古代科学发展

提到古代科学技术，我们一定会想到四大文明古国，古希腊、古罗马、古印度和古中国。下面我们就着重看一下古希腊、古罗马和古代中国的科学发展。［2］

1．古希腊时代科学

（1）古希腊时代自然哲学

在古代自然哲学的发展方面，古希腊的哲学家起了很重要的推动作用。在雅典时期，涌现出了许多著名的大哲学家、大思想家，例如泰勒斯（Thales，生年不详）、苏格拉底（Socrates，公元前469—前399年）、柏拉图（Plato，约公元前427—前347年）、亚里士多德（Aristotélēs，公元前384—前322年）等。古希腊的哲学家们对于世界的本源、物质结构、天体系统模型等问题进行了深刻的思考，提出一些重要思想，虽然不一定正确，但是影响深远。

可以说是米利都学派的早期哲学家打开了自然哲学的大门，人们开始推测宇宙的本质。泰勒斯是米利都学派的代表人物，他是不靠巫术、萨满、神秘预言家来回答“世界由什么组成”问题的第一人，他把解释严格建立在实际观察和逻辑推理之上。他把天文学和几何学带到了希腊，认为万物本源是水，并提出了一种宇宙模型，把宇宙想象成水域包围，把地球看作是浮在水中的扁平圆盘。泰勒斯有两位最著名的学生，他们是阿那克西曼德（约公元前610—前546年）和阿那克西米尼。虽然两人很尊敬泰勒斯，但他们并不同意泰勒斯万物本源是水的观点。阿那克西曼德认为万物的本源是一种没有形状的、不能观察得到的物质，他称之为“无限者”。他还提出生命起源于海洋的重要思想，提出地球是圆柱形的。虽然关于地球形状的猜测是不正确的，但是他是第一个意识到地球表面是弯曲的。阿那克西米尼则认为空气是万物的始基，并用空气的稀薄和浓厚来解释自然现象的永恒变化。古希腊的赫拉克利特（约公元前540—前480年）则主张火是一切自然现象的物质始原。毕达哥拉斯及其学派则把永生的灵魂和永存的数目联系起来，认为整个世界是由纯粹的数目构成的。认为自然界中的一切都服从于一定比例的数。万物的本源是数，10是最完美的数，宇宙中天体也是10个。亚里士多德则认为土、水、火、空气四种元素构成地上万物，天体由第五种元素“以太”构成，并主张自然现象的发展决定于质料、形式、动力、目的四种原因。德谟克利特（约公元前460—前370年）发展其老师留基伯（约公元前500—前440年）的学说，提出原子论，认为世界及其万物都是由看不见的极其微小的粒子聚集而成，这些粒子是实心的且不可分的，德谟克利特称之为原子。过了一个世纪，古希腊时代的哲学家伊壁鸠鲁（Epicurus，约公元前341—前270年）进一步阐述了原子论，又过了很久，原子论又被罗马哲学家和诗人卢克莱修（Lucretius，公元前99—前55年）继承。但是因为原子论反对迷信，反对人死后有来生，所以原子论并不受宗教保护，也很难被保守的同代人接受，追随者极少，直到19世纪道尔顿（John Dalton，1766—1844年）才使原子论重新焕发活力。欧多克斯（约公元前408—前355年）提出了以地球为中心的同心圆几何结构的天体体系结构，用于解释天体的复杂周期运动现象。

（2）古希腊时代其他方面

除了哲学方面，古希腊在数学、物理学等方面也有一些重要成就。

在数学上，泰勒斯证明了5个与圆和三角的几何特性相关的定理，建立最早的逻辑系统；毕达哥拉斯学派证明了勾股定理，发现了无理数；亚里士多德（公元前384—前332年）创立以三段论为中心的形式逻辑体系，提出归纳演绎思想，对后面欧几里得、阿基米德的研究产生深远影响；欧几里得（约公元前325—前270年）创立了几何学，著有《几何原本》一书，建立了公理化体系；阿基米德（公元前287—前212年）利用“穷竭法”正确估算出π值，并完美地解决曲边图形周长、面积和体积的计算。

在物理学上，亚里士多德最为出名是其关于运动的错误认识，“凡是运动的物体，一定有推动者在推着它运动”，还有其关于自由落体的错误，“较重物体的下坠速度会比较轻物体的快”；阿基米德在《论平衡》中讨论了杠杆定理，在《论浮体》首先用数学方法证明了浮力定律，发展并奠定了静力学的基础。

