科学技术史第二章.ppt

第二讲 古希腊的科学技术 一 古希腊的自然哲学二 古希腊数学的兴衰 教学目的和要求 1 了解古希腊科学发端的社会背景及其与四大文明古国科学社会背景的差异 2 重点掌握雅典时期的自然哲学成就及其自然观意义 3 着重了解古希腊数学的兴衰 希腊文明的发祥地 古希腊的自然哲学 1 米利都学派2 毕达哥拉斯学派3 原子论思想4 爱利亚派5 亚里士多德主义 1 米利都学派 泰勒斯关于世界万物本原是 水 的主张 泰勒斯 泰勒斯 Thales 约前624 546 断言所有的事物都起源于水 因此他被尊为希腊科学和哲学的鼻祖 1 泰勒斯的命题中没有神话因素 2 泰勒斯用这个假说解释了其它自然现象 如回答了大地靠什么支持这个古老问题 3 现代科学正是从泰勒斯和其同时代人的思想持续不断地传下来的 米利都学派 阿拉克西米尼认为万物的本原是空气 阿拉克西曼德则认为万物来源于 未规定的物质 赫拉克利特认为组成世界的基本元素是 火 恩培多克勒提出了关于水 火 土 气的 四根说 赫拉克利特 恩培多克勒 毕达哥拉斯学派 以萨摩斯岛的毕达哥拉斯 Pythagoras 约前570 497 6 命名的这个学派最典型的特征就是对数最感兴趣 把数作为一个形而上学原则 毕达哥拉斯 万物皆数 宇宙万物的结构及其运行服从数的和谐 意义深远 原子论思想 原子论是古希腊自然哲学的最大的成就之一 这个派别的创始人是留基伯 主要阐述者是德谟克利特和伊壁鸠鲁 该派别认为世界万物都是由原子组成的 原子是肉眼所不能看见的物质微粒 永恒运动是原子的本性 自然界变化的实质是原子的聚散及其运动 整个世界由原子和虚空所构成 古代原子论是欧洲最早最完备最接近于近代自然科学的物质结构的哲学猜测 伊壁鸠鲁与他的哲学 巴门尼得 约公元前6世纪或5世纪 巴门尼德反对赫拉克利特的两种认识观 认为一切皆流之类辩证认识只是感性认识或经验认识 没有从思想上说明道理 因而只是一些假象 把握真理必须同感性经验相脱离 依靠纯粹思想 逻辑思维 只有思想是真实的 是达到真理的唯一道路 这种主客观相分裂的认识标志一种与原始朴素哲学不同的新哲学形态 即逻辑思维的出现 巴门尼德头一个明确划分出思维与存在的区别 返回 5 亚里士多德主义 亚里士多德是古希腊哲学的集大成者 是一位承上启下的人物 在他的哲学中 哲学和自然科学已开始分化 1 在世界本源问题上 提出了两种 实体 说 并用 四因说 加以论证 2 在宇宙结构问题上 主张地心说 建立了同心球宇宙模型 第一次把几何学和天文学结合起来 3 在物体运动问题上 认为物体只有在外力推动下才能运动 重物坠落的速度较轻物快 古希腊数学的兴衰 古希腊数学的兴起古典希腊时期亚历山大前期亚历山大后期 古典希腊时期这一时期主要是从伊奥尼亚学派到柏拉图学派为止 约为公元前七世纪中叶到公元前三世纪 这一时期的数学家主要有 泰勒斯 毕达哥拉斯 安提丰 芝诺 德谟克利特 返回 亚历山大前期这一时期主要是从欧几里得起到公元前146年 希腊陷于罗马为止 这一时期的数学家主要有 欧几里得 阿基米德 阿波罗尼奥斯 返回 亚历山大后期这一时期主要是从罗马统治开始到亚历山大被阿拉伯人占领为止 这一时期的数学家主要有 海伦 门纳劳斯 帕普斯 托勒密 尼科马霍斯 丢番图 返回 古希腊数学的衰落公元325年罗马帝国的君士坦丁大帝开始利用宗教作为统治的工具 把一切学术都置于基督教神学的控制之下 公元529年 东罗马帝国皇帝查士 丁尼下令关闭雅典的柏拉图学园以及其他学校 严禁传授数学 许多希腊学者逃到叙利亚和波撕等地 数学研究受到沉重的打击 641年 亚历山大被阿拉伯人占领 图书馆再次被毁 希腊数学至此告一段落 