新石器时代的华夏科学智慧之光

2021-08-09毛秀芬唐燮军

文教资料 2021年13期

毛秀芬唐燮军

摘要：新石器时代的华夏先民，不但积累了丰富的天文地理知识，而且基于日常生活的需要，逐渐掌握了造酒、制酱、纺织、制陶、冶銅等众多化工技术，在长期的农耕定居过程中，不断增进对数学、物理学、生物学与医学知识的了解。

关键词：新石器时代农耕文明实用主义

中华民族自古就是一个崇尚实用的民族，即使在科技等领域，也具有浓厚的致用色彩。这种现象在中华文明起源时的原始创新状态中已露端倪。大约在一万年前，华夏先民在生产实践中已显露出科学技术的创造微光。但遗憾的是，迄今尚无专文详加梳理，是以不揣简陋，分述如次。

一、农具的进步与天文、地理知识的积累

源远流长的中华农耕文明，早在新石器时代早期就已经分别诞生于长江中下游、黄河流域及西藏山地。其中既有神农氏辨别植物、教人耕种的传说，又不断有考古发掘资料可资佐证。譬如在距今七八千年之前的浙江河姆渡遗址第四文化层中，在十多个探方广达400多平方米的区域内，稻粒、谷壳、稻秆、稻叶遗存不但所在多有，而且形成了20厘米—50厘米厚的堆积层[1]（95-107）;其他如河北磁山、西安半坡等文化遗址，至今保存着用以储存粮食的窖穴。时至新石器时代晚期，华夏先民业已培植并栽种诸如大麻、苎麻、花生、芝麻、蚕豆、葫芦、菱角和豆类等农作物。

伴随着农耕方式的广泛流传，耕作技术获得了初步的改良，由早期的“火耕”经“耜耕”过渡到“耜耕与犁耕并存”。在南方水稻产区，不仅发明了用于平整水田的牛鼻形孔木器[2]（131-137），还探索出了根据地势高低开沟引水、做田埂等排灌技术。已知华夏先民早在七千年前即发明了人工灌溉术，湖南澧县城头山遗址和江苏吴县草鞋山遗址中的稻田水利设施，即是明证。与此相应，农具从早期的揉木为耒、断木为耜，进化为精制石器。此类农具依其器形和用途，可分为用于砍伐树木杂草的石砍斫（砸）器、石斧形器、石斧、石锛等;用于翻土的石耜、蚌耜、木耜、石镬、鹿角鹤嘴锄、石锄、石犁等;用于中耕的石锄、石耘田器等;用于收割的石刀、蚌刀、石镰、蚌镰等;用于谷物脱壳的石磨棒、石磨盘、石臼、陶臼、石杵、木杵等，且分布广泛，“南达珠江流域（含港澳地区），北及黄河中下游，东至台湾岛，西至云贵川”[3]（87-93）。

农耕方式不仅提供了时人稳定可靠的衣食来源，还得到了部落及部落联盟首领的首肯与支持，农官后稷在唐尧之世的设置，即是明证。至于羲氏、和氏的受命观察气象，以及《周礼·地官司徒》《夏小正》勿误农时的相关记载，旁证了农业地位的上升。如《礼记·月令》云：“（孟春之月）天气下降，地气上腾，天地和同，草木萌动。王命布农事，命田舍东郊，皆修封疆，审端经术，善相丘陵。阪险、原隰，土地所宜，五谷所殖，以教导民，必躬亲之。田事既饬，先定准直，农乃不惑。”中国农业生产的稳定发展与从未间断，以及精耕细作优良传统的养成，可谓渊源有自;相对稳定的农耕生活，更提供了传统文化生成、发展的厚实基础。

先民对于农耕生活方式的选择，固然源自生存需求上的避难就易，更奠基于一定程度上对生态环境诸如气候、土壤等自然条件的认知，必将顺应农业生产的发展而不断深化。远古时期华夏文明之中的天文学萌芽，正是先民在长期实践中逐渐积累的对于农耕周期的认知。日出而作、日落而息的他们，依据太阳出没所造成的明暗交替，首倡“日”的概念;在尚无其他照明设施的当时，深感月光重要性的他们，经过长期的观测，计算出月亮阴晴圆缺的规律，进而树立“月”的时间观念;目睹草木的周期性枯荣及候鸟的暖来寒往，“年”作为时间单位，被引入生产领域，最终导入生活范畴。

