南宋

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第六集發明時代

撰稿/夏燕平

壹

“火藥、羅盤、印刷術——這是預兆資產階級社會到來的三項偉大發明。火藥把騎士階層炸得粉碎，羅盤打開了世界市場并建立了殖民地，而印刷術卻變成了宗教的工具，并且一般地說變成科學復興的手段，變成創造精神發展的必要前提的最強大的推動力。”

馬克思（Karl Marx，1818—1883）說的這三項偉大的發明,來自中國，來自中國的宋朝，而其大規模的實際應用是在南宋。

貳

這是十八歲的蘇頌（1020－1101）。48年后，他成為北宋著名的天文學家、天文機械制造家、藥物學家以及一朝宰相。而此時他需要通過省試這一關。

蘇頌今天遇到一道科技試題，題目是《斗為天之喉舌賦》，這是考查考生天文學知識的題目。蘇頌豐富的天文學知識贏得了考官的青睞，但在復試時，因為一處四聲讀錯了而沒有被錄取。第二次考試他又遇到了這樣一道科技試題：《歷者天地之大紀賦》，蘇頌寫得縱橫馳騁，文采飛揚。到他參加進士考試，還是遇到了科技的試題。

初涉這段歷史者，往往有這樣的迷惑：文化的中國宋朝，何以“突如其來”，平地里產生了這改變世界的三大發明？我們經常被告知，中國的落后是失于對科學技術的重視；中國歷史上的科舉考試都是《四書五經》，八股文章。事實上，宋代和宋代的科舉，雖然吟詩作賦儼然主流，但對于末學的理科還是有相當的重視的。科舉引導知識分子的方向，宋代對于科學教育的重視，自然帶來科學技術的輝煌。

何忠禮：浙江大學歷史系教授、杭州社科院南宋史研究中心主任

宋代的科學技術比唐代厲害，這個李約瑟有證明。

葛金芳：北京師范大學特聘教授

在西方的工業革命之前，我國的傳統社會科學技術水平，應該說在世界上也是領先的。傳統社會里面，最重要的一百來項發現里邊，中國人占了百分之五十以上。影響到現代文明的幾項發明，恰恰是在宋代達成的。

就是這個蘇頌，在中國科技史上，后來一人獨得七項世界第一。其最重要的發明，是他在元祐三年（公元1088年）任吏部尚書時，領導研制了水運儀象臺。它是一座高12米，長寬各7米，像三層樓房一樣的巨型天文儀器。

水運儀象臺的上層是觀測天體的渾儀，中層是演示天象的渾象，下層是使渾儀、渾象隨天體運動而報時的機械設置。它兼有觀測天體運行，演示天象變化，隨天象推移而有木人自動敲鐘、擊鼓、搖鈴準確報時的三種功用。

水運儀象臺的偉大意義在于首先它是現代天文臺跟蹤機械——轉儀鐘的遠祖。英國學者李約瑟對此給予高度評價：“蘇頌把時鐘機械和觀察用渾儀結合起來，在原理上已經完全成功。”因此他先行西方六至七個世紀。

其次，它的天衡系統又是現代鐘表的先驅。李約瑟在研究了水運儀象臺之后，修改了他過去的著作。他說：“我們借此機會聲明，我們以前關于‘鐘表裝置……完全是14世紀早期歐洲發明’的說明是錯誤的。在中國許多世紀之前，就已有了裝有另一種擒縱器的水力傳動機械時鐘。”

高水滿：廈門同安科技館館長

古時候那些人員,站在我現在所站的這個平臺上完成水循環系統。就是把我們底下那個“升水壺”的水，通過這個水車提到上面那個“天河”，讓水源源不斷地通過“天河”流入“天池”。我現在面對的這個儀器叫“樞輪”，“樞輪”有三十六個“水斗”，通過“關舌”讓水流入“水斗”里面，每五十秒這個“水斗”就自動下滑一格。我們現在所在的位置是在水運儀象臺的二樓，眼前的這個球體叫做“渾象”，站在這個球體的中間往外太空看的話，可以看到很多的天體，把當時觀測到的天體描繪在這個球體上面便于我們觀察。那這個在轉動的話，一天這個球體就轉動一周，那它的動力通過水力傳動。

