两宋科技何以取得“前所未有”成就|两宋科技|天文|李冶|李约瑟|沈括|科学史

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两宋科学技术之所以能取得辉煌的成就，朝廷政策当计首功。宋太祖实行文治政策，知识人注重经义与治事，通过科举迈向入仕之路。与唐代广为吸收外来文明不同，宋代更有许多独创的研究和发明。

从晚唐开始，中国发生了很大的变化。贵族政治的衰落、商业的发达、都市的繁荣、手工业的进步、科举制的兴盛等等，标志着社会迈向新的阶段，在宋代表现得尤为明显。内藤湖南将唐末以降作为近世的开端，宫崎市定进而将北宋称作文艺复兴的时代。儒学和文学复归古代，以宋学为名的新儒学诞生，宋代是中国文化史上的辉煌时代。

宋代在科学技术方面也有很大进步，出现了一些重要的人物、著作和发明创造，被誉为中国古代科学的高峰。李约瑟说“每当人们研究中国文献中科学史或技术史的任何特定问题时，总会发现宋代是关键所在。不管在应用科学方面或在纯粹科学方面都是如此”。他还认为宋代帝国尽管受到周边民族的包围和压迫，在文化和科学方面却“达到了前所未有的高峰”。

两宋科学技术之所以能取得辉煌的成就，朝廷政策当计首功。宋太祖实行文治政策，知识人注重经义与治事，通过科举迈向入仕之路。他们对自然知识和历算、兵法、医学、水利等实学抱有广泛的兴趣，重视经验与观测，体现了宋代的科学精神。与唐代广为吸收外来文明不同，宋代更有许多独创的研究和发明。

宋代科技的兴盛与官方机构的设立有关

天文历法历来受到政府的重视，北宋建国后，在乾德二年（964）即颁布了应天历，之后颁布乾元、仪天、崇天、明天、奉元、观天、占天、纪元等历法，颁历频繁，历议也十分活跃。北宋时期，太宗、仁宗、神宗、哲宗朝多次铸造浑天仪，沈括、苏颂、韩公廉分别指导了仪器的制作，水运仪象台是古代机械技术的最高峰，包括浑仪、浑象和计时等部分，被誉为天文钟的祖先，具有与现代钟表相同的擒纵器，设计精巧、结构完整，并附图样，独步世界。

宋代天文学多有创新，不仅包括仪器的制造和使用，还有天象的观测和星图的绘制。大型浑仪的制作以及计算技术的改良，为提高恒星测量精度创造了条件，促成了新的重要观测成果。北宋进行了七次恒星观测，特别是景祐（杨惟德）、皇祐（周琮）的观测，有详细的测定值，记录流传至今。《新仪象法要》和苏州淳祐石刻天文图留存了元丰年间的观测。还有至和元年（1054）的超新星观测，治平三年（1066）对哈雷彗星的观测，都有详细的记录。宋代频繁观测恒星位置，涌现高水平天文数据，并通过历法改革，造就了“天文学体系的高峰”。此外，还有燕肃莲花漏的发明，标志中国漏刻发展史上首次采用漫流系统。

苏州石刻天文图留存了北宋元丰年间（1078至1085）的观测，星图由南宋黄裳绘制，淳祐七年（1247）王致远据此镌刻成《天文图》石碑，上部为星图，下部为释文。

宋代科技的兴盛与官方机构的设立有关，翰林天文院和司天监扮演了重要作用。北宋“置天文院于禁中，设漏刻、观天台、铜浑仪皆如司天监，与司天监互相检察”。而皇家丰富的馆阁藏书，更成就了沈括博学的一生。他曾任馆阁校勘之职，还提举司天监，参与历法改革，奠定了学术成就的基础。沈括上《浑仪》《浮漏》《景表》三议，体现了传统天文仪器理论与技术的新进展，朝廷采用其说。《宋史·沈括传》说他“博学善文，于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算，无所不通，皆有所论著”。李约瑟则称沈括为“中国历史上最伟大的科学思想人物之一”，竺可桢也提到：“自来我国学子之能谈科学者，稀如凤毛麟角，而在当时之世能以近世科学精神治科学者，则更少。……正当欧洲学术堕落时代，而我国乃有沈括其人，潜心研究科学，亦足为中国学术史增光。”

