唐宋时期照亮世界的科技之光

文 杨 戈

改变世界的中国古代四大发明

一提到唐宋时期，相信国人脑海中的第一反应多是唐诗宋词。俗话说：“熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。”毋庸置疑，唐宋时期是中国历史上文化、艺术以及政治、经济大发展、大繁荣的一个昌盛时期。

但是，我们也要清楚，经济和文化的飞速发展，离不开一种元素，那就是科技的力量。正是因为有了先进的科学技术，才能够促使经济和文化的蓬勃发展，而发达的物质与精神文明又会反过来加速科技更上一层楼。

英国现代生物化学家、汉学家和科学史专家李约瑟曾说过，中国在公元3世纪到13世纪之间保持着一个西方所望尘莫及的科学知识水平，中国的发明和发现“往往远远超过同时代的欧洲”。毫无疑问，无论是在科技发展还是在创新精神方面，唐宋时期都达到了古代中国的高峰，科技之花遍地盛开，成就了世界科技史上光辉璀璨的一页华章。

民以食为天

封建社会，农耕文明，土地是生命之源。仓廪实而知礼节，衣食足而知荣辱。由此可见，在当时的社会，农业科技水平的高低代表着一个国家的综合实力。

唐宋时期的农业技术和水利工程得到了空前发展。农业技术的飞跃主要体现在农具的改进上，唐代农民已经使用牛牵引的铁犁，也已经普遍使用上了灌溉工具。

最早记载曲辕犁的文献是唐代陆龟蒙的《耒耜经》，在该书中详细记载了曲辕犁的外形和结构。曲辕犁在中国农业发展史上有着划时代的意义，与前代的直辕犁相比，增加了策额、压鑱、犁评，从而在耕作时可以调节入地的深浅，曲辕代替直辕，使犁辕缩短，减轻犁身重量，转动方便；犁辕由直变曲，降低了犁的受力点，既减轻了农夫的体力消耗，又大大节省了畜力。曲辕犁的出现标志着中国传统步犁的基本定型。

另外还能体现出唐代“智慧农业”的是水车的发明，当时叫作“筒车”。这是一种灌溉农田的方式，其中原理是利用水流自然的冲击力来推动轮子，然后以竹筒汲水上升倒入水田，这样就可以不用人力自动运转，并且白天黑夜都可以不停歇。这种灌溉工具效率非常之高，尤其是适用于丘陵和山地地区。唐朝都是以粟和麦为主要食物，并且广种水稻，由于筒车的发明，水稻不再是南方的专利，也逐渐北上，种出了无数的粮食。“育秧播种”技术也是在这个时期开始出现，粮食收成大大增加。

另外，唐朝人拥有了一整套茶树的栽培、加工技术。陆羽的《茶经》是我国最早也是世界上最早的一部茶叶专著。

到了宋代，由于实现了土地占有方式的变革，农民对生产具有了更大的支配权，生产积极性大大增加，农业的繁荣为科技的兴盛奠定了基础。

宋朝时期，土地的开垦利用已形成一整套有效办法，劳动人民因地制宜、千方百计扩大耕地面积，在滨江湖泊之地出现了圩田、淤田、沙田、葑田、架田、淙田、湖田等。发达的农业促使“秧马”等先进农具的出现，民间在农业技术发展的同时也出现了各种总结耕种技法的书籍。

宋代最著名的农学著作是公元1149年完成的《陈甫农书》，是隋、唐以来长江下游地区劳动人民在生产实践中积累起来的农业生产技术经验的总结，反映了唐宋时期水田耕作栽培技术的水平，在整地育苗、中耕除草技术、烤田和灌溉等方面都有论述，我国古代农业精耕细作的传统思想在此得以充分体现。

宋代的动植物谱录也已大量出现，其中，蔡襄的《荔枝谱》、欧阳修的《洛阳牡丹记》、陆游的《天彭牡丹记》、刘蒙的《菊谱》以及宋子安的《东溪试茶录》等书，不仅分别记述了各种园艺植物的历史沿革、性状特征、品种和分类、栽培法，还记述了品种的形成及其演化过程，所有这些在农学和生物学上都有一定价值。

