第三章 千年长青欧几里德、亚里士多德、墨子
欧几里德、亚里士多德、墨子，这三位科学家有一个共同的特点：他们生活的年代距离现在已经有几千年了。与他们同时代的科学家相比较：其他科学家已经埋没在历史的黄沙中，唯有他们像千年常青的不老松一样，不时出现在人们的面前。
欧几里德（euli，约公元前330年—公元前275年），古希腊数学家，被称为“几何之父”。他最著名的著作《几何原本》是数学的名著之一，她提出五大公设被认为是欧几里德几何的基础，并且被广泛的认为是历史上最成功的教科书之一。此外，欧几里德还写了一些关于透视、圆锥曲线、球面几何学及数论的作品。
关于欧几里德的身世，历史文献中记载的很少。据说他的《几何原本》是亚历山大大学的一个课本。亚历山大大学是希腊文化最后的集散地。
当时的统治者托勒密很重视学者和学问，于是就成立了亚历山大大学。这个大学就在他的王宫旁边，是当时全世界最优秀的大学，设备一流，并有许多藏书。
欧几里德出生于雅典，当时雅典是古希腊文明的中心。受到浓郁的文化气氛感染，当他还是个十几岁的少年时，就迫不及待地想进行深造。
一天，一群年轻人来到位于雅典城郊外林荫中的柏拉图学园。只见学园的大门紧闭着，门口挂着一块木牌，上面写着：“不懂几何者，不得入内! ”这是当年柏拉图亲自立下的规矩，为的是让学生们知道他对数学的重视。此时，他看了看那块牌子，然后果断地推开了学园大门，勇敢地走了进去。
最早的几何学兴起于公元前7世纪的古埃及，当时主要是为了满足尼罗河水泛滥之后丈量土地的需要。后流传到古希腊，又借毕达哥拉斯学派系统奠基。在欧几里德以前，人们已经积累了许多几何学的知识，然而这些知识当中，存在一个很大的缺点和不足，就是缺乏系统性。公理与公理之间并没有很强的联系，更不要说对公式和定理进行严格的逻辑论证和说明。
随着时间的推移，特别是随着农牧业的发展、土地开发和利用的增多，把这些几何学知识加以条理化和系统化，成为一整套完美的知识体系，已经是刻不容缓的事情。欧几里德在对几何学理论系统而周详的研究的基础上，下定决心要在有生之年完成历史所赋予自己的重要使命。为此，欧几里德不辞辛苦，经过长途跋涉，从雅典古城来到埃及的亚历山大城。在此后的无数个日日夜夜，他一边收集以往的数学专著和手稿，一边向有关学者请教，同时开始著书立说。经过欧几里德的辛勤劳动，终于在公元前300年的时候，几经修带易稿而最终完成了《几何原本》一书。这是一部不朽的巨著，是欧几里德几何学的奠基之作。时至今日，《几何原本》仍然是世界各国中学的必修课。另外，从小学到初中、高中、再到大学的教科书中，都有他所给出的定律和公式等。
在牛津大学自然历史博物馆中，至今依然屹立着欧几里德石像。
不过，直到现在我们还不知道欧几里德到底长得什么样，所以目前所见到的欧几里德画像和塑像都是出于画家和雕塑家的想像。另外，一些文献中还会把“几何之父”欧几里德与另一位欧几里德（是受苏格拉底影响的哲学家）弄混。
在《几何学发展概要》中，记载着几何学在欧几里德的完善和推动下，逐渐成为大众生活中的一个重要话题，以至于当时亚里山大国王托勒密一世也想学点儿几何学知识。由于这位国王事务繁多等原因，学起来非常吃力。于是，他问欧几里德“学习几何学有没有什么捷径可走？”欧几里德笑着说：非常抱歉，陛下！学习数学和学习一切科学一样，是没有什么捷径可走的。学习数学，人人都得独立思考，就像种庄稼一样，不耕耘是不会有收获的。在这一方面，国王和普通老百姓是一样的。
从此,“在几何学里,没有专为国王铺设的大道。”这句话成为流传千古的至理名言。
