众所周知，在上古时代，自然科学和技术是和宗教神学紧密结合在一起的，没有自己独立的位置。那时，管理文书事务的“史”和负责宗教事务的“巫”、“祝”、“卜”是知识的占有者，当然也包括科技知识。例如，商代甲骨文本是商贵族占卜留下的记录，但我们却可以从中了解到当时科学技术的水平。当人们逐渐摆脱宗教神学束缚，开始重新认识自然界和人本身的时候，尽管科学技术知识在这一转变的过程中起着重要的推动作用，但它仍没有自己独立的位置。在西方，科学和技术是自然哲学的一部分，而在我国，由于更重视社会伦理、统治思想的研究，因此，科学技术多见于相关的理论学说中。这一点在中国古代有深远的影响。其表现是：即使在科学技术专著出现以后，我国的科技知识仍大量地保存于经史哲及其他文献中。例如，我国古代关于技术的著作很少，像四大发明这样对世界的发展有重大影响的技术成就，其最早记载都是在其他历史文献中。在我国古代的文化典籍中，有许多著作，科学技术内容占很大比重，而且往往不分学科掺杂在一起。这些著作也应算在科技著作之列。另外，还有一些著作的内容和理论对科技发展产生了巨大的影响，我们也应有所了解。

　　《诗经》和《尚书》是我国最早的文献之一，里面就有许多科技内容。《诗经》是我国最早的诗歌总集，收有西周至春秋时的民歌和一些商、周庙堂的乐章。其中许多诗篇有农业知识、动植物名称、天文现象、地学知识的记载和描述。如“既溥既长，既景乃冈，相其阴阳，观其流泉”(《大雅·公刘》)，指的是选择阳光充足、水利条件好的土地进行耕种；“五月斯螽动股，六月莎鸡振羽……”(《豳风·七月》)描述的是物候；“十月之交，朔日辛卯，日有食之”(《小雅·十月之交》)是世界最早的日食记录；等等。这些内容反映了当时社会各个层面的科技知识水平。《尚书》是上古史书的汇编，其中地理专篇《禹贡》前面已作介绍，另外在《洛诰》中记载周公在洛邑选建城址并绘有地图，是我国传世文献中记载最早的地图；《尧典》中还有观测四仲星的记载。特别是《洪范》中最早提出了五行思想，对我国古代的科学技术发展产生了极大的影响。

　　春秋战国时期，社会变革，诸子兴起，文化荟萃。在诸子著作中，有大量的科技内容。如《荀子》中提出了对动植物资源合理保护和利用的思想；《庄子》中讨论了宇宙起源、时间有限无限、物种可变和生物链等问题，并对盖天说提出了质疑；《尸子》中定义宇宙为“上下四方曰宇，往古来今曰宙”，并有了地球自转的思想萌芽。《管子》在科技方面取得的成就更大，其中提出了“水者，万物之本原”的思想，还提出了“精气”化生万物的思想，并在《地员》篇中对植物生态和土壤进行了深入的研究。诸子百家中，尤以墨家在科技领域的研究最深入，取得的成就最高。《墨经》是墨家子弟的理论经典，其中自然科学知识论述严密、立论准确，在数学、光学、力学等方面提出了一些基本概念和原理，是一部优秀的科技著作。除了诸子著作外，当时的其他文献中也有很多科技内容。《易传》是对《易经》最古的注解，在《系辞》篇中提出了“太极”化生世界万物的学说，指出万物都处在日新月异的变化中，并将变化概括为阴阳两种事物的对立统一关系；该篇中还对古人的发明创造作了总结，提出了“观象制器”的科学观，即观察自然现象，进行模拟创造。《易传》的科学思想对后世科技发展影响极为巨大。《周礼》是儒家的经典，汇集了自西周至战国的政治制度，其中有一套完整系统的科技管理制度，包括官员的设置、职责、下级人员数量以及有关的政策法令。此后历代相关的制度和政策都是在此基础上发展起来的。另外，在这部书中，记载了天文历法、气象、地理、农学、医学、生物、食品、冶金、纺织等方面的科技知识，如“眡祲掌十煇之法”，十煇所描绘的现象大部分是太阳周围的云气或日晕。《吕氏春秋》是吕不韦召集门客编著的诸家学说集成，除了前面谈到的四篇农学论文外，突出的地方是它以十二纪为首，叙述每月的物候和应当操作的事宜，是后世月令的前身。战国末年，还出现了一部我国最早的训诂著作——《尔雅》，其中释虫、释鱼、释鸟、释兽、释畜五篇反映了先秦时代的动物分类系统，很接近现代动物学的分类；释草和释木下面又分细类，且相似的植物排在一起，其分类思想已有很高水平；释地、释山、释丘、释水四篇反映的地形分类知识也很丰富。以后历代不少人对《尔雅》进行注释，推动了古代科技知识，尤其是博物学的发展。

