美國科學(xué)技術(shù)史概論2

美國科學(xué)技術(shù)史概論

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ScienceandTechnology王大明中國科學(xué)院大學(xué)人文學(xué)院2015年3月11日北京美國科學(xué)技術(shù)史概論北美殖民地早期科學(xué)上的相對蠻荒狀況實(shí)用技術(shù)概況學(xué)校教育殖民地晚期到獨(dú)立戰(zhàn)爭時期第一個北美科學(xué)巨匠：富蘭克林新教倫理與資本主義精神科學(xué)上的相對蠻荒狀態(tài)17到18世紀(jì)，正是歐洲第一次科學(xué)革命的收獲時期。從哥白尼、開普勒、伽利略開啟的革命，到牛頓1668出版《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，完成了一次大綜合，從此確立了機(jī)械自然觀及其基本原理，歐洲人開始收獲這次科學(xué)革命的種種成果。而與此同時，從五月花號到達(dá)北美，到獨(dú)立戰(zhàn)爭的將近兩個世紀(jì)的大部分時間里，由于北美殖民地人數(shù)很少，而且人人都在為生存而斗爭，無暇顧及其他。因此在這近兩個世紀(jì)的時間里，北美幾乎與科學(xué)革命完全隔膜了。但科學(xué)的種子已經(jīng)播下五月花號上的大副，名叫托馬斯·克拉克，也是個逃難的新教徒，他便是后來美國的著名光學(xué)儀器制造商阿爾萬·克拉克的祖先。1640年，一個英國農(nóng)夫托馬斯·海耳，因宗教信仰的原因，賣掉了自己僅有的一點(diǎn)兒財物，離開英國來到馬薩諸塞。在他的后裔中，出現(xiàn)了開啟美國大科學(xué)歷史先河的天文學(xué)家喬治·埃勒理·海耳。而在1682年因不肯信奉英國國教而遭迫害，不得不從北安普敦逃難到波士頓的喬賽亞·本杰明，就是美國歷史上的第一個杰出科學(xué)家富蘭克林的父親?？茖W(xué)上的相對蠻荒狀態(tài)雖然北美殖民地在與歐洲的貿(mào)易中只是擔(dān)任了一個原材料提供者的角色，但還是從歐洲學(xué)習(xí)了一些，并在了解自己的獨(dú)特環(huán)境的過程中積累到了有用的基本知識。例如地質(zhì)、博物和一些實(shí)用技術(shù)等。但在科學(xué)上處于比較落后和相對蠻荒的狀態(tài)，主要是收集和積累了一些直接的觀察資料而已。殖民地時期的主要科學(xué)學(xué)科——博物學(xué)北美殖民地時期，被英國皇家學(xué)會吸收為會員的有45人，幾乎都是記錄了北美特殊植物和動物的一些醫(yī)生、牧師和官員，這些人可以稱為前美國的第一批科學(xué)研究人員。當(dāng)然這些業(yè)余科學(xué)家所收集的資料也是很寶貴的，填補(bǔ)了歐洲人所不了解的新大陸的情況。瑞典博著名物學(xué)家林奈（CarlvonLinne，1707~1778）出版的世界植物和動物志（1735~1753）中，有三分之一的物種來自北美殖民地博物學(xué)研究者的記錄。實(shí)用技術(shù)概況除了從歐洲帶來的諸如建筑、日用手工業(yè)、造船、作物種植和牲畜養(yǎng)殖等方面的傳統(tǒng)技術(shù)之外，北美殖民地自己所發(fā)展的技術(shù)主要包括用當(dāng)?shù)氐囊恍┲参镏谱魉幬铩⒏牧加衩缀兔藁ǖ姆N植等技術(shù)。還有其他一些諸如交通工具、槍械制造等，也有緩慢的發(fā)展。學(xué)校教育由于新教的教育傳統(tǒng)，使得北美殖民地各地廣泛興辦教會學(xué)校，幾乎每個教區(qū)都會創(chuàng)辦自己的學(xué)校。其中在馬薩諸塞的坎布里奇和康涅狄格的紐黑文創(chuàng)辦的兩所教會學(xué)校，它們后來成為美國最早的兩所著名私立大學(xué)，即哈佛大學(xué)和耶魯大學(xué)。“未有美國，先有哈佛”

