第五章華夏國力大開展時期第一節社會與學術的開展第二節煉丹術與物理學第三節地學與礦冶第四節生物學、農學與醫藥學第五節機械、紡織與土木工程.第一節社會與學術的開展秦始皇的暴虐統冶，在科學文化領域內對知識分子的迫害，十分殘忍。最為有名的事件是“焚書坑儒〞。前者發生在公元前213年，朝廷焚毀了包括?詩?、?書?在內的諸子百家著作；在公元前212年活埋批評朝政的460余名儒生。漢初統治者尚黃老學說，主張“無為而治〞。到武帝時，董仲舒建議“獨尊儒術，罷黜百家〞。宣帝在甘露二年〔前151年〕宣布，將董仲舒的思想奉為唯一的官學，并將諸子百家和司馬遷的著作封禁。盡管在武昭宣時期科技的開展到達高潮，但由此開始，漢代學術研究出現僵化的傾向。.一、學術機構和活動西漢元朔五年〔公元前124年〕，中國歷史上第一所皇家大學——太學成立，它對應著典籍建立了講座，由此培養和輸送出不少人才。漢代還召開了一些學者會議，如石渠閣會議〔宣帝甘露三年，公元前51年〕足以與西方的尼加伊會議〔公元前325年〕相比。白虎觀會議〔章帝建初四年，公元79年〕使“讖緯〞國教化，這次會議的記錄至今保存在班固〔32~92〕的?白虎通義?之中。鹽鐵會議上討論了官營工業的問題。平帝四年〔公元4年〕，在王莽的建議下，召開了中國歷史上第一次科學技術專家會議。當時“征天下通知逸經、古紀、天文、歷算、鐘律、小學、史篇、方術、本草，以及五經、論語、孝經、爾雅的教授者，在所為駕一封車佀傳，遣詣京師，至者數千人〞。.西漢朝野也很注意搜集秦火之后的各種典籍，這對科學文化開展是有意義的。劉向〔公元前77~前6〕為目錄學之祖，他對當時的各種書籍進行分類、注譯、編輯和提要說明。劉歆〔公元前53~公元后23，劉向之子〕把圖書分為7類：輯略〔總論〕、六藝略、諸子略、詩賦略、兵書略、術數略、方技略。他還撰修?七略?，這是我國第一部圖書分類目錄。這種分類法稱為“七分法〞。班固的?漢書·藝文志?就以此為藍本。?藝文志?是由方術、醫藥、軍事學、歷史、哲學、占卜、天文學等方面的專家編成，約有700多種著作編入。.古代的四大創造有兩項產生于漢代，即造紙術和磁性指南器。紙字從“纟〞，先秦“紙〞確是絲質的。東漢許慎的?說文解字·纟部?：“紙，絮一苫〔shān〕也。〞我國自古以次繭作綿；漂洗時留在器物的殘絮形成薄層絲綿片，干后就叫“紙〞。西漢時開始以麻類纖維代替絲絮造紙，已有多處出土。西安灞橋出土的公元前118年以前的古紙，這是世界上已發現的最古的植物纖維紙之一。據分析，所采用的原料是麻類纖維。制造紙漿時已采用石灰發酵的返麻方法。原料中還有廢麻，說明當時已用破舊的麻布造紙。?東觀漢記·蔡倫傳?記載，“蔡倫典尚方作紙〞〔蔡倫任尚方令時主管造紙〕。?后漢書·蔡倫傳?記載，105年，蔡倫用樹皮、麻頭、破布和舊魚網作原料造紙，并獻給漢和帝。由于紙的品質較好，因此“天下咸稱‘蔡候紙’〞。到3~4世紀，紙已根本上取代了竹簡和縑帛成為主要書寫材料。.在天文學上，張衡〔78~139〕堪與古希臘的托勒密〔85~165〕相匹。對于天地起源，張衡第一個以渾天說的觀點進行闡述。他認為，天地萬物從原始的渾沌未分的元氣開展而來，元氣是物質性的，不同質的陰陽二氣的相互作用形成了今天的宇宙。這是一種原始的唯物主義的宇宙發生論和萬物生成說。在解釋天體的結構和視運動上，渾天與蓋天兩家爭論劇烈，由于張衡的宣傳，最終使渾天學說在古代占據了主導地位。張衡把無限宇宙概念理論化了。他說：“宇之表無極，宙之端無窮。〞〔?靈憲?〕張衡還痛斥讖緯之說，認為應加以禁絕之。在醫學上，張機〔150~219〕堪與古希臘的蓋侖〔129~199〕相匹。.天文觀測的成就最大，甚至秦宮殿“象天極〞，在陵墓中也“上具天文〞〔?史記·秦始皇本紀?〕，在歷法編制和宇宙理論研究中也是成績斐然，對后世產生了深遠的影響。至遲到周文王姬昌時，已有名為“靈臺〞的觀象臺。東漢的靈臺設置在洛陽平昌門南。靈臺設有渾儀和渾象等儀器。它創立于東漢光武帝中元元年〔56〕。到北魏時被廢棄。東漢設置太史令一人，其下有靈臺待詔42人，其中有14位輪流值夜觀測天象。古代天文觀測儀器主要是圭表、渾儀與渾象。圭表起源很早，可能產生于史前社會。渾儀與渾象要晚些，秦漢有所開展。落下閎對渾儀進行了改進；宣帝時的耿壽昌首倡銅鑄渾象〔天球儀〕，用以演示渾天說。東漢的張衡首創水運渾象，它與實際天球的周日視旋轉是同步的。.二、重要的典籍西漢時期的數學家注意對先秦典籍的整理和總結，在這方面的重要成果是?周髀算經?和?九章算術?。1．?周髀算經?這是我國最早的一部天文數學著作，成書于公元前100年。書中假托周公與商高〔周初時人〕對話和榮方與陳子之間的問答，對秦漢以前數學成就進行了總結。從數學角度來看，書中使用的π值為3〔周三徑一〕；并涉及到較復雜的分數運算；對于“勾股定理〞也做了初步論證。這里以勾股定理為例。書中記載了一組特殊的例證，即“勾廣三，股修四，徑〔即弦〕偶〔禺〕五〞。為此還記載了公元前7世紀陳子求日地距離時表述的勾股定理，即“以日下〔從觀測點到日高垂足的距離〕為勾，日高為股，勾股各自乖，并而開方除之，得邪至日〔日地距離〕〞。.2．?九章算術?在中國數學史上，此書的地位類似于希臘的?幾何原本?，一千多年間一直被作為教科書。此書編篡于西漢早期，可能為數學家張蒼〔？～前152〕和耿壽昌等人〔或許包括許商和杜忠〕增訂刪補先秦典籍而成書，對先秦數學研究諸領域作了較全面的表述。全書收集了246個應用題,分屬于：“方田〞〔田畝計算〕、“粟米〞〔比例、換算〕、“衰分〞〔狩獵、比例〕、“少廣〞〔開方〕、“商功〞〔土方、容積的計算〕、“均輸〞〔糧食運輸、分派工役〕、“盈缺乏〞〔盈虧解法〕、“方程〞〔聯立一次方程〕和“勾股〞。書中包括當時世界上最先進的分數四那么運算和比例算法，特別是為了約分而提出求最大公約數的輾轉相除法。.書中系統論述了開平方和開立方，并在此根底上有了求解一元二次方程〔首項系數不為負〕的數值解法。為了求解聯立一次方程組，書中明確地運用了“高斯消去法〞。?九章算術?已用線性內插法作為解高次方程的近似方法。?九章算術?在世界數學史中第一次記載負數概念和正負數加減法那么。我國籌算分紅籌和黑籌，用它們分別表示正數和負數。在幾何學上，?九章算術?還把具體對象抽象化，“方田〞和“圓田〞已把原有田地面積的意義抽象為方形和圓形；在復雜面積和體積的計算中，除立方體、錐體和柱體之外，還有棱臺體的體積公式。有人推測，?九章算術?的某些算法可能傳入印度，而后傳到歐洲。如“盈缺乏〞〔一次內插法〕在阿拉伯和歐洲的早期著作中被稱作“中國算法〞。?九章算術?被譯作多種文字，為我國傳統數學的開展奠定了根底。.三、歷書的改革與開展秦國原來采用的是戰國末年編訂的顓頊歷，這是“古六歷〞之一。它也是四分歷，即一回歸年為365.25日，一朔望月29.5日；以立春為一年節氣計算的起點。秦朝建立后，此歷曾頒行全國。漢初仍采用顓頊歷，到武帝太初元年〔公元前104〕，武帝下令編制新歷法，由公孫卿、壺遂和司馬遷主持，并征募民間天文學家唐都、落下閎、鄧平、司馬可和、候宜君等人參加。他們先后提出18種方案，最后選定鄧平〔和落下閎〕的方案，并定名為“太初歷〞。.太初歷是我國第一部比較完整的歷法，也是我國歷法史上實現的第一次大改革。它規定的一回歸年為365日，一朔望月為29日，因此亦稱為“八十一分歷〞。太初歷第一次將二十四節氣編入歷法，所謂二十四節氣由12個“節氣〞〔立春、驚蟄、清明、立夏、芒種、小暑、立秋、白露、寒露、立冬、大雪、小寒〕和12個“中氣〞〔雨水、春分、谷雨、小滿、夏至、大暑、處暑、秋分、霜降、小雪、冬至、大寒〕構成，并確定在沒有中氣的月份置閏月。這種置閏的原那么一直沿用至今。

