中科大科学技术史讲义第2章科学的起源

第二章科学技术的起源科学和技术并非从来就有，它有着自己的开端和发展过程。早在远古时期，人类便开始了认识自然和改造自然的活动，并逐步积累和形成了原始技术、关于自然界的知识和原始自然观。虽然原始社会人类改造自然界的能力还很低，人类关于自然界的知识还十分有限，并且是很零散和粗浅的，其中还不可避免地夹杂着许多谬误，即使如此，今天人类的全部科学、技术的发展和取得的成果，无不是开始于这一遥远时代关于生产技术、自然知识的长期积累。2.1科学技术的起源2.1.1原始时代的技术创造和经验知识的出现人类起源于生产劳动，科学知识来源于人类的生产实践和直接对自然现象的观察以及对自然的理解。人类在不断地改造自然界的过程中认识自然，并积累起自己关于自然界的知识，从而又进一步地提高了人类自身改造自然界的能力，并作出了一系列有重大意义的发明创造。在漫长的原始社会里，严格地说只有原始的、简单的技术还没有独立的科学，只有技术经验还没有科学理论，技术的进步相当缓慢，科学只是以萌芽状态存在于原始技术和原始观念之中。在远古时代的许多技术成就中，石器工具制造、火的利用和人工取火、文字的发明和制陶技术是原始技术和经验知识发端的主要标志。人类的历史是从制造工具开始的，生产工具的发展史是人类社会发展史的重要组成部分。根据考古发现，至少在一百万乃至二百万年以前，人类便学会了用打击的方法制造出石刀、石斧、石凿等粗糙的石器工具。差不多同时期，人们发明了弓箭。弓箭的发明需要有长期积累的经验和比较发达的智力，弓箭制造涉及到多种材料的配合和使用，对弹力和箭体的飞行也要有一定的认识。弓箭的发明和使用，是人类在认识和改造自然的过程中迈出的很有意义的一步。大约距今一万年前，人类进入了新石器时代。在新石器时代，古人在不断改进工具的过程中又发明了研磨技术。利用这种技术和方法可以在打击石器的基础上，经过研磨后可以制造出形状规正、表面光滑、使用方便的新石器。磨制石器的出现表明社会生产力有了提高。石器时代的工具的制造和改进，标志着人类获得了第一种最基本的材料加工技术和经验，也意味着人类改造自然活动的开始，原始技术的产生就根植于最初改造自然的实践活动。火对原始人类的生存和发展有着不可低估的作用。大约在100多万年前，人类祖先便开始利用天然的野火。距今170万年前的我国云南元谋人、距今80万年前的蓝天人和50万年前的北京猿人的遗址中，都发现了人类已利用火的确凿证据。人类从怕火到发现火对自己有用处，并把它引进洞穴，保存火种，进而又发明了取火的方法，如“钻木取火”、“击石取火”，经历了艰辛的历程。火的使用和摩擦取火的技术发明，扩大了人类的活动区域，给人类的生存带来了新的生计。制火技术的发明也为以后制陶技术和冶金技术的产生奠定了重要的基础，这是人类第一项伟大技术发明，是最早一次技术革命。制造工具和制火技术伴随着原始人类渡过了以采集植物和渔猎为主的漫长岁月之后，到大约一万年前又出现了原始农业和畜牧业，从此人类便开始以“真正的生产劳动”，在自然界中生产他们所需要的生活资料了。原始人在认识自然过程中，很早就有了用图示意的作法，这可以说是文字的萌芽。随着生产的发展和人们交往的增多，原始人学会在棍子上或泥板上刻下痕迹作为记数。后来记录的数目越来越大，种类越来越多，为了避免遗忘，则在做了数目之后，还补画上该物的图形，或加个简笔符号，以表明所记的是哪一种物件。“图画文字”就是在人们生活需要的推动下逐步创造出来的。文字的发明和使用标志着人类的信息存贮和传递手段的不断进步，这为文明的传播和科学的产生提供了条件。农业生产的发展，人们生活水平的提高，对于炊具、食具和其他日用品具的需求也在日益增加。大约在八、九千年前，原始古人发明了制陶技术。现在我们看到的最早的陶器出土于我国河南、河北和江西等地。西亚地区出土的陶器最早也有八千多年。当然，这些陶器还比较粗糙，陶坯完全用手制成，器形简单，烧制质量也不高。经过几千年的发展，到新石器时代后期，制陶逐渐形成了一套比较完整的和较为合理的工艺。陶坯的加工使用了陶轮。陶轮的发明是科技史上的一件大事，它是人类最早使用的一种加工机械，也是现今一切旋转切削机具的始陶窑的结构和烧窑技术在新石器时代晚期也已达到相当高的水平，烧窑温度已达950℃。制陶业的迅速发展促进了手工业的形成。随着原始手工业的产生和发展，又引起社会结构的变化，导致了农业和手工业的大分工。到了原始社会末期，人们逐渐掌握冶金技术，尽管人们从铜矿石中炼出的铜还没有应用于直接的工具制造，但它预示着熔化铜和铁的金属时代的到来。大约公元前四千年前，北非尼罗河流域的埃及人率先进入金石并用时期，即出现了铜器。与铜器出现相伴随的是农业由刀耕到锄耕，再发展到犁耕，提高了劳动生产率。铜器的出现是金属加工技术长期发展的结果。有了金属工具，人类文明开始迈向更高的阶段。2.1.2原始社会的自然观和抽象思维的萌芽在原始社会，人们在认识自然和改造自然的活动中形成了原始技术和经验知识，发展了自己的智力和思维能力。随着生产经验和自然知识的积累，又逐步萌发了人们对自然界总体的直观想象和最初的概括性解释。由此形成了原始人的抽象思维和原始自然观。在原始思维中，关于数的概念的产生、艺术思想的出现和灵魂观念的发展，对科学的起源带来了深远的影响。数的概念是人类最早形成的抽象观念之一。其最初出现，是从“多”这个意识中分出“一”的概念。随着原始分配中计数和统计的发展，数的概念发生了第一次质的抽象，这就是把被数物品用其他彼此同类的物品或标记来代替。这些实物或标记后来成为原始的记数工具。原始农业的出现和奴隶社会的商品生产和交换，推动人们创造了数的名称，并导致数的书写和数的计算。早在旧石器时代晚期，原始绘画、雕刻、装饰品、舞蹈、音乐等先后出现了，这是原始艺术思想的萌芽。这些作为观念形态的艺术作品的出现，来自于人们长期的劳动生产实践，是原始人类生活的写照。科学离不开形象思维，原始艺术观念中蕴含着大量形象思维的萌芽，这就为科学的诞生提供了丰富的思想营养。最初的灵魂概念只不过是原始人对人的意识与心理状态的一种合理假设，是萌芽的抽象思维和形象思维的结果。他们由此引伸出“灵魂不朽”、“万物有灵”等一系列观念，并借助于这些观念，解释了许多不明白其自然原因的“谜”，形成了图腾、巫术、神话和原始宗教，成为人类原始自然观的基础。原始宗教的自然观包含着许多谬误的东西，但它毕竟是原始人对难以理解的自然界的一种理解，是他们对无法解释的自然现象的一种解释。它的产生也反应了当时自然知识的缺乏和人们抽象思维的不发达。2.1.3巴比伦、埃及和印度的古代文明经过几百万年的漫长岁月，人类结束了蒙昧的原始时代，进入了有文字可考的文明时代。人类的自然知识在奴隶社会逐步形成为科学的形态，并得以传播和发展。尤其是数学、天文学和医学三大学科，因与人类的基本社会生活密切相关而受到一切原始民族的重视，而成为最古老的学科。四大文明古国——埃及、巴比伦、印度和中国在这三门学科上都作出了开创性的贡献，并各具特色。后来在古希腊得到进一步发展，并达到奴隶制时代科学文化的高峰。巴比伦、印度的算术和占星术通过阿拉伯人流传到近代，导致了近世代数的大发展，以与日益发达的商业社会的计算需要相适应。中国则独自发展出了技术型、经验型、实用型的科学技术体系，在中古时期孕育出了伟大的四大发明。这四大技术成就通过阿拉伯人传到欧洲之后，促进了近代科学的诞生。位于非洲东北部的尼罗河流域的古埃及是世界上最古老的文明古国之一。早在公元前4000年，古埃及就出现了世界上最早的奴隶制的组织形式，于公元前3000年左右形成统一的国家。在此以后经历了31个王朝，其中公元前2000年中期至初期是社会发展比较稳定的时期，同时也是科学技术较为达的时期。公元前332年灭于希腊，结束了古埃及的历史。大约在公元前3500以前，埃及人就发明了图形文字，经过长期的演变形成了由字母、音符和词组组成的复合象形文字体系。后来为了书写又发展了简略的象形文字，成为僧侣体。