古希腊时代的生物学和医学才刚刚有所体现，真正的化学则还没有产生。在生物方面，亚里士多德考察小鸡等动物在胚胎期中的形态变化，认识到雌雄在生殖上各有不同贡献，改变了那种认为父方是唯一真正亲本的看法。亚里士多德也是把生物学分门别类的第一人，虽然他没有提出正式的分类（法），但是他按一定的标准对动物进行了分类，而且他对无脊椎动物的分类比两千年后林奈的分类更合理。在医学上，古希腊时期也取得了重要成果。希波克拉底（Hippocrates，约公元前460—前377年）建立了西方最早的医学学派，他们把疾病看作是一种服从自然法则的过程，强调用观察和实验的方法来研究疾病，并对许多疾病作了较为准确的描述，指出了适当的治病方法，这是现代临床医学的开端。希波克拉底被西方人称之为“医学之父”。

2．古罗马时代科学

（1）古罗马时代地心说

科学的发展，尤其是希腊自然哲学的发展在经过一个鼎盛期后，在亚历山大后期遇到了障碍，在希腊托勒密王朝日益没落，罗马人占领亚历山大城后，希腊哲学彻底失去了生存的土壤，转而是罗马技术上的进步。罗马时代，罗马帝国出于军事征战和王公贵族的需要，对科学的发展不重视，并对希腊科学抱有一种轻蔑的态度，罗马人主要注重技术上的发展，虽然科学在罗马时代没有取得重要进展，但在天文学和医学方面还是取得不小的成果。

在罗马时代天文学方面取得的最突出的成果就是托勒密（约90—168年）地心说的建立。阿里斯塔克斯（Aristarchus，约公元前310—前230年）根据自己对于太阳、月亮、地球的观察和研究，得到太阳比地球大这一事实，于是他大胆否定了亚里士多德地球中心说的观点，提出了太阳中心说的设想，认为太阳和恒星都是不动的，人们之所以看到它们似乎在转动，乃是地球自转的结果。他所著的《太阳和月亮的大小与距离》一书一直流传至今。但是遗憾的是，当时他没有提出更多的论证来证明自己的猜想，特别是由于这种观点和人们常识不符，他的观点未被重视。在这之后，天文学家阿波罗尼乌斯（约公元前262—前190年）和希帕克（约公元前160—前120年）等人依然继承和发展了欧多克斯的地心说的传统，提出了“本轮”和“均轮”的概念和偏心圆假设，用来解释地球上的观察者所看到的行星亮度的变化和逆行现象以及太阳运动速度的变化。后来，托勒密总结了古希腊对于天体运动的大部分想法，又继承了关于“本轮”和“均轮”的思想，在《天文学大成》（Almagest）中提出自己对于宇宙的想法，他认为地球是一个球体，位于宇宙的中心，已知的所有天体都围绕地球运行，它们的运动轨迹则是偏心圆和本轮模型的复合体。他的这一思想曾经统治欧洲1　000多年，直到哥白尼重新提出日心说才被打破。

（2）古罗马时代医学

在古罗马时代取得的著名成就，除了托勒密地心说，就要数医学了，其中盖仑（Galen，全名Claudius Galenus of Pergamum，129—199年）是罗马时代医学的领军人物。盖仑是罗马时代的著名医生和医学家，他一生专心致力于医疗实践解剖研究、写作和各类学术活动，著作无数。他是古希腊以来医学的集大成者，是仅次于希波克拉底的第二个医学权威。

盖仑［3］［4］［5］继承了希腊著名医学家希波克拉底的医学理论，并在此基础上发展了自己的理论。他把希腊时代的医学知识和解剖学知识系统化，并通过活体动物的解剖，证明动脉是送血的，而不是送空气的，此外他首次研究了神经的作用以及脑和心的作用。他还认为思考是脑的作用，而不是像亚里士多德所说的那样是心的作用。他一生曾撰写了131部医学著作（其中83部流传至今）。他还把早期解剖学家的三魂说与有限的解剖知识结合起来，提出了人体由三种不同等级的器官、液体和灵气组成，即关于人体的小宇宙的理论。

从今天的角度出发，盖伦的许多观点是错的。例如他没有认识到血液循环以及静脉系统与动脉系统的相关性。由于他的大多数解剖知识是从解剖猪、狗和猴得来的，而动物无论怎样和人类形似，终究是有差别的。他错误地以为人也有迷网（一个在食草动物中常见的血管节）。他还反对使用止血带来停止出血的疗法而坚持使用放血疗法。即使这样，也无法掩盖他为医学作出的巨大成就，为后世医学发展和研究留下了宝贵的财富。

