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科学技术史第三讲：古希腊的科学与哲学,电子科技大学,目录,内容简介：1.了解古希腊科学发端的社会背景及其与四大文明古国科学社会背景的差异；2.重点掌握雅典时期的自然哲学成就及其自然观意义；3.着重理解希腊化时期数理自然知识成就及其方法论意义。,一、古希腊的自然哲学二、古希腊的科学知识三、关于古希腊科学技术的几点结论,古希腊的版图,古希腊的概念和目前并不一致。创造科学奇迹的古希腊人生活在包括希腊半岛、爱情海东岸的爱奥尼亚地区、南部的克里特岛以及南意大利这些地方,古希腊的不同历史时期,城邦奴隶制时期,时间：公元前8世纪到4世纪在不到几万平方公里的土地上分布着大大小小200多个城邦。在古代的经济和交通条件下，这些城邦国家独立性极强。,古希腊的不同历史时期,雅典时期,时间：公元前5世纪开始雅典逐渐在这一阶段取得了城邦盟主的地位，建立了奴隶制民主政治。这一阶段是古希腊经济文化大繁荣时期。,古希腊的不同历史时期,希腊化时期,时间：公元前4世纪到公元前2世纪来自北方的马其顿王国征服了希腊，建立了地跨亚、非、欧的亚历山大帝国。在所属的埃及境内，建立了一个希腊化的亚历山大城。这一时期的科学技术发展到了高峰。,科学的故乡,古代世界的各条知识之流都在希腊汇合起来，并且在那里由欧洲的首先摆脱蒙昧状态的种族所产生的惊人的天才加以过滤和澄清，然后导入更加有成果的新的途径。丹皮尔,给我一个支点，我就能够用杠杆搬动地球。阿基米德,古希腊科技史,在古希腊，我们可以看到：毕达哥拉斯学派的数学，欧几里德几何学，阿基米德力学，亚里士多德所创立的逻辑学、物理学、植物学和动物学以及哲学。,古希腊科技史,我们还可以看到：德谟克利特的原子论，托勒密的地心说，阿里斯塔克的日心说；另外，古希腊人在对宇宙总的看法上真可以说是百花齐放，百家争鸣。近代自然科学和哲学，几乎都可以在古希腊人那里找到自己的胚胎和萌芽。自然科学知识与哲学思想交织在一起，形成古希腊自然哲学。,为什么是古希腊？,众所周知，科学作为一种独立的精神活动，最早起源于希腊，而不是早于它2000多年的古埃及，其原因是什么？,亚里士多德在形而上学一书开篇就说，哲学和科学的诞生有三个条件。第一是“惊异”。是人们对自然现象和社会现象所表现出来的困惑或惊奇，有了惊异也就感受到了自己的无知，自知其无知者为了摆脱无知就求知识。求知并非为了实用的目的，而纯粹是一种对智慧的热爱。通俗地说，第一个条件是要求人们有好奇心和求知欲。第二个条件是“闲暇”。知识阶层不用为了生活而奔波劳碌，因为整天从事繁重体力劳动没有闲暇的人，是无法从事求知这种复杂的脑力劳动的。第三个条件是“自由”。哲学知识是自足的，它不以别的什么目的而存在，而纯粹是为了自身而存在的，它是一门自由的学问，要求自由地思考、自由地发表意见，不受他种目的和利益的支配,古希腊科学形成的社会原因,海岸文明基础上发展起来的工商业经济是天文学、力学和数学发达的根本动力2)工商奴隶主民主政治体制为学术繁荣提供了制度保障3)多元的文化开放系统促进了学术交流的频繁和科学研究的进步,这些神话人物的区别是什么？,这些神话人物的区别是什么？,古希腊神话的独特性,1、奥林匹斯山上的诸神与人类相似但不是人,即人神相异同构。他们像人一样有个性,有情欲,爱争斗,但同人有严格的界限。人神之别,反映了对象性思维的原始形式,而人神同构,则导致了古希腊的有机自然观念。2、希腊神话的第二个突出特征是它完备的诸神谱系,任何一个神都有其来龙去脉,在神谱中的地位非常清楚明白。