第二回 朴素哲学启蒙中国科技领先愚昧神教垄断欧洲物理衰落

王充发现：即使是大力士，也不能自己离开地面。张衡发明世界上第一台地动仪。马钧发明“龙骨水车”。“四大发明”标志着辉煌的高峰。而中世纪欧洲科技是一个长达千年的“黑暗时期”。

且说古代初期，科学体系尚未形成。中国率先进入了封建社会，并迅速发展了自己的科学技术。此时，罗马帝国日渐衰微，欧洲的奴隶制度走向没落。到公元 5 世纪末，随着罗马帝国的崩溃，欧洲也进入了封建社会。

但封建时代的中世纪对于欧洲的科学技术发展来说，却是一个长达 1000

年之久的“黑暗时期”。在这 1000 年里，中国则经过从隋唐到明初封建制的高度发展，中国的科学技术也形成了独具特色的体系，在世界上处于遥遥领先的地位，并对后来欧洲科学的复兴发生了重大影响，成为封建时代科学技术发展的突出代表和整个世界科学技术发展的重要源流之一。

东汉末年，由于农民起义和群雄兼并，原来统一的汉王朝又瓦解分裂， 逐步形成魏、蜀、吴三国鼎立的局面。

从此以后，除两晋有过一段统一之外，直到隋王朝建立约三百六七十年间，中国又陷入分裂、对峙状态，战乱频繁，不能不对社会生产和科学技术的发展有一定影响。

但这种战乱之间，毕竟存在着相对的稳定。而且，各个对立的政权为增强自己的实力，大都采取一些政治、经济改革的措施，关注农业和手工业的发展。

在这个时期里出现了中国历史上空前的民族大融合，生产技术和科学知识也由于人员的迁徙而得到广泛的交流和传播。

这一时期的科学技术并没有放慢继续前进的步伐，中国古代科学技术体系也得以充实和提高，并且涌现了如刘徵、祖冲之、张子信、贾思勰、王叔和、皇甫谧等著名的科学家。

长期的生活和生产实践，使人们逐步认识了众多的自然现象和它们运动变化情况，并试图对其作出理论的概括。在没有精密科学实验的古代，人们对物质结构和物质本源，产生了种种朴素的猜测。

其中，王充的思想在当时影响颇大。

王充（公元 27—97），东汉人。主要著作有《论衡》85 篇。他运用当时自然科学成就，创立了以气为基础的元气自然论。

王充提出“元气”是天地万物的原始物质基础，天地实体和自然界万物都由元气构成，元气是与云烟云雾相似的原始的物质元素。

他在《论衡·谈天》中说“天地，合气之自然也”。这就是讲，世界是由物质性的元气构成，而且物质性的元气是无限的。

他还说：自然界的万物生成死灭的发展变化，都是天地所含元素上蒸、下降与相互作用的结果。由于天地元气是自然界万物原始的物质基础，因此天地和元气都是不生不灭的。

他又说：“天地不生故不死，阴阳不生故不死。”至于自然界万物种类的多样性，则是由于各自禀受到的元气的粗细厚薄不同所致。所谓万物“因气而生，种类相产”。

由于天是气，王充就把它叫做天气；物是气，就叫物气；人是气，就叫人气；人是气凝结而成的，气聚结为人，就像气凝结为水一样，至于人之所以有智慧，乃由于人禀受了元气当中最精微细致的部分，即“精气”（又名“元精”）。

对一些具体的灾变，如日月蚀，气候变异、雷电交加、水旱灾、虫兽害等，王充也用“元气”一一加以解释，涉及了极其广泛的范围。

三国时期嵇康（公元 210—263）和杨泉（生卒不详），也谈到了元气。嵇康认为世界上万物都是由“元气”变化产生的，“元气”之外，再也

没有什么本体了。

嵇康主张求“自然之理”，他用元气自然论解释了声音的发生、传播， 就像气味散播一样：“音声之作，其犹臭味在于天地之间。”并以此批驳了当时利用音乐宣扬“天人感应”的无稽之谈。嵇康反对玄学，在物质本源上提出了一些朴素的唯物主义观点。

杨泉主要代表作是《物理论》。他对宇宙由气构成的思想有更清晰的表述：“环境保护天，元气也，皓然而已，无他物焉。”指出了元气是构成万物的基本物质，天空只有充满元气的空间。

杨泉还认为天体也是由气构成的，并且认为，虽万物都是由元气构成， 但是气有清浊，越是重浊的东西，它所凝的气越多。这些说法用元气观点统一说明宇宙与自然现象，是一种朴素的唯物主义自然观。

从现代物理学和哲学角度来分析，可以清楚地看出，在元气论中有些内容虽然以朴素形态出现，却包含着不少合乎唯物论、辩证法的深刻思想，其中有些也正是物理学乃至整个自然科学思想发展史上应该把握的环节。

力的作用问题，是研究力和物体运动之间关系的一个重要课题。王充在

《论衡》中作了较多的探讨。

他在《效力》篇中写道：“干将之刃，人不推顿，苽瓠不能伤；筱瓠之箭，机不动发，鲁缟不能穿。”意思是锋利的剑的剑刃，如果没有人用力， 连草木植物都不能砍断；优竹制成的良箭，不扣弩机，连白色的细绢都不能射穿。

由此说明潜在的机械威力，在没有人或笔力引发之前，即物体没有运动起来之前，是表现不出来的。

再者，王充已经深入到力、物体与周围环境的关系。他一方面已认识到日常的生活和生产中，外加的力能使物体产生运动，另一方面又考察了内力不能使物体产生运动这种发人深思的力学问题。

