回望北宋科學(xué)重器 紀(jì)念蘇頌誕辰千年

   2020年12月10日是北宋科學(xué)家蘇頌誕辰1000年。江蘇省鎮(zhèn)江市政府與中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)史研究所主辦了“紀(jì)念蘇頌千年誕辰，弘揚(yáng)科技創(chuàng)新精神”活動(dòng)，江蘇省副省長(zhǎng)馬秋林、鎮(zhèn)江市委書(shū)記馬明龍、鎮(zhèn)江市長(zhǎng)徐曙海等領(lǐng)導(dǎo)以及來(lái)自中科院自然科學(xué)史研究所、中科院紫金山天文臺(tái)、清華大學(xué)、中國(guó)科技館、長(zhǎng)春師范大學(xué)、長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)、上海遠(yuǎn)東國(guó)際橋梁建設(shè)公司等單位的領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家出席紀(jì)念會(huì)議。同日，廈門(mén)市社會(huì)科學(xué)界聯(lián)合會(huì)主辦了“紀(jì)念蘇頌誕辰1000周年暨第九屆廈門(mén)（同安）蘇頌國(guó)際文化節(jié)”。

   中國(guó)是一個(gè)發(fā)明創(chuàng)造的國(guó)度。中國(guó)古代科學(xué)技術(shù)在宋代及其后的一個(gè)時(shí)期里達(dá)到高峰，這也是中世紀(jì)世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展的高峰。宋代科技人才輩出，涌現(xiàn)出沈括、燕肅、蘇頌、畢升、韓公廉、李誡、秦九韶等杰出的科學(xué)家、工程師和巧匠。

   蘇頌（1020~1101年）生于同安縣（今福建廈門(mén)同安區(qū)），宋仁宗慶歷二年（1042年）和王安石同榜中進(jìn)士，擔(dān)任過(guò)地方和中央政府的官員，做過(guò)吏部尚書(shū)和右宰相，在本草學(xué)、儀器制造和天文學(xué)等領(lǐng)域取得了非凡成就，晚年定居潤(rùn)州（今江蘇鎮(zhèn)江）。他是載入史冊(cè)的名臣和科學(xué)家。元代脫脫等撰的《宋史》中有《蘇頌傳》，清代學(xué)者阮元將蘇頌及其科學(xué)活動(dòng)列入《疇人傳》。

   在公元995年至1074年間，北宋先后制造了四架渾儀，分別安裝在汴京（今河南開(kāi)封）的不同地方。1086年，朝廷指派蘇頌檢驗(yàn)已有的渾儀。蘇頌做出鑒定之后，向朝廷建議添造一套水力驅(qū)動(dòng)的演示儀器和渾儀。1087年，朝廷批準(zhǔn)了這個(gè)建議，并指派蘇頌負(fù)責(zé)此事。其實(shí)，這項(xiàng)工作是有一定風(fēng)險(xiǎn)的：如果新儀器不優(yōu)于原有儀器，那么蘇頌就不好向朝廷交代。

   蘇頌是水運(yùn)儀象臺(tái)制造工程的領(lǐng)導(dǎo)者。作為吏部尚書(shū)，他慧眼識(shí)才，發(fā)現(xiàn)了精于數(shù)學(xué)和天文學(xué)的韓公廉，選派這位中下級(jí)官員負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)制造天文儀器，并介紹了張衡、一行、梁令瓚、張思訓(xùn)等人所造水運(yùn)儀器的法式要點(diǎn)。就這樣，蘇頌提出了儀器的功能要求和工程的實(shí)施目標(biāo)。

   韓公廉主持具體的設(shè)計(jì)制造工作。他首先進(jìn)行測(cè)算，設(shè)計(jì)制作了關(guān)鍵裝置“機(jī)輪”的模型。從1088年開(kāi)始，制作團(tuán)隊(duì)先后制成小木樣和大木樣。1092年7月，這個(gè)團(tuán)隊(duì)成功制造出水運(yùn)儀象臺(tái)，即古代的大型科學(xué)裝置。

