古代世界の科学

紀元前3500年頃、シュメール（現在のイラク）において、メソポタミアの人々は、宇宙に関するいくつかの観測結果を、極めて詳細な数値データとともに保存し始めた。

新石器時代の住民は、上エジプトのアスワンにあるナブタ・プラヤの巨石建造物を建設した。^{[ 11 ]}これらの建造物は、天体観測、宗教的儀式、太陽のパターンや年間洪水周期との調和を調整するのに役立った。これらの儀式は、古王国時代のエジプトにおける宇宙論の出現と関連付けられている。^{[ 12 ]}

考古学的証拠は、古代エジプトの計数システムがサハラ以南のアフリカに起源を持つことを示唆している。^{[ 13 ]}また、サハラ以南のアフリカ文化に広く見られるフラクタル幾何学のデザインは、エジプトの建築や宇宙論的記号にも見られる。^{[ 14 ]}学者アレクサンダー・マーシャックによれば、イシャンゴ骨は、エジプトの算術も2倍の乗算を使用していたことから、エジプトの後の数学の発展に影響を与えた可能性があるが、これについては議論がある。^{[ 15 ]}

古代エジプトにおける著しい進歩には、天文学、数学、医学などが含まれる。エジプトはまた、西洋世界の多くの地域にとって錬金術研究の中心地でもあった。

薬

エドウィン・スミス・パピルスは、現存する最古の医学文書の1つであり、おそらく脳を記述および分析しようとした最古の文書です。これは、現代神経科学のまさに始まりと見なされるかもしれません。しかし、古代エジプト医学には効果的な実践もあった一方で、効果のない、時には有害な実践もなかったわけではありません。医学史家は、古代エジプトの薬理学は概して効果がなかったと考えています。^{[ 19 ]}それにもかかわらず、検査、診断、治療、予後という要素を病気の治療に適用しており、^{[ 20 ]}これは科学の基本的な経験的方法と強い類似性を示し、GERロイド^{[ 21 ]}によれば、この方法論の発展に重要な役割を果たしました。エーベルス・パピルス（紀元前1550年頃）にも、伝統的な経験主義の証拠が含まれています。

マイケル・D・パーキンスが発表した論文によると、ハースト・パピルスにある260の処方箋のうち72%には治療効果がなかった。^{[ 19 ]}パーキンスによれば、下水薬理学は古代エジプトで始まり、中世まで続いた。牛糞を傷口に塗る、耳にピアスや刺青をする、慢性的な耳の感染症などの習慣は、破傷風の発症に重要な要因だった。^{[ 22 ]}フランク・J・スノークは、エジプト医学ではハエの糞、トカゲの血、豚の歯などの治療法が用いられており、それらは有害だった可能性があると述べている。^{[ 23 ]}

メロエ王アマニカバリのピラミッドの彫刻された設計図に基づくと、ヌビア人は調和比を理解していたことから、数学に対する高度な理解を持っていたことがわかる。彫刻された設計図は、ヌビアの数学について明らかにすべき多くのことを示唆している。^{[ 26 ]}古代ヌビア人はまた、初期の太陽時計を作る際に使用した幾何学体系を確立した。^{[ 27 ] [ 28 ]}ヌビアの歴史におけるメロエ時代には、ヌビア人はエジプト人と同様の三角法を使用していた。^{[ 29 ]}

ササン朝では、数学と天文学に多大な関心が寄せられました。ゴンディシャープール・アカデミーはこの点において顕著な例です。^{[ 30 ]}天文表はこの時代に遡り、ササン朝の天文台は後にイスラム黄金時代のイスラム教徒の天文学者や占星術師によって模倣されました。ササン朝中期には、キリスト教の普及に伴いシリア語とともに、ギリシャの見解や伝統という形で西からペルシアに知識が流入しました。中世初期には、ペルシアはイスラム科学の拠点となりました。ウマイヤ朝とアッバース朝が成立した後、多くのイラン人学者がこれらのイスラム王朝の首都に派遣されました。

古代においては、宇宙の仕組みに関する探求は、暦の作成や医学といった実用的な目的のための調査と、自然哲学として知られる抽象的な調査の両方において行われていた。最初の科学者とみなされている古代の人々は、自らを「自然哲学者」、熟練した職業の実践者、あるいは宗教的伝統の信奉者と考えていたかもしれない。

古典古代における科学的思考は、紀元前6世紀にタレスとピタゴラスのソクラテス以前の哲学 において具体的な形を成し始めた。科学の父と呼ばれるタレスは、雷や地震などの自然現象に対して超自然的な説明を初めて提唱した人物である。ピタゴラスはピタゴラス学派を創設し、数学を研究し、地球が球形であると初めて提唱した。^{[ 33 ]}

