科学技术发展史

科学技术发展史赵丹山西大学科学技术哲学研究中心2014.10.10主要内容古希腊阿拉伯的传承中世纪近代科学革命科学中心的五次转移现代科学与技术古希腊古代希腊分散的城邦，直到亚历山大大帝（前356-前323）在公元前4世纪统一前600-前300，希腊时代（Hellenicera）亚历山大之后，希腊化（Hellenistic）时代古希腊科学的特点①发明了科学理论，即“自然哲学”或关于“自然界的哲学”，对宇宙的思索和对抽象知识的非功利追求②运行机制，从私人或私人社团到官方支持而融入制度功利模式的知识出现在早期的每一种文明中，而希腊自然哲学却只在古希腊出现过一次，那是由于其独特地历史环境造成的有意识地对自然界进行理论探索根源该如何解释这种自然哲学仅仅在古希腊唯一地出现？其他古文明古希腊生态环境和经济状态水利农业土地贫瘠，航海和经商政治格局强大的官僚机器，国家利益至上割据的小城邦，财富有限政治生活神、教无孔不入理性地进行法律和正义的政治争论雅典学派（拉斐尔）

柏拉图柏拉图（Plato，前428-前347）：雅典的柏拉图学园“不懂几何者莫入”几何：对一切事物进行形而上学抽象化和完美化的模型5种基本元素（土、气、火、水、以太）分别取5种多面体《蒂迈欧篇》（Timaeus）给出了复杂的天体模型，对天文学和科学史产生了深刻而持久的影响，促使了希腊天文学家去解决存在的难题柏拉图的范型（Form）世界天国代表着永恒不变、超越物质的完美的纯粹范型世界，是范型的一种体现。世俗世界不过是范型世界的不完美的反映只有圆周运动才是完美的

天体是范型世界完美性的忠实摹写天体作匀速运动天体围绕着不动的地球作圆周运动事实上，行星有留和逆行。柏拉图责成天文学家用圆“拯救这些现象”从而从柏拉图到16世纪的哥白尼，近2000年解释这些行星的留和逆行成为天文学家要解决的中心课题拯救现象为什么非要坚持行星作匀速圆周运动不可？这样的话行星的留和逆根本不成为难题。柏拉图开创的天文学研究范式：为问题的解决设定了先在的理念，他为理论家和天文学家预先规定了要得到怎样的结果才算是合适的或可以接受的答案。行星模型必须用匀速圆周运动来产生出表观的非均衡运动。拯救现象欧多克斯给出由27个嵌套（同心）的天球组成的模型：恒星一个，五颗行星每颗四个，太阳和月亮各占三个。修正后的第三条：各个透明的水晶球不是在绕一个轴旋转，而是同时绕两个或2个以上的轴旋转，这样就会出现逆行现象，8字形路径，即马蹄印问题：四季不等长、金星的亮度变化金星、水星、太阳为何离得近亚里士多德：又添加了起抵消作用的天球，天球总数增加至55-56个托勒密（ClaudiusPtolemy，约90年—168年）拯救现象的天文学公元前4世纪，赫拉克利德斯：天体不动，地球绕轴在转动前3世纪，阿利斯塔克（Aristarchus，前310-前230）：日心说，地球有自转和公转阿波罗尼奥斯：本轮、偏心圆托勒密的天文学《数学句法》（MathematicalSyntaxis），《天文学大成》（Almagest）以地心说和天体作圆周运动为前提，应用本轮和偏心圆、均衡点（假想在该点测量的话会看到匀速圆周运动）概念长达1500里一直是希腊化传统下天文学家的圣经亚里士多德Aristotle（前384-前322年）：科学史上的分水岭，涉及逻辑学、物理学、宇宙学、心理学、博物学、解剖学、形而上学、伦理学和美学希腊启蒙的巅峰，也代表了其后2000年的高水平学问的科学源头亚里士多德创立的科学传统在晚古时期、中世纪伊斯兰世界和近代早期的欧洲都占据统治地位亚历山大大帝的老师；建立了吕克昂学园培植纯科学的土壤闲暇：当一切实用的东西都已经齐备时，人们就发现了那些既不涉及生活中的必需品也与享乐品无关的科学，事情最早发生在人们有了闲暇时间的地区好奇心：人们最初是被好奇心引向研究自然哲学的——今天仍然如此思想自由：为求得知识本身，不考虑功利应用而从事科学活动，是一种个人权利亚里士多德的影响所在其成就所显示的那种优雅和力量主要来自于他世界观的统一性和普适性提供了对自然界和人类在其中地位的一种全面的、一以贯之的而且十分理性的观察方法，这种观察方法在视野和解释广度上至今尚无任何方法能与之匹敌感觉和观察是有效的，是通往知识的唯一途径；强调事物的可感觉本质常识科学亚里士多德的常识科学——物质理论土气火水是由更为基本的属性——热、冷、湿、干——配对组成的这些属性由“第一物质”即原初材料（primamateria）反映出来普通的土和其他一切合成物都是这些纯元素的混合，而纯元素是看不到孤立态的我们体验到的世界就是物质的真实，因为世界中的物体就是由基本物质和范型结合而成的不可分割的混合体这种关于元素的定性理论为炼丹术提供了理论基础亚里士多德的常识科学——运动理论运动与元素的特性相关：土和水是重的，要向宇宙中心即地球动动

