古代中國的科學和技術

古代中國的科學和技術

2017-01-28 18:41:23  《自然科學史》
本文作者:斯蒂芬•F•梅森

發表時間:2017-01-28 18:41:23作者:斯蒂芬•F•梅森來源:《自然科學史》字體大小:A+  A-

   早期文明社會的傳統,在中國比在任何其他地方都更加持久而綿延不斷。經常被人們和上古青銅時代聯系在一起的象形文字、農業灌溉和官僚士大夫統治,在古代中國都一直存在到晚近時期。同巴比倫人和埃及人一樣,古代中國人沒有能夠發展出一套理論幾何學,也沒有把他們關于宇宙空間結構的理論建立在他們天文觀察的數據上。還有,古代中國人也沒有發展一種科學方法,他們的哲學和技術直到近代仍然是脫節的。

  有年代可考定的中國文明最早階段是商朝。在公元前1500年左右,商代曾在黃河邊的安陽建都。安陽的考古發掘,表明當時中國人還處在青銅時代。這個時代的特征是以陶輪制造器皿,以馬匹駕駛車輛。與西方不同的是,種水稻而不種大麥,織絲綢而不織麻布。漢族人現在通用的表意文字,當時是以象形文字書寫出來的。當時還有一種六十進位的計數系統,有人認為這是中國受過巴比倫影響的證明。約在公元前1000年,商朝為它邊界上的周人所滅,后者建立了周朝。周宗室四圍的采邑,后來逐漸發展為一些獨立的封建領主國家,而處在中心的周室的權力則愈來愈削弱。在公元前475至221年間,那些封建領主國家相互爭霸,這就是所謂戰國之世。
  大約在公元前六世紀,中國人就知道用鐵。關于鐵的最早文字記載是公元前513年。戰國后期僻處中國最西部的、進入了鐵器時代的秦國,征服了其他國家,建立了秦朝(公元前221-207)。秦始皇為了統一他的帝國,大興水利,修筑通往全國的馳道,擴建長城。為了加強他的統治地位,他還焚燒了所有國家(秦國除外)的史書,只有博士官所藏的圖書除外,私人所藏的儒家經典等著作也一律送官府銷毀。秦始皇的統治一般地說是獨裁主義的。他死后,秦國的一個小吏劉邦就開創了較有容忍精神和年代悠久的漢朝(公元前206-公元220)。漢代在公元前124年設立了太學,并建立了儒生或知識分子治理國家的官僚制度。當時讀書人在竹簡上或木簡上,后來在絹帛上,最后才在紙上書寫文字。據說,造紙術的發明者是東漢的蔡倫(公元105年),但已發現的最早的紙是公元150年左右的。
  漢代以技術革新著名,不但發明了紙,約在公元前100年還發現了磁針的指南作用,中國第一次論鑄鐵的文字記載也出現了。公元31年的一部著作中,談到了一種臥式水輪。這是通過一組凸輪和傳動帶,推動“排橐”(風箱)向鑄造農具的熔鐵爐吹風的機械裝置[即據傳為東漢杜詩所制作的水排]?。后來,在公元290年,立式水輪也出現了,隨即有了用水力帶動輪錘操作的杵臼[即為三國時勞動人民所發明而由魏人張既所推廣的水碓]。
  在戰國、秦、漢時期,人們提出了許多科學和哲學上的問題并進行了討論。戰國百家爭鳴,百家中重要的有法家、名家和墨家,特別是道家和儒家。在如何解決各封建國家之間的破壞性很大的不斷發生戰爭這一問題上,每個學派都有其不同意見。法家認為社會混亂只能通過“實在法”的施行而解決,這種“實在法”也就是《管子》一書內所謂的“先定”法[按,《管子?九守篇》所謂的“先定法”不僅是指“實在法”,即實際制定、現實存在的法律,而且是講一經訂立,貴賤都應遵守的法律,因為所有法家(如韓非)都認為“法不阿貴,繩不撓曲”(《韓非子?有度篇》)]。在秦代,法家影響極大,但隨著他們的庇護者的消失,大多數法家代表人物也就消失了。墨翟(約公元前479-381)學派主張“兼愛”,但他們并非是和平主義者;因為要扶弱御強,所以他們就對軍事技術進行研究。
  對軍事技術的研究,也促使他們去探討物理學,特別是光學、力學和防御工程的問題。他們研究了光在平面鏡、凸面鏡和凹面鏡上的反射,從而提出了一些經驗規則,把事物及其圖象的大小和位置,和所用鏡面的曲率聯系了起來。在力學方面,他們的興趣所在,主要是杠桿系統和滑車。在這里,他們也是從經驗主義的角度去研究問題的。他們沒有提出一套完整的光學理論,在工作中也沒有運用幾何學的推理方法。他們的結論是從實驗得來的,并且這些結論往往是以經驗規則的形式表達出來。墨家和名家有關系,他們都企圖建立一套科學思想方法,其目的在于使他們同時代人的不同意見可以趨向一致。但就在這個問題上,兩派的見解是相反的。墨家認為感覺經驗是人類知識最可靠的基礎,但名家則認為感覺經驗容易產生錯覺,所以要人們達到意見一致,唯一方法就是要靠邏輯論證。
