赫赫金鑰|中國科學技術史

主要據杜石然等中國科學技術史稿,太過無聊,要捏著鼻子讀下去。這本書錯別字不少,應該已經超過質檢標準了,可能是 OCR 的錯誤。參考華覺明、馮立昇主編中國三十大發明,大象出版社,2017;中國古代重要科技發明創造疇人傳。以名詞解釋爲筆記的基本單元,原書以斷代爲綱,我以學科爲綱。202204 初步完工

作者 杜石然、范楚玉、陈美东、金秋鹏、周世德、曹婉如

出版社 北京大學出版社

出版時間 2012-02

千字 720

豆瓣評分 7.6

概論

原始社會 新石器時代,已掌握利用熱脹冷縮,從地層中開採石料的技術。北京人是現存最早使用火的遺跡之一,已懂得保存火種,用的是用灰土蓋上,使其陰燃。

商周 農業、青銅、陶瓷等技術又了很大提高。爲了輔助農業生產,需要制定曆法,觀察日月星辰的運行,天文學、數學藉此發展起來,但仍停留在經驗積累認識階段。青銅工具的使用,全面推動了農業、手工業的發展。燒製陶器的經驗爲青銅冶煉提供了高溫和材料方面的技術,青銅冶鑄又促進了製陶技術的改進。陰陽、五行、八卦等學說出現,但帶有濃厚的神秘色彩。

春秋戰國 春秋戰國是古代科學技術的奠基時期。生鐵冶鑄柔化技術、塊煉鐵滲碳鋼技術的出現,對社會生產力發展產生深遠影響。鐵器的推廣使得生產力大大發展,給農業手工業提供了前所未有的高效率工具。手工業出現了很多新部門,如冶鐵、煮鹽、漆器。與小農經濟相適應的精耕細作傳統初步形成,與農業生產密切相關的土壤學、生物學知識得到初步總結。大規模水利工程的興修是了工程技術的進步。考工記是當時手工業生產技術的總結;墨經顯示出初始的實驗精神。天文學開啓定量的進程,四分曆是後世曆法的先聲。數學伴隨著農業、手工業、工程、天文學的發展而發展起來,十進制算籌爲後世計算數學體系打下基礎。醫學取得長足進步,到戰國末期已形成完整的內經體系。

秦漢 秦漢時期各學科體系形成,許多生產技術趨於成熟。農業生產在戰國輪作制基礎上進一步發展,依靠精耕細作提高單產的技術確立。神農本草經奠定後世本草學基礎,傷寒雜病論確立了理、法、方、藥的辨證原則。曆法已具備後世曆法的主要內容:氣朔閏五星交食晷漏的計算。天文儀器天象紀錄等都形成了自己的傳統。九章算術標誌著籌算體系的形成。漢書地理志開闢了沿革地理研究的新領域。生產技術方面,主要的冶鐵技術、紡織機械、農具均已出現。馬王堆的五彩繽紛的紡織品、地圖展示了紡織技術、地圖測繪技術的巨大發展。造紙術出現並得到重大改進。龐大的樓船,櫓、舵、帆的發明,是船舶技術臻於成熟的標誌。長城、馳道、棧道、水利的興修,表明大規模土木工程技術發展到很高水平。

絲綢之路自漢至唐千年間,我國出口絲綢、鐵器、漆器,相應的絲帛生產技術、冶鐵術、髹漆技術也傳播到了朝鮮日本東南亞、中亞、西亞、南亞各國。

魏晉南北朝 古代科技體系在三國兩晉南北朝時期進一步充實提高。由於政權對立,各政權爲了自身的生存,都採取了政治經濟方面的改革措施,使農業、手工業生產進一步發展。少數民族的南下,促成空前的民族大融合。劉徽、祖沖之、張子信在數學、天文學方面的成就,發展充實了數學、天文學體系。賈思勰齊民要術標誌著農學的成熟。王叔和脈經、皇甫謐針灸甲乙經、陶弘景神農本草經集注從不同側面豐富了中醫藥學。裴秀提出的製圖六體創立了地圖學的基本理論。陶瓷、冶煉、紡織技術也取得突破,馬鈞、葛洪在機械、煉丹方面取得很高造詣。

隋唐五代 隋唐國家強盛,能夠徵集大量人力物力財力進行大規模工程建設。開鑿大運河、興建長安洛陽體現了強盛國力。第一部官方藥典新修本草僅用兩年多便編纂完成。一行大地測量,南到交州,北到鐵勒,若非全國統一,無法進行。中外交流頻繁,豐富了科學技術知識。由於國際交流發展的需要,刺激了手工業生產,如造船、纺织、造紙、陶瓷。

唐政府設有專門的手工業管理機構,制定了一套完整的制度,比如工匠學習期限。南方絲織業逐漸超過北方,銅鏡、金銀器精緻美觀,巧奪天工。唐三彩是陶瓷史上的瑰寶。茶業興起,成爲重要稅收來源。

宋遼金元 宋元科學技術發展到了高峰,有博聞強識的科學家沈括,有世界級的數學家朱世傑、賈憲、秦九韶、楊輝,天文學家楊忠輔、姚舜輔、郭守敬;有蘇頌、韓公廉的水運儀象臺,有首創活字印刷的畢昇;地圖學家朱思本,農學家陳旉、王禎;醫學家劉完素、張從正、李杲、朱震亨、危亦林、滑壽、錢乙、宋慈;發明機械的燕肅、吳德仁⋯⋯宋元數學家找到了三次以上方程的求解方法。郭守敬發明三次內插法;開展大規模大地測量。宋代輪船取得進一步發展;唐代農具和水利事業、農田建設事業的發展,爲宋朝農業生產奠定基礎。

明代,數學、天文學幾乎停滯。從十六世紀開始,中國的科學落後於西方。

上編:科學史

一、天文學

天文

干支。甲骨文就有完整的六十干支。月建。戰國出現太歲紀年。十二時辰。

圭表。至遲春秋時期就形成了用圭表測定二至的方法。表高八尺,圭長一丈三尺,漢代就已經在圭表上開溝渠。

曾侯乙墓漆箱蓋是最早的二十八宿記錄。

占經有石氏星表,121 星的赤道度、黃道內外度。1977 阜陽漢文帝十五年二十八宿圓盤,與占經古度基本相合。有人認爲,今度測於石申時代,古度測於公元前 6 世紀。

馬王堆帛書五星占:木土金的會合週期動態表,與顓頊曆有密切關係,比甘氏石氏有了很大進步。

天象紀錄。古代中國有最多最精確的天象紀錄。春秋的日食、彗星紀錄。秦漢時期天象紀錄趨於完備,出現太陽黑子黑氣、超新星客星記錄。趨於詳盡精細:日食開始記載食分、方位、起虧方向、初虧復圓時刻;彗星、極光的記載也更詳細。日食紀錄最突出的作用是研究地球自轉速度變化。席澤宗對超新星的考察爲現代恆星演化理論做了非常重要的論證。

談天三家

蔡邕:

言天体者有三家:一日周髀,二日宣夜,三日浑天。宣夜之学绝,无师法。周髀术数具存,验天状多所违失,故史官不用。唯浑天者,近得其情。

宣夜說

東漢前期㕁萌:「天了無質,仰而瞻之,高遠無極」。天球並不是一箇固體的實質,日月星辰都靠氣運動於虛空之中。李約瑟中國科技史天文卷「古代和中古時期的宇宙觀念」

蓋天說

周髀算經是蓋天家說,王充也提到過蓋天說。天是半球形的盖子,地是覆碗,形成两个同心的圆盖,天地相距八萬里。北斗星居天之中。兩水落地,向下流到四个边缘,形成边缘海洋。地的边缘处,天高二萬里。日月星辰附於天而平轉,像磨盘一样由右向左旋转,日月虽然自有其由左向右的运动,但和它们所附着的巨轮相比则缓慢得多。天體不會到地下,白天黑夜的成因是,太阳只能照亮直径 167 000 里的地区,这一地区之外太阳还没有升起,而这一地区之内的人则正处于白昼。天穹不仅在极轴上旋转,而且还沿着轴上下滑动,太陽沿七箇平行赤纬圈衡周之間的轨道运行,它和北极的距离便随季节而改变,冬至点最靠外圈,夏至点最靠内圈。巴比伦曾存在类似的双重穹隆世界说,它既西传至希腊,又东传至中国。柏拉图 蒂迈欧篇也详细阐述了一种很相似的理论。

渾天說、張衡

惠施:星斗附麗於天,降到地平線下之後就是比地低了。又說「南方無窮而有窮」。這都反映了人們對蓋天說的懷疑,渾天說已經發展起來。

楊雄難蓋天八事。張衡渾天儀圖注是渾天說的代表:

渾天如雞子,天體圓如彈丸,地如雞中黃,孤居於內,天大而地小⋯⋯天地各乘氣而立,載水而浮。

張衡還提出五星運動快慢的解釋:「近天則遲,遠天則速」。認爲月食成因是月亮運動到了暗虛中。他測定日月視直徑是週天度的 1/730。

他還繪製了地形圖,流傳數百年。算出圓周率是 $\sqrt{10}$


魏晉南北朝

歲差:自轉軸方向不斷發生微小變化,使得冬至點在恆星閒的位置逐年西移。虞喜發現同一時節恆星的出沒比古代提前,說明太陽週年視運動一周天並非冬至一週歲,「天爲天,歲爲歲。」他的歲差是 50 年 1 度。何承天算出的是 100 年 1 度。祖沖之把歲差應用到曆法中。明天曆觀天曆統元曆的歲差都達到了 77 年 1 度的極高精度。

北齊張子信在海島上利用渾儀進行了三十多年的觀測,發現了太陽五星運動不均勻現象。他提出了內外道對日食的影響。

古代星圖源於蓋天說的蓋圖。孫吳陳卓星圖綜合甘氏、石氏、巫咸三家星圖,构成有283官、1464颗恒星的全天星官系统。錢樂之製渾象就是用的陳卓星圖。

唐初王希明步天歌把全天分爲 31 箇天區,繪有星圖。

敦煌星圖。唐中宗,是世界上現存最古老的星圖,有甲乙本。用黑色表示甘氏星,用黃色表示石氏星。甲本分赤道北極兩部分,赤道採用投影畫法,按十二次十二月的順序依次排列,每圖有太陽位置、昏旦中星說明,基本沿用禮記月令,十二次度數和晉書·天文志的陳卓體系一致,分野和乙巳占一致。乙本破損嚴重。

宋代進行了五次大規模恆星位置觀測。

  1. 1010 年韓顯符新制渾儀,以冬至點起算,得到外官星位。
  2. 1034 年景祐乾象新書的結果保存在宋史天文志
  3. 1049–1053 年周琮等鑄銅儀,明天曆記錄了這次結果,靈臺秘苑收錄了 345 箇星官的入宿、去極度。
  4. 王致遠按照黃裳原圖,刻蘇州石刻天文圖。有三箇同心圓,表示北極常顯圈、南極恆隱圈、赤道,28 條輻線表示二十八宿距度。蘇頌新儀象法要也用的這次結果
  5. 1102–1106 姚舜輔等,記錄於紀元曆,平均誤差只有 0.15 度。取代了一行的觀測結果。

郭守敬在 1276 年又進行一次測量,精度提高了約一倍。還測量了前人未命名的一千餘顆恆星。

沈括

夢溪筆談關於科技的條目占三分之一多,涉及數學、天文曆法、地理、氣象、物理、化學、兵器、水利、建築、動植物等等,保留了許多當時的科學技術成就,比如畢昇的活字印刷,高超的三埽施工法、灌鋼、磁針製備、水法煉銅。

沈括在司天監工作期間,推薦了衛樸進行改曆工作,1074 年修成奉元曆。他設計了純陽曆十二氣曆,小月三十日,大月三十一日。但招致攻擊,未被採用。19 世紀英國氣象局曾使用過相似的肖納伯曆。他設計了新的渾儀、浮漏、影表,提高了觀測精度。觀測到北極星距離天北極三度餘。推導出冬至晝夜長度超過百刻,夏至不及百刻。解釋了月亮陰晴圓缺的原理,將月亮比作彈丸,太陽照射形成光亮。

研究了隙積術,開後世楊輝、朱世傑之先河;會圓術求得弓形弧長近似公式,弧矢割圓術就利用了會圓術。他發現磁針「常微偏東,不全南也」。凹面鏡成像實驗,發現交點內則成正像,焦點上不成像,焦點外成倒像。將紙人放在弦上,做共振實驗。探詢雁蕩山,提出流水侵蝕作用。到太行山,發現了螺蚌,推斷出曾經這是海濱。還用木屑、麵糊製作立體地圖,寫上山川道路,廣受歡迎。審校醫藥方面的錯誤認識。

郭守敬

王恂負責曆法計算,郭守敬負責儀器製造、天文觀測,王恂死後負責授時曆定稿。設計了高表,發明景符,簡儀,觀測太陽位置用的仰儀,用恆星位置確定時刻的星晷定時儀等十餘種儀器。渾儀上的圈越來越多,簡儀將渾儀分解爲赤道、地平兩箇獨立的裝置,保留四遊,增加立運環,天空一覽無餘。在赤道環上安裝兩條界衡,用細線和極軸北端相連,將精度從 1/12 度提高到 1/36 度。又在赤道上置候極儀,軸線和極軸平行,以隨時校正赤道。仰儀利用小孔成像原理,太陽倒像投射在中空半球上的座標網,即可讀出太陽位置。組織規模空前的大地測量,在北京、太原、成都等 27 地設立觀測站,測量緯度、夏至影長、漏刻。重新測量二十八宿距度。

在此基礎上編製了授時曆,天文參數都非常準確,對日月五星運動的研究也達到了新的高度。吸收了以往曆法的成果:統天曆回歸年長度、歲實消長。創法五事:三次內插求太陽位置;近點月分 336 段,進行線性內插;弧矢割圓術進行黃赤轉換;黃白交週;廢棄上元積年;改用萬分小數。

他還主持了很多水利工程,勘測大運河;在大都西北修築白浮堰,解決通惠運河缺水的問題。他還提出海拔的槩念,以海平面爲標準比較大都、汴梁地勢高下。

儀器

落下閎改進渾儀,重新測定距度。耿壽昌鑄成渾象,用以演示天象。東漢賈逵提到民間天文學家傅安製成帶有黃道的渾儀,比過去僅有赤道的渾儀更精確。

張衡造水運渾象:以空心銅球表示天球,上畫二十八宿、黃赤道。天球半露於地平圈之上,半隱於地平圈之下,天球繞天軸轉動。利用漏壺的等時性,通過齒輪傳動,每日繞地旋轉一週。

李淳風法象志,論述前代渾天儀之得失。鑑於北魏鐵渾儀不夠精密,新造渾天黃道銅儀,增加十字水準;在六合儀、四游儀之間增加三辰儀,有赤道環、黃道環、白道環,分別用以量度恆星、太陽、月亮位置。由於黃白交點快速移動,黃道環上有 249 對小洞,每過一箇交點月,就把白道環移一格。

