古希臘古羅馬的科學技術第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日§3-1古希臘的科技成就

古希臘地理條件與其他三大古文明地區有很大差異。希臘半島境內多山，土地貧瘠，可耕地不多。東面的愛琴海上島嶼星羅棋布，具有發展海上交通、貿易的優良條件。約550BC21第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日令人景仰的時代從公元前7世紀——公元前3世紀的500年，東西方幾乎同時誕生了一大批偉大的思想家、哲學家、科學家。他們的思想和杰出貢獻至今還影響著我們的生活。在東方，釋迦牟尼在印度講佛，孔子在中國周游春秋列國講道；道家始祖老子著成《道德經》。在西方，與中國的諸子百家相輝映——古希臘出現了泰勒斯、蘇格拉底等一大批偉大的思想家、哲學家、科學家。現代東西方文明的古老源頭幾乎同時達到了高峰。在這種文化背景下，從文明古國傳承過來的自然科學也開始取得了空前的成就和繁榮，這就是古希臘的科學。與中國古代以實用經驗知識為主的科學不同，古希臘人更注重思想理論體系的建立。近代科學的各個學科幾乎都能在古希臘科學那里找到思想的源頭。第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日一、古希臘的科學部分古希臘哲學家科學家的大致生卒年表第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日1、古希臘的自然哲學

一、古希臘的科學古希臘的自然哲學，其內容之豐富是古代世界所少有。它的派別林立，眾說紛紜。為后世學者開拓了廣闊的研究課題。1）物質觀關于世界的本原和物質結構的探討，曾經是古希臘哲學家們熱烈爭論的問題，各派說法不一。A米利都派的觀點

泰勒斯提出：水是萬物的本原阿那克西曼德：萬物的本原是無限阿那克西米尼：是物質的、無定型的“氣”B畢達哥拉斯派的觀點認為：數是萬物的本原畢達哥拉斯把自然界及其秩序和數聯系起來，這對于啟發人們從定量的方面去揭示自然界的規律具有深遠的意義。C赫拉克里特的觀點：物質的本原是火D恩培多克勒的四根說：萬物都是由四根—即水火土氣生化而來的E阿那克薩格拉的“種子說”F留基伯和德謨克里特的原子說G亞里斯多德的“四因說”等等第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日2）運動觀和樸素的辯證法思想A米利都派：“對立”是萬物運動變化的原因。B畢達哥拉斯派：對立和統一是萬物運動變化的動力C赫拉克里特：萬物永不停息的運動變化是理所當然的。E亞里斯多德：運動是永恒的D留基伯和伊壁鳩魯：永恒的運動是構成萬物的原子本身所固有的特性。3）蘇格拉底與“希臘三賢”

“希臘三賢”——蘇格拉底、柏拉圖、亞里士多德蘇格拉底反對研究自然界，認為那是對神靈的褻瀆。他提倡人們認識做人的道理，過有道德的生活。他主張專家治國論。蘇格拉底對后世影響巨大，哲學家往往把他作為古希臘哲學發展史的分水嶺，將它之前的哲學稱為前蘇格拉底哲學。蘇格拉底是柏拉圖哲學路線的創始人，他對后世的西方哲學產生了極大的影響。第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2、古希臘的天文學和宇宙理論A米利都派的泰勒斯第一個解釋了日食的原因，并成功預測了公元前585年5月28日發生的日食。他對太陽的直徑進行過計算，得出的結論與今天所公布的太陽直徑139萬公里非常吻合。還發現并記錄了北極星的情況。B畢達哥拉斯派主要是從數的角度去思考天上的現象。認為圓球形是最完美的立體幾何形狀，因此宇宙必定是球形的，宇宙以地球為中心。而天體運動也都是均勻的圓周運動。這種圓球形的宇宙模型對后人進一步研究宇宙產生了深遠影響，包括影響了后來主張日心說的哥白尼。C柏拉圖和歐多克斯設計描繪了宇宙的許多特征，認為大地是球形的，被球形的天包圍著。他們認識到：行星運動的不規則性可以用圓周運動的組合來解釋。D赫拉克雷迪斯、