我現在所動的這個叫做“四游窺管”，這個其實就是我們現在天文望遠鏡由轉儀鐘來控制，原理是一個樣的——隨著時間點的變化跟著天體在運行。就像上次我們做的試驗下來，把四游窺管早上六點多，從那邊太陽升起，我們就定住，然后到下午四點過來一看，它還是牢牢地對著太陽，太陽走到什么地方它跟蹤到什么地方。很多專家都把這座水運儀象臺稱為中國的第五大世界發明。

水運儀象臺原件在靖康之亂后被金兵奪走損毀。宋高宗南渡后想復制，蘇頌的兒子蘇攜獻上蘇頌遺書，可是無人能通，始終無法仿制。直到1958年才由歷史學家王振鐸成功復原。

何忠禮：浙江大學歷史系教授、杭州社科院南宋史研究中心主任

沈括這個人啊，確實是一個百科全書式的人物：他是一個政治家，積極參與了王安石變法，官至權三司使，相當于三品官；他呢又是一個軍事家，在西北方面抗擊西夏的侵略，他也參與了；他還是個外交家，他出使遼朝了解當地的風土人情，回來以后寫了一本書；主要的地位呢，目前來說呢，大家都把他放在科學家，他的《夢溪筆談》是他其中的代表。實際上他天文、地理、數學、歷法、化學，物理都精通，確實了不起。今天我們講的“石油”，就是他取名取出來的。

沈括在《夢溪筆談》中精心設計了一個聲學共振實驗。他剪了一個紙人，把它固定在一根弦上，彈動和該弦頻率成簡單整數比的弦時，它就振動使紙人跳躍，而彈其他弦時，紙人則不動，證實了差八度音時兩根弦的諧振現象，五六百年后，意大利人才開始做共振實驗。

中國陰陽歷并用的歷法，存在陰陽歷之間的調和問題。歷日與節氣脫節的現象時有發生。沈括提出了《十二氣歷》，從根本上解決了歷法適應農業生產需要的問題。

而中國四大發明的兩項：指南針和活字印刷術，正是由于沈括《夢溪筆談》的記述才得以被世界承認。就是這樣一部重在科學記述的筆記著作，在宋代卻是一本暢銷書。有史為證：南宋時期的揚州州學，因為教學的經費緊張，決定出版銷售《夢溪筆談》以彌補經費之不足。

所以，北宋的科學精神和科技成就沒有因為南遷而斷流。嚴于華夷之辨的北宋知識分子和科技工作者紛紛追隨南宋王朝，舉家南遷。南宋時期農業、商業的發展，抗擊侵略的軍事需求和政治的支持，都對南宋的發明創造提供了不絕的動力。

英國學者李約瑟（Joseph Needham，1900—1995）在其巨著《中國科學技術史》導論中說：“每當人們在中國的文獻中查找一種具體的科技史料時，往往會發現它的焦點在宋代。”

柏清韻（Bettine Birge）：南加州大學東亞語言文化研究所副教授

很多中國的發明創造也從宋代開始，通過亞洲傳播到歐洲，比如印刷術和指南針等等，正是因為有了指南針使得宋代的造船和遠洋貿易成為可能。

史安梅（Prof. Dr. Angelika Messner）：漢學教授、德國基爾大學中國學中心主任

這里不容忽視的一點就是印刷術，印刷術絕對是無與倫比的發明。

薛鳳（Prof. Dr. Dagmar Schafer）：漢學教授、德國馬克斯·普朗克科學史研究所所長

但很可能這些發明在宋代之前的一些時期就已經存在，只是宋朝時期的人們對這些發明以全新的方式物盡其用，這其實也表明了一個在今天依然通行的道理：對于發明的東西一定要使其市場化。

