摘要：文章主要通過阿基米德的數(shù)學(xué)與力學(xué)工作、安提凱希拉裝置的設(shè)計(jì)與制造，以及人體生理學(xué)的興起三大案例來說明，希臘化時(shí)代科學(xué)與技術(shù)之間存在密切的互動。作為這一互動的結(jié)果，在傳統(tǒng)的理論研究與應(yīng)用研究之間出現(xiàn)了新型的應(yīng)用性理論研究，突出表現(xiàn)為機(jī)械力學(xué)的發(fā)展，后者在一定程度上已成為希臘化時(shí)代理解自然并指導(dǎo)技藝的“實(shí)驗(yàn)哲學(xué)體系”。

關(guān)鍵詞：希臘化科學(xué) 機(jī)械力學(xué) 阿基米德 安提凱希拉裝置 亞歷山大里亞的醫(yī)學(xué) 科學(xué)與技術(shù)

科學(xué)與技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)，向來是科學(xué)史上一個(gè)迷人的話題。技術(shù)活動系統(tǒng)接受科學(xué)理論的指導(dǎo)，只是近兩個(gè)世紀(jì)才發(fā)生的事實(shí)。像19世紀(jì)的電力和化工技術(shù)，以及20世紀(jì)的信息和生物技術(shù)，都離不開電磁學(xué)、化學(xué)、量子物理學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展。而在此之前，技術(shù)實(shí)踐很大程度上是獨(dú)立于科學(xué)探索的。18世紀(jì)中葉至19世紀(jì)初葉的工業(yè)革命，其核心技術(shù)，鋼鐵、煤炭和蒸汽機(jī)，主要是人們在實(shí)踐活動中摸索出來的；蒸汽機(jī)的改進(jìn)，也只是間接受到當(dāng)時(shí)關(guān)于氣體和熱學(xué)研究的影響。大體說來，在19世紀(jì)以前，科學(xué)和技術(shù)仍然是兩大獨(dú)立的傳統(tǒng)[路甬祥2001，頁17-24]。

盡管如此，在近代早期的科學(xué)革命時(shí)代，已有大量跡象表明，科學(xué)與技術(shù)只要聯(lián)起手來，就能彼此獲益。關(guān)于這一點(diǎn)，只要看看17世紀(jì)科學(xué)儀器諸如望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、氣壓計(jì)、空氣泵、起電機(jī)、溫度計(jì)的發(fā)明就夠了。依靠望遠(yuǎn)鏡，伽利略發(fā)現(xiàn)了月球山、木星衛(wèi)星和太陽黑子，從而顛覆了亞里士多德關(guān)于月上界完美無缺的概念；依靠顯微鏡，馬爾比基（M.Malpighi）和列文虎克（A.VOflLeeuwenhoek）發(fā)現(xiàn)了連接動脈血和靜脈血的毛細(xì)血管網(wǎng)；空氣泵等其他工具的發(fā)明，則迎來了氣體力學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等實(shí)驗(yàn)學(xué)科的發(fā)展，并預(yù)示著科學(xué)指導(dǎo)技術(shù)時(shí)代的來臨。

科學(xué)革命時(shí)代是科學(xué)與技術(shù)的互動已現(xiàn)端倪的時(shí)代，不過這在人類文明史上并非沒有先例，其中最突出的先例就是希臘化時(shí)代。這一點(diǎn)其實(shí)并不奇怪。科學(xué)革命的核心性成就，要么是推翻希臘化時(shí)代的科學(xué)理論，包括行星天文學(xué)的本輪一均輪體系和人體解剖學(xué)中的血液運(yùn)行模式，要么是復(fù)興或拓展希臘化時(shí)代的科學(xué)理論，比如阿里斯塔克的日心體系和阿基米德的靜力學(xué)理論。希臘化時(shí)代的科學(xué)是希臘科學(xué)發(fā)展的高峰，希臘科學(xué)能達(dá)到這個(gè)高度，自然離不開其強(qiáng)大的技術(shù)傳統(tǒng)?？茖W(xué)是用理性和經(jīng)驗(yàn)的手段來認(rèn)識世界，而技術(shù)則是我們感官和肢體的延伸。

本文的目標(biāo)，并非系統(tǒng)羅列希臘化時(shí)代科學(xué)和技術(shù)的各項(xiàng)成就，而是想用若干突出的實(shí)例來表明：在希臘化時(shí)代，科學(xué)和技術(shù)之間的聯(lián)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們預(yù)想的程度。在我們的印象中，似乎希臘科學(xué)更貼近哲學(xué)傳統(tǒng)，而非技術(shù)傳統(tǒng)。這里我想表明，希臘化時(shí)代的科學(xué)是介于哲學(xué)和技術(shù)之間的一項(xiàng)獨(dú)特的人類活動，它更多地是從技術(shù)活動中汲取營養(yǎng)。希臘化時(shí)代科學(xué)與技術(shù)的互動，突出表現(xiàn)為應(yīng)用性理論研究特別是機(jī)械力學(xué)（mechanics）和人體生理學(xué)的興起。希臘化時(shí)代的機(jī)械力學(xué)涵蓋純粹與應(yīng)用力學(xué)，前者探討物體的運(yùn)動與平衡，后者包括各種機(jī)械制造的技藝。在某種程度上，機(jī)械力學(xué)已成為希臘化時(shí)代理解自然并指導(dǎo)技藝的“實(shí)驗(yàn)哲學(xué)體系”。

