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中国科学技术史稿（修订版） [:1701078128]
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一 奴隶制度的出现与科学技术
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在公元前两千多年，我国原始社会已发展到父系氏族公社末期。由于农业生产和技术的提高，粮食产量比以前增加了，黄河流域的氏族村落中都有许多保藏谷物的圆形袋状、长方形和口大底小的锅底形窖穴。农业的发展又促进了畜牧业和手工业生产的发展。剩余产品和社会分工的出现，逐渐产生了私有制和人们之间的贫富差别。考古工作者在山东曲阜西夏侯遗址发掘的十一座墓葬中，随葬品最多的达一百二十四件，而另一些墓葬中则仅有几件或空无一物。战争的性质也起了变化，战俘不再一律被杀掉。禹当部落联盟首领时，曾大举对三苗进攻，三苗大败后，即“亡其姓氏，踣毙不振，绝后无主，湮替隶圉”【1】，使很多人成奴隶。到这时，奴隶制度产生的社会条件已完全具备了。
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禹死后，他的儿子启在新兴奴隶主贵族的拥戴下，继承了禹的职位。由此原先部落联盟会议民主推举首领的“禅让”制，开始变为父死传子的“世袭”制。阶级社会的帷幕正式揭开了，出现了我国历史上第一个奴隶制国家。夏代从禹开始，到桀灭亡，共传十四世，十七王，统治了四百多年。夏代奴隶制国家的建立和巩固，为我国奴隶制奠定了基础。
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公元前1700年左右，商汤推翻了夏桀，建立起商朝的统治。到商纣自焚亡国，商共传十七世，三十一王，统治了六百多年。这六百年，是我国奴隶制进一步发展的时期。
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其后便是周王朝，它建立于公元前1100年左右。到公元前770年周平王东迁时止，史称西周，西周共传十一世，十二王，统治了三百余年。西周经济比商代有更大发展，呈现出更加繁荣的景象。西周是一个强盛的奴隶制国家，其势力和影响远远超越了商。
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奴隶制度是人类历史上第一个剥削制度。在这个制度下，奴隶主占有生产资料，并且占有劳动者——奴隶，奴隶主可以像对待牲畜一样买卖，甚至杀死奴隶。在今天看来，这是一种最粗暴、野蛮的剥削制度。尽管如此，奴隶制的出现仍然是合乎社会发展规律的进步现象。恩格斯在评价希腊、罗马奴隶制的历史作用时说：“只有奴隶制才使农业和工业之间的更大规模分工成为可能，从而为古代文化的繁荣，即为希腊文化创造了条件。没有奴隶制，就没有希腊国家，就没有希腊的艺术和科学；没有奴隶制，就没有罗马帝国。没有希腊文化和罗马帝国所奠定的基础，也就没有现代的欧洲。”【2】夏、商、西周时代，正因为有了奴隶制，无论是物质文化和精神文化都有很大的发展。如大规模农业生产的出现，各种手工业的兴起，城市的建立，宫殿的建造，文字的形成，科学开始从生产技术中分化出来等，所有这些都是原始社会时期所不可比拟的。
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大规模地利用奴隶的简单劳动协作，对提高劳动生产率，发展生产力有重大意义。甲骨卜辞中留下了大量从商王到各级奴隶主贵族，王室小臣乃至女奴隶主监督大群奴隶从事集体生产的记录。西周《诗经》中的“千耦其耘”“十千维耦”，反映了大规模农业奴隶集体劳动的景象。还有大批奴隶被投进各种手工业作坊，世世代代从事专业劳动。他们的简单劳动协作，同样提高了手工业劳动生产效率。如商代的车，形制已非常精巧复杂，车的附件和马的佩饰名目有几十种之多。制造一辆车，需要由包括木工、金工、漆工、皮革工等方面的熟练工匠密切协作。商、周时期手工业生产的规模和工艺技术水平，达到了前所未有的高度。
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图2－1 甲骨卜辞两片，反映了商代的主要农业劳动者是在监督下进行集体劳动的奴隶
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距今四千多年前的齐家文化和龙山文化遗址中，已发现有少量红铜、青铜锤锻或铸造成的小件铜器，其中有刀、锥和凿等工具。偃师二里头遗址发现了冶铸用的陶制坩埚、陶范的碎块及铜渣。其后，青铜冶铸规模日益扩大。青铜工具的使用提高了农业和手工业的生产效率，促进了奴隶制社会生产力的发展。另一方面，青铜冶铸的大规模发展，只有在奴隶制度建立后，社会出现更大规模分工的条件下才能实现。
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农业、畜牧业和手工业的初步分工在原始社会末期已经出现。夏、商、西周时期，由于青铜农具的逐步推广和用青铜工具加工出来的大量质量较好的木质农具的使用，使农业生产得到很大发展，农业已成为社会最重要的生产部门。许多荒地被开辟，生产技术有了提高，剩余粮食逐渐增多。农业生产的发展和青铜工具的使用，又促进了手工业生产和技术的提高。手工业不但从农业中完全分化出来，形成第二次社会大分工，而且手工业与手工业之间，因制造对象不同、技术条件不同，已有较细的分工。分工越细，技术更易熟练，产品益精。手工业奴隶，因有世传的专门技能，颇受奴隶主的重视，如周公教康叔杀违禁饮酒的人，独对手工业者可以宽恕不杀。【3】这种重视专门技术的风气，一直持续到春秋战国时期。
