法国科学院成立于1666年维基媒体共享

探索科学作为一种获取世界知识的新方式出现的时代。

介绍

在此之前，欧洲人对自然的理解依赖于两个主要来源。一个是圣经和宗教教义。另一个是古典思想家的作品，例如哲学家亚里士多德的作品。

在科学革命期间，科学家们挑战了关于自然的传统教义。他们提出了新的问题，并以新的方式回答了这些问题。像望远镜这样的发明向他们展示了一个前所未有的宇宙。仔细的观察也揭示了公认的关于物理世界的观念中的错误。

亚里士多德对坠落物体的描述就是一个很好的例子。亚里士多德说过，较重的物体比较轻的物体更快地落地。这个想法似乎是合乎逻辑的，但意大利科学家伽利略对此提出了质疑。

根据他的第一位传记作者的说法，伽利略在他任教的比萨市进行了一次演示。他从城市的斜塔上扔下了两个不同重量的球。这一结果震惊了大批学生和教授。他们预计较重的球会先落地。相反，两个球同时落地。

伽利略的论证是科学方法的应用。正如你将学到的，科学方法使用逻辑和观察来帮助人们了解自然世界。

像伽利略这样的思想家诞生了现代科学。

科学革命的根源

Lysippos于公元前330年创作的希腊亚里士多德青铜半身像的大理石罗马复制品，带有现代雪花石膏斗篷/照片由Jastrow、Museo nazionale romano di palazzo Altemps、Wikimedia Commons拍摄

自古以来，人类就提出关于自然的问题。16世纪、17世纪和18世纪的科学革命有什么不同？是什么因素促成了它？

在中世纪，两个主要来源引导了大多数欧洲人对自然世界的思考。第一本是《圣经》。对基督徒来说，圣经是上帝的话语。那么，《圣经》似乎对自然所说的一切，都必须是真实的。

第二个来源是亚里士多德的教义。这位希腊哲学家在公元前300年代就写过关于逻辑的文章。在中世纪晚期，像托马斯·阿奎那这样的哲学家将亚里士多德的思想与基督教信仰相结合。阿奎那认为理性或逻辑思维可以用来支持基督教信仰。例如，他认为上帝的存在可以通过理性来证明。

文艺复兴时期，许多思想家开始质疑早期思想家的结论。例如，文艺复兴时期的学者重新发现了古希腊和罗马的文化。穆斯林世界的阿拉伯、基督教和犹太学者翻译了许多经典著作。他们还在医学、天文学和数学等领域取得了自己的进步。

从这些学者的著作中，欧洲人了解到了更多种类的思想。许多欧洲哲学家受到希腊理性主义的影响。这是一种信念，即理性或逻辑思维可以用来发现世界的基本真理。文艺复兴时期的思想家也直接观察自然。文艺复兴时期的医生维萨利乌斯解剖尸体，以检验古代关于尸体的观念。对理性和观察的信任成为现代科学的重要组成部分。

探索时代也促进了科学的发展。例如，在公元前2世纪，托勒密曾说过只有三大洲：欧洲、非洲和亚洲。访问美洲的探险家们证明他错了。这些发现鼓励欧洲人质疑现有的知识。

渐渐地，科学家们开发了一种探索大自然奥秘的新方法。他们的工作带来了许多引人注目的发现。

科学方法

此图将科学方法描述为一个不断改进的循环/迭代过程。/维基媒体共享

科学革命的一个重要成果是科学方法的发展。影响这一发展的两位哲学家是弗朗西斯·培根和勒内·笛卡尔。

弗朗西斯·培根1561年出生于英国。培根不信任中世纪的许多传统学问。他说，人们只有在头脑中摆脱错误的信念，才能获得知识。他概述了一种依靠密切观察的科学调查方法。

勒内·笛卡尔1596年出生于法国。笛卡尔推崇逻辑和数学。他说，为了获得确定的知识，人们应该怀疑每一句话，直到逻辑证明它是真的。笛卡尔也认为物理宇宙服从普遍的数学定律。

这些想法有助于创造一种新的科学方法。随着时间的推移，科学家们将这种方法发展成了科学方法。

科学方法结合了逻辑、数学和观察。它有五个基本步骤：

科学家陈述一个问题。

科学家形成了一个可能解释这个问题的假设。

这位科学家设计并进行了一项实验来验证这一假设。

科学家测量实验产生的数据或信息，并记录结果。

科学家分析数据以确定这个假设是否正确。

伽利略用坠落物体进行的演示表明了这种方法是如何工作的。伽利略想知道不同重量的物体是否以相同的速度下落。他提出了一个假设，他们确实这样做了。然后，他设计并进行了一个实验来验证他的假设。他从同一高度把一个重球和一个轻球一起扔下一座塔，看到它们同时落下。这个结果表明他的假设是正确的。