还有一则有趣的故事。那时候，人们建造了高大雄伟的的金字塔，可是谁也不知道金字塔究竟有多高。有人这么说：“要想测量金字塔的高度，比登天还难！”这话传到欧几里德耳朵里。他笑着告诉别人：“这有什么难的呢？当你的影子跟你的身体一样长的时候，你去量一下金字塔的影子有多长，那长度便等于金字塔的高度！”
这里，欧几里德的方法是最好的吗？对此读者朋友可以思考一下。
欧几里德的著作深刻地影响了后世无数的学者。爱因斯坦曾说过：“一个人，当他最初接触欧几里德几何学时，如果不曾为它的明晰性和可靠性所感动，那么他是不会成为一个科学家的。”
欧几里德虽然是一个严肃认真的数学家，但是他在生活中还有幽默风趣的一面。
当欧几里德的一个学生问他：“老师，学习几何，究竟会有什么好处？”欧几里德没有直接回答这个问题，而是吩咐仆人说，“拿三个硬币给他，因为他首先想在学习中获得实利。”一席话令这位学生羞愧得无地自容。
亚里士多德（arisle，公元前3八4~前322），伟大的古希腊科学家和哲学家。他是柏拉图的学生，亚历山大大帝的老师。他在植物学、动物学、物理学、天、化学、气象学和几何学等自然科学领域做过许多研究。曾被评为世界最伟大的10位科学家之一。
亚里士多德出生于色雷斯的斯塔基拉。这座城市属于希腊的一个殖民地，并且与正在兴起的马其顿相邻。他的父亲是马其顿国王腓力二世的宫廷御医，他的家庭属于奴隶主阶级中的中产阶层。17岁时，他赴雅典在柏拉图学园就读达20年，直到柏拉图去世后方才离开。受父亲的影响，他对生物学等科学有兴趣；而在柏拉图的影响下，他还对哲学感兴趣。
在哲学领域，公元前335年，他在雅典办了一所叫吕克昂的学校，建立了亚里士多德学派。马克思认为亚里士多德是古希腊哲学家中最博学的人物，恩格斯称他是“古代的黑格尔”。
亚里士多德在科学上的贡献是多方面的。
天领域。
亚里士多德认为运行的天体是物质的实体，他首次从月食和星座的变迁推证了地球是球形的，并且对地球的大小作出了在当时条件下比较合理的估计。他还认为地球是宇宙的中心；地球和天体由不同的物质组成，地球上的物质是由水、气、火、土四种元素组成，天体由第五种元素“以太”构成。
物理学领域
亚里士多德的重要贡献是创造了这门学科的名称，“物理”一词的现代拉丁文的拼写“physia”，是他从希腊字（自然）一词演变来的。
亚里士多德关于物理学的许多思想和观点深刻地影响了中世纪的科学活动，其影响范围甚至延伸到文艺复兴时期。不过，他在物理学的地位最终被牛顿取代。
亚里士多德对于力学问题的论，已经具有某些力的平行四边形的概念。他对杠杆问题说：距支点较远的地方更容易撬动重物，因为画出一个较大的圆，用现在的观点来说就是移动的距离较大。他把杠杆一端重物的运动分解为切向的（他所谓“合乎自然的”）运动和法向的（“违反自然的”）运动。亚里士多德关于落体运动的观点是：“体积相等的两个物体，较重的下落得较快”，他甚至说，物体下落的快慢精确地与它们的重量成正比。这个观点对后世影响很大。一直到16世纪末斯蒂文和伽利略不仅从理论上说明，而且用实验“证实”了亚里士多德的“错误”。
但是，在这个问题上只提亚里士多德的“错误”，而不提亚里士多德可能正确的情况，显然就使亚里士多德遭受了不白之冤。
实际上，对于两个物体下坠的问题，是一个非常复杂的问题。如果考虑空气阻力，以及两个物体的不同重量、不同材料、不同体积的各种复杂情况，较重物体的下坠速度是否会比较轻物体的下坠速度快，还是一个需要深入探讨的问题。作为两种极端情况，亚里士多德是正确的。第一种情况：考虑两个体积相等的球体，一个是铁球、另一个是气球，较重的铁球是不是比较轻的气球下坠的快？第二种情况：较重的铁球，肯定要比没有折叠的较轻纸片的下坠速度快。
