文化简史——明朝科技



重修长城和改进火器

秦代的长城在汉、北朝、隋时做过修补，唐代没有修过长城（因为长城不是唐的边墙），五代后长城内外大部成了西夏和辽金的国土，元朝时长城一线成了中国政治的中心。元朝灭亡后，一部分残余势力进入漠北，明朝政权统治了元帝国的大部分土地，但却始终没能把蒙古高原上的游牧部落置于自己的政治统治之下，而这些部落在内部趋向统一时总想重温大元帝国的旧梦。这就使明朝政权同漠北的蒙古部落一直处于对立之中。明朝在把首都迁往北京之后，长城便成为首都城墙的外围了。

为了防止漠北蒙古骑兵南下的威胁，明成祖朱棣五次亲征漠北，最后死于回军的路上。朱棣是中国历史上第一个亲征于沙漠绝域的汉族皇帝，也是郑和下西洋的倡导者，第一次以故宫紫禁城为皇宫。这位试图威服四海的人没有以长城为国界的概念。但在他身后不久，永乐雄风就减退了。明代先后在100多年里重新修缮长城，今天所留的从山海关到八达岭的砖石城墙以及西北河西走廊尽头的天下雄关嘉峪关都是明代重修的。雄伟的新长城并没有使明的江山固若金汤，由于高中级军官大多世袭的情况也使承平日久的明朝军队在永乐朝之后战斗力下降。在1449年（欧洲英法两国百年战争结束前4年），明朝英宗皇帝的50万大军在河北怀来东部土木堡被入侵的蒙古瓦刺部落的骑兵袭败，皇帝被俘，明朝经历了一次危机。1472年，明朝大将余子俊为防止蒙古鞑靼部落的袭扰，在陕西北部又重修了1700里新的边墙。尽管明长城的工程量超过了秦，但却没有在长城脚下留下像秦代那样多的白骨，也没有新的孟姜女的传说。这是因为明朝国力胜于秦代，而且不急于求成。

明代修筑长城的行为仍然是从传统的战略思想出发的。实际上自宋元以来，火器的发展和应用正在使这种行为逐渐变得过时，因为火药完全可以摧毁砖石城墙。明代的军事家们没有充分地看到这一点。但明代的火器专家们在改进火器方面的工作却使这一点在后来变得越来越清楚。

无疑，改进火器是拥有雄厚手工业基础和物质资源的中原王朝的优势。发挥这一优势并建立一支以各类轻重型火器为主的军队，是在塞外强悍的骑兵部队面前取得优势的保证。早在朱元璋称帝的13年前，焦玉（元末明初人）曾给朱献了十几支他制造的火龙枪。此枪在试放时“势若火龙，洞穿层革”，朱说道：“此枪取天下如反掌，功成当封大将军。”明朝在改进火器方面作了不少努力，火器军（神机营）在军队中的编制一直处于增加的趋势。在明建文帝（1399～1402年在位）时，大将李景隆的军队在同朱棣的军队作战时便应用了多发火箭“一窝蜂”。明时发明的多发火箭还有“群豹横奔箭”。这方面最重要的发明要数多级火箭“火龙出水”，这是在水战时所用的引火箭，在水面三四尺的高度飞行可达二三里。“飞空砂筒”则是一种可回返的多级火箭。所谓“神火飞鸦”则是一种高空集束引火箭。除了各种火箭，元时的火铳在明代被发展为各种前装的巨炮和鸟枪、土枪。明成祖征漠北时火器发挥了相当重要的作用。明中叶，朝廷的10万京军中已有6万火器手。万历年间（1573～1620）曾下令让兵杖局在3年内仿造葡萄牙传入的佛郎机炮3400尊，大将军型号的炮10门，二将军型号的炮79门，三将军型号的炮20门，神炮669门，神铳1558支，小铜佛郎机铳50支，并随用子铳、铅弹、火药等项。可见其生产能力已不小了。万历二十六年（1598年），和戚继光、胡宗宪的部队有交往的军器专家赵士祯（曾发明多种新型火器）发明了能够在射击后迅速装填的迅雷铳。明朝末年在取得了荷兰人的大炮时，立即由大学士徐光启（1562～1633）和龙华民（1559～1654，意大利人，1597年来华，死于中国）、毕方济（1582～1649，意大利人，1613年来华）、汤若望（1591～1666，德国人，1622年来华）等外国传教士仿造，并用之于辽东同努尔哈赤的战争。除了前装大炮和鸟枪外，明代的爆炸性火器炸弹、水雷、地雷和燃烧性火器火箭类等都有了明显的改进。但当时明朝气数已尽，崇祯皇帝中了清国的反间计，1630年，抗清的辽东明将袁崇焕（1584～1630）被剐，改进了的火器和坚城已难挡清军的进攻了。

尽管明代在改进火器方面有相当的发展，但中国的火器技术在明朝末年已经落后于欧洲的葡萄牙和荷兰了。在徐光启和传教士们铸造欧洲大炮时，比徐光启小两岁的意大利人伽利略（1564～1642）已经在研究炮弹的运动轨迹，并得出了抛体运动的规律。毫不奇怪，自从元朝时欧洲发生了文艺复兴运动，资本主义生产于明朝时代正在地中海沿岸和欧洲的一些大城市中蓬勃地发展。那里的手工工场里，分工越来越细，专业化程度在提高，工艺改进的节奏相当快，产品质量已超过了东方。

