현대 자연과학은 어떻게 발전했나요?

현대과학은 16세기에 시작되었고, 17세기 이후 자본주의적 생산양식이 등장하고 확립되면서 자연과학은 “신학으로부터 해방되기 시작했다.” 서유럽에서 17세기와 18세기는 자본주의 경제 발전과 정치 개혁의 중요한 역사적 시기였을 뿐만 아니라 자연과학에서도 눈부신 성취를 이룬 시기였다. 자본주의경제가 발전함에 따라 사람들은 현실과 자연을 이해하고 과학기술을 발전시키려는 요구가 절실히 요구되고 있습니다. 강력한 생산 관행에 힘입어 자연과학과 기술은 17세기와 18세기에 활발하게 발전했으며 특히 수학, 천문학, 물리학 분야에서 뛰어난 성과를 거두었습니다.

19세기 과학연구는 자료를 수집하고 축적하는 단계에서 자료를 정리하고 종합하고, 가설을 형성하고, 이론체계를 확립하고 개선하는 단계로 점차 전환되었다. 이 시기에는 자연과학의 다양한 분야에서 많은 일반적인 이해와 중요한 원리가 밝혀졌으며, 그 확장의 깊이와 폭은 17세기와 18세기를 크게 뛰어넘었습니다. 다양한 고전과학은 점차 성숙하여 거의 완벽한 수준에 도달하여 인류 역사상 유례없이 정교하고 신뢰할 수 있는 자연과학 체계를 형성했습니다.

현대 수학의 성립 1637년 프랑스 학자 데카르트(1596~165)는 대수적 방법을 이용해 기하학적 문제를 해결하는 연구 성과를 발표하고 해석기하학의 기초를 세웠다. 이번 성과는 과거 수학의 경계를 무너뜨려 자연물의 모양과 양이 서로 연관되어 있음을 생생하게 보여주며, 기하학과 대수학의 결합, 즉 모양과 수의 결합을 실현한 것이다. 데카르트는 실제로 수학에 변수를 도입했는데, 이는 물리학의 운동과 변화 연구를 위한 강력한 수학적 도구를 제공했으며 수학의 전환점을 달성했습니다. 그 후, 독일의 수학자 라이프니츠(1646-1716)와 영국의 과학자 뉴턴(1642-1727)은 각각 미적분학을 창시하고 수학의 혁명을 완성하여 정확한 측정과 가변 계산을 가능하게 했습니다. 국제적으로 인정되는 미적분 표기법은 라이프니츠(Leibniz)에 의해 발명되었습니다. 해석기하학과 미적분학의 확립은 17세기 수학의 가장 중요한 성과였다. 이후 수학은 전통적인 상수 계산에서 변수가 지배하는 새로운 분야로 옮겨가며 '고급 수학'이 등장했다.

18세기에 수학자들은 수년간의 연구 끝에 전통적인 유클리드 기하학이 논리적 모순으로 이어지지 않는 일련의 가정에서 추론된 기하학 체계라는 것을 깨달았습니다. 는 논리적 모순으로 이어지지 않는 또 다른 가정 집합이므로, 또 다른 기하학적 체계를 추론하는 것이 가능합니다. 1854년 독일의 수학자 리만(Riemann)은 이전 연구를 바탕으로 공간 특성의 가변성을 제시하는 보다 광범위한 비유클리드 기하학을 제안했습니다. 리체의 기하학은 아인슈타인이 나중에 일반 상대성 이론을 창안하는 데 중요한 수학적 도구를 제공했습니다.

물리학의 위대한 업적 고전물리학에는 역학, 광학, 열, 전자기학, 분자물리학 등 많은 학과와 분과가 포함됩니다. 17~18세기에는 고전역학만이 상대적으로 성숙했다. 19세기에는 고전물리학의 모든 분야가 큰 발전을 이루었고, 과학체계도 성숙해졌다.

