亞歷山大里亞時期的古希臘科學2
這個時期的希臘人里面，有些把工程學和科學聯(lián)合起來了，其中最著名的是敘拉古的阿基米德（Archimedes，公元前287－212）。阿基米德到過亞歷山大里亞，據(jù)說他住在亞歷山大里亞時期發(fā)明了阿基米德式螺旋提水器，今天在埃及仍舊使用著。他確是一個精巧的技工，因為根據(jù)西塞羅的記載，他曾做過一具行星儀，包括有太陽、月亮、地球和五大行星的模型，把天體的表面運動復制得相當詳細，連日月食都可以表現(xiàn)出來。阿基米德發(fā)展了天文學測量用的十字測角器，并制成了一架測算太陽對向地球角度的儀器。這個儀器是用一只圓盤和一根與圓盤面成直角的量尺制成，圓盤可以沿量角滑動。在清早，太陽可以用肉眼望得見時，他就把圓盤沿著尺移動，直到圓盤剛好遮著太陽為止。圓盤直徑和圓盤尺上離眼睛距離的比例，就是太陽對向地球的角度。阿基米德的浮力和相對密度原理，又一次證明他的研究工作具有實用的特點。根據(jù)傳統(tǒng)的說法，他發(fā)現(xiàn)希艾羅王的王冠比同重量金子的排水多，證明鑄金匠人用輕金屬在王冠里摻了假。直到阿基米德的時候為止，希臘人總是把物體的重量看作和他的體積成比例的。阿基米德證明情形并非如此，有些物體的密度要比另外一些物體的密度高。
阿基米德在他的著作里，把科學知識說成是根據(jù)自明公理演繹出來的一套理論體系，就象歐幾里得的幾何學一樣�？墒撬芸赡芟仁歉鶕�(jù)實驗取得一些成果，然后再從假說的公理演繹出這些結(jié)果來，因為他在自己的《方法論》一書中告訴我們，他在研究面積和體積時，總是先作一種思想上的“實驗”。他想象把均勻材料切成一定形狀的平面物體通過稱量，以測量它的面積，這樣就對它們的關系有所了解，然后再從數(shù)學上進行證明。在幾何學上，他創(chuàng)立了一種求π值的方法，即圓周的周長和其直徑的關系。一個正多邊形的周長和通過其中心的對角線的比例，是很容易求得的；現(xiàn)在阿基米德證明把這個多邊形畫出來并使它環(huán)繞一個已知的圓周，就可以求得π的數(shù)值達到所要求的任何精確程度。
在亞歷山大里亞，古代名聲最大的數(shù)學家雅典人歐幾里得（Euclid，約公元前330－260）把幾何學系統(tǒng)化了。他的《幾何學原理》看來很少是他自己的立說，而是他把許多分散的定理和證明從各個方面搜集攏來，編為有條有理的課本形式。另一方面，亞歷山大里亞的第一個著名天文學家，薩摩斯人阿利斯塔克（Aristarchus，約公元前310－230），則提出了可能是亞歷山大里亞時期最有獨創(chuàng)性的科學假說。據(jù)阿基米德的記載，阿利斯塔克認為地球每天在自己的軸上自轉(zhuǎn)，每年沿圓周軌道繞日一周，太陽和恒星都是不動的，而恒星則以太陽為中心沿圓周運轉(zhuǎn)。阿利斯塔克敘述這種理論的著作，如果曾經(jīng)寫下來的話，也已經(jīng)失傳了，不過他的學說在當時好象很有名，因為根據(jù)普路塔克的記載，斯多噶派哲學的領袖克利安西曾經(jīng)說過應當控訴阿利斯塔克褻瀆神圣之罪。阿利斯塔克《論日月的體積和距離》一書現(xiàn)在還流傳下來。這部著作在科學上是第一次試圖測量日、月和地球之間的相對距離。