阿里斯塔克和阿基米德提出的太陽中心說。赫拉克雷迪斯第一個提出地球自轉的問題。大約在公元前260年前后，阿里斯塔克提出一切行星包括地球在內都在繞太陽運行，同時地球也繞自己的軸每天自轉一周。這其實是日心說的起源。直到后來哥白尼時代才獲得確定。阿基米德認為地球是圓球狀的，而且是圍繞太陽轉動的。第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日綜上所述，古希臘天文學取得了巨大成就。在古希臘，幾乎同時出現了兩種關于太陽系的學說：A、B、C等等的地心說；D赫拉克雷迪斯、阿里斯塔克和阿基米德提出的太陽中心說。在當時的古希臘，地心說占據著統治地位，他們的學說相對而言，理論性最強、體系最完整，科學方法達到了古代的高峰。而太陽中心說更多是停留在猜想、假設層面。綜上所述2、古希臘的天文學和宇宙理論第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日3、成就輝煌的古希臘數學A米利都派的泰勒斯把古埃及的地面幾何演變成了平面幾何，發現證明了許多幾何命題，如“直徑平分圓”、“三角形的兩邊相等，則其所對應的角也相等”、“兩直線相交，其對頂角相等”、“相似三角形對應邊成比例”等等，并把幾何知識運用到實踐中。例如，他曾經測量了埃及胡夫金字塔的高度，方法是：讓一個人站在太陽底下，測量這個人投在地上的影子長度；當影子長度和這個人的身高相等時，同時測量金字塔頂投在地上的影子距離塔底中心的距離————146米。身高身影長(塔高)(塔影長)太陽光第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日B畢達哥拉斯派主張：自然徹頭徹尾地是數學的，即萬物皆數。整個宇宙=數與和諧畢達哥拉斯發現2:1、3:2、4:3這幾個數字比率與最和諧的音程8度音、5度音和4度音相一致。即弦長之比，分別為上述值時，分別相差8度音、5度音、4度音。畢達哥拉斯定理：直角三角形三邊a、b、c(斜邊)，有：后來，畢達哥拉斯學派由于無法理解這個無理數，曾動搖了這個學派對數的完美性的信念。畢達哥拉斯派的發展，一方面導向對數的任意推測；另一方面則致力于，發現可能用數學公式表達的自然規律。B畢達哥拉斯派(勾股定理及其證明)第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日

的哲學認為：全部現實知識是符合于形式或理念的超感世界的；可感世界的事物不過是理念的模糊反映或粗糙仿造。在柏拉圖的兩個世界之間，數學占據了一個重要的中間地位，數學訓練是步入哲學的真正準備。柏拉圖眼中的天文學不涉及天體的可感知運動，而只與想象中的天空中數學點的完美運動有關。這些點能描繪出均勻的圓。他認為，天文學家的工作就是用各種數學中的勻速圓周運動的組合來解釋天體運動的不規則性。在對數學的態度上，柏拉圖主義表現了和畢達哥拉斯學派密切的聯系。C柏拉圖柏拉圖的哲學是客觀唯心主義的哲學，但他在科學上的貢獻卻是很值得肯定的。第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日的《幾何原本》集希臘古典數學之大成，構造了世界數學史上第一個宏偉的演繹系統，對后世數學的發展產生了不可估量的推動作用；同時，它又是一本出色的教科書，以至被使用了兩千多年。在西方歷史上，也許只有《圣經》在抄本數量和印刷數上可與其相比較。據統計，自印刷術傳入歐洲后，《幾何原本》被重版上千次，翻譯成各國文字。后來《幾何原本》也傳入中國，被譯成中文。D歐幾里德這本著作中，用公理法對當時的數學知識作了系統化、理論化的總結，全書共15卷，包括5條公理、5條公設、119條定義和465條命題，確立了數學上的演繹范式。所有這樣的推理鏈的共同出發點，是一些基本定義和不證自明的基本原理——公設或公理。從而形成后來的所謂公理化思想。對作圖的重視是希臘幾何學的一大特色。利用邏輯的方法證明幾何學的所有命題，這正是歐幾里得幾何學遵循的原則。《幾何原本》至今仍然是幾何學的權威著作。第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日阿基米德的著作包括：

