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 论战国科技的成就及科技思想的没落（1） |
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加入时间: 2009/10/04
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摘自拙作《爱因斯坦与黄帝内经》
1.
《黄帝内经》《难经》《伤寒杂病论》《神农本草经》四本书被称为中医的四大经典，是中医的历史上最重要、最有影响的四本医书，可以说其后两千多年间没有一部医书的重要性超过这四本中的任何一本。
这四部书都成书于三国时期以前，这可以让我们得出一个结论：尽管后世医家对于疾病、草药的认识比以前更深入，治疗的方法、手段比以前更丰富，但中医的基本理论并没有得到发展，或者说中医在理论上的创新能力远不及两汉时期，中医理论的巅峰期应该在两千年以前。
然而这与李约瑟及其中国弟子们构建起来的“中国古代科技史”的许多结论是矛盾的。例如在一本叫做《理论科技史》（湖北科学技术出版社，1989）的书中，对中国古代科技发展是这样概括的：
与西方科学技术一样，中国科学技术也产生在一个文明古国的环境里，但又与西方科学技术不同，它不象西方科学那样大起大落，而是持续缓慢地发展。它受战争和朝代更替的影响很小．慢积累效应表现得十分明显……中国的科学技术一直处于缓慢的增长中，17世纪以后才开始下降。
中国自秦朝起，就开始建立中央集权。它对于前期封建社会来说，有利于封建制度的巩固和国家的统一，为科学技术的发展创造了极为有利的条件。
中国古代科技水平是一直在持续积累、缓慢发展，在17世纪达到最高峰吗？秦帝国的建立真的给科技发展创建了有利条件吗？
当我们去考察中国古代科技成就时，会发现医学的巅峰出现在两千年以前，并非孤立现象，在音律、冶金、水利工程等诸多领域，战国时期的科技水平都高于两汉一直到明清时期的成就。
下面就让我对战国时期几项惊人的科技成就进行一番仔细的探究。
2.
（1） 曾侯乙编钟
一九七八年夏，考古学家在湖北随州发掘了一座战国早期大型木椁墓——曾侯乙墓，这是距今2400年前曾国国君的墓葬。墓中出土了上万件精美的文物，其中最令人震憾的是一套大型编钟。这套编钟共六十五件，重两吨有余，皆为青铜铸造，虽然在地下埋藏了2400多年，仍然音乐性能良好。
今人瞠目结舌的是，曾侯乙编钟的制作体现出极高的科技水平，在乐律学、铸造学、物理学等方面的成就远超后世。
十二平均律是现代音乐普遍采用的律制，明代以前调式的转换问题一直是音律学的一个难题，汉代以后不断有人在“三分损益法”的基础上进行修正，但直到明代朱载堉在1581年推导出十二平均律的计算方法，这一难题才得到彻底解决。欧洲人则更晚一些才提出十二平均律。
令人惊讶的是曾候乙编钟的出土，表明早在2400年前，乐器的制造者们已经成功的解决了调式转换问题。他们已经掌握了十二平均律的计算方法，并成功的运用到乐器的制作中，这个延续了上千年的乐律学难题，竟然早在春秋战国时期已经被成功解决！
曾侯乙编钟“一钟双音”的精妙设计是最令人惊讶的地方。每一枚编钟钟体上都有两个敲击点，一个在正面，一个在距中线偏右约三分之二处。敲击正面或侧面的敲击点，编钟能发出不同的声音，大部分编钟的两个声音彼此相差大三度或小三度，构成和谐音。经过测试发现，当敲击正面敲击点时，侧面敲击点正好位于钟体振动的波节处，相反，当敲击侧面敲击点时，正面敲击点正好位于钟体振动的波节处，这样可以使正、侧鼓音清晰分开，是实现一钟双音关键所在，其设计妙不可言！。
编钟的制造工艺极为复杂，据推测每制作一枚钟至少都需要上百件模具，并且钟的几何尺寸均遵循某种严格的数理逻辑关系，就某一钟而言,只要确定其中一个主要尺寸,即可计算出编钟其余部分的尺寸。准确的尺寸是编钟声学性质的重要保证，如此复杂的工艺,任何环节稍有误差,势必功亏一篑。这说明编钟的制作者清楚的知道编钟的几何结构对编钟发音的影响，并且娴熟的掌握青铜器制造工艺，能够严格按照设计的尺寸进行加工。
