第五節 宋學與科技
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英國李約瑟博士在他的巨著《中國科學技術史》一書中指出:
《中國科學技術史》,第一卷,第六章,第287頁。
每當人們在中國的文獻中查考任何一種具體的科技史料時,往往會發現它的主焦點就在宋代。
不管在應用科學方面或在純粹科學方面都是如此。
所謂應用科學,大緻等同于技術;純粹科學,即指與“技術”一詞并稱時純粹意義上的“科學”。
故兩者又合稱科技。
李約瑟在中國文獻中查找科技史料時大抵偏重于前者,拙稿本節談宋學在自然科學思想方面的表現,不妨就從後者入手。
《河南程氏遺書》,卷二十二上,《二程集》,第277頁。
宋代近似于今天“科學”一詞的概念,有“物理之學”,簡稱物理。
邵伯溫《易學辨惑》述其父從學李之才,後者一連提了三個問題,一是“科舉之外,有義理之學,子知之乎?”二是“義理之外,有物理之學,子知之乎?”三是“物理之外,有性命之學,子知之乎?”邵雍都說自己未聽說過,表示“願受教”。
如前章所述,義理之學、性命之學,并指宋學,前者依形式立名,後者從内容取義。
就文氣推,物理之學,當亦宋學之某一角度的别稱。
可知宋代之科學(物理之學),本是宋學家所同時涉及的領域。
程頤答門人唐棣“初學如何”之問,以為“入德之門,無如《大學》”。
《大學》有所謂八條目,格物、緻知、誠意、正心、修身、齊家、治國、平天下,“格物”是第一條。
唐棣又問:“如何是格物?”程頤回答說: 《河南程氏遺書》,卷二十二上,《二程集》,第277頁。
格,至也,言窮至物理也。
又說: 《河南程氏遺書》,卷十五,《二程集》,第157頁。
物理須是要窮。
若言天地之所以高深,鬼神之所以幽顯。
若隻言天隻是高,地隻是深,隻是已辭,更有甚? 關于天之所以高、地之所以深,正是方今天體物理學和地球物理學所要探讨的問題。
近代以“格緻”意譯西方“科學”一詞,正有見及于此。
将“格物緻知”縮成“格緻”一詞,用作物理之學的代稱,早在元代就有人這樣做了,如元代醫學家朱震亨醫學著作之一便叫《格緻餘論》。
其書自序曰: 古人以醫為吾儒格物緻知之一事,故特以名書。
其後明代胡文煥輯西晉張華《博物志》等為《格緻叢書》,清代陳元龍解釋博物起源及内容的《格緻鏡原》,晚清王仁俊的《格緻古微》、徐建寅的《格緻啟蒙》,并用此義。
二程關于“天地之所以高深”的物理研究,可舉呂大臨《東見二先生語》所錄程颢的一段話為例。
其關于天體物理的部分說: 《河南程氏遺書》,卷二下,《二程集》,第57頁。
今人所定天體,隻是且以眼定,視所極處不見,遂以為盡。
然向曾有于海上見南極下有大星十,則今所見天體蓋未定。
雖似不可窮,然以土圭之法驗之,日月升降不過三萬裡中,故以尺五之表測之,每一寸當一千裡。
然而中國隻到鄯善、莎車,已是一萬五千裡。
若就彼觀日,尚隻是三萬裡中也。
同上,第55頁。
“極”指北極星,古人以為北極乃天之正中。
“土圭之法”、“尺五之表”,古人用以正日影而定地之中,程颢認為“天地之中,理必相直”,今人“隻是且以眼定”,“遂以為盡”,其實“所見天體蓋未定”。
所以他又說: 同上書,卷十五,《二程集》,第148頁。
假使言日升降于三萬裡,不可道三萬裡外更無物。
又如言天地升降于八萬裡中,不可道八萬裡外天地盡。
這一看法,無疑是正确的。
在《附東見錄後》的記載中,接着又談到了地球物理: 同上書,卷二下,《二程集》,第49頁。
天下之或寒或暖,隻緣地形高下。
