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古代科技名人:李淳风、郭守敬、徐光启|文物中的科学

文博时空/文 文博时空 作者 徐之南 早在唐代,李淳风以历法推算、风力定级、易学研究等著称于世,元代的郭守敬在全国建立了 27 个天文观测点,明代的徐光启更是完成了我国古代农业技术的集大成之作,他们都是我国古代杰出的科学家。

古代的科技名人,犹如历史长河中的明珠,闪烁着智慧与创新的光芒。在漫长的岁月里,他们以超越时代的智慧和勇气,开创了一个个令人惊叹的科技奇迹,留下了永恒的印记。他们或是发明了颠覆性的技术,或是提出了深刻的科学理论,无一不在科技史册上镌刻着自己的名字。

早在唐代,李淳风以历法推算、风力定级、易学研究等著称于世,元代的郭守敬在全国建立了 27 个天文观测点,明代的徐光启更是完成了我国古代农业技术的集大成之作,他们都是我国古代杰出的科学家。他们的成就不仅在于其个人的天赋和努力,更在于他们对人类智慧的贡献,他们的发明和发现不仅改变了当时的世界,更为后世的科技发展开辟了新的道路。

01

[唐] 李淳风

李淳风(602-670 年),唐代天文学家、数学家、易学家,道士,道号黄冠子,岐州雍县(今陕西宝鸡岐山县)人。唐初时曾任过太史令,所以明太祖在敕封李淳风时,将他封为“侯位”,其他诸县城隍则被封为“伯位”。

李淳风一生著述颇丰,他和袁天罡所著的《推背图》以其预言的准确而著称于世,还有《乙巳占》《五代史志》《皇极历》《悬镜》《文史博要》《典章文物志》《秘阁录》十几部,并对《齐民要术》《本草》等几十部书籍进行过校注。

隋仁寿二年(602 年),李淳风生于岐州雍,自幼聪慧好学,博览群书,尤其精通天文、历法、数学等。李淳风 17 岁时,经推荐成为秦王李世民的记室参军。25 岁的李淳风上书,对道士员外散骑郎傅仁均所著的《戊寅元历》提出 18 条意见,唐太宗采纳 7 条意见,授予李淳风将仕郎,入太史局供职,鞠躬尽瘁 40 年。

唐太宗为何如此信任他?李淳风真的那么神吗?一日,主掌历法推算的唐太史李淳风校对新历,发现朔日(初一)将出现日食,古人认为日食是不祥的预兆。唐太宗不悦地说道:“届时若没出现日食,你又将如何自处?”李淳风回复圣上:“届时若日食没发生,臣将自请死罪。”当日,唐太宗李世民有意在庭中等候李淳风,眼看太阳就快下山了日食还没有发生,唐太宗下旨:“朕现在就让你先去和妻子诀别吧!”李淳风答复:“尚早。”尔后就在墙壁上做了一个标记,并回复唐太宗:“等日光照到我在墙上做的标记时,日食就会发生了。”果然如李淳风所言,日光照到墙上的标记时,日食发生,分毫不差。

唐 《乙巳占》

李淳风是世界上第一个给风定级的人,他的名著《乙巳占》,是世界气象史上最早的专著。《乙巳占》卷首为李淳风的自撰序,序言解释了他撰述此书的意图及编撰思想。占星学虽然有其内在依据,但在李淳风看来,历代的占星学家良莠不齐,鉴于这种情况,李淳风决定对历史上的占星学作一番梳理,总结诸家学说,“集其所记,以类相聚,编而次之,采摭英华,删除繁伪”,编写一部真正的占星学著作。因此,《乙巳占》不是现代意义上的科学著作,它是一部纯粹的占星学典籍。《乙巳占》全书十分之一以上的篇幅来讨论风占,其下名目达 33 种之多,如候风法、占风远近法、推风声五音法等等。

李淳风在数学方面的主要贡献,是编定和注释著名的十部算经。这十部算经后被用作唐代国子监算学馆的数学教材。

李淳风受命制浑仪,他在中国历史上第一次把浑仪分为六合仪、三辰仪、四游仪三重,其影响相当深远。

02

[元] 郭守敬

郭守敬(1231 年—1316 年),元朝著名的天文学家、数学家、水利工程专家,字若思,邢州邢台县(今河北省邢台市)人,曾任太史令。郭守敬的一生,足迹遍及半个中国,完成大小百余处河渠泊堰的治理,科技成就有二十几项遥遥领先于世界水平。1970 年,国际天文学会以郭守敬的名字为月球上的一座环形山命名为“郭守敬环形山”。1977 年 3 月,国际小行星中心将小行星 2012 命名为“郭守敬小行星”。

郭守敬三岁丧父母,十七岁制成浑天仪,十八岁完成邢州北脉治水。1262 年,郭守敬在上都向忽必烈面陈“水利六事”,将自己的水利设想及多年考察、治水的经验充分展示给了雄心勃勃的忽必烈。忽必烈听后说:“任事者如此,人不为素餐矣”。当即任命郭守敬为“提举诸路河渠”,负责经办各地水利事宜。他在入朝为官前后,曾几次遭暗杀,凭借智慧躲过。

