1、精品第十九章科学活动的组织化与科研机构的建立吴国盛科学活动的组织化与科研机构的建立吴国盛（科学的历程p243）新的实验科学精神,激励了越来越多的才智出众的人士加入探究自然奥秘的行列。他们起初是单干，但后来感到了交流、讨论与协作的必要性.他们自己的个人成就也需要发表,需要得到承认。于是，他们自发组织起小团体，共同研究问题。于是，科学共同体悄悄的诞生了。另一方面，新兴的资产阶级在发展生产和经济时，也深深感到掌握自然知识的迫切性。开明的君主和政府开始支持自然科学研究。他们出资建立科学社团、实验室、天文台,主持制订大规模的研究计划。这使科学活动的组织化迅速发展到了一个较高的水平。1,意大利：自然秘密研
2、究会、林琴学院、齐曼托学院意大利作为文艺复兴的发源地，也是近代科学的摇篮。近代物理科学和生物科学的真正始祖或者是意大利人，或者在意大利接受教育并完成其创造性工作。伽利略是意大利人，他为近代物理科学奠定了基础；血液循环理论则基本上是意大利的帕多瓦大学一手培育出来的维萨留斯、法布里修斯、哈维均出自这所大学。意大利物理学家波尔塔(15351615)于1560年创立的“自然秘密研究会”，是近代历史上第一个自然科学的学术组织。波尔塔本人在物理学家并无大的贡献。据说他研究过针孔成象机，发现了光线直线传播原理；他还最先指出光的热效应。所有这些工作比起他在科学组织活动方面的贡献是微不足道的.这个在他家里定期聚
3、会的“自然秘密研究会”，成立不久就被教会指为巫术团体予以取缔。波尔塔并未气馁。在他的活动下，取得了菲凯亚公爵支持并赞助的另一个学会于1603年在罗马成立,取名为林琴学院。“林琴”(Lincei）原意是山猫（猞猁）。这种动物目光锐利,以它为名象征着对自然奥秘的洞悉。波尔塔当然是院士之一，当时著名的物理学家伽利略也是院士。最繁荣时院士人数达到32人。1615年,由于对哥白尼学说的看法产生了分歧,学院分为两派。1630年，赞助人凯亚公爵去世,学院便解散了。伽利略去世后,他的两个最著名的学生托里拆利和维维安尼发起了另一个实验科学的团体。他们取得了意大利显赫的美第奇家族的托斯坎尼大公斐迪南二世（1610
4、1670）及其兄弟利奥波尔德亲王的赞助。美第奇兄弟本来就对自然科学十分热衷。斐迪南二世自己曾经制造过一种封闭式温度计，而且他们很早就组建了一个实验室。在他们的支持下，1657年在佛罗伦萨成立了齐曼托（Cimento，意为“实验）学院。最初有成员十多人，除了托里拆利和维维安尼之外，还有数学家及生理学家波雷利（16081679）、胚胎学家雷迪（16261697）和天文学家卡西尼。波雷利是伽利略的朋友，曾试图将伽利略的工作与开普勒的工作结合起来，提出过彗星的轨道是抛物线。他还试图用机械学原理解释人体器官的运动，把胃看成是一个研磨，心脏是一个水泵。雷迪曾经通过实验证明过，象蛆这类小生命并不是自然发生的
5、，而是由蝇产的卵形成的。至于卡西尼，后来是新建立的巴黎天文台事实上的台长。16571667年间，齐曼托学院的成员们一起进行了许多次物理学实验。1667年于佛罗伦萨发表的齐曼托学院自然实验文集记载了这些实验，其中最重要的是关于空气压力的实验。1667年,利奥波尔德亲王当上了红衣主教，不再提供赞助,齐曼托学院便又解散了。意大利学会的兴衰是它科学事业兴衰的标志。齐曼托学院解散后，意大利科学逐步走向衰落，英国继而成为科学发展的先锋。2，英国:哲学学会、皇家学会英国科学团体的建立直接受到培根思想的影响.建立一个新大西岛中所描画的所罗门宫，一直是英国实验科学家们孜孜以求的理想.17世纪40年代，在著名的科
6、学活动家约翰威尔金斯（16141672）的倡导下组织了一个学术团体，他们自称“哲学学会”。威尔金斯本人是一位牧师，一生主要从事神学研究，但他的新行星论宣传哥白尼的日心说，在英国起了很好的作用。哲学学会的会员有数学家瓦里士（16161703)和波义尔等，他们主要在格雷山姆学院聚会。1646年，英国爆发资产阶级革命，克伦威尔的军队攻占了牛津。由于威尔金斯和瓦里士等人应邀到了牛津大学任职，原来的“哲学学会”便分为两半.在牛津的这一支因为会员流动性大，加之骨干会员的迁居，结果不了了之；而伦敦的那一支却越来越发达，威尔金斯、瓦里士、波义尔、雷恩后来都到了伦敦.1660年11月，著名的建筑师雷恩（1632
