观察、实验与科学复兴

----从培根到达•芬奇

公元6世纪到11世纪，罗马帝国解体，罗马教会开始成为欧洲中世纪的主要政治核心力量，也是唯一保存了一点学术的场所。到11世纪，欧洲发生了一个巨大的历史事件，这就是十字军东征。当时的基督徒带着一种狂热的宗教情绪，开始自发的有组织地向东方进军，要夺回被异教徒占领的圣城耶路撒冷。 十字军东征在诸多因素的支配下，延续了二百多年，十字军从东方带回了阿拉伯人先进的科学、中国人的四大发明和古希腊人的自然哲学文献。

到12世纪，欧洲掀起了一场翻译阿拉伯文献的热潮，其中的亚里士多德、柏拉图、欧几里得、托勒密等人的科学著作为欧洲人所熟悉。这场疯狂宗教战争，促成了古希腊文明、阿拉伯文明、中国文明与欧洲人所继承的罗马文明之间的交流和融合，推动了一种新的文明的产生。

1158年世界上第一所大学—波伦亚大学诞生。11世纪之前，欧洲的教育机构基本上就是教会学校，这些学校的主要任务就是为教会选送神父和教士。后来随着城市的兴起，有些地方出现了一些世俗的城市学校。波伦亚大学，起初是一个以讲授罗马法而著名讲学中心，是一种教师和学生所组成的行会，属于当时诸行业协会中的一种。这些行会自主管理，课程自主设置，于教会学校比起来，更代表一种自由和开放的近代精神。

仿照波伦亚大学的模式，各地先后出现了巴黎大学 （1160 年）、牛津大学 （1167 年）、剑桥大学 （1128 年）、帕多瓦大学 （1222 年）、那不勒斯大学 （1224 年）、阿雷佐大学 （1228 年）、里斯本大学 （1290 年）。这里面既有学生组织的公立大学（波伦亚大学），也有教会开办的教会大学 （巴黎大学、牛津大学），也有国王创办的国立大学 （那不勒斯大学）。大学成了欧洲学术活动的中心场所。

    罗吉尔·培根（Ronger Bacon，1214-1294），出生在英国索默塞特郡的依尔切斯特一个十分富有的家庭，曾在圣芳济派修道院当过僧侣。大约在1230年，他进入牛津大学学习。毕业后，他又来到欧洲的学术中心——巴黎大学学习数学。1250年，36岁的培根从巴黎回到英国后，被牛津大学请去任教，讲授数学、物理学和外语等课程。他学识渊博，通晓多种文字，在数学、力学、光学、天文学、地理学、化学、音乐、医药、文法和逻辑等多方面都有研究，因此被人们尊称为“万能博士”。

对培根影响深远的还是他的老师格罗塞特。格罗塞特（1168—1253）是一位英国传教士，林肯城的主教，他从拜占廷帝国带回了懂希腊语的学者，最早直接从希腊文翻译亚里士多德的作品，最早将亚里士多德的著作介绍给欧洲，改变了当时盛行的从阿拉伯语转译的做法。他虽然在介绍亚里士多德的著作方面做出了重要贡献，但他并不迷信亚里士多德，相反，他十分推重实验在认识自然界中的作用，他在光学方面做了不少的实验，将阿拉伯物理学家阿尔•哈增的光学研究大大地推进了一步，提出了宇宙是由物质和光组成的。格罗塞特对培根的影响很大。培根十分推崇格罗塞特，在留下的著作里这样说：“只有林肯城的主教一个人才真正懂得科学。”

培根由于博览群书，眼界开阔，再加上格罗塞特教给了他批判和怀疑的精神，这位才华横溢的青年人才发出了中世纪从未出现过的独特声音。 他说：人们之所以常犯错误，有四个原因：一是对权威过于崇拜，二是囿于习惯，三是囿于偏见，四是对有限知识的自负。

当时，一个叫做亚历山大的教育家写了一本书，因为培根不同意书中的一些观点，而冒犯了圣法兰西斯派的领袖，被判入狱，在狱中他度过漫长的十年。不许看书，不许写作，实验更是不能做，但他却一刻也没停止过思考，每天对着铁窗，一遍遍地在脑海里写着著作。

培根出狱后，当时的罗马教皇克莱门四世对他的研究很感兴趣，鼓励他将自己的思想写出来， 培根一口答应下来，于1267年，用短短十八个月的时间把已在狱中构思好的巨著写完，共有三部：《大著作》、《小著作》和《第三著作》，概括了古代到当代一切的科学知识，在科学史上，有其重要的历史地位。

