科学技术史第四讲

科学技术史第四讲：古代中国的科技文明电子科技大学目录1古代中国科学技术的思想背景2古代中国自然、时空观3古代中国的科学技术4近代中国科学技术落后的原因古代中国的文明特征1.漫长的封建社会

-从公元前221年到公元1912年清帝退位，中国的封建社会延续了2000多年。

-如果按照西方部分史学家的观点，夏商时期中国已经形成了封建社会的分封制度和等级制度。

-很多书籍将这2000多年的历史称为漫长的黑夜。黑夜代表封建社会中人类理性的蒙昧，但却不能遮挡文明的灿烂。古代中国的文明特征2.灿烂的中华文明

-器物精巧

-制度领先

-文化发达精巧的器物《天工开物》是世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作精巧的器物唐代雕刻的反阳凸字印刷模板新疆出土的唐俑，水平之高令人叹为观止精巧的器物郭守敬发明的简仪，这是当时最先进的天文观测仪器。景德镇窑青花萧何追韩信图梅瓶

“中国古代的发明和发现往往是超过同时代的欧洲，特别是15世纪以前更是如此，这可以毫不费力地加以证明。”“在3—13世纪，中国保持一个让西方人望尘莫及的科学知识水平。”

-李约瑟第一节鸦片战争前的中国领先的制度西周的分封制度建立了封建社会的基本形态领先的制度唐朝开创的科举制度。当年唐太宗见应试举子从考场中鱼贯而出,喜道:天下英雄,入我彀中矣!领先的制度唐律疏义,东亚最早的成文法之一,是中国历史上保存至今的最具影响力的封建法典发达的文化百家争鸣这个时期的文化思想，奠定了整个封建时代文化、法律的基础，对中国和东亚地区的古代文化、法律有着非常深刻的影响。发达的文化汉乐府诗词古典四大名著三国演义“在唐初诸帝时代，中国的温文有礼、文化腾达和威力远被，同西方世界的腐败、混乱和分裂成为鲜明对照”。-韦尔斯《世界史纲》历史年表夏朝（约前2100－前1700）商朝（约前1700－前1100）周朝（约前1100－前256），孔子（前551－前479）秦朝（前221－前206）汉朝（前206－后220）晋朝（265－420）隋朝（581－618）唐朝（618－907）宋朝（960－1279）元朝（1206－1368）明朝（1368－1644）清朝（1616－1911）中国文化的一般特征相对封闭的地理环境以血缘关系而非地缘关系组结而成的文化团体，亲情高于契约以农业经济为主体，稳定压倒一切大一统专制政治体制，单一，崇尚权威作为政府官员的知识分子，科举制度特殊的知识体系（经史子集）连续而非断裂的人神关系中国科学的一般特征1、实用、功利。

