漢代的科學，奠定了以後中國科技思維的範式

西漢（公元前202年-公元9年），東漢（公元25年-220年），共長達四百多年的時間。除去其中的戰亂時間，兩漢在長期的太平生活和政治大一統的共同作用下，也完成了中國思想文化的統一，科學技術作為文化的一部分，也隨之形成了「統一」。

漢代的科學技術具有以下特點：

1、 知識系統化、理論化：在數學、醫學、農學出現了系統的著作，很多著作是對春秋戰國時已有的文獻進行整理、編輯而成的，奠定了以後中國科技思維的範式。

2、 一些確證有用的科技創新被大規範地擴廣出來，如造紙。

3、 很多前沿探索被邊緣化、神秘化、妖魔化，沒有深入發展下去，如張衡的理論、物理上的「沸湯造冰」法等。

總體來講，兩漢的科學技術有成就、也有局限性，我們在此摘要一些東西，並簡要評析。

數學

中國古典數學重實際應用多於理論，擁有高度的計算能力。漢朝可以說有自己的數目制管理體系。「韓信點兵」的故事人們都聽說過，韓信帶1500名兵士打仗，戰死四五百人，站3人一排，多出2人；站5人一排，多出4人；站7人一排，多出6人，韓信馬上說出人數：1049。這就是一個典型的數學統計問題。漢朝多次征戰，每次出兵多少、武器輜重的多少、長途奔襲的公里數、相比於敵方的優勢，都會通過一定的數學方法來計算，從而達到運籌帷幄。再想像那規模宏偉的漢長安城，也是一點一滴由基本的計算設計起步，營築城垣、開鑿溝渠、修造倉窖，都運用著數學典籍中記載的長方體、稜柱、稜台、圓柱、圓錐、園台、楔形體等的正確體積計算公式。漢朝每年有大量的賦稅，這一龐大的計算工程該如何計算？也有現成的公式，正比、反比、複比例、連比例、等差級數，套進去運算效率便能大大提高，有效的管理著天下財富。

在理論著作方面，漢時著名的數學典籍《九章算術》是我國最早的傳世數學專著，是先秦至漢代數學成就的一個匯總，其作者不詳，並不是一人一時寫成的，而是經過多人之手，歷經長期修訂，最終成於公元一世紀時（東漢初年）。它由各種繁雜細緻的計算工作積累成書後，又教化更多的人進行學習，通俗來講，它就是一本通用數學教材，其內容大多來自生產和生活實踐，全書以問題集的形式構成，統分九章，有講各種平面圖形的田畝計算及分數運算；穀物、米飯的兌換比例及四項比例演算法；社會等級、商業、手工業的比例配分計算；；各種工程（築城、修堤、開渠、堆糧等）的體積計算；當時均輸制度下的賦役、稅收計算；有關勾股定理的解法與測望（即「高、深、廣、遠」問題）計算等內容。

物理學

關於力學知識，在漢代建築城垣、修建水利工程等實際中已得到廣泛使用。西漢晚期的民間技工還發明了帶動石磨脫粒的風車，一些地方利用槓桿把杵臼改進成了水碓，這是最初在機械中有效利用風和水作動力，它使穀物加工的效率大大提高。還有現代馬軛的原型也出現在漢代，它能使役用牲畜更有效地拉動重得多的負載而不至喉部被扼。獨輪手推車出現在漢末，它比後來的西方類似推車更容易平衡，因為它的惟一輪子放在中間而非一端，故而用較小的力可以推動大得多的重量。運送或提升水的方板鏈式抽水機和弔橋也都是漢代的發明。

漢時期造船業具有一定規模，已經採用了防水隔艙、多重桅和船尾柱舵。水浮力在實踐中得到廣泛的利用，如「抱壺而渡水」，「鴻毛之囊，可以渡江」，也就是說，空壺和裝滿鴻毛的皮囊，可以助人渡江，這可看成是後世救生圈、救生衣的濫觴。王莽時為抗擊匈奴，特招募有奇技術可攻敵之人，應募者中有人能飛行，可窺匈奴，用大鳥翮為兩翼，頭與身皆著毛，通引