这种完备的诸神谱系,实际上是逻辑系统的原始形式。如果把诸神进一步作为自然事物的象征,那么,神谱的系统性可以看作对自然之逻辑构造的原始象征。,古希腊人的思维游戏,怎么解释这个悖论？,古希腊人的思维游戏,古希腊人的思维游戏,设想一支飞行的箭。在每一时刻，它位于空间中的一个特定位置。由于时刻无持续时间，箭在每个时刻都没有时间而只能是静止的。鉴于整个运动期间只包含时刻，而每个时刻又只有静止的箭，所以，飞行的箭总是静止的，它不可能在运动,这个悖论怎么去解释？,目录,古希腊的自然哲学,1.米利都学派2.毕达哥拉斯学派3.原子论思想4.亚里士多德主义,1.米利都学派,泰勒斯关于世界万物本原是“水”的主张,泰勒斯,泰勒斯（Thales，约前624546）断言所有的事物都起源于水，因此他被尊为希腊科学和哲学的鼻祖。1）泰勒斯的命题中没有神话因素;2）泰勒斯用这个假说解释了其它自然现象。如回答了大地靠什么支持这个古老问题。3）现代科学正是从泰勒斯和其同时代人的思想持续不断地传下来的。,米利都学派,阿拉克西米尼认为万物的本原是空气。阿拉克西曼德则认为万物来源于“未规定的物质”。赫拉克利特认为组成世界的基本元素是“火”。恩培多克勒提出了关于水、火、土、气的“四根说”。,赫拉克利特,恩培多克勒,古希腊科技史,在数学方面划时代的贡献是引入了命题证明的思想。它标志着人们对客观事物的认识从经验上升到理论，这在数学史上是一次不寻常的飞跃。在数学中引入逻辑证明，它的重要意义在于：保证了命题的正确性；揭示各定理之间的内在联系，使数学构成一个严密的体系，为进一步发展打下基础；使数学命题具有充分的说服力，令人深信不疑。,1.米利都学派的贡献,古希腊科技史,毕达哥拉斯（Pythagoras，前584前501）古希腊著名的哲学家、数学家、天文学家。生于米利都附近的萨摩斯，卒于他林敦（今意大利南部）。早年曾游历埃及、巴比伦等地。毕达哥拉斯是泰勒斯(624BC547BC)学生,是古希腊最早的唯心主义哲学家和数学家。主张“万物皆数”，数学的本原就是万物的本原。把自然界的秩序和数联系起来，这对于启发人们从定量的方面揭示自然界的规律意义重大，在科学史上影响至为深远。,毕达哥拉斯学派,值得注意的是，毕达哥拉斯学派的数学信仰是：一切数均可表成整数或整数之比,古希腊辩证法的萌芽,1、毕达哥拉斯学派认为数是万物的本原，事物的性质是由某种数量关系决定的，万物按照一定的数量比例而构成和谐的秩序；由此他们提出了“美是和谐”的观点，认为音乐的和谐是由高低长短轻重不同的音调按照一定的数量上的比例组成，“音乐是对立因素的和谐的统一，把杂多导致统一，把不协调导致协调。”2、这是古希腊艺术辩证法思想的萌芽，也包含着艺术中“寓整齐于变化”的普遍原则。据说毕达哥拉斯学派最早发现了所谓“黄金分割”规律，而获得关于比例的形式美的规律。可以说，毕达哥拉斯学派是西方美学史上第一个讨论美的本质的学派！,古希腊科技史,毕达哥拉斯学派很重视数学，企图用数来解释一切。他们研究数学的目的不在于实用，而是为了探索自然的奥秘。毕达哥拉斯本人以发现勾股定理著称，勾股定理早为巴比伦人和中国人所知，不过最早的证明应归功毕达哥拉斯。他是用演绎法证明了直角三角形斜边平方等于两直角边平方之和，即毕达哥拉斯定理(勾股定理)。,应归功毕达哥拉斯。他是用演绎法证明了直角三角形斜边平方等于两直角边平方之和，即毕达哥拉斯定理(勾股定理)。,无理数的发现与第一次数学危机,什么是有理数？有理数有一种简单的几何解释。