遠(yuǎn)去的中國古代科技成就（上）

史曉雷

科學(xué)的目的在于認(rèn)識自然，科學(xué)是運(yùn)用范疇、定理、定律等思維形式反映自然現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律的知識體系。科學(xué)傳統(tǒng)起源于西方，“科學(xué)”一詞是近代才在中國廣泛運(yùn)用，但在中國悠久的文明史中，也不乏科學(xué)成就。而技術(shù)的目的在于改造自然，是人在改造自然、改造社會的過程中所用到的一切手段、方法的總和。

科學(xué)對世界的發(fā)現(xiàn)，技術(shù)對自然的改造，猶如兩條臂膀共同創(chuàng)造著歷史，推動(dòng)著文明的進(jìn)程。作為歷史悠久的國度，我國古代科學(xué)技術(shù)的典型成就有哪些？它們是如何影響了中國的歷史進(jìn)程，又具有哪些特色呢？近代之后，東西方科學(xué)技術(shù)拉開差距的原因又是什么呢？

中國古代的科學(xué)

如果按照歷史書中常談到的“農(nóng)、醫(yī)、天、算”四個(gè)方面來分析古代科學(xué)成就，我們會發(fā)現(xiàn)，中國古代農(nóng)業(yè)和古代醫(yī)學(xué)并不屬于科學(xué)范疇。

農(nóng)業(yè)是生民之本，也是古代中國的立國之本，盡管我國古代農(nóng)業(yè)著作歷代不乏，特別是明清時(shí)期卷帙浩繁。但農(nóng)書中大多記錄了一些經(jīng)驗(yàn)性的總結(jié)，大量的內(nèi)容是種田技藝以及農(nóng)

耕器具的發(fā)明與應(yīng)用——這些都屬于技術(shù)的內(nèi)容，可以說中國古代的農(nóng)業(yè)科學(xué)成就乏善可陳。

我國古代的醫(yī)學(xué)別具特色，一直延續(xù)至今，但卻飽受爭議。我國中醫(yī)史學(xué)家廖育群曾說過，古代中醫(yī)與現(xiàn)代中醫(yī)的區(qū)別，甚至要超過中醫(yī)與西醫(yī)的區(qū)別?？梢哉f，中醫(yī)內(nèi)部也在不斷吐故納新或者說發(fā)生變化。社會上關(guān)于中醫(yī)是不是科學(xué)，以及中醫(yī)廢存的問題廣受關(guān)注?？梢哉f中醫(yī)目前是一門非常另類的學(xué)科，在面對西醫(yī)（現(xiàn)代醫(yī)學(xué)）時(shí)總是不斷調(diào)適著自己獨(dú)特的“身份”，因此也不適合用西方科學(xué)的概念作為基礎(chǔ)來討論中醫(yī)中的科學(xué)問題。

天文學(xué)與數(shù)學(xué)的交融

最能代表我國古代科學(xué)成就的還是天文學(xué)和數(shù)學(xué)，也就是前文提到的天、算。這兩門學(xué)科在我國古代聯(lián)系得十分緊密，因?yàn)閷θ赵挛逍沁\(yùn)行規(guī)律的認(rèn)識以及日食、月食的推測，都離不開數(shù)學(xué)上的計(jì)算。舉一個(gè)例子，漢代已形成的“談天三家”——也就是當(dāng)時(shí)古人對宇宙的三種認(rèn)識，分別是蓋天說、渾天說與宣夜說。除了宣夜說有點(diǎn)玄奧抽象外，蓋天說與渾天說均是由數(shù)學(xué)模型作為支撐的，盡管兩者建構(gòu)了不同的宇宙模型，但是有一條是共同堅(jiān)守的，就是“日影千里差一寸”，也即八尺之表的日影在子午線方向上千里會差一寸。而“日影千里差一寸”最早源自《周髀算經(jīng)》，該書既是一部數(shù)學(xué)著作，也是一部天文學(xué)著作。需要說明的是，千里差一寸的論證是錯(cuò)誤的，一直到了唐代一行和尚通過實(shí)測才使它壽終正寢。

我國古代天文學(xué)的發(fā)展，深受古代數(shù)學(xué)的影響，盡管蓋天說、渾天說都有數(shù)學(xué)模型建構(gòu)，但是這種模型并不與推算日月五星運(yùn)行的另一套數(shù)學(xué)模型（算的模型）相融洽，或者說是各行其事。因此我們也不可能像西方那樣，從古希臘天體運(yùn)行的圓周運(yùn)動(dòng)中解脫出來，發(fā)展出開普勒的橢圓軌道等近代天文學(xué)體系。我國古代天文學(xué)還把地上的事物都搬到天上，形成了獨(dú)具特色的“三垣二十宿”體系。該體系是天上、人間對應(yīng)比附的產(chǎn)物，是軍國星占體系的一種反映，即為戰(zhàn)爭勝負(fù)、王室興衰、年成豐歉等軍國大事服務(wù)的，但這已經(jīng)走出了科學(xué)的范疇。

