Antiikin tiede
Antiikin tieteellä tarkoitetaan Välimeren rannikolla noin 700 eaa. – 500 jaa. harjoitettua luonnontiedettä tai luonnonfilosofiaa. Laajemmin määriteltynä termillä voidaan tarkoittaa myös keskipronssikauden ja Rooman valtakunnan hajoamisen välistä aikakautta Lähi-idässä, Välimeren alueella, Kiinassa ja Intiassa.
Antiikin tieteen historia liittyy läheisesti antiikin filosofian historiaan, koska useimmat tieteet eivät olleet vielä tuolloin erkaantuneet filosofiasta, vaan ne luettiin sen osiksi. Antiikin tieteen tunnuspiirteitä ovat instituutiomaisuus ja teoreettisuus yhdistettynä filosofiseen pohdiskeluun uskonnoista ja mytologioista riippumatta. Tämä artikkeli keskittyy lähinnä antiikin Kreikan ja Rooman valtakunnan tieteeseen, Lähi-idän alueen varhaisesta tieteen traditiosta katso artikkeli Mesopotamian tiede ja muinaisegyptiläisestä tieteestä katso artikkeli muinais-Egyptin tiede.
Antiikin tieteen historia jaetaan aikakauden perinteisen historiakäsityksen mukaisesti arkaaiseen (esisokraattiseen; 700–480 eaa.), klassiseen (480–330 eaa.), hellenistiseen (330–27 eaa.) ja roomalaiseen aikakauteen (27 eaa. – 500 jaa.). Kreikan pimeiltä vuosisadoilta alkanut kehitys johti kaupunkivaltioiden syntymiseen Egeanmeren ympäristössä, mistä alkoi myös tieteeksi tulkittava traditio, jolle ominaista on johonkin uskonnolliseen tai yliluonnolliseen perustuva maailman kuvaaminen. Tieteen historiallisesti esisokraattinen aikakausi tunnetaan aikana, jolloin ei ollut olemassa yhtä vallitsevaa selitysmallia, vaan erilaisia selityksiä oli lukemattomia. Empiirisiä kokeita ei tehty, toisaalta tämän ajan filosofi-tutkijoita pohdituttivat niin perustavanlaatuiset kysymykset, ettei kokeiden tekeminen olisikaan ollut mahdollista.
Esisokraatikoiden ajatusten kirjo päättyi klassisen kauden kahteen synteesiin. Ensimmäisestä vastasi Platon ja seuraavasta Aristoteles. Molempien ajatukset säilyivät vallitsevina eurooppalaisessa tieteessä uuden ajan alkuun asti. Monet aiemmat teoriat jäivät näiden synteesien ulkopuolelle, jääden siten vähälle huomiolle. Aleksanteri Suuren valloitusretkien myötä kaupunkivaltioiden aika oli ohitse ja Aleksanteri perusti osia Egyptistä, Vähän-Aasian, Persian ja Indus-jokilaakson käsittäneen valtakunnan. Valtakunnan eri osat olivat läheisessä yhteydessä Kiinan, Intian ja Egyptin korkeakulttuureihin, joiden saavutuksiin kreikkalaiset pääsivät käsiksi kaupanteon ja valtakunnan laajenemisen yhteydessä. Hellenistinen aikakausi oli antiikin tieteen kukoistusaikaa.
Roomalaiskaudella tiede keskittyi kehittämään insinööritaitoja ja sotilasvarustelua. Tieteeltä odotettiin vastauksia käytännöllisiin ongelmiin, eikä kreikkalaistyyppistä ajattelua pidetty arvossa. Tieteen taso laski roomalaiskaudella selvästi verrattuna siihen, mitä se oli ollut kreikkalaisten kulttuurissa. Roomalaiskausi päättyi kristinuskon nousuun ja kansanvaellusajan alkamiseen. Huomattava osa kreikkalaisesta tiedosta olisi hävinnyt, elleivät arabit olisi pelastaneet sitä. Euroopassa alkoi keskiaika ja Lähi-idässä tiede alkoi elää kultakauttaan.
Antiikin Kreikan tiede ei alkanut manner-Kreikasta, vaan Vähästä-Aasiasta, nykyisen Turkin länsirannikolta, joka tuolloin tunnettiin Jooniana, joonialaisen luonnonfilosofian myötä. Jooniassa oli runsasravinteinen maa ja sateet sattuivat sinne useammin, kuin manner-Kreikkaan, jossa oli kehnot edellytykset maanviljelykselle. Tämän vuoksi Joonia oli rikkaampi ja kaupungistuminen oli pidemmällä kuin muut ympäristön kaupunkivaltiot 600-luvulla eaa. Joonia syntyi kun manner-Kreikan kuiva maa ei kyennyt enää ruokkimaa kasvavaa väestöä ja siirtokuntia perustettiin ympäri Välimerta. Syynä oli myös doorialaisten vaeltaminen Makedoniasta etelämmäksi kohti Peloponnesosta, mikä sai alun perin Itä-Kreikasta kotoisin olevat joonialaiset muuttamaan Vähään-Aasiaan ja muita kreikkalaisia ympäri Välimerta. Samalla doorialaiset syrjäyttivät aiemmin kukoistaneen mykeneläisen kulttuurin. Etuna heillä oli raudasta valmistetut välineet, kun mykeneläiset elivät vielä pronssikaudella. Doorialaisten sanotaan aiheuttaneen pimeinä vuosisatoina tunnetun (1100–800 eaa.) ajanjakson Kreikan historiassa, joka yleisemmin liittyy pronssikauden romahduksena tunnettuun ilmiöön, ja jolta peräisin olevaa kirjoitettua tekstiä ei tunneta juurikaan. Doorialaiset toivat mukanaan myös sotilastaitoja, ja myöhemmin muodostunut Sparta kaupunkivaltio väitti olevansa doorialaisten perillisiä.
Joonian sijainti oli kaupanteonkin kannalta edullisessa paikassa, se oli merialueensa sotilasmahti ja Aasiasta Lyydiaan johtaneen karavaanireitin päätepiste. Kaupan yhteydessä joonialaiset omaksuivat monia piirteitä ympäröiviltä kansoilta; kirjoitusjärjestelmän he saivat foinikialaisilta, lyydialaisilta rahajärjestelmän, paino- ja mittajärjestelmän Babyoloniasta ja tiedot metallien muokkauksesta, matematiikasta ja tähtitieteestä he saivat Egyptistä. Taiteet kukoistivat (esimerkkinä Homeros) ja ensimmäiset luonnonfilosofit olivat juuri joonialaisia. Luonnonfilosofinen pohdinta levisi myöhemmin muualle Kreikkaa, Anaksagoras toi sen Ateenaan.
