以史为鉴 华夏真貌:春秋战国时代的科...

华夏真貌:春秋战国时代的科技(二)

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“五行学说”的确立

西周末年就已出现了对“五行”的认识。《尚书·洪范》把水、火、木、金、土这五种物质称为“五行”, 并认识到五行中的每一行都有不同的性能,认为“水曰润下,火曰炎上,木曰曲直,金曰从革,土爰稼墙;润下作咸,炎上作苦,曲直作酸,从革作辛,稼墙作甘”。(见西周史),而《国语·齐语》认为: “以土与金木水火杂,以成百物”。战国时期五行学说开始广泛流行,并与阴阳学说想结合。五行学说反映了各种自然现象的相互对立与联系,对后世的科学技术观念以及医学、炼丹术的发展,都有着深远的影响。

数学

春秋战国时期,出现了我国古代最早的一部数学专著《九章算术》。根据刘徽的记载,《九章算术》是从先秦“九数”发展来的。暴秦焚书,经术散坏。西汉张苍(?─前152年)、耿寿昌(前1世纪)收集遗文残稿,加以删补整理,编成《九章算术》。

《九章算术》包括了近百条一般性的抽象公式、解法,246个应用问题,分属方田、粟米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程、勾股九章。

其中,方田章提出了各种多边形、圆、弓形等的面积公式;分数的通分、约分和加减乘除四则运算的完整法则。后者比欧洲早1400多年。少广章介绍了开平方、开立方的方法,其程序与现今程序基本一致。这是世界上最早的多位数和分数开方法则。盈不足章提出了盈不足、盈适足和不足适足、两盈和两不足三种类型的盈亏问题,以及若干可以通过两次假设化为盈不足问题的一般问题的解法。这也是处于世界领先地位的成果,传到西方后,影响极大。方程章采用分离系数的方法表示线性方程组,相当于现在的矩阵;解线性方程组时使用的直除法,与矩阵的初等变换一致。这是世界上最早的完整的线性方程组的解法。在西方,直到17世纪才由莱布尼兹提出完整的线性方程的解法法则。这一章还引进和使用了负数,并提出了正负术──正负数的加减法则,与现今代数中法则完全相同;解线性方程组时实际还施行了正负数的乘除法。这是世界数学史上一项重大的成就,第一次突破了正数的范围,扩展了数系。外国则到7世纪印度的婆罗摩及多才认识负数。

这个时代的人们能较熟练的运用数学于城市建筑、土地测量与赋役征收等方面。公元前510年(周敬王十年),各国诸侯为周王筑城,动工前,专职官员“计丈数,揣高卑,度厚薄,仍沟池,物土方,议远近,量事期,计徒庸,虑材用,书餱粮,以令役于诸侯”。就是说,对王城的长、宽、高连沟在内的土石方以及人工、材料,甚至各国劳动力的往返里程和所需干粮的数量,都计算得精确周到,所以工程得以提前完成。这说明当时人们已掌握相当广泛的数学知识。公元前548年(周灵王二十四年),楚司马芜掩奉命整治军赋。司马芜对不同类型的田土、山林水泽等作了精密的测量和计算,然后依据收入确定军赋的数额。

天文

《春秋》一书对日月的记录非常翔实。在二百四十二年间,记录日食三十七次,其中三十次已证明是可靠的,最早的一次是鲁隐公三年二月己巳日(公元前七二 O年二月二十二日)的日全食,比西方的记录早了一百三十五年。《春秋》鲁文公十四年(公元前六一三年)秋七月记“有星孛入于北斗”,天文学家公认这是“哈雷雪”在世界上最早的记录,比欧洲的记载早了六百七十多年。

大约在周初,我国已经知道用土圭观察日影,测定冬至和夏至的时日。《左转》记载了两次日南至(冬至),一次在鲁僖公五年(公元前六五五年),一次在昭公二十年(公元前五二二年),两次间隔一百三十三年,其间记录闰月四十八次,失闺一次,共计应有闰月四十九次,这就是有名的十九年七闰的方法。这不但比商代的历法精确,而且比欧洲应用这个历法早一百六、七十年。