——美國的第一所大學(xué)1636年，后來美國第一所大學(xué)的前身——馬薩諸塞學(xué)校在波士頓附近的坎布里奇鎮(zhèn)成立，它比美國的歷史還早140年。該學(xué)校是由當(dāng)時的馬薩諸塞海灣殖民地議會通過決議設(shè)立的。該校于1638年在馬薩諸塞的坎布里奇正式開學(xué)，但第一批學(xué)生只有可憐的4名，教師也只有一個人，是當(dāng)?shù)氐囊晃荒翈煛９饘W(xué)院的來源1638年9月，當(dāng)?shù)氐囊晃荒翈烰．哈佛病逝了，他生前立下遺囑，把自己的部分遺產(chǎn)和400余冊圖書捐贈給這所學(xué)校。于是，開始被稱為馬薩諸塞學(xué)院的這所學(xué)校，遂被命名為哈佛學(xué)院。建校百年時，畢業(yè)生捐贈哈佛銅像。哈佛銅坐像鑄于1736年哈佛大學(xué)簡史在建校的最初兩個世紀(jì)中，學(xué)校體制主要是仿照英國的大學(xué)（特別是牛津和劍橋大學(xué)）設(shè)立。以教授拉丁文、希臘文和神學(xué)等傳統(tǒng)科目為主。畢業(yè)生從到學(xué)校建立到1700年間的60多年中，總共只有500多名，每年平均不到9人。其中一半以上后來擔(dān)任了牧師。學(xué)校至1727年才開始設(shè)立數(shù)學(xué)和自然科學(xué)教職。1780年擴(kuò)建成哈佛大學(xué)；1816年設(shè)立了第一個學(xué)院：神學(xué)院，1817年成立法學(xué)院，以后各學(xué)院相繼在19世紀(jì)建立。教育學(xué)院成立于1990年；1936年又成立了政治學(xué)院(1966年命名為J.F.肯尼迪政治學(xué)院)。美國大學(xué)改革CharlesWilliamEliot(1834-1926)哈佛第21任校長，任期1869-1909(longestpresidencyinHarvardhistory).他推行了豐富大學(xué)教學(xué)內(nèi)容的改革，使得科學(xué)技術(shù)在大學(xué)教育體系內(nèi)的比例大大提高。他也成為美國大學(xué)教育第一次跨越發(fā)展時期的代表性人物之一。從教士、紳士到實(shí)用技術(shù)人才獨(dú)立戰(zhàn)爭前，美國共創(chuàng)辦了九所學(xué)院，主要是仿效英國的模式。獨(dú)立戰(zhàn)爭后，美國開始出現(xiàn)專業(yè)學(xué)院。1802年開辦的西點(diǎn)軍校（WestPoint)是美國第一所設(shè)有技術(shù)學(xué)科的學(xué)校。1824年倫塞勒綜合技術(shù)學(xué)院(RensselaerPolytechnicInstitute)的建立，開啟了民間技術(shù)學(xué)校的先河。自此，各州也開始創(chuàng)辦一些州立學(xué)院，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)實(shí)用技術(shù)人才。從仿英到學(xué)德在德國新型大學(xué)，特別是1810年創(chuàng)辦的柏林大學(xué)的影響下,美國1876年建立了約翰.霍普金斯大學(xué)。創(chuàng)辦研究生院，設(shè)置和引入高水平研究生課程、提倡教師搞科研等措施。在它的帶動下，包括諸如哈佛、哥倫比亞、耶魯?shù)纫恍├鲜綄W(xué)校也相繼仿效，逐漸改造成真正意義上的現(xiàn)代大學(xué)。如今的哈佛大學(xué)1966年以來，哈佛大學(xué)共設(shè)10個研究生院，即文理、商業(yè)管理、設(shè)計(jì)、牙科醫(yī)學(xué)、神學(xué)、教育、法學(xué)、醫(yī)學(xué)、公共衛(wèi)生和肯尼迪政治學(xué)院。