.[缺分數值]太初歷推算出135個月有23次交食的周期。?淮南子·天文訓?中記載，“月日行十二度七十六分度之二十六〔八〕〞。這就是說，月亮在某軌道上日行13度；進而由此推算出恒星月長度為365÷13=27.3218504日，與理論值相差約17秒。西漢末年，劉歆編制“三統歷〞，它根本上采用太初歷的數據。后來，三統歷被收入?漢書·律歷志?，因此得以留傳至今。東漢元和二年〔85〕，徧訴、李梵、賈逵等人在太初歷的根底上編成“后漢四分歷〞，并于當年頒行。它的一回歸年為365日，一朔望月為29日，19個太陽年設置7個閏月，并且增加二十四節氣昏旦中星、晝夜漏刻和晷影長度等內容。.四、天文觀測記錄馬王堆三號墓出土公元前170年的帛書?五星占?，其中載有公元前246~公元前177年間的木星、土星和金星的位置，還記載了金星的會合周期為584.4日〔今為583.92日〕，注意到5個會合周期為8地球年〔與今測值差2天零10個小時〕，說明當時的天文觀測已有較高的精度。?史記·天官書?記載了500多顆恒星的位置，還記錄了恒星的各種顏色及各種云狀、云速和云距等。?周髀算經?〔公元前100年成書〕卷下中有“日兆月，月光乃出，故成明月〞的記載，月光乃日光所照。?漢書·天文志?詳細記載了公元前32年10月24日出現的一次極光，這是世界上較早的精確記錄。我國關于極光的記錄非常豐富，這為研究太陽活動和地磁變化積累了珍貴資料。.?淮南子·天光訓?，“日中有踆烏〞。?漢書·五行志?載：“漢平帝永光元年〔公元前33年〕四月……日，黑居仄，大如彈丸〞。“河平元年〔公元前28年〕……三月已未，日出黃，有黑氣，大如錢，居日中央。〞?后漢書·五行志?：“中平……五年〔188〕正月，日色赤黃，中有黑氣如飛鵲，數日乃銷。〞這些記載對黑子形象、大小、位置和出現的時間均作了明確的記述。這是世界上最早的太陽黑子記載。殷商甲骨文中已有新星記錄。?漢書·天文志?；“元光六年〔公元前134年〕五月，客星見于房。〞“房〞是房宿，相當于天蝎座的頭部。?后漢書·天文志?；“中平二年〔185〕十月癸亥，客星出南門中，大如半筵，五色喜怒；稍小，至后年六月消。〞這是世界上最早的超新星記錄，“南門〞屬角宿，即半人馬座ε、α兩星，自此以后的1700年間，中國古代有90個新星紀錄，其中可能有11顆超新星。.東漢賈逵〔30~101〕明確提出黃道和赤道有交角，在我國首先利用黃道坐標系測定天體的位置。他還發現月亮的視運動有快有慢，并測量了近點月〔?后漢書·律歷志?〕。178~183年，東漢劉洪制定了?乾象歷?，并于223年在吳國〔三國〕頒行。劉洪發現白道與黃道有6°交角〔今測值為5.9°〕和日月食的食限，并提出了推算合朔〔日月相合〕，滿月、上弦和下弦的時刻的方法〔?晉書·律歷志?〕。.五、宇宙論漢代流行的三種宇宙學說是蓋天說、渾天說和宣夜說；對應的三個學派曾進行了劇烈的辯論。蓋天乃天圓地方，天如傘蓋，地為方形碗，天地間距30000里。落下閎和張衡等人總結了渾天說，認為“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞中黃〞〔張衡?渾天儀圖注?〕。所以天的一半在地上，另一半在地下。南北兩極固定在天的兩端，天與日月都循偏斜方向而旋轉。東漢郗萌提倡宣夜說，認為天無形質，天是茫無邊際、無窮無盡的宇宙。天體不附著任何物體之上，只浮在元氣或剛氣之上。所以，這種學說從抽象思維上說到達了一定的高度。無限空間說與道家相關，渾天為儒家所支持。后來，儒家把早期宣夜說的一些成份滲入了渾天說。.?晉書·天文志上?記載東漢靈帝時，蔡邕于朔方上書言：“宣夜之學，絕無師法。?周髀?〔蓋天說〕術數具存，考驗天狀，多所違失。惟渾天近得其情，今史官候臺所用銅儀那么其法也。〞這里評價了三種宇宙學說，其中渾天說是以地球為中心的。東漢?尚書緯·考靈曜?中提出了關于地動說的光輝思想，并以一個航船內的實驗加以說明：“地體雖靜而終日旋轉。一年之中，地有四游；冬至地上北而西三萬里，夏至地上南而東三萬里，春秋分其中矣。地恒動不止，而人不知。譬如人在大舟中閉牖而坐，舟行不覺也。〞這種觀點認為地球是有自轉的，且與太陽的距離在一年中也有變化。他所記的行舟內的實驗，又說明了運動的相對性思想〔伽利略在1600年左右也做過類似實驗〕。.?淮南子·天文訓?描繪了天體的演化：“天墜〔地〕未形，馮馮翼翼，洞洞氵屬氵屬，故曰太昭。道始于虛霩〔廓〕，虛霩〔廓〕生宇宙，宇宙生氣。氣有涯垠，清陽者薄靡而為天，重濁者凝滯而為地。清妙之合專易，重濁之凝竭難，故天先成而地后定。天地之襲精為陰陽，陰陽之專精為四時，四時之散精為萬物。積陽之熱氣生火，火氣之精者為日。積陰之寒氣為水，水氣之精者為月。日月之淫為精者為星辰。天受日月星辰，地受水潦小埃。……天道曰圓，地道曰方。方者主幽，圓者主明。明者，吐氣者也，是故火曰外景；幽者含氣者也，是故水曰內景。吐氣者施，含氣者化，是故陽施陰化〞。.六、自然觀王充關于元氣的研究。?無形?：“人稟氣于天，氣成而形立。……死那么氣減〔滅〕形消而壞。〞?物勢?：“天地合氣，物偶自生矣。〞?感虛?：“夫風者，氣也。〞?雷虛?：“天施氣，氣渥為雨，故雨潤萬物日澍。〞?淡天?：“天地，含氣之自然也。〞?亂龍?：“夫蜚〔飛〕鳶之氣，云雨之氣也。〞?自然?：“天地含氣，萬物自生。〞“天者普施氣萬物之中。〞王充的“氣〞學說含有氣體和物質的基元，乃至能量等多種含義，根本上是對?管子?和?荀子?理論的開展。東漢王符指出，人眼能看見物體是由于物體受光所照。“中穽深室，幽黑無見。及設盛燭，那么百物彰矣。此那么火之耀也，非目之光也；而且假之，那么為已明矣。〞〔?潛夫論·贊學?〕.第二節煉丹術與物理學中國古代的煉丹術活動持續了近2000年，積累了大量的研究與實驗文獻；與此同時，特別是在兩漢時期，物理學的知識也有大量的積累。一、煉丹術的研究成果?史記?記載，煉丹術在戰國之前已有萌芽，比較可靠的時代是秦始皇時期，形成于漢武帝時期。秦始皇墓中“以水銀為百川、江河、大海……〞〔?史記·秦始皇本紀?〕，“丹砂為澒〞〔?淮南萬年術?〕，其中的“澒〞即汞〔?說文解字?中寫道：“澒，丹砂所化為水銀也。〞〕，“丹砂〞即硃砂，是硫磺和水銀的天然化合物〔HgS〕，即可從天然的HgS中提煉Hg。公元前133年時，“〔李〕少君言于上〔武帝〕曰：‘祠〔即祭祀〕灶那么致物，致物而丹砂可化為黃金’……〞。金丹的“金〞指金液，“丹〞指還丹〔又稱靈砂，即人造紅色硫化汞，仙丹即指此〕。所以，最初，煉丹術實際上是人工制造的紅色HgS之術。它是研究物質變化的方術，煉丹術的出現在客觀上為化學的開展積累了知識。.1．?神農本草經??神農本草經?是中國現存的最古老的藥物學著作，成書于秦漢。書中總結了先秦的藥物知識，托名神農。原書已佚，今傳世者為輯本〔即從歷代本草著作中對該書的引文輯成〕。其中講到無機藥物46種。試舉其要：1〕“丹砂：……能化為汞。〞即HgS→Hg↑+S2〕“曾青：……能化作銅〞。“曾青〞是藍銅礦[Cu(OH)2·2CuCO3]，其中的銅可被鐵所置換。?準南萬畢術?中也說到，“曾青得鐵那么化為銅〞。3〕“石膽：……能化鐵為銅〞。“石膽〞是膽礬[CuSO4·5H2O]，投鐵于膽礬水溶液中，膽礬中的銅能被鐵所置換。4〕“水銀：……殺金、銀、銅、錫毒，熔化復原為丹〞。水銀能溶解金、銀、銅、錫而成合金；高溫下，這些合金中的水銀會氧化而成紅色的氧化汞〔HgO〕，即“丹〞，又稱“三仙丹〞。5〕“鈆〔鉛〕丹：……煉化還成九光。〞“鉛丹〞即四氧化三鉛〔Pb3O4〕呈紅色，易被復原為金屬鉛，即所謂“九光〞。6〕“冬灰：……一名藜灰。〞“藜草〞燒成灰，內含碳酸鉀〔K2CO3〕，即堿。我國自古淋溶草木灰，以灰水作堿用；或進而把灰水熬干，成為堿塊。先秦已將楝木灰水用于練絲帛。.2．?論衡?