元朝的自然科技

說到元朝，我們會(huì)馬上意識(shí)到它軍力的強(qiáng)盛，地域的寬廣，這些方面在當(dāng)時(shí)可以說都是處于世界超級(jí)地位的。但很少有人注意到當(dāng)時(shí)元朝科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。從科技水平發(fā)達(dá)程度的角度說，中國(guó)歷史上沒有任何朝代達(dá)到像元朝那樣的居于世界領(lǐng)先集團(tuán)之列的水平或程度。

元朝的科學(xué)技術(shù)取得很高的成就，其中天文學(xué)、數(shù)學(xué)等都居于當(dāng)時(shí)世界先進(jìn)地位。此時(shí)，領(lǐng)先于世界的阿拉伯與波斯科學(xué)技術(shù)傳入中國(guó)，原因恐怕在于元朝的帝國(guó)有實(shí)力征調(diào)大批阿拉伯、波斯等地的科學(xué)、技術(shù)精英前來中國(guó)。這些精英掌握著當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，他們大多是伊斯蘭教徒。這些伊斯蘭教徒和其他先前來華穆斯林一道，與中國(guó)其他一些民族經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的融合，遂形成一個(gè)新的民族——回回?；鼗匕寻⒗c波斯甚至希臘與羅馬的天文、數(shù)學(xué)、化學(xué)、地理、醫(yī)學(xué)、文學(xué)、哲學(xué)、歷史等各方面知識(shí)在中國(guó)加以傳播和介紹，其中尤以天文、數(shù)學(xué)等科技圖書最多。

應(yīng)該說這些人類文明成果，尤其是一些自然科學(xué)技術(shù)知識(shí)出現(xiàn)在元朝時(shí)期的中國(guó)，具有特別的意義。因?yàn)閹浊陙?，中?guó)在傳統(tǒng)上一貫推崇“學(xué)而優(yōu)則仕”及“重文章輕科技”的思想，例如締造天府之國(guó)的李冰父子，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法與孔孟、朱熹等思想家或理學(xué)家，以及蘇軾之類的文學(xué)家相提并論。但是這種狀況在元朝卻有所不同。元朝重視自然科學(xué)的發(fā)展，其發(fā)展?fàn)顩r也是歷朝歷代所不具備的，由于元代高度鼓勵(lì)貿(mào)易的自由及其特殊的超大疆域，所以形成了一類特殊的科學(xué)家隊(duì)伍，這支隊(duì)伍與中國(guó)本土的科學(xué)家一起把元代的科技水平推向了世界的頂峰。所以，我們應(yīng)該把重點(diǎn)放在這些鮮為人知的外來支援者身上。

元朝的天文學(xué)具有濃厚的“吸收”色彩，但是可以肯定地說，在元朝，天文學(xué)方面的科學(xué)技術(shù)造詣是世界水平的。元世祖忽必烈在尚未登基之前，就征招“回回”為星學(xué)者。他們翻譯及帶來諸如托勒密的《天文大集》，伊本·優(yōu)努斯的《哈基姆星表》等天文學(xué)著作。這些在當(dāng)時(shí)都是世界上比較先進(jìn)的天文圖書，他們的引進(jìn)讓中國(guó)研究天文學(xué)的科學(xué)家們開闊了眼界，給中國(guó)天文學(xué)帶來了活力。

公元1260年，元朝仿造金人的舊制，設(shè)立司天臺(tái)。1271正式設(shè)立回回司天臺(tái)，1312年設(shè)立回回司天監(jiān)。后來還任用了一大批以札馬剌丁為代表的天文學(xué)家管理此類工作。札馬剌丁等一批天文學(xué)家先后在這里工作，為中國(guó)天文歷算的完善和發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。這些天文學(xué)家們不僅帶來或使用一批先進(jìn)的天文儀器（主要來自阿拉伯及波斯），而且還設(shè)計(jì)并制造了許多先進(jìn)的天文儀器。札馬剌丁自己制作的天文儀器有多環(huán)儀、方位儀、斜緯儀、平緯儀、天球儀、地球儀，觀象儀等7種。這些儀器，當(dāng)時(shí)在世界上是罕見的。研究科學(xué)史的英國(guó)李約瑟博士在談及地球儀時(shí)說:“除公元前2世紀(jì)馬洛斯的克拉特斯古地球儀外，沒有比馬廷·貝海姆1492年的紀(jì)錄更早的人?！笨墒窃R剌丁的地球儀卻誕生于1267年，比馬廷·貝海姆的記錄整整早了225年。