——所有的知识或服务于大一统王朝的需要，或服务于人民日常生活的需要。2、宜物。

——具体问题具体分析。灵活、机智。见机行事，与时俱进。3、有机自然观。

——整体思维、辩证思维4、士大夫阶层与技工阶层相隔绝

——精英知识与实用知识从未结合，文人墨客喜吟诗作赋，好琴棋书画，对工匠技艺不屑一顾勾股定理的证明一（原本）叔本华叹说：这哪里是证明，分明是捕鼠器。对称与和谐的证明勾股各自乘，并之为弦实。开方除之，既弦。按弦图又可以勾、股相乘为朱实二，倍之为朱实四，以勾股之差自相乘为中黄实。加差实一亦成弦实。——赵爽（公元3世纪初年人）《周髀算经》注中国人的形象思维可谓无民族可出其右。形象思维是古代中国技术发达兴盛的一个重要原因从发达走向衰落在欧洲黑暗年代，中国正进入盛唐时期并在宋朝达到中国科技的高峰明清两朝，闭关锁国，传统固有的科技缓慢发展，近乎停滞。宋代的数学文献有的到了明代已无人能懂。明末以来的西学引进基本无效，以致从19世纪中叶开始全面落后什么是科学科学一：近代数理实验科学科学二：希腊理性科学科学三：博物学（NaturalHistory）科学四：技术文明李约瑟（JosephNeedham,1900-1995）的大著《中国的科学与文明》（ScienceandCivilisationinChina）“中国科学史”的“科学”即取上述“科学三”和“科学四”两种定义，即同时包含了博物学与技术工艺等李约瑟提出的世纪之谜李约瑟难题既然中国古代科学技术成就非常伟大,但是中国的古代文明为什么没有发展出现代科学技术？（李约瑟）目录1古代中国科学技术的思想背景2古代中国自然、时空观3古代中国的科学技术4近代中国科学技术落后的原因中国古代的自然观未曾断裂的文明传承：在人类社会发展过程中，先后出现了几个著名的古代文明，这些文明是现代文明的先驱。而这些曾经让人们无限憧憬的古代文明，时至今日，或者曾经发生断裂，或者已经湮没，踪迹难寻，唯独中华文明，绵延五千年，从未断裂。这是人类文明史上的奇迹。认识古代中国科学要从自然观开始：要了解中国古代科技文明，首先应对中国古人的自然观有所了解。这里所说的自然观，是指古人对人与自然关系的认识、对宇宙起源演变的认识以及对时空问题的认识。天人感应未曾断裂的文明传承：在人类社会发展过程中，先后出现了几个著名的古代文明，这些文明是现代文明的先驱。而这些曾经让人们无限憧憬的古代文明，时至今日，或者曾经发生断裂，或者已经湮没，踪迹难寻，唯独中华文明，绵延五千年，从未断裂。这是人类文明史上的奇迹。认识古代中国科学要从自然观开始：要了解中国古代科技文明，首先应对中国古人的自然观有所了解。这里所说的自然观，是指古人对人与自然关系的认识、对宇宙起源演变的认识以及对时空问题的认识。天人感应周朝贵族对周之所以能够取代商这一理论问题的思考，导致了中国传统天命观的变革。从天人感应到天人合一凡灾异之本，尽生于国家之失。国家之失乃始萌芽，而天出灾害以谴告之；谴告之，而不知变，乃见怪异以惊骇之；惊骇之，尚不知畏恐，其殃咎乃至。以此见天意之仁，而不欲陷人也——汉董仲舒《春秋繁露·必仁且智》受命之君，天意之所予也。故号为天子者，宜视天为父，事天以孝道也；号为诸侯者，宜谨视所候奉之天子也；号为大夫者，宜厚其忠信，敦其礼义，使善大于匹夫之义，足以化也；士者，事也，民者、瞑也；士不及化，可使守事从上而已。……是故事各顺于名，名各顺于天，天人之际，合而为一——汉董仲舒《春秋繁露·必仁且智》天人相分天行有常，不为尧存，不为桀亡。应之以治则吉，应之以乱则凶。强本而节用，则天不能贫；养备而动时，则天不能病；修道而不贰，则天不能祸。故水旱不能使之饥，寒暑不能使之疾，祆怪不能使之凶。本荒而用侈，则天不能使之富；养略而动罕，则天不能使之全；倍道而妄行，则天不能使之吉。故水旱未至而饥，寒暑未薄而疾，祆怪未至而凶

——荀子《天论》思考：天人合一的观念为什么会成为中国封建时代的主流自然观？它对科学技术的发展会产生什么影响？天人合一与自然科学积极影响与消极影响积极：因为异常自然现象的出现是天心、天意的表达，这就要求人们认真地观察这些自然现象，比如观察天象的变化，以准确领悟天意，这无形中促进了一些自然科学如天文学的发展。消极：在天人合一观长期影响下，中国人把自己视为大自然的一部分，无法客观的观察大自然、把大自然作为独立的客体来研究，阻碍了自然科学的发展。时空问题时间流逝与空间三维管子《宙合》：“古往今来曰宙，四方上下曰合”抽象时间与具体时刻

