【摘要】中國古代科技巔峰出現在宋代，是中外科學史學者研究中的普遍共識。分析宋代經濟和軍事方面的需求對科技研究和開發的影響、分析科技發展與教育以及哲學思想之間的互動關系、分析科技發明在宋代的體制化等問題，是回答古代科技巔峰緣何出現在宋代的主要方向。在考慮社會需求促進科技發展的同時，也應注意到宋代科學家與發明家群體中形成的科學氣質。

【關鍵詞】宋代 科技發展 社會需求 科學氣質 【中圖分類號】K244；K245 【文獻標識碼】A

英國著名科學史家李約瑟指出：“宋代雖然軍事上常常出師不利，且屢為少數民族邦國所困擾，但帝國的文化和科學卻達到了前所未有的高峰。”他將宋代與前代相比，認為“在技術上，宋朝把唐代所設想的許多東西都變成現實”；他又將宋代納入整個歷史長河之中去觀察，說：“中國的科技發展到宋朝，已呈巔峰狀態，在許多方面實際上已經超過了18世紀中葉工業革命前的英國或歐洲的水平。”人們普遍相信，中國古代科技的巔峰出現在宋代。在具體描繪這一巔峰時代的科技成就時，按照天文、數學、醫學、地理、化學、農學，以及冶金、造船、紡織、制瓷等知識與技術的不同領域，分門別類詳加列舉，成為重要的敘述基調。被馬克思稱為“預告資產階級社會到來的三大發明”的指南針、火藥與印刷術在宋代的完成與發展，更是作為宋代科技巔峰的標志，備受關注。

除此之外，學者們還不遺余力地將宋代與世界的科技成就作時間跨度上的對標。比如，作為改變整個世界面貌和狀態的杠桿之一，宋代的活字印刷術比1450年古登堡活字印刷術在德意志的發明要早400年；南宋楊忠輔的《統天歷》定回歸年數值為365.2425，比歐洲格里高利歷的頒行早380多年；這一時期發明的腳踏紡車和水轉大紡車，比歐洲的同類發明要早400多年。將宋代“與歐洲的文藝復興以至近代相比”，從世界科學成就的地圖冊中去丈量與把握，對于具象理解宋代作為中國古代科技巔峰這一認識無疑十分重要。

社會需求促進宋代科技不斷發展

古代科技巔峰為何出現在宋代？過去的幾十年，學者從經濟、政治、社會、制度、思想、教育等多個維度不斷進行論證。不過，若將這些討論歸置于科技發展與社會、文化語境的關聯度這一視域之下，不外乎以下三種解釋進路。

第一，宋代經濟和軍事方面的需求對科技研究和開發的影響。宋朝建立以來，人口激增，對食物的需求促使栽培方法的改進。曲轅犁開始推廣使用，秧馬、筒車被創造出來，新品種占城稻被廣泛推廣種植。宋代興修的水利工程數量明顯比唐代多，閘門和新的測量儀器得以改進并擴大應用，效果顯著。煤與石油開始開采，并且成為民用燃料。城市的快速發展需要發明供水與滅火裝置。

在宋與遼、金的戰爭影響下，火藥成為有用的武器。宋初，開封所設“廣備攻城作”的十一個部門中，“火藥窯子作”即是專門用來制造火藥火器的。北宋時的軍事著作《武經總要》記載了三種世界上最早的火藥配方，并列舉了火箭、火藥鞭箭、火球、火蒺藜等多種火器。南宋時，震天雷的產量大幅提升。紹興二年（1132年），德安守將陳規“以火炮藥”，制造出長竹竿火槍20余條；開慶元年（1259年），壽春府制造出突火槍，“以鉅竹為筒，內安子窠，如燒放，焰絕然后子窠發出”，即槍筒內裝填火藥和子窠，火藥在筒中燃燒產生的氣體推力，能將子窠射出，產生擊殺作用。長竹竿火槍與突火槍的出現標志著管形火器的誕生。

經濟發展與軍事戰爭也加強了對運輸工具改進的需要。宋代陸上運輸工具進展不大，但造船技術獲得了巨大發展。宋代發明了船塢以及滑道下水的方法；造船時開始使用船圖，先制造船的模型，再按比例放大造船；龍骨結構的使用增加了海船抗御風浪的能力；踏輪驅動的車船獲得了普遍應用。為增加糧食載運量和提高結構強度而建造的對槽船，是當今分節駁船的雛形。船型巨大的還有“形制圓短，如三間大屋，戶出其背，中甚華飾，登降以梯級，非甚大風不行”的萬石船。用于戰爭的新船型不斷出現，既有“底平檣浮，雖尺水可運”的多槳船，又有“傍設四輪，每輪八檝，四人旋斡，日行千里”的飛虎戰艦。

