从精密仪器到高层建筑，从铜人针灸到几何方程

Posted 2022-12-29 几何方程

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从精密仪器到高层建筑，从铜人针灸到几何方程

水运仪象台是古代社会制造的天文观测仪器，这是一台利用水流为驱动力，并且集天文观测、天文演示和报时系统为一体的天文仪器，他的设计者是著名的古代天文学家苏颂和韩公廉，而苏颂也是宋朝哲宗时期的宰相，属于妥妥的大佬。近代科学技术史专家李约瑟称其为「 ”中国古代和中世纪最伟大的博物学家和科学家之一”。而他和韩公廉共同制造的水运仪象台也堪称古代仪器制作水平的最高峰，靖康之难中水运仪象台被毁坏，直到1958年才被复原，因为之前的人们都没有这个能力，而对精密仪器十分擅长的日本也耗时8年才把这个仪器复原。而钟表中最重要的「 ”擒纵器”在水运仪象台中就已经得到了应有，尽管不能说它是现代「 ”擒纵器”的直接起源，但对「 ”擒纵器”率先使用无疑是古代科学技术的重要表现。水运仪象台代表了古代工艺制作的最高水平素有「 ”天下第一塔”之称的开封著名的景观开宝寺塔又称作铁塔，因为其塔身色如铁铸，故民间戏称铁塔。这座始建于皇佑元年的琉璃砖塔，静静的伫立在那里长达九百多年的时间，期间经历37次地震，15次水患而屹立不倒。抗日战争期间，日军炮击铁塔五百多次，塔身中弹七八十发，后又改用飞机扫射，却依然没有把这座宝塔摧毁，质量过硬的背后是古代高超的建筑技术作为支撑。我们都知道宋朝的经济很发达，那么它的科学技术又有怎样的表现呢？天文学宋朝在天文学上的最大成就和表现就是苏颂和韩公廉共同制造的水运仪象台，这个高约13米，宽约7米的木质结构一共分为三层，下层包括报时装置和全台的水动力机；中曾是间密室，放置浑象，每个昼夜自转一周，以便与天体运动契合；上层是个板屋，中放浑仪，用来观测星宿的出没和天体的运转情况。作为宋代杰出的天文学家，苏颂和韩公廉这对搭档还创造出了从浑仪内部观测天体的设备假天仪，这个创造也被喻为是近代天文馆假天象的雏形。而应用于下层的齿轮转运的机械原理，又被视为是欧洲中世纪天文钟的先驱。而整个仪器最重要的动力装置「 ”擒纵器”更是集工艺于大成，因此被评价说「 ”其制造之精，远处前古（《畴人传·苏颂》）” 参加28届国际天文学大会的水运仪象台复原品通过假天仪器，苏颂又得以绘制出不同天体演变情况的星图。尽管他们制作的这个假天仪相当简陋，但实用性非常强，它不过用竹木制成，行状如同球状竹笼，外面糊上白纸，按照天上星宿的位置，在纸上开孔。人进入球内观察，外面的光从孔中射入，就会呈现出大小不同的亮点，好象夜空中的星星一般。借助假天仪这一简陋但是十分实用的仪器，苏颂得以绘制出14副星图，其绘制的星数最多达到了1464颗，远比14世纪欧洲文艺复兴时期观测到的1022颗要多，这也让欧洲的科技史家蒂勒、布朗和萨顿等认为「 ”从中世纪直到14世纪末，除中国的星图以外，再也举不出别的星图了。” 除了在天文学上取得成就，宋代在历法方面也取得了长足的进步，起初负责历法计算的司天监官员大多是「 ”市井庸贩”之辈，其所修的历法错误百出，难堪其用。直到神宗时期王安石变法期间，科学家沈括被任命掌管司天监，在他的举荐下卫朴得以进入司天监修成《奉元历》，通过计算把365.24358日作为一个回归年。而到了南宋庆元五年，杨忠辅制定的《统天历》已经把这一数值缩小到365.2425日为一回归年，这一数据与现代测量的数值仅仅相差26秒而已。数学宋朝时期相对稳定的社会秩序以及刻板印刷行业的成熟，让宋朝在数学方面的研究也开始日益成为潮流。北宋元丰七年，秘书省刻印《九章算术》、《算经》、《缉古算经》、《周髀算经》等一系列汉唐以来的各种数学典籍，并且列入教育教材之中。宋朝数学研究的代表人物秦九韶所著《数学九章》中创造了一种「 ”大衍求一术”和「 ”增乘开高次方”的计算方法，在我国总体上并不算发达的数学史上无疑是两项重大的成就，「 ”大衍求一术”主要发展了整数论中一次同余式问题的解答办法；而「 ”增乘开高次方”则让数字高次方程法形成了完备的体系，由此得以能够解开四次方程到十次方程的计算范畴。