少年科学史绘本 · 第 6 / 13 章
1.人文与艺术
一般认为“文艺复兴”发生于15-16世纪的西欧。
前面说到，从12世纪开始，欧洲人就对古希腊思想拾起了兴趣，对于古代思想的热情一直没有减退。但在中世纪晚期，欧洲人对古代文献的关注是比较局限的，基本上以亚里士多德为主，特别关注逻辑学、自然哲学等偏“理科”的部分。而15世纪兴起的文艺复兴，顾名思义，侧重点转向了文学和艺术领域。希腊、罗马的戏剧、诗歌、演讲稿等文献得到了广泛关注，人们更是把热情投入到绘画、雕塑和建筑等艺术领域。
文艺复兴的推动者经常被称作“人文主义者”，他们追求的不是哲学论辩，而是要在文化领域重现古代的辉煌。
文学和艺术的繁荣除了间接带动了科学书籍的丰富之外，在观念和态度方面或许也为科学的发展注入了新的活力。
希腊罗马的文学是世俗的、接地气的，和中世纪神圣的、禁欲的宗教文学大相径庭。人文主义者关注“人”的现实生活。他们通常不反对宗教，但反对权威与教条。这种崇尚自由、尊重个性的精神不局限于少数科学家，也深入到许多文人和贵族心中，很多达官贵人愿意提供赞助，以支持学术的发展。
在艺术领域，文艺复兴的一大突破是透视法的发明。透视法不仅是一种让绘画逼真立体的技法，同时也伴随着实验方法和科学观念的觉醒。
透视法可能有更古老的历史，也许希腊艺术家就懂得一些，不过让透视法被文艺复兴艺术家普遍接受的标志性的人物是布鲁内莱斯基（1377-1446）。
布鲁内莱斯基出生于富裕的家庭，父亲想让他子承父业去当官，让他接受文学和数学教育，不过，布鲁内莱斯基对机械和手艺更感兴趣，于是父亲最后把他送到佛罗伦萨的羊毛商人公会去学习。
所谓羊毛商人公会，其实是一个庞大的公会联合体，其中也包含金匠、雕塑匠等等。许多大大小小的公会自发联合，构成了城邦国家佛罗伦萨重要的政治力量。
当时的公会建立了自己的学校，提供初等教育和职业教育，培养各门工艺的学徒。年轻人在这些学校需要学习5到7年，然后实习打工3年，可以被认定出师。出师之后才有资格自己开设工坊营业。布鲁内莱斯基主要学习金匠的相关技能，包括镶嵌、铸造、雕刻，也包括绘画、雕塑、机械等。文艺复兴早期的许多佛罗伦萨艺术大师很多都出身行会学校，特别是金匠行会，包括吉尔贝蒂、多纳泰罗、达芬奇的老师维罗齐奥等。
布鲁内莱斯基在金匠行会时就有些发明，他给机械钟添加了“闹钟”的功能。和当时的大多数人文主义者一样，布鲁内莱斯基向往古希腊和古罗马的艺术，他和多纳泰罗一起去罗马访古，亲自参与遗迹挖掘。
让布鲁内莱斯基声名鹊起的事情是主持修建佛罗伦萨圣母百花大教堂，该教堂设计了一个直径近50米，高约100米的穹顶结构，可以说是当时的一大世界奇观。
兴建大教堂动用了许多数学和机械技巧，包括巨型起重机等省力装置，布鲁内莱斯基进行了多项改良。布鲁内莱斯基虽然小时候不爱学数学，但成年后也喜欢与当时的数学家互相交流，有时会凭借丰富的实践知识与学者辩论。
为了运载大理石等建材，布鲁内莱斯基还发明了名为“怪兽”的巨型拖船。他要求行会联盟保护其发明，然后公开这项发明。在中世纪，工匠个人的发明也会被要求在行会内部分享，但是禁止向行会外公开。布鲁内莱斯基获得的可能是现代第一份个人的“发明专利”授权。可惜这艘拖船出师不利，搁浅并沉没了。
让布鲁内莱斯基被认作透视法发明者的，是他公开做的一系列实验。例如，他利用透视原理绘制了一座礼堂并做了镜像反转。他在画布上开了一个孔，让观察者站在真实的礼堂面前，从画布背面透过小孔观看真实的礼堂。此时再拿一面镜子放到小孔前，挡住真实礼堂，于是观察者看到的是透过镜子反射出的画布上的形象。
在恰当的位置，观察者将发现，不加镜子看到的真实景象，和加镜子后看到的画布景象完全重叠一致，从而证明了透视法确实能够如假包换地呈现真实的视觉印象。
【图：布鲁内莱斯基的透视法实验】
【这张图还要重做】