读者朋友们对此怎么看？
亚里士多德还认为：“凡运动的事物必然都有推动者在推着它运动”，但一个推一个不能无限地追溯上去，因而“必然存在第一推动者”，即存在超自然的神力。这个观点深刻地影响了牛顿，甚至可以认为是“第一推动力”的来源。
亚里士多德认为对于土、水、气、火四大元素，其中每种元素都代表四种基本特性（干、湿、冷、热）中两种特性的组合。土=干+冷；水=湿+冷；气=湿+热；火=干+热。
亚里士多德认为白色是一种纯而又纯的光，而各种颜色的光是因为某种原因而发生变化的光，是不纯净的。这种结论被牛顿所否定。牛顿把一个三棱镜放在阳光下，阳光透过三棱镜后形成了红，橙，黄，绿，蓝，靛，紫七种颜色的光，据此牛顿得到结论：白光是由这七种颜色的光组成的。
生物学领域。
他曾经对五百多种不同的植物、动物进行了分类，至少对五十多种动物进行了解剖研究，他还指出鲸鱼是胎生的，并且考察了小鸡胚胎的发育过程。
他是将生物学问题进行分门别类处理的第一个人，并为之写出了专门著作（如动物分类等）。他首先发现了比较法的应用价值并且被认为是比较法的创始人。此外，他特别注意生物多样性现象，以及动植物之间的区别等问题。
虽然他没有提出正式的分类法，但是他对无脊椎动物的分类比两千年后林奈的分类更合理。
在生物学等方面，他的推论总是根据他的观察。此外，亚里士多德的显著特点是追究原因，他并不满足于仅仅得出“是什么”的答案，而且还追究“为什么”的问题，这在当时的历史条件下，是非常了不起的事情。
亚里士多德曾经带领助手长途跋涉、周游各地，搜集大量标本，在此基础上进行了卓有成效的研究。他是一位名副其实的伟大生物学家。
墨子，名翟（约公元前476年~前390年），中国古代杰出的思想家、教育家、科学家、军事家，墨家学派创始人和主要代表人物。主要作品：《墨子》。被后世尊称为“科圣”。
墨子是春秋末期战国初期宋国人（对此尚存争议），宋国贵族目夷的后裔，曾担任宋国大夫。
墨子是中国历史上唯一一个农民出身的哲学家和科学家，他不仅创立了墨家学说。其成就在先秦时期影响很大；同时还创立了以几何学、物理学、光学为突出成就的一整套科学理论。战国时期的百家争鸣，有“非儒即墨”之称。
作为一个平民，墨子在少年时代做过牧童，学过木工。作为没落的贵族后裔，墨子自然也受到一定的教育。因此，墨子是一个有相当文化知识，又比较接近工农小生产者的士人。由于墨子不甘心在家乡默默无闻的生活，决心出外去拜访天下名师，学习治国安邦的本领，企图恢复自己先祖曾经有过的辉煌。
墨子穿着草鞋，步行在各地游学。据《淮南子?要略》之说，墨子开始时曾从师于儒者，学习孔子的儒学，但后来因不满儒家学说而另外创立一个对立的学派。此后，墨子开始在各地讲学，以激烈的言辞抨击儒家和各诸侯国的暴政。大批的手工业者和下层士人开始追随墨子。最终，墨家学派成为儒家的主要反对派。
墨子在宋昭公时曾做过宋国大夫。但以后地位下降，这使得墨子有更多的机会接近劳动者。再以后，墨子和孔子一样曾经周游各国。但是，也和孔子一样，一直没有机会实现自己的政治抱负和思想主张。
墨子的科学思想和成就至今依然闪耀着不寻常的智慧之光。
宇宙论方面。
墨子认为，宇宙是一个连续的整体，个体或局部都是由这个统一整体组成的。整体与个体或局部之间有着必然的有机联系。从这一宇宙观出发，墨子逐步建立了自己的时空理论。他把时间定名为“久”，把空间定名为“宇”，并给出了“久”和“宇”的定义，即“久”包括一切时间，“宇”包括一切空间；而且，时间和空间都是连续不断的。