有少数用僧侣体写作的纸草文书流传至今。古埃及人创造了人类历史上最早的太阳历，并把一年确定为365天。埃及人的天文观测也很有成就，他们认识不少恒星。古埃及在数学上也多有建树。从发现的莱因特纸草书（现藏于大英博物馆）和莫斯科纸草书（现藏于莫斯科普希金艺术博物馆）记载的数学问题知道，埃及人很早就采用了10进制记数法，但不是10位制。埃及人的算术主要是加减法，乘除化为加减法做。算术最具特色的是分数算法，所有的分数先拆成单位分数（分子为1的分数）进行加减运算。古埃及人在几何方面的成就相当突出。恩格斯指出：“科学的发生和发展一开始就是由生产决定的。”（恩格斯《自然辩证法》，人民出版社1971年版，第162页）尼罗河水的定期泛滥，经常需要重新界定丈量土地，使埃及成为最主要的几何学发源地。古埃及数学家提出了计算矩形、三角形、梯形面积和立方体、柱体、锥体体积的规则，并把圆周长和直径的比例定为256/81（大约3.16）。古埃及医学成就比较突出。在古埃及的纸草书中记载有关疾病症状和治疗的方法，以及关于人体的初步看法。但当时的医学是与巫术结合在一起的，他们对疾病的治疗是药物和咒语并用，常常用妖魔侵入人体来解释疾病。尤其是在大约五千年前建造的几十座金字塔更是古埃及科学技术的纪念碑。金字塔是古埃及国王（又称法老）在生前为自己建造的陵墓，其外形呈角锥体，形似“金”字。现今知道的金字塔共有80多座，最大的金字塔是古王国第四王朝（公元前2700年）国王胡夫的墓。墓高146.5米，底边宽240米，由230万块大石块叠垒成。胡夫金字塔以其雄伟的身姿列入古代世界十大奇观。位于西亚的幼发拉底河和低格斯河两河流域地区（今属伊拉克版图也是世界古老文明的发源地之一，希腊人称之为美索不达米亚（意指两河之间的地方）。在公元前数千年的漫长岁月中，有好几个民族在此生活定居，并创造了高度发达的文明。远在公元前5000～前4000年，在两河下游地区就有苏美尔人定居，苏美尔文化在公元前2250年达到顶峰，到公元前21世纪苏美尔人的帝国被外来民族所灭。公元前19世纪初至16世纪中叶，地处两河中部的巴比伦人在巴比伦城建立了古巴比伦王国第一王朝，这是科学技术的兴盛时期。公元前7世纪又建立新巴比伦王国，至公元6世纪灭于波斯帝国。早在公元前3500年左右，苏美尔人就发明了象形文字，后来发展成表意和指意符号，到公元前2800年左右基本成形，称之为楔形文字。这种文字后被巴比伦人、波斯人所采用。大约在公元前4000年，苏美尔人就发明了阴阳历法，以月亮的盈亏现象作为计时标准。到公元前2000年左右，他们已将一年定为12个月，大小月相间，大月30天，小月29天，一共354天。古巴比伦的科学成就主要表现在天文和数学方面。他们最早发现了日食和月食的周期现象，计算出夏至和冬至、春分和秋分的时间。大约在公元前1800年，巴比伦人就发明了60进制的记数系统。他们还制定了表示平方、立方、平方根和立方根的数表，还有了简单的代数方程，能解一些一元二次、多元一次和少数三、四次方程。几何上能求一些面积和体积，并已知半圆内接三角形是直角三角形。古巴比伦在技术上的成就主要有：在农业上使用畜耕和从事修堤筑坝等水利事业；在冶金上从冶炼铜到冶炼青铜和铁；在手工技术上，主要有制陶和制玻璃技术等。总的看来，古巴比伦和埃及的科学虽然初步与技术相分离，但只是在与人们最基本的生产和生活密切相关的领域有了一些经验性的记录，更多的科学知识还没有分化出来，主要靠工匠言传身教。这些早期的科学技术成果后来被古希腊吸收过去并发展成为最初的理论知识。古印度的历史指南亚次大陆及临近岛屿的古代历史，其区域包括今天的巴基斯坦、印度、孟加拉、尼泊尔、锡金、不丹和斯里兰卡等国。古印度与巴比伦、埃及和中国一样，是世界最古老文明的发源地之一。大约在公元前3000～2500年，在印度河流域的民族进入到奴隶制时代。在这个时期，人们由半游牧生活过渡到安居生活并有了城市化的文明，由偶尔使用铜器到较普遍地炼制和使用青铜，学会了用陶轮制造器皿和用棉纱织布。这时的印度人发明了象形文字和十进制记数法。早期的印度宗教主要是婆罗门教，在公元前六世纪产生了佛教。佛教的出现有着反婆罗门教的宗教改革的性质。从公元前324年印度奴隶制专制帝国孔雀王朝建立后，佛教逐渐成为国教。在古印度，还出现了反对宗教(包括佛教)的唯物主义自然观，否定神和来世观念，认为水、地、火、风等物质本源(或其中之一)是世界的基础，宇宙万物由“极微”(也就是原子)的实体以不同的组合构成。在古印度的前期，也有了简单的自然科学知识。有的天文学家提出了地球是球状体并注意到月象。在这时的医学著作中描述了割治白内障、疝气的手术，记录了七百余种药草，还有一些关于解剖、生理、病理的论述。在公元前四、五世纪的一部宗教经文(绳法经)里给出了的近似值；这时的数学家已经知道勾股定理，使用圆周率π的值为3.09，并以他们特殊的方式表述了毕达哥拉斯定理。古印度天文学家把太阳年分为十二个月，每月30天，而且每隔5年要加入一个第十三个月。古印度人认为宇宙像一只大锅盖在大地上，大地中央是须弥山支撑着天空，日月均绕须弥山转动，日绕行一周即为一昼夜，大地由四只大象驮着。古印度人的杰出贡献是发明的科学数字记数法，导致了计算技术的重大变革，为世界数学作出了重要贡献。大约在哈拉巴文化时期，印度人就采用了十进制计数制。到公元3世纪前后，出现了数的记号。我们通常使用的0,1,2,3,4,5,6,7,8,9这些数字，是印度人最先使用的符号和记数法，后来阿拉伯人采用了这种记述法，西方人则是通过阿拉伯数学家花拉子密的著作知道的，因此后人误认为是阿拉伯数字，而阿拉伯人则叫“印度数字”。其次，印度人还有了分数的表述法，把分子分母上下放置，但中间没有横线，后来是阿拉伯人加入了一条线，成为今天分数的一般表示方法。印度的数学基本上是运算，演绎证明则不充分。古印度的医学也比较发达。印度古文献中很早就有医学知识的记载，在《阿达婆吠陀》中有关临床治疗、人体解剖学、植物医学等方面的知识。古印度的医生已经运用数百种药草和许多矿物治病，有了复杂的外科手术。在《苏色卢多》这本医学著作中，描述了约121种外科用具和当时已知的手术方法。在佛陀时代（约公元前563前～483年印度出现了医科学校和专职医生。然而，在社会上居支配地位的宗教观念把疾病看作是一种命中注定的报应，认为解剖是不可饶恕的恶行，这就妨碍了医学的应用和发展。印度的古代科学（如记数法、医学）和印度文化传入阿拉伯国家，阿拉伯人在中世纪充当了沟通东西方学术文化的桥梁作用，他们从公元830年开始在巴格达建立了智慧馆，这是一个编译图书的机构，大批专家在这里从事搜集、整理、翻译、研究外国学术文献的工作，包括古希腊和东方的科学著作，中国的四大发明等技术也通过阿拉伯人传向西方，对其他国家的文化进步起了重要作用。除此之外，阿拉伯人还独立发展了自己的科学文化，在数学、天文学、医学等方面都取得了一定的成就。到11世纪时，阿拉伯的科学开始走向衰落。后来，阿拉伯的科学文化传入欧洲被欧洲人所继承，并导致了欧洲科学和文化的复兴。2.2古希腊科学的产生和发展科学成为一种独立的精神活动，最早起源于古希腊。虽然古希腊科学处在科学产生的萌芽时期和人类认识发展的幼稚阶段，其理论体系是原始的、粗浅的甚至包含着许多谬论，但是，古希腊科学对自然科学的发展所起的作用是巨大的，近代自然科学几乎是从古希腊自然科学演进而生。“在希腊哲学的多种多样的形式中，差不多可以找到以后各种观点的胚胎、萌芽。因此，如果理论自然科学想要追溯自己今天的一般原理发生和发展了历史，它也不得不回到希腊人那里去。”（恩格斯：《自然辩证法》，人民出版社，1971年，第30页）。希腊位于欧洲南部，包括希腊半岛和附近地中海水域的一些岛屿。公元前8至前4世纪是城邦奴隶制时期，在几万平方公里的土地上遍布200多个城邦。自公元前5世纪，雅典在各城邦中取得盟主地位，建立了奴隶主民主政治，是经济文化繁荣时期，史称“雅典时期”。