一方面加固长城，一方面发展火器，这就是明朝的军事技术史。仅从军事学的观点来看，前者是一种耗力费时而且渐趋过时的行为，后者却是一种寻求革新的努力。这两项事业在明王朝的历史中是并行的。重修长城表明这个王朝在政治上和军事上已经不能驾驭或征服塞外的游牧民族，而在技术上，明朝也未能彻底地完成火器革命这一军队装备更新换代的任务，它只是靠这种从本质上来说是矛盾的技术战略来求得江山的安宁和王朝的延续。历史证明，在有了新长城和部分火器的条件下，这个王朝可以维持，但绝不可能永固。朱元璋开创并由永乐皇帝推进了的基业在代代相传的过程中被这种制度本身所腐蚀。最后，长城一线最初曾得到土地而安居实边的农民后代，大多数变成了流民，在一场旱灾中，他们走投无路。李自成（1606～1645）的队伍聚集起来，为明朝最后一个不昏聩也不英明、又无力回天的崇祯皇帝（1611～1644）送了葬。掌握着相当多的火器的朝廷军队被完全操着冷兵器的农民军队击败。接着，东北的女真族骑兵越过了明代建立起来的长城东端的天下第一关——山海关。

明代在应用火药方面还出了一位叫万户的民间发明家和探险家，这可能是1400年左右的事。据说万户把47支大火箭捆在一个座椅上，手里持着两只风筝，试图飞上高空。不过，他没有成功，集束火箭的意外爆炸在半空中结束了他的梦想，但这个梦想却留给了全人类。

皇家宫殿和私家花园

永乐年间是明朝生产恢复后国力强盛起来的黄金时代。朱棣做了皇帝之后，在文治武功方面想做一些名垂后世的大事。在南京继位后，他便派姚广孝（1335～1418）、解缙（1369～1415）、刘季篪等人负责，由2000多人在5年内编修了中国最大的一部类书《永乐大典》，计11095册，22937卷。鉴于北方的安全和开发，他计划迁都北京，召集23万优秀工匠至北京，并动用上百万兵民在全国各地采木和营建北京宫殿——故宫宫殿群。这是盘布于从永定门到钟鼓楼的8千米长的一条中轴线上的建筑群，明朝建设后，在清朝康熙年间又进行了扩建。这一巨大工程完工后成了中国历史上两代皇朝政治舞台的中心。北京的故宫宫殿群作为世界上现存最大的古代建筑群，曾体现着明、清两代皇朝的威势，以其辉煌雄伟而著称，自1420年开始经历了所有的历史风云。

人们今天都知道下令建筑故宫的永乐皇帝，但却很少知道建造它的那些成千上万的普通劳动者。在这些人中间，两个杰出的建筑设计者幸而留下了名字。一个是江苏吴江人蒯祥，据说他是天安门的设计者。另一个是越南人阮安，当时的越南北部在明朝的统治之下。他们都是有经验的力学家、艺术大师和杰出的工程师。除了建设故宫，永乐年间还铸成了中国历史上最大的古钟——永乐大钟（现存北京大钟寺）。它高6.75米，重46.5吨，内外铸着23万多字的佛经咒语，其声可传响5千米，是当时北京的“镇物”。

在故宫建成约100年后建成的北京天坛与其说是力学和建筑学的杰作，不如说是应用声学知识的杰作。天坛的回音壁具有良好的有规则地反射声音的效果。在现存的中国宫殿中，还有明朝末年（1641）世界屋脊上五世达赖喇嘛重修的布达拉宫。

在明代中期之后，由于南方经济的发展，私家园林开始产生，最著名的要数苏州的拙政园，这所花园距今已有400多年的历史。除了苏州众多的私家花园外，无锡、扬州等地也开始建筑私家花园。在整个明清时代，南方许多城市中的私家花园成了王公贵族的住宅和别墅。无疑，明朝私家花园的兴起是整个社会财富增加时上层统治者中的一般成员生活水平升格的反映。在阴宅建设方面要提到皇家陵园。帝王生前的住宅是宏伟的，他们的陵墓同样宏伟。明代的北京十三陵是耗费了无数白银修建起来的不朽的地下建筑，尽管它们的主人早已成为土灰。

政治远航和海外贸易

如果说明代最伟大的建筑杰作故宫同永乐皇帝的政治雄心联系在一起，那么，郑和（1371～1435）船队在南洋和西洋（加里曼丹岛以西为西洋）的航行也与这位皇帝的政治雄心有关。这位皇帝在陆地上北击大漠和草原上不肯内附的蒙古部落的同时，还把目光投向了浩瀚的大海。在某种程度上，大元帝国的业绩吸引着他。

郑和的远祖为麦加王族，北宋时移居中国，其四世祖从成吉思汗西征有功，后代在元朝世代为官。郑和11岁时被俘入明军，后在燕王府为太监，并因战功受朱棣赏识。1405年6月（农历）由郑和、王景弘及一批军官率领的27800多名官兵和水手乘一二百艘巨型木帆桨船出海远航印度洋。这种海军远征船队式的远航一共举行了7次，直到宣德八年（1433）才结束，历28年。郑和等人的后半生基本上献给了这项事业。这次航行的船队遍抵南海和印度洋沿岸，以及波斯湾、红海海口和非洲东海岸的30多个国家。

