文化简史——三国两晋南北朝科技

玉瓯金瓶的裂分

中国历史在黄巾军同东汉统治集团军队的搏斗中暂别统一，于公元220年进入了暂时的三国鼎立时代。曹操（155～220）的军事政治活动为北方的魏晋击败南方的蜀、吴奠定了基础，但代魏的司马氏建立的西晋（265～316）却是一个短寿政权：司马炎为加强本族势力恢复了分封制，但和周代相比，中国社会经过秦汉文明的涤荡，技术有了长足的进步，交通更加发达，汉族人的文化已经密切地融为一体，社会的经济生活已经建立在新的基础上，社会上层的政治观念也完全改观了。所以，晋的分封已不能起到建立中央王朝藩屏的作用，反而直接树立起向中央王朝挑战的潜在力量。更为可悲的是，从曹魏手中夺过王位的晋政权的上层一开始就在生活方面腐化起来。在司马炎的白痴儿子惠帝继位不久的291年，发生了司马氏诸王相斗争权的八王之乱。这场变乱消耗了王侯们的力量，导致了社会上不稳定力量的连锁反应。

居住在中国东北、华北、西北的匈奴、羯、鲜卑、氐、羌等五个胡族乘机起来反抗西晋的统治，大批汉人流民被卷入各支队伍中。西晋政权土崩瓦解，中国北方各地先后崛起由五胡贵族建立的16个国家，西晋的一个诸侯王司马睿（276～322）靠一部分随行南下的亲贵和南方豪门士族的支持建立了东晋，与北方五胡政权并立，称为东晋及十六国时期。

北方的前秦于公元376年间短期统一了北方，但当它试图拿下江南时却于383年在淝水吃了败仗，北方复乱。接着，一支在山西兴起的鲜卑贵族势力——魏崛起，于439年重新在北方建立了一统政权。这时，淝水之战的胜利者——南方的东晋已于420年在农民起义和内乱中改朝换代，掌握实权的大将刘裕废东晋，建立宋朝。北魏和宋朝的建立标志着相对稳定的南北对立局面开始，这便是所谓南北朝时期。

北朝北魏的统治达148年之久，于534年分裂为东魏和西魏，一二十年后两朝皇帝换人，国号分别改为北齐和北周，577年北周灭北齐后又统一了北方，581年杨坚（541～604）代北周后开始倚北方之强大人力物力谋划统一中国。

南朝自420年宋建立后，在动乱和暂时平安中经历了宋、齐、梁、陈四个皇朝。最后一个帝王陈后主于589年成了杨广（569～618）带领的北方军队的俘虏。中国历史又从政治上的分裂走向了统一。

长城的缺口

从中国历史上看，自从传说中的炎帝、太、黄帝三大部落在战争后融合成为华夏人以来，前述时代是中华民族的第二次大融合。这种融合的发生一是由于中原地区农业繁荣对塞外游牧民族在经济、技术和物产上的吸引，二是由于中原社会演化中的政治经济崩溃为塞外民族大规模南下提供了机会。

在铜器时代，华夏文明和塞外民族的游牧文明之间还没有发生强烈的相互吸引和对抗，那时他们双方都还没有足够的力量和技术手段把发展的目标放在各自的边界上。中原地区首先进入了铁器时代。秦始皇时代的长城标志着中原华夏人的文明在铁器时代到来之后进入了一个新纪元，华夏文明已确认了自己的优越性。汉武帝的开边标志着这个文明在强大时有愿望并有力量向外扩张。然而，同世界上所有古代文明一样，这还不是一个具有持续稳定进步发展力量的文明，它的政治、经济制度和技术、文化基础决定了它的前进要以退步为代价，崛起要以衰落为补充，大治要通过大乱来达到。东汉末期，虽然由于匈奴民族的部分西迁缓和了中国北方的压力，但中原地区在东汉末人口锐减和政治分裂的情况下减弱了在经济方面的对外排斥力量，北方民族得以以和平方式在长城内外地区过上半农半牧的相对定居生活，从而向中原的铁器文明靠拢。在中原政治和经济稳定的情况下，这个以铁器和农业为技术基础的社会是一个中心，北方民族那些在技术上落后的部落和小国，开始在政治上不平等的条件下同先进的中原地区在经济和文化方面交往杂处。但当中原政权被社会内部的矛盾和战乱摧残后，政治余威消耗殆尽，这个先进的铁器文明也就自然变成了被劫夺的财富。北方民族不再忍受附属于一个糜烂无能的政权的地位，他们的骑兵便在长城内外集结起来，并在中原扬起烟尘。由于已经有了经济生活方面的长期接触和文化上的联系，北方汉人视他们为外族，但绝不视他们为入侵的敌人。所以，那些被中原的统治者剥夺的一无所有的人们把胡族看成解放者而加入他们的军队，那些对胡族怀有民族成见的人与其冒反抗的危险，还不如成为顺民，而那些晋朝的王族豪门的命运之星便到了西沉的时候。

