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            首都科學講堂第671期《中國古代發明創新與近代知識革命》

            信息來源:北京科學中心      發布時間:2020-11-15

              2020年11月14日,首都科學講堂線上開講,本次首都科學講堂邀請了中國科學院自然科學史研究所所長張柏春,為大家帶來題為 《中國古代發明創新與近代知識革命》的精彩講座。

              

              中國古代發明創新與近代知識革命

              中國人對“四大發明”早已耳熟能詳。馬克思曾強調其中三項發明的巨大歷史作用:“火藥、指南針、印刷術——這是預兆資產階級到來的三大發明。火藥把騎士階層炸得粉碎,指南針打開了世界市場并建立了殖民地,而印刷術則變成新教的工具,總的來說變成科學復興的手段,變成對精神發展創造必要前提的最強大的杠桿。”除了“四大發明”,中國古代還有什么重要發明創造?我們如何界定評判它們?

              第一講 中國古代有沒有科學?

              中國是一個發明的國度,也擅長工程創造,這一點基本沒什么分歧。關于中國科學傳統,存在不同的看法。波斯第二帝國的俗諺說:希臘人除了理論之外從未創造過任何東西。他們未傳授過任何藝術。中國人則相反。他們確實傳授了所有的工藝,但他們確實沒有任何科學理論。在20世紀初期,有人明確提出“中國古代有沒有科學”的問題。在新文化運動時期,有學者以伽利略時代以來的近代科學為標準,認為中國古代沒有實驗科學,甚至說沒有自然科學。經過多年的研討,科技史界已經把這個問題搞得比較清楚了。例如,中國古代有自己獨特的知識體系,形成了農、醫、天、算四門學問。中國人勤于觀測,積累了非常豐富的天象記錄,創造了歷法體系。中國人在數學方面多有創見,解決了各種實際問題和理論問題,發展了以《九章算術》等論著為代表的數學知識體系。考量中國古代有沒有科學,要看跟什么對象做比較。參照物不同,結論就不同。如果將中國古代科學和歐洲近代科學做縱向的和地域的比較,這顯然是不對等的,是錯位的。歐洲傳教士來到明清兩朝,曾贊譽過中國的文化和文官制度,但也看出了中國天文學、數學等學科的缺點。他們向中國人傳播了歐洲的科學和技術,參與了明清兩朝的科技活動。通過傳教士和其他來華人員的介紹,萊布尼茨、伏爾泰等歐洲思想家間接地了解到中國的知識和技術,并褒揚了中國知識和技術的優點。我們不認同“中國古代沒有科學”這樣的觀點,但并不否認中國知識體系存在缺陷或弱項。中國古代學者對某些自然規律的研究確實未達到歐洲同時代的程度,比如墨家對力和光等現象的探究,在戰國之后基本沒有延續下來。這種狀況到明末,才因西學東漸而開始有所改變。1627年,歐洲來華的耶穌會傳教士鄧玉函和中國學者王徵編譯了《遠西奇器圖說錄最》,該書介紹了歐洲的力學理論和50多種機械,并且試圖以力學理論幫助讀者理解機械。40多年后,另一位耶穌會傳教士南懷仁以力學知識說明新制天文儀器設計的合理性,甚至提到伽利略關于材料、落體運動和彈道的知識。不過,這兩位傳教士介紹的力學知識,并沒能刺激中國學者去進一步研究力學理論問題。18世紀,力學理論依然是游離于中國傳統社會之外的知識。

              第二講 怎樣估量中國古代發明創造?