相传在4400年前的颛顼时代，业已设置“火正”之职，专门负责观测大火星的运行轨迹，结果就是将大火星从东方地平线升起的黄昏时分，定为一年之始。又据《尚书·尧典》记载，帝尧曾分命羲仲、羲叔、和仲、和叔四人观察天象以“敬授人时”，具体方法及结果是：“日中星鸟，以殷仲春”“日永星火，以正仲夏”“宵中星虚，以殷仲秋”“日短星昴，以正仲冬”;简言之，便是以鸟、火、虚、昴四大恒星在黄昏时分正处南中天的日子，确定春分、夏至、秋分、冬至，进而作为划分四季的标准。就观测的精确度而言，羲仲等人的方法明显优于颛顼时期的火正，因为观测星辰南中天以确定季节，可减少地平线上的折射、光渗等影响。由上述记载可推知当时已有原始圭表的发明，否则无从确定某星辰南中天的问题，尽管圭表仅用于厘定方位而尚未用于测定日影的长度。此外，“日中”“日永”“宵中”“日短”的说法，表明彼时业已使用某种用以测量时间的器具，1972年—1975年间，仰韶文化郑州大河村遗址有关天象的纹饰和图像的出土，又印证了上述论断。凡此种种，皆表明早在远古时期，中国就已经进入了观象授时相当发达的时代。

更须关注的是，通过对恒星周年运动周期的测算，制定并实施“稘三百有六旬有六日，以闰月定四时成岁”[4]（101）的初始历法，该历法以三百六十六天为一年，配合闰月分成四季，并在以太阳定日、太阴计月的同时，规定日始于夜半、月始于朔旦、年始于冬至，被认为是中国目前所知的最早的阴阳历。除此之外，《周礼·春官宗伯》已有日晕的记载。至于下列《淮南子·本经训》所载后羿射日传说，则又折射出日晕幻日的全景：

逮至尧之时，十日并出，焦禾稼，杀草木，而民无所食。猰貐、凿齿、九婴、大风、封豨、脩蛇皆为民害。尧乃使羿诛凿齿于畴华之野，杀九婴干凶水之上，缴大风于青丘之泽，上射十日而下杀猰貐，断脩蛇于洞庭，禽封豨于桑林，万民皆喜，置尧以为天子。

得益于相对稳定的农耕生活，新石器时代的华夏先民不仅扩展了对周围地理环境的认识，还开始关注生活的质量，尤其是居住条件的改善。相对于远古时代的“构木为巢”或穴居，当时人的居住方式趋于多样化，其间除了广西、广东、云南等少数部族仍然以天然山洞为家之外，黄土地带的人们（譬如半坡人）大多开始建造半地穴式房屋和原始地面建筑，而温热沼泽地带的居民则多半营建干栏式房屋（以河姆渡人为典型），并确定了中国传统建筑物的基本构造与形态。不但如此，各地民众还开始对整个聚落进行总体性的规划。譬如在临潼姜寨仰韶文化遗址，整个村庄以广场为中心，被有意识地规划成居住区、氏族墓地及窑场三部分[5]（54）;在红山文化遗存，“祭坛遗址内有象征‘天圆地方的圆形和方形祭坛，建筑布局按南北轴线分布，注重对称”[6]，这种对房屋、墓穴朝向的精心规划，既深具建筑学意义，又折射出华夏先民浓郁的地理布局意识。当然，先民头脑中的地理方位意识，早在旧石器时代就已形成，不过，这种意识主要反映在他们对居住地点的选择上，更多地出自简单的生活需要。地理学萌芽于新石器时代，并随着历史的演进和人种的进化，华夏先民的地理知识表现出日渐丰富的趋向，遂有帝舜时代中华大地分为十二州的行政区划。

