书城科普读物揭秘五千年的科技世界
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第2章

中国古代卓越的工程技术还体现在以长城、塔、桥和城市建设为代表的中国古代建筑中。早在2200多年前就动工兴建的长城是举世闻名的古代文明七大奇迹之一。我国的佛塔建筑是中国古代建筑工程技术高度发达的见证,着名的古塔如河南的嵩岳寺塔、开宝寺塔、西安的大、小雁塔、山西应县的木塔等,从设计结构、建造施工等各个角度来看,都达到了令人叫绝的地步。

我国建桥的历史悠久,技术高超。赵州桥、卢沟桥、洛阳桥等就是古代桥梁中最负盛名的代表作。

在城市建设方面,唐代的长安,宋代的开封,元代的大都,均以规划严谨、设施周全、合理而着称于世。

纵观中国古代科技发展的历史,汉朝是第一个黄金时期,而宋朝是第二个黄金时期,火药、指南针、活字印刷等重大发明在技术上的突破都是在宋朝取得的。直至元明以前,中国是世界上科技最先进的国家。除了我国地大物博、历史悠久、文明积淀丰厚等有利因素外,与西方相比,我国是长期统一的中央集权国家,国内政治稳定,经济繁荣,加上为了巩固统治的需要,国家鼓励、支持科技的发展。相形之下,上古时代科技发达的埃及、巴比伦、希腊等国家,由于国内外战争,国家或四分五裂,或被外部落民族征服。“皮之不存,毛将焉附”,科技的发展自然停滞不前,一直到12世纪以前,欧洲的广大地区还没有从野蛮的日耳曼民族入侵所造成的毁灭性灾难中恢复过来,欧洲的科学技术没有任何进展,完全处于“休眠状态”。而在欧洲科学文化的黑暗时代,世界上照耀科技文明之光的地区,除了中国之外,就要数处于西方欧洲之间的阿拉伯地区了。阿拉伯数学家阿尔·花剌子模创立了代数学,把阿拉伯的十进位制数学传播到欧洲和世界各地;阿拉伯科学家阿尔·海赛姆首创光反射定律;在医学方面,阿尔·拉兹被后人推为医疗化学的先驱;在化学方面,阿拉伯人发明了酒精、碱等。

欧洲科技的漫漫黑夜是被自1095年开始的历时200年的8次“十字军东征”冲破的。由于出征者衣服上缝上“十”字,故称“十字军”。8次远征,欧洲都没有得胜,却促进了东西方交流。比如,在此之前中国古代的四大发明已经传到了阿拉伯,十字军远征后、这些发明从阿拉伯传入了欧洲。阿拉伯数学也是在这一时期传入欧洲的。由于意大利的威尼斯和热那亚是十字军的补给基地,因而促进了商业和手工业的发展,使这两地成为繁荣的城市。后来随着市民对知识需求的增长,教育事业发展起来,大约在公元11世纪到13世纪,欧洲各地相继建立了大学。这些大学后来便成为培养科学巨人的摇篮。例如,标志着欧洲的科技走出中世纪的严冬、迎来近代早春的代表人物,英国的大思想家、大科学家罗吉尔·培根,就曾就读于牛津大学。这位巨人在科学上的主要贡献是提出“科学实验”的思想。他自己就亲自做过大量的光学实验,叙述了反射定律和折射。他还高度推崇数学作为其他学科基础的作用。

公元15世纪前后,随着西欧航海业的发展,推动了生产技术和科学的发展,世界科学技术的中心逐渐从中国移向西欧。大约从公元15世纪后半期起,西欧开始进入了近代科技兴起期,其标志性的事件是哥伦布发现新大陆。这以后,欧洲航海最发达的葡萄牙,设立了培养航海家的专门学校。后来,麦哲伦完成了环球航行,第一次证实了大地是球形的。航海事业成为科技发展的新动力,因为它极大丰富了人们的天文、地理和动植物等方面的知识,并且促进了数学、力学和磁学的研究。

