中國全史百卷本第017卷[ 春秋戰國科技史]-616
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第017卷 春秋戰國科技史
本卷提要 本書是春秋戰國部分的科技史卷。所述時間從公元前770年到公元前221年,包括春秋(公元前770- 前476年)和戰國(公元前475- 前221年)兩個重要歷史時期。這是我國歷史上由奴隸制向封建制轉變的社會大變革時期。生鐵冶鑄技術的產生和鐵器的普遍使用,使社會生產力得到很大提高,促進了農業、手工業、土木建築工程的發展; 天命觀 的衰落和 士 這個階層的崛起,促進了思想的解放和學術的繁榮,造成了 百家爭鳴 的局面,有力地推動了我國古代自然哲學和自然科學的發展,出現了我國科學技術發展的第一個高峰。本書將以古籍文獻記載和考古發現為根據,廣泛彙集近代科技史家的研究成果,對這一歷史時期科技發展的概況和重要成就作出論述。力求系統全面,反映歷史的本來面目;並簡要論及商周、秦漢前後兩個時期科技的繼承發展關係以及春秋戰國科技成就對世界科技發展的影響。 根據這一時期科技發展的實際情況,並考慮到天、算、農、醫這個科技史界公認的中國古代科技體系,本書將按照冶金技術和鐵器的推廣、土木工程和手工業技術、天文學、數學、地學、農學和生物學、醫學、物理學這個順序進行論述。為避免和 思想卷 有過多重複,有關春秋戰國時期自然觀(包括自然哲學)的內容,只在本書第一部分的概述中作簡要介紹。 一、春秋戰國科技概述(一)鐵器的普遍使用與社會大變革春秋戰國時期(公元前770- 前221年)是我國歷史上由奴隸制向封建制轉變的社會大變革時期。 和主要以工商業與貿易為生存命脈的古希臘不同,中國的奴隸制是在大陸上發展起來的。我國黃河中下游的大片平原以及渭河、汾河谷地和長江、淮河中下游的平原地帶,幾乎連成一片,比尼羅河流域和兩河流域的平原要大得多。這裡遠古時代 草木暢茂,禽獸繁殖 ,①為農業的發展提供了極好的自然條件。在使用石制、骨制、木製工具的原始社會,發展農業主要靠火,用火燒掉樹木野草,然後進行耕種。我國傳說中的農業的始祖神農,被稱為 炎帝 ,也叫 烈山氏 ,都與火有關,反映了這一歷史狀況。在石器加工和制陶技術的基礎上產生出來的青銅冶鑄技術,到了商代已發展到獨步世界的高度。青銅器具的使用,不僅把我國農業生產技術推到了一個新的高度,使農業生產逐漸取代了採集狩獵活動和畜牧業,到周初已成為社會經濟中最主要的部門,而且也為手工業技術的發展和生鐵冶鑄技術的產生奠定了基礎。銅的熔點為1083℃,煉塊狀鐵要求的溫度為1000℃左右,生鐵的溶點為1146℃。熟練地掌握煉銅技術和進一步改進鼓風技術,獲得生鐵熔鑄的高溫是不難達到的。所以不遲於公元前6世紀,我國已出現了生鐵冶鑄,很快又發明了利用柔化退火製造可鍛鑄鐵和世界上最早的鍊鋼術與淬火技術。 鐵器的應用,特別是鑄鐵農具的普遍推廣,成為這一時期生產力發展的重要標誌,引起了全社會整個技術基礎的巨大變化。V型鐵鏵犁和牛耕的使用,加快了農田開發和精耕細作傳統的形成,大大增加了農業的產量。鑿井技術的提高和大規模水利工程的興建,便於人們向遠離河湖的地區移居,並在附近開闢農田進行耕植,使大量荒地得到開墾。私田數量的增加和農業勞動生產率的提高,促使一家一戶為單位的、以個體經營為特徵的小農階層(自耕農和佃農)和以私有土地為資本、通過佃耕制而暴富起來的封建剝削階層的出現,使封建生產關係得到迅速發展。 私門富於公室 的現象也誘使諸侯、卿大夫和貴族奴隸主們紛紛開始採用封建剝削形式。