培根反对按照书本和权威来裁定真理，主张靠“实验来弄懂自然科学、医学、炼金术和天上地下的一切事物”。他说：“耳听到的不可信，归纳和推想出来的也不可靠。自然科学应当予以实验。”他还说：“实验是探求真理的唯一法门。”罗吉尔·培根强调科学实验，并且身体力行。他通过实验证明：虹是太阳照着雨水反映在天空中的一种自然现象。

他继续了格罗塞特的光学研究，研究了光的反射定律和折射形象以及平凸镜片的放大效果，并且建议可以用这些镜片制成望远镜。

他通过实验研究，认为人应当能够造出自动舟船和车辆，也可以造出潜水艇和飞机那样的东西。

他主张地球是圆的，而且估计了地球的大小，提出了许多环球航行的设想，哥伦布环球就是因为这一影响。

他在磁电、光学、火药、毒气等方面也进行了的科学实验。他的言论和行为导致了当时实验风气，并且被后来的弗朗西斯·培根所继承。

所以，培根断言，论证可以总结一个问题，但他不能使我们消除怀疑或承认其为真理，除非通过实验表明其确是真理，实验科学比其他依靠论证的科学都完善。例如人对火的认识。可以说，培根是打破禁锢，将科学从神学中解放出来的第一人。

中世纪欧洲，宗教神学在意识形态领域处于统治地位，任何思想都不允许超越《圣经》，他们把歪曲了的亚里士多德学说、托勒密地心说和盖仑的人体解剖说作为宗教神学的“科学”基础，把他们三人封为圣人，圣人没有说过的话，人们不能说，如果事实证明他们是错的，那只好否认事实，而相信圣人所说的每一个字。例如，盖仑曾说过男孩天生比女孩多一颗牙齿，谁也不敢怀疑，几乎没有人想过让男孩女孩张开嘴来数个清楚。

一个学生告诉自己的经院哲学老师，说他看见了太阳上的黑点，这位老师对他的学生说：“走吧，我的孩子，回家去吧！无论在《圣经》或亚里士多德的著作里都没有提到黑点，这些黑点在你的眼睛里，而不是在太阳上。”

伽利略也曾经举过一个例子。一个经院哲学家在解剖家那里看到神经在大脑里汇合，而不是象亚里士多德所说的在心脏里汇合，于是神学家捂着眼睛对解剖家说：“您如此清晰的让我看到了这一切，假如在亚里士多德的著作里没有与此相反的说法，那我一定会承认这个真理。可是……”

培根的另一大贡献就是注重数学。培根首先明确的认识到数学作为一种普遍方法在科学发展中的作用，以雄辩的口才到处宣讲数学重要性，指出：1． 数学是科学认识中所需要的；  2． 数学是实际效用的科学； 3． 数学还是关于美的科学。他认为数学思想是与生俱来的，同自然事物本身一致，因为自然界就是用几何语言编写成的，所以数学能提供真理，它先于其它科学，因为数学处理直觉感知的量。他在所著《大著作》第一章中证明所有科学都需要数学。 培根提出了数学教育的重要性，但在当时数学被认为与占星术有关联，而占星术又被视为巫术，所以他的这一观点没有被人们重视。

培根的思想超越时代，没有多少人能够理解他，他的著作也一直没有得到足够的重视，《大著作》直到1773年才出版 。

教皇克莱门四世去世后，培根马上又遭到迫害，1277年，继任的教皇将他投入监牢，直到1292年才释放出狱，出狱不久，培根就在贫病交加中去世了。

培根的一生是痛苦的一生，培根的道路是艰辛的道路。他受打击，遭迫害，蹲监狱，先后两次达二十五年之久。牢狱生活严重损害了他的身心健康，也夺去了他宝贵的时间。他终生怀才不遇，呕心沥血写出的著作不为人们所理解，所接受。最后他等不到自己的任何一个梦想实现，就与世长辞了。这时，他刚出狱一年，终年八十岁。 在他居住过的牛津大学的圣芳济院里有一块碑石，碑石上的部分铭文是： “罗吉尔·培根，伟大的哲学家……通过实验方法，他扩大了……科学王国的领域……在漫长的一生的孜孜不倦活动后，在公元后一二九四年，他安息了。”

