第108章 中国古代科技成就

　　在数千年的古代历史上，中华民族以不屈不挠的顽强意志和勇于探索的聪明才智，谱写了波澜壮阔的历史画卷，创造了同期世界历史上极其灿烂的物质文明与精神文明。万里长城、大运河、明清故宫以及多姿多彩的各种出土文物，无不反映出高超的生产技术；在思想文化、科学技术领域产生了无数杰出的人物，创造出无比博大、深厚的功绩，包括指南针、造纸术、火药和印刷术这四大发明在内的无数科技成就，更大大推动了人类社会的发展。
　　中国古代科技源于生活，而生活需要各种实用技术。造纸、印刷、纺织、陶瓷、冶铸、建筑等中国人引以为豪的发明创造无不带有鲜明的实用烙印。
　　天文历法：（1）先秦时期：①春秋时期，留下了世界上公认的首次哈雷彗星的确切记录。《春秋》记载，公元前613年，“有星孛入于北斗”，即指哈雷彗星，这一记录比欧洲早六百多年。②春秋时期我国历法已经形成自己固定的系统，基本上确立19年7闰的原则，这比西方早160年。③战国时期，出现了世界上最早的天文学著作《甘石星经》，其中有丰富的天文记载，反映了那个时期人们对天文的认识。
　　（2）两汉时期：①汉武帝时，天文学家制订出中国第一部较完整的历书《太初历》，开始以正月为岁首。②西汉关于太阳黑子的记录，被世界公认为是有关太阳黑子的最早记录。③东汉时，张衡从日、月、地球所处的不同位置，对月食作了最早的科学解释。④张衡发明制作的地动仪，可以遥测千里以外地震发生的方向，比欧洲早1700多年。
　　（3）隋唐时期：①唐朝天文学家僧一行制定的《大衍历》比较准确地反映了太阳运行的规律，系统周密，表明中国古代历法体系的成熟。②僧一行还是世界上用科学方法实测地球子午线长度的创始人。在实测中他认识到，在小范围有限的空间里得到的认识，不能任意向大范围甚至无际的空间推演，这是我国科学思想史上的一大进步。
　　（4）宋元时期：①北宋科学家沈括的突出贡献在天文学方面，把四季二十四节气和十二个月完全统一起来的“十二气历”更加简便，有利于农事安排。②元初设立太史局编制新历法。③元朝杰出天文学家郭守敬，提出“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表”的正确主张，创制了简仪和高表等近二十件天文观测仪器，主持了全国范围的天文测量。④郭守敬主持编定《授时历》，一年的周期与现行公历基本相同，但问世比现行公历早300年。
　　历法著作：历法是中国古代天文学的重要内容，它不仅包括年、月、日、时、节气的安排，还包括日、月、行星运动，交食，晷影，漏刻，恒星出没，天空分区，等等。因此，中国古代历法有现今天文年历的性质。
　　现在保留下来最古老的典籍之一《夏小正》相传是夏代（约公元前二十一世纪到公元前十六世纪）的历书。其中记载有人们由观察天象和物候决定农时季节的知识。它原是《大戴礼记》中的一篇，后来单独成册流传。据考证，正文只有四百多字。就天文知识来说，它按十二个月的顺序记述了每月的星象，如早晨和黄昏出现在南方的星星，北斗柄的指向，银河在天空的位置，太阳到了恒星间什么地方等。此外还有每月的气象、物候以及应该做的农事和政治活动。这部书是否夏代的历书，学术界还没有定论，但它至迟在春秋时期（公元前770年到公元前476年）已经成书，而且根据书中反映的天象等情况，说明确有更早时代的资料。
　　自汉代（公元前205年到公元后220年）起，就有完整系统的历法著作留传到现在，包括在各历史朝代中颁行过的和没有颁行过的历法共约一百种，绝大部分收集在《二十四史》的《律历志》中，这是研究中国历法的资料宝库。