如屋陰則寒,屋陽則燠,不可言于此所寒矣,屋之西北又益寒。
伯淳在澤州,嘗三次食韭黃,始食懷州韭,次食澤州,又次食并州,則知數百裡間氣候争三月矣。
若都以此差之,則須争半歲。
如是,則有在此冬至,在彼夏至者。
雖然,又沒此事,隻是一般為冬為夏而已。
地勢高下與氣溫冷暖之間的辯證關系,在今天已是普通的常識問題了。
但程颢通過在澤州三個月中先後三次吃到臨近三個地方出産的韭黃這一親身體驗,從植物生長成熟期與氣溫的關系來論證這個問題,在隻重文獻,不重實證的當時,還是不容易的。
從上文所舉關于天高地深的研究中所體現的懷疑精神來看,宋學的開創,對于物理之學在北宋時代的發展,無疑起過一定的促進作用。
懷疑,本是宋學創造精神的動力,對于自然科學的發明和創造(無論是應用科學還是理論科學),就顯得更加重要了。
此外我們還可以注意到,宋儒在從事性理之學研究時所不重視的實證精神,在同時代著名的自然科學家沈括的著作中,卻得到了突出的表現。
為了便于對照,仍從關于植物生長期問題的讨論開始。
《夢溪筆談》卷二十六《藥議》有論草藥之采摘“不可限以時月”一條,以下是沈括的分析: 如平地三月花者,深山中則四月花。
白樂天《遊大林寺》詩雲:“人間四月芳菲盡,山寺桃花始盛開。
”蓋常理也。
此地勢高下之不同也。
藥材的成熟期随地而宜,因或生于平地,或長于深山,地勢高下有異同。
此論與程颢所見全同。
所謂常理,即物之常理,或曰物理之常。
《夢溪筆談》卷七《象數一》有雲: 大凡物理有常、有變。
運氣所主者,常也;異夫所主者,皆變也。
……其造微之妙,間不容發,推此而求,自臻至理。
“物理有常”,也就是物理有一定的規律,這規律就叫“常理”。
程颢所謂天地之中,理必相直,天下之或寒或暖,隻緣地形高下;白居易詩“人間四月芳菲盡,山寺桃花始盛開”,說的都是常理。
用今天的話來表達,也便是關于地球物理方面的客觀規律,如地勢高下與氣溫冷暖成正比等等。
但沈括認為,影響植物生長成熟期長短的因素不隻是一個方面,在上引《夢溪筆談》卷二十六《藥議》的同一段議論中,他又另外列舉了三方面的理由。
其一: 如筀竹筍,有二月生者,有三四月生者,有五月方生者謂以晚筀。
稻有七月熟者,有八九月熟者,有十月熟者,謂之晚稻。
一物同一畦之間,自有早晚,此物性之不同也。
這裡從“物性”着眼,指出即使是同類植物,不同品種的成熟期也有所不同。
其二: 嶺峤微草,淩冬不凋;并、汾喬未,望秋先隕。
諸越則桃李冬實,朔漠則桃李夏榮。
此地氣之不同也。
這是從“地氣”着眼,分析南北緯度差異的懸殊所引起的不同。
嶺峤,指五嶺,這裡泛指南方。
并,并州,即今山西太原市;汾,汾州,在今山西汾陽一帶,這裡泛指北方。
與下文“諸越”、“朔漠”對。
最後,沈括還指出“人力”即田間管理之優劣也可引起作物成熟時間的先後: 一畝之稼,則糞溉者先芽;一丘之禾,則後種者晚實。
此人力之不同也。
豈可一切拘以定月哉! 客觀世界是千差萬别的,同一事物的發生與發展,常常受到各種因素的牽制和影響。
沈括這些分析,無疑都是對的。
與程颢關于不同産區韭黃生長期差異的原因分析相比,無論在邏輯的嚴密性還是看問題的全面性方面,均高過一着,雖然沈括并不以哲學名家。
通過上述關于沈括這條筆記與程颢有關語錄的比較,我們不僅可以了解到作為同一時代的兩種文化現象,儒學與科學有其關心的共同問題,而且還可以注意到如下一個重要的事實:宋儒對自然科學的特定稱謂“物理之學”,也為當時的科學家所采納并用以表述、記載自己或他人及前人的研究成果。
