科學與哥倫布航海（上）

嚴小平

一位著名學者提出令人矚目的證明：哥倫布新大陸的發(fā)現，很可能推動了西方科學的興起與發(fā)展。當克里斯托弗·哥倫布于1492年開始他橫跨大西洋的歷史性航程的時候，現代科學還沒有產生。在哥倫布時代，人們相信地球有6000歲，太陽繞著地球轉，鉛不知怎么就會經過像已知的煉金術那樣的神秘過程被變成黃金。關于天體的特征、疾病的起因，關于人體怎樣進化的，或者說它是怎樣做功的他們全都一無所知。還在15世紀初，盡管科學知識還處于蒙昧狀態(tài)，但歐亞大陸兩端的兩個不同的國家就已從事著大規(guī)模的探險計劃，那個時代的探險，其難度就像我們今天的登月。

一個國家是中國，它是當時世界上最強大最富有的國家，有8000萬人口。在技術上，它是最先進的國家，并且有著最錯綜復雜的社會。早在1492年以前很長時間，中國人就發(fā)明了磁羅盤、火藥和印刷術。相比這下，歐洲還很弱小，很貧窮，尚未開化。

15世紀初，中國派遣船隊交叉往返于印度洋，并在今天的印度尼西亞、斯里蘭卡和遠東其他地方建立起統(tǒng)治地位，中國人的影響西達紅海和中東的穆斯林權力中心。然而，當時的中國人失去了探險的興趣，并且停止了探險。

15世紀末，葡萄牙也從事了探險活動。它是個很小的國家，人口只有中國的1％，技術上落后得多。盡管如此，葡萄牙卻以其果敢給全世界上了永遠難忘的一課。葡萄牙的船只一艘接一艘駛入非洲海岸，沒有像中國那樣，它沒有失去興趣。正是葡萄牙，建立起一個強大的海外帝國。中國沒有到達葡萄牙，而葡萄牙卻到達了中國、印度、日本和印度尼西亞。

為什么小小的葡萄牙取得了成功，而強大的中國反倒失敗了?首先，中國人過分看重自己的權力、成就和香料、絲綢、財富。世界其余地區(qū)沒有中國人想要的或需要的任何東西了，所以，中國人覺得沒有必要派出船隊去那些毫無用處的不毛之地進行探險。

另一方面，自從11世紀和12世紀十字軍東征起，當歐洲的騎士們到巴勒斯坦冒險，從穆斯林手中奪取這塊圣地的時候，歐洲人就一直意識到他們落后于東方文明多遠。他們瘋狂地想要得到只能從東方得到白糖、香料、綾羅綢緞、黃金、象牙。因此，葡萄牙人和其他歐洲人不可能停止探險。而且，具有自卑意識的歐洲人以驚人的毅力努力改變這種現狀。當磁羅盤、火藥和印刷術知識從東方傳到歐洲的時候，歐洲人發(fā)展了這些技術，使之遠遠超過沾沾自喜的中國人所認為的它可能達到的程度。落后的歐洲人終于利用自己的好奇心和能力有效地工作，并最終導致現代科學的發(fā)展。

我們對以科學難題或科學進展定義的時間階段已經習以為常了。始于20世紀40年代的原子時代，重大的科學難題涉及原子結構。始于20世紀50年代的太空時代，大量科學研究轉向如何建造更好的火箭和太空船。而始于15世紀初的探險時代，重大的科學難題則涉及地球的大小。

那時所有受過教育的人都知道，地球是一個球體。這是自1800年前的古希臘時代就已為人所知的事實。1492年的問題是：地球這個球體有多大?

大約公元前200年，一位生活在埃及的希臘數學家、亞歷山大圖書館館長埃拉托色尼，就已經運用一種巧妙的方法——測量地表兩處連成一條線與太陽的角度——算出了地球的大小。他計算出兩地的距離約為地球直徑的1/50，由此推算，地球的周長約40 230千米。他大致是對的，地球的周長是40 008千米。而后來另一位哲學家提出大約29 000千米的周長，所以在哥倫布時代，無法確信哪一種推測是正確的。

有關地球大小的一個非常嚴酷的問題是：大西洋到底有多寬?這對商船來說非常重要。把貨物從東方運到歐洲，整個陸地運輸線不但費用昂貴而且非常危險。葡萄牙商船雖然沿非洲航行抵達東方，但這是一段漫長的航線。偶爾會有人提出一條捷徑：為什么不跨越遼闊的大西洋，向正西方向航行，抵達東方呢?如果地球的周長是40 230千米，那么，它就意味著船只必須向西行駛至少19 300千米才能到達東方。哥倫布時代沒有船只能夠在整個適航水域進行這么遠距離的航行。然而，要是地球周長只有29 000千米又是怎樣一種情形呢?那樣的話，往西的航程就只有8000千米。事實上，那時的一些思想家推斷，這個距離甚至可能更短。在13世紀末，意大利探險家、商人馬可·波羅已經經陸路旅行到達中國。他在中國的地理學論述中，描述中國往東延伸的范圍比實際情況更遠。意大利佛羅倫薩的天文學家、地理學家、醫(yī)生保羅·托斯坎尼尼，曾把古希臘哲學家托勒密依據馬可·波羅和其他探險家的報告所進行的計算聯系起來加以判斷，他得出結論：如果一個人從歐洲向西航行，只要行駛大約4800千米就可抵達東方。

