兩宋科技何以取得“前所未有”成就

兩宋科學技術(shù)之所以能取得輝煌的成就，朝廷政策當計首功。宋太祖實行文治政策，知識人注重經(jīng)義與治事，通過科舉邁向入仕之路。與唐代廣為吸收外來文明不同，宋代更有許多獨創(chuàng)的研究和發(fā)明。

從晚唐開始，中國發(fā)生了很大的變化。貴族政治的衰落、商業(yè)的發(fā)達、都市的繁榮、手工業(yè)的進步、科舉制的興盛等等，標志著社會邁向新的階段，在宋代表現(xiàn)得尤為明顯。內(nèi)藤湖南將唐末以降作為近世的開端，宮崎市定進而將北宋稱作文藝復興的時代。儒學和文學復歸古代，以宋學為名的新儒學誕生，宋代是中國文化史上的輝煌時代。

宋代在科學技術(shù)方面也有很大進步，出現(xiàn)了一些重要的人物、著作和發(fā)明創(chuàng)造，被譽為中國古代科學的高峰。李約瑟說“每當人們研究中國文獻中科學史或技術(shù)史的任何特定問題時，總會發(fā)現(xiàn)宋代是關(guān)鍵所在。不管在應用科學方面或在純粹科學方面都是如此”。他還認為宋代帝國盡管受到周邊民族的包圍和壓迫，在文化和科學方面卻“達到了前所未有的高峰”。

兩宋科學技術(shù)之所以能取得輝煌的成就，朝廷政策當計首功。宋太祖實行文治政策，知識人注重經(jīng)義與治事，通過科舉邁向入仕之路。他們對自然知識和歷算、兵法、醫(yī)學、水利等實學抱有廣泛的興趣，重視經(jīng)驗與觀測，體現(xiàn)了宋代的科學精神。與唐代廣為吸收外來文明不同，宋代更有許多獨創(chuàng)的研究和發(fā)明。

宋代科技的興盛與官方機構(gòu)的設立有關(guān)

天文歷法歷來受到政府的重視，北宋建國后，在乾德二年（964）即頒布了應天歷，之后頒布乾元、儀天、崇天、明天、奉元、觀天、占天、紀元等歷法，頒歷頻繁，歷議也十分活躍。北宋時期，太宗、仁宗、神宗、哲宗朝多次鑄造渾天儀，沈括、蘇頌、韓公廉分別指導了儀器的制作，水運儀象臺是古代機械技術(shù)的最高峰，包括渾儀、渾象和計時等部分，被譽為天文鐘的祖先，具有與現(xiàn)代鐘表相同的擒縱器，設計精巧、結(jié)構(gòu)完整，并附圖樣，獨步世界。

宋代天文學多有創(chuàng)新，不僅包括儀器的制造和使用，還有天象的觀測和星圖的繪制。大型渾儀的制作以及計算技術(shù)的改良，為提高恒星測量精度創(chuàng)造了條件，促成了新的重要觀測成果。北宋進行了七次恒星觀測，特別是景祐（楊惟德）、皇祐（周琮）的觀測，有詳細的測定值，記錄流傳至今。《新儀象法要》和蘇州淳祐石刻天文圖留存了元豐年間的觀測。還有至和元年（1054）的超新星觀測，治平三年（1066）對哈雷彗星的觀測，都有詳細的記錄。宋代頻繁觀測恒星位置，涌現(xiàn)高水平天文數(shù)據(jù)，并通過歷法改革，造就了“天文學體系的高峰”。此外，還有燕肅蓮花漏的發(fā)明，標志中國漏刻發(fā)展史上首次采用漫流系統(tǒng)。

蘇州石刻天文圖留存了北宋元豐年間（1078至1085）的觀測，星圖由南宋黃裳繪制，淳祐七年（1247）王致遠據(jù)此鐫刻成《天文圖》石碑，上部為星圖，下部為釋文。

