希腊化时代的表现和影响（希腊化时代科学与技术之间的互动）

导言：

科学与技术之间的关系是一个广受关注的问题，一般认为这是两个传统，直到19世纪才开始发生紧密联系。但历史绝非如此简单。我们今天推送的文章主要通过对阿基米德的数学与力学工作、安提凯希拉装置的设计与制造，以及人体生理学的兴起这三大案例的考察来说明，希腊化时代科学与技术之间存在密切的互动。作为这一互动的结果，在传统的理论研究与应用研究之间出现了新型的应用性理论研究，突出表现为机械力学的发展，后者在一定程度上已成为希腊化时代理解自然并指导技艺的“实验哲学体系”。

撰稿 | 郝刘祥（中国科学院大学人文学院教授）

责编 | 伊默、杨仪

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科学与技术之间的关联，向来是科学史上一个迷人的话题。技术活动系统接受科学理论的指导，只是近两个世纪才发生的事实。像19世纪的电力和化工技术，以及20世纪的信息和生物技术，都离不开电磁学、化学、量子物理学和分子生物学的发展。而在此之前，技术实践很大程度上是独立于科学探索的。18世纪中叶至19世纪初叶的工业革命，其核心技术，钢铁、煤炭和蒸汽机，主要是人们在实践活动中摸索出来的；蒸汽机的改进，也只是间接受到当时关于气体和热学研究的影响。大体说来，在19世纪以前，科学和技术仍然是两大独立的传统 [路甬祥 2001，页17-24]。

►图1 漫画：原始人中的科学家悲哀地认为：“我想科学与技术之间的鸿沟将永世长存。”（源自：lff.webgrupos.br）

尽管如此，在近代早期的科学革命时代，已有大量迹象表明，科学与技术只要联起手来，就能彼此获益。关于这一点，只要看看17世纪科学仪器诸如望远镜、显微镜、气压计、空气泵、起电机、温度计的发明就够了。依靠望远镜，伽利略发现了月球上的环形山、木星卫星和太阳黑子，从而颠覆了亚里士多德关于月上界完美无缺的概念；依靠显微镜，马尔比基（M. Malpighi）和列文虎克（A. von Leeuwenhoek）发现了连接动脉血和静脉血的毛细血管网；空气泵等其他工具的发明，则迎来了气体力学、热学、化学、电学、光学等实验学科的发展，并预示着科学指导技术时代的来临。

科学革命时代是科学与技术的互动已现端倪的时代，不过这在人类文明史上并非没有先例，其中最突出的就是希腊化时代。这一点其实并不奇怪。科学革命的核心性成就，要么是推翻希腊化时代的科学理论，包括行星天文学的本轮-均轮体系和人体解剖学中的血液运行模式，要么是复兴或拓展希腊化时代的科学理论，比如阿里斯塔克的日心体系和阿基米德的静力学理论。希腊化时代的科学是希腊科学发展的高峰，希腊科学能达到这个高度，自然离不开其强大的技术传统。科学是用理性和经验的手段来认识世界，而技术则是我们感官和肢体的延伸。

本文的目标，并非系统罗列希腊化时代科学和技术的各项成就，而是想用若干突出的实例来表明：在希腊化时代，科学和技术之间的联系远远超出了人们预想的程度。在我们的印象中，似乎希腊科学更贴近哲学传统，而非技术传统。这里我想表明，希腊化时代的科学是介于哲学和技术之间的一项独特的人类活动，它更多地是从技术活动中汲取营养。希腊化时代科学与技术的互动，突出表现为应用性理论研究特别是机械力学（mechanics）和人体生理学的兴起。希腊化时代的机械力学涵盖纯粹与应用力学，前者探讨物体的运动与平衡，后者包括各种机械制造的技艺。在某种程度上，机械力学已成为希腊化时代理解自然并指导技艺的“实验哲学体系”。

1 断代史概述

所谓希腊化时代，一般是指从亚历山大大帝之死（323 BC）到罗马帝国崛起（30 BC）这一时段，时间跨度约三个世纪；希腊化文明的地域范围主要包括希腊、马其顿、小亚细亚、叙利亚和埃及等地中海沿岸区域。希腊化时代是希腊科学离开本土而向地中海周边传播，并在亚历山大里亚、叙拉古、帕加蒙、安条克等城市落户的时代。