宋哲宗时期的“水运仪象台”是世界上第一座天文钟

上知天文 下知地理

一个时代的科技发展水平与当时的政治、经济等发展状况都密切相关，由于农业生产和历法制订的需求，统治者历来对天文学方面的研究比较重视，观测水平不断提高，唐宋也不例外。

僧一行（本名张遂）是唐代最著名的天文学家。他精通佛学、历法、数学和天文，是世界上最早准确测量子午线长度的人，青年时代就因精通历象和阴阳五行之学而被唐玄宗召至长安主持改定历法。

子午线也称经线，和纬线一样是人类为度量方便而假设出来的辅助线，定义为地球表面连接南北两极的大圆线上的半圆弧。任两根经线的长度相等，相交于南北两极点。每一根经线都有其相对应的数值，称为经度，指示东西位置。唐开元十二年（公元724年），在僧一行的倡议和领导下，开展了一次大规模的天文测量活动。测量内容包括春分、夏至、秋分、冬至的正午时八尺之竿的日影长度、北极高度和昼夜的长短等。测量点多达13处。北起铁勒（今内蒙古北部），南达林邑（今越南中部）。重点测量了滑州（今河南滑县）、浚仪（今开封）、扶沟和上蔡这四个地点的北极高度和日影长度，还测量了这四个地点之间的距离。结果虽不十分精确，但这是世界上首次大规模进行测量子午线工作。国外最早测量子午线的是阿拉伯天文学家阿尔·花剌子模等人，他们于公元814年在美索不达米亚进行了测量子午线的工作，比我国晚了近90年。

僧一行也是世界上第一位发现恒星位置变动的天文学家。他临死前编成《大衍历》的草稿，日后经张说等整理成书，是中国古代的一部重要历书。该历在编写的过程中使用的不等间距的二次差内插法、具有正弦函数性质的表格和含有三次差的近似内插公式，在数学上都是杰出的贡献。

宋代是中国传统天文学重要的发展时期。宋哲宗时，苏颂和韩公廉创造了“水运仪象台”，为世界上第一座天文钟。它是一座三层的木结构建筑，上层为屋顶可以开合的平台，装有观测天体的浑仪，中层为演示天象的浑象，下层为钟鼓钲、木人等自动报告时、刻、日出、日落时间的系统。全部仪器以漏壶流水为动力，驱动一整套齿轮、杠杆、水车等机械装置，集观测、演示天象和计时报时等多种功能于一身。为了克服机轮运动产生的加速度，在水车上安装了类似如今机械钟表上的擒纵器部件，使整台仪器保持恒速运转，与天体运行完全合一。可见，宋朝时在天文仪器的制造方面已经达到了很高的水平。他们还编写了著名的《新仪象法要》，直接影响了100年后欧洲的天文学。而南宋数学家秦九韶的《数学九章》则更加有名，它最终解决了数学高次方程有理数根和无理数根的近似计算问题、一次同余问题、三斜求积问题等，成为影响世界的数学著作。

唐宋时期地学知识的发展，体现在地图发展越来越详细，统治者组织人员编修地图。同时从唐代到宋元时期中外交通发达，交往频繁，出现很多域外地理著作。同时对海陆变迁、潮汐涨落、地质矿物也有新的认识。

唐初的一部重要地理学著作是《括地志》。《括地志》全面叙述了唐初政区的建置沿革，并介绍了各地的山岳、河流、风俗、物产及人物故事等。该书共550卷，另有《序略》5卷，内容丰富，可惜今天已无完帙。唐德宗时的贾耽是著名的地理学家，他在贞元十七年（801年）绘成《海内华夷图》，并撰成《古今郡国县道四夷述》40卷。其中尤以《海内华夷图》贡献最大，图长三丈三尺，宽三丈，以一寸为百里，古地名标以黑字，唐代地名题以红字。贾耽的其他重要地理著述还有《皇华四达记》10卷、《贞元十道录》4卷等。唐朝另一部重要的地理学著作是唐宪宗朝宰相李吉甫在元和八年（813年）撰成的《元和郡县图志》。该书40卷，目录2卷，在所介绍47镇的每镇之前，都附以地图。全书记录了当时各地的物产、贡物、户口、州县沿革和山川险易等情况。原书仅存34卷，图已佚，是现存中国历史上最早的地方总志，对后世方志的编撰有很大的影响。

