“中國傳統(tǒng)科學

與文明”選講

——中國科學文明史上的20

2008-05-122前言中國科學技術史具有非常豐富的內涵?？茖W技術史是國家一級學科。弗朗西斯?培根、馬克思和恩格斯推崇中國發(fā)明造紙、印刷、火藥和指南針。李約瑟為證明中國傳到西方的不只這四大發(fā)明，在《中國科學技術史》中僅講機械等技術的西傳，用a，b，c，d，排列，寫到z瓷器。他說：“我寫到這里用了句點，因為26個字母都已用完了，但還有許多例子，甚至重要的例子可以列舉”。根據教學計劃，本講要在3節(jié)課的時間內，講述明末前中國傳統(tǒng)科學與文明。只能選講。選例原則：科學性，歷史性，知識性，趣味性。3第1項：新石器時代的骨笛

有8千年的一批笛子，在河南舞陽賈湖遺址出土。是由丹頂鶴腿骨制成的，至今仍可演奏5良渚文化6第2項：仰韶文化的標志彩陶仰韶文化：距今7000年至5000年。分布在黃河中下游。已形成較大規(guī)模的建屋而居的聚落，燒制和使用彩陶。發(fā)展了裴李崗文化，原始氏族從繁榮到衰落時期，分布之廣、延續(xù)之久、內涵之豐富，世界上首屈一指。典型遺址有鄭州大河村（空心墻排房和天文學陶器花紋）、鄧州八里崗（從聚落布局了解社會）、淅川下王崗（母系氏族聚居的長屋）、靈寶西坡、靈寶北陽平遺址群、安陽后岡、三門峽廟底溝、鄭州西山（5300年前黃帝之都）、濮陽西水坡（墓中蚌塑龍形制巨大）等。7仰韶文化時期的彩陶91011龍山文化的“蛋殼黑陶”1928年首次在山東章丘龍山鎮(zhèn)的城子崖發(fā)現黑色陶器，1930年始發(fā)掘出輪制黑陶和蛋殼黑陶，現代技術仍難仿制。漆黑光亮，被稱為“黑陶文化”，后命名為龍山文化，距今5000-4000年，與堯、舜、禹時期對應。出現較多城址，如安陽后崗、登封王城崗、淮陽平糧臺，印證了古史記載中方國林立的“萬邦時期”。開始使用銅器，如登封王城崗出土國內最早的青銅容器殘片。開鑿水井，可遠離河流谷地向內陸發(fā)展。1314第3項：

春秋早期管仲“人與天調”的思想

管仲（？—前645），春秋前期政治家，在《管子?五行》中闡發(fā)了“人與天調，然后天地之美生”的理念，這是人類的崇高理想管子的農業(yè)和生態(tài)保護觀“山林雖廣，草木雖美，禁發(fā)必有時，江海雖廣，池澤雖博，魚鱉雖多，網罟必有正。”（《管子?八觀》）“衡順山林，禁民斬木”（《五行》）“毋行大火，毋斷大木，毋斬大山，毋戳大衍?！保ā遁p重乙》）15第4項：特殊的中醫(yī)療法——針灸針灸是我國獨特的醫(yī)學治療手段。最初的針砭，其功用主要在于刺割癰腫、潰爛與放血等小手術，以后才發(fā)展到針灸穴位治病。針灸穴位的產生，現在所知至遲不晚于春秋、戰(zhàn)國時期。那時的名醫(yī)扁鵲，就是針灸高手。經絡與穴位，是個比較復雜的學說，它肯定要經過相當長的時間才能形成一個完整的體系。春秋、戰(zhàn)國時期形成的經絡學說，與西周時期開始出現的陰陽學說有著密不可分的關系。1718手足穴位與人體各部分的對應19第5項：體操的起源——導引術《呂氏春秋·適音》載：“昔陶唐氏之始，陰多滯伏而湛積，水道壅塞，不行其原。民氣郁閼而滯著，筋骨瑟縮不達，故作為舞以宣導之。”《路史·陰康氏》載：“陰康氏之時，……陰凝而易悶，人既郁于內，腠理滯著而多重(腫)腿，得所以利其關節(jié)者，乃制為之舞，教人引舞以利通之?！惫湃艘宰陨淼倪\動來增強體質，后世醫(yī)學與運動學家將這兩段記載作為“導引”術的起源。養(yǎng)生學就是運動保健醫(yī)學。導引術的動作源于人們模仿動物的姿態(tài)，希望人能像動物那樣矯健。21馬王堆三號漢墓帛書導引圖2223第6項：商周用失蠟法制青銅器失蠟法是一種青銅等金屬器物的精密鑄造方法。做法是，用蜂蠟做成鑄件的模型，再用別的耐火材料填充泥芯和敷成外范。加熱烘烤后，蠟模全部熔化流失，使整個鑄件模型變成空殼。再往內澆灌溶液，便鑄成器物。以失蠟法鑄造的器物玲瓏剔透，有鏤空的效果。矢蠟法在我國有悠久的歷史。湖北隨縣曾侯乙墓出土的青銅尊、盤，是我國目前所知最早的失蠟鑄件，時代是在公元前5世紀。失蠟法造就了我國偉大的青銅時代。華覺明：中國古代三大鑄造技術，《中國古代科技成就》，中國青年出版社，1978