亚历山大里亚是希腊化文明的中心，自然也是希腊化科学与技术的中心。亚历山大里亚的科学活动，主要依托图书馆（Library）和缪斯学园（Museum）两大机构，前者大约建于托勒密一世在位期间（304 BC – 285 BC），后者一般认为是公元前280年前后托勒密二世即位初期所建。缪斯学园是一个以亚里士多德的卢克昂学园为蓝本的科研和教学机构，筹建者乃亚里士多德的弟子斯特拉图（Strato of Lampsacus, 290 BC——指其活跃年代，下同）。与卢克昂相比，缪斯学园主要是一个研究而非教学机构，学园内设有天文台、动物园、植物园和解剖室；缪斯学园的学者享有国家薪俸，不用依靠教学来维持生计。该学园维持了六个多世纪，不过全盛时期则是其建立最初的一个多世纪。

►图2 后人想象的亚历山大里亚图书馆全景及内部复原图（源自：io9.gizmodo/the-great-library-at-alexandria-was-destroyed-by-budget-1442659066）

公元前3世纪，几乎当时所有的重要科学家都与这座学园结下了不解之缘。简要提一下他们的名字或许是必要的：欧几里得（Euclid, c. 300 BC），《几何原本》的撰写者；阿里斯塔克（Aristarchus of Samos, c. 275 BC），日心说的建立者、日地月相对大小和相对距离的测量者；克特西比乌（Ctesibius of Alexandria, c. 270 BC），压力泵、机械水钟等众多机械的发明者；希罗菲洛斯（Herophilus of Chalcedon, c. 270 BC），人体解剖学之父；埃拉希斯特拉塔（Erasistratus of Ceos, c. 260 BC），人体生理学之父；阿基米德（Arichmedes of Syracuse, 287-212 BC），古代伟大的数学家、力学家和发明家；埃拉托色尼（Eratosthenes of Cyrene, c. 225 BC），地球周长测量者；阿波罗尼（Apollonius of Perga, c. 210 BC），圆锥曲线研究者和行星运动的本轮-均轮模型的创立者；菲罗（Philo of Byzantium, c. 200 BC），机械发明家。透过这份名单，我们可以看出，希腊化时代的科学和技术都达到了前所未有的高度。

►图3 学者们在亚历山大里亚图书馆研读场景（虚拟场景，源自io9.gizmodo/the-great-library-at-alexandria-was-destroyed-by-budget-1442659066）

公元前2世纪，希腊化科学面临着不确定的命运。伴随着罗马的扩张，希腊化文明的中心城市相继陷落：公元前212年，罗马占领了叙拉古；公元前146年，罗马摧毁了迦太基；公元前133年，帕加蒙王国并入罗马。罗马人虽然不像后来的基督徒那样敌视科学，但他们对科学并无热情。与此同时，埃及的托勒密王朝也越来越埃及化，以致当时最伟大的天文学家希帕克（Hippachus of Nicaea, c. 135 BC）及其弟子波希多尼（Posidonius of Apamea, c. 80 BC）都不得不避居罗德斯岛。公元前86年，罗马执政官苏拉洗劫了雅典；公元前31 年，屋大维在亚克兴角（Actium）击败安东尼和克里奥帕特拉，希腊化时代宣告结束，地中海成了罗马的内湖。在罗马帝国早期（30 BC – 285 AD），昔日这些希腊化科学的中心基本上失去了创造力，不过总体上还能维持一个高水准的理解和鉴赏力。公元2世纪，托勒密（Ptolemy of Alexandria, c. 150 AD）和盖伦（Galen of Pergamum, c. 180 AD）分别总结了希腊化时代天文学和医学的成果，成为希腊化科学成就的集大成者。

►图4 亚历山大里亚的陷落（源自：io9.gizmodo/the-great-library-at-alexandria-was-destroyed-by-budget-1442659066）

今天我们提起希腊化科学家，一般都会想起阿基米德、托勒密和盖伦这三个人。不过，与阿基米德相比，后两者的形象要黯淡得多。在今日的中小学教科书中，阿基米德的成就仍然占据相当大的篇幅，但托勒密和盖伦的理论早已成了古董。现代科学的诞生，在很大程度上得益于用阿基米德的方法来推翻托勒密的天文学体系和盖伦的血液运行模式。再者，托勒密和盖伦很大程度上是知识的综述者而非原创者。盖伦的人体解剖学，主要是继承希罗菲洛斯和埃拉西斯特拉塔的解剖学成果；托勒密的天文学，主要是继承阿波罗尼和希帕克的本轮-均轮体系。下面，我将通过阿基米德的数学与力学成就、阿波罗尼-希帕克的行星运动模型，以及希罗菲洛斯和埃拉西斯特拉塔的人体解剖学来说明：希腊化时代的科学与技术之间存在着紧密联系，并且其程度与近代早期相比一点也不逊色。