孙思邈将历代历朝的医药成果都总结进了《千金药方》中，成为医药学传世经典。

大医精诚

唐宋时期，政府十分重视医药学，医疗行政机构已经比较完善。唐代的医药教育制度也已经相当健全。北宋时期，设立了专门的医学教育机构“太医局”。

唐朝还有专门的医科大学，里面的专业有医科，按摩科，针科和咒禁科4大科。并且在唐朝时期，外科手术就已经达到了相当高的水平，还出现了唇裂修补术，木制假眼以及用汞合金来制作假牙等“黑科技”。

孙思邈是我国乃至世界历史上著名的医学家和药物学家，后人尊称他为“药王”。有人总结了他对医学的贡献体现在“24个第一”：他是第一个倡导建立妇科儿科的人、第一个麻风病专家、第一个提出复方治病、第一个提出防重于治的医疗思想等。值得一提的是，孙思邈也是第一个完整论述医德的人，认为“人命至重，有贵千金，一方济之，德逾于此”以及“大医精诚”。几代帝王屡次请他做官，他都固辞不受，而是回到民间，云游四海救死扶伤，人格令后人敬佩。孙思邈将历代历朝的医药成果都总结进了《千金药方》中，流传到了东亚各地，成为当时的医药典籍，并且在后世成为经典。

此外，显庆四年（659年）唐朝政府颁行的《新修本草》，为世界上第一部官修的药典。这是唐高宗时期医药工作者集体做出的重要贡献。

宋代统治者提高了医学校的社会地位，进一步推动了医学的兴盛。尤其是王安石变法期间，太医局开始从太常寺中分离，并规定副职需由“知医事者为之”。这样，医学教育便突破了原来的社会地位，宋朝也在医学方面取得了一定的成就。宋朝统治者重视各种医药书籍的修订，公元973—974年，由刘翰、马志等修成《开宝本草》21卷，载药物983种。1057年苏颂等人修成《嘉祐本草》2卷，载药物增达1082种，并整理成一部《图经本草》。

宋代医学的另一个令人瞩目的成就是针灸。王维一《铜人腧穴针灸图经》记载的“宋天圣针灸铜人”是这一医学史上的重大创举。

十几年前，有一部电视剧叫《大宋提刑官》，该剧的主人公宋慈是南宋著名法医学家。中外法医界普遍认为是宋慈于公元1235年开创了法医鉴定学，并尊他为世界法医学鼻祖。随着宋朝法律制度的完善，法医检验制度和技术都得到了快速的发展，产生了世界上第一本系统的法医学著作《洗冤集录》，标志着仵作检验制度的建立。在《洗冤集录》出现的300年之后，西方第一本法医学著作《医生的报告》才出版。

改变世界的发明

我国是世界上最早发明火药的国家，在将火药应用于军事斗争的实践活动中，我国走在世界的最前列。现代火药起源于1771年，中国比欧洲出现火药武器早了几百年。首次将火药搬上战场的正是唐朝人。唐代末年，火药被制成球形的“飞火”，主要的功能是用来攻城，火器火药开启了热兵器时代，预示着世界军事史上的一系列大变革。宋朝更是将火药广泛应用到了军事之中，让它充分发挥本领。北宋政府建立了火药作坊，先后制造了火药箭，火炮等以燃烧性能为主的武器和霹雳炮、震天雷（现代地雷的雏形）等爆炸性较强的武器。北宋开宝二年，冯继升向赵匡胤进献火药武器，并成功量产。10年后北宋进行兼并南唐的战争中，火箭、火炮、霹雳火球等热武器便是此战的主要武器。