阿利斯塔克設想在上下弦即月半圓時，日、月和地球應當形成一個直角三角形，通過測量日、月和地球之間的角距，就可以測算太陽和月亮的相對距離。他量出的角度是87°，根據(jù)這個數(shù)字他就算出太陽和地球的距離是月亮和地球的距離的十九倍，不過實際上這個角度，即日、月和地球距離的比值，還要大些。由于月亮在日食時平均算來都剛好遮著太陽，所以阿利斯塔克設想太陽的直徑是月亮直徑的十九倍。他在月食時又計算了地球影子的寬度，亦即地球的大致直徑，等于月亮直徑的三倍。這樣，他就論證說，太陽的直徑一定比地球的直徑大六倍到七倍。
為了對太陽和月亮的絕對大小和它們與地球的距離進行測算，就先要量出地球的大小。這種測算首先是由昔蘭尼人埃拉托斯特尼（Eratosthenes，公元前284－192）第一次進行的；他當時是亞歷山大里亞繆司學院的圖書館館長。他注意到太陽夏至日那天在塞恩時直接照在我們頭頂上，而在亞歷山大里亞的日光則離開垂直線有七度，這個數(shù)值是從一根有一定高度的桿子所投出影子的長度計算出來的。埃拉托斯特尼計算亞歷山大里亞在塞恩正北面五千希臘里，因此地球的周長是二十五萬希臘里。關于希臘里的計算各有不同，但如果十希臘里等于一英里的話，那么埃拉托斯特尼算出的地球兩極直徑就比我們現(xiàn)在算出的數(shù)值只短五十英里。
埃拉托斯特尼還發(fā)展了數(shù)學和天文的地理學研究。他的前輩曾提出地球是一個具有兩極和一條赤道的圓球，他把這些見解收集攏來，畫出一張當時所知道的地球情況的地圖，上面畫有經(jīng)緯線，并標志出五個地帶：兩個寒帶、兩個溫帶和一個熱帶。他的經(jīng)度的基本子午線在亞歷山大里亞和塞恩之間，并認為這條線經(jīng)過拜占庭。他把36°線稱作為緯度的基本平緯圈，它經(jīng)過直布羅陀海峽和羅德斯島。沿著這個平緯圈，他認為陸地延伸到七萬八千希臘里遠，從大西洋一直到太平洋，余下的都是海。根據(jù)斯特拉波的記載，埃拉托斯特尼認為“如果不是由于廣大海洋的間隔，人們就可以沿著同一平緯圈從西班牙航行到印度”，因為大西洋和印度洋的潮流方向一樣，表明它們是連接的。
阿利斯塔克設想的日心說世界體系，是企圖克服歐多克斯體系本身帶來的困難，這些我們前面已經(jīng)提到過了。阿利斯塔克的見解當時沒有被人接受，因為希臘人一般都擺脫不掉天地迥別的見解，天地不但組成質(zhì)地不同，所遵循的規(guī)律也不同。這種見解就必然產(chǎn)生卑下的地球處于宇宙不動的中心，而比較完善的天體則以均速的圓周運動環(huán)行于較純潔天界的看法。在阿利斯塔克之后，希臘人在克服歐多克斯體系局限性上所做的一切努力，都保留了這種見解。柏加的阿波羅尼（Apollonius，約公元前220年）設想出一種幾何結(jié)構(gòu)，可以用來解釋行星和地球的不同距離。他指出如果行星沿圓周運動，而本輪的中心則在另一個圓周均輪上面，而均輪的中心則是地球，那么行星和地球的距離就會有所不同；通過適當選擇一些圓周，行星的運動就可以從數(shù)量上得到說明。另一個辦法是設想天體運行的軌道都是偏心圓，軌道的中心離開地球中心有一定距離。