2 伟大的阿基米德

在科学史上，阿基米德不仅可与伽利略和牛顿比肩，更是伽利略和牛顿的先驱和导师。阿基米德的贡献，大家都耳熟能详。在数学上，他用穷竭法求出了多种曲边图形的面积和曲面立体的体积，前者如圆、抛物弓形、球面和螺线相邻两圈之间面积，后者如圆柱、球缺、三角锥、旋转抛物面、旋转双曲面和旋转椭球面的体积；在机械力学上，他发明了水力推动的行星仪、螺旋提水器、大型起重机、巨型投石器和操纵船体下水的滑车，甚至传说他曾利用抛物镜聚焦原理烧毁了入侵的罗马战舰；与此同时，他还专注于重心和平衡问题，发现了杠杆原理和浮力定理，从而奠定了静力学的基础。在人类历史上，阿基米德是第一个将数学方法和技术手段结合起来以寻求物理学原理的科学家。

►图5 撬起地球的阿基米德（源自：prikol.pikmik.ru/en/view/normal/81468）

阿基米德对工程的兴趣，显然与其在亚历山大里亚的求学经历相关。大约10岁左右，阿基米德就被送到这里学习，与亚历山大里亚工程学派的奠基人克特西比乌年龄相仿，后者可能出任过缪斯学园的主持人。克特西比乌的著作没有传承下来，但他的工作通过菲洛和希罗（Hero of Alexandria, c. 60 AD）而为人们所知：他改进了水钟，发明了水风琴，发现了空气的弹性并试图利用压缩空气来制造水枪甚至弩炮。阿基米德对机械的研究，无疑源自亚历山大里亚的工程研究传统。他所发明的螺旋提水器，就是为了帮助埃及居民解决提水浇地的困难。

►图6 克特西比乌（源自：britannica/biography/Ctesibius-of-Alexandria）

除实用机械外，阿基米德还发明了天文学测量所用的十字测角器和用水力推动的演示日月行星运行的天象仪。据传这台行星仪能够准确预报日月食，但我们不清楚这台行星仪的工作原理。当时行星运动的本轮-均轮模型尚未建立，合理的推断应该是基于地心的同心球运动模型。阿基米德在亚历山大里亚的求学岁月，正值阿里斯塔克科学生涯的鼎盛时期。阿里斯塔克的日心说，可以说是希腊化时代最有创见的天文学理论。日心体系是古希腊天文学从同心球体系到偏心轮体系的过渡环节，它是为解决同心球体系所面临的困难，特别是为解释行星亮度变化问题而发展起来的。不完整的日心说最初是柏拉图的弟子和友人蓬托斯的赫拉克利德（Heraclides of Pontus, c. 330 BC）提出来的，在他的模型中，地球自转，水星和金星绕日转动。而在阿里斯塔克的模型中，所有行星包括地球皆绕太阳公转，同时地球还绕轴自转。我们不清楚阿基米德是否赞同日心体系，但他是这一理论的最早记录者。在《数沙者》（The Sand Reckoner）这部著作中，阿基米德写道：

您（国王吉伦[Gelon]）知道，所谓“宇宙”，不过是大多数天文学家对天球的称谓，其中心即地心，其半径即日地中心的直线距离。这是您从天文学家那里通常听到的说法。但阿里斯塔克写过一本书，提出了若干假设，并根据这些假设推断出，我们的宇宙比天文学家所说的“宇宙”大好多好多倍。他的假设是：恒星和太阳固定不动，地球绕太阳做圆周运动，太阳处在该圆周区域的中央，恒星处在离太阳的同一个距离上，恒星天球是如此巨大，以至于地球绕日轨道离恒星的距离，差不多就是恒星天球的中心到球面的距离。[Heath 1913, p. 302]

当然，阿基米德首先是一个数学家，是欧几里得的弟子。阿基米德的几乎所有数学著作，包括《论球体和圆柱体》、《圆的度量》、《抛物线求积》、《论螺线》、《论锥体和椭球体》等，都是用《几何原本》的风格写成的，也就是说，从若干定义和公理出发，运用演绎的方法来证明一条条定理。尽管如此，阿基米德绝不仅仅是一位数学家。他还是一位理论力学家，是人类历史上首位用数学方法来探讨物理和机械原理的科学家。在阿基米德那里，力学原理是联系数学发现和机械设计的纽带。阿基米德的力学著作，包括《论平面的平衡》、《论杠杆》和《论浮体》，也是严格按照公理方法来编排的。阿基米德所建立的重心定理、杠杆原理和浮力定理，无疑都来自具体的工程问题，但在上述著作中，他为这些力学成果给出了严格的几何论证。