中國古代的數(shù)學(xué)成就

我國古代數(shù)學(xué)的基調(diào)是由成書于漢代的《九章算術(shù)》確立的。那么《九章算術(shù)》的基調(diào)是什么呢？就是服務(wù)于實(shí)際生產(chǎn)生活的應(yīng)用問題集：一題一答一術(shù)?！邦}”就是題目，“答”就是答案，“術(shù)”就是算法。那么推理、論證的過程呢？書中是查不到的，因?yàn)楦揪蜎]寫。所謂“九章”，就是9大類應(yīng)用題目，比如“方田”是計(jì)算土地面積的問題集，“商功”是計(jì)算各種工程（溝渠、倉窖等）的土方、人工等。

經(jīng)常有人將《九章算術(shù)》與古希臘歐幾里德的《幾何原本》作對比，這兩部書的確也代表了東西方不同的思維風(fēng)格，一個(gè)是以“算”為特征的實(shí)用化體系，一個(gè)是以“證”為特征的演繹邏輯體系。我們的祖先一直缺少“證”的那根筋，直到明末徐光啟與傳教士利瑪竇合作翻譯《幾何原本》（前6卷）時(shí)，徐光啟被該書的體系所服膺，寫道：“此書未譯，則他書俱不可得?！?/p>

說到我國古代數(shù)學(xué)，大家都會聯(lián)想到南朝祖沖之在圓周率上的貢獻(xiàn)。不過，祖沖之的《綴術(shù)》已經(jīng)失傳，他對圓周率的推算，學(xué)界認(rèn)為是在魏晉時(shí)期劉徽“割圓術(shù)”的基礎(chǔ)上得到的。當(dāng)時(shí)要計(jì)算出密率355/113的確是很了不起的成就，要知道那個(gè)年代要用算籌去計(jì)算開方在內(nèi)的大數(shù)目運(yùn)算，難度可想而知。

蘇州大學(xué)董潔林教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)遴選出了

200項(xiàng)人類在科學(xué)方面的成就，其中我國古代科學(xué)成就僅兩項(xiàng)入選，之一是墨子進(jìn)行的“小孔成像”實(shí)驗(yàn)。但就筆者看來，墨家學(xué)派進(jìn)行的這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)以及那句描述“小孔成像”的“下者之人也高，高者之人也下”并不比劉徽的割圓術(shù)更科學(xué)，影響更大。筆者認(rèn)為在我國古代的科學(xué)門類中，物理學(xué)、化學(xué)較天文學(xué)、數(shù)學(xué)經(jīng)驗(yàn)性成分更多，包括北宋沈括在《夢溪筆談》中的眾多記載，基本是經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象的羅列與陳述，當(dāng)然不乏一些細(xì)致的觀察與描述。

唐代中葉到元代中葉是我國古代數(shù)學(xué)發(fā)展的黃金時(shí)期，特別是宋元時(shí)期達(dá)到了頂峰。發(fā)展到高峰的標(biāo)志有二：首先是數(shù)學(xué)著作繁興，宋代前后不到300年竟出了50本之多；其次是水平高，就是在算法的改進(jìn)與抽象化程度方面前進(jìn)了許多。無論是高次方程的近似解法、多元一次方程組的解法、高階等差級數(shù)、同余方程組解法等，都達(dá)到了當(dāng)時(shí)世界上的最高水平。

從元中葉到明末，中國古代數(shù)學(xué)整體江河日下，以至于當(dāng)時(shí)學(xué)界竟然連宋元時(shí)期的數(shù)學(xué)著作都讀不懂了。到了明末，隨著傳教士的東來，西方的數(shù)學(xué)知識開始譯介、引入；后來又經(jīng)過清末第二次“西學(xué)東漸”，直到20世紀(jì)初我國數(shù)學(xué)才匯入世界數(shù)學(xué)發(fā)展的洪流。

中國古代的技術(shù)

談到我國古代的技術(shù)成就，大家首先想到的會是“四大發(fā)明”，但這一話題談的太多，此處不宜贅述。從技術(shù)史專業(yè)的角度來看，近些年技術(shù)史學(xué)家華覺明提出的“中國二十四大發(fā)明”更值得關(guān)注。他提出的這“二十四大發(fā)明”，除了少量不屬于技術(shù)的項(xiàng)目外（如漢字、十進(jìn)制計(jì)數(shù)法等），大部分的確代表了我國古代技術(shù)成就的精華，比如粟作和稻作、以生鐵為本的鋼鐵技術(shù)、木結(jié)構(gòu)的營造技藝等。不但如此，他還從原創(chuàng)性、重要性、功效三個(gè)方面對此24項(xiàng)發(fā)明進(jìn)行了排序。另外，美國學(xué)者坦普爾在英國科技史專家李約瑟的《中國科學(xué)技術(shù)史》的基礎(chǔ)上完成了《中國：發(fā)明與發(fā)現(xiàn)的國度》，該書列舉了我國古代對世界產(chǎn)生了重大影響的100項(xiàng)發(fā)明與發(fā)現(xiàn)（發(fā)現(xiàn)部分一般為科學(xué)成就），其中技術(shù)部分占了很大比例。技術(shù)的門類太多，涉及范圍太廣，但綜合來看，我國以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與天文觀測方面的技術(shù)成就最為突出。

