世界近代前期科技史-第20节
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多于其 1/4。但他没有考虑到拱高对于拱的水平推力的影响，并以为半圆形
拱对其拱座没有水平推力。他的这种有关拱的力学观点在很长时间内没有受
到怀疑。
17世纪上半期，法国建筑师德朗在《拱的建筑》一书中，提出了一种确
定拱座应有厚度的作图方法。这种方法对半圆形、弓形和尖形的拱都适用，
其主要之点是根据拱的弧度来决定拱座的厚度。不过这个方法也有缺点，它
未把拱座的墩的高度和拱的荷载这两个因素考虑进去。
2。光学
（1）光学原理的探讨
①莫洛利克。莫洛利克（1494—1575年）生于意大利的墨西拿，曾当过
牧师和数学教师，同时也是物理学家和天文学家。他在物理学方面的主要研
究工作集中于光学，如光的直线传播，光在平面镜、球面镜、柱面镜和锥面
镜上的反射和光的折射等问题。他指出，凸透镜是会聚的，而凹透镜是发散
的；光线在通过具有平面平行界面的透明板时，其方向不变，仅平行于其本
身有一位移。他还研究了虹，最先指出虹有7种颜色。而在此之前，人们普
遍认为虹只有3种颜色。在视觉理论方面，他指出，光线在眼睛的晶状体中
折射，就象在透镜中折射一样，并在视网膜上引起视觉。他最早说明了眼睛
近视和远视的原因，认为这分别是由于晶状体的曲率过大或不足造成的。
莫洛利克在1567年写了一本书，名为《论光》，但当时未能出版，直到
他逝世后30多年，才于1611年问世。
②刻卜勒 刻卜勒也是当时主要的光学家。在1604年，他凭直觉、但又
是最先明确地提出了光度学的基本定律，即照度与离光源的距离的平方成反
比。他还通过几何构造正确解释了以前的光学家们曾讨论过的一个问题：为
什么太阳光从一个小孔进入暗室时，不论这个孔的形状如何，在屏上形成的
图像总是圆的。他以一本书代表发光体，在书和墙之间放置一个中间有一角
孔的屏，然后在书的一角系上一根线，再将线穿过角孔拉直至墙壁，线端系
一支粉笔。拉直这根线并沿角孔边沿绕转时，粉笔在墙上画出了一个与角孔
相似的图形。再将线的另一端依次系在书的其他位置并重复上述过程，结果
在墙上画出了许多部分重叠的角孔图形，这些图形构成了一个总的轮廓，呈
现出这本书的形状。
此外，刻卜勒还论述了光的折射和视觉理论。
在1611年出版的《屈光学》中，他描述了望远镜的原理，介绍了具有凸
透镜目镜的望远镜的结构，提出了近似的折射定律和透镜公式。他对眼睛功
能的解释比前人更为准确，如认为视网膜是眼睛接受晶状体所形成的图像的
部位，视力是对刺激视网膜的感觉等。
③斯涅耳。在刻卜勒之后，荷兰莱顿大学的数学教授斯涅耳（1591—1626
年）取得了一个进展。约在1621年，他通过实验发现了光穿过两种互相接触
的媒质的界面时，其穿行路程与两种媒质的折射率之间的关系。但斯涅耳的
这一发现当时没有公布。后来，著名荷兰物理学家惠更斯可能看到了斯涅耳
的手稿。他在1703年出版的《光的折射》中，提到了斯涅耳的发现。于是，
光的折射定律被称为斯涅耳定律。
④笛卡尔。1637年，笛卡尔的《屈光学》一书出版。笛卡尔论述了光的
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传播、反射和折射定律。他认为，光是一种作用或压力，它从发光体经过媒
质传到人的眼睛；光是“即时”传播的。他力图从力学上证明反射和折射定
律，假定光的本性是一种由发光体产生的推力或运动倾向，它同一个实际运
动的物体遵循同样的力学定律，如同一个被击出的小球一样，在碰到坚硬平
滑的表面而反射时，其入射角必定等于反射角。他提出，光由媒质中的运动
