吴国盛-科学简史 - Reading Space

引言

在《科学简史》的课程中，我们探讨了科学与技术的历史分野，以及为何中国古代科技在近代相对落后。这些问题的探讨，不仅涉及科学与技术的定义，还涉及了文化、哲学和历史等多个层面。

科学与技术的区别

首先，我们需要明确科学与技术的区别。科学是基于希腊数理实验的系统知识体系，而技术则是具体的应用实践。

中国古代的四大发明（造纸术、印刷术、火药、指南针）虽然在技术上领先世界，但它们更多体现的是技术层面的成就，而非科学。

科学的定义

科学可以被分为三种形态：

古希腊的纯粹数理逻辑科学。
欧洲结合数理逻辑和宗教的唯命论产生的数理实验科学，即现代科学。
- 唯命论推出以人为本，以人为本成为后来科学发展的基石之一。
博物学和自然志，这在中国文化中有着深厚的根基。
- nature history，自然志。这里的history没有时间概念。
- 博物学最伟大的产出是进化论。

科学的数学化过程

科学的数学化过程是科学发展史上的一个关键转变，它涉及到将自然现象用数学语言描述和分析。以下是从几个关键人物的角度来概述这一过程：

毕达哥拉斯（Pythagoras）：毕达哥拉斯生活在公元前6世纪，是古希腊哲学家和数学家，他提出了“数即自然，自然皆数”的观点，即认为数字关系是理解宇宙的关键。毕达哥拉斯学派相信宇宙的秩序和和谐可以通过数学关系来解释。这一观点为后来的科学数学化奠定了基础。
阿基米德（Archimedes）：阿基米德生活在公元前3世纪，是古希腊的数学家、物理学家和工程师，他在几何学、力学和流体静力学等领域做出了重要贡献。阿基米德的工作展示了如何用数学原理来解决物理问题，比如他通过浮力原理（阿基米德原理）来计算物体的体积和密度，这进一步推动了科学数学化的发展。
托勒密（Ptolemy）：托勒密是罗马时期的希腊天文学家和地理学家，生活在公元2世纪，是古希腊的天文学家和地理学家，他的《天文学大成》提出了地心说模型，即认为地球是宇宙的中心，其他天体围绕地球运动。托勒密的模型虽然在科学上不正确，但它尝试用数学方法来描述天体运动，这在数学化天文学方面是一个重要的步骤。
哥白尼（Copernicus）：哥白尼是文艺复兴时期的波兰天文学家，生活在15世纪末至16世纪中叶。他提出了日心说，即太阳是宇宙的中心，地球和其他行星围绕太阳运动。哥白尼的模型更接近现代天文学的理解，并且他的工作标志着科学数学化在天文学领域的重大突破。
开普勒（Kepler）：开普勒是德国天文学家和数学家，生活在16世纪末至17世纪初。他通过分析第谷·布拉赫的天文观测数据，提出了开普勒行星运动三大定律。这些定律用数学公式精确描述了行星围绕太阳的运动，是科学数学化在天文学领域的又一个里程碑。
伽利略（Galileo）：伽利略是意大利的物理学家、数学家、天文学家和哲学家，生活在16世纪末至17世纪中叶，他被认为是现代科学的奠基人之一。伽利略将运动数学化，通过实验和数学分析来研究物体的运动规律。他的工作，如对自由落体的研究，展示了如何用数学方法来描述和预测自然现象，这为后来的物理学奠定了基础。
艾萨克·牛顿（Isaac Newton）牛顿是17世纪的英国物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士。他在1687年发表的《自然哲学的数学原理》中提出了三大运动定律和万有引力定律，这些定律构成了经典力学的基础。

总的来说，科学的数学化过程是一个逐渐发展的过程，从毕达哥拉斯的哲学观点到伽利略的实验科学，每一步都深化了我们对自然现象数学描述的理解。这一过程不仅推动了科学的发展，也改变了我们对世界的认识方式。

中国古代科学的发展

中国古代的科技名著，如《本草纲目》、《齐民要术》等，展现了中国古代在博物学领域的深厚积累。然而，由于缺乏对客观规律的承认和对数理逻辑的深入研究，中国古代的科学发展受到了限制。

科学与文化的关系

实验科学是拷问自然的过程，让自然“说出”自己的规律（相比较而言，艺术则是观察自然。）。实验科学和自然之间是竞争控制关系，希望能通过博物学进行化解。而这，就是中国文化的特点。
美国打仗号召：为自由而战。中国打仗号召：为保家卫国而战。
几何学的证明思维，是中国文化中没有的。中国的推理，是诗人般的推理：赋比兴。善于用类比做推理。这种类比的推理是不严密的，是不同的人能得出不同的结论的。
中国天文学是政治占星术。中国的天文学是为了政治服务的，而不是为了纯粹的科学研究。
中国没有科学，原因是中国就不承认有客观规律的存在，天人合一，相互影响。中国没有对数理逻辑的深入研究。

