中国科学技术史-良-第6南北朝

第六章三国两晋南北朝时期第一节社会和学术的发展第二节数学和天文学第三节物理学和化学第四节地学第五节生物学、农学与医学第六节冶金技术与矿产第七节机械制造与建筑1第一节社会和学术的发展一、社会发展概况二、著名学者张华（字茂先，232~300）是西晋大臣和学者，以学识渊博著称于当世和后世。他是范阳郡方城（今河北固安县西南）人。西晋初，任黄门侍郎，中兵令，加骠骑常侍，太子少傅，司空。在“八王之乱”中被赵王司马伦杀害。他学识渊博，他的《博物志》为一笔记体札记，有10卷。原书已佚，今传《张司空集》，是后人搜辑而成。此书多取材于古书，并分类记载异境奇物，及古代琐闻杂事，也宣扬神仙方术。其中包含一些物理的知识。2葛洪（284~364，字稚川，号抱朴子），丹阳句容（今属江苏）人。是东晋道教思想家和医学家，曾任咨议参军。他是我国历史上最著名的炼丹家之一。杭州西湖葛岭相传是他的炼丹处所。晚年在广州罗浮山炼丹，并死在那里。葛洪关于炼丹术的论述主要反映在《抱朴子·内篇》的《金丹》、《仙药》和《黄白》三篇之中。《金丹》主要讲利用无机物炼制长生药。《仙药》主要讲植物性的“五芝”（菌类）的作用。《黄白》主要讲人造“黄金”和“白银”的方法。此外他还著有《神仙传》等书。3陶弘景（字通明，自号华陶阳隐居、华阳真逸等，452或456~536，谥号贞白先生），南朝宋、齐、梁间著名的道教思想家和医学家。丹阳秣陵（今南京，一说句容）人。在齐朝任左卫殿中将军。到梁朝，隐居句曲山（茅山）。善于历算、地理和医药。撰《<神农本草经>集注》（7卷），共载药物730种；另著有《真浩》、《养性延命录》、《真灵位业图》等，多散佚。现存的只有《<神农本草经>集注》，以及收入《道藏》的《真浩》和《养性延命录》。《真浩》讲神仙授真诀，《养性延命》讲长生不老术。4三、宇宙论在三国两晋南北朝时期，对于宇宙理论的探讨相当活跃，各派争论相当激烈。对于盖天说，东汉虞喜已正确地指出：“考验天状，多所违失。”（《晋书•天文志上》）但是已有人试图加以发展。他的族祖虞耸曾作《穹天论》，虞耸说：“天似穹隆如鸡子，莽其际，周接四海之表，浮于元气之上。譬如，覆奁以抑水而不没者，气充其中故也。日绕辰极，没西而还东，不出入地中。天至有极，犹盖之有斗也。……且行黄道绕极。”这是一种多少受到宣夜说和浑天说影响的盖天说。5宣夜说主张：“日月众星自然浮生虚空之中，其行其止皆须气焉。”（《晋书•天文志上》）。这自然会有人担心日月星辰会掉下来。在战国时，《墨经》中已指出“无天陷”，惠施还讲解了“天地所以不塌不陷之故”。晋朝时成书的《列子•天瑞》又讲述了杞人忧天的故事：“杞国有人，忧天地崩坠，身亡所寄，废寝食者。”并评论说：“忧其坏者，诚为太远；言其不坏者，亦为未是。”这样的见解很有见地。6东晋成帝咸康年间（335~342），虞喜针对“杞忧作《安天论》，他认为：“天高穷于无穷，地深测于不测；天确乎在上，有常安之形；地魄焉在下，有居静之体。当相覆冒，方则俱方，员（圆）则俱员（圆）。无方、员（圆）不同之义也。其光耀布列，各自运行，犹江海之有潮汐，万品之有行藏也。”他宣扬宣夜说，也受盖天说的影响。7东吴天文学家陆续（187~219）作《浑天图》，支持浑天说。东晋葛洪捍卫张衡和陆续的浑天说，驳斥王充根据盖天说，反对浑天说的观点。葛洪批评虞喜说：“苟辰宿不丽于天，天为无用，便可言无。何必复云有之而不动乎？”8第二节数学和天文学一、数学家1.刘徽刘徽是魏、晋间的数学家。《隋书·律历志》：“魏陈留王景元四年（263），刘徽注《九章》。”“《九章》”即《九章算术》。他还著有《重差》和《九章重差图》各一卷。至唐代初年，《九章重差图》已失传；《重差》一卷单行，改题为《海岛算经》。9刘徽注《九章算术》提出很多创见，以所谓“割圆术”来计算圆周率更属世界首创。他在《九章算术·方田》的注文中说：“割之弥细，所失弥少。割之又割，以至于不可割，则有圆周合体而无所失矣。”即利用圆内接正多边形的边数越多，其周长与圆周的差值越小；当变数无限加大时，其周长即为圆。他从圆内接正六形算起，便逐步加倍，直到圆内接正192边时，得圆周率的近似值为157/50（=3.14）；算到圆内接3072边形时，π的数值3927/1250（=3.1416）。这是当时世界上π的最佳值。10《海岛算经》中的第一题是讲测量海岛的高和远问题的，故有此名。书中所收集的都是利用测量数据来推算远处目标的高、深、广、远的问题。唐朝将《海岛算经》与《九章算术》一样作为官学教授生徒的教科书，两书需要学习三年。112.祖冲之父子祖冲之（429~500），南朝宋~齐间的卓越学者。博学多才，尤擅长天文历法和机械设计。其中最著名的成是《隋书·律历志》所记：“圆率周三径一，其数疏舛。自刘歆、张衡、刘徽、王蕃、皮延宗之徒各设新率，未臻折衷。宋末南徐州（该州治所在今江苏镇江）从事史祖冲之更开密法，以圆径一亿为一丈，圆周盈数（过剩近似值）三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽，朒（nǜ）数（不足近似值）三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽，正数在盈朒二数间。”