  到了漢初,法家、墨家和名家已失去了他們在學術界上的重要性,而為儒家和道家所代替。儒家的祖師是孔子(公元前552-479)。儒家教導人們遵守古代習俗和傳統,他們認為這不但是解決戰國時代的問題,也是解決任何時代的問題的方法。儒家思想是官僚士大夫的正統哲學,這從漢代官僚士大夫統治時期起一直到晚近,都是如此。但是直到宋代(公元960-1279)新儒家運動的崛起,儒家很少甚至于完全沒有談自然哲學,雖則他們和官方的天文學家們有聯系,并且同意后者關于宇宙性質的學說。至于各種手工業的問題和有關化學的問題,他們則毫不感覺興趣,對這類問題進行研究的人差不多全是道家。
  道家的創始人據稱是老子,傳說老子的年代是在公元前六世紀至四世紀這段時期中。道家認為人們應該反樸歸真,拋棄文明社會而回復到太古的單純而平等的社會生活。他們聲稱,太古原始社會是最有道德觀念的理想社會[如在神農之世,人們就“與麋鹿共處,耕而食,織而衣,無相害之心,此致德之隆也”(《莊子?盜跖篇》)]。出于對這種“至德之隆”的理想社會的憧憬,許多早期的道家往往逃奔深山窮谷,成為隱士,象原始社會的巫覡那樣,行方術以究自然。道家把“道”看作自然界和人類社會的規律;對他們來說,道本身就是宇宙過程。人人都應順從道,要法天則地,或如莊周(公元前369-286)在《莊子?逍遙游》中所說的,要“乘天地之正”。在《莊子?養生主》中,有一個“庖丁解牛”的故事,說的是一個屠夫,他對梁惠王說,他解割了數千頭牛的尸體的刀,已用了十九年,但仍銳利如新,因為他“依乎天理”,“所好者道也”,他深知牛的骨骼關節的所在,故能游刃有余,“進乎技矣”。道家企圖發現自然界的“道”或秘密,這種關于“道”的觀念是從他們對原始部落社會的基本信念發展起來的,他們把原始社會理想化了。宇宙萬物的生成過程,他們認為類似兩性生殖過程,是由兩種對立的本原相互作用所致。
  約在四世紀的時候,不但道家,還有另外一些人,把這兩種對立的本原,名之為陰、陽。陰是被動的、陰暗的和女性的力量;陽是主動的、光明的和男性的力量。這兩者共同來自物質和能量的原始混合物,這種混合物以作旋轉運動的液體的形態出現。旋轉運動使陰暗的和重濁的東西,從光明的精細的東西中分離出來,前者就成為地和陰這個本原,后者就成為天和陽這個本原。兩者相互作用,于是產生五行:水、火、木、金、土。最先出現了屬于陰的水和屬于陽的火,然后出現了其中陰略占優勢的木,和其中陽略多于陰的金,最后出現了陰陽兩種本原達到一定平衡的土。陰陽兩本原繼續不斷相互作用就進一步產生了自然界形形色色的萬物。
  道家研究宇宙之道以謀控制人的壽命,使人得以長生不老,永葆青春。為此,道家講究“服氣吐納”之術,模仿在娘胎中胎兒的“呼吸”。他們主張男子應作日光浴[這就是所謂“服日芒之法”],而女子也要作月光浴,以便各自汲收日的陽氣和月的陰氣。他們提倡“導引術”(柔軟體操)和“房中術”,以補男子之陽和滋女子之陰。但最主要的是,許多道家都試圖用化學的方法分離陰陽本原,從而發展了煉金術、食物養生和采制藥物之學。
  據說秦始皇篤信方士,以為他們可以使他延年益壽,但是關于煉金術最早的文字記載是在《前漢書》中。它講到在公元前133年,有一個煉金士[李少君]曾對漢武帝說,他能從丹砂中煉出金子,而用這樣煉成的金子制成杯盤,注以水漿,飲之者即可永遠不老不死。但中國的煉金術后來又轉變為煉丹術,后者的目的不在于化賤金屬為貴金屬,而在于煉成使人長生不死的“金丹”、“神丹”或“仙丹”。煉金士重視真金,因為它黃得象太陽那樣,表現它充滿著陽的本原。但是在他們看來,丹砂高于真金,因為它是赤色的,并在加熱后即產生活的金屬亦即水銀。公元四世紀最著名的煉丹士葛洪在其《抱樸子?金丹篇》中就講到:“凡草木燒之即燼,而丹砂燒之成水銀,積變又還成丹砂,其去凡草遠矣,故能令人長生。”
