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由于农业社会本身需要一部准确的历法，专制统治者为了自身的尊严，维护“天人合一”的信念，也需要准确预报天象和日食、月食等，从而促进了中国古代天文学的研究。远在夏朝就有了专司天文的人员，人们就已经知道利用四组恒星黄昏时出现在南方天空中的位置来确定春分、夏至、秋分和冬至四个节气。商代已经知道两个朔望月为59天，并置闰月来调整望月和回归年的长度，形成一直延续到今天的阴阳合历的历法体系，商代一般把闰月置于年终，在甲骨文中有13月的记载。到了周代，历法的制定及天文观测又有了新的发展。这时发明了用圭表测影的方法，以确定冬至和夏至等节气，提高了一个回归年测定的准确性。周代已经确定了天文坐标系统——二十八星宿，每一星宿中取一恒星为标志。

战国时期，最著名的天文学家为石申与甘德。石申著《天文》8卷;甘德著《天文星占》8卷，被后人合称为《甘石星经》，其中有世界上最早的星表。石申的测量已使用了与现代天文坐标大体一致的方法。在论及恒星的部分中，载有121颗恒星的赤道坐标值和黄道内外度，甘德测定了金星和木星的会合周期长度，定出火星的恒星周期为1．9年(应为1．88年)，木星为12年(应为11．86年)。此后历代对天象的观测不断发展和深化，秦汉时期的各种天象记录趋于齐备并且日趋详尽、精细。如出现了准确的太阳黑子记录，新星和超新星的明确记载也首见于汉代。《汉书·天文志》载:“元光元年六月，客星见于房”，这是世界历史上第一次记载的新星;又如对日食的观测，不但有发生日食前的记载，而且注意到初亏、食甚、复圆的时刻及食分、方位、亏起方向等。东汉初年的星图中恒星增加到283颗，北宋时代记录的恒星为1434颗，元代郭守敬将恒星记录扩大到2500颗。中国历代对于哈雷彗星的记载尤为详备，不但对于彗星运行路线、视行快慢以及相应的时间都有生动简洁的记录，而且观测记录之全面、连续是世界天文学史上所仅有的。最早的关于哈雷彗星的可靠记载是公元前613年(鲁文公十四年)。据《春秋·文公十四年》:“秋七月，有星孛入于北斗。”从秦王嬴政七年(公元前240年)到清宣统二年(1910年)，哈雷彗星共出现29次，每次都有详细的记录。

中国古代的宇宙论思想有宣夜说、浑天说和盖天说。宣夜说由东汉前期郗萌作了系统的表述。他主张天无定形，日月星辰皆赖气漂浮其中，指出:“日月众星，自然浮生虚空之中，其行止皆须气焉。”(《晋书·天文志》)他在这里，已天才地猜测到宇宙是一个日月众星无限运动的物质构成的广袤空间。盖天说产生于战国，西汉得到很大发展，成书于两汉之际的《周髀算经》使之系统化和数学化。盖天说认为天圆地方，“天圆如张盖，地方如棋局。”主张半圆形的天，拱形大地，日月星辰附天而平转。盖天说后为日益增多的天文观测所否定。浑天说的集大成者是东汉的张衡，《浑天仪图注》是浑天说的代表作。认为:“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于内。”“天之包地犹如壳之裹黄，天地各乘气而立，载水而浮”，后来他在《灵宪》中又说:“宇之表无极，宙之端无穷”，表达了宇宙无限的思想，浑天说是以地球为中心的一种宇宙理论。张衡还把他的浑天说物化成一个模型“水运浑象仪”，这使浑天说在社会上造成广泛影响。

中国古代天文学及天文观测是与历法相联系的。由于地球绕太阳一周的时间为365．2422日，再加上地球轨道的进动(岁差)，所以古代制订的历法与实际总存在一定的偏差，一年要偏差几十秒甚至达一分钟以上，积累几百年之后，实际天象与历书就发生较大偏离，甚至出现“今日仲秋，明日月圆”的情况，中国的历代朝廷都很重视修订历法，几乎每个朝代都有大规模修订历法的活动，这也在客观上推动了天文学的发展。

