第7章 古希腊与希腊化时期的科学-讲义

第四章古希腊—罗马时期的科学

引言

今日的自然科学，不是一般的自然知识，它是在16、17世纪以来形成的一种特定的意识形态，包含着对事物的特定的看法、处理问题特定的方法、知识制造的机制；他为人类规定了如何看待自然、研究自然、征服自然和改造自然的方式。这个意识形态体系主要是在欧洲成长起来的，常被称为近代科学。但其思想根源来自古希腊，希腊是近代科学思想的发源地。

希腊群星

自然哲学：泰勒斯、阿那可西曼德、阿纳克西米尼、赫拉克里特、巴门尼德、芝诺、恩培多克勒、阿纳克萨哥拉、留基伯、德谟克里特；

人文哲学家：普罗泰哥拉、高尔吉亚、苏格拉底

体系哲学家：柏拉图、亚里士多德

天文学家：默冬、欧多克斯、阿里斯塔克、希帕克斯、托勒密

数学家：毕达格拉斯、欧几里得、阿波罗尼、刁番多

物理学家：阿基米德（兼数学家）

医学家：希波克拉底、盖伦

地理学家：西希塔斯、埃拉托色尼、色诺芬尼（发现水陆变迁）

生物学家：特奥弗拉斯特、阿尔克迈翁（解剖学家）

工程技术：克特西布斯、希罗

文学家：荷马、品达、萨福（诗人）；伊索（寓言家）；埃斯库罗斯、索福克勒斯、欧利庇得斯（悲剧大使）；阿里斯托芬（喜剧大师）

历史学家：希罗多德、修昔底德、色诺芬

第一节古希腊科学的形成条件

一、自然条件

古希腊人的生活区域遍及爱琴海及其附近的巴尔干半岛、希腊半岛、克里特岛和毗邻地中海的西亚地区，南面则与埃及隔海相望。该地区属于温带海洋性气候，地形多山，陆路交通不便，土地资源匮乏，土壤贫瘠，不适宜发展农业。但海岸曲折，岛屿密布，又处于地中海和黑海的连接部位，具有得天独厚的航海贸易优势。

二、古希腊的历史变迁

早在公元前4500年至公元前3000年间，克里特岛已有先民居住。在公元前2000年左右克里特岛已经建立了欧洲最早的国家，并在米诺斯执政时期称雄爱琴海。在公元前1450年前后，居住在伯罗奔尼撒岛的阿卡亚人前已从象形文字发展成线形文字。

1．克里特文明（公元前3000年-公元前1400年），象形文字和线形文字A,

2．迈锡尼文化（阿卡亚人，公元前1600年-公元前1125年）线形文字B

3．多利亚黑暗时期（荷马时期）

4．独裁统治时期（公元前7-6世纪）

5．爱奥尼亚时期（民主城邦时期）（公元前6-5世纪）

6．希腊古典时期（-公元前404年）

(1)爱奥尼亚阶段

(2)南意大利阶段

(3)雅典阶段

7．希腊化时期

罗马时期

三、社会条件

民主城邦奴隶制国家，民主、自由；

毗邻先进文化，且商贸发达，便于集众家之长并发扬光大。

四、民族特点

热爱自由、热爱生活、崇尚理性、追求真理、不屈于暴君。

逻辑严谨性、系统的完整性、规律的严肃性、对数学的倚重。

怀特海《科学与近代世界》：“今天所存在的科学思想的始祖是古雅典的伟大的悲剧家埃斯库罗斯、索夫科勒斯和欧里庇德斯等人------希腊悲剧中的命运成了现代思想中的自然秩序”，悲剧的本质并不是不幸。二是事物无情活动的严肃性。------这种无情的必然性充满了科学的思想，物理的定律就等于人生命运的律令。

亚里士多德：科学需要自由、闲暇和好奇

古希腊科学的局限性：在重视思考的同时，轻视体力劳动，不注重亲自动手观察，实验科学成就不大。

第二节古典时期的希腊科学

一、米利都学派

1.泰勒斯

（1）生平

公元前624年（或640年）出生于米利都的贵族家庭，年轻时曾游学于埃及、巴比伦。回国后经商并从事政治事务，被列为当时的“七贤”，同时，课业授徒。公元前547年去世。

两则轶闻：坠井、包租榨油房

（2）科学成就

①天文学：

观测星相，预测日食；

提出利用小熊星座来导航；

初步测定太阳大小（黄道带1/720）

②几何学：

运用比例方法测量金字塔的高度；

提出若干几何定理。

③哲学：“万物源于水”

