埃拉托色尼(Erastothenes,公元前275—195),古希臘著名的科學家、哲學家和詩人。
埃拉托色尼出生于非洲北岸的昔蘭尼加。青少年時期,他到當時托勒密王朝的首都亞歷山大里亞城從學于有名學者、亞歷山大里亞圖書館館長卡利馬科斯。后來,到雅典學習和研究哲學。在他40歲的時候,從雅典返回亞歷山大里亞,被國王托勒密三世委任為其子菲羅帕托爾的教師,并繼任卡利馬科斯之職——圖書館館長。直到公元前195年,他因患眼結膜炎,雙目失明,據說因此而被辭退圖書館館長之職,生活陷于十分窘迫的境地,終于絕食以卒,終年80歲。
埃拉托色尼生活的年代,是古代東地中海地區經濟和文化繁榮的時期,也是自然科學各學科開始獨立迅速發展的新時期。公元前四世紀末馬其頓國王亞歷山大的東侵,以及后來希臘人王朝(塞琉古王朝和托勒密王朝)在西亞和北非的建立,使希臘奴隸主能夠深入到東方各地。隨之而來的還有許多商人、手工業者和文人、學者。他們帶來了希臘的文化和生產技術。具有三、四千年悠久歷史的埃及文化和巴比倫文化遂與西來的希臘文化發生全面的接觸和交流。在經濟發展、生產技術進步的基礎上,東西方文化的交流和融合促進了科學文化的發展和文化學術中心的出現。尼羅河口的新城亞歷山大里亞,不僅是當時的國際貿易城市,在文化上也取代了雅典先前的地位,成為最大的文化學術中心。它繁華壯麗,盛極一時。這里有規模宏大、設備齊全的“繆澤伊昂”(即有名的繆司神殿)和圖書館,圖書館藏書達50萬卷之多;同時人才濟濟,許多當時聞名的文人、學者和藝術家到這里居住,從事研究和教學。埃拉托色尼在這里幾乎度過了他整整的一生。他有廣泛的興趣,勤奮好學,前人積累下來的知識和亞歷山大圖書館收藏的豐富資料,為他從事研究和教學提供了十分有利的條件。他在早年既能得到名師的教誨,后來又有富于才學的密友共相切磋。當時著名的數學家、物理學家阿基米德在亞歷山大里亞工作期間,與他過從甚密,對他的評價很高。這一切使埃拉托色尼能夠成為一個博學多才、成就卓著的學者。他被人稱為“柏拉圖第二”。他的綽號叫“Beta”(“老二”),有人認為這表示他是古代第二位智者①。這充分說明埃拉托色尼在人們心目中是一個造詣深邃的學者。
埃拉托色尼首先是以地理學家而聞名于世的。他對古代地理學有多方面的發展貢獻,是數學地理的創始者。
埃拉托色尼最早測得黃道傾角。他通過觀察太陽高度在冬至日和夏至日之間的差別,測量了黃道傾角,并且求出它等于23°51′19.5″。
埃拉托色尼還用測量黃道傾角的方法,測定地球的大小,是歷史上第一個用正確的方法測得地球的周長和直徑的科學家。
雖然,在埃拉托色尼之前,已有數學家試圖求出地球的周長,說是約40萬斯塔季亞②,而與他同時代的阿基米德也假設過是300萬斯塔季亞,但是,方法正確,數值準確的還是埃拉托色尼。埃拉托色尼知道,在亞歷山大里亞以南的西厄那(今阿斯旺),夏至日的正午,太陽光直射到最深的井底,也就是說,這時候太陽位于正天頂。據此,他于同一時辰,在亞歷山大里亞用圭表①進行觀測計算。方法如圖所示。S為太陽,A為亞歷山大里亞,B為西厄那,OA和
