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首都科学讲堂第671期《中国古代发明创新与近代知识革命》

信息来源:北京科学中心      发布时间:2020-11-15

  2020年11月14日,首都科学讲堂线上开讲,本次首都科学讲堂邀请了中国科学院自然科学史研究所所长张柏春,为大家带来题为 《中国古代发明创新与近代知识革命》的精彩讲座。

  

  中国古代发明创新与近代知识革命

  中国人对“四大发明”早已耳熟能详。马克思曾强调其中三项发明的巨大历史作用:“火药、指南针、印刷术——这是预兆资产阶级到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎,指南针打开了世界市场并建立了殖民地,而印刷术则变成新教的工具,总的来说变成科学复兴的手段,变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆。”除了“四大发明”,中国古代还有什么重要发明创造?我们如何界定评判它们?

  第一讲 中国古代有没有科学?

  中国是一个发明的国度,也擅长工程创造,这一点基本没什么分歧。关于中国科学传统,存在不同的看法。波斯第二帝国的俗谚说:希腊人除了理论之外从未创造过任何东西。他们未传授过任何艺术。中国人则相反。他们确实传授了所有的工艺,但他们确实没有任何科学理论。在20世纪初期,有人明确提出“中国古代有没有科学”的问题。在新文化运动时期,有学者以伽利略时代以来的近代科学为标准,认为中国古代没有实验科学,甚至说没有自然科学。经过多年的研讨,科技史界已经把这个问题搞得比较清楚了。例如,中国古代有自己独特的知识体系,形成了农、医、天、算四门学问。中国人勤于观测,积累了非常丰富的天象记录,创造了历法体系。中国人在数学方面多有创见,解决了各种实际问题和理论问题,发展了以《九章算术》等论著为代表的数学知识体系。考量中国古代有没有科学,要看跟什么对象做比较。参照物不同,结论就不同。如果将中国古代科学和欧洲近代科学做纵向的和地域的比较,这显然是不对等的,是错位的。欧洲传教士来到明清两朝,曾赞誉过中国的文化和文官制度,但也看出了中国天文学、数学等学科的缺点。他们向中国人传播了欧洲的科学和技术,参与了明清两朝的科技活动。通过传教士和其他来华人员的介绍,莱布尼茨、伏尔泰等欧洲思想家间接地了解到中国的知识和技术,并褒扬了中国知识和技术的优点。我们不认同“中国古代没有科学”这样的观点,但并不否认中国知识体系存在缺陷或弱项。中国古代学者对某些自然规律的研究确实未达到欧洲同时代的程度,比如墨家对力和光等现象的探究,在战国之后基本没有延续下来。这种状况到明末,才因西学东渐而开始有所改变。1627年,欧洲来华的耶稣会传教士邓玉函和中国学者王徵编译了《远西奇器图说录最》,该书介绍了欧洲的力学理论和50多种机械,并且试图以力学理论帮助读者理解机械。40多年后,另一位耶稣会传教士南怀仁以力学知识说明新制天文仪器设计的合理性,甚至提到伽利略关于材料、落体运动和弹道的知识。不过,这两位传教士介绍的力学知识,并没能刺激中国学者去进一步研究力学理论问题。18世纪,力学理论依然是游离于中国传统社会之外的知识。

  第二讲 怎样估量中国古代发明创造?

