南宋

第六集发明时代

撰稿/夏燕平

壹

“火药、罗盘、印刷术——这是预兆资产阶级社会到来的三项伟大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，罗盘打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术却变成了宗教的工具，并且一般地说变成科学复兴的手段，变成创造精神发展的必要前提的最强大的推动力。”

马克思（Karl Marx，1818—1883）说的这三项伟大的发明,来自中国，来自中国的宋朝，而其大规模的实际应用是在南宋。

贰

这是十八岁的苏颂（1020－1101）。48年后，他成为北宋著名的天文学家、天文机械制造家、药物学家以及一朝宰相。而此时他需要通过省试这一关。

苏颂今天遇到一道科技试题，题目是《斗为天之喉舌赋》，这是考查考生天文学知识的题目。苏颂丰富的天文学知识赢得了考官的青睐，但在复试时，因为一处四声读错了而没有被录取。第二次考试他又遇到了这样一道科技试题：《历者天地之大纪赋》，苏颂写得纵横驰骋，文采飞扬。到他参加进士考试，还是遇到了科技的试题。

初涉这段历史者，往往有这样的迷惑：文化的中国宋朝，何以“突如其来”，平地里产生了这改变世界的三大发明？我们经常被告知，中国的落后是失于对科学技术的重视；中国历史上的科举考试都是《四书五经》，八股文章。事实上，宋代和宋代的科举，虽然吟诗作赋俨然主流，但对于末学的理科还是有相当的重视的。科举引导知识分子的方向，宋代对于科学教育的重视，自然带来科学技术的辉煌。

何忠礼：浙江大学历史系教授、杭州社科院南宋史研究中心主任

宋代的科学技术比唐代厉害，这个李约瑟有证明。

葛金芳：北京师范大学特聘教授

在西方的工业革命之前，我国的传统社会科学技术水平，应该说在世界上也是领先的。传统社会里面，最重要的一百来项发现里边，中国人占了百分之五十以上。影响到现代文明的几项发明，恰恰是在宋代达成的。

就是这个苏颂，在中国科技史上，后来一人独得七项世界第一。其最重要的发明，是他在元祐三年（公元1088年）任吏部尚书时，领导研制了水运仪象台。它是一座高12米，长宽各7米，像三层楼房一样的巨型天文仪器。

水运仪象台的上层是观测天体的浑仪，中层是演示天象的浑象，下层是使浑仪、浑象随天体运动而报时的机械设置。它兼有观测天体运行，演示天象变化，随天象推移而有木人自动敲钟、击鼓、摇铃准确报时的三种功用。

水运仪象台的伟大意义在于首先它是现代天文台跟踪机械——转仪钟的远祖。英国学者李约瑟对此给予高度评价：“苏颂把时钟机械和观察用浑仪结合起来，在原理上已经完全成功。”因此他先行西方六至七个世纪。

其次，它的天衡系统又是现代钟表的先驱。李约瑟在研究了水运仪象台之后，修改了他过去的著作。他说：“我们借此机会声明，我们以前关于‘钟表装置……完全是14世纪早期欧洲发明’的说明是错误的。在中国许多世纪之前，就已有了装有另一种擒纵器的水力传动机械时钟。”

高水满：厦门同安科技馆馆长

古时候那些人员,站在我现在所站的这个平台上完成水循环系统。就是把我们底下那个“升水壶”的水，通过这个水车提到上面那个“天河”，让水源源不断地通过“天河”流入“天池”。我现在面对的这个仪器叫“枢轮”，“枢轮”有三十六个“水斗”，通过“关舌”让水流入“水斗”里面，每五十秒这个“水斗”就自动下滑一格。我们现在所在的位置是在水运仪象台的二楼，眼前的这个球体叫做“浑象”，站在这个球体的中间往外太空看的话，可以看到很多的天体，把当时观测到的天体描绘在这个球体上面便于我们观察。那这个在转动的话，一天这个球体就转动一周，那它的动力通过水力传动。

我现在所动的这个叫做“四游窥管”，这个其实就是我们现在天文望远镜由转仪钟来控制，原理是一个样的——随着时间点的变化跟着天体在运行。就像上次我们做的试验下来，把四游窥管早上六点多，从那边太阳升起，我们就定住，然后到下午四点过来一看，它还是牢牢地对着太阳，太阳走到什么地方它跟踪到什么地方。很多专家都把这座水运仪象台称为中国的第五大世界发明。

