自然科学史
[英]梅森
译者的话
第一章 导言
第一部分 古代科学
第二章 巴比伦和埃及文明时期的科学
第三章 苏格拉底以前的古希腊自然哲学
第四章 雅典的自然哲学
第五章 亚历山大里亚时期的古希腊科学
第六章 罗马和古代科学的衰退
第二部分 东方和中世纪欧洲的科学
第七章 中国的科学和技术
第八章 印度的科学
第九章 穆斯林国家的科学和技术
第十章 中古欧洲的工艺和手工业传统
第十一章 中世纪的学术传统
第三部分 十六、十七世纪的科学革命
第十二章 哥白尼的世界体系
第十三章 吉尔伯特、培根和实验方法
第十四章 伽利略与力学
第十五章 笛卡儿：数学方法和机械论哲学
第十六章 科学革命和新教徒的改革
第十七章 万 有 引 力 论
第十八章 十七世纪的光学
第十九章 医学和血液循环的学说
第二十章 从炼金术到医学化学
第二十一章 近代初期的一些科学应用
第二十二章 十七世纪的科学社团
第四部分 十八世纪的科学：民族科学传统的兴起
第二十三章 十八世纪的科学应用
第二十四章 十八世纪的科学背景
第二十五章 天文学和十八世纪的牛顿哲学
第二十六章 燃素说与化学革命
第二十七章 十八世纪机械物质世界的进步观
第二十八章 进化和生物的巨大链条
第二十九章 德国的自然哲学
第三十章 胚胎学：个体有机物的发育
第三十一章 活的有机体的结构和机能
第三十章 细胞学说
第五部分 十九世纪的科学：工业和学术变革的促进者
第三十三章 地质学的发展
第三十四章 十九世纪时期的物种进化学说
第三十五章 十九世纪法国和英国的科学团体
第三十六章 化学和物质的原子论
第三十七章 光的波动说
第三十八章 电学和磁学的发展
第三十九章 热力学：能量转换的科学
第四十章 科学与工程学
第四十一章 化学与微生物学的应用
第六部分 二十世纪的科学：新领域和新动力
第四十二章 近代生物学的几个方面
第四十三章 相对论
第四十四章 量子论与原子结构
第四十五章 天体物理学和宇宙结构学说
第四十六章 意大利与德国的科学和民族运动
第四十七章 美国和苏联的科学概况
第四十八章 科学和历史
[英]梅森
译 者 的 话
近年来，西方出版的自然科学史著作中，梅森的这本《自然科学史》是有特色的。不仅因为它收集的材料，比较系统完整，而且对各历史时期科学发展的阐述，比较简明扼要。应当指出的是，作者注重了“工匠”的历史，对“匠人”在自然科学形成和发展中的作用有所反映，使人看到直接进行生产实践的劳动人民对科学发展作出的贡献。当然，由于作者缺乏自觉的唯物史观，这个思想没能贯彻始终。至于自然科学的发展与社会阶级斗争、生产实践的关系，以及科学发展中唯物论与唯心论、辩证法与形而上学两种世界观斗争等问题，就更没有得到正确的论述。这显然是由作者的资产阶级立场和世界观所决定的。
《自然科学史》对我国古代科学技术的阐述，在观点上、材料上，都存在着不少问题。如在“中国的科学和技术”一章中，作者把南宋理学家朱熹捧得很高，说他的论述“代表了中国科学最优秀的成就，是敏锐观察和精湛思辨的结合”；把宋朝统治者的穷奢极欲、残酷剥削农民 ，说成是“统治方式比较宽容”；对佛教传入中国，认为是“填补了当时人们精神上的空虚”等等，都是错误的，希望读者分析批判。关于书中材料上的错误和问题，则已由译者作了一些注释，加以纠正和说明。
本书作者斯蒂芬. F. 梅森，是英国埃克塞特大学的化学讲师。他的《自然科学史》是在1956年出版的，1962年又加以修订。现在这个译本是根据科利尔书店1970年第六次印刷的修订版译出的。
[英]梅森
第一章 导 言
我们今天所知道的科学，是人类文明普遍进程中一个比较晚的成果。在近代历史以前，很少有什么不同于哲学家传统，又不同于工匠传统的科学传统可言。但是，科学是源远流长的，可以追溯到文明出现以前。不管我们把历史追溯多远，总可以从工匠或学者的知识中发现某些带有科学性的技术、事实和见解；不过在近代以前，这些知识或服从于哲学传统，或服从于工艺传统的要求。例如，哲学的考虑就限制了古希腊人的重要科学成就，使他们的两个主要的天文体系都和古代人已知的观测事实有着矛盾。
科学主要有两个历史根源。首先是技术传统，它将实际经验与技能一代代传下来，使之不断发展。其次是精神传统，它把人类的理想和思想传下来并发扬光大。如果我们根据石器时代人类的工具发展的连惯性以及他们的葬仪和洞内壁画来看，可以说这两种传统在文明出现以前就已经存在了。在青铜时代的文明中，这两种传统大体上好象是各自独立的，一种传统由工匠保持下去，另一种传统则由祭司、书吏集团保持下去，虽则后者也有他们自己的一些重要的实用技术。
在往后的文明中，这两种传统大都是分开的，不过这两种传统本身也都分化了，哲学家从祭司和书吏中分化出来，不同行业的工匠也各自分开、自立门户。偶然的接近也有，特别在古希腊时期，但总的说来，一直要到中古晚期和近代初期，这两种传统的各个成分才开始靠拢和汇合起来，从而产生一种新的传统，即科学的传统。从此科学的发展就比较独立了。科学的传统中由于包含有实践的和理论的两个部分，它取得的成果也就具有技术和哲学两方面的意义。这样以来，科学就反过来影响它的根源，而且实际上后来科学对于那些离开它的直接根源最远的领域也都产生了作用。以上这些，再加上科学运动的内在发展，就是本书所要讲的内容。
[英]梅森
第一部分 古代科学 第二章 巴比伦和埃及文明时期的科学
在最早的城市文明出现之前，人类就已经掌握了相当数量的技术、工具和技能。旧石器时代的人发明了形形色色的工具，用来制造用具和狩猎的武器；新石器时代的人则作出了最重要的革新，即定居的农业生产方式，时间也许最近也要在公元前6000年。石器时代的农业生产很快就消耗掉土壤的肥力，这个因素好象限制了多数新石器时代村社的规模和稳固性。在印度河流域、底格里斯河和幼发拉底河流域、尼罗河流域，这种限制就比较小些，因为河水一年一度的天然泛滥带来一层肥沃的新淤泥。在这些流域就有比较多的定居村社繁荣起来，它们排干沼泽，灌溉荒芜的土地，使固定耕作的面积有了相当大的发展。这些村社的规模不断增大，从村落发展为乡镇，从乡镇发展为城市，与此同时，由僧侣祭司统治的管理体制也发展起来，组织人们生活上的各种复杂活动。这样，在公元前3000年的一个世纪左右的时间里，在的底格里斯河和幼发拉底河流域以及尼罗河流域就出现了最早的一些城市文明。
这些最早的中东文明的工匠技术，比起较早的新时器时代的工匠技术来，有显著的进步。在公元前4000年时，底格里斯河和幼发拉底河流域的苏美尔人发明了犁，并且利用家畜来拖犁，从而由新时器时代人的小块耕作过渡到大规模田地上的农业生产。他们制造了用动物拖动的轮车，建造船舶，并使用陶轮来制造焙干的陶器。约在公元前3000年左右，苏美尔人在冶金方面已经达到了青铜时代的最高水平。他们懂得将某种矿石放在火中还原就能获得铜，铜能熔化并铸成各种形状的器物，铜也能和锡制得更硬和更易熔化的青铜合金。埃及人的生产设备也差不多，不过直到未开化的喜克索斯人入侵埃及（约公元前1750年）之前，埃及人尚未使用青铜和有轮子的运输工具。
这些工艺技术的产品是由祭司、书吏统治的组织掌握和分配的。由于祭司要处理的物资数量很大，种类又多，看来光凭记忆来记帐是不行的。因此祭司就把经手的产品在泥板上刻下记号，作为持久记录，再将泥板晒干和保存起来以备查考。这些记号包含数字以及所计数的产品略图。他们书写的这种泥板给我们提供了最古老的计数制和图画文字记载。苏美尔人的最早记录是在公元前3000年左右，记的只是寺庙中仓库里物品进出的帐目。后来的计数制和图画文字都变得固定化了，关于数学、天文、医学、神话、历史和宗教的文献也就开始出现了。
在文明的青铜时代，早期记录中的图画符号简化成表意形式，至于那些无法描绘的东西则用任意指定的办法来表达。这样的文字在中国还存在，中国的表意字的数目随着语言的发展而不断增加。在苏美尔，由于不仅用表意文字来代表它所描绘的对象，而且还用它来代表这个对象名称的声音，从而减少了符号的数目。由于采用这种办法，几个表意字合在一起就可以代表一个复杂的词或短语，这就使得许多符号都成为多余。在苏美尔的最早记录中，使用的符号约有两千个左右，但在公元前2500年左右时，符号的数目已经削减到六百个左右。与此同时，符号还进一步得到简化，最后变为楔形刻痕的组合，这就是楔形文字。在他们北面的闪族阿卡德人按照他们语言的发音，也采用楔形文字进行书写。直到希腊时代之前，凡是在美索不达米亚建立统治的每个民族都是这样做的。
苏美尔的数字起初是用芦管划在泥上的痕迹来表达的。小于十的数字用芦管斜划的痕迹来记下，痕迹的数目等于要记下的数目，十位数和十的倍数则用芦管竖划的痕迹来记下。与这种十进制记数法并行的，还有一种以六十为基数的记数法。用一根小芦管来划个位数和十位数，再用一根大芦管斜划来记六十的个数，竖划则代表六百的个数。在公元前2500年左右，十进位计数法已废弃不用，并使用书写楔形文字的楔形尖笔来代替芦管。单独一个竖划表示六十的幂次──1、60、3600等，而两个竖划形成一个角度的箭头记号则表示10、600、36000等。这些符号所代表的特定值是根据它们在一个给定的数字中的位置来定的，就同我们现在使用的印度─阿拉伯计数法一样。
在公元前2500年以前，苏美尔人已经制订了乘法表，他们用长乘宽来求得矩形田地的面积，又用长、宽、高相乘，来求得砖堆之类的体积。在计算圆的面积和圆柱体的体积时，他们取π值为3，这可能是用直接测量的办法来决定的，为了简便起见就取了整数。
公元前2000年左右，苏美尔人被外族征服，他们便在历史上消失了，只有他们的语言和文字，和中古时代的拉丁文一样，作为传递知识和举行宗教仪式的工具被人们保留下来。当时美索不达米亚的统治者是闪族的巴比伦汉谟拉比（Hammurabi）王朝。他们设立了附属于寺庙的学校，专门培养祭司官吏。在那里数学得到进一步的发展，采用了苏美尔人表示整数的同样办法来记分数。用尖笔写的竖划现在不仅代表1、60、3600等，同时也代表1/60、1/3600等，箭头记号既代表10、600等，同时也代表1/10、1/600等。其他分数则分解成为这些以60为基数的几个分数单位，至于象1/7、1/11等不能这样分解的分数，则采取近似值如“四舍五入”的办法。
有了这些分数后，就可以用被除数同除数的倒数相乘的办法来作除法运算。为此人们制订了倒数表，但是象1/7等难以处理的数的位置则是空着。数的平方表、平方根表和立方表也都有了，并用来解决二次方程和三次方程。在几何学方面，巴比伦人知道半圆的内接三角形是直角三角形，还知道直角三角形的所谓毕达哥拉斯定理，这不限于特殊事例，而是充分地掌握了这个定理的普遍性。巴比伦人的几何学同他们的算术一样，具有明显的代数性质，而且一律通过具体例子表达出来。从他们所使用的方法可以看出，巴比伦人已经知道几条一般性的代数法则，但是在叙述数学问题时，则只将方程式的系数写成特定的数值。
总的来说，埃及人在数学分面的成就不及巴比伦人。埃及人关于π有了更接近的值，即256/81，但是他们只能解简单的线性方程，也不知道巴比伦人已经掌握的关于直角三角形的各种性质。埃及人没有发现用数字的位置来决定数字在数目中的值的办法，也不会将分数简化为约定的基数，这种简化手续在巴比伦人那里是和计数的位值制结合在一起的。大约从公元前3000年开始，埃及人使用以十为基数的计数法，个位数用重复一个笔划的办法来记下，到九为止，十、百、千则用其他符号表示，并且也用重复的办法来表示它们的倍数。这种计数法使计算工作很困难，就象类似的罗马计数法一样。
在天文学方面，埃及人的成绩也不如巴比伦人。可能是巴比伦人相信占星术的缘故，他们对于天象的观察很仔细，遗留下不少天文学纪录；埃及人的天文观测记录没有保存下来，但我们从棺柩盖上的铭文和所画的天象图发现，埃及人将天球赤道带的星分为三十六群。他们将一年分成以十天为周期的三十六段，每当一个星群在黎明前恰好升到地平线上时，就标志着一个十天周期的开始。埃及人知道一年差不多是三百六十五天，因此在三十六个十天周期之外又加上五天。这个发现可能是将好多年来尼罗河每年定期泛滥之间相隔的天数加以平均而得出的，而埃及人就是以尼罗河泛滥作为新的一年的开始的。在公元前2700年左右，埃及人用天狼星的升起来调整他们的历法，这颗星在尼罗河泛滥期刚好在黎明之前升起来。
巴比伦人没有法定的记年。他们用太阴历计算时间，为了使这种历法同季节性的农业节日符合，他们就每隔几年再加上一个月。在公元前2000年左右，巴比伦人的一年是三百六十天，一年分十二个月，每个月是三十天。除了月份以外，巴比伦人还给我们提供了另一个时间单位，即星期。他们用太阳、月亮和五大行星的名字来称呼星期中的七天。将一天分成以二小时为单位的十二时，每小时分为六十进位的分，每分分成六十进位的秒，也都是他们创始的。此外，我们用来称呼各个星座的那些名称也都是巴比伦人取的，他们还将太阳在天球经过的赤道带中那些星座（黄道）画成同月份相应的十二群。
在美索不达米亚所进行的天文观测中，最精确的要算是行星的运动。早在公元前2000年，他们就注意到金星在八年中有五次回到同样的位置。从大约公元前1000年起，美索不达米亚人的观测就相当精确，而从公元前700年起，这种观测就被系统地记录下来。这就使他们对天文上的主要周期性现象（如行星的周期等）能计算出正确的平均值，对天文现象能作出准确的预测。例如，美索不达米亚人发现了“沙罗周期”，即日食每隔十八年发生一次。后来在公元前四世纪时，他们还发现了一种代数方法，能将复杂的周期性天文现象分解成许多简单的周期效应，例如，他们发现太阴历每月平均是二十九又四分之一天，而相对于这个平均数的偏离也是有规则的和周期性的。后来的希腊人把这种方法表现为几何形式，这在近代时期以前一直是分析天体运动的主要方法。
直到希腊时期以前，美索不达米亚人并不用几何方法来解释天文观测，因此，他们对于例如宇宙的空间特性等问题的看法始终是同他们的科学分开的。起初，美索不达米亚人设想天和地是浮在水上的两个扁盘，不过后来则将天想象为半圆的天穹覆在水上，水则包围着地的扁盘。天穹上面是更多的水，水外面是诸神的住处。太阳和其他天体都是神，他们每天从自己的住处出来，在静止的天穹上描出有限的轨道。诸神执掌着地上发生的事情，所以天体的运动被看作是诸神赋予世人规定的命运的种种朕兆。
在古埃及，人民对于宇宙结构等问题的看法也没有多大不同。在他们那里，世界好象是一只长方盒子，稍呈凹形的大地是盒子底，天是盒子的顶，撑在从大地四角升起的四座大山顶上，形状是平的，或者有些拱起。环绕大地周围的是宇宙之河，尼罗河是宇宙之河从南方分出来的一个支流，流过大地的中央。这条宇宙之河的河面并不比支撑天空的山顶低多少，所以可供每天越过天空的太阳神所乘的船行驶。太阳船总是尽可能地靠近大地这一边的河岸，所以在尼罗河泛滥时，船同大地的距离就比冬天的时候近，这样就用太阳的方位来说明了季节的变化。
这个世界都被想象为从原始的一团混沌的洪水中产生出来的。天、地、空气和其他自然界万物和自然力都被人格化为各中神祗，这些神祗是由混沌时期的阴神和阳神结合而生出来的。然后，那些比较年轻的各种自然力（或者神）就发出咒语和号令，继续做整顿宇宙的工作。在美索不达米亚的创世神话中，还叙述到一个较晚的时期，那时年轻的神用自己的体力去驯服自然，并同年长的混沌之神斗争。这类关于创世的神话好象是人类关于古代文明起源的讴歌式回忆。首先是原始的部落在克服洪水的过程中夺回土地，他们还把繁殖后代看作是头等重要的事。然后是由祭司控制的较复杂组织将工作继续下去，而祭司是通过发号施令来统治的。最后，在美索不达米亚出现了一批城市的统治者，或战斗的王侯，他们攻城掠地，用军队的力量来进行统治。但埃及人并不把战争或武力看作是治理世界的方法，他们的神很有威力，但并不强暴。国王的统治和对自然力的控制在埃及要比在美索不达米亚有把握得多。尼罗河每年的泛滥是有规律的，可以预计的。但底格里斯河和幼发拉底河的泛滥则是不能断定的，它使人们害怕，而不受到欢迎。这种泛滥是混沌的再现。埃及的各个王朝时间都很长，其统治都遵循既定的法典，而美索不达米亚的各个王朝则是短暂的，制度不定，没有成规可循。在埃及，未来似乎是安定和可以预测的，但在美索不达米亚，未来就不大有把握，为了预测未来就要用占卜的神秘方法，譬如采用占星术或观察祭神牲口的肝脏等。