托勒密的地心说体系和盖仑医学都是对希腊科学思想的继承和发展，被称之为古希腊科学的“余晖”。

3．古代中国科学

在人类历史上，封建社会科学文化的最高成就则是由中国创造的。作为古代四大文明古国之一，中国历史悠久，从最早的三皇五帝开始，到现在中华人民共和国为止，中间分分合合，经过了无数朝代的变迁，成就我们这个具有5　000多年历史的文明大国。在古代，中国取得了丰硕的科技成果，其中很多成果都达到当时世界先进水平。领先西方几个世纪甚至十几个世纪。天文学、数学、医学、农学是我国古代四大自然学科，下面我们就看一下我国在天文学、数学、医学这三方面的主要成就。［2］

（1）古代中国的天文学

我国的天文学萌芽较早，早在公元前24世纪的尧舜时代，就设立了专职的天文官，专门从事“观象授时”。早在仰韶文化时期，人们就描绘了光芒四射的太阳形象，进而对太阳上的变化也屡有记载，描绘出太阳边缘有大小如同弹丸、呈倾斜形状的太阳黑子。这是我国天文学的早期萌芽。

我国古代天文学研究的一个重要成果就是历法的制作。早在夏代我国就已有了历法，商代有了阴阳合历，创立了干支记日法。春秋时期已经开始采用19年闰7个月的方法。最迟在公元前7世纪，我国已采用土圭观测日影的方法来测定冬至和夏至。公元4世纪的战国时代已经使用四分历。可能在战国末期，产生了二十四节气的见解。我国很早就开始了天文观测，并且有了关于日食、月食、彗星、流星等世界上最早的观测记录。在公元前360—350年间，楚国人甘德写了《天文星占》、魏国人石申写了《星占》，这是世界上最早的星表。

自然哲学作为古代科学的一种形态，在春秋战国时期取得了光辉的成果。以墨家、道家以及荀子和韩非为代表的朴素唯物主义哲学对科学的发展有较大的影响。探讨世界万物的本原也是中国古代自然哲学的重要内容。在殷周时期就有了阴阳八卦学说和五行说。《易经》中用八卦（天、地、风、雷、水、火、山、泽）代表自然界中最常见的八种东西，认为天（阳）和地（阴）两种势力交感推移，生成其他六种东西，并使万物发展变化。五行说在夏代就有萌芽，它把宇宙万物归结为水、火、木、金、土五种元素。战国时期的阴阳家邹衍则用阴阳来统率五行，试图用阴阳五行对自然界和社会作统一的解释。《管子·水地》篇中说:“水者何也，万物之本原也。”把水看成是万物之本原，而道家的创始人老子则在春秋末年提出“道”是“万物之宗”的思想。战国时期宋钘、尹文则提出了唯物主义的精气说，认为“气”是一种微小的看不见、摸不着的物质实体，“精”是比“气”更细小的东西，“精”“气”乃是世界的本原，谷物、星辰都是由精气产生的，就是精神现象也是由气的流动而产生的。战国末期的荀子（约公元前298—前238年）则进一步发挥了物质性的精气学说，认为世界万物都是由统一的物质性的气构成，水、火、生物、人都是气的发展的不同阶段。荀子还要求“明天人之分”，弄清其间的关系，并提出“制天命而用之”的光辉命题。

中国的自然哲学家们也曾涉及物质有没有最小单位或物质能不能无限分割等问题。惠施提出“至小无内，谓之小一”，即物质的最小单位无内可言。也有人主张物质可以无限分割，提出了“一尺之棰，日取其半，万世不竭”的命题。关于宇宙结构的学说是中国古代自然哲学的重要内容。先秦早期就有了天圆地方说，主张“天员（圆）如张盖，地方如棋局”。到了西周时代，则有盖天说的出现，认为天如斗笠，大地像一个倒扣着的盘子。“盖天说”不符合天体的真相，不能解释天体运转的现象。比盖天说进步些的是地圆说。战国时赵人到主张“天体如弹丸”。《庄子》则进一步对地不动的观念提出疑问。尸子（即尸佼，商鞅的老师）则有了对地球自转运动的最佳描述。战国末期李斯猜测到地球在空间中的位移，有了“日行一度”的观念。到西汉末年更有了地球在空间中的位移的科学描述。同时对地动而人却觉察不到的原因做出了解释:“地恒动不止，而人不知，譬如人舟中，闭牖而坐，舟行不觉也”（《尚书纬·考灵曜》）。这确实是我国古代人民认识宇宙史上的一个伟大创见。战国时期学术繁荣的另一个重要成果，是有了实验方法的萌芽。《墨经》在中国古代科学史上是一部非常重要的著作。《墨经》中关于光学的实验，其方法和近代科学实验方法相似。墨子和他的学生进行了关于光的直线传播的小孔成像实验，以及平面镜、凹镜、凸镜的实验，说明了焦距和物体成像的关系。《墨经》中还用实验方法讨论了衡器一类的杠杆平衡情况，墨家比阿基米德更早注意到距离和平衡的关系，只是还没有明确定量地研究它。墨家也很注意概念研究和逻辑推理，对于一切事物先提出名词，再下定义，然后进行解释。这些对后来逻辑学的发展都起到推动作用。春秋战国时期百家争鸣的学术思想是一个蕴含丰富的宝藏，后人当可深入挖掘。

