張開遜

人類步入青銅時(shí)代3000年后，地處愛琴海海域的古希臘出現(xiàn)了一件了不起的大事：人們開始把宇宙從神話世界中分離出來，給予自然界以純粹理性的解釋。

古代人極其務(wù)實(shí)地從事技術(shù)發(fā)明，又無比浪漫地創(chuàng)造出各種神話。在人們腦海中，想象中的神支配著宇宙，神的意圖和行為決定自然界的一切，美麗的神話阻斷了探尋知識(shí)的道路。在漫長(zhǎng)的歲月里，很少有人思索自然現(xiàn)象的本質(zhì)，對(duì)自然界進(jìn)行認(rèn)真的研究。

公元前6世紀(jì)，在今天土耳其西部愛奧尼亞地域，一批學(xué)者開始以全新的觀念看待世界。他們認(rèn)為，整個(gè)宇宙是自然的，自然界的一切變化都有內(nèi)在原因，自然現(xiàn)象可以通過理性探討給予解釋。他們第一次把神排除在了宇宙之外。

首先提出這種看法的是古希臘第一位自然哲學(xué)家泰勒斯（公元前625-公元前547）。泰勒斯居住在希臘當(dāng)時(shí)最美、最大的城市米利都，那里是從海上進(jìn)入西亞與北非的交通要沖，是繁華的商貿(mào)中心。多種知識(shí)和思想在那里交匯，它成為愛琴海海域當(dāng)時(shí)最開放的地方。

泰勒斯早年到埃及游歷，學(xué)習(xí)了古埃及和巴比倫的天文學(xué)、幾何學(xué)知識(shí)，后來把這些知識(shí)引進(jìn)希臘。他十分關(guān)注世間萬物的本原問題，認(rèn)為紛繁復(fù)雜的世界有一個(gè)統(tǒng)一的本原，與神毫不相干。

在埃及的時(shí)候，泰勒斯用一種極簡(jiǎn)單的辦法測(cè)量出胡夫金字塔的高度，令當(dāng)?shù)厝梭@訝不已。在陽光下，他先量出金字塔投在地上影子的長(zhǎng)度，再豎起一根木棍，量出棍子的影長(zhǎng)。塔影的長(zhǎng)度除以木棍影子的長(zhǎng)度，再乘以木棍的長(zhǎng)度，就得出金字塔的高度。泰勒斯的智慧在于他注意到太陽投射到地面的光線是平行的，因此巧妙地運(yùn)用了相似三角形的邊長(zhǎng)比例關(guān)系。

從泰勒斯開始，人類的發(fā)明活動(dòng)已經(jīng)帶有科學(xué)思辨的色彩。泰勒斯根據(jù)古埃及土地測(cè)量的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則創(chuàng)立了演繹幾何學(xué)，還確立了西方最早的數(shù)學(xué)定理：直徑所對(duì)的圓周角是直角。這個(gè)定理告訴人們一種畫直角的最簡(jiǎn)單的方法，圓周上任意一點(diǎn)與直徑兩端的連線必然是直角。這個(gè)定理在建筑學(xué)上非常有用，人們可以方便地檢測(cè)墻面和高大的立柱是否與地面垂直。

公元前585年，泰勒斯已經(jīng)注意到摩擦過的琥珀（帶電）能吸引細(xì)小的絨毛。這是西方世界關(guān)于電現(xiàn)象最早的觀察記錄。今天英語中“電”這個(gè)詞在古希臘語中的意思就是“琥珀”。他還通過科學(xué)計(jì)算預(yù)言了公元前585年5月28日的日食現(xiàn)象，這在當(dāng)時(shí)對(duì)占星術(shù)無疑是一個(gè)沉重的打擊。

就在這個(gè)世紀(jì)，古希臘出現(xiàn)了一批杰出的數(shù)學(xué)家，他們以極大的熱情研究從現(xiàn)實(shí)世界中抽象出來的數(shù)字和幾何圖形，揭示了許多深?yuàn)W的道理。畢達(dá)哥拉斯（公元前580-公元前500）是其中的突出代表。