關于磷火的記載，在?論衡?中已記有這種現象，如?論死篇?：“人之兵死也，世言其血為磷。血者，生時之精氣也，不象人形，渾沌積聚，假設燒狀。磷，死人之血也，其形不類生人之血。〞實際上，人體中不僅血液，而且骨骼、腦子中都含有豐富的磷質。尸體埋葬后，其中磷化物就發生復雜的化學變化，可能產生磷化三氫〔PH3〕和少量二磷化四氫〔P2H4〕。P2H4能自燃，從而引起PH3分解，發生氧化反響。兩者中的氫都氧化成水，而磷先氧化成亞磷酸酐，都是發熱發光的燃燒過程；亞磷酸酐氧化成磷酸酐，產生化學發光，即不發熱，只發光。對墓室中的氣體，在?死偽篇?中有記載，如：“亡新改葬元帝傅后，發其棺，取玉柙印璽送定陶，以民禮葬之。發棺時，臭憧〔沖〕于天；洛陽丞臨棺，聞臭而死。又改葬定陶共王丁后，火從藏中出，燒殺吏士數百人。……曰：臭聞于天，多藏食物，腐朽猥發，人不能堪毒憤，而未為怪也。火出于藏中者，怪也；非丁后之神也。〞墓中的尸體腐敗后會產生各種氣體〔物質〕，其中有的有毒性。.3．?周易參同契?丹家在長期的煉丹實踐中，發現了不少化學物品，并對其性質、用途和化學反響等都有一定研究和詳細記載。但其解說、命名和道家法術的詞句帶有神秘、隱諱的色彩。這使人很難理解，進而可到達保密〔不外傳〕的目的。但是，丹家的記錄根本上與近代化學實驗結果相符或出入不大，成為我國古代化學開展的珍貴文獻。著名的煉丹家魏伯陽〔100~170，一說名翱，自號玄牙子，會稽上虞〔今紹興市〕人。用?周易?中的爻象和神權主義思想來說明和論述“修仙〞的方法，把“大易〞、“黃老〞和“爐火〞三家理法參照會同而契合為一，著成該書。這是世界上最早的煉丹術專著。它分為三卷，為后世道家所宗。因為該書能“妙契大道〞，故魏伯陽被奉為“丹經之王〞。后世注解有40余家。.它的意義是，人們成功地把兩種性質迥然不同的單質合成為另一種具有全新性質的化合物，而升華過程改變了物質的形態。這是丹家對化學作出的出色奉獻。?周易參同契?全書6000余字，下面舉例假設干：1〕“河上姹女，靈而最神，得火那么飛，不見埃塵。鬼隱龍匿，莫知所存。將欲制之，黃芽為根。〞其中的“河上姹女〞是汞，“黃芽〞是硫〔也有說“黃芽〞是鉛、黃金〕。這是硫與汞的化學反響，即Hg+S→HgS,硫化汞的性質較為穩定。一般來說，魏伯陽是分幾步來實驗的，即第一步是將硫與汞置常溫下研磨，得到黑色的硫化汞。第二步是把硫化汞控制在一定溫度下進行升華，得到一種與天然丹砂〔紅色〕同一實質的紅色硫化汞，丹家稱為“靈砂〞，又稱為“還丹〞，即“仙丹〞。對于這一步，魏伯陽做了生動的描述：“搗治并合之，持入赤色門，固塞其際會，務令致完堅。炎火張于下，晝夜聲正勤。……候視加謹慎，審查調寒溫。氣索命當絕，休使亡魄魂。色轉更為紫，赫然成還丹。粉提以刀圭，一丸最為神。〞紫色還丹就是紅色硫化汞，為初期丹家所異常重視。反響式為Hg+S→HgS(黑色)→HgS..2〕“龍〔汞〕吸于虎〔鉛〕，虎吸龍精，兩相欲食，俱相吞并。〞汞與鉛可合成合金，魏伯陽認為，可用鉛把流動不居的汞固定下來。3〕“采之類白，造之那么朱。〞從紅褐色的丹砂〔HgS，今名辰砂或朱砂〕中可提煉出銀白色的汞：HgS→Hg+S，而汞又可化合成紅色的丹砂：Hg+S→HgS。4〕“胡粉投火中，色壞還為鉛。〞“胡粉〞是白色的堿式碳酸鉛[Pb(OH)2·2PbCO3]，今稱鉛白。燒煉時分解放出二氧化碳和水蒸氣：2[Pb(OH)2·2PbCO3]+O2→2Pb3O4+2H2O↑+4CO2↑留下的四氧化三鉛再與炭火反響，可復原為灰色的金屬鉛：Pb3O4+2C→3Pb+2CO2↑5〕“鉛外黑，內懷金華〞。灰黑色的鉛可與銅共熔而成為閃閃發光的〔鉛〕青銅。我國古代青銅有銅錫合金、銅錫鉛合金、銅鉛合金三種，后者較稀少。6〕“分劑參差，失其紀綱……愈見乖張。〞這是說，參加化學反響的物質間比例很重要。.煉丹術對化學實驗操作和技術及實驗器具等打下了一定的根底。如煉丹爐、煉丹鼎〔反響室〕、蒸發器、研磨器、冷藏器、曲頸缶曾、坩堝、抽汞器、過渡器等。由此可知，丹家對封閉加熱、蒸餾、過濾、冷凝、抽提的實驗技術積累甚多。我國的煉丹術約于8~9世紀傳入阿拉伯，12世紀傳入歐洲。開始，歐洲術士僅把化學工作限于煉金。16世紀，歐洲化學進入制藥化學時期。煉丹和煉金的方術是化學的先驅。恩格斯說：“化學以煉金術的原始形式出現。〞.4．漆器秦漢時，油漆技術進入新的開展階段。有十個郡縣設有漆器工官。民間漆工經營也相當興旺。?史記·貨殖列傳?說道：“陳、夏千畝漆〞，其人“與千戶侯等〞。長沙市馬王堆出土的漆器是漢初的代表作。漢代的漆器胎有木和麻兩種。以蜀郡〔治所在今四川成都市〕和廣漢郡〔治所在今四川廣漢市〕的金銀漆器最負盛名。我國漆器和髹漆技藝先后傳到朝鮮、日本、東南亞、中亞、西亞和歐洲。.二、物理學的重要成果1．淮南學派的研究淮南學派的成果主要保存在?淮南子?和?淮南萬畢術?中。這兩書均為西漢高祖孫淮南王劉安〔公元前179~前122〕及其門客所著。?淮南子?又名?淮南鴻烈?，今存。?淮南萬畢術?今佚，晉代葛洪?神仙傳?說他“凡幾十萬言〞。1〕“陰陽相薄，感而為雷。〞“燥故炭輕，濕故炭重〞。〔?天文訓?〕2〕“假設以慈石之能連鐵也，而求其引瓦那么難矣！〞“夫燧之取火于日，慈石之引鐵。〞〔覽冥訓〕3〕“有聲之聲不過百里，無聲之聲施于四海。〞〔繆稱訓〕4〕“慈石能引鐵，及其于銅那么不行也。〞“矢之于十步貫兕甲，于三百步不能入魯縞。〞“寒不能生寒，熱不能生熱，不寒不熱能生寒熱。〞“睹瓶中之冰，而知天下之寒。〞〔說山訓〕.5〕“水靜那么平，平那么清，清那么見物之形，弗能匿也，故可以為正。〞“轂之，三十輻各盡其力，不得相害。〞“甑得火而液，水中有火，火中有水。疾雷破瓦，陰陽相薄。自然之勢。〞“水雖平必有波，衡雖正必有差，尺寸雖齊必有詭。〞“假設以隧取火，疏之那么弗得，數之那么弗中，正在疏數之間。〞〔說林訓〕6〕“高陽魋將為室，問匠人。匠人對曰：‘未可也。木尚生，加涂其上，必將撓。以生材任重涂，今雖成，后必敗。’高陽魋曰：‘不然。夫木枯那么益勁，涂干那么益輕。以勁材任輕涂，今雖惡，后必善。’匠人窮于辭，無以對，受令為室。其始成，竘然善也，而后果敗。〞〔人間訓〕7〕“夫純鉤、魚腸之始下型，擊那么不能斷，刺那么不能入。及加之砥礪，摩其鋒鄂〔鍔〕，那么水斷龍舟，陸專刀犀甲。明鏡之始下型，矇然未見形容，及其粉以玄錫，摩以白旃，須眉微毫可得而察。〞〔修務訓〕.8〕“人欲高低而不能，教之用管準那么說；欲知輕重而無以，予之以權衡那么喜；欲知遠近而不能，教之以全目那么快[射]。〞〔泰族訓〕9〕“艾火令雞子飛。〞注釋：“取雞子去其汁，燃艾火，內〔納〕空卵中，疾風因舉之飛。〞〔?萬畢術?〕原理同于“孔明燈〞和熱氣球，但不能實現，因為充滿熱空氣的雞蛋殼的重力大于它受到的大氣浮力。洪震寰用稀鹽酸溶解蛋殼，留下軟膜做上述實驗，也不能飛升。雖然如此，?萬畢術?作者認為，在輕薄容器內充滿熱空氣可以飛升的看法是對的，可以說這是關于最早設計飛行器的理想。10〕“首澤浮針。〞注釋：“取頭中垢以涂針，塞其孔，置水那么浮。〞〔同上〕以人的頭發分泌的油脂涂鋼針，使不親水，那么該針可能在水的外表張力舉托下浮起。11)“取大鏡高縣〔懸〕，置水盆其下，那么見四鄰矣。〞〔同上〕這相當是一種開放式的潛望鏡。大鏡近圍墻水平懸掛，懸鏡要高于墻頭，而鏡面朝下。于院內放水盆〔或另一面鏡子〕，可見隔墻四鄰。.12〕“削冰令圓，舉以向日，以艾承其影，那么火生。〞〔同上〕這是用冰透鏡對著太陽取火的實驗。此冰透鏡最可能是圓球狀的，也可能是扁圓雙凸透鏡。戰國時代的?管子·侈靡?中有“珠者陰之陽也，故勝火〞的記載。中國社會科學院考古研究所曾在湖南長沙市西漢墓中開掘出無色透明的水晶球。?萬畢術?所記冰透鏡取火實驗，可以看到當時的鏡型從圓球向扁圓的轉變。