   蘇頌和韓公廉率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)將漏刻、水輪、筒車(chē)、秤漏、桿系、齒輪傳動(dòng)、凸輪傳動(dòng)等多種技術(shù)整合在一起，實(shí)現(xiàn)了集成創(chuàng)新。整座裝置以一個(gè)非常精致的水輪同時(shí)驅(qū)動(dòng)計(jì)時(shí)裝置、渾象和渾儀，這是一項(xiàng)重要的技術(shù)突破。最值得稱(chēng)道的是，制作者們發(fā)明了“天衡”機(jī)構(gòu)——“水輪—秤漏—桿系擒縱機(jī)構(gòu)”，這是世界上有明確結(jié)構(gòu)記載的最早的時(shí)鐘擒縱機(jī)構(gòu)。

   蘇頌的另一項(xiàng)突出成就是編撰《新儀象法要》，其以幾十幅機(jī)械圖，全面描繪水運(yùn)儀象臺(tái)的整體構(gòu)造和零部件結(jié)構(gòu)。這些圖是工業(yè)革命之前描繪一座機(jī)械裝置的最復(fù)雜的成套技術(shù)圖，與水運(yùn)儀象臺(tái)一樣，在世界科技史上占有重要地位�！缎聝x象法要》的圖說(shuō)成為今人復(fù)原水運(yùn)儀象臺(tái)的主要依據(jù)，全尺寸的水運(yùn)儀象臺(tái)的成功復(fù)原也證明《新儀象法要》的內(nèi)容詳實(shí)可靠。

   《新儀象法要》中的總體構(gòu)造圖和零部件圖等是怎樣形成的？這是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。書(shū)中的“運(yùn)動(dòng)儀象制度”圖相當(dāng)于水運(yùn)儀象臺(tái)的總體構(gòu)造圖，充分展現(xiàn)出設(shè)計(jì)思想。此圖應(yīng)該是整個(gè)儀器制成之后繪制的，理由是儀象臺(tái)的設(shè)計(jì)制造經(jīng)歷了計(jì)算、機(jī)輪模型試制、小木樣試制、大木樣試制、實(shí)際儀器制作等幾個(gè)階段，而不是一步到位完成的。當(dāng)然，有些零部件圖很可能是制作過(guò)程中形成的，有的圖暗示制作者曾比較過(guò)不同的設(shè)計(jì)方案。

   《宋史》和《疇人傳》的作者對(duì)蘇頌在科技史上的地位尚難作出恰當(dāng)?shù)木唧w考量，因?yàn)槟菚r(shí)中國(guó)人對(duì)古代科技傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)還比較模糊。20世紀(jì)初期，科學(xué)技術(shù)史研究在中國(guó)興起，蘇頌和韓公廉的科學(xué)業(yè)績(jī)受到了科學(xué)界和史學(xué)界的關(guān)注。

   天文學(xué)家朱文鑫在1935年出版的《天文學(xué)小史》中對(duì)水運(yùn)儀象臺(tái)做了簡(jiǎn)要描述，并且強(qiáng)調(diào)：“機(jī)械之制作甚精，后世鐘表之法，不能出其范圍。”此后，經(jīng)過(guò)劉仙洲、李約瑟（Joseph Needham）、王振鐸、康布里奇（John H. Combridge）、韓云岑、土屋榮夫、陸敬嚴(yán)、李志超、林聰益等專(zhuān)家學(xué)者的研究及復(fù)原制作者們的實(shí)踐，人們已經(jīng)比較充分地認(rèn)識(shí)了水運(yùn)儀象臺(tái)，尤其是它的擒縱機(jī)構(gòu)。

   技術(shù)史學(xué)家劉仙洲主張：“我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)知識(shí)，實(shí)事求是地，依據(jù)充分的證據(jù)，把我國(guó)歷代勞動(dòng)人民的發(fā)明創(chuàng)造分別的整理出來(lái)。有就是有，沒(méi)有就是沒(méi)有。早就是早，晚就是晚。”他在1953至1956年間率先撰文探討水運(yùn)儀象臺(tái)的原動(dòng)力、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)，實(shí)事求是地做了學(xué)理分析。1958年，王振鐸首先嘗試復(fù)原水運(yùn)儀象臺(tái)，并制作出五分之一的模型。2011年，廈門(mén)市同安區(qū)蘇頌紀(jì)念園也有了一座按照1:1復(fù)原的水運(yùn)儀象臺(tái)。