而新出現的封建制度,也更好地適應了當時生產力發展的要求,進一步解放了生產力,使春秋戰國、特別是戰國時期的生產力得到前所未有的巨大發展,也促成了奴隸社會無法比擬的科學技術的大發展。 中國的奴隸制沒有產生足以和希臘科學文化相媲美的精神文明;但是中國是世界上第一個進入封建社會的國家,不僅在進入封建社會的初期就創造了可以和古希臘媲美的科學文化,並且從此伊始,以自己輝煌的成就和鮮明的特色在世界上領先達1000多年之久。 春秋戰國時期獎勵耕戰、重視農桑的政策,不僅促進了農業科學技術的提高和水利灌溉工程的興建,而且也促進了天文曆法的發展。春秋時期我國已開始採用十九年七閏的制歷方法,至遲在公元前7世紀已開始用圭表測日影以定冬至和夏至;戰國時期開始出現了二十四節氣的思想。在天文觀測上,這一時期也有了關於日食、月食、流星、彗星的世界上最早的觀測記錄;楚人甘德、魏人石申編製了世界上最早的星表。 ① 《孟子?滕文公章句上》。 在農業發展的同時,手工業生產也有了很大的進步,形成了冶鐵業、絲織業、車輛製造、玻璃漆器業等許多獨立的生產部門,出現了分工越來越細、工藝技術逐步規範化的趨勢。春秋末期齊國人撰寫的《考工記》,記述了當時官府手工業的30項專門部門的製造工藝和技術規範,反映了當時手工業技術發展的高水平。 農業和手工業的發展,促進了商業貿易的繁榮、水陸交通的發達和城市的發展。各個諸侯國之間的軍事征伐、文化交流和商業活動,擴大了各個地區的聯繫溝通。這不僅促使了華夏地區各民族的融合與科學技術的交流,而且開闊了人們的地理視野,豐富了人們的地理知識,出現了《禹貢》、《管子?地員》和《五藏山經》等對地理資料進行綜合論述的著作。 (二) 士 的出現與學術繁榮春秋時期,諸侯林立,各諸侯國之間的攻伐兼并十分激烈。各種勢力為了自身的利益和在奪權鬥爭中取得勝利,都需要輿論上的準備和思想上的支持,特別是需要籠絡收買社會上的智能之士為他們出謀劃策,承擔處理大量的軍政外交事務。在這種形勢下,原來由奴隸主階級壟斷文化教育的 學在官府 的制度受到衝擊,社會上私學興起。特別是從孔丘(公元前551- 前470年)開始的私人講學活動,使原來被統治階級壟斷的文化知識普及到社會上並不當權的平民即 國人 之中,社會上由此產生了一批受過禮、樂、射、御、書、數 六藝 教育的 士.這一大批來自 國人 的 士 ,在中國從奴隸制向封建制的轉變中發揮了很大的作用。這個時期,代表各階級、階層利益的不同思想學說紛起。許多思想家、哲學家各持見解,著書立說,奔走遊說,互相爭辯,出現了 出並作,各引一端,崇其所善,以此馳說,取合諸侯 ①的現象,造成了思想上解放、學術上自由的 百家爭鳴 的生動局面。 儒家、墨家、道家、名家以及荀況(約公元前313- 前238年)、韓非(約公元前280- 前233年)等為代表的諸子百家,對當時科學技術的發展都有較大的影響。他們為了發展自己的學派,論證自己的觀點,實現自己的主張,達到自己的政治目的,都程度不同地關心生產的發展和科學技術的進步,從中汲取某些有利的論據。他們從不同的觀點和角度對一些自然現象和技術問題進行解釋和概括,頻繁交流,彼此辯詰,相互補充,為當時科學技術的發展創造了極為有利的氣氛和條件。戰國時期的百家爭鳴,促進了我國整個學術的繁榮和科學文化的發展;和正值奴隸制鼎盛時期的古希臘一起,在世界的東方和西方,同時形成了兩個交相輝映的科學文化高峰,全面奠定了我國後世科學技術發展的基礎。 (三)自然知識的進步春秋戰國時期,在自然知識方面,除前面已述及的天文學、地理學之外,數學、農學、生物學、醫學和物理學等均有了相當的發展。 