古代世界的自然科学

古代世界的自然科学第1页，共70页，2023年，2月20日，星期四自然科学史的内容

第一部分古代自然科学（16世纪以前）第一章古老东方文明的科学技术第二章古希腊古罗马的科学技术第三章阿拉伯和欧洲中世纪的科学技术

第二部分近代自然科学（16-19世纪）

第四章近代自然科学的诞生第五章16－18世纪的自然科学第六章第一次技术革命第七章19世纪的自然科学

第八章第二次技术革命

第三部分现代自然科学（20世纪以来）第九章物理学革命及现代科学的产生

第十章现代自然科学的发展

第十一章现代技术革命第2页，共70页，2023年，2月20日，星期四主要内容古代四大文明的科学技术3古代四大文明的宇宙观及语言文字2科学技术的萌芽1第3页，共70页，2023年，2月20日，星期四主要内容科学技术的萌芽1第4页，共70页，2023年，2月20日，星期四宇宙的起源和演化地球的演化生命的起源

200亿年前的大爆炸50亿年前形成太阳系45亿年地球25亿年氧化大气5.7亿年寒武纪科学技术的萌芽45亿年=24小时（1秒约5万年）生命起源5点脊椎动物21点哺乳动物22点灵长类动物23点37分人类祖先23点56分旧石器时代：300-30万30-5万5-1万新石器时代：1万-4千青铜器时代：4千-1千铁器时代：前1千年至今埃及猿3000万年（人猿未分）西瓦古猿1400-80万年：下树南方古猿400-100万年：手足分工、自然工具直立人200-30万年：石器、用火、不会造火智人30-1万年：人工取火第5页，共70页，2023年，2月20日，星期四人如何观察自然的？人与人如何交流对自然的观察？神话：mythos（讲述）理性：logos（言辞）

哪里有爱，哪里就有阿佛罗狄忒哪里有智慧，哪里就有雅典娜哪里有预言，哪里就有阿波罗科学技术的萌芽第6页，共70页，2023年，2月20日，星期四数学、天文学、医学古代人类最重要的11项技术发明1、石器2、火3、语言4、畜牧和农业5、陶器6、轮子7、文字8、青铜和钢铁的冶炼9、船10、纺织11、玻璃科学技术的萌芽第7页，共70页，2023年，2月20日，星期四刀耕火种工具：石器（石刀、石斧）、弓箭火种：自然火种→摩擦取火制陶技术原始农业和畜牧业→安定的村落生活→日常用品的需求→制陶技术冶炼技术原始手工业→冶金技术科学技术的萌芽第8页，共70页，2023年，2月20日，星期四主要内容古代四大文明的宇宙观及语言文字2第9页，共70页，2023年，2月20日，星期四第10页，共70页，2023年，2月20日，星期四古代四大文明的宇宙观及语言文字2埃及人：大地是个扁平的盘子，周围是起皱的边缘，中间流动着原始的水，盘子中间是平坦的埃及平原，大地之上是倒置的天空之盘，苍天女神努特Nut在大地上弯身，手指和脚趾着地，托起她的是空气之神舒Shu，而大地之神是盖布Geb。第11页，共70页，2023年，2月20日，星期四古代四大文明的宇宙观及语言文字2美索不达米亚：地是浮在水上的扁盘、天是半球形天穹，天地被水包围，水之外是众神的居所，日、星都是神，每天出来走一趟，决定世间的命运。（球体地球）印度：天象大锅盖在地上，大地中央为须弥山，支撑天空，日月绕山转动，大地由四只大象驮着，大象站立在一只浮在水上的龟背上。中国：盖天说、浑天说、宣夜说第12页，共70页，2023年，2月20日，星期四世界古文字埃及人——象形文字古代苏美尔人和巴比伦人——楔形文字腓尼基人将楔形文字改造为字母文字印度——梵文婆罗米文、佉卢文、悉昙体、天城体、蓝札体中国——甲骨文、金文、石鼓文……六书：象形、会意、指事、形声、转注、假借五体：篆书、隶书、草书、行书、楷书第13页，共70页，2023年，2月20日，星期四罗塞塔石碑１７９９年，拿破仑远征埃及，法军在尼罗河口的罗塞塔要塞挖掘战壕时，无意中发现了一块黑玄武岩石碑，并把它带回法国。碑长114厘米，宽72厘米，碑上刻有三种文字：希腊文（下）和古埃及象形文字（中）、世俗体（象形文字的草写体）文字（上）。1822年，法国学者商博良释读埃及象形文字取得突破，打开了古代埃及历史宝库的大门。石碑现存伦敦不列颠博物馆。第14页，共70页，2023年，2月20日，星期四古埃及的象形文字

