科学技术史-1.4古代科学技术的产生和发展(图文教程)

第四节 中国封建时代的科学技术

中国进入封建社会的时间则比世界上其他地区都早，史学家一般认为是在公元前8～公元前3世纪期间，即春秋战国时期，大约相当于古希腊奴隶制社会的繁荣时期，中国社会的前进步伐自此加速。经过秦汉，即封建社会巩固和发展时期，我国科学文化的总体水平即跃居世界前列，许多领域还在世界上处于领先地位。此后两千多年的发展有所起伏，总的趋势是日渐缓慢，却始终保持着自己的独特风格。至19世纪以后西方科学技术大量传入，情况才又发生变化。

一、农业生产技术和农学

中国古代向以农业为社会经济基础，农业生产因此倍受重视，农学也早就成为许多学者所关注的学科。由于黄河和长江流域的宜农地区人口迅速增长，努力提高单位面积农作物的产量就成了我国农业技术和农学的中心课题。为了达到这个目标，我们的祖先对时令、土壤、选种育种、耕作、施肥、灌溉、田间管理等各个方面都有相当深入的研究，积累了十分丰富的经验，有许多重要发明创造。我国古代农书之多在世界上居首位，包括已散佚者在内，据统计约有370种之多，其中最著名的有西汉汜胜之(生卒年代不详)的《汜胜之书》，南北朝贾思勰(生卒年代不详)的《齐民要术》，南宋陈旉(1076～1156)的《农书》，元代王祯(生卒年代不详)的《农书》和明代徐光启(1562～1633)的《农政全书》等，这些著作基本上都是各个时期我国各地农业生产经验的总结，有很高的实用价值。与农业生产关系密切的水利技术也深为我国古人所关注。大约建成于公元前三世纪的位于四川成都平原的都江堰至今仍然发挥效益。它既除水害又兴水利，四川自古之所以成为“天府之国”，在相当程度上实得益于此，这是古代水利工程罕见的杰作。运河的开凿既利航运亦利灌溉，春秋战国时期即已形成高潮，建成了许多富饶的灌区。隋代建成的南北大运河全长约2700公里，也是早已闻名于世的古代工程之一。

二、冶金技术

工具生产的技术水平始终是人类社会生产力发展程度的标志，而工具的制造又有赖于所使用的材料，冶金技术在古代社会中的重要地位不言而喻。我国冶金技术的起步不早，但进步极快。以冶铁技术为例，已发现的我国最早由冶铁知道的器物是春秋晚期的遗物（约公元前六世纪），所采用的是“块炼法”。但同在春秋晚期的出土铁器中，就发现了有用“熔炼法”冶铁制成的器物。熔炼法的发明是冶铁技术的重大突破，欧洲人掌握这项技术是14世纪以后的事，比中国人大约晚了两千年。世界上已发现的最早的钢制品也出土在中国，也是春秋晚期的遗物。比较先进的钢铁冶炼技术，无疑是我国在技术领域长期处于领先低的重要原因之一。

能源的开发和利用技术 古代的能源问题固然没有现代那样突出，畜力是人类最早开发的能源。畜力的发挥有赖于挽具的合理设计和运用。我国古代的挽具在世界上是最先进的，对欧洲畜力的利用也有重要影响，国外学者对此早有定论。水力和风力也是古代的重要能源，我们的古人在这些方面也有很多重要的发明创造，如以水为动力的鼓风机具“水排”，对我国瓜代冶金技术的发展就曾起到重要的作用。煤、石油和天然气是现代能源的主要组成部分，它们的开发利用也最早出现在我国，大约都是从汉代开始的，不过当时还没有发挥太大的作用。国外有学者认为，现代开采石油和天然气的深井钻凿技术，就是由我国西传后经过改良革新而形成的。

三、机械、纺织和造船技术

我国古代的能工巧匠曾制造出了许多深令后人赞服的机具。大约在西汉时期有人造出一种“指南车”，这种两轮的车在行走中无论如何转弯，车上的指示器始终指向事先设定的方向。这是利用反馈的原理通过巧妙的机械装置来实现的。北宋 时期苏颂(1029～1101)等人所设计制造的水运仪像台是一台大型天文仪器，它既可用于观测天象，又可由水力带动以演示天体运行状况，它还是一台可以报时的机械钟。我国古代的丝织技术为世界之冠，早在西汉时期人们就已掌握了提花织造技术。提花织物是通过“丝绸之路”输出的主要商品，为西方人叹为观止。人们操纵提花织机，使经线和纬线按设计相互交错织出精美的图样，它的设计思想与现代的程序设计有渊源关系。自汉代开始我国就是古 代航海大国，造船技术也在世界上长期处于领先地位。固定于船尾的船舵对于大型船舶的操纵至关重要，这也是我国古人的发明,至迟在东汉时期就已经在使用了。明初郑和（1371～1435）率领巨大的船队七下西洋，是古代规模最大的航海活动，他的船队中作为主要船型的“宝船”长约150米(约与现代万吨级轮船相当)，张帆9～12面，是古代世界上最大的船舶。

