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第14章 科技(13)

宋代人的制造指南鱼的方法是很有科学性的,它把铁片人工磁化并利用磁倾角作用,增大磁化程度,这说明了我国当时已在世界上首先发现了地球的磁倾角。这种人工磁化的方法,在欧洲是由英国人吉尔伯特在《磁石》一书中首先记载的,时间是公元1600年,比我国晚了500多年。

当时指南针的装置方法有四种,第一种装置方法是水浮,其缺点是“荡摇”。第二种装置方法是放在指爪上,第三种装置方法是放在碗唇上,这两种方法的缺点是“坚滑剔坠”,第四种装置方法是以蜡粘悬丝,这种方法为“最善”。特别强调用“新纩中独茧缕”,这种新纩的纤维弹性和韧性强而均匀,以芥子点蜡相粘不会产生扭转弹性,可以确保准确指极性。

指南针在公元11世纪时已是常用的定向仪器。指南针的最大用途,是用来导航。中国典籍记载指南针用于航海,始于宋代,大大地促进了航海事业的发展。大约在12世纪末到13世纪初,指南针由海路传入阿拉伯,然后由阿拉伯传入欧洲。

苏颂与科学史

苏颂是中国宋代天文学家、药物学家,字子容,福建泉州同安人,生于宋真宗天禧四年,卒于徽宗建中靖国元年,仁宗庆历二年(1042)进士。先任地方官,后改任馆阁校勘、集贤校理等职九年,得以博览皇家藏书。宋哲宗登位后,先任刑部尚书,后任吏部尚书,晚年入阁拜相,以制作水运仪象台闻名于世,被英国李约瑟博士曾誉为:“中国古代和中世纪最伟大的博物学家和科学家”。

里籍之考订

学术界对苏颂的研究远不及沈括全面和深入,对他的里籍许多专著其说不一。使我们在叙述他的生平之时,不得不略加考证。关于里籍,其说有三:第一南安说,第二同安说,第三丹阳说。以上三说都来自古人的记载,同安说依据宋代苏颂好友曾肇写的《赠司马苏公墓志铭》:“又四世孙益(苏益是苏颂入闽始祖)随王朝入闽,生光诲,仕闽为漳州刺史,居泉州同安,遂为同安人。”南安说依据《宋史·苏颂传》:“苏颂,字子容,泉州南安人。”此外《四库全书总目》在《新仪象法要》条下也说:“颂,字子容,南安人也。”其影响十分广泛。丹阳说主要是依据苏颂的题跋。依照史料、文物来看,苏颂的里籍应为同安。苏光诲乃苏颂之高祖,所建之大第,即苏颂故居——庐山堂。《同安县志·名胜宅第卷》:“宋丞相苏颂宅在县西北葫芦山下。”现苏颂故居庐山堂已修缮一新,它的位置正处于葫芦山下,坐向也符合“坐丑向未兼癸丁。”它屡毁屡建,其后殿还保存了一尊苏颂的塑像。朱熹的记载也可证明苏颂的里籍为同安。如他在《奉安苏丞相祠告先圣文》中说:“故相苏颂,同安人也。”朱熹与苏颂同为宋代人,他写这些话的时候正任同安县主簿,他的话是可信的。最有力的证明是苏颂自己关于家世里籍的记载。

生平之业绩

苏颂是一个终生从政的封建官吏,从宿州观察推官,一直到任最高的宰相,从23岁入仕到82岁官拜太子太保。他一生做过四种官,领导科技工作的官和外交专使。不论任哪种官,他都不失时机地利用自己的科技干好正作,造福民众。元丰四年(1081)他任沧州知府,黄河泛滥,他深入灾区,调查研究,在沟河、支家河工程的修浚中,他也亲预其事;在杭州任内,他把凤凰山的泉水引入府衙和市区做自来水用,造福百姓。

苏颂在中央任职期间。两次被授命领导科技工作,他都出色地完成了任务。第一次是从嘉祜二年(1057)任校正医书官开始。最初,他参与了《嘉祜本草》的编纂工作,后来他领导了《本草图经》的编写工作。他在领导这一工作时,采用了发动广大医师和药农呈送标本和药图,并详细地写出说明文字的方法。改变了过去从书本到书本的脱离实际弊病,为纠正本草药物混乱和错讹做出了贡献。这是一次发动群众,依靠群众,全国性的科学普查工作。李时珍评价这本书时说:“考定详明,颇有发挥。”他是《证类本草》的范本,为《本草纲目》的编撰铺平了道路。

苏颂第二次领导科技工作是元祜元年(1086)11月,他受诏定夺新旧浑侧,研制水运仪象台。他接受任务后首先是四处走访,寻觅人才,选好了他的科研班子,于元祜二年(1087)8月16日请求置局差官,组成了“详定制造水运浑仪所”。苏颂叫手下韩公廉写出《九章勾股测验浑天书》一卷,苏颂阅后,命他研制模型。韩公廉造出木制机轮一座,苏颂对木制机轮经过多次实验,然后才奏请皇帝另派人实验和鉴定,鉴定其准确性后苏颂才开始用铜制造水运仪象台。经过三年零四个月的工作,终于制成了有世界性贡献的水运仪象台。

