第四章 古代人對自然的探索

1、 第四章 古代人對自然的探索參考David, Lindenberg, The Beginning of Western Science Hall, R. A., A Brief History of Science 一、埃及(Egypt)與美索布達米亞(Mesopotamia)的文明：埃及和美索布達米亞的文明均約起於西元前四千年左右。埃及文明孕育於尼羅河兩岸；美索布達米亞則位於幼發(fā)拉底河(Euphrates)和底格裏斯河(Trigis)之間的半月形區(qū)域（故又稱為肥沃月灣，今日伊拉克(Iraq)境內(nèi)）。不像埃及人有一個比較穩(wěn)定的政權(quán)傳承，美索布達米亞則政權(quán)不斷更迭。最初是蘇美人(Sumerian

2、)，繼而巴比倫人(Babylonian)、亞述人(Assyrian)、波斯人、希臘人、羅馬人都曾統(tǒng)領(lǐng)過這個地區(qū)。1. 蘇美人與古埃及人的技術(shù)：蘇美人懂得灌溉，建立城市，並從事商業(yè)，因此他們也有了系統(tǒng)性的貨幣制度，以白銀為價格的標準。蘇美發(fā)明了最古老的文字，乃是著名的楔形文字之前身。它是一種象形文字(hieroglyph) hieroglyph這個字源於希臘文，由hieros （神聖的）和gluphein（銘刻）兩字合成的，即神聖的銘刻。，以簡單圖案來表達意義。而這又是從標記所有權(quán)的圖章而演變出來的（換言之，這也是商業(yè)行為下的產(chǎn)物）。緊接著，楔形文字(cuneiform)被發(fā)展出來。蘇美人將蘆葦

3、桿的末端削去一片，可以在沙地或黏土板上留下切開式的標誌（呈楔形，故得名）。楔形文字已經(jīng)產(chǎn)生某種抽象性質(zhì)，並慢慢發(fā)展出拼音系統(tǒng)，甚至可以用來書寫不同的語言。所以，美索布達米亞的後繼文明，都相繼採用楔形文字。楔形文字使用音節(jié)系統(tǒng)(syllabic system )，而不是拼音系統(tǒng)(alphabetic system)（或稱字母系統(tǒng)）。前者指一個符號單元表達一個音節(jié)（即子音加上母音）；後者指一個符號單元只代表一個音素（或者子音，或者母音）。埃及的文字和蘇美人的文字約莫同時出現(xiàn)，也是最古老的象形文字之一。埃及人相信語言和文字是托特神(Thoth)（計算與學問之神）發(fā)明的，最主要的用途也是在宗教祈禱與儀

4、式上（但並不限於此）。埃及的象形文字直接模擬物象，是一幅一幅優(yōu)美的圖畫，比起蘇美人早期的象形文字更具形、更複雜、也更難書寫。這套文字系統(tǒng)，約可上溯到公元前3000年，並一直使用到羅馬帝國統(tǒng)治下的公元300年左右，基本上都沒有什麼變化。使用埃及象形文字書寫最著名的一部作品是死者之書，約產(chǎn)生於公元前十三世紀時。埃及人相信死後若有此書陪葬，可保證死者的靈魂得以再生。埃及人最令人傳頌的技術(shù)成品是金字塔。古希臘人譽為世界七大奇觀的第一名。究竟埃及人如何建造金字塔這種龐然巨物呢？沒有人確切知道。科學史家霍爾(R. A. Hall)認為：首先以楔形斧和石鎚鑿開巖石，以滑橇和繩索拉曳石塊到建築基地上，再利用坡

5、道將石塊從一個層次向上拉到更高平面上，並以槓桿移動石塊放入適當?shù)奈恢蒙?，並用水來檢查所有的層次是否平直。在金字塔的時代（西元前2700到2000年之間）沒有輪子和滑輪，他們成功的秘密是無限的人力、耐心、以及強烈的技藝感。(A Brief History of Science, p. 15)埃及人的另一項成就是在醫(yī)療方面。古埃及人的對疾病看法仍然和巫術(shù)差不多，亦即相信疾病是由於外在的邪靈之入侵。因此治病的主要方式仍然是袚除(exorcism)、祈神(divination)、淨化(purification)等等。而且也訴求神明的保護，如祈禱文：萬歲！荷魯斯(Horus)；弟子在下，懇求您的慈悲，摧

