中国古代科技史话

○、前言一、中國傳統科技的萌芽(原始社會時期，170萬年前 - 4千年前)二、中國傳統科技的奠基(先秦時期，西元前2100年–前221年)三、中國傳統科技的形成(秦漢-南北朝時期，西元前221年–西元581年)四、中國傳統科技的發展(隋唐宋元時期，西元581年–西元1368年)五、中國傳統科技的衰落(明清時期，西元1368年–西元1911年)變革材料：石木竹土、銅、鐵、鋼、合金、矽、其它加工：磨銷鑽、鑄造、鍛造、傳統加工、非傳統加工動力：人獸力、水風力、火藥、蒸汽機、內燃機、電動機、核能、太陽能一、中國傳統科學技術的萌芽(原始社會時期，170萬年前-4000年前)人類歷史是從製造工具開始的，現知世界上最早出現的人類化石已有三四百萬年。

１.人類活動歷史雲南元謀人(170萬年前)↓舊石器時代↓新石器時代(10000年前)↓建立國家(4000年前)2.石器及其的科學知識當人類在地球上剛出現時，就是使用石塊或木棒在大自然中求生存，漸漸地學會了對木棒和石塊進行加工，出現了人造的工具-木器和石器，之後學會進行加工，加工工藝也越來越精細。

同時，人們也對獸骨和貝殼進行加工，制成工具。

弓箭的發明弓箭是由弓、弦、箭三部份構成，且具有三大要素：變動機、傳動機構和工具機，在這意義上，也可以說弓箭是人類最早發明的機器，鑽木取火火改變變人類”茹毛飲血”的習慣，並擴大了人類的食物範圍，火帶給人類很大的功用，包括可照明、取暖、防止野獸侵襲、開墾、燒製陶器、烘烤竹木，早在40-50萬年前的北京人洞穴中，發現灰燼，反映當時已具有保存火種和管理火的能力。

神農作耕耘在人類文明的發展史上，神農的出現是一個帶有決定性的意義的重大事件。

它使人類有了固定的生活來源，從而開始了定居的生活，也有了家畜、家禽的養殖。

製陶技術陶器的出現，是我們的祖先進入新石器時代的一個重要標示。

陶器由黏土燒製而成，可以說是人類創造的第一種人造物質。

早期的陶製品是由手工捏製而成，之後改進可放在旋轉的器具上，就可以製作出圖形的器物。

而在加工方面，也有不少創新，出現了表面磨光的”磨光陶”。

構木為巢我們的祖先在初始之際，便是棲息在天然的山洞裡或曠野中。

之後，隨著智能的提高，人們也會建築自己的居所，有的在山丘上挖洞穴或在樹上用木材或樹枝搭建居巢，故被稱為有巢式，進入新石器時代，祖先的營建技能以跨出一大步，建造出一種木骨泥牆的房舍。

從最早的簡易居巢到今日的高樓大廈，都是慢慢發展出來的。

水上活動的開始人類的生存不離水，除了飲水維持生命外，也撈捕魚蝦生物食用，而為了開拓更多的生活資源，發明了水上的交通工具。

最早的交通工具有筏和獨木舟，筏又有木筏和竹筏，其工藝製造最為簡單。

而獨木舟則是選取粗大的樹幹，用石斧石刀砍削而成。

後來的船也是由獨木舟發展而成。

二、中國傳統科學技術的奠基(先秦時期，約公元前21世紀-前221年)公元前21世紀時，第一個王朝建立-夏朝，這時也有金屬工具的出現，使神農和手工生產獲得較大的發展，社會的分工也更加細化。

到春秋戰國時期，隨著鐵器的使用、生產力提高、社會的變革、學術的繁榮，更奠定了中國傳統科學技術的基礎，而這些技術包括了天文學、數學、醫學、冶金技術等。

1.”爐火純青”話冶銅在春秋末期的《考工記》中，有一段判定青銅冶燒過程的記載，在冶燒青銅時，銅料與錫料中會先冒出黑濁的氣，”黑濁之氣竭、黃白次之;黃白之氣竭;青白次之;青白之氣竭，青氣次之，然後可鑄也。

”冶鑄青銅時，原料中所附著的碳氫化合物會燃燒，產生黑濁的氣體，隨著爐溫的升高，原料中所含的氧化物、硫化物等雜質會產生黃白、青白之氣，到只冒青氣的時後說明雜質基本去除，青銅已經燒成，可以燒鑄了。

