自然科学发展史话PDF电子书下载

1 中国古代的科学与技术 1

1.1 数学 1

1.1.1 算经十书 1

1.1.2 刘徽、祖冲之 2

1.1.3 宋元时期的数学 3

1.2 天文与历法 4

1.2.1 我国古代的天文 4

1.2.2 我国的历法 6

1.3 医药学 8

1.3.1 《黄帝内经》 8

1.3.2 张仲景、华佗 9

1.3.3 孙思邈 10

1.3.4 李时珍 11

1.4 实用科学技术 11

1.4.1 蔡伦改造造纸术 11

1.4.2 指南针的发明 12

1.4.3 印刷术的发明与完善 12

1.4.4 火药的发明 13

1.4.5 都江堰工程 14

1.4.6 制茶 16

1.4.7 瓷器 17

1.4.8 丝绸 17

1.4.9 造船与航海 18

1.4.10 大运河的开通 19

1.4.11 赵州桥的设计建造 21

1.4.12 五大农书 22

1.4.12.1 《氾胜之书》 22

1.4.12.2 《齐民要术》 22

1.4.12.3 《陈旉农书》 23

1.4.12.4 《王祯农书》 23

1.4.12.5 《农政全书》 23

1.4.13 中国17世纪的工艺百科全书《天工开物》 25

1.5 我国科学技术发展的历史转折 25

2 19世纪及其以前的数学 29

2.1 古希腊时代 29

2.1.1 毕达哥拉斯 29

2.1.2 欧几里得 30

2.1.3 阿基米德 31

2.2 中世纪到微积分产生前的数学 32

2.2.1 希腊数学在中世纪的命运 32

2.2.2 数字的表达形式和运算符号 33

2.2.3 笛卡尔与解析几何 34

2.3 微积分的创立 35

2.3.1 微积分创立的先驱者 35

2.3.2 牛顿 36

2.3.3 莱布尼茨 37

2.4 欧拉时代 39

2.4.1 贝努利家族等 39

2.4.2 欧拉 41

2.5 18世纪末到19世纪上半叶的数学群星 43

2.5.1 拉普拉斯、勒让德、傅立叶 44

2.5.2 泊松、雅可比 45

2.5.3 哈密顿、狄利克雷 46

2.5.4 阿贝尔、伽罗华 47

2.6 高斯与柯西 51

2.6.1 高斯 51

2.6.2 柯西 53

2.7 非欧几何 54

2.8 19世纪末的数学 56

2.8.1 魏尔斯特拉斯 57

2.8.2 戴德金 58

2.8.3 彭加勒 58

2.8.4 康托 60

2.8.5 克莱因 61

3 20世纪的数学 63

3.1 希尔伯特及其问题 63

3.1.1 希尔伯特及其贡献 63

3.1.2 外尔 65

3.1.3 诺特 66

3.1.4 库朗 67

3.1.5 希尔伯特问题及其解决情况 68

3.2 积分学的一次革命——勒贝格积分 71

3.3 俄罗斯和苏联的数学 73

3.3.1 彼得堡学派 73

3.3.1.1 奥斯特洛格拉茨基和契比雪夫 73

3.3.1.2 马尔可夫 74

3.3.1.3 李雅普诺夫 75

3.3.1.4 康托洛维奇 75

3.3.2 莫斯科学派 76

3.3.2.1 叶果洛夫和鲁金 76

3.3.2.2 邦德里雅金和索波列夫 77

3.3.2.3 柯尔莫哥洛夫和阿诺德 77

3.3.2.4 佩雷尔曼 79

3.4 冯·诺依曼和电子计算机 80

3.5 布尔巴基学派 82

3.6 费马大定理的358年证明史 85

3.6.1 问题的提出 85

3.6.2 欧拉迈出的第一步 86

3.6.3 索菲·热尔曼的证明方法 86

3.6.4 恩斯特·库默尔的发现 87

3.6.5 保罗·沃尔夫斯凯尔的第二次生命 88

3.6.6 哥德尔的不可判定性定理 89

3.6.7 谷山—志村猜想 89

3.6.8 格哈德·弗赖的证明新思路 90

3.6.9 安德鲁·怀尔斯完成证明 90

3.7 国际数学家大会、菲尔兹奖与沃尔夫奖 93

3.7.1 陈省身 94

3.7.2 丘成桐 95

3.7.3 陶哲轩 96

3.8 近代中国的数学与国际华人数学家大会（ICCM） 96

3.8.1 近代中国的数学先驱李善兰 97

3.8.2 中国的第一批数学博士 98

3.8.3 熊庆来、华罗庚 98

3.8.4 苏步青、周炜良 100