一、斷代史概述

所謂希臘化時(shí)代，一般是指從亞歷山大大帝之死（323BC）到羅馬帝國崛起（30BC）這一時(shí)段，時(shí)間跨度約三個(gè)世紀(jì)；希臘化文明的地域范圍主要包括希臘、馬其頓、小亞細(xì)亞、敘利亞和埃及等地中海沿岸區(qū)域。希臘化時(shí)代是希臘科學(xué)離開本土而向地中海周邊傳播，并在亞歷山大里亞、敘拉古、帕加蒙、安條克等城市落戶的時(shí)代。

亞歷山大里亞是希臘化文明的中心，自然也是希臘化科學(xué)與技術(shù)的中心。亞歷山大里亞的科學(xué)活動，主要依托圖書館（Library）和繆斯學(xué)園（Museum）兩大機(jī)構(gòu)，前者大約建于托勒密一世在位期間（304BC-285BC），后者一般認(rèn)為是公元前280年前后托勒密二世即位初期所建?？娝箤W(xué)園是一個(gè)以亞里士多德的盧克昂學(xué)園為藍(lán)本的科研和教學(xué)機(jī)構(gòu)，籌建者乃亞里士多德的弟子斯特拉圖（Strato of Lampsacus，290 BC）。與盧克昂相比，繆斯學(xué)園主要是一個(gè)研究而非教學(xué)機(jī)構(gòu)，學(xué)園內(nèi)設(shè)有天文臺、動物園、植物園和解剖室；繆斯學(xué)園的學(xué)者享有國家薪俸，不用依靠教學(xué)來維持生計(jì)。該學(xué)園維持了六個(gè)多世紀(jì)，不過全盛時(shí)期則是其最初的一個(gè)多世紀(jì)。

公元前3世紀(jì)，幾乎當(dāng)時(shí)所有的重要科學(xué)家都與這座學(xué)園結(jié)下了不解之緣。簡要提一下他們的名字或許是必要的：歐幾里得（Euclid，300 BC），《幾何原本》的撰寫者；阿里斯塔克（Aristarchus of Samos，275 BC），日心說的建立者、日地月相對大小和相對距離的測量者；克特西比烏（Ctesibius ofAlexandria，270 BC），壓力泵、機(jī)械水鐘等眾多機(jī)械的發(fā)明者；希羅菲洛斯（Herophilus of Chalcedon，270 BC），人體解剖學(xué)之父；埃拉希斯特拉塔（Erasistratus of Ceos，260 BC），人體生理學(xué)之父；阿基米德（Arichmedes of Syracuse，287-212BC），古代偉大的數(shù)學(xué)家、力學(xué)家和發(fā)明家；埃拉托色尼（Eratosthenes of Cyrene，225BC），地球周長測量者；阿波羅尼（Apollonius of Perga，210BC），圓錐曲線研究者和行星運(yùn)動的本輪-均輪模型的創(chuàng)立者；菲羅（Philo of Byzantium，200BC），機(jī)械發(fā)明家。透過這份名單，我們可以看出，希臘化時(shí)代的科學(xué)和技術(shù)都達(dá)到了前所未有的高度。

公元前2世紀(jì)，希臘化科學(xué)面臨著不確定的命運(yùn)。伴隨著羅馬的擴(kuò)張，希臘化文明的中心城市相繼陷落：公元前212年，羅馬占領(lǐng)了敘拉古；公元前146年，羅馬摧毀了迦太基；公元前133年，帕加蒙王國并入羅馬。羅馬人雖然不像后來的基督徒那樣敵視科學(xué)，但他們對科學(xué)并無熱情。與此同時(shí)，埃及的托勒密王朝也越來越埃及化，以致當(dāng)時(shí)最偉大的天文學(xué)家希帕克（Hippachus of Nicaea，135BC）及其弟子波希多尼（Posidonius of Apamea，80BC）都不得不避居羅德斯島。公元前86年，羅馬執(zhí)政官蘇拉洗劫了雅典；公元前31年，屋大維在亞克興角（Actium）擊敗安東尼和克里奧帕特拉，希臘化時(shí)代宣告結(jié)束，地中海成了羅馬的內(nèi)湖。在羅馬帝國早期（30BC一285AD），昔日這些希臘化科學(xué)的中心基本上失去了創(chuàng)造力，不過總體上還能維持一個(gè)高水準(zhǔn)的理解和鑒賞力。公元2世紀(jì)，托勒密（Ptolemy of Alexandria，150AD）和蓋倫（Galen of Pergamum，180AD）分別總結(jié)了希臘化時(shí)代天文學(xué)和醫(yī)學(xué)的成果，成為希臘化科學(xué)成就的集大成者。