252629木牘照片30書籍、信札等的名稱起源于簡牘把竹削刮平滑，截成狹長的片，叫削青，烤出水分，叫殺青、汗青；木簡木牘用較軟的楊柳木制成。簡牘長短不等。帝王簡長些，一般短些；漢簡長多23~27cm，寬多1cm左右。用筆墨書寫文字，用刀修改錯字。一簡牒常直書一行，用的麻繩、絲線(絲編)或牛皮條(韋編)叫編，數簡編連稱之為策、編或冊，多冊成篇，以末枚竹簡為軸卷起來，稱為卷，把首簡字露在最外面(今書封上印書名即源于此)。小而薄的版叫札，將版牘捆在一起叫函，傳抄經書的叫典，用布帛做套子叫帙或書衣，簡冊、卷帙均指書籍。將信寫于木版，然后再加一版叫作檢，寫寄信人、收信人姓名、地址，叫作署。將兩版合好捆扎，叫版牘，打結處涂粘土、蓋印（呈凸起的字），即封，粘土叫封泥。信簡長一尺，故信又叫尺牘。31323334第8項：《墨經》中的幾何光學知識“第一條是述影的定義與生成。第二條說明光與影的關系。第三條則暢言光是具有直線進行的性質的，并且描寫一個針孔成像匣的實驗來說明它。第四條說光有反射的性能。第五條論光和光源的關系而定影的大小。這五條論光和物和陰影的關系。光學的論影的部分已完備了。第六條述平面鏡中物和像的關系。第七條進而述凹球面鏡中物與像的關系。第八條則述凸球面鏡中物與像的關系。這樣光學中論像的部分也就完畢了?！?/p>

錢臨照，“論墨經中關于形學力學和光學的知識”《科學通報》2卷8期195135墨經闡明針孔成像原理

墨經設計了一個針孔成像匣，其現象是(1)周圍夠暗時應可以看見一個倒立的燭焰影像(2)蠟燭向左移動時，影像向右移，蠟燭向右移

動時，影像向左移；蠟燭向前移動時，影像

變大，蠟燭向后移動時，影像變小。(3)三者必在同一直線上。說明光的直進特性，

倒立像的原因。(4)樹葉間較小的空隙如同針孔，每個空隙都可

使太陽成像在地上。針孔成像是光直進原理的一種應用。36凸面鏡及其成像原理凹面鏡及其成像原理37《墨經》論光學是最早的幾何光學著作《墨經》論光學只有8條300余字，但邏輯嚴密，是世界上最早的幾何光學著作。前5條，首論影的成因，次述光和影的關系，第三以針孔成像論證光的直線進行，接著又說明光的反射，最后討論光、物、影三者的關系，光學中的影論基本具備。后3條分別論述平面鏡、凹面鏡、凸面鏡的成像規(guī)律，是光學中像論部分的基本內容，8條合起來即為幾何光學的基礎。

席澤宗：中國科學的傳統(tǒng)與未來，

《百名院士科技報告集》

38第9項：戰(zhàn)國韓非論人口與社會問題戰(zhàn)國時的韓非就認識到了人口膨脹帶來的社會問題，他說：“今人有五子不為多，子又有五子，大父未死而有二十五孫，是以人民眾而貨財寡，事力勞而供養(yǎng)薄，故民爭，雖倍賞累罰而不免于亂”。