宋代国家对书籍刊印的重视和投入，与前代相比更是十分突出。元丰七年（1084），设置算学，秘书省刊刻《算经十书》。鲍澣之知汀州时，重刊《算经十书》（嘉定年间），至今仍有流传，意义非凡。《崇文总目》《宋史·艺文志》《通志·艺文略》著录算书数十种，包括南宋著名数学家秦九韶及其所著《数书九章》，李冶及其《测圆海镜》《益古演段》，杨辉及其《详解九章算法》《日用算法》《杨辉算法》，现只有秦九韶、杨辉、李冶的著作存世，南宋刻本《算经十书》也只存五部半。沈括创用隙积术（即堆垛术，高阶等差级数求和）、会圆术，影响了杨辉的研究。秦九韶《数书九章》的大衍求一术，即历法中由推算上元积年推广为求联立一次同余式解法，杨辉《详解九章算法》著录的贾宪开方作法本源图（二项式定理系数表）、增乘开方法（解高次方程），以及高阶等差级数，奠定了中国古代在世界数学史的重要地位。

宋代在医学领域同样经历了巨大的变革。唐末以来的战乱导致许多重要的医学典籍散佚。对这些医书的校订与刊行，成为北宋政府的重要任务。其开端便是《新修本草》的修订与增注，即开宝六年（973）刊行的《开宝新详定本草》。著名的还有《嘉祐本草》《大观本草》《政和本草》，以及苏颂的《图经本草》和寇宗奭的《本草衍义》，丰富了药物学知识。太平兴国三年（978），编有《太平圣惠方》一百卷，收录了一万六千多个处方。北宋初所编的《铜人腧穴针灸图经》三卷，成为后世学习针灸的参考书。仁宗嘉祐二年（1057）还设立了校正医书局。南宋时期医学略显停滞，但仍出现了世界最早的法医学著作，宋慈的《洗冤集录》。

北宋谱录之学兴盛，且花卉园艺发达，存有牡丹、芍药、梅、菊、兰、竹等谱录四十余种。欧阳修《洛阳牡丹记》、王观《芍药谱》、刘蒙《菊谱》，都有关于生物变异的论述。北宋的谱录之学也促进了南宋博物学的繁荣。《洛阳牡丹记》和蔡襄《荔枝谱》，对韩彦直《橘录》有影响。南宋有陈翥《桐谱》和陈旉《农书》。占城稻因有耐旱、适应性强的优点，被引入后提高了水稻的产量。岳珂《桯史》记载金鱼的品种与鲤鱼、鲫鱼的饲养技术，以及新的金鱼品种的培养。

指南针是宋代最重要的发明，宋人利用磁石的指极性，明确记载磁化制作指南针的方法。罗盘的产生与堪舆有关，仁宗庆历元年（1041），杨惟德《茔原总录》就已谈到定四正的方向，最早发现磁偏角。沈括在元祐初年提到方家用磁石磨针锋，针能指南，常稍微偏东，也提到了磁偏角的问题。指南针北宋时已应用于航海，推动了对外贸易的进步。曾公亮《武经总要》（1047）记载了指南鱼的做法，《梦溪笔谈》记载了磁针的四种支挂方法。朱彧《萍洲可谈》、徐兢《宣和奉使高丽图经》都提到阴晦天气舟师利用指南针导航。对外贸易的兴盛，促进了造船业的发达和技术的进步（如船尾舵、水密舱的使用）。

宋与辽金元间的战争，为新式武器提供了试验场，出现了燃烧性、爆炸性火器，及管形喷火器与射击火器。《武经总要》记载了现存最古老的三种“火药”配方，开列焰硝、硫磺、木炭、桐油等配料用量。北宋时期的火药武器主要是弓弩发射的“火箭”，即火药燃烧箭，以及投石机发射的“火球”（又称“火砲”），即火药燃烧弹。绍兴二年（1132），南宋陈规制造“火枪”保卫德安城，这是一种在长竹管内装填火药的喷火器，也是最早的管形火器。开庆元年（1259），南宋寿春府造“突火枪”，以巨竹为筒，引燃管内火药，发射硬质物。“突火枪”是管形射击火器的始祖，具有划时代的意义。