埃及的象形文字产生于公元前4000年左右。纸草papyrus第15页，共70页，2023年，2月20日，星期四苏美尔人的楔形文字

产生于5000年前泥版第16页，共70页，2023年，2月20日，星期四中国的甲骨文

清朝光绪年间，有个叫王懿荣的人，国子监祭酒。有一次他看见一味中药叫龙骨，看见上面刻着字，就觉得很奇怪，就翻看药渣，没想到上面居然有一种看似文字的图案。于是他把所有的龙骨都买了下来，发现每片龙骨上都有相似的图案。他把这些奇怪的图案画下来，经过长时间的研究他确信这是一种文字，而且比较完善，应该是殷商时期的。后来，人们找到了龙骨出土的地方——河南安阳小屯村。第17页，共70页，2023年，2月20日，星期四主要内容古代四大文明的科学技术3第18页，共70页，2023年，2月20日，星期四古代埃及“埃及是尼罗河的馈赠。”

——希罗多德荷鲁斯Horus太阳神，鹰头人身第19页，共70页，2023年，2月20日，星期四古埃及的建筑技术——金字塔尼罗河的泛滥周期——天文学尼罗河泛滥后重新划分地界——几何学木乃伊——外科、解剖学、医学金字塔——测量、天文、几何、力学、工程回归年：365.24220…日朔望月：29.53059…日公元前4000年，定一年365日天狼星与太阳一同升起1460年索特周期（天狗周）第20页，共70页，2023年，2月20日，星期四古埃及的历法和农业现在世界上通用的历法——公历，有人曾似是而非地称之为“西历”。其实，究其根源，这种历法并非产生于西方，而是产生于6000多年前的古埃及。这是一幅古代埃及人记录星象变化的图片。第21页，共70页，2023年，2月20日，星期四人类历史上第一部太阳历古代埃及人发现，当清晨东方的地平线上同时出现太阳和天狼星时，恰好是尼罗河水上涨之时。天狼星出现的周期约长365天，所以他们把天狼星出现的日子定为一年之始。古代埃及人又按尼罗河水涨落和作物生长的规律，把一年分为3季（泛滥季节、播种季节、收获季节），每季4个月，一年共12个月，每月30天，岁末增加5天节日，共计365天。这是人类历史上产生的第一部太阳历。第22页，共70页，2023年，2月20日，星期四古埃及的建筑技术——金字塔古埃及的有文字可考的历史，开始于公元前31世纪，这时他们已经建立了早期王国的第一王朝。从公元前27世纪第三王朝时期开始，法老死后开始葬入金字塔，于是开始了一个历时数百年的修建金字塔的古王国时期。金字塔是古代埃及国王“法老”的陵墓，因其外形象汉字的“金”字，所以称作“金字塔”。古代埃及人相信“灵魂不灭”，认为只有妥善保存死者的遗体，其灵魂才能有所归宿，因而埃及国王极为重视自己墓葬的建筑，希求死后也能享有至尊至圣的威严。第23页，共70页，2023年，2月20日，星期四古埃及金字塔第24页，共70页，2023年，2月20日，星期四古埃及的建筑技术——金字塔金字塔是“世界七大奇迹”之一，至今留存在埃及各地的大小金字塔约有80余座，其中，第四王朝法老胡夫的金字塔和哈佛拉的金字塔是最大、最负盛名的，大约建于公元前26世纪。胡夫的金字塔又称大金字塔，原高146.5米，塔基边长230米，坡度为51°，用了约230万块巨石叠砌而成，每块巨石平均重2.5吨，历时30年才筑成。第25页，共70页，2023年，2月20日，星期四古埃及金字塔如此庞大的金字塔是如何建成的？猜测A、有些科学家认为，大金字塔是由外星人利用一种不为人知的方式来搬运这些轻则几吨，重则几百吨的石块，把它们堆建而成的。猜测B、还有一种说法是比较可信的，金字塔的石块是由一些埃及工人从采石场借助畜力和圆木运输过来的，之后利用沙土堆积的方法建成。猜测C、最近又有人在胡夫金字塔的一块巨石中发现了一缕约一英寸长的头发，因此人们猜测，建造金字塔的巨石很有可能是人工浇铸而成的，目前这种说法正在验证中。第26页，共70页，2023年，2月20日，星期四书有三种埃及船的坟墓壁画这是一幅古埃及的坟墓壁画图。图画左上是用纸草制的轻船，右边是备有桨的搬运东西的快船，下面的则是备有长方形帆的帆船。这幅图画现藏于开罗埃及博物馆第27页，共70页，2023年，2月20日，星期四美索不达米亚

