中国科学史选讲课件

“中国传统科学

与文明”选讲

——中国科学文明史上的20

2008-05-122前言中国科学技术史具有非常丰富的内涵。科学技术史是国家一级学科。弗朗西斯•培根、马克思和恩格斯推崇中国发明造纸、印刷、火药和指南针。李约瑟为证明中国传到西方的不只这四大发明，在《中国科学技术史》中仅讲机械等技术的西传，用a，b，c，d，排列，写到z瓷器。他说：“我写到这里用了句点，因为26个字母都已用完了，但还有许多例子，甚至重要的例子可以列举”。根据教学计划，本讲要在3节课的时间内，讲述明末前中国传统科学与文明。只能选讲。选例原则：科学性，历史性，知识性，趣味性。3第1项：新石器时代的骨笛

有8千年的一批笛子，在河南舞阳贾湖遗址出土。是由丹顶鹤腿骨制成的，至今仍可演奏5良渚文化6第2项：仰韶文化的标志彩陶仰韶文化：距今7000年至5000年。分布在黄河中下游。已形成较大规模的建屋而居的聚落，烧制和使用彩陶。发展了裴李岗文化，原始氏族从繁荣到衰落时期，分布之广、延续之久、内涵之丰富，世界上首屈一指。典型遗址有郑州大河村（空心墙排房和天文学陶器花纹）、邓州八里岗（从聚落布局了解社会）、淅川下王岗（母系氏族聚居的长屋）、灵宝西坡、灵宝北阳平遗址群、安阳后冈、三门峡庙底沟、郑州西山（5300年前黄帝之都）、濮阳西水坡（墓中蚌塑龙形制巨大）等。7仰韶文化时期的彩陶91011龙山文化的“蛋壳黑陶”1928年首次在山东章丘龙山镇的城子崖发现黑色陶器，1930年始发掘出轮制黑陶和蛋壳黑陶，现代技术仍难仿制。漆黑光亮，被称为“黑陶文化”，后命名为龙山文化，距今5000-4000年，与尧、舜、禹时期对应。出现较多城址，如安阳后岗、登封王城岗、淮阳平粮台，印证了古史记载中方国林立的“万邦时期”。开始使用铜器，如登封王城岗出土国内最早的青铜容器残片。开凿水井，可远离河流谷地向内陆发展。1314第3项：

春秋早期管仲“人与天调”的思想

管仲（？—前645），春秋前期政治家，在《管子•五行》中阐发了“人与天调，然后天地之美生”的理念，这是人类的崇高理想管子的农业和生态保护观“山林虽广，草木虽美，禁发必有时，江海虽广，池泽虽博，鱼鳖虽多，网罟必有正。”（《管子•八观》）“衡顺山林，禁民斩木”（《五行》）“毋行大火，毋断大木，毋斩大山，毋戳大衍。”（《轻重乙》）15第4项：特殊的中医疗法——针灸针灸是我国独特的医学治疗手段。最初的针砭，其功用主要在于刺割痈肿、溃烂与放血等小手术，以后才发展到针灸穴位治病。针灸穴位的产生，现在所知至迟不晚于春秋、战国时期。那时的名医扁鹊，就是针灸高手。经络与穴位，是个比较复杂的学说，它肯定要经过相当长的时间才能形成一个完整的体系。春秋、战国时期形成的经络学说，与西周时期开始出现的阴阳学说有着密不可分的关系。1718手足穴位与人体各部分的对应19第5项：体操的起源——导引术《吕氏春秋·适音》载：“昔陶唐氏之始，阴多滞伏而湛积，水道壅塞，不行其原。民气郁阏而滞著，筋骨瑟缩不达，故作为舞以宣导之。”《路史·阴康氏》载：“阴康氏之时，……阴凝而易闷，人既郁于内，腠理滞着而多重(肿)腿，得所以利其关节者，乃制为之舞，教人引舞以利通之。”古人以自身的运动来增强体质，后世医学与运动学家将这两段记载作为“导引”术的起源。养生学就是运动保健医学。导引术的动作源于人们模仿动物的姿态，希望人能像动物那样矫健。21马王堆三号汉墓帛书导引图2223第6项：商周用失蜡法制青铜器失蜡法是一种青铜等金属器物的精密铸造方法。做法是，用蜂蜡做成铸件的模型，再用别的耐火材料填充泥芯和敷成外范。加热烘烤后，蜡模全部熔化流失，使整个铸件模型变成空壳。再往内浇灌溶液，便铸成器物。以失蜡法铸造的器物玲珑剔透，有镂空的效果。矢蜡法在我国有悠久的历史。湖北随县曾侯乙墓出土的青铜尊、盘，是我国目前所知最早的失蜡铸件，时代是在公元前5世纪。失蜡法造就了我国伟大的青铜时代。华觉明：中国古代三大铸造技术，《中国古代科技成就》，中国青年出版社，1978

