埃拉托色尼

埃拉托色尼(Erastothenes,公元前275—195),古希腊著名的科学家、哲学家和人。

埃拉托色尼出生于非洲北岸的昔兰尼加。青少年时期,他到当时托勒密王朝的首都亚历山大里亚城从学于有名学者、亚历山大里亚图书馆馆长卡利马科斯。后来,到雅典学习和研究哲学。在他40岁的时候,从雅典返回亚历山大里亚,被国王托勒密三世委任为其子菲罗帕托尔的教师,并继任卡利马科斯之职——图书馆馆长。直到公元前195年,他因患眼结膜炎,双目失明,据说因此而被辞退图书馆馆长之职,生活陷于十分窘迫的境地,终于绝食以卒,终年80岁。

埃拉托色尼生活的年代,是古代东地中海地区经济和文化繁荣的时期,也是自然科学各学科开始独立迅速发展的新时期。公元前四世纪末马其顿国王亚历山大的东侵,以及后来希腊人王朝(塞琉古王朝和托勒密王朝)在西亚和北非的建立,使希腊奴隶主能够深入到东方各地。随之而来的还有许多商人、手工业者和文人、学者。他们带来了希腊的文化和生产技术。具有三、四千年悠久历史的埃及文化和巴比伦文化遂与西来的希腊文化发生全面的接触和交流。在经济发展、生产技术进步的基础上,东西方文化的交流和融合促进了科学文化的发展和文化学术中心的出现。尼罗河口的新城亚历山大里亚,不仅是当时的国际贸易城市,在文化上也取代了雅典先前的地位,成为最大的文化学术中心。它繁华壮丽,盛极一时。这里有规模宏大、设备齐全的“缪泽伊昂”(即有名的缪司神殿)和图书馆,图书馆藏书达50万卷之多;同时人才济济,许多当时闻名的文人、学者和艺术家到这里居住,从事研究和教学。埃拉托色尼在这里几乎度过了他整整的一生。他有广泛的兴趣,勤奋好学,前人积累下来的知识和亚历山大图书馆收藏的丰富资料,为他从事研究和教学提供了十分有利的条件。他在早年既能得到名师的教诲,后来又有富于才学的密友共相切磋。当时著名的数学家、物理学家阿基米德在亚历山大里亚工作期间,与他过从甚密,对他的评价很高。这一切使埃拉托色尼能够成为一个博学多才、成就卓著的学者。他被人称为“柏拉图第二”。他的绰号叫“Beta”(“老二”),有人认为这表示他是古代第二位智者①。这充分说明埃拉托色尼在人们心目中是一个造诣深邃的学者。

埃拉托色尼首先是以地理学家而闻名于世的。他对古代地理学有多方面的发展贡献,是数学地理的创始者。

埃拉托色尼最早测得黄道倾角。他通过观察太阳高度在冬至日和夏至日之间的差别,测量了黄道倾角,并且求出它等于23°51′19.5″。

埃拉托色尼还用测量黄道倾角的方法,测定地球的大小,是历史上第一个用正确的方法测得地球的周长和直径的科学家。

虽然,在埃拉托色尼之前,已有数学家试图求出地球的周长,说是约40万斯塔季亚②,而与他同时代的阿基米德也假设过是300万斯塔季亚,但是,方法正确,数值准确的还是埃拉托色尼。埃拉托色尼知道,在亚历山大里亚以南的西厄那(今阿斯旺),夏至日的正午,太阳光直射到最深的井底,也就是说,这时候太阳位于正天顶。据此,他于同一时辰,在亚历山大里亚用圭表①进行观测计算。方法如图所示。S为太阳,A为亚历山大里亚,B为西厄那,OA和

OB线为地球半径,太阻光线与地球半径OA的延长线(即圭表的木标)相遇所构成的角ACD与圭表内壁的木标阴影所覆盖的弧AD相适应,而由地球半径所构成的角AOB则和西厄那与亚历山大里亚之间子午线上的弧AB相适应(按埃拉托色尼的意见,亚历山大里亚与西厄那位于同一子午线上,实际经度是相差2°多)。角ACD和角AOB因其是平行线上交叉的两个内角,是相等的,所以两角相对的两弧,表示在度数上,其大小亦相等。埃拉托色尼求得圭表中木标的阴影等于圭表的大圆周的1/50,那么,联结西厄那与亚历山大里亚之间的子午线的弧也等于地球子午线上整个圆周的1/50。根据商队旅行的估计,西厄那和亚历山大里亚两地的距离约为5,000斯塔季亚。所以地球的整个圆周就等于5,000×50,即为25万斯塔季亚。埃拉托色尼很清楚地知道他的计算不十分完善,同时他自己也认为这个数字是很近似的。不久,为了能用360(他知道巴比伦的圆周分度法为360度)除尽这个数字,他又在25万上加上2,000斯塔季亚。252,000斯塔季亚折为现在的公制,等于39,690公里,而地球的直径便是1,263公里。埃拉托色尼所测得的数字,与现代测定的数字(周长39,800公里)相差无几。以当时那样粗劣的测量器械,计时计地,两难精确,能得到如此近似的数字,实在不易。

