第二十章 秦漢時代的科學技術和思想文化
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秦漢時代的科學技術和思想文化都達到很高的水平，留下足以稱道的成果，在中國和人類文化史上放射出瑰麗的異彩。
第一節 科學技術的主要成就 一 數學、天文、曆法的發展 數學的研究成果 數學是一門古老的科學，它的産生，甚至“還在書法以前”（貝爾納《曆史上的科學》，伍況甫等譯，科學出版社1983年出版，第65頁）。
中國古代人的數學知識，在殷、西周時期即已達到很高的水平，春秋時，人們已熟練地将數學和幾何學的知識用于城市建築，土地測量和征收賦稅等方面。
到秦漢時代數學的研究，已出現具有劃時代意義的成果。
在西漢時期，出現了我國現存的最早的數學著作&mdash&mdash《周髀算經》。
據《隋書·經籍志》天文類下首列《周髀》一卷，趙嬰注；又一卷甄鸾重述。
該書“内稱周髀長八尺，夏至之日晷一尺六寸，蓋髀者，股也。
于周地立八尺之表以為股，其影為勾，故曰周髀”（《四庫全書總目提要》卷106《周髀算經》）。
這是解勾股之最早數學書。
舊本題雲“漢趙君卿注”，此人或曰“爽”，疑即為漢代之趙嬰，注中常引《靈憲》等書，則趙嬰可能是東漢時人，而《周髀算經》乃秦漢時數學研究的傑出成就可無疑義。
《九章算術》是秦漢時代數學的另一重要著作。
此書并非完成于一時，西漢前期數學家張蒼、耿壽昌等曾對此書進行增删，正式成書則在東漢，全書共九章，搜集了246個數學問題的解法。
其中有開平方、開立方的方法，特别是關于分數四則和比例的算法在當時是世界最先進的，而負數的概念和正負數加減法的運算在這部書中的記載，是世界數學史上首見。
因此，本書對古代數學發展的影響很大，可以和古希臘歐幾裡得的《幾何原本》相提并論。
天文和曆法的發展 秦漢時代天文和曆法也取得驚人成就，首先，關于天體、星象的觀測和研究，西漢時期已有關于太陽黑子的記載，現在，世界天文學界都公認，最早的黑子記錄，是我國《漢書·五行志》中“河平元年&hellip&hellip三月乙未，日出黃，有黑氣大如錢、居日中央”。
這一記載比歐洲直到公元807年才有黑子記錄早九百多年。
其實，早在這一記載之前《淮南子》和《漢書·五行志》中漢元帝永光元年也記載了類似的黑子現象，事實證明，我國天文學研究的水平在古代世界居于遙遙領先的地位。
1974年在湖北雲夢發現的《睡虎地秦墓竹簡》中有《日書》二種，其中記錄了大量的天文現象和曆法知識。
在馬王堆漢墓出土的帛書《五星占》中，記載了五大行星的運行，這都是我國現存的最早的天文學著作。
對天文學的研究，我國古代有極悠久的曆史，至秦漢時代更是盛極一時。
漢武帝時，著名的天文學家落下闳造渾天儀，太初三年（102年）立日晷儀下漏刻，求二十八宿的位置。
到東漢時，張衡（78～139）發明渾天儀，為天文學的研究作出重要貢獻[349]： “渾天如雞子，天體圓如彈丸。
地如雞子中黃，孤居于内。
天大而地小。
天表裡有水。
天之包地，猶殼之裹黃。
”（張衡《渾天儀》，見《全漢文》卷55）根據這一認識所創造的渾天儀是用水力轉動的一個渾象（即現在的天體儀），用銅鑄成，球面上标出黃道、赤道、南極、北極，還刻上二十八宿及其他星座，使漏壺滴水轉動渾象，每天有規律地回轉一周，在室内觀察星體的出沒，和實際完全一樣。