252629木牍照片30书籍、信札等的名称起源于简牍把竹削刮平滑，截成狭长的片，叫削青，烤出水分，叫杀青、汗青；木简木牍用较软的杨柳木制成。简牍长短不等。帝王简长些，一般短些；汉简长多23~27cm，宽多1cm左右。用笔墨书写文字，用刀修改错字。一简牒常直书一行，用的麻绳、丝线(丝编)或牛皮条(韦编)叫编，数简编连称之为策、编或册，多册成篇，以末枚竹简为轴卷起来，称为卷，把首简字露在最外面(今书封上印书名即源于此)。小而薄的版叫札，将版牍捆在一起叫函，传抄经书的叫典，用布帛做套子叫帙或书衣，简册、卷帙均指书籍。将信写于木版，然后再加一版叫作检，写寄信人、收信人姓名、地址，叫作署。将两版合好捆扎，叫版牍，打结处涂粘土、盖印（呈凸起的字），即封，粘土叫封泥。信简长一尺，故信又叫尺牍。31323334第8项：《墨经》中的几何光学知识“第一条是述影的定义与生成。第二条说明光与影的关系。第三条则畅言光是具有直线进行的性质的，并且描写一个针孔成像匣的实验来说明它。第四条说光有反射的性能。第五条论光和光源的关系而定影的大小。这五条论光和物和阴影的关系。光学的论影的部分已完备了。第六条述平面镜中物和像的关系。第七条进而述凹球面镜中物与像的关系。第八条则述凸球面镜中物与像的关系。这样光学中论像的部分也就完毕了。”

钱临照，“论墨经中关于形学力学和光学的知识”《科学通报》2卷8期195135墨经阐明针孔成像原理

墨经设计了一个针孔成像匣，其现象是(1)周围够暗时应可以看见一个倒立的烛焰影像(2)蜡烛向左移动时，影像向右移，蜡烛向右移

动时，影像向左移；蜡烛向前移动时，影像

变大，蜡烛向后移动时，影像变小。(3)三者必在同一直线上。说明光的直进特性，

倒立像的原因。(4)树叶间较小的空隙如同针孔，每个空隙都可

使太阳成像在地上。针孔成像是光直进原理的一种应用。36凸面镜及其成像原理凹面镜及其成像原理37《墨经》论光学是最早的几何光学著作《墨经》论光学只有8条300余字，但逻辑严密，是世界上最早的几何光学著作。前5条，首论影的成因，次述光和影的关系，第三以针孔成像论证光的直线进行，接着又说明光的反射，最后讨论光、物、影三者的关系，光学中的影论基本具备。后3条分别论述平面镜、凹面镜、凸面镜的成像规律，是光学中像论部分的基本内容，8条合起来即为几何光学的基础。

席泽宗：中国科学的传统与未来，

《百名院士科技报告集》

38第9项：战国韩非论人口与社会问题战国时的韩非就认识到了人口膨胀带来的社会问题，他说：“今人有五子不为多，子又有五子，大父未死而有二十五孙，是以人民众而货财寡，事力劳而供养薄，故民争，虽倍赏累罚而不免于乱”。