这场北方胡族对衰弱的西晋政权的冲击，在激起一次历史大动荡后逐步向一个新的平衡状态恢复，在有大批汉人参加的胡族军队推翻西晋政权建立起以胡族为主要统治者的政权之后，汉时边疆民族和汉人隔地而居的状况被完全的杂居所代替，中国北方发生了各胡族和汉族在习俗、语言方面的融合，边疆民族的牧业知识和特殊的风俗给北方汉人的生活中添加了新气息，而边疆民族的主要部分则在这个融合过程中被历史裹入了汉族文明的洪流之中。首先是作为统治者的胡人贵族，接着是一般民众，被汉族的文化所征服。这是不可避免的文明融合过程。塞内土地肥沃，有灌溉之利，技术发达，汉族人的数量占优势，而且他们是先进生产方式的代表者。少数民族要放弃自己的游牧生活方式而进入定居的农业文明，同汉族文化融合在一起便是最佳的选择和历史捷径。塞外民族不可能在已经经过了农业开发的中国北方保持原来的游牧生活方式。在政治方面，任何一个少数民族的统治者也不可能长期地用自己还不够发达的语言和原来的文化长久而安定地统治中国。根据古代史书，远古时的氐、羌与神农氏炎帝的部族同出一支，而匈奴则同黄帝部族和夏人同出一支，鲜卑的贵族也称他们是黄帝之后。根据五行学说，黄帝以土德而王，建立北魏的拓跋氏的姓便是土的意思。由于相信黄色的土为万物之元，拓跋氏改姓为元，其他一些鲜卑贵族则改姓为于、贺、楼、尉、穆、陆等。

不用说，这次融合也是痛苦的，是在一连串民族矛盾和社会矛盾的交叉爆发中进行的。不少平民百姓在动乱中付出了代价，而一部分汉族和胡族贵族也为之丢掉了他们的地位、财产甚至头颅。最后，经过300多年的时间，一个新的中国北方民族和文明掩埋了以往的一切纷争。

在北方发生民族大融合的时候，南方也发生了重大的变化。北方大量的人民最初在战乱的逼迫下南迁，成为涌入南方社会的侨民。由于处于和北方的对立中，各代南方政权对蛮、僚、俚、越、爨等少数民族的力量给予了更大的重视，南方少数民族同汉人在经济生活和文化方面日益接近，南方地区的农业、手工业和贸易事业有了进一步的发展。

战乱时代的技术

在各种政权对立的局面中，社会由于竞争和战争的压力而产生发展新技术的需要，因为备战和开战时都需要准备大量的物力和新的作战机器，新技术会在战火中产生，即使在战乱之后的废墟上，它的幼苗也会在某些地方不时顽强而茂盛地生长起来。三国时曹魏的博士马钧（陕西人，生卒年不详）发明了能把砖瓦和石块抛射几百步远的抛石车，这对攻击城头敌人是威力强大的武器。马钧在看到蜀国丞相诸葛亮（181～234）制造的连驽（谓之元戎驽）之后认为，“巧则巧之，未尽善也”，对它作了改进。他还大大改进了当时的织布机。比他早半个世纪的东汉人毕岚曾发明一种叫翻车的木质机械用以洒道，马钧则将这种翻车改进为后来被普遍应用在河边为农田灌溉抽水的龙骨水车。这是一个了不起的发明，具有很高的实用价值，因而也具有很强的生命力，它是水泵发明前世界上最先进的提水工具之一。另外，据当时的文学家傅玄的记述（《全晋文·马先生传》），马钧一次在朝房里和高堂隆、秦朗二人谈及指南车时，高、秦认为古书上关于指南车的记载是虚构的。马钧则坚信古代有指南车，只要肯钻研，是可以造出来的。高、秦二人于是奏准魏明帝，下诏命马钧造指南车。在235年，马钧制成了靠木质齿轮系统在行进中指示固定方向的指南车。根据这段记载，前代已有人制出过指南车，正是别人不相信，马钧才制造出来让他们看（也许马钧只是由于迁就当时人们的厚古心理而把自己的创新托于古人的名下，不过当时人们对于这样的高技术似乎只是抱着一时欣赏的态度，而没有准备研究和应用它）。实际上指南车也只是对机械的发展有启示作用，在陆地上行走和活动根本不需要这样复杂的方向指示器。三国时另外一项发明是蜀国人蒲元发明出来的独轮车——木牛流马。这是一种适应于崎岖山路小道上由人来推行的轻便的运载工具，诸葛亮首先在军事运输中采用了它。这一发明后来在没有通衢大道的丘陵和山区得到了广泛应用，它在平原地区的短距离转运中也有用处。但在中长距离的运输中，牛车和马车仍然是最重要的工具。生活于魏晋之际的刘景宜发明了一种水转连磨，用中间的一个巨轮带动周围8个石磨，这可算是相当先进的农产品加工机械了。

