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那些遠去的中國古代科技成就,二十四大發明引領技術巔峰

科學傳統起源於西方,“科學”一詞是近代才在中國廣泛運用。作為歷史悠久的國度,我國古代科學技術的典型成就有哪些?它們是如何影響了中國的歷史進程?

如果按照歷史書中常談到的“農、醫、天、算”四個方面來分析古代科學成就,我們會發現,中國古代農業和古代醫學並不屬於科學範疇。最能代表我國古代科學成就的還是天文學和數學,即“天”、“算”。

這兩門學科在我國古代聯繫得十分緊密,因為對日月五星運行規律的認識以及日食、月食的推測,

都離不開數學上的計算。

舉一個例子,漢代已形成的“談天三家”—也就是當時古人對宇宙的三種認識,分別是“蓋天說”、“渾天說”與“宣夜說”。除了“宣夜說”有點玄奧抽象外,“蓋天說”與“渾天說”均是由數學模型作為支撐的。

儘管兩者建構了不同的宇宙模型,但是有一條是共同堅守的,就是“日影千里差一寸”,也即八尺之表的日影,在子午線方向上千里會差一寸。

而“日影千里差一寸”最早源自《周髀算經》,該書既是一部數學著作,也是一部天文學著作。需要說明的是,“千里差一寸”的論證是錯誤的,一直到了唐代,一行和尚通過實測,才使它壽終正寢。

我國古代天文學還把地上的事物都搬到天上,形成了獨具特色的“三垣二十宿”體系。該體系是天上、人間對應比附的產物,是軍國星占體系的一種反映,即為戰爭勝負、王室興衰、年成豐歉等軍國大事服務的,

但這已經走出了科學的範疇。

我國古代數學的基調是由成書於漢代的《九章算術》確立的。那麼《九章算術》的基調是什麼呢?就是服務於實際生產生活的應用問題集:一題一答一術。

“題”就是題目,“答”就是答案,“術”就是演算法。那麼推理、論證的過程呢?書中是查不到的,

因為根本就沒寫。所謂“九章”,就是9大類應用題目,比如“方田”是計算土地面積的問題集,“商功”是計算各種工程(溝渠、倉窖等)的土方、人工等。

經常有人將《九章算術》與古希臘歐幾裡德的《幾何原本》作對比,這兩部書的確也代表了東西方不同的思維風格,一個是以“算”為特徵的實用化體系,一個是以“證”為特徵的演繹邏輯體系。

說到我國古代數學,大家都會聯想到南朝祖沖之在圓周率上的貢獻。不過,祖沖之的《綴術》已經失傳,他對圓周率的推算,學界認為是在魏晉時期劉徽“割圓術”的基礎上得到的。當時要計算出密率355/113的確是很了不起的成就,要知道那個年代要用算籌去計算開方在內的大數目運算,難度可想而知。

在我國古代的科學門類中,物理學、化學較天文學、數學經驗性成分更多,包括北宋沈括在《夢溪筆談》中的眾多記載,基本是經驗現象的羅列與陳述,當然不乏一些細緻的觀察與描述。

唐代中葉到元代中葉是我國古代數學發展的黃金時期,特別是宋元時期達到了頂峰。發展到高峰的標誌有二:首先是數學著作繁興,宋代前後不到300年竟出了50本之多;其次是水準高,就是在演算法的改進與抽象化程度方面前進了許多。無論是高次方程的近似解法、多元一次方程組的解法、高階等差級數、同餘方程組解法等,都達到了當時世界上的最高水準。

從元中葉到明末,中國古代數學整體江河日下,以至於當時學界竟然連宋元時期的數學著作都讀不懂了。到了明末,隨著傳教士的東來,西方的數學知識開始譯介、引入;後來又經過清末第二次“西學東漸”,直到20世紀初我國數學才匯入世界數學發展的洪流。

談到我國古代的技術成就,大家首先想到的會是“四大發明”,但這一話題談的太多。從技術史專業的角度來看,近些年提出的“中國二十四大發明”更值得關注。

這“二十四大發明”,除了少量不屬於技術的專案外(如漢字、十進位計數法等),大部分的確代表了我國古代技術成就的精華,比如粟作和稻作、以生鐵為本的鋼鐵技術、木結構的營造技藝等。但綜合來看,我國以農業生產與天文觀測方面的技術成就最為突出。

