【摘要】中国古代科技巅峰出现在宋代，是中外科学史学者研究中的普遍共识。分析宋代经济和军事方面的需求对科技研究和开发的影响、分析科技发展与教育以及哲学思想之间的互动关系、分析科技发明在宋代的体制化等问题，是回答古代科技巅峰缘何出现在宋代的主要方向。在考虑社会需求促进科技发展的同时，也应注意到宋代科学家与发明家群体中形成的科学气质。
【关键词】宋代 科技发展 社会需求 科学气质 【中图分类号】K244；K245 【文献标识码】A
英国著名科学史家李约瑟指出：“宋代虽然军事上常常出师不利，且屡为少数民族邦国所困扰，但帝国的文化和科学却达到了前所未有的高峰。”他将宋代与前代相比，认为“在技术上，宋朝把唐代所设想的许多东西都变成现实”；他又将宋代纳入整个历史长河之中去观察，说：“中国的科技发展到宋朝，已呈巅峰状态，在许多方面实际上已经超过了18世纪中叶工业革命前的英国或欧洲的水平。”人们普遍相信，中国古代科技的巅峰出现在宋代。在具体描绘这一巅峰时代的科技成就时，按照天文、数学、医学、地理、化学、农学，以及冶金、造船、纺织、制瓷等知识与技术的不同领域，分门别类详加列举，成为重要的叙述基调。被马克思称为“预告资产阶级社会到来的三大发明”的指南针、火药与印刷术在宋代的完成与发展，更是作为宋代科技巅峰的标志，备受关注。
除此之外，学者们还不遗余力地将宋代与世界的科技成就作时间跨度上的对标。比如，作为改变整个世界面貌和状态的杠杆之一，宋代的活字印刷术比1450年古登堡活字印刷术在德意志的发明要早400年；南宋杨忠辅的《统天历》定回归年数值为365.2425，比欧洲格里高利历的颁行早380多年；这一时期发明的脚踏纺车和水转大纺车，比欧洲的同类发明要早400多年。将宋代“与欧洲的文艺复兴以至近代相比”，从世界科学成就的地图册中去丈量与把握，对于具象理解宋代作为中国古代科技巅峰这一认识无疑十分重要。
社会需求促进宋代科技不断发展
古代科技巅峰为何出现在宋代？过去的几十年，学者从经济、政治、社会、制度、思想、教育等多个维度不断进行论证。不过，若将这些讨论归置于科技发展与社会、文化语境的关联度这一视域之下，不外乎以下三种解释进路。
第一，宋代经济和军事方面的需求对科技研究和开发的影响。宋朝建立以来，人口激增，对食物的需求促使栽培方法的改进。曲辕犁开始推广使用，秧马、筒车被创造出来，新品种占城稻被广泛推广种植。宋代兴修的水利工程数量明显比唐代多，闸门和新的测量仪器得以改进并扩大应用，效果显著。煤与石油开始开采，并且成为民用燃料。城市的快速发展需要发明供水与灭火装置。
在宋与辽、金的战争影响下，火药成为有用的武器。宋初，开封所设“广备攻城作”的十一个部门中，“火药窑子作”即是专门用来制造火药火器的。北宋时的军事著作《武经总要》记载了三种世界上最早的火药配方，并列举了火箭、火药鞭箭、火球、火蒺藜等多种火器。南宋时，震天雷的产量大幅提升。绍兴二年（1132年），德安守将陈规“以火炮药”，制造出长竹竿火枪20余条；开庆元年（1259年），寿春府制造出突火枪，“以钜竹为筒，内安子窠，如烧放，焰绝然后子窠发出”，即枪筒内装填火药和子窠，火药在筒中燃烧产生的气体推力，能将子窠射出，产生击杀作用。长竹竿火枪与突火枪的出现标志着管形火器的诞生。
经济发展与军事战争也加强了对运输工具改进的需要。宋代陆上运输工具进展不大，但造船技术获得了巨大发展。宋代发明了船坞以及滑道下水的方法；造船时开始使用船图，先制造船的模型，再按比例放大造船；龙骨结构的使用增加了海船抗御风浪的能力；踏轮驱动的车船获得了普遍应用。为增加粮食载运量和提高结构强度而建造的对槽船，是当今分节驳船的雏形。船型巨大的还有“形制圆短，如三间大屋，户出其背，中甚华饰，登降以梯级，非甚大风不行”的万石船。用于战争的新船型不断出现，既有“底平樯浮，虽尺水可运”的多桨船，又有“傍设四轮，每轮八檝，四人旋斡，日行千里”的飞虎战舰。