当时,这些西欧国家发展航海业的根本目的是为了获取财富和扩张殖民地。由于航海给它们带来了巨大的利益,所以跟航海有关的科学技术也就必然受到高度的重视而迅速发展起来。

如果说最先是农业推动了天文学的发展,那么航海就是天文学发展的第二次推动力。正因为如此,天文学就成了15世纪欧洲科技发展的带头学科。它所造就的第一位巨人,就是提出与“地心说”针锋相对的“日心说”的哥白尼。

“地心说”原是古希腊学者亚里士多德首创的。他认为,宇宙是一个有限的球体,分为天地两层,地球位于宇宙中心,所以日月都围绕地球运行,物体也总是落向地球。以后,古希腊的大天文学家托勒密不仅全面承袭,而且进一步发挥了亚里士多德的学说,成为“地心说”的代表。哥白尼通过长期的天象观测和研究,认定太阳比地球大得多,而大的太阳绕小的地球转是不合逻辑的。以后他又通过对木星和土星重合的观察,以及对行星顺行逆行的研究,写成了《天体运行论》一书。书中明确提出了所有行星都是以太阳为中心并绕太阳运行的“日心说”。第谷和开普勒是这一时期继哥白尼之后最伟大的天文学家。第谷的成就主要在天文观测上,他坚持天象观测达20年之久,完成了750颗星的记录,在当时条件下,他能获得如此准确的数据,在现在看来也是令人惊讶的。开普勒是第谷的学生,因为发现了天体运行的三大定律而被人们称为“天空律师”,并且成为中世纪科学向近代科学转换时期的代表人物。

一般科技史学家都把1543年作为近代科学的诞生之年。这是因为哥白尼的《天体运行》和维萨留斯的《人体构造》这两部具有重大历史意义的科学巨着都是在这一年问世的。维萨留斯是比利时人,他推翻了古罗马时代盖仑等人在医学上的许多谬说,通过人体解剖的实践,创立了人体解剖学,提出了血液循环“以心脏为中心”的学说。无论是哥白尼还是维萨留斯,他们的理论学说都是建立在实验和观测的基础之上的。可以说,这就是近代科学的起点和标志。也正是因为这个原因,科学史上第一位实验物理学家--伽利略,就成了开启近代科学大门的撞门人。伽利略在历史上的最大功绩是:第一,发现匀加速运动定律、自由落体定律和惯性原理,发现抛物体运动并研究其规律,发现运动的相对性原理;第二,他是最先用望远镜观测天象的人,并因此发现了太阳黑子,证实了太阳的自转以及“日心说”。

近代科技的兴起与发源与意大利的伟大的文艺复兴运动几乎是同步的,在这一时期,意大利自然成了欧洲乃至整个世界文化、艺术和科学的中心。公元16世纪前后,由于欧洲贸易中心从地中海沿岸转移到大西洋沿岸,加之战争的破坏,意大利作为科学中心的地位,随着它的政治、经济地位的衰落而无可奈何地失去了。而那时,法国和西班牙内外交困,荷兰也不景气,德国苦于长期分裂和连年战乱,历史给英国的崛起创造了最好的时机。加上新兴的英国资产阶级鼓励和提倡科学,科学的中心移到了英国。这一时期,英国诞生了这样一些彪炳史册的大科学家,他们是:哈维、牛顿、波义耳、哈雷……