即在世界上首次将圆周率π的数值计算到小数点以后6位（相当于用刘徽的方法推算到12288边形和正24576边形）：3.1415926‹π‹3.1415927.12为便于计算，祖冲之还提出圆周率的“密率”355/113（=3.141592）和“约率”22/7（=3.14）。《南史·祖冲之传》记载：祖冲之“注《九章》，造《缀术》数十篇”。《缀术》6卷可能是他与其子祖暅合撰，在唐初被列为十部算经之一，是中国、朝鲜、日本的官办数学学校必读教科书之一，要学四年，足见其难度之高。此书可能在宋、元间失传。其所注解《九章算术》9卷、《重差术》1卷亦不传。13二、数学典籍1．《孙子算经》与“韩信点兵”《孙子算经》为《算经十书》之一。孙子，不知其名（在《夏侯阳算经》和《张丘建算经》中曾提到孙子），约为公元4世纪晋朝人。《隋书·经籍志》著录“《孙子算经》2卷”。《新唐书·经籍志》著录“《孙子算经》三卷，甄鸾注”。明初《永乐大典》所收《孙子算经》，以无甄、李两家注释。今本被后人删补颇多内容。其著名问题为“卷下”中的“有物不知其数”：今有物不知其数，三三数之剩二，五五数之剩三，七七数之剩二，问物几何？这相当于求不定方程的正整数解N=3x+2=5y+3=7z+214《孙子算经》的答案是：“答曰二十三。”并提出解法：三三数之，取数70，与余数2相乘得140；五五数之，取数21，与余数3相乘得63；七七数之，取数15，与余数2相乘得30；将诸乘积相加得233，然后减去105的2倍即210，即得23。列成算式位N=70×2+21×3+15×2—2×105=23在式中，105是模数，是3、5、7的最小公倍数；这里给出符合条件的最小整数。15明朝程大位的《算法统宗》（1592）记载有一道《孙子歌》（又称“韩信点兵”）用韵文概括此解：三人同行七十稀，五数梅花廿一只，七子团圆正半月，除百零五便得知。162．《五曹算经》与《夏侯阳算经》《五曹算经》（《算经十书》之一）的作者已不可知，约为北魏~北周间著作，书中颇多唐人修订之处。唐朝“算学”规定，此书与《孙子算经》一起，学生共修一年。17《夏侯阳算经》（《算经十书之一》），作者夏侯阳，约为东晋~北魏间（5世纪）人，《隋书·经籍志》著录“《夏侯阳算经》2卷”。《旧唐书·经籍志》著录“《夏侯阳算经》3卷，甄鸾注”。《新唐书·艺文志》著录“《夏侯阳算经》1卷，甄鸾注”。又“韩延《夏侯阳算经》1卷”。北宋元丰七年（1084）秘书省开始印行《算经十书》，其中有《夏侯阳算经》3卷，但无注。韩延的书问世于唐朝建中元年（780）后不久。书中引用当时流行的乘除解法，解答日常生活中的应用问题，保存了很多数学史料。18今本《夏侯阳算经》引时务之说：十乘加一等。百乘加二等，千乘加三等，万乘加四等。十除退一等，百除退二等，千除退三等，万除退四等。其中已含有指数的概念。算“四不等田”（二广、二长不等的四边形）的面积公式是A=与古埃及和古希腊的类似算法相同。193．《张丘建算经》与《五经算书》《张丘建算经》（《算经十书》之一），作者为张丘建，清河郡（治所在今山东临清东）人，约生活于东魏~北齐间，一说北魏时。书中有等差级数问题、二次方程问题和不定方程问题等。例如，卷下“鸡翁、母鸡、雏鸡”题，一问三答；列出方程，即5x+3y+z/3=100；

x+y+z=10解：x=4,y=8,z=8；x=8,y=11,z=81；x=12,y=4,z=8420在唐朝“算学”中《张丘建算经》和《夏侯阳算经》各修一年。《五经算书》（《算经十书》之一），《通志略》记为北周甄鸾撰；而《玉海》引《书目》记为甄鸾注，作者佚名。当是北魏时著作。书中对《易》、《诗》、《书》、《周礼》、《仪礼》、《论语》和《左传》等经籍的古注解中有关数字计算的地方进行解释。唐朝“算学”学生，修习此书及《周髀算经》共修一年。21三、天文新发现1．岁差由于太阳、月亮和行星对地球赤道突出部分的摄动而使地轴发生缓慢的进动，引起冬至点在星座缓慢地西移（约相当于25，800年运行一周，或每71﹒7年差1度），从而使回归年比恒星年短，这个差值就叫岁差。世界上最早发现岁差的是公元2世纪的古希腊天文学家伊巴谷。我国西汉末年的天文学家刘歆（前53~后23）对岁差已有所觉察。22战国时期的天文学家在编制“四分历”时曾测定冬至点在牵牛初度。这个数据一直沿用到西汉。刘歆发现它与当时实测不符；但是他囿于旧说而不敢肯定自己的发现。直至东汉灵帝（168~189）时，会稽东部尉（东部在今浙江绍兴市以东）、天文学家刘洪才明确指出：“冬至日，日再斗二十度。”（《晋书·律历志》）他认为，不能再沿用战国时代的数据。23我国最早订出较为准确的岁差值的是东晋成帝（326~342在位）时的天文学家虞喜（约284~约360）。虞喜，字仲宁，会稽余姚(今属浙江宁波市)人，精通天文历算。