叁

三大發明的光芒四射，往往使人們忽略了宋代的其他創造發明。這些發明涉及天文學、數學、醫藥、生物學、建筑技術等領域，廣泛應用于文化、軍事、農業和手工業生產。這些發明不僅是當然的世界第一，而且有許多發明領世界五六個世紀之先。

漢朝的大將韓信，計算士兵數目的方法十分特別，他不需士兵列隊報數，而是命令依次行進：先是一排三人，再是一排五人，然后是一排七人。他只將三次所余的士兵記下來，就知道了士兵的總數。“韓信點兵問題”雖然在古老的《孫子算經》中已經有了答案，但它的系統解法是南宋數學家秦九韶在《數書九章·大衍求一術》中給出的。

美國耶魯大學藝術史系 約翰·M·希夫榮休教授 班宗華（Richard Barnhart）博士

蔡天新：浙江大學教授

這本《孫子算經》應該更早，第五世紀的時候一個數學家寫的，里面有一個非常有意思的例子，題目叫“物不知數”，然后內容是這樣的：“今有物不知其數，三三數之剩二”，就三個三個數剩二，“五五數之剩三，七七數之剩二，問物幾何？”這么一堆數，我們如果把它看成一個韓信的士兵一樣的排隊，三個一排的話是七隊，余數是兩個；同樣的那個數字，如果變成五個一隊的話，需要四隊，余數是三個；再舉個例子，如果七個一排的話，那么多出來的余數又變成二了。給出這三個排隊的余數的話，那么可以計算總體的數字是多少，這是其中一個例子，這個答案是二十三。

后來呢人家傳說漢朝的時候，韓信點兵的時候已經用到這樣的排隊方法，這樣可以很快就計算出人數來。“大衍求一術”實際上是得到“中國剩余定理”關鍵的一步，這個中間是一些數學推導，那么所以說“大衍求一術”基本上等價于“中國剩余定理”。

這是《數書九章》里一幅著名的插圖，用來計算圖中的寶塔塔尖的高度。秦九韶告訴我們，通過觀察角度的調整和正切函數的運用便可以求得。這座寶塔與浙江湖州的飛英塔造型相似。此塔始建于唐和北宋，重建于13世紀30年代，剛好在秦九韶寓居湖州之前，我們有理由相信，這座塔的重建和秦九韶之間的某種聯系。

有趣的是秦九韶一生的大部分時間，紛紛擾擾奔走于官場，以求得仕途進益，但終不如意。卻以他因喪母在家服孝的三年時間，于1244年寫就了一部《數書九章》而名垂青史。

秦九韶因為父親去世服孝三年，在家期間看見兩岸的群眾過河很不方便，就設計修建了這座橋，秦九韶字道古，于是后人命名為“道古橋”。道古橋一直保存到21世紀初，因為城市改造，夷為平地，這是2005年在原址附近重建的。

蔡天新：浙江大學教授

這就是道古橋。我上次去秦九韶的故鄉四川安岳的時候，那兒有個秦九韶紀念館。每到中考、高考的時候，紀念館里面都是學子和他們的家長，就希望借秦九韶這個光讓小孩子能夠考出個好成績，所以把他當神一樣地看待。除了數學以外，他還是氣象學家。他最主要的貢獻呢是在全世界第一個定義了“降雪量”和“降雨量”。就是每平方厘米或者每平方米有多少水，這個高度，這個就被定義為降水量。那么降雪量也是同樣方式定義的。這個定義是非常科學的，現在全世界都用這個定義。

南宋沿襲北宋，出現了許多杰出的數學家和有分量的數學著作。宋代抽象的數學成就不僅在中國，也在世界數學史上取得了輝煌的成就，在希臘文明與西方文明之間的空白地帶鶴立雞群。

