遠(yuǎn)去的中國(guó)古代科技成就

天文學(xué)與數(shù)學(xué)的交融

最能代表我國(guó)古代科學(xué)成就的還是天文學(xué)和數(shù)學(xué)，也就是古人所說(shuō)的的天、算。這兩門(mén)學(xué)科在我國(guó)古代聯(lián)系得十分緊密，因?yàn)閷?duì)日月五星運(yùn)行規(guī)律的認(rèn)識(shí)以及日食、月食的推測(cè)，都離不開(kāi)數(shù)學(xué)上的計(jì)算。舉一個(gè)例子，漢代已形成的“談天三家”——也就是當(dāng)時(shí)古人對(duì)宇宙的三種認(rèn)識(shí)，分別是蓋天說(shuō)、渾天說(shuō)與宣夜說(shuō)。除了宣夜說(shuō)有點(diǎn)玄奧抽象外，蓋天說(shuō)與渾天說(shuō)均是由數(shù)學(xué)模型作為支撐的，盡管兩者建構(gòu)了不同的宇宙模型，但是有一條是共同堅(jiān)守的，就是“日影千里差一寸”，也即八尺之表的日影在子午線方向上千里會(huì)差一寸。而“日影千里差一寸”最早源自《周髀算經(jīng)》，該書(shū)既是一部數(shù)學(xué)著作，也是一部天文學(xué)著作。需要說(shuō)明的是，千里差一寸的論證是錯(cuò)誤的，一直到了唐代一行和尚通過(guò)實(shí)測(cè)才使它壽終正寢。

我國(guó)古代天文學(xué)的發(fā)展，深受古代數(shù)學(xué)的影響，盡管蓋天說(shuō)、渾天說(shuō)都有數(shù)學(xué)模型建構(gòu)，但是這種模型并不與推算日月五星運(yùn)行的另一套數(shù)學(xué)模型（算的模型）相融洽，或者說(shuō)是各行其是。因此我們也不可能像西方那樣，從古希臘天體運(yùn)行的圓周運(yùn)動(dòng)中解脫出來(lái)，發(fā)展出開(kāi)普勒的橢圓軌道等近代天文學(xué)體系。我國(guó)古代天文學(xué)還把地上的事物都搬到天上，形成了獨(dú)具特色的“三垣二十宿”體系。該體系是天上、人間對(duì)應(yīng)比附的產(chǎn)物，是軍國(guó)星占體系的一種反映，即為戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)、王室興衰、年成豐歉等軍國(guó)大事服務(wù)的，但這已經(jīng)走出了科學(xué)的范疇。

中國(guó)古代的數(shù)學(xué)成就

我國(guó)古代數(shù)學(xué)的基調(diào)是由成書(shū)于漢代的《九章算術(shù)》確立的。那么《九章算術(shù)》的基調(diào)是什么呢？就是服務(wù)于實(shí)際生產(chǎn)生活的應(yīng)用問(wèn)題集：一題一答一術(shù)。“題”就是題目，“答”就是答案，“術(shù)”就是算法。那么推理、論證的過(guò)程呢？書(shū)中是查不到的，因?yàn)楦揪蜎](méi)寫(xiě)。所謂“九章”，就是9大類(lèi)應(yīng)用題目，比如“方田”是計(jì)算土地面積的問(wèn)題集，“商功”是計(jì)算各種工程（溝渠、倉(cāng)窖等）的土方、人工等。

經(jīng)常有人將《九章算術(shù)》與古希臘歐幾里德的《幾何原本》作對(duì)比，這兩部書(shū)的確也代表了東西方不同的思維風(fēng)格，一個(gè)是以“算”為特征的實(shí)用化體系，一個(gè)是以“證”為特征的演繹邏輯體系。我們的祖先一直缺少“證”的那根筋，直到明末徐光啟與傳教士利瑪竇合作翻譯《幾何原本》（前6卷）時(shí)，徐光啟被該書(shū)的體系所服膺，寫(xiě)道：“此書(shū)未譯，則他書(shū)俱不可得。”