《韩非子·五蠹》

这比马尔萨斯人口论（1798）早2000多年。对比：上帝说：“你们要生养众多，遍满大地。凡地上的走兽和飞鸟，都必须惊恐，惧怕你们”，主张无限制生育。《旧约全书》39第10项：王充《论衡》观察解释雷电王充认真观察了受雷击而死的人：“人为雷所杀，询其身体，若潘灼之状……中头则须发烧焦，中身则皮肤灼愤，临其尸上闻火气”。他观察了打雷时的天象：“当雷之时，电光时见，大若火之耀”；“当雷之击时，或蟠人室屋，及地草木”；“千里不同风，百里不共雷”；“正月阳动，故正月始雷；五月阳盛，故五月雷迅；秋冬阳衰，故秋冬雷潜”。于是王充得出结论说：“雷者，火也”。雷不是天怒，受雷击而死也不是被天惩罚。40王充尝试用实验方法演示雷的产生王充甚至用实验方法去演示雷的产生：“试以一斗水灌冶铸之火，气激弊襒裂，若雷之音矣。或近之，必灼人体”。《论衡·雷虚》“道术之家，认为雷烧石，色赤，投于井中。石焦井寒，激声大鸣，若雷之状。”王充进一步由此得出结论：“实说，雷者，太阳之激气也”。《论衡·雷虚》王充彻底否认了天人感应说对雷的错误解释。41第11项：西汉时已发现金属置换反应在化学方面，西汉时的《淮南万毕术》中即发现了金属置换反应。将铁放在硫酸铜即胆矾溶液中，使胆矾中的铜离子被金属铁置换而成为单质铜沉淀下来的产铜方法，到宋代曾广泛应用于生产，是水法冶金技术的起源。东汉末年的《周易参同契》认识到了物质进行化学反应时的配方比例关系。东晋时的《抱朴子·内篇》发现了化学反应的可逆性。不少事实说明，中国的炼丹术比阿拉伯人更早地为原始形态的化学作出了贡献。42第12项：体现整体和谐的都江堰工程四川水利工程都江堰历经2000年而不衰，渠首工程的鱼咀、飞沙堰、宝瓶口三者巧妙结合，分水、分沙的合理性，工程维修的科学性和简单性，充满了中国古人治水的整体性和复杂性思想，对当今的水利工程建设有着丰富的启示。耗散结构理论的创建者、诺贝尔奖金获得者普里高津（I.Prigogine）说：“中国文化具有一种远非消极的整体和谐。这种整体和谐是各种对抗过程间的复杂平衡造成的”。

普里高津，《探索复杂性》1986434445第13项：祖冲之计算圆周率

祖冲之（429~500）计算圆周率，准确到小数点后七位，在世界上领先了1000年。他从圆内接正六边形开始，依次将边数加倍，求各正多边形的边长和面积，边数越多，正多边形的面积和圆的面积也就越接近，求得圆周率也越准确。计算的复杂性：他一直算到圆内接正24756边形。24756=6×212，也就是说，要把同一运算程序反复进行12次，每一运算程序又包含有对9位数进行加、减、乘、除和开方等11个步骤。46勾股定理、刘徽原理、牟合方盖祖冲之前后的数学成就（动画演示）47第14项：人工选择原理宋代王观说：“今洛阳之牡丹，维扬之芍药，受天地之气以生。而大小深浅，一随人力之工拙而移其天地所生之性，故异容异色间出于人间”。又说：“花之颜色之深浅与叶蕊之繁盛，皆出于培壅剥削之力”。王观《扬州芍药谱》这把遗传和变异的关系，以及人工在变异中的作用说得一清二楚。所谓“天地所生之性”即遗传性。达尔文说：“如果以为选择原理是近代的发现，那就未免和事实相差太远，在一部古代的中国百科全书中已经有关于选择原理的明确记述”。

