一、科技史话（上）

（一）先秦科技

考古学和远古历史

我们可以沿着两条线索来认识中华民族的远古历史。一条是考古学的线索，另一条是神话传说的线索。由于中国的历史悠久而相对连续完整，它的内容就显得比其他民族的历史更为丰富。无疑，考古学和神话传说的两条线索对于认识真实的中国远古历史来说具有相互补充的意义。

对中国土地上远古人类的现代考古学研究是从科学家裴文中（1904～1982）等考古学家们于1929年在北京周口店发现第一个北京猿人头盖骨开始的，这种研究尽管是实证的，但却是片断的，其结论经常被新的发现所补充、改写甚至推翻。神话传说尽管包含了想像的成分，却是产生于远古时代生活长河中的一朵不息的浪花，因而对中国远古历史也是不可回避的一部分。

考古学发现中国土地上的远古人类有：元谋人、蓝田人、北京人，以及马坝人、长阳人、丁村人、柳江人、资阳人、山顶洞人、河套人、峙峪人……除了各种石器、骨器和木器等原始工具外，已发现的远古人类所掌握的一项最重要的技术是用火——这在170万年前的元谋人那里似乎就已经开始了。到了数万年前的河套人那里，这些体质上已具有现代人特征的人已经掌握了人工取火的方法。

接着是母系氏族繁荣时期的仰韶文化、马家窑文化和由母系氏族过渡到父系氏族时期的青莲岗文化、屈家岭文化、大汶口文化、龙山文化、良渚文化和齐家文化。这些文化的时间跨度约有2000年（前4000～前2000左右）。在这一段时间里，古人慢慢掌握了制陶技术，并开始用赤铁矿和氧化锰在陶器上绘制各种美丽的彩色花纹、图案，以及朴素优美的图画。陕西半坡村出土的6000多年前的彩色陶瓶表明，属于仰韶文化的半坡人已经有了固定的住所，所谓“上古穴居而野处，后世圣人，易之以宫室，以待风雨”（《易传·系辞下》）。在物理学知识方面，半坡人已经了解到容器在盛水之后重心会发生变化。

原始纺织技术也是这个时期出现的，它从最初的手工编网编席发展而来，母系家族中的妇女们是最初的发明者。有了纺织技术，人们夏天可以穿着用葛藤、麻类植物的纤维编织成的麻衣和草鞋，冬天则穿着由动物毛皮缝成的皮衣和革履。原始的养蚕制丝技术也在这个时期出现。有了这些衣物，人们才可以“衣冠楚楚”。另外，这个时期的人们从结绳和刻契记事开始，过渡到了发明一些符号来记录或表示他们生活中的大事和思想。从这里，中华古老文明中的珍珠：古代世界最精美的陶瓷、最华贵柔美的丝绸锦缎、独一无二的成熟的象形方块字等等，便开始煜煜闪烁了。

从历史学的角度，我们对于神话中开天辟地的盘古、炼石补天的女娲不能多说什么，但是从父系氏族社会开始，传说中的历史便开始和以上考古学发现的历史迭接在一起。神话传说可能是对真实的人和事迹的理想化传颂。追随着神话的踪迹，我们就会进入真实的有文字记载的历史之中。

韩非子（约前280～前233）告诉我们的最早传说中的人物是构木为巢的圣人有巢氏，接着是钻燧取火的圣人燧人氏。这两个人物身上的想象成分太多了。

在接近真实历史的门坎上，我们最早遇到的是中国西部地区古代部落的宗神——神农氏炎帝。相传他出生在渭河的支流姜水，曾“斫木为耜，揉木为耒，耒耨之利，以教天下”（《易传·系辞下》），且“身自耕，妻亲织”（《淮南子·齐俗训》），并“尝百草水土甘苦”（《越绝书》）。可见这些西部人民最早开始农耕生活，他们在农耕技术方面要先人一步，可能最先发明原始的木犁、木铲、木锄，制陶技术也最发达，在以草为药方面也最有经验。据说炎帝的后裔发展成为四支部落，其中一支是后来到湖北一带烧山造田的烈山氏。另一支是曾治过水、并同东夷蚩尤在太行山之东打过一场战争的共工氏，后来协助武王伐纣而受封于齐的姜太公吕尚便是共工部落的后裔。在吕尚这位可信的历史人物身上便可找到神话传说同有据可考的历史的结合点（不过，关于武王伐纣的小说《封神演义》中的英雄们仍然保持了半神半人的形象，可见后人对这段遥远朦胧的历史依然要靠想像来补充）。当时西方的部落群曾将火和水作为氏族的神圣之物，炎帝在字面上有火的形象，说明这些人对掌握用火技术印象深刻，他们最初的农耕大概是从刀耕火种开始的，而水对干旱西部的农业命运攸关。显然，对于这样一个开始主要依靠农业和土地来生活的部落来说，在后来掌握了冶金技术之后，产生关于“金木水火土”的五行学说就是自然而然的了。

传说中中国淮河流域氏族部落的始祖是太，他是东部古代部落群的始祖。这些东方部落群包括在山东半岛上活动的少部落和有名的蚩尤部落，其后还有皋陶、伯益、高阳氏颛顼、高辛氏帝喾等。接近大海和丰沛的河流下游可能使他们对舟船和鱼网的发明和应用最为重视，所谓“刳木为舟，剡木为楫，舟楫之利，以济不通之远，以利天下”（《易传·系辞下》）。平原上的生活也使他们较早地发明车并驯养牛马拉车，所谓“服牛乘马，引重致远，以利天下”（《易传·系辞下》）。蚩尤以五金作兵的传说说明这些人可能最早从制陶中发现了冶铜的技术，并开始尝试性地应用。据说这些东方部落群中曾出现了当过整个华夏人集团首领的舜，商朝和春秋时的楚国也是以这支部落群的后裔为主干建立的。东方古代部落群当时采用的氏族标志有龙和玄鸟凤凰（《诗经》：天命玄鸟，降而生商。一说玄鸟为燕子），它们后来都成了中华民族最重要的图腾。其中龙被赋予最显明的政治意义，被视为皇帝的象征，它的形象也被作为一些建筑的装饰，而且还是民间庆祝春节时游戏的道具。凤凰则是百鸟之王——最尊贵的飞禽。春天飞来的燕子同样是一种吉祥的候鸟，为从事农耕的中国人所喜爱。传说中商人始祖由玄鸟卵生，曲折地反映了古代先民对远古时代子女按母系计算的事实的朦胧记忆。

在中国北部生活的古代部落群传说中的始祖是黄帝轩辕氏。这是一个由狩猎转向游牧生活的强悍的部落群，所以在对马的驯养和弓箭的制造方面高人一筹。传说弓箭是由黄帝的大臣挥发明的，所谓“弦木为弧，剡木为矢，弧矢之利，以威天下”（《易传·系辞下》）。这个部落群的氏族标志是威猛的虎豹罴貅，后来著名的华夏首领尧和大禹便是这一部落群的后裔。此外，一直在中国北方生活的戎人、狄人以及匈奴人，同黄帝部落群有着最亲近的同源关系。

农业的发展和技术的改善，导致人口增加，生产规模扩大，狩猎范围扩张，开发新的地域成为需要。这三大部落群在空间发展方面不期而遇了。历史上最初的华夏人在很大程度上就是由这三大部落群和散居在他们周围和中间的所谓苗人和蛮人融合而成的。在这个融合过程中，除了自然交往、联姻和妥协，战争常常是不可避免的。其中规模最大的战争有共工部落和蚩尤部落之间的涿鹿（太行山东侧）之战；共工部落失败后与北方游牧的黄帝部落结盟，擒杀蚩尤的冀州之战；黄帝和炎帝两大部落群为争夺盟主而发生的阪泉之战。最终，游牧的黄帝部落群战胜了农耕的炎帝部落群而成为华夏人的盟主。

黄帝部落群在成为盟主后又经过“五十二战而天下咸服”（《国语·鲁语上》），大概于公元前2550年左右，创造了一个北方、西方和东方三大部落群融合的局面。

黄帝时代的发明和炎黄文化

黄帝部落群的征服以部落联盟代替了原有的部落群。这个最强大的部落群的氏族首领在开始一直担任着联盟的盟主。由于征服后的和平，各部落人民相互交往的区域扩大了，新的发展机会增加了，协作劳动有了更大的规模，从而促成了一次东、北、西三方技术的交流和进步。

黄帝时代的先民在技术方面取得的进步给人以深刻的印象，传说中的黄帝时代是一个远古科技繁荣的时代。西方先进的农耕技术影响了北方和东方；养蚕、用丝织衣和制陶技术由西方推广到了原来游牧的北方黄帝部落中，传说中黄帝的妻子嫘祖是一个养蚕制丝的能手；东方的轻舟和平原地区的车由于引重致远而得到了改进（共鼓、货狄作船）；牛和马用来拉车（胲驾牛），北方人则开始学习乘马；石器工具得到了改进；弓矢和石斧石矛装备了战士；原始文字开始统一（仓颉造字，《易传·系辞下》中则记有：“上古结绳而治，后世圣人，易之以书契，百官以治，万民以查”）；首领身边的大臣还开始着手制定历法（羲和占日，常仪占月，臾区占星气，容成造历法）；数学知识有了进步（隶首作算术）。

一些文献还认为黄帝时代中国的先民完成了一项古代世界的伟大发明——黄钟。战国时吕不韦（?～前235）的门客所编写的《吕氏春秋》把这一发明归于伶伦，有的文献则提到伶伦和另一个发明者荣将共作音律。根据《汉书·律历志》的记载，黄钟是一个用竹管做成的律管。它的长度为9寸，截面积为9平方分，容积为81立方分，用它吹奏出来的声音为音乐中的基音。在制作新乐器时要通过振动频率的共鸣来确定新乐器的基调，这便是所谓“同声相应”的效果。另外，规定黄钟律管的体积为1龠，2龠为1合，10龠为1升，10升为1石。这样，容量单位便确定了。黄钟律管中盛入黍，可容1200粒，重为12铢，它的两倍24铢为1两，16两为1斤。这样，重量单位就确定了。由于一年为12个月，所以，黄钟的基本参数同天文数字也有关系。《国语·周语》是这样记述的：“……是故先王制钟也，大不出钧，重不过石，律、度、量、衡于是乎生。”

根据著名中国科技史家李约瑟（1900～1995）以及其他一些学者的意见，黄钟的发明把中国古代的音乐、天文、长度、面积、体积、重量等单位初步统一于一体，这是世界上最早的伟大创举。这一发明和规定对中国几千年中的计量、数学、天文、器乐乃至许多科学技术学科的发展都产生了深刻的影响。黄钟制最初采用的九和十二成了中国文化中相当重要的数字。从计量学的角度看，它构成了中国科学技术的重要基础。此举开创了以自然界不变常数（在这里是固定律管的振动频率）为基准确定单位制的先例。

如果黄帝时代的伶伦和荣将发明黄钟只是传说基础上的史家之言，中国民间大量的度量习惯更能说明中国古代度量衡的标准多取于自然。例如“布指知寸，布肘知寻”，“一举足为跬，两举足为步”，“一手之盛谓之溢，两手谓之掬”，“蚕吐丝为一忽，十忽为丝”等。关于黄钟的说法同这种民间普遍的度量方法是相符合的。

这里特别需要指出的是，黄帝后来被尊为“人文初祖”，和炎帝二人被并称为“炎黄”。尽管我们今天从考古学和实证历史学的角度还不能把黄帝和炎帝看做真实和具体的历史人物，但他们所代表的远古文化却已被视为中华文化最主要的古代源头。在这个意义上，中华文化中对炎黄的尊崇，不但是一种在悠远的历史中追宗念祖的情怀，而且也反映了这一文化的一些基本精神，它们由传说中炎帝和黄帝的一些典型事迹所代表。我们一方面可以说黄帝和炎帝这样的传说人物用他们的事业和事迹塑造了中华文化的最初形象；反过来也可以说，中华古代先民用他们的事业和对生活的理解塑造了炎帝和黄帝这样的人格典范，用他们的具体形象来体现一种古华夏的文化精神。透过上述传说中的事迹可以看出，炎帝和黄帝作为中华远古文化精神的代表，在才能方面是富于智慧、善于创造的，这种智慧和创造性尤其体现在科技方面；在品德方面是勤劳和勇敢的，并且乐于用他们自己的智慧和才干为民造福；在行为方面能够为民表率；在业绩方面则能够统一天下，建立规范，为社会的发展开创新的局面。事实上，这种人格典范便是中国文化中的“圣人”和“贤者”。从这个基础上出发，后来人们又把在伦理道德方面成一家之言和影响深远的孔子称为“圣人”，还把“内圣外王”作为政治家最崇高和最完美的人生境界，把有德的君王称为“圣王”，把品德高尚而又才能非凡的人物称为“贤者”，这就为中华文明的发展塑造了一种模范。这种崇尚智慧和创造性、赞赏能人智士、褒扬高尚品格和道德的文化精神，在很大程度上也是一种理想精神，是中华民族生生不息的精神动力和文化活力。这种精神也使中国古人创造出了古代世界层出不穷的科技成果，形成了内容独特的中华文化。

铜器和甲骨文明

夏王朝延续了400多年之后，黄河下游的一个夏的属国商强大起来了。这个地区的先民在冶铜和应用牛马拉车方面处于先进地位，技术发达。他们的奴隶制国家在强大的夏王朝势力圈的边缘上顽强地崛起。据《竹书纪年》记载，夏朝最后一个王桀在位15年时天上星陨如雨，还发生了一次地震，15年后又一次地震。公元前1600年左右，商的国王汤在夏社会内部危机重重和属国离心之际发难，在河南封丘东部鸣条战役中，汤的精锐的战车队击溃了夏军，从而建立了商朝。这是重新积聚起力量的东部对中原的胜利。

商朝这个奴隶制帝国，留下了大量遗迹和文献，它的统治长达600多年，治区是以黄河中下游为中心的广大区域，并在周围有许多属国。商在前期由于氏族残留下来的“兄终弟及”的继承制度产生过内乱，也遇到过无数自然灾害的威胁，都城曾屡次迁徙，最后在盘庚为王的公元前1300年左右迁至河南安阳的殷，逐步稳定下来。

商代时期中国古代铜器时代的文明达到了高峰。它的标志是：青铜武器戈、矛、刀、斧、箭镞、盔……盛酒的尊、、彝；喝酒的爵、觥（有的用兽角做成）；以及祭祀用的鼎。其中有湖南宁乡出土的一座人面纹鼎；1939年在河南安阳出土的司母戊鼎，它是商王为祭祀其后母——戊而铸造的，高1.33米，重875千克，为现存最大的商代出土铜器（藏中国历史博物馆）。另外，商代人已有了铜镜，出土器物中包括一把用陨铁做的铁刃铜钺。大量的农业和手工业工具及涂青釉的原始瓷器也出现了。牛耕在商代已发明，铁的最初开发利用在商后期也已开始。商代还在织布方面发明了提花机。这一高超技术在汉代向西传播，影响了中亚和西方的纺织技术。当时的商贾赶着牛车，载着陶器、丝麻织品、铜工具等到远方去做买卖：“肇牵牛车，远服贾用”（《尚书·酒诰》）。

商代在文化和科学方面有了很大的进步，这在很大程度上要归功于商王集中起来的一批专门人才，他们被称为卜师和贞人，在最初的国家学校里从事对王族和贵族子弟的教育，同时从事研究和学术活动，也参与政治和宗教活动。目前发现商代甲（龟甲）骨（牛或兽骨）和铜器上铭文中的文字已达到3500个左右。商人饲养着成群的各类家畜，在农耕之余还从事渔猎，卜辞中记载一次放火焚山，得到犀牛71头，野猪15只，獐25只。大量的牛骨、龟甲和兽骨满足了甲骨文的写作。这些甲骨文从形象上来看处于古老的图画文字和刻契向规范化的汉字过渡的阶段，从数量上看，已奠定了汉字的基础。有了这套甲骨文字，商王朝开始书写国家典籍和历史文献，并用毛笔记录一些次要的事件。用毛笔书写在甲骨上的文字不易保存，但写起来却容易得多。商代的天文学家们已开始系统地观测、记录天文现象和气象，他们最先在世界上记录了一颗超新星。从此开始，到1700年为止，历代所记录的新星和超新星达到了90颗。商代的历法已发展成为一种初步完备的阴阳合历（殷历），采用了六十干支记日法，用甲骨文表达的十进制位值记数法已接近成熟。十进制的位值记数法在后世逐步完善，通过与印度和阿拉伯数学的汇流，成了当代人类数学大厦最重要的基础结构。奇数、偶数、倍数的概念在商代也出现了。商代甲骨文中记载的疾病已达16种。砭石被用于治病。土、木、石材料建筑（还没有砖瓦）和音乐艺术都有了相应的发展。尤其是音乐艺术的发展，为西周初期十二律的产生奠定了基础。

当铜器文明达到顶峰的时候，人们对神和祖先亡灵的崇拜也达到了登峰造极的地步。最高的神“帝”主宰着一切，商王代表它进行统治，大量的占卜活动是为了取得帝和祖先的旨意，遗留下来的甲骨文中有着大量的卜辞。显然，强化了的宗教观念是财产和社会地位的守护神，它同财产的世袭继承制度是相一致的。帝和神的受益者自然是商王和奴隶主贵族，但大批弱小病老的战俘和部分奴隶却常常充当了敬帝祭神时的无辜牺牲品和殉葬者。商的祭祀包括战前祈求帝和祖先的护佑、战胜后的献礼、节日祭祀、水涝旱灾时对神的祭祀以及商王和奴隶主死后的祭礼。殉葬则有生殉和杀殉。祭祀和殉葬的人数从几人到几百人不等。后人在欣赏湖南宁乡出土的商代大铜鼎上凝重而庄严可怖的人面像和大量出土铜器上的铭纹、兽图和甲骨文字时，或许也会想到同这些古代文明联系在一起的古代奴隶们的命运。

革命、天命和天文学

商朝后期，贵族之间离心，奴隶主贵族和奴隶、平民之间“相为敌仇”（《尚书·微子》），西北方一个新兴的强盛属国周以“戎车三百乘、虎贲三千人、甲士四万五千人”伐商。在牧野（河南商都朝歌附近）战役中，商军中一部分奴隶和南方战俘临时编成的军队倒戈，商王纣在绝望中自焚而死。西周王朝约在公元前1046年建立。

周原来是黄帝后裔中姓姬的一支人所建立的商朝属国。姬姓部落曾同炎帝后裔的姜姓世代通婚，真可谓属于炎黄子孙。周人的胜利使中国西北方的力量成为中原的主宰。

周人剪灭了商贵族的势力，也征服了那些原先臣服商的小国。从武王开始到周公和成王时代，周朝进行了一次巨大的政治经济改革：把征服的土地和奴隶连同征服地区的人民分封给了周的王公贵族、亲戚和亲臣，建立了以众多的王公亲臣为世袭首脑的诸侯国。从商贵族手中剥夺的土地被划为井田，由农奴耕种，由封地所在的诸侯代周王管理，周王在分封时谨慎地保留了收回诸侯权力和封地的大权。夏和商的属国是异姓的贵族建立的。周的封国则是王族、王族的亲戚和亲臣受封建立的，它们之间的政治关系要密切得多。众多的（共70多个）诸侯国起着藩屏周王朝的作用。在周的土地上，“天有十日，人有十等”（《左传·昭公七年》），存在着以亲疏贵贱关系为序的各类贵族、平民、为周王耕种的农奴以及完全没有社会地位的奴隶。

周人推翻了以“帝”为最高主宰的统治中原达600多年的商王朝，除了强大的武力之外还必须有伟大的思想力量，因为这是翻天覆“帝”的事业。商人崇拜的至高无上的神是帝，周人则提出了一个新的主宰——天。在统军伐商的周武王看来，“惟天惠民，惟辟奉天”，“商罪贯盈，天命诛之”，而且“天矜于民，民之所欲，天必从之”（《尚书·泰誓》），统治者明德慎罚，便能顺天意而治天下；统治者失道，天意则会另有所属。周王朝初期大刀阔斧的政治经济革命是以殷商灭亡为鉴而顺应天意的行为，其目的是为了大治天下。周王被称为天子，受天命而制天下。

这是一个了不起的思想革命。尽管抽象的天依然是人的主宰，但周人已有了“天命靡常”（《诗经·文王》）和“天不可信”的大胆想法，使人可以从天命可变的角度去理解社会的变革和自然界的变化。由于人的行为体现天意，便在天的名义下鼓励了人而冷落了神。武王革命中所包含的这种对天命的新理解，不但是当时政治经济改革的思想支柱，而且也导致了周代乃至整个春秋战国时代逐渐对人的重视，成为人们从商代时期盛行的迷信习俗中解放出来的思想酵母。周初留下的古老文献《周易》中的占卜文字和商代甲骨文上的卜辞相比，已有明显的人的因素渗透到神的旨意中，过去多用神的旨意解释的现象，在周代则开始用人的行为来解释了。

根据《周易》贲卦的彖辞，当时的圣贤“观乎天文，以察时变；观乎人文，以化成天下”。在这里，天文与人文、天命与人事的内容和它们之间的关系已成了华夏文化中的一个重要部分。在整个中国古代历史中，周代产生的这种天命思想的影响极为深远。例如，朝代的更替被视为天数的安排或天意的改变，改变历史面貌的壮举被称颂为扭转乾坤或转日回天。任何一个王朝建立时，都宣称是受天命而治天下；任何一个王朝衰落临亡时，天命的思想则成为下层人民揭竿而起和乱世英雄取天下而代天子的思想武器。在中国古代人民生活的其他方面，我们同样可以看到这种思想的影响。例如，父子兄弟关系被称为天伦，人的自然寿命是天年，招灾惹祸是触动天怒，人定胜天则是革命的口号。“苍天保佑”也是古人祈祷时的口头禅。

不过，周人为了不至于让这种革命性的思想反对政治上的贵族统治，又同时提出了德的概念，周初的大政治家和思想家周公还制定了一套等级名分制度——周礼。周人的敬德就是要人们遵循周礼。《礼记·王制》中有“作奇技奇器以疑众者杀”的说法，显然是担心不受社会规范限制的技术进步会引发奢侈，产生不平，助长争斗。周礼作为天命思想在政治上的反面补充而存在，它是春秋时代儒家思想的渊源。通过儒家思想，礼对中国的历史和文化的影响同样是深远的，甚至超过了革天之命的思想。革命和礼教，在很大程度上是中国古代政治生活的一个对立统一的矛盾核心。

天命的思想对中国科学的发展同样产生着极深刻的影响。一方面，它使人从商代那种对“帝”的被动的敬畏和服从状况中解放出来，积极地去观察和了解体现天意的自然现象，从而不自觉地推动自然知识的发展。另一方面，由于主宰万物的天被看成有意旨的神，天的意旨通过各种自然现象表现出来，特异的天象（天文、气象和地震、物候等现象均包括在内）被视为天对人间政治的警告。具有神性的天意只能用人的感觉来观察和体会，但要预测或用人的理智来揭示它的奥秘却是困难的，甚至是危险的，因为泄漏天机是不祥的。因而，中国的古代学者们对自然现象的观测和数据计算达到了极为细致精确的程度，但却没有产生像希腊人那样彻底追求自然法则的热忱。许多学科（尤其是天文学方面）中的观测事实和计算数据常常把人们引到了自然法则的面前，但至高无上、奥秘无穷的天数使不少科学家望而却步。

天命的思想对中国天文学的影响最为直接。为了体会天意，周公在周朝为稳定中原和控制东方而建立的新都—东京（洛）附近的嵩山之阳（大禹的故都，今河南登封告成镇）建立了观星台。一批天文学家集中在这里长期观测天象，并用土圭测日影，用漏水壶计时，武王时的史佚和后来的冯相氏、保章氏都是周的天文官（称太史）。周的天文学家们可能已发明了浑天仪的前身——璇玑玉衡。璇玑是观测仪器的转动部分，玉衡是其固定部分。在天文学家工作的基础上，西周人用十二地支把一日分为十二个时辰，与一年十二个月对应，这也成了中国古代通用的计时方法。在当时，人们对日月食现象已十分注意，并将其与人间政治联系起来。周公建立的第一座观星台所在的地方后来在典籍中被称为“地中”或“土中”，即标准的地点，嵩山则被视为五岳之中。

从周公以后，中国的历代王朝都设立专门的天文机构，在所有古代科学家中，天文学家同王朝的关系最为密切，甚至超过了宫廷御医。他们充当着上天旨意和王朝政治之间的信息传递者。他们平时的主要工作有三项：观测天象，研究和修订历法，测时报时。其中观测天象的目的和结果也都和占星活动联系在一起。在这里，天文学与占星术融于一炉，天数的观念和自然界秩序的观念合为一体。另外，中国古代大城市中作为中心建筑的钟楼和鼓楼也和天文学家的测时记时工作联系在一起。晨钟暮鼓的声音曾伴着中华民族的生活响彻了几千年的历史空间，天所代表的天数和人对自然时序的认识同时体现在报时的钟鼓声中。