說(shuō)到我國(guó)古代數(shù)學(xué)，大家都會(huì)聯(lián)想到南朝祖沖之在圓周率上的貢獻(xiàn)。不過(guò)，祖沖之的《綴術(shù)》已經(jīng)失傳，他對(duì)圓周率的推算，學(xué)界認(rèn)為是在魏晉時(shí)期劉徽“割圓術(shù)”的基礎(chǔ)上得到的。當(dāng)時(shí)要計(jì)算出密率355/113的確是很了不起的成就，要知道那個(gè)年代要用算籌去計(jì)算開(kāi)方在內(nèi)的大數(shù)目運(yùn)算，難度可想而知。

唐代中葉到元代中葉是我國(guó)古代數(shù)學(xué)發(fā)展的黃金時(shí)期，特別是宋元時(shí)期達(dá)到了頂峰。發(fā)展到高峰的標(biāo)志有二：首先是數(shù)學(xué)著作繁興，宋代前后不到300年竟出了50本之多;其次是水平高，就是在算法的改進(jìn)與抽象化程度方面前進(jìn)了許多。無(wú)論是高次方程的近似解法、多元一次方程組的解法、高階等差級(jí)數(shù)、同余方程組解法等，都達(dá)到了當(dāng)時(shí)世界上的最高水平。

從元中葉到明末，中國(guó)古代數(shù)學(xué)整體江河日下，以至于當(dāng)時(shí)學(xué)界竟然連宋元時(shí)期的數(shù)學(xué)著作都讀不懂了。到了明末，隨著傳教士的東來(lái)，西方的數(shù)學(xué)知識(shí)開(kāi)始譯介、引入;后來(lái)又經(jīng)過(guò)清末第二次“西學(xué)東漸”，直到20世紀(jì)初我國(guó)數(shù)學(xué)才匯入世界數(shù)學(xué)發(fā)展的洪流。

農(nóng)業(yè)技術(shù)的突出成就

農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新方面，我國(guó)漢代創(chuàng)制的三件農(nóng)事器具值得一提。其一是耬車(chē)，也叫耬，華北地區(qū)稱(chēng)之為耩子。耬車(chē)是一種北方用的條播器具，能夠同時(shí)完成開(kāi)溝和下種程序，后來(lái)又在耬車(chē)后面拖上覆蓋種子的構(gòu)件，就更加便于耕種了。耬車(chē)的發(fā)明，使得單位面積土地上播種量減少，并且有利于之后的田間作業(yè)。其次是翻車(chē)，也就是后世稱(chēng)之為“龍骨水車(chē)”的灌溉（或排澇）農(nóng)具。到了元代，出現(xiàn)了多種形式的翻車(chē)，有腳踏翻車(chē)、牛轉(zhuǎn)翻車(chē)、水轉(zhuǎn)翻車(chē)等。明代《天工開(kāi)物》提到一種輕巧的手搖翻車(chē)（也叫拔車(chē)）。翻車(chē)是我國(guó)古代江南地區(qū)應(yīng)用最廣泛的提水、排澇農(nóng)具，也是世界上最早應(yīng)用鏈傳動(dòng)的技術(shù)設(shè)施。還有一種是風(fēng)扇車(chē)，也叫扇車(chē)，是一種清選農(nóng)具，能夠合理、有效地利用人為產(chǎn)生的風(fēng)力把糧食籽粒與糠秕分開(kāi)。

唐代詩(shī)人徐來(lái)軍寫(xiě)有一首《調(diào)笑令》：“翻倒，翻倒，喝得醉來(lái)吐掉。轉(zhuǎn)來(lái)轉(zhuǎn)去自行，千匝萬(wàn)匝未停。停未？停未？禾苗待我灌醉。”這里描述的就是我國(guó)唐代時(shí)期出現(xiàn)的一種新式提水器具——筒車(chē)。大型的筒車(chē)遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去就像現(xiàn)代的摩天輪，只不過(guò)輪的外圍懸掛的是竹筒，在流水的沖擊下，竹筒在低處兜水，轉(zhuǎn)到高處時(shí)傾瀉到水槽中，水槽通向田地里進(jìn)行灌溉。到了宋代，筒車(chē)得到普遍應(yīng)用。現(xiàn)在湖南西部、廣西北部的溪流邊，還能見(jiàn)到筒車(chē)的身影。