紀元前385 年頃、プラトンはアカデミアを創設した。プラトンの弟子であるアリストテレスは、ヘレニズム時代の「科学革命」を開始し、エラトステネス、ユークリッド、サモスのアリスタルコス、ヒッパルコス、アルキメデスといった学者たちによって、紀元前3世紀から2世紀にかけてその頂点を迎えた。プラトンとアリストテレスによる演繹的推論の発展は、後の科学的探究に特に役立った。

ヘレニズム時代の天文学と工学の成果は、アンティキティラ島の機械によって示されています。天文学者のサモスのアリスタルコスは、太陽系の地動説を提唱した最初の人物として知られており、地理学者のエラトステネスは地球の円周を正確に計算しました。^{[ 34 ]}ヒッパルコスは最初の体系的な星表を作成しました。

数学者のユークリッドは、数学的厳密性の基礎を築き、今日でも使用されている定義、公理、定理、証明の概念を『原論』で導入した。^{[ 35 ]}アルキメデスは、無限級数の和を用いて放物線の弧の下の面積を計算するために、除去法を用いたことで知られており、円周率πの驚くほど正確な近似値を与えた。[ 36 ^]また、物理学では、静水力学とてこの原理の研究で も知られている。

医学において、ヘロフィロスは人体の解剖に基づいて結論を導き出し、神経系を記述した最初の人物である。ヒポクラテスとその弟子たちは、多くの病気や医学的症状を初めて記述した。ガレノスは、脳や眼の手術を含む多くの大胆な手術を行ったが、それらは1000年以上もの間、再び試みられることはなかった。^{[ 37 ]}

テオフラストスは植物や動物に関する最も初期の記述をいくつか書き、最初の分類体系を確立し、硬度などの特性の観点から鉱物を考察した。大プリニウスは紀元77年に百科事典『博物誌』を著した 。彼はダイヤモンドの八面体形状を正確に記述した。結晶形状の重要性を認識したことは現代の結晶学の先駆けであり、他の多くの鉱物に言及したことは鉱物学を予見させる。彼はまた、他の鉱物が特徴的な結晶形状を持っていることを認識していたが、ある例では結晶の習性を宝石職人の作業と混同している。彼はまた、琥珀の中に閉じ込められた昆虫の標本を見たことから、琥珀が松の木の化石化した樹脂であることを最初に認識した人物でもある。

ハラッパ、モヘンジョ・ダロ、その他のインダス文明(IVC) の遺跡の発掘調査により、「実用的な数学」の使用の証拠が発見されました。IVC の人々は、レンガ構造の安定性に好ましいとされる 4:2:1 の比率の寸法のレンガを製造しました。彼らは、単位重量が約28 グラム (1オンス)に相当する、一定の比率に基づく標準化された重量システムを使用しました。彼らは、六面体、樽、円錐、円柱などの規則的な幾何学的形状の重量を大量生産し、基本的な幾何学の知識を示しました。^{[ 39 ]} IVC の住民はまた、長さの測定を高い精度で標準化しようとしました。彼らは、長さの単位 ( 34 ミリメートル (1.3インチ) ) が 10 等分されたモヘンジョ・ダロ定規を設計しました。古代モヘンジョダロで製造されたレンガは、しばしばこの長さの単位の整数倍の寸法を持っていた。^{[ 40 ] [ 41 ]}  

インド古典数学（ 西暦400年～1200 年）の主要な著者は、マハーヴィーラチャリヤ、アーリヤバタ、ブラフマグプタ、バースカラ2世といった学者たちでした。インドの数学者たちは、十進法、ゼロ、負の数、算術、代数学の研究に初期から貢献しました。三角法は、ギリシャの著作を通して古代インドに伝わり、インドでさらに発展しました。正弦と余弦の現代的な定義はインドで確立されました。

ヒンドゥー・アラビア数字体系は古代インドで開発され、後にイスラム世界アル・アンダルスに広まり、そこでフランスの修道士ジェルベール・ド・オーリヤック（後に教皇シルヴェスター2世となる）によって（ゼロなしで）採用された。シルヴェスターは11世紀にギリシャ・ローマの計算ツールであるそろばんを再導入し、中世ヨーロッパ全体にその使用を広めた。^{[ 42 ]}バクシャリ写本には負の数が含まれている。これは西暦200年から600年までの不確かな時期に編纂されたもので、^{[ 43 ]}その後、インドの数学者ブラフマグプタによって確実に使用された。^{[ 44 ]}

