1、古希臘物理學(xué)的發(fā)展在古典時(shí)代，希臘先哲們已開始思考了自然界的形成問題，并誕生了一大批的自然哲學(xué) 家。公元前5世紀(jì)，希臘人聯(lián)合起來將波斯人趕出了希臘半島，贏得了希波戰(zhàn)爭的勝利。在 隨后的幾十年間，雅典由一個(gè)普通的海港城市一躍而變?yōu)橄ＥD的政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心。這 座聳立在山巔之上的城市，既是航運(yùn)和貿(mào)易的要沖，也是藝術(shù)家和思想家聚會(huì)的場所。經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展、生活的富足，吸引了一批批富有才干的人前來一展鴻圖，人才聚積、思想砥礪，又 加速了文化的繁榮。希臘人在音樂、建筑、繪畫等藝術(shù)也都進(jìn)入了鼎盛時(shí)期。經(jīng)濟(jì)和文化的 繁花結(jié)出了豐碩的哲學(xué)果實(shí)，在學(xué)派林立、百家爭鳴的思想舞臺(tái)上，眾多的哲學(xué)大師相繼在 雅典登臺(tái)亮相

2、，他們一手創(chuàng)下了希臘哲學(xué)空前絕后的黃金時(shí)代，將理論的重心從自然本體論 逆轉(zhuǎn)為理論形而上學(xué)，并綜合了各種已經(jīng)鋪開而未能深入拓展的論旨，使古代西方哲學(xué)達(dá)到 了登峰造極的頂點(diǎn)。到亞歷山大時(shí)期，人們才對(duì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的研究與積累重視起來，隨著亞歷 山大帝國的分裂，雅典的學(xué)術(shù)中心地位也被分裂。而亞歷山大里亞城作為新興的首府和西方 世界的科學(xué)中心。一、亞里士多德亞里士多德是來自被雅典人稱為外幫人的北方，亞里士多德十七歲時(shí)到雅典接受高等教 育，成為柏拉圖（Plato,前427前347）的學(xué)生，柏拉圖從敘拉古回來后，年青的亞里士 多德進(jìn)了柏拉圖學(xué)園，他在那時(shí)勤奮學(xué)習(xí)，終于成為柏拉圖學(xué)生中最有聲望的一名，柏拉圖 稱他

3、為“學(xué)園的智慧”。他在這個(gè)學(xué)園整整呆了 20年，一直到柏拉圖去世。他的著作在生前 沒有出版，手稿和抄本只在少數(shù)私人朋友中流傳。亞里士多德死后不久，他的手稿遺失了。 200年后，在故鄉(xiāng)友人的地窖中又重新被發(fā)現(xiàn)，此事傳為文化傳播中的一件奇跡。亞里士多 德年輕時(shí)沒有名氣，主要是他20年中潛心在柏拉圖門下治學(xué)，即沒有急于發(fā)表自己著作， 也沒有分離出去建立自己的學(xué)派。他的學(xué)識(shí)是為政治所迫離開柏拉圖學(xué)園到國外流浪時(shí)才為 外界知曉。公元前335年亞里士多德回到雅典，并在那里創(chuàng)立了自己的講習(xí)所一一呂克昂學(xué) 園，亞里士多德在這里給他的弟子授課，講課的方式就是漫步于講學(xué)堂和庭園，因而他的學(xué) 園也被稱為“逍遙學(xué)園”

4、或“漫步學(xué)園。他還集存于一批手搞，這就是早期“大學(xué)園書館” 的范例，正是這圖書館成為后來巨大的亞歷山大圖書館的中心。亞里士多德把重點(diǎn)放在自然哲學(xué)上，他完成了包括邏輯學(xué)、形而上學(xué)、物理學(xué)、動(dòng)物學(xué)、 倫理學(xué)、政治學(xué)、美學(xué)、文學(xué)、氣象學(xué)多種論著。亞里士多德的演講收集起來近一百五十卷， 可以說是代表了當(dāng)時(shí)知識(shí)的百科全書，其中許多代表了亞里士多德本人的獨(dú)創(chuàng)思想和見解。亞里士多德在物理學(xué)上的成就遠(yuǎn)不如在生物學(xué)的大，他寫成了物理學(xué)一書，這里的 “物理學(xué)”其原意是“自然論”或“自然哲學(xué)”的意思。對(duì)于“運(yùn)動(dòng)原因”的探討，主要是 作為他的哲學(xué)原理的一種推論。亞里士多德將自然界的運(yùn)動(dòng)分為自然運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)。自然 運(yùn)

