两宋科技 领跑全球

中国古代有四大发明：指南针、造纸、火药和印刷术。极为可贵的是，它们有的是在两宋时期发明的，有的是在这个时代得到了实际应用和发扬光大的。两宋时代是一个呼唤和需要科技创新，又给予其极大支持的时代。

您可能知道，中国在远古时代就懂得了磁石指南的原理，但是将指南针用于航海事业，却是在宋代。北宋学者沈括，被英国著名学者李约瑟称为“中国整个科学史中最卓越的人物”。他在撰写的《梦溪笔谈》中记载，当时以“看风水”为业的“方家”，已经普遍使用磁石磨针锋，用来指南找北。

北宋末年朱彧在他所写的《萍州可谈》中，记述了自己于11世纪末年在广州的见闻：当时中国海舶上的舟师，已经普遍使用这种先进的“识地理”工具。他们在海上航行，“舟师识地理，昼则观日，夜则观星，隐晦则观指南针”。在同一时期，出师高丽的徐兢，在他所写的《宣和奉使高丽图经》中，也提到海船舟师熟练使用指南针的事。据沈括的《梦溪笔谈》介绍，指南针的使用方法有多种，有的把磁针浮于水上，有的放在指甲或碗唇上，最为创新的一种办法则是“缕悬”——也就是取新纩中的独茧缕，用芥子般大小的蜡缀于针腰，于无风处悬之，则针便会指南。根据这些记载，可以断言，至晚在11世纪后半期，中国的航海家们就已把指南针应用于航海业了。指南针用于航海，对于此后海上交通事业的发展、中外经济文化的交流，都起到了极为重要的作用。

大家都知道造纸术是东汉人蔡伦发明的，当然也有人说，造纸术早在蔡伦之前的西汉就发明了，宦官蔡伦不过是总结了前人的经验，加以技术提升和规范罢了。不管如何，到南宋，造纸业已有了很快的发展，应用范围也很广。当时纸的种类很多，印书的纸一般都达到了薄、软、轻、细的水平，至于用来印钞票的纸，那水平就更高了。要不然用几次就揉烂了，那时候验钞机也没跟着配套出炉，银号不干等着赔钱败家吗？关于造纸的话头，我们在前面也已经做了较为详细的介绍，在这就不多说了。

不知您是否了解，火药的发明其实来源于道士的炼丹术，它也是中国古代四大发明之一，为全世界所公认和推崇。东汉末年有个叫魏伯阳的人，写了一部叫《周易参同契》，专门讲炼丹术。书中提到炼丹所用的一些矿物，其中就有硫磺。东晋时候，有一个著名的医学家、炼丹家葛洪，写了一部完整的炼丹著作——《抱朴子》。从他的著作中，我们知道他所用的炼丹原料中，就有硫磺和硝石。隋末唐初，著名的医学家和药物学家孙思邈，也搞过炼丹。他写了一部叫《丹经》的书，书里面提到一种“内伏硫磺法”，就是用硫磺二两，硝石二两，熟木炭三斤来炒，这实际上就是黑火药的配方。经过一次又一次爆炸起火，经过一次又一次冒险试验，终于有人找到了恰当的比例，进一步把硝石、硫磺和木炭这三样东西合在一起，配制成了火药。古代炼丹家的本意是为了发明使人长生不老的丹药，可他们万万没有想到却把它们炼成了杀人的火药，这真是一个非常滑稽的事情。

说起来，火药用在军事上，最晚也在公元九、十世纪之交。据史书记载，公元904年，唐代末年，杨行密的军队围攻豫章（今天的江西南昌）时，部将郑璠“以所部发机飞火，烧龙沙门，率壮士突火先登入城，焦灼被体”。所谓“飞火”，就是“火炮、火箭之类”的东西。“火炮”是把火药制成球状，把引线点燃后，用抛石机抛出去。“火箭”则是把火药球缚于箭镞之下，将引线点燃后用弓箭射出去。