-墨子《墨经》：“久，古今旦暮”、“宇，东西家南北”。时空存在客观性庄子《庚桑楚》：“出无本，如无窍；有实而无乎处，有长而无乎本剽。有所出而无窍者，有实，有实而无乎处者，宇也；有长而无本剽者，宙也。”时空问题时间流逝连续性孔子《论语》：“逝者如斯夫，不舍昼夜”时间的“无限性”

-庄子《齐物论》：“有始也者，有未始有有始也者，有未始有夫未始有有始也者。”时间的“有限性”黄贤《天文》：“不睹日月之光，不测躔度之流，不察四时之成，是无日月也，无躔度也，无四时也”时空问题空间“无限性”管子《宙合》：“宙合之意，上通于天之上，下泉于地之下，外出于四海之外，合络天地，以为一裹。散之至于无间，……是大之无外，小之无内，故曰有橐天地。”佛教的空间无限概念《隋书·经籍志》：“佛道天地之外，四维上下，更有天地，亦无终极。然皆有成有败，一成一败谓之一劫。自有此天地已前，则有无量劫矣。”时空问题空间取向性问题泰西谓地上下四旁，皆生齿所居。此言尤为不经。盖地之四面，皆有边际，处于边际者，则东极之人与西极相望，如另一天地，然皆立在地上。若使旁行侧立，已难驻足，何况倒转脚底，顶对地心，焉能立而不堕乎？这段话反映出了中国与西方在空间取向性上什么关键的区别？？？课后思考问题1.中国的古人对时空性质有过什么样的探讨？.应如何看待他们对时空关系的探索？目录1古代中国科学技术的思想背景2古代中国自然、时空观3古代中国的科学技术4近代中国科学技术落后的原因大一统技术：天文学皇家的需要，农业社会的需要。不以宇宙理论见长，而以积累观测为主。皇家垄断天学，禁止民间私习。阴阳合历：日、气、朔三要素。公元前4世纪，已测出太阳年为365.25天（四分历）对日食和月食详细的记载，从汉初到1785年，日食925次，月食574次异常天象的记录，如太阳黑子（前28年）、极光、彗星（前613年－1621年包括哈雷彗星）、新星、超新星（前352－1604共75次）杰出的天学家：张衡（38－139）、祖冲之（429－500）、一行（683－727）、郭守敬（1231－1316）天文学——恒星观测《甘石星表》和《全天星图》反映出了中国古代恒星观测的发达天文学——异常天象观测“成帝河平元年三月乙未，日出黄有黑气，大如钱，居日中央”

——《汉书·五行志》“十月癸亥，一客星出于南门，其大如斗笠，鲜艳缤纷，后渐衰萎，于次年六月没。”

——《后汉书·天文志》后汉书这段文字记录了发生于2000年前的超新星爆发事件，如今科学家为这个超新星编号为RCW86，距离地球大约8000光年。天文学——异常天象观测《后汉书》记录2000年前爆发的超新星合成图天文学——异常天象观测马王堆出土的29幅彗星图表明当时对彗星的观测已非常细致，不仅注意到彗头、彗核和彗尾，而且还知道彗头和彗尾有不同的类型。天文学——仪器制作早期的浑天仪北京古观象台,当中位于中间的是建于明正统七年的浑天仪。天文学——仪器制作天文学——仪器制作宋代著名科学家苏颂主持创制的水运仪象台是十一世纪末我国杰出的天文仪器，集观测、计时和表演功能于一身。国际上对水运仪象台的设计给予了高度的评价。它还被认为是钟表的祖先。天文学——仪器制作张衡的候风地动仪。据说，“地动仪以精铜制成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒尊”，中有都柱，外有八道，八道连接八条口含小铜珠的龙，龙头下面有一只蟾蜍张口向上。一旦发生地震，都柱因受震动倒向八道之一，该道龙口张开，铜珠落入蟾蜍口中，观测者即可得知地震的时间和方向。小儿辩日孔子东游，见两小儿辩斗，问其故。

一儿曰：“我以日始出时去人近，而日中时远也。”