在數學方面,我國商代已使用了十進位法,有了畫圓和直角的工具 規 和 矩.春秋時期已可利用籌算進行完整的加、減、乘、除四則運算,並有了分數的概念。後期墨家提出了幾何學中的點、線、面、方、圓乃至極限的概念。 公元前239年,由秦相呂不韋(約公元前290- 前235年)的門客集體 ① 《漢書?藝文志》。 編撰的《呂氏春秋》,融合了諸子百家的思想和學術成果。其中的《上農》、《任地》、《辨土》、《審時》四篇,專講 崇本抑末 的重農政策和深耕細作的農業技術,反映了春秋戰國時期的農業技術水平。農業和地理學的成就,也促進了生物學知識的積累。這個時期在生物形態學和分類學方面取得了不小的進步。 中國獨特的醫學體系,也在這一時期初步形成並得到迅速發展。在醫藥、病因病理和診斷治療知識積累的基礎上,戰國後期成書的《黃帝內經》,對我國古代的醫療實踐經驗作了系統的整理和總結提高,成為我國中醫理論開始形成的標誌。《內經》運用陰陽對立、五行生剋的思想,論述了人體生理、病理、診斷、預防、治則和藥性問題,成為2000年來中醫辨證論治、臨床實踐的基礎理論之一。 春秋戰國時期,我國的手工業技術包含了豐富的物理學知識。《考工記》和後期墨家撰寫的《墨經》等書中,記載了我國古人在力學、聲學、熱學、電和磁以及光學方面獲得的理性認識。特別在力學、聲學和光學的研究上,還出現了實驗方法的萌芽。《墨經》中記載的光學實驗,包括小孔成像以及平面鏡、凹面鏡、凸面鏡的成像實驗,其方法和結論與近代光學實驗十分相似,取得了比古希臘歐幾里得《光學》更早的輝煌成就。 (四)諸子百家的自然觀自然觀作為古代科學思想的一種形態,在春秋戰國時期湧現出多種學說,成為2000多年來影響我國科學技術和文化思想發展的傳統力量。 1。 天命觀 的衰落和荀子 明於天人之分 的思想奴隸制向封建制的轉變,必然引起意識形態上的巨大變化。這首先體現在對維護奴隸主統治的 天命觀 所提出的公開挑戰。 這種狀況在當時的諸子學說中普遍反映出來。即使在講過 天命 的孔子那裡,對 天命 問題也是極力迴避的。 子不語怪、力、亂、神.①他還說過: 天何言哉?四時行焉,百物生焉,天何言哉? ②這已把 天 看作是 自然 了。同樣,宣揚 王道 的孟軻(公元前372- 前289年) 也指出: 天之高也,星辰之遠也。苟求其故,千歲之日至,可坐而致也.③是說天和星辰雖然高遠得很,但其規律也是可以獲知的,千年間的冬至也可以被預知。這反映了對 天 的神秘感的消失以及對 天 可以認知的信心。 地主階級上升時期的傑出思想家荀況,更提出了 明於天人之分 的思想,認為 天 是沒有意志的 自然 ,把原來被看作是人間至高無上的主宰一下子降為與人為伍的大自然,並把正確處理人與自然的關係作為 以政裕民 的物質基礎。在《荀子?天論》中,這個思想得到了完整的表述。 天 是什麼呢?荀子指出: 列星隨旋,日月遞,四時代御,陰陽大化,風雨博施,萬物各得其和以生,各得其養以成,不見其事而見其功,夫是之謂神。 皆知其所以成,莫知其無形,夫是之謂天。 這是說 天 就是自然本身,是沒有意志的;自然的功能就是 神.他還說: 天行有常,不為堯存,不為桀亡 ,即天有其自身的運動規律,是不為 人事 所改變的。他十分卓越地提出: 大天而思之,孰與物畜而制之!從天而頌之,孰與制天命而 ① 《論語?述而》篇第七。 ② 《論語?陽貨》篇第十七。 ③ 《孟子?離婁下》。 用之!望時而待之,孰與應時而使之!因物而多之,孰與騁能而化之!思物而物之,孰與理物而勿失之也!願與物之所以生,孰與有物之所以成!故錯人而思天,則失萬物之情.