中國冶鑄的過程中，已總結了一定合理性的青銅合金配比規則，就如《考工記》中所記載的”金有六斧”，”金”指青銅，”齊”是合金的稱謂。

而在此本書中也說”六齊”為”六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊。

五分其金而錫居一，謂之戈戰之齊。

三分其金而錫居一，謂之太刃之齊。

五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊。

金、錫，謂之鑿隧之齊”。

這是世界上最早的關於合金配比的經驗性總結。

2.生鐵冶鑄的勃興大約在殷商時期我國已經利用隕鐵，西周後期又出現了用堤燒法燒鐵，到公元前6世紀的春秋晚期便已開始冶燒生鐵。

堤燒法是一種在比較低的溫度下進行燒鐵的方法。

堤燒法的優點:它免除了提燒鐵加工費工費時的缺陷。

提高了生產效率，降低了成本。

可鑄性，故又稱鑄鐵。

堤燒法的缺點:性脆韌度低的缺陷堤燒法的缺點解決方式:我們的祖先在戰國時期又發明了鑄柔化鐵。

鑄鐵柔化術是一種通過熱處理使鑄鐵脫碳柔化技術。

經過柔化外處裡後的生鐵，強度和韌度都增強，也可以大量鑄鐵優質的生產工具和兵器。

這是冶金史上一項劃時代的成就。

3.從呂氏春秋看中國傳統和耕作技術治水與水利工程春秋戰國時期，伴隨著鐵制工具的應用，農業生產的發展，水利建設也進入一個新的時期，這時期興修了不少大中型水利工程，著名的有:芍陂、漳水十二渠、鄭國河渠、都江堰，特別是都江堰，從公元前256年前保存至今。

它由分水魚嘴、寶瓶口、飛沙堰，三部份既各自獨立又相互依存，成為一個整體。

分水魚嘴又叫都江嘴，設在岷江的中心線上。

它的形狀就像一個迎向岷江上游的魚嘴巴，把岷江分為內、外江。

外江為岷江的主流。

內江水通過堤防進入寶瓶口，流向成都平原，起著航行、灌溉和分洪三大作用。

魚嘴和堤防疵是用就地取材，用裝有卵石的大竹簍疊成。

寶瓶口因形狀像瓶口而得名，它是利用人力，把玉壘山劈出的。

寶瓶口是控制內江流量的咽喉，起著保証有足夠的水量通過，流入成都平原密佈的農田灌溉的作用。

飛沙堰是由竹筏裝石砌成的低櫃，為內江分洪減淤的工程，可保証內江灌溉的安全，同時，它又起著減淤排沙的作用。

在內江口還刻有三個石人，立在水中，起著水尺的作用。

都江堰的建成，使成都平原300萬畝良田得到灌溉，成為旱澇保收的高產田。

(圖一)都江堰工程示意圖(圖二)岷江十進位值制記數法中國古代的記數方法也是十進位制的，雖古巴比倫和古埃及，都產有六十進制的記數法，但中國有干支紀日和紀年的制度，以60為一個周期。

另外，中國也是最早使用九個數碼加上十、百、千、萬等位值符來記寫任何數字的國家，而巴比倫200以下的記數法主要是相加或累積法，並使用減法。

古希臘是用27個字母的不同組合來表示1000以內的數目，古羅馬也用累積法。

十進位值制記數法是中國對世界文明的一項不可磨滅的重大貢獻。

(表一)此為甲骨文中的13個數字算籌和籌算“籌”原是一種用於計算的小圓棍，又叫”算籌”。

”算”字也和這種計算工具有關。

算籌是我國歷史上特有的計算工具，最晚於春秋初，我們的祖先就已經掌握算籌的記數和計算方法。

在算籌記數法裡，是以縱橫兩種排列方式來表示數字。

其中一~五均分別以縱橫方式排列相應數目的算籌來表示;六~九則用上面的籌一當五，再加下面的籌來表示，表示多位數則是個位用縱數，十位用橫數，百位用縱式，千位在用橫式，如此縱橫相間，遇零便置空。