苏颂还做过外交专使,在任贺辽主生辰使等外交官时,两次赴辽国。他写了《前后使辽诗》,并绘记道路所见,山川形势,记述牛马牧养方法等等,都是珍贵的科技资料。

现存之著述

苏颂编撰的著作见于著录的九部:其一,《苏魏公文集》72卷,其二《新仪象法要》3卷,其三《本草图经》21卷,其四《魏公题跋》1卷,其五《苏侍郎集》1卷,以上五部均已传世。其六《浑天仪像铭》1卷,其七《元祜详定敕令式》56卷,其八《华戎鲁卫信录》250卷,其九《迩英要览》。后四部中《华戎鲁卫信录》的要目流传下来,其他三部从《宋会要辑稿》、《续资治通鉴长编》、《苏魏公文集》中可了解所写的内容。还有苏颂言行实录,也可以视为苏颂的著述。其著述中,科技成就最显著者,应首推《新仪象法要》。苏颂的第二本重要的科技著作是《本草图经》,其保存了北宋药物普查的科学成果,发展了古代的医药学,收集了宋以前的大量经方,保存了有关生物、矿物、冶金、化学、地质等大量科技资料,是本草学中一本承前启后的杰作。《苏魏公文集》和《魏公谭训》对研究苏颂的生平、家世、交游及宋代的政治、经济、文化、科学等都很有帮助,是两部丰富的宋代文献资料。

苏颂的科技成就

夺取三项世界第一的科研项目。

苏颂与韩公廉领导研制的水运仪象台不仅在中国科技史上,而且在世界科技史上也有重大贡献。现代天文台圆顶自由启闭室和跟踪机械转仪钟以及机械钟表的锚状擒纵器,都可以在水运仪象台中找到其先祖。仅此一项研究,就为我们民族争得了许多荣誉。

世界上保存至今最早最完整的机械图纸。

苏颂在《新仪象法要》中,为我们留下了机械和天文图纸60余幅,绘制机构零件50多种,每图都有详细的说明文字。这是我国现存最早最完整的机械图纸,也是世界科技史上的珍贵资料。

现存国内最早的纸绘全天星图。

苏颂在《新仪象法要》中,为我们留下的星图计14幅。苏颂之前的“敦煌星图”也是纸绘全天星图,但被斯坦因窃往国外,所以苏颂的星图是保存在国内的最早的纸绘全天星图了。苏颂的星图更科学,更有创新。

中国流传至今有图的第一部本草著作——《本草图经》。

《本草图经》通过对药物的记述,从社会生活的各个角度,反映了社会基层人民群众的实际生活。为后世留下了许多珍贵的史料。

苏颂是不仅在科学技术史上给我们留下了宝贵的物质遗产,同时他也为我们后人留下了大笔的精神财富。他那勇敢的开拓精神、先进的科学思想还有可贵的人才观点、优化学校管理等的思想都值得我们后人学习和效法。苏颂不仅勇于实践,而且对查不明,测不准的,他勇于存疑。这种实事求是是尊重科学的态度,也是十分值得称道的。对于那些来自药农互相矛盾的药物说明,他一时分辨不清,就两存其说,决不强不知以为知;对于那些无处采集,又弄不准的药物,他采取存疑待考的方法。在绘制《新仪象法要》星图时,对于开封观测不到的星宿,他决不推测,也是采取空白存疑的办法。苏烦的科学思想和致力于科学的方法,也是他留给我们的精神财富的一部分。

《授时历》

至元十三年(1276)元世祖诏命改治新历,经过许衡、王恂、郭守敬等人4年的努力,于至元十七年完成,元世祖赐名《授时历》。王恂是以算术闻名于当时的,元世祖命他负责治历。他谦称自己只知历数,可负责推算,但负责人要找一个深通历理的人,于是他推荐了许衡。许衡是当时大儒,对于易学的研究尤为精深,接受任命以后十分同意郭守敬“历之本在于测验”的看法,支持制造仪器进行实测。至元十八年(1281),《授时历》颁行天下,许衡于同年病卒,王恂已于前一年去世,这时有关授时历的计算方法、计算用表等尚未定稿,郭守敬又挑起整理著述最后定稿的重担,成为参与编历全过程的功臣。《授时历》为元朝至元十八年(1281)实施的历法名,原著及史书均称其为《授时历经》。自从炎黄人类始出,就开始与天文历法纠缠不休。从最早的观象授时开始,经过世代的不断努力,人们积累了越来越多的天文学知识,并逐渐形成了内容丰富且具有独特风格的天文学体系。而郭守敬与王恂等人共同编制的《授时历》,则是我国古代历法发展到巅峰状态的标志。

铜壶滴漏《授时历》规定一年为365.2425日,距离近代的观测值365.2422仅仅相差了26秒精确度,与公历差不多,但是却比西方公历的提出早了300多年,每月为29.530593日,以无中气之月为闰月。