从技术的角度看，郑和船队的航海是一次极大的成功。它作为中国航海史和世界航海史上一次空前的壮举而在印度洋上前人未涉的许多海域留下了航迹帆影，也是中国这个大陆国家首次大步迈向辽阔海洋的探险行为。郑和船队利用了中国的伟大发明：指南针，牵星板，装有披水板、船尾舵和风帆的能够在逆风顶水情况下航行的宝船。船上除了金币和货物外，还装备了当时差不多是最先进的火药武器。因而，除了战胜海上的风浪之外，这支远航船队还战胜了所有遇到的海盗和一些海边的小国的军事袭击。这次远航成功说明生活于太平洋西岸的中国人完全可以成为大海洋的征服者。在整个古代人类历史上，这是一次组织最为严密、人数最多、规模最大、次数很多、历时很久技术最为完备的远航。

关于这次航行的目的，据说有政治的、经济的、外交的几个方面。永乐皇帝在攻陷南京后没有在宫中找到建文帝（继承朱元璋皇位的皇帝长孙）的尸体，怀疑他流亡海外，寻找这位流亡者可能是郑和的一项秘密使命。另外，在郑和船队首次出海的前一年（1404），中亚强大的蒙古后裔建立的帖木儿帝国曾集结了40万～50万军队准备东进中国，很可能永乐皇帝当时已感觉到了西方的威胁，试图开辟西洋的海上通路，以结交西海（中国古代对阿拉伯海、波斯湾、地中海等西方水域的通称）诸国牵制这个可畏的敌人。可幸的是帖木儿在郑和船队出海前的4个月（1405年2月）病死在率师东进的路上，他的儿子继位后放弃了东侵中国的计划，而明王朝可能较晚才得到这个消息。尽管郑和船队出海有这些隐隐约约的国内政治和西方威胁的因素，但船队所执行的皇帝旨意却是十分明确的。这就是：向西洋诸国宣示中国的富强，让他们在朝贡的名义下同中华帝国贸易来往。顺从者抚慰之，不恭者擒拿或击败之，力图以恩威并用的方法使他国，畏服，这是中国传统政治在这次海外远征中的生动体现。

明朝宫廷采取这样的政策是容易理解的。只有为了直接的政治目的才值得用2万多人的船队去海上冒险，也只有以河清海晏为目的的政治才能使海上的航路打通之后，不把和平航行变成征讨或海上掠夺。富有天下的皇朝的金银珠宝已经堆积如山，朝廷已不指望靠武力从海外得到巨额财富，只有在政治上畏服中国的前提下，大明帝国才能与海外番夷进行贸易。这时候，海外诸国稀罕的珍宝禽兽便作为中国声威播于四海、四夷来朝的象征，送到中国的土地上。显然，在郑和船队如林的帆影中，洋溢着这种传统政治的理想色彩，贸易的目的退居于次了。这种政治统率商业的情况是自秦始皇以来的传统。官府作为统治者的代表，不但掌握着社会中最大的、关键性的手工业工场的生产，也掌握着盐铁等关系国计民生的致富物资的贸易。民间的资本不可能靠经营商业而成为足以与朝廷抗衡的社会力量。朝廷自己掌握的商业由于享有无可争辩的特权（代表朝廷，进而代表天下）而不存在任何经营上的竞争对手。所以，科学技术的成果在这里没能得到最有效的应用，海上探险的发现也不会改变官方掌握的贸易的基本方向。官方的商业依靠政治上的优势获得经济上的优势，而并不依靠开拓新的贸易地域获得经济上的优势。即使是民间的商业依靠技术获得了经济上的优势之后，朝廷也会用政治上的优势来剥夺、限制它。

郑和伟大的航行圆满地达到了它的政治目的。在郑和年老之后，朝廷以经济的原因取消航行，因为从经济上来看，如此庞大的船队长年漂洋过海在贸易中取得的利益远远小于它自身的耗费。何况后来从政治方面来看，对明朝威胁最大的已不再是中亚气息奄奄的帖木儿帝国，而是临近北方长城一线的蒙古部落。对科学史来说，十分遗憾的是朝廷在停止远航活动后竟销毁了郑和航海的部分档案，可见当时明朝的上层统治阶层已经失去了永乐年间的雄伟气魄，转向经济上的计较和消极的和平主义。