這個渾天儀是現在天球儀的鼻祖。
與天文密切關聯的曆法，在秦漢時代也取得重要成就。
1972年在山東臨沂銀雀山漢墓中發現元光元年（前134年）的曆譜，這是我國迄今發現的最早的完整曆譜。
在《睡虎地秦墓竹簡》中的《日書》已有較科學的記日、記月、記年的方法。
漢武帝時，司馬遷、落下闳、鄧平等人改《颛顼曆》而作《太初曆》，以正月為歲首，采用有利于農時的二十四節氣，其中插入閏月，使錯誤降低到每三百九十九年始差一日。
到漢成帝時，劉歆又依《太初曆》作《三統曆》，太陽年的計算已經精确到三百六十五天又一五三九分之三三五。
一月為294381日，十九年有七個閏月。
東漢末，劉洪又造《乾象曆》，有推算日蝕、月蝕的算法。
他還編了一張月亮運行速度表，為以後曆法的改進，提供了根據。
秦漢時代的數學、天文、曆法的成就，在當時的世界上居于最先進的地位，對人類文化史作出有益的貢獻。
值得注意的是：有許多科學成就，目前已不被人所理解和認識。
近年來各地出土了不少秦漢簡牍、帛書等新資料，可惜目前研究得很不夠，尚有待于今後的努力。
[350] 二 物理、化學和地理學的成就 物理學 秦漢時代物理學和地理學的科學成就，首推張衡地動儀的發明。
地動儀是用精銅制成的用以測量地震的儀器，其狀如酒樽，圓徑八尺，中有立柱，以機械連着八個方向，樽外有龍頭八個，各皆口銜銅丸，每龍頭下置銅蟾蜍一隻，口向上張。
若發生地震，震源在何方，地動儀上何方的龍頭口内的銅丸就落入蟾蜍口中。
由此即可知地震的方向和距離。
據說，張衡發明地動儀後，有一次儀上的四面龍口中銅丸墜落，但人們并未感到地震，都以為此儀器不準。
不料，幾天後驿使前來報告，銅丸墜落之日隴西曾發生地震，由此人們才驚服其準确性。
這一儀器發明于東漢陽嘉元年（132年），較歐洲發明的地震儀要早一千七百餘年之久。
秦漢時代在物理學研究方面，無論是關于物質知識，還是對力、聲、光、電、磁的認識，都達到相當高的水平。
如西漢的《韓詩外傳》中有“雪花獨六出”，指出雪花呈六角狀态。
這個物理現象在歐洲直到公元1611年才被發現。
成書于西漢的《淮南子》中，有“懸羽與炭而知燥濕之氣”。
這是天平式濕度計發明的原理，而歐洲到公元15世紀才用這種辦法測量空氣濕度。
在《考工記》中有“馬力既竭，辀猶能一取焉”。
這是對慣性現象的認識。
還有“直庛則利推，句庛則利發”的記載，“庛”即“耒”的下面入土的一段，“句”即彎曲的意思，這是對杠杆原理應用的總結。
《考工記》中還有“鐘大而短，則其聲疾而短聞，鐘小而長，則其聲舒而遠聞”。
這是對聲學原理的準确概括。
秦漢時代物理學應用于工藝方面的成就，有不少至今仍為人們歎為觀止，如漢代的透光鏡就是長期以來曾經引起全世界科學家驚異的器物。
此鏡外形與普通銅鏡一樣，但若以一束光線照到鏡面上後，反射到牆壁上的竟有鏡背面的花紋及文字。
上海博物館珍藏的一面西漢透光鏡，背面有“見日之光，天下大明”八個字，在光線照射下，竟能通過鏡面“透”出來。
這種奇妙的物理現象，直到20世紀才為世界許多科學家解釋清楚。
到1975年上海的科學家才成功地複制出同樣的透光鏡。
漢代已能用塗水銀的辦法制造平面鏡，《淮南萬畢術》中記載：“取大鏡高懸，置水盤于其下，則見四鄰。