　　秦汉迄至隋唐，我国古代科学技术不断丰富发展，综合性的科技文献也体现了这一特点。《淮南子》是西汉淮南王刘安及其门客所编，在《天文训》中作者借用前人气、阴阳、五行学说，描绘了一个宇宙创生的完整过程，《精神训》中也有类似的描写，可称是中国古代最有系统的宇宙创生理论；《天文训》中记载了悬土炭观测湿度的方法和月亮每日运行平均度数，是秦汉科技发展的新成果。《太玄经》是汉代杨雄仿《周易》之作，在当时历法和天文学的基础上构造了一个包罗万象的宇宙系统，该书创造性地发展了《周易》的符号系统，即将《周易》的阴(一)、阳(一)二元系统发展为奇(一)、偶(一)、和(一)三元系统，其排列方式从数学观点看是三进制数列。东汉王充的《论衡》是科学史上的一部重要著作，在书中，他以科学知识为武器批判“天人感应”说和谶纬迷信，指出云雨产生的自然机制，猜测雷电是由阴阳之气相激而成，分析了潮汐与月亮盈亏的关系，等等。书中涉及的科学知识包括天文、物理、生物、医学、冶金等领域，反映了当时科学发展的新水平。西晋崔豹的《古今注》是考释古今名物的早期著作，记载了关于车辆、服饰、城市、音乐、鸟、兽、鱼虫、草木等方面的许多科技知识，如指南车、记鼓里车、阳燧(凹面镜)的制作材料等都是此书首次记录。汉魏六朝时笔记小说式著作兴起，对科技发明和创造以及科技知识的记载都具有重要意义。如晋代葛洪的《西京杂记》，记载了巧匠丁缓等人发明“常满灯”、“被中香炉”的经过，书中对汉代宫殿和上林苑名果异木的记载是研究建筑史和植物学史的重要史料；唐代段成式的《酉阳杂俎》记载了大量药物和名医佚事，以及珍禽异兽、草木虫鱼的知识，其中如乌贼放墨避敌、螺蛤共生等动物行为的细致观察，是生物学史的重要史料。唐代开始，编纂类书的活动风行，许多科技知识和文献被收入相关的类别中，起到了保存科技文献的作用，唐徐坚等人编的《初学记》是较好的类书，其中几乎涉及了各个学科的科技内容，如在“天部”下收录了大量关于漏刻的古代文献，其中就有张衡《浑天仪图注》的二级漏刻部分，又如唐初李泰的《括地志》是一部500多卷的地理书，原书早已不存，其《序略》就保存在《初学记》中，等等。唐代以后，历代几乎都有类书出现，大型的就有宋代的《太平御览》、清代的《古今图书集成》，我们现在研究科学史，往往都要到这些类书中去寻找珍贵资料。

　　宋元时期是我国科技发展的高峰时期，在综合性科技文献中也有反映，具体表现是科技内容增多，且具有研究性质。《物类相感志》、《格物粗谈》可以说是博物学著作，它们的共同特点是汇集了大量日常生活中的经验知识编成，也大都以人事、天时、地理、草、木、花、虫、衣服、药品……等进行分类，特别是一些工艺技术在这类书中得到记载。这一时期笔记体著作科技内容更多，如苏轼的《东坡志林》中关于科技的条目约占1/5，涉及医药、地理、农业、水利、酿酒、饮食卫生、星占、炼丹服饵等等，其中关于四川卓筒井的开凿方法和产盐过程是最早最详细的记载。在笔记体著作中，沈括的《梦溪笔谈》是一部伟大的科技著作，全书共600余条，其中有近200条是关于科学技术内容的，涉及的学科也十分广泛，一些成就在当时世界上是处于领先地位的。宋代在科学思想上也有所发展，其中朱熹在《朱子语类》中提出的“格物致知”，继承了传统儒家博学多闻的优良传统。这一思想在明代发展成亲身实践取得真知的科学观，对科学技术的发展有深远影响。

