希臘化時期的科學與技術有多牛

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文/[美]斯蒂芬?溫伯格 譯/張軍 凌復華 彭婧珞

摘編自《給世界的答案：發現現代科學》，中信出版社出版，看歷史獲授權刊登

何謂希臘化時期？

亞歷山大死後，其帝國分裂成若干個繼承國，其中在科學史上舉足輕重的是埃及。

亞歷山大大帝戎馬倥傯一生，建立起疆域廣闊的帝國

埃及相繼由多位希臘國王統治，第一任是亞歷山大的將軍托勒密一世（Ptolemy I），最後一任是克利奧帕特拉（Cleopatra）的兒子托勒密十五世。

公元前31年，安東尼（Antony）與克利奧帕特拉戰敗於亞克興，其後不久，最後一位托勒密被害，埃及併入羅馬帝國。

從亞歷山大統治希臘到亞克興戰役爆發的這段時間，通常被稱為希臘化時期。希臘化文化並非完全的希臘文化，而僅僅是對公元前5世紀-前4世紀古典時期成就的模仿。

然而，希臘化時期的科學所達到的高度，不僅讓古典時期的科學成就相形見絀，而且長期保持世界領先水平，直到16、17世紀發生科學革命時才被超越。

當時的科學中心

希臘化時期的科學之都，是充滿活力的托勒密王朝的首都亞歷山大。這座由亞歷山大大帝建立的城市，位於尼羅河入海口。亞歷山大後成為希臘世界第一大城市及羅馬帝國時期第二大城市，其人口和財富僅次於羅馬。

公元前300年左右，托勒密一世創辦了亞歷山大博物館，將其作為皇宮的一部分。該博物館供奉著主管藝術與科學的9位繆斯，托勒密一世原本打算將其作為文學與文獻學研究中心。但公元前285年托勒密二世（Ptolemy II）繼位後，博物館同時成為科學研究中心。

在托勒密王國消亡後，博物館與希臘科學依然維繫時日。古代科學最偉大的成就，除部分出現在羅馬時期的希臘諸邦，絕大部分都出現在亞歷山大。

亞歷山大圖書館內部

希臘化時期埃及文化與希臘本土文化之間的關係，與20世紀美國與歐洲之間的關係頗為類似。埃及的富裕以及托勒密前三世的大力支持，吸引了許多著名雅典學者來到亞歷山大，正如自20世紀30年代以來大量歐洲學者湧向美國。

約從公元前300年起，呂克昂學園前成員，帕勒隆的德米特里（Demetrius of Phaleron），攜其藏書從雅典來到亞歷山大，成為博物館第一任館長。

幾乎與此同期，呂克昂學園的另一位成員，蘭薩庫斯的斯特拉托（Strato of Lampsacus），受召於托勒密一世，來到亞歷山大輔導其子托勒密二世。而在托勒密二世繼承王位後，可能正是斯特拉托將博物館的研究重心轉向了科學領域。

希臘的自然哲學中心如亞歷山大，以及米利都和雅典，也都是商業中心，這一點或許並非巧合。活躍的市場彙集了不同文化的人群，調和了農業的單調性。

亞歷山大的貿易市場廣闊：海運貨物從印度到地中海世界需穿過阿拉伯海，進入紅海，再陸運到尼羅河，最後沿尼羅河抵達亞歷山大。

但亞歷山大與雅典的學術氣氛迥然不同。首先一點便是，從泰勒斯到亞里士多德的歷代希臘學者無不專註於追求包羅萬象的理論，而博物館學者則不然。

弗洛里斯?科恩（Floris Cohen）指出：「在思維方式上，雅典人擅長概括綜合，亞歷山大人習慣逐一擊破。」亞歷山大人致力於理解具體現象，取得實際進展。

他們所感興趣的課題包括光學、水力學以及天文學。早在遠古時代，人們就學會用火燒煮食物，以及用兩塊石頭相互敲擊來製造簡單工具。但在古典時期的學術界，對知識的市儈主義長期盛行，阻礙了諸如柏拉圖和亞里士多德等哲學家將其理論指向技術應用。