《韓非子·五蠹》

這比馬爾薩斯人口論（1798）早2000多年。對比：上帝說：“你們要生養(yǎng)眾多，遍滿大地。凡地上的走獸和飛鳥，都必須驚恐，懼怕你們”，主張無限制生育。《舊約全書》39第10項：王充《論衡》觀察解釋雷電王充認真觀察了受雷擊而死的人：“人為雷所殺，詢其身體，若潘灼之狀……中頭則須發(fā)燒焦，中身則皮膚灼憤，臨其尸上聞火氣”。他觀察了打雷時的天象：“當雷之時，電光時見，大若火之耀”；“當雷之擊時，或蟠人室屋，及地草木”；“千里不同風，百里不共雷”；“正月陽動，故正月始雷；五月陽盛，故五月雷迅；秋冬陽衰，故秋冬雷潛”。于是王充得出結論說：“雷者，火也”。雷不是天怒，受雷擊而死也不是被天懲罰。40王充嘗試用實驗方法演示雷的產生王充甚至用實驗方法去演示雷的產生：“試以一斗水灌冶鑄之火，氣激弊襒裂，若雷之音矣。或近之，必灼人體”。《論衡·雷虛》“道術之家，認為雷燒石，色赤，投于井中。石焦井寒，激聲大鳴，若雷之狀?！蓖醭溥M一步由此得出結論：“實說，雷者，太陽之激氣也”?！墩摵狻だ滋摗吠醭鋸氐追裾J了天人感應說對雷的錯誤解釋。41第11項：西漢時已發(fā)現金屬置換反應在化學方面，西漢時的《淮南萬畢術》中即發(fā)現了金屬置換反應。將鐵放在硫酸銅即膽礬溶液中，使膽礬中的銅離子被金屬鐵置換而成為單質銅沉淀下來的產銅方法，到宋代曾廣泛應用于生產，是水法冶金技術的起源。東漢末年的《周易參同契》認識到了物質進行化學反應時的配方比例關系。東晉時的《抱樸子·內篇》發(fā)現了化學反應的可逆性。不少事實說明，中國的煉丹術比阿拉伯人更早地為原始形態(tài)的化學作出了貢獻。42第12項：體現整體和諧的都江堰工程四川水利工程都江堰歷經2000年而不衰，渠首工程的魚咀、飛沙堰、寶瓶口三者巧妙結合，分水、分沙的合理性，工程維修的科學性和簡單性，充滿了中國古人治水的整體性和復雜性思想，對當今的水利工程建設有著豐富的啟示。耗散結構理論的創(chuàng)建者、諾貝爾獎金獲得者普里高津（I.Prigogine）說：“中國文化具有一種遠非消極的整體和諧。這種整體和諧是各種對抗過程間的復雜平衡造成的”。

普里高津，《探索復雜性》1986434445第13項：祖沖之計算圓周率

祖沖之（429~500）計算圓周率，準確到小數點后七位，在世界上領先了1000年。他從圓內接正六邊形開始，依次將邊數加倍，求各正多邊形的邊長和面積，邊數越多，正多邊形的面積和圓的面積也就越接近，求得圓周率也越準確。計算的復雜性：他一直算到圓內接正24756邊形。24756=6×212，也就是說，要把同一運算程序反復進行12次，每一運算程序又包含有對9位數進行加、減、乘、除和開方等11個步驟。46勾股定理、劉徽原理、牟合方蓋祖沖之前后的數學成就（動畫演示）47第14項：人工選擇原理宋代王觀說：“今洛陽之牡丹，維揚之芍藥，受天地之氣以生。而大小深淺，一隨人力之工拙而移其天地所生之性，故異容異色間出于人間”。又說：“花之顏色之深淺與葉蕊之繁盛，皆出于培壅剝削之力”。王觀《揚州芍藥譜》這把遺傳和變異的關系，以及人工在變異中的作用說得一清二楚。所謂“天地所生之性”即遺傳性。達爾文說：“如果以為選擇原理是近代的發(fā)現，那就未免和事實相差太遠，在一部古代的中國百科全書中已經有關于選擇原理的明確記述”。

