【摘要】中國(guó)古代科技巔峰出現(xiàn)在宋代，是中外科學(xué)史學(xué)者研究中的普遍共識(shí)。分析宋代經(jīng)濟(jì)和軍事方面的需求對(duì)科技研究和開發(fā)的影響、分析科技發(fā)展與教育以及哲學(xué)思想之間的互動(dòng)關(guān)系、分析科技發(fā)明在宋代的體制化等問題，是回答古代科技巔峰緣何出現(xiàn)在宋代的主要方向。在考慮社會(huì)需求促進(jìn)科技發(fā)展的同時(shí)，也應(yīng)注意到宋代科學(xué)家與發(fā)明家群體中形成的科學(xué)氣質(zhì)。
【關(guān)鍵詞】宋代 科技發(fā)展 社會(huì)需求 科學(xué)氣質(zhì) 【中圖分類號(hào)】K244；K245 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
英國(guó)著名科學(xué)史家李約瑟指出：“宋代雖然軍事上常常出師不利，且屢為少數(shù)民族邦國(guó)所困擾，但帝國(guó)的文化和科學(xué)卻達(dá)到了前所未有的高峰。”他將宋代與前代相比，認(rèn)為“在技術(shù)上，宋朝把唐代所設(shè)想的許多東西都變成現(xiàn)實(shí)”；他又將宋代納入整個(gè)歷史長(zhǎng)河之中去觀察，說：“中國(guó)的科技發(fā)展到宋朝，已呈巔峰狀態(tài)，在許多方面實(shí)際上已經(jīng)超過了18世紀(jì)中葉工業(yè)革命前的英國(guó)或歐洲的水平。”人們普遍相信，中國(guó)古代科技的巔峰出現(xiàn)在宋代。在具體描繪這一巔峰時(shí)代的科技成就時(shí)，按照天文、數(shù)學(xué)、醫(yī)學(xué)、地理、化學(xué)、農(nóng)學(xué)，以及冶金、造船、紡織、制瓷等知識(shí)與技術(shù)的不同領(lǐng)域，分門別類詳加列舉，成為重要的敘述基調(diào)。被馬克思稱為“預(yù)告資產(chǎn)階級(jí)社會(huì)到來的三大發(fā)明”的指南針、火藥與印刷術(shù)在宋代的完成與發(fā)展，更是作為宋代科技巔峰的標(biāo)志，備受關(guān)注。
除此之外，學(xué)者們還不遺余力地將宋代與世界的科技成就作時(shí)間跨度上的對(duì)標(biāo)。比如，作為改變整個(gè)世界面貌和狀態(tài)的杠桿之一，宋代的活字印刷術(shù)比1450年古登堡活字印刷術(shù)在德意志的發(fā)明要早400年；南宋楊忠輔的《統(tǒng)天歷》定回歸年數(shù)值為365.2425，比歐洲格里高利歷的頒行早380多年；這一時(shí)期發(fā)明的腳踏紡車和水轉(zhuǎn)大紡車，比歐洲的同類發(fā)明要早400多年。將宋代“與歐洲的文藝復(fù)興以至近代相比”，從世界科學(xué)成就的地圖冊(cè)中去丈量與把握，對(duì)于具象理解宋代作為中國(guó)古代科技巔峰這一認(rèn)識(shí)無疑十分重要。
社會(huì)需求促進(jìn)宋代科技不斷發(fā)展
古代科技巔峰為何出現(xiàn)在宋代？過去的幾十年，學(xué)者從經(jīng)濟(jì)、政治、社會(huì)、制度、思想、教育等多個(gè)維度不斷進(jìn)行論證。不過，若將這些討論歸置于科技發(fā)展與社會(huì)、文化語境的關(guān)聯(lián)度這一視域之下，不外乎以下三種解釋進(jìn)路。
第一，宋代經(jīng)濟(jì)和軍事方面的需求對(duì)科技研究和開發(fā)的影響。宋朝建立以來，人口激增，對(duì)食物的需求促使栽培方法的改進(jìn)。曲轅犁開始推廣使用，秧馬、筒車被創(chuàng)造出來，新品種占城稻被廣泛推廣種植。宋代興修的水利工程數(shù)量明顯比唐代多，閘門和新的測(cè)量?jī)x器得以改進(jìn)并擴(kuò)大應(yīng)用，效果顯著。煤與石油開始開采，并且成為民用燃料。城市的快速發(fā)展需要發(fā)明供水與滅火裝置。