天文學(xué)引領(lǐng)技術(shù)高峰

宋元時(shí)期是我國(guó)古代技術(shù)發(fā)展的高峰。北宋曾公亮1044年完成的《武經(jīng)總要》是我國(guó)古代軍事技術(shù)全面、系統(tǒng)的反映;北宋李誡于1100年成書(shū)的《營(yíng)造法式》是我國(guó)古代木構(gòu)建筑技術(shù)達(dá)到純熟的標(biāo)志;元代王禎1313年寫(xiě)就的《農(nóng)器圖譜》是我國(guó)古代農(nóng)事器具的集大成之作。特別值得一提的是北宋1092年由蘇頌、韓公廉制成的水運(yùn)儀象臺(tái)，是我國(guó)古代最為復(fù)雜的天文儀器。該儀器集渾儀、渾象、圭表、計(jì)時(shí)與報(bào)時(shí)為一體，實(shí)物高12米，寬7米，蔚為大觀。這部?jī)x器不像魏晉南北朝那些“奇器”徒有盛名而無(wú)法得其傳，因?yàn)樘K頌留下了制造這部?jī)x器的《新儀象法要》，并附有插圖66幅，后人根據(jù)這本書(shū)完全可以進(jìn)行復(fù)原。2012年8月國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)在北京召開(kāi)大會(huì)期間，由中科院自然科學(xué)史研究所與清華大學(xué)等單位復(fù)原的模型（原物的1/3）在北京國(guó)家會(huì)議中心展出，轟動(dòng)一時(shí)。

元代天文儀器上的改進(jìn)最重要的當(dāng)屬郭守敬設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)儀。簡(jiǎn)儀是針對(duì)渾儀而言，顧名思義，是簡(jiǎn)化了的渾儀。他改進(jìn)的方法是把赤道裝置與地平裝置分開(kāi)，去掉一些不必要的環(huán)，又在刻度上精細(xì)化，使得觀測(cè)精度更加精準(zhǔn)。

明末1637年宋應(yīng)星完成的《天工開(kāi)物》，系統(tǒng)總結(jié)了我國(guó)農(nóng)業(yè)、手工業(yè)方面的技術(shù)成就。但是這就像是快下山的夕陽(yáng)，在回光返照時(shí)眷戀了一下古老的中華帝國(guó)，隨后在西方世界轟轟烈烈的工業(yè)革命大潮下，中國(guó)則與主流技術(shù)前沿漸行漸遠(yuǎn)。

結(jié)束語(yǔ)

如今，我國(guó)已經(jīng)融入了世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展的洪流之中，雖然整體上與世界科技前沿還有不少差距，但也有部分科學(xué)成就令人欣慰、振奮。比如2012年，廣東大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)國(guó)際合作組發(fā)現(xiàn)了中微子第三種振蕩模式，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果入選《科學(xué)》雜志評(píng)選出的“年度十大科學(xué)突破”;2012年8月，中國(guó)科技大學(xué)潘建偉教授因其在“量子通信和多光子糾纏操縱方面的先驅(qū)性卓越貢獻(xiàn)”獲得2012年度國(guó)際量子通信獎(jiǎng)……直到2015年，中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院終身研究員兼首席研究員屠呦呦獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

撫古思今，不勝感慨。正如一百年前梁?jiǎn)⒊凇渡倌曛袊?guó)說(shuō)》中所喻：一個(gè)老朽的中國(guó)已經(jīng)遠(yuǎn)去，一個(gè)嶄新的少年中國(guó)正在走來(lái)。