公元前4至前2世纪中叶，是亚力山大帝国时期，又称“希腊化时期”。北方马其顿王国征服了希腊，建立了地跨欧、亚、非的大帝国，在所属的埃及境内建立了一个希腊化的亚力山大城。以后帝国分裂为几个独立王国，托勒密以亚力山大城为首府建立了托勒密王朝。这一时期的科学技术发展到了高峰。公元前2世纪中叶至公元395年是罗马时期，意大利半岛的罗马人征服了希腊，建立了罗马帝国，自然科学逐渐落后。公元395年，帝国分为东、西两部分。公元476年日尔曼人灭西罗马，东罗马则演变为封建制的拜占庭帝国，古希腊和古罗马的历史就此结束。2.2.1希腊早期的科学古希腊文化的一个非常重要的特点，是它的自然科学知识与哲学思想交织在一起。古希腊自然科学与哲学的结合既有利于自然科学形成自己的理论体系，发展成为独立的学科，也利于哲学思想的丰富和发展。从城邦奴隶制到雅典时期，产生了科学和哲学融为一体的自然哲学，它既是古希腊人对自然界的哲学思考，又是早期自然科学的一种特殊形态。从泰勒斯到亚里士多德，他们关于世界本原的探索、数学抽象的研究和形式逻辑的创立，既是古代自然科学的主要内容，又是古希腊科学思想的精华。古希腊的自然哲学中这些相当突出的抽象思维和理性创造活动，为了科学的独立准备了条件。到亚力山大时期，科学又从哲学中分化出来，产生了早期理论自然科学，尤其是天文学、数学和物理学达到了古代的最高水平。在古代自然哲学中，一个核心问题是：宇宙由什么构成的？古希腊的自然哲学家们提出了各式各样的可能的设想，形成了古代朴素的自然观，“他们的见解就历史地成为现代科学的理论的出发点”。（《马克思恩格斯选集》第3卷，第2681.泰勒斯与元素论泰勒斯（Thales，约公元前624～前547年）诞生于地中海东岸爱奥尼亚地区的希腊殖民城邦米利都（今土耳其境内他既是西方历史上第一个哲学家也是第一个科学家，是西方科学—哲学的开拓者和奠基人。他的学生阿那克西曼德和阿那克西米尼也都是米利都人，他们形成了西方哲学史上的第一个哲学学派——“米利都学派”。泰勒斯认为，世界万物的本原是“水”，万物起源于水并复归于水。这句话的意义在于，从思维方式上，泰勒斯提出了一个普遍性的命题，它追求和找到的万物的本源是物质性的本源，而不是其它任何精神的东西。他力求从自然界本身说明自然界——用水的无定形和流动性来描绘自然界的生成和变化，这种超越经验的抽象思维和综合思考开创了人类以科学分析和哲学概括认识世界的新纪元。因而，泰勒斯被誉为“科学之祖”。泰勒斯的学生阿那克西曼德(Anaximander，约公元前610～前546年)认为世界本原是一种没有固定形态和固定性质的抽象的带有某种普遍性的“无限者”。阿那克西米尼（Anaximenes，约公元前585～前525年）则认为“空气”是万物的始基，空气稀薄时变成火，空气浓厚时变成风，再浓厚又变成云、水、土、石头。赫拉克利特（Heraclitus，约公元前533～前475年）则提出世界的本原是“火”，火产生一切，一切都由火的转化而成，并且复归于火。为更好地说明世界的多样性，雅典时期的恩培多克勒（Empedocles，约公元前493～前433年）提出“四根说”，把火、气、土、水四个根作为世界的本原，四个根在数量上按不同比例进行混合，构成了万物在性质和形态上的千差万别。以后的亚里士多德又吸收并改造了“四元素”思想，主张“冷热干湿”四种性质才是最基本的，提出了著名的“原性说”。古希腊的自然哲学家把宇宙万物看作是由某种基本的东西演化而来，这是他们的宇宙演化观。2.毕达哥拉斯与“万物皆数”与泰勒斯元素论学派对立的是毕达哥拉斯学派，其创始人毕达哥拉斯（PythagorasofSamos，约公元前584～前497年）是古希腊最早的唯心主义哲学家和数学家。毕达哥拉斯学派特别重视数学。在宇宙本原问题上，毕达哥拉斯学派主张“万物皆数”，数是世界的本原，由数依此产生点、线、面、体和水、土、火、气四元素，最后形成世界。他们认为自然界中的一切都服从于一定的比例数，天体的运动受数学关系的支配，形成天体的和谐。这种数学审美观念为近代精确科学的产生奠定了基础。从哥白尼到爱因斯坦，许多科学家都在不断追求事物之间的简单、有秩序与和谐的关系，以精确定量的方式来揭示自然界的这种关系，建立统一的理论，这在某种意义上可以说是毕达哥拉斯学派数的审美主义的再现。3.阿那克萨哥拉与“种子说”Clazomenae，约公元前500～前428年)，认为万物都是可以无限分割的，“在小的东西里并没有最小的，总是还有更小的。”这实际上提出了无限小的概念。被分割成无限小的东西阿那克萨哥拉称为“种子”。他认为世界万物是由许多类的种子组成的。宇宙是无限的，种子也是无限的。4.德谟克利特与原子论古希腊自然哲学最有价值的成就，是留基伯（Leucippus，约公元前500～前440年）和他的学生德谟克利特（Democritus，约公元前460～前370年）集前人思想成果之大成，提出的著名的原子论说。其主要思想是：第一，万物的本原是原子和虚空。第二，组成万物的原子都是最小的、不可分割、不可改变的物质粒子。原子的数目无限，它们是不生不灭的。原子之间在质上都是相同的，它们的区别在于形状、次序和位置。它们的这些差异，形成了千差万别的各种事物。第三，原子在虚空中因必然性向四面八方互相冲击和碰撞，形成旋涡运动，使原子之间相互结合或分离。它们结合，万物生成；它们分离，万物消失。德谟克利特的原子论说是当时人们在世界本原和物质结构问题上达到的最高成就，马克思和恩格斯称他为“经验的自然科学家和希腊人中第一个百科全书式古希腊原子论标志着古代自然哲学在认识自然方面取得的丰硕成果，它虽然还只是建立在直观经验的基础之上的哲理的思辨和天才的猜测的结果，但它的思想和方法对后来科学思想的发展有着极大地启发和影响。辩证法的主要代表人物是希腊哲学家赫拉克利特（Heracleitus,约公元前540～前480）认为相反的东西结合在一起，不同的音调造成最美的和谐，一切都是通过斗争而产生的。他还第一次明确提出了运动、变化、发展的思想：“一切皆流，无物常住”，“我们不能两次踏进同一条河流”。列宁称赫拉克利特为辩证法的奠基人。毕达哥拉斯也明确提出了对立与和谐的思想，他举出十大对立现象，如有限和无限、一和多、直和曲等，并认为天体与社会都是和谐的。继毕达哥拉斯学派之后，公元前五世纪左右在南意大利的爱利亚出现了一个新的哲学流派——爱利亚学派，其领袖是巴门尼德（ParmenidesofElea，公元前520～前450年重要成员有芝诺（ZenoofElea，约公元前五世纪）。他们反对赫拉克利特的万物流动的观点。芝诺认为世界上只有不生、不灭、不变的存在，而否认物体的运动。为了论证运动的不“真实性”他提出了四个著名的悖论：“二第一个悖论——“二分法”简单说就是任何一个物体要想由A点到达B点，必须首先到达AB的中点C，到了C点之后，又必须到达CB的中点D。……这样的AB的距离是无限可分的，它可以被分为无限多个一半，则通过无限多个一半就需要无限多的时间，即物体永远不能到达目的地，所以运动是不存在的。第二个悖论——阿基里斯追不上乌龟：阿基里斯（Achilles）是希腊名将，非常善跑。若乌龟起跑领先一段距离，阿基里斯必须首先到达乌龟的出发点，而此时乌龟又向前爬行一段距离，如此至无穷，阿基里斯永远追不上乌龟。第三个悖论——“飞矢不动”是说，任何一个东西老呆在一个地方那不叫运动，可是飞动着的箭在任何一个时刻也是呆在一个地方，既然飞矢在任何一个时刻都呆在一个地方，那我们就可以说飞矢不动。因为运动是地方的变化，而在任何一个时刻飞矢位置并不变化，所以任一时刻飞矢是不动的。第四个悖论也有相似之处。芝诺的四个悖论割裂了时空的有限和无限、连续和非连续以及运动和静止的辩证统一。要澄清这些悖论需要极限、连续及无穷集合等抽象概念，当时的希腊数学家尚不可能给予清晰的解答。