吴地(江苏南部、浙江北部、安徽东南部)科技简史

江苏南部加上浙江北部湖州一带的一部分,基本是以苏州(古称吴郡)为中心的周围一部分区域,称为吴地,吴文化是华夏文化的重要分支之一,吴地人民科技成就是中国科技史的重要组成部分。几千年来,地域相近、水系相通、经济形态类似及商业、文化的充分交流,使得大运河所连结的苏、锡、常与杭、嘉、湖成为具有共同文化特征的物产富足、人文荟萃的“天堂”。吴地科技在中国科技史上所占的比重,随着不同时代的吴地经济、文化占全国的比重不断上升而呈现线性关系,到明清两代,吴地已成为首都以外最重要的科技舞台。

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诸多文化现象如美术、音乐、服饰等往往具有鲜明的民族性与地区特点,并且随时代而变迁。科学技术则不然,科学的使命在于正确认识客观事物的本质属性、相互关系及变化规律,技术是人类在利用自然、改造自然中总结的方法、经验和基于科学规律的种种发明创造。科学技术在不断进步,但是具体的数学运算、物理实验或者钢铁冶炼都不会因为其执行者的不同与执行时间的不同而改变规律,因此科学技术具有超越国家、地区、民族及时间的客观性。但另一方面,科学技术工作者作为特定地区特定时代的个人,由于所拥有的知识基础和当时生产的需求、历史所能提供的物质条件以及他们所受的教育与环境的影响的不同,往往形成治学方法与哲学观点的差异,因此科技活动、科技队伍常带有某些时代、地区的特点。如从国际上看,英国自牛顿、法拉第到麦克斯韦,出现了一批物理学家,法国是拉普拉斯与傅里叶等数学家的故乡,近代有所谓“哥本哈根学派”。我国有“吴门医派”,乾嘉时代的复古数学派(李锐、焦循)等等。本文限于篇幅,主要探讨吴地科技发展的历史线索、与其他文化现象的相互关系和吴地科技队伍的特点。

第一章
古吴文明的科技曙光

吴地的史前文化遗址表明,自旧石器时代起,吴人的祖先就在太湖流域繁

衍生息。有些遗址中不同的文化层迭压在一起,例如在吴县草鞋山可以清楚地看到十个文化层,这就为判别各类文化的先后次序提供了依据。原始遗址中的墓葬排列有序,一般取南北向(见表1)。同一墓地上各墓葬的方向一致,可能出于对附近某棵大树或山头的崇拜,或依地形自然形成,但在方圆几百公里的范围内的墓葬都取南北方向就意味着当时已能根据天象定方位。原始人类一般都先因日出、日落而有东、西方向的概念,以后再建立南、北的概念。他们对日、月运行的感知及对夜空繁星的观察经验经过代代相传的积累,上升为原始的天文知识,并用于定方向、定时间和定季节。顾炎武指出:三代以上,人人皆知天文。七月流火,农夫之辞也;三星在天,妇人之语也;月离于毕,戌卒之作也;龙尾伏辰,儿童之谣也。(《日知录》)这正说明天象观察在先民生活中各方面的重要地位,并且反映了当时已有二十八宿的萌芽。古代统治者把天文现象与人间祸福相联系,由此产生了星象家。传说中最早的星象家商代名臣巫咸是常熟人(《越绝书·吴地传》中有虞山者,巫咸所出也),他的墓在苏州平门外,因此平门又称巫门(见《吴郡志》卷3)。巫咸是先秦三大星象家之一,他所总结的星表中有44144颗星。1巫咸的名字还屡见于卜辞,《山海经·大荒西经》说他是管理百药的,因此他兼管巫、医。越王勾践也派人在龟山上设立观星台,炤龟,观天象(见《越绝书·记地传》)。

1
原始遗址中的墓葬排列

 

文化类型

年代(B.C.

方向概念

江南青莲岗

马家浜

4500­­­—4000

墓葬头向北(160座)

北阴阳营

4000

墓葬中头向北略偏东(225座)


4000—3500

墓葬中头向南(156座)

良渚

张陵山

3500—2500

墓葬中头向南(27座)

吴地与殷商同时的早期青铜文化首先发现于江宁县湖熟镇。湖熟文化遗址分布在宁镇山脉,在苏、皖两省各有100多处,其特征是文化层堆积在台形遗址(俗称“土墩”)、石器与铜器并用。在这些遗址中发现较多小型铜质兵器及生产工具如铜刀、铜镞、铜斧等等。较大型的有丹徒烟墩山“宜侯矢簋”与武进奄城的匜、尊。前者颇具中原风格,后者地方特色较强;这就引起学者关于吴地青铜文化是独立发展还是向中原学习的争论。南京北阴阳营出土了一只直径为17厘米的炼铜陶缽,内表面有凝固铜液,伴有铜渣多块。出土铜渣、铸范的文化遗址还有湖熟、丹徒赵家窑、句容城头山、镇江马迹山等处。

商代吴地铜器的水准是比不上以司母戊为代表的中原铜器的,吴地铸铜遗址的规模远小于郑州遗址;但大规模采矿炼铜的遗址是在湖北大冶,中原尚无发现。江浙也有许多关于采矿和炼铜的传说和遗迹。《考工记》中有吴越之金锡,此材之美者也的评价,又根据江南特产——吴王金戈越王剑,郭沫若认为春秋战国时,江南吴越既为青铜名产地,则其冶铸术必渊源甚古,殷代末年与江淮流域的东南夷时常发生战争,或者即在当时将冶铸技术输入了北方,他猜测吴越大概是发明冶金术最早的地方2近年来在出土吴王光剑的安徽南陵县发现了先秦至唐各朝代古矿冶遗址40多处,其中仅江木冲遗址就有50万吨弃渣,由此估计此处总共生产过5万吨粗铜,对矿井与炼炉的年代测定结果是公元前800年。3该处铜矿属硫化铜,由硫化铜矿炼铜在技术上比氧化铜炼铜(湖北大冶)要困难得多,且为了多炼铜须先炼含铁的冰铜,然后再炼纯铜。与此相印证的是安徽贵池出土过7件冰铜锭,成分为铜64%,铁34%,硫2%,年代为公元前5世纪(东周)。4因此,这一重大发现表明周代已在此大规模地采掘硫化铜矿并能用冰铜法炼铜。这不仅证实了古代文献中关于吴越出铜材的记载,也为郭沫若的论断提供了有力的依据。