              中國學者至少在20世紀初就開始探討古代的發明創造。在科學家竺可楨的倡導下,1957年元旦,中國科學院創建中國自然科學史研究室,也就是后來的中國科學院自然科學史研究所,這標志著科學技術史研究在中國的職業化和建制化。至今,關于中國古代科技史,出版了兩套權威的學術叢書:一套是李約瑟的《中國科學技術史》,有25冊;另一套是中國科學院自然科學史研究所組織撰寫、盧嘉錫主編的《中國科學技術史》,共26卷。兩者具有互補性。這兩套書部頭太大,非專業學者恐怕沒有多少時間系統地閱讀。“四大發明”是歐洲人首先強調的,或者說是他們先貼的標簽。對于想更多地了解中國科技傳統的朋友來說,如果只講“四大發明”,就很不解渴。但是,如果要講得更多,就有選擇多少項才妥當的問題,這還很容易引起爭議。比如,李約瑟曾以26個英文字母為序,列舉中國的發明創造,如龍骨車、水排、風扇車、提花機、繅絲機、弧形拱橋、瓷器等。鑒于這種情況,自然科學史研究所在2010年10月開始考慮為廣大讀者,特別是青少年,列一個中國古代重要發明創造的清單。遴選清單內容的時候,我們重點考慮三項標準:一是突出原創性,強調知識的增量;二是反映古代科技發展的先進水平,就是較其他地區的類似知識先進;三是對中國經濟社會發展,乃至世界文明產生過重要影響。做出這樣的判斷,需要有可靠的文獻或考古依據。對學界難有定論的方面,暫時擱置,不列入清單。經過國內外專家研討,我們選定了88項重要發明創造,編成掛圖和文字說明,2016年由中國科學技術出版社正式出版《中國古代重要科技發明創造》專書和掛圖。與通常的分類有所不同,我們將科技發明創造分為三類:(1)科學發現與創造,(2)技術發明,(3)工程成就。其中,工程成就展現古人創造性地利用先進技術的能力,反映了土木、水利、建筑、冶鑄、航海等技術門類的發明創造。當然,還有不少沒有列進去的發明創造。比如,僅在機械工程領域,就還有常平架、記里鼓車、磨車、舂車、水轉大紡車、高轉筒車、走馬燈等。在我們推薦的88項中,有些發明創造的重要性和影響力并不遜色于“四大發明”。比如,中國大概在1萬到1萬2千年前就人工栽培了水稻。現在,水稻是世界的三大主糧之一。類似地,中國率先栽培最重要的豆類作物——大豆,最重要的水果作物之一——柑橘。中國不僅首先馴化栽培大豆,還發明了豆腐、醬油等食品。

              下面,我們舉例介紹88項發明創造中的水運儀象臺。中國古代科技在宋元時期達到高峰。北宋的吏部尚書蘇頌和工程師韓公廉在1092年主持建造成一座水運儀象臺。這套大型天文裝置以一個水輪同時驅動計時裝置、渾象和渾儀,匯集了漏壺、秤漏、杠桿、水輪、筒車、齒輪傳動、鏈傳動、渾象和渾儀等技術,是技術發明和集成創新的杰作。水運儀象臺也被稱作“中國天文鐘”,其中最突出的發明是控制水輪均勻地做間歇運轉的機構,也就是中國式的擒縱機構。在水運儀象臺制成前后,蘇頌編寫出《新儀象法要》,以圖說的形式,用40多幅機械圖和文字,詳細描繪了水運儀象臺的構造。這部奇特的書是工業革命以前描繪一部機械的最復雜的技術圖說,是現代學者研究和復原水運儀象臺的主要依據。李約瑟在1965年出版的《中國科學技術史》的機械工程分冊里,用上百頁的篇幅闡述中國的水運儀象技術。以《新儀象法要》為主要依據,王振鐸先生在1958年主持制成1:5的水運儀象臺復原模型,當時陳列在中國歷史博物館。后來,英國學者康布里奇和日本工程師土屋榮夫等人進一步解讀《新儀象法要》,先后復原出能夠正常運轉的水運儀象臺。

              可以毫不夸張地說,中國的許多發明創造對古代經濟、社會和文化的發展,對維護國家安全都產生了重大影響。比如,絲綢、瓷器、茶葉等中國拳頭產品在世界貿易中顯示出很強的競爭力。在當代,我們花費很大的力氣要掌握歐美的大飛機制造技術,但至今還沒有掌握他們的先進發動機技術。在古代,歐洲人想打破中國瓷器的壟斷,就想方設法尋找合適的原料,試圖破解關鍵技術。然而,他們花了幾百年時間,到18世紀才達到目的。中國保持了很長時間的制瓷技術優勢,既滿足了國內需求,又從國際貿易中獲利。再比如,中國冶金術并不是起源最早的,卻曾是古代最先進的。中國人發明了“塊范法”和以生鐵為本的鋼鐵冶煉技術,鑄造出世界上最精致的青銅禮器,使兵器和生產工具走向鐵器化。借助先進的鋼鐵技術,漢朝軍隊在與匈奴軍隊作戰時擁有兵器方面的技術優勢,以至于一個漢兵可以敵得上幾個匈奴兵。宋朝的火器雖然威力不足以挽救王朝命運,但為后世的槍炮,乃至火箭的發展提供了原創知識。蒙古人西征使用了火器,歐洲人在19世紀用更加先進的槍炮打開了火器家鄉中國的國門。

