¿Cómo se desarrolló la ciencia natural moderna?
En el siglo XIX, la investigación científica pasó gradualmente de la etapa de recolección y acumulación de materiales a la etapa de clasificación y síntesis de materiales, formulación de hipótesis y establecimiento y mejora de sistemas teóricos. Durante este período se revelaron muchas comprensiones regulares y principios importantes en diversos campos de las ciencias naturales, y la profundidad y amplitud de su expansión superó con creces la de los siglos XVII y XVIII. Cada ciencia clásica está madurando y alcanzando casi la perfección, formando un sistema de ciencias naturales preciso y confiable sin precedentes en la historia de la humanidad.
En 1637, el erudito francés Descartes (1596-165) publicó los resultados de su investigación sobre el uso de métodos algebraicos para resolver problemas geométricos y fundó la geometría analítica. Este logro traspasa los límites de las matemáticas anteriores, ilustra vívidamente que la forma y la cantidad de las cosas naturales están interrelacionadas y realiza la combinación de geometría y álgebra, es decir, la combinación de forma y número. De hecho, Descartes introdujo variables en las matemáticas, proporcionando una poderosa herramienta matemática para el estudio del movimiento y el cambio en la física, y logrando una transformación en las matemáticas. Posteriormente, el matemático alemán Leibniz (1646-1716) y el científico británico Newton (1642-1727) establecieron el cálculo respectivamente, completando una revolución en las matemáticas, haciendo posible medir y calcular variables con precisión. Leibniz inventó la notación de cálculo que ahora se usa comúnmente en el mundo. El establecimiento de la geometría analítica y el cálculo fueron los logros más importantes de las matemáticas en el siglo XVII. Desde entonces, las matemáticas han pasado de los cálculos tradicionales de constantes a un nuevo campo dominado por variables, y surgieron las "matemáticas avanzadas".
En el siglo XVIII, tras años de investigación, los matemáticos se dieron cuenta de que la geometría euclidiana tradicional era un sistema geométrico derivado de un conjunto de supuestos que no conducían a contradicciones lógicas, por lo que plantearon la hipótesis de que si existía otro conjunto de Es posible derivar otro sistema geométrico sin suposiciones que conduzcan a contradicciones lógicas. En 1854, el matemático alemán Riemann propuso una geometría no euclidiana más amplia basada en investigaciones anteriores y propuso la variabilidad de las características espaciales. La geometría de Riemann proporcionó a Einstein una importante herramienta matemática para establecer la teoría general de la relatividad.
Grandes logros en física La física clásica incluye muchos departamentos y ramas como la mecánica, la óptica, el calor, el electromagnetismo y la física molecular. En los siglos XVII y XVIII sólo maduró la mecánica clásica. En el siglo XIX, varias ramas de la física clásica habían logrado grandes avances y el sistema científico había madurado.
En 1687, Newton publicó su obra maestra científica "Principios matemáticos de la filosofía natural". Este libro es la obra representativa más importante de las ciencias naturales de este período y abarca muchos campos de las ciencias naturales, pero el más importante es la mecánica. En este libro, Newton propuso las tres leyes del movimiento mecánico de los objetos y la ley de la gravitación universal. Estas leyes formaron un sistema unificado que resumía en una teoría el movimiento de los objetos en el cielo y en la tierra. Estas teorías mecánicas propuestas por Newton se denominan sistemas mecánicos newtonianos y su establecimiento se convirtió en un símbolo de la formación de la ciencia moderna. Este es el primer resumen teórico y síntesis de las leyes naturales en la historia de la comprensión humana. Newton hizo muchas contribuciones a la ciencia. También descubrió el espectro de la luz solar, inventó el telescopio reflector y promovió el desarrollo de la investigación óptica.
Las tres leyes del movimiento mecánico de los objetos de Newton incluyen la ley de inercia, la ley de aceleración y la ley de acción y reacción. En pocas palabras, la ley de la inercia significa que todo objeto, a menos que actúe sobre él una fuerza externa, siempre permanece en reposo o se mueve en línea recta con una velocidad uniforme; la ley de la aceleración significa que la aceleración de un objeto es proporcional a la velocidad; fuerza; la ley de acción y reacción significa que la fuerza de acción y las fuerzas de reacción son siempre iguales en magnitud y opuestas en dirección. La llamada ley de gravitación universal significa que cada partícula de materia en el universo atrae a todas las demás partículas. La fuerza de atracción entre ellas es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas y proporcional al producto de sus masas.