宋代在手工业和技术方面，如制瓷、矿冶、纺织、染色，都有显著的进步。北宋有水法冶金（胆铜法），绍圣年间（1094—1098）张潜撰有《浸铜要略》。南宋的冶金与采矿技术也有很大发展，冶铁主要用于铸造兵器和农具，利用石碳，并采用木风箱等鼓风设备。两浙和四川丝织业最为发达，有大型提花机（楼璹《耕织图》），和精湛的缂丝技术。瓷器制造，著名的有官窑、汝窑、钧窑和定窑。北宋官窑继承汝窑的工艺技术，南宋继承越窑的技术体系。瓷器、丝织品、铁器成为海外贸易的重要产品，南海一号出土的沉船，就包括了浙江（龙泉）、江西（景德镇）、福建（德化等）各窑口的瓷器。

《耕织图》是南宋时期楼璹以诗配画的方式介绍耕织技术的著作。此《耕织图》两卷传为元代程棨摹绘宋代楼璹本，现藏弗瑞尔·赛克勒美术馆。

宋代造纸业亦有很大发展，开始用竹子造纸，生产麻纸、桑皮纸以及笺纸，还采用黄蜀葵、杨桃藤作为纸药，更出现了大尺幅用纸。宋代印刷，主要由官府支持，也有不少民间坊刻，大大推动了书籍的阅读，使知识学问得以普及和复兴，与活字印刷的出现对欧洲文艺复兴的推动有异曲同工之妙。宋代重要技术发明中，还有制盐和卓筒井（小口深井钻探）技术，苏轼对卓筒井形制与钻井方式有所论述，此技术在庆历年间出现后，迅速得到推广，大大促进了四川盐业的发展。李诫《营造法式》则是建筑工程的经典之作。

百余年来对宋代科学技术史的研究

宋代在科学技术领域的成就与贡献是中国科学技术史的重要内容。科学史在中国的发展，大约有百余年的历史，受西学影响的年轻学子，最先开启了对中国古代科学技术史的研究。1926年，在哈佛曾受科学史之父萨顿（George Sarton，1884—1956）教育的竺可桢，在《科学》杂志发表了《北宋沈括对于地学之贡献与纪述》一文，阐述沈括在地学方面的成就。受此文影响，张荫麟依据传记资料，撰写了《沈括编年事辑》一文，对沈括给予极高的评价：“括不独包办当时朝廷中之科学事业，如修历法，改良观象仪器，兴水利，制地图，监造军器等；不独于天学、地学、数学、医学、音乐学、物理学各有创获，不独以文学著称于时，且于吏治、外交，及军事，皆能运用其科学家之头脑而建非常之绩。”

在1928—1941年间，张荫麟受西方汉学家的影响，发表了多篇科学史论文，对历史上的“奇器”做了全面和简要的论述，也对曾任工部郎中的燕肃的著作与事迹进行了考证。他重点谈到了燕肃的海潮论，表彰其实证方法，并说其最大贡献“在其十年用心，遍历广东及浙江海岸，于海潮现象与日月地相对位置变易之关系，作系统之观察与记录，并综合其所观察与记录，以为定例，此在科学史上为创举，所当特笔大书者也”。又对燕肃改良刻漏（莲花漏）之法和所造指南车有详细论述，表彰其格物创物之智。

李俨对中国数学史的研究有开创之功，早年即关注宋代算书，如对杨辉算书的研究、对《测圆海镜》研究历程的研究、对宋代算学制度的研究（《中国数学大纲》上册，1931），著有《13、14世纪中国民间数学》，奠定了宋代算学史的基础。严敦杰追随李俨的足迹，对宋元算书也有所考证。此外，王振铎对指南针的研究，冯家昇对火药发明和传播的典范性的研究，奠定了此领域研究的基础。