►图7 阿基米德最为公众称道的事迹之一是他面对敌人从容赴死、唯以学术为念，后世关于这一题词的画作很多，此处略选几幅，图片均来自网络

事实上，阿基米德的数学工作和力学工作是密不可分的。对于数学和力学成果，阿基米德明确区分了发现的方法和证明的方法。阿基米德的一系列数学成果，特别是用穷竭法来求各种图形和立体的面积和体积，往往是借助力学原理来发现的。这方面最突出的实例，就是利用杠杆原理来求抛物弓形的面积 [克莱因 1979，页124-125]。整个论证的核心，是将面看成是线段的集合，同时将线段和面看成是有重量的，并且其重量分别正比于长度和面积。据此，阿基米德得出，抛物弓形的面积为其内接三角形面积的4/3。

►图8 阿基米德求抛物弓形面积演算图

阿基米德：利用杠杆原理求抛物弓形面积

图中D是AC的中点，DB平行于纵轴； CF是过C点的切线；KH是KC的延长线，长度相等；M是AC上任意一点。

已证：

1.B是弓形的顶点，并且是DE的中点

2.

要点：

1.将线段看成有重量的，且重量正比于长度；面的重量由线段的重量构成，且正比于面积；

2.将K看成杠杆HP的支点，MN重量置于H点，MQ重量置于P点，那么两者平衡。因此，弓形面积集中在H点，而三角形AFC面积集中在其重心G上，且 。利用ΔAFC与ΔABC的关系，即可得出结论。

如果不是阿基米德著作的羊皮纸古抄本C的发现，我们实在想象不到阿基米德会将数学与力学结合得如此紧密。阿基米德著作一共有3个9—10世纪拜占庭学者的古抄本，通常称之为古抄本A、B和C。抄本A包括《论平面的平衡》、《抛物线求积》、《论球体和圆柱体》、《圆的度量》、《论螺线》、《论锥体和椭球体》和《数沙者》共7部著作，抄本B包括《论平面的平衡》、《抛物线求积》和《论浮体》这3部著作，抄本C包括《论平面的平衡》、《球体和圆柱体》、《圆的度量》、《论螺线》、《论浮体》、《方法》和《十四巧板》，其中《方法》和《十四巧板》是其他两个抄本所没有的。古抄本A和B现已失传，B抄本的最后一次出现是1311年罗马北部的维泰博图书馆，A抄本的最后一次现身是在1564年意大利人文学者的图书馆，C抄本是唯一一部保留至今的古抄本。

C抄本可谓命运坎坷。它在12世纪被基督教徒刮去文字、打乱、对开装订之后，用来书写祈祷文，损毁非常严重。1906年，它被丹麦古典学者海伯格（J. L. Heiberg）发现于君士坦丁堡附近的一所东正教修道院中。海伯格大约解读了三分之二，包括阿基米德致埃拉托色尼的信，即《方法》，并拍下了照片。正是通过《方法》这部著作，我们才知道阿基米德是用杠杆原理来发现抛物弓形面积的。1920—1930年代，C抄本在希腊与土耳其的战争中失踪，神秘地流落到巴黎一位藏家手中。1998年，这本羊皮书出现于纽约克里斯蒂拍卖行，被一位神秘买家以200万美金买走，并委托巴尔的摩华尔特艺术博物馆进行修缮和研究。此时的羊皮书，较之海伯格见到的样子，毁损更为严重。比如在其57对开页正面，在原来覆盖阿基米德《方法》的祈祷文上，又被人覆盖上了一幅厚厚的经书抄写者插图，以致当代研究者不得不利用斯坦福线性加速器的同步辐射源，借助X射线荧光图像显示出页面上的铁元素分布图，我们才能读到插图背后的阿基米德文本 [内兹和诺尔 2008]。原本用物理学方法（杠杆原理）发现的数学定理，居然要用现代物理学手段（包括紫外荧光、多光谱成像、共焦显微镜，甚至同步辐射源）才能阅读，历史真是吊诡！