美索不达米亚人在天文学方面的成就所以较大，可能是由于他们对占星术的重视，但是埃及人在医学方面则更加在行。楔形文字的医学文献没有比公元前七世纪更早的，但埃及人关于医学问题的纸草书则可以追溯到公元前2000年，其中还含有伊姆荷太普（Imhotep）时代的更早材料。伊姆荷太普是公元前2980年左右的佐塞王（Zoser）御医和大臣。按照传统的说法，伊姆荷太普是埃及医学的奠基人，后来便被奉为神圣，成为医学的祖师爷。在古代的美索不达米亚，想来也存在着医生的职业，因为巴比伦的汉谟拉比在公元前2000年左右所颁布的法典中规定，对一次成功的外科手术付给2－10舍克勒白银的报酬（一个工匠在当时每年收入约为10舍克勒白银），但是手术失败了，就要将医生的手砍掉。
在埃及人和后期美索不达米亚人的医学文献中，用“妖魔”解释疾病的理论都很流行。疾病被人格化为一种邪恶的精灵，医生使用引起呕吐和腹泻或难受的药物，企图将妖魔从病人身上驱除掉。最早的埃及医学文献主要是开列各种药方，以供开业的医生使用，各种疾病只是含糊地提到一下，不作详细描述。公元前1600年左右的埃伯斯医学纸草书不同于其他医学文献的是：其中对约四十七种疾病作了描述，指出病人的症状，以及诊断与处方。晚期的文献则更加带有魔术的性质，描述怎样研究预兆来断定疾病的起因，而医治的办法则是如何将病人身上的妖魔吸引到一尊面粉塑的小像中去烧掉，或者是吸引到一头动物、油膏或符籙中去。
埃及人和美索不达米亚人在解剖学或生理学方面都没有文献留下来，不过埃及人从制作木乃伊的实践中一定具备一些解剖学知识。虽说如此，在埃及的象形文字中用来代表身体各种器官的符号，都是取自动物的解剖，而不是来自人体的解剖。这表明医生和制作木乃伊的人之间似乎没有什么接触。外科学看来也是一种独立的技术。在埃德温？史密斯所藏的公元前1700年左右的外科学纸草书中，其内容是对于外伤的一系列描述，从头部开始一直讲下去。里面开的医疗方法完全是实际的，在后面才加上一些魔术的方子。外伤病例的诊断分为三类：有希望的、不定的和无希望的。最后一类疾病是治不好的，“不应当处理”，这是一种在其他古代医学文献中找不到的诊断。
古代的文献有一个显著的特点，这就是直到相当晚的时期之前，都没有涉及化学方面。医学纸草书中提到的矿石化合物只是作为药物对待，一直要到公元后三至四世纪，在亚历山大里亚出现炼金术时，我们才能找到专门的化学纸草书。美索不达米亚的化学文献可回溯到亚述时期（约公元前七世纪左右）保存下来的一块公元前十七世纪的楔形文字竹简，内容涉及一种用铜染色的铅釉的制造。其文字及其晦涩难解，使用了苏美尔人的表意文字来暗示等同的闪族词，有人认为这表明铅釉在当时是一种晚近和很不寻常的发明，因此必须予以保存，也还需要保密。后来的亚述化学文献则讲得比较直率，但常常提到采用流血和胎胞的仪式，认为它们对冶金术是不可少的，这也许表明他们把金属的生产看成是一种生育。
看来美索不达米亚和埃及的祭司、书吏所记载下来的，主要是他们在执行任务中自己发展的东西：数学是为了算帐和丈量土地，天文学是为了制订历法和占星求卜，医学是为了医治疾病和驱除邪魔。直到相当晚的时期，他们极少记载关于化学、冶金、染色等方面的知识，这类知识属于另一传统，即工匠的传统，他们的经验是口授下来的。僧侣传统和工匠传统之间的裂痕，在当时就被人注意到了。在公元前1100年左右的一份埃及纸草书上，一个父亲劝告他的儿子说：“要用心学习书写，这会使你摆脱一切艰苦劳动，成为一位有名望的官员。书吏不要参加任何体力劳动，他是发号施令的人。我看见过冶炼工人在炉前操作的情况，他的手指就象鳄鱼一样，身上的臭气比鱼子还难闻。我从没有看见过有哪个铁匠受到任命，也没有看见过有哪个铸工当了使节。”
也许是由于工匠传统和僧侣传统之间缺乏接触，它们都变得停滞不前，在青铜时代的全盛阶段很少发明出什么新的东西。祭司、书吏越来越依赖他们的先辈所写下的话，并且对越是古旧的本子越是重视。这种学究式的思想对于新发现的发展是不利的，实际上青铜时代的全盛阶段几乎没有出现什么新的发明。巴比伦的书吏将位值记数法推广到分数（约公元前2000年），埃及的工匠发明了制造玻璃的方法（约公元前1600年），但这个时期最重要的发明，即炼铁方法的发现和字母文字的形成，却是由那些处于青铜时代文明边缘的民族发明的。在公元前2000年时，居住在亚美尼亚山地的基兹温达部落发明了一种炼铁的有效方法，这种方法在公元前1400年后开始传播开来，到公元前1100年后已经尽人皆知了。在公元前1300年左右，腓尼基人发明了一种字母文字，或者不妨说发明了两种字母文字，一种来自巴比伦的楔形字母，另一种来自埃及的象形文字。第二种字母文字更适宜于在纸草上书写，而成为后来印欧文字和闪族文字的祖先。
铁和字母文字的广泛使用是使古代青铜时代文明解体的力量。有了字母文字之后，僧侣集团以外的人也能够读书写字了，工匠在他们制造的器具上留下的名字就说明这一事实。铁比青铜要多得多，甚至以前用木头制造的犁头也用铁来做了。铁制的武器使未开化的民族象希腊的部落那样有力量征服青铜时代的文化，并建立起新的文明。
青铜时代的文明从尼罗河流域与底格里斯河和幼发拉底河流域向外传播，一直包括从希腊大陆到伊朗北部的整个小亚细亚和中东的许多地方。在公元前1000年时，巴比伦接连不断地被侵略者占领，埃及则毁在自己的雇佣兵手中，最后这俩个国家都在公元前500年并入波斯帝国。同样，在希腊大陆上青铜时代的迈锡尼文明也为古希腊人取而代之，而这些希腊人在当时还是未开化的部落。
[英]梅森
第三章 苏格拉底以前的古希腊自然哲学
铁和字母文字的采用，为人类社会提供了新的机会，特别是使那些从事航海贸易，或者那些从野蛮时期直接进入铁器时代，从而在某种程度摆脱掉青铜时代文化传统的社会，充分利用了这些机会。伊特拉斯坎人和腓尼基人，那些从小亚细亚和中东向意大利和北非西移的民族，都是航海者，但是他们保留自己故土的一些青铜时代的传统，诸如观察祭神牲畜的肝脏作为占卜之用的风俗。罗马人和希伯来人是在铁器时代进入文明时期，但是他们主要是种地的，而不是航海者，所以在科学方面没有作出显著的贡献。
只有希腊人是直接从野蛮时代进入铁器时代的文明，并且从一开头就是从事航海的民族。希腊人对空间具有旅行家的感觉或几何感，而这是前希腊时代的定居农业社会和稍后与希腊思想隔绝的农业社会（例如中国的文明）所缺乏的。古希腊人也具有旅行家那种关于各种不同文化和传统的知识，这就使得他们能够从每一种文化和传统中吸取真正有价值的部分，而不刻板地遵循任何一种特殊文化和传统。
希腊的第一个自然哲学家是米利都的泰勒斯（Thales， 约公元前625－545）；人们归之于他的那些成就，就说明这些情况。据说他曾经经商到过埃及，在埃及获得了几何学的知识，还到过美索不达米亚，在那里学到天文学。相传他曾经预测过一次日食，尽管这种预测在那个时代是不可能的；还传说他曾经证明圆周直径把圆周一分为二，这条定理作为事实而为人们所知道。泰勒斯无疑曾经听到巴比伦人和埃及人关于创世的传说，而在这两种传说里，水都是原始的混沌状态，因为他设想万物都是从水产生出来的。他设想大地是一个浮在水上的圆筒或者圆盘，而且天上也是水，所以下雨。
在泰勒斯和其他爱奥尼亚希腊人的哲学里，自然界比在青铜时代的宇宙学里变得比较不那么人格化了。苏格拉底以前的希腊哲学家，倾向于把神从自然界中去掉，设想天体是坚固的物体，而不是有力的人性化的东西。在某种程度的配合上，和他们相近的同时代人，希伯来人亚摩士（Amos），波斯人琐罗亚斯德（Zoroaster）和印度人释迦，也把神和自然分开。这些宗教改革家把青铜时代给神规定的任务缩小了，他的职司是降雨和确保丰收，而且表明神主要关心的是人的精神幸福。因此那些旧的神都变得更加抽象和有灵性，正如希腊人的世界变得更加不是那样人格化而是更加物质化一样。
巴比伦人和埃及人曾经把水，后来又把空气和土，看成是世界的主要组成元素。第二个米利都派哲学家阿那克西曼德（Anaximander， 约公元前611－547）又加上第四元素火，并且设想在元素形成之前还有一种原始物质。四大元素由这种原始物质形成之后，就以土、水、气、火的次序分为四层。火使水蒸发，产生陆地，水气上升把火围在云雾的圆管里。人们眼中看见象是天体的东西，就是这些管子的洞眼，使我们能从洞眼中望见里面的火。藏有太阳的管子直径约为地球直径的二十七倍，藏有月亮的管子的直径为地球直径的十八倍。地球本身是一个圆筒，他的高度约为其宽度的三倍。天以地球为中心把它一层层包围起来，“就象树皮一样”，地球则稳坐在中心，“因为它和万物都是同等距离”。阿那克西曼德深信生物从水元素中产生，而高级动物则是由低级动物发展而来：“生物是从太阳所蒸发的湿的元素产生的。人开头就和另一种动物，即鱼一样。”
第三个米利都派哲学家阿那克西米尼（Anaximenes，约公元前550－475）把气或者空气看作是原始物质，并把其他元素说成是由空气组成。空气变得稀薄后就成了火。他的论证是，空气从嘴里呼出来是热的，而在压力下喷出来时则感到是冷的。同样，通过凝聚的过程，气先是变成水，然后变成土。这些元素之间的差异只是量变的结果，元素只是凝聚或稀薄到不同程度的空气。
这些米利都派哲学家用以解释世界结构和变化的比喻，和巴比伦人与埃及人用以解释世界结构和变化的创世故事迥然不同。希腊人从来不认为机体繁殖或者命令式的咒语是创造世界的本源，而比较多地用工艺过程来作比喻。阿那克西米尼把元素的形成过程比作和毛毡制作的过程一样：“云是象制毛毡一样由空气压成的，把云再进一步压缩就变成水。”阿那克西曼德把世界的形成看成是一种烹调过程，而火则是起促成作用的活跃因素。把火列为四种元素之一，这种做法本身就表明这些哲学家对工艺感到兴趣，因为用火不是他们而是厨师、冶金匠和制陶者所擅长的事情。
苏格拉底以前的哲学家和巴比伦人一样，都用侵犯和报复的比喻。巴比伦人曾经把火石发出火星，解释为神因火石侵犯到他们而对火石施加的惩罚。同样，阿那克西曼德把元素的变来变去和元素形成物体，也看作是侵犯和报复的过程：“而当东西变成那种形式之后，它们就消失了，这也是合理的，因为它们按时间的顺序相互赔偿和满足。”所以冬天冷得罪了热，到夏天热就对冷进行报复。万物都将消逝，因为一物出世，就得罪了现存的事物，因此必须对它进行报复。自然过程中存在着一种报复原则，这种见解是从人类社会的风俗习惯引伸出来的比喻，因为报仇的行动在法律的正当手续出现以前是经常采用的。由于这个原因，希腊语中“因”（艾其亚aitia）这个词的古义就是“罪”。这种见解终于为自然界和人类社会一样是由法律统治的见解所代替了。
爱菲斯的赫拉克力特（Heraclitus，约公元前550－475）广泛应用了报复思想作为解释世界秩序的原则。他设想这样一个原则统驭着天体运动、元素的相应变化和自然界所有的过程。报复是一种变的原则，而赫拉克力特所着重研究的就是自然界的变化过程，而不是世界的结构特征。他认为火是万物之本原和形象，燃烧的火焰象征着自然界中的普遍川流不息的现象和变迁。火是万物的基础，因此在自然界一切质的变化后面，由于受报复原则统治着，物体之间存在着一种量的连续性，由一种类似商业交易中使用的原则统治着：“万物都换成火，火又换成万物，正如货物换成黄金，黄金又换成货物一样。”
这种商业性的比喻，特别在它强调自然现象的量的特征方面，也有助于毕达哥拉斯派和原子学派体系的形成；这些学派都认为数的单位或者分立的微粒是宇宙的基础，就像铸币的定量单位为商业提供基础一样。据说毕达哥拉斯派哲学家他林敦的斐洛劳斯（Philolaus，约公元前480－400）曾经讲过这样的话：“你可以看见数的力量不但在鬼神的事情上起作用，而且在一切人类行为和思想上，在一切手艺以及音乐上，都起作用。”
毕达哥拉斯（Pythagoras，约公元前582－500）出生在萨摩斯岛，但是他离开自己的故乡到了意大利南部的希腊属地克劳东，在那里成立了一个献身于数学研究和宗教修养的秘密结社。这个结社里有男女社员，地位一律平等。一切财产都归公有。连他们在数学上的发见也被看作是结社的公共财产，不过对外界保持秘密而已。可是毕达哥拉斯派到了公元前五世纪就分裂为科学派和宗教派，而他林敦的斐洛劳斯代表的科学派，就把毕达哥拉斯派的那些见解公布出来了。
在毕达哥拉斯派看来，数为宇宙提供了一个概念模型，数量和形状决定一切自然物体的形式。开头他们认为数是由单位点或者质点所形成的几何、物质和算术的实体。他们把这类单位点安排在各种几何图形的角上，称它们为三角形数、平方数，等等。这样，在毕达哥拉斯派看来，数不但有量的多寡，而且也有几何形状，而且他们就是在这个意义上把数理解为自然物体的形式和形象。
在数学上，毕达哥拉斯派发现他们的见解是自相矛盾的。那个用毕达哥拉斯命名的几何定理，表明直角三角形两边平方的和等于斜边的平方。在某些这类三角形上，斜边的长度是无法测量的，一个最简单的例子就是一个等腰直角三角形，其斜边的长度是其他两边之一的长度的 倍。毕达哥拉斯派表明， 既不能用整数表达，也不能用几个整数表达，而且由于他们对数量和数采取了原子的观点，就发现自己面临一个难关。这种进退两难的局面是以两种方式解决的，一种用数学方式，另一种用物理方式。用数学方式解决，只好基本上放弃算术办法，而把注意力集中在几何学上，因为 即使不能用一定数目的单位点表达，也可以用一条固定的长度表达。用物理方式解决，原子论者就放弃了毕达哥拉斯的单位点的数字性质，而去研究单位点的物理性质。
在毕达哥拉斯派看来，宇宙按照贵贱和完善程度的次序可分为三个部分。这三个部分是乌兰诺斯（Uranos），或地球和月层下面部分；考司摩斯（Cosmos），或以恒星为界的交界部分；奥林波司（Olympos），或诸神的居所。地球、天体和整个宇宙，是一个圆球，因为球形是一切几何立体中最完善的。宇宙中各种物体都作均匀的圆周运动，因为圆是完善的几何图形，而天体的运动越慢，它们的地位就愈加高贵和神圣。天体运动必须是均匀的圆周运动的假设，这个一直到近代都控制着天文科学的原理，为一个后期的希腊天文学家罗德斯岛的盖明诺（Geminus， 约公元前70年）说明如下：“第一个研究这些问题的是毕达哥拉斯派，他们提出了太阳、月亮和行星的均匀圆周运动的假说。他们认为拿神圣的和永恒的天体来说，设想他们的运动时而快，时而慢，甚至停止在所谓行星站上，都是不能容许的。即使是在人类活动的范围内，这样一种不规则性也是不合一个上流人士的从容举止的。而且即使生活上的一些生硬要求时常迫使人们有时变得匆忙或者彷徨，我们也不能设想星体的不灭本性会使它们碰上这种机会。由于这个理由，他们就根据均匀的圆周运动假说来解释宇宙现象的问题。”
毕达哥拉斯派觉得日、月、行星在它们的各自周期中要由西向东环绕天层，同时每二十四小时要以相反的方向转动，这从唯美的角度看是不满意的。为了克服这种不满意的现象，并满足贱星体比贵星体走得较快的原则，斐洛劳斯就设想地球每天沿着由西向东的轨道围绕处于宇宙中心的火团走一圈。它在运动时总是以同样的一面朝着中心火团，就象月亮总是以同一面朝着地球一样。希腊是处在地球背着中心火团的一面。但是即使在朝着火团的一面，火团也仍是望不见的，因为在地球和火团之间另外还有一个叫“反地”的东西，它和地球运行得一样快，并且永远遮着火团。
毕达哥拉斯派提出的地球每日环绕火团的假说，说明了天层对于地球的表面上的周日运转，而且表明宇宙中所有运动着的天体都以同样的由西向东的方向环绕中心火团，它们的周转期视天体的贵贱而增减。地球是宇宙中最贱的天体，所以每天绕火团一圈，月亮每月绕火团一圈，太阳是一年，行星的周期就更长，而那些恒星则是静止的。这样的见解要求地球每天运行一段固定行程时，恒星应当在薄暮和破晓之间改变它们相互的视位，除非恒星和地球的距离是无限远。毕达哥拉斯派认为天体和中心火团的距离和音阶之间的音程具有同样的比例，这就把恒星放在离地球的有限距离之内。可是恒星视差，即恒星相对视角方位的移动，当时并没有被人观察到，所以原来的毕达哥拉斯的世界体系还得加以修正。恒星不出现视差，意味着地球环绕中心火团的周日轨道，要比以前设想的小得多。根据上述的含义，两个毕达哥拉斯派学者，希克图斯（Hicetas）和艾克方杜斯（Ecphantus），同是叙拉古人，他们都假定地球处在宇宙的中心，并每天在地轴上自转，这一见解解释了不出现恒星视差的现象，并保持了毕达哥拉斯学说的主要轮廓。