水运仪象台原件在靖康之乱后被金兵夺走损毁。宋高宗南渡后想复制，苏颂的儿子苏携献上苏颂遗书，可是无人能通，始终无法仿制。直到1958年才由历史学家王振铎成功复原。

何忠礼：浙江大学历史系教授、杭州社科院南宋史研究中心主任

沈括这个人啊，确实是一个百科全书式的人物：他是一个政治家，积极参与了王安石变法，官至权三司使，相当于三品官；他呢又是一个军事家，在西北方面抗击西夏的侵略，他也参与了；他还是个外交家，他出使辽朝了解当地的风土人情，回来以后写了一本书；主要的地位呢，目前来说呢，大家都把他放在科学家，他的《梦溪笔谈》是他其中的代表。实际上他天文、地理、数学、历法、化学，物理都精通，确实了不起。今天我们讲的“石油”，就是他取名取出来的。

沈括在《梦溪笔谈》中精心设计了一个声学共振实验。他剪了一个纸人，把它固定在一根弦上，弹动和该弦频率成简单整数比的弦时，它就振动使纸人跳跃，而弹其他弦时，纸人则不动，证实了差八度音时两根弦的谐振现象，五六百年后，意大利人才开始做共振实验。

中国阴阳历并用的历法，存在阴阳历之间的调和问题。历日与节气脱节的现象时有发生。沈括提出了《十二气历》，从根本上解决了历法适应农业生产需要的问题。

而中国四大发明的两项：指南针和活字印刷术，正是由于沈括《梦溪笔谈》的记述才得以被世界承认。就是这样一部重在科学记述的笔记著作，在宋代却是一本畅销书。有史为证：南宋时期的扬州州学，因为教学的经费紧张，决定出版销售《梦溪笔谈》以弥补经费之不足。

所以，北宋的科学精神和科技成就没有因为南迁而断流。严于华夷之辨的北宋知识分子和科技工作者纷纷追随南宋王朝，举家南迁。南宋时期农业、商业的发展，抗击侵略的军事需求和政治的支持，都对南宋的发明创造提供了不绝的动力。

英国学者李约瑟（Joseph Needham，1900—1995）在其巨著《中国科学技术史》导论中说：“每当人们在中国的文献中查找一种具体的科技史料时，往往会发现它的焦点在宋代。”

柏清韵（Bettine Birge）：南加州大学东亚语言文化研究所副教授

很多中国的发明创造也从宋代开始，通过亚洲传播到欧洲，比如印刷术和指南针等等，正是因为有了指南针使得宋代的造船和远洋贸易成为可能。

史安梅（Prof. Dr. Angelika Messner）：汉学教授、德国基尔大学中国学中心主任

这里不容忽视的一点就是印刷术，印刷术绝对是无与伦比的发明。

薛凤（Prof. Dr. Dagmar Schafer）：汉学教授、德国马克斯·普朗克科学史研究所所长

但很可能这些发明在宋代之前的一些时期就已经存在，只是宋朝时期的人们对这些发明以全新的方式物尽其用，这其实也表明了一个在今天依然通行的道理：对于发明的东西一定要使其市场化。

叁

三大发明的光芒四射，往往使人们忽略了宋代的其他创造发明。这些发明涉及天文学、数学、医药、生物学、建筑技术等领域，广泛应用于文化、军事、农业和手工业生产。这些发明不仅是当然的世界第一，而且有许多发明领世界五六个世纪之先。

汉朝的大将韩信，计算士兵数目的方法十分特别，他不需士兵列队报数，而是命令依次行进：先是一排三人，再是一排五人，然后是一排七人。他只将三次所余的士兵记下来，就知道了士兵的总数。“韩信点兵问题”虽然在古老的《孙子算经》中已经有了答案，但它的系统解法是南宋数学家秦九韶在《数书九章·大衍求一术》中给出的。

美国耶鲁大学艺术史系 约翰·M·希夫荣休教授 班宗华（Richard Barnhart）博士

蔡天新：浙江大学教授

这本《孙子算经》应该更早，第五世纪的时候一个数学家写的，里面有一个非常有意思的例子，题目叫“物不知数”，然后内容是这样的：“今有物不知其数，三三数之剩二”，就三个三个数剩二，“五五数之剩三，七七数之剩二，问物几何？”这么一堆数，我们如果把它看成一个韩信的士兵一样的排队，三个一排的话是七队，余数是两个；同样的那个数字，如果变成五个一队的话，需要四队，余数是三个；再举个例子，如果七个一排的话，那么多出来的余数又变成二了。给出这三个排队的余数的话，那么可以计算总体的数字是多少，这是其中一个例子，这个答案是二十三。