1687년 뉴턴은 그의 과학적 걸작인 『자연철학의 수학적 원리』를 출판했습니다. 이 작품은 자연과학의 여러 분야에 대한 내용을 포함하여 이 시기 자연과학의 가장 중요한 대표작이지만, 가장 중요한 내용은 역학이다. 이 연구에서 뉴턴은 물체의 기계적 운동의 세 가지 법칙과 만유인력의 법칙을 제안했습니다. 이러한 법칙은 하늘과 땅에 있는 물체의 운동을 하나의 이론으로 정리한 통일된 체계를 형성합니다. 사람들은 뉴턴이 제시한 이러한 역학이론을 뉴턴역학체계라고 부르는데, 그 정립은 현대과학 형성의 상징이 되었다. 이것은 인간 이해의 역사에서 자연법칙을 이론적으로 요약하고 종합한 최초의 책입니다. 뉴턴은 햇빛의 스펙트럼을 발견하고 반사 망원경을 발명했으며 광학 연구의 발전을 촉진했습니다.

뉴턴의 물체의 기계적 운동에 관한 세 가지 법칙에는 관성의 법칙, 가속의 법칙, 작용과 반작용의 법칙이 포함됩니다. 간단히 말해서, 관성의 법칙은 외부 힘의 영향을 받지 않는 한 모든 물체가 항상 정지 상태 또는 균일한 선형 운동을 유지한다는 것을 의미합니다. 가속도의 법칙은 물체의 가속도가 작용 법칙에 비례한다는 것을 의미합니다. 반작용은 작용력과 반력의 크기가 항상 같고 반대라는 것을 의미합니다. 소위 만유인력의 법칙은 우주의 모든 물질 입자가 다른 모든 입자를 끌어당긴다는 것을 의미합니다. 입자 사이의 인력은 입자 사이의 거리의 제곱에 반비례하고 질량의 곱에 정비례합니다.

뉴턴은 햇빛이 프리즘을 통과하게 하여 빨간색, 주황색, 노란색, 녹색으로 나타나는 무지개의 색상을 반사합니다. 청록색, 파란색, 보라색의 7가지 색상 밴드. 프리즘을 이 색상 스펙트럼에 배치하면 무지개 색상이 즉시 흰색 빛으로 돌아갑니다. 이 발견은 분광학의 창안을 열었습니다.

과학의 힘은 선견지명에 있습니다. 1846년 프랑스 천문학자 르베리에는 고전 역학 이론을 사용하여 미지의 행성의 가능한 위치를 계산했습니다. 독일 천문학자 갈레는 이 계산을 바탕으로 즉시 관측을 정리했습니다. 해왕성을 발견하고 고전 역학의 정확성을 입증했습니다.

17세기 초 영국인 길버트는 천연자석의 성질을 발견하고 영어에 '전기'라는 단어를 도입했다. 그러나 오랫동안 사람들은 전기와 자기를 서로 관련이 없는 두 가지 현상으로 간주해 왔습니다.

덴마크의 외르스테드 교수가 전류가 흐르는 도선 근처에서 자침이 회전하는 것을 관찰한 후인 19세기 초가 되어서야 사람들은 전기와 자기 사이에 어떤 연관성이 있다는 것을 깨닫게 되었습니다. 1930년대 영국 과학자 패러데이는 실험을 통해 도체가 자기장 내에서 움직일 때 전류를 생성할 수 있고 기계적 에너지가 전기 에너지로 변환될 수 있음을 증명했습니다. 이후 맥스웰은 기존 연구를 정리한 기초 위에 전기, 자기, 빛에 관한 연구를 결합해 빛의 전자기파 이론을 창안했다. 1873년 영국의 과학자 맥스웰은 전자기 이론의 기본 틀을 확립한 『전자기학 이론』이라는 책을 출판했습니다. 전자기 유도 현상의 발견은 19세기 전자기학의 눈부신 성과로, 발전기와 전기 모터의 제조를 가능하게 하여 인류 생활의 새로운 시대, 즉 전기 시대를 열었습니다. 전자기장 이론은 과학적 이해의 역사에서 큰 도약을 이룬 것으로, 고전 물리학 이론의 정점을 이룬다. 따라서 맥스웰은 '뉴턴 이후 가장 위대한 수리물리학자'로도 알려져 있다.

