远去的中国古代科技成就（上）

史晓雷

科学的目的在于认识自然，科学是运用范畴、定理、定律等思维形式反映自然现象的本质和规律的知识体系。科学传统起源于西方，“科学”一词是近代才在中国广泛运用，但在中国悠久的文明史中，也不乏科学成就。而技术的目的在于改造自然，是人在改造自然、改造社会的过程中所用到的一切手段、方法的总和。

科学对世界的发现，技术对自然的改造，犹如两条臂膀共同创造着历史，推动着文明的进程。作为历史悠久的国度，我国古代科学技术的典型成就有哪些？它们是如何影响了中国的历史进程，又具有哪些特色呢？近代之后，东西方科学技术拉开差距的原因又是什么呢？

中国古代的科学

如果按照历史书中常谈到的“农、医、天、算”四个方面来分析古代科学成就，我们会发现，中国古代农业和古代医学并不属于科学范畴。

农业是生民之本，也是古代中国的立国之本，尽管我国古代农业著作历代不乏，特别是明清时期卷帙浩繁。但农书中大多记录了一些经验性的总结，大量的内容是种田技艺以及农

耕器具的发明与应用——这些都属于技术的内容，可以说中国古代的农业科学成就乏善可陈。

我国古代的医学别具特色，一直延续至今，但却饱受争议。我国中医史学家廖育群曾说过，古代中医与现代中医的区别，甚至要超过中医与西医的区别。可以说，中医内部也在不断吐故纳新或者说发生变化。社会上关于中医是不是科学，以及中医废存的问题广受关注。可以说中医目前是一门非常另类的学科，在面对西医（现代医学）时总是不断调适着自己独特的“身份”，因此也不适合用西方科学的概念作为基础来讨论中医中的科学问题。

天文学与数学的交融

最能代表我国古代科学成就的还是天文学和数学，也就是前文提到的天、算。这两门学科在我国古代联系得十分紧密，因为对日月五星运行规律的认识以及日食、月食的推测，都离不开数学上的计算。举一个例子，汉代已形成的“谈天三家”——也就是当时古人对宇宙的三种认识，分别是盖天说、浑天说与宣夜说。除了宣夜说有点玄奥抽象外，盖天说与浑天说均是由数学模型作为支撑的，尽管两者建构了不同的宇宙模型，但是有一条是共同坚守的，就是“日影千里差一寸”，也即八尺之表的日影在子午线方向上千里会差一寸。而“日影千里差一寸”最早源自《周髀算经》，该书既是一部数学著作，也是一部天文学著作。需要说明的是，千里差一寸的论证是错误的，一直到了唐代一行和尚通过实测才使它寿终正寝。

我国古代天文学的发展，深受古代数学的影响，尽管盖天说、浑天说都有数学模型建构，但是这种模型并不与推算日月五星运行的另一套数学模型（算的模型）相融洽，或者说是各行其事。因此我们也不可能像西方那样，从古希腊天体运行的圆周运动中解脱出来，发展出开普勒的椭圆轨道等近代天文学体系。我国古代天文学还把地上的事物都搬到天上，形成了独具特色的“三垣二十宿”体系。该体系是天上、人间对应比附的产物，是军国星占体系的一种反映，即为战争胜负、王室兴衰、年成丰歉等军国大事服务的，但这已经走出了科学的范畴。

中国古代的数学成就

我国古代数学的基调是由成书于汉代的《九章算术》确立的。那么《九章算术》的基调是什么呢？就是服务于实际生产生活的应用问题集：一题一答一术。“题”就是题目，“答”就是答案，“术”就是算法。那么推理、论证的过程呢？书中是查不到的，因为根本就没写。所谓“九章”，就是9大类应用题目，比如“方田”是计算土地面积的问题集，“商功”是计算各种工程（沟渠、仓窖等）的土方、人工等。

经常有人将《九章算术》与古希腊欧几里德的《几何原本》作对比，这两部书的确也代表了东西方不同的思维风格，一个是以“算”为特征的实用化体系，一个是以“证”为特征的演绎逻辑体系。我们的祖先一直缺少“证”的那根筋，直到明末徐光启与传教士利玛窦合作翻译《几何原本》（前6卷）时，徐光启被该书的体系所服膺，写道：“此书未译，则他书俱不可得。”

说到我国古代数学，大家都会联想到南朝祖冲之在圆周率上的贡献。不过，祖冲之的《缀术》已经失传，他对圆周率的推算，学界认为是在魏晋时期刘徽“割圆术”的基础上得到的。当时要计算出密率355/113的确是很了不起的成就，要知道那个年代要用算筹去计算开方在内的大数目运算，难度可想而知。

苏州大学董洁林教授带领的团队遴选出了

200项人类在科学方面的成就，其中我国古代科学成就仅两项入选，之一是墨子进行的“小孔成像”实验。但就笔者看来，墨家学派进行的这项实验以及那句描述“小孔成像”的“下者之人也高，高者之人也下”并不比刘徽的割圆术更科学，影响更大。笔者认为在我国古代的科学门类中，物理学、化学较天文学、数学经验性成分更多，包括北宋沈括在《梦溪笔谈》中的众多记载，基本是经验现象的罗列与陈述，当然不乏一些细致的观察与描述。

