吴国盛：埃及是尼罗河的赠礼—东方四大古老文明之“埃及”篇
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▲ 吴国盛吴国盛 吴国盛 “科学的历程”微信公众号主编；北京大学哲学系教授、博士生导师，科学史与科学哲学研究中心主任。 导读 西方第一个哲学家泰勒斯只留下了一句话：“万物源于水”——这句相当费解的话使他成了西方科学和哲学的鼻祖。从字面上看，这句话显见是成问题的。但若说生命源于水，又把万物都理解成有生命的，那么说万物源于水就相当正确了。原始生命正是从海洋中诞生并逐步进化到人类这样的高级生命，而且任何脱离了海洋的陆地动物都不可能长时间离开水而生存下去。在这里，我们将看到，水也是人类文明的哺育者。正是在几个大河流域，孕育出了最早的发达文化。人类在这些古老文明的基础上，把自已推向更灿烂辉煌的科技时代。 《科学的历程》从今天起，将连续推出吴国盛教授所撰写的东方的四大古老文明，即埃及，美索不达米亚，印度，中国。
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▲ 埃及吉萨大金字塔与塔前的狮身人面像。吴国盛摄影。
尼罗河流域的古埃及是世界上历史最悠久的文明古国之一。在旧石器时代，那里就是人类安居乐业的地方。岁月流逝，气候变化。尼罗河两侧大片的土地变成了干燥的沙漠，人们逐渐聚居在尼罗河两岸的一条狭长的地带上。每年尼罗河水的泛滥给河谷被上了一层厚厚的淤泥，使河谷区土地极其肥沃。庄稼在这里一年可以三熟。
▲ 尼罗河谷地区土地肥沃、植被丰厚，不远处则是沙漠。吴国盛摄影。
正是尼罗河养育了埃及人民。早在公元前4000年，那里就聚居了几百万人。古希腊历史学家希罗多德（公元前484－前425）有一句名言：“埃及是尼罗河的赠礼” ，恰当的说明了尼罗河对于古埃及文明的重要意义。
古埃及的历史常常分为前王朝时期、早期王国（第一、第二王朝）、古王国时期（第二至第八王朝）、中王国时期（第九至第十七王朝）、新王国时期即帝国时期（第十八王朝至第二十王朝）、衰败时期（第二十一至第三十一王朝）。前王朝时期，埃及分上埃及（南部）和下埃及（北部）。大约在公元前3500－3000年之间，上埃及国王美尼斯统一埃及建立第一王朝。直到公元前332年亚里山大大帝征服埃及为止，共经历了31个王朝。
▲ 埃及阿布辛贝神庙外面的四尊拉姆西斯二世（新王国第十九王朝）巨型坐像
在早期王国以前，埃及人就发明了图形文字，经过长时期的演变形成了由字母、音符和词组组成的复合象形文字体系。象形文字多刻于金字塔、方尖碑、庙宇墙壁和棺椁等一些神圣的地方，后来为了书写方便又发展出了简略的象形文字，称为僧侣体。古埃及盛产纸草（papyrus，英文的纸“paper”一词即源于此）。尼罗河三角洲地带生长许多这种水生灯心草属植物，可长到4-5米高。将其茎干部切成薄的长条后压平晒干，可以用作书写。在干燥的地方，纸草容易保存。1752年发现第一批纸草文书，1877年在埃及的法尤姆发现了更多。已经发现的纸草文书多数属于公元前4-公元6世纪，记载的是希腊化和罗马时代的事情。但也有少数古埃及的文书，使我们得以了解古埃及的历史和文化。有了文字和书写工具，就有了文化的延续和发展。
▲ 埃及象形文字
埃及人创造了人类历史上最早的太阳历。自然界有许多周期现象：太阳东起西落，周日循环，月亮阴晴圆缺，循环往复；春夏秋冬，四季循环，春去春又回。这种种周期现象向人类提示了时间的进程，而我们的时间单位正是由这些显著的周期现象来表示的。众所周知，上面提到的三类周期现象代表的是日、月、年三个时间单位。在这三个时间单位中，日和月是比较容易确定的，因为其周期现象有非常显著的起止标志，而年则不那么容易准确确定。然而，在农业社会中，确定年是非常必要的，因为耕种、收获只有在一年中适当的时候进行才能保证丰收。确定年、月、日之间的关系便是历法的主要内容。今天我们知道，之所以出现四季的变化，主要是因为地球自转轴并不与黄道面垂直，并且保持一个不变的角度。