中国古代科学技术的发展

第一节　中国古代科学技术的发展

英国著名的中国科技史家李约瑟说：“中国在公元前3世纪到13世纪之间，保持着一个西方所望尘莫及的科学知识水平。”“中国的这些发明和发现，往往远远超过同时代的欧洲，特别是在15世纪之前是如此。”这段时间，中国人不仅首先创造了罗盘、火药、活字印刷和造纸术四大技术发明，并且在农业、天文、数学、医药以及冶金、织造、机械制造、水利灌溉、交通运输、工程建筑、航海等领域获得惊人成就。中国的陶瓷、丝绸和茶叶，早就闻名全球，中国的巨大工程如万里长城、南北运河，以及一些古代名胜古迹、宫廷建筑、帝王陵墓也是举世瞩目的。这些成就，不仅丰富了人类科学文化宝库，而且对于欧洲近现代文明也产生了深刻影响。

一、先秦时期的科技发展

1．夏商两代发达的农业、手工业、冶铜术

公元前两千年，在黄淮流域，中国人已建成庞大的奴隶制国家。

考古资料证明，夏末商初的农业、蚕桑业以及其他手工业、商业已相当发达。殷墟中出土的甲骨片中关于农业丰收的卜辞很多。这时已出现了金属工具，广泛种植禾、黍、稷、麦、秜（即水稻）等作物。商末除麻、毛织品外，还能织造绮丽的丝织品。商代的冶铜术发展较快，安阳殷墟出土的铜器，不仅数量品种多，而且制作精美，如1939年出土的商代司母戊青铜鼎，高1.33米，重875公斤，堪称稀世珍宝。

2．商人历算和天象观测

商人迷信鬼神，重视祭祀与占卜，同时也颇注意天象的观察和四季的变化。卜辞中出现有关鸟星、商星、大星、火星的记载。甲骨文中记载了公元前13世纪的月食。《竹书纪年》记有大约公元前1580年一次流星雨的记录。商代已有较夏代更完善的历法，把一年定为365天，为中国传统使用的夏历奠定了基础。商人还创造了六十甲子表，用来作年月的记号，沿用至今。

远在商代以前，中国人就创造了“十进位值制”记数法，对人类作出了非常重大的贡献。英国科技史家李约瑟说：“如果没有这种十进位制，就几乎不可能出现我们现在这个统一化的世界了。”

3．西周到春秋农业、手工业的发展

公元前11世纪末，西周王朝建立，从此中国开始向封建社会过渡。这一时期的农业生产已知道使用人工灌溉，并采取轮耕法以恢复地力。手工业仍以冶铸铜器为主，并传播到全国许多地方。陶器制作方面，出现了带青釉的陶器和板瓦、筒瓦等。

西周衰落后，进入春秋战国时期（公元前770～公元前221年），生产技术进一步提高。当时已经开始修建大型水利工程如西门渠等。战国时期，铁制工具已开始广泛使用，这使土地利用率和农产量有了显著的提高。到战国晚期，人们已开始掌握了将纯铁加热渗碳而制成钢的技术，这在世界冶金史上是非常突出的一件大事。

青铜器制作在战国也有新的提高和发展，除礼器、乐器、铜镜之外，还有数量较多的各种兵器和货币。

战国时代的纺织品生产颇为发达。东方的齐国以“文采布帛”著称于世。长沙出土的楚简上，有“罗”、“缟”等织物名称。楚墓中出土有织出菱形纹的丝绢残片，还有织造很细的麻布。

4．西周到春秋战国天文历算、医学方面的成就

西周以来到春秋战国时期，一方面，中国的社会生产和技术水平在稳步上升，另一方面，中国人在天文历算，医学以及物理知识等方面，也取得了不少重大发现和成就。特别是春秋战国时期出现的“诸子蜂起，百家争鸣”的学术活跃局面，给中国古代以及中古时期科学技术的繁荣以很大影响。

公元前687年，产生了世界上天琴座流星雨的最早记录。公元前613年，有了世界上第一次关于哈雷彗星的记录，比西方早600多年。历法则更趋精确，中国人把一年分为24个节气，并测得木星绕空一周为12年。数学方面，已出现了九九表和分数的概念，能进行四则运算。公元前1100年，中国第一次发现了“勾股定理”，根据是周公与商高的一次谈话，商高说，“故折矩以为勾广三，股修四，径隅五”，比希腊毕达哥拉斯发现勾股弦定理早五六百年。