論平面圖形的平衡

求拋物線的面積

論球和圓柱

論螺線

論錐體和球體

論浮體

圓的度量

數沙者

方法

引理集在這些著作中，阿基米德提出了各種幾何圖形的面積和物體的表面積、體積的計算方法并給出了嚴謹的證明，創立了“窮竭法”。在《求拋物面的面積》中，他證明了一拋物線弓形的面積是它的最大內接三角形的4/3——他對這一定律給出了三種證明。E阿基米德例如：在《論球和圓柱》中，他證明了：（命題13）任一正圓柱的表面積（不計上下底）等于一圓的面積，該圓半徑是圓柱高與底直徑的比例中項。（命題33）任一球面積()等于其大圓面積()的四倍。對許多物理定律的數學證明。如：在《論平面圖形的平衡》的兩卷本書中，阿基米德根據簡單的公理證明了杠桿原理。第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日E阿基米德既是一位偉大的數學家，也是杰出的物理學家。阿基米德系統總結并嚴格證明了杠桿原理：動力*動力臂=阻力*阻力臂。為靜力學奠定了基礎。運用這一原理，阿基米德設計過杠桿滑輪系統，創造了用小力把大船拉到水里等奇跡。在著名的《論浮體》一書中，他總結出了著名的浮力定律：置于液體中的物體受到向上的浮力，其大小等于物體所排開的液體的重量。使人們對物體的沉浮有了科學的認識。從而奠定了流體靜力學的基礎。用凹面聚光鏡形成“死光”催毀羅馬艦船。設計制造大型拋石機設計制造阿基米德螺旋提水機。………第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日F亞里士多德系統地分析了一些物理現象和數學規律。同時對哲學、天文學、物理學、生物學、邏輯學、倫理學等都有深入的研究。亞里士多德的部分著作：哲學、倫理學著作：《政治學》《形而上學》《尼各馬可倫理學》《大倫理學》《歐德謨斯倫理學》，以及《詩學》《修辭學》等。邏輯學著作：《范疇篇》《解釋篇》《分析篇》《論辯篇》物理學、天文學著作：《物理學》《論生滅》《論天》《天象學》《論宇宙》。生物學著作：《動物志》《論動物的歷史》《論靈魂》等。亞里士多德對科學的貢獻首先在其關于科學研究的方法上。他把自然科學作為科學研究的客觀對象，首先提出了自然科學中一系列基本理論問題，如物質、時間、空間、運動等。并首先提出科學分類，促使自然科學與社會科學逐漸演變為若干門獨立的學科。他幾乎在每個知識領域都發表了他卓越的見解，是一位不折不扣的百科全書式的學者。為人類創造了極為寶貴的精神財富。第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日4生物學、醫學希波克拉底提出了“體液學說”，認為人體由血液、黏液、黃膽、黑膽四種體液組成。4種體液不同的配合使人具有不同體質。這四種液體的流動維系著人的生命。它們之間相互調和，人健康。如果平衡被破壞，人就會生病。他主張治療要注意病人的個體特征、環境因素以及生活方式對疾病的影響，不但要重視藥物治療；而且要注意衛生習慣和提倡飲食療法。注重從臨床實踐出發，提出并強調實驗方法的采用，他的醫學著作有60多篇，總稱《希波克拉底文集》。他的醫學觀點對后來西方醫學發展產生了巨大影響。希波克拉底誓言——大致內容是：要求醫生要處處為患者著想，具備高尚醫德，保持這一職業的神圣性。第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日古希臘科學的特征古希臘科學是哲學的一個方面，所以它一開始就有重視理論思維、理性探索，注重思想理論體系的建立。