但芝诺悖论与不可公度的困难一起，成为希腊数学追求精确性的强力激素，推动着希腊数学研究的亚里士多德对运动作了比较深入细致的研究，认为运动是永恒的，“运动是不可能产生出来的，也不可能停止存在（因为它必须永远存在）。”运动着的事物之所以运动，是因为有一个在该事物之外的“推动者”，这个“推动者”只能是神，是上帝。亚里士多德的这种机械论的外力作用论对后人有过相当的影响。古希腊自然哲学家在探讨世界本原的同时，几乎都非常注重数学抽象的研究。他们把数学和哲学紧密地联系在一起，成为古希腊自然哲学的特色之一。1.毕达哥拉斯学派毕达哥拉斯在发展几何的过程中率先制定“公设”或“公理”，然后再经过严格的推导、演绎来进行，把证明引入数学是毕达哥拉斯伟大功绩之一。毕达哥拉斯的第二个贡献是提出抽象。他把抽象运用到数学上，认为数学上的数、图形都是思维的抽象，已不是实际生活中的数与形。抽象引发了几何的思辨，从实物的数与形，抽象到数学上的数与形。2.泰勒斯学派在数学发展史上，泰勒斯被称为第一个几何学家，他确立和证实了为人们公认的第一批几何定理：圆为它的任一直径所平分；半圆的圆周角是直角；等腰三角形两底角相等；相似三角形的各对应边成比例；若两三角形两角和一边对应相等则三角形全等。最初纯粹从数学本身进行抽象研究的是毕达哥拉斯学派，和前人不同的是，他们把数学放在“高于商业需要的”地位，探讨的只是数的性质，而不是实际的计算，在数论、几何等方面作出了许多贡献。欧几里得几何学中关于平行线、三角形、多边形、圆、球和正多面体的许多定理，实际上都是毕达哥拉斯学派的成古希腊的智者（Sophist）学派试图用圆规和直尺解决的三大几何作图难题，即只用圆规和直尺，作一正方形使其面积等于一已知的圆面积——化圆为方；三等分一任意角；作一立方体使其体积等于一已知立方体的两倍——二倍立方。这三大难题曾在很长的时间内吸引了许多数学家，后来才证明是不可能的。对这三大难题的研究虽然都得不到实际结果，但对当时数学理论的发展起到了不小的推动作用。3.柏拉图学派柏拉图（Plato，约公元前427～前347年）出身于雅典的名门世家，从小受到良好教育。是苏格拉底最优秀的学生。苏格拉底死后，柏拉图离开雅典，周游世界，他访问过埃及和意大利。回到雅典后，在郊区创办了“柏拉图学园”，进行哲学和数学的研究，培养了许多优秀的数学人才。柏拉图虽不是数学家，但他非常重视数学。他认为数学是认识“理念世界”的工具，因此他们特别重视数学的证明方法，竭力主张学习和研究数学。在柏拉图的哲学著作中包含着许多数学内容，将数学理性化的数学哲学思想是其重要方柏拉图在毕达哥拉斯学派提出的数学概念抽象化的观点基础上，从哲学的角度去探讨数学概念的涵义。他严格地把普遍的、抽象的数学概念同个别的、具体的事物区别开来，这在一定程度上反映了数学及其研究对象的特征，为人们深入到感性直观无法达到的领域，发挥数学抽象思维的能动作用创造了条件，推动了数学的科学化。柏拉图强调数学研究的演绎证明。他认为数学应追求真理性的知识，而归纳以及根据经验作出的一般结论只能给出可能正确的知识，演绎法在前提正确的条件下则能得到绝对正确的结果。柏拉图的这一思想，成为后来公理化方法的发端，对欧几里得几何的公理化演绎体系和推进古希腊数学的发展具有重要意义。柏拉图之后，亚里士多德(Aristotle，公元前384～前322年)成为古希腊最伟大的思想家、自然哲学家和科学家，也是对近代自然科学影响最大的古代学者。亚里士多德生于希腊北部的斯塔吉亚。幼年时父母双亡，由亲戚抚养大。17岁来到雅典，进入柏拉图的学园学习，直到柏拉图去世才离开。在这里，他受到了良好的教育，柏拉图很器重他。但是亚里士多德创造了与柏拉图不同的哲学体系。如果说柏拉图是一位综合型的学者，那亚里士多德就是一位分科型的学者。他总结了前人已经取得的成就，创造性地提出自己的理论，在几乎每一学术领域，亚里士多德都留下了自己的著作。物理学著作主要有《物理学》、《论产生和消灭》、谟斯伦理学》以及《政治学》、《诗学》、《修辞学》等等，是一位名副其实的百科全书式的学者。主要表现他自然哲学思想特色的是四元素说、地球中心说和运动观，而集中反映他注重知识经验特点的是生物学。1.四元素说在世界本原问题上，亚里士多德认为性质比物质更基本，是属性决定物质。他把天上世界与地上世界作了严格区分，认为地上世界是由冷、热、干、湿四种性质结合而成火、气、水、土四种元素；而天上世界则由另一种神圣的“以太”组成，是不朽和永恒的。由于在四元素说中含有改变物质的性质就可改变物质的思想，因此后来它便成为炼金术的哲理基础。2.地球中心说亚里士多德接受了欧多克斯（Eudoxus，约公元前408～前355年）的一切天体分别以不同的半径绕地作圆周运动的集合宇宙体系，并通过自己的观察和概括，初步形成了地为中心、地为球形的宇宙观念。3.运动观亚里士多德提出的自然运动与非自然运动的理论，是他的运动学说的出发点。他的见解，有的为后来的科学所证明，有的则为一些简单的实验所证伪。如亚里士多德认为，天体运动是完美的圆周运动；物体运动的有无和快慢与它是否受到力的作用和力作用的大小有关，受迫运动是推动者加于被推动者的，当推动者停止推动，运动就会停止；体积相等的物体下落的快慢与它们的重量成正比，即较重的下落快，较轻的下落慢等，这些见解在后来被证明是错误的。亚里士多德可贵之处在于，对经验事实进行了理论概括，使之上升为概念系统，这是科学研究中极为重要的理性思维方法。4.生物学亚里士多德称得上是科学史上的第一位生物学家。他的贡献主要有两个方面：首先，他通过观察和解剖，最早开辟了生物学这一新领域，并使自然哲学的研究方法开始摆脱了“天才直觉”，出现了真正的观察实验方法的萌芽；其次，他在相当丰富的经验知识基础上，提出了生物学中一些重要的思想和结论。2.2.2希腊化时代的科学从公元前4世纪到2世纪中叶，大约300多年里，科学从自然哲学中开始分化出来。这一时期又称“希腊化科学时代”（即亚历山大阶段是古希腊科学发展的顶峰。它的特点是，科学脱离了直觉和思辨，沿着一条以实践为基础的专门化方向发展起来，形成了欧几里得几何学和阿基米德力学。亚历山大阶段是古希腊数学发展的“黄金时代”，这时期的数学研究出现了追求推理论证和密切联系实际的倾向。欧几里得（Euclid，约公元前330～前275年）在古代丰富的数学知识和数学思想方法的基础上，对客观世界的空间关系进行了高度的抽象，使古老的“测地术”形成一门理性科学——几何学，成为古希腊科学的主要标志。在《几何原本》中，欧几里得首先严格定义了点、线、面、圆等基本概念，接着精心选择了无法再少的10个几何命题，并采用亚里士多德关于公理和公设的区分（即公理适用于一切科学，而公设只适用于几何学），把它们列为不证自明的5个公理和5个公设，然后从这些少数的定义、公理和公设出发，循序渐进、有条不紊地推演出465个命题，构成了一个完整的逻辑演绎体系。这种建立知识体系的公理化逻辑方法，对于整个科学和哲学都具有极为重要的方法论意义。《几何原本》共13篇，第一篇讲直边形，包括全等定理、平行定理、毕达哥拉斯定理、初等作图法等；第二篇讲用几何方法解代数问题；即用几何方法做加减法乘除法，包括求面积、体积等；第三、四篇讲圆，讨论了弦、切线、割线、圆心角、圆周角的一些性质，及圆的内接和外切图形；第五篇是比例论；第六篇运用已经建立的比例论讨论相似形；第七、八、九、十篇继续讨论数论。第十一、十二、十三篇讲立体几何，其中第十二篇主要讨论穷竭法，这是近代微积分思想的早期来源。在科学史上，没有哪一本书像《几何原本》那样把卓越的学术水平与广泛的普及性完美地结合，它集希腊古典数学之大成，构造了世界数学史上第一个宏伟的演绎系统。《几何原本》成为当时出色的教科书，一直被使用了两千多年。对后世数学的发展起到了极大的推动作用。古希腊的物理学经历了从猜测到实验、从定性到定量的发展过程，身兼数学家和力学家的阿基米德（Archimedes，约公元前287～前212年）则是古希腊实验定量研究的杰出代表。阿基米德生于南意大利西西里岛的叙拉古，他父亲是一位天文学家，这使阿基米德从小就学到了许多天文知识。