在這裡,荀子進一步抒發了 明於天人之分 的意義,指出在 人 與 天 的關係上, 人 是可以有所作為的。只要能掌握和善於利用自然規律,就可以使自然為人服務。 如是,則知其為,知其所不為矣;則天地官而萬物役矣。 如果對 天 只是敬畏、頌揚和等待其恩賜,那就是 錯人而思天 了。荀子的這段論述,可以說是當時在處理 人 與 天 的關係上最具積極意義的認識。 2。陰陽- 五行說在百家爭鳴的形勢下,各家學說都力求從總體上說明和理解自然,在自然的本質或宇宙萬物本原的問題上,就出現了各種不同的說法。探討、認識這一問題,是自然科學的根本任務,但在科學還沒有進步到足以解答這個問題的時候,只能先由哲學提出某些猜測和作出一定的解釋。春秋戰國時期寬鬆活躍的學術氣氛,為這些學說的提出創造了良好的條件。當時的中國哲學家們對自然本質的各種看法,與古希臘自然哲學的內容大體上是類似的。關於宇宙論和時空觀的內容,將分別在天文學和物理學部分介紹。 殷周時期已經產生的陰陽和五行學說,仍然是這一時期關於宇宙萬物本原的重要學說。五行學說是從西周的 五材 演變而來的。漢初伏勝所著的《尚書大傳》記載,武王伐紂至於商郊,士卒歡樂歌舞以待旦,歌曰: 水火者,百姓之所飲食也;金木者,百姓之所興作也;土者,萬物之所資生也,是為人用。 把水、火、金、木、土看作是人們賴以生存的五種基本材料的看法,當是有古老淵源的。《國語?鄭語》記載,周幽王九年(公元前773年)太史伯回答鄭桓公之問時說: 故先王以土與金木水火雜,以成百物.這個回答表明,當時還只是把土與金木水火看作是 以成百物 的基本材料,還沒有把它們上升為宇宙萬物的本原。《左傳》中記載的關於柳下惠(展禽,生活於公元前7世紀後半期)的一段話中有: 及地之五行,所以生殖也。 這是最早出現的 五行 二字。《國語?周語下》記載公元前572年的一段話說: 天六地五,數之常也。天六 指陰、陽、風、雨、晦、明 六氣 ; 地五 即指五行,並把它們上升為正常的自然規律( 數之常也 ),這就具有一定的哲學意義了。到公元前6世紀末,五行即被推廣到各個方面( 五味 、 五色 、 五聲 等),並被看作是 禮 所依據的基本原則之一。在可能是戰國時人偽作的《尚書?洪範》中則進一步概括說: 五行,一曰水,二曰火,三曰木,四曰金,五曰土。水曰潤下,火曰炎上,木曰曲直,金曰從革,土爰稼穡。潤下作咸,炎上作苦,曲直作酸,從革作辛,稼穡作甘。 這裡把五行提升為構成宇宙萬物的五種基本元素,並對它們的性質和作用作了規定。 西周末年,還產生了物質為 氣 的說法,用對立的陽氣和陰氣的相互作用來解釋天地分離、四季變化、萬物盛衰等各種自然現象。天氣為陽,性質是上升的;地氣為陰,性質是沉滯的。兩種氣的協調交感作用,生成萬物和天地的秩序;二氣不和,就會引起自然界的災異變化。周幽王二年(公元前780年)西周三川(今陝西中部)皆震,周大夫伯陽父說這是因為 陽失其所而鎮陰也 ,陽伏而不能出,陰迫而不能(升) ,①於是便發生地 ① 《國語?周語上》。 震。 到了戰國時期,幾乎各家都把陰陽看作自然界兩種對立的力量。《老子》中說: 萬物負陰而抱陽,沖氣以為和 ,即陰陽蘊涵於萬事萬物之內,在看不見的氣中得到統一。這裡把陰陽看作是萬物的基本屬性。《荀子?天論》稱: 四時代御,陰陽大化 ;並用 天地之變,陰陽之化 來解釋星墜之類的自然現象。 在孔子及其弟子所編的《易經?繫辭傳》中提出了 一陰一陽之謂道 ;並稱: 乾,陽物也;坤,陰物也,陰陽合德而剛柔有體 , 剛柔相推,變在其中矣.