西周的社会、科技和历史

西周（前1046～前771）初期分封建国时所进行的政治经济改革深深埋下了巨大社会历史变革的种子。在诸侯的地位和财产可以世袭继承的情况下，血缘关系越来越疏远的诸侯王公便可能在周天子的政治统治机器效率降低时由代理的管理者变成实际的所有者，而且他们越是扩大自己的地盘、土地、奴隶和人民数量、财产和军事力量，就越能够加强自己相对独立的政治和经济地位。周王权力的下放为诸侯让开了发展进取的场地。在这个时代，技术的发展便大大加快了速度。另外，周天子在分封过程中把大部分奴隶变成了耕种井田的农奴，他们有了相对的人身自由，不再是商代那种可以同牲畜一样随意处理的奴隶，劳动积极性有了提高。由于周王和诸侯直接管理的奴隶数量都相对地减少了，周代在祭祀和殉葬方面所用的人数已大大减少。在周王名义管理和诸侯实际管理的社会政治经济格局中，奴隶、农奴、平民、大小贵族的命运之摆都有趋向新的平衡位置的可能性，社会生活中的机会增多了，技术和科学知识的大树也加快了生长。

西周近300年，仍属于青铜时代，但冶铸青铜的作坊面积和规模比商代更大了，铜在铸鼎和铸造日用器皿方面的用量有所减少，这种有限的宝贵资源被更多地用到了武器和手工业工具的制造方面。除了各类武器制造得更加锐利之外，戈矛一体的铜战戟已得到普遍应用。商代只有铜盔，甲则仍用皮革制造；西周除了铜盔之外，还有了铜甲，而皮制的盾则成了战车上战士的重要防护武器。西周的手工业种类繁多，分工更细，一些制作中心已成了相互协作的综合性工场，号称“百工”。例如兵车的制造就由木工、金工、漆工、皮革工几个工种按序分工制成。西周手工业和技术方面的一个杰作是铜阳燧的发明和制造。这是一个凹形铜镜面，置于太阳之下能聚阳光取火。《诗经》中关于农业生活的大量咏叹表明井田上的农业已经显出繁荣景象。中小型灌溉系统建立起来了，人们按照土地的肥瘠程度实行轮作，多稼的大田里长着小麦、大麦、谷、稻、豆、糜、麻，家屋周围的小田里有瓜、瓠、葵、韭，屋墙边和近田的山坡上则有桑、桃、枣、梅、杏等。对于马、牛、猪、羊，这时不但开始了良种的选配，而且还对马和猪进行阉割驯养。在夏商以来手工织机改进和养蚕业发展的基础上，天子和贵胄们能够夏着丝绸，春秋着绮，冬装裘皮。在居室方面，自夏、商以来夯土建高台、在高台上建屋宇的“王者之居”还在墙头和屋顶搁上了瓦。当然，奴隶和生活无起色的平民们依然穿着用葛藤、大麻、苎麻等植物纤维编织而成的麻布衣，住在土屋或草房之中。

尽管在原始社会和夏商时代已经积累了一些自然知识，但只有在对远古的自然崇拜和商代的神灵崇拜发生怀疑之后，人们才能以人的眼光来看待自然。西周初期以来对天命和人的关系的新看法使人们以更积极的态度来看待自然。这时医疗术已和巫术分开，医生成为专门职业。中国历史上影响深远的阴阳学说和五行（金木水火土）说在西周已成为系统化的哲学，开始反映在各种自然知识和社会知识中。按照五行说，木金火水土分别代表东西南北中五个方位，这五个方位又分别以青白红黑黄五色来表示。这构成了中国古代的宇宙颜色论。根据这个古老哲学和当时的天命思想，当时的天文学家兼卜师们写成《易经》一书，把相传为伏羲所造的八卦发展成了一套带有神秘色彩的无所不包的学说。在八卦中，一代表阳，一代表阴，一代表天（乾），一代表地（坤），一代表水（坎），一代表火（离），一代表雷（震），一代表山（艮），一代表风（巽），一代表沼泽（兑）。通过天地水火雷山风泽八种卦象搭配所得的六十四卦象征着各种自然现象和人事现象。这实际上也正是古代人试图通过阴阳和八卦的认知框架来把握复杂的自然现象和生活现象，其中浸透着古人对自然规律的直觉感悟和对生活本质的体味，是自然知识和生活智慧的一种结晶。八卦中包含着二进制数学的神秘起源，可能还开创了中国古代数学家用算筹计算的传统，它也成了民间粗俗的占卜算命活动的渊薮。当时西周的数学家们已经开始用算筹进行简单的四则运算。算筹从此成为算盘发明前中国人的基本运算工具。因为用竹棒计算，故“算”字为“竹”头。此外，大量生物学、物候学和气象学知识也反映在农业和社会生活的文献记载中，其中《诗经》中对草、木、虫、鱼、鸟、兽的分类从现代的观点看来也有合理的地方。古人在这方面的认识顺序也反映在汉字的偏旁部首和结构中。

西周时的国家学校已办得相当出色。“大学在郊，天子曰辟雍，诸侯曰泮宫。”（《礼记·王制》）学校中所设的六门课程是礼（政治）、乐（音乐）、射（射箭）、御（驾驭战车的技术）、书写、算术。在音乐方面，当时人们已经认识了十二律和七声音阶。这十二律是：黄钟、大吕、太簇、夹钟、姑洗、仲吕、蕤宾、林钟、夷则、南吕、无射、应钟，七声音阶是宫、商、角、徵、羽五声和变徵、变宫。在数学方面，战国时代由后人整理成书的《周髀算经》便是周时宫廷学校的教本。这本书以周公和商高的对话形式写成，它已经对几何学中的勾股定理作了清楚的阐述。这是大量天文计算的结果。《周髀算经》提出了中国最古老的宇宙结构学说——盖天说。根据盖天说，“方属地，圆属天，天圆地方”，“天圆如张盖，地方如棋局”。这是周人对主宰万物的天的结构的直观感觉，在这里，天命论的学说不但没有妨碍反而激励着人们对天的认识。

然而，英明的武王和周公在进行分封建国的革命时没有料到由此会产生两个同这场革命的目的完全相反的社会历史后果，这就是：

第一，在帝被天取代、天又被人怀疑的情况下，周初在征服大势下确立的社会等级名分制度——周礼，慢慢动摇了。随着时间的推移和社会生产的发展，受封诸侯王公的地位在代代世袭过程中越来越巩固，最后导致了政治上、经济上和军事上的分立。没有任何一种内部或外部的力量能把这个分散的诸侯国群体从政治上密切地结合为一体。利益摩擦导致了诸侯国之间、诸侯和周天子之间的冲突和争夺。最初由周天子下放给王公的政治单位在社会生活进步的过程中演化成了一个个独立自主的政治、经济和军事上独立的单元。王朝初建时潜在的政治对立面变成了王朝后期不能控制的现实对立力量。这样，分封建国这块周初的建国砖石便转变成了周末时王朝的墓石。

第二，建立在以奴隶劳动为补充的等级制基础上的周王朝无法保证自己的后代始终能以谨慎的态度和强有力的措施来统治天下，并在变化了的社会条件下采取新的“顺天应人”的变政来维持天子的威权。相反，高高在上的天子后代们在特权地位中逐步丧失了明德慎罚的能力。公元前841年（中国历史上确切纪年开始于这一年），由于周厉王贪财暴虐，专山泽之利而不让平民谋利，再加上灾荒的发生，国人暴动后流放了天子，王朝实行了13年共和政治，在进行了一些改革后略为稳定下来。不久，西周最后的周幽王据传为了博取美丽的褒姒一笑，在没有敌情的时候点燃了报警的烽火台，失信诸侯。公元前771年，西方戎人的一个部落攻杀周幽王于骊山烽火台之下。接着平王即位，京城从陕西关中的丰迁到河南西部的洛邑。这时，周王已基本上失却了对诸侯国王公的政治管理权，而成为一个只有天子之名的小王国的主人。中国历史上全木木面的大变革时代——春秋战国时代（前771～前256）从此拉开了序幕。

铁器时代的技术革命

春秋时代，铁作为一种革命的角色进入了社会生活。从技术上讲，铜冶铸技术已经相当成熟，只需把炉温提高一些就可以炼造出铁，而这只要把木柴换成木炭就可以了。在矿藏方面，铁的分布比铜更为广泛和丰富。用铁器可提高手工业制作和农耕的效率，可用更坚硬锋利的武器更新军队的装备，器利则兵强将勇。

春秋时代（前770～前475）大多数国家都已经有了小中型的冶铁工场，东方的齐国、北方的晋国和中山国、中原的郑国等略为走在前面。楚国可能也不落后。到了战国（前475—前221）中期，冶铁业已在广大地区普遍建立，成为最重要的手工业部门之一。齐国临淄的冶铁遗址面积达40余万平方米，三晋之一的赵国一个遗址出土的铁农具占全部农具的65％，偏远的东北方的燕国一个遗址出土的铁农具甚至占全部农具的85％。战国时石器已退出了历史舞台。齐国的程郑、魏国的孔、赵国的卓等几个姓氏都是当时冶铁致富的大铁商。《管子》中有所谓“万乘之国有万金之贾，千乘之国有千金之贾”的说法。可见铁器时代到来之后财富已不完全积于天子王侯之家了。当然，王侯仍然是社会财富增加的主要受益者，春秋时代最早开始大规模炼铁的齐国最先得到了霸主的地位，继之而起的是在公元前513年最先铸造过铁质刑鼎的晋国，当了第二位霸主。

铁的开发利用促进了手工业的全面繁荣发展。铜铁的冶炼、铸造、锻打的工艺得到了改进。春秋时的铸剑工艺达到了炉火纯青的地步。当时越国的铸剑大师欧冶子曾为越王勾践铸了湛卢、巨阙、胜邪、鱼肠、纯钧五把宝剑，又受风胡子之请和吴国的剑匠干将为楚昭王铸了龙渊、泰阿、工布三把宝剑。另外，干将还为吴王铸了名叫干将、莫邪的二把宝剑。中国后世一直把泰阿和干将作为宝剑的代称。春秋以前的铸造工艺都用泥范（模），战国时已有了用白口铁做成的铁范。新的铁工具锯、凿、斧和犁锄等农具制造出来了，车辆和其他木加工及戈矛刀戟剑和弓箭等兵器的工艺更为精良。铜的生产和加工在春秋战国时依然很重要，它除了铸造传统的工具、器皿和武器外，还被用来铸钱币。这是商业繁荣的结果。玉的开采加工也有了发展，春秋时楚人卞和所得的和氏璧便是一块传世的宝玉。到战国末时，中国古代的手工织具已发展成为手工织机，麻布和丝绸的织作效率一直在提高。布的染色、皮毛加工、城市和宫室的规划设计等方面的工艺都有了重大的改进。手工业内部的分工不但相当专业化，而且一国内的技术工艺基本上已趋向规范化，并引入了新的科学原理。《考工记》在叙述以上各类技术的设计制作工艺的同时运用了大量初等数学和力学知识，对马车前进时马停下之后车的惯性前行都有记述。其中《考工记·弓人》中关于弹性弓弦“量其力，有三均”的分析，可能是指加物一石张一尺，二石张二尺，三石张三尺，这实际上是发现了弹性定律。另外，在《考工记》所述的鼓、锣、钟的制作方面，还有许多声学方面的知识。由于西周初期就形成了对十二律的认识，春秋时的乐律学家们已经开始用“三分损益法”来确定律管的长度和音律高低之间的比例关系。《管子》和《吕氏春秋》中都记述了这个方法。1978年在湖北隋县出土的公元前433年的曾侯乙墓中，一个完整的铜铸编钟群构成了一个十二个半音组成的敲击乐系统。这是当时人们音律知识和乐器制造技术的一个直接物证。在同一个墓中出土的盛酒器皿——盘尊，可能是世界上最华美的铜铸件之一。

春秋战国时期手工业技术的发展奠定了古代手工业技术传统的基础，成为后来一系列伟大发明的源头。中国古代各行的手工工匠一直把春秋战国之际鲁国的名匠公输般（鲁般或鲁班）奉为祖师。史载鲁班曾造过木人和能飞升的木鸢，改进了锯的齿形，创造了刨和钻，他南行时为楚惠王造了攻城的云梯和舟战用的钩拒。当时鲁国的大科学家墨翟（墨子）也到楚国去，造了防守用的战具，劝阻楚王和鲁班放弃对宋国的进攻。和鲁班一样，墨翟也造过一个能飞的木鸢，但他却竭力反对把技术应用到战争方面。这个时代的各种名匠可以车载斗量，鲁班和墨翟都是其中技艺超群的大师。

铜斧、木犁、石刀已趋于过时，奴隶的双手和旧的耕作方法已不能满足天子管不到的诸侯王公们尽快富强起来的需要。铁犁被铸造出来充当大量新垦荒地野田的开拓者。这时，过去主要用于食肉、祭祀或拉车之用的牛的作用也发生了变化。尽管商周时代已有人用牛耕地了，但大量奴隶的存在使贵族有比牛更容易驾驭的劳动力。春秋战国时贵族们让牛来拉犁，让奴隶们来扶犁，这样就可以耕种更多的土地了。所以，牛开始成为奴隶的替身和农人的大伙计——农业中最繁重的劳动的承担者。牛从肉食品和牺牲品变成了吃大苦的生产伙伴，并且由于它拖动了铁犁而促进了农业奴隶的解放，从此牛在中国农民心中开始获得崇高的地位。从技术史的角度看，耕牛取代农业奴隶是一次农耕技术革命（下一次农耕技术革命直到20世纪70年代才发生，这就是中国农村开始用拖拉机来代替牛耕地了）。

铁犁和牛不但扩大了耕作面积，还将耕地的深度加深。精细的整地，复种轮作，锄草施肥，合理密植，在不同的土质上种不同的作物，掌握气候和把握灌溉时机——这一切从春秋战国时便成为中国农业耕作的主要方式。中国古代的自然经济以农业为最主要的生产部门。战国时期秦国宰相吕不韦的门客们编写的百科全书《吕氏春秋》中“上农”、“任地”、“辩土”、“审时”四篇，反映了中国古代农业的这一传统，它是以后农书的参照本。战国时发达的农业产生了大量的农书，其中有后来散缺不全的《神农》20篇、《野老》17篇。

要发展农业，把大片蛮荒的原野变成旱涝保收的沃田，兴修大型水利工程自然被提到议事日程上来了。春秋时楚的令尹孙叔敖（前596年为官）负责在安徽寿县修了芍陂工程，至今犹存。战国初期，魏国邺县令西门豹在任时修的漳水十二渠也是十分有名的大型水利工程。秦国人李冰（前256～前251年为蜀郡守）负责在四川灌县修了最有名的都江堰，今天依然在起作用。战国末年处于强秦压境形势下的韩国派水工郑国于公元前237年做间谍赴秦，说秦王动用秦国民力兴修水利工程，以消耗秦的国力，牵制秦国发兵攻韩。郑国到秦后负责在关中修了300余里的郑国渠，沟通了泾洛二河，使关中成为沃野，秦的国力反而更为强大了，并且在公元前230年首先灭了韩。加筑堤防是对大禹王事业的补充，主要是由黄河下游各诸侯国从事的。随着堤防的增高，黄河下游的河床也在步步升高。春秋战国时最著名的运河是东南方吴国修的邗沟，它沟通了淮河和长江（后来隋朝在修凿贯穿中国南北的大运河时，部分地利用了吴国修的邗沟）。魏国修的鸿沟则沟通了淮河和黄河。吴魏两国当初是为了政治和军事上称霸的目的才修凿运河的，因为运兵、运粮和交通对于一个扩张中的强国来说是十分重要的。

技术革命时代的社会革命

技术革命和农业的进步伴随着社会的动荡和变革，而且技术和农业的改革是社会革命的直接杠杆。铁犁和牛耕使天子所属的井田之外大批私田被悄悄开垦出来之后，普天之下不尽是王土了。同时一大批旧贵族的奴隶在周末和春秋初期便开始演变成为户口被隐瞒起来的依附于诸侯王公或贵族的独立经营农业和手工业的农民。进入战国，土地所有权属于天子、大小诸侯和贵族的井田制已成为铁农具和牛耕的障碍，于是，废除井田制的改革开始了，原来以隐蔽形式存在的封建性农民和土地所有者的关系公开合法。春秋战国时代在诸侯国里自发产生的私田上的隐民，正是社会生产力进步的产物，也是一场社会革命最底层的引爆药。春秋时的五霸之一秦国，在修水利方面不遗余力，在废井田和解放隶农方面也最彻底，经历了商鞅（前390～前338）变法，一步一步向东方扩张，成了各国的头号敌人。这场深刻的技术和社会变革通过经济和社会生活过程还引起了大大小小贵族阶层的分化。在诸侯王公和土地贵族对土地、权力和财产的世袭继承过程中，原有的公田、财产和权力要在下一代人中重新分配，这将在下一代贵族中相对地划分出新的等级。而技术的进步、生产的发展以及诸侯之间的战争掠夺所创造的新的财富要在贵族、平民和军人中重新分配，这就有可能使一部分贵族和平民以及立下战功或掌握军权的官员改变自己的地位，成为社会上新的势力。只要技术和生产的进步与对邻国的战争过程不停止，一部分新开土地的所有者、新兴手工业和商业的经营者和大量战利品的获得者就会成为旧政治格局的挑战者。当时这个挑战完全不像秦代以后起义者对皇帝的挑战那样目标集中，这是一个发生于社会各个阶层之间的多层次挑战，其中最明显的是，在东周天子权威受到羽翼丰满的诸侯王公挑战的同时，各国的诸侯王公也受到了势力强大的新贵族的挑战。春秋时的五霸和战国时的七雄是诸侯国问鼎华夏最高政治决策权的例子，而春秋时的田氏代齐、三家分晋则是新贵族取代诸侯王权的典型。

战争是社会变革的一种催化剂。以周礼为基础的政治怎么能够调整在牛拉铁犁翻开新土后各个社会集团、不同社会阶层之间急剧变化的利益关系呢？所以，战争登上了历史舞台。自春秋时代始，雄心勃勃的诸侯王公发动了无数次的战争。他们之间大欺小，强凌弱，干戈不息。这种战争的直接目的是并吞和占有别国的土地和人民，因为这意味着财富。战争一般都由土地较广和人口略众的大国首先发动。但得人得运者，小国亦可顺昌；失人背运者，大国之王亦有身死国灭、宗庙为墟的结果。在得胜的王公高奏凯歌之后，作战时幸运地摆脱死神召唤的一批贵族和平民出身的官兵得到了一些新的土地和财产，而一批批被编入军队的作战英勇的奴隶则依靠对方的鲜血解放为自由人。春秋末年（前493）晋国大将赵简子在前线的誓师词是最好的说明：“克敌者，上大夫受县，下大夫受郡，士田十万，庶人工商遂，人臣隶圉免。”（《左传·哀公二年》）战争的频繁不但生产出了一大批第一流的军事家和军事理论家，而且还由于兵器的改进引起了军队编制和作战方法的一次改变。春秋时代，古老的战车和以战车为中心的甲士被灵活的徒兵野战队伍所补充。战国时期，“楚琴氏以弓矢之势不足以威天下，乃横弓著臂旋机而廓，加之以力”（《事物纪原》），发明了弩（前述后羿发明弩只是一种传说，这里是明确的记载）。还有民间猎户的发明——窝弩，这是预先设置在野兽出没的地方的一种射击机构，当野兽踩上或牵动绳索时，窝弩击发射向目标。在战场上，弩多用于防守。弩虽没有弓轻巧，但比弓强劲，射时水平放置，战国时的弩还装有照门、望山，便于瞄准，大大加强了箭的射程和贯穿力。公元前307年，北方的赵武灵王在同胡族作战时学习北方匈奴人“变服骑射”，从而出现了挟弓佩刀、机动能力强的骑兵队伍。和骑兵配合作战的步兵持铁质的刀矛剑戟进攻，以皮质或藤质的盾牌防护，将军还披带铜甲铜盔甚至铁甲铁盔，战斗力大大增强了。可见，技术的进步在战争方面的第一个结果就是战争规模的扩大和破坏性的增大。

技术、经济关系的变革，政治的变革和战争的进行，引起了战俘和奴隶命运的变化。在战国后期，由于在新的土地上不再采用奴隶劳动，俘虏在战利品中的重要性大大减低了。因为用牛耕的土地上并不需要太多的人，在通过战争夺得有限的土地的情况下，太多的俘虏反而成了累赘。公元前260年秦将白起在长平接受了赵国40万军队的投降之后，把他们除240个老弱者之外全部坑杀（《史记》），这也许是中国历史上数量最大的一次屠杀战俘事件。但是另一方面，在社会技术进步的过程中，奴隶劳动的价值在提高。奴隶劳动制趋于废弛的过程中，中国奴隶制度下残酷的人祭人殉习惯已不再成为必须遵循的惯例，这是在人道行为方面的进步。甚至杀牲、尤其是杀牛祭祀的习惯也由于牛在农耕中的作用而有所缓，牛终于从祭礼的屠刀下解放出来。旧的习俗首先遭到部分有新思想的人的反对。当宋襄公（前650～前637在位）要杀人祭社时，司马子鱼反对说：“祭祀以民为也。民，神之主也。用人，其谁飨之！”齐国陈子车死后，其妻和管家要用人殉，子车的弟子亢反对说，如要人殉，妻和管家是最合适的人选。但在把人作为贵族统治者私有财产的社会里，只要人们还相信死后灵魂的存在，这个习俗绝不会被轻易革除。秦穆公在公元前621年死后仍用了包括国之良人子车氏三兄弟在内的177人殉葬，反对的人只能作《黄鸟》诗悲叹。春秋战国时代是社会革命中觉醒了的尊重人的感情和落后习俗最先发生激烈冲突的时期。

变革时代频繁而复杂的政治斗争和军事斗争滋长了贵族中的养士之风，在许多谋求进取的贵族门下聚集着几十、几百甚至几千的门客，他们中有文才也有武才，成为知己恩主扩展势力的羽翼。为知己舍身的刺客和击剑比武的游侠剑客也成为这个时代的特殊产物。这个时代的最后一个刺客——荆轲，也因为行刺结束了这个时代的秦始皇，而成了中国历史上最有名的刺客。

（二）秦汉科技

万里长城

秦王朝修筑的万里长城是华夏文明在东亚崛起的气魄和力量的伟大象征。此后，汉、北魏、北齐、北周、隋、明等各朝都继续修筑过。这是一段世界上最长的城墙，可能只有近代工业诞生以来出现在欧亚大陆上的铁路工程才可以超过它。长城既垒聚了中国人的智慧和汗水，又垒聚了人民的血泪和白骨。在北方游牧民族时常侵扰的时代，具有较高文化和以农业为主过着定居生活的中原人民希望有一个相对和平的生活环境。这条长城可以增加一些安全感，这是他们承担巨大的牺牲性劳动的惟一理由。当然，决策是统治者作出的，这主要是出于军事上的考虑：城墙可以阻滞那旋风般卷来的塞外游牧民族的骑兵，烽火台可以报警，这就为军队的调动和部署赢得了时间。

这道边墙也无形中使中原人民把内地和塞外视为两个世界。实际上，内地和塞外人民的生活方式也是截然不同的。很难想像，当华夏人在黄河流域和长江流域创造出农业文明之后，会把干旱的塞外草原视为生活的新大陆。他们只是在内地发生灾荒和战乱时才向北发展。相反，北方游牧民族生活的区域一旦越过这座边墙，就会日益融入中原的农业文明中。事实上，在长城修筑起来之后，历史上中原和塞外的军队和人民都曾多次大规模地越过了它，万里长城实际上成了中华北方民族的融合线——中原人民同北方游牧民族之间不断发生的冲突和战争、接近和融合，都是在长城脚下进行的。静卧的长城正是这一历史的一个见证和纪念碑。

造纸术

由于汉王朝要利用知识分子对社会进行教化，办太学和郡县学校，再加上经学家们在注讲古文时动辄万言的学风，春秋以来的书写材料竹简、木牍和丝帛已经远远供不应求了。而且太学发展的规模是惊人的：到东汉质帝时（145）学生已达到3万！新的书写材料必须发明出来，社会提出了这种要求。

从技术源头上看，造纸术起源于养蚕制丝过程中的漂絮。人们为了将较差的蚕茧制成丝绵，将其剥开、浸水，并在篾席上反复捶打，使之成为松软的丝绵，称为漂絮。此过程中篾席上留下的丝纤维积累起来，晾干后成一薄片，揭下可做纸用。受此启发，当地中海沿岸罗马帝国的学者们用埃及产的草纸和羊皮纸书写的时候，中国人在西汉前期已发明了植物纤维造成的麻纸。西安附近灞桥出土的麻纸正是这时的产物。到了东汉时期，博士们的文章已越来越长，汉和帝时监制宫廷器物制造的太监蔡伦（?～121）于公元105年，改进了原先的造纸术，用麻类、绳头、渔网、破丝旧绸和树皮等造出了质量优良的蔡侯纸，满足了博士们的需要。