从历史上来看，中国人在宋代最早获得放帆大洋的权利，元朝时忽必烈曾经试图向海外的日本和爪哇扩张，但一场风暴使元朝军队在日本海岸遭到了覆灭。明朝郑和的船队在当时世界上最先进的海上技术武装下出现在海洋上，规模盛大，影响深远，它大大增加了中国人对印度洋沿岸世界的认识，开阔了中国人的眼界。随郑和出洋的马观写了《瀛涯胜览》，费信写了《星槎胜览》。这些书和那些随船队远行的人们的经历与传说在社会中激起了巨大的反响。自此之后，中国东南沿海一带的海上私人贸易兴盛起来了，这里的居民开始一批一批地迁居南洋诸岛国，中国文化开始向这个地区渗透，这实际上为中国向海外发展开创了一个最早的机会。当西方殖民者和商人来到南洋诸岛时，中国移民已早于他们在这里扎下了根。中国人的优势很明显：在数量上超过了欧洲人，而且具有同自己的祖国更近的距离。但被天朝政治思想支配的中国明王朝并没有一直鼓励海外移民的政策，这些人的海上开拓事业和商业贸易活动不得不靠自身的力量勉强支持。总的看来，明清两代都对私人海外贸易和移民采取了限制政策。朝廷采取这一政策的理由是它要对国家安定负责，能使依靠大陆经济生存的朝廷改变海外政策的只能是海外出现的危及它生存的力量。实际上，早在明朝，日本的浪人和武士便随着两地贸易关系的加强来到中国的海岸从事海盗式的掠夺。日本社会中也出现了资本主义的萌芽。中国明朝的将军戚继光（1528～1587）在驱杀了这些海盗的同时，在海边要冲地带和辽东一带加筑了新的边墙。这个时期曾参与剿平日本海盗军事的郑开阳（生卒年不详）曾绘著了《万里海防图论》及日本、安南、朝鲜、琉球等一带的海图，相对于中国古代的大陆地理著作，这是新的内容，但它也反映了中国人在海洋上依然采取了大陆上的防守战略，没有沿着郑和时代的航道向海上强国发展。另外，和西方国家相比，中国人并没有过多地参与海外掠夺的海盗事业。严格的户口制度和海禁政策保证了安定，遏制了同追求金钱的恶欲凝结在一起的原始资本主义的生长，成熟的中华农业文明和传统的政治经济和文化观念作为强大的历史惯性力拖住了中国，使之不能积极参与蔚蓝色海洋上血腥的资本主义争夺活动。中国在明清时代保住了伟大的古老传统，并且最后迎来了最野蛮的外部打击和最痛苦的内部挣扎。

朝廷保守的海洋政策也可能消灭了中国科学革命的若干契机。明代人茅元仪（1594～1644？）在他于1621年出版的著作《武备志》中保存了有名的《郑和航海图》。如果宫廷的航海档案不被销毁并能向研究者们开放，中国人有可能从以上材料中记录的从赤道至北半球不同地区的北极星的不同高度，确切地推测出地球的形状来，使汉代张衡的朦胧猜想变得更加可信。当然，这只是一种假设的可能。事实上，由于中国传统文明本质上是农业文明，中国人重视土地甚于海洋，不如航海民族和商业民族那样喜欢海上探险，因而这种假设很难成为事实。

经济、技术的进步和困境

从朱元璋以猛治吏和以宽治民的政策开始，在明朝长达375年的历史中，随着土地和财富的集中和官场中腐败程度的加剧，商品生产也得到了相应的发展。这两种趋势是社会生活中两大股交汇的漩流，一同在历史的坐标中向前延伸。

明朝前期除了调整土地、兴修水利、鼓励农耕等农业政策外，对私人手工业经营和开矿也放宽了限制，甚至官营工场中的手工业工人在完成规定时间的工作外也可以在业余时间里干自己的活，得到一些额外的收入。经过一二百年的发展，明朝的商品经济便超过了以往任何一个朝代的水平。在明朝中后期发生的张居正（1525～1582）改革便反映了这一进步。掌握朝政达10年之久的张当时曾起用水利专家潘季驯（1521～1595）治理了黄河、淮河和运河，还在赋役政策上采用了一项新的措施——一条鞭法。按这种办法，把原来按户口和人丁派役的方法改为按丁、粮派役，税款、粮赋、劳役一律折为银两征收，朝廷有事再用银雇人承担劳役。这一改革能以实现，说明当时一般老百姓已经能够以银代赋税和劳役了，或者能在劳役中挣回一部分朝廷的银两了。商品货币经济之盛可想而知。一条鞭法是传统社会商品经济发展的产物，它反过来又促进了商品经济的发展，松弛了农民和手工业者对政府的人身依赖关系，使银钱成了封建社会内部生产关系的润滑剂。只是在官僚制度下，这种措施在各级官僚中间导致的第一个结果便是贪污之风日盛。这种商品经济的繁荣和官僚集团的贪污腐化过程的同步化发展趋势似乎成了社会经济和政治生活中的一对双胞胎。但是，无论如何，明代社会生活中出现了一系列前所未有的新现象，最重要的当属微弱的资本主义生产萌芽了。因为它的命运和科学技术在中国社会中的发展前途有关，也与中国社会能否从传统的经济和政治轨道中走出来有关。

早在宋代，反映典型的中国农家生活的著名的“耕织图”就表明当时技术的发展已能使农民家庭的手工业生产达到相当的规模。家庭手工业的普遍发展正是私人工场手工业产生的技术基础和社会基础。随着家庭手工业发展步幅的加大，农业生产出现两个重要的变化：一是技术的进步，它是社会中一部分人离开农业耕种转向专门的手工业生产的保证；另一个是经济作物的种植数量增加，它为手工业生产提供充分的加工原料。明代在这两方面的进步都是明显的。