13〕“慈石提〔或拒〕棋〞。注釋：“取雞〔血〕、磨針鐵以相和〔合〕磁石、棋頭，置局上，自相投也。〞“取雞血與作針磨鐵搗之，以和〔合〕慈石，用涂棋頭曝干之，置局上，即相拒不休〞。〔同上〕先將雞血加工成某種膠粘劑，拌入磨針的落下的鐵粉〔作為骨料〕。再將鐵粉加工成棋子的基體。最后用上述的膠粘料給棋子基體粘上棋頭，曬干備用。把這種棋子撒到棋盤上，棋子與棋子間就會發生同名極相斥、異名極相吸的現象。但是，講到“相拒不休〞是不可能的，因為磁鐵礦的磁性較弱，并且棋盤間的摩擦力不容無視，還有地磁的作用。即使用現代磁性最強的人造磁體做成棋子，通過拋光使棋子與棋盤間的摩擦系數降到極小〔甚至接近于理想化〕，并完全屏蔽一切外磁場，也不可能實現“相柜不休〞的情況；因為將棋子撒到棋盤上去，在經過一陣混亂的吸引和排斥后，一旦〔隨機地〕在某個取向上占了優勢，其他棋子都會在此優勢場強作用下整齊地排列起來。每相鄰兩棋子都以異名磁極相向，互相吸引而靜止下來。這就是控制論上的一種自組織過程。?史記·封禪書?記載，漢武帝時的欒大作“斗棋，棋自相觸擊。〞?漢書?上也有“斗棋〞的記載。.2．?論衡?東漢王充〔27~97〕著此書。王充字仲任，會稽郡上虞〔今屬浙江紹興市〕人，曾師事班超和班固之父班彪〔3~54〕。此書涉及到不少物理知識。.1〕玻璃與凸透鏡?率性?：“?禹貢?曰：‘璆琳、瑯玕’者，此那么土地所生真玉珠也。然而道人消爍〔爍〕五石，作五色之玉，比之真玉，光不殊別。兼魚蚌之珠與?禹貢?璆琳皆真玉球也。然而隨侯以藥作珠，精耀如真，道士之教至，如巧之意加也。陽燧取火于天，五月丙午日中之時，消爍〔鑠〕五石，鑄以為器，磨礪生光，仰以向日，那么火束至。比〔此〕真取火之道也。今妄以刀劍之鉤月，摩拭朗白，仰以向日，亦得火焉。夫鉤月非陽燧也，所以耐〔能〕取火者，摩拭之所致也。今夫性惡之人，使之異類乎，可率勉之今為其善，使之異類乎！亦可令與道人之所鑄玉、隨侯之所作珠、人之所摩刀劍鉤月焉，教導以學，漸漬以德，亦將日有仁義之操。〞.這里記述，道人熔化五石是作五色之玉，即彩色玻璃。隋侯按道士傳授的方法，借助于藥品造珠，即玻璃珠。技道之家熔煉五石為玻璃平凸透鏡向日取火。不過東漢時代的玻璃平凸透鏡尚未發現，但水晶平凸透鏡的出土卻有幾件。1980年上半年，在江蘇揚州市邗江甘泉山東漢墓，出土了水晶制平凸透鏡一件，可放大4-5倍。更早些，安徽亳縣博物館開掘該縣南郊元寶坑和董園的兩座東漢曹操的父、祖輩宗族墓葬時，出土5件水晶〔原報導為玻璃〕平凸透鏡。其中2件為扁圓形，3件為扁桃形。“璆琳〞是天青石〔Lazulite,SrSO4，亦名天藍石〕，呈天藍色，有玻璃光澤。“瑯玕〞是尖晶石〔Spinel,AgAl2O4〕，有紅、綠、褐黑諸色，無色透明者罕見，也有玻璃光澤。.2〕潮汐成因和波動現象?書虛?：“浙江、山陰江、上虞江皆有濤。〞“其發海中之時，漾馳而已；入三江之中，殆小淺狹，水激沸起，故騰為濤。廣陵曲江有濤，文人賦之。……濤之起也，隨月盛衰，大小滿損不齊同。〞?變虛?：“魚長一尺，動于水中，振旁側之水，不過數尺，大假設不過與人同，所振蕩者不過百步；而一里之外，淡然澄靜，離之遠也。〞.3〕對冷熱的認識?感虛?：“夫熯一炬火爨一鑊水，終日不能熱也；倚一尺冰置庖廚中，終夜不能寒也。何那么？微小之感不能動大巨也。〞?寒溫?：“夫近水那么寒，近火那么溫，遠之漸微。何那么？氣之所加，遠近有差也。〞“火與溫氣同，水與寒氣類。〞?譴告?：“今熯薪燃釜，火猛那么湯熱，火微那么湯冷。〞?是應?：“儒者言，萐脯生于庖廚者，言廚中自生肉萐，薄如萐形，搖鼓生風，搖鼓生風，寒涼食物，使之不臭。……廚中能自生萐，那么冰室何事而復伐冰以寒物乎？〞?自然?：“夫天覆于上，地偃于下，下氣蒸上，上氣降下，萬物自生其中間矣。〞.4〕雷電成因?雷虛?：“夫雷之發動，一氣一聲也。〞“人為雷所殺，詢其身體，假設燔灼之狀也。〞“夫雷，非聲那么氣也。〞“?禮?曰：刻尊為雷之形，一出一入，一屈一伸，為相校軫那么鳴。〞“氣相校軫分裂，那么隆隆之聲，校軫之音也。魄然假設襒裂者，氣射之聲也。氣射中人，人那么死焉。實說，雷者太陽之激氣也。……陰陽分事〔爭〕，那么相校軫。校軫那么激射。激射為毒，中人輒死，中木木折，中屋屋壞。人在木下、屋間，偶中而死矣。何以驗之？試以一斗水灌冶鑄之火，氣激襒裂，假設雷之音矣。或近之必灼人體。天地為爐大矣，陽氣為火猛矣，云雨為水多矣，分爭劇烈安得不迅？中傷人身安得不死？〞“雷者、火也。以人中雷而死，即詢其身，中頭那么須發燒焦，中身那么皮膚灼燌，臨其尸上聞火氣。……當雷之時，電光時見，大假設火之耀。……當雷之擊，時或燔人室屋及地草木。〞王充認為，雷電是“太陽〞引起的陰陽兩氣的沖突，光聲相伴以出。.5〕靜電和磁性?亂龍?：“頓牟掇芥，磁石引針，皆以其真是，不假他類。他類肖似，不能掇取者，何也？氣性異殊，不能相感動也。〞頓牟是玳瑁，經摩擦帶電，能吸引輕小物體。?是應?：“司南之杓，投之于地，其柢指南。〞司南是杓形磁鐵礦制品，為磁性指南器之初形；其中“地盤〞是用銅器或漆器制成的，其四周刻有八干〔甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸〕，十二支〔子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥〕，加之四維〔乾、坤、巽、艮〕，共24個方向。春秋時已能將硬度為5-7的軟玉和硬玉琢制成各種形狀的玉器，由此可以推測，東漢時已能把硬度只有5.6-6.5的天然礦石琢制成形狀簡單的司南。.6〕關于力的認識對于彈性，在?儒增?中寫道：“儒書言：楚熊渠子出，見寢石，以為伏虎，將弓射之，矢沒有衛。或曰：養由基見寢石，以為兕也，射之，矢飲羽。或言李廣。……車張十石之弩，恐不能入[石]一寸，失〔矢〕摧為三。況以一人之力，引微弱之弓，雖加精誠，安能沒衛？〞對于流體的阻力，在?狀留?中寫道：“是故湍瀨之流，沙石轉而大石不移。何者？大石重而沙輕也。〞“是故金鐵在地，焱〔猋〕風不能動；毛芥在其間，飛揚千里。〞“毛芥在鐵石間也，一口之氣，能吹毛芥，非必焱〔猋〕風。〞按斯托克斯定律，靜止物體在流動的流體中受到的作用力，與流體的黏滯系數和流速，以及物體的線度的大小成正比。王充的觀察顯然是準確的。.7〕儒者辯日?說日?：“儒者或以旦暮日出入為近，日中為遠。或以日中為近，日出入為遠。其以日出入為近，日中為遠者，見日出入時大，日中時小也。察物近那么大，遠那么小，故日出入為近，日中為遠也。某以日出入為遠，日中時為近者，見日中時溫，日出時寒也。夫火光近人那么溫，遠人那么寒，故以日中為近，日出為遠也。二論各有所見，故是非曲直未有所定。如實論之，日中近而日出入遠，何以驗之？以植竿于屋下，夫屋高三丈；竿于屋棟之下，正而樹之，上扣棟，下抵地，是以屋棟去地三丈。如旁邪倚之，那么竿末旁跌，不得扣棟，是為去地過三丈也。日中時，日正在天上，猶竿之正樹，去地三丈也。日出入，邪在人旁，猶竿之旁跌，去地過三丈也。夫如是日中為近，出入為遠，可知明矣。試復以屋中堂而坐一人，一人行于屋上，其行中屋之時，正在坐人之上，是為屋上之人，與屋下坐人相去三丈矣。如屋上人在東危假設西危上，其與屋下坐人，相去過三丈矣。日中時猶人下在屋上矣；其始出與入，猶人在東危與西危也。日中去人近故溫，日出入人遠故寒。然那么日中時日小，其出入時大者，日中光明故小，其出入時光暗故大，猶晝日察火光小，夜察之火光大也。既以火為效，又以星為驗。晝日星不見者，光耀天之也；夜無光耀，星仍見。夫日月，星之類也。平旦日入光銷，故視大也。〞說日中時近是對的，但對成因解釋欠正確。日出時大的解釋是正確的。.3．其他的典籍北魏范陽〔今河北涿州市〕酈道元〔464或472-527〕在其?