新石器時代のIVC遺跡であるメヘルガルは、人間の歯を生体内でドリルで削った最古の証拠を提供しており、回収されたサンプルは紀元前7000～5500年のものとされている。^{[ 45 ]}

アーユルヴェーダ医学はアタルヴァヴェーダに起源を持ち、ヒンドゥー教と関連している。^{[ 46 ]}スシュルタのスシュルタ・サンヒターは紀元前1千年紀に現れた。^{[ 47 ]}アーユルヴェーダの実践は仏陀の時代（紀元前520年頃）に隆盛を極め、この時代にはアーユルヴェーダの施術者は一般的に水銀硫黄薬を使用していた。この時代の重要なアーユルヴェーダの施術者の一人がナーガールジュナである。チャンドラグプタ2世の治世（西暦375～415年）には、アーユルヴェーダはインドの主流の医療技術の一部であり、植民地時代までその状態が続いた。  

インドにおける初期の天文学は、他の文化と同様に、宗教と密接に結びついていました。天文学的概念に関する最初の文献上の記述はヴェーダに見られます。サルマによれば、「リグヴェーダには、無からの宇宙の起源、宇宙の構造、球状の自立した地球、そして360日をそれぞれ30日の12等分し、周期的な閏月を加えた1年についての知的な考察が見られます。」^{[ 48 ]}

文献に記録されている古典インド天文学は、マウリヤ朝（ヴェーダンガ・ジョーティシャ）からヴィジャヤナガラ朝（ケーララ学派）まで多岐にわたる。古典インド天文学は5世紀に始まったと言える。アーリヤバタは『アーリヤバティーヤ』と失われた『アーリヤ・シッダーンタ』を著し、ヴァラーハミヒラは『パンチャ・シッダーンティカ』を著した。インドの天文学と占星術は恒星計算に基づいているが、ごくまれに回帰式も用いられた。

錬金術はインドで人気があった。^{[ 49 ]}インドの錬金術師で哲学者のカナダは、分割できない物質と定義したアヌの概念を導入した。これは現代科学の原子の概念に類似している。^{[ 50 ]}

言語学（音韻論や形態論とともに）は、サンスクリット語を研究していたインドの文法学者の間で最初に生まれた。ヘーマチャンドラはサンスクリット語とプラークリット語の文法書を著した。彼の『シッダ・ヘーマ・シャブダヌシャーシャナ』には6つのプラークリット語が含まれている。^{[ 51 ]}彼はアパブランシャ語の唯一知られている文法書を作成し、それを民話で説明している。^{[ 52 ]}パーニニのサンスクリット語文法書には、サンスクリット語の形態論、音韻論、語根に関する特に詳細な記述が含まれている。^{[ 53 ]}

ジョセフ・ニーダムは著書『中国の科学と文明』の中で、中国の「四大発明」（製紙、羅針盤、印刷、火薬）について概説した。ニーダムは特に漢王朝を中国科学にとって最も重要な時代のひとつとして強調し、天文学と暦法の著作における目覚ましい進歩、初期の植物学と動物学における生物の体系的な記録、そして王崇の『論衡』などの作品に体現された当時の哲学的懐疑主義と合理主義を指摘した。^{[ 54 ]}

ニーダムの意見に賛同し、金冠濤、范紅業、劉慶峰の各教授は、漢王朝を中世の宋王朝に匹敵する中国科学の進歩の特異な時代として強調している。彼らはまた、戦国時代に発展した墨家の原始的な科学思想は中国科学の決定的な構造を提供できたかもしれないが、中国の神学と王朝による儒教とその文学古典の奨励によって妨げられたと述べている。^{[ 55 ]}ニーダムや他の中国学者は、中国の知識人の宗教的および哲学的枠組みが自然法則の合理化の努力を妨げたため、文化的要因が中国の業績が現代科学と見なされるものへと発展するのを妨げたと指摘している。

ギリシャの天文学者エラトステネスは、紀元前255年に天球儀を発明した最初の人物として知られています 。天球儀が中国にいつ初めて登場したかは定かではありませんが、西漢の天文学者耿寿昌が紀元前52年に中国で初めて赤道環を設計に追加し 、賈奎が紀元84年に黄道環を追加し 、張衡が地平線環と子午線環を追加したとされています。^{[ 56 ]}