东汉末以来频繁的战争使攻防武器有了显著的进步，除了连驽、大驽、发石车的发明之外，钩车、撞城车、鲁班时就发明了的攻城云梯、火攻车等都有了改进，盔甲比汉代更为坚固合体，箭已由铁簇改为钢簇。刀剑的锻造工艺大有进步。据说东汉末和三国时期曹操曾有五把“百炼利器”，刘备曾令蒲元造“七十二炼”宝刀五千把，孙权则有百炼、青犊、漏影三把宝剑。马镫是这一时期的一个重大发明。中国目前发现的最早的马镫是长沙西晋墓（302）中陶骑俑上的，估计它的发明可能在三国时代，当时将军们在马上厮杀的战斗方式同马镫的发明有关，因为马镫使人和马紧紧地结合在一起，可以全力地向前冲击和战斗。到418年，南朝（宋）的水军将领王镇恶的水军中出现了轮桨船。这是近代西方用明轮击水的轮船的前身。在当时，一系列的技术发明首先成为暴力的助手。东魏残暴的大将侯景在548年洗劫南方梁朝首都建康时就依靠了大批新制造的战争器械攻破了坚城。梁朝大将徐世谱则用轮桨船队在水上抵抗侯景的军队。

刺激技术进步的还有各次战乱结束后的人口锐减、荒田待耕、百废待举的局面。从三国时代到南北朝结束的369年时间里，中国商周时就发明了的制瓷技术已趋成熟，东汉时出现的较粗糙的青釉瓷器变成了美丽的青瓷和如雪的白瓷。当时瓷器制造方面已形成了“南青北白”的局面。新的铁矿、铜矿和其他金属矿山被开采，旧的则扩大了开采规模，在许多朝廷管理的大型冶铁工场中都应用了东汉时杜诗发明的鼓风水排。在制造铁工具方面，工匠们发明了把生铁熔化后浇灌到熟铁上合炼合锻的灌钢法。这种方法可以通过增加熟铁的含碳量来制造出性能更好的各类钢，满足不同钢铁器具对不同性能材料的需要。晋代的能工巧匠们还把西汉时就已发明的磨改进成了由水力驱动的水磨，用以磨粉，这说明农业在恢复之后仍然能够很快提供充足的粮食。无疑，入主北方的胡人贵族要站稳脚跟必须学习农业，发展农业生产，北魏政权曾为此实行了均田政策。在山东当过北魏太守的贾思勰（480～550左右）于北魏时期写了一部十余万字的著作《齐民要术》，这是中国历史上第一部完整的农书，对北方农业生产的历史经验和技术作了认真总结，教导人们按照作物生长规律培育和管理作物。作者写作的原意不是为了留名于后世，而是劝谏北魏皇帝重农，但北魏政权在他身后衰亡下去了，此书却成了中国和世界科学技术与文化宝库中的典籍。

