第四章科学的起源Word格式.docx
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很显然，方法论还原一定会导致理论还原——也就是说，把高层次的现象用低层次的定律来解释，一定意味着把高层次的理论系统和低层次的理论系统整合起来。
所以，这种知识的系统整合，才是还原的最本质特征，也是科学的本质特征之一。
这样来看的话，科学和一般的技术、文化不同，不是和人类一起出现的，而是出现得相当晚。
可以设想，至少要到7万年前人类获得用语言表达抽象概念的能力的时候，最早的原始科学才开始出现。
正如一般技术的发展与人类的演化心理密切相关一样，原始科学的起源也受到了演化心理的深重影响。
演化心理学认为，我们组织科学知识的方式也是有先天的心理基础的。
比如说，婴儿在很小的时候就可以表现出朴素物理观（na?
vephysics）——18个月大的婴儿可以掌握7个物理概念：
1.距离无作用，指两个互不接触的物体的运动不受彼此影响；
2.实体性，指两个物体不能同时占据空间中的同一位置；
3.连续路线运动，指物体可以沿着连续、并非间断的路线不断运动；
4.客体永存，指物体即使运动到一个看不见的地方，它也仍然是存在的；
5.一致性，指物体的运动是连贯的、前后一致的；
6.惯性，指物体在运动过程中，如果外力停止作用，物体还能继续运动一段时间；
7.重力，指物体会受到地球引力的作用。
如果没有后天的矫正，个体可以继续葆有这些原初物理观直到成年，而成为人类学上所谓的俗常物理观（folkphysics）。
这些朴素物理观在人的发育早期就如此明显地体现出来，说明它们很可能是预先在人脑中布好的先天心理，而且很可能在人类演化中具有重要意义。
同样，人类学上还有所谓俗常生物观（folkbiology），也是来源于个体幼年时期的朴素生物观（na?
vebiology）。
人类倾向于把所有的生物分成会运动的“动物”和不会运动的“植物”两大类，因此虽然现代生物学研究表明蘑菇之类真菌与动物的亲缘关系更近，但我们都觉得它们更像真正的植物。
人类还倾向于根据生物的外部特征对生物进行简单的分类，比如把伞形科的植物归在一起，把禾草归在一起，等等——因此，以前的中国植物学史习惯于把李时珍等本草学家在《本草纲目》之类的本草著作中把外形相似的近缘生物归并为一类的做法视为重要的科学进展，现在看来，其意义并没有传统认为的那么大。
不过，朴素生物观和俗常生物观中最重要的三点是本质论（essentialism）、目的论（teleology）和生机论（vitalism）。
本质论是说，每一种生物都有其本质特征，而和其他生物截然有别；
目的论是说，各种生物的形态和行为都像人一样有目的；
生机论是说，活着的生物和死物的区别在于其中含有一种“生命力”（vitalpower）。
实际上，由于人类的目的论思路是如此根深蒂固，移情能力又是如此之强，以致我们会觉得万物莫不有目的，甚至万物莫不有生机。
这种“万物皆有生机（灵魂）”的信仰，就是所谓“泛灵论”（animism，或译“万物有灵论”），是宗教意识的雏形。
从万物莫不有目的出发，又可以发展出另一种信仰——“天人感应论”，即认为人类个体、人类社会的运动与万物的运动是相呼应的，因此万物的运动会影响到人类个体和社会的成败兴亡，对万物运动的把握也就可以保持身体健康、预测人事浮沉。
上面这些俗常物理观和俗常生物观，在很大程度上决定了人类早期科学的面貌。
狩猎–采集社会必然会有大量有关生物的博物学知识；
到了农业社会，虽然人们已经不像以前那样依赖于野生动植物资源，但农民一般仍然能掌握不少博物学知识，只是那些居住在城市的人才变得“四体不勤，五谷不分”。
