古希腊、古罗马的哲学与科学思想在经历了一段时间的繁荣之后，于罗马时代末期急剧衰微。公元539年，东罗马帝国皇帝査斯丁尼（Emperor Justinian）关闭了希腊雅典的哲学学校，标志着古典文化时代的终结。从此，古希腊科学进入了漫长的“冬眠”期。

长达千年的中世纪，科学思想史上曾先后发生过两次大翻译运动：

公元828年，哈里发阿马蒙（al-Mamun）在巴格达建立了“智慧宫”，开始了科学史上长达百年之久的第一次大翻译运动，学者们将来自古希腊、波斯、印度与中国的文本翻译成阿拉伯文，从而获得了当时先进的数学、天文、医学、机械与动植物学知识，为阿拉伯世界的科学与技术创新做好了知识储备。公元11-12世纪，阿拉伯世界的学术中心转移到由穆斯林统治的西班牙。12世纪，阿拉伯人建立的一些学术中心相继落入欧洲人手中，科学史上第二次大翻译运动随即开始。翻译者来自西欧不同地区，他们主要是把已译成阿拉伯文的古希腊典籍译成拉丁文（拉丁文是古罗马使用的官方文字），使西欧系统地获得了古希腊的知识。

先后两次大翻译运动，为欧洲文艺复兴奠定了重要的思想基础。

早在阿拉伯语化的翻译运动中，一批科学机构、天文台、图书馆以及科学技术研究设施相继建立，科学家受到庇护。

花拉子密：阿拉伯数字与“还原”“对消”概念

在算术上，阿拉伯世界最重要的贡献，是采用了以0为起点到9的阿拉伯数字，引入了印度式的计算法。最早的印度式计算法，即由穆罕默德·本·穆萨·花拉子密（Muhanmmad b Musa al-Khuwarizmi, 公元875年去世）完成，但是只留下了几篇拉丁语文献，不过，后来人们增加了非常重要的改进，特别是由阿木·哈桑·欧儿里得（Abu’l-Hasan-al-Uqlidsi）于公元950-953年在大马士革所著《关于印度式算术书》（Kitab al-fusul fi’l-hisab al-hindi）。该书最令人惊叹的特色是，竟然适用于5个世纪后卡西（al-Kashi）发展的有关小数的说明。以其名字命名的现代数学中的算法（algorithm）的语源，就是花拉子密的名字，他构筑了阿拉伯世界的代数学（以及由此发展起来的欧洲代数学）的基石。据研究，中国古代数学中零的概念也是从古印度传入的。

今天人们知道，代数的目的就是在知道未知量的函数关系的前提下解出未知量，这种技巧在当时的遗产继承、分割、诉讼和贸易中经常用到。花拉子密认为，所有这些问题都可以简化为一些标准步骤，即运用“还原”与“对消”的方法。他将“还原”（al-jabr）与“对消”（al-muqabala）结合起来使用，从而解决了由已知量求未知量的问题。花拉子密叙述了其基本原理：

“还原”是指通过把代数量从方程一侧移到另一侧来消去符号为负的量，如：X²=40-4X²，可以通过“还原”化为5X²=40X，最后可以算出X=8。“对消”是指在方程等号两边同时减去一个正的量，如：50+X²=29+10X，方程两边同时减去29，便化为21+X²=10X，X便为3。

奥马·海亚姆（Omar Khayyam，约1048—约1131）在《代数学》一书中也说：还原与对消的方法是一门科学技艺，其对象是绝对的数和可测量的量。后者本身虽然是未知的，却可以通过相关的已知“事物”来确定，这种事物或者是一个量，或者是一个只有通过细心研究才能确定唯一关系。在这门技艺中，人们所寻求的是从已知量推导未知量的关系，并进而发现上述的对象。这种技艺的完美，体现在科学的方法之中，人们借助这种科学方法来确定数字以及几何的未知量。

花拉子密在消化吸收印度算术基础上，创造了代数学解题的新方法，从而极大地推进了代数学的发展。

苏菲：给每一颗恒星取个有个性的名字

古典时代，包括托勒密在内的希腊人，只为诸如天狼星和大角星在内的少量恒星取了名字，其他的恒星则使用编号来分辨，这就给人们记忆与使用带来了极大的困难。

波斯天文学家苏菲（al-Sufi，903-986），以托勒密天文学整合了阿拉伯传统的恒星知识。他利用托勒密《至大论》中的恒星表，给出了许多恒星的更为精确的坐标，并为几百颗恒星加上了传统的阿拉伯文名称。苏菲的天文学著作《恒星星座之书》（the Book of the Constellations of the Fixed Stars）配有生动的星座形象插图。他简约地以其在星座中的位置来命名恒星，如猎户座的Mintaka是“腰带”的意思，英仙座Markab星意为“肩膀”，猎户座中的Rigal意为“腿”，英仙座的Algol意为“恶魔”，金牛座的Aldebaran意为“花朵”。