埃及人：处事泰然、心平气和

美索不达米亚人：阴郁消沉、疑神疑鬼。苏美尔人—巴比伦人—亚述—迦勒底（新巴比伦）—波斯—塞琉古前21世纪前19世纪-1650前1300-612前612-539前539-330前330第28页，共70页，2023年，2月20日，星期四两河流域的数学两河流域科学的主要成就表现在数学和天文学方面。苏美尔人已经知道10进制和60进制，后者在古代两河流域的应用得更为广泛。我们今天度量时间用小时、分、秒，以及把一圆周分为360度，都是继承了两河流域古人的成果。他们的面积单位、重量单位也多是60进位。古希腊、罗马都采用了这里的一些重量单位，欧洲有的地方甚至一直沿用到18世纪。第29页，共70页，2023年，2月20日，星期四两河流域的天文学——星期的由来古代两河流域的天文历法知识直接影响了欧洲的天文学。苏美尔人按照月亮的盈亏把一年分为12个月，共354天，同时设闰月调整阴历阳历之间的差别。到公元前７世纪，又形成了7天一星期的制度，每天各有一位星神“值勤”，并以他命名这一天，其顺序是直到今天，欧洲各国每周７天仍以这７星命名。星期日星期一星期二星期三星期四星期五星期六太阳神月亮神火星神水星神木星神金星神土星神第30页，共70页，2023年，2月20日，星期四人类历史上最早的农书古代两河流域人民编写了人类历史上最早的农书《农人历书》。

《农人历书》以一个老农民教育儿子的口气写的。这位老农民对儿子不厌其烦的讲述应该如何务农，要注意的各种事情。比如，怎样节省灌溉用水、不要让牲畜践踏田地、驱赶食谷的飞鸟、及时收割等等。第31页，共70页，2023年，2月20日，星期四两河流域文明对希腊的影响此外，古代两河流域人民对药物、植物、动物、地理等等也有丰富的知识。欧洲古代文明的最高成就是古希腊文化。然而，当古希腊人还没有迈进文明时代的时候，两河流域的文明就已经延续了约2000年。希腊人后来的许多成就，就是在两河流域文明基础上发展起来的。第32页，共70页，2023年，2月20日，星期四古代印度