今天我們提起希臘化科學(xué)家，一般都會想起阿基米德、托勒密和蓋倫這三個(gè)人。不過，與阿基米德相比，后兩者的形象要黯淡得多。在今日的中小學(xué)教科書中，阿基米德的成就仍然占據(jù)相當(dāng)大的篇幅，但托勒密和蓋倫的理論早已成了古董。現(xiàn)代科學(xué)的誕生，在很大程度上得益于用阿基米德的方法來推翻托勒密的天文學(xué)體系和蓋倫的血液運(yùn)行模式。再者，托勒密和蓋倫很大程度上是知識的綜述者而非原創(chuàng)者。蓋倫的人體解剖學(xué)，主要是繼承希羅菲洛斯和埃拉西斯特拉塔的解剖學(xué)成果；托勒密的天文學(xué)，主要是繼承阿波羅尼和希帕克的本輪一均輪體系。下面，我將通過阿基米德的數(shù)學(xué)與力學(xué)成就、阿波羅尼一希帕克的行星運(yùn)動模型，以及希羅菲洛斯和埃拉西斯特拉塔的人體解剖學(xué)來說明：希臘化時(shí)代的科學(xué)與技術(shù)之間存在著緊密聯(lián)系，并且其程度與近代早期相比一點(diǎn)也不遜色。

二、偉大的阿基米德

在科學(xué)史上，阿基米德不僅可與伽利略和牛頓比肩，更是伽利略和牛頓的先驅(qū)和導(dǎo)師。阿基米德的貢獻(xiàn)，大家都耳熟能詳。在數(shù)學(xué)上，他用窮竭法求出了多種曲邊圖形的面積和曲面立體的體積，前者如圓、拋物弓形、球面和螺線相鄰兩圈之間面積，后者如圓柱、球缺、三角錐、旋轉(zhuǎn)拋物面、旋轉(zhuǎn)雙曲面和旋轉(zhuǎn)橢球面的體積；在機(jī)械力學(xué)上，他發(fā)明了水力推動的行星儀、螺旋提水器、大型起重機(jī)、巨型投石器和操縱船體下水的滑車，甚至傳說他曾利用拋物鏡聚焦原理燒毀了入侵的羅馬戰(zhàn)艦；與此同時(shí)，他還專注于重心和平衡問題，發(fā)現(xiàn)了杠桿原理和浮力定理，從而奠定了靜力學(xué)的基礎(chǔ)。在人類歷史上，阿基米德是第一個(gè)將數(shù)學(xué)方法和技術(shù)手段結(jié)合起來以尋求物理學(xué)原理的科學(xué)家。

阿基米德對工程的興趣，顯然與其在亞歷山大里亞的求學(xué)經(jīng)歷相關(guān)。大約10歲左右，阿基米德就被送到這里學(xué)習(xí)，與亞歷山大里亞工程學(xué)派的奠基人克特西比烏年齡相仿，后者可能出任過繆斯學(xué)園的主持人?？颂匚鞅葹醯闹鳑]有傳承下來，但他的工作通過菲羅和希羅（Hero ofAlexandria，60 AD）而為人們所知：他改進(jìn)了水鐘，發(fā)明了水風(fēng)琴，發(fā)現(xiàn)了空氣的彈性并試圖利用壓縮空氣來制造水槍甚至弩炮。阿基米德對機(jī)械的研究，無疑源自亞歷山大里亞的工程研究傳統(tǒng)。他所發(fā)明的螺旋提水器，就是為了幫助埃及居民解決提水澆地的困難。

除實(shí)用機(jī)械外，阿基米德還發(fā)明了天文學(xué)測量所用的十字測角器和用水力推動的演示日月行星運(yùn)行的天象儀。據(jù)傳這臺行星儀能夠準(zhǔn)確預(yù)報(bào)日月食，但我們不清楚這臺行星儀的工作原理。當(dāng)時(shí)行星運(yùn)動的本輪一均輪模型尚未建立，合理的推斷應(yīng)該是基于地心的同心球運(yùn)動模型。阿基米德在亞歷山大里亞的求學(xué)歲月，正值阿里斯塔克科學(xué)生涯的鼎盛時(shí)期。阿里斯塔克的日心說，可以說是希臘化時(shí)代最有創(chuàng)見的天文學(xué)理論。日心體系是古希臘天文學(xué)從同心球體系到偏心輪體系的過渡環(huán)節(jié)，它是為解決同心球體系所面臨的困難，特別是為解釋行星亮度變化問題而發(fā)展起來的。不完整的日心說最初是柏拉圖的弟子和友人赫拉克利德（Heraclides ofPontus，330 BC）提出來的，在他的模型中，地球自轉(zhuǎn)，水星和金星繞日轉(zhuǎn)動。而在阿里斯塔克的模型中，所有行星包括地球皆繞太陽公轉(zhuǎn)，同時(shí)地球還繞軸自轉(zhuǎn)。我們不清楚阿基米德是否贊同日心體系，但他是這一理論的最早記錄者。在《數(shù)沙者》（TheSandReckoner）這部著作中，阿基米德寫道：

您（國王吉倫[Gelon]）知道，所謂“宇宙”，不過是大多數(shù)天文學(xué)家對天球的稱謂，其中心即地心，其半徑即日地中心的直線距離。這是您從天文學(xué)家那里通常聽到的說法。但阿里斯塔克寫過一本書，提出了若干假設(shè)，并根據(jù)這些假設(shè)推斷出，我們的宇宙比天文學(xué)家所說的“宇宙”大好多好多倍。他的假設(shè)是：恒星和太陽固定不動，地球繞太陽做圓周運(yùn)動，太陽處在該圓周區(qū)域的中央，恒星處在離太陽的同一個(gè)距離上，恒星天球是如此巨大，以至于地球繞日軌道離恒星的距離，差不多就是恒星天球的中心到球面的距離。[Heath 1913，p.302]