这些由苏菲首次列出的阿拉伯文星名，至今还为天文学家所使用。这个创造超越了托勒密。

阿布·马沙：把天体与人事关联起来

占星术曾在阿拉伯世界很有地位，其时最伟大的占星学家阿布·马沙相信所有的宗教与哲学都包含着普通真理的种子，即万物归一，在不同的文化中以不同的方式来用神明解释一切。

阿布·马沙提出生命的3个等级与宇宙的3个层次相对应的思想。基本观点是：第一层是宇宙的最外层，即神的天球、光明之球，在那里居住着身处星辰之外的“第一推动者”；第二层是以太天球，恒星与行星在这一球层中绕地球运转。上两个外部天球都是永恒不变的。第三个也是最低的是尘世球层，在这里4种元素不断地运动变化着。

阿布·马沙认为，占星学的任务就是揭示天体究竟以何种方式影响人生与事物的，也包括可能被恒星和行星以不同方式影响的特定植物、矿物与动物，由此建立了他极有特色的学说，即行星的交会不仅会影响单个人的生活，而且更在人类历史上扮演扭转乾坤的重要角色。越是不常见的交会，影响力也就越大；最罕见的大交会发生在那些运动缓慢的外行星如火星、木星和土星上。这些现象每20年就会发生在黄道上相隔120°的点上，也意味着交会可能发生在黄道任意4个区域内。

在寻求历史模式之时，阿布·马沙归纳出3个周期，即20年（大交会）、240年（主交会）和960年（至大交会），后两个交会影响特别巨大。在这一理论中，最夸张的要数被称为“极大年”学说了：当所有行星在黄道的起点白羊座初度处交会时，宇宙形成了；当所有行星聚集于黄道末端的双鱼座末度时，宇宙就终结了。当时几乎所有的哲学家和统治者都对这些推测着迷。

阿布·马沙试图建立一种自然哲学，其中天象变化与历史变迁在一个科学化的系统中紧密相连。世间万物为一有机整体，神祗在宇宙中建立了各部分的联系。

哈桑：将“光线”概念引入视觉理论

视觉，是人类从自然界获取知识的主要途径。因此，所有古代哲人都对视觉机制深感兴趣：外界的图像是怎样进入人们的眼睛和大脑？人们又是如何理解所看到的图像？古希腊哲学家把视觉看作一个物质的过程，他们认为有一种难以捉摸但确实存在的物质在人眼和被看到的物质之间流动，这就是所谓的“外界说”。

然而阿拉伯世界的科学家哈桑（公元965-1040年间，生活在开罗）怀疑这种“外界说”。他说，这么细微的力量是如何从人的眼睛里涌出，并在夜晚瞬时照亮广阔的地面和全部苍穹？此殊不可理解。他认为：发光的物体发出的光被其他物体接受，接受光的物体依次发亮，光就这样传递下去，即是说人们看到的是物体反射出来的光。哈桑指出：这些光线从物体各处发出，进入人的眼晴，根本不是整个物体的单一图像穿过空间，只有向各个方向射出的光线交织而成的光网是真实的。

哈桑意识到，这些分散的光，是被透镜一样的物体汇聚，他继承前人“视圆锥”的理论模型，但把它改成了描述光线如何从远方物体进入人的眼中，再汇聚成一个连贯的影像的模型。他也认识到，这个影像并非在视网膜上呈现，眼睛不像一架针孔摄像机，然而视觉是经由神经传入大脑，是在大脑中形成了人们“看到”的图像，人们通过与大脑中贮存的经验知识做比较来理解这些图像。这些思想已经超出古希腊人许多。

阿尔·易德里斯：绘制所有“已知世界”地图

阿拉伯世界的科学家对地理学和地图有一种自然而然的兴趣，但是，直至公元9世纪，他们仅对伊斯兰教的辖地做出细致的描述，而不涉及欧州和亚州的非伊斯兰教所辖地区。后来事情发生了很大变化。