Newton dejó pasar la luz del sol a través de un prisma y reflejó los colores del arco iris, apareciendo como rojo, naranja, amarillo y verde. Una cinta de siete colores: cian, azul y violeta; coloque un prisma en este espectro de colores y los colores del arco iris volverán instantáneamente a luz blanca. Este descubrimiento allanó el camino para la creación de la espectroscopia.
El poder de la ciencia reside en la predicción. En 1846, el astrónomo francés Levi utilizó la teoría mecánica clásica para calcular la posible posición de un planeta desconocido. El astrónomo alemán Galle organizó inmediatamente observaciones basadas en el resultado de este cálculo y descubrió Neptuno, demostrando la exactitud de la mecánica clásica.
A principios del siglo XVII, el inglés Gilbert descubrió las propiedades de los imanes naturales e introdujo la palabra "electricidad" en inglés. Pero la electricidad y el magnetismo se han considerado durante mucho tiempo como dos fenómenos no relacionados. No fue hasta principios del siglo XIX, cuando el profesor danés Oersted observó la rotación de una aguja magnética cerca de un cable cargado, que la gente se dio cuenta de que existía una cierta conexión entre la electricidad y el magnetismo. En la década de 1930, el científico británico Faraday demostró mediante experimentos que cuando un conductor se mueve en un campo magnético, puede generar corriente eléctrica y la energía mecánica se puede convertir en energía eléctrica. Posteriormente, basándose en un resumen de investigaciones anteriores, Maxwell combinó la investigación sobre la electricidad, el magnetismo y la luz para establecer la teoría de las ondas electromagnéticas de la luz. En 1873, el científico británico Maxwell publicó el libro "Teoría general del electromagnetismo", que estableció el marco básico de la teoría electromagnética. El descubrimiento de la inducción electromagnética fue un logro brillante del electromagnetismo en el siglo XIX. Permitió fabricar generadores y luego motores eléctricos, abriendo así una nueva era de la vida humana: la era eléctrica. La teoría del campo electromagnético es un gran salto en la historia de la comprensión científica y marca el pináculo de la teoría física clásica. Por lo tanto, Maxwell también es conocido como "el mayor físico matemático después de Newton".
En 1895, el físico alemán Röntgen descubrió accidentalmente un rayo muy penetrante mientras realizaba experimentos. Debido a que en ese momento se desconocía la naturaleza de este rayo, Roentgen lo llamó temporalmente rayos X. Los rayos X pueden penetrar la carne y ver a través de los huesos, y se utilizan ampliamente en tratamientos médicos. Unos años más tarde, los científicos Curie y su esposa descubrieron elementos radiactivos como el polonio y el radio en Francia. Marie Curie (1867-1934) utilizó por primera vez la palabra "radiactividad" en su artículo. Sobre esta base, el científico británico Rutherford y otros descubrieron mediante investigaciones que, si bien los átomos radiactivos emiten rayos y energía por sí mismos, se desintegran en otro tipo de átomo radiactivo hasta convertirse en átomos estables. Al mismo tiempo, los científicos también descubrieron la existencia de electrones durante el proceso de investigación, rompiendo el concepto tradicional de que "los átomos son indivisibles". El descubrimiento de los rayos X, la radiactividad y los electrones abrió un maravilloso mundo microscópico para las personas.
Desde finales de 2018 hasta principios de 2019, la gente ha descubierto muchos ejemplos de la transformación mutua de diferentes formas materiales. Esto muestra que debe haber alguna conexión interna entre algunas formas diferentes de movimiento material. El médico alemán Meyer (1814-1878) se dio cuenta, desde la perspectiva del metabolismo humano, de que la entrada y salida de energía en los organismos vivos están equilibradas. Al igual que la energía mecánica, la energía química contenida en los alimentos se puede convertir en energía térmica. Meyer fue el primero en publicar las leyes de conservación y transformación de la energía. Luego, el físico aficionado británico Joel (1818-1889) tomó la iniciativa de establecer las leyes de conservación y conversión de energía mediante experimentos científicos. En 1847, el físico alemán Helmholtz (1821-1894) elaboró sistemática y rigurosamente el principio de conservación y conversión de energía y expresó matemáticamente esta ley. En la década de 1960, la comunidad científica reconoció las leyes de conservación y transformación de la energía.