公元前4世纪左右成书的《墨经》中，已出现了点、面、线、方、圆等几何概念，并记载了有关物理学方面的一些成就，如重量和距离对杠杆平衡的影响，小孔成像和平面、凹面、凸面镜成像的观察研究，以及提出光是直线行进的观点等。大约在公元前1000年左右，我国就发现磁石有吸引力。战国末期，《吕氏春秋》载有有关磁石吸铁的记录。

西周时期巫医已经分开，出现了专职的医生和医事制度。植物汤液成为中药的主要制剂，各种金属制造的医疗器具开始出现。战国晚期出现的《黄帝内经》是当时医学的集大成著作，第一次提出了脏腑、经络学说，奠定了中医理论进一步发展的基础。

5．鲁班和扁鹊

春秋战国年间，中国科技界出现了两位杰出人物，一是有许多发明创造被尊奉为工匠之祖的鲁班；一是驰名全国的民间医生扁鹊。鲁班家族世代为工匠，传说木工使用的不少工具器械如墨斗、曲尺、刨子、钻子、凿子等都是他的发明，这些器械的发明，对提高工匠技艺和劳动效率起了很大作用。扁鹊名秦越人，一生不信巫术，善于总结前人医学经验。早在两千多年前，他就能全面运用望、闻、问、切“四诊法”为人治病，成为当时驰名各国的名医。“扁鹊见蔡桓公”的故事是尽人皆知的。扁鹊代表了当时中国医学的最高成就。

6．阴阳五行和八卦学说

《周易》、《尚书》中发挥的“阴阳五行说”和“八卦说”是世界上最早讨论排列的书，也是世界上最早出现的“二进位”计数法。“阴阳五行说”和“八卦说”所具有的朴素的唯物辩证思想，后来渗透和贯穿在古代天文、历法、医学等各门学科中，形成一种独具一格的科学思想体系。

二、秦汉三国到魏晋南北朝时期的科技发展

1．两汉发达的农业和水利工程

汉代是我国农业生产大发展时期，也是一次总结时期。西汉年间成书的《尔雅》记载了1000多种动植物的名称和其中600多种动植物的性状。西汉后期，《汜胜之书》总结了黄河流域一带尤其是关中地区的农业生产经验，是目前流传下来最早的农业著作。

两汉以后，出现了农学名著《齐民要术》，著者是北魏农学家贾思勰。《齐民要术》是我国现存最早的比较完整、系统的一部农书。它的问世，对推动我国古代农业生产和农业科学技术的发展，起了相当巨大的作用，奠定了我国农学发展的基础。在农业技术方面，赵过发明了可一次完成开沟、下种、盖土三道工序的三脚耧，杜诗发明了水力鼓风机——水排，马钧发明了龙骨水车。

水利是农业的命脉。秦汉之际，最著名的水利工程首推都江堰和郑国渠。都江堰为秦初蜀郡太守李冰父子率西蜀人民修造而成，从此使川西盆地变成天府之国，受益至今。郑国渠是秦初水工郑国设计和领导修筑的，是一个联结泾河和洛河的大型灌溉工程。它的建成使关中200多万亩盐碱地变成了良田，大大增强了秦统一六国的实力。

2．天文历法数学方面的成就

从汉代起，我国已形成了自己独特的天文和历法体系。中国人对日食月食有科学的解释。《汉书》中记载我国在公元前28年出现了一次太阳黑子现象，是世界公认的最早黑子记录。

在历法方面，汉武帝时编制三统历代替秦历，更为精确。东汉张衡是著名的天文学家，制作了浑天仪和候风地震仪并解释了天体结构。

《周髀算经》和《九章算术》的出现是西汉数学取得长足进步的证明。《周髀算经》是我国现存最早的数学著作，主要内容是原始的天文计算，同时还给出了勾股定理的一般形式。《九章算术》总结了我国先秦到东汉初年的数学成就，标志中国古代数学体系的初步形成。书中有许多从现实生活中提出的问题如田亩计算、土方计算等。在计算方法上，除应用分数、比例计算外，还有开平方、开立方，解一次和二次方程等，此外还提出了负数的概念和正负数加减法。与希腊数学相比，《九章算术》所代表的数学体系注重实际的计算问题，而不考虑抽象的理论性和逻辑的系统性，特别是它采用10进位制的算筹算法，使它在计算方面具有当时无可比拟的优越性。两个数学体系确实是互补的，中国的数学经过印度和阿拉伯人传入欧洲，对欧洲代数学的复兴作出了贡献。