明代的农业工具——犁锄杈镰和水车等已十分完备，农业生产技术和经验更加丰富，北方种稻在宋代已经开始，但明代的南方又开始大量播种双季稻和三季稻。甘薯和玉蜀黍（玉米）等高产作物在北方种植的面积扩大了。粮食的相对充裕使河南、河北、山东和两淮地区普遍大面积种植棉花。在南方松江地区200万亩的垦田中甚至有一半以上种植棉花（《农政全书》），农民以织助耕，有的地区达到“十室之内必有一机”（《天工开物》）的水平。工匠们在明代把旧的织布机改成了效率很高的“改机”，农民中出现了一部分专以织布为业的机户，另一些农民则专门植桑养蚕，以供丝织手工业之用。由于明朝从海外传入了墨西哥的烟草，烟草种植业也很有兴旺气象，明末已有大量人吸烟，但烟草手工业却还没有出现。这大概是惟一的耗损农业耕地却没有促进手工业发展的行业。当然，烟草在商业方面的重要性是显而易见的。除了棉丝纺织业方面的家庭工场和私人专营工场外，明代在采矿、冶金和陶瓷等行业都出现了规模甚大的民办工场。在全国最有名的江西景德镇瓷窑中，有58座官窑，900多座民窑。在官办和私营的丝织、造纸、浆染、榨油、铸铁、制瓷等行业的工场和作坊中，都有被雇佣的专门出卖劳动力的日工和月工。

当民间有了新的财源和富户之后，朝廷自然会增加新的税目，各级官僚也不会放弃中饱私囊的机会。这样，社会矛盾也就出现了。由于民间手工业规模的扩大，在明代反对朝廷和官府的斗争中就不仅仅是传统的破产农民中的“流寇”和饥民了，而出现了所谓“矿盗”、“炭党”、“蓝徒”，他们实际上都是工场工人中的反抗者。明代手工业行会中的工人和城市居民反抗官府的矿监、税监的斗争曾多次爆发，这是中国历史上首次出现的值得注意的城市工商业者反对专制官僚统治集团剥削的斗争，正是资本主义即将兴起的一缕晨光。

但是，由于中国城市中工场手工业者和商人没能通过海外贸易来寻找新的经济出路，因而他们的事业仍然被限制在大陆农业经济的范围内，无法取得冲击这个传统经济的强硬有力的开放性经济支点，进而在强大的皇权和专制官僚统治面前争取政治上和经济上的权利，这种皇权和官僚统治正是遏制民间资本向海外发展的主要力量。这样，随着农民和地主的经济和政治矛盾的总爆发，中国城市中新生的资本主义生产方式萌芽便在整个社会破坏性的历史大震荡中被摧折了。而且，即使没有这样的历史大震荡的摧残，也很难想像它会很快长成自由资本主义经济的大树。

旧知识和新知识

明代的科学和技术知识在宋元的基础上还没有发生重大的革命，因为当时的社会经济生活还没有使社会对科学技术进步的需要变得足够强烈。但这个时代的几项重大科技成果在中国科技史上无疑具有极重要的地位，它们反映着明代科学技术在当时社会中依然如旧的总处境，也表现了中国传统科学技术在原有范围中的成熟性发展和向一个新的转折点的逼进。

除了前面已经叙述过的许多技术成就，还有一部集中地全面反映明代农业和手工业的鸿篇巨著——《天工开物》。这是博学多才的学者宋应星（1587～1666）写的。宋应星28岁在南昌得中举人，此后曾在八股文考试中五次进京，但均未高中，做过低级官吏。他后半生对技术的热情和献身精神远远超过了对仕途的追逐。他潜心研究并于1637年撰成的《天工开物》是继战国时的《考工记》之后出现的又一部技术巨著，是中国社会出现资本主义萌芽时的一部伟大的农业和手工业技术百科全书。宋应星在《天工开物》序言中表明他写此书的目的是让一般的士人了解更多的实际的事物。这是针对当时的知识分子重经文而轻格致之学和技艺而写的一部著作，因而作者也指出这是一部“大业文人弃掷案头”、“于功名进取毫不相关”的书。该书出版后曾在明末清初风行一时，并使作者在身后获得了世界性的声名，但在清朝乾隆时代以后被中国社会所冷落。《天工开物》在传入日本后受到了欢迎，逐渐被译为日、法、德、英等文，被外国人视为中国技术的百科全书。据此书和明代各类文献资料以及大量遗址和遗物可知，明人已经采用火药爆破法采矿，用竹管吸排煤矿中的瓦斯气，发明了焦炭以冶铁，冶金炼钢法有了改进，并最早开始炼锌。在冶金技术方面广泛采用了鼓风的活塞式木风箱，并用木铁结构的机车在矿山运料。与纺织的改进和推广联系起来看，明代后期手工工场中的机器已经相当复杂，机器的手工制造工场已有相当大的规模。

如果比较一下宋应星所处时代欧洲的手工业技术就可以看出，中国和欧洲的技术水平当时是相近的，并没有拉开很大的距离。因为当时在欧洲发表不久的著名技术著作是意大利人毕林古齐（1480～1530）的《烟火术》（1540年发表）和德国人阿格里柯拉（1490？～1555）的《金属学》（1556年发表）。这两部书比《天工开物》早七八十年，但它们所反映的技术水平是相近的。惟一不同的是：从宋应星的书虽然可以看出中国传统的技术正在向一个新的进步阶梯逼进，但由于中国社会经济生活中缺乏一种推动力，这个技术上刚刚出现的进步趋势在逼进临界点时停止不前了。中国人的技术发展没有走向变革，宋应星的书不是攀登新的技术阶梯的垫脚石，而变成了一个历史总结。而在欧洲，科学则大踏步地发展起来，从而最后和技术一起汇成了一股科学技术全面进步的浪潮。关于这一点，值得提到两个有代表性的人物，这就是比宋应星大23岁的意大利人伽利略和在宋应星辞官回乡隐居（1644年）时刚刚两岁的牛顿（1642～1727）。