畢達(dá)哥拉斯出生在與米利都隔海相望的愛琴海東部的薩莫斯島。他少年時(shí)異常好學(xué)，隨后在外游歷達(dá)30年。異域的見聞和知識(shí)引發(fā)了畢達(dá)哥拉斯深刻的思索和對(duì)數(shù)學(xué)的濃厚興趣，他發(fā)現(xiàn)了蘊(yùn)藏在現(xiàn)實(shí)世界紛繁景象之中的數(shù)和形的許多內(nèi)在規(guī)律，為幾何學(xué)和數(shù)論奠定了重要基礎(chǔ)。

畢達(dá)哥拉斯在50歲時(shí)遷居今天意大利南部的海濱城市克羅托內(nèi)。他在那里建立學(xué)校并組織秘密學(xué)術(shù)團(tuán)體，史稱“畢達(dá)哥拉斯學(xué)派”，該學(xué)派最大的貢獻(xiàn)是在數(shù)學(xué)方面。畢達(dá)哥拉斯創(chuàng)辦的學(xué)校是世界上第一所男女平等的學(xué)校，學(xué)生達(dá)數(shù)百人，畢達(dá)哥拉斯親任校長(zhǎng)。這所學(xué)校的課程共有四類：幾何學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)和音樂，對(duì)女生還加授文學(xué)與家政。

畢達(dá)哥拉斯對(duì)人們司空見慣的幾何圖形賦予驚人的理論，第一次證明任意三角形三個(gè)內(nèi)角之和永遠(yuǎn)等于180度；發(fā)現(xiàn)了直角三角形三條邊的長(zhǎng)度服從一種普遍規(guī)律：兩條直角邊的平方之和等于斜邊的平方，這就是有名的“畢達(dá)哥拉斯定理”。他還發(fā)現(xiàn)只有正三角形、正方形和正五邊形能夠構(gòu)成正多面體，這個(gè)發(fā)現(xiàn)直到2000年后才由法國(guó)數(shù)學(xué)家笛卡兒加以證明。

畢達(dá)哥拉斯學(xué)派把幾何學(xué)延伸到其他數(shù)學(xué)領(lǐng)域。他們?cè)谘芯空叫蔚臅r(shí)候，發(fā)現(xiàn)邊長(zhǎng)和對(duì)角線的長(zhǎng)度相互間不可能用分?jǐn)?shù)表示，并把這種不可通約的數(shù)叫做“無理數(shù)”，意思是一種沒有道理的數(shù)。后來人們發(fā)現(xiàn)許多重要的數(shù)都是“無理數(shù)”，例如圓周率π，自然對(duì)數(shù)的底e和許多簡(jiǎn)單正整數(shù)的平方根等。由于畢達(dá)哥拉斯及其學(xué)派的工作，人類向數(shù)學(xué)王國(guó)邁進(jìn)了一大步。

畢達(dá)哥拉斯對(duì)正五邊形情有獨(dú)鐘，提出了經(jīng)典的作圖方法。他遵從嚴(yán)格幾何學(xué)程序畫出的正五角星具有極高的美學(xué)價(jià)值，五角星的每一條邊都在黃金分割點(diǎn)上與其他的邊兩次相交，顯得莊重、華貴、美麗。相傳，當(dāng)時(shí)畢達(dá)哥拉斯學(xué)派成員均佩戴正五角星徽章。今天，全世界42個(gè)國(guó)家的國(guó)旗上都有五角星，這種特殊的幾何圖形具有超越時(shí)代和地域的美。

畢達(dá)哥拉斯還是一位思想深邃的哲人。他率先提出了今天西方世界語言中的“宇宙”一詞，“宇宙”在古希臘語中的意思是“有規(guī)律的世界”。

公元前5世紀(jì)，古希臘醫(yī)學(xué)發(fā)生了深刻變化，醫(yī)學(xué)開始從原始宗教和神靈崇拜中解脫出來。以希波克拉底（公元前460-公元前377）為代表的學(xué)者認(rèn)為，疾病是一種服從自然法則的過程，應(yīng)當(dāng)遵從疾病的自然規(guī)律治療病人。