6、毀在我腿上的邪靈。(Hail to thee, HorusI come to thee, I praise thy beauty: destroy thou the evil that is in my limbs.)。不同的疾病則必須祈求不同的神明，譬如，托特神(Thoth)、荷魯斯(Horus)、伊西斯(Isis)、安歐帖(Imhotep)。當然，這些巫術(shù)醫(yī)療並不是埃及治療疾病的唯一方式。埃及人已發(fā)展出各種醫(yī)療的藥方，埃及醫(yī)生且有極驚人的外科技能特別對頭部外傷。今天最古老的醫(yī)學文件來自埃及，稱作愛德溫史密斯紙草本(Edwin Smith Papurus)（由英國人愛德溫史密斯發(fā)現(xiàn)而得名）。

7、據(jù)說它是印和闐(Imhotep)的論文之一部分的複本。印和闐原本是位真實人物，是建立第一座金字塔的若瑟王(King Zoser)朝廷的官員，後來轉(zhuǎn)變成醫(yī)藥之神。寫這複本的抄寫者體貼地包括了一份字彙表，因為很多術(shù)語在千年來的過程中被廢棄不用了。愛德溫史密斯紙草本處理頭部和胸部的傷害；論文的其餘部分佚失了，雖然一分奇怪的附錄有著一些整型秘方。論文記載了一個系統(tǒng)性的方法，首先檢視病人，然後診斷（一個致命的傷害被描述為無法被治療的傷害雖然事實上治療總是開處方），最後是治療。書中對創(chuàng)傷的檢查十分有技巧，而且已大略地知道很多頭部傷害的結(jié)果。治療由包紮、藥物的應(yīng)用、受感染部位不可移動、以及看護這幾個步驟組成

8、骨折和頭部傷害暗示了建築中造成的意外事件而不是戰(zhàn)爭的傷害。這工業(yè)醫(yī)學的一個非常早期的例子。當然它是純粹經(jīng)驗和技術(shù)性的，沒有指示顯出編輯這原始文件的外科醫(yī)生知道有關(guān)人體構(gòu)造的任何東西。如吾人將預(yù)見的，其它文件顯示內(nèi)科疾病和肺結(jié)核的醫(yī)療有著濃烈的巫術(shù)元素，雖然在歷史上，比起咒文，人們較偏愛物質(zhì)的治療。（A Brief History of Science, p.16）2. 埃及與美索布達米亞的數(shù)學：希羅多德(Herodotus, 5 century B. C.)報導(dǎo)說，畢達哥拉斯(Pythagoras)曾經(jīng)到埃及旅行，當?shù)丶浪緦⑺氚＜皵?shù)學的神秘國度中。後來，他又被俘擄到巴比倫，而接觸了巴比倫人

9、的數(shù)學。終於將數(shù)學帶回希臘。蘇美人的算術(shù)表達法以橫豎楔形分別代表一和十，並且並用六十進位制和十進位制。602 60 1 1/60 1/602 - -III 43 II -I 136=2*60+16 I -I -III 4413=1*3600+13*60+33-IIIII 13/15=13*4/15*4=52/60埃及人的算術(shù)表達法像羅馬數(shù)字，使用十進位制 1 10 34 I IIII埃及人的乘法和除法以加法的方式作乘法演算 1 3 加倍 2 6 加倍 4 12 6 18第二列加上第三列得到第四列二、古代人對天體的觀察：參考：Thomas, Kuhn, 哥白尼革命(Copernican Revo

10、lution)1. 太陽的運動1.1 西元二千年前（或許更早得多），埃及人和巴比倫人已經(jīng)開始系統(tǒng)性地觀察太陽的運動。為了這個目的，他們發(fā)展了原始的日晷儀(sundial)：由一根量柱日晷(gnomon)垂直地立於平面土地上，投射出它的陰影。1.2 古代人發(fā)現(xiàn)，太陽總是從東方昇起，但日晷在每日中午的長度卻逐日改變。冬天最長，夏天最短。1.3 陰影的方向也慢慢地改變。冬天時指向西北和東北方；夏天時卻指向西南和東南。而春分和秋分時，太陽昇起最靠近正東(due east)方向；秋天亦然。1.4 根據(jù)長期觀察日晷陰影的變化，古代人因此能決定春分(vernal equinox)、夏至(summer sol

11、stice)、秋分(autumnal equinox)、冬至(winter solstice)的日期。亦即，春秋分時，太陽從正東方昇起，從正西方落下，故昇起和落下的陰影成一直線，當天即是春秋分；而正午晷陰影最長時為冬至，反之為夏至。以今天的年曆來看，通常春分是3月21日，秋分是9月23日，夏至是6月22日，冬至是12月22日。 fig 夏至 春秋分冬至1.5 當然，上述日晷陰影的方向和緯度有關(guān)。古埃及人和巴比倫人的位置約在中北緯三十五度到四十度之間。隨著位置逐漸往南或往北，日晷陰影的方向也會有所變化。 fig 中北緯地區(qū)觀看太陽運行天球立體圖問題：如果太陽昇起的位置並不總是正東，那麼古代人在大