科学家至今仍在使用这一基本方法。科学方法的一个优点是，任何受过训练的科学家都可以重复别人所做的事情。通过这种方式，科学家们可以检验彼此的想法。

在某种程度上，科学方法的传播标志着与过去的决裂。越来越少的人向传统权威寻求科学问题的答案。但这并不意味着他们抛弃了所有旧的信仰。例如，笛卡尔和牛顿等思想家都信奉宗教。对许多人来说，科学是更好地理解上帝创造的世界的一种方式。

哥白尼与开普勒：新的宇宙观

哥白尼/托伦地区博物馆的“托伦肖像”（匿名，约1580年），维基共享

科学革命始于波兰天文学家尼古拉斯·哥白尼的工作。他的工作带来了一种新的宇宙观。

近两千年来，大多数人认为地球是宇宙的中心。根据这个地心理论，太阳、恒星和行星——所有被认为是宇宙的东西——都围绕着静止的地球运行。亚里士多德教授了这一理论。《圣经》似乎也支持这一观点。在一个圣经故事中，上帝阻止太阳在天空中移动。地心说似乎也很有道理。毕竟，太阳和恒星看起来确实像是绕地球运行。

亚里士多德还教导说，所有的天体都是绕圈子运动的。不幸的是，这种信念使人们很难解释观测到的行星运动，如火星和木星。公元前2世纪，托勒密创造了一个复杂的理论来解释这一点。

包括穆斯林科学家在内的古代和中世纪作家都指出了托勒密理论的问题。在15世纪初，哥白尼解决了这些问题。利用观察和数学，他提出了一个非常不同的想法。根据他的日心说，地球和其他行星围绕太阳运行。太阳在这个太阳系的中心。地球也每24小时自转一次。这一转变解释了为什么天体似乎在地球周围运动。

和托勒密一样，哥白尼也很难准确地预测行星的运动。尽管如此，他认为自己的理论比托勒密的更简单、更令人满意。1543年，他出版了一本书，描述了他的想法。这本书说服的人很少。一些教会官员和科学家对此进行了攻击。

一位不知名艺术家的开普勒肖像，1610/维基共享

然后，在17世纪初，德国科学家约翰内斯·开普勒对哥白尼的理论进行了扩展。在研究了详细的观测结果后，开普勒发现这些行星的轨道是椭圆形的，而不是圆形的。凭借这一洞察力，他写出了精确的数学定律来描述行星围绕太阳的运动。

开普勒定律与实际观测非常吻合。这个协议证明了哥白尼理论是正确的。一旦这一理论站稳脚跟，人们就再也不会对地球在宇宙中的地位持有同样的看法。

伽利略与哥白尼理论

概述

伽利略与约翰内斯·开普勒生活在同一时期。伽利略探索了许多问题。他对运动问题特别感兴趣。正如你所读到的，他推翻了亚里士多德的理论，即重物比重物落得更快。他对运动也有其他发现。例如，他用数学来描述投射物或被投掷或射击的物体的路径。

伽利略最大的发现出现在他把好奇心转向天空的时候。他在那里学到的东西使他成为哥白尼理论的拥护者。

伽利略的发现 

1636年朱斯特斯·苏斯特曼斯的伽利略肖像/国家海事博物馆，维基媒体共享

1609年，伽利略从荷兰听说了一项发明：望远镜。望远镜使用玻璃透镜使远处的物体看起来更近。

伽利略决定建造自己的望远镜。他发现了望远镜是如何工作的。他学会了如何研磨镜片玻璃。很快，他开始建造越来越多的强大望远镜。

伽利略开始用望远镜研究天空。他看到了以前没人见过的东西。他看到月球表面粗糙不平。他发现了四颗围绕木星旋转的卫星。

伽利略还观测了金星。在肉眼看来，金星看起来像一颗明亮的恒星。伽利略看到了一些新的东西。你从月球上看就知道它是有相位的。它呈现出不同的形状，从细长的一条到满月。伽利略用他的望远镜可以看到金星也经过了相位。有时它是明亮的，而在其他时候它是部分黑暗。

伽利略的发现与传统的宇宙观相矛盾。例如，亚里士多德曾教导过月球是完全光滑的。伽利略发现事实并非如此。亚里士多德说过地球是宇宙中唯一的运动中心。伽利略看到卫星围绕木星运行。亚里士多德认为金星和其他行星环绕地球运行。伽利略意识到金星的相位意味着它绕太阳运行。

与教会的冲突

伽利略的发现支持了哥白尼日心说，并使他与天主教会发生了激烈的冲突。教会领袖认为哥白尼的理论是错误和危险的。对他们来说，地球处于宇宙中心的想法是他们整个宗教信仰体系的一部分。