這些本輪和均輪的設計都被天文學家尼西亞人希帕克采用了，他是在羅德斯島上居住和工作的。希帕克用一個固定的偏心圓軌道解釋太陽的表面運動，并用一個移動的偏心圓軌道解釋月亮的運動。行星的運動則用一套本輪來解釋。希帕克的最大貢獻是在觀測天文學方面。他收集了以前希臘天文學家以及巴比倫人所作的觀測記錄，并加以比較，有些可靠的記錄可以追溯到公元前七世紀。這樣做了以后，他發(fā)現(xiàn)回歸年，即太陽回到同一的二分點所需要的時間，比恒星年即太陽回到恒星間同一方位的時間要短一點。這里的差異，即分點歲差，他估計為每年約合三十六弧秒，而現(xiàn)代的數(shù)值約為五十弧秒。希帕克看出，為了進行這類觀測，需要為將來的天文觀測家繪制一張星體方位表。因此他就測定了大約1080個恒星的方位，根據(jù)它們的亮度分為六級。希帕克還繼續(xù)做阿利斯塔克測定太陽和月亮大小和距離的工作。他通過觀測月亮在兩個不同緯度的平緯度，發(fā)現(xiàn)月亮距離地球約為地球直徑的三十六倍，這個數(shù)字比較大一點，但是比阿利斯塔克根據(jù)月亮對地球上一個觀測者的張角所測定的九倍地球直徑數(shù)值就要改進得多了。
希帕克在羅德斯島的工作為阿巴米亞人波昔東尼斯（Posidonius，活動于公元前100年）和他的學生羅德斯島人蓋明諾（活動于約公元前70年）繼承下來。波昔東尼斯測量了羅德斯島和亞歷山大里亞之間的距離和緯度差，重新測定了地球的體積。他得到的地球周長是一萬八千希臘里，比埃拉托斯特尼得出的數(shù)值要小，但為古代最后一個杰出的天文學家托勒密所采用了。因此成為公認的數(shù)值�？肆_狄斯？托勒密（Claudius Ptolemy，公元85－165）于公元127年和公元151年間在亞歷山大里亞進行天文觀測。他的測定據(jù)說不及希帕克的觀測準確，有一弧度的四分之一的差誤，而希帕克的測定則精確到不到一弧度的六分之一。可是他測算的月亮離地球的平均距離（29.5倍地球直徑）則比希帕克的（30.2倍地球直徑）比較接近現(xiàn)代數(shù)值。托勒密采用并發(fā)展了希帕克的偏心圓和本輪體系來解釋天體的表面運動。這時已經(jīng)知道天體的周期運動是很多的，因此需要用到近八十個圓周來解釋它們的運動。托勒密本人作了一項發(fā)現(xiàn)，表明這種體系不可能具有客觀的實在性，而且看來他本人可能就把這套辦法看作是為了數(shù)學上的方便才這樣做的。他發(fā)現(xiàn)月亮的運行還存在有第二種不平等現(xiàn)象，即出差，因此又給月亮軌道加上一個本輪來說明這種現(xiàn)象。這個本輪使月亮離地球的距離可以相差到1/2，從而使月亮的視面積產(chǎn)生1/4的變化，而這種差異是沒有觀察到的。
托勒密還進行了古代最后的一項重要地理學工作。希帕克曾經(jīng)設想重要城市和沿海岸據(jù)點的經(jīng)緯度應當加以測定和收集，俾能制成地圖。這樣一個計劃由第拉人馬里諾（Marinus，約公元150年）做了一部分，他的工作被托勒密接收過來并完成了。托勒密有地理學著作八卷，其中六卷都是用經(jīng)緯度標明的地點位置表�？墒撬亩鄶�(shù)地點位置好象都是根據(jù)他的本初子午線和用弧度表現(xiàn)的平緯圈之間的距離來計算的，因為他的經(jīng)度沒有一個是從天文學上測定，而只有少數(shù)緯度是這樣測定的。托勒密采用了波昔東尼斯測定的地球周長的較小數(shù)值，這就使得他所有用弧度表現(xiàn)的陸向距離都夸大了，因為他把每一弧度的距離定為五百希臘里，而不是六百希臘里。這樣一來，從歐洲到亞洲橫貫大西洋的洋面距離，看上去就比埃拉托斯特尼的計算小得多，而這項計算最后還導致了哥倫布從西面駛往亞洲的企圖。托勒密比他的先輩對世界情況熟悉得多。埃拉托斯特尼的地圖東面只到印度的恒河為止，但是托勒密知道有馬來半島和蠶絲之國，即中國。
