科学技术史-1.3古希腊罗马的科学技术(图文教程)

第三节 古希腊罗马的科学技术

3.1 古希腊的自然哲学

希腊半岛位于地中海的东北部，与两河流域和埃及地区相距都不远，古希腊文化的起步因此得益不少。公元前五世纪希腊的奴隶制社会进入了鼎盛时期。至公元前一世纪希腊人活动的地域为罗马人所征服，古希腊文化的进程从而结束：在这数百年间，希腊人所创造的文化可以作为奴隶制社会繁荣时期的代表，并且对日后的科学发展产生了深远的影响。

一、自然哲学

古希腊人的聪明才智不仅表现在各种技艺上，更突出的是在理性思维方面。奴隶制的经济繁荣，使得一些有充分“闲暇”的人长于思考，出现了一批专事学术研究的学者，古希腊的城邦政治也有利于形成各不相同的学派，从而造就了一个百家争鸣的局面，其中的自然哲学尤其值得注意。那时的哲学实际上是无所不包的学问，自然哲学就是研究自然界各种问题的学问，所关心的主要是世界万物本原和运动变化的基本规律等问题。古希腊的自然哲学丰富多彩，与后世自然科学的形成和发展有着很深的渊源关系。

古希腊最早出现的哲学派别是米利都派。这个派别主张世界万物都是由一种原初的物质变化而来的，其中，有人说这种原初物质是“水”，又有人说是“气”，还有人说是一种他自己也没说清楚的物质“无定”。他们的说法虽然不符合实际，但是他们认定万物皆由物演化而来，这无疑有积极的意义。

但是，一种单纯的物质如何能演化出如此丰富多彩的世界万物来呢?这当然是个难以回答的难题.于是有人提出了另外一些想法。以毕达戈拉（Pythagoras of Samos,约公元前580～前500)为代表的派别认为，作为万物本原的应当不是任何一种具体的物而又为万物所具有的、可以准确认识的东西。他们说这种东西就是“数”。他们所说的“数”是1，2，3，4，……这样能够数得出来的无穷的系列。他们认为，数不仅是万物的本原，而且决定着万物的性质和状态，万物的运动变化也都服从数。我们现在知道，数其实只是物的属性，毕达戈拉派把物和数的关系弄颠倒了。不过，毕达戈拉派重视数的思想，把世界上的一切都看作是可以用数来表述的秩序的观念，在科学发展史上有着极为重要的影响。

稍后的赫拉克利特(Herakleitos of Ephesos，约公元前540～前470)则仍然遵循着米利都派的思路，他说世界万物的本原是“火”。他之所以提出这样的看法，是由于他认为“火”的性质最活泼并且变化无定。他最有影响的论断是“一切皆流，万物常新”，即万物永远处于运动变化之中。他的想法当然也十分幼稚，但是他的朴素的辩证法思想也深深地影响着后人。

把某一种物或者抽象的数看作是万物的本原并不都能使人们信服，于是恩培多克勒(Empedokles of Akragas，约公元前495～前435)，提出了“四根说”。他认为世界万物都是由水、火、土、气这四种基本物质所构成，有如画家用几种颜色就能描绘出绚丽多彩的图画那样。四根说也就是早期的元素说。大约与恩培多克勒同时，阿那克萨戈拉(Anaxagoras Of Klazomenai，约公元前500～前428)提出了另外一种说法“种子说”。他认为构成万物的是无限小的，种类又是无限多的“种子”。一些物由同类种子构成，另一些物则由多种类种子所构成，种子的结合与分离就是万物的变化。实物有生有灭，而种子则是永恒的。阿那克萨戈拉的说法比前人进了一步，但是那时人们普遍认为“无限小”，就是“零”，说“无限小”构成万物，岂不是等于说无中生有?许多人对此也不能接受。

随后出现的“原子论”可以说是古希腊自然哲学的最大成就之一。这个派别的创始人是留基波(Leukippos，约公元前500～前440)，主要阐述者是德谟克利特(Demokritos of Abdera，约公元前460一前370)和伊壁鸠鲁(Epikouros of Samos，约公元前341～前270)。这个派别认为世界万物都是由“原子”组成的。原子是肉眼所不能见的物质微粒。原子自身是密实的，不可分割的，它在种类上和数量上都是无限的。永恒的运动是原子的本性，自然界中的一切变化的实质就是原子的聚散和原子的运动。德谟克利特认为原子的运动遵循着某种必然性，后来伊壁鸠鲁又补充说还存在着偶然性。在原子论者看来，整个世界由原子和虚空所构成。所谓虚空就是不存在任何原子的绝对的空，那是原子运动的场所。从这样一种世界图景出发，原子论派的学者们在解释自然现象上作过许多努力，有过许多猜测。古希腊的原子论仍不免于肤浅，原子论派对许多自然现象的说明也并不正确，但古希腊原子论是现代原子学说的前身，它的思维方式对后世也有极为深远的影响。