在一条水平直线上，标出一段线段作为单位长，如果令它的定端点和右端点分别表示数0和1，则可用这条直线上的间隔为单位长的点的集合来表示整数，正整数在0的右边，负整数在0的左边。以q为分母的分数，可以用每一单位间隔分为q等分的点表示。于是，每一个有理数都对应着直线上的一个点。什么是无理数？无理数是指实数范围内不能表示成两个整数之比的数。简单的说，无理数就是10进制下的无限不循环小数。如圆周率、2（根号2）等。有理数是由所有分数，整数组成，它们都可以化成有限小数，或无限循环小数。,第一次数学危机的结果,1、第一次数学危机表明，几何学的某些真理与算术无关，几何量不能完全由整数及其比来表示。反之，数却可以由几何量表示出来。整数的尊祟地位受到挑战，古希腊的数学观点受到极大的冲击。于是，几何学开始在希腊数学中占有特殊地位。2、古希腊人开始认识到，直觉和经验不一定靠得住，而推理证明才是可靠的。从此希腊人开始从“自明的”公理出发，经过演绎推理，并由此建立几何学体系。这是数学思想上的一次革命，是第一次数学危机的自然产物。,古希腊科技史,德谟克利特（Demokritos）原子论思想 自泰勒斯提出“万物源于水”后，自然哲学家都相继发展了对自然现象进行说明的理论。留基波(前500前440)和德谟柯利特（前460前370）为师生关系，他们提出了科学史上极为重要的原子论思想。认为构成世间万物的是原子。原子形状无限多。后来的伊壁鸠鲁(前341-前270)继续发展了原子论思想，认为原子是不可分的坚固实体。,原子论：留基波 德谟柯利特 伊壁鸠鲁 道尔顿,古希腊科技史,德谟克利特只说到原子有形状、大小 的区别，伊壁鸠鲁则进一步认为原子 还有重量的不同，有各种各样的大小。马克思的博士论文的题目就是：德 谟克利特的自然哲学与伊壁鸠鲁的自 然哲学的区别（1841）。,伊壁鸠鲁（前341前270）,马克思(18181883),亚里士多德主义,亚里士多德是古希腊哲学的集大成者，是一位承上启下的人物，在他的哲学中，哲学和自然科学已开始分化。1)在世界本源问题上，提出了两种“实体”说，并用“四因说”加以论证；2)在宇宙结构问题上，主张地心说，建立了同心球宇宙模型，第一次把几何学和天文学结合起来；3)在物体运动问题上，认为物体只有在外力推动下才能运动，重物坠落的速度较轻物快。,古希腊科技史,亚里士多德的天文学思想 天是惟一的，那么向上、向下的自然运动就是离心、向心运动，由此推出：大地呈球形、宇宙呈球形、地球位于宇宙的中心、地球静止不动、宇宙有限、宇宙之外无物、天体的自然运动是圆周运动、天体由以太构成、天永恒不变、天地是两重世界。自然界最经济、不做无益浪费的事情。,亚里士多德主义：天地有别,与地球上物体的上升和下落的自然运动不同，还有一种天体所特有的永恒的均匀的圆周运动。天体不是由地球上的四种元素组成，而是由第五种元素构成。匀速圆周运动是第五元素的性质所固有的。由此导致两个推论：（1）世界结构本质上是以地球为中心，沉重的地球由于它特别的性质，正好静止于世界的中心。（2）把适用于地球上的科学概念和推理运用到天体上去，这在逻辑上是不可能的。特别是把地球也看作是个天体，这是荒谬的思想。,亚里士多德主义：地球在宇宙中心的论证,亚里斯多德对地球处于宇宙中心的论证之一：因为我们时时刻刻正好看到半个天球，所以地球必然位于宇宙的中心。,古希腊科技史,亚里士多德的方法论思想 亚里士多德是演绎逻辑的创始人，他提出了通过演绎获得科学知识的认识方法。,科学知识不可能通过感觉经验获得，因所谓感官所认识到的都是特殊的东西，不能揭示事物的原因。