農業技術創新方面,我國漢代創制的三件農事器具值得一提。其一是耬車,也叫耬,華北地區稱之為耩子。耬車是一種北方用的條播器具,能夠同時完成開溝和下種程式,後來又在耬車後面拖上覆蓋種子的構件,就更加便於耕種了。耬車的發明,使得單位面積土地上播種量減少,並且有利於之後的田間作業。

其次是翻車,也就是後世稱之為“龍骨水車”的灌溉(或排澇)農具。到了元代,出現了多種形式的翻車,有腳踏翻車、牛轉翻車、水轉翻車等。明代《天工開物》提到一種輕巧的手搖翻車(也叫拔車)。翻車是我國古代江南地區應用最廣泛的提水、排澇農具,也是世界上最早應用鏈傳動的技術設施。

還有一種是風扇車,也叫扇車,是一種清選農具,能夠合理、有效地利用人為產生的風力把糧食籽粒與糠秕分開。唐代詩人徐來軍寫有一首《調笑令》:“翻倒,翻倒,喝得醉來吐掉。轉來轉去自行,千匝萬匝未停。停未?停未?禾苗待我灌醉。”

這裡描述的就是我國唐代時期出現的一種新式提水器具——筒車。大型的筒車遠遠望去就像現代的摩天輪,只不過輪的週邊懸掛的是竹筒,在流水的衝擊下,竹筒在低處兜水,轉到高處時傾瀉到水槽中,水槽通向田地裡進行灌溉。到了宋代,筒車得到普遍應用。現在湖南西部、廣西北部的溪流邊,還能見到筒車的身影。

宋元時期是我國古代技術發展的高峰。北宋曾公亮1044年完成的《武經總要》是我國古代軍事技術全面、系統的反映;北宋李誡于1100年成書的《營造法式》是我國古代木構建築技術達到純熟的標誌;元代王禎1313年寫就的《農器圖譜》是我國古代農事器具的集大成之作。

特別值得一提的是北宋1092年由蘇頌、韓公廉製成的水運儀象台,是我國古代最為複雜的天文儀器。該儀器集渾儀、渾象、圭表、計時與報時為一體,實物高12米,寬7米,蔚為壯觀。這部儀器不像魏晉南北朝那些“奇器”徒有盛名而無法得其傳,因為蘇頌留下了製造這部儀器的《新儀象法要》,並附有插圖66幅圖,後人根據這本書完全可以進行復原。

2012年8月國際天文聯合會在北京召開大會期間,由中科院自然科學史研究所與清華大學等單位復原的模型(原物的1/3)在北京國家會議中心展出,轟動一時。

元代天文儀器上的改進最重要的當屬郭守敬設計的簡儀。簡儀是針對渾儀而言,顧名思義,是簡化了的渾儀。他改進的方法是把赤道裝置與地平裝置分開,去掉一些不必要的環,又在刻度上精細化,使得觀測精度更加精准。

明末1637年宋應星完成的《天工開物》,系統總結了我國農業、手工業方面的技術成就。但是這就像是快下山的夕陽,在迴光返照時眷戀了一下古老的中華帝國,隨後在西方世界轟轟烈烈的工業革命大潮下,中國則與主流技術前沿漸行漸遠。

難度可想而知。

在我國古代的科學門類中,物理學、化學較天文學、數學經驗性成分更多,包括北宋沈括在《夢溪筆談》中的眾多記載,基本是經驗現象的羅列與陳述,當然不乏一些細緻的觀察與描述。

唐代中葉到元代中葉是我國古代數學發展的黃金時期,特別是宋元時期達到了頂峰。發展到高峰的標誌有二:首先是數學著作繁興,宋代前後不到300年竟出了50本之多;其次是水準高,就是在演算法的改進與抽象化程度方面前進了許多。無論是高次方程的近似解法、多元一次方程組的解法、高階等差級數、同餘方程組解法等,都達到了當時世界上的最高水準。