梁令瓚在李淳風黃道渾儀的基礎上設計黃道游儀,在赤道環和黃道環上每度打一孔,使黃道環可以沿赤道環移動,白道環可以沿黃道環移動。一行大力推薦。一行還與梁令瓚改進了張衡的水運渾象。

1031 年,燕肅發明蓮花漏法,使用漫流系統,在漏壺上方開孔,多餘的水由此溢出,消除了漏壺水位變化對流量的影響,大大提高精度。

圭表:爲克服表端因陽光散射而造成的模糊不清的問題,沈括提出了「副表」,蘇頌發明「望筒」。郭守敬發明「景符」,立四丈高表。刑雲路六丈高表,測得回歸年長度與理論值僅差 2s。

1088 年蘇頌、韓公廉水運儀象臺,將水輪、齒輪係、控制機構、計時器、渾儀、渾象集成一箇整體機械系統;由桿系、秤漏等構成的「天衡」,相當於近代鐘錶的擒縱機構。水輪在漏壺均勻水流的推動下、天衡的控制下,保持均勻速度轉動,同時驅動計時裝置、渾象、渾儀。渾象運行速度和天體視運動一致;渾儀的四遊、窺管隨天運轉。新儀象法要有詳細說明。

曆法

二十四節氣。立春、雨水、惊蛰、春分、清明、谷雨、立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑、立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒

太初曆提出無中置閏法,提出 23/135 的交食週期。淮南子天文訓提出了 13 7/19 的月平行速。

東漢初期,李梵、蘇統發現了月行遲疾、「一月移故所疾處三度,九歲九道一復。」

四分曆測定的黃赤交角已達到較高的精度;增加了昏旦中星、晝夜漏刻、晷影長度的計算。

乾象曆發明月離法;首次提出黃白交點退行,實際上已經暗示交點月長度;提出十五度半的食限。

玄始曆首次打破十九年七閏的舊閏法,調整了回歸年與朔望月之間的關係。

祖沖之明確提出了交點月的槩念,與今測值密合。五星會合週期的誤差也大大減小。

何承天爲解決「合朔月食不在朔望」的問題,創立定朔。劉焯皇極曆用定朔法,他創立等間距二次內插,提高了交食精度。傅仁均戊寅曆用定朔注曆,因四連大而改回平朔。李淳風麟德曆將章蔀紀元統一爲統法,用定朔注曆,發明進朔,減少了四連大三連小的可能,廢除閏週,直接以無中氣爲閏月。

張冑玄大業曆在五星計算上首創利用等差級數提高動態表精度的方法,金星密合,水星僅差 0.001 日。這一時期交點月長度誤差都在 1s 以下,近點月長度誤差也僅在 1.5s 左右。郭獻之五紀曆交食週期爲 716 月 122 食,與 19 世紀末 Newcomb 週期是等價的。

一行大衍曆重新測量二十八宿距度,廢棄了沿用八百多年的數據。他認爲日月星辰的運動有其自身規律,通過反覆實測,可以得到較爲準確的結果。領導了大規模大地測量,是世界上第一次子午線實測,范围到了唐朝疆域的南北兩端,測量北極高度、四正影長。否定了「地隔千里影差一寸」的臆說。他得出南北相差 351 里 80 步,北極高度相差 1 度,卽 129.22 km/度,與實際値 111.2km/度 相差較大。大衍曆結構清晰,分七章,這箇結構一直沿用到授時曆。日躔表根據定氣編製,創立不等間距二次內插。交食計算創立了計算視差影響的經驗公式。

明代,吳伯宗李翀翻譯回回曆法和曆表,此後與大統曆參用。馬德魯丁和三子著回回曆法元統重新測定參數,作大統曆法通軌。阮元認爲歲實是消極而長,元統也有道理。

明代天文數學沒有什麼建樹,只是有保存勾股弧矢古術的功勞。比如唐順之善回回曆法,但不知「最高」,只說是歲差累積造成的,「讀測圓海鏡而不知立天元術」。

朱載堉聖壽萬年曆律曆融通,折衷大統授時斗分,消長用連續變化,每年一秒太;以律呂爻象爲本原。刑雲路上疏大統後天二刻,應當調整諸應,不報。魏文魁曆測曆元,取消歲實消長,用365.2427,考大明壬寅歲、至元辛巳歲都能與實測相合。弧矢割圓周三徑一有誤,應該是3.1213。刑雲路魏文魁古今律曆考,認爲郭守敬考定祖沖之以來的冬至記錄有問題;反對月食時差。梅文鼎、阮元對其評價甚低,「著作等身,而一無心得」,主中法以難西法,但遠遜唐宋曆家,只是意氣相爭。

徐光啓1562–1633跟隨利瑪竇學習,翻譯幾何原本測量法義等。又引伸測量法義,作勾股義,進一步闡明顧應祥測圓海鏡分類釋術。崇禎二年日食,徐光啓用西法應驗,說授時法在當時就不合,郭守敬也無可奈何,現在請求改曆:歲差在不斷變化,每日測驗日行經度,每夜測定月行經緯度,密測五星經緯,修改食差。日食時差,舊法有距午分,但實際上七政都繞黃道運行,不繞赤道運行,距午分實際上應該是以黃道而言,舊法卻用赤道而言。又請求造儀器:象限大儀、紀限大儀等等。又說關於測時儀器,指南針非正南,所得正午時刻不合,應改用臬表,根據日出入之影來劃定東西,這樣交食的討論才能排除時間干擾。日行最高最低與二至不是重合的,只有在紹興年間才重合,郭守敬時候相距不遠,所以不覺。而月亮運行,古曆都是只有一轉週,西法還有兩次輪。

李之藻1565–1630以西法爲宗,認爲西法有中法沒有的,比如七政各有一重天,層層包裹;恆星二萬七千年轉一週;小輪解釋順逆遲疾等等;跟隨利瑪竇學習,翻譯大量利瑪竇著作,與徐光啓同修新法;渾蓋通憲圖說介紹平儀星盤的使用。

徐光啓沒後,李天經1579–1659代徐修新法,他墨守陳規,完成了徐光啓的工作,十年如一日。

清代一共行用過四套時憲曆,分別是西洋新法曆書1645-1665、1670-1679,康熙永年曆法1680-1726,曆象考成1727-1733,曆象考成後編1734-1913。明末,在徐光啓、湯若望的領導下,崇禎曆書編製完成,成爲後來中國學者學習西方天文學的源流。進入清朝後,湯若望將崇禎曆書刪定爲西洋新法曆書,獻給清廷,頒行於世。南懷仁又編訂康熙永年曆法。後來有人修訂西洋新法曆書,編成曆象考成,以康熙二十三年甲子年爲曆元,稱甲子元曆。到雍正八年1730年,預測日食不合,命戴進賢、徐懋德修訂,編制新的曆表。但是只有表,其他人不懂原理,顧琮上奏,請以梅瑴成爲總裁,何國宗副總裁,增修說明,成十卷,與曆象考成合成一秩,稱曆象考成後編。以雍正元年癸卯1723年爲曆元,稱癸卯元曆。癸卯元曆引入了牛頓月球運動理論,月球經緯度計算精度大大提高。

黃宗羲1610–1695精於曆算,用授時通軌推算孔子誕辰,襄公二十一年冬至「四十七日五千二十四」。指出了衛樸論春秋日食的錯誤。著有大統曆法辨時憲曆法解新推交食法授時曆法假如西洋曆法假如等。

徐發天元曆理,論日月五星的運行。根據竹書紀年世經之非。三正斗建說。以大統爲基礎,更改參數,成新曆,推算古史。

梅文鼎1633–1721,著述廣博。經李光地引薦,梅文鼎見到了康熙。有疏證、補註、訂正授時曆大統曆的著作,包括冬至考、立成等。爲明史撰修大統曆志,分法原、立成、推步。還介紹第谷對火星的推算。用球面三角來進行黃赤轉換。又有地面經緯度的算法,通過斜弧三角,已知兩地北極高度、相距經度,可以求距離。又有關於天文儀器的著作,比如漏壺、日晷等;測影捷法提出南北里差是一箇正切餘切的問題;改進渾蓋、月道儀等,擴展了度量範圍。利瑪竇帶來西方幾何,當時人無暇深究,梅文鼎會通中西,作中西算學通,籌算,筆算,尺算,發明矩算,引入對數。少廣拾遺勾股闡微,將九章周髀的開方勾股法推演完畢。

梅文鼎相信消長,比如袁黃的新法將回回立成融入大統之中,梅文鼎評價「竟削去最高之算,又直用大統之歲餘,而棄授時之消長,將逆推數百年已不效」

曆學疑問論中西法,說西法是爲了補中法之未備,比如日五星之最高加減,就是中法之盈縮曆,五星之歲輪即中法之段目,恆星之東行即歲差,日躔過宮即定氣。中法是記錄運動的結果,西法是推運動的原因。中法不具備的是五星緯度。他證明地圓說,各地的人都是直立的,北行二百五十里,北極高一度,南星少見一度,證明是正圓。歲差方面,中法是恆星與天一體,天不動,黃道西移,故天東行;西法立宗動天,黃道不動,恆星東行。之所以不用定氣注曆,因爲一月中可能出現三節氣,而不是閏月的月可能沒有中氣,造成混亂。定氣注曆其實是翻譯者的疏忽。

孫梅瑴成,官至左都御史,肄業蒙養齋。參與明史曆志天文志的編修。天元術明代以後失傳,他提出就是西法的借根方。

李光地1642–1718一代名臣,至內閣學士,康熙非常信任。與梅文鼎論學,將梅文鼎引薦給康熙。著述都是西學,均輪次輪、黃赤同升、日食三差、五緯,多前人所未發。也有討論四分曆、太初曆、渾儀的三篇文章,都是基礎的梳理,比如三統曆「一章之日月雖會,然同經不同緯,同度不同道也。至於一會,則同經而同緯,同度而同道。」

閻若璩

張雍敬

陳厚耀,早年師從梅文鼎。李光地將他引薦給康熙,康熙問了他一些問題,涉及測影、蒙氣差等問題。後來入南書房、淵鑑齋,反覆問難,康熙親授,學問日進,後來授予他京官。將梅瑴成召來,和他一起在蒙養齋修書。著有春秋長曆,補杜預長曆,遺義推求朔閏,證以經傳干支。指出隱公之前不是杜預所說失一閏,而是多一閏。

惠士奇,惠棟之父,交食舉隅反對沈括的日月是氣的說法,又將日食度分爲實食和視食兩箇層次。

何國宗,禮部尚書,重要的工程都參與了:曆象考成、考成後編、數理精蘊、儀象考成。康熙年間測定各地北極高度。隨乾隆出征準噶爾,測定里差。錢大昕對他是後輩,和他談算卻津津不倦。一般人以所學匿不吿人,他卻唯恐人不知,有梅文鼎遺風。

江永是這一時期少有的極推崇西法的人,翼梅直接以曆象考成的西方古典天文學爲理論基礎,認爲西法勝於中法之處頗多,他顯得與當時的學術風氣格格不入。反對梅文鼎所主授時的歲實消長,認爲實際上不存在,只是太陽最卑行太陽近地點進動導致的。他堅決主張定氣注曆。推步法解

盛百二尚書釋天

錢大昕。

褚寅亮與錢大昕相互交流多年,勘正了三統術衍的很多問題。

錢塘。論方圓周徑,創3.16之法,與秦九韶暗合。

  • 宗動天 primum mobile: the most important source of motion or action.

二、數學

春秋戰國

春秋戰國時期籌算就已很普遍,是世界上最早的十進制。

籌算:大概宋代引入了〇。宋代又形成了一套新的數碼。I II III × ○上一橫 T π ×上一橫 。假分數:上行整數,中行分子,下行分母。孫子算經就有小數,宋元更是廣泛運用小數。

秦漢

九章算術是存世最古的數學著作。徵稅需要測量計算土地面積,水利工程需要計算人力物力,商業貿易需要進行核算,曆法需要更精確的數學工具。劉徽:「九數之流則九章是矣。」九數是數學的九大門類。

  • 方田:田畝面積
  • 粟米:比例問題
  • 衰分:比例問題,按等級分配
  • 少廣:開平方開立方
  • 商功:工程體積,人力安排
  • 均輸:按照人口物價路途比例分配稅收、人力。
  • 盈不足:二元一次方程。每人A,多多少,每人B,少多少。岳麓秦簡就有,九章算術第七章。對於數據不足的,任意假設二數爲答案,即雙設法。實際上是線性插值,對非線性問題只能求得近似解。
  • 方程:多元方程
  • 勾股

魏晉南北朝

曹魏西晉數學家劉徽九章算術注創立了割圓術「割之彌細,所失彌小,割之又割,以至於不可割」。劉徽一直割到 192 邊形,得到 $π = \frac{3927}{1250} = 3.1416$。他還寫有海島算經重差,是測量目的物的高度和距離。

祖沖之:算得圓周率到第 7 位,這相當於九位數字運算 130 次以上。祖沖之密率 $\frac{355}{113}$ 是 1000 以內整數的最佳漸近分數。九章算術認爲外切圓柱與球體積之比 = 正方形與其內切圓面積之比,劉徽糾正了錯誤,祖暅進一步算得球體積公式是 $\frac{π}{6}D^3$,稱「祖暅公理」。

祖沖之戴法興的曆爭,戴法興說祖沖之是「誣天背經」,祖沖之用實際觀測的事實來駁斥,說「藝之興,因代而推移」,不可一味「信古而疑今」。

隋唐

顯慶元年656在國子監設算學館,學習十部算經,顯慶三年併入太史局。

初唐王孝通緝古算經,最重要的是開帶從立方法,卽三次方程正根,用於解決工程建設中的實際難題。

李淳風等注釋算經十書周髀算經,根據實際觀測,修正了經文和趙爽、甄鸞的缺陷。如千里影差一寸與實際不合,趙爽用等差級數構建節氣影長的方法也不合實際。也保存了海島算經細草、祖暅球體積公式等重要史料。

劉焯創立等間距二次內插法,一行不等間距二次內插,徐昂宣明曆的内插公式。

中唐韓延夏侯陽算經 3 卷 83 題,多是用於生產生活實際需要的算數知識。以往算籌運算分上中下三層,他簡化在一箇橫排中進行,將多位運算簡化爲一位運算。

宋元

宋元數學是中國傳統數學的頂峰。

增乘開方

  • 一元方程都叫開方。九章算術·少廣提出開方、開立方。劉徽創造方一次項、隅最高項、廉方到隅之間的項等術語。
  • 北宋賈憲九章算法細草將「增乘方求廉法」推廣为「增乘開方法」,創造釋鎖法,繪有「開方作法本原圖」,將二項式 $(a+b)^n$ 展開式係數自上而下列出等腰三角形。關鍵是在得出根的某一位得數後,以該位得數自下而上遞乘遞加,每低一位而止,求減根方程。更加機械化。
  • 秦九韶在此基礎上發明「正負開方術」,將增乘開方法推廣至任意高次方程。五百多年後西方也得出了魯斐尼–霍納法。