正像二程等人把“理”的追求作為儒學複興的根本日的一樣,沈括在科學研究中,也把“理”作為自己的終極目标。
根據李約瑟和近人夏鼐等人拿現代科學分類對照分析,《夢溪筆談》一書涉及自然科學幾乎所有的門類,從宋學的角度看起來,沈括用以貫串這一切方面的卻有一條主線,那便是“理”。
在數學方面,沈括曾經創造出一種新穎的幾何方法——圓法。
《夢溪筆談》卷七記錄此法時說: 此圓法之微,古之言算者,有所未知也。
以日衰生日積,反生日衰,終始相求,疊為賓主。
順循之以索日變,衡别之求去極之度,合散無迹,泯如運規。
非深知造算之理者,不能與其微也。
所謂造算之理,翻譯成白話,即數學原理。
可知數學已是當時物理之學的一個分支。
在同一條記載中沈括描繪“圓法”之創造過程時說:“其術可以心得,不可以言喻。
”這種境界,與宋儒探尋義理之精微、傳心之奧語正複相似。
在物理學方面,《夢溪筆談》卷十九記載我國古代銅制透光鏡時說: 世有透光鑒,鑒背有銘文,凡二十字,字極古,莫能讀,以鑒承日光,則背文及二十字,皆透在屋壁上,了了分明。
人有原其理,以為鑄時薄處先冷,唯背文上差厚,後冷而銅縮多,文雖在背,而鑒面隐然有迹,所以于光中現,予觀之,理誠如是。
所謂原其理,也就是研究透光鏡的科學道理。
關于此鏡的光學原理,本是前人得出的結論,沈括又親自驗證了一番,然後肯定“理誠如是”,可知其注重實事求是之科學精神之一斑。
同書卷六記載了沈括本人的聲學研究,曰: 予友人家有一琵琶,置之虛室,以管色奏雙調,琵琶弦辄有聲應之,奏他調則不應,寶之以為異物,殊不知此乃常理。
二十八調但有聲同者即應,若遍二十八調而不應,則是逸調聲也。
……此聲學至要妙處也。
今人不知此理,故不能極天地至和之聲。
這裡使用的“聲學”一名,已是近代作為物理學一個分支的“聲學”之意義。
沈氏發現的“二十八調但有聲同者即應”的“常理”,即物理學上有名的諧振原理。
另據《補筆談》卷一《樂律》記載,沈括在研究諧振時,曾經剪紙成人形,粘在弦上,然後撥動應弦(相差八度音為應弦),使紙人躍動,以驗證隻有相差八度音的琴弦才發生共鳴,而他弦不動。
這一演示,比歐洲類似的實驗早了六百餘年。
在化學方面,《夢溪筆談》卷三有關于我國曆史最悠久的鹽池——解州鹽池的研究。
解州鹽澤中有甘泉(淡水),其北邊則有巫鹹河(濁水),“大鹵之水,不得甘泉和之,不能成鹽,唯巫鹹水入,則鹽不複結”。
這裡面有什麼科學道理呢?沈括分析道: 原其理,蓋巫鹹乃濁水,入鹵中,則淤澱鹵脈,鹽遂不成,非有他異也。
所謂濁水,用現代的化學名詞來說,主要成分是膠體溶液,它對鹽池的結晶有破壞作用。
沈括在當時已掌握了這一科學原理,頗不簡單。
這是化學方面的“理”。
在天文學方面,沈括曾提舉司天監,其“理”更十分在行。
如關于夏冬刻漏位置的變化,人們往往把它歸之于水的熱冷差異,想盡辦法,總不能得到完滿的解決。
沈括根據太陽在黃道上的視運動規律推求之,得到了“冬至日行速”、“夏至日行遲”的結論。
《夢溪筆談》卷七記其事曰: 從(清)張文虎:《舒藝室雜著》甲編校文改。
下漏家常患冬月水澀,夏日水利,以為水性如此。
又疑冰澌所壅。
萬方理之,終不應法。
予以理求之,冬至日行速,天運未期,而日已過表,故百刻而有餘;夏至日行遲,天運未期,而日已未至表,故不及百刻,既得此數,然後複求晷景漏刻,莫不吻合,此古人之所未知也。
這裡從已知的“理”(規律、常理)出發推之其他,發現新的“理”并驗證之的例子,即所謂予以理求之,而冬夏之日差也便成為可以解釋的天文學方面的“理”。
