宋朝科学技术的全面发展

　　

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　　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、毕异的泥活字印刷术、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。

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