摩洛哥皇室成员阿尔·易德里斯（Abu Abdallah Muhammad Ibn Muhammad Ibn Abdallah Ibn Idrisi al-Qurbubi al-Hasami, 1099-约1166），受西西里岛国王罗哲二世（King Roger ll）委派，绘制一张“已知世界”的综合地图，并附有全面的说明与注释。经过15年的研究，他完成了这部奇书——《远方乐旅之书》（The Book of Pleasant Journeys to Faraway Lands）。

在这部图集里，绘有70张独立构思与绘制的区域地图，即把“已知世界”在赤道以北沿着纬线分成7部分，再沿经线分为10部分，共得70个分区，每一分区绘成一幅地图，故每张地图涵盖的区域大约为东西400英里(约643.6千米)，南北300英里（约482.7千米）。整个地图的范围覆盖古典时代末期托勒密所知的世界——即阿拉伯半岛、欧洲、亚洲大部和北非等。

阿尔·易德里斯接受地圆的思想，将整幅图绘成球形，而且由于对圣城麦加崇拜的原因，而将地图方位标为“上南下北”，因为麦加在南方。他将印度洋画成一个向亚洲和非洲的海岸开放的形状，而非像以前一样的封闭状态。

当时的欧洲还未能绘出这类地图，因为阿拉伯世界学者掌握的亚洲、非洲和印度洋的知识，要比欧洲人广博得多。

阿尔-拉齐：医学是一种不向任何权威低头的哲学

阿拔斯黄金时代伟大的医生阿尔-拉齐（al-Razi, 854-932），是巴格达一所医院的院长。他认为“医学的技艺，是一种不向任何权威低头的哲学，是任何观点都必须经过相应的考察才能被接受的哲学”。

阿尔-拉齐因拒绝服从科学教条而闻名于世。他对疾病都要亲自做观察、分析与判断。他及同事通过近距离观察、区分不同的症状，以便为不同的疾病进行新的分类。他第一次记录了临床试验：即给两组同患胸膜炎的病人施以不同的治疗方法，一组是放血，另一组是抑制。这类试验使他对当时几乎治疗任何疾病的方法——放血疗法，产生了怀疑。

伊本·西那：瘟疫爆发源于寄生虫

当时阿拉伯世界的医学权威是伊本·西那（lbn Sina）, 他在西方被称为阿维森纳（Avicenna, 980-1037）,波斯东部人。他最重要的著作是《医典》（The Canon of Medicine）——涵盖医学所有方面，包括解剖学、生理学、外科学、治疗学和心理学等。他虽然接受古典的盖伦学说，认为4种体液的不均衡是产生疾病的内因；但他也认识到了发病有外部因素的作用，如把瘟疫的爆发归于寄生虫存在。虽然没能找出传染病的真正机理，但这在当时也是非常先进的理论了。

伊本·西那也思索灵魂的本质，在其医学著作中引入了不少心理元素，他认为，灵魂可以通过许多种人们不理解的方式影响肉体，但是他确信身体的健康常常取决于心灵的健康。

图西：图西双圆与哥白尼模型

几何学的发展，虽然建立在古希腊学者欧几里得和托勒密的基础上，但是阿拉伯世界的数学家也发现了不为其古希腊人所知新定理，并将这些定理用于天文学中。

公元13世纪，波斯天文学家图西（al-Tusi, 1201-1274）发现：如果一个小圆在大圆内滚动，二者圆周始终相切，且大圆半径是小圆半径的一倍，那么在滚动过程中，小圆圆周上任意一点的轨迹都是一条直线，这条直线正好是大圆的直径。这就是著名的“图西双圆（Tusi couple）定理”。

这个“图西双圆”，作为对托勒密复杂的本轮-均轮行星运动计算的一种可供选择的模型。这个模型暗示行星运动有一种有形的物理机制：行星所在的小球壳，可以在宇宙的外层球壳中沿规则的几何轨迹旋转。

沙蒂尔（lbn al-Shatir,1375年去世），根据 “图西双圆”改进了托勒密有关行星运动的理论。托勒密对外部行星——火星、木星运动做观测，结果发现，以地球为中心运动的理论不能很好地做出解释，距离地球中心一定距离有回转中心点，提出了一种叫“对应点（equant）”的概念。而图西提出，这些行星还有和围绕以地球为中心的圆周运动一样的另一个圆，即“双圆”。但是有关水星和月亮——两个难以解答的沿轨道运行的天体问题，正是由伊本、沙蒂尔最先找出最佳答案的。他的研究成果与两个世纪之后哥白尼提出的模型有更多的共同点。有证据表明，哥白尼了解伊本·沙蒂尔的著作。