宋太祖开宝二年也就是969年，冯继升等向北宋政府献上火药箭法，并经试验成功。十年后，北宋攻打南唐时，就把火箭、火炮一齐用上了，着实在冷兵器时代热了一把。后来北宋政府在首都设置了“广备攻城作”，其中即有专管制造火药的部门。宋仁宗时曾公亮等编成《武经总要》一书，介绍了火箭、火药鞭箭、火球和霹雳火球等火器的名称，并详细开具了三种火药方子，其中黑火药的硝和硫的比例为3∶1，这已经与近代的火药制作方法相类似了。那时甚至还出现了“木老鸦”和“混江龙”等类似水雷的东西。

北宋末年，金人围攻汴梁，李纲担当首都的防御总指挥。金兵进攻时，他下令发射“霹雳炮”，曾一度把敌人打退。南宋绍兴三十一年也就是1161年，金主完颜亮企图在采石矶渡长江，南宋军队也曾使用“霹雳炮”把金兵击退。所谓“霹雳炮”就是用纸管、石灰和火药做成的火器，在当时还是很有威力的。

本来宋人在冷兵器时代掌握了热武器，可以在对外战争中取得军事领先地位的，可金人在和北宋交战的过程中，很快就把宋人制造的火药、火器的方法偷去了。由于那时候也没有订立热武器不扩散条约，所以大宋王朝的垄断地位很快就被打破了。

1126年冬，金人围攻开封，就曾使用飞火炮击中开封城的楼橹，并使用火箭把开封城东南的敌楼烧毁。1221年，金兵攻打南宋的蕲州，也就是今天的湖北蕲春，用抛石机发射了一种叫做“铁火炮”的火器，它形似瓠，口小身粗，使用生铁铸成，厚度达到二寸。1232年，蒙古围攻开封时，金哀宗命令士兵从城里发射了一种叫做“震天雷”的铁火炮，轰炸蒙古的军队。史书记载：震天雷是“以铁罐盛药，以火点之，其声如雷，闻百里外。铁甲皆透，人与牛皮迸破无遗。”金人在对热武器的使用上可以说是后来者居上了。

在南宋、金、蒙古三方长期交战的过程中，管形火器也逐步出现了。1132年陈规守德安（今天的湖北安陆）时，曾发明了一种叫做“火枪”的管状火器。其法是把火药装在巨竹之内，临阵交锋时将其点燃，用以焚烧敌方的人员物资。同一年，金哀宗的军队在开封和归德抗拒蒙古兵时，也曾使用过“火枪”。其制造方法是：“以敕黄纸十六重为筒，长二尺许，实以柳灰、铁滓、磁末、硫磺、砒霜之属。以绳系枪端。军士各悬小铁罐藏火，临阵烧之，焰出枪前丈余，药尽而筒不损。”

1259年在寿春，也就是今天的安徽寿县，南宋军民创造出了一种叫做“突火枪”的管形火器：其法以巨竹为筒，筒中装上火药，然后再安上“子窠”，火药点燃后即将“子窠”发射出去，射程达一百五步。这种管形火器和“子窠”，其实就是后来枪支子弹的前身。

管形火器的出现，标志着火器制造史上一个划时代的进步。因为此前用抛石机投射燃烧性或爆炸性的火药，就像眼下的不定向导弹，不但不能准确，还可能伤及发射者；使用管形火器之后，这一弊病在很大程度上可以避免了。

火药先是从海上传到阿拉伯国家的。蒙古人学会使用和制造火药武器后，西征时，火药、火器的制造方法又从陆路传到西方各国。13世纪末，西亚各国所著兵书中多有“契丹火轮”、“契丹花”、“契丹火箭”等名称，都是指中国人发明的火药与火器。西亚各国人在学会制造火药火器的方法后，又不断加以改进，以后又把改进后的制造方法传回南宋和蒙古。《宋史·兵志》记载，南宋于1273年曾颁布制造“回回炮”的方法图样，并把它发给沿边州郡，有人据此加以技术改进，因此他们制造的火炮，水平已远远超过“回回炮”了。