7、1723）在格雷山姆学院召集了一次会议，倡议建立一个新的学院，以促进物理和数学知识的增长。威尔金斯被推为学院主席，并拟出了第一批41名的成员名单。不久，复辟后的英国国王查理二世传话说同意成立这样的团体,但须由他任命领导人，结果他的近臣莫里爵士任会长。两年后，查理二世正式批准成立“以促进自然知识为宗旨的皇家学会,并委任另一位近臣布龙克尔勋爵为第一任会长，威尔金斯和奥尔登堡为学会秘书，胡克为总干事。这些人都是学会早期的热情参加者和有才干的活动家。学会一开始基本贯彻了培根的学术思想,注重实验、发明和实效性的研究。胡克在为学会起草的章程中写道：“皇家学会的任务和宗旨是增进关于自然事物的知识，和一切有用
8、的技艺、制造业、机械作业、引擎和用实验从事发明(神学、形而上学、道德政治、文法、修辞学或者逻辑，则不去插手）；是试图恢复现在失传的这类可用的技艺和发明；是考察古代或近代任何重要作家在自然界方面、数学方面和机械方面所发明的,或者记录下来的,或者实行的一切体系、理论、原理、假说、纲要、历史和实验;从而编成一个完整而踏实的哲学体系,来解决自然界的或者技艺所引起的一切现象，并将事物原因的理智解释记录下来。”为了实现这样的目的,皇家学会设立了不少委员会.有机械委员会研究机械发明，贸易史委员会研究工业技术原理，以及各专业委员会如天文学、解剖学、化学等。实用科学特别与商业贸易有关的科学知识,最为皇家学会所重
9、视。学会的机关刊物皇家学会哲学学报于1665年3月由学会秘书奥尔登堡独自出版.奥尔登堡是一位富商，在欧洲大陆有广泛的联系。学报主要刊登会员提交的论文、研究报告、自然现象报道、学术通信和书刊信息。第一批会员中的斯普拉特是威尔金斯的学生，他的皇家学会史出版于1667年，是珍贵的科学史文献。皇家学会在培根思想指引下，搜集了大量的实验事实、历史证据和奇异的自然现象,但没有在某一方向上做出开创性的贡献。这也说明了培根方法论的局限性.一度，伽利略的科学思想在学会中占了上风,特别在牛顿于1671年当上会员之后，对数学的重视变得显著。但总体上，皇家学会体现了典型的英国式经验主义风格.皇家学会虽然有皇家许可证，
10、但基本上是一个民间组织。它的经费主要来自会费和富商赞助，王室并不提供津贴。不过皇家确实出资建立了一个重要的科研机构,它就是格林威治天文台。3，弗拉姆斯特德、哈雷与格林威治天文台今天我们都知道，地理经度的零度线定为通过格林威治的这部分大圆弧(即子午线）。它的历史来由得从格林威治天文台说起。确定地球的纬度相对说来是比较容易的，例如可以借助太阳光线入射角的变化，但确定经度却不那么容易,因为它要求更多更精确的天文观测。在海上贸易日益频繁的近代早期，对当地经度的测定成了极为实际的问题。许多国家的政府已经意识到经度测定的重要性。英国尤其如此,因为它的商船队正在成为当时世界上最大的船队。1714年，英国成立
11、了经度局，悬赏两万英镑，征求经度测量法。法国于1716也悬赏10万里拉,征求解决办法。格林威治天文台的设立正与此有极大关系。格林威治天文台于1675年正式成立。它是一个由皇家出资修建的科研机构,正式的领取年俸的工作人员只有一人.他就是弗拉姆斯特德,第一任皇家天文学家。弗拉姆斯特德1646年生于英国德比郡，15岁时因身体不好而被迫退学，以后依靠自学掌握了当时的数学和天文学理论。他自己制造仪器并编制星历表,并于1670年向皇家学会提交过。此后，他在自己的家乡造了一所小天文台，致力于精确测定恒星位置。1675年初，他被邀请参加一个经度测定委员会，试图通过测定月亮在恒星背景中的位置来确定大海某处的经度