春秋末年，中国已制订了成文的历法，知道了一回归年为

日。以后测得一朔望月等于

日，19个太阳年插入7个闰月，称为四分历。秦王朝统一中国，“颛顼历”成为官方统一颁行的历法;到汉武帝时代，“颛顼历”那种仅在年终放置闰月的方法已显得太粗糙，汉武帝下令“议造双历”，最后由邓平制定“太初历”;到西汉末年被刘歆改为“三统历”。“太初历”已具备了气朔、闰法、五行交食周期等内容，把季节、月份、置闰的关系原则地调整得十分合理，这个历法原则在农历中一直沿用下来。公元85年由编诉李梵、贾逵等人修订的“四分历”比“太初历”有了明显的进步，测得的黄赤道交角已经十分精确。东汉早年天文学家李梵、苏统发现月球运动并不均匀，东汉晚年刘洪在制定“乾象历”时利用这一发现计算月食。西汉的历法，已为后世历法的发现提供了楷模，形成了一个独特的体系。

魏晋南北朝之际，天文观测进一步深入，获得了一系列重要的发现，晋代虞喜通过同一时节星辰出没时刻与古代记录比较，发现冬至点已向西移动。这是由于地球轨道的进动造成的，古人称之为岁差。祖冲之将虞喜的发现应用到历法中。祖冲之制订“人明历”，提出391年置144个闰月，由此得出回归年的长度与现代准确值只相差46秒，进一步提高了历法的准确程度。

紫微垣为天帝的居所，后官中的人员配备，管理机构和生活用品一应俱全

到唐代，古代历法体系已完全成熟。公元727年天文学家一行和尚完成“大衍历”，一行把太阳在一个回归年内所走的度数分为24等分，这便是二十四节气的位置。南宋杨忠辅公元1199年制订“统天历”，定一年的长度为365．2425日，元代郭守敬和王恂于公元1280年编制“授时历”，明代改称为“大统历”一直沿袭到明末，共用了364年，是西方天文学传入中国前的最后一种历法。明末邢云路将圭表加高到六丈，测得一年的长度为365．242190日，仅比现代值少2秒，是中国古代天文学测得回归年长度最高的精确值。

明末西方天文学传入中国，中国古代天文学独立发展的状况结束。《崇祯历书》以及清初在此基础上颁布的“时宪历”是参照西方天文学理论和观测数据制订的。

中国古代把数学称算学。中国算学源远流长。研习天文历算者多半世代相传，称之为畴人。孔子教育学生以六艺“礼、乐、射、御、书、数”，其中就有古代算学的内容。《汉书·艺文志》载有《许商算术》和《杜忠算术》，这两部书均已失传，今天能见到的较早数学著作有《墨辩》中的部分内容及《周髀算经》和《九章算术》。

墨家学派是战国前期兴起的一个学派，墨家门徒有很多人来自社会下层的手工业者，从而在实践中提炼了不少科学知识，其中对自然科学的研究成果部分汇集在《经》和《经说》中。《墨经》中的数学知识大部分是几何知识，这些几何学研究成果具有较高的水平。英国科学史学家李约瑟在《中国科学技术史》中将其与欧氏《几何原本》的公理系统对照比较，予以很高的评价。

《周髀算经》是中国一部较早的数学著作，是现存的《算术十书》中的第一部，它实际上是阐述“盖天说”的天文学著作。此书成书于两汉之际。书的开端首先阐述勾股定理及其在天文学中的应用，然后重点介绍了分数的运算及通分，这是一部对后世影响较大的数学天文学著作。

《九章算术》成书于汉代，全书共九章(方田、柴米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程、勾股)。共搜集了246个实际应用问题及解题方法。其中算术部分包括四则运算、分数概念、负数及混合四则运算、比例等;代数部分有开平方、开立方、一元二次、二次方程及类似于今天的矩阵消元法求解方程组的问题;几何部分有求各种平面图形面积公式或近似公式，还有各种体积的计算。《九章算术》总结完善了一套算筹计算方法，用算筹的不同摆法来表示任意大小的数目，以不同的方位表示出一个方程的次数。筹算为后世中国方程理论的发展奠定了基础。《九章算术》被后世长期作为数学教科书，以后的中国古算书也都沿袭着《九章算术》的体例。