泰勒斯是公认的希腊哲学鼻祖 早年是一个商人 曾游访巴比伦 埃及等地 很快就学会古代流传下来的知识 并加以发扬 以后创立伊奥尼亚哲学学派 摆脱宗教 从自然现象中去寻找真理 以水为万物的根源 当时天文 数学和哲学是不可分的 泰勒斯同时也研究天文和数学 他曾预测一次日食 促使米太 在今黑海 里海之南 吕底亚 今土耳其西部 两国停止战争 多数学者认为该次日食发生在公元前585年5月28日 他在埃及时曾利用日影及比例关系算出金字塔的高 使法老大为惊讶 返回 毕达哥拉斯公元前580年左右生于萨摩斯 为了摆脱暴政 移居意大利半岛南部的克罗顿 在那里组织一个政治 宗教 哲学 数学合一的秘密团体 后来在政治斗争中遭到破坏 毕达哥拉斯被杀害 但他的学派还继续存在两个世纪之久 毕达哥拉斯学派企图用数来解释一切 不仅仅认为万物都包含数 而且说万物都是数 他们以发现勾股定理 西方叫做毕达哥拉斯定理 闻名于世 这一定理也标志无理数的产生 这个学派还有一个特点 就是将算术和几何紧密联系起来 他们找到用三个正整数表示直角三角形三边长的一种公式 又注意到从1起连续的奇数和必为平方数等等 这既是算术问题 又和几何有关 他们还发现五种正多面体 返回 欧几里德 约公元前300年 欧几里德提出了对数学作系统阐述的权威性形式 此后许多世纪 这种形式被公认为是数学方法的典范 他的集大成之作 几何原本 至今还是几何学的权威著作 阿基米德把观察和数学推理 理论研究和实际应用相结合 发现了杠杆原理和浮力定律 给出了求解复尽杂物体重心的方法 他的研究方法已接近现代的研究方法 被誉为 力学之父 阿基米德 阿基米德的名言 给我一个支点 我将推动地球从阿基米德的著作中还能找到理论力学的萌芽 他从预设的一些公理出发 从数学上证明了杠杆原理 力与力臂成反比 亚里斯多德的动力学 任何运动物体都是由与它相联的外界物体所推动 这是地球上无生命物体运动的基础 由此得出 1 一个脱离了所有外部影响的物体处于静止状态 2 对每种强迫运动 必须寻找与物体有关的动因 动力学基本规律 由外力推动的物体运动的速度与推力成正比 与反对运动的阻力成反比 亚里斯多德和其他希腊思想家的最大功绩就是把自然作为科学研究的对象 2 天文学 日心说 阿利斯塔克最早提出日心说 Aristarchus 前310 230年左右 OntheSizesandDistancesoftheSunandMoon太阳到地球的距离大于地球到月球距离的18倍 但小于20倍 太阳与月球的直径比大于18 小于20太阳与地球的直径之比大于19 3 小于43 6 数学知识 古希腊的数学成就与毕达哥拉斯学派的几何学成就及其数理思想直接相关 欧几里德的 几何原本 全面总结了前人的几何学知识 从公理出发运用演绎方法证明了包括467个命题的几何学全部定理 几何学从此成为一门科学和古代最成熟的学科 亚里士多德主义 地球在宇宙中心的论证 亚里斯多德对地球处于宇宙中心的论证之一 因为我们时时刻刻正好看到半个天球 所以地球必然位于宇宙的中心 恒星的周年视差 阿利斯塔克根据得到的日 月 地大小和距离数据 提出地球绕着太阳转动的地动说 对于因此而应该产生的但没有被观测到的恒星周年视差 他假定地球轨道半径与地球到恒星的距离相比是微不足道的 这一学说富有革命性但缺乏经验事实的支持 地心说 欧多克斯 Eudoxus 约409 356BC 在柏拉图关于天体作匀速圆周运动的原则指导下提出了天体的同心球理论 他一共设置了27个同心球 恒星一个 五颗行星每颗四个 太阳和月亮各占三个 同心球理论 Apollonius 约262 190BC 的两个数学发明 阿波罗尼乌斯的两个数学发明偏心圆运动和本轮 