通过人工技艺“复现真实”是透视法的追求，也是现代实验科学的要求。在古代，科学家往往不重视工具和手艺，认为这些技巧无助于接近真理。但是现代科学认为，研究者可以利用各式各样的工具和手段，来刻画或逼近真实。那么什么样的手段是合法的、准确的呢？布鲁内莱斯基提供的其实是某种对工具方法的验证实验，可以说布鲁内莱斯基既是透视艺术的先驱，也是现代实验科学的先驱
文艺复兴时期的艺术家们超出了“画匠”的范畴，他们往往同时是数学家和实验家。艺术与科学的兼容在莱昂纳多·达芬奇身上达到顶峰，除了绘画之外，达芬奇留下了大量研究和发明的手稿，包括生理学、解剖学，包括飞机、直升机、坦克等发明。达芬奇的发明虽然无法实用，但在设计过程中他已经自觉地运用了实验方法，有针对性地探索和改进。
2.印刷术促进对经验记录的重视
当然，在“科学”领域，人文主义者有所推进，他们引入了来自更多作者和更多领域的古代文献。许多学者厌倦了亚里士多德的思想，转而追捧柏拉图和毕达哥拉斯，他们更强调数学的意义。另外，炼金术、医学和博物学著作也广受欢迎。
文艺复兴的发端，一方面是整个中世纪晚期欧洲思想文化逐渐发展的结果，另一方面也有一些历史契机。例如1453年君士坦丁堡沦陷前后，大量古典文献流入西欧，充实了西欧人的文献资源；另外值得注意的背景是，来自中国的几项重要技术陆续传入欧洲，造纸术和印刷术加速了书籍的传播，火药打破了阶级固化，指南针则助力航海拓宽了眼界。这其中印刷术和指南针可能是欧洲人独立的发明，而造纸术和火药确实是由中国传来。
马克思曾经评价过这些技术发明的历史意义：“这是预告资产阶级社会到来的三大发明，火药把骑士阶层炸得粉碎，指南针打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术则变成新教的工具，总的说来变成了科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆。”
印刷术对科学的促进尤为重要，廉价的纸张加上印刷术让书籍出版的速度和数量指数提升，而印刷术造成的新的知识环境，可能也潜移默化地改变了学者们对待知识的态度。
在古希腊，书籍主要由纸莎草纸制成，纸莎草纸虽然轻便，但造价昂贵，在潮湿的环境下不易保存。在中世纪欧洲，羊皮纸和牛皮纸是书籍的主要载体，羊皮纸书更耐保存，但同样昂贵。
在印刷术之前，书籍只能依赖誊抄来传播，但抄写费时费力，也难免出现讹误。只有《圣经》等极少数重要典籍，在抄写时会进行正反多轮校对，讹误相对较少。一般的手抄书在印刷术之前几乎不存在两本一模一样的书。比如在中国，老子的《道德经》仅仅五千多字，就有多个版本流传于世，如王弼注本、河上公注本、严遵注本、傅奕本、唐代景龙碑本等，近年来又陆续考古出土了多个文本，如马王堆帛书甲本、乙本、郭店楚简本、北大竹简本等等。这些版本都不尽相同，连同一墓穴出土的两本书都略有差别。
几千个字的人文著作尚且如此，那些包含复杂的图例、算式和数据的科学文本，在传抄过程中就更难以保证准确了。
因此，古代的学术如果要持续传承，要么需要有像缪斯宫那样稳定的机构来支持，要么依赖于传承有序的家学渊源。
显然，除了圣哲名家，普通学者的著作很难得到传播。为了传播自己的思想，有些学者会在抄写名著时夹带私货，有些学者干脆托名伟人传播自己的著作，这就加剧了讹误和伪作的现象。更多的学者只能以注释和整理经典文献的形式来表达。
所以在古代，学者总是喜欢以先圣或祖师为权威，致力于注释而非创新，这就不难理解了。不完全是因为古代学者故步自封，而是因为知识的传播方式限制了创新的空间。
我们现代人会想当然地觉得，如果我读书时认为某个古代大师说错了，我就应该大胆质疑，批评古人的错误，提出新的见解。这种批判精神其实古人也有，亚里士多德说“我爱我老师但我更爱真理”，孟子说“尽信书不如无书”。但是平心而论，当你在一册手抄本书籍中发现了某些错误，更合理的推测应当是：这不是大师犯错了，而是抄写者传抄过程中发生的讹误。
事实确实如此，一部著作在传抄过程中保持准确就已经难能可贵了，很难指望学者们不断在前人的肩膀上添砖加瓦。
