第一节 古代的科学
一、古代科学的起源
(一)古代科学的萌芽
1.原始的技术发明
古代科学的发端，以下列事件为其重要标志:
(1)距今约三十万年前，原始人掌握了从使用天然石器到制造石器工具的技术。
(2)距今一万四千多年前，原始人发明了弓箭，大大扩展了劳动对象的范围和人类食物的来源。
(3)学会用火，发明钻木取火技术，标志着人类第一次支配了一种自然力。
(4)植物栽培和动物驯养技术，是人类更加自觉地改造自然，开展生产活动的重要标志。
(5)原始制陶、纺织、建筑、运输技术，标志着人类从初步的加工制造中掌握了一些力学知识。
(6)由于冶金技术的发明，金属工具代替了石器，有力推动了生产力的发展。
(7)语言、文字的发明，推动人类进入有文字记载的文明史。
原始技术发明的意义不仅在于人类开始能动地改造自然，同时，在改造客观世界的过程中也改造了人类自身，发展了人类的聪明才智，人类开始逐步认识自然物的属性。
从严格意义上讲，在远古之初还只有技术，而没有独立于技术的科学，这种技术也还是经验形态的。
2.原始的宗教自然观
原始宗教观念的重要内容是万物有灵论。
在原始人心目中，有多少种自然现象，就有多少要崇拜的神灵。原始人把与生产或生活有特别关系的自然物，奉为神的化身，并作为“图腾”顶礼膜拜。原始人认为死者的灵魂是活人的保护者。
在今人看来，科学和宗教是截然对立的。而在古代，技术和巫术、科学和原始宗教则是作为对立统一体并行发展着。
原始人所具有的原始宗教自然观，虽然是对自然界虚幻的、歪曲的反映，但也表达出人类对自然界的有限、粗糙的概括与理解，以及人类抽象思维能力的发展，可以说是原始科学萌芽的一种体现形式。
(二)古代科学的开端
随着农牧技术的发展，尤其是铁器技术的应用，引起了生产工具的革命，促进了生产力的提高，进而促成了脑力劳动和体力劳动的分离。脑力劳动者的出现使得比较专门和系统的研究成为可能，这又大大促进了科学的发展。约在公元前3000年，在有利于农业发展的各个大河流域，相继出现了古埃及、古巴比伦、古印度和古中国文明，由此人类进入了有文字可考的文明时代，科学也在这些古代文明中开始了它的起源。
1.古代埃及的科学
古代埃及人创造了人类史上最早的太阳历，1年365天，把天狼星与太阳同时升起作为一年的开始。
由于尼罗河水的泛滥，每年都要重新划定田地的边界，由是产生了几何学，掌握了圆形、矩形、三角形、梯形等几何体面积及立方体体积的计算方法。
古代埃及人在制作木乃伊的过程中还增长了解剖知识，促进了医学的发展。
古代埃及在公元前两千多年修建的国王陵墓——金字塔，是古代建筑的奇迹，是古代埃及人聪明智慧的象征。
2.古代巴比伦的科学
美索不达米亚有较为发达的数理天文学体系。
他们发明了阴历，一年354天，12个月，大小月相间，大月30日，小月29日，每日24小时，每小时60分，1分60秒;以7天为一个星期。他们编制了日月运行表，以计算月食出现的周期。
古代巴比伦人发明了60进制的计数系统，掌握了一元二次方程的求根方法。
他们发明了最早的冶铁技术，建造了世界上最雄伟气派的城市——新巴比伦城。
3.古代印度的科学
古代印度历法比较粗陋，一年定为360天，认识到月亮运行周期不到30日。
所谓的“阿拉伯数字”，其实是公元5世纪初古代印度人创造的位值计数法。他们创造了零的概念及其数字符号0。对零作了进一步研究，正确地指出零除一个数为无限大。古代印度人还进行了负数、无理数运算，指出负数的平方根没有意义，并巧妙取得了许多不定方程的整数解。
印度古代文献中很早就有临床治疗、人体解剖、植物药学等医学知识的记载。外科可以做剖腹、截肢、眼耳鼻唇整容等手术。在佛陀时代(即释迦牟尼生活时代)，印度已出现了医科学校和专职医生。
4.古代中国的科学