意大利南部的毕达哥拉斯学派也有他们的生物学家和解剖学家。最早出名的有克劳东的阿尔克梅翁（Alcmaeon），其活动时期约在公元前五世纪。据说他曾经通过解剖发现把眼睛和脑联系起来的视角神经，和联系耳朵和嘴的欧氏管（Eustachian tubes）。阿尔克梅翁认为人和整个宇宙是在同一设计上建立起来的，人是整个宏观世界的微观缩影。这种见解成了毕达哥拉斯派学说的一个固定成分。
另一个受毕达哥拉斯派影响的哲学家，是西西里岛阿格立真坦的恩培多克勒（Empedocles，约公元前500－430）。恩培多克勒认为万物都是四种元素在数量上不同比例的配合，就象一切颜色都是画家用四种不同数量的颜料调和起来的一样。使元素化合和分离的力量是爱和憎，这两种力都包含在元素固有的本性上。水和土联合一起，是因为它们都具有冷的性质，然而它们同时又是对立的，因为水性湿而土性干。同样，空气与火同是热的，但一个湿，而另一个干。还有，水与空气，土与火，都同时具有相同的性质，又具有相反的性质。
恩培多克勒对生物演化有一个古怪的理论，这说明毕达哥拉斯派即使在单位不一定具有数字意义时，也倾向于根据单位来考虑问题。恩培多克勒设想开头有动物和人身的各种部分，如眼睛、腿、臂、头等等，各自在单独游荡。这些单位部分由于爱的吸引碰巧合在一起，这就产生了现在的生物以及各种怪物。有些有许多腿，另外一些是人头牛身，但是这些都不能生育，而只有那些具有必要的生存属性的遗留下来：“许多生物的族类过去一定不能继续传种：因为目前存在的任何一个物种开头出世时都靠策略或者勇敢或者速度保护和保存了自己。”
那些原子论者把单位的自然观更推进了一步，从生物界扩大到物理世界。早期的原子论者是米利都的留基伯 （Leucippus，约活动于公元前440年）和阿布地拉的德谟克利特（Democritus，约活动于公元前420年），他们的贡献是不可分割的。他们相信宇宙间万物都是原子组成的，而原子是不可分的物质。宇宙间有无数的原子，并在一个无限的虚空中永远运动着。它们从亘古以来就已经存在，因为它们既不能创造出来，又不能毁灭掉。原子的大小、形状、可能还有重量，都各自不同。原子靠它们在虚空中的运动（多为旋涡式运动），把较大的一些原子赶到旋涡的中心，在那里就形成了地球。这种大的土原子相互连结起来，所以动作受到限制；它们只能跳动或振动。较细的水、气、火原子被赶进空间，产生一种环绕地球的旋涡运动，地球外面的大原子聚在一起形成湿块，靠它们通过旋涡时的运动变得干燥而且燃烧起来，这些就是天体。由于原子的数量无穷无尽，而且它们运行的空间也是无限的，就出现许多世界，有些产生出来，另外一些则死亡掉。有些世界没有太阳或月亮，另外一些则有几个太阳和几个月亮，但是都有其开始和终结。和多数爱奥尼亚哲学家一样，德谟克利特认为地球是一个圆柱体，而不是如毕达哥拉斯派认为的一个圆球。
原子论者设想生命是从一种原始粘土中发展起来的，草木禽兽如此，人也如此。人是宇宙的缩影，因为人含有各式各样的原子。生命和灵魂就象火，因为它们都是由小的球形原子组成的。这种原子经常从人体中排出来，又经常从空气中为人所吸收进去，因此当呼吸停止时，生命就结束了。原子论者的宇宙论完全是机械的；万物都是预先决定的──“过去、现在和未来的一切事物都必然是预先注定的”。他们并不用人类目的、爱和斗争或者报复原则等比喻来解释世界的活动。在这一方面，值得一提的是和德谟克利特同时的阿布地拉的普罗塔哥拉（Protagoras）曾经提出这样的看法：犯罪者应当惩罚，这不是为了进行报复，而是为了防止继续犯罪。
早期的希腊医学主要有三种趋向。第一种，可能是最早的，是供奉医神伊司古拉比司的神庙医学。第二种是意大利南部毕达哥拉斯派的哲学医学。第三种是希波克拉底的比较实际的爱奥尼亚学派。希波克拉底的著作是希腊最早的医学文献，其年代开始于公元前四世纪。这些医学著作与其说是个人写的，还不如说是一个学派的集体著作，柯斯的希波克拉底（Hippocrates，约公元前460－377）不过是这一派的一个突出的人物。这一学派把医学看作是一种艺术或者技术，而不像毕达哥拉斯派那样看作是一种理论科学，虽然他们也发展了自己的理论。他们创立了一种人身有四种体液的学说，这就是黑胆汁、血液、黄胆汁和粘液，四种体液调和，人就健康，任何一种多了出来，就使人生病。这种学说好象是根据观察血液中存在的四种物质来的：一种黑色血块，代表黑胆汁；一种红色液体，相当于血液；一种黄色浆，亦即黄胆汁；一种纤维蛋白，则是和粘液有关系的。
[英]梅森
第四章 雅典的自然哲学
雅典并不象爱奥尼亚群岛和意大利南部那些希腊城邦发展得那样早，不过它的文化却显得比较稳定和持久。那些爱奥尼亚城邦在公元前530年都被波斯征服了。几年后，米利都城完全摧毁。爱奥尼亚人的衰落使雅典间接得到好处，因为这样一来黑海沿岸和希腊殖民地的贸易就落在雅典的手中了。在政治上，雅典领导各城邦和波斯人进行的斗争，于公元前490年马拉松战役中在陆上击败波斯军队，十年后又在海上击败了波斯人。雅典的手工业发达起来了，特别是从梭伦（Solon，约公元前639－559）执政时期起，根据普路塔克（Plutarch）的记载，梭伦颁布：除非父亲教给儿子学会一项生意，儿子就不需要奉养父亲。在这个时期，据说曾经出现过许多发明家；诸如斯基泰人安纳查昔司（Anarcharsis），就曾发明了风箱，并改进了铁锚和制陶的轮子；萨摩斯人特奥多鲁斯（Theodorus）发明了杠杆、三角板、车床、量尺和钥匙。当时的希腊语“Sophia”一词也仍旧用来指工艺技术，而不是指智慧。
在战胜波斯人之后，雅典进入了一个繁荣昌盛的伟大时期。伯里克利把米利都最后的一个哲学家阿那克西米尼的学生阿那克萨哥拉（Anaxagoras，公元前488－428）带到雅典，以丰富城邦的文化生活。阿那克萨哥拉是一个典型的爱奥尼亚哲学家，主张地球是一个圆柱体，而不是如毕达哥拉斯派所认为的圆球。他还遵循自己学派的说法，声称他相信天体和地球的性质大体上是同样的，而不是如毕达哥拉斯派所说的那样神圣。泰勒斯曾经设想磁石有灵魂，因为磁石能移动铁块；阿那克萨哥拉也发挥了这种见解，把一切运动都归之于心灵或灵魂的作用。
他认为太阳是一块烧得又红又热的石头，比希腊大不了多少。月亮和行星也和地球一样，月亮上面也有山和居民。他是第一个设想月光是日光的反射的人，也是第一个用月影盖着地球和地影盖着月亮的见解来说明日食和月食的人。由于他否认天体是神圣的，阿那克萨哥拉被控亵渎神圣，亏得伯里克利的调解才得活命。
阿那克萨哥拉设想月亮上有山，表明他很仔细地观测了天象。到了他的晚年，雅典的天文观测就由默冬来进行；他在公元前432年的奥林匹克运动会上宣布发现人们所说的默冬章，即太阴周。这个周期是十九年，其太阴月是一个整数，所以这个周期可以很方便地用来调整历法。当时美索不达米亚的居民已经知道这种周期，并作为他们标准的历法周期，但是并没有为希腊人所采用。
雅典的社会到了默冬时期已经发达起来，并且逼使手工业和哲学传统分家。约在梭伦采取提倡手工业措施的二百年后，色诺芬尼（Xenophanes）写道：“人们称做的工艺在社会上被看成是一种耻辱，因此在我们的城邦里当然受到鄙视。”不但工艺如此，连运用工艺作为类比的老派自然哲学也被人瞧不起了。根据色诺芬尼的记载，他的老师苏格拉底（Socrates，公元前470－399）认为“天文学浪费时间”。苏格拉底在世的那些年头，雅典走上了坏运，公元前431－404年的伯罗奔尼撒战争的结果，斯巴达人战胜了雅典人。所以在苏格拉底看来，哲学家的主要任务是治理人和社会，而不是理解和控制自然。他排斥自然哲学，他自己关心的主要只是属于伦理和政治性的问题。
苏格拉底的工作由他的学生柏拉图（Plato，公元前427－347）继承下来，可是柏拉图的头脑不像他的老师那样简单。柏拉图认为任何一种哲学要能具有普遍性，必须包括一个关于自然和宇宙的学说在内。这样一种学说可以从属于伦理学、政治学和神学，而且如果立说得当，还可以增加上述这些学科的说服力。柏拉图因此发展一种适合并从属于他的政治见解和神学见解的自然哲学。普路塔克告诉我们，柏拉图使“自然规律服从神圣原理的权威”，从而使天文学的研究不沾染上无神论。
毕达哥拉斯派认为天体是神圣的和高贵的，他的运动是完全均匀的和圆周式的；柏拉图也发展了这种见解。他说：“所有我们希腊人都讲了关于那些伟大的神，太阳和月亮的种种谎言……我们说它们和其他各种星体并不走同样的轨道，并且称它们为行星或者浪游者。”相反地，他坚持说：“它们每一个都在同样的轨道上运行──不是在许多种轨道上，即在圆周上运行，那些变化都只是表面的。”柏拉图因此给他的门徒提出一个任务，去找出可以说明天体表面运动的那些特殊的圆周运动。这样做时，柏拉图并不想鼓励人们去观察天象；相反地，他只企图使天文学成为数学的一个部门。他写道：“天文学和几何学一样，可以靠提出问题和解决问题来研究，而不去管天上的星界。”可是他的门徒却从观测天象中寻找资料来进行计算。
柏拉图和希腊、巴比伦、埃及那些他的前辈一样，认为宇宙开头是没有区别的一片混沌。这片混沌的开辟不是象爱奥尼亚哲学家所想象的那样，是一个机械的过程，而是一个超自然的神的活动的结果。柏拉图的神不同于青铜时代的神的地方是，他并不通过有机生殖使宇宙安排就绪，也不是靠命令式的咒语，而是通过一个理性方案来实现。依照柏拉图的说法，宇宙由混沌变得秩序井然，其最重要的特征就是创造主为世界制定了一个理性方案；关于这个方案付诸实施的机械过程，柏拉图则不去管它，或者毋宁说，把它看成一种想当然的自然事件。这种见解贯串着柏拉图的整个因果关。事情之所以发生，主要是因为有一个智慧的神为宇宙制定了理性目的和方案。自然的内在活动，即事件中由因到果的力的流动是无关紧要的，只在它遏制了理性目的实现时才需要加以考虑。这样一种对因果关系的看法，说明这时工匠传统和哲学传统之间已隔开很远了。在哲学家的眼中，日常生活的行动主要依靠的是他制定的理性目的和方案；关于这些方案怎样被工匠付诸实施，哲学是不清楚的，而且看来对最后的结果并无影响。可是哲学家的方案并不总会开花结果。世界有它本身的自主活动，有时候遏制了人类的打算。自然界这种明显的残酷无情，柏拉图称之为“必然性”。这不是原子论者说的必然性，那种必然性的活动是碰巧的和任意的，没有秩序的，没有计划。柏拉图对“必然性”的看法和希腊人的“命运”观非常近似，是一种和微弱的人类目的和意图敌对的超人意志和目的。这表现了希腊人对其所生息的世界只能进行一定限度的控制。希罗多德（Herodotus）说过：“在所有使人类感到的痛苦中，最伤心的就是我们会意识到许多事情，但一点也不能控制它们”，这句话很好地表达了这种思想。
柏拉图的宇宙观基本上是一种数学的宇宙观。他设想宇宙开头有两种直角三角形，一种是正方形的一半，另一种是等边三角形的一半。从这些三角形就合理地产生出四种正立体，这就组成四种元素的微粒。火微粒是四面体，气微粒是八面体，水微粒是是二十四面体，土微粒是立方体。第五种正立体是由正五面体形成的十二面体，这是组成天上物质的第五种元素，叫做精英。整个宇宙是一个圆球，因为圆球是对称和完善的，球面上的任何一点都是一样。宇宙也是活的，有一个灵魂充溢全部空间，而且由于它是活的，所以在运动着。宇宙的运动是一种环行运动，因为圆周运动是最完善的，不需要手或脚来推动。四大元素中每一种元素在宇宙内的数量是这样的：火对气的比例等于气对水的比例和水对土的比例。万物都可以用一个数目来定名，这个数目就是表现它们所含元素的比例。
在所有的动物中，人最先出现，因为头是灵魂的器官，而且非常接近球形。人体的其他部分好象是为了防止头本身动来动去，这些部分也含有一个低级的灵魂管制人的情欲。别的动物都是人的退化，是人的灵魂投入低等身体的形状。男子在世时作恶，“转世时就该投生为女子”，而“四足动物则是对哲学一窍不通的人变的”。柏拉图揶揄爱奥尼亚哲学家说：“鸟是无害但是低能的人变的，这些人留心天上的事情，但由于脑筋简单，认为这些事情的最可靠的证据就是眼睛。”阿那克西曼德曾经设想人是鱼变的，柏拉图对他特别痛斥，说“第四种动物住在水里，这些是最没脑子的人变的”。这些话都是随便写的，但却表现了柏拉图的思想方式。根据同样精神，柏拉图假定有一个恶的世界精神，这个魔鬼代表的就是他的最大敌手原子论者的见解。
柏拉图哲学的影响非常之大，不过他的那些重要继承者并没有怎样发展他的见解，反而表现了一些分歧。便是他自己创办的学园里的学生，其中较著名的有克尼底斯人欧多克斯（Eudoxus，公元前409－356 ）要从几何角度解释天体的运动，也就逼得要进行天体观测，而这种做法是柏拉图所痛恨的。欧多克斯是第一个把定量天文学和宇宙假说联系起来的人，这就使得天外观测在测定宇宙方位上起了一定作用。到了欧多克斯时期，巴比伦人已经发展了一种把天上的复杂周期现象分解为若干简单周期运动的方法。欧多克斯或者已经听说到这种方法，或者自己发展了这种方法，而且把这种方法从算术形式改变为几何形式。他给每一种简单的周期运动指定一个圆周，或者一个球形的壳层，以地球为中心，把这些球层合并起来就能相当合理地描述某一特定天体的复杂周期运动。每一个球层说明一种特殊的运动──一个球层描述天界的表面周日运动，另一些球层描述每月、每年或其他周期运转，还有一些别的球层描述另外一些周期现象。所有的球层都是同心的，以地球为圆心，而较低的球层转动轴则安置在更外面的球层的表面上。欧多克斯根据这个方式用二十七个球层解释了天体的运动，一个球层解释恒星的运动，太阳和月亮的运动各用三个球层解释，五个已知行星的运动各用四个球层解释。当观测资料积累得愈来愈多，而新的周期运动又被发现以后，这个体系就不得不加以扩大。欧多克斯的学生卡立普斯（Callipus，约公元前325年）给每一个天体加上一个额外的球层，使总数成为三十四个，而亚里士多德进一步又增加了二十二个。可是同心球层的体系从一开头就招致了某些困难。它要求天体应当永远和地球保持同一距离，而人们早已知道金星和火星这样的行星看上去的亮度是时常变化的，这就意味着这些行星和地球有时靠近些，有时离开较远。再者，人们观察到日食有时候全食，有时候环食，这说明太阳和月亮离地球的距离也在变动。正如天文学家索西尼斯（Sosigenes，约公元前45年）指出的：“欧多克斯一派的球层不能解释天象。不但不能解释在他们之后发现的现象，也不能解释在他们以前人们已经知道并被他们认为是真实的现象。”
欧多克斯体系的成就所以有限，是由于它有个先入之见，认为天体以均速环绕在以地球为中心的圆周上运动。彭都斯人赫拉克利德（Heraclides，约公元前388－315）曾企图克服欧多克斯体系的一些困难。人们观察到水星和金星这两个行星从来没有离开太阳多远，因此赫拉克利德就设想这些行星沿圆周轨道环绕太阳，以此来说明这些行星的表面亮度变化。他还采纳了两个毕达哥拉斯派希克图斯和艾克方杜斯的见解，说地球每日在轴上自转以解释恒星天界的表观上的周日运转。赫拉克利德还进一步设想宇宙是无限的，每一恒星本身是一个世界，它也包括一个地球和其他星体在内。可是赫拉克利德的学说很少有人支持，柏拉图和亚里士多德的门徒都采纳欧多克斯的体系。
亚里士多德（Aristotle，公元前384－322）的著作按照顺序排列，就可以看出他的哲学和柏拉图的哲学，在内容和方法上，越到后来分歧得越厉害。亚里士多德早期关于天界性质的著作，在方法上是思辨性的，在内容上属于欧多克斯体系，而他后期的生物学著作则是比较密切地根据观察，而且含有不少的新资料。在天文学方面，亚里士多德创立了运行的天体是物质实体的学说，而不仅仅是欧多克斯所设想的几何结构。每一层天球层把它的运动直接传给下面的一层天球层，因此载有恒星的最外层天球层，通过在本身轴上的周日运转，使所有的球层和球层上所载的天体都随着它作周日运转。为了使一个天体所特有的运动不致传给直接处在它下面的天体，亚里士多德在载有行星的每一组球层之间插进若干“不转动的球层”。这些不转动的球层具有同样的运转轴，同样的速度，并且和推动处于它们之上行星运动的球层数目相等，但是以相反的方向运动；这样它们就抵消了上面那个行星所特有的一切运动，只把周日运动传给下面行星。在数学上，亚里士多德的体系和卡立普斯的体系相同，那二十二个“不转动的球层”在几何学上是多余的。