后来呢人家传说汉朝的时候，韩信点兵的时候已经用到这样的排队方法，这样可以很快就计算出人数来。“大衍求一术”实际上是得到“中国剩余定理”关键的一步，这个中间是一些数学推导，那么所以说“大衍求一术”基本上等价于“中国剩余定理”。

这是《数书九章》里一幅著名的插图，用来计算图中的宝塔塔尖的高度。秦九韶告诉我们，通过观察角度的调整和正切函数的运用便可以求得。这座宝塔与浙江湖州的飞英塔造型相似。此塔始建于唐和北宋，重建于13世纪30年代，刚好在秦九韶寓居湖州之前，我们有理由相信，这座塔的重建和秦九韶之间的某种联系。

有趣的是秦九韶一生的大部分时间，纷纷扰扰奔走于官场，以求得仕途进益，但终不如意。却以他因丧母在家服孝的三年时间，于1244年写就了一部《数书九章》而名垂青史。

秦九韶因为父亲去世服孝三年，在家期间看见两岸的群众过河很不方便，就设计修建了这座桥，秦九韶字道古，于是后人命名为“道古桥”。道古桥一直保存到21世纪初，因为城市改造，夷为平地，这是2005年在原址附近重建的。

蔡天新：浙江大学教授

这就是道古桥。我上次去秦九韶的故乡四川安岳的时候，那儿有个秦九韶纪念馆。每到中考、高考的时候，纪念馆里面都是学子和他们的家长，就希望借秦九韶这个光让小孩子能够考出个好成绩，所以把他当神一样地看待。除了数学以外，他还是气象学家。他最主要的贡献呢是在全世界第一个定义了“降雪量”和“降雨量”。就是每平方厘米或者每平方米有多少水，这个高度，这个就被定义为降水量。那么降雪量也是同样方式定义的。这个定义是非常科学的，现在全世界都用这个定义。

南宋沿袭北宋，出现了许多杰出的数学家和有分量的数学著作。宋代抽象的数学成就不仅在中国，也在世界数学史上取得了辉煌的成就，在希腊文明与西方文明之间的空白地带鹤立鸡群。

纯粹科学如此，应用科学同样令人惊叹。

肆

宋代时期，土地的开垦利用已形成一整套有效办法。这一处水网交错，是浙江省湖州市的塘浦圩田，它是在纵横塘间，利用开挖土方、筑堤建圩，构成一种棋盘式结构的水网农田系统。枯水时期可以引水，洪涝季节可以排水，这也是明清以后桑基鱼塘的最终形成和现代农业园区建设的最初基础。

这是一处可比都江堰水利工程的世界遗产。

这样的圩田在北宋的浙西路就有1400多处，仅仅淀山湖就有圩田几十万亩，真所谓“苏湖熟，天下足”矣。

葛金芳：北京师范大学特聘教授

南宋已经实现了一年一熟到一年两熟制的转变，称之为耕作制度革命。水利建设达到了我国古代所能够达到的一个最好的水平。农业生产技术，实际上是我国传统社会农业生产技术完整化、配套化、系列化，成熟化的一个阶段。也就是说，一直到20世纪中叶，就是新中国建立之初，我国用的农业技术，仍然是南宋那时候成熟的农业技术。

伍

在世界建桥史上，中国有四座桥屹立天水之间：建于隋代的河北赵州桥，建于金朝的北京卢沟桥，还有两座便是宋代的福建泉州洛阳桥和广东潮州广济桥。

广济桥是我国古代桥梁中最早的与浮桥相结合的开启式桥梁。中间一段用铁链把18到24只木船铰接在一起，定时开启，以利航行。那个时候，大型海船还可以由此直达上游，木排则可顺流而下穿桥入海。这种开启式结构，在中外建桥史上写下了新的篇章。广济桥的另一个特点是“一里长桥一里市”。每个桥墩上都建有楼台亭阁，桥面上木屋比连，楼台鳞次，商贩云集。

而利用海洋生物独有的生态特征，生物固基技术建造大桥，这是早在北宋年间的事情了。福建泉州的洛阳江入海口的这座跨海石梁大桥宽5米，长1000米，大桥已有950年历史。此桥的桥基巩固技术便是在桥墩下养殖牡蛎，通过牡蛎的繁殖和分泌物将一块块石头牢牢地黏合在一起，在经历了近千年海潮的冲击后依然安然无恙。

面对苍茫而汹涌的水天，南宋先民，为我们跨出了艰险而安然的第一步。

王阿龙：浙江省非物质文化遗产“王顺发船模工艺”传承人

王阿龙之子王建秋：

这种船，现在除了我家在做，中国几乎没人做了，因为我家，我爸已经第四代了。

南宋其时就已经发明了最长36丈、约110米、装有24个转轮和6具“拍竿”、可载士卒1000余人的车船；载重达60吨的装甲船；低重心流体减震装置；以保护船只免得进水而沉没的水密舱壁技术。

