第七章 中国古代科学技术

中国文化概论主编：张岱年

方克立

中篇第七章中国古代科学技术

科学通常是指人们关于自然现象和规律的知识体系，包括数学、物理、化学、天文学、地学、生物学、农学、医学等学科。技术一般被理解为关于工具、物质产品以及它们被用来达到实用目的的方式的知识，包括纺织、建筑、机械、冶金、车船、兵器、陶瓷、造纸、印刷等部门。中国古代在科学技术的各个领域和部门中，都创造了辉煌的历史和卓越的成就，对整个人类文明做出了不可估量的贡献。天文学一、天象记录

中国在天象记录方面的连续性、完备性和准确性，世界上没有其他国家可以相比。目前世界公认最早的太阳黑子记录，是西汉成帝河平元年(公元前28年)“日出黄，有黑气大如钱，居日中央”(《汉书·五行志》)。对彗星的最早记录在周昭王十九年：“有星孛于紫微。”(《竹书纪年·昭王》)世界公认的最早一次哈雷彗星记录，是公元前613年的“有星孛入于北斗”(《春秋·文公十四年》)。对现代天文学贡献最大的，要数新星与超新星的记录。公元前134年夏历六月，“客星见于房”(《汉书·天文志》)，是中国文献最早记录的新星。此外，中国对日月食的记载，也是世界上最早、最丰富的。第一节中国古代科学的伟大成就二、天体测量

天体测量是天文学中最古老、最基本的一个分支，任务是确定天体的位置和天体到达某个位置的时间。很多文献记载表明，中国远在五六千年以前的葛天氏、黄帝、尧、舜时代，就在长期观察日月星辰方位与四季变化的基础上，创制了世界上最早的测天仪器———浑仪。与先进的测天仪器伴生的，是辉煌的测天成就。早在五六千年以前，中国先民就开始把天体黄道、赤道附近的恒星分为28个星区，每个星区各取一星为主，合称二十八星宿。二十八宿之外，中国对其他恒星的观测也对世界天文学有很多重大贡献。战国天文学家石申著《天文》8卷(后世尊称为《石氏星经》)，除二十八宿距星之外，还记录了121颗恒星的赤道坐标位置。

唐代最有成就的天文学家一行和尚创制了黄道游仪以观测日、月、五星的位置和运动情况，最早发现了恒星位置移动的现象，比英国天文学家哈雷1718年提出恒星自行的观点早近1000年。

三、历法

据载，中国远在约10000年前氏族公社初期的“人皇氏”时期，就发明了用十天干和十二地支迭相搭配以计日的方法，这是人类历法的开端。殷周以后，历法不断改进，各项数值不断精确化。据统计，自春秋末年至太平天国，前后一共出现了102种历法。1199年，南宋杨忠辅在《统天历》中将岁实精确到365.2425日，尤为世界历法史上一项惊人成就。数学

数学是一切科学技术发展的基础，素有“科学之王”的美誉。中华民族以非凡的勤劳和智慧，在古代数学王国里耕耘拼搏，创造了世界第一流的研究成果。一、十进位值制

中国古代数学对世界文化的贡献，首推十进位值制。史载“黄帝为法，数有十等”(徐岳：《数术记遗》)。《尚书》中每见“亿兆”“兆民”(十万为亿，十亿为兆)之文，商代甲骨文中用一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、千、万这13个数字记数，足见中国远在四五千年以前就已使用了十进位值制。二、《九章算术》