3.8.5 吴文俊、冯康、陈景润 100

3.8.6 国际华人数学家大会 102

附录：20世纪最伟大的数学家排行榜（部分） 102

4 天文学 104

4.1 古代的天文学和托勒密体系 104

4.1.1 古代的天文学 104

4.1.2 托勒密体系 105

4.2 哥白尼及其《天体运行论》 106

4.2.1 哥白尼生平 106

4.2.2 《天体运行论》的主要内容 107

4.2.3 《天体运行论》的意义 107

4.3 伽利略、牛顿和光学望远镜 108

4.3.1 伽利略与折射望远镜 108

4.3.2 牛顿与反射望远镜 109

4.3.3 现代的光学望远镜 110

4.4 太阳系的发现 112

4.4.1 太阳 112

4.4.2 八大行星 112

4.4.3 天体物理学与行星的发现 119

4.4.4 小行星 120

4.4.5 彗星 121

4.5 恒星及其演化 123

4.5.1 恒星概述 123

4.5.2 恒星的演化 125

4.5.2.1 恒星的演化过程 125

4.5.2.2 中子星和脉冲星 128

4.5.2.3 白矮星 129

4.5.2.4 钱德拉塞卡 130

4.5.2.5 黑洞 131

4.6 对宇宙的新认识 133

4.6.1 射电天文学和射电望远镜、哈勃望远镜 133

4.6.2 脉冲双星和广义相对论的验证 136

4.6.3 地球的磁层和辐射带 137

4.6.4 冕洞 137

4.6.5 类星体和星际分子 138

4.7 现代宇宙学 139

4.7.1 早期的现代宇宙学 139

4.7.2 哈勃定律 139

4.7.3 宇宙在加速扩张 140

4.7.4 宇宙形成的大爆炸理论 141

4.8 暗物质和暗能量 143

4.8.1 什么是暗物质 143

4.8.2 什么是暗能量 146

4.9 21世纪最初10年的天文发现 148

4.9.1 直接观测太阳系外的行星 148

4.9.2 证实火星上存在水 148

4.9.3 发现了暗物质存在的证据 148

4.9.4 冥王星有被挤出了太阳系九大行星的可能 149

4.9.5 发现暗能量 149

4.9.6 首次绘制宇宙微波背景辐射图 149

4.9.7 在银河系发现超大质量黑洞 149

4.9.8 彗星上发现有机化学物质 149

4.9.9 证实月球上存在水 149

4.9.10 探测土卫六 150

附录：中国的射电天文望远镜FAST 150

5 19世纪及以前的物理学 151

5.1 古希腊时代的物理学 151

5.2 牛顿时代的力学 152

5.2.1 伽利略开天辟地的第一步 152

5.2.2 牛顿的力学体系和万有引力定律 154

5.3 拉格朗日、哈密顿和分析力学 155

5.4 光学的发展 159

5.4.1 牛顿对光学的贡献 159

5.4.2 关于光的本性的论战 160

5.5 电流的发现、电磁学的创立和发展 161

5.5.1 静电和静磁 161

5.5.2 动电的研究、欧姆定律 161

5.5.3 电磁感应和法拉第的贡献 162

5.5.4 麦克斯韦的电磁场理论，赫兹的实验证明 166

5.6 热力学的发展 170

5.6.1 卡诺循环 170

5.6.2 能量守恒与转化、热力学第一和第二定律 172

5.6.3 布朗运动 175

6 20世纪的物理学（上） 178

6.1 世纪之交的三大发现 178

6.1.1 X射线的发现 178

6.1.2 电子的发现 179

6.1.3 放射性的发现 180

6.2 普朗克和旧量子论 182

6.3 爱因斯坦和相对论 186

6.4 卢瑟福、玻尔和原子结构模型 190

6.4.1 卢瑟福的小太阳系模型 190

6.4.2 玻尔及其定态跃迁原子模型、对应原理 191

6.5 量子力学的产生 193

6.5.1 德布罗意的物质波理论 193

6.5.2 海森伯的矩阵力学与测不准原理，玻恩的贡献和泡利不相容原理 194

6.5.3 薛定谔的波动方程 197

6.5.4 狄拉克方程，正电子 199

6.6 关于量子力学的大论战：索尔维会议 201

6.7 奇迹般的1932年：中子、氘、正电子和人工放射性的发现 205