文艺复兴晚期的英国作家弗朗西斯·培根（1561-1626）出版了《新工具》，提倡提出一种重视经验记录的研究方法。他抱怨古代学者往往只写结论，但没有把“全部札记、注解、细目和资料长编一齐刊出”。事实的确如此，古代学者往往言简意赅，而现代科学家会在研究报告中附上冗杂的数据和资料。但对于古代学者而言培根的要求显然过于苛刻了。即便作者本人愿意把枯燥的资料写在羊皮纸上，他又怎么能奢望后人能够不厌其烦地把这些资料传抄下去呢？即便这些札记被传抄多代，恐怕也会变得讹误丛生了。
印刷术的普及，使得冗长的资料和数据能够得到准确的传播，能够帮助当代学者的新著作得到快速传播，于是，除了那些古老的传世经典之外，学者们有了公共交流的平台，保证了科学的积累性，使得文艺复兴的思想繁荣不再是昙花一现。
当然，印刷术只是科学发展的助力之一，它的意义也不仅限于科学领域。在西方，宗教改革也在很大程度上是由印刷术促成的。而在中国，印刷术的流行可能也引起了文化领域的某些变革，例如雕版印刷最初促进了佛经的传播，随后成为唐宋时期文化繁荣的助力；而活字印刷直到明清才开始普及，伴随着小说的繁荣和考据学派的兴起。印刷术对于中国文化的影响值得进一步探讨。
3.航海家的探索与发现
与文艺复兴大致同时，欧洲的15-17世纪同时也被称作地理大发现的时代，或者叫“探索时代”或“大航海时代”。
1488年达·伽马受葡萄牙王室资助，越过了非洲南部的好望角，发现了前往东方的新航路；1492年哥伦布受西班牙国王资助，向西远航，发现了美洲大陆（他本人以为是到了印度）；1522年麦哲伦的船队完成了第一次环球航行……
在欧洲人开启航海时代之前，中国人达到了航海事业的顶峰，在1405-1433年间，三宝太监郑和率领船队七下西洋，促进了东西方的海上交流。可惜后来明朝政策保守，非但没有继续鼓励远航，反而实行海禁，使得中国的航海大业戛然而止。
郑和出身穆斯林家族，服务于以儒教治国的皇帝，接受过佛教的菩萨戒，在出海时还会拜祭妈祖（道教民俗信仰），在郑和身上体现出多种文化的交融。
郑和的一些航海技术，如牵星术等，来自于信奉伊斯兰教的阿拉伯水手。而西欧的航海技术最初也得益于阿拉伯人。
15世纪，葡萄牙王子亨利招揽英才并资助航海事业，他们借鉴了阿拉伯的造船工艺，设计出轻快帆船卡拉维尔（Caravel），成为后来哥伦布船队的主力船型。
经常有人感叹于郑和船队的规模，宝船的庞大，这确实不错。但就远洋航行、探索未知而言，船太大未必是好事，越大的船对港口的要求越高，在没有修建港口的海岸容易触礁搁浅。轻快帆船以轻快灵著称，小巧灵便。如此，在未知的海岸停泊时不易搁浅，甚至可以沿河流溯流而上，更有利于建立据点。
和中国人一样，欧洲人也使用指南针辅助导航，欧洲的指南针一般是通过万向轮支持的旱罗盘，与中国常用的水罗盘（磁针漂浮于水面上）风格迥异，可能是欧洲人独立的发明。
航海不仅需要各种技术装备，更需要有科学体系的支持，特别是天文学和地理学。在茫茫无际的大海中，如果远离陆地，不能以陆地上的标志物来确定自己的位置，航海者很容易迷失方向，不知道该往哪里走。所以在古代，航海线路通常都是沿着海岸线进行的。而要横越大洋、前往未知海域，就必须有即时定位的办法。
郑和的船队借鉴了阿拉伯人的牵星术，就是通过观察日月星辰的位置来确定自己位置的办法。不过中国古代一直不知道大地是球形的，所以关于海上定位并没有系统的理论支持，只能凭借经验摸索、死记硬背。而西方人自古希腊就确信地球是球形的，如此自然而然得出经纬度的概念，并让定位方法建立在几何模型之上。
观测恒星位置与地平线的夹角，能够计算出当地的时间和所处的纬度。但是经度很难观测。
早在公元前2世纪，希腊化时期的天文学家就已经发明了测量经度的方法，那就是当月食发生时，比较不同地方发生月食的本地时间差，即可计算出它们的相对时差，而时差正是经度决定的。这一方法被托勒密和后来的阿拉伯人发扬和改进，但美中不足的是，这种方法依赖于可遇不可求的日食或月食，而且需要两地通讯之后比对信息才能得出结果，无法在海洋上随时随地进行测量。