《夢溪筆談》一書在記載某項科研成果時,往往同時将推理的過程筆錄下來,使人有身臨其境的感覺而不得不贊歎于作者求理的實證精神。
下面再從地學方面的研究為例,其書卷二十四載:
每當人們在中國的文獻中查考任何一種具體的科技史料時,往往會發現它的主焦點就在宋代。
不管在應用科學方面或在純粹科學方面都是如此。
所謂應用科學,大緻等同于技術;純粹科學,即指與“技術”一詞并稱時純粹意義上的“科學”。
故兩者又合稱科技。
李約瑟在中國文獻中查找科技史料時大抵偏重于前者,拙稿本節談宋學在自然科學思想方面的表現,不妨就從後者入手。
《河南程氏遺書》,卷二十二上,《二程集》,第277頁。
宋代近似于今天“科學”一詞的概念,有“物理之學”,簡稱物理。
邵伯溫《易學辨惑》述其父從學李之才,後者一連提了三個問題,一是“科舉之外,有義理之學,子知之乎?”二是“義理之外,有物理之學,子知之乎?”三是“物理之外,有性命之學,子知之乎?”邵雍都說自己未聽說過,表示“願受教”。
如前章所述,義理之學、性命之學,并指宋學,前者依形式立名,後者從内容取義。
就文氣推,物理之學,當亦宋學之某一角度的别稱。
可知宋代之科學(物理之學),本是宋學家所同時涉及的領域。
程頤答門人唐棣“初學如何”之問,以為“入德之門,無如《大學》”。
《大學》有所謂八條目,格物、緻知、誠意、正心、修身、齊家、治國、平天下,“格物”是第一條。
唐棣又問:“如何是格物?”程頤回答說: 《河南程氏遺書》,卷二十二上,《二程集》,第277頁。
格,至也,言窮至物理也。
又說: 《河南程氏遺書》,卷十五,《二程集》,第157頁。
物理須是要窮。
若言天地之所以高深,鬼神之所以幽顯。
若隻言天隻是高,地隻是深,隻是已辭,更有甚? 關于天之所以高、地之所以深,正是方今天體物理學和地球物理學所要探讨的問題。
近代以“格緻”意譯西方“科學”一詞,正有見及于此。
将“格物緻知”縮成“格緻”一詞,用作物理之學的代稱,早在元代就有人這樣做了,如元代醫學家朱震亨醫學著作之一便叫《格緻餘論》。
其書自序曰: 古人以醫為吾儒格物緻知之一事,故特以名書。
其後明代胡文煥輯西晉張華《博物志》等為《格緻叢書》,清代陳元龍解釋博物起源及内容的《格緻鏡原》,晚清王仁俊的《格緻古微》、徐建寅的《格緻啟蒙》,并用此義。
二程關于“天地之所以高深”的物理研究,可舉呂大臨《東見二先生語》所錄程颢的一段話為例。
其關于天體物理的部分說: 《河南程氏遺書》,卷二下,《二程集》,第57頁。
今人所定天體,隻是且以眼定,視所極處不見,遂以為盡。
然向曾有于海上見南極下有大星十,則今所見天體蓋未定。
雖似不可窮,然以土圭之法驗之,日月升降不過三萬裡中,故以尺五之表測之,每一寸當一千裡。
然而中國隻到鄯善、莎車,已是一萬五千裡。
若就彼觀日,尚隻是三萬裡中也。
同上,第55頁。
“極”指北極星,古人以為北極乃天之正中。
“土圭之法”、“尺五之表”,古人用以正日影而定地之中,程颢認為“天地之中,理必相直”,今人“隻是且以眼定”,“遂以為盡”,其實“所見天體蓋未定”。
所以他又說: 同上書,卷十五,《二程集》,第148頁。
假使言日升降于三萬裡,不可道三萬裡外更無物。
又如言天地升降于八萬裡中,不可道八萬裡外天地盡。
這一看法,無疑是正确的。
在《附東見錄後》的記載中,接着又談到了地球物理: 同上書,卷二下,《二程集》,第49頁。
天下之或寒或暖,隻緣地形高下。
如屋陰則寒,屋陽則燠,不可言于此所寒矣,屋之西北又益寒。
伯淳在澤州,嘗三次食韭黃,始食懷州韭,次食澤州,又次食并州,則知數百裡間氣候争三月矣。