”這是利用折光的原理研制出的世界最早的潛望鏡。
該書還記載“削冰令圜，舉以向日，以艾承其影則火生”這種說法是符合凸透鏡光學原理的。
秦漢時代對靜電學的現象有一定認識，并作出較符合實際的解釋，東漢王充《論衡·亂龍篇》：“頓牟掇芥、磁石引針&hellip&hellip他類肖似，不能掇取者，何也？氣性異殊，不能相感動也。
”說明當時人們對絕緣體（玳瑁）經過摩擦後帶電的現象有所認識。
《漢書·天文志》中還有世界上較早的最精确的極光記錄：“孝成建始元年九月戊子，有流星出文昌，色白，光燭地，長可四丈，大一圍，動搖如龍蛇形，有頃，長可五六丈，大四圍所，诎折委曲，貫紫宮西，在鬥西北子亥間。
後诎如環，北方不合，留一刻所。
”這僅有七十多字的記載，描繪了極光出現的時間、地點、色彩、明亮度、運動狀态、範圍、大小、方位與停留時間等。
如此精确的記錄，說明當時對這種物理現象的觀察，同現代世界上極光觀察站的要求已相當接近。
此外對磁石的認識及磁性原理的發現也有很高的成就，不一一備舉。
化學&mdash&mdash煉丹術 漢代道教的煉丹術，是古代化學實驗的搖籃。
而中國的煉丹術對全世界都有一定影響，貝爾納在《曆史上的科學》一書中寫道：“煉丹術和伴随着科學的化學是否起源于亞曆山大城，仍是一個未決的問題。
最早的可靠著作如班諾坡利（Panopolis）的左思馬斯（Zosymus）和女猶太馬利（MarytheJewess）的作品，遲到4世紀和5世紀才出現。
他們的任何理論可能受到中國煉丹術的影響。
”（貝爾納《曆史上的科學》第127頁）。
因此，科學史家對中國漢代煉丹術給以極高的估價：“在史前時代，中國人已用朱砂作為活人的血液的玄術性代替物，并分出它的元素硫和汞。
道教把這二種元素等同于一般化的雄雌兩性，即本身來源于圖騰的陰和陽，從而發展了煉丹術的體系。
”（同上第167頁） 對于漢代煉丹術的詳細記載，有魏晉時代的葛洪（約281～361）所著的《抱樸子》一書。
該書記述了一些實用的化學制法，如硫化錫，亦即貌似黃金的“鑲嵌金”的制備方法。
其書雖被一片道家迷信色彩所籠罩，但仍是有很高的科學價值，正如較《抱樸子》一書出現更為早的另一部煉金術專著《參同契》一樣。
現代西方的科學家稱這部出現于東漢的著作及其作者魏伯陽是“目前所知最早的煉金專著。
該書載有許多帶有迷信色彩的資料，并用一些異想天開的名稱隐喻所用的許多制法和試劑；這和西方的情況并無兩樣。
不過，它仍可表明作者是一位實用化學家。
下面一段關于某種蒸發和結晶過程的描述，會使每一位細心觀察過激烈反應過程的化學家為之動容”（亨利·M.萊斯特《化學的曆史背景》，吳忠譯，商務印書館1982年出版，第59頁）。
關于漢代煉丹術中化學研究的成果，英國李約瑟博士的《中國科學技術史》第5卷有詳細的論述。
地理學 秦漢時代的地理學已達到很高的水平。
《漢書》《史記》都列有專篇記載山川地理、都市等。
當時作為表達和傳播地理知識的手段&mdash&mdash地圖、測繪的水平也很高，長沙馬王堆三号漢墓出土的三幅地圖就是很好的佐證： 繪在帛上的地圖共發現三幅，據考定為西漢時的作品：第一幅是西漢長沙國南部地形圖，據推算主區比例為十七萬分之一至十九萬分之一。