造纸术无疑是中国古人为知识和文化生产而发明的一项伟大的技术。纸比中国古代的甲骨、钟鼎、竹简、木牍、丝帛都便宜得多，而且轻便，能长期保存。中国的纸也比埃及的草纸优良，比西亚的泥板轻便，比欧洲的羊皮纸廉价，因而这项发明注定会成为全人类的财富，引起人类书写材料的一场革命，通过促进社会信息超越时间空间的广泛传播，而成为人类文明进步的伟大杠杆。

纸的发明首先使当时的书籍变得更加便宜，经学博士们更可以大显身手了。当这种材料流向社会后，没有多少财富和得不到朝廷支持的私家学者们著书的风气开始了，社会文化教育事业有了蓬勃的发展，中国三国时代从社会中下层涌现出来的大批人才的学识，在很大的程度上得益于造纸术的发明。而且，汉代以后中国古代文化的普及也同造纸技术息息相关。

当然，纸并不能决定人们在它上面写些什么东西，它既负载着新思想也负载着陈腐的误说。民族的文化瑰宝依靠它保存下来，人们后来也用它来绘画，印制佛像佛经，并且印成纸钱祭奠祖先。

（三）三国两晋南北朝科技

玉瓯金瓶的裂分

中国历史在黄巾军同东汉统治集团军队的搏斗中暂别统一，于公元220年进入了暂时的三国鼎立时代。曹操（155～220）的军事政治活动为北方的魏晋击败南方的蜀、吴奠定了基础，但代魏的司马氏建立的西晋（265～316）却是一个短寿政权：司马炎为加强本族势力恢复了分封制，但和周代相比，中国社会经过秦汉文明的涤荡，技术有了长足的进步，交通更加发达，汉族人的文化已经密切地融为一体，社会的经济生活已经建立在新的基础上，社会上层的政治观念也完全改观了。所以，晋的分封已不能起到建立中央王朝藩屏的作用，反而直接树立起向中央王朝挑战的潜在力量。更为可悲的是，从曹魏手中夺过王位的晋政权的上层一开始就在生活方面腐化起来。在司马炎的白痴儿子惠帝继位不久的291年，发生了司马氏诸王相斗争权的八王之乱。这场变乱消耗了王侯们的力量，导致了社会上不稳定力量的连锁反应。

居住在中国东北、华北、西北的匈奴、羯、鲜卑、氐、羌等五个胡族乘机起来反抗西晋的统治，大批汉人流民被卷入各支队伍中。西晋政权土崩瓦解，中国北方各地先后崛起由五胡贵族建立的16个国家，西晋的一个诸侯王司马睿（276～322）靠一部分随行南下的亲贵和南方豪门士族的支持建立了东晋，与北方五胡政权并立，称为东晋及十六国时期。

北方的前秦于公元376年间短期统一了北方，但当它试图拿下江南时却于383年在淝水吃了败仗，北方复乱。接着，一支在山西兴起的鲜卑贵族势力——魏崛起，于439年重新在北方建立了一统政权。这时，淝水之战的胜利者——南方的东晋已于420年在农民起义和内乱中改朝换代，掌握实权的大将刘裕废东晋，建立宋朝。北魏和宋朝的建立标志着相对稳定的南北对立局面开始，这便是所谓南北朝时期。

北朝北魏的统治达148年之久，于534年分裂为东魏和西魏，一二十年后两朝皇帝换人，国号分别改为北齐和北周，577年北周灭北齐后又统一了北方，581年杨坚（541～604）代北周后开始倚北方之强大人力物力谋划统一中国。

南朝自420年宋建立后，在动乱和暂时平安中经历了宋、齐、梁、陈四个皇朝。最后一个帝王陈后主于589年成了杨广（569～618）带领的北方军队的俘虏。中国历史又从政治上的分裂走向了统一。

长城的缺口

从中国历史上看，自从传说中的炎帝、太、黄帝三大部落在战争后融合成为华夏人以来，前述时代是中华民族的第二次大融合。这种融合的发生一是由于中原地区农业繁荣对塞外游牧民族在经济、技术和物产上的吸引，二是由于中原社会演化中的政治经济崩溃为塞外民族大规模南下提供了机会。

在铜器时代，华夏文明和塞外民族的游牧文明之间还没有发生强烈的相互吸引和对抗，那时他们双方都还没有足够的力量和技术手段把发展的目标放在各自的边界上。中原地区首先进入了铁器时代。秦始皇时代的长城标志着中原华夏人的文明在铁器时代到来之后进入了一个新纪元，华夏文明已确认了自己的优越性。汉武帝的开边标志着这个文明在强大时有愿望并有力量向外扩张。然而，同世界上所有古代文明一样，这还不是一个具有持续稳定进步发展力量的文明，它的政治、经济制度和技术、文化基础决定了它的前进要以退步为代价，崛起要以衰落为补充，大治要通过大乱来达到。东汉末期，虽然由于匈奴民族的部分西迁缓和了中国北方的压力，但中原地区在东汉末人口锐减和政治分裂的情况下减弱了在经济方面的对外排斥力量，北方民族得以以和平方式在长城内外地区过上半农半牧的相对定居生活，从而向中原的铁器文明靠拢。在中原政治和经济稳定的情况下，这个以铁器和农业为技术基础的社会是一个中心，北方民族那些在技术上落后的部落和小国，开始在政治上不平等的条件下同先进的中原地区在经济和文化方面交往杂处。但当中原政权被社会内部的矛盾和战乱摧残后，政治余威消耗殆尽，这个先进的铁器文明也就自然变成了被劫夺的财富。北方民族不再忍受附属于一个糜烂无能的政权的地位，他们的骑兵便在长城内外集结起来，并在中原扬起烟尘。由于已经有了经济生活方面的长期接触和文化上的联系，北方汉人视他们为外族，但绝不视他们为入侵的敌人。所以，那些被中原的统治者剥夺的一无所有的人们把胡族看成解放者而加入他们的军队，那些对胡族怀有民族成见的人与其冒反抗的危险，还不如成为顺民，而那些晋朝的王族豪门的命运之星便到了西沉的时候。

这场北方胡族对衰弱的西晋政权的冲击，在激起一次历史大动荡后逐步向一个新的平衡状态恢复，在有大批汉人参加的胡族军队推翻西晋政权建立起以胡族为主要统治者的政权之后，汉时边疆民族和汉人隔地而居的状况被完全的杂居所代替，中国北方发生了各胡族和汉族在习俗、语言方面的融合，边疆民族的牧业知识和特殊的风俗给北方汉人的生活中添加了新气息，而边疆民族的主要部分则在这个融合过程中被历史裹入了汉族文明的洪流之中。首先是作为统治者的胡人贵族，接着是一般民众，被汉族的文化所征服。这是不可避免的文明融合过程。塞内土地肥沃，有灌溉之利，技术发达，汉族人的数量占优势，而且他们是先进生产方式的代表者。少数民族要放弃自己的游牧生活方式而进入定居的农业文明，同汉族文化融合在一起便是最佳的选择和历史捷径。塞外民族不可能在已经经过了农业开发的中国北方保持原来的游牧生活方式。在政治方面，任何一个少数民族的统治者也不可能长期地用自己还不够发达的语言和原来的文化长久而安定地统治中国。根据古代史书，远古时的氐、羌与神农氏炎帝的部族同出一支，而匈奴则同黄帝部族和夏人同出一支，鲜卑的贵族也称他们是黄帝之后。根据五行学说，黄帝以土德而王，建立北魏的拓跋氏的姓便是土的意思。由于相信黄色的土为万物之元，拓跋氏改姓为元，其他一些鲜卑贵族则改姓为于、贺、楼、尉、穆、陆等。

不用说，这次融合也是痛苦的，是在一连串民族矛盾和社会矛盾的交叉爆发中进行的。不少平民百姓在动乱中付出了代价，而一部分汉族和胡族贵族也为之丢掉了他们的地位、财产甚至头颅。最后，经过300多年的时间，一个新的中国北方民族和文明掩埋了以往的一切纷争。

在北方发生民族大融合的时候，南方也发生了重大的变化。北方大量的人民最初在战乱的逼迫下南迁，成为涌入南方社会的侨民。由于处于和北方的对立中，各代南方政权对蛮、僚、俚、越、爨等少数民族的力量给予了更大的重视，南方少数民族同汉人在经济生活和文化方面日益接近，南方地区的农业、手工业和贸易事业有了进一步的发展。

战乱时代的技术

在各种政权对立的局面中，社会由于竞争和战争的压力而产生发展新技术的需要，因为备战和开战时都需要准备大量的物力和新的作战机器，新技术会在战火中产生，即使在战乱之后的废墟上，它的幼苗也会在某些地方不时顽强而茂盛地生长起来。三国时曹魏的博士马钧（陕西人，生卒年不详）发明了能把砖瓦和石块抛射几百步远的抛石车，这对攻击城头敌人是威力强大的武器。马钧在看到蜀国丞相诸葛亮（181～234）制造的连驽（谓之元戎驽）之后认为，“巧则巧之，未尽善也”，对它作了改进。他还大大改进了当时的织布机。比他早半个世纪的东汉人毕岚曾发明一种叫翻车的木质机械用以洒道，马钧则将这种翻车改进为后来被普遍应用在河边为农田灌溉抽水的龙骨水车。这是一个了不起的发明，具有很高的实用价值，因而也具有很强的生命力，它是水泵发明前世界上最先进的提水工具之一。另外，据当时的文学家傅玄的记述（《全晋文·马先生传》），马钧一次在朝房里和高堂隆、秦朗二人谈及指南车时，高、秦认为古书上关于指南车的记载是虚构的。马钧则坚信古代有指南车，只要肯钻研，是可以造出来的。高、秦二人于是奏准魏明帝，下诏命马钧造指南车。在235年，马钧制成了靠木质齿轮系统在行进中指示固定方向的指南车。根据这段记载，前代已有人制出过指南车，正是别人不相信，马钧才制造出来让他们看（也许马钧只是由于迁就当时人们的厚古心理而把自己的创新托于古人的名下，不过当时人们对于这样的高技术似乎只是抱着一时欣赏的态度，而没有准备研究和应用它）。实际上指南车也只是对机械的发展有启示作用，在陆地上行走和活动根本不需要这样复杂的方向指示器。三国时另外一项发明是蜀国人蒲元发明出来的独轮车——木牛流马。这是一种适应于崎岖山路小道上由人来推行的轻便的运载工具，诸葛亮首先在军事运输中采用了它。这一发明后来在没有通衢大道的丘陵和山区得到了广泛应用，它在平原地区的短距离转运中也有用处。但在中长距离的运输中，牛车和马车仍然是最重要的工具。生活于魏晋之际的刘景宜发明了一种水转连磨，用中间的一个巨轮带动周围8个石磨，这可算是相当先进的农产品加工机械了。

东汉末以来频繁的战争使攻防武器有了显著的进步，除了连驽、大驽、发石车的发明之外，钩车、撞城车、鲁班时就发明了的攻城云梯、火攻车等都有了改进，盔甲比汉代更为坚固合体，箭已由铁簇改为钢簇。刀剑的锻造工艺大有进步。据说东汉末和三国时期曹操曾有五把“百炼利器”，刘备曾令蒲元造“七十二炼”宝刀五千把，孙权则有百炼、青犊、漏影三把宝剑。马镫是这一时期的一个重大发明。中国目前发现的最早的马镫是长沙西晋墓（302）中陶骑俑上的，估计它的发明可能在三国时代，当时将军们在马上厮杀的战斗方式同马镫的发明有关，因为马镫使人和马紧紧地结合在一起，可以全力地向前冲击和战斗。到418年，南朝（宋）的水军将领王镇恶的水军中出现了轮桨船。这是近代西方用明轮击水的轮船的前身。在当时，一系列的技术发明首先成为暴力的助手。东魏残暴的大将侯景在548年洗劫南方梁朝首都建康时就依靠了大批新制造的战争器械攻破了坚城。梁朝大将徐世谱则用轮桨船队在水上抵抗侯景的军队。

刺激技术进步的还有各次战乱结束后的人口锐减、荒田待耕、百废待举的局面。从三国时代到南北朝结束的369年时间里，中国商周时就发明了的制瓷技术已趋成熟，东汉时出现的较粗糙的青釉瓷器变成了美丽的青瓷和如雪的白瓷。当时瓷器制造方面已形成了“南青北白”的局面。新的铁矿、铜矿和其他金属矿山被开采，旧的则扩大了开采规模，在许多朝廷管理的大型冶铁工场中都应用了东汉时杜诗发明的鼓风水排。在制造铁工具方面，工匠们发明了把生铁熔化后浇灌到熟铁上合炼合锻的灌钢法。这种方法可以通过增加熟铁的含碳量来制造出性能更好的各类钢，满足不同钢铁器具对不同性能材料的需要。晋代的能工巧匠们还把西汉时就已发明的磨改进成了由水力驱动的水磨，用以磨粉，这说明农业在恢复之后仍然能够很快提供充足的粮食。无疑，入主北方的胡人贵族要站稳脚跟必须学习农业，发展农业生产，北魏政权曾为此实行了均田政策。在山东当过北魏太守的贾思勰（480～550左右）于北魏时期写了一部十余万字的著作《齐民要术》，这是中国历史上第一部完整的农书，对北方农业生产的历史经验和技术作了认真总结，教导人们按照作物生长规律培育和管理作物。作者写作的原意不是为了留名于后世，而是劝谏北魏皇帝重农，但北魏政权在他身后衰亡下去了，此书却成了中国和世界科学技术与文化宝库中的典籍。

总的看来，这一时期技术的进步并没有使社会生产走上持续稳定的发展道路，这是因为不时爆发的战争在人力和物力方面都是生产的破坏者，它一方面刺激生产和技术的发展，一方面又损毁了生产和技术连续进步的社会基础，并且在战争中直接摧残一部分刚刚出现但还没有在社会生产中扎下深根的技术成果。这个时代的技术成果中的一部分精华对于下一个时代来说，就像羊群连续踏过的草地上散落下的种子，它们的繁盛生长要在下一个春天重新开始。

历史夹缝中的科学

尽管建立统一的王朝对科学的发展有着十分重要的影响，但中国古代科学的发展在很大的程度上并不完全直接依赖于王朝的统一或分立，而直接地依赖于各个时代的社会生活和文化潮流能使多少有才智的人把精力放在科学方面。战争冲击波常常并不直接摧毁科学家的事业，况且战乱的环境中总会留出一些和平安定的时间和空间，也有一些人因为战乱打断了正常的入仕宦途，放弃经学而转向科学。各派宗教交汇的气氛中，科学之树仍然会抽出青嫩的新芽。

三国时的数学家赵爽对先人成果有兴趣，他在注《周髀算经》的时候对勾股定理、勾股弦的关系式、二次方程的解法等都有几何的证明。

数学家刘徽（魏国人），是这个时代出现的一颗科学明星，也是一位世界有名的古代数学家。刘徽对中国最重要的数学经典《九章算术》中的大部分算法作了理论性的论证，首次用无限增加圆的内接正多边形的边数的方法（割圆术）来求圆的周长和面积，把极限概念应用到解题之中。刘徽的成就体现在他的《九章算术注》和《海岛算经》两部著作中。《九章算术注》成书的263年正是魏国大将邓艾（197～264）攻破成都灭亡蜀国之时。《海岛算经》在唐代被列入国家学校的算经十书中。

刘徽用割圆术求得了一个当时世界上最精确的π值：3.1416。中国人在汉朝之前都把圆周率当作3。西汉的刘歆、东汉的张衡、刘徽的同时代人王蕃（228～266，吴国将军）等人都研究了圆周率，但刘徽的数字最为精确［细心的埃及人在公元前1700年以前就取π为（16／9）2＝3.1605，古巴比伦人却取π＝3。刘徽的思想方法与公元前5世纪的希腊人安提丰和阿基米德（前287～前212）的方法都不同，他是用安提丰的方法来解决阿基米德的问题，当然是在不了解他们二人工作的情况下做的。阿基米德算出圆周率在3.1408和3.1428之间。罗马时代的希腊天文学家托勒密得出的圆周率是3.141673］。

刘徽之后，皮延宗（比刘徽约晚100年）继续研究了圆周率。随后，南朝的祖冲之（429～500）用刘徽的方法求得了一个有效数字精确到第7位的值（后来，直到1000年后，阿拉伯人阿尔·卡西（1427年写出《算术之钥匙》一书）和法国人维叶特（1540～1603）才求出了超过祖冲之的圆周率值）。祖冲之受到朝廷重视，参加了当时修订历法的工作，并向守旧的学者和官吏们解释日月星辰的运行并非神怪，而是有形可检、有数可推的自然现象。他计算出的回归年长度只和今天的值相差46秒。另外，对前人已算出的五星会合周期，他也计算得更精确了。这位大数学家也是一位机械专家，他重造了三国时马钧的指南车，制造过千里船和水碓。技术才能和数学才能在他身上完美地结合在一起。祖冲之生前著述甚多，其中《缀术》一书最负盛名。据说他的儿子祖日恒制造了第一个八尺铜表（水平仪），还作为一个数学家修订了父亲编制的大明历，并求出了球体积的计算公式。

刘徽和祖冲之父子的成就表明中国人的数学才能是卓越的。如果历史能够使下一代人在他们成就的基础上连续地研究，就会使数学进入崭新的领域，但古代社会常常不能保证这一点。

在数学方面还应提到北魏人张丘建所撰的《张丘建算经》、北周人甄鸾所撰的《五曹算经》和《五经算术》。这三部书都在算经十书之列。其中张丘建在他的著作中提到了前代的名著《孙子算经》。

战争戕残生命，滋养瘟疫，饥荒减灭人口，也阻止人口增长。在东汉末人口减至2000多万后，这个不安定的时代人口增加的幅度并不很大，而且经常是波动的。直至隋朝时的606年，才增到4600多万。权贵富门求寿，平民百姓求康，医生始终是生命的守护神。魏晋间的名医王叔和（暮年当过西晋的太医令）写成的《脉经》是中国现存最早的脉学专著，奠定了中医脉学诊断的理论基础。他的同时代人皇甫谧（215～282）是当时最有名的民间医学家。在他去世的两年前（280），晋的大将王（206～286）强大的水军船队沿长江而下吞灭了吴国。皇甫谧对晋以前的针灸学作了系统的总结，结合自己的从医体会写出了《黄帝三部针灸甲乙经》。这是中国最早的针灸学经典专著，对后世的针灸术产生了重大影响。

令人惊奇的是天文学在这个没有统一王朝支持的时代也有了重大的进步。东晋的天文学家虞喜（生卒年不详，享年76岁，于335～342年间著《安天论》）在330年比较当时的星辰出没时刻和古代记录时发现了岁差，并提出了一个稍大一些的岁差值。当然，他不可能从理论上正确解释这一现象。在他之后，南朝的何承天、祖冲之，隋代的刘焯，唐代的张遂，北宋的周琮、皇居卿等人在制定新历法时都对岁差常数做了更精确的研究（这当然都是量的精确化，而不是质的突破，因为他们都还没有了解地球和太阳的相对运动姿态和维持这种运动的原因，甚至没有认真注意和思考这个问题）。

北魏的天文学家们虽然没有什么重要的发现，但也做了认真的努力，他们用铁铸造了新的浑仪，并且在上面首次安上了水准仪。在胡族政权下共事的天文学家之间相互尊重，平等地讨论许多学术问题，很有民主和谐的气氛。

北齐时的民间天文学家张子信的发现则是惊人的。由于战乱的逼迫，他避到一个海岛上，离开社会，瞩目星空。他用浑仪对日月五星观测了30多年，发现太阳和五星的视运动不均匀。尽管张子信的测定和描述都是粗略的，但他的发现差不多埋下了一场天文学革命的种子（开普勒（1571～1630）的三大行星运动定律之一便是速度不均匀定律，这是通过研究他的合作者和师长第谷（1546～1601）的观测数据得出的。第谷甚至还不完全相信哥白尼（1473～1543）的太阳系结构。不过，张子信在东方天文学领域埋下的这颗种子当时是不会发芽的，因为在他和开普勒之间的时空距离相当遥远，这中间隔着爱琴海沿岸的希腊人喜帕卡斯（公元前190～前120）、托勒密和中欧平原上的波兰人哥白尼）。中国古代天文学家没有建立起一个宇宙几何模型，而实际上太阳系各个星球之间在结构方面却恰好符合一种美妙的几何关系。只有沿着这个思路，天文学思想革命的闪电才能使这个关系展现在人类眼前，而中国天文学和数学星座的天空很难产生出这样的闪电，这样就使东方天文学家的辛勤发现变成了孤独地飘在知识天域上的几朵灿烂云霞。

在地图地理学方面，三国后期在晋朝当过司空的裴秀（223～271）编了一本历史地图集。该图集称为《禹贡地理图》（共18篇，现已不存）。另外，裴秀还绘制了《方丈图》，图长宽各一丈，“以一分为十里，一寸为百里，从率数计里。备载各山都邑，王者可不下堂而知四方也”（《北堂书钞》）。尽管在裴秀去世时晋朝还没有把江南东吴归于自己的统治之下，但这位作为司空的地理学者，热心地搜集编绘了显一统的天下于方寸之中的图形。他还根据自己的测绘制图经验建立了绘制地图的六条原则，这是把数学比例和计算应用到测绘中去的绘图基本原则，它直至清代一直影响着中国传统的平面地图测绘工作。但是当西晋的一统山河四分五裂之后，再一次绘制这样全国性的地图便不可能了。这个时期北魏的郦道元（465或472～527），在研究过前代地理学典籍和做过大量地理考察后，写了一本内容丰富庞杂的地理学著作《水经注》。由于作者为北魏人，且当时南北分立，《水经注》描述的内容南略北详，但描述的地域范围远远超出了作者足迹所到之地，笔锋甚至大大越出了今日中国的疆界。南朝梁代的佚名学者则写了一部《地镜图》，作者显然读过《管子》和晋代张华（232～300）的著作《博物志》，并对找矿很关心。根据书中的说法，可以由山上草木的种类和各个季节的长势判断出山中是否埋藏着美玉、银、铅和铜等。

（四）隋唐五代科技

多民族帝国的开放

与先前的汉帝国明显不同的是，崛起的唐帝国是一个具有多民族色彩的大帝国。

自三国两晋南北朝以来，中国北方民族中的五胡在入犯中原以来已和汉人融合在一起，为汉人添加了新的血缘成分。北方的汉人已不是原来的纯华夏人，不少新的汉姓实际上是接受了汉文化后的胡人汉化的新姓氏。唐太宗的母亲是一个具有西北少数民族血统的妇女，而他的妻子则是北魏时的鲜卑贵族拓跋氏的后裔。汉人和北方各少数民族的相互接近、了解和融合，使这个民族不再从心理上把自己和没有汉化的其他北方民族隔绝开来。由于北方的开发和疆域的扩展，人们也不再把长城视为边墙，汉人开始大批地迁移到塞外适宜农耕的地区去开发新的绿洲，并有不少人到西域去生活。大批西域和中亚人东来长安，西域各族人民的服饰、舞蹈在几十年内风靡了唐帝国的首都。这个民族已变成了一个外向的民族。

由于民族意识的扩大，在唐政权中集聚了一大批已汉化的胡族后裔和正在接近汉文化的突厥民族、西域民族和其他少数民族的上层精英，这反过来又加强了唐政权对少数民族的控制。唐帝国时从来没有修筑或修补过长城，唐朝将军李靖（571～649）、李（594～669）、苏定方（592～667）、薛仁贵（614～683）、高仙芝（?～755）、哥舒翰（?～757）、封常清（？～755）等率领的骑兵和步兵驰骋在长城以外的蒙古高原、辽东和朝鲜半岛、阿尔泰山甚至中亚，以及青海高原。在这些军队的行列里，从军官到士兵，除了汉族人，还有突厥人、西域人、高丽人……正如这个帝国的都城是一个各族人民的聚居地一样。

西藏的吐蕃王松赞干布在被唐军击败后得到了文成公主，他以娶汉家女为荣。唐和印度的交往日益频繁，日本的使节不时来到长安。唐都长安一时成为亚洲最重要的政治和贸易中心，在这里除了中国汉人和北方民族居住外，波斯人、阿拉伯人、印度人、朝鲜人、藏人以及日本人都加入了唐的经济和文化生活行列。

多民族共存的局面使整个社会的经济和文化生活变得更加多样化，社会风气也趋于接受异族的文化和习俗。而唐帝国初期的自信、强大和平等地容纳各族人民，又使她能够坦然地对待自己不相识的人民和他们的文化。中国人对印度的文化发生了更浓厚的兴趣，唐时的佛学大师玄奘（602～664）和义净（635～713）都不远万里到印度去从事几十年的游学，义净还同时在印度地区行医。他们回来都献身于写旅行记和翻译佛经的事业，其中玄奘还和窥基创立了佛教的法相唯识宗。喜马拉雅山南北的使者常来常往，太宗时的唐使王玄策（643～661年间多次出使印度）甚至在中天竺国发生政变和掠夺使节的情况下，借尼泊尔和吐蕃的军队把叛王阿那罗顺擒至长安。与此同时，唐人也把印度人创造的优美的佛像作为艺术和文化的象征雕塑在最显贵的地方。