              發現、發明、傳播、共享和互鑒是科學技術發展的常態。中華文明為世界貢獻了自己的創造,也兼收了許多外來的科學知識和技術。例如,中國的水稻、大豆等作物栽培技術傳向境外,而來自境外的小麥、玉米、南瓜等作物栽培技術則被中國人分享。15世紀初期,鄭和的船隊既充分利用了中國的水密艙壁、平衡舵、硬帆、指南針等多項造船與航海技術發明,又借助了阿拉伯水手及其導航技術——“牽星術”,從而實現“下西洋”壯舉。在鄭和之后,歐洲人進行更大范圍的航海和探險,開啟大航海時代,不斷進行擴張,牟取豐厚的利益和資源。相比之下,在鄭和下西洋之后,中國人缺少進行大航海的動機和冒險精神。14世紀以前,中國在科學技術領域取得了卓越的成就,但從元朝后期以來 ,卻很少有重大發明創造。到17世紀,中國在科學上被發生了科學革命的歐洲甩在后面。到18世紀初期,中國與歐洲在技術上還各有所長,有一定互補性。工業革命使中西技術差距急劇拉大。到19世紀中葉,也就是鴉片戰爭時,中國跌入“落后挨打”的困難境地。

              第三講 怎樣理解“李約瑟之問”?

              16世紀末,來華耶穌會傳教士就注意到中國科學落后于歐洲,甚至認為當時中國沒有真正的科學。到19世紀,西方人認為中國的科學和技術都已經很落伍了。1883年8月15日,美國物理學家羅蘭在《為純科學呼吁》的演講中說道:“我時常被問及這樣的問題:純科學與應用科學究竟哪個對世界更重要。為了應用科學,科學本身必須存在。假如我們停止科學的進步而只留意科學的應用,我們很快就會退化成中國人那樣,多少代人以來他們都沒有什么進步,因為他們只滿足于科學的應用,卻從來沒有追問過他們所做事情中的原理。這些原理就構成了純科學。中國人知道火藥的應用已經若干世紀,如果他們用正確的方法探索其特殊應用的原理,他們就會在獲得眾多應用的同時發展出化學,甚至物理學。因為只滿足于火藥能爆炸的事實,而沒有尋根問底,中國人已經遠遠落后于世界的進步。我們現在只是將這個所有民族中最古老、人口最多的民族當成野蠻人。”(王丹紅譯,《科學新聞》,2005年第5期,第42頁)羅蘭所做的比較存在時間上的錯位,對古代科學與技術關系也有些曲解。在他看來,一方面,中國人知道火藥的應用,但只滿足于科學的應用;另一方面,中國人從來沒有追問過原理,而這些原理構成了純科學。顯然,他的邏輯是有問題的。既然沒有科學,那怎么談得上“科學的應用”?其實,古代中國人發明火藥并不是“科學的應用”。古代歐洲人也不知道火藥的化學成分,在科學革命發生之后才有真正意義上的化學,才逐步搞清楚火藥的化學成分和爆炸的原理。無論是在西方還是在東方,大多數的古代技術發明并不是科學的應用。

              1915年,中國科學家任鴻雋提出中國古代無科學的問題,后來有葉企孫、李儼等學者發表關于中國古代天文學和數學等知識史的論文。1930年代,漢學家魏特夫(Karl A. Wittfogel)和中國科學家竺可楨都曾探討中國古代沒有自然科學或實驗科學及其原因等問題。

              用今天的時髦話說,李約瑟算得上中國科學和文化的“高級粉絲”。他在1944年的一次演講中提出,現代實驗科學和科學理論體系何以發生在西方而不是中國的問題。后來,他將這個問題表述為:“為什么在公元前1世紀到公元15世紀期間,中國文明在獲取自然知識并將其應用于人的實際需要方面要比西方文明更有成效?”換一個說法是:科學在古代中國的應用水平很高,那為什么近代科學出現在歐洲,而不是出現在中國?

              李約瑟問題本身在邏輯上是值得商榷的。他所謂的自然知識的應用主要指的是技術。這樣,他所關注的問題就是:古代中國在科學知識的獲取和應用方面有成效,即在技術方面有成就,因而就應該產生近代科學。從邏輯上來分析,這種問法是有問題的。

              歷史表明,古代實用技術的發達,未必會導致科學知識的變革。例如,天平在戰國時期已經是一種廣泛應用的精確稱重的工具,但那時中國先賢并沒有對杠桿原理做定量的表述。天平只是經驗知識的工具化,而不是杠桿原理的應用。實際上,古代很多技術都算不上是科學的應用。再比如,中國的先人早在八千多年前就掌握了釀制含酒精飲料的技術,但到了近代,科學家才弄清楚釀酒工藝中的化學原理,這也說明科學的滯后發展,未必就妨礙技術在一定時期的問世和廣泛應用。因此,技術(或所謂自然知識的應用)的領先不一定會導致近代科學的產生。

