秦汉时期的科学技术概述

> 　　统一王朝的出现，有利于技术水平的提高，也有利于科学成果的传播，秦汉时期是中国历史上第一个统一的王朝，科学技术在前代的基础上继续得到发展和完 善，也形成了具有鲜明特色的科学技术传统，各个科学技术领域的基本理论纷纷出现，这些基本理论带有浓厚的经验性和实用性，而且比较发达的科学技术离不开政 府的重视，一些官员也因为治理国家需要而从事科学工作，结果成为了杰出的科学家。
　　造纸术的成熟是当时科学技术发展的最重要成就，在人类历史上，书写材料是文明的重要载体，远在纸张出现之前，人们采用了各种材料来书写，如甲骨、竹简、树皮、羊皮、丝帛等等，这些材料不是笨重、价格昂贵，就是寿命短，不便保存，而纸有诸多优越性：
　　1.表面光滑，洁白受墨，容字多；
　　2.体质轻，柔软耐折可任意舒卷，便于携带；
　　3.寿命长，良好的条件下可以保存上千年；
　　4.制造原料随处可有，成本低。因此纸的出现是人类文明发展过程中的重大一步，具有革命的划时代意义。而纸，就是发明在秦汉时期的中国。
　 　关于造纸术的起源，长期以来有不同的意见，有的认为是东汉的宦官于105年发明了纸，另外人的意见是汉初就有纸出现，东汉的蔡伦是改良了纸的制造工 艺，而不是发明纸。究竟谁是谁非，需要材料说明，多年来中国考古学家在新疆、陕西及甘肃等地不同的地点发现了西汉不同时期制造的纸，说明蔡伦之前，纸已经 被发明，并在社会生活中使用，也就是说，中国至迟在公元前2世纪，就已经以麻为原料进行纸张的生产。
　　那么蔡伦在造纸术的发展中充当什 么角色呢？应该说，他在技术的改进上还是有极大的功劳的，在蔡伦之前，纸张比较粗糙，麻纤维捣得不够烂，纤维成纸时分布不均匀，因此不利于书写，而蔡伦在 掌管汉宫廷手工业作坊时，总结了前代及同时代造麻纸技术经验，组织一批工匠生产优质麻纸，结果使纸的品质大为提高，深受人们的欢迎，成为了文化传播的主要 工具，同时，蔡伦还主持了树皮造纸的方法，扩大了造纸原料的来源，由于蔡伦被封为龙亭侯，因而他主持造的纸别称为“蔡侯纸”。
　　纸张从汉代开始就逐步代替了中国原先使用的各种书写材料，成为历史上最主要的书写材料，造纸术也不断进步，品质越来越高，同时由于它巨大的便利，随着中外交流的进行，先传入周边国家，如朝鲜、日本、越南，而后又传入中亚地区，并在阿拉伯人传播下，进入欧洲。
　 　秦汉时期，没有写出一部全新的数学巨著，但是先秦以来在各地流传的一些基本成书的数学著作被整理出来，如《许商算术》、《杜忠算术》、《周髀算经》等 等，其中以《九章算术》最为著名，它是一部总结数学成就的一部专著，所谓“九章”就是五大类的数学问题，全书共有246个数学问题及其解答，涉及 的全是生活和生产中的实际计算问题。第一章方田是关于各种形状的田地面积的计算，包括了正方形、矩形、三角形、梯形、圆形、环形、弓形、截球形的表面积计 算，其中还有分数的约分、通分、四则运算、求最大公约数等运算法则的记述；第二章粟米，讲的是各种比例计算的问题，特别是按比例交换各种谷物的计算；第三 章衰分，也是比例计算，主要关于按登记分配或按登记摊派税收的计算；第四章少广，讨论的是由已知面积或体积求其中一边边长，涉及了开方的计算；第五章商 功，主要讲述各种工程土方的计算；第六章均输，讲的是按人口多少、路程远近、物价高低等条件来摊派税收和分派民工的比例问题，涉及了复比例、连比例等复杂 比例分配计算；第七章盈不足，讲的是通过两次假设解决的难题；第八章方程，有关联立一次方程的解决；第九章勾股，内容涉及了直角相似三角形、二次方程等问 题。《九章算术》的面世，标志着中国传统数学的形成，而后中国的算术著作基本上按照它的体例撰写。