張衡の作品は、後の中国史において非常に大きな影響力を持った。時計職人として、張衡は、天球儀の組み立てられた環を自動回転させるために水車と水時計タイマーの水力を利用した最初の人物として、記録された星や惑星の動きを実証した^{[ 57 ]。}このモデルは、唐代の易興が先駆的に開発した天文時計の液体脱進機に直接影響を与え、宋代の科学者蘇松がチェーン駆動と水力駆動の天文時計塔を建設する際に使用した^{[ 58 ]}。張衡は中国で初めて水車の動力を利用した人物ではなく、杜石は鉄冶金において、高炉のふいごを動かして銑鉄を製造したり、キュポラ炉で鋳鉄を製造したりするために水車を使用していた^{[ 59 ]}。張衡は、遠くの地震の主方向を検出する倒立振り子を備えた地震計を発明した。^{[ 60 ]}張が走行距離を計測するオドメーターカートと、ナビゲーションのために差動ギアを使用して常に南を指す非磁性南向き戦車の設計を発明したのか、単に改良しただけなのかは不明であるが、^{[ 61 ]}三国時代の技術者である馬軍は戦車の成功したモデルを作成した。^{[ 62 ]}

東漢時代の美術に描かれている走行距離計付きの荷車は、紀元前110年頃に西漢時代の中国で羅夏洪 によって発明された可能性が最も高く、またギリシャ人（紀元前3世紀のアルキメデス か紀元1世紀のアレクサンドリアのヘロン ）によっても別個に発明されたと考えられている。^{[ 63 ]}

地図製作においては、紀元前4世紀に遡る秦の 地図が発見されており、西晋王朝の官僚である裴秀は、目盛りの付いた縮尺と地形の標高の測定を可能にする幾何学的グリッド参照を使用した最初の中国人地図製作者として知られている^{[ 64 ]}。ただし、これは現在失われている張衡が作成した地図の長方形グリッドシステムに基づいていた可能性がある^{[ 65 ] 。}

数学に関して言えば、西暦179年に後漢時代に完全に編纂された『九章算術』は、おそらく負の数を利用した最初の文献でもある。負の数は斜めに立てた数え棒で象徴され、負の数を象徴する赤い棒と正の数を象徴する黒い棒は、西漢時代にまで遡る可能性がある。^{[ 66 ]}

張衡は、立方体の体積と内接球の体積の比が 8:5 であることから、10 の平方根を用いて円周率を3.162 と近似したが、 ^{[ 67 ]}これは、未知の方法を用いて 3.154 と計算した劉欣よりも精度が低かった。 ^{[ 68 ]}張衡の計算は、三国時代の数学者劉衡が西暦 263 年に著した『九章算術』の注釈で改良され、 3.14159 という値の円周率アルゴリズムを提供した。^{[ 69 ]}一方、劉宋と南斉時代の数学者祖崇之は3.141592 という値に達し、これは西洋数学に触れる前の中国人が達成した最も正確な数値であった。 ^{[ 70 ]}

紀元前433年旧暦1月に作られた曽の易侯墓から出土した漆塗りの木製スーツケースには、中国天文学の星座の中に28の宿を描いた星図が装飾されている^{[ 71 ]。}

初期の中国天文学は、中国の学者たちがしばしば関心を寄せていた自然界と観測可能な宇宙の徹底的な記録の一例を示している。中国の星の名前は、殷王朝の甲骨文字に記されている。^{[ 72 ]}紀元前433年の曽の怡侯の墓の漆器や秦の政治家呂不韋の百科事典『呂史春秋』には、黄道上の星のリストが記載されているが、観測可能な天球上のすべての星をリストした完全な星表が出版されたのは漢王朝になってからである。 ^{[ 71 ]}紀元前168年に西漢の墓に埋葬された馬王堆絹文書には、中国の星座や彗星を示す中国の星図の文章と墨絵が記されている。^{[ 73 ]}戦国時代の天文学者、施申と甘徳は、紀元前 4 世紀に星表を出版したと伝統的に考えられているが、^{[ 74 ]}後の中国の星表のモデルとなったのは、司馬遷(紀元前 145 - 86 年) が『史記』の「天官書」に収録した星表である。^{[ 75 ]}中国の星座は、後に中世の朝鮮の天文学や日本の天文学にも採用された。^{[ 76 ]} 90 の星座を掲載した司馬遷の星表を基に、^{[ 77 ]} 120 年に出版された張衡の星表には124 の星座が掲載された。^{[ 78 ]}   