垛積術 高階等差數列的項數、和數互求。

  • 始於沈括隙積術,設上底長寬 a b,下底長寬 c d,n 層,$S=\frac{n}{6}[(2a+c)b+(2c+a)d+(c-a)]$
  • 朱世傑1249–1314四元玉鑑1303是最高峰。先按照求和公式列出高次方程,再用正負開方術求根。書中各種垛的排列成體系,後者爲前者的落一形垛,前者的前 n 項之和是後者的第 n 項。已經暗含三角垛的一般公式 $\sum_{r=1}^n\frac{1}{p!}r(r+1)\dots(r+p-1)=\frac{1}{(p+1)!}n(n+1)\dots(n+p)$ 。此外還有四角垛、嵐峰垛。
  • 朱世傑招差公式的各項係數依次是各三角垛的積,與現代公式一致。郭守敬用招差術計算日躔月離。

天元術

  • 立某某爲天元一,列出兩箇等價天元式,二者如積相消,得到一箇開方式,用正負開方術求解。金元北方數學家對天元術很熟悉,最早的記載是李冶1191–1279測圓海鏡正冪在上,負冪在下,益古演段正冪在下,負冪在上,此後一直沿用。
  • 天元術是半符號化的,從此高次方程有了規範的求解程序,方程理論擺脫了幾何思維。
  • 四元術可以解多至四箇未知數的多項式或方程,利用消元法,逐漸減爲一元方程。四元玉鑑是唯一一部著作,包含二三四元數十題。列出天地人物四元,常數居中爲「太」

線性方程組 九章算術時還沒有抽象的表達方式,只能用「禾」「實」展開。三元一次方程,用直除法、消元法求解。方程的表示相當於列出增廣矩陣,消元過程相當于矩陣變換。劉徽發明互乘相消法,直到秦九韶才停用直除法,全用互乘相消法。

一次同餘式

  • 又称「韓信點兵」「鬼谷算」「隔牆算」等。孫子算經提出了簡單同餘方程組的解法。之所以受重視,是爲了解曆法的上元積年。
  • 秦九韶數書九章大衍總數術,包括三部分:諸問數的定義、不互素的「問數」化約爲「定母」的方法、大衍求一術。 $衍數G × 乘率k ≡ 1 (mod 定母A)$ 在 A G 互素的情況下求 k。利用同餘方程組的傳遞性,將問題轉換爲 $kg ≡ 1 (mod A)$, $G ≡ 奇數g (mod A)$ 。將 g 置於右上,A 置於右下,左上置天元一,g 與 A 輾轉相除,直至右上餘數爲 1。

勾股容圓 通過勾股和圓的各種相切關係求圓的直徑,九章算術開創。$d=\frac{2ab}{a+b+c}$ 。李冶給出了 9 箇公式,稱「洞淵九容」,放在測圓海鏡開篇。還有勾上容圓 $\frac{2ab}{b+c}$、股上容圓 $\frac{2ab}{a+c}$、弦上容圓 $\frac{2ab}{a+b}$、勾外容圓、股外容圓、弦外容圓等等。

商業數學得到發展。吳敬九章算法比類大全有不少和商業有關的題目,比如計算利息、合夥經營、就物抽分。

珠算廣泛運用,比籌算更方便。宋代大概已經出現算盤,楊輝、朱世傑已經有了大量口訣,與現在基本一致,元代已廣泛運用。1592 程大位算法統宗,體例近似九章算法比類大全,但都用珠算;最早用珠算開平方開立方;傳入日本、朝鮮、越南。阮元評價:學問不能深造,但是雜采諸家,保存宋元以來相傳舊法。

顧應祥測圓海鏡分類釋術,阮元評價:對勾股、弧矢有疏解之功,但他不懂天元術、正負開方,終歸不能登堂入室。

1646 年,穆尼閣到南京傳教,帶來對數,薛鳳祚從他學習,後來編成曆學會通一書,涉及天文、數學、醫學、物理學等,數學部分有比例對數表比例四線新表三角算法三角算法中的平面球面三角都比崇禎曆書更完善。

1690–1721 梅瑴成等編成數理精藴,分上下兩編,介紹西方數學,包括幾何、三角、代數,還包含素因數表、三角函數表、三角函數對數表等數學表。

方中通數度衍,提出籌算適用乘法,筆算適用除法,珠算適用加減,尺規適用比例。王元啓惺齋雜著,收有史記正譌漢書正譌。又有勾股衍,化繁爲簡,以開方說明源流,以勾股加以推演。

項名達象數一原。他研究了三角函數的冪級數展開式。橢圓求週術給出了橢圓周長的正確公式。

李善蘭1811–1882則古昔齋算學討論了冪級數展開式,創造了「尖錐術」來表示 $x^n$,獨立得出了定積分公式。垛積比類討論高階等差級數求和問題,提出「李善蘭恆等式」。考數根法證明了費爾瑪定理。1846 英國人偉烈亞力到上海墨海書館,與李善蘭合作翻譯數學書籍,如幾何原本代數學代微積拾級等,西方代數學、解析幾何、微積分傳入中國;他創造的「代數」「微分」「積分」等术语沿用至今,引入了 = + () > < 等數學符號。他們還翻譯了英國天文學家約翰·赫歇爾天文學綱要,對太陽系結構、行星運動有比較詳細的敘述,引入了萬有引力、光行差、太陽黑子、行星攝動等近代天文學理論;在序言中,李善蘭駁斥了阮元所謂地動學說是違經判道。

李善蘭和艾約瑟合譯重學,將牛頓三定律介紹到中國。很及時的介紹了 x 射線、鐳,當時譯作「通物電光」「然根光」「照骨之法」

三、地學

春秋戰國

  • 山海經:山經分東西南北中 447 座山 26 列。
  • 禹貢
  • 管子地員:土壤的土色、質地、結構、孔隙、肥力

秦漢

馬王堆地圖三幅:世界上現存最早的實測地圖。地形圖:正方形,長沙國南部,有河流、山脈、居民點、道路,有較統一的圖例縣治用方框,鄉里用圓圈。駐軍圖:九嶷山與南嶺之間的 9 支軍隊。圖形輪廓、河流分佈接近實際情況,都有實地勘測基礎,比例尺都非常統一,精度很高。

漢書地理志:第一部用「地理」命名的地學著作。以政區建制爲主線,開創疆域地理志這一體例,記載了 103 郡 1587 縣的建制沿革。但是忽視了自然地理地貌。

魏晉南北朝

  • 地記編纂盛行,如畿服經地理書等等。

  • 魏晋裴秀223–271,傳統地圖學的奠基人,他認爲漢代以來的古地圖大多簡陋,不能滿足實際需求。編製禹貢地域圖,確立了科學的製圖原則「六體」,除了經緯線、投影法尚未涉及,其他平面地圖繪製的重要原則都提出了。

    • 分率:統一的比例尺;
    • 準望:各地的方位關係;
    • 道里:各地水平直線距離;
    • 高下、方斜、迂直:逢高取下,逢方取斜,逢迂取直,根據實際地理狀況求水平直線距離。
  • 北魏酈道元感到以往的地理著作都失之簡略,而且上古的情況已經很渺茫,希望把歷史上的地理變遷記錄下來。水經注賦予地理以時間的深度,賦予歷史以空間的眞實。全書體例嚴謹,以「過」「逕」嚴判經注;以河道水系爲綱,詳細記錄了一千多條河流域內的地形、物產、沿革、人物、戰役。東至朝鮮,南至越南,西南至印度河,西至安息,北至流沙。強調親眼所見的科學精神。三國桑欽著水經,水經注的體量二十倍於水經,是地理學著作的典範。還保存了很多已經佚散的古書;收錄大量石刻,考證了一些流傳的碑文錯誤。

  • 梁代地鏡圖是利用植物尋找礦產的肇始。

隋唐

賈耽730–805熱心詢問各地風俗,經過安史之亂,期盼收復失地。古今郡國縣道四夷述40 卷、全國地圖海內華夷圖,畫師遵循裴秀六體,比例尺爲一寸折百里,以黑字書古地名,以紅字書今地名,是製圖史上的創新。

李吉甫元和郡縣圖志54卷,從國家政治經濟軍事管理的實際需求出發,撰寫這部書,記錄了各州縣的沿革、通道、山川、戶口、貢賦等等。是現存最早的全國性地理書,發揚了漢志傳統,四庫全書總目提要稱「體制最善」。

大唐西域記,玄奘貞觀元年從長安出發,西行取經,十年後回來。書中記述了沿途所聞,28 箇國家的地理、沿革、風土、物產、宗教等情況,對地理知識的發展傳播、中外交通都做出了重大貢獻。

顏眞卿麻姑山仙壇記指出山頂有螺蚌,是滄海桑田的遺跡。

寶應年間竇叔蒙海濤志是現存最早的潮汐專著,認識到月球對潮汐的推動作用,根據潮月同步原則計算歷年潮汐。編製濤時圖,是最早的理論潮汐表,橫軸爲月相,縱軸爲高潮時刻。宋代張君房潮時圖,推算出潮時逐日推遲約 3.363 刻,與現在的結果極爲接近。實測潮汐表也有所發展,例如錢塘江潮汐表。

圖經到了宋代,文字部分不斷增加,到南宋,地圖與文字常完全分開,圖經名不副實,便改名「志」,隋唐以來的圖經到宋代開始向地方誌過渡。最著名的有北宋初期樂史太平寰宇記,增加不少人物、藝文篇目,開創了方志的新體例。

继承李吉甫元和郡县图志的体裁,记述了宋初十三道范围的全国政区建置。所载政区取制于太平兴国后期,可补元丰九域志舆地广记所不载,是考察北宋初期政区建置变迁的主要资料。其所载府州县沿革,多上溯周秦汉,迄五代、宋初,尤其是对东晋南北朝、五代十国的政区建置,较其他志书详尽,可补史籍之缺。府州下备载领县、距两京里程、至邻州的四至八到、土产,县下记录距府州方位里数、管乡及境内山川、湖泽、城邑、乡聚、关塞、亭障、名胜古迹、祠庙、陵墓等,篇帙浩繁,内容详瞻,是研究历史人文、自然地理的宝贵资料。

鄭樵通志地理略延續了漢志以來的沿革地理傳統,考證了歷代疆域沿革。

耶律楚材成吉思汗西征,著西遊錄丘處機和弟子李志遊歷中亞,撰西遊記

宋代重視地圖繪製,也有很多地圖保存至今,還有三幅石刻地圖,華夷圖禹跡圖地理圖禹跡圖有比例尺,「每方折地百里」,河流、海岸線比華夷圖準確,很可能是沈括所繪。

1133 年杜綰雲林石譜,收錄石品 116 種,包含產地、開採、性狀、光澤等等,反應了對礦物認識的新水平。談論了風化作用、侵蝕作用。認識到魚化石是古代魚類的遺體。

方志大大增加,現存方志八千多種,明代近千種,清代五千五百多種。方志保存了許多科學史料,有關山川、水利、物產、天文等方面,可以補充正史之不足。例如日食紀錄比正史翔實,一些太陽黑子的紀錄補正史所闕,也可與正史互相印證。方志中氣候、地震等資料也很有史料價值,現代已經編成了一些資料彙編,對於氣候史的研究非常重要。

徐霞客從 21 歲到 54 歲幾乎年年出去考察,足跡遍及全國。是世界上最早的岩溶地貌學研究,認識到廣西的山峰是石灰岩被流水溶蝕造成的,正確解釋了溶洞、鐘乳石、石筍的成因。指出金沙江是長江的上游。對河流侵蝕作用有很生動的論述。討論了高度緯度對氣候和動植物生態的影響。

利瑪竇 Matteo Ricci 帶來世界地圖,1602 坤輿萬國全圖最爲完善,他特意把中國放在中間。他測得的北京、南京、杭州、廣州、西安的經緯度相當精確。帶來了經緯度製圖法、地球說、五大洲、五帶劃分,在士大夫階層中引起很大震動。

康熙四十七年,開始測繪全國地圖,由白晉、雷孝思、杜德美等率領,從長城到北直隸,再到滿州地區。十年後皇輿全圖完成,測得經緯點 630 多處。採用梯形投影法,以北京所在經線爲本初線,經緯線都是直線。統一了長度單位,以 200 里爲經線 1 度,每尺等於 0.01s。又發現緯度越高,每度經線越長,這是牛頓扁圓說的證據。

乾隆二十一年,命劉統勳、何國宗等前往哈密以西測繪。乾隆又令蔣友仁在皇輿全圖基礎上進行改訂。完成後製成銅板內府輿圖

近代

注重對外國和邊疆地理的研究。魏源海國圖志、何秋濤朔方備急

西方人的地質考察。龐培烈在 1862–1865 年考察華北、長江下游,專門調查北京西山的煤礦,提出了「震旦上升系統」。李希霍芬 1868 年第二次來到中國,考察了中國大部分地區,撰寫了詳盡的書面報告,著有中國五大卷。

章鴻釗是中國地質事業的創始人,1913 年籌建中國第一箇地質研究所,培養了第一批專業地質人員,很多都成爲了地質部門的骨幹。

張相文編著了幾部重要的地質學教科書。創辦中國地學會及其會刊地學雜誌,促進了中國地學的發展。

1873 年,天主教會在上海設立徐家匯觀象臺,這是中國第一箇氣象站。清末,各地測繪局也逐步建立。

四、醫學

經脈

戰國的氣宇宙論和陰陽術數激發了對經脈的認識,心跳脈搏是氣帶動血液運動的結果。魏晉之際王叔和脈經對歷史上的脈學著作進行系統整理,列舉 8 類 24 種脈象,基本符合現代醫學對血液循環的認知,涉及心律、心臟博出、動脈彈性、血液稠度等。使獨取寸口脈法趨於完善。與臟腑辨證結合起來,指出五臟六腑病症的脈象,奠定了中醫脈象診斷的基礎。