如同欧几里得的《几何原本》影响了整个欧洲数学一样，公元1世纪成书的《九章算术》也对中国古代数学产生了非常深刻的影响。该书九章246个数学问题，记载了当时世界上最先进的分数四则运算和比例算法，面积和体积的各种算法以及应用勾股定理进行测量，也是古代世界长期未能圆满解决的问题。《九章算术》不仅在中国数学史上有重要地位，对世界数学的发展也有很大影响，朝鲜和日本都曾用它做教科书。魏晋南北朝时期，数学界升起了两颗巨星———刘徽、祖冲之。刘徽在《九章算术》注中第一次提出了极限思想，并创用割圆术，由圆内接正192边形计算出圆周率为3.1416，指出圆内接正多边形的边数无限增加，其周长就无限逼近圆周长。祖冲之继续前进，确定π真值在3.1415926—3.1415927，精确推算至小数点后七位。

三、宋元算学

宋元时期是中国古代数学高度发展的时期，涌现了一大批卓有成就的数学家，做出了许多世界第一流的贡献。11世纪上半叶，贾宪在《黄帝九章算法细草》中提出指数为正整数的二项式定理系数表(贾宪三角)，可以求出任意高次方程的数值解，比欧洲阿皮纳斯的系数表早约400年。1247年秦九韶在《数书九章》中提出的大衍求一术(一次同余式解法)和正负开方术(高次方程的求正根法)，都遥遥领先于世界。元代朱世杰进一步推广天元术，在《四元玉鉴》中创四元术(四元高次方程组)，提出了与现代基本一致的消元解法。秦九韶、李冶、杨辉、朱世杰连续出现在13世纪中叶至14世纪初年的50年中，被称为“宋元四大数学家”。医学一、中医学

中医学是至今依然屹立于现代世界科学之林的传统学科之一。它以完整系统、博大精深的理论体系，高超的医疗技术和丰富的典籍著称于世。早在春秋战国时期成书的《黄帝内经》，就已全面奠定了中医理论的基础。中医学的五大核心理论———阴阳五行学说、脏象学说、经络学说、形神学说和天人学说，均发端于此书。

在系统理论的指导下，中医学在诊断学和内、外、妇、儿、针灸等各临床学科都取得了辉煌的成就。东汉张仲景撰著的《伤寒杂病论》，提出“四诊”“六经辨证”“八纲辨证”等原则和方法，阐述了汗、吐、下、和、温、清、补、消的治疗“八法”，奠定了中医临床医学的基础。

此书经后人整理成《伤寒论》和《金匮要略》二书，与《黄帝内经》《神农本草经》并称为“中医学四大经典”。东汉名医华佗发明全身麻醉剂“麻沸散”，能成功地实施外科大手术。独特的针灸疗法使用广泛，可用于内、外、妇、儿、五官等科多种疾病的治疗和预防，疗效迅速、显著，操作简便，费用经济，没有或极少副作用，并可协同其他疗法进行综合治疗，几千年间为中国人民的医疗保健事业做出了巨大贡献。秦汉以后，针灸方法开始传到朝鲜、日本、东南亚和中亚各国。

宋元以后，随着海上航运事业的发展，针灸疗法逐渐被介绍到欧洲，英、法、德、荷、奥等国的一些医学家都开始把针灸应用于临床和研究，同时也翻译了一些中医针灸著作。至今，针灸治疗仍为许多国家所采用。二、中药学

与中医学密切相关的中药学同样有举世瞩目的成就。汉代的《神农本草经》是中国第一部药物学专著，书中收录各类药物365种，对每种药物的主治疾病、性味、产地和采集都有详细记述。

中国古代药物学的最高成就，是明代李时珍于1578年完成的不朽巨著《本草纲目》。全书52卷，约190万字，共收药物1892种、医方11096个、插图1162幅，全面系统地总结了16世纪以前中国的药物学成就，涉及动物、植物、矿物、化学、地质、农学、天文、地理等许多科学领域。1647年，《本草纲目》第一次被译成拉丁文，此后又被译成英、日、德、俄等多种文字，其中英文译本就有10余种，被誉为“东方医学巨典”，达尔文高度评价它是“中国古代的百科全书”。

