科學技術(shù)發(fā)展史

科學技術(shù)發(fā)展史趙丹山西大學科學技術(shù)哲學研究中心2014.10.10主要內(nèi)容古希臘阿拉伯的傳承中世紀近代科學革命科學中心的五次轉(zhuǎn)移現(xiàn)代科學與技術(shù)古希臘古代希臘分散的城邦，直到亞歷山大大帝（前356-前323）在公元前4世紀統(tǒng)一前600-前300，希臘時代（Hellenicera）亞歷山大之后，希臘化（Hellenistic）時代古希臘科學的特點①發(fā)明了科學理論，即“自然哲學”或關(guān)于“自然界的哲學”，對宇宙的思索和對抽象知識的非功利追求②運行機制，從私人或私人社團到官方支持而融入制度功利模式的知識出現(xiàn)在早期的每一種文明中，而希臘自然哲學卻只在古希臘出現(xiàn)過一次，那是由于其獨特地歷史環(huán)境造成的有意識地對自然界進行理論探索根源該如何解釋這種自然哲學僅僅在古希臘唯一地出現(xiàn)？其他古文明古希臘生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟狀態(tài)水利農(nóng)業(yè)土地貧瘠，航海和經(jīng)商政治格局強大的官僚機器，國家利益至上割據(jù)的小城邦，財富有限政治生活神、教無孔不入理性地進行法律和正義的政治爭論雅典學派（拉斐爾）

柏拉圖柏拉圖（Plato，前428-前347）：雅典的柏拉圖學園“不懂幾何者莫入”幾何：對一切事物進行形而上學抽象化和完美化的模型5種基本元素（土、氣、火、水、以太）分別取5種多面體《蒂邁歐篇》（Timaeus）給出了復(fù)雜的天體模型，對天文學和科學史產(chǎn)生了深刻而持久的影響，促使了希臘天文學家去解決存在的難題柏拉圖的范型（Form）世界天國代表著永恒不變、超越物質(zhì)的完美的純粹范型世界，是范型的一種體現(xiàn)。世俗世界不過是范型世界的不完美的反映只有圓周運動才是完美的

天體是范型世界完美性的忠實摹寫天體作勻速運動天體圍繞著不動的地球作圓周運動事實上，行星有留和逆行。柏拉圖責成天文學家用圓“拯救這些現(xiàn)象”從而從柏拉圖到16世紀的哥白尼，近2000年解釋這些行星的留和逆行成為天文學家要解決的中心課題拯救現(xiàn)象為什么非要堅持行星作勻速圓周運動不可？這樣的話行星的留和逆根本不成為難題。柏拉圖開創(chuàng)的天文學研究范式：為問題的解決設(shè)定了先在的理念，他為理論家和天文學家預(yù)先規(guī)定了要得到怎樣的結(jié)果才算是合適的或可以接受的答案。行星模型必須用勻速圓周運動來產(chǎn)生出表觀的非均衡運動。拯救現(xiàn)象歐多克斯給出由27個嵌套（同心）的天球組成的模型：恒星一個，五顆行星每顆四個，太陽和月亮各占三個。修正后的第三條：各個透明的水晶球不是在繞一個軸旋轉(zhuǎn)，而是同時繞兩個或2個以上的軸旋轉(zhuǎn)，這樣就會出現(xiàn)逆行現(xiàn)象，8字形路徑，即馬蹄印問題：四季不等長、金星的亮度變化金星、水星、太陽為何離得近亞里士多德：又添加了起抵消作用的天球，天球總數(shù)增加至55-56個托勒密（ClaudiusPtolemy，約90年—168年）拯救現(xiàn)象的天文學公元前4世紀，赫拉克利德斯：天體不動，地球繞軸在轉(zhuǎn)動前3世紀，阿利斯塔克（Aristarchus，前310-前230）：日心說，地球有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)阿波羅尼奧斯：本輪、偏心圓托勒密的天文學《數(shù)學句法》（MathematicalSyntaxis），《天文學大成》（Almagest）以地心說和天體作圓周運動為前提，應(yīng)用本輪和偏心圓、均衡點（假想在該點測量的話會看到勻速圓周運動）概念長達1500里一直是希臘化傳統(tǒng)下天文學家的圣經(jīng)亞里士多德Aristotle（前384-前322年）：科學史上的分水嶺，涉及邏輯學、物理學、宇宙學、心理學、博物學、解剖學、形而上學、倫理學和美學希臘啟蒙的巔峰，也代表了其后2000年的高水平學問的科學源頭亞里士多德創(chuàng)立的科學傳統(tǒng)在晚古時期、中世紀伊斯蘭世界和近代早期的歐洲都占據(jù)統(tǒng)治地位亞歷山大大帝的老師；建立了呂克昂學園培植純科學的土壤閑暇：當一切實用的東西都已經(jīng)齊備時，人們就發(fā)現(xiàn)了那些既不涉及生活中的必需品也與享樂品無關(guān)的科學，事情最早發(fā)生在人們有了閑暇時間的地區(qū)好奇心：人們最初是被好奇心引向研究自然哲學的——今天仍然如此思想自由：為求得知識本身，不考慮功利應(yīng)用而從事科學活動，是一種個人權(quán)利亞里士多德的影響所在其成就所顯示的那種優(yōu)雅和力量主要來自于他世界觀的統(tǒng)一性和普適性提供了對自然界和人類在其中地位的一種全面的、一以貫之的而且十分理性的觀察方法，這種觀察方法在視野和解釋廣度上至今尚無任何方法能與之匹敵感覺和觀察是有效的，是通往知識的唯一途徑；強調(diào)事物的可感覺本質(zhì)常識科學亞里士多德的常識科學——物質(zhì)理論土氣火水是由更為基本的屬性——熱、冷、濕、干——配對組成的這些屬性由“第一物質(zhì)”即原初材料（primamateria）反映出來普通的土和其他一切合成物都是這些純元素的混合，而純元素是看不到孤立態(tài)的我們體驗到的世界就是物質(zhì)的真實，因為世界中的物體就是由基本物質(zhì)和范型結(jié)合而成的不可分割的混合體這種關(guān)于元素的定性理論為煉丹術(shù)提供了理論基礎(chǔ)亞里士多德的常識科學——運動理論運動與元素的特性相關(guān)：土和水是重的，要向宇宙中心即地球動動

