自然科学发展的普遍规律(以天体物理学和生物分类学为例).pptx

自然科学发展的普遍规律 李浩洋 ——以天体物理学和生物分类学为例 一 、自然科学史 什么是自然科学？ 自然科学是研究无机自然界和包括人的生物属性在内的有机自然界的各门科学的总称。自然科学是研究大自然中有机或无机的事物和现象的科学，包括天文学、物理学、化学、地球科学、生物学等。 自然科学的六大基础学科是数学、天体学、化学、物理、地球科学和生物学。 数学是自然科学么？ 数学是研究数量、结构、变化、空间以及信息等概念的一门学科，从某种角度看属于形式科学的一种。自然科学研究方法有三种：数学方法、实验方法以及系统方法。 社会科学是否属于自然科学么？ 社会科学是科学化的研究人类社会现象的科学。如社会学研究人类社会（主要是当代），政治学研究政治、政策和有关的活动，经济学研究资源分配。广义的“社会科学”，它是人文科学和社会科学的统称，包括了人文科学。 亚里士多德 阿基米德 伽利略 开普勒 一 、自然科学史 牛顿 德布罗意 汤姆森 霍金 亚里士多德 阿基米德 伽利略 开普勒 牛顿 汤姆森 德布罗意 霍金 爱因斯坦 爱因斯坦 费曼 费曼 古代物理学家 近代物理学家 现代物理学家 观测结果推导出普遍规律 1、椭圆定律：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上。 2、面积定律：行星和太阳的连线在相等的时间间隔内扫过相等的面积。 3、周期定律：所有行星绕太阳一周的恒星时间的平方与它们轨道长半轴的立方成比例。 开普勒三定律 牛顿三定律 第一定律 说明了力的含义：力是改变物体运动状态的原因； 第二定律 指出了力的作用效果：力使物体获得加速度； 第三定律 揭示出力的本质：力是物体间的相互作用。 利用微积分等数学方法即可推导出开普勒三定律。 利用规律，解释现象 相对论 狭义相对论基于两个基本假设：狭义相对性原理和光速不变原理。预言了牛顿经典物理学所没有的一些新效应如时间膨胀 、长度收缩、横向多普勒效应、质速关系、质能关系等。 广义相对论是在狭义相对论的基础上推演出来，舍去了惯性系的概念，适用于所有参考系。在这个基础上，广义相对论认为引力场是时空的扭曲。 广义相对论不仅从新解释了行星公转的机制，还预测了引力波、黑洞等现象。 利用规律，预测现象。 开普勒三定律 牛顿三定律 爱因斯坦相对论 行星公转的研究发展 观察现象，总结规律 利用规律，解释现象 通过规律，预测现象 自然科学发展的普遍阶段 观 用 预 不仅仅物理学发展遵循着三段式发展，其他的自然科学学科发展也是遵循这一规律。 例如化学发展，门捷列夫的元素周期表使 化学学科发展突飞猛进。 生命科学的未来 从分类学到进化论，从分子生物学的建立到人类基因图谱的绘制，从克隆技术的发明到Cas9/CRISPER基因敲除的发展，生命科学已经走到了“用”的阶段。鉴于其他自然学科的发展，你认为生命科学在“预”会有什么样的表现形式。 二、生物科学发展史 观察描述法 17世纪-18世纪上半叶 林奈 比较法 18世纪下半叶-19世纪初 达尔文、 施莱登和施旺 实验法 19世纪初-至今 巴斯德 系统法 19世纪初-至今 C.贝尔纳、 W.B.坎农 生物科学领域 动物学领域 动物学-动物生理学-解剖学-胚胎学-神经生物学-发育生物学-昆虫学-行为学-组织学 植物学领域 植物学-植物病理学-藻类学-植物生理学 微生物学/免疫学领域 微生物学-免疫学-病毒学 生物化学领域 生物化学-蛋白质力学-糖类生化学-脂质生化学-代谢生化学 演化及生态学领域 生态学-生物分布学-系统分类学-古生物学-演化论-分类学-演化生物学 现代生物技术学领域 生物技术学-基因工程-酵素工程学-生物工程-代谢工程学-基因体学 细胞及分子生物学领域 分子生物学- 细胞学-遗传学 生物物理领域 生物物理学-结构生物学-生医光电学-医学工程 生物医学领域 感染性疾病-毒理学-放射生物学-癌生物学 生物信息领域 生物数学-仿生学-系统生物学 环境生物学领域 大气生物学-生物地理学-海洋生物学-淡水生物学 分类学 在1600年，人们知道了约6000种植物，随着人类进入大航海时代，仅仅过去了100年，植物学家又发现了12000个新种。到了18世纪，对生物物种进行科学的分类变得亟为迫切。 分类学面临的困难 各国科学家都有一套自己的方法命名植物，你认为这对分类学会造成怎样的困扰？ 同物异名，异物同名 学名冗长，难以记录 语言隔阂，文化隔阂 生物双名法的奠定 卡尔.林奈 林奈集中研究了植物的繁殖系统。很快，他发现许多植物都有共同的雄性和雌性特点，他把它们归为一类。他把相似的种类合在一起组成更大的类。他发现，根据几个重要特性完全可以把植物分类，自然界确实是存在秩序的。 双名法与优先律 属名+种加名 （拉丁斜体，属名第一个字母大写）； 每一种植