钱塘江流域早期新石器文化中的原始科学思维

李佳羽

摘 要：上山文化和跨湖桥文化是钱塘江流域新石器时代文化的源头。这一时期的原始居民在长期对抗大自然的实践中，总结一套科学理论并运用于生产实践。如懂得选择石料且在打制时运用力的三要素、利用火的特性和水的浮力造出了独木舟、利用力学原理发明船桨、运用弹性力学制作出木弓。运用科学来解释世界、解决问题的习惯和能力就是原始的科学思维。原始科学思维是现代科学思维最初的萌芽，为现代科学发展打下了基础。

关键词：新石器文化;上山文化;跨湖桥文化;原始科学思维;跨湖桥独木舟

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.04.033

《辞海》将科学思维解释为一种在科学认识活动中对感性认识材料进行加工处理的方式与途径的理论体系。这是对近现代科学思维的解释。那么在原始人类是否有科学思维？一些学者不承认原始人有科学思维可言，他们认为这一时期尚处野蛮时代，那些零碎的知识经验不能称为科学。但这种观念遭到更多学者的驳斥，他们指出原始人类是科学的奠基者，不能抹杀掉原始人类的功绩。

关于原始科学思维，目前国内学术界至少有三种研究角度。第一种是研究原始科学思维与原始宗教思维等其他思维的同源性和差异性;第二种是阐述人造火的发明、石器制造技术对科学思维有着重大而深远的作用;第三种是从科学的视角来衡量原始人类与自然的关系。本文认为原始科学思维的存在是不容否认的，将以钱塘江流域早期新石器文化的考古遗存为依据略做分析。

1 钱塘江流域早期文化背景

本文的研究范围是钱塘江流域的早期新石器文化。在通常的表述中，我们一般将上山文化和跨湖桥文化称为钱塘江流域的早期新石器文化，也是整个长江下游地区最早的新石器文化。

上山文化正式命名于2006年，迄今为止共发现了18处上山文化遗址，主要分布于钱塘江及支流的上游地区，以浙江省中部偏西的金衢盆地为中心。重要遗址包括：浦江上山遗址、嵊州小黄山遗址、义乌桥头遗址、临海峙山头遗址等。这些遗址的年代距今约10000～8500年。

跨湖桥文化在2004年被认定为一种独立的考古学文化。它主要分布于杭州萧山湘湖及其周围地区，主要遗址有萧山跨湖桥遗址、下孙遗址。年代距今约8000～7000年，是钱塘江流域年代仅次于上山文化的新石器时代文化。跨湖桥文化是一种面向海洋的考古学文化，最终因海水淹没而消亡。

上山文化和跨湖桥文化时期的居民们所面临的生存环境极为恶劣—天灾、猛兽、疾病等。为了在这样的自然环境中生存繁衍下去，先民们必须要对自然环境有所了解。他们在日复一日、年复一年的实践中积累了大量经验，这些经验中不乏对自然界客观规律的正确认知。对客观规律的正确认知即科学。更重要的是，他们还有了尝试用科学来认识事物、解决问题的意识。而他们试着用科学来指导实践，就是科学思维逐步发展的过程。上山文化和跨湖桥文化是钱塘江流域新石器文化的源头。关于这一区域原始科学思维的探讨，就从这个源头开始。

2 从打制石器看原始科学思维

最早的人类使用的工具为天然材料，如一块石头、一根树枝，人类用坚硬的石头来砸击坚硬的果子或动物，用边缘锐利的石片来切割动物的肉，用树枝来勾取长在高处的果子。但这种天然的工具用起来并不方便，随着人类思维能力的发展，人类开始试着制造工具。打制石器作为一种有目的的创造活动，它的出现是人类了不起的一步。

距今1万年前的上山文化处于新旧石器时代交替，主要使用的工具为打制石器，有少量磨制石器。经过几十万年的发展，这时的石器打制技术已经相当成熟，石料材质的选择、形制的设计、打制手法和修理技术无一不展现着上山居民科学思维上的进步。

首先，上山居民已经懂得根据石器的用途选用不同材质的石料。上山的石器分为石片石器和砾石器两大类。他们选用细颗粒岩石制作石片石器，这种岩石硬度适中，颗粒细腻、结构均匀，容易剥离出完整的石片，可用于制作刮削器、小型尖状器等工具。砾石器的原材料通常是粗颗粒岩石，这种岩石硬度较大，颗粒粗大、结构不均匀，不易剥离出大块的石片，比较适合加工成砍砸器、尖状器、石锤等打击类工具。从中我们不难看出，他们已懂得石料的选择要兼顾硬度、密度、剥离的难易程度等物理属性。说明了上山居民对物质基本结构的认知和利用达到一个新的高度。

其次，在打制时已经能熟练运用力的三要素。力的三要素指力的作用点、力的方向和力的大小。打制石器的形状是多样的，适用于不同的用途：有用于劈刺的尖状器，有用于刮削的刮削器，有用于砍砸的砍砸器，有用于投抛的球状器。它们都是通过捶打时灵活改变力的落点、角度和大小，使石器呈现出的形状。