氣和火是輕的，要背離中心運動每一種元素都有其自然位置：土位于中心，外面是分層的水、氣、火的同心球?qū)拥厣先f物雜亂無比向上或向下，取決于其重還是輕的屬性天區(qū)celestialregion）以太（第五元素）；完美、穩(wěn)定圓周運動強制運動或非自然運動：需要外來推動者，施力者與受力者須保持接觸亞里士多德的常識科學——運動理論地球整個處于宇宙中心保持不動，這是地球的自然位置給出了力、速度、阻力間的關(guān)系下落：重物下落快，輕物下落慢介質(zhì)：只有在一下密度的介質(zhì)中才會有運動，真空中沒有運動，事實上就沒有真空，空間必須被完全填滿亞里士多德的常識科學——生物學關(guān)于變化的學說：來源于生物體的生成和發(fā)育，變化是一個轉(zhuǎn)化和形成的過程，即事物中的“隱性得以現(xiàn)實化”，從而避免了巴門尼德的無中生有悖論一種形式的消失意味著另一種形式的出現(xiàn)，因此宇宙必定是房屋的，在時間循環(huán)中它永遠重復(fù)著自身生物分類：無血的無脊椎動物和有血的脊椎動物三種靈魂類型：營養(yǎng)、感覺和理性，分別對應(yīng)于植物、動物和人類感知影響：蓋倫（Galen）沿著亞里士多德的框架；狄奧弗拉斯圖（Theophrastus，前371-286）的植物學希臘化時期希臘科學的黃金時代，揭開了研究活動被組織起來并得到社會支持的一種新模型純科學和自然科學活動的制度化：亞歷山大城的博物館和圖書館，國家支持、資助科學理論的抽象學問這種傳統(tǒng)成為了繼承希臘傳統(tǒng)的所有社會中科學模式的一部分希臘化埃及的托勒密王朝第一位國王托勒密·索特爾開創(chuàng)了王室支持科學和學問的傳統(tǒng)亞歷山大城的博物館和圖書館前280年，第二任國王托勒密·菲拉德費建立了亞歷山大城的博物館，該博物館存在了700年，一直維持到5世紀該博物館是一所研究機構(gòu)：其實是寺院，供奉著9位文化女神繆斯博物館的人員享受俸祿，國家提供經(jīng)費從事他們自己的研究，建有工作室、講演廳、解剖室、花園、動物園和天文臺等；廚房供應(yīng)伙食；自由地進行研究與講授圖書館：館藏抄本超過500000卷埃及后來的羅馬皇帝體現(xiàn)了這種不尋常的由國家支持的傳統(tǒng)亞歷山大城在希臘化和希臘-羅馬時期一直是最有影響的科學中心公元前3世紀的亞歷山大城科學研究十分繁榮歐幾里得的幾何學——后來數(shù)學研究的源頭阿波羅尼奧斯（Apollonius，前220-前190為盛年）：圓錐曲線阿基米德（前287-前212年）埃拉托色尼（Eratosthenes，前225為盛年）:圖書館長，計算地球的周長，地理學和繪圖學其他：天文學、光學、和聲學、聲學及力學阿拉伯西方歷史年表阿拉伯歷史中國歷史年表376西哥特人過多瑙河，民族大遷徙開始