他约在公元330年，比较了历史上的冬至点的观测结果，发现冬至点有缓慢移动，造成回归年（“岁周”）比恒星年（“天周”）为短，应该加以区分，“天为天，岁为岁”(《新唐书·历志》）。它“通而计之，未盈百载，所差二度”，得出“五十年退一度”（相当于50.7年退1度）的结论。他的发现比伊巴谷晚约450年（伊巴谷每100年差1度）。24虞喜之后的东晋~刘宋间的天文学家、东海郯（今山东郯城西北）人何承天（370~447）又得到每一百年差一度（相当于101年差1度）的数据，比伊巴谷的数据更不准确。祖冲之是我国第一个用岁差来改进历法的人；他的《大明历》是计入岁差的。不过他的每45年11月差一度的数据（相当于每45.3年差一度），准确度比不上虞喜。252．大气消光据《隋书·天文志》东晋姜岌（jí）发现“游气”对天体视亮度有影响：“初出，地有游气，以厌日光，不炫人目，即日赤而大也”，及上中天，“无游气，则色白大不甚矣”。这也可作为“儒者辩日”或“小儿辩日”的部分解释。姜岌说的“游气”还不完全等同于大气，只能解释为大气层厚薄（而不是有无）。事实上是，天体位置低，其光穿过的大气层厚，散射多，天体视亮度受影响较大。至于对日“初出……赤而大”和上中天“则色白大不甚”，它不可能做出解释。263．太阳运动的不均匀性北齐天文学家、河内（郡治在今河南沁阳）人张子信，利用浑天仪在海岛上实测了30多年，发现太阳的周年视运动(即地球运动的反映）是不均匀的。他指出：“日行在春分后则迟，秋分后则速”。事实上，当时黄道近地点只在冬至点上十度多。这一结果是大致符合实际情况的。随着时间的推移，冬至点和近地点日益接近，约在南宋时两者相合。太阳周年视运动的不均匀性，是由于地球沿椭圆轨道环绕太阳公转而造成的。274．交食研究战国时的石申已经知道，日食必发生在朔或晦。《易•丰卦》记载：“月盈则食。”日月食只有在月朔望时才发生，但又不是每一个朔望月都发生日月食。在黄道和白道正好相交之处发生全食，不在正中则发生偏食。早在西汉以前就已知交食的发生是有周期的。求交食周期，也就是求朔望月和交点年之间的公倍数问题，但又没有简单的倍数关系。28三国曹魏的天文学家杨伟在《景初历》（237）中提出预报日食发生的食分大小和亏起的方位。张子信发现，当合朔发生在黄道和白道的交点附近时，如果月亮在黄道北，则发生日食；如果在黄道南，则虽然在食限内也可能不发生日食。这是在地球表面观测天体和在地心（假想）观测天体所产生天体位置的视差对交食的影响所导致。295．置闰的改革由于12个朔望月至少比一个回归年少11天左右，因此必须设置闰月来调整季节。置闰的起源可能比帝尧时更早。从春秋中期以来近千年间，一直采取19年7闰的方法。南北朝时北凉的天文学家赵【匪欠】在《元始历》（412）中首次打破旧闰法，而提出600年221闰月的新闰周。后来祖冲之在《大明历》（463）中提出391年144闰月的闰周，则更精密。30四、天文新仪器浑仪发展到东汉张衡才算完备；它的浑仪有赤道环、赤经环、黄道环、地平环和子午环。到北魏永兴四年（412），在晁崇和鲜卑族的斛兰的主持下，铸了一台铁制的浑仪，在底座上添置了“十字水跌“(水准仪)，用来校正仪器的水平，这是一个重要的改进。原来用作演示盖天说的“盖图”，随着盖天说的过时而到两汉以后就逐渐消失，而它的底图却作为星图逐渐发展起来。西晋“武帝时太史令陈卓总甘、石、巫咸三家所著星图，大凡二百八十三宫，千四百六十四星”（《晋书•天文志上》）。他的工作被后世天文学家奉为瑰宝。31两汉发展起来演示浑天说的浑象，由于浑天说方兴未艾，且继续有所改进。三国东吴天文学家葛衡研制成浑象，这是一个比人体为大的空心圆球，球面开小孔；人在球中看，小孔漏光形成星宿；就像我们今天在天文馆里看到的人造星空。南朝刘宋元嘉年间（424~453），钱乐之所铸小浑象，采用陈卓的成果，以朱、黑、白三色来分别标示甘德、石申、巫咸三家的星象。32第三节物理学和化学一、物理学的新成绩1.曹冲陈寿《三国志·魏书·武文世王公传》：邓哀王冲，字仓舒，少聪察岐疑。生五六岁，智意所及，有若成人之智。时孙权曾致巨象，太祖欲知其体重，访之群下，咸莫能出其。冲曰：置象大船之上，而刻其水痕所至，称物以载之，则校可知矣！太祖大悦，既施行焉。……年十三，建安十三年疾病，太祖亲为请命。即亡甚哀。33春秋时期，车匠已知利用浮力检验车轮质量分布是否匀称。《墨经》也记述有浮力研究。至汉末，对于曹冲来说，理解浮力的道理和应用是完全可能的。陈寅恪认为，这个故事是《三国志》作者陈寿抄袭自印度的佛经；以为建安十三年前，孙权尚未统治交趾，不可能得到大象。这种看法未必正确。当时江南诸郡都还有野生象。这时东吴对交趾影响很大，不难从那里搞到大象。建安十三年（208）赤壁之战后不久，孙权到不可能向曹操送象了。陈寿与曹冲同时，其记载当有所据。342．磁石却敌和钢鱼指南唐朝房玄龄的《晋书·马隆传》记载，西晋武威太守马隆与羌人战，“或夹道累（垒）磁石，贼负铁铠，行不得前。隆卒悉被犀甲，无所留碍。贼咸以为神”。天然磁石（磁铁矿）磁性较弱，夹道堆垒磁石，不足以阻碍披挂铁铠的羌族军士前进。但这个故事说明磁性知识已较普及。