郭守敬和北京的什刹海有什么关系呢?位于北京二环内的“什刹海”,实为积水潭的残余,被分割成前海、后海、西海三个封闭水域,偶尔可见游船行驶其上。然而在 700 多年前,积水潭曾是一片宽阔水域,船只川流不息,这一切与郭守敬密切相关。

在忽必烈营建大都时,郭守敬的重要任务之一是将大运河延伸至大都城内。经过缜密勘查后,郭守敬选择改变运河走向,将运河通到了通州,但是从通州到大都的这“最后一公里”却是一个大难题,因为大都地势比通州高得多。为了处理这一难题,郭守敬改进了升船闸系统,在通州通往大都的运河上建立了 24 道石闸门,通过分段控制水位,使船只得以“爬坡”航行。为了保障水量,郭守敬开展了引水工程,将昌平山区的白浮泉作为水源,一路引到积水潭。积水潭作为大运河的终点,曾吸引无数船只停靠,也催生了钟鼓楼地区的商业繁荣。然而随着历史演变,积水潭逐渐失去了航运功能,规模日益缩小,最终演化成今天的前海、后海、西海三个封闭水域,即什刹三海。

全国最大规模的天文观测活动是如何开展的?众所周知,元朝的版图是历代王朝中最大的,这么大的版图,对于天文观测是十分有利的。因此,郭守敬看准了时机,向忽必烈建议:“唐朝开元年间,僧一行曾在全国 13 处观测点进行天文观测,如今元朝的疆域比唐还大,是发展天文的最佳时机。”这项建议得到了忽必烈的赞同,因此在 1279 年,一项名为“四海测验”的大规模天文观测活动正式开启。

元 简仪

正所谓工欲善其事,必先利其器。这项观测活动的顺利进行,离不开郭守敬积年累月改进的观测仪器。首先,郭守敬将的庞大不便的“浑仪”改进为灵活精确的“简仪”,以确定星体坐标;将“圭表”改进为更高的“高表”,以更精确地观测日影。此外,郭守敬还发明了仰仪、窥几等观测仪器。利用这些仪器,郭守敬观测出了前人未命名的星体一千余颗。

郭守敬在元朝广袤的版图上设立了27个测影所。观测点东起朝鲜半岛,西到川滇和河西走廊,北至西伯利亚,分布地域之广,考察内容之多,测量精度之高,参加人员之众,在中国历史乃至世界天文史上都是空前的。这些测影所分布在不同纬度,通过观测当地的日影长短,就能计算出地球的半径。

元 河南登封观星台

这27座测影所唯一保存至今的,就是河南登封的观星台,它是中国现存最早的古代天文台。整个观星台相当于一个测量日影的圭表(圭表:测量日影长度的一种天文仪器),高耸的城楼式建筑相当于一根竖在地面的杆子,称为“表”,台下有一个南北方向类似长堤的构造,相当于测量长度的尺子,称为“圭”,也叫做“量天尺”。

元 《授时历》

四海测验”的成果,就是1281年开始施行的《授时历》。当时,王恂任太史令,郭守敬任同知太史院事,在历法即将完成时,王恂去世,但当时授时历尚未整理定稿。原先王恂负责授时历的理论推算,而郭守敬负责制造仪器、观天测量和检验数据。王恂去世使所有的事情都落到了郭守敬的身上,郭守敬花费数年时间整理定稿。至元十七年(1280 年),新历历成,忽必烈取《尚书·尧典》中的“敬授民时”之意赐名《授时历》

值得注意的是,授时历首次将小数引入历法,以365.2425日为1回归年,与地球公转周期只差了26秒。这一数值,与西方通行的公历相同,却早了301年,成为当时世界上最先进的历法之一。它正式废除了繁杂的上元纪年,以至元十八年辛巳岁冬至为历元,打破了古代制历的传统,是我国历法史上的第四次大改革。

03

[明]徐光启

徐光启画像

徐光启(1562 年—1633 年),明朝末年至清初的数学家、天文学家和地理学家,字子先,号玄扈,谥文定,上海人,万历进士,官至崇祯朝礼部尚书兼文渊阁大学士、内阁次辅。1603 年入天主教,教名保禄。徐光启毕生致力于科学技术的研究,勤奋著述,是介绍和吸收欧洲科学技术的积极推动者。其墓地石牌坊镌有对联“治历明农百世师经天纬地,出将入相一个臣奋武揆文”。

徐光启自小因家道已经中落,只得务农为业,用为数不多的家产在龙华寺读书,19 岁的徐光启考中秀才,20 岁一鼓作气参加了乡试,却屡次参考屡次不中,只好一边教书一边继续考试。