農(nóng)業(yè)技術(shù)的突出成就

農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新方面，我國漢代創(chuàng)制的三件農(nóng)事器具值得一提。其一是耬車，也叫耬，華北地區(qū)稱之為耩子。耬車是一種北方用的條播器具，能夠同時(shí)完成開溝和下種程序，后來又在耬車后面拖上覆蓋種子的構(gòu)件，就更加便于耕種了。耬車的發(fā)明，使得單位面積土地上播種量減少，并且有利于之后的田間作業(yè)。其次是翻車，也就是后世稱之為“龍骨水車”的灌溉（或排澇）農(nóng)具。到了元代，出現(xiàn)了多種形式的翻車，有腳踏翻車、牛轉(zhuǎn)翻車、水轉(zhuǎn)翻車等。明代《天工開物》提到一種輕巧的手搖翻車（也叫拔車）。翻車是我國古代江南地區(qū)應(yīng)用最廣泛的提水、排澇農(nóng)具，也是世界上最早應(yīng)用鏈傳動(dòng)的技術(shù)設(shè)施。還有一種是風(fēng)扇車，也

叫扇車，是一種清選農(nóng)具，能夠合理、有效地利用人為產(chǎn)生的風(fēng)力把糧食籽粒與糠秕分開。

唐代詩人徐來軍寫有一首《調(diào)笑令》：“翻倒，翻倒，喝得醉來吐掉。轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去自行，千匝萬匝未停。停未？停未？禾苗待我灌醉?！边@里描述的就是我國唐代時(shí)期出現(xiàn)的一種新式提水器具——筒車。大型的筒車遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去就像現(xiàn)代的摩天輪，只不過輪的外圍懸掛的是竹筒，在流水的沖擊下，竹筒在低處兜水，轉(zhuǎn)到高處時(shí)傾瀉到水槽中，水槽通向田地里進(jìn)行灌溉。到了宋代，筒車得到普遍應(yīng)用?，F(xiàn)在湖南西部、廣西北部的溪流邊，還能見到筒車的身影。

天文學(xué)引領(lǐng)技術(shù)高峰

宋元時(shí)期是我國古代技術(shù)發(fā)展的高峰。北宋曾公亮1044年完成的《武經(jīng)總要》是我國古代軍事技術(shù)全面、系統(tǒng)的反映；北宋李誡于1100年成書的《營造法式》是我國古代木構(gòu)建筑技術(shù)達(dá)到純熟的標(biāo)志；元代王禎1313年寫就的《農(nóng)器圖譜》是我國古代農(nóng)事器具的集大成之作。特別值得一提的是北宋1092年由蘇頌、韓公廉制成的水運(yùn)儀象臺，是我國古代最為復(fù)雜的天文儀器。該儀器集渾儀、渾象、圭表、計(jì)時(shí)與報(bào)時(shí)為一體，實(shí)物高12米，寬7米，蔚為壯觀。這部儀器不像魏晉南北朝那些“奇器”徒有盛名而無法得其傳，因?yàn)樘K頌留下了制造這部儀器的《新儀象法要》，并附有插圖66幅圖，后人根據(jù)這本書完全可以進(jìn)行復(fù)原。2012年8月國際天文聯(lián)合會在北京召開大會期間，由中科院自然科學(xué)史研究所與清華大學(xué)等單位復(fù)原的模型（原物的1/3）在北京國家會議中心展出，轟動(dòng)一時(shí)。

元代天文儀器上的改進(jìn)最重要的當(dāng)屬郭守敬設(shè)計(jì)的簡儀。簡儀是針對渾儀而言，顧名思義，是簡化了的渾儀。他改進(jìn)的方法是把赤道裝置與地平裝置分開，去掉一些不必要的環(huán)，又在刻度上精細(xì)化，使得觀測精度更加精準(zhǔn)。

明末1637年宋應(yīng)星完成的《天工開物》，系統(tǒng)總結(jié)了我國農(nóng)業(yè)、手工業(yè)方面的技術(shù)成就。但是這就像是快下山的夕陽，在回光返照時(shí)眷戀了一下古老的中華帝國，隨后在西方世界轟轟烈烈的工業(yè)革命大潮下，中國則與主流技術(shù)前沿漸行漸遠(yuǎn)。（未完待續(xù)）

【責(zé)任編輯】張小萌