《积尺》：最早的天文历书

阿拉伯学者创造了一种新的科学著作类型——《积尺》。它是一种记载天体位置的数学参考书，备有许多供计算使用的数学公式。一部典型的《积尺》包括内容：年代学数据；三角学——特别是应用于天球的球面三角学；太阳、月亮和行星整年的运动；视差；日食和月食；地理学——包括阿拉伯世界各城市的地理坐标表；确定“神圣方向”和礼拜时间公式；最亮恒星的坐标表以及数学占星学术等。

虽然《积尺》一书中的不少内容来自托勒密的数学和天文著作，但是绝大部分内容是阿拉伯学者通过测量、收集和计算而新获得的。给出这些数据的《积尺》在几个世纪以后演变成供天文学家和航海家使用的天文历书，从而推动了地理大发现与探险活动。

星盘：可变形的天球模型

在阿拉伯世界，有一种使用非常频繁与广泛的天文测量仪器——星盘。这是天文学家从8世纪以前便开始使用的，因为最早描述星盘的阿拉伯文图书是在公元8世纪编写成的，而现存年代最早的星盘是公元850年左右制造的。

星盘的发明，可能与托勒密有关。准确地说，托勒密对发明星盘的贡献，至少是在其《至大论》一书中写出了把天球投影到平面上的理论，在他所著《地理学》一书中还绘出了地球的平面投影图的画法。古典时期，尚未造出了星盘这种仪器，这种仪器的首次描述出现于公元6世纪的亚历山大里亚。这就说明星盘是在阿拉伯世界光大发扬的。

星盘是一种手持仪器，其原理就是采用可变形的天球模型。它的直径从4英寸（约10厘米）到12英寸（约30厘米）不等，由两片叠放的金属盘构成。上面的金属盘叫做“星图网格（rete）”，它被镂刻成一个敞开的网状，精确的指示着亮星的位置；下面的一个金属盘叫做“地带（climate）”，雕刻了表示天球经纬度的线。当“星图网格”放在“地带”之上时，“星图网格”上标出的恒星就可以在天空中找到，这样就形成了一张北天星图。如果让“星图网格”绕其轴心旋转（这个轴心代表的是北天极），就造成了恒星在天空上旋转的效果，人们也可以知道在任意时间或季节可以看到哪些恒星。

仪器中的第三个部件是“照准仪”(alidade)或者叫“窥管”（sighting bar）。它横放在仪器上，从标在星盘边缘的刻度可以读出恒星在地平线上的高度。

星盘能发挥作用全在于恒星的位置是被精确投影在“星图网格”的平面上，就像制作地图时把地球的球面投影在纸上一样。“星图网格”是用球极平面投影法制作的，所以上面的恒星标记看起来像是绕着北极散开一样。事实上，星盘上有一个以北天极为中心的展平了的天球背景。上面的星图向南方一直包含了摩羯宫的回归线。因此它包括了从北纬20度至北纬40度之间陆地上所能看到的任意恒星位置，也就是阿拉伯世界的版图所在。带有天球经线和纬线的“地带”盘只在地球上这一特定纬度（北纬20度至北纬40度之间）有效。要想在不同的地区使用星盘，就得换上为不同地理纬度设计的“地带”盘。

因为行星的运动太不规律，无法把它们纳入星盘的结构设计中，所以星盘并不能直接指示出行星的位置，但是它可以提供的信息是行星可能在哪些恒星以及星座附近出现。

星盘展示的是一年任意时刻恒星的方位，使用它可以节省计算天体位置的时间。这对于占星学、计算时间、编制历法以及后来的航海活动都有重要意义。

哈奇尼：“智慧天平”

阿拉伯学者将科学与宗教或哲学思想相融合的一个有趣的范例是流体静力天平，它是由哈奇尼（al-Khazini）于1120年左右设计制造的。

哈奇尼将他的天平比作一种伊斯兰教义天平。那个天平就是在伊斯兰经典《古兰经》中提到的安拉在审判日用于区分善恶的天平，它是神的公正性和创造力的象征。

这不但要求制作者有足够智慧理解自然界的基本原理，还要求他具有机械制造的高超技艺。哈奇尼说安拉确立了3个公正的裁决者：即一是《古兰经》；二是对科学和《古兰经》都有研究的学者；第三个就是这架天平。