他指出“力重不能自称”，“奡、育，古之多力者，身能负荷千钧，手能决角伸钩，使之自举，不能离地”。奡、育，传说是古代的两位大力士， 尽管他们能身负千钧（一钧等于 30 斤）重的东西，手能扭断牛角和拉直铜钩， 力气很大，但不能把自己举起离开地面。王充用这个例子说明内力和外力。

王充还对物体在斜面上运动作了记载和分析。我国古代早就有一句成语叫做“阪上走丸”，就是人们观察到的事实：斜面上的物体在没有一定外力作用下，必有愈益向下运动的趋势。

王充在《论衡》中说得更透彻：“是任车上阪，强牛引前，力人推后， 乃能升逾。牛羸人罢，任车退却，还堕坑谷，有破覆之败矣。”这里“阪” 就是斜面，“任车上阪”就是使载重之车往斜面上运动。他大致意思是：载重之车在斜面上必须有相应的强力在前面拉和后面推，才能向上运动；一旦

失去了这些力的作用，运动就会变化，在斜面上的载重车当撤去外力时，其本身又会向下运动，堕入坑谷。

王充对圆球运动的观察和记载就更加细致和精彩。

他写道：“且圆物投之于地，东西南北，无之不可；策杖叩动，才微辄停。方物集地，壹投而止；及其移徙，须人动举。”

上面话意思说，圆球投在地上，东西南北，没有不能滚到的地方，只有用棍子去阻挡它滚动，才能使它的运动在短时间内停止下来。而方的物体投在地上，由于基底的关系，一扔下去就停住了，要使它改变位置，就必须用力去移动或上举。

物体运动的快慢也是力学的一个内容，王充在《论衡》中，对这个问题也作了阐述。

《说日篇》中说：“天行已疾，去人高远，视之若迟，盖望远物者，动若不动，行若不行。何以验之？乘船江海之中，顺风而驱，近岸则行疾，远岸则行迟，船行一实也，或疾或迟，远近之视，使之然也。”

大意是，当乘船顺风而行时，由于人离岸近视角大，近岸行驶的船看上去快，离岸远时看上去慢，而船行的速度实际上是一样的。同理，望远者动者似乎不动，行者似乎未行。因此天本来走得很快，由于离人高又远，所以看起来很慢。

对于这些现象的正确描述，表明王充已充分注意到由于视差，物体真实运动与视运动的快慢有很大差别。

王充还写道：“月行十三度，十度二万里，三度六千里，月一旦夜行二万六千里，与晨凫飞相类似也。天行三百六十五度，积凡七十三万里也。其行甚疾，无以为验，当以陶钧之运，弩矢之流，相类似乎？”

上面话的大意说，月和天的运动快慢也可以量度。天也是以一定速度在运动，而他们的快慢可用相似的机械运动——晨凫、陶钧和弩矢的运动来比拟。

在《状留篇》中，王充写道：“是故车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻乾行疾。”进一步说明物体运动的快慢和其本身重量的关系， 重量大的物体，要取得较快速度的运动，是比较困难的。

由上面的分析可以看出，王充在当时对力学的观察和研究中，有不少已经接近了近代力学基本概念的边缘。这表明王充是我国古代科学家中最接近近代力学概念的一位了不起的人物。

东汉时期，我国出了个科学家、文学家张衡（78—139）。

张衡出生于河南南阳西鄂石桥镇一个破落地主家庭。他的文学作品有《归田赋》、《二京赋》、《四愁诗》、《同声歌》等，科学著作有《灵宪》。张衡在我国和世界史上是以伟大科学家和发明家著称的。公元 112 年，

他 34 岁时从《太玄经》中开始接触数学和天文学。以后 20 余年中，他的全部精力集中于自然科学。

在汉代以前，我国的宇宙理论，大体上分为三种。一种是盖天说，认为天是一个半球形的盖，南高北低，象斜放着的伞，盖于地面之上。环绕大地的是海洋，天盖在大地边沿浸入海中，天地都由他们下面的气所撑起。天与地之间相距 8 万里。

另一种是宣夜说，此说认为，除了地和天以外，宇宙无形亦无质，空间是虚空和无限的。天体是浮于“元气”或“刚气”之上自由运动的。宣夜说

没有涉及天地形状和天体的运动。

浑天说在我国古代是始终占主要地位的宇宙论，一直被认为是正统的官方的学说。

张衡的浑天说认为，天是一个卵形的球体，直径为 200 万里，南北向比

东西向短 1000 里；地在天之中，天似蛋壳而地是蛋黄；地靠水浮着，天靠气支撑，半边天在地上，半边天在地下，日月星辰则附于天壳之上，随天周日旋转。

后来张衡又把地浮于水上改为地浮于气中。张衡的浑天说奠定了我国天文理论的基础。浑天说的基本思想是地心说，认为大地是不动的。

张衡不仅是一位精通天文历算的科学家，更是一位实验家和发明家。 他曾制造了多种天文仪器和其他仪器，创造了世界上最早的利用水力转

动的浑象，即浑天仪。

水动浑象是一个铜球，天空中的星辰都布于球面上。利用水力推动铜球一天转动一周，星辰的出没升降与实际天象相吻合。

张衡曾担任东汉王朝的太史令，他的主要职责之一是管辖天文学、地学和其他奇异自然现象的观测。

当时的首都洛阳是地震区。他目睹地震惨祸，下决心研究出一种仪器来观测地震，以便研究地震的规律，防止人民生命和财产受到损失。经过长时间的努力，他终于在公元 132 年研制出一种测定震中方向的仪器，定名为“候风地动仪”。这是世界上第一台地震仪。