Tarkkaan luonnonfilosofian syntyyn johtaneita tekijöitä ei tunneta, mutta erään teorian mukaan juuret saattaisivat olla poliittisissa väittelyissä, jotka olivat tuohon aikaan yleisiä vapaiden miesten kesken. Varhaisessa vaiheessa valtiot eivät tukeneet millään tavoin tiedettä, mutta monet tarpeeksi rikkaat ja vapaat miehet maksoivat yksityisille opettajille kuten sofisteille opetuksesta. Koska valtio ei puuttunut tieteeseen, sai se mahdollisuuden kehittyä abstraktille ja teoreettiselle tasolle, toisin kuin muissa kulttuureissa. Monet esisokraattiset luonnonfilosofit ajattelivat, että vaikka aine voikin muuttua muodosta toiseen, kaikella aineella on jokin yhteinen perusta, joka ei muutu. Ajattelijat eivät olleet yhtä mieltä siitä, mikä tämä yhteinen perusta olisi, eivätkä he käyttäneet kokeita sen selvittämiseksi. Sen sijaan he hyödynsivät ennen kaikkea abstraktia päättelyä. Koska selityksissä ei turvauduttu mytologioihin, heistä tuli länsimaisen perinteen ensimmäisiä varsinaisia filosofeja.
Ensimmäisenä kreikkalaisena luonnonfilosofina ja tieteilijänä on perinteisesti pidetty Jooniassa elänyttä foinikialaisen perillistä Thales Miletoslaista, joka oli yksi Kreikan seitsemästä viisaasta. Paikkansa ensimmäisenä tieteilijänä hän on hankkinut sillä perusteella, että hän pyrki selittämään ilmiöitä luonnollisin syin eikä vetoamalla jumaluuksiin. Hän ei pitänyt oliivisadon pilaantumista jumalan lähettämänä rangaistuksena, vaan seurauksena sään luonnollisesta viilenemisestä. Tästä huolimatta Thales uskoi maailmankaikkeuden olevan täynnä jumaluuksia, sillä hänen mukaansa kappaleiden sielut saivat aikaan liikkeen. Hänen maailmankuvansa mukaan maa kellui tukkipuun tavoin suuressa veden täyttämässä maailmassa, millä hän yritti selittää esimerkiksi maanjäristykset. Luonteenomaista Thaleelle oli myös, että hänen selityksensä koskettivat kaikkia vastaavia tapauksia, eikä vain yhtä todettua. Hän esimerkiksi selitti syyn miksi Niili tulvii, eikä vain sitä mikä saa Niilin tällä kertaa tulvimaan. Thaleen mielestä vesi oli kaiken perustavanlaatuinen rakennusaine, eräänlainen alkuaine. Näin hän tuli luoneeksi ensimmäisenä materialistisen teorian maailmanrakenteesta, joka oli korostava piirre koko esisokraattisessa filosofiassa. Thalesta seurannut miletoslainen koulukunta paranteli teoriaa. Miletoslainen koulukunta perusti myös tieteellisen väittelyn perinteen.
Miletoslaisten rinnalla eli Italiassa joonialaista alkuperää olevan matemaatikon Pythagoraan ympärille muodostunut koulukunta nimeltä pythagoralaisuus, jonka opit olivat tieteen, mystiikan ja filosofian sekoituksia. He omaksuivat myös ajatuksia persialaiselta Zarathustralta. Pythagoralaiset olivat ensimmäinen koulukunta, joka korosti matemaattisuutta luonnonfilosofiassa. He eivät kuitenkaan käyttäneet matematiikkaa niinkään luonnonilmiöiden kuvantamiseen – kuten nykyään tehdään ja vaikka heidän mukaansa kaikki oli ilmoitettavissa numeerisesti – vaan he pitivät lukuja maailmankaikkeuden perustana, vastaavina kuin miletoslaiset pitivät alkuaineita. He olivat tässä mielessä siis idealisteja, kun miletoslaiset olivat materialisteja. Pythagoralaisille maailma oli enemmän kuin oli päältä päin nähtävissä. Heillä oli ideaoppi, jonka perusperiaate oli samankaltainen kuin Platonillakin, joka oli saanut matemaattisen oppinsa pythagoralaisilta: ajatukset täydellisen suorasta viivasta ja kolmiosta ovat osa matematiikkaa, joita ei reaali maailmasta voi löytää. Tämä on perusta nykyiselle matemaattiselle idealismille. Ajatustensa hengessä he kehittivät matematiikan teoreettista ja abstraktia puolta siinä missä babylonialaiset ja egyptiläiset olivat jääneet pohtimaan matematiikan käytännön sovelluksia. Heidän saavutuksiin kuuluu nykyaikaisen matemaattisen vaiheittaisen todistuksen keksiminen, lukujen jaotteleminen (muun muassa parittomiin ja parillisiin), numerologian perustaminen, Pythagoraan lauseen todistaminen. Irrationaalisuuden havaitseminen oli niin suuri takaisku pythagoralaisten maailmankuvalle, että he pyrkivät pitämään koko seikan salassa kultin ulkopuolisilta. Aiemmin oli luultu, että kaikkien geometristen ongelmien ratkaisuna on kokonais- tai rationaaliluku. Pythagoralaisten mielestä Maa ei ollut kosmoksen keskipiste, kuten miletoslaiset väittivät, vaan kiersi jonkinlaista tulta (ei kuitenkaan Aurinko).