从太阳发出的光与地球上不同纬度地区的地平面产生的夹角是不同的。在赤道地区，太阳光垂直入射，受到最多的光照。随着纬度的升高，入射的太阳光与地平面的角度越来越小，因此受到越来越少的光照。太阳光照的多少决定当地的平均气温，因此从赤道到极地，平均气温越来越低。如果地轴不倾斜的话，地球上的各地区的表面温度将会维持这种局面不发生改变。但是，固定倾斜的地轴使得地球中高纬度地区在公转中不同的时段，与太阳光有不同的入射角度，从而造成了一种周期性的时冷时热现象。比如北半球中高纬度地区夏天的时候，照在北半球的太阳比较高，而照在南半球的太阳就比较低，故南半球的中高纬度地区处在冬天。反之，南半球夏天的时候，北半球就冬天。低纬度地区这种角度变化不大，故四季不分明。
▲ 农耕图
四季更替的一年实际上是地球公转一周，天文学上叫做回归年。回归年和月所包含的天数都不是整数，甚至不是有理数，如1回归年是365．24220……日，而按照月之圆缺即月相变化所确定的月（天文学上叫做朔望月）是29．53059天。历法必须使一年的月数和日数成整数，所以人为地约定了许多规则。历史上出现过许多种历法，但归结起来不外乎如下三大类：阳历，其一年的日数平均约等于回归年，每年的月数和每月的日数则人为规定，如现今流行的公历；阴历，其每月的日数平均约等于朔望月，每年的月数则人为规定，如伊斯兰教历；阴阳历，其年的日数平均约等于回归年，月的日数平均约等于朔望，如在我国现今依然流行的农历。
可以肯定，在公元前4000年，埃及人就已经把一年确定为365天。在古王国时代（公元前3100－2200年）人们就认识到，当天狼星清晨出现在下埃及的地平线（也就是与太阳同时升起，天文学上称偕日升）上时，尼罗河就开始泛滥。埃及人于是把这一天定为一年的第一天。365天的太阳历很显然是从对天狼星偕日升与尼罗河泛滥周期的长期观察中总结出来的。埃及人还发现，如果以天狼星偕日升那天作为某一年的开始，那么120年之后，偕日升的那一天与一年之始即差一个月，而到了第1461年，偕日升那天又成了一年之始。今天我们知道，一回归年实际上有365.25天。若以365天为一年，则比实际一回归年少0．25天。120年过去后就少了30天，正好一月。1460年过去后就少了365天，正好一年。埃及人把1460年周期叫做天狗周，因为他们把天狼星叫做天狗。在那样遥远的年代，埃及人凭着长期细致的观察，居然定出了这样长的周期，真是了不起。
埃及人精确的历法与他们的天文观测密切相关。他们认识不少恒星。从出土的棺材盖上所画的星图可以知道，他们不仅认识北极星还认识天鹅、牧夫、仙后、猎户、天蝎、白羊和昴星等。
▲ 古埃及宇宙结构图，天神努神（Nun）是围绕着宇宙的无尽之水的人格化，空气之神舒神（Shu）托着努神，而地神格布（Geb）躺在地上。
埃及人在数学上也颇有成就。现存的莱因特纸草（因英国人亨利·莱因特于1858年发现而得名，现藏于大英博物馆）和莫斯科纸草（现藏于莫斯科）上记载了不少数学问题及解法。由此得知，埃及人很早就采用了十进制记数法，但不是十位制。例如他们写111，不是将1重复三次，而是每一位上都有一个特殊的符号。埃及人的算术主要是加减法，乘除法化成加减法做。埃及算术最具特色的是分数算法，所有的分数先拆成单位分数，单位分数是分子为1的分数。为了便利拆分，他们造了一个数表，从表中可方便地查出拆分方法，如把 拆成 ＋ ＋ ＋ ＋ 。用拆分方法可以做加减乘除四则运算。很显然，拆分方法过于繁琐复杂，不知道埃及人为什么要用这样的方法运算。数学史家们普遍认为，这种分数算法可能阻碍了埃及算术的发展。
按照希腊历史学家希罗多德的说法，埃及因为尼罗河每年泛滥后需重新界定土地边界，因而产生了几何学。埃及人知道圆面积的计算方法，即直径减去它的九分之一后平方，这相当于用3.1605作为圆周率，不过他们并没有圆周率的概念。此外，埃及人还能计算矩形、三角形和梯形的面积以及立方体、箱体和柱体的体积。