直到中唐以前的中国，一直是世界上唯一使用纸张的国家，也是最早发明雕版印刷术的国家。雕版印刷的出现是唐代重大技术成就之一。1900年在甘肃敦煌发现的一卷首尾完整的《金刚经》，卷末印有“咸通九年四月十五日”字样。说明了这件印刷品是唐懿宗咸通九年即公元868年印制的，这是现存有明确年月记载的最早的印刷品。

北宋庆历年间，毕昇发明了泥活字，标志活字印刷术的诞生。他是世界上第一个发明人，比德国人约翰内斯·古腾堡活字印刷术早了约400年。

毕昇的方法是这样的：用胶泥做成一个个规格一致的毛坯，在一端刻上反体单字，字划突起的高度像铜钱边缘的厚度一样，用火烧硬，成为单个的胶泥活字。为了适应排版的需要，一般常用字都备有几个甚至几十个，以备同一版内重复的时候使用。遇到不常用的冷僻字，如果事前没有准备，可以随制随用。

活字印刷术发明之后，宋朝的出版业冠绝天下，一个普通的农户之家也能够买得起几本书。据说，宋朝一国的出版业滋养了整个东亚的读书人，当时最著名的“畅销书作家”苏轼如果出了一本集子，不到3个月，在邻国的书店里就能够买到了。

宋朝是中国历史上航海经济最发达的时期，为了适应远洋航海的需要，指南针应运而生。指南针的前身是战国时期的司南，沈括在《梦溪笔谈》中写到他对指南针的用法做过4种试验，即水浮法、缕悬法、指爪法和碗唇法。水浮法是把指南针放在有水的碗里，使它浮在水面上，指示方向。缕悬法就是在磁针中部涂上一些蜡，上面粘一根丝线，把丝线悬在木架上，针下安放一个标有方位的圆盘，静止时钢针就指示南北。指甲法就是把钢针放在手指甲面上，轻轻转动，由于手指甲光滑，磁针就和司南一样也能起到指南作用。碗唇法是把磁针放在光滑的碗边上，转动磁什，便和指甲法一样起到指南作用。他还经过精密的实验，发现磁针指示的方向并不是正南正北，而是微偏西北和东南，这种发现在科学上叫磁偏角。

指南针最直接的应用就是航海，它使人们获得了全天候航行的能力，使人类能在茫茫大海上自由航行。许多新航线被开辟，航程缩短，极大促进了各国人民间的文化交流和贸易往来，海运业迅速发展。可以说，在宋代繁荣的航海事业发展史上，指南针功不可没。

以上3项发明改变了世界，对此，马克思评价说：“火药、罗盘、印刷术——这是预兆资产阶级社会到来的3项伟大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，罗盘打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术却变成了宗教的工具，并且一般地说变成科学复兴的手段，变成创造精神发展的必要前提的最强大的推动力。”

活字印刷术发明之后，宋朝的出版业冠绝天下。

工匠精神

无论哪一个时代，科技成就的取得都离不开工匠和工匠精神。

何谓工匠精神？简而言之即工匠们对于自己专业的热爱与专注、工作中一丝不苟的态度与精益求精的精神、勇于创新以及对“道技合一”境界的追求。精心设计、质量至上和不断革新，显然是工匠精神的核心要义。当然，这种精神不只在工匠身上体现，还可以延伸到所有人身上，归纳为一种工作态度和精神品质。

在工匠精神的鼓舞下，唐宋时期的土木工程也得到了飞速的发展。公元984年，淮南转运使乔维岳负责治理淮河，创建的二斗门，是复闸形式的运河船闸，从而提高了河运能力。根据《宋史》记载：维岳规度开故沙河，自末口至淮阴磨盘口，凡四十里。又建安北至淮澨，总五堰，运舟所至，十经上下，其重栽者皆卸粮而过，舟时坏失粮，纲卒缘此为奸，潜有侵盗。维岳始命创二斗门于西河第三堰，二门相距逾五十步，覆以厦屋，设县门积水，俟潮平乃泄之。建横桥岸上，筑土累石，以牢其址。自是弊尽革，而运舟往来无滞矣。

