就在公元5世纪欧洲开始进入黑暗时期的时候,中国却进入了历史上极为辉煌的盛唐时期,随后的宋朝,中国的科学技术达到了世界的高峰。我们的祖国是世界上最古老的文明发源地之一。大约公元前22世纪—前21世纪,奴隶制国家在中原地带形成,经夏、商、周三朝,于公元前5世纪逐渐被封建制所取代。公元前221年秦始皇建成我国第一个统一的封建制中央集权国家──秦朝,以后历经汉、晋、南北朝、隋(581—618)、唐(618—907)、宋(960—1279)、元(1206—1368)、明(1368—1644)、清等许多朝代。在极大的时间尺度上中国政治的相对稳定性,使得中国的科学进步从未间断。中国进入封建社会后,科技的发展产生了飞跃。从汉代以后,科学技术总水平就迅速地跃居世界前列,并在宋代达到了发展高峰。有些方面超过其他国家数百年以至上千年之久,许多科技成就对世界科技的发展产生了重大影响。从明代开始,中国科学技术从总体上看出现了停滞状态,相对于同时期西方近代科学技术的迅速进步,越来越明显地落后了。
古代中国人民创造了丰富多彩而又独具特色的科学技术成就,构成这一独特科技文明的主要支柱有世界闻名的造纸、印刷术、火药、指南针四大发明;天文学、数学、医药学、农学四大学科以及陶瓷、丝织、建筑三大技术。
造纸术是由中国东汉的蔡伦(?—121)于公元105年发明的。造纸术首先传到朝鲜和越南,7世纪传入日本,8世纪传入阿拉伯,12世纪由阿拉伯人又传至欧洲。纸的发明极大地推动了人类的信息传播和文化交流。
雕版印刷约发明于6世纪的隋唐之际,唐宋时期大量应用于印刷佛经、农书、医书和字帖等。北宋庆历年间(1041—1048)平民毕昇发明了胶泥活字印刷术,使印刷技术产生了一个飞跃。毕昇之后活字印刷术不断改进,元代王祯发明了木活字,以后还出现过磁活字、锡活字、铜活字。欧洲最早仿照中国活字印刷的是德国人古腾堡(约1394—1468),他于1450年制成铅合金活字。
火药是唐代炼丹术士在炼丹过程中偶然发现的。北宋时火药已开始用于战争,制成了火箭、火球等武器。南宋时(1259年)发明的“突火枪”已是以火药爆力射出“子窠”的管形火器了。明代以后更是发展出手榴弹、地雷、水雷、定时炸弹、子母炮等新型火药兵器,火箭已有了多种类型。但这些火器并未用于普遍装备军队。火药和火药兵器是通过战争传到国外去的。欧洲人于13世纪从阿拉伯人那里知道了火药,于14世纪中期制造出了火药兵器。
春秋战国时期中国人已记录了磁石吸铁现象。稍晚些时制成的“司南勺”是用磁石琢成的勺子,底部圆滑,放在铜盘上,勺柄即能指出南北方向,这大概是最早的磁性指示方向器。宋代出现的“指南鱼”则以薄铁片剪成鱼形,经人工磁化成永久磁铁,平飘水上以指示方向。稍后又发明了磁石磨针而制成真正意义上的指南针。11—12世纪南宋时期中国人已将指南针用于航海,不久即传到了阿拉伯,其后又传到欧洲。
3.?1.?1? 天文学
中国古代天文学的成就主要表现在天文观测和历法。中国古代天文观测的连续性、资料保存的完整性是世界绝无仅有的。《汉书·五行志》上的太阳黑子记录,早于欧洲800多年,自春秋至清初我国日食记录约1000次,月食记录约900次,新星和超新星记录60多颗,极光记录300多次。现存绘制于1190年的苏州石刻天文图,有星1434颗。而西方17世纪望远镜发明之前没有一幅星图载星超过1100颗。精密的仪器是精确观测天象的基础,我国古代天文仪器也达到了很高水平。如东汉张衡(78—139)发明的水运浑天仪、唐代僧一行(683—727)等人研制的黄道游仪和浑天铜仪都是同时期世界上第一流的天文观测仪器。宋代苏颂(1020—1101)建造的“水运仪象台”,集观测、计时和表演功能于一身。元代郭守敬(1231—1316)创制的简仪,其设计和制造水平在世界上领先了300多年。