达尔文《物种起源》

4849多种多样的人工选择法中国人创造了多种多样的人工选择方法。公元前1世纪的《汜胜之书》中就提出小麦的穗选法，说：“取麦种，候熟可获，择穗大强者，收割下来成束晒干，收藏好，顺时种之，则收常倍”。据6世纪《齐民要术》的记载：猪、羊、鸡、蚕，禾、粟、穄、秫等在选育新品种时普遍应用人工选择。通过人工杂交形成的新品种，可以把两个或两个以上亲本的优良性能结合起来，成为一个具有更高生产性能和更能抵抗不良环境的新的生物类型50有性杂交和无性杂交

有性杂交：如马和驴杂交产生骡子。骡结合了马和驴的特点，而胜于马和驴。它从马那里得到体大、力大、活泼等优点，又从驴那里得到稳健、不易激动、忍耐力强的优点。像骡子这样有用的种间杂交较少见。无性杂交：如嫁接技术，在我国很普遍。《齐民要术》记载：不同种的树木进行嫁接，果树提早结实，品质得到改良。“凡木之必须接换，实有至理存焉。花小者可大，瓣单者可重，色红者可紫，实小者可巨，酸苦者可甜，臭恶者可馥，是人力可以回天，惟在接换之得其传耳。”

陈扶摇《花镜》1688

5152第15项：历史上珍贵的天象记录中国有长期、连贯、可靠的天文纪录，弥足珍贵，其现代应用深受天文学家关注，许多国家在研究。首先注意到这种纪录重要性的是著名天文、数学家拉普拉斯，1796年他在《宇宙体系论》里说：“法国图书馆所藏许多（中国）手稿里，有不少是还没有经人整理的观测，它们对于天文学可能有所阐发，特别是对于天体运行上的长期差”。来华传教士宋君荣（A.Gaubil）提供的中国关于黄赤交角的观测，为拉普拉斯的天体力学理论提供了佐证。

531054年记录了金牛座超新星的爆发二战后出现射电天文学，重视认证超新星遗迹，中国的天象纪录发挥了作用。有权威天文学家认为，当今天文学的研究可以分为两部分：蟹状星云的研究和其他天体的研究。担任过美国原子能委员会主席的麻省理工学院教授韦斯科夫（V.F.Wisskorf）说：“在人类历史上有两个7月4日，值得永远纪念。一个是1776年7月4日，成立了美国。一个是1054年7月4日，中国天文学家纪录了金牛座超新星的爆发，这次爆发产生了蟹状星云。”5455第16项：历史上珍贵的气象资料中国历史上大量的史料保存了上下5000年的与气候变化有关的信息。竺可桢先生是我国现代气候学的奠基人，他的重要工作之一，就是致力于气候变迁的研究。从1952年开始，他不断地从经、史、子、集，以及笔记、小说、日记、地方志中收集有关天气变化、动植物分布、冰川进退、雪线升降、河流湖泊冻结等资料，加以整理，1972年于临终前发表《中国近五千年来气候的变迁的初步研究》，重建5000年气温变化史，受到全世界的关注。