正因为地理知识的不断积累和渐趋丰富，还在西方对制图一无所知的时代，华夏先民就已经开始绘制地图。如《周礼·夏官司马》载：“职方氏掌天下之图，以掌天下之地，辨其邦国、都、鄙、四夷、八蛮、七闽、九貉、五戎、六狄之人民，与其财用九谷、六畜之数要，周知其利害，乃辨九州之国，使同贯利。”此类地图的绘制，或出于政治目的，或用于军事，皆为华夏先民地理意识发达之表征。唯其如此，诞育了黄帝利用磁石相互吸引的特性、发明指南车的传说。

二、生活需求与化工技术的进步

定居的农耕生活对于上古历史发展的意义远不止上述种种，由于生活、生产区域相对固定，凿井技术因居民的用水需求而适时兴起。“中国新石器时代居民发明挖深井利用泉水灌溉，已知至晚伊始于仰韶文化时代中晚期，较流行于龙山文化时代。原始稻作区发现古井，系以河姆渡第二文化层发现距今5700年的木构水井的年代为最早（马家浜文化与崧泽文化相交之际）。又以良渚文化遗址发现为最多”[3]（87-93）。目前在龙山文化时期已经发掘出四口水井，其中两口在邯郸涧沟遗址，另两口分别位于汤阴白营和洛阳锉李遗址。至于河姆渡遗址中的木构水井，宽4平方米，深1.25米，系利用原有水坑、打入四排方形木桩加固而成。水井的开挖与使用，不仅有利于开辟新生活区，更标志着当时人对地下水文的认知达到了一个新的高度。

与此同时，由农业发展而导致的农产品积余，又为酒、醋、酱等日用品的制作提供了足够的原料。早在六千年前的新石器时代中叶，华夏先民就开始用水果发酵的“单发酵法”，配制出世界历史上最早的粮食酒。1979年，考古工作者在山东莒县陵阴河大汶口文化墓葬中发掘出大量酒器，其中包括用于酿造发酵的大陶尊、用于滤酒的漏缸、用于贮酒的陶瓮、用于煮熟物料的陶鼎和一幅被认为是滤酒图的图画。此外，在河姆渡文化遗址、龙山文化遗址，分别出土了陶制酒具和觚、鬻、盉等专用酒器。凡此种种，都是新石器时代华夏先民酿制、品尝米酒的明证。从相关史料来看，酒从最初的奢侈品，逐渐成为人们喜庆助兴、烦闷浇愁的日用品，以独特的方式浸润着整个社会，并与华夏文明的演进相始终，成为传统饮食文化的重要组成部分。诚如恩格斯《家庭、私有制和国家的起源》所论，酿酒技术的发明是人类文明初期生产力发展的重要成就，與榨油术、冶炼制陶术一道促成了人类史上的第二次社会劳动大分工[7]（33）。作为一种广泛应用于日常生活的调料，古称“醯”“酢”或“苦酒”的醋，也是先民利用发酵原理、用谷物酿造而成。拥有与酒同样悠久的历史，不仅自古就有“杜康造酒儿造醋”的说法，还根据《周礼·天官冢宰》记载，彼时官府设有专管酿醋的醯人。除酒、醋之外，供作食用的酱及酱清（酱油），也是该时期的酿造工艺产品，它与其他日用品一样，既是华夏先民智慧的结晶，又满足了人们的日常需求。相对稳定的生活现状，与人们日益增长的改善生活条件的需求，两相凑泊，直接促成了手工业的兴起与发展。以纺织技术为例，尽管早在旧石器时代，华夏先民就已发明了结网法，并在事实上穿戴着用植物韧皮或动物皮条纺织的“抛石索”，但真正的纺织产品的出现与使用，却在新石器时代。就纺织原料而言，经历了从野生麻类到蚕丝的变迁。浙江吴兴钱山漾遗址所出土的苎布、丝带和绢片，表明中国是世界上最早利用蚕丝织作的国度;就织造技术而言，时人在编织和结网的基础上不断改良，发明了搓捻续接法和用纺坠纺纱的方法，继而又推出了原始的机织工艺，采用腰机和引纬的骨针进行织作。譬如出土于吴县草鞋山文化遗址的一件约六千年前的葛纤维织物，其经线就是由两股纱并合而成的。