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图2－2 商代祭祀狩猎涂朱牛骨刻辞
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这一时期，还产生了在历史发展上有十分重大意义的社会分工——体力与脑力劳动者之间的分工。夏、商、西周时期增长了的社会物质财富，开始可以供养得起一些从体力劳动中脱离出来的人，让他们专门从事脑力活动。在商代，管理国家的有商王，其下有“尹”和“卿士”；管理生产的有“小臣”、“司工”；还有一批专为奴隶主贵族服务，从事商品交换的“商人”和以宗教、科学、文化事业为专业的“卜”、“占”、“巫”、“史”等。到西周，脑力劳动者的数目逐渐增多，出现了专门的“士”（知识分子）阶层。只有出现了脑力劳动者，原始社会时期已开始的结绳记事以及某些书写符号（多半是些图画）才可能被整理创造发展为文字。有了文字，各项知识才可能被记录下来，技术也才可能脱离“口传身授”的阶段，这就促使科学开始逐渐以经验科学的形态从生产技术中分化出来。
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二 青铜时代和青铜冶铸技术
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人类古代历史上，生产工具的发展一般分三个阶段：石器时代、青铜器时代和铁器时代。三个阶段的发生，世界上各地区时间先后不同，它们的社会发展阶段和文化水平高低也不一样。我国和古代东方一些国家在青铜器时代就出现了奴隶制国家，而希腊等国家的奴隶制是同铁器时代相并行的。
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所谓青铜，主要是铜、锡、铅等元素的合金。它与纯铜相比，熔点较低，硬度更大，因而具有较好的铸造性能和机械性能。拿硬度来说，纯铜的布氏硬度为35，若加锡5％～7％，硬度就增加到50～65；若加锡9％～10％，硬度就达到70～100。用青铜制造的工具比石器锋利、耐用，用敝后可以改铸。随着社会的发展，青铜器数量与时俱增，到商周时期，已是使用青铜器的极盛时代了。
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青铜器的使用与发展，是社会生产力发展到一个新阶段的标志。青铜的使用是从制作工具开始的。原始社会末期和夏代出现的少量青铜器，主要是生产工具。郑州商代中期铸铜遗址中出土了大量镢范，占此遗址中可辨认的铸范的大多数。这些范没有花纹，是实用的农具，而不是祭祀用的礼器。在殷墟等地还发现了有使用痕迹的铜铲。西周时，青铜农具种类和数量都增加了，从翻土、中耕除草到收割的农具都有用金属制造的，但木、石农具仍在农业生产中继续被使用。青铜制的手工业工具使用更为广泛，种类有斧、斤、凿、钻、刀、削、锯、锥等。商周时候的奴隶主已控制着一支用青铜武器武装起来的军队，所以青铜武器出土数量很大，主要有戈、矛、钺、镞、剑等。出土的青铜礼器和生活用器种类繁多，此外还有乐器、车马器。它们铸造精美，有的小巧精致，有的大而富有气势，如商代晚期的后母戊鼎，重达875千克，称得上是重器。所以，商周时期的青铜器，典型地代表了奴隶制时代高度发展的文化艺术和科学技术水平，成为这一时代鲜明的标志。到战国时期，青铜冶铸工艺还继续有新的成就。
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图2－3 河南偃师二里头遗址出土的铜爵
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青铜的冶铸技术有一个由低级到高级，由简单到复杂的发展过程，大体来说可分为五个阶段。从新石器时代晚期到二里头文化早期为草创期，使用石质和泥质的单面范、双面范铸造形制简单的小件器物。从二里头晚期到郑州二里岗期为形成期，已能使用多块范、芯装配而成的复合范，出现重近百千克的大鼎和早期的器物组合，具有我国特色的陶范熔铸技术基本形成，并已有锡青铜和铅青铜之分。商中期到西周早期是青铜冶铸的鼎盛时期，已经能娴熟地使用分铸法等先进技术，制作出大量精美、复杂的青铜礼器、生活用具、兵器、车马器。大型熔铜炉内径达80厘米，炉温高达1200℃左右。西周中期以后，青铜冶铸的规模和分布地区继续扩大，是陶范熔铸技术的延展期。春秋中期到战国时期，青铜冶铸从较为单一的陶范铸造转变为综合地使用浑铸、分铸、失蜡法、锡焊、铜焊、红铜镶嵌等多种金属工艺，创造了新的器形、纹饰，达到了新的技术高度。铁器使用后，又出现雕镂、金银错、针刻等新的装饰加工技术。
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青铜冶铸业是从石器加工和制陶业中产生、发展起来的。人们在寻找和加工石料的过程中，逐步识别了自然铜和铜矿石。烧制陶器的丰富经验，又为青铜的冶铸提供了必要的高温、耐火材料和造型材料、造型技术等条件。如龙山文化的黑陶，烧成温度约在950～1050℃，已接近铜的熔点；冶铸用的熔炉、水包、型范等都是陶质或近似陶质的；炼铜的燃料木炭也是从烧制陶器时发现的。
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冶炼青铜的方法，开始时是用铜矿石加锡矿石或铅矿石，或者由含多种元素的铜矿石冶炼出青铜；然后发展为先炼出铜，再加锡、铅矿一起冶炼；最后发展到先分别炼成铜、锡、铅，或铅锡合金，然后按比例混合在一起熔炼。这样得到的青铜成分比较稳定，而且可按不同器物的要求改变成分的配比，熔炼时比较容易控制。在殷墟铸铜作坊遗址中出土有一块纯铜，其含铜量高达97.2％，说明它是由铜矿石炼出来作为冶炼青铜原料的纯铜，也说明商代冶炼工艺已发展到后两种较高级的阶段了。商周时期冶铸遗址出土有铅锭，墓葬中还出土有铅制的器物和镀锡的铜盔等，说明当时确能冶炼纯铅和纯锡了。