第一章中国古代的科学技术

中国古代文明孕育并产生了独具特色的科学技术。中国的科学技术自原始社会萌芽以后，在16世纪前相当长的历史时期内，在天文学、数学、农学、医学、地学、实用技术等方面持续稳步地向前发展，都取得了突出成就，形成了自己独特的科技文明。中国古代若干技术发明和科学知识曾经传播到朝鲜、日本、印度、波斯（今伊朗）、阿拉伯，并影响到遥远的欧洲，为世界文明的进步贡献了力量。本讲介绍中国古代天文学、数学、农学、医学、地学、实用技术等方面的成就，并对中国古代科学技术的特点以及“李约瑟难题”进行探讨。

●1.1中国古代的天文学和数学

中国古代天文学是中国古代社会政治、经济和文化发展的产物，在天象记录、历法编制、宇宙结构、天文仪器等方面都取得了重要成就，并在元代达到了顶峰。同古代天文学一样，我国古代数学也是源远流长，本节对算筹及十进位值制计数法的发明、《九章算术》的数学成就、刘徽与祖冲之的数学工作、宋元数学四大家的数学成就以及珠算盘的应用等内容进行介绍。

●1.2中国古代的农学、医学和地学

中国自古以农为本，在总结农业生产经验的基础上，历代农学家和官府编纂了多种多样的农学著作，从中可以看出中国古代农学的发展水平。经过长期的医疗实践和积累，中国古代医学形成了独具一格的医药体系，涌现出了一批著名医学家和医书典籍，一直影响至今。中国古代地学成就主要体现在地理、地图绘制和地质等方面。

●1.3“四大发明”及其影响

中国古代的“四大发明”——指南针、造纸术、印刷术与火药是中华民族的伟大创举，并对社会发展和人类文明进程产生了重要的推动作用。本节介绍和探讨中国古代四大发明及其影响的问题。

●1.4古代中国的生产制造技术

中国古代的生产制造技术非常丰富，见证了中华民族五千多年的文明史。陶瓷、冶金、纺织和建筑号称“中国四大工艺技术”。此外，在造船和水利技术等方面也很突出。

●1.5中国古代科学技术的特点

概括起来说，中国古代科学技术的突出特点表现为独创性、整体性、继承性以及官办为主，展现了中国古人的创造精神和整体性思维，科学技术在悠久的历史变迁中保存与发展的继承性，以及官府在中国古代科学技术中的作用。这些特点是中国古代科学技术之所以能够取得辉煌成就，并为中华文明的兴旺发达提供雄厚物质技术基础的主要原因。

●1.6李约瑟及“李约瑟难题”

英国学者李约瑟博士是著名的生物化学家和中国科学技术史研究专家，英国皇家学会会员，以撰著多卷本《中国科学技术史》闻名于世。对“李约瑟难题”的探讨不仅会引导人们深入探究中国古代科学技术及其与社会的关系问题，也将启发人们对人类多种文明的差异和发展模式等问题的进一步深思。

第二章古希腊的科学与哲学

古希腊哲学是以对自然的系统研究开始的。在继承和融汇古埃及和两河流域等东方地区的科学成就基础上，古希腊形成了独具特色的理性科学传统。古希腊人创造的光彩夺目的希腊文明，是近代科学的思想之源。

●2.1希腊科学兴起的背景

希腊的奴隶制社会为自由民提供了闲暇，而城邦民主制则为哲学和科学研究提供了非常宝贵的自由。希腊人对自然现象和社会现象具有强烈的好奇心。古希腊科学的产生，还与希腊人的理性自然观具有重要的思想上的关联。

●2.2希腊自然哲学的开端

古希腊哲学家曾经激烈争论的一个问题就是关于世界本原和物质运动的问题，他们各持己见，各说不一，形成了不同的哲学派别。作为自然哲学的发端，主要有三个大的派别，分别是米利都学派、毕达哥拉斯学派和德谟克利特学派。

●2.3从柏拉图到亚里士多德

从公元前5世纪早期开始，雅典在希腊诸城邦中开始脱颖而出，成为最重要的政治、经济、文化和学术中心。著名哲学家柏拉图、亚里士多德便活跃在雅典的学术舞台上。柏拉图的核心思想是理念论，而亚里士多德特别注重经验研究。