5、動(dòng)是由于物體在“內(nèi)在目的”的支配下尋找其“天然位置”，重物垂直下落和輕物豎直上 升的運(yùn)動(dòng)就是自然運(yùn)動(dòng)。按照他的想法，每一物體都有其活動(dòng)的自然領(lǐng)域或特定空間。例如， 含“土”的元素天然位置在地心，它是絕對(duì)的重；“火”元素的天然位置在天空；“氣”和“水” 的輕重都是相對(duì)的。所以，重物下墜，煙氣升騰，都是一種自然運(yùn)動(dòng)。物體越重，下落得就 越快；物體越輕，下降越慢，物體下落的快慢與它的重量成正比。在外界推動(dòng)者的作用下進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)稱為強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)；如果不推，物體就會(huì)停下來，處在靜 止的狀態(tài)。亞里士多德斷言，物體運(yùn)動(dòng)速度與施加的外力成正比，與在介質(zhì)中受到的阻力成 反比。那為什么射出的箭和拋出的石塊在弓和推動(dòng)者的

6、作用早已結(jié)束后還會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)呢？亞 里士多德的解釋是：物體剛離開推動(dòng)者時(shí)，由于它向前沖而排開部分介質(zhì)，就在它的后面造 成了一個(gè)虛空，自然界是不允許虛空存在的，所以周圍的介質(zhì)就立即填補(bǔ)這個(gè)虛空，這些介 質(zhì)對(duì)物體又形成了一個(gè)向前的推力，物體也因此而得以繼續(xù)前進(jìn)。那么它們的運(yùn)動(dòng)是怎樣終 止的呢？這或者是由于力逐漸減弱以至降為零，或者由于反作用，或者由于重力超過了這個(gè) 力。這樣，亞里士多德就把運(yùn)動(dòng)的根源放在事物之外，并把外力的作用與物體運(yùn)動(dòng)的速度直 接聯(lián)系起來了。亞里士多德認(rèn)為，一物體越重，就越急于找到其歸宿，因?yàn)橹鼐褪羌鼻蟹祷?的體現(xiàn)。所以一較重物體下落的速度比另一較輕的為快。另一方面，天體運(yùn)動(dòng)則并不

7、企圖尋 找任何歸宿，只是一種穩(wěn)定、永恒、均勻的園周運(yùn)動(dòng)。很明顯，盡管亞里士多德是個(gè)嚴(yán)密的 觀察家，但并不是一個(gè)實(shí)驗(yàn)者。雖然他注意到巖石下落速度比羽毛快，但他并不想作一不同 重量巖石下落的觀測。此外，他和所有其它古代學(xué)者一樣，都未能對(duì)精確的測量做出恰當(dāng)?shù)?評(píng)價(jià)。這不只是因?yàn)樗麄冊(cè)谶@方面執(zhí)拗，還因?yàn)楣糯褂脙x器確定處于雛形狀態(tài)，幾乎沒有 進(jìn)行精確測量的明確方法。亞里士多德最為出色的是在生物學(xué)方面。他是細(xì)心謹(jǐn)慎的觀察家。他觀察到海豚通過叫 胎盤的特殊組織供給胎兒營養(yǎng)以使其生長。其它魚類都不這樣，而哺乳動(dòng)物皆如此，所以亞 里士多德將海豚歸入獸類，而未歸入海洋魚類。生物學(xué)家花了兩千年才在這方面趕上亞里士

8、 多德。在天文學(xué)上，亞里士多德接受了畢達(dá)哥拉斯學(xué)派關(guān)于地球是園形的見解，畢達(dá)哥拉斯 學(xué)派提出了至今仍然有效的推理方法；即當(dāng)你走到北方時(shí)，就會(huì)看見新的星星出現(xiàn)在北方地 平線上，原來有些星星則消失在南方。如果大地是平的，那么在地球表面的任一點(diǎn)都能同樣 看到所有的星星。正因?yàn)閬喞锸慷嗟轮С诌@種觀點(diǎn)，這種觀點(diǎn)才能在隨后最黑暗的日子里流 傳下來。亞里士多德的哲學(xué)體系，在古代的影響從未像柏拉圖的那么大。亞里士多德的著作在他 去世后幾個(gè)世紀(jì)內(nèi)都未能出版。中世紀(jì)時(shí)，亞里士多德的著作留傳在阿拉伯人中間，他們對(duì) 這些著作給予極高的評(píng)價(jià)。十二、十三世紀(jì)基督教歐洲從阿拉伯人手中重新將亞里士多德的 著作譯成拉丁文。從此