　　《三统历》是现存最早的一部完整历法，后世历法的基本内容这时大体都已具备。《三统历》共有七节：统母，纪母，五步，统术，纪术，岁术，世经。统母和统术讲日月运动的基本常数和推算方法，包括回归年、朔望月长度、一年的月数、交食周期、计算朔日和节气的方法等；纪母、纪术和五步讲行星的基本常数和推算方法，包括五大行星的会合周期、运行动态、出没规律、预告行星位置等；岁术讲星岁纪年的推算方法；世经讲考古年代学。《三统历》还明确规定，以无中气的月份置闰，并选取一个“上元”作为历法的起算点。《三统历》的这些内容，对后代历法影响极大，有的沿用至今。
　　《乾象历》对月亮运动的研究有了新进展，首次提出月亮近地点的移动（过周分），从而算出近点月长度，并在一近点月里逐日编出月离表，又首次提出黄白交角是六度（兼数），首次提出交食计算中推算食限的方法，这些都对后代历法影响很大。
　　《皇极历》考虑太阳和月亮视运动不均匀来计算日月合朔的时刻，创立了等间距二次差内插法①。为了求得任意时刻的定朔改正值，又创立了任意间隔二次差内插法的公式。这在中国天文学史和数学史上都有重要地位，后代历法计算日月五星运动使用的内插法多继承《皇极历》的方法并继续发展。
　　《大衍历》的制定是从制造仪器开始的，经过实际观测确定基本天文数据。经过《大衍历》的制定，对太阳月亮运动不均匀现象有了正确全面的了解。通过实际观测，破除了一千年来流传的“寸差千里”的谬说。在计算方法上，《大衍历》创不等间距二次差内插法的公式，比起《皇极历》来又是一个进步。
　　《授时历》内容相似于《大衍历》，但采用等间距三次差内插法计算日月五星位置，又用弧矢割圆术和类似球面三角的方法根据太阳黄经求它的赤经赤纬，这两种方法在天文学史和数学史上都具有重要地位。
　　《崇祯历书》从多方面引进了欧洲古典天文学知识，内容包括天文学基本理论，三角学，几何学，天文仪器，日月和五大行星的运动、交食，全天星图，中西单位换算等，共四十六种，一百三十七卷，采用第谷的太阳系结构系统，计算方法中翻译了哥白尼《天体运行论》中的许多章节，还有开普勒《论火星的运动》一书中的材料，历法计算中不用中国传统的代数学方法而改成几何学方法，这是中国天文学史和历法史上一个重要的转折。中国古代天文学体系开始向近代天文学转变。
　　明末未能根据《崇祯历书》来编算民用历书，清代开始使用根据《崇祯历书》编算的历书--《时宪历》，直到清末。在《四库全书》中有一百卷本的《西洋新法算书》是传教士汤若望根据《崇祯历书》删改而成的。
　　数学成就：
　　（1）两汉时期：《九章算术》约成书于东汉，分九章介绍了许多算术命题及其解法，是当时世界上最先进的应用数学，它的出现标志中国古代数学形成了完整的体系。
　　（2）南北朝时期：①魏晋时期的数学家刘徽，运用极限理论，提出了计算圆周率的正确方法。②南朝祖冲之精确地计算出圆周率是在3.1415926－3.1415927之间，这一成果比外国早近一千年。他的专著《缀术》对数学发展有杰出的贡献。