6.7.1 中子的发现 205

6.7.2 氘的发现 205

6.7.3 正电子的发现 206

6.7.4 人工放射性的发现 207

6.8 物理学家中的败类——斯塔克 208

7 20世纪的物理学（中） 210

7.1 核能和费米、奥本海默 210

7.1.1 人工核蜕变 210

7.1.2 费米的贡献 210

7.1.3 奥本海默 213

7.2 应用物理的发展 214

7.2.1 无线电报的发明 214

7.2.2 全息摄影的发明 215

7.2.3 高压技术的应用 216

7.2.4 电子管的发明 217

7.2.5 晶体管的发明 218

7.2.6 电子计算机的发明 220

7.2.7 激光器的发明 221

7.2.8 激光冷却捕捉技术 224

7.2.9 光纤通信的问世 225

7.2.10 特斯拉的贡献 226

7.2.11 发光二极管LED的发明 227

7.2.12 发现巨磁电阻效应 228

7.3 低温物理和相变 229

7.3.1 绝对零度和超导 229

7.3.2 相变 231

7.3.3 超导的微观机制 233

7.3.4 超流和卡皮查 234

7.3.5 朗道 236

7.4 原子核物理 238

7.4.1 原子核的早期模型 238

7.4.2 格佩特—迈耶和延森的贡献 239

7.4.3 原子核的集体模型 240

7.5 宇称的垮台 240

8 20世纪的物理学（下） 244

8.1 基本粒子和夸克 244

8.1.1 强相互作用和π介子的发现 244

8.1.2 夸克模型 245

8.1.3 关于轻子 247

8.2 量子电动力学和量子色动力学 248

8.2.1 量子电动力学的诞生 248

8.2.2 费恩曼及其贡献 251

8.2.3 量子色动力学 253

8.3 统一场论和标准模型，物理学研究方法的创新 254

8.3.1 弱相互作用 254

8.3.2 电弱统一理论 255

8.3.3 标准模型 256

8.3.4 物理学研究方法的创新 257

8.4 磁学 258

8.4.1 塞曼效应 258

8.4.2 各种粒子磁矩的发现和应用 259

8.4.3 霍尔效应的深入研究 260

8.5 玻色—爱因斯坦凝聚（BEC） 262

8.6 关于中微子的探索 263

8.7 基本粒子物理研究的新进展 265

8.7.1 亚原子物理的对称性自发破缺机制 265

8.7.2 夸克的渐进自由理论 266

8.7.3 希格斯玻色子的发现 267

8.7.4 量子世界里的粒子控制 268

8.8 量子光学的发展 268

附录 269

8.9 力学的发展 270

8.9.1 固体力学 270

8.9.1.1 材料力学、结构力学 271

8.9.1.2 弹性力学、塑性力学 272

8.9.1.3 断裂力学 273

8.9.2 流体力学 274

8.9.2.1 流体力学的产生与发展，N-S方程 274

8.9.2.2 流体力学群英：儒科夫斯基、恰普雷金、普朗特、冯·卡门 275

8.9.3 爆炸力学 277

8.9.4 中国力学工作者的贡献：周培源、钱学森、郭永怀、钱伟长、郑哲敏、黄克智、林同炎 278

8.10 计算力学 282

8.10.1 结构分析中的数值方法 282

8.10.2 流体力学中的数值方法 286

8.10.3 结构最优化设计 287

8.10.4 非线性问题的数值方法 288

8.10.5 计算力学的程序系统 289

8.10.5.1 ASKA 289

8.10.5.2 SAP 290

8.10.5.3 ANSYS 290

8.10.5.4 MSC. NASTRAN 290

8.10.5.5 ABAQUS 291

8.10.5.6 JIFEX 291

8.10.6 中国学者对计算力学的贡献：冯康、钱令希、钟万勰、程耿东 291

9 化学（上） 294

9.1 18世纪以前的化学 294

9.1.1 亚里士多德的四元性学说 294

9.1.2 玻意耳——近代化学的奠基人 294

9.2 燃素说的推翻和拉瓦锡 295

9.2.1 燃素说的化学 295

9.2.2 二氧化碳、氢气和氧气的发现 296

9.2.3 拉瓦锡——近代化学之父 297