天文学在秦汉时期有了新的发展。东汉著名天文学家张衡（78—139年）对浑天说的宇宙结构理论作了明确的说明“浑天如鸡子。天体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于内，天大而地小，天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄，天地各乘气而立，载水而浮”。浑天说认识到大地是一个悬浮于宇宙空间的圆球。张衡曾两度担任汉朝掌管天文的太史令，精通天文历算，创制了世界上最早利用水利转动的浑象（浑天仪）和测定地震的地动仪（候风地动仪），正确地解释了月食的成因，说明月光是日光的反照，月食是由于月球进入地影而产生的。张衡因此成为我国天文学史上的杰出人物。汉代以后，我国天文学主要向实用方面发展，在天象观测、仪器制造和历法上作出了许多贡献。中国的实用天文学历来受到官方的重视，这一点和西方不尽相同。汉代已有了关于太阳黑子、新星、超新星的明确记录，对日食、彗星、北极光均有细致形象的描述，天文观测已成为一个传统，历代相继。在历法方面，汉武帝招募天下历法专家20余人，制定了《太初历》。到南北朝时，东晋的虞喜发现了岁差现象，即冬至点的每年西移现象。虞喜根据历史记录进行推算，提出了每50年向西移动一度的岁差值。祖冲之（公元429—500年）又把它引入了历法之中，并在继承前人成就和自己实测的基础上制订了《大明历》。在这些历法中，许多天文常数的测定都已达到了较高的水平。这些成就为中国天文学的发展奠定了坚实基础，也逐渐形成了中国独特的天文学体系。这个体系有独特的星群划分——三恒二十八宿；有独特的坐标系统——赤道坐标和365度；有独特的历法——带有二十四节气的阴阳合历；有独特的仪器——赤道装置的浑仪和浑象；有独特的宇宙结构体系——浑天说。中国的天文学与其他文明古国的天文学并立于世界文化之林。

后来，我国在天文学上又取得了一些成就，但总的来说，秦汉至南北朝时期是高峰期。我国古代的天文学研究成果，一直居于世界前列，一些观测结果令世人惊叹。我国公元前240年就有关于彗星的记载，它被认为是世界上最早的哈雷彗星记录。从那时起到1986年，哈雷彗星共回归30次，我国都有记录。1973年，我国考古工作者在湖南长沙马王堆的一座汉朝古墓内发现了一幅精致的彗星图，图上除彗星之外，还绘有云、气、月掩星和恒星。天文史学家对这幅古图做了考释研究后，称之为《天文气象杂占》，认为这是迄今发现的世界上最古老的彗星图。早在2　000多年前的先秦时期，我们的祖先就已经对各种形态的彗星进行了认真的观测，不仅画出了三尾彗、四尾彗，还似乎窥视到今天用大望远镜也很难见到的彗核，这足以说明中国古代的天象观测是何等的精细入微。

（2）古代中国的数学

我国在古代取得的数学成果同样不容忽视。早在商代（前17世纪—前11世纪）时期，我国就已会使用10进位法，有了画圆和直角的工具。春秋（前770—前476年）末期的《孙子兵法》里已有关于分数的记载，战国（前475—前221年）时期的《荀子·大略》等书中记载了九九乘法表。后期墨家的《墨经》中提到了几何学的点、线、面、方、圆乃至极限和变数的概念。