4世紀（－西晉·五胡亂華十九國－東晉－）476西羅馬帝國滅亡

5世紀（－東晉－五胡亂華十九國－南北朝－）5-8世紀諸蠻族王國建立

6世紀（－南北朝·隋－）5-8世紀諸蠻族王國建立阿拉伯帝國興起

7世紀（－隋·唐·南周－）5-8世紀諸蠻族王國建立阿拉伯帝國時期

8世紀（－南周·唐－）843《凡爾登條約》簽訂形成后來的德國、法國和意大利阿拉伯帝國時期

9世紀（－唐－）歐洲經(jīng)濟開始復(fù)蘇阿拉伯帝國時期

10世紀（－唐·五代十一國·宋－遼－）1O96-1099第一次十字軍東征阿拉伯帝國時期

11世紀（－宋－遼－西夏－）12世紀大學的興起阿拉伯帝國時期

12世紀（－宋－遼·金－西夏－）大翻譯運動阿拉伯帝國時期

13世紀（－宋－金－西夏·蒙古－）14世紀中葉文藝復(fù)興開始奧斯曼土耳其帝國

14世紀（－元·明－）阿拉伯帝國

阿拉伯帝國的崛起是與穆罕穆德創(chuàng)立伊斯蘭教分不開的。到公元632年穆罕默德逝世時，阿拉伯半島已經(jīng)基本統(tǒng)一。在以后的幾個哈里發(fā)統(tǒng)治時，阿拉伯發(fā)動了大規(guī)模的對外戰(zhàn)爭，領(lǐng)土擴張到亞、非、歐廣大地區(qū)。8世紀初，阿拉伯人把疆界推到中國唐朝的邊境，還進占南亞的印度河流域。經(jīng)過一百年的擴張，阿拉伯成為地跨亞、非、歐的封建軍事帝國。

