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科学的诞生-2-中国古代科学 精选

已有 10538 次阅读 2018-9-3 05:07 |个人分类:系列科普|系统分类:科普集锦

科学究竟诞生于何时?公元前的古希腊,还是2000多年后的伽利略时代?答案至今颇有争议,但即使不用“诞生”这个词汇,学界也一般认为,现代自然科学起源于古希腊。如我们在上一篇中所描述的,当时的古希腊米利都一带,由于特定的地理位置因素,形成了一种追求自由、崇尚理性、尊重智慧、研究自然的思辨精神,有利于科学的萌芽。

 

事实上,在古希腊年代,与其遥遥相望的东方古国--中国,正值春秋战国的诸子百家时期(公元前770年-公元前256年)。那也是一段社会动荡、风云变幻、百家争鸣、人才辈出、学术风气异常活跃的年代。那段时期的古中国,是否也有了科学的萌芽呢?

 

古希腊科学的特点是不拘一格、自由思辨,这种多少有点“不食人间烟火”的特色,需要某种贵族文化的支撑,换言之,古希腊科学是吃饱了饭衣食无忧的贵族们“玩”出来的。无独有偶,中国的春秋时期也崛起了一个特殊的阶层---“士”,指的是一批凭自己的知识和技能维持生计的人物,可算是中国知识分子阶层的老祖宗。他们原本来自不同的社会环境,有衰落的贵族,也有普通的庶民,因而在思想方面敢于创新,并有相对的自由和独立性。他们不仅自己具有杰出的智慧,是著名思想家、政治家或科学家。而且兴教育、重学问,广收门徒,聚众讲学。其代表人物便是历史上所谓的“诸子”,如孔子、孟子、墨子、庄子、荀子、韩非子、等。他们各自著书立说,提倡百家争鸣,形成了道家、儒家、墨家、法家、名家等学术流派,即为“百家”。

 

基于中国文化的传统特点,各家学派的基本宗旨大多是为所服务的国君提供政治策略。学者们周游列国,为各方诸侯出谋划策,例如,儒家的“仁政”,道家的“无为而治”,法家主张“废私立公”,墨家的“兼爱”,各有所长,但最终目的都不外乎是为了稳定民心,打败敌人,立国兴邦,一统天下。

 

不过,宽松的政治环境和言论自由,毕竟是利于科学技术的,况且,某些应用科学(特别是技术)有“用处”,能促进农业的发展,有利于国计民生,当然也有利于统治阶层。因此,可以说,春秋战国时代,在物理、天文、中医等方面,中国人也有了之后两千年都难以超越的辉煌成果。

 

 

·墨经中的物理

 

墨家是诸子百家中,重视自然科学研究和技术探讨的唯一学派。对此梁启超在其著作《墨子校释》的自序评价说:“在吾国古籍中欲求与今世所谓科学精神相悬契者1,《墨经》而已,《墨经》而已矣。” 蔡元培也认为:“先秦唯墨子颇治科学”。

 

墨家学派的创始人墨翟(亦称墨子,约为前479年—381年),比希腊科学家第一人泰勒斯晚150年左右。墨子一身兼具科学家、技术家、和工匠,其弟子也多为来自社会下层的手工业者。墨家学派和追随者都经常参加各种劳动,使得他们有条件对经验知识进行理论上的思考和总结,总结出其中的规律,有意识地开展了一些科学观察和实验活动,并形成了自己的科技思想。这些思想和活动被记录在《墨经》中。

 

《墨经》言简意赅。全文 4 篇: 经上、经上说、经下、经下说, 180条。每个词条分《 经》和《说》两部分。《 经》是定义或命题,《说》为解释和描述。内容包括逻辑、几何、力学、光学等方面。首先举两例如下。

 

1. 定义“力”的概念:

《经上》:“力,刑(形)之所以奋也。” ,定义“力”为“奋” (物体状态变化)的原因。

《经说上》:“ 力,重之谓下。举重,奋也。” ,进一步举例(重力)解释力是什么。

2. 定义“时间空间”:

《经上》:“久,弥异时也;宇,弥异所也。” ,久是时间,宇是空间。

《经说上》:“久,古今旦暮;宇,东西家南北。” ,时间用“古今旦暮”解释,空间表明家之“东西南北”。

 

此外,《墨经》中对浮体在水中的平衡、自由落体、运动和静止、杠杆、斜面、重心、等力学概念都进行了描述和研究。

 

力学概念的研究显然可以帮助制造有用的机械,这才有了《韩非子 外储说》所记载的墨子做出的飞鹰飞上高空,几日不落,以及《墨子 公输篇》中记载的,当时制造器械的高手公输班,与墨子比赛中甘拜下风的有趣故事。

 

墨子和他的弟子们的工作中,最具“科学”意味的是对几何光学的研究。基于《墨经》中8 个词条记录的光学现象,墨子等人必定是有意地进行了一些光学实验,比如小孔成像、平面镜成像、凹面镜成像、凸面镜成像等。8条《经》文,寥寥几百字,清楚地记录了各种环境下成像的过程,物体与光源之相对位置对影像大小的影响,等等,尤为重要的是,这些实验事实证明了“光线直线传播”这个物理规律,从而奠定了几何光学的理论基础。

 

举小孔成像为例:

 

《经下》:“景到,在午有端与景长,说在端。”

《经说下》:“景。光之人,煦若射,下者之人也高;高者之人也下。足蔽下光,故成景于上;首蔽上光,故成景于下。在远近有端,与于光,故景库内也。”

 

                                               墨子-小孔.jpg

3:墨经和小孔成像

 

下面是墨经中有关小孔成像两段话的译文,经说下解释了图3的小孔成像原理:

《经下》:影颠倒,光线相交,焦点与影子造成,是所谓焦点的原理。

《经说下》:影,光线照人,反射,像剑一样直。射到下面反射到高处,射到高处反射到下面,因成影倒。足遮住下面的光,反射成影在上;头遮住上面的光,反射成影在下。在物的远处或近处有一小孔,物体为光的直线所射,反映于壁上,故影倒立于屏内。

 

《墨经》中探讨物体影像的一段文字颇为有趣,反映了墨子对所观测现象进行思考的科学精神。

 

墨子细致观察运动物体影像的变化规律,提出“景不徙”的命题。认为物体运动时,仿佛影子也在运动,这是一种错觉。墨子认为,运动物体在每一时刻产生的影子是不会移动的,物体从原来位置移动了,原有的影像便消失了。物体在新的位置的新的光照条件下,将有新的影子,但这个影像是新形成的,并非前一瞬间的影像“移动”而来。也就是说,影像自身只能“形成”,不会“运动”。

 

虽然《墨经》中大多数文字是基于对自然现象的反复观察而作出的客观记录,但墨家弟子显然也很重视探讨产生这些现象的原因。《经上》中有一条:“巧传则求其故。”求其故的意思就是揭示原因、本质和规律,这说明墨家对研究自然现象采取了一种与现代自然科学相似的方法。

 

当然,不同于古希腊科学家们更为重视逻辑和思辨的哲学“玩”法,墨家科技思想的核心是功利主义的,墨家研究科学的目的是:“功,利民也”、“为天下兴利除害”,不是单凭好奇心和求知欲,而是一种实用和“逐利”的科学价值观。

 

综上所述可看出,墨家的科学实践,首先是进行观察和实验,然后在此基础上升华到理论和思想,这与现代科学的方法是完全一致的。墨子比泰勒斯晚了150年,但应该是当之无愧的中国古代科学家(物理学家)第一人。其实,也不在乎是什么样的科学价值观,关键是墨家的科学活动未能传承下去。

 

墨家学派在春秋战国时期影响很大。《韩非子 •显学》说:“世之显学,儒墨也。”可见当时墨家的地位并不亚于儒家。但令人遗憾的是,墨家的科学精神并未被发扬光大,秦始皇统一中国后,独尊儒家,儒家思想占据了统治地位,多元变一元,百家争鸣成了儒家的“一言堂”,墨家及其科技思想更是屡遭排斥。从汉代开始,墨家消失,墨学断绝,《 墨经》散佚。古华夏文明中的科学“种子”,尚未发芽就烂死于这片不适合科学的土壤之中!