1895년 독일의 물리학자 뢴트겐은 실험을 하던 중 우연히 일종의 극도로 관통하는 광선을 발견했습니다. 당시에는 이 광선의 성질이 이해되지 않았기 때문에 뢴트겐은 이를 일시적으로 X선이라고 불렀습니다. 엑스레이는 피부와 살을 투과하여 뼈를 투시할 수 있으며, 곧 의료에 널리 사용됩니다. 몇 년 후, 과학자 퀴리와 그의 아내는 프랑스에서 폴로늄과 라듐과 같은 방사성 원소를 발견했습니다. Marie Curie(1867-1934)는 자신의 논문에서 처음으로 "방사능"이라는 단어를 사용했습니다. 이를 토대로 영국의 과학자 러더퍼드 등은 방사성 원자가 스스로 광선과 에너지를 방출하지만 안정된 원자가 될 때까지 다른 유형의 방사성 원자로 붕괴되기도 한다는 사실을 연구를 통해 발견했습니다. 동시에 과학자들은 연구 과정에서 전자의 존재도 발견해 '원자는 다시 쪼개질 수 없다'는 전통적인 개념을 깨뜨렸다. 엑스레이, 방사능 및 전자의 발견은 사람들에게 놀라운 미세한 세계를 열어주었습니다.

18세기 말부터 19세기 초까지 사람들은 다양한 물질 형태가 상호 변형되는 사례를 많이 발견했습니다. 이는 서로 다른 형태의 물질 이동 사이에 내부 연결이 있음을 보여줍니다. 독일의 의사 메이어(1814-1878)는 인간 신진대사의 관점에서 생명체의 에너지 입출력이 균형을 이룬다는 사실을 깨달았습니다. 식품에 함유된 화학적 에너지는 기계적 에너지와 마찬가지로 열에너지로 전환될 수 있습니다. 메이어는 에너지 보존과 변환의 법칙을 최초로 발표했습니다. 그 직후 영국의 아마추어 물리학자 주울(Joule, 1818~1889)은 과학실험을 통해 에너지 보존과 전환의 법칙을 확립하는 데 앞장섰다. 1847년 독일의 물리학자 헬름홀츠(1821-1894)는 에너지 보존과 전환의 원리를 체계적이고 엄격하게 설명하고 이 법칙을 수학적 표현으로 표현했습니다. 1960년대에는 에너지 보존과 변환의 법칙이 과학계에서 인정되었습니다.

이 법칙은 특정 조건 하에서 20세기에 발견된 기계적 에너지, 열에너지, 전자기 에너지, 화학 에너지, 원자력 에너지 등 자연의 다양한 에너지 형태가 서로 상호작용할 수 있음을 보여줍니다. 고정된 평등 관계에 따라 변환됩니다. 변형 과정에서 에너지는 허공에서 생성되거나 파괴될 수 없습니다. 에너지 보존 및 변환의 법칙은 기계적 효율성을 향상시키기 위한 이론적 기초를 제공할 뿐만 아니라 물질 운동의 불멸성 원리 및 운동 형태의 통일성과 같은 철학적 명제에 대한 과학적 논거를 제공합니다. 엥겔스는 이를 19세기 자연과학의 세 가지 주요 발견 중 첫 번째라고 불렀습니다.

화학의 발전 17세기 후반 영국의 과학자 보일은 화학원소에 대한 과학적 개념을 최초로 제시하고, 과학실험을 화학 연구의 기본 방법으로 주창하며 현대 과학의 창시자가 되었다. 화학. 17, 18세기에는 과학계에서 '플로지스톤 이론'이 유행하면서 사람들은 오랫동안 연소 현상의 본질을 밝힐 수 없었다. 18세기 말 프랑스의 과학자 라부아지에는 '플로지스톤 이론'의 오류를 지적하고 플로지스톤 같은 물질은 없다고 분명히 밝혀 연소란 연소하는 물질이 공기 중의 산소와 결합하는 과정임을 시사했다. 연소와 산화의 이론은 현대 화학에 혁명적인 도약을 가져왔습니다. 이후 화학연구는 올바른 궤도에 오르게 되었고 19세기에는 일련의 큰 성과가 이루어졌다. 라부아지에는 화학 반응을 통해 에너지 보존 법칙을 최초로 제안한 사람이기도 합니다.