　　明中叶以后，随着资本主义萌芽，部分知识分子开始转向务实的学问。明末黄道周在《榕坛问业》中对朱熹的“格物穷理”又有发展，他的“格物”具有明显的科学研究倾向。受这种“格致”思想影响的典型例子是明代曹昭的《新增格古要论》，该书主要是记述珍宝古玩、金石碑刻、漆器、奇木、异石等，属博古之士的著作，但他在自序中强调他是在实物的基础上，核实文献资料而写成，其中记载的金银检测方法是具有总结性的文献。在这一时期的科学发展中，方以智是一个重要人物。方以智是我国早期启蒙思想家之一，他在《通雅》和《物理小识》中，一方面把我国古代的科学知识作了一次综合的记录，一方面又吸收了当时西方的一些科学知识。由于他是一位科学家，又是一位哲学家，因此书中贯穿着唯物主义哲学和自然科学思想，取得了很高的成就。

　　入清以后，西方科学知识的传播日益广泛，许多综合性的科学著作吸收了西方科技知识，并且多集中于中西科学的对比研究，传统科学的研究日益衰落。

　　《墨经》

　　《墨经》是先秦墨家的科学、逻辑学和哲学著作。墨家是春秋战国时代产生的诸子百家中的一个重要学派，它和儒家一起被称为“显学”。墨家的创始人是墨翟〔di笛〕，相传他原是宋国人，后来长期住在鲁国。他是我国古代著名的思想家和政治家，也是一位卓有贡献的自然科学家。墨家学派著作的总汇《墨子》，是墨家弟子对墨翟言行的追述。《墨子》原书71篇，现存53篇，其中的《经上》、《经下》、《经说上》、《经说下》四篇构成《墨经》。也有人认为《墨经》还要包括《大取》、《小取》两篇。

　　《墨经》是《墨子》一书的主要组成部分，据说当时墨家弟子人人诵读，成为墨家学派的理论经典。该书内容丰富，结构严谨，涉及到认识论、逻辑学、经济学、自然科学等各个领域。全书约180条，其中与自然科学有关的约50条左右。其体例是：《经》是定义性条文，《说》为释《经》之文。《说》文每条第一个字或第一、二两字是标牒字，它与同条《经》文的第一字或二、三两字相同，用以牒经标题，以易检索。

　　《墨经》中之所以有许多自然科学的条目，与墨家学者的社会地位和思想方法有着密切的关系。首先，墨家的社会主张是“兼爱”、“非攻”、“节用”、“节葬”，代表了手工业小生产者的利益。墨子本人作过工匠，他的弟子也大多是社会下层的能工巧匠，因此很自然地会在平日的劳动实践中积累和总结自然科学知识。其次，墨家十分重视自然科学知识在社会生产和社会生活中的应用，认为科学知识是实现自己主张和为大众造福的重要武器，也就是“利于民谓之巧，不利于民谓之拙”。第三，墨家掌握了比较正确的认识论和方法论。他们把知识的来源分成“闻知”、“说知”和“亲知”，认为在实践中得来的“亲知”是最可靠的。同时，他们还重视对实践中得到的感性认识进行抽象的比较和综合，形成理性认识。而在这一点上，墨家丰富的逻辑学知识又为解决问题提供了极为重要的工具。