均轮模型为天文学家解决行星视运动问题提供了基础 本轮和均轮 本轮和均轮的运动可以从数学上解释行星的各种运动状态 留 逆行等 喜帕恰斯 Hipparchus 约190 127BC 阿波罗尼乌斯的发明被喜帕恰斯用来描述天文现象 希腊天文学走上了一条康庄大道 喜帕恰斯在构建日月和行星运动几何模型时采用了巴比伦几个世纪以来保存的观测数据 岁差的发现 喜帕恰斯的另一项重要发现就是春分点的退行即岁差现象 喜帕恰斯的太阳运动模型 这个模型很好地解决了四季长度不等与匀速圆周运动之间的矛盾 阿基米德的著作 传记作家普鲁塔克这样评论阿基米德的著作 在整个几何学上不可能找到更困难更错综复杂的问题 也不可能找到更简单更清晰的解说 1 论平面图形的平衡I2 求抛物线的面积3 论平面图形的平衡II4 论球和圆柱I II 阿基米德的著作 5 论螺线6 论锥体和球体7 论浮体I II8 圆的度量9 数沙者10 方法11 引理集 球和圆柱 在 论球和圆柱 中 他证明了 1 命题13 任一正圆柱 不记上下底 的表面积等于一圆的面积 该圆半径是圆柱高与底直径的比例中项 2 命题33 任一球面积等于其大圆面积的四倍 3 命题34推论 以球的大圆为底以球直径为高的圆柱 其体积是球体积的3 2 其包括上下底在内的表面积是球面积的3 2 他对这条定理非常喜爱 以致遗言把它刻在墓碑上 4 生物和医学知识 希腊医学中许多知识是直接来自埃及和两河流域的 符咒和驱邪曾是流行的治疗方法 大约在公元前五世纪 出现了以行医为业的医生 并逐渐形成一些医学派别 希波克拉底被认为是古希腊的医学之父 有全集59篇 集古希腊医学之大成 该派的理论和医术走在了现代以前任何时代的见解前面 生物和医学知识 希波克拉底认为疾病是人体的自然过程 主张用观察和实验方法研究疾病并创立了 四体液说 赫罗菲拉斯是第一个公开进行人体解剖的医生 揭示了人脑是智慧之府 而不是亚里士多德所认为的是心 希波克拉底神殿内关于阿波罗的评论 中关于治疗下颌脱位的方法 希波克拉底神殿内关于阿波罗的评论 中关于治疗椎骨脱位的方法 关于古希腊科学技术的几点结论 1 古希腊自然哲学的基本特征及其历史地位2 古希腊人的方法3 古希腊科学与社会的关系 古希腊自然哲学的基本特征及其历史地位 古希腊科学是哲学的一个方面 所以它一开始就有重视理论思维 重视理性探索的特征 具有朴素辩证法的思想和物活论的色彩由于毕达哥拉斯主义和柏拉图主义的影响 古希腊科学中含有特别重的数学尤其几何学的成分 公理化和演绎推理的方法被运用到各门学科中去 在科学研究方法上 在希腊化时代的阿基米德那里 也已经达到了相当高的水平 逻辑推理的方法 严格定量的数学方法都已趋成熟 实验的方法也初露端倪 这些都为近代自然科学的形成做好了准备 近代自然科学就是从古希腊自然科学演进而生 古希腊人的方法 1 古希腊人自然哲学的方法特点是以大胆的思索 巧妙的猜测和聪明的直观来把握自然界 2 古希腊人科学研究的方法的特点是重视数学的和逻辑的论证 以天才的直观为主 以初步的观察实验为辅 古希腊科学与社会的关系 1 海岸文明基础上发展起来的工商业经济是天文学 历学和数学发达的根本动力 2 工商奴隶主民主政治体制为学术繁荣提供了制度保障 3 多元的文化开放系统促进了学术交流的频繁和科学研究的进步 三 古罗马科学技术 古罗马科学古罗马技术 古罗马科学 古希腊科学在古罗马时期走向衰落 但在天文学和医学仍有重要进展 托勒密的 至大论 集古代天文学之大成 运用数学模型方法建立了地心说体系 盖伦医生提出了 灵气论 学说 托勒密地心说和盖伦医学统治西方科学长达1500年之久 托勒密地心体系简图 