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二、“哲学仪器” ——科学仪器

时间:2020-03-05    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

二、哲学仪器

——科学仪器

  

科学家经过许多世纪以来,陆续配备了他们自己的全套应用的物质工

具,就是科学仪器。

——贝尔纳

欧洲的中世纪(从 5 世纪到 14 世纪),在历史上被称为“黑暗时代”。

恩格斯曾评论说:“它把古代文明、古代哲学、政治和法律一扫而光。”唯

一的生存者似乎只是基督教。那时候书籍非常少,人们很少写字,脑子里尽

是迷信思想(巫师可以随便将灾祸和死亡加给别人)。学者们都忙于思考和

争论关于人死后来世的问题。在这一为愚昧、野蛮和迷信充斥的时代,科学

处于暂时的“冬眠”期。15 世纪初,人们开始探索周围的世界。首先觉醒的

是意大利的一些大城市,如佛罗伦萨、热那亚和威尼斯。它们都位于去中国、

印度等东方文明古国的商路上,是贸易的中心。东方文明的输入,唤醒了西

方这一沉睡的世界,尤其是印刷术的出现使许多新思想得以涌入和迅速传

播。于是著名的文艺复兴运动开始了,一大批科学巨人诞生了——达・芬奇、

哥白尼、第谷、开普勒、伽利略……实验科学的种子也就随之在这片土地上

萌发。它宣告了一个伟大时代——近代科学时代的来临。当时近代科学产生

的一个重要标志,是科学家对科学实验中所运用的各种仪器、工具及设备的

研制,因为它直接决定了科学实验的精确性,决定了实验科学或近代科学产

生并独立的进程。在当时的社会背景及人们的一般观念中,各门具体科学仍


包罗在哲学中。同样,科学家在科学实验中运用的仪器或工具仍属哲学的范

围。因此,一当时人们把这些专门用探索自然规律而进行科学实验的仪器称

为“哲学仪器”或“智慧工具”。这就是我们今天所说的科学仪器。

达・芬奇不仅是伟大的画家,而且是数学家、工程师。他十分重视机械

学,认为机械手段的设计和制造是推动科学研究和发展的重要基础。因而他

发明了多种“哲学仪器”,如自动锯、测风器、温度计、鼓风机、水车等。

16 世纪的丹麦天文学家第谷・布拉赫,14 岁时就在哥本哈根对 1560 年

10 月 21 日的日食作了观测。第谷的一生十分幸运,他一直得到欧洲一些国

王的支持。1576 年,丹麦国王斐特列为他建造了一个庞大的乌兰巴尼天文

台。第谷在这座“空中堡垒”中工作了多年。他的天文观测工作准确而细致,

为此他自己设计并制造了当时世界上第一流的观测仪器。1569 年,他在一次

访问中为奥格斯堡市长设计了一台巨型象限仪。它可通过操纵杆来运行,以

精确地观测地平线上的任一天体目标。第谷还设计并制造了著名的墙象限仪

及经纬仪。第谷借助这些精良的科学仪器和装置,用他敏锐的观察力,作出

了当时世界上最准确的天文观测。他用反覆观测和组合观测的办法减少误

差,因此在他的星表中,标准星座标的概差仅为 25 秒左右。这一切,极大地

推动了天文学的发展。

对科学仪器有划时代贡献的是 16 世纪著名的意大利科学家伽利略。由于

杰出的贡献,他获得了“实验科学奠基人”的称号。他在讲授筑城学时为改

进制图仪器而试制了比例仪。他的比例仪可用来放大地图,既精确又简便,

他称其为“军用几何仪”。今天绘图员还在使用的函数尺就是在伽利略最初

设计的基础上加以改进制成的。伽利略还曾小规模地制造这种仪器,为此他

雇用了两个人。一个人在他的指导下制造比例仪,另一个人用意大利文抄写

使用说明书。虽然他的大部分学生都使用拉丁文,但伽利略却用意大利文书