中世纪后期，西方封建制度逐步健体，资本主义文化正在孕育之中，在意大利的商业贸易中心佛罗伦萨，最早兴起了以弘扬人文主义为核心的文艺复兴运动。文艺复兴以复兴古典文化为手段，歌颂人性，反对神性；提倡人权，反对神权；提倡个性自由，反对宗教桎梏；赞颂世俗生活，反对来使观念和禁欲主义。比如但丁的《神曲》，他将希腊古典时代的任务放在了一个重要的位置，而教会显赫人士却被打入地狱。可以说，文艺复兴是一场新时代的启蒙运动。这个时期，培根的实验科学才为更多的人所接受，特别是造形艺术大师们，为了准确地再现人体的千姿百态，率先解剖研究人体，推动了实验科学的发展，其中最突出的就是达•芬奇。

     达•芬奇（1452-1519）的名字叫列奥纳多，他出生于意大利的佛罗伦萨的芬奇镇，是一位名律师与农家女的私生子。达•芬奇虽然没有受到正式教育，主要在家随父亲读书自学，但从小才智过人，加上他勤奋好学，很快在很多方面做出了令人惊叹的成绩， 5岁能凭记忆画出母亲的肖像，还能即席作词谱曲并自己伴奏和歌唱。15岁开始在画家的作坊开始学画。他的名画千古流传，他同时也是著名的雕塑家、工程师、建筑师，又是物理学家、生物学家和哲学家。他在工程技术、物理学、生理学、天文学等方面的思想，在科学史上也具有划时代的意义。

    达•芬奇倡导亲自动手实验的科学态度和作风，这对经院哲学成型的光看书本部观察事物本身的风气是一个纠正。

达•芬奇在生理解剖方面的工作影响最大，据说他不顾罗马教会的反对，解剖了约三十具尸体，由于有理解剖学的经验，他能够在哈维之前就提出了血液循环的构想，研究了心脏的功能和构造。

在光学上的研究中他认识到人类的视觉来源于对外界光的接受，而不是从眼睛里向外发射光线，并且绘制了眼睛模型，以说明外界光线如何在视网膜上形成图像。

他在研究中发现了杠杆原理，重新证明了阿基米德所得到的许多流体静力学的结论。他亲自为米兰的天主教堂修建过一部升降机，还设计过降落伞、坦克和飞机。为了设计飞机，他研究过鸟的飞行，为了设计潜水艇，他还专门研究过鱼的游泳方式。

在天文学上，他认识到地球也是诸多星体之一，整个宇宙是一部机器，按照自然规律进行运转，月球实际上也是有泥土组成的，靠反射太阳光而发光，而地球也一定可以反射太阳光。他还猜测到，地球的结构可能存在着长期缓慢的变化。

蒙娜丽莎的画像是一个很有趣的故事。蒙娜丽莎是当时佛罗伦萨著名银行家佐贡多的妻子。达·芬奇为了唤起她的情感，曾经请钢琴师为她演奏、丑角为她表演。这个见多识广，冷漠、理性的女人并没有为之动情，为此，画作断断续续地延迟了三年。有一天，这个贵夫人在翻阅画家草图的时候，忽然发现了画着鸭掌的图画，她感到非常疑惑。达·芬奇解释说，这是他为研究和设计飞行器而画的，鸭掌滑水动作虽然简单，但隐藏着飞行器飞行的某种秘密，因为水流和气流，水浮力和大气浮力，鸭子在水中滑行和飞禽在空中飞翔都有某种相似之处。这个冷漠、理性的女人听到这番话，想象飞行器一旦设计成功，人类将可以在空中自由飞翔的情景……顿时，引起了很大震动，由衷地露出了微笑。这一难得而发自内心深处的微笑立即被达·芬奇捕捉到了，并把它成功地塑造了出来。

        达•芬奇1516年定居于法国昂布瓦斯，很少作画，他的绘画作品，数量虽然不多，但件件都是不朽之作。他主要专心于科学研究，直到1519年5月2日去世，他在科学上的重要思想大多还是记录在他大量的笔记本上，包括物理学、数学、解剖学、光学等研究内容，其生前一直没有公之于世，因此对近代科学的创建没有产生直接的影响，但由于他是一位社会名流，与社会各界的知名人士交往甚密，他所崇尚的实验精神无疑有助于推进近代自然科学的成熟和发展。