宋代科技的興盛與官方機構(gòu)的設立有關(guān)，翰林天文院和司天監(jiān)扮演了重要作用。北宋“置天文院于禁中，設漏刻、觀天臺、銅渾儀皆如司天監(jiān)，與司天監(jiān)互相檢察”。而皇家豐富的館閣藏書，更成就了沈括博學的一生。他曾任館閣校勘之職，還提舉司天監(jiān)，參與歷法改革，奠定了學術(shù)成就的基礎。沈括上《渾儀》《浮漏》《景表》三議，體現(xiàn)了傳統(tǒng)天文儀器理論與技術(shù)的新進展，朝廷采用其說。《宋史·沈括傳》說他“博學善文，于天文、方志、律歷、音樂、醫(yī)藥、卜算，無所不通，皆有所論著”。李約瑟則稱沈括為“中國歷史上最偉大的科學思想人物之一”，竺可楨也提到：“自來我國學子之能談科學者，稀如鳳毛麟角，而在當時之世能以近世科學精神治科學者，則更少。……正當歐洲學術(shù)墮落時代，而我國乃有沈括其人，潛心研究科學，亦足為中國學術(shù)史增光。”

宋代國家對書籍刊印的重視和投入，與前代相比更是十分突出。元豐七年（1084），設置算學，秘書省刊刻《算經(jīng)十書》。鮑澣之知汀州時，重刊《算經(jīng)十書》（嘉定年間），至今仍有流傳，意義非凡。《崇文總目》《宋史·藝文志》《通志·藝文略》著錄算書數(shù)十種，包括南宋著名數(shù)學家秦九韶及其所著《數(shù)書九章》，李冶及其《測圓海鏡》《益古演段》，楊輝及其《詳解九章算法》《日用算法》《楊輝算法》，現(xiàn)只有秦九韶、楊輝、李冶的著作存世，南宋刻本《算經(jīng)十書》也只存五部半。沈括創(chuàng)用隙積術(shù)（即堆垛術(shù)，高階等差級數(shù)求和）、會圓術(shù)，影響了楊輝的研究。秦九韶《數(shù)書九章》的大衍求一術(shù)，即歷法中由推算上元積年推廣為求聯(lián)立一次同余式解法，楊輝《詳解九章算法》著錄的賈憲開方作法本源圖（二項式定理系數(shù)表）、增乘開方法（解高次方程），以及高階等差級數(shù)，奠定了中國古代在世界數(shù)學史的重要地位。

宋代在醫(yī)學領域同樣經(jīng)歷了巨大的變革。唐末以來的戰(zhàn)亂導致許多重要的醫(yī)學典籍散佚。對這些醫(yī)書的校訂與刊行，成為北宋政府的重要任務。其開端便是《新修本草》的修訂與增注，即開寶六年（973）刊行的《開寶新詳定本草》。著名的還有《嘉祐本草》《大觀本草》《政和本草》，以及蘇頌的《圖經(jīng)本草》和寇宗奭的《本草衍義》，豐富了藥物學知識。太平興國三年（978），編有《太平圣惠方》一百卷，收錄了一萬六千多個處方。北宋初所編的《銅人腧穴針灸圖經(jīng)》三卷，成為后世學習針灸的參考書。仁宗嘉祐二年（1057）還設立了校正醫(yī)書局。南宋時期醫(yī)學略顯停滯，但仍出現(xiàn)了世界最早的法醫(yī)學著作，宋慈的《洗冤集錄》。

北宋譜錄之學興盛，且花卉園藝發(fā)達，存有牡丹、芍藥、梅、菊、蘭、竹等譜錄四十余種。歐陽修《洛陽牡丹記》、王觀《芍藥譜》、劉蒙《菊譜》，都有關(guān)于生物變異的論述。北宋的譜錄之學也促進了南宋博物學的繁榮。《洛陽牡丹記》和蔡襄《荔枝譜》，對韓彥直《橘錄》有影響。南宋有陳翥《桐譜》和陳旉《農(nóng)書》。占城稻因有耐旱、適應性強的優(yōu)點，被引入后提高了水稻的產(chǎn)量。岳珂《桯史》記載金魚的品種與鯉魚、鯽魚的飼養(yǎng)技術(shù)，以及新的金魚品種的培養(yǎng)。