希波克拉底出生于古希臘柯斯，醫(yī)術(shù)十分高明，馬其頓王與波斯王曾經(jīng)接受過他的診治。希波克拉底編纂過醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)集，其中有供研讀的教科書、家庭醫(yī)學(xué)指導(dǎo)、對(duì)學(xué)生的講演稿、研究與觀測(cè)心得報(bào)告和重要臨床診斷記錄，今天人們?nèi)匀徽J(rèn)為這是古代最好的醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)集。希波克拉底以他的醫(yī)學(xué)實(shí)踐和對(duì)疾病的審慎研究，奠定了臨床醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)。

希波克拉底在西方世界最早明確提出醫(yī)師職業(yè)道德準(zhǔn)則。由他提出的“希波克拉底誓約”，已經(jīng)成為今天西方世界醫(yī)學(xué)院校學(xué)生必須宣誓遵從的誓約。這使得人類的科學(xué)技術(shù)活動(dòng)最先在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域表現(xiàn)出強(qiáng)烈的人文色彩。

人類思想的洞察力有時(shí)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過視覺，哲學(xué)家對(duì)世界的觀察有時(shí)比科學(xué)家更敏銳。

古希臘哲學(xué)家德謨克利特（公元前460-公元前370）在深思熟慮之后，提出了一個(gè)在科學(xué)上最富于想象力的論斷：“宇宙間一切物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的。原子是不可再分的微小顆粒，肉眼看不見它們。它們不能產(chǎn)生也不能消滅，以不同的方式結(jié)合在一起就構(gòu)成不同的物體?！敝钡?400年后的20世紀(jì)，人們借助電子顯微鏡才真正看到了原子。

德謨克利特出生在古希臘愛琴海北部的伯特拉，他認(rèn)為許多星球是宇宙的散落物自然形成的，銀河不過是遙遠(yuǎn)的、人們看不清楚的無數(shù)星星。他精通數(shù)學(xué)，計(jì)算過金字塔的體積，曾經(jīng)用極限求和的辦法證明，圓錐體的體積等于同底同高圓柱體體積的1/3。實(shí)際上，他在計(jì)算中已經(jīng)使用了微積分的方法。

公元前4世紀(jì)初，古希臘哲學(xué)家的興趣轉(zhuǎn)向倫理和政治，漸漸失去了對(duì)自然的熱情，也逐漸失去了自然科學(xué)的思想光輝。此后數(shù)百年間，古希臘自然哲學(xué)以一種奇特的方式，傳播到希臘本土之外的地方，在埃及亞歷山大城和地中海的西西里島放射出耀眼的光芒。

公元前323年，亞歷山大大帝英年早逝，他的愛將托勒密護(hù)送靈柩到埃及尼羅河口西面的一個(gè)海港城市安葬，并將該城市命名為亞歷山大城。托勒密同時(shí)在這里建立了自己的王朝，以亞歷山大城作為國(guó)都。公元前290年左右，托勒密王朝開始建立亞歷山大圖書館與博物館。王朝重金收購(gòu)文獻(xiàn)標(biāo)本充實(shí)圖書館和博物館，并頒布法令，對(duì)過往此城的所有旅行者和船只嚴(yán)加盤查，專門檢查攜帶的文獻(xiàn)書籍，發(fā)現(xiàn)之后將原件強(qiáng)行收歸圖書館，把抄寫的副本還給主人。

亞歷山大圖書館和博物館是人類歷史上最早的由國(guó)家設(shè)立的研究院，它包括天文臺(tái)、實(shí)驗(yàn)室、解剖室、植物園、動(dòng)物園和一個(gè)藏書達(dá)70萬冊(cè)的圖書館。館中還有講堂，由國(guó)家供養(yǎng)的哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家、醫(yī)生、植物學(xué)家、動(dòng)物學(xué)家、天文學(xué)家、地理學(xué)家、語言學(xué)家、藝術(shù)家和詩人授課。當(dāng)時(shí)整個(gè)地中海世界的學(xué)者受這里的探索氛圍、免費(fèi)食宿以及令人羨慕的薪金吸引，紛紛來到亞歷山大城。亞歷山大城成了當(dāng)時(shí)世界真正的學(xué)術(shù)中心。

