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，江蘇省副省長馬秋林、鎮(zhèn)江市委書記馬明龍、鎮(zhèn)江市長徐曙海等領(lǐng)導(dǎo)以及來自中科院自然科學(xué)史研究所、中科院紫金山天文臺、清華大學(xué)、中國科技館、長春師范大學(xué)、長春中醫(yī)藥大學(xué)、上海遠(yuǎn)東國際橋梁建設(shè)公司等單位的領(lǐng)導(dǎo)和專家出席紀(jì)念會議。同日，廈門市社會科學(xué)界聯(lián)合會主辦了“紀(jì)念蘇頌誕辰1000周年暨第九屆廈門（同安）蘇頌國際文化節(jié)”。

   中國是一個發(fā)明創(chuàng)造的國度。中國古代科學(xué)技術(shù)在宋代及其后的一個時期里達(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)任過地方和中央政府的官員，做過吏部尚書和右宰相，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，晚年定居潤州（今江蘇鎮(zhèn)江）。他是載入史冊的名臣和科學(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（今河南開封）的不同地方。1086年，朝廷指派蘇頌檢驗已有的渾儀。蘇頌做出鑒定之后，向朝廷建議添造一套水力驅(qū)動的演示儀器和渾儀。1087年，朝廷批準(zhǔn)了這個建議，并指派蘇頌負(fù)責(zé)此事。其實，這項工作是有一定風(fēng)險的：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)儀象臺制造工程的領(lǐng)導(dǎo)者。作為吏部尚書，他慧眼識才，發(fā)現(xiàn)了精于數(shù)學(xué)和天文學(xué)的韓公廉，選派這位中下級官員負(fù)責(zé)設(shè)計制造天文儀器，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施目標(biāo)。

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

   蘇頌和韓公廉率領(lǐng)的團(tuán)隊將漏刻、水輪、筒車、秤漏、桿系、齒輪傳動、凸輪傳動等多種技術(shù)整合在一起，實現(xiàn)了集成創(chuàng)新。整座裝置以一個非常精致的水輪同時驅(qū)動計時裝置、渾象和渾儀，這是一項重要的技術(shù)突破。最值得稱道的是，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)記載的最早的時鐘擒縱機(jī)構(gòu)。

   蘇頌的另一項突出成就是編撰《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)儀象臺一樣，在世界科技史上占有重要地位�！缎聝x象法要》的圖說成為今人復(fù)原水運(yùn)儀象臺的主要依據(jù)，全尺寸的水運(yùn)儀象臺的成功復(fù)原也證明《新儀象法要》的內(nèi)容詳實可靠。

   《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？這是一個不可忽視的問題。書中的“運(yùn)動儀象制度”圖相當(dāng)于水運(yùn)儀象臺的總體構(gòu)造圖，充分展現(xiàn)出設(shè)計思想。此圖應(yīng)該是整個儀器制成之后繪制的，理由是儀象臺的設(shè)計制造經(jīng)歷了計算、機(jī)輪模型試制、小木樣試制、大木樣試制、實際儀器制作等幾個階段，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程中形成的，有的圖暗示制作者曾比較過不同的設(shè)計方案。

   《宋史》和《疇人傳》的作者對蘇頌在科技史上的地位尚難作出恰當(dāng)?shù)木唧w考量，因為那時中國人對古代科技傳統(tǒng)的認(rèn)識還比較模糊。20世紀(jì)初期，科學(xué)技術(shù)史研究在中國興起，蘇頌和韓公廉的科學(xué)業(yè)績受到了科學(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》中對水運(yùn)儀象臺做了簡要描述，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、林聰益等專家學(xué)者的研究及復(fù)原制作者們的實踐，人們已經(jīng)比較充分地認(rèn)識了水運(yùn)儀象臺，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，實事求是地，依據(jù)充分的證據(jù)，把我國歷代勞動人民的發(fā)明創(chuàng)造分別的整理出來。有就是有，沒有就是沒有。早就是早，晚就是晚。”他在1953至1956年間率先撰文探討水運(yùn)儀象臺的原動力、傳動機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)，實事求是地做了學(xué)理分析。1958年，王振鐸首先嘗試復(fù)原水運(yùn)儀象臺，并制作出五分之一的模型。2011年，廈門市同安區(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。

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

   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)就是時鐘的擒縱機(jī)構(gòu)，并強(qiáng)調(diào)水運(yùn)儀象臺的時鐘機(jī)構(gòu)在歷史上被埋沒了幾百年。他甚至進(jìn)一步追溯中國時鐘的歷史，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)是史書稱他們的儀器上“各施輪軸，鉤鍵交錯，關(guān)鎖相持”。無論如何，水運(yùn)儀象臺的“天衡”機(jī)構(gòu)都是韓公廉等人的獨(dú)創(chuàng)設(shè)計。

   李約瑟及其合作者大膽推測：“這樣一來，中國天文鐘的傳統(tǒng)和后來歐洲中世紀(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：在中國人發(fā)明擒縱機(jī)構(gòu)之后的6個世紀(jì)，至少可能存在由東向西的“激發(fā)性傳播（diffusion stimulus）”。不過，他對此所做的論證并非令人信服，因為很難找到可靠的論據(jù)。

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

   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)國和社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國作出新的非凡貢獻(xiàn)。

   筆者撰寫此文，同時紀(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）