56自然史、气候史具有重大现实意义《中国近五千年来气候的变迁的初步研究》发表后立即被译成英德法日和阿拉伯诸种文字。英国《自然》杂志发表评论说：“竺可桢的论点是特别有说服力的，着重说明了研究气候变迁的途径，西方气象学家无疑将为能获得这篇综合性研究文章感到高兴。”现在，研究全球性的气候变化，已成为一个重要课题，各国都在大量投资，计算机模拟等手段均用上，而竺可桢开创的历史方法仍不失为一条途径。57第17项：历史上珍贵的地震资料地震预报十分困难，世界各国地震学家长期努力至今尚未研究出有效方法。历史上的地震资料可以提供地震预报的重要参考依据。1950年代中科院编制了《中国地震资料年表》，用于建厂选址：地震烈度7度以上须加防固设备；10度以上，则根本不能建厂。收集历史上各代各地地震资料，列出500多个建厂选址的地震烈度，绘出等震线，作出中国地震区域图，满足了当时经济建设的需要。1976年唐山大地震以后，社科院、中科院和国家地震局历时5年完成《中国地震历史资料汇编》5大卷。58第18项：历史上珍贵的水利地质资料三峡工程中，水利科学院水利史研究室查阅了1800年的水利史料和地质资料，现场考察3次，做出历史模型和可行性方案，发表“三峡地区大型岩崩和滑坡历史及现状的考察研究”。报告指出：近2000年间，大型岩崩滑坡集中在几个河段，具有周期性和季节性，规模最大的仅短时堵江，未形成拦江堆石坝。报告指出：秭归、巴东境内的黄腊石和新滩两地岩崩规模最大，危害严重，应先期整治和预防。对三峡地区今后可能出现的类似地质灾害在地理分布，发生诱因、可能的规模和频率提出预警。59第19项：中算“机械化”的现代价值中国《九章算术》等传统算法具有机械化的特征，宋元时产生一套做法将几何问题代数化。吴文俊先生利用我国宋元时期发展起来的增乘开方法与正负开方法，在HP25型袖珍计算器上，利用仅有的8个储存单位，编制一小程序，竟可解高达5次的方程，达到预定的精度。经吴文俊院士发展，在计算机上实现了数学定理的机器证明。这是由中国学者开辟的一个现代数学学科的新领域，把传统科学作为目的基因转入现代数学中，使现代科学得以有新的发展。

60数学定理的机器证明包含历史的基因1977年平面几何定理的机器证明取得成功；1978年推广到微分几何；1983年周咸青在全美定理机器证明学术会上介绍了吴方法，证明了500多条难度颇高的几何定理，轰动了国际学术界。穆尔（J.S.Moore）认为，在吴之前，这方面的证明处于黑暗时期，而吴的工作给整个领域带来光明。一个突出的例子是由开普勒行星运动3定律自动推导出牛顿万有引力定律，很了不起。吴文俊说：“继续发扬中国古代传统数学的机械化特色，对数学各个不同领域探索实现机械化的途径，建立机械化的数学，则是本世纪以至绵亘整个21世纪才能大体趋于完善的事”

。61第20项：珠算是传统数学的瑰宝珠算在东汉徐岳《数术记遗》（190）出现，算盘流传全世界，对促进近代化功勋卓著，至今汉字圈里还有应用，在高度现代化的日本仍占有一席之地，珠心算在儿童数学教育中发挥作用。中国古人精于计算，明代以来算盘成为东亚商家必备工具，进入社会各阶层，大行于世。打算盘时得之于心，出自于口，应之于手，做到“心到、口到、手到”，计算快捷、简便、准确。珠算具备硬件、软件，是简易的计算机。珠算是我国的传统数学文化中的瑰宝。6263珠算位居“改变世界的新发明”首位

中世纪以来，商业活动需要进行的计算量大增，由于没有便于使用的计算工具，需要靠心算、笔算，速度慢、易于出错，成为商业活动的负担。有了算盘之后，极大促成了东亚乃至世界近代商业的兴起，有学者发表论文，肯定在近代商业的繁荣中珠算所起的重要作用。2007年英国《独立报》评选出101项改变世界的新发明，第1位是“算盘，公元190年，中国东汉”；新德里07年《印度时报》“改变世界的50项发明”，第1也是中国算盘。这充分说明了珠算的历史作用和影响，已经得到国际上的公认和高度评价。64珠算申报联合国人类非物质文化遗产

2007年珠算文化申报为我国非物质文化遗产已被批准通过，2008年即将由国务院宣布。2008年2月珠算文化申报联合国人类非物质文化遗产代表名录全国第一次专家会议在北京召开。联合国教科文组织关于“人类非物质文化遗产”的定义：“各族人民世代相承的、与群众生活密切相关的各种传统文化表现形式（如民俗活动、表演艺术、传统知识和技能，以及与之相关的器具、实物、手工制品等）和文化空间”。珠算