古代における科学

この主題は、古代ギリシア人の実用的な関心から始まった物事の本質を探求するものである。例えば、暦を確立しようとする試みは、紀元前700年頃に生きたギリシアの詩人ヘシオドスの『仕事と日』に初めて例証されている。ヘシオドスの暦は、星の季節的な出現と消失、そして吉凶とされた月の満ち欠けによって季節的な活動を規制することを目的としていた。^{[ 3 ]}紀元前450年頃になると、パラペグマタと呼ばれる文書に星の季節的な出現と消失の集成が見られるようになり、これは天文学的観測に基づいてギリシアの都市国家の市民暦を規制するために使用された。 ^{[ 4 ]}

医学もまた、この時期に実践的な自然研究が行われた分野の一つである。ギリシャ医学は単一の訓練を受けた専門職の領域ではなく、資格認定や免許取得のための確立された方法もなかった。ヒポクラテス派の医師、アスクレピオスの崇拝に関連する神殿の治療師、薬草採集者、薬売り、助産師、体操指導者など、あらゆる人々が特定の状況において治療者としての資格があると主張し、患者獲得のために積極的に競い合った。^{[ 5 ]}これらの競合する伝統間の競争は、病気の原因と適切な治療法、そしてライバルたちの一般的な方法論的アプローチについての活発な公開討論につながった。

原因の説明を探求した例として、ヒポクラテスの著作『聖なる病について』が挙げられます。この著作では、てんかんの性質について論じています。著者は、てんかんを神の怒りに帰する無知と、金銭欲のためにライバル（神殿の治療師）を攻撃しています。著者はてんかんには自然の原因があると主張していますが、その原因が何であるか、適切な治療法が何であるかを説明するとなると、具体的な証拠は乏しく、治療法もライバルと同様に曖昧です。^{[ 6 ]}それにもかかわらず、自然現象の観察は、その原因を特定しようとして収集され続けました。例えば、動物や植物について幅広く執筆したアリストテレスやテオフラストスの著作などが挙げられます。テオフラストスはまた、鉱物や岩石を分類する最初の体系的な試みも行い、その概要はプリニウスの『博物誌』に見られます。

この時代のギリシャ科学の遺産には、経験的研究による事実的知識の著しい進歩（例えば、動物学、植物学、鉱物学、天文学）、特定の科学的問題の重要性の認識（例えば、変化とその原因の問題）、そして真理の基準を確立することの方法論的意義の認識（例えば、自然現象への数学の応用）が含まれていたが、これらの分野のいずれにおいても普遍的な合意は得られていなかった。^{[ 7 ]}

ヘレニズム時代の天文学的知識と工学の達成度を示す好例として、アンティキティラ島の機械（紀元前150～100年）が挙げられる。これは37個の歯車からなる機械式計算機で、太陽、月、そしておそらく古代人が知っていた他の5つの惑星の動きを計算した。アンティキティラ島の機械には、バビロニア人から学んだと考えられている天文学的周期に基づいて予測された月食と日食が含まれていた。[ ^{33 ]この}装置は、後に少なくとも部分的にビザンツ世界やイスラム世界に伝わった、複雑な機械技術の古代ギリシャの伝統の一部であった可能性がある。中世には、アンティキティラ島の機械よりも単純ではあるものの複雑な機械装置が作られた。5世紀または6世紀のビザンツ帝国の、日時計に取り付けられた歯車式カレンダーの断片が発見されている。このカレンダーは、時刻を知るために使用された可能性がある。ビザンチン時代の装置に似た歯車式の暦は、1000年頃に科学者アル・ビールーニーによって記述されており、現存する13世紀のアストロラーベにも同様の時計仕掛けの装置が含まれている。^{[ 34 ] [ 35 ]}

紀元前4世紀後半から紀元前2世紀にかけて、アレクサンドリアに重要な医学学校が設立されました。 ^{[ 36 ]}プトレマイオス1世ソテルの時代から、医療関係者は人体の仕組みを学ぶ目的で死体を解剖して検査することが許可されました。解剖学的研究に人体が初めて使用されたのは、プトレマイオス朝の庇護の下、アレクサンドリアで死刑囚の生体解剖、すなわち生体解剖を行う許可を得たヘロフィロス（紀元前335年～280年）とエラシストラトス（紀元前304年頃～250年頃）の研究でした。^{[ 37 ]}

ヘロフィロスは、それまでの著作よりも人間の体の実際の構造に大きく基づいた解剖学の知識体系を構築した。彼はまた、心臓が「知性の座」であるというアリストテレスの長年の考えを覆し、代わりに脳を主張した。^{[ 38 ]}ヘロフィロスはまた、静脈と動脈の区別について書き、人間の体の構造、特に神経系について多くの正確な観察を行った。^{[ 39 ]}エラシストラトスは感覚神経と運動神経の機能を区別し、それらを脳と結びつけた。彼は大脳と小脳の最初の詳細な記述の1つを行ったとされている。^{[ 40 ]}彼らの貢献により、ヘロフィロスはしばしば「解剖学の父」と呼ばれ、エラシストラトスは一部の人々から「生理学の創始者」と見なされている。^{[ 41 ]}