托勒密Ptolemy约100 170AD 托勒密进一步精炼和发挥了喜帕恰斯的行星理论 并写入了它的集大成之作 至大论 约145AD 中 至大论 Almagest 如果要数那些本书对世界历史产生了巨大影响 至大论 毫无疑问就是其中一本 直到十六世纪 天文学家的思想实际上还一直受这本书的支配 至大论 的地静观点 至大论 开篇就强调 不能把地球看作是运动着的星体 从数学上可以把星空的周日运动看作是地球绕自转轴的周日运动的反映 但这在物理上来说是荒谬的 如果地球从西向东旋转 应该可以看到地球上所有的东西向西移动 而不应与地球紧紧相随 这个反驳在以后的许多世纪里不断地被提出来反对地动说 站在亚里斯多德错误的 惯性定律 基础上 直到伽利略提出他的惯性定律之后 这条反对地动说的论据才被反驳回去 至大论 1 第一卷的最后几章论述了希腊测量学和三角学原理 2 在准备了必要的数学工具后 托勒密在第一卷和第二卷的其余部分论述了球面天文学的所有内容 3 第三卷论述太阳的运动 使用偏心圆运动的模型 用来解释四季长短不一 至大论 4 第四 第五卷讨论月球运动 5 第六卷描述日食和月食 6 第七 第八卷给出了包括有1022颗恒星的星表 给出了每颗星的黄经和黄纬及亮度 还讨论了喜帕恰斯发现的岁差 7 第九到第十三论述了五颗行星的运动 托勒密的独创 对点 EquantPoint 为解释火星 木星和土星的运动 托勒密引入了一个地球的 镜象 对点 设定C相对于E在圆周上做匀速运动 则相对圆心M做非匀速运动 牺牲了自古希腊以来一直坚持的信念 行星作完美的匀速圆周运动 行星依次充满宇宙空间内行星本轮中心位于日地联线上外行星初级本轮半径与日地联线平行 更高的精度 更多的本轮 托勒密体系 地静说 需要说明的是 1 在托勒密体系中 地球不是天体运动的中心 但静止不动 因此称这个体系为 地静说 比 地心说 更为恰当 地静说 2 并非所有的希腊天文学体系都是 地静说 萨摩斯的阿利斯塔克提出过一个日心宇宙体系 3 数学天文学的唯一目的是对天体运动作运动学描述 此外还有物理天文学 其目的是研究说明人们所看到的天文现象实际上是怎样发生的 至大论 描述的应该被看做是一种数学体系 罗马医学 公元一世纪塞尔苏斯的百科全书中的医学部分被保存下来 他深信希波克拉底的病理学观点 并有所进步 详细叙述了对外伤 骨折的治疗 总结了炎症的四个主要症状 红 肿 热 痛 自然学家普林尼 23 79 也是医药百科学家 他记录了包括从蔬菜到动物 矿物制成的药品 提供了那个年代的公共卫生方面的资料 以弗所的索拉纽斯 98 138 是第一位产科学家 被称为产科学之父 所著 妇科疾病 成为以后1500年的教科书 右图为奥斯地亚一墓地的一个雕塑 盖伦 Galen 129 199 盖伦生于小亚细亚爱琴海边一个建筑师家庭 早年跟随当地柏拉图学派的学者学习 十七岁时跟随一位精通解剖学的医生学习医学知识 是古罗马时期最著名最有影响的医学大师 被认为是仅次于希波克拉底的第二个医学权威 盖伦是最著名的医生和解剖学家 一生专心致力于医疗实践解剖研究 罗马人统治时期严禁人体解剖 盖伦通过解剖动物来了解人体 写作和各类学术活动 一生写了131部著作 其中 论解剖过程 论身体各部器官功能 两书阐述了他自己在人体解剖生理上的许多发现 右图为1856年威尼斯出版的 盖伦选集 首页 2 古罗马技术 罗马人不是好的科学家 但确实是称职的行政官员 在建筑方面体现罗马人管理水平的是大量公共设施建筑的修建 他们的标志性建筑 大角斗场 内 外 建于公元70 82年 潘提翁神庙 120 124年 等 经历近两千年的风雨 如今仍让人们遥想罗马帝国的鼎盛时期 2 古