中国传统的医药学在明代有一个辉煌的里程碑，它是由湖北人李时珍（1518～1593）树立起来的。李时珍出身于一个世代医家，试图求仕，14岁时中秀才，但其后三次乡试都未中举。在心灰意冷中他同科举仕途告别，投身于先辈的行业，并把毕生精力花费在药物学研究上。他的勤奋和天才使他成为名医和中国古代最伟大的药物学家。李时珍的190万字的《本草纲目》是研读前人书籍的读书心血与千百次采药行医的经验结晶。在介绍该书时，他写道：“唐宋本所无、金元我明诸医所用者，增入三十九种，时珍续补三百七十四种，虽曰医家药品，其考释性理，实吾儒格物之学，可裨《尔雅》、《诗疏》之缺。”（《本草纲目·凡例》）此书在作者去世三年后出版，迅速在中国、日本、朝鲜、越南和欧洲流传。李时珍的书在药物的数量和对所载药物的研究方面都超过了《神农本草经》以及唐代官方的《新修本草》。明代在医学方面还有三位有创新思想的人。元末明初的江苏昆山人王履于1368年写出《医经溯洄集》，指出了温病（传染病）与伤寒的区别，开始了中医对传染病的认识。明末的江苏吴县人吴有性（1592～1672）在各地行医的过程中对传染病作了专门研究，写出了《温疫论》一书，为中医温病学说奠定了基础。另一位江苏南通人陈实功（1555～1636）则是一位外科专家，1617年写成著作《外科正宗》，他能把切断的喉管缝合起来。他们给传统的中国知识宝库中增加了新知识。另外一件重大的医学发明是明朝隆庆年间（1567～1572）安徽太平县一带的民间医生发明的预防天花病的人痘接种方法，开始向全国传播，这无疑是高出当时世界上任何地区医学知识的免疫学大发明，反映了中国传统医药学的坚韧生命力。

显然，只有在一个世世代代以农业种植为生的农业民族中才可以产生李时珍这样的医学家和药物学家。中医中药学与中国的农业文明同根相连。任何一个民族同疾病作斗争的条件和技术总是建立在其地理环境和社会生产所提供的基础之上的。中国的汉族医药学与藏族、蒙族以及所谓西医的区别都是历史上的生活环境和生活条件所造成的。在古代，它们的区别并不明显。但在李时珍的时代，西方医药学的发展已经出现了新的势头，李时珍则致力于一个古老的医药学体系的完善。

明代音律学方面的大师是朱载（1530～1610）。他因发明著名的十二平均律而闻名后世。朱载是明仁宗（永乐皇帝之子）庶子郑靖王的后代，是王族中有继承王爵地位权利的一个王子，但他对这一特权地位毫不留恋，却迷上了乐律学的研究。为此万历皇帝给他赠了写有“让国高风”的匾。古代的“三分损益法”，西汉人京房、隋代人刘焯的工作，尤其是南朝人何承天的工作等，是朱载工作的基础。何承天曾企图完善地解决这个问题，他把三分损益法计算后出现的差数平均地加到了12个律管上，给朱载的研究提供了一个基础。朱载在长期的钻研、实验和计算后终于成功地解决了这个问题。他找到了一个公比为122的等比级数，按照这个公比给出的级数使弦或律管上相邻两律的频比完全相等，并且使比基音高八度的音频正好比基音高出一倍，从而成功地发现了声音振动和弦的长度变化之间的一条规律。这是音乐史上的一件大事。朱的成就反映在他写的《乐律全书》中，这套全书包括13部著作，内容涉及乐律、算学和历法。

明代完全具有新特色的一个人物是徐霞客（名宏祖，1586～1641），他是纺织业最发达的长江三角洲地区的江苏江阴人。他的家乡是资本主义萌芽最为旺盛的地区，人们思想相当活跃。徐霞客与前述人物不同的是他从小便对科举入仕不感兴趣，而立志周游名山，考察地理。他的母亲甚至专为儿子缝制了一顶远游冠，并且是他归来时叙述异乡新事物的热情听众。他的著作《徐霞客游记》中最有价值的是对熔岩地貌的考察和研究。他大概是第一个用自己的钱财为资而献身地理地貌学的中国人。徐霞客没有为科举考试而去适应八股文的格式，所以，“他的游记读起来并不像是17世纪的学者所写的东西，倒像是一位20世纪的野外勘测家所写的考察记录”。

最后要提到的一个明代技术成就是计算技术方面的进步：1450年，浙江人吴敬积20年之功完成了《九章算法比类大全》，其中有许多新内容是关于商业数学的。另外，春秋时中国古人发明的筹算方法，在明朝时被新发明的算盘珠算法所全面取代。算盘在南宋时已经被民间的算学家所发明，元代的一些商栈中已经应用了算盘，元代末期陶宗仪在1366年写的《南村辍耕录》中有关于珠算盘的明确记载。明代商业和贸易活动繁荣以后，算盘算法便在全社会全面推广开了。在程大位（1533～?）于1592年写成的《算法统宗》中，595个应用题全不用筹算而用珠算解出。