當(dāng)然，阿基米德首先是一個(gè)數(shù)學(xué)家，是歐幾里得的弟子。阿基米德的幾乎所有數(shù)學(xué)著作，包括《論球體和圓柱體》、《圓的度量》、《拋物線求積》、《論螺線》、《論錐體和橢球體》等，都是用《幾何原本》的風(fēng)格寫成的，也就是說，從若干定義和公理出發(fā)，運(yùn)用演繹的方法來證明一條條定理。盡管如此，阿基米德絕不僅僅是一位數(shù)學(xué)家。他還是一位理論力學(xué)家，是人類歷史上首位用數(shù)學(xué)方法來探討物理和機(jī)械原理的科學(xué)家。在阿基米德那里，力學(xué)原理是聯(lián)系數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)和機(jī)械設(shè)計(jì)的紐帶。阿基米德的力學(xué)著作，包括《論平面的平衡》、《論杠桿》和《論浮體》，也是嚴(yán)格按照公理方法來編排的。阿基米德所建立的重心定理、杠桿原理和浮力定理，無疑都來自具體的工程問題，但在上述著作中，他為這些力學(xué)成果給出了嚴(yán)格的幾何論證。

事實(shí)上，阿基米德的數(shù)學(xué)工作和力學(xué)工作是密不可分的。對于數(shù)學(xué)和力學(xué)成果，阿基米德明確區(qū)分了發(fā)現(xiàn)的方法和證明的方法。阿基米德的一系列數(shù)學(xué)成果，特別是用窮竭法來求各種圖形和立體的面積和體積，往往是借助力學(xué)原理來發(fā)現(xiàn)的。這方面最突出的實(shí)例，就是利用杠桿原理來求拋物弓形的面積【克萊因1979，頁124-125】。整個(gè)論證的核心，是將面看成是線段的集合，同時(shí)將線段和面看成是有重量的，并且其重量分別正比于長度和面積。據(jù)此，阿基米德得出，拋物弓形的面積為其內(nèi)接三角形面積的4/3。

如果不是阿基米德著作的羊皮紙古抄本C的發(fā)現(xiàn)，我們實(shí)在想象不到阿基米德會將數(shù)學(xué)與力學(xué)結(jié)合得如此緊密。阿基米德著作一共有3個(gè)9-10世紀(jì)拜占庭學(xué)者的古抄本，通常稱之為古抄本A、B和C。抄本A包括《論平面的平衡》、《拋物線求積》、《論球體和圓柱體》、《圓的度量》、《論螺線》、《論錐體和橢球體》和《數(shù)沙者》共7部著作，抄本B包括《論平面的平衡》、《拋物線求積》和《論浮體》這3部著作，抄本C包括《論平面的平衡》、《球體和圓柱體》、《圓的度量》、《論螺線》、《論浮體》、《方法》和《十四巧板》，其中《方法》和《十四巧板》是其他兩個(gè)抄本所沒有的。古抄本A和B現(xiàn)已失傳，B抄本的最后一次出現(xiàn)是1311年羅馬北部的維泰博圖書館，A抄本的最后一次現(xiàn)身是在1564年意大利人文學(xué)者的圖書館，C抄本是唯一一部保留至今的古抄本。

C抄本可謂命運(yùn)坎坷。它在12世紀(jì)被基督教徒刮去文字、打亂、對開裝訂之后，用來書寫祈禱文，損毀非常嚴(yán)重。1906年，它被丹麥古典學(xué)者海伯格（J.L.Heiberg）發(fā)現(xiàn)于君士坦丁堡附近的一所東正教修道院中。海伯格大約解讀了2/3，包括阿基米德致埃拉托色尼的信，即《方法》，并拍下了照片。正是通過《方法》這部著作，我們才知道阿基米德是用杠桿原理來發(fā)現(xiàn)拋物弓形面積的。1920-1930年代，c抄本在希臘與土耳其的戰(zhàn)爭中失蹤，神秘地流落到巴黎一位藏家手中。1998年，這本羊皮書出現(xiàn)于紐約克里斯蒂拍賣行，被一位神秘買家以200萬美金買走，并委托巴爾的摩華爾特藝術(shù)博物館進(jìn)行修繕和研究。此時(shí)的羊皮書，較之海伯格見到的樣子，毀損更為嚴(yán)重。比如在其57對開頁正面，在原來覆蓋阿基米德《方法》的祈禱文上，又被人覆蓋上了一幅厚厚的經(jīng)書抄寫者插圖，以致當(dāng)代研究者不得不利用斯坦福線性加速器的同步輻射源，借助x射線熒光圖像顯示出頁面上的鐵元素分布圖，我們才能讀到插圖背后的阿基米德文本[內(nèi)茲、諾爾2008]。原本用物理學(xué)方法（杠桿原理）發(fā)現(xiàn)的數(shù)學(xué)定理，居然要用現(xiàn)代物理學(xué)手段（包括紫外熒光、多光譜成像、共焦顯微鏡，甚至同步輻射源）才能閱讀，歷史真是吊詭！

