西方科学技术对中国古代计量发展的影响

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  摘要:古代东西方度量衡有着相当长的历史,中国古代人民以超常的智慧创造出了令世人瞩目的科学技术成就。但是,随着各朝各代封建锁国思想的日益严重,中国的科学技术的发展逐渐落后于西方。明末清初,随着西方传教士将西方先进的计量科学引入中国,中国计量科学的发展也逐步加入了东西方科学文化融合的历史潮流中。
  关键词:西方 古代计量 传教
  
  明末清初,西方传教士来到中国从事宣教工作,他们为了能够顺利地在华进行传教活动,采取了一套以科技开路的办法,通过向中国知识分子展示自己所掌握的科技知识,博取中国人的好感。他在展示这些知识的同时,还和一些中国士大夫合作翻译了一批科学书籍,传播了令当时的中国人耳目一新的西方古典科学。
  1、角度计量的引入
  中国传统计量中没有角度计量。之所以如此,是因为中国古代没有可用于计量的角度概念。中国古人在其日常生活中不可能不接触到角度问题。但中国人处理角度问题时采用的是"具体问题具体解决"的办法,他们没有发展出一套抽象的角度概念,并在此基础上制订出统一的角度体系(例如像西方广泛采用的360€霸残慕欠侄忍逑的茄灾饩龈骼嘟嵌任侍狻C挥型骋坏奶逑担簿筒豢赡苡型骋坏牡ノ唬比灰簿筒淮嬖谙嘤Φ募屏俊K裕糯泄挥薪嵌炔饬浚淮嬖诮嵌燃屏俊?
  在进行角度测量时,中国古人通常是就其所论问题规定出一套特定的角度体系,就此体系进行测量。例如,在解决方位问题时,古人一般情况下是用子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥这十二个地支来表示12个地平方位。在要求更细致一些的情况下,古人采用的是在十二地支之外又加上了十干中的甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸和八卦中的乾、坤、艮、巽,以之组成二十四个特定名称,用以表示方位。但是,不管是十二地支方位表示法,还是二十四支方位表示法,它们的每一个特定名称表示的都是一个特定的区域,区域之内没有进一步的细分。所以,用这种方法表示的角度是不连续的。更重要的是,它们都是只具有特定用途的角度体系,只能用于表示地平方位,不能任意用到其他需要进行角度测量的场合。因此,由这种体系不能发展出角度计量来。
  1606年利玛窦来到中国传教,在传教的同时,他把当时西方先进的科学思想也带入了中国。他和徐光启合作翻译的《几何原本》一书。《几何原本》是西方数学经典,其作者是古希腊着名数学家欧几里得(Euckid,约前325-约前270)。该书是公认的公理化着作的代表,它从一些必要的定义、公设、公理出发,以演绎推理的方法,把已有的古希腊几何知识组合成了一个严密的数学体系。除了在《几何原本》中对角度概念做出规定之外,利玛窦还把360€霸残慕欠侄忍逑到樯芨酥泄U舛杂谥泄慕嵌燃屏渴侵凉刂匾模蛭屏康幕【驮谟诘ノ恢频耐骋唬?60€霸残慕欠侄忍逑稻颓∏√峁┝苏庋恢滞骋坏目捎糜诩屏康慕嵌鹊ノ恢啤U蛭庋庵址侄忍逑当唤樯芙匆院螅溆诺愫芸炀捅恢泄巳鲜兜搅耍庵址侄忍逑岛芸毂恢泄怂邮埽闪酥泄私薪嵌炔饬康牡ノ换>驼庋ü都负卧尽返慕樯埽颐怯辛私堑亩ㄒ寮岸越怯虢侵涞拇笮〗斜冉系姆椒ǎ煌ü犟嫉拇ィ颐墙邮芰?60€霸残慕欠侄忍逑担佣辛吮硎窘嵌却笮〉牡ノ换郑河辛吮冉暇湍芙胁饬浚辛送骋坏牡ノ恢贫龋庵植饬烤湍芊⒄钩晌屏俊R虼耍诱飧鍪焙蚱穑谥泄薪嵌燃屏恳丫辛似浠镜那疤崽跫遥庵智疤崽跫豢季陀牍释ㄓ玫慕嵌忍逑到恿斯欤馐侵泄慕嵌燃屏康靡缘幕R虼耍都负卧尽返囊耄泄嵌燃屏康某鱿值於嘶?