四、制瓷技术 制瓷技术是在制陶技术的基础上发展起来的，远在商代我国人民就已制成原始青瓷。至汉代制瓷技术已渐趋成熟。唐代时瓷器便成为我国的大宗出口商品。明清时期我国的制瓷技术达到了古代制瓷技术的最高峰，许多传世珍品至今仍令人欣赏不已。欧洲人是十五世纪才学会制瓷技术的。

五、建筑技术

我国的建筑技术很早就形成了以木构架为主体的建筑风格，但在很长的时期里进步并不快，例如商代的宫殿实际上只相当于现今的茅草房。自从秦代发明了烧制过的砖之后，到汉代建筑技术便有了长足的发展，至唐代已大体成熟。历代留下的许多建筑物可以让我们看到古人所取得的成就，它们有的以宏伟见称，如万里长城；有的以精湛的技术为后人所称道，如保存至今的古代最高木构建筑山西应县佛宫寺释迦塔，技术上有许多创造的河北赵县安济桥；也有的以富丽堂皇为后人所欣赏，如明清的宫殿建筑等等。

六、造纸和印刷技术

造纸和印刷技术是我国古代的伟大发明。以植物纤维加工制造的纸与古埃及人的草纸完全不同，它原料丰富，质地柔韧，易于保存，也适于大量生产，是古代最理想的图文信息载体。以植物纤维造纸的技术发明于西汉时期，不过那时的纸还比较粗糙，不利于书写。后来经过东汉蔡伦(?～121)的改进，价廉物美的纸便迅速推广。不久之后，纸就成了我国的大宗出口商品。公元八世纪之后，造纸技术便传遍世界。雕板印刷发明于何时尚无定论，一般认为是在隋唐之际。现存最早的印刷品是公元704～751年间的遗物。远在唐代雕板印刷技术就传到了日本，后来又逐渐传到世界各地。活字印刷术最早见载于北宋著名学者沈括(1031～1095)的《梦溪笔谈》一书之中，书中说到有个名叫毕昇(北宋人，生卒年代不详)的平民用泥做成活字印刷的事。后来活字印刷术的应用日渐广泛。欧洲人掌握活字印刷技术则是十五世纪的事了。

中国古代的重要技术发明还有许多，此处不再多述。下文我们就中国古人的数学和自然科学知识作一简要介绍。

七、数学知识

我们的祖先对数学相当重视，这主要是出于实用的目的。我国古代记数向用十进制，很早就有了成套的数字符号，约在公元八世纪又有了“零”的符号，这就形成了完整的十进制位值法记数法。我们知道，古代两河流域、古埃及和古代希腊以及古罗马都没有“零”的概念和符号，这在运算上就很不方便。汉代成书的《九章算术》(作者不详，当非一人一时之作)被公认为世界数学史上的名著，这部书载有246个应用问题及其题解，涉及到算术、几何、代数等许多方面的问题，其中一些概念和运算方法在世界上处于遥遥领先的地位，例如正负数的概念和正负数的运算规则即是。三国时魏人刘徽(生卒年代不详)为这部著作作注，对该书所运用的一些公式和定理给出了证明，他运用穷竭法算得圆周率π=3．1416，这是当时世界上最好的数值。刘徽的注亦已成为世界数学史上的杰作。后来，我国数学的发展一直侧重在代数学方面，至宋元时期达到了高潮。北宋贾宪(生卒年代不详)在他的《黄帝九章算法细草》中提出了求任意高次幂正根的方法和指数为正整数的二项式定理系数表，这在世界上都是最早的。南宋秦九韶(生卒年代不详)在《数书九章》中对代数方程式的解法作了相当深入的讨论，他解了许多二次和二次以上的代数方程，甚至还解了一个较为特殊的十次方程。这些都是古代数学史上的突出成就。宋元以后，我国数学发展的势头突然消失，至明代，不少重要的数学典籍甚至散失而不可复得，这是一个令人遗憾的和值得注意的历史现象，有关问题学者们正在研讨之中。中国古代数学虽然有过辉煌的岁月，但是中国古代数学偏重于实用而理论性不强，侧重于代数而几何没有得到相应的发展，这也不能不说是它的弱点。