我们只有通过理性才能获得科学知识，获得知识的方法是逻辑论证，依靠三段论式证明和推论。科学知识是由概念和命题组成。你是人所有人都是会死-所以你是会死的,古希腊科技史,科学知识是由概念和命题组成，科学概念分为基本概念和派生概念，基本概念是原始的、无需定义的概念；派生概念是用基本概念定义的概念。科学命题分为基本命题和派生命题或公理和定理两类。公理是原始的，无需证明的命题，定理是从公理推导出来的命题。获得科学知识的基本方法是：从少数无需定义的基本概念和少数无需证明的公理（前提）出发，应用演绎推理的法则，推导出一系列定理。,古希腊科技史,从公理演绎出定理，这就是公理化的方法。亚里士多德是公理化方法理论的创始人。“本原构成了真正的知识”。本原的科学高于一切。从直观现象出发直接建立最一般的原理，然后通过演绎得出一些列中间层次的原理。,在生物学研究中亚里士多德采了另一种方法，不用公理推演，而是表现出一派从事实证科学研究的经验主义者作风。真是判若两人。,亚里斯多德的动力学,任何运动物体都是由与它相联的外界物体所推动。这是地球上无生命物体运动的基础。由此得出：（1）一个脱离了所有外部影响的物体处于静止状态；（2）对每种强迫运动，必须寻找与物体有关的动因。动力学基本规律：由外力推动的物体运动的速度与推力成正比，与反对运动的阻力成反比。亚里斯多德和其他希腊思想家的最大功绩就是把自然作为科学研究的对象。,古希腊科技史,1、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。一方面制定了系统的、理性的演绎逻辑方法，另一方面自身又包含着向经验方法的转化，亚里士多德就是这样一位科学认识思想家。2、亚里士多德的某些错误观点到了中世纪，几乎被神化，被当成不容怀疑的教条，阻碍了科学的发展，当然，这些都不是亚里士多德的错。,目录,古希腊的几何学,古希腊三大数学难题1.立方倍积 即求作一立方体的边，使该立方体的体积为给定立方体的两倍。2.化圆为方 即作一正方形，使其与一给定的圆面积相等。3.三等分角 即分一个给定的任意角为三个相等的部分,古希腊的几何学,古希腊数学三大难题其难点：古希腊数学家要求只运用直尺和圆规两个工具来解决仅仅依靠这两大工具，是否有可能解决这三大问题？,古希腊科技史,亚历山大时期：330BC250BC 欧几里德(Euclid of Alexandria，330BC-260BC）代表作为几何原本（Elements)，共有13卷。这一著作对于几何学、数 学和科学的未来发展，对 于西方人的整个思维方法 都有极大的影响。,古希腊科技史,几何原本的主要对象是几何学，但它还处理了数论、无理数理论等其他课题。欧几里德使用了公理化的方法。这一方法后来成了建立任何知识体系的典范，在差不多2000年间，被奉为必须遵守的严密思维的范例。几何原本是古希腊数学发展的顶峰。,古希腊科技史,在西方历史上，也许只有圣经在抄本数和印刷数上可与之相比。据估计，几何原本被重版了上千次，被译成各国文字。我国明代杰出的科学家徐光启于1607年与传教士利马窦合作翻译了第六卷，是有史以来第一个中文译本。“几何”一词与“几何原本”这一书名，都是徐光启第一次创造出来的。,几何原本全面总结了前人的几何学知识，从公理出发运用演绎方法证明了包括467个命题的几何学全部定理。几何学从此成为一门科学和古代最成熟的学科。,古希腊科技史,欧几里得的几何原本(Euclids Elements)把前人的数学成果加以系统地整理和总结，以缜密的演绎逻辑把建立在一些公理之上的初等几何学知识构成为一个严密的体系。