　　《墨经》在物理学和数学方面的成就最为突出。

　　对人类繁衍生息于其中的自然界的探讨，是先秦诸子百家学术争鸣的一个重要侧面。在这个方面，墨家独树一帜，建立了自然观和宇宙论。在墨家看来，自然界是一个统一的整体，个体和局部都是整体中分出来的，是统一体的一个组成部分。部分不是孤立存在的，而是与整体有着紧密的必然联系。这一观点在《墨经》对时间和空间的精彩论述中得到运用。《墨经》中说：“久，弥异时也”，“宇，弥异所也”。“久”是时间，“宇”是空间，“弥”意为充满、覆盖、包含。时间包含古往今来，是悠久无极的；空间则不论从任何地方看，上下四方，都是广漠无垠的。这是《墨经》给时间和空间下的定义，已包含了时空无限的思想。然而，时间的概念是从事物的变化过程中的先后次序体现的，空间的概念是从物体的运动过程中有位置移动而形成的，所以“异时”、“异所”实际上是一个有限的时间和空间。《墨经》用一个“弥”字表示了时间和空间的各部分由于密切联系而构成的整体概念。随后，《墨经》中又用“有穷”和“无穷”具体论述了时间和空间的有限和无限的关系。《墨经》中还认为时间和空间是密切相关的，并把它们和物体的运动联系起来加以说明。它认为，物体的移动，必然经过一定的时间和空间；穿越一定的空间，必然需要一定的时间；物体随时处在特定的位置；空间位置的变迁与时间流逝紧密结合在一起。在2000多年前，墨家学派能有这种关于时空机制的科学思想，确实令人惊叹。

　　现代物理学告诉我们，自然界的各种变化过程中，物质既不能被消灭，也不能创生，其总量是恒定的，这叫物质守恒原理。在《墨经》中已有了这种观念。它指出，已经存在的，不可能被消灭，某物体失去了一部分，对这个物体来说是“损”，但整个物体的总量并没有减少。差不多同时期的《管子》一书中也说到：“天地莫之能损”，意思是宇宙万物的总量一丝一毫都不能被消灭。这说明我国古代很早就有了物质不灭的思想了。

　　《墨经》的力学知识是先秦著作中最丰富、最集中的。对于物体的运动，该书中给出了严格的定义，“动，或(域)徙也”。就是说运动是物体位置发生了移动，从一个地方到了另一个地方。这和现在机械运动的定义是一致的。《墨经》认为静止是物体在某一时间限上处于空间的同一位置。书中还进一步讨论了运动和静止的辨证关系，认为像射箭那样，在极短的时间前进了很大距离，这种运动是十分明显的；而像人过桥那样，一步一顿，每一步都有短时间的静止，但就过桥的整个过程来说，静止只是暂时的、相对的，通过每一步的相对静止，完成了整个过桥的运动。这种把静止放到运动中去研究的思想方法是十分深刻的。

　　《墨经》中关于力的定义是从人的体力概念引出的。《墨经》把人体叫做“刑”，也就是“形”，把人体通过举、持、掷、击等方式使运动转移变化的过程叫做“奋”，这样，它定义力是“刑之所以奋也”。这是说，力是人使运动发生转移和变化的原因。在解释这一定义时，书中明确指出力和重是相当的，举起重物就是一种“奋”的表现。16世纪以前，欧洲的学者认为力是维持物体运动的原因，比较而言，《墨经》中对力的认识则要先进得多。

　　杠杆的利用和衡器的使用，在春秋战国是很普遍的。《墨经》从科学的角度分析了杠杆平衡的原理，指出杠杆的平衡不仅取决于加在两端的重量，而且和“本”(重臂)、“标”(力臂)的长短有关，已经有了力矩的概念。墨家学者比阿基米德更早知道了距离和平衡是有关系的，可惜的是它没有给出明确的数量关系。

　　《墨经》中已朴素地认识到了浮力原理。它说，形体大的物体，在水中沉下的部分很浅，这是因为物体重量和水的浮力平衡的道理。另外，书中对于滑轮、斜面等简单机械，以及拉力、引力等，都进行了讨论。

　　《墨经》中还记载了丰富的几何光学知识。墨家学者做了世界上最早的小孔成像实验，解释了光的直线传播。在一间黑暗的小屋朝阳的墙上开一个小孔，人对着小孔站在屋外，屋里相对的墙上就出现了一个倒立的人影。为什么会出现这奇怪的现象呢？墨家解释说，光穿过小孔如射箭一样，是直线进行的，人的头部遮住了上面的光，成影在下面，人的脚部遮住了下面的光，成影在上面，就成了倒立的影。这是对光直线传播的第一次科学解释。利用光的这一特性，《墨经》还解释了运动的物体和影子之间的关系。书中说，运动中的物体的影子是不动的，为什么影子看起来在动呢？那是因为旧影消失，新影产生，连续不断地更替着，并且变动着位置。

