宋韵：登峰造极的两宋文明（三）
五是科技强国
宋代是中国历史上最开明、最富创造力的时代，科学技术突飞猛进，高度繁荣，不仅处于中国古代科学技术发展史的高峰，而且在世界科技史上也居于前列，为世界科技文明作出了重大的贡献。世界著名的科技史家、英国人李约瑟在其主编的煌煌巨著《中国科学技术史》一书的导论中说：“每当人们在中国的文献中查找一种具体的科技史料时，往往会发现它的焦点在宋代，不管在应用科学方面或纯粹科学方面都是如此。”又说：“宋代虽然军事上常常出师不利，且屡为少数民族邦国所困扰，但帝国的文化和科学却达到了前所未有的高峰。”中国古代四大发明中的活字印刷术、火药和指南针三项都产生和应用于这一时期，对人类的贡献是不可估量的。北宋毕昇发明的活字印刷术，是印刷史上的一个伟大创举，它向人类提供了一种更为快速排印书籍的技术，有利于更好地传播知识。欧洲要到十五世纪才知道印刷术，1450年德国人古滕堡首次制成金属活字，这比毕昇晚了400年左右。就火药来说，宋代已经开始向热兵器时代过渡。《武经总要》中已确定“火药”这一中文名称，并且记载了抛射武器、毒气和烟雾信号弹、喷火器以及其他新发明的迅速发展。陈规守德安时发明用长竹竿制枪筒以喷射火焰的“火枪”，是世界上最早出现的原始管形火器，近代的枪炮就是在这种原始的管形火器基础上一步步发展起来的。宋人发明的“突火枪”，是世界上最早运用射击原理制成的管形设计火器，具有了身管、火药、子窠三个基本要素，堪称世界火药枪炮之祖。欧洲制造火药的技术是从中国经阿拉伯传入的，比宋代制造火药的时间至少晚了三四百年。就指南针来说，大约到北宋中晚期，中国航海家开始把这种当时世界上最先进的科研产品——水罗盘装备到远洋船只上，用于远洋航行。这是世界航海史上具有划时代意义的重大技术突破。李约瑟指出：指南针在航海中的应用，是“航海技艺方面的巨大改革”，它“预示计量航海时代的来临”（《李约瑟文集》第二〇篇《中国对航海罗盘研制的贡献》等，辽宁科教出版社1986年）。美国学者德克·卜德说：“如果没有指南针，地理大发现的时代可能永远不会到来。”（德克·卜德《中国物品西传考》，复旦大学出版社1985年）大约在一百余年以后，西方人才从阿拉伯人手中学到用指南针航海的知识。此后，麦哲伦、哥伦布环行地球、发现新大陆之壮举也是建立在宋代航海罗盘发明的技术基础上。
此外，在数学、天文学、医学、建筑工程学、冶金学、生物学、地学以及造船、造纸、航海、农艺、陶瓷烧制等诸多领域，宋人也取得了极其辉煌的成就，这些科技成就不仅超越前代，而且许多远远超过了同时代的欧洲，居世界第一或前列，对人类文明作出了极其伟大的贡献。
在天文领域，北宋时进行了多次较全面的恒星观测。景德三年（1006）关于客星的记载，是世界上著名超新星中的最早记录。苏颂编著的《新仪象法要》，代表11世纪中国在天文学方面的重要成就，他与韩公廉研制的“水运仪象台”，被称为世界上第一座天文钟，占有三项世界第一：其台顶自由拆闭的屋板是现代天文台圆顶的祖先;水运仪象台浑仪的窥管随天象旋转，和近代转仪钟控制的望远镜基本相同;水运仪象台的枢轮运转速度由一组叫“天衡”的杠杆装置来进行控制，“天衡”系统对枢轮的这种擒纵控制作用与现代钟表的关键部件——锚状擒纵器具有基本上相同的作用。杨忠辅制定的《统天历》，以365.2425日为一年，这个数字与西方1582年颁布公历时的数据完全相同，比现代天文学所测数值只差26秒。由此可见宋代天文学发展水平之高。王致远刻石于苏州的黄裳天文图，是中国也是世界保存至今的第一幅石刻天文图。