一儿以日初出远，而日中时近也。

一儿曰：“日初出大如车盖，及日中则如盘盂，此不为远者小而近者大乎？”

一儿曰：“日初出沧沧凉凉，及其日中如探汤，此不为近者热而远者凉乎？”

孔子不能决也。

两小儿笑曰：“孰为汝多知乎？”

天文学旷世之争——浑盖之争“宣夜之书亡，惟汉秘书郎郗萌记先师相传云：“天了无质，仰而瞻之，高远无极，眼瞀精绝，故苍苍然也。譬之旁望远道之黄山而皆青，俯察千仞之深谷而窈黑，夫青非真色，而黑非有体也。日月众星，自然浮生虚空之中，其行其止皆须气焉。是以七曜或逝或住，或顺或逆，伏见无常，进退不同，由乎无所根系，故各异也。故辰极常居其所，而北斗不与众星西没也。”

——《晋书·天文志》宣夜说只是一种初级的宇宙理论，它没有与数学结合，不能用以编制历法，不能预测日月星辰的运行。因为它认为天体的运动彼此独立，互不相关，无规律可寻。这种主张，杜绝了人们探寻自然规律的可能性，所以，它不利于科学发展天文学旷世之争——浑盖之争“其言天似盖笠，地法覆槃，天地各中高外下。北极之下为天地之中，其地最高，而滂沲四隤，三光隐映，以为昼夜。天中高于外衡冬至日之所在六万里，北极下地高于外衡下地亦六万里，外衡高于北极下地二万里。天地隆高相从，日去地恒八万里。日丽天而平转，分冬夏之间日所行道为七衡六间。每衡周径里数，各依算术，用句股重差推晷影极游，以为远近之数，皆得于表股者也。”

——《晋书·天文志》中国古代第一个堪称科学理论的宇宙结构学说是盖天说。七衡六间图盖天说主张天地是两个中央凸起的平行平面，天在上，地在下，天离地的距离是8万里，日月星辰围绕着北极依附在天壳上运动。太阳依附在天壳上运行的轨道可分为七衡六间盖天说如何解释天象盖天学家认为，人们居住在C点，以C点为圆心，以16.7万里为半径画圆，交内衡于L、L＇点；交中衡于M、M＇点；交外衡于N、N＇点，夏至日，太阳沿内衡运动，到达L即为日出，CL为日出方向，图中为东北方，太阳在圆弧LDL＇段运行时为白天，到达L＇即为日落，图中所画为西北方，太阳在其余弧上运动就是黑夜。这样就解释了为什么夏至日太阳在东北方升起，在西北方下落。浑天说浑天说主张地蕴含于天内。天是一个圆球。天球一半在地上，一半在地下。根据这个模型昼夜变换、四季交替、恒星闪烁都能够得到解释。浑天说手中有两大法宝：一是当时最先进的观天仪——浑仪。借助于它，浑天家可以用精确的观测事实来论证浑天说。在中国古代，依据这些观测事实而制定的历法具有相当的精度，这是盖天说所无法比拟的。另一大法宝就是浑象。利用浑仪人们可以形象地演示天体的运行，使人们不得不折服于浑天说的卓越思想，因此，浑天说逐渐取得了优势地位。到了唐代，天文学家一行等人通过天地测试彻底否定了盖天说，使浑天说在中国古代天文领域称雄了上千年。浑天说的优势浑盖之争的特点1.持续时间很长：这场争论始于公元2世纪，持续时间长达1300多年2.实践大于先验：古人在这场争论中，秉持着一个重要原则：判断一个学说是否正确，关键在于其是否符合实际情况，而不是看其是否遵循某种先验的哲学观念。中国的古代数学公元前2100年，中国夏朝出现象征吉祥的河图洛书纵横图有什么奇妙之处？河图的解释，在历史上有多种说法。其中《尚书》中解释说：“河图，八卦；伏羲王天下，龙马出河，遂则其文以画八卦，谓之河图。”