越是重大的科技创新越是需要工匠精神，北宋末年李诫的《营造法式》是建筑技术的总结，而建筑学家喻皓不仅写出了我国历史上第一部《木经》，还亲自设计、主持建造了13层高360尺的开封开宝寺木塔。这一时期，造船技术和建筑业都取得了大发展，大兴城、洛阳城的修建和长安城的扩建，体现了城市建设工程的跃进。这些都凝结着唐宋工匠的智慧和锐意进取、潜心专注的工匠精神。

另外，在其他土木工程、航海术和冶金学方面也取得了很多突破性成果，各种矿产大量开采，冶炼技术蓬勃发展，有色金属得到广泛使用；一大批世界首创性的制造厂，如造船厂、造纸厂、火器厂、印刷厂、织布厂等相继问世。航海、造船、工艺、瓷器、农技、丝绸工艺等遥遥领先于世界。

从“南海一号”沉船里打捞出来的宋代瓷器

沈括的《梦溪笔谈》被西方科技史学家李约瑟称赞为“中国科学史上的坐标与里程碑”

集大成者

唐宋时期涌现出了诸如孙思邈、僧一行、秦九韶这样的科学大家以及各学科的专述著作，但最值得费尽笔墨大书特书的是北宋时期的沈括以及他的《梦溪笔谈》。

沈括所撰写的《梦溪笔谈》绝对称得上是宋朝科技的集大成之著作，它是宋朝科学技术的全面总结。这本古代中国科技的百科全书，让后代能够比较全面地研究宋朝科学技术所取得的成就。

例如，书中论述了浑仪和浑象两种天文仪器的不同，对传统的周天365度的划分，黄道、赤道和月有9道的道理都有所解释和辩论。这些都为古代天文学的发展做出了重要贡献。书中有关宋代治平元年（公元1064年）常州地区陨石的记载，是我国天文学史上一次杰出的科学记录。沈括将这次流星下坠的过程作了完整的科学描述。从这段记载中，可以看到流星飞速从空间进入大气层并与空气剧烈摩擦而燃烧发光的情况。

沈括在数学方面也有巨大成就。《梦溪笔谈》一书中载有他创立的“隙积术”和“会圆术”。前者是高阶等差级数求和法，是他对《九章算术·商功》一章里所载“刍童”（长方台）的术积法的改进。他创立的这种新计算法，由于垛堆之间有虚隙，和实质的刍童不同，因此被称为隙积术。后者是沈括对平面几何学研究的贡献。他认为，“凡圆田，既能拆之，须使会之复圆”。用现代的语言说，就是圆形可以分割成若干部分，如能求出其中每个部分的弧长，合起来就可得到圆周长。

西方科学史专家李约瑟关于中国科技停滞的思考，提出过著名的“李约瑟难题”。

沈括对物理学的研究，成果也很丰硕。《梦溪笔谈》中所载的物理知识，包括力学、光学、声学、热学、磁学等，在我国物理学史上闪烁着耀眼的光彩。《梦溪笔谈》里还记载，宋朝时期人们已经开始有相当规模地使用石油了，当然跟工业时代是没法相比的，那会儿还没有内燃机。老百姓只是使用石油做烧火燃料，不过石油燃烧产生大量黑烟，所以一般都用在工业领域。人们还利用石油来制作墨料，写出来的字光滑如漆，质地非凡，然后大批量生产，取名“延川石液”畅销全国各地。