►图9 海伯格拍摄的“阿基米德羊皮书”第57对开页正面照片，它包含了阿基米德《方法》的部分介绍

►图10 法国国家图书馆收藏的亨利•欧芒特1929年发表的希腊手稿文章中的插图

►图11 “阿基米德羊皮书”第57对开页正面现在的样子。文字被1938年之后画的一幅赝品画像所掩盖。抄录人的画像是从欧芒特文章中的插图临摹照搬的

►图12 对开页正面的X射线荧光图像，拍摄于斯坦福线性加速器中心，显示出赝品画像之下的文字（图9—12均采自[内兹、诺尔 2008]）

3 神奇的安提凯希拉装置

1900年复活节，一群采集海绵的潜水者在安提凯希拉海域——伯罗奔尼撒半岛与克里特岛之间的海峡——发现了一首古代沉船，希腊政府随后对该沉船遗址组织了大规模的海底考古发掘。沉船遗址在海面以下40米左右，年代被断定为公元前80—60年。作为这次考古发掘的文物之一，安提凯希拉装置刚出水时不过是82块青铜残片，其中仅有7片带有刻度或肉眼可见的铭文，当时的考古报告推断“这架奇怪的青铜机器”可能具有某种天文用途，有人推测它可能是一个星盘。1970年代，科学史家普赖斯（Derek Price）等人借助X射线分析来解读青铜铭文，初步确认它是一台机械计算装置，可以用来计算日历和相关天象。不过，大部分铭文尚未得到解读，关于它的齿轮结构仍然处于猜测之中。直到2005年，希腊国家考古博物馆启动“安提凯希拉装置研究计划”（AMRP），复原工作才取得巨大进展。如今，人们终于确认，它是迄今所发现的最古老的天文计算仪 [宁晓玉 2010]。

►图13 安提凯希拉装置（源自：antikythera-mechanism1900.blogspot.co.uk）

AMRP借助于先进的表面成像技术和计算机断层扫描技术，解读了残片上大约95%的铭文字符，从而使可认字符数从1000个左右增加到2160个以上。在此基础上，AMRP对于该装置的齿轮结构提出了更合理的解释，并给出了该装置的复原图 [Bitsakis, Y. et al. 2009]。根据他们的研究结果，该装置原先装在一个宽1.9米、后1米、高3.15米的大木箱中。它的正面是一个黄道盘，能够演示一年365天中太阳和月亮在黄道的位置和月相，甚至可能演示五大行星在黄道的位置，闰年还可以置闰。它的背面上部是一个默冬盘，演示的是太阳年与太阴年换算的默冬周期——19个回归年与225个朔望月长度相等，这是现今仍然采用的19年置7闰的由来。背面下部是沙罗盘。沙罗周期（223个朔望月）是日地月回到同一相对位置（包括月球与黄道的交点、月地距离和月相三者）的周期，因此也就是日月食的周期。由于沙罗周期为6585 1/3天，沙罗盘内还有一个附属的轮转盘（exeligmos），即3倍沙罗周期，用以调整见食时间。

►图14 安提凯希拉装置复原图：图中右侧为正面，左侧为背面。正面的黄道盘从外到内依次为埃及日历、12宫和太阳在黄道的位置、五大行星在黄道上的位置、月球在黄道的位置以及月相；正面的顶部和底部，标出了重要恒星出没的时间。背面上部为默冬盘，默冬盘内有一个辅助的卡利普斯盘，用于阴阳历转换；背面下部为沙罗盘，沙罗盘内有一个辅助的轮转盘，用于预报日月食的时间。

安提凯希拉装置最神奇的部分是它的齿轮结构。根据AMRP模型，其齿轮结构应该有37个齿轮，而出土的青铜残片中只有30个，这意味着有7个遗失了。安提凯希拉装置是用来计算日月以及五星的表观运动的，包括太阳和月亮的不均匀运动。利用齿轮系来实现行星的匀速圆周运动相对比较容易，乘除法可用啮合齿轮的齿数比，加减法可以通过将一个转动的齿轮固定在另一个转动的齿轮上（即利用本轮-均轮体系）来实现，困难的是如何通过齿轮系来实现变速运动。1970年代，普赖斯曾设想安提凯希拉装置使用了差速齿轮系，但这一说法未能使人信服。AMRP模型则指出，该装置是用一个非常精巧的方法来实现月球的不均匀运动的，这就是它的销槽啮合齿轮系 [Freeth et al 2006]。

►图15 安提凯希拉装置的齿轮结构示意图：图中k1 和k2为销槽啮合齿轮系，是用来实现月球不均匀运动的偏心轮体系。

如图所示，k1 和k2是月球齿轮系中用到的两个齿轮，固定在齿轮e3上，但两者的固定轴略有偏移，相差1.1mm。齿轮e3可以说是k1 和k2的本轮平台，其角速度为 （负号表示顺时针转动， 和 分别为一年内恒星月数和近点月数）；k1的角速度为 ，因此其相对于e3的角速度为 。齿轮k1上有一个突出的销，插入齿轮k2的一个槽中，从而驱动k2转动。由于k1和k2不共轴，因此k2轮实际上是绕k1 轮的中心做（相对于e3的）角速度为 的匀速转动；从k2轮自己的中心来看，它就是在做变速运动。这个销槽啮合齿轮系，精巧地实现了阿波罗尼-希帕克的偏心轮体系，从而可以演示月球的不规则运动——以近点月为周期的近地点快、远地点慢的现象（今天我们当然知道，这是因为月球轨道是一个椭圆的缘故）。鉴于阿波罗尼已经证明，偏心轮体系与特定的本轮-均轮体系等价，因此也可以说，这个销槽啮合齿轮系是按照本轮-均轮模型来设计的。