●2.4希腊的数学和物理学

古希腊人把数学应用到自然科学研究的各个领域，看作是理解宇宙奥秘的钥匙。他们把逻辑证明引进数学，从而使数学由经验知识上升为理论知识，特别是初等几何，它的演绎理论成为数学科学的典范，其影响一直持续到今。亚里士多德解释了一些物理学现象，但他的大多数结论都是错误的。他的理论后来由于史蒂文和伽利略等人的实验才被推翻。古希腊人在力学方面成就最为突出的是阿基米德。

●2.5希腊的天文学

与世界上其他文明古国一样，古希腊人在天文学领域也有一些自己的见解。但有所区别的是，古希腊天文学与哲学的关系更为密切，特别是柏拉图的哲学。希腊化时期天文学家托勒密集古希腊地心说之大成，把将其发展成为一个完整的宇宙理论。

●2.6希腊的生物学和医学

古希腊学者很早就对自然界的生命现象进行了科学细致的观察，并根据观察的结果进行了多方面有益的探讨研究，取得了许多研究成果，在生物学和医学的发展上也做出了一定的贡献。除了我们熟知的希波克拉底与盖伦之外，本小节还会对阿尔克芒、赫罗菲拉斯和埃拉西斯特拉塔等在古希腊医学发展中起到重要贡献的医生进行介绍。

第三章16-7世纪：科学革命

16-7世纪欧洲发生了影响深远的科学革命。这场革命是欧洲走出中世纪，迈向现代的关键一步。在这种革命中，首先是自然哲学的大背景发生了变化，主导中世纪的亚里士多德自然哲学受到了机械论的全面挑战。而在具体的知识领域内，最深刻的变化则是从哥白尼到牛顿等一批物理学家（或自然哲学家）革新了物料科学中的物理学部分。同时，当时的社会文化背景也很好地支持了科学革命。最后，科学促成了一种从自然出发去讨论神的模式。

●3.1简介：走出中世纪

欧洲在长达一千年的时间里都被基督教笼罩，而16-7世纪的科学革命是欧洲走出中世纪的关键一步，对欧洲历史的发展有决定性的影响。

●3.2自然哲学大背景

在中世纪欧洲占主导地位的自然哲学是一个阉割版的亚里士多德自然哲学，其中主要包括质料-形式说和四因说等。这些在科学革命中都受到了机械论的挑战。还有一些挑战可以分别从理性主义和经验主义的角度进行理解。

●3.3物料科学和生命科学

科学革命中最深刻的变化发生在物料科学中。从哥白尼到牛顿，一批自然哲学家革新了对于物体运动的看法。

●3.4科学革命的社会文化背景

在16-7世纪，新科学的出现首先得益于之前已经开始的文艺复兴运动。地理大发现则带来了海量的经验研究材料。最后，当时的科研机构也发生了变革，在组织上支持了科学革命。

●3.5科学（哲学）和宗教

新科学的出现，给传统启示宗教带来了挑战。虽然科学和宗教的冲突不像过去一些说法中所说的那么剧烈，但宗教在16-7世纪必须应对科学的挑战，这一点当无意义。而在科学革命的影响下，一些从自然角度讨论神的思潮开始兴起。

第四章18世纪：启蒙的时代

18世纪欧洲发生了启蒙运动。康德喊出了响亮的口号，“敢于运用自己的理性”。在启蒙运动中，传统启示宗教在思想世界中进一步失去了市场。同一时期，科学知识出现了海量增长，其中生命科学的成就尤其显著。而面对这种增长，哲学家们仍然没有放弃综合的努力，康德就做出了这样的一个严肃尝试。最后，一些反思科学霸权的声音也开始出现，并和20世纪所谓后现代思潮遥相呼应。