西晋崔豹《古今注》中提到“指南鱼”约为磁性的钢片制成，或磁铁矿琢磨而成。这是对司南的进一步发展。353．小儿辩日《列子·汤问》：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：‘熟为（谓）汝多知（智）乎？36日初出时日光斜射，且穿过大气层较厚，故而人感较凉；日中时日光较直射，且穿过大气层较薄，故而人感较热，非关日地远近。一天之内太阳的视角直径并无变化；看起来日中时太阳小，而日出时太阳大，是由于人眼错觉所致。亦非关日地远近。实际上，日出时较日中时离人远。《汉书·艺文志》著录有《列子》8篇，注明为周朝列御寇撰，早佚。今本《列子》可能为晋朝人作品，并有晋朝张湛注，只能反映晋朝水平。374．气压持水南北朝时成书的《关尹子》（又名《文始真经》）中的《九药篇》记载：“瓶存二窍，以水实之，倒泻；闭一则水不下，盖[气]不升则[水]不降也。”385．大珠引火和放电现象东晋王嘉《拾遗记》（卷832）中说，三国时的糜竺（刘备的岳父）将阳燧（大珠）与方诸盆瓶放在一起，结果使仓库引起火灾。西晋张华《博物志》：“今人梳头、脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有咤声。”39二、化学我国炼丹术真正开始盛行是三国两晋南北朝时期，这时也积累了更多的化学知识。在葛洪的《金丹》、《仙药》和《黄白》之中包含不少化学知识：1）“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂。”（《金丹》）将红色的硫化汞（HgS，丹砂）在空气中加热，其中的硫氧化而成二氧化硫（SO2），汞就析出。汞加硫又能生成黑色硫化汞；将它在密闭容器中调节温度又能升华凝成红色的硫化汞。402）“鈆（铅）性白也，而赤以为丹；丹性赤也，而白之以为鈆（铅）。”（《黄白》）铅加热能氧化成白色的氧化铅（PbO），再调节温度又变成红色的四氧化三铅（Pb3O4）；反过来，四氧化三铅又能还原成氧化铅，也能进而还原成铅。3）“以曾青涂铁，铁赤色如铜。”（《黄白》）袁翰青认为，“曾青”是蓝铜矿〔Cu(OH)2·2CuCO3〕，其中的铜可以被铁取代。但也有不同的看法，原中国历史博物馆曾在展出中说明，他们认为曾青是胆矾（CuSO4·5H2O）。414）“又雄黄……饵服之法，或蒸煮之；或一酒饵；或先以硝石化为水，乃凝之；或以玄胴肠（猪大肠）裹蒸之于赤土下；或以松枝和之；或以三物炼之，引之如布，白如水……”。（《仙药》）这是说，或者蒸煮雄黄（As2S2）；或者将雄黄和酒兑成雄黄酒；或者以硝石（KNO3）水溶液处理雄黄，使反应产物（砷酸钾K3AsO4）凝结；或者用玄胴肠（猪大肠）包裹雄黄，放在赤土（含铁陶土）之下中蒸之；或者将雄黄与松脂伴和；或者将硝石、猪大肠和松脂与雄黄共炼，可得“引之如布、白如水”的氧化砷（As2O3），同时得到单质砷。这是世界上对砷最早的制取。42陶弘景是葛洪之后的又一大炼丹家，其《〈神农本草经〉集注》就包含不少化学知识：1）“银屑，当以水银研令消也。”银能溶汞中成汞齐。2）“粉锡即今化铅所作胡粉也。”当时以铅炼成白色碱式碳酸铅[Pb(OH)2•2PbCO3],通称“胡粉”；而其旧名为“粉锡”。“粉”即白色粉末之意。陶弘景怕人们顾名思义的误以为“粉锡”由锡炼成，特别指出它就是由铅炼成的“胡粉”。433）“铅丹即今熬铅所作黄丹也。”当时将铅加热炼成四氧化三铅（Ph3O4）,因其通常为红色粉末状块体、条痕桔黄色，而称为“黄丹”。旧名“铅丹”。陶弘景特别指出铅丹即今用铅加热炼成的黄丹。4）“铁落是染皂铁浆也。”“铁落”可能是硫酸亚铁（FeSO4•7H2O），为淡绿色晶体，在空气中缓慢风化，表面层被氧化而成黄褐色。麻栎的壳斗（含五倍子单宁）以绿矾为媒染剂，可将织物染成墨色。绿矾的水溶液就是所谓的“铁浆”。之所以称绿矾为“铁落”，可能是因为当时已知它可以加铁于硫酸铜（CuSO4）中而制得。也有可能“铁落”只是铁末，至今民间尚有以铁末为媒染剂的。445）“水银烧时飞着釜上灰，名汞粉，俗呼之水银灰。”烧灼水银，氧化而成氧化汞（HgO），可凝华于覆锅内。当时炼丹家和医生将它称为“汞粉”，俗称“水银灰”。氧化汞为不溶性粉末；颗粒粗的呈红色，细的呈黄色，现代称“黄降汞”或“黄氧化汞”，俗称“三仙丹”，有抗菌作用，可作外用药。6）“石钟乳色黄，以苦酒洗刷则白。”“石钟乳”今称钟乳石，是溶洞中洞顶下垂的一种碳酸钙（CaCO3）淀积物。碳酸钙原为白色固体，不溶于水，或因沾污而发黄。表层被醋酸（“苦酒”）溶蚀后即露洁白本色。457）“近山石青白色，是在烧竟，一水沃之，即热蒸而解。”实际上是说，从山上采掘青白色的石灰石（CaCO3）；生石灰加水，发生发热反应，则成消石灰[Ca(OH)2]。我国在史前就以石灰为建材，到南北朝时期这个过程更是人尽皆知。8）“消石以火烧之，紫青烟起，云是真消石也。”“消石”即硝石，当时炼丹家和医师将硝酸石称为真硝石，用颜色反应区别钾硝酸石或钠硝酸石，钾硝酸石成紫色焰色，我们知道钠硝酸石呈黄色焰色。