  中国学者至少在20世纪初就开始探讨古代的发明创造。在科学家竺可桢的倡导下,1957年元旦,中国科学院创建中国自然科学史研究室,也就是后来的中国科学院自然科学史研究所,这标志着科学技术史研究在中国的职业化和建制化。至今,关于中国古代科技史,出版了两套权威的学术丛书:一套是李约瑟的《中国科学技术史》,有25册;另一套是中国科学院自然科学史研究所组织撰写、卢嘉锡主编的《中国科学技术史》,共26卷。两者具有互补性。这两套书部头太大,非专业学者恐怕没有多少时间系统地阅读。“四大发明”是欧洲人首先强调的,或者说是他们先贴的标签。对于想更多地了解中国科技传统的朋友来说,如果只讲“四大发明”,就很不解渴。但是,如果要讲得更多,就有选择多少项才妥当的问题,这还很容易引起争议。比如,李约瑟曾以26个英文字母为序,列举中国的发明创造,如龙骨车、水排、风扇车、提花机、缫丝机、弧形拱桥、瓷器等。鉴于这种情况,自然科学史研究所在2010年10月开始考虑为广大读者,特别是青少年,列一个中国古代重要发明创造的清单。遴选清单内容的时候,我们重点考虑三项标准:一是突出原创性,强调知识的增量;二是反映古代科技发展的先进水平,就是较其他地区的类似知识先进;三是对中国经济社会发展,乃至世界文明产生过重要影响。做出这样的判断,需要有可靠的文献或考古依据。对学界难有定论的方面,暂时搁置,不列入清单。经过国内外专家研讨,我们选定了88项重要发明创造,编成挂图和文字说明,2016年由中国科学技术出版社正式出版《中国古代重要科技发明创造》专书和挂图。与通常的分类有所不同,我们将科技发明创造分为三类:(1)科学发现与创造,(2)技术发明,(3)工程成就。其中,工程成就展现古人创造性地利用先进技术的能力,反映了土木、水利、建筑、冶铸、航海等技术门类的发明创造。当然,还有不少没有列进去的发明创造。比如,仅在机械工程领域,就还有常平架、记里鼓车、磨车、舂车、水转大纺车、高转筒车、走马灯等。在我们推荐的88项中,有些发明创造的重要性和影响力并不逊色于“四大发明”。比如,中国大概在1万到1万2千年前就人工栽培了水稻。现在,水稻是世界的三大主粮之一。类似地,中国率先栽培最重要的豆类作物——大豆,最重要的水果作物之一——柑橘。中国不仅首先驯化栽培大豆,还发明了豆腐、酱油等食品。

  下面,我们举例介绍88项发明创造中的水运仪象台。中国古代科技在宋元时期达到高峰。北宋的吏部尚书苏颂和工程师韩公廉在1092年主持建造成一座水运仪象台。这套大型天文装置以一个水轮同时驱动计时装置、浑象和浑仪,汇集了漏壶、秤漏、杠杆、水轮、筒车、齿轮传动、链传动、浑象和浑仪等技术,是技术发明和集成创新的杰作。水运仪象台也被称作“中国天文钟”,其中最突出的发明是控制水轮均匀地做间歇运转的机构,也就是中国式的擒纵机构。在水运仪象台制成前后,苏颂编写出《新仪象法要》,以图说的形式,用40多幅机械图和文字,详细描绘了水运仪象台的构造。这部奇特的书是工业革命以前描绘一部机械的最复杂的技术图说,是现代学者研究和复原水运仪象台的主要依据。李约瑟在1965年出版的《中国科学技术史》的机械工程分册里,用上百页的篇幅阐述中国的水运仪象技术。以《新仪象法要》为主要依据,王振铎先生在1958年主持制成1:5的水运仪象台复原模型,当时陈列在中国历史博物馆。后来,英国学者康布里奇和日本工程师土屋荣夫等人进一步解读《新仪象法要》,先后复原出能够正常运转的水运仪象台。

  可以毫不夸张地说,中国的许多发明创造对古代经济、社会和文化的发展,对维护国家安全都产生了重大影响。比如,丝绸、瓷器、茶叶等中国拳头产品在世界贸易中显示出很强的竞争力。在当代,我们花费很大的力气要掌握欧美的大飞机制造技术,但至今还没有掌握他们的先进发动机技术。在古代,欧洲人想打破中国瓷器的垄断,就想方设法寻找合适的原料,试图破解关键技术。然而,他们花了几百年时间,到18世纪才达到目的。中国保持了很长时间的制瓷技术优势,既满足了国内需求,又从国际贸易中获利。再比如,中国冶金术并不是起源最早的,却曾是古代最先进的。中国人发明了“块范法”和以生铁为本的钢铁冶炼技术,铸造出世界上最精致的青铜礼器,使兵器和生产工具走向铁器化。借助先进的钢铁技术,汉朝军队在与匈奴军队作战时拥有兵器方面的技术优势,以至于一个汉兵可以敌得上几个匈奴兵。宋朝的火器虽然威力不足以挽救王朝命运,但为后世的枪炮,乃至火箭的发展提供了原创知识。蒙古人西征使用了火器,欧洲人在19世纪用更加先进的枪炮打开了火器家乡中国的国门。