水涇注·滑水注下?中說：“鎬水北涇〔經〕漢靈臺西，又逕〔經〕磁石門西。門在阿房前，悉以磁石為主，故專其目。會四夷朝者有隱甲懷刃入門，而脅之以示神，故亦曰‘卻胡門’也。〞秦始皇以磁鐵礦石筑阿房宮門，入宮者假設身懷鐵器，會感受到磁力；當因受威脅而表現出神色失常，就會被守門衛兵發現。在明?永樂大典?中亦載：“咸陽縣有磁石門，在縣東南一十五里，東西有閣道，即阿房宮之北門也。假設懷鐵甲入者，磁石吸之不得過，羌胡以為神。〞并引?韋逑西征記?：“秦阿房宮，以磁石為門。懷刃入者輒止之。〞說“不得過〞，“輒止之〞顯然是夸大其詞。.蜀、晉史家陳壽〔233-297〕的?三國志·魏書·武文世王公傳?：鄧哀王沖、字倉舒，少聰察歧嶷。生五、六歲，智意所及有假設成人之智。時孫權曾致巨象。太祖欲知其斤重，訪之群下，咸莫能出其理。沖曰：“置象大船之上，而刻其水痕所至；稱物以載之，那么校可知矣。〞太祖大悅，即施行焉。……年十三，建安十三年疾病，太祖親為請命。及亡，哀甚。陳寅恪認為，曹沖稱象是佛經?雜寶藏經?中記載的一個類似故事的翻版。陳壽死于297年，而?雜寶藏經?是北魏時代〔386-534〕才從古印度梵文譯成中文的。.第三節地學與礦冶一、氣象1．風向器早在殷商時期，就有一種稱為“伣〔xiàn〕〞的風向器，至漢代尚在使用。這是一種在長桿上系以帛條或鳥羽而制成的裝置。漢代還出現了“銅鳳〞、“相風銅烏〞等風向器。西漢武帝于太初元年〔公元前104〕所建的“建章宮南有玉堂，……鑄銅鳳高五尺，飾黃金，棲居上，鳳形，下有轉樞，向風假設翔〞〔?三輔黃圖?，畢源校正本·引言〕。又“長安宮南有靈臺，高十五仞，上有渾儀，張衡所制；又有相風銅烏，遇風乃動。〞〔前書引郭延生?述征記?〕這種裝置后來演變為一種裝飾。.2．測濕?淮南子·天文訓?：“……夏至濕……冬至燥。燥故炭輕，濕故炭重。〞?淮南子·說山訓?：“懸羽與炭而知燥濕之氣。〞實際上是可以通過稱量來測定大氣濕度。?史記·天官書?：“冬至極短，縣〔懸〕土、炭；炭重、鹿角解，蘭根出，泉水躍，略以知日至，要決晷景。〞裴骃?集解?引孟康云：“先冬至三日，縣〔懸〕土、炭于衡兩端，輕重適均。冬至日陽氣主那么炭重，夏至日陰氣主那么土重。〞在冬至前三天，在天平兩端放等重的土和炭。在我國，除旱季在春、雨季在秋的地區外，一般到冬至溫度開始上升。這時由于炭比土易于吸濕，因此天平上炭比土重，進而使炭端下垂，土端上翹。同樣，在夏至前三天，在天平兩端放等重的土和炭；到夏至，由于溫度開始下降，炭失水多于土，而變得輕于土。其實這是一種天平式濕度計，也是最早的測濕裝置，歐洲直到1600年后才有天平式濕度計。王充也有類似的記載，即“天且雨，……琴弦緩〞，即已發現空氣濕度與弦的張力變化的關系，這已包含毛發式濕度計的原理。.3．云霧雨雪西漢董仲舒在?雨雹對?中講：“攢聚相合，其體稍差，故雨乘虛而墜。〞“風多那么合速，故雨大而疏；風少那么合遲，故雨細而密。〞認為雨滴是由小云滴受風合并變重下降而成的。西漢董仲舒、東漢許慎和劉熙認為，雪是云滴或雨滴冷凍而形成的。王充在?論衡·說日?中也寫道：“初出為云，云繁為雨。〞.二、地理1．張騫出使和班超出征〔1〕張騫〔？-公元前114〕，漢中城固〔今陜西漢中市城固縣東〕人。建元二年〔公元前139〕，張騫奉武帝之命出使大月氏。他與匈奴族人堂邑父等100多人親歷匈奴、大宛〔今烏茲別克斯坦、吉爾吉斯斯坦和塔吉克斯坦三國間的費爾干納盆地〕、康居〔在今哈薩克斯坦巴爾喀什湖與咸海之間〕、大月氏〔哈薩克斯坦境內〕的伊犁河流域迤西和大夏〔巴克特里亞Bactria,也叫希臘·巴克特里亞王國，即吐火羅、地在今阿富汗北部興都庫什山與阿姆河上游間〕。.至元朔三年〔公元前126〕，張騫只帶他在匈奴所娶的妻子和堂邑父回國。張騫記述了旅途所到過的烏孫〔今哈薩克斯坦伊犁河中游與吉爾吉斯斯坦的伊塞克湖之間〕，奄蔡〔一作闔蘇、東漢稱阿蘭聊、三國稱阿蘭，今哈薩克斯坦咸海與里海之間〕，安息〔帕提亞Parthia，今伊朗的伊朗高原，以及伊拉克幼發拉底和底格里斯兩河流域〕、條支〔今伊拉克境內〕、身毒〔古印度〕等國。元狩元年〔公元前122〕，張騫又奉武帝命從蜀犍為〔今四川宜賓市〕派出四路使者，企圖開辟前往身毒的捷徑，為在今四川的諸族所阻。元狩四年〔公元前119〕，張騫第三次奉武帝率300人，帶馬600匹，牛羊數以萬計、金帛數千萬錢，出使烏孫。張騫又派遣副使前往大宛、康居、大月氏、大夏、安息、身毒、于賓〔于闐、今新疆和田一帶〕、寧彌、桿彌〔在今新疆于田縣克里雅河古拘彌城遺址一帶〕等國。.張騫兩次出使中亞，將所見所聞諸國情況都向武帝作了報告，這被收入?史記·大宛列傳?中，在地理學上張騫的這些記述作出了重大奉獻。如：·記載大宛務農，種稻麥，出葡萄酒，而多好馬。·發現于田以西，河流都西注西海〔今咸海〕；于田以東，河流都東注鹽澤〔今羅布泊〕。·記載安息人使用鑄有國王頭像的銀幣，在皮革上橫行書寫。·記條支瀕臨咸海，氣候濕熱，種稻，出鴕鳥。·記身毒氣候濕熱，種稻，用象隊攻戰。.〔2〕班超〔32-102〕，字仲升，扶風安陵〔今陜西咸陽市東北〕人，?漢書?作者班固〔32-92〕之弟。東漢時明帝永平十六年〔73〕，從竇固擊北匈奴。竇固以為能，派班超與從事郭恂率吏士36人出使西域。他殺匈奴派駐鄯善和于闐的使節，并廢黜附匈奴的疏勒王。又聯合當地力量，陸續平定莎車、龜茲、焉耆等地貴族叛亂，并擊退月氏的入侵。和帝永平三年〔91〕班超任西域都護。他曾遣甘英出使大秦〔羅馬帝國〕，至條支的西海〔今波斯灣〕而還。他在西域活動31年，功勛卓著。甘英回國后，把沿途見聞介紹出來，收入?后漢書·西域傳?，“皆前世所不至，?山經?所未詳。〞.2．馬王堆出土的西漢地圖馬王堆出土三幅地圖：地形圖、駐軍圖和城邑圖。說明當時水陸交通的開展，需要精確測量的地圖。墓主人是西漢文帝前元十二年〔公元前168〕下葬的。估計這三幅地圖繪于西漢初年，是世界上現在最早的以實測為根底的地圖。這些地圖規定上為南、下為北。比例尺各為：地形圖是1:180000，駐軍圖是1:80000或1:100000..地形圖主要范圍是當時長沙國〔諸候國〕的南部，即今瀟水流域一帶，這局部精度相當高。圖中瀟水及其支流的水道大局部已接近于今圖。營浦〔今湖南道縣〕、南平〔今藍山縣〕、舂陵〔今新田縣〕、冷道〔今寧遠縣〕等城的位置也比較準確。九嶷山和都龐嶺，以及整個流域的地勢，都畫得很出色。這是采用了“重差術〞〔相似三角形對應邊成比例的原理〕來測遠、測高、測城邑大小，并且有了統一的圖例：地形圖中縣治各用方框圍起，鄉和里那么用圓框圍起，對九嶷山采用了類似于今等高線的畫法。.3．?漢書·地理志?班固〔字孟堅〕的?地理志?由三局部組成。第一和第三局部是轉述前人的論著，第二局部為班固的創作。這是一部疆域地理志。班固根據西漢平帝元始二年〔公元后2年〕的行政區域建制為主體，記述103個郡〔國〕及其所轄的1587個縣〔道、邑，侯國〕的沿革。在郡國項下都記有戶口，有些還附記重要的自然和經濟情況；在縣〔道、邑、候國〕項下，分別選記山川、水利、特產和官營工礦，以及著名的關塞、祠廟和古跡等。如在上郡高奴，班固自注：“有洧水，可燃。曰日利平。〞高奴治所在今延安東北，洧水即清澗河。又如西河郡鴻門縣下記：“有天封苑火井祠，火從地出也〞。這是史載最早的天然氣田。?地理志?載有鹽官36處和鐵官48處，以及水道、陂、澤、湖和池等共300處。.4．中外交流漢武帝時，我國與朝鮮、日本之間的海上交通就已開始，朝鮮和日本都出土許多漢代的文物。據?漢書·地理志?記載，武帝時曾派使臣、貿易官員和應募商民，從廣東徐聞和合浦等地出發，能到達印度尼西亞、緬甸、印度、斯里蘭卡等國，開辟了我國與這些國家的海上運輸。在我國南海諸島還發現了漢代的古錢和瓷器，以及唐宋時代的居住遺址。