另有2個招收大學(xué)本科生的學(xué)院，即哈佛學(xué)院和拉德克利夫?qū)W院；并設(shè)繼續(xù)教育辦公室，專門負(fù)責(zé)暑期學(xué)校、附設(shè)課程和終身學(xué)習(xí)中心。除牙科醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)、公共衛(wèi)生等3個研究生院設(shè)立在波士頓外，其余各學(xué)院均集中于坎布里奇。哈佛傳統(tǒng)是各學(xué)院都具有相對的獨(dú)立性。推薦閱讀徐飛：《細(xì)看哈佛》，遼寧教育出版社，2005.戈鯤化（1838-1882）1879-1882任哈佛中文教授殖民地晚期到獨(dú)立戰(zhàn)爭時期第一個北美科學(xué)巨匠：富蘭克林新教倫理與資本主義精神本杰明·富蘭克林BENJAMINFRANKLIN（1706-1790）1706年1月6日，富蘭克林出生于波士頓一個新教加爾文派教徒家庭，兄弟姐妹有13個。他受到的家教是勤儉、刻苦、努力工作。小時候，去讀波士頓的拉丁學(xué)校讀書，10歲時輟學(xué)。他后來的學(xué)識大部分是靠閱讀自學(xué)得來。12歲時，他“離家出走”來到費(fèi)城，在他的哥哥開的印刷店當(dāng)學(xué)徒。在那里，他開始寫作，后來開了自己的印刷店?！白x書是我唯一的娛樂”他刻苦自學(xué)，說：“讀書是我唯一的娛樂。”他常常去找別人或書店借書，利用深夜讀書，清晨就去歸還。他不僅從書本上學(xué)習(xí)各種知識，還輾轉(zhuǎn)到紐約、倫敦、費(fèi)城等地流浪，在社會生活中學(xué)習(xí)。21歲時，他在費(fèi)城創(chuàng)辦了北美第一個青年自學(xué)團(tuán)體“共讀社”，組織工人、技師、鞋匠、瓦匠、詩人等每周星期五來討論哲學(xué)、科學(xué)、技術(shù)、文藝問題。這個團(tuán)體后來發(fā)展為1743年創(chuàng)立的美國哲學(xué)會。1769年他被選為該會的會長。25歲時他又在費(fèi)城創(chuàng)辦了北美第一個公共圖書館，以后發(fā)展為北美公共圖書館。45歲時，他又創(chuàng)辦費(fèi)城學(xué)院（即后來的賓夕法尼亞大學(xué)）?！皬谋┚帄Z得民權(quán)”1776～1785年他出使法國，他的科學(xué)聲譽(yù)和廣博的知識，十分有利于他的外交使命，在他的努力下，1778年締結(jié)了美法聯(lián)盟。1787年當(dāng)選為制憲會議代表，擔(dān)任賓夕法尼亞州最高行政議長。1753年獲得英國皇家學(xué)會頒發(fā)的科普利獎?wù)?，同年獲得哈佛大學(xué)和耶魯大學(xué)的榮譽(yù)學(xué)位。1756年當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員，1772年當(dāng)選為法蘭西科學(xué)院的外國院士，1789年當(dāng)選為彼得堡科學(xué)院的外國院土。參與起草《獨(dú)立宣言》和《美國憲法》科學(xué)貢獻(xiàn)富蘭克林在40歲前，因生活所迫，主要精力都放在經(jīng)營印刷所和社會活動方面。而真正開始從事一些科學(xué)研究，特別是電學(xué)實(shí)驗(yàn)是在其將近40歲的時候。興趣的來源他的主要科學(xué)工作是在電學(xué)方面。這在他的一生中只占十年左右。1743～1744年間，富蘭克林在費(fèi)城和波士頓看到了來自蘇格蘭的斯賓塞（A.SPence）博土利用玻璃管和萊頓瓶所做的簡單的電學(xué)實(shí)驗(yàn)時，心中激起強(qiáng)烈的探求欲望。興趣的來源他買下了全部展品，一位他在倫敦英國皇家學(xué)會結(jié)識的朋友柯林森（PeterCdlinson）得知后，又給他寄來了大批書籍、電學(xué)著作和某些摩擦起電的設(shè)備。