文化鼎盛之大宋王朝之二

二、宋朝科技技術

宋瓷是當時中國的國家標誌。宋時的五大名窯是汝窯、官窯、鈞窯、哥窯、定窯。可以說人類世界上第一個商業化的工業是宋朝的瓷器工業。宋瓷是最精美藝術與精確工藝完美的結合。宋瓷神韻文明與大眾文化巧妙的融合與統一。各地名窯瓷器大量地生產，不僅供皇家貴族使用，還為官員學者們、及市民階級所珍愛、使用。宋瓷的各種窯類造法製造出來的瓷器品種層出不窮。讓所有見著的人都讚嘆不已。宋瓷許多的工藝都已失傳。宋瓷許多的工藝水平即使現代都難達到。宋朝的瓷器是如此的精美，可以說宋朝遺留下的名窯瓷器幾乎都價值連城。宋時中國的大眾絲綢工藝從實用化走向細膩化精密化。宋朝的絲綢，超乎尋常的先進。非常尖端的織機，包含1800個活動的構件。各種綉法讓中國的絲綢更藝術化、更美學化。宋人詩《木棉》有"車轉輕雷秋紡雪，弓彎半月夜彈雲，......機杼終年積婦勤"等句，反映了扦子、彈花、紡紗、織布的勞動過程，以及所用鐵鋌、彈弓、紡車、織機等各種棉紡織工具。外國富人穿的是粗布麻衣，中國平民穿的是柔絲綢緞。有的農民也穿上了絲綢。"走卒類士服，農夫躡絲履。"1966年浙江蘭溪縣南宋古墓中，出土了一條隨葬棉毯，說明江南地區不僅能織布，而且還能織毯，反映了棉紡織業的新發展。

北宋時期的著名科學家沈括，對天文、曆法、醫藥、數學等都有研究。沈括寫《夢溪筆談》記載了大量科技成果與科學發現，如地磁角的發現、摩擦起電現象的記錄及討論了光學問題等等。沈括還提出了衝擊成陸的觀點，此觀點西方十九世紀以後才出現。《夢溪筆談》被西方譽為世界上最早的科技百科全書。宋代隨著農、林、牧、副、漁各項事業的發展，宋的農業生態系統物資循環觀點與今天人類正建設的現代化生態大農業的觀點，在原則上達到了完全一致。宋的醫學規模及水平較唐代有了大幅度提高，宋太祖時編刻的《開寶本草》比《唐本草》增加新葯133種。宋仁宗時所修《嘉佑補註本草》又增加新葯82種。到北宋末年所編印的《政和經史證類本草》新增藥品達628種。宋代還創造了法醫學，《洗冤集錄》是中國第一部系統的法醫學著作，比西方同類專著早了三百多年。《夢溪筆談》最早記載了石油，"延境內有石油，舊說『高奴縣出脂水『即此也"。宋朝對石油、煤炭、天然氣各種能源廣泛運用。宋代用焦炭冶鐵，早於西方五百多年。

人類史上最早使用熱兵器的是宋。把指南針用一軍隊的行軍也是宋。北宋初年，政府對製造火藥武器非常重視。首都汴梁有專門製造火藥和火器的官營手工業作坊。宋軍在功滅南唐，奪取金陵的戰爭中就使用了火炮、火藥箭。公元1000年（咸平三年），唐福呈獻火箭、火球等新式火藥武器，受到宋政府嘉獎。從此，火藥成為宋軍必備裝備。後來北宋政府建立了火藥作坊，製造了火藥箭、火炮等以燃燒性能為主的武器和霹靂炮、震天雷等爆炸性較強的武器。公元1044年曾公亮等編著軍事著作《武經總要》里記錄了三種火藥配方及多種火藥武器，並配有插圖，這是世界上最早的火藥配方和工藝程序的記載。公元1132年軍事技術專家陳規守德安（湖北安陸）時創造了火槍，把火藥裝在竹筒內點火噴射，這是射擊管狀火器的鼻祖。公元1161年宋朝軍隊里出現了投擲榴彈的弩機。公元1259年造出了以巨竹為筒，內裝火藥的突火槍，在竹筒內放置火藥后再安上子窠，用火藥的力量把子窠射出去，子窠類似子彈性質，用石子、鐵塊等製成。後來把竹筒改為鐵管或銅管。這是世界上最早的原始步槍。由於宋朝出現了火炮，中國象棋也在宋朝時基本定型，出現炮。宋代《事林廣記》中就記載著中國最早的象棋譜。宋朝還發明了救生圈並用于軍事，《宋稗類抄》所載:宋將韓忠武派王權到金山，同時命令他不準用船渡江，王權就發給每個士兵一個"浮環"渡過江去，完成任務。"浮環"就是現代救生圈的前身。