  角度概念的进步表现在许多方面。例如,在地平方位表示方面,自从科学的角度概念在中国建立之后,传统的方位表示法就有了质的飞跃。与此同时,人们还放弃了那种用专名表示特定方位的传统做法,代之以建立在360€胺侄忍逑祷≈系闹赶虮硎痉ā4车那虮硎痉ú痪弑噶慷裙δ埽蛭魏我桓鲎脊潭ū硎灸骋惶囟ㄇ颍谡飧銮蚰谌魏我淮Χ际粲诟妹啤U馐沟闷洳饬烤仁艿搅撕艽笙拗疲蛭辉市矶郧蚰诓孔鼋徊降慕嵌然帧R谋湔庵志置妫匦氡淝晃赶颍员愀髦赶蛑淠茏鼋徊降木富帧U庵中碌?2向表示法就具备这种功能,它的相邻指向之间,是可以做进一步细分的,因此它能够满足连续量度的要求。新的指向表示法既能满足计量实践日益提高的对测量精度的要求,又采用了新的分度体系,它的出现,为角度计量的普遍应用准备了条件。
  角度概念的进步在天文学方面表现得最为明显。受西方影响所制作的天文仪器,在涉及到角度的测量时,毫无例外都采用了360€敖嵌然痔逑担褪且桓鲇辛Φ闹っ鳌N鞣酱倘耸吭谙蛑泄舜谖鞣教煳难е妒保樯芰伺分薜奶煳囊瞧鳎鹆酥泄说男巳ぃ旃馄艟驮畔虺珈趸实凵鲜椋肭笞夹碇圃煲慌滦偷奶煳囊瞧鳌K笾圃斓囊瞧鳎际俏魇降摹U庑┮瞧髟诿髂┮约扒宕奶煳墓鄄庵蟹⒒恿撕艽笞饔谩U庑┪魇教煳囊瞧鳎抟?要兼顾中国的天文学传统和文化特点。随着角度概念的出现及360€胺侄忍逑档钠占埃髦植饨且瞧鞯墓惴河τ茫泄嵌燃屏康牡於嘶?
  2、温度计的引入
  温度计量是物理计量的一个重要内容。清代温度计的引入标志着中国温度计量的基础的奠定。温度计的发明以及随后温度标准的建立都是在西方进行的,在传教士的传教过程中这些西方先进科学技术也随着传入中国。
  中国古人很早就开始了对有关温度问题的思考。气温变化作用于外界事物,会引起相应的物态变化,因此,通过对特定的物态变化的观察,可以感知外界温度的变化。温度计就是依据这一原理而被发明出来的。中国古人也曾经沿这条道路探索过,《吕氏春秋·慎大览·察今》中就有过这样的说法:"审堂下之阴,而知日月之行,阴阳之变;见瓶水之冰,而知天下之寒,鱼鳖之藏也。"
  在我国,具有普遍使用的温度计出现于十七世纪六七十年代,是耶稣会传教士南怀仁介绍进来的。南怀仁是比利时人,1656年奉派来华,1658年抵澳门,1660年到北京,为时任钦天监监正的汤若望当助手,治天文历法。南怀仁介绍到中国的温度计管子的一端是开口的,与外界大气相通,这使得其测量结果会受到外界大气压变化的影响。他并没有将托里拆利和维维安尼已经发明的水银气压计介绍到中国。在新技术发明20多年之后,在解释其温度计工作原理时,仍然采用的是亚里士多德学说,这种做法,未免给后人留下了一丝遗憾。而且,他的温度计的温标划分是任意的,没有固定点,因此它不能给出被大家公认的温度值,只能测出温度的相对变化。这种情况与温度计量的要求还相距甚远。
  1593年伽利略发明了空气温度计。他的温度计的测温结果同样会受到大气压变化的影响,而且其标度也同样是任意的,不具备普遍性。直到1714年,德国科学家华伦海特才发明了至今仍为人们所熟悉的水银温度计,10年后,他又扩展了他的温标,提出了今天还在一些国家中使用的华氏温标。又过了近20年,1742年,瑞典科学家摄尔修斯发明了把水的冰点作为100€埃械阕魑?€暗奈卤辏诙晁颜舛叩叩沽斯矗闪擞胂衷谒眯问较嗤陌俜治卤辍?948年,在得到广泛赞同的情况下,人们决定将其称作摄氏温标。这种温标沿用至今,成为社会生活中最常见的温标。