总的看来，这一时期技术的进步并没有使社会生产走上持续稳定的发展道路，这是因为不时爆发的战争在人力和物力方面都是生产的破坏者，它一方面刺激生产和技术的发展，一方面又损毁了生产和技术连续进步的社会基础，并且在战争中直接摧残一部分刚刚出现但还没有在社会生产中扎下深根的技术成果。这个时代的技术成果中的一部分精华对于下一个时代来说，就像羊群连续踏过的草地上散落下的种子，它们的繁盛生长要在下一个春天重新开始。

历史夹缝中的科学

尽管建立统一的王朝对科学的发展有着十分重要的影响，但中国古代科学的发展在很大的程度上并不完全直接依赖于王朝的统一或分立，而直接地依赖于各个时代的社会生活和文化潮流能使多少有才智的人把精力放在科学方面。战争冲击波常常并不直接摧毁科学家的事业，况且战乱的环境中总会留出一些和平安定的时间和空间，也有一些人因为战乱打断了正常的入仕宦途，放弃经学而转向科学。各派宗教交汇的气氛中，科学之树仍然会抽出青嫩的新芽。

三国时的数学家赵爽对先人成果有兴趣，他在注《周髀算经》的时候对勾股定理、勾股弦的关系式、二次方程的解法等都有几何的证明。

数学家刘徽（魏国人），是这个时代出现的一颗科学明星，也是一位世界有名的古代数学家。刘徽对中国最重要的数学经典《九章算术》中的大部分算法作了理论性的论证，首次用无限增加圆的内接正多边形的边数的方法（割圆术）来求圆的周长和面积，把极限概念应用到解题之中。刘徽的成就体现在他的《九章算术注》和《海岛算经》两部著作中。《九章算术注》成书的263年正是魏国大将邓艾（197～264）攻破成都灭亡蜀国之时。《海岛算经》在唐代被列入国家学校的算经十书中。

刘徽用割圆术求得了一个当时世界上最精确的π值：3.1416。中国人在汉朝之前都把圆周率当作3。西汉的刘歆、东汉的张衡、刘徽的同时代人王蕃（228～266，吴国将军）等人都研究了圆周率，但刘徽的数字最为精确［细心的埃及人在公元前1700年以前就取π为（16／9）2＝3.1605，古巴比伦人却取π＝3。刘徽的思想方法与公元前5世纪的希腊人安提丰和阿基米德（前287～前212）的方法都不同，他是用安提丰的方法来解决阿基米德的问题，当然是在不了解他们二人工作的情况下做的。阿基米德算出圆周率在3.1408和3.1428之间。罗马时代的希腊天文学家托勒密得出的圆周率是3.141673］。

刘徽之后，皮延宗（比刘徽约晚100年）继续研究了圆周率。随后，南朝的祖冲之（429～500）用刘徽的方法求得了一个有效数字精确到第7位的值（后来，直到1000年后，阿拉伯人阿尔·卡西（1427年写出《算术之钥匙》一书）和法国人维叶特（1540～1603）才求出了超过祖冲之的圆周率值）。祖冲之受到朝廷重视，参加了当时修订历法的工作，并向守旧的学者和官吏们解释日月星辰的运行并非神怪，而是有形可检、有数可推的自然现象。他计算出的回归年长度只和今天的值相差46秒。另外，对前人已算出的五星会合周期，他也计算得更精确了。这位大数学家也是一位机械专家，他重造了三国时马钧的指南车，制造过千里船和水碓。技术才能和数学才能在他身上完美地结合在一起。祖冲之生前著述甚多，其中《缀术》一书最负盛名。据说他的儿子祖日恒制造了第一个八尺铜表（水平仪），还作为一个数学家修订了父亲编制的大明历，并求出了球体积的计算公式。

刘徽和祖冲之父子的成就表明中国人的数学才能是卓越的。如果历史能够使下一代人在他们成就的基础上连续地研究，就会使数学进入崭新的领域，但古代社会常常不能保证这一点。

在数学方面还应提到北魏人张丘建所撰的《张丘建算经》、北周人甄鸾所撰的《五曹算经》和《五经算术》。这三部书都在算经十书之列。其中张丘建在他的著作中提到了前代的名著《孙子算经》。