9、，亞里士多德在哲學(xué)方面取代了柏拉圖，他的論點(diǎn)幾乎逐步被認(rèn)為具 有神圣的權(quán)威性；即亞里士多德的最不正確的論說，似乎都容易被人們接受，這就成了災(zāi)難。 這不能責(zé)備亞里士多德，他本人并不是盲目服從權(quán)威的信徒；柏拉圖逝世時(shí)，亞里士多德給 他的導(dǎo)師寫的挽聯(lián)是：“我愛吾師，我更愛真理。”然而這種過分的奉承在經(jīng)過多年以后，他 就變成了謬誤的象征，十六、十七世紀(jì)發(fā)生科學(xué)革命時(shí)，最初取得勝利就是推翻了亞里士多 德派的物理學(xué)。因此，幾百年來，亞里士多德幾乎總被看作是科學(xué)之?dāng)常鴮?shí)際上，他確實(shí) 是一位不朽的偉大科學(xué)家，甚至連他的謬誤也是出于理性的。亞里士多德是對(duì)整個(gè)歐洲文明 影響最大的古希臘思想家之一;他的思想與概念

10、已經(jīng)融化到歐洲人的日常生活和科學(xué)研究活 動(dòng)中。二、阿基米德阿基米德（Archimedes，前287前212）是古代偉大的科學(xué)家和數(shù)學(xué)家，直到兩千年 后出現(xiàn)的牛頓才能與他相提并論。阿基米德在亞歷山大學(xué)習(xí)，他的老師康農(nóng)（Conon，前 300？）曾在那里當(dāng)過歐幾里得（Euclid，前325前270）的學(xué)生。阿基米德在數(shù)學(xué)方面 的成就與歐幾里得、阿波羅尼（Apollonius，前262前190）并稱古希臘三大數(shù)學(xué)家。阿基 米德從亞歷山大學(xué)成后被他的親屬敘拉古國王希羅二世召回從事研究工作。阿基米德在力學(xué)上的主要成果是浮力定律和杠桿平衡原理的發(fā)現(xiàn)，阿基米德在論浮 體中提出了兩條假設(shè)。假設(shè)一：“假定一種液

11、體有這樣的特性：它的各部分都是均勻和連 續(xù)的，推力較小的那部分液體被推力較大的那部分液體推開；如果流體沉入了任何物體，并 受到任何別的物體壓縮，則物體各個(gè)部分受到液體垂直方向向上的推力。”假設(shè)二：“假定物 體在液體中受到向上的托力，這些力是沿著通過物體的重心的垂線（對(duì)液面）而向上的。” 在此基礎(chǔ)上，阿基米德又提出了9個(gè)命題。阿基米德定律的具體表述是：“如果把一個(gè)輕于 液體的物體置于該液體內(nèi)，則該物體應(yīng)下沉到這樣的程度，即被排開液體的重量正好等于該 物體的重量”（命題5）； “如果強(qiáng)行把一個(gè)輕于液體的物體浸于液體中，那么該物體將受到 一個(gè)向上的托力，該托力等于液體重量與被該物體所排開液體的重量之

12、差”（命題6）。浮力定律的發(fā)現(xiàn)與一個(gè)美妙的傳說緊密聯(lián)系在一起。傳說希羅國王曾請(qǐng)阿基米德去測定 金匠剛制好的王冠，看看金匠是否在王冠里滲入銀子，并告誡阿基米德不得毀壞王冠；起初 阿基米德茫然不知所措。直至有一天當(dāng)他泡在一滿盆水里洗澡時(shí)，他注意到水溢流出來。忽 然一個(gè)閃念使他聯(lián)想到，溢出水量的體積等于他身體浸入水中的那部分體積。那么，如果他 把王冠浸入水中，根據(jù)水面上升的情況，他就能說出王冠的體積。他將王冠的體積與等重量 金子的體積進(jìn)行比較，如果兩者體積相等，就證明王冠是純金的；假如王冠內(nèi)摻有銀子的話， 王冠的體積就會(huì)大些。當(dāng)阿基米德發(fā)現(xiàn)這一浮力原理時(shí)，他的興奮激動(dòng)是難以形容的，他猛 然從浴盆中躍