如果同后面将要讲到的美索不达米亚人相比的话，埃及人的天文学和数学都不算杰出，但埃及的医学成就比较突出。这与埃及人因为宗教信仰上的需要而制作木乃伊有关。埃及人相信人的尸体是灵魂的安息处，要想死后继续在阴间生活，就必须把尸体保存好。他们发明了一种掏去尸体内部五脏，再用盐水、香料和树脂泡制风干，用麻布包扎使尸体得以保存的方法。用这种方法保存的尸体叫木乃伊。可以肯定，制作木乃伊增长了埃及人的解剖知识，促进了外科的发展。在公元前2500年左右的雕塑中，可以找到外科医生施行外科手术的证据。在公元前约1700年的埃德温·斯密斯纸草(因现代发现者而得名)中，记载了身体各部分的损伤，从头部一直讲到肩、胸膛和脊柱等。在公元前约1600年左右的埃伯斯纸草（亦因现代发现者而得名）中，记述了47种疾病的症状及诊断处方，涉及到腹部疾病的吐泻剂疗法、肺病、痢疾、腹水、咽炎、眼病、喉头疾病、生发药、伤科疗法、血管神经疾病、妇科病、儿科病等，表明内科也有相当水平。
▲ 壁画中的木乃伊
需要特别指出，在公元前几十世纪的古代埃及，人们最重要的精神生活是宗教，因此，当时所有的知识无不打上宗教的烙印。埃及人把他们所识别的星座座严地雕刻在一些神圣的地方，表明把他们神话中的神与这些星座是视为一体的。他们的数学知识被用来建造神庙。其医学的很大一部分实际上是巫术，指望通过符咒赶走邪魔，治好疾病。
埃及人崇拜太阳神。太阳神名叫“拉”（Ra），后来又叫阿蒙－拉。在古埃及的神话中，谈到了宇宙的结构。刻于公元前1350年至前1100年间法老陵墓的石壁上的天牛像，实际上就是一幅宇宙结构图。天牛的腹部是满天的星斗，牛腹为一男神所托，四肢各有两神扶持。在星际的边缘有一条大河。河上有两只船，一船为“日舟”，一船为“夜舟”。太阳神“拉”先后驾驶着两船在天空航行。
叙说古代埃及的科学技术史，不能不提到那举世闻名的金字塔。金字塔是古埃及国王（又叫法老，相当于我国称皇帝为陛下）在生前为自已建造的陵墓，其外形呈角锥体，形似中文“金”字，故称金字塔。现今知道的埃及金字塔共有80多座，最大的金字塔是古王国第四王朝（公元前2700年）国王胡夫（希腊人叫他齐阿普斯）的墓。此墓高146．5米，底边宽240米，由230万块大石块叠垒而成。每块石头都经过精工磨平，堆叠后缝隙严密，连小刀也插不进去。塔的北面正中央有一入口，从入口进入地下宫殿的通道与地平线恰成30度倾角，正好对着当时的北极星。也是据希罗多德估计，胡夫金字塔用了10万人，花了30年时间才建成。 但10万人同时上工，不仅存在供应问题，而且在现场也难以工作，因此金字塔究竟是如何制造成的问题，还是疑点重重。胡夫金字塔以其雄伟的身姿列入古代世界七大奇观之列。在1889年巴黎艾菲尔铁塔建成之前，四千多年来一直是世界上最高的人工建筑物。
▲ 狮身人面像。吴国盛摄影。
这的确是一个奇迹。在当时只有木制、石制和铜制的工具，所能利用的机械也不过斜面、杠杆的条件下，把230万块平均重约2．5吨的石块堆成一个象40层楼那么高的角椎体，而且每块石头全部磨成正方体，几乎没有误差；每块石头四面全部分别面向东南西北四方，也几乎没有误差，这真是不可思议。
古埃及第四王朝极为兴盛，所建金字塔也大。胡夫的儿子哈夫拉（又叫齐夫林）的金字塔规模比胡夫略小，但它的前面有一座用整块石头雕刻而成的巨大的狮身人面像，希腊人称之为斯芬克斯。该像高20米，长约62米，据说其面容以哈夫拉为模特。大斯芬克斯与金字塔相辉映，是古埃及人聪明智慧的象征。
▲ 卡纳克神庙里的方尖碑。吴国盛摄影。
埃及建筑到了中王国的帝国时期，神庙取代了金字塔成为主要的建筑形式。它保持了埃及建筑高大雄伟、气派恢宏的风格，许多雕刻华丽的大圆柱至今留存，让今日建筑家叹为观止。
▲ 卡纳克神庙里的高大圆柱。吴国盛摄影。
本文原载于《科学的历程》
版本信息：
第一版：湖南科学技术出版社，1995年12月，责任编辑：李永平
第二版：北京大学出版社，2002年10月，责任编辑：张凤珠
第三版：湖南科学技术出版社，2013年8月，责任编辑：雷蕾
责任编辑 刘小编
本文来自科学的历程