照亚里士多德的说法，最外层的恒星球层是由处在宇宙边缘的原动天或者不动的推动者推动的；原动天或不动的推动者统率着一切天球和整个宇宙。亚里士多德好象还设想每一个其他的天球也都有一个较次的不动推动者，执掌这个天球的特殊运动。推动者是有灵性的，推动者和天体的关系类似灵魂和身体的关系。行星的推动者和原动天的作用相反，所以诸行星有其和周日运动相反的由西向东运动。最外面的一个行星土星，在抵抗原动天的推动上感到最大困难，因此运转周期也最长，而最里面的星体月亮的运转周期则最短。这样一来，亚里士多德和柏拉图一样，按照天体的表面转动周期的长短来安排它们离开地球的序列，即月亮、太阳、金星、水星、火星、木星和土星。
亚里士多德设想天体和地球有迥然不同的材料组成。一切处在月层下面的东西都是由四种地上元素土、水、气、火组成的。天体是由第五种而且更纯洁的元素“精英”组成的。天体是不朽和永恒的，它们的运动也是如此，因此是均速和圆周式的。地球上有生与朽，因此地上的运动是直线运动，和地球上一切现象一样有其开始和终结。天体永远固定在它们指定的球层上，但是地上的物体则不然，它们总是不断地力图回到原位。土元素和水元素具有引力，总要趋向宇宙的中心。气元素和火元素具有轻的性质，使它们总要上升到高空中的原来位置。火和气是一种更高贵的元素，因此它的天然地位也要高些。同样，气比水高贵，水比土高贵。所有天体都比地上物体高贵，而且它们距宇宙中心愈远就愈加完善。月亮是最不完善的，这可以从它的斑驳表面看出来，而恒星天和原动天则是完善的，因为“包络的并属于极限的东西比完成了的东西更加优越”。
在物理学方面，亚里士多德认为各物体只有在一个不断作用着的推动者直接接触下，才能够保持运动。如果推动者停下来，或者和物体失去接触，物体就会立刻停止。这种推动者或在物体内部，如自动的生物那样；或在物体外面，如物体受外力推动或者拉引的那样。均匀的物体只能靠外来的推动而动，因为主动的物体都必然是合成体，包括推动者和被推动者在内。由于这个缘故，一块石头从石炮里射出来，从来不是自动的。石头离开石炮时，空气为了防止形成真空，就从石头后面灌进来，以维持石头的运动。根据亚里士多德的说法，“真空”是不能存在的，因为空间必须装满物质。这样才能通过直接接触来传递物理作用。所以原子论者设想世界基本上由真空和原子组成，这就是错误的；空间必须是一个物质的连续体。关于合成的自动实体，他认为推动者比推动的物体尊贵而且具有灵性。亚里士多德指出：“任何合成物里面总有一个统治的和主动的因素”。这种见解和柏拉图的思想有联系，因为柏拉图认为“自然规定身体的职能是服从和受奴役，灵魂的职能是命令和作主。”一个均匀物体的动作就象车辆的动作一样，车辆离开牛或者牛停止拉车，车辆就停止了。一个自动体的各部分的关系，就象灵魂和身体的关系，又象当时雅典社会中哲学家和工匠之间的关系；哲学家的理性方案看来就是驱使工匠活动的动力。
亚里士多德和柏拉图一样，认为理性方案和目的是一切自然过程的指导原理。可是亚里士多德对因果性的看法比柏拉图的具有较丰富的内容，因为亚里士多德也接受古希腊早期对这个问题所表示的一些见解。亚里士多德指出，因主要有四种。第一种是质料因，即形成物体的主要物质。第二种是形式因，即主要物质被赋予的设计、图案和形状。第三种是动力因，即为实现这类设计而提供的机构和作用。第四种是目的因，即设计物体所要达到的目的。制陶者的陶土为陶器提供其质料因，而陶器的设计样式则是它的形式因；制陶者的轮子和双手是动力因，而陶器打算派的用处则是它的目的因。亚里士多德本人着重研究的是物体的形式因和目的因，他相信形式因蕴藏在一切自然物体和作用之内。开头这些形式因是潜伏着的，但是物体或者生物一旦有了发展，这些形式因就显露出来了。最后，物体或者生物达到完成阶段，其制成品就被用来实现原来设计的目的，或为目的因服务。
亚里士多德的这些见解，在他的生物著作里表现得最全面。他把五百四十种 动物按照它们形状的等次分门别类，而且他一定曾经解剖过至少有五十种不同种类的动物来研究它们的生理构造，这在亚里士多德看来，就是表现了这些动物的形式因或设计目的。亚里士多德注意到有些动物的构造之间存在着某些联系，例如他说：“没有一个动物同时具有长牙和角的”，“我从来没有看见过一个单蹄兽长有两只角的”。他设想自然从来不做无意的事，因此野兽不需要兼有角和长牙来保护自己。亚里士多德观察到，反刍动物有一种多重胃，但是牙齿很不行，“由于自然一贯地从这一部分拿掉后，就会在另一部分加以补偿”，所以他设想反刍动物所以有一个复杂的胃就是为了补救它们不行的牙齿。
亚里士多德还考察了小鸡和其他动物在胚胎成长期中形态的发展，一个动物初生的成熟程度是他的分类法的一个重要标准。在这方面，亚里士多德指出，鲸鱼是胎生的，这使它近似哺乳动物，而不象产卵的鱼类。他在这方面还提出了别的很好的联系，例如他说：“长毛的四足动物胎生，有鳞的四足动物卵生。”在亚里士多德看来，雄雌在生育上各有不同的贡献，雌的提供实质，即质料因，雄的提供形态，即形式因。他说雄的是木匠，雌的是木材。
亚里士多德认为各种生物形成一个连续的序次，从植物一直到人逐渐变得完善起来。完善的程度主要分十一级，以胚胎的标准为别。最高级动物是热和潮湿的动物，都是胎生。另外一些潮湿的动物但不是热的，产生在雌性中发展起来的卵，如鲨鱼就是一种。热而干的动物，如鸟类，生产“完全的”卵，而冷和带土气的动物，如蛙，则产生“不完全的”卵。亚里士多德就是以这种方式把生物分为等级，根据它们初生时成熟程度的表现，“按它们所感染的潜在性多寡而分高下”。这一级的最高动物和上一级的最低动物是直接衔接着的，所以“它们的连续性使它们的界限不易辨别”。
亚里士多德指出，一个生物的完善性从它的结构形式可以识别出来，但不是由这个形式决定的，因为一个有机体的结构是由它们的习惯和机能支配的。植物只能生长和繁殖，结构就比动物简单，而且变化较少；动物则不但生长和繁殖，而且到处走动并有感觉能力。根据亚里士多德的说法，一个有机体的习惯和机能，并由此连同它的结构和完善程度，都是由它的灵魂或多种灵魂的性质支配的。植物只有一个生殖的灵魂，担任生长和繁殖的任务，而动物则另外还有一个有感觉的灵魂，支配它的主动性和感觉能力。人不但具有生殖的灵魂和感觉的灵魂，还有一个理性的灵魂，理性灵魂的所在地是心，而不是以前哲学家设想的脑子。
亚里士多德在希腊科学史上标志着一个转折点，因为他是最后提出一个整个世界体系的人，而且是第一个从事广泛经验考察的人。以前的哲学家都是在脆弱的经验基础上建立他们的广泛理论体系；这个趋向，亚里士多德在他早期的天文学著作中也曾遵循过。他的后期动物学著作则包括有大量的观察资料，而他的后继者所发展的也是这种趋向。亚里士多德曾经和柏拉图的学园相对立，建立他的吕克昂学园，这个学园后来就由他的学生狄奥弗拉斯图（Theophrastus，公元前372－287）继续主持。狄奥弗拉斯图继续他老师的生物学研究工作，对多种植物进行描述和分类。他给许多植物取的名称在近代植物学里仍旧保存着，包括他创立的一些专用名词，如Carpos指果实，Pericarpion指果壳。狄奥弗拉斯图觉察到高级植物的繁殖属于雌雄交配性质，但是这一知识在古代的后期失传了。
狄奥弗拉斯图反对在自然界中寻找目的因，主张科学关心的只是动力因。他建议科学家应当用工艺中所见到的那些过程说明自然现象，规定“我们必须一般地参考手工艺的方式来进行研究，并在自然过程和人工过程之间寻找类似之处”。狄奥弗拉斯图就是这样把闪电现象比作敲击石头发出的火花，并且设想太阳在破晓和薄暮时出现的红色，其原因和绿色木材燃烧时发出红色火焰和烟的原因差不多。
狄奥弗拉斯图之后，蓝普沙克斯人斯特拉图（Strato）从公元前287年到269年继续主持学园。斯特拉图不止观察自然，还对自然进行实验。他把一根木材在加热前后都称过，发现烧出来的木炭和原来木头一样大小，但是轻了。斯特拉图因此设想有物质离开了木材，留下许多小孔。在另一项实验中，他证明部分抽空的容器会吸进水分，这个现象他认为是水填满空气微粒之间空隙的结果。斯特拉图认为物体一般都由微粒形成，中间存在空隙。他论证说，如果中间没有空隙，光就不能透过水和空气，热也不会由一个物体传给另一个物体。
据说斯特拉图是亚里士多德《气象学》第四卷的作者，这本书是亚历山大里亚时期炼金术派以前的唯一研究化学问题的希腊著作。《气象学》内载有一切矿物源于地球内部蒸发出两种气体的学说。一种是烟气，具有热和干燥性质；另一种是蒸气或水气，既冷又湿。两种气体相互作用就产生各种各样的矿物，不能熔化的岩石、红色的颜料、含有较多烟气的硫和含有较多水气的金属。
斯特拉图之后，雅典的科学就很少有什么重要的成就。希腊的科学的主要中心转移到别处去了，主要是亚历山大里亚。萨摩斯人伊壁鸠鲁（Epicurus，公元前342－270）在雅典重新恢复了原子论，但是他主要是利用这个学说和宗教作斗争。月亮是自己发光还是反射太阳光的问题，他认为并不重要，主要的是强调月亮是和地球一样性质，而不是神圣的。和伊壁鸠鲁相反，斯多噶派特别是芝诺（Zeno，约公元前336－264）和阿苏斯人克利安西（Cleanthes，公元前300－225）则强调天体神圣说，认为天体控制地上人类的命运。斯多噶派采纳了人是整个宇宙缩影的见解，并设想世界不论大小都由一个绝对力量统治着。宇宙的统治力量是太阳，而不是亚里士多德派所认为的原动天，因为太阳是大宇宙的器官，等于心脏是小宇宙（即人）的统治力量一样。这样一种导源于古代美索不达米亚专制主义的见解，在希腊新兴帝国时期和后来的罗马帝国时期，是有相当吸引力的。
[英]梅森
第五章 亚历山大里亚时期的古希腊科学
在亚历山大大帝征服许多国家之后，古希腊科学的主要中心就从雅典转移到亚历山大里亚。这时雅典人已经变得很迷信，或者玩世不恭，如我们看到的斯多噶派和伊壁鸠鲁派那样。雅典人在公元前404年被斯巴达人击败，又在公元前338年被马其顿的腓力普击败，这样就丧失了他们早期的活力，而仅能保持其早期的科学成就。雅典的最后一个伟大科学家亚里士多德原来就是马其顿人，他的学生亚历山大大帝又继续他父亲腓力普的壮志，征服了许多国家。公元前334年，亚历山大渡海侵入小亚细亚，在击败一支波斯军队之后，进占埃及。他于公元前332年在埃及建立了亚历山大里亚城，来自蒂雷和西顿等腓尼基城市四面八方的贸易使亚历山大里亚繁荣起来。次年亚历山大从埃及出发，征服了美索不达米亚和整个中亚细亚，一直达到印度河和旁遮普河流域。
亚历山大在他所有的远征中，都随军带着工程师、地理学家和测量师。这些人绘制了征服国家的地图，记载下这些国家的资源，搜集了大量关于自然历史和地理的观察资料。狄奥弗拉斯图在他的植物等著作中就利用了这些观察资料，而亚里士多德的另一个学生第凯尔库斯（Dicaearchus，约公元前355－285）则利用这些地理知识绘制了一张已知世界的地图。第凯尔库斯是第一个在地图上划了一条纬度线的人，这条纬度线从直布罗陀海峡划起，沿着托鲁斯和喜马拉雅山脉，一直到太平洋。这样，亚历山大军队所搜集的资料，为亚里士多德生时就已出现的那种思辨倾向转入经验考察的趋向，提供了条件和可能。往后我们还会看到，在拿破仑征服了一些国家之后，法国科学也表现了一种由理论重新转入实用的类似倾向。
当希腊人拿下了美索不达米亚之后，巴比伦的天文学和数学全部被希腊人弄清楚了。这时希腊人就采用了六十进位，不过由于他们用字母代表数字，他们也就错过了巴比伦关于位值制的发现。他们接受了美索不达米亚人的代数学。在解二次方程时，希腊人显然采用了巴比伦人的方法，用平方系数来乘，而不是象我们那样来除。一个新的巴比伦占星术浪潮这时也传到希腊，这种思想表现在斯多噶派哲学里，就成了人的命运是由星辰注定的。罗马人这样看中斯多嘎派哲学，这也是因素之一，因为罗马人对巴比伦的占星术和用肝脏占卜早就熟悉，他们是从发源于小亚细亚的伊特拉丝坎人那里学来的。从巴比伦人那里还传来了关于地球外围天体正确次序的知识。早期的希腊人认为月亮离地球最近，其次是太阳，而后才是各个行星。后期的希腊人知道月亮最近，其次是水星，然后是金星、太阳、火星、木星、土星，最后是许多恒星。西塞罗告诉我们，斯多噶派的巴比伦人第欧根尼（Diogenes，约公元前160年）第一个教人以上述次序，这是他从美索不达米亚带来的。希帕克（Hipparchus，公元前190－120）测算分点岁差，可能也是利用巴比伦人的观测资料，因为巴比伦人吉旦那斯（Kidenas，约公元前340年）很早就发现这种现象了。
亚历山大大帝在公元前323年逝世后，他的帝国崩溃了。埃及被他的大将托勒密占领，托勒密和亚历山大本人一样，也师事过亚里士多德。托勒密任命后来主持亚里士多德吕克昂学园的斯特拉图做他儿子的教师，并在亚历山大里亚建立缪司（Museum）学院，这是一个以学园为范本的科研和教学机构，但是规模宏大得多了。学院有上百个由国家发给薪金的教师，有一个拥有五十万卷图书的图书馆，还设有一个动物园，一个植物园，一个天文台和许多解剖室。学院持续了约有六百年之久，不过它从创建开始的二百年中是科学上最重要的时期。当托勒密家族变得愈来愈埃及化之后，他们对科学也就愈来愈不重视了，托勒密七世（公元前146－117）甚至迫害亚历山大里亚的希腊籍人。因此在古代被认为是最伟大的天文学家尼西亚人希帕克，在这个时期就在罗德斯岛居住和工作。另一个中心是柏加曼，盖仑就是从那里来的。在柏加曼，兽皮被制成羊皮纸供书写之用，因为托勒密家族禁止纸张出口。最后还有叙拉古也不亚于上述两个中心，阿基米德主要就是在这里进行工作的。
希腊科学的新经验主义和实用倾向，表现在亚历山大里亚涌现了一批真正的工程学家。早期的希腊工程师曾经在工艺上达到一个很高水平，但是他们没有留下任何书面记载。在毕达哥拉斯时期，一个麦加拉人的工程师欧巴里诺司（Eupalinus），替萨摩斯的暴君波里克拉底斯开了一条地下水道，从两头开起，抵达中段时相差只有两呎。这种操作所需要的几何学原理第一次为亚历山大里亚的工程师希罗（Hero，约公元100年）加以描述，不过在毕达哥拉斯的时期一定早已为人们熟悉。亚历山大里亚的工程学派据说是由克达席布斯（Ctesibus，活动于公元前285－222）创立的，他是亚历山大里亚一个理发师的儿子。他的著作都已失传，不过曾经为比他年轻的同时代人拜占庭的斐洛加以描述。据说他曾经发明压力泵，并且造过一架水风琴和一只有机械动作的水中。克达席布斯和斐洛设想压缩空气或者金属弹簧的弹力可以用来作攻城的石炮，而不用螺旋索或者皮带，因为这些东西容易受潮。可是复制出来的这些模型表明，这些建议是行不通的。斐洛和希罗（他们大概生活在公元前100－公元150）的工作主要是研究三个主要项目：军事工程、科学仪器和机械玩具。他们除掉测量以外，在土木工程方面涉及的并不多，在工艺问题上也是如此。那些描述到的仪器有水中，那是为了在夜间报时用的；有示度计，这是经纬仪的前身，为测量用的；以及测算距离的计距器。
这个时期的希腊人里面，有些把工程学和科学联合起来了，其中最著名的是叙拉古的阿基米德（Archimedes，公元前287－212）。阿基米德到过亚历山大里亚，据说他住在亚历山大里亚时期发明了阿基米德式螺旋提水器，今天在埃及仍旧使用着。他确是一个精巧的技工，因为根据西塞罗的记载，他曾做过一具行星仪，包括有太阳、月亮、地球和五大行星的模型，把天体的表面运动复制得相当详细，连日月食都可以表现出来。阿基米德发展了天文学测量用的十字测角器，并制成了一架测算太阳对向地球角度的仪器。这个仪器是用一只圆盘和一根与圆盘面成直角的量尺制成，圆盘可以沿量角滑动。在清早，太阳可以用肉眼望得见时，他就把圆盘沿着尺移动，直到圆盘刚好遮着太阳为止。圆盘直径和圆盘尺上离眼睛距离的比例，就是太阳对向地球的角度。阿基米德的浮力和相对密度原理，又一次证明他的研究工作具有实用的特点。根据传统的说法，他发现希艾罗王的王冠比同重量金子的排水多，证明铸金匠人用轻金属在王冠里掺了假。直到阿基米德的时候为止，希腊人总是把物体的重量看作和他的体积成比例的。阿基米德证明情形并非如此，有些物体的密度要比另外一些物体的密度高。