  发现、发明、传播、共享和互鉴是科学技术发展的常态。中华文明为世界贡献了自己的创造,也兼收了许多外来的科学知识和技术。例如,中国的水稻、大豆等作物栽培技术传向境外,而来自境外的小麦、玉米、南瓜等作物栽培技术则被中国人分享。15世纪初期,郑和的船队既充分利用了中国的水密舱壁、平衡舵、硬帆、指南针等多项造船与航海技术发明,又借助了阿拉伯水手及其导航技术——“牵星术”,从而实现“下西洋”壮举。在郑和之后,欧洲人进行更大范围的航海和探险,开启大航海时代,不断进行扩张,牟取丰厚的利益和资源。相比之下,在郑和下西洋之后,中国人缺少进行大航海的动机和冒险精神。14世纪以前,中国在科学技术领域取得了卓越的成就,但从元朝后期以来 ,却很少有重大发明创造。到17世纪,中国在科学上被发生了科学革命的欧洲甩在后面。到18世纪初期,中国与欧洲在技术上还各有所长,有一定互补性。工业革命使中西技术差距急剧拉大。到19世纪中叶,也就是鸦片战争时,中国跌入“落后挨打”的困难境地。

  第三讲 怎样理解“李约瑟之问”?

  16世纪末,来华耶稣会传教士就注意到中国科学落后于欧洲,甚至认为当时中国没有真正的科学。到19世纪,西方人认为中国的科学和技术都已经很落伍了。1883年8月15日,美国物理学家罗兰在《为纯科学呼吁》的演讲中说道:“我时常被问及这样的问题:纯科学与应用科学究竟哪个对世界更重要。为了应用科学,科学本身必须存在。假如我们停止科学的进步而只留意科学的应用,我们很快就会退化成中国人那样,多少代人以来他们都没有什么进步,因为他们只满足于科学的应用,却从来没有追问过他们所做事情中的原理。这些原理就构成了纯科学。中国人知道火药的应用已经若干世纪,如果他们用正确的方法探索其特殊应用的原理,他们就会在获得众多应用的同时发展出化学,甚至物理学。因为只满足于火药能爆炸的事实,而没有寻根问底,中国人已经远远落后于世界的进步。我们现在只是将这个所有民族中最古老、人口最多的民族当成野蛮人。”(王丹红译,《科学新闻》,2005年第5期,第42页)罗兰所做的比较存在时间上的错位,对古代科学与技术关系也有些曲解。在他看来,一方面,中国人知道火药的应用,但只满足于科学的应用;另一方面,中国人从来没有追问过原理,而这些原理构成了纯科学。显然,他的逻辑是有问题的。既然没有科学,那怎么谈得上“科学的应用”?其实,古代中国人发明火药并不是“科学的应用”。古代欧洲人也不知道火药的化学成分,在科学革命发生之后才有真正意义上的化学,才逐步搞清楚火药的化学成分和爆炸的原理。无论是在西方还是在东方,大多数的古代技术发明并不是科学的应用。

  1915年,中国科学家任鸿隽提出中国古代无科学的问题,后来有叶企孙、李俨等学者发表关于中国古代天文学和数学等知识史的论文。1930年代,汉学家魏特夫(Karl A. Wittfogel)和中国科学家竺可桢都曾探讨中国古代没有自然科学或实验科学及其原因等问题。

  用今天的时髦话说,李约瑟算得上中国科学和文化的“高级粉丝”。他在1944年的一次演讲中提出,现代实验科学和科学理论体系何以发生在西方而不是中国的问题。后来,他将这个问题表述为:“为什么在公元前1世纪到公元15世纪期间,中国文明在获取自然知识并将其应用于人的实际需要方面要比西方文明更有成效?”换一个说法是:科学在古代中国的应用水平很高,那为什么近代科学出现在欧洲,而不是出现在中国?

  李约瑟问题本身在逻辑上是值得商榷的。他所谓的自然知识的应用主要指的是技术。这样,他所关注的问题就是:古代中国在科学知识的获取和应用方面有成效,即在技术方面有成就,因而就应该产生近代科学。从逻辑上来分析,这种问法是有问题的。

  历史表明,古代实用技术的发达,未必会导致科学知识的变革。例如,天平在战国时期已经是一种广泛应用的精确称重的工具,但那时中国先贤并没有对杠杆原理做定量的表述。天平只是经验知识的工具化,而不是杠杆原理的应用。实际上,古代很多技术都算不上是科学的应用。再比如,中国的先人早在八千多年前就掌握了酿制含酒精饮料的技术,但到了近代,科学家才弄清楚酿酒工艺中的化学原理,这也说明科学的滞后发展,未必就妨碍技术在一定时期的问世和广泛应用。因此,技术(或所谓自然知识的应用)的领先不一定会导致近代科学的产生。