環紐，可飛數百步而墜，這是人類第一次仿生滑翔飛行的大膽嘗試，當時對空氣浮力的知識也已開始利用。

漢代對水的物態變化早有認識，如對雨和雪形成的探討，認為是由於「積水上騰」而造成，「雲霧，雨之微也，夏則為露，冬則為霜，溫則為雨，寒則為雪。雨露冰凝者，皆由地發，不從天降也」。漢代人們還做過沸水驟然冷卻的實驗，由此可以獲得低於大氣壓力的效應，儘管古人當時可能沒有低壓的概念，但在實踐中已有此經驗知識。漢《淮南萬畢術》記述了這樣一個現象：把盛水銅瓮加熱，直到水沸騰時密閉其口，急沉入井中，銅瓮發出雷鳴般響聲。這種現象可能是發熱物體在急速冷卻時發生了內破裂，破裂聲由井內傳出，這是一個典型的熱脹冷縮現象。《淮南萬畢術》還提到用沸湯造冰的實驗：「取沸湯置瓮中，密以新縑，沉井三日，成冰。」這是屬於通過減壓來提高冰點的實驗。最原始的溫度計是利用水的結冰和融化來判斷氣溫的變化，「睹瓶中之冰，而知天下之寒」，「見瓶中之水，而知天下之寒暑」。專門設置一銅瓶進行測溫，這在科學認識論和方法論上是前進了一大步。漢代人們測量燥濕變化的方法也是相當科學的，即是把炭和羽毛或其他物質放在天平的兩端，經過一段時間後視其兩端的起伏，就能判斷燥濕。《淮南子》云：「懸羽與炭，而知燥濕之氣」，「燥故炭輕，濕故炭重」。這是利用炭與羽的不同的吸濕性來製成最原始的濕度計。

上海博物館珍藏有一面西漢時的「透光鏡」。此鏡為銅製，背面銘文有「見日之光，天下大明」八個字，正面光可照人。但若把它對日反射日光，則背面花紋文字悉映於牆壁上，故被稱為「透光鏡」。銅質之鏡能「透光」的奧妙在造鏡技術上，因鑄造時厚薄不同，因而冷縮的先後有差別，從而使鏡面產生細小的曲率差異，反射日光時就會把背面文畫映出來。還有的認為是壓磨所致，即在磨鏡面時，薄處因彈性作用，磨得少，呈稍凸，厚處受力大，磨得多，呈微凹，結果就能在日光下反映出背部花紋。在《淮南萬畢術》中還有「削冰以圓，舉以向日，以艾承其影則生火」的記述，說明漢人已知道了用凸透鏡聚光取火的技術。

漢代人們還做了磁石本身相互吸引、排斥的有趣實驗。如《淮南萬畢術》云：「磁石拒棋。」註：「取雞血與針磨搗之，以和磁石，用塗棋頭，曝干之，置局上，即相拒不休。」棋頭塗以磁石，便賦磁性。相拒不休，即是磁石的同性相斥、異性相吸現象。磁羅盤的使用也比歐洲早1000年。

化學、冶金

西漢時期，煉鐵高爐已開始使用石灰石為熔劑。煉鐵設備改進、提高的同時，鋼鐵的新產品產生了出來，比如灰口鐵和球墨鑄鐵。灰口鐵也是生鐵，但比白口鐵的質地高很多，更耐磨、有潤滑性，用來製作農具尤為適宜。球墨鑄鐵是生鐵中的精品，它以內部的石墨呈球狀而得名，性能比灰口鐵更佳。在古代冶煉球墨鑄鐵，很可能是用灰口鐵加入鎂、釔或稀土金屬才能使石墨形成球狀的。炒鋼是漢代的一項重要發明，將生鐵在空氣中加熱到1200攝氏度左右，使鐵半熔化，再進行翻炒攪拌，使其中的部分碳得到氧化。如果適時停止，就可以得到中碳鋼或高碳鋼；如果一炒到底，就可以得到低碳的熟鐵。這是一個重大的技術改革，人們從此能大量生產出鋼材來。

