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中国科学技术史稿（修订版） [:1701078137]
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中国科学技术史稿（修订版） 第三章 古代科学技术体系的奠基
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（春秋战国时期 公元前770年—前221年）
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中国科学技术史稿（修订版） [:1701078138]
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一 社会大变革与科学技术
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西周末年，奴隶制开始出现崩溃的趋势。公元前770年，申侯联合缯和西夷犬戎进攻宗周，杀幽王。平王接位，被迫东迁，依附于诸侯。从此周王室日益衰微，并开始了我国历史上的春秋战国时期。春秋战国时期是我国历史上奴隶制向封建制转变的社会大变革时代。生产力的发展，为奴隶制的瓦解和封建制的建立创造了物质基础，使社会的变革成了不可逆转的历史潮流。铁器的使用和逐渐推广是这一时期生产力发展的重要标志，给农业和手工业提供了前所未有的高效率工具，大大提高了劳动生产率。铁农具的使用，牛耕的推广，使大规模的水利工程的兴建成为可能，大量的荒地得到开垦，私田的数量不断地增加，从而促使以一家一户为单位以个体经营为特色的小农阶层（佃农和自耕农）的出现。私田和佃耕制的发展，出现了“私门富于公室”的现象，迫使奴隶主贵族不得不承认私田的合法性，打破了公田、私田的界限而一律征税。鲁国在公元前594年实行“初税亩”，意味着井田制正在瓦解。随着在奴隶制内部封建的生产关系开始发生并逐步发展起来，新兴的地主阶级在经济上逐渐取得了有力的地位。这一时期风起云涌的奴隶与平民的反抗斗争和起义，给奴隶主贵族以沉重的打击，客观上为新的封建制的产生和发展开拓了道路。新兴地主阶级顺应历史的潮流，同旧势力进行了长期错综复杂的斗争，在经济上取得胜利的基础上，进一步要求政治上的统治权。到春秋战国之交，各诸侯国陆续实现了向封建制的过渡。新的封建制，基本上适应了当时生产力发展的要求。直接从事生产劳动的人从奴隶制的桎梏下解放出来，他们的劳动兴趣和生产积极性有了提高，新兴的地主阶级为了巩固他们的统治，也需要发展生产。这就使得春秋战国时期，特别是战国时期，生产力得到了前所未有的发展，促成了奴隶社会所不能比拟的科学技术的大发展。
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奖励耕战是各诸侯国进行变法时采用的重要政策之一。这不但可以推进生产的发展，满足统治阶级增加剥削量的欲望，而且可以把农民束缚在土地上，利于统治，是达到富国强兵、称雄争霸目的的一个重要手段。战国初期，李悝在魏国实行“尽地力之教”【1】，以发挥土地的潜力，增加单位面积产量，使魏国一度强盛起来。《管子》一书则反复论证“务五谷”，“养桑麻，育六畜”的重要性，并对天时、地利、人力三者的关系作了深入的讨论，还提出了具体的奖励办法：“民之能明于农事者”、“能繁育六畜者”、“能已民疾病者”等，均“置之黄金一斤、直食八石”【2】以为奖赏。这反映了齐国的重农思想和科技政策。秦商鞅更认为“国之所以兴者，农战也”，“国待农战而安，主待农战而尊”【3】，把农业生产的发展放在国家大政首要的位置上。奖励农桑的政策，对于农业生产的发展和农业科学技术的总结提高，有着十分重要的意义。大规模水利灌溉工程的兴建，也是施行这一政策的结果。这一时期天文学的发展固然与占星术有关，但是农业生产的发展要求有更准确的“天时”，对天文学、特别是历法的发展，更是关键性的动力。
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在农业生产发展的同时，手工业生产也有很大进步。不但旧的手工业部门有了新的发展，而且出现了新的独立的手工业部门，如冶铁业、煮盐业、漆器业等都从这时兴盛起来。尤其是冶铁业随着冶铁技术的不断进展和社会生产的需要，成为当时最重要的手工业部门之一。春秋以前“工商食官”的格局这时发生了变化。在官府手工业之外，出现了私营手工业和独立个体手工业。封建制的生产关系在手工业中也逐渐形成和发展起来。各手工业部门内部明显出现了分工越来越细的倾向。手工业者在社会生活中逐渐取得了相当重要的地位。作为手工业者利益的政治代表，在社会上风靡一时的墨家学派的出现，就是一个说明。与此相应的是，手工业技术取得了很大的进步。手工业生产技术的规范化和对在生产实践中取得的丰富经验，进行科学抽象的初步尝试应运而生。