Pythagoralaisten ja miletoslaisten ohella luonnonfilosofian saralla vaikuttivat myös elealaiset ja atomistit. Atomistien, joihin kuuluneista filosofeista nimekkäimmät olivat Demokritos ja Leukippos, mielestä kaikki rakentui erittäin pienistä, jakamattomista kappaleita, joita he kutsuivat atomeiksi, sekä tyhjästä tilasta. Heidän mukaansa atomeja oli erilaisia. Ne poikkesivat koon, muodon ja järjestäytymisasennon suhteen toisistaan ja nämä poikkeavuudet aiheuttavat lopulta erot silminhavaittavissa kappaleissa. Itse atomeja oli atomistien mukaan mahdoton havaita. Yllättävällä tavalla tämä vastaa hyvin paljon nykyistä käsitystä maailmankaikkeuden rakenteesta, joskin atomit eivät ole jakamattomia, ne voidaan havaita ja niiden erot ovat erityyppisiä kuin atomistit kuvittelivat. Atomistien nimiin on laitettu varhaisimmat tieteelliset kokeet. Epikurolaiset omaksuivat myöhemmin atomiopin, mutta muutoin liikkeen kannatus jäi vähäiseksi ja lopulta ajatus atomeista kuihtui kokoon.
Ajatus atomiopista lienee syntynyt elealaiseen koulukuntaan kuuluneen Zenonin eräästä paradoksista, jonka mukaan materiaa voidaan pilkkoa äärettömän kauan yhä pienempiin osiin. Zenon on koulukuntansa parhaiten muistettu hahmo juuri paradoksiensa ansiosta, mutta muutoin koulukunnan opetuksiin kuului, että moninaisuus ja muuttuminen ovat näennäisiä ja aistilliset havainnot harhakuvia. Herakleitos Efesoslainen ei kuulunut tähän koulukuntaan, mutta tutki myös muutokseen liittyviä kysymyksiä, ollen täysin päinvastaista mieltä elealaisten kanssa. Herakleitoksen mukaan mikään aineellinen ei voinut olla pysyvää. Herakleitoksen ja elealaisten välille syntyi kunnollinen kiista, mikä johti heitä pohtimaan myös tieto-opillisia kysymyksiä, kuten onko aistihavainnot luotettava tapa kerätä tietoa. Aistien luotettavuus pysyikin pitkään kiistan aiheena myöhemmin muun muassa rationalistien ja empiristien välillä.
Luonnonfilosofien näkemysten monipuolisuuden on katsottu olevan tärkeä askel arvorelativismin syntymisessä. Se tarkoittaa sitä, että asian monet näkökannat ja mielipiteet käsitellään tasavertaisina. Eräs varhaisimmista arvorelativismin edustajista oli sofisti Protagoras. Varhaisiin kreikkalaisiin lääketieteen harjoittajiin kuului Hippokrates, joka loi lääkärin etiikan ohjeen ja käytti ruokavaliota sekä lääkkeitä sairauksien hoitoon. Hänen mukaansa sairaudet johtuivat luonnollisista syistä, eikä niiden takana ollut yliluonnollisia voimia kuten jumalan lähettämät vitsaukset.
Vuonna 499 eaa. joukko joonialaisia nousi kapinaan isäntäänsä Persian valtakuntaa vastaan, johon Vähän-Aasian kaupunkivaltiot olivat kuuluneet Kyyroksen valloitettua Lyydian saaden samalla kaupunkivaltiot hallintaansa. Kreikkalaiset lähettivät kapinoitsijoille apua. Voitokkaan alun jälkeen Joonia jäi persialaisille ja Joonian helmeksi kuvailtu Miletos hävitettiin vuonna 479 eaa. Miletos oli jo aiemmin menettänyt valtansa Mustanmeren kaupassa ja ateenalaiset käyttivät tilanteen hyväkseen nousten uudeksi Mustanmeren kauppamahdiksi. Deloksen meriliitto perustettiin vuonna 478 eaa. 150 kreikkalaisen kaupunkivaltion kesken. Liittoon kuuluneet jäsenet maksoivat jäsenmaksua erilliseen kassaan. Sen tarkoitus oli estää persialaisten eteneminen pidemmälle, mutta kun persialaisuhka hävisi Kalliaan rauhan myötä. Ateenasta oli kasvanut suurin jäsen ja se kaappasi liiton kassan varat itsellensä. Attikasta vuonna 483 eaa. löytynyt hopea vain lisäsi Ateenan vaurastumista. Ateena seurasi Jooniaa kulttuurillisena mahtina. Vuodesta 479 eaa. katsotaan alkaneen niin sanotun Ateenan kultakauden. Riippuen tulkinnasta, se kesti Peloponnesolaissodan alkamiseen tai hallitsija Perikleen kuolemaan saakka.
Tässä ilmapiirissä elivät Sokrates, hänen oppilaansa Platon ja muut heidän aikalaisensa. Tieteen historian kannalta Platon on keskeisessä asemassa, koska hän perusti synnyinkaupunkiinsa Ateenaan Platonin Akatemian, josta tuli opillinen keskus seuraaviksi vuosisadoiksi. Tieteellisiä innovaatioita hän ei juuri tehnyt, mutta hänen puhtaaseen geometriaan perustuva ajatusmaailmansa tuli hallitsemaan useiden vuosisatojen ajan ihmisten kuvaa taivaankappaleiden liikkeestä. Platonin mielestä taivaankappaleet kiertävät Maata vakionopeudella ympyräradalla. Hän ei päätellyt tätä siksi, että näin näyttäisi olevan, vaan siksi että hän uskoi taivaankappaleiden olevan jumalallista alkuperää ja siksi ne olisivat täydellisiä. Tästä hän johti ajatuksen, että vain tasainen ympyräliike sopisi jumalallisille taivaankappaleille. Mallissa oli kuitenkin puute, sillä planeetat eivät näyttäneet liikkuvan näin, vaan joskus ne alkoivat liikkua päin vastaiseen suuntaan ja takaisin uudelleen alkuperäiseen suuntaan tehden pienen lenkin. Tämä jäi tähtitieteilijöiden pohdittavaksi, ja ongelmien esittäminen ajan tieteilijöille olikin Platonin yksi suurimmista ansioista tieteen saralla. Platonin oppilas Eudoksos paranteli mallia, jota vielä Kallippos, Aristoteles ja Apollonios parantelivat, minkä jälkeen malli oli erittäin monimutkainen, mutta sisälsi muutamia ongelmia: miksi Venuksen kirkkaus vaihtelee ja miksi vuodenaikojen pituus ei ole sama. Aristarkhos poikkesi muista tähtitieteilijöistä esittämällä ajatuksen, ettei Maa ole keskipiste, jota muut kappaleet kiertävät, vaan se on Aurinko. Aurinkokeskinen malli ei saanut kuitenkaan tukea vaan maakeskinen malli säilyi aina Klaudios Ptolemaioksen, joka esitti uudenlaisen ja matemaattisesti tarkemman maakeskisen aurinkokuntamallin, joka säilyi vallitsevana Aristoteleen kosmoskäsityksen kanssa aina tieteelliseen vallankumouksen alkuun saakka.