三、神奇的安提凱希拉裝置

1900年復(fù)活節(jié)，一群潛水員在安提凱希拉海域——伯羅奔尼撒半島與克里特島之間的海峽——發(fā)現(xiàn)了一首古代沉船，希臘政府隨后對該沉船遺址組織了大規(guī)模的海底考古發(fā)掘。沉船遺址在海面以下40米左右，年代被斷定為公元前80-60年。作為這次考古發(fā)掘的文物之一，安提凱希拉裝置剛出水時(shí)不過是82塊青銅殘片，其中僅有7片帶有刻度或肉眼可見的銘文，當(dāng)時(shí)的考古報(bào)告推斷“這架奇怪的青銅機(jī)器”可能具有某種天文用途，有人推測它可能是一個(gè)星盤。1970年代，科學(xué)史家普賴斯（Derek Price）等人借助x射線分析來解讀青銅銘文，初步確認(rèn)它是一臺機(jī)械計(jì)算裝置，可以用來計(jì)算日歷和相關(guān)天象。不過，大部分銘文尚未得到解讀，關(guān)于它的齒輪結(jié)構(gòu)仍然處于猜測之中。直到2005年，希臘國家考古博物館啟動“安提凱希拉裝置研究計(jì)劃”（AMRP），復(fù)原工作才取得巨大進(jìn)展。如今，人們終于確認(rèn)，它是迄今所發(fā)現(xiàn)的最古老的天文計(jì)算儀[寧曉玉2010]。

AMRP借助于先進(jìn)的表面成像技術(shù)和計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)，解讀了殘片上大約95%的銘文字符，從而使可認(rèn)字符數(shù)從1000個(gè)左右增加到2160個(gè)以上。在此基礎(chǔ)上，AMRP對于該裝置的齒輪結(jié)構(gòu)提出了更合理的解釋，并給出了該裝置的復(fù)原圖。根據(jù)他們的研究結(jié)果，該裝置原先裝在一個(gè)寬1.9米、后1米、高3.15米的大木箱中。它的正面是一個(gè)黃道盤，能夠演示一年365天中太陽和月亮在黃道的位置和月相，甚至可能演示五大行星在黃道的位置，閏年還可以置閏。它的背面上部是一個(gè)默冬盤，演示的是太陽年與太陰年換算的默冬周期——19個(gè)回歸年與225個(gè)朔望月長度相等，這是現(xiàn)今仍然采用的19年置7閏的由來。背面下部是沙羅盤。沙羅周期（223個(gè)朔望月）是日地月回到同一相對位置（包括月球與黃道的交點(diǎn)、月地距離和月相三者）的周期，因此也就是日月食的周期。由于沙羅周期為6585+1/3天，沙羅盤內(nèi)還有一個(gè)附屬的輪轉(zhuǎn)盤（exeligmos），即3倍沙羅周期，用以調(diào)整見食時(shí)間。

安提凱希拉裝置最神奇的部分是它的齒輪結(jié)構(gòu)。根據(jù)AMRP模型，其齒輪結(jié)構(gòu)應(yīng)該有37個(gè)齒輪，而出土的青銅殘片中只有30個(gè)，這意味著有7個(gè)遺失了。安提凱希拉裝置是用來計(jì)算日月以及五星的表觀運(yùn)動的，包括太陽和月亮的不均勻運(yùn)動。利用齒輪系來實(shí)現(xiàn)行星的勻速圓周運(yùn)動相對比較容易，乘除法可用嚙合齒輪的齒數(shù)比，加減法可以通過將一個(gè)轉(zhuǎn)動的齒輪固定在另一個(gè)轉(zhuǎn)動的齒輪上（即利用本輪一均輪體系）來實(shí)現(xiàn)，困難的是如何通過齒輪系來實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)動。1970年代，普賴斯曾設(shè)想安提凱希拉裝置使用了差速齒輪系，但這一說法未能使人信服。AMRP模型則指出，該裝置是用一個(gè)非常精巧的方法來實(shí)現(xiàn)月球的不均勻運(yùn)動的，這就是它的銷槽嚙合齒輪系[Freeth et al，2006]。

如圖所示，k₁和k₂是月球齒輪系中用到的兩個(gè)齒輪，固定在齒輪e₃的平面上，但兩者的固定軸略有偏移，相差1.1mm。齒輪e₃可以說是k₁和k₂的本輪平臺，其角速度為ω=-（ω_s-ω_a）（負(fù)號表示順時(shí)針轉(zhuǎn)動，ω_s和ω_a分別為一年內(nèi)恒星月數(shù)和近點(diǎn)月數(shù)）；k₁的角速度為ω_s，因此其相對于e₃的角速度為ω_a。齒輪k₁上有一個(gè)突出的銷，插入齒輪k₂的一個(gè)槽中，從而驅(qū)動k2轉(zhuǎn)動。由于k₁和k₂不共軸，因此k2輪實(shí)際上是繞k₁輪的中心做（相對于e₃的）角速度為ω_a的勻速轉(zhuǎn)動；從k₂輪自己的中心來看，它就是在做變速運(yùn)動。這個(gè)銷槽嚙合齒輪系，精巧地實(shí)現(xiàn)了阿波羅尼一希帕克的偏心輪體系，從而可以演示月球的不規(guī)則運(yùn)動——以近點(diǎn)月為周期的近地點(diǎn)快、遠(yuǎn)地點(diǎn)慢的現(xiàn)象（今天我們當(dāng)然知道，這是因?yàn)樵虑蜍壍朗且粋€(gè)橢圓的緣故）。鑒于阿波羅尼已經(jīng)證明，偏心輪體系與特定的本輪一均輪體系等價(jià)，因此也可以說，這個(gè)銷槽嚙合齒輪系是按照本輪-均輪模型來設(shè)計(jì)的。