Esta ley muestra que varias formas de energía en la naturaleza, como la energía mecánica, la energía térmica, la energía electromagnética, la energía química, la energía atómica, etc. descubiertas en el siglo XX, se pueden convertir entre sí según a relaciones de equivalencia fijas bajo ciertas condiciones. Durante el proceso de transformación, la energía no se puede crear ni destruir de la nada. Las leyes de conservación y transformación de la energía no sólo proporcionan una base teórica para mejorar la eficiencia mecánica, sino que también proporcionan pruebas científicas de proposiciones filosóficas como el principio de inmortalidad del movimiento material y la unidad de las formas de movimiento. Por ello, Engels lo llamó el primero de los tres grandes descubrimientos de las ciencias naturales del siglo XIX.
El desarrollo de la química En la segunda mitad del siglo XVII, el científico británico Boyle propuso por primera vez el concepto científico de elementos químicos y abogó por los experimentos científicos como método básico de investigación química, convirtiéndose en el fundador de la química moderna. .
En los siglos XVII y XVIII, debido a la extendida teoría del flogisto en la comunidad científica, la gente no logró revelar la naturaleza de los fenómenos de combustión durante mucho tiempo. A finales de 18, el científico francés Lavoisier señaló el error de la "teoría del flogisto" y señaló claramente que no existe el flogisto, indicando que la combustión es el proceso de combinar sustancias en combustión con el oxígeno del aire. La teoría de la combustión y la oxidación es un salto revolucionario en la química moderna. A partir de entonces, la investigación química siguió el camino correcto y en el siglo XIX se consiguieron una serie de grandes logros. Lavoisier también fue el primero en proponer la ley de conservación de la energía mediante reacciones químicas.
En 1803, el científico francés Dalton publicó su teoría atómica, señalando que los elementos químicos están compuestos por átomos muy pequeños, indivisibles e inmutables en la naturaleza; los átomos de diferentes elementos varían en forma y masa; En la naturaleza, el peso atómico es la característica básica de varios elementos. Los átomos de diferentes elementos se combinan en proporciones numéricas simples para formar compuestos. La teoría atómica explicó las conexiones intrínsecas entre diversos fenómenos químicos y leyes químicas, y pronto se convirtió en la teoría unificada de la investigación química en ese momento, creando así una nueva era de la química moderna. En 1811, el científico italiano Avogadro propuso el concepto de molécula, creyendo que las moléculas de sustancias simples están compuestas por átomos del mismo elemento, mientras que las moléculas de compuestos están compuestas por átomos de diferentes elementos.
Desde que Boyle propuso el concepto de elementos químicos y Lavoisier conocía el oxígeno, la gente se ha interesado cada vez más en encontrar elementos. ¿Cuántos elementos hay en la Tierra? ¿Cuál es la conexión entre ellos? Estas preguntas atraen a la gente a seguir pensando. En 1869, el químico ruso Mendeleev propuso que existe una ley periódica de cambio entre las propiedades de los elementos y sus pesos atómicos, que más tarde se conoció como ley periódica de los elementos. Mendeleev también creó la primera tabla periódica de elementos químicos, en la que enumeró todos los elementos conocidos en ese momento y predijo seis elementos desconocidos y sus propiedades. Estas predicciones científicas fueron rápidamente confirmadas por experimentos. El descubrimiento de la ley periódica de los elementos sentó las bases de la química inorgánica. Explique que los elementos en la naturaleza no existen de forma aislada, sino que son una unidad con conexiones internas.
Nobel es un famoso químico, ingeniero e industrial sueco. Su aportación científica radica principalmente en el desarrollo de explosivos. 65438 En las décadas de 1960 y 1970, Nobel hizo grandes avances en la investigación de explosivos y detonadores relacionados con los explosivos, creó explosivos que eran más seguros de usar y más potentes y obtuvo una serie de patentes. Nobel utilizó sus patentes para construir muchas fábricas de explosivos en toda Europa, también invirtió en campos petroleros y ganó una enorme riqueza. Cuando Nobel murió en Italia en 1896, su testamento pedía el establecimiento de un fondo para la mayor parte de su patrimonio para recompensar a quienes hubieran hecho contribuciones destacadas a la ciencia y la paz. En 1900 se concedió por primera vez el Premio Nobel. Los premios Nobel se dividen en premios de física, química, biología, medicina, literatura y paz; el premio de economía se creó en 1969. El Premio Nobel es actualmente el premio más famoso del mundo y desempeña un papel positivo en la promoción del progreso científico y la paz humana.
Grandes avances en biología En 1628, el médico británico Harvey publicó la teoría de la circulación sanguínea basada en un gran número de hechos, sentando las bases de la fisiología moderna. Desde 65438 hasta la década de 1930, el científico sueco Linneo formuló la clasificación de animales y plantas sobre la base de resumir los logros de sus predecesores y estableció el sistema de clasificación de "Reino → Clase → Orden → Género → Especie", que rápidamente se generalizó. aceptación en el mundo académico.