在打制石器时，力的作用点即落在石料上的打击点。上山居民打制石器以锤击法为主，也可能有砸击法。在锤击前会反复旋转石料，寻找适合的打擊台面。如果没有天然台面，则会稍加打击制造人工台面，然后在台面上选择合适的点进行锤击，剥离下石片。这个点就是力的作用点。上山石器往往会有多个作用点。

确定了落点，还需要以特定的角度和力度来锤击。锤击的角度和力道决定了石器的形状。如在打击刮削器的刃部时，会先在石片边缘斜向打出一个小平面，再错开角度打出另一个小平面，两个小平面相交处即为刃部。上山居民还会对一些石器进行二次修理。二次修理时仍主要用锤击法，修理手法包括了破裂面正向加工、向背面反向加工、交互或错向加工。

石器打制技术来自长期实践经验的总结，石料的材质不同，打击的方向不同，力道的大小不同，就会制造出形态不一的石器。打制石器展现了上山居民对物质基本结构和力学基本原理的了解。

3 从独木舟的制作看原始科学思维

跨湖桥遗址出土了中国迄今发现最早的一条独木舟。该独木舟为松木制成，残长5.6米。船头上翘，船头处宽29厘米，船头以下的船体宽度呈弧线增至52厘米，为舟体的基本宽度。船体最大深度为15厘米。船体较薄，底部与侧舷厚度均为2.5厘米左右①。该独木舟舟体偏窄，船舱深度较浅，船底较薄，推测可能只适用于近海沿岸，不具备远航能力。

跨湖桥独木舟的制作方法是将一根完整的松木去除枝丫后对剖，将其中一半以火焦法挖空，谓之“刳木为舟”。人们首先预设舟形，然后将需要保留的舟体部分用湿泥包裹起来，其次，需要挖空的部位则用火烧，使其焦炭化，再用石器工具刳除焦炭的部位，最后将刳除处打磨光滑。在独木舟船体内发现大片被火烧过的黑焦痕迹，这正是使用火焦法的证据。相比于直接刨除坚硬的木材，这种加工方式更为省时省力。

火焦法展现了跨湖桥居民对火的支配，火成为他们能够随时用来提高生产效率和生活质量的工具。跨湖桥居民在操纵火的过程对火的形成、性质和结构有所认识。不管是钻木取火还是打石生火，都是通过敲击或摩擦把机械能转化为热能;点燃木材前需要一些易燃的引燃物，比如钻木产生的木屑;木材在燃烧后会有炭化现象;燃烧的环境应是在空旷之处，否则火焰就会因为缺氧而熄灭。以上种种控制火的经验总结，称得上是一种原始的科学系统理论。

从独木舟还可看出跨湖桥居民对浮力的理解与运用。我们现在已经很清楚阿基米德原理，物体所受浮力与它排开水的体积呈正相关，当物体所受到的浮力大于物体自身的重力时就会浮在水面，反之，沉入水底。但跨湖桥居民对于精确的阿基米德原理却是弄不明白的。跨湖桥居民也许是从漂浮在水面的一截木头、一片树叶得到启发，他们发现木头和树叶可以浮在水面，但丢入水中的石头却会沉入水底，由此制作了空心的独木舟。通过把树干挖成空心，减少自身重力，从而使船更易浮在水面上。这是水上交通的巨大进步，是跨湖桥居民在长期的实践与失败中得出的宝贵经验，是继火之后，对另一种自然力的科学利用。

4 从独木舟动力看原始科学思维

船有了，跨湖桥居民接下来需要解决的问题是船的运行。船是如何在水上前进的呢？

在最初，人们或许是利用水的自然流动为木舟的前进动力，顺水就可以漂流。但当目的地在逆流方向时，木舟就无法派上用途。于是，人们发明了船桨。

在跨湖桥独木舟的两侧各发现了一支木桨。编号分别为J1、J2。J1长140厘米，桨板宽22厘米，厚2厘米，桨柄宽6厘米，厚4厘米。J2长140厘米，桨板宽16厘米，厚2厘米，桨柄宽6～8厘米，厚约4厘米②。

船桨的形状，灵感来自鱼鳍。桨板呈扁平状，从头至尾逐渐变薄，可以像鱼鳍一样，一下一下地前后划动，使木舟前进。同时还运用了牛顿第三定律。当人们抓着船桨向后划水时，船桨对水有向后的推力。物体间力的作用是相互的，所以水对船有一个向前的推力，船就前进了。