安提凯希拉装置的工作原理，特别是其月球齿轮系，加上关于其制造年代的推断，促使人们猜测，这个装置很可能就是希帕克本人设计的。日月和行星运动本轮-均轮模型虽然是阿波罗尼提出来的，但希帕克是采用观测数据来确定本轮-均轮半径比和偏心率的第一人。为说明太阳绕黄道的不均匀运动，以及由此产生的四季不等长现象，希帕克采用了偏移率为1/24的偏心轮模型。关于月球的不均匀运动，希帕克既采用了偏心轮模型，也采用了本轮-均轮模型。在偏心轮模型中，他根据公元前383—382年间巴比伦三次月食的观测数据，得出偏心率为327 2/3 : 3144；而在本轮-均轮模型中，他根据公元前201-200年亚历山大里亚的三次月食数据，推算出本轮-均轮的半径比为247 1/2 : 3122 1/2。显然这两者并不一致，希帕克在后期的工作中主要采用本轮-均轮模型。利用四季不等长来确定太阳轨道的偏心率，以及利用三次月食数据来确定本轮-均轮半径比，是希帕克对于本轮-均轮体系最大的贡献，它使得本轮-均轮体系从一个纯粹的几何模型演变为一个真正的天文学理论。

►图16 希帕克画像（源自：akg-images.co.uk/archive/Hipparchus-of-Nicaea.-After-the-portrait-on-a-medal-stamped-2UMDHUHLBQY3.html）

作为古希腊最伟大的天文学家，希帕克在罗德斯岛进行了长达35年的天文观测。他发明了新的天文瞄准仪——星盘和浑仪，发现了分点岁差，测定了黄赤交角，改进了阿里斯塔克关于日-地-月相对距离和大小的测量结果。除此而外，希帕克还测定了至少850颗恒星的方位，并且对恒星亮度做了六级分类。由希帕克编制的恒星表，至今仍被人们所采用。他还建造了一台天球仪，上面描绘出了基于观测所得的星座。希帕克在罗德斯岛建立的天文学传统随后为波希多尼所继承，所以也有人推测，安提凯希拉装置是由希帕克设计、波希多尼建造的。青铜残片所在的沉船上，载有罗德斯岛风格的瓶子，似乎也印证了这一点。

不过，最新的研究揭示，安提凯希拉装置可能源自科林斯的殖民地。青铜铭文中上的月份名称，业已证明曾为科林斯及其殖民地所用。叙拉古是科林斯的殖民地之一，并且是阿基米德的故乡，因此有人推测这台装置与阿基米德学派有关 [Freeth 2008]。阿基米德自己就制造过行星仪；利用科学原理来设计机械装置，正是阿基米德建立的传统。虽然我们尚不能确定安提凯希拉装置是否源自阿基米德学派，但它的确是科学与技术完美结合的典范。一方面，它利用了当时最先进的天文学理论；另一方面，它展现了希腊化世界精美的制作工艺。这台神奇的天文计算仪兼具实用的和科学的双重功能，既可以安排日历，也可以演示七曜运行，还可以计算日月食。

4 医学：理论与实践

希腊化时代科学与技术之间的合作同样体现在医学领域。在古典希腊时代，医生与自然哲学家秉承各自的传统。但在希腊化时代，至少在公元前3世纪，希波克拉底的医学和亚里士多德的生物学开始走向融合，亚历山大里亚的医生采用了亚里士多德的解剖学方法来认识人体的结构与功能，其中最著名的两位就是希罗菲洛斯和埃拉西斯特拉塔。

►图17 1532年木刻画，左为希罗菲洛斯，右为埃拉希斯特拉塔

希罗菲洛斯的《论解剖》现已失传，不过通过盖伦的引用我们仍能窥知其大略。希罗菲洛斯发明的许多解剖学术语，比如十二指肠、视网膜等，我们现今仍在使用。他对大脑做过细致的研究。与亚里士多德不同，他认为大脑是神经系统的中枢。他区分了大脑的主要脑室，确认了脑室中的脉络膜丛，描述了第四脑室底部的“写翮”。关于脑中的血管组织，他发现了窦汇；关于眼的构造，他辨认出了网膜。希罗菲洛斯对神经系统做过广泛的研究，他不仅区分了感觉神经和运动神经，还区分了神经与筋腱、韧带等通常也被称为神经的组织。关于血液系统，他描述了心脏的主要腔室以及相连的血管，区分了动脉与静脉，但他把肺动脉称为“动脉状静脉”。关于生殖系统，发现了卵巢，并将其与男性生殖器进行了比较。