12、.弗拉姆斯特德认为,当时可用的月历表和星历表太不可靠，无法据以测定经度。这使英王查理二世下决心要建一个天文台，以准确地修订月历表和星历表。台址最后确定在伦敦附近的格林威治。弗拉姆斯特德被任命为“观天家”，年薪100镑。查理二世在委任书中规定天文台的任务,是“修订行星运动表和恒星方位表，寻求确定经度的精确方法,进一步改善航海术与天文学。”弗拉姆斯特德首先想法装备自己的天文台。当时他已有了一台小型象限仪和一台六分仪以及两台时钟，但这远远不够，他还得有一台组合式的望远镜瞄准器,以及带刻度的天体角度度量装置。他既没有经费也没有助手，只有自己借钱自己动手制造。他自己制造的最好的一台仪器是一台可标140度
13、的墙仪，花了120镑和一年的功夫。弗拉姆斯特德克服了令人难以想象的困难，认真的观测、认真的计算，积累有用的数据。他对自己的工作要求很严，在未达到完善的程度之前不急于发表。牛顿等人催着他赶快公布有关的数据，认为他既是皇家天文学家，是政府官员，就有义务这样做。牛顿这样做有自己的考虑，他希望他的万有引力定律能早日得到精确天文观测的证实。弗拉姆斯特德则认为，自己为此破费了大量钱财，政府无一分补贴，因此他有权决定何时发表这些成果。两人为此闹翻了.1712年，牛顿的朋友哈雷弄到了弗拉姆斯特德的部分观测资料，未经他的同意便立即出版了。弗氏十分气愤，将大部分印刷品买下烧毁。这件事促使他加紧工作，自己出版这些数
14、据,但他没来得及将后来的一些资料付印，便于旧历1719年12月31日去世。死后出版的全部星表共3卷，是望远镜发明以来第一份完备的星历表。由于望远镜的使用，恒星定位的精度比第谷星表高6倍，包含的恒星数目近3000个，是第谷星表的3倍.弗拉姆斯特德死后，哈雷接任了格林威治天文台皇家天文学家的职位。哈雷1656年生于伦敦,从小就热爱天文学.1676年，在弗拉姆斯特德的提议下，哈雷去南半球观察恒星。此前还没有一个天文学家看到过南半球的天空.他在南大西洋的圣赫勒纳岛建立了一个天文台,经过一年过的观测,成功地测定了341颗恒星的位置。1678年回到英国时，他被誉为南方的第谷，并被选入皇家学会。由于他的鼓励
15、,牛顿写出了巨著自然哲学的数学原理.他还自己拿钱出版这本书的第一版，因此传为佳话。由于与牛顿的交往,哈雷对彗星问题发生了兴趣。当时引力定律对彗星的有效性尚不能确定。他开始系统整理1337至1698年间出现的24颗彗星的运动情况，并认真观测了1682年出现的彗星.到了1705年,他发现该彗星与1456、1531和1607年出现的彗星轨迹十分相似，它们出现的间隔正好都是75年。这使他认识到它们可能是同一颗彗星。在发表于当年哲学学报上的文章中,哈雷报告了这一发现，而且预言它将于1758年再次出现。但由于他于1742年去世，哈雷自己没能亲眼目睹该彗星的再次回归.当人们确实看到这颗彗星再次出现时,就将其
16、命名为哈雷彗星。哈雷1720年接任格林威治天文台时,弗拉姆斯特德制造的那些珍贵的观测仪器都被他的后人或债主搬走了，他只得重新装备。他在任期间,集中对月球进行观测,但成果不大。不过，他在金星凌日的观测以及据此确定太阳系大小方面，做了十分有意义的工作.他还发现，恒星实际上并非固定不变。从托勒密时代以来,至少天狼星的位置就发生了改变.4,法国：巴黎科学院与英国一样，法国的科学家和哲学家们起初也是自发聚会。巴黎的数学家费尔玛、哲学家伽桑迪和物理学家帕斯卡等人先是在修道士墨森（15881648)的修道室里，后是在行政院审查官蒙特莫尔（16001679）的家里集会,讨论自然科学问题.英国哲学家霍布斯、荷兰
17、物理学家惠更斯也参加过这里的聚会。法国国王路易十四的近臣科尔培尔向路易十四建议成立一个新的科学团体，为国家服务.1666年，巴黎科学院正式成立。与伦敦皇家学会不同，该院由国王提供经费，院士有津贴，因而官方色彩更浓一些。他们的研究分为数学(包括力学和天文学）和物理学（包括化学、植物学、解剖学和生理学)两大部分.外籍院士惠更斯将培根的思想带进了这所新成立的科学院。他领导了大量的物理学实验工作。著名物理学家马略特（16201684）的气体膨胀定律就是在这期间发现的。5，皮卡尔、卡西尼与巴黎天文台巴黎科学院的第一批天文学院士皮卡尔（16201682）是一位出色的天文观测家，是第一个将望远镜用于精确测量
