科技之美：傳統(tǒng)科技的積累與進(jìn)步

前言

魏晉南北朝戰(zhàn)亂不斷，多個政權(quán)并存，南北對峙三百多年。雖然戰(zhàn)爭對科學(xué)研究和科技文化典籍造成了一定的破壞，但是南北文化大融合以及戰(zhàn)爭的需求則在一定程度促進(jìn)了中國科技的發(fā)展，使秦漢時期形成的以農(nóng)、醫(yī)、天、算為基礎(chǔ)的科技體系又有了新的積累與進(jìn)步，出現(xiàn)了一大批杰出的科學(xué)家，并取得了一些突破性的成果。至隋唐時期，隨著經(jīng)濟(jì)和科技文化的繁榮，中國古代科技體系得以持續(xù)發(fā)展和提高，為宋元時期達(dá)到高峰奠定了基礎(chǔ)。

天文儀器的創(chuàng)制革新

天文學(xué)離不開天文觀測，而觀測離不開儀器。但是，測量什么，用什么去測量，本身就隱含著對宇宙和天文現(xiàn)象的認(rèn)識。漢代太初改歷之后，渾天說占據(jù)優(yōu)勢，渾儀成為主要的天文測量儀器。渾儀是要測量天體運(yùn)動的，因此要按對天體運(yùn)動的認(rèn)識來設(shè)計，這樣測量的數(shù)據(jù)才有天文學(xué)意義。東漢時的傅安和賈逵，已經(jīng)指出要以黃道測量日月運(yùn)動的必要性，于是在渾儀上加上了黃道環(huán)，所制的渾儀稱作“黃道渾儀”，以區(qū)別于“赤道渾儀”。與渾儀不同，渾象是中國古代一種表現(xiàn)天體運(yùn)動的演示儀器，類似現(xiàn)代的天球儀。最早制作的渾象是戰(zhàn)國時期的石申、甘德，之后東漢張衡制造了用漏壺滴水帶動繞軸旋轉(zhuǎn)的渾象。但總的來說，北魏之前的渾儀、渾象等天文儀器不夠精密。

渾儀

簡儀是一種嶄新的天體測量儀器。它克服了傳統(tǒng)渾儀環(huán)圈過多、遮擋天區(qū)、不夠靈活和眾多環(huán)圈同心而造成的安裝困難等缺點(diǎn)，設(shè)計精巧，同時又非常適合觀測。簡儀改變了渾儀把測量三種不同坐標(biāo)的圓環(huán)集中裝配的做法，分解為兩個獨(dú)立的裝置，即赤道裝置和地平裝置，從而簡化了儀器結(jié)構(gòu)。郭守敬的簡儀，完成了漢以來渾儀自簡單而變復(fù)雜，再由復(fù)雜而變簡單的演變過程。這是對復(fù)雜的天體運(yùn)動有了整體的認(rèn)識之后，再大膽地簡化儀器，以實(shí)現(xiàn)測量上的便捷，體現(xiàn)了天文觀測上的深刻體驗(yàn)和儀器的聰明設(shè)計。

簡儀

魏晉數(shù)學(xué)的理性追求

論三國兩晉時期的數(shù)學(xué)家，當(dāng)以劉徽為最。他是三國魏人，自幼學(xué)習(xí)《九章算術(shù)》。魏景元四年（263年）著有《九章算術(shù)注》10卷，后來第10卷單行本稱為《海島算經(jīng)》。他通過對《九章算術(shù)》作注的形式，不僅解釋了《九章算術(shù)》大部分算學(xué)概念，開創(chuàng)了算法的理論證明，發(fā)展了我國的邏輯證明體系，而且創(chuàng)立了“割圓術(shù)”等具有現(xiàn)代極限思想的一些新算法。

《九章算術(shù)》中的勾股容圓圖

宋元數(shù)學(xué)的巔峰之作

說宋元數(shù)學(xué)達(dá)到了我國古代數(shù)學(xué)的高峰，其重要的標(biāo)志就是學(xué)人蔚起，著作如林，成就斐然。秦九韶的《數(shù)書九章》給出了高次方程的數(shù)值解法——“大衍求一術(shù)”（現(xiàn)代數(shù)論中一次同余式組解法），比西方早800多年。李冶的《測圓海鏡》最早提出了天元術(shù)，楊輝的《詳解九章算法》收錄的賈憲三角（又名楊輝三角，西方也叫帕斯卡三角形）——二項(xiàng)展開式——的研究差不多比西方早500多年。朱世杰的《四元玉鑒》給出了四元高次方程組的建立和求解問題，代表了宋元數(shù)學(xué)的最高成就，比西方早300多年。具體而言，主要體現(xiàn)在三個方面：一是由演段法到天元術(shù)，并經(jīng)二元術(shù)、三元術(shù)發(fā)展為四元術(shù)代數(shù)方程或方程組解法；二是高階等差級數(shù)研究；三是求解聯(lián)立一次同余式方法。

中國古代求解聯(lián)立一次同余式方法也叫“大衍求一術(shù)”。這個問題可能與天文歷法的“上元積年”計算有關(guān)，又與《周易》的“大衍之?dāng)?shù)”相附會，所以秦九韶稱之為“大衍求一術(shù)”。聯(lián)立一次同余式問題，最早見于《孫子算經(jīng)》中的“物不知數(shù)”問題：“今有物不知數(shù)，三三數(shù)之剩二，五五數(shù)之剩三，七七數(shù)之剩二，問物幾何？”

《孫子算經(jīng)》中關(guān)于“物不知數(shù)”問題的記載

煉丹術(shù)與化學(xué)

古代科學(xué)經(jīng)常是與巫術(shù)、宗教，甚至迷信混在一起。天文學(xué)與占星術(shù)的關(guān)系是我們大家熟悉的，煉丹術(shù)與化學(xué)的也是這樣。

未濟(jì)爐與既濟(jì)爐

各種丹經(jīng)中還記有各種各樣的成套的水火鼎，還有各種各樣的鼎器。《丹房須知》中還繪出了一種丹家專門設(shè)計制造升煉水銀蒸餾器，這表明中國煉丹術(shù)中提取水銀工藝發(fā)展到宋代開始由未濟(jì)式向真正的蒸餾式的過渡。

抽汞蒸餾器

總之，煉丹家在煉丹過程中不斷地嘗試各種物料及其化合物、煉制方法和工藝，實(shí)際上就是在進(jìn)行一些化學(xué)研究。所以說，煉丹術(shù)就是現(xiàn)代化學(xué)的早期形態(tài)。煉丹術(shù)是對未知世界的一種探究，是古代科學(xué)的一部分，對古代科技，特別是古代化工技術(shù)，起到了重要的促進(jìn)作用。中國古代在藥物、火藥方面的成就，有煉丹術(shù)的一份功勞。

《天工開物》中關(guān)于升煉水銀的插圖

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