在亞歷山大城，歐幾里得（公元前330-公元前260）著述的《幾何原本》，成為用公理法建立起演繹體系的最早典范，是數(shù)學(xué)史上的一部劃時(shí)代的著作，對(duì)數(shù)學(xué)和其他自然科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響?！稁缀卧尽分嘘U述的推理方法和數(shù)學(xué)智慧，為牛頓發(fā)現(xiàn)“物體運(yùn)動(dòng)三定律”和“萬有引力定律”奠定了重要的基礎(chǔ)。它的主要內(nèi)容已經(jīng)成為今天全世界中學(xué)生必修的課程。在現(xiàn)代科學(xué)和工程技術(shù)的許多領(lǐng)域，《幾何原本》闡明的邏輯推理和思維規(guī)則，一直是科學(xué)方法的重要標(biāo)志。

愛因斯坦（1879-1955）在談到近代科學(xué)的起源時(shí)說：“近代科學(xué)有兩個(gè)重要的基礎(chǔ)：一個(gè)是古希臘人發(fā)現(xiàn)的邏輯體系（包含在《幾何原本》之中）；另一個(gè)是人們認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)自然界的因果關(guān)系?！?/p>

稍后不久，在地中海西西里島東部海港城市錫拉庫(kù)薩，出現(xiàn)了另一位偉大的學(xué)者阿基米德（公元前285-公元前212）。阿基米德是希臘人，年輕時(shí)在歐幾里得繼承者門下學(xué)習(xí)，回錫拉庫(kù)薩后潛心研究數(shù)學(xué)。

阿基米德在數(shù)學(xué)上取得了很大的成就。他認(rèn)為：當(dāng)多邊形的邊數(shù)無限增加時(shí)，這些直線段的長(zhǎng)度總和就非常接近圓周的長(zhǎng)度，這不僅巧妙地解決了圓周長(zhǎng)度測(cè)量問題，而且提出了在數(shù)學(xué)上十分重要的極限概念。用這種方法，他計(jì)算出π值——圓周長(zhǎng)與直徑長(zhǎng)度的比值介于3.141～3.142之間，是歷史上第一個(gè)測(cè)量圓周率達(dá)到這種精度的人。

阿基米德仔細(xì)研究分析人類已經(jīng)使用了數(shù)百萬年的棍棒工具，闡明了力平衡必須遵從的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了杠桿原理。這位從來不說大話的科學(xué)家留下了一句豪言壯語：“給我一個(gè)支點(diǎn)，我能移動(dòng)地球！”這是一句符合科學(xué)道理的話，只要阿基米德的手離支點(diǎn)足夠遠(yuǎn)，當(dāng)他輕輕推動(dòng)這根假想杠桿的時(shí)候，地球一定會(huì)順從地移動(dòng)。

阿基米德還發(fā)現(xiàn)了浮力原理，為流體靜力學(xué)奠定了最重要的基礎(chǔ)。人們?cè)缇椭涝S多物體可以漂浮在水上，但說不清楚它們?cè)谑裁礂l件下會(huì)沉沒。阿基米德發(fā)現(xiàn)的原理告訴人們：物體在液體中受到的浮力等于排開同體積液體的重量。

杠桿原理和浮力原理，是人類最早發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)物理學(xué)原理，它標(biāo)志著物理學(xué)的誕生。迄今為止，還沒有發(fā)現(xiàn)自然界任何事例違背這兩條原理。

公元前3世紀(jì)，人類對(duì)地球的認(rèn)識(shí)發(fā)生了一次重大的飛躍。亞歷山大城的一位科學(xué)家，令人驚訝地測(cè)出了地球的大小。

在很早以前，至少已經(jīng)有三種證據(jù)表明人類居住的大地是一個(gè)巨大球體的一部分：人們無論從哪個(gè)方向一直朝前走，必定會(huì)看到新的星星；發(fā)生月食的時(shí)候，一道清晰的弧形陰影會(huì)緩慢掠過明亮的月球，這道弧線就是地球的輪廓線；在大海中航行的人無論從哪個(gè)方向看遠(yuǎn)去的船只，總是船身先消失，桅尖最后隱去。至于這個(gè)球到底有多大，似乎人類無法知道。

一位名叫埃拉托西尼（公元前276-公元前194）的學(xué)者第一次相當(dāng)精確地測(cè)量出地球的半徑，還測(cè)量出地球自轉(zhuǎn)赤道平面和繞太陽公轉(zhuǎn)軌道平面之間的交角。

埃拉托西尼是一位天文學(xué)家、歷史學(xué)家、地理學(xué)家、哲學(xué)家、詩人和數(shù)學(xué)家，40歲時(shí)就任亞歷山大圖書館館長(zhǎng)。他在館藏的一部手抄本中讀到：“在埃及南部的西因城靠近尼羅河第一大瀑布的地方，6月21日中午直立的長(zhǎng)竿在太陽下沒有陰影，這一天太陽可以直照在深井底部，從井口可以看見水中太陽的倒影。”而據(jù)他觀測(cè)，6月21日這天中午在亞歷山大城直立觀測(cè)的結(jié)果卻有陰影。

埃拉托西尼意識(shí)到這可能是測(cè)量地球大小難得的機(jī)會(huì)。在6月21日這天中午，他根據(jù)亞歷山大城方尖碑投下的陰影計(jì)算出太陽光線和方尖碑的夾角大約等于7度，大約相當(dāng)于地球圓周360度的1/50。通過幾何學(xué)計(jì)算，他得出地球的周長(zhǎng)應(yīng)該是4萬千米。這個(gè)數(shù)值和今天的測(cè)量結(jié)果相差非常小。此外，他還由太陽光線投射在地面上的角度會(huì)發(fā)生變化，推算出地球自轉(zhuǎn)軌道平面和地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道平面之間的交角角度是23度50分12秒。

埃拉托西尼是一位想象力豐富的科學(xué)家，當(dāng)他看到印度洋和大西洋潮汐服從同一種規(guī)律漲落，便聯(lián)想到這兩個(gè)大洋應(yīng)該是連通的。他推測(cè)，如果沿著尼羅河一直向南走去就會(huì)達(dá)到一個(gè)大島的盡頭。他繪出了人類歷史上第一張世界地圖并最早提出：從大西洋向西航行，可以通過連通的大海到達(dá)亞洲的東部。這個(gè)觀念在1700年之后鼓舞哥倫布完成了發(fā)現(xiàn)美洲的壯舉。公元前205年，羅馬人征服埃及，亞歷山大城逐漸失去了往日的輝煌。

公元4世紀(jì)末，亞歷山大城出現(xiàn)了古代第一位杰出的女科學(xué)家希帕蒂婭（370-415）。她是一位數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家和物理學(xué)家，擔(dān)任過亞歷山大城新柏拉圖學(xué)院院長(zhǎng)。她設(shè)計(jì)過觀測(cè)天體的星盤和測(cè)量液體密度的比重計(jì)，發(fā)表過許多關(guān)于天文學(xué)和數(shù)學(xué)的重要見解，對(duì)圓錐曲線有精深的研究。

然而，亞歷山大城由古羅馬帝國(guó)統(tǒng)治了很長(zhǎng)一段時(shí)間，古羅馬教會(huì)憎恨科學(xué)和科學(xué)家，視科學(xué)為異教，科學(xué)家們?cè)谶@里的境遇十分險(xiǎn)惡。公元415年，希帕蒂婭被教會(huì)殘害致死。同年，亞歷山大城塞拉比斯神廟圖書館被焚毀，數(shù)十萬卷撰寫在莎草紙上的文獻(xiàn)化為灰燼。希帕蒂婭之死標(biāo)志著亞歷山大城學(xué)術(shù)活動(dòng)的終結(jié)。古希臘科學(xué)智慧之光閃爍1000年之后最終熄滅。

經(jīng)過千年沉寂，蘊(yùn)藏在這些塵封文卷中的思想光輝，以新的方式照亮了人類探究自然的道路。（未完待續(xù)）