宋朝是中国古代科学的巅峰时代。活字印刷、指南针、火药这三大发明，或诞生于宋，或成熟于宋，深刻改变了世界历史的进程。但宋代科技成就远不止于此——沈括《梦溪笔谈》的博学多识、苏颂水运仪象台的巧夺天工、秦九韶《数书九章》的数学创见、宋慈《洗冤集录》的法医学智慧……
《知宋·宋代之科技》一书系统梳理了宋代科技发展的整体面貌及其与社会的深层互动。该书由香港理工大学韩琦教授主编，精选18篇研究精品，汇聚钱宝琮、张秀民、杜石然等科学史大家，从天文历算到医学农学，从雕版印刷到冶金采矿，全景呈现一个“前所未有”的科技高峰时代。
读罢此书，你会明白：为什么李约瑟说“宋代是研究中国科学史的关键所在”；为什么培根将活字印刷、火药、罗盘并列为改变世界面貌的三大发明。
读懂宋代科技，就读懂了中国何以在近代以前长期领跑世界。
摘自《宋代之科技》导论，有删减
文 | 韩琦
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，标志着社会迈向新的阶段，而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。古文运动、儒学复兴等，形成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，出现了一批重要的人物、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，总会发现宋代是主要关键所在。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。卡特很贴切地称之为成熟时期”。薮内清也称宋元时代是中国科学“绽放最后光芒的时代”
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，宋代有许多独创的研究和发明。
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，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保存了元丰年间的观测结果。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。宋代对恒星位置频繁观测，高水平天文数据涌现，并通过历法改革，出现了“天文学体系的高峰”。燕肃莲花漏的发明，则标志着中国漏刻发展史上首次采用漫流系统。
据《宋会要》记载：天圣八年，燕肃进献莲花漏法。
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发挥了重要作用。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”。皇家丰富的馆阁藏书，造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》卷三三一《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》《通志·艺文略》《宋史·艺文志》著录算书数十种，包括南宋著名数学家秦九韶及其所著《数学九章》（一名《数书九章》，1247），金元时期数学家李冶（一名李治）及其《测圆海镜》（1248）、《益古演段》（1259），南宋数学家杨辉及其《详解九章算法》（1261）、《日用算法》（1262）、《杨辉算法》（1274—1275）。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》著录了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），以及对高阶等差级数的记述，这些都奠定了中国古代在世界数学史中的重要地位。
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》。著名的本草著作有《嘉祐本草》和苏颂主持的《本草图经》。唐慎微合二书编成《证类本草》。后经艾晟校订，作为《大观本草》刊行。不久在宫廷重修后形成《政和本草》。此外，寇宗奭的《本草衍义》亦对药物学的发展产生了重要影响。太平兴国三年（978），编有《太平圣惠方》100卷，收录了1.6万个处方。北宋初所编的《铜人腧穴针灸图经》3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，但仍出现了现存世界最早的法医学著作宋慈的《洗冤集录》。
由于花卉园艺发达和植物学知识的积累，北宋谱录之学兴盛，存有牡丹、芍药、梅、菊、兰、竹等谱录40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。欧阳修《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，宋人能利用磁石的指极性，并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。指南针于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》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）。
南宋持罗盘立人陶俑，图源：抚州市博物馆
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，管形喷火器与管形射击火器。曾公亮等编《武经总要》（1047）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》）以及精湛的缂丝技术。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”沉船出土的文物，就包括了浙江（龙泉）、江西（景德镇）、福建（德化等）各窑口的瓷器。
2015年“南海I号”全面试掘俯视图，图源：央视新闻
宋代造纸业亦有很大发展，开始用竹子造纸，然后有麻纸、桑皮纸以及笺纸的生产，采用黄蜀葵、杨桃藤作为纸药，并出现大尺幅用纸。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，苏轼就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生产。李诫《营造法式》则是建筑工程的经典之作。
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，已有百余年的历史，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，在哈佛大学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，阐述了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。”
宋代在诸多科学技术的领域取得举世瞩目的成就，在算学、天文历法、医学，以及许多手工业和技术方面，都领先于世界。16世纪，英国培根曾专门提到当时影响世界的重要发明，如活字印刷、火药、罗盘，这些发明都源自宋朝。宋朝能在文化科学方面得到高度发展，除了政治、经济和文化思想之外，还受哪些因素的影响？这仍值得更深入的研究。靖康之变，书籍和仪器被掳掠至金国。南宋试图恢复，但制造浑天仪的规模和观测水平远不如北宋，观测结果也没有太多流传下来。相较而言，南宋时经济中心南移，印刷普及，广为流行，远超北宋，数学也更为发达，海外贸易更为活跃，军事科学的进步比较突出。南宋在科学发展方面，除了继承北宋的遗产，还有什么新的特色？科学技术的发展与地域、贸易和航海的关系如何？这些问题都有待我们进一步的研究。随着古籍电子资源的开放，以及新视野的开拓、新理论的引入，希望有关宋代科技史的研究能在不远的将来提到一个更高的层次。
《知宋·宋代之科技》
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韩琦 主编
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全书从社会政治与知识背景入手，探讨宋元科技高潮的时代动，聚焦数学、天文学，剖析数学与道学的关联及对天象异常的关注；随后深入医学、生物学、农学领域，考察校正医书局、宋慈司法检验、鸟兽草木之学及农书传播；最后专题论述印刷术、罗盘与冶金技术，涵盖刻书地域、活字印刷、指南针演变等重要议题。本书汇聚众多知名学者研究成果，多维度呈现宋代科技的创新活力与历史贡献。
向上滑动阅览目录
导 论
第一编 社会、政治与知识背景
宋元时期科技发展高潮的时代背景………杜石然
宋代笔记里的知识世界：以《梦溪笔谈》为例………傅大为
第二编 数学与天文学
宋元时期数学与道学的关系………钱宝琮
宋元数学综述………杜石然
宋元数学中新的思想、方法和理论………梅荣照
北宋真、仁时期学者对天象异常的反应………吴以义
第三编 医学、生物学与农学
北宋馆阁官、儒臣与校正医书局………范家伟
宋慈与中国古代司法检验体系评说………廖育群
宋代的“鸟兽草木之学”………罗桂环
宋代牡丹谱考释……… ［日］久保辉幸
橘诗和橘史——北宋陈舜俞《山中咏橘长咏》研读………曾雄生
宋代农书的时空分布及其传播方式………邱志诚
第四编 印刷、罗盘与冶金技术
南宋（1127—1279）刻书地域考………张秀民
南宋活字印刷史料及其相关问题………黄宽重
宋元文献中的毕昇与泥活字印书………韩 琦
从辨方正位到指南针：古代堪舆家的伟大历史贡献………王其亨
司南酌、水旱盘针及指南鱼龟新议………闻人军
宋代金银的开采冶炼技术………王菱菱
后 记……… 390
韩琦，香港理工大学中国历史及文化学系教授，主要研究领域为明清中西文化交流史、明清科学史、天主教史、中国印刷史和民国地质学史。著有《中国科学技术的西传及其影响》《通天之学：耶稣会士和天文学在中国的传播》等，合著合编有《中国印刷史》《中国活字印刷史》《〈熙朝崇正集〉〈熙朝定案〉（外三种）》《欧洲所藏雍正乾隆朝天主教文献汇编》，发表学术论文百余篇。
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