中西合流的科学趋势

明朝建立后才一年（1369），麦加人马德鲁丁和他的两个儿子来到中国，精通天文的马德鲁丁被任为钦天博士。他的儿子马沙亦黑和马哈麻后来也任回回司天监之职，并翻译过《回回历法》和《明译天文学》。中国和阿拉伯世界的学术联系在明代相对削弱了，但并没有中断。

到明代后期，中国的科学技术已相对于欧洲落在后面，不过这一时期欧亚大陆西方和东方的学术联系也开始了。由于欧洲在1517年开始了路德领导的宗教改革，新教势力在各国蔓延，天主教会不得不采取措施应对。1534年，天主教信徒、西班牙贵族依纳爵·罗耀拉（1491～1556）创建了耶稣会，1540年得到罗马教会批准，开始派大批教士到世界各地传教，扩大天主教势力。一大批耶稣会教士来到了中国。这也正是欧洲科学革命兴起的时期（以哥白尼于1543年发表《天体运行论》为标志）。这些传教士大都是饱学之士，对欧洲当时发展中的技术成果和科学发现了解得很多。其中最早于1582年来到中国的意大利人利玛窦（1552～1610）带到中国的世界地图（《万国全图》）。就立即在士大夫阶层中引起了震动，中国人开始了解远西诸国的情况和五大洲，知道了中国在地球上的位置。

明朝的大科学家徐光启（1562～1633）正生活在这个时代。徐出生于上海一个小商人兼地主的家中，于42岁时在南京入了天主教，次年中了进士，在明朝宫廷任翰林院庶吉士，后来升为礼部尚书兼东阁大学士、文渊阁大学士等。徐的经历说明他是一个受到了欧洲文化影响的传统知识分子。他在科学上的活动也具有继承传统学术与接受欧洲学术两个方面，因而使他成了中国科学技术史上一个划时代的人物。

徐光启最重要的著作是《农政全书》。这本书大部分是转录先代人和同代人已经出版了的文献，他自己写的约占1／8，这是一部着力总结当时农业技术的汇集性著作，是中国古代十大农书中的佼佼者，也有相当高的科学史和技术史价值。书中记述了他自己将南稻北移、在北方培育优良稻种的情况。

徐光启在明朝宫廷当官时，有许多耶稣会的教士们来到北京活动，企图取得崇祯皇帝对他们传教活动的支持。徐光启这个已加入天主教的中国显官和他的同僚李之藻（1566～1630，浙江人，基督徒）等人对耶稣会教士们的自然科学知识十分感兴趣，因而与他们来往密切，推崇备至。当崇祯帝命令编写新的历法时，徐光启和李天经（1579～1659）聘请了龙华民、邓玉函（瑞士人，1621年来华）、汤若望（德国人，1622年来华）、罗雅谷（意大利人，1624年来华）等欧洲传教士参加，于1629～1634年编出了《崇祯历书》。在这本历书中，传教士们采用了第谷·布拉赫（1546～1601）的宇宙体系，介绍了托勒密的本轮—均轮系统，引用了哥白尼、伽利略、开普勒（1571～1630）等人的一些天文数据和资料，明确引入了地球的概念。但由于耶稣会教士们对哥白尼理论的偏见，他们没有讲到哥白尼的宇宙体系。另外，由于在开普勒于1609～1619年间发表太阳系行星运动三定律之前，他们中已有人离开欧洲来到了中国，也有人是在此期间或略后一些时间离开欧洲来到中国的，所以《崇祯历书》对开普勒的伟大发现也没有介绍，只译出了开普勒《论火星的运动》一书中的部分材料。但总的说来，《崇祯历书》已突破了中国传统天文学的范围，引入了许多新的概念，应用了一些新的计算方法，使中国已临近枯萎的天文学老树获得了新的水分和养料，有了抽出新叶嫩枝的可能性，甚至有了产生一次天文学观念革命的可能。在天文研究的同时，徐光启开始制造望远镜。望远镜是1608年由荷兰眼镜商汉斯·利佩希发明的。中国汉朝时有了用聚光镜取火的记载（王充《论衡》），明末苏州的制镜业已很发达。徐光启召集了一些民间巧匠，在他去世后，由后继的历局主持人李天经负责，安排人专门制造，望远镜出现了。

徐光启还开始了另一项比《崇祯历书》的编写更重要的工作。这就是他和最早来中国的耶稣会传教士利玛窦翻译出欧几里得《几何原本》15卷中的前6卷，这是中国最早正式翻译出版的西方科学著作，是通过通晓中文的利玛窦口译、徐光启笔述而完成的。除《几何原本》外，他们还合译了《测量法义》、《泰西水法》，徐还写了《测量异同》和《勾股义》。毫无疑问，这种最初的翻译没有任何字典可以查找，它全凭两位译者自己头脑中的知识。利玛窦为了翻译和西人学习汉语的方便，于1605年在北京出版了他写的《西字奇迹》一书，这是中国第一个拉丁字母的汉语拼音方案。徐光启在当时已经看出，几何原理“举世无一人不当学，窃意百年之后，必人人习之”。

