近代科学的源头

第一节　近代科学的源头——希腊

最初偏离真理毫厘，到头来就会谬之千里。

——亚里士多德（希腊）

古希腊人面向自然界，注重于对基本规律的探索，并崇尚理论思维，促使其自然科学最早走向理论化、系统化。希腊科学的历史延续了近10个世纪，从爱奥尼亚的思想火种、雅典的哲学睿智到亚历山大城的科学精英，浓缩着古希腊自然科学的历史沿革与成就。希腊，不愧为近代科学发展的源头。

（一）天文学

古希腊的天文学开始于学者们对天体运行的观察和思辨。他们的一些结论，在今天看来仍然具有一定的真理性。如“地是在空中，没有什么东西支撑它”，“月亮并不是本身发光，而是反射太阳的光；太阳和大地是一样大的，是一团纯粹的火”，“宇宙以地为中心，地也是球形的”，日食是因为“太阳经过月亮的上面时，月亮遮掩了太阳的光线，在地下投下一个黑影”，“正如世界有产生一样，世界也有成长、衰落和毁灭”等等。

构建宇宙模型是古希腊天文学的重要内容。毕达哥拉斯学派最早提出一个宇宙模型：整个宇宙为球形，中心天体名为“中心火”。地球、太阳、月亮和金、木、水、火、土五大行星都绕中心火运行。欧多克斯（Eudoxos，公元前409～前356年）构建的宇宙模型则是以地球为中心，日、月和五大行星以及恒星分别附着于27个同心透明球形壳层之上，围绕地球而旋转。为了更好地解释一些复杂的天体运动现象，人们用增加同心球的办法继续改进欧多克斯的宇宙模型，最多时同心球达到55个。到了亚历山大时代，作为“方位天文学之父的喜帕克斯（Hipparchus，约公元前190～前125年）”发明了“天文数”概念，发现了岁差现象，编造了西方历史上第一个记载恒星的星表，测定了上千座恒星并划定亮度，算出月球直径及其与地球距离的近似值。在地心说流行的古希腊时代，居然有一名叫阿利斯塔克（Aristarchus约公元前310～前230年）的天文学者提出了日心说！他认为太阳和恒星是不动的，地球和行星都绕太阳旋转，地球又绕自己的轴每日自转一周，被誉为古代的哥白尼。可惜在当时他不为人理解，阿利斯塔克还被控犯渎神罪。古希腊的天文学还有许多方面的成就，如欧多克斯和亚历山大时期的埃拉托色尼（Eratosthenes，约公元前275～前195年）测量过地球赤道的周长，后者测出的结果只比今天所测赤道周长少385.13公里。喜帕克斯在天文学史上首先发现岁差（即春分点西移现象），他还测算了回归年、朔望月、月地半径之比的数值，都与今天的测量值非常接近。他在天文仪器上也多有创造。后世最负名望的天文学家——托勒密（Ptolemy，90～168年），系统总结了希腊天文学优秀成果，著有《天文学大成》。

他创立了地球中心说，主张地球处于宇宙中心，且静止不动，日、月、行星和恒星均环绕地球运行。托勒密这个不反映宇宙实际结构的数学图景，却较为完满的解释了当时观测到的行星运动情况，并取得了航海上的实用价值，代表着希腊天文学和宇宙学思想的最高成就。在以后近两千年内，托勒密学说被奉为天文学的“圣经”。

图1-1　托勒密

古希腊的天文学虽不乏缺陷和错误，但与其他文明古国相比，它理论性最强，体系也最完整，测算方法也达到了古代的高峰。它对后世的天文学产生了深远的影响。

图1-2　毕达哥拉斯

（二）数学

和其他文明古国注重实用性不同，古希腊非常重视数学的理论、研究。在雅典时期对数学作出突出贡献的主要有毕达哥拉斯（Pythagoras，约公元前570～前497年）学派和智者学派。前者最著名的成就是对勾股定理（西方称毕达哥拉斯定理）的证明和无理数根号2的发现；后者则提出了三个著名的几何作图难题，吸引了当时和后世无数的数学家为之苦心钻研，直到近代才证明出这些作图是不可能的。数学家们在研究过程中却获得了不少理论成果，如发现了二次曲线和数学证明的穷竭法等。

古希腊数学的最高成就体现在亚历山大时期的欧几里德（Eu-clid，约公元前323～前235年）的不朽著作《几何原本》之中。该书把前人的数学成果用公理化方法加以系统的整理和总结，即从若干个简单的公理出发，以严密的演绎逻辑推导出467个定理，从而把初等几何学知识构成为一个完整的理论体系。《几何原本》为古希腊科学和后世西方学术的发展起了重要的示范作用。与欧几里得同时代的阿波罗尼（Apollonius，约公元前262～前190年）所著的《圆锥曲线》也是一部古希腊杰出的数学著作。他用平面截圆锥体而得到各种二次曲线，椭圆、抛物线、双曲线是由他命名的。也是同一时代的阿基米德研究出了怎样计算球面积和体积、弓形面积以及抛物线、螺线所围面积的方法。他用穷竭法解决了许多难题，还用圆锥曲线的方法解了一元二次方程。