指南針是宋代最重要的發(fā)明，宋人利用磁石的指極性，明確記載磁化制作指南針的方法。羅盤的產(chǎn)生與堪輿有關(guān)，仁宗慶歷元年（1041），楊惟德《塋原總錄》就已談到定四正的方向，最早發(fā)現(xiàn)磁偏角。沈括在元祐初年提到方家用磁石磨針鋒，針能指南，常稍微偏東，也提到了磁偏角的問題。指南針北宋時已應用于航海，推動了對外貿(mào)易的進步。曾公亮《武經(jīng)總要》（1047）記載了指南魚的做法，《夢溪筆談》記載了磁針的四種支掛方法。朱彧《萍洲可談》、徐兢《宣和奉使高麗圖經(jīng)》都提到陰晦天氣舟師利用指南針導航。對外貿(mào)易的興盛，促進了造船業(yè)的發(fā)達和技術(shù)的進步（如船尾舵、水密艙的使用）。

宋與遼金元間的戰(zhàn)爭，為新式武器提供了試驗場，出現(xiàn)了燃燒性、爆炸性火器，及管形噴火器與射擊火器。《武經(jīng)總要》記載了現(xiàn)存最古老的三種“火藥”配方，開列焰硝、硫磺、木炭、桐油等配料用量。北宋時期的火藥武器主要是弓弩發(fā)射的“火箭”，即火藥燃燒箭，以及投石機發(fā)射的“火球”（又稱“火砲”），即火藥燃燒彈。紹興二年（1132），南宋陳規(guī)制造“火槍”保衛(wèi)德安城，這是一種在長竹管內(nèi)裝填火藥的噴火器，也是最早的管形火器。開慶元年（1259），南宋壽春府造“突火槍”，以巨竹為筒，引燃管內(nèi)火藥，發(fā)射硬質(zhì)物。“突火槍”是管形射擊火器的始祖，具有劃時代的意義。

宋代在手工業(yè)和技術(shù)方面，如制瓷、礦冶、紡織、染色，都有顯著的進步。北宋有水法冶金（膽銅法），紹圣年間（1094—1098）張潛撰有《浸銅要略》。南宋的冶金與采礦技術(shù)也有很大發(fā)展，冶鐵主要用于鑄造兵器和農(nóng)具，利用石碳，并采用木風箱等鼓風設備。兩浙和四川絲織業(yè)最為發(fā)達，有大型提花機（樓璹《耕織圖》），和精湛的緙絲技術(shù)。瓷器制造，著名的有官窯、汝窯、鈞窯和定窯。北宋官窯繼承汝窯的工藝技術(shù)，南宋繼承越窯的技術(shù)體系。瓷器、絲織品、鐵器成為海外貿(mào)易的重要產(chǎn)品，南海一號出土的沉船，就包括了浙江（龍泉）、江西（景德鎮(zhèn)）、福建（德化等）各窯口的瓷器。

《耕織圖》是南宋時期樓璹以詩配畫的方式介紹耕織技術(shù)的著作。此《耕織圖》兩卷傳為元代程棨摹繪宋代樓璹本，現(xiàn)藏弗瑞爾·賽克勒美術(shù)館。

宋代造紙業(yè)亦有很大發(fā)展，開始用竹子造紙，生產(chǎn)麻紙、桑皮紙以及箋紙，還采用黃蜀葵、楊桃藤作為紙藥，更出現(xiàn)了大尺幅用紙。宋代印刷，主要由官府支持，也有不少民間坊刻，大大推動了書籍的閱讀，使知識學問得以普及和復興，與活字印刷的出現(xiàn)對歐洲文藝復興的推動有異曲同工之妙。宋代重要技術(shù)發(fā)明中，還有制鹽和卓筒井（小口深井鉆探）技術(shù)，蘇軾對卓筒井形制與鉆井方式有所論述，此技術(shù)在慶歷年間出現(xiàn)后，迅速得到推廣，大大促進了四川鹽業(yè)的發(fā)展。李誡《營造法式》則是建筑工程的經(jīng)典之作。