中国古人重视现实世界，遵从生活经验，从而决定了古代中国科学技术的实用性、经验性。农学、医学、天学、算学是中国人独立创造的科学体系中四大核心学科。此外，中国上古时期还有最重要的技术成就——冶炼技术和丝织技术。
农学方面，已懂得精耕细作。春秋战国时期开始修建大型水利工程，其中较大灌溉工程有芍陂、都江堰、漳河渠、郑国渠等。
医学方面，西周时期巫和医已经分开，出现了专职医生和医事制度。商代时，已认识到某些植物的汤液对疾病的治疗作用，汤液成为中药的主要剂型。代表当时中国医术最高成就的是扁鹊的望、闻、问、切四诊法。战国时期出现的《黄帝内经》是当时医学集大成著作，第一次提出了脏腑、经络学说，是中国医学的奠基之作，为中医临床诊断提供了理论支撑。
天文学方面，夏代已有了十进制的天干记日法，商代又有了地支记日法，天干与地支相配，组成60干支，并有大、小月之分，用置闰法调整朔望月和回归年的长度，形成独具特色的阴阳合历历法。周代又发明了圭表测影方法，确定了冬至和夏至的节气。公元前613年关于哈雷彗星的观测记录是世界上最早的。《天文星占》、《天文》(后人将之辑成《甘石星经》)，是世界上最古老的星表。
数学方面，商代甲骨文开始有十进制的记数法，是当时世界上最为先进的记数法。
冶铁和铸造技术达到了相当高的水平，《考工记》记载的不同合金配比规律是当时世界冶金史上的最早的经验总结。
中国是世界上最早利用蚕丝的国家，当时的养蚕技术和丝织技术也比较发达，丝绸开辟了中外交流的主渠道——丝绸之路。
二、古代科学的形成
(一)古希腊、古罗马的科学
1.古希腊
公元前8世纪，古希腊进入原始社会。希腊人所处的优越地理位置，使得商业较先发展起来。商业的交往，使他们便于广泛地吸收古埃及，古巴比伦和古代东方的文化成果。许多学者摆脱了原始宗教、神话的束缚，坚持从世界本身来说明自然，在人类文明史上首先建立了朴素的自然哲学观，开启了物质本原、物质结构以及天体系统模型等问题的探讨。德谟克利特(Democritus)的原子论是古希腊自然哲学的典型，科学史上的重要里程碑。欧多克斯(Eeudoxus)提出的以地球为中心的同心圆几何结构，是最早的地球中心说。泰勒斯(Thales)认为万物本原于水又复归于水的。亚里士多德(Aristotle)认为地上万物本原于土、水、火、空气，天体则由第5种元素“以太”构成，并主张自然现象的发展变化决定于质料、形式、动力、目的的“四因论”。这些自然哲学的猜想，今人看来并不完全正确，但对后来的科学家产生了极其深远的影响。亚里士多德是古希腊自然哲学的集大成者，是古代百科全书式的学者，是一位自然哲学与经验知识相结合的早期代表人物。他创立的形式逻辑体系，对从经验技术知识上升到理论科学知识起了极大的促进作用。
古希腊的数学，除了毕达哥拉斯(Pythagoras)学派的贡献，欧几里德(Euclid)用公理方法建立了严密的几何体系。
力学的突出典型是阿基米德( Archimedes)，他在实验的基础上总结出杠杆原理、浮力定律。
医学的代表人物是希波克拉底，他对疾病的诊断及相应的治疗技术，可称是现代临床医学的开端或西方医学之父。
2.古罗马
公元前6世纪，古罗马人把古代希腊科学内容搬过来，但没有吸取希腊人科学的研究方法。古罗马人在科学上取得的成果，一是天文学上托勒玫(C.ptolemaeus)建立了地心学说的理论体系;二是医学方面盖伦(C.Galen)将古希腊的医学知识与解剖技术作了系统总结，建立了欧洲古代医学学说。
古罗马时代在科学上日趋衰落，但在实用技术方面取得了突出成就，主要表现在建筑工程和水利工程方面，通过维特鲁维(M.vitruvius)《建筑学十讲》、普林尼(G.P.S.Pliny)《自然史》等著述，透视出雄伟豪华的程度已达到古代欧洲建筑技术的高峰。
(二)古代中国的科学
在人类历史上，封建社会科学文化的最高成就是由中国创造的。公元前1世纪到公元15世纪，在自然哲学和自然知识的实际应用方面，中国遥遥领先西方。科技发明在许多重要方面走在那些创造著名“希腊奇迹”的传奇人物前面，和继承古代西方全部文化财产的阿拉伯人并驾齐驱。