　　《墨经》对平面镜、凹面镜和凸面镜都进行了研究。例如在讨论凹面镜成像的不同情况时指出，当物体放在球心之内，得到的是正立的像，距离球心近的像小，距离球心远的像大；当物体处于球心以外时，得到的是倒立的像，距离球心近的像大，远的像小；当物体在球心处，像和物重合。《墨经》中以球心来区分物体和成像的关系，没有说明凹面镜球心到焦点之间的成像情况，这是它的不足之处。但在光学知识的初始阶段，墨家的这些科学实验是有着重要意义的。

　　在数学方面，《墨经》中提出了一系列几何学概念的定义。如，“圜〔huan环，即圆〕，一中同长也。”这与近代数学中圆的定义“对中心一点等距离的点的轨迹”十分相符。又如，“直，相参也”，指的是三点共一线的直线定义；“平，同高也”，指相同高低就是平，等等。《墨经》中还提出了“端”、“尺”、“区”、“穴”的概念，大致相当于近代几何的点、线、面、体。《墨经》中的这些数学内容，说明在春秋战国时理论几何学已在我国开始萌芽。

　　《墨经》是当时生产实践和墨家特有的科学实验与理论思维相结合的产物，是我国科技史上非常宝贵的财富。但是，令人惋惜的是，墨家的科学传统没有能够延续下来，被历史湮没了。直到清代邹伯奇等人发现其中的科学内容时，它才日益受到人们的重视。

　　《梦溪笔谈》

　　北宋沈括所著的《梦溪笔谈》是一部笔记体综合性的学术著作。沈括(公元1031—1095年)字存中，钱塘(今浙江杭州)人。他自幼喜欢学习，善于思考，14岁就读遍了家里的藏书。沈括曾在京师昭文馆编校图书，又做过集贤院校理，职务的便利，使他有机会读到许多皇家藏书，充实了自己的学识。他多才多艺，修水利、管财政、打仗、写诗、考古、搞科学研究，各方面都取得了显著的成就。王安石变法失败后，积极推行新法的沈括屡次被降职。58岁时，他定居润州(今江苏镇江)的梦溪园，一直到去世。沈括晚年在梦溪园认真总结自己一生的经历和科学活动，潜心著述。《梦溪笔谈》就是他在这段时间写成的。

　　《梦溪笔谈》全书共30卷，含《笔谈》(正编)26卷，《补笔谈》三卷，《续笔谈》一卷，分17门：故事、辨正、乐律、象数、人事、官政、机智、艺文、书画、技艺、器用、神奇、异事、谬误、讥谑、杂志、药议，共609条，其中自然科学和技术内容约200条，内容涉及数学、物理、化学、天文、地理、生物、农学、医学和工艺技术，既有对以往和当时的科技成就的记录，也有沈括自己的研究成果。

　　沈括对劳动人民的实践经验和创造发明给予了高度评价，认为科学技术不可能都出自“圣人”。他在《梦溪笔谈》中记录了不少民间的科技人物和成就。如世界上第一个发明活字印刷术的“布衣”毕昇，平民历算家卫朴，巧合龙门的水工高超，手艺精湛的木工喻皓和他的《木经》，等等。这些都是官修史书上从来看不到的资料。

　　沈括曾主持过司天监的工作，对天文历法有很深的造诣。他十分重视天文观测手段的改进，写过《浑仪议》、《浮漏议》、《景表议》三篇论文，详细说明了改革仪器的原理和他的天文见解，是我国天文学史的重要文献。《梦溪笔谈》中对这一活动作了记载，可以和《宋史·天文志》的记录对比研究。在《梦溪笔谈》中，沈括对五星运行的轨迹和陨石坠落的情景都作过翔实的描述，这是他认真观测的结果。他还第一次提出冬至日一天的长度要比夏至日一天的长度短的观点，在天文学史上有重要意义。在书中，沈括针对传统的阴阳合历在历日安排上的缺欠，主张使用与农业生产关系密切的十二气历。这一历法类似现今的太阳历，简便又科学。其后800余年，英国气象局就使用过与十二气历十分相似的肖伯纳历，用于农业气候的统计。