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由于农业、手工业的发展，商业、贸易发达起来了，城市随着增多与繁荣起来，人口也大为增加。“古者四海之内，分为万国，城虽大，无过三百丈者，人虽众，无过三千家者”，“今千丈之城，万家之邑相望也”【4】，说的正是这种情形。生产和商业活动的扩大，使华夏地区各民族进一步融合，对于科学技术的交流起了良好的作用，并扩展了人们的地理视野，促进了地理知识的丰富和提高。
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春秋以来社会的大变革，还打破了奴隶主垄断文化教育的“学在官府”的局面，私学骤兴，社会上涌现出大量的“士”。“士”一般受过礼、乐、射、御、书、数“六艺”的教育，他们依附于不同的阶级、阶层和社会集团，为之著书立说，奔走呼号。而各诸侯国为了达到称霸或生存的目的，大都采取了所谓“礼贤下士”的政策，用优厚的待遇收养知识分子为他们服务。养士之风颇为盛行，往往在各国诸侯周围形成一个由知识分子构成的智囊团。这些士不但在政治、军事等问题上出谋划策，有的同时从事文化和科学技术的研究。齐威王和齐宣王时期稷下学派的形成及其工作，就是一个典型的例子。在我国古代科学技术史上具有重要意义的《管子》—书，便是齐国这一时期的著作。特别是在战国时期，由于“王室既微，诸侯力政”，“时君世主，好恶殊方”，出现了所谓“蜂出并作，各引一端，崇其所善，以此驰说，取合诸侯”【5】的现象，形成了思想上解放和学术上自由的“百家争鸣”的生动局面。各家或为了发展生产的需要，或为论证各自的论点和实现自己的主张，都不同程度地关心科学技术的进展，以便从中汲取有力的论据，作为达到政治目的的手段。他们对许多科学技术问题，往往从不同的角度进行论述。由于各家思想倾向的差异和对自然现象认识程度的不同，他们有时相互补充，相得益彰，有时针锋相对，彼此辩难。这对发展科学技术，无疑创造了有利的条件。当时知识分子四处游说的风气，使者的频繁往来，各国间时或存在的联盟关系都为“百家争鸣”，也为学术思想和科学技术成果的交流提供了方便。
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这一时期，新兴的地主阶级同没落的奴隶主阶级在思想领域里的斗争十分激烈。反映新兴地主阶级争取社会进步、发展生产要求的唯物主义无神论思潮开始兴起。他们利用在生产斗争中获得的对自然界的认识，力图对自然界的种种现象进行新的解释，向奴隶主贵族宣扬的唯心主义的天命观提出了公开的挑战。这就使人们的思想或多或少地从仰赖上天、信奉鬼神的羁绊中解脱出来，发现了自身的力量，提高了探索自然界固有规律的积极性。他们提出了“人定胜天”的战斗口号，反映了新兴地主阶级的自信和进取精神。这种精神状态和思想武装，对于科学技术的发展有着十分重要的意义。
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春秋战国时期，正值古希腊奴隶制鼎盛的时期。在世界的西方，这时出现了从泰勒斯（Thales，约公元前624年—前547年）到亚里士多德（Aristotle，公元前384年—前322年）、欧几里得（Euclid，约公元前330年—前275年）、阿基米德（Archimedes，公元前287年—前212年）等一批哲学家、科学家。他们大都结成不同的学派，对包括自然科学在内的广泛的问题进行研究，在天文学、几何学、物理学、医学等领域取得了巨大的成就。这一时期成为西方古代科学技术发展的一个高潮时期。而世界的东方，我国差不多也在这一时期内，由于生产力发展导致的奴隶制向封建制转化的社会变革和上述各种因素的推动，科学技术迅速地发展起来，产生了可以与古希腊相媲美的科学家、哲学家和科学技术成就。
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中国科学技术史稿（修订版） [:1701078139]
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二 铁器时代的到来与冶铁技术
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生铁、钢与铸铁柔化术的出现
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我国古代用铁的历史可以追溯到商代。1972年，在河北藁城县出土了一件商代的铁刃铜钺。虽然其铁刃是以陨铁为原料，但它表明先民们已经对铁有所认识，而且已能够进行锻打加工并和青铜铸接成器。对陨铁的加工和铸接，无疑都是在青铜冶铸作坊中进行的。我国人工铸铁技术发明于何时，至今尚难断言，但这项技术至迟始于春秋。在春秋战国之际和战国早期，冶铁术先后出现了三项重大的发展。