气和火是轻的，要背离中心运动每一种元素都有其自然位置：土位于中心，外面是分层的水、气、火的同心球层地上万物杂乱无比向上或向下，取决于其重还是轻的属性天区celestialregion）以太（第五元素）；完美、稳定圆周运动强制运动或非自然运动：需要外来推动者，施力者与受力者须保持接触亚里士多德的常识科学——运动理论地球整个处于宇宙中心保持不动，这是地球的自然位置给出了力、速度、阻力间的关系下落：重物下落快，轻物下落慢介质：只有在一下密度的介质中才会有运动，真空中没有运动，事实上就没有真空，空间必须被完全填满亚里士多德的常识科学——生物学关于变化的学说：来源于生物体的生成和发育，变化是一个转化和形成的过程，即事物中的“隐性得以现实化”，从而避免了巴门尼德的无中生有悖论一种形式的消失意味着另一种形式的出现，因此宇宙必定是房屋的，在时间循环中它永远重复着自身生物分类：无血的无脊椎动物和有血的脊椎动物三种灵魂类型：营养、感觉和理性，分别对应于植物、动物和人类感知影响：盖伦（Galen）沿着亚里士多德的框架；狄奥弗拉斯图（Theophrastus，前371-286）的植物学希腊化时期希腊科学的黄金时代，揭开了研究活动被组织起来并得到社会支持的一种新模型纯科学和自然科学活动的制度化：亚历山大城的博物馆和图书馆，国家支持、资助科学理论的抽象学问这种传统成为了继承希腊传统的所有社会中科学模式的一部分希腊化埃及的托勒密王朝第一位国王托勒密·索特尔开创了王室支持科学和学问的传统亚历山大城的博物馆和图书馆前280年，第二任国王托勒密·菲拉德费建立了亚历山大城的博物馆，该博物馆存在了700年，一直维持到5世纪该博物馆是一所研究机构：其实是寺院，供奉着9位文化女神缪斯博物馆的人员享受俸禄，国家提供经费从事他们自己的研究，建有工作室、讲演厅、解剖室、花园、动物园和天文台等；厨房供应伙食；自由地进行研究与讲授图书馆：馆藏抄本超过500000卷埃及后来的罗马皇帝体现了这种不寻常的由国家支持的传统亚历山大城在希腊化和希腊-罗马时期一直是最有影响的科学中心公元前3世纪的亚历山大城科学研究十分繁荣欧几里得的几何学——后来数学研究的源头阿波罗尼奥斯（Apollonius，前220-前190为盛年）：圆锥曲线阿基米德（前287-前212年）埃拉托色尼（Eratosthenes，前225为盛年）:图书馆长，计算地球的周长，地理学和绘图学其他：天文学、光学、和声学、声学及力学阿拉伯西方历史年表阿拉伯历史中国历史年表376西哥特人过多瑙河，民族大迁徙开始