●4.1启蒙：敢于运用自己的理性

在启蒙时期，欧洲知识分子普遍对传统启示宗教失去了兴趣，开始膜拜以科学知识为代表的理性精神。自然哲学家基本都认为，科学研究应该排除宗教的干扰。

●4.2机械论的衰落和多样的牛顿主义

在16-7世纪兴起的机械论哲学开始衰落，被各式各样的活力论取代。活力论在各个知识领域都找到了支持者。同时，借助牛顿的威名，多种多样的牛顿主义也开始兴起。

●4.3物料科学和生命科学

在物料科学中，一批自然哲学家将牛顿的成果进一步体系化，而拉瓦锡则引领了化学中的理论革命。在生命科学领域，发育学中渐成论逐渐取代了预成论，同时演化思潮开始出现。

●4.4康德哲学的综合

大哲学家康德细致研究了各种类型的知识，并进行了综合尝试。不过，康德一直对综合的可能性持怀疑态度。

●4.5科学在启蒙时代

随着理性精神在启蒙运动中的深化，无神论开始出现，但多数自然哲学家还是拥护某种自然宗教。与此同时，一些批评科学和启蒙理性的声音开始出现。

第五章19世纪：实证科学的全面兴起

19世纪发生了学科大分化，各个学科（包括实证科学和人文学科）从哲学中脱离出来。在物料科学中，电磁学和热力学等物理学学科取得了巨大突破，化学中则有原子论复兴和元素周期表的提出。在生命科学中，博物学传统逐渐退场，实验生物学开始兴起，演化思潮也成为主流。19世纪还发生了两次工业革命，决定性地促进了社会生产力的发展。在这个时期，科学研究逐渐建制化。最后，在19世纪，科学也成了被反思的主要对象，在反思过程中产生了乐观和悲观两种主要态度。

●5.1简介

19世纪之前的哲学家都还抱有综合一切知识的美梦。在黑格尔之后，这种美梦彻底破碎。

●5.2哲学的没落

哲学在19世纪实证科学全面兴起的背景下彻底没落。之后科学家不再对体系性的自然哲学或哲学感兴趣。

●5.3物料科学

电磁学和热力学在19世纪早期仍有一些自然哲学的痕迹，后期逐渐成熟。在化学中，原子论重新获得关注，元素周期表也慢慢成形。当时的物理学和化学特别关注原子是否存在这一问题。

●5.4生命科学和数学

在达尔文之前，演化思潮早已出现，但经过达尔文的推动，演化思潮开始大流行。不过，很多和达尔文同时代的博物学家被忽视了。与此同时，实验生物学也开始兴起，其代表人物有法国的伯纳德和德国的赫尔姆赫兹（及其团队）。

●5.5科学、技术与社会（两次工业革命）

19世纪的两次工业革命都显著提高了社会生产力。而第二次工业革命还特别彰显了科学技术的巨大威力。英国有支持第一次工业革命发生的独特环境，第二次工业革命主要由德国和美国推动。

●5.6科学的建制化

德国发展了产学研体系，支持科学发展及其技术和工业转化。法国得益于大革命之后的新科研体制，但工业转化效率一直不高。英国科研机构的建制化最晚。科学的建制化导致其必须和传统学问如古典文学等争夺人才。

●5.7对科学的看法

在19世纪，一部分思想家对科学持乐观态度，认为科学技术的发展将极大促进人类福利，建立一个美好的新世界，另一部分则对科学持悲观态度，认为科学剥夺了人类生活中的诗意，把人类带入了一个品味低下的社会。

第六章现代物理学革命

19世纪末到20世纪30年代，物理学微观领域三大发现揭开现代物理学革命序幕，以太漂移实验和紫外灾难引发经典物理学理论危机。爱因斯坦提出相对论解决以太问题，同时刷新了时空观。普朗克提出能量子概念解决紫外灾难问题，引起后人建立量子力学。相对论和量子力学都超越了经典物理学，但在逻辑上与经典物理学相容。

●6.1现代物理学革命的序幕

经典物理学理论三大组成：牛顿力学（包括流体力学、刚体力学、分析力学等）、统计力学和麦克斯韦电磁波理论，但并未统一和完善。19世纪和20世纪之交物理学三大发现（X射线、放射性、电子）将物理学研究引入微观领域。迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射实验揭示出经典物理学危机。

●6.2相对论的建立

爱因斯坦作出“光速不变，但必须修改长度和时间的定义”的逻辑选择，建立了简单自洽的狭义相对论，继而将相对论推广到非惯性系和引力场，建立了广义相对论。这是一场关于如何理解物理学时空的革命，也是关于如何运用数学表达简谐模型的典范。