13、出，赤條條地奔到敘拉古的街上，徑直向皇宮邊跑邊喊道：“Eureka！ Eureka！” （我找到了 ！）從此以后，這句話就成為宣布某項(xiàng)發(fā)現(xiàn)時(shí)的合適用語了。阿基米德還發(fā)現(xiàn)了杠桿原理。由此他建立了 “靜力學(xué)”，并提出了重心這個(gè)概念。在論 平面的平衡中，阿基米德用演繹的方法探討了物體的平衡，提出了 7條假設(shè)。在這些假設(shè) 中，他歸納了一些平衡或不平衡的情況或條件，以及一些平面圖形中的重心位置或關(guān)系。從 7條假設(shè)出發(fā)，阿基米德論證表述了 15個(gè)命題，其中第6命題和第7命題表述了杠桿平衡 原理，即“平衡時(shí)，距離與重量成反比”。阿基米德研究出了這原理的完整的數(shù)學(xué)關(guān)系。他 指出在支點(diǎn)遠(yuǎn)端的一小物體，會(huì)與在支點(diǎn)

14、近端的一大物體平衡，而且指出該物體的重量和離 支點(diǎn)的距離成反比。阿基米德就這樣把重量和距離的定量測定概念用于科學(xué)觀察上。關(guān)于這 問題，阿基米德另有一句名言：“只要給我立足之地，我就能移動(dòng)地球。”傳說希羅曾對(duì)他這 句話發(fā)出疑問，問他是否敢于搬動(dòng)某件大得驚人的東西，即使它沒有整個(gè)地球那么大。于是 阿基米德用鉤子鉤住一組做成滑輪形式的杠桿，他自己卻很舒服地坐著，毫不費(fèi)勁地（據(jù)傳 說）用一只手就把一艘滿載的船從港口一直拉到岸上。阿基米德專心致志研究的都是實(shí)用性 非常強(qiáng)的內(nèi)容。據(jù)說他發(fā)明了一種中空全螺旋形的圓柱體，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)能當(dāng)一水泵使用。現(xiàn) 在它仍被稱為“阿基米德螺旋”。在數(shù)學(xué)領(lǐng)域中，他計(jì)算出了兀值（

15、指圓周周長與其直徑之比）.超過古典數(shù)學(xué)領(lǐng)域中曾 得出的結(jié)果。他指出該值介于223/71到220/70之間。為了求出這個(gè)值，他使用了計(jì)算圓內(nèi) 接和外切多邊形的周長和直徑的方法。多邊形的邊越多，在形狀和面積上就越接近圓，內(nèi)接 多邊形的周長就越長，外切多邊形的周長就越短，此時(shí)圓周的周長就越接近這兩者。這和許 久以后微積分中使用的某些方法很相像。阿基米德并沒有在平靜中度過他的晚年。作為一名勇士，他贏得了最大的聲譽(yù)。在阿基 米德晚年時(shí)，羅馬人在馬塞拉斯將軍領(lǐng)導(dǎo)下攻打敘拉古，從此開始了一場羅馬艦隊(duì)對(duì)阿基米 德一人的三年奇怪戰(zhàn)爭。傳說阿基米德制造了大型透鏡使艦隊(duì)著火，用起重器把船只吊起； 使船底朝天等等。傳

16、說最后羅馬人都不敢靠近城墻。然而這次圍城的時(shí)間很長，直到公元前 212年以敘拉古被擊敗而告終。當(dāng)該城被劫掠時(shí)，阿基米德對(duì)現(xiàn)實(shí)采取了學(xué)者的超然漠視態(tài) 度，專心致力于數(shù)學(xué)問題的研究，俯身于他在沙灘上畫出的幾何圖形。一個(gè)羅馬士兵命令阿 基米德離開，他傲慢地做手勢說:“別把我的圓弄壞了 ！”這個(gè)羅馬士兵立刻殺死了阿基米德。 多年以后，著名演說家西塞羅（Cicero，前106前43）悲痛地說道：“沒有一個(gè)羅馬人因 聚精會(huì)神研究數(shù)學(xué)而遭到殘殺的!”三、古希臘的天文學(xué)成就在古希臘時(shí)代，天文學(xué)也得到了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了一大批像埃拉托色尼、希帕克斯、 托勒密等杰出的天文學(xué)家，從而使希臘歷史上取得了有目共睹的天文

