兩宋科技何以取得“前所未有”成就

兩宋科學技術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，宋代更有許多獨創的研究和發明。

從晚唐開始，中國發生了很大的變化。貴族政治的衰落、商業的發達、都市的繁榮、手工業的進步、科舉制的興盛等等，標志著社會邁向新的階段，在宋代表現得尤為明顯。內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。

宋代在科學技術方面也有很大進步，出現了一些重要的人物、著作和發明創造，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史的任何特定問題時，總會發現宋代是關鍵所在。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、醫學、水利等實學抱有廣泛的興趣，重視經驗與觀測，體現了宋代的科學精神。與唐代廣為吸收外來文明不同，宋代更有許多獨創的研究和發明。

宋代科技的興盛與官方機構的設立有關

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，具有與現代鐘表相同的擒縱器，設計精巧、結構完整，并附圖樣，獨步世界。

宋代天文學多有創新，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的改良，為提高恒星測量精度創造了條件，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，涌現高水平天文數據，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明，標志中國漏刻發展史上首次采用漫流系統。

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的設立有關，翰林天文院和司天監扮演了重要作用。北宋“置天文院于禁中，設漏刻、觀天臺、銅渾儀皆如司天監，與司天監互相檢察”。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，參與歷法改革，奠定了學術成就的基礎。沈括上《渾儀》《浮漏》《景表》三議，體現了傳統天文儀器理論與技術的新進展，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《算經十書》。鮑澣之知汀州時，重刊《算經十書》（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》著錄算書數十種，包括南宋著名數學家秦九韶及其所著《數書九章》，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》，現只有秦九韶、楊輝、李冶的著作存世，南宋刻本《算經十書》也只存五部半。沈括創用隙積術（即堆垛術，高階等差級數求和）、會圓術，影響了楊輝的研究。秦九韶《數書九章》的大衍求一術，即歷法中由推算上元積年推廣為求聯立一次同余式解法，楊輝《詳解九章算法》著錄的賈憲開方作法本源圖（二項式定理系數表）、增乘開方法（解高次方程），以及高階等差級數，奠定了中國古代在世界數學史的重要地位。

宋代在醫學領域同樣經歷了巨大的變革。唐末以來的戰亂導致許多重要的醫學典籍散佚。對這些醫書的校訂與刊行，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》三卷，成為后世學習針灸的參考書。仁宗嘉祐二年（1057）還設立了校正醫書局。南宋時期醫學略顯停滯，但仍出現了世界最早的法醫學著作，宋慈的《洗冤集錄》。

北宋譜錄之學興盛，且花卉園藝發達，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《農書》。占城稻因有耐旱、適應性強的優點，被引入后提高了水稻的產量。岳珂《桯史》記載金魚的品種與鯉魚、鯽魚的飼養技術，以及新的金魚品種的培養。

指南針是宋代最重要的發明，宋人利用磁石的指極性，明確記載磁化制作指南針的方法。羅盤的產生與堪輿有關，仁宗慶歷元年（1041），楊惟德《塋原總錄》就已談到定四正的方向，最早發現磁偏角。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，推動了對外貿易的進步。曾公亮《武經總要》（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》都提到陰晦天氣舟師利用指南針導航。對外貿易的興盛，促進了造船業的發達和技術的進步（如船尾舵、水密艙的使用）。

宋與遼金元間的戰爭，為新式武器提供了試驗場，出現了燃燒性、爆炸性火器，及管形噴火器與射擊火器。《武經總要》記載了現存最古老的三種“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射的“火箭”，即火藥燃燒箭，以及投石機發射的“火球”（又稱“火砲”），即火藥燃燒彈。紹興二年（1132），南宋陳規制造“火槍”保衛德安城，這是一種在長竹管內裝填火藥的噴火器，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，引燃管內火藥，發射硬質物。“突火槍”是管形射擊火器的始祖，具有劃時代的意義。

宋代在手工業和技術方面，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也有很大發展，冶鐵主要用于鑄造兵器和農具，利用石碳，并采用木風箱等鼓風設備。兩浙和四川絲織業最為發達，有大型提花機（樓璹《耕織圖》），和精湛的緙絲技術。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，南宋繼承越窯的技術體系。瓷器、絲織品、鐵器成為海外貿易的重要產品，南海一號出土的沉船，就包括了浙江（龍泉）、江西（景德鎮）、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的著作。此《耕織圖》兩卷傳為元代程棨摹繪宋代樓璹本，現藏弗瑞爾·賽克勒美術館。

宋代造紙業亦有很大發展，開始用竹子造紙，生產麻紙、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，與活字印刷的出現對歐洲文藝復興的推動有異曲同工之妙。宋代重要技術發明中，還有制鹽和卓筒井（小口深井鉆探）技術，蘇軾對卓筒井形制與鉆井方式有所論述，此技術在慶歷年間出現后，迅速得到推廣，大大促進了四川鹽業的發展。李誡《營造法式》則是建筑工程的經典之作。

百余年來對宋代科學技術史的研究

宋代在科學技術領域的成就與貢獻是中國科學技術史的重要內容。科學史在中國的發展，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，如修歷法，改良觀象儀器，興水利，制地圖，監造軍器等；不獨于天學、地學、數學、醫學、音樂學、物理學各有創獲，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，于海潮現象與日月地相對位置變易之關系，作系統之觀察與記錄，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，表彰其格物創物之智。

李儼對中國數學史的研究有開創之功，早年即關注宋代算書，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（《中國數學大綱》上冊，1931），著有《13、14世紀中國民間數學》，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，王國維也對兩宋監本、兩浙古刊本有開創性研究。受卡特《中國印刷術的發明及其西傳》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，連續發表了《金源監本考》《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，也有專論發表。

1966年，科學出版社出版了錢寶琮主編《宋元數學史論文集》，收錄有關宋元數學四大家以及中國與阿拉伯世界的數學交流的精深研究，此書迄今仍是宋元數學史研究最為權威的論著。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，刊刻漢唐算經十種。南宋天文學家鮑澣之又據北宋元豐七年刻本重刻而成《算經》，圖為上海圖書館藏南宋刻本《周髀算經》。

日本京都大學人文科學研究所是研究中國科學史的重鎮，藪內清領袖群倫，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為目的的天文觀測，認為不僅要關注歷法的理論研究，還要考慮歷法改革所涉及的政治思想，要從文化現象加以解釋。他領銜對宋代科學技術史的系統全面的考察，編輯出版了《宋元時代の科學技術史》（1967）。

受卡特《中國印刷術的發明及其西傳》所記畢昇發明活字的影響，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》與數學相關的段落上，可看到李約瑟的多處批注，足見他在寫作數學卷時，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相似，于是擒縱機構作為中國的重要發明被世人所知曉。

1954年起，李約瑟《中國科學與文明》（Science and Civilisation in China）各卷相繼出版，此書考據詳實，內容豐富，廣征博引，引起了廣泛的影響。雖然其中的一些內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成就的理解，也被學者廣為引用。李約瑟對宋代科學技術成就的高度評價，又轉而推動了國內對宋代科學技術史的研究。

（作者為香港理工大學中國歷史及文化學系教授）

原標題：《兩宋科技何以取得“前所未有”成就》

欄目主編：楊逸淇 文字編輯：李純一 劉迪

來源：作者：韓琦