问题

中世纪有什么发明、发现?

回答
中世纪,一个横跨了从公元5世纪到15世纪的漫长时代,并非我们想象中的黑暗和停滞。恰恰相反,这是一个充满变革、创造和孕育未来的时代。许多如今我们习以为常的发明和发现,都源于那个时期,它们如同埋藏的种子,在土壤中默默积蓄力量,等待时机破土而出,深刻地影响了人类文明的走向。

农业的革新:喂饱更多的人

如果说中世纪有什么是影响最深远的,那一定是农业技术的进步。这不像某一个轰轰烈烈的发明,它更像是一系列精细的改进,如同滴水穿石,最终改变了土地的承载能力。

重型犁(Heavy Plough/Moldboard Plough)的普及: 在这个时代之前,欧洲大部分地区使用的是浅耕犁,这种犁难以翻动粘重的北方土壤,耕作效率低下。重型犁的出现,尤其是其标志性的“犁壁”(moldboard),能够将土壤翻起,埋下杂草,并让土壤更有效地曝晒和疏松。这极大地提高了耕作效率,使得以往难以耕种的肥沃土壤得以开垦。想象一下,过去需要数倍的人力才能勉强耕作的土地,现在可以更轻松地被耕作,这意味着更多的粮食可以被生产出来。这不仅仅是技术的进步,它直接关乎着人口的增长和城镇的发展。
三圃制(Threefield system)的推广: 这是一个堪称农业革命的系统。在此之前,普遍采用的是“两年制”,即一年耕种,一年休耕。而三圃制将土地分成三块,一块种植春季作物(如豆类、燕麦),一块种植秋季作物(如小麦、黑麦),另一块则休耕。这样,每年有三分之二的土地可以用于耕种,而休耕的土地也能通过轮作更好地恢复肥力。更重要的是,种植豆类等作物可以固定土壤中的氮素,进一步提高了土壤肥力。这就像给土地上了“营养液”,产量大幅提升,也减少了饥荒的风险。
马匹的广泛使用与挽具的改进: 虽然马匹作为役畜早已存在,但中世纪对马匹的应用达到了新的高度。牛耕虽然稳健,但速度较慢。马匹更快,但过去普遍使用的挽具(特别是颈部挽具)会压迫马的喉咙,限制其力量。中世纪发明或广泛使用了马肩挽具(Horse Collar),这种挽具将压力分散到马的肩部,而非喉咙,使得马匹能够发挥出更强大的力量,从而承担更重的犁具和载物。马匹因此成为农业和运输业的中坚力量,改变了生产和交通的面貌。

这些农业上的进步,不仅仅是技术的迭代,它们是整个社会经济结构的基础。更多粮食意味着更多人口,更多人口意味着更集中的聚落,也为手工业、商业的发展提供了人力和市场。

军事与工程的革新:筑起更坚固的城墙,点燃更远的战火

战争是推动技术发展的重要因素,中世纪也不例外。

城堡(Castles)的演变: 早期的防御工事多为木制或土石混合,不够坚固。中世纪,尤其是在诺曼征服之后,石制城堡变得越来越普遍。它们不仅是军事要塞,更是权力和统治的象征。城堡的设计也愈发复杂,出现了同心圆式防御、箭塔、吊桥、护城河等一系列精巧的防御工事。每一种改进,都是为了应对更强大的攻城武器。
攻城器械的进步: 伴随着城堡的加固,攻城器械也日新月异。投石机(Trebuchet)是其中最具代表性的发明。与早期的投石器(Onager)不同,投石机利用了配重(Counterweight)的原理,通过巨大的配重块下降产生的动能,能够投射出更重、更远的石弹,甚至能够摧毁坚固的城墙。想象一下,一颗重达数百公斤的石球呼啸着飞来,足以让人心生畏惧。此外,攻城槌(Battering Ram)的改进,如加上金属头部,或者在顶部加设防护顶棚,也让其威力倍增。
火药(Gunpowder)的传入与早期应用: 虽然火药是中国在唐宋时期发明的,但在中世纪晚期,它经由丝绸之路传入欧洲。欧洲人迅速认识到火药的军事潜力,并开始将其应用于战争。最初的火器,如火枪(Handgonne)和火炮(Cannon),笨重而粗糙,精度不高,但它们发出的巨大声响和爆炸力,以及穿透木质或早期金属盾牌的能力,都足以在战场上制造混乱和恐慌。这预示着未来战争的格局将彻底改变。
眼镜(Eyeglasses)的发明: 这虽然不是军事发明,但其影响同样深远。在中世纪晚期,尤其是13世纪末的意大利,人们发明了将凸透镜装在框架上,用以辅助视力的眼镜。这对于那些因年老或其他原因视力下降的学者、工匠、商人来说,无疑是一项巨大的恩赐。它延长了他们的工作年限和工作效率,对于知识的传播和手工业的精进起到了重要的推动作用。