百余年來對宋代科學技術(shù)史的研究

宋代在科學技術(shù)領域的成就與貢獻是中國科學技術(shù)史的重要內(nèi)容。科學史在中國的發(fā)展，大約有百余年的歷史，受西學影響的年輕學子，最先開啟了對中國古代科學技術(shù)史的研究。1926年，在哈佛曾受科學史之父薩頓（George Sarton，1884—1956）教育的竺可楨，在《科學》雜志發(fā)表了《北宋沈括對于地學之貢獻與紀述》一文，闡述沈括在地學方面的成就。受此文影響，張蔭麟依據(jù)傳記資料，撰寫了《沈括編年事輯》一文，對沈括給予極高的評價：“括不獨包辦當時朝廷中之科學事業(yè)，如修歷法，改良觀象儀器，興水利，制地圖，監(jiān)造軍器等；不獨于天學、地學、數(shù)學、醫(yī)學、音樂學、物理學各有創(chuàng)獲，不獨以文學著稱于時，且于吏治、外交，及軍事，皆能運用其科學家之頭腦而建非常之績。”

在1928—1941年間，張蔭麟受西方漢學家的影響，發(fā)表了多篇科學史論文，對歷史上的“奇器”做了全面和簡要的論述，也對曾任工部郎中的燕肅的著作與事跡進行了考證。他重點談到了燕肅的海潮論，表彰其實證方法，并說其最大貢獻“在其十年用心，遍歷廣東及浙江海岸，于海潮現(xiàn)象與日月地相對位置變易之關(guān)系，作系統(tǒng)之觀察與記錄，并綜合其所觀察與記錄，以為定例，此在科學史上為創(chuàng)舉，所當特筆大書者也”。又對燕肅改良刻漏（蓮花漏）之法和所造指南車有詳細論述，表彰其格物創(chuàng)物之智。

李儼對中國數(shù)學史的研究有開創(chuàng)之功，早年即關(guān)注宋代算書，如對楊輝算書的研究、對《測圓海鏡》研究歷程的研究、對宋代算學制度的研究（《中國數(shù)學大綱》上冊，1931），著有《13、14世紀中國民間數(shù)學》，奠定了宋代算學史的基礎。嚴敦杰追隨李儼的足跡，對宋元算書也有所考證。此外，王振鐸對指南針的研究，馮家昇對火藥發(fā)明和傳播的典范性的研究，奠定了此領域研究的基礎。

宋代是印刷的黃金時代，現(xiàn)存早期印本多為南宋刊本，是了解宋代文化的重要來源。葉德輝《書林清話》綜合版本目錄文獻，對宋代的版本做了初步梳理，王國維也對兩宋監(jiān)本、兩浙古刊本有開創(chuàng)性研究。受卡特《中國印刷術(shù)的發(fā)明及其西傳》的刺激，張秀民從大學時代就從事宋代印刷史的研究，對南宋各朝的印刷按時代編年進行了梳理，發(fā)表《宋槧本與搖床本》一文，比較宋版與歐洲搖籃本的異同，學位論文也以《宋活字版考》為題。入職國立北平圖書館后，連續(xù)發(fā)表了《金源監(jiān)本考》《宋孝宗時代刻書述略》《宋光宗時代之刻書》等論文。