望聞問切四診法。望:神色、舌苔,聞:呼吸、咳嗽、口氣、體氣,問:病史,切:脈象、胸腹硬塊、皮膚是否平滑。脈象:浮沈、虛實、遲速、滑澀、洪細。最早見於馬王堆帛書。

本草學

是藥物學、方劑學的基礎,研究藥物性質、功效、採集時間等。

  • 神農本草經是現存最早的本草著作,是戰國以來藥物知識的總結,收錄 365 種,記述藥物性味、產地、功效,分上中下三品,上品是無毒的補藥,中品是微毒,下品以毒攻毒。絕大部分藥效都是合理的。闡釋了君臣佐使的配比理論;提出四氣五味說:寒熱溫涼,酸鹹甘苦辛。
  • 陶弘景神農本草經集注改變了三品分類法,以藥物的自然來源和屬性來分類,玉石、草木、蟲獸、米食、果、菜等七類,後世的分類法都是在這基礎上發展而來的。
  • 唐高宗時期,組織蘇敬、長孫無忌、李淳風等編修新修本草,是第一部官修本草。分藥圖、藥經、本草三部分,收錄藥物八百餘種,詳細記述了性味、產地、功效。
  • 北宋唐慎微經史證類急備本草,集錄歷代本草源流、配伍禁忌。保存了許多失傳的本草文獻,文獻價值很高。直到本草綱目都是本草學範本。
  • 證類本草相互發明的還有寇宗奭本草衍義,創氣味論。認爲看病需要看病人的虛實、老少、病期長短,不可拘泥成法。
  • 李時珍1518–1593本草綱目是集大成者,分 16 部 60 類,藥 1892 種,藥方 11096 副,圖 1160 幅。記錄了形態、性味、產地、功效、採集方法、炮製方法。走訪各地,採集標本,進行實驗,糾正了很多前人錯誤。在分類上,採用「從類而分,以族相鄰」的理念,按無機到有機、低等到高等的進化順序,是林奈之前最好的分類系統。化學方面,敘述了從馬齒莧提取汞的方法等等,這些都卓有創見。
  • 清代,趙學敏本草綱目拾遺,廣泛搜集邊防外紀諸書、傳教士所述,詢問藥房、親友、農民,並親自實驗栽培觀察。補充了本草綱目所無的 716 種,訂正了錯誤。
  • 1848 吳其濬植物名實圖考開現代植物誌先聲。分類仿照本草綱目,記載了形態、性味、產地、用途、藥用價值。經過他的細緻觀察實驗,糾正了過去書上的問題,比如把通脫木聰蔓草類劃到山草類。此書對現在也有參考意義,比如取中文名。

藥物學

劉宋雷斅炮灸論是最早的藥物炮製技術專著,有 17 種炮製方法,如炮、炙、煨、炒等等。可以降低毒性,增強療效,易於保存。這些名稱多得到沿用。

方劑學

研究治療方法、藥物方劑的配伍,有湯、丸、散、膏、丹等型態。

  • 黃帝內經是最早的中醫學著作,分素問靈樞兩部分。全面論述了臟腑經絡理論,各器官既有區別又有聯繫,人體與外部環境相互感應。利用陰陽五行學說解釋疾病的生成、診斷、治療。提出治未病的思想,使人體正氣旺盛,不易爲邪氣所傷。提出君臣佐使理論,將方劑分成奇、偶、緩、急、大、小、重七方。也形成了初步的解剖學,對骨骼、血脈、臟器的描述基本正確。
  • 漢末張仲景傷寒雜病論,確立「理法方藥」原則理論、診療方法、方劑、藥物。後人整理爲傷寒論金匱要略二書,後者論述內外婦科。確立六經辨證原則來掌握病候實質,分太陽、陽明、少陽、太陰、少陰、厥陰六大類;三陽病要驅邪,三陰病要扶正。收錄藥方三百多,對藥物的煎法、服法有詳細規定。治療方法:「汗吐下和溫清消補」八法邪在肌表用汗法,邪壅于上用吐法,邪實于里用下法,邪在半表半裏用和法,寒症用溫法,熱症用淸法,虛症用補法,積滯用消法
  • 葛洪肘後備急方以實用爲主,藥方都是「易得之藥」「賤價草石」。包括急性傳染病、臟腑慢性病、外科、兒科、眼科等治療法。
  • 孫思邈千金要方千金翼方總結了唐代以前的醫學成就。他考慮到當時的方書卷帙浩繁,檢索困難,所以需要簡易實用的方書。他結合歷代典籍、五十多年的臨床經驗,撰五千餘方。促進了婦科、兒科的獨立。有关肺結核、霍亂、糖尿病、麻风、脚气、夜盲、甲状腺肿的描述和治疗等都有创见。在养生延年方面,提倡按摩、导引、散步、食治等结合。
  • 宋代王懷隱太平聖惠方是最早的官修方劑書。

病理學

  • 傷寒雜病論確立六經辨證原則,分太陽、陽明、少陽、太陰、少陰、厥陰六大類,掌握病候實質;三陽病要驅邪,三陰病要扶正。
  • 隋太醫博士巢元方受命總結前人經驗,著諸病源候論50 卷,論述了各科疾病的病因、病理、症狀,是中醫史上內容最豐富的病理學專著。例如疥瘡是疥蟲引起,傳染病的病因是「乖戾之氣」。

宋元四大家

隋唐時期醫療機構已經非常完善,隸屬於門下省的尚藥局負責宮廷醫藥事務,隸屬於太常寺的太醫署掌管政府的醫療,唐代有三百多人,分工精細。教學方面,在太醫署設醫學,分醫科、針科、按摩科、咒禁科。

宋元時期中醫藥學進入全面發展的新階段。分科從唐代的四科增加到九科,再增加到十三科,有劉張李朱四大家,都在內經基礎上進一步發展。

  • 劉完素1110–1200研究素問,注文兩萬餘言。當時傳染病盛行,他重視病因中的火、熱因素,主張從表裏兩方面入手,降心火,益腎水,提出一整套治療熱病的方法,稱「寒涼派」。他發展了運氣學說,指出運氣有常有變;重視臟腑虛實,根據氣候、體質靈活用藥。
  • 張從正1156–1228繼承發展了劉完素的學問,認爲邪去身安,稱「攻下派」。主張用「汗吐下」三法:風寒初感,邪在皮表者,用汗法;風痰宿食,在上脘用吐法;寒濕痼冷,熱在下焦,用下法。
  • 李杲1180–1251師承劉完素。認爲元氣是根本,脾胃是元氣之源,強調脾胃作用,創立以升舉中氣爲主的方法,稱「補土派」「溫補派」。
  • 朱震亨1281–1358是劉完素的三傳弟子,傍通張李之學,進一步發展了劉完素的火熱學說,提倡瀉火養陰法,稱「養陰派」。

傳染病

明代傳染病學取得進展,形成溫病學說。

  • 明初王履醫經溯洄集指出溫病與傷寒不同,開始突破傷寒論藩籬。
  • 明末吳有性溫疫論奠定溫病學基礎。認爲傷寒論不適用於溫病。溫病由「戾氣」誘發,通過口鼻傳播,具有特異性,不同物種之間不相互傳播。

清代温病四大家:

  • 葉桂溫熱論,溫病學派創始人,從理論上概括了溫病的發病途徑,提出溫病由淺入深的四階段:衛、氣、營、血。診斷方法,發展了察舌、驗齒,以及辨別斑疹、白痞的方法。
  • 薛雪薛生白湿热病篇,論述了湿热之邪在上中下三焦的辨证和治疗。
  • 吴瑭溫病條辨
  • 王士雄溫熱經緯

明朝隆慶年間發明了人痘接種:

  • 痘衣法:把天花患者的內衣留給他人穿,比較危險。
  • 痘漿法:蘸有瘡漿的棉花塞入鼻中,比較危險。
  • 旱苗法:將痘痂陰乾研細,吹入鼻中。
  • 水苗法:將痘痂陰乾研細調水,蘸在棉花上塞入鼻中。發現改用接種多次的痘痂,就安全得多。

外科

  • 華佗:長於外科手術,用麻沸散實施腹腔手術。如果沒有解剖知識,沒有防止大出血的方法,手術不可能成功。他還提倡用醫療體育鍛煉防治疾病,創造五禽戲。長於望診號脈。
  • 晉末劉涓子鬼遺方主要是主治金瘡、癰疽、疥癬的方劑,是最早的外科方書。
  • 理傷續斷秘方841是現存最早的治療骨折脫臼的外科醫書。需要先清潔傷口,檢查損傷,手法牽引
  • 元代官醫增設正骨、金鏃科,傷科發展到新階段。齊德之外科精義1335強調外科病乃陰陽不和,氣血凝滯所致。診斷時要注意全身症狀,治療用溫罨、排膿、止痛法。
  • 元代危亦林世醫得效方爲骨科專著,對於麻醉有詳實記載,「草烏散」用曼陀羅花配成麻醉劑,根據年齡、體質、出血量調整劑量。
  • 明代陳實功外科正宗是總結性著作。討論常見外科病一百多種,分門別類紀錄病理、症狀、療法、病例等。陳實功外科手術相當高明,完成了斷喉吻合術,設計了摘除鼻息肉的工具,還有頜骨脫臼整復法、腫瘤的記述,皮膚病的治療等等。

針灸

通過物理刺激穴位來治病防病。能夠產生回歸平衡的效應,不會矯枉過正。只有中醫產生了體系化的針刺治療方法。

  • 魏晉時期皇甫謐215–282針灸甲乙經,是最早的針灸學專著,統一了過去的經穴紛亂。共有單穴 49 箇、雙穴 300 箇。說明了針刺深度、留針時間、艾灸時間。
  • 王惟一銅人腧穴針灸圖經1027,統一了各家說法,設計了最早的針灸銅人,用於教學、考試,刺入穴位則水出。
  • 滑壽十四經發揮1341,發展了金蘭循經,主張任督二脈各有專穴,對手足散銀三陰三陽十二經也加以疏釋。

解剖

  • 1247 年宋慈洗冤集錄,第一部系統的法醫學著作,記述了解剖、驗屍、勘查現場、鑑定死因自縊、溺亡、他殺、火、雷、毒、病、壓、跌等等、解毒方法等內容。但也收錄了一些不實內容:男人骨白、婦人骨黑等。元代有王與無冤錄。乾隆初年刑部頒行律例館校正洗冤錄,確立爲官方驗屍規範。
  • 王淸任1768–1831醫林改錯,發現古代醫書有關人體結構、臟腑功能的記載有不少矛盾錯誤。曾觀察了三十多具兒童屍體內臟,也進行動物解剖實驗。他正確區分了胸腔腹腔,指出橫隔膜之上只有心肺,記述了氣管、支氣管、細支氣管,糾正前人「行氣二十四孔」之誤。認爲思維器官是腦,發現視覺通過視神經歸於腦。但主流對其持鄙夷態度。

其他

晏嬰、子產說疾病與鬼神無關,而是自然界的陰、陽、風、雨、晦、明六氣引起的。扁鵲長於望診、切脈,綜合運用針灸、按摩、湯液、手術、導引等多種治療方法。他還有挑戰巫醫的理念。

1851 年,合信陳修堂翻譯的全體新論出版,是第一部介紹西方解剖學的著作。此後嘉約翰出版了二十餘種西醫西藥書籍,傅蘭雅在江南製造局編印醫書,德貞在北京同文館也編譯了若干著作。

教會開設醫院、醫學院。

甲午戰爭之後,嚴復天演論

五、科學思想

春秋戰國

荀子天論闡述了自然界沒有意志,而是按照一定規律運動,認爲人可以能動地了解自然變化的規律。他還批判了迷信鬼神觀念,例如相面、長生不老。

天地不墜:

  • 水浮說。管子地數地是長方形。
  • 氣舉說。素問五運行大論地在太虛之中。
  • 運動說。管子侈靡「天地不可留,故動」

宇宙本原

  • 陰陽五行
  • 管子水地「水者何也?萬物之本原」
  • 管子內業:氣是萬物本原
  • 老子:道

宇宙無限性

  • 惠施:「至大無外,謂之大一;至小無內,謂之小一。」無限可分。
  • 墨經「非半弗薪則不動,說在端。」

墨經

  • 小孔成像
  • 凹面鏡凸面鏡
  • 槓桿原理
  • 時間空間
  • 平面、直線、圓的定義

秦漢

  • 論衡:反對天人感應、讖緯。主張元氣說,天地是「含氣之自然」,元氣是客觀存在的自然實體,取消了天主宰萬物的神聖地位。反對董仲舒土龍至雨說,認爲雨是地氣上升凍凝而成。認爲雷電是「太陽之激氣」與雲雨一類陰氣「分爭激射」引起的。他認爲潮汐與月亮盈虧有關。

魏晉南北朝

  • 玄學。何宴、王弼:「無」是宇宙的本原,「道」是最高的眞實存在。向秀、郭象:每箇事物都是「獨化」,是獨立存在的,自生自滅,彼此之間沒有聯繫。葛洪是道教理論的奠基者,他認爲「元」是宇宙本原
  • 唯物主義。孫吳楊泉物理論,認爲天地萬物都是由氣而生,氣是由水而生。裴頠267–300崇有論認爲「無」不能生「有」,一切事物都是他們自己生出來的,「無」只不過是「有」的表現形式。梁朝範縝神滅論認爲萬物生成是由於自身原因,複雜的現象完全是自己在變化,忽然自己發生自己消滅,這些變化遵循天理,各安其性。「神卽形也,形存則神存,形謝則神滅。」不同的物有不同的質,比如木的質是「無知」,人的質是「有知」,質的變動有其自身規律。

隋唐

  • 柳宗元天說天對:在王充元氣說的基礎上,論證了宇宙是由元氣形成的,不存在任何有意志的主宰宇宙的東西。陰、陽、天是由元氣生出的,物質世界的運動變化是陰陽對立形成的。日月運行星辰布列、晴雨山崩地震,都是自然現象,與神明無關。宇宙是無限的,無法衡量大小。
  • 劉禹錫天論三篇繼承了荀子的唯物主義自然觀,他認爲整箇自然界都是有形的物質實體,不存在無形的東西,批駁玄學、佛道「空」「無」是宇宙本原的理論。而天是有形之大者,天體運動可以測量,這說明了數的存在;天總是在高處不會坍塌,說明了勢的存在。天與人都保有自己的特性,天不能干預人世治亂,人也不能改變自然規律。

  • 張載繼承發展了元氣說,把唯物主義提高到新水平。萬物本原是物質的氣,氣的聚散造成物質運動。運動必定有觸發,只能在於事物內部,內部對立的矛盾運動使萬物運行不息。
  • 朱熹:理是宇宙主宰和萬物本原,理在氣先,氣是非物質的。認爲物質不斷從理中創生出來,又不斷歸於消滅。地的形成是氣團由於摩擦旋轉,渣滓向中心聚攏,淸氣形成天、日月、星辰,圍繞地旋轉,這把渾天說推向了新的理論水平。

明清

王廷相繼承張載,提出「理根於氣」說。「天地未生,只有元氣」。

黃宗羲明夷待訪錄,反對鬼神迷信。

顧炎武日知錄抨擊玄學,提出要重視調查,重視直接材料,辨章源流。

王夫之是元氣學說的集大成者,認爲「陰陽二氣充滿太虛,此外更無他物」,元氣無所不在無所不包,宇宙是元氣構成的物質實體。物質只有聚散,不會被創造也不會被消滅,比張載的物質不滅觀念更爲明確。