Hän myös hypotisoi, että eri alkuaineita oli klassisten neljän lisäksi vielä viides eli eetteri. Näiden alkuaineiden muodot olivat hänen mukaansa samat kuin säännöllisinä monitahokkaina tunnetut Platonin kappaleet.
Vaikka Aristoteles olikin Platonin oppilas, ei hänen näkemyksensä ollut lähellä Platonia. Aristoteleen näkemys luonnosta oli selvästi maanläheisempi. Teoksissaan hän käsitteli logiikkaa, matematiikan teoriaa, biologiaa, fysiikkaa, kemiaa, kosmologiaa, psykologiaa ja anatomiaa filosofian eri osa-alueiden ohella. Hän vastasi myös luonnontieteiden jaottelusta tähtitieteeseen, maantieteisiin, kemiaan, fysiikkaan ja biologiaan. Euroopan ja Lähi-idän tieteen historian ja filosofian kannalta Aristoteles on kaikkein keskeisimpiä hahmoja, sillä hänen ajatukset säilyivät vallitsevina 2000 vuoden ajan, se on 80 % koko tieteen historiasta, kun alkuajankohta asetetaan Thalekseen. Aristoteles perusti opettajansa Akatemian ohelle Ateenaan koulun nimeltä Lykeion.
Platonin filosofiassa todellisuus oli kaksijakoinen; oli ideamaailma ja ympäröivä maailma, jonka kappaleet heijastivat ideamaailmaa. Platonin mukaan esimerkiksi puutarhan puu heijasti ideamaailman "ideaa" puusta. Aristoteles oli sitä vastoin realistisempi hyläten koko ideamaailman. Aristoteleelle oli vain ympäröivä maailma oli todellinen ja keino saada tietoa siitä oli havainnointi ja looginen induktiivinen päättely. Hänen käyttämäänsä metodia ei pidä kuitenkaan sekoittaa nykyaikaiseen tieteelliseen menetelmään. Aristoteles jakoi luonnontieteet neljään osaan.
Makedonian kuningas Filippos II muistetaan Kreikan kaupunkivaltioiden yhdistäjänä. Hänen poikansa Aleksanteri Suuri toteutti isänsä pidemmän tähtäimen suunnitelman hyökätä Persiaa vastaan ja valloittikin koko valtakunnan aina Indusjoelle saakka. Aleksanterin valtakunta ei kestänyt kuitenkaan kuin 11 vuoden ajan, koska hänen kuolemansa seurauksena Aleksanterin sotapäällikköjen välille syntyi valtataistelu. Valtakunta hajosi Ptolemaioksen hallitsijasuvun Egyptiin, Seleukoksen Seleukidit taas saivat hallintaansa Persiaa ja itäisiä maakuntia ja Antigonos I:n poika Demetrioksesta taas tuli Makedoniaa hallinneen Antigonidien hallitsijasuvun kantaisä. Valtakunnan lyhytikäisyydestään huolimatta sillä oli erittäin suuri vaikutus koko kreikkalaiseen yhteiskuntaan ja kulttuuriin; hellenistisen kulttuurin ja Kreikan kulta-ajan sanotaan alkaneen Aleksanteri Suuren valloitussotien myötä.
Hellenistinen tiede perustui aiempaan helleenitieteeseen verrattuna enemmän organisaatioihin ja valtionjohto halusi tukea tiedettä idän kulttuureista saamiensa esimerkkien mukaisesti. Ptolemaiosten suku tunnetaan erityisen hyvin kulttuurielämän ja tieteen tukijoina. He rakennuttivat Aleksandriaan Museionin temppelin ja sen yhteyteen kaupungin kuuluisan kirjaston, jonka kokoelmat olivat käsittämättömän laajat: sieltä löytyi lähes vähintään 500 000 kirjakääröä. Lisäksi Museionin yhteydessä oli eläintarha, puutarhoja, observatorio ja luentosaleja. Museionissa toimi samanaikaisesti noin 100 tieteilijän joukko, joka eli valtion antamien stipendien ja he saivat syödä laitoksen tiloissa sen keittiössä tuotettua ruokaa. Aleksandrian lisäksi muita ajan tiedekaupunkeja olivat Pergamon kirjastoineen, Ateena Akatemiansa ja Lykeionin ansiosta. Roomassa Appius Claudius Caecus aloitti ensimmäisen julkisen tien, Via Appian, ja Rooman ensimmäisen akveduktin eli vesijohdon rakennuttamisen. Aikakauden loppua kohden Rooma nousee Välimeren johtavaksi valtioksi.
Tiedettä tuskin tuettiin puhtaasta halusta, vaan valtionjohtajilla lienee ollut muita tarkoitusperiä. Tieteiden avulla voitiin parantaa vanhoja tai keksiä uusia tekniikoita esimerkiksi sodan käyntiin ja eläintarhan eläimistä useimmat kävivät myös sodankäyntiin. Maantieteen ja kartografian tutkijat sitä vastoin tuottivat entistä tarkempia karttoja, joita voitiin hyödyntää sotastrategioiden suunnitteluun. Aiempiin tieteilijäsukupolviin verrattuna hellenistisen kauden tutkijat olivat selvästi enemmän keskittyneet käytännöllisempään tieteeseen.
Aikakauden nimekkäimpiin tieteilijöihin kuuluvat kartioleikkauksista tunnettu Apollonios, roomalainen tähtitieteilijä optiikan tutkija Klaudios Ptolemaios, aurinkokeskistä maailmankaikkeutta ehdottanut Aristarkhos, tekniikan ja empiirisen tieteen edelläkävijä Arkhimedes, maapallon ympärysmitan määrittänyt Eratosthenes ja siihenastisen matemaattisen tietouden yksiin kansiin kerännyt Eukleides. On myös laskettu, että tällä aikakaudella Välimerellä eli koko antiikin historiassa eniten tieteilijöitä.
