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萨里翻译了印度的天文学著作《太阳悉檀多》；哈查只翻译了托勒密的《天
文学大成》；马蒙时期朝廷组织了一次测定子午线一度之长的工作，大数学
家花拉子密参加了这次测量，由测量结果推算出来的地球周长已相当接近实
际值。另外，天文学家苏非（903～986）绘制了著名的星图《恒星图象》；
艾尔·比鲁尼（973～1048）提出了地球绕日旋转、行星轨道为椭圆的猜想；
宰尔嘎里（1029～1087）在他的天文学研究中取消了水星的本轮，并将其均
轮改为椭圆；欧麦尔·赫雅木所编的哲拉里历，比当时欧洲人采用的阳历还
精确；雅古特（1179～1229）编写了一部著名的《地名词典》；哈兹尼对液
体和固体的比重作了研究；伊本·奈菲斯接近认识了血液的肺循环；在伊儿
汗国的乌鲁伯格天文台工作的卡西算出了当时最精确的圆周率。
阿拉伯人在中世纪充当了沟通东西方学术文化的桥梁作用。正是通过阿
拉伯人的著作，印度数字和位值记数法传到了西方，后来影响了全世界，实
际上是数学史上一次伟大的计算革命。其中大数学家花拉子密的《还原与对
消》专门讨论代数问题，对欧洲中世纪的数学影响最大。白衣大食在西班牙
建立的翻译学校直接向欧洲传播东方文化和阿拉伯人加工过的古希腊罗马文
化。阿拉伯学者拉齐（865～925，波斯人，曾任巴格达医院院长）的《医学
大全》、阿维森那（980～1037）的《医典》、伊本·海赛木（965～1039）
的《光学》等，在中世纪的欧洲，很长时期都被奉为权威和经典。中国的造
纸术、火药配制、炼丹术、指南针等都通过阿拉伯人传向西方。元朝时大批
来到中国的阿拉伯人和波斯人，给中国带来了中亚的天文仪器和著作、回回
药和回回医学，以及伊斯兰建筑艺术。
欧洲科技的“黑夜”时代
日耳曼部落入侵后，罗马帝国被肢解，统一的帝国变成了许多小国家，
各个小国中的封建主盘踞一方，修建了一块块的封建主庄园。罗马时代的大
型水利工程、高架引水桥、公路等都变得没有用处了。大型的角斗场、万神
庙已不再像往日那样热闹，昔日喧闹的街道上长满了青草，奴隶劳动被消灭
了，大庄园不见了，城内的大片土地被辟为一块块果园。从整体上看，和罗
马帝国兴盛的时期相比，欧洲中世纪初期，技术上相对倒退了。
1229～1241 年，蒙古人向西扩张到了亚得利亚海滨（巴尔干半岛地区和
波兰的西部），带去了纸币、中国的活字印刷术、火药和火器。生于威尼斯
的意大利人马可·波罗（1254～1324）当时曾远游东方，回去后写了一本游
记。欧洲人对东方获得了越来越多的了解。
中世纪晚期，欧洲的技术有了明显的进步。其中许多先进技术是从东方
传来的。例如从波斯传入了风磨，从中国传入了造纸术、熔炼铸铁技术、火
药火炮、纸币、印刷术（古腾堡 1456 年用活字印制了圣经）、养蚕和制丝（555
年传入拜占庭帝国），以及阿拉伯数字、棉花、水稻甘蔗的种植等。
由于阿拉伯人在西班牙的最后一个据点一直保留到 1492 年，欧洲人通过
西班牙，接触了大量东方和古希腊罗马学术。东罗马帝国晚期四面受敌，很
不安宁，这里的希腊学者不断逃往意大利，为那里的文艺复兴添了一把火焰。
中世纪晚期，教会的学校（主要传授神学）逐步发展成为世俗学校（也
教文学、法学、科学、哲学）。在大学中，出现了一批具有新思想的学者，
欧洲的学术开始复兴。其中罗吉尔·培根（1220～1292）是牛津大学的毕业
生，在巴黎大学任过教，他做过许多光学实验，曾设想用透镜组成望远镜和
显微镜，提倡用实验研究自然，预言可以制成自动行走的车、自动行驶的船、
飞行器等，同时，他又是一名著名的炼金家。巴黎的奥雷斯姆（1325～1382）