唐时的中国人大量吸收了印度人和中亚人的文化、艺术，某些先进的技术，如玻璃器皿、阿拉伯的煤油和波斯锦，以及天文学、数学、医学知识和名贵药物。另外，在佛教之后，波斯的拜火教（琐罗亚斯特所创，东晋及十六国时开始传入中国）、大秦景教（叙利亚人聂斯脱利所创，基督教的一派，在长安流行150多年后，于781年立《大秦景教流行中国碑》）、波斯人摩尼所创的摩尼教（在中国流传时期更长）等都在唐时涌入了中国，同时，东方文化和科学技术方面的成果——陶瓷技术、丝绸纺织技术、炼丹术等，通过一时热闹起来的丝绸之路，传给了印度人、波斯人和阿拉伯人，通过当时正在向西方扩张着的阿拉伯世界，东方文化的珍品又展现到了欧洲的面前。在中国的东方，通过长安城的高丽留学生们和一批又一批的日本使者团，中国的文化和科学技术传到了朝鲜半岛和日本。当时，既然唐朝文化是一个具有世界性质的文化，那么，朝鲜人和日本人也在这里间接地学习了欧亚大陆的文化。

实际上自唐代初期，中国又实现了一次对外开放，这是比汉代更彻底的开放。在汉代，中国同西方主要通过使者、少量的商队和零星的船队接触。到唐代，人民的直接来往和大量的物资、文化交流开始了。这一开放的历史影响是深远的，因为通道一旦大开就不会再轻易闭上，阿拉伯文化和印度文化同中国文化的联系从此稳定地建立起来了，这为中华文明和科学技术的发展注入了外部营养，扩大了中国人的眼界，对后世产生了有益的历史文化影响。

科举制

科举制的产生是自三国两晋南北朝以来新兴的寒族中小地主和大的士族豪门在文化和政治领域内冲突的历史结果。隋朝已于587年实行了科举制，隋末的一场社会大变乱又一次严重摧毁了士族的势力。既然垄断官场高位的阶层一蹶不振，那么，在唐朝建立之后实行科举制便没有大的社会阻力了。

科举制之所以能成为取仕方法，还在于中国自秦汉统一以来，以儒学为主的政治伦理学被历代统治者无可非议地接受为治国安民的指导思想。既然有了明确和统一的政治指导思想，那么，就有了统一的政治文化标准，这样，用统一考试的方法就是最方便和有效的，而不存在太大的技术上的困难。察举制因为不能保证全国统一的取仕标准而被取代。尽管功臣和皇族依然在官僚体系中享有附属于皇权的某些特权，但官场的大路已向寒族和中小地主以及一般人民的子弟们开放了半边，而且采取了一种形式上平等的方式。在科举制面前，人的主观标准被书的客观标准取代了，而且私学、地方学校和朝廷学校的书生们都有形式上的平等机会。当然，功臣、才子、显贵子弟和得到皇帝信任的其他人也可以不经科举考试而被直接提拔为官，当然，在天下不太平的朝代更替的历史时期，例外情况就更多了。

科举制为富家子弟和寒门庶人子弟提供了进入统治集团的机会，这在某种程度上加强了社会各阶层在政治上的参与意识，从而把一大批想有所作为的人吸引到了统治阶级队伍中。尽管财产和某些爵位可以世袭，但大多数行政职务却是由通过科举道路进入官场的原先互不相属的人们所担任，这样也就避免了行政职务和财产的牢固结合，防止了地方豪强地主直接把持政权实行割据的情况，因而也有加强中央集权政治的良性效应。

另外，由于入仕者是在掌握儒家经典后才担任行政职务的，经过这样的熏陶和选择，那些思想激进的知识分子，对社会现实问题的兴趣超过了儒家典籍的知识分子，对其他思想流派潜心研究的学者，对儒家思想持怀疑和批判态度的人物等，进入政界的几率就大大降低了。在一个安定比进步更为重要的王朝里，这无疑对政权的巩固极为有利。王朝的统治者们之所以把社会安定看得比社会进步更重要，这是因为，第一，他们在这种安定下享受着种种特权；第二，中国周围的外部世界（在清朝之前）还没有出现足以使中国人感到有必要从根本上改变自己的生活方式和政治、经济制度的文明。

科举制对中国科学和技术的发展曾产生了十分不利的负面效应，因为这种给人示以光明政治前途的道路把一大批社会精英的思想、目标和精力都吸引过去了。读经、考试和得到高官厚禄似乎是最明智的选择，而去思考和研究自然知识、属于下流的技术和工艺、不登大雅之堂的非儒家学术等，于名于利都属下策。于是，中国一代又一代的知识分子在研究儒家经典方面投入了更大精力，人们看到部分成功者之后得出结论：万般皆下品，惟有读书（经）高，书中自有黄金屋和颜如玉，故很多人不惜皓首穷经，求取功名。因而，知识分子的事业选择趋向单一化。

总之，隋唐以来中国实行的科举取仕制度是那个时代的一个重大创制，这种制度一直实行到1905年清朝下令废除为止，它在皇朝政治中扮演着开明政治和机会平等的角色，对皇朝的统治是有利的，但这种制度也同时发挥着削弱社会的思想文化活力、遏止学术向多元化方向发展的功能。这种制度创造了一个客观的取仕标准，也算是一个伟大的文化发明，但这一伟大发明在中国社会历史的发展过程中并不仅仅起理想的作用。

繁荣帝国的文化技术

唐帝国尽管盛极一时，但它在技术方面的成就与它的浩大声威极不相称。这个时代在农业和手工业技术方面没有多少划时代的发明和创造，大概是因为唐朝最初是一个经济和技术基础遭到严重破坏的社会，民力的极度疲敝使社会只有把以往的技术遗产充分利用起来发展生产的能力，没有太急迫的社会需要使掌管生产的官员和民间工匠们进行新的创造。贞观时期是唐朝政治上的极盛时期。这一时期手工业冶铸中的灌钢法是主要工艺。另外，蜡模铸造的方法也在应用，许多矿山重新开业。在武则天时留下的技术记录是在洛阳用铁铸造了高105尺的天枢，以及由铜龙负起的周长170尺、高20尺的趾山。唐代稳定的前期，牛马的数量有了增加，犁铧改进得更利于深耕，耙和镰刀也有了改进。虽然唐代没有兴修过大的水利工程，但地方上的小型水利工程使农民得到了利益，在盛唐风调雨顺的年代，中国农民的精耕细作一度使粮食堆积如山。农学著作也是汗牛充栋，但有创见的却不多。显然，手工技术和农业技术是由一般人民的才智来推进的，盛唐时期正是他们致力于恢复自己生活的重新创业阶段。对于那些对技术发明可能发生兴趣的知识分子来说，这一时期外部世界涌人的一系列新事物和新的社会风气（如兴盛起来的各种宗教，流行的胡族乐舞和服饰，科举热和唐诗热，与外国人的交往活动等）已足以使他们眼花缭乱，而不会去过多注意生产和工艺方面的事情。甚至历代所重的刀剑制造也没有起色，原因是西域人的宝刀名剑被商人们拿到长安，成为王侯将相最满意的东西，汉家工匠不去苦苦铸锻了。在755年发生历经8年的安史之乱后，大浩劫又一次损伤了北方社会积累起来的元气。社会经济生活的恢复过程不得不重新开始，农业和手工业技术生长的过程在某种程度上受到挫折。但初唐的人文主义之风有所收敛，官吏和士人中开始有了关心技术的倾向。这个时期任过荆南节度使的唐宗室李皋（733～792）为讨伐叛乱，造过有脚踏木轮推进的战船（车船），曾名震一时。

从整体上看，唐代的手工业和农业技术无长足进步，而与文化生活密切相关的技术得到了人们的重视，获得了大发展，使当时技术的人文色彩更加浓重。

首先要提到的是与帝国威势相称的建筑技术。它的代表就是首都长安城。这座城是由建筑学家、画家阎立德（?～658）仿宇文恺的风格设计的。这是当时世界上最大的城市，人口最多时超过100万，集宫殿、要塞、公园和民居于一体，严整宏伟，是中国传统木结构建筑和筑城技术的一个综合成果，也是唐朝伟大气魄的象征。另外，具有世界性文化色彩的佛塔式建筑和寺院继南北朝以来在城市和山林之中不断矗立起来。无疑，一批印度和波斯工匠和民间艺术家参与了造塔工作。敦煌千佛洞的开凿、雕塑、绘画工作在唐代仍在进行，龙门奉先寺卢舍那佛为中心的雕塑群则是在唐代完成的。唐时所创造的唐太宗昭陵的少数民族首领石刻像群和六骏图浮雕，具有明显的新风格，它们是中国传统和外国文化在技术和艺术上融为一体的象征。在唐朝发生的这种新的技术和艺术风格同佛教一起从长安传到了印度支那、朝鲜半岛和日本，其中朝鲜半岛由于地理上的接近和留学生数量大而受益最多。唐时的“新罗号君子国，知诗书”，有的人在唐应科举及第，白居易的诗则在新罗国内流传。日本人学习唐朝的文化和技术风格最为热情，因为日本贵族们的态度是：只要是唐朝的东西，不论什么都要尽快地传进来。

早在西汉时，四川一带的人就已开始种茶、饮茶，茶叶的制作逐步成了一门技术。到了唐代种茶业大大发展起来，茶园在较少受到战火烧燎的南方出现。唐时的茶神陆羽（733～804）写出第一部《茶经》，主要讲茶与土的关系、种茶法、茶的加工器具和加工方法、饮具和煮茶法。饮茶风气和种茶技术在唐代随着唐的文化传到了周围亚洲国家，到17世纪传至欧洲。随着丝路的畅通和与中亚联系的加强，唐时的纺织技术也有了进步，除了传统的丝罗绸缎，绫和锦也加入了沿丝路西行或沿海路前往印度及阿拉伯地区的贸易行列，而且难得的是由于介质印花技术的发明使唐代的织物更加绚丽多姿——这些普通织工和染匠才智的结晶不但渲染了唐代文化的华丽，也为那些描写各种日常生活场面的诗人们的诗句增添了不少鲜艳的颜色。另外，在官家工场中为宫廷生活和官家贸易而工作的唐代工匠们已能把宝贵的金银器皿加工装饰得十分精美，唐代陶工们则造出了比金银器皿更为驰名的美丽的唐三彩陶瓷。在文学家段成式（?～863）所著的《酉阳杂俎》中，则记载了陕西高奴地方人们用石脂水（石油）燃灯和做车轮润滑剂的事，这是古人利用石油的又一记载。

纸尽管在唐代以前早已成为普通的书写材料，但唐代固定下来的科举制和大力兴办起来的学校，以及社会上浓厚的文化和宗教风气，大大增加了对纸的需要量。唐初在贞观年间由朝廷组织修编五代十国和隋的历史（包括《北齐书》、《周书》、《梁书》、《陈书》、《隋书》、《晋书》和李延寿父子私家撰写的《南史》、《北史》，共8部），更需要高质量的纸。所以，唐代造纸工场的规模增大，品种繁多，质量提高，而且技术大普及，美观优雅的纸成了文化生活进步的材料和标志。公元751年，唐朝大将高仙芝率领的军队在中亚怛罗斯城下同阿拉伯阿拔斯王朝军队发生一场战斗，唐军有二万多人被俘，这些败北的兵士中的造纸工匠们被阿拉伯人掳去为他们开办新的造纸工场。

唐代和文化有关的另一项重大发展是雕版印刷。这种技术是由秦时的石刻印章、汉时用纸在石刻上拓墨迹的方法演进而产生的，道教发展起来后曾有过符印。但正规的雕版技术最早是在隋朝时（593）发明的，当时朝廷敕令用雕版印制佛像和佛经。佛教盛行是雕版印刷的催生婆。唐代僧徒和僧众对佛像和佛经的需求使手工描画和抄写供不应求，而这些东西又是千篇一律的，那么雕版印刷就是最好的方法了。另外，农书、历本、医书、字帖的批量生产对于城市私人手工业主和商人都已成了有利可图的新事业，因而雕版印制技术便值得开发了。据记载，高僧玄奘从印度回来之后每年用大量的纸印制佛像。在公元762年后的长安市上出现了商家印的字帖、医书和历本。甚至白居易诗集的印本也被人拿到市上去换酒茶喝。在敦煌千佛洞发现的868年由王王介为父母敬造普施印刷的《金刚经》已达到了相当精美纯熟的程度。雕版印刷发明之后，对唐代的文化繁荣起到了推波助澜的作用。

国家学校中的科学

唐帝国建立起来之后，科学的处境可以由学校的门类看出。根据《唐六典》，唐的国子监管理的中央学校有国子学、太学、四门学、算学、书学、律学等六类学校。其中算学学校有两位博士任教，学生30人，学习10部算经，书学学生30人，律学50人，国子学300人，太学500人，四门学1300人。国子学、太学和四门学的学生学习儒家经典，间习时务策，不习算学，而算学学校也不设经学课。除此之外，在尚书省还设了一个崇玄学，收学生200人，习《道德经》、《庄子》、《列子》、《文子》等经典，这是唐代尊崇道教政策在教育方面的反映。在科举考试中，有时候道家的东西也被搬上来，但总的说来，以孔子为代表的儒家的思想和经义仍然是攀老子李耳为祖的李唐王朝的政治意识形态。唐没有佛学学校，佛学是由那些寺院中的高僧们来讲解的，高僧们在这方面的热情并不比博士们逊色。

除算学学校之外，中央还设立了其他一些专门的科学学校，如太医署管理下的医学校，其中博士4人任教，医科学生40人，针科20人，再加上药、按摩、咒禁等科，学生共100人左右。教材有《黄帝内经》、《神农本草经》、《脉经》、《明堂脉诀》、《神针》等。太卜署管理的天文学校收学生45名，学习卜筮——这是天文学的社会应用部分。司天台收学生95人，学习天文、历数、漏刻。太仆寺招收学生100多名，学习兽医。

唐代的州（相当于省）设立经学和医学学校，经学和医学学生的比例约为4：1，其规模小于中央学校，但总人数却大大超过了中央。县一级学校全部是经学的预备班，没有天算医类，体现了这个时代的科学还不属于下层社会，而国家也不在社会下层施行这方面的教育。

从以上学校和学生的比例来看，唐朝虽然仍把儒学经典当作教育的中心内容，但在隋朝学校门类的基础上，建立起了规模相当大的算学、天文、医学等与自然科学相关的专门学校。在古代社会的技术、经济、文化基础上，这算得上相当重视了。需要说明的还有两点：一是各个科学性质学校的学生在毕业后通过选试所授的官职品位很低，这意味着俸不多，除非他们显露出特殊的才华，才有继续升迁的希望；二是在国家变乱时期，学校的正常学习和研究就自然被打断了。在这方面，经学学校的学习进程、甚至科举选仕活动也有被暂时取消的时候。因为在皇帝眼里，国之大事，戎马为先，巩固政权比什么事都重要。

到了唐的中晚期，社会危机日益增多，国家学校的规模日缩，呈现门庭冷落之象，算学，天文学、医学学校受到的冲击更大。这时候，由于科举考试制度仍然存在，有些生活条件充裕的书生开始私人授学，作为学校中衰的补充。唐后，经过五代十国到宋代，私人办的书院便产生了。与此同时，算学、天文、医学的研究也较多地散落到朝廷机关外围和上中层官员及社会上知识分子的私人活动那里去了。

从整体上看，唐代的科举制把大批知识分子吸引到攻经求仕方面，整个社会文化有着浓厚的人文主义色彩，社会上潜心于自然知识的人不多，科学和技术一样，都没有什么突破。但是，唐朝在创办学校的过程中开设了规模相当大的中央和州一级与科学有关的专门学校，通过学校在知识分子阶层中普及了数学、天文、医学方面的知识，对五代至宋代科学技术的发展有着良好的影响。另外，唐朝廷集中了一大批科学方面的学者，再加上少数民间人士，留下了这一时代的主要科学记录。

算学的总结和发展

唐代前期的算学学校是研究数学的主要场所。唐初的官员兼历算学家李淳风（602～670）和算学博士梁述、太学助教王真儒等对古代的一批经典数学著作作了注释，他们修正了前人注释中的一些错误，使其中九部——《周髀算经》、《九章算术》、《孙子算经》、《五曹算经》、《张丘建算经》、《夏侯阳算经》、《海岛算经》、《缀术》、《五经算术》，和唐初的算学博士王孝通（生卒年不详）所著的《辑古算经》共十部被钦定为学校教科书，后被称为“十部算经”。除王孝通的著作外，他们的工作主要是总结前人成果，保存了宝贵的资料，而没有多大的创新，而且李淳风对刘徽创立的割圆术明显地忽视。这个时代数学的发展除了王孝通在他的书中第一次用解三次方程式的方法计算一些复杂工程问题外，就是所谓二次内插法的发展。二次内插法是由于天文计算的精确要求而创造出来的，最先由隋代的刘焯在历法计算中应用。唐代的张遂（683～727，一行和尚），徐昂（822年前后在世）等在天文计算中继续应用这个方法，把刘徽的等间距二次内插发展为不等间距的二次内插法，自此之后，这种方法便成了天文历算家们常用的一种方法。

到了唐的中晚期，由于朝廷权力的衰微和商业的发展，算学学校和京城的算学家们在工作上已没有多少起色，社会上的算学家们也已不太注意经典巨著的研究，而去寻找一些简化实用性计算的方法，使算筹的计算有了改进。这是下一个时代数学大发展的一个预兆。

占星术和天文学

由于阅历丰富和创业艰难，唐太宗不相信祥瑞异灾之说，而更注重人事和现实政治。唐后期的宰相李德裕（787～850）写过专门的文章《祥瑞论》，反对芝草是祥瑞的说法。与先秦和秦汉时代相比，异灾和反常天象已不如战国和秦汉时代那样被大臣们认真地视为一种政治问题而向帝王提出，这说明“天人感应”的思想虽然没有被彻底否定和超越，但却表明对待自然现象的一种更为科学和清醒的态度已经出现。这显示了时代的进步。

在天文学研究方面，唐代人也采取了更为认真的态度。初唐吕才（600～665）设计了新的漏壶用以计时；李淳风对落下闳、张衡等人的浑天仪以及北魏的铁制水准仪作了改进，使之成为转动自如的六合仪。另外，在高宗时李淳风还编制了麟德历，按太阳和月亮位置的真正相合时间确定朔日，月的安排不再以29天和30天相间。根据敦煌发现的初唐时的《敦煌星图》，当时的天文学家对前代的星图作了研究，这份星图（1907年被英国人斯坦因拿走）上标有1350多颗星，是当今所存的世界古星图中星数最多的一个。但从星的位置的准确度来看，制作者大概主要是抄写整理古代图本，自己没有做细致的观测。还要提到的是，初唐的大天文学家李淳风也是当时唐太宗所信任的占卜大师，他写了占星著作《乙巳占》，又撰写了一部天文学史方面的名著《晋书·天文志》。据说他“每占候吉凶，合若符契，当时术者疑其别有役使，不因学习所致，然竟不能测也”（《旧唐书·李淳风传》）。他甚至还用自己巧妙的言辞并借口卜象已成，劝阻了唐太宗根据传言想要进行的一次清洗所谓“女主武王”（暗指武则天）的活动。李的成就说明唐代的天文学是和占星术携手前进的。

如果说初唐的李淳风是一个集天文学家和占星家于一身的人物，盛唐时期的另外两个人——瞿昙悉达和张遂（一行和尚）则分别为唐代的占星术和天文学做出了最大的贡献。

初唐时印度的天文学和数学传入了中国。中国数学方面的10进制位值记数法可能就是此时传向印度和阿拉伯世界的。许多印度和中亚的学者也曾在唐的司天台工作，最有名的是印度人瞿昙姓一家。这家有四代人连续在唐的司天台任职，其中瞿昙悉达翻译了印度的九执历，还于714～724年间写成了中国历史上最大的一部占星著作《开元占经》（共120卷）。该书全面辑录了中国古代关于宇宙理论的各家成果以及大量天体、天象、气象变化的记录及其占卜判断术文，还有包括印度九执历、初唐麟德历在内的29种历法的基本数据以及其他占候术文，是一部名副其实的占星术的经典。书中，天文知识和天人感应的思想融为一体，天上的恒星分野同地上各个地区的分野在位置和名称上相互对应，日月五星和流、彗、妖（彗星的变种或新星）、客（新星）等星以及恒星天象的正常运动和反常变化都与帝王、国家和社会生活中的吉凶祸福相关联，表明中国的占星术就是王朝命运和天下军国大事的预测学和解释学。

从科学史的角度看，占星术是置身于茫茫宇宙的人类在国家出现之后仍然不能完全从理性的角度把握和理解社会历史发展过程的趋势和突发事件以及人生的吉凶祸福时试图预知其征兆和端倪的一种尝试。由于日月和头顶的星空对人类是可望不可及的，所以，它们对人类来说就永远充满了诱惑和神秘。从占星术“究天人之际”的目的看来，它与真正科学的目标并非背道而驰；但由于它完全基于“天人感应”的理论基础而偏离了“天行有常”的认识轨道，这样便使它从整体方向上陷入了一个认识论的误区，也使其中所包含的科学探索进入了迷途。《开元占经》的丰富内容还表明，占星术对天区的划分、对星座的命名和其间秩序的确定一方面反映了人们在“以己度天”时将社会文化的色彩投射到星空之中，尤其反映了中国占星术由于其主要为天子皇朝服务的特殊角色而染上了浓厚的政治文化色彩。与此相应，占星术作为天子皇朝不可甩开的一根神杖，在得到皇朝特殊眷顾的同时也因为皇朝服务的狭隘的神圣目的而限制了其中科学成分的生长。但是，从社会文化生活中投射到占星术领域的灵光，却反过来也反射到了社会文化的其他领域而丰富了其多彩的内容。这一点在唐代也是十分突出的。

张遂作为唐代大天文学家曾因不愿与权贵武三思合作而入寺为僧，并在游学时又学了不少天文、算学知识，玄宗当政后，他被请入朝主持天文方面的大事。他和梁令瓒（蜀人，官居府兵曹参军）合作创制了能测量天球黄道坐标的黄道游仪，用这个仪器测量了28宿距天球北极的度数，在世界上第一次发现了恒星位置变动的现象。在725年，张、梁二人又制成了以漏水转动的浑天铜仪，这个仪外面的两个轮子上缀上了日月，其转动的周期和日月转动与会合的实际日期基本相合，铜仪上的两个木人一个每刻一击鼓，一个每时辰一撞钟，这实际上是张衡水运浑象以来水力驱动的天文仪器的发展，也是初步完善的一种机械天文钟。张遂最重要的工作是组织了一次大规模的天文大地测量。这次测量的地域范围从北方位于中亚的铁勒到南端的交州，测量的内容是散布在唐疆南北的12个点的北极高度，冬至、夏至、春分、秋分时太阳在正南方时的日影长度。测量后的数据纠正了前人关于“南北地隔千里，影长差一寸”的估测说法，实际上第一次测出了地球子午线1°的长度。在727年，张遂于两年前着手编修的大衍历草稿完成，这部历法以隋代刘焯的皇极历为基准，数据准确，计算精确，集中了作者的心血，它的结构体系一直到明代参考西方历法之前，还是后世历法研究者们的主要蓝本。

如果从整个科学史的角度来评价当时天文学家们的工作，就可以看出，隋代的刘焯、张胄玄（608年制大业历）和唐代的李淳风、张遂、郭献之（726年制五纪历）、边岗（893年制崇玄历）等历法编制者都能进行精确的天文计算，通过他们的工作，某些天文数字的精确度一直在提高，历法和日月食预测的准确性也在提高。人们把目标过于放在数据的精确性方面了，而没有注意从整体上把所有数据和新的观测材料综合起来思考，没有去思考大地和日月星的确切关系及根本运动规律。实际上，汉代以前的中国先知们曾经留下了伟大的论天三说、关于地动的猜想、关于“大九州”的猜想等思想闪光。汉代以后中国的科学界已经越来越倾向于注意和发展那些成熟和具有明显的实际应用性的成果，却常常忽视先人们那些直觉性的天才思想闪光。这大概是文明成熟的历史代价。唐时大量传入的印度和中亚文化中的新鲜科学知识也还不足以动摇中国科学界的传统信念。