地动仪是用青铜铸成，直径 1.94 米，高 2.27 米，形如大樽。它既是一种科学仪器，又是一种精美的艺术品。

它内部居中立着一根上粗下细的大铜柱，叫“都柱”。都柱周围八个方位设置八条中空滑道。仪器表面每个方位都铸着一条铜龙。每条铜龙嘴里都衔着一个钢球，下面都放着一只向上张着大嘴的铜蟾蜍。铜龙的下颌是铸死不动的，而上颌却是活动的，连着一根伸向里面的跷跷板式的杠杆。

如果在某个方位上发生地震，那么地面的振动就会从震中传来。在振动刚传到的一刹那，地面会顺着振动传播方向猛动一下。

这时候，候风地动仪里的都柱，就会象在骤然加速的公共汽车里站着的乘客一样，往后（即震中方向）倒下去。都柱顺着这个方位的滑道倒去，压下那里的跷跷板式的杠杆的里面一端，而使杠杆的外面一端（铜龙上颌）抬起。

这时，铜龙就张嘴，吐出铜球，“◻”地一声掉进铜蟾蜍嘴里。值班人员听到响声前来查看：哪个方位上的铜龙嘴里的铜球掉了，就说明哪个方位上发生了地震。

候风地动仪安装在首都洛阳的灵台（观象台）上。公元 133、135 和 137年相继发生洛阳有感的地震，它都测出震中方向，人们莫不叹服它的神妙。 138 年的一天，洛阳城里谁都没有感到有地震，而候风仪却测出西方位

上发生地震。人们都说它这次没有测准。过了几天，驿道上传信说，在洛阳以西的陇西郡果真发生了地震，人们这才真正信服它。

张衡认识到宇宙是无限的，在《灵宪》中，他明确提出了“宇之表无极， 宙之端无穷”的观点。

他还认识到行星运动的快慢与距离地球的远近有关。张衡第一次正确地解释了月食的成因，说明月光是日光的反照，月食是由于月球进入地球影中

而形成的。

张衡的地动仪灵敏度很高，比欧洲地动仪器早 1700 多年；张衡计算出的

圆周率比印度和阿拉伯的数学家算得的同样结果早 500 多年。

特别值得一提的是西汉末年的能工巧匠——丁缓（生卒不详），在制造机械、器具方面有丰富经验，有不少发明创造。

他制成了已失传的“被中香炉”，这种香炉“为机转运四周而炉体常平， 可置之被褥”。把香炉放在一个镂空的球内，用两个机架架起来，利用相互垂直的转轴和香炉本身的重量，无论外边如何转动，内部的香炉始终保持平稳而不会倾洒。

马钧（220—265），我国三国时期机械制造家。他一生致力于机械的发明、改造和制造，为生产技术的发展起到了巨大的作用，曾获“天下至巧” 誉称。

马钧生活很苦，无钱读书。由于他苦干实干，在长期的实际锻炼中刻苦自学，深入钻研，终于获得巨大成功。

他的著名功绩有：改进了织绫机，创造了龙骨水车，改进了诸葛亮的连弩，试制成转式发石器等，还制造出指南车和“水转百戏”。

织绫机是纺织上专织提花丝织品——绫的机器。原来的织绫机，为了提花，要把经线分成 60 综，而每一综必须用一个蹑操纵，工作起来手忙脚乱， 速度很慢，而且容易出错。

马钧仔细观察认真研究了这种机器，他把五个蹑合成一个，经过调整， 果然见效，十分方便省力。改进后的新机器比旧织绫机效率提高了 5—10 倍。

龙骨水车是马钧发明的一种提水工具，又称翻车。用它可以把低处的水提到高处去灌溉农田。

指南车是我国创造的一种机械指南工具。指南车是一种双轮独辕车，车上立一木人，一臂指南。行车前可根据天象定好木人所指的方向，由于车内有一套能自动离合的齿轮系，不管车行方向如何，木人始终指向南方。

马钧还是一个军事机械家。他曾研究和制造出多种实用的兵器，最著名的是改进了诸葛亮的连弩，创造了攻城用的转轮式发石器等。

由于马钧生于三国时期，战争频繁，马钧的创造没有得到当时统治者的重视。后来，他的这些成果，在生产中发挥了重要作用，特别是织绫机和龙骨水车受到广大劳动人民的欢迎和支持。

我国古代对于流体的某些特性，早有所知。春秋时孙武的《孙子·虚实》说：“水无常形”。《庄子》说：水之性“莫动则平”。

对于物体在水中浮沉现象的观察和研究，导致了浮力的利用。如在历史上广为流传的曹冲称象的故事，传为佳话。

曹冲（196—208），是东汉末期的实际统治者曹操的小儿子，才智超人。曹冲 7 岁时，东吴统治者孙权向曹操赠送了一头大象。当时我国南方大

象较多，属于亚洲象，体重可达 5 吨。

一天，曹操心血来潮，忽然想知道那头大象的体重。这可叫手下人为难了，因为当时的秤只有天平和不等臂秤，都不能一次秤量万斤东西。这时曹冲却想出了一个妙法，他说，只要将大象赶到船里，记下吃水深度；再将大象赶出来往船里装上每件都能称量的货物，一直装到原来标记的吃水深度为止；最后逐件称量这些货物，将他们的重量加到一起，就得到大象的体重。曹操听了儿子的这番话，可乐坏了，马上如法炮制，“称”出了大象的