►图18 1508年的木刻画，展示维萨留斯（Andreas Vesalius）著作出版（1543年）前，古代及中世纪的解剖知识

希罗菲洛斯的病理学主要继承了传统的体液说。作为从业医生，他最突出的贡献是强调了脉搏的诊断价值。希罗菲洛斯认识到，脉搏并不是动脉自身的内在功能，而是导源于心脏的搏动。他不仅从定量上，而且从定性上区分了脉搏与心悸、痉挛、震颤之间的不同，指出后者是心肌性的。根据脉搏的大小、速度、强度、节律、规则性和平稳性，希罗菲洛斯对脉搏做了系统的分类，认识到脉搏速率随年龄而不同，鉴定出了三种主要的异常类型。不消说，这一诊断手段的发展与他的解剖学工作有着密切的联系。

与希罗菲洛斯一样，埃拉希斯特拉塔也是一位医生。作为从业医生，埃拉西斯特拉塔非常谨慎，对当时盛行的放血和导泻疗法持激烈的批评态度；但作为生理和病理学家，他敢于思辨并富有创见，并彻底抛弃了疾病的体液学说。埃拉西斯特拉塔是斯特拉图的弟子，因此特别重视利用机械力学原理来解释生理学过程。

埃拉西斯特拉塔的生理学中最有趣的部分是关于心血管系统的解释，它是真理与谬误的奇妙混合物。一方面，他认识到心脏是一个泵；另一方面，他认为动脉中运送的是气，而非血液。动脉与静脉的区分，在当时差不多算得上是共识。首先，动脉血和静脉血在颜色上的显著差异，暗示着这两者的成分不同；其次，动物尸体解剖显示动脉管是中空的，血液全部流进了静脉系统。基于这两点，当时的医生大多认为动脉内流动的是血和气的混合物。埃拉西斯特拉塔虽然知道动脉损伤后会流出血液，但它仍然坚持认为动脉输送的是气。他对此的解释是：动脉损伤后，气体就会逃逸，从而留下局部真空；根据其导师斯特拉波的实验，真空具有吸引力，能够将静脉血吸引进来。

饶是如此，埃拉西斯特拉塔却第一次认识到，心脏就像一台泵，心脏的四个主要瓣膜如同单向阀。三尖瓣允许血液流入右心室，但不能回流到右心房；半月瓣让血液流入肺部，但不能回流到心脏。同样，二尖瓣和主动脉瓣控制着心脏左侧的流动，只不过这里进出的是气而非血。他把心脏比作一个风箱，动脉比作气囊，心脏扩张时动脉也随之扩张。

埃拉西斯特拉塔对脑神经系统也做过细致的研究。他区分了大脑和小脑，并把大脑沟回的复杂性和人类的高级智慧联系起来。不过，他认为神经输送的也是气。这样，在他的生理学中，共有三种独立的输气管道：气管、动脉和神经。不过，他认为三种管道内的气具有不同的性质，气管和肺内是空气，左心和动脉内是活气，大脑和神经内是灵气。

埃拉西斯特拉塔还利用力学原理来解释人体消化和营养功能。他认识到，食物沿消化道进入胃部，是被食管的蠕动和胃的收缩所推进的。在胃部，食物被机械作用所研碎，并以乳糜的形式透过胃壁进入与肝相连的血管。最终，营养成分透过血管壁为组织所吸收。对此他解释道，组织会清除部分残余物，留下部分真空，从而能够吸收血管中的部分营养。

埃拉西斯特拉塔的生理学固然都包含不少错误，但它体现了希腊化时代科学与技艺互动的一般特征。根据埃拉西斯特拉塔学派的见解，医学不能单纯依靠医疗经验的积累，而是要在形态解剖的基础上，借助已知的科学原理来对生理和病理现象作出合理的解释，并用之指导医疗实践。

5 初步结论

与古典希腊时代相比，希腊化时代的科学更多地是从技术传统，而非从哲学传统中汲取营养。古典希腊时代，特别是柏拉图和亚里士多德时代，理论与实践之间存在比较大的鸿沟。根据柏拉图的精神，只有数学才是真正的知识，而基于感官经验所获得的知识只能算作“意见”。亚里士多德在很大程度上强调了经验研究的重要性，但他仍然对理论知识与应用知识作了明确的区分，理论知识包括数学科学（数学和应用数学）和自然哲学（物理学和生物学）两大类 [郝刘祥 2007]。通过本文所讨论的三个案例，我们看到，在后亚里士多德时代，理论与应用之间的界限不再那么清晰了。