那时也有许多学者反对原子论，古希腊最著名的学者亚里士多德(Aristoteles of Stageira，公元前384～前322)即是其中之一。他的理由之一是：宇宙间应当是到处充满着物质，原子论派所说的绝对虚空不可能存在。关于世界万物的构成，他所持的也是一种元素说但与前人不同。他把月亮以下(包括地球和月亮)和月亮以上(包括太阳和所有星辰)分成两个截然不同的世界。他说月亮以下的世界是由火、水、土、气四种元素组成的。他认为元素无非是一些人所感觉到的“性质”的组合。他说基本的性质有四种，即冷和热，干和湿，这四种性质的不同组合就是四种元素，对于某一种元素来说，要是它的性质发生变化，它就转化成另一种元素(参阅图1)，所以在亚里士多德看来，月亮以上这个世界的元素是可以转化的。至于月亮以上的世界则完全是另外一种情况。那里只有一种元素，就是圣洁的“以太”，它组成了各种天体。以太永远不会变化，所以天体也永远不会变化，它们永恒不灭。他还认为两个世界的运动状况也不相同。月亮以下的万物都有自己的“天然位置”，即重物在下，轻物在上。要是它们的天然位置被扰乱了，就要发生“天然运动”，天然运动都是趋向地心或远离地心(他认为地心就是宇宙的中心)的直线运动，是有始有终的。月亮以上则完全不同，那里的运动只有圆周运动，并且是无始无终的，其动力来自自身不动的“第—推动者”(也就是神灵)。亚里士多德的学说比他的前人精细，却充斥着神秘色彩，我们在下文将看到它所产生的影响。

从上述可大略看到古希腊学者从不同的角度以不同的方式所描绘的世界图景。这里既不乏天才的猜测，也包含了虚妄的臆想。但不论如何，这些早期思想家们的努力都给了后人以极大的启示，深深地影响着后人对自然界的认识。

古希腊的学者们不仅试图对自然界的整体作出哲学上的解释，他们还在数学和许多自然科学领域取得了一系列成就。

• 科学技术知识

数学知识 古希腊的数学成就与毕达戈拉派的数理思想直接相关，他们的主要兴趣集中在几何学方面。毕达戈拉派没有留下任何数学著作，据传他们已经证明了几何学中关于平行线、三角形、圆、球和多面体的许多定理，包括勾股定理在内。不过，如果说他们作出了有如后来那样严格的证明就不大可信了。

古希腊后期的欧几里得(Eukleides of Alexandria，活跃于公元前300年前后，生卒年代不详)是初等几何学的集大成者，他的《几何原本》一书全面地总结了以往的几何学知识并使之条理化。他从他认为不证自明的五条公理和五条公设出发，经过严密的逻辑推理，把几何学组织成一个理论体系，被后世称为“欧氏几何学”，几何学作为一门学科从此确立，成为古代发展最为成熟的学科。这部著作还有系统地研究“数”的“数论”的内容。也成为数论研究的发端。《几何原本》的影响之大是历史上所罕见的，直至19世纪它仍然是西方数学的基本教材。

其后的阿基米德(Archimedes，公元前287～前212)也是古希腊著名的数学家。他的学术风格与前人不尽相同，他更关注数学的实用性，同时在逻辑论证上比前人更加严密。阿基米德研究了许多比较复杂的几何图形的面积和体积的计算方法。在计算圆面积和螺线(ρ＝αθ)所围面积时运用的穷竭法，实际上是微积分方法的先声。

再稍后的阿波罗尼(Apollonios of Perga，约公元前262～前190)在数学方面的突出贡献在于圆锥曲线的研究上。他的《圆锥曲线》一书被认为是古代最杰出的数学著作之一。

天文知识 与世界上其它地区一样，古希腊人也需要制定自己的历法，也有自己的星占术，为此他们也得观测天象。不过，注重数理的希腊人在天文方面的兴趣更集中在宇宙模型的构思上。

最先开始宇宙模型研究的自然就是毕达戈拉派。据说他们曾有人构想过一个包括十个天体的宇宙模型，因为他们认为“十”这个数是最完美的，所以天体的数目必定是10个。他们又出于同样的想法，认为天体必定是作匀速沿圆周运动。毕达戈拉派的模型虚构的成分甚多，没有什么实际意义，后来也就被人们遗忘了，但是天体必作匀速圆周运动的观念却长期影响着后人。