几何原本到2000多年后，即使是爱因斯坦也对他的严密的体系惊叹不已。爱因斯坦说：如果一个人童年看过几何原本而没有对科学产生浓厚的兴趣，那么他就是天生不适合搞科学的人。几何原本 只是古希腊在数学上辉煌成就的某一方面的总和，远远不是全部。,欧几里得的所有武器,五大公设1.过不同的两点可连一条直线；2.直线可向两端无限延伸；3.以任意一点为中心和任一线段之长为半径可作一圆；4.所有的直角均相等；5.若一直线与两直线相交，且若同侧所交两内角之和小于两直角，则两直线无限延长后必相交于该侧的一点。,欧几里得的所有武器,五大公理1.跟一件东西相等的一些东西，它们彼此也是相等的；2.等量加等量，总量仍相等；3.等量减等量，余量仍相等；4.彼此重合的东西是相等的；,在给出了这些定义、概念、公设、公理的基础上，欧几里得一条一条地证明了几何原本中列出的467 个命题。他的证明条理清晰，逻辑严谨，体系安排合理。,古希腊科技史,阿基米德(Archimedes，287BC212BC),生于西西里岛上的叙拉古，公元前212年，古罗马军队攻陷叙拉古，正在聚精会神研究科学问题的阿基米德，不幸被蛮横的罗马士兵杀死，终年75岁。阿基米德的遗体葬在西西里岛，墓碑上刻着一个圆柱内切球的图形，以纪念他在几何学上的卓越贡献。,古希腊科技史,阿基米德浮力定律,古希腊科技史,几何学方面贡献确定了抛物线弓形、螺线、圆形的面积以及椭球体、抛物面体等各种复杂几何体的表面积和体积的计算方法。天文学方面贡献认为地球是圆球状的，并围绕着太阳旋转。著述 传于世的数学著作有10余种，多为希腊文手稿。他的着作集中探讨了求积问题。,古希腊科技史,关于阿基米德的故事“给我一个支点，我就能移动地球。”洗澡的故事。爱国者阿基米德。美国的E.T.贝尔在数学人物上是这样评价阿基米德的：任何一张开列有史以来三个最伟大的数学家的名单之中，必定会包括阿基米德，而另外两们通常是牛顿和高斯。不过以他们的宏伟业绩和所处的时代背景来比较，或拿他们影响当代和后世的深邃久远来比较，还应首推阿基米德。,牛顿（17世纪）高斯（19世纪),古希腊科技史,罗马时期：250BC500AC 托勒密（Clandius Ptolemaeus，约90168）,生活在罗马统治下的亚历山大城的著名天文学家、地理学家、数学家和物理学家克洛蒂乌斯托勒密是地心宇宙体系的创立者。相传他生于埃及一个希腊化城市赫勒热斯蒂克。,古希腊科技史,无论是研究天文学还是研究地理学，他都认为应当从准确的资料出发，即要从事实出发。托勒密也是一位尊重事实的人，就这点而言，它同别的著名科学家没有本质的区别。所以，尽管他提出了错误的地心体系，但他仍然是一位科学家。托勒密的地心说（1）我们每天都可以看到太阳从东方升起，在西方落下。物体在做自由落体运动时，总是垂直下落的，这说明地球没有运动，否则在地球上的人看来，物体就会斜着下落了。,古希腊科技史,托勒密的地心说（2）如果地球自西向东运动，那么天上的浮云、飞鸟就会沿着一个统一的方向从东向西运动，就不可能自由飘浮、飞翔了。（3）如果地球从西向东运动，我们就会感到东风不断吹来，可是我们并没有看到这些现象。如果地球在不停地转动，地球上的所有物体就会向外飞散，最后整个地球就有崩溃的危险。,古希腊科技史,托勒密的地心说,托勒密的宇宙体系示意图,托勒密体系的基本观点是错误的，但他的体系却能在天文学界流行将近15个世纪，而基本观点比他要正确的阿里斯塔克的“日心说”却几乎失传了呢？一是政治上的原因 一是人类的认识水平。