富蘭克林和費(fèi)城哲學(xué)會的朋友們一起進(jìn)行了許多電學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論探索。富蘭克林時代的電學(xué)知識概況從古代直到1600年前后，人們對于電的認(rèn)識，基本只限于摩擦可以使琥珀等一些物體帶電，而帶電體可以吸引一些碎屑等。但在1600年之后，在包括吉伯、卡比奧、古里克、豪克斯比、牛頓等人的研究推動下，電學(xué)知識開始有了一些進(jìn)展，其中最重要的就是發(fā)明了摩擦起電機(jī)，使電的來源有了保障，促進(jìn)了關(guān)于電學(xué)的各種實(shí)驗(yàn)研究。據(jù)說摩擦起電機(jī)曾成為風(fēng)靡一時的暢銷產(chǎn)品，很多人都買回去玩。這就大大普及了電學(xué)知識，也推動了廣泛的電學(xué)研究。靜電起電機(jī)電學(xué)的進(jìn)展之后，特別是與富蘭克林幾乎同時代的幾位科學(xué)家，包括英國的格雷（Gray，1666-1736）、法國的迪費(fèi)（Dufay,1698-1739）、荷蘭萊頓的穆欣布羅克（Musschenbreok，1692-1761）和法國的諾勒（Nollet，1700-1770）等對于電學(xué)有了一些精湛的實(shí)驗(yàn)研究。他們發(fā)現(xiàn)了絕緣體和導(dǎo)體的區(qū)別，也發(fā)現(xiàn)了電的傳播效應(yīng)，特別是迪費(fèi)發(fā)現(xiàn)了兩種不同類別的電，即他自己所稱的“玻璃電”和“樹脂電”。這即是我們今天所知的陽電和陰電。當(dāng)然最重要的穆欣布羅克和諾勒所發(fā)明萊頓瓶，使得電可以被儲存起來了。萊頓瓶富蘭克林的電學(xué)研究總體而言，到了富蘭克林的時代，人類關(guān)于電學(xué)的知識有了很大進(jìn)展，但仍然比較混亂。而富蘭克林對這些知識作了比較系統(tǒng)的清理。他曾把多個萊頓瓶聯(lián)結(jié)起來，儲存更多電火。他用實(shí)驗(yàn)證明萊頓瓶內(nèi)外金屬箔所帶電荷數(shù)量相等，電性相反。1747年5月25日他在給柯林森的信中，提出了電的單流質(zhì)理論，并用數(shù)學(xué)上的正負(fù)來表示多余或缺少這種電流質(zhì)。他還認(rèn)為摩擦起電只是使電火轉(zhuǎn)移而不是創(chuàng)生，所生電火的正負(fù)必須嚴(yán)格相等。這個思想后來發(fā)展為電學(xué)中的基本定律之一——電荷守恒定律。他自己則利用這一理論說明了帶介質(zhì)的電容器工作原理。電學(xué)研究的重要貢獻(xiàn)提出了“正電”和“負(fù)電”概念，以及同性相斥，異性相吸；接近提出電荷守恒定律；證明了人工電和自然雷電的同一性，并設(shè)計(jì)出避雷針。從蒼天處獲得雷電當(dāng)時的人們認(rèn)為摩擦產(chǎn)生的電和天上的雷電是不同的，普遍相信雷電是上帝發(fā)怒的說法。學(xué)術(shù)界比較流行的是認(rèn)為雷電是“氣體爆炸”的觀點(diǎn)。富蘭克林從妻子不小心踫到了萊頓瓶被擊中倒地的意外事件中，想到了空中的雷電。他經(jīng)過反復(fù)思考，斷定雷電也是一種放電現(xiàn)象，它和在實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的電在本質(zhì)上是一樣的。于是，他寫了一篇名叫《論天空閃電和我們的電火相同》的論文，并決心用事實(shí)來證明。富蘭克林父子捕捉天電1752年6月的一天，陰云密布，電閃雷鳴，一場暴風(fēng)雨就要來臨了。