现代自然科学是如何发展的？
19世纪，科学研究逐渐从收集和积累材料阶段转向整理和综合材料、形成假说、建立和完善理论体系阶段。自然科学各个领域的许多规律性认识和重要原理都在这一时期得以揭示，其拓展的深度和广度大大超过了17和18世纪。每一门经典科学都在走向成熟，达到近乎完美的程度，形成了人类历史上前所未有的精密可靠的自然科学体系。
1637年，法国学者笛卡尔(1596-165)发表了他用代数方法解决几何问题的研究成果，创立了解析几何。这一成果突破了以往数学的界限，形象地说明了自然事物的形与量是相互联系的，实现了几何与代数的结合，即形与数的结合。笛卡尔实际上将变量引入数学，为物理学研究运动和变化提供了有力的数学工具，实现了数学的转折。随后，德国数学家莱布尼茨(1646-1716)和英国科学家牛顿(1642-1727)分别建立了微积分，完成了数学上的革命，从而使精确测量和计算变量成为可能。莱布尼茨发明了现在世界上普遍使用的微积分符号。解析几何和微积分的建立是17世纪数学最重要的成就。从此，数学从传统的常数计算进入了以变量为主导的新领域，“高等数学”应运而生。
18世纪，数学家们通过多年的研究，认识到传统的欧几里得几何是由一组不导致逻辑矛盾的假设推导出来的几何体系，于是假设如果有另一组不导致逻辑矛盾的假设，就可能推导出另一个几何体系。1854年，德国数学家黎曼在前人研究的基础上提出了更广泛的非欧几何，提出了空间特征的可变性。黎曼几何为爱因斯坦建立广义相对论提供了重要的数学工具。
物理学的伟大成就经典物理学包括力学、光学、热学、电磁学、分子物理等许多部门和分支。17和18世纪，只有经典力学成熟。到了19世纪，经典物理学的各个分支都有了很大的进步，科学体系已经成熟。
1687年，牛顿发表了他的科学巨著《自然哲学的数学原理》。这本书是这一时期自然科学最重要的代表作，包括自然科学的许多领域，但最重要的是力学。在这本书里，牛顿提出了物体的机械运动三定律和万有引力定律。这些定律构成了一个统一的体系，在一个理论中概括了天上和地上物体的运动。牛顿提出的这些力学理论被称为牛顿力学体系，它的建立成为现代科学形成的标志。这是人类认识史上第一次对自然规律的理论概括和综合。牛顿对科学做出了许多贡献。他还发现了太阳光的光谱，发明了反射式望远镜，促进了光学研究的发展。
牛顿物体机械运动三定律包括惯性定律、加速度定律和作用与反作用定律。简单来说，惯性定律就是每一个物体，除非受到外力作用，否则总是保持静止或匀速直线运动状态；加速度定律是指物体的加速度与力成正比；作用力与反作用力定律是指作用力和反作用力总是大小相等，方向相反。所谓万有引力定律，是指宇宙中每一个物质粒子都会吸引其他每一个粒子，它们之间相互吸引的力与它们之间距离的平方成反比，与它们质量的乘积成正比。
牛顿让太阳光穿过棱镜，反射出彩虹般的颜色，呈现为红、橙、黄、绿。青色、蓝色和紫色的七色丝带；在这个色谱中放一个棱镜，彩虹的颜色会立刻回复成白光。这一发现为光谱学的创立铺平了道路。
科学的力量在于预见。1846年，法国天文学家列维利用经典力学理论计算出一颗未知行星的可能位置。德国天文学家加勒根据这一计算结果立即组织观测，发现了海王星，证明了经典力学的正确性。
17世纪初，英国人吉尔伯特发现了天然磁铁的性质，将“电”一词引入英语。但长期以来，人们一直将电和磁视为两种不相关的现象。直到19世纪初，丹麦教授奥斯特在带电导线附近观察到磁针旋转现象，人们才意识到电和磁之间存在一定的联系。20世纪30年代，英国科学家法拉第通过实验证明，导体在磁场中运动时，可以产生电流，机械能可以转化为电能。后来，麦克斯韦在总结前人研究的基础上，把电、磁、光的研究结合起来，建立了光的电磁波理论。1873年，英国科学家麦克斯韦出版了《电磁学通论》一书，确立了电磁学理论的基本框架。电磁感应的发现是19世纪电磁学的辉煌成就，使制造发电机进而制造电动机成为可能，从而开启了人类生活的新时代——电气时代。电磁场理论是科学认识史上的一大飞跃，标志着经典物理理论的顶峰。因此，麦克斯韦也被称为“继牛顿之后最伟大的数学物理学家”。
