物质与能量
物理与化学较诸地质学与生物学进步得多。它们的定律和奇迹,较之于世俗的有神论者“牙和爪是天生即红色”的观点始终和谐得多。由于马姆斯伯里的奥利弗(Oliver of Malmesbury)的努力,制造了一架飞机,它们的活力在这段期间的初期即被表示出来。在1065年,他的机械准备完成,他坐在里面,在高处翱翔,结果丧命。
力学在13世纪产生出一种显著的雏形,一位圣多米尼克教会的僧侣曾提示了牛顿的一些基本的观念。乔达努斯·尼摩拉里乌斯(Jordanus Nemorarius)在1222年变成圣多米尼克修会的第二个修道会长,像这样一个在科学方面能做出如此卓越成就的人,充分证明出一般修道僧对于知识的热望——如果大阿尔伯图斯和托马斯不足以完全表露出勇气与影响力——他接受了印度的数目字,并且借着规则使用字母,而不使用数字于他的一般公式,以此使代数进步。他的一本著作沿着轨线研究重力的组合,而且留下一个现在为大家所知的焦尔敦纳公理的原理:即是凡能将某一重量提高到某一高度的力量,则能将K倍重量提高到1/K倍的高度。另一篇论文(也许是他的一个学生所写)分析静力矩的观念——一种力进入它的杠杆的产物——而预想出杠杆力学和倾斜平面的现代观念。第三篇论文——归之于“焦尔敦纳学派”,给实位移理论暂时的说明——由达·芬奇、笛卡儿和约翰·贝尔努利(John Bernoulli)逐渐扩充,而最后由吉布斯(J.Willard Gibbs,译按:1839—1903年,美国数学家及物理学家)在19世纪用公式表示出来。
力学的进步慢慢地影响到发明。在1271年,英格兰的罗伯特清楚地述说钟摆原理。在1288年,我们听到在威斯敏斯特教堂一个塔内的一个大钟的鸣声,而就在同时,我们在欧陆的教堂里听到相同的巨大的声响,可是没有某种指明说这些东西全是机械制的。这是首次清楚地提到一个钟由滑轮、钟摆和齿轮操作,其写明的日期是1320年。
这一时期内最成功的物理学的分支是光学。译成拉丁文的阿拉伯人海塔姆(al-Haitham)的论文,几乎为西方打开了一个新的世界。在一篇论虹的文章里(约在1230年),格罗斯泰斯特写道:
透视法的第三支……至目前为止,我们既接触不到,同时也不得而知……(它)显示给我们,如何把远离我们的事物变得似乎在手边那么近,同时如何使近处的大的物体变成似乎细小的,还有如何使得远处的物体显现出如我们所选择的那么大。
他继续写出能利用经由数种透明物体,或各种构造不同的透镜通过它时,而开拓“视线”,这些奇迹即可完成。这些观念对于他的学生罗杰·培根有极大吸引力。另外一个圣方济各修会的教士约翰·佩克哈姆,或许也是格罗斯泰斯特在牛津的一个学生,在一篇名叫《透视法》(Perspectiva communis)的论文里,讨论到反射、折射、和眼的构造;当我们记起佩克哈姆变成坎特伯雷大主教时,我们于科学和中古时期教会之间,再度觉察到一个无可置疑的默契。
这些光学研究的一个结果是眼镜的发明。希腊古时已知道放大镜。可是这种放大镜在靠近眼睛时的适当调距的构造,似乎有待于折射几何学的研究。在1260年和1300年间某一未确定年代的一件中国文献,谈到眼镜时称之为“爱戴”(“ai tai”),它使老年人得以阅读到微小的字体。1305年,在皮亚琴察传教的一位圣多米尼克修会的修士谈道:“自从眼镜(occhiali)发明后迄今不到20年,它使人看得较清楚……我本人曾和首次发现它并且制造它的人谈过。”一封日期记明为1289年的信写道:“在未有发明名叫okiali的眼镜的几年里,我心情相当沉闷,不可能阅读或写作。”这种发明通常归功于萨尔维诺·阿玛尔托(Salvino Amarto),1317年他的墓碑上写着:“眼镜的发明人。”1305年,一位蒙彼利埃的医师宣称,他发明了一种使眼镜成为多余的眼药水。