達爾文《物種起源》

4849多種多樣的人工選擇法中國人創(chuàng)造了多種多樣的人工選擇方法。公元前1世紀的《汜勝之書》中就提出小麥的穗選法，說：“取麥種，候熟可獲，擇穗大強者，收割下來成束曬干，收藏好，順時種之，則收常倍”。據6世紀《齊民要術》的記載：豬、羊、雞、蠶，禾、粟、穄、秫等在選育新品種時普遍應用人工選擇。通過人工雜交形成的新品種，可以把兩個或兩個以上親本的優(yōu)良性能結合起來，成為一個具有更高生產性能和更能抵抗不良環(huán)境的新的生物類型50有性雜交和無性雜交

有性雜交：如馬和驢雜交產生騾子。騾結合了馬和驢的特點，而勝于馬和驢。它從馬那里得到體大、力大、活潑等優(yōu)點，又從驢那里得到穩(wěn)健、不易激動、忍耐力強的優(yōu)點。像騾子這樣有用的種間雜交較少見。無性雜交：如嫁接技術，在我國很普遍。《齊民要術》記載：不同種的樹木進行嫁接，果樹提早結實，品質得到改良。“凡木之必須接換，實有至理存焉。花小者可大，瓣單者可重，色紅者可紫，實小者可巨，酸苦者可甜，臭惡者可馥，是人力可以回天，惟在接換之得其傳耳?！?/p>

陳扶搖《花鏡》1688

5152第15項：歷史上珍貴的天象記錄中國有長期、連貫、可靠的天文紀錄，彌足珍貴，其現代應用深受天文學家關注，許多國家在研究。首先注意到這種紀錄重要性的是著名天文、數學家拉普拉斯，1796年他在《宇宙體系論》里說：“法國圖書館所藏許多（中國）手稿里，有不少是還沒有經人整理的觀測，它們對于天文學可能有所闡發(fā)，特別是對于天體運行上的長期差”。來華傳教士宋君榮（A.Gaubil）提供的中國關于黃赤交角的觀測，為拉普拉斯的天體力學理論提供了佐證。

531054年記錄了金牛座超新星的爆發(fā)二戰(zhàn)后出現射電天文學，重視認證超新星遺跡，中國的天象紀錄發(fā)揮了作用。有權威天文學家認為，當今天文學的研究可以分為兩部分：蟹狀星云的研究和其他天體的研究。擔任過美國原子能委員會主席的麻省理工學院教授韋斯科夫（V.F.Wisskorf）說：“在人類歷史上有兩個7月4日，值得永遠紀念。一個是1776年7月4日，成立了美國。一個是1054年7月4日，中國天文學家紀錄了金牛座超新星的爆發(fā)，這次爆發(fā)產生了蟹狀星云?！?455第16項：歷史上珍貴的氣象資料中國歷史上大量的史料保存了上下5000年的與氣候變化有關的信息。竺可楨先生是我國現代氣候學的奠基人，他的重要工作之一，就是致力于氣候變遷的研究。從1952年開始，他不斷地從經、史、子、集，以及筆記、小說、日記、地方志中收集有關天氣變化、動植物分布、冰川進退、雪線升降、河流湖泊凍結等資料，加以整理，1972年于臨終前發(fā)表《中國近五千年來氣候的變遷的初步研究》，重建5000年氣溫變化史，受到全世界的關注。