宋代数学的几何以及方程计算而在杨辉所著的《九章算法纂类》中记载了北宋贾宪提出的「 ”增乘开平方”和「 ”增长开立方”两种数学计算方法，贾宪描绘的「 ”开方作法本源图（二项式定理系数表）”可以用来解开任意高次幂的高次开方。而贾宪提出的「 ”增乘开方法”要远比意大利的鲁菲尼这个证明了「 ”一般高于4次以上的方程不能用根式法求解”的数学家，以及英国的霍纳要提前近800年。在西方，霍纳归纳的这种算法被称作「 ”霍纳算法”，而在中国被称之为「 ”秦九韶算法”，这一切当然又要归功于贾宪的研究。在宋元时代，中国古代对数学的研究达到了巅峰，因此涌现了「 ”宋元数学四大家”（秦九韶、李冶、杨辉、朱世杰）。不过由于文化属性中偏向于阴阳五行这种玄学之说，所以导致我国没有走上理性的科学发展道路。医学中医作为我国的国粹，在过去几千年来一直承担着为民众消灾祛病的作用，医学在宋代也开始取得一系列长足的发展。其中各类医书在刻板印刷术的成熟下大量的发行，譬如其中的《太平圣惠方》一书就收录了各种医药处方16834个，让人有喜有忧。忧的是人类面临的各类疾病实在不容小觑，喜的又是人们找到了相应的治疗办法。譬如其中的针灸学在宋代取得了更进一步的发展，其中著名的针灸医生王惟一所著《铜人腧穴针灸图经》和针灸铜人模型的铸造可谓针灸学上划时代的进步，至今在许多医院的针灸科室都会约定俗成的摆上一个标明各种穴位的铜人。可以说，针灸铜人的出现让人们对穴位的认识，以及统一针灸标准起到了非要重要的作用。铜人针灸成为中医具有代表性的杰作另一方面，宋代医学在分科上更加详细，在神宗时期官办的太医局里就有不同种类的九科，分别是大方脉科，小方脉科、风科、眼科、产科、疮肿兼折疡科、口齿兼咽喉科、针灸科、金镞兼书禁科。另一方面由于受到传统文化的影响，许多病人生病后并不是积极的寻求治疗，而是烧香供佛，寻鬼问神。因此在宋朝许多地方都存在着「 ”俗尚巫鬼，不事医药”的习惯，到了神宗时，刘彝知虔州知府，命令当地巫医三千多人另事别业，又编著医书《正俗方》进行大规模的印刻，派发到民间，使得「 ”不事医药”的情况大为改善，而其它州郡也纷纷效仿，使得社会患病率在某种程度上有所下降。建筑古人善于修建宫殿，在建筑技术上拥有各种高超的开创性技术，甚至有许多技术连现代人无法复原。譬如出现在《清明上河图》中的开封虹桥，其结构主要依靠五根拱骨作为支撑，在拱骨的基础上又相互搭建，每根拱骨又置于另一根拱骨的横木上。其中的这一横木起到的作用至关重要，它除了起到支撑作用，又是分配拱架力量的关键，所以使得开封虹桥成为桥梁史上具有开创性的作品。而江苏的海清寺阿育王塔也是宋代建造高层建筑的一个代表，明代地方志《隆庆海州志》描述它说「 ”浮屠九级，矗兀层霄”，足见这座宝塔的高大雄伟。而鼎鼎有名的伫立在西湖边上的「 ”雷峰塔”也是宋朝时期重建的杰作，每当夕阳晚照的时候，这座塔便通体金光，固又得名「 ”雷峰夕照”，是西湖十景之一。西湖十景之「 ”雷峰夕照” 但很可惜的是雷峰塔（或黄妃塔）在民国时期倒塌，现在我们看到的是复原以后的雷峰塔。面对雷峰塔的倒塌，鲁迅曾写了一篇《论雷峰塔的倒掉》缅怀自己游玩西湖时的情景，徐志摩也写诗《再不见雷锋》予以惋惜，可见这座宝塔的历史价值。而在前文提到的开封铁塔更是宋代建筑技术的重要证明，历经900多年的风雨而不倒，在抗日战争期间更是遭受日寇高达上百次的炮击和机枪扫射而依然不倒，这座高达55.88米的宝塔无愧有「 ”天下第一塔”的美名，而其中的琉璃砖也代表了宋代瓷砖烧制的高超技术。从水运仪象台到开封铁塔，从「 ”秦九韶算法”再到针灸，宋代的各方面的科学技术确实都达到了封建朝代的巅峰，但很可惜的是宋代以后在元明清时期许多发展都陷入了停滞乃至倒退，唐宋以来取得的诸多成就和发展都因此而中断。参考文献：《中国历史·宋史》、《水运仪象台复原模型·中国科学院国家天文台》、《水运仪象台·中国古代机械》