战国时期,楚人甘德、魏人石申各写出一部天文学著作,后人合称为《甘石星经》,这是世界上最早的天文学著作。书中记录了800个恒星,其中121个的位置已被测定。还记载了五大行星的运行情况。

机械

机械方面,巧匠公输般做出了杰出的贡献。公输般是春秋末年鲁国人,姓公输,名般,字若,因系鲁国人,所以又称鲁班。这位民间工艺家,不仅能建造“宫室台榭”,而且 在攻伐征战频繁的年代,曾造“云梯”、 “勾强”等攻城、舟战的器械;还“削竹木以为雉(鹊)”,借助风力飞行。相传他创造了“机关备具”的“木车马”以及磨子、碾子等,人们称颂他是“机械之圣”。鲁班对后世有巨大的影响,几千年来,一直被公认为木工、石工、泥瓦工等工艺部门的祖师。

春秋时还出现了一种提挈重物或向深井打水的机械,叫桔槔(gao,音高)。孔子的弟子子贡曾说:“有械于此,一日浸百畦,用力甚寡而见功多……凿木为机,后重前轻,挈水若抽,数如□汤,其名为槔”。桔槔的形制是在井旁或渠边的高柱上,横支一根长木,长木前端用长绳悬一空小桶,后端捆扎一重物(如石块)。将前端绳索往下一拉,水桶就可打水;然后把手放松,由于后重前轻,水桶便被提上来了。这种机械要比完全靠人力提水,轻易得多,因而得到广泛的应用。近代农村中,仍有采用桔槔打水的。

衡器是称量物体重量的器具,发明较早。传说帝舜时代就有了。衡器有等臂秤(天平)和不等臂秤两种。1954年长沙左家公山出土的战国木衡是等臂秤,而传为安徽寿县出土的战国时期的“王”铜衡,则可能是不等臂秤。衡器所据的原理是两边力矩相等而达平衡的杠杆原理。对于等臂秤(天平),权(法码)的重量与物的重量相等;对于不等臂秤,重物与重臂(重物至支点的距离)之乘积等于权(秤铊)与力臂(权至支点的距离)之乘积。墨家学派曾阐述了不等臂秤的工作原理,墨家把重臂叫做“本”,把力臂叫做“标”,权的重量比物的重量轻,对此,墨家指出,若要这种秤“相衡”的话,必须“本短标长”,可见墨家已知杠杆原理:重x本=权x标。这比古希腊阿基米德于公元前三世纪发现杠杆原理要早一个多世纪。

此外,春秋战国时期还出现了对滑轮、轮轴等杠杆机械的利用。据说公输般曾建议季康子造转动机关安葬其母,这转动机关可能就是辘轳;在大冶铜绿山古矿冶遗址中,也发现用辘轳提升矿石的遗迹。

建筑

木结构的广泛应用和框架式结构的高度发展是我国古代建筑技术最突出的特点。无论哪种木结构,构件主要用榫卯接合。长沙战国墓葬中,棺椁方木榫卯有插榫、银锭、齿形三种形式,说明这种建筑结构乃是中国先人的独立创造。

古代建筑的宏大规模和技术进步,突出表现于城市的建筑和规划。春秋战国时,都城的建筑规模更加宏伟。洛阳周代都邑呈不规则方形,南北长3300米,北墙长近 3000米,主要建筑物在中部偏南,和《考工记》“方九里”,“王宫居中”的记述相符。战国城邑方圆千丈,户以万计,如齐国临淄有七万户,分内、外城;燕国的燕下都也分内、外城,东西长8300米,南北长4000米,主要建筑物安排在城的中轴线上,成为主次分明,左右对称的完整建筑群,城内还有陵墓区、手工业作坊区等。

建筑材料的发展对建筑工程有着重要的意义。春秋以后,房屋建筑中瓦的使用更为普遍。秦国还有青铜铸造的“全杠”,作为梁柱结点和装饰之用。

水利

春秋战国时期,水利出现了一个规模空前的发展高潮。这个时期兴建的水利工程大致可分为灌溉、运河、堤防这三类。大型灌溉工程的修建始于春秋末,到战国最为兴盛,主要工程有芍陂、漳水十二渠、都江堰、郑国渠等。

