首页 >出版文学> 科学史及与哲学和宗教的关系(上)>第27章
阿基米得和力学的起源
力学和流体静力学的起源应该到实用技术中去寻找,而不应到早期希腊哲学家的着作中去寻找,但是当观察同在几何学中学到的演绎方法结合起来的时候,这两门科学就有了坚实的基础。把这两门科学放在坚实基础上的第一人是叙拉古的阿基米得(Archimedes
of
Syracuse,公元前287-212年)。他的工作比任何别的希腊人的工作都更具有把数学和实验研究结合起来的真正现代精神。在结合的时候,只解决一定的有限的问题,提出假说只是为了求得它们的逻辑推论,这种推论最初是用演绎方法求得的,然后又用观察或实验方法加以检验。
我们说过,亚里斯多德还没有物体的相对密度的观念。首先明确地阐明这个观念的是阿基米得。此外,他还发现了所谓阿基米得原理:一个物体浮于液体中的时候,其重量等于所排开的液体的重量;一物沉于液体中时,其所失的重量也与所排开的液体重量相等。据说,希罗王(King
Hiero)把黄金交给工匠制造王冠。王冠制成后,希罗王疑心王冠里掺了白银,就叫阿基米得加以检验。在思考这个问题的期间,阿基米得在沐浴的时候注意到,他所排出的水在容积上和他的身体相等,因而马上明白,合金比较轻。纯金比较重,同重的合金会比同重的黄金排开较多的水。这样,阿基米得就靠了一时的灵感,提出了阿基米得原理,但是,他后来又运用数学方法,从他对于液体的基本观念中,把这个原理推演出来。这个基本观念就是,液体是一种在任何剪力——哪怕是最小的剪力——面前都要退让的物质,所谓剪力就是使物质的一层与另一层错落滑动的力量。
阿基米得还研究了杠杆的理论原理。杠杆的实际应用一定是太古时代的事情了,在阿基米得的时代以前两千年,亚述和埃及的雕塑中已经有这方面的例证。今天,我们把杠杆定律看做是一件要由实验决定的问题,而且还从这个定律中推出更为复杂的结果来。阿基米得却是凭着希腊人对于抽象推理的热爱,从他所谓的不证自明的公理或用简单实验可以证明的命题中得出杠杆定律的。这两个公理和命题就是:(1)同重的物体放在和支点距离相等的地方,就保持平衡;(2)同重的物体放在和支点距离不等的地方,就不相平衡,其离支点较远的一端必定下坠。这些公理就其涵义来说,已经包含有杠杆原则,或与杠杆原理是一回事的重心原理。但是,把杠杆定律和当时人认为比较简单的道理统一起来,却是前进了一步。事实上,这就是最科学的解释的典型。因为科学解释按其本质来说,一般也就是用我们的心灵比较熟悉的现象来说明新的现象。
阿基米得的主要兴趣是在纯几何学方面。他自己认为,他发现圆柱体容积和它的内接球体的容积的比例,是他平生最大的成就。他用内接和外切多边形的方法来测量圆周,逐渐增加多边形的边数,使其逐渐与圆周相接近。他用这个渐近的方法证明,周长与直径之比大于310/71,而小于31/7。他的许多着名的机械发明——复滑车,水力螺旋,火镜——在他看来不过是几何学家的玩意罢了。
阿基米得不仅仅是一个编纂者。他的着作差不多都是叙述他的发现的。他的观点具有现代精神。有一件事足以说明这一点。文艺复兴时代的最伟大的人物达·芬奇搜求阿基米得的着作抄本,比搜求任何别的希腊哲学家的着作抄本都更要热切。事实上,他的着作也险而失传。有一个时候,表面上看来,只有一部手稿保存下来,大概是九世纪或十世纪的抄本。可是,这个抄本老早就不见踪影了。幸而还有三个抄本没有遗失。现今流传的印刷本就是根据这些抄本排印的。
阿基米得是古代世界的第一位也是最伟大的近代型物理学家。他所发明的作战机械把罗马人阻于叙拉古城外达三年之久,公元前212年城破后,他被一个士兵杀死。到公元前75年,他的坟墓才被当时担任西西里的财政官的西塞罗(Cicero)发现,并加以虔诚的修缮。
阿利斯塔克和希帕克
公元前四世纪时,地理发现就已经有了很大进展。汉诺(Hanno)越过赫拉克列斯柱(Pillarsof
Hercules),航行到非洲西岸;毕特阿斯(Pytheas)绕过不列颠,驶向北冰洋,并且了解到月相与潮汐的关系;亚历山大则向印度进兵。当时已经知道地球是一个球体,对它的真正的大小已经开始有了一些了解。这种知识的增进,对于菲洛劳斯关于对地星和中央火的说法是不利的,毕达哥拉斯派天文学中的这些部分从此就不为人们所相信了。不过,毕达哥拉斯派的最后一人埃克番达斯(Bcphantus),却由于认识到昼夜的长短随纬度而不同,而形成了一个更简单的观念:地球在空间的中央绕着自己的轴而目转。公元前350年左右,旁托斯的赫拉克利德(Heraclides
ofPontus)也宣扬过这个说法。他认为太阳和大行星绕着地球旋转,金星和水星则在太阳运转的时候绕着太阳运行。
塞莫斯的阿利斯塔克(Aristarchusof
Samos,公元前310-230年左右)更大胆地前进了一步。他是阿基米得的同代人,但较为年长。他在流传下来的《太阳和月球的大小与距离》(OntheSizes
andDistancesoftheSunand
Moon)一书中,非常巧妙地把一些几何学原理运用到这个问题上来。他首先考虑了月食时可以看到的现象,其次又考虑了月半圆时可以看到的现象,然后得出结论说:太阳直径与地球直径之比一定大于19:3,小于43:6,即约为7:1。这个数字当然太小,但是,他的研究原则是不错的,而且他能认识到太阳比地球大,这本身已经是一个惊人的成就了。