宋代的紙窗銀鹽化學物質顯影、定影原理，這些發明均比西方人早幾百年。蘇東坡在《物類相感志》中記載了"鹽滷窗紙上，烘之字顯"的現象，這是世界上最早發明的銀鹽變黑顯影技術。與之相對應的是，直到十五世紀義大利文藝復興後期，西方才開始使用暗箱作畫。到了十七、八世紀，德國的約翰.海因里希.舒爾茨才發現了銀化合物的光敏特性。

宋太祖開寶四年（公元971年）雕印全部的《大藏經》，刻板十三萬塊，印行一千零七十六部，五千零四十八卷，費時十二個春秋。做如此浩大的工程印製書籍世界第一。中國最早的小說總集是宋太宗太平興國年間（976年——983年）的《太平廣記》，共有五百卷，分九十二大類。我國的類書之冠是宋太宗時的《太平御覽》，共一千卷，分為五十五門。我國現存最早的劇本是南宋的《東海黃公》。北宋熙寧以後私刻、坊刻蔚然成風。有的私刻書鋪有刻工幾十人之多。宋朝雕版印刷進入鼎盛時期。宋政府推廣印刷術大眾化，傳播技術手冊，諸如農業手冊和醫藥書籍。大量的私人出版社的產生，改變了世界文字的發展，傳播了知識。宋哲宗時期商人徐戩，刻印《夾注華嚴經》等書，運往朝鮮等地販賣，獲取了大量的利益。慶曆年間，畢生髮明了活字印刷術。遺憾的是活字印刷並未得到大規模的運用，但其意義巨大。系統可分解為要素，要素集結起來構成主體。活字印刷術是中國古代應用系統思維的具體實例，是應用系統思維、改進工藝、提高效率的典範。宋版書講究質量，雕版細緻，字體工整，刀法圓潤，紙堅色白，墨色香淡。北京圖書館所存的宋版書，至今還有一股清香味。

沈括《夢溪筆談》中記有裝置指南磁針的四種方法：水浮、指爪、碗唇、縷懸。北宋時期，人們創造了適用於航海的指南針，把航海事業推向了新的時代。南宋時期，還普遍製造車船。車船裝有輪子，用腳踏輪，激水而行。那時中國的造船技術是世界上最先進的。1974年，在福建泉州灣發掘出一艘南宋末期的海船。根據其長、寬、深計算，載重量當在二百噸以上。這艘船的造型和結構都與宋代文獻記載相吻合。特別值得注意的是，它的船艙竟多達十三個。2002年，在廣東省陽江海域的"南海一號"宋代商船，約30米長、10米寬，是目前發現的最大的宋代船隻。令人驚奇的是，這艘沉沒海底近千年的古船船體保存相當完好，整艘沉船沒有翻、沒有側，而是端坐海底。而船體的木質仍堅硬如新，敲起來鐺鐺作響。目前在全世界範圍內都未曾發現過如此大的千年古船，能保存如此完好的更是未有所聞。宋的商船是當時人們能夠想像出的最大的船隻，有的有六層桅杆，四層甲板，十二張大帆，可以裝載一千多人的巨型船隻。這些船不僅擁有精確得近乎奇迹的航線圖，還擁有幾何學家以及那些懂得星象的人，還有那些熟練運用天然磁石指南針的人。通過指南針，在茫茫的大海中可以找到通往陸上世界盡頭的路。宋朝是當時最重要的海上的貿易大國，泉洲、明洲都是當時最大海上貿易港口。海上貿易的稅收是政府的主要財政來源佔到了一半的財政收入。北宋時中國就擁有人類歷史上最龐大的帆船艦隊和商船隊，頻繁遠航至阿拉伯，東非，印度，東南亞和東亞的日本與朝鮮。正是由於宋朝的高度繁榮和發展與開放的經濟政策，導致了人類史上空前的東西方技術和物資交流。中國的造紙術、印刷術、指南針等等先進高超的技術迅速傳遍西方，中國大宋創造出的燦爛文明讓正處在野蠻時期的西方人第一次較完整的體驗擁有了文明。中國文明各個方面都影響著西方，給西方後來的文藝復興與文明的發展打下了堅實的基礎。