469）“乳屎矾不入药用，惟堪镀作，以合熟铜。投苦酒中，涂镀铁皆作铜色。外虽铜色，内质不变。”当时将不纯的“胆矾”称为“乳屎矾”，认为不能入药，但尚可用来镀铜。方法是将它投入醋（“苦酒”）中，形成溶液；再投入铁器，铁器表面一层铁取代硫酸铜中的铜。被取代的铜淀积在铁器表面形成镀膜。醋起了清洁待镀铁器表面的作用。这是一种最简便的铁器镀铜工艺。10）[水银]“能消化金、银使成泥，人以镀物也”。这是以金或银的汞齐镀金或镀银的方法。河南辉县固围村出土战国鎏金青铜车饰残存有汞，说明汞齐法鎏（镀）金早在战国时期已使用。47三、制瓷技术瓷器的坯料是由瓷土（也叫高岭土）、正长石和石英混合而成的，胎的表面施有玻璃质釉，在1200℃左右的高温下烧制而成。我国在商朝已出现原始瓷器，又叫釉陶、原始青瓷和青釉器等。其坯料含高岭土，烧成温度在1000℃左右。1924年在河南信阳擂鼓台发现东汉永元十一年（99）的早期青瓷碗，说明青瓷技术到东汉已基本成熟。48经三国、两晋和南北朝时期，制瓷技术进入更成熟阶段。考古发现，三国和两晋的青瓷出土量已经不少；如在江苏南京的石门坎发现吴大帝孙权赤乌四年（241）烧制的青瓷盏和砚，光华门外赵土岗的东吴墓发现赤乌十四年（251）的越窑上虞袁宜所制青瓷水注；宜兴西晋将军周处（240~299）墓发现晋惠帝元康七年（297）生产的艾青瓷器皿随葬品。南北朝时期的瓷器发现更多；还发现不少窑址，其中有的已颇具规模，如浙江萧山上堇青瓷窑址长达半里。49大凡南方以青瓷为主，北方以白瓷为主（间有黑瓷）。瓷器釉料主要是石英与长石（钾、钠、钙，以及较少见的钡和铝硅酸盐）等配成。用还原焰烧，釉料中的铁就形成氧化亚铁（FeO），呈绿色；用氧化焰烧，则形成三氧化二铁（Fe2O3），呈黑褐色或赤色。青瓷即用还原焰烧，其淡绿色釉中氧化亚铁含量在0.8%~5％之间，其色随氧化亚铁含量提高而加深。白瓷的釉料中含氧化铝（Al2O3）和二氧化硅（SiO2）高，呈色物含量极低，其胎中含氧化钙（CaO）较多。此外，南北朝时期还出现黄釉和黑釉瓷器。50第四节地学一、地理魏晋南北朝时期，中国处于分裂混战状态，北方战乱更甚。由于战争而使大河上下吏民颠沛流离，人口大量南迁。诸国林立也造成竞争性，各国都注意国土开发和海外贸易，但南方尤其如此。战乱也造成宗教盛行，善男信女到处朝拜进香，和尚道士往往孤踪远涉，高僧甚至前往印度求戒律，取真经。在这种背景下，记述长江流域及其以南地区地地理著作大量涌现；如蜀汉谯周（201~270）的《三巴记》（记述四川一带），顾启其的《娄地记》（记述苏南昆山一带），释慧道的《庐山记》，东晋葛洪的《幕阜山记》（此山在湘鄂赣边）。关于黄河下游的则有李叔布的《齐州记》（记山东一带）。51关于全国地理的著作有：三国时的《水经》和北魏郦道元的《<水经>注》；晋初挚虞的《畿？经》，南朝齐朝陆登的《地理书》和南朝梁朝的乐安博昌（今山东寿光）人任昉的《地记》（地志）；西晋裴秀的《<禹贡>地域图》（地图和制图）；记述外域地理的名著有晋朝法显的《佛国记》。其中最负盛名的当推《<水经>注》、《<禹贡>地域图》和《佛国记》。521．《<水经>注》郦道元（约466或472~527，字善长），北魏范阳郡涿县（今属河北涿州市）人。一生博览群书，注意地理考察。少年时曾随父到过山东。郦道元历任冀州（治所在今河北冀县）镇东府长史、鲁阳郡（治所在今河南鲁山县）太守，东荆州（治所在今河南唐河县）刺史，河南（今洛阳）尹，御史中尉等职。孝昌三年（527）为雍州刺史萧宝夤杀害。53512~518年间，郦道元以三国时桑钦的《水经》一书为蓝本，撰写成《水经注》40卷，约30万字；名为“注”《水经》，实际以水道为纲，全面描述全国地理。记述河流增至1252条（原书为137条）。书中涉及的外域地理，东北到朝鲜@水（即大同江），南到扶南（今越南和柬埔寨），西南到印度新兴河（即印度河），西至安息（伊朗），西海（咸海），北至流沙（蒙古沙漠）。作者为南北分治和个人经历所限，对北方诸水记注较详细，而对塞北和江南的记注不免有失实之处。542．裴秀和制图裴秀（224~271），字秀彦，河东闻喜（今属山西）人，地图学家，曾任西晋司空。鉴于两汉图籍在汉末和三国的战火中多所损毁，乃编制历史地图集《<禹贡>地域图》（18篇），并以“一分为十里，一寸为百里”（1∶1，800，000）的比例，将旧晋朝全国地图《天下大图》编制成《地形方丈图》，“备载名山都邑”（《晋书•裴秀传》），以供军政需要。他还绘制了《华夷图》，但早已失传。在现存《<禹质>地域图》中，裴秀论“制图六体”:①分率（比例尺）；②准望（方位）；③道里（道路距离）；④高下（地形高低）；⑤方邪（角度正斜）；⑥迂直（路线曲直）。这为后世地图绘制奠定了基础，自此至明末，地图家绘制地图都是依照裴秀的“六体”来规范。553．《佛国记》晋朝高僧法显（335~420）是平阳郡武阳县（今山西襄垣县）人。于隆安三年（399）以65岁高龄从长安出发到印度求戒律。他经过河西走廊，穿越葱岭（帕米尔），遍历北印度、西印度、中印度和东印度，以后又去南印度。