1895年，德国物理学家伦琴在做实验时，偶然发现了一种穿透力很强的射线。由于当时不知道这种射线的性质，伦琴暂时称它为X射线。x射线能穿透肉体，看穿骨头，它们被广泛用于医疗。几年后，科学家居里夫妇在法国发现了钋和镭等放射性元素。居里夫人(1867—1934)在她的论文中第一次使用了“放射性”这个词。在此基础上，英国科学家卢瑟福等人通过研究发现，放射性原子在自身发出射线和能量的同时，衰变为另一种放射性原子，直至成为稳定的原子。同时，科学家在研究过程中还发现了电子的存在，打破了“原子不可分”的传统观念。X射线、放射性和电子的发现，为人们打开了一个奇妙的微观世界。
从18年底到19年初，人们已经发现了很多不同物质形态相互转化的例子。这说明物质运动的某些不同形式之间必然存在着某种内在联系。德国医生迈耶(1814—1878)从人体新陈代谢的角度认识到生物体内能量的输入和输出是平衡的。像机械能一样，食物中含有的化学能可以转化为热能。迈耶是第一个发表能量守恒和转化定律的人。接着，英国业余物理学家乔尔(1818—1889)率先通过科学实验建立了能量守恒和转化定律。1847年，德国物理学家亥姆霍兹(1821—1894)系统严密地阐述了能量守恒和转化原理，并把这一定律用数学表达出来。到了20世纪60年代，能量守恒和转化定律得到了科学界的认可。
这个定律表明，自然界中各种形式的能量，如20世纪发现的机械能、热能、电磁能、化学能、原子能等，在一定条件下可以按照固定的等价关系相互转化。在转化过程中，能量不可能凭空产生或消灭。能量守恒和转化定律不仅为提高机械效率提供了理论依据，也为物质运动不灭原理、运动形式统一性等哲学命题提供了科学证明。恩格斯因此称之为19世纪自然科学三大发现之首。
化学的发展17世纪下半叶，英国科学家波义耳首先提出了化学元素的科学概念，并倡导将科学实验作为化学研究的基本方法，成为现代化学的奠基人。在17和18世纪，由于科学界普遍存在燃素说，人们长期未能揭示燃烧现象的本质。18结尾，法国科学家拉瓦锡指出了“燃素说”的错误，明确指出没有燃素这种东西，说明燃烧是燃烧物质与空气中的氧气结合的过程。燃烧氧化理论是现代化学的一次革命性飞跃。从此化学研究步入正轨，在19世纪取得了一系列伟大的成就。拉瓦锡也是第一个通过化学反应提出能量守恒定律的人。
1803年，法国科学家道尔顿发表了他的原子论，指出化学元素是由自然界中非常微小、不可分割、不可改变的原子组成的；不同元素的原子在形状、质量和性质上是不同的，原子量是各种元素的基本特征。不同元素的原子以简单的数量比结合形成化合物。原子论解释了各种化学现象和化学规律之间的内在联系，很快成为当时化学研究的统一理论，从而开创了现代化学的新纪元。1811年，意大利科学家阿伏伽德罗提出了分子的概念，认为单质的分子是由同一元素的原子组成的，而化合物的分子是由不同元素的原子组成的。
自从波义耳提出化学元素的概念，拉瓦锡知道氧以后，人们对寻找元素越来越感兴趣。地球上有多少种元素？他们之间有什么联系？这些问题吸引着人们不断思考。1869年，俄国化学家门捷列夫提出元素的性质和元素的原子量之间存在着周期变化的规律，这就是后来人们所熟知的元素周期律。门捷列夫还制作了第一张化学元素周期表，他在表中列出了当时已知的所有元素，并预言了六种未知元素及其性质。这些科学预测很快被实验所证实。元素周期律的发现奠定了无机化学的基础。说明自然界中的元素不是孤立存在的，而是一个具有内在联系的统一体。