Rooma oli alun alkaen pieni kaupunkivaltio. Diplomatian ja sotien keinoin se kasvoi nopeasti 400- ja 300-lukujen aikana käsittäen lopulta 270-luvulla koko Apenniinien niemimaan. Puunilaissotien jälkeen Rooman valtakunta laajeni kohti itää ja valloitti Kreikan, Makedonian ja Syyrian ennen 100-luvun eaa. puoliväliä. Roomalaiset arvostivat kreikkalaista kulttuuria ja omaksuivatkin runsaasti heidän tapojaan. Näitä kahta kulttuuria erotti kuitenkin kieli: kreikkalainen kulttuuri oli kirjoitettu kreikaksi, mutta roomalaiset käyttivät latinaa. Kielimuuri on yksi syy sille miksi kreikkalainen tiede ei levinnyt laajalti roomalaisten tietoisuuteen. Kreikan valloituksen jälkeen korkea-arvoiset roomalaiset ottivat kyllä kreikkalaisia oppineita lapsilleen opettajiksi, mutta roomalaiset eivät kiinnostuneet tieteestä, koska se vaikutti turhalta ajanhaaskaukselta, sillä siitä ei välttämättä ollut suoranaista hyötyä arkkitehtuurissa tai uusien rakennusprojektien suunnittelussa ja toteuttamisessa. Roomalaisia kiinnosti enemmän insinööritaidot ja käytännönläheisyys, kreikkalaisen tieteen teoreettiset nyanssit eivät olleet heidän mielestä kiinnostavia. Edes kaikkein kiihkeimmät hellenofiilit eivät innostuneet tieteestä. Kreikkalainen tietämys eli seuraaville sukupolville ajanvietepainotteisten tietosanakirjojen tai kaunokirjallisten teosten turvin. Plinius vanhemman "Naturalis historia" -tietosanakirja, jonka kirjoitukset sekoittavat tiedettä, kummallisia tarinoita ja magiikkaa toisiinsa. Tieteenhistorioitsijat ovat kuitenkin erimielisiä siitä koska tieteen taantumus alkoi. Toisten mielestä se alkoi jo 200-luvulla eaa., kun taas toiset pitävät 200-lukua jaa. parempana arviona. Tekstit säilyivät kuitenkin kreikankielisessä maailmassa, minkä ansiosta ne käännettiin ennen sydänkeskiaikaa arabiaksi taaten islamilaisen tieteen nousun.
Vaikka roomalaisia onkin parjattu huonoina tieteilijöinä, olivat heidän tekniikan taidot erittäin hyvät. He rakensivat laajan tie- ja vesikanavaverkoston sekä useita rakennuksia, joista mahtavimpina Colosseum ja Pantheonin temppeli kupolineen.
Mystiset ja uskonnolliset kultit saivat entistä enemmän kannattajia ajanlaskun alun tienoilla, mikä vähensi tieteiden tarvetta metafyysisiin pohdintoihin. Laajasti levinneitä kultteja olivat kreikkalaisen hedelmällisyyden jumalan Demeterin, persialaisen valonjumalan Mithraksen ja egyptiläisen Isiksen ympärille muodostuneet kultit sekä juutalaisuuden uudistusliikkeenä alkunsa saanut kristinusko. Kristinuskon levittyä Rooman valtakunnassa ja vakiinnutettua asemansa 300-luvulla, se osoitti hyväksymättömyytensä pakanauskontojen ohella myös tiedettä kohtaan. Tulevina aikoina ajan oppineet elivät enenevässä määrin kirkon palveluksessa. Aleksandrian kirjaston osia tuhoutui pitkin roomalaisaikakautta. Syinä olivat roomalaisten Aleksandrian valloitus 200-luvun lopulla takaisin palmyralaisilta, myöhäisantiikin levottomuudet ja pakanallisten temppelien tuhottavaksi määrääminen. Rooman kahtiajaon myötä syntyi Länsi- ja Itä-Rooma eli Bysantti. Valtakunnan itäosat olivat aina olleet aina länttä edistyneempiä tieteen saralla ja siksi kreikkalaisen tieteen perintö säilyi jatkuvampana siellä kuin missään muualla Roomaa. Tästä huolimatta kristinuskolla oli osansa Bysantissakin heikentämässä tieteen asemaa. Justinianus I sulki vuonna 529 Platonin Akatemian, sillä kristinuskon tultua valtionuskonnoksi filosofiaa oli alettu pitää turhana ja suorastaan haitallisena.
Myöhäisantiikki päättyi ja varhaiskeskiaika alkoi kansainvaellusajan merkeissä. Bysantti säästyi ajan sodilta varsin hyvin, mutta valtakunnan länsiosa joutui barbaareiksi kutsuttujen heimojen hyökkäysten kohteeksi ja kaupunkilaiset muuttivat maaseudulle asumaan. Tieteen kehityksen näkökulmasta aikakausi oli laskusuhdannetta Euroopassa. Islaminuskoon kääntyneet alueilla kreikkalaista tiedettä käännettiin arabiaksi. Arabimaailmassa tieteen taso selvästi muuhun maailman verrattuna korkealle. Paljolti arabien ansiosta nykyään kreikkalaisesta sivistyksestä tiedetään niin paljon kuin tiedetään.
Lääkäriksi ryhtymistä ei säännelty antiikissa he toimivat itsenäisesti valtiosta riippumatta, joten varsin epäpätevät lääkärit eivät olleet pelkkiä sattumia. Sota-aikana lääkäreitä palkattiin hoitamaan rintamalla haavoittuneita. Lääkärin ammattia kuitenkin arvostettiin ja asiansa osaavat lääkärit tienasivat suuren omaisuuden.
Ennen 400-luvulla eaa. elänyttä Hippokratesta sairauksien uskottiin olevan jumalien lähettämiä vitsauksia. Hippokrates teki tärkeän askeleen siirtyessään tieteelliseen lääketieteeseen, jossa sairauksilla on luonnollinen syy ja se on hoidettavissa lääkeainein, ruokavalion tai pelkän levon avulla. Hippokratesta onkin kutsuttu ”lääketieteen isäksi”. Häneen liitetään myös Hippokrateen valana tunnettu lääkärin eettinen ohje sairaiden parantamiseksi. Hippokrateen aikaan ja häntä ennen tiedot ihmisen ruumiista olivat hyvin vähäisiä, koska ruumiiden leikkely oli kiellettyä. Ensimmäisenä ihmisen ruumista oli tieteellisin tarkoitusperin leikellyt Alkmaion noin vuoden 500 eaa. aikoihin.