ヘレニズム時代のギリシャ数学は、その後数世紀にわたって匹敵するもののない高度なレベルに達しており、この時代に活躍した学者たちの業績の多くは非常に高度なレベルであった。^{[ 42 ]}また、数学的知識と高度な技術的専門知識を組み合わせた証拠もあり、例えば大規模な建築プロジェクト（シラクサなど）の建設や、エラトステネス（紀元前276～195年）による太陽と地球の間の距離と地球の大きさの測定などに見られる。^{[ 43 ]}

ヘレニズム時代の数学者は数は少なかったものの、互いに活発に交流していた。出版は同僚間で誰かの著作を回覧したりコピーしたりすることによって行われていた。^{[ 44 ]}最もよく知られているのは、おそらく『原論』として知られる一連の書籍を著したユークリッド（紀元前325年～265年）の著作であり、これは何世紀にもわたって幾何学と初等整数論の規範となった。^{[ 45 ]}ユークリッドの『原論』は、20世紀初頭まで理論数学の教育における主要な教科書として用いられた。

シチリア出身のギリシャ人、アルキメデス（紀元前287年～212年）は、十数冊の論文を著し、その中で多くの注目すべき成果を伝えた。例えば、『放物線の求積』では無限等比級数の和を、 『円の測定』ではπの値の近似値を、 『砂の計算』では非常に大きな数を表すための命名法を記している。^{[ 46 ]}

ギリシャ数学の最も特徴的な成果は、円錐曲線理論であろう。これは主にヘレニズム時代に、アポロニウス（紀元前262年～190年）によって発展させられた。この理論で用いられた手法は、代数や三角法を明示的に用いることはなく、三角法はヒッパルコス（紀元前190年～120年）の時代頃に登場した。

数学天文学の進歩もヘレニズム時代に起こった。サモスのアリスタルコス（紀元前310年～230年）は古代ギリシャの天文学者であり数学者で、太陽を既知の宇宙の中心に置き、地球が太陽の周りを1年かけて公転し、自転軸を中心に1日1回回転するという、知られている限り最初の地動説モデルを提示した。アリスタルコスはまた、地球の大きさと比較した太陽と月の大きさ、および太陽と月までの距離を推定した。彼の地動説モデルは古代には多くの支持者を得なかったが、アリスタルコスの地動説を知っていたニコラウス・コペルニクスなど、初期の近代の天文学者に影響を与えた。 ^{[ 47 ]}

紀元前2世紀、ヒッパルコスは歳差運動を発見し、月の大きさや距離を計算し、アストロラーベなどの最古の天文機器を発明した。^{[ 48 ]}ヒッパルコスはまた、1020個の星の包括的なカタログを作成し、北半球の星座のほとんどはギリシャ天文学に由来する。^{[ 49 ] [ 50 ]}最近では、ヒッパルコスの星表に基づく天球儀が、ファルネーゼのアトラスとして知られる2世紀の大きなローマ像の広い肩の上に置かれていると主張されている。^{[ 51 ]}

大プリニウスは西暦77年に『博物誌』を出版した。これは中世まで生き残った、自然界に関する最も包括的な著作の一つである。プリニウスは単に物質や物体を列挙しただけでなく、現象の説明も記録した。そのため、琥珀の起源が松の木の化石化した樹脂であると正しく記述した最初の人物となった。彼は琥珀の中に閉じ込められた昆虫を観察し、その推論を行ったのである。

プリニウスの著作は、植物や動物といった有機的な世界と、無機的な物質の世界に明確に区分されているが、それぞれの章で頻繁に脱線が見られる。彼は植物、動物、昆虫の出現を記述するだけでなく、人間によるそれらの利用（あるいは乱用）にも特に関心を寄せている。金属や鉱物の記述は特に詳細で、古代世界から現存する最も包括的な文献集として価値がある。著作の多くは文献資料を巧みに利用して編纂されたものだが、プリニウスは将校として駐在していたスペインでの金採掘の様子を目撃談として記している。プリニウスが特に重要なのは、彼が利用し参照した先行する著者とその著作について、詳細な書誌情報を提供している点である。彼の百科事典が暗黒時代を生き延びたおかげで、たとえテキスト自体が失われていても、これらの失われた著作の存在を知ることができるのである。この本は1489年に出版された最初の書籍の一つであり、ルネサンス期の学者にとって標準的な参考書となっただけでなく、世界に対する科学的かつ合理的なアプローチの発展にインスピレーションを与えた。