中国素以四大发明饮誉世界。火药、指南针、造纸术和印刷术，这四大发明是中华民族奉献给人类文明并改变了整个世界历史进程的伟大的技术成就，反映了中国人民的伟大创造力。第二节四大发明———中国古代技术的伟大成就火药

早在商周时期，中国就已经在冶金中广泛使用木炭，春秋战国时期又认识了硝石和硫磺的性能。经过炼丹术的长期实践，至迟在唐代，中国人便发现了火药。唐初著名医学家孙思邈和唐中期炼丹家清虚子，曾分别采用“伏硫磺法”和“伏火矾法”，有意识地对硝、硫、炭混合物的剧烈燃烧反应实施控制。唐中期的丹书《真元妙道要略》中载，以硫磺、硝石、木炭混合燃烧，会爆发烈焰，烧坏人的面部，乃至使房舍化为灰烬。

火药发明以后，首先被用在军事上。11世纪初，唐福、石普先后制成火箭、火球、火蒺藜献给朝廷。北宋末年，在抗金战争中宋军进一步将燃烧性火器发展成爆炸性火器，创造了“霹雳炮”。

宋元之际，还出现一种利用火箭燃烧喷射气体产生反作用力而把箭头射向敌方的火药箭，和现代火箭的发射原理一致。明代还创造了自动爆炸的地雷、水雷和定时炸弹。这些在当时都是世界上最先进的火药武器。

指南针

指南针是把人类无力感知的地磁信息转换为视觉可见的空间形式的一项伟大的发明。

据东汉学者王充记载，司南是用天然磁石磨制而成的，其形如勺，底圆，放在平滑的地盘上，勺柄就会自动转向南方(《论衡·是应》)。这就是世界上最早的指南针。

战国秦汉时期的司南到宋代开始发展为指南鱼、指南龟和指南针。这一变化不仅包含着指南针的形状、制作技术和装置方法的重大改进，同时也实现了由直接采用天然磁石到利用人工磁化技术制作更高一级磁性指向仪器的突破。

指南针的改进给航海业带来了划时代的影响。南宋创制航海罗盘以后，指南针在航海中的地位更加重要。

到元代，航海已完全依靠罗盘指向引航并且有了专为海上航行而编制的由针位标示的航线———罗盘针路。磁针罗盘的使用，为远洋航行创造了有利条件。十五六世纪时，葡萄牙人达·伽马环绕非洲到达印度的航行，哥伦布发现美洲新大陆的航行，麦哲伦的环行全球，若是没有磁针罗盘，都是不可思议的。

造纸术

纸的发明是人类文字载体的一次革命。在植物纤维纸出现之前，人们书面交流思想、传播知识信息，只能采用各种原始笨重的书写材料。

1957年西安灞桥出土的西汉初期的麻纸，为目前已知世界上现存最早的植物纤维纸。105年，东汉宦官蔡伦完成了造纸技术的重大革新，他采用树皮、麻头、破布、渔网做原料，不仅大大扩充了造纸的原料来源，降低了成本，而且大大提高了纸的质量。后世因此公认蔡伦为纸的发明者。唐、宋两代造纸业又有重大发展，宣纸、蜀纸、歙纸、苏纸、池纸、蠲纸，竞相媲美，成为誉满天下的名纸。中国造纸技术大约在3世纪传入越南，4世纪传入朝鲜，5世纪传入日本，7世纪传入印度，8世纪从中亚传入阿拉伯，而后到达叙利亚、埃及和摩洛哥，12世纪传到欧洲。

造纸术的发明是古代技术的一项重大成就，为人类的文化传播、思想交流和科学发展，提供了至今也不可缺少的信息存储和传递手段。诚如美国学者德克·卜德所说：“纸对后来西方文明整个进程的影响无论怎样估计都不会过分。”(《中国物品西传考》）印刷术