　　沈括在数学上也有精深的研究， 《梦溪笔谈》记录了他的隙积术和会圆术两项重要成果。沈括通过对垒起的酒坛和棋子等有空隙的堆积体的研究，提出了求它们总数的正确方法。这就是“隙积术”，也就是高阶等差级数求和的一种方法。这项成果实开南宋杨辉、元代朱世杰等人有关研究的先河。“会圆术”是一个已知弓形的圆径和矢高求弧长的问题。沈括推导出了求弓形弧长的近似公式。元代王恂、郭守敬等人《授时历》中的“弧矢割圆术”就利用了这一公式。

　　沈括在物理学上的成就是多方面的。《梦溪笔谈》记载，他曾对指南针的四种装置方法(放在水中、碗沿、指甲上和用线悬挂)进行了研究并比较它们的优劣，认为悬挂法最灵敏准确。他还发现，磁针“常微偏东，不全南也”。这是世界上关于地磁偏角的最早记录。西方在公元1492年哥伦布第一次航行美洲的时候才发现了地磁偏角，比沈括晚了400年。

　　凹面镜，古代称“阳燧”，在日光中可以取火。沈括在做凹面镜取火实验中，发现了它的焦点。在凹面镜的成像实验中，他称焦点为“此”或“碍”，并说明物体的焦点之内时，得到正像，在焦点上不成像，而在焦点之外时得到的是倒像。《梦溪笔谈》记载的这一成果，比《墨经》的研究又前进了一步。

　　声学中的共振现象，我国在战国时就已发现。《梦溪笔谈》中记述了沈括所作的共振实验。剪一个纸人放在琴弦上，弹动发生共振的弦，纸人就会跳跃颤动，而弹动别的弦，纸人却不动。这个实验要比欧洲人所做的同样实验早好几个世纪。直到17世纪，牛津的诺布尔和皮戈特才用“纸游码”(相当于纸人一类的东西)实验进行共振研究。

　　《梦溪笔谈》中还记载了沈括在地学方面的许多卓越论断。当他察访浙江东部的时候，考察了雁荡山诸峰峭拔险怪、崖高谷深的地貌特点，明确指出这是水流侵蚀作用的结果。他又联系到西北高原深沟巨壑中的土峰，说明了它们的成因是一样的。书中，沈括根据太行山山崖间有许多螺蚌壳和卵形砾石呈带状分布的现象，推断这一带是远古时的海滨，这里的陆地是黄河等北方大河所携带的大量泥沙沉积而形成的。正确科学地说明了华北平原的形成过程。

　　沈括还根据对化石的观察，推断了古代气候的变迁。《梦溪笔谈》记载，延州(今陕西延安一带)黄河堤岸塌陷，从土下露出一片石笋①。沈括将它与在别的地区发现的桃核、芦根、鱼、蟹等化石加以比较，认为别的地方的化石种类是当地就有的动植物，而这里的气候并不适合竹子的生长，因此，他判断此地远古时期必定“地卑气湿”，适宜竹子生长。根据化石正确推断古气候变迁，欧洲直到1763年才有人提出类似的见解。

　　《梦溪笔谈》还记载了沈括在西北地区对石油矿产进行的考察和研究。沈括亲自收集石油，并制成了石油的烟墨。用石油制墨，是沈括在利用石油上的首创。他还指出，地下的石油资源是十分丰富的，并预料“此物后必大行于世”。另外，“石油”一词也是沈括首先使用的，比以前文献中的“石漆”、“石脂水”、“火油”、“石脑油”等，更简单贴切，并沿用至今。

　　在《梦溪笔谈》中，沈括对地图的测绘进行了深入的研究。他删去了裴秀制图六体(见地理章)中的“道里”，而增加了“傍验”和“互融”，也就是强调地图绘制后的校验和拼合地图的准确性。他还把原来地图的四面八方加以改进，更细分成24个方向，使地图的精度有了进一步提高。后来，人们所用的罗盘上都标示24个方向。沈括还曾经把北方靠近辽国地区的地形制成“木图”——地形模型图。这种立体地图的出现要比西欧早700余年。

　　沈括的《梦溪笔谈》是宋代科技资料的宝库，是中国科技史上的杰作，也是世界科技史上的一份珍贵遗产，被誉为“中国科学史的坐标”。

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　　注释：

　　①据研究，沈括所说的石笋是一亿多年前一种称为新芦木的蕨类植物化石。这种植物生长在地势低洼的潮湿环境。
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