六、其他科學

氣象

秦漢時期要求地方上報降水。但標準的雨量器可能要到明代才出現。

風信器「俔」

濕度:懸土炭,一端懸土,一端懸炭,觀察平衡變化。

煉丹術

  • 漢末魏伯陽周易參同契已經對煉丹理論作了較系統的闡述,已經掌握了不少化學性能。「胡粉投火中,色壞還爲鉛。」白色鹼性碳酸鉛燃燒,放出二氧化碳、水蒸汽,剩餘氧化鉛與碳、一氧化碳還原爲金屬鉛。
  • 葛洪在繼承前人經驗的同時,親自煉丹數十年,積累了豐富經驗,著有抱朴子金丹篇利用無機物煉長生藥,如水銀、硫磺、雄黃、雌黃、矾等。利用硝石和醋的混合液來溶解金屬。還有用水銀、覆盆子中的氫氰酸來溶解金的方法。他還發現硫化汞經過煅燒,硫被氧化成二氧化硫,分離出金屬汞,汞與硫磺化合,生成黑色硫化汞,升華得紅色硫化汞結晶。這可能是人類最早的化工製品。仙藥篇講菌類的作用。黃白篇記錄了鐵對銅鹽的置換反應,在鐵表面塗抹硫酸銅溶液。
  • 陶弘景養性延命錄講長生不老之術。
  • 漢代已有丹砂煉汞的記錄。

唐代煉丹的進步是往定量化發展,不再像以往盲目配比。汞、硫磺製丹砂的技術已經非常成熟, 100:19,這考慮到了煉丹過程中硫的損失。利用樸硝硫酸鈉、芒硝硝酸鉀的水溶液來提取硫酸鉀結晶;利用汞、錫製造汞齊。八世紀,煉丹家已經在煉丹事故中總結出來黑火藥的配方。

煉丹設備有十多種,丹爐、丹鼎、水海、石榴罐、甘堝等等。

818 年梅彪石藥爾雅是礦物藥物的同義詞點,列舉了 62 種藥物。

煉丹得到的化學藥物在醫學上得到廣泛運用,孫思邈千金翼方「飛水銀霜法」是毒性較小的氯化亞汞,可以治療皮膚病。孫思邈還製備「太一神精丹」,含有氧化砷、氧化汞,可以殺滅原蟲細菌,治療皮膚病,內服能治療回歸熱、瘧疾。

律學

律曆初階

聲學

建築聲學:天壇回音壁、三音石、圜丘

现代

竺可桢1890–1974中国現代地理学、气象学、物候學、歷史氣候學的奠基者,中科院副院長,浙江大学校长。在台风、季风、区域气候、农业气候、气候变迁等领域,取得了辉煌成就。他一方面重视物候、天气的观察记录,在国内建立了較完善的气象观测网;另一方面重視历史物候资料,著物候学。提出了中國五千年氣候變化曲線,爲歷史學研究提供了重要的環境史參考。和李四光共同編定中国地震资料年表,是歷史地震學的重要著作。他領導下的浙大秉持求實精神,成爲「東方劍橋」。領導了新中國地理學的研究工作,爲中國科技事業的發展做出極大貢獻。

席泽宗1927–2008,天文学家、天文学史家,中科院院士、中科院自然科学史所原所长,中国科学史事业的开拓者之一。在古代天象纪录的现代应用、天文出土文献、天文思想史研究、夏商周断代工程等领域都有突出贡献。古新星新表考订了殷代以來 90 次新星和超新星爆发纪录,提出了从史书中鉴别新星與超新星的标准,爲現代恆星演化理論做出論證,受到國際學界高度重視。科学史十论討論天文学在中国传统文化中的地位等問題,是极具启发意義的研究示例。著作會通中西,雅俗共賞。

中国科学社。我国最早的综合性科学团体,1915 年,留学康乃尔大学的中国学生赵元任、任鸿隽、杨铨等發起,科學Nature 爲楷模,科學社以英國皇家學會爲楷模。1918年迁回国内,设于南京高等师范學校,1959年停止活动。負責出版科學科學畫報等雜誌,以及其他科學書籍。推動了中國科學的制度化,也推動了其他各學科學會的建立。例如生物研究所开启了中国现代有组织、有系统的生物学研究,使中国生物学走上了独立发展的道路。科学社推動中國的学术交流,每年的年會邀請國際著名學者來華講學,也推動中國學者走出去。科學雜誌在及时传达西方最新科技动态、发掘整理中国古代科学成就、阐发科学精义方面有不可替代的作用。科学画报发行量很大,在推进中国的科普工作上功勋卓著。

下編:技術史

一、農業

距今8200年就有家豬馴化,有齒列扭曲現象,因爲家豬不用鼻拱地,所以鼻部頭骨長度縮短。

11000年前就有對野生粟黍的馴化。粟黍耐旱、耐熱、早熟、病蟲害少。

農書

  • 呂氏春秋保留的農業理論技術:先壚後靹,先耕黏溼的壚土,以免水分散失後變得堅硬,再耕鬆散的靹土。耕地深度要以見墒爲度,以免蟲害。要去除「三盜」:溝大壟小;苗無行列而太密;苗無行列而太稀。
  • 漢成帝时期氾勝之書總結了農業生產六箇基本環節:趣時、和土、務糞、澤、早鋤、早穫。溲種法:在種子外面裹上蠶糞、羊糞,這樣幼苗可以獲得足夠的養料,減輕蟲害,提高抗旱能力。區種法:在小面積土地上密集集中種植,高效利用水和肥料。提出了嫁接的雛形。
  • 北魏386–534賈思勰齊民要術是現存最早的農書。涉及耕作技術、農具、畜牧、獸醫、食物加工、手工業各方面,奠定了後世農書的體例。要順應天時地利人和,因地制宜、精耕細作、合作經營。防旱保墒技術有了進步,形成耕–耙–耱一整套流程,北方旱作技術基本定型。指出秋耕欲深,把生土翻到地面,使熟土層加厚;春夏耕欲淺,利於作物生長。通過施肥、換茬、輪作、複種等方法提高產量。作物品種大大豐富,如粟有 86 種,各有特性,按照天時地利選用合適的品種。種子的優劣、处置與作物的產量、病蟲害防治等有密切關係,記述了水選、溲種、曬種等種子處理辦法。大量遊牧民族進入內地,中原的畜牧業得到發展,還有獸醫藥方 48 種,是現存最早的獸醫藥學。
  • 南宋初期陳旉農書,是現存最早論述南方稻作農業的農書。闡明了土壤使用的兩箇基本原則:土壤不論好壞,整治得當,都可栽培;使用得當,地力就能保持。整地要按早田、晚田、丘陵、平原等,因地制宜。宋以後育秧技術推廣開,便於苗期的集中管理和移栽之後的補苗,論述了育苗技術,比如爛秧的處理,秧田水層的控制。中耕方面,耘田除草、鬆根、培土使板實土壤變得鬆軟。烤田:大暑時放乾稻田的水,日光暴曬,使空氣進入土壤,促進養料分解,提高根系活力。討論了肥料的擇用。
  • 元代王禎農書,綜合了旱作農業和水田農業的生產經驗而成。分三部分,總論:農業生產的各環節;二:各種作物的栽培技術、貯藏方法;三:農具。轉輪排字架,按韻書編好號碼,排版時一人報號,一人取字。臥式和立式水排。水力大紡車。
  • 明清農學著作激增,明清商品經濟發達,經營地主把自己的生產管理經驗總結出來,寫成專書,有救荒、蝗災等主題。徐光啓、陈子龙農政全書以選編古代農書爲主,他自己撰述的有八分之一,共六十卷十二门农本、田制、农事、水利、农器、树艺、蚕桑、蚕桑广类、种植、牧养、制造、荒政。糾正了一些錯誤認識,比如菘與蕪菁不會因地理南北而轉換。專論部分價值較高,例如主張治水治田相結合;京師附近種植水稻的潛力很大,不必用槽運;培育良種;對蝗蟲的習性也有深入研究。

技術

  • 井田制:公田其實是貴族的私田,藉助別人的勞動來耕種;私田:交什一之稅。其實周旣有助又有徹。周代的井田制已是王公貴族徵收租稅的形式,失去了氏族成員在公有土地上勞作的性質。按土地的肥沃程度進行休田。「間架性設計」:在一箇區域廣大的國家內,創造一種人爲的政治區分。如周代封地在理論上都處在九箇大型方格之中,事實上在眞實的地圖上畫不出來,但這種間架性觀念不難領會。
  • 春秋戰國時期,就已把冬麥和春種夏種作物搭配起來,增加收穫次數,走上複作輪種的道路。
  • 畎畝制:在田上起壟,叫「畝」,兩條壟之間的溝叫「畎」。戰國時期分行栽培已經完全形成,橫縱成行,保證風和陽光通過。壟平寬,溝深狹,表土鬆透,下層堅實。
  • 代田法:武帝時期推廣,適應乾旱地區。在溝中播種,出苗後,結合中耕除草,用壟土壅苗,可以防風保墒。壟溝逐年交替,壟處作溝,溝處爲壟,輪番利用,恢復地力。
  • 宋代從越南引進占城稻,從福建向兩浙江淮推廣,成熟快、抗寒、肥力要求不高。黃粒稻從高麗引進。小麥進一步向南方推廣。南宋,棉在福建兩廣勃興。
  • 宋代,綜合利用各項生產要素,通過間作、套作、輪作等技術,從一年一熟、兩年三熟增加到一年二至三熟。元代農桑輯要記載在桑樹間種植莊稼,合理搭配高矮作物,充分利用陽光空氣。
  • 明清時期,由於長期無計畫的開墾圩田,自然環境破壞嚴重,水旱災害頻發。人們千方百計提高單產,對蒜、菠菜、蘿蔔、麥等糧食蔬菜作物間作套種,實現兩年十三收;施肥技術更趨精細;引進玉米紅薯等高產作物。一些地方改糧爲桑,採用密植法、速成法等增加產量。

農具

  • 漢武帝晚年,鐵犁牛耕逐漸普及,二牛三人。西漢晚期,隨著雙轅犁的使用,已出現一牛一人。
  • 秦漢時期,三足耬:三犁共一牛,中置耬放置種子,可以同時開溝、下種、覆土。
  • 南方水田整地技術:江東犁,可以控制犁地深淺。新的整地工具鐵鎝,掘地比牛耕還深,可隨手耙碎土地,適合缺牛的小農。唐代出現礪礋,可以破碎土塊,利用耙齒剷除雜草。到宋代,水田形成了耕–耙–耖的耕作流程,北方旱作區是耕–耙–礳。
  • 扇車。通過快速轉動扇輪產生氣流,清除穀物的糠秕,效率遠高於扇子簸箕。分爲半敞式與封閉式,都在漢代就出現了。半敞式的扇輪夾於兩箱板之間,軸位於中間或頂部,一直用到元代。封閉式扇輪封在箱內,進風口在軸,提高了風壓。
  • 水碓:用來舂米,最早的水輪,漢代就有很多水碓的記載,現存漢代連機碓明器。連機碓:一箇立式水輪連動多箇碓,將橫軸的轉動轉換爲上下舂搗。中國的桿是臥式,歐洲是立式。
  • 馬鈞改進翻車,是鏈傳動的刮板式水車,用於農業排灌,適合低揚程提水。結構精巧,可以源源不斷提水,效率非常高。天工開物有手轉式水車。最常見的是腳踏式,尺寸較大,多人踏動。還有牛轉翻車。南宋江浙沿海出現風力翻車。沿用一千多年,直到近代水泵發明。
  • 立軸大風車。轉軸垂直於地面。有八面風帆,可以獨立升降調節,可以接受任何方向的風,無需調節迎風方向。

其他

宋元時期人們千方百計擴大耕地面積。圩田面積進一步擴大。但太湖周邊的水利系統遭到破壞。

溫室栽培 漢元帝時期在密封的屋中晝夜燃火,蔬菜在隆冬生長。唐代最有名的是堂花術,在室內開溝,倒入熱水,加入硫磺等,提高室溫,促使提前開花。宋代,園藝業高度發展,實現商品化,人們都以栽花爲樂。出現了大量動植物譜錄。

唐代飲茶成爲風氣。四時纂要詳細記載耕種茶樹的方法,沙藏催芽法至今仍有實用價值。直播法栽種茶樹,三年即可收穫。明清開始用移栽法、壓條法。英國東印度公司把茶引入印度,決定性地改變了世界範圍內的工業。

柑橘 禹貢就有橘柚。唐宋時期,柑橘種植遍佈江浙四川。南宋韓彥直橘錄是最早的柑橘專著。12世紀,由阿拉伯傳入西方。

含嘉倉大型官方糧倉,位於洛陽,1970 年發掘。糧窖有二百餘箇,容量大約是 250t,反映出隋唐農業生產的盛況。隋代生產發達,糧食儲備豐盈,洛陽的含嘉倉規模巨大,是眾多糧倉中的一箇。建於隋大業元年,用作盛納京都以東州縣所交租米。歷經隋唐北宋,沿用五百餘年。有先進的保質技術和完善的管理制度。也反映了大運河的成果。

井鹽 井鹽從戰國末期開始開採,北宋發明頓鑽、「卓筒井」法,直到明清不斷完善。有三項工序:衝擊式鑽鑿;取出岩屑;固井、隔絕地表淡水。不斷改進鑿井、修整、汲滷、煎鹽的配套工具,還開發了天然氣。道光年間自貢開鑿了千米深的深井。

二、水利

先秦

  • 芍陂
  • 漳水十二渠
  • 邗溝是最早的大型運河,吳國,從揚州東南的邗築城,北開運河,與淮河相通。
  • 鴻溝:魏惠王。從滎陽引黃河水向東南與淮河相通。
  • 都江堰:世界上現存最古的無壩引水工程。渠首樞紐包括魚嘴:分水,外江行洪,內江爲引水總渠,內江深而窄,外江淺而寬,旱澇時期自動保證四六分水;飛沙堰:洩洪排沙,僅比河床高 2m,一般情況下是內江堤壩,洪水期漫過飛沙堰,内江沙石也会在弯道环流作用下泄出,洪水越大,洩洪量越大,當遇到非常洪水,飛沙堰自動潰決;寶瓶口:引水。「深淘灘,低作堰」,每年需將內江淘至一定深度,否則寶瓶口進水量不足;爲保證洩洪排沙效果,飛沙堰不能過高。將長江水系引入成都平原。充分利用地形水流等自然條件,以最少的工程設施實現多方面工程效益,對成都平原的農業發展產生重要影響。
  • 靈渠:秦始皇命史祿開鑿。位於廣西興安縣,湘江上游海洋河。用石築成鏵嘴以分水,大小天平以溢洪,令湘水流入南北二渠,三分入南渠通灕水,七分入北渠通湘水,這樣就連通了湘水、灕水,連接長江、珠江兩大水系。北渠放棄湘江故道,採用迂迴路線,相對增加渠道長度,可在人力牽引下行船。沟通了中原与华南的水上交通,对岭南的開發起了重要作用。