曾候乙编钟高超的制作技术，给后世留下了无数的谜团。正如上海交通大学严燕来教授所说：“在几千年之前，一无现代科学理论，二无精密测量仪表，三无测试分析手段，如何设计、铸造、调音这一整套编钟，赋予如此精确、丰富的乐音性质，着实令现代人莫测高深”。中国音乐研究所黄翔鹏研究员则这样评价：“我们对曾侯乙编钟的认识还处在粗浅的阶段，史籍失载的材料在钟铭中占极大比例，待考的问题甚多，汉以后失传、误传的问题也不占少数，都非少数人和短时期所能探讨清楚。”
（2）都江堰
在我十分熟悉的成都郊区的一个小村庄里，每年春天都要由村里统一组织放水灌溉稻田，这种活动年复一年，保障了成都平原的富足安宁。有充足的水源灌溉，却又从无水涝之灾，这要归功于一个千古奇迹。
这些灌溉用水来自于都江堰，都江堰修建于战国末期，距今约2200年。都江堰工程将流经成都平原的岷江分为内、外二江，内江之水流入成都平原上交错纵横的沟渠灌溉系统，外江之水则直接流入长江。
都江堰的最主要作用是保证成都平原灌溉用水流量的稳定，枯水期要保证岷江水流的大部分流入内江用于灌溉，洪水爆发时又要让尽可能多的水流通过外江排入长江，避免成都平原洪水泛滥。
鱼嘴分水堤是都江堰工程的第一部分，鱼嘴可以自动调节流入内江的水流量。在岷江枯水期，鱼嘴使江水“四六分”，即40%流入外江，60%流入内江，以保证灌溉用水。到春夏爆发洪水时，鱼嘴特殊的构造可以使“四六分”自动转变为“六四分”， 60%江水从外江流入长江，起到泄洪的作用。飞沙堰与宝瓶口的配合是保证流入灌溉系统水流量稳定的第二项措施。宝瓶口是整个灌溉系统的入口，飞沙堰则是位于内江与外江之间的一个泄洪通道，一旦宝瓶口的水流量超过上限，内江的洪水会自动从飞沙堰溢出，流入外江。
从一个小例子中我们可以看到整个工程对江水流量分配是经过精确计算的：上世纪六十年代，由於农田灌溉增加，川西大坝二十多个县的农民争水，并出现伤人事件。为加大灌溉用水，在岁修时将飞沙堰用水泥加高了八十公分，哪知那年夏天未至，春汛时成都北部的金堂等县就已成泽国，人们慌忙炸掉加高的水泥堰围，恢复古制，才保证了成都的安全渡汛。
都江堰的第二项功能是排沙。洪水期，洪水带来的大量沙石有可能阻塞灌溉系统导致洪水泛滥。都江堰工程修建于岷江弯道处，这一措施极为巧妙，河流转弯时的离心作用可以使河水中的沙石自动被引入外江！这使进入内江的沙石大为减少，防止了灌溉渠道的堵塞。另外进入洪水期后，进入内江的沙石，甚至是重达数吨的巨石，在离心力的作用下，也可以通过飞沙堰引入外江。流入外江的沙石则会排入长江，少量沉积在外江河道的沙石，则可由政府组织人力在枯水期清理，不至于淤塞河道。
都江堰使得成都平原两千多年来避免了洪水之灾，正如史书记载得那样，都江堰使成都平原“水旱从人,不知饥懂,时无荒年,天下谓之天府”。
一个两千二百年前的水利工程，直到今日还能使数千万的四川人民受益，不得不惊叹于古人的智慧！
或许是因为都江堰今日还在发挥着不可替代的功效，所以人们常常忘记了它的神奇。与今日的水利工程相比，都江堰在许多方面的成就也有过之而无不及。例如1954年开始修建的三门峡水电站，施工完成那一天起就面临着泥沙淤积的问题，几次改建但问题始终得不到解决，五十多年后的今天，三门峡水电站已濒临瘫痪。并且在这五十多年中，三门峡水电站给周围地区的农业生产和生态环境带来了难以估量的灾难。这个在苏联专家先进理论的指导下，举倾国之力修建的水利工程，与两千年前修建的都江堰相比，可谓拙劣不堪。
（3）秦始皇兵马俑
一九七四年发现的秦始皇兵马俑，以其庞大的规模，震撼人心的阵容，雄健而精美的雕塑，被誉为世界第八大奇迹。秦始皇兵马俑所展现出来的秦王朝时期高超的科技水平，更是给今人留下的种种难以解开的谜团。
