科学与哥伦布航海（上）

严小平

一位著名学者提出令人瞩目的证明：哥伦布新大陆的发现，很可能推动了西方科学的兴起与发展。当克里斯托弗·哥伦布于1492年开始他横跨大西洋的历史性航程的时候，现代科学还没有产生。在哥伦布时代，人们相信地球有6000岁，太阳绕着地球转，铅不知怎么就会经过像已知的炼金术那样的神秘过程被变成黄金。关于天体的特征、疾病的起因，关于人体怎样进化的，或者说它是怎样做功的他们全都一无所知。还在15世纪初，尽管科学知识还处于蒙昧状态，但欧亚大陆两端的两个不同的国家就已从事着大规模的探险计划，那个时代的探险，其难度就像我们今天的登月。

一个国家是中国，它是当时世界上最强大最富有的国家，有8000万人口。在技术上，它是最先进的国家，并且有着最错综复杂的社会。早在1492年以前很长时间，中国人就发明了磁罗盘、火药和印刷术。相比这下，欧洲还很弱小，很贫穷，尚未开化。

15世纪初，中国派遣船队交叉往返于印度洋，并在今天的印度尼西亚、斯里兰卡和远东其他地方建立起统治地位，中国人的影响西达红海和中东的穆斯林权力中心。然而，当时的中国人失去了探险的兴趣，并且停止了探险。

15世纪末，葡萄牙也从事了探险活动。它是个很小的国家，人口只有中国的1％，技术上落后得多。尽管如此，葡萄牙却以其果敢给全世界上了永远难忘的一课。葡萄牙的船只一艘接一艘驶入非洲海岸，没有像中国那样，它没有失去兴趣。正是葡萄牙，建立起一个强大的海外帝国。中国没有到达葡萄牙，而葡萄牙却到达了中国、印度、日本和印度尼西亚。

为什么小小的葡萄牙取得了成功，而强大的中国反倒失败了?首先，中国人过分看重自己的权力、成就和香料、丝绸、财富。世界其余地区没有中国人想要的或需要的任何东西了，所以，中国人觉得没有必要派出船队去那些毫无用处的不毛之地进行探险。

另一方面，自从11世纪和12世纪十字军东征起，当欧洲的骑士们到巴勒斯坦冒险，从穆斯林手中夺取这块圣地的时候，欧洲人就一直意识到他们落后于东方文明多远。他们疯狂地想要得到只能从东方得到白糖、香料、绫罗绸缎、黄金、象牙。因此，葡萄牙人和其他欧洲人不可能停止探险。而且，具有自卑意识的欧洲人以惊人的毅力努力改变这种现状。当磁罗盘、火药和印刷术知识从东方传到欧洲的时候，欧洲人发展了这些技术，使之远远超过沾沾自喜的中国人所认为的它可能达到的程度。落后的欧洲人终于利用自己的好奇心和能力有效地工作，并最终导致现代科学的发展。

我们对以科学难题或科学进展定义的时间阶段已经习以为常了。始于20世纪40年代的原子时代，重大的科学难题涉及原子结构。始于20世纪50年代的太空时代，大量科学研究转向如何建造更好的火箭和太空船。而始于15世纪初的探险时代，重大的科学难题则涉及地球的大小。

那时所有受过教育的人都知道，地球是一个球体。这是自1800年前的古希腊时代就已为人所知的事实。1492年的问题是：地球这个球体有多大?

大约公元前200年，一位生活在埃及的希腊数学家、亚历山大图书馆馆长埃拉托色尼，就已经运用一种巧妙的方法——测量地表两处连成一条线与太阳的角度——算出了地球的大小。他计算出两地的距离约为地球直径的1/50，由此推算，地球的周长约40 230千米。他大致是对的，地球的周长是40 008千米。而后来另一位哲学家提出大约29 000千米的周长，所以在哥伦布时代，无法确信哪一种推测是正确的。

有关地球大小的一个非常严酷的问题是：大西洋到底有多宽?这对商船来说非常重要。把货物从东方运到欧洲，整个陆地运输线不但费用昂贵而且非常危险。葡萄牙商船虽然沿非洲航行抵达东方，但这是一段漫长的航线。偶尔会有人提出一条捷径：为什么不跨越辽阔的大西洋，向正西方向航行，抵达东方呢?如果地球的周长是40 230千米，那么，它就意味着船只必须向西行驶至少19 300千米才能到达东方。哥伦布时代没有船只能够在整个适航水域进行这么远距离的航行。然而，要是地球周长只有29 000千米又是怎样一种情形呢?那样的话，往西的航程就只有8000千米。事实上，那时的一些思想家推断，这个距离甚至可能更短。在13世纪末，意大利探险家、商人马可·波罗已经经陆路旅行到达中国。他在中国的地理学论述中，描述中国往东延伸的范围比实际情况更远。意大利佛罗伦萨的天文学家、地理学家、医生保罗·托斯坎尼尼，曾把古希腊哲学家托勒密依据马可·波罗和其他探险家的报告所进行的计算联系起来加以判断，他得出结论：如果一个人从欧洲向西航行，只要行驶大约4800千米就可抵达东方。