王阿龙之子王建秋

假如泰坦尼克号有这种技术的话，船也不会沉了。

不用铁钉桐油，空板穿藤，利用海中茜草遇水则涨的原理制造的商船藤舟；帆若垂天之云，舵长数丈的中国帆船。

王阿龙：浙江省非物质文化遗产“王顺发船模工艺”传承人

这张椅是元帅坐的。

葛金芳：北京师范大学特聘教授

海里面航行半年、一年不需要补给，上面有淡水，上面还可以种菜、还可以养猪，这什么道理呢？因为我们的船已经发明了水密舱技术。什么叫水密舱呢？那这一条大船的里面一格一格给你隔开，撞坏了一个洞以后，最多把这一个舱淹没，其他十来个舱还是完好的，它照样可以（航行），大大地提高了在远洋大海里面的存活程度，所以这个船可以越造越大。

陆

林林总总的发明创造，被记入科技文献，启迪后来。因此，南宋时期的学术著作，尤为丰富和珍贵。

最著名的农学著作《陈旉农书》；世界上第一部关于制糖技术的专著《糖霜谱》；陆游的《天彭牡丹记》、世界上最早的菌类专著《菌谱》、世界上最早的植物学辞典《全芳备祖》、世界上最早的有关梅花的专著《梅谱》；被称为“幼科之鼻祖”的《小儿药证直诀》；中医史上最系统全面的妇科专著《妇人大全良方》；反映了当时中国针灸医学最高水平的《针灸资生经》；世界上第一部系统的法医学专著《洗冤录集》等等。

史安梅（Prof. Dr. Angelika Messner）：汉学教授、德国基尔大学中国学中心主任

在宋朝有许多这样的百科全书，除了关于医学，还有关于农业、采矿业、航海学……这所有的知识都被记录了下来。这些都是令后人难以置信的宝藏。凭借它们我们又可以重新追溯过去。

柒

早在1550年，意大利数学家卡丹·杰（Candan Jerome，1501—1576）就已经指出，磁罗盘、印刷术和火药是中国的三大发明，而且是“整个古代没有能与之相匹敌的发明”。

自汉朝发明造纸术后，书写材料比起甲骨、简牍、金石和缣帛要轻便、经济多了，但抄写书籍是非常费力的。大约在隋朝，人们从印章中得到启发，在人类历史上最早发明了雕版印刷术。到了宋朝，雕版印刷事业发展到全盛时期，但也存在着刻版费工费料、大批书版存放不便、错字不容易更正等问题。北宋平民发明家毕昇总结了历代雕版印刷经验，反复试验，在宋仁宗庆历年间（公元1041－1048），制成了胶泥活字，实行排版印刷，完成了印刷史上一项重大的革命。

毕昇用胶泥做成一个个规格一致的毛坯，在一端刻上反体单字，字划突起的高度像铜钱边缘的厚度一样，用火烧硬，成为单个的胶泥活字。现代的凸版铅印，在设备和技术条件上是毕昇的活字印刷术所无法比拟的，但是基本原理和方法完全相同。

1965年在浙江温州白象塔内发现的刊本《佛说观无量寿佛经》经鉴定为北宋元符至崇宁年间——公元1100～1103年的活字本，这是毕昇活字印刷技术的最早历史见证。

不过，他的发明并未受到当时统治者和社会的重视，活字印刷术没有得到推广，他创造的胶泥活字也没有保留下来。南宋文人周必大，老年时从沈括的《梦溪笔谈》中学来了毕昇的方法，印了多部自己的著作《玉堂杂记》分送友人，此后才使活字印刷真正地普及开来，带来了宋代印刷业的登峰造极。

田涛：学者、藏书家

武林的刻书到了南宋以后进一步兴旺发达。我们可以想见在两宋之时，多少的船载着古书、载着纸张、载着墨色，经钱塘江向北折向运河，轴舻千里逆风而上，直至我国的北方。这个文化的渠道直至元明清三朝始终发生着重要的历史价值。

柏清韵（Bettine Birge）：南加州大学东亚语言文化研究所副教授

宋代的印刷技术日益普及，导致了大量书籍被印刷和传播开来。许多书是讲解怎样提高农业技术，教授如何制丝制绸，所以宋代通过这些书籍将科学技术传播到了全世界。这些包含了各种内容的书籍不仅仅传播了理学等儒家经典，还同时传播了大量科学技术知识，致使整个社会都在发生巨大的变化。