1593 年,徐光启在韶州执教期间结识传教士郭居静。通过郭居静,徐光启首次看到一幅世界地图,这对徐光启来说是一个崭新的世界,原来地球是圆的,原来制造了天文望远镜来观测星体运行。这段经历为徐光启揭开了西学的大门,然而与此同时,他仍需继续在科举道路上前行。

1604 年,徐光启进京赶考,终于考中进士,正式步入仕途。同年,利玛窦(MatteoRicci,1552 年—1610 年)也来到北京。徐光启拜利玛窦为师,希望能向他学习天文、数学、测量以及武器制造等各方面的科学知识。一次,利玛窦向他介绍了西方的数学著作《几何原本》,这是古希腊数学家欧几里得所著。徐光启说:“既然这部书如此珍贵,无论遇到多大困难,我也要努力将其翻译为汉文。”。从那时起,每天下午一离开翰林院,徐光启都会赶到利玛窦的地方翻译《几何原本》。在此之前,还没有人翻译过国外的数学著作,因此要准确翻译原作相当困难。之后的一年里,徐光启逐字逐句地进行反复推敲和多次修改,才有了我们所熟知的“平行线”“三角形”“对角”“直角”“锐角”“钝角”“相似”等术语和名词。最终,徐光启完成了《几何原本》的前六卷翻译工作。

《几何原本》

徐光启是中国第一个吃番薯的人?在万历三十五年,徐光启的父亲在北京离世,他按照大明律规定回乡丁忧服丧。在这段时间里,徐光启并没有像一般人那样只是守制闭门读书。他一边整理编纂数学文献,完成了《测量异同》和《勾股义》等著作,同时还积极从事另一项工作:培育番薯。

明朝中晚期,虽然灾害频仍、天灾人祸不断,人口却激增到了一亿五千万左右。为了解决老百姓的吃饭问题,徐光启开始研究起了番薯的种植。当时大多数人认为番薯是一种热带植物,根本无法在北方种植。徐光启不断派人从福建带回番薯,在上海进行试种。最初,番薯种子要么腐烂,要么被冻坏。后来,通过反复试验和改进方法,最终成功地将番薯引种并培育成功。徐光启总结出一整套栽培方法,包括传种、种候、土宜、耕治、种栽等一整套做法,称之为“松江法”,并创造性地提出了地窖储藏法,这些方法使得番薯成功在上海地区种植,并逐渐推广至山东、河北,甚至东北等地。

徐光启农田施肥札记,总结了当时的各种施肥技术,改进和提高了松江地区的棉花施肥技术。

在棉地里长大的徐光启,难道是从小养成的科学家?一个盛夏,幼时徐光启坐在屋里读了一阵子书,实在疲倦,就来到田里散心。田里的绵株枝叶繁盛,已经长了半米多高,他二话不说卷起裤脚管,伸手把一颗颗绵株尖顶啊给摘断。这一幕正巧被父亲撞见,父亲怒气冲冲地责骂徐光启:“你刚才做了什么?”徐光启答:“我在给绵株打顶芯。”父亲继续责备道:“你把棉花顶芯摘掉了,棉花还能活?”徐光启笑着说:“您错怪我了,昨天下午放学时,我看到德章爷爷在田里摘棉花顶芯,他说:‘快到立秋了,棉花已经长到两尺来高,一直分枝生叶就不会结棉桃了,白白耗费了养分,如果把它顶上的冲天芯摘掉,省下来的养分就可以供应下面快成熟的棉桃。’”时光荏苒,转瞬到了摘棉花的时间,徐光启家的棉花获得了大丰收,增产了二三成。父亲这才自知理亏,从此,他积极支持儿子学习农业科学技术。

明 《农政全书》明崇祯年间平露堂刻本 土山湾博物馆藏

1624 年,徐光启因不肯迎合魏忠贤,遭谗劾去职。回到上海后,他将积累多年的农业资料与心得整理编撰,于 1627 年完成了《农政全书》的初稿。徐光启去世后,由门人陈子龙于 1649 年整理出版。

《农政全书》是徐光启毕生的心血,也是我国古代农业技术的集大成之作。它在农学史上的地位,如同《本草纲目》之于药学。全书分为 12 目,共 60 卷,50 余万字,包括农本、田制、农事、水利、树艺等。全书贯穿着徐光启“农政”的政治思想,即农业为立国之本,“富国必以本业”。因此书中对于开垦与水利的重视,远超历代农书。

徐光启墨迹册页

除了数学和农学,徐光启还有很多其他成就。徐光启在天文历法领域取得的成就,主要体现在编纂《崇祯历书》及提出历法改革的建议中,他引入了地球是圆形的概念,介绍了经度和纬度。在军事领域,徐光启着重关注火炮制造,多次上书请求引进火炮技术。他还著有《选练百字诀》《选练条格》《练艺条格》等权威条例和法规,是中国近代早期重要的法律典籍之一。

上海徐家汇光启公园里的徐光启像

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排版 | 小谢

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