第二，科技发展与教育以及哲学思想之间的互动关系。宋代广兴学校，推动教育制度改革，增加太学学额，在州县立官学，佐以私学、蒙馆、冬学等教学形式，从而形成了自京师至郡、县、乡的教育网络。在教育科目上，科学的训练内容在宋代官方学校所占的比重逐渐增加；在教育方法上，唐代以来的分科教育效果明显，司天监培养出许多知名学者，而宋代先将太医局从太常寺中分离、后又置医学于国子监之下的革新，将医学教育纳入国家官学系统，促进了医药学的发展。
宋代理学兴起，理学的世界观与以理为基础的自然科学的观点一致。程颐说：“天下物皆可以理照。有物必有则，一物须有一理。”朱熹强调：“所谓致知在格物者，言欲致吾之知，在即物而穷其理也”“上而无极、太极，下而至于一草一木一昆虫之微，亦各有理。一书不读，则阙了一书道理；一事不穷，则阙了一事道理；一物不格，则阙了一物道理。”理学家对格物致知的提倡推动着学者对自然之理进行探索。
第三，科技发明在宋代的体制化。在科技体制化的讨论中，对科技人才的拔擢与奖励制度是聚焦点。《宋史》中记载了奖励科技发明的许多例子。太平兴国时期（976年—984年），因新历《乾元历》颇为精密，宋太宗对造新历者及校定者一同奖励，“皆优赐束帛”；咸平三年（1000年），有人献所制火箭、火球、火蒺藜，有人献海战船式，朝廷“各赐缗钱”；熙宁六年（1073年），许州百姓进献制瓦法，以黑锡代替原来的黄丹来烧制琉璃瓦，降低了成本，朝廷因此奖励“钱五十万”。除了经济奖励之外，对科技工作者降诏奖谕、授官赐爵的例子比比皆是。汝南襄城人楚芝兰“以占候有据，擢为翰林天文”；熙宁八年（1075年），沈括上《奉元历》，“诏进（沈）括一官，司天监官吏进官、赐绢银有差”；元丰二年（1079年），朝廷对范子渊、宋用臣等“首议导洛水入汴”以及“筑堤捍河”的董役之人大加奖励，或进官，或减磨勘年，或指射差遣，同时按等第赐钱。当科技发明确立为社会体制时，尽管其在宋代尚未健全，其中还带有相当的随意性，但它不仅可以为科学家与发明家带来利益，还赋予科技发明与发现的行为本身以新的价值，从而成为一种经过阐发、公认的社会动力，推动科技事业的发展。
宋代科学家与发明家群体中逐渐形成一种科学气质
在宋代，学者逐渐形成了一种姑且称为科学的气质，它是一套涵盖价值、认知、规范、原则和信条的综合，虽不能与现代意义的科学精神等同而观，但它在吸引并促使科学家与发明家保持长期的研究投入时发挥着重要作用。
第一，宋人的科学气质表现在对科学知识的积累与实践上。在宋代，处处可见重复的独立发明与发现。比如，庆历年间（1041年—1048年），毕昇发明了活字印刷术，以胶泥刻字，每字一印，火烧坚硬而成泥活字后，以两块铁板交替印刷排字，进一步提高了印刷速度，成为人类史上具有影响力的发明之一。在历史的语境中，显然不能将毕昇当作孤独的发明家，宋代发现并实践活字印刷的人并不少见。南宋著名文人、政治家周必大在给朋友的信中记录了这样的事情：“近用沈存中法，以胶泥铜板移换摹印，今日偶成《玉堂杂记》二十八事。”除了泥活字，后来还有人铸锡作字、以铁条贯之，排行印书。
