［节选自《文明之光》第4章］

昨天我们介绍了楔子、滚轮和斜坡的发明和使用［http://www.weibo.com/p/1001603807428830449688?from=page_103505_profile&wvr=6&mod=wenzhangmod］，今天我们继续讲述剩下来三个中的两个－－杠杆和滑轮。

杠杠是何时发明的已经不可考证了，因为很难判断早期留下的一根木棍具体是做什么用的，它是否扮演了杠杆的角色。虽然每一个早期文明都使用了杠杆，例如在《埃及艳后的针头和其他埃及方尖碑》一书中，讲述了古埃及人是如何利用杠杆建造各种大型建筑，不过正式记载杠杆的使用和它的原理的，是公元前三世纪的阿基米德。和其它文明不同的是，古希腊人具有其他早期文明所缺少的逻辑推理能力和抽象思维能力。他们善于归纳和演绎，把经验上升为系统化的理论和科学。至于为什么古希腊人表现出相对思辨的特点，众说纷纭。有人认为那和他们海岛的文化和注重商业有关，也有人认为是气候条件好，使得很多人有闲情思考大自然的道理，并且享受纯粹思维的乐趣，还有人认为他们实际上继承了美索不达米亚文明中的科学成就，而后者有相当系统的科学研究方法，并且距离建造各种科学体系只差一步之遥。不管是什么原因，结果都是（抽象的）科学不仅在古希腊文明中占有重要地位，并且很多科学体系的雏形也诞生于这个文明之中。阿基米德无疑是在当时科学上的集大成者，他提出了力矩的物理概念（力乘以力臂），并且是第一个认识到“杠杆两边力矩相等”这一原理的人，因此，他用力矩的概念解释了杠杆可以省力的原理。 

图2.8.1 早期的滑轮使用的是木头轮

阿基米德的另一大发明是滑轮组。虽然早在公元前1500年左右，美索不达米亚人已经使用滑轮来提水，但是文献中记载的最早发明用定滑轮和动滑轮组成滑轮组的，是阿基米德，或者说，他是滑轮组的最后一个发明者。和以前靠经验设计和使用滑轮的工匠们不同，阿基米德搞清楚了滑轮省力和改变力的方向的原理，并且和杠杆结合，设计了一大堆守城的器械。

阿基米德生活的时代，正值罗马和迦太基在地中海争霸的时代。而在遥远的东方，正是秦灭六国的时代。阿基米德一生经历了两次布匿战争，在第一次布匿战争中，西西里站在了罗马的一边，最终成为了胜利的一方；不过在第二次布匿战争中，叙拉古投到了迦太基的一方，和罗马人开战。阿基米德积极投入到抗击罗马军队的战争中。

由于对机械省力的原理有深刻的理解，阿基米德自觉地利用这些原理制造了许多工程机械和守城器具，用以对抗强大的罗马兵团。他制造的最著名的“武器”就是投石机和起重机。投石机是利用杠杆原理制造出来的，凡是靠近城墙的敌人都尝到了它的厉害。起重机据说可以将敌人的战舰吊到半空中然后摔到地上，不过后人对此表示有些怀疑。

图2.8.2 相传阿基米德发明的守城机械，可以拉起敌方的军舰

但是不管阿基米德是否发明了这些“超级武器”，他发明的守城器械确实弄得罗马军队惊慌失措，人人自危。连统军的将军马塞拉斯（Marcus Claudius Marcellus，前268—前208）都苦笑承认“这是一场罗马军队与阿基米德一人的战争”、“阿基米德是神话中的百手巨人”。在久攻不下之后，马塞拉斯调整策略，对叙拉古长期围困而不进攻，等着这座孤城弹尽粮绝。阿基米德虽然有守城的妙计，却变不出粮食，最后，在公元前212年敘拉古被罗马军队攻陷了。相传罗马军队进城时，阿基米德正在地上画图研究几何问题，一个不懂事的士兵走近阿基米德，并把踩坏了地上的图形。阿基米德说：“请让开，别踩了我的图形”。这位丘八十分生气，于是拔剑杀害了这位世界史上优秀的科学家。马塞拉斯得到这个消息后非常悲痛，专为阿基米德建了一座墓，墓碑上镌刻有球內切圆柱图形，来表达对这位大科学家的敬意。

相传阿基米德还用很多面镜子聚焦，烧毁了罗马的舰队，这件事是否可能？请看《文明之光》里的研究。