宋代科學家漸為人知

古代科學技術(shù)被大眾理解和認識，有一個緩慢的過程。古代科學家漸為人知，《中國古代科學家》（科學出版社，1959）的科普作用功不可沒。上世紀50年代，中國科學院設立自然科學史研究室，為慶祝新中國成立十周年，配合中國歷史博物館的開幕，編纂了此書，書中收錄宋代畢昇、沈括、蘇頌和李誡的傳記，對理解宋代科學技術(shù)有普及之功。此書被多次翻印，到了上世紀70年代，還被編入啟蒙讀物，廣為流傳，許多內(nèi)容甚至被編入中學語文教材，影響極廣。儀器復原工作，也對普及大眾的知識有很大的幫助，上世紀50年代，劉仙洲和王振鐸對水運儀象臺的復制工作作出了重要貢獻，也有專論發(fā)表。

1966年，科學出版社出版了錢寶琮主編《宋元數(shù)學史論文集》，收錄有關(guān)宋元數(shù)學四大家以及中國與阿拉伯世界的數(shù)學交流的精深研究，此書迄今仍是宋元數(shù)學史研究最為權(quán)威的論著。此后，席文（Nathan Sivin，1931—2022）在英文本《科學家傳記詞典》中發(fā)表了沈括的傳記。因時代中西交流所限，《科學家傳記詞典》收錄的中國古代科學家極少，但包括由何丙郁撰寫的宋元數(shù)學四大家秦九韶、楊輝、李冶、朱世杰，在西方世界有一定影響。

“算經(jīng)十書”原為唐高宗下令頒行的唐代算學教科書，北宋元豐七年（1084），秘書省以所得唐代傳本為基礎，刊刻漢唐算經(jīng)十種。南宋天文學家鮑澣之又據(jù)北宋元豐七年刻本重刻而成《算經(jīng)》，圖為上海圖書館藏南宋刻本《周髀算經(jīng)》。

日本京都大學人文科學研究所是研究中國科學史的重鎮(zhèn)，藪內(nèi)清領袖群倫，貢獻最著，影響最大。他對中國科學史從整體上展開研究，涉及中國天文學史主流歷法研究和以占星術(shù)為目的的天文觀測，認為不僅要關(guān)注歷法的理論研究，還要考慮歷法改革所涉及的政治思想，要從文化現(xiàn)象加以解釋。他領銜對宋代科學技術(shù)史的系統(tǒng)全面的考察，編輯出版了《宋元時代の科學技術(shù)史》（1967）。

受卡特《中國印刷術(shù)的發(fā)明及其西傳》所記畢昇發(fā)明活字的影響，胡道靜畢生從事《夢溪筆談》的文獻輯錄、校注及全面系統(tǒng)的研究，出版了《夢溪筆談校證》（中華書局，1956）和《新校正夢溪筆談》（中華書局，1957）。他與李約瑟多有交流，保持了長期的友誼，成為學術(shù)界的佳話。李約瑟對《夢溪筆談》也曾下過不少功夫，在劍橋李約瑟研究所圖書館所藏的《夢溪筆談》與數(shù)學相關(guān)的段落上，可看到李約瑟的多處批注，足見他在寫作數(shù)學卷時，曾仔細做過研讀和演算。除《夢溪筆談》之外，李約瑟和王鈴等人對蘇頌水運儀象臺有深入的研究，指出《新儀象法要》的機械部件與鐘表擒縱機構(gòu)相似，于是擒縱機構(gòu)作為中國的重要發(fā)明被世人所知曉。

1954年起，李約瑟《中國科學與文明》（Science and Civilisation in China）各卷相繼出版，此書考據(jù)詳實，內(nèi)容豐富，廣征博引，引起了廣泛的影響。雖然其中的一些內(nèi)容已被后出的論著所超越，但此書廣闊的中西比較視野，仍值得國內(nèi)學者仿效。李約瑟及其合作者的著作，推動了對中國古代科學技術(shù)成就的理解，也被學者廣為引用。李約瑟對宋代科學技術(shù)成就的高度評價，又轉(zhuǎn)而推動了國內(nèi)對宋代科學技術(shù)史的研究。

（作者為香港理工大學中國歷史及文化學系教授）