欧多克索(Eudoxos of Cnidos，公元前408？～前355)可能是世界上最早试图建立与实际观测数据尽量相符的宇宙模型的人。欧多克索和大多数古人一样，认为地球是宇宙的中心。他构想了一个现在可以称之为“以地球为中心的同心壳层宇宙模型”。他最大的难题是日月视运动的不均匀性与行星视运动更为复杂的行为。因此他的模型总共有27个同心球之多。虽然他费尽心机，他的模型与日月运行的状况较为符合，但对行星运行的描述却很不成功。亚里士多德曾试图改进这个模型，他把同心球增加到55个之多，仍然得不到令人满意的结果。原先欧多克索只是把那些同心球看作是几何学上的设想，亚里士多德却把它们说成是实在的透明球体。

上文提到的阿波罗尼在天文学方面也有重要贡献。他对宇宙模型的思考走出了另外的路子。他设想天体不附着在任何东西之上，而是在宇宙中一定的轨道上运行，这在当时无疑是大胆的创见。他的宇宙模型我们现在已不得而知，我们只知道他的后继者伊巴谷(Hipparchos of Nicaea，约公元前190～前120)的工作。伊巴谷所建立的模型可以称为“本轮—均轮模型”。他也认为地球是宇宙的中心。他设想恒星都在远离地球的天球之上，日月和行星则沿着各自的圆形轨道(本轮)匀速运行，而它们的本轮的圆心又在围绕地球的不同的圆形轨道(均轮)上匀速运行。对于日、月来说，它们在本轮上的运转方向与本轮中心在均轮上的运转方向相反而速度相同；对于行星来说，它们在本轮上的运转方向与本轮中心在均轮上的运转方向相同而速度各异(参阅图2)。此后人们继续改进这个模型，最成功的是二百多年后的罗马入托勒密(Claudius Ptolemaios，约公元85～168)。他的模型又增加了许多轮子，以至于共有轮子80个之多。他的模型已与实际观测符合的相当好，因而在西方被奉行了一千多年，到16世纪才为人们所舍弃。

物理知识 古希腊人对物理现象的研究以亚里士多德的工作最为系统，影响也最大。他的《物理学》一书可以说是世界上最早的物理学著作，不过那时的“物理”概念与现时并不相同，其内涵要广泛得多。亚里士多德所讨论的物理问题涉及到时间、空间以及一些力学现象。关于时间，他说“一切变化和一切运动皆在时间里”，时间“是使运动成为可以计数的东西”，“在任何地方，同时的时间都是同一的”。关于空间，他说“空间乃是一切事物(如果它是这事物的空间的话)的直接包围者，而又不是该事物的部分”，“空间是不能移动的容器”。他坚持认为宇宙只有一个中心，地球的中心就是宇宙的中心，所以在他看来空间是有明确的上下之分的，因而有前述的“天然位置”和“天然运动”之说。他认为物体的非天然运动必须有外力的推动，这是因为空间里必定充满着介质，物体在空间中运动必须克服介质的阻力。他说物体运动的快慢与它所受外力的大小成正比而与它所受阻力的大小成反比。如果外力停止作用，物体的运动也就立即终止。大小不同的重物自由下落(天然运动)冲开介质的力量大小不同，所以较重的物体下落较快，较轻的物体下落较慢。亚里士多德的这些说法纯粹是他的直观想象和逻辑推理，并无任何实验作为依据，那时人们也还没有“科学实验”的思想。亚里士多德的工作给了后人许多启发，但是他这些结论基本上是错误的。他的错误曾经长期地禁锢着人们的头脑，后来才逐渐被打破。

其后的阿基米德也研究过一些力学现象，正如他在数学方面的工作那样，他比较注重实际。他经过仔细的观察和严密的数学推理，弄清楚了杠杆原理和浮力定律，还解决了许多形状复杂的物体求重心的问题。他的研究方法已接近现代的研究方法，被后人誉为“力学之父”。

古希腊人对光现象也有所研究。精通几何学的欧几里得以几何学的方法研究光学现象，从而开创了“几何光学”。他已基本上弄清了光的反射定律，知道光的入射角与反射角相等。他也研究过光的折射现象，但没有弄清楚折射的规律。