據文獻記載，我國與西方陸路交通，有南北兩路。由于新疆塔克拉瑪干沙漠的阻隔，所以南路沿昆侖山北側西行，北路沿天山南側西行。這兩條路統稱為“絲綢之路〞，全長超過7000km，這是古代最長的一條商路。從地中海東岸的港口，還可由海道西往埃及和意大利半島。.三、地震研究張衡關于地震研究是當時世界地球物理上最杰出的成就。他認識到，地震作為大地振動從震中向四面八方傳播。為了測定震中方向，于漢順帝陽嘉元年〔132〕創造世界上第一架地震儀——候風地動儀。據?后漢書·張衡傳?記載，地動儀用精銅〔精煉的青銅〕鑄成，直徑為漢八尺，形似酒尊。中間有一根“都柱〞，從它向八個方位分別輻射式地安裝八條滑道。每條滑道上都裝設著一個蹺蹺板式的〔曲〕杠桿。每條滑道的外面器外表上都鑄著一條龍。龍的下頜鑄死，上頷那么是活動的，即為杠桿的外端。龍嘴各銜一枚銅球。每條龍下都有一只向上張嘴準備接球的銅鑄蟾蜍。地震〔縱波〕從震中傳到，使器身跟著往前猛動了一下。這時都柱由于慣性而沿著震中方向的滑道向后滑動，壓迫蹺蹺板式的杠桿里端，從而使杠桿外端，即銅龍上頜抬起。這樣它所銜的銅球就掉到銅蟾蜍嘴里。值守人員聞聲會趕來檢查；看哪個方向的龍嘴吐球，就知道哪個方向上發生地震。候風地動儀安裝在首都洛陽的靈臺。據?后漢書·百官志?注載，太史令的屬官有靈臺待詔，在靈臺的42名待詔中，管候風的是三名，可能兼測地震，因而地動儀前才冠以“候風〞兩字。地動儀測定效果很好。據說公元138年，它還測出一次在洛陽無感的隴西地震。.四、冶煉與采礦技術

1．技術裝備從遺址開掘的情況看，西漢冶鐵技術有很大的開展。河南鞏義市鐵生溝和南陽的冶鐵遺址開掘說明，西漢煉鐵豎爐已有較大的規模，有的豎爐高達4m左右。西漢時期采用石灰石堿性熔劑造渣脫硫，并采用把礦石預先破碎，經過篩選使得粒度均勻的整粒技術。歐洲在1000多年以后才有煉鐵豎爐。在河南鄭州市古滎鎮開掘出的煉鐵遺址中，已發現各式熔煉爐19座：〔20座？〕塊煉鐵冶煉爐3座長方形煉爐2座大圓形煉鐵爐6座低溫煉鐵爐1座橢圓形煉鐵爐2座化鐵爐1座煉鐵坩爐5座其中橢圓形鐵爐底面積8.4m2，容積40~50m3。由此可見當時鋼鐵冶煉的大概。.鼓風技術的開展中，秦漢繼承了冶金以橐籥鼓風的技術，所不同的是，當時鼓風動力，不僅使用人力，而且也使用畜力和水力。利用牛馬為鼓風提供動力的裝置，分別稱為“牛排〞和“馬排〞，水力鼓風裝置那么稱“水排〞。據?后漢書·杜詩傳?記載，東漢初年，南陽〔治所在今河南南陽市〕太守杜詩，利用水排鼓風化鐵，以鑄造農具。“水排〞是用水力推動水輪，再用曲柄把水輪的圓周運動轉變為往復運動，再帶動“排〞鼓風。.2．新品種〔1〕灰口鐵和球墨鑄鐵至遲在西漢中期，中國出現了性能比白口鐵更好的灰口鐵。灰口鐵是含石墨的鑄鐵，其中碳分主要是片狀石墨形式，斷口呈深灰色。它具有優良的性能，如可鑄造和切削加工，以及耐磨、潤滑和消震等。河北滿城一號漢墓出土的鐵鍵和軸承都是灰口鐵的制品。灰口鑄鐵中的石墨呈球狀的稱為“球墨鑄鐵〞，機械性能比石墨呈片狀的灰口鑄鐵更好。鞏義市鐵生溝的漢代煉鐵遺址發現了相當于現代Ⅰ級球墨鑄鐵鑄造的農具。現代球墨鑄鐵是1947年研制成功的。.〔2〕炒鋼和百煉鋼西漢時還創造了低溫炒鋼爐、坩堝爐和反射爐等煉鋼爐，已能煉出較高質量的鋼。1968年，河北滿城西漢劉勝墓出土的鋼劍，有的鋼在雜質含量和組織均勻度等方面已接近現代優質鋼的水平。西漢中晚期出現的炒鋼技術是，將生鐵加熱到半液態或半固態，通過鼓風或撒入精礦粉，不停地攪拌，并利用空氣或精礦粉中的氧，使硅、錳、碳氧化而被除去，讓含碳量降低到鋼或鐵的范圍。炒鋼的最早記載見于東漢的?太平經?〔卷72〕。炒鋼技術提供了大量的較為廉價的優質熟鐵和鋼料，促進了從戰國時期形成的百煉鋼技術的開展。.1978年，江蘇徐州市一座小型東漢墓出土一把章帝建初二年〔77〕的“五十湅〞鋼劍。1974年，山東蒼山縣出土東漢安帝永初六年〔112〕的“三十湅大刀〞。1961年，日本大和櫟本東大寺古墓也出土一把我國東漢中平年間〔184~189〕的“百煉炒鋼〞刀，這是“百煉鋼〞之名首見于文物或文獻的銘刻或記載。.3．有色金屬冶煉和防銹工藝在秦漢時期，金、銀、銅、錫、鉛和汞等6種有色金屬的冶煉工藝都已被工匠所掌握。由于鐵的產量提高，并被廣泛用于工具和兵器制造，銅那么被大量用于鑄造其它器物和貨幣。西漢武帝時統一鑄造五銖錢，至西漢末年鑄錢280億枚。位于陜西西安臨潼區驪山的秦始皇兵馬俑博物館展覽大廳兵器陳列柜內展出一把青銅劍，外表履蓋一個含鉻的氧化層。這說明，我國早在距今2100多年前就掌握了鉻鹽氧化防銹工藝。這種工藝分別被德、美兩國的專家于1937年和1950年重新創造出來。.4．采掘1〕采煤冶鐵燃料在西漢初已改用煤，當時叫石炭，這是我國用煤的開始。?史記·外戚世家?：“竇皇后弟曰竇廣國，字少君。少君年四、五歲時家貧，為人所略賣，其家不知其處。傳十余家，至宜陽，為其主人入山作炭。寒〔暮〕臥岸下百余人。岸崩，盡壓殺臥者。少君獨得脫，不死。〞宜陽在洛水畔，伏牛山之北，今宜陽、伊川和西川三縣。此山色如墨，故稱“石墨山〞。2〕采丹砂?漢書·貨殖傳?：“巴寡婦清，其先得丹穴，而擅其利數世，家亦不訾。清寡婦能守其業，用財自衛，人不敢犯。始皇以為貞婦而客之，為筑女懷情臺。〞.3〕天燃氣與石油公元前1世紀，西漢揚雄在?蜀都賦?中講：“蜀都之地璩，……銅梁金堂，火井龍湫〞。這說明，在西漢時，中國人已打井取天然氣。在四川成都邛崍市出土的東漢畫像磚上的煮鹽圖說明，當時可能已用天然氣煮鹽。347年，東晉時成書的常璩的?華陽國志·蜀志?更明確地記載了以天然氣煮鹽的活動。我國是最早利用和開采天然氣的國家。“高奴〔今陜西延長〕，有洧水〔石油〕可燃〞。〔?漢書·地理志?〕這是我國最早的關于石油的記載。.第四節生物學、農學與醫藥學一、生物學1．對雁與天鵝遷飛的觀察?論衡·偶會?：“雁鵠集于會稽，去避碣石之寒，來遭民田之畢，蹈履民田，喙食草糧。糧盡食索，春雨適作，避熱北去，復之碣石。〞2．對鯨集體“自殺〞的記錄?漢書·五行志中之下?：“成帝永始元年〔公元前16〕春，北海出大魚，長六丈，高一丈，四枚。哀帝建平三年〔公元前4〕東萊平度出大魚，長八丈，高丈一尺，七枚，皆死。?京房易傳?曰：‘海數見巨魚’。〞3．?爾雅?中的生物學知識?爾雅?是我國最早的一部解釋古代各類詞義的專著，由漢代學者綴輯漢、周諸書舊文斟酌增益而成，今本19篇。其中?釋草?、?釋木?、?釋蟲?、?釋魚?、?釋鳥?、?釋獸?、?釋畜?7篇，主要是按類解釋各種動植物的通名與別名的。在通名中屬于動物的超過220種，屬于植物的超過140種。.二、農學1．耕作技術〔1〕代田法，在地里開溝作壟，種子播在溝內。待苗長到三葉以上，在壟土上進行中耕除草，并將壟土推填入溝，培到苗根。第二年再反過來，在壟處開溝，溝處起壟，以利保持地力。當時縵田畝產三斛，代田畝產四至五斛。適用于干旱地區和一般地區的旱年〔據?漢書·食貨志?〕。武帝晚年任用趙過為搜粟都尉，在全國推廣“用耦耕，二牛三人〞的方法。趙過創立了“代田法〞，對西周的“三圃制〞輪作法做了重要改進，每畝可增一至二成。他創造并推廣了“耬車〞，它具備了現代條播器的開溝、下種和覆土三種功能，是古代農具的一項重要創造。趙過還推廣了牛拉的大型鐵鏵犁技術〔?漢書·食貨志?〕。〔2〕區田法，深挖作區，不耕旁地，區中密植，有數地利用水肥。適用干旱地區的薄地和坡地〔據?汜勝之書?〕。.2．?汜勝之書??汜勝之書?是西漢農學家汜勝之撰寫的。汜勝之是山東曹縣人，在成帝〔公元前32〕時為議郎，曾以輕車使者在三輔地區提倡種麥，并獲豐收，后升為御史。他所撰寫的?汜勝之書?已佚，現存輯本，為后人從?齊民要術?和?太平御覽?等書中輯得。?汜勝之書?