(表二)算籌記數的擺法用算籌計算就叫籌算。

籌算的加減法，先將位值對齊，即個位對個位，十位對十位，百位對百位，自左而右，由高位算起。

乘法則利用九九歌訣，表現中國語言的優越性。

除法是將商數、被除數和除數依次擺成上、中、下三屬而作計算的。

在珠算發明前，我國一直是用籌算進行計算的，在古代亦是一種相當先進的計算方法。

規矩與准繩最初規矩、准繩乃是三種畫圖、測量和檢驗的工具。

”規”就是圓規，”矩”就是直角曲尺，准繩就是一根繩子。

中國古代的幾何學雖然沒有形成像古希臘那樣的歐幾里得體系，但對幾何圖形，尤其是圓、方、直等，很早就有認識。

規矩和准繩也大致上是伴隨著這些幾何形狀而出現的，並成為木工、陶工製做中常用的圖形、策量工具。

在實際經驗的基礎上，春秋戰國對一些幾何圖形的認識以開始上升到理性階段。

在當時的著作上《墨經》中，有圓是”一中同長”、方是四邊相等並相互垂直、三點共線為直、兩線間的對應點的距離都相等即為平行，以及線由點組成，體由面組成等的定義。

《墨經》中的光學和力學《墨經》原是《墨子》一書中的”經上”、”經下”、”經說上”、”經說下”四篇，後人把其單獨成書，書名為《墨經》。

就此書內容而言，史學界都視為它是先秦一部重要的科學典籍。

其科學內涵非常豐富，除上面提到的幾何學外，突出的還有光學和力學。

《墨經》中記載有我國最早的光學及力學的記錄:(1)光學記錄a.小孔成像實驗b.凹面鏡、凸面鏡、平面鏡的成像問題c.移動物體的影子問題d.考察了本影和半影的問題，並符合科學的解釋(2)力學記錄a.力的定義:力是人體所具有的使物體移動的手段，如由下向上舉重物，就是力的作用。

b.杆桿原理:力X力臂=重X重臂墨家的語識論和時空觀墨家的認識論:墨家首先反對老子提出的”有生于無”的思想，明確提出世上萬物都始于”有”的主張。

這個”有”是客觀存在的，獨立於人的意識之外的。

物體的性質是依附於物體的客體而存在，離開了客體，物體的性質也不復存在。

由此，墨家建立了知識論中的反映論，即人的知識是客觀事物的反映。

人是如何認識客觀事物?墨家認為人之所以為人，是由於人具有認識能力，能夠求取知識。

人的生命力在於形體與知識的統一，求取知識是人的本能。

墨家總結了三條認知的基本途徑，即聞知、說知、親知。

聞知：聞知又分為傳聞與親聞，但不管是傳聞或親聞都不應當是簡單地接受，而必須消化且融會貫通，使之成為自己的知識。

說知：說知，則包涵有推論、考察的意思，只由推論而得到的知識。

親知：指由五官親歷而得到的知識。

墨家的時空觀:時空觀方面，墨家也有獨到的知識。

墨家認為時空是包括在西北東南中的一切空間，認為所有的空間是連續且無限的。

而在這空間又是由小得不能再分的時間元”始”、空間元”端”所組成。

由此便構成了時空既是連續，又是由不可再分的最小單位組成。

二、中國傳統科學技術的形成(秦漢-南北朝時期、公元前221-公元581年)秦始皇統一六國，結束春秋戰國時期諸侯割據的局面。

在這時期，也繼續得到發展與完善，形成了具有鮮明特色的科學技術傳統。

千鎚百煉，百煉成鋼春秋晚期，我國就有鋼製品問世。

早期的燒鋼工藝，是把海綿鐵直接放在燒熱的木炭中加熱，使其表面滲碳，再經鍛打而成滲碳鋼。

燒鋼技術是冶燒技術的一項重要成就。

而在西漢中晚期時，取得重大的技術突破，發明了燒鋼新工藝-“炒鋼”(也有稱炒鐵)、灌鋼技術的發明。

(1)炒鋼就是把生鐵放在炒鋼中加熱，使其融化或基本融化，並不斷攪拌，增加氧氣或生鐵的接蝕面，使生鐵中的碳氧化，而脫碳成鋼或成熟鐵。

這就把生鐵治燒與燒鋼(或熟鐵)兩大過程通起來並結合在一起。

組成一個有機的冶燒系統，可以連續地並大規模進行生產，從而大大提高了生產效果，降低了成本，使鋼製品易於推廣普及。

這是冶金史上具有劃時代義意的重大事件。

炒鋼法的發明，促進了百燒鋼技術的發展和成熟。