此外，雖然青銅工具逐步被鐵制工具取代，但漢代的煉銅技術也在繼續發展。這個時期還出現了一些新型的銅合金。在現存古籍中，「黃銅」一詞最早見於西漢東方朔的《神異經》，在其《中荒經》中說：「西北有宮，黃銅為牆，題曰地皇之宮。」東方朔所見的黃銅大約是一種砷黃銅，即含砷量在10％以下的銅砷合金。汞、金、銀等金屬的冶煉技術也獲得了許多新成就，如用「下火上凝」式鍊汞法，就是在鐵質下釜中放置硃砂，「然後以瓮合之，以羊毛稀泥泥際口」，「先燃腐草」，再以木柴加熱下釜，於是硃砂分解生成的水銀便升到上瓮，冷凝在內壁上。還有在《出金礦圖錄》中，狐剛子首次記錄了冶煉金銀的「錫灰坯爐法」，即今所謂的「吹灰法」。

天文學

皇朝天文學家的一項重大任務是修訂曆法，曆法是國家的大典，在政治上有安定民心的作用，又是農耕的時間表。漢時的太初曆是我國第一部由國家組織制定的曆法，但其原文早已失傳，幸好西漢末年劉歆用這部曆法中的主要數據改製成的三統曆完整的保存下來了，它不僅包括根據日月運動推算朔望、24節氣，安排曆日的方法，還有推算日月食，預告行星位置等內容，這確立了我國古歷的基本框架。後來，東漢末年的劉洪又編製了乾象曆，其中首次把月亮的快慢不均勻編成表，同時採用一些數學方法，提高了推算日月合朔和日月食發生的時刻的準確程度。

漢代天文學的豐碩成果，既得益於天文儀器的進步，同時也包含這些天文儀器。「渾天」即渾儀，亦稱渾天儀，是用於觀測的儀器，以之測量日月行星恆星在天空的位置，確定兩個天體之間的角度。使用時，先將渾儀的赤道環的位置與大地的赤道圈對準，然後再將窺管對準所要觀測的天體，在赤道環上就能讀出具體的天體位置數值。東漢的賈逵還在渾儀上加進黃道環，首次製造了一架「黃道銅儀」。渾象是一種表演天體視運動狀態的儀器，也就是現代天球儀的鼻祖。漢宣帝時的耿壽昌發明製造了渾象，這種儀器大體是一個大圓球，在球殼上刻著日月星辰，利用它的轉動演示天象的變化。張衡在此基礎上，製造出更為先進的水運渾象。

地學

關於運動問題，漢代有一段論述：「地恆動不止，人不知，譬如人在大舟中，閉牖而坐，舟行，不覺也。」這段話清楚地表明了地動思想和運動相對性思想，當時人們就應該已經認識到了地球是運動的。筆者認為，這種地動思想是東漢張衡發明地動儀的一種思想基礎。公元132年，世界上第一台地震儀器——張衡的地動儀製造成功，它能測出數百公里外所發生的地震。據記載，它曾準確測出公元138年隴西地區的一次地震。（關於張衡的地動儀，本刊高遠先生認為其開始並不是為了測量地震而造，而是為了測量並驗證地球是運動的這一理論，在測量地動的過程中，無意之中測量出了地震。有關張衡的理論及其發明，本刊《我們也曾仰望星空》一文有詳述，此文不再贅言）。