体重。

祖冲之（429—500），在数学上关于圆周率的精确度的计算是众所周知的，但他在天文学、物理学方面也有贡献。

祖冲之在天文学方面的贡献是制定了《大明历》。

他不但继承了其祖父和父亲对天文历法的研究，而且勇于破除旧观念， 尊重科学，认真实践，发现了当时社会采用的《元嘉历》的许多错误，从而制定了《大明历》。

新历法改变了 17 年 7 闰的办法，提出了 391 年有 144 个闰月的新法。由

于封建统治者的保守和愚昧，直到祖冲之死后 10 年，他的儿子祖暅再三上书，梁武帝才同意颁布施行《大明历》。

祖冲之在物理学方面也有较大的贡献。在机械制造方面，他重造了指南车，重新制作水碓磨、千里船等。

再说公元 581 年，隋朝建立，589 年重新统一中国，从此开始了中国封建社会的隋唐盛世。

隋统一后，便继续实行均田制，注意减轻农民负担，使隋初就出现了经济繁荣的景象。

唐继隋后，更注意吸取历史教训，开明政治，缓和矛盾，大力发展生产。由于国家统一，社会安定，经济繁荣，便有可能将更多的人力和财物投入较大规模的工程建设和较大规模的科学活动，前者如大运河的开凿、长安和洛阳的兴建，后者如古籍资料的搜集整理，国家药典的编纂、大地测量的组织和实施等等。

伴随国力的强盛，中国与亚非各国的交往日益频繁，与唐发生联系的国家和地区已多达 50 多个，不仅促进了对外科技文化的交流，也刺激了诸如造船、纺织、造纸、陶器等生产技术的发展。

这样，在隋唐时期，农业生产技术获得了大幅度的提高；冶金和原来各项手工业技术得以迅速普及和全面进步；城市和桥梁建筑技术高度发展；雕刻版印刷和黑色火药问世。经过这一时期，中国古代的科学技术体系已经达到成熟阶段。

唐后五代十国曾出现几十年的封建割据。公元 950 年，宋朝建立，很快就结束了这种状态。

北宋时期，改革佃制，实行奖励开垦的政策，使农田面积大幅度激增。南宋时期，大兴水利，其大型水利工程已能灌溉农田几十万甚至上百万

亩。在农业发展的基础上，纺织、冶金、采矿、制瓷、造船等手工业生产空前繁荣，城镇扩大，数目剧增，商业贸易日益兴旺，且出现了纸币和汇兑。海外贸易也高度发达。贸易范围东至日本、高丽，南至东南亚，西达非

洲和阿拉伯国家，中国与 50 多个国家和地区建立了通商关系。

公元 1279 年，元朝灭南宋，再次统一中国。

元朝加强和发展了国内各民族的交流，并且继承南宋鼓励海外贸易的政策，使中外经济和科技文化交流发展到新的阶段。

由于生产的发展，经济的繁荣，实行扶植科技的政策以及民族之间、中外之间的科学技术交流，宋元时期的科学和技术在隋唐时期科学技术发展的基础上达到了整个古代科学技术发展的高峰期。

在这一时期里，冶金技术、名窑瓷器、建筑技术、纺织技术、水利建设、造船和航海技术都有巨大的发展，指南针的不断改进已被普遍应用于航海，

火药和火器、兵器的制造技术有了新的进步，在雕版印刷发展的基础上又发明了活字印刷术。

宋元时期，科技人才辈出。不仅出现了许多世界闻名的杰出科学家和发明家，而且完成了一系列重要科学著作，还涌现了一大批在各个生产技术领域具有突出贡献的能工巧匠。

与此同时，各少数民族也在技术和科学上取得了不少成就。这一切表明， 中国古代科学技术到宋元时期，已经达到他们在封建社会发展的顶点。

人们在长期的生活和生产实践中，随着天文观察、生产、交换等过程的发展，有关物理计量的探讨与运用也逐步丰富起来。

我国度量衡制度早期就形成，并用天文学或测地学的常数来定义地球上的长度单位，还有水运浑象、水运仪象台等复杂计时器的发明，这些都反映了我国古代计量技术的高明。

远古时，我国在天文上是通过立表测影进行观象授时。

表是一条直立的杆子，太阳光照射到表上，就在观测面上投射成一条影子。圭是测量影长的工具，是用石料或铜料制成的一条平板。在这条平板上刻凿尺寸。圭和表合成的整体，称为圭表。

利用圭表，在白天测量太阳的影子长度，根据表影的长短，就可以确定冬至和夏至等节气。

一年正午表影最长的日子，叫做冬至；一年正午表影最短的日子，叫做

1

夏至。再从这些表影最长和最短变化的周期中，知道一年有365 4 日。

圭表的作用，不但可以定夏至和冬至的时刻，而且在一日之内，根据表影长短的变化，也可知大概时间。

以太阳为对象测知时间，在晨昏或阴雨时候，就失掉作用。于是，人们在实践中发明了一种量度时间的仪器——漏刻。

漏刻又名水漏或漏壶。最简单的漏刻只有两个壶，即贮水壶和受水壶。人们只要看受水壶接受的水满到什么地方，就可以知道已经过了多少时间。这种利用静水压强的简陋仪器，在没有钟表的古代是一项重要的发明。