2.其他人物

（1）阿那克西曼德：球状宇宙（大地是柱状的）开创球面天文学。混沌是世界的基本要素。

（2）阿那克西米尼：宇宙是半球状的，大抵是盘状的；万物由气组成。呼气实验。

（3）阿那克萨哥拉：提出物质构成的种子论。太阳、月亮、星辰是火热的石头，与大地没有本质的区别。说明了月食的成因。发现鱼用鳃呼吸，植物也呼吸。

二、毕达哥拉斯学派

1.毕达哥拉斯及其学派

公元前582年（或570年）生于萨莫斯。其父内萨秋斯是富翁。不足20岁时开始游历世界。先后到过巴比伦、印度、埃及。53岁时回到希腊，创立政治、宗教、学术合一的兄弟会。后移居美达波腾，继续授徒但避谈政治。死于公元前5世纪早期。

2.毕达哥拉斯学派的学术主张

(1)哲学：提出了“数即万物”的思想。

(2)数学

①几何

提出三角相内角和定理;相似三角形定理;发现等边三角形、正方形、正六边形可以铺成平面;发现并证明直角三角形的毕达哥拉斯定理（勾股定理）;以及平行线、多边形、圆和球的一些性质。

②数论

发现并证明无理数（西帕苏斯发现），提出了“数即万物”的思想，引导人们关注事务内在的数学规律。

(3) 天文学

①提出了地球的概念（在几何体中球形最完美）。明确宇宙也是一个球体。依据10这一“完美”数字建立宇宙模型。（已知的9个天球和“对地”）。奠定了古希腊数理天文学的基础。

②明确启明星和长庚行为同一行星。

③明确提出月亮靠反射太阳光而发光。

(4) 物理

提出声音与琴弦长度的关系。

三、芝诺的运动悖论（爱利亚学派，巴门尼德为领袖）

二分法、阿卡流斯、飞矢不动、运动场（前两个假定时间、空间连续；后两个假定时间、空间不连续）

四、原子论思想

留基伯（活跃于公元前440年左右，生于米利都。），德谟克利特（约公元前460-公元前370年）。

主张：万事万物都是由原子（意为不可再分）组成。由于原子的形状、大小、数量不同，导致事物彼此不同。（是思辨的产物，是一种哲学观点，而非科学理论，但可作为一种科学思想）。

五、医学之父——希波克拉底

1.生平

公元前460年生于柯斯的医生世家，是智者高尔吉亚的学生，也是德谟克利特的朋友。成年后四处行医、品德高尚，被授予雅典荣誉公民。

2.医学贡献

（1）将医学与巫术分离，以理性的态度对待生病、治病。

（2）根据医学实践提出体液理论。血液、黄胆汁、黑胆汁和粘液，认为体液流动维系人的生命，体液相互协调、平衡，人就健康。后成为西医的理论基础。

（3）首创“希波克拉底誓词”：医生要处处为病人着想，要保持自己行为与这一职业的神圣性。

六、智者的三大难题

1.化圆为方：求做正方形，使之与已知圆的面积相等。此问题相当于求解圆周率的平方根。（1882年德国数学家林德曼证明不可能。）

2.二倍立方问题：求做立方体，使其体积是已知立方体的2倍，相当于求解2的立方根。17世纪笛卡尔指出是不可能的，1837年法国数学家范齐尔证明不可能实现。

3.三等分角问题

七、柏拉图学园：不懂数学者不得入内

1.柏拉图生平

公元前427年生于雅典名门世家。母亲是梭伦的后裔，父亲是雅典王卡德鲁斯的后裔。早年受到良好教育，曾立志从政，参加过波罗奔尼撒战争，表现十分勇敢。后师从苏格拉底，师徒关系密切。苏格拉底被鸠杀后，感受到政治的丑恶与肮脏，弃政游学。公元前387年回国，在雅典西北郊的阿卡德米建立学园，专心授徒。公元前347年去世。

2.科学成就

（1）哲学

受毕达哥拉斯影响。追求纯粹的理想。主张“真正的实在是理念”，“哲学的目的就是要把握理念”，“理念先于一切感性经验”。

注重数学，认为“数学是通向理念世界的准备工具”。

（2）数学

①几何：明确正多面体只有5种，发现了圆锥曲线。

②代数：建立了比例论，提出了数（不连续）和量（连续）

（3）天文学

(1)以“最完美的”匀速圆周运动描述天体运动。

(2)提出同心球叠加模型分别使用3个同心求拟合太阳和月亮的运动。每个行星使用5个球来拟合，共计使用27个天球。

八、亚里士多德与逍遥派

1.亚里士多德的生平

公元前384年生于斯塔吉拉，父亲是马其顿国王阿明塔二世的御医。幼时父母双亡。由亲戚抚养，12岁时入雅典学园，求学20年。广泛研究了哲学、科学、逻辑学、心理学、政治学、历史学、伦理学、美学、经济学、物理学、天文学。公元前343年被马其顿往腓力二世聘为太子亚历山大（13岁）的私人教师。公元前335年回到雅典，在吕克昂建立自己的学园。从事教学和著述活动，主要著作有：《形而上学》、《工具论》、《物理学》、《论生灭》、《论天》、《天象学》、《论宇宙》、《动物志》《论动物的历史》、《论灵魂》、《范畴篇》、《分析篇》、《尼各马可伦理学》、《大伦理学》、《政治学》、《诗学》、《修辞学》等。被誉为“百科全书式”的学者。公元前324年在卡尔西斯去世，终年63岁。