1973年，湖南長沙馬王堆三號漢墓出土了三幅繪在帛上的西漢地圖：地形圖、駐軍圖和城邑圖。「城邑圖」由於破損嚴重，至今沒有復原。「地形圖」是世界上現存最早的以實測為基礎的古地圖。圖的方位是上南下北，長寬各96厘米，主區部分的比例尺根據推算，約在十五萬分之一至二十萬分之一間。已有統一的圖例，繪有山脈、河流、居民點、道路等。圖上包含的地理範圍主要是當時長沙國（諸侯國）的南部，即今瀟水流域、南嶺一帶，這部分圖的繪圖精度相當高。圖上的水系繪得詳細準確，三十多條河流的地理位置、流向和水繫結構，大部分與現代地形圖大同小異，名稱標註也很有規律。圖中八十多個城鎮分別用方框、圓圈兩類符號分級表示，並且一律在符號位置里註記名稱。二十多條道路用虛、實兩種線劃區分。「地形圖」的缺點有二：一是山脈未標註山名；二是同一幅圖中使用了不同的比例尺。「駐軍圖」是世界上現存最早的彩色帛繪地圖，長98厘米，寬78厘米，方位是上南下北，主區為大深水流域，即今湖南省江華瑤族自治縣的滯水流域，比例尺約為八萬分之一至十萬分之一。圖上除繪有山脈、河流、道路、居民點外，還著重表現了九支駐軍的布防、防區界線、指揮城堡等軍事情況。用不同顏色區別不同地理要素是「駐軍圖」的顯著特點，它用黑色「山」字象形符號表示山脈；用青色繪製河流、湖泊，而且顯示了河道的寬窄；用黑底套紅勾框標出守備部隊的駐地和軍事工程建築物；用紅色虛線表示軍隊行動的通路；用紅色三角形標示城堡；用黑色圓圈標出居民點；用紅色標出守備區的分界線等等。馬王堆地圖的出土，改變了過去那種認為漢代地圖很粗糙，不可靠，也沒有統一繪圖原則的看法。

此外，在我國地理學史上，東漢班超所著的《漢書·地理志》是正史中的第一篇地理志，更是地理學著述史上一種全新體例——疆域地理志的開闢者，其中的記載包含了許多珍貴的地理資料。

農學、生物學

我國古代生物學是與農學緊密聯繫在一起的，人們在採集、漁獵、植物栽培、動物馴養等等中，逐漸積累了豐富的生物學知識。

《氾勝之書》是我國也是世界上現存最早的一部農業科學技術的專著，總結了我國古代黃河流域勞動人民的農業生產經驗，記述了耕作原則和作物栽培技術，對促進我國農業生產的發展，產生了深遠影響。其作者氾勝之，在漢成帝時擔任議郎之職，在今陝西關中平原地區教民耕種，獲得豐收。《氾勝之書》指出，種豆時要灌水，「臨種沃之，坎三升水」，種麻遇「天旱，以流水澆之，樹五升」，說明要根據天氣、土壤等環境狀況，進行合理灌溉，以保持植物體的水分平衡。其中還介紹了利用雪水處理種子使稻麥耐旱多實，利用灌溉水控制田間溫度促進稻麻生長，用手摩擦果實控制瓠定向生長，套種法和嫁接技術等一系列方法，這些方法都是改善農作物或園藝作物生態環境的增產措施。氾勝之還提出了很獨特的溲種法：將獸骨的骨汁、繅蛹汁、蠶糞、獸類、附子、水或雪汁按一定比例調成稠粥狀，用來拌和種子再下種，經過這樣處理的種子，防蟲、抗旱、保肥的性能大為提高。此外，還有《神農本草經》載：「大豆黃卷（即黃豆芽），味甘平，主濕痹，筋攣，膝痛。」那時就已經有生豆芽的做法了。《鹽鐵論》載「冬葵溫韭」，冬季用加溫方法生產韭菜，生長出來的是韭黃，說明我國一千多年前就已認識到因光照不足而產生的植物黃化現象並且加以利用。

漢時，人們已經把物種性狀的遺傳看成是正常的自然現象，並能夠加以掌握利用來培育符合自己需要的動植物。漢武帝為了培育優良馬匹種，專門從西域大宛引入當時的名馬汗血。從漢代起，我國的豬種開始向外輸出，當時的羅馬帝國（大秦）就從我國引進了優質的華南豬來改造本地豬種，培育出了西方著名的羅馬豬。

在園藝方面最明顯的技術進步是嫁接法，當時便能讓老枝養育新枝，讓一種果樹結出另一種果樹上的果實來。最早進行食用菌人工栽培的，也是我國漢代的先民。漢時，還正式出現了溫室，據《漢書·循吏傳》、《鹽鐵論·散不足》等記載，公元前一世紀初漢昭帝時，在太官園中建立了「覆以屋廡」的溫室，在冬日裡日夜燃炭火加溫，終於在大冬天培育出青翠欲滴的時鮮冬葵與溫韭，而西方建立溫室則是在十九世紀中葉。