埃拉托色尼在地理学方面的另一个重要贡献,是写了《地理学》的著作,创立了普通地理学的完整体系。他第一次使用了“地理学”(Geographica)这个名词①。他在这本书中,清除了先前地理学的神话和传说,用自然地理学的成份代替了历史成份,并且正确地主张在地理学中运用数学和物理学的原理。他描述了地球的形状,认为有人居住的大地呈球状,但并不象琢磨得匀整的车轮一样,地势有高有低。他阐明了由于水、火、震动、蒸发及其他类似的现象的影响,引起地球的变化,水陆的变迁,并以大陆内地常常会发现大量的贝壳、蚝壳和海扇壳的事实来证明某些地区曾是沧海变平原。他根据大西洋和印度洋涨落潮的相似,正确地推测它们之间是相通的,因而人们可以从海道绕过非洲。一千七百年后,葡萄牙人达·伽马正是沿着这条海道开辟了通往印度的航路。同时,他认为,有人居住的大地,由东至西的长度应该相当于日出和日落之间的距离,而不是很长的,而地球是一个各边极连接在一起的球状,因此,如能横渡大西洋的话,就能够在同一纬度圈,从伊比利亚(即西班牙)横渡到太平洋。尽管他有的依据不科学,但如此推测和判断,是正确的。他还很准确地划分了地球上的气候地带。他发现五个地带:两个寒带,它们的范围是北极圈和南极圈,极圈与回归线之间是两个温带,最后,是回归线之间的热带。他还指出,由于靠近赤道,所以在热带里,在赤道和回归线之间有一个有人居住的地带和两个无人居住的地带。假如我们注意到沙漠在地球上所占的地方的话,他的这种推测或假设,是很符合实际的。

埃拉托色尼还利用了亚历山大里亚图书馆的资料,特别是亚历山大东侵亚洲以后所积累起来的资料,以及由希腊水手和商人从各国得到的一切地理资料,估计了当时地球上已知各地的距离及其相应的位置,并按地理学的纬度把这些地点安排于天文学上测定的某些点内,从而绘制出了他那有名的世界地图。当然,由于当时没有科学的设备,经度的测量尚未进行过,就是纬度的测量也是很不准确的。因此,埃拉托色尼所估算的各地的距离、位置,以及所绘制的地图,不免与实际存在着差距,但是,大体上还是准确的。

埃拉托色尼在地理学上的研究成就,为自然地理学奠定了基础,他不愧为古代第一个卓越的地理学家。

埃拉托色尼也是一个数学家。在数学上,他的主要贡献是他那有名的“埃拉托色尼筛法”。这是在自然数系列中筛掉所有的合数,而所有的素数都留下来的一种方法①。例如,为要找出1到1,000这个范围内的所有素数,按下面方法进行:

先把从1到1,000的所有的数都写出来。划去1(因为它不是素数)。然后,在2下面画一横线,再划去所有2的倍数(偶数),即2以后每隔一个数划去一个数。接着,在余下未划去的第一个数(即3)下面画一横线,并且把所有3的倍数都划去,即3以后每隔两个数划去第三个数;然后,在5的下面画一横线(4已被划去),并且划去所有5的倍数,即5以后每隔四个数划去第五个数,如此类推。于是得到下面的表

这样,就划去了所有的合数,得到一个素数表。

埃拉托色尼就是第一个造出这样素数表的人。据传,他把一张草纸张紧在一个框子上,然后,把数字写上,但他不是用笔划去合数,而是将它挖去。于是得到了一个筛子似的东西,所有的合数都好象穿过了这筛子被“筛掉”了,而所有的素数都留下来。“埃拉托色尼筛法”因此而得名。从那时起,素数便一直成为数学领域中研究的课题。

此外,埃拉托色尼还制作过解决倍立方算题的仪器。

埃拉托色尼不仅是卓越的科学家,同时也是哲学家和诗人。他在雅典学习和研究哲学之后,写了一部《哲学史》。他以赫尔墨斯神话为基础①,写了富有天文学意味的诗篇《赫尔墨斯》。

埃拉托色尼还从事过年代学的研究,他曾力图把特洛伊战争以来文学上和政治上的大事日期固定下来。也曾记录了公元前238年埃及新旧历法的更易。他还写了《古喜剧史》,共12册。

埃拉托色尼才华横溢,研究广泛,成就卓著,对地理学的贡献尤为突出,在古希腊的文化史上,占着重要的地位。可惜他的著作,几无所存,流传下来的有关片断,多数也只见之于其他古典作家的作品之中。