生物學在亞歷山大里亞的遭遇和物理學、數(shù)學的遭遇也差不多。公元前三世紀在早期那些托勒密家族統(tǒng)治下，醫(yī)學和生物學領域都曾出現(xiàn)過活躍局面，后來在公元第二世紀羅馬人統(tǒng)治下又出現(xiàn)過一次；這中間，生物學還在別處興盛過一個時期。亞歷山大里亞最早的醫(yī)學大師是凱爾昔東人希羅費羅斯（Herophilus，約活動于公元前300年）；他是第一個公開進行人體解剖的人。他看出腦是智力的來源，而亞里士多德則認為是心；而且他把神經(jīng)和動作與感覺的機能聯(lián)系起來。希羅費羅斯是第一個區(qū)別靜脈和動脈的人，看出動脈有搏動，而靜脈沒有。他的年輕的同時代人開俄斯島人埃拉西斯特拉托（Erasistratus，活動于公元前300－260）探索了靜脈和動脈在整個人體內(nèi)的分布情況，包括細脈管在內(nèi)，直到肉眼所能見到的為止。他對神經(jīng)系統(tǒng)，也作了同樣的探索，特別集中在大腦的解剖方面，并把人腦溝回的復雜性和人類的高級智慧聯(lián)系起來。埃拉西斯特拉托和他在亞里士多德學園的老師斯特拉圖一樣，多多少少是一個實驗主義者。他把鳥關在籠子里，看出鳥在兩次喂食期間連續(xù)喪失重量。他對自己老師研究過的呼氣問題也感興趣，極其重視空氣在生理學上的作用。斯特拉圖曾經(jīng)證明局部真空能吸引液體，反之液體也能吸引空氣。埃拉西斯特拉托同樣設想，空氣是在血向下流進身體時被血吸進去的，而在血重又上升時就把空氣排出來。他覺得動脈在正常情況下裝滿了空氣，或者毋寧說空氣被轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N活力靈氣，原因是他發(fā)現(xiàn)死去動物的動脈管是空的。他認為活的動物的動脈管割破后，空氣就逃走了，接著血就出來�？諝膺M入人體，由肺部引進心臟，在心臟里變?yōu)榛盍`氣�；盍`氣由動脈輸?shù)饺恚恍〔糠只盍`氣到了大腦里，在大腦里變成靈魂靈氣，它由神經(jīng)分布出去。
亞歷山大里亞學派到了公元前二世紀就衰退了，這時醫(yī)學也就到別處去安家落戶，主要是小亞細亞大陸。彭都司王的御醫(yī)克拉居阿斯（Crateuas，公元前120－63）收集和描述了許多藥用植物；他是第一個將自己收集和分類的植物加上插圖的。希吉姆人阿波羅尼（Aporronius，約公元前100年）差不多在同時繪制了外科操作和包扎方法的簡圖。后來，尼羅帝軍隊中的一個軍醫(yī)，安那高巴的底奧斯可里底斯（Dioscorides，約公元50年）寫下他的《藥劑學》，一部論述藥物和提煉藥物所用植物的著作，也按照克拉居阿斯的方法附有插圖。