唐代和宋代的长度计量用尺度。唐尺试用大尺和小尺两种。传世出土的唐尺有镂牙尺、牙拨镂尺、鎏金雕花铜尺和土铜尺。唐镂牙尺长 0.3 米。

宋尺有“周尺”和“今尺”，它们的比例约是 18.45：25.30。今发现宋尺有木尺、铜尺、黄钟玉尺等。铜尺长 0.311 米。

唐宋时，远距离计量有丈杆、测绳、步车等工具。

丈杆，用杉木制作，取细直者，尺寸画准，用红圈在旁注读数。用杆测量距离一目了然，应用最广泛，今天还有人称测量为丈量。

测绳是用有刻度标记的细绳测量地面上两点的距离。

步车，原理如同今天的卷尺。通常先择嫩竹，将竹节平直者削成竹篾， 接头外用铜丝扎住，篾上用明油油上，即做成尺子，在尺上标上刻度。

在远距离计量长度时，我国还发明了记里鼓车。这是一种记道车，当车前进时，利用车轮的转动，可间接或直接地把车行的里数表示出来。

且说自张衡以后，到公元 725 年，唐代的一行（673—727）和梁令瓒所创造的水运浑天仪才有了新发展。它既能反映日、月运行规律，又是一种能自动计时的仪器。

一行、梁令瓒的新创造是“外络二轮，缀以日月”，就是在浑象外面安

装两个圆环，一个环上置一“太阳”，另一环上置一“月亮”。日、月两球和浑象，通过一系列的齿轮、连杆同主动水轮连接，用水流推动水轮，使整个仪器运转。

更重要的是它在计时方面的作用。我国古代，一日的 1/12 叫做“辰”， 一日的“1/100”叫做“刻”。水运浑天仪中的木人“至一刻”自动击鼓，“至一辰”自动撞钟，就是报这种辰和刻。

这种相当复杂的齿轮系机构，表明我国已能精确地传递轴和轮间的回转运动，同时可以进行变速及变更回转方向。

当时外国基本上还是采用“水漏”和“沙漏”记时，有轮的钟和自鸣钟的发明，要到 12 世纪至 13 世纪后半期。这比一行、梁令瓒的创造发明晚几百年。

宋元祐七年（公元 1092 年），苏颂（1020—1101）、韩公廉等人建成了水运仪象台。

他们在建造中，吸取了北宋初年民间天文学家张恩训所改进的自动报时装置的长处，通过力学知识把动力机械和许多传动机械组装成一个整体，造成宏伟又复杂的大型仪器，既能表示天象，又能进行计时。

在水运仪象台里有一种特殊的控制水力枢轮转动的装备叫做“天衡”， 它是一组杠杆装置。当枢轮以漏水为动力转动时，这一组杠杆装置能够对它加以控制。

水运仪象台中计时仪器的机械装置叫昼夜机轮。它前面即是 5 层木阁： 第一层木阁是昼夜钟鼓轮，负责全台的标准报时。这是因为在昼夜钟鼓

轮上有 3 个不等高的小木柱（起凸轮的作用），可按时拨动 3 个木人的拨子， 拉动木人手臂；刻正木人打鼓，时（辰）初摇玲，时正敲钟。

第二层木阁是昼夜时初正轮，轮边有 24 个司辰木人，表示 12 个时辰的

时初、时正，相当于 24 时，这轮上的 24 个木人随着轮子转动先后在木阁门前出现。

第三层木阁是报刻司辰轮，轮边有 96 个司辰木人，每一刻出现一个木人。

第四层木阁是夜漏金钲轮，可以拉动木人按更击钲报更数，并且可以按季节进行调整来适应昼夜长短的变化。

第五层木阁是液漏司辰轮，轮边设 38 个司辰木人，木人位置可以按节气变动，从日没到日出按更筹排列。

水运仪象台中和昼夜机轴相接的是浑象，它随机轴由东向西转动，和天体视运动一致，使得球面星座座位和天象相合。通过齿轮和枢轮轴相连的是浑仪，它也能随天球转动，就像近代望远镜有转仪钟控制着天球转动一样。唐以来天文学上的成果，借鉴力学、技术知识和机械传动方面的经验，

有不少创新。特别是计时仪器，堪称世界上最古老的天文钟。且说宋朝的一大发明，是由毕昇完成的。

毕昇（生年不详，1051 年去世），是著名的活版印刷术的发明者。

宋庆历（1041—1048）年间，毕昇在雕版印刷的基础上进行了大胆改革， 发明了胶泥活字印刷术。

这一伟大的发明，对世界文明的发展起到了巨大的推动作用，也表明我国在中古时期科学技术已远远走在世界各民族的前列。

印刷术在我国唐代就已经出现，那时西方国家还根本不会造纸。唐代采

用的是雕版印刷。

世界上最早的有明确日期记载的印刷品，是在我国甘肃敦煌千佛洞发现的公元 868 年的雕版印刷的《金刚经》。

到了宋朝，雕版印刷已十分发达。但雕版印刷刻版工作十分艰苦。随着文化的发展，雕版刻字速度已远远不能满足需要。活字印刷术的发明势在必行。毕昇为社会科学技术的发展，作出了举世闻名的贡献。

毕昇的活字印刷分四步：一是用胶制成活字，放入火中烧硬；二是排版， 把活字排在涂有松脂和蜡的铁板上，加热使蜡稍熔，用平板压字面，冷却后形成固定的字版；三是上墨印刷；四是拆版，稍加热使铁板上的字易于取下， 活字可反复使用多次，在现代印刷中仍以这种方法为基础。

