自然科学基础问题慨论

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1、《自然科学基础问题概论》讲义河南理工大学肖建华2007自然科学基础问题概论I:经典力学的产生与发展变化按照已知的研究工作，早期的科学是由技术发展和观测（天文）而产生的。近代的自然科学是在1500年后开始出现的。人类最早的自然科学体系是亚里斯多德几何学。它提出了基于公理进行形式逻辑推理而得到大量的正确结果的方法论。这个体系被称为形而上学体系。受此影响，牛顿建立了理性力学体系，即牛顿力学。在此基础上，对大量的科学技术问题进行了理论研究，建立了形式多样的相关的科学体系。其总体被泛称为经典力学。1．文明史与科学革命传统目前的研究工作表明，在1500年后，导致科学革命的人类文明主要是：阿

2、拉伯人的代数学，埃及和古罗马文明的几何学；而其直接起因则是中国高度发达的技术成果；以及古罗马及西方国家的天文观测。元朝对东欧部分地区的近百年的占领使大量的中国工匠将部分中国高度发达的技术成果带到了西方国家，也使西方能够直接与中国贸易和到中国就业（做官）。使西方国家认识到自己的落后。中国的无神论思想和各种宗教的和睦相处被西方国家认为是中国技术高度发达的基础。这间接地给文艺复兴提供了依据。在这一人类文明的发展变化中，西方国家学习上述的文明并将它们结合起来，这就开创了科学革命和技术革命的新局面。这一个过程：学习未知的知识—--研究这些知识间的关系—--用观测来检验这些知识--—研究被

3、检验为真的知识间的内在关系—--利用对知识间内在关系的发现来推测未知的未被检验为真的知识--—研究这些推测的知识并检验是否为真—--利用扩充的被检验为真的知识建立新理论或更新理论—--探索新理论体系的内涵和外延—--推广—--观测—--。。。。从而形成一个闭合的思维和行动路线。这就是一般说来的科学革命传统。因为它成功的导致西欧各国的工业革命并延续到后来的信息工业革命，故被公认为是正确的，并且是不可违反的。我们在初中的三角几何和代数相当于1500年前的科学知识；高中的解析几何，代数方程，牛顿力学（初步）也只相当于1800年前的水平（1800年前的初级科学家）。目前的本科教学内涵在

4、总体上是1900年前后的水平。只是在研究生教育阶段才开始真正部分地接触1900年后的现代科学理论。而当前的知识大暴炸导致即使经过研究生教育阶段也大多数不能进入科学前沿。我国在科学上，总体上落后前沿30—100年（综合各学科、各学派的估计）。为什么？封建社会的闭关锁国导致：1900年前，亚里斯多德几何学和阿拉伯人的代数学并没有在中国扎根。因而，1900年前，中国没有形成科学的客观条件。即人们说的：没有形成科学传统。在1900年后，对科学和西方国家的崇拜导致急燥的拿来主义，并延续至今。在加上战火，在1949年建国前，基本上没有形成学科体系。50年代的学前苏联和早期中国学成回国人员的

5、努力奋斗，在1960年前后建立了初具规模的学习科学和进行科学研究的机构。但在文革中又受到大的破坏。至1977年，才开宗明义地提出学科学用科学的理念，此后的经济发展对高校和科学研究中心有大的冲击，读书无用论数度抬头，伴随着拜金主义的扩散，中国的科学进步不大，在某些方面进一步落后。到目前为止，我国科技杂志的半周期寿命全部1《自然科学基础问题概论》讲义河南理工大学肖建华2007小于10年，而全球半周期寿命大于10年的科技杂志近千份。中国的科学发展有很长的、困难重重的路要走。这就是我们面临的现实问题。本课程的目的就是通过对自然科学基础问题的论述来说明科学革命传统，从宏观上看看科学的道路

6、是如何走出来的。为有识之士进入高层科技人才介绍宏观的科学基本纲领。古人讲：纲举目张。了解科学基本纲领是有效地学习科学、开拓创新的必要基础。陈胜讲：帝王将相宁有种乎？高层科技人才不是天生的，是可以通过学习和努力奋斗达到的。易经讲：壮哉，乾元，君子当自强不息。牛顿讲：站在巨人的肩膀上。2．经典力学的产生第一阶段：初创数学上：将欧几里德几何学和阿拉伯人的代数学内在地联系起来，就建立入了解析几何。这是迪卡尔的功劳。直角坐标系和曲线曲面的代数方程标志着在理性认识上的飞跃。例如：x2+y2+z2=R2代表了球面。为牛顿力学建立了数学的部分基础。物理上：伽里略对欧几里德关于运动概念的开拓创新

7、，如抛体定律：同时抛出的不同重r量的物体有相同的落地速度。时间-空间观点。质量概念与运动概念。动量（mV)的概念。天文学上：开普勒三定律。牛顿用分段求和、和分段求变化率（比率）的方法建立了微积分的初期形式并将之应用于解释质量概念与运动概念的内在联系，提出了牛顿三定律，并将它用于解释开普勒三定律而得到牛顿万有引力定律。他模仿亚里斯多德的形而上学体系建力了一个理性力学体系，即牛顿力学。这标志着近代的自然科学的第一个完整的理论体系。牛顿力学的纲要如下：公理：（1．物体有质量m（亚里斯多德的重量概念