              在古代,學者的科學傳統與工匠的技術傳統尚未密切結合,技術與科學的互動要比今人想象的慢得多。即使在當代,科學和技術相互融合、相互滲透,形成一個更大的體系,但是科學和技術依然有各自的特質。李約瑟的問題表述可能與他的科學家出身有關。在許多現代科學家看來,科學知識形成之后,要應用于實踐,導致或促進技術發明。這是現代知識發展的一種現象,古代科學與技術發展往往不是這幅圖景,技術往往不是在科學指導下產生的。有的歷史學家認為,李約瑟其實問的是某事為什么沒發生,這不是好的歷史問題;“問某事為什么發生”這才是好的歷史問題。李約瑟問題的確不好回答,但無疑富有啟發性,激勵著許多關心中國科學的學者思考,深究中國的知識傳統與社會,并將中國與歐洲做比較。盡管李約瑟有時大膽假設有余、小心求證不足,說了過頭的話,但他的許多猜測是很有想象力的,有啟發的。我們不能因為怕猜錯而束縛思考和想象力。李約瑟本人和其他學者做了大量研究,就“李約瑟之問”提出了許多觀點,但并沒有給出令許多人滿意的解答。也許,這正是歷史研究的魅力所在。例如,有學者認為儒家阻礙了科學的發展。儒家文化注重人文和社會,有助于治國安邦。其實,儒家思想與自然科學基本上沒有本質的沖突,從人文與科學的關系上看,還頗具互補性。妨礙自然科學成長的似乎不是儒家思想本身,而是“獨尊儒術”的取向和制度安排。儒家成為維系秩序的官方意識形態,這很可能壓縮了其他學術的發展空間。科舉制作為選拔人才的“指揮棒”,在朝廷構建文官體制方面發揮了關鍵作用,但也將眾多社會精英引向遠離自然科學的知識領域。

              第四講 近代中國的知識革命

              2011年以來,我們開展“科技革命與國家現代化研究”,其中的部分成果反映在《科技革命與中國現代化》一書中。

              從16世紀到18世紀20年代,歐洲傳教士來華,采用了以科學助傳教的策略,與中國伙伴合作將歐洲古典科學技術及少部分與科學革命相關的知識傳入明清兩朝,朝廷有選擇地推動了西學東漸。耶穌會士南懷仁在《歐洲天文學》(1687年)中,把他們在北京的歷法改革稱作一場“天文學革命”。不過,他所稱的“革命”的后果和形式,均與歐洲的科學革命截然不同。傳教士引入的異質科學和技術,尚不足以從根本上激發中國知識體系的變革,不能將中國學術引向歐洲那種“科學革命”。其實,那時的中國人對歐洲先后發生的科學革命和工業革命幾近一無所知。