此外，《梦溪笔谈》中还有相关生物科学、农业和动植物的记录。该书和沈括的其他著述中，还阐述了他的医疗理论。他在文学、史学、音乐等方面也有研究和贡献。

《梦溪笔谈》所记录的许多科技成就可以列为世界第一:根据化石推断古代气候的变迁，比西欧早400多年；用流水侵蚀学说阐明华北平原和雁荡山的成因，比西方类似学说早700年；他的新历法比与它相似的欧洲肖伯纳农历早800年；沈括计算出围棋棋局总数是3的361次方，并且估计出它的布局方式如果用数字表述出来，得写几十个万字，更是古代世界绝无仅有。难怪西方科技史学家李约瑟称赞这本著作为“中国科学史上的坐标与里程碑”，而沈括是“中国整部科学史中最卓越的人物”。

为纪念这位世界闻名的科学家，1979年7月1日，中国科学院紫金山天文台将1964年发现的一颗小行星（编号2027）命名为“沈括星”。

开放交流

丝绸之路和海上丝绸之路把中国的文化和先进技术传播到世界各地，开放与交流，不以山海为远。

唐宋两朝都比较注重对外国科技人才和技术的引进，有很多外国人担任重要的科技官。唐太宗还曾派人到印度摩揭陀国学习熬糖法。宋朝不仅引入了占城稻，还引入了阿拉伯数字。

公元1258年以后，中国的火药武器传入阿拉伯，欧洲人从阿拉伯书籍中得到火药方面的知识。火药的军用对新型兵器的制造和应用，对军队发展、攻防研究、政权的巩固起到了决定性作用。恩格斯曾高度评价中国在火药发明中的作用：“现在已经毫无疑义地证实了，火药是从中国经过印度传给阿拉伯人，又由阿拉伯人和火器一道经过西班牙传入欧洲。”火药和火器动摇了西欧的封建统治，昔日靠冷兵器耀武扬威的骑士阶层日渐衰落。火药的发明大大地推进了历史发展的进程，是欧洲文艺复兴、宗教改革的重要因素之一。

由于唐宋时期中外交流往来频繁，对国际贸易的发展和文化的交流也起到了积极作用，对旅途实地考察与传闻的记述形成了许多重要的域外地理文献，如耶律楚材《西游录》、周去非的《岭外代答》及赵汝适的《诸蕃志》中有许多来自传闻的记述。现存西安和苏州的三幅宋代石刻地图，“华夷图”、“禹迹图”、“地理图”和“九域守令图”极具价值和特色，是目前所见时间最早的画方地图，所绘河流及海岸线精确，代表宋代测绘地图的水平，地学的发展对矿物学及水利建设的发展和进步起到了重要作用。

宋代时期各民族文化的交流进入了一个繁荣的时期，科技成果之间的交流也推动了科技的兴盛。首先，宋代重视民族交流，其中在东京汴梁设置了许多的接待机构，专门接待外来使者，这促进了少数民族的科学技术传入中原。其次，宋代航海技术发达，与国际间的贸易频繁。在广州、明州等地设立专管朝贡事项的市舶司，并对外来商人优厚待遇，对外贸易的发展丰富了宋代的科技文化内容。在中外交流中，数学和医药学方面取得了较大的成就。在此期间，阿拉伯的“土盘算法”传到我国，扎马鲁丁等人带来了阿拉伯的天文仪器；宋代时期，外国朝贡中有相当比例为药物，这些进口药物传入宋朝并流入民间，推动了当时医药水平的提升。中外科技的交流为宋代科技宝库增添了新的内容，是科技兴盛的外部原因。

人类的每一次进步，几乎都是依靠着科技来推动发展的齿轮，千百万年来都是如此。科技的兴盛又并不仅仅只是某一方面因素作用的结果，而是各个方面因素共同作用的结果。唐宋时期的统治者出于维护统治的需要、商品经济的不断发展以及新的生产关系的出现、对文化教育事业的重视、学术思想的深刻影响以及中西方文化的交流等因素，都为科技兴盛提供了良好的社会环境，并最终推动了唐宋科学技术的飞速发展。以史为鉴，可以知兴替，这其中的经验教训，不仅仅对当时的社会发展具有推动作用，对今天实现伟大的中国梦也有深刻的借鉴意义。