18、微小角度的人。这一重大的观测技术革新使天文学步入了一个新的发展阶段。他的另一工作是测定地球的周长。1800年前,埃拉托色尼曾经利用太阳光线在地球上不同地方所投射的不同角度算出了一个周长值，皮卡尔则用恒星取代太阳作为参照物，算出地球的周长为24876英里。这个数字与今天的通用值基本接近。正是皮卡尔提出应该在科学院属下建立一个天文台的.这一动议马上被批准。天文台的建筑物1667年动工，1672年建成。在修建过程中，皮卡尔同时在搜寻人才。他看中了当时因编制木星卫星运行表而相当著名的意大利天文学家卡西尼（16251712），遂于1669年将卡西尼请到巴黎主持这里的工作。卡西尼来到巴黎天文台后,发明了一
19、种物镜与目镜相分离的无筒望远镜，并用它发现了土星的四颗新卫星.1675年，他进一步指出,惠更斯所发现的土星光环实际上是双重的，两环之间有一道缝隙。卡西尼还猜想,光环可能由无数小颗粒组成。当时的绝大多数天文学家都主张光环是固体的，但后来表明卡西尼是正确的。1672年，他发现了火星的视差，这意味着可以算出火星的距离了，而且进一步可以推算日地距离。卡西尼还想进一步观测恒星视差，但因大气折射没能成功。这使他仍然不相信哥白尼的日心学说。卡西尼的儿子、孙子和曾孙都是巴黎天文台的天文学家,而且一直统治着法国的天文学界.这种近亲繁殖产生了一些不好的影响，法国天文学的衰落可能与此有关.丹麦天文学家罗伊默（164
20、41710）在巴黎天文台工作期间，注意到木卫掩食的时间随地球的运动有所变化，这使他猜到光速可能是有限的。他注意到，正是因为地球与木星的距离发生了变化，木卫掩食通过光传播到地球上的时间也发生了变化。据此，罗伊默计算了光的传播速度为每秒227000公里.这个数值小了，但作为人类对光速的第一次测量和计算，已十分难能可贵。6,莱布尼兹与柏林科学院德国著名的哲学家莱布尼兹1646年7月1日生于莱比锡一个名门世家，他的父亲是一位哲学教授。莱布尼兹从小好学，8岁时自学拉丁文，12岁已经初步掌握,并接着学习希腊文。他一生才华横溢，在多个领域做出不同凡响的成就。他是哲学家、数学家，又是外交家和科学活动家。在数学
21、方面，他发明了二进制,并设计制造了一台计算机。这台计算机比帕斯卡的那台高级，不仅能做加减法还可以做乘除法.由于造出了这台计算机,他被皇家学会选为会员。他在数学方面最大的成就是与牛顿一样独立的发明了微积分。后来为了发明权问题，他们之间进行了一场著名的争吵。莱布尼兹从求曲线上任一点的切线问题入手发明了微分，以后又研究了微分的逆运算积分。1684年，他在德国博物学报上发表了一个简介，但未引起注意。1686年，他又在同一刊物上发表了更详细的论文：“求极大、极小和切线的新方法,也能用于分数和无理量的情形以及这个方法的一个巧妙的计算”.文中首次使用了今日通用的微分和积分符号dx，dy，等。该论文的发表引起
22、了英国方面关于微积分发明权的议论.起初双方当事人并不在意，他们都承认各自的独立发明：牛顿称自己发明时间是16651666年，莱布尼兹称自己的发明时间为1674年.但后来，英国人越来越激动，牛顿也暗中怂恿，从而闹得不可开交。他们指责莱布尼兹剽窃。莱布尼兹只好于1714年写了“微分学的历史和起源”一文，陈述了他发明微积分的历史背景。这场争论使英国和欧洲大陆之间的数学交流中断，也使英国数学的发展受到严重影响。他们固守牛顿的流数法,拒不接受莱布尼兹先进的符号体系.英国数学自牛顿以后明显落后了。1693年,莱布尼兹发现了活力守恒定律即机械能守恒定律，这是他在力学领域作出的主要贡献。建立柏林科学院是莱布尼兹鼓吹、筹划了很久的事情。早在1670年，他就在构想建立一个被称为“德国技术和科学促进学院或学会的机构。在后来的外交官生涯中，他实地考察了伦敦的皇家学会和巴黎科学院，进一步完善了他早期的构想.在他一手筹划下,柏林科学院终于在1700年历史跨入18世纪时正式成立了。莱布尼兹本人出任第一任院长。学院不仅研究数学、物理，还研究德语和文学。这种自然科学与人文科学相互关联的风格一直是德国学术传统的重要特征。