主區繪今湖南、廣西、廣東三省交界的地方。
其中主要河流、山脈和城市的方位，都和實際情況基本符合。
第二幅是長沙國南部駐軍圖，主要繪今湖南道縣
第一節 科學技術的主要成就 一 數學、天文、曆法的發展 數學的研究成果 數學是一門古老的科學，它的産生，甚至“還在書法以前”（貝爾納《曆史上的科學》，伍況甫等譯，科學出版社1983年出版，第65頁）。
中國古代人的數學知識，在殷、西周時期即已達到很高的水平，春秋時，人們已熟練地将數學和幾何學的知識用于城市建築，土地測量和征收賦稅等方面。
到秦漢時代數學的研究，已出現具有劃時代意義的成果。
在西漢時期，出現了我國現存的最早的數學著作&mdash&mdash《周髀算經》。
據《隋書·經籍志》天文類下首列《周髀》一卷，趙嬰注；又一卷甄鸾重述。
該書“内稱周髀長八尺，夏至之日晷一尺六寸，蓋髀者，股也。
于周地立八尺之表以為股，其影為勾，故曰周髀”（《四庫全書總目提要》卷106《周髀算經》）。
這是解勾股之最早數學書。
舊本題雲“漢趙君卿注”，此人或曰“爽”，疑即為漢代之趙嬰，注中常引《靈憲》等書，則趙嬰可能是東漢時人，而《周髀算經》乃秦漢時數學研究的傑出成就可無疑義。
《九章算術》是秦漢時代數學的另一重要著作。
此書并非完成于一時，西漢前期數學家張蒼、耿壽昌等曾對此書進行增删，正式成書則在東漢，全書共九章，搜集了246個數學問題的解法。
其中有開平方、開立方的方法，特别是關于分數四則和比例的算法在當時是世界最先進的，而負數的概念和正負數加減法的運算在這部書中的記載，是世界數學史上首見。
因此，本書對古代數學發展的影響很大，可以和古希臘歐幾裡得的《幾何原本》相提并論。
天文和曆法的發展 秦漢時代天文和曆法也取得驚人成就，首先，關于天體、星象的觀測和研究，西漢時期已有關于太陽黑子的記載，現在，世界天文學界都公認，最早的黑子記錄，是我國《漢書·五行志》中“河平元年&hellip&hellip三月乙未，日出黃，有黑氣大如錢、居日中央”。
這一記載比歐洲直到公元807年才有黑子記錄早九百多年。
其實，早在這一記載之前《淮南子》和《漢書·五行志》中漢元帝永光元年也記載了類似的黑子現象，事實證明，我國天文學研究的水平在古代世界居于遙遙領先的地位。
1974年在湖北雲夢發現的《睡虎地秦墓竹簡》中有《日書》二種，其中記錄了大量的天文現象和曆法知識。
在馬王堆漢墓出土的帛書《五星占》中，記載了五大行星的運行，這都是我國現存的最早的天文學著作。
對天文學的研究，我國古代有極悠久的曆史，至秦漢時代更是盛極一時。
漢武帝時，著名的天文學家落下闳造渾天儀，太初三年（102年）立日晷儀下漏刻，求二十八宿的位置。
到東漢時，張衡（78～139）發明渾天儀，為天文學的研究作出重要貢獻[349]： “渾天如雞子，天體圓如彈丸。
地如雞子中黃，孤居于内。
天大而地小。
天表裡有水。
天之包地，猶殼之裹黃。
”（張衡《渾天儀》，見《全漢文》卷55）根據這一認識所創造的渾天儀是用水力轉動的一個渾象（即現在的天體儀），用銅鑄成，球面上标出黃道、赤道、南極、北極，還刻上二十八宿及其他星座，使漏壺滴水轉動渾象，每天有規律地回轉一周，在室内觀察星體的出沒，和實際完全一樣。
這個渾天儀是現在天球儀的鼻祖。