En los más de 100 años transcurridos desde que el científico británico Hooke descubrió las células por primera vez en 1665, la comprensión de las células por parte de la gente no ha avanzado mucho. En 1838, el botánico alemán Schleiden publicó un artículo en el que afirmaba que las células son la unidad básica de todas las estructuras vegetales y que el proceso de desarrollo de las plantas es el proceso de formación de nuevas células. En 1839, el zoólogo alemán Wang Shi amplió las opiniones de Schleiden al reino animal, estableciendo así formalmente una teoría celular completa. Ya en el siglo XVII, el biólogo holandés Levon Hooke observó con un microscopio diversos microorganismos y publicó el primer mapa bacteriano. Este descubrimiento abre un nuevo campo de investigación biológica. Pero en la primera mitad del siglo XIX, la gente todavía no podía explicar cómo surgieron los microorganismos. En 1860, el bioquímico francés Pasteur demostró que los nutrientes no pueden producir microorganismos de forma natural y que la vida sólo puede reproducirse mediante vida. Este descubrimiento sentó las bases de la microbiología.
A principios del siglo XIX, el naturalista francés Lamarck propuso por primera vez la visión de la evolución biológica, lo que desencadenó un intenso y prolongado debate. Del 65438 al 0859 se publicó el libro "El origen de las especies", escrito por el biólogo británico Darwin después de más de 20 años de investigación. Darwin creía que muchos descendientes nacidos de sus madres biológicas luchaban por conseguir las condiciones necesarias para sobrevivir. Muchas generaciones futuras no serán absolutamente iguales. Entre ellas, las mejores especies ganan en la competición por la supervivencia, mientras que otras son eliminadas. Esta es la supervivencia del más fuerte. Darwin creía que la variación y la selección natural eran los principales factores en el origen de nuevas especies. La publicación de "El origen de las especies" marcó el nacimiento de la teoría de la evolución biológica. En 1871, Darwin publicó "El origen del hombre", afirmando claramente que los antepasados humanos están relacionados con los gorilas y los chimpancés. La teoría de la evolución biológica de Darwin sacudió por completo el concepto de la creación del hombre por Dios e introdujo los conceptos de "cambio" y "desarrollo" en el campo científico. No sólo provocó una revolución en la biología y la antropología, sino que también afectó a la sociología y la historia. creando el darwinismo social.
65438 Años 60. El austriaco Mendel fue el primero en elaborar los fenómenos genéticos regulares en el mundo biológico. Hace unos 1910 años, el biólogo estadounidense Morgan estableció la teoría de la herencia genética después de años de investigación. Según la teoría de la herencia genética, los cromosomas son los portadores materiales de los genes, y los genes están dispuestos en línea recta en los cromosomas. Los genes de diferentes cromosomas se pueden combinar libremente, pero los genes del mismo cromosoma no se pueden combinar libremente y las leyes; Se debe seguir el principio de herencia vinculada.
Mendel fue el fundador de la genética moderna, y su principal aportación fue el establecimiento de las leyes de Mendel. Las leyes de Mendel, incluido el fenómeno de la segregación y la ley de distribución independiente, indican que cada rasgo de un organismo se transmite por un factor genético y no se hereda un rasgo específico. Este es el factor genético. En 1909, un genetista holandés utilizó la palabra "gen" para expresar lo que Mendel llamó "factor hereditario". Desde entonces, el concepto de "gen" ha sido aceptado y utilizado gradualmente por los biólogos.
Nuevos avances en astronomía En 1755, el filósofo alemán Kant propuso la "teoría de la nebulosa" para explicar la formación y el movimiento del sistema solar. Posteriormente, el científico francés Laplace también propuso una hipótesis similar y la demostró utilizando. métodos matemáticos. La teoría de la Nebulosa de Kant-Laplace considera la formación del sistema solar como la historia y el proceso de desarrollo del mundo material mismo. Los astrónomos también descubrieron Urano y Neptuno en los siglos XVIII y XIX, mejorando aún más su comprensión del sistema solar.
En el siglo XVIII, el astrónomo británico W. Herschel propuso el concepto de Vía Láctea, creyendo que la Vía Láctea está compuesta por una capa de estrellas, con forma de lente con grietas en el borde, y que el sol está situado en la Vía Láctea. En la primera mitad del siglo XIX, su hijo J. Herschel publicó el "Esbozo de astronomía", que finalmente estableció el concepto de Vía Láctea.