哈维发现了人体血液循环的奥秘,奠定了人体和动物生理学的基础,打开了近代生物学研究的大门。

近代科学化学的创立,是波义耳的功劳。

波义耳发明了检验某种液体是否是酸性的方法,他在人类历史上最先发现了磷,实验研究了沉淀反应;他在对物质结构实验研究的基础上提出了元素的概念,创立了科学的化学。

波义耳还是一位物理学家。他发现了一定质量的气体在温度不变的时候,压力和体积成反比,人称波义耳定律。

哈雷是一位名垂青史的伟大天文学家。他在天文学上的建树是多方面的。首先,他提出了“恒星不恒”的重大结论,纠正了人类自古以来认为恒星就是“固定的星星”的错误认识;其次,他创立了利用金星凌日来求测日一地距离的方法。第三,也是他最伟大的成就是发现了以他的名字命名的哈雷彗星,并且推算出哈雷彗星出现的周期。

近代科学史上最伟大的科学家无疑要推经典物理学大师牛顿了。牛顿在科学上的卓越贡献是多方面的。第一,在数学方面,他建立了微积分;第二,在物理学的光学方面,他发现了白光的组成,制成了第一架反射望远镜,提出了“光的微粒说”假设。当然,牛顿最伟大的功绩是他构建了经典力学的宏伟宫殿。他发现了万有引力定律,并在概括和总结前人研究成果的基础上,提出了着名的“运动三定律”--“惯性定律”、“落体定律”、“作用与反作用定律”。

近代科学的兴起,科技的重要性逐渐被人们认识,科学技术的研究开始从生产实践中分离出来,成为人类一种独立的实践,这就使得有一部分人专门从事科技研究和培养从事科技研究的人才。一方面,这是近代科技兴起的结果,另一方面,它也预示着一个近代科技发展的新时代的即将来临。

二、为什么把泰勒斯称为“科学之祖”?

公元前6世纪的一天,在地中海东岸小亚细亚地区的古希腊发生了一次日食。火红的太阳突然被一个黑影遮住了,顿时,仰天观看的人们都惊呆了。这是怎么回事?人们大喊大叫,惊恐万状。有的说:“不好了,太阳被妖精吃掉了!”为了挽救太阳,人们鼓起勇气,向茫茫天空射出无数的箭,希望乱箭将妖精射死。有的人赶快烧起一堆堆大火,试图用火光恢复太阳的光芒……

当整个人类还处在蒙昧状态时,人们对自然现象是不理解的。可是,这时有一个名叫泰勒斯的智者,却在苦苦思索,太阳被黑影遮住的原因是什么。他坚信自然中蕴含着真理,人类是可以探索这一真理的,经过一番观测和思索,泰勒斯对日食心中有了底。但当时的人们根本不相信科学,也没有人愿意去听他对日食所作的解释,有人甚至讥笑他。泰勒斯决心用事实去教育这些愚昧的人们。于是,他开始仔细地计算太阳将要在什么时候被黑影遮住,他把“日食”的准确日期计算好后,就预先告诉大家:公元前585年5月28日,太阳将要被黑影遮住。无知的人们听了,都以为他在痴人说梦,嘲笑他说:“天上的事,你还能知道?”更有人不怀好意地说:“等着瞧吧,到了那-天,如果太阳没有变为黑暗,我们就找你算总账!”

这一天终于来到了。男女老少都不约而同地来到广场、街头,两眼直愣愣地盯着耀眼的太阳,谁会相信它会在顷刻之间变成黑暗呢?可是奇迹终于发生了,就在泰勒斯预先指定的时间,火球般的太阳果然被一个黑影遮住了。这时,人人都惊奇得哑口无言,对泰勒斯的预言佩服得五体投地。

当时泰勒斯不仅能理解日食的原因,而且认为太阳是-个无比巨大的物体。他对太阳进行了测量和计算,得出的结论,居然只比现在我们用最新的科学方法计算出来的数字小了一点点!这简直是不可思议的!