与现代的船桨相比，跨湖桥遗址的木桨桨柄较短而桨板更长。可以推测，跨湖桥的先民是以一手握柄，一手抓板的姿势在划船。这种短柄手划桨与当时体型较小的独木舟是相匹配的。

随着造船技术的发展，船越做越大，船舷也越来越高，船的运载力日益增大。这种短柄手划桨就不再适用，长柄的船桨就应运而生了。不过，这是后话。

另外值得一提的是，在距今6200～5900年的马家浜文化圩墩遗址还发现一件木橹。这是国内发现的最早的木橹实物。该木橹以原木砍削加工而成，橹把已残，橹背面斜削，由中间向橹尾渐薄。橹把与橹面结合处保留粗大的木节，在两边对应处凿一长方形凹坑，这个木节推测是将木橹固定在船上的支點。橹身残长120厘米，橹面斜宽18.4厘米③。

桨的发明与运用大大提高了划船效率，但桨也有缺点。在水中前后摆动的桨所提供的推力是间歇性的，每向后划水一次，产生一次向前的推力，制约了行船效率。

橹的构造则有效解决了这些问题。橹一般以一个支点固定在船尾上。入水部分的形状模仿鱼尾。用手摇动，使入水的橹板左右摆动，船与水接触部分会形成持续的推力，推动船只持续前进。此外，橹属于费力杠杆，支点以上的橹把短于以下的橹面，人加在橹把上的力要大于橹面在水下受到的阻力，因此是费力杠杆。这种杠杆虽然费力，但是手推动橹把移动较小的距离，橹面就会在水下划过更长的距离。废了力气，省了距离，这样就增加了船的行进速度。橹与桨相比无疑有更高的行船效率。

5 弓箭中的弹性原理

在跨湖桥遗址的新石器时代地层中出土了一件木弓。出土时弓身挺直，残长121厘米。截面呈扁圆状。中段抓握部位（弓拊）截面也为扁圆，且与弓身的其余部位方向相左，方便抓握。弓由桑木制成，除弓拊外的其他部位都用树皮捆扎以增加韧度。木弓表面全部涂漆，是我国最早的漆器，被称为中国的“漆之源”④。

我国在旧石器时代晚期遗址中就发现了不少石镞，山西大同峙峪遗址发现的石镞是迄今为止发现的最早石镞，距今约2.8万年⑤。到了新石器时代更是被屡屡发现。石镞插上竹、木的杆就是箭，与弓配套使用，但竹、木材质的箭杆和弓在天然环境中很难保存下来。跨湖桥遗址发现的木弓虽然出土时弓身笔直且残破，但仍然有明显的特征可以看出是一张弓。这是长江下游地区目前所发现的最早的弓。

弓的发明是人类历史上了不起的重大事件。

从经济生产的角度来说，作为当时杀伤力最高的兵器，弓使原始人类能够远距离射杀大型动物和天上的鸟类，加深了原始人类对自然界野生动植物资源的利用程度。

从科学的角度来看，弓箭利用了弓弦的弹性势能。人们先用力拉动弓弦使弦变形，松手后弓弦迅速恢复绷直状态，遂将架在弦上的箭有力地弹射出去了。将弓打磨为弯曲的形状更加强了它的弹射力。

恩格斯指出：“弓、弦、箭已经是很复杂的工具，发明这些工具需要有长期积累的经验和较发达的智力⑥。”跨湖桥遗址出土的木弓，说明当时的居民完全懂得弹性力这种物理属性—弹性物体因外力产生形变后，撤去外力，物体能恢复原状。如果不了解，也不可能造得出弓。我们还可以推测，最初的弓弦或许仅仅是用植物纤维搓成的细绳，随着对弹性力理解的加深，开始使用韧性更强的动物的筋或皮革。

6 小结

我们给原始科学思维下一个并不是那么精确的定义：原始人类在谋求生存的过程中对周围的自然环境进行长期的、反复的探索与实践，概括和总结了一套关于自然的客观规律—也就是科学，然后利用这些科学原理来解决生产生活中出现的问题，使人们能生活得更加美好。

在对钱塘江流域早期新石器时代的解读中可以看出，无论是打制石器时所显示的高超的力学技巧，刳制独木舟时对火的掌控和对浮力的运用，还是模仿鱼鳍制作船桨以解决行舟动力问题，以及利用弹性势能设计弓箭，都展现了当时的原始人类已具备这样的原始科学思维能力。这是人类科学思维的一大跨越，这为后来的人类科学进程奠定了坚实的基础。■

（本文指导教师：刘俊男）

注释

①浙江省文物考古研究所，萧山博物馆.浦阳江流域考古报告之一：跨湖桥[M].北京：文物出版社，2004：42.

②浙江省文物考古研究所，萧山博物馆.浦阳江流域考古报告之一：跨湖桥[M].北京：文物出版社，2004：46.

③张扣林.马家浜文化 江南文化之源[M].杭州：浙江摄影出版社，2004.

④浙江省文物考古研究所，萧山博物馆.浦阳江流域考古报告之一：跨湖桥[M].北京：文物出版社，2004：202.

⑤贾兰坡，盖培，尤玉桂.山西峙峪旧石器时代遗址发掘报告[J].考古学报，1972（1）：39-58，135-136.

⑥恩格斯.家庭、私有制和国家的起源[M].北京：人民出版社，2018：21.