17、學(xué)成就。埃拉托色尼（Eratosthenes，前276前196），是阿基米德的朋友，是個(gè)像亞里士多德 那樣具有廣泛興趣的人。他不僅是天文學(xué)家、地理學(xué)家，還是歷史學(xué)家。他是歷史上第一個(gè) 注意事件發(fā)生的確切日期的人；他曾出色地管理亞歷山大圖書館。在數(shù)學(xué)方面，埃拉托色尼研究出一個(gè)確定素?cái)?shù)的系統(tǒng)，今天仍稱之為“埃拉托色尼篩”。 他建議采取每四年閏一天的辦法，以使埃及陽歷與四季一致。在地理學(xué)方面，他繪制了已知 世界的地圖，從不列顛群島到錫蘭，從里海到埃塞俄比亞，勝過在他以前所繪制的任何地圖。 在天文學(xué)方面，他研究出地軸與太陽在空中所顯示的運(yùn)動(dòng)平面之角度，并求出幾乎很確切的 數(shù)值。這就測定了 “黃赤交角”

18、。他還制作了有675顆星的星象圖。埃拉托色尼一生著稱于世的驚人成就，是在公元前240年測定出地球的大小，這項(xiàng)成就 直到近代才得到充分的評(píng)價(jià)。為了進(jìn)行這項(xiàng)工作，他作了實(shí)際的紀(jì)錄：在夏至之日，當(dāng)太陽 在埃及南部塞依尼（今阿斯旺）處于天頂?shù)耐瑫r(shí)，在亞歷山大太陽偏離天頂七度。這差異只 能是由于塞依尼和亞歷山大之間地球表面的彎曲而造成。當(dāng)知道這兩地南北之間的確切距 離，并假設(shè)地球是一表面各處的曲率相等的球體，就可能計(jì)算出地球的直徑。埃拉托色尼做 完了這項(xiàng)計(jì)算，算出的地球周長似乎略多于25000英里，這結(jié)果接近準(zhǔn)確。既然地球周長如 此之大，而已知陸地面積卻比較小，他猜想大大小小的海可能會(huì)互相連成一片大洋。

19、這一猜 想直到一千八百年后麥哲倫（F. Magellan，1480-1521）的環(huán)球航行才得到證實(shí)。希帕克斯（Eipparchus，前190前120）是希臘最偉大的天文學(xué)家，他在愛琴海的羅得 島上建立了他的觀象臺(tái)，并發(fā)明了許多用肉眼觀察天象的儀器，這些儀器后來沿用了一千七 百年。希帕克斯繼承了阿利斯塔克測量太陽和月亮大小和距離的研究。他不僅使用了阿利斯 塔克的月蝕方法，還測定了月亮視差。當(dāng)我們移動(dòng)自己的位置時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)與遠(yuǎn)處物相比的 一近物體位置的明顯變化，這就是我們都體會(huì)到的視差。公元前134年，希帕克斯在天蝎座里觀察到一顆星，他未能在以前的觀察紀(jì)錄中找到這 星體；這是一件非常重要的事件。我

20、們知道平常用肉眼看模糊不清的星體偶爾卻會(huì)突然變亮 而能看見，但在古希臘時(shí)代人們堅(jiān)信天體是永恒不變的。希帕克斯決定繪制一份標(biāo)有記錄一 千多顆亮星的連續(xù)位置的精確星圖，這是第一幅準(zhǔn)確的星圖。為了繪制這幅星圖，希帕克斯 根據(jù)每個(gè)星體的緯度（與赤道南北相隔的角距）和經(jīng)度（與任意一點(diǎn)東西相隔的角距），標(biāo) 出它的位置。從希帕克斯開始，經(jīng)緯度就變成地圖上井井有條的坐標(biāo)格，一直沿用到今天。 希帕克斯的星圖導(dǎo)致了另一重要發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗炎约旱挠^察紀(jì)錄與他從前人報(bào)道中所能找到 的觀察記載進(jìn)行了比較，他發(fā)現(xiàn)從西向東存在一均勻的移動(dòng)。他只能這樣解釋：他假設(shè)天球 的北極在空中作緩慢的圓周運(yùn)動(dòng)，完成一周需時(shí)26700年，這個(gè)現(xiàn)象稱為“歲差”。一直到 哥白尼（Copernicus Nicolas，14731543）時(shí)代，才證明這運(yùn)動(dòng)的原因是地球在地軸上的一 種緩慢擺動(dòng)。希帕克斯把最外層布滿星星的天穹以內(nèi)的天球數(shù)字減到七個(gè)，每一行星有一個(gè)天球。 但是單個(gè)行星實(shí)際上不是這個(gè)天球的一部分。它是一個(gè)較小天球的一部分，而處于