1803년 프랑스 과학자 Dalton은 원자 이론을 발표하여 다음과 같이 지적했습니다. 화학 원소는 매우 작고 환원 불가능하며 변하지 않은 원자로 구성되어 있으며, 서로 다른 원소는 모양이 다양하고 품질과 특성이 다릅니다. , 원자량은 다양한 원소의 기본 특성입니다. 서로 다른 원소의 원자가 단순한 수비로 결합하여 화합물을 형성합니다. 원자론은 다양한 화학현상과 화학법칙의 본질적인 관계를 설명하였고, 곧 당시 화학연구의 통일이론이 되어 현대화학의 새로운 시대를 열었습니다. 1811년 이탈리아 과학자 아보가드로(Avogadro)는 단순한 물질의 분자는 동일한 원소의 원자로 구성되어 있는 반면, 화합물의 분자는 다른 원소의 원자로 구성되어 있다고 믿고 분자 개념을 제안했습니다.

보일이 화학 원소 개념을 제안하고 라부아지에가 산소를 인식한 이후로 사람들은 원소를 찾는 데 점점 더 관심을 가지게 되었습니다. 지구상에는 몇 개의 원소가 있나요? 그들 사이에는 어떤 연관성이 있나요? 이러한 질문은 사람들을 계속 생각하게 만듭니다. 1869년에 러시아의 화학자 멘델레예프는 원소의 성질과 원자량 사이에 주기적인 변화 패턴이 있다고 제안했습니다. 이것은 나중에 원소의 주기율법칙으로 알려졌습니다. 멘델레예프는 또한 최초의 화학 원소 주기율표를 작성했으며, 이 표에는 당시 알려진 모든 원소를 나열하는 것 외에도 6개의 알려지지 않은 원소와 그 특성도 예측했습니다. 곧 이러한 과학적 예측은 실험을 통해 확인되었습니다.

원소 주기율의 발견은 무기 화학의 기초를 마련했습니다. 이는 자연의 요소들이 고립되어 존재하는 것이 아니라 내재적인 연결을 통해 하나의 통일체임을 보여줍니다.

노벨은 스웨덴의 유명한 화학자이자 엔지니어이자 산업가였습니다. 그의 과학적 공헌은 주로 폭발물 개발에 있었습니다. 1860년대와 1870년대에 노벨은 폭발물과 폭발물 관련 기폭 장치에 대한 연구에 상당한 진전을 이루었으며, 사용하기 더 안전하고 폭발성이 더 높은 폭발물을 만들어 일련의 특허를 얻었습니다. 노벨은 자신의 특허를 이용해 유럽 전역에 수많은 폭발물 공장을 세웠고, 유전에도 투자해 막대한 부를 얻었습니다. 1896년 이탈리아에서 노벨이 사망했을 때, 노벨은 자신의 재산 대부분을 과학과 평화에 공헌한 뛰어난 개인을 포상하기 위한 기금으로 마련할 것을 유언장에서 요청했습니다. 1900년에 처음으로 노벨상이 수여되었습니다. 노벨상은 물리학상, 화학상, 생물학상, 의학상, 문학상, 평화상으로 나뉘며 1969년 경제학상이 신설됐다. 노벨상은 현재 세계에서 가장 유명한 상으로, 과학의 발전과 인류의 평화를 촉진하는 데 긍정적인 역할을 하고 있습니다.

생물학의 큰 발전 1628년 영국의 의사 하비(Harvey)는 수많은 사실에 기초하여 혈액순환 이론을 발표하여 현대 생리학의 기초를 마련했습니다. 1830년대 스웨덴 과학자 린네는 선인들의 연구결과를 요약하여 동식물의 분류학을 공식화하고, "계 → 강 → 목 → 속 → 종"의 분류체계를 확립하였고, 이는 학계에서 빠르게 인정받게 되었다. .

1665년 영국의 과학자 후크가 처음으로 세포를 발견한 이후 100년이 넘는 세월 동안 세포에 대한 사람들의 이해는 큰 진전을 이루지 못했습니다. 1838년 독일의 식물학자 슐라이덴(Schleiden)은 세포가 모든 식물 구조의 기본 단위이며, 식물 발달 과정은 새로운 세포가 형성되는 과정임을 지적하는 논문을 발표했습니다. 1839년 독일의 동물학자 슈반(Schwann)은 슐라이덴의 견해를 동물계로 확장하여 완전한 세포 이론을 공식적으로 확립했습니다. 이미 17세기 초 네덜란드 생물학자 레이우엔훅(Leeuwenhoek)은 현미경을 사용하여 다양한 미생물을 관찰하고 박테리아에 대한 최초의 도표를 출판했습니다. 이 발견은 생물학 연구의 새로운 분야를 열었습니다. 그러나 19세기 전반까지 사람들은 미생물이 어떻게 생겨났는지를 여전히 설명할 수 없었습니다. 1860년 프랑스의 생화학자 파스퇴르는 일련의 정밀한 실험을 통해 미생물이 영양분을 자연적으로 생산할 수 없으며 생명은 생명에 의해서만 재생산될 수 있다는 결론을 증명했습니다. 이 발견은 미생물학의 기초를 마련했습니다.