4世纪（－西晋·五胡乱华十九国－东晋－）476西罗马帝国灭亡

5世纪（－东晋－五胡乱华十九国－南北朝－）5-8世纪诸蛮族王国建立

6世纪（－南北朝·隋－）5-8世纪诸蛮族王国建立阿拉伯帝国兴起

7世纪（－隋·唐·南周－）5-8世纪诸蛮族王国建立阿拉伯帝国时期

8世纪（－南周·唐－）843《凡尔登条约》签订形成后来的德国、法国和意大利阿拉伯帝国时期

9世纪（－唐－）欧洲经济开始复苏阿拉伯帝国时期

10世纪（－唐·五代十一国·宋－辽－）1O96-1099第一次十字军东征阿拉伯帝国时期

11世纪（－宋－辽－西夏－）12世纪大学的兴起阿拉伯帝国时期

12世纪（－宋－辽·金－西夏－）大翻译运动阿拉伯帝国时期

13世纪（－宋－金－西夏·蒙古－）14世纪中叶文艺复兴开始奥斯曼土耳其帝国

14世纪（－元·明－）阿拉伯帝国

阿拉伯帝国的崛起是与穆罕穆德创立伊斯兰教分不开的。到公元632年穆罕默德逝世时，阿拉伯半岛已经基本统一。在以后的几个哈里发统治时，阿拉伯发动了大规模的对外战争，领土扩张到亚、非、欧广大地区。8世纪初，阿拉伯人把疆界推到中国唐朝的边境，还进占南亚的印度河流域。经过一百年的扩张，阿拉伯成为地跨亚、非、欧的封建军事帝国。

在世界科学技术史上的传与承阿拉伯帝国经济繁盛，国际贸易发达，中国的丝绸、印度的香料、非洲的象牙、黄金都经阿拉伯商人运销各地，形成了四通八达的陆海商道。古代阿拉伯人在科学技术史上的主要贡献是保存了古希腊文化，沟通了东西方的科学技术交流。中国古代的许多技术发明，就是通过阿拉伯人传到西方去的。作出特殊贡献的有利因素阿拉伯人继承和创造的知识显示了特殊的历史地位。他们建立的环绕地中海的庞大帝国，使得他们与欧洲有多条接触和交流的途径。东边的叙利亚过去是连接希腊和阿拉伯的纽带，这时又成为拉丁世界从阿拉伯人那里获取希腊知识的主要窗口之一。意大利南部和西西里是阿拉伯文化向欧洲传播的另一个重要窗口。欧洲一些地方形成了阿拉伯学术研究中心。一度被纳入阿拉伯帝国版图的西班牙更是阿拉伯与欧洲交流的最重要、最活跃的地区。文化交流和传播中心：托莱多。该地在1085年被基督徒从阿拉伯人手里夺回，但依然是东方科学的立足之地。这里居住着许多翻译家，他们在许多领域里孜孜不倦地工作着。阿拉伯语阿拉伯语被公认为学术研究的经典语言，凡用阿拉伯语写成的著作都被认为是权威的。一些学术界的精英人物都从事阿拉伯学术的介绍、翻译和研究工作。从现在还通用的科学术语中我们可以看到阿拉伯科学的一些遗迹：化学名词：碱（alkali）、酒精（alcohol）、糖（sugar）；天文名词天鹅座β（albireo）、天鹰座α（altair）、金牛座α（aldebaran）中世纪后期以来，有不少著作从阿拉伯语和希腊语翻译成拉丁语：亚里斯多德、托勒密、欧几里德和阿维森纳、阿维罗伊以及其他阿拉伯天文学家与数学家的著作，还有一大堆星占学和炼金术书籍，被介绍给欧洲人。传与承有人把阿拉伯人建立的科学文化说成是无意中造了一个“冷藏库”，在黑暗的中世纪保持和维护了古代科学的巨大躯体。在阿拉伯科学的许多方面，并非仅仅处于旁支地位，而是在从希腊到阿拉伯、再到近代欧洲这三大阶段中占据着第二段的高级位置。阿拉伯人对世界科学技术发展的独特贡献在于：在时间上沟通了欧洲的古代与近代；在空间上沟通了东方与西方。阿拉伯人的求知欲阿拉伯帝国兴起之时，正是中国唐朝时期。唐朝称阿拉伯为大食。穆罕默德用《古兰经》鼓励他的门徒：“为了追求知识，虽远在中国，也应该去。”反映了阿拉伯人对中国文明的向往。阿拉伯帝国的学者们保存并传播了古代文化。在西罗马帝国灭亡前后的长期动乱中，许多希腊、罗马古典作品毁坏流失，一部分通过东罗马流传到阿拉伯帝国。阿拉伯的学者们认真研究它们，成立了专门的翻译机关——“智慧馆”，还把许多古代作品例如希腊亚里斯多德、柏拉图、欧几里得、阿基米德、托勒密的著作译成阿拉伯文。西欧在封建社会初期文化十分落后，西欧人后来是通过阿拉伯文译本才又重新认识这些学术成就的，从而为近代科学在西欧的产生做出重要贡献。阿拉伯在科技传播方面的贡献黑暗时期的中世纪欧洲文艺复兴西方文化的转变伊斯兰的重大成就数学、科学、文学、理性思維阿拉伯的科学技术成就在800-1300年间，伊斯兰文明几乎在一切科学领域都居于领先地位在先知之后的4个世纪中，伊斯兰科学家的数量与泰勒斯之后4个世纪中希腊科学家的数量相当百年翻译运动举例之数学