构成，因此，它碰撞在柔软松散的空气微粒上比碰撞在较坚硬紧密的水或玻
璃的微粒上更容易减弱，就象一个球在地毯上不如在光滑的桌面上容易滚动
一样。在一系列研究的基础上，笛卡尔最先在数学上导出了光的折射定律，
这条定律在实验上已由斯涅耳在1621年左右确立。
⑤格里马尔迪。 意大利博洛尼亚的格里马尔迪（1618—1663年）是耶
稣会学校的教师，讲授哲学和数学，但光学是他的主要研究对象。他发现了
光的衍射现象，并对其作了系统的研究，提出衍射的某些规律。
格里马尔迪在做实验时注意到，让日光从一块有划痕的金属板反射到一
个屏上，能产生色带。这一发现成为发明反射光栅的先声。根据有划痕的金
属板对光的作用，他在一定程度上解释了鸟类羽毛、昆虫翼的闪光颜色的产
生。他认为，颜色就是“光的变态”，这种变态也许就在于光的运动类型和
速度的变化。当眼睛受到速度不同的光振动的刺激时，就出现了不同的颜色。
格里马尔迪还用棱镜得到了太阳的光谱。
格里马尔迪对光所作的实验和思考的成果，在他的主要著作《关于光、
色和虹的物理数学研究》中得到了表述。这本书是在他逝世两年后的 1665
年出版的。
（2）光学仪器的发明和改进
①望远镜。最早利用透镜的光学性能，是同改善视力的目的联系在一起
的。大约在14世纪前，就已有了使用眼镜的记录。14世纪初，威尼斯的眼
镜制作业大概已有一定规模。那时，为了防止眼镜制作者用玻璃代替水晶欺
骗顾客，还制订了专门的法律。14世纪中叶，戴眼镜已成为上层人士的一种
时尚，不少人甚至在请人绘制肖像时都要求画成戴眼镜的。但从使用眼镜到
发明望远镜，经过了大约300年的时间。
16世纪后期，意大利学者波塔（1535—1615年）讨论了有关望远镜的原
理。在1558年出版的《大自然的魔术》一书中，他提出可以把凸透镜和凹透
镜结合起来使用以观察远处和近处的物体。据说，意大利在1590年就已有了
望远镜，它由一个凸面物镜和一个凹面目镜组成，但当时可能没有受到特别
的注意。
关于望远镜的最早发明者，有种种不同的说法。其中较为普遍的看法是：
17世纪初，荷兰制镜工匠汉斯·利帕希偶然地把目光穿过两个透镜观看远处
教堂顶上的风标，他惊奇地发现，风标被放大了。于是，他开始制作“远距
离观望仪器”。他最初制成的望远镜比较简单，由一个双凸透镜作为物镜和
一个双凹透镜作为目镜。1608年10月，荷兰议会审议了利帕希的专利申请。
根据议会的决议，成立了一个专门委员会与利帕希商谈，并探讨是否可将这
种仪器改进为可用双眼同时观察。利帕希得到了一笔经费，两个月后制成了
一个双筒望远镜。但他未能获得专利权，因为当时还有其他人试图获得这项
专利。正是在这时，望远镜在欧洲各国传开了。 1609年，在巴黎、法兰克
福、米兰、威尼斯和伦敦，都已能买到这种可用来观看远处景物的仪器。
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伽利略在 1609年听到了有关荷兰人制造出了一种观察远处的物体就象
近在眼前一样清楚的仪器的消息。作为杰出的科学家，他敏锐地意识到了这
一发明所具有的科学可能性。依靠自己精深的光学知识，他独立地制成了由
一个平凸透镜和一个平凹透镜组成的望远镜。这种望远镜本质上是与荷兰望
远镜相同的，但比荷兰工匠制作的更好。
望远镜一出现，首先被认为对于军事和航海具有重大意义。但当伽利略
用它进行天文观察并获得重大发现之后，望远镜就成了人们认识自然、发展
科学的新工具了。
不久，刻卜勒在1611年出版的《屈光学》中，解释了荷兰望远镜或伽利
略望远镜的光学原理，并进一步提出了使用两个双凸透镜的望远镜结构，即
