《国学概论》14.科学技术

第十四章科学技术一、科技概说科学，英文science，词源乃是拉丁文“scientia”,其本意为“学”、“知”。起初，受《礼记·大学》“致知在格物，格物而后知至”的影响，“science”在中国被译为“格致”。取其“格物而致知”的意思，也就是探究事物而得到知识的学问。明治维新时期，日本科学启蒙大师、教育家福泽瑜吉把“science”译为“科学”，以表示西方分科的学问。受其影响，1893年，康有为在其《日本书目志》中引进并使用了“科学”二字。后来，严复在翻译《天演论》等著作时，也译为“科学”，此后，“科学”便在中国得到广泛应用。科学的定义1，科学是反映客观事物和规律的知识和知识体系。2，科学是探索客观事物及其规律的活动。3，科学是一种社会建制。

科学建制化的过程就是逐步形成一种维系“科学知识生产”的相对稳定的社会模式和制度安排的过程。4，科学是一种知识形态的生产力。科学的几个特征在西文中，“技术”一词最早源于古希腊语“techne”，原意是指技能、技巧和能力等。在古代中国，技术泛指“百工”，也主要是指个人的技巧和经验。随着工业革命的兴起，技术也开始指那些由人所创造出来的各种机器、工具等物质装置。同时，随着自然科学理论越来越多地应用于生产和技术发明过程，技术中知识要素的地位逐渐增强，技术发展出现了理论化取向，技术科学产生，技术在一定意义上也成为一种知识体系。技术的定义科学与技术都是人类的理性创造活动及其成果，都反映了人对于自然的对象性关系，都属于历史的、发展的范畴。科学更多地体现人对于自然的认知和理解，更侧重于认识自然，技术更多地反映着人对于自然的改造和控制，更侧重于为了特殊的目的而改造自然。科学和技术的关系在历史上不断变化，在人类早期，基本分离，各自走着自己的发展道路。近代以来，融合加快，出现了科学的技术化和技术的科学化趋势，以至于今天在某种程度上已经融为一体。科学与技术的关系从公元1世纪到公元15世纪的漫长岁月中，中国人在应用自然知识满足人的需要方面，曾经胜过欧洲人，那么为什么近代科学革命没有在中国发生呢？李约瑟之问科技史的内容科学医农技术天工程算①石器时代：原始农业萌芽②青铜时代：传统农业形成③铁器牛耕：传统农业发展④旱作农业体系：北方农业长足发展⑤稻作农业体系：经济重心向南方转移⑥美洲作物传入：一次新的农业增长机遇⑦近现代技术的应用：中国农业面貌的革新二、农学1，农业起源与早期农业形态概貌起源的猜想与假说知识、经验积累的可能技术工具形态生产生活概貌2，铁器牛耕与精耕细作技术体系的形成铁制农具复杂的历史阶段性秦至东汉中期,我国农业生产仍处于由锄、锸耕向犁耕过渡时期。东汉后期或魏晋南北朝,北方中原地区始进入牛耕时代,南方还要晚一些。《吕氏春秋》、《氾胜之书》等所说的先进耕作制度只是农学家的提倡,远未在全国普遍推广,当时多数地方还是粗放耕作。将先进的生产工具、生产技术当做一般的、已被普遍采用的生产工具、生产技术,这是一个误区。“精耕细作”与“粗放农业”古代农家的生计体系

（农林牧副渔的雏形、演进、交替、互补与共存）王君之诗学胜农学，其农学绝不及苗好谦、畅师文辈也。——徐光启《农政全书》评价王祯唐宋以来，国不设农官，官不庀农政，士不言农学，民不专农业——明万历三十二年（1604）《拟上安边御虏疏》徐光启与农学概念的提出徐光启（1562-1633）1“或巫或医”：中国古代医学的起源说2从医药知识体系到医学理论体系3医家与医学三、医学1，圣人说：伏羲、炎帝、黄帝2，医源于巫3，动物本能说1“或巫或医”：中国古代医学的起源说2，从医药知识体系到医学理论体系医疗学说（经络、脏腑、阴阳、五行）导引图（长沙马王堆汉墓）草之本，天子食之以顺疾，岂曰一草之本而不食哉？——《墨子·贵义》《汉书·郊祀志》：侯神方士使者副佐、本草待诏七十余人皆归家《汉书·平帝纪》征天下通知逸经、古记、天文、历算、钟律、小学、史篇、方术、本草及以五经、论语、尔雅教授者……至者数千人《汉书·游侠·楼护传》少随父为医长安，出入贵戚家。护诵医经、本草、方书数十万言。本草之学李时珍生平中国古代规模最大的本草类文献。李时珍《本草纲目》现知最早的药物学专著，可能成书于东汉前期，介于《黄帝内经》和《伤寒杂病论》之间。《神农本草经》扁鹊张仲景3，医家与医学扁鹊(公元前407—前310年)姬姓，秦氏，名缓，字越人，又号卢医，春秋战国时期名医。春秋战国时期渤海郡郑(今河北沧州市任丘市)人。由于他的医术高超，被认为是神医，所以当时的人们借用了上古神话的黄帝时神医“扁鹊”的名号来称呼他。少时学医于长桑君，尽传其医术禁方，擅长各科。在赵为妇科，在周为五官科，在秦为儿科，名闻天下。秦太医李醯术不如而嫉之，乃使人刺杀之。扁鹊奠定了中医学的切脉诊断方法，开启了中医学的先河。相传有名的中医典籍《难经》为扁鹊所著。1中国古代天文历法起源及其文献概览2以“农时”为中心3社会生产生活节奏、模式的形成四、天文历法