从三国到南北朝时期涌现出一大批杰出的数学家。三国时代刘徽著《九章算术注》，对《九章算术》的解法作了理论上的证明，创立了割圆术，通过求圆的内接外切正多边形去逼近圆的周长从而求出圆周率。在创立割圆术的过程中，刘徽已提出了接近极限概念的思想:“割之弥细，所失弥少，割之又割以至于不可割则与圆周合体无失矣。”刘徽做到3072边形，求出圆周率为3．1416。继刘徽之后，杰出的数学家祖冲之将圆周率准确计算到小数点之后第七位数字。

隋唐时代数学持续发展，这一时期在国子监中设立明算科进行数学教育，唐代专门设立算学馆，设有算学博士，但国子监中的算学博士品级低微(当时国子博士是正五品以上，而算学博士仅从九品下)，没有相应的社会地位，致使习算者寥寥无几，到晚唐时期几乎已无人问津，明算科考试实际上已经中止了。唐代的数学成就之一是王孝通的《辑古算术》，王孝通是初唐时期人，他的主要贡献是介绍了开带从立方法，实质上是求三次方程的正根。另外，唐太史令李淳风等人注释《十部算经》并作为政府规定的教科书，从而使《十部算经》等古书得以流传，这对传播、普及数学是有一定作用的。唐代数学开始向实用化发展，这与当时赋税制度的演变、工商业发达有一定关系，中唐时期出现的《夏侯阳算经》明显地可以看出这一特征。

宋元之际中国数学发展出现第二个高峰。这时的主要数学成就是对高次方程的解法及等差数列和高阶等差数列的研究。从宋代开始在开方的基础上形成了一套系统的高次方程正根的求法，北宋贾宪在《详细九章算法细草》中给出了二项式定理的系数表即“贾宪——杨辉三角”，贾宪称之为“开方作法本源图”。南宋秦九韶在《数术九章》中给出求任意高次方程的近似解法，这实质上与西方霍纳近似解方程的方法是一致的，但要比西方早500年左右。在此基础上产生了“天元术”，后来发展为“三元术”、“四元术”，这实质上是列代数方程、解高次方程的方法。宋元之际，秦九韶著《算术九章》，杨辉著《详解九章算法》，李冶著《测圆海镜》、《益古演段》，朱世杰著《算学启蒙》、《四元玉鉴》，这些都是中国古代研究高次方程方面的杰出著作。这四人被称为中国算学四大家。朱世杰对多元高次方程的求解已达到惊人的程度，他的一个题目(卷下之七最后一题)为三元联立方程，消元后得到一个15次共27项的高次方程，还有一些题目数目大得以亿兆计，即使今天求解这样的方程也令人生畏。美国著名科学史家乔治·萨顿在评价朱世杰时写道，朱世杰“是他本民族的，他所生活时代的，也是横贯古今的一位杰出数学家”。

公元1582年以后西方数学传入中国，徐光启、利玛窦译《几何原本》，李之藻、利玛窦合作编译《同文算指》，此后近代数学的对数、级数等陆续被介绍到中国，随着西学东渐，中国古代数学独立发展的状况结束了。

中国古代医学有悠久的历史，远在先秦就形成了自己独特的体系。《黄帝内经》大致成书于春秋战国之际，它把古代人们积累的临床医疗经验、预防知识用古代自然哲学的语言表述出来并赋予一定的理论形态，以此来解释人与自然的关系、人体各部分的关系。它特别强调整体的观念，在整体系统的原则下来说明病理、诊断、预防、治疗等医学问题，从而奠定了祖国医学的理论基础。

春秋战国时期的名医扁鹊善于运用汤药、针灸等方法治疗疾病，已经奠定了中医“四诊”——望、闻、问、切的基础。《史记》载:“至今天下言脉者由扁鹊也。”他擅长内、外、妇、儿、五官诸科，医术精良。

东汉医学家张仲景在《黄帝内经》的理论基础上进一步发展了“辩证施治”的原则，使中医的内科理论得以长足发展。张仲景著有《伤寒杂病论》(包括《伤寒论》和《金匮要略》二部分)，直到今天仍有很高的临床价值。这部书把《黄帝内经》以来脏腑经络学说同四诊八纲辩证施治方法有机结合起来，形成了一套系统完整的方法论原则。三国时期的名医华佗精通内、外、妇、儿、针灸各科，在外科方面更为出色，是世界上最早应用中药麻醉进行手术的医生，他发明了麻醉药——“麻沸散”，还发明了“五禽戏”，开创了保健体操的先例。

