科技之美：傳統科技的積累與進步

前言

魏晉南北朝戰亂不斷，多個政權并存，南北對峙三百多年。雖然戰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爭的需求則在一定程度促進了中國科技的發展，使秦漢時期形成的以農、醫、天、算為基礎的科技體系又有了新的積累與進步，出現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發展和提高，為宋元時期達到高峰奠定了基礎。

天文儀器的創制革新

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象的認識。漢代太初改歷之后，渾天說占據優勢，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，所制的渾儀稱作“黃道渾儀”，以區別于“赤道渾儀”。與渾儀不同，渾象是中國古代一種表現天體運動的演示儀器，類似現代的天球儀。最早制作的渾象是戰國時期的石申、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。它克服了傳統渾儀環圈過多、遮擋天區、不夠靈活和眾多環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，以實現測量上的便捷，體現了天文觀測上的深刻體驗和儀器的聰明設計。

簡儀

魏晉數學的理性追求

論三國兩晉時期的數學家，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，開創了算法的理論證明，發展了我國的邏輯證明體系，而且創立了“割圓術”等具有現代極限思想的一些新算法。

《九章算術》中的勾股容圓圖

宋元數學的巔峰之作

說宋元數學達到了我國古代數學的高峰，其重要的標志就是學人蔚起，著作如林，成就斐然。秦九韶的《數書九章》給出了高次方程的數值解法——“大衍求一術”（現代數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，代表了宋元數學的最高成就，比西方早300多年。具體而言，主要體現在三個方面：一是由演段法到天元術，并經二元術、三元術發展為四元術代數方程或方程組解法；二是高階等差級數研究；三是求解聯立一次同余式方法。

中國古代求解聯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”相附會，所以秦九韶稱之為“大衍求一術”。聯立一次同余式問題，最早見于《孫子算經》中的“物不知數”問題：“今有物不知數，三三數之剩二，五五數之剩三，七七數之剩二，問物幾何？”

《孫子算經》中關于“物不知數”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。《丹房須知》中還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，煉丹術就是現代化學的早期形態。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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