提出了地球自转的想法，并在研究物体动物运动时引进了 v—t 图，这一方法
后来影响了伽利略和笛卡尔。意大利库萨的尼古拉（1401～1464）主教用天
平证明生长着的植物从空气中吸收了一些有重量的东西，提议改良历法，抛
弃了托勒密的天文体系，拥护地球自转的理论。
快速发展的近代科技
近代科学的最大特点是用实验方法和数学手段研究自然界，这是人类与
自然界对话的特殊方式。这一时期，科学技术的发展开始打破了国家和地域
的界限，天文学、力学、数学、生物学、化学、物理学等学科都得到了系统
的发展；技术也得到了全面的发展，并且促进了工业的发展。
近代科学技术是以前所未有的速度发展的，这个时期的一系列科学技术
成就，直接构成了当代科学技术体系的基础。
认识天体和运动
比米开朗基罗年长两岁的波兰青年哥白尼，在意大利游学了 10 年之后，
返回了波兰。开始构思和撰写一部不朽的天文学著作——《天体运行论》。
1543 年，当作者老卧病榻时，这本写作、修改和保存了 36 年的书终于出版
了。哥白尼在见到自己的著作后与世长辞，但这本书却引起了一场巨大的、
持久的、深刻的学术思想革命。
哥白尼第一次正确地描述了水星、金星、地球和月亮、火星、土星、木
星轨道实际相对太阳的顺序位置，指出它们的轨道大致在一个平面上，公转
方向也是一致的，月球是地球的卫星，和地球一起绕日旋转。因而这个学说
就成了近现代天文学和天体力学的真正出发点。
德国人开普勒在大学读书时，成了哥白尼学说的信奉者。
经过几次尝试和计算后，开普勒终于发现火星轨道是一个椭圆。开普勒
在欣喜之余把这一发现推广到所有行星，继而发现了三条定律：（1）行星运
行的轨道是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上。（2）单位时间内行星中心同太
阳中心的连线（向径）扫过的面积相等。（3）行星在轨道上运行一周的时间
的平方和它至太阳的平均距离的立方成正比。这就是著名的开普勒行星三定
律：轨道定律、面积定律和周期定律。开普勒的发现使哥白尼的学说的几何
简单性和完善性真正体现出来了，因而为这个学说奠定了不可动摇的基础。
伽利略（1564～1642）最初的科学生涯主要是对力学的研究。1600 年，
他的名声在意大利以外传开的时候，他的一位多年离乡背井的同胞、哲学家
布鲁诺（1548～1600），因为用哲学反对教廷而被烧死在罗马鲜花广场。布
鲁诺宣传了哥白尼的学说，甚至比哥白尼更激进，他认为太阳也不是宇宙的
中心，无垠的宇宙没有中心。当布鲁诺为自己的思想殉道的时候，伽利略已
开始沿着自己的科学生涯向哥白尼学说接近了。
伽利略自己动手制造了一架望远镜，把它指向了天空。伽利略的这一举
动标志着天文学研究从古代的肉眼观测进入了望远镜观测的时代。他的发现
在 1610～1613 年公布时轰动了学术界，人们说：哥伦布发现了新大陆，伽利
略发现了新宇宙。最后他在双目失明中孤独地死去。意大利的科学在伽利略
之后便再没有突出的光彩了。
伽利略对现代科学最大的贡献在力学方面。奠定了现代力学的基础。
伽利略在比萨大学读书时，发明了利用摆的等时性测量病人脉搏的仪
器。在对杠杆、斜面、平衡等问题，磨坊的粉碎机、扬水机、钟等机械研究
的基础上，伽利略在帕多瓦大学讲授了机械学课程。
他的另一个伟大发现是落体定律。他用实验推翻了亚里士多德的权威性
意见。
伽利略的第三个重要发现是运动迭加原理。这是在研究抛体运动时发现
的。
牛顿
牛顿（1642～1727）出生于英国林肯郡一个中等农户家庭，在中学时喜
欢做机械玩具和模型。舅父便把他推荐到剑桥大学三一学院。1665～1666
年，牛顿为避伦敦的瘟疫回到家乡爱尔索普。这期间他发现了二项式定理和