晋代王叔和所著《脉经》一书，是中医史上第一部脉学著作。他改进了切脉法，把切脉方法简化，对脉象进行分类，将以前的脉学知识系统化规范化为理论。阿拉伯著名医生阿维森纳《医典》中的许多脉象是来自于王叔和的资料。

隋唐时期医学进一步发展，隋代医学家巢元方公元610年完成《诸病源候论》，载列病侯1720论，对传染病如天花、麻疹等作了详细的叙述，是我国现存的一部病因、病理学专著。孙思邈是盛唐时期的大医学家。他拒绝隋文帝、唐太宗的官阶征召而钻研医学，积50年临床经验完成《千金要方》一书，70岁之后，补充前书著成《千金翼方》，两书各有30卷，内容十分丰富，代表了盛唐的医学水平。特别值得指出的是孙思邈医德高尚，而且十分重视医德方面的教育，《千金要方》第二篇中的“太医精诚论”，是专门论述医德的。

宋代是我国医学广为传播的时代，在国家召集下整理刊印了古代医书。北宋时编成《太平圣惠方》，而后在此基础上又编成《圣济总录》，载方2万多首。宋代针灸术有了很大发展，正惟一著《铜人腧穴针灸图经》，统一了各家对穴位不同的说法，并设计监制了最早的两具针灸铜人。南宋时宋慈于公元1247年完成《洗冤集录》，这是一部奇书，虽成书于700多年前，但已具备了现代法医学的基本内容，是世界上第一部法医学著作，有很高的科学水平，先后被译成朝、日、法、英、荷、德等数种文字。

金元时代医学发展的最大特点是形成学派，出现了中医的学术繁荣局面。刘完素、张从正、李杲、朱震亨被称为金元医学四大家。金元时代中医的学术繁荣，都是继承《黄帝内经》的理论，并结合了具体环境，他们主要侧重某一方面，丰富了祖国医学理论。此时的许多成果直到今天仍被广泛使用。

明清医学出现了综合普及的趋势。明代《普济方》搜集医方6万多首，对宋元以来的名医著述进行综合整理，使之得以流传。清代由官方编撰的《医宗金鉴》是由政府颁行的教科书。

与中医学同时发展的中药学也有悠久的历史，几乎和《黄帝内经》同时出现了药物的专著《神农本草经》。记载药物多达65种，总结了药物方面的一些基本知识。南朝药物学家陶弘景在《神农本草经》的基础上著《本草经集注》，总结汉代以来所增加的药物365种，合计730种。唐代由政府颁行的《新修本草》收载药物844种，这是我国第一部由国家颁行的药典，为当时从医者的必读之书。

到了宋代，政府几度修订药物书籍，《嘉祐本草》药数已达1082种。元祐年间(1086～1094年)名医唐慎微广泛收集各家书籍中有关药物资料，著成《经史证类备急本草》，收集记载药物1746种。公元1108年宋朝政府将该书修订为《大观本草》作为国家颁行药典。公元1116年又经校订改称《政和新级经史证类备用本草》，尔后几经修订，成为《本草纲目》刊行之前通用的药典。

李时珍(1518～1593年)前期历经30余年，参考书籍800余种，以《证类备用本草》为蓝本，于公元1578年完成《本草纲目》，共52卷，记述药物1892种，其中374种为新增药物，插图1000余幅，附方10000余首，通过到各地考察采访，对每种药物、产地、性味、形态、采集、泡制、药理、方剂配合等都详加叙述。公元1596年刊行之后陆续被译成朝、日、英、美、法、德、拉等文字，在世界生物学史上也享有很高的声誉。

漫长的中国封建社会是以小农经济为基础的，历代政府无不倡导以农桑为本，这造成了中国传统农学的发达与繁荣。

在《吕氏春秋》中有四篇专门的农学著作《上农》、《任地》、《辨十》和《审时》。这四篇的内容主要讲农业理论和政策，总结了整个农业生产过程中具体的生产技术和原则，特别强调精耕细作。西汉汜胜汜、汜昕著《汜胜之书》是中国最早的一部系统农学著作。这里记载了一种与小农经济特点相适应的“区种法”，记述了北方农民在小面积土地上的精耕细作方法，总结旱田作物开荒抗旱的经验。