純粹科學如此，應用科學同樣令人驚嘆。

肆

宋代時期，土地的開墾利用已形成一整套有效辦法。這一處水網交錯，是浙江省湖州市的塘浦圩田，它是在縱橫塘間，利用開挖土方、筑堤建圩，構成一種棋盤式結構的水網農田系統。枯水時期可以引水，洪澇季節可以排水，這也是明清以后桑基魚塘的最終形成和現代農業園區建設的最初基礎。

這是一處可比都江堰水利工程的世界遺產。

這樣的圩田在北宋的浙西路就有1400多處，僅僅淀山湖就有圩田幾十萬畝，真所謂“蘇湖熟，天下足”矣。

葛金芳：北京師范大學特聘教授

南宋已經實現了一年一熟到一年兩熟制的轉變，稱之為耕作制度革命。水利建設達到了我國古代所能夠達到的一個最好的水平。農業生產技術，實際上是我國傳統社會農業生產技術完整化、配套化、系列化，成熟化的一個階段。也就是說，一直到20世紀中葉，就是新中國建立之初，我國用的農業技術，仍然是南宋那時候成熟的農業技術。

伍

在世界建橋史上，中國有四座橋屹立天水之間：建于隋代的河北趙州橋，建于金朝的北京盧溝橋，還有兩座便是宋代的福建泉州洛陽橋和廣東潮州廣濟橋。

廣濟橋是我國古代橋梁中最早的與浮橋相結合的開啟式橋梁。中間一段用鐵鏈把18到24只木船鉸接在一起，定時開啟，以利航行。那個時候，大型海船還可以由此直達上游，木排則可順流而下穿橋入海。這種開啟式結構，在中外建橋史上寫下了新的篇章。廣濟橋的另一個特點是“一里長橋一里市”。每個橋墩上都建有樓臺亭閣，橋面上木屋比連，樓臺鱗次，商販云集。

而利用海洋生物獨有的生態特征，生物固基技術建造大橋，這是早在北宋年間的事情了。福建泉州的洛陽江入海口的這座跨海石梁大橋寬5米，長1000米，大橋已有950年歷史。此橋的橋基鞏固技術便是在橋墩下養殖牡蠣，通過牡蠣的繁殖和分泌物將一塊塊石頭牢牢地黏合在一起，在經歷了近千年海潮的沖擊后依然安然無恙。

面對蒼茫而洶涌的水天，南宋先民，為我們跨出了艱險而安然的第一步。

王阿龍：浙江省非物質文化遺產“王順發船模工藝”傳承人

王阿龍之子王建秋：

這種船，現在除了我家在做，中國幾乎沒人做了，因為我家，我爸已經第四代了。

南宋其時就已經發明了最長36丈、約110米、裝有24個轉輪和6具“拍竿”、可載士卒1000余人的車船；載重達60噸的裝甲船；低重心流體減震裝置；以保護船只免得進水而沉沒的水密艙壁技術。

王阿龍之子王建秋

假如泰坦尼克號有這種技術的話，船也不會沉了。

不用鐵釘桐油，空板穿藤，利用海中茜草遇水則漲的原理制造的商船藤舟；帆若垂天之云，舵長數丈的中國帆船。

王阿龍：浙江省非物質文化遺產“王順發船模工藝”傳承人

這張椅是元帥坐的。

葛金芳：北京師范大學特聘教授

海里面航行半年、一年不需要補給，上面有淡水，上面還可以種菜、還可以養豬，這什么道理呢？因為我們的船已經發明了水密艙技術。什么叫水密艙呢？那這一條大船的里面一格一格給你隔開，撞壞了一個洞以后，最多把這一個艙淹沒，其他十來個艙還是完好的，它照樣可以（航行），大大地提高了在遠洋大海里面的存活程度，所以這個船可以越造越大。

陸

林林總總的發明創造，被記入科技文獻，啟迪后來。因此，南宋時期的學術著作，尤為豐富和珍貴。

最著名的農學著作《陳旉農書》；世界上第一部關于制糖技術的專著《糖霜譜》；陸游的《天彭牡丹記》、世界上最早的菌類專著《菌譜》、世界上最早的植物學辭典《全芳備祖》、世界上最早的有關梅花的專著《梅譜》；被稱為“幼科之鼻祖”的《小兒藥證直訣》；中醫史上最系統全面的婦科專著《婦人大全良方》；反映了當時中國針灸醫學最高水平的《針灸資生經》；世界上第一部系統的法醫學專著《洗冤錄集》等等。