在此基础上，墨子又进一步讨论了时空是有限还是无限的问题。他认为，时空既是有限的，又是无限的。对于整体来说，时空是无限的，而对于部分来说，时空是有限的。他还指出，连续的时空是由时空基元或时空元所组成。他把时空元又分为“始”和“端”，“始”是时间中不可再分割的最小单位，“端”是空间中不可再分割的最小单位。
显然，墨子的时空理论在某些方面已经相当接近我们今天所建立的时空理论。
运动论方面。
墨子的运动论也是别具一格。他把时间、空间和物体运动联系起来。他认为，在连续的统一的宇宙中，对于物体的运动需要考虑时间的变化和空间位置的移动，独立于时间和空间的运动是不存在的。
物质论方面。
对于物质的本原问题，墨子大胆地提出与老子不同的观点。
老子关于物质本原问题首先提出了“有生于无”，“天下万物生于有，有生于无”。而墨子则反对老子的这一观点。墨子认为，万物始于“有”，而“无中生有”是不可能的。
对于物质属性问题，墨子认为，如果没有石头，就不会知道石头的坚硬和颜色，没有太阳和火，就不会知道热。亦即，属性是物质的客观反映。
数学方面。
墨子是中国历史上第一个系统阐述数学问题的科学家。他给出了一系列数学概念的准确定义。
墨子关于“倍”的定义：“倍，为二也。”亦即原数乘以二称为“倍”。
墨子关于“平”的定义：“平，同高也。”亦即同样的高度称为“平”。这与欧几里德几何中的“平行线间的所有公垂线相等”极为接近。
墨子关于“同长”的定义：“同长，以正相尽也。”也就是说两个物体的长度相互比较，正好完全对应、完全相等，称为“同长”。
墨子关于“中”的定义：“中，同长也。”这里的“中”指物体的中心对称点，也就是物体的中心就是与物体表面距离都相等的点。
墨子关于“圆”的定义：“圆，一中同长也。”这里墨子指出圆可用圆规画出，也可用圆规进行检验。圆规在墨子之前早已得到广泛地应用，但给予圆以精确的定义，则是墨子的首创。墨子关于圆的定义与欧几里德几何学中圆的定义完全相同。
墨子关于正方形的定义：四个角都为直角，四条边长度相等的四边形即为正方形，正方形可用“矩”来画图和检验。这与欧几里德几何学中的正方形定义也是相同的。
墨子关于直线的定义：三点共线即为直线。这个定义，在后世测量物体的高度和距离方面得到广泛的应用。晋代数学家刘徽在《海岛算经》中就是应用三点共线来测量高度和长度的。汉代以后的瞄准器也是据此发明的。
此外，墨子还对十进位制进行了研究。中国早在商代就已经使用十进制。墨子则对位值制概念进行了系统的总结和论述。他指出，在不同位数上的数码，其数值不同。例如，在相同的数位上，一小于五，而在不同的数位上，一可多于五。例如当一处于较高的数位上时，一就大于五。
物理学方面。
墨子关于物理学的研究包括力学、光学、声学等分支，其中给出了不少物理学的定义，并有不少重大发现，相当于总结出一些重要的物理定理和定律。
墨子关于力的定义：“力，刑（形）之所以奋也。”也就是说，力是使物体运动的原因。他举例说，如果将重物向上举，必须有力的作用方能实现。墨子还指出物体在受力之时，也产生了反作用力。例如，两物体碰撞后，如果其质量相差不大，则两物体就会朝相反的方向运动。如果两物体的质量相差甚大，碰撞后质量大的物体可能不会动，但反作用力还是存在的，其表现在质量小的物体就会运动。
墨子还给出“动”与“止”的定义：“动”是由于力推动的缘故；他又提出“止，以久也，无久之不止，当牛非马也。”意思是物体运动的停止来自于阻力的作用，如果没有阻力的话，物体会永远运动下去。这样的观点，可以被认为是牛顿惯性定律的前身，比同时代全世界的科学家超出了1000多年。例如，虽然亚理士多德也认识到力是使物体运动的原因，但是却认为停止运动是物体的本性；这样的观点显然是错误的。