古代最后一個著名的從事醫(yī)學著述的人是蓋侖（Galen，公元129－199），他是柏加曼一個建筑師的兒子，在柏加曼建立了一個藏有許多羊皮紙手稿的大圖書館，因此成為一個重要的學術(shù)中心。蓋侖先在這里學醫(yī)，后來又游歷亞歷山大里亞和其他醫(yī)學中心，最后在羅馬定居下來，當上羅馬皇帝馬可？奧里略和維盧斯的御醫(yī)。蓋侖解剖并考察了死的和活的動物，不過沒有解剖人體。他把一段活的動物的動脈管扎起來，使血管里的東西不向外流，然后切開脈管，發(fā)現(xiàn)脈管里是血而不是空氣，以此證明埃拉西斯特拉托在動脈液的問題上搞錯了。蓋侖的解剖學研究是根據(jù)解剖林居獼猴來的，這種林居獼猴生理構(gòu)造很象人，但也有很大的不同，以致在后來的學者中間引起混淆。他關于人的生理系統(tǒng)見解主要是根據(jù)埃拉西斯特拉托早先提出的體系，不過又吸收了希波克拉底的四體液說和亞里士多德關于人的性質(zhì)的見解。
亞里士多德曾經(jīng)把地上生物分為三個類型：植物型，靠生殖靈魂表現(xiàn)出生長活動；動物型，靠感覺靈魂自己走動；人型，靠理性的靈魂表現(xiàn)出智力。人類三種靈魂都有，動物具有前兩種靈魂，植物只有生殖靈魂。蓋侖設想這三級活力都位于某個內(nèi)部器官里，而且都發(fā)源于一個共同活力──紐瑪，或者說靈氣。當時占統(tǒng)治地位的斯多噶學派，認為空氣是宇宙的呼吸和靈魂，不僅廣大的宇宙，而且人這個微型世界就是靠空氣維持生命的。因此呼吸的作用把人和宇宙靈氣聯(lián)系起來，并通過吸進空氣中的靈氣部分，即紐瑪，而恢復人的活力；紐瑪本身就是氣火參半的東西。
蓋侖把人的三級活力的基礎分別放在消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)里。他認為攝進食物的有用部分以“乳糜”形態(tài)從營養(yǎng)道通過脈門轉(zhuǎn)到肝臟，再變?yōu)樯钌撵o脈血。食物無用的部分則到了脾里，再變?yōu)楹谀懼８问浅砷L生命的本部，管理身體營養(yǎng)和生長的自然靈氣就在這里準備好并注入靜脈血。靜脈血由它的推動者，即自然靈氣，從肝臟以大體上單程的運動轉(zhuǎn)到右心室。蓋侖知道心房瓣只容靜脈血流入右心室而不能倒流，而左心室的血則只能流進動脈而不能流回�？墒撬J為心房瓣不夠完善，因此有一小部分靜脈血從右心室倒流到靜脈里，和一小部分動脈血從動脈回流到左心室里。但是，和傳統(tǒng)的對他的著作的理解相反，蓋侖并沒有認為靜脈和動脈血液有大量地反復流動。除掉流返靜脈的少量血液外，右心室的血或者通過心室的分壁，即隔膜，轉(zhuǎn)入左心室，或者通過肺動脈轉(zhuǎn)到肺里。在左心室里，靜脈血的煙氣和廢物被分出來，并通過肺靜脈排除到肺里。通過同樣的途徑，空氣從肺里通過左心室，在左心室里把空氣里的紐瑪分出來并作為活力靈氣注入血液。這樣制成的鮮紅的動脈血然后由它的推動者活力靈氣帶進動脈，再通過動脈傳到身體的各個部分，從而使它適合于作動物的各種活動。有些動脈通到腦子下部的細血管網(wǎng)，亦稱迷網(wǎng)（rete mirabile），在這里活力靈氣就轉(zhuǎn)變?yōu)殪`魂靈氣（從靈魂anima而來）。這種靈魂靈氣接著分布給神經(jīng)（神經(jīng)被認為是許多空管子），從而使身體各部分有了感覺。
分享到：