而在大自然中，最有规律的现象无疑是日月升落、斗转星移这些天文现象。
对天文现象的观察和记录首先可以指导农业生产，因此天文学是所有农业社会最早发展起来的自然科学，它促成了历法的发明。
此外，天文学还可以启发人类开始思考世界秩序问题，逼迫人们形成特定的宇宙观。
然而，受俗常的目的论、生机论思维的严重影响，无论是博物学还是天文学知识，都很容易和泛灵论结合起来，成为原始宗教意识的知识基础，因此，科学和宗教在根本上同出一源。
同样，因为其实用性，医学也在最早出现的科学之列，而原始医学总是带有天人感应论色彩，甚至医巫不分。
下面就让我们来看一下新石器时代和几个文明古国的科学成就，感受一下这些原始科学的特色。
文明古国的原始科学略览有些新石器时代族群留下了天文观测的遗址，这是已知最早的人类从事科学活动的证据。
英国南部的巨石阵（Stonehenge，经年代测定为公元前3100–前1500年间断续建造）就具备这样的天文观测功能。
1740年，英国的考古研究者斯塔克利（W.Stuckeley）在他的著作中第一次认真讨论了巨石阵的天文学意义。
他发现在每年夏至那一天，当太阳升起的时候，从巨石阵的中心望去，太阳正好可以出现在专门竖立的“标石”的顶端。
后来的学者又发现，巨石阵不仅可以标记夏至日太阳升起的位置，而且可以标记冬至日乃至春分日和秋分日太阳升起的位置，以及这“二分二至”日太阳落下的位置。
除了太阳运动，巨石阵还可以用来跟踪月亮的运动。
因此，今天的学界对巨石阵的天文意义基本没有异议。
然而，学界的另一个共识是，建造巨石阵的最终目的是为了在像“二分二至”这样的特殊日子里从事祭祀太阳和月亮这样的原始宗教活动，它本身就是一个宗教集会场所。
因此，巨石阵不是单纯的天文观测“仪器”，而是兼有天文学和宗教意义。
在这里，天文学表现出了很强的功利性——它在根本上是为了泛灵论色彩的原始宗教服务的。
巨石阵的夏至日出景象（版权信息见图片右下角）当然，科学的更为系统的发展，还是在国家出现之后。
我们先来看“四大文明古国”——古埃及、巴比伦、古中国和古印度的科学。
诚如古希腊历史学家希罗多德所说：
“埃及是尼罗河的赠礼。
”末次冰期结束之后，北非亚热带地区逐渐干旱化，形成广袤的不适宜人类生存的撒哈拉荒漠。
然而，发源于东非热带草原气候区的尼罗河在集聚了丰沛的水量之后，却向北穿过撒哈拉荒漠，在埃及一带形成了狭窄的绿洲。
这条狭窄的绿洲再加上尼罗河三角洲，就成为北非荒漠中不可多得的宜居地域。
古埃及的历史，从第一王朝的建立（约公元前3500年）算起，到前332年亚历山大大帝征服埃及结束，前后绵延3,000多年。
热带草原气候的特点是有明显的旱季和雨季。
雨季的时候，尼罗河水量会猛增，流到埃及之后，便发生泛滥。
河水在淹没河漫滩后，沉积了大量肥沃的淤泥，对农业生产很有好处。
因此，古埃及农业活动的一大任务，就是预测尼罗河的泛滥，以此指导农业生产。
由于尼罗河的泛滥是一年一度，因此古埃及的历法很自然地以太阳在星空中的运动周期（大体上就是地球的公转周期）——回归年为主，一年的日数比较固定（365日），每年的月数和每月的日数则人为规定，是典型的阳历。
通过对星空进行长期观测，埃及人能够推定天空中最亮的恒星——天狼星与太阳同时升起（天文学术语叫“偕日升”）的日子（这一天天狼星的光芒被太阳光所掩盖，因此是无法看见的），便以这一天作为每年的第一天（相当于今天的公历7月初），而这差不多也就是尼罗河开始泛滥的时候。
尼罗河一年一度的泛滥还带来一个问题，就是每次泛滥的时候都会冲毁旧有的分隔田块的界标，因此在洪水退去时候，必须重新丈量土地。
由于这个原因，古埃及的大地测量术也十分发达。
无论是天文学技术还是大地测量术，此外还有建筑和商业，都要求人们发展一套处理数字和图形的知识体系，这就是数学。
其中，进行数字（常量）运算的分支是算术，处理抽象的变量运算的分支是代数学，而处理图形的分支是几何学。
古埃及的数学不算特别发达。
他们采用的是十进制记数法，但不是十位制，这意味着不同位上的0–9会各用一套符号表示，彼此并不统一。
在四则运算中，他们的加减法比较熟练，乘除化为加减来做；
最古怪的是分数算法，所有分数必须拆分为若干个分子为1的“单位分数”的和之后，才能进行相应的运算（比如把7/29拆成1/6+1/24+1/58+1/87+1/232）。
为了方便拆分，古埃及人专门造了一个数表供查阅，但这样算起来还是不免繁琐。
数学史家普遍认为，这种分数算法很可能阻碍了埃及算术的发展。
古埃及的医学比较发达，比如在约公元前1700年的史密斯纸草和约公元前1600年的埃伯斯纸草中可以找到丰富的疾病和治疗方法的记载，显示其内外科都达到了一定水平。
当然，古埃及医学的最大成就还是在于木乃伊制作。
简单地说，木乃伊就是掏空内脏之后用药剂浸制而成的用麻布包裹的风干尸体。
这种干尸虽然因为内脏的缺失已不完整，外观也肯定会有变形，但总归避免了肉体的完全腐烂，多少能够保留一个大概的人形。
至于制作木乃伊的目的，毫无疑问和宗教相关——古埃及人相信人的尸体是灵魂的安息处，只有把尸体保存完好，才能在死后继续在阴间生活。
事实上，即使是古埃及的内外科，很多治疗方法也都是巫术，显示了这种原始医学强烈的泛灵论色彩。
古埃及人有很强的宗教观念，他们的宗教是由泛灵论发展而来的多神论宗教，这明显地表现在其宇宙观中。
有一幅刻在法老陵墓石壁上的图像生动地描绘了古埃及人眼中的宇宙结构：
一只全身布满星斗的天牛，腹部被一位男神托起，四肢又各有两神扶持；
天牛之外又有一条大河，河上有两只船，一为“日舟”，一为“夜舟”，被太阳神先后驾驶着在天空航行。
它们一起构成了天空。
至于承载着这些神祇的东西，自然就是大地了。
显然，这是一种天上地下式的宇宙模型，反映的正是人类对天地的俗常认识。
反映古埃及人宇宙观的雕塑（现代重绘版）在离古埃及不太远的西亚两河流域（音译为“美索不达米亚”），从约公元前4300年开始，先后由苏美尔人、巴比伦人、亚述人、迦勒底人（新巴比伦人）定居，他们分别建立了国家，均以巴比伦城为都或重要城市，所以其文明统称为“巴比伦文明”。
前539年波斯人征服新巴比伦，前330年亚历山大大帝又征灭波斯，宣告了巴比伦文明的结束。
两河流域属于热带沙漠气候，这里没有明显的四季变化，而冲积形成两河平原的幼发拉底河和底格里斯河又没有尼罗河那样一年一度的涨落规律，所以两河流域的历法不像古埃及那么容易制定，既要靠观测月亮的盈亏周期确定月份，又要靠对星空更深入的观察确定年份，这就使两河流域的历法是一种阴阳合历，同时具有由月球运动确定的月和由太阳运动确定的年。
按照这种历法，一般的年份共12个月354天，这比真正一年的日数少了11天。
为了解决这个问题，苏美尔人发明了置闰的方法，通过在某些年份中添加第13个月的方式来调和年与月的矛盾。
两河流域周边没有多少像地中海和撒哈拉荒漠那样的天然地理屏障，频繁遭到外族入侵，因此这里的居民总是生活在不安定之中，普遍信仰天人感应的占卜术。
由于他们的天文学较为发达，主要的占卜术就是占星术，这进一步促使两河流域居民去观测星象，天文学也就更加发达。
两河流域居民发明了黄道十二宫，率先在计时中采用了60进制，还编制了日月运行表，并知道如何推算日月食。
这些天文学上的贡献，很多都被古希腊人继承下来，并一直流传到今天（今天在民间颇为流行的“十二星座”，实际上就是黄道十二宫；
而今天的国际通用计时法仍是60进制——60秒为1分钟，60分钟为1小时）。
尽管有着丰富的天文学知识，巴比伦的宇宙观并不比古埃及人高明多少。
巴比伦人认为大地是浮在水上的扁盘，天空则是扣在水上的半球，天地都被水包围，水外则是众神——包括星星和太阳——的居所。
这和古埃及宇宙观一样，也是一种天上地下式的多神论宇宙观。
巴比伦的宇宙观巴比伦的数学也很发达，他们的四则运算能力比古埃及人娴熟得多，但除法仍然没有专门的便捷算法，需要在把除数转为倒数之后把除法转为乘法来进行，为此自然需要有专门的倒数表。
不过，巴比伦人已经知道如何解一元二次方程，并知道很多勾股数组，显示出他们发达的代数水平。
与天文学和数学形成鲜明对照的是巴比伦的医学。
现存文献中没有比公元前10世纪更早的医学文献。
前18世纪的汉谟拉比法典上记载，如果外科手术失败，则砍掉医生的手，这虽然说明更早之前巴比伦就有专门的医生，却也说明了医生地位之卑下。
古中国的文化与其他文明古国有很大不同，宗教意识十分淡薄，很多神仙实际上是各族群的先祖，因此古中国的神与人是同一的。
尽管如此，天人感应论的色彩在古中国的科学中仍然非常浓重。
以天文学为例，商代甲骨卜辞中就有很多天象的记载，但这些记载全都是出于用天象预兆人事吉凶的目的。
比如有一条卜辞是“七日己巳夕□有新大星并火祟其有来囏（艰）不吉”，意思是说“七日己巳”这一天晚上，在“大火”星（天蝎座α星，在中国后世的三垣二十八宿系统中叫“心宿二”）附近出现了一颗明亮的新星（可能是现代天文学所谓的新星或超新星），这个异常的天象是如此骇人，以致占卜官连着哀叹了三声：
“祟”（鬼神要降下灾祸）！
“其有来囏”（要有麻烦事）！
“不吉”！
事实上，中国是世界上古天象记录最丰富的国家，而促使历朝历代都对天象观测如此认真勤奋的根本原因，仍在于用天事预兆人事的目的。
记有新星观测记录的甲骨商代的医学和巫术也不截然区分，这在汉字上也有反映——“醫”（医的繁体）字又可从“巫”作“毉”。
周代以后，巫术逐渐从医学中剥离，取而代之的则是一套高度系统化的天人感应式医学，这就是以阴阳五行理论为基础的中医。
战国晚期出现的《黄帝内经》标志着阴阳五行理论的成熟，在这套体系中，世间和人体的各个范畴的事物都可以在剪裁之后与五行（金、水、木、火、土）一一对应，而无论是养生还是治病，关键都是要维持体内阴阳五行的平衡。
古中国的数学则体现了很强的应用性。
中国是文明古国里使用十进制最彻底的国家，从商代就完全采用十进制记数，甚至连一些在别的文明里习惯不用数字表达的事物（比如月份的名称），在中国也都用十进制的数字序号表示。
彻底的十进制使古中国人很快就掌握了便捷的乘除计算方法，比如乘法口诀（九九表）在春秋战国时代就诞生了。
但是，古中国人进行四则运算的最早工具是算筹，在算筹演算中，中间过程不断被破坏，最后只能呈现出运算结果，这可能助长了中国人重视运算结果不重视运算过程的作风，从而干扰到从运算过程中总结数学逻辑的习惯的养成，使中国传统数学缺乏理论高度。
后来发明的算盘也有类似的特点。
古中国的宇宙观丰富多样，较有影响力者有三，即天圆地方说、盖天说和浑天说。
天圆地方说是中国最古老的宇宙观之一，认为大地为平整的方形，而天空如圆盖一般罩在大地之上，后来主要在民间流行；
盖天说较天圆地方说略进一步，认为大地也是一个倒扣的圆盖。
这两种宇宙观仍然都是天上地下式宇宙观，较之古埃及和巴比伦的宇宙观，只是剥离了神灵的内容罢了。
浑天说更进一步，认为天是球形，下半为水所淹没。
大地也是球形，居于天球正中，一半浮在水面之上。
乍一看这像是地心说，但因为其中包括了淹没下半天地的水，本质还是天上地下说。
由于浑天说能够较好地解释天文观测结果，又可以以此为理论指导制作浑天仪之类实用性的天文仪器，因此它在官方天文学体系里长期是占优势地位的宇宙观。
此外，在晋代以前还有一种“宣夜说”，属于无中心宇宙观，但因为思想过于超前，哲学思辨的色彩又太深厚，接受的人很少，后来就消亡了。
浑天说宇宙观示意图在“四大文明古国”里，我们对古印度科学的关注最少，这里也只作简要介绍。
古印度的宿命论式的宗教观念很强，推崇来世，不重视今生，所以古印度人不重视科学研究。
古印度的历法比较混乱（但基本都是阴阳历），天文学在很长一段时间内也都乏善可陈，唯一值得一提的是印度古天文学里也有27/28宿的概念，与中国的二十八宿明显同出一源，至于何处是起源地，学界至今还有争论。
古印度人认为宇宙像一只大锅盖在大地上，大地中央是支撑着天空的须弥山，日月均绕须弥山转动；
大地本身又由四只大象驮着，四只大象又站立在一只浮在水上的龟背上。
这个充满了印度文化色彩的模型仍旧是再明显不过的天上地下式宇宙观。
古印度宇宙观古印度的数学水平不算太高，一直到公元前3世纪时记数法都不太完善。
但是到公元5世纪初，印度数学家创造了零的概念及其数字符号，这是其他古文明一直没有做到的。
印度人之所以能率先明确提出零的概念，仍然是和他们大谈特谈“虚无”“空”的宗教意识相关。
我们今天使用的“阿拉伯数字”，最早也是印度人发明的，只是经由阿拉伯人传入西方世界，再在今天成为全球通用的数码而已。
古印度的医学，无论内外科则都比较发达，可能和印度思想中的大慈大悲、普渡众生的仁爱思想有关。
这也是一套天人感应式的医学体系，要维持健康，需要保持体内三体液的平衡。
乍一看这和下文将要叙述的古希腊四体液说有些类似，但二者应该没有同源关系。
在旧世界的“四大文明古国”之外，新世界的中美洲玛雅、阿兹特克文明和南美洲的印加文明也发展出了自己的科学体系。
限于篇幅，这里只能略作介绍。
玛雅人的天文学很发达，历法非常复杂（所谓“2012年世界末日”的说法，据说就是用玛雅古历推算的结果），但他们的宇宙观仍然是天上地下式，认为宇宙间有十三重天和九重地，地又由巨鳄所驮。
中美洲和南美洲文明的医学也都很发达，对草药的应用尤为出色，这可能和当地丰富的植物多样性有关。
总之，文明社会早期的科学，其基本面貌是较为一致的，体现出两大特点：
第一，重视应用性，无论是天文学、数学还是医学，都是因现实的需求而生，最终也主要服务于现实需求。
这个时候的科学可以说和一般技术结合较为紧密，虽然因为其过于简陋，绝大多数一般技术的发展都还只靠人们的摸索，而不是靠科学的指点。
第二，受到人类的俗常物理观和俗常生物观的很大影响。
比如天文学除了服务于宗教外，它和天人感应论相结合，便催生了占星术。
早期医学也都充满泛灵论或天人感应色彩。
绝大多数的早期宇宙观也都是朴素的天上地下式宇宙观。
另外，正如我们在下一章将看到的，最早的化学也是以结合了天人感应论的炼金（丹）术为主要表现形式。
独树一帜的古希腊上面所讲的文明古国的“科学”，彼此之间的共性很大，却和我们今天熟悉的源于古希腊科学的现代数理科学相去甚远。
长期以来，人们习惯问这样的问题：
为什么某某文明没有发展出现代科学？
比如著名的“李约瑟问题”（Needhamquestion）就是由专门从事中国古代科技史研究的英国学者李约瑟（JosephT.M.Needham）提出的，其中的一个问题是：
“为什么古代中国没有发展出（现代）科学？
”实际上，历史研究和心理学研究都表明，从原始科学中发展不出现代科学才是常态，发展出现代科学反而是一件不寻常的事情。
因此真正有意义的问题应该是：
为什么只有古希腊人发展出了那么奇特的思维方式，成为现代数理科学的基础？
古希腊人独特的思维方式，可能归根结底还是和地理环境有一定关系。
“四大文明古国”都位于大河冲积平原地区，需要族群领袖组织人力进行水利建设以发展农业，因而形成了等级制强烈的中央集权的国家。
相比之下，希腊半岛、爱琴海诸岛和小亚细亚半岛西侧以山地为主，基本没有多少土地宜于农耕，而海岸线又十分曲折破碎，因此古希腊的绝大多数城邦都以海路贸易为主要生计。
换句话说，古希腊人是航海民族、商业民族。
商业活动的特点是公平交易，交易双方的地位一般是对等的，而选择和谁交易又是自由的；
航海活动的特点是迁徙无常（古希腊人曾经沿海路在地中海和黑海地区建立了很多殖民点），陌生人危机十分突出，而在没有权威主持的情况下，古希腊人找到的解决陌生人问题的技术是自由订立契约。
因此，古希腊精神中特别突出的方面就是重视平等，重视契约，重视个人自由。
古希腊科学和哲学就是在这样的精神本底之中生发的。
总的来说，古希腊科学具有4个特点：
首先是排除神的因素，试图用理性（逻辑）来理解世间万物；
其次是追求严密的逻辑，追求用完美的演绎推理体系组织知识；
再次是追求理论的和谐、简单和一统；
最后是追求理论的无用。
对古希腊哲人来说，认为他研究的东西有用，往往是对他的最大羞辱。
当然，这些哲人之所以能够摆脱生活的压力，悠然从事于无用之学，还是要归功于古希腊城邦的奴隶制经济，归功于大量奴隶以自己的健康和生命为代价贡献出的能够养活这些身份为自由民和贵族的哲人的充裕物质。
然而也正因为如此，古希腊哲人们轻视体力劳动，轻视自然技术，这使他们的科学成为科学的最极端形式，最终无法转换为族群竞争力，而使古希腊城邦先后被马其顿人和罗马人所征服，并最终湮没在基督教和蛮族共同营造的无声黑暗之中。
据说古希腊第一个科学家和哲学家是泰勒斯（Thales），他生活在公元前600年前后。
泰勒斯出身名门望族，年轻时曾经游历远方，在巴比伦学习先进的天文学，在古埃及学习先进的大地测量术，并把这些知识带回到希腊世界中。
此外，泰勒斯还在测地术的基础之上发展出了初步的演绎几何学，为后来的欧几里得几何学奠定了最初的基础。
当然，泰勒斯最重要的工作，还在于他提出了一句简单的哲学箴言：
“万物源于水。
”不管对这句话做何解释，这都是对世界本原的探讨，代表了古希腊自然哲学的起步。
在泰勒斯之后，又陆续有很多哲人思考过世界本原的问题，提出了五花八门的观点。
如果从两个维度——本原的数目是一个还是多个，本原是变化还是不变化——考虑的话，这些观点可以分成4大类。
以泰勒斯为首的“米利都派”（古希腊学派大多以哲人们的籍贯或创始人名字命名，米利都就是泰勒斯等人的籍贯）属于认为本原为一、变化不息的一类，除泰勒斯外，这一派还包括认为万物源于“无定”的阿那克西曼德（Anaximander，约前610–约前546）和认为万物源于“气”的阿那克西米尼（Anaximenes，约前585–约前528）。
稍晚的赫拉克利特（Heraclitus，约前535–约前475）虽不属于米利都派，但他认为万物源于火，也可归入这一类。
第二类观点认为本原为多且不变，这是毕达哥拉斯（Pythagoras）派。
更准确地说，毕达哥拉斯派认为世界的本原是数，他们相信万物之间的关系都可以归结为整数与整数之比这样的和谐简单的关系。
不幸的是，正是在他们试图论证这一点的过程中，发现了2的开方无法表达成整数之比（也即2的开方是个无理数），这令学派中人颇感沮丧，也由此形成了数学史上的“第一次数学危机”——无理数危机。
同样是基于万物之理和谐简单的信念，毕达哥拉斯派竟然置一般人的朴素常识于不顾，提出地球是个正球形，因为他们认为在所有平面图形中圆最和谐简单，所有立体图形中球最和谐简单，既然如此，那么大地和天空又怎么可能不是球形的呢！
在地球是球形的基础
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