古者包牺氏之王天下也，仰则观象于天，俯则观法于地，观鸟兽之文与地之宜，近取诸身，远取诸物，于是始作八卦，以通神明之德，以类万物之情。——《易·系辞下》正史与天文律历志修纂（1）先秦时期：①春秋时期，留下了世界上公认的首次哈雷彗星的确切记录。《春秋》记载，公元前613年，“有星孛入于北斗”，即指哈雷彗星，这一记录比欧洲早六百多年。②春秋时期我国历法已经形成自己固定的系统，基本上确立19年7闰的原则，这比西方早160年。③战国时期，出现了世界上最早的天文学著作《甘石星经》，其中有丰富的天文记载，反映了那个时期人们对天文的认识。

常识性知识（2）两汉时期：①汉武帝时，天文学家制订出中国第一部较完整的历书“太初历”，开始以正月为岁首。②西汉关于太阳黑子的记录，被世界公认为是有关太阳黑子的最早记录。③东汉时，张衡从日、月、地球所处的不同位置，对月食作了最早的科学解释。④张衡发明制作的地动仪，可以遥测千里意外地震发生的方向，比欧洲早1700多年。黄帝：“迎日推策”颛顼（zhuānxū）：“载时以象天”帝喾（kù）：“历日月而迎送之”→根据日月的出没来计算日子，根据星象的变化来定时节。尧：“敬顺昊天，数法日月星辰，敬授民时”中国的天文历创始于原始社会晚期《小雅·十月之交》：十月之交，朔日辛卯，日有食之，亦孔之丑。据天文学家推算，这里记载的是公元前735年11月30日发生的日食现象。

《邶风·柏舟》：日居月诸，胡迭而微。公元前667年前后发生的日月连食现象。《诗经》提到了后世二十八宿中的火（心宿）、箕、定（室宿和壁宿）、毕、参、昴等星宿名称。此外还提到了牛郎星、织女星、北斗七星和银河等。《诗经》中的天象神宗熙宁七年（1074）面临前所未有的干旱，朝廷下诏要求各地及时上报雨水情况。正月，诏自今诸州具属县旬申雨雪尺寸上提点刑狱司，本司类聚上司农寺类聚月奏，有稽违者纠之。三月，诏河北、河东、陕西、京东西淮南路转运司，具辖下已得雨州军以闻。四月，诏开封府界提点司督，责诸县捕蝗得雨，实时以闻。五月，诏河北东西路转运司，疾速契勘辖下未得雨州军，入急递以闻。六月，又诏天下奏报雨雪、贼盗之类，旧悉以状进，令通进司分门类次，略为奏目进入。天象、雨水、奏报与北宋神宗熙宁政局郑侠→诸州县奏雨，往往止欲解陛下之焦劳，一寸则云三寸，三寸则云一尺，多不以其实。——司马光《应诏言朝政阙失状》

