在古代，对基本自然规律的系统研究不是一个大问题。人们关心的是生存。当时存在的科学主要包括农业，最终包括改善成长中社会日常生活的工程。例如，船只的航行利用空气阻力，这与保持飞机在高空的原理相同。古人在没有关于这一原则的精确规则的情况下，能够理解如何建造和操作帆船。

仰望天地

古人最著名的也许是他们的天文学，而天文学至今仍在对我们产生重大影响。他们定期观察天空，这被认为是一个以地球为中心的神圣王国。显然，每个人都知道太阳、月亮和星星是有规律地在天空中移动的，现在还不清楚古代是否有记录在案的思想家对这种地心说提出质疑。不管怎样，人类开始识别天空中的星座，并用这些星座来定义日历和季节。

数学最初在中东发展，尽管确切的起源取决于历史学家所说的。几乎可以肯定的是，数学起源于商业和政府的简单记录保存。

埃及在发展基本几何学方面取得了重大进展，因为在尼罗河每年泛滥之后，需要明确界定农业领域。几何学很快也在天文学中得到了应用。

古希腊的自然哲学

然而，随着希腊文明的兴起，终于有了足够的稳定性——尽管战争仍然频繁——从而产生了一个知识贵族，一个能够致力于系统研究这些问题的知识阶层。欧几里得和毕达哥拉斯只是这一时期数学发展中历代引起共鸣的两个名字。

在物理科学方面，也有一些发展。白鳍豚（公元前5世纪）拒绝接受古代对自然的超自然解释，并明确宣称每一个事件都有自然原因。他的学生德谟克利特继续这个概念。他们两人都是一个概念的支持者，即所有物质都是由微小的粒子组成的，这些粒子非常小，无法被分解。这些粒子被称为原子，源于希腊语中的“不可分割”一词。原子论观点获得支持需要两千年，甚至更长的时间才能有证据支持这一推测。

亚里士多德的自然哲学

虽然他的导师柏拉图（和他的导师苏格拉底）更关注道德哲学，但亚里士多德（公元前384-322年）的哲学有着更为世俗的基础。他提出了这样一个概念，即对物理现象的观察最终可能导致发现支配这些现象的自然规律，尽管与白花人和德谟克利特不同，亚里士多德认为这些自然规律最终是神圣的。

他是一种自然哲学，一种基于理性但没有实验的观察科学。他因观察不够严谨（如果不是完全粗心大意的话）而受到批评，这是正确的。举一个令人震惊的例子，他说男人比女人有更多的牙齿，这肯定不是真的。

不过，这是朝着正确方向迈出的一步。

物体的运动

亚里士多德的兴趣之一是物体的运动：

• 为什么当烟升起时岩石会落下？
• 为什么水向下流动而火焰在空中舞动？
• 为什么行星在天空中移动？

他解释说，所有物质都由五个元素组成：

• 火
• 土
• 空气
• 水
• 以太（天堂的神圣物质）

这个世界的四个元素相互交换，相互联系，而以太是一种完全不同的物质。这些世俗的元素都有自然的领域。例如，我们存在于地球领域（我们脚下的地面）与空气领域（我们周围的空气，以及我们所能看到的高度）交汇的地方。

在亚里士多德看来，物体的自然状态是静止的，处于与构成它们的元素平衡的位置。因此，物体的运动是物体试图达到其自然状态的一种尝试。一块石头的坠落是因为地球的王国在下沉。水向下流动，因为它的自然领域在地球领域之下。烟雾上升是因为它由空气和火组成，因此它试图达到高火境界，这也是火焰向上延伸的原因。

亚里士多德没有试图用数学来描述他所观察到的现实。虽然他把逻辑形式化了，但他认为数学和自然世界根本不相关。在他看来，数学关注的是缺乏现实的不变对象，而他的自然哲学则关注的是具有自身现实的变化对象。

更自然的哲学

除了这项关于物体动力或运动的研究外，亚里士多德还在其他领域进行了广泛的研究：

• 创建了一个分类系统，将具有相似特征的动物划分为“属”
• 在他的著作《气象学》中，他不仅研究了天气模式的性质，还研究了地质学和自然史。
• 形式化的数学系统称为逻辑。
• 关于人与神关系的性质以及伦理考虑的广泛哲学著作

亚里士多德的作品被中世纪的学者重新发现，他被誉为世界上最伟大的思想家。他的观点成为天主教堂的哲学基础（在没有直接违背圣经的情况下），几个世纪以来，不符合亚里士多德的观点被谴责为异教徒。最具讽刺意味的是，这样一个观测科学的支持者将被用来阻止未来的这类工作。

锡拉丘兹阿基米德

阿基米德（公元前287-212年）最著名的经典故事是他如何在洗澡时发现密度和浮力的原理，立即导致他裸奔在锡拉丘兹的街道上，尖叫着“尤里卡！”（大致翻译为“我找到了！”）。此外，他还因许多其他重要的功绩而闻名：

• 概述了杠杆的数学原理，杠杆是最古老的机器之一
• 创造了精密的滑轮系统，据说能够通过拉动一根绳子来移动一艘全尺寸的船
• 定义了重心的概念
• 创造了静力学领域，利用希腊几何学来寻找物体的平衡态，这对现代物理学家来说是一种负担
• 据说他创造了许多发明，包括灌溉用的“水螺杆”和在第一次布匿战争中帮助锡拉丘兹抵抗罗马的战争机器。有人认为他在这段时间内发明了里程表，尽管这一点尚未得到证实。

然而，也许阿基米德最大的成就是调和了亚里士多德把数学和自然分开的巨大错误。作为第一位数学物理学家，他证明了详细的数学可以通过创造性和想象力应用于理论和实践结果。

河马

希帕库斯（公元前190-120年）出生于土耳其，虽然他是希腊人。他被许多人认为是古希腊最伟大的观测天文学家。利用他开发的三角表，他将几何学严格应用于天文学研究，并能够预测日食。他还研究了太阳和月亮的运动，计算它们的距离、大小和视差比他之前的任何人都要精确。为了帮助他完成这项工作，他改进了当时肉眼观察所用的许多工具。所使用的数学表明，希帕库斯可能研究过巴比伦数学，并负责将其中一些知识带到希腊。

希帕库斯被认为写了十四本书，但剩下的唯一直接作品是对一首流行的天文诗的评论。有故事说希帕库斯计算了地球的周长，但这是有争议的。

托勒密

古代世界最后一位伟大的天文学家是克劳迪斯·托勒密（Claudius Ptolemieus）（后人称之为托勒密）。在公元前二世纪，他写了一篇古代天文学的摘要（大量借鉴了希帕库斯——这是我们了解希帕库斯的主要来源），这篇摘要在整个阿拉伯半岛被称为阿尔马吉斯特（最伟大的）。他正式勾勒出了宇宙的地心模型，描述了一系列同心圆和球体，其他行星在这些同心圆和球体上运动。为了解释观测到的运动，这些组合必须极其复杂，但他的工作足够充分，在十四个世纪里，它被视为是关于天体运动的全面陈述。

然而，随着罗马的沦陷，支持这种创新的稳定性在欧洲世界消失了。古代世界获得的许多知识在黑暗时代丢失了。例如，在150部著名的亚里士多德著作中，只有30部现存，其中一些只不过是课堂讲稿。在那个时代，知识的发现将属于东方：中国和中东。