科技之美：傳統(tǒng)科技的積累與進步

前言

魏晉南北朝戰(zhàn)亂不斷，多個政權并存，南北對峙三百多年。雖然戰(zhàn)爭對科學研究和科技文化典籍造成了一定的破壞，但是南北文化大融合以及戰(zhàn)爭的需求則在一定程度促進了中國科技的發(fā)展，使秦漢時期形成的以農、醫(yī)、天、算為基礎的科技體系又有了新的積累與進步，出現(xiàn)了一大批杰出的科學家，并取得了一些突破性的成果。至隋唐時期，隨著經濟和科技文化的繁榮，中國古代科技體系得以持續(xù)發(fā)展和提高，為宋元時期達到高峰奠定了基礎。

天文儀器的創(chuàng)制革新

天文學離不開天文觀測，而觀測離不開儀器。但是，測量什么，用什么去測量，本身就隱含著對宇宙和天文現(xiàn)象的認識。漢代太初改歷之后，渾天說占據優(yōu)勢，渾儀成為主要的天文測量儀器。渾儀是要測量天體運動的，因此要按對天體運動的認識來設計，這樣測量的數(shù)據才有天文學意義。東漢時的傅安和賈逵，已經指出要以黃道測量日月運動的必要性，于是在渾儀上加上了黃道環(huán)，所制的渾儀稱作“黃道渾儀”，以區(qū)別于“赤道渾儀”。與渾儀不同，渾象是中國古代一種表現(xiàn)天體運動的演示儀器，類似現(xiàn)代的天球儀。最早制作的渾象是戰(zhàn)國時期的石申、甘德，之后東漢張衡制造了用漏壺滴水帶動繞軸旋轉的渾象。但總的來說，北魏之前的渾儀、渾象等天文儀器不夠精密。

渾儀

簡儀是一種嶄新的天體測量儀器。它克服了傳統(tǒng)渾儀環(huán)圈過多、遮擋天區(qū)、不夠靈活和眾多環(huán)圈同心而造成的安裝困難等缺點，設計精巧，同時又非常適合觀測。簡儀改變了渾儀把測量三種不同坐標的圓環(huán)集中裝配的做法，分解為兩個獨立的裝置，即赤道裝置和地平裝置，從而簡化了儀器結構。郭守敬的簡儀，完成了漢以來渾儀自簡單而變復雜，再由復雜而變簡單的演變過程。這是對復雜的天體運動有了整體的認識之后，再大膽地簡化儀器，以實現(xiàn)測量上的便捷，體現(xiàn)了天文觀測上的深刻體驗和儀器的聰明設計。

簡儀

魏晉數(shù)學的理性追求

論三國兩晉時期的數(shù)學家，當以劉徽為最。他是三國魏人，自幼學習《九章算術》。魏景元四年（263年）著有《九章算術注》10卷，后來第10卷單行本稱為《海島算經》。他通過對《九章算術》作注的形式，不僅解釋了《九章算術》大部分算學概念，開創(chuàng)了算法的理論證明，發(fā)展了我國的邏輯證明體系，而且創(chuàng)立了“割圓術”等具有現(xiàn)代極限思想的一些新算法。

《九章算術》中的勾股容圓圖

宋元數(shù)學的巔峰之作

說宋元數(shù)學達到了我國古代數(shù)學的高峰，其重要的標志就是學人蔚起，著作如林，成就斐然。秦九韶的《數(shù)書九章》給出了高次方程的數(shù)值解法——“大衍求一術”（現(xiàn)代數(shù)論中一次同余式組解法），比西方早800多年。李冶的《測圓海鏡》最早提出了天元術，楊輝的《詳解九章算法》收錄的賈憲三角（又名楊輝三角，西方也叫帕斯卡三角形）——二項展開式——的研究差不多比西方早500多年。朱世杰的《四元玉鑒》給出了四元高次方程組的建立和求解問題，代表了宋元數(shù)學的最高成就，比西方早300多年。具體而言，主要體現(xiàn)在三個方面：一是由演段法到天元術，并經二元術、三元術發(fā)展為四元術代數(shù)方程或方程組解法；二是高階等差級數(shù)研究；三是求解聯(lián)立一次同余式方法。

中國古代求解聯(lián)立一次同余式方法也叫“大衍求一術”。這個問題可能與天文歷法的“上元積年”計算有關，又與《周易》的“大衍之數(shù)”相附會，所以秦九韶稱之為“大衍求一術”。聯(lián)立一次同余式問題，最早見于《孫子算經》中的“物不知數(shù)”問題：“今有物不知數(shù)，三三數(shù)之剩二，五五數(shù)之剩三，七七數(shù)之剩二，問物幾何？”

《孫子算經》中關于“物不知數(shù)”問題的記載

煉丹術與化學

古代科學經常是與巫術、宗教，甚至迷信混在一起。天文學與占星術的關系是我們大家熟悉的，煉丹術與化學的也是這樣。

未濟爐與既濟爐

各種丹經中還記有各種各樣的成套的水火鼎，還有各種各樣的鼎器?！兜し宽氈分羞€繪出了一種丹家專門設計制造升煉水銀蒸餾器，這表明中國煉丹術中提取水銀工藝發(fā)展到宋代開始由未濟式向真正的蒸餾式的過渡。

抽汞蒸餾器

總之，煉丹家在煉丹過程中不斷地嘗試各種物料及其化合物、煉制方法和工藝，實際上就是在進行一些化學研究。所以說，煉丹術就是現(xiàn)代化學的早期形態(tài)。煉丹術是對未知世界的一種探究，是古代科學的一部分，對古代科技，特別是古代化工技術，起到了重要的促進作用。中國古代在藥物、火藥方面的成就，有煉丹術的一份功勞。

《天工開物》中關于升煉水銀的插圖

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