唐代中叶到元代中叶是我国古代数学发展的黄金时期，特别是宋元时期达到了顶峰。发展到高峰的标志有二：首先是数学著作繁兴，宋代前后不到300年竟出了50本之多；其次是水平高，就是在算法的改进与抽象化程度方面前进了许多。无论是高次方程的近似解法、多元一次方程组的解法、高阶等差级数、同余方程组解法等，都达到了当时世界上的最高水平。

从元中叶到明末，中国古代数学整体江河日下，以至于当时学界竟然连宋元时期的数学著作都读不懂了。到了明末，随着传教士的东来，西方的数学知识开始译介、引入；后来又经过清末第二次“西学东渐”，直到20世纪初我国数学才汇入世界数学发展的洪流。

中国古代的技术

谈到我国古代的技术成就，大家首先想到的会是“四大发明”，但这一话题谈的太多，此处不宜赘述。从技术史专业的角度来看，近些年技术史学家华觉明提出的“中国二十四大发明”更值得关注。他提出的这“二十四大发明”，除了少量不属于技术的项目外（如汉字、十进制计数法等），大部分的确代表了我国古代技术成就的精华，比如粟作和稻作、以生铁为本的钢铁技术、木结构的营造技艺等。不但如此，他还从原创性、重要性、功效三个方面对此24项发明进行了排序。另外，美国学者坦普尔在英国科技史专家李约瑟的《中国科学技术史》的基础上完成了《中国：发明与发现的国度》，该书列举了我国古代对世界产生了重大影响的100项发明与发现（发现部分一般为科学成就），其中技术部分占了很大比例。技术的门类太多，涉及范围太广，但综合来看，我国以农业生产与天文观测方面的技术成就最为突出。

农业技术的突出成就

农业技术创新方面，我国汉代创制的三件农事器具值得一提。其一是耧车，也叫耧，华北地区称之为耩子。耧车是一种北方用的条播器具，能够同时完成开沟和下种程序，后来又在耧车后面拖上覆盖种子的构件，就更加便于耕种了。耧车的发明，使得单位面积土地上播种量减少，并且有利于之后的田间作业。其次是翻车，也就是后世称之为“龙骨水车”的灌溉（或排涝）农具。到了元代，出现了多种形式的翻车，有脚踏翻车、牛转翻车、水转翻车等。明代《天工开物》提到一种轻巧的手摇翻车（也叫拔车）。翻车是我国古代江南地区应用最广泛的提水、排涝农具，也是世界上最早应用链传动的技术设施。还有一种是风扇车，也

叫扇车，是一种清选农具，能够合理、有效地利用人为产生的风力把粮食籽粒与糠秕分开。

唐代诗人徐来军写有一首《调笑令》：“翻倒，翻倒，喝得醉来吐掉。转来转去自行，千匝万匝未停。停未？停未？禾苗待我灌醉。”这里描述的就是我国唐代时期出现的一种新式提水器具——筒车。大型的筒车远远望去就像现代的摩天轮，只不过轮的外围悬挂的是竹筒，在流水的冲击下，竹筒在低处兜水，转到高处时倾泻到水槽中，水槽通向田地里进行灌溉。到了宋代，筒车得到普遍应用。现在湖南西部、广西北部的溪流边，还能见到筒车的身影。

天文学引领技术高峰

宋元时期是我国古代技术发展的高峰。北宋曾公亮1044年完成的《武经总要》是我国古代军事技术全面、系统的反映；北宋李诫于1100年成书的《营造法式》是我国古代木构建筑技术达到纯熟的标志；元代王祯1313年写就的《农器图谱》是我国古代农事器具的集大成之作。特别值得一提的是北宋1092年由苏颂、韩公廉制成的水运仪象台，是我国古代最为复杂的天文仪器。该仪器集浑仪、浑象、圭表、计时与报时为一体，实物高12米，宽7米，蔚为壮观。这部仪器不像魏晋南北朝那些“奇器”徒有盛名而无法得其传，因为苏颂留下了制造这部仪器的《新仪象法要》，并附有插图66幅图，后人根据这本书完全可以进行复原。2012年8月国际天文联合会在北京召开大会期间，由中科院自然科学史研究所与清华大学等单位复原的模型（原物的1/3）在北京国家会议中心展出，轰动一时。

元代天文仪器上的改进最重要的当属郭守敬设计的简仪。简仪是针对浑仪而言，顾名思义，是简化了的浑仪。他改进的方法是把赤道装置与地平装置分开，去掉一些不必要的环，又在刻度上精细化，使得观测精度更加精准。

明末1637年宋应星完成的《天工开物》，系统总结了我国农业、手工业方面的技术成就。但是这就像是快下山的夕阳，在回光返照时眷恋了一下古老的中华帝国，随后在西方世界轰轰烈烈的工业革命大潮下，中国则与主流技术前沿渐行渐远。（未完待续）

【责任编辑】张小萌