青年时代，他来到古代世界的学术中心亚里山大城。在这里，他就读于欧几里得的弟子柯农门下，学习几何学。几年之后，他又回到了故乡叙拉古。阿基米德的伟大在于他不仅在数理科学上取得辉煌的成就，而且在工程技术上也颇多建树。阿基米德在物理学方面的贡献主要有关于平衡问题的研究和关于浮力问题的研究。在力学研究中，给出了确定许多平面形和立体形重心的方法，建立了杠杆定理，发现了浮体定律，提出了相对密度的概念，为静力学尤其是流体静力学奠定了基础，被誉为古代“力学之父”。阿基米德的力学著作有《论浮体》、《论平阿基米德在他的力学中，常常首先通过实验和观察得出结论，然后运用演绎的方法，作出数学的严密论证，把实验的经验研究方法同几何的演绎推理形式第一次联系在一起，使他的力学成为古希腊自然科学的一种典型。例如，他在《浮体论》一书中，仿效欧氏几何学的公理化体系，首先提出两个公设，然后由此推演出关于浮体的一些定理，其中包括据以确定王冠真假的浮体定律；又如，他在《论平板的平衡》一书的开头引述了有关杠杆和重心的7条公设，接着运用几何学的演绎方法，通过严格的逻辑证明，推导出15个关于杠杆和重心的命题，其中包括基本的杠杆定理。阿基米德具有很高的数学造诣，这也是他在力学研究上取得重大成果的原因，他的数学成果又得益于他的力学研究。阿基米德的数学方面的著作有《论球和圆在数学方面，阿基米德的主要贡献是关于求面积和体积的工作。阿基米德着重研究了一些形状比较复杂的面积和体积的计算方法，如球体面积、体积与其外切圆柱的面积、体积之比；求抛物线所围面积和弓型面积的方法；求螺线ρ=aθ所围面积的方法等。他应用穷竭法解决了许多求面积和体积的难题，他计算圆周率得到，在计算螺线所围面积时所用的方法已非常接近微积分的方法了。在研究方法上阿基米德既继承和发扬了古希腊研究抽象数学的科学方法，又使数学的研究与实际应用联系起来，把计算技巧与严格的逻辑证明相结合。这对后世数学的发展具有深远的影响。2.2.3罗马时代的科学技术公元前2世纪中叶至公元后3世纪，大约400多年里，科学史上称之为罗马时期。这一时期科学没有多大的发展，在工程技术方面取得较为突出的成就。这一时期出现的托勒密天文学、盖伦医学，从思想渊源方面看，其实质仍是亚历山大阶段科学传统的继续。古希腊最杰出的天文学家托勒密（C.Ptolemy，约85～165年）统一说明天体的运动现象，把前人的全部“地心”思想系统化，并巧妙地运用几何模型方法，建立了一个比较完整的地心体系，使古代天文学的发展达到了高峰。他撰写的13卷经典巨著《天文学的伟大的数学表述》，被阿拉伯人翻译为《至大论》。《至大论》被看作是古代天文学的百科全书，直到哥白尼革命之前，它一直作为西方天文理论的最高权威。托勒密不仅完成了地心体系，而且还形成了一种天文学的研究方法，这就是：首先，注重天象观测。他的地心说是在许多世代积累的天文资料以及自己20多年的实际观测的基础上建立起来的；其次，建立假说模型。他提出一条原则：在解释现象时应采用一种能够把各种事实统一起来的最简单的假说；第三，运用几何论证。他主张把天文学建立在“算术和几何学的无可争辩的方法”之上；最后，检验理论结果。他把由假说模型进行演绎得出的定量的理论结果，重新和实际观测不断对照，逐步修正和完善自己的理论。在托勒密的研究方法中，最为突出的是几何图象和定量分析，它成为古希腊天文学的主要特色。古罗马的最后一位医学大师，古代西方最著名的医生是盖伦（ClandisGalen，129～199年）。盖伦的主要贡献是系统总结了希腊医学自希波克拉底以来的成就，创立了自成体系的医学理论。他把希腊的解剖知识和医学知识加以系统化，在埃拉西斯特拉托（Erasistratus，约公元前304～前250年）生理学研究基础上，吸收了古希腊著名医生希波克拉底（HippocratesofCos，约公元前460～前375年）体液说的思想，把各个医学学派统一起来，又在自己的解剖和医学实践基础上发现了许多新的事实，写下了131部医学著作（其中有83部流传至今）。这些著作对以后西方近代医学的发展产生过重大影响。盖伦的学说和医学著作在整个中世纪的西方被奉为医学和生理学的金科玉律，一方面是由于它本身具有很大的使用价值，另一方面就是因为它其中充满神秘的宗教气息。所以，盖伦医学在以后的一千多年时间里长期被封建教会所利用。罗马帝国由于军事征战和贵族的迂腐，对科学的发展不重视，致使希腊科学文化开始走向衰落。罗马人虽然在科学方面日益衰落，但在实用技术方面却取得了较大成就。如在建筑、水利等方面都取得了显著进展。罗马时期著名建筑师维特鲁维奥（MarcusVitruviusPollio，公元前1世纪）的《论建筑》，总结了古希腊以来的建筑经验，涉及建筑的一般理论、设计原理、建筑师的教育以至于建筑施工和施工设备等多方面的问题，成为世界上第一部建筑学专著，对欧洲的建筑学有深刻影响。罗马时期最著名的实用科学家和工程师是赫伦（HeronofAlexandria，公元1世纪）制造出了比较复杂的滑轮系统、双缸单程鼓风机、计里程器、测量用的照准仪等，对当时的技术作出了较大贡献。罗马是一个农业民族，以农业立国，因此罗马对农业较重视，农业科技相对较发达，许多行政长官都写过农学著作。公元前180年，罗马首席执政官加图(M.P.Cato,约公元前234～前149)著有《论农业》一书，这是一部向人们讲述农庄经营的著作，其中包含了一些生产经验和农学知识，被认为是西方最早的农学著作。公元前37年，大法官瓦罗(M.T.Varro,公元前116～前27)也写过一部《论农业》，在农学史上也占有一定的地位。古罗马帝国在政治上、军事上曾经是强大的，它雄锯西方，称霸一时，在经济上也曾很繁荣，技术上也有不少成绩，但在科学上几乎是无所建树。这是古罗马帝国对外实施强权政治，对内横征暴敛，实行思想统治，禁锢人们的思想的直接后果。古希腊、罗马在科学技术上所取得的成就对后世具有不可低估的影响。希腊人面向自然界，注重于对基本规律的探索，并崇尚理论思维，为欧洲近代自然科学的产生和发展提供了科学思想和科学方法等多方面的借鉴和启发。2.2.4古希腊科学思想的特点古希腊人认为自然界纷繁复杂、气象万千，而又是一个和谐统一的整体，并试图从自然界的对立中把握统一，从异中求同，去探索自然界内在的联系和不变的规律，并用数学形式的美来表现大自然的和谐美。在古希腊天文学中，虽有各种不同的学说见解，但“宇宙和谐”观念却是所有天文学家共同的指导思想。毕达哥拉斯学派用“数的和谐”来解释宇宙的现状，他们断定宇宙中有10个天体，各行星与地球的距离一定符合音乐的比例，从而才能奏出和谐的“天体音乐”。在欧氏几何学中，作为逻辑起点的5个公理和5个公设就是用简洁而完备的数学形式揭示了自然现象或过程中的共性和相同点，都是直接或间接反映出自然界空间关系和谐统一的客观美。古希腊人的和谐观念影响极其深远，它一直成为科学研究中的指导思想。古希腊人对自然界的认识是从最简单的外部现象开始的，他们的主要兴趣是尽可能地把复杂的事物简单化、抽象化。整个古代科学的发展就是从一些最简单、最常见的自然现象起步的。最早产生的古代天文学和力学，其研究的出发点就是：重物直线下落；水往低处流，最后形成水平面；太阳的东升西落，恒星之间不变的相对位置和所作的圆周运动；以及行星不规则的视运动等最简单的现象。对这些现象的解释，就形成了古代天文学和力学的理论体系。与此同时，力求运用最少的原始概念、最简单的原理和最简明的数学模型去解释看起来比较复杂的现象，这是古代建立科学理论的一个基本原则。面对变化万千的自然界，古代人总是力图寻求其中某种恒常不变的东西作为解释自然的根据。尽管他们是凭借直观和思辨来认识自然界的，但是在他们的思想中已经包含了一些对自然界守恒性的质的认识。在古希腊自然哲学这个古代科学的特殊形态中，关于守恒和转化的思想非常突出。