安提凱希拉裝置的工作原理，特別是其月球齒輪系，加上關(guān)于其制造年代的推斷，促使人們猜測，這個(gè)裝置很可能就是希帕克本人設(shè)計(jì)的。日月和行星運(yùn)動本輪-均輪模型雖然是阿波羅尼提出來的，但希帕克是采用觀測數(shù)據(jù)來確定本輪-均輪半徑比和偏心率的第一人。為說明太陽繞黃道的不均勻運(yùn)動，以及由此產(chǎn)生的四季不等長現(xiàn)象，希帕克采用了偏移率為1/24的偏心輪模型。關(guān)于月球的不均勻運(yùn)動，希帕克既采用了偏心輪模型，也采用了本輪，均輪模型。在偏心輪模型中，他根據(jù)公元前383—382年間巴比倫三次月食的觀測數(shù)據(jù)，得出偏心率為327+2/3：3144；而在本輪一均輪模型中，他根據(jù)公元前201-200年亞歷山大里亞的三次月食數(shù)據(jù)，推算出本輪一均輪的半徑比為247+1/2：3122+1/2。顯然這兩者并不一致，希帕克在后期的工作中主要采用本輪一均輪模型。利用四季不等長來確定太陽軌道的偏心率，以及利用三次月食數(shù)據(jù)來確定本輪-均輪半徑比，是希帕克對于本輪，均輪體系最大的貢獻(xiàn)，它使得本輪，均輪體系從一個(gè)純粹的幾何模型演變?yōu)橐粋€(gè)真正的天文學(xué)理論。

作為古希臘最偉大的天文學(xué)家，希帕克在羅德斯島進(jìn)行了長達(dá)35年的天文觀測。他發(fā)明了新的天文瞄準(zhǔn)儀——星盤和渾儀，發(fā)現(xiàn)了分點(diǎn)歲差，測定了黃赤交角，改進(jìn)了阿里斯塔克關(guān)于日一地一月相對距離和大小的測量結(jié)果。除此而外，希帕克還測定了至少850顆恒星的方位，并且對恒星亮度做了六級分類。由希帕克編制的恒星表，至今仍被人們所采用。他還建造了一臺天球儀，上面描繪出了基于觀測所得的星座。希帕克在羅德斯島建立的天文學(xué)傳統(tǒng)隨后為波希多尼所繼承，所以也有人推測，安提凱希拉裝置是由希帕克設(shè)計(jì)、波希多尼建造的。青銅殘片所在的沉船上，載有羅德斯島風(fēng)格的瓶子，似乎也印證了這一點(diǎn)。

不過，最新的研究揭示，安提凱希拉裝置可能源自科林斯的殖民地。青銅銘文中上的月份名稱，業(yè)已證明曾為科林斯及其殖民地所用。敘拉古是科林斯的殖民地之一，并且是阿基米德的故鄉(xiāng)，因此有人推測這臺裝置與阿基米德學(xué)派有關(guān)[Freeth2008]。阿基米德自己就制造過行星儀；利用科學(xué)原理來設(shè)計(jì)機(jī)械裝置，正是阿基米德建立的傳統(tǒng)。雖然我們尚不能確定安提凱希拉裝置是否源自阿基米德學(xué)派，但它的確是科學(xué)與技術(shù)完美結(jié)合的典范。一方面，它利用了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的天文學(xué)理論；另一方面，它展現(xiàn)了希臘化世界精美的制作工藝。這臺神奇的天文計(jì)算儀兼具實(shí)用的和科學(xué)的雙重功能，既可以安排日歷，也可以演示七曜運(yùn)行，還可以計(jì)算日月食。

四、醫(yī)學(xué)：理論與實(shí)踐

希臘化時(shí)代科學(xué)與技術(shù)之間的合作同樣體現(xiàn)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。在古典希臘時(shí)代，醫(yī)生與自然哲學(xué)家秉承各自的傳統(tǒng)。但在希臘化時(shí)代，至少在公元前3世紀(jì)，希波克拉底的醫(yī)學(xué)和亞里士多德的生物學(xué)開始走向融合，亞歷山大里亞的醫(yī)生采用了亞里士多德的解剖學(xué)方法來認(rèn)識人體的結(jié)構(gòu)與功能，其中最著名的兩位就是希羅菲洛斯和埃拉西斯特拉塔。

希羅菲洛斯的《論解剖》現(xiàn)已失傳，不過通過蓋倫的引用我們?nèi)阅芨Q知其大略。希羅菲洛斯發(fā)明的許多解剖學(xué)術(shù)語，比如十二指腸、視網(wǎng)膜等，我們現(xiàn)今仍在使用。他對大腦做過細(xì)致的研究。與亞里士多德不同，他認(rèn)為大腦是神經(jīng)系統(tǒng)的中樞。他區(qū)分了大腦的主要腦室，確認(rèn)了腦室中的脈絡(luò)膜叢，描述了第四腦室底部的“寫翮”。關(guān)于腦中的血管組織，他發(fā)現(xiàn)了竇匯；關(guān)于眼的構(gòu)造，他辨認(rèn)出了網(wǎng)膜。希羅菲洛斯對神經(jīng)系統(tǒng)做過廣泛的研究，他不僅區(qū)分了感覺神經(jīng)和運(yùn)動神經(jīng)，還區(qū)分了神經(jīng)與筋腱、韌帶等通常也被稱為神經(jīng)的組織。關(guān)于血液系統(tǒng)，他描述了心臟的主要腔室以及相連的血管，區(qū)分了動脈與靜脈，但他把肺動脈稱為“動脈狀靜脈”。關(guān)于生殖系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了卵巢，并將其與男性生殖器進(jìn)行了比較。