在数学上，宋代涌现出了贾宪、秦九韶、杨辉等杰出数学家，在中国古代以筹算为主要计算工具的传统数学的发展过程中，达到了登峰造极的地步。如秦九韶的《数书九章》在北宋数学家贾宪首创的“增乘开方法”的基础上，发展成了一种完整的高次方程数值解法。而欧洲直到1891年才由英国数学家霍纳（Horner）创造出类似的解法，但比秦九韶晚了五百年。宋元四大数学家之一的杨辉，是继北宋沈括之后在世界上最早研究高阶等差级数的人。他在《续古摘奇算法》中所列的各色各样的“纵横图”，是世界上对幻方的最早系统研究和记载。
在医学上，宋慈完成了世界上第一本系统的法医学专著——《洗冤集录》，系统地论述了法医学的大部分内容，它比意大利的菲德里（Fedeli）1602年写的欧洲第一本法医学著作早三百五十多年。苏颂于嘉祐六年（1061）编成新的有图的《本草图经》，全书收图933幅，并流传至今，是世界上流传至今的第一部有图的本草书。
在植物和园艺学上，蔡襄《荔枝谱》是世界上流传至今的第一部果树栽培学专著。陈仁玉《菌谱》，是世界上最早的一部菌类专著;陈景沂《全芳备祖》，是世界上最早的植物学辞典，比欧洲要早三百多年;韩彦直《橘录》，是世界上第一部完整的柑橘栽培学著作。其时已经广泛使用的花木促成栽培法——“堂花”（又作“塘花”），是现代园艺业广泛使用的催花法。
在冶金技术上，宋代同样居世界最高水平，這主要体现在：水力鼓风机械的发明，煤炭的广泛使用，冶银工艺中吹灰法，胆水浸铜法、灌钢法的出现和推广，炼铁高炉的改进等。在这一时期，宋人研制出两项炼铁的革新：一种方法用来铸造次等的不均匀的钢;另一种是现代炼钢熔炉的前身，通过鼓冷风反复锻造，来达到脱碳的目的。开始使用焦煤炼铁，是我国冶金史上具有重大意义的里程碑，而欧洲人是在18世纪时才发明焦煤炼铁，比我国至少晚了五个世纪。
在土木工程上，淮南转运使乔维岳负责治理淮河时，在世界上首创二斗门，即复闸形式的运河船闸，从而提高了河运能力。坐落于福建泉州洛阳江入海口上的洛阳桥（又称万安桥），开创了世界桥梁史上“浮运架梁”的先例;又在垫高的江底上建筑桥基，这是现代桥梁“筏形基础”的先驱。淳熙八年（1181），唐仲友造中津浮桥，先按百分之一的比例，用木样制作浮船模型，然后开工建造。无疑，这种先做船模或制作图样、然后造船的方法，是船舶设计工艺中的一个重大突破和发展，它表明了当时人们已对船舶的结构、性能和特点等有了比较深入、系统、全面的认识，并为造船进行理论研究创造了条件。西方直到16世纪才出现简单的船图，比我国晚了三四百年。
在鉆探深井技术上，发明于北宋庆历年间的卓筒井，即用直立粗大的竹筒以吸卤的盐井，其口径仅有竹筒大小，然而能打井深达数十丈，被称为“中国古代第五大发明”“世界石油钻井之父”，比西方早800多年。
在造船技术上，宋代的造船业世界第一，具备了建造超大型船只的实力，实现了车船（即人力驱动的明轮船）、车桨两用战船和海舶隔舱（即水密舱）、船样、船模等一系列居于世界领先水平的发明创造。用于海外贸易的大型远洋海舶载重量大，设计科学，性能优良，已普遍采用水密舱壁技术，提高了不沉性，至今仍是船舶设计中重要的结构形式。“南海一号”的发现，证明了中国是世界上最早发明这项技术的国家。大型海舶“木兰舟”“浮南海而南，舟如巨室，帆若垂天之云，柂 [舵] 长数尺。一舟数百人，中积一年粮，豢豕、酿酒其中，置生死于度外”，如此大规模的海舶，在当时世界上是首屈一指的。令西方造船界为之倾倒的舵约在10世纪传入阿拉伯，可能在12世纪传入欧洲，但平衡舵到18世纪才在欧洲使用。西方直到16世纪才出现简单的船图，比我国晚了三四百年。