需要指出的是，宋代科学家与发明家在知识兴趣上会产生对特定问题进行聚焦的现象。比如，在天文历法上，自建隆四年（963年）《应天历》起，至咸淳六年（1270年）《成天历》止，官方共改历17次，朝廷与非官方的天文学家对历法的研习始终保持着热度，而经过多次更制的历法也日益精确。又如，对磁体极性的探索早在战国时代就已存在，“立司南以端朝夕”的记载证明了磁体极性的实际应用。北宋初年的《武经总要》中介绍了“以薄铁叶剪裁”的“指南鱼”，用来在阴天和黑夜判断行军方向。沈括的《梦溪笔谈》记载了“以磁石磨针锋，则能指南”的指南针，沈括还发现了地磁偏角现象，指出地点不同偏角的大小也不同。南宋陈元靓在《事林广记》中介绍了一种当时流行的指南龟的装置法。在实践上，北宋时期，指南浮针便已应用于航海。朱彧的《萍洲可谈》记述：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针。”到了南宋，指南针成为重要的导航仪，“舟舶往来，惟以指南针为则”。吴自牧的《梦粱录》中还记载了一种将磁针和方位盘联成一体的“针盘”，又称磁罗经、磁罗盘。毋庸置疑，针对解决特定问题的知识积累与不断实践，是推动宋代科学与发明创造的要素之一。
与此相应，宋代发起了对多种知识类别进行总结的工作。宋代热衷于汇编本草与医方，政和年间（1111年—1118年），朝廷召集海内名医编纂医学百科全书《圣济总录》。曾公亮等奉敕编撰的《武经总要》对以往的兵器制造技术与方法进行了全面总结，是军事技术的百科全书。成书于绍兴十九年（1149年）的陈旉的《农书》虽然篇幅不长，却是我国最早专门总结南方稻作区农业技术和经营的农书。
第二，宋人的科学气质还表现在实用主义（抑或也包含功利主义）原则在科技研究与实践中的流行。宋代的科学家与发明家经常把其研究与实际需要和应用相联系。沈括制定的《十二气历》主张去掉闰月，用节气来制历，以立春作为孟春之始、惊蛰作为仲春之始，这一革新否定了传统历法中阴阳合历的惯例，其目的是使历法符合农业生产的需要。秦九韶的《数书九章》分大衍、天时、田域、测望、赋役、钱谷、营建、军族、市易九类，每类列九个例题来阐明各种算法，其中所列例题并非一些简单数据，而是围绕着“古历会积”“治历演纪”“积尺寻源”“推计土功”“积行计地”等历法、工程、赋役和军旅中实际需要解决的困难问题而展开。
第三，研究的权利与责任以及弥漫于其间的反传统主义，也成为宋人科学气质的组成部分。比如，在儒家思想的引领下，解剖学在古代中国并不发达，宋代庆历五年（1045年）与崇宁年间（1102年—1106年），在地方官员的主持下，发生了两次明确以医学观察作为目的的人体解剖事件，并留下了《欧希范五脏图》与《存真图》。宋人对这两次解剖事件的叙述，前后不同，经历了从一开始的道德谴责逐渐转向从医学角度进行赞美。又如，作为古代的计时器，刻漏在历代均有制作，宋代的科学家燕肃创制了“莲花漏”，不过，朝廷考校时，试验结果与当时的《崇天历》不合，因而弃之不用，但燕肃并没有就此停罢，而是通过刻石等方式积极推广自己的“莲花漏”，并最终获得士大夫的称赞，欧阳修称“其漏刻法最精”，夏竦称“秒忽无差”。
分析一个时代科技发展的归因是一个综合性的课题，宋代日益增长的人口与商业、贸易增长所产生的需要，推动着科技的发明与发现，战争的影响将科技发明的兴趣集中在某些特定的领域，思想的不断进步促进了观察与创造，来自朝廷的奖励在赋予各种科技探索以价值与声望的同时，反哺着科学家与发明家的探索精神。
（作者为浙江大学历史学院教授、博导）
【参考文献】
①[英]李约瑟：《中国科学技术史》，北京：科学出版社、上海：上海古籍出版社，1975年。
②[宋]沈括撰，金良年点校：《梦溪笔谈》，北京：中华书局，2015年。
③[元]脱脱等：《宋史》，北京：中华书局，1985年。
责编/孙渴 美编/杨玲玲
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