八、天文知识

“天人感应”之说在中国古代十分流行，人们相信天象与世事能够互相感应，皇帝称为“天子”，天文学于是成为官府之学，一些朝代甚至禁止民间研习。我国古代天文研究的目的主要在于制定历法，这既是为了确认农时，也是为了准确预报诸如日食、月食等不常见的天文现象以应星占术的需要。我国古代天文学基本上是实用天文学，与古希腊的着重研究宇宙模型的数理天文学不甚相同。已知我国古代历法超过了一百种，数量之多为世界之冠，屡次修订无非都为了使其更加精确。我国古代有相当先进的天文仪器，积累了大量天象观测记录，这些长期延续，既系统又相当精确的天象记录，已经成为现代天文学研究极为难得的珍贵资料。世界上最早的星表也出现在我国。战国时期的甘德(生卒年代不详)和石申(生卒年代不详)分别著有《天文星占》和《天文》，其上各载有几百颗恒星的方位，可惜原作都早已佚失。我国古代也绘制过许多星图，所载恒星之多也居世界的首位。

九、物理知识

我国古人很善于观察各种事物，从而积累了许多物理知识，也在实际上运用了不少物理规律(例如杠杆原理的应用自古有之，杆秤即是)，但还没有形成系统的物理学。战国时期的《墨经》是一部载有较多物理知识的著作，其中有关于力的概念、杠杆原理、浮体平衡和一些简单机械的描述，还有关于光学的内容八条，涉及光的直线前进、光和影、平面镜和凹面镜成像等许多几何光学问题，但都只有定性的描述而没有定量的研究，其后我国古人关于物理现象的探讨也大体如此，这不能不说是一大缺陷。我国古人对磁现象有不少发现，但关于原理性的追索不足。磁石的指极性发现于何时现已难于考证。东汉王充所著的《论衡》中说及一种“司南勺”，有学者认为这是以磁石琢成勺状的指方向的器具，也就是指南针的前身。北宋沈括在《梦溪笔谈》里首次说到了指南针，他还描述子指南针的四种装置方法，并且说到人工磁化制造指南针的方法，还说到了地磁偏角。指南针用于航海亦始自北宋时期，其后传至阿拉伯，又逐渐传遍世界。乐律是古代声学研究的重要课题，我国古人对此有相当深入的研究。春秋战国时期的著作《管子·地员》(作者不详)中即载有确定音律的“三分损益法”，其后研究这个问题的著作不少。明代的朱载堉(1536～1611)在他所著的《律吕精义》中提出了“新法密律”，即以公比为的等比数列来确定音律，与现今世界通用的十二等程律相同，是古代声学研究的重大成就之一。

十、化学知识

古代还不可能产生今天意义的化学，但在实践中也积累了许多化学知识，这些知识主要有两个来源，一是某些生产工艺，二是炼丹术。从很早就开始的烧炼陶瓷、冶金、酿造等技术实际上都包含了不少关于化学变化的知识。炼丹术的用意则是寻找使普通金属(如铜)转变成贵重金属(如黄金)，或者是炼出能使人长生不老之药的方法，这当然都是不可能的，古代世界各地几乎都有这种活动，它也使人们接触到了许多化学物质和认识到许多化学变化。现存世界上最早的炼丹著作是东汉魏伯阳(生卒年代不详)的《周易参同契》，他在这部书里记载了许多化学变化，其中说到汞可与硫化合，这是世界上关于两种元素合成化合物的最早记载。在炼丹的过程中有时也能得到一些重要的产品，火药的发明便是突出的事例。火药发明于何时已难于考证，大约是在唐代，那时的一部著作里载有以硫磺、硝酸钾和碳相混合的配方，这三者正是火药的基本成分。火药用手武器是宋代的事。到了明代火药武器便种类繁多，并且还发明了多种火箭。火药是经过战争传播到世界各地的，欧洲人到十四世纪中期也学会了制造火药。

十一、地学知识

我国古代的地学知识相当丰富，在一些方面也曾在世界上居领先地位。与农业生产关系密切的土壤早就是古人的研究对象。上文提到的《管子·地员》有一部分就是研究土壤的分类和不同土壤所适宜生长的植物的，被认为是世界上最早的植物地理学著作。绘制地图的技术在我国古代也有很好的成绩。早些年在湖南长沙马王堆西汉墓出土了一幅长沙国南境地图，所绘地域为湖南中部至珠江口一带，其主要部分的精度相当高，表明那时所采用的测量技术已达到很高的水平。我国古代有大量极有特色的地方志，据统计留传下来的有9000多种，其中载有十分丰富的地学资料，有很高的研究价值。我国古代学者对地质和地理现象的考察研究也有重要的成果，如北宋沈括以“将今论古”的思想对一些地质现象的研究，明代徐宏祖(号霞客，1586～1641)对溶岩地貌的考察记录等，他们的工作都深为后世所重视。