Antiikin aikaan astrologiaa pidettiin tähtitieteen vertaisena tieteenä. Astrologia kiteytyy pitkälti ajatukseen, että taivaankappaleiden liikkeestä ja asennoista voidaan ennustaa tulevia tapahtumia. Se syntyi kun Auringon havaittiin liikkuvan noin asteen itään päin kiintotähtien suhteen, jolloin se kiersi koko ympyrän (360 astetta) noin vuodessa. Liikkeestä löydettiin yhtymäkohtia vuodenaikoihin ja kylmiin sekä lämpimiin aikoihin. Kuun kierron vaiheet toistuivat 29,5 päivän välein, josta löydettiin yhteys naisen kuukautiskiertoon ja nousu- ja laskuveteen. Astrologit uskoivat, että muut planeetat vaikuttivat samaan tapaan ihmiselämään ja sen tutkimiseksi he joutuivat kehittämään matemaattisia apuvälineitä tähtitieteen tutkimiseen.
Kreikkalaisilla ei ollut käytössä nykyaikaisia kaukoputkia, joilla olisi ollut helppo tutkia taivasta. He joutuivat turvautumaan paljaalla silmällä saatavaan tietoon, mutta se riitti löytämään viisi vaeltavaa tähteä, jotka nykyisin tunnetaan planeettoina (Jupiter, Mars, Venus, Merkurius ja Saturnus). Eudoksos laati Platonin ideoiden pohjalta kokonaisen teorian planeettojen liikkeestä. Anaksimandros oli aiemmin havainnut, ettei taivas ollut pelkkä kaari Maan päällä, vaan kolmiulotteinen pallo, jonka tyhjyydessä Maa sijaitsi muiden taivaankappaleiden kanssa. Samalla hän totesi taivaan kiertävän pohjantähteä. Filolaoksen nimiin on sen sijaan laitettu kommentti Maan liikkeestä avaruudessa. Eudoksoksen planeettateoriassa Maa oli kaikkeuden keskipiste, jonka ympärillä Aurinko, Kuu ja muut planeetat kiersivät niin sanottuihin kristallosfääreihin kiinnittyneinä.
Planeettojen liikkeen selittämiseksi Eudoksos otti käyttöön neljä sisäkkäistä kehää, kun Platon oli aiemmin tarvinnut vain kaksi. Ensimmäisellä (ulommainen) kehällä on tähdet ja kehän yhteen kierrokseen kului aikaa 24 tuntia. Sisemmällä kehällä sijaitsivat kaikki muut planeetat, Aurinko ja Kuu, jotka liikkuivat samassa tasossa omilla nopeuksillaan Maan ympäri. Näiden Platonin lisäksi Eudoksos otti kaksi lisäkehää, joilla hän selitti Platonin teorian puutteet eli siis sen, miksi Kuun ja planeettojen radat poikkesivat Auringon ratatasosta. Ucl.ac.uk ladattava doc-tiedosto  Planeetat näyttivät kulkevan ensin tiettyyn suuntaan, kunnes niiden liikkeen suunta alkoi hiljalleen kääntyä vastakkaiseen suuntaan ja palaten uudelleen alkuperäisen liikkeen suuntaan. Rata muodosti eräänlaisen solmun. Platonin teoria ennusti myös liian paljon auringon- ja kuunpimennyksiä. Eudoksoksen teoriassa Kuulle ja Auringolle oli varattu kolme kehää ja muille planeetoille neljä.
Euktemon ja Meton havaitsivat 400-luvulla eaa., ettei tasauspäivän ja seisauspäivän sekä seisauspäivän ja tasauspäivänpituudet ole yhtä pitkiä, vaan aika kesäpäivänseisauksesta talvipäivänseisaukseen (90+90 d) on viisi päivää pienempi kuin aika talvipäivänseisauksesta kesäpäivänseisaukseen (92+93 d). Hipparkhos selitti tämän siten, että Auringon ympyränmuotoisen radan keskipiste ei suinkaan ollut Maan sisässä, vaan sen ulkopuolella. Myöhemmin Johannes Kepler pystyi selittämään ilmiön elliptisten ratojen ansiosta. Aristoteles ja Kallippos jatkoivat Eudoksoksen mallin muokkaamista tehden siitä entistä monimutkaisemman. Kukaan ei kyseenalaistanut maakeskisen mallia, varsinkaan Aristoteleen painovoimateorian jälkeen, Aristarkhosta lukuun ottamatta.
Antiikin maailmassa maailmankaikkeus jaettiin ympäröivään maalliseen ja ylempään avaruudelliseen luontoon. Tämän vuoksi oli luontevaa, että molemmille luonnoille oli oma tieteensä, koska näillä kahdella valtakunnalla ei uskottu olevan yhteisiä luonnonlakeja. Ympäröivää maailmasta tuli fysiikan tutkimuskenttä ja tähtitieteilijät keskittyivät suuntaamaan katseensa taivaalle. Jako on peräisin esisokraatikoilta ja se säilyi elinvoimaisena erittäin pitkään.
Antiikin fysiikkaa kytkeytyi klassisten alkuaineiden sekä muutoksen pohdinnan ympärille. Aristoteles näki, että luonto oli jatkuvassa muutoksessa ja liike oli yksi muutoksen ilmenemismuoto. Fysiikka oli lähinnä metafyysistä pohdiskelua. Nykyfysiikan muutamat käsitteet sieltä peräisin. Atomioppi on näistä parhaiten menestynyt. Valon luonteen ja kulun tutkiminen johti alallaan merkittäviin tuloksiin. Myös ääntä tutkittiin optiikan ja mekaniikan ohella, vaikka kaksi jälkimmäistä olivatkin ehdottomasti tutkimuksen päävirtauksia. Sähkövarauksesta ja magnetismista tehtiin myös ensimmäiset havainnot. Näin ollen antiikin fysiikka kattoi samat päätutkimusalueet kuin nykyäänkin.
Tieteen alkutaipaleella esisokraatikkoja pohditutti maailmankaikkeuden rakenne. Thaleen mukaan kaikkeuden perusta oli vesi. Hänen mukaansa Maa oli litteä kuin pannukakku ja kellui äärettömässä meressä kuin tukkipuu. Vesi ei voinut kuitenkaan olla alkuperuste, koska se ei voinut synnyttää vastakohtaansa tulta, kuten Anaksimandros huomautti. Thales yritti myös vastata liikkeen syihin liittyviin probleemoihin. Hän kappaleissa olevat sielut saivat aikaan liikkeen. Näin hän päätyi väitteeseen, että ”kaikkeus on täynnä jumalia”.