克里斯托弗·哥倫布贊同了地球更小、越洋航程更短的看法。他沒能使葡萄牙國王和他的大臣們相信地球只有這么小，但他卻說服了西班牙國王和王后，他們答應支持他的探險計劃。于是1492年8月3日，哥倫布率領三艘船(“尼娜”號、“平塔”號和“圣馬利亞”號)向西航行。在遼闊的洋面航行7個星期以后，10月12日，哥倫布到達了陸地。返回西班牙以后，他宣布自己已經到達了亞洲東部，并在印度靠岸。

當然，我們現在知道，哥倫布錯了。地球周長并非2900千米，而是40 000多千米，亞洲也并非如馬可·波羅所說的往東延伸得那么遠。哥倫布所到達的地方并不是東方，而是歐洲人對其存在全然不知的巨大的陸地，即我們現在叫做南美洲和北美洲的大陸。它們的存在對哥倫布來說是幸運的，不然的話，他可能會一直向西航行而毀于風暴或饑餓，因為，從歐洲到亞洲的航程的的確確是19 000多千米。

哥倫布從未意識到他的好運。直到人生的晚年，他仍肯定自己已經到過亞洲，盡管越來越多的航海探險家確信他所發(fā)現的是一塊新大陸。最強硬地堅持這一觀點的探險者之一是意大利航海探險家阿美利哥·韋斯普奇。這就是為什么這些洲現在被看做是美洲而不是哥倫布的亞洲。

亞洲與新大陸之爭直到1521年才完全平息，在此期間，由葡萄牙航海探險家斐迪蘭德·麥哲倫指揮下的一次遠征所幸存下來的人，在進行首次環(huán)球航行之后返回西班牙。這一遠征耗時3年之久，在這段時間里，麥哲倫的五艘船只有一艘船和18名船員完成這次航行，麥哲倫自己則死于在菲律賓的戰(zhàn)斗。但麥哲倫不像哥倫布，他確實到達了亞洲，并且由于他的航行，地球大小的爭論也得到了徹底的解決。

像哥倫布和麥哲倫所從事的那樣的遠洋航行，沒有磁羅盤是不可能的。外洋沒有目標，所以，要辨別你正駛向何方是非常困難的。北極星總是指向北方，但這些星星白天看不見，有時候因為云層，晚上也看不見。然而，不論白天黑夜，也不論晴天還是暴風雨的天氣，磁羅盤的針總是指向北方。哥倫布時代沒有人懂得磁針為什么總是會指著北方，但它就是這樣的，這就夠了。由于他右手上的羅盤總是保持指向北方，哥倫布才能夠引導他的船隊向西行駛而不致迷失航向和轉圈行駛。我們現在知道，地球有一個有磁性的北極，也知道一根被磁化的針會指向北極。

不過，還有一個意想不到的復雜情況。羅盤并未精確地指向北方，它有一點兒偏。這是因為有磁性的北極是一個變換的點，并且它總是距離地理學的北極幾百千米遠。但是，航海探險家們懂得怎樣為這個所謂“磁偏角”的誤差留出余地。

但是，沒有哪個航海家在東西方向上像哥倫布航行得那么遠，而且哥倫布還注意到了有關羅盤的某些非常特別的事。當他開始他的航行時，磁針指向北極星偏東一點，而當他繼續(xù)向前行駛，它又變換了，直到最終指向北極星偏西一點。在觀察到磁針的這種方向改變之前還沒有人知道，所以哥倫布沒有向他的人透露這個秘密。他怕其他人發(fā)現羅盤沒有正常工作后，會不敢再往前走，甚至會試圖迫使他返回。羅盤磁針的變化在一年的不同時間、地球的不同位置是不相同的，現在航海者的海圖包含了有關變化的信息。順便說一句，哥倫布關于磁針變化的觀察，是航海探險期間所進行的第一個著名的科學發(fā)現。

羅盤告訴了哥倫布他正駛往的方向，但沒有告訴他前進的速度或走了多遠。為了確定一艘船在茫茫大海上的位置，航海家必須知道它的緯度和經度。緯度和經度都是地球上假想的線。緯線圍繞地球與赤道平行，經線則往南北伸展。緯線和經線一起形成一個方格，在方格上，可以精確定出一艘船的位置。緯度可以通過測量一天中太陽在空中所達最高點來確定，哥倫布時代有這種儀器，所以哥倫布知道他大致在赤道以北多遠。

但還沒有確定經度的方法。要確定經度，就需要一只鬧鐘，因為經度是根據時間來計算的。當地球在它的軸上旋轉時，地球表面任何一點都會在24小時內進行360°的旋轉。1小時就相當于360°的1/24，或15°，每一度再劃分為分和秒，經度每小時在太陽下走15°。知道這一點和船速以后，航海家就可以標出船在東西方向上的位置了，但這要求一只精確到秒的鐘。哥倫布時代沒有這樣的東西，結果，15世紀的船長們只好估計他們行駛的多快，用羅盤確定他們的方向，然后船長們在一張海圖上標明他們認為自己在洋面上的位置，這就是所謂“航位推算”。