胶泥活字易破损，没有得到迅速推广。

王祯（1271—1368）在毕昇活字印刷基础上，采用了木活字，克服了胶泥活字的缺点，使活字印刷很快得到普及，到明、清时代仍很流行。

事实上，毕昇本人也研究过木活字印刷，但当时没能解决木字沾水后膨胀的问题。

活字印刷首先传到朝鲜。朝鲜人在世界上首先使用了铸字模，铸造金属字。1241 年开始，朝鲜使用了铸字印书。1403 年开始大规模使用铸铜活字。1436 年，他们又发明了铅活字。我国的铜活字印刷则开始于 1490 年，此后印刷术没有取得更大的发展。

电学和磁学是研究电磁运动规律的一门学科。在我国古代，随着生产的发展和人们对自然现象的不断认识，较早地开始积累了某些关于电磁学的知识。

我国古代关于磁的知识更为丰富，特别是地磁学方面的贡献在当时世界上曾处于领先地位。指南针的发明与应用，不仅在我国古代军事、生产、日常生活、地形测量、航海中起过重要作用，且对促进东西方文化的交流和世界经济的发展都有功绩。

我国古代的思想家和科学家从对自然界物质本源的认识出发作过不少探讨：《淮南子·坠训形》中描述，阴阳二气彼此相迫产生雷，相互急剧作用产生电。

《论衡》中王充也类似地解释雷电成因。他说，夏天阳气占支配地位， 阴气与它相争，于是便发生碰撞、摩擦、爆炸和激射，从而形成雷电。

宋代周密的《齐东野语》则认为，阴气凝聚，阳气被包围在当中，一下子爆炸开来，于是就“光发而声随之”。

宋代朱熹解释道，雷电是“阴阳之气，团结之极，忽然迸散出”。用今天的物理语言，就是说当阴阳之气积累到一定极限时，极大的能量便在极短的时间内爆发。

对磁现象的认识，在我国比静电要早得多。远在 2000 多年前，由于冶铁业的创建和发展，人们在寻找铁矿的过程中，发现了天然磁体，它通常是一种以四氧化三铁为主要成分的磁石。

至于明确地提出磁石能吸铁，就现在所知，最早的记载当推公元前 3 世纪时《吕氏春秋·精通》所写的“磁石召铁，或引之也”。从这里，可以看到，当时对磁石的性质已有了解。

至于磁石吸铁现象的应用，在我国一些古籍中也早有记载。

后魏郦道元作的《水经注》书中就提到秦始皇为了防避刺客暗杀，用磁

石建造阿房宫的北阙门，使身怀刀刃的人入门时就被磁石吸住。

关于地球和天体磁现象的观察记录，在我国古籍中早有记载。我们今天知道，北极光是由太阳发出的高速带粒子使高空分子或原子激发而成。它因地球磁场作用而折向南北两极附近，形成一种辉煌瑰丽的彩色光象。

我国最早而又确实的北极光记录在公元前 950 年，《古今图书集成历象

汇编庶征典》卷 102 等史籍中有“周昭王末年，夜清，五色光贯紫微”这样的记载。

“夜清”即夜深人静时，光亮出现的具体时间，“紫微”是指光亮在天空中出现的方位。显然，五种颜色的光穿贯紫微垣天区的壮观现象，引起了人们极大的关注。

再如太阳黑子，是指太阳光球层上出现的斑点。

黑子有强到几千高斯的磁场，它常成群出现，往往发展成为两个具有相反磁极的大黑子，大黑子周围还有一些小黑子，以后缓慢地消逝。

《汉书·五汉志》上载：“河平元所⋯⋯⋯三月巳未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央。”这是现今世界上公认的最早对黑子的观察记载。

我国历代记录还表明：黑子出现最多的年月，也是极光出现频繁的时期。黑子和极光互有关系。

1977 年 7 月，云南天文台曾利用我国黑子和极光古记录，同时进行分析

得出：极光和黑子的出现都约有 11 年的周期，并不是近 300 年才有的暂时现象。

我国大约早在战国时代就发现了磁体的指极性，而对世界文明作出重大贡献的指南针，正是利用磁体的指极性制成的。它是我国古代人民四大发明之一。

指南针最初叫做司南，最早记载在公元前 3 世纪战国末年的《韩非子·有度》中：“故先王立司南，以端朝夕。”“司南”就是指南器，“端朝夕” 就是正四方的意思。

由于天然磁石琢磨成司南成品率低，磁性也比较弱，且与地盘接触时转动摩擦阻力较大，效果受影响，所以它的应用和流传都受到一定的限制。

从司南到指南针的过渡形式是指南鱼。北宋初年（公元 1044 年），由曾公亮主编的《武经总要》前集十五，介绍了指南鱼的制作方法及其应用。

由天然磁石的司南改进为人工磁铁做的指南鱼，其中已经包含了利用地磁场进行人工磁化和地磁倾角的知识。

现在已发现的关于指南针的最早的明确记载，见于 11 世纪北宋时期我国进步的政治家和杰出的科学家沈括晚年所著的《梦溪笔谈》。

《梦溪笔谈》全书 26 卷，该书内容广博，涉及政治、经济、哲学、历史、军事和科学技术等各个方面。大量篇幅阐述了作者在自然科学领域里的许多精辟见解，有关物理学的记述与探讨包括力学、声学、磁学和光学等部分。

《梦溪笔谈》24 卷《杂志一》中写道：“方家以磁石磨针锋，则能指南， 然常微偏东，不全南也。”