而在希臘化時期，儘管這種偏見並未消失，但其影響力已大大減弱。事實上，那個時期的人們，即便出身寒門，也能成為著名的發明家。

亞歷山大的克特西比烏斯（Ctesibius of Alexandria）便是明證。他是理髮師之子，卻於公元前250年左右發明了真空壓力泵，並對水鍾進行了改進——通過發明調節閥保持容器內水位恆定，使水鍾計時更加準確。

重要的是，在希臘化時期，一些技術正是由關注系統性科學探索的學者開發，這些探索本身有時便會促進技術的發展。

大佬阿基米德

希臘化時期（或者也許是有史以來的任何時期）最令人印象深刻的希臘科學家兼技術專家，非阿基米德莫屬。

阿基米德

公元前3世紀，阿基米德生活在西西里島的希臘城市錫拉庫薩，但世人認為他至少去過一次亞歷山大。據說他發明了多種滑輪和螺旋裝置，以及許多武器，如他根據槓桿知識而製造的「鐵爪式起重機」，利用這種機器可以抓住近岸停泊的船隻，並將其掀翻。

他還發明了引水灌溉農田的螺旋式抽水機，這一發明在農業上沿用數個世紀之久。傳說阿基米德用曲面鏡聚焦陽光使羅馬戰船著火，保衛了錫拉庫薩，這一故事幾乎毫無可信度，但卻體現出他在技術方面的口碑。

在《論平面圖形的平衡》（On the Equilibrium of Planes）中，阿基米德說明了槓桿原理：在橫杆兩端掛上重物，當重物到支點的距離與重量成反比時，橫杆保持平衡。

例如，橫杆左右兩端分別掛有5磅和1磅的物體，當兩端到支點的距離之比為1:5時，橫杆保持平衡。

阿基米德在物理學的成就巔峰體現在其著作《論浮體》中。阿基米德指出，如果流體的一部分被流體、浮體或浸沒物體所壓，且其壓力大於另一部分流體，那麼流體將移動直到所有部分所受壓力均等。以下是他的原文：

假定流體具有以下特性：它的各部分均處於均勻連續狀態，承壓較小的部分將為承壓較大的部分所推擠；如果流體中浸入了任何物體，或被其他物體壓縮，則流體各部分均受到其上面的流體在垂直方向的推擠。

阿基米德由此推斷，浮體將下沉，直到被排開水的重量等於它自重。（這就是為什麼船的重量被稱為「排水量」。）因為過重無法懸浮而浸沒在流體中的物體，若用一根繩索懸掛於天平臂上，則該物體「會因被流體托起而比它的真實重量輕」。

根據物體的真實重量與它懸浮在水中時重量的減少值，他得出物體的「比重」，即其重量與同體積水的重量之比。每種材料都各有其比重：黃金是19.32，鉛是11.34，等等。

這種由流體靜力學系統理論研究導出的方法，使阿基米德能夠辨別純金皇冠與摻假皇冠。

更令人印象深刻的是阿基米德的數學成就。用一種類似於積分的技巧，他計算出了多種平面圖形的面積和多種立體的體積。

例如，圓的面積等於1/2周長乘以半徑。他用幾何方法證明了我們現在所說的π（阿基米德沒有用這個詞），即圓周與其直徑之比，是3.71和3.7110之間的一個數字。

西塞羅說他曾在阿基米德的墓碑上看到一個球內切於圓柱的幾何圖形，即球的表面接觸圓柱體的側面和上下表面，類似一個網球裝在錫罐里。這顯然是阿基米德最引以為豪的證明：在這種情況下，球的體積是圓柱體積的2/3。

公元前212年，馬庫斯?克勞迪厄斯?馬塞洛（Marcus Claudius Marcellus）率領羅馬士兵血洗錫拉庫薩，阿基米德在這場浩劫中罹難。

（錫拉庫薩當時已在第二次布匿戰爭中被親迦太基派佔領）羅馬士兵擁入錫拉庫薩時，據說阿基米德正在解一個幾何問題，他被一名士兵發現並殺害。

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