我们再把目光投向唐代的哲学家，发现他们的主要精力放在文化性的事物方面，即使是牵涉到宇宙和天的问题，他们也对天文学家的计算数据甚至新的发现不够注意。一方面，这显然是因为天文学家们的工作同天子皇朝的特殊关系使他们的发现和知识常常局限在一个很小的圈子里，圈外人不易了解新的天文发现。另一方面，外界的新的哲学和思想也不容易影响天文学。唐后期王叔文（753～806）改革集团中的刘禹锡（772～842）和柳宗元（773～819）对天的问题很关心。刘禹锡写了《天论》，柳宗元写了《天说》，他们二人的主要目标是和相信天命说的古文学家韩愈（768～824）辩论。韩愈虽然相信天命说，但他又在佛教盛行的时代坚持反佛。柳宗元和刘禹锡的思想继承了中国历史上朴素的唯物主义。柳宗元鼓吹元气说，把阴阳二气的相互作用看成万物生成和变化的原因，甚至认为宇宙的东南西北远极无方，但他不考虑日月星辰的结构问题，只把日月星辰的排列和运行以及山崩地震等自然现象一起归结为与神和人事无关的东西，这是明显的进步。刘禹锡的认识更进了一步，他不但和辩论对手韩愈一样批判了佛家的“空”，而且批判了道家的“道”。他认为“天之所能者，生万物也；人之所能者，治万物也”，人和天的关系是“交相胜，还相用”，这是明显地反对被动服从天命。另外，刘禹锡提出了几个重要的概念——数、势、理之间的关系。他在《天论》中写道：“夫物之合并，必有数存乎其间也。数存，然后势形乎其间焉”，“以理揆之，万物一贯也”。这里的理是指事物存在的合理性，数就是规律性，兼有定性定量两层含义，势便是规律。然而，古代的学者们对理、数和势之间的关系没有过多的深究，连刘禹锡自己也没有，这样就使他闪光的思想只是和荀子、王充等先哲的思想辉映在一起，虽更具光彩，却未能彻底超越先哲。

朝廷重视的医学

唐王朝对医学的重视已由前面所述中央和州一级医学学校的数量和学生人数所表明。除了大批地培养人才，在唐朝的律令《唐律》中还规定了相应的医药法，其目的在于让医生和药师们在行医下药时更加负责任。唐朝另一件重要的工作是在657年同意医学博士苏敬（活动于唐高宗年间）的提议，派他和另外21名大官和饱学之士在两年时间内编修了一部国家药典——《唐本草》。这部药典记载了844种药物，其中新增的药物多数是从波斯、印度和南海传来的。这是一个发展。自从佛教传入中国，印度和中亚的医药学随着文化和商业的交往也传入中国。唐时留居中国的印度和波斯人中还有专门以行医为业的。唐时的医官们自然会以这些新鲜而有效的新药物来丰富中国的药典。自唐时起，人参、茯苓、当归、远志、乌头、附子、麻黄、细辛等神州上药也开始为中亚和印度人治病了。《唐本草》的编辑者不但添加了新药物的品种，还认真地纠正了《神农本草经集注》中错记的药物，由他们查出的100多年前的陶弘景错记的药物数量居然多达400余种！这使谨慎的人甚至不敢使用这位对炼丹极为热情的药物学家的药方。不过，由一群后起之秀来纠正一个独立工作的先人的错误毕竟是一件可以理解的事。《唐本草》一俟编成，便成为医药学校的主要药典，因而也成为统一全国药物名称和用药的大典，它也是今天所知道的世界上第一部由国家颁行的药典。在此之后，唐代的医药学家陈藏器（生卒年不详）对国家药典作了补充，他编了一部10卷本的《本草拾遗》。还有人把海外的、地方性的、食疗性的药物专门分编成一套药物集。在海外传入的药物中，包括了印度、波斯和阿拉伯地区的名贵药品乳香、没药、血竭、木香等。

民间医生所写的药书中最重要的是隋末唐初的孙思邈（581～682）的《备急千金要方》。这位长寿的医学家少年时多病，为筹汤药之资罄尽了家产，能读书时又不惜费百金向医家寻方研学，并多读百家之说和释典，兼勤于实践，终成一代名医，且被后世人称为药王。他医德高尚、医术高明，宁肯在民间清苦为医而不愿到宫中为皇室服务。他的书是50多年行医看病经验的结晶，书名取义于“人命至重，有贵千金，一方济之，德于此”。他以自己的医药知识使自己的寿命达到101岁（编修隋代历史的唐朝大臣魏征为了确切了解前朝世事的某些细节问题，有时亲自或派人拜访药王以及像他那样经历过乱世而长寿健在的历史见证人）。在孙思邈之后，在朝为官的王焘虽然不是一个专业医师，但他由于少年时多病而苦读医药书籍，搜集了许多前代散失在民间的秘方，于752年写成了《外台秘要》一书。唐时吐蕃著名的医学家宇陀·元丹贡布（8世纪左右人，约和王焘同时）编成了《四部医典》（藏名《居悉》），这是藏医的奠基性著作，并在传人蒙古地区后对蒙医学产生了极大的影响。

（五）宋辽夏金科技

火药

唐代发明了火药，但在军事上应用的记录还不多。由于几个政权之间的对立和时常可能发生战争的状态，北宋政权下的一些军官开始在火药的研究和应用上作出努力，这一伟大发明完全由炼丹家的事业变成了兵器工匠的事业。因而，火药已不再是炼丹炉中的奇观，而成了战场上杀伤人的新武器。

根据《宋史·兵志》记载，北宋早期先后有兵部令使冯继升于970年、神卫水军队长唐福于1000年、冀州团练使石普于1002年分别创造并推广了火箭、火球、火蒺藜等火药武器，这主要是利用了火药的燃烧性能。1002年，另一位军官刘永锡曾制火炮以献朝廷。北宋末年，火器专家们制造出了陶制和铁制的“震天雷”，这是利用火药爆炸性能而制造的，由绳索或抛射机械来发射，爆炸时其声如雷，靠喷发的火焰和弹片杀伤敌人。1126年，宋朝的大将姚仲友和李纲都曾用火药武器抗金。另外一种直接利用火药抛射性能的武器是突火枪。据汤王寿《德安守御录》记载，1132年抵御李横的德安守军已经“以火炮药造下长竹杆火枪二十余条”，后改进为突火枪。这是一种管形火器，据《宋史·兵志·器甲之制》记，突火枪“以巨竹为筒，内安子窠，如烧放，焰绝石子窠发出，如炮声，远闻百五十余步”。据《金史·赤盏合喜传》记，公元1232年攻金的蒙古大兵惟畏震天雷和突火枪二物。可见金人很快就有了自己的火药武器，并很快在战场上应用了它们。如果说震天雷意味着炸弹的发明，那么突火枪便是步枪和大炮的前身了。

火器的发明是兵器史上的一个转折点。以往的武器——冷兵器的战争仅仅是机械性力量和人的勇力与智谋的厮杀，而火器则第一次把化学力量和单兵战斗结合了起来。火器一经应用到战争中便体现出了强大的威力。北宋对火器的应用由于规模不大，仅仅起了在关键性战役中威慑敌人的作用，但在南宋和金的战争中，双方使用火器重创对方的记录多了起来。金国在同蒙古的战争中曾依赖震天雷来坚守城池，而蒙古人在俘虏了金国的工匠之后，也掌握了火器，并且在西征时把火药传到了阿拉伯世界和欧洲。中国的炼丹家们开始并没有想到炼制长生仙丹却得到了杀生的武器，这与他们追求的理想并不相符。这种事在技术史上是常有的。当火药作为一种新的战争武器被用于战场，并给战争带来更可怕的杀伤力之后，中国炼丹家们谋求长生不老之丹的理想热情开始消退。他们逐渐放弃了这一不实际的追求，开始注重内省式的修炼，希望以此来达到延年益寿的目的。

宋（北宋和南宋）和金在世界上最先使用火器，但这两个国家的政权最终并没能被这种新式武器所拯救。从纯军事的观点看，最初的火器只能部分地改变军队的装备，数量不多，质量不高，并没有引起一场军事技术的彻底变革，因而只能局部地影响战争的胜负。当这两个国家国势衰落的趋势远大于火器进步的速度时，这种新武器便成了改朝换代时的历史爆竹。而对于中国老百姓来说，火药最好的用场则是节日时的爆竹。至南宋时，杭州民间已有许多买烟火者（《武林旧事·小经纪》），在北方金国治区则有人自治火药狩猎，说明火药的民间应用也在发展。

在中国，火药并没有使社会生活和历史发生真正的改变，火药主要是由官府控制的工场生产的，它被用来装备朝廷的军队。北宋的火药工场称“火药窑子作”，列朝廷军器工场之首。当火药传到西欧时，那里的市民阶级便利用这种新的武器同封建阶级的骑士作战，最后把这个阶级炸得粉碎，资产阶级开始登上历史舞台。

无论如何，火药的发明开始了军事方面的一场具有历史意义的技术和战术革命。各种各样的火器被制造出来。火器的强大威力使它首先成为冷兵器的补充，从而改变了军队的编制、战法和整个指挥体系。

航海和指南针

对于宋政权来说，由于通西域的道路被西夏阻断，通朝鲜的陆路被辽金先后阻断，东南海上的航路便成了同朝鲜、日本、印支、印度和阿拉伯世界交往和贸易的主要通道。航海的需要使宋代的船向巨型发展，并且由于制船匠们设计了新式的水密隔舱而提高了远航的安全度。整个船体的构造更加合理坚固，并普遍采用了尾舵（这是西汉时就产生了的航海技术上的一大发明），大大改善了船的操纵性能。尤其是宋代的人把先辈的指南磁鱼改变成了指南磁针，为海上远航装备了举世无双的导航设备，播下了航海技术革命的种子。

据《韩非子》记载，战国时中国已有“先王”（时间可见还在战国之前）以天然磁石制成的磁勺——司南，以指示方向。汉代王充《论衡》中也提到了指南勺。但在宋代之前，中国人的对外活动主要在西域、朝鲜、越南等陆路方向上。对于陆路旅行来说，太阳和地面上各种标记物可以使人不迷失方向。所以，指南勺、甚至连马钧和祖冲之制造过的指南车都不过是些没有多大实用价值的发明而已。宋代人没有陆路可通往那些前代人已熟悉了的外部世界，航海便成为同外部世界交往的重要途径，在碧波万顷的大海上除了日、月、星之外，没有任何明显的参照方位和距离的标志，而日、月、星并不一定时时悬现在人们头顶，于是指南针应运面生。

北宋曾公亮（998～1078）主编的《武经总要》中已记载有指南鱼的制造方法。而大科学家沈括（1031～1095）的《梦溪笔谈》中则记载，当时以看风水、看病为业的方士最先把指南勺和指南鱼磨制成灵敏度更高的磁针，并置于罗盘之上。这一点是意味深长的：一个指引人们通向新世界的伟大发明正是经过那些在旧的文化习俗中徘徊的人们的手，才推到历史的面前。指南磁针一经发明，那些目光敏锐、对方士的罗盘发生了兴趣的航海家们便把它安装在船上，用于航海了。这是在公元1000年左右实现的。北宋末年人朱在他于1119年写成的《萍州可谈》中记：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针”。20多年后徐竞写的《宣和奉使高丽图经》记，“惟视星斗前迈，若晦冥则用指南浮针，以揆南北。”另外，吴自牧《梦梁录·江海船舰》中也记载了南宋时海船“风雨晦冥时，唯凭针盘而行，乃火长掌之，毫厘不敢误差，盖一舟人命所导也”。显然，指南针在海上已经开始为人的航海活动服务，而不再像在方士手里那样为看风水服务了。当然，当时的方士们也在为一种社会需要服务。只要地球的磁极不乱，罗盘指示的方位对在陆地上活动的人类来说，始终是一个方向坐标。

中国的航海家首先把指南针装到船上，标志着人类从此获得了在海洋中全天候、远距离航行的能力。宋代同中国在海路上贸易来往频繁的阿拉伯人约于1180年在泉州和广州把指南针装到了他们的船上，这些以航海和商业为业的经验丰富的阿拉伯人把航船一直驶到了近东地区。约在宋末元初，欧洲人从他们那里认识了指南针，并把它装到了船上。在整个古代，埃及人、腓尼基人、希腊人、罗马人的船只主要航行在地中海上，只有极少数的冒险家曾在非洲的西海岸出现过。但在有了指南针之后，近代欧洲航海家的一系列远航和地理大发现都成为可能的了。

中国人是磁的最早研究者。磁最初称为“慈”，是因为它吸铁时像慈母抱婴儿。沈括最先发现了磁偏角。在应用指南针和进行全球性的航海活动后，欧洲人开始了对磁的研究。很可惜，指南针故乡的中国人却没有最先进一步揭开磁石中的秘密。

活字印刷术

在11世纪上半叶快要结束的宋仁宗庆历年间（1041～1048），平民毕昇（?～1051）发明了活字印刷术。这是一种用陶土烧成的活字。毕昇发明的活字印刷版与宋代的文化繁荣有关。宋朝继承了唐的科举制和学校制度，而且放宽了对学生出身门第的要求，一般人的子弟亦可进入太学，并且新增了画学学校和武学学校。和唐人相比，宋代的知识分子不但写诗，还写大量的词，画更多的山水花鸟人物画。北宋的徽宗皇帝也是有名的书画家。另外，在史学、地方志的编写方面也比唐代规模更加宏大，记叙的内容更加丰富。除此之外，宋朝和金朝还开始流行话本小说（这是明代章回小说的前身）。如此繁荣的社会文化生活，对印刷业提出了新的要求。在北宋的开封和南宋的临安（杭州）和成都，都有雕版印刷业的中心。活字印刷术发明之后，逐渐显示了它技术上的优越性——印刷匠可以用许多活字在印刷版上排版，而且这些活字还可以重复使用，因而免去了印一次刻一次版的麻烦。到南宋末期的1241～1251年前后，在蒙古方面做官的理学信徒姚枢（1203～1280）教他的弟子杨古用活字版印刷出朱熹（1130～1200）的《小学》、《近思录》和吕祖谦（1137～1181）的《东莱经史论说》。朱熹是南宋最有名的理学家，也是中国最早的私人书院——白鹿洞书院的创办者。朱熹的书首先被印出来说明南宋时私人教育事业相对于朝廷办的官学有了相当的独立性，学在官府的局面已经不复存在（与春秋战国时私人办学不同的是，南宋开始的私人书院中的大师们都是经学大师，他们研究和传授的都是一家之言，这是因为有科举制这个取仕制度限制着教育的基本内容）。吕祖谦是和朱熹齐名的理学家，曾任国史院编修，在学术上很活跃，开浙东学派之先声，还曾邀集朱熹和陆九渊（1139～1193）两派学者1175年在江西信州（上饶）鹅湖寺辩论哲学。朱、吕二人的书既不是宗教典籍，也非科学著作，但却是中国知识分子大量需要的教材。

在唐代发明雕版印刷、宋代发明活字印刷的时候，曾经迅速把造纸术引入并传到西方的阿拉伯世界却没有积极地通过西域和海路接受中国的印刷术，并将它传入西方。这是因为信奉伊斯兰教的阿拉伯人大概认为印刷《古兰经》是对先知的不尊重。到横跨欧亚的蒙古大帝国建立起来时，印刷术才迅速向欧洲传播。同时，元代的王祯又创制了木活字，接着朝鲜的印刷巧匠们又创造了铜活字。随着元朝时东西方的交往，欧洲人很快便利用了活字印刷术。在欧洲的几支语言文字中，最基本的字母只有二十几个，活字印刷就显得格外方便。在1455年（明代宗景泰六年），谷腾堡（1394～1468）用铅活字印出了《圣经》。《圣经》的印刷使大批平民知识分子可以直接阅读这本原来由教会垄断了解释权的书。这些人在自己读了《圣经》之后，便有了按照自己的理解来解释《圣经》的要求，接着便产生了由具有新思想的教士路德（1483～1546）领导的宗教改革。这里令人略为惊异的是，尽管欧洲有着权威性的思想统治机构——基督教会，但印刷术仍然在这里起到了革命性的作用，教会的精神独裁被打破了。在中国，占统治地位的儒学经典和新作尽管同样被活字印刷术传到了更多的人的手中，但儒学仍然保持着它受尊崇的地位。这里的原因至少有两个：第一，儒学本身是一种关于人的关系的学问，它包含着某些合理的东西，因而是一种在新思想冲击面前有弹性、有生命力的思想体系；而基督教则是一种关于人和神的关系的学说，当人的理想和神的教义发生矛盾的时候，冲突就是不可避免的了。当人还没有勇气彻底与神决裂的时候，人起码可以按照自己的理想来改造神——因为神本身就是人们为自己而创造出来的。第二，欧洲的社会产生了新的社会阶层——市民阶级，这个新阶级有着新的经济利益，并产生了新的社会理想。新技术——包括火药、指南针和印刷术，统统成了他们取得经济利益和实现新的社会理想的工具。而在中国的宋代，直到明代和清代中期以前，中国的社会还没有产生出强大的市民阶级，因而所有在这里首先产生的新发明也只能暂时搁在传统社会生产和生活的支架上。况且，与欧洲社会不同的是，中国社会的新生阶级在生长时面临着一个无比强大的中央集权王朝的控制和压迫，它即使产生了，也不会像在欧洲社会中那样发展起来。因而，仅仅有伟大的技术发明还不足以使社会产生伟大的变革。

纸币的发明

纸币是北宋时期的一大发明，当时称为“交子”。南宋和金朝都开始大量发行纸币。

纸币是近代以来银行制度的技术基础。人们常常忽略这一伟大发明的重要性，但马可·波罗（1254～1324）没有忽略它。他在元朝初期将纸币带回了欧洲。当时以聚金积银为富的封建主和旧式商人认为这不可思议，但当资本主义生产发展起来后人们都感到了纸币的方便。这是继远古人类以物易物、继而发明以金银或铜钱为主的货币以来，货币形式的又一次革命。纸币后来也是资本主义交换机器的润滑剂，资本主义全面地利用了这一发明，就像利用了火药、指南针和印刷术一样。

北宋和南宋发行纸币的原因主要是大地主大商人对金银和铜币的集中积存，大量贸易引起的金钱外流，使国家感到每年铸造的铜钱已经捉襟见肘了。这是整个社会与唐代相比商品经济更加发达的标志。金国发行纸币的原因同宋相似，但它的商业不如南宋发达，金朝后期由于抵抗蒙古的入侵，军费开支巨大，财政出现危机，就靠大量印发纸币维持。

纸币的发行给社会经济生活中带来了一个新的不稳定因素，使货币贬值的问题更加尖锐。在经济和政治稳定的社会环境中，如果对发行的数量加以合理控制，那么这种方便交换的新货币也可以成为商品经济的催化剂。但在专制统治的自然经济中，经济的崩溃与社会动乱和改朝换代联系在一起，在这种关头，经济利益并不靠经济政策来调节，而依靠暴力来改变。因而，前朝的纸币对后朝来说一钱不值。而且，即使是在一朝之中，纸币的贬值也是不断发生的。在任何情况下，首当其害的大多是一般中小商人和普通百姓。因而，和平时期纸币在自然经济的日常生活中扮演了一个方便交换的临时性角色，而且或多或少加剧了社会财富的进一步集中。当整个社会在天下大乱中过渡到一个新的政治基点上之后，纸币自身的价值便消失了。在它加剧社会财富的集中并导致社会彻底重组这个意义上，纸币又多少是一种革命性的角色。不过，其代价是它本身在社会的彻底重组中完全丧失价值。

宋朝科学技术的全面发展

宋朝对军事指挥系统的改革加强了皇帝对军队的控制，但同时限制了将帅才能的发挥，削弱了军队的战斗力。而且，经过改革后高度集权的政治统治，即使是在军事上取得胜利的前提下，也不宜于驾驭北方强悍而要求相对自由的少数民族统治者。这样，与唐朝相比，宋朝不但没有西北和华北充足的军马基地，而且还不得不处于同从西到东的北方边界上的夏、辽（金）勇健的骑兵部队作战的境地。

在北方的军事压力下，宋人表现了对军事学术和技术极大的研究热情。在《宋史·艺文志》中所列的宋代兵书共有347部，计1956卷，约为唐代的6倍！其中流传至今最有名的是北宋朝廷组织修纂、由曾公亮（998～1078）和丁度主编的《武经总要》。这部书中最先给出了火药的确切配方。另外还有前代从未出现过的关于兵器制造和军事工程方面的专著。这些著作的大量出现表明宋人已不像前代人那样仅从兵法方面来研究战争，而开始从纯粹的武器技术方面来研究战争了，同时也表明宋代除了出现火器这种新式武器之外，所有传统的冷兵器和战争器械都有了改进和新发展，其品种繁多无比。《武经总要》中所记述的就有攻城器械：壕桥、各种云梯、辕车（攻城时隐蔽人员用）、搭车、饿鹘车、钩撞车、烧城门楼的火车、临冲吕公车等；守城机械：撞云梯车、飞钩、夜叉雷、瓮听、吊车、狼牙拍、塞门刀车、绞车、砖擂、木擂、铁链夹棒等；障碍器械：铁蒺藜、拒马枪、鹿砦、扌刍蹄、地涩等。所有这些进步，当然首先要归功于那些官营军器工场的工匠以及那些热心于新兵器研究和改进的吏民了。朝廷在这方面的积极作用是对于新器械（包括非战争用途的器械）的发明和创制者给予各种奖赏——赐衣物束吊、钱，增月俸，升官等，并且还对一些新发明及时加以推广，因而宋代“吏民献器械法式者甚众”（《宋史·兵志》）。

相对北方的其他少数民族政权而言，宋朝控制着经济文化发达的中原大部和已经全面开发了的南方，因而一系列新的技术发明首先在这里诞生。这是一个相对优势。但对于有大量汉族人民生活的并且多数少数民族亦在日益汉化的北方诸政权来说，中原的任何一种新发明都会很轻松地在北方得到应用。因而，宋朝在技术上的优势还没有完全扭转它在军事上的被动局面。

除了前述的伟大发明和军事技术方面的进步，宋代在所有中国传统科学技术领域都留下了新的记录。

北宋一名主管营造的将作监（官营工场长官）李诫（?～1110）组织创作了中国历史上最著名的建筑学专著《营造法式》。这本书集中反映了中国建筑以木结构为主的特点，在当时最杰出的代表作是北宋首都汴京的虹桥，显然，只有在京师这样的地方才有建造装饰性的木桥的必要。就实用和耐用的角度而言，石桥要远胜于木桥，因为石材和木料相比，不但耐磨性好，而且不会因潮湿水浸后腐朽。建于1053～1059年间的洛阳桥便是一座梁架式石桥，它坐跨在宋的南方贸易城市泉州东北的洛阳江上。南宋于1138～1151年间在福建晋江安海镇用花岗岩建造了一座约2.5千米的安平桥（五里桥），这座桥跨海与南安县的水头镇相连，作为中国最长的古代桥梁基本完好地保存到了今天。南宋晚期的1237年前后所建的福建漳州的虎渡桥（江东桥）是中国古代最大最长的石梁桥。

1026年，北宋的王惟一（1022～1066年间的御用医官）撰修出《铜人腧穴针灸图经》，统一了针灸家对穴位的看法。王为此还制造了一个铜人，用以对医学校学生和针灸医生的教学和考核。南宋时曾担任过四任法官（提点刑狱官）的宋慈（1186～1249）写出了一部《洗冤集录》（5卷），这是世界最早的法医学著作，问世后在中国沿用达600多年，并被译成了多种外文。

宋代的天文学家们继续了传统的天文观测，995～1092年间，先后造了5架巨型浑仪，每架用铜达2万斤左右。1010～1106年间，进行过5次大规模的恒星位置观测活动，并且记录了1054年爆发的一颗超新星。在1079～1085年间，天文学家们通过长期观测天象，在原有星图的基础上画了一张新的星图。

1085年，支持王安石变法的皇帝赵顼以38岁而终。在此之后，王的新法遭到了司马光（1019～1086）为首的一派大臣的反对。司马光当时用了19年的时间，在几个史学家的帮助下于1084年编写出了杰出的编年史《资治通鉴》。这部书在客观广泛地取材时，用很大的篇幅记述了从战国到五代共1362年间历代君臣治乱成败的事迹。然而，北宋政权这时也已临近了难治大乱的关头。

由于燕肃（生卒年不详）在1031年发明了用恒定水位保持均匀流量的漏壶（莲花漏），在朝廷做官的泉州人苏颂（1020～1101）和韩公廉组织人于1088年制成了水运仪象台。它用漏壶的流水为动力，推动齿轮系统，使仪器保持和天体一致的运动速度。水运仪象台可以演示和观测天象，并计时和报时。这个复杂的机械机构与张遂和梁令瓒造的天文钟相似，但更为复杂精巧，可说是当时世界上最复杂的机械运动系统了。苏颂为此写了一部专著《新仪象法要》。另外，苏颂还是一位药物学家。可以肯定，当时泉州这个外国商人聚集的城市对年轻的苏颂产生了影响。他在官场曾于1092～1093年间升至右相，短暂的在位说明这位技术专家在当时波诡云谲的政界不如在天文机械方面得心应手。

到南宋时期，宋的江山只剩下半壁，但天文学家们仍然观测着全部星空，并在这个王朝接近灭亡的1247年，由黄裳（1148～1196）生前绘出的一张8尺×2.5尺的星图被摹刻于苏州圣庙石碑，这便是我们今天所见的苏州石刻天文图，在它上面刻着1430颗星座。