              到19世紀中葉,中國開始“師夷之長技”,走向小規模的工業化和知識變革。清朝在自強運動中重點引進西方船炮及其制造技術,開啟軍事工業化。中國人由引進機器設備、掌握工業生產技術和制造產品入手,而后逐步掌握生產技術的知識基礎,即到“知其所以然”的學理層面,科學和專業教育才顯露出重要作用。經受了鴉片戰爭、甲午戰爭等重創之后,越來越多的士大夫和學者們相信,僅靠中國傳統知識不足以求強、求富。洋務派及其幕僚們意識到:辦洋務需要通曉西方科技的人才,并且提出了不同的培養思路。恭親王奕訢主張同文館內設天文、算學館。李鴻章在1864年春向總理衙門建議科舉取士增設“制器”一科。十年后,他又主張設局傳授格致等學問。左宗棠和沈葆楨率先在福州船政創辦“求是堂藝局”,即船政學堂。1866年船政與日意格等法國人訂立五年合同,規定其使命之一是培養能夠自己監造和駕駛輪船的人才。當法國人離開船政時,前學堂畢業生已經可以仿造國外的設計,監造輪船。19世紀八九十年代,洋務派官員們還創辦了水師學堂、電報學堂、武備學堂、礦物學堂、鐵路學堂、軍醫學堂等傳授技術與科學知識的新式專科學校。到1895年,朝廷接受盛宣懷的建議,批準創辦“天津西學學堂”(1902年易名北洋大學堂,即現在的天津大學)。它以美國的大學為藍本,設法律、土木、礦務、機器四科。1898年,朝廷創建京師大學堂,這就是后來的北京大學。在李鴻章、曾國藩等人提倡下,清朝在19世紀70年代批準派遣留學生,學習歐美的軍政、船政、步算、制造等,以深究“推陳出新之理”。1872年,首批30名官派幼童赴美留學,到1875年共有120名幼童留美。中國留美幼童是中國歷史上最早的官派留學生。公元1872年到1875年間,在曾國藩、李鴻章的支持下,清政府先后派出四批共一百二十名學生赴美國留學。這批學生出洋時的平均年齡只有十二歲他們在美國的學業進展還算順利,然而,朝廷擔心他們被西洋人同化、離經叛道,于是在1881年下令撤回全部留美學生,使這個留學計劃半途而廢。這件事表明,朝廷鼓勵學習西洋技術,但不可越過“中學為體”這個文化底線,這種心態有別于俄國的“脫俄入歐”和日本的“脫亞入歐”。張之洞既是儒家倫理綱常的維護者,又是西學和實業的提倡者。1901年,他和劉坤一奏請培養兼通西學與中國經典的新人。1902年,他建議逐步廢除科舉制。同年,管學大臣張百熙參照日本學制,擬訂了《欽定學堂章程》,其內容涵蓋了小學、中學、大學三級學制及實業教育和師范教育的學制。1903年,張百熙、榮慶、張之洞受命重新擬訂學堂章程,其成果是1904年1月公布的《奏定學堂章程》(即癸卯學制),其中高等實業學堂分為農業、工業、商業和商船四種。1905年,袁世凱、趙爾巽、張之洞、周馥等封疆大吏聯名奏請廢科舉、推廣學堂,得到朝廷批準。學制改革和廢科舉是中國發生知識革命的一個重要標志,其作用遠超出發起人的預期。由此,近現代科學技術,乃至西學在中國從制度上確立了合法地位,在開民智和造就新人方面產生了深刻而廣泛的影響。這樣,中國人對近現代科學技術的接受由知識層面發展到制度層面,為知識體系的變革創造了制度條件。一些省份陸續興辦新式學堂,同時越來越多的青年人出國留學,后來涌現出許多科學家、工程師、人文社會科學的學者以及革命者。

              到民國時期,一些大學初見規模,發展了理、工、農、醫主要學科的本科教育,個別學校還嘗試了研究生教育。科學技術躋身國家的主流教育,改變了中國的文化結構。隨著西方國家向中國的擴張,反映西方社會和西學知識的書刊出版事業在上海等通商口岸興起,近代科技與人文書籍被翻譯成中文,起到了科學啟蒙的作用。康有為、梁啟超等學者從這些書中找到了維新變法的科學依據。典型的例子是進化論對中國社會的影響早于對中國人研習近現代生物學的影響。嚴復翻譯了赫胥黎(Thomas Henry Huxley)的《天演論》,宣揚“物競天擇,適者生存”的社會進化論觀點。這部書在1897年底刊出后,成為維新變法的思想武器。自19世紀中葉開始,工程師、科學家、西醫醫生等成為中國社會的新角色。詹天佑、任鴻雋等人創辦中華工程師會、中國科學社等各種學會,構建了科學技術的學術共同體,推動了學科建設、學術交流、科學研究和科學普及。中華醫學會的會長伍連德在1910年和1920年成功主持消滅東北鼠疫,曾被提名諾貝爾獎。1911年,黑龍江哈爾濱,伍連德博士在第一個防疫實驗室內工作。1910年底,中國東北地區發生鼠疫,死亡達6萬多人。從劍橋大學醫學院畢業的伍連德醫生臨危受命,組織了防疫機構與鼠疫搏斗。1915年,留美學者創辦中國科學社,創刊《科學》雜志。1918年,蔡元培為中國科學社募集基金時強調:“當此科學萬能時代,而吾國僅僅有此科學社,吾國之恥也。”六年之后,孫中山提倡設“中央學術院”為全國最高學術研究機關。國民政府在1928年創辦中央研究院,1929年又成立北平研究院,這標志著科學研究建制化,并且被列為國家使命。

              1949年11月,以中央研究院和北平研究院等科研機構為基礎,中華人民共和國建立了中國科學院。

              總的來看,從16世紀開始的選擇性知識傳播,到20世紀前30年現代科技的建制化,中國發生了不同于歐美的科學革命和技術革命。

              由于現代科學和技術的知識體系、教育制度和研究制度取代了中國傳統的體系,我們可以將這場遲來的“地域性的”變革稱作“取代式”的科學革命和技術革命。由于內容涉及人文社會科學,我們也可以將這種變革稱作中國的“知識革命”。知識革命是中國發展的不可或缺的重要部分,對現代化進程的影響并不遜色于其他革命。

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