后来乘船经过斯里兰卡、苏门达腊、爪哇，渡南海和东海，在山东崂山地区登陆，回到阔别13年的祖国。回国后，他根据亲身经历30多国的见闻，撰写成《佛国记》。564．对海陆变迁的认识东晋葛洪在其《神仙传》一书中，以神话的形式表述了海陆变迁的思想：“麻姑谓王方平曰：‘自接待以来，见东海三为桑田。向到蓬莱，水乃浅于往昔略半也。岂复将为陵陆乎？’方平乃曰：‘东海行复扬尘耳。’”57第五节生物学、农学与医学一、植物学著作在南宋陈振孙的《直斋书录解题》的卷8中，陈氏写道：《南方草木状》是“晋襄阳（襄城之误）太守稽含撰”。该书于永兴元年（304）问世。书中记载了当时分布在我国广东和广西，以及越南的植物，计“上卷”草类29种，“中卷”木类28种，“下卷”果类17种和竹类6种，共80种。书中有利用蚂蚁防治柑橘害虫的记载。书中所记载的内容大部分是真实可靠的，如所记述的植物名称，多数名称至今还在沿用。书中对多数植物的描述也是科学的，可以据此考订其学名。这是我国现存最早的植物学文献之一。58稽含字君道，自号亳丘子，河南巩县（今巩义市）亳丘人。“含好学能属文”。他曾在河南、湖北和湖南做官。他在征南将军、范阳王司马虓辖区任襄城（治所在今河南襄城县）太守时，司马虓为刘秀所破，嵇含去襄阳投奔刘弘。在刘弘推荐下，他被任命为平越中郎将，广州刺史。他还未前往上任，碰巧刘弘去世，他被刘弘部下郭劢所杀。因此，有人认为，嵇含未到过岭南，写不出《南方草木状》。59二、农学名著《齐民要术》魏晋南北朝时期，北方战乱频繁，但南方始终相对稳定，其农业开发较快。北方农业在汉末混战中备受摧残，到三国曹魏时才有所恢复。入晋后，北方战乱更甚，其农业破坏更严重。到北朝北魏时，北方也进入相对稳定时期，加之魏孝文帝进行卓有成效的改革，农业有较大的恢复和发展，虽然尚未恢复汉代盛时，但已超过两晋短促的黄金时代。南北朝时，南北方农业科学都有重大发展，其代表是北魏贾思勰的农学名著《齐民要术》。60贾思勰，今山东益都人，生卒年不详。曾在北魏任高阳郡（治所在今山东淄博市西北，一说恒台东）太守。在北魏末年（533~534），他为了振兴我国农业，撰成《齐民要术》一书。61《齐民要术》全书正文分10卷、92篇，凡11万字。书前有《自序》和《杂录》（系后人所补）。此书总结了黄河中下游的晋东南、冀中南、豫北和山东等地的农业生产经验，计分农业、园艺、畜牧、渔业，以及农副产品加工等项。贾思勰强调，“顺天时，量地利，则用力少而成功多”。特别讲求适时播种。针对北方春天干旱多风的特点，他非常注意防旱保墒和抢墒播种，主张“秋耕欲深”（利于容纳水分和熟化土壤）、“春夏欲浅”（防止跄墒），并且“秋耕掩青者为上”（最好把秋耕和压绿肥结合起来）。他还讲到田间井群布置方案，并指出“若竟冬无雪，腊月中汲井水普浇，悉令彻泽”（这是冬灌的最早记述）。62贾思勰论述了换茬、轮作、夏种技术，并指出豆类是优良的前茬作物。对绿肥的肥效亦颇有认识，贾思勰说：“凡美田之法，绿豆为上，小豆、胡麻次之。”重视品种，介绍粟的品种达86种；并指出对某些作物必须浸种催芽：“凡种菜，子难生者皆水沃令芽生，无不即生矣！”将此法应用于大麦、小麦、水稻、麻、胡荽和槐。记述当时白菜种类已达31种。《齐民要术》中还介绍了林木育苗、嫁接和黑烟防霜的经验；认为嫁接梨树的砧木以棠梨为主，并具体讲解嫁接要领。又记述酱、醋酿造方法。书中对养殖业颇多论述，如对猪仔和蚕室都要生火做防寒护理；还收集兽医药方48种，主治一般内外科病、传染病和寄生虫病。63三、名医和名著魏晋南北朝时期，南北各国都重视医药，设有医药机构，南朝刘宋还设立“医学”（国家医药学校）。这是我国官方办医学教育的开始。这还是一个名医辈出的时代。1．王叔和与《脉经》王熙，字叔和，以字行世，高平（今山东金乡县西）人，曹魏和西晋太医令。他是东汉名医张仲景的弟子，曾编辑张仲景名著《金匮要略》和《伤寒论》等书。自撰有名著《脉经》，“撰岐伯以来逮于华佗经论要诀，合为十卷”（《脉经·序》），为我国现存最早的脉学专著。此书将脉的生理、病理变化分列24种脉象，奠定了切脉诊病的基础，为后世中医所宗。642．皇甫谧与《针灸甲乙经》皇甫谧（215~282），幼名静，字士安，自号玄晏先生，安定郡灵台县朝那镇（今甘肃平凉西北）人。他也是魏晋间医学泰斗，他还是著名的学者。原从坦席学儒，中年患风痹，乃钻研医学。他据《黄帝内经》中的《素问》、《针经》（即《灵枢》）和《明堂孔穴针灸治要》三书，并参考其它典籍，结合本人治病心得，撰成《黄帝三部针灸甲乙经》，简称《针灸甲乙经》。全书分12卷，118篇。书中阐述脏腑、经络治疗等理论，详载人身649个经穴的部位和主治疾病、针刺分寸、艾灸壮数等，为针灸学重要文献，对后世针灸术产生重大影响。653．葛洪的《肘后方》葛洪既是著名炼丹家和道教思想家，又是卓越的医学家，葛洪曾写过几种有关医学的著作，其中一种叫《金匮药方》（100卷）；后来节略为3卷，改题《肘后卒急方》。陶弘景进行了整理和补充，并题为《肘后百一方》。金朝杨用道又将唐慎微《证类本草》所载的附方增补进去，改题《肘后备急方》，简称《肘后方》，即今本。