在完成这部分翻译工作之后，徐光启的同僚李之藻与利玛窦合作，翻译了介绍西方笔算方法的《同文算指》。另外，他们还编译了其他一些欧洲人的数学和天文学著作，并极力在朝中士大夫中间宣扬西学之长。徐、李二人成了中国知识分子中间第一批把目光投向遥远欧洲的科学世界的人，因而，他们的事业也构成了中西科学发展的一个历史交叉点。徐、李二位大官的提倡推动了一部分士大夫的仿效。经瑞士人邓玉函（伽利略的同学）口述，王徵笔译了《远西奇器图说》；经汤若望口述，焦勖笔译了《火攻揭要》。清初，南怀仁（1623～1688，1659年来华）编译了《神武图说》。自此，传入中国的欧洲新知识已有：欧氏几何，算术笔算法，对数（由1646年来华的波兰人穆尼阁（1611～1656）在南京传给从他学习的薛风祚，薛编成《比例对数表》），三角学，地球的形状和世界地理，望远镜知识，重心、比重和杠杆原理，滑车和轮轴、斜面原理，火炮铸造、运用、安置及子弹和地雷制造技术等。处于末路穷途的明朝万历、崇祯两朝的皇帝和官僚们对待基督教和西方的科学技术倒不存在太多的偏见。利玛窦在当时的士人中很受尊重，有人赠言赞他为“西极有道者，文玄谈更雄，非佛亦非老，飘然自儒风”（《西字奇迹》），他后来通晓中国历史，能写一手漂亮毛笔字。汤若望和南怀仁被任命为明朝铸造铳炮的设计者，崇祯皇帝在明朝灭亡前甚至任命汤若望负责采矿工作。一大批传教士纷纷在明末涌入中国，这些都是与伽利略同时代的人。当时欧洲的科学技术发展正在加速，进行着从哥白尼到伽利略、从开普勒到牛顿的革命，中国人已有幸紧步其后。当时欧洲殖民帝国还没有力量以军事手段侵略和侮辱中华帝国，或许这个古老国家可以在自尊自立的情况下步入近代。但是正在这个时刻，中国的社会已病入膏肓，并且临近发作了。明末一场可以预测但不可避免的历史大变乱改变了皇帝以及所有外国传教士和中国士大夫们的命运。

总的看来，明代中国社会的经济、科技和文化旧母体中曾慢慢长出一些新的文明枝叶，明代前期曾试图从传统的大陆政治基地上走向海洋，后期开始接受距离遥远的西方文化和科学技术。但在当时世界文明进步的历史坐标上，中国社会的历史包袱也日益沉重了。统治阶层在政治上的腐败和保守的传统经济模式遏制了社会生活中产生的新活力，历史中的保守趋势从整体上压倒了进取的趋势。由于发达的农业文明和潜伏于这种文明之中的周期性的土地集中、人口增长、经济危机、政治腐败和天下大乱，整个社会无法有效地吸收和利用它自身创造的科学技术成果。具有进步性质的科学、技术、文化方面的新生事物产生是艰难的，发展是不健康的，中国坐视着欧洲的进步和向全世界的殖民扩张，并在消极地等待着近代资本主义对古老东方的未来冲击。

在叙述西方科学技术于明末大批传入中国的同时，还应该通过更大的历史跨度来看一看东西方的技术文化交流。自从西汉张骞于公元前115年打通丝路以来至郑和航海的明朝前期，中国的科学技术在整体上始终处于古代世界的最前列。在这1500多年的时间内，从中国经中亚和海路传到西方和中国周围各国的技术发明曾对亚洲和欧洲文明的发展起到了极其重要的作用。根据李约瑟博士的研究结果，从汉代至明代从中国辗转传向西方的中国古代伟大发明包括缫丝、纺丝和调丝机（远古发明）、平放织机（也可能是印度的发明）、提花机（商代发明）、铸铁技术（春秋时开始采用）、弩（战国时发明）、石碾（汉代前发明）、水力石碾（汉代发明）、船尾方向舵（汉代出现）、水排（汉代发明）、龙骨水车（汉代发明）、风扇和簸扬车（汉代发明）、纸（汉代发明）、瓷器（汉代出现）、风筝（汉代出现）、独轮车（三国时发明）、马蹄铁掌和马镫（三国至晋代发明）、火药（唐代发明）、雕版和活字印刷术（隋至宋时发明）、活塞风箱（宋代发明）、高效的车马系套方式（宋代发明）、走马灯（宋代发明）、指南针（宋代发明）、游动常平悬吊器（宋代发明）、水密封船舱（宋代发明）、深钻技术、铁索吊桥、高效动力帆、弧形拱桥、竹蜻蜓（明代发明）……欧洲人在他们的生产和生活中吸收了古老东方的这些伟大发明，在他们那块多民族林立的土地上开始了新的技术创造。从元明时代开始，欧洲的科学技术发展速度加快了，中国逐步由先进的技术输出国变成了潜在的技术输入国，欧亚大陆两端的伟大东方古代文明和近代欧洲文明的天平开始偏向西方。这种趋势一直持续到1840年前后，中国在技术上逐步落后的结果突然暴露在国人面前，以致使人们改变了对整个世界的看法。

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