大自然本身可以被人类充分理解。这场基本思维方式的巨变发生在天上：1543年哥白尼天球运行论出版开启了一场影响深远的科学革命；这场巨变发生在地上：1492年哥伦布发现新大陆，开阔了欧洲人的视野和胸襟，商业贸易与航海探险一起向欧洲人展示了无限广阔的前景；这场巨变还发生在人间：1543年维萨留斯人体结构宣告人体不再是“灵魂之宫”的禁区，从而为血液循环的发现奠定了重要的基础。2.培根：“知识就是力量”弗兰西斯培根（Francis Bacon，1561-1626）出身显贵，仕途一

14、帆风顺，正值青云直上时却因被控受贿而断送了政治生涯。此后，他埋头著书立说，以其出色的文笔写下了许多脍炙人口的散文。这些文字鞭挞经院哲学，宣传新的科学方法，为促进人类知识增长做出了积极的贡献。培根的主要观点在1620年出版的新工具中得到充分的阐述。他认为科学只有在与过去固有的错误分道扬镳，并且“逐渐取得确定性”后才会发展。他倡导通过仔细记录亲身经验来发展知识。共同的科学研究和观察会产生有用的知识，进而改变人类的命运。3.血液循环的发现文艺复兴时期，在艺术上出现了一种新的倾向，强调精确地再现自然，科学地应用透视学。这种倾向引发出了一种观点：人体是美丽的，是值得研究的。正是对解剖学的热心研究，导致了

15、血液循环的发现。人们对血液在体内的形成和作用的认识有着很久的历史。最早对心血管系统做出完整描述是古罗马的医生盖伦（Claudius Galenus of Pergamum, 129199）。在盖伦看来，食物消化后合成血液，进入肝脏获得“自然灵气”（natural spirits），通过静脉流向身体，滋养组织、促进生长。静脉血在耗尽“自然灵气”后流入右心室，一部分血液进入肺部，变成“烟气”呼出体外；注意：盖伦认定在右心室与左心室之间的心隔（septum）存在一些微孔，少量静脉血穿过心隔进入左心室，转变成“活力灵气”（vital spirits）。最后的转化产生于大脑，在这里血液被转化成“动物灵气

16、”（animal spirits），通过神经网络到达全身。在盖伦的生理系统图示中，血液没有回路。但是，一千多年来盖伦被尊为医学权威，他的生理学学说则被奉为金科玉律。解剖学上真正具有革命意义的时代是从1543年开始的。这一年，安德勒斯维萨留斯出版了他的人体结构（De Humani Corporis Fabrica）。书中指出盖伦在解剖学上的200多处错误，因而成为论述人体的杰作。在撰写人体结构时，维萨留斯表明了自己的志向：“真实地描写人体的构造，而不管这种描写与古代权威的观点有什么不同。”在心脏中隔是否存在微孔问题上，他陷入了沉思，并最终抛弃了盖伦。维萨留斯的著作确定了心脏的结构。虽然他并没有确

17、定心脏的功能，但是人体结构确实为引导发现心脏在血液循环中的作用开启了第一扇窗子。1628年威廉哈维出版了心血运动论，该书虽然篇幅不大，但却展示了哈维本人的丰富的观察证据，以及对解剖学文献的详尽了解。哈维首先论述心脏本身，他观察到，心脏收缩时会变得坚硬，随着收缩的产生动脉会扩张。这种周期性的扩张从手腕的脉搏中就可以感觉到。据此他假设，之所以产生这种情况，是因为血液正在被泵入动脉。哈维在解剖中发现：没有肺的动物没有右心室，证明右心室与肺的通路相连接。心脏的隔膜密集、坚硬，血液并不流过，因此血液必须都经过肺部来更新。他解释了心脏瓣膜的地位和作用，并说明了靠心脏处的动脉具有较为坚硬结构的原因，解释了静

18、脉瓣膜的作用。这些都是对心脏生理功能的正确解释，但是为什么血液在体内是周而复始、循环产生的呢？哈维做了一个著名的“判决性”的数学计算：假定心脏每次跳动输出2盎司血（这从解剖中可以确定），正常的脉搏每分钟跳动72次，那么左心室在1小时就要泵出540磅！远远超出了正常人体的体重。因此，血液必须是通过全身而循环运动的，而且它的运动必然连续不断。血液循环的确立为生理学开创了新的开端。回顾血液循环发现的过程，特别值得我们思考的是，循环的发现不仅仅是“革命性”的创新思维，更多的是对古代天才的崇敬。这正是文艺复兴时代的特点：新材料的发现，对古代学说的崇敬，对各种机械论实例的兴趣，甚至夹杂自然法术与神秘的类比