　　（一）《周髀算经》简介在中国古代算书中，《周髀算经》、《九章算术》、《孙子算经》、《五曹算经》、《夏侯阳算经》、《孙丘建算经》、《海岛算经》、《五经算术》、《缀术》、《缉古算机》等10部算书，被称为“算经十书”。其中阐明“盖天说”的《周髀算经》，被人们认为是流传下来的中国最古老的既谈天体又谈数学的天文历算著作。它大约产生于公元前2世纪，但它所包含的史料，却有比这更早的。其中提到的大禹治水时所应用的数学知识，成为现存文献中提到最早使用勾股定理的例子。（二）勾股定理现在流传的《周髀算经》，都不是原来的著作，都经后人修改和补充过。《周髀算经》的本文，是周公与商高的问答部分；接下去的荣方与陈子问答部分，是《周髀算经》的续文。据《周髀算经》记载：“故折矩以为句广三，股四，径隅五。既方其外，半之一矩，环而共盘，得三、四、五。两矩共长二十有五，是谓积矩。故禹之所以治天下者，此数之所由生也。”这段话的意思是：将矩的两直角边加以折算成一定的比例，短直角边长（句）3，长直角边长（股）4，弦就等于5，得成3、4、5。句（即勾）、股平方之和为25，这称为积矩。大禹所用的治天下（指治水）的方法，就是从这些数学知识发展出来的。在世界数学史上，一般把勾股定理归功于公元前5世纪左右发现它的古希腊数学家毕达哥拉斯，因为他提出了定理的一般形式的叙述和证明，我国则稍晚。但实际上，商高关于勾股定理的认识，要比毕达哥拉斯早得多。《周髀算经》成书于公元前2世纪左右，所记载的周公与商高问答的事是在公元前11世纪左右。这个事实证明我国古代数学家独立地发现并应用了勾股定理的一般情形，要比外国早得多。（三）（测高、深、远的方法）测量太阳高度。陈子是周代的天文算学家，荣方是当时天文算学家的爱好者。在陈子教给荣方的各种数据计算的具体方法中，可以发现在二千六七百年前，中国对勾股定理的应用已达到十分熟练的程度。陈子测量太阳高度的方法可叙述为：当夏至太阳直射北回归线时，在北方立一8尺高的标竿，观其影长为6尺。然后，测量者向南移动标竿，每移动1000里，标竿的影长就减少1寸。据此可设想，当标竿的日影减少六尺，则标竿就向南移动了60000里，而此时标竿恰在太阳的正下方。据勾股定理和相似形原理可算得：测量者与太阳的距离为10万里。据记载，古希腊第一个自然哲学家泰勒斯也曾利用日影测出金字塔的高。他的方法是由一根立竿的影长和同时测得的金字塔的影长算出了金字塔的高度。泰勒斯被称为西方的“测量之祖”。泰勒斯的这一工作与陈子的工作大致在相同的时期，然而陈子的方法要比泰勒斯的方法水平高得多，泰勒斯只利用到相似三角形的知识，而陈子除了能利用相似三角形的性质外，还能熟练地运用勾股定理。
　　物理学成就：
　　战国时期：物理学有较大成就。《墨经》中有大量的物理学知识，其中包括杠杆原理和浮力理论的叙述，还有声学和光学的记载。关于光影关系、小孔成像等，写的很系统，被现代科学家称为“《墨经》光学八条”。
　　医药学成就：
　　（1）先秦时期：扁鹊是战国时期最著名的医生，后代把他奉为“脉学之宗”，他采用望闻问切四诊法，从脉象中诊断病情。切脉是扁鹊的主要成就。四诊法成为我国中医的传统诊病法，两千多年来一直为中医所沿用。
　　（2）两汉时期：①战国问世、西汉编定的《黄帝内经》是我国现存较早的重要医学文献。它奠定了祖国医学的理论基础。②东汉的《神农本草经》是中国第一部完整的药物学著作。③东汉末年的名医华佗，擅长外科手术，被人誉为“神医”，发明的麻沸散，比西方早1600多年。④东汉末年的名医张仲景，被称为“医圣”，其代表作《伤寒杂病论》是后世中医的重要经典。
　　（3）隋唐时期：①唐朝杰出的医学家孙思邈的《千金方》，全面总结历代和当时的医药学成果，并有许多创见，在我国医药学历史上占有重要地位。②吐蕃名医元丹贡布编著的《四部医典》，在国内外有重要影响。③唐高宗时期编修的《唐本草》，是世界上最早的、由国家颁行的药典。