阿基米德在他的著作里，把科学知识说成是根据自明公理演绎出来的一套理论体系，就象欧几里得的几何学一样。可是他很可能先是根据实验取得一些成果，然后再从假说的公理演绎出这些结果来，因为他在自己的《方法论》一书中告诉我们，他在研究面积和体积时，总是先作一种思想上的“实验”。他想象把均匀材料切成一定形状的平面物体通过称量，以测量它的面积，这样就对它们的关系有所了解，然后再从数学上进行证明。在几何学上，他创立了一种求π值的方法，即圆周的周长和其直径的关系。一个正多边形的周长和通过其中心的对角线的比例，是很容易求得的；现在阿基米德证明把这个多边形画出来并使它环绕一个已知的圆周，就可以求得π的数值达到所要求的任何精确程度。
在亚历山大里亚，古代名声最大的数学家雅典人欧几里得（Euclid，约公元前330－260）把几何学系统化了。他的《几何学原理》看来很少是他自己的立说，而是他把许多分散的定理和证明从各个方面搜集拢来，编为有条有理的课本形式。另一方面，亚历山大里亚的第一个著名天文学家，萨摩斯人阿利斯塔克（Aristarchus，约公元前310－230），则提出了可能是亚历山大里亚时期最有独创性的科学假说。据阿基米德的记载，阿利斯塔克认为地球每天在自己的轴上自转，每年沿圆周轨道绕日一周，太阳和恒星都是不动的，而恒星则以太阳为中心沿圆周运转。阿利斯塔克叙述这种理论的著作，如果曾经写下来的话，也已经失传了，不过他的学说在当时好象很有名，因为根据普路塔克的记载，斯多噶派哲学的领袖克利安西曾经说过应当控诉阿利斯塔克亵渎神圣之罪。阿利斯塔克《论日月的体积和距离》一书现在还流传下来。这部著作在科学上是第一次试图测量日、月和地球之间的相对距离。阿利斯塔克设想在上下弦即月半圆时，日、月和地球应当形成一个直角三角形，通过测量日、月和地球之间的角距，就可以测算太阳和月亮的相对距离。他量出的角度是87°，根据这个数字他就算出太阳和地球的距离是月亮和地球的距离的十九倍，不过实际上这个角度，即日、月和地球距离的比值，还要大些。由于月亮在日食时平均算来都刚好遮着太阳，所以阿利斯塔克设想太阳的直径是月亮直径的十九倍。他在月食时又计算了地球影子的宽度，亦即地球的大致直径，等于月亮直径的三倍。这样，他就论证说，太阳的直径一定比地球的直径大六倍到七倍。
为了对太阳和月亮的绝对大小和它们与地球的距离进行测算，就先要量出地球的大小。这种测算首先是由昔兰尼人埃拉托斯特尼（Eratosthenes，公元前284－192）第一次进行的；他当时是亚历山大里亚缪司学院的图书馆馆长。他注意到太阳夏至日那天在塞恩时直接照在我们头顶上，而在亚历山大里亚的日光则离开垂直线有七度，这个数值是从一根有一定高度的杆子所投出影子的长度计算出来的。埃拉托斯特尼计算亚历山大里亚在塞恩正北面五千希腊里，因此地球的周长是二十五万希腊里。关于希腊里的计算各有不同，但如果十希腊里等于一英里的话，那么埃拉托斯特尼算出的地球两极直径就比我们现在算出的数值只短五十英里。
埃拉托斯特尼还发展了数学和天文的地理学研究。他的前辈曾提出地球是一个具有两极和一条赤道的圆球，他把这些见解收集拢来，画出一张当时所知道的地球情况的地图，上面画有经纬线，并标志出五个地带：两个寒带、两个温带和一个热带。他的经度的基本子午线在亚历山大里亚和塞恩之间，并认为这条线经过拜占庭。他把36°线称作为纬度的基本平纬圈，它经过直布罗陀海峡和罗德斯岛。沿着这个平纬圈，他认为陆地延伸到七万八千希腊里远，从大西洋一直到太平洋，余下的都是海。根据斯特拉波的记载，埃拉托斯特尼认为“如果不是由于广大海洋的间隔，人们就可以沿着同一平纬圈从西班牙航行到印度”，因为大西洋和印度洋的潮流方向一样，表明它们是连接的。
阿利斯塔克设想的日心说世界体系，是企图克服欧多克斯体系本身带来的困难，这些我们前面已经提到过了。阿利斯塔克的见解当时没有被人接受，因为希腊人一般都摆脱不掉天地迥别的见解，天地不但组成质地不同，所遵循的规律也不同。这种见解就必然产生卑下的地球处于宇宙不动的中心，而比较完善的天体则以均速的圆周运动环行于较纯洁天界的看法。在阿利斯塔克之后，希腊人在克服欧多克斯体系局限性上所做的一切努力，都保留了这种见解。柏加的阿波罗尼（Apollonius，约公元前220年）设想出一种几何结构，可以用来解释行星和地球的不同距离。他指出如果行星沿圆周运动，而本轮的中心则在另一个圆周均轮上面，而均轮的中心则是地球，那么行星和地球的距离就会有所不同；通过适当选择一些圆周，行星的运动就可以从数量上得到说明。另一个办法是设想天体运行的轨道都是偏心圆，轨道的中心离开地球中心有一定距离。
这些本轮和均轮的设计都被天文学家尼西亚人希帕克采用了，他是在罗德斯岛上居住和工作的。希帕克用一个固定的偏心圆轨道解释太阳的表面运动，并用一个移动的偏心圆轨道解释月亮的运动。行星的运动则用一套本轮来解释。希帕克的最大贡献是在观测天文学方面。他收集了以前希腊天文学家以及巴比伦人所作的观测记录，并加以比较，有些可靠的记录可以追溯到公元前七世纪。这样做了以后，他发现回归年，即太阳回到同一的二分点所需要的时间，比恒星年即太阳回到恒星间同一方位的时间要短一点。这里的差异，即分点岁差，他估计为每年约合三十六弧秒，而现代的数值约为五十弧秒。希帕克看出，为了进行这类观测，需要为将来的天文观测家绘制一张星体方位表。因此他就测定了大约1080个恒星的方位，根据它们的亮度分为六级。希帕克还继续做阿利斯塔克测定太阳和月亮大小和距离的工作。他通过观测月亮在两个不同纬度的平纬度，发现月亮距离地球约为地球直径的三十六倍，这个数字比较大一点，但是比阿利斯塔克根据月亮对地球上一个观测者的张角所测定的九倍地球直径数值就要改进得多了。
希帕克在罗德斯岛的工作为阿巴米亚人波昔东尼斯（Posidonius，活动于公元前100年）和他的学生罗德斯岛人盖明诺（活动于约公元前70年）继承下来。波昔东尼斯测量了罗德斯岛和亚历山大里亚之间的距离和纬度差，重新测定了地球的体积。他得到的地球周长是一万八千希腊里，比埃拉托斯特尼得出的数值要小，但为古代最后一个杰出的天文学家托勒密所采用了。因此成为公认的数值。克罗狄斯？托勒密（Claudius Ptolemy，公元85－165）于公元127年和公元151年间在亚历山大里亚进行天文观测。他的测定据说不及希帕克的观测准确，有一弧度的四分之一的差误，而希帕克的测定则精确到不到一弧度的六分之一。可是他测算的月亮离地球的平均距离（29.5倍地球直径）则比希帕克的（30.2倍地球直径）比较接近现代数值。托勒密采用并发展了希帕克的偏心圆和本轮体系来解释天体的表面运动。这时已经知道天体的周期运动是很多的，因此需要用到近八十个圆周来解释它们的运动。托勒密本人作了一项发现，表明这种体系不可能具有客观的实在性，而且看来他本人可能就把这套办法看作是为了数学上的方便才这样做的。他发现月亮的运行还存在有第二种不平等现象，即出差，因此又给月亮轨道加上一个本轮来说明这种现象。这个本轮使月亮离地球的距离可以相差到1/2，从而使月亮的视面积产生1/4的变化，而这种差异是没有观察到的。
托勒密还进行了古代最后的一项重要地理学工作。希帕克曾经设想重要城市和沿海岸据点的经纬度应当加以测定和收集，俾能制成地图。这样一个计划由第拉人马里诺（Marinus，约公元150年）做了一部分，他的工作被托勒密接收过来并完成了。托勒密有地理学著作八卷，其中六卷都是用经纬度标明的地点位置表。可是他的多数地点位置好象都是根据他的本初子午线和用弧度表现的平纬圈之间的距离来计算的，因为他的经度没有一个是从天文学上测定，而只有少数纬度是这样测定的。托勒密采用了波昔东尼斯测定的地球周长的较小数值，这就使得他所有用弧度表现的陆向距离都夸大了，因为他把每一弧度的距离定为五百希腊里，而不是六百希腊里。这样一来，从欧洲到亚洲横贯大西洋的洋面距离，看上去就比埃拉托斯特尼的计算小得多，而这项计算最后还导致了哥伦布从西面驶往亚洲的企图。托勒密比他的先辈对世界情况熟悉得多。埃拉托斯特尼的地图东面只到印度的恒河为止，但是托勒密知道有马来半岛和蚕丝之国，即中国。
生物学在亚历山大里亚的遭遇和物理学、数学的遭遇也差不多。公元前三世纪在早期那些托勒密家族统治下，医学和生物学领域都曾出现过活跃局面，后来在公元第二世纪罗马人统治下又出现过一次；这中间，生物学还在别处兴盛过一个时期。亚历山大里亚最早的医学大师是凯尔昔东人希罗费罗斯（Herophilus，约活动于公元前300年）；他是第一个公开进行人体解剖的人。他看出脑是智力的来源，而亚里士多德则认为是心；而且他把神经和动作与感觉的机能联系起来。希罗费罗斯是第一个区别静脉和动脉的人，看出动脉有搏动，而静脉没有。他的年轻的同时代人开俄斯岛人埃拉西斯特拉托（Erasistratus，活动于公元前300－260）探索了静脉和动脉在整个人体内的分布情况，包括细脉管在内，直到肉眼所能见到的为止。他对神经系统，也作了同样的探索，特别集中在大脑的解剖方面，并把人脑沟回的复杂性和人类的高级智慧联系起来。埃拉西斯特拉托和他在亚里士多德学园的老师斯特拉图一样，多多少少是一个实验主义者。他把鸟关在笼子里，看出鸟在两次喂食期间连续丧失重量。他对自己老师研究过的呼气问题也感兴趣，极其重视空气在生理学上的作用。斯特拉图曾经证明局部真空能吸引液体，反之液体也能吸引空气。埃拉西斯特拉托同样设想，空气是在血向下流进身体时被血吸进去的，而在血重又上升时就把空气排出来。他觉得动脉在正常情况下装满了空气，或者毋宁说空气被转变为一种活力灵气，原因是他发现死去动物的动脉管是空的。他认为活的动物的动脉管割破后，空气就逃走了，接着血就出来。空气进入人体，由肺部引进心脏，在心脏里变为活力灵气。活力灵气由动脉输到全身，一小部分活力灵气到了大脑里，在大脑里变成灵魂灵气，它由神经分布出去。
亚历山大里亚学派到了公元前二世纪就衰退了，这时医学也就到别处去安家落户，主要是小亚细亚大陆。彭都司王的御医克拉居阿斯（Crateuas，公元前120－63）收集和描述了许多药用植物；他是第一个将自己收集和分类的植物加上插图的。希吉姆人阿波罗尼（Aporronius，约公元前100年）差不多在同时绘制了外科操作和包扎方法的简图。后来，尼罗帝军队中的一个军医，安那高巴的底奥斯可里底斯（Dioscorides，约公元50年）写下他的《药剂学》，一部论述药物和提炼药物所用植物的著作，也按照克拉居阿斯的方法附有插图。
古代最后一个著名的从事医学著述的人是盖仑（Galen，公元129－199），他是柏加曼一个建筑师的儿子，在柏加曼建立了一个藏有许多羊皮纸手稿的大图书馆，因此成为一个重要的学术中心。盖仑先在这里学医，后来又游历亚历山大里亚和其他医学中心，最后在罗马定居下来，当上罗马皇帝马可？奥里略和维卢斯的御医。盖仑解剖并考察了死的和活的动物，不过没有解剖人体。他把一段活的动物的动脉管扎起来，使血管里的东西不向外流，然后切开脉管，发现脉管里是血而不是空气，以此证明埃拉西斯特拉托在动脉液的问题上搞错了。盖仑的解剖学研究是根据解剖林居猕猴来的，这种林居猕猴生理构造很象人，但也有很大的不同，以致在后来的学者中间引起混淆。他关于人的生理系统见解主要是根据埃拉西斯特拉托早先提出的体系，不过又吸收了希波克拉底的四体液说和亚里士多德关于人的性质的见解。
亚里士多德曾经把地上生物分为三个类型：植物型，靠生殖灵魂表现出生长活动；动物型，靠感觉灵魂自己走动；人型，靠理性的灵魂表现出智力。人类三种灵魂都有，动物具有前两种灵魂，植物只有生殖灵魂。盖仑设想这三级活力都位于某个内部器官里，而且都发源于一个共同活力──纽玛，或者说灵气。当时占统治地位的斯多噶学派，认为空气是宇宙的呼吸和灵魂，不仅广大的宇宙，而且人这个微型世界就是靠空气维持生命的。因此呼吸的作用把人和宇宙灵气联系起来，并通过吸进空气中的灵气部分，即纽玛，而恢复人的活力；纽玛本身就是气火参半的东西。
盖仑把人的三级活力的基础分别放在消化系统、呼吸系统和神经系统里。他认为摄进食物的有用部分以“乳糜”形态从营养道通过脉门转到肝脏，再变为深色的静脉血。食物无用的部分则到了脾里，再变为黑胆汁。肝是成长生命的本部，管理身体营养和生长的自然灵气就在这里准备好并注入静脉血。静脉血由它的推动者，即自然灵气，从肝脏以大体上单程的运动转到右心室。盖仑知道心房瓣只容静脉血流入右心室而不能倒流，而左心室的血则只能流进动脉而不能流回。可是他认为心房瓣不够完善，因此有一小部分静脉血从右心室倒流到静脉里，和一小部分动脉血从动脉回流到左心室里。但是，和传统的对他的著作的理解相反，盖仑并没有认为静脉和动脉血液有大量地反复流动。除掉流返静脉的少量血液外，右心室的血或者通过心室的分壁，即隔膜，转入左心室，或者通过肺动脉转到肺里。在左心室里，静脉血的烟气和废物被分出来，并通过肺静脉排除到肺里。通过同样的途径，空气从肺里通过左心室，在左心室里把空气里的纽玛分出来并作为活力灵气注入血液。这样制成的鲜红的动脉血然后由它的推动者活力灵气带进动脉，再通过动脉传到身体的各个部分，从而使它适合于作动物的各种活动。有些动脉通到脑子下部的细血管网，亦称迷网（rete mirabile），在这里活力灵气就转变为灵魂灵气（从灵魂anima而来）。这种灵魂灵气接着分布给神经（神经被认为是许多空管子），从而使身体各部分有了感觉。
从专业的角度看，盖仑的体系在好几个方面都是错误的。他认为心是负责呼吸的，心脏扩张时吸进空气，心脏收缩时排出空气，实则心的跳动常比呼吸率快得多。隔开左右心室的板，即隔膜，是一块硬肌肉，不允许血液通过，正如他的十六世纪批判者维萨里指出的那样。还有，迷网虽则在盖仑研究的反刍动物中找到，但在人体内是找不到的。盖仑在观念上是奉行希腊人的那种先入见解，即地球上的运动是直线的，圆周运动是天体所特有的运动。这种见解遏制了血液循环的思想。同样，他认为血液分两种，各有其本身的不同职能，一种是推动者，一种是分布体系，也是受到这种见解的影响。
盖仑的学说影响极大，一直到近代为止都统治着医学界。他的著作比古代其他任何一个作者的著作保存下来的都要多──他的一百三十一部医学著作有八十三部流传到今天。他的著作很受大众欢迎，一部分原因是人们觉得它们有用处，譬如说，比他同时代的托勒密的天文学和地理学著作更有用处，一部分是因为这些著作洋溢着一种宗教气息，使伊斯兰教和中世纪基督教会的那些学者比较容易接受。和柏拉图与亚里士多德一样，盖仑对创造物体和有机体的宇宙目的非常关心，不过由于所处时代的影响，他的宗教比起雅典人的宗教来，神秘成分较多而理智成分较少了。
[英]梅森
第六章 罗马和古代科学的衰退
罗马人和希腊人一样，是直接由野蛮状态进入铁器时代文明的。但是他们不象希腊人那样完全摆脱青铜时代的传统。当罗马人在公元前510年赶走了塔克文王朝以后，他们就把伊特拉斯坎人从他们小亚细亚故乡带来的占星术和肝脏占卜术都接受过来了。还有，罗马人并不象希腊人那样发展一种沿海城邦的文明。罗马是一个象斯巴达那样的亦军亦农的社会，在希腊许多城邦中是最没有知识的。罗马元老院的议员们禁止经商，而商人则服从社会上的贵贱准则，总想拥有农田当个奴隶主。罗马人因此特别缺乏商旅人的那种数量和空间的观念，因此他们在数学上特别不在行。当罗马的文明达到完全成熟的阶段时，西塞罗（Cicero，公元前106－43）竟会说：“希腊数学家在纯几何学领域领先，而我们则把自己限制在计数和测量上。”