北-喜马拉雅山南-印度洋东-孟加拉湾西-阿拉伯海种姓制度：婆罗门——僧侣刹帝利——武士吠舍——平民商人首陀罗——手工农业史前时代：哈拉巴文化吠陀史诗时代：前1500-前600列国争雄时代：前600-1857殖民时代：1857-1950独立时代：1950四吠陀：《梨俱吠陀》赞颂明《娑摩吠陀本集》歌咏明《夜柔吠陀本集》祭祀明《阿婆达吠陀本集》禳灾明两史诗：《摩诃婆罗多》《罗摩衍那》第33页，共70页，2023年，2月20日，星期四印度的史前文明----“哈拉巴文化”印度的史前文明----“哈拉巴文化”，包括现在巴基斯坦信德省南部的摩亨佐•达罗考古遗址和在旁遮普的哈拉巴遗址。摩亨佐达罗和哈拉巴这两座城市，周长都有4.8公里以上。城市是由卫城和下城（居民区）两部分组成。这两座城市的面积相似，大约各自都有85万平方米；其居民数，估计大约各自都有35,000人。时间为公元前2500年到公元前1750年。摩亨佐•达罗的城市建筑和规模，较哈拉巴壮观。这是印度河文明的典型城市。第34页，共70页，2023年，2月20日，星期四摩亨佐·达罗城－复杂的污水处理系统古城里的大多数住宅都有水井和整洁的浴室，而且有一条修得很好的排水沟，把废水引入公共排水渠中。大小住宅多半都在外墙里面装有专用的垃圾滑运道。居民们可以把废物倒进滑运道，滑到屋外街边小沟。小沟又连接下水道系统。

这样复杂的污物和污水处理系统，不仅在上古时代是无与伦比的，就是当今世界上的许多城镇也望尘莫及。古城里的建筑物都用火砖砌成。在这里，人们能看到5000年前留下来的高达7.5米的断垣残墙。第35页，共70页，2023年，2月20日，星期四摩亨佐·达罗城－大澡堂城里最突出的一个建筑物是一个大澡堂。澡堂里的大浴池呈长方形，长４０米，宽约２０米。浴池底部和四周的砖块都用石膏灰浆砌合，外面涂上一层沥青，然后再砌一层砖块，以防漏水。这座大澡堂是摩亨佐·达罗人高度重视清洁卫生的标志，也是首次见于历史的一种现象。第36页，共70页，2023年，2月20日，星期四古代印度的科学技术吠陀经几何学知识、耆那教圆周率、公元前200年的《昌达经》帕斯卡三角（二项式系数三角形）3世纪、希腊数学传入，5世纪零的概念及符号0。《圣史历数书》平面图形求积圆周率3.1416，完备的十进制数值体系。中世纪引进负数和无理数，二次方程求根、解不定方程。理论自然科学嫉妒贫乏、医学相当发达。《阿婆达吠陀》：临床、解剖、植物药学。认识黄疸、麻花、天花、关节炎、精神病，懂驱虫药、免疫疫苗。外科有剖腹、断肢、眼科、耳鼻唇整容。第37页，共70页，2023年，2月20日，星期四古代印度在人类文明史上的地位古代印度在人类文明史上占有非常重要的地位:世界三大宗教之一佛教，就产生于古代印度。人们通常所说的阿拉伯数字，其实是印度人的发明，后经阿拉伯人传入西方。古代印度的航海事业也非常发达，他们的商人和马可波罗一起，引起了欧洲人对东方的“黄金渴望”。第38页，共70页，2023年，2月20日，星期四古代中国北面寒冷的西伯利亚荒原、东、南是大海、西是阿尔泰山、昆仑山、沙漠戈壁，西南是喜马拉雅山。宗教意识淡薄，宗族意识浓厚，赞颂祖先。盘古开天辟地、伏羲造八卦、女娲造人、后羿射日、燧人氏钻木取火、有巢氏构木为巢、神农尝百草。农、医、天、算四大学科。第39页，共70页，2023年，2月20日，星期四中国古代科学技术的产生青铜器与铁器技术生产工具：“石器－青铜器－铁器”的演变青铜器：商末周初，中国进入青铜器时代。青铜是铜、锡、铅等元素的合金，青铜器是以合理的配比冶炼熔铸而成。铜锡比六比一五比一四比一三比一五比二二比一适合造器钟鼎斧头戈戟刀剑箭头铜镜铁器：春秋战国时期广泛使用。中国在公元前6世纪，比欧洲早200年就发明了生铁冶炼技术。公元前5－4世纪，又创造了铸钢和铸铁柔化术。冶铁技术的进步为科学知识的产生奠定了基础。第40页，共70页，2023年，2月20日，星期四越王勾践剑越王勾践使用的一把青铜剑。于1965年12月在湖北省江陵县的楚墓出土，现藏于湖北省博物馆。剑长55.6厘米，宽5厘米。剑身有黑色花纹，材料为铜和锡，正面有“越王鸠浅自乍用剑”（“鸠浅”即“勾践”，“乍”即“作”）铭文。该剑出土时置于黑色漆木剑鞘内，剑身光亮，无锈蚀，刃薄锋利，2000年后的今天仍然锋利无比。铸造工艺达到相当高水平。第41页，共70页，2023年，2月20日，星期四吴王夫差矛