古代思想家认为，对于自然界这个整体，一定有着某种共同的本原，自然界的各种事物和现象都是它决定、派生和转化出来的。虽然他们对于以什么东西作为本原有着不同的见解（比如元素论、数本原、原子论等但是他们都认为，与变化着的有生有灭的事物和现象不同，本原自身是永恒不变的，它既不会消灭，也不能产生。特别是有一些自然哲学家和科学家，他们在守恒和转化思想的指导下，作出了关于物质不灭、机械功守恒的哲学臆测。古代朴素的守恒观念后来在实验科学的条件下，以精密定量的内容取代了笼统的不生不灭，不断揭示出自然界一系列的守恒规律。在古希腊，人们在试图解释自然界的一些主要现象时，分别从不同的角度，基本上已经猜到了各种可能性，提出了丰富多彩的见解。在关于世界本原的探讨中，既有某种或几种具体形态的物质，又有高度抽象的“数”，还有不可见的物质微粒；既有反映自然界的属性的学说，又有反映自然界量的见解，还有主张属性决定物质结构的认识。在天文学中，关于日地的关系问题，就出现了日心、地心、多中心等种种宇宙模型。正因为如此，所以日后的许多科学思想都可以在古希腊科学思想中，找到它的雏形和萌芽。作为解释现象的理论必须要同人的直观经验一致，这是古代科学研究的目的之一。只有符合常识的解释才能被接受，而同直观不符的见解即使有人提出，也不易流传。古人关于上下、高低的绝对界限；太阳绕地旋转，地球静止不动；物体的不断运动有赖于不断施加的作用力；落体的速度与重量成比例、与阻力成反比等等观念，虽然错误，却与人们的感觉经验一致，因此得到了普遍承认。由于古代科学是建立在直观基础上，所以，当直观经验材料不够用时，它就以猜测和思辨来弥补。这在古人看来，猜测只要符合经验常识，思辨只要能够自圆其说，就能成立，就可采用。这是古代人构思、建立和选择科学理论时的又一个方法论2.3中国古代的科学技术古希腊创造了奴隶社会科学文化的最高成就，封建社会科学文化的最高成就则是中国先人创造的。从公元7世纪到17世纪长达一千多年里，中国政治相对稳定，其独特的科学技术体系得以逐步完善和发展。构成这一体系的农、医、天、算四大学科以及陶瓷、丝织和建筑等技术，是古代中国人聪明智慧的结晶。造纸、印刷术、火药和指南针四大发明，经过阿拉伯传入欧洲后，对近代科学的诞生起了重要的推动作用，为世界人类文明作出了卓越贡献。中国古代的科学技术的发展大致可分为三个时期：秦以前为奠基时期；秦汉至宋、元是发展、壮大时期，其间不仅形成了具有独特风格的实用科学，而且有许多科学成就处于世界领先地位，而此时欧洲刚刚开始文化的复兴；明、清以后开始衰退，其科学技术发展缓慢，以至近代在许多方面落后于西方。2.3.1中国古代的自然哲学自然哲学作为古代科学的一种形态，在春秋战国时期得到了较大发展和取得了辉煌成就。探讨世界万物的本原是中国古代自然哲学的主要内容，其中主要有阴阳说、五行说、元气说等。阴阳观念最早记载于殷周之际的《周易》。西周末，产生了用阴阳二气解释自柔弱、退守、安静等性质和具有这些性质的事物，“阳”代表积极、刚强、进取、活泼等性质和具有这些性质的事物。天气属阳气，性质是上升的；地气属阴气，性质是沉滞的。阴阳二气上下对流而生成万物，乃是天地的秩序。如果阴阳气不和，自然界就要发生灾异。“五行说”在夏就有萌芽，是人们在漫长的生产实践中逐步认识到和概括出来的对自然界的一种认识和自然观，它们相生相克，循环无端。“五行说”把宇宙万物归结为水、火、木、金、土五种基本元素。《尚书·洪范》一书中对“五行”有进一步的阐述：“五行，一曰水，二曰火，三曰木，四曰金，五曰土。水曰润下，金、木、水、火杂以成百物。”后来，阴阳与五行合流，用阴阳来统率五行，发展成阴阳五行说，其目的是想要对自然界和人类社会作出统一的解释。与古希腊的水、火、气、土四元素说相比较，五行说中的“金”最具特色，它泛指金属，表明我国古人在冶金技术和对金属性质的认识方面领先于世界。(三)八卦说与阴阳、五行说发展的同时，还有一种八卦说。它用符号“”代表阳，用“”代表阴，用三个这样的符号组合成八种形式，分别代表自然界的八种事为兑,代表沼泽。八卦相互配合又得六十四卦，用来象征各种自然现象、人事现象和说明世界万事万物的发展变化。八卦和六十四卦的学说记载在《周易》里。《周易》后来被中国人看作群经之首，为各派思想家所重视。它的精髓是阴阳明确区分、互含互转、天地人合一，在现代量子力学、电子计算机、生物基因学说等等中都有重要八卦从其根源上说，占卜吉凶祸福，似乎充满神秘主义色彩，但它并不是凭空虚构出来的。而是人们在长期观察天地、雷风、水火、山泽等自然事物和人类本身男女生殖现象的抽象概括。这里特别值得一提的是对立统一思想。首先是天地对立统一，其次是雷与风、水与火、山与泽也形成对立统一。世界就在这两种势力的相互作用、推移下发生、发展、变易和转化的。八卦学说充满着朴素的辩证法思想。中国古代的元气说体现了一种自然哲学思想，有人把它同古希腊的原子论并列为中西哲学史上的两颗珍珠。原子论说明宇宙万物是不连续的，而元气说则认为自然界是连续的。早在春秋时代，我国就流行一种“精气说”，认为精气是一种肉眼看不见的精微物质，世界上万事万物都由精气生成。战国中期，宋、尹文学派提出：“凡物之精，比则为生。下生五谷，上为列星；流于天地之间，谓之鬼神；藏于胸中，谓之圣人；是故元气。”这是元气说的早期论述。原，谷物、星辰都是由精气产生的。对精气究竟是什么没有说明。东汉初年，王充继承并发展了元气说思想，创立了唯物主义的元气自然体系。他认为宇宙都是由元气聚合而成，明确指出：“天地，含气之自然也。”“天地合气，万物自生”。万物都“因气而生，种类相产”。元气是一种和云雾相似的物质元素，是无限的、运动的；元气有精粗、厚薄的区别，自然界物质的多样性是由于禀受元气的不同而造成的。这种从物质的连续性来把握自然界统一性整体的思想是很可贵的，也许可以说是一种原始朴素的场论思想。从孔子、孟子、老子、庄子、朱子、魏伯阳、吕纯阳、孙思邈等古代杰出学者一脉相承的论述和记载看，从《黄帝内经》至今卓有成效的气论和针灸应用看，从众多实际修为者的身体力行看，元气说很可能不是简单的猜想，而是中国古代学者亲身体证的结果，有着与西方科技明显不同的特点。现代有学者预言，在科学技术越来越整体化发展的今天，中国古代的元气说很可能在当代科技领域重放光彩。2.3.2中国古代的科学技术我国古代在科学上取得了许多辉煌的成就，主要表现在农学、医学、天文学、数学等方面，并形成了较为完整的独立的科学体系。中国是一个农业十分发达的国家。早在原始社会，我们的祖先就在黄河和长江中下游种植粟、稻和蔬菜等多种植物。西周时期，形成了以农为主，以畜牧为辅的生产格局。春秋以来，中国先人已懂得对土地精耕细作，并开始兴修水利，作物和牲畜的品种显著增加。到了汉、唐，我国古代农业技术发展到了高峰，最重要的成就大多都是这个时期完成的。中国古人在长期的农业生产实践中积累了丰富的经验，并且也非常重视这些实践经验的总结和整理，因此农学书籍之多为世界之冠。据《汉书》记载，在西汉以前就有《神农》、《野老》等九种农书，可惜都已散失无存。只有西汉汜胜之写的《汜胜之书》，靠后来几部农书的引文，才保存了一些零星片段的文字，该书总结了我国北方地区主要是关中地区的耕作经验，提出了农业生产六环节理论，即及时耕作、改良和利用地力、施肥、灌溉、及时中耕除草、及时收获六个环节，并对每个环节都作了说明。我国现存最古老的农学论文，是公元前3世纪《吕氏春秋》中的《上农》、《任地》、《辨土》和《审时》四篇，主要论述农业生产和生产中因时、因地制宜等问题。它们虽不是独立的专门农书，但却联成一体，反映了当时农业科学技术的发展水平，具有重要的理论价值。公元6世纪，北魏大农学家贾思勰撰写的《齐民要术》，是我国现今完整保存下来最早的一部农业百科全书，全书共10卷92篇，内容涉及农、林、牧、副、渔各个方面，十分丰富，它系统地总结了我国北方的农业生产和农业科学技术，成为农业实用科学的奠基作，标志着我国农业实用科学体系的成熟。