第二，科技發展與教育以及哲學思想之間的互動關系。宋代廣興學校，推動教育制度改革，增加太學學額，在州縣立官學，佐以私學、蒙館、冬學等教學形式，從而形成了自京師至郡、縣、鄉的教育網絡。在教育科目上，科學的訓練內容在宋代官方學校所占的比重逐漸增加；在教育方法上，唐代以來的分科教育效果明顯，司天監培養出許多知名學者，而宋代先將太醫局從太常寺中分離、后又置醫學于國子監之下的革新，將醫學教育納入國家官學系統，促進了醫藥學的發展。

宋代理學興起，理學的世界觀與以理為基礎的自然科學的觀點一致。程頤說：“天下物皆可以理照。有物必有則，一物須有一理。”朱熹強調：“所謂致知在格物者，言欲致吾之知，在即物而窮其理也”“上而無極、太極，下而至于一草一木一昆蟲之微，亦各有理。一書不讀，則闕了一書道理；一事不窮，則闕了一事道理；一物不格，則闕了一物道理。”理學家對格物致知的提倡推動著學者對自然之理進行探索。

第三，科技發明在宋代的體制化。在科技體制化的討論中，對科技人才的拔擢與獎勵制度是聚焦點。《宋史》中記載了獎勵科技發明的許多例子。太平興國時期（976年—984年），因新歷《乾元歷》頗為精密，宋太宗對造新歷者及校定者一同獎勵，“皆優賜束帛”；咸平三年（1000年），有人獻所制火箭、火球、火蒺藜，有人獻海戰船式，朝廷“各賜緡錢”；熙寧六年（1073年），許州百姓進獻制瓦法，以黑錫代替原來的黃丹來燒制琉璃瓦，降低了成本，朝廷因此獎勵“錢五十萬”。除了經濟獎勵之外，對科技工作者降詔獎諭、授官賜爵的例子比比皆是。汝南襄城人楚芝蘭“以占候有據，擢為翰林天文”；熙寧八年（1075年），沈括上《奉元歷》，“詔進（沈）括一官，司天監官吏進官、賜絹銀有差”；元豐二年（1079年），朝廷對范子淵、宋用臣等“首議導洛水入汴”以及“筑堤捍河”的董役之人大加獎勵，或進官，或減磨勘年，或指射差遣，同時按等第賜錢。當科技發明確立為社會體制時，盡管其在宋代尚未健全，其中還帶有相當的隨意性，但它不僅可以為科學家與發明家帶來利益，還賦予科技發明與發現的行為本身以新的價值，從而成為一種經過闡發、公認的社會動力，推動科技事業的發展。

宋代科學家與發明家群體中逐漸形成一種科學氣質

在宋代，學者逐漸形成了一種姑且稱為科學的氣質，它是一套涵蓋價值、認知、規范、原則和信條的綜合，雖不能與現代意義的科學精神等同而觀，但它在吸引并促使科學家與發明家保持長期的研究投入時發揮著重要作用。

第一，宋人的科學氣質表現在對科學知識的積累與實踐上。在宋代，處處可見重復的獨立發明與發現。比如，慶歷年間（1041年—1048年），畢昇發明了活字印刷術，以膠泥刻字，每字一印，火燒堅硬而成泥活字后，以兩塊鐵板交替印刷排字，進一步提高了印刷速度，成為人類史上具有影響力的發明之一。在歷史的語境中，顯然不能將畢昇當作孤獨的發明家，宋代發現并實踐活字印刷的人并不少見。南宋著名文人、政治家周必大在給朋友的信中記錄了這樣的事情：“近用沈存中法，以膠泥銅板移換摹印，今日偶成《玉堂雜記》二十八事。”除了泥活字，后來還有人鑄錫作字、以鐵條貫之，排行印書。