时空观

时间观的历史发展是一个复杂而丰富的过程，它涉及了哲学、物理学、宗教和文化等多个领域。以下是对时间观历史发展的整理：

循环时间观：在古代，许多文化中时间被视为循环的。例如，希腊人和印度佛教徒都认为时间是循环的，历史和宇宙以一定的周期重复自身。这种观念在印度教和婆罗门教中表现得尤为明显，他们认为宇宙的结构具有数学的精确性，其基础是圆的形象和有限事物的无限重复性
线性时间观：与循环时间观相对的是线性时间观，这种观念在希伯来文化中尤为突出。基督教继承并改造了这种时间观，将时间视为从创世到末日审判的直线过程，强调了时间的方向性和未来的重要性
牛顿的绝对时间观：在科学领域，牛顿提出了绝对空间和绝对时间的概念，认为时间和空间与物质的运动无关，是独立存在的。牛顿力学中的方程并不包含时间的方向性，这导致了时间在物理定律中似乎是可逆的
热力学时间方向性：热力学的发展为时间观带来了新的理解。热力学第二定律，即熵增定律，指出在孤立系统中熵不会减少，这为时间提供了一个明确的方向性。玻尔兹曼的研究进一步将熵与微观状态的概率联系起来，揭示了热力学第二定律的统计本质
相对论时间观：爱因斯坦的相对论进一步挑战了牛顿的绝对时间观。在相对论中，时间不再是独立的实体，而是与空间结合形成了时空结构。时间在不同的重力场和速度下会有所不同，这表明时间是相对的，而非绝对的
时间的现代理解：随着量子力学和宇宙学的发展，时间的概念继续演变。例如，宇宙学时间箭头指向宇宙膨胀的方向，而热力学时间箭头则与熵增相关。此外，心理学和认知科学也开始探索人类如何感知和理解时间

总的来说，时间观的历史发展是一个从宗教和哲学的循环或线性时间观，到科学领域的绝对和相对时间观，再到现代物理学中更为复杂和动态的时间理解的过程。这些不同的时间观反映了人类对时间本质的不断探索和理解。

决定论与机械论的历史发展

笛卡尔（René Descartes）是17世纪的法国哲学家、数学家和科学家。他提出了“机械论”（mechanism）的观点，认为自然界的运行就像一台机器，可以通过数学和几何来解释。这种机械论的观点对后来的科学发展产生了深远的影响，推动了科学的数学化和实验化。他的这种思想非常超前，以至于跳过了牛顿的阶段，与爱因斯坦的广义相对论有相似之处。
牛顿（Sir Isaac Newton）是17世纪的英国物理学家、数学家和天文学家。牛顿的力学体系是机械决定论的典型代表。牛顿力学认为，知道了物体的初始条件和作用在物体上的力，就可以准确预测物体未来的运动状态。牛顿的万有引力定律进一步强化了这种决定论观点，使得天体运动可以被精确计算和预测。
拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）是18世纪末至19世纪初的法国数学家和天文学家。拉普拉斯提出了著名的拉普拉斯决定论（拉普拉斯妖），他认为如果一个智者能够知道某一时刻宇宙中所有粒子的位置和速度，那么他就能够预测宇宙在任意时刻的状态。这种观点是建立在经典力学可逆过程的基础上的。

随着20世纪量子力学的发展，这种严格的决定论受到了挑战，因为量子力学揭示了自然界的随机性和不确定性。尽管如此，机械论和决定论在宏观尺度上仍然具有重要的科学价值。

其它

希腊的数学不是现代数学。
- 希腊数学是和真实场景绑定，没有进行进一步抽象，所以才说音乐是数学，物理学（比如力学）是数学，天文学是数学。
- 现代数学专指抽象的数学，是纯粹的数学，目的是为了推广数学的应用范围。音乐物理天文不再称为数学。
李约瑟难题：中国古代科技很发达，为什么近代落后了？
- 这个命题有问题，以技术代科学。
- 冯友兰，竺可桢的说法更加可信：中国古代为什么没有科学？这才是比较严格的命题和论证。

结语

通过《科学简史》的学习，我们不仅了解了科学与技术的历史分野，还深入探讨了科学在不同文化和历史背景下的发展。这些知识不仅丰富了我们的历史视野，也为我们理解现代科学提供了深刻的洞见。科学的发展是一个不断进化的过程，它与我们的文化、哲学和历史紧密相连，共同塑造了我们对世界的理解。