希腊化时期的科学与技术有多牛｜致知

文/[美]斯蒂芬·温伯格 译/张军 凌复华 彭婧珞

摘编自《给世界的答案：发现现代科学》，中信出版社出版，看历史获授权刊登

何谓希腊化时期？

亚历山大死后，其帝国分裂成若干个继承国，其中在科学史上举足轻重的是埃及。

亚历山大大帝戎马倥偬一生，建立起疆域广阔的帝国

埃及相继由多位希腊国王统治，第一任是亚历山大的将军托勒密一世（Ptolemy I），最后一任是克利奥帕特拉（Cleopatra）的儿子托勒密十五世。

公元前31年，安东尼（Antony）与克利奥帕特拉战败于亚克兴，其后不久，最后一位托勒密被害，埃及并入罗马帝国。

从亚历山大统治希腊到亚克兴战役爆发的这段时间，通常被称为希腊化时期。希腊化文化并非完全的希腊文化，而仅仅是对公元前5世纪-前4世纪古典时期成就的模仿。

然而，希腊化时期的科学所达到的高度，不仅让古典时期的科学成就相形见绌，而且长期保持世界领先水平，直到16、17世纪发生科学革命时才被超越。

当时的科学中心

希腊化时期的科学之都，是充满活力的托勒密王朝的首都亚历山大。这座由亚历山大大帝建立的城市，位于尼罗河入海口。亚历山大后成为希腊世界第一大城市及罗马帝国时期第二大城市，其人口和财富仅次于罗马。

公元前300年左右，托勒密一世创办了亚历山大博物馆，将其作为皇宫的一部分。该博物馆供奉着主管艺术与科学的9位缪斯，托勒密一世原本打算将其作为文学与文献学研究中心。但公元前285年托勒密二世（Ptolemy II）继位后，博物馆同时成为科学研究中心。

在托勒密王国消亡后，博物馆与希腊科学依然维系时日。古代科学最伟大的成就，除部分出现在罗马时期的希腊诸邦，绝大部分都出现在亚历山大。

亚历山大图书馆内部

希腊化时期埃及文化与希腊本土文化之间的关系，与20世纪美国与欧洲之间的关系颇为类似。埃及的富裕以及托勒密前三世的大力支持，吸引了许多著名雅典学者来到亚历山大，正如自20世纪30年代以来大量欧洲学者涌向美国。

约从公元前300年起，吕克昂学园前成员，帕勒隆的德米特里（Demetrius of Phaleron），携其藏书从雅典来到亚历山大，成为博物馆第一任馆长。

几乎与此同期，吕克昂学园的另一位成员，兰萨库斯的斯特拉托（Strato of Lampsacus），受召于托勒密一世，来到亚历山大辅导其子托勒密二世。而在托勒密二世继承王位后，可能正是斯特拉托将博物馆的研究重心转向了科学领域。

希腊的自然哲学中心如亚历山大，以及米利都和雅典，也都是商业中心，这一点或许并非巧合。活跃的市场汇集了不同文化的人群，调和了农业的单调性。

亚历山大的贸易市场广阔：海运货物从印度到地中海世界需穿过阿拉伯海，进入红海，再陆运到尼罗河，最后沿尼罗河抵达亚历山大。

但亚历山大与雅典的学术气氛迥然不同。首先一点便是，从泰勒斯到亚里士多德的历代希腊学者无不专注于追求包罗万象的理论，而博物馆学者则不然。

弗洛里斯·科恩（Floris Cohen）指出：“在思维方式上，雅典人擅长概括综合，亚历山大人习惯逐一击破。”亚历山大人致力于理解具体现象，取得实际进展。

他们所感兴趣的课题包括光学、水力学以及天文学。早在远古时代，人们就学会用火烧煮食物，以及用两块石头相互敲击来制造简单工具。但在古典时期的学术界，对知识的市侩主义长期盛行，阻碍了诸如柏拉图和亚里士多德等哲学家将其理论指向技术应用。