在宋與遼、金的戰(zhàn)爭(zhēng)影響下，火藥成為有用的武器。宋初，開封所設(shè)“廣備攻城作”的十一個(gè)部門中，“火藥窯子作”即是專門用來制造火藥火器的。北宋時(shí)的軍事著作《武經(jīng)總要》記載了三種世界上最早的火藥配方，并列舉了火箭、火藥鞭箭、火球、火蒺藜等多種火器。南宋時(shí)，震天雷的產(chǎn)量大幅提升。紹興二年（1132年），德安守將陳規(guī)“以火炮藥”，制造出長(zhǎng)竹竿火槍20余條；開慶元年（1259年），壽春府制造出突火槍，“以鉅竹為筒，內(nèi)安子窠，如燒放，焰絕然后子窠發(fā)出”，即槍筒內(nèi)裝填火藥和子窠，火藥在筒中燃燒產(chǎn)生的氣體推力，能將子窠射出，產(chǎn)生擊殺作用。長(zhǎng)竹竿火槍與突火槍的出現(xiàn)標(biāo)志著管形火器的誕生。
經(jīng)濟(jì)發(fā)展與軍事戰(zhàn)爭(zhēng)也加強(qiáng)了對(duì)運(yùn)輸工具改進(jìn)的需要。宋代陸上運(yùn)輸工具進(jìn)展不大，但造船技術(shù)獲得了巨大發(fā)展。宋代發(fā)明了船塢以及滑道下水的方法；造船時(shí)開始使用船圖，先制造船的模型，再按比例放大造船；龍骨結(jié)構(gòu)的使用增加了海船抗御風(fēng)浪的能力；踏輪驅(qū)動(dòng)的車船獲得了普遍應(yīng)用。為增加糧食載運(yùn)量和提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而建造的對(duì)槽船，是當(dāng)今分節(jié)駁船的雛形。船型巨大的還有“形制圓短，如三間大屋，戶出其背，中甚華飾，登降以梯級(jí)，非甚大風(fēng)不行”的萬石船。用于戰(zhàn)爭(zhēng)的新船型不斷出現(xiàn)，既有“底平檣浮，雖尺水可運(yùn)”的多槳船，又有“傍設(shè)四輪，每輪八檝，四人旋斡，日行千里”的飛虎戰(zhàn)艦。
第二，科技發(fā)展與教育以及哲學(xué)思想之間的互動(dòng)關(guān)系。宋代廣興學(xué)校，推動(dòng)教育制度改革，增加太學(xué)學(xué)額，在州縣立官學(xué)，佐以私學(xué)、蒙館、冬學(xué)等教學(xué)形式，從而形成了自京師至郡、縣、鄉(xiāng)的教育網(wǎng)絡(luò)。在教育科目上，科學(xué)的訓(xùn)練內(nèi)容在宋代官方學(xué)校所占的比重逐漸增加；在教育方法上，唐代以來的分科教育效果明顯，司天監(jiān)培養(yǎng)出許多知名學(xué)者，而宋代先將太醫(yī)局從太常寺中分離、后又置醫(yī)學(xué)于國(guó)子監(jiān)之下的革新，將醫(yī)學(xué)教育納入國(guó)家官學(xué)系統(tǒng)，促進(jìn)了醫(yī)藥學(xué)的發(fā)展。
宋代理學(xué)興起，理學(xué)的世界觀與以理為基礎(chǔ)的自然科學(xué)的觀點(diǎn)一致。程頤說：“天下物皆可以理照。有物必有則，一物須有一理。”朱熹強(qiáng)調(diào)：“所謂致知在格物者，言欲致吾之知，在即物而窮其理也”“上而無極、太極，下而至于一草一木一昆蟲之微，亦各有理。一書不讀，則闕了一書道理；一事不窮，則闕了一事道理；一物不格，則闕了一物道理。”理學(xué)家對(duì)格物致知的提倡推動(dòng)著學(xué)者對(duì)自然之理進(jìn)行探索。
第三，科技發(fā)明在宋代的體制化。在科技體制化的討論中，對(duì)科技人才的拔擢與獎(jiǎng)勵(lì)制度是聚焦點(diǎn)?！端问贰分杏涊d了獎(jiǎng)勵(lì)科技發(fā)明的許多例子。太平興國(guó)時(shí)期（976年—984年），因新歷《乾元?dú)v》頗為精密，宋太宗對(duì)造新歷者及校定者一同獎(jiǎng)勵(lì)，“皆優(yōu)賜束帛”；咸平三年（1000年），有人獻(xiàn)所制火箭、火球、火蒺藜，有人獻(xiàn)海戰(zhàn)船式，朝廷“各賜緡錢”；熙寧六年（1073年），許州百姓進(jìn)獻(xiàn)制瓦法，以黑錫代替原來的黃丹來燒制琉璃瓦，降低了成本，朝廷因此獎(jiǎng)勵(lì)“錢五十萬”。除了經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)勵(lì)之外，對(duì)科技工作者降詔獎(jiǎng)諭、授官賜爵的例子比比皆是。