磁石的吸力也已经为希腊人所知。它的指示方向的能力,显然在1世纪已为中国人所发现。中国方面传说大约于1093年,回教徒首次使用磁针于指引航行。此种使用大约在12世纪末期以前即已为回教徒和基督教徒的水手所推广。基督教徒最早提及它是在1205年,回教徒最早提及它是在1282年,可是也许那些老早就知道这种珍贵的秘密的人,并不急着将之公之于世。尤有甚者,使用它的水手被怀疑具有魔力,而且有些航行者拒绝同保有这种魔鬼工具的船长出航。首次为人所知的关于一种装有旋轴浮动的罗盘的描写,见之于1269年佩雷格里吕(Petrus Peregrinus)所写的《论磁石的书信》(Epistola de magnete)中。这个清教徒彼得记录下很多实验,提倡实验方法,同时解释磁石在吸铁中的作用,能吸引别的物体,而且找到北方。他也试图借着自我衍生的磁石的作用,而制成一种永久转动的机器。
化学由于炼丹术的研究而大大地进步。从10世纪往前溯源,阿拉伯人在这方面的著作已被译成拉丁文,而不久西方弥漫着炼丹术之气息,甚至在修道院内。埃利亚弟兄是圣方济各继承者,替腓特烈二世编著了一本炼丹术的著作;另一圣方济各修会修士格罗斯泰斯特,亦著书同意金属之变质的可能性;同时中古时期最著名的书之一《物质原理汇编》(Liber de causis),把炼丹术和星象学放在一起去蒙骗亚里士多德。有些欧洲的国王雇用炼丹士,希望借改变便宜的金属为黄金,以保存他们的金库。其他的狂热之徒继续寻求长生丹及哲学石(译按:他们以为哲学石可以使触着的任何东西变成黄金,故又名点金石)。在1307年教会判决炼丹术为魔术,可是它的实施仍然继续。也许为了逃避教会的责难,有些12或13世纪的作家,将他们关于炼丹术的作品诿为回教徒杰比尔的作品。
药材使用的医学实验,增加了化学的知识,而产业的经营促使实验和发明。啤酒的酿造,染料、陶器、珐琅、玻璃、胶、漆器、墨水和化妆品的制造。对化学科学极有贡献。圣奥梅尔的彼得(Peter of St.Omer)约在1270年写了一本《色彩混合原理汇编》(Liber de coloribus faciendis),包含使用于油画的各种颜料的配方;其中的一种调配方法,描述油彩是利用颜料混以亚麻仁油而制成。大约在1150年,在一篇论文中——据推测是一项属于萨莱诺医药学派的产品——提到酒精的蒸馏;这是首次对现在通用的方法作了清楚的提示。出产葡萄的国家蒸馏而成酒,称之为“生命之水”。北方由于天气酷寒和少产葡萄,发现蒸馏谷类较便宜。凯尔特人称之为“仙酿”(“uisqebeatha”),它被缩写成威士忌(whi-sky),亦指“生命之水”。回教徒的炼丹士很早以前就知道蒸馏方法。可是酒精的发现——以及13世纪矿物酸的发现——大大地扩大了化学知识和工业。
与酒精的蒸馏同具重要影响力的是火药的发现。古中国人的优先权现在受到挑战,而在1300年之前,阿拉伯手稿没有明显地提到此种物质。最早为人所知的关于这种爆炸物的公告,见之于《焚毁敌人之火》(Liber ignium ad comburendos hostes),著者为玛尔库斯·格拉埃库斯(Marcus Graecus),大约写于1270年。描写过希腊的火和磷火之后,希腊人马克提供我们一种制造火药的秘方:1磅炽热的硫磺、2磅菩提树或柳树的炭、6磅硝石(亚硝酸钾),分别磨成细粉,然后将之加以混合。在14世纪以前,没有任何军事上使用炸药的记载。