而在希腊化时期，尽管这种偏见并未消失，但其影响力已大大减弱。事实上，那个时期的人们，即便出身寒门，也能成为著名的发明家。

亚历山大的克特西比乌斯（Ctesibius of Alexandria）便是明证。他是理发师之子，却于公元前250年左右发明了真空压力泵，并对水钟进行了改进——通过发明调节阀保持容器内水位恒定，使水钟计时更加准确。

重要的是，在希腊化时期，一些技术正是由关注系统性科学探索的学者开发，这些探索本身有时便会促进技术的发展。

大佬阿基米德

希腊化时期（或者也许是有史以来的任何时期）最令人印象深刻的希腊科学家兼技术专家，非阿基米德莫属。

阿基米德

公元前3世纪，阿基米德生活在西西里岛的希腊城市锡拉库萨，但世人认为他至少去过一次亚历山大。据说他发明了多种滑轮和螺旋装置，以及许多武器，如他根据杠杆知识而制造的“铁爪式起重机”，利用这种机器可以抓住近岸停泊的船只，并将其掀翻。

他还发明了引水灌溉农田的螺旋式抽水机，这一发明在农业上沿用数个世纪之久。传说阿基米德用曲面镜聚焦阳光使罗马战船着火，保卫了锡拉库萨，这一故事几乎毫无可信度，但却体现出他在技术方面的口碑。

在《论平面图形的平衡》（On the Equilibrium of Planes）中，阿基米德说明了杠杆原理：在横杆两端挂上重物，当重物到支点的距离与重量成反比时，横杆保持平衡。

例如，横杆左右两端分别挂有5磅和1磅的物体，当两端到支点的距离之比为1:5时，横杆保持平衡。

阿基米德在物理学的成就巅峰体现在其著作《论浮体》中。阿基米德指出，如果流体的一部分被流体、浮体或浸没物体所压，且其压力大于另一部分流体，那么流体将移动直到所有部分所受压力均等。以下是他的原文：

假定流体具有以下特性：它的各部分均处于均匀连续状态，承压较小的部分将为承压较大的部分所推挤；如果流体中浸入了任何物体，或被其他物体压缩，则流体各部分均受到其上面的流体在垂直方向的推挤。

阿基米德由此推断，浮体将下沉，直到被排开水的重量等于它自重。（这就是为什么船的重量被称为“排水量”。）因为过重无法悬浮而浸没在流体中的物体，若用一根绳索悬挂于天平臂上，则该物体“会因被流体托起而比它的真实重量轻”。

根据物体的真实重量与它悬浮在水中时重量的减少值，他得出物体的“比重”，即其重量与同体积水的重量之比。每种材料都各有其比重：黄金是19.32，铅是11.34，等等。

这种由流体静力学系统理论研究导出的方法，使阿基米德能够辨别纯金皇冠与掺假皇冠。

更令人印象深刻的是阿基米德的数学成就。用一种类似于积分的技巧，他计算出了多种平面图形的面积和多种立体的体积。

例如，圆的面积等于1/2周长乘以半径。他用几何方法证明了我们现在所说的π（阿基米德没有用这个词），即圆周与其直径之比，是3.71和3.7110之间的一个数字。

西塞罗说他曾在阿基米德的墓碑上看到一个球内切于圆柱的几何图形，即球的表面接触圆柱体的侧面和上下表面，类似一个网球装在锡罐里。这显然是阿基米德最引以为豪的证明：在这种情况下，球的体积是圆柱体积的2/3。

公元前212年，马库斯·克劳迪厄斯·马塞洛（Marcus Claudius Marcellus）率领罗马士兵血洗锡拉库萨，阿基米德在这场浩劫中罹难。

（锡拉库萨当时已在第二次布匿战争中被亲迦太基派占领）罗马士兵拥入锡拉库萨时，据说阿基米德正在解一个几何问题，他被一名士兵发现并杀害。

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