北魏贾思勰系统总结了南北朝以前传统农业生产和畜牧生产经验写成《齐民要术》。书中涉及内容十分广泛，对作物栽培、轮作、园艺技术、发酵酿造及牲畜饲养、兽医兽药等各方面均有详细介绍。贾思勰的农学思想强调因时制宜、因地制宜、精耕细作、合理经营，这为后世农学的发展奠定了基础。

由于唐代的统一与兴盛，尤其是初唐时期的安定与繁荣，使农业生产也得以向着深度和广度稳定发展，出现了一系列农业专著。陆羽的《茶经》是专门介绍茶叶的分布、种植、烘制、饮用的专著。韩鄂著《四时篡要》是重要的农学典籍，同时对茶叶的记述更为详备。传统农学日益完善，元代王祯的《王祯农书》对北方旱田耕作的经验作了系统总结，特别是以很大篇幅综述了各种农业器械的使用与制造，并列出了大量图谱。

明代徐光启《农政全书》集中国农学之大成，全书分为农本、田制、农事、水利、农器、树艺、蚕桑、蚕桑广(木棉、萱麻)、种植(经济作物)、牧养、制造、荒政等12目。书中许多内容都是徐光启亲自试验和观察取得材料之后写成的，同时还转录了很多古代和同时代的农业文献。它既是一部杰出的学术著作，又是一部我国古代农业科学的百科全书。

5．地理学和其他科学

在地理学方面，战国时期就出现了《山海经》、《禹贡》等地理学著作。《山海经》首次对华夏广大地区的自然环境进行概括;《禹贡》把中国分为九州，记载了不同地区的地理特征。这两部书是世界上最古老的地理学文献。司马迁的巨著《史记·货殖列传》中则记述了许多经济地理的内容，是我国最早的经济地理文献。《汉书·地理志》是首次出现以地理命名的专著，详细叙述了中国当时的疆域分布、行政区划、户口数字、山川河流、矿产、经济状况等。三国时桑钦著《水经》记述了137条河流，北魏郦道元弥补前人的不足，完成地理学名著《水经注》40卷，20倍于《水经》内容，是以河流为纲全面描述全国地理状况的一部地理学专著。西晋裴秀对地图的绘制提出了科学的原则——制图六体，强调绘制地图必须遵循比例、方位等六项原则。

汉代张骞出使西域，晋代法显遍访东南亚，唐代玄奘西行印度，明代郑和七下西洋，这些都丰富了中国人的地理知识。明代徐霞客著《徐霞客游记》对16个省的地域做了广泛的考察，尤其是对西南各省的石灰岩地貌做了详尽准确的记述。

清代康熙皇帝亲自主持，历时十余年，同时聘请西方传教士，绘成《皇舆全览图》，这是我国历史上第一次全国规模的大地测量，是中国历史上的一个创举。

我国古代的实用科学体系是以农、医、天、算为核心，古代的许多科学家也十分强调“经世致用”的社会效应，在这一思想指导下，其他一些实用性的研究也得到一定的重视。

6．中国古代的技术成就

中国古代科学体系的实用性特征促进了实用技术的发展，使中国封建时代的技术成就在世界上长期处于遥遥领先的地位。

《考工记》是先秦古籍中重要的科学技术著作，是春秋末期齐国人记录手工业技术的官方规范，记述了30项手工业设计生产的操作规范，分别对车舆、宫室、兵器、礼乐诸器等制作做了详细记载，准确科学地记述了各种铜合金的比例、化学物理性质及其用途等，是中国古代手工业技术的总汇。