札馬剌丁的地球儀是球狀的，體現(xiàn)了寰球這一科學(xué)概念與設(shè)想。這無疑對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)的“天圓地方”觀念進(jìn)行了勇敢的否定，這可以與當(dāng)時(shí)布魯諾提出的觀點(diǎn)相提并論，只不過布魯諾沒有札馬剌丁幸運(yùn)，他最終被當(dāng)時(shí)統(tǒng)治歐洲的教廷燒死。這與當(dāng)時(shí)元朝寬松的科技政策是沒法比的。

這時(shí)，我們本土的科學(xué)家，在天文學(xué)方面，也是成績(jī)斐然。天文學(xué)家郭守敬設(shè)計(jì)、制造了簡(jiǎn)儀、仰儀和圭表等天文儀器，比丹麥人第谷的同樣的儀器要早300年。同時(shí)，他主張以實(shí)際觀測(cè)為依據(jù)，在全國(guó)各地建立了規(guī)模龐大的天文監(jiān)測(cè)網(wǎng)。另外，郭守敬還設(shè)計(jì)、制造了大型計(jì)時(shí)儀器——七燈漏，該儀器是反映中國(guó)古代計(jì)時(shí)機(jī)械制造技術(shù)水平的代表作。在歷法方面，札馬剌丁依照阿拉伯歷法編制有《萬年歷》；而王恂與郭守敬等合作，在反復(fù)學(xué)習(xí)、稽考《哈基姆星表》及其他資料的基礎(chǔ)上，于公元1280年編制完成一部著名的歷法——《授時(shí)歷》。在編撰《授時(shí)歷》的工作中，王恂負(fù)責(zé)推演計(jì)算，郭守敬負(fù)責(zé)實(shí)際觀測(cè)和制作儀器?！妒跁r(shí)歷》以365.2425天為一年，與地球繞太陽一周的實(shí)際時(shí)間只有26秒的差距，其準(zhǔn)確程度相同于現(xiàn)行公歷，自元以來一直延續(xù)使用了約360年。

在數(shù)學(xué)方面，元朝也是其發(fā)展的黃金時(shí)期。中國(guó)人使用阿拉伯?dāng)?shù)字是從元朝開始的。這些美妙的數(shù)字是元朝時(shí)期來華穆斯林?jǐn)?shù)學(xué)家贈(zèng)與我們的禮物。1957年，在西安元代安西王府遺址中，考古隊(duì)員發(fā)現(xiàn)5塊鑄有阿拉伯?dāng)?shù)字的鐵塊，其中4塊出土?xí)r夾在鑿刻整齊的兩塊方石中。經(jīng)研究，這是用阿拉伯?dāng)?shù)字排列的六六幻方，其縱、橫、對(duì)角線的數(shù)字之和為“111”。上述遺跡是1273年修建安西王府時(shí)，作為奠基埋藏的。

元朝是繼兩宋后中國(guó)數(shù)學(xué)躋身于世界水平的黃金時(shí)期。中國(guó)數(shù)學(xué)家不但繼承、超越了以往的數(shù)學(xué)成就，而且眾多來華穆斯林?jǐn)?shù)學(xué)家將先進(jìn)的數(shù)學(xué)知識(shí)傳入中國(guó)，使中國(guó)的數(shù)學(xué)研究在元朝有了質(zhì)的飛躍。公元1280年，元代數(shù)學(xué)家及天文學(xué)家王恂與郭守敬等制訂《授時(shí)歷》時(shí)，不但列出了三次內(nèi)插公式（“招差法”），還使用“垛壘、招差、勾股、弧矢之法”進(jìn)行縝密計(jì)算，其中將穆斯林?jǐn)?shù)學(xué)家發(fā)明的弧三角法應(yīng)用于割圓術(shù)獲得“弧矢割圓術(shù)”（即球面直角三角形解法）最為稱奇。

公元1303年，《四元玉鑒》問世。其作者數(shù)學(xué)家朱世杰將“天元術(shù)”推廣為“四元術(shù)”（四元高次聯(lián)立方程），并提出“消元”的解法；歐洲則在1775年才由法國(guó)人別朱提出同樣解法。另外，一般認(rèn)為歐幾里德的《幾何原本》，是明朝的徐光啟在意大利人利瑪竇的幫助下翻譯并引進(jìn)中國(guó)的，但是有學(xué)者認(rèn)為，在此前的元代，此書已經(jīng)被來華的穆斯林人帶到中國(guó)。也許，在知道這些之前，一個(gè)游牧民族統(tǒng)治下的中國(guó)，自然科學(xué)發(fā)達(dá)到如此程度是不敢想象的。但歷史就是這樣讓一些不可思議一次次地發(fā)生，這才吸引著無數(shù)愛好者來探尋它的偉大魅力。