徐吉军：浙江社会科学院研究员

我们大量的书出去了以后呢，人家日本、韩国都是当作宝贝啊。我们好多书是禁止出口的，也就相当于现在高技术领域，他们保存下来了。现在我们讲“一带一路”，就是一个陶瓷之路、丝绸之路啊、茶叶之路啊，再还要加一条书籍之路。

尹龙燮：韩国国学振兴院副院长

子孙们费尽心力地把自己家族祖先生前留下来的生活日记、诗稿、上奏文以及朋友间的信件、碑文、贺词等收集起来编篡文集刻版保存，以此为榜样教育子孙后代，达到修身养性的目的。

徐吉军：浙江社会科学院研究员

宋代很多纸都是特殊的纸，造纸业在宋代是相当发达的。像现在我们讲油纸伞，它就是从宋代开始出现的，《清明上河图》里就很多了，它就解决了一个防水的问题。南宋的时候出现了很多纸的衣服、纸的被子、纸的蚊帐，用纸作为一个纸币。这个纸币不是很简单的纸，这个纸至少要特种纸，要防伪啊。

捌

1126年，宰相李纲在守城时用霹雳炮击退金兵，这是世界上最早的大炮； 1130年，金军攻打陕州，宋军使用“火药炮”给金军以重大杀伤而取胜，这是世界上最早的地雷；公元1189年，猎人捕杀狐狸，将火药罐从树上扔下去，一声巨响，群狐仓皇逃窜，落入网中，这是最原始的手榴弹；1161年12月，南宋军队使用“霹雳炮”重挫金军，这是人类历史第一次在战场上使用火箭武器。

这是南宋李全发明的火枪，又名“梨花枪”；1123年，南宋人陈规发明了用巨竹为枪筒的管型武器，1259年出现了竹筒内发射瓷片、碎石、石子的突火枪，开创了世界上管型武器使用弹丸的先河，具备了现代火药枪炮的基本结构。在此基础上，元代人发明了金属制的铜火铳，是世界上最早的火炮。

大约在1224至1248年间，火药由印度、阿拉伯传入伊斯兰教国家，火药武器也是经由阿拉伯传入欧洲。1218年，成吉思汗西征，1258年围攻巴格达，使用了南宋人的“铁火炮”，时称“震天雷”。

火药和火药武器传入欧洲，致使骑士的刀剑抵挡不住资产阶级拥护者的火炮，铁火炮炸毁了封建主的高墙和城堡，藉以宣告封建主统治的完结和资产阶级胜利的到来。

玖

北宋地理学家朱彧在他的《萍洲可谈》中，记述了当时中国海船在海上航行的情形，“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”此时的海上航行还只是在阴雨天的日子里才使用指南针。南宋提举福建路市舶司赵汝适，在记述沿海通商之情的《诸蕃志》中写道：“舟舶往来，惟以指南针为则”，说明已经完全依赖指南针航行了。

明确指出航海用罗盘的是吴自牧的《梦粱录》：“风雨冥晦时，惟凭针盘而行……”“针盘”就是罗盘。

葛金芳：北京师范大学特聘教授

在茫茫大海上，因为我们解决了海上的求向技术，我们已经在世界上最早地学会使用了海上罗盘，就是指南针；同时还有海图、还有针路，表明顺着西风吹一昼夜可以走多少路，然后再偏南风再吹两天可以到哪里，它已经有详细的海上的针路，就是等于航海图。

经过几百年罗盘导向的航海实践，人们积累了丰富的航海知识。在可行的航线上，将各航点的指南针方位连接起来，就成为指导他人航行的“针路”。记载这些针路的航行手册，成为航海者必备的“罗经针簿”。有了罗经针簿和罗盘，就可以自由地航行在茫茫大海之中。

十二世纪末，指南针由中国传入阿拉伯，十三世纪初由阿拉伯人传往欧洲。

现代实验科学的鼻祖、英国人弗兰西斯·培根（Francis Bacon，1561—1626）说：“我们应该观察各种发明的威力、效能和后果。最显著的例子便是印刷术、火药和指南针以致似乎没有任何帝国、任何派别、任何星球，能比这些技术发明对人类事务产生更大的动力和影响。”

培根说这番话的时候是1620年，人类的历史已经产生了像罗马、奥斯曼这样横跨欧亚非三洲的大帝国；产生了像恺撒、成吉思汗这样震惊世界的人物；产生了像基督教、佛教这样席卷世界的宗教。但是，培根说，这一切都不能和三大发明相比较。