●6.3量子力学的建立

能量不连续概念与光速不变原理一样，是20世纪物理学最重要的革命性观念。旧量子论的困境要求一种描述运动不连续的全新动力学。德布罗意、薛定谔、海森堡、泡利等人从各个角度将这种理论建立起来，同时引起关于“物质”和“运动”观念的深刻革命。但理论物理学还未完成进一步的统一，仍需继续发展。

第七章现代科学与技术

20世纪，除了量子力学和相对论的建立以及系统科学的兴起外，最重要的科学发现可以归纳为四大基本模型，即宇宙学中的大爆炸模型、粒子物理学中的夸克模型、分子生物学中的DNA双螺旋结构模型以及地质学中地壳结构的板块模型，它们均代表了本领域里的一场理论革命。与此同时，20世纪以信息革命为核心的新技术革命把人类社会从工业社会推向一个更高的发展阶段，新出现的信息技术、新材料技术、生物技术、新能源技术、空间技术、海洋技术在深度、广度及其对社会发展的影响方面，都大大超过了19世纪工业革命。

●7.1系统科学的兴起（一）：控制论、信息论、系统论

系统科学是从系统的角度观察研究客观世界的学科。系统科学的勃兴发端于20世纪20年代，以不同领域的复杂系统为研究对象，探究系统的本质和演化规律，标志着自然科学开始向综合化、整体化的方向发展。其中控制论、信息论、系统论是系统科学的静态模式，我们从学科的奠基人物及其代表性著作，以及学科主要的研究内容等方面对这三个新兴学科进行介绍。

●7.2系统科学的兴起（二）：耗散结构论、协同论、突变论

在本小节，我们对系统科学中的另一部分——耗散结构论、协同论、突变论进行介绍。1969年普利高津提出的耗散结构论、1977年哈肯建立的协同论以及1972年托姆提出的突变论，在上个世纪80年代引入中国时，也被称为“新三论”。简单来说，这三个理论都是研究复杂体系状态发生突变时的理论，是系统科学的动态模式，属于自组织理论（自组织就是系统在没有外部特定的干预下，依靠相互的协调与合作获得一种功能和结构的有序）。本小节也同样从学科的奠基人物及其代表性著作，以及学科主要的研究内容等方面对这三个新兴学科进行介绍。

●7.320世纪四大基本模型（一）

回顾20世纪的科学成就，除了量子力学和相对论的建立以及系统科学的兴起外，最重要的科学发现可以归纳为四大基本模型，那就是宇观世界的宇宙大爆炸模型，微观世界的物质结构夸克模型，宏观世界的大地构造板块模型，生物遗传物质DNA的双螺旋结构模型。我们今天关于宇宙、物质、地球、生命的观念基本上是由这四大模型来提供的。本小节将主要讨论20世纪在天文学领域发展出的宇宙大爆炸模型以及物理学领域的夸克模型，从理论内容及其发展历程等方面进行介绍。

●7.420世纪四大基本模型（二）

本节介绍20世纪理论科学中最重要的四大基本模型中的另外两种模型，即DNA双螺旋结构模型和大地构造板块模型。我们回顾了DNA双螺旋结构的发现过程，并简要分析了从中可以得到一些有益启示。在介绍地壳结构的板块构造学说之前，对大陆漂移说和海底扩张说略作介绍，它们共同构成不可分割的“三部曲”，奠定了现代地球科学的基础。

●7.520世纪的技术革命（一）

第三次技术革命始于20世纪40年代，这次技术革命的主要标志是原子能、空间技术和电子计算机的应用。如果说前两次技术革命的实质是人的体力的解放，那么这次技术革命的实质则是人类智力的解放，是一场智力革命。这次科技革命不仅极大地推动了人类社会经济、政治、文化领域的变革，而且也影响了人类生活方式和思维方式，使人类社会生活和人本身向更高境界发展。本节介绍信息技术和新材料技术领域里的革命。

●7.620世纪的技术革命（二）

本节介绍20世纪生物技术和新能源技术领域里的革命。 [简介]本小节介绍20世纪生物技术和新能源技术领域里的革命。生物技术也称生物工程，现代生物技术一般包括基因工程、细胞工程和蛋白质工程等技术，我们将围绕克隆技术、人体干细胞研究以及基因工程展开讨论。新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源，我们以太阳能利用技术为例，对此略作介绍。