希羅菲洛斯的病理學(xué)主要繼承了傳統(tǒng)的體液說。作為從業(yè)醫(yī)生，他最突出的貢獻(xiàn)是強(qiáng)調(diào)了脈搏的診斷價(jià)值。希羅菲洛斯認(rèn)識到，脈搏并不是動脈自身的內(nèi)在功能，而是導(dǎo)源于心臟的搏動。他不僅從定量上，而且從定性上區(qū)分了脈搏與心悸、痙攣、震顫之間的不同，指出后者是心肌性的。根據(jù)脈搏的大小、速度、強(qiáng)度、節(jié)律、規(guī)則性和平穩(wěn)性，希羅菲洛斯對脈搏做了系統(tǒng)的分類，認(rèn)識到脈搏速率隨年齡而不同，鑒定出了三種主要的異常類型。不消說，這一診斷手段的發(fā)展與他的解剖學(xué)工作有著密切的聯(lián)系。

與希羅菲洛斯一樣，埃拉希斯特拉塔也是一位醫(yī)生。作為從業(yè)醫(yī)生，埃拉西斯特拉塔非常謹(jǐn)慎，對當(dāng)時(shí)盛行的放血和導(dǎo)瀉療法持激烈的批評態(tài)度；但作為生理和病理學(xué)家，他敢于思辨并富有創(chuàng)見，并徹底拋棄了疾病的體液學(xué)說。埃拉西斯特拉塔是斯特拉圖的弟子，因此特別重視利用機(jī)械力學(xué)原理來解釋生理學(xué)過程。

埃拉西斯特拉塔的生理學(xué)中最有趣的部分是關(guān)于心血管系統(tǒng)的解釋，它是真理與謬誤的奇妙混合物。一方面，他認(rèn)識到心臟是一個(gè)泵；另一方面，他認(rèn)為動脈中運(yùn)送的是氣，而非血液。動脈與靜脈的區(qū)分，在當(dāng)時(shí)差不多算得上是共識。首先，動脈血和靜脈血在顏色上的顯著差異，暗示著這兩者的成分不同；其次，動物尸體解剖顯示動脈管是中空的，血液全部流進(jìn)了靜脈系統(tǒng)。基于這兩點(diǎn)，當(dāng)時(shí)的醫(yī)生大多認(rèn)為動脈內(nèi)流動的是血和氣的混合物。埃拉西斯特拉塔雖然知道動脈損傷后會流出血液，但它仍然堅(jiān)持認(rèn)為動脈輸送的是氣。他對此的解釋是：動脈損傷后，氣體就會逃逸，從而留下局部真空；根據(jù)其導(dǎo)師斯特拉波的實(shí)驗(yàn)，真空具有吸引力，能夠?qū)㈧o脈血吸引進(jìn)來。

饒是如此，埃拉西斯特拉圖卻第一次認(rèn)識到，心臟就像一臺泵，心臟的四個(gè)主要瓣膜如同單向閥。三尖瓣允許血液流入右心室，但不能回流到右心房；半月瓣讓血液流入肺部，但不能回流到心臟。同樣，二尖瓣和主動脈瓣控制著心臟左側(cè)的流動，只不過這里進(jìn)出的是氣而非血。他把心臟比作一個(gè)風(fēng)箱，動脈比作氣囊，心臟擴(kuò)張時(shí)動脈也隨之?dāng)U張。

埃拉西斯特拉塔對腦神經(jīng)系統(tǒng)也做過細(xì)致的研究。他區(qū)分了大腦和小腦，并把大腦溝回的復(fù)雜性和人類的高級智慧聯(lián)系起來。不過，他認(rèn)為神經(jīng)輸送的也是氣。這樣，在他的生理學(xué)中，共有三種獨(dú)立的輸氣管道：氣管、動脈和神經(jīng)。不過，他認(rèn)為三種管道內(nèi)的氣具有不同的性質(zhì)，氣管和肺內(nèi)是空氣，左心和動脈內(nèi)是活氣，大腦和神經(jīng)內(nèi)是靈氣。

埃拉西斯特拉塔還利用力學(xué)原理來解釋人體消化和營養(yǎng)功能。他認(rèn)識到，食物沿消化道進(jìn)入胃部，是被食管的蠕動和胃的收縮所推進(jìn)的。在胃部，食物被機(jī)械作用所研碎，并以乳糜的形式透過胃壁進(jìn)入與肝相連的血管。最終，營養(yǎng)成分透過血管壁為組織所吸收。對此他解釋道，組織會清除部分殘余物，留下部分真空，從而能夠吸收血管中的部分營養(yǎng)。