史安梅（Prof. Dr. Angelika Messner）：漢學教授、德國基爾大學中國學中心主任

在宋朝有許多這樣的百科全書，除了關于醫學，還有關于農業、采礦業、航海學……這所有的知識都被記錄了下來。這些都是令后人難以置信的寶藏。憑借它們我們又可以重新追溯過去。

柒

早在1550年，意大利數學家卡丹·杰（Candan Jerome，1501—1576）就已經指出，磁羅盤、印刷術和火藥是中國的三大發明，而且是“整個古代沒有能與之相匹敵的發明”。

自漢朝發明造紙術后，書寫材料比起甲骨、簡牘、金石和縑帛要輕便、經濟多了，但抄寫書籍是非常費力的。大約在隋朝，人們從印章中得到啟發，在人類歷史上最早發明了雕版印刷術。到了宋朝，雕版印刷事業發展到全盛時期，但也存在著刻版費工費料、大批書版存放不便、錯字不容易更正等問題。北宋平民發明家畢昇總結了歷代雕版印刷經驗，反復試驗，在宋仁宗慶歷年間（公元1041－1048），制成了膠泥活字，實行排版印刷，完成了印刷史上一項重大的革命。

畢昇用膠泥做成一個個規格一致的毛坯，在一端刻上反體單字，字劃突起的高度像銅錢邊緣的厚度一樣，用火燒硬，成為單個的膠泥活字。現代的凸版鉛印，在設備和技術條件上是畢昇的活字印刷術所無法比擬的，但是基本原理和方法完全相同。

1965年在浙江溫州白象塔內發現的刊本《佛說觀無量壽佛經》經鑒定為北宋元符至崇寧年間——公元1100～1103年的活字本，這是畢昇活字印刷技術的最早歷史見證。

不過，他的發明并未受到當時統治者和社會的重視，活字印刷術沒有得到推廣，他創造的膠泥活字也沒有保留下來。南宋文人周必大，老年時從沈括的《夢溪筆談》中學來了畢昇的方法，印了多部自己的著作《玉堂雜記》分送友人，此后才使活字印刷真正地普及開來，帶來了宋代印刷業的登峰造極。

田濤：學者、藏書家

武林的刻書到了南宋以后進一步興旺發達。我們可以想見在兩宋之時，多少的船載著古書、載著紙張、載著墨色，經錢塘江向北折向運河，軸艫千里逆風而上，直至我國的北方。這個文化的渠道直至元明清三朝始終發生著重要的歷史價值。

柏清韻（Bettine Birge）：南加州大學東亞語言文化研究所副教授

宋代的印刷技術日益普及，導致了大量書籍被印刷和傳播開來。許多書是講解怎樣提高農業技術，教授如何制絲制綢，所以宋代通過這些書籍將科學技術傳播到了全世界。這些包含了各種內容的書籍不僅僅傳播了理學等儒家經典，還同時傳播了大量科學技術知識，致使整個社會都在發生巨大的變化。

徐吉軍：浙江社會科學院研究員

我們大量的書出去了以后呢，人家日本、韓國都是當作寶貝啊。我們好多書是禁止出口的，也就相當于現在高技術領域，他們保存下來了。現在我們講“一帶一路”，就是一個陶瓷之路、絲綢之路啊、茶葉之路啊，再還要加一條書籍之路。

尹龍燮：韓國國學振興院副院長

子孫們費盡心力地把自己家族祖先生前留下來的生活日記、詩稿、上奏文以及朋友間的信件、碑文、賀詞等收集起來編篡文集刻版保存，以此為榜樣教育子孫后代，達到修身養性的目的。