在这之后，我国农学史上还有两部著名的大型农书：一部是元代王祯的《农书》，22卷，约13万字，内容综合了黄河流域旱田耕作和江南水田耕作两方面的生产实践经验；另一部是明代徐光启的《农政全书》，共60卷，50多万字，插图600余幅，是综合介绍我国传统农学的空前巨著。我国古代农学的特点是讲究实用，主要是讲方法和效果，暗含科学原理，没有明确揭示事物的原因和自然规律，因而理论性不强。中国古代医学独树一帜，成就辉煌，其内容之丰富、体系之完善为各学科之我国现存最早最完整的一部医学理论著作是《黄帝内经》。它出现于战国末期，并非一时一人之手笔，而是一个时代医学进展的总结。它包括《素问》和《针经》(《针经》又名《九卷》或《灵枢》)两部分，共18卷162篇，以论述人体解剖、生理、病理、病因、诊断等基础理论为重点，兼述针灸、经络、卫生保健等多方面的内容，为中医理论体系奠定了基础，标志着我国医学体系的形成。北京中医药大学教授、博士生导师王洪图认为：《黄帝内经》记载论述了医学中最主要的问题，如生理、病理、疾病、诊法、治疗、预防等，业医者不可不知；二是反映了中医认识和分析问题的基本方法和基本思维方式，它以“阴阳五行”学说为代表的中国古代哲学为思维方式，又采用天文、地理、社会、气象、生物数学等众多相关学科的知识分析医学问题，这个将人体生命和宇宙自然规律作为统一整体看待和研究的特征，被称为“天地人”三才。全书从各个方面完整地讨论了医学中的基本问题。从“人”是怎么生成的、人体是由什么组成的、人的生理怎样、疾病为什么会发生、如何分析和判断疾病的病位和性质、怎样才能治愈疾病、如何预防疾病、怎样才能保持健康而达到长寿目的等问题，都作出了“天才”的回答。这些题目，在《内经》中分别称作：藏象、经络、病因、病机、诊法、治则、摄生等。2001年，北京外文出版社出版了朱明大夫英译本《黄帝内经》，引起国内外广泛热烈的反响。这是内经成书2000年以来第一次被国人成功译介。朱明认为：《黄帝内经》的思想注重整体观念，既强调人体本身是一整体，又强调人与自然环境密切相关，运用阴阳五行学说解释生理、病理现象，指导诊断与治疗；把阴阳的对立统一看成是宇宙间万事万物产生、发展、变化的普遍规律。人体在正常情况下阴阳平衡，一旦这种平衡被破坏，就会生病，内经强调精神与社会因素对人体及疾病的影响及疾病的预防，反对迷信鬼神。《黄帝内经》的著成，不仅在中国受到历代医家的广泛推崇，即使在国外的影响也不容低估。日本、朝鲜等国都曾把《黄帝内经》列为医生必读课本，而部分内容还先后被译成英、法、德等国文字，在世界上流传。近年来一些欧美国家的针灸组织也把《黄帝内经》列为针灸师的必读参考书。第二部划时代的著作是东汉末年张仲景撰写的《伤寒杂病论》，它继承并发展了《黄帝内经》的思想，确立了以“八纲”（阴阳、表里、寒热、虚实）辨证象，以“六经”（太阳、阳明、少阳、太阴、少阴、厥阴）别病势，创造性地提出了“审因辨证、因证立法、以法系方、遣方用药”的辨证施治的原则，并载有有关的疾病症候、治则、处方，奠定了中医治疗学的基础，是我国第一部医学基础理论与临床诊断治疗密切结合的典籍。在药学方面，也取得了很大成就。我国现存最早的药学专著是东汉时的《神农本草经》。全书收载药物365种，依药效和使用目的进行了最早的分类，详细记载了其药性、药味、药效和主治。集中草药之大成者，是明代李时珍用30多年时间深入调查研究、实践，潜心撰写的《本草纲目》。全书共52卷，190万字，记载药物1892种，收入方剂达11096个，附图1162幅，内容空前，分类先进。出版后不久即被翻译成多种文字在世界上流行，对世界科学作出了重大的贡献。中国中医除了上述理论成就外，还涌现了大批精于实践的著名医家，如春秋时期的名医扁鹊擅长望、闻、问、切四诊；三国时期的华陀精于外科手术，发明了麻醉药——酒服麻醉散。我国数学古称“算学”，侧重于解决实际问题。由于在天文历法的计算方面有不少数学问题需要解决，因而历法与算学的发展密切相关，许多科学家兼天文学家和数学家于一身。约成书于公元前2世纪的《周髀算经》，既是我国现有最早的天文学著作，也是流传至今最早的算学著作。其中叙述了勾股定理与勾股测量等数学问题及其在天文、生产中的应用。汉代初期数学名著《九章算术》的出现，标志着我国实用数学体系的形成。这部书收选了246个数学例题，分为方田、粟米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程、勾股等九个部分，涉及到算术、初等代数、初等几何等多方面内容，其中关于多元一次方程组的解法，关于正负数以及某些体积的计算在世界上都是最早的。它对我国数学发展的影响，就好象欧几里得《几何原本》对西方数学的影响那样深远。公元3世纪，刘徽作《九章算术注》，不仅从理论上论证了《九章算术》的大部分算法，而且还创立了“割圆术”，指出圆周长等于边数无限增加的圆内多边形边长之和。他用圆内接正多边形无限接近圆面积的方法，算得圆周率π=3.14。公元5世纪，祖冲之（429～500年）父子应用割圆术继续推进，得圆周率为3.1415926<π<3.1415927，这在当时是世界上最准确的π值，在世界上领先了一千多年。宋、元时代，我国以算筹为计算工具的传统数学达到了它发展的高峰，出现了南宋的秦九韶、杨辉、金元时期的李冶、元朝的宋世杰四大数学家。他们的数学成就中，最突出的是关于高次方程的数值解法，比欧洲早出四百多年。我国数学体系的形成经过漫长时间，到宋元时达到巅峰，许多重要发现和成果走在世界的前面，但自明后几乎限于停顿。有学者认为，就整个中国数学文化的发展来看，与中国的传统科技发展密切相关，而与古希腊数学相比，明显带有偏重应用，缺少理论概括与归纳，重在操作的适用性，少一些高屋建瓴的意识境界。但是以杰出数学家吴文俊为代表的一些学者认为：中国古代数学重视机械化计算，以解决问题为中心，特别适合于现代电子计算机技术发展的需要，若将其精神特质和方法论思想加以运用和改造，中国数学必将在未来世界数学界占有极其重要的地位。我国古代有许多重要的技术发明，尤其以四大技术发明而著称于世，对人类文明作出了巨大贡献。1.造纸术在纸没有发明以前，我国是用龟甲、兽骨、金石、竹简、木牍、缣帛等材料记事。随着经济文化的发展，需要价廉物美的新型书写材料，经过长期的摸索和实践，终于发明了用麻头绳、破布、旧鱼网等制成的植物纤维纸。在西安灞桥出土的西汉古纸，是目前世界上发现的最早的植物纤维纸，其质地粗糙，还不便书写。到公元105年，东汉蔡伦革新了造纸技术，制成了一批“良纸”，人称“蔡侯纸”。造纸术是在我国古代劳动人民漂絮和沤麻的经验中逐步总结出来的。蔡伦在造纸术发明中的主要贡献有三：一是扩大了造纸原料来源，除用破布、旧鱼网等外，还采用了树皮；二是改进了造纸工艺，除淘洗、碎切、泡沤原料外，还可能用石灰进行了碱液烹煮；三是使造纸业从纺织业中分化出来，成为一个独立的手工业部门。造纸术的发明，为人类的文化传播、思想交流、科学发展提供了不可缺少的物质手段。2.印刷术在活字印刷术发明以前，最原始的印刷方法是把纸铺在石碑上打贴、涂墨的墨拓法，约发明于公元4世纪左右。到6世纪初的隋、唐之际，出现了真正的印刷术——雕版印刷术，比手工抄写是一个巨大的进步。现存世界上第一部标有年代的雕版印刷品，是在敦煌莫高窟发现的《金刚经》，刻印于唐咸通九年（即公元868年现存英国伦敦博物院图书馆。而欧洲到14世纪才有刻板印刷。随着社会的发展和印刷量的增大，雕版印刷也适应不了社会的需求。此时，活字印刷应运而生。据沈括的《梦溪笔谈》记载，公元1041～1048年间，毕升用胶泥刻成单字，用火烧成活字，再拼版印刷。后来，元代王桢又创制了木活字，还发明了转轮排字架，提高了排字效率。我国活字印刷术大约在14世纪传入朝鲜和日本，后来朝鲜人发明了铜活字，并于15世纪传回中国。欧洲受中国活字印刷术的影响，在15世纪中叶发明了用铅、锡、锑合金铸字，并开始建立了最早的印刷工厂。3.火药火药是我国古代劳动人民经过长期的实践和探索集体发明的。