1.春秋战国时期
作为古代科学的一种形态，自然哲学在“百家争鸣”中取得了光辉成果。
探讨世界万物的本原是当时自然哲学的重要内容。在殷周时期出现的《易经》一书，用八卦代表自然界万物发展演化，提出阴阳五行学说，将万物归结为水、火、木、金、土五种元素。也有用比较抽象的东西解释万物的本原。如老子提出“道”是万物之宗的思想，荀子认为万物都是由统一的物质性的“气”构成。
关于物质结构的层次，惠施提出“至小无内，谓之小一”，即物质不能无限分割的思想;庄子提出“一尺之棰，日取其半，万世不竭”，即物质可以无限分割的命题。
关于宇宙起源及结构系统模型问题，《老子》有“有物混成，先天地生”，这是最早的关于星云的猜想。《庄子》对地不动的观念提出疑问。尸子有了对地球自转的描述。战国末期李斯有了“日行一度”的观念。这确实是古代中国人认识宇宙的伟大创见。
此外，以墨家为代表的学者采用实验方法，比较系统地研究了光学、杠杆、弹性、几何等问题。
这个时期迸发了多种多样的学术思想，如孔子的“来百工，则财用足”的“足财用”的技术价值观，对后来中国经世致用的实用科学传统有深刻影响。
集各种学术思想的《老子》、《庄子》道家学说;《论语》、《孟子》儒家学说;《孙子兵法》兵家学说;《韩非子》法家学说，是一个庞大的蕴含丰富知识的宝藏。
2.秦汉经三国、两晋到南北朝
这是古代中国实用科学体系形成和发展的重要时期。
自然哲学方面，有王充的朴素唯物学说，《论衡》提出了“元气自然论”，认为万物发生发展都有自己的原因，并没有什么天意在支配。还有董仲舒的《春秋繁露》，是以“天人感应”为核心的神学唯心论说。范缜的《神灭论》，是一部充满唯物主义思想的不朽著作。
这一时期实用科学成果概述如下。
农学方面，有《汜胜之书》、《齐民要术》(《陈敷农书》、《王祯农书》、《农政全书》)五大农书之中的两部问世，标志着我国农业实用科学体系的形成。
天文学方面，《周髀算经》是我国最早的一部天文著作。张衡创造了世界上最早的浑天仪和地动仪，他因此成为我国天文学史上的杰出人物。汉代历法专家制定了《太初历》。祖冲之制定了《大明历》。历法中的许多天文常数的测定达到了较高的水平，逐渐形成了中国独特的天文学体系。
医学方面，战国时的《黄帝内经》是中医理论开始形成的标志。汉末张仲景的《伤寒杂病论》、两晋时代王叔和的《脉经》、陶弘景的《神农本草经集注》都是中医中药理论的精华。
数学方面，辉煌成就是“算经十书”问世。其中《九章算术》是最重要的一部，在世界数学史上第一次记载了负数概念和正负数加减法的运算法则。还有刘徽发明的割圆术;祖冲之采用圆内接多边形的面积方法得出的圆周率的精确值，即3.1415926＜π＜3.1415927。而欧洲公元16世纪才得到该值，故将此值称为“祖率”。
此外，万里长城是中国乃至世界建筑史上的一大奇迹，蔡伦的造纸术是汉代的一大发明，这项发明后来传到全世界，引起了人类书写材料的一场革命，成了社会文明进步的伟大杠杆。
3.隋唐到明代
这是中国古代科学技术发展的高峰时期，无论在科学或技术上，约有1000年的时间，古代中国均处于世界领先地位。
这一时期在哲学上有众家出现，主要代表人物是程颐、程颢、朱熹、陆九渊和王守仁，以及王夫之。出现了以“吾心即宇宙”为核心的主观唯心主义——心学和以“理”为核心的客观唯心主义——理学，史称宋明理学，是封建专制在哲学上的化身。朱熹被推崇为理学的集大成者，其代表作是《四书集注》。王夫之是批驳宋明理学的斗士，其唯物主义学说收集在《船山遗书》中，是中国古典哲学的最高成就。
在实用科学上的辉煌主要体现在以下几个方面。