亚里士多德及其门徒喜欢在走路时讨论问题，故被称为“逍遥派”。

2.主要成就

（1）天文学

①发展欧多克斯的同心球理论，使用49个天球解释天体运动,以原动天的运动来驱动所有天体。

②从天体的圆弧运动与地面物体的直线运动出发，主张天体与地球的物质有别。认为天体由以太构成，地面物体由“水火土气"四种元素构成。天地的分界在月亮以下。

（2）物理学

①主张地球物体的四元素（水火土气）说。

②探究物体运动的原因，将物体运动原因:天然运动，受迫运动。

（3）生物学

①主张四因说。以此解释生物运动。

②注重第一手资料，亲自解剖动物。

③在生物分类方面，发现“长毛的四足动物胎生，有鳞的四足动物卵生”，“无鳃而有一喷水孔的鱼胎生，有鳃的鱼是卵生”。

第三节希腊化时期的科学成就

一、希腊化时期与亚历山大里亚

希腊北部的马其国逐步强大，公元前356年，国王腓力二世即位，注意学习希腊的先进文化，富国强兵，扩军备战。公元前338年，击败反马其顿联军，确立了马其顿对于希腊各城邦的统治地位。公元前336年腓力二世遇刺身亡。20岁的太子亚历山大即位。经过十余年的战争，建立了一个横跨欧亚非的庞大帝国。它以东方为中心，以希腊文化为统治文化。后人因此将这一时期该地区的文化称为希腊化文化。

公元前323年亚历山大病逝。帝国一分为三。安提柯制辖马其顿，塞琉古制辖叙利亚、托勒密制辖埃及（定都亚历山大里亚）。在托勒密的领导下，亚历山大里亚建立了当时世界上最大的学术机构——缪塞昂（包括图书馆、博物馆、动物园、植物园、天文台和实验室等设施），其图书馆藏书70万卷。亚历山大里亚成为当时世界的学术中心。当时最著名的科学家都在这里学习过。

二、欧几里得与《几何原本》

1.欧几里得

（1）生平与逸事

生卒不详，早年曾在柏拉图学院学习，约公元前300年应托勒密邀请到亚历山大里亚讲学。与阿基米德、阿波罗尼并称为希腊三大数学家。

逸事：①国王问学；②几何有什么用？

（2）《几何原本》：

卓越的学术水平与广泛的普及性完美结合的典范。作为古希腊数学的集大成之作，构造了数学史上第一个宏伟的演绎系统，对后世的数学发展发挥了不可估量的推动作用。并作为教科书一直使用了2000多年。内容分13篇：

第一篇：直边形（全等定理、平行定理、毕达哥拉斯定理、初等作图法等）；

第二篇：用几何方法解代数问题（用几何方法计算加减乘除、求面积、体积等）；

第三篇：圆（弦、切线、割线、圆心角等）；

第四篇：圆（内接图形、外接图形）；

第五篇：数论（比例论）；

第六卷：运用比例论研究相似形；

第七、八、九、十篇：数论；

第十一、十二、十三篇：立体几何（第12篇主要讨论穷竭法）

三、阿里斯塔克：日心说的先驱

1.生平

公元前310年生于萨莫斯。曾求学于雅典的吕可昂学园（师从第三代学长斯特拉图）。后移居亚历山大里亚。

2.科学成就

①测量太阳与月亮：太阳比地球大得多。

②提出日心说；

③同时明确恒星的周日运动是地球自转的结果。

四、阿基米德

1.生平

大约生于公元前287年南意大利西西里岛的叙拉古，其父是一位天文学家。青年时期曾求学于亚历山大里亚，师丛欧几里得的弟子柯农，学习几何。数年后，应叙拉古国王希龙二世之邀，回到故乡。主要从事数学、物理学以及工程学研究。现存主要著作有《论球和圆柱》、《圆的测定》、《论平面的平衡》、《论浮体》、《论螺线》、《抛物线面积的求法》、《沙粒的计算》等。阿基米德将古典希腊人那种纯粹、理想、自由的演绎科学与东方人注重实利、应用的计算型科学进行了卓有成效的融合，为近代科学既重视数学、演绎又重视操作、效益树立了榜样。被后人称为力学之父。公元前212年，被罗马士兵杀害。

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