图1-3　欧几里德

图1-4　亚里士多德

（三）物理学

古希腊的学者们对许多物理现象也悉心关注，作出了不少重要的发现。如注意到了磁石吸铁现象，知道了“风是空气的一种流动”，解释了虹出现的原因，认识到听觉是声音使空气振动造成的等等。毕达哥拉斯学派研究了弦的长度和音律的关系，发现了要使音调和谐就必须使弦长成为简单的整数比。

雅典时期著名的学者亚里士多德（Aristotle，公元前384～前322年）写了世界上最早的力学专著《物理学》。他认为地球上的物体的自然运动是重者向下，轻者向上，要改变这种自然状态就要靠外力。关于自由落体，他的结论是较重的物体下落速度更快，理由是它冲开介质的力比较大。亚里士多德的物理学研究是没有实验根据的、纯思辨的，因而结论大多不正确。直到近代力学诞生后才纠正了他的错误。

图1-5　阿基米德

亚历山大时期的阿基米德不仅是位数学家，也是古希腊成就最大的物理学家，被后人誉为“力学之父”。他在静力学方面的一系列研究成果，如用逻辑方法证明杠杆原理并给出数学表达式、发现浮体定律、提出计算物体重心的方法等，达到了当时世界的最高水平。他还发明过很多机械，包括螺旋提水器、抛石机之类的比较复杂的生产工具和武器。阿基米德的贡献不仅在于他取得的科技成果，还在于他的科学研究方法。他既注重逻辑论证和数学计算，又注重观察和实验，这为后来的近代科学研究作了良好的示范。光学方面的研究成就，当首推欧几里德，他写的《光学》和《论镜》两书被认为是最早的光学专著。

（四）生物学和医学

古希腊学者也对生命现象进行了观察和探索，如有人提出过“人是从鱼变化而成的，因为人在胚胎的时候很像鱼”的看法，这是一种原始的生物进化思想。亚里士多德是对生物学贡献最大的古希腊学者。他在生物学史上首创了解剖和观察的方法。他记录了近500种动物，亲自解剖了其中的50种，并按形态、胚胎和解剖方面的差异创立了8种分类方法。

古希腊的医学知识传自埃及和两河流域，公元前5世纪出现了职业医生。毕达哥拉斯学派的阿尔克芒（Alcmaen，公元前6～前5世纪）被称为“医学之父”，他通过解剖人体发现了视觉神经和连接耳和口腔的欧氏管，认识到大脑是感觉和思维的器官。希波克拉底（Hippokdratēs，约公元前460～前377年）是古希腊最著名的医生，他创立的医学理论“四体液说”认为人体中含有黄胆汁、黑胆汁、血液和黏液，四体液之间协调人便健康，失调则产生疾病。他描述了许多内外科疾病及其治疗方法，并在医学史最早作了详细的临床记录。希波克拉底十分重视医德，至今尚留存着他的“医生誓约”。希腊医学的集大成者——盖仑（Galen，129～199年）提出了“三灵气说”，即“自然的灵气”、“活力的灵气”、“动物灵气”。其思想是中世纪最重要的生理学思想来源，为西方医学做出了杰出的贡献，奠定了西方医学的基础。

图1-6　盖仑

（五）技术

受地理条件的限制，希腊本土农业不发达。以种植油橄榄和葡萄为主，手工业和商业活动占重要地位。雅典就是最著名的工商业中心。制陶、制草、榨油、酿酒、造船、家具制作等都是古希腊的主要手工业行业。各行业都有较细的分工，反映出其技术上的进步。其中造船技术相当先进，公元前5世纪，一般商船达250吨位，并能造出桨帆并用的大型战舰。

古希腊的许多石砌建筑至今尚存残迹。如建于公元前5世纪的雅典娜神庙系用白色大理石砌成，阶座上层面积达2800平方米，四周回廊上立着46根高10.4米的大圆柱。亚历山大城是当时世界上最宏伟的城市，其南北向和东西向的两条中央大道均宽达90米，港口处有一座灯塔建于公元前279年，塔高超过120米，塔灯能使60里外的船只看见光亮。这些都显示出古希腊人高超的建筑技术水平。古希腊人较早地从西亚传入了冶铁技术，公元前16～前12世纪就有了铁器。到公元前9～前6世纪，铁器工具已普遍使用，人们已掌握了铁件的淬火、焊接和锻铁渗碳法制钢等技术。

进一步了解古希腊的科学技术，请登陆：

http://www.ntsf.edu.cn/dy/kexue/kexue3.htm

【思考题】

1.毕达哥拉斯学派有哪些科学贡献？

2.亚里士多德在生物学上有何贡献？他的力学研究有何局限性？

3.简述古希腊亚历山大时期突出的数学成就？

4.希波克拉底对医学有哪些贡献？