刻版印刷术自从唐代后期出现以来，对于文化的传播、普及和提高，发挥着越来越重要的作用。公元10世纪时，后唐政权的国子监曾经刻印过《贞观志要》和儒家的《九经》。后蜀政权也刻印过《九经》和《昭明文选》。在上面所说的书籍之外，吴蜀地区的人专为出卖而刻版印刷的书籍，“色类绝多”。到北宋初年，佛教经典五千多卷也在成都付印。宋太宗时新编成的《太平广记》等书，也都是刻版印刷后，颁行到各州郡的。

宋仁宗庆历年间，当时的高级蓝领毕昇发明了活字印刷术。据《梦溪笔谈》介绍，毕昇发明的办法是：用胶泥刻字，使字画凸出，每个字均为独立的一颗，用火烧使之坚硬。然后在旁边放一块铁板，上面敷上松脂、蜡和纸灰制成的药品，需要印刷时便把活字镶入铁板，用火烤之，待药溶化、凝固之后，就可以印刷了。

毕昇的这个发明，比起过去的刻版印刷来，既节省了印刷材料成本，又提高了工作效率，后来元代人发明的木活字及稍后所使用的铜活字，都是在毕昇的泥活字的启发下创制出来的。不过那时候，毕昇不懂得申请发明专利，他不光在中国没有拿到专利费，一不留神还传到了日本、朝鲜、越南等国家。欧洲到15世纪中叶才创制出活字版，比毕昇的发明晚了整整四个世纪，但还是受到了毕昇的影响。可毕昇后人要是找欧洲人要专利费，照样没人说YES，一律给你来个NO。

宋代农业生产的不断发展，也促进了天文学的进步。11世纪后半期的著名科学家苏颂和韩公廉等人，吸取前人在天文学方面的知识和齿轮的应用技术，创制出了人类有史以来第一台“天文钟”也就是水运仪象台，并写成《新仪象法要》一书，把“天文钟”的全部结构，用图和文字都记载了下来。

我国远在西汉时代，人们就已知道石油可以作为燃料使用，但是到了宋代，不但被开发出了新用途，而且石油也有了一个确切的名称。在沈括的《梦溪笔谈》卷二十四里，就有关于石油的记载。您别因为沈括当年曾在延州戍边，抵御西夏，就忘了他曾是个全能的发明家，要不是那时候大宋总是打仗，说不定沈括还能靠发明致富呢！致富后的沈括，说不定也会设立个中国版的沈括大奖，让诺贝尔老先生不远万里来火药的发明地中国，领回同样是中国发明的纸币。不过钱拿得回去拿不回去就不敢保证了，因为沈大人是历史上有名的惧内高手。

话说回来，沈括不打仗时，就发挥余热，在延安附近搞起了科研工作，至于申请没申请国家级科研项目和博士点及经费来源如何就不大清楚了。说起来，沈括可是第一个确定了“石油”这个科学名称的人。因为延安周边自古就盛产石油，现在陕北不是还有大型油气田吗？那时候人们主要是把这玩意儿当做烤火燃料，但因为它燃烧后烟又黑又浓，所以陕北人并不大爱用它。可沈括却从石油的燃烧里开发出了可观的经济效益，他试用以石油烟代替松木烟制墨，获得了成功。他形容这种墨：“黑光如漆，松墨不及也。”于是他就大量制作，并刻上“延川石液”的品牌标志销往全国各地。从此，石油就不光作为燃料来用了，而是以石油墨代替了松烟墨，不光节约了大量的木材，还为炭黑工业奠定了早期的试验基础。炭黑作为一种重要的工业原料，在橡胶、油漆和制墨工业中都得到了广泛的应用。

当年沈括命名石油时，说过，“此物后必大行于世”，不过他老人家说的“大行于世”，可不是把它当做汽车、飞机的动力燃油。要真是那样，他老人家那时发明几辆以燃油为动力的坦克车、装甲车不就完了吗？这样，游牧民族再来多少骑兵也甭怕他了。让他再吹牛说是十万铁骑，横扫江南试试；让他跟坦克车碰碰，就知道自己那铁骑是肉做的、还是铁打的了。