五、数学

算筹是中国古代的计算工具，这种计算方法称为筹算。算筹实际上是一根根同样长短和粗细的小棍子，一般长为13--14cm，径粗0．2～0．3cm，多用竹子制成，也有用木头、兽骨、象牙、金属等材料制成的，大约二百七十几枚为一束，放在一个布袋里，系在腰部随身携带。需要记数和计算的时候，就把它们取出来，放在桌上、炕上或地上都能摆弄。据史料推测，算筹最晚出现在春秋晚期战国初年。筹算与珠算测量内容几何知识《考工记》中的数学知识《算数书》：中国最早的数学书1984年在湖北江陵张家山出土，成书年代至晚是公元前186年。西汉末年《周髀算经》两项成就：(1)提出勾股定理的特例及普遍形式；(2)测太阳高、远的陈子测日法，为后来重差术（勾股测量法）的先驱。此外，还有较复杂的开方问题和分数运算等。一部经几代人整理、删补和修订而成的古代数学经典著作，约成书于东汉初年。全书采用问题集的形式编写，共收集了246个问题及其解法，分属于方田、粟米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程和勾股九章。主要内容包括分数四则和比例算法、各种面积和体积的计算、关于勾股测量的计算等。注重应用，注重理论联系实际，形成了以筹算为中心的数学体系，对中国古算影响深远。它的一些成就如十进制值制、今有术、盈不足术等还传到印度和阿拉伯，并通过这些国家传到欧洲，促进了世界数学的发展。《九章算术》(1)计算圆周率精确到小数点后第六位，得到3.1415926<π<3.1415927，并求得π的约率为22/7，密率为355/113，其中密率是分子分母在1000以内的最佳值，欧洲直到十六世纪德国人鄂图（valentinusotto）和荷兰人安托尼兹（a.anthonisz)才得出同样结果；(2)祖暅在刘徽工作的基础上推导出球体体积的正确公式，并提出"幂势既同则积不容异"的体积原理，即二立体等高处截面积均相等则二体体积相等的定理。欧洲十七世纪意大利数学家卡瓦列利（bonaventuracavalieri）才提出同一定理；(3)发展了二次与三次方程的解法。祖冲之、祖暅[gèng]父子的工作656年国子监设立算学馆。设有算学博士和助教，由太史令李淳风等人编纂注释《算经十书》（包括《周髀算经》、《九章算术》、《海岛算经》、《孙子算经》、《张丘建算经》、《夏侯阳算经》、《缉古算经》、《五曹算经》、《五经算术》和《缀术》），作为算学馆学生用的课本。对保存古代数学经典起了重要的作用。

唐代国子监算学馆的设立贾宪《黄帝九章算法细草》﹝11世纪中叶﹞刘益《议古根源》﹝12世纪中叶﹞秦九韶《数书九章》﹝1247﹞李冶《测圆海镜》﹝1248﹞和《益古演段﹝1259﹞杨辉《详解九章算法》﹝1261﹞