埃拉西斯特拉塔的生理學(xué)固然都包含不少錯(cuò)誤，但它體現(xiàn)了希臘化時(shí)代科學(xué)與技藝互動的一般特征。根據(jù)埃拉西斯特拉塔學(xué)派的見解，醫(yī)學(xué)不能單純依靠醫(yī)療經(jīng)驗(yàn)的積累，而是要在形態(tài)解剖的基礎(chǔ)上，借助已知的科學(xué)原理來對生理和病理現(xiàn)象作出合理的解釋，并用之指導(dǎo)醫(yī)療實(shí)踐。

五、初步結(jié)論

與古典希臘時(shí)代相比，希臘化時(shí)代的科學(xué)更多地是從技術(shù)傳統(tǒng)，而非從哲學(xué)傳統(tǒng)中汲取營養(yǎng)。古典希臘時(shí)代，特別是柏拉圖和亞里士多德時(shí)代，理論與實(shí)踐之間存在比較大的鴻溝。根據(jù)柏拉圖的精神，只有數(shù)學(xué)才是真正的知識，而基于感官經(jīng)驗(yàn)所獲得的知識只能算作“意見”。亞里士多德在很大程度上強(qiáng)調(diào)了經(jīng)驗(yàn)研究的重要性，但他仍然對理論知識與應(yīng)用知識作了明確的區(qū)分，理論知識包括數(shù)學(xué)科學(xué)（數(shù)學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)）和自然哲學(xué)（物理學(xué)和生物學(xué)）兩大類[郝劉祥2007]。通過本文所討論的三個(gè)案例，我們看到，在后亞里士多德時(shí)代，理論與應(yīng)用之間的界限不再那么清晰了。

理論研究與應(yīng)用研究的融合，導(dǎo)致了應(yīng)用性理論研究的發(fā)展，突出體現(xiàn)為機(jī)械力學(xué)和人體生理學(xué)的興起。機(jī)械制造傳統(tǒng)上屬于工匠所為，但在希臘化世界出現(xiàn)了一種新的社會角色，即機(jī)械工程師（mechanician）?？颂匚鞅葹?、菲洛和希羅這些人不再是傳統(tǒng)意義上的工匠，而是應(yīng)用數(shù)學(xué)和應(yīng)用力學(xué)家。他們的工作方式，不再是單純依靠經(jīng)驗(yàn)摸索，而是借助觀測和實(shí)驗(yàn)等手段來認(rèn)識數(shù)學(xué)和力學(xué)原理，進(jìn)而利用這些原理設(shè)計(jì)各種機(jī)械。根據(jù)晚古哲學(xué)家普羅克魯斯（Proclus）的評論[參見Lloyd 1973，pp.92-93]，機(jī)械力學(xué)的范圍包括：（1）戰(zhàn)爭器械的制造；（2）利用氣流、重量和繩索的各種神奇裝置的制造；（3）重心和平衡的研究；（4）天球儀的制造；（5）關(guān)于物體運(yùn)動的研究。這意味著，希臘化時(shí)代的機(jī)械力學(xué)不僅包括各種用途的（軍事的、民用的、娛樂的和科學(xué)的）機(jī)械制造，而且包括靜力學(xué)甚至一般力學(xué)的研究。本文提到的阿基米德的許多工作，以及安提凱希拉裝置的設(shè)計(jì)與制造，都嚴(yán)格屬于機(jī)械力學(xué)的范疇。

同樣，醫(yī)學(xué)在傳統(tǒng)上也主要是醫(yī)療經(jīng)驗(yàn)的積累，但亞歷山大里亞的醫(yī)生已不滿足于這一點(diǎn)。他們開始通過解剖人體，并借助機(jī)械力學(xué)原理來認(rèn)識人體的結(jié)構(gòu)與功能。希羅菲洛斯和埃拉西斯特拉塔對大腦一神經(jīng)系統(tǒng)和心臟一血管系統(tǒng)的研究，是人體解剖學(xué)和生理學(xué)的奠基性工作。希羅菲洛斯對脈診的重視和埃拉西斯特拉塔對放血療法的拒斥，都是建立在他們的解剖學(xué)和生理學(xué)研究基礎(chǔ)之上的。

應(yīng)用性理論研究特別是機(jī)械力學(xué)的興起，還導(dǎo)致希臘化時(shí)代的科學(xué)家借用各種機(jī)械力學(xué)模型來解決理論科學(xué)中的基本問題。按亞里士多德的觀點(diǎn)，理論科學(xué)包括數(shù)學(xué)科學(xué)（尤其是幾何學(xué)和天文學(xué)）和自然哲學(xué)（特別是物理學(xué)和生物學(xué)）。在希臘化時(shí)代，所有這些學(xué)科都在借助機(jī)械模型來解決各自的基本問題。在幾何學(xué)中，阿基米德利用杠桿原理來求拋物弓形的面積；在天文學(xué)中，阿波羅尼，希帕克的本輪，均輪體系很可能是從齒輪裝置中得到啟發(fā)而提出來的；在物理學(xué)中，亞里士多德關(guān)于運(yùn)動原因的哲學(xué)探討轉(zhuǎn)化為斯特拉圖的力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究；在生物學(xué)中，埃拉西斯特拉塔借助泵以及風(fēng)箱模型來解釋心臟的工作原理。如果把所有這些元素拼接起來，我們甚至能看到一幅若隱若現(xiàn)的機(jī)械論世界圖像。