写说明,为的是让普通老百姓也能看懂。就在此时,伽利略还发明了另一种

有趣的仪器,即空气温度计。

当时在科学界,第谷及其学生开普勒对天文学发展的贡献深深地影响了

伽利略。他读完开普勒的《新天文学》一书后,希望有一天能证明它。事实

上,伽利略自己证明它的这一天比他所希望的来得更快。

1609 年 6 月的一天,伽利略听到一个消息,说荷兰有一制作眼镜的人,

名叫利波塞,发明了一种奇怪的管子,用它看东西能将东西放大。伽利略也

决心制造这样一个镜管。他找来了所有关于透镜的材料,数量很少,几个钟

头就看完了。他弄清了镜管的基本原理,于是拿起笔和纸开始画透镜和管子

的图,并进行了大量的计算。然后他花了很长时间来研磨玻璃,把它一片一

片地磨好,擦亮,一直到这些玻璃完全符合要求为止。他准备了一个双层能

滑动的管子,一头安装一片大的凸透镜,另一头安装一片小的凹透镜。他从

凹透镜的一端看去,把管子对准窗外的一棵树进行调整。他很惊讶,树叶看

起来清清楚楚,就像拿在手里一样可以看到叶子的筋脉,也可看到虫子在上

面咬的小洞。他把镜管转向教堂的钟塔,也是那样,看起来又大又近。他成

功了!但伽利略仍不满足,他知道只要用耐心和劳动还可以制造放大更多倍

的镜管。1609 年的整个夏天,他都在研制这种镜管,致使他的第二个镜管能

把物体放大 60 多倍。这一仪器在 1611 年被取名为“望远镜”(telescope)。

这是一个新词汇,是由希腊词中的“望”与“远”两个词合成的。在此以后

伽利略继续改进他的望远镜,这种改进工作用去了他所有的时间,占去了他


的整个精神世界,以致于他的家人都从他的身边离去。经过一番艰苦的劳作,

他终于制成了一个能放大一千倍的望远镜。他高兴得像一个孩子有了新玩具

那样摆弄着他的最新的望远镜,抚摸它,检查它的每一部分,等待着晴朗的、

星光灿烂的夜晚。1609 年的深秋,伽利略把望远镜指向天空。他看到了从来

想象不到的怪事:天鹅绒似的天空中,布满了无数颗星星;月亮像地球一样

表层上有山脉;太阳上有黑子。他还认识到,月光是阳光的反射,太阳是太

阳系的中心。1610 年 3 月,《星的使节》一书在威尼斯出版,伽利略向全世

界宣布了他用望远镜所发现的事情。

在近代科学的形成过程中有许多科学家像第谷、伽利略那样研制出了多

种科学仪器,并用于实验探索和理论研究。可以说近代科学的主要特征之一

就在于使用科学仪器,因为科学仪器的出现使人类的认识活动彻底超越了前

科学阶段那种完全局限于肉体感官的认识方式和认识水平。

随着现代科学技术的发展,科学仪器在科学认识活动中的作用越来越重

要,并日益多样化。例如,各类望远镜(光学的、射电的)和显微镜(光学

的、电磁的、声学的)的使用,把人的观察范围扩展到 1023—10-13 厘米。随

“大科学”时代的来临,科学研究规模增大,科学研究所使用的仪器不仅越

来越高级、精密、尖端,而且往往需要构成一定的系统,具有综合特征,如

电子计算机和自动控制系统的产生和运行。如果说以往的科学仪器是人的肢

体和感觉器官的延伸、强化,那么电子计算机、自动控制系统则是人的思维

器官——大脑的延伸,对人类智力的放大和模拟。因此,人们往往将以电子

计算机为核心的自动控制系统叫做“人工智能系统”。

总之,科学仪器是人们为研究自然界各种现象及其性质、规律而创造和

使用的专门物质技术手段,是科学研究中不可缺少的要素,在一定意义上可

以说,科学仪器是科学认识手段的“硬件”,而科学方法则是科学认识手段

的“软件”。

   

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