在世界科學技術(shù)史上的傳與承阿拉伯帝國經(jīng)濟繁盛，國際貿(mào)易發(fā)達，中國的絲綢、印度的香料、非洲的象牙、黃金都經(jīng)阿拉伯商人運銷各地，形成了四通八達的陸海商道。古代阿拉伯人在科學技術(shù)史上的主要貢獻是保存了古希臘文化，溝通了東西方的科學技術(shù)交流。中國古代的許多技術(shù)發(fā)明，就是通過阿拉伯人傳到西方去的。作出特殊貢獻的有利因素阿拉伯人繼承和創(chuàng)造的知識顯示了特殊的歷史地位。他們建立的環(huán)繞地中海的龐大帝國，使得他們與歐洲有多條接觸和交流的途徑。東邊的敘利亞過去是連接希臘和阿拉伯的紐帶，這時又成為拉丁世界從阿拉伯人那里獲取希臘知識的主要窗口之一。意大利南部和西西里是阿拉伯文化向歐洲傳播的另一個重要窗口。歐洲一些地方形成了阿拉伯學術(shù)研究中心。一度被納入阿拉伯帝國版圖的西班牙更是阿拉伯與歐洲交流的最重要、最活躍的地區(qū)。文化交流和傳播中心：托萊多。該地在1085年被基督徒從阿拉伯人手里奪回，但依然是東方科學的立足之地。這里居住著許多翻譯家，他們在許多領(lǐng)域里孜孜不倦地工作著。阿拉伯語阿拉伯語被公認為學術(shù)研究的經(jīng)典語言，凡用阿拉伯語寫成的著作都被認為是權(quán)威的。一些學術(shù)界的精英人物都從事阿拉伯學術(shù)的介紹、翻譯和研究工作。從現(xiàn)在還通用的科學術(shù)語中我們可以看到阿拉伯科學的一些遺跡：化學名詞：堿（alkali）、酒精（alcohol）、糖（sugar）；天文名詞天鵝座β（albireo）、天鷹座α（altair）、金牛座α（aldebaran）中世紀后期以來，有不少著作從阿拉伯語和希臘語翻譯成拉丁語：亞里斯多德、托勒密、歐幾里德和阿維森納、阿維羅伊以及其他阿拉伯天文學家與數(shù)學家的著作，還有一大堆星占學和煉金術(shù)書籍，被介紹給歐洲人。傳與承有人把阿拉伯人建立的科學文化說成是無意中造了一個“冷藏庫”，在黑暗的中世紀保持和維護了古代科學的巨大軀體。在阿拉伯科學的許多方面，并非僅僅處于旁支地位，而是在從希臘到阿拉伯、再到近代歐洲這三大階段中占據(jù)著第二段的高級位置。阿拉伯人對世界科學技術(shù)發(fā)展的獨特貢獻在于：在時間上溝通了歐洲的古代與近代；在空間上溝通了東方與西方。阿拉伯人的求知欲阿拉伯帝國興起之時，正是中國唐朝時期。唐朝稱阿拉伯為大食。穆罕默德用《古蘭經(jīng)》鼓勵他的門徒：“為了追求知識，雖遠在中國，也應(yīng)該去?！狈从沉税⒗藢χ袊拿鞯南蛲?。阿拉伯帝國的學者們保存并傳播了古代文化。在西羅馬帝國滅亡前后的長期動亂中，許多希臘、羅馬古典作品毀壞流失，一部分通過東羅馬流傳到阿拉伯帝國。阿拉伯的學者們認真研究它們，成立了專門的翻譯機關(guān)——“智慧館”，還把許多古代作品例如希臘亞里斯多德、柏拉圖、歐幾里得、阿基米德、托勒密的著作譯成阿拉伯文。西歐在封建社會初期文化十分落后，西歐人后來是通過阿拉伯文譯本才又重新認識這些學術(shù)成就的，從而為近代科學在西歐的產(chǎn)生做出重要貢獻。阿拉伯在科技傳播方面的貢獻黑暗時期的中世紀歐洲文藝復(fù)興西方文化的轉(zhuǎn)變伊斯蘭的重大成就數(shù)學、科學、文學、理性思維阿拉伯的科學技術(shù)成就在800-1300年間，伊斯蘭文明幾乎在一切科學領(lǐng)域都居于領(lǐng)先地位在先知之后的4個世紀中，伊斯蘭科學家的數(shù)量與泰勒斯之后4個世紀中希臘科學家的數(shù)量相當百年翻譯運動舉例之數(shù)學

大數(shù)學家花拉子米（al-Khwarizmi,780－850）提出了“代數(shù)”的概念，給出二次方程“還原、對消”的代數(shù)解法，其《代數(shù)學》被譯為拉丁文，作為歐洲的數(shù)學教科書一直用到16世紀?；ɡ用妆救吮环Q為代數(shù)學之父把三角學作為獨立的數(shù)學分支來研究，取得重要成就編成了三角函數(shù)值表首先使用了相當于現(xiàn)在“余切”的概念編制了正弦表，并使用正割、余割的概念對球面三角的研究作出了貢獻舉例之醫(yī)學拉齊茲（860－922）《天花和麻疹的鑒別》——在世界上久負盛名百科全書式的《萬國醫(yī)典》——集當時希臘、印度、中東的全部醫(yī)學知識之大成阿維森納（980－1037）《醫(yī)典》——長達百萬字，內(nèi)容涉及解剖學、生理學、病理學、治療學、制藥學、衛(wèi)生學、飲食學等多方面的知識，記載藥物760多種，堪稱醫(yī)學指南。從問世到16世紀在歐洲重版達15次之多，可見流傳之廣泛、影響之深遠。舉例之光學

