張柏春 中國科學院自然科學史研究所研究員

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中國古代科學技術是中華文明的一個重要組成部分。其體系形成于秦漢時期，此后不斷充實和提高，在宋元時期達到高峰。在中國古代歷史中，有大量的珍貴典籍流傳于世。例如：關于數(shù)學，有《九章算術》和《四元玉鑒》；關于醫(yī)學，有《黃帝內(nèi)經(jīng)》和《本草綱目》；關于農(nóng)學，有《齊民要術》和《王禎農(nóng)書》；關于軍事技術，有《武經(jīng)總要》和《武備志》；關于建筑，有《營造法式》；關于天文儀器，有《新儀象法要》，等等。這些典籍向我們展示出中華民族的發(fā)明創(chuàng)造及其對世界文明的巨大貢獻。

一、《天工開物》的主要內(nèi)容及學術價值

從手工業(yè)生產(chǎn)技術來看，成書于戰(zhàn)國時期的《考工記》，是我國第一部手工藝百科全書。但這部典籍存在兩方面缺陷：一是，其所記載的技術門類是根據(jù)當時手工業(yè)生產(chǎn)技術來劃分的，比如，單馬車的車輪制作就進行了專門論述；二是，這部典籍只有文字，沒有附圖，為后世研究與傳承帶來很大難度。從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術來看，中國自古以來出現(xiàn)了很多種類的農(nóng)書，其中元代的《王禎農(nóng)書》影響較大?！锻醯澽r(nóng)書》用大部分篇幅記載了“農(nóng)器圖譜”，幾乎囊括了所有傳統(tǒng)農(nóng)具和主要設施，堪稱中國最早的圖文并茂的農(nóng)具史料。而由明代宋應星所著的《天工開物》，記載了大量中國古代生產(chǎn)技術方面的發(fā)明創(chuàng)造，首次把手工藝和農(nóng)藝整合成一部書，被譽為中國第一部關于農(nóng)業(yè)和手工業(yè)生產(chǎn)技術的百科全書。

《天工開物》共三卷十八篇，準確而精煉地記載了作物栽培、谷物加工、制糖、釀酒、制鹽、養(yǎng)蠶、紡織、染色、造紙、陶瓷、采礦、冶鑄、鍛造、舟車、石灰、火藥、兵器、顏料、珠玉等重要門類的生產(chǎn)技術及相關的工具和機械，圖文并茂地描繪出中國古代農(nóng)業(yè)社會的技術體系?！短旃ら_物》首次刻畫了中國古代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一些場景，如制糖、煉制熟鐵、煉銀、煉鋅、鑄錢、錘鐵錨、制針、鑿井取鹽、采煤等，擴展了明以前的記載，填補了科技典籍的空白。

宋應星把多年走訪大江南北了解到的生產(chǎn)方式和功能技術都記載下來，文字精練準確，繪圖盡量寫實。但若是不熟悉的或沒見過這項技術和工具的人，即便照著圖文也不一定能做出來。也就是說，這部文獻在當時未必能用于實踐。但對于歷史研究者來說，《天工開物》的作用非常重要。因為通過研究文獻中的記載，我們可以明確一些技術出現(xiàn)的時間下限。尤其是《天工開物》為煉鋅、白銅、頓鉆等一些重要技術貼上了“中國發(fā)明”的標簽，明確了某些技術出現(xiàn)的時間下限，在傳承中華文脈方面發(fā)揮了獨特的作用。

那么，《天工開物》中到底有多少中國獨特的發(fā)明創(chuàng)造？2016年，中國科學院自然科學史研究所推選出“中國古代重要科技發(fā)明創(chuàng)造”共88項。也就是說，除了我們熟知的“四大發(fā)明”之外，還包括很多其他發(fā)明創(chuàng)造。要知道，“四大發(fā)明”是歐洲人給我們貼的標簽。早在19世紀下半葉，英國來華傳教士艾約瑟就將造紙術、印刷術、指南針、火藥并稱為中國古代“四大發(fā)明”。此后，“四大發(fā)明”成為中華文明的重要標志。但是，中國不止這“四大發(fā)明”，到底還包括多少？2016年推選出了88項。而這些在《天工開物》中大部分都有記載。

《天工開物》共三卷十八篇。今天，我們主要介紹其中的部分篇章。

第一，乃粒。這一篇主要記載了稻、菽的栽培及農(nóng)用設施。中國是栽培稻的起源地。我國先民早在一萬多年前就成功馴化水稻，發(fā)明水稻栽培技術?？脊艑W家在江西省萬年縣仙人洞遺址和吊桶環(huán)遺址發(fā)現(xiàn)了距今約12000年的稻作遺存。這是中國創(chuàng)造農(nóng)業(yè)文明的一個重要標志。如今，水稻已經(jīng)是世界第一大糧食作物，世界上一半以上的人口以稻米為主食。由此可見水稻栽培技術對人類文明的重大貢獻。

許多人知道中國從美國進口大豆，卻很少有人知道中國先民最早掌握大豆栽培技術，并以大豆為植物蛋白質(zhì)的重要來源。在距今大約四五千年的龍山時代，大豆已有較為明顯的馴化特征。春秋戰(zhàn)國時期，大豆成為重要的農(nóng)作物和主糧。西漢時期，人們開始用大豆制作豆醬，并逐漸發(fā)展為醬油，同時還發(fā)明了豆腐。

在作物栽培中，灌溉是必不可少的，因此水車就出現(xiàn)了。自春秋戰(zhàn)國以來，隨著農(nóng)田耕作規(guī)模的擴大，農(nóng)業(yè)灌溉設施由工具桔槔、轆轤發(fā)展到機械龍骨車（又名翻車、龍骨水車）。

龍骨車，出現(xiàn)于東漢時期，是利用鏈傳動來帶動水槽內(nèi)的刮板翻轉從而將低處的水引向高處的灌溉機械。它與同時期出現(xiàn)的阿基米德螺旋式水車功能相近，但工作原理不同，一個是利用阿基米德螺旋原理，另一個是利用鏈傳動原理。二者體現(xiàn)了東西方灌溉機械技術的平行發(fā)展。龍骨車是中國獨有的一項發(fā)明，后來傳到了朝鮮、日本、越南等國家，甚至有的地方至今還在使用。

這里有個問題，轆轤是利用輪軸原理來實現(xiàn)深井取水的，而龍骨車是利用鏈傳動把低處的水引向高處的。可見，二者的工作原理差距非常之大，那么龍骨車是怎么發(fā)明出來的，如何實現(xiàn)從轆轤到龍骨車這一步跨越的？這很難說清楚。要知道，一項發(fā)明創(chuàng)造，從無到有再到成熟，是非常難的。因為在這一過程中，知識出現(xiàn)了一個躍升，而科學技術就是在知識的不斷躍升中發(fā)展的。