這是說一陰一陽,一剛一柔,相互推移,即生變化,在這種對立統一的作用之下,就發生了萬物的演化。這可以看作是對先秦陰陽學說的總結與提高。 戰國時期,從不同角度反映自然界面貌的陰陽說與五行說開始被結合起來,形成了陰陽五行說。陰陽五行說和元氣論的結合,又構成了我國古代元氣一元論的自然觀。 先秦學者也有將宇宙萬物的本原歸結於一種具體物質的。《管子?水地》篇稱: 集於天地,而藏於萬物,產於金石,集於諸生。……萬物莫不以生。…… 水者何也?萬物之本原也,諸生之宗室也。 這是水一行說。《莊子?在宥》篇假借黃帝時代的廣成子之口說: 今夫百昌皆生於土,而返於土。 這是土一行說。儘管我國古代的五行說、陰陽說、水一行說、土一行說還比較粗糙,但都在試圖把自然界無限多樣的物質存在形態統一於幾種或一種物質本原,用統一的觀點去解釋宇宙萬物,其中包含著一些合理的見解和天才的猜測。 3。墨家的 原子論 思想以實驗為基礎的現代科學原子論,淵源於古代樸素的原子論。中國的墨家也曾提出過類似古希臘原子論的觀念。《墨經》第62條①提出: 端,體之無厚而最前者也 ; 端,無間也。 這是說 端 是物體的起始,是把物體分割到 無厚 而留在最後的、最原始的質點;它是沒有間隙、即無內部結構的。《墨經》第160條又說: 非半弗則不動,說在端。 就是說, 端 是不能再分為兩半的東西了,所以是不能毀壞、不能變化的了。這是關於原始的、物質最小單位的概念,實質上是十分樸素的、揭示了物質的不連續性和物質最小單位不可分割的思想,可以看作是我國古代原子論的萌芽思想。古代原子論者,往往統一地看待物質與空間,把物質原子與空間幾何上的 點聯繫起來。所以 端 也被墨家看作是幾何原子,這是很自然的。 有些學者只看到了《墨經》中所說的 端 的幾何學意義,而否認中國古代有原子論思想,這顯然是片面的。當然,與古希臘的原子論相比,墨家的論述過於簡單粗糙,而且未見對原子運動的說明。關於 端 的幾何 點 意義,我們將在數學部分論述。 4。元氣說對自然界物質本原認識的進一步發展,出現了以比較抽象的形態反映這個統一的 元氣 學說。在戰國時期已有一些學者認為自然界是氣的世界。 在《管子?內業》中,提出了一種 精氣 學說: 凡物之精,此則為生;下生五穀,上為列星。流於天地之間,謂之鬼神;藏於胸中,謂之聖人。是 ① 本書所引《墨經》的條號,均據高亨著《墨經校詮》,科學出版社 1958年版。 故此氣,杲(gǎo,音搞,光明之意)乎如登於天,杳(yǎo,音咬,昏暗之意)乎如入於淵,淖乎如在於海,萃乎如在於屺(作 山 )。 這是說世界上的一切事物得到了精氣就存在。五穀、列星都是精氣產生的。精氣在天地間的流動就有了鬼神,深藏於胸中就成了聖人。精氣光耀像在天上,幽微像在深淵,濕潤似海,高峻如山。這裡把精氣看作是構成宇宙萬物的最根本的本原,它充塞天地之間, 其細無內,其大無外 ,它的流行變化形成了一切事物(包括精神現象在內),而它自身卻保持不變。稷下學派的宋(約公元前360- 前290年)和尹文(約公元前350- 前285年)又以精氣學說把《老子》中的 道 作了積極的發展,說: 凡道無根無莖,無葉無榮。萬物以生,萬物以成,命之曰道。……精也者,氣之精者也。氣,道乃生,生乃思,思乃知,知乃止矣。 ①用這種精氣代替 道 ,就克服了對 道 的理解上的神秘性和不確定性。 氣 和 陰陽 的結合,構成了我國古代自然觀的核心。包括自然界在內的客觀世界,都是由陰陽兩種對立的氣組成的。中國古代提出的 氣 的概念,既包含了最基本的對立——陰和陽的意義,還包含了宇宙萬物本原的意義。