主要總結關中地區農業生產經驗，開展了戰國以來的農學成果。書中論述“趣時〞〔及時耕作〕、“和土〞〔土地利用和改進〕、“務糞〞〔施肥〕、“澤〞〔保堉、灌溉〕、“早鋤〞〔及時中耕除草〕和“早獲〞〔及時收獲〕等六個根本豐產環節。最突出的是區田法和溲種法〔在種子上粘上一層糞作為種肥。〕書中列舉了十多種栽培作物，提出了麥子和谷子的穗選保純法和桑苗截干法，以及復種、輪作、間作和混作等措施。.3．園藝〔1〕溫室栽培?漢書·召信臣傳?記載，漢時太宮園中，冬天“覆以屋廡，晝夜燃蘊火，待溫氣乃生〞，適于種“蔥韮菜茹〞等。〔2〕套種?汜勝之書?記載，在瓜田套種薤或小豆〔采嫩葉作蔬菜〕。〔3〕引種漢使通西域，帶回葡萄和苜蓿，在離宮和別館旁盡種之〔?史記·大宛傳?〕。.4．牧業和副業西漢景帝前元二年〔公元前155〕，在西北建馬苑〔皇家養馬場〕，養馬30萬匹，牧民有3萬多人。先引進烏孫〔今新疆伊犁哈薩克自治州一帶〕良種，又引進大宛馬。東漢時期，朝廷還在四川和云南等地建立皇家養馬場。禽畜鑒定和優選成為專門的技術，?漢書·藝文志?著錄有?相六畜?38卷，?齊民要術?中保存下漢代?相馬經?的內容。東漢名將馬援于建武二十一年〔45〕在洛陽宮鑄銅馬，是良種馬的標準模型。.5.?四民月令??漢書·藝文志?載西漢農書9種，除?神農?、?野老?之外，有四種已下落不明。另三種是?董安圖?〔12篇〕、?蔡葵?〔一篇〕和?汜勝之書?〔18篇〕，劉向和班固肯定它們是西漢人所著。這三部書也只有?汜勝之書?的一些段落〔約3700字〕以引文的形式保存在?齊民要術?中。東漢崔寔〔？~170〕的?四民月令?〔166〕記載了12個月的農事活動，這是我國最早的“農家歷〞，其中關于稻秧移栽和果樹埋枝繁殖法的記載是最早的。崔寔記載了大麻在雌株開花前拔去雄株，雌株就不能結出果實，第一次說明了植物性別與繁育的關系〔見?齊民要術?〕。崔寔還編纂了?農家諺?，其中收載了許多有關氣象知識的諺語，是我國現存最早的有關天氣預報知識的總結。.三、醫藥學秦漢期間，名醫輩出，先進的技術和專著不斷出現，有些在世界上是領先的。秦始皇繼承和開展了秦孝公的醫事制度，設太醫令和太醫丞，以掌管醫藥。西漢時，侍醫李柱國于公元前26年整理醫書，共得醫經7家、216卷，醫方11家、274卷〔?漢書·藝文志?〕。馬王堆三號漢墓出土了公元前168年的帛書醫方中有內科、外科、婦科、兒科和五官科等科，并且針對50多種疾病的280多個醫方和240多種藥品，其中脈法、灸經和醫方。這是我國現存最古老的醫學著作。.1．著名醫家西漢名醫淳于意曾記述了25個病人的“診籍〞〔醫案〕。?史記·扁鵑倉公列傳?中詳記之，這是我國現存最早見于文獻記載的珍貴醫案記錄。淳于意精于望聞問切四診，尤以望診和切脈著稱。據“診籍〞所載，他通過仔細觀察曾發現一病人臉色黃，認為是“病氣〞，斷定為“此傷脾氣〞，到來年春勢必“不能食飲〞，至夏季將“泄血死〞。當時患者毫無不適之感，后來的結局果依他所言。淳于意對某些病因有科學的認識。他在診斷齲齒病人時提出，這是由于“食而不漱〞所致。.張機〔150~219〕，字仲景，以字行世。南陽湼陽〔今河南鎮平縣〕人。拜張伯溫為師。曾任長沙太守，因家鄉瘟疫流行而辭官回鄉行醫。他“博采眾方〞，寫出?傷寒雜病論?、?評病要方?和?口齒論?等著作。?傷寒雜病論?分為“傷寒〞和“雜病〞兩局部，成書于3世紀，是一部集理、法、方和藥于一書的經典醫著。張仲景總結了漢代以前的醫學理論和實踐經驗，在?內經?和?難經?等根底上進一步開展了傳統醫學，提出了“八綱〞〔陰陽、表里、虛實、寒熱〕，確立了八經證治，使中醫的辨證醫治體系更加完整，更有系統，也更加切合實際，對以后中醫治療學和日本經方派產生了重大影響。該書的“雜病〞局部被后人改編為?金匱要略?。.?傷寒雜病論?提出治療原那么397條，收選方劑300多個，其中記治傳染病方30多種。這些方劑的藥物配伍比較精煉，主治明確。有的醫家把此書尊為“眾方之祖〞，或稱它為“經方〞。有些著名效方已經過千百年的臨床實踐考驗，為中醫方劑學提供了開展和變化的依據。?傷寒雜病論?中除了大量的內服方劑外，還介紹了針刺、炙、烙、溫、燙、藥摩、坐藥、洗浴、潤導、浸足、灌耳、吹耳、舌下含藥和人工呼吸等多種具體療法。張仲景的醫學理論和著作，至今仍指導著中醫的臨床實踐和理論研究，是中醫學的重要典籍，是醫生的必讀參考書。其中關于肺膿瘍、黃疸、痢疾、腫癰和腸癰等疾病的辯證和治療，對于癔病〔臟臊〕包括腫瘤在內的腹腫等疾患，都有詳細記載和有效療法。.華佗字元化，別名旉，沛國譙郡〔今安徽亳縣〕人。生活在東漢末〔與張仲景同時代〕。華佗精于各種醫術，尤精外科手術。當疾病郁結于人體內部，用針灸和服藥的方法不能治愈時，他就讓病人先用酒沖服“麻沸散〞，等到病人猶如酒醉而失去知覺時，他對病人施行手術，如切開腹部或背部，“抽割積聚〞，“除去疾穢〞，而后縫合，敷藥膏，四至五天就可痊愈了，一個月就恢復如常了。華佗提倡以體育鍛煉方法防治疾病，延年益壽。他創造了“五禽戲〞，即模仿虎的拍動前肢，鹿的伸轉頭頸，熊的臥倒身體，猿的腳尖縱跳和鳥的展翅飛翔等。借此來增進健康，防御疾病。馬王堆漢墓也出土有類似體操〔氣功〕的圖畫，可見，做體操可能還不是華佗最早提倡的。華佗的弟子很多，雖然他自己未留下專著，但他的弟子卻有所作為，如著名的樊阿善于針灸，吳普著有?吳普本草?，李當當著有?李當當藥條?，等等。.2．醫學專著?神農本草經?是戰國時成書。這是我國第一部系統的藥學專著。此書共收載藥物365種，其中植物252種，動物67種和礦物46種，提到主治疾病名稱170多種；藥物分上中下三品，對各種藥物如何配合應用，以及簡單的制劑都作了概述。書中分述性味、功用和主治，療效絕大局部確鑿無誤，如：水銀治疥瘡，麻黃治哮喘，常山治瘧疾，黃蓮止痢疾，大黃瀉下，莨菪治癲和海藻治甲狀腺腫，等等。首先提出“君臣佐使〞的理論。除了?傷寒論?和?金匱要略?，還有?難經?，這部書以論述中醫根底理論為主，并且也分析了一些病癥、針法和穴位等。?內經?、?難經?、?傷寒論?和?金匱要略?、?神農本草經?構成了中國傳統醫藥學的體系。我國是最早使用殺蟲劑的國家之一。?淮南萬畢術?“夜燒雄黃〔AsS〕，水蟲成列。水蟲聞燒雄黃臭氣，皆趣火〞。即雄黃燃燒放出SO2和AsO3〔砒霜〕可殺蟲。?神農本草經?中也有汞和硫化砷等藥物殺滅寄生蟲的記載。.第五節機械、紡織與土木工程一、機械制造技術1．農機具從考古開掘工作的成果看，各地出土的漢代鐵犁不少。西漢武帝晚年讓趙過向全國推廣“用耦犁，二牛三人〞〔?漢書·食貨志?〕，即二牛挽一犁，三人操作。至遲在西漢晚期出現一人一牛的犁耕法。從山西平陸縣棗園西漢墓室壁畫——牛耕圖中可見，其耕犁已有翻土碎土用的犁壁。山東安丘市、河南中牟縣，以及陜西西安市、咸陽市和甘肅禮縣都有漢朝鐵犁壁出土。戰國時期已有播種用的耬。西漢武帝時，趙過在一腳耬和二腳耬的根底上，創造了能同時播種三行的三腳耬。據東漢崔寔?政論?記載，“其法三犁共一牛，一人將之，下種挽耬皆取備焉。日種一頃。至今三輔尤賴其利。〞其復原的模型陳列在國家博物館。.王充的?論衡·率性篇?：“雒〔洛〕陽城中之道無水。水工激上洛中之水，日夜馳流，水工之功也。〞?后漢書·張讓傳?也記載：“又使掖庭令畢嵐……作翻車、渴烏，施于橋西，用灑南北郊路，以省百姓灑道之勞。〞?率性篇?所記激水之具，當為?張讓傳?所稱的翻車和渴烏。“翻車〞即龍骨水車〔國家博物館有復原的模型〕，西安水田區一直沿用著。“渴烏〞即虹吸管，唐代李賢注文：“渴烏為曲筒，以氣引水上也。〞扇車和水碓，1973年，從河南濟源市西漢晚期墓葬中曾出土陶扇車明器。扇車也一直流傳至今。這是揚棄谷物的糠秕用的機械。最早的記載是西漢史游?急就篇?，時間是公元前100年。東漢桓譚的?