出土于河姆渡文化遗址的瓜棱形木胎朱漆碗和缠藤朱漆木简，作为迄今所知最早使用自然漆的实物例证，表明早在六千多年以前，华夏先民就已经认识到漆的特性，开始使用调朱的漆料对器皿加以髹饰，揭开了中国漆器制造史的第一页。不过，新石器时代的漆器制造尚处于探索阶段，漆色以红、黑两种单色为主，髹漆工艺仅有彩绘和镶嵌两种。尚需指出的是，在墨发明之前，漆在被用于装饰生活用品之外，还被用于书写[8]。至于墨的缘起，历来众说纷纭，或称始造于黄帝之世，或云为汉人田真所创[9]，也有周人“刑夷作墨，史籀始墨于书”之说[10]（267）。姑且不论现代意义上的墨究竟始作于何时，既然留存于甲骨片上的黑色颜料就是炭墨，那么完全可以认为中国染色技术的起源，当在人工用火之后、殷商之前，大致与纺织技术的问世同时或稍后。《尔雅·释器》“一染，谓之縓，再染，谓之赪，三染，谓之纁”的相关记载，以及《周礼·冬官考工记》所谓的“钟氏染羽，以朱湛丹秫。三月而炽之，淳而渍之，三入为纁，五入为緅，七入为缁”，皆表明至晚在三皇五帝时代，就已具备相当成熟的染色术和一定规模的染色业。从染色技术来看，有绞染、蜡染、型染、糊染、绘染、绢印等;就所用的原料而言，大多是经过化学加工提炼而成的植物性染料，如蓝靛、茜草等。

作为新石器时代开端的标志，陶器的问世表明原始化工技术获得了具有重大历史意义的进步。就陶器的起源而言，大抵可追溯到旧石器时代由木、石、骨等天然材料加工而成的器具。其后，随着生活需要的日益迫切，历经长期观察和实践的人们，开始把湿润的粘土塑制成型，并加以高温焙烧，使之胎体坚固，最终创造出中国新石器时代遗址中最常见的器具。就其价值和功用而言，陶器首先是一种日用品，为日常生活提供了诸多便利：作为耐的容器，使人们处理食物的方法，除了烧烤之外又增添了蒸煮;作为坚固的储存，便于存放谷物、水和液态食物。随后，陶器的功用又扩展到物质生产领域，出现诸如陶制纺轮、陶刀、陶锉等工具，至于神农耕而作陶的传说，正揭示出彼时陶制具与农业生产的密切联系。正因为它的广泛用途，陶器在被大量制作的同时，质地越来越高，外形越来越精致、美观，已不仅仅是生活日用品，还具有明显的艺倾向，成为陶制艺术品[11]（3-4）。唯其如此，陶器或被收藏于人户，或被殉葬于墓穴，制陶业迅速发展成为新石器时代一项重要的手工业，甚至得到黄帝时代官方的高度重视而有陶正一职的设置。

制陶过程大致分为洗陶、制坯、装饰和烧制四步，原料随着技术的进步和制陶业的兴盛而逐步增多。需要指出的是，代表新石器最高工艺技术水平的陶器，不仅有纵向演进中的质量高下之分，还分布遍及黄河、长江流域，并体现出横向比较中的地域差别。譬如仰韶文化期主要生产彩陶，以黏土为主材料，并根据不同用途而掺杂少量砂粒，以便改变陶土的成型性能和成品的耐热急变性能，器皿品种主要有盆、罐、钵、小口尖底瓶等;龙山文化期最具代表性的陶器是黑陶，尤以“蛋壳黑陶”最为精美，它用细泥黏土制成，经过精细加工烧造，器壁薄如蛋壳但坚硬异常，表画漆黑有光亮，具备相当高的工艺水准。至龙山文化晚期，还出现用高岭土烧制的白陶。对高岭土的认识与利用，是制陶业的一个巨大进步，深远意义在于为原始瓷器的发明奠定了技术基础。