罗马人在科学上没有作出多大的贡献。他们的贡献是在别的方面，在组织领域里──如建立公共的医疗机构、筑路、铺设渠道、采用旧历法和提出罗马法体系来实现他们的社会组织。罗马人很早就和西西里岛与意大利南部的希腊人有了接触。当他们于公元前二世纪征服了随着亚历山大帝国而出现的那些王朝之后，他们就越来越意识到希腊文化的优越性。有些人，如执政官加图（Cato，公元前234－149）和瓦罗（Varro，公元前116－27），都反对希腊学术，特别是在公元前一世纪，执政官加图写了一部关于医学和农业的书，证明罗马人比希腊人高明；但是大多数罗马人都努力把希腊人的学问吸取过来。加图的医学主要是些神秘的药方和草药方；他认为罗马“没有医生也会保持健康”。瓦罗打算做的也是一样，不过范围较广，涉及到九“艺”：文法、论理学、修辞学、几何、算术、天文学、音乐、医药和建筑学。最后两种后来被卡西奥多拉斯（Cassiodorus，公元490－585）删去了，所以在中世纪只剩下七“艺”作为人们学习之用。
在吸取和同化的过程中，希腊的斯多噶派哲学对罗马人的影响最大，因为这派哲学把罗马人从伊特拉斯坎人继承下来的传统信仰，以更诡辩的形式表达出来。与它对立的伊壁鸠鲁学派有一个杰出的阐述者卢克莱修（Lucretius，约公元前95－55），但是他的哲学在罗马并不占有重要地位。卢克莱修和伊壁鸠鲁一样，保留了早期原子论哲学的内容，但没有保留它的精神，没有加上什么新的东西。这一派利用原子哲学，主要是和宗教作斗争，而不是为了扩大人类对自然的理解和控制。
罗马人没有能吸取希腊人在科学理论和科学实验之间所达到的一定程度的统一性。例如，希腊人在医学教学方面采用的解剖方法，在罗马就没有生根。罗马人把希腊科学的内容搬过来，但没有吸取希腊科学的方法，所以罗马人的科学著作往往象卢克莱修的《物性论》那样以哲学为主，或者象普林尼的《博物学》一样，大部分是经验的总汇。老普林尼（Pliny the Elder，公元23－79）的这部著作共有三十七卷之多，广征博引了大量的事实和观察的结果。这些都是从大约两千种前人著作中搜集来的，其中有一百四十六种是罗马人的，三百二十六种是希腊人的著作。普林尼对其资料来源毫不加以鉴别，凡是他在书中看到的都报道了。独角兽和火凤凰，狮子和鹰，一律兼收并蓄。普林尼强调他描述的这些东西都是有用的，他的著作从头到尾贯串着一个总的看法，就是自然界是为人类服务而存在的。不过他不但记下他在书里读到的东西，也记载下他亲眼见到的事物。事实上他是在观察非常临近的维苏威火山的第一次爆发中丧命的。
罗马人并没有吸收希腊科学的全部内容，特别是数学对他们的吸引力最小。罗马人里面就没有出过什么著名的数学家或者天文学家，而且只有一个重要的地理学家彭波尼斯？米拉（Pomponius Mela，约公元43年），他把埃拉托斯特尼地理学的定性部分接收过来，而避免了那些数学和测量。此后的拉丁地理学就表现出明显的衰退。塞维利人伊苏都拉（Isidore，公元570－636）把已知的世界表现为一个圆周由一个T字分开，因此亚洲成了半圆形，欧洲和非洲是两个四分圆，中间和四周围全是海洋。
也许是为了实利目的，医学被罗马人吸收得比较成功。罗马的第一个杰出医学大师是希腊人，比梯尼亚的阿斯克勒必阿底斯（Asclepiades of Bithynia，约公元前40年卒），他在罗马建立了一所医学院。他的一个学生塞尔苏斯（Celsus）在公元30年前后写了一部重要著作《药物论》，是根据希腊典籍编纂起来的一部好书。医学教学在罗马皇帝韦斯巴芗（公元70－79）时期有所发展，主要是在训练军医方面。医学教师由国家付给薪金，而且在各省都设有医学中心。在野蛮人侵入时期，罗马的医学表现出显著的衰退。维萨里在1543年写道：就在这个时期，“那些比较时髦的医生，先是在意大利仿效当初的罗马人，开始指派奴隶们做他们认为需要为病人做的手术，而他们自己却象建筑师一样站在旁边监工。后来，其余从事真正医疗业务的人全都放弃了这项职业的不愉快责任，然而钱还是要，荣誉也还是要，一点也不退让。这样一来，他们很快地就衰退了。烹饪的方法，以及一切护理病人的事情，他们都交给护士做；配药的事情交给药剂师做；外科手术交给理发师做。”
当希腊人被罗马人征服之后，他们往往变得玩世不恭或者信奉宗教了，就象当初雅典人被斯巴达人，后来又被马其顿的腓力普征服之后一样。这两种倾向在希腊的科学上都有所反映，不过宗教倾向最后占了上风。在天文学领域里，罗德斯岛的盖明诺表现过一种相当可怀疑的见解，认为一种关于世界的天文体系只是数学上的方便措施，而不代表真实的物质世界。他认为天文学家过问的并不是物质世界的问题，而是从数学上整理那些现象。在当时，这种见解当然等于默认天体运动是均速的圆周运动这条物理学公设，而这条公设又是根据天是比地上万物尊贵的公设来的。盖明诺写道：“总的说来，天文学家的任务不是研究哪些东西的本性是不动的和运动的东西属于哪种性质，而是在建立关于某些东西在运动和别的一些东西不动的假说时，考虑哪一种假说更符合天界现象。”
此后，天文学就开始披上神学的外衣了。但是宗教对科学的最直接冲击，则是在化学方面。这是随公元二世纪左右亚历山大里亚炼金术者的兴起一道来的。早期的希腊人对化学不大感觉兴趣，可能是因为这门学科和手工艺有关，而希腊哲学家多数把从事手工艺看作是有失身份的事。几个突出的例外是早期的爱奥尼亚哲学家和亚里士多德后期的门徒，诸如迪奥弗拉斯图和斯特拉图，他们都用手工艺的比喻来说明自然过程。所以现在的唯一研究化学的纯希腊人著述，亚里士多德著作中的《气象学》第四卷，就相传是斯特拉图的手笔，这并不奇怪，而且根据后来的古代作家所说，原子论者德谟克利特据称也曾经写过关于化学的书。
在早期，手工艺操作好象和魔术仪式联系在一起，操作过程的成功与否被认为和魔术仪式是分不开的。希腊制陶工人把面具放在烧窑上，用以吓退魔鬼，因为魔鬼被认为能使陶器破裂。特别是炼金术，人们把它和出生或者死与复生的过程联系起来。我们前面已经提到过约在公元前七世纪，亚述文字记载中，把提炼金属和一种生育仪式联系起来。在一则波斯神话里──时间约在公元前五世纪──金属的生产被看作是一个原始神祗死去的结果。当这个神被杀死以后，他的头变成铅，他的血变成锡，他的骨髓变成银，骨头变成铜，肉变成钢，而他的灵魂则变成金子。
看来化学过程的魔术成分和实践成分是逐渐分开来的，因为在我们这个时期的早几个世纪里，我们发现，在埃及一些纯实用的化学配方和炼金术的魔术与神秘做法是时常在一起的。最早的炼金术著作是伪托德谟克里特的名字写的（约公元100年），在同一书的不同部分收了有实用的配方和神秘的玄想。后来，化学著作就变得完全是实用性质了，象三世纪编纂的现今为莱顿和斯德哥尔摩所藏的几部纸草书就都是这样的，另外一些则大部分是关于炼金术的，象佐西马斯（Zosimus，三世纪）的一些著作，也差不多处于同一时代。那些讲实用的纸草书里，有着伪造金银、制造人工宝石和染料的秘方。金银是用别种金属的合金来冒充的，或者在贱金属表面上镀上金银，或者在贵重金属里掺假，然后再把表面层中的贱金属磨去。在那些技术书籍里，这些产品被称作赝品，但是在炼金术的著作中，这些却被看作是真的金银。
在早期炼金术时代，斯多噶派是占统治地位的哲学，不过柏拉图的一些见解在斯多噶派里也恢复了，并在普罗提诺（Plotinus，公元204－270）的新柏拉图学派的体系里达到成熟阶段。别的不谈，斯多噶派相信自然界一切形形色色的东西都是活的和生长着的。每一实体都是从一粒种籽发展起来的，种籽从一开头就含有决定成熟实体那些特征的形式或雏形。这样一种形式或雏形就是一个灵魂或者一种灵气，而灵魂或灵气是由自然的普遍精英──纽玛带动和支持着的。如我们在前面看到的，柏拉图相信灵魂可以转世，这一见解在当时的斯多噶派哲学和宗教的气氛下，就意味着一个物体的形式或特征可以通过死亡和复生转化为另一种形式或特征。
按照这一套思想方式，炼金术认为金属都是活的有机体，逐渐发展成为十全十美的黄金。这种发展可加以促进，或者用人工仿造，所采取的手段是把黄金的形式或者灵魂隔离开来，使其转入贱金属；这一来这些贱金属就会具有黄金的形式或特征。金属的灵魂或形式被看作是一种灵气或者气，主要是表现在金属的颜色上。因此贱金属的表面镀上金银就被当作是炼金术者所促成的转化。照佐西马斯的说法：“一切升华了的气都是一种灵气，而色泽也属于这类性质……黄金色泽的奥秘就是使物体沾染上灵性使之具有灵气。”
炼金术者所采用的一个相当普遍的操作法，是把四种贱金属铜、锡、铅、铁熔合，获得一种类似原始物质而不具有一定形式的合金；然后用砒或者水银气使这种合金表面变白，这样就赋给它一种银的灵气或者形式；接着在给它加进一点金子作为种籽或发酵剂使全部合金变为黄金 ，“就象酵母能发出一大块馒头一样，少量的金银也起同样的作用”。最后再加一道手续，或者把表面一层的贱金属蚀刻掉，留下一个黄金的表面，或者用硫磺水把合金泡过，使它看上去有点象青铜那样，这样转变就完成了。在进行这类转变过程的试探中，那些在合金中失去个性的贱金属，就被认为死掉了，就是说，它们已经失去自身的特殊形式或者灵魂。同样，在表面点上金银，使合金具有新的形式，先是象银子，然后象金子，在他们看来这就是再生过程。
另一种为早期炼金术者加以广泛传播的思想，可能是一种更原始的观念，即金属是两性生殖的产物，金属本身就有雌雄之分。早期的一个炼金术者，犹太女子玛丽（据说她曾经发明水浴器，法国人还称为玛丽水浴器）在其说明里曾经把转变的秘诀记录如下：“使雌雄交配，你将获得你要找的东西。”她又说，银子很容易做到这一点，但是铜要交配“就和马与驴，狗与狼”一样难。当亚里士多德在《气象学》第四卷里的理论重新得到兴起，并把据称产生金属和矿石的两种气体加上性别之后，上述的那种观念在伊斯兰教和中古炼金术里的地位就变得更加重要了。
早期的炼金术者的生活时代是从公元一世纪到五世纪；这个时代的学术气氛在罗马帝国崩溃时，变得愈来愈差了。据说罗马皇帝戴克里先在公元292年把炼金术的书统统烧毁了；而亚历山大里亚的图书馆则在公元389年一次基督教人叛乱时捣毁了；而根据至少在十三世纪后的一个反对异教者的叙述，缪司学院在公元640年最后也被伊斯兰教徒毁掉了。随着基督教的兴起，青铜时代关于地球是平的，地下和上空都是水的学说又恢复了。早期教会的某些神父对这种见解很中意，他们认为宇宙的总格局就象个大帐篷。支持地平说最得力的是叙利亚教会，特别是耶路撒冷的席里尔（约公元360年）和达苏斯主教狄奥多鲁斯（公元394年卒）；狄奥多鲁斯甚至宣称希腊人的世界体系是无神论的。
帐篷说在西罗马的教会也有人赞成，不过一般说来，希腊人的学说的轮廓仍旧保留下来，主要是天地都是球形的思想。米兰的昂布罗斯（约公元397年）谈到天是球形的，他的门徒奥古斯丁（Augustine，公元354－430）也这样说。可是昂布罗斯认为这类问题并不重要，因为他指出：“讨论地球的性质和位置并不能有助于我们对来生的期望”。塞维利主教伊苏都拉曾经引用过“哲学家们”认为地球是一个不动的圆球而天界是一个转动的球的大致说法，而不表示他个人的看法；尊敬的比德（Bede，公元673－735）也如此。西欧的教会长老对希腊的世界体系都不懂得，反而是东部的基督教国家给亚里士多德和托勒密的世界体系披上了基督教的神学外衣。
科学在拜占庭比在罗马根子扎得深些。在雅典，柏拉图的学园和亚里士多德的吕克昂学园都很活跃，一直到公元529年才被拜占庭皇帝查士丁尼封闭。拜占庭的最后一个著名的异教哲学家普罗克鲁（Proclus，公元412－485）讲过，到了他的时代发展了一种世界学说，把托勒密的数学体系，连同亚里士多德的物理学、宇宙学说的主要内容，都结合进去了。这个学说设想天界是九个同心圆的壳层，第一层载着月亮，第二层载着水星，这样的顺序推上去，直到载有许多恒星的第八层，而第九层则是原动天。每一壳层都很厚，可以容纳得了托勒密学说中的那些本轮，而且这一连串的壳层都是如亚里士多德设想的那样一个接一个的。因此，一个天体离开地球最远时等于上面一个天体最接近地球的距离。就是说，月亮离地球的最大距离等于水星离地球最近的距离，依此类推。根据这种说法，载有天体的壳层的厚薄，和这些天体离开地球的平均距离可以测算出来，求得所谓宇宙的绝对尺度。
这九个天层需要有推动者；根据柏拉图和亚里士多德的学说，这些推动者应当比被推动的天体具有更高贵的品质和灵性。柏拉图曾经指出，天上的神灵分为等级，而狄奥尼修斯（Dionysius）则把这些神灵说成就象圣经里提到的各种天使。狄奥尼修斯可能是普罗克鲁的一个学生，而且肯定是属于新柏拉图学派传统。狄奥尼修斯把天神分为九级，又把九级分为三等，这样化分的结果就使这些等级不同的天神天使成了九个天层运动的执掌者了。第一等级的三个是希拉菲姆（意为最高位天使）、齐拉比姆（意为司知识的第二位天使）和塞隆斯（意为第三位天使），其次是多明乃欣（意为统治）、维邱（意为德行）和保尔（意为权力），最后是普林席巴里（意为君主）、大安琪儿（大天使）和安琪儿（小天使）。希拉菲姆专司原动天的运动，齐拉比姆专司恒星天的运动，如此类推。最后是安琪儿专司月层的运动。处于九级天神之上的是上帝，上帝住在第十层的净火天；九层天的下面是地球上的万物，以人类为长，其次是动物、植物和宇宙的渣滓。每一级生物本身都按等级排列，所以都有其各分主次的神。照狄奥尼修斯的说法，这就仿佛地球上的教会有大长老、主教等等，一直到下级职司。所以宇宙看来是由一连串的生灵组成的，从处在宇宙边缘的上帝起一直伸展到处在地球中心的地狱中最卑贱的众生，因为每一级的最高生物和它上一级的最低生物都是一个接一个的。
约翰？斐罗波诺斯（John Philoponos） 是六世纪亚历山大里亚的一个作者，他就因反对这种关于世界的自然观而被教会称为信奉异端邪说之人。斐罗波诺斯否认天体是由神灵推动的。他认为上帝开头就赋予天体一种冲力，即一种不随时间消逝的动力，正如上帝赋予重物体向地球坠落的倾向一样。地上的物体和天上的星体在这一点上是相近的，它们的本质并没有什么不同。斐罗波诺斯设想运动的物体一般都不需要经常有个推动者和它直接接触，因为一个力给物体提供了冲力，冲力就可以维持物体的运动。由于这个道理，真空可以存在，因为冲力说并不要求一个物质的连续体通过物理的接触传递作用。还有，飞矢就是在它本身的冲力下穿过这种真空的，并不如亚里士多德所说的那样，需要空气从它后面经常施加压力。
斐罗波诺斯提出的冲力说在十三世纪又得到流行，这个学说和亚里士多德与狄奥尼修斯的见解在内容上显示了重要的分歧，而后者的见解在中世纪是广泛为人们接受的。狄奥尼修斯的影响相当地大，因为当时认为他就是裁判官狄奥尼修斯，即当初说服圣保罗皈依基督教的那个雅典人。拜占庭皇帝迈克尔在公元827年把他的著作送了一份给西罗马德皇帝、虔诚的路易斯。这些著作又被爱尔兰哲学家约翰？司各脱和其他人从希腊文译了出来。亚里士多德的著作也是这样比较辗转地通过伊斯兰教国家传过来的，而且从十二世纪起，亚里士多德的许多著作，连同《圣经》和基督教的新柏拉图派学者，诸如狄奥尼修斯的著作在内，都成了中世纪学术的基本读物。
[英]梅森
第二部分 东方和中世纪欧洲的科学 第七章 中国的科学和技术
早期文明社会的传统，在中国比在任何其他地方都更加持久而绵延不断。经常被人们和上古青铜时代联系在一起的象形文字、农业灌溉和官僚士大夫统治，在古代中国都一直存在到晚近时期。同巴比伦人和埃及人一样，古代中国人没有能够发展出一套理论几何学，也没有把他们关于宇宙空间结构的理论建立在他们天文观察的数据上。还有，古代中国人也没有发展一种科学方法，他们的哲学和技术直到近代仍然是脱节的。
有年代可考定的中国文明最早阶段是商朝。在公元前1500年左右，商代曾在黄河边的安阳建都。安阳的考古发掘，表明当时中国人还处在青铜时代。这个时代的特征是以陶轮制造器皿，以马匹驾驶车辆。与西方不同的是，种水稻而不种大麦，织丝绸而不织麻布。汉族人现在通用的表意文字，当时是以象形文字书写出来的。当时还有一种六十进位的计数系统，有人认为这是中国受过巴比伦影响的证明。约在公元前1000年，商朝为它边界上的周人所灭，后者建立了周朝。周宗室四围的采邑，后来逐渐发展为一些独立的封建领主国家，而处在中心的周室的权力则愈来愈削弱。在公元前475至221年间 ，那些封建领主国家相互争霸，这就是所谓战国之世。