在纺织技术上，表现在纺织机具的改进、轴架整经法的出现和腊染法的推广这样三个方面。特别是宋人创制的束综提花机，是当时世界上最先进的丝织生产工具;利用水力驱动的麻纺合线机（水转大纺车），是世界上最早以水为动力的纺织机械。於潜县（今杭州临安）县令楼璹所绘制的《耕织图》，被人誉称为“世界上第一部农业科普画册”。
造纸技术在宋代也发生了革命性的飞跃，那就是硬纤维软化技术的出现和纸药等的广泛应用。两浙地区率先研究成功了以竹茎为原料的造纸新工艺，标志着造纸史新纪元的到来。
宋代科学技术的发达，与统治者的高度重视密切相关。与注重人文主义的唐代不同，宋代则较着重于科学技术方面，朝廷对取得科技上有重要发明之人实行奖励措施。如：冀州团练使石普发明火球、火箭，冯继昇呈火箭制法，唐福进火器，郭谘造战车、弓弩有功，造船务工匠项绾献海战船式，木工高宣设计八车船，石归宋献木羽弩箭，焦偓进铁盘槊，水工高超和王亨创新法使防洪堤合垄有功，僧人怀丙打捞铁牛成功等，都得到了职务晋级或物质上的奖励，这为宋代的科技发展与进步注入了前所未有的强大动力，大大激发了大家的创造热情，推动了中国古代科技的进步。
宋代统治者还十分重视推广先进的技术，整理出版了大量的科学技术专著，如沈括的《梦溪笔谈》、李诫的《营造法式》、曾公亮的《武经总要》、苏颂的《新仪象法要》、杨忠辅的《统天历》、秦九韶的《数学九章》、陈旉的《农书》以及《太平圣惠方》《政和本草》《圣济总录》等，特别是中国科技史中最卓越的科学家沈括所著的《梦溪笔谈》是中国科学史上的里程碑，被西方学者誉为世界上最早的科技百科全书。对有的发明创造，还及时加以推广。如在桥梁建筑中，引进了巧妙的横向抗剪壁和沉箱。造船技术中的船尾舵获得了普遍的应用，并且建造了相当大的航海帆船。在南宋开始推广使用活字印刷术，出现目前世界上第一部活字印本。与此同时，蓬勃发展起来的生物科学也被用来造福人类。宋代涌现出了许多著名的医生，制药学和针灸法等一类古老的医术，也被重新加以整理，种痘术（现代种牛痘的前驱）等一类较新发现也得到推广。
科学技术是第一生产力。在科学技术的支撑下，宋代工业相当先进，各种手工业作坊的规模和分工细致程度都远超前朝，出现了“原始工业化”的现象，即美国学者门德尔斯提出的“传统组织的、为市场的、主要分布在农村的工业的迅速发展”。日本学者宫崎市定甚至认为宋代工业已经发展到了近世资本主义大企业阶段。宋代手工业品的产量为全世界第一，其中一个最能体现宋代“原始工业化”的例子是煤炭和铁的产量。由于煤矿的规模化开采及应用于炼铁，宋代的铁产量表现出飞跃性的发展势头，一些学者因此认为宋代发生了一场“煤铁革命”。据漆侠先生和美国著名汉学家罗伯特·哈特威尔（Robert Hartwell）等研究，北宋中叶年产生铁大致在15万吨左右，产量惊人，可与18世纪初整个欧洲（包括俄国的欧洲部分）的铁总产量大致相当。宋代制瓷业达到了中国历史上的顶峰，制瓷工匠创造性地采用了对陶瓷坯体进行多次素烧和多次上釉的技术，瓷器精美绝伦，大量远销亚洲三十多个国家和地区，甚至远至东非地区。遗憾的是，宋朝最后被落后的元朝蒙古人所灭了。由此，美国历史学家菲利普·李·拉尔夫极其惋惜，他认为：“宋朝时代科学和技术的进步表明，正如约500年后西方出现的情况那样，由于有了坚实的经济基础，中国正处于工业革命的边缘。如果这种革命真正开花结果的话，中国后来的历史无疑会与实际情况大相径庭。”（菲利普·李·拉尔夫等著、赵丰等译《世界文明史》上卷，商务印书馆2006年）