汝南襄城人楚芝蘭“以占候有據(jù)，擢為翰林天文”；熙寧八年（1075年），沈括上《奉元?dú)v》，“詔進(jìn)（沈）括一官，司天監(jiān)官吏進(jìn)官、賜絹銀有差”；元豐二年（1079年），朝廷對(duì)范子淵、宋用臣等“首議導(dǎo)洛水入汴”以及“筑堤捍河”的董役之人大加獎(jiǎng)勵(lì)，或進(jìn)官，或減磨勘年，或指射差遣，同時(shí)按等第賜錢。當(dāng)科技發(fā)明確立為社會(huì)體制時(shí)，盡管其在宋代尚未健全，其中還帶有相當(dāng)?shù)碾S意性，但它不僅可以為科學(xué)家與發(fā)明家?guī)砝?，還賦予科技發(fā)明與發(fā)現(xiàn)的行為本身以新的價(jià)值，從而成為一種經(jīng)過闡發(fā)、公認(rèn)的社會(huì)動(dòng)力，推動(dòng)科技事業(yè)的發(fā)展。
宋代科學(xué)家與發(fā)明家群體中逐漸形成一種科學(xué)氣質(zhì)
在宋代，學(xué)者逐漸形成了一種姑且稱為科學(xué)的氣質(zhì)，它是一套涵蓋價(jià)值、認(rèn)知、規(guī)范、原則和信條的綜合，雖不能與現(xiàn)代意義的科學(xué)精神等同而觀，但它在吸引并促使科學(xué)家與發(fā)明家保持長(zhǎng)期的研究投入時(shí)發(fā)揮著重要作用。
第一，宋人的科學(xué)氣質(zhì)表現(xiàn)在對(duì)科學(xué)知識(shí)的積累與實(shí)踐上。在宋代，處處可見重復(fù)的獨(dú)立發(fā)明與發(fā)現(xiàn)。比如，慶歷年間（1041年—1048年），畢昇發(fā)明了活字印刷術(shù)，以膠泥刻字，每字一印，火燒堅(jiān)硬而成泥活字后，以兩塊鐵板交替印刷排字，進(jìn)一步提高了印刷速度，成為人類史上具有影響力的發(fā)明之一。在歷史的語境中，顯然不能將畢昇當(dāng)作孤獨(dú)的發(fā)明家，宋代發(fā)現(xiàn)并實(shí)踐活字印刷的人并不少見。南宋著名文人、政治家周必大在給朋友的信中記錄了這樣的事情：“近用沈存中法，以膠泥銅板移換摹印，今日偶成《玉堂雜記》二十八事。”除了泥活字，后來還有人鑄錫作字、以鐵條貫之，排行印書。
需要指出的是，宋代科學(xué)家與發(fā)明家在知識(shí)興趣上會(huì)產(chǎn)生對(duì)特定問題進(jìn)行聚焦的現(xiàn)象。比如，在天文歷法上，自建隆四年（963年）《應(yīng)天歷》起，至咸淳六年（1270年）《成天歷》止，官方共改歷17次，朝廷與非官方的天文學(xué)家對(duì)歷法的研習(xí)始終保持著熱度，而經(jīng)過多次更制的歷法也日益精確。又如，對(duì)磁體極性的探索早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)代就已存在，“立司南以端朝夕”的記載證明了磁體極性的實(shí)際應(yīng)用。北宋初年的《武經(jīng)總要》中介紹了“以薄鐵葉剪裁”的“指南魚”，用來在陰天和黑夜判斷行軍方向。沈括的《夢(mèng)溪筆談》記載了“以磁石磨針鋒，則能指南”的指南針，沈括還發(fā)現(xiàn)了地磁偏角現(xiàn)象，指出地點(diǎn)不同偏角的大小也不同。南宋陳元靚在《事林廣記》中介紹了一種當(dāng)時(shí)流行的指南龜?shù)难b置法。在實(shí)踐上，北宋時(shí)期，指南浮針便已應(yīng)用于航海。朱彧的《萍洲可談》記述：“舟師識(shí)地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦則觀指南針。”到了南宋，指南針成為重要的導(dǎo)航儀，“舟舶往來，惟以指南針為則”。吳自牧的《夢(mèng)粱錄》中還記載了一種將磁針和方位盤聯(lián)成一體的“針盤”，又稱磁羅經(jīng)、磁羅盤。毋庸置疑，針對(duì)解決特定問題的知識(shí)積累與不斷實(shí)踐，是推動(dòng)宋代科學(xué)與發(fā)明創(chuàng)造的要素之一。