  在古代,学者的科学传统与工匠的技术传统尚未密切结合,技术与科学的互动要比今人想象的慢得多。即使在当代,科学和技术相互融合、相互渗透,形成一个更大的体系,但是科学和技术依然有各自的特质。李约瑟的问题表述可能与他的科学家出身有关。在许多现代科学家看来,科学知识形成之后,要应用于实践,导致或促进技术发明。这是现代知识发展的一种现象,古代科学与技术发展往往不是这幅图景,技术往往不是在科学指导下产生的。有的历史学家认为,李约瑟其实问的是某事为什么没发生,这不是好的历史问题;“问某事为什么发生”这才是好的历史问题。李约瑟问题的确不好回答,但无疑富有启发性,激励着许多关心中国科学的学者思考,深究中国的知识传统与社会,并将中国与欧洲做比较。尽管李约瑟有时大胆假设有余、小心求证不足,说了过头的话,但他的许多猜测是很有想象力的,有启发的。我们不能因为怕猜错而束缚思考和想象力。李约瑟本人和其他学者做了大量研究,就“李约瑟之问”提出了许多观点,但并没有给出令许多人满意的解答。也许,这正是历史研究的魅力所在。例如,有学者认为儒家阻碍了科学的发展。儒家文化注重人文和社会,有助于治国安邦。其实,儒家思想与自然科学基本上没有本质的冲突,从人文与科学的关系上看,还颇具互补性。妨碍自然科学成长的似乎不是儒家思想本身,而是“独尊儒术”的取向和制度安排。儒家成为维系秩序的官方意识形态,这很可能压缩了其他学术的发展空间。科举制作为选拔人才的“指挥棒”,在朝廷构建文官体制方面发挥了关键作用,但也将众多社会精英引向远离自然科学的知识领域。

  第四讲 近代中国的知识革命

  2011年以来,我们开展“科技革命与国家现代化研究”,其中的部分成果反映在《科技革命与中国现代化》一书中。

  从16世纪到18世纪20年代,欧洲传教士来华,采用了以科学助传教的策略,与中国伙伴合作将欧洲古典科学技术及少部分与科学革命相关的知识传入明清两朝,朝廷有选择地推动了西学东渐。耶稣会士南怀仁在《欧洲天文学》(1687年)中,把他们在北京的历法改革称作一场“天文学革命”。不过,他所称的“革命”的后果和形式,均与欧洲的科学革命截然不同。传教士引入的异质科学和技术,尚不足以从根本上激发中国知识体系的变革,不能将中国学术引向欧洲那种“科学革命”。其实,那时的中国人对欧洲先后发生的科学革命和工业革命几近一无所知。