航海与商业的驱动力

地理大发现的种子,在中世纪就已经悄然埋下。

罗盘(Compass)的应用: 罗盘在中国早有应用,但在中世纪,它传入欧洲,并在航海领域得到广泛应用。指南针使得船只即使在阴天或夜间,也能够辨别方向,不再完全依赖于星辰和海岸线。这极大地拓展了航海的范围和安全性,使得远洋航行成为可能,为后来的地理大发现奠定了基础。
星盘(Astrolabe)的改进: 星盘在中世纪得到进一步发展和改进,它是一种用于测量天体高度的仪器,可以帮助水手确定纬度。结合星盘和罗盘,航海家们能够进行更精确的导航,逐渐摆脱对陆地的依赖。
造船技术的进步: 龙骨(Keel)的加固、船帆(Sails)的改进(如方形帆和后期出现的三角帆),以及船体结构的优化,都使得中世纪的船只能够航行得更远、更稳、更快。

日常生活中的细节

除了宏大的技术革新,中世纪的日常生活也充满了不起眼却同样重要的发明。

机械钟(Mechanical Clock): 13世纪末,欧洲出现了最早的机械钟,起初安装在教堂和市政厅。它们使用重力驱动,通过齿轮和擒纵机构(Escapement)来测量时间。这标志着人类对时间的计量方式发生了根本性转变,从依赖自然节律(日出日落、潮汐)转变为精确的机械测量。时间的精确化,对商业活动、日程安排、甚至宗教仪式都产生了深远影响。
纸(Paper)的生产: 纸张最早在中国发明,但中世纪经由阿拉伯人传入欧洲。纸的普及,取代了昂贵而沉重的羊皮纸(Parchment),极大地降低了书写和传播知识的成本。这为教育的普及、学术的交流、以及文学作品的传播创造了前所未有的条件。
眼镜(Eyeglasses)(再次提及,因为其对知识传播的重要性)

值得注意的“发明”和“发现”的性质

在中世纪,我们不能简单地将“发明”和“发现”局限于“从无到有”的创造。更多时候,它们是:

技术传播与融合: 许多在中世纪欧洲出现的“新”技术,实际上是在更早时期在其他文明(如中国、伊斯兰世界)已有所成就,然后通过贸易、战争、文化交流传入欧洲,并被欧洲人根据自身需求进行改进和推广。例如,纸张、火药、指南针。
系统性改进: 很多技术并非单一的发明,而是对现有技术的持续优化和组合。重型犁、三圃制、马肩挽具,都是对农业生产方式的系统性改进。
理论的实践: 随着对自然规律认识的加深,一些理论上的可能性开始被转化为实践,例如通过凸透镜制作眼镜。

总而言之,中世纪并非科技的荒漠,而是一个播种和孕育的时代。它用更稳固的基石,更有效的工具,更广阔的视野,为接下来的文艺复兴和科学革命铺平了道路。那些看似平凡的改进,在历史的长河中,其分量不亚于任何一次惊天动地的发明。它们如同默默流淌的溪流,汇聚成改变世界的力量。

网友意见

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克拉克帆船。

15世纪初,船只在设计上有了突破,这一次肇始于热那亚人。

他们的克拉克帆船融合了地中海船和北欧船两种船的设计,以地中海造船技术中的骨架法和平铺式船板的建造结构,重新扩建汉萨同盟的柯克船

船帆的设置以南北两地的传统为基础。船上的三根或四根桅杆,采用北方航船的方形横帆和南方的三角纵帆,几百年来地中海的桨帆船都靠此角纵帆航行。

此外,人们也在它身上增加了船首斜桅,以及减低的艉楼的高度,令它更便于在海战发挥威力。

多样式混合的船帆设计使得克拉克帆船在任何风向中都可以航行, 且更易于操控。克拉克帆船的装载量十分大,中世纪时可以容纳2000吨货物。就是这样一艘巨舰载着贵重货物从中东驶往北欧。