科学家沈括，生于杭州，通过读经考取进士并多年为官，用功极勤，精研科学技术。沈括在为官时曾受王安石派遣，于1075年赴辽国进行边界谈判，拒绝割地。他晚年被罢官后在镇江所写的名著《梦溪笔谈》证明他是一位博学的科学家。这本书总结了他的前代特别是北宋时期科学技术的成就，是一部内容无比丰富的古代科学技术百科全书。对于今天来说，它的价值在于向人们描绘了一幅北宋时代中国科学技术高度发达的历史图像。它记录了当时已出现在社会上的各种各样的新发明和各类知识，对普通平民的创造和社会地位高的人的成就给予了相同的重视，这一点无疑是符合科学精神的。建筑师喻皓（五代末宋初人）的《木经》和建筑成就、毕昇的泥活字印刷术、水工高超（庆历年间人）的合龙堵口方法等都被他认真地记录下来。

沈括既是一个科技史家，也是一个出色的研究者。他于1072年推荐淮南人卫朴入司天监主持修订奉天历，八年而成。他自己也曾大胆地提出了一个历法改革方案：以十二个节气定十二月，以立春为一年之始，以便于农时。显然这不能被大多数人接受，因为传统的历法已经深入到中国人的生活之中。王安石的改革因触及了不少人的经济和政治利益而遭到反对，沈的历法方案因会给许多事情带来麻烦而被否定。在习惯和改革之间有时候很难判定是非。沈括在数学方面研究过高阶等差级数求和一类的问题，对透光镜和凹面镜做了研究和观测，还做过振动实验，他已认识到华北平原是由泥沙淤积而形成的。他是世界上史载最早发现磁偏角的人（欧洲人在400年后才发现）。他的可贵品质是博闻广记，留心观察和亲自动手研究，并试图推索出自然界的“理”。当然，他清醒地知道，在自己的时代“欲以区区世智情识，穷测至理，不其难哉？”（《梦溪笔谈》）无论如何，他在科学技术方面的智识已达到了他那个时代的学者所能达到的峰巅。值得特别指出的是，沈括的《梦溪笔谈》一书是一位老者罢官闲居时的总结性、记述性著作，因而可以看做他生活的那个时代一般知识分子在科技知识方面所能达到的最高水平。由于沈括也是从读经和参加科举考试开始他的为官生涯的，可见儒学并未限制他对科技知识的追求。实际上，他说的用“世智情识”“穷测至理”，便是现代人所说的科学。

宋代的开矿业有了很大的发展。宋英宗在位时期的1064年，铁的产量已比唐宪宗统治时期的806年增加了4倍，这个增加数字是在治区缩小的情况下取得的。如果把整个西夏和辽国的数字都加在一起，实际增加的倍数还要大得多。宋朝有的矿山的规模已达10万人之多！全国共有近300处冶铁场。用煤代替柴薪烧火取暖早在汉代就开始了，不过，在唐朝白居易（772～846）的《卖炭翁》诗中，我们看到唐代的都城中还是以烧木炭为主的。在宋代的汴京中，烧石炭取暖已十分普遍了。用煤炼铁早在汉代就开始进入试验阶段，在北魏人郦道元的《水经注》中已有明确的记载，但只是在宋代，这项技术才开始广泛地应用到冶金方面。1078年，徐州利国监的大铁矿（朝廷所经营的矿山）用煤炼铁。无疑，尽管西亚人最先开始冶铁，但中国人却最先开始用煤炼铁。用煤炼铁的缺点是产品含硫量较高，但由于煤的燃烧值高于木炭，所以能够节省下大量的木炭。在人口增加、铁产量增加和木材日益紧缺的情况下，煤便日益成了炼铁的基本燃料。北宋时期开封城里还有炼制“猛火油”的作坊，这是对石油的加工利用。

此外，为增加炉温和强化炼铁过程，在宋、西夏、辽等地区的炼铁场中都出现了用木风扇鼓风的新技术。木风扇是东汉时杜诗发明的鼓风水排改进而来的。北宋时发明的铁匠和农家炉火用的手拉风箱是最初的活塞式机构。另外，宋时民间还改进了水车，发明了用烛火热气转动的走马灯（这种供观赏的灯实际上是现代燃气涡轮的雏形）。

由于开矿业的发展，北宋末期人杜绾对矿岩作了认真研究。杜绾写了一本矿岩学著作《云林石谱》，表明他对古代鱼类化石的形成有了基本正确的看法。他写这本书的时候正是北宋政权临近灭亡之时，书于1133年出版，已是北宋被金推翻后的第7年。随着这场宋王朝南迁的历史动荡，各地手工业工场的发展出现了一些新的变化，一些地区的繁荣趋势减弱了，而另一些地区则慢慢地发展起来，但就宋王朝而言，南宋时期它的国力衰落了，发展仅仅局限到了南方的半壁江山。

宋时农业发生的一个重大变化是水稻的种植和产量上升到了全国粮食作物的第一位。这主要是由于北宋初期依靠种稻免租的政策把在南方生长的水稻推广到了北方。而且，还从越南引进了成熟早、抗旱力强、对土壤肥力要求不高的占城稻，从朝鲜引入了颗粒饱满的黄粒稻。另外，北方的小麦也开始向南方大力推广。南宋的陈（生卒年不详）于1149年写成了《陈农书》。这是中国现存最早的关于南方水稻栽培地区农业技术的一部著作，而以往的所有农书都是以论述北方农业生产技术为主的。

宋代是中国种棉业发展的一个重要时期。棉花是印度地区最早种植的作物，中国海南的黎族和云南西部的傣族人在汉代以前已开始种棉。西域各国在两晋南北朝时期开始种棉，但当时只用棉花织成粗棉布供当地人穿用，还没有大批的贸易棉布。北宋时的棉布主要沿海路从印度和阿拉伯商人那里得到。棉布的流传刺激了宋代人种棉的兴趣，南方的种植业首先发展起来。到南宋后期，江南和东南沿海一代的棉花种植已有了蓬勃的发展。很明显，棉花的获得远比蚕丝的获得容易，在一个人口大大增加的社会中，用棉布作为珍贵的丝罗锦绸缎的补充是非常必要的。从此之后，棉布继麻布、丝绸和毛织品、皮料等材料之后，也成了中国人的主要衣着材料。由于纺织业的发展，宋代出现了用水力驱动的大纺车，南宋时还发明了轧棉的缆车。当时中国的各种纺织机械的复杂和精巧都居于世界首位。中国人最早发明了养蚕和制丝业，纺织业是中国古代社会最主要、最持久的技术支柱之一。

和兵器制造业的进步联系在一起，宋代传统的手工工具和农器制造都取得了相应的进步。在铸造工件方面，北宋留下了7丈3尺高的河北正定县的隆兴寺铜佛（重10万斤以上），以及湖北当阳县玉泉寺铁塔（13级，重10万多斤，为分级铸造而成的，工艺精美，装饰图像生动）。中国传统的陶瓷制造技术进一步纯熟——对外贸易始终是这一传统手工业发展的一个推动力量。宋代彩瓷、青瓷、白瓷的工艺超过了唐代。在900～1000年间（五代十国到北宋初期），制瓷技术传到了波斯，进而向西方那些早已掌握了制陶技术的地区轻而易举地扩散。1223年，日本人加藤四郎来到中国，学会了造瓷技术。

在南宋快要灭亡的1260年，中国人对车马的系套方式有了重大的改进，以鞍套、围脖、夹板为主的驾马套车方式出现了。这使牲畜的力量得到了最好的发挥。

宋朝最大的数学家是到南宋时才产生的。北宋时最有名的数学家只有贾宪（11世纪人）。贾宪的两部数学著作失传了，但他以首创高次幂开方法——贾宪三角而留名。

南宋时出现了一位大数学家秦九韶（1202～1261）。秦生于四川，辗转来到了南宋的京城杭州。除了古代数学遗产外，秦还经常“从隐君子受数学”，这些隐君子中有中国民间数学家，也不乏旅居杭州的阿拉伯学者和商人。他写了《数学九章》，创立求数学方程正根的方法。在秦九韶看来，数学“大则可以通神明，顺性命；小则可以经世务，类万物”（《数学九章序》）。

比秦九韶年龄小一些的杭州人杨辉也是南宋一个有名的数学家。杨辉于1261～1275年间写出了5部数学著作，其中有《详解九章算法》12卷和《续古摘奇算法》2卷。他对简捷算法十分有研究，“杨辉算法”便是一个成果。在杨辉最后一部数学著作问世的4年以后（1279），杭州城被元兵攻破，所以他可能在元朝初年度过了余生。人们借助他的著作还可了解北宋数学家贾宪的一些成就。

宋代在技术方面是一个新发明层出不穷的时代，出现了一大批发明家、能工巧匠和有影响的科学家。但宋王朝的国祚却一步一步地江河日下。在经济方面，宋朝从一开始就没有实行过大的改革，中国社会的一个基本矛盾——土地集中和无地人口增加的问题始终存在。农民的反抗在两宋初期、中期和末期都时有发生。王安石在1067年的艰难改革便是企图从根本上扭转宋朝国运日下趋势的尝试，但失败了。北宋王朝被金兵推翻后，南宋时期已根本没有力量问师中原。宋代统治者的政策在很多情况下起到了推动科学技术发展的作用。然而，宋代产生和成熟了的一大批科学技术成果没有能够改变宋王朝走下坡路的趋势。

最后还应看到，宋代人对他们的新发明也不光应用在生产、战争和经济生活中，而且也应用到了文化生活的其他方面。例如用火药造成了爆竹来做庆贺的礼炮，在发明了纸币的同时，还把它应用到了祭祖方面，在丧礼和扫墓时便烧以数量很大的纸钱、纸人和纸马，来完成一项礼仪。

在宋代产生的一种最不文明和不人道的做法也许要数妇女缠脚，这一习俗可能在五代时开始，在宋代盛行起来，它表明汉族人在逐步失去唐代那种豪放的开放精神。这大概是因为宋距唐已远，宋初“田制未立”，且放纵地主兼并土地，生活日益富有闲裕的地主对文化生活的要求高了，在中原和江南新兴的城市生活中，繁荣和颓靡同时滋生。宋代汉族人的生活中缺乏其他民族的习俗和风气，而且在社会内部又不能产生新的政治、经济、文化方面的变革，沉闷的社会风气便孕育出了这种病态地对待妇女的心理，人们以摧残妇女的生理天足为追求美的方式。这种习俗从根本上是不符合儒家的传统思想的，因为孔子十分强调“身体发肤，受之父母，不可损毁”。从宋代开始一直到中华民国初期缠足被开始根除时，一代又一代的大家闺秀和小家碧玉以及无数穷苦人家的女子为此承担了无穷无尽的肉体痛苦，并且日益被排挤到社会生活的后台。奇怪的倒是在北方游牧民族——蒙古族和满族统治中国的时期，尽管接受了中国传统的政治思想，但却没有按照他们的标准（过游牧生活的妇女是不可能缠足的）来革除汉族人的这一落后习俗。当然，这也许并不奇怪，因为他们只是统治者而不是革新者。总之，中华文明在自己的科学技术最辉煌的宋代，也产生了自己最落后的习惯，预示着这个文明在缺乏世界外部强烈新刺激时已经暴露出了“裹足不前”的一面。

辽国兴衰中的技术

与北宋相比，公元916年（唐灭亡后的第10年）建立的辽国明显的优势是没有中原和南方地区那样的世族豪强，这有利于新兴的契丹贵族政权的政治统治。在经济方面由于辽地兼有农业和牧业，使辽国能够建立一支强大的骑兵。由于唐帝国以来对辽东的开发，辽的技术水平是同中原地区相当的。大量的汉族人民保证了中原在技术上的进步能被辽国毫不费力地移植过来。辽的弱点是民族矛盾始终存在，当掌权的贵族集团日益在政治上和心理上蜕化之后，这个政权就比较容易被其他民族推翻。女真族的金国正是在这种情况下取辽而代之的。

与中原及南方的宋朝地区不同的是，辽国境内不是中国文化的中心，社会的文化环境不同于宋朝。在辽国当官的汉族官员没有多少人热心著书立说，更没有去谈论“理”和“性”之类的学说。辽是一个注重实际生活的国家，惟一重要的文化事业是参照汉字在立国之后创制成契丹文，用于发布命令和撰写历史文献。在冶金、建筑、纺织、工具和武器制造方面，辽却不比中原逊色。虽然火药最先不是由辽国应用到军事上的，指南针也由于海上贸易不发达而在这里不被重视，但辽代在山西建造的应县木塔却作为世界上最高的木结构建筑（67.31米）而屹立至今。在契丹人征服回鹘之后，辽从新疆得到了西瓜。另外，通过辽同中亚的阿拉伯人的陆路接触（辽的西界在今天蒙古人民共和国的中部），中国的数学中有名的“契丹算法”传入了中亚，并在13世纪初传入欧洲。辽国同中亚在陆路上的密切联系还表现在辽灭亡时中亚被视为一个新的归宿地。耶律大石（1087～1143）率领的军队在金兵的打击下保护部分人西奔中亚，征服了西域几个小国，击退了塞尔柱土耳其人在那里的势力，于1124年建立了西辽国。这个王国存在了87年，最后并入了蒙古帝国的版图。无疑，这个新国家的存在吸引了一大批契丹人、汉人和河西少数民族的西迁，中国的技术和文化通过这个国家伸入了中亚腹地。

金的盛衰和科学技术

金的崛起正是辽衰落的时候。由于金在灭辽时也从中原赶走了北宋王朝，所以，这个北方的新王朝对南迁的宋王朝扮演了一个比辽更强大可畏的角色。统治了中原大部分地区之后，金的经济和技术实力大大增强了，从最初以游牧民族为主的部落集团变成了以农业民族为主的国家，最后在科学和文化方面都更接近一个传统的中原王朝。据《金史·世纪》记：“生女直（金）旧无铁，邻国有以甲胄来鬻者，倾资厚贾以与贸易，亦令昆弟族人皆售之。得铁既多，因之以修弓矢，备器械，兵势稍振，前后愿附者众。”

金是第一个以北京为都的王朝，最先在北京建造了宫殿，建造了天文观象台。火药是中原地区的最新技术，最初北宋用它来对付金兵。金兵在打败宋兵后便掌握了这一技术，并用火药武器来对付蒙古人的军队。结果又是蒙古军队打败了金兵，并用火药武装了他们自己。就像相对先进的技术没有帮助北宋战胜金一样，金也没能依靠中原的先进技术战胜蒙古骑兵。金经历了同它的前代辽一样的历史命运——崛起，强盛，衰落，经常陷入民族矛盾、经济矛盾、阶级矛盾、统治集团内部的矛盾等历史漩涡之中。

金朝时期，在中国北方出现了三位医学大师：河北人刘完素（1120～1200）拒绝做官，在民间行医，研究《黄帝内经》达35年之久，著有《素问玄机原病式》和《伤寒直格》、《宣明论方》等。他最为得心应手的是用寒凉药物治疗热性疾病。河南人张从正（1156～1228）继承了刘的思想，著《儒门事亲》医书15卷，他擅长用汗、吐、下三法攻邪驱病。师承刘完素的河北人李杲（1180～1251）根据《黄帝内经》的思想建立了补益脾胃、滋养元气的治疗原则，著有《脾胃论》、《内外伤辨惑论》、《兰室秘藏》等。

李冶（1192～1279）是金代最大的科学家，也是当时世界上最伟大的数学家之一。他的名字原来叫李治，为了把自己和唐高宗李治区别开来，便在治字中去掉了一点。李冶是河北人，父亲在金朝做官。他在进京参加科举考试后被录取，被任为陕西的一个地方官，后升迁为河南中州（禹县）的地方行政长官。当元兵灭金后，他先后在山西和河北隐居研究数学，并结交志趣相投的朋友切磋学术。他写了许多数学著作，但在临终前告诉儿子，除了留下《测圆海镜》外，烧掉其他书。在他看来，只有这本书才对将来的人有用处，但他的儿子并没有按照父亲的嘱咐去做，所以他的《益古演段》和另外几部书都留了下来。李冶在隐居期间多次受到元世祖忽必烈（1215～1294）的召见。在强召下李冶入京当了几个月的官，参与撰修辽、金史的工作，但随之以年老为由辞官回家，重新投入自己的学术生活中。

李冶的著作表明中国的数学家对高次方程（天元术）的研究已达到了极高的水平。这位和秦九韶、杨辉同时代的北方数学家批评了当时读经的知识分子中把数学视为九九贱技的思想。在谈到数学的意义时他说道：“谓数为难穷，斯可；谓数为不可穷，斯不可。何则，彼冥冥之中，固有昭昭者存。夫昭昭者，其自然之数也。非自然之数，其自然之理也。”（《测圆海镜·序》）自然之数反映自然之理，这是对数学和自然界事物规律性关系的正确认识。另外，他同时也指出数的关系“远而乾坤端绪，幽而神情鬼状……大可以通神明，顺性命；小则可以经世务，类万物”。李冶的这些思想是无愧于大数学家称号的。

李冶成长在金代，开始专门研究数学在元代，他的主要著作都是在金亡十几年后才写成的。可以设想，如果他像他的同时代人刘秉忠、许衡、姚枢等人那样去元朝宫廷做官，那么他可能就没有很多的精力来完成数学方面的研究。但也可以肯定，他的家产和在金朝做官时的积蓄完全可以支持他简朴的学术生活，否则他也无法完成数学的著述和研究。

（六）元朝科技

天时和历史命运

蒙古族居住在额尔古纳河上游，唐代称为蒙兀室韦，同建立北魏的鲜卑、建立辽的契丹和建立金的女真等同属于汉人所说的东胡。蒙古族传说自己是苍狼白鹿之后。他们过着黑车白帐，随水草而徙的生活。宋辽夏金政权在近300年中，彼此对峙，无力北顾，草原上的蒙古族部落得到了自由发展的机会。在南宋和金朝时代，蒙古族在游牧过程中向西发展，其西部部落已进入昔日为匈奴故地的蒙古高原中西部，与畏兀尔（回鹘或维吾尔）毗连。1206年，成吉思汗统一了蒙古各部落。

这时宋金都已在多年交兵中损尽元气，在政治上均无清明之气，经济上面临困境，人民反抗时起时伏。西夏政权偏安一隅，但已近迟暮之年。成吉思汗有了向南发展、各个击破这几个政权的历史时机。对西夏、金和南宋来说，正是所谓“高原水出山河改，战地风来草木腥”了。

在西方，强大的阿拉伯帝国已四分五裂，塞尔柱土耳其人在中亚和西亚扩张的浪潮已经平息，花刺子模王国也已进入分裂衰朽时期。欧洲封建王公和天主教会组织的十字军、拜占廷帝国、阿拉伯人、土耳其人之间的战争消耗了各方的力量。因而，蒙古骑兵从亚洲草原上的西进是难以阻挡的了。

从成吉思汗称大汗的1806年到南宋消亡的1279年间，经过成吉思汗和他的子孙们的军事扩张，一个从东亚横亘到东欧的世界历史上空前绝后的大帝国——蒙古帝国建立起来了。1281年，元世祖忽必烈进攻日本的十几万大军遭暴风全军覆没，蒙古帝国的扩张止于海洋。

北方之马力，中原之技巧

蒙古部落在唐代是一些技术上非常落后的游牧部落。由于草原地区缺乏铁，有兵无甲，甚至多数箭镞也是骨的。在向西发展时期，从与金和西夏的贸易中得到了铁之后，才进入了铁器时代。成吉思汗在其军事生涯一开始就不断以新技术武装他的骑兵。山西浑源人孙威（1183～1240）给他献了一副铠甲，这位惯于弯弓射大雕的一代天骄亲自用强弓也没有射透，随之便封孙威为五路工匠总管。在攻灭了西夏和金的部分州县后，蒙古政权在这里建立了自己的军器、军需手工业工场，生产军队装备和军需品。在兵锋指向西方时，伊斯兰世界的工匠也加入了蒙古帝国的手工业生产行列。蒙古军队在对待反抗的城市居民时经常实行屠戮政策，但惟有能为军事机器出力的工匠会得以幸免。由于大量中亚工匠加入了兵器制造的行业，加上蒙古帝国的版图又扩展到了欧洲，所以，蒙古军队的刀剑和其他武器的制作吸收了中亚和欧洲的风格，工艺考究，加工精良，更加轻便锋利。特别值得提到的是1271年来到中国的阿拉伯人亦思马因和阿老瓦丁，他们是巨型抛石机——回回炮的制造专家。他们的巨石炮在蒙宋战争中成了宋朝城池的灾星。这二人的家族和后代后来一直担任着元朝“回回炮”制造和使用的首领。正如《黑鞑事略》所记，蒙古人“灭回回后，始有物产，始有工匠，始有器械……灭金虏，百工之事，于是大备”。

蒙古部落不但迅速进入了铁武器时代，而且很快就有了火药武器。这是从金国虏去火器工匠后得到的。成吉思汗在西征时已用上了火罐、火箭、火药炸弹，他的子孙们在进攻南宋时受到了火药武器的打击，但他们自己也在这个时候拥有了火药武器。在进攻巴格达、日本时都使用过火药。而且，忽必烈的元朝把宋的竹管突火枪改进成了金属管形火器。现在发现的世界上最早的这类武器—一铜火铳，便是元帝国时期创造的。金属管形火器相对于用机械抛射的火药炸弹和用弓箭发射的火箭以及用火药推进的原始火箭来说，是最有前途的火器，因为它把火药的动力和杀伤力结合在一起，而且可以直接瞄准并在远距离杀伤敌人。当蒙古帝国衰落之后，东方世界便开始慢慢失去对西方的技术优势。最后，曾受到东方威胁的欧洲人便依靠改进了的火器来进攻东方最古老的帝国。当然，这是成吉思汗去世600多年后的事了。

在谈论蒙古帝国的出现时，不能忘记蒙古民族自身的某些优越条件。游牧生活所造就的对新的疆域和土地（草原）的渴望，高超的骑术和在广阔地域机动作战的能力，对艰苦生活的忍耐和承受能力，以及取之不尽、驱之不乏的马匹……这些优点，在装备了强弓硬箭、标枪、刀斧、剑盾和火药武器之后，再由雄才大略的首领来指挥，驰骋于一个不存在任何强大帝国的亚欧大陆上，自然会像一股草原上疾行的狂风。金朝的最后一个皇帝金哀宗（?～1234）曾认为，蒙古之所以常胜，是由于“恃北方之马力，就中国之技巧耳”（《金史·完颜娄室传》）。显然，没有这两个条件，成吉思汗就不能完成他的征服事业。

与中亚交汇的学术

由于阿拉伯世界的学者大量来到中国，而宋代以来中国科学技术已经相当繁荣，中国传统的科学和技术得到了新的营养，因而在元帝国这样一个民族十分复杂的辽阔国家里，依然有着沿古老的传统向前发展的力量。

元朝建立之前，追随成吉思汗的金国人赵知微和契丹人耶律楚材都曾研究过天文历法。忽必烈的哥哥蒙哥大汗幼时曾师从阿拉伯人学习过欧几里得的几何学（由阿拉伯数学家从希腊文摘译成阿拉伯文）。伊尔汗国建立后，旭烈兀（1219～1265）派阿拉伯天文学家在伊朗西北部建立了马腊格天文台。许多中国人和西班牙人也在这里呆过。后来蒙古族天文学家乌鲁伯格（1394～1449）在撒马尔罕建立了天文台，通过观测，在1420年编成了《乌鲁伯格天文表》，这个表曾在中亚和欧洲风行一时。

忽必烈在这方面也不甘落后，他曾广泛地搜罗各地名士和科学家。除数学家李冶始终不肯在元朝为官外，金国学者王恂（1235～1281）和郭守敬（1231～1316）、波斯人扎马鲁丁（元初人）、阿拉伯人爱薛（1226～1308）等和一大批东西方学者则聚集到了这个政权之下。元朝时在天文学和数学方面出现了中国和阿拉伯世界两大流派熔于一炉的繁荣景象。

郭守敬是其中的佼佼者。据《元史·天文志》记载，金亡时留在北京的天文仪器已残旧，他被任命负责新仪器的设计和监造。郭守敬在这时大胆而天才地改进了西汉时制出、宋时改造、金时沿用的浑天仪的结构。过去10吨多重的铜仪器经过他的改造后结构简单多了，反而能更加方便地观测天象。经他改造过的浑仪结构与原来有很大的区别，实际上是一个地平经纬仪，当时被称为立运仪，现在一般称简仪。除此之外，他还设计制造了另外十几种天文和记时仪器。利用新仪器，郭守敬组织测量了前人未命名的1000余颗恒星，使记录的星数从以前的1464颗增加到2500颗，并编制了当时星数最多的一张星表。在当时的天文仪器中，还有扎马鲁丁制造的六七种中亚人用的天文仪，这些中亚仪器的汉名说明它们和传统的中国天文仪器的功能差不多。据说这位波斯人还在中国制造了第一个地球仪。但不知他是根据什么思想和数据造的，因为当时地球各个部分还没有被人类完全发现，甚至它的球形也只是一些人的推测。但他带来23种阿拉伯文的科学书籍则是肯定的，其中之一是希腊人托勒密的《天文集》的译本。