随着制陶业的兴起和熔铸经验的渐趋丰富，以及冶铸金属所需的高温技术、耐火材料等客观条件的成熟，时至新石器时代晚期，作为化工产业一大分支的冶铜业开始出现，并已为考古发掘所证实。譬如在甘肃武威县皇娘娘台文化遗址，出土了二十多件诸如钢刀、铜锥、铜凿、铜环等红铜制品及装饰品，虽然其中多数是人工锤锻物，仍有不少铜刀由单范熔铸而成，而光谱分析与电子探针检验的结果，则显示出这批铜器内含锡、铅、砷等金属元素。凡此种种，皆表明时人已经初步掌握冶铜技术。不过，尽管红铜制品具有石器工具无法比拟的优点，一则因为硬度远不如燧石，二则由于原料有限、产量很少，犹未能取代石器而成为主要的生产工具。该阶段被称为人类史上的铜石并用时代。

造酒、制酱、纺织、制陶、冶铜等化工技术的渐次兴起及相关手工业的发展，不但满足了时人的日常生活需要，而且促成了产品交换的发生，并间接导致交通工具的改进与运输业的问世。见诸《周易·系辞下》，即有“黄帝刳木为舟，剡木为楫”的传说;而考古学家则在长江下游的河姆渡遗址和慈湖遗址发现了世间最早的船舶推进工具——木桨，出土的八支木桨均由同一原木削制而成，其中两支分别残长63.92厘米。桐乡罗家角遗址也出土了2件被认为是独木舟残骸的“拖泥板”状残木器。此外，吴兴钱山漾、杭州水田畈、常州圩墩、吴江梅埝龙南等遗址同样有木桨或木橹出土。与之遥相呼应的是，在长江中游澧县城头山遗址出土了距今六七千年的制作精美的木桨和长约3米的木橹。更值得大书特书的是，在河姆渡遗址还出土了两件夹碳陶舟模型，或许陶舟只是作为一種玩具而被制造的，却为我们推知河姆渡文化期的独木舟形状提供了极有价值的参考依据。在陆路运输方面，作为一种新型交通工具的车也应运而生。譬如《周易·系辞下》《汉书·地理志上》及《太平御览》卷773所引《古史考》，皆持“黄帝作车”之说;近年发现于河南偃师商城城墙内侧路土之上的车辙，既已“确凿地表明至迟到商代早期，双轮车已在我国出现”[12]（1-8），那么单轮车间世于夏代甚至更早时期，当非无稽之谈。

三、数学、物理学、生物学及医学的萌芽

在整个自然科学体系中，数学以高度的抽象性、严谨的科学性而被誉为科学的基石，人类对于科学的最初认识，大抵起步于对数学的基本概念——“数”与“形”——的感悟，并且随着生活、生产经验的不断增长而日趋丰富。唯其如此，华夏先民得以构筑圆形或方形的房屋，制作并使用诸如圆形、椭圆形、方形、菱形、弧形、三角形等不同形状的工具与陶器。广泛存在于西安半坡、上海马桥遗址第五层、浙江良渚、台湾地区凤鼻山、山东城子崖下层、青海乐都柳湾、甘肃半山马厂、姜寨等地出土陶器之上的代表数字的刻划符号，以及“结绳记事”“塑木为文”的传说，无疑是人们的几何、算术知识积累到一定程度之后、主观见之于客观的产物，至于规、矩、准、绳等作图与测量工具的问世，更反映出数学在新石器时代的发展程度。至于河姆渡人，不仅“对20以内的数有了明确的概念”，而且“可能已有了30、40等两位数的概念，甚至已有三位数概念的可能”[13]（162）。

尽管物理学科具有较强的理论性，然而，作为其中一个分支的力学因为鲜明的实用色彩而颇受时人的关注。譬如“弦木为弧，剡木为矢”的传说，表明华夏先民早在旧石器时代就已经认识到弹力原理。复以陶车为例，它的发明“不仅是制陶工艺的一次巨大革命，也是最早利用轮轴原理为生产服务的实例，并为机械学奠定了原始基础”[14]（440），出土于磁山、河姆渡、半坡等遗址的纺轮，反映出新石器时代的人们对拉力的实际知识与运用水平。至于出土于仰韶遗址的提水容器小口尖底瓶，更生动说明“远古居民在实践中很早就知道利用重心和定倾中心相对位置跟浮体稳定性的关系”[15]（141-142）。除此之外，石铲与石凿的背厚刃薄形状、用以狩猎的投掷武器石矛的制作、天平的发明、对畜力的利用，都表征着华夏先民力学知识的丰富程度。