   李約瑟認(rèn)為，機(jī)械時(shí)鐘的發(fā)明是整個(gè)科學(xué)技術(shù)史上最為重大的成就之一。他對(duì)水運(yùn)儀象臺(tái)做了大量研究工作，與合作者撰寫(xiě)了《天鐘機(jī)構(gòu)：中世紀(jì)中國(guó)的偉大天文時(shí)鐘機(jī)構(gòu)》（HEAVENLY CLOCKWORK：THE GREAT ASTRONOMICAL CLOCKS OF MEDIEVAL CHINA），此書(shū)由劍橋大學(xué)出版社在1960年出版。他在1965年出版的《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史》（Science and Civilisation in China）的機(jī)械工程分冊(cè)里，用100多頁(yè)闡釋中國(guó)的水運(yùn)儀象技術(shù)及相關(guān)問(wèn)題。

   1956年，李約瑟與兩位合作者在《自然》雜志發(fā)表文章，明確指出“天衡”機(jī)構(gòu)就是時(shí)鐘的擒縱機(jī)構(gòu)，并強(qiáng)調(diào)水運(yùn)儀象臺(tái)的時(shí)鐘機(jī)構(gòu)在歷史上被埋沒(méi)了幾百年。他甚至進(jìn)一步追溯中國(guó)時(shí)鐘的歷史，相信僧一行（張遂）和梁令瓚早在公元8世紀(jì)就創(chuàng)造了世界上最早的擒縱機(jī)構(gòu)，其主要依據(jù)是史書(shū)稱(chēng)他們的儀器上“各施輪軸，鉤鍵交錯(cuò)，關(guān)鎖相持”。無(wú)論如何，水運(yùn)儀象臺(tái)的“天衡”機(jī)構(gòu)都是韓公廉等人的獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)。

   李約瑟及其合作者大膽推測(cè)：“這樣一來(lái)，中國(guó)天文鐘的傳統(tǒng)和后來(lái)歐洲中世紀(jì)機(jī)械鐘的祖先就有了更為密切的直接聯(lián)系（it thus appears that the Chinese tradition of astronomical clockwork was more nearly in the direct line of ancestry of the late medieval European mechanical clocks）。”幾年之后，他推斷：在中國(guó)人發(fā)明擒縱機(jī)構(gòu)之后的6個(gè)世紀(jì)，至少可能存在由東向西的“激發(fā)性傳播（diffusion stimulus）”。不過(guò)，他對(duì)此所做的論證并非令人信服，因?yàn)楹茈y找到可靠的論據(jù)。

   其實(shí)，中國(guó)和歐洲有不同的時(shí)鐘技術(shù)傳統(tǒng)。歐洲機(jī)械鐘需要一個(gè)擒縱機(jī)構(gòu)，以便使得垂重或發(fā)條緩慢地驅(qū)動(dòng)齒輪系，帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)。水運(yùn)儀象臺(tái)則以漏壺中穩(wěn)定流出的水注入“受水壺”，驅(qū)動(dòng)水輪轉(zhuǎn)動(dòng)，擒縱機(jī)構(gòu)的作用是讓水輪做相等間歇的轉(zhuǎn)動(dòng)。

   在蘇頌誕辰千年之際，我們紀(jì)念這位科學(xué)“大匠”，賞析他領(lǐng)導(dǎo)創(chuàng)制的科學(xué)重器，可以從創(chuàng)新事跡中獲得深刻的思想啟示，從而更好地弘揚(yáng)中華民族敢為人先的創(chuàng)新精神和精益求精的工匠精神，增強(qiáng)創(chuàng)新自信，為建成世界科技強(qiáng)國(guó)和社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)作出新的非凡貢獻(xiàn)。

   筆者撰寫(xiě)此文，同時(shí)紀(jì)念科技史學(xué)家李約瑟誕辰120周年及劉仙洲誕辰130周年。當(dāng)代科技史學(xué)者應(yīng)當(dāng)秉持“究天人之際，通古今之變，成一家之言”的光榮傳統(tǒng)，開(kāi)創(chuàng)學(xué)術(shù)研究的新局面�！�

（作者系中科院自然科學(xué)史研究所所長(zhǎng)）