中国古代天文观测的主要目的在于制订较好的历法,我国天文历法之多为世界第一。为追求与天象观测更为符合,前后共制有100多种历法。商代时即有置闰的方法;包括年月日、节气、日月五星位置、日月食预报等内容的阴阳历体系,在汉代就已形成。南宋时的“统天历”回归年长365.2425日,比欧洲人达到此精确度早了近400年。
估计最迟在商代中国就已采用十进制记数,位值法以及分数概念大约在春秋战国时期就有了。零的符号大约与印度同时或稍晚点(8世纪)出现。公元600年,隋代刘焯在制订《皇极历》时,在世界上最早提出了等间距二次内插公式;唐代僧一行在其《大衍历》中将其发展为不等间距二次内插公式。
从公元11世纪到14世纪的宋、元时期,是以筹算为主要内容的中国古代数学的鼎盛时期,其表现是这一时期涌现许多杰出的数学家和数学著作。中国古代数学以宋、元数学为最高境界。在世界范围内宋、元数学也几乎是与阿拉伯数学一道居于领先集团的。
贾宪在《黄帝九章算术细草》中提出开任意高次幂的“增乘开方法”,同样的方法至1819年才由英国人霍纳发现;贾宪的二项式定理系数表与17世纪欧洲出现的“巴斯加三角”是类似的。遗憾的是贾宪的《黄帝九章算术细草》书稿已佚。
南宋秦九韶(约1202—1261)发展了增乘开方法,他在《数书九章》一书中提出了高次方程的数值解法,并且列举二十多个取材于实践的高次方程的解法(最高为十次方程)。16世纪意大利人菲尔洛才提出三次方程的解法。另外,秦九韶还对一次同余式理论进行过研究。这些研究都达到了当时的世界先进水平。
李冶于1248年发表《测圆海镜》,该书是首部系统论述“天元术”(一元高次方程)的著作,在数学史上具有里程碑意义。尤其难得的是,在此书的序言中,李冶公开批判轻视科学实践活动,将数学贬为“贱技”、“玩物”等长期存在的士风谬论。
公元1261年,南宋杨辉(生卒年代不详)在《详解九章算法》中用“垛积术”求出几类高阶等差级数之和。公元1274年他在《乘除通变本末》中还叙述了“九归捷法”,介绍了筹算乘除的各种运算法。公元1280年,元代王恂、郭守敬等制订《授时历》时,列出了三次差的内插公式。郭守敬还运用几何方法求出相当于现在球面三角的两个公式。
公元1303年,元代朱世杰(生卒年代不详)著《四元玉鉴》,他把“天元术”推广为“四元术”(四元高次联立方程),并提出消元的解法,欧洲到公元1775年法国人别朱(Bezout)才提出同样的解法。朱世杰还对各有限项级数求和问题进行了研究,在此基础上得出了高次差的内插公式,欧洲到公元1670年英国人格里高利(Gregory)和公元1676年-1678年间牛顿(Newton)才提出内插法的一般公式。
14世纪中、后叶明王朝建立以后,统治者奉行以八股文为特征的科举制度,在国家科举考试中大幅度削减数学内容,宋元时期重要的数学典籍几乎全部散失,于是自此中国古代数学便开始呈现全面衰退之势,实为科学史上的憾事。
中国古代医药学著作居各门科技著作之首,现存约8000多种,不仅文献丰富,分科齐全,而且医理独特,形成了完整的理论体系。春秋战国时成书的《黄帝内经》,是我国第一部最重要的医学著作。
孙思邈(581—682),唐医学家,京兆华原(今陕西耀县)人,少时因病学医,对医学有较深研究,并博涉经史百家学术,兼通佛典。曾总结唐以前临床经验和医学理论,收集方药、针灸等内容,著有《千金要方》《千金翼方》,其书首列妇女、幼儿疾病,并倡立脏病、腑病分类,具有新的系统性,在医学上有较大贡献。
王惟一,北宋医学家,曾为仁宗、英宗朝御用医官。天圣四年(1026)参与官修《铜人腧穴针灸图经》,在总结古人针灸医疗实践基础上,考定明堂图经络孔穴,并铸成立体铜人孔穴模型,后又参预校正《黄帝八十一难经》。《铜人腧穴针灸图经》等流传至日本、朝鲜等国,对东亚地区针灸医学有重要影响。
钱乙(1032—1113),北宋儿科医学家,字仲阳,郓州(今山东东平)人,曾任太医丞。世传《小儿药证直诀》,为其学生阎孝忠收集整理钱氏的医学论述而成。其辨证用药多根据藏象理论,书中所述“五脏补泻”诸方后世颇多采用。所著又有《伤寒指微论》,已佚。