地理知识 古希腊人活动的地域广阔，又需要与外界保持广泛的联系，地理知识对他们来说当然十分重要。那时要知道两个地点的距离遇到一个大难题。要是两地相距较远，又有山岳或海洋等复杂地形的阻隔，两地的距离就难以实测。欧多克索想出了极好的办法，就是先以天文测量的方法测定各个地点在地球上的位置，然后计算它们之间的距离。把测地的问题转化为测天的问题，这的确是大胆的创见，在理论上和实践上都有重大意义。古希腊后期著名学者厄拉多塞(Eratosthenes of Cyrene，约公元前273～前192)遵循这个想法做了许多工作。他曾试测过地球的周长，他的方法如图3所示。假定S和A为地球同一子午线上的两个地点，当太阳正射S时，可在A点测得∠Z，因∠Z＝∠SOA，又可由实测而知，这样就可以求得每单位角度的弧长，地球的周长便可据此算出。他得到的地球周长之值换算为现在的单位是39690公里，与今测值相当接近。有了地球周长的数据，同一子午线上两地点距离的测量就可以转化为这两地纬度的测量了。但那时对于测量经度还没有好的办法，估测的误差往往很大，所以不在同一子午线上两地点的距离的测量仍很不准确，因此厄拉多塞的大地测量方法那时在实用上还存在着难题，这是很久以后才解决的。现在我们大地测量所运用的正是这种方法。

生物知识 上文已述及，亚里士多德在物理学上的工作很不成功，但是他对生物的研究却有较好的成绩，其重要原因之一，在于他研究物理现象时主要是主观臆断，而对生物研究上则是基于实际观察。此时生物研究的首要任务是收集和整理资料，亚里士多德所做的正是这件事情。他研究过大约500种动物，至少对其中的50种作过解剖观察。他对所知动物作了分类，他的分类方法共有8种之多，表明他对自己的分类法没有充分的把握。其中的“级进分类”是大体上按照生物进化的顺序来排列的，还注意到等级间的连续性。不过他并没有生物进化的思想，相反地，他认为生物的序列是退化的表现，他所说的退化是“灵魂”的退化。尽管他的分类存在着许多问题，他的思想也远离实际，但是他开了生物分类的先河。后来他的学生又对植物作了分类。这些都说明此时人们的生物知识已相当丰富了。

医学和人体生理知识 属于毕达戈拉派的阿尔克迈翁(Alk-malon of Crotona，公元前6～前5世纪间)被称为古希腊的“医学之父”。他主张医学的研究应当重视哲理，认为人体的健康就是体内各种物质的和谐。他特别重视解剖，这与原子论派的思想是一致的。据说他在解剖中发现了视觉神经，发现了联系口腔和耳朵的咽鼓管，区分了动脉和静脉。他还正确地认识到思维的器官是脑而不是前人所说的心。他说人体是一个小宇宙，是大宇宙的缩影，此说曾长期影响着西方医学界。

希波克拉底(Hippokrates of Cos，公元前460～前377?)是古希腊最著名的医生。他的主要观点是：疾病是人体的自然过程，症状是人体对疾病的反应，医生的任务在于帮助人体内部的自然力量战胜疾病。他创立了曾在西方颇有影响的“四体液说”，认为人体和生命的基本元素是血液、粘液、黄胆汁和黑胆汁这四种体液，四种体液调和即为健康状态，不调和便是生病。这显然是元素说思想在医学领域中的反映。

古希腊后期的埃拉西斯特拉图斯(Erasistratos of Ceos，活跃于公元前250年前后，生卒年代不详)建立了一个人体生理活动的“灵气”模型，他的学说后来逐渐演变成为古罗马时期著名医学家盖伦(Galens of Pergamum，129～199)的“三灵气说”。盖伦被认为是实验生理学的奠基人，他曾作过生理解剖和一些生理实验，取得了一些成果。他的人体生理模型是这样的：人自食物中所摄取的营养至肝脏内变成静脉血，静脉血带着“自然灵气”经心脏右侧流向全身又沿原路返回；流经心脏的静脉血的一部分穿过心脏膈膜上的微细孔道进入心脏左侧，从那里流经肺与空气接触并带上“生命灵气”转变成为动脉血，循动脉流向全身也沿原路返回；流经大脑的动脉血中的生命灵气又在那里转变成“动物灵气”，动物灵气通过神经系统支配全身的感觉和运动。盖伦的说法在西方曾长期占居统治地位，但是这个模型没有血液循环的概念并且带有许多臆测成分，与实际相去甚远，不过这终究是企图全面阐明人体生理的早期的尝试。直到16世纪盖伦的学说才被人们所抛弃。

综上所述，我们可以看到进入奴隶制社会繁荣时期以后古希腊人创造了与以往何等不同的科学文化。虽然这时的许多知识还十分幼稚并且夹杂着各种各样的臆测，但是一些知识已渐成系统，在科学思想和科学方法上也为日后自然科学的诞生作了准备。