與天文密切關聯的曆法，在秦漢時代也取得重要成就。
1972年在山東臨沂銀雀山漢墓中發現元光元年（前134年）的曆譜，這是我國迄今發現的最早的完整曆譜。
在《睡虎地秦墓竹簡》中的《日書》已有較科學的記日、記月、記年的方法。
漢武帝時，司馬遷、落下闳、鄧平等人改《颛顼曆》而作《太初曆》，以正月為歲首，采用有利于農時的二十四節氣，其中插入閏月，使錯誤降低到每三百九十九年始差一日。
到漢成帝時，劉歆又依《太初曆》作《三統曆》，太陽年的計算已經精确到三百六十五天又一五三九分之三三五。
一月為294381日，十九年有七個閏月。
東漢末，劉洪又造《乾象曆》，有推算日蝕、月蝕的算法。
他還編了一張月亮運行速度表，為以後曆法的改進，提供了根據。
秦漢時代的數學、天文、曆法的成就，在當時的世界上居于最先進的地位，對人類文化史作出有益的貢獻。
值得注意的是：有許多科學成就，目前已不被人所理解和認識。
近年來各地出土了不少秦漢簡牍、帛書等新資料，可惜目前研究得很不夠，尚有待于今後的努力。
[350] 二 物理、化學和地理學的成就 物理學 秦漢時代物理學和地理學的科學成就，首推張衡地動儀的發明。
地動儀是用精銅制成的用以測量地震的儀器，其狀如酒樽，圓徑八尺，中有立柱，以機械連着八個方向，樽外有龍頭八個，各皆口銜銅丸，每龍頭下置銅蟾蜍一隻，口向上張。
若發生地震，震源在何方，地動儀上何方的龍頭口内的銅丸就落入蟾蜍口中。
由此即可知地震的方向和距離。
據說，張衡發明地動儀後，有一次儀上的四面龍口中銅丸墜落，但人們并未感到地震，都以為此儀器不準。
不料，幾天後驿使前來報告，銅丸墜落之日隴西曾發生地震，由此人們才驚服其準确性。
這一儀器發明于東漢陽嘉元年（132年），較歐洲發明的地震儀要早一千七百餘年之久。
秦漢時代在物理學研究方面，無論是關于物質知識，還是對力、聲、光、電、磁的認識，都達到相當高的水平。
如西漢的《韓詩外傳》中有“雪花獨六出”，指出雪花呈六角狀态。
這個物理現象在歐洲直到公元1611年才被發現。
成書于西漢的《淮南子》中，有“懸羽與炭而知燥濕之氣”。
這是天平式濕度計發明的原理，而歐洲到公元15世紀才用這種辦法測量空氣濕度。
在《考工記》中有“馬力既竭，辀猶能一取焉”。
這是對慣性現象的認識。
還有“直庛則利推，句庛則利發”的記載，“庛”即“耒”的下面入土的一段，“句”即彎曲的意思，這是對杠杆原理應用的總結。
《考工記》中還有“鐘大而短，則其聲疾而短聞，鐘小而長，則其聲舒而遠聞”。
這是對聲學原理的準确概括。
秦漢時代物理學應用于工藝方面的成就，有不少至今仍為人們歎為觀止，如漢代的透光鏡就是長期以來曾經引起全世界科學家驚異的器物。
此鏡外形與普通銅鏡一樣，但若以一束光線照到鏡面上後，反射到牆壁上的竟有鏡背面的花紋及文字。
上海博物館珍藏的一面西漢透光鏡，背面有“見日之光，天下大明”八個字，在光線照射下，竟能通過鏡面“透”出來。
這種奇妙的物理現象，直到20世紀才為世界許多科學家解釋清楚。
到1975年上海的科學家才成功地複制出同樣的透光鏡。
漢代已能用塗水銀的辦法制造平面鏡，《淮南萬畢術》中記載：“取大鏡高懸，置水盤于其下，則見四鄰。
”這是利用折光的原理研制出的世界最早的潛望鏡。
該書還記載“削冰令圜，舉以向日，以艾承其影則火生”這種說法是符合凸透鏡光學原理的。