沈括(1031—1095),北宋科学家、政治家,字存中,杭州钱塘(今属浙江)人。曾举进士,历仕三司使、军器监及司天监等职。政治上支持王安石变法革新,积极参与制订新法、整顿盐政、兴修水利、抑制兼并及发展生产,又参与军制改革,率兵击败西夏进犯。后因徐禧失陷永乐城,牵连坐贬。精研科技及医药学,曾编撰《梦溪笔谈》《修城法式条约》《灵苑方》《沈氏良方》《天下州县图》《十二气历》和《极星位置图》等。对天文、方志、水利、律历、音乐等均有深入研究,并多创见(如首先为石油命名)。对医药学重视实践,所著订正不少药物的名称和效用。曾从民间收集验方,“目睹其验,始著其篇”,根据实践经验,纠正《神农本草经》中谬误。所著《灵苑方》《沈氏良方》,已佚。今传名著《梦溪笔谈》,内含不少医药学内容。又有《苏沈良方》,多为其所收集民间验方,为后世医家所重视。
李时珍(1518—1593),明代杰出医药学家,字东璧,号濒湖,蕲州(今湖北蕲春)人。家世业医,注重药物研究,重视临床实践。曾长期上山采药,并深入民间,向农民、渔民、樵民、药农、铃医请教,参考历代医药及有关书籍八百余种,对各种药物亲自鉴别考证,纠正了古代《本草》书中药名、品种、产地等错误,并收集整理宋、元以来民间发现的多种药物,经27年艰苦劳动,著成《本草纲目》。其书收录诸家《本草》所载药物共1518种,新增药物374种,总结了16世纪以前我国古代人民的药物经验,对后世药物学发展作出了重大贡献。所著又有《濒湖脉学》《奇经八脉考》流传于世。另有《五脏图论》《三焦客难》《命门考》等,已佚。
张景岳(1562—1639),明代医学家,名介宾,字会(惠)卿,会稽(今浙江绍兴)人。曾学医于金英(梦石)。精研《内经》,历时三十年为之整理注释,著有《类经》《类经图翼》《类经附翼》等。其医论以“明阴阳、辨六变”为纲,用以分析人体生理活动及病机变化。曾倡“阳非有馀,真阴不足”论,治法注重补益“元阳”及“真阴”,并自订不少医方,为世医家所重视。所著又有《景岳全书》《质疑录》等,于医学理论颇多阐发。
中国古代农业发达,农业技术发展全面,无论是耕作技艺、品种改良、水肥管理,还是各种农具的发明和改进,都达到古代世界的先进水平。在不同的历史时期,都有一些学者和官员重视对农业生产技术的概括和总结,撰写了大量的农学著作。我国古代农学著作之多,为世界各国之冠,共有370多种。现存最早的农学著作是公元前3世纪后期的《吕氏春秋》一书的《上农》《任地》《辨土》和《审时》4篇,主要论述了农业生产的重要性和因时因地制宜,充分发挥人的主观能动性问题,在理论上有重要价值。公元6世纪北魏贾思勰(约480—550)所著《齐民要术》,是世界现存的最早、最完整系统的农学著作,全书共92篇,包括农作物栽培育种、果树林木育苗嫁接、家畜饲养和农产品加工等内容。书中所载一些农学和生物学知识在世界上保持领先地位达1000多年。此外,汉代的《记胜之书》、南宋陈濛(1076—1156)的《农书》、元代王祯(1271—1368)的《王祯农书》和明代徐光启(1562—1633)的《农政全书》等都是我国古代著名的农学著作。
3.?1.?5? 陶瓷技术
据考古发现,早在一万年前中国人就已制造陶器。四千多年前的商代出现了以高岭土制成的白陶,以后逐渐发展成为瓷。瓷器的发明也是我国对世界科技的独特贡献。东汉时期制瓷技术已渐趋成熟。唐宋时期的青瓷称盛一时,有“青如天、明如镜、薄如纸、声如罄”的美誉。宋元时期制瓷工艺技术达到了新的更高的水平,无论在瓷器的胎质、釉料、纹饰,还是在瓷窑结构和烧制技术等各方面,都有很大提高。明清时期是制瓷业高度发展的阶段,精致白釉烧制“窑变”釉色,以及各种彩瓷的制造是这一时期制瓷技术的重大成就,推出了大量精品和传世之宝。中国的瓷器早在隋唐时期即远销国外,10世纪以后制瓷技术陆续传到亚洲一些国家。欧洲人则是在15世纪下半叶学会制瓷的。