中国春秋末期吴王夫差使用的一把青铜矛。于1983年11月在湖北省江陵县的楚墓出土，仅存矛头，现藏于湖北省博物馆。矛头为青铜铸造，长29.5厘米，宽5.5厘米。剑身有黑色花纹，材料为铜和锡，正面有“吴王夫差自乍用”铭文。矛刃锋利。其铸造工艺之精细为同类兵器所少见。第42页，共70页，2023年，2月20日，星期四中国古代科学技术的产生实用科学知识的产生：天、算、农、地、医农学：春秋时期，铁器和畜力的使用，形成了精耕细作传统，作为整理和总结农业生产知识的专门学问－农学并应运而生。《吕氏春秋》中就有专门论述农业生产的《上农》、《任地》、《辨土》、《审时》四篇论文，这些论文中丰富的农业辩证法思想，直到今天还有一定的意义。天文学：农业生产的实际需要，统治阶级对“天”的崇拜，宗教礼仪、占星术的发展及人类探求天文现象奥秘的求知欲，使天文学成为中国最古老最发达的科学之一。积累了大量的观测资料。制定历法。第43页，共70页，2023年，2月20日，星期四最先发现太阳黑子

例如，当西方人争论谁在1615年左右最先发现太阳黑子时，中国早在公元前18年以来便系统记录了太阳黑子，比欧洲早了1500年。中国早在公元前1361年就有日食记录，公元前1600年至公元1600年间有581项彗星记载，公元前467年记到哈雷慧星。第44页，共70页，2023年，2月20日，星期四第45页，共70页，2023年，2月20日，星期四超新星爆发记录公元前1400年至公元1600年间，中国有90项超新星爆发记录，其中1054年超新星爆发是近代射电天文学家感兴趣的蟹状星云的残迹，而西方过去对此闻所未闻。