  • 漢武帝從渭水開渠直通黃河
  • 從洛水到重泉的龍首渠,萬頃鹽鹼地得到灌溉,爲了穿過山丘,運用了井渠法,卽坎兒井。
  • 白渠 引涇水入渭水,關中農業進一步發展
  • 東漢前期,修復荒廢已久的芍陂;修復汴渠,截彎取直,黃河八百年間沒有發生大規模決堤改道。
  • 1974 廣州造船工場遺跡:三箇並列的造船臺,有滑道,在造船臺造船,從滑道下水。

隋唐

唐代加強了對農田水利的管理,設水部郎中、都水監,制定水部式

唐代水車得到推廣。長江流域出現半機械化的筒車,形狀似紡車,四週有竹筒。

隋唐的農書有二十多種,比以往都多。每年二月一日進呈兆人本業成爲制度;保生月錄四時纂要

11 世紀初,莆田興修木蘭陂,是集引、蓄、灌、排於一體的綜合大型水利工程。整箇 11 世紀,北宋興修水利工程一萬多處。沿海修塘捍海,抵禦海潮。

北宋吳門水利書:太湖圩田有相當周密科學的規畫,縱浦橫塘之間開墾爲圩田,塘浦既深又寬,堤岸高厚。太湖洪水迂迴於塘浦之間,輾轉入海。沿江濱海築有江堤海塘,高地低地之間也都設有斗門堰閘,使高地不旱,低地不澇。太湖地區逐漸成爲全國最重要的糧倉之一。

黃河:在治理黃河方面有潘季馴1521–1595、陳潢等人。潘季馴認爲不能採用分流法,因爲會讓水流減緩,造成泥沙淤滯。用「以水攻沙」的方法,築堤壩加快流速,帶走泥沙。

陳潢1637–1688用科學方法測量流量,以此設計堤壩的寬高。

大運河

隋煬帝在興建東都洛陽的同時,開鑿以洛陽爲中心的大運河,北起涿郡,南到餘杭,將各地運河連成一體。首先開鑿通濟渠,從板渚引黃入淮;疏通邗溝,自山陽引淮入江;永濟渠引沁水,北達逐鹿;又開鑿江南河,自鎮江到餘杭。中國南北交通的大動脈,促進南北經濟文化的交流和發展,加強政治統一,解決長安糧食問題,加強對東南地區的控制與開發經營,也有有擺脫關隴集團的考慮。

元代在隋代大運河基礎上截彎取直,淮河以南基本未變,淮北改由山東河北直接北上至大都,開濟州河會通河,鑿成京杭大運河。先有郭守敬的大範圍水資源考察,後有一系列工程,解決船過高地的問題,使運河通過山東地壘和京西北丘陵。

永樂年間,白英提出築壩、開河、導泉、建閘等一系列建議,解決了大運河的通航問題。

三、冶煉

青銅

青銅器五箇時期:

  1. 二里頭早期:小件器物
  2. 二里頭晚期到二里崗:多塊範、芯裝配而成的複合範,出現錫鉛之分
  3. 商中期到西周早期:嫻熟運用分鑄法
  4. 西周中期以後
  5. 春秋中期到戰國:綜合運用渾鑄、分鑄、失蠟、錫焊、銅銲等方法

青銅冶煉有塊煉、失蠟二法。

  • 塊煉法是中國青銅器最獨特的技術,區別於西亞的鍛造法、失蠟法。範是分塊組裝而成。先製作模,用泥片從模表面翻製成範——範的乾燥裝配——合金熔化澆注——鑄後處理:除去冒口、毛刺。
  • 失蠟法。先造蜡样,蜡样外再反复浇淋细泥以成范,经加热,溶化的蜡水从范下预留的小孔中流走,形成空范,然后再浇铸铜汁铸器,这样可造出结构非常复杂的铸件。目前所知最早使用失蜡法的青铜器是 1985 年河南淅川楚王子墓出土的一件禁,在春秋中晚期。

1974 年大冶銅綠山春秋戰國銅礦井,由竪井、斜巷、平巷組成合理的礦井體系。用分段上行採礦法,從底部自下而上逐層開掘平巷。對已採礦石進行初選,貧礦、廢石就地填充。

古代煉鐵有兩種方向:

  • 塊煉法。在低爐內,在低溫下將氧化鐵還原成海綿鐵,鍛打擠壓成爲熟鐵,再滲碳鍛打成鋼。直到 14 世紀之前,歐洲一直用塊煉法。
  • 中國鋼鐵技術最大的優勢是生鐵冶鑄法很早就出现。在高爐內,在高溫下將氧化鐵還原,加碳鑄成生鐵。生鐵可通過多種方式煉成鋼或鍛造鑄鐵。生鐵冶煉法改變了塊煉法費時費力的狀況。由此產生了鑄鐵、韌性鑄鐵、球墨鑄鐵、鐵範等技術。

直到明末,中國的冶金技術都處於世界先進水平,包括採礦、鋼鐵、鍛造等等。

春秋晚期就已出現民間煉鐵作坊。已有白口鐵、韌性鑄鐵。戰國時期還出現了鐵範,能夠連續使用,鑄成的器物比較精細。春秋戰國之際,冶鐵業還集中在幾箇地區,到戰國中期,已經廣泛分佈。

西漢中期已出現灰口鐵片狀石墨,耐磨,用於農具,白口鐵滲碳體抗衝擊,用於手工工具。鞏縣鐵生溝冶鐵遺址證明,原料礦石處理成大小均勻的塊,包含完整的選礦、配料、入爐、熔煉、出鐵等程序,有不同用途大小的煉爐。還出現了球墨鑄鐵,是古代鑄鐵技術的傑出成就。

西漢中期發明炒鋼法,將生鐵加熱成半液半固態,進行攪拌,利用空氣或鐵粉中的氧來脱碳,獲得熟鐵或鋼。隨著炒鋼技術的發明,鑄鐵、煉鋼兩箇系統溝通起來。東漢出現百煉鋼,多次折疊鍛打。南北朝出現的灌鋼法,利用生鐵熟鐵合煉成鋼。唐代,灌鋼法得到普及,百煉鋼因生產效率低,已不常使用。宋代,灌鋼法進一步改進,夢溪筆談記載:將熟鐵條盤起來,夾雜生鐵,用泥封裹以防氧化,然後燒煉,生鐵先融化,滲入熟鐵中,加以鍛打,得到性能更好的鋼。明代,炒鋼工藝取得新成就,用柳條疾攪,增大鐵和空氣的接觸面積,加入含有硅酸鐵、氧化鐵的泥土;將煉鐵爐和炒鋼爐串連起來,提高了效率。

疊鑄:適合小型鑄件的批量生產。用陶笵製作金屬製範盒,再用金屬製範盒批量製作疊鑄陶笵,陶笵疊合成套,澆注金屬液。東漢,疊鑄技術發展成熟,設計高超,對收縮量、吃泥量都有非常周到的考慮。溫縣烘範窯最多一次可鑄 84 件,包含軸承、車銷、馬銜等十六類。唐代銅幣鑄造量非常大,開元通寶使用了失蠟法。

唐代特大型鑄件頻頻出現,是多塊泥範組合而成,合鑄技術已相當高明。正定隆興寺銅像,分七次鑄接而成。唐代以前,農具以鑄鐵爲主,唐代以後,隨著炒鋼技術的推廣,農具逐漸改爲鍛造。

明初放開民間煉鐵,規模空前。鐵場在開礦、伐木燒炭、冶煉、器具製造等有合理的安排佈局,初具聯合企業的雛形。

明代,採礦方面,發明「燒爆法」,火燒水淋礦床,熱脹冷縮,礦床爆裂,便於開採;用炸藥爆破。

其他技術

鼓風

漢代煉爐體積增大,與鼓風技術的改進密切相關,當時出現了馬排、牛排。

宋代煉鋼用了雙作用活塞式風箱,由活塞板、拉桿、箱體組成。兩邊的單向閥門交替開合,推拉過程可以連續鼓風,風量顯著提高,提高產量。有小型的一人操作,也有依靠二三人或水力驅動。

元代王禎農書記載了臥式和立式水排。臥式水排是馬排的直接改進,大小輪之間用繩帶傳動,小輪上有偏心柄,將旋轉運動轉換爲推拉的往復運動,是世界上最早的曲柄連桿機構。立式結構較簡單,靠旋轉的凸耳推動推桿,再依靠竹子的彈力使推桿回到原位。

製爐技術方面,元代陳椿熬波圖的化鐵爐,化一斤鐵用一斤炭。用陶瓷末、耐火土作爲耐火材料,用小麥穗、泥作爲黏合劑。爐口小,爐膛大,能合理利用熱能。

煤焦

中國是最早利用煤煉鐵的,宋代就已經大規模用煤煉鐵。採煤在宋代已有比較成熟的措施,先開竪井,再開掘巷道,分成若干小區。用竹來排除瓦斯。明代已有煉焦法,把煤密閉起來灼燒,形成焦炭,很適合冶煉礦石。

馬鐙

幫助上馬,騎行穩定身體。漢末以後,少數民族南下,刺激漢人對騎馬的需求。王廙出土了最早的馬鐙。很快通過突厥向西傳播,7 世紀初傳至阿拉伯,逐漸向歐洲傳播。

近代

洋務運動帶來近代冶金技術。最早的煉鋼平爐是江南製造總局煉鋼廠的酸性平爐。

使用气态燃料,它通过平炉中的排气来预热。熔融的金属处于平炉底部或炉床的浅槽中

20 世紀初,漢陽鐵廠有四座高爐,都是從國外引進的,達到世界先進水平。

其他金屬

  • 隋唐。金銀器飾品加工精巧、造型優美。冶銀技術也大大進步。從方鉛礦、輝銀礦煉成粗礦,再提煉出銀。
  • 宋代。煉銀有了新方法:吹灰法。煉銅用膽銅法。雲南還有銅鎳礦,可以生產白銅。
  • 明代。中國是最早用火煉鋅的國家。將爐甘石碳酸鋅裝入泥罐,用泥封裹風乾,再用煤火燒,取出就得到倭鉛

四、紡織

可以先看看 @ 姚蔚铭: 绫、罗、绸、缎、丝、帛、锦、绢的区别是什么? @ 暮离:绫、罗、绸、缎、丝、帛、锦、绢的区别是什么?

距今五千多年前就開始養蠶。蠶有化性、眠性的區別,化性:一年中的孵化次數,眠性:幼蟲蛻皮次數。齊民要術分一化三眠、二化四眠兩類,還按照顏色斑紋分類。天工開物記載了培育良種的雜交法:一化雄蠶配二化雌蠶。

蠶絲分主體絲素和包裹在外的絲膠。最早出现的是熱釜法:水將要沸騰時,絲膠溶解,繅絲,用火烘乾。到商代,繅絲技術已經很成熟,出土了專用於煮繭的青銅甗。宋代出現質量更高的冷盆法,將煮繭與抽絲分開。秦漢時期,手搖繅車已經推廣。宋代繅絲車已經定型,捲繞部分是最複雜的,用絡絞機構在一定範圍內來回擺動。

馬王堆絢麗多彩的紡織品表明,紡織技術在原料、織造、織機性能等方面都達到新的高度。素紗輕薄細韌,說明當時有先進的織機。花紋種類多樣,用提花機織成。還有起毛錦,有明顯的立體感。其中的麻織物,在脫膠、漂白、漿碾等方面都達到較高水平。染色方面也有很大進步,有數十種染料。

  • 唐代絲織品最重要的是綾、錦,綾以變化斜紋織成,追求大花紋,交織點少,美感、手感、光澤都很好。錦以緯線顯花的緯錦爲主。阿斯塔納大歷十三年778錦鞋,花紋複雜,配色華麗,說明唐代織錦水平已完全成熟。
  • 宋元織錦技術也有很大發展,出現蘇州宋錦、南京雲錦等四十多種,用色典雅深沈。元代出現「金錦」,用金銀線作緯線,富麗輝煌。三原組織:平紋、斜紋、緞紋均已具備,緙絲、平羅出現。
  • 宋代的紗都是以兩三根經線絞成,透明飄逸。之前紋飾都以圖案花紋爲主,宋代開始力求寫實。
  • 緞在綾的基礎上發展而來,是最華麗的織物。平滑有光澤,立體感很強,花紋清晰美觀。
  • 緙:通經斷緯,工藝繁複,有雕鏤般的立體效果。宋代以唐宋名畫作底本,有很高的藝術性。

織機

  • 紡車:根據畫像石,漢代紡車是用一箇大繩輪和一根插置紗錠的鋌子組成,裝在木架兩端,以繩帶傳動。紡車既可加捻,又可合絞,和紡墜相比大大提高了速度和質量。
  • 布機:漢代。由機臺、躡腳踏板等組成,操作者可以騰出手來投梭引緯,從而提高織布的速度和質量。
  • 曹魏馬鈞改進織機,將六十躡改爲十二躡,操作簡易方便,提高了生產效率。

唐末出現立機。唐宋開始多用雙綜式,兩片綜分別開兩種口,織平紋。

宋代出現多錠水力大紡車,大大提高紡織的速度與質量,有 32 錠,利用水力或畜力。王禎農書對水力大紡車的結構有簡單介紹。

最複雜的是提花機,圖案信息可以儲存於開口,每次都能執行相同的程序。西漢出現多綜式提花機,用綜線代替挑花桿。初唐出現花本式束綜提花機,一人在上提花,一人腳踏地綜,投梭打緯。五代發展爲大花樓機,花本大而呈環形,可以織造循環極大的織物。

  • 元代薛景石梓人遺制,木工專著,現存爲永樂大典輯本。有華機子提花機立機子羅機子等,有總說明、歷史沿革、功用、零件尺寸、安裝方法,圖文並茂,可以按圖索驥。是現存有關漢唐羅機和立機的唯一資料。

靛藍是用得最早的燃料。詩經多次說茜染。

介質印花是唐代在印染技術上最重要的成就,不直接印染,而是以助劑配置印染原料。有三種:

  • 鹼劑印花:石灰水、草木灰水的混合液。生絲遇到強鹼後絲膠膨脹,印花後經水洗,花紋部分絲膠脫落,呈現熟絲光澤。
  • 媒染劑印花:明礬爲溶液
  • 清除媒染劑印花。

五、建築

秦漢

  • 斗拱
  • 屋頂:歇山頂、懸山頂、四坡頂等
  • 小條磚大量運用,趨向模數化,長寬高比例爲 4:2:1,可以自由搭配。

隋唐

五台山佛光寺東大殿是現存唐代建築規模較大的。內外柱和梁枋互相連結,組成一箇穩固的整體。外檐斗拱使用下昂、橫拱,雄壯有力。

梁是与建筑的横断面方向一致的,而枋则主要与建筑的正立面方向一致

磚石塔達多呈方形,採用樓閣式或樓閣與密檐結合,抗剪力強。

安濟橋趙州橋建於開皇大業年間,在趙州洨河之上。改變了半圓形拱的傳統,提出了割圓方案,拱矢遠小於半徑,道路平坦便於通行。把實肩改成敞肩,大拱上有四箇小拱,提高了承載力,減輕重量,利於洩洪。

