定义与体系

文章信息: 作者： kaiwu; 日期：2023年3月27日; 点击数：666

听了得到app，吴军.科技科技史纲60讲 23 | 牛顿“牛”在哪？

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这里我们先说说牛顿在科学上的主要贡献，我将它们总结为这样几方面：

在数学上发现二项式定理，与莱布尼茨分别独立发明微积分；

在物理学上，奠定了经典力学的基础，定义了许多物理量，提出了力学三定律和万有引力定律；

在光学上，提出了光的粒子说，发现了光谱，发明了牛顿望远镜；

在天文学上，利用经典力学和微积分，构建了当时最准确的天体运动模型；

在化学上，通过对炼金术的研究，提出了原子论的原型，以及朴素的物质不灭定律的构想。

当然，牛顿最了不起的不在于发现了那么多的知识点，而在于构建起很多庞大的学科体系。我们在介绍牛津大学第一任校长格罗斯泰斯特的贡献时讲过，这位杰出的教育家对大学贡献的关键在于他让高等教育变得具有系统性了。因此，能够建立起系统性学科的人当然非常牛。

在物理学上，牛顿之前的人类虽然也掌握了很多力学和光学知识，但都是零星的知识点，经验的总结，不成体系，有些结论甚至和非科学的没有什么区别，是牛顿完成了它们科学化的过程。建立一个学科体系，首要的任务则是定义清楚各种基本的概念。

在牛顿之前，那些最基本的物理学概念，包括质量和力，都没有清晰的定义，甚至是相混淆的，比如人们搞不清楚力、惯性和动能的区别，质量和重量的区别，速度和加速度的区别。这些概念可能你在中学时也区分了很久才搞清楚，更不要说几百年前的人了。

牛顿定义了经典物理学中的这些最基本的概念，然后在此基础上，才提出了力学三定律，进而搭建起整个物理学的大厦。牛顿的工作重现了当年欧几里得构建公理化几何学的过程，再次向世人展示了构建一个学科体系的方法。在牛顿之后，各门自然科学都开始从知识点向体系化发展了。

在牛顿之前，几乎所有的科学发现都需要先观察到现象，才能发现规律，在牛顿之后，很多发现则是先通过理论的推导，预测可能观察到的结果，然后再通过实验证实。

牛顿的贡献还不止于此，他在思想领域最大的成就是将数学、物理学和天文学三个原本孤立的知识体系，通过物质的机械运动统一起来。因此，牛顿和当时其他科学家们一起，确立了一种新的世界观，就是机械论。

诗人亚历山大·波普在拜谒牛顿墓时写下了这样一句著名的诗句，“自然和自然律隐没在黑暗中；神说，让牛顿去吧！万物遂成光明”。这其实就反映出人类在牛顿之前和之后对世界态度的变化，在那之后，人类不再觉得自己身处不可知的黑暗了。

从历史的必然性来看，牛顿的出现不是偶然的，与他同时代的英国出现了一大批顶级科学家，包括胡克（弹性定律的提出者）、哈雷、波义耳和惠更斯（生活在英国的荷兰人，牛顿选定的继承人）等人。哈雷和胡克等人其实也注意到了行星围绕太阳运动需要一种向心力，即来自太阳的引力，只是这些人没有能力完成理论的建立罢了。不过，如果没有牛顿，可能用不了多久，也会有科学家发现万有引力定律。事实上，哈雷参与了牛顿《原理》一书的出版，并且是该书第一版的出资人。这些事实说明了科技发展的必然性。

从历史的偶然性来看，牛顿非常幸运，用法国大数学家拉格朗日的话讲，“牛顿是那么地幸运，因为发现并建立一个宇宙系统的机会只能有一次”。因此牛顿可以讲是生逢其时。在牛顿之后，世界上还有很多伟大的科学家出现，但是以一己之力构建多门学科大厦的机会不会再有了。

以下是本站补充的图片及网址连接。

艾萨克·牛顿（Isaac Newton）

https://baike.baidu.com/item/%E8%89%BE%E8%90%A8%E5%85%8B%C2%B7%E7%89%9B%E9%A1%BF

https://plato.stanford.edu/entries/newton/

https://www.britannica.com/summary/Isaac-Newton

https://www.history.com/topics/inventions/isaac-newton

https://thefactfile.org/isaac-newton-facts/

图片来自https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/e61190ef76c6a7ef52c37f61f3faaf51f2de6694

https://www.ideaedu.org/idea-notes-on-learning/gaining-a-basic-understanding-of-the-subject/

The foundations of any discipline are its definition, knowledge base, terminology, structure, methodology, and epistemology. As we move from basic knowledge to the complex organization and hierarchies of information in the disciplines, we parallel the levels of Bloom’s cognitive taxonomy (1): knowledge, comprehension, application, analysis, synthesis, and evaluation.