中国是最早养蚕和织造丝绸的国家。商代的丝织物已有斜纹、花纹等一些复杂纹样。西汉时丝织技术提高到新的水平,织物品种有绢、罗纱、锦、绣、缔等,制作方法有织、绣、绘等,颜色和图形也多种多样,极为丰富。此时已发明提花织机,其功能是可以按事先设计好的程序使经纬线交错变化而织出预定的图样来。唐宋时期丝绸印染和印花工艺进一步发展,并织造出“织锦”和“缂丝”等新的高级丝织品。元代发展出了“织金锦”,明清两代又发展出了“妆花”。我国的丝织物在公元前4世纪就远销国外,公元5—6世纪间波斯曾派专人来我国学习,其后丝织技术才传到欧洲。
中国古代建筑技术在奴隶制时代与一些文明古国相比是落后的。战国时期以后,我国的建筑物逐渐形成了自己的独特风格,留下了许多不朽的杰作。万里长城是世界建筑奇迹之一。唐代长安城,明清两代的北京城,其建筑的宏伟、规划的严整,代表了我国古代都市建设与宫殿建筑的高超水平。我国古代建筑以木构架结构为主要特点,山西应县宋代木塔,高达67.31米,经历近千年的风雨和多次地震,仍完好屹立,是世界现存最高的木构架结构建筑。我国古代许多桥梁和水利设施的建设也表现出了形式多样,构思精巧,结构合理的高水平建筑技术。如隋代工匠李春设计的河北赵州桥,采用了“敞肩拱”桥形,比国外要早1200多年。北宋时期福建泉州建洛阳桥,先抛石入海筑堤,又种植牡蛎以固桥基,建成长为834米的大桥使用至今。战国时李冰父子带领修建的四川都江堰,在总体布局、堤坝修筑、水道疏浚、就地取材、灌溉与防洪兼顾等方面,都相当完善,相当科学。北宋时李诫(?—1110)编著的《营造法式》是一部重要的建筑技术专著,该书全面地总结了古代建筑经验,对设计和规范、技术和生产管理等都有系统论述,是世界建筑史上的珍贵文献。
3.?2? 封建社会中国科学技术的特点
与古代世界各国科技文明相比较,古代中国科学技术在具体的科学发现和技术发明上,和它们有着许多相同、相通或相似之处。但是,由于时空的差异和各国社会、经济、文化背景的不同,古代中国科学技术在整体上又表现出自身的特点。
在中国这块疆土上产生的古代科学技术,几千年来一直在延续地发展着,总的进程未曾中断,受到外来的影响不多,在这方面与其他国家的古代科技文明不甚相同。古代埃及、两河流域、古印度和古希腊,在奴隶社会都创造过辉煌的科技成就,但都在外族入侵或不明的原因下中断,未能在后来的封建社会中延续。古代阿拉伯则完全是在外来文化的基础上发展自己的科学技术。而古代中国的科学技术发端于本国的奴隶社会,进入封建社会后,虽时缓时速,但一直在继续发展,直至近代西方科学技术传入后才逐渐衰落。其延续发展的时间跨度之大,是世界上绝无仅有的。
古代中国的科学技术产生于奴隶社会,在奴隶社会向封建社会过渡约春秋战国时期奠定基础,至秦汉时期形成体系,此后伴随着中国封建社会的上升而进步。在封建社会鼎盛期的宋代出现了科学技术发展的高峰。到明清以后,又随着封建社会的衰败,科学技术的许多学科和门类日渐停滞。尤其是在欧洲崛起的近代科学技术面前,逐渐相形见绌。可见,古代中国科学技术的主体部分是中国封建社会的产物,它的形成、发展以至衰落,是同封建社会的总进程休戚相关的。在这方面,恰与欧洲中世纪封建社会几乎没有任何科学技术上的建树的落后状况形成鲜明对照。
古希腊自然科学,特别是数学、天文学,理论性较强,科学思想、科学方法都达到了较高的水平,这些正是古代中国科学所欠缺的,中国古代科学基本上都是实用性的。如农学,大体上都是各种农业生产具体经验的记载,很少有理论的概括和总结。天文学基本上就是为制订历法服务的,虽然天象观测上有许多成果,却极少探讨理论问题,更未深入研究宇宙结构模型。数学始终是以计算见长,注重解释实际问题,理论性的研究相当薄弱。医学是个例外,中医有较深厚的基础理论。西方近代科技传入后,传统科学各学科逐步为其所取代,唯有医学依然保持着强大生命力,继续为人类造福,这与它的理论性强不无关系。