宋元

李誡營造法式是中原官方建築的規範。分为释名、各作制度、功限、料例和图样5个部分。首先是制度源流、理論規定,如屋顶坡度曲线的画法,确定垂直和水平的方法等。各作制度包含石作、大木作、雕作、锯作、竹作、瓦作、泥作、彩画作、砖作、窑作等 13 个工种的制度。规定各工种构件的勞動力、用料、计算方法。最後有图样,包括测量工具、平面图、构件详图、各种雕饰彩画图案。大木作制度體現了對構架的側向穩定性、縱向穩定性、結構整體性的考慮。

唐代磚塔用空筒式結構,用木梁板做樓層,抗剪力極差。宋代吸取經驗,改爲外壁、樓層、塔體連爲一體的結構,每層都有固定的樓層,增強了抗剪力,至今還有許多宋代磚塔留存下來。

遼代應縣木塔 現存世界上最高的木構高層建築。兩層塔基共 6.4m,包含地下部分 2m。整箇塔身包含四道剛性架構,塔基上有內外三圈柱,柱之間用梁枋連接,外圍砌以土牆。內外柱形成柔性的空間體系,增強了抗震性能。用了 54 種斗拱,爲古今之最。五明層四暗層,暗層可防止塔身變形。

現存元代木構建築還有百餘座,可分爲唐代以來的傳經式和新創的大額式兩種。大額式採用移柱、減柱的方法來擴大室內空間;又用增添大額來承擔建築物上方的重量。

橋樑:

  • 汴梁虹橋 用 5 根拱骨相連,每根拱骨置於相鄰拱骨中間的橫木上,橫木與拱骨用鐵件相連。造型輕盈,構造簡單,建造便捷。
  • 泉州洛陽橋 在江海交匯處,水急浪高。筏形基礎。先築堤,將江底抬升 3m 以上,在石堤上建橋墩。橋墩用尖劈狀,削弱海浪衝擊。在橋墩上養殖牡蠣,牡蠣殼相互連結成堅固整體。

明清

故宮

斗拱功能減弱。拼和樑柱構件是重要成果,可以節省木料。

長城:磚砌,石灰漿勾縫。

園林:

  • 力求自然,曲折蜿蜒,避免簡單的幾何圖形
  • 分爲若干區域,各區域主次分明各有特色
  • 充分利用對景手法造景
  • 水面有聚有分
  • 疊造假山
  • 植物別具匠心

六、陶瓷

商代出現原始青瓷,釉還具有較弱的吸水性,不透明,胎釉容易剝落。青瓷 在漢末已基本成熟。青色是氧化亞鐵,如果含鐵量超過 5%,就會還原困難,產生暗褐色乃至黑色的四氧化三鐵;白瓷的呈色劑是氧化鈣,要求鐵含量越低越好,白瓷的出現說明對瓷土的篩選技術提高。南北朝時期,南方以青瓷爲主,胎質堅實,通體施釉;北方以白瓷爲主。唐代,能夠控制雜質含量,生產出純正的青色;邢窯白磁最有名。

宋元瓷器達到了更高水平,胎釉技術都有了很大提高。紋飾使用凹雕、針刺、板印等。製窯技術更成熟,構造龐大,提高了質量和生產效率。青瓷:南方龍泉窯,北方汝窯、鈞窯是後起之秀。白瓷進一步發展,分佈更加廣泛,定窯最有名,南宋則是景德鎮最有名。形成了八大窯系。

  • 定窯胎細而有光,色澤滋潤,釉層只有 0.1mm。定窯以白雲石代替石灰石配釉,景德鎮以石灰石煉成釉灰。景德鎮白度、透光度已接近現代水平。
  • 磁州窯一磁石泥爲坯,多白瓷黑花,別具一格。
  • 鈞窯彩色瓷器較多,胭脂紅最好。釉厚達 1mm,紅色由還原銅造成。窯變是其中的代表。
  • 耀州窯銅川胎薄,釉層勻淨,佈滿器壁內外的花紋是特色
  • 景德鎮湖湘窯有米色、粉青二色,白度、透光度最好。
  • 越窯首推上虞窯
  • 哥窯以碎紋著名。弟窯龍泉窯多粉青、翠青,無斷紋,其中梅子靑色調素雅。
  • 建窯多黑瓷,光良如漆。
  • 汝窯釉淡青、豆青、蝦靑,釉層厚度達 1 mm 以上。
  • 官窯胎薄,有月白、粉青等,有冰裂。當用還原焰燒成時,四氧化三鐵使胎呈灰墨色,底部露胎,呈黑色,稱「鐵足」,器口稱紫口。

明清時期製瓷業高度發展,景德鎮成爲全國製瓷中心,官窯就有三百多。瓷土淘練技術不斷改進提高,把泥漿用細絹袋澄洗,擠出水分,反覆踩成泥,得出的瓷土比石英顆粒還細小,分佈更均勻。最大成就是精緻白釉的燒造,氧化鈣含量很低,所以釉白如奶,晶瑩剔透。窯變技術更精湛,既有還原焰,又能把氧化銅轉變爲游離銅,使其均勻分布,能夠人工掌握窯變色彩。

彩瓷分釉上彩、釉下彩,在胎上畫好花紋再燒製,是釉下彩;燒製好再彩繪,再燒製,是釉上彩。還出現了斗彩、紅彩、素三彩、五彩、琺琅等等。粉彩、琺琅都是釉上彩,粉彩是在色料中加鉛粉,利用控制溫度的方法,燒成後釉面呈現不同色澤。由於濃淡協調、光澤柔和,能表現明暗分明的立體感。

七、其他

造紙術

  • 澆紙法:直接將紙漿澆到簾模上;抄紙法:在紙漿中加入藥,令紙漿懸浮,以簾模入水,抄出紙張。
  • 西漢就有紙,主要用於包裝,現在有宣帝時期的大麻紙,薄而勻。蔡倫紙:運用多種原料,用石灰烹煮,這樣能加速纖維離解,大大提高紙的質量。
  • 魏晉南北朝時期,已使用抄紙法,提高了效率,有了統一規格,質地細勻、整潔平滑。麻、楮、桑、藤是主要原料。潢治法出現,防止蟲蠹。西晉張華博物志記載,剡溪的藤紙盛行一時,是官方文書主要用紙。
  • 隋唐五代,新的造紙原料如竹、檀等得到利用,麻紙仍是主流。

印刷

  • 東漢出現松煙墨,魏晉時期已很成熟,達到「一點如漆」的程度。松煙墨用作印刷,字跡清晰。

初唐出現了雕版印刷,主要用於三方面:

  • 宗教活動:佛像、佛經需求量很大,手抄不能滿足需求
  • 詩集、音韻、教學:江浙一帶印刷業興盛,多作書模勒
  • 曆法、醫藥:現存最早的是乾符四年877曆書,有節氣、大小月、日期、五行、吉凶、宜忌等等。

宋代雕版聚集在兩浙。宋初最大的印刷工程是大藏經5048 卷。

  • 11 世紀中葉,畢昇發明膠泥活字,刻好後燒製變硬。松香、蠟等混合好放在鐵板上,排好活字,鐵板在火上加熱,融化冷卻後粘貼在一起。
  • 元代王禎創制木活字,1298 年刊印旌德縣志,速度快質量好。他還創制了轉輪排字架,按韻書編好號碼,排版時一人報號,一人取字。
  • 元明時期還有錫銅鉛活字。現存明代木活字書籍百餘種。1713 年淸內廷銅活字星曆考原,康熙 1726 古今圖書集成66 部,每部 5020 冊。1773 年,清廷刻成二十五萬餘枚棗木活字,刊印武英殿聚珍板叢書138 種。

指南針

  • 韓非子就提到了司南。
  • 確切證據是晚唐管氏地理指蒙,針磁化之後可指南北。
  • 武經總要有製作磁魚的方法:鐵魚燒紅後矯頑力降低,藉助鐵鉗將其磁化,淬火。
  • 夢溪筆談:用磁石摩針鋒。

火藥

唐代已經有了精確的「伏火矾法」配方。宋代的火藥配方相比唐代有了很大改進,硫硝比例更接近後世黑火藥。1044武經總要記載了三箇軍用火藥配方。南宋初期宋金採石之戰中使用了「霹靂炮」「震天雷」,是最早的反衝式火箭,噴出火焰,產生反作用力,燃盡後引燃爆藥爆炸,「熱力達半畝之上」。

元代出現了可以發射子彈的銅火銃。明朝軍隊裝備了大量火銃。永樂天字銅手銃,生產了近十萬枚,改直筒爲錐體,增加火藥槽、護蓋,將直接用引繩引火改成先在點火孔填充引藥。管形火器相比投石機,大大增加了準確度,是兵器發展史上的重大突破。14世紀,火藥經阿拉伯傳入西歐。

造船

轉軸舵。唐代山水畫描繪了轉軸舵。清明上河圖的船都用了轉軸舵,並且發展爲平衡舵,舵力的作用點離轉軸更近,轉動更省力。還有一種開孔舵,舵面上有小孔,轉動更省力,且由於表面張力,不會影響性能。舵安裝在船尾封板上,是尾板舵。

水密艙。用隔板將船艙分爲若干互不相通的獨立船艙,當觸礁、碰撞造成船殼破損時,不致波及其他船艙,提高抗沈性能。最早可能出現於晉盧循的「八槽艦」,現存最早的是唐代木船,船的兩舷和隔板用鐵釘上下交叉,重疊釘合,稱爲「人字縫」,填有石灰桐油制成的艌料,增強密封性。泉州灣出土的宋代海船有 13 箇船艙,所有隔板上下榫連,填充艌料,還用鐵鉤連接隔板與船殼。水密艙壁正中線下端還留有小孔,用於使艙底積水能夠流通,使水集中於最底部。18世紀後歐洲開始採用水密艙。

填补船壳木板空隙的技术称为 “艌缝”,这项工艺专用的填充材料叫 “艌料”。早在中国隋朝时期,艌料和艌缝工艺已经相当成熟了。艌料主要有两种。一种是由麻丝、桐油、石灰调制而成的麻板;另一种用桐油和石灰调制而成。麻板主要用于填塞木板之间较宽的缝隙,保证船的水密性;桐油和石灰调制而成的艌料则常用于密封船壳上的钉孔和其他的细小空洞、缝隙,可以防止铁钉锈蚀。

中國的造船技術有自身傳統,西方木帆船縱向主要構件是龍骨,中國不僅有龍骨,還有㒳舷大檄水線附近堅固的縱向通木。西方橫向構建是肋骨;中國依靠短間距的橫艙壁,支撐起甲板,增強船體剛度,又實現了水密的功能。西方船殼板的連接依靠搭接,中國是平接。

孫吳建造的大船上下五層,可載千人。晉在滅吳時發明「連舫」,將許多小船拼在一起。祖沖之造「千里船」,有人認爲是用輪槳作爲動力。唐代造船技術有很大進步,海船用桐油石灰合縫,兩舷有浮板,增加穩定性。宋代造船技術趨於鼎盛。1169 年,馮湛打造了一艘多槳船,將三種船型的長處結合在一起,可以涉灘、迎敵、破浪,載人二百,江河湖海無往不可。1203 年,秦世輔造鐵壁鏵觜海鶻戰船,結構堅固,可以衝擊敵船。遠洋巨型海船,船底有二至三層木板,四層艙室,共有房間 50–100 閒。有水密艙。

鄭和

鄭和七次遠航,第五六次都到了非洲東海岸赤道附近。鄭和船隊是沙船,平底方頭、多桅方艄,吃水淺,不怕擱淺。爲了增強穩定性,加入披水板腰舵、太平籃、梗水木。船隊最大的船長 44 丈150m。航海技術也很先進,由火長掌握羅盤,決定航向,按「針路」行進;利用季風,走之字形,將逆風變成側斜風;計程法,把一晝夜分十更,用扔木片的方法確定航速,當時航速 30km/更。牽星板用來觀測星辰地平高度,由 12 塊正方形木板、一塊四角缺刻的小方塊組成。觀測北極星時,上邊緣是北極星,下邊緣是水平線。鄭和航海是古代造船航海技術的全面應用。

兵器

宋代兵書甚多,是唐代的六倍。武經總要包括各類兵器、戰車,如炮樓、行炮車、旋風砲、折疊橋,各類艦艇,需要十數人使用的大型弩。還有「神臂弩」,射程遠,貫穿力大。

宋代短兵器除了刀劍,還有少數民族的,如蒺藜、蒜頭、三節鞭。元代多用劍、斧、短槍、到、錘、大棒。

漆器

新石器時期就發現了大漆的保護粘連作用。戰國代替青銅器,大量用作日用品。漆加入桐油,配成油漆,用作彩繪,桐油作爲稀釋劑,旣可改善性能,又可降低成本。還運用了多種顏料。漢代漆業繁盛,分工明確,組織嚴密。唐宋,裝飾工藝快速發展,犀皮、螺鈿平脫、金銀平脫、描金等等。明清時期,漆藝與建築、家具相結合。明中後期髹飾錄是漆器裝飾工藝的集大成著作。

城市建設

隋文帝令宇文愷建大興城。他用 1:100 的比例尺,設計明堂圖樣,製作木製模型。開鑿了永安渠、清明渠、龍首渠,流經宮苑,注入渭水,兩岸種植柳樹,景致怡人。整齊的里坊。僅用九箇月就建造完成。長安城就在大興城基礎上改建而成。大明宮取代大興殿。

鐵路

詹天佑:京瀋線灤河大橋,分析總結外國工程師失敗的教訓,打樁採用人工潛水作業,配合以必要的機器。灤河大橋是中國工程師設計建造的第一座鐵路橋。他還設計了京張鐵路,完全用中國自己的工程技術力量,自行勘探設計施工。

八、中外交流

魏晉南北朝時期朝鮮處於高句麗、百濟、新羅三國分立的情況。百濟採用元嘉曆,醫藥、絲織、造紙等新工藝都傳到了朝鮮。

唐代,新羅統一朝鮮之後,兩國關係更加密切,新羅的工藝品朝霞紬、油牙紬、藥材牛黃、人參鬪大量輸入中國。派遣留學生來唐學習,唐朝的天文曆法、算書、醫書大量進入朝鮮。

曹魏時期,中日使者往來就達六次之多。唐代,日本大化改新,以唐朝爲楷模建立天皇制國家。奈良時期710–794,日本貴族熱衷於中國文化。8 世紀,中日留學生、學問僧往來六次,每次都多達四五百人。中國的元嘉曆麟德曆大衍曆五紀曆宣明曆都曾在日本行用。

日本仿效唐國子監的教育制度,設立算學、醫學,規定了教材、學習年限、考試方法。奈良法隆寺從平面佈局到細部構造都是仿照唐代建築建造。奈良招提寺則是鑒眞與弟子仿效唐朝建築式樣建造。