3.2罗马时代的科学技术

一、罗马科学技术的特点

古代罗马所在的意大利半岛位于地中海北岸的中部，它和希腊、埃及等国之间的航海交通非常方便。公元前3世纪，它逐渐统治了整个意大利半岛，之后相继征服了迦太基王国、希腊一马其顿王国、埃及等国家，到公元前1世纪，罗马已取代希腊成为横跨欧、亚、非三洲的大帝国。古罗马是由农业社会发展起来的，与希腊那种建立在商业基础上的城邦文明完全不同。罗马人重视的是城市建设、农业收成、国家管理等，与此相适应的建筑技术、历法、公共医疗机构、法律等都有相当的进步，而其他方面则衰退了。如果说希腊人偏爱理性的话，罗马人则更偏爱实际，因而罗马人在技术上更显示出其杰出的才能。罗马时期的科学，一般指从罗马人征服欧洲并建立罗马帝国，到西罗马帝国灭亡(即公元前30一公元476)的科学发展状况。数学史、物理学史和综合科学史著作在谈到罗马时期时一般都认为：罗马人的天才都用于战争、征服、统治和法律上了，而在学术方面却没有多少创造力。英国科学史家贝尔纳(J．D．Bernal)称这一时期为“不出成果的罗马帝国时代”；而美国数学史家克莱因(M．Kline)则干脆把罗马人的来临称做对亚历山大利亚文明的“灾殃”，认为它在数学史上的全部作用是一种破坏因素，而罗马本身的数学简直“不值一提”。客观地说，罗马人对于自然科学是贡献不足而破坏有余。这一方面与罗马人对古代科学的态度有关，另一方面是战争和宗教狂热带来的后果。特别是基督教成为罗马的国教之后，对科学的摧毁就更加严重。在罗马帝国统治期间，发生过几次大规模的焚书和烧毁希腊神庙(储存希腊书籍的地方)的运动。其中最大的有两次：一次是公元前47年罗马人纵火烧毁了亚历山大利亚的图书馆，50多万份手稿被付之一炬；另一次是公元392年左右烧毁了惟一尚存大量希腊图书的塞拉匹斯(Serapis)神庙，约30万种手稿被焚。其他许多写在羊皮纸上的著作被基督徒洗刷掉用来写他们自己的著作。这些事实说明科学的兴衰与社会因素有着多么密切的关系。

基督教和罗马帝国对科学的摧残，确实导致了希腊自然哲学的衰落，但罗马的学者和工程师们在科学上、特别是工程技术方面仍然取得了某些成就。

总的说来，罗马的科学著作家的主要工作还是收集希腊前辈的研究成果。正如科学史家梅森所说：罗马人把希腊科学的内容搬过来，却没有吸取希腊科学的方法，因此，他们的科学著作往往像卢克莱修(Lucretius，公元前95～前55)的《物性论》那样以哲学为主，或者像老普林尼(Pliny，公元23～79)的《自然史》一样，大部分是经验的总汇。一般的科学史著作，在讲到罗马科学时，总要提到这里所说的两个人物。

卢克莱修是一本享有盛名的诗集《物性论》(DeReturnNatura)的作者。这本著作的最大价值，在于它对希腊人的原子论作了最完全明白的解说。另外还记叙了自然观察的结果，并对作为现代科学萌芽的有关思想作出了光辉的预言。甚至有人说，近代生物学家在这奇异的诗篇中发现了著名的孟德尔遗传定律的古典表述。在西方，可以说卢克莱修是古代第一个论及磁铁的排斥作用和用铁屑做实验的人。正如他所描述的，当把天然磁石放在黄铜盆下时，铁屑“在黄铜盆内狂欢”。

另一个人物是老普林尼。他在其37卷的《自然史》中，汇总了当时的各门学科以及被遗忘的希腊、罗马著作家的知识和思想。这部著作的缺陷在于，它对科学与迷信传说不加分析、鉴别，尽管如此，它对于传播、保留古代知识起了重要作用。此外，老普林尼还是献身科学的一个典型。当维苏威火山大爆发、并毁灭了两个城市时，他作为罗马舰队司令官和优秀学者深入险地进行观察，被暴雨般落下的火山灰所散发的毒气熏死。

罗马时期科学发展的另一特点，就是十分注重实用，特别是在工程技术和医学方面做出了较大的贡献。其中最值得一提的是供水系统，还有一直存留至今的宽广大路、桥梁和公共建筑。从古罗马时期角斗用的大剧场的遗址，仍然可以看出其建筑的宏伟和壮观。

二、托勒密

下面我们来介绍一下这个时期对科学贡献最大的两个重要人物托勒密和盖伦。他们是古希腊天文学和医学的集大成者，他们和希腊的学术传统是一脉相承的。

托勒密(Claudius Ptolemy，公元85—165)是著名的天文学家、地理学家和数学家。他对光学也有研究，据丹皮尔说，他研究过折射，包括大气折射。此人生平事迹不详，只知127年一150年间他在亚历山大利亚图书馆工作过。他的主要贡献有三方面。

首先，他总结了古代希腊天文学的成就，特别是根据希帕克(Hipparchus，公元前190一前125)的研究成果和观测数据，提出了完整的地心体系，反映在他的名著《天文大全》里(Almagcst，也称为《大汇编》、《至大论》或《伟大论》)。这本书可以说是古代天文学的百科全书。托勒密的地心体系是人类第一个系统的宇宙论体系，尽管这个体系是错误的，但是，他的地心体系毕竟是一个科学体系，因为他力图把观测的结果和数学计算一致起来。托勒密为了描述星体运行，设计了很多实际上不存在的运行轨道，包括偏心圆、本轮、均轮；目的就是解决数学与观测的矛盾。同时，他还编制了包括1023个恒星的星表。正因为如此，我们说这个体系的提出，是个伟大的科学成就。

天文学史上，继亚里士多德提出地心假说以后，作为科学理论的第一个地心体系的提出者，是克尼多斯的欧多克斯(Eudoxus of Cnidos ，柏拉图的学生，公元前4037一前3557)，他认为地球是万物的中心，太阳、月球和行星都在同心透明球体中绕地球而运转。这就是所谓“同心圆体系”。第二个体系是丕嘉的阿波洛尼乌斯(AppolloniusofPerga’公元前2477一前2057)设计的均轮、本轮的方案。根据这个方案，一行星P在中心为S的圆周上作匀速运动，而S本身则在以地球E为中心的圆周上作匀速动动。P所沿的小圆叫本轮(或周转圆)，S所沿的大圆叫均轮(或从圆)(见图)。第三个体系是希帕克提出的偏心圆和本轮一均轮体系。即地球不在均轮圆心正点上，而离正点有一定距离，故称偏心圆。

托勒密的体系正是建立在这个方法论基础上的。托勒密把宇宙描绘成以地球为中心的八重天球，它们由里层向外层逐次排列的顺序为：月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天。他用了近80个圆周来解释天体的表面运动，数学严密、论证完整。同时，他还观察了不少新现象，如月球运行中的二均差等。他的宇宙论体系统治了1400年之久。正像M．克莱因所说：“在整个希腊时期没有任何一部著作能像《大汇编》那样对宇宙的看法有如此深远的影响，并且除了欧几里得的《原本》以外，没有任何别的著作能获得这样毋庸置疑的威信。”由于他的体系在数．学上的严密性，在哥白尼之前，没有什么人提出像样的、足以与之抗衡的学说。

其次，托勒密还是古代地理学成就的汇总者。据美国地理学家詹姆斯(P．James)1972年出版的《地理学思想史》记载，古希腊的荷马、泰勒斯、亚里士多德等人，都进行过地理学的研究。荷马这个生平不明的诗人的第二部史诗《奥德赛》就是对当时已知世界的边远地区的地理记述。因此他被推崇为希腊地理学的祖师。但是，古代地理学却是以托勒密的不朽著作《地理学指南))(Guide to GeograpAy)而宣告结束的。

这本《地理学指南》，共八卷，第一卷讲地图投影，即绘制地图的方法。第二至七卷是地球上八千多个地方的纬度与经度的表格。第八卷是根据地名词典制成的世界各部分的地图。这是当时最完整的地图，北起俄罗斯本土，南到非洲中部的尼罗河发源地，西起直布罗陀海峡，东到马来西亚半岛及中国海岸。这样大面积地图的出现，与罗马人的军事、商业活动有关。另外，他对地理学的认识，也富有哲学思想。在理论叙述部分，他把“地方志”与“地理学”明确区分开来，他认为“地方志”是对一个一个地方的个别描述，注意地区性的细节，如山岗、村落、河流的支系，并不讨论它们在全局中的位置；而地理学是地球已知部分的一般特征的学问，它要以地图的形式，把已知世界当成整体来描述，仅仅包括普遍意义的东西，如：海湾、大城市、主要河流等的位置和性质。另外，他强调：地方志更多的是涉及质，而不涉及量；地理学则注重于量，注意地方之间距离的正确比例。另外，他根据希帕克的资料，认为印度洋的南面被一块未知的南方大陆所包围。这块实际上不存在的大陆直至18世纪才从地图上抹掉。

最后，托勒密在对天文学和地理学的研究中，运用并发展了数学、特别是球面三角学的知识。他最早给出丌的形式；在天文学中还把“度”划分为“分”和“秒”。

三、盖伦

盖伦(Galen，公元129一199)，是继希波克拉底之后的古代医学理论家。他到过亚历山大利亚，当过多年角斗士的外科医生，还当过御医。盖伦一生中写过131部著作，流传下来的有83部。他所创立的医学知识和生理学知识体系对西方医学影响很大，他的学说在2世纪至16世纪期间被奉为信条。甚至到17世纪，德国有些医科学院还将他的著作当做教材。他的主要工作有以下几方面。

首先，他在实验生理学研究上取得了很大的成就。他进行过高等动物的活体解剖以及人体解剖。在解剖学、生理学、病理学和医疗学方面，发现了许多新的事实。在活体实验中，他考察了心脏的作用，并对脊髓进行了研究。据著名科学史家萨顿(G．Sarton，1884～1956)说，这是古代最值得注意的两个实验。为了反驳一位医学家的错误见解，他还对泌尿系统做了很多实验。因为前者认为，高等动物和人的尿可以由膀胱流回到肾脏。他通过分解分析实验，先结扎尿管，再输通尿管，证明尿液不能往回走，更不会流回肾脏。这是有目的的实验生理学研究，说明他不仅是个医学家，还是个古代生理学家。

其次，他继承了希腊医学的传统(主要是希波克拉底的成就)，使古代遗留下来的医学和解剖学知识系统化，并形成了统一的医学学派。这个学派既重视临床经验，又重视理论著述。

盖伦的影响不在于他是名医，也不在于从他开始就有了实验生理学的萌芽，而在于他形成了医学理论体系。盖伦依据亚里士多德的三级活力论(生殖灵魂、感觉灵魂和理性灵魂)和希波克拉底的四体液说，提出了灵气论学说。这个学说认为人体由不同等级的器官、体液和灵气组成，第一级是肝脏、静脉血、自然灵气；第二级是心脏、动脉血、活力灵气；第三级是脑髓、神经液、动物性灵气，级别不同的体液各自可以流动，但不能产生循环。

盖伦医学体系的基础，是“动物元气”(animal spirits)的观念。他由此推出一些十分微妙的学说和理论，并且权威地加以解释。他还认为动物和人体的构造是上帝有目的地造成的。正如丹皮尔所说：“他的有神论的心理态度既能吸引基督教徒，又能吸引伊斯兰教徒，也是他的影响巨大而持久的一部分原因。”因此他的医学理论统治医学界达1500年之久。

盖伦的医学与生理学的体系从根本上说是错误的。但是，在知识上，尤其在实验和解剖方面的成就上，他对罗马医学发展起了重要作用，不失为一位伟大的医学家。不过，在中世纪人们的眼里，盖伦的体系比他的自由探讨精神更为重要。在近代文艺复兴时期，他的医学生理学学说阻碍了生理学的发展(特别是他关于血液循环的错误理论)，直到哈维鼓起勇气把它抛在一边为止。

四、罗马的建筑、供水与交通

1．罗马时代的建筑

建筑常常可以当做技术水平和社会繁荣的一面镜子。罗马建筑在继承希腊建筑的基础上，把世界古代奴隶制建筑推到最高峰。位于罗马广场的神殿、会堂、柱廊与拱门，庞培的第一石造大剧院、帝国繁荣时期的凯旋门、记功柱、会场、浴场、剧场和容纳5万观众的罗马大圆形竞技场，都以其宏伟与豪华多姿说明了这一点。可以说，罗马时期的引水工程、宫殿、庙宇、运动场等建筑是古代建筑史上最光辉的一页。能够代表罗马时期建筑水平的还有罗马城大斗兽场。这座建造于公元72—80年间的大斗兽场，长约180米，宽约156米，椭圆形，四周有看台，能容纳4500名观众。古罗马建筑的形式特征是石结构的旋柱建筑。建造拱券顶或穹顶(称为发券)以及它们的巧妙结合，是罗马建筑的固有形式。罗马人除了发券技术成熟外，还采用一种天然混凝土材料，其成分主要是火山灰，加入石灰、碎石等后其凝结力增强，坚固而不透水。罗马建筑的极盛期是公元1—4世纪的罗马帝国时期，这时的罗马占领了地中海周围最富饶、最发达的地区，集中了所有的曾经创造过古代文明的西方国家中高手工匠与设计师，还有在战争中俘获的大量奴隶给建筑提供了充足的劳动力，这是它获得建筑成就的主要原因。

2．罗马时期的供水系统

古典世界的人们很了解供水的重要性，在迈锡尼时代希腊已建立城市供水系统。由于希腊医生强调优质水源对城市居民健康的重要性，古希腊人建成一些沟渠向城市提供优质饮用水与洗浴用水，同时希腊工程师还学会用虹吸管穿过水源与城市间的深谷，并在帕加蒙渠中(公元前179一前159)得到应用。罗马人使沟渠系统更加完善，将之发展为包括贮水池、导水道、公共浴池、喷泉和排水道在内的庞大供水体系，并能测量用水量以进行收费。在公元前97年，为了解决100万人的罗马城的供水问题，弗朗提努担任罗马水利督导，在他领导下修建的暗渠就有186里长，它的横断面积从3平方米到12平方米。