醫學

我國第一部藥學專書——《神農本草經》約成書於東漢，其中所全力搜集整理了眾多藥物及配、製藥理論，共實用植物葯239種，動物葯65種，礦物葯43種，對中國後來藥物學的發展產生了很大的影響。漢打通西域後，從西域傳來的一些新的藥物，也逐步地加入了中原藥典之中。《治百病方》，1972年在甘肅武威漢墓出土，是一批木質醫藥簡牘，共92枚，經整理以《武威漢代醫簡》為名出版。據鑒定，墓主人可能是一位年逾七十的醫學家，約卒於東漢早期。其內容頗豐，，包括用於臨床內、外、婦、五官及傷寒雜病等的治療方劑三十六首，所用藥物有百種之多，劑型分湯、丸、膏、散、酒、栓等，其方劑組成幾乎均系復方。醫聖張仲景的《傷寒雜病論》對中醫學的發展產生了巨大的深遠影響，他對病因提出：「千般災難，不越三條，一者經絡受邪，入臟腑，為內所因也；二者四肢九竅，血脈相傳，壅塞不通，為外皮膚所中也；三者房室、金刃、蟲獸所傷，以此詳之，病由都盡。」在疾病診斷上，他強調望、問、聞、切四診，以確定疾病之陰陽、表裡、虛實、寒熱；進而判斷其治療大法的原則，即汗、下、吐、和、清、溫、補、瀉八法的運用。其病因分析甚是到位，甚至超越了現代西醫，「經絡受邪」為體內神經組織功能紊亂；「血脈壅塞」為心腦血管老化之病；「蟲獸外傷」為細菌病毒感染，而現代西醫的病因理論基礎僅為第三個細菌病毒說，張仲景的研究是十分超前的，有內、外因的總體認識。

除張仲景外，漢時著名醫學家還有淳于意、華佗等。淳于意約生活於公元前二世紀初，世人稱之為「倉公」。他曾因未能滿足某些官吏的慾望而被誣告，漢文帝詢問淳于意案情時，淳于意一一回答了經他診治的二十五例病人的姓名、職業、貫里，所患病名、病因、脈象、治病用藥、療效、預後等，對其治療結果實事求是，對治癒和死亡都有分析，並不迴避自己的失誤，這些有系統的記錄，史稱之為《診籍》。華佗，東漢末著名醫學家，醫術全面，尤以外科、麻醉最為精通。他發明了世界上最早的外科麻沸葯——麻沸散，這是一種全身麻醉劑，用酒沖服，能使人進入昏迷狀態。華佗曾在酒服麻沸散的全身麻醉下，為病人進行過腹腔瘤腫摘除術手術，這是中國歷史上最早的腹腔手術。華佗除外科手術技術高明外，對養生導引之術也頗有研究，他是運動保健學的創始者之一，創造出了著名的「五禽戲」，以虎、鹿、熊、猿、鳥的動作姿態為基礎，進行模仿鍛煉，達到強身健體的目標。後漢時期的針灸學比以前也有個更明顯的進步，華佗、張仲景、涪翁、郭玉等均擅長針灸治病。

建築學

兩漢時期可謂中國建築青年時期，其特點有以下幾方面：首先是開始運用中軸線的手法對宮殿建築群、禮制建築群以及院落空間的組合進行布局，這種手法由於可以顯示封建帝王至高無上的權勢，一直被其後的歷代統治者所推崇，直至明清兩代以北京城為代表達到顛峰。其次是重要建築入口前均設闕，漢闕的造型和細節美觀大氣。而後，是建築的形式、結構、型制都較前代成熟與完備，建築組群的輪廓線生動而豐富，組合形式多樣，既有高台建築群，又有廊院、三合院、四合院，陶制磚、瓦及管道大量使用，且圖案更加豐富。最後，東漢開始，高台建築減少，開始向閣樓形式發展，以木構架為主的結構方式發展得更為成熟。