9.3 门捷列夫和元素周期表，元素周期律及其现代化 298

9.4 无机化学在20世纪的进展 304

9.4.1 同位素的发现及其应用 304

9.4.2 穆瓦桑分离单质氟 306

9.4.3 超铀元素的制取 307

9.5 有机化学的产生与发展 308

9.5.1 维勒人工合成尿素 308

9.5.2 有机结构理论 309

9.5.3 同分异构现象 311

9.5.4 E.费歇尔的贡献 312

9.5.5 碳正离子研究的突破 315

9.6 天然物有机化学 316

9.6.1 萜类化合物 316

9.6.2 胆固醇的研究 317

9.6.3 叶绿素与血红素 319

9.7 有机物的合成 320

9.7.1 冯·拜耳合成有机染料 321

9.7.2 多马克发明磺胺类药物 321

9.7.3 环合加成反应：蒂尔斯—阿尔德反应 322

9.7.4 现代有机合成之父伍德沃德 323

9.7.5 科里的逆合成分析法 326

9.8 有机金属化学和元素有机化学 327

9.8.1 有机金属化学 327

9.8.2 元素有机化学 329

9.9 立体化学 330

9.10 生命体中的化学 332

9.10.1 对糖类的研究 332

9.10.2 对发酵和酶的研究 334

9.10.3 光合作用 336

9.10.4 测定蛋白质结构 337

10 化学（下） 340

10.1 物理化学与量子化学 340

10.1.1 物理化学三杰：范托夫、奥斯特瓦尔德、阿伦尼乌斯 340

10.1.2 化学反应动力学和非平衡态热力学的发展 343

10.1.3 量子化学的创建和发展，鲍林等的贡献 350

10.1.4 朗缪尔创建表面化学 354

10.2 高分子化学与软物质，胶体化学 355

10.2.1 高分子化合物 355

10.2.2 施陶丁格的贡献 356

10.2.3 弗洛里、齐格勒、纳塔、白川英树等的工作 359

10.2.4 席格蒙迪和胶体化学 362

10.3 富勒烯与石墨烯的发现和应用 364

10.4 化学分析技术的发展 370

10.4.1 20世纪以前的化学分析技术 370

10.4.2 阿斯顿发明质谱仪 373

10.4.3 X射线衍射技术的应用 374

10.4.4 光谱分析法 375

10.4.5 蒂塞利乌斯发明电泳法和马丁、辛格发明分配层析法 377

10.4.6 海洛夫斯基发明极谱分析法 378

10.4.7 赫维西创立放射性示踪法 379

10.4.8 恩斯特创立高分辨率核磁共振法 380

10.5 哈伯的功与过 381

10.6 诺贝尔和诺贝尔奖 384

10.6.1 诺贝尔的生平 384

10.6.2 诺贝尔奖的推荐和评定程序 387

10.6.3 诺贝尔奖评审中的失误和遗憾 388

10.7 中国和华裔化学家的贡献 389

10.7.1 侯德榜 389

10.7.2 曾昭抡、陈裕光、张青莲、傅鹰 390

10.7.3 吴学周、黄鸣龙、徐光宪、周维善 392

10.7.4 卢嘉锡、唐敖庆、冯新德 394

10.7.5 李远哲、钱永健 397

11 生物学 398

11.1 19世纪以前的生物学 398

11.1.1 亚里士多德的生物学理论 398

11.1.2 林奈的分类体系和动植物命名法 399

11.1.3 布丰的《自然的历史》 400

11.2 达尔文及其进化论 401

11.2.1 拉马克的贡献 401

11.2.2 达尔文的环球航行考察 402

11.2.3 达尔文的自然选择学说 403

11.3 细胞学说的建立 405

11.3.1 施来登和施旺建立细胞学说 406

11.3.2 细胞学说在19世纪的发展 407

11.4 蛋白质与核酸 408

11.4.1 体外合成蛋白质 409

11.4.2 胰岛素——第一个人类分离纯化的蛋白质 410

11.4.3 核酸 411

11.4.4 关于RNA 412

11.4.5 具有“遗传”功能的蛋白质 413

11.5 细胞生物学 413

11.5.1 溶酶体的发现 414

11.5.2 细胞组分分离技术的创立 415

11.5.3 核糖体和线粒体结构的发现 415

11.5.4 免疫球蛋白 416

11.5.5 放射免疫分析法 418