 

 ·中国古代天文

 

中国古代的天象记录十分发达,的确算是一种与“天文”有关的活动,但却远不是现代意义上的“天文学”。中国古代有当时世界上最丰富、最有系统的天文观测记录,记载了不少当时看起来十分“奇异”的天象。用当今的观点,重新考证这些几千年前的观测记录,可以为现代天文学研究提供丰富宝贵的历史资料。下面举日食、哈雷彗星、超新星记录的例子如下2

  1. 有关日食的记录:记录了历史上最早的日食:公元前21371022日,夏代仲康的“书经日食”;据说从大约前1400年开始,中国已有规律的记录日食与月食;例如,前776年,中国《诗经·小雅》:“十月之交,朔日辛卯,日有蚀之……”,是世界最早的可靠的日食记载。

  2. 哈雷彗星的记录:如《春秋》记载:“鲁文公十四年(前680年)七月,有星孛入于北斗。”这是哈雷彗星的最早纪载;《春秋》也记载了鲁文公十四年(前613年),哈雷彗星出现;到1910年为主,中国史书对哈雷彗星出现的记载多达31次。(注:哈雷彗星的周期是75.3年,从前680年到1910年,出现37次左右。)

  3. 有关新星或超新星的记录:前532年,“周景王十三年春,有星出婺女”,可能是新星的记录。

    最早的超新星观测纪录: SN 185(或RCW 86)。185127日,东汉中平二年乙丑,《后汉书·天文志》载:“中平二年(185年)十月癸亥,客星出南门中,大如半筵,五色喜怒,稍小,至后年六月消”。

    宋朝时期(1006430日),观察到SN 1006爆发,由司天监周克明等人发现,称作周伯星。在《宋史·天文志》中记载为:“景德三年四月戊寅,周伯星见,出氐南,骑官西一度,状如半月,有芒角,煌煌然可以鉴物,历库楼东。八月,随天轮入浊。十一月复见在氐。自是,常以十一月辰见东方,八月西南入浊。”。

    105474日:产生蟹状星云的一次超新星爆发,这次客星的出现被中国历史上宋朝的天文学家详细记录,《续资治通鉴长编》载:“至和元年五月己酉,客星晨出天关之东南可数寸(嘉祐元年三月乃没)。”


………………


中国古代有如此准确又完整的天文观测,但却并不是基于对天体间的位置关系及其运动规律有正确的认识。这些观测资料也仅仅是记录下来的数据,没有升华到任何谈得上是“天文学”的理论。当时观测天象的目的,既不是为了探索大自然的秘密,也不是为了帮助农业,预测旱涝洪水或任何气象灾难什么的,而完全是为帝王服务的。中国的历代帝王,都迷信于“天数”,企图利用天象服务于人事。因此,中国古代的天象观测主要有两个目的,一是造历,二是星占。当时从事天文观测的人,原本不算科学家,而是占星家一类的人士,或者是管理历法和星象的官员。十分有趣的是,这些人绝对想不到,他们观察到且记录下来的天象,成为现代天文研究的宝贵财富。从这个意义上来说,他们当之无愧地可以被称为是“天文学家”。所以,中国古代没有天文学,但却有天文学家。


例如,古代战国时代(前4世纪)齐国天文学家甘德,据说用肉眼观察到了伽利略一千多年后用望远镜看到的木星的卫星木卫三。甘德与同时代的魏国天文学家石申,合著的《甘石星经》,是仅次于巴比伦星表的第二早的星表。西汉民间天文学家落下闳(前156年—前87年),是浑天说创始人之一,曾制造观测星象的浑天仪。