アレクサンドリアのヘロンは、古代エジプトの数学者であり技術者であり、しばしば古代における最も偉大な実験家とみなされている。^{[ 53 ]}彼の最も有名な発明の中には、陸上での風力利用の最初期の例である風車と、記録に残る最初の蒸気機関であるアイオロピルと呼ばれる蒸気動力装置のよく知られた記述がある。

この時代の最も偉大な医師であり哲学者は、紀元2世紀に活躍したガレノスである。彼の著作は約100点現存しており、これは古代ギリシャの著述家としては最多で、現代のテキストでは22巻に及ぶ。 ^{[ 54 ]}ガレノスは古代ギリシャの都市ペルガモン（現在のトルコ）で、成功した建築家の息子として生まれ、父親から教養教育を受けた。ガレノスは、父親がアスクレピオスの夢に触発されて医学を学ぶべきだと決めるまで、主要な哲学学派（プラトン主義、アリストテレス主義、ストア主義、エピクロス主義）すべてについて教えを受けた。父親の死後、ガレノスはスミルナ、コリントス、そして最後にアレクサンドリアで最高の医師を求めて広く旅をした。^{[ 55 ]}

ガレノスは先人たちが得た知識の多くをまとめ、バーバリー猿、牛、豚、その他の動物の解剖や生体解剖を行うことで臓器の機能に関する調査をさらに進めた。 ^{[ 56 ]}西暦158年、ガレノスは故郷ペルガモンの剣闘士の主任医師を務め、実際に人間の解剖を行うことなくあらゆる種類の傷を研究することができた。しかし、ガレノスが長年信じられてきた多くの信念を覆すことができたのは、彼の実験を通してであった。例えば、動脈には空気が含まれており、それが心臓と肺から体のあらゆる部分に運ばれるという理論などである。^{[ 57 ]}この信念はもともと、空っぽに見える死んだ動物の動脈に基づいていた。ガレノスは生きた動脈には血液が含まれていることを証明できたが、何世紀にもわたって確立された医学的正統となった彼の誤りは、血液が心臓から出入りする動きをしていると仮定したことであった。^{[ 58 ]}

解剖学はガレノスの医学教育の重要な部分であり、生涯を通じて彼の大きな関心の源であった。彼は『解剖学的処置について』と『人体の部位の用途について』という2つの偉大な解剖学書を著した。これらの書物に記された情報は、16世紀にヴェサリウスとハーヴェイによって異議を唱えられるまで、その後1300年間、すべての医学著述家と医師にとって権威の基礎となった。^{[ 59 ] [ 60 ]}

クラウディオス・プトレマイオス（紀元100年頃～170年頃）は、アレクサンドリアまたはその近郊に住み、天文学、占星術、地図製作、調和、光学に関する約12冊の著作を中心とした科学プログラムを実行した。その文体は厳格で高度な専門性を要するが、その多くが現存しており、中には古代の同種の著作の唯一の遺物となっているものもある。プトレマイオスの著作に共通する2つの主要なテーマは、物理現象の数学的モデル化と物理的現実の視覚的表現方法である。^{[ 61 ]}

プトレマイオスの研究プログラムは、理論的分析と経験的考察を組み合わせたもので、例えば、体系化された天文学の研究に見られる。プトレマイオスの『マテマティケー・シンタクシス』（古代ギリシア語: Μαθηματικὴ Σύνταξις）、通称『アルマゲスト』は、確固たる数学的基礎の上に天文学を構築するだけでなく、天体観測とそこから得られる天文学理論との関係を示すことによって、先人たちの研究を改良しようとした。^{[ 62 ]}プトレマイオスは『惑星仮説』の中で、『アルマゲスト』に見られる数学モデルの物理的表現を詳細に記述しているが、これはおそらく教訓的な目的のためであろう。^{[ 63 ]}同様に、『地理学』は、少なくとも原理的には、天文学的情報を用いて正確な地図を描くことに関心があった。 ^{[ 64 ]}天文学とは別に、『調和論』と『光学』には（それぞれ音と視覚の数学的分析に加えて）理論を裏付けるための実験器具の製作と使用方法に関する指示が含まれている。^{[ 65 ] [ 66 ]}振り返ってみると、プトレマイオスは屈折角が入射角に比例する という（誤った）仮定に合うように、報告された測定値の一部を調整していたことが明らかである。^{[ 67 ] [ 68 ]}

プトレマイオスの徹底した研究と、データの提示の容易さへのこだわり（例えば、表を多用したこと^{[ 69 ]}）は、これらの主題に関する以前の研究が無視されるか、時代遅れとみなされることを事実上保証し、プトレマイオスがしばしば言及する著作はほとんど残っていない^{[ 70 ]} 。特に彼の天文学の研究は、何世紀にもわたって将来の研究の方法と主題を規定し、プトレマイオス体系は17世紀まで天体の運動に関する支配的なモデルとなった^{[ 71 ]}。