十二、医药学

医药学是我国古代发育最成熟的学科，它自成一格，有独特的理论体系和治疗方法。大约成书于春秋战国时期的《黄帝内经》(非一时一人之作)以阴阳说和五行说为据，强调人体的有机整体性，提出了研究人体生理和病理的脏腑学说和经络学说，为中医药学理论奠定了基础。被后人称为“医圣”的东汉张机(字仲景，约150～219)在他所著的《伤寒杂病论》中提出了“辨证施治”的原则，又为中医的临床医学奠定基础。我国传统医药学从此迈开了大步。我国古代医籍之多为古代世界各学科之冠，据统计有近8000千种，其中比较重要的有：魏晋间王叔和(生卒年代不掸)等人合著的《脉经》和皇甫谧(223～282)的《甲乙经》，晋代葛洪(约284～364)的《肘后救急方》，隋代巢元方(生卒年代不详)等人合著的《诸病源候论》，唐代孙思邈(?～682)的《备急千金要方》、《千金翼方》和王焘(生卒年代不详)的《外台秘要》，明末吴有性(1592～1672)的《瘟疫论》等。这些著作的许多内容至今仍有实用价值。两千多年来，我国古代医学理论不断地丰富和发展，形成了各有千秋的许多派别。医疗实践经验的积累也非常可观，这从现存的大量药方便可反映出来。宋代官修的《政和圣济总录》载方近两万个，而明代编成的《普济方》载方更达到了61739个。

我国古代医学有过许多重要的发明，如明代时发明的接种人痘以预防天花的方法是人工免疫法的开端；针灸疗法也为我国所独创，现在已越来越受到世界医学界的重视。

我国古代大量利用天然药物，药学(因所用植物类药物较多故亦称“本草学”)的研究也硕果累累，专门著作甚多。汉代时成书的《神农本草经》(非一人一时之作)是我国最早的药学著作，其中载有药物365种，已包括现代所常用的中药。明代李时珍(1518～1593)的《本草纲目》是一部总结性的药学巨著，载有药物1892种，它出版后不久即被译成多种文字流传世界。

与我国古代其他学科相比，医学特别值得注意。其他学科在几千年的发展史中固然取得了许多很有价值的成果，但在西方近代科学技术传入之后便逐渐被它们所取代，唯独中医学不但没有为西医学所取代，并且还在继续发展，前途尚未可限量。

十三、我国古代科学技术发展的基本进程和近三四百年来落后原因的探讨

从上文的简述中可以看到，我国占代科学技术曾取得过许多重要成就，技术领域尤为突出。纵观我国古代科学技术发展的基本进程及其在世界科学技术史上的作用与地位，我们又可以看到它曾有过较大的起落。在奴隶社会时期我国并不比两河流域和埃及那些地区先进，甚至许多重要领域都起步较迟。以春秋战国时期(即从奴隶制向封建制过渡时期)为转折，在不很长的时期内便迅速赶上当时的世界先进水平，并在许多方面跃居世界前列，为世界文明作出了重大的贡献。后来的发展虽有起伏但渐趋缓慢，到了明代中期以后又由先进转为落后了。明代中期以后三四百年间我国科学技术落后的原因是多方面的，这是目前国内外学术界正在研究的重要课题之一。

与世界上其他地区相比，我国进入封建制社会的时间较早，从这时起我国科学技术便迈开了较大的步伐。但随着封建制度的势头减弱以至于趋向衰落，社会生产力的增长缓慢，统治阶级对技术进步的兴趣渐失，科学技术的发展便走向低潮。明代中期即16～17世纪间，资本主义制度在欧洲兴起，近代科学技术随而在那里出现，中国的封建制度却僵而不死，落后的局面自是不可避免。从另一方面看，我国古代的科学技术也有自身的弱点。如上所述，我国古代技术发达，对一些自然现象的观察也很细致，但从总体上说偏重于实用，理论性不强，也没有形成较为系统的科学方法，科学与哲学的严重脱节也不利于使关于自然界的知识总结成为理论体系，即使像发展水平较高的天文学、农学亦是如此，数学的情况也差不多，只是医学有些例外。若与古希腊的情形相比较，问题就十分明显。因此，中国传统的科学知识转化为比较成熟形态的条件相对来说较差。再有，明清以后我国曾长期处于封闭状态，习惯于以老大自居，对外部世界似乎没有多少需求，科学技术又自成一格，有相当强的保守性与排他性，不大注意也不大善于吸收外来的思想文化，这种状况也严重地制约着我国科学技术的发展。明末西方近代科学开始传入我国，但其后相当长的一个时期内国人并没有意识到自己的落后，又错过了追赶世界潮流的时机。后来更沦为半封建半殖民地，更是一蹶不振了。上述种种问题都需要我们进一步的研究和反思，其中的经验与教训更需要我们认真地总结与记取。