魏晋南北朝间的著名数学家有刘徽、祖冲之和祖恒之。刘徽算出了圆周率π值为3.1416，还第一个提出了极限的概念。祖冲之的最大贡献在于把π值提高到小数点后七位，即π＝3.1415926～3.1415927，这在当时世界上是最精确的π值。直到千年后，阿拉伯和法国的数学家才突破了它。祖恒之则解决了球体体积的计算问题。

3．两汉医学上的重大成就

到秦汉两代，祖国传统独特的医学体系已基本形成，并出现了我国第一部经典性的医学著作《内经》和张仲景、华佗等医学巨人。《内经》是我国古代劳动人民长期和疾病斗争的经验总结。它的阴阳说、脏腑经络说、病因说、诊脉说、针灸说、辨证施治等是多少年来中国医学理论和医疗实践的指导性准则，至今不失其价值。

东汉医学家以张仲景、华佗最为著名。张仲景所著《伤寒论》和《金匮要略》是对《内经》的具体运用和发挥，是中国医学宝库中的珍贵财富，多少年来一直为人所称道和运用。华佗精于方药，擅长麻醉术和外科手术。

张仲景之后，晋代名医王叔和著《脉经》，是我国最早的脉学专著。东汉末年出现的《神农本草经》是我国第一部完整的药物学和植物分类学著作。它与《内经》、《伤寒论》、《金匮要略》合称“中医学四大经典”。此外，东晋葛洪著《肘后备急方》，梁陶弘景著《肘后百一方》，都是这一时期医药方面的重要成就。

4．造纸术、瓷器和炼丹术

公元105年，蔡伦总结前人造纸经验，用树皮、麻头、破布和旧渔网为原料，造成一种适用价廉的纸，大受朝廷赏识。从此造纸术在全国推广开来，并很快传到国外。造纸术的发明，代替了昂贵的简帛或羊皮（西方），为人类的文化传播、思想交流和科学发展，提供了至今也不可缺少的信息贮存和传递手段。蔡伦所造的纸，历史上曾称作“蔡侯纸”。造纸术一直被人们誉称为我国四大发明之一。

中国素称瓷器之国，China在英语中本意即为“瓷器”。早在公元前16世纪到公元前3世纪商周时代，即出现了上釉瓷器。随着制陶技术的进步，到东汉时期，已出现了全新的瓷器。从三国两晋至唐，瓷器制造业发展迅速，并成为丝绸之路上的重要商品。

汉以后，我国冶铁技术进步很快。到魏晋南北朝，我国已开始用煤炭炼铁，比欧洲早1000多年。

炼丹术从两汉以后已发展成一种专业。晋代炼丹家葛洪是集大成者，他著有《抱朴子》一书，记述了硫和汞的化合和还原现象，铁和硫酸铜的置换作用；还记述了丹砂、硫、石胆、硝石、石膏等20多种化学物质的物理和化学性能，对我国启蒙期化学和医药学的发展产生了一定影响。

三、隋唐五代时期的科技发展

1．开凿大运河

隋炀帝无疑是一个暴君，但他主持开凿大运河却是一项雄伟业绩，在沟通我国南北经济文化以及统一祖国方面起到重要作用。大运河是世界上开凿最早、规模最大、里程最长的航行运河，它北起北京，南至杭州，沟通了海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五大水系，在当时技术条件下，确实是一项相当宏伟的工程。

2．天文历法数学方面的成就

在天文历法数学方面，隋代刘焯创皇极历，发明等间距二次内插法，推算每天的太阳视差运动速度。欧洲一直到牛顿出世，才创造出内插法的一般公式，比刘焯晚1000多年。唐朝玄宗年代，僧一行与梁令瓒合作，创造出能够直接测量黄道坐标的黄道游仪，并创大衍历。僧一行是唐代著名的天文学家和数学家。他把天文学和数学结合起来，创造了世界上最早的不等间距二次内插法公式。他设计的浑天铜仪，成为后代天文钟的前身。

唐代在数学方面取得重大成就的是王孝通和他的《缉古算经》，第一次运用了解三次方程式的方法来解一些复杂的二次方程计算问题。《开元占经》一书中，提到了数学史上划时代的“0”号的使用。此外，比筹算更为先进的珠算也在这时开始出现。