需要指出的是，宋代科學家與發明家在知識興趣上會產生對特定問題進行聚焦的現象。比如，在天文歷法上，自建隆四年（963年）《應天歷》起，至咸淳六年（1270年）《成天歷》止，官方共改歷17次，朝廷與非官方的天文學家對歷法的研習始終保持著熱度，而經過多次更制的歷法也日益精確。又如，對磁體極性的探索早在戰國時代就已存在，“立司南以端朝夕”的記載證明了磁體極性的實際應用。北宋初年的《武經總要》中介紹了“以薄鐵葉剪裁”的“指南魚”，用來在陰天和黑夜判斷行軍方向。沈括的《夢溪筆談》記載了“以磁石磨針鋒，則能指南”的指南針，沈括還發現了地磁偏角現象，指出地點不同偏角的大小也不同。南宋陳元靚在《事林廣記》中介紹了一種當時流行的指南龜的裝置法。在實踐上，北宋時期，指南浮針便已應用于航海。朱彧的《萍洲可談》記述：“舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦則觀指南針。”到了南宋，指南針成為重要的導航儀，“舟舶往來，惟以指南針為則”。吳自牧的《夢粱錄》中還記載了一種將磁針和方位盤聯成一體的“針盤”，又稱磁羅經、磁羅盤。毋庸置疑，針對解決特定問題的知識積累與不斷實踐，是推動宋代科學與發明創造的要素之一。

與此相應，宋代發起了對多種知識類別進行總結的工作。宋代熱衷于匯編本草與醫方，政和年間（1111年—1118年），朝廷召集海內名醫編纂醫學百科全書《圣濟總錄》。曾公亮等奉敕編撰的《武經總要》對以往的兵器制造技術與方法進行了全面總結，是軍事技術的百科全書。成書于紹興十九年（1149年）的陳旉的《農書》雖然篇幅不長，卻是我國最早專門總結南方稻作區農業技術和經營的農書。

第二，宋人的科學氣質還表現在實用主義（抑或也包含功利主義）原則在科技研究與實踐中的流行。宋代的科學家與發明家經常把其研究與實際需要和應用相聯系。沈括制定的《十二氣歷》主張去掉閏月，用節氣來制歷，以立春作為孟春之始、驚蟄作為仲春之始，這一革新否定了傳統歷法中陰陽合歷的慣例，其目的是使歷法符合農業生產的需要。秦九韶的《數書九章》分大衍、天時、田域、測望、賦役、錢谷、營建、軍族、市易九類，每類列九個例題來闡明各種算法，其中所列例題并非一些簡單數據，而是圍繞著“古歷會積”“治歷演紀”“積尺尋源”“推計土功”“積行計地”等歷法、工程、賦役和軍旅中實際需要解決的困難問題而展開。

第三，研究的權利與責任以及彌漫于其間的反傳統主義，也成為宋人科學氣質的組成部分。比如，在儒家思想的引領下，解剖學在古代中國并不發達，宋代慶歷五年（1045年）與崇寧年間（1102年—1106年），在地方官員的主持下，發生了兩次明確以醫學觀察作為目的的人體解剖事件，并留下了《歐希范五臟圖》與《存真圖》。宋人對這兩次解剖事件的敘述，前后不同，經歷了從一開始的道德譴責逐漸轉向從醫學角度進行贊美。又如，作為古代的計時器，刻漏在歷代均有制作，宋代的科學家燕肅創制了“蓮花漏”，不過，朝廷考校時，試驗結果與當時的《崇天歷》不合，因而棄之不用，但燕肅并沒有就此停罷，而是通過刻石等方式積極推廣自己的“蓮花漏”，并最終獲得士大夫的稱贊，歐陽修稱“其漏刻法最精”，夏竦稱“秒忽無差”。

分析一個時代科技發展的歸因是一個綜合性的課題，宋代日益增長的人口與商業、貿易增長所產生的需要，推動著科技的發明與發現，戰爭的影響將科技發明的興趣集中在某些特定的領域，思想的不斷進步促進了觀察與創造，來自朝廷的獎勵在賦予各種科技探索以價值與聲望的同時，反哺著科學家與發明家的探索精神。

（作者為浙江大學歷史學院教授、博導）

【參考文獻】

①[英]李約瑟：《中國科學技術史》，北京：科學出版社、上海：上海古籍出版社，1975年。

②[宋]沈括撰，金良年點校：《夢溪筆談》，北京：中華書局，2015年。

③[元]脫脫等：《宋史》，北京：中華書局，1985年。

責編/孫渴 美編/楊玲玲

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