大约在公元前六世纪，中国人就知道用铁。关于铁的最早文字记载是公元前513年。战国后期僻处中国最西部的、进入了铁器时代的秦国，征服了其他国家，建立了秦朝（公元前221－207）。秦始皇为了统一他的帝国，大兴水利，修筑通往全国的驰道，扩建长城。为了加强他的统治地位，他还焚烧了所有国家（秦国除外）的史书，只有博士官所藏的图书除外，私人所藏的儒家经典等著作也一律送官府销毁。秦始皇的统治一般地说是独裁主义的。他死后，秦国的一个小吏刘邦就开创了较有容忍精神和年代悠久的汉朝（公元前206－公元220）。汉代在公元前124年设立了太学，并建立了儒生或知识分子治理国家的官僚制度。当时读书人在竹简上或木简上，后来在绢帛上，最后才在纸上书写文字。据说，造纸术的发明者是东汉的蔡伦（公元105年），但已发现的最早的纸是公元150年左右的。
汉代以技术革新著名，不但发明了纸，约在公元前100年还发现了磁针的指南作用，中国第一次论铸铁的文字记载也出现了。公元31年的一部著作中，谈到了一种卧式水轮。这是通过一组凸轮和传动带，推动“排橐”（风箱）向铸造农具的熔铁炉吹风的机械装置［即据传为东汉杜诗所制作的水排］？。后来，在公元290年，立式水轮也出现了，随即有了用水力带动轮锤操作的杵臼［即为三国时劳动人民所发明而由魏人张既所推广的水碓］。
在战国、秦、汉时期，人们提出了许多科学和哲学上的问题并进行了讨论。战国百家争鸣，百家中重要的有法家、名家和墨家，特别是道家和儒家。在如何解决各封建国家之间的破坏性很大的不断发生战争这一问题上，每个学派都有其不同意见。法家认为社会混乱只能通过“实在法”的施行而解决，这种“实在法”也就是《管子》一书内所谓的“先定”法［按，《管子？九守篇》所谓的“先定法”不仅是指“实在法”，即实际制定、现实存在的法律，而且是讲一经订立，贵贱都应遵守的法律，因为所有法家（如韩非）都认为“法不阿贵，绳不挠曲”（《韩非子？有度篇》）］。在秦代，法家影响极大，但随着他们的庇护者的消失，大多数法家代表人物也就消失了。墨翟（约公元前479－381）学派主张“兼爱”，但他们并非是和平主义者；因为要扶弱御强，所以他们就对军事技术进行研究。
对军事技术的研究，也促使他们去探讨物理学，特别是光学、力学和防御工程的问题。他们研究了光在平面镜、凸面镜和凹面镜上的反射，从而提出了一些经验规则，把事物及其图象的大小和位置，和所用镜面的曲率联系了起来。在力学方面，他们的兴趣所在，主要是杠杆系统和滑车。在这里，他们也是从经验主义的角度去研究问题的。他们没有提出一套完整的光学理论，在工作中也没有运用几何学的推理方法。他们的结论是从实验得来的，并且这些结论往往是以经验规则的形式表达出来。墨家和名家有关系，他们都企图建立一套科学思想方法，其目的在于使他们同时代人的不同意见可以趋向一致。但就在这个问题上，两派的见解是相反的。墨家认为感觉经验是人类知识最可靠的基础，但名家则认为感觉经验容易产生错觉，所以要人们达到意见一致，唯一方法就是要靠逻辑论证。
到了汉初，法家、墨家和名家已失去了他们在学术界上的重要性，而为儒家和道家所代替。儒家的祖师是孔子（公元前552－479）。儒家教导人们遵守古代习俗和传统，他们认为这不但是解决战国时代的问题，也是解决任何时代的问题的方法。儒家思想是官僚士大夫的正统哲学，这从汉代官僚士大夫统治时期起一直到晚近，都是如此。但是直到宋代（公元960－1279）新儒家运动的崛起，儒家很少甚至于完全没有谈自然哲学，虽则他们和官方的天文学家们有联系，并且同意后者关于宇宙性质的学说。至于各种手工业的问题和有关化学的问题，他们则毫不感觉兴趣，对这类问题进行研究的人差不多全是道家。
道家的创始人据称是老子，传说老子的年代是在公元前六世纪至四世纪这段时期中。道家认为人们应该反朴归真，抛弃文明社会而回复到太古的单纯而平等的社会生活。他们声称，太古原始社会是最有道德观念的理想社会［如在神农之世，人们就“与麋鹿共处，耕而食，织而衣，无相害之心，此致德之隆也”（《庄子？盗跖篇》）］。出于对这种“至德之隆”的理想社会的憧憬，许多早期的道家往往逃奔深山穷谷，成为隐士，象原始社会的巫觋那样，行方术以究自然。道家把“道”看作自然界和人类社会的规律；对他们来说，道本身就是宇宙过程。人人都应顺从道，要法天则地，或如庄周（公元前369－286）在《庄子？逍遥游》中所说的，要“乘天地之正”。在《庄子？养生主》中，有一个“庖丁解牛”的故事，说的是一个屠夫，他对梁惠王说，他解割了数千头牛的尸体的刀，已用了十九年，但仍锐利如新，因为他“依乎天理”，“所好者道也”，他深知牛的骨骼关节的所在，故能游刃有余，“进乎技矣”。道家企图发现自然界的“道”或秘密，这种关于“道”的观念是从他们对原始部落社会的基本信念发展起来的，他们把原始社会理想化了。宇宙万物的生成过程，他们认为类似两性生殖过程，是由两种对立的本原相互作用所致。
约在四世纪的时候，不但道家，还有另外一些人，把这两种对立的本原，名之为阴、阳。阴是被动的、阴暗的和女性的力量；阳是主动的、光明的和男性的力量。这两者共同来自物质和能量的原始混合物，这种混合物以作旋转运动的液体的形态出现。旋转运动使阴暗的和重浊的东西，从光明的精细的东西中分离出来，前者就成为地和阴这个本原，后者就成为天和阳这个本原。两者相互作用，于是产生五行：水、火、木、金、土。最先出现了属于阴的水和属于阳的火，然后出现了其中阴略占优势的木，和其中阳略多于阴的金，最后出现了阴阳两种本原达到一定平衡的土。阴阳两本原继续不断相互作用就进一步产生了自然界形形色色的万物。
道家研究宇宙之道以谋控制人的寿命，使人得以长生不老，永葆青春。为此，道家讲究“服气吐纳”之术，模仿在娘胎中胎儿的“呼吸”。他们主张男子应作日光浴［这就是所谓“服日芒之法”］，而女子也要作月光浴，以便各自汲收日的阳气和月的阴气。他们提倡“导引术”（柔软体操）和“房中术”，以补男子之阳和滋女子之阴。但最主要的是，许多道家都试图用化学的方法分离阴阳本原，从而发展了炼金术、食物养生和采制药物之学。
据说秦始皇笃信方士，以为他们可以使他延年益寿，但是关于炼金术最早的文字记载是在《前汉书》中。它讲到在公元前133年，有一个炼金士［李少君］曾对汉武帝说，他能从丹砂中炼出金子，而用这样炼成的金子制成杯盘，注以水浆，饮之者即可永远不老不死。但中国的炼金术后来又转变为炼丹术，后者的目的不在于化贱金属为贵金属，而在于炼成使人长生不死的“金丹”、“神丹”或“仙丹”。炼金士重视真金，因为它黄得象太阳那样，表现它充满着阳的本原。但是在他们看来，丹砂高于真金，因为它是赤色的，并在加热后即产生活的金属亦即水银。公元四世纪最著名的炼丹士葛洪在其《抱朴子？金丹篇》中就讲到：“凡草木烧之即烬，而丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂，其去凡草远矣，故能令人长生。”
当时中国人也和西方人一样，以为矿石和金属都是在地下成长的。公元前二世纪的中国已有了这样的说法。《鹤顶新书》 （公元五世纪）中就讲到：在地下，“丹砂受青阳之气，始生矿石。二百年成丹砂而青女孕，三百年而成铅，又二百年而成银，又二百年复得太和之气而化为金”。死者也可复生，根据这种立论，《鹤顶新书》就认为“金以丹砂为子，是阴中之阳，阳死阴凝，乃成至宝”。［以上《鹤顶新书》中语，转引自明李时珍《本草纲目》，卷八，金石部，金石之一，“朱砂银”一条下。］和欧洲人一样，中国人也认为自然界中象这样的过程也可以在实验室中重现。葛洪把升华和蒸馏看作是这种过程的最重要步骤，因为升华和蒸馏把加热这种阳的作用和冷却这种阴的作用结合了起来。阴阳这两种本原还可以分开为化学的形式水银和硫磺。水银主要是阴性的，硫磺主要是阳性的，二者结合就产生丹砂。丹砂是自然和人工形成金属的起点，也是配制长生不死药的起点。
在寻求却病延年的饮食卫生种种秘方时，中国医药学业深深受到了道家的影响。中国有些地方有一个风俗：旧历新年初一，人人都要吞食一个鸡蛋，因为据说鸡蛋的活力可使人一年内消除百病。长寿的动物如龟被看作是食物中的珍品。一些被认为阳的成分极高的矿务如硫磺和硝石等，也被当作很好的补药或强壮剂。人身上所有脏、腑、四肢、五官、经络等等，以及一切疾病，都被认为不是属于阴的便是属于阳的。热性病是阳症，寒性病是阴症。中国医学特别注意病家的脉息。阳病的脉强而浮数，阴病的脉弱而沉迟。医生必先按脉以进行诊断，然后对症下药来调理阴阳。刺激药物和辛辣药物是阳性的，清泻剂和苦味的收敛剂则是阴性的。
中国医学的权威著作是《内经》。《内经》成书于汉代。其中的解剖和生理理论，主要建立于人和国家，以及作为小宇宙的人和大宇宙的比拟上面。“天圆地方，人头圆、足方以应之。……天有四时，人有四肢。……岁有十二月，人有十二节。” ［以上见《内经？灵枢？邪客篇》］心是“君主之官”，而肺是“相傅之官”，肝是“将军之官”，胆是“中正之官”，脾、胃是“仓廪之官”，小肠是“受盛之官”，大肠是“传导之官”。［以上见《内经？素问？灵兰秘典论篇》］ 《内经》并断言，血得气乃行，“经脉流行不止，环周不休。”［以上见《内经？素问？举痛论篇》］但这不能看作是古代中国已发现了血液循环的证据，因为当时中国人并未把动脉和静脉区别开来。当时关于气的上下循环的猜想，只是把血的运行和自然界的周期运动，天体的运转，四季的往复交替进行比拟而得出的结论，古代中国人并没有作过什么实验来证明它确实如此。
古代中国的官制有医生的职位，但炼金士或炼丹士并不属于官制。不过，同古埃及和巴比伦的情况一样，与统治阶级关系最密切的，还是数学家、天文学家、测量者和历法制定者。最早的中国数学专门著作是《九章算术》，据说书中记载的许多是周代（约公元前1000年）的数学成就，不过现在存世的传本九卷可能是汉朝天算家张苍约在公元200年改写的。这本书首先讲到三角形、梯形和圆形的面积的计算方法［“方田”］。π的值最初定为“径一周三”，在公元一世纪始定为 .其次讨论的是比例、百分比以及合伙经营等商业上的问题［“均输”、“粟米”、“衰分”、“盈不足”］。然后论到如何从图形的边长求得其体积，或者反过来，从图形的体积求得其边长的方法，在这里他们也就涉及开平方和开立方的问题［“少广”］。书中还叙述了勾股定理（毕达哥拉斯定理）和线性齐次方程，并提出了“盈不足术”。它是假设、推演、再假设，直到求得某些疑难问题的正确的解或其近似数值的方法。
在天文学方面，据说中国在上古时代就进行天象观察。十七世纪天主教耶稣会教士初到北京的时候，就认为中国天文学是在当时的四千年前就开始有了的。不过，根据河南安阳的甲骨文记载，天文学在中国兴起的最早年代约在公元前1500年，而在公元前400年前可靠的记载是不多的。安阳发掘出来有文字的龟甲上已有日月食的记录，从公元七世纪起中国史书上经常有关于日月食和彗星的出现的记载，而在那个时期西方是很少有这样的天文记载的。
古代中国最有名的天文学家是石申（约公元前350年），相传他记下大约八百多颗恒星的相对位置。 石申已认识到日月食是由天体间的干扰效应所致，他并且制定了根据日月在其轨道上的预期位置来预测日月食的规则。他把圆周分为3651/4°，相当于一年的日数，还知道以十九年为一周期的所谓“章岁”，这是和古希腊的“默冬章”（默冬Meton，约公元前432年）相似的。他算出这个周期为十九年共置七闰，其中的太阴月数几乎完全准确地等于236.较后的一个天文学家虞喜 在公元336年还发现了岁差，定出每五十年春分点在黄道上西移一度。
中国人认为北极星和不升不落的拱极诸星都是最重要的天体。北极星由于永远不动，被称为“天地星”。 拱极诸星则被看作是王侯，其外的一些星宿则被看作是百官。中国人对天体的观测方法，和现代以前西方的观测方法不同，因为他们的观测是根据有固定极点的天球，而不是以有固定的观察者在其上的地球为其参考坐标的。
早期天文学家最感困难的问题之一是测定相对于恒星的太阳的方位，因为白天太阳在天空上，恒星就不能为肉眼看见了。古巴比伦人、埃及人以及在他们之后的希腊人解决这个问题的办法，是对黎明前不久升起的星宿进行观察，这些星宿决定那个时刻中太阳所处的方位。譬如，古埃及人已经知道在尼罗河泛滥季节，天狼星总是同太阳一道升起的。这种恒星偕太阳升落的现象是地球水平面上的现象，这种现象为天文测量提供了一条基线，即太阳通过一条恒星带（即黄道带）的表观周年运动。但中国人和西方古代的天文学家不同，把有升有落的恒星和不升不落的拱极恒星联系起来，所以即使看不见前者的时候，还是能演算出它们的方位。这样一来，嵌着恒星作为参考点的天穹，就成了测量天体方位的坐标，其基线是天穹的赤道，而不是黄道。十六世纪末期耶稣会教士到中国来的时候，他们还把古希腊人用的黄道坐标测定法介绍给中国人，而第谷？布拉赫却在同时把赤道测定法介绍到欧洲来。这真是历史耍弄人的一个古怪例子。
中国的天文测算，差不多全是用代数方法进行的，这一来，他们的天文学就不能提供一幅宇宙布局的图景。由于这个缘故，中国的技术天文学大部分是和他们的宇宙理论脱离的，而他们的宇宙理论在整个历史阶段都属于定性性质。在汉代，有三种宇宙理论。最早的是盖天说。它认为天是个半球，或一个半球形的盖，而地则象一个覆盖着的方边碗，和一个凸形的方盘相似。但天不是一个规则的半球，因为“天形南高而北下”，象在棋盘上斜放着的撑开的伞。因此，随着这个半球运转的太阳到了南方，人们就看得见它，但到了北方就看不见了。太阳、月亮和行星随着天运转，但也有各自的适当运动，如蚂蚁在运转的磨盘上面那样。环绕大地的是海洋，天盖在大地边沿浸入海中，天地都由盖在它们下面的气所撑着。天离地是80，000华里。
盖天说在汉末已失传，继起的是秦以后（公元前207年以后）的史书中所记载的浑天说。据称浑天说创于公元前二世纪，最早叙述和说明浑天说的是东汉的张衡（公元一世纪）。根据这种理论，天是一个球体，直径约二百万华里，南北向比东西向短一千华里。张衡把宇宙比作一个鸡蛋，地为水所载，居于天内好象蛋黄，天一半在地上，一半在地下，象蛋壳一样，而为气所浮。第三种宇宙学说是宣夜说，或无限空间说，它的起源也很早，但关于它的最早记载则在汉末。按照这种理论，除了地和天体以外，宇宙无形亦无质；空间是虚空的和无限的，天体不附着于任何物之上，只浮于“元气”或“刚气”之上自由运动。无限空间说和道家有关系，浑天说则为儒家所采取。可是当道家逐渐转变为神秘教派以后，儒家就把早期道家的自然主义哲学接受过来。因此宣夜说中的一些成分也就渗入了官方宇宙论的浑天说，这在十二世纪的新儒家那里尤为显著。可是早在四世纪，发现岁差的专司天文历法的虞喜，就认为天虽有一个极限，但高不可测，而日月星辰则都在天的下面自由运行。
古代中国人并不把天体看作是决定地上一切人事的有权力的神灵。中国也有其占星术体系，但这样占星术的特点是象一把双刃的刀一样，天上人间可以互相影响。彗星的出现可能是世间灾难的预兆，但同样也可能表示世人违反事物常规，而在天上引起的骚乱。因此，没有一个神圣的立法者在控制着宇宙。宇宙的变化过程是宇宙间万事万物相互错综复杂关系所组成的网，一切只是按照自然的常规安排的。在道家看来，宇宙过程中的一切都有同样的重要性，没有哪一个高过哪一个。庄子（公元前369－286）《其物论》中就讲到：“若有真宰，而特不得其眹［”眹“与”朕“通，意即迹象，这句话是讲：仿佛是有真宰存在，但看不到它的迹象］。可行己信，而不见其形［人们可以相信真宰是存在的，但看不到它的形状］。有情而无形［这样，真宰就成为有情或有感觉能力，但无具体形状的东西了］！百骸［以人身为例，就有一百个骨节］、九窍［耳目口鼻，加上排泄器的二窍］、六脏［心、肝、脾、肺、肾，以及‘命门’］，赅而存焉［这些都具备而存在］，吾谁与为亲［但是，它们之中哪一个可以被人们看中，说它是人身上的真宰呢］？女皆说之乎［你（女）把它们看成一样，而同样地喜欢它们吗］？其有私焉［或者是喜欢其中的一个更胜于其他的吗］？如是皆有为臣妾乎［这样，莫非说它们都是真宰的臣妾吗］？其臣妾不足以相治乎［或者说，这些臣妾不能相互控制吗］？其递相为君臣乎［所以它们是交替地为君又为臣吗］？其有真君存焉［难道除了它们自身而外，还需要什么真君或真宰存在吗］？”