有了纸，就有了现代意义上的书籍。但书籍在很长一段时间里都靠手抄，一部书如要制成100部，就要抄上100次。

印刷术的发明，开创了书籍的历史新纪元。晋人借鉴古代印玺和石刻的经验，发明了墨拓技术。隋代在墨拓的基础上发明了真正的印刷术———雕版印刷。

随着印刷术的兴盛，雕版数量剧增，雕版印刷的缺点也日趋显露出来。每印一部书就要雕一次版，不仅费力，而且耗时。于是，就在雕版印刷全盛的宋代，平民毕昇在1041—1048年发明了活字印刷术：用胶泥刻成单字烧硬，再拼版印刷。这是印刷史上又一次重要的技术革命。

元代发明的锡活字和铜活字，是世界上最早的金属活字。后来，明代又在世界上最早使用了铅活字。中国的雕版印刷术在8世纪传到日本，8世纪后期日本完成了木版《陀罗尼经》；10世纪末传到朝鲜，11世纪初，朝鲜花六七十年时间雕成了共约6000卷的整部《大藏经》；13世纪中叶传到越南；13世纪末从土耳其传到伊朗；14世纪从伊朗传到埃及和欧洲。

印刷术在欧洲的出现，根本改变了欧洲的社会文化环境。中国的四大发明一向以其深远的意义而在世界科技史上享有殊荣。中国古代科技的特点

中国古代科技的众多领域虽然内容各异，但却存在着几乎完全相同的思维定式和精神特质。一、实用性

注重实际是中国人传统的行为取向，这表现在古代科技领域中的第一个特点，就是鲜明的实用性，其中又“绝对地以国家的‘实用’为主”。中国古代天文学的高度发达，首先是由于帝王们认为天象直接联系着皇家的命运。要制定精确的历法，就要准确地测天，就得精于计算。于是，数学亦伴随天文学的发展而发达起来。《周髀算经》中相当一部分内容就是解决天文学中的计算问题。地理学也是这样。中国幅员辽阔，人口众多，高度集权的中央政府为了有效地管理国家，历来非常注意掌握地方的疆域沿革、山川形势、城邑关津、户口贡赋、民俗物产等情形。第三节中国古代科技的特点和近代落后的原因二、整体观

西方科学注重分析，在研究一个具体事物或事物的某一局部时，总要把它从错综复杂的联系中分离出来，独立地考察它的实体和属性。中国传统科技则截然不同，它重综合，重从整体上把握事物，重事物的结构、功能和联系。

中国古代认为天的运动法则规范着世间的一切变化，人类的一切活动只有效法于天，才能达到理想的目的。

农学从很早时候起，就把一切农事置于天、地、人的宇宙大系统内，将天时、地宜、人力作为三项主要因素相参互辅，摸索发展农业生产的途径。正是从这种整体观出发，中国先人很早就形成了非常完备的保护生态环境、资源的观念。

最能集中体现中国科技整体观的，还是中医学。中医学认为，人体是一个有机的整体。中医学不仅把人体看作一个整体，而且把人和宇宙也看作一个整体。《黄帝内经》说：“人以天地之气生，四时之法成。中医学全面深入地探讨了人体五脏、六腑、五官等与自然界五行、五季、五方、五气、五色、五味等之间的对应关系，建立了一套完整的理论体系。

素朴的整体观念，集中反映了中国人宏观把握世界的高度智慧，构成了中国传统科学技术独特的理论模式，折射出中国文化的卓异光辉。当现代中国积极引入西方科技成果的同时，中国的整体思维也正在受到西方文化的珍视和借鉴。中国近代科技发展迟滞的原因

认真总结中国科技近几百年发展迟滞的原因，对于发展中国现代科技文明可以有许多启示。一、传统科技思维的局限

重实际应用曾经是一种巨大的推动力，促进了中国古代科技的发展。但是，过于讲究实用而轻视理论的探讨，则使科技在经历一定的发展之后很难跃入新的水平。重实际应用、轻理论探讨，重整体综合、轻个案分析的研究方法