與此相應(yīng)，宋代發(fā)起了對(duì)多種知識(shí)類別進(jìn)行總結(jié)的工作。宋代熱衷于匯編本草與醫(yī)方，政和年間（1111年—1118年），朝廷召集海內(nèi)名醫(yī)編纂醫(yī)學(xué)百科全書《圣濟(jì)總錄》。曾公亮等奉敕編撰的《武經(jīng)總要》對(duì)以往的兵器制造技術(shù)與方法進(jìn)行了全面總結(jié)，是軍事技術(shù)的百科全書。成書于紹興十九年（1149年）的陳旉的《農(nóng)書》雖然篇幅不長(zhǎng)，卻是我國(guó)最早專門總結(jié)南方稻作區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)和經(jīng)營(yíng)的農(nóng)書。
第二，宋人的科學(xué)氣質(zhì)還表現(xiàn)在實(shí)用主義（抑或也包含功利主義）原則在科技研究與實(shí)踐中的流行。宋代的科學(xué)家與發(fā)明家經(jīng)常把其研究與實(shí)際需要和應(yīng)用相聯(lián)系。沈括制定的《十二氣歷》主張去掉閏月，用節(jié)氣來制歷，以立春作為孟春之始、驚蟄作為仲春之始，這一革新否定了傳統(tǒng)歷法中陰陽合歷的慣例，其目的是使歷法符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。秦九韶的《數(shù)書九章》分大衍、天時(shí)、田域、測(cè)望、賦役、錢谷、營(yíng)建、軍族、市易九類，每類列九個(gè)例題來闡明各種算法，其中所列例題并非一些簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)，而是圍繞著“古歷會(huì)積”“治歷演紀(jì)”“積尺尋源”“推計(jì)土功”“積行計(jì)地”等歷法、工程、賦役和軍旅中實(shí)際需要解決的困難問題而展開。
第三，研究的權(quán)利與責(zé)任以及彌漫于其間的反傳統(tǒng)主義，也成為宋人科學(xué)氣質(zhì)的組成部分。比如，在儒家思想的引領(lǐng)下，解剖學(xué)在古代中國(guó)并不發(fā)達(dá)，宋代慶歷五年（1045年）與崇寧年間（1102年—1106年），在地方官員的主持下，發(fā)生了兩次明確以醫(yī)學(xué)觀察作為目的的人體解剖事件，并留下了《歐希范五臟圖》與《存真圖》。宋人對(duì)這兩次解剖事件的敘述，前后不同，經(jīng)歷了從一開始的道德譴責(zé)逐漸轉(zhuǎn)向從醫(yī)學(xué)角度進(jìn)行贊美。又如，作為古代的計(jì)時(shí)器，刻漏在歷代均有制作，宋代的科學(xué)家燕肅創(chuàng)制了“蓮花漏”，不過，朝廷考校時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果與當(dāng)時(shí)的《崇天歷》不合，因而棄之不用，但燕肅并沒有就此停罷，而是通過刻石等方式積極推廣自己的“蓮花漏”，并最終獲得士大夫的稱贊，歐陽修稱“其漏刻法最精”，夏竦稱“秒忽無差”。
分析一個(gè)時(shí)代科技發(fā)展的歸因是一個(gè)綜合性的課題，宋代日益增長(zhǎng)的人口與商業(yè)、貿(mào)易增長(zhǎng)所產(chǎn)生的需要，推動(dòng)著科技的發(fā)明與發(fā)現(xiàn)，戰(zhàn)爭(zhēng)的影響將科技發(fā)明的興趣集中在某些特定的領(lǐng)域，思想的不斷進(jìn)步促進(jìn)了觀察與創(chuàng)造，來自朝廷的獎(jiǎng)勵(lì)在賦予各種科技探索以價(jià)值與聲望的同時(shí)，反哺著科學(xué)家與發(fā)明家的探索精神。
（作者為浙江大學(xué)歷史學(xué)院教授、博導(dǎo)）
【參考文獻(xiàn)】
①[英]李約瑟：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史》，北京：科學(xué)出版社、上海：上海古籍出版社，1975年。
②[宋]沈括撰，金良年點(diǎn)校：《夢(mèng)溪筆談》，北京：中華書局，2015年。
③[元]脫脫等：《宋史》，北京：中華書局，1985年。
責(zé)編/孫渴 美編/楊玲玲
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