  到19世纪中叶,中国开始“师夷之长技”,走向小规模的工业化和知识变革。清朝在自强运动中重点引进西方船炮及其制造技术,开启军事工业化。中国人由引进机器设备、掌握工业生产技术和制造产品入手,而后逐步掌握生产技术的知识基础,即到“知其所以然”的学理层面,科学和专业教育才显露出重要作用。经受了鸦片战争、甲午战争等重创之后,越来越多的士大夫和学者们相信,仅靠中国传统知识不足以求强、求富。洋务派及其幕僚们意识到:办洋务需要通晓西方科技的人才,并且提出了不同的培养思路。恭亲王奕訢主张同文馆内设天文、算学馆。李鸿章在1864年春向总理衙门建议科举取士增设“制器”一科。十年后,他又主张设局传授格致等学问。左宗棠和沈葆桢率先在福州船政创办“求是堂艺局”,即船政学堂。1866年船政与日意格等法国人订立五年合同,规定其使命之一是培养能够自己监造和驾驶轮船的人才。当法国人离开船政时,前学堂毕业生已经可以仿造国外的设计,监造轮船。19世纪八九十年代,洋务派官员们还创办了水师学堂、电报学堂、武备学堂、矿物学堂、铁路学堂、军医学堂等传授技术与科学知识的新式专科学校。到1895年,朝廷接受盛宣怀的建议,批准创办“天津西学学堂”(1902年易名北洋大学堂,即现在的天津大学)。它以美国的大学为蓝本,设法律、土木、矿务、机器四科。1898年,朝廷创建京师大学堂,这就是后来的北京大学。在李鸿章、曾国藩等人提倡下,清朝在19世纪70年代批准派遣留学生,学习欧美的军政、船政、步算、制造等,以深究“推陈出新之理”。1872年,首批30名官派幼童赴美留学,到1875年共有120名幼童留美。中国留美幼童是中国历史上最早的官派留学生。公元1872年到1875年间,在曾国藩、李鸿章的支持下,清政府先后派出四批共一百二十名学生赴美国留学。这批学生出洋时的平均年龄只有十二岁他们在美国的学业进展还算顺利,然而,朝廷担心他们被西洋人同化、离经叛道,于是在1881年下令撤回全部留美学生,使这个留学计划半途而废。这件事表明,朝廷鼓励学习西洋技术,但不可越过“中学为体”这个文化底线,这种心态有别于俄国的“脱俄入欧”和日本的“脱亚入欧”。张之洞既是儒家伦理纲常的维护者,又是西学和实业的提倡者。1901年,他和刘坤一奏请培养兼通西学与中国经典的新人。1902年,他建议逐步废除科举制。同年,管学大臣张百熙参照日本学制,拟订了《钦定学堂章程》,其内容涵盖了小学、中学、大学三级学制及实业教育和师范教育的学制。1903年,张百熙、荣庆、张之洞受命重新拟订学堂章程,其成果是1904年1月公布的《奏定学堂章程》(即癸卯学制),其中高等实业学堂分为农业、工业、商业和商船四种。1905年,袁世凯、赵尔巽、张之洞、周馥等封疆大吏联名奏请废科举、推广学堂,得到朝廷批准。学制改革和废科举是中国发生知识革命的一个重要标志,其作用远超出发起人的预期。由此,近现代科学技术,乃至西学在中国从制度上确立了合法地位,在开民智和造就新人方面产生了深刻而广泛的影响。这样,中国人对近现代科学技术的接受由知识层面发展到制度层面,为知识体系的变革创造了制度条件。一些省份陆续兴办新式学堂,同时越来越多的青年人出国留学,后来涌现出许多科学家、工程师、人文社会科学的学者以及革命者。

  到民国时期,一些大学初见规模,发展了理、工、农、医主要学科的本科教育,个别学校还尝试了研究生教育。科学技术跻身国家的主流教育,改变了中国的文化结构。随着西方国家向中国的扩张,反映西方社会和西学知识的书刊出版事业在上海等通商口岸兴起,近代科技与人文书籍被翻译成中文,起到了科学启蒙的作用。康有为、梁启超等学者从这些书中找到了维新变法的科学依据。典型的例子是进化论对中国社会的影响早于对中国人研习近现代生物学的影响。严复翻译了赫胥黎(Thomas Henry Huxley)的《天演论》,宣扬“物竞天择,适者生存”的社会进化论观点。这部书在1897年底刊出后,成为维新变法的思想武器。自19世纪中叶开始,工程师、科学家、西医医生等成为中国社会的新角色。詹天佑、任鸿隽等人创办中华工程师会、中国科学社等各种学会,构建了科学技术的学术共同体,推动了学科建设、学术交流、科学研究和科学普及。中华医学会的会长伍连德在1910年和1920年成功主持消灭东北鼠疫,曾被提名诺贝尔奖。1911年,黑龙江哈尔滨,伍连德博士在第一个防疫实验室内工作。1910年底,中国东北地区发生鼠疫,死亡达6万多人。从剑桥大学医学院毕业的伍连德医生临危受命,组织了防疫机构与鼠疫搏斗。1915年,留美学者创办中国科学社,创刊《科学》杂志。1918年,蔡元培为中国科学社募集基金时强调:“当此科学万能时代,而吾国仅仅有此科学社,吾国之耻也。”六年之后,孙中山提倡设“中央学术院”为全国最高学术研究机关。国民政府在1928年创办中央研究院,1929年又成立北平研究院,这标志着科学研究建制化,并且被列为国家使命。

  1949年11月,以中央研究院和北平研究院等科研机构为基础,中华人民共和国建立了中国科学院。

  总的来看,从16世纪开始的选择性知识传播,到20世纪前30年现代科技的建制化,中国发生了不同于欧美的科学革命和技术革命。

  由于现代科学和技术的知识体系、教育制度和研究制度取代了中国传统的体系,我们可以将这场迟来的“地域性的”变革称作“取代式”的科学革命和技术革命。由于内容涉及人文社会科学,我们也可以将这种变革称作中国的“知识革命”。知识革命是中国发展的不可或缺的重要部分,对现代化进程的影响并不逊色于其他革命。