由于沙漠和熱帶氣候的原因，眼病在阿拉伯盛行，因此光學現(xiàn)象引起阿拉伯學者的極大重視。阿爾·哈曾（965－1038）研究了球面和拋物面的反射鏡、透鏡，在《光學》中表述了光的反射定理，描述了眼睛的構(gòu)造及其作用，修正了歐幾里得、托勒密關(guān)于眼睛發(fā)出光線的錯誤觀點，正確認識了光線來自觀察物的反射。舉例之煉金術(shù)對化學的促進

煉金術(shù)起源于中國，7－9世紀，中國的煉金術(shù)同其他科學知識一起傳到阿拉伯。阿拉伯人將中國和希臘的煉金術(shù)相結(jié)合，并加以發(fā)展。8－10世紀，出現(xiàn)了大量的煉金術(shù)著作，12世紀以后，又被翻譯成拉丁文傳到了西歐。煉金術(shù)的發(fā)展提高了人們對實驗重要性的研究?！盁捊稹边^程中，人們意外獲得了諸如明礬、酒精等化工產(chǎn)品，加深了對自然界的認識。拉澤把物質(zhì)分為動物、植物和礦物三大類，創(chuàng)立了自然界的三屆分類系統(tǒng)。煉金術(shù)對化學發(fā)展所起的促進作用是客觀上的效果，并非出自本意。中世紀中世紀TheMiddleAges，約公元500-1500年輝煌的古典希臘——中世紀——生氣勃勃的文藝復(fù)興黑暗世紀（DarkAges）？公元1000年以前的歐洲文化、智識水平、經(jīng)濟、技術(shù)和人口各方面都十分落后，同伊斯蘭世界、拜占庭、印度、中國、美索不達米亞等那些文明中心繁榮的科學和技術(shù)比較起來，簡直是窮鄉(xiāng)僻壤1000年時，拉丁語系基督教世界總?cè)丝?200中國人口6000萬、印度7900萬、伊斯蘭地區(qū)4000萬中世紀早期~~~~~~~~~~15世紀~~~~~~~~~~~16、17世紀新石器時代經(jīng)濟海外擴張帝國近代科學革命

開封，40萬君士坦丁堡，30萬巴格達，100萬科爾多瓦，45萬羅馬，3.5萬巴黎，2萬倫敦，1.5萬中世紀時期的技術(shù)革命與智識環(huán)境變革軍事革命——馬鐙、槍炮、艦船農(nóng)業(yè)革命——重犁、風車、水車智識環(huán)境變化——大學、對亞里士多德的批判性考察農(nóng)業(yè)革命重犁（羅馬）馬替代牛作為挽畜三田輪作制駕馭馬的項圈（中國）馬蹄鐵農(nóng)業(yè)革命的影響經(jīng)濟——集體所有制，形成了中世紀村莊和莊園社會制度人口——增加文化——繁榮，興建教堂、創(chuàng)辦大學坎特伯雷大教堂（英國），1175博洛尼亞大學，1088巴黎大學，11601194馬鐙（中國，5世紀）歐洲的封建主義和莊園制度騎士——服務(wù)于封建領(lǐng)主中世紀早期，形成了符合歐洲生態(tài)環(huán)境的區(qū)域性封建關(guān)系十字軍東征新型能源的使用水車、風車鋸木機、磨面機、鍛打機智識環(huán)境的變革——大學大學：名義上與宗教無關(guān)的學生（如博洛尼亞大學）或教師（如巴黎大學）群體，不需要國家或個人的資助保持獨立的自洽機構(gòu)，享有法律特權(quán)培養(yǎng)了大批牧師、律師、醫(yī)生、行政官員等人才文學院——邏輯、算術(shù)、幾何、天文、音樂大學神學院智識環(huán)境的變革——對亞里士多德的批判性考察十一~十二世紀：翻譯阿拉伯文獻的熱潮。希臘原始文獻經(jīng)過敘利亞文，到阿拉伯文，再被譯成拉丁文。亞里士多德和柏拉圖的哲學著作、歐幾里德和托勒密的科學著作，開始為歐洲人所熟悉托萊多——翻譯中心杰拉爾德:（1114－1187），主持翻譯托勒密的《至大論》以及亞里士多德、希波克拉底、蓋倫的著作十二世紀的消化和吸收將基督教傳統(tǒng)世界觀和亞里士多德