标准化是现代工业的基础，标准化生产使不同的供应商生产的零部件可以组装在一起，使大规模的生产成为可能。在兵马俑中，我们已经可以看到标准化生产的大工业雏形。在俑坑中发现的各种兵器，尽管生产日期相隔十几年，造型和尺寸却完全一致。在兵马俑坑中发现的三棱箭头有4万多支，但它们都制作得极其规整，箭头底边宽度的平均误差只有正负 0．83毫米。对这些青铜箭头的三个面做放大投影，放大20倍，轮廓误差不大于 0．15毫米。数以万计的箭头竟然是按照相同的技术标准铸造出来的，也这就是说，不论是在北方草原，还是在南方丛林的各个战场，秦军射向对方的所有箭头，都具有同样的质量标准。秦军使用的弩机，由于有统一的尺寸，它的部件可以互换，在战场上秦军士兵可以把损坏的弩机中仍旧完好的部件重新拼装使用。
秦国的青铜兵器所体现的精度和质量，一定是采用大规模流水线作业加工出来的，在秦国的每一件兵器上都刻有兵器工厂主管、加工工人的名字和加工时间、地点，这就使每一件兵器的加工质量做到了“可追溯性”。
兵马俑出土的青铜兵器，其高超的冶金制造工艺堪称奇迹。考古学家在清理一号坑的第一过洞时，发现一把青铜剑被一尊重达150千克的陶俑压弯了,其弯曲的程度超过45度，当人们移开陶俑，它竟然在弯曲了两千多年后，一瞬间就反弹平直，自然恢复，其金属材料的弹性与韧性之好可见一斑。
兵马俑出土的青铜剑埋在潮湿的俑坑中已经2000多年了，但是，它们出土时竟毫无铜锈，有的甚至光亮如新。经电子探针及激光分析，发现青铜剑的表面有一层致密的铬盐氧化层，厚度10—15微米，这说明秦俑坑的青铜兵器在制作过程中，曾有意识地用铬酸盐和重铬酸盐处理器表，使器物表面生成一层浅灰色或深灰色的保护层来增加器物的防腐抗锈能力。这种工艺在德国是1937年才发明并申请专利。我国远在秦始皇时代就已创造了类似的工艺，这无疑是世界冶金史上的奇迹。
3.
这些成就表明秦代以前曾经出现过一个科技高度繁荣的时期，某些科技成就即便在今日看来也令人叹为观止。
这一时期许多重要的技术都没有流传下来，在标准化生产、水利工程、乐器制造甚至冶金铸造等方面，至到明清之际中国科技的发展也没有能够重复或超越战国时期水平。
在古代典籍中也可以看到很多关于战国时期不可思议的发达技术的记载，例如《墨子•鲁问》中记载鲁班可以制作一种木鸟，“成而飞之，三日不下”，《论衡•儒增篇》说鲁班制作一种可以自动运行、由木人驾驭的木马车，这些记载虽说过于离奇，难以让人相信，但从一个侧面说明战国时期的机械制造水平很可能比我们想象中发达。
曾侯乙编钟、都江堰、秦始皇兵马俑的科技成就并非孤立存在的现象。
曾侯乙编钟“一钟双音”“十二平均律”的特点同样体现在河南1978年出土的春秋时期王孙诰编钟之上，只不过王孙诰编钟在技术上还不如曾侯乙编钟精湛完善。
秦代不仅在兵器上实行标准化大生产，在秦代的律法中，就有关于器具标准化生产的法律规定，湖北云梦睡虎地出土的秦代法律竹简中《工律》一篇中有这样的规定规定:“为器同物者；其大小、短长、广亦必等”。
都江堰的修建，绝非李冰父子以过人的个人智慧完成，《史记•河渠书》中就记载了汉代以前的多项水利工程，如楚国、吴国、齐国都修筑过多条运河。魏国的西门豹“引漳水溉邺，以富魏之河内”， 秦国修建的郑国渠，以泾水为水源灌溉渭水北面农田，“溉泽卤之地四万馀顷，收皆亩一钟”使得农业生产水平大为提高，“于是关中为沃野，无凶年，秦以富彊，卒并诸侯”，成为为秦国统一天下的重要保障。
这说明战国时期兴修水利的活动极为频繁，并且从都江堰的成就来看，当时人们已经掌握了比较先进的水利工程理论。
可以推测，曾侯乙编钟、都江堰、秦始皇兵马俑是整个先秦时期科技的冰山一角。但随着战火的焚烧与岁月的流逝，秦代以前大量的科技理论、科技文献，这座巨大冰山已经消失殆尽。
曾侯乙编钟、都江堰、秦始皇兵马俑所展现出的科技成就，似乎给“中国古代科技史”专家们出了个大难题，对“中国的科学技术一直处于缓慢的增长中，17世纪以后才开始下降”。“秦帝国建立为科学技术的发展创造了极为有利的条件”这样的结论给出了否定的答案。
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