由于畢達哥拉斯主義和柏拉圖主義的影響，古希臘科學中含有特別重的數學尤其幾何學的成分。公理化和演繹推理的方法被運用到各門學科中去。在科學研究方法上，在希臘化時代的阿基米德那里，已經達到了相當高的水平。邏輯推理的方法、嚴格定量的數學方法都趨于成熟，實驗的方法也初露端倪。這些都為近代科學技術的形成做好了準備。近代科學技術就是從古希臘自然科學演進而生。第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、古希臘的技術1、農業生產和農業技術大量種植油橄欖和葡萄，加工的橄欖油和葡萄酒為主要出口商品。換取谷物糧食進口。2、冶金技術冶銅技術是從西亞傳入。由于銅礦貧乏，靠進口銅礦石，由此促進了與鄰近地區的貿易往來。而公元前8世紀—前6世紀鐵礦的廣泛開采，是古希臘城邦繁榮興盛的一個重要標志。古希臘人在制作金銀飾物方面有精湛的技藝。希臘本土有不少銀礦，在城邦繁榮時期大量開采。到由于銀礦開采殆盡，也是雅典衰微的原因之一。3、其他手工業的發展古希臘的城市大多都是手工業的中心，其中以雅典最為著名。這里除冶金以外，還有制陶、制革、榨油、釀酒、造船等古希臘主要的手工業行業。大約在公元前2000年，克里特島已經能大量制作各色精美的彩繪陶器。由于對外貿易的發展，公元前5世紀古希臘已有一支很大的商船隊。第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日4、建筑技術英國考古學家1900年在克里特島上發掘出富麗的米諾斯王宮。米諾斯王宮壯觀雄偉，真實地反映出4000年前愛琴海文明的鼎盛情景。其曲折的廊道、千門萬戶令人目不暇接；而大殿、神壇、作坊、武器庫、地窯等建筑，更是樣樣俱全。第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日4、建筑技術主要以石料為建筑材料，善于運用門廊。最著名的是建于公元前五世紀的雅典衛城。其主要的建筑物是帕特農神廟。如果說雅典是古希臘文化中心的話，那么衛城便是雅典的藝術寶庫。帕特儂神廟是為雅典城邦守護神雅典娜而建的祭殿。這座精美的建筑物被認為是古希臘全盛時期建筑的代表作。第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日4、建筑技術宙斯神像——世界古代七大奇跡之一。奧林匹斯山神殿內的宙斯神像建于公元前457年，是古希雕刻家菲迪亞斯的杰作。整座神像及他穿的長袍都是由象牙和黃金制成。宙斯神像頭戴橄欖編織的環，右手握著由象牙及黃金制成的勝利女神像，左手拿著一把權杖，僅神像高度就相等于四層高的現代樓房，位于奧林匹亞的神殿于公元5年被大火摧毀。宙斯神像雖然因被運到君士坦丁堡而幸免于難，但最終也難逃厄運，于公元462被大火燒毀。第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日4、建筑技術由于地震、海嘯、火災、人為破壞等原因，這七大奇跡，除金字塔依然屹立以外，其余均已毀壞。世界古代七大奇跡:埃及金字塔、亞歷山大燈塔、巴比倫空中花園、宙斯神像、阿爾忒彌斯神廟、摩索拉斯陵墓、羅德島太陽神巨像世界古代七大奇跡有四處位于古希臘地域內。第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日§3-2古羅馬的科學技術