农业、水利、建筑、造船等技术上，有唐代的《茶经》、宋代的《陈敷农书》和元代的《王祯农书》专著出现;隋代的京杭大运河、赵州桥，洛阳城和长安城都是古代工程的杰作。北宋李诫的《营造法式》是中国古代建筑的经典著作。唐代李皋建造的浆轮船，是世界造船技术的先驱。
瓷器是古代中国独创的发明，到了宋代制瓷技术更加成熟。
宋代发明了大型提花丝绸机，丝绸产量大增，成为驰名世界的产品。
这一时期最引世人瞩目的是唐代炼丹家对火药的发明，南宋时指南针的发明以及宋代毕升活字印刷术的发明。无可否认，包括造纸术在内的四大发明是古代中国科技的杰出创造，马克思称之为“资产阶级发展的必要前提”。
在天文学方面，唐代张遂与梁令瓒等人设计制造黄道铜仪和浑天铜仪。之后又出现了北宋著名的“四大浑仪”。张遂等人第一次进行了地球子午线的科学测量。北宋还进行了几次大规模的恒星观测。
在数学方面，先后出现了秦九韶、李冶、杨辉、朱世杰四位杰出的数学家，还有一位科学家沈括。其中秦九韶的《数书九章》，李冶的《测圆海镜》和《益古演段》对代数方程研究成就卓越。杨辉的《详解九章算法》在实用数学上有了新的发展。此外，沈括的“隙积木”是对高价等差级数研究的开端。沈括的《梦溪笔谈》被称为“中国科学史上的坐标”，这是一部百科全书式的著作，沈括其人可与亚里士多德相媲美。
4.明代到清初
这是中国科技发展步入衰落停滞时期。
从实用科学技术上看体现在如下方面。
明代被称为中国航海家的时代，郑和下西洋在世界航海史上占有非常重要的地位。因为在那时候，世界上的航海技术还未发展，哥伦布还没有出生，明王朝的这一支船队，远航到亚非、阿拉伯等国家，是人类海上交通的极重要的创举，显示出当时中国人掌握的航海技术，造船技术，都达到了当时世界上最先进的水平。郑和船队由200余艘不同用途、不同船型的远洋海船组成，其中最大的海船是宝船。据《明史·郑和传》记载，郑和航海宝船共63艘，最大的长四十四丈四尺，宽十八丈，是当时世界上最大的海船，折合现今长度为151.18米，宽61.6米。船有四层，船上9桅可挂12张帆，锚重有几千斤，要动用二百人才能启航，一艘船可容纳有千人。
采矿和冶金技术又有了更大提高，有“火爆”法采矿，还发明了炼焦法，比英国早100多年。
在医疗技术上，明清两代医学家进一步丰富和发展中国医学体系。有王履的《医经溯洄集》、吴有性的《瘟疫论》及著名的医学家叶桂所著的《温热论》先后问世，形成了伤寒与温病两个学派并驾齐驱的局面。在医疗技术上有人痘接种法的发明，比英国琴纳发明的牛痘接种法早190多年。
在建筑技术方面，有北京规模宏大的宫殿建筑群及江南一带独特风格的古代园林，进一步显示了木结构建筑技术的无限魅力。
此外，明永乐年间铸造的永乐大钟是中国最大的一口钟，更显示出铸造技术的光辉。
在学术方面，出现了不少知名的科学家和优秀的科学著作。有李时珍及其所著的《本草纲目》;徐霞客及其所著的《徐霞客游记》;徐光启及其所著的《农政全书》;宋应星及其所著的《天工开物》;方以智及其所著的《物理小识》。
在自然科学思想方面，出现了方以智等具有启蒙精神的杰出科学家。方以智认为，“通几”与“质测”，是两类不同的学术活动，它们各有其不同的研究目的和研究方法。通几以事物运动缘由及征兆为研究对象，质测则旨在探讨事物运动规律。这就是在哲学史上有名的“通几”与“质测”之说，是方以智从研究目的和研究方法着眼对学术活动所做的分类。他提出“不可泥古”，而要把古代的自然科学当做“薪火”材料，加以“烧煮”提炼，目的“是在自得”。然而他所代表的这种“启蒙精神”在当时还是很幼弱的和被压制的，中国古代科学还依然在封建的桎梏下挣扎。
清朝以后，不仅近代自然科学没有发展起来，实用科学的成果也越来越少。
(三)古代阿拉伯的科学
古代阿拉伯从6世纪至15世纪以后的近千年，在世界科技发展进程中起过独特的作用。
公元5世纪，罗马帝国灭亡，欧洲从奴隶制进入封建制，教会主宰了欧洲，视科学为异端，史称“中世纪的黑暗”。不仅没有使古希腊的科学文化成果得以发展，而且未能很好地继承，就像近代中国人未能将古代中国的实用科学技术加以发扬光大一样。