周王朝後期に初期の科学的思想が確立され、漢王朝で広まった。ギリシャのアリストテレスと同様に、王崇は地球の水循環を正確に記述したが、同時代の人々からは否定された。^{[ 79 ]}しかし、王崇は（ローマのルクレティウスと同様に）当時主流であった、太陽と月は球形であり、月は太陽光の反射によって照らされているという漢民族の仮説を誤って批判した。正しい仮説は天文学者で音楽理論家の景方によって提唱され、博学者で科学者で発明家の張衡によって発展させられた。 [ ^{80 ]張衡}は、天球は丸く、地球を卵黄とする卵のような構造をしているという理論を提唱した。これは、当時のギリシャ・ローマ世界で広く受け入れられていた地動説である。 ^{[ 81 ]}

分析的手法は文字そのものにも適用された。戦国時代の『二言』は基本的な辞書を提供しているが、表意文字を解説・分析した最初の中国語辞書は、後漢の言語学者で政治家の徐申が編纂した『説文解字』であり、9,353字が部首別に分類されている。^{[ 82 ]}

伝統的な中国医学の重要な著作である『黄帝内経』は、紀元前3世紀から2世紀にかけて編纂され、形而上学的な五行と陰陽の観点から人体の臓器や組織（臓腑）を考察した。『黄帝内経』には、気の生命エネルギーの2つの循環経路についての信仰も記されている。^{[ 83 ]}漢王朝の医師たちは、脈診によって体内のどの臓器が気のエネルギーを発しているか、そして患者がどのような病気を患っているかを特定できると信じていた。^{[ 84 ]}『黄帝内経』は、鍼治療の使用について記述した最初の中国語文献として知られているが、金の鍼が中山王劉勝（紀元前113年没）の墓から発見されており、後漢時代の石彫作品には鍼治療の様子が描かれている。^{[ 85 ]}『黄帝内経』は、糖尿病について記述し、それを甘いものや脂肪分の多い食品の過剰摂取と関連付けた最初の文献としても知られている。 ^{[ 86 ]} 

外科手術において、漢の文献は膿瘍の切開などの特定の手術手順に関する実践的な助言を提供した。^{[ 87 ]}手術を受ける患者への麻酔の使用について記述した中国で最初の医師として知られているのは、後漢の医師である華佗で、彼は『黄帝内経』に基づく漢方薬学の知識を利用して、手術創を1か月以内に治癒させる軟膏を作成した。^{[ 88 ]}彼の手術手順の1つは、彼が診断し治療した女性の子宮から死産胎児を取り除くことであった。 ^{[ 88 ]}華佗と同時代の医師であり薬理学者であった張仲景は、彼の主要な著作である『傷寒論』および『金匱要略』に、後漢時代に中国で知られていた医学知識の多くを保存した。^{[ 89 ]}

漢代に確立された中国医学の主要な体系とは別に、現代の考古学は、それ以前の中国における医学の発見を明らかにしている。紀元前3世紀に遡る秦の水虎地竹書には、ハンセン病 の症状に関する最も初期の記述がいくつか含まれている（ローマの著述家アウルス・コルネリウス・ケルススよりも古く、おそらくインドのスシュルタ・サンヒターよりも古い。スシュルタ・サンヒターの最古の版は特定できない）。^{[ 90 ]}紀元前2世紀の馬王堆絹書には、体操の運動に関する図解と説明文が含まれている。^{[ 91 ]}

コロンブス以前のメソアメリカの中期形成期（紀元前900年頃 ～紀元前300年頃）には、サポテカ文明の文字かオルメカ文明の文字（カスカハル石板が恐らく最古の証拠）のいずれかが、アメリカ大陸最古の完全な文字体系を表している。^{[ 92 ]}    

マヤ文字は、マヤ文明が先古典期 の紀元前400年から200年の間に開発したもので、オルメカ文字とサポテカ文字体系に根ざしており、紀元前100年までに広く使用されるようになった。^{[ 93 ]}古典期マヤ語は、オルメカの共有遺産の上に築かれ、都市化されたメソアメリカの人々の中で最も洗練された文字体系、天文学、暦学、数学を発展させた。^{[ 94 ]} 

マヤ人は、暦を作成するためにゼロを使用する20進法の位取り記数法を発達させ、1から19までの数字には個別の記号文字を使用しました。 ^{[ 95 ] [ 96 ]}

サポテカ族はメソアメリカで知られている最初の天文暦を作成したが、これはオルメカ族の影響を強く受けていた可能性がある。^{[ 94 ] [ 97 ]}

マヤ文字には、数字、係数、20日間（360日を1年とする）から20年間までの暦期間を表す表意文字の形で、容易に識別できる暦日が含まれており、社会的、宗教的、政治的、経済的な出来事を追跡するために用いられた。^{[ 96 ]}