说明：M1，蟹状星云。它是一个超新星遗迹，也就是我国宋朝时天监官杨淮德在金牛座的天关星的附近发现的，当时叫它“客星”。由于爆发时非常猛烈，以致在白天也可能看到了它。过了888年之后，也就是1942年，美国的梅耶尔和荷兰的奥尔特根据中国史书和现代天文观测认证蟹状星云就是1054年的超新星爆发遗迹。第46页，共70页，2023年，2月20日，星期四中国古代科学技术的产生实用科学知识的产生数学：是在生产、生活的需要和历法计算的推动下产生和发展起来的。殷代以前：数字和先进的十进位记数法；商周：掌握了自然数的四则运算，学会应用倍数；春秋末年：筹算法地理：春秋战国：地理已经成为专门的知识战国：地图已进入实用阶段《山海经》：最早的地学著作，比同类内容的希腊著作《石头志》早200多年。医学：医术与巫术的分离为医学的发展创造了广阔的前景。第47页，共70页，2023年，2月20日，星期四中国古代的土木建筑技术中国古代的标志性建筑，就是宫殿。商代末年，商纣王大兴土木：“南距朝歌，北距邯郸及沙丘，皆为离宫别馆。”这一历史记载已为现代考古发掘所证实。但商代的宫殿是什么样呢？下图给出了答案：原来，不过是一个大型的高级草棚子而已。比起印度的哈拉巴文化和埃及的金字塔，实在算不得什么。第48页，共70页，2023年，2月20日，星期四中国古代的土木建筑技术河南安阳商代宫殿复原图第49页，共70页，2023年，2月20日，星期四第50页，共70页，2023年，2月20日，星期四第51页，共70页，2023年，2月20日，星期四我国是框架结构设计思想的先驱但我国后来建筑艺术的发展，却达到了很高的水平，而且与外国完全不同。如下图的宫殿结构透视图，就是现代高层建筑普遍采用的框架结构的先驱，但在中国古代，却是皇家宫廷乃至老百姓的普通民居的基本形式，比西方早了许多年。第52页，共70页，2023年，2月20日，星期四“墙倒屋不塌”的柔性框架结构第53页，共70页，2023年，2月20日，星期四中国古代实用科学体系的形成秦汉是中国古代科学体系形成的重要时期。1.数学体系的形成《九章算术》（汉代，约公元前1世纪）：是我国古代数学体系（以解决实际问题为内容的实用数学体系）形成的重要标志。在世界数学史上第一次引用了正、负数概念，并给出了加减运算法则。《九章算术》采用问题集的形式写成。使用归纳的方法，对246个问题提供了各种解决途径和方法，为人们处理日常生活、生产中的实际计算提供了范例。这种写作方式为后来的数学著作所沿用。在长达1000多年的时间里，一直作为中国的数学教科书，并被公认为世界数学古典名著之一，远传朝鲜、日本，直到1957年苏联还出了俄文版。第54页，共70页，2023年，2月20日，星期四二、中国古代实用科学体系的形成2.天文学体系的形成公元前104年，汉武帝颁行的太初历是中国古代历法体系形成的标志。《太初历》规定一年等于365.2502日，一月等于29.53086日；将原来以十月为岁首改为以正月为岁首；开始采用有利于农时的二十四节气；以没有中气的月分为闰月，调整了太阳周天与阴历纪月不相合的矛盾。这是我国历法上一个划时代的进步。《太初历》还根据天象实测和多年来史官的记录，得出一百三十五个月的日食周期。《太初历》不仅是我国第一部比较完整的历法，也是当时世界上最先进的历法，它问世以后，一共行用了189年。天文仪器的制造：张衡-天球仪、浑天仪、地动仪。关于宇宙结构的学说：盖天说、宣夜说、浑天说，

汉代以后，浑天说成为正统的宇宙结构理论。

第55页，共70页，2023年，2月20日，星期四二、中国古代实用科学体系的形成3.农学体系的形成农学著作纷纷产生：《齐民要术》总结概括了我国传统农业精耕细作的生成经验，代表了当时农学的知识水平，标志着中国古代农学体系的形成。4.地理学体系的形成班固的《汉书·地理志》：东汉产生的我国历史上第一部以“地理”命名的地学著作，该书奠定了我国古代地理学的研究方向，并为农学的发展进一步开拓了道路。5.医学体系的形成第56页，共70页，2023年，2月20日，星期四第57页，共70页，2023年，2月20日，星期四齐民要术《齐民要术》是现今完整保存下来的最古的农书，作者是北魏的贾思勰，大约写于公元533至544年间。全物110卷92篇，涉及到作物栽培、耕作技术和农具使用、畜牧兽医和食物加工等各个方面，几乎是一部农学百科全书。

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