大数学家花拉子米（al-Khwarizmi,780－850）提出了“代数”的概念，给出二次方程“还原、对消”的代数解法，其《代数学》被译为拉丁文，作为欧洲的数学教科书一直用到16世纪。花拉子米本人被称为代数学之父把三角学作为独立的数学分支来研究，取得重要成就编成了三角函数值表首先使用了相当于现在“余切”的概念编制了正弦表，并使用正割、余割的概念对球面三角的研究作出了贡献举例之医学拉齐兹（860－922）《天花和麻疹的鉴别》——在世界上久负盛名百科全书式的《万国医典》——集当时希腊、印度、中东的全部医学知识之大成阿维森纳（980－1037）《医典》——长达百万字，内容涉及解剖学、生理学、病理学、治疗学、制药学、卫生学、饮食学等多方面的知识，记载药物760多种，堪称医学指南。从问世到16世纪在欧洲重版达15次之多，可见流传之广泛、影响之深远。举例之光学

由于沙漠和热带气候的原因，眼病在阿拉伯盛行，因此光学现象引起阿拉伯学者的极大重视。阿尔·哈曾（965－1038）研究了球面和抛物面的反射镜、透镜，在《光学》中表述了光的反射定理，描述了眼睛的构造及其作用，修正了欧几里得、托勒密关于眼睛发出光线的错误观点，正确认识了光线来自观察物的反射。举例之炼金术对化学的促进

炼金术起源于中国，7－9世纪，中国的炼金术同其他科学知识一起传到阿拉伯。阿拉伯人将中国和希腊的炼金术相结合，并加以发展。8－10世纪，出现了大量的炼金术著作，12世纪以后，又被翻译成拉丁文传到了西欧。炼金术的发展提高了人们对实验重要性的研究。“炼金”过程中，人们意外获得了诸如明矾、酒精等化工产品，加深了对自然界的认识。拉泽把物质分为动物、植物和矿物三大类，创立了自然界的三届分类系统。炼金术对化学发展所起的促进作用是客观上的效果，并非出自本意。中世纪中世纪TheMiddleAges，约公元500-1500年辉煌的古典希腊——中世纪——生气勃勃的文艺复兴黑暗世纪（DarkAges）？公元1000年以前的欧洲文化、智识水平、经济、技术和人口各方面都十分落后，同伊斯兰世界、拜占庭、印度、中国、美索不达米亚等那些文明中心繁荣的科学和技术比较起来，简直是穷乡僻壤1000年时，拉丁语系基督教世界总人口2200中国人口6000万、印度7900万、伊斯兰地区4000万中世纪早期~~~~~~~~~~15世纪~~~~~~~~~~~16、17世纪新石器时代经济海外扩张帝国近代科学革命

开封，40万君士坦丁堡，30万巴格达，100万科尔多瓦，45万罗马，3.5万巴黎，2万伦敦，1.5万中世纪时期的技术革命与智识环境变革军事革命——马镫、枪炮、舰船农业革命——重犁、风车、水车智识环境变化——大学、对亚里士多德的批判性考察农业革命重犁（罗马）马替代牛作为挽畜三田轮作制驾驭马的项圈（中国）马蹄铁农业革命的影响经济——集体所有制，形成了中世纪村庄和庄园社会制度人口——增加文化——繁荣，兴建教堂、创办大学坎特伯雷大教堂（英国），1175博洛尼亚大学，1088巴黎大学，11601194马镫（中国，5世纪）欧洲的封建主义和庄园制度骑士——服务于封建领主中世纪早期，形成了符合欧洲生态环境的区域性封建关系十字军东征新型能源的使用水车、风车锯木机、磨面机、锻打机智识环境的变革——大学大学：名义上与宗教无关的学生（如博洛尼亚大学）或教师（如巴黎大学）群体，不需要国家或个人的资助保持独立的自洽机构，享有法律特权培养了大批牧师、律师、医生、行政官员等人才文学院——逻辑、算术、几何、天文、音乐大学神学院智识环境的变革——对亚里士多德的批判性考察十一~十二世纪：翻译阿拉伯文献的热潮。希腊原始文献经过叙利亚文，到阿拉伯文，再被译成拉丁文。亚里士多德和柏拉图的哲学著作、欧几里德和托勒密的科学著作，开始为欧洲人所熟悉托莱多——翻译中心杰拉尔德:（1114－1187），主持翻译托勒密的《至大论》以及亚里士多德、希波克拉底、盖伦的著作十二世纪的消化和吸收将基督教传统世界观和亚里士多德