從元中葉到明末,中國古代數學整體江河日下,以至於當時學界竟然連宋元時期的數學著作都讀不懂了。到了明末,隨著傳教士的東來,西方的數學知識開始譯介、引入;後來又經過清末第二次“西學東漸”,直到20世紀初我國數學才匯入世界數學發展的洪流。

談到我國古代的技術成就,大家首先想到的會是“四大發明”,但這一話題談的太多。從技術史專業的角度來看,近些年提出的“中國二十四大發明”更值得關注。

這“二十四大發明”,除了少量不屬於技術的專案外(如漢字、十進位計數法等),大部分的確代表了我國古代技術成就的精華,比如粟作和稻作、以生鐵為本的鋼鐵技術、木結構的營造技藝等。但綜合來看,我國以農業生產與天文觀測方面的技術成就最為突出。

農業技術創新方面,我國漢代創制的三件農事器具值得一提。其一是耬車,也叫耬,華北地區稱之為耩子。耬車是一種北方用的條播器具,能夠同時完成開溝和下種程式,後來又在耬車後面拖上覆蓋種子的構件,就更加便於耕種了。耬車的發明,使得單位面積土地上播種量減少,並且有利於之後的田間作業。

其次是翻車,也就是後世稱之為“龍骨水車”的灌溉(或排澇)農具。到了元代,出現了多種形式的翻車,有腳踏翻車、牛轉翻車、水轉翻車等。明代《天工開物》提到一種輕巧的手搖翻車(也叫拔車)。翻車是我國古代江南地區應用最廣泛的提水、排澇農具,也是世界上最早應用鏈傳動的技術設施。

還有一種是風扇車,也叫扇車,是一種清選農具,能夠合理、有效地利用人為產生的風力把糧食籽粒與糠秕分開。唐代詩人徐來軍寫有一首《調笑令》:“翻倒,翻倒,喝得醉來吐掉。轉來轉去自行,千匝萬匝未停。停未?停未?禾苗待我灌醉。”

這裡描述的就是我國唐代時期出現的一種新式提水器具——筒車。大型的筒車遠遠望去就像現代的摩天輪,只不過輪的週邊懸掛的是竹筒,在流水的衝擊下,竹筒在低處兜水,轉到高處時傾瀉到水槽中,水槽通向田地裡進行灌溉。到了宋代,筒車得到普遍應用。現在湖南西部、廣西北部的溪流邊,還能見到筒車的身影。

宋元時期是我國古代技術發展的高峰。北宋曾公亮1044年完成的《武經總要》是我國古代軍事技術全面、系統的反映;北宋李誡于1100年成書的《營造法式》是我國古代木構建築技術達到純熟的標誌;元代王禎1313年寫就的《農器圖譜》是我國古代農事器具的集大成之作。

特別值得一提的是北宋1092年由蘇頌、韓公廉製成的水運儀象台,是我國古代最為複雜的天文儀器。該儀器集渾儀、渾象、圭表、計時與報時為一體,實物高12米,寬7米,蔚為壯觀。這部儀器不像魏晉南北朝那些“奇器”徒有盛名而無法得其傳,因為蘇頌留下了製造這部儀器的《新儀象法要》,並附有插圖66幅圖,後人根據這本書完全可以進行復原。

2012年8月國際天文聯合會在北京召開大會期間,由中科院自然科學史研究所與清華大學等單位復原的模型(原物的1/3)在北京國家會議中心展出,轟動一時。

元代天文儀器上的改進最重要的當屬郭守敬設計的簡儀。簡儀是針對渾儀而言,顧名思義,是簡化了的渾儀。他改進的方法是把赤道裝置與地平裝置分開,去掉一些不必要的環,又在刻度上精細化,使得觀測精度更加精准。

明末1637年宋應星完成的《天工開物》,系統總結了我國農業、手工業方面的技術成就。但是這就像是快下山的夕陽,在迴光返照時眷戀了一下古老的中華帝國,隨後在西方世界轟轟烈烈的工業革命大潮下,中國則與主流技術前沿漸行漸遠。