后来所称的“刻卜勒望远镜”。这种望远镜可以获得比荷兰望远镜更宽阔的
视野，镜筒也可以更短。他还证明，一个凹透镜和一个凸透镜在适当距离上
的组合，能够得到比单用一个凸透镜时更大的图像。这一见解后来导致了远
距离照像透镜组合的发明。
刻卜勒在望远镜光学原理方面很有研究，但他自己没有制作望远镜。第
一架被称为“刻卜勒望远镜”的天文望远镜，大约是在1613—1617年间由耶
稣会教士沙伊纳制成的。沙伊纳还发明了在用望远镜作天文观察的时候保护
眼睛的方法，即把有色玻璃片安装在透镜前面以减低光的强度。
在此后的时间里，望远镜的结构和性能不断获得改进，尤其是牛顿在
1668年超越了折射式望远镜的框框，制成了第一架反射式望远镜。
②显微镜。显微镜大约和望远镜产生于同一时期，而且，究竟是谁最先
发明了显微镜也是不明确的。很可能显微镜最早也出现于荷兰，是米德尔堡
一个名叫扎哈里亚·詹森（1580—1638年？）的眼镜工匠制成的。他的显微
镜由一个作为物镜的双凸透镜和一个作为目镜的双凹透镜所组成，镜筒长约
18英寸 （约45厘米），直径约2英寸 （约5厘米）。而最先把显微镜用于
科学研究的大概也是伽利略。约在1610年，他用显微镜研究了昆虫的运动器
官和感觉器官。1614年，他详细描述了显微镜下的苍蝇。
17世纪中叶，英国物理学家罗伯特·胡克（1635—1703）制成了以一个
半球形单透镜作为物镜和一个平凸透镜作为目镜的显微镜。这个显微镜有一
拉筒，可调节距离。镜筒安装在一个支架上，可以变化角度。为了增加被观
察物体的亮度，还使用了一个带球形聚光镜的照明灯。胡克后来出版了一本
名为《微观画集》的书，具体地介绍了显微镜及其用途，并描述了自己在显
微镜中看到的世界。他画出了雪片的晶体结构、苍蝇的眼睛、蜜蜂的螫刺器
官、羽毛的结构、霉菌的形状等许多人们前所不知的东西。他还第一次使用
“细胞”这个词来称呼软木的蜂窝状结构。胡克的工作使显微镜迅速流行，
促进了人们对微观世界的认识。
3。热学
（1）对热现象的研究
近代前期，对热学的研究尚处于起步阶段。
关于热的本质，还存在着不同的看法。弗朗西斯·培根在其1620年出版
的《新工具》一书中，认为热是一种运动。而差不多与他同时代的法国学者
卡桑狄（1592—1655年）则指出，热是由特殊种类的原子组成的。
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这种分歧在一定程度上是对热的传统认识上的差异的延续。柏拉图曾强
调热是一种运动，而亚里士多德关于火的概念则认为，火是四种物质元素之
一。而在近代初期，人们也还很少明确区分热和火。
然而，用实验方法研究热现象的过程也已开始。如关于热的幅射问题，
意大利学者波塔在1589年就已认为，凹镜能够反射热、冷、光和声。他描述
了这样一种情况：在镜前放一支点燃的蜡烛，当眼睛位于共轭焦点时，眼睛
能感觉到蜡烛发出的热和光；而如果把雪放在蜡烛的位置上，冷也会被反射。
弗朗西斯·培根曾经作过用取火镜来聚焦看不见的热的实验，发热体是被加
热的铁、石头或沸水。
到17世纪下半期，玻意耳、胡克、马略特等著名学者把热学研究向前推
进了一大步。
（2）温度计
随着对热现象研究的展开，出现了测试温度的仪器。一般认为，近代第
一个温度计，是伽利略根据空气受热膨胀的原理制作出来的。伽利略的学生
维维安尼认为，伽利略约在1592年就已发明了这种测量冷热程度的仪器。伽
利略的朋友卡斯特利，也曾详细地描述了他在1603年目睹的伽利略使用温度
计检测冷热程度的演示。这种温度计是一根下端开口、上端为一球泡的细玻
璃管。伽利略先将玻璃泡加�
