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第24章 希腊早期的数学与天文学

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这一章中要讨论的是数学,数学与哲学关系亲密。相对于艺术、哲学、文学方面,希腊人在数学和天文学方面的成就更令人信服。他们的天文观察从很早就开始了,而几乎所有的数学证明方法都是源自希腊。

从一些有趣的历史传说中我们可以看出为什么希腊的数学如此发达。传说泰勒斯在埃及的时候,奉命测量金字塔的高度。他在身高同影子相等时,去测量金字塔的影子,从而得知金字塔的高度。传说祭司们受到神的旨意,要求他们将神像体积增大一倍。祭司们试图将原神像边长增加一倍,结果神像体积增大了八倍。一筹莫展的他们只好将这个问题交给柏拉图解决,这个问题被几何学家研究了几个世纪。这个问题便是给2开平方的问题。

关于求2的平方根的问题,早在毕达哥拉斯时期就存在,毕达哥拉斯学派还通过各种方法去求它的近似值。

很多人都认为毕达哥拉斯在数学上作出了很多贡献,例如:直角三角形中两条直角边的平方和等于斜边的平方,直角三角形的内角和等于两个直角,等等。

2的平方根是最早被研究的无理数,之后狄奥多罗斯、泰阿泰德都曾经研究过其他无理数。德谟克利特甚至还写过一篇关于无理数的论文,柏拉图在《泰阿泰德篇》曾经提及过这篇论文,只可惜现在已经没人知道论文的内容。

对无理数的研究推动了欧多克索斯在数学方面的发现。在他之前已经有了关于比例的算数理论,即a乘d等于b乘c,则a比b就等于c比d。他发明了关于比例的几何理论,打破了在算数理论中只能是有理数的界定。

《毕达哥拉斯与波伊提乌进行算术比赛》(想象画,1503年)。图中,左边的波伊提乌使用阿拉伯数字演算,计算完成后,他骄傲地看着右边运用算盘演算的毕达哥拉斯

欧多克索斯在积分学上也有研究成果,这个成果后来被阿基米德推广开来,得到了“阿基米德公理”。

欧几里得,约公元前300年生活在亚历山大港。《几何原本》中的多数内容虽不是他所创,但是其中的框架都是来源于他。他在证明平行线的平行定理中显现了高超的智慧。他在无理数、立体几何、正多面体方面都有研究。

《几何原本》被看做是欧几里得的著作,它是希腊数学的里程碑,是人类史上最伟大的著作之一。它的缺点是运用的方法都是演绎法,有局限性;并且根据假设进行推论,假设的正确与否没有保证。

在欧几里得所处的时代,数学研究只是在理论阶段,没有实用价值。直到十七世纪伽利略发现抛物线运动,才发现古希腊人研究的圆锥曲线的实际用处。当今各个领域所用到的许多数学知识,都是出自古希腊人凭借兴趣进行的研究。

阿拉伯人比罗马人更懂得欣赏欧几里得的几何学,有关欧几里得《几何原本》的最早的拉丁文译本是从阿拉伯语译本翻译过来的,当时是公元1120年。之后西方才逐渐恢复了对几何学的研究,到文艺复兴时才取得较大的进步。

除了数学以外,希腊人在天文学上取得的成就也很辉煌。希腊之前,埃及与巴比伦在天文学上都有所成就,为希腊天文学发展打下了基础。他们记录行星轨迹,能预测月食发生的时间;巴比伦人还将直角规定为九十度,每一度规定为六十分。

首先,我们要了解一下当时希腊的一些成就。有人认为我们脚下的大地是浮动的,就像海上的船一样。亚里士多德反对这种说法,他的理由是如果大地真是浮动的,那它没有理由向一边浮动而不向另一边浮动。这就像那头被饿死的蠢驴,左右两边是一样的草,它没有理由吃一边的而不去吃另一边的。

毕达哥拉斯根据审美的需求假设地球是球形的,科学的理由不久后也被发现。毕达哥拉斯学派根据月食时地影的形状,判断地球是球形的。阿那克萨哥拉则认为地球是平的,他最早发现了月亮的光是反射光。他们认为包括地球在内的星球都是在圆形运动,但不是围绕太阳,而是“中心的火”,太阳的光是反射自“中心的火”。

这些学说虽然不科学,有许多幻想成分,但是十分重要。它们是后来哥白尼进行假设的基础条件。他们认为地球不是宇宙中心,只是一颗普通星球。这些说法将人类从地球中心说中解放出来,使得人类更客观地看待问题,为发展科学创造环境。

后来,恩诺皮德斯根据黄道斜角得知太阳与地球之间的大小关系,赫拉克利德发现了金星和水星的运行轨道,那就是绕太阳运动。他还提出了地球每24小时自转一周的说法。

阿里斯塔克斯的生活年代大约是公元前310年至公元前230年。古代天文学家中他的人气最高,因为他最早提出包括地球在内的星球都围绕太阳旋转,同时地球每24小时自转一周。这个观点可能是他晚期的认识,因为在他唯一流传下来的书中没有提及这一点。无论如何,他提出过太阳中心说的事实是没有疑问的。阿基米德为此提供了最好的证据。

阿基米德比阿里斯塔克斯年轻二十五岁,他在给叙拉古国王的一封信中提到了阿里斯塔克斯的太阳中心说。在普鲁塔克、艾修斯和塞克斯都·恩披里柯的书中都提到了阿里斯塔克斯提出太阳中心说这件事。

当时阿里斯塔克斯提出的太阳中心说只是一种假说,后来塞琉古将这种假说明确下来,但在当时没有受到广泛接受。希巴古就明确表示反对,希巴古被希斯称为古代最伟大的天文学家。他最早发现了三角学,发现了岁差,还计算过日月的大小和间距,并记录下了580颗恒星的经纬度。他改进了周转圆的理论就是为了反对太阳中心说,这种理论后来成了托勒密体系的基础。

《阿基米德》(意大利,多米尼克·费蒂绘,1620年)。阿基米德(前287—前212),古希腊哲学家、数学家、物理学家,力学之父。发现了杠杆原理,据说还发明了阿基米德式螺旋抽水机

后来在哥白尼提出太阳中心说的时候,人们几乎已经忘记了阿里斯塔克斯。哥白尼认为他是自己学说的有力支持者。

古人们在进行有关天体的运算时,方法上没有问题,但是缺乏精密仪器。不过,这更让他们取得的成就令人惊叹。埃拉托斯特尼计算的地球直径只比实际少50英里,托勒密推算月亮与地球的平均距离与实际距离相差无几。只是他们之中没有人能大体推算出地球到太阳的距离。离正确答案最接近的是波希多尼,他认为是地球直径的6546倍,而正确答案是11726倍。

古希腊的天文学知识中全是几何学因素,没有力的因素。牛顿将力的因素引进到天文学当中。不过,后来爱因斯坦在普遍相对论中又摒弃了力的因素。

在天文学上,阿基米德和亚婆罗尼是两位伟大的人物。阿基米德是伟大的数学家、物理学家、流体静力学家;亚婆罗尼的主要贡献是对圆锥曲线的研究。他们对哲学的影响不是太大,所以不再多作说明。

这两人处于当时时代的末期,之后随着罗马入侵,希腊思想随着政治上的沦陷变得停滞。后人开始无限制地崇拜前人的学说,停止了继续钻研。