至于牲畜在运输、耕作及农作物加工等领域的广泛使用，显然建立在华夏先民充分认知野生动物的生殖规律并将之驯化成家畜的基础之上;早期农业的出现这一事实本身，又可见华夏先民对禾本植物特性与生长周期的认识程度。马、牛、羊、猪、狗、鸡等动物的被驯化，以及粟、黍、稷、高粱、水稻等植物的被栽培，不仅拓展了时人的艺术创造力，还意味着中国早期生物科学的萌芽。尤须指出的是，华夏先民在开发利用动植物资源的长期实践中，觅取了一些治疗疾病的动植物药品，由此导致了中国原始中医学的问世，见诸典籍即有神农氏遍尝百草而始有医药的传说。如《淮南子·修务训》云：“神农乃始教民播种五谷，相土地宜，燥湿肥硗高下，尝百草之滋味，水泉之甘苦，令民知所辟就。当此之时，一日而遇七十毒。”

上古之世，由于生存条件恶劣，也因为相关知识的贫乏，“茹草饮水，采树木之实，食窳蛤之肉”[16]的华夏先民，相当普遍地患有程度不同的牙周病、氟牙症、龋齿、齿槽脓肿及磨耗等口腔疾病。与此同时，尽管古人采取了一定的防范措施，如《吕氏春秋·古乐篇》云：“昔陶唐之时，阴多滞伏而堪积，水道雍塞，不行其原，民气郁闷而滞着，筋骨瑟缩不达，故作舞以宣导之。”但是，在原始人骨骼化石中还常见骨质增生、骨性关节炎、骨结核、脊椎变异、股骨弯曲增大、骨髓炎之类的疾病痕迹[17]（41-53），诸如此者的疾病严重威胁着华夏先民的健康与生命。疾病的危害、威胁与古人的自我保护本能，予医学的萌生以最初的动力。

当然，“生产和生活的实际经验的积累和技术的稳定进步，是科学萌生和成长的真正的基础”[18]（21-26）。火的使用具有极其重大的历史意义，华夏先民在用火熟食、取暖、防潮的同时，还发明了最早的“热熨疗法”，并萌生了最初的针灸技术;在漫长的狩猎和畜牧过程中，华夏先民不仅逐渐认识到动物的肉、脂肪、内脏、骨髓对人体的营养价值和药用功效，还从动物的中毒与自救现象中得到药理启示。如《山海经·山经柬释》所载“有鸟……名曰青耕，可以御疫”，便是他们在膳食中发现动物药品的佐证。与此同时，在日复一日的采集活动中，他们不仅积累了有关植物的形态、分布环境、生长规律的知识（此类知识的积累，直接推动了农业的生产），还随着对植物性味、作用了解的深化，获得了药物可以栽培、疗病的感性认识。譬如在河姆渡遗址第四文化层，考古学家发掘出数量可观的樟科叶片，从樟叶本身的性能，以及至今尚盛行于宁波乡间的医疗土方推断，可大致确定这些樟叶的功用在于驱蚊、止痒、散毒、消肿、防蛀。最近在浙江萧山跨湖桥遗址中，考古人员在一件稍有残缺、外底有烟火熏焦痕迹的绳纹小陶釜中，发现了20余根长5厘米—8厘米、直径在0.3厘米—0.8厘米的植物茎枝，从现象观察，当属陶釜烧裂时被丢弃的煎药，再次说明史前期人们就已认识到自然物材的药用价值。除此之外，当前某些少数民族对于动植物药物的应用状况，如鄂伦春人口服或外敷“安摩草”止血、彝族用麝香治疗痢疾等，又为我们提供了考察远古时期相关情状的人类学依据。

参考文献：

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