若都以此差之,則須争半歲。
如是,則有在此冬至,在彼夏至者。
雖然,又沒此事,隻是一般為冬為夏而已。
地勢高下與氣溫冷暖之間的辯證關系,在今天已是普通的常識問題了。
但程颢通過在澤州三個月中先後三次吃到臨近三個地方出産的韭黃這一親身體驗,從植物生長成熟期與氣溫的關系來論證這個問題,在隻重文獻,不重實證的當時,還是不容易的。
從上文所舉關于天高地深的研究中所體現的懷疑精神來看,宋學的開創,對于物理之學在北宋時代的發展,無疑起過一定的促進作用。
懷疑,本是宋學創造精神的動力,對于自然科學的發明和創造(無論是應用科學還是理論科學),就顯得更加重要了。
此外我們還可以注意到,宋儒在從事性理之學研究時所不重視的實證精神,在同時代著名的自然科學家沈括的著作中,卻得到了突出的表現。
為了便于對照,仍從關于植物生長期問題的讨論開始。
《夢溪筆談》卷二十六《藥議》有論草藥之采摘“不可限以時月”一條,以下是沈括的分析: 如平地三月花者,深山中則四月花。
白樂天《遊大林寺》詩雲:“人間四月芳菲盡,山寺桃花始盛開。
”蓋常理也。
此地勢高下之不同也。
藥材的成熟期随地而宜,因或生于平地,或長于深山,地勢高下有異同。
此論與程颢所見全同。
所謂常理,即物之常理,或曰物理之常。
《夢溪筆談》卷七《象數一》有雲: 大凡物理有常、有變。
運氣所主者,常也;異夫所主者,皆變也。
……其造微之妙,間不容發,推此而求,自臻至理。
“物理有常”,也就是物理有一定的規律,這規律就叫“常理”。
程颢所謂天地之中,理必相直,天下之或寒或暖,隻緣地形高下;白居易詩“人間四月芳菲盡,山寺桃花始盛開”,說的都是常理。
用今天的話來表達,也便是關于地球物理方面的客觀規律,如地勢高下與氣溫冷暖成正比等等。
但沈括認為,影響植物生長成熟期長短的因素不隻是一個方面,在上引《夢溪筆談》卷二十六《藥議》的同一段議論中,他又另外列舉了三方面的理由。
其一: 如筀竹筍,有二月生者,有三四月生者,有五月方生者謂以晚筀。
稻有七月熟者,有八九月熟者,有十月熟者,謂之晚稻。
一物同一畦之間,自有早晚,此物性之不同也。
這裡從“物性”着眼,指出即使是同類植物,不同品種的成熟期也有所不同。
其二: 嶺峤微草,淩冬不凋;并、汾喬未,望秋先隕。
諸越則桃李冬實,朔漠則桃李夏榮。
此地氣之不同也。
這是從“地氣”着眼,分析南北緯度差異的懸殊所引起的不同。
嶺峤,指五嶺,這裡泛指南方。
并,并州,即今山西太原市;汾,汾州,在今山西汾陽一帶,這裡泛指北方。
與下文“諸越”、“朔漠”對。
最後,沈括還指出“人力”即田間管理之優劣也可引起作物成熟時間的先後: 一畝之稼,則糞溉者先芽;一丘之禾,則後種者晚實。
此人力之不同也。
豈可一切拘以定月哉! 客觀世界是千差萬别的,同一事物的發生與發展,常常受到各種因素的牽制和影響。
沈括這些分析,無疑都是對的。
與程颢關于不同産區韭黃生長期差異的原因分析相比,無論在邏輯的嚴密性還是看問題的全面性方面,均高過一着,雖然沈括并不以哲學名家。
通過上述關于沈括這條筆記與程颢有關語錄的比較,我們不僅可以了解到作為同一時代的兩種文化現象,儒學與科學有其關心的共同問題,而且還可以注意到如下一個重要的事實:宋儒對自然科學的特定稱謂“物理之學”,也為當時的科學家所采納并用以表述、記載自己或他人及前人的研究成果。
正像二程等人把“理”的追求作為儒學複興的根本日的一樣,沈括在科學研究中,也把“理”作為自己的終極目标。