流数法，开始了颜色的试验，并开始思考万有引力问题。1667 年回到剑桥被
选为三一学院的研究员。
1687 年，哈雷用自己的钱资助牛顿，出版了牛顿的伟大著作《自然哲学
的数学原理》。这本书被公认为科学史上最伟大的著作。在对当代和后代思
想的影响上，没有任何作品可与之相比。它成了理论力学、天文学和宇宙学
的可以补充但不可超越的理论基石。这本书包括了牛顿在力学、数学和天文
学方面最重要的成就。全书的核心是牛顿的力学三定律——惯性定律、加速
度定律、作用与反作用定律，以及万有引力定律。实际上这是对所有地上物
体和天上物体机械运动基本规律的发现。它的历史意义是伟大的：哥白尼提
出了一个正确的太阳系结构假说；伽利略发现了地上物体运动的一些基本规
律，以观察事实支持了哥白尼；开普勒发现了天空中行星运动的真实状况，
但他是用磁石那样的磁力来维持运动的；而牛顿则把他们的所有伟大成就统
一起来了，他不仅回答了物质如何运动的问题，而且回答了物体为什么按规
律运动的问题。牛顿明确定义的质量、动量和他的定律中的时间和空间概念，
后来对近代欧洲的哲学思想产生了深刻的影响。他的书中阐明的基本定律成
了所有力学的基本出发点。他用万有引力（日、月、地之间的引力）解释了
潮汐现象，预言地球是个赤道部分略为突出的椭球。万有引力理论还导致了
后来一系列天文学上的新发现。
认识生命
血液循环的发现
塞尔维特（1511～1553）是西班牙人，也是个唯一的一神教派的狂热拥
护者，受到了天主教和改革派的新教两方面的仇恨。在被烤了两个小时后才
活活烧死，同时他的《基督教的复兴》一书也被焚烧。这本书里记载了作者
对血液循环的天才发现。
真正发现了人体血液大循环的是一个英国人哈维。
哈维（1578～1657）通过绑扎上臂血管和计算心脏血流量两个实验，发
现了血液循环并且预言了毛细血管的存在。他的发现为科学的生理学奠定了
基础。
细胞学说
1665 年，英国人胡克在用显微镜观察软木切片时，发现了细胞。
自从胡克发现细胞以来，经过 100 多年的研究，一种完整的细胞学说在
19 世纪 30 年代终于形成了。1824 年，法国人杜特罗歇（1776～1847）提出，
动、植物的器官和组织都是由细胞组成的。
1838 年，德国人施莱登（1804～1881）发表了《论植物的发生》一文，
提出了细胞是一切植物体的基本单位，植物发育的过程就是新细胞形成的过
程。德国人施旺把施莱登的学说扩大到了动物界。这样便形成了适用于生物
界的细胞学说，动植物的结构组织和发育过程，便在细胞的层次上得到了一
种统一的解释。
生物进化论
1859 年，英国人达尔文（1809～1882）的《物种起源》一书的出版，标
志着生物进化论的诞生。
根据达尔文的理论，生存斗争和自然选择是生物界的普遍规律。达尔文
的著作用大量的事实和严密的论证说明生物物种不是被造物主分别创造出来
的，而是由简单的物种发展演化而来的，给生命世界引入了发展变化的思想。
这种思想在当时的欧洲自然引起了一场风波。达尔文学说不但引起了生物
学、人类学思想的巨大革命，还影响了社会科学中的伦理学、历史学说。
认识化学
化学的独立
16 世纪时，尽管化学已经从炼金术中解放出来，变成了与冶金和制药工
艺密切相关的东西，但它仍然没有成为一门独立的学科。英国人波义耳
（1627～1691）的工作为化学确立了独立的目标：从炼金术、制药和冶金工
艺中寻找一般的原理，使化学开始成为一门近代意义上的科学。
他的成就汇集在 1661 年出版的一本化学名著《怀疑派化学家》之中。在
这本书中，波义耳提出了元素的概念。
燃烧的本质
普鲁士国王的御医施塔尔用燃素说来解释燃烧现象：任何可燃物中都含
有燃素，植物中的燃素是从空气中吸收来的，动物中的燃素是从植物中吸收