天平和天平背后蕴含的知识，象征着宇宙的神圣特性以及科学洞察自然界运转机制的力量。这就是哈奇尼将其冠以“智慧天平”的用意，因为这架天平是运用基本物理法则来区分真伪的。

这架天平的工作原理是：不同材质构成的物体排水量多少是由材料密度所决定的，即阿基米德浮力定律。哈奇尼知道许多物质的相对密度，如水银、锡、金、银和铁等，这些已知的密度提供了一系列可供参照的标准排水量，因此任何样品都可以被测量出来，它可以检测出一件物品是由单一成分构成还是由两种以上金属形成的合金构成。

这就要求设计者对杠杆原理有很充分的理解：杠杆两端物体质量的差异取决于它们距离杠杆支点的距离。故哈奇尼的“智慧天平”，设计成一架大型流体静力天平，经过仔细测量的液体来使天平两臂平衡，它能以极高的灵敏度工作。天平的中央横梁超过两米长，可以检测出万分之一或者5000克中50毫克的微小差异。

这架天平的作用，是分辨由不同材质构成的等量物品，尤其是贵重金属和珠宝，这个所谓“等量物品”（又称个体密度）即今天“比重”的概念。

这种天平力图表现的不仅是客观与真实，而且是公平与慈善。

雅扎里：“没有通过验证的技术科学都是可疑的科学”

雅扎里在《机械技术的理论和实践概要》（A Compendium of the Theory and Practice of the Mechanical Arts）一书中，表明这样的观点：没有通过验证的技术科学（‘ilm sina‘i）都是可疑的科学。他在其著作中特别叙述严谨校正的顺序，如：在设计流量调节器的过程中，先开始通过实验对以前的3个设计进行检查，如果对这些设计不满意，他就自己制造并多次反复进行实验，最终达到了期望的目标。

阿拉伯世界的技术专家如班努·穆萨兄弟、雅扎里等，都不仅仅满足于只是扮演描述先辈们设计的角色，而是意识到了自身发明的重要性。雅扎里说自己在品味班努·穆萨兄弟独创性的机械研究即《机械之书》（Kitab al-Hiyal）所涉及的100个机械中，大约有75个是他们自己的设计，一边自己设想、自行设计。

永动机：恒动问题的提出与尝试

恒动问题是阿拉伯世界技术的必然展开，动力的利用是人们最终关心的问题。

大约在1150年，印度的婆什迦罗（Bhaskaka）在阿拉伯语抄本中描述的6种车之一，就酷似恒动车。不过阿拉伯语的原本比它更古老。阿拉伯语关于技术的记载、插图、全部16种机械，极其精巧，显示出一种巧妙的组合。因此在印度文献里，即使出现了一两种恒动车，也不意味着这是从一种文化传播到其他文化的实例。实际上，永动机直到20世纪初期才引起欧洲科学家和工程师们关注。事实上，这个问题受到了极其认真的对待，甚至引起知名人士和政府的兴趣。

永动机不需要来自外部的能量源且能做有益的工作的想法，是很天真的，可以说这是一种输出功率比输入功率还大的机械。

现存阿拉伯语抄本上介绍了3种这样的机械：

第一种是封闭管中加入了部分水银，这些管子并不是自中心显放射状，而是沿半径方向以一定角度倾斜。随着车的回转，水银从管子的一端向另一端流动，这样就可以产生回转力；第二种是使用固定在扇叶上的坠子（锤）。与其他部分相比，一侧载荷过重，由此车会不停的回转；第三种是某一部分叠加在一起的轮辐使得车回转，车周围的一部分卷起，而另一侧则伸开，由此产生的不均衡，导致回转发生。

对于永动机设计相类似的机械，在欧洲直到近年还在不断地引起注意。实际上，其最终原理仅仅在100年前才被英国的乔治·利普顿（George Lipton）采用。

阿拉伯科学思想的重要特点，相比较而言在于：它并没有古希腊如此多的极为抽象的自然哲学思维；它继承了古希腊与古印度的科学思想，并在此基础上发展；它的许多科学思想的产生同伊斯兰教教义与仪式有密切的关系；它的许多思想是在技术与应用层面。与其称之为科学思想，还不如称之“技术思想”更为准确。

阿拉伯科学的快速发展，取决于当时阿拉伯国家开明的科学政策。事实上它是以稳定的政权为基础，而后才有科学与文明的繁荣。

（作者系中国科学院大学教授，责编 朱广清）