世界古代后期科技史-第42章

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1。古希腊罗马时期的物理学　



　　　　　在希腊化时代，笼统的古希腊、罗马科学开始分化的天文学、力学、数　

学和医学。其中的数学，尤其是几何学的进步，大大促进了物理学的发展。　

同时，天文学与物理学紧密相联，特别是在论证行星运动方面。希腊人主要　

从整体上对自然界进行观察，他们虽然看到了自然现象间的相互联系，但并　

未达到对自然界进行分析的研究水平，也未能超出萌芽的、片断的经验范围。　

在研究方法上，古希腊化时代主要还停留在对自然的直接观察和简单的抽象　

与推理上其，理论常常带有猜测的性质，但在个别问题上有所突破，如阿基　

米德的“王冠”问题和托勒密的光的折射问题。罗马帝国崩溃后，宗教开始　

笼罩全社会，进入中世纪黑暗时期，物理学和化学同其它科学一样，受到摧　

残和破坏，走向了衰落。　

　　　　　　（1）光学的研究与成果　

　　　　　古希腊罗马时期，光学的研究倍受科学家的重视，发展很快。公元前3　

世纪的著名学者欧几里得第一个把光学研究建立在科学的基础之上，此后的　

科学家克里奥梅德斯、托勒密等人阐明了光学折射的理论。在光学领域里作　

出了卓越的贡献。　

　　　　　欧几里得（前3世纪）是欧氏几何的最后完成者。约公元前300年，应　

托勒密一世邀请，客居亚历山大城。在希腊化时代，亚历山大城是西方学术　

文化的中心。欧氏在这里从事数学研究，并成为亚历山大学派的创始人之一。　

他除了在公元前320年完成了惊世名著《几何原本》、创立了欧几里得几何　

学之外，同时也十分重视对光学的研究。他的《光学》和《反射光学》两篇　

文章为几何光学奠定了基础，被认为是最早的两部光学专著。欧氏也成为古　

希腊第一个把光学研究建立在科学基础上的人。　《光学》一文介绍了透影几　

何说的原理，　《反射光学》一文对光的反射定律有一定研究。其实，光的直　

线传播规律和反射规律是欧氏几何的基点，为此，他从形式上论述了光线的　

概念，同时，还描绘了来自眼睛里的线。他已知道凹镜聚集作用　（但不知焦　

点的具体位置）、分光作用以及凸镜的散光作用。他还论述了光折射的试验：　

将一指环放在一高脚杯底，眼睛刚好在指环被杯壁遮住的地方。位置不变，　

向杯里注水后指环就看不见了。这一试验表明，人类对光的折射现象已有了　

确切的认识。　

　　　　　欧几里得之后，亚历山大城的许多西方著名学者，在继承前人成就的基　

础上，又取得了新的成果，其中以希龙、克里奥梅德斯、托勒密等人的成就　

更为突出。希龙指出：光从始点传到另外的某一点，受到镜子的反射而经过　

距离最短的路线。即光线为起点到某一点隔镜相对点的连线。　


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　　　　　克里奥梅德新（公元1世纪）对光的折射实验作了大量的论述，其中就　