　　（4）明清时期：明朝李时珍《本草纲目》，记载药物一千八百多种，方剂一万多个，全面总结了16世纪以前的中国医药学，被誉为“东方医药巨典”。李时珍重视实地考察和试验观察，注意运用比较方法，所以他对药物的认识和总结具有较高的科学价值。《本草纲目》对药物的分类反映了由低级到高级的生物进化观。李时珍还提出“鸟产于林，故羽似叶”的观点，反映了他在动物适应环境、相关变异以及遗传特征等方面的新认识。
　　地理学成就：
　　（1）南北朝时期：①西晋时期，裴秀是中国古代杰出的地图学家。绘制出《禹贡地域图》，还提出了绘制地图的原则。②北魏时期，地理学家郦道元的《水经注》，通过为古书《水经》作注，以《水经》为纲，全面而系统地介绍了水道流经地区的自然地理和经济地理等诸方面的内容，是一部历史、地理、文学价值都很高的综合性地理著作。
　　（2）明清时期：明朝徐霞客的《徐霞客游记》，对石灰岩溶蚀地貌的观察和记述，早于欧洲约两个世纪。还记录了一些地理发现，纠正了前代地理学著作中的一些错误。
　　建筑学成就：
　　（1）先秦时期：夏、商、西周的都城是全国政治、交通中心，都城有城门供居民出入，城内有整齐宽广的街道。
　　（2）隋唐时期：隋唐是中国古代建筑的成熟时期，取得了辉煌成就。①隋朝著名建筑师宇文恺主持修建了大兴城，唐朝在此基础上扩建为长安城。长安城整体设计合理，建筑规模宏大，体现了当时城市建筑的高超技术。②宇文恺采用图纸和模型结合的设计方法，是我国建筑技术上的一大突破。③隋朝工匠李春设计建造的赵州桥，是世界上最早的敞肩石拱桥，在世界桥梁史上占有重要地位。
　　（3）宋元时期：①北宋末年李诫编写的《营造法式》，是我国建筑史上的杰出著作。②辽代河北蓟县独乐寺、山西应县木塔，是我国著名的古代木结构建筑。③金代的卢沟桥闻名中外。④元大都建筑宏伟，城内有完整的排水系统。
　　（4）明清时期：明成祖令人在元大都的基础上营建BJ城，约八十万能工巧匠中，最有名的是木工蒯祥，被誉为“蒯鲁班”。BJ城有三重，宫城外有皇城，皇城外有京城。宫城又称紫禁城。BJ城的主体建筑都布置在中轴线上，中央官署集中在京城南部，钟楼、鼓楼位于城北。宫城的黄色琉璃瓦和红墙相配，充分体现出封建皇帝的威严。
　　著作成就：
　　（1）农学专著：①北朝时期，贾思勰《齐民要术》，系统地总结了6世纪以前黄河中下游地区农牧业生产经验、食品的加工与贮藏、野生植物的利用等，是中国现存最早最完整的农书。②明朝时期，徐光启《农政全书》。综合介绍了我国传统农学成就，建立了一个比较完整的农学体系。书中还引入了《泰西水法》，介绍了欧洲先进的水利技术和工具。全书60卷，分12门，其中“救荒”一门占全书三分之一，表明作者关心民间疾苦，也说明当时灾荒的严重和政局的衰败。
　　（2）手工业专著：战国时期，出现了手工业专著《考工记》。记述了齐国官营手工业各个工种的设计规范和制造工艺，不但在我国工程记述发展史上有重要地位，在当时世界上也是独一无二的。
　　（3）科技论著：北宋科学家沈括《梦溪笔谈》，总结了我国古代主要是北宋时期的许多科技成就，在我国和世界科技史上有重要地位。英国学者李约瑟称沈括是“中国科技史上最卓越的人物”，《梦溪笔谈》是“中国科学史的里程碑”。
　　（4）生产技术综合著作：明代宋应星的《天工开物》，总结了明代农业、手工业的生产技术。书中还收录了一些国外传来的技术，这表明海外技术的不断传入已成为人们不可缺少的知识。国外称它为“中国17世纪的工艺百科全书”。