浑天说是较早的地球为中心的宇宙观,古中国谈不上天文学,但宇宙学的思想距离现代宇宙学说不算太远,有盖天说、浑天说、宣夜说并称为“伦天三家”。东汉的天文学家张衡对浑天说有很大贡献,他在《浑天仪注》中说:“浑天如鸡子。天体圆如弹丸,地如鸡子中黄……”认为天是一个圆球,地球在其中,就如鸡蛋黄在鸡蛋内部一样。张衡并认为“天球”之外还有别的世界:“宇之表无极,宙之端无穷。”,是无穷宇宙的观点。

 

·中医与生物研究

 

扁鹊(前401--310年)是春秋时代中国医学的代表人物。与之后的华佗、张仲景、李时珍,并称中国古代四大名医。扁鹊开启了中国医学的先河,发明了望、闻、问、切四大中医诊法。

 

春秋时期出现了专职的医生队伍。公元前65世纪的秦国还有了专门的宫廷医疗机构,医学开始从巫术中分离,还逐渐形成专科。传统中医理论逐渐形成,中医著作也陆续问世。


《黄帝内经》是现存最早的中医理论著作,对后世中医学理论的奠定有深远的影响。《神农本草经》,则是现存最早的中药学专著。这两本中医经典,虽然最后成书的朝代有所争论,但其中包含了不少春秋战国时期医者们的贡献,是无可非议的事实。


人体解剖学,是现代西方医学研究的基础之一,但你可能没有想到,在两千五百多年前的春秋时期,中国人已经开始实施尸体解剖,这使得人们对脏腑的认识有了显著的进步。扁鹊和虢中庶子的对话中已明确提到了“脏”、“五脏”的概念。并有“胃肠”、“三焦”、“膀胱”等名称。《内经》中的《肠胃篇》,记载了当时对人体消化道各个部分,包括唇、口、舌、咽、胃、大肠、小肠的位置、长度、广度、重量、形状、递接关系等。此外,《经筋篇》、《骨度篇》、《脉度篇》等,也都是当时实际解剖观测结果的记述,对人体骨胳、血管等,均有长度、重量的详细记载,和近代解剖学的数据,相差不远3


春秋战国时代,人们对动物植物,也有丰富的观测和研究记录。从《诗经》以及农事历书《夏小正》等古籍著作中,可见一斑。


《诗经》中记录了2500多年前产于我国黄河流域的绝大部分动植物。其中提到的植物有143种,动物109种,共252种。从《诗经》中还可看出,虽然当时还没有关于动、植物系统分类的记述,但已经有了动、植物品种的概念。


农事历书《夏小正》记录每个月的星象供务农用,同时也记载了当月各种植物之生长形态、动物之活动习性等,为中国最早的生物学文献,是一部可贵的物候学之重要典籍。


综上所述,古中国春秋战国时代的物理、天文、生物、医学等方面,其发达程度还是可以和古希腊相比较的,但后来却“东西分流”,走向了完全不同的方向。古希腊的科学思想发展成为了现代自然科学这是现代人类宝贵的共同财富;古代中国产生的华夏文明,号称是几个原创文明中唯一被(原来人种)延续继承下来的文明。这延续继承下来的华夏文明中到底有哪些精华?哪些糟粕?这是值得分析和探讨的。不过可以肯定的是,其中并没有科学,春秋战国时代曾经一度辉煌的科学显然已经消失而不复存在了。消失的原因是多方面的,也值得我们每个关心中国科技发展的人研究和深思。


参考文献:

1】梁启超,墨经校释,商务印书馆,1922

2Needham, Joseph; Wang Ling (1995) [1959]. Science and Civilisation in China: Volume 3. Cambridge, England: Cambridge University Press.

3】维基百科--黄帝内经:https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%BB%84%E5%B8%9D%E5%86%85%E7%BB%8F

 

 




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