吴地的冶金到了春秋时期又发展到新的高峰。铜锡美材与发达的冶金业有力的促进了本地经济文化的发展。而诸侯战争更加速了兵器制造技术的进步。关于吴地生产的金戈、利剑,在古代文献与文学作品中有大量的记载与赞美。如屈原《国殇》:操吴戈兮披犀甲《战国策·赵策》:夫吴干之剑,肉试则断牛马,金试则截盘匜。古人认为吴越之剑,迁乎其地不能为良,地气然也(《考工记》);其实这并不在于地气,而是由于制作技术精良,刑范正,金锡美,工冶巧,火齐得,剖刑而莫邪也。然而不剥脱,不砥厉,则不可以断绳。(《荀子·强国篇》)用现代的语言讲就是用优质的青铜浇铸在标准的型范中,由能工巧匠加以适当热处理,锻打使内部致密且可以除去杂质,最后经过磨削,才能制得莫邪那样的好剑。这些记载基本上为考古中大量出土的吴越青铜武器、农具所证实,其中铸有吴王、越王名的剑就有十多件;农具中则有收割水稻用的著名的锯齿铜镰,南陵出土的吴王光剑5通体无锈呈青光,刃部锋利如初硎。

吴国的短兵器中还有,即弯头刀,吴钩与剑一样,也为历代诗人所咏叹。《吴越春秋·阖闾内传》中记载吴王以百金赏钩师。短兵器只用于护身及格斗,车战、水战须用弓箭及长柄武器如戈、矛。出土兵器中有吴王僚的戈,援长16厘米,胡长9厘米,内长8厘米,纹彩斑斓,锋刃犀利;戈在当时是主要兵器,干戈成为战争的代名词(干为盾)。吴王夫差矛长29.5厘米,虽有锈蚀,锋刃仍利,脊上开有血槽。吴冶是吴国争霸的主要物质基础。吴越军人在连年战争中手持吴戈越剑拼杀,造成了尚武好斗的民风,以至直到汉代人们还说吴越之君皆好勇,故其民至今好用剑,轻死易发(《汉书·地理志》)。用短剑去谋杀(专诸、要离)及以剑自尽(伍员、夫差)等事例也是尚武风气的一种反映。

吴国最著名的冶铸能手是干将与莫邪。《吴越春秋·阖闾内传》记载了他们冶钢铸剑的壮观场面。由于炼钢铁所需的高温及技术上的难度在当时远超过炼铜,才会使古人惊讶、赞叹并添上神话色彩,见诸文字就成为这段我国炼钢铁最早的记载。采五山之铁精、六合之金英是因为江南一带缺少富铁矿,须在贫矿中选取个别含铁量高的矿石;而且江南多为硫铁矿(如马鞍山、苏州潭山),当时已能用硫化铜矿经过冰铜来炼铜,炼铁就是从这种方法发展而来的,所以干将仍加入铜矿石(金英)。候天伺地,阴阳同光,是说要选择合适的时间与地点,炉温非常之高,使地面(阴)照得与天空(阳)一样亮,并且地面烟雾与天上云气相连,以至于百神临观,天气下降而金铁之精不销,烧了3个月,还未成功,说明炉温不够,铁还原得很慢也不能熔化。干将的妻子断发剪爪,投于炉中,来代替他们师傅以人殉炉的做法。当人不能完全掌握自然的奥秘时便有某种崇拜产生,以人血涂铜的钩师和干将及其师傅的做法都是例证。其实真正有效的方法是使童男童女三百人鼓橐装炭,用炭作燃料比烧木柴可达到更高的温度,鼓风则加速燃烧且可采用更大的炉膛因而温度又可提高。金铁乃濡,遂以成剑。当达到1100时,铁的还原率提高并且含碳量高的生铁开始熔化(纯铁熔化点为1535℃,含碳2%的生铁的熔点1137℃)。阳剑干将“作龟文”,阴剑莫邪“作漫理”,剑表面有这些花纹可能是反复锻打后的痕迹,也可能是作某种化学处理的结果,但这批剑非常锐利,可从“剑成而吴霸”,并使讨剑的晋师“士卒迷惑,流血千里”,立刻“三军破败”(《越绝书·宝剑记》),其效果大大超过在此之前的其他兵器,说明它们应是钢剑,而且是历史上初次出现于战场。干将莫邪的冶炉中所烧的极可能是中国炼钢史上的第一把火,因而后来被传颂。

《越绝书》专为宝剑列传,从中看到吴国的干将制成了锋利的铁剑,楚王请干将、欧冶制铁剑,他为铁剑的威风“大悦”,风胡子告诉他“轩辕、神农、赫胥之时;以石为兵,…至黄帝之时,以玉为兵,…禹穴之时,以铜为兵,…当此之时,作铁兵”,可以“威服三军。天下闻之,莫敢不服”。这段话正确反映了人类使用粗石器、磨制石器、铜器、铁器的历史顺序,也说明新的工具对于发展生产力、提高战斗力的重大意义。