来的，空气助燃是带走可燃物中燃素的结果，甚至金属与酸的作用和金属的
置换反应也可以看成物质间的交换燃素的结果。在几十年时间里，它甚至比
波义耳、胡克等解释燃烧的学说更为流行。但燃素说有一个致命的弱点：有
机物燃烧后灰渣变轻了，无机物金属在燃烧后灰渣却变重了。当氧气及其性
质被发现之后，一切就真相大白了。
1777 年，拉瓦锡给科学院提交了《燃烧概论》的文章，他称这部分空气
为氧气（成酸元素），从而把燃素从燃烧中驱逐了出去，用真实的原因解释
了燃烧的本质。16 年后，这位化学家却因替政府承包收税而在法国大革命中
被处死。但这都是莫须有的罪名。
原子—分子说
道尔顿（1766～1844）是个英国乡村的小学教师。1803 年，提出了原子
论，认为物质由原子组成，并且根据一些化学实验计算出了一张最早的原子
量表（以氢原子量为 1，求得其他原子的重量）。原子论的中心思想是：元
素（波义耳的概念）由不可再分的原子组成，原子在化合和分解中保持原性
质不变。
道尔顿的理论是在拉瓦锡用实验方法发现和正确阐明了燃烧现象后提出
来的。近代化学进步的阶梯是：医药化学和冶金化学、元素说、燃烧理论、
原子理论，直到元素周期表的发现。
道尔顿提出原子论后，法国人盖吕萨克提出了一个假说：在同温同压条
件下，相同体积的不同气体含有同样多的原子数。当时盖吕萨克还没有分子
的概念，他把化合物称为复杂原子。
1811 年，阿伏伽德罗正确地指出；原子是参与化学反应的最小质点，分
子则是在游离状态下单质或化合物能独立存在的基本单位，单质分子是由相
同的原子组成，化合物分子是由不同原子组成，当压力一定时，一切气体在
相伺体积中含有相同数目的分子。
元素周期律
18 世纪后半叶，由于欧洲工业和技术的发展，人们陆续发现了一系列新
元素。19 世纪以来，这种发现的节奏越来越快，到 1869 年，化学家们已认
识了 63 种元素。
对元素的系统分类是俄国人门捷列夫（1834～1907）首先作出来的。
门捷列夫诞生在西伯利亚博尔斯克，父亲是中学校长，在彼得堡师范学
院毕业后，通过考取硕士研究生进入了彼得堡大学，并在那里很快地成了副
教授。1869 年，他通过长期的教学和研究，排出了第一张元素周期表，两年
后又完善和修改了这张周期表，并以《化学元素的周期性依赖关系》为题发
表了第二张元素周期表。他明确地指出：元素及其化合物的性质与元素的原
子量有周期性的依赖关系，门捷列夫大胆地纠正了一些元素的原子量，把它
们放在表中更合适的位置上（但他也弄错了几个），并且在表中留下了空格，
预言了 6 个未知元素和它们的性质。不久这些元素就被一一发现了。于是，
门捷列夫的周期表便成了化学的“圣经”。
认识热现象
热是一种运动
近代人们对热的研究是从测热开始的，当时人们不能把热和温度区别开
来，认为二者是一回事。
培根、笛卡尔、波义耳、阿蒙顿、胡克、牛顿等人都曾认为热是一种运
动，但他们没能用有力的实验来说明这个认识。拉瓦锡、拉普拉斯以及对比
热研究做出最大贡献的布莱克都坚持把热看成一种特殊的物质。1798 年，由
于倾向于保守党人而在革命战争中被迫逃往欧洲的美国人本杰明·汤普森
（1753～1814）在德国监制大炮时发现：钻炮膛时，炮身上和铁屑中产生的
大量热，不可能是由于空气和金属中的热质所供给的，而可能是来自钻头的
运动。为证实自己的想法，他用钝钻头连续工作了两个半小时，所产生的热
使大量的冷水沸腾了。1799 年，英国化学家戴维在真空中摩擦冰块，使其溶
化，同样对热质说提出了质疑；真空中没有介质，两块冰的比热一样，溶冰
的热量只能产生于摩擦运动。但在当时，热是一种运动的概念还未立即取代
热质说。
能量守恒与转化定律
焦耳在年轻时就已经是曼彻斯特一个大啤