Frohlich, M. (2001). Spiritual Discipline, Discipline of Spirituality: Revisiting Questions of Definition and Method. Spiritus: A Journal of Christian Spirituality, 1(1), 65–78.
Heggart, K. (2016, May 1). How Important is Subject Matter Knowledge for a Teacher? Edutopia. https://www.edutopia.org/discussion/how-important-subject-matter-knowledge-teacher
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Theall, M., Wager, W., & Svinicki, M. (2016, October 18). Gaining A Basic Understanding of the Subject | IDEA. https://www.ideaedu.org/idea/idea-notes-on-learning/gaining-a-basic-understanding-of-the-subject/

听了得到app，吴军.科技科技史纲60讲 24 | 现代化学：如何从炼金术演化而来

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最早从炼金术士转变为化学家的，要算德国商人波兰特了。1669年，他试图从人体的尿液中提取出黄金，这可能因为它们都是黄色的缘故，于是抱着发财的目的，用尿液做了大量实验，结果意外地发现了白磷。其他的炼金术士们听到这个消息后百般打探消息，但是波兰特的保密工作做得很好，在接下来的好几年里大家对提炼磷的细节过程毫无知晓。要知道，当时很多炼金师们为了保护自己的配方，甚至会用密码来书写。

后来德国科学家孔克尔多方打听，探知这种发磷光的物质是从尿液中提取出来的，于是他也开始做类似的实验，并且在1678年成功地提取出白磷。几乎同时，英国的科学家波义耳也用相近的方法制作出了磷。

这个提取磷的方法就传播开来了，后来，波义耳的学生通过制作白磷发了财。磷的发现，标志着从炼金术到化学的第一个转折，因为不同的人用类似的方法得到了同样的结果，从此让一个新物质的发明过程变得可以验证，这一点很重要。

在从炼金术到化学过渡的这个过程中，起了最大作用的是著名科学家安托万·拉瓦锡，他在化学界的地位堪比牛顿在物理学的地位。拉瓦锡是法国末代王朝的贵族，从来不缺钱，他做化学实验只是为了探索自然的奥秘，而不是为了赚钱。拉瓦锡一生的贡献很多，最大的贡献是以下四个：

1.确认氧是一种化学元素（oxygen一词就是拉瓦锡创造的），并且提出了氧气助燃的学说；
2.证实并确立了质量守恒定律；
3.联合其他科学家制定了今天使用的化学物质的命名法；
4.制定今天广泛使用的公制度量衡。

这里面任何一项都足以让人名垂青史，相比结果，他取得每一项成就的过程，对科学的发展都更为重要。

在拉瓦锡之前，学术界普遍认为一些物质能够燃烧，是因为其中具有所谓的“燃素”，燃烧的过程就是物质释放燃素的过程。但是人们还发现，给炉子鼓风火就能烧得更旺，把油灯的罩子盖严灯就会灭，当时的人们感觉没空气不行，但并不知道是空气中的氧气在助燃。

最早发现氧气能够助燃的其实是英国科学家普利斯特里。1774年，他在加热氧化汞时，得到一种气体，这种气体不仅能使火焰燃烧得更明亮，还能帮助呼吸。遗憾的是，燃素学说在普利斯特里脑子里根深蒂固，因此他没有得出有用的结论。后来普利斯特里到了法国，向拉瓦锡介绍了自己的实验，拉瓦锡重复了他的实验，得到了相同的结果。

但是拉瓦锡不相信燃素说的解释，因为他通过定量分析和逻辑推理发现了燃素说的逻辑破绽：如果燃烧是因为物质中的燃素造成的，那么燃烧之后，灰烬的质量应该减少，而事实上，燃烧的生成物的质量是增加的，这说明一定有新的东西加入到了燃烧的产物中。

拉瓦锡在实验中有一个信条：“必须用天平进行精确测定来确定真理。”正是依靠严格测量反应物前后的质量，他才确认了在燃烧的过程中，空气中的一种气体加入了进来，而不是所谓燃素分解掉了。此外这件事再次说明，逻辑推理对于科研很重要。

拉瓦锡所有的研究工作，都遵循一种科学的方法，这种方法由笛卡尔概括成四个步骤：

1理性批判：不接受任何自己不清楚的真理。对一个命题要根据自己的判断，确定有无可疑之处，任何有可疑之处的命题都不会是真理。
2化繁为简，化整为零：对于复杂的问题，尽量分解为多个简单的小问题来研究，一个一个地分开解决。
3先易后难：在解决上述小问题时，应该按照先易后难的次序，逐步解决。
4归纳综合：解决每个小问题之后，再综合起来。看看是否彻底解决了原来的问题。