唐代出口仍以絲織品爲大宗,瓷器開始出口,還有紙、工藝品。進口香料、藥材、珠寶、玻璃、紡織品、動植物品種,長安、洛陽、揚州、廣州都是外商聚集地,是重要的國際貿易都市。宋代,向國外輸出的主要是瓷器,其次爲絲織品、礦產。從東南亞到非洲,都出土有大量宋元時期瓷器。在歐洲可用中國瓷器換取等重黃金。

印度的位值制、土盤算術似乎受到了中國籌算的影響,分數、弓形面積、球體積、勾股、圓周率、一次同餘式等都有中國算術的痕跡。印度的天文學、數學也傳入中國,婆羅門天文經20 卷等。瞿曇悉達將九執曆譯爲漢文。僧人金俱咤七曜禳災訣提出了以節氣爲月首的陽曆。

印度的外科手術到 5 世紀已很成熟,白內障手術傳入中國,唐代有眼科專著治目方

通過絲綢之路,中國一直與內亞保持聯繫。波斯已經掌握絲織技術,織造波斯錦。波斯錦的絲線加撚得比較緊,織法用斜紋,緯線起花,別具一格,中國也吸取了這種風格。

751 年,唐軍統帥高仙芝受到大事與諸國軍隊夾擊,大批士兵被俘,有不少造紙、紡織的工匠,中國的技術因此傳入中亞西亞各國。在薩瑪爾幹設廠造紙

宋代對海外貿易十分重視,宋太宗開闢了四條海上交通線。南宋時通商的國家多達五十多國。政府還出台了很多保護外商的政策。廣州是北宋最大港口,南宋,廣州、泉州設立「蕃坊」供外商居住。

數學:土盤傳入中國,還有很多阿拉伯數學著作傳入中國。高次開方求廉法、開方不盡時命分的方法、二項式定理係數等,都和宋元算書相同。1267 年,札馬魯丁進獻萬年曆,帶來托勒密天文集等天文學書籍。中國的曆法也傳到了中亞西亞,伊兒汗曆就包含中國曆法的內容。

醫學:向朝鮮贈送太平聖惠方,朝鮮藥物也傳入中國。針灸醫生前往越南,越南的治痢疾方等傳入中國。元代設立廣惠司,爲阿拉伯醫生專門機構。回回藥方在中國傳播,有許多開竅藥,能挽救昏迷。

近代以來:

  • 早期改良主義:龔自珍、林則徐、魏源。魏源海國圖志「師夷長技以制夷」
  • 洋務運動:「中學爲體西學爲用」,洋務派興辦兵工廠。
  • 民用工礦企業:輪船招商局、開平礦務局
  • 海軍建設消耗多成效差
  • 江南製造局翻譯館翻譯了地學淺釋等。1862 設同文館,翻譯外國書籍。1866 設天文算學館,李善蘭爲總教習。

第一本介紹西方近代化學知識的書是 1855 年英國醫生合信博物新編,包含天文、氣象、物理、動物等各方面知識,化學方面介紹了 56 種元素。徐壽曾做過曾國藩的幕僚,在安慶製造了中國人自己造的第一艘汽船。1872 徐壽翻譯化學鑑原,比較系統地介紹了西方化學知識。他提出了用第一音節命名元素的原則,很多元素的命名延續至今。在他負責下,江南製造局先後翻譯了 8 種化學書籍。

專題

考工記與天工開物

钱宝琮曾说「研究吾国技术史,应该上抓考工记,下抓天工开物。」考工记是春秋战国时期有关手工生产、制度、規範的技术文献,是中国早期手工業史上最具代表意义的著作。補冬官之闕。涉及制车、兵器、礼器、练染、建筑、水利等手工业技术。

如介绍了马车的总体设计,分车辕、车厢、车轮、车轴等,還有马具和辔饰,共几十种名目。工匠分工明確,造車有“车人”,专门造轮子的“轮人”,专门造车厢的“舆人”,专门造车辕的“輈人”等等。有严格的技术要求,如製輪,要看是否圓滑、平正、均勻,輻條是否筆直,直徑適中,人可以登。又如練絲,記載了套色法,不同的浸染次數形成不同顏色。

考工记體現了遵循自然、以人为本、物盡其用的制器理念。设计、选材、制造、检测等环节均以遵循自然爲開始,围绕人的尺度和实用性来思考,并列举制作不当的器物所造成的不利因素有哪些。

明末宋應星天工開物是中国古代科技的集大成著作。系统全面记述了當時农业、冶金、日用等 18 个生产部门的先进工艺和经验,还附有百餘幅插图。農業方面:培育優良稻種、雜交蠶一化雄蠶配二化雌蠶;冶煉:灌鋼、煉鋅、失蠟鑄造;採礦:排除瓦斯;此外還有紡織染製、制盐制糖、陶瓷砖瓦、造纸、车船、武器等部門。

明末士人的經世致用思想。體現了認識自然、效法自然、改造自然的科學思想。宋应星的成果來自对生产造物活动的实地调查研究,運用统计、测量、试验等多种研究手段,详细记录了原料特性、生产工具、制作流程、成品特性等方面。單產、出油率、合金配比等數據,长度精确到寸,重量精确到钱,體現了严谨的量化研究理念。在试验方面,他主张凡事“皆须试见而后详之”,力图通过反复深入的实证性研究,归纳总结出造物体系背后的规律与法则。

19 世纪前期,法国汉学家儒莲翻译天工开物,介紹到了法英德。达尔文讀後稱讚是“权威著作”,把中国古代养蚕技术作为人工选择和人工变异的例证。

明末清初西法的傳入

詳見 通天之學:耶穌會士和天文學在中國的傳播

  • 耶穌會 天主教主要修会之一,1534年创立于巴黎,旨在反对宗教改革。仿效军队纪律,制定严格会规,教士嚴守戒律,无条件效忠教宗。明末清初传入中国,利玛窦、汤若望、南怀仁等。⋯⋯

崇禎二至七年,在徐光啓、李天經領導下的曆局,聘請耶穌會士參加,編譯崇禎曆書137 卷,成爲中國學者學習西方天文學的源流。分節次六目、基本五目,前者包括日躔、恆星、月離、交會、五緯、五星凌犯,後者包括法原天文學原理,四十餘卷,全書核心、法數天文表、法算三角、幾何、法器測量儀器、計算工具、會通度量換算。引入了週日視差、蒙氣差、球平面三角、黃道座標系、地球概念、經緯度測算等近代天文学理论。採用第谷體系,是哥白尼日心體系和托勒密地心體系的折衷;而開普勒三大定律在 17 世紀初就已產生,崇禎曆書已經落後。

清初,汤若望删定为西洋曆法新書100 卷,頒行於世1645–1665、1670–1679。隨後他掌欽天監,著新法表異陳述新法優點;重新製作已經損壞的儀器,如渾天星球儀、紀限儀、象限儀、地平儀等,寫成靈臺儀象志。順治死後,湯若望等傳教士遭到曆獄。後經過一場比賽,最終翻案,楊光先被罷官,南懷仁擔任監正,主持修订了康熙永年曆法1680–1726。1685 年,法王路易十四挑選 6 名學識淵博的耶穌會士來到中國,有張誠、白晉等人。雍正1722–1735對耶穌會士極爲不滿,除了欽天監的教士,其餘一律驅至澳門。

第三部时宪历曆象考成1727–1733,仅在西洋曆法新書上略作修改;以康熙二十三年甲子爲曆元,稱甲子元曆。到雍正八年1730,預測日食不合,命戴進賢徐懋德修訂,編制新的曆表;又命梅瑴成、何國宗等增修說明,成十卷,與曆象考成合成一秩,稱曆象考成後編1734–1913,以雍正元年癸卯1723爲曆元,稱癸卯元曆。采用颠倒的开普勒面积定律,太阳绕地球旋转;引入牛頓月球運動理論,月球經緯度計算精度大大提高。1743 年,蔣友仁來華,在坤輿全圖說中介紹了哥白尼日心說。1773 年,羅馬教皇解散耶穌會,西方科技知識的傳入中止。

明末清初士大夫对西方科学技术的态度

明末西法傳入後,士大夫大概可以分爲三類,一是完全遵循傳統,排斥西法;二是以西法爲宗,認爲中法多不及西法;更多的是中西兼學,沒有一箇很明確的立場。

明末魏文魁遵循傳統路數,作曆測曆元,取消歲實消長,用歲實 365.2427 考大明壬寅歲、至元辛巳歲。刑雲路魏文魁古今律曆考,認爲郭守敬对古冬至的考订有問題;反對月食時差。梅文鼎、阮元對其評價甚低:「著作等身,而一無心得」,主中法以難西法,但遠遜唐宋曆家,只是意氣相爭。楊光先不懂曆算,極力反對西法,後任欽天監正,但也自知德不配位;作不得已申述己說,也能提出一些新說,比如西法一月有三節氣等弊病。王錫闡深入鑽研西法,指出了西法的錯誤,例如用 24 小時 60 分鐘,相比百刻很繁瑣;360 度制不能順天;小輪系統的日月食不加視差改正,直接以定朔望爲食甚等等。曉庵新法提出了初虧復圓方位角的新算法,金水凌日的算法等;推日月食,毫釐不爽,將授時曆代表的曆法傳統推向新的高峰。徐發天元曆理大統爲基礎,更改參數,成新曆,推算古史。

徐光啓李之藻跟隨利瑪竇學習,翻譯幾何原本和利瑪竇的著作,又同修新法。徐光啓引伸測量法義,作勾股義,進一步闡明顧應祥測圓海鏡分類釋術。崇禎二年日食,徐光啓用西法應驗,說授時法在當時就不合,郭守敬也無可奈何,請求改曆。日食時差,舊法有距午分,但實際上七政都繞黃道運行,不繞赤道運行,距午分實際上應該是以黃道而言,舊法卻用赤道而言。日行最高最卑與二至不重合,只有在紹興年間才重合,郭守敬相距不遠,所以不覺。月亮運行,古曆都是只有一轉週,西法還有兩次輪。李之藻認爲西法有中法沒有的,比如七政各有一重天,層層包裹;恆星二萬七千年轉一週;小輪解釋順逆遲疾等等;作渾蓋通憲圖說介紹平儀星盤的使用。薛鳳祚穆尼閣學習西學,作天學會通,引入對數、三角學等,時人有「南王北薛」之稱。一代名臣李光地深得康熙信任,著述主要都是西學,均輪次輪、黃赤同升、日食三差、五緯,多前人所未發。游藝揭暄相友善,游藝著天經或問,以西法爲宗;揭暄作璇璣遺述,在七政運行等方面多有新見。

第三類。黃宗羲吸收了西方科學的實證精神和方法,晚年甚至瞭解亞里士多德的靈魂學說和哥白尼的日心說;從根本上,他提出西學中源,希望借鑑西學以改進中國的傳統曆算;著有大統曆法辨授時曆法假如西洋曆法假如等,用授時通軌推算孔子誕辰,指出了衛樸論春秋日食的錯誤。梅文鼎會通中西,著述廣博。傳統曆法方面,有疏證補註授時曆大統曆的著作,還爲明史撰修大統曆志。作少廣拾遺勾股闡微,將九章周髀的開方勾股法推演完畢。西法方面,介紹第谷對火星的推算。引入对数;用球面三角進行黃赤轉換和地面經緯度的计算。曆學疑問認爲中西之法很多相通,比如日五星之最高加減,就是中法之盈縮曆,五星之歲輪即中法之段目,日躔過宮即定氣。歲差方面,中法是恆星與天一體,天不動,黃道西移,故天東行;西法立宗動天,黃道不動,恆星東行。中法重在記錄運動的結果,西法則是推運動的原因。西法可以補中法之未備,比如中法不具備五星緯度。西法也有不足之處,之所以不用定氣注曆,因爲一月中可能出現三節氣,平月也可能沒有中氣,造成混亂。

入清以後,更多的算學家把西學與中學一道看成是完全合法的知識,沒有明確的取捨。陳厚耀早年師從梅文鼎,後來康熙親授,和梅瑴成一同在蒙養齋修書。梅瑴成和何國宗參與了諸多重要曆算工程,如考成後編等。乾隆時期的許伯政全史日至源流則將時憲曆看作敬授民時的典範,排列上古以來年表,計算各年冬至。

但也有堅持中西之辨的學者,如經學家孙星衍在斗建問題上专驳梅氏,指責梅氏通算法而不知稽古,認爲“斗建与中星古今不变”。

乾嘉學者與科學技術

乾嘉時期,古算復興,樸學家以古還古,用古曆推算古經。

  • 乾嘉鼎臣戴震的學問涉及哲學、語言學、天文歷算、地理等方方面面,他的科學方法論,如公理演繹法,深受西學影響。孟子字義疏證吸收了利瑪竇天主實義,形成主客二元本體論、經驗主義認識論,將性理轉換爲血氣心智。原象闡明天文體系,與經典相對照;迎日推策記討論日月盈縮遲疾;在四庫館分校天文曆法,從永樂大典輯出海島算經五經算術
  • 乾嘉領袖錢大昕奠定了这一時期西學觀的基調,他對各史律曆天文志進行總體考察,勘正錯誤;三統術衍在疏證劉歆三統曆上有首創之功。禮學家褚寅亮與錢大昕交流多年,勘正三統術衍的問題。
  • 焦循是戴震的後繼者,他用西方數學的符號演繹法闡發義理,構建了新的易學體系;用幾何原本對音韻訓詁、天文幾何進行重新闡釋。
  • 李銳曾有遍注古曆的計畫,不過最後只完成了三統曆注四分曆注乾象曆注,訂正了乾象曆月行三道術的文本錯誤。
  • 顧觀光復原古六曆,使古六曆稍具眉目。
  • 阮元著疇人傳,爲算學家立言;將數學升格爲實事求是之學,指出數學的實測精神與聖賢實踐之道完全相通,具有濃郁的道德實踐理性。
  • 孔廣森将秦九韶方斜求圆术算经求方亭术引申推衍,著成少广正负术内外篇
  • 江永極崇西法,翼梅直接以曆象考成的西方天文學爲理論基礎,認爲西法勝於中法之處頗多,他顯得與當時的學術風氣格格不入。他反對梅文鼎所主授時的歲實消長,認爲實際上不存在,只是太陽最卑行太陽近地點進動導致的;他堅決主張定氣注曆;推步法解則是時憲曆推步的入門教材。
  • 李荣陛是經學家,地理著作佔了一半,注重实地考察,是徐霞客精神的延續;尚書考

古籍中科技部分的校勘、考證、注疏。徐光启 考工记解、戴震考工记图、程瑶田考工创物小记。對山海經禹貢水經注的校釋。戴震校勘錯誤數千處,楊守敬與弟子以畢生精力作水經注疏。算學古籍的疏通:李潢九章算術細草圖說海島算經細草圖說緝古算經考注等,沈欽裴、羅士琳兩種四元玉鑑細草

西學傳入使得研究領域擴大,促使學者突破傳統的思維方式,在範圍、內容、材料、方法等方面形成了迥異於傳統考據學的風格。