教会官员担心，对地心理论的攻击可能会导致人们怀疑教会的教义。1616年，天主教会警告伽利略不要教授哥白尼学说。

伽利略拒绝沉默。1632年，他出版了一本名为《关于两个主要世界体系的对话》的书。这本书描述了一场关于托勒密和哥白尼理论的假想对话。伽利略没有公开表态，但这本书确实是哥白尼理论的一个巧妙论据。那个拥护地心学说的人被描绘成愚蠢的人。那个相信日心说是合乎逻辑和令人信服的。

伽利略的对话引起了轩然大波。1633年，教皇将伽利略召至罗马，面对被称为宗教裁判所的天主教法庭。

在伽利略的审判中，教会领袖指控他为异端。他们要求他承认自己的错误。起初伽利略拒绝了。最后，法庭强迫他发誓地心说是真的。他被禁止再次写关于哥白尼理论的文章。

伽利略的影响

然而，教会的反对并不能阻止伽利略思想的传播。欧洲各地的科学家阅读了他的《对话》。这本书帮助许多人皈依了哥白尼理论。

伽利略对运动的研究也推动了科学革命。和开普勒一样，他用观测和数学来解决科学问题。伽利略的运动理论描述了物体在地球上的运动方式。开普勒定律描述了行星的运动。你将遇到的下一位科学家将这些想法统一为一个伟大的理论。

艾萨克·牛顿与引力定律

Godfrey Kneller的《46岁的牛顿肖像》，1689/剑桥大学数学科学研究所，维基共享

1642年，艾萨克·牛顿出生于英国，同年伽利略去世。牛顿是一位杰出的科学家和数学家。他最大的发现是引力定律。

在后来的生活中，牛顿讲述了一个关于他的发现的故事。他试图弄清楚是什么让月球在绕地球的轨道上运行。既然月球在运动，为什么它不直线飞向太空？然后牛顿看到一个苹果从树上掉下来，掉到了地上。牛顿意识到，当物体坠落时，它们会朝着地球中心坠落。他想知道，把苹果拉到地上的力是否也在拉月亮。不同的是，月球离得很远，牛顿推断那里的力较弱。它的强度刚好足以将月球的运动弯曲成绕地球的椭圆形轨道。

这是牛顿的真知灼见。一个力解释了地球上苹果的下落，以及天体的运动。牛顿称这种力为引力。

牛顿用一个简单的公式阐述了引力定律。他说，所有的物理物体之间都有吸引力。力的强度取决于物体的质量和它们之间的距离。质量是衡量物体中物质含量的指标。例如，月球和地球相互拉扯。在太空的某个时刻，这些“拖船”相互抵消。结果是月球被困在绕地球的轨道上。相比之下，与地球相比，苹果的质量很小，而且离地球很近，所以重力会把它拉向地球中心。

1687年，牛顿出版了一本名为《原理》的书。这本书介绍了重力定律。它还描述了三个运动定律。牛顿定律为早期科学家的观察提供了解释。例如，其他人已经证明行星是围绕太阳运动的。牛顿定律解释了原因。正如引力使月球绕地球运行一样，它也使行星绕太阳运行。

牛顿定律极大地改变了人们对宇宙的看法。许多人开始将宇宙视为一台设计精美的机器。有人把它比作一个建造精良的时钟。人们只需要发现它是如何运作的。

关键发明

科学革命促使人们发明了研究世界的新工具。这些工具，如望远镜，帮助科学家发现新的事实，并更准确地测量数据。

#热点引擎计划#显微镜

科学家们用显微镜使小物体看起来更大。这种显微镜是荷兰透镜制造商在15世纪末发明的。17世纪中期，荷兰人Antonie van Leeuwenhoek（列文虎克）设计了自己的强大显微镜。他成为第一个看到细菌的人。列文虎克惊讶地发现了一个微小的生物世界。他惊呼道：“生活在我们荷兰的所有人都不如我今天嘴里叼着的活动物多！”

气压计 

这一时期开发的另一个重要工具是气压计。气压计测量大气压力的变化。Evangelista Torricelli（tawr-ih-CHEL-ee）在1640年代发明了气压计。他用一种叫做汞的液态金属填充了一个玻璃管。然后他把管子倒过来放在盘子里。

在接下来的几天里，托里切利一直在看电视。他看到水银柱的高度并没有保持不变。汞柱随着大气压力的变化而上下移动。气压计很快被证明是研究和预测天气的宝贵工具。

温度计

伽利略很可能制造了第一个温度计。然而，在18世纪初，德国科学家Daniel Gabriel Fahrenheit使温度计更加准确。他把水银放在一个玻璃管里。随着水银温度的升高，它膨胀并上升到管子上。水银柱的高度提供了一个温度的量度。华氏还设计了一个新的温标。在美国，我们仍然使用华氏度来测量温度。