关于杠杆定理，墨子也得出正确的结论。他指出，称重物时秤杆之所以会平衡，原因是“本”短“标”长。用现代的科学语言来说，“本”即为阻力臂，“标”即为动力臂，而平衡的条件就是：“动力”乘以“动力臂（标）”等于“阻力”乘以“阻力臂（本）”。
此外，墨子还对斜面、重心、滚动摩擦等力学问题进行了深入的研究。
在光学领域，墨子是第一个通过光学实验对几何光学进行系统研究的科学家。可以说，墨子已经奠定了几何光学的基础。正如英国科学史专家李约瑟在《中国科学技术史》物理卷中所说，墨子关于光学的研究，“比我们所知的希腊的为早”，“印度亦不能比拟”。
关于光与影的关系，墨子认真地观察了运动物体影像的变化规律，提出了“景不徙”的观点。亦即，从表上看，运动物体的影子是随着物体在运动，其实不然。因为当运动着的物体位置移动后，其前一瞬间所形成的影子已经不存在了，移动后将形成新的影子，而不是原有的影子运动到新的位置。如果原有的影子仍然存在。它就会永远停止在那个位置。这是显然不可能的。根据墨子的这一观点，后来有人提出了“飞鸟之影未尝动”的说法。
此外，墨子还探讨了物体的“本影”和“副影”的问题。他指出，如果只有一个点光源，则只有本影产生；如果有不止一个点光源，物体就会产生本影和副影。
墨子关于小孔成像的实验，更是受人称道。他明确指出，光是沿着直线传播的，物体通过小孔所形成的像是倒像。这是因为物体的影像穿过小孔时，由于光的直线传播，物体上方的影像成为下方的影像，反之亦然，所以形成的是倒像。
特别难能可贵的是，墨子对平面镜、凹面镜、凸面镜等进行了一系列观察和研究，得出了若干几何光学的基本原理。他指出，平面镜所形成的是大小相同的像，不过却是左右互换。如果是二个或多个平面镜相向而照射，则会形成无数的像。凹面镜会形成“正像”和“倒像”。凸面镜则只会形成“正像”。虽然未能区分球心与焦点的差别而把球心与焦点混为一谈，但其结论与近现代球面镜还是基本相符的。
墨子还对声学问题进行了卓有成效的研究。例如，墨子发现井和罂有放大声音的作用，并在战争中巧妙利用。他曾说，在守城时，为了发现敌人是否挖地道攻城，每隔三十尺挖一井，置大罂于井中，罂口紧绷一张薄牛皮，让听力好的士兵认真监听，从而发现敌方是否在挖地道以及挖在哪里。
工程学方面。
墨子精通木工、机加工、兵工等多种技艺，可与当时的能工巧匠公输班相媲美。
墨子擅长防守城池，在说服楚国停止进攻宋国时，曾经与公输般进行模拟攻防战，墨子作为防守方应用自己的防守工具和策略获得了胜利。
另外，墨子熟悉多种兵器、机械和工程建筑的制造技术，并有不少发明创造。在《墨子》一书中，他详细地叙述过城门的悬吊结构，城内外各种防御设备结构和制造技艺，以及水道和地道的建造流程，等等。他的这些论述，对后世的军工技术和军事活动有相当大的影响。
墨子曾经花费3年的时间，精心研制出一种飞行器，比公输班制作的飞行器的飞行时间要长很多。
墨子制造的车辆省力而速度快，且经久耐用，受到人们的赞赏。
尽管墨子在科学技术领域取得了非凡的成就，但是由于中国几千年占统治地位的是儒家学派，以及社会上对科学技术的轻视，墨子的地位一直受到轻视。
是金子总会发光。
2016年八月16日，中国在酒泉用长征二号运载火箭成功发射一颗量子科学实验卫星，该卫星被命名为“墨子号”。此次卫星发射的圆满成功，标志着中国空间科学研究又迈出重要的一步。
首颗量子通信卫星以墨子的名字来命名，正是为了纪念他在科学技术领域的光辉成就。
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