《日用算法》﹝1262﹞

《杨辉算法》﹝1274-1275﹞朱世杰《算学启蒙》﹝1299﹞和《四元玉鉴》﹝1303﹞宋元：筹算数学的极盛时代十六世纪末开始，西方传教士开始到中国活动，由于明清王朝制定天文历法的需要，传教士开始将与天文历算有关的西方初等数学知识传入中国，中国数学家在“西学中源”思想支配下，数学研究出现了一个中西融合贯通的局面。十六世纪末，西方传教士和中国学者合译了许多西方数学专著。中西交汇意大利传教士利马窦和徐光启合译的《几何原本》前6卷﹝1607﹞，其严谨的逻辑体系和演译方法深受徐光启推崇。徐光启本人撰写的《测量异同》和《勾股义》便应用了《几何原本》的逻辑推理方法论证中国的勾股测望术。李善兰与英国传教士伟烈亚力合译的《几何原本》后9卷﹝1857﹞《几何原本》六、水力机械水轮仪器水排水磨水车Part1水运仪象台水运仪象台的水轮秤漏装置苏颂（1020－1101年），字子容，汉族，原籍福建泉州府同安县（今属厦门市同安区）人。北宋中期宰相，杰出的天文学家、天文机械制造家、药物学家。出身闽南望族。庆历二年（1042年），苏颂登进士第。官至刑部尚书、吏部尚书。宋哲宗时拜相。宋徽宗时进太子太保，累封赵郡公。建中靖国元年（1101年）卒，年八十二，追赠司空。后追封魏国公。苏颂好学，于经史九流、百家之说，至于算法、地志、山经、本草、训诂、律吕等学无所不通。其主要贡献是对科学技术方面，特别是医药学和天文学方面的突出贡献。他领导制造世界上最古老的天文钟“水运仪象台”，开启近代钟表擒纵器的先河。李约瑟称其为“中国古代和中世纪最伟大的博物学家和科学家之一”水运仪象台的构思在机械结构方面，采用了民间使用的水车、筒车、桔槔、凸轮和天平秤杆等机械原理，把观测、演示和报时设备集中起来，组成了一个整体，成为一部自动化的天文台。工作原理在下隔的中央部分设有一个直径达3米多的枢轮。枢轮上有72条木辐，挟持着36个水斗和勾状铁拨子。枢轮顶部和边上附设一组杠杆装置，它们相当于钟表中的擒纵器。在枢轮东面装有一组两级漏壶。壶水注入水斗，斗满时，枢轮即往下转动。但因擒纵器的控制，使它只能转过一个斗。这样就把变速运动变为等间歇运动，使整个仪器运转均匀。枢轮下有退水壶。在枢轮转动中各斗的水又陆续回到退水壶里。另用一套打水装置，由打水人搬转水车，把水打回到上面的一个受水槽中，再由槽中流入下面的漏壶中去。因此，水可以循环使用。打水装置和打水人则安置在下隔的北部。整个机械轮系的运转依靠水的恒定流量，推动水轮做间歇运动，带动仪器转动，因而命名为“水运仪象台”。Part2水车翻车井车宋元筒车Part3水力加工机械水排火药不是某一个人在一时一地的发明，而是中国古代医学家、药物学家和炼丹家，在上千年的生产实践和科学实验积累的基础上，于唐宪宗元和三年（808年）前发明的。这种火药是用硝（即硝酸钾，KNO3）硫（S）炭（C）三种粉末拌和的混合火药，因其在燃烧后会生成大量的黑色烟雾而被称为黑色火药。七、炼丹术与火药黑火药在晚唐时（9世纪末）已经出现，对它的研究始于中国古代炼丹术。炼丹家对于硫黄、砒霜等具有猛毒的金石之药，在使用前常用烧灼之法以“伏”其毒性（使毒性消解或降低），或以此来改变药物被加热后易挥发、易爆燃的状况，此种工艺称为“伏火”。从流传下来的“伏火”方子看，通常都有硝石、硫黄和炭末，学者们相信，黑火药就是无意中通过这些“伏火”方子而诞生的。黑火药始于中国古代炼丹术黑火药对于丹房（炼丹术实验室）来说是有害无益之物，因为它会导致失火甚至爆炸。但是军事家却很快发现它有大用途。黑火药有可能在唐末已被用于军事用途，但真正重要的证据出现在宋代。北宋天圣元年（1023），朝廷在开封设置“火药作”，这是“火药”之名首次出现于中国史籍。庆历四年（1044）曾公亮、丁度等编纂《武经总要》，堪称中国第一部古典军事百科全书，该书前集卷十二《守城·火药法》中，完整记录了三种黑火药配方。以其中“蒺藜火球火药方”为例，配方中硝、硫、炭的比例依次是50.6%、26.6%、22.8%，还有少量其他配料。这三个配方的刊载，标志着黑火药的发明研制阶段已经基本结束，它已经正式进入北宋国家军队装备系列，而且开始标准化了。自春秋末至唐代，人们对硝石和硫磺的产地分布、药物特性和化学特性已有较为深入的认知和研究，比世界其他国家和地区至少要早1200-1500年，这正是火药在中国发明的根本原因。硝石以中国古代“陇道”和“蜀道”所经之甘肃和四川等地所产为多，此外还有青海、山西、河北、内蒙古等地。“消石出陇道”“石流磺出汉中”——《范子计然》（先秦秦汉）“消石……生益州及武都”——南朝·陶弘景《名医别录》产地唐显庆四年（659）编写成世界上第一部官修药典《新修本草》，药典中列举了益州（四川大部、云贵陕甘青之一部）、武都（今属甘肃）、西羌（青海大通）和汶山郡（川北茂州羌族自治县）等产硝之地。——唐·苏敬等《新修本草》北宋马志等《开宝本草》、南宋李心传《建炎以来朝野杂记》、明李时珍《本草纲目》等，更为详细地罗列了硝石的诸多产地。《黄帝内经》、长沙马王堆汉墓帛书、甘肃武威简牍、《神农本草经》等等都有药用、方剂记载。古代医家对于硝石配方的治病功效作了神话式的宣传，比如用贡炼丹，“与硝服之，三十年，返如童子”；又说用朴硝“能化七十二种石，炼饵服之，轻身如仙”，用硝石“炼之如膏，久服轻身”。这类宣传正中帝王下怀，于是他们倡导炼丹，乃至走火入魔。虽然炼丹最终没能出现长生不老的奇迹，但是炼丹家在实验的灾祸中，发现了硝石、硫磺、含碳物质合炼时发生的燃爆现象，由此渐续为火药的发明提供了灵感。硝石和硫磺的药用特性硝石、铅、水银等为阴性药物：色泽晦暗，品行好伏不动，不易燃烧，生于山阴水旁和寒冷之地的药物。硫磺、雌黄、雄黄等为阳性药物：色赤黄或青绿，见火易飞，容易燃烧和易于升华，生于山阳之地的药物。阴阳化合理论：取阴阳之髓，发天地造化之功，水火相济之力。炼丹家的化学观察伏火，炼制外丹的一种方法。指将矿石药加热处理(多与特殊的辅料一起)，使其变为高温下不气化挥发的另一种物质，从而达到制伏矿石药火毒，利于服用的目的。伏火硫黄法：先用硫黄五两，水飞，去砂石，称，研为末，用瓷合子盛。以水和赤石脂封口，盐泥固济，晒干。地内先埋一小罐子，盛水令满，置合子在上，用泥固济，慢火养七日七夜，候日足加顶火一煅，候冷取研为细末。(宋《杨氏家藏方·卷七·泄泻方二十道·玉粉丹》)五花八门的伏火方清虚子在“伏火矾法”中提出了一个伏火的方子：“硫二两，硝二两，马兜铃三钱半。右为末，拌匀。掘坑，入药于罐内与地平。将熟火一块，弹子大，下放里内，烟渐起。”他用马兜铃代替了孙思邈方子中的皂角，这两种物质代替碳起燃烧作用的。伏火的方子都含有碳素，而且伏硫磺要加硝石，伏硝石要加硫磺。唐·清虚子的伏火方