从上面的记述中，可以看到，那时指南针的磁性体已发展为针状，它和现在的磁针的形状极为接近。而在西方，公元 1205 年法国人古约特才记载用天然磁石摩擦磁化铁针来作指南针。

沈括发现了指南针所指方向“常微偏东，不全南”的现象，从观察、实验中揭示出地磁偏角的存在，也就是发现并测定出地磁子午线与地理子午线

之间的夹角。

沈括具体试验了指南针的四种装置方法：将磁针搁在指甲上；把磁针搁在盌沿上；以针横贯灯心草浮在水面上；以独股茧丝用蜡少许粘于针腰，于无风处悬挂起来。

他在亲自试验的基础上还对这几种装置进行分析评价，指出前二种方法虽然运转灵活，但“坚滑易坠”；第三种方法在水面上“多荡摇”，也不怎么明显；第四种方法悬丝法荡摇较少，又不易滑坠，同时运转也较灵活。这些方法虽与现代指南针装置不同，却给现代装置以启示。

我国发明的指南针，大概于公元 12 世纪末到 13 世纪初通过海上航路传进阿拉伯，然后再从阿拉伯传入欧洲。

当海船在海上航行时，船上旱罗盘的盘体总会随着海船颠簸而出现大幅度摆动，使得磁针常常由于过份倾斜而紧贴到盘体上，以致无法转动。这样， 它在海上的应用就受到很大限制。

至 16 世纪，欧洲航海罗盘开始有了新的发展，出现了常平架，就是我国现在称为“万向支架”的装置，它将旱罗盘挂在内圈内，使得不管船体摆动幅度如何，罗盘一直可以保持水平状态。这种常平架的原理与丁缓发明的被中香炉大致相同。

我国典籍记载指南针用于航海始于宋朱彧写的《萍洲可谈》：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”此书著于宋宣和元年（公元1119 年）。

至宋末，海舶交通已相当繁荣，到元代海运更臻隆盛。当时我国的大商船队活跃在南中国海及印度洋上，并到过波斯湾和非洲东边的岛屿。到明代， 我国强大舰队更曾几次远征到印度洋。这种长途的海上运动，如果没有可靠的指南针来指引航路，是根本不可能的。

再说沈括在声学领域里也有许多精辟的见解。

他的重要著作《梦溪笔谈》的卷五、卷六以及《补笔谈》卷一中有不少阐述了关于乐律、古琴的制作和传声、古乐钟的发声、共鸣现象等声学知识， 并记载了声的共振实验，在我国古代声学发展史上有着重要地位。

对于古琴的制作，沈括作了较多的研究。他在《梦溪笔谈》中总结了前人用桐木制作古琴琴面的经验后指出：“琴虽用桐，然须多年，木性都尽， 声始发越。”即必须采用胶质已脱，水份已干多年的桐木来制作。由于琴材干透，份量很轻，容易接受振动，声音也就能激扬出来。

沈括对古乐钟的发声问题也作了深入的研究。他在《梦溪笔谈》中写道： “古乐钟皆扁如盒瓦，盖钟圆则声长，扁则声短，声短则节；声长则曲，节短处声皆相乱，不成音律。”

上句话意思是，古乐钟大都铸成象两片瓦合在一起的样子，这是因为钟做成圆形则声长，钟做成扁形则声短，声短是指发声短促，没有延长音；声长是指发声有比较长的延长音，在快速旋律中，声音就相互叠加错乱，因而不成音律。

沈括在研究声的过程中，还做了声的共振实验。沈括认为我国古代的弹弦乐器——琴瑟都有互相应和的现象，即八度音能产生共鸣的音。

实验这样安排：为了要知道某一根弦的应弦，可以先将各条弦的音调准， 然后剪纸人放在待测弦上，一弹与它相应的弦，纸人就会跳动，弹其他弦， 纸人应当不动。如果琴弦的声调高低都相同，即使在别的琴上弹，这张琴上

的应弦同样也会振动。从这个实验可以看出，沈括对弦线的基音和泛音的共振关系的研究已相当深入，并有实用价值。

在宋朝时，火药已开始普遍使用了。

火药是我国古代四大发明之一，我国古代火药的发明，从现在能查到的历史资料来看，是在唐代初期。而火药用到武器制造上去，则是在唐末宋初。

唐末宋初时，人们已经能制造火药炮了。火药炮就是把火药包成容易发射的形状，火药包点燃后，放在抛石机上抛出去，威力比石炮要大得多。这样，各种火药武器应运而生。

北宋末年，人们分别制造了蒺藜火球、霹雷炮、震天炮等火药武器。火药武器的出现，反过来又推动了火药的研究和大规模生产。公元 1044 年，北宋的曾公亮等编著的军事著作《武经总要》中，不仅描述了各种火药武器， 还记下了世界上最早的三种火药配方。

自公元 13 世纪起，火药从我国经过印度传给阿拉伯人，又由阿拉伯人把它和火药武器一起经过西班牙传入欧洲。火药和火药武器传入欧洲后，对欧洲的社会和科学技术的发展产生了巨大的影响。

一提火箭，世界上公认是我国最先发明的。自三国时期起，我国史籍上已有关于火箭的记载。在《魏略》中载：诸葛亮“进兵攻（司马）昭，起云梯冲车以临城，昭于是以火箭逆射其云梯，梯燃，梯上人皆烧死”。