包括欧几里得的指环实验。这些试验都是极为科学的，是古代人类智慧的结　

晶。他认为：当光线从较稀薄的介质进入较密集的介质时，在入点上几乎与　

分界面垂直。他还指出：由于光线在大气中的折射，在太阳刚落山时，仍可　

看见太阳。　

　　　　　托勒密是位卓越的天文学家和杰出的地理学家，但在光学领域里也有贡　

献，他曾经作了一个出色的实验：在一圆盘中心固定两地可以转动的尺子，　

圆盘的一半浸入水中，将一支尺子拨到一定的方向，转动另一尺子，使它表　

示前尺所表现入射线的延续，量入射角和折射角，就会得出相当准确的结果，　

即入射角为0°，折射角为0°，从折射率中算出折射角为0°；入射角为10　

°，折射角为8°，从折射率中算出折射角为7°29’；入射角为20°，折　

射角为15°30＇，从折射率中算出折射角为14°54’……。从这一实验中可　

以看出，托勒密相信折射角与入射角成比例，但还没有找出准确的折射率。　

他在　《光学》一书中曾论述了光的折射理论，并首次记载了不同海拔高度外　

气差观象。这些结果以及对光的认识，对后世光学的发展起到了一定的促进　

作用。　

　　　　　　（2）卓越的力学家阿基米德　

　　　　　阿基米德（公元前287—前212年）是古希腊亚历山大时期的著名学者。　

他不仅在数学方面作出了巨大的贡献，而且在物理学方面也取得了惊人的成　

果。他的主要功绩是在实验基础上发掘出一些静力学原理，并对静力学进行　

数学研究，在实验基础上运用数学抽象，导出了力学定律。　

　　　　　在《论面平衡》一书中，阿基米德解释了平面型重心的数学定义，并阐　

述了面平衡问题。同时，他从下列假设出发，提出了杠杆定律的依据：　

　　　　　a。相等的重量作用在离支点相等的距离上，二者相互平衡；　

　　　　　b。不同的重物置于离支点相等的距离上，大的重物占优势；　

　　　　　c。离支点距离不等的相等重物，离支点近的占优势；　

　　　　　d。一个重物的作用可以用几个同样分布的、但重心不变的重物的作用来　

代替；相反，几个同样分布的重物也可以用一个来代替，这个重物的重心要　

和那几个一致；　

　　　　　e。重量不等而形状相同的重心分布一样。　

　　　　　阿基米德证明了这一定律，后来，他又把它用到了无法比较的重物上。　

　　　　　阿基米德所发现的浮力定律（亦称阿基米德定律）的内容是：一个物体　

浮于液体中时，其重量等于它所排开液体的重量；当物体沉入液体中时，物　

体重量的减少数等于该物体排开液体体积的重量。后来，这一定律也转用于　

气体研究中。　

　　　　　此外，阿基米德还首次提出了密度和相对密度的概念，即密度是某物质　

单位体积所言的质量；相对密度是某物质与标准物质密度的比值。　

　　　　　大量的研究成果充分显示了阿基米德在力学领域里为人类作所出的巨大　

贡献，他的这些力学理论是古代力学科学的顶峰。同时，其数学与力学相结　

合的研究方法更为后世的数学家、物理学家等指出了光明的道路。　

　　　　　　（3）希罗与气动力学研究　

　　　　　希罗　（公元前130—75年，又译作希隆）是希腊化时代著名学者。他曾　

详细描述了杠杆、尖劈、螺旋、绞车、滑轮等机械，并正式确定了杠杆和滑　

轮的法则。另外，他还提出了著名的希罗三角公式，即平面的反射法则。公　


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元前100年左右，他写成《气动力学》一书，详细地论述了利用蒸汽的反冲　

作用力而旋转的汽转球　（又称作风神轮）。这种汽转球应该是世界上最早的　

反动式汽轮机的雏形。这本专著的问世无疑是对古希腊人们所积累的气动力　

学知识的总结，也是人类原始的气动力学研究的开始。　

　　　　　　（4）卢克莱修与古代原子论　

　　　　　卢克莱修　（约公元前99～前55年），罗马著名诗人，在物理学方面也　

颇有造诣，其主要贡献是撰写成　《物性论》一书。他以诗的形式生动地阐述　

了原子论学说，对原子论学说进行了概括总结。他以多孔性和比重的不同来　

论证虚空的存在，并以尘埃在阳光中的飞舞来比喻原子在虚空中的运动等。　

　　　　　其实，原子论学说是古希腊人探索研究的主要课题之一。早在公元前5　

世纪时，阿那克萨哥拉（公元前500～前428年）就开始探索这一问题，他　

引用两个始原，即积极的始原和消极的始原来论证物质的构造。积极的始原　

是一种精细液体，是运动的最初发动者，可以引起旋转，一经旋转扩散开来，　

造成世界并使它具有秩序；而消极的始原则是可以被分割为无限小的　“种　

子”，各种不同的种子构成了各种不同的物质，而种子本身也具有无限多的　

性质，它们在很小的范围内重复着世界上多种多样性形态，万物的产生和消　

灭就是这种种子的结合与分离。后来，米利都的留基伯（约公元前500～前　

440年）和阿布底拉的德谟克利特（公元前460～前370年）对此作了更明确　

的表述，企图从物质内部结构中去寻求世界万物的本原。前者认为，宇宙万　

物都由原子组成，而原子是最小的，不可分割的物质粒子，相互之间充满着　

虚空，原子就在这个无限的虚空中永远运动着。后者认为，物质世界就是原　

子和虚空，原子被迫去在充满和否定虚空，彼此间没有本质区别，而虚空则　

是原子运动的基础；是原子得以贮存、运动和作用的场所；是与原子无关地　

独立存在着的。此后，约生於公元前342至前270年的伊壁鸠鲁对这一学说　

作了进一步发挥。他赞同所有自然现象都是原子在虚空中的运动、结合与分　

离所造成的这一观点，但主张原子本身有形状、大小、重量的差别，并认为　

原子在虚空中的运动为同速，而且运动可以偏斜，这是必然性和偶然性的统　

一。这些主张到后来都被继承和发展，成为古希腊哲学体系中的重要组成部　

分。而卢克莱修的论著正是对前人原子学说的系统总结。　

　　　　　　（5）对声音和热现象的认识　

　　　　　早在公元前6世纪，毕达哥拉斯学派的创始人毕达哥拉斯就提出了音程　

间的算术关系，将声和音阶的研究提上日程。后来的亚里士多德在研究中得　

出声音是一种运动的结论。他认为，发声体撞击空气使之在各个方向上发生　

拉伸和压缩运动，从而使声音传播开去，如果碰到障碍，声音就象球被倒射　

回来一样产生回声。他还主张，如果使管振动，当管的长度加倍，管内的振　

动就要花两倍的时间。公元前1世纪的诗人、原子论者卢克莱修则企图从物　

质结构来解释声音，他把声音看作物质流，认为声音的多样性　（如婉转流畅　

的鸟鸣、悠扬的笛声、沉重雄浑的手掌拍击声等）是由“声粒子”本身的性　

质所决定的。在长期生活和工作中，人们认识到了声音的交混回响、回声、　

共鸣等，并主张声音的传播是与水波一样的，会以无限膨胀的圆形向外扩散。　

　　　　　热与声音一样，是人们生活的亲密伴侣，对于这一现象的研究，大约开　

始于赫拉克利特所生活的那个年代，只不过那时人们总是把热与火联系一在　

起。随后的亚里士多德把热看作是物质的基原性质，是物体所具有的证明身　

份的东西，没有热，就没有物质。公元前1世纪的卢克莱修等原子论者则认　


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为，热是由物质本身的流体运动引起的，并把火看作是热的代表，是最轻的　

和光滑的原子。关于热的利用，最有代表性的是2世纪时亚历山大的希罗，　

他最早把蒸汽作为动力，制成小涡轮。其装置是一个装有两个弯管喷口的中　

空的球，喷管与球的轴成直角，各自弯向相反的方向。