秦漢時代對靜電學的現象有一定認識，并作出較符合實際的解釋，東漢王充《論衡·亂龍篇》：“頓牟掇芥、磁石引針&hellip&hellip他類肖似，不能掇取者，何也？氣性異殊，不能相感動也。
”說明當時人們對絕緣體（玳瑁）經過摩擦後帶電的現象有所認識。
《漢書·天文志》中還有世界上較早的最精确的極光記錄：“孝成建始元年九月戊子，有流星出文昌，色白，光燭地，長可四丈，大一圍，動搖如龍蛇形，有頃，長可五六丈，大四圍所，诎折委曲，貫紫宮西，在鬥西北子亥間。
後诎如環，北方不合，留一刻所。
”這僅有七十多字的記載，描繪了極光出現的時間、地點、色彩、明亮度、運動狀态、範圍、大小、方位與停留時間等。
如此精确的記錄，說明當時對這種物理現象的觀察，同現代世界上極光觀察站的要求已相當接近。
此外對磁石的認識及磁性原理的發現也有很高的成就，不一一備舉。
化學&mdash&mdash煉丹術 漢代道教的煉丹術，是古代化學實驗的搖籃。
而中國的煉丹術對全世界都有一定影響，貝爾納在《曆史上的科學》一書中寫道：“煉丹術和伴随着科學的化學是否起源于亞曆山大城，仍是一個未決的問題。
最早的可靠著作如班諾坡利（Panopolis）的左思馬斯（Zosymus）和女猶太馬利（MarytheJewess）的作品，遲到4世紀和5世紀才出現。
他們的任何理論可能受到中國煉丹術的影響。
”（貝爾納《曆史上的科學》第127頁）。
因此，科學史家對中國漢代煉丹術給以極高的估價：“在史前時代，中國人已用朱砂作為活人的血液的玄術性代替物，并分出它的元素硫和汞。
道教把這二種元素等同于一般化的雄雌兩性，即本身來源于圖騰的陰和陽，從而發展了煉丹術的體系。
”（同上第167頁） 對于漢代煉丹術的詳細記載，有魏晉時代的葛洪（約281～361）所著的《抱樸子》一書。
該書記述了一些實用的化學制法，如硫化錫，亦即貌似黃金的“鑲嵌金”的制備方法。
其書雖被一片道家迷信色彩所籠罩，但仍是有很高的科學價值，正如較《抱樸子》一書出現更為早的另一部煉金術專著《參同契》一樣。
現代西方的科學家稱這部出現于東漢的著作及其作者魏伯陽是“目前所知最早的煉金專著。
該書載有許多帶有迷信色彩的資料，并用一些異想天開的名稱隐喻所用的許多制法和試劑；這和西方的情況并無兩樣。
不過，它仍可表明作者是一位實用化學家。
下面一段關于某種蒸發和結晶過程的描述，會使每一位細心觀察過激烈反應過程的化學家為之動容”（亨利·M.萊斯特《化學的曆史背景》，吳忠譯，商務印書館1982年出版，第59頁）。
關于漢代煉丹術中化學研究的成果，英國李約瑟博士的《中國科學技術史》第5卷有詳細的論述。
地理學 秦漢時代的地理學已達到很高的水平。
《漢書》《史記》都列有專篇記載山川地理、都市等。
當時作為表達和傳播地理知識的手段&mdash&mdash地圖、測繪的水平也很高，長沙馬王堆三号漢墓出土的三幅地圖就是很好的佐證： 繪在帛上的地圖共發現三幅，據考定為西漢時的作品：第一幅是西漢長沙國南部地形圖，據推算主區比例為十七萬分之一至十九萬分之一。
主區繪今湖南、廣西、廣東三省交界的地方。
其中主要河流、山脈和城市的方位，都和實際情況基本符合。
第二幅是長沙國南部駐軍圖，主要繪今湖南道縣