  當時中國人也和西方人一樣,以為礦石和金屬都是在地下成長的。公元前二世紀的中國已有了這樣的說法。《鶴頂新書》(公元五世紀)中就講到:在地下,“丹砂受青陽之氣,始生礦石。二百年成丹砂而青女孕,三百年而成鉛,又二百年而成銀,又二百年復得太和之氣而化為金”。死者也可復生,根據這種立論,《鶴頂新書》就認為“金以丹砂為子,是陰中之陽,陽死陰凝,乃成至寶”。[以上《鶴頂新書》中語,轉引自明李時珍《本草綱目》,卷八,金石部,金石之一,“朱砂銀”一條下。]和歐洲人一樣,中國人也認為自然界中象這樣的過程也可以在實驗室中重現。葛洪把升華和蒸餾看作是這種過程的最重要步驟,因為升華和蒸餾把加熱這種陽的作用和冷卻這種陰的作用結合了起來。陰陽這兩種本原還可以分開為化學的形式水銀和硫磺。水銀主要是陰性的,硫磺主要是陽性的,二者結合就產生丹砂。丹砂是自然和人工形成金屬的起點,也是配制長生不死藥的起點。
  在尋求卻病延年的飲食衛生種種秘方時,中國醫藥學業深深受到了道家的影響。中國有些地方有一個風俗:舊歷新年初一,人人都要吞食一個雞蛋,因為據說雞蛋的活力可使人一年內消除百病。長壽的動物如龜被看作是食物中的珍品。一些被認為陽的成分極高的礦務如硫磺和硝石等,也被當作很好的補藥或強壯劑。人身上所有臟、腑、四肢、五官、經絡等等,以及一切疾病,都被認為不是屬于陰的便是屬于陽的。熱性病是陽癥,寒性病是陰癥。中國醫學特別注意病家的脈息。陽病的脈強而浮數,陰病的脈弱而沉遲。醫生必先按脈以進行診斷,然后對癥下藥來調理陰陽。刺激藥物和辛辣藥物是陽性的,清瀉劑和苦味的收斂劑則是陰性的。
  中國醫學的權威著作是《內經》。《內經》成書于漢代。其中的解剖和生理理論,主要建立于人和國家,以及作為小宇宙的人和大宇宙的比擬上面。“天圓地方,人頭圓、足方以應之。……天有四時,人有四肢。……歲有十二月,人有十二節。”[以上見《內經?靈樞?邪客篇》]心是“君主之官”,而肺是“相傅之官”,肝是“將軍之官”,膽是“中正之官”,脾、胃是“倉廩之官”,小腸是“受盛之官”,大腸是“傳導之官”。[以上見《內經?素問?靈蘭秘典論篇》]《內經》并斷言,血得氣乃行,“經脈流行不止,環周不休。”[以上見《內經?素問?舉痛論篇》]但這不能看作是古代中國已發現了血液循環的證據,因為當時中國人并未把動脈和靜脈區別開來。當時關于氣的上下循環的猜想,只是把血的運行和自然界的周期運動,天體的運轉,四季的往復交替進行比擬而得出的結論,古代中國人并沒有作過什么實驗來證明它確實如此。
  古代中國的官制有醫生的職位,但煉金士或煉丹士并不屬于官制。不過,同古埃及和巴比倫的情況一樣,與統治階級關系最密切的,還是數學家、天文學家、測量者和歷法制定者。最早的中國數學專門著作是《九章算術》,據說書中記載的許多是周代(約公元前1000年)的數學成就,不過現在存世的傳本九卷可能是漢朝天算家張蒼約在公元200年改寫的。這本書首先講到三角形、梯形和圓形的面積的計算方法[“方田”]。π的值最初定為“徑一周三”,在公元一世紀始定為 .其次討論的是比例、百分比以及合伙經營等商業上的問題[“均輸”、“粟米”、“衰分”、“盈不足”]。然后論到如何從圖形的邊長求得其體積,或者反過來,從圖形的體積求得其邊長的方法,在這里他們也就涉及開平方和開立方的問題[“少廣”]。書中還敘述了勾股定理(畢達哥拉斯定理)和線性齊次方程,并提出了“盈不足術”。它是假設、推演、再假設,直到求得某些疑難問題的正確的解或其近似數值的方法。
  在天文學方面,據說中國在上古時代就進行天象觀察。十七世紀天主教耶穌會教士初到北京的時候,就認為中國天文學是在當時的四千年前就開始有了的。不過,根據河南安陽的甲骨文記載,天文學在中國興起的最早年代約在公元前1500年,而在公元前400年前可靠的記載是不多的。安陽發掘出來有文字的龜甲上已有日月食的記錄,從公元七世紀起中國史書上經常有關于日月食和彗星的出現的記載,而在那個時期西方是很少有這樣的天文記載的。
 

責編:科普知識網

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