芍陂(音皮)是古代的大型蓄水灌溉工程(今称水库),位于安徽省寿县安丰城南,又叫安丰塘,是公元前六世纪末由楚国令尹孙叔敖主持修筑的。芍陂的设计很巧妙。它恰当地利用当地东、南、西三面较高而北面低洼的地形特点修筑,“陂有五门,吐纳川流”。陂周约百里,灌田近万顷,民得其利。

漳水十二渠是大型农田灌溉渠道,由魏国邮令西门豹主持修建。各渠设有调节水量的水门,郦道元说是“一源分为十二流,皆悬水门”。

都江堰是举世闻名的大型灌溉工程,在四川省灌县。是秦昭王(公元前306一前251年)时蜀守李冰主持修建的。整个工程由分水鱼嘴、宝瓶口、飞沙堰三个部分组成,有灌溉、防洪的作用。都江堰修成后,使成都平原大约三百万亩良田得到灌溉,成了“水旱从人”,“沃野千里”的天府之国。至今它仍发挥着重要作用。

郑国渠是公元前246年由韩国的水工郑国为秦国设计开凿的。他“凿泾水自中山西邸瓠口为渠,并北由山东注洛三百余里……溉泽卤之地四万余顷,收皆亩一钟”。渠成,“关中为沃野,无凶年”。

医学

为后世奠定了中医望、闻、问、切“四诊”的诊断方法,被奉为“脉学之宗”的医学家的扁鹊就诞生在这个时代。

扁鹊,原名秦越人,齐国人。据《史记·扁鹊仓公列传》中记载,扁鹊曾管理一家客栈,有一位叫长桑君在此客栈住了十余年,他一直在观察扁鹊,他们互相都知道彼此均非等闲之辈。长桑君年迈之时,决定传与扁鹊医术。长桑君“乃出其怀中药予扁鹊:‘饮是以上池之水,三十日当知物矣。’乃悉取其禁方书尽与扁鹊。”长桑君从怀中取出药给予扁鹊,告诉扁鹊,用未沾及地面的水服用此药,三十天后,可看见隐秘之物。并将所有的秘方书籍授与扁鹊。扁鹊依他的话服药三十天后,“视见垣一方人。以此视病,尽见五藏症结,特以诊脉为名耳。”这时,扁鹊能看见墙那边的人,已具有透视物体的特异功能。当用此功能看病时,能透视人的五脏六腑,并知道病症在那一脏腑。自此,扁鹊开始在齐国或赵国行医,以“诊脉”为名。

他曾以“切脉、望色、听声、写形”针药并用,使虢太子起死回生。他能预知疾病的进程和疾病的结果,这从他三劝齐桓侯和给赵简子医治的医案中可以看出。司马迁对扁鹊赞道:“扁鹊言医,守数精明,为方者宗,后世循序,弗能易也。”

据《新唐书·艺文志》记载,扁鹊着有《黄帝八十一难经》二卷。《难经》是一部阐述《内经》中有关脉学、经络、脏腑、疾病、腧穴、针法等问题的著作。全书以质疑问难开工共分八十一难,其中第六十九难至八十一难主要讨论针法及其补泻法的运用。《难经》进一步丰富了《黄帝内经》的内容,对后世针灸学的发展有重要的影响。

另外见于记载的著名医生还有医缓、医和。缓与和都是秦国的名医。医缓曾为晋景公治病,诊断景公病在盲之上,膏之下, “(药物)攻之不可,达之不及”,不久,景公果然病死。后来,晋平公又患重病,医和来到晋国,诊断后,确定平公的病既不是饮食引起的,也不是鬼怪缠身,而是贪恋女色,纵欲过度的结果,医药已经无效,少则三年,多则十年,必死无救。十年后,平公不治而死。缓与和都被人誉为 “良医”。在病理上,医和提出“阴淫寒疾,阳淫热疾,风淫末疾,雨淫腹疾,晦淫惑疾,明淫心疾”六气失调致病的理论。对后世医者很有启发。

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