担任太史令的王恂和郭守敬的另一件重要工作是负责主编中国古代最优秀的历法——授时历。这个历的回归年的长度同今天的公历相同。显然，王和郭在数学计算方面已经创造性地应用了阿拉伯人传来的几何学——球面三角方法。郭守敬由于长于数学和天文，继王恂升任太史令。他还主持了元初的几项重要水利工程，发明了以海平面为基准来计算两地间高差的方法。为了一些水利工程设计，郭甚至还亲自上溯考察黄河源。元代黄河源的最先考察在至元十七年（1280），当时的招讨使都实率人抵达河源，翰林学士潘昂霄按阔阔（都实的弟弟）的叙述，写成了《河源志》一书。自然，西藏并入元朝版图是开展这一探险的政治前提。

在蒙古帝国扩张的过程中，地理考察十分时行。所以，元朝时出现了许多游记、地理志和图志之类的图书。其中游记有耶律楚材的《西游录》，随丘处机（1148～1227，号长春真人）游历中亚的李志常的《西游记》，随常德（蒙哥大汗时的特使）于1259年到波斯西北部西觐皇弟旭烈兀的刘郁的《西使记》。还有作为元朝使者随员到柬埔寨的周达观（1295～1297年在柬）所著的《真腊风土记》，游历南海及印度洋沿岸各国的汪大渊所著的《岛夷志略》等。朝廷所修的地方志是1300卷的《大元一统志》。这部洋洋巨著中引用了北宋976～984年间成书的《太平寰宇记》中不少材料。当然，在地图方面最有价值的大概要算朱思本（1273～1337）绘的《舆地图》了。他用10年时间，总结了唐宋以来的地理学成就，还做了不少实地调查，绘成此图，它反映了元朝勘察河源的成果，精确度较高，成了明清舆图的重要范本。这些地理知识大增了中国人对海外的认识，明初的郑和下西洋是以此为前提的。

元代最有名的大数学家朱世杰（约1280～约1350）是河北人，他“周流四方，复游广陵（扬州），踵门而学者云集”（莫若：《四元玉鉴序》）。朱世杰是一位集当时数学之大成的民间数学家。他的成就不必多举，仅《四元玉鉴》一部就够了。这是一部讲多元高次方程组和高阶等差级数问题的书，其中高次招差的一般公式和后来牛顿的公式完全一致。他的研究水平已超出了秦九韶和李冶。有名的科学史家、美国人萨顿在《科学史导论》中称朱世杰是“他所生存时代的，同时也是贯穿古今的一位最杰出的数学家”，他的《四元玉鉴》“是中国数学著作中最重要的一部，同时也是中世纪最杰出的数学著作之一”。显然，朱世杰的成就已超越了中国古代数学经典著作的范围。他的成就也超越了所谓中国数学只研究实用问题的传统。科学本身是超越民族的，中国学者也可以超越中国传统——这种超越本身就是传统在新的历史条件下的新生。当然，任何超越都必须具备一定的社会历史条件，这些条件是由更广阔复杂的历史自身造成的，是任何杰出科学家所不能随意改变和创造的。朱的才华闪烁在元朝时曾昙花一现的中外知识杂汇的历史背景上。他的数学思路中仍是以“天地人物”四元代替四个未知数来解四元方程，阴阳五行学说的影响也很明显。在元朝时，阿拉伯数字和笔算方法已经传入了中国，许多数学著作也由阿拉伯人带到中国，中国的算术也影响了阿拉伯人的数学。在日本和朝鲜，南宋杨辉和朱世杰的著作都被翻译刻印，日本的算学家们还对这些书加了注解。

元代中国的传统医药学和中亚的医药学——回回医药学，进行了一次交汇，但这种交汇是不彻底的，因为医药学家各有所长，就医者亦对医生有所选择。元朝设立的广惠司是中亚人组成的医疗机构，它主要为宫廷炮制回回药剂，为宫廷卫士和大都的外籍人治病。这个广惠司在朝廷的地位相当高。太医院里中医的地位仍然不低，而且在民间，汉蒙藏各族人民自然多由本族医生看病，其中藏医对蒙医有很深的影响。这多少和元朝统治者尊重西藏的宗教有关。从政治的角度看，元朝对刚刚归属的世界屋脊上的宗教给予尊重也是明智的。由于中亚医生的活动，某些新药和特殊的治疗方法在元代融会到中国传统医药学中。同样，中国传统的医药学和针灸术也在中亚发生了很大的影响。

元代中医方面有两个大家。一个是宫廷骨科医生危亦林（1277～1347）。他写了一部骨科专论《世医得效方》，其中记有用曼陀罗和乌头作麻醉剂的方法。危亦林在临床中使用了这种方法。这是文献所记的世界上最早的麻醉剂使用。在当时，这种技术无疑是使病人在开刀时免除疼痛的妙术。另一个是民间医生朱震亨（1281～1358），他是金代名医刘完素的三传弟子，著有《格致余论》、《局方发挥》等。由于他用药治病以补阴为主，故被称为养阴派，是刘完素、张从正、李杲之后的金元四大医家中的最后一位。元末明初的民间医生滑寿也很有名。他曾从几位医生学习传统的医学文献（《黄帝内经》之类），尤其对针灸学有独到的研究，与北宋御医王惟一齐名。他于1341年写出了《十四经发挥》。日本人在针灸取穴时多以滑寿的穴位为标准。

元朝的政治及其后果

13—14世纪期间，元帝国差不多是世界上最强大而富有的帝国。以忽必烈家族为首的蒙古贵族集团统治了成熟的中国农业文明世界。这个王朝的统治给中国历史带来了双重的影响：一方面，使中国结束了自唐末以来的南北对峙局面，塞内外重新统一，西藏正式并入了中国版图，引来了一大批中亚和西方世界的新鲜知识、风俗和物产，中国成了一个世界性的国家，并在统一后的和平中得到了新的发展；另一方面，中国统一和重新发展的代价是发生残酷的、大规模的破坏性战争，大批积累起来的社会财富与新的国家统一同归于尽，尤其是中国传统的专制政治在元朝更加添上了落后的色彩——处于部落制发展时期的蒙古游牧部落在征战胜利中迅速抛弃了已不中用的原始民主遗风，发展成为世袭专制和子孙分封的政治制度。元朝在统治中国后按照落后的带有奴隶制痕迹的政治意识把人分为四等：蒙古人（实际上只是一部分贵族统治集团中的人）为一等，其下是中亚人和汉族的一部分特权分子，北方汉人和其他北方民族，最下一级是最后被征服的南方汉人和其他南方民族。对各等人在承担赋税和劳役方面有不平等的规定。整个贵族对土地和财富的掠夺性占有情况极为严重。这种等级特权的代价是统治集团的孤立，同时也形成了各族人民在文化和心理上接近融合的阻力。当然，文化上的汉化或蒙化对于中国的发展都不一定完全是好事，但不平等的政治地位肯定不利于各族人民在经济和文化方面的相互促进。

元朝建立后在政治上采用了汉族地区已形成的一些传统，包括推崇宋儒已经建立起来的理学，对孔子、关羽、周敦颐、朱熹等人都加以尊崇，办起国学（包括国子学、蒙古国子学、回回国子学）、地方乡学、书院、社学，实行科举制度等。但文化措施不可能掩盖政治上不平等的现实。经过不多几代人，这种建立在民族偏见和政治经济特权之上的统治集团注定要走向腐败，并激起人民强烈的、不可遏止的反抗。这种反抗一旦发生，作为少数民族的统治者便处于极端脆弱孤立的地位。元朝宫廷曾在民间严禁兵器，但是1350年在黄河工地上的民工首先开始用工具反抗。说明在人民心中，中国最大的自然灾害——黄河泛滥对他们造成的祸患，与朝廷和官府的压迫相比已经是次要的了，所以这些治河民工才把治河的劳动工具变成了武器，继而组织起了有名的红巾军。接着，遭受剥削和压迫最甚的南方立即轻而易举地建立起几个独立的临时政权。就像自然界的黄河决口，洪水泛滥，不可阻挡，最后造成河流改道一样，这是中国社会政治和经济大堤的又一次大决口，其势也是不可阻挡的。元朝的统治者甚至没有能力组织强有力的镇压，反抗力量之间在相互争战后统一于朱元璋的旗帜下，元朝皇帝被重新赶到塞北的草原深处去了。

在历史上，西晋末年北方民族入主中原的结果是促成北方民族的融合，汉族的语言和文化最后同化了少数民族。蒙古族统治者依靠军事力量、政治特权和藏族、维吾尔、中亚文化的部分支持较多地保持了自己的民族特色，但他们统治的时间也相对短一些。元朝政治中的等级因素与传统的汉族专制制度相比还要落后一些。但有一点是肯定的，农业民族的政治和游牧民族进入农业文明后的政治都是传统的政治。在这种制度下，可能使社会结构发生突变的所有科学技术果实无论多么鲜美，都只能像草原上一岁一枯荣的花草，而不可能像年轮连续延伸的大树。所以，元帝国时传入中国的西方新鲜知识和技术只是一时丰富了中国的文化和社会生活，但却没有也不可能和中国的传统文明交汇而生出可以发生突变的文明新种子。

另外一个值得注意的事实是，在宋元之际的无神论者邓牧（1247～1306）之后的近一个半世纪中，中国没有出现影响较大的思想家。这可能是由于元代的政治统治窒息了汉族学者的学术空气，使思想天空布满了经久不散的阴霾。

（七）明朝科技

重修长城和改进火器

秦代的长城在汉、北朝、隋时做过修补，唐代没有修过长城（因为长城不是唐的边墙），五代后长城内外大部成了西夏和辽金的国土，元朝时长城一线成了中国政治的中心。元朝灭亡后，一部分残余势力进入漠北，明朝政权统治了元帝国的大部分土地，但却始终没能把蒙古高原上的游牧部落置于自己的政治统治之下，而这些部落在内部趋向统一时总想重温大元帝国的旧梦。这就使明朝政权同漠北的蒙古部落一直处于对立之中。明朝在把首都迁往北京之后，长城便成为首都城墙的外围了。

为了防止漠北蒙古骑兵南下的威胁，明成祖朱棣五次亲征漠北，最后死于回军的路上。朱棣是中国历史上第一个亲征于沙漠绝域的汉族皇帝，也是郑和下西洋的倡导者，第一次以故宫紫禁城为皇宫。这位试图威服四海的人没有以长城为国界的概念。但在他身后不久，永乐雄风就减退了。明代先后在100多年里重新修缮长城，今天所留的从山海关到八达岭的砖石城墙以及西北河西走廊尽头的天下雄关嘉峪关都是明代重修的。雄伟的新长城并没有使明的江山固若金汤，由于高中级军官大多世袭的情况也使承平日久的明朝军队在永乐朝之后战斗力下降。在1449年（欧洲英法两国百年战争结束前4年），明朝英宗皇帝的50万大军在河北怀来东部土木堡被入侵的蒙古瓦刺部落的骑兵袭败，皇帝被俘，明朝经历了一次危机。1472年，明朝大将余子俊为防止蒙古鞑靼部落的袭扰，在陕西北部又重修了1700里新的边墙。尽管明长城的工程量超过了秦，但却没有在长城脚下留下像秦代那样多的白骨，也没有新的孟姜女的传说。这是因为明朝国力胜于秦代，而且不急于求成。

明代修筑长城的行为仍然是从传统的战略思想出发的。实际上自宋元以来，火器的发展和应用正在使这种行为逐渐变得过时，因为火药完全可以摧毁砖石城墙。明代的军事家们没有充分地看到这一点。但明代的火器专家们在改进火器方面的工作却使这一点在后来变得越来越清楚。

无疑，改进火器是拥有雄厚手工业基础和物质资源的中原王朝的优势。发挥这一优势并建立一支以各类轻重型火器为主的军队，是在塞外强悍的骑兵部队面前取得优势的保证。早在朱元璋称帝的13年前，焦玉（元末明初人）曾给朱献了十几支他制造的火龙枪。此枪在试放时“势若火龙，洞穿层革”，朱说道：“此枪取天下如反掌，功成当封大将军。”明朝在改进火器方面作了不少努力，火器军（神机营）在军队中的编制一直处于增加的趋势。在明建文帝（1399～1402年在位）时，大将李景隆的军队在同朱棣的军队作战时便应用了多发火箭“一窝蜂”。明时发明的多发火箭还有“群豹横奔箭”。这方面最重要的发明要数多级火箭“火龙出水”，这是在水战时所用的引火箭，在水面三四尺的高度飞行可达二三里。“飞空砂筒”则是一种可回返的多级火箭。所谓“神火飞鸦”则是一种高空集束引火箭。除了各种火箭，元时的火铳在明代被发展为各种前装的巨炮和鸟枪、土枪。明成祖征漠北时火器发挥了相当重要的作用。明中叶，朝廷的10万京军中已有6万火器手。万历年间（1573～1620）曾下令让兵杖局在3年内仿造葡萄牙传入的佛郎机炮3400尊，大将军型号的炮10门，二将军型号的炮79门，三将军型号的炮20门，神炮669门，神铳1558支，小铜佛郎机铳50支，并随用子铳、铅弹、火药等项。可见其生产能力已不小了。万历二十六年（1598年），和戚继光、胡宗宪的部队有交往的军器专家赵士祯（曾发明多种新型火器）发明了能够在射击后迅速装填的迅雷铳。明朝末年在取得了荷兰人的大炮时，立即由大学士徐光启（1562～1633）和龙华民（1559～1654，意大利人，1597年来华，死于中国）、毕方济（1582～1649，意大利人，1613年来华）、汤若望（1591～1666，德国人，1622年来华）等外国传教士仿造，并用之于辽东同努尔哈赤的战争。除了前装大炮和鸟枪外，明代的爆炸性火器炸弹、水雷、地雷和燃烧性火器火箭类等都有了明显的改进。但当时明朝气数已尽，崇祯皇帝中了清国的反间计，1630年，抗清的辽东明将袁崇焕（1584～1630）被剐，改进了的火器和坚城已难挡清军的进攻了。

尽管明代在改进火器方面有相当的发展，但中国的火器技术在明朝末年已经落后于欧洲的葡萄牙和荷兰了。在徐光启和传教士们铸造欧洲大炮时，比徐光启小两岁的意大利人伽利略（1564～1642）已经在研究炮弹的运动轨迹，并得出了抛体运动的规律。毫不奇怪，自从元朝时欧洲发生了文艺复兴运动，资本主义生产于明朝时代正在地中海沿岸和欧洲的一些大城市中蓬勃地发展。那里的手工工场里，分工越来越细，专业化程度在提高，工艺改进的节奏相当快，产品质量已超过了东方。

一方面加固长城，一方面发展火器，这就是明朝的军事技术史。仅从军事学的观点来看，前者是一种耗力费时而且渐趋过时的行为，后者却是一种寻求革新的努力。这两项事业在明王朝的历史中是并行的。重修长城表明这个王朝在政治上和军事上已经不能驾驭或征服塞外的游牧民族，而在技术上，明朝也未能彻底地完成火器革命这一军队装备更新换代的任务，它只是靠这种从本质上来说是矛盾的技术战略来求得江山的安宁和王朝的延续。历史证明，在有了新长城和部分火器的条件下，这个王朝可以维持，但绝不可能永固。朱元璋开创并由永乐皇帝推进了的基业在代代相传的过程中被这种制度本身所腐蚀。最后，长城一线最初曾得到土地而安居实边的农民后代，大多数变成了流民，在一场旱灾中，他们走投无路。李自成（1606～1645）的队伍聚集起来，为明朝最后一个不昏聩也不英明、又无力回天的崇祯皇帝（1611～1644）送了葬。掌握着相当多的火器的朝廷军队被完全操着冷兵器的农民军队击败。接着，东北的女真族骑兵越过了明代建立起来的长城东端的天下第一关——山海关。

明代在应用火药方面还出了一位叫万户的民间发明家和探险家，这可能是1400年左右的事。据说万户把47支大火箭捆在一个座椅上，手里持着两只风筝，试图飞上高空。不过，他没有成功，集束火箭的意外爆炸在半空中结束了他的梦想，但这个梦想却留给了全人类。

皇家宫殿和私家花园

永乐年间是明朝生产恢复后国力强盛起来的黄金时代。朱棣做了皇帝之后，在文治武功方面想做一些名垂后世的大事。在南京继位后，他便派姚广孝（1335～1418）、解缙（1369～1415）、刘季篪等人负责，由2000多人在5年内编修了中国最大的一部类书《永乐大典》，计11095册，22937卷。鉴于北方的安全和开发，他计划迁都北京，召集23万优秀工匠至北京，并动用上百万兵民在全国各地采木和营建北京宫殿——故宫宫殿群。这是盘布于从永定门到钟鼓楼的8千米长的一条中轴线上的建筑群，明朝建设后，在清朝康熙年间又进行了扩建。这一巨大工程完工后成了中国历史上两代皇朝政治舞台的中心。北京的故宫宫殿群作为世界上现存最大的古代建筑群，曾体现着明、清两代皇朝的威势，以其辉煌雄伟而著称，自1420年开始经历了所有的历史风云。

人们今天都知道下令建筑故宫的永乐皇帝，但却很少知道建造它的那些成千上万的普通劳动者。在这些人中间，两个杰出的建筑设计者幸而留下了名字。一个是江苏吴江人蒯祥，据说他是天安门的设计者。另一个是越南人阮安，当时的越南北部在明朝的统治之下。他们都是有经验的力学家、艺术大师和杰出的工程师。除了建设故宫，永乐年间还铸成了中国历史上最大的古钟——永乐大钟（现存北京大钟寺）。它高6.75米，重46.5吨，内外铸着23万多字的佛经咒语，其声可传响5千米，是当时北京的“镇物”。

在故宫建成约100年后建成的北京天坛与其说是力学和建筑学的杰作，不如说是应用声学知识的杰作。天坛的回音壁具有良好的有规则地反射声音的效果。在现存的中国宫殿中，还有明朝末年（1641）世界屋脊上五世达赖喇嘛重修的布达拉宫。

在明代中期之后，由于南方经济的发展，私家园林开始产生，最著名的要数苏州的拙政园，这所花园距今已有400多年的历史。除了苏州众多的私家花园外，无锡、扬州等地也开始建筑私家花园。在整个明清时代，南方许多城市中的私家花园成了王公贵族的住宅和别墅。无疑，明朝私家花园的兴起是整个社会财富增加时上层统治者中的一般成员生活水平升格的反映。在阴宅建设方面要提到皇家陵园。帝王生前的住宅是宏伟的，他们的陵墓同样宏伟。明代的北京十三陵是耗费了无数白银修建起来的不朽的地下建筑，尽管它们的主人早已成为土灰。

政治远航和海外贸易

如果说明代最伟大的建筑杰作故宫同永乐皇帝的政治雄心联系在一起，那么，郑和（1371～1435）船队在南洋和西洋（加里曼丹岛以西为西洋）的航行也与这位皇帝的政治雄心有关。这位皇帝在陆地上北击大漠和草原上不肯内附的蒙古部落的同时，还把目光投向了浩瀚的大海。在某种程度上，大元帝国的业绩吸引着他。

郑和的远祖为麦加王族，北宋时移居中国，其四世祖从成吉思汗西征有功，后代在元朝世代为官。郑和11岁时被俘入明军，后在燕王府为太监，并因战功受朱棣赏识。1405年6月（农历）由郑和、王景弘及一批军官率领的27800多名官兵和水手乘一二百艘巨型木帆桨船出海远航印度洋。这种海军远征船队式的远航一共举行了7次，直到宣德八年（1433）才结束，历28年。郑和等人的后半生基本上献给了这项事业。这次航行的船队遍抵南海和印度洋沿岸，以及波斯湾、红海海口和非洲东海岸的30多个国家。

从技术的角度看，郑和船队的航海是一次极大的成功。它作为中国航海史和世界航海史上一次空前的壮举而在印度洋上前人未涉的许多海域留下了航迹帆影，也是中国这个大陆国家首次大步迈向辽阔海洋的探险行为。郑和船队利用了中国的伟大发明：指南针，牵星板，装有披水板、船尾舵和风帆的能够在逆风顶水情况下航行的宝船。船上除了金币和货物外，还装备了当时差不多是最先进的火药武器。因而，除了战胜海上的风浪之外，这支远航船队还战胜了所有遇到的海盗和一些海边的小国的军事袭击。这次远航成功说明生活于太平洋西岸的中国人完全可以成为大海洋的征服者。在整个古代人类历史上，这是一次组织最为严密、人数最多、规模最大、次数很多、历时很久技术最为完备的远航。

关于这次航行的目的，据说有政治的、经济的、外交的几个方面。永乐皇帝在攻陷南京后没有在宫中找到建文帝（继承朱元璋皇位的皇帝长孙）的尸体，怀疑他流亡海外，寻找这位流亡者可能是郑和的一项秘密使命。另外，在郑和船队首次出海的前一年（1404），中亚强大的蒙古后裔建立的帖木儿帝国曾集结了40万～50万军队准备东进中国，很可能永乐皇帝当时已感觉到了西方的威胁，试图开辟西洋的海上通路，以结交西海（中国古代对阿拉伯海、波斯湾、地中海等西方水域的通称）诸国牵制这个可畏的敌人。可幸的是帖木儿在郑和船队出海前的4个月（1405年2月）病死在率师东进的路上，他的儿子继位后放弃了东侵中国的计划，而明王朝可能较晚才得到这个消息。尽管郑和船队出海有这些隐隐约约的国内政治和西方威胁的因素，但船队所执行的皇帝旨意却是十分明确的。这就是：向西洋诸国宣示中国的富强，让他们在朝贡的名义下同中华帝国贸易来往。顺从者抚慰之，不恭者擒拿或击败之，力图以恩威并用的方法使他国，畏服，这是中国传统政治在这次海外远征中的生动体现。

明朝宫廷采取这样的政策是容易理解的。只有为了直接的政治目的才值得用2万多人的船队去海上冒险，也只有以河清海晏为目的的政治才能使海上的航路打通之后，不把和平航行变成征讨或海上掠夺。富有天下的皇朝的金银珠宝已经堆积如山，朝廷已不指望靠武力从海外得到巨额财富，只有在政治上畏服中国的前提下，大明帝国才能与海外番夷进行贸易。这时候，海外诸国稀罕的珍宝禽兽便作为中国声威播于四海、四夷来朝的象征，送到中国的土地上。显然，在郑和船队如林的帆影中，洋溢着这种传统政治的理想色彩，贸易的目的退居于次了。这种政治统率商业的情况是自秦始皇以来的传统。官府作为统治者的代表，不但掌握着社会中最大的、关键性的手工业工场的生产，也掌握着盐铁等关系国计民生的致富物资的贸易。民间的资本不可能靠经营商业而成为足以与朝廷抗衡的社会力量。朝廷自己掌握的商业由于享有无可争辩的特权（代表朝廷，进而代表天下）而不存在任何经营上的竞争对手。所以，科学技术的成果在这里没能得到最有效的应用，海上探险的发现也不会改变官方掌握的贸易的基本方向。官方的商业依靠政治上的优势获得经济上的优势，而并不依靠开拓新的贸易地域获得经济上的优势。即使是民间的商业依靠技术获得了经济上的优势之后，朝廷也会用政治上的优势来剥夺、限制它。

郑和伟大的航行圆满地达到了它的政治目的。在郑和年老之后，朝廷以经济的原因取消航行，因为从经济上来看，如此庞大的船队长年漂洋过海在贸易中取得的利益远远小于它自身的耗费。何况后来从政治方面来看，对明朝威胁最大的已不再是中亚气息奄奄的帖木儿帝国，而是临近北方长城一线的蒙古部落。对科学史来说，十分遗憾的是朝廷在停止远航活动后竟销毁了郑和航海的部分档案，可见当时明朝的上层统治阶层已经失去了永乐年间的雄伟气魄，转向经济上的计较和消极的和平主义。

从历史上来看，中国人在宋代最早获得放帆大洋的权利，元朝时忽必烈曾经试图向海外的日本和爪哇扩张，但一场风暴使元朝军队在日本海岸遭到了覆灭。明朝郑和的船队在当时世界上最先进的海上技术武装下出现在海洋上，规模盛大，影响深远，它大大增加了中国人对印度洋沿岸世界的认识，开阔了中国人的眼界。随郑和出洋的马观写了《瀛涯胜览》，费信写了《星槎胜览》。这些书和那些随船队远行的人们的经历与传说在社会中激起了巨大的反响。自此之后，中国东南沿海一带的海上私人贸易兴盛起来了，这里的居民开始一批一批地迁居南洋诸岛国，中国文化开始向这个地区渗透，这实际上为中国向海外发展开创了一个最早的机会。当西方殖民者和商人来到南洋诸岛时，中国移民已早于他们在这里扎下了根。中国人的优势很明显：在数量上超过了欧洲人，而且具有同自己的祖国更近的距离。但被天朝政治思想支配的中国明王朝并没有一直鼓励海外移民的政策，这些人的海上开拓事业和商业贸易活动不得不靠自身的力量勉强支持。总的看来，明清两代都对私人海外贸易和移民采取了限制政策。朝廷采取这一政策的理由是它要对国家安定负责，能使依靠大陆经济生存的朝廷改变海外政策的只能是海外出现的危及它生存的力量。实际上，早在明朝，日本的浪人和武士便随着两地贸易关系的加强来到中国的海岸从事海盗式的掠夺。日本社会中也出现了资本主义的萌芽。中国明朝的将军戚继光（1528～1587）在驱杀了这些海盗的同时，在海边要冲地带和辽东一带加筑了新的边墙。这个时期曾参与剿平日本海盗军事的郑开阳（生卒年不详）曾绘著了《万里海防图论》及日本、安南、朝鲜、琉球等一带的海图，相对于中国古代的大陆地理著作，这是新的内容，但它也反映了中国人在海洋上依然采取了大陆上的防守战略，没有沿着郑和时代的航道向海上强国发展。另外，和西方国家相比，中国人并没有过多地参与海外掠夺的海盗事业。严格的户口制度和海禁政策保证了安定，遏制了同追求金钱的恶欲凝结在一起的原始资本主义的生长，成熟的中华农业文明和传统的政治经济和文化观念作为强大的历史惯性力拖住了中国，使之不能积极参与蔚蓝色海洋上血腥的资本主义争夺活动。中国在明清时代保住了伟大的古老传统，并且最后迎来了最野蛮的外部打击和最痛苦的内部挣扎。