然而科学的历史并未中断，是古代阿拉伯人肩负起了承先启后的纽带作用，并在东方科学技术文化成果的基础上加以发展。东方的发明就是在他们吸收消化之后再介绍给欧洲的。
古代阿拉伯的学者们还独立地发展并丰富了古代科学技术。
在数学上，发展了记数法、代数、三角学等。
在天文学上，改进历法并对托勒玫体系加以修正。被人遗忘的太阳中心说的观点又重新由阿尔·毕鲁尼大胆地提出来。
通过炼金术，积累了大量实验化学知识。
在医学上，有医学家阿维森纳所著的《医典》，被称为是伊斯兰医学知识总汇。
通过对眼病的研究，阿尔·哈曾写成《论视觉》、《论月光》两书，该书完整地表述了光的反射现象。阿乐·哈曾的著作在文艺复兴时期被译成拉丁文，对近代早期的科学家产生了巨大影响。
(四)中世纪欧洲的科学
从5世纪起，欧洲各地陆续建立了封建国家。从5世纪至15世纪这1000年的时间，史称欧洲中世纪。
欧洲中世纪科学的发展经历了曲折的过程，其前期的“黑夜”恰与同时期具有较高科技水平的古代中国、古代阿拉伯构成了鲜明对比。
中国人的四大发明为欧洲的文艺复兴准备了条件，阿拉伯人成了科学火种的保存者与东西方的文化交流者。
而这个时期的欧洲神学在知识领域享有最高的特权，从根本上否定研究自然和学习科学的必要性，神学成了科学的皇后。然而，宗教神学又不得不利用科学为圣经教义作论证，照搬亚里士多德思想不行，于是经院哲学家托马斯·阿奎那创造了一个介于基督教义和亚里士多德主义的体系，使亚里士多德的观点宗教化、神秘化，用来论证特创论、目的论，这当然阻碍了自然科学的发展。
此外，被称之为早期中世纪导师的学者波依修斯对古希腊科技文明作了大量的翻译与介绍工作，西欧人才逐渐了解到古希腊的科学天地。
罗吉尔·培根、卡西奥多斯认为研究《圣经》也需要世俗科学的知识准备，由此开创了修道士研究科学的传统，于是在英、法、德的僧侣和教会学校里都曾开展了研究世俗科学的活动。但由于受到宗教教义的禁锢，威廉的《宇宙的哲学》中提出的原子论被认为是异端邪说。在度过了500多年最黑暗的年代之后，从11世纪开始，欧洲从漫漫长夜中苏醒。在教会学校基础上，出现了“大学”这种类似近代的教育体制(实际上是由教师和学生所组成的行会)。由于十字军东征从东方带回了阿拉伯人先进的科学、中国人的四大发明、希腊人的自然哲学文献，通过大学的传播和翻译活动的兴起而发扬光大。
中世纪的工程与技术，同科学一样曲折前行，虽进展缓慢，但没有中断过。引进应用多，独立发明少。
三、古代科学的特点
古代科学的起源与形成大体经历这样一个路径:
原始社会→四大文明古国(埃及、巴比伦、印度和中国)→古希腊、罗马和中国→中国、阿拉伯→中世纪欧洲和中国
数百万年前，地球上始有人类，在制造工具和生产、劳动的过程中，掌握了改造自然的有限技能，从中取得了一些经验知识，萌发了科学的幼芽，由此推动人类步入有字可考的文明时代。到了古希腊时期，自然哲学空前繁荣，它既是古代的哲学，又是自然科学的一种雏态。进入希腊化时期，出现了以定理、定律形式表达的自然知识。如果说古希腊人对自然科学作出了巨大贡献，古罗马人则在技术上取得了重要成果。此时，中国古代科学技术在唐、宋也发展到了高峰。而古罗马之后的欧洲各国，在科学发展中却陷入了“中世纪的黑暗”。幸而此时阿拉伯文化兴起，不仅继承了古希腊的自然科学遗产，而且作为东、西方科学文化沟通的桥梁，为欧洲文艺复兴准备了条件。
总之，古代科技主要属于描述性的记述和经验性的总结，还没有形成各门系统的、近代意义上的科学，没有提出科学的基本概念和系统理论。在西方，自然科学知识与经院哲学思想交织在一起，成为科学发展的难以忍受的桎梏。
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