譚子新論?中有關于水碓的記載，即“因延力借身重以踐碓，而利十倍杵舂，又復設機關，用驢、驘〔騾〕、牛、馬及役水而舂，其利乃近百倍。〞用腳踏碓舂米成效十倍于杵臼，畜力或水力碓成效百倍于杵臼。.2．紡織工具早在商周時期，已有原始紡車，但紡紗一般仍用紡墜。?說文解字·車部?：“軠：此名最早見于楊雄?方言?：軠，紡車也。〞而用于捻絲作緯線的工具當時稱為“繀車〞。單錠紡車最早見于山東臨沂市銀雀山西漢帛畫。1972年湖南長沙馬王堆西漢墓出土的瑟弦，可能是用紡車將16根絲合股加捻而成。在戰國時期出現的腳踏提綜的斜織機，到漢代才得以普遍推廣使用。江西貴溪縣漢代巖墓中發現過這種織機零件。出現帶有斜織機的漢畫象石的地點有：山東滕州市的宏通院和龍陽店，嘉祥縣武梁祠，肥城市考堂山郭巨祠，濟寧市晉陽山慈云寺；以及江蘇沛縣留城鎮，銅山縣洪樓，泗洪縣曹莊；四川成都曾家臺。.3．奇器奇器是達官貴人們享用的結構奇特的高級用品或玩物，甚至明器。它們采用的機構很巧妙，例如，被中香爐的常平架和七輪扇中的葉輪等。唐代段成式的?酉陽雜俎·物異?：“漢高祖入咸陽宮，寶中尤異者有青玉燈。檠高七尺五寸，下作蟠螭，以口銜燈。燈燃那么鱗甲皆動，炳煥假設晨星。〞這是利用燈火的燃氣推動金屬制的蟠螭〔蛟龍〕的鱗甲開合。據?史記·秦始皇本紀?記載：“始皇初即位，穿治酈山。及并天下，天下徒送詣七十余萬人，穿三泉，下銅〔錮〕而致槨。宮觀、百官、奇器、珍怪徒〔徙〕臧〔藏〕滿之。令匠作機弩矢，有所穿近者輒射之。以水銀為百川、江河、大海，機相灌輸。上具天文，下具地理。以人魚膏為燭，變不滅者久之。〞這里，自動射箭的弩，以機械灌輸水銀，以人魚膏〔儒艮油〕燭為長明燈，反映了當時的技術成就。.東漢工匠丁緩〔諼〕創造了被中香爐、常滿燈和七輪扇。劉歆記述了被中香爐，即“為機轉運四周而爐體常平，可置之被褥〞〔?西京雜記?卷1〕。這種設施是幾個環套在一起，不管外邊如何轉動，內部始終保持平衡。這就保證爐體中的香灰不灑出來。被中香爐是古代機械史上的重要創造之一，是關于萬向支架的最早史料。常滿燈應是一種自動添油的燈具。七輪扇與上面提到的扇車類似，所不同的是，它的輪軸上裝的葉輪不是1個，而是7個。它顯然安裝在室內，借助人力，搖動生風，可以減輕暑熱。漢代，齒輪之類的機件可能已被廣泛應用，如山西永濟市和寧夏鹽池縣的漢代遺址都出土過銅齒輪。陜西永壽和長武兩縣各發現一個漢代鐵制齒輪。其實，據考古發現，從戰國末到西漢初，我國已使用銅和鐵鑄造的齒輪，西漢劉歆?西京雜記?〔卷5〕中記載的指南車和記里鼓車都使用了復雜的齒輪傳動系統。這是世界上最早的控制機械之一，是古代工程制造技術上的最杰出的成就。.4．空氣動力機械空氣動力類器械早在堯舜時代就有人探索，秦漢時代的研究就更深入了。唐代趙昕的?息燈鷂文?：“我聞淮陰[侯韓信]巧制，事啟漢[高祖劉]邦。楚歌云上，或云子房〔張良〕〞。宋代高承的?事物紀原?：“紙鳶俗謂之風箏，古今相傳云是韓信所作。高祖之征陳豨也，信謀從中起，故作紙鳶，放之以量未央宮之遠近。欲以穿地隧入宮中也。〞這是說韓信為謀反而創制風箏，恐怕難以置信。又說是在漢軍攻楚軍時張良創造風箏，把人放到天空，對著楚軍大唱楚歌，這多半也是捕風捉影。這類傳說反映，在西漢初已有風箏，估計其誕生當在戰國時期。.?漢書·王莽傳下?：“或言能飛，一日千里，可窺匈奴。莽輒試之。取大鳥翮為兩翼，頭與身皆著毛。通引環糾，飛數百步墜。莽知其不可用。茍欲獲其名，皆科為理軍，賜以車馬，待發。〞這是第一次失敗的嘗試，但在技術史上仍有一定的地位。關鍵是“取大鳥翮為兩翼〞和“通引環糾〞兩句，實際上是從高處跌下的滑翔。試驗者得以不死，說明這種“滑翔機〞已到達一定的水平。?太平御覽?：“?文士傳?：張衡嘗作木鳥，假以羽翮。腹中施機，能飛數里。〞張衡在公輸般和墨子的木鳶或木鵲的啟發下可能做過這樣的嘗試。.5．運輸工具?說文?中有“{煢車}〔張營切〕，車輮規也，一曰一輪車。從車熒省，聲讀假設煢。〞“輮〞是車輪的外周。成都楊子山二號墓出土東漢畫象磚上有獨輪車的圖案，這說明東漢時已使用獨輪車，且為古代重要運輸工具。隨著航運的開展，我國造船業有較大規模；并具備了很高的技術水平。廣州市曾發現秦到西漢初的規模巨大的造船工場遺址，船場采用了船臺造船與滑道下滑相結合的結構原理，這已同現代造船廠的船臺與滑道相結合的根本原理一致。據船臺長寬計算，當時已能造寬6-8m，長30m，載重50-60T的木船。至遲到東漢，我國已創造船舵，廣州東漢墓出土的陶船模型上有舵。舵的創造是造船技術上重要進步。.6．水運渾天儀117年，張衡主持制造“水運渾天儀〞〔即渾象〕，這是用水流作動力。它是一架完整的天球模型，具有南北極、黃赤道、恒顯圈、恒隱圈、地平圈和子午圈，以及二十八宿中外星官的位置等結構。它可以準確自動地演示天體運行的情況，是現代天象儀的前身。為使渾象能自動旋轉并與天球旋轉同步，張衡還設計了一套齒輪系統，以漏壺的流水為動力來控制渾象的旋轉速度，并使渾象的轉動與地球自轉速度相等。一周一晝夜，可將天象準確地表現出來。借助它不必在戶外觀察就能隨時知道某星中天、某星東升、某星西落。另外，張衡還用一組齒輪系統，推動一個叫做“瑞輪蓂莢〞的機構〔機械日歷〕。用此法可自動地報告日期。這種“水運渾天儀〞實際上是世界上最早的天文鐘。.?史記·秦始皇本紀?記載，秦始皇統一全國后，“以天下兵聚之咸陽，銷以鐘鐻、十二金人，各重千石，置宮廷中。〞這可以看作是鐵器全面取代銅器的象征。而真正實現這一取代，是在西漢中葉。漢武帝于元狩四年〔公元前119〕共設鐵官〔銅器工業的管理處〕48處，分布在陜西、山西、河南、山東、江蘇、湖南、四川、河北、遼寧和甘肅等地。每個鐵官占地從數萬到數十萬平方米，擁有煉鐵爐十余座。“諸鐵官皆置吏率徒，攻山取銅鐵，一歲功十萬人以上。〞〔?漢書·貢禹傳?〕由此可見，當時鋼鐵工業規模之大。?漢書·西域傳?上也載有：“自宛以西至安息國，……其他皆[無]絲漆，不知鑄鐵器。及漢使、亡卒降，教鑄作它兵器。〞說明武帝時，我國生鐵冶鑄技術傳至西域。.二、紡織秦漢之際，絲綢工業已很繁榮，漢朝已設東織室、西織室和服官，出現擁有幾百間廠房和數千名織工的手工場。馬王堆一號漢墓出土了大量的絲麻織品，出土的品種包括紗、羅、綺、錦、綾和紋羅等精美的提花織物，還有凸版著色套印的印花紋，以及屢次套染與媒染相結合的染成的織物，據分析，這些織物的顏色共有36種色相，花型層次清楚，紋樣具立體效果，外觀甚為華美。輕薄的“素紗嬋衣〞和厚實的“絨圈錦〞，突出地反映出漢初的繅、紡、織和染的技術水平。其中的素紗織物在觀感上可與現代尼龍紗相比美。這些紡織品中的細麻布相當于21~23開，經密32~38根/厘米。.早在秦代，就有吳〔今江浙間〕兄弟二人將養蠶、繅絲、織綢和成衣的技術傳到日本。西漢初，我國的絲綢在國外的聲譽很高，并進而將這些技術陸續傳到緬甸和印度，歐洲的國家，以及北美等地。?漢書·張騫傳?記載，我國蜀布經身毒輸往大夏〔今阿富汗〕。?漢書·地理志?記載，漢朝時曾以雜繒與南海諸國貿易。我國使用織機也是最早的。?詩經?中提到“杼柚〞〔zhùzhóu，“柚〞即軸，今作杼軸。朱熹解釋：“杼，持緯者也；柚；受經者也。〞〕，其中“杼〞為梭子，“柚〞為筘〔kòu〕，都是織機上的主要部件。江蘇泗洪漢畫像石有布機圖，布機的主要構件有木泰〔？榛〕經軸、懷滾、馬頭、綜片、躡〔腳踏木〕等主要部件和一個適宜操作的機臺。提花機是從布機開展而來的，但結構要復雜得多，能織出復雜的花紋組織。據?漢書·食貨志?記載，武帝時，一年諸郡輸帛達500萬匹。秦漢時期，我國紡織品經由內大陸“絲綢之路〞遠銷歐洲。公元前113年，西漢劉勝墓的兩套金縷玉衣，各由2000多片玉片組成。研究說明，當時用圓片鋸切割玉片，有的鋸鋒寬僅0.35mm，說明當時已有效