全书共8卷，包括急性传染病、各脏器慢性病、外科、儿科和眼科类疾病，对天花（虏疮）、结核病（尸注、鬼注病）、恙虫病等都有认识。其中对天花、恙虫病的论述是世界首次。用常山治痢疾，麻黄治咳嗽，大黄作泻剂，密陀僧（氧化铅）作防腐剂，松节油治关节炎，雄黄、朱砂、艾作消毒剂，铜青（Cu(OH)2·CuCO3）治皮肤病，这些方法都是有疗效的。664．雷斅及其《炮炙论》雷斅为南朝刘宋时药学专家，著有《炮炙论》三卷，主要记述药物的加工方法，如：炮、炙、煨、炒、煅、炼制等17种，总称炮制。原书已佚，但其内容为历代本草著作收录而得大体保存下来。其中不少药物的炮制方法至今仍为中药厂家所沿用；如：“乌头宜文武火炮，令皱折劈开用。”近人张骥有辑本，题为《雷公炮炙论》。675.陶弘景与《〈神农本草经〉集注》陶弘景也不仅是道教思想家和炼丹家，而且是名医，他曾整理《神农本草经》，并增收魏晋间名医所用新药，编著《〈神农本草经〉集注》7卷，共载药730种（原有365种，他新增365种）。《集注》首创以玉石、草木、虫、兽、果菜、米实分类。唐朝《新修本草》和明朝李时珍的《本草纲目》的分类法，都是在陶弘景《集注》的基础上发展起来的。《集注》原书已佚，据敦煌石窟的残本（《序录》部分）和历代本草著作的收载，尚可见其主要内容。陶氏的医学著作尚有《陶氏效验法》和《补阙肘后百一方》等。68第六节冶金技术与矿产一、炼钢技术到东汉末、三国初，百炼钢已经普遍生产。曹操造“百炼利器“。吴大帝孙权有三把宝刀，它们分别叫“百炼”、“青犊”和“漏影”。刘备令蒲元造宝刀5000把，上刻“七十二炼”。曹操的儿子曹植《宝刀赋》中说，百炼钢宝刀能“陆斩犀革，水断龙舟”。魏晋时期是百炼钢的鼎盛时期，后来由于其他炼钢方法的发展而逐渐减少。1955年，在洛阳西晋墓出土元康九年（299）的“徐美人刀”，是由炒钢锻成的低碳钢所造，刃部作过渗碳和淬火处理。69在炒钢和百炼钢的基础上，工匠又创造了灌钢技术。东汉王粲的《刀铭》中说：“灌辟以数”。这说明在东汉就出现了灌钢技术。晋朝张协的《七命》中更说:“乃炼乃烁（铄），万辟千灌。”说明早在汉、晋时期已有灌钢技术。文献记载的灌钢的最早实现者之一是北朝东魏~北齐间（约在550年前后）的纂母怀文。据《北史·纂母怀文》记载，他用灌钢法造宿铁刀，“其法：烧生铁精以至柔铤，数宿则成钢。以柔铁为刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斩甲过三十札”。这是将含碳量高的优质生铁（“生铁精”）熔融，浇灌到炒钢所得含碳量低的可锻钢料（“柔铤”），炼成含碳量高的优质钢。以熟铁打成刀体，以灌钢法所得优质钢为刀刃，以家畜尿和脂肪来淬火，冷却速度比用水快，使钢更硬；用家畜脂肪淬火，冷却速度比用水为慢，使钢更韧。70最早记述灌钢的是南朝梁朝的陶弘景。北宋政和元年（1116）修订的《重修政和经史证类备用本草》（卷4）“玉石部”引陶弘景的话：“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者。”他明确指出，用生铁（“生”）和可锻钢料（“鍒”，熟铁或低碳钢）混合炼成钢。在1740年，坩埚炼钢发明以前，世界各国一般采用固态-半液态法炼钢，渣与铁分离很困难。而我国古代的灌钢技术，既能高效生产，又能较好地控制成分，而且造成一定的渣、铁分离，这是当时世界上最先进的炼钢工艺。71二、铜合金技术有人认为，早在秦汉时期，我国就生产镍白铜，并运销大夏国。大夏国用以铸成钱币。那些保存下来的钱币，经化验，成分与中国白铜相似，含铜77%，含镍20%。18世纪，西方仿制中国镍白铜。直到1823年，英、德两国才仿制成功。在我国文献上，“白铜”一词最早见于东晋常璩的《华阳国志》：“堂螂（琅）县因山名也，出银、铅、白铜、杂药。”按此县在今云南会泽、巧家和东川一带。我国古代生产镍白铜，最初是使用一种铜镍矿。堂琅县的白铜矿可能正是镍铜矿。《汉书·地理志》记载，犍为郡西南朱提山出银；《汉书·食货志》也有类似的说法。有人据现代金属矿藏考察，朱提山产铜和镍，不产银，因而朱提山的银可能是镍白铜。72中国古人还生产砷白铜，这种技术也起源于东晋。“太白山人和后赵黄门侍郎刘景先受”的《神仙养生秘术》记“点白”之法，其中所用的原料包括磠砂、胆矾、雄黄、雌黄、硝石、杭矾、山泽、青盐等，利用今天的化学知识可知，这些反应是2As2S2（雄黄）＋4KNO3(硝石)＋7O2＝2As2O3（砒霜）＋4K2SO4＋4NO2As2S3＋3C（樟木根炭化）＝2As＋3COAs＋3Cu=Cu3As（砷白铜）73三国时曹魏的韩暨将东汉杜诗发明的水排推广应用到官营炼铁作坊，大大提高生产率，使炼铁业得到了很大的发展。水利鼓风加大了风量，提高了风压，增加了风在炉里的穿透能力，从而提高冶炼强度，还可以增大有效容积。古代炼铁，原来以木炭为原料和还原剂。木炭冶金有许多优点，它容易获得，气孔度大，含硫、磷等有害杂质少。但是木炭资源有限，后来就改用煤。河南巩县铁生沟汉朝炼铁遗址，已发现用煤。