克里斯托弗·哥伦布赞同了地球更小、越洋航程更短的看法。他没能使葡萄牙国王和他的大臣们相信地球只有这么小，但他却说服了西班牙国王和王后，他们答应支持他的探险计划。于是1492年8月3日，哥伦布率领三艘船(“尼娜”号、“平塔”号和“圣马利亚”号)向西航行。在辽阔的洋面航行7个星期以后，10月12日，哥伦布到达了陆地。返回西班牙以后，他宣布自己已经到达了亚洲东部，并在印度靠岸。

当然，我们现在知道，哥伦布错了。地球周长并非2900千米，而是40 000多千米，亚洲也并非如马可·波罗所说的往东延伸得那么远。哥伦布所到达的地方并不是东方，而是欧洲人对其存在全然不知的巨大的陆地，即我们现在叫做南美洲和北美洲的大陆。它们的存在对哥伦布来说是幸运的，不然的话，他可能会一直向西航行而毁于风暴或饥饿，因为，从欧洲到亚洲的航程的的确确是19 000多千米。

哥伦布从未意识到他的好运。直到人生的晚年，他仍肯定自己已经到过亚洲，尽管越来越多的航海探险家确信他所发现的是一块新大陆。最强硬地坚持这一观点的探险者之一是意大利航海探险家阿美利哥·韦斯普奇。这就是为什么这些洲现在被看做是美洲而不是哥伦布的亚洲。

亚洲与新大陆之争直到1521年才完全平息，在此期间，由葡萄牙航海探险家斐迪兰德·麦哲伦指挥下的一次远征所幸存下来的人，在进行首次环球航行之后返回西班牙。这一远征耗时3年之久，在这段时间里，麦哲伦的五艘船只有一艘船和18名船员完成这次航行，麦哲伦自己则死于在菲律宾的战斗。但麦哲伦不像哥伦布，他确实到达了亚洲，并且由于他的航行，地球大小的争论也得到了彻底的解决。

像哥伦布和麦哲伦所从事的那样的远洋航行，没有磁罗盘是不可能的。外洋没有目标，所以，要辨别你正驶向何方是非常困难的。北极星总是指向北方，但这些星星白天看不见，有时候因为云层，晚上也看不见。然而，不论白天黑夜，也不论晴天还是暴风雨的天气，磁罗盘的针总是指向北方。哥伦布时代没有人懂得磁针为什么总是会指着北方，但它就是这样的，这就够了。由于他右手上的罗盘总是保持指向北方，哥伦布才能够引导他的船队向西行驶而不致迷失航向和转圈行驶。我们现在知道，地球有一个有磁性的北极，也知道一根被磁化的针会指向北极。

不过，还有一个意想不到的复杂情况。罗盘并未精确地指向北方，它有一点儿偏。这是因为有磁性的北极是一个变换的点，并且它总是距离地理学的北极几百千米远。但是，航海探险家们懂得怎样为这个所谓“磁偏角”的误差留出余地。

但是，没有哪个航海家在东西方向上像哥伦布航行得那么远，而且哥伦布还注意到了有关罗盘的某些非常特别的事。当他开始他的航行时，磁针指向北极星偏东一点，而当他继续向前行驶，它又变换了，直到最终指向北极星偏西一点。在观察到磁针的这种方向改变之前还没有人知道，所以哥伦布没有向他的人透露这个秘密。他怕其他人发现罗盘没有正常工作后，会不敢再往前走，甚至会试图迫使他返回。罗盘磁针的变化在一年的不同时间、地球的不同位置是不相同的，现在航海者的海图包含了有关变化的信息。顺便说一句，哥伦布关于磁针变化的观察，是航海探险期间所进行的第一个著名的科学发现。

罗盘告诉了哥伦布他正驶往的方向，但没有告诉他前进的速度或走了多远。为了确定一艘船在茫茫大海上的位置，航海家必须知道它的纬度和经度。纬度和经度都是地球上假想的线。纬线围绕地球与赤道平行，经线则往南北伸展。纬线和经线一起形成一个方格，在方格上，可以精确定出一艘船的位置。纬度可以通过测量一天中太阳在空中所达最高点来确定，哥伦布时代有这种仪器，所以哥伦布知道他大致在赤道以北多远。

但还没有确定经度的方法。要确定经度，就需要一只闹钟，因为经度是根据时间来计算的。当地球在它的轴上旋转时，地球表面任何一点都会在24小时内进行360°的旋转。1小时就相当于360°的1/24，或15°，每一度再划分为分和秒，经度每小时在太阳下走15°。知道这一点和船速以后，航海家就可以标出船在东西方向上的位置了，但这要求一只精确到秒的钟。哥伦布时代没有这样的东西，结果，15世纪的船长们只好估计他们行驶的多快，用罗盘确定他们的方向，然后船长们在一张海图上标明他们认为自己在洋面上的位置，这就是所谓“航位推算”。