理论研究与应用研究的融合，导致了应用性理论研究的发展，突出体现为机械力学和人体生理学的兴起。机械制造传统上属于工匠所为，但在希腊化世界出现了一种新的社会角色，即机械工程师（mechanician）。克特西比乌、菲洛和希罗这些人不再是传统意义上的工匠，而是应用数学和应用物理学家。他们的工作方式，不再是单纯依靠经验摸索，而是借助观测和实验等手段来认识数学和力学原理，进而利用这些原理设计各种机械。根据晚古哲学家普罗克鲁斯（Proclus）的评论[参见Lloyd 1973, pp.92-93]，机械力学的范围包括：（1）战争器械的制造；（2）利用气流、重量和绳索的各种神奇装置的制造；（3）重心和平衡的研究；（4）天球仪的制造；（5）关于物体运动的研究。这意味着，希腊化时代的机械力学不仅包括各种用途的（军事的、民用的、娱乐的和科学的）机械制造，而且包括静力学甚至一般力学的研究。本文提到的阿基米德的许多工作，以及安提凯希拉装置的设计与制造，都严格属于机械力学的范畴。

同样，医学在传统上也主要是医疗经验的积累，但亚历山大里亚的医生已不满足于这一点。他们开始通过解剖人体，并借助机械力学原理来认识人体的结构与功能。希罗菲洛斯和埃拉西斯特拉塔对大脑-神经系统和心脏-血管系统的研究，是人体解剖学和生理学的奠基性工作。希罗菲洛斯对脉诊的重视和埃拉西斯特拉塔对放血疗法的拒斥，都是建立在他们的解剖学和生理学研究基础之上的。

应用性理论研究特别是机械力学的兴起，还导致希腊化时代的科学家借用各种机械力学模型来解决理论科学中的基本问题。按亚里士多德的观点，理论科学包括数学科学（尤其是几何学和天文学）和自然哲学（特别是物理学和生物学）。在希腊化时代，所有这些学科都在借助机械模型来解决各自的基本问题。在几何学中，阿基米德利用杠杆原理来求抛物弓形的面积；在天文学中，阿波罗尼-希帕克的本轮-均轮体系很可能是从齿轮装置中得到启发而提出来的；在物理学中，亚里士多德关于运动原因的哲学探讨转化为斯特拉图的力学实验研究；在生物学中，埃拉西斯特拉塔借助泵以及风箱模型来解释心脏的工作原理。如果把所有这些元素拼接起来，我们甚至能看到一幅若隐若现的机械论世界图像。

►图19 19世纪关于亚历山大里亚图书馆的虚拟图（源自：boundless/world-history/textbooks/boundless-world-history-i-ancient-civilizations-enlightenment-textbook/ancient-greece-and-the-hellenistic-world-2/culture-in-classical-greece-18/scientific-advancements-in-the-classical-period-313-13175/）

参考文献

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2. Freeth T. et al 2006. Decoding the Antikythera Mechanism. Nature, 444 (7119): 587-591.

3. Freeth T. et al 2008. Calendars with Olympiad Display and Eclipse Prediction on the Antikythera Mechanism. Nature. 454(7204): 614-617.

4. 郝刘祥 2007. 希腊哲学与科学之间的关系.《科学文化评论》. 4 (4): 17-40.

5. Heath, T. L. 1913. Aristarchus of Samos, the Ancient Copernicus: A history of Greek astronomy to Aristarchus together with Aristarchus' treatise on the sizes and distances of the sun and moon, a new Greek text with translation and notes. Oxford: Clarendon Press.克莱因 1979.《古今数学思想》第一册. 张理京、张锦炎译. 上海科学技术出版社.

6. Lloyd, G. 1970. Early Greek Science: Thales to Aristotle. New York and London: W. W. Norton & Company.

7. Lloyd, G. 1973. Greek Science after Aristotle. London: Chatto & Windus.

8. 路甬祥 2001. 《科学之旅》. 辽宁教育出版社.

9. 内兹、诺尔 2008.《阿基米德羊皮书》. 曾晓彪译. 湖南科学技术出版社.

10. 宁晓玉 2010. 神奇的古希腊天文计算仪——安提凯希拉装置.《科学文化评论》. 7(2): 125-127.

本文发于《科学文化评论》2014年第11卷第1期，《科学春秋》获授权后增补部分图片刊发，因格式所限删去了原文脚注，有兴趣的读者请参考原刊。

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