  通过对比温度计在欧洲的这段发展历史,我们可以看到,尽管南怀仁制作的温度计存在着测温结果会受大气压变化影响的缺陷,尽管他的温度计的标度还不够科学,但他遇到的这些问题,他同时代的那些西方科学家也同样没有解决。他把温度计引入中国,使温度计成为人们关注的科学仪器之一,这本身已经奠定了他在中国温度计量领域所具有的开拓者的历史地位。最终,水银温度计和摄氏温标的传入,使得温度测量在中国有了统一的单位划分,有了方便实用的测温工具
  3、时间计量的进步
  相对于温度计量而言,时间计量对于科技发展和社会生活更为重要。中国的时间计量,也有一个由传统到近代的转变过程。这一过程开始的标志,主要表现在计时单位的更新和计时仪器的改进和普及上。
  就计时单位而言,除去年月(朔望月)日这样的大时段单位决定于自然界一些特定的周期现象以外,小于日的时间单位一般是人为划分的结果。中国人对于日以下的时间单位划分,传统上采用了两个体系,一个是十二时制,一个是百刻制。十二时制是把一个昼夜平均分为12个时段,分别用子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥这12个地支来表示,每个特定的名称表示一个特定的时段。百刻制则是把一个昼夜平均分为100刻,以此来表示生活中的精细时段划分。
  十二时制和百刻制虽然分属两个体系,但它们表示的对象却是统一的,都是一个昼夜。十二时制时段较长,虽然唐代以后每个时段又被分为时初和时正两部分,但其单位仍嫌过大,不能满足精密计时的需要。百刻制虽然分划较细,体现了古代计时制度向精密化方向的发展,但在日与刻之间缺乏合适的中间单位,使用起来也不方便。正因为如此,这两种制度就难以彼此取代,只好同时并存,互相补充。在实用中,古人用百刻制来补充十二时制,而用十二时制来提携百刻制。
  既然十二时制与百刻制并存,二者之间就存在一个配合问题。可是100不是12的整数倍,配合起来颇有难度,为此,古人在刻下面又分出了小刻,1刻等于6小刻,这样每个时辰包括8刻2小刻,时初时正分别包括4刻1小刻。这种方法虽然使得百刻制和十二时制得到了勉强的配合,但它也造成了时间单位划分繁难、刻与小刻之间单位大小不一致的问题,增加了相应仪器制作的难度,使用起来很不方便。
  明朝末年,从西方介绍进来的时间制度,改变了这种局面。这种新的时间单位首先表现在对传统的"刻"的改造上,传教士取消了分一日为100刻的做法,而代之以96刻制,以使其与十二时制相合。对百刻制加以改革的做法在中国历史上并不新鲜,例如汉哀帝时和王莽时,就曾分别行用过120刻制,而南北朝时,南朝梁武帝也先后推行过96刻制和108刻制,但由于受到天人感应等非科学因素的影响,这些改革都持续时间很短。到了明末清初,历史上曾存在过的那些反对时刻制度改革的因素已经大为削弱,这使得中国天文学界很快就认识到了计时制度改革所具有的优越性。