19세기 초 프랑스의 박물학자 라마르크가 생물학적 진화론을 최초로 제시해 장기적이고 치열한 논쟁을 불러일으켰다. 1859년, 영국의 생물학자 다윈이 20여년의 연구 끝에 쓴 『종의 기원』이라는 책이 출판되었습니다. 다윈은 생모에게서 태어난 많은 자손이 생명에 필요한 조건을 얻기 위해 애쓰고 있다고 믿었습니다. 수많은 자손이 완전히 똑같지는 않을 것입니다. 그 중에서 뛰어난 종이 살아남기 위한 경쟁에서 승리하고, 나머지 종이 도태됩니다. 이것이 바로 적자생존입니다. 다윈은 변이와 자연선택을 새로운 종의 기원에 대한 주요 요인으로 여겼습니다. 『종의 기원』의 출판은 생물학적 진화론의 탄생을 알렸다. 1871년 다윈은 인간의 조상이 고릴라와 침팬지와 관련이 있음을 분명히 밝히는 "인간의 유래"라는 책을 출판했습니다. 다윈의 생물학적 진화론은 신이 인간을 창조했다는 사상을 완전히 뒤흔들어 '변화', '발전'이라는 개념을 과학 분야에 도입했을 뿐만 아니라, 생물학과 인류학에 혁명을 일으켰을 뿐만 아니라, 사회학과 역사에도 영향을 미쳤다. 사회 다윈주의의 경향을 일으켰습니다.

1860년대. 오스트리아의 멘델은 생물학적 세계의 일반적인 유전 현상을 처음으로 명확하게 밝혔습니다. 1910년경 미국의 생물학자 모건(Morgan)은 수년간의 연구 끝에 유전 유전 이론을 확립했습니다. 유전학의 유전 이론은 염색체가 유전자의 물질적 전달체이고 유전자가 염색체 위에서 직선으로 배열되어 있다는 것입니다. 서로 다른 염색체에 있는 유전자는 자유롭게 결합할 수 있지만, 같은 염색체에 있는 유전자는 자유롭게 결합할 수 없으며, 연결의 법칙이 있습니다. 상속을 따라야합니다.

멘델은 현대 유전학의 창시자이며, 그의 가장 중요한 공헌은 멘델의 법칙을 확립한 것입니다. 멘델의 법칙에는 분리의 법칙과 독립분배의 법칙이 포함되는데, 이는 유기체의 각 특성은 유전적 요인에 의해 전달되며, 유전되는 것은 특정 특성이 아니라는 것을 보여줍니다. 하지만 유전적 요인. 1909년에 네덜란드 유전학자는 멘델이 "유전 요인"이라고 부르는 것을 표현하기 위해 "유전자"라는 용어를 사용했습니다. 이후 '유전자'라는 개념은 점차 생물학계에서 일반적으로 받아들여지고 사용되기 시작했다.

천문학의 새로운 진전 1755년 독일의 철학자 칸트는 태양계의 형성과 운동을 설명하기 위해 '성운론'을 제안했고, 이후 프랑스의 과학자 라플라스는 비슷한 가설을 제시해 수학적으로 증명했다. 칸트-라플라스 성운 이론은 태양계의 형성을 물질 세계 자체의 역사와 발전 과정으로 간주합니다. 18~19세기에는 천문학자들도 천왕성과 해왕성을 차례로 발견해 태양계에 대한 이해가 더욱 높아졌다.

18세기 영국의 천문학자 W. 허셜(W. Herschel)은 은하수라는 개념을 제안했는데, 은하수는 가장자리에 균열이 있는 렌즈 모양의 별들의 층으로 구성되어 있다고 믿었습니다. 태양은 은하수에 있습니다. 19세기 전반에 그의 아들 J. 허셜(J. Herschel)은 마침내 은하수 개념을 확립한 책 "천문학 개요"를 출판했습니다.