在16世纪初,它更被安装了多层的甲板,以便于安装更为巨大的炮座,增加威力。

克拉克帆船的改良更为海上战争带来了新元素,海上战争不再单是两船间短兵相接及弓箭互发的模式,而转变为更具威力的炮战

这种称作“全帆装船”的克拉克船在欧洲中世纪最为瞩目发明中名列前茅。它所带来的变革几乎波及了所有领域——贸易、战争、探险,直到对那些尚未被人们发现的世界的统治。 光是它的体积就让看到它的敌人惊骇不已。从高耸的克拉克帆船上可以俯视其他船舰,而且它的船头尤为硕大。

《英格兰国策简论》的作者这样形容克拉克帆船:“可怕、宏伟且敦实。”(orrible,grete and stoute)

它的体积和高度提供了绝佳优势,可以自上而下猛烈射击那些比它矮小的船舰。作为首艘可以装载足够储备进行远航的远洋船,它让贸易和探险两个领域发生了革命性的变化

它的缺陷在于只能在深港中停泊。

十六世纪末,克拉克帆船已经进一步演变成盖伦帆船而渐渐没落于航海历史。

然而,它却促成了之间的海上交通,以及震动整个欧洲的大航海时代,为世界交通发展史写下光辉的一页。克拉克帆船持续被使用至十七世纪。

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中世纪有位主教,记录了人在静止或者缓慢匀速行驶的船舱里,挡着窗帘,是分辨不出来这两种状态的。这是我十几年前阅读过的一本《西方科学的起源》里的片段。书中重新审视了中世纪,觉得不应该武断的说,古希腊古罗马的文明,经历了黑暗年代重新被发现,就催生了现代科学;而是在中世纪有一个缓慢的“萌芽期”,到了文艺复兴时期量变催生的质变。而且在伏尔泰的《风俗论》和意大利人的一个历史小说《波多里诺》里,也隐约提到了,在教会里只要不跟主教、教皇对着干,自己偷偷研究“黑魔法”,也是没人管的。教会里搜集了不少离经叛道的文献,如炼金禁术、非基督教的各种传说等,(好像还有葡萄酒和啤酒,见《伟大的德国农民战争》)为后来研究物理学、化学、历史、酿酒的人们留下了素材。

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中世纪对运动学的研究。

  • 下图出自成书于13世纪初的《运动之书》(Liber de motu),由布鲁塞尔的杰拉德(Gerard of Brussels)所著。
这部著作分为3卷、13个命题,分别研究了线(第1卷)、面(第2卷)和立体(第3卷)围绕固定轴的转动,并试图确定这些运动的平均速度。他采用希腊数学著作的公理形式,以演绎的方式对某一时刻速度在空间中的分布作了大量复杂的讨论,但没有涉及速度随时间的变化。它提出了将以恒定角速度的旋转与等价的直线运动联系起来的方法。
——《质的量化与运动的量化》张卜天
  • 下图出自成书于14世纪《解决诡辩的规则》(Regulae solvendi sophismata),为对默顿匀加速定理的阐述,由牛津大学校长威廉·海特斯伯里(William Heytesbury)所著。
(《解决诡辩的规则》)是一本逻辑的教科书,最后一章在位置、量、质三个范畴下给出了对运动或变化的量化描述,其主要目的是在给定的范畴内确定恰当的速度。海特斯伯里在这里发展了匀加速运动的数学,给出了匀速运动、匀加速运动、瞬时速度的定义以及将匀加速运动与匀速运动联系起来的默顿规则或中速度定理。默顿规则说,一个物体匀加速运动所经过的距离,等于这个物体在同样时间内以初速度和末速度的中间值匀速运动所走过的距离。
  • 下图出自成书于14世纪的《质的构形》(De configurationibus qualitatum),为对默顿匀加速定理的几何证明,由利雪主教奥雷姆(Nicole Oresme)所著。
有学者认为,在《论质和运动的构形》一书中,奥雷姆至少隐含地引入了下述四项革新的思想:1用线段(遵循希腊的传统,他用线段代替实数)来度量各种物理变量(例如温度、密度、速度);②关于变量之间的函数关系的某种概念(例如把速度看成时间的函数);3这种函数关系的图形表示法,可以看作引入坐标系迈进的一步;4作为时间一速度图下的面积来计算距离的“积分”法或连续求和法,虽然奥雷姆只是在匀加速运动的情况下才有完成这种计算的作图方法。

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