●7.720世纪的技术革命（三）

本节介绍20世纪空间技术和海洋技术领域里的革命。空间技术又称航天技术，是研究和实现如何进入太空和利用太空的高度综合性技术。以运载火箭技术为例，对20世纪空间技术的发展略作介绍。此外，以海洋开发技术中的海洋能源技术为例，对当代海洋技术的发展略作介绍。

●7.8现代科学技术的特点与趋势

现代科学呈现出了整体化趋势，一方面高度分化，一方面又高度综合，而且分化反而成为综合的一种表现形式。科学活动的组织形式发展到了国家规模，甚至国际合作，科学技术已成为整个社会的有机构成。科学、技术、生产不仅在时间上日益密切联系在一起，而且是双向相互作用的关系，科学、技术、生产日益靠近，融成一体，出现了现代科学技术的纵向整体化。

第八章中国近现代科学技术的发展

明清之际，欧洲传教士来华，通过传播科学辅助传教，开启了西方科学技术在中国传播的“西学东渐”进程。中国近代曾出现两次“西学东渐”的高潮，分别出现在明末清初以及晚清时期。到20世纪初期，随着中央研究院等研究机构以及学术团体的建立，标志着中国近现代科学技术已经从“西学东渐”模式开始步入本土化和建制化的道路。此后十多年，直到1937年抗日战争爆发，中国科技事业逐渐建制化。到1949年中华人民共和国成立，中国现代科学技术体系和体制逐渐构建起来，并在改革开放以后持续加速发展。

●8.1明末清初西方科学技术的传入

在16世纪末期到18世纪中叶第一次西学东渐高潮中，传教士成为向中国移植西方科学技术的主流媒介。这一时期移植的内容，不仅包括西方古代的数学知识，还包括了与当时西方几乎同步的天文学、地学以及水利、火器、建筑等技术工艺和工程技术知识。不过，这一时期传入中国的科学技术内容相对比较分散，它的影响也基本上集中在国家上层较小的范围内。

●8.2晚清时期的科技引进

晚清期间西方科技的传入在形式上表现为政府的官方行为和民间交流相结合；在交流媒介方面，呈现出中外政府官员、商人、外国传教士、中国学者、留学生等多层次群体；在效果上基本完成了西方近代科技向中国的移植过程，开启了中国近代科技本土化的进程。晚清时期数学家戴煦、项名达、李善兰等在数学上独立地取得了一些研究成果，本小节将对他们的工作略作介绍。

●8.3中国现代科学的奠基

20世纪上半叶，现代科学技术已经在中国走向建制化，为以后科学技术的发展奠定了初步的基础。1903年“学制改革”和1905年“废除科举”，结束了延续千余年之久的以科举制和儒学教育为主的传统教育制度，为科技教育的变革创造了制度条件。经过“五四”运动的洗礼，中国确立了科学在现代社会中的地位。随着中央研究院、北平研究院等国立研究机构的设立，以及大学教育规模的发展与水平的提高，涌现了一批重要的科学技术成果。日本帝国主义的入侵对于中国科学事业是灾难性的。西南联大、浙江大学等只是在特殊环境之下，由于高水平师资和高水平生源的汇集和爱国主义的激励而出现的个别例子。

●8.4新中国成立后科学技术的规划与发展

中华人民共和国成立后，中国科学技术事业获得了前所未有的发展机遇，在重组和规划的基础上，系统地构建起了新的科技体制。20世纪60年代中期前后, 中国科学家在基本与世隔绝的不利条件下取得了一批重要的成果，如“两弹一星”工程、大庆油田的勘探与开发等。

●8.5改革开放与科学技术的全面发展

改革开放以来，为了适应我国现代化建设的新形势，国家对科研体制进行了不断的调整和改革，带来了科学技术的全面发展，在许多领域都取得了重要突破和创新。20世纪90年代，中国实施“科教兴国”战略和可持续发展战略，并将科教兴国和可持续发展作为国家发展的基本国策，对于中国科学技术的发展具有重要而深远的影响。