,古希腊科技史,埃拉托色尼（Eratosthenes，275BC一193BC）埃拉托色尼被西方地理学家推崇为“地理学之父”，除了他在测地学和地理学方面的杰出贡献外，另一个重要原因是因为他第一个创用了西文“地理学”这个词汇，并用它作为地理学概论的书名。这是该词汇的第一次出现和使用，后来广泛应用开来，成为西方各国通用学术词汇。埃拉托色尼在地理学方面的杰出贡献，集中地反映在他的两部代表著作中，即地球大小的修正和地理学概论二书。,古希腊科技史,埃拉托色尼测地球示意图在西恩纳附近，尼罗河的一个河心岛洲上，有一口深井，夏至日那天太阳光可直射井底。这一现象闻名已久，吸引着许多旅行家前来观赏奇景。,它表明太阳在夏至日正好位于天顶。与此同时，他在亚历山大里亚选择一个很高的方尖塔，并测量了夏至日那天塔的阴影长度，这样他就可以量出直立的方尖塔和太阳光射线之间的角度。,古希腊科技史,埃拉托色尼通过观测得到了这一角度为7012，即相当于圆周角3600的l50。由此表明，这一角度对应的弧长，即从西恩纳到亚历山大里亚的距离，应相当于地球周长的1/50。再测量得到这两个城市的距离是5000希腊里。一旦得到这个结果，地球周长只要乘以50即可，结果为25万希腊里。换算为现代的公制，地球圆周长约为39375公里，经埃拉托色尼修订后为39360公里，与地球实际周长引人注目地相近。埃拉托色尼巧妙地将天文学与测地学结合起来，精确地测量出地球周长的精确数值。这一测量结果出现在2000多年前，的确是了不起的。,目录,古希腊科技史,古希腊的科学思想和科学方法（1）科学思想 古希腊在从公元前8世纪到公元前1世纪的数百年间所取得的科学文化成就是巨大的，其科学文化的特点是:自然哲学发达，人们更加注重理论思维，注重对自然界的理论性的探索。古希腊人很重视科学，特别是数学，重视严密的逻辑推理。这都有利于使人们关于自然界的知识系统化，形成理论体系。这是幼年的自然科学发展、成长的必由之路。古希腊的一些自然科学，其中 学科如天文学、数学、医学等，已发展到了奴隶时代自然科学的最高形态。,古希腊科技史,古希腊的科学思想和科学方法（2）科学方法 古希腊的科学研究方法，到阿基米德时已经达到了相当高的水平，逻辑方法、观察方法、数学方法已经初步形成，实验方法、解剖方法也已发轫。这些都为近代自然科学的形成作了较好的准备。近代的自然科学几乎就是从古希腊自然科学演绎而生的。古希腊人思考的是自然界的辩证的图景，这是自然科学初期发展的特征。,古希腊科技史,古希腊的科学思想和科学方法 自然科学的进一步发展必须把自然界的各种现象分解成为各个侧面，把这些侧面作为孤立的、静止的对象来研究。近代自然科学的机械论的形而上学的观点方法的产生也是必然的，而当这种研究获得一定进展的时候，又必然回到辩证法。这时古希腊的自然哲学又再次给人们以启发，发挥了它的历史作用。英国学者赫乔威尔斯在引证荣格的无意识的心理学中关于古代（雅典以前）思想和近代思想之间的区别时指出：“古代思想是无指导的思想，而近代思想是有指导的思想。前者是用形象来思考的，近似做梦，而后者是用言词来思想的。,古希腊科技史,古希腊的科学思想和科学方法 科学是一种有指导的思想。远古精神（即古希腊以前的思想）所产生的不是科学，而是神话。神话是广大民众的梦，而梦是个人的神话，用仔细分析过的言词和陈述来进行艰苦而有训练的思想是发展近代科学必不可少的准备工作。”总之，古希腊人继承和发展了两河流域和古埃及的科学文化，使之达到了奴隶制时代的最高峰，并为近代科学思想和科学方法的诞生奠定了坚实的基础。,