诺贝尔是瑞典著名的化学家、工程师和实业家。他的科学贡献主要在于炸药的研制。65438+上世纪六七十年代，诺贝尔在炸药相关的炸药和雷管的研究方面取得了很大进展，制造出了使用更安全、爆炸威力更强的炸药，并获得了一系列专利。诺贝尔利用自己的专利在欧洲各地建立了许多炸药厂，还投资了油田，获得了巨额财富。1896年，诺贝尔在意大利去世，他的遗嘱呼吁为他的大部分遗产建立一个基金，奖励对科学与和平做出突出贡献的人。1900年，诺贝尔奖首次颁发。诺贝尔奖分为物理、化学、生物、医学、文学和和平奖；1969年经济学奖设立。诺贝尔奖是目前世界上最著名的奖项，对科学进步和人类和平起到了积极的推动作用。
生物学的巨大进步1628英国医生哈维基于大量事实发表了血液循环理论，奠定了现代生理学的基础。65438年至20世纪30年代，瑞典科学家林奈在总结前人成果的基础上，制定了动植物分类，建立了“界→纲→目→属→种”的分类体系，迅速得到学术界的广泛认同。
在英国科学家虎克于1665年首次发现细胞后的100多年里，人们对细胞的认识并没有太大的进展。1838年，德国植物学家施莱登发表文章指出，细胞是所有植物结构的基本单位，植物发育的过程就是形成新细胞的过程。1839年，德国动物学家王石将施莱登的观点扩展到动物界，从而正式建立了完整的细胞理论。早在17世纪，荷兰生物学家莱文·胡克用显微镜观察了各种微生物，并发表了最早的细菌图谱。这一发现开辟了生物学研究的新领域。但是到了19世纪上半叶，人们仍然无法解释微生物是如何产生的。1860年，法国生物化学家巴斯德证明了营养物质不能自然产生微生物，生命只能靠生命繁衍的结论。这一发现奠定了微生物学的基础。
19世纪初，法国博物学家拉马克首先提出了生物进化的观点，引起了长期的激烈争论。65438-0859年，英国生物学家达尔文经过20多年的研究写成的《物种起源》一书出版。达尔文认为，许多从生母出生的后代都在为生存的必要条件而奋斗。很多后代不会绝对一样。其中，优秀的物种在生存竞争中胜出，其他的被淘汰。这就是适者生存。达尔文认为变异和自然选择是新物种起源的主要因素。《物种起源》的出版标志着生物进化论的诞生。1871年，达尔文发表了《人类的起源》，明确指出人类祖先与大猩猩和黑猩猩有亲缘关系。达尔文的生物进化论彻底动摇了上帝造人的观念，将“变化”和“发展”的概念引入科学领域，不仅引起了生物学和人类学的一场革命，也影响了社会学和历史学，产生了社会达尔文主义思潮。
65438+60年代。奥地利人孟德尔首先阐述了生物界有规律的遗传现象。大约在1910年前，美国生物学家摩根经过多年研究，建立了基因遗传理论。根据基因遗传理论，染色体是基因的物质载体，基因在染色体上呈直线排列；不同染色体上的基因可以自由组合，同一染色体上的基因不能自由组合，要遵守连锁遗传规律。
孟德尔是现代遗传学的奠基人，他的主要贡献是建立了孟德尔定律。孟德尔定律，包括分离现象和独立分布定律，表明生物的每一个性状都是由一个遗传因素传递的，并不是某一个特定性状被遗传。这是遗传因素1909年，一位荷兰遗传学家用“基因”一词来表达孟德尔所说的“遗传因素”。此后，“基因”的概念逐渐被生物学家接受和使用。
天文学新进展1755德国哲学家康德提出了“星云理论”来解释太阳系的形成和运动，后来法国科学家拉普拉斯也提出了类似的假说，并用数学方法进行了论证。康德-拉普拉斯星云理论把太阳系的形成看作是物质世界本身的历史和发展过程。天文学家还在18和19世纪发现了天王星和海王星，进一步提高了对太阳系的认识。
18世纪，英国天文学家W·赫歇尔提出了银河系的概念，认为银河系由一层恒星组成，形状像一个边缘有裂缝的透镜，太阳位于银河系中。19世纪上半叶，他的儿子j·赫歇尔发表了《天文学大纲》，最终确立了银河系的概念。