早在春秋战国时代，人们就逐渐知道了硫磺、硝石和木炭的性质及其制备方法。到八、九世纪左右，炼丹家已经知道将硫磺、雄黄、硝石与炭混合在一起加热会发生爆炸。唐代孙思邈最早记录了黑色火药的配方，当时硫和硝的比例是1:1。北宋曾公亮主编的《武经总要》中，最早采用了“火药“这一名称，并记载了当时的三种火药配方，明确了火药的主要配方是硝、硫、炭。这时硝和硫的比例为2:1，硝增加一倍。随着火药的发明，出现了一系列的火药武器，目前已经发现的世界上最古老的铜炮，就是我国元代至顺三年（1332年）造的铜火铳。公元13世纪，我国火药由商人经印度传入阿拉伯国家。后来西班牙人通过翻译阿拉伯人的书籍，才知道火药。火药武器则是通过战争西传的。直到14世纪中期，英、法等国才开始有应用火药和火药武器的记载。4.指南针我国早在战国时期就发现了磁石具有吸引铁和指示方向的性能，并用天然磁石制成指示方向的勺形仪器——“司南勺”。东汉张衡在《东京赋》中第一次将司南改称指南。北宋曾公亮主编的《武经总要》中，记述了一种指南鱼的制作方法：用薄铁叶裁成鱼形，烧红后靠地磁场使其磁化，在行军中需要时，把它浮在水面上，铁叶鱼就能指南。这种指南鱼磁性太弱，实用价值不大。后来，沈括在《梦溪笔谈》中记载了指南针的制造和装置方法。用天然磁石摩擦钢针，便可磁化成指南针。沈括还亲自实验了四种装置法，即：将磁针横贯灯芯浮在水上的“水浮法”，架在碗沿上的“碗唇旋定法”；放在指甲上的“指甲旋定法”；以及用丝线悬挂起来的“缕旋法”。不久，又发展到用磁针和方位盘联成一体的罗经盘（即罗盘）。北宋末年，我国航海的船只已开始使用罗盘。我国在其他方面领先于世界的科技成就还有很多。例如在冶金方面，商代在青铜铸造技术达到了很高的水平，以其精致美观而著称于世界。战国时青铜冶铸技术达到高峰。现今出土的当时的青铜兵器因表面涂有含铬的仿锈物质而闻名。我国的冶炼铁技术也是世界上最先进的，中国所创造的熔炼法是冶金史上的一大贡献。大约在西汉后期，我国发明了一种把生铁炒成钢的低温炒钢技术。欧洲人直到18世纪才掌握这种技术。我国古代还有多种炼钢方法，这些都反映了我国古代炼钢技术具有非常高的水平。在机械方面，我国秦汉时期已有了铜或铁制的齿轮，在西汉时的指南车、记里鼓车（一种通过件速齿轮系统使车在走过一定里程后击鼓记数的装置）以及各代的天文仪器中，都使用了复杂的齿轮传动系统。在建筑方面，有被誉为世界奇迹之一的万里长城，有世界最古老的石拱桥——赵州桥。至于纺织、瓷器、制茶等更是我国独创的传统技术。实用技术的高度发达，是我国古代科学技术先进的重要标志。中国古代天文学及其成就将在第六章中介绍。2.3.3近代中国科学技术落后的原因中国古代科学从秦汉以来到明清形成了自己的科学体系和发展模式，取得了丰硕的成果，达到了当时的世界先进水平。就古代世界各民族的科学发展来说，中国古代的自然哲学和以原理、定律表现的理论性自然知识或许不及古希腊，但在相当长的时期里却在实用科学方面居于世界领先水平。英国科技史家李约瑟在他所著的《中国科学技术史》的序言中曾对此作出了公正的评价：“中国的这些发明和发现往往远远超过同时代的欧洲，特别是在十五世纪之前更是如此（关于这一点可以毫不费力地加以证明）。”为什么中国古代的这些伟大发明发现传到欧洲就成为资产阶级社会发展的必要前提，促使了近代自然科学的产生，并使科学技术的发展达到了一个世界历史上前所未有的高峰，而在封建社会后期中国科学技术却逐渐开始衰落，到近代则落在西方的后面呢？近代科技的产生与迅速发展在很大程度上是社会、经济、文化和意识形态、宗教理念的综合产物，是难以用简单的几个条件来予以说明的。同样，要揭示我国近代科学技术落后的原因，也是一个很困难的问题。下面仅从几个方面尝试予以简单分析，以激发争论和思考，这种讨论主要是以西方近代科学技术为标准的，难免有它固有的局限性。第一，我国封建社会制度抑制了近代科学技术的产生。近代自然科学是伴随着资本主义的兴起而发展起来的。我国两千年的封建社会，是一种自给自足的小农业和家庭手工业相结合的经济结构，它抑制了商品经济的发展和分工协作大生产的出现。同时，强大的君主集权和专制官僚统治，使资本主义难以发生和发展。这种封建社会发展的停滞性，极大地限制了我国科学技术的发展。这是中国近代科学技术落后的最根本原因。资本主义生产方式为什么能比封建主义生产方式提供强大无比的动力呢？这是因为资本主义生产是发达的商品生产，商品是要求在市场上自由竞争的。所以，提高劳动生产率，特别是运用科学技术手段，提高商品的竞争能力，就成为资本主义生产的内在必然要求，成为一个持续的、强大的推动力。恩格斯说过：“社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进”。（《马克思恩格斯选集》第4卷，第505页）所以，单是在封建社会那种基本上自给自足的经济、商品生产很不发达的经济的基础上，不可能有近代的科学技术。封建地主阶级当然也要发展手工业、小工业，但重要的往往都被官家所垄断，技术上实行垄断封锁。生产的目的是为皇家贵族、封建官僚提供奢侈品或军事武器，根本谈不上什么自由竞争。以航海贸易为例，在西方这是资本主义发展中极为重要的手段。他们通过航海贸易，掠夺黄金货币，获得劳动力和资源，开拓商品市场。所以欧洲各国的政府，都鼓励商人出海贸易，并同他们签订合同，利益分成。航海家哥伦布就是得到西班牙国王支持的，国王许诺让他们当新发现地区的总督，财富享受十分之一。那时，航海对资产阶级是一本万利的事情。航海对天文、地理、力学、数学、气象等方面的科学要求是很高的。16世纪的西班牙政府和17世纪的英国议会，都曾高价悬赏解决出海后的经度计算问题。由于应征者众多，问题很快得到了解决。英国耐普尔发明对数方法，也是为了解决应用中的繁琐计算而作出的。可见，发展资本主义就必然要求并推动科学技术的发展。但封建的中国就不一样。如明朝郑和也曾率领浩浩荡荡的船队，远度重洋，但主要不是经济目的，而是出于政治目的。一是为新上台的明成祖宣扬国威，抚慰邻邦；二是为了寻找在宫廷政变中失落的小皇帝，以绝后患。郑和下西洋先后历经30年，当这些政治目的基本达到，航海事业也就偃旗息鼓了。两种航海，一个是经济上持续的强大动力，能够长久保持，并反转过来推动科学技术持续发展；另一个主要出于政治上的目的。政治上的目的一旦达到，或得不到财政、经济上的支持，就会消沉或中止。第二，中国封建社会的文化思想和政策制约了科学技术的发展。中国封建社会长期实行重农抑工抑商的政策，把手工业、商业的发展限制在不危及封建制度经济基础的范围内，不允许有太多的资本主义因素。其次，中国把儒学作为官方哲学，主张尊古崇经，限制了思想自由。在教育和取仕制度上，推行轻视、排斥科学技术和轻视掌握科学技术的知识分子的政策。中国隋唐以后实行的科举制，除了个别时期（如唐朝有明算科，招考数学人才）外，总的来看，都以孔孟儒学经典为主，到明代以后兴起的“八股文”，从形式到内容都完全僵化，完全排斥了科学技术的内容。再次，在18～19世纪，正是西方科技大发展的时候，腐朽的清政府却采取了愚蠢的闭关锁国的政策，排斥和拒绝外来科学文化。以上种种政策，都极其严重地影响了科学技术在中国的发展。第三，中国传统科学存在的缺陷，使科学技术发展到一定深度后，就难以继续前进。这种内在缺陷主要有两个方面，一是中国古代的科学技术过分强调实用性，忽视了理论上的深化和完善。由于科学技术的极端实用性，一旦现实不提出直接要求，它就失去了发展动力，这一点与希腊人所开创的科学体系完全不同。希腊人不讲实用，为理论而理论，这就为科学的发展开辟了无限广阔的空间。希腊人的数学和自然哲学时隔一千多年后仍然能推动欧洲科学的发展，充分显示出理论的力量。而实用科学为自己设定的发展空间是有限的。如我国的数学，我们是从应用计算技术发展起来的，虽然从记数法、四则运算、解决方程问题，直到高次方程数值解等方面在世界上多是一直领先的，但很少能从