徐吉軍：浙江社會科學院研究員

宋代很多紙都是特殊的紙，造紙業在宋代是相當發達的。像現在我們講油紙傘，它就是從宋代開始出現的，《清明上河圖》里就很多了，它就解決了一個防水的問題。南宋的時候出現了很多紙的衣服、紙的被子、紙的蚊帳，用紙作為一個紙幣。這個紙幣不是很簡單的紙，這個紙至少要特種紙，要防偽啊。

捌

1126年，宰相李綱在守城時用霹靂炮擊退金兵，這是世界上最早的大炮； 1130年，金軍攻打陜州，宋軍使用“火藥炮”給金軍以重大殺傷而取勝，這是世界上最早的地雷；公元1189年，獵人捕殺狐貍，將火藥罐從樹上扔下去，一聲巨響，群狐倉皇逃竄，落入網中，這是最原始的手榴彈；1161年12月，南宋軍隊使用“霹靂炮”重挫金軍，這是人類歷史第一次在戰場上使用火箭武器。

這是南宋李全發明的火槍，又名“梨花槍”；1123年，南宋人陳規發明了用巨竹為槍筒的管型武器，1259年出現了竹筒內發射瓷片、碎石、石子的突火槍，開創了世界上管型武器使用彈丸的先河，具備了現代火藥槍炮的基本結構。在此基礎上，元代人發明了金屬制的銅火銃，是世界上最早的火炮。

大約在1224至1248年間，火藥由印度、阿拉伯傳入伊斯蘭教國家，火藥武器也是經由阿拉伯傳入歐洲。1218年，成吉思汗西征，1258年圍攻巴格達，使用了南宋人的“鐵火炮”，時稱“震天雷”。

火藥和火藥武器傳入歐洲，致使騎士的刀劍抵擋不住資產階級擁護者的火炮，鐵火炮炸毀了封建主的高墻和城堡，藉以宣告封建主統治的完結和資產階級勝利的到來。

玖

北宋地理學家朱彧在他的《萍洲可談》中，記述了當時中國海船在海上航行的情形，“舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針。”此時的海上航行還只是在陰雨天的日子里才使用指南針。南宋提舉福建路市舶司趙汝適，在記述沿海通商之情的《諸蕃志》中寫道：“舟舶往來，惟以指南針為則”，說明已經完全依賴指南針航行了。

明確指出航海用羅盤的是吳自牧的《夢粱錄》：“風雨冥晦時，惟憑針盤而行……”“針盤”就是羅盤。

葛金芳：北京師范大學特聘教授

在茫茫大海上，因為我們解決了海上的求向技術，我們已經在世界上最早地學會使用了海上羅盤，就是指南針；同時還有海圖、還有針路，表明順著西風吹一晝夜可以走多少路，然后再偏南風再吹兩天可以到哪里，它已經有詳細的海上的針路，就是等于航海圖。

經過幾百年羅盤導向的航海實踐，人們積累了豐富的航海知識。在可行的航線上，將各航點的指南針方位連接起來，就成為指導他人航行的“針路”。記載這些針路的航行手冊，成為航海者必備的“羅經針簿”。有了羅經針簿和羅盤，就可以自由地航行在茫茫大海之中。

十二世紀末，指南針由中國傳入阿拉伯，十三世紀初由阿拉伯人傳往歐洲。

現代實驗科學的鼻祖、英國人弗蘭西斯·培根（Francis Bacon，1561—1626）說：“我們應該觀察各種發明的威力、效能和后果。最顯著的例子便是印刷術、火藥和指南針以致似乎沒有任何帝國、任何派別、任何星球，能比這些技術發明對人類事務產生更大的動力和影響。”

培根說這番話的時候是1620年，人類的歷史已經產生了像羅馬、奧斯曼這樣橫跨歐亞非三洲的大帝國；產生了像愷撒、成吉思汗這樣震驚世界的人物；產生了像基督教、佛教這樣席卷世界的宗教。但是，培根說，這一切都不能和三大發明相比較。