富蘭克林和他的兒子威廉，在費(fèi)城做了舉世聞名的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)。證實(shí)了“天電”和“地電”的性質(zhì)是一樣的，統(tǒng)一了天電和地電。影響這些工作無疑是當(dāng)時物理學(xué)所取得的最大成就，打開了18世紀(jì)電學(xué)的廣闊前景，特別是他對雷電的研究，使人類從對雷電的冥思苦想和畏懼中解放出來。19世紀(jì)德國著名科學(xué)家洪堡說：“從這個時代起，電學(xué)的發(fā)展由思辨物理學(xué)領(lǐng)域進(jìn)入了對宇宙考慮的階段，從幽深的書齋走進(jìn)了自由的大自然界”。電學(xué)的后續(xù)進(jìn)展富蘭克林之后，最重要的進(jìn)展是法國的庫倫做出的。在富蘭克林發(fā)現(xiàn)正電和負(fù)電，及其同性相斥，異性相吸的性質(zhì)基礎(chǔ)上，庫倫利用其自己發(fā)明的扭稱，定量的測定了電之間的作用力大小，并發(fā)現(xiàn)了庫倫定律，使電學(xué)進(jìn)入了定量科學(xué)研究階段。此后，通過伽伐尼、伏打、奧斯特、安培、比奧和薩伐爾、歐姆、法拉第等偉大科學(xué)家的努力，最后由麥克斯韋全面總結(jié)，經(jīng)典電學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)的研究，達(dá)到了其最高境界。對富蘭克林實(shí)驗(yàn)的懷疑據(jù)研究，第一個付諸于實(shí)踐的是法國科學(xué)家——他像圖中那樣觀察到了鐵棒上的火花，不過沒有用身體近距離去碰鐵棒。在傳說中的富蘭克林實(shí)驗(yàn)的第二年7月26日，俄國科學(xué)家羅蒙諾索夫和他的朋友李赫曼重做這個實(shí)驗(yàn)，李赫曼卻當(dāng)場被閃電擊斃！富蘭克林能安然無恙的完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)在是天大的僥幸。其他科學(xué)興趣富蘭克林對大自然有著廣泛的興趣。他研究過物體（尤其是金屬）的熱傳導(dǎo)；聲音在水中的傳播；利用蒸發(fā)取得低溫的方法；他還研究過植物的移植；傳染病的防治；在橫渡大西洋時，他觀察了海灣暖流對氣候的影響，測量了海水的流速和溫度。等等。注重科學(xué)的實(shí)際效用富蘭克林的科學(xué)研究是十分講究效用的，他發(fā)明的避雷針、平行板電容器、雙焦距眼鏡、玻璃口琴，以及他發(fā)現(xiàn)的磁化鋼針，電的同一性實(shí)驗(yàn)，他與哈特萊共同利用乙醚的蒸發(fā)得到低溫而創(chuàng)立的蒸發(fā)制冷理論等，都說明富蘭克林的科學(xué)研究是注重實(shí)際效用。100美元(1928之后)上的頭像就是本杰明·富蘭克林技術(shù)發(fā)明作為發(fā)明家，他發(fā)明了高架取書器；老年人使用的雙焦距眼鏡；三輪鐘；避雷針；新式火爐等幾十種新東西。“從蒼天處取得雷電，從暴君處奪得民權(quán)”1790年4月17日，這位北美時期的偉大人物在美國費(fèi)城病故，享年84歲。與其妻合葬在費(fèi)城ChristChurch公墓之中。Hetorefromtheskiesthelightningandfromtyrantsthesceptre.

墓志銘的故事在他和妻子合葬的墓碑上，只有簡簡單單的兩排字：“BenjaminandDeborahFranklin,1790”。關(guān)于他的墓碑上刻著“印刷工富蘭克林”的傳說，來自他17歲時給自己寫的一個墓志銘。17歲的富蘭克林給自己寫的墓志銘

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B.Franklin

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