3．医学方面的发展

隋唐医学在分科治疗方面有新的进展。当时已出现内科（体疗）、外科（疮肿）、儿科（少小）、耳、目、口、齿、针灸、按摩等科的名目，也出现了一些很有价值的医学著作。

孙思邈著有《千金方》、《千金翼方》共60卷，特别重视药物的研究和药物的采集方法，故被后人尊称为“药王”。

唐高宗时修订了《唐本草》，这是世界上第一部由国家编定和颁布的药典。

4．建筑业、手工业和造船业

唐代建筑的生产力水平和技术都有极大提高。如长安宫城建筑，规模宏大，布局严谨，很有特色。隋代工匠李春设计建造的赵州桥，是世界上现存最古老的跨大弧平的单孔石拱桥，其主拱上方各有两个小拱，以减轻桥身和桥基负荷，增加泄水量，这在世界上是首创。

唐代的工业主要有纺织、烧瓷、造纸、采矿、冶金等。纺织品中的绫、罗、绸、缎尤为著名。瓷器相当精美，最著名的产地有北方的邢窑和南方的越窑。到唐后期，瓷器已普遍用于民间。

造船技术，隋代就相当可观，能够造出有四层、高45尺、长200尺的龙舟。

5．雕版印刷术的发明

隋唐文化繁荣，促使雕版印刷术的出现，现存最早的雕版印刷品是公元868年王阶印制的《金刚经》。

四、宋、辽、金、元、明时期的科技发展

1．火药、指南针和活字印刷术的发明

宋代科学技术成就首推火药、指南针和活字印刷术的发明。

火药为炼丹家所发明。北宋和辽、金的战争中，使用了火炮、火箭、火球、霹雳炮等火器。在南宋、金、蒙三方长期交战中，出现了一种管状火器，这标志着火器制造史上一个划时代的进步。13世纪，火药、火器制造法由蒙古人传入阿拉伯国家，不久又由阿拉伯人传给欧洲。火药的发明，改变着战争的方式、规模和破坏力，同时也推动着人类文明的进步。

指南针由磁石磨琢而成。它的前身就是汉代以前的“司南”。到宋代，发明了人工磁化法，即用磁石磨针锋，使针磁化以代替笨重的天然磁石。公元11世纪，指南针被用于航海。公元12世纪，指南针传入阿拉伯，后来又传入欧洲。指南针的发明和用于航海，对发展海上交通贸易、促进中外文化交流，起了极为重要的作用。

唐代的雕版印刷术发展到宋代跨入一个新的阶段。宋仁宗年间，布衣毕昇发明活字印刷，即用胶泥制成字型排版的方法，但在当时并未广泛使用。到元代，王桢采用木活字印书后，活字印刷才得到迅速发展。欧洲在15世纪中叶才出现活字印刷，比毕昇的发明晚400年。

上述发明，后来曾引起英国哲学家培根的高度重视。他评价道：“我们应该观察各种发明的威力、效能和后果。最显著的例子便是印刷术、火药和指南针，这三种东西曾经改变了整个世界的面貌和状态。第一种在文字上，第二种在战争上，第三种在航海上。因此又产生了无数的变化，（这些变化）是这样的大，以致没有一个帝国，没有一个教派，没有一个赫赫有名的人物，能比这三种机械发明在人类的事业中产生更大的力量和影响。” ^[1]

2．沈括和他的《梦溪笔谈》

北宋的沈括是一个博学多才的知识分子，在自然科学研究方面成就突出。他写的《梦溪笔谈》，被李约瑟誉为中国科学史上的坐标，全书600多条中有200多条是自然科学方面的发现，记载了他的真知灼见。在数学方面，他提出“隙积术”和“会圆术”。“隙积术”是高阶等差级数求和法，“会圆术”为我国球面三角学的发展作出了重要贡献。在天文方面，他发现了磁偏角，指出北极星的方向并非真正的北极方向，此外，沈括对地貌变迁以及动植物化石也有一定见解。

3．天文学家苏颂、郭守敬

宋代苏颂创制了世界上第一台天文钟（水运仪象台）。以水轮为动力，其中有类似钟表中擒纵器的机械装置。元代郭守敬创制了简仪，这是当时世界上最先进的天文仪器，比丹麦天文学家第谷发明同类仪器要早300多年。在郭守敬的主持下，全国共建立了27个天象观测所，从事历法改订工作，至1280年，新历告成，名授时历，以365.2425日为一年，比地球绕日一周的实际时间只差26秒。

4．数学发展史上的顶峰

宋元数学，是我国数学发展史上的一个顶峰。贾宪创造了任意高次幂的“增乘开方法”，比西方类似的“鲁非尼——霍纳方法”早770年。秦九韶的《数学九章》，主要讲述高次方程数值解法和一次同余式解法。李治的《测圆镜海》系统论述一元高次方程，比欧洲的研究提前了3个世纪。杨辉的《详解九章算法》和《杨辉算法》主要讲实用数学和各种简捷算法。朱世杰的《数学启蒙》是一部代数学引论，他的《四元宝鉴》主要讲求解高次方程组和高阶等差级数、高次内插法。秦、李、杨、朱四人被誉为“宋元四大数学家”。

宋元之际，我国代数学硕果累累，居世界领先地位，也是我国古代筹算过渡到珠算的时期。公元13世纪，珠算已出现在人们生活中，到元末明初，已普遍推广使用，直到现在，仍有一定使用价值。珠算的发明是我国科学家的一项重大贡献。

5．徐光启和他的《农政全书》

《农政全书》是明代科学家徐光启的著作。书中总结了我国古代农业生产经验，内容十分广泛。徐光启不仅精通农事，而且还懂得天文、历法，他还和意大利传教士利玛窦合作翻译了欧几里得的《几何原本》。

6．《天工开物》和《本草纲目》

《天工开物》是明代宋应星所著，除介绍一般农业生产经验外，重点是介绍手工制作，包括纺织、染色、制盐、造纸、冶铜、烧瓷、炼钢、采煤、榨油等技术，分析说明详细，还附有若干插图，是一部颇具参考价值的工艺书。

《本草纲目》成书于1579年，是明代大药物学家李时珍的代表作。全书共52卷，190万字，收载药物1892种，医方11096张，插图1162幅，对每种药物的名称、形态、性质、功能和制法，考订极详，准确严谨，并都有绘图。全面系统地总结了16世纪以前中国的药物学成就，涉及动物、植物、矿物、化学、地质、农学、天文、地理等许多科学领域，不仅对中国医药学和自然科学作出了重大贡献，在海外也产生了巨大影响。1647年，《本草纲目》第一次被译成拉丁文，以后又被译成英、日、德、俄等多种文字，其中英文译本就有10余种，流传于世界，被誉为“东方医学巨典”，达尔文高度评价它是“中国古代的百科全书”。

7．徐霞客和郑和

徐霞客是文学家，也是一位地理学家和探险家。他写的《徐霞客游记》是一部地理学著作。书中记录了大量地质、地形、水文资料，还揭示了我国西南石灰岩地区溶蚀地貌的特征。

明代的航海技术，远远超过宋、元的水平。公元15世纪初开始，郑和率领当时世界上最先进最庞大的船队，在28年间七下西洋，足迹遍于东南亚和南亚，郑和船队还横渡印度洋，到达阿拉伯和东非海岸。

五、明以后的科技状况

从明代起，我国科学技术发展进入低潮时期。虽然明代中叶以后，商品经济在我国已有很大发展，资本主义已开始萌芽，但脆弱的商品经济受到强大的封建经济制度和封建专制统治的阻碍和束缚，始终不能很好发展。而这个时期，西方国家正是文艺复兴后工商业迅速发展和思想大解放时期。到明代末叶，西方科学知识大量输入我国，我国科学领域也曾一度呈现出欣欣向荣的气象。但政治上的动荡与腐败，以及强悍的复古势力和保守排外思潮，中国科学技术的发展仍然受到严重阻碍。

清王朝为巩固集权统治，采取了比明代统治者更为严酷的专制政策。首先，清军入关后对东南沿海一带商品经济比较发达的地区实行了大规模破坏，严重摧残了原本十分脆弱的资本主义萌芽。清朝在稳定局面之后，用了一百多年才赶上明代中期的手工业生产水平，大大延缓了技术发展的速度。其次，清朝因害怕汉族知识分子造反，大兴文字狱，使得知识分子很少关注现实问题，宁可埋头故纸堆，做死学问。再次，因东南沿海反清力量强大，清朝实行海禁，严禁海上通商，严重阻碍了西方科学知识在中国的传播，使中国科学技术陷于越来越落后的境地。

清王朝所维系的大一统中央政权，虽然保持了中国社会的稳定，使得传统科学技术有可能在原有模式下继续发展，但发展速度却大大减慢，而且闭关自守的政策使中国未能及时接受西方愈来愈先进的科学，从而将中国与西方的差距越拉越大。