说起来，苏颂和韩公廉都是宋代精通律算和天文学的专家，他们创造的“水运仪象台”也就是利用水轮为原动力的自动运转天文钟，在工艺上非常精妙。这个有着类似于钟表擒纵器装置的天文钟，很可能就是百年后才在欧洲出现的天文钟的直接祖先。苏颂和韩公廉所创制的“水运仪象台”和他们编写的《新仪象法要》，在11世纪世界天文学和工艺技术方面都处于领先地位。

由于有先进的科学技术作为基础，从宋太祖开宝年间起，政府和私人都编辑和刊印了一些医药学或医方的书籍，这对于宋代医学的发展与交流当然起到了很大的促进作用。这些医书中属于医药学方面的有几次增订的《本草》等；属于医方的有《太平圣惠方》、《苏沈良方》和《太平惠民和剂局方》等。由于在宋代，中国与之通商的国家和地区已经达到了几十个，这样，外国的香药如乳香、龙脑、蔷薇水等都先后传入了中国，因而在宋代官家、私家编刻的医药学书籍当中，新药品种得以不断增加。宋太祖时所编刻的《开宝本草》较《唐本草》已增新药133种，仁宗时所修《嘉祐补著本草》又新增了药品628种。《政和经史证类本草》还汇录了北宋一代的医方数十种，是一部科学价值很高的医药书，被以后的医药学界沿用了五百年。医药学书籍以及医方刊行的越来越多，医药学的知识便得以普及于多数人，这对于后来医学发展和进步具有重大意义。

在临床医学方面，北宋一代所取得的进步也是很多的。其中尤以儿科的进步最大：在诊察疾病方面，不但已能把麻疹与其他热病区别开来，而且还能区别天花、麻疹和水痘等三种不同的病症，得出了病原各有不同的结论。

另外宋代在针灸学方面也取得了突出的成就。北宋初年的医书都是辗转传抄的，其中所载经络穴位比较混乱。仁宗初年，太医兼针灸学家王惟一，总结历代针灸医家的经验，设计并制造出了铜铸成人人体模型，同时还写成了《铜人俞穴针灸图经》三卷，并且石印流传，极大便利了针灸的实际操作。当时湖南的医家更为针灸特制了一种精巧刺针，减轻了针刺的痛苦。铜人模型的铸造是北宋针灸学家在医学上的一大贡献。

最后特别值得一提的是宋代的几位数学家。北宋时期农业的快速发展，对数学研究提出了更高的要求。因为宋代人也明白，要提高田里的粮食产量，光靠写诗填词吹不出来，还得靠科学呀！贾宪就是那个时代应运而生的杰出数学家之一。大约在1050年，他最早创立了开任意高次幂的“增乘开方法”，而在西方关于高次方程的数值解法始于公元19世纪。1804年意大利数学家罗斐尼创立了一种近似求解高次方程的无理数根的计算方法；1819年英国数学家霍纳发表论文提出了与贾宪设计演算步骤近似的算法，但比小贾同志整整晚了七百七十年。贾宪还提出了二项式高次幂的展开式各项系数的规律，制成了二项定理系数表，称作“开方做法本源图”，也在世界遥遥领先了几百年。

南宋最杰出的数学家是秦九韶，他出生于南宋中期的宋宁宗时代。幼年曾跟随当太守的父亲住在四川巴州，后来又来到都城临安。他勤奋好学，不但向朝廷的天文历法家、建筑学家和能工巧匠学习，“并尝从隐君子受数学”，从而获得了丰富的科学知识，成为南宋时期不可多得的科技通才。他后来也在四川、湖北、广东等地方做官，四处漂泊。1244年，因母亲去世到湖州守孝。守孝三年，他不像宋代那些只会做官的人那样把老娘的死讯当隐私隐瞒，不肯丁忧，继续出来做官捞钱。丁忧期间，他正好有了闲暇时光，集中精力从事数学研究，三年内完成了《数书九章》一书。