埃拉托色尼在地理學方面的另一個重要貢獻,是寫了《地理學》的著作,創立了普通地理學的完整體系。他第一次使用了“地理學”(Geographica)這個名詞①。他在這本書中,清除了先前地理學的神話和傳說,用自然地理學的成份代替了歷史成份,并且正確地主張在地理學中運用數學和物理學的原理。他描述了地球的形狀,認為有人居住的大地呈球狀,但并不象琢磨得勻整的車輪一樣,地勢有高有低。他闡明了由于水、火、震動、蒸發及其他類似的現象的影響,引起地球的變化,水陸的變遷,并以大陸內地常常會發現大量的貝殼、蠔殼和海扇殼的事實來證明某些地區曾是滄海變平原。他根據大西洋和印度洋漲落潮的相似,正確地推測它們之間是相通的,因而人們可以從海道繞過非洲。一千七百年后,葡萄牙人達·伽馬正是沿著這條海道開辟了通往印度的航路。同時,他認為,有人居住的大地,由東至西的長度應該相當于日出和日落之間的距離,而不是很長的,而地球是一個各邊極連接在一起的球狀,因此,如能橫渡大西洋的話,就能夠在同一緯度圈,從伊比利亞(即西班牙)橫渡到太平洋。盡管他有的依據不科學,但如此推測和判斷,是正確的。他還很準確地劃分了地球上的氣候地帶。他發現五個地帶:兩個寒帶,它們的范圍是北極圈和南極圈,極圈與回歸線之間是兩個溫帶,最后,是回歸線之間的熱帶。他還指出,由于靠近赤道,所以在熱帶里,在赤道和回歸線之間有一個有人居住的地帶和兩個無人居住的地帶。假如我們注意到沙漠在地球上所占的地方的話,他的這種推測或假設,是很符合實際的。
埃拉托色尼還利用了亞歷山大里亞圖書館的資料,特別是亞歷山大東侵亞洲以后所積累起來的資料,以及由希臘水手和商人從各國得到的一切地理資料,估計了當時地球上已知各地的距離及其相應的位置,并按地理學的緯度把這些地點安排于天文學上測定的某些點內,從而繪制出了他那有名的世界地圖。當然,由于當時沒有科學的設備,經度的測量尚未進行過,就是緯度的測量也是很不準確的。因此,埃拉托色尼所估算的各地的距離、位置,以及所繪制的地圖,不免與實際存在著差距,但是,大體上還是準確的。
埃拉托色尼在地理學上的研究成就,為自然地理學奠定了基礎,他不愧為古代第一個卓越的地理學家。
埃拉托色尼也是一個數學家。在數學上,他的主要貢獻是他那有名的“埃拉托色尼篩法”。這是在自然數系列中篩掉所有的合數,而所有的素數都留下來的一種方法①。例如,為要找出1到1,000這個范圍內的所有素數,按下面方法進行:
先把從1到1,000的所有的數都寫出來。劃去1(因為它不是素數)。然后,在2下面畫一橫線,再劃去所有2的倍數(偶數),即2以后每隔一個數劃去一個數。接著,在余下未劃去的第一個數(即3)下面畫一橫線,并且把所有3的倍數都劃去,即3以后每隔兩個數劃去第三個數;然后,在5的下面畫一橫線(4已被劃去),并且劃去所有5的倍數,即5以后每隔四個數劃去第五個數,如此類推。于是得到下面的表
這樣,就劃去了所有的合數,得到一個素數表。
埃拉托色尼就是第一個造出這樣素數表的人。據傳,他把一張草紙張緊在一個框子上,然后,把數字寫上,但他不是用筆劃去合數,而是將它挖去。于是得到了一個篩子似的東西,所有的合數都好象穿過了這篩子被“篩掉”了,而所有的素數都留下來。“埃拉托色尼篩法”因此而得名。從那時起,素數便一直成為數學領域中研究的課題。
此外,埃拉托色尼還制作過解決倍立方算題的儀器。
埃拉托色尼不僅是卓越的科學家,同時也是哲學家和詩人。他在雅典學習和研究哲學之后,寫了一部《哲學史》。他以赫爾墨斯神話為基礎①,寫了富有天文學意味的詩篇《赫爾墨斯》。
埃拉托色尼還從事過年代學的研究,他曾力圖把特洛伊戰爭以來文學上和政治上的大事日期固定下來。也曾記錄了公元前238年埃及新舊歷法的更易。他還寫了《古喜劇史》,共12冊。
埃拉托色尼才華橫溢,研究廣泛,成就卓著,對地理學的貢獻尤為突出,在古希臘的文化史上,占著重要的地位。可惜他的著作,幾無所存,流傳下來的有關片斷,多數也只見之于其他古典作家的作品之中。
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