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图3－1 长沙出土的钢剑（春秋末期）
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（一）生铁冶铸技术。据《左传·昭公二十九年》记载，周敬王七年（公元前513年），晋国铸造了一个铁质刑鼎，把范宣子所作的刑书铸在上面。铸刑鼎的铁，是作为军赋向民间征收来的，这说明至迟春秋末期出现了民间炼铁作坊，而且已较好地掌握了生铁的冶铸技术。中华人民共和国成立以来相继出土了一些春秋末期吴、楚等国的铁器遗物，其中江苏六合程桥吴墓出土的铁丸和铁条，经金相检测，前者为白口铁铸件，后者是用块炼铁锻成的。这是我国考古发掘关于生铁冶铸器物的最早的实物见证。生铁的冶炼在冶金史上是一个划时代的进步。欧洲一些国家在公元前一千年前后已能生产块炼铁，公元初罗马已偶能得到生铁，但多废弃不用，直到公元14世纪才使用铸铁，其间经历了十分漫长的发展道路。而我国古代只用较短的时间，就实现了这一技术突破，出现了铸铁。这与我国奴隶制时代高度发展的青铜冶铸技术有着密切的关系。因为它从矿石、燃料、筑炉、熔炼、鼓风和范铸技术等各方面，为生铁的冶炼准备了坚实的技术基础。生铁冶炼技术的出现，改变了块炼法冶炼与加工都较费工费时的状况，提高了生产率，降低了成本，使得较大量和较省力地提炼铁矿石、铸造器形比较复杂的铁器成为可能。这就为铁器的普及打下了良好的基础，同时也为我国古代冶铁术的发展开拓了自己独特的道路。
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（二）钢的出现。1976年在湖南长沙出土了一口春秋末期的钢剑，经取样分析，它所用的钢是含碳量0.5％～0.6％的中碳钢，剑身断面可以看出反复锻打的层次。这一新技术的出现给人们提供了比铁更为锐利、坚韧的原料。它对于农具、手工工具尤其是兵器质量的提高，有极深远的影响。
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（三）铸铁柔化术的出现。对洛阳水泥厂战国早期灰坑出土的铁锛和铁镈的研究表明，它们都是生铁铸件经柔化处理而得的产物。铁锛是经过较低温度退火得到的，它是白心韧性铸铁或铸铁脱碳钢件的前身或初级阶段的产品；铁镈则是经较高的退火温度和较长的退火时间处理的，是迄今为止我们所知道的最早出现的黑心韧性铸铁铸件。显然，人们是在不断的实践中，逐渐获得了通过一定的热处理，可以改善白口铁性脆、易断裂等弱点的可贵认识，并且经过了一个摸索试验的过程，才掌握了较完善的热处理脱炭技术。增加了强度和韧性的韧性铸铁的出现，在冶金史上又是一个划时代的事件。它使得生铁广泛用作生产工具成为可能，大大增长了铁器的使用寿命，加快了铁器替代铜器等生产工具的历史进程。欧洲到1722年才使用白心韧性铸铁，黑心韧性铸铁在19世纪于美国研制成功，而我国在战国时期已能生产这两种高强度铸铁，比欧美要早两千年以上。
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这三项重大的技术发明是冶铁生产发展到一定阶段的产物，是人们长期实践的经验总结。而每一项进步都给生产工具的变革以新的推动力，也就直接为当时生产力的发展，提供了有力的武器。
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河北易县燕下都所出土的战国晚期兵器，有一些经鉴定是块炼渗碳钢件，其中多数经淬火处理，这证明淬火技术在生产上已经得到广泛的应用。这时，铸造技术也有所进步，铁范的使用就是标志之一。河北兴隆燕国遗址发现了一批这一时期的铁范，它本身就是精美的白口铁铸件。范有比较复杂的复合范和双型腔，范的外形轮廓和铸件形状相似，壁厚均匀，收缩一致，可以增长铁范的使用寿命。同时还采用了防止铸件变形的加强结构——金属型芯。就是在现代，这也是不太容易处理的技术问题。铁范可以连续使用，铸成的器物比较精细，不必再作太多的加工，有的铁范可以同时浇铸两个铸件。这些都降低了成本，提高了生产效率。战国时期能用铁范铸出壁厚仅三毫米不到的薄壁铸铁件，是一项十分卓越的技术成就。
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图3－2 河北兴隆出土的战国铁镰范
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冶铁业的兴起与铁器的逐渐普及