宋代是中國古代數學的最繁盛時期，是中國古代數學的顛峰。宋朝湧現許多傑出的數學家，出現了大批有份量的數學著作。宋代最抽象的數學成就極高，在希臘文明與西方之間的空白地帶鶴立雞群。宋的代數學充分發揮了絕對化的方法，把漢代方程解法的組合變換式發展到了一個奇妙的境界，不但在解法上解決了很多問題，也提出了高次方程、虛根等問題。西方的方程學在幾個世紀之後才出現。宋的方程學是一個發達的數學學科。沈括的"燎積術"是中國第一個高階級等差級數。沈括的會圓術是一個幾何問題，把勾股定理用於從弓行的弦、和矢求弧長。宋朝著名數學家賈憲在《黃帝九章演算法細草》中提出開任意高次冪的"增乘開方法"，"增乘開方法"用於求解高次方程，是在求得一位商后即以之乘高次未知數的係數加入新方程一次項係數。在作法上把商、常數項、新方程一次項係數和高次未知數係數分別排列，再用上法對這個組合進行變換。七百年後西方人才發明了同樣的方法（1819年才由英國人霍納發現）。賈憲的二項式定理係數表與17世紀歐洲出現的"巴斯加三角"是類似的。南宋傑出的數學家秦九韶，公元1247年在《數書九章》中將"增乘開方法"加以推廣，論述了高次方程的數值解法，並且例舉20多個取材於實踐的高次方程的解法（最高為十次方程）。16世紀義大利人菲爾洛才提出三次方程的解法。另外，秦九韶還對一次同餘式理論進行過研究。秦九韶還推廣了孫子定理，他的"大衍求一術"將孫子定理的方法從較小的數和較少的同餘式個數推廣到一般解法。秦九韶還得出了與希臘海倫公式等價的從三角形三邊求面積的公式。劉益的"益積術"、"減從術"也是對係數組合進行變換的技術。數學家李冶公元1248年發表《測圓海鏡》，該書是首部系統論述"天元術"（一元高次方程）的著作，在數學史上具有里程碑意義。數學家楊輝公元1261年在《詳解九章演算法》中用"垛積術"求出幾類高階等差級數之和，給出了幾種高階級數的求法。公元1274年在《乘除通變本末》中還敘述了"九歸捷法"，介紹了籌算乘除的各種運演算法。此外楊輝還發展了九宮圖，他作了圓、直線交叉的組合。使宋在組合數學上也有進步。楊輝在數學組合上指出4乘4數學方陣上交換對角結果，可惜他以後沒有進一步發展。數學在宋代已經開始得到重視，數學的研究成果在宋朝已開始有應用的環境了。數學家秦九韶認為數學的研究成果"可以經世務，悉萬物"，"竊嘗設為問答以擬於用的"。數學家李冶公開批判輕視科學實踐活動，將數學貶為"賤技"、"玩物"等長期存在的士風謬論。他說"術雖居六藝之末，而施人之事，則要實惠得多。"中國的數學在宋代領先西方几個世紀。遺憾的是宋以後中國的數學開始衰落，雖然在元朝中國古代數學還有零星發展，但中國數學整體的已沒有繼續、發展運用的大環境了。中國宋代是數學是世界的奇迹，但也是中國科學的一個悲劇......