关于罗马时期的供水系统，还必须提到的是大型引水渠道(即水道)。这种高架引水渠道是为古罗马统治者供应生活用水而建造的。现在保存下来的在法国境内的尼姆水道，长约40公里，渡槽最高处离地面大约48米。有些渠道最高达64米。

罗马水道有两个突出的技术成就：连拱结构与混凝土。为了使水渠跨越低地，采用了长连拱，罗马城附近现存的一段连拱长1 372米，有153个拱，高约12米。在特别低的地方，还采用了多层连拱技术，有些地方的3层拱桥高达49米。在引水工程中，他们大量使用在水中能够快速凝固的高强度、不透水的硬性混凝土。同时还采用了虹吸技术和筑坝蓄水技术等。古罗马人熟知水的控制与试验方法，对沟渠经常进行检查并有专人维护。引水工程不但在罗马城有，在罗马统治的法国与北非也有，不但为城市供水，也可以为农田灌溉。

公共浴场规划包括一个空阔的大花园，其周围是俱乐部用的配房，浴室建在花园中央或后面。其主体建筑有三大浴室：冷室、热室与温室，有小浴室若干，还有庭院。罗马式浴室从较大的私人住房里的浴室到公共浴场，规模不一，其基本特征是：一个供应冷热水的完备的系统；浴室的热池及温池的热源，由地板下烧火，使烟和热空气通过空心墙来供应；浴室里有足够的温水与冷水盆。通常男女分浴。

3．“条条道路通罗马尸

罗马帝国为了在广阔的疆域内巩固自己的统治，还大兴道路工程。维特鲁维(Vitruvius，公元前1世纪末)在其著作《建筑学十讲》中把当时建筑学知识汇集起来，并对筑路作了详细的论述。罗马道路系统与前人根本不同。古代人在某些地方用天然石板覆盖他们城市的街道路面，希腊人也这样做，他们搞平道路，并在岩石面刻出人工的轮辙。但罗马人在修筑人造道路时尽可能先挖出路基槽，道路由四层组成，并有固定的排水沟。这样的公路绵延数千公里，为行进的军队、商队提供了方便与安全的道路。罗马公路系统是地中海地区宏伟的古代交通运输网。一线从不列颠到底格里斯和幼发拉底河，一线从多瑙河到西班牙和北非。

罗马人主要为了军事目的共筑硬面公路80000公里。第一条阿庇亚大道公元前312年由监察官凯库斯督造，东南向。公元前2世纪初又有4条大道从罗马向外伸展：奥勒利亚大道至热努亚(今热那亚)，西北向；弗拉米亚大道，北向，至亚得里亚海岸；瓦莱里亚大道，东向，横穿亚平宁半岛；拉丁大道，东南向，在卡普阿附近与阿庇亚大道连接。另有无数的支线通往帝国各行省，故谚语云“条条道路通罗马”。罗马公路的特点是路直、路基坚实，路面呈拱形以利排水，材料为火山混凝土。罗马公路系统为罗马的征服与统治创造了条件，并为后来的民族大迁徙与基督教的传播提供了道路。罗马时代的道路如此之便利，直到铁路的出现，人们旅行的速度才超过它。

五、农业及其他技术

在漫长的农业生产实践中，罗马人总结了栽培作物与饲养家畜的经验，并着手进行了研究与论述。加图(Cato，公元前234一前149)的《农业志》记载了公元前2世纪罗马人从事农业与畜牧业的技术与情况。瓦罗(Varro，公元前116～前27)的《论农业》分三篇分别讲述了谷类、豆科作物、橄榄树及葡萄的栽培法，牛、羊、猪、马的饲养法和各种小动物的饲养法。罗马帝国初期，维吉尔(Virgil，公元前70一前19)的《农事诗》记载了休耕、轮栽、施肥、整地、耕作和种子的处理技术。由此可知，罗马的农业已有相当的发展了。与此同时，不论罗马还是希腊，纺织业都是一种家庭手工业。奥古斯都皇帝及其妻女都以自行解决穿衣问题而自豪。在实用技术上值得一提的还有玻璃的应用。由于叙利亚发明了玻璃吹制法，使玻璃成为十分重要的材料。亚历山大利亚建立了玻璃厂，罗马人在公元前20年开始生产玻璃，到公元2世纪，玻璃的使用相当流行。