顺便说一句，哥伦布非常了解古希腊的天文学和地理学，他熟读托勒密的《地理学》，了解托勒密对已知世界各个城市的经度记录，以及对地球大小的估计。我们说过，埃拉托色尼对地球大小的估计是非常准确的，但是托勒密的计算却出现了较大偏差，他把地球估计得太小了。哥伦布并不盲信托勒密，他亲自研究，做出修订，不幸的是（或者说幸运的是）哥伦布的计算结果比托勒密的估计还要小。于是，哥伦布相信从欧洲出发往西航行，很快就能到达富庶的东方。
到达自以为印度的美洲之后，哥伦布也在当地做了几次经度测量，结果的偏差都比较大。不过后来的航海家们前赴后继继续探索，他们的测量就越来越准确了。
在海洋上如何更准确地测量经度呢？这成为数百年内航海家和科学家们不断探索的课题。最初，航海家们会携带沙漏（郑和的船队使用燃香）来计时。船上往往有专人负责监视和翻转沙漏，通过沙漏能够计量出船队出发后经历的时间，然后再通过天文观测，能够知道船只所在地的时刻，两相对比就能够计算出出发地与所在地之间的时差了。
但沙漏毕竟不够精确，只能大致估算，无法精准定位。对经度测量的要求推动着更多科学家和发明家的工作。例如，伽利略用望远镜发现了木星卫星之后，天文学家尝试通过观察木星卫星等方式来测算经度，可以不再苦等日月食了。另一方面，机械钟的发展逐渐取代了沙漏，提供了精确的计时工具，从而让解决了经度测量问题，不过航海钟决定性的改进一直等到18世纪，才由英国人哈里森做出。
另外，航海需要使用大量仪器，如星盘、象限仪，以及后来的望远镜、六分仪等等，许多也都是科学仪器。航海的热潮促进了仪器产业的发展，间接推动了科学和实验的发展。
地理大发现除了在测量和仪器等技术问题方面激励了科学研究之外，“发现”这一概念本身的流行或许也推动了科学的进步。
“发现”一词最初并没有开拓、创新的含义。比如你忘记钥匙放哪里了，最后在大衣口袋里“发现”了钥匙——“发现”的意思无非是重新唤起了某些被遗忘的事情。在古代，许多学者并不认为自己能找到多少古代圣哲从不知道的东西，人们相信“太阳底下没有新鲜事”，该知道的知识古代的圣哲都知道，能实现的事情古代的祖师爷都做得到。正如前文所说，如果当代的学者发现了某些貌似新颖的东西，那么很可能只是前人的传抄出了缺漏。
但再怎么迷信古人，像美洲大陆的存在这样巨大的发现，就很难归结于抄写者的遗漏了。地理大发现让越来越多人相信：古人确实是有局限的，而今人有可能做出前无古人的壮举。
我们还是来看培根的《新工具》，这本鼓吹科学方法的书，在当年出版时，扉页上绘制的图景就是一艘帆船扬帆出海，跨过海格力斯之柱（象征地中海的门户）。这一图景颇有象征意义：正是航海家的探索与发现，激励着科学家们在知识的海洋中超越前人、勇闯未知。
小结 探索
无论文艺复兴的人文主义者，还是地理大发现的航海家，“探索”是这一时代的主题。超越古人、探索未知、发现和创造，这些概念对于现代人来说是理所当然的，但是在古代并非如此。
文艺复兴是西方“古代”与“现代”的分界，“现代”的概念不仅意指“现今的时代”，更是含有“与古代断裂”的含义。当然，在文艺复兴之初，人们想要和“中世纪”割裂，重现古代的辉煌，不过在文艺复兴之后，现代人逐渐摆脱古代的阴影，自信能够超越古人，勇敢地迈向新的大陆。
文艺复兴所“复兴”的与其说是古代的知识和典籍，不如说是古代学者的“初心”。在好奇心的驱使下探索未知、开拓知识的疆界，这也是古代先哲们做的事情。
文艺复兴的“科学”就像叛逆期的少年，第二次觉醒了自我意识，他既怀念无忧无虑的童年，又希望与过去幼稚的自己相决裂。同时，叛逆期的少年也对“成长”（进步）有了明显的自觉，并且对未来充满期待。
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