以煤炼铁的最早文献记载见于北魏郦道元的《<水经>注·河水》。书中介绍，在今新疆库车县北200里，山上有煤，人们取以炼铁。但是，煤也有缺点，它含硫、磷等有害杂质高，渣多，气孔度小。只有将煤炼成焦炭，才能消除它的大部分缺点。不过掌握炼焦技术要晚至明清之交。74四、矿产1．石油和天然气的记述玉门油田晋朝乐资撰写《九州要记》（一作《九州志》）中记载：“金山有赤弹水，堪为漆。”据北魏阚骃撰写《十三州志》：“延寿县，在酒泉郡西。金山在其东，至玉石障，是亦汉、虏障也。”又南朝梁朝刘昭注西晋司马彪（？~306）《续汉书•郡国志》说：“县南有山石，出泉水，……其中有肥。”这是对甘肃玉门油田的最早记载。75邛崃气田西晋张华（232~300）的《博物志》记载：“临邛火井一所，纵广五尺，深二、三丈。井在县南百里，昔时人以竹木投以取火，诸葛丞相往视之，后又转盛。执盆盖井上煮盐（卤），得盐。入以家火即灭。迄今不复燃矣。”北宋李昉等辑《太平御览》（卷869）引张华《博物志》佚文：“临邛有火井，深六十余丈，燃上出。人以筒盛火，行百余里，尤可燃也。”又引蜀汉谯周（201~270）《蜀王本记》：“临邛有火井，深六十余丈。”“临邛”为今四川邛崃县。这是邛崃天然气的最早记载。762.矿产指示植物早在先秦时代，就有关于土壤矿物成分对植物的影响的记述。南朝梁朝成书的《地镜图》加以发展。《地镜图》原书早佚，今尚可从后人的引文中窥其一斑：“上有葱，下有银。光隐隐正白。草茎赤秀，下有铅；草茎黄秀，下有铜器。”所记未必都符合实际；但是它开创了现代指示植物找矿乃至生物地球化学找矿的概念，英国科技史学家李约瑟也肯定其先驱作用。77第七节机械制造与建筑一、设计家和发明家1．诸葛亮诸葛亮（181~234）字孔明，瑯玡阳都（今山东沂南县南）人，三国蜀汉政治家和军事家。因功拜丞相，封武乡侯。他也精通机械。木牛流马《三国志·蜀书·诸葛亮传》：“亮性长于巧思，损益连弩、木牛流马，皆出其意。”“[建安]九年（231），……以木牛运；十二年（234）春，……以流马运。”据《蒲元别传》，木牛原是蒲元发明，“廉抑双辕，人行六尺，牛行四步，人载一岁之粮也”。木牛、流马都是独轮车，适用峡谷小道。《诸葛亮集》中有其构造的记载。782．马钧马钧，字德衡，曹魏时扶风（今陕西兴平东南）人，曾任博士和给事中，是当时著名的机械发明家。改进织机在《三国志》（卷29）中，在《魏书·方技传·杜夔传》中“裴松之注”记载：“马先生……思绫机之变。旧绫机五十综者五十蹑，六十综者六十蹑。先生患其丧功费日，乃皆易以十二蹑。”“综”是持经纱使上下交错开口、以便穿梭的机件；“蹑”是踏杆。马钧创造以12踏杆控制五、六十综，使绫机（丝织机）操作简便，提高生产效率达4~5倍。79改进翻车翻车也叫龙骨水车，能连续提水；原为东汉杜诗发明，用于洒道。马钧加以改进，用于农田排灌，“灌水自覆，更入更出”，“其巧百倍于常”。翻车在近代水泵发明以前，是世界上最先进的汲水工具，在我国农村某些地区仍在使用。80设计指南车和记里鼓车古籍记载，史前黄帝和西周周公都曾创制指南车。果真如此，也可能只是利用磁石指南，因为机械式的指南车结构复杂，很难设计和制造。葛洪有张衡造指南车之说，不知有何根据。马钧则确凿在魏明帝（曹叡）的时代设计和制造过机械式指南车。效果如何，可以存疑。王振铎认为，古代指南车的结构虽合理，但难以实用，大致只能作为皇帝仪仗摆样子。马钧的指南车的具体构造古籍中没有记载。81据《三国志·魏书·方技传·杜夔传》记载，马钧还改进了诸葛亮设计的连弩，以及轮转式发石车；又曾为魏明帝创造了以水轮为动力的“变巧万端”的水转百戏。82《晋书·舆服志》记载的指南车和记里鼓车是：“司南车，一名指南车，驾四马，其下制如楼，三级；四角金龙衔羽葆；刻木为仙人，衣羽衣，立车上，车虽回运而手常南指。大驾雏形，为先起之乘。记里鼓车，驾四，形制如司南，其中有木人执槌向鼓，行一里则打一槌。”可见指南车和司南车是作为仪仗用的。记里鼓车又名大重车、记里车，最早见于汉朝石刻而文字记载则以《晋书》为最早。然而《宋史》记载了指南车和记里鼓车的内部构造。833．葛洪的飞车葛洪在其《抱朴子·杂应》中设想一种飞车，他写道：“或用枣心木为飞车，以牛革结环？以弓其机。”其推进器类似今玩具竹蜻蜓或轮船和飞机的螺旋桨，王振铎制作了其复原模型；现存北京的中国国家博物馆。这是文献记载的世界最早的螺旋桨，在航海、航天史上占有一定的地位。844．祖冲之祖冲之也是卓越的机械设计家，据《南史·祖冲之传》，其机械创造有以下几种：指南车“初，宋武[帝]平观众，得姚兴指南车，有外形而无机杼（或作巧）。每行，使人于内转之。昇明中（477~479），齐高帝辅政，使冲之追修古法。冲之改造铜机，圆转无穷，而司法如一，马钧以来未之有也。”欹器“晋时杜预有巧思，造欹器，三改不成。永明中（483~493），竟陵王[萧]子良好古，冲之造欹器献之，与周庙不异。”85千里船“又造千里船，于新亭江（今南京西门）试之，日行百余里。”水碓磨“于东游苑造水碓磨，[宋]武帝亲自临视。”水碓出现于西汉末。水碓磨大约发明于晋朝。祖冲之的水碓