宋代是印刷的黄金时代，现存早期印本多为南宋刊本，是了解宋代文化的重要来源。叶德辉《书林清话》综合版本目录文献，对宋代的版本做了初步梳理，王国维也对两宋监本、两浙古刊本有开创性研究。受卡特《中国印刷术的发明及其西传》的刺激，张秀民从大学时代就从事宋代印刷史的研究，对南宋各朝的印刷按时代编年进行了梳理，发表《宋椠本与摇床本》一文，比较宋版与欧洲摇篮本的异同，学位论文也以《宋活字版考》为题。入职国立北平图书馆后，连续发表了《金源监本考》《宋孝宗时代刻书述略》《宋光宗时代之刻书》等论文。

宋代科学家渐为人知

古代科学技术被大众理解和认识，有一个缓慢的过程。古代科学家渐为人知，《中国古代科学家》（科学出版社，1959）的科普作用功不可没。上世纪50年代，中国科学院设立自然科学史研究室，为庆祝新中国成立十周年，配合中国历史博物馆的开幕，编纂了此书，书中收录宋代毕昇、沈括、苏颂和李诫的传记，对理解宋代科学技术有普及之功。此书被多次翻印，到了上世纪70年代，还被编入启蒙读物，广为流传，许多内容甚至被编入中学语文教材，影响极广。仪器复原工作，也对普及大众的知识有很大的帮助，上世纪50年代，刘仙洲和王振铎对水运仪象台的复制工作作出了重要贡献，也有专论发表。

1966年，科学出版社出版了钱宝琮主编《宋元数学史论文集》，收录有关宋元数学四大家以及中国与阿拉伯世界的数学交流的精深研究，此书迄今仍是宋元数学史研究最为权威的论著。此后，席文（Nathan Sivin，1931—2022）在英文本《科学家传记词典》中发表了沈括的传记。因时代中西交流所限，《科学家传记词典》收录的中国古代科学家极少，但包括由何丙郁撰写的宋元数学四大家秦九韶、杨辉、李冶、朱世杰，在西方世界有一定影响。

“算经十书”原为唐高宗下令颁行的唐代算学教科书，北宋元丰七年（1084），秘书省以所得唐代传本为基础，刊刻汉唐算经十种。南宋天文学家鲍澣之又据北宋元丰七年刻本重刻而成《算经》，图为上海图书馆藏南宋刻本《周髀算经》。

日本京都大学人文科学研究所是研究中国科学史的重镇，薮内清领袖群伦，贡献最著，影响最大。他对中国科学史从整体上展开研究，涉及中国天文学史主流历法研究和以占星术为目的的天文观测，认为不仅要关注历法的理论研究，还要考虑历法改革所涉及的政治思想，要从文化现象加以解释。他领衔对宋代科学技术史的系统全面的考察，编辑出版了《宋元時代の科学技術史》（1967）。

受卡特《中国印刷术的发明及其西传》所记毕昇发明活字的影响，胡道静毕生从事《梦溪笔谈》的文献辑录、校注及全面系统的研究，出版了《梦溪笔谈校证》（中华书局，1956）和《新校正梦溪笔谈》（中华书局，1957）。他与李约瑟多有交流，保持了长期的友谊，成为学术界的佳话。李约瑟对《梦溪笔谈》也曾下过不少功夫，在剑桥李约瑟研究所图书馆所藏的《梦溪笔谈》与数学相关的段落上，可看到李约瑟的多处批注，足见他在写作数学卷时，曾仔细做过研读和演算。除《梦溪笔谈》之外，李约瑟和王铃等人对苏颂水运仪象台有深入的研究，指出《新仪象法要》的机械部件与钟表擒纵机构相似，于是擒纵机构作为中国的重要发明被世人所知晓。

1954年起，李约瑟《中国科学与文明》（Science and Civilisation in China）各卷相继出版，此书考据详实，内容丰富，广征博引，引起了广泛的影响。虽然其中的一些内容已被后出的论著所超越，但此书广阔的中西比较视野，仍值得国内学者仿效。李约瑟及其合作者的著作，推动了对中国古代科学技术成就的理解，也被学者广为引用。李约瑟对宋代科学技术成就的高度评价，又转而推动了国内对宋代科学技术史的研究。

（作者为香港理工大学中国历史及文化学系教授）