在諸子的學說中,雖然有各種不同的表述方式,如它可以是 道 、 太一 、 太虛 ,究其實質,都不過是 氣 的同義語,因為這些表述都包含了上述兩種含義。所以,我們可以把和陰陽學說結合在一起的 氣 生成萬物的自然觀,稱為氣的一元論自然觀;這個自然觀,一直深深影響著中國2000年來科學認識的發展。 科學技術是屬於全人類的。儘管近代自然科學主要是從歐洲發展起來的,但全人類都直接間接地為科學技術的發展做出了不同的貢獻。我國是世界上文明發達最早的國家之一。包括春秋戰國時期科學技術成就在內的中國古代科學技術,曾經在世界上長期居於領先的地位,對人類文明和科學技術的發展作出過巨大的貢獻,當然也是近代自然科學誕生的一個不可或缺的條件。在這本書中,我們將比較系統地向讀者介紹春秋戰國時期在金屬冶煉、土木工程、手工業技術以及天文學、數學、地理學、生物學、醫學和物理學等方面所取得的輝煌成就,並同時揭示科學技術發展和社會諸因素之間的相互作用,從中得出一些歷史的啟示。 二、冶金技術與鐵器的推廣(一)青銅冶鑄的繼續發展我國的煉銅和銅器鑄造技術,誕生於仰韶文化初期。在商、西周時期,青銅冶鑄技術已有較大的發展,青銅器的使用達到鼎盛時期。青銅是銅與錫、鉛的合金,與純銅相比,熔點較低,①硬度較高。②青銅鑄件的填充性較好,氣孔少,所以鑄造性能較好。青銅良好的機械性能和鑄造性能,使它在使用上有更廣泛的適應性。 戰國時代開始,青銅的地位逐漸被鐵所代替。但是,無論在青銅的冶煉、澆鑄、加工工藝,還是在青銅器的用途方面,春秋戰國時期還是有明顯的發展和提高。 ① 《管子?內業》。 ① 純鋼熔點為 1083 ℃,若加 15 %的錫,熔點降到 960℃;若加 25 %的錫,熔點為 800℃。用鉛代替錫,同樣可以降低熔點。 ② 純銅的布氏硬度為 35 ;若加 5~7 %的錫,硬度增高到 50 ~65;若加 7~9 %的錫,硬度增高到 65 ~70;若加 9~10%的錫,硬度可達 70 ~100. 1。青銅冶鑄的 六齊 規律 春秋時期,人們在青銅冶鑄的實踐中,直觀地認識到青銅的性質因其所含銅、錫(或鉛)比例的不同會發生顯著的變化,從而總結出了 六齊 規律。 齊就是劑、劑量; 六齊 就是青銅組成的六種不同配比。《考工記》中記載了世界冶金史上最早的合金配比工藝的總結: 金有六齊,六分其金而錫居一,謂之鐘鼎之齊;五分其金而錫居一,謂之斧斤之齊;四分其金而錫居一,謂之戈戟之齊;三分其金而錫居一,謂之大刃之齊;五分其金而錫居二,謂之削殺矢之齊;金錫半,謂之鑒燧之齊。金 指青銅合金或指純銅。《呂氏春秋?別類》篇解釋說: 金柔,錫柔,合兩柔則為剛,燔之則為淖。 這是說適當掌握合金的成份,就會提高硬度而使青銅的熔點低於純銅。 青銅中含錫達17~20%則非常堅硬,當時作為工具的斧斤,含錫量在此範圍之內。作為兵器的戈戟既要求有很大的強度,又要比斧斤銳利,所以含錫量在20%以上。刀劍(大刃)和削(小刀、匕首)、矢等兵器要求有較高的硬度,所以含錫量增加到25~29%以上。作為樂器、禮器的鐘鼎,要求聲音悅耳,顏色美觀,其含錫量控制在15%左右,這時合金呈橙黃色,外觀很美,聲音也很動聽。而鑒燧(銅境)需要磨出光亮的表面和銀白色的金屬光澤,以增強反射光的能力,還要能鑄造出細緻的花紋,所以含錫量要達50%左右。我國在2000多年前,總結出的這一合金配比規律,大體上是符合科學道理的。 關於當時冶煉青銅的具體方法,至今還了解得不多。1929年在安陽殷墟發現的煉銅遺址里,有大小二號的陶器坩鍋。有一個重7公斤,容量約3升。 坩鍋內有殘留銅渣,可能是用於熔合銅錫以製造青銅器的。近年