朝廷保守的海洋政策也可能消灭了中国科学革命的若干契机。明代人茅元仪（1594～1644？）在他于1621年出版的著作《武备志》中保存了有名的《郑和航海图》。如果宫廷的航海档案不被销毁并能向研究者们开放，中国人有可能从以上材料中记录的从赤道至北半球不同地区的北极星的不同高度，确切地推测出地球的形状来，使汉代张衡的朦胧猜想变得更加可信。当然，这只是一种假设的可能。事实上，由于中国传统文明本质上是农业文明，中国人重视土地甚于海洋，不如航海民族和商业民族那样喜欢海上探险，因而这种假设很难成为事实。

经济、技术的进步和困境

从朱元璋以猛治吏和以宽治民的政策开始，在明朝长达375年的历史中，随着土地和财富的集中和官场中腐败程度的加剧，商品生产也得到了相应的发展。这两种趋势是社会生活中两大股交汇的漩流，一同在历史的坐标中向前延伸。

明朝前期除了调整土地、兴修水利、鼓励农耕等农业政策外，对私人手工业经营和开矿也放宽了限制，甚至官营工场中的手工业工人在完成规定时间的工作外也可以在业余时间里干自己的活，得到一些额外的收入。经过一二百年的发展，明朝的商品经济便超过了以往任何一个朝代的水平。在明朝中后期发生的张居正（1525～1582）改革便反映了这一进步。掌握朝政达10年之久的张当时曾起用水利专家潘季驯（1521～1595）治理了黄河、淮河和运河，还在赋役政策上采用了一项新的措施——一条鞭法。按这种办法，把原来按户口和人丁派役的方法改为按丁、粮派役，税款、粮赋、劳役一律折为银两征收，朝廷有事再用银雇人承担劳役。这一改革能以实现，说明当时一般老百姓已经能够以银代赋税和劳役了，或者能在劳役中挣回一部分朝廷的银两了。商品货币经济之盛可想而知。一条鞭法是传统社会商品经济发展的产物，它反过来又促进了商品经济的发展，松弛了农民和手工业者对政府的人身依赖关系，使银钱成了封建社会内部生产关系的润滑剂。只是在官僚制度下，这种措施在各级官僚中间导致的第一个结果便是贪污之风日盛。这种商品经济的繁荣和官僚集团的贪污腐化过程的同步化发展趋势似乎成了社会经济和政治生活中的一对双胞胎。但是，无论如何，明代社会生活中出现了一系列前所未有的新现象，最重要的当属微弱的资本主义生产萌芽了。因为它的命运和科学技术在中国社会中的发展前途有关，也与中国社会能否从传统的经济和政治轨道中走出来有关。

早在宋代，反映典型的中国农家生活的著名的“耕织图”就表明当时技术的发展已能使农民家庭的手工业生产达到相当的规模。家庭手工业的普遍发展正是私人工场手工业产生的技术基础和社会基础。随着家庭手工业发展步幅的加大，农业生产出现两个重要的变化：一是技术的进步，它是社会中一部分人离开农业耕种转向专门的手工业生产的保证；另一个是经济作物的种植数量增加，它为手工业生产提供充分的加工原料。明代在这两方面的进步都是明显的。

明代的农业工具——犁锄杈镰和水车等已十分完备，农业生产技术和经验更加丰富，北方种稻在宋代已经开始，但明代的南方又开始大量播种双季稻和三季稻。甘薯和玉蜀黍（玉米）等高产作物在北方种植的面积扩大了。粮食的相对充裕使河南、河北、山东和两淮地区普遍大面积种植棉花。在南方松江地区200万亩的垦田中甚至有一半以上种植棉花（《农政全书》），农民以织助耕，有的地区达到“十室之内必有一机”（《天工开物》）的水平。工匠们在明代把旧的织布机改成了效率很高的“改机”，农民中出现了一部分专以织布为业的机户，另一些农民则专门植桑养蚕，以供丝织手工业之用。由于明朝从海外传入了墨西哥的烟草，烟草种植业也很有兴旺气象，明末已有大量人吸烟，但烟草手工业却还没有出现。这大概是惟一的耗损农业耕地却没有促进手工业发展的行业。当然，烟草在商业方面的重要性是显而易见的。除了棉丝纺织业方面的家庭工场和私人专营工场外，明代在采矿、冶金和陶瓷等行业都出现了规模甚大的民办工场。在全国最有名的江西景德镇瓷窑中，有58座官窑，900多座民窑。在官办和私营的丝织、造纸、浆染、榨油、铸铁、制瓷等行业的工场和作坊中，都有被雇佣的专门出卖劳动力的日工和月工。

当民间有了新的财源和富户之后，朝廷自然会增加新的税目，各级官僚也不会放弃中饱私囊的机会。这样，社会矛盾也就出现了。由于民间手工业规模的扩大，在明代反对朝廷和官府的斗争中就不仅仅是传统的破产农民中的“流寇”和饥民了，而出现了所谓“矿盗”、“炭党”、“蓝徒”，他们实际上都是工场工人中的反抗者。明代手工业行会中的工人和城市居民反抗官府的矿监、税监的斗争曾多次爆发，这是中国历史上首次出现的值得注意的城市工商业者反对专制官僚统治集团剥削的斗争，正是资本主义即将兴起的一缕晨光。

但是，由于中国城市中工场手工业者和商人没能通过海外贸易来寻找新的经济出路，因而他们的事业仍然被限制在大陆农业经济的范围内，无法取得冲击这个传统经济的强硬有力的开放性经济支点，进而在强大的皇权和专制官僚统治面前争取政治上和经济上的权利，这种皇权和官僚统治正是遏制民间资本向海外发展的主要力量。这样，随着农民和地主的经济和政治矛盾的总爆发，中国城市中新生的资本主义生产方式萌芽便在整个社会破坏性的历史大震荡中被摧折了。而且，即使没有这样的历史大震荡的摧残，也很难想像它会很快长成自由资本主义经济的大树。

旧知识和新知识

明代的科学和技术知识在宋元的基础上还没有发生重大的革命，因为当时的社会经济生活还没有使社会对科学技术进步的需要变得足够强烈。但这个时代的几项重大科技成果在中国科技史上无疑具有极重要的地位，它们反映着明代科学技术在当时社会中依然如旧的总处境，也表现了中国传统科学技术在原有范围中的成熟性发展和向一个新的转折点的逼进。

除了前面已经叙述过的许多技术成就，还有一部集中地全面反映明代农业和手工业的鸿篇巨著——《天工开物》。这是博学多才的学者宋应星（1587～1666）写的。宋应星28岁在南昌得中举人，此后曾在八股文考试中五次进京，但均未高中，做过低级官吏。他后半生对技术的热情和献身精神远远超过了对仕途的追逐。他潜心研究并于1637年撰成的《天工开物》是继战国时的《考工记》之后出现的又一部技术巨著，是中国社会出现资本主义萌芽时的一部伟大的农业和手工业技术百科全书。宋应星在《天工开物》序言中表明他写此书的目的是让一般的士人了解更多的实际的事物。这是针对当时的知识分子重经文而轻格致之学和技艺而写的一部著作，因而作者也指出这是一部“大业文人弃掷案头”、“于功名进取毫不相关”的书。该书出版后曾在明末清初风行一时，并使作者在身后获得了世界性的声名，但在清朝乾隆时代以后被中国社会所冷落。《天工开物》在传入日本后受到了欢迎，逐渐被译为日、法、德、英等文，被外国人视为中国技术的百科全书。据此书和明代各类文献资料以及大量遗址和遗物可知，明人已经采用火药爆破法采矿，用竹管吸排煤矿中的瓦斯气，发明了焦炭以冶铁，冶金炼钢法有了改进，并最早开始炼锌。在冶金技术方面广泛采用了鼓风的活塞式木风箱，并用木铁结构的机车在矿山运料。与纺织的改进和推广联系起来看，明代后期手工工场中的机器已经相当复杂，机器的手工制造工场已有相当大的规模。

如果比较一下宋应星所处时代欧洲的手工业技术就可以看出，中国和欧洲的技术水平当时是相近的，并没有拉开很大的距离。因为当时在欧洲发表不久的著名技术著作是意大利人毕林古齐（1480～1530）的《烟火术》（1540年发表）和德国人阿格里柯拉（1490？～1555）的《金属学》（1556年发表）。这两部书比《天工开物》早七八十年，但它们所反映的技术水平是相近的。惟一不同的是：从宋应星的书虽然可以看出中国传统的技术正在向一个新的进步阶梯逼进，但由于中国社会经济生活中缺乏一种推动力，这个技术上刚刚出现的进步趋势在逼进临界点时停止不前了。中国人的技术发展没有走向变革，宋应星的书不是攀登新的技术阶梯的垫脚石，而变成了一个历史总结。而在欧洲，科学则大踏步地发展起来，从而最后和技术一起汇成了一股科学技术全面进步的浪潮。关于这一点，值得提到两个有代表性的人物，这就是比宋应星大23岁的意大利人伽利略和在宋应星辞官回乡隐居（1644年）时刚刚两岁的牛顿（1642～1727）。

中国传统的医药学在明代有一个辉煌的里程碑，它是由湖北人李时珍（1518～1593）树立起来的。李时珍出身于一个世代医家，试图求仕，14岁时中秀才，但其后三次乡试都未中举。在心灰意冷中他同科举仕途告别，投身于先辈的行业，并把毕生精力花费在药物学研究上。他的勤奋和天才使他成为名医和中国古代最伟大的药物学家。李时珍的190万字的《本草纲目》是研读前人书籍的读书心血与千百次采药行医的经验结晶。在介绍该书时，他写道：“唐宋本所无、金元我明诸医所用者，增入三十九种，时珍续补三百七十四种，虽曰医家药品，其考释性理，实吾儒格物之学，可裨《尔雅》、《诗疏》之缺。”（《本草纲目·凡例》）此书在作者去世三年后出版，迅速在中国、日本、朝鲜、越南和欧洲流传。李时珍的书在药物的数量和对所载药物的研究方面都超过了《神农本草经》以及唐代官方的《新修本草》。明代在医学方面还有三位有创新思想的人。元末明初的江苏昆山人王履于1368年写出《医经溯洄集》，指出了温病（传染病）与伤寒的区别，开始了中医对传染病的认识。明末的江苏吴县人吴有性（1592～1672）在各地行医的过程中对传染病作了专门研究，写出了《温疫论》一书，为中医温病学说奠定了基础。另一位江苏南通人陈实功（1555～1636）则是一位外科专家，1617年写成著作《外科正宗》，他能把切断的喉管缝合起来。他们给传统的中国知识宝库中增加了新知识。另外一件重大的医学发明是明朝隆庆年间（1567～1572）安徽太平县一带的民间医生发明的预防天花病的人痘接种方法，开始向全国传播，这无疑是高出当时世界上任何地区医学知识的免疫学大发明，反映了中国传统医药学的坚韧生命力。

显然，只有在一个世世代代以农业种植为生的农业民族中才可以产生李时珍这样的医学家和药物学家。中医中药学与中国的农业文明同根相连。任何一个民族同疾病作斗争的条件和技术总是建立在其地理环境和社会生产所提供的基础之上的。中国的汉族医药学与藏族、蒙族以及所谓西医的区别都是历史上的生活环境和生活条件所造成的。在古代，它们的区别并不明显。但在李时珍的时代，西方医药学的发展已经出现了新的势头，李时珍则致力于一个古老的医药学体系的完善。

明代音律学方面的大师是朱载（1530～1610）。他因发明著名的十二平均律而闻名后世。朱载是明仁宗（永乐皇帝之子）庶子郑靖王的后代，是王族中有继承王爵地位权利的一个王子，但他对这一特权地位毫不留恋，却迷上了乐律学的研究。为此万历皇帝给他赠了写有“让国高风”的匾。古代的“三分损益法”，西汉人京房、隋代人刘焯的工作，尤其是南朝人何承天的工作等，是朱载工作的基础。何承天曾企图完善地解决这个问题，他把三分损益法计算后出现的差数平均地加到了12个律管上，给朱载的研究提供了一个基础。朱载在长期的钻研、实验和计算后终于成功地解决了这个问题。他找到了一个公比为122的等比级数，按照这个公比给出的级数使弦或律管上相邻两律的频比完全相等，并且使比基音高八度的音频正好比基音高出一倍，从而成功地发现了声音振动和弦的长度变化之间的一条规律。这是音乐史上的一件大事。朱的成就反映在他写的《乐律全书》中，这套全书包括13部著作，内容涉及乐律、算学和历法。

明代完全具有新特色的一个人物是徐霞客（名宏祖，1586～1641），他是纺织业最发达的长江三角洲地区的江苏江阴人。他的家乡是资本主义萌芽最为旺盛的地区，人们思想相当活跃。徐霞客与前述人物不同的是他从小便对科举入仕不感兴趣，而立志周游名山，考察地理。他的母亲甚至专为儿子缝制了一顶远游冠，并且是他归来时叙述异乡新事物的热情听众。他的著作《徐霞客游记》中最有价值的是对熔岩地貌的考察和研究。他大概是第一个用自己的钱财为资而献身地理地貌学的中国人。徐霞客没有为科举考试而去适应八股文的格式，所以，“他的游记读起来并不像是17世纪的学者所写的东西，倒像是一位20世纪的野外勘测家所写的考察记录”。

最后要提到的一个明代技术成就是计算技术方面的进步：1450年，浙江人吴敬积20年之功完成了《九章算法比类大全》，其中有许多新内容是关于商业数学的。另外，春秋时中国古人发明的筹算方法，在明朝时被新发明的算盘珠算法所全面取代。算盘在南宋时已经被民间的算学家所发明，元代的一些商栈中已经应用了算盘，元代末期陶宗仪在1366年写的《南村辍耕录》中有关于珠算盘的明确记载。明代商业和贸易活动繁荣以后，算盘算法便在全社会全面推广开了。在程大位（1533～?）于1592年写成的《算法统宗》中，595个应用题全不用筹算而用珠算解出。

中西合流的科学趋势

明朝建立后才一年（1369），麦加人马德鲁丁和他的两个儿子来到中国，精通天文的马德鲁丁被任为钦天博士。他的儿子马沙亦黑和马哈麻后来也任回回司天监之职，并翻译过《回回历法》和《明译天文学》。中国和阿拉伯世界的学术联系在明代相对削弱了，但并没有中断。

到明代后期，中国的科学技术已相对于欧洲落在后面，不过这一时期欧亚大陆西方和东方的学术联系也开始了。由于欧洲在1517年开始了路德领导的宗教改革，新教势力在各国蔓延，天主教会不得不采取措施应对。1534年，天主教信徒、西班牙贵族依纳爵·罗耀拉（1491～1556）创建了耶稣会，1540年得到罗马教会批准，开始派大批教士到世界各地传教，扩大天主教势力。一大批耶稣会教士来到了中国。这也正是欧洲科学革命兴起的时期（以哥白尼于1543年发表《天体运行论》为标志）。这些传教士大都是饱学之士，对欧洲当时发展中的技术成果和科学发现了解得很多。其中最早于1582年来到中国的意大利人利玛窦（1552～1610）带到中国的世界地图（《万国全图》）。就立即在士大夫阶层中引起了震动，中国人开始了解远西诸国的情况和五大洲，知道了中国在地球上的位置。

明朝的大科学家徐光启（1562～1633）正生活在这个时代。徐出生于上海一个小商人兼地主的家中，于42岁时在南京入了天主教，次年中了进士，在明朝宫廷任翰林院庶吉士，后来升为礼部尚书兼东阁大学士、文渊阁大学士等。徐的经历说明他是一个受到了欧洲文化影响的传统知识分子。他在科学上的活动也具有继承传统学术与接受欧洲学术两个方面，因而使他成了中国科学技术史上一个划时代的人物。

徐光启最重要的著作是《农政全书》。这本书大部分是转录先代人和同代人已经出版了的文献，他自己写的约占1／8，这是一部着力总结当时农业技术的汇集性著作，是中国古代十大农书中的佼佼者，也有相当高的科学史和技术史价值。书中记述了他自己将南稻北移、在北方培育优良稻种的情况。

徐光启在明朝宫廷当官时，有许多耶稣会的教士们来到北京活动，企图取得崇祯皇帝对他们传教活动的支持。徐光启这个已加入天主教的中国显官和他的同僚李之藻（1566～1630，浙江人，基督徒）等人对耶稣会教士们的自然科学知识十分感兴趣，因而与他们来往密切，推崇备至。当崇祯帝命令编写新的历法时，徐光启和李天经（1579～1659）聘请了龙华民、邓玉函（瑞士人，1621年来华）、汤若望（德国人，1622年来华）、罗雅谷（意大利人，1624年来华）等欧洲传教士参加，于1629～1634年编出了《崇祯历书》。在这本历书中，传教士们采用了第谷·布拉赫（1546～1601）的宇宙体系，介绍了托勒密的本轮—均轮系统，引用了哥白尼、伽利略、开普勒（1571～1630）等人的一些天文数据和资料，明确引入了地球的概念。但由于耶稣会教士们对哥白尼理论的偏见，他们没有讲到哥白尼的宇宙体系。另外，由于在开普勒于1609～1619年间发表太阳系行星运动三定律之前，他们中已有人离开欧洲来到了中国，也有人是在此期间或略后一些时间离开欧洲来到中国的，所以《崇祯历书》对开普勒的伟大发现也没有介绍，只译出了开普勒《论火星的运动》一书中的部分材料。但总的说来，《崇祯历书》已突破了中国传统天文学的范围，引入了许多新的概念，应用了一些新的计算方法，使中国已临近枯萎的天文学老树获得了新的水分和养料，有了抽出新叶嫩枝的可能性，甚至有了产生一次天文学观念革命的可能。在天文研究的同时，徐光启开始制造望远镜。望远镜是1608年由荷兰眼镜商汉斯·利佩希发明的。中国汉朝时有了用聚光镜取火的记载（王充《论衡》），明末苏州的制镜业已很发达。徐光启召集了一些民间巧匠，在他去世后，由后继的历局主持人李天经负责，安排人专门制造，望远镜出现了。

徐光启还开始了另一项比《崇祯历书》的编写更重要的工作。这就是他和最早来中国的耶稣会传教士利玛窦翻译出欧几里得《几何原本》15卷中的前6卷，这是中国最早正式翻译出版的西方科学著作，是通过通晓中文的利玛窦口译、徐光启笔述而完成的。除《几何原本》外，他们还合译了《测量法义》、《泰西水法》，徐还写了《测量异同》和《勾股义》。毫无疑问，这种最初的翻译没有任何字典可以查找，它全凭两位译者自己头脑中的知识。利玛窦为了翻译和西人学习汉语的方便，于1605年在北京出版了他写的《西字奇迹》一书，这是中国第一个拉丁字母的汉语拼音方案。徐光启在当时已经看出，几何原理“举世无一人不当学，窃意百年之后，必人人习之”。

在完成这部分翻译工作之后，徐光启的同僚李之藻与利玛窦合作，翻译了介绍西方笔算方法的《同文算指》。另外，他们还编译了其他一些欧洲人的数学和天文学著作，并极力在朝中士大夫中间宣扬西学之长。徐、李二人成了中国知识分子中间第一批把目光投向遥远欧洲的科学世界的人，因而，他们的事业也构成了中西科学发展的一个历史交叉点。徐、李二位大官的提倡推动了一部分士大夫的仿效。经瑞士人邓玉函（伽利略的同学）口述，王徵笔译了《远西奇器图说》；经汤若望口述，焦勖笔译了《火攻揭要》。清初，南怀仁（1623～1688，1659年来华）编译了《神武图说》。自此，传入中国的欧洲新知识已有：欧氏几何，算术笔算法，对数（由1646年来华的波兰人穆尼阁（1611～1656）在南京传给从他学习的薛风祚，薛编成《比例对数表》），三角学，地球的形状和世界地理，望远镜知识，重心、比重和杠杆原理，滑车和轮轴、斜面原理，火炮铸造、运用、安置及子弹和地雷制造技术等。处于末路穷途的明朝万历、崇祯两朝的皇帝和官僚们对待基督教和西方的科学技术倒不存在太多的偏见。利玛窦在当时的士人中很受尊重，有人赠言赞他为“西极有道者，文玄谈更雄，非佛亦非老，飘然自儒风”（《西字奇迹》），他后来通晓中国历史，能写一手漂亮毛笔字。汤若望和南怀仁被任命为明朝铸造铳炮的设计者，崇祯皇帝在明朝灭亡前甚至任命汤若望负责采矿工作。一大批传教士纷纷在明末涌入中国，这些都是与伽利略同时代的人。当时欧洲的科学技术发展正在加速，进行着从哥白尼到伽利略、从开普勒到牛顿的革命，中国人已有幸紧步其后。当时欧洲殖民帝国还没有力量以军事手段侵略和侮辱中华帝国，或许这个古老国家可以在自尊自立的情况下步入近代。但是正在这个时刻，中国的社会已病入膏肓，并且临近发作了。明末一场可以预测但不可避免的历史大变乱改变了皇帝以及所有外国传教士和中国士大夫们的命运。

总的看来，明代中国社会的经济、科技和文化旧母体中曾慢慢长出一些新的文明枝叶，明代前期曾试图从传统的大陆政治基地上走向海洋，后期开始接受距离遥远的西方文化和科学技术。但在当时世界文明进步的历史坐标上，中国社会的历史包袱也日益沉重了。统治阶层在政治上的腐败和保守的传统经济模式遏制了社会生活中产生的新活力，历史中的保守趋势从整体上压倒了进取的趋势。由于发达的农业文明和潜伏于这种文明之中的周期性的土地集中、人口增长、经济危机、政治腐败和天下大乱，整个社会无法有效地吸收和利用它自身创造的科学技术成果。具有进步性质的科学、技术、文化方面的新生事物产生是艰难的，发展是不健康的，中国坐视着欧洲的进步和向全世界的殖民扩张，并在消极地等待着近代资本主义对古老东方的未来冲击。

在叙述西方科学技术于明末大批传入中国的同时，还应该通过更大的历史跨度来看一看东西方的技术文化交流。自从西汉张骞于公元前115年打通丝路以来至郑和航海的明朝前期，中国的科学技术在整体上始终处于古代世界的最前列。在这1500多年的时间内，从中国经中亚和海路传到西方和中国周围各国的技术发明曾对亚洲和欧洲文明的发展起到了极其重要的作用。根据李约瑟博士的研究结果，从汉代至明代从中国辗转传向西方的中国古代伟大发明包括缫丝、纺丝和调丝机（远古发明）、平放织机（也可能是印度的发明）、提花机（商代发明）、铸铁技术（春秋时开始采用）、弩（战国时发明）、石碾（汉代前发明）、水力石碾（汉代发明）、船尾方向舵（汉代出现）、水排（汉代发明）、龙骨水车（汉代发明）、风扇和簸扬车（汉代发明）、纸（汉代发明）、瓷器（汉代出现）、风筝（汉代出现）、独轮车（三国时发明）、马蹄铁掌和马镫（三国至晋代发明）、火药（唐代发明）、雕版和活字印刷术（隋至宋时发明）、活塞风箱（宋代发明）、高效的车马系套方式（宋代发明）、走马灯（宋代发明）、指南针（宋代发明）、游动常平悬吊器（宋代发明）、水密封船舱（宋代发明）、深钻技术、铁索吊桥、高效动力帆、弧形拱桥、竹蜻蜓（明代发明）……欧洲人在他们的生产和生活中吸收了古老东方的这些伟大发明，在他们那块多民族林立的土地上开始了新的技术创造。从元明时代开始，欧洲的科学技术发展速度加快了，中国逐步由先进的技术输出国变成了潜在的技术输入国，欧亚大陆两端的伟大东方古代文明和近代欧洲文明的天平开始偏向西方。这种趋势一直持续到1840年前后，中国在技术上逐步落后的结果突然暴露在国人面前，以致使人们改变了对整个世界的看法。