漢時木結構所達到的水準，是古代建築木結構體系形成的標誌。木結構建築最基本的部分是木構架，梁架結構的發展，進一步擴大了室內空間，增強了室內採光，抬梁和穿斗是其最主要的兩種結構體系。抬梁式，是將大的橫樑木架在立柱上，然後在樑上再立短柱，短柱上再架短梁，如此層層上架，形成尖頂架構，梁架之間，又以檁木連接固定，檁上又施椽。穿斗式，是直接在立柱頂端架檁，檁上施椽，有的還在檁柱間加斜撐作為加固。也有的是將這兩種結構結合起來使用。當時的建築已廣泛使用斗拱，斗是指斜方形的墊木，拱是弓形的拱木，用來承托梁和枋木，支承出檐的重量，兼有裝飾作用。漢代的住宅，屋頂結構也相當多樣化，中國古典屋頂的幾種形式，如硬山、懸山、歇山及廡殿頂，均已出現。樓房中表現出的逐層施柱、逐層收小減低、逐層或隔層出檐或裝平座等手法，不僅可以遮陽、避雨和眺望，而且在建築美學上使樓的外觀在穩定中產生動感。

製造業

經考古挖掘發現，西漢初期（公元1-2世紀），就已有早期紙張存在，但這時的紙張製造技術還很原始，質量相當粗糙。東漢時，蔡倫革新造紙技術，發明了影響深遠的「蔡侯紙」。蔡倫，宦官，漢和帝時掌管宮廷作坊，從而有機會觸及造紙行業，改革造紙工藝，監造成功「蔡侯紙」，他也因此被封為龍亭侯。在原料上，「蔡侯紙」採用了破布、破網等物質，既有利於提高紙張的質量，也降低了生產成本，採用樹皮作為原料之一，是一個重要的突破，既為古代造紙開闢了更為廣闊的原料途徑，也開了現代木漿造紙之先河。另外，對原料的處理可能已經有了加入石灰漿升溫促爛與蒸煮等工藝，使得植物纖維的分解更為細膩。這樣，傳統的造紙工藝也就從此奠定了，漢以後，造紙術傳到了鄰國，繼而傳遍全世界。

說起漢代的紡織技術，不得不提馬王堆出土的「素紗禪衣」，這件長160厘米、兩袖通長190厘米的衣服，居然只有48至49克。現代國內一些擁有高級工藝師與技術設備的絲綢研究所曾做過試製，沒有一家能達到這麼輕的分量。漢代織物的品種很多，有錦、綾、綺、羅、縠、紗、縑、縞、紈、絹等等，花紋也很豐富，可分為雲氣紋、動物紋、花卉紋、幾何紋、茱萸紋以及文字等種類。以往人們以為元明時代的漳絨、織金絨、天鵝絨等技法是從國外傳入的，其實，這是我國漢時就有的固有技法。另外，漢代畫象石上所見的紡車、繅車、調絲、並絲、織機、染具等實物圖形，也充分反映了漢代紡織業的高度成就。

成熟瓷器誕生在東漢時期，在技術上有兩大進步，一是原料的處理更加潔凈、細膩；二是燒成溫度與燒成技術有更多提高。考古發現的東漢瓷器，其技術指數已近同於現代瓷器，特別是越窯中的一件瓷器，燒成的溫度已達1310攝氏度，胎中顯示氣孔率為0.26%，吸水率為0.28%，胎體緻密堅硬，有微透光性，叩擊時有金屬聲。東漢時期的成熟瓷器主要是青瓷，有少量的黑瓷，兩者都是以鐵為色劑，含量在3%以下的是青瓷，在4~9%以上的是黑瓷。在釉彩上，漢代出現了鉛釉料，這是一種低溫釉，大約在700攝氏度左右就開始熔化，流動性強，內含銅、鐵等成分的著色劑，後來著名的唐三彩，就是由這時的鉛釉發展而成的。

編輯： 九章丨審核：子白

休閑讀品雜誌社

（xiuxiandupinTX）

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