战争戕残生命，滋养瘟疫，饥荒减灭人口，也阻止人口增长。在东汉末人口减至2000多万后，这个不安定的时代人口增加的幅度并不很大，而且经常是波动的。直至隋朝时的606年，才增到4600多万。权贵富门求寿，平民百姓求康，医生始终是生命的守护神。魏晋间的名医王叔和（暮年当过西晋的太医令）写成的《脉经》是中国现存最早的脉学专著，奠定了中医脉学诊断的理论基础。他的同时代人皇甫谧（215～282）是当时最有名的民间医学家。在他去世的两年前（280），晋的大将王（206～286）强大的水军船队沿长江而下吞灭了吴国。皇甫谧对晋以前的针灸学作了系统的总结，结合自己的从医体会写出了《黄帝三部针灸甲乙经》。这是中国最早的针灸学经典专著，对后世的针灸术产生了重大影响。

令人惊奇的是天文学在这个没有统一王朝支持的时代也有了重大的进步。东晋的天文学家虞喜（生卒年不详，享年76岁，于335～342年间著《安天论》）在330年比较当时的星辰出没时刻和古代记录时发现了岁差，并提出了一个稍大一些的岁差值。当然，他不可能从理论上正确解释这一现象。在他之后，南朝的何承天、祖冲之，隋代的刘焯，唐代的张遂，北宋的周琮、皇居卿等人在制定新历法时都对岁差常数做了更精确的研究（这当然都是量的精确化，而不是质的突破，因为他们都还没有了解地球和太阳的相对运动姿态和维持这种运动的原因，甚至没有认真注意和思考这个问题）。

北魏的天文学家们虽然没有什么重要的发现，但也做了认真的努力，他们用铁铸造了新的浑仪，并且在上面首次安上了水准仪。在胡族政权下共事的天文学家之间相互尊重，平等地讨论许多学术问题，很有民主和谐的气氛。

北齐时的民间天文学家张子信的发现则是惊人的。由于战乱的逼迫，他避到一个海岛上，离开社会，瞩目星空。他用浑仪对日月五星观测了30多年，发现太阳和五星的视运动不均匀。尽管张子信的测定和描述都是粗略的，但他的发现差不多埋下了一场天文学革命的种子（开普勒（1571～1630）的三大行星运动定律之一便是速度不均匀定律，这是通过研究他的合作者和师长第谷（1546～1601）的观测数据得出的。第谷甚至还不完全相信哥白尼（1473～1543）的太阳系结构。不过，张子信在东方天文学领域埋下的这颗种子当时是不会发芽的，因为在他和开普勒之间的时空距离相当遥远，这中间隔着爱琴海沿岸的希腊人喜帕卡斯（公元前190～前120）、托勒密和中欧平原上的波兰人哥白尼）。中国古代天文学家没有建立起一个宇宙几何模型，而实际上太阳系各个星球之间在结构方面却恰好符合一种美妙的几何关系。只有沿着这个思路，天文学思想革命的闪电才能使这个关系展现在人类眼前，而中国天文学和数学星座的天空很难产生出这样的闪电，这样就使东方天文学家的辛勤发现变成了孤独地飘在知识天域上的几朵灿烂云霞。

在地图地理学方面，三国后期在晋朝当过司空的裴秀（223～271）编了一本历史地图集。该图集称为《禹贡地理图》（共18篇，现已不存）。另外，裴秀还绘制了《方丈图》，图长宽各一丈，“以一分为十里，一寸为百里，从率数计里。备载各山都邑，王者可不下堂而知四方也”（《北堂书钞》）。尽管在裴秀去世时晋朝还没有把江南东吴归于自己的统治之下，但这位作为司空的地理学者，热心地搜集编绘了显一统的天下于方寸之中的图形。他还根据自己的测绘制图经验建立了绘制地图的六条原则，这是把数学比例和计算应用到测绘中去的绘图基本原则，它直至清代一直影响着中国传统的平面地图测绘工作。但是当西晋的一统山河四分五裂之后，再一次绘制这样全国性的地图便不可能了。这个时期北魏的郦道元（465或472～527），在研究过前代地理学典籍和做过大量地理考察后，写了一本内容丰富庞杂的地理学著作《水经注》。由于作者为北魏人，且当时南北分立，《水经注》描述的内容南略北详，但描述的地域范围远远超出了作者足迹所到之地，笔锋甚至大大越出了今日中国的疆界。南朝梁代的佚名学者则写了一部《地镜图》，作者显然读过《管子》和晋代张华（232～300）的著作《博物志》，并对找矿很关心。根据书中的说法，可以由山上草木的种类和各个季节的长势判断出山中是否埋藏着美玉、银、铅和铜等。