　　秦汉时期的医学体系有了一定的提高 和充实，随着对外交流的开展和疆域的扩大，药物品种越来越多，为了辨别各种药物，汉代出现了《神农本草经》，共记载药物365种，对其药效进行说明，分出 上、中、下三品，也阐述了一定的药物学理论，如“四味五气”说等等，而张仲景的《伤寒杂病论》的撰写，则代表了秦汉时期医学的最高成就，张仲景对伤寒病、 内科、外科、妇科等病记载了基本特征，并选收了300多个药方。张仲景在书中还确立了理、法、方、药具备的辩证论治的医疗原理使中医学的理论更切合临床实 践。
　　在秦汉的科学技术史上，中国出现了一个伟大的科学家，他就是。张衡（公元78～139年），字平子，章帝建初三年出生于南阳 西鄂（今河南省南阳县石桥镇）一个官僚家庭。张衡年幼时，家境已渐见衰落，有时还得靠亲友接济。但这显然对他的成长有好处，既磨炼了他的意志，又使他贴近 了底层。他自幼志高力行，又生活在素有“南都”之称的经济文化发达的南阳地区，无疑为他后来从事文学和科学事业提供扎实的基础和良好的熏陶。
　 　张衡在科学技术方面的成就，涉及天文学、地震学、机械学、数学等诸多领域。他着手制造了演示浑天思想的仪器——水运浑天仪，这是一个直径四尺余的中空铜 球，上刻南北极、黄赤道、二十四节气、二十八宿、中外星官444官2500颗星，还有日、月和五大行星等天文标记。地平圈把铜球上下一分为二区域，地平上 的星象即人们仰视的天穹。用齿轮系统将浑象和计时漏壶相接，让漏壶流水控制其均匀旋转，一日一周，逼真地再现星空运动，如恒星的出没和中天等天象，皆可一 览无遗。这台仪器还附有机械日历在台阶下，从每月初一始，每天生一叶片；月半后每天落一叶片，这是有明确记载的世界上第一台水力发动的天文仪器，集星象与 授时为一体，对后世影响很大。
　　阳嘉元年（132年），张衡又发明了世界上第一台测定地震方位的地动仪，张衡地动仪造型精美，构造奇 巧，功能独特，灵敏度高，以精铜铸成，圆径八尺，形似酒坛，卵形仪体，象征浑天说的天球。上面雕刻飞禽走兽，山峦河流，以及青龙、白虎、朱雀、玄武二十八 宿。乾坤震巽坎离艮兑等八卦篆文表示八方之气。八龙在上象征阳，蟾蜍居下象征阴。内部中央立一根起惯性摆作用的铜质“都柱”，象征顶天立地的天柱。柱旁有 八条通道，内安杠杆结构的发动机关“牙机”。外围按八卦方位铸设的八条青龙，头下尾上，龙头与牙机相连，龙嘴各衔一铜球。对着龙头的八只铜蟾蜍，昂首张 口，以待下落铜球。顺帝永和三年（138年）准确预测了千余里外的陇西（今甘肃省东南部）大地震，据现代分析，地动仪可测出的最低震级是三度（按十二度地 震烈度表计）。张衡地动仪利用物体惯性拾取大地震动波的原理，仍沿用至今，可进行远距离测量。
　　张衡对天体的运行，也进行了独到的研 究。认为月亮是反射日光才发亮的，犹如水反射火光一样；并认为蚀的产生，源于日月地三者位置不同，生“暗虚”即影子而造成的，月亮本身是不会发光的，全靠 太阳光的照射才生光，月亮的亏缺在于这一部分照不到日光。月和日正相对就是满月，当月向日靠近时，亏缺越来越大，终于完全不见了。在月和日还相对时，如果 恰好大地挡住了日光，月亮进入大地的影子时就会发生月食。张衡的精辟分析，是建立在实际天文观测的基础上的。在他看来，既然日食和月食都可以推算和预报， 则同神鬼和人事都毫不相干。因而，他的月食理论对后世影响很大。