根據李約瑟和近人夏鼐等人拿現代科學分類對照分析,《夢溪筆談》一書涉及自然科學幾乎所有的門類,從宋學的角度看起來,沈括用以貫串這一切方面的卻有一條主線,那便是“理”。
在數學方面,沈括曾經創造出一種新穎的幾何方法——圓法。
《夢溪筆談》卷七記錄此法時說: 此圓法之微,古之言算者,有所未知也。
以日衰生日積,反生日衰,終始相求,疊為賓主。
順循之以索日變,衡别之求去極之度,合散無迹,泯如運規。
非深知造算之理者,不能與其微也。
所謂造算之理,翻譯成白話,即數學原理。
可知數學已是當時物理之學的一個分支。
在同一條記載中沈括描繪“圓法”之創造過程時說:“其術可以心得,不可以言喻。
”這種境界,與宋儒探尋義理之精微、傳心之奧語正複相似。
在物理學方面,《夢溪筆談》卷十九記載我國古代銅制透光鏡時說: 世有透光鑒,鑒背有銘文,凡二十字,字極古,莫能讀,以鑒承日光,則背文及二十字,皆透在屋壁上,了了分明。
人有原其理,以為鑄時薄處先冷,唯背文上差厚,後冷而銅縮多,文雖在背,而鑒面隐然有迹,所以于光中現,予觀之,理誠如是。
所謂原其理,也就是研究透光鏡的科學道理。
關于此鏡的光學原理,本是前人得出的結論,沈括又親自驗證了一番,然後肯定“理誠如是”,可知其注重實事求是之科學精神之一斑。
同書卷六記載了沈括本人的聲學研究,曰: 予友人家有一琵琶,置之虛室,以管色奏雙調,琵琶弦辄有聲應之,奏他調則不應,寶之以為異物,殊不知此乃常理。
二十八調但有聲同者即應,若遍二十八調而不應,則是逸調聲也。
……此聲學至要妙處也。
今人不知此理,故不能極天地至和之聲。
這裡使用的“聲學”一名,已是近代作為物理學一個分支的“聲學”之意義。
沈氏發現的“二十八調但有聲同者即應”的“常理”,即物理學上有名的諧振原理。
另據《補筆談》卷一《樂律》記載,沈括在研究諧振時,曾經剪紙成人形,粘在弦上,然後撥動應弦(相差八度音為應弦),使紙人躍動,以驗證隻有相差八度音的琴弦才發生共鳴,而他弦不動。
這一演示,比歐洲類似的實驗早了六百餘年。
在化學方面,《夢溪筆談》卷三有關于我國曆史最悠久的鹽池——解州鹽池的研究。
解州鹽澤中有甘泉(淡水),其北邊則有巫鹹河(濁水),“大鹵之水,不得甘泉和之,不能成鹽,唯巫鹹水入,則鹽不複結”。
這裡面有什麼科學道理呢?沈括分析道: 原其理,蓋巫鹹乃濁水,入鹵中,則淤澱鹵脈,鹽遂不成,非有他異也。
所謂濁水,用現代的化學名詞來說,主要成分是膠體溶液,它對鹽池的結晶有破壞作用。
沈括在當時已掌握了這一科學原理,頗不簡單。
這是化學方面的“理”。
在天文學方面,沈括曾提舉司天監,其“理”更十分在行。
如關于夏冬刻漏位置的變化,人們往往把它歸之于水的熱冷差異,想盡辦法,總不能得到完滿的解決。
沈括根據太陽在黃道上的視運動規律推求之,得到了“冬至日行速”、“夏至日行遲”的結論。
《夢溪筆談》卷七記其事曰: 從(清)張文虎:《舒藝室雜著》甲編校文改。
下漏家常患冬月水澀,夏日水利,以為水性如此。
又疑冰澌所壅。
萬方理之,終不應法。
予以理求之,冬至日行速,天運未期,而日已過表,故百刻而有餘;夏至日行遲,天運未期,而日已未至表,故不及百刻,既得此數,然後複求晷景漏刻,莫不吻合,此古人之所未知也。
這裡從已知的“理”(規律、常理)出發推之其他,發現新的“理”并驗證之的例子,即所謂予以理求之,而冬夏之日差也便成為可以解釋的天文學方面的“理”。
《夢溪筆談》一書在記載某項科研成果時,往往同時将推理的過程筆錄下來,使人有身臨其境的感覺而不得不贊歎于作者求理的實證精神。
下面再從地學方面的研究為例,其書卷二十四載: