張開遜

人類步入青銅時代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。

古代人極其務實地從事技術(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的道路。在漫長的歲月里，很少有人思索自然現(xiàn)象的本質(zhì)，對自然界進行認真的研究。

公元前6世紀，在今天土耳其西部愛奧尼亞地域，一批學者開始以全新的觀念看待世界。他們認為，整個宇宙是自然的，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家泰勒斯（公元前625-公元前547）。泰勒斯居住在希臘當時最美、最大的城市米利都，那里是從海上進入西亞與北非的交通要沖，是繁華的商貿(mào)中心。多種知識和思想在那里交匯，它成為愛琴海海域當時最開放的地方。

泰勒斯早年到埃及游歷，學習了古埃及和巴比倫的天文學、幾何學知識，后來把這些知識引進希臘。他十分關(guān)注世間萬物的本原問題，認為紛繁復雜的世界有一個統(tǒng)一的本原，與神毫不相干。

在埃及的時候，泰勒斯用一種極簡單的辦法測量出胡夫金字塔的高度，令當?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度，再豎起一根木棍，量出棍子的影長。塔影的長度除以木棍影子的長度，再乘以木棍的長度，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，因此巧妙地運用了相似三角形的邊長比例關(guān)系。

從泰勒斯開始，人類的發(fā)明活動已經(jīng)帶有科學思辨的色彩。泰勒斯根據(jù)古埃及土地測量的經(jīng)驗規(guī)則創(chuàng)立了演繹幾何學，還確立了西方最早的數(shù)學定理：直徑所對的圓周角是直角。這個定理告訴人們一種畫直角的最簡單的方法，圓周上任意一點與直徑兩端的連線必然是直角。這個定理在建筑學上非常有用，人們可以方便地檢測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”這個詞在古希臘語中的意思就是“琥珀”。他還通過科學計算預言了公元前585年5月28日的日食現(xiàn)象，這在當時對占星術(shù)無疑是一個沉重的打擊。

就在這個世紀，古希臘出現(xiàn)了一批杰出的數(shù)學家，他們以極大的熱情研究從現(xiàn)實世界中抽象出來的數(shù)字和幾何圖形，揭示了許多深奧的道理。畢達哥拉斯（公元前580-公元前500）是其中的突出代表。

畢達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。他少年時異常好學，隨后在外游歷達30年。異域的見聞和知識引發(fā)了畢達哥拉斯深刻的思索和對數(shù)學的濃厚興趣，他發(fā)現(xiàn)了蘊藏在現(xiàn)實世界紛繁景象之中的數(shù)和形的許多內(nèi)在規(guī)律，為幾何學和數(shù)論奠定了重要基礎(chǔ)。

畢達哥拉斯在50歲時遷居今天意大利南部的海濱城市克羅托內(nèi)。他在那里建立學校并組織秘密學術(shù)團體，史稱“畢達哥拉斯學派”，該學派最大的貢獻是在數(shù)學方面。畢達哥拉斯創(chuàng)辦的學校是世界上第一所男女平等的學校，學生達數(shù)百人，畢達哥拉斯親任校長。這所學校的課程共有四類：幾何學、數(shù)學、天文學和音樂，對女生還加授文學與家政。

畢達哥拉斯對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內(nèi)角之和永遠等于180度；發(fā)現(xiàn)了直角三角形三條邊的長度服從一種普遍規(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，這個發(fā)現(xiàn)直到2000年后才由法國數(shù)學家笛卡兒加以證明。

畢達哥拉斯學派把幾何學延伸到其他數(shù)學領(lǐng)域。他們在研究正方形的時候，發(fā)現(xiàn)邊長和對角線的長度相互間不可能用分數(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，自然對數(shù)的底e和許多簡單正整數(shù)的平方根等。由于畢達哥拉斯及其學派的工作，人類向數(shù)學王國邁進了一大步。

畢達哥拉斯對正五邊形情有獨鐘，提出了經(jīng)典的作圖方法。他遵從嚴格幾何學程序畫出的正五角星具有極高的美學價值，五角星的每一條邊都在黃金分割點上與其他的邊兩次相交，顯得莊重、華貴、美麗。相傳，當時畢達哥拉斯學派成員均佩戴正五角星徽章。今天，全世界42個國家的國旗上都有五角星，這種特殊的幾何圖形具有超越時代和地域的美。

畢達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，古希臘醫(yī)學發(fā)生了深刻變化，醫(yī)學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）為代表的學者認為，疾病是一種服從自然法則的過程，應當遵從疾病的自然規(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)學文獻集，其中有供研讀的教科書、家庭醫(yī)學指導、對學生的講演稿、研究與觀測心得報告和重要臨床診斷記錄，今天人們?nèi)匀徽J為這是古代最好的醫(yī)學文獻集。希波克拉底以他的醫(yī)學實踐和對疾病的審慎研究，奠定了臨床醫(yī)學基礎(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)學院校學生必須宣誓遵從的誓約。這使得人類的科學技術(shù)活動最先在醫(yī)學領(lǐng)域表現(xiàn)出強烈的人文色彩。

人類思想的洞察力有時會遠遠超過視覺，哲學家對世界的觀察有時比科學家更敏銳。

古希臘哲學家德謨克利特（公元前460-公元前370）在深思熟慮之后，提出了一個在科學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。”直到2400年后的20世紀，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，他認為許多星球是宇宙的散落物自然形成的，銀河不過是遙遠的、人們看不清楚的無數(shù)星星。他精通數(shù)學，計算過金字塔的體積，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。實際上，他在計算中已經(jīng)使用了微積分的方法。

公元前4世紀初，古希臘哲學家的興趣轉(zhuǎn)向倫理和政治，漸漸失去了對自然的熱情，也逐漸失去了自然科學的思想光輝。此后數(shù)百年間，古希臘自然哲學以一種奇特的方式，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，他的愛將托勒密護送靈柩到埃及尼羅河口西面的一個海港城市安葬，并將該城市命名為亞歷山大城。托勒密同時在這里建立了自己的王朝，以亞歷山大城作為國都。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。王朝重金收購文獻標本充實圖書館和博物館，并頒布法令，對過往此城的所有旅行者和船只嚴加盤查，專門檢查攜帶的文獻書籍，發(fā)現(xiàn)之后將原件強行收歸圖書館，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家設立的研究院，它包括天文臺、實驗室、解剖室、植物園、動物園和一個藏書達70萬冊的圖書館。館中還有講堂，由國家供養(yǎng)的哲學家、數(shù)學家、醫(yī)生、植物學家、動物學家、天文學家、地理學家、語言學家、藝術(shù)家和詩人授課。當時整個地中海世界的學者受這里的探索氛圍、免費食宿以及令人羨慕的薪金吸引，紛紛來到亞歷山大城。亞歷山大城成了當時世界真正的學術(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)學史上的一部劃時代的著作，對數(shù)學和其他自然科學的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。《幾何原本》中闡述的推理方法和數(shù)學智慧，為牛頓發(fā)現(xiàn)“物體運動三定律”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生必修的課程。在現(xiàn)代科學和工程技術(shù)的許多領(lǐng)域，《幾何原本》闡明的邏輯推理和思維規(guī)則，一直是科學方法的重要標志。

愛因斯坦（1879-1955）在談到近代科學的起源時說：“近代科學有兩個重要的基礎(chǔ)：一個是古希臘人發(fā)現(xiàn)的邏輯體系（包含在《幾何原本》之中）；另一個是人們認識到實驗可以發(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薩，出現(xiàn)了另一位偉大的學者阿基米德（公元前285-公元前212）。阿基米德是希臘人，年輕時在歐幾里得繼承者門下學習，回錫拉庫薩后潛心研究數(shù)學。

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

阿基米德仔細研究分析人類已經(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家留下了一句豪言壯語：“給我一個支點，我能移動地球！”這是一句符合科學道理的話，只要阿基米德的手離支點足夠遠，當他輕輕推動這根假想杠桿的時候，地球一定會順從地移動。

阿基米德還發(fā)現(xiàn)了浮力原理，為流體靜力學奠定了最重要的基礎(chǔ)。人們早就知道許多物體可以漂浮在水上，但說不清楚它們在什么條件下會沉沒。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)的兩個物理學原理，它標志著物理學的誕生。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，人類對地球的認識發(fā)生了一次重大的飛躍。亞歷山大城的一位科學家，令人驚訝地測出了地球的大小。

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巨大球體的一部分：人們無論從哪個方向一直朝前走，必定會看到新的星星；發(fā)生月食的時候，一道清晰的弧形陰影會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方向看遠去的船只，總是船身先消失，桅尖最后隱去。至于這個球到底有多大，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）的學者第一次相當精確地測量出地球的半徑，還測量出地球自轉(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家、歷史學家、地理學家、哲學家、詩人和數(shù)學家，40歲時就任亞歷山大圖書館館長。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，6月21日這天中午在亞歷山大城直立觀測的結(jié)果卻有陰影。

埃拉托西尼意識到這可能是測量地球大小難得的機會。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算出太陽光線和方尖碑的夾角大約等于7度，大約相當于地球圓周360度的1/50。通過幾何學計算，他得出地球的周長應該是4萬千米。這個數(shù)值和今天的測量結(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家，當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)想到這兩個大洋應該是連通的。他推測，如果沿著尼羅河一直向南走去就會達到一個大島的盡頭。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亞洲的東部。這個觀念在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世紀末，亞歷山大城出現(xiàn)了古代第一位杰出的女科學家希帕蒂婭（370-415）。她是一位數(shù)學家、天文學家和物理學家，擔任過亞歷山大城新柏拉圖學院院長。她設計過觀測天體的星盤和測量液體密度的比重計，發(fā)表過許多關(guān)于天文學和數(shù)學的重要見解，對圓錐曲線有精深的研究。

然而，亞歷山大城由古羅馬帝國統(tǒng)治了很長一段時間，古羅馬教會憎恨科學和科學家，視科學為異教，科學家們在這里的境遇十分險惡。公元415年，希帕蒂婭被教會殘害致死。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化為灰燼。希帕蒂婭之死標志著亞歷山大城學術(shù)活動的終結(jié)。古希臘科學智慧之光閃爍1000年之后最終熄滅。

經(jīng)過千年沉寂，蘊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)）