儒家并不认为在宇宙变化过程中，一切事物都是一样轻重或一样重要，但他们认为万物相互联系，都受常规或常道的制约。儒家的荀卿（约公元前300－240）提出一种自然界等级体系说，他的这种说法和亚里士多德把地球上生物分为具有植物灵魂、动物灵魂和理性灵魂的三分法很相似。荀卿认为万事万物皆由常规或常道推动或联系的。他说：有了礼，“天地以合，日月以明，四时以序，星辰以行，江河以流，万物以昌，好恶以节，喜怒以当。以为下则顺，以为上则明［礼可使被统治者顺从，使统治者明智］；万变而不乱［礼使千变万化的社会不致发生混乱］；贰之则丧也［如果离开了礼，就要丧失一切］。礼岂不至［伟大］矣哉！”（《荀子？礼论篇》）
存在于人们相互之间以及岁月四季的习惯行为或运转，是容易观察和肯定的，但要知道其中的细节就必须求助于占卜的方法。在商代，人们灼龟甲，看其“兆”或裂痕以卜吉凶。周代用蓍草茎进行占卜，蓍茎有长有短，长短茎的组合和排列就发展成为八卦，战国时期的人们就以八卦卜吉凶。最后到了汉代，还有了一种更复杂的方法，用一个象征“北斗七星”的勺在一个内圆外方的八卦盘上转，然后看勺停下来的位置以卜吉凶，“北斗七星”被认为是拱极星座中最重要的。有人曾经设想，磁针的指南性质可能就是这样发现的，因为用磁石做成的勺转动后总是回到原来的指向南北的位置。
以上叙述的史实都发生在中国历史的上古时期，约在汉末（公元220年）为止。从这时起，中国历史又按照以前发展的模式重演起来。随着汉帝国的瓦解就出现了各国争霸的局面，直到隋朝，中国才又统一起来（公元581年）。隋朝（公元581－618）和以前的秦朝一样统治残酷而为时甚短，接着便是唐朝（公元618－907）和宋朝（公元960－1279）。宋朝主要是受儒家的传统影响，统治方式比较宽容。在类似战国时期的汉末到隋初那一段时期（公元221至581）中，大、小乘佛教陆续传入中国，产生了强大的影响，填补了当时人们精神上的空虚。这是道教已发展为一种神秘的宗教，有它自己的庙观、道士和世代相传的天师，形成一股旨在反对外来佛教的力量。佛教昌盛一时之后，唐代道教复兴，炼金、炼丹士重新又活动起来。他们从丹砂中蒸馏水银，可能还知道蒸馏酒类。这时人们重又追求长生不老之术；但实际上，唐代二十二个皇帝中，就有七人因服用长生药而丧命。
烧制瓷器从汉代粗糙的原始瓷器开始，到唐代有了高水平的发展，在公元621年昌南镇［即今景德镇］就设置了官窑，烧制进贡瓷器。在五世纪发明了独轮手推车，七世纪出现了用人力踏车推动轮桨的船舶，这种船舶有密封舱壁和装在船尾的舵。在唐代，佛教寺庙开始采用刻板印刷术。现在存世最早的印刷物是在甘肃敦煌石窟中发现的《金刚经》，时代为公元868年［唐懿宗咸通九年］。不久，刻板印刷在全中国就普遍流行起来，公元932年［后唐的冯道］就倡仪刻印儒家的九经，到了宋代，公元994年至公元1063年间，官方编修的历代史书也印了出来。在公元1206年，蒙古人出兵西域的前夕，刻板印刷术传到了边疆的维吾尔民族中。维吾尔人刻印了用他们的突厥文字（这种文字的字母来源于叙利亚人）译成的佛教经典，其中的一些注疏用梵文书写，页数则用汉字标出。约在公元1040年毕昇还发明了胶泥活字印刷术。木活字印刷术的发明则较晚，据说在敦煌千佛洞中曾找到有公元1300年的木活字印刷物。最后，朝鲜发明了铜活字印刷术，在公元1403年开始有了铜活字模，现在存世最早的朝鲜铜活字本，时代为公元1409年。［从明弘治三年（公元1490年）开始，中国也有了铜活字印刷。］约在唐末，火药以为中国人发现，在宋末以前不久还出现了火器。硝在中国和印度早已发现。公元前一世纪的一些中国书籍中就提到了硝。公元三世纪，中国的炼金士已经知道用一定比例的硫黄和硝石凑合起来的混合物在高温下就会发生爆炸。七世纪著作中关于“伏火”方法的记载，指的可能就是这种实验。唐代在战争中运用了“火箭”，这可能只是讲在箭镞上放有燃烧着的松脂。公元969年出现一种新型的火箭，这种火箭才似乎是火力推动的武器。后来在公元1040年的一个记载中谈到用火药推动的火箭，同时还指出火药的准确配方，详细说明了其制造方法。中国在公元1067年颁布了不准把硫黄和硝石输出国外的法令，这表明当时中国人已把火药看作很珍贵的了。
据说马可？波罗在元朝担任过高级官吏，他在他的游记中就提到公元1237年间中国已有了火器。这一事实在当时中国的书籍中也有所反映。第一次提到火器飞炮的是公元1259年，那时南宋军队用竹筒制成的火器击败了金人。金人在和蒙古人战争中也用过火器。在公元1231年金人就有了所谓“震天雷”，这是一种用投射器射出的装有火药和药线的铁管霰弹。蒙古大将速不台在公元1233年夺取了一座中国军火库，此后不久速不台就奉命率领蒙古军队远征欧洲。根据三种不同的记载，蒙古军于公元1274年至公元1281年间入侵日本时，也用过火炮，三种记载中之一还讲到蒙古军队用了铁制的炮弹。中国火炮最早的有记录的年代是公元1354、1357和1377年，而欧洲的火炮有可考的年代的是公元1380、1395和1410年。
宋代科学的另一发展是在陆地旅行和航海中使用磁针罗盘。在公元1086年，沈括写了一部［《梦溪笔谈》］，其中详细讲到北宋的一些科技上的发现和发明，诸如化石、木质模型地图、金属转化的实例和指示方向的仪器等等。沈括讲的金属转化实例就是用硫酸铜溶液把铁变为铜，这在西方也早被看作是真正的金属转化实例。至于磁针罗盘，沈括说到，“方家［或堪与家］以磁石磨针，锋则指南，然常微偏不全南也。”到了公元1150年左右，这种带有磁针的罗盘已经常用于航海和陆上旅行，那时，磁针偏离真正南北方向的现象，也已为被人们所熟悉了。
宋代和汉代一样，在数学、天文、历法和测量方面，都是人才辈出。写成于公元1755年至1799年间［清乾隆六十年至嘉庆四年间］阮元的《畴人传》中，列举了有名天算家汉代共三十二人，宋代共三十人，在汉、宋之间，如隋代只不过九人，唐代也不过十六人。 公元1274年秦九韶的《数书九章》问世，他首次提出了小数位置法和零的记号。他还讲到如何用“三斜求积术”的代数方法来求三角形问题的解，并且讨论了数字高次方程和不定方程。司天监长贾宪 （约公元1011－1075）解决了求得某一已知项数的平方和问题。朱士杰约于公元1280年描述了二项式系数的三角形，这在西方只是到了十七世纪才由法国数学家巴斯卡首次发现，因而这种三角形后来就被人们称为二项式系数的“巴斯卡三角形”。
在天文学方面，宋代没有什么新的发展，因为中国天文学主要研究的是制定历法问题，而这类问题在汉代已经解决得差不多了。不过，宋代的新儒家却发展了自己的自然哲学，把早期道家的一些学说吸收过来，并且把它们和官方的浑天说宇宙论结合在一起。宋朝最出名的新儒家是朱熹（公元1131－1200）。他认为在太初，宇宙只是在运动中的一团混沌的物质。这种运动是旋涡式的运动，而由于这种运动，重浊物质和清刚物质就分离开来，重浊者趋向宇宙大旋流的中心而成为地，清刚者则居于上而成为天。大旋流的中心是旋流的唯一不动部分，因而地必然处于宇宙的中心。旋涡运动使“天运不息，昼夜辗转”，并使地处于中心不动。所以“使天有一息之停，则地须陷下”。朱熹认为天体由于“刚风”［朱熹说过，“道家有‘高处有万里刚风’之说”］而不断运转，每一天体都有其自身的“风”，这些“风”分别形成宇宙旋涡中的一层或一重。天有九重或九层，最外面的一层运转得非常快，而且如此“刚硬”，所以就成为宇宙的外围，虽则在它的外面还存在有无限的空间。所有行星都为其外面的天重或天层的旋转运动所带动而在天上运行，不过它们也各自有其本身的运动。如太阳在天上只日行一度，而月亮则日行十三度有奇。这是因为日为君，月为臣，［为君者庄重端详，动作较慢］所以月行较快。［以上朱熹的天文理论，可参考《朱子语类》，卷一和卷二。］朱熹还看出化石是生物的残骸。他写道：“尝见高山有螺蚌壳，或生石中。此物即旧日之土，螺蚌即水中之物，下者却变而为高，柔者变而为刚。此事思之甚深，有可验者。”［《朱子语类》，卷九十四］朱熹的这一段话代表了中国科学最优秀的成就，是敏锐观察和精湛思辨的结合。中国古代科学不能越出这一步。这是因为古代中国人大都不能把理论和实验结合起来，因为一般所谓士大夫都把实际工作看作是卑贱的事。朱熹就说过，唐朝医生孙思邈是一个好学深思的文人，但因为行医，所以就贬入方技之列，这是十分惋惜的事。《新唐书？方技列传》也写道：“凡推步［天文、数学］卜相医巧，皆技也。……小人能之，……矜以夸众，神以巫人［把自己的技能说得神乎其神来欺骗世人］，故前圣不以为教，盖吝之也［故古圣人以为他们是不足为训的，看不起他们］。”
因此，古代中国学者的工作主要属于纯思辨的性质，而从事测量、制订历法和观察天文的人，则在工作中总是以经验为重，对理论少有兴趣。耶稣会教士把哥白尼、托勒密、第谷？布拉赫在天文学上的理论以及争论介绍到中国来的时候，中国的天文学家是不大感兴趣的。在《畴人传》卷四十六中评论乾隆时代来华的耶稣会教士蒋友仁（法国人，原名Michel Benoist）时，阮元就写了一大段话：“古推步家……但言其所当然，而不复强求其所以然，此古人立言之慎也。自欧罗巴向化远来［自从欧罗巴教士们慕中国的文化不远千里到此］，译其步天之术［传说隋丹元子作有《步天歌》，亦即论天上星宿位置的歌诀］，于是有本轮、均轮、次轮［这些都是西方天文学家如托勒密、哥白尼等人在计算天体运行时所用的关于天体轨道的一些专门名称］之算，……乃未几而向所谓诸轮者，又易为椭圆面积之术，且以为地球动而太阳静。……上下易位，动静倒置，则离经叛道，不可为训。……夫如是而言西人之言天，能明其所以然，则何如曰盈缩、曰迟疾、曰顺流伏逆……但言其当然，而不言其所以然之终古无弊哉！”
这种理论研究和经验讲究相割裂的状态，差不多是一切具有等级区分的农业文明社会的一个特点。在十八世纪产业革命以前，科学在一些商业发达的文明社会里特别受到大力提倡，但象古希腊和文艺复兴时代那样的商业文明社会，中国就从未有过。古中国的统治者所采取的总是一种抑制私人经营的商业和企业的政策。当一种商品成为人民的重要必需品时，国家就把它变为官营的由官方督造的商品，如盐在周代，铁在汉代，茶在唐代，都是这样，因此，这种商品的控制权就从私人手中夺了过去。比起中世纪欧洲来，中国的手工业和商业行会，规模都小得可怜，而且行会也从来没有发展自己的独立传统。又如古代中国人从来就没有过原子论哲学。从在欧洲原子论流行的各个时代（如古希腊和欧洲文艺复兴时代，这时原子论哲学虽很流行，但还未成为对科学有用的学说）的情况来看，原子论的观点对重视商业和个人主义的人们吸引力最大。在古代中国社会中，最富有独立精神的人是在荒山穷谷中的道家隐士，但即使是这类人，也是墨守着道家的理想化原始社会的概念，而不能越雷池一步。
[英]梅森
第八章 印 度 的 科 学
同美索不达米亚、埃及和中国一样，印度的文明社会也是从青铜时代开始，在江河流域发展起来的。不过，迄今为止，关于公元前3000年左右出现在印度河流域的文明，人们知道的还是不多的。人们只知道那时居住在印度河流域的民族，已有了一种象形文字和十进位计数法。这个民族跟苏美尔人（Sumerians）一样，也用快速旋转的陶轮制造器皿，并在铜中加锡生产青铜，但是他们用棉纱织布，而不象西方那样用麻和羊毛，或者象东方用丝来纺织。可是约在公元前2000年，这种印度河文明就消失了。
远古印度河文明的灭亡，很可能是由于雅利安人的入侵所致。雅利安人从北方进入印度，征服了达罗毗荼人（Dravidians），并建立了他们自己的种姓制社会。婆罗门是他们的学者也是他们的祭司。当时印度通用的语言是普拉克利特（Prakrit， 意译为俗语），梵语或梵文（Sanskrit， 意译为雅语）的起源则远在普拉克利特流行之后。祭司们用梵语口头传授婆罗门教的礼仪和学术。在基督纪元开始前不久，印度采用了一种拼音字母，印度最早的书籍就是用这种拼音文字写成的。《吠陀》是印度最早的古籍，里面讲到日、月以及一些星座，但没有认识到有什么行星。《吠陀》中还论及毕达哥拉斯定理的一些具体应用（如祭坛的建筑），以及关于金、银、铅、铁（可能还有锡）等金属的知识。
佛教兴起于公元前六世纪。约于公元前260年阿育王皈依了这种新的宗教。阿育王是印度孔雀王朝第三代皇帝，这个王朝是在公元前327年至公元前323年间亚历山大帝侵入印度造成的混乱局面下兴起的。据石刻的记载，阿育王在印度开设了类似现代医院的第一座病舍和培育药用植物的药圃，并任命佛教僧人去管理这些机构。这些石刻还表明当时已有了近似后来的印度－阿拉伯记数方法。较晚的一些石刻记载则表明了计数法的进一步发展，不但有了数目字的位置制而且还出现了零的符号。公元595年的一片金属板上记载了346这一年数，并用十进位法把这个数目字写了出来；而零的符号则肯定出现在公元876年瓜廖尔地方的一块纪念碑上，在那块碑上270这个数目的写法同现在的写法一式一样。在印度以外，首次提到印度数目字的是叙利亚的塞维鲁斯？塞博赫特（Severus Sebokht）；他是管理幼发拉底河畔肯尼锡内地方的基督教修道院的主教。公元662年，他比较希腊人和叙利亚人的知识时，写道：“我对印度人的科学，他们极有价值的计数法，以及高明到无法形容的计算方法，全都不预备详谈。我只想指出，他们是用九个数目来进行这种计算的。”
除了一些钱币、石刻文字记载和刻在金属片上表明所有权的地券而外，印度可靠的文字记载在穆斯林侵入印度以前（即在公元644年前）是不多的。古代印度人对古希腊的科学，或许多少有所知晓，或许还知道一点巴比伦的科学，但由于文献无征，所以人们无法知道这种知识是怎样并在何时传到印度的。很可能这种知识传到印度是公元前150年至公元前140年间的事，因为古代印度天文学家们知道希帕克而不知道托勒密，而且这种知识是通过印度跟西方交往的中心城市乌贾因和罗马帝国之间的那条贸易航线来的。阿育王未即位时，他的父王定都于巴特那城，而派他为乌贾因总督，所以乌贾因和巴特那成了孔雀王朝以后的其他一些印度王朝的都城。这两个地方，加上迈索尔，都是古印度的科学中心。我们确切知道的古印度科学家是两个都名为阿耶波多（Aryabhatas，约公元475－550）并都在巴特那工作的人，此外还有在乌贾因天文台工作过的伐罗诃密希罗（Varahamihira，约公元505），以及也是在乌贾因工作过的婆罗门笈多（Brahmagupta，约公元628）。较晚出的科学家是迈索尔的摩诃吠罗（Mahavira，约公元850）和来自印度南部但也在乌贾因工作过的跋斯迦罗（Bhaskara，公元1114－1185）。
伐罗诃密希罗是第一个杰出的描述了印度天文学的人。他讲到前人所著的五部《悉昙多》［Siddhantas，意译为“究竟理”亦即“知识体系”］，其中的四部都是以古希腊天文学为基础，另一部则以远古《吠陀》典籍中的占星术为基础。这四部《悉昙多》中，有一部就叫《罗马伽悉昙多》，表明它来自西方的罗马；同时，伐罗诃密希罗也常提到印度的天文学是从夜伐那人，意即西方人那里传来的。伐罗诃密希罗以及其他一些古印度天文学家，设想地为球状，而太阳、月亮以及行星，它们和地球的距离是跟它们运行的周期成比例的。这种看法显然是建立在所有天体都以同样的均速沿圆周绕地球运转这一假设上。多数的古印度天文学家认为太阳系的每个天体都受一股“风”的影响而有其各自的运动，此外还有一股更大的旋涡风带动一切天体每二十四小时环绕地球一周。上述两个都名为阿耶波多的人，或者其中之一，取消了这种更大的旋涡风，而设想地球是靠一股在地面上约一百英里的风在吹它，所以它才在自己轴上作周日运转，但他的这一见解并未为当时一般天文学家所接受。为了解释行星的复杂运动，古印度人也采用了古希腊人的本轮说，并提出了一些卵形本轮俾能更准确地计算行星运动。在解释月亮的运动时，古印度天文学家采用了一些显然是受到了巴比伦影响的计算方法。
古印度人的数学比他们的天文学较为杰出。这种数学继承了巴比伦的代数传统，而不是希腊的几何传统。两个阿耶波多都研究过算术级数的求和法，并企图求得二次方程和线性不定方程式的解。他们还提出使用角的正弦，而不用古希腊人的“弦”（chords），从而创立了三角学的研究。婆罗门笈多把明显的代数方法用于天文学计算问题上。他提供了解一次方程的一般方法和从二次方程求得一个根的方法，还求得有两个平行边的任意四边形的面积的一般公式。