19、，共同发酵出那个时代知识的进步。四、数学的新进展1.中世纪早期数学在欧洲的地位为了传播基督的教义，教会开办学校普及知识。教会培养教士希望他们能通过说理捍卫神学和驳斥异端，而数学则被认为是训练神学说理的最好学科。教会提倡学习数学还因为它对编制历法、预报节日大有用处。在1100年左右，随着希腊著述的复活，欧洲人知道了欧几里得、阿基米德、阿波罗尼斯，甚至阿拉伯数学家阿尔花拉子米的著作也被介绍到了欧洲。学术的复兴正好迎合了经济的繁荣，对数学的需要使得欧洲人在计算技术、符号代数等新的数学知识上做出了自己的贡献。2.斐波那契列昂纳多斐波那契（Leonardo Fibonacci,约1175-1250），他

20、最主要的著作是计算之书（Liber Abaci）。此外他还写了几何实践（Practica Geometriae,1220）、平方数书（Liber Quadratorum,1225）、花朵（Flos,1225）。计算之书共15章。书中首先介绍印度阿拉伯数码及其记数法。然后详细介绍了整数、分数、代数和一次同余式等。计算之书中一个有趣的问题被称为“斐波那契的兔子”，即“假定大兔子每月生一对小兔，而小兔在两个月后长成大兔子，也开始生小兔子。那么问：自一对兔子开始，一年后可繁殖多少对兔子？”这个问题引出了著名的“斐波那契数列”：1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34,它的构造特征是：自

21、第3项开始，前面相邻两项的和就是后面一项。如 1+1=2；2+3=5； 3+5=8，13+21=34,等等。这个看起来不起眼的数列，却蕴含着非常深奥的数学知识。特别应当指出的是，斐波那契数列与大自然的关系：斐波那契数列经常和花瓣的数目相合：3百合和蝴蝶花5金凤花、飞燕草8翠雀花13金盏草21紫宛34, 55, 89雏菊相继的斐波那契数的比越来越接近0.618034。例如，34/55= 0.618182，55/89=0.617978，89/144=0.618056。这个数正是著名的黄金分割数。3.斯蒂文与十进小数自1642年哥伦布发现美洲大陆以来，欧洲的商业蓬勃发展。远洋航行需要精密的计算，商贸

22、往来更需要便捷数学，过去笨拙的计算方法越来越无法适应经济的发展了。西蒙斯蒂文(Simon Stevin 15481620)是一名主管会计，他发现利率为1/10的利息相对要容易计算，于是在十进分数的基础上，斯蒂文创造了十进小数的表示方法，他把写在数字的上方，或右边，表示整数后边的部分。如或 9413041585年，斯蒂文出版了论十进算术的书，这本书仅有6页，却是当时世界上第一本介绍小数及小数计算方法的书，在西方产生了深远的影响。4.纳皮尔与对数继十进制小数之后，下一场数学计算的革命是约翰纳皮尔（John Napier，1550-1617）发明的对数引发的。请注意下面两行数列：0 1 2 3 4

23、5 6 7 8 9 101 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024现在，我们计算1664，我们可以第一行找到它们相应的数4与6，计算4+6=10，10在第二行中对应的数1024就是我们要计算的乘积。对于除法，只要把“和”改为“差”。这种化“乘除”为“加减”的方法，正是纳皮尔对数的精髓。下面的对数公式是每位中学生都十分熟悉的：而今天谁又能想到，在当时正是这一简单的性质，却“以其节省劳力而延长了天文学者的寿命！”（拉普拉斯）。所以，对数发明后，不到一个世纪，几乎传遍了世界，成为不可缺少的计算工具。5.韦达与符号代数使得符号代数发生重要变革的是法国人韦达。韦达（F.Viete

24、，1540-1603）潜心于卡丹、塔塔利亚、斯蒂文和丢番图的著作，从而获得了使用字母表示数的想法。韦达不仅用字母表示未知量和未知量的乘幂，而且用字母来表示已知量。他把符号性代数称作“类的计算术”，而算术则是同数打交道的。这样，代数就脱离具体的数的束缚而抽象为研究一般的符号的形式和方程的学问。韦达的著作以独特的形式包含了文艺复兴时期的全部数学内容。当然其精彩之处还是在代数方面，想一想，今天的中学生有谁不熟悉一元二次方程的“韦达定理”呢？6.数学与科学革命在本节所介绍的印度-阿拉伯数码、十进小数、符号代数、对数等等，对于接受过高等数学教育的人们来说，实在是再初等不过了。但是，我们决不可因此低估这些数学知识在推进科学进步的历史中发挥的重要作用。只有等到代数方法的熟练，才有可能为笛卡尔创造解析几何做好必要的准备，而没有笛卡尔的解析几何，就根本不会有其后的牛顿与莱布尼兹的微积分，进而引力问题就决不会得到解决，整个牛顿体系就不会获得成功；也正是因为开普勒杰出的数学才能，才使得第谷丰富的观察材料真正变成推动天文学革命的关键因素。正如伽利略所说“自然这部大书，是用数学语言写成的，它的字母是三角形、圆和各种几何图形。”