图中每个阳、阴爻分别代表数9与数6，其中数字的配置依照“九六”说，是一种均衡的数字配置。在八卦中，相对称的卦象，如乾与坤，其象数之和均为45。它与洛书中1至9的数字之和相同“易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦。”

中国古代数学的特点便捷的计数制度与计数工具思考算筹和十进制对中国古代数学有什么促进作用？古代中国的数学体系《九章算术》是古代数学的经典之作。它成书不晚于公元1世纪。它的出现标志着中国传统数学知识体系的完成。

第一章方田（分数四则运算和平面图形求面积）第二章粟米（粮食交易的计算方法）第三章衰分（比例分配）第四章少广（开平方与开立方）第五章商功（体积计算）第六章均输（运输中的均匀负担）第七章盈不足（盈亏类问题计算）第八章方程（一次方程组解法与正负数）第九章勾股（勾股定理的应用）

《九章算术》的内容算术方面分数四则运算比例算法盈不足术代数方面方程术正负术开方术几何方面面积体积勾股定理及其应用运用算筹

《九章算术》的主要数学成就中国古代数学的特点不拘一格的推理模式与古希腊人唯一接受演绎的逻辑推理有别,中国古代数学家不拘一格地采用各种形式的推理方法。一般来说,中国古代数学是一种从实际问题出发,经过分析提高而概括出一般原理和方法,以求最终解决一大类问题的体系。与此格局相适应,中国数学经典有其独特的表达形式,其中“术”和相关的“注”就体现了中国古代数学家对一般方法的重视以及对逻辑推理的追求刘徽在《九章算术》“圆田术”的注中提出“割圆术”，作为计算圆的周长、面积及圆周率的基础。这是刘徽最突出的数学成就，也是中国古代数学的瑰宝。刘徽从圆内接正六边形出发，取半径r为1尺，一直计算到192边形，得出圆周率的近似值π≈3.14，化成分数为157/50，这就是有名的“徽率”。案例：割圆术祖冲之继承了刘徽的思想，其最突出的成就就是对圆周率的推算。据《隋书·律历志》记载，祖冲之求得的π值的取值范围为3.1415926<π<3.1415927（并称为朒、盈数）。比德国数学家奥托（1550—1605）于1573年得到的要早1100年。利用刘徽的割圆术得到上述结果，需要从正六边形起，连续的倍增正多边形的边数，至24576边形。祖冲之世界著名的《一百个有挑战性的数学问题》一书中，仅刊登两位华人的画像，一为祖冲之，一为陈景润。中国古代数学的特点构造性质和算法机械化如果说古希腊的数学家以发现几何学定理为乐事的话,那么中算家则以构造精致的算法为己任。通过切实可行的手段把实际问题化归为一类数学模型,然后应用一套机械化(或称程序化)的算法求出具体的数值解,这是中国古代数学最为令人醒目的一个标志,难怪我们的先人把数学叫作“算学”。中国古代算数还特别看重算法的普适性案例：更相减损术“可半者半之，不可半者，副置分母、子之数，以少减多，更相减损，求其等也。以等数约之。”

--《九章算术》第一步：任意给定两个正整数；判断它们是否都是偶数。若是，则用2约简；若不是则执行第二步。第二步：以较大的数减较小的数，接着把所得的差与较小的数比较，并以大数减小数。继续这个操作，直到所得的减数和差相等为止。则第一步中约掉的若干个2与第二步中等数的乘积就是所求的最大公约数。*其中所说的“等数”，就是最大公约数。求“等数”的办法是“更相减损”法。案例：盈不足数“置所出率，盈、不足各居其下。令维乘所出率，并以为实；并盈、不足为法…置所出率，以少减多，余以约法、实。实为物价，法为人数。”

--《九章算术》今有共买物，人出八，盈三；人出七，不足四。问人数、物价各几何？盈不足的算法盈不足术直接可以换成现代算法《九章算术》与《原本》的简单对照比较项目《九章算术》《原本》建构数学体系的方式实用方式理论方式表述体系开放的归纳体系封闭的演绎体系主要内容算法202个命题475个构造体系的方法