一、古希臘、馬其頓帝國、希臘化國家與古羅馬的歷史淵源338BC后，希臘雖然歸屬于馬其頓。但從文化、科技的角度，我們可以認為：馬其頓是被古希臘的科技文化所同化。隨著亞歷山大大帝于334BBC開始的東征，在十多年的時間里，建立了橫跨歐亞非三洲的大帝國。希臘的文化和科技也得以廣泛的傳播。亞歷山大大帝323BC去世后帝國分裂為三部分：*安提柯的馬其頓*塞留古的敘利亞*托勒密的埃及。希臘化國家古羅馬時期的不少科技成就，從其學術和歷史淵源的角度都可以歸屬于“希臘化時期”的科技成就。亞歷山大帝國版圖第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、古羅馬概況

古羅馬地域圖羅馬城屬拉丁(拉提姆)地區，拉丁語原來是拉丁地區的地方方言。拉丁語在當時及以后幾個世紀中非常盛行。許多希臘化時期和羅馬時期的科技文獻都用拉丁文記載。古羅馬人優先重視應用技術；對哲學理論、自然科學不太重視。也就是：重實用、輕理論思維是古羅馬人的特點。第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日三、托勒密及地心宇宙體系的偉大成就

托勒密的地心宇宙體系反映在他集大成之作的《至大論》中。《至大論》共分為十三卷。它首先提出了“地靜觀點”。開篇就強調：不能把地球看作是運動著的星體。從數學上把星空的周日運動看作是地球繞自轉軸的周日運動，這在物理上來說是荒謬的。如果地球從西向東旋轉，那么，應該可以看到地球上所有的東西自東向西移動，而不應該與地球緊緊相隨；同時，如果地球在從西向東運動，那么，物體豎直向上拋出后，不應該落回原處，而應該向西偏移。——這個論據在以后的許多世紀里不斷地被提出來以反對地動說。直到伽利略提出他的“慣性定律”之后，這條反對地動說的論據才被反駁回去。托勒密—希臘化時期天文學家第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日《至大論》是對古希臘天文學成果的綜合，是天文學的百科全書。托勒密在書中所確立的地心宇宙體系統治西方天文學達1300年之久，對天文學的發展產生了深遠的影響。在當時的古希臘天文學界和整個科學界，地心說占據著統治地位，日心說根本無法立足和與之抗衡。直到16世紀哥白尼提出日心說為止。因此后人常稱其為：錯誤但不失偉大的托勒密地心宇宙體系。天文學大成(至大論)第一卷，論述了希臘測量學和三角學原理。在闡述了必要的數學知識和工具后，托勒密在第一卷其余部分和第二卷中論述了球面天文學的內容。第三卷，論述了太陽的運動。使用偏心圓運動的模型，來解釋四季長短不一。第四、第五卷討論了月球運動。第六卷描述了日食和月食。第七、第八卷，給出了包括有1022顆恒星的星表，給出了每顆星的黃經、黃緯及亮度。還討論了歲差。第九到第十三卷，論述了水、金、火、木、土五顆行星的運動。第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日四、儒略歷與公歷我們生活中“年”的概念，通常是指回歸年，就是太陽連續兩次通過春分點的時間間隔。T=365.2422日=365日5小時48分46秒。這是根據長期的天文觀測得出的結果。而公歷中一年(平年)的天數：每年1、3、5、7、8、10、12月為月大平年的2月只有28天每四年有一次閏年，即該閏年的二月多了第29天。公歷中的一年(平均)比回歸年要長11分14秒。歷法中如何來解決這個誤差？←←←儒略歷和公歷的由來。第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日儒略歷儒略歷是現行國際通用的公歷的前身，西方國家16世紀之前大多采用它。是由羅馬統帥儒略·愷撒采納埃及亞歷山大城的希臘數學家、天文學家索西琴尼的計算方法，在公元前46年開始執行、取代舊羅馬歷法的一種歷法規定——一年設12個月，單月31日、雙月30日，平年的二月只有29天；四年一閏，閏年的二月為30日。即平均每年為:隨后，屋大為由于是在8月繼任、元老院又在27BC授予他“奧古斯都”稱號(Augustus原拉丁語“尊崇”之意)，于是從2月再減去1天，加在8月，并用Augustus來命名8月同時還把9、11月改為月小30日；把10、12月改為月大31日。這就是儒略歷的來歷。←英文8月August源于此第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日修訂儒略歷為公歷儒略歷平均每年的時長要比回歸年多11分14秒左右。累積到16世紀末，“真正的”春分日從儒略歷上看，由3月21日左右提前到3月11日左右，誤差太大了。于是在1582年，教皇格里高利十三世下令修訂，即成所謂的格里(高利)歷。也就是現在國際上通用的公歷。修訂內容為——1582年10月5日改為10月15日。設閏的法則改為：“公元紀年能被4整除的年為閏年，但是，逢百年整數時只有能被400整除的才是閏年。例如1980、84、88、92、2008年等能被4整除、是閏年；而1981、82、83、93、2007年等不是閏年。又如1600、2000、2400年等能被400整除、是閏年；而1700、1800、1900、2100年等不是閏年。經修訂的現行公歷理論上可以達到兩萬年內誤差不超過一天，但由于地球自轉的變化，實際上到公元4909年左右誤差就可達一天。第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日所謂“太陽歷”，是以太陽為參考系，以太陽視運動為依據而設置的歷法。儒略歷以及公歷都是以回歸年（太陽年）為基本單位。是以太陽為參考系的，是純粹的太陽歷(陽歷)。公歷的表示例如，公元前510年可表示為：510BC510B.C.前510年又如，公元510年可表示為：AD510510年。所謂的“陰歷”，是以月球為參考系，以月球視運動規律為依據而設置的歷法。以月球繞地球一周朔望月周期為一個月。由于朔望月比回歸年容易觀測，遠古的歷法大多是陰歷。“陰陽合歷”第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日五、宏偉精美的建筑藝術1、古羅馬對建筑技術的貢獻首先就是“水泥”的廣泛應用——火山灰與沙礫混合所形成的火山灰“混凝土”。正是這種“水泥”的堅固和耐用(以及大理石等石材的采用)，使古羅馬的許多宏偉精美的建筑保存至今。古羅馬角斗場第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日2、圓拱、科林斯圓柱、穹窿、連拱廊等的普遍使用。古羅馬建筑一般以厚實的磚石墻、圓柱、半圓形拱券、逐層挑出的門框裝飾和交叉拱頂結構為主要特點。古羅馬建筑能滿足多種復雜的功能要求；同時依靠水平很高的拱券結構，獲得寬闊的內部空間。古羅馬凱旋門第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日古羅馬萬神殿羅馬市中心的威尼斯宮3/古羅馬建筑的類型眾多，形制成熟，與功能