在材料技术方面，瓷器、丝绸、纸张是中国人贡献给世界文明的巨大成果。远在汉代，中国人就掌握了瓷器制造技术，到宋代瓷器生产已经完全达到了现代水平，制瓷技术东传到朝鲜、日本，中世纪西传到阿拉伯、威尼斯。中国的丝绸纺织生产技术可以远溯到商殷，秦汉出土的丝织品与今天已经没有什么根本区别。沿丝绸之路到达古罗马的丝织品价值连城，罗马人热切地想知道丝绸制造的秘密，直到公元551年，查士了尼大帝派到中国的两个修道士把一根装着蚕茧的空心手杖带到欧洲，从此丝绸业才在欧洲开始。元代棉花种植在中国推广，黄道婆改革推广了棉纺工具，棉布逐渐取代了古代的麻布。造纸技术最迟在西汉就已出现，东汉蔡伦改革了造纸技术，降低了成本，提高了质量，使纸张生产规范化。造纸术经阿拉伯西传欧洲，纸张的普及大大地促进了文明的传播与发展。中国古代冶金技术在中世纪也一直处于领先地位，商周时代就达到了青铜冶铸的鼎盛时期。从《考工记》中可以看出，当时人们就已经充分认识到了铜合金的成分、性能和用途之间的关系。春秋中期掌握了生铁冶炼技术，战国时期发明了生铁柔化技术;东汉《太平经》中已有关于炼钢的记载，东汉末又发明了灌钢冶炼技术，它把含碳较高的生铁与含磷较低的可锻熟铁混合冶炼，可得到预期的优质钢。东汉以后，中国古代冶炼、铸锻、炼钢技术已经形成了一个较为完整的体系。

材料加工技术的发展必然引起能源利用的不断进步。西汉时期出现了水磨，利用水力加工粮食。东汉南阳太守杜诗发明了水排，是利用水力推动冶铁鼓风的一种装置，通过一套机械把水力变成往复的直线运动。秦汉时四川就利用火井盐，这是最早利用天然气的记载，《汉书·地理志》中有关于石油的记载。最晚在唐代，中国人就发明了黑火药，北宋曾公亮所著《武经总要》中描绘了多种火药武器，记载了各种火药的配方。

信息技术是人类文明进步程度的标志之一。早期人类社会信息发展的最大成就是发明了文字，而现代社会信息技术的最大成就是电子计算机的应用和发展，那么在漫长的中世纪可以与之相提并论的则是造纸与活字印刷术，而这恰恰是中国人提供给世界的文明成果。唐代雕版印刷已经达到了很高的水平。唐咸通九年(公元818年)印的《金刚经》是世界上现存最早的印刷品。北宋毕昇发明了活字印刷术，是用胶泥制成硬活字后排版印刷。造纸印刷术的出现为人类社会带来深远的影响，它们是欧洲近代文艺复兴与宗教改革必要的物质手段。造纸和印刷术使书籍大为普及，打破了罗马教会对圣经的垄断，宗教改革才成为可能，而宗教改革和文艺复兴是近代自然科学兴起的社会基础。指南针也是一项重要的信息技术，战国时代就利用天然磁石制成了勺形“司南”，在光滑的圆盘上转动，这就是最早的指南针。

《武经总要》中载有制造指南鱼的方法;《梦溪笔谈》中载有制造磁针的方法，南宋时期就已制成便于航海使用的罗盘了。火药、指南针、印刷术是推动人类走出封建社会的有效手段。正如马克思所说:“火药、指南计、印刷术——这是预告资产阶级社会到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，指南针打开世界市场并建立殖民地，而印刷术则变成新教的工具，总的说来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杠杆。”

中国古代科学家制造了较多仪器，这都是获取自然信息的物质手段，东汉张衡制造了“水运浑象仪”近似地把天象演示出来，制造“侯风地动仪”记录了地震情况，宋元时期漏刻、圭表、浑仪、简仪发展达到了新水平，元代郭守敬是一位仪器制造家，把仪器制造推向高峰。我国古代在工程建筑方面也取得了无与伦比的成就。战国时期李冰父子主持修筑的都江堰水利工程是一项防洪灌溉排沙的伟大系统工程。秦代的“郑国渠”、“龙首渠”，隋代“大运河”都是古代水利工程的壮举。汉代西安灞桥，隋代大型石拱桥——赵州桥堪称世界桥梁建筑史上的杰作。中国古代建筑也有辉煌的历史，从秦代阿房宫、唐代大明宫和长安城的规划到明清的北京故宫以及举世闻名的世界建筑奇迹——万里长城等都代表着中国古代建筑的最高水平。