传说泰勒斯曾经到过埃及,在研究了埃及的土地丈量术后,创立了平面儿何学,最早提小了几何学定律,如“直径平分圆周”、“在两直线交叉时所成的对顶角是相等的”,等等。这些定律现在看来当然很简单,但在2500多年前,可就很不简单了。

泰勒斯还是一名天文学家,他根据巴比伦的天文知识奠定了希腊天文学。他运用自己对天文学的研究,预言了公元前585年5月28日那次日食的发生。

他曾经告诫出海航行的人,按照小熊星座定位航行要比按大熊星座航行准确得多。这也是他通过精密计算得出的结论。

科学所揭示的真理往往殊途同归。在没有任何天文设备的条件下,泰勒斯通过对日月星辰的观察与研究,竟得出了与古埃及人相同的结论:一年为365天。所不同的是,泰勒斯主要是靠天文知识,因而他的发现更具有科学性。

泰勒斯是人类历史上最早的科学家,他无愧于“科学之祖”的称号。

三、金字塔是如何建成的?

说起作为四大文明古国之一的古埃及,人们自然而然地会想到金字塔。

金字塔其实是古埃及国王--法老的陵墓,这种陵墓自下而上逐渐缩小,像一座塔似的。由于它的外形很像我们汉 字中的“金”字,所以,中国人称它叫“金字塔”。我们现在说金字塔,是以最有名的胡夫金字塔为代表的。

胡夫是公元前2590-2568年在位的古埃及国王。他继位后就着手为自己建造陵墓,他强迫所有的埃及人都要服役。他把全埃及的劳动者每10万人编成一班,每班服役3个月,轮流替换。

工程开始后,一部分工人被派到山里的采石场去运石头。他们先把石头从采石场运到尼罗河的东岸,再装上船运到河的西岸,然后由西岸运到工地上去。如此巨大笨重的石头,当时的埃及人只能用最原始的方法,把石头放在木橇上,靠人力或牲畜来拉。可是,载着笨重石块的木橇在不平整的地上是走不了的,于是,花了10年的时间修筑下一条运石头的石路。在修路的同时,另一部分工人开凿金字塔的地下墓室和地下通道。等这些工作都结束后,开始砌金字塔。大金字塔本身的工程是非常艰巨的。经常有10万人忍受着炎炎烈日的曝晒,在监工皮鞭的驱使下劳动着。这样,前后整整用了30年,才将金宁塔修成。

胡夫金字塔原高146.5米,底面是正方形,每边长230多米,也就是说绕金字塔一周,几乎要走1公里的路程,塔身由230万块大小不等的石块砌成,平均每块重达2.5吨。这些石块之间没有任何水泥之类的粘着物,而是一块石头叠在另一块石头上面。石头磨得非常平整,直至今日,人们都无法用一把锋利的铅笔刀插入石块之间的缝隙。那么,在4000年前,没有起重机,甚至连一根铁杆也没有,这么多笨重的石块又是怎么叠起来的呢?科学家们研究分析后说,很可能是先在地面上砌好一层,然后堆起一个和这层一样高的土坡,人们顺着倾斜的土坡把石块拉上第二层,砌好一层就把土坡加高一层,金字塔有多高,土坡就有多高。塔建成后,再把高大的土坡铲平,好让金字塔显露出来。

胡夫金字塔不仅以其外形的宏大雄伟着称于世,而且更以它内部的复杂精细而令人惊奇不已。无怪乎后人把它列为古代世界七大奇迹之首。

金字塔是古埃及奴隶们血汗的结晶,也是一座古代科学技术的纪念碑。首先,当时还处于原始奴隶制社会的古埃及,能够动用如此巨大的力量从事非生产性劳动,这是连现在的人们也难以想象的。其次,金字塔的角度、面积和体积等都要有严格的要求,必须经过周密的计算才能建成,这反映了当时的数学和力学已经达到了相当高的水平。

历代法老为自己修建金字塔,在古埃及的历史上延续了1000多年。后来,由于人民起义和频繁的盗墓活动,法老们也就逐渐放弃了建造金字塔的念头。也许有人会问:那么当初的法老们为什么热衷于建造金字塔呢?这就要说到一个神话。