12、地上如何決定東西南北的方位？1.6 在古代人的溫度感受中，夏至左右是一年中最熱的時刻；然後，天氣慢慢轉(zhuǎn)涼，一直到冬至左右則是一年中最冷的時刻。過了冬至後，又開始慢慢變暖。如此而有了季節(jié)循環(huán)的觀念。同時，季節(jié)循環(huán)也和農(nóng)耕的播種、收割等等的時機密切相關(guān)。換言之，農(nóng)業(yè)活動依賴於季節(jié)的變更。因而認知季節(jié)更替的精確時日對古代人的生活而言非常重要。1.7 既然季節(jié)的分界線春秋分、夏冬至是由太陽的位置來決定，古代人因而認為太陽控制了季節(jié)。埃及人也因此產(chǎn)生了太陽神崇拜。 fig一年之間，日晷陰影的變化 問題：年是什麼？如何決定一年？1.8 季節(jié)的變更究竟有無其規(guī)律性？它和太陽每日的運動能配合嗎？換言之，多少個

13、太陽日，才完成一次季節(jié)循環(huán)？季節(jié)循環(huán)的長度春分和下次春分之間的區(qū)間定義了基本的年曆單位，即一太陽年，又稱回歸年。正如太陽規(guī)律性地昇起落下的運動定義了每日一般。1.9 最早的古代太陽年曆(solar calendars)建立在一年三百六十天上，是出於蘇美人的六十進位制。（但六十進位制也很可能是由於年曆而來的，換言之，約莫三百六十次太陽的昇起降落，會讓太陽昇起的日子回到春分點附近；較精確一些的日子是三百六十五又1/4日。但為取倍數(shù)，故取三百六十日，為六十的六倍。）1.10 但是季節(jié)循環(huán)比三百六十天還多，凱撒(Julius Caesar)在埃及天文學家的幫助之下，而改革年曆，即有名的朱里安曆(Jul

14、ian calendar)（又譯儒略曆。）新年曆是一年三百六十五又1/4日，每三年閏一次，即第四年是三百六十六天。應(yīng)用了一千多年，直到十五世紀哥白尼時代。但畢竟仍會產(chǎn)生誤差，因為一季節(jié)年(seasonal year)實際上比365又1/4還要短11分14秒，所以哥白尼時代時，春分已經(jīng)從三月21日移前到3月11日，年曆的改革壓力，帶動了天文學自身的改革壓力，間接促成了哥白尼革命的誕生。2. 星星的運動2.1 星星的運動比起太陽更簡單更規(guī)則?？墒且_認這規(guī)則也不是一件易事，因為它需要系統(tǒng)性檢查夜晚的星空，以及選出個別星星以重覆研究的能力。（在廣大的夜空中，辨識同一顆星星並不一件易事。）2.2 在現(xiàn)

15、在世界中，辦識星星的能力不再是一般生活中的直接角色。但是在古代，星星是一般人生活環(huán)境的一部分，天體具有計時器和日曆計算的普遍功能。2.3 可是，想在廣袤深暗的天空中發(fā)現(xiàn)同顆個別的星星，觀察者必須先熟悉天空中星星彼此間的相對位置，此形成了固定的模式，使得觀察者得以在模式中選出特定的星星。此種相對位置間的固定模式即是星座(constellation)。2.4 現(xiàn)代天文學家使用的星座乃是以古代的神話人物來命名。一些星座可以追溯到古代巴比倫人的楔形文字表，幾乎有五千年古老（西元前三千年）。雖然現(xiàn)代天文學家已經(jīng)修正其定義，但是，主要的星座仍來自我們最古老的遺產(chǎn)?？墒?，星座只是一些線條的連接，我們今天稱為

16、大熊座、小熊座、天蠍座、天鵝座、金牛座、天龍座等等，現(xiàn)代人幾乎無法看出這些星星的連接線條能構(gòu)成那些動物的形狀。一個問題產(chǎn)生了：為什麼古代人為星座取這樣的名稱？2.5答案大概是古代的牧羊人和水手，他們長期注視星空，確實看到 了他所熟悉的神話人物和動物特徵，就好像我們今天偶而也會在不規(guī)則的雲(yún)朵形狀中看到動物形狀或人臉?，F(xiàn)代蓋式塔心理學(Gestalt psychology)已經(jīng)展示了人類自然地會在散漫的群聚中看出自己熟悉的模式。2.6 星座之所以會成為星座，正是因為星星彼此間的相對位置不變，因此，星座也可以被用為定位的工具，特別是決定行星和彗星的位置。如果我們知道星座，那麼一個人就可以說：一顆彗星