56自然史、氣候史具有重大現實意義《中國近五千年來氣候的變遷的初步研究》發(fā)表后立即被譯成英德法日和阿拉伯諸種文字。英國《自然》雜志發(fā)表評論說：“竺可楨的論點是特別有說服力的，著重說明了研究氣候變遷的途徑，西方氣象學家無疑將為能獲得這篇綜合性研究文章感到高興?！爆F在，研究全球性的氣候變化，已成為一個重要課題，各國都在大量投資，計算機模擬等手段均用上，而竺可楨開創(chuàng)的歷史方法仍不失為一條途徑。57第17項：歷史上珍貴的地震資料地震預報十分困難，世界各國地震學家長期努力至今尚未研究出有效方法。歷史上的地震資料可以提供地震預報的重要參考依據。1950年代中科院編制了《中國地震資料年表》，用于建廠選址：地震烈度7度以上須加防固設備；10度以上，則根本不能建廠。收集歷史上各代各地地震資料，列出500多個建廠選址的地震烈度，繪出等震線，作出中國地震區(qū)域圖，滿足了當時經濟建設的需要。1976年唐山大地震以后，社科院、中科院和國家地震局歷時5年完成《中國地震歷史資料匯編》5大卷。58第18項：歷史上珍貴的水利地質資料三峽工程中，水利科學院水利史研究室查閱了1800年的水利史料和地質資料，現場考察3次，做出歷史模型和可行性方案，發(fā)表“三峽地區(qū)大型巖崩和滑坡歷史及現狀的考察研究”。報告指出：近2000年間，大型巖崩滑坡集中在幾個河段，具有周期性和季節(jié)性，規(guī)模最大的僅短時堵江，未形成攔江堆石壩。報告指出：秭歸、巴東境內的黃臘石和新灘兩地巖崩規(guī)模最大，危害嚴重，應先期整治和預防。對三峽地區(qū)今后可能出現的類似地質災害在地理分布，發(fā)生誘因、可能的規(guī)模和頻率提出預警。59第19項：中算“機械化”的現代價值中國《九章算術》等傳統(tǒng)算法具有機械化的特征，宋元時產生一套做法將幾何問題代數化。吳文俊先生利用我國宋元時期發(fā)展起來的增乘開方法與正負開方法，在HP25型袖珍計算器上，利用僅有的8個儲存單位，編制一小程序，竟可解高達5次的方程，達到預定的精度。經吳文俊院士發(fā)展，在計算機上實現了數學定理的機器證明。這是由中國學者開辟的一個現代數學學科的新領域，把傳統(tǒng)科學作為目的基因轉入現代數學中，使現代科學得以有新的發(fā)展。

60數學定理的機器證明包含歷史的基因1977年平面幾何定理的機器證明取得成功；1978年推廣到微分幾何；1983年周咸青在全美定理機器證明學術會上介紹了吳方法，證明了500多條難度頗高的幾何定理，轟動了國際學術界。穆爾（J.S.Moore）認為，在吳之前，這方面的證明處于黑暗時期，而吳的工作給整個領域帶來光明。一個突出的例子是由開普勒行星運動3定律自動推導出牛頓萬有引力定律，很了不起。吳文俊說：“繼續(xù)發(fā)揚中國古代傳統(tǒng)數學的機械化特色，對數學各個不同領域探索實現機械化的途徑，建立機械化的數學，則是本世紀以至綿亙整個21世紀才能大體趨于完善的事”

。61第20項：珠算是傳統(tǒng)數學的瑰寶珠算在東漢徐岳《數術記遺》（190）出現，算盤流傳全世界，對促進近代化功勛卓著，至今漢字圈里還有應用，在高度現代化的日本仍占有一席之地，珠心算在兒童數學教育中發(fā)揮作用。中國古人精于計算，明代以來算盤成為東亞商家必備工具，進入社會各階層，大行于世。打算盤時得之于心，出自于口，應之于手，做到“心到、口到、手到”，計算快捷、簡便、準確。珠算具備硬件、軟件，是簡易的計算機。珠算是我國的傳統(tǒng)數學文化中的瑰寶。6263珠算位居“改變世界的新發(fā)明”首位

中世紀以來，商業(yè)活動需要進行的計算量大增，由于沒有便于使用的計算工具，需要靠心算、筆算，速度慢、易于出錯，成為商業(yè)活動的負擔。有了算盤之后，極大促成了東亞乃至世界近代商業(yè)的興起，有學者發(fā)表論文，肯定在近代商業(yè)的繁榮中珠算所起的重要作用。2007年英國《獨立報》評選出101項改變世界的新發(fā)明，第1位是“算盤，公元190年，中國東漢”；新德里07年《印度時報》“改變世界的50項發(fā)明”，第1也是中國算盤。這充分說明了珠算的歷史作用和影響，已經得到國際上的公認和高度評價。64珠算申報聯合國人類非物質文化遺產

2007年珠算文化申報為我國非物質文化遺產已被批準通過，2008年即將由國務院宣布。2008年2月珠算文化申報聯合國人類非物質文化遺產代表名錄全國第一次專家會議在北京召開。聯合國教科文組織關于“人類非物質文化遺產”的定義：“各族人民世代相承的、與群眾生活密切相關的各種傳統(tǒng)文化表現形式（如民俗活動、表演藝術、傳統(tǒng)知識和技能，以及與之相關的器具、實物、手工制品等）和文化空間”。珠算