在火攻中，虽说已有“火箭”的名称，但它只是在箭头上附着油脂、松香、硫磺等易燃物质，点燃发射后以引起对方燃烧，实际上是一种带火的箭。

由火药喷射推进的火箭的发明年代，在我国大约是在唐末宋初。唐代在叫做烟火的玩物中已有了“烟火起轮，走绒流星”。

另据萨顿的《飞行科学》一书中讲到，在公元 1233 年，蒙古兵进攻时， 曾利用过火箭，转而传入欧洲，以后阿拉伯人的著作中称它为“中国箭”。

席姆所著《火箭与喷射》一书中也提到宋理宗绍定五年（公元 1232 年） 汴京之战，并说明守城的人如何用火箭把敌人吓退。根据他的分析和记载， 推动火箭前进的力不是用弓的弹力，而是火箭燃烧时向后喷射的反作用力。至 13 世纪末才在欧洲人的著作中看到火箭的字样。

到了元、明两代之交，我国的军用火箭已经相当成熟了。当时有位兵器制造家叫焦玉，是安徽宁国人。他在 1412 年写了一部讲火器的书，书中就介

绍了一种远射火箭：箭杆长 4.2 尺，箭头长 4.5 寸，箭杆前端绑有“纸桶起火”，放在发射架上或发射筒里燃放。“纸桶”就是装火药的纸筒；“起火” 就是起花，也就是“流星”。

然而，古代火药效力不高，因此火箭的穿透力不会太大；特别是用于远射，效果就更差了。不过，将它用于近射，还是有相当威力的。

焦玉的书上还介绍一种近距离作战用的火箭——“火龙枪”。它是竹叶枪与火箭的巧妙结合：在竹叶枪的前部绑上几个发射筒，筒里装几支火箭。当士兵用竹叶枪与敌人肉搏的时候，骤然从枪上燃放火箭，多支火箭同时射出，打得敌人措手不及，有一定杀伤力，威胁作用更大。

焦玉的书上介绍了两种飞弹——“飞空击贼震天雷炮”和“神火飞鸦”， 它们都是用火箭推进，可是箭头取消了。

据《武备志》上对“飞空击贼震天雷炮”的记载：“炮经三寸五分，状类毬，篾编造。中间用纸杆一筒，长三寸，内装送药。筒上安发药神烟，药线接着送药。外以纸糊十数层，油红色，两旁安辖风翅两扇。如攻城，顺风

点信，直飞入城，待送药尽燃，至发药碎爆，烟飞雾障，迷目钻孔。”

同一类中还有“神火飞鸦”的记载。原理上也相同，但它的目的主要是放火。

现代火箭炮就是飞空击贼震天雷炮的后代，不过它更像流传至今的更加古老的二踢脚。二踢脚的下半截可以说是“火箭发动机”，上半截可以说是“炮弹”。我们将它的外引信点着，引燃发射段，它就呼的一声冲上天，这是它的“火箭发动机”在工作；接着内引信自动引燃爆炸段，再乓地一声炸开来，这是“炮弹”在爆炸。现代火箭炮的工作原理也是如此。

且说中国中世纪科学技术高速发展的同时，欧洲也完成了从奴隶社会向封建社会的过渡。公元前 73 年，爆发了罗马历史上最大的一次起义，即斯巴

达克斯起义。此后罗马帝国在内忧外患的沉重打击下，于公元 395 年分裂成东西罗马。它标志着欧洲奴隶社会的结束。

随着欧洲封建制度的建立与巩固，宗教势力在封建统治阶级的支持下达到了登峰造极的地步。教会主宰了整个社会的精神生活，垄断了全部文化和教育，使基督教神学成为欧洲封建社会统治思想的集中表现。

奥克斯丁主教的《忏悔录》和《上帝之城》，是基督教神学的重要经典著作。由奥克斯丁开创的服务于神学的哲学，称教父哲学，公元 8 世纪以后， 又发展为经院哲学。他承认认识来自两条渠道：宗教神学的信仰和人类理性的推理，但认为它们都来自同一造物主的创造，最后都统摄于上帝，实际上是要把科学纳入神学的轨道。

在中世纪的欧洲被推崇的古希腊罗马的科学成就，除了亚里士多德的学说，只有托勒密的天文体系。这个体系也被用来证明上帝创造世界的教义。

总之，欧洲中世纪的 1000 年，特别是其前、中期，科学几乎是一片荒漠。当然，这并不是说科学技术的发展在这里出现了绝对的空白，科学作为纵贯历史的前后相继的线索也不会完全中断。

罗吉尔·培根（1214－1292）是英国唯物主义思想家、伟大的科学家、实验科学的先驱者。他是法兰西斯派僧侣，获得过神学博士学位。由于他的许多著作中的科学思想不为教会所接受，曾被囚禁 15 年。

罗吉尔·培根是近代实验科学的先驱。他积极主张从事科学实验活动， 认为观察和实验才是获得真知的唯一方法。

罗吉尔·培根在物理学方面，对光学的研究特别深刻。他所从事的科学实验工作，大多是光学内容。他的多数光学理论研究，都是以实验为基础，并设想如何应用于生活实际中去。他通过实验研究了凸透镜的放大效果以及光的反射和折射定理，便设想制造出望远镜、显微镜和眼镜等。他还通过实验证明了虹是太阳光照射空气中的水珠而形成的自然现象，并非上帝所造。总之，中世纪中国科学技术发展成绩是喜人的，但随着时间的发展，中

国科技进入了缓慢发展时期。此时，欧洲科技正在兴起。欲知后事如何，且听下回分解。