《数书九章》，集秦汉以来中国算学家“开方术”的大成，运用前人的“增乘开方法”，最终解决了数学高次方程有理数根和无理数根的近似计算问题。他所设计的演算程序，被称为“秦九韶方法”，比贾宪的方法有了更大的进步。

在“一次同余”问题上，秦九韶创立了“大衍求一术”，成功地解决了这一难题，被西方数学界誉为“中国剩余定理”。西方最早接触一次同余问题是意大利数学家列奥纳多·斐波，但他只给出了一次同余问题，没有一般的算法。直到十八、十九世纪才由大数学家欧拉和高斯各自重新获得与“大衍求一术”相同的结论。

《数书九章》在数学所取得的创新精神和创新成果，还不仅这些。特别值得一提的是，秦九韶的“三斜求积公式”，也就是用三角形不等三边计算三角形面积公式。他不同于西方的海伦公式，而是循着中国传统数学的道路，达到了西方同样的结果。

“0”在数学中，看似简单其实非常重要，因为完整的位置计数制，必须创造一种符号来表示空位，否则就无法表示像707、990这样的数字。大约在公元1240年左右，秦九韶还和中国的另一位数学家李治，在各自的数学专著中几乎同时使用了“0”这个特殊的数字概念，而它的外形也近似阿拉伯数字“0”，从此它代替了中国历代用空位表示0的做法。

说到宋代的科技，值得一提的还有宋代的建筑水平。北宋人李诫所写的《营造法式》，是我们今天所能见到的最完整的中国古代建筑典籍。它是“上可以溯秦汉，下可以视近代”各类建筑营造工艺的一个总结。这样的书出现在北宋绝对不是偶然的，说明宋代已成为中国古代建筑发展的巅峰期。

啥叫“营造法式”？翻译成现代汉语，就是“建筑工艺学”，或是“建筑制造模式大全”。梁启超先生称赞此书“一千年前有此杰作，可为吾族文化之光宠也”。他儿子梁思成，更把自己的儿子取名叫“梁从诫”，意思是“师从李诫”的意思。这里面既有梁思成对儿子的嘉许，同时也影响和奠定了自己和妻子林徽因的终身事业。说白了，梁思成自己才是“师从李诫”，并勇于探索实践，不但写出了不朽的《中国建筑史》，对中国文物建筑的奋力保护，更是令人肃然起敬。但让人叹息的是，眼下两位建筑大师的故居却在“维修性拆除”和“保护性拆除”的绕口令中被毁灭了。您要问这叫啥“营造法式”？那我就告诉您，这叫“无法无天毁灭性营造法”，不过这一章李诫的书里没写，还得靠当代庸官、贪官和开发商们一块来填补空白，可谓“吾族文化之辱也”。

这样多的科学家和科学成果，发生在宋代绝不是偶然的。宋代的“佑文政策”为学人们提供了较好的研究环境和生存空间，这在中国封建社会里是极为少见的，所以才产生了像沈括、苏颂、贾宪、李诫和秦九韶这样的世界级科学家和创新成果；所以才发明了印刷术，并让指南针、火药和造纸术得以广泛地应用。可惜的是这些科学成果，在走向没落的封建社会里，没有发挥更大的作用，没有更多地造福百姓，没有更多地影响后代，这是非常令人遗憾的。李约瑟在他的《中国科学技术史》一书中，曾盛赞古代中国辉煌的科学成就，却又提出这样的质疑：“为什么近代自然科学只能起源于西欧，而不是中国……”更有人提出了这样一个悖论：为啥古代中国人发明了指南针、火药、造纸术和印刷术，工业革命却没有发端于中国？而哥伦布、麦哲伦正是依靠指南针发现了新大陆，列强用火药打开了中国的大门，用造纸术和印刷术传播了西方的蓝色文明！这确是一个十分诡异的问题，但却不是吾辈能够说清说透的。