自古书契多编以竹简，其用缣帛者谓之为纸。缣贵而简重，并不便于人。伦乃造意，用树肤、麻头及敝布、鱼网以为纸。元兴元年奏上之，帝善其能，自是莫不从用焉，故天下咸称“蔡侯纸”。——《后汉书·蔡伦传》八、造纸与印刷术20世纪，考古工作者陆续发现了一些被断代为蔡伦之前的古纸，如西汉时期的“罗布淖尔纸”、灞桥纸、金关纸、扶风中颜纸、马圈湾纸、放马滩纸、悬泉置纸等。造纸技艺开始于蔡伦之前，蔡伦首创了利用树皮、麻头及敝布、渔网等原料造纸的方法，对造纸技术进行了革新，使纸的质量明显提高，因而在造纸史上具有不可替代的重要地位。来自考古的证据

盖世有质文，则治有损益，故礼随时变，而器与事易。既作契以代绳兮，又造纸而当策，犹纯俭之从宜，亦惟变而是适。夫其为物，厥美可珍，廉方有则，体洁性真。含章蕴藻，实好斯文，取彼之弊，以为此新。揽之则舒，舍之则卷，可屈可伸，能幽能显。若乃六亲乖方，离群索居。鳞鸿附便，援笔飞书。写情于万里，精思于一隅。——晋代傅咸（234-294）《纸赋》东晋末年，桓玄（369-404）废晋安帝称帝，下令宫中凡使用简牍者，一律改用黄纸。《太平御览》卷605引《桓玄伪事》称“古无纸，故用简，非主于敬也。今诸用简者，悉以黄纸代之。”纸简并存与渐次替代社会文化的发展，官府公文、学校课本，佛教、道教经典等方面的大量用纸，对纸张供应提出了新的要求，大大地促进了造纸业的繁荣，推进造纸业的发展。佛教传入中国后，为满足传播佛法的需要，在雕版印刷尚未发明的情况下，僧侣们想出一种快速复制经书的办法，即鼓励信徒大量抄写佛经，或花钱从寺院购买由以抄经为职业的“经生”抄写的经书，认为这样可以得到神佛的保佑，或者按信徒的意愿为死者超度。敦煌石窟里发现的大量写本经卷有许多就是由信徒花钱买来供奉于寺院石窟之中而留传下来的。造纸业和造纸术的发展动力敦煌经卷藤纸楮皮纸桑皮纸魏晋南北朝→隋唐五代纸品的变化麻纸→唐·冯承素临摹《兰亭序》唐·韩滉《五牛图》现存最早的纸本（桑皮纸）名家画作硬黄纸随着造纸技术的不断发展，纸张质量不断提高的同时，用量也在不断增加，原有的麻料和皮料已经不能满足造纸业的需求，迫切需要开发新的原料。麻纸和皮纸制造技术的成熟，也为开发利用新的原料、生产新的纸种在技术上做好了准备。正是在这样的情况下，以竹纤维为原料的竹纸应运而生。宋代竹纸的崛起予尝捶越竹,光滑如金版，在油拳（杭州油拳纸）上。短截作轴，入笈番覆，一日数十张。——米芾[fú]《书史》越筠万杵，在油拳上，紧薄可爱。余年五十，始作此纸，谓之金版也。——米芾《评纸帖》米芾《珊瑚帖》五