Thaleen aikalaisen Anaksimandros Miletoslaisen mielestä kaikkeus rakentui "apeirōn" (ääretön) -nimisestä materiasta, joka sisälsi kaiken vastakohtineen (kylmä–kuuma, kuiva–märkä, jne.). Teorian mukaan ominaisuuksien välillä on jatkuva jännite ja jos jostakin ominaisuudesta tulee vallitseva, maailma tuhoutuu ja syntyy myöhemmin uudelleen. Tuulta, salamointia ja sadetta hän piti näiden vastakohtaominaisuuksien ilmentyminä. Hän ajatteli myös, että Maa olisi litteä levy, joka kellui avaruuden tyhjyydessä. Anaksimenes palasi Thaleen jalanjäljille, mutta väitti ilman olevan kaiken perusta. Hänen ajatustansa uhkasi vastaava ristiriita kuin Thaleenkin, mutta Anaksimenes otti huomioon muutoksen, jota hän kuvasi tiivistymisenä ja ohentumisena. Näin ollen hän selitti nesteen syntyvän ilman tiivistymisestä ja tulen ilman ohentumisesta. Hänelle eri aineet olivat siis lähinnä ilman eri tiheyksiä. Herakleitos Efesoslainen taas ajatteli kaiken olevaisen olevan peräisin tulesta. Hänet muistetaan parhaiten jatkuvan muutoksen kannattajana. Anaksimandroksen tapaan hän katsoi maailman olevan neljän substanssin jatkuvan taistelun taistelukenttä. Yhteistä ajattelijoille oli, että he olivat monisteja eli uskoivat maailmankaikkeuden rakentuvan yhdestä tietystä aineesta. Miletoslaisten alkuainekäsitykset syntetisoi seuraavalla vuosisadalla Empedokles, jonka mukaan kaikkeuden perusta ei ollut vain joku tulesta, vedestä, maasta tai ilmasta, vaan nämä jokainen olivat niitä. Hän oli ensimmäinen pluralistista maailmanrakennetta ehdottanut luonnonfilosofi. Tämä synteesi ratkaisi aiempiin teorioihin liittyneitä ongelmia, jotka koskivat aineiden muuttumista muiksi aineiksi ja itse muutosta. Uuden teorian perusteella itse alkuaineet pysyivät muuttumattomina, mutta alkuaineiden seokset sitä vastoin olivat jatkuvan muutoksen kourissa.
Pluralistisen materiateorian ohessa Leukippos ja Demokritos kehittivät noin 425 eaa. atomiopin, jonka mukaan maailmankaikkeus koostui pienistä hiukkasista eli atomeista ja tyhjiöstä. Leukippos oli noin neljännesvuosisata aiemmin linjannut tieteen filosofian perusteita esittämällä ensimmäisenä, että kaikkeen on olemassa luonnollinen syy. Leukippoksen ja Demokritoksen atomioppia koskevat kirjoitukset ovat hävinneet muutamaa lainauksia lukuun ottamatta, mutta Aristoteleen kommenttien ansiosta teoriasta tiedetään varsin hyvin. Heidän mukaansa atomit ovat ikuisia eli ne eivät tuhoudu koskaan eikä niitä ole koskaan luotu. Tämän perusteella he katsoivat maailmankaikkeuden olevan ikuinen. Atomeja oli erilaisia ja niiden vaihteleviin ominaisuuksiin kuuluivat koko, muoto ja kiinteys. Listaan kuului mahdollisesti myös paino. Atomistien käyttämä tyhjiön käsite oli muihin teorioihin verrattuna ainutlaatuinen.Science and Its Times, s. 243 Platon ei pitänyt atomistien kehittämästä mekanistisesta liikkeen tulkinnasta, mutta kehitti atomioppia määräten niille vain tietyt muodot. Atomien muodot olivat hänen mukaansa samat kuin Platonin kappaleet. Hän yhdisti lisäksi atomiopin Empledokeen materia teoriaan ehdottamalla, että kunkin muotoista atomia vastasi tietty alkuaine. Viidennen eli dodekaedrin hän katsoi olevan eetteriatomin muoto, jota löytyi ainoastaan täysin muuttumattomasta avaruudesta.
Aristoteleen mielestä maailma oli jatkuvassa muutoksessa ja rakentui tulesta, vedestä, maasta ja ilmasta sekä eetteristä. Eetteri poikkesi muista alkuaineissa käytännössä siinä, ettei siihen liitetty ominaisuuksia kuten muihin ja taivaankappaleet rakentuivat siitä. Aristoteleen mukaan kaikki taivaalla havaittava oli ikuista, eikä siellä tapahtunut vastaavia muutoksia kuin Maassa. Ilma ja tuli olivat Aristoteleen mukaan kevyitä, kun maa ja vesi olivat raskaita, ja että kukin alkuaine pyrki jatkuvasi kohti sen ”luonnollisinta tilaa”. Alkuaineteoriallaan Aristoteles pyrki selittämään sen miksi raskaan kappaleen liike suuntautuu alaspäin ja miksi nuotiolla tuli näytti kulkeutuvan ylöspäin. Mitä enemmän kappaleessa oli maa-alkuainetta, sitä enemmän se Aristoteleen mielestä suuntautui kohti maata, mikä johtaa siihen, että raskaammat kappaleet tippuvat nopeammin kuin kevyemmät (todellisuudessa näin ei käy). Straton oli vuonna 320 eaa. ensimmäisenä esittänyt, että putoava kappale on kiihtyvässä liikkeessä.
Hänen mukaansa kaikella liikkeellä on syy, joka on kappaleeseen vaikuttava voima, ellei voimaa ole, kappale pysyy paikoillaan. Se on kuitenkin ristiriidassa havainnon kanssa, että jousella ammuttu nuoli liikkuu vaikkei mikään voima näytä sitä liikuttavan. Aristoteles yritti selittää nuolen liikkeen niin, että väliaine (ilma) aiheuttaa liikuttavan voiman. Aristoteles siis ajatteli, että mitä suurempi liikuttava voima kappaleeseen vaikuttaa, sitä nopeammin kappale etenee. Aristoteles hyväksyi kaarevan liikkeen ja suoraviivaisen liikkeen olemassaolon. Kaareva liike liittyi taivaankappaleisiin ja siksi se oli ikuista. Suoraviivainen liike sitä vastoin liittyi kuunaliseen maailmaan, jolloin sillä oli oltava alku- ja loppupiste Aristoteleen mukaan.