17、現(xiàn)在出現(xiàn)在天鵝座(Cygnus, the Swan)。2.8 但是，星座並不是不會移動，而是整個星座中的所有星星（事實上是整個夜空中的所有星星）都一起移動，所以，它們的形狀和相對位置保持不變，星座與星座間的相對位置也保持不變。因此，運動就不會破壞星座的用處。星座間的彼此關(guān)係，像一幅地圖上的各城市彼此間的關(guān)係，只不過星圖是會轉(zhuǎn)動的，就好像把地圖拿起來轉(zhuǎn)動一樣。所以，星座和天極就成為定位的星圖。3. 太陽周年運動(annual motion)的軌道之決定我們之所以稱恆星為恆星，英文稱為fixed star （固定星星）並不是因為它們在天穹的位置始終不變，而是因為它們彼此間的相對位置保持不變。行星之

18、所以為行星，乃是因為它們會緩慢地改變它們和其它星星的相對位置。對古代人來說，太陽、月亮、水星、金星、火星、木星、土星都是行星。 現(xiàn)在問題是：如何決定行星某時某刻在天空中的位置呢？月亮、火星、木星和土星等行星的相對位置比較好決定。因為只要在夜晚觀察它們，再看它們的背景是什麼星座，即可確定。（當然，滿月時較不方便，因為月亮會太亮。）可是，太陽呢？太陽出現(xiàn)時，我們根本看不到星星。我們看到星星時，太陽又落下了。為了決定太陽在天空中的位置，可以測量日落的時間，以及星星首度出現(xiàn)的時間，以決定哪一顆星在日落時，恰在東方的地平線的位置上。譬如，如果太陽在日落的時間是晚上六點，而八點時，才看到出現(xiàn)在東方地平線上

19、的星座（譬如，白羊座），這時，我們可以推算，晚上六點時，是金牛座出現(xiàn)在東方地平線端；而太陽在西方落下，和東方相隔半個天球，也就是相隔六個星座，表示太陽的位置是在天蠍座之間。如果我們知道太陽位置在天蠍座時，我們也可以推算現(xiàn)在大概是在幾月時日。因此，對某個特別的一天而言，如果太陽在星星之間的位置被詳細定位下來，則那一天中，太陽的運動，幾乎就是一顆星星在星圖中的相應(yīng)位置之白天的運動(diurnal motion, 周日運動)。（譬如，如果太陽在天蠍座，表示，那一天當中，天蠍座的諸星星隨著太陽一起繞地球轉(zhuǎn)一圈，太陽白天的軌道，其星圖上的背景就是天蠍座跟著太陽移動，但是在白天，我們看不到天蠍座的星星。在

20、三十天之間，太陽的位置慢慢穿過天蠍座，而進入下一個星座射手座。在下個三十天之間，太陽白天穿過天球時，其星圖上的背景就是射手座每天跟著太陽轉(zhuǎn)動一圈。） fig在地面上決定黃道的立體圖3.4 如果把太陽每天在黃昏時的位置畫在星圖上，然後把它們連起來，就會形成一條圓滑的曲線，在大約365天之後，太陽會回到其最初的位置上。而這條曲線就是太陽一年運行穿越天球的軌道，稱作黃道(ecliptic)太陽周年運動的軌道；或說太陽在一年之間穿過天球的軌跡。）3.5 太陽的明顯運動是由它的周日運動（由東向西）和周年運動（由西向東）組合而成的。每天，太陽與其背後的星星一起快速地由東向西繞地球一圈；同時，太陽也緩慢地在

21、星座間穿行，每年由西向東繞行黃道一圈。 4. 黃道十二星座(signs of the zodiac) 我們已經(jīng)決定了太陽每年穿越天穹的軌道（黃道）之後，我們自然會想知道黃道附近是什麼樣的星座？其實，太陽在天空中的位置，正是由太陽相對於這些星座的位置來報導(dǎo)的（例如，我們說太陽在三月初時在雙魚座）。4.1 黃道帶(zodiac)：zodiac 來自希臘文zodion ，以黃道為中心，南北寬各8度的假想帶狀區(qū)域。將此區(qū)域內(nèi)的星星，依十二均等分，系統(tǒng)地聯(lián)結(jié)成十二個星座，作為辨認太陽位置的黃道帶星圖，是為黃道十二星座。4.2 所謂黃道十二宮其實是將黃道帶劃分成均等的十二等分（每等分有三十度寬），以在每一宮內(nèi)的星座來命名。這十二個星座就是黃道十二星座。4.3 黃道十二宮的名稱和日期：Greek Latin English 中文日期Karkinos Can