自秦朝统一全国到两晋南北朝这一时期，我国在数学上也取得了辉煌的成就。在秦汉时期完成了著名的算经十书:《周髀算经》《九章算术》《海岛算经》《五曹算经》《孙子算经》《夏侯阳算经》《张丘建算经》《五经算术经》《缉古算经》《缀术》。后来的隋唐时期，这些书曾被用来作为国子监算学科的教科书。其中，《九章算术》是其中最重要的一部，里面记载了开平方、开立方、求解一元二次方程的解法，在世界数学史上第一次记载了负数的概念和正负数加减法的运算规则。它对中国古代数学的影响极其深远，恰如《几何原本》对西方数学发展的影响。《周髀算经》是周秦至汉初的天文、数学知识的结集，它是我国最早的一部天文著作。后来到三国、两晋、南北朝时期，数学又取得了新的进展。刘徽对《九章算术》的全部问题作了理论上的说明。他还发明了割圆术，指出圆周长等于无限增加的圆内接多边形边长之和。天文学家兼数学家祖冲之用计算圆内接12288边形的边长和圆内接24576边形的面积的方法，得出了圆周率的精确值，即3．1415926＜π＜3．1415927。圆周率因此也被称之为“祖率”，欧洲16世纪才得到该值。

我国的数学成就在宋元时期达到了高峰。特别在13世纪下半叶短短的几十年时间里，就出现了秦九韶、李冶、杨辉、朱世杰等四位杰出的数学家。他们的著作被称之为宋元算书，一直流传至今。秦九韶的《数书九章》在高次方程的数值解法和一次同余式的解法这两个方面取得卓越成就。李冶的《测圆海镜》和《益古演段》对用代数方法列方程的研究有重要影响。李冶对于直角三角形和内接圆所造成的各线段之间的关系的研究，成为中国古代数学中别具一格的几何学。杨辉的《详解九章算法》则发展了实用数学，对各种问题提出了简捷算法。元代朱世杰的《算学启蒙》成为当时一部很好的算学启蒙教科书。除此之外，沈括关于“隙积术”的研究，则是我国对高价等差级数研究的开端。

与西方国家不同的是，我国古代数学更加偏重计算数学，在计算数学方面领先许多，但是也缺乏以定理证明为特色的对数学理论的逻辑论证。这可能与我国古代数学重视“实用”有关。

（3）古代中国的医学

和西方国家不同，中国有一套独特的医学体系。从战国到三国是中医医学体系的形成时期。约成书于战国的《黄帝内经》是中医理论开始形成的标志。它强调人体是一个有机的整体，人的健康和疾病与自然环境有一定关系。《黄帝内经》总结了临床实践经验，运用阴阳对立统一和五行生克的思想，论述了人体生理、病理、诊断、预防、主法、治则和药物的性、味、色、气等问题，初步概括了人体变化与治疗的一些规律。1　000多年来，《黄帝内经》一直行之有效地指导着中医的临床实践，成为辨证施治的基本理论之一。汉末张仲景（约公元150—219年）进一步总结了医疗实践经验，写出了《伤寒杂病论》，以六经论伤寒，以五脏、六腑论杂病，提出了包括理（辨证理论）、法（治疗原则）、方（处方）、药（用药）在内的系统的辨证施治原则，使医学理论和医疗实践密切结合起来。到两晋南北朝时代，王叔和的《脉经》奠定了脉学诊断术的基础。皇甫谧的《针灸甲乙经》奠定了针灸术的基础。葛洪、陶弘景（公元452—536年）的《肘后方》则成为中医方剂学上的佳作。汉代《神农本草经》的出现，标志着中医药物学也开始自成体系。南北朝时代的陶弘景所著《神农本草经集注》，则更把药物学体系向前推进了一步。当然，中医中药理论体系中掺杂着一些秦代、汉代的“谶纬”学说及道家的唯心主义思想，但不能因此而抹杀中医中药理论的精华。

在医疗技术上，明清时期也有了许多新的发展。明清两代的医学家在临床实践中，深入研究了传染病等热性病的病因、特点和治疗方法，在继承前人的基础上提出了新的理论、新的疗法和防治措施，总结出胃、气、管、血及三焦辨证论治的医学理论，形成了瘟病学说，进一步丰富和发展了中国医学体系。我国在16世纪还发明了人痘接种技术。用痘痂作疫苗接种，以预防天花。我国的人痘接种法发明之后，1688年俄国医生首先来我国学习，以后又传到土耳其，18世纪中叶传到欧洲。1796年英国人琴纳（公元1749—1821年）发明了牛痘接种法，1808年由葡萄牙人传入我国。牛痘法又代替了人痘接种法。