Tyhjiössä ei Aristoteleen mielestä voinut olla lainkaan liikettä, koska tyhjiöllä ei ole tiheyttä eikä siten kykyä vastustaa liikettä ja siksi nopeuden suuruus olisi tyhjiössä ääretön, joka taas johtaisi siihen, että kappale voisi olla useassa paikassa yhtä aikaa. Aristoteles katsoi nopeuden riippuvan massasta ja väliaineen tiheydestä. Hän hylkäsikin kokonaan tyhjiön käsitteen maailmankaikkeudessa ja sen ulkopuolella, mikä oli vakava takaisku atomistien kannalta. Samalla hän pyrki hylkäämään koko äärettömyyden käsitteen, vaikka katsoikin maailmankaikkeuden olevan ikuinen. Aritoteleellistä mekaniikkaa kritisoi kärkevästi myöhäisantiikin aikoihin elänyt Johannes Filoponos, jonka impetusteoria enteili nykyisten liikemääräkäsitteen ja massan hitauden esiintuloa. Artistoteleen fysiikalla oli äärettömän suuri vaikutus Euroopan keskiaikaiseen kristilliseen filosofiaan ja arabitieteeseen.
Muita ilmiöitä, kuten vaikkapa veden kiehumisen, Aristoteles selitti alkuaineen laatujen muutosten avulla. Veteen hän liitti kylmyyden elementin ja tulella (kuumuus) lämmitettäessä vesi muuttui ilmaksi. Tarkemmin ilmaistuna Aristoteles yhdisti kuhunkin alkuaineeseen laatupareja: maa (kylmä ja kuiva), tuli (kuiva ja kuuma), ilma (kuuma ja märkä) ja vesi (märkä ja kylmä).
Valon kulun tutkiminen alkoi jo Pythagoraan aikoina. Hänen mukaansa näköaistimus johtui siitä, että valo osui silmään. Empedokles esitti päinvastaisen näkemyksen, hänen mukaansa näköaistimus syntyi silmän sisällä palavasta tulesta. Se ei kuitenkaan selittänyt sitä miksi ihminen ei näe hämärässä hyvin, kuten Aristoteles huomautti. Platon tuki Empedoklea, eikä Pythagoraan näkemykselle annettu arvoa. Valon kulkua alkoi selvittää geometrikkona tunnettu Eukleides, joka kirjoitti aiheesta varsin paljon. Hän tutki nimenomaan valon kulkua geometriselta kannalta eikä syventynyt niinkään valon fysikaaliseen luonteeseen, jota ei itse asiassa tutkittu lainkaan antiikissa. Ptolemaios kertoo havainneensa Maan ilmakehän muuttavan tähtien sijaintia todellisesta ja huomasi heijastuskulman olevan sama kuin säteen tulokulma. Valon tiedettiin kulkevan suoraviivasta ja lyhintä reittiä. Roomalainen konsuli Seneca totesi myös, että eri materiaalit taittavat valoa eri tavalla.
Arkhimedes jätti jälkensä tieteen historiaan löytämällä hänen nimeään kantavan nostetta kuvaavan lain. Hän osoitti, että kappaleen syrjäyttämän väliaineen paino on sama kuin kappaleeseen kohdistuva noste. Hän rakensi myös useita mekaanisia apuvälineitä.
Thaleen mukaan maailmankaikkeus perusrakenne oli vettä. Hänen aikalaisensa Anaksimandroksen mukaan näin ei ollut, mutta myönsi veden tärkeyden elämän olemassaololle. Hän jopa esitti varhaisia evoluutioteoreettisia ajatuksia, joiden mukaan elämä oli saanut alkunsa vedestä ja Maan kuivuessa elämän oli sopeuduttava kuivalla maalla elämiseen. Anaksimandroksen mukaan ihminen oli kehittynyt pitkän ajan saatossa kaloista tai kalaa muistuttavista eläimistä.
Biologiassa Aristoteleen ansioihin kuuluu eliöiden tieteellisen luokittelun aloittaminen. Kaiken kaikkiaan hän tunnisti 495 eri eläinlajia. Elollisen luonnon täydellisemmäksi eliöksi hän määritteli ihmisen ja kaikkein epätäydellisimmät olivat kasveja. Eläimet hän jakoi verettömiin ja verellisiin, jotka vastaavat nykyajan selkärangattomia ja selkärankaisia, jotka hän ryhmitteli vielä kaloihin, matelijoihin, nisäkkäisiin, lintuihin ja sammakoihin. Hän tutki myös elämään liittyviä ilmiöitä, kuten eliöiden kasvua. Kasvun Aristoteles selitti ”potentiaalin aktualisoitumisella”. Hänen mukaansa kaikkiin eläviin kappaleisiin oli varastoitunut tietynlainen potentiaali, joka tuli hiljalleen voimaan. Näin hän kiersi paradoksin, jossa kasvua olisi tapahtunut ikään kuin tyhjästä. Aristoteleen voidaan katsoa myös aloittaneen vertailevan sikiötutkimuksen tutkimalla kuoritumattomien lintujen munien sikiöitä. Anatomian tutkimuksissa Aristoteles ei aina osunut oikeaan, sillä hän väitti älykkyyden olevan peräisin sydämestä. Alkmaion oli jo aiemmin ehtinyt ehdottaa älykkyyden kumpuavan aivoista.
Aristoteleen jalanjälkiä seurasi hänen oppilaansa Theofrastos, joka kehitti kasvien luokittelua. Tämän vuoksi Theofrastosta pidetään botaniikan eli kasvitutkimuksen perustajana. Apunaan hän oli käyttänyt aiempien ajattelijoiden kirjoituksia sekä maanviljelijöiden ja lääkäreiden kokemuksia. Hän tunnisti noin 550 kasvilajia. Roomalainen Lucretius ehdotti noin vuonna 50 eaa. kirjoitetussa "De rerum natura" -runoelmassaan, että eläimille oli kehittynyt ympäristössä elämiseen edullisia sopeutumia ja lisäsi, että ne yksilöt joilta sopeutuma puuttui, kuolivat pois.