  在计时制度改革的同时也带动了中国计时仪器的发展。中国传统计时仪器有日晷、漏刻、以及与天文仪器结合在一起的机械计时器,后者如唐代一行的水运浑象、北宋苏颂的水运仪象台等。日晷是太阳钟,使用者通过观测太阳在其上的投影和方位来计时。在阴雨天和晚上无法使用,这使其使用范围受到了很大限制。在古代,日晷更重要的用途不在于计时,而在于为其它计时器提供标准,作校准之用。漏刻是水钟,其工作原理是利用均匀水流导致的水位变化来显示时间。漏刻是中国古代的主要计时仪器,由于古人的高度重视,漏刻在古代中国得到了高度的发展,其计时精度曾达到过令人惊异的地步。在东汉以后相当长的一段历史时期内,中国漏刻的日误差,常保持在1分钟之内,有些甚至只有20秒左右。但是,漏刻也存在规模庞大、技术要求高、管理复杂等缺陷,不同的漏刻,由不同的人管理,其计时结果会有很大的差别。显然,它无法适应时间计量在准确度和统一化方面的要求。西洋的钟表的到来改变了这一切。
  最早把西洋钟表带到中国来的是传教士罗明坚。罗明坚是意大利耶稣会士,1581年来华,先在澳门学汉语,后移居广东肇庆。他进入广东后,送给当时的广东总督陈瑞一架做工精制的大自鸣钟,这使陈瑞很高兴,于是便允许他在广东居住、传教。
  罗明坚送给陈瑞的自鸣钟,为适应中国人的习惯,在显示系统上做了些调整,例如他把欧洲机械钟时针一日转两圈的24小时制改为一日转一圈的12时制,并把显示盘上的罗马数字也改成了用汉字表示的十二地支名称。他的这一更改实质上并不影响后来传教士对时刻制度所做的改革,也正因为这样,他所开创的这种十二时辰显示盘从此一直延续到清末。
  传教士引进的机械钟,使中国人产生了很大兴趣。崇祯二年,礼部侍郎徐光启主持历局时,在给皇帝的奏请制造天文仪器的清单中,就有"候时钟三"表明他已经关注到了机械钟表的作用。在上层社会的影响之下,制作钟表的热情也普及到了民间,大致与宫中做钟的同时,在广州、苏州、南京、宁波、福州等地也先后出现了家庭作坊式的钟表制造或修理业,出现了一批精通钟表制造的中国工匠。清廷"做钟处"里的工匠,除了一部分由传教士充任的西洋工匠之外,还有不少中国工匠,就是一个有力的证明。钟表制作的普及,为中国时间计量的普及准备了良好的技术条件。
  西方计量科学的引入为中国了解世界先进的科学技术打开了一扇窗户。中国古代的计量在西方科学大跨步进步以前在世界范围内都是比较先进的。但由于单位不统一和制造技术的落后导致许多计量手段繁琐复杂,给人民的生活造成了很多的不便。西方先进计量科学的引入,不仅使中国古代的统治阶层耳目一新,而且逐渐的融入了人们的生活当中。给人们的生活带来了极大的便利。同时也为中国近代计量科学的发展奠定了基础。
  
  参考文献:
  [1]王立兴. 计时制度考. 中国天文学史文集. 北京:科学出版社,1986
  [2]南怀仁. 新制六仪. 新制灵台仪象志. 上海:上海文艺出版社,1993年.影印本
  [3]南怀仁. 新制灵台仪象志.上海:上海文艺出版社,1993年.影印本
  [4]丘光明、邱隆、杨平. 中国科学技术史. 北京:科学出版社,2001
  [5]李兴华.自然科学史研究. 2003
  作者简介:胡慧勇(1982,10-),男,汉族,山西中阳县人,工作单位:山西省计量监督检定测试所,研究方向:电气安全。
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