11.5.6 细胞信号 419

11.5.7 G蛋白的发现 419

11.5.8 蛋白质的地址编码 420

11.5.9 中国生物学家贝时璋关于细胞重建的理论 420

11.6 基因工程 422

11.7 动物行为学研究 423

11.8 生命起源的研究 424

12 遗传与DNA 427

12.1 孟德尔学说 427

12.2 摩尔根的遗传学说 429

12.2.1 摩尔根对孟德尔学说认识的变化 429

12.2.2 果蝇遗传研究、染色体—基因理论的创建 430

12.2.3 遗传巧合 432

12.2.4 基因突变 432

12.3 细菌遗传学 433

12.3.1 噬菌体遗传学 433

12.3.2 细菌遗传学 434

12.4 DNA与双螺旋结构 434

12.4.1 DNA双螺旋结构的发现 434

12.4.2 遗传信息传递过程的中心法则和遗传密码编码机制的发现 437

12.5 癌基因 440

12.5.1 病毒致癌的机制 440

12.5.2 基因控制发育 441

12.6 生物催化剂——酶 442

12.6.1 酶是蛋白质 442

12.6.2 克雷布斯循环 443

12.6.3 关于ATP 443

13 人体的生理现象 445

13.1 血液循环系统与血型的发现 445

13.1.1 16世纪以前人类对血液运动的认识 445

13.1.2 哈维和他的血液循环理论 446

13.1.3 血型的发现 448

13.2 免疫 450

13.2.1 早期的免疫学 450

13.2.2 抗体生成的克隆选择学说 453

13.2.3 免疫应答基因 454

13.3 人体的内分泌系统 458

13.3.1 激素的发现 458

13.3.2 神经内分泌学 461

13.3.3 肾上腺 462

13.3.4 前列腺素 462

13.3.5 垂体激素 463

13.3.6 甲状腺 464

13.4 神经 464

13.4.1 19世纪及其以前人类对神经的认识 464

13.4.2 神经元学说 465

13.4.3 大脑的功能 467

13.4.4 生长因子的发现 468

13.4.5 化学传递学说 468

13.5 呼吸 469

13.6 肌肉 470

13.6.1 肌肉中能量代谢的理化机制 470

13.6.2 中国生理学家冯德培 471

13.7 胆固醇 472

13.8 巴甫洛夫及其条件反射学说 474

13.9 看与听 476

13.9.1 视觉机制的研究 476

13.9.2 听觉与平衡的器官 477

13.10 人体糖的代谢 478

13.11 人体的衰老 480

14 医学 481

14.1 细菌、病毒与传染病 481

14.1.1 巴斯德 481

14.1.2 病毒 482

14.1.3 鼠疫 484

14.1.4 天花 485

14.1.5 疟疾 487

14.1.6 黄热病 489

14.1.7 结核病 491

14.1.8 脊髓灰质炎 493

14.1.9 麻疹 495

14.1.10 病毒性肝炎 497

14.1.11 朊病毒病 499

14.1.12 艾滋病 500

14.1.13 重症急性呼吸综合征（SARS） 502

14.1.14 埃博拉病毒病 503

14.2 临床医学与药物 504

14.2.1 叩诊法和听诊器的发明 504

14.2.2 X光机 505

14.2.3 心电图机 506

14.2.4 CT机 507

14.2.5 超声医学 510

14.2.6 核磁共振CT机 511

14.2.7 青霉素和链霉素 512

14.2.8 β受体阻滞剂和H2组胺受体阻滞剂 514

14.2.9 癌症的防治 516

14.2.9.1 癌症产生的原因 516

14.2.9.2 癌症的种类及其与遗传的关系 521

14.2.9.3 癌症的临床表现与转移 521

14.2.9.4 易得癌症的人群 522

14.2.9.5 癌症的治疗 523

14.2.10 贫血症和狼疮的治疗 525

14.2.10.1 治疗贫血症 525

14.2.10.2 光学疗法和治疗狼疮 526

14.2.11 心导管术的发明 527

参考文献 529