为了确定精确的回归年长度及岁差常数,郭守敬收集从大明六年(462)到至元十五年(1278)间的冬至时刻,又从中选出六个较准确的数据,求得一回归年长为365.2425日。此值与现行公历(格雷戈里历)值相同,但在时间上要早三百多年。在取得这些巨大成就的基础上,郭守敬又计算出五项新的数据:(1)太阳在黄道上不均匀的运行速度;(2)回归年长度及岁差常数;(3)冬至日太阳的位置;(4)由太阳的黄道积度计算太阳的去极度;(5)自道与赤道交点的位置。

《授时历》采用的天文数据是相当精确的。如郭守敬等重新测定的黄赤大距(黄赤交角)为古时度数23.9030度,约折合现今度数23°33′34″,与理论推算值的误差仅为1′36″。法国著名数学家和天文学家拉普拉斯在论述黄赤交角逐渐变小的理论时,曾引用郭守敬的测定值,并给予他以高度评价。

《授时历》正式废除了古代的上元纪年,而是截取近世中任意一年为元年。比如它以1281年为历算的起始年份,这一年的各历法要素,如冬至时刻和日躔、平朔、月亮过近地点和降交点、五星平合等等,均由实测而得,并分别令其为有关历法问题计算的起始点。授时历还以万分法代替分数法。这两点是郭守敬等人总结前人经验基础上作出的明智抉择。

对于日月五星运动不均匀改正的计算方面,授时历明确应用了完善的三次差内插法。研究表明,这些算法与古代希腊和印度所使用的相应算式的精度相当,即在这一论题上,中西天文学达到了殊途同归的境地。

授时历还提出了黄道宿度变换、白赤道宿度变换和太阳视赤纬计算的数学公式,这些公式是由数学方法推衍而得的,与前人类似公式得来的途径大不相同。考其所用的数学方法,实际上已经开辟了通往球面三角法的蹊径,所以具有天文学和数学进展的双重意义。

明代初期颁行的“大统历”基本上就是“授时历”。如把这两种历法看成一种,可以说是我国历史上施行最久的历法,达364年。《授时历》之所以沿用这么长时间,和它的计算精度非常高有很大关系。首先,它使用了当时世界上最为精确的天文资料,如它的回归年的长度365.2425日,这和现行的公历所采用的数值是一样的;其次,它吸收了《统天历》首先发现回归年的长度在逐渐变小的观点,规定一百年中回归年的长度减小0.0001日,虽然这个数值有点大,但它与《统天历》相比,还是要精确一些;另外,《授时历》废除了沿用了上千年的上元积年和用复杂分数表示天文资料的办法,不仅大大简少了计算量,也保证了计算精度。《授时历》在计算方法上也有很大的创新,如为了对太阳、月亮的不均匀运动进行改正创造了三次插内插法;为了进行黄道和赤道宿度之间的转化以及太阳视赤纬的转化,而创立了类似球面三角法的数学方法。

关于《授时历》由谁主编一说,历史上出现过分歧和误差。比如元朝的《元朝名臣事略》、《元文类》等史料均记载许衡为《授时历》主编,特别是许衡的遗著《许文正公遗书》卷十二有《授时历》全文——《授时历经》。明朝初期的宋濂等编撰的《元史》,记载了《授时历》的编撰过程及其主要的几个作者,而且在《历志》中,明确指出许衡是《授时历》的主编,在清魏源撰写的《元史新编·历志》及其他诸多史书中均有同样记载。说明在明、清两朝同样记载许衡为《授时历》主编。但是,现当今,我们更多的人认为《授时历》是由郭守敬主编的,甚至有些没有较好的了解天文历史或科技文化发展的人,把郭守敬看作是《授时历》的作者。这些观点的差异和偏差正是说明在历史的传承过程中,曾经出现过分歧和偏差。

但是总的来说,《授时历》自元及明行用了360余年,它作为我国古代传统历法发展的高峰而被载入史册,对我国天文历法的发展进步,和对农事的指导方面起到了积极的推动作用。

法医专著《洗冤集录》

中国古代法医学著作——《洗冤集录》的作者是南宋宋慈,刊于宋淳祜七年(1247),是世界上现存第一部系统的法医学专著。

我国最早的法医验伤者首先见于《礼记·月令·孟秋之月》:“瞻伤、察创、视折、审断,决狱讼,必端平。”蔡邕注:“皮日伤、肉日创、骨日折,骨肉皆绝目断。”“理官”的验伤定罪,可以视为我国法医学的萌芽。1975年发现的睡虎地秦墓竹简,有《法律问答》和《封诊式》两书,更多地记载了有关法医学的内容。汉至唐时期,在死亡与尸检、暴力死的确定、滴骨验亲等方面继续积累了经验,并取得了一些新成就。五代时和凝父子的《疑狱集》是我国最早的具有治狱性质的著作。宋代无名氏的《内怒集》《结案集》,郑兴裔的《检验格目》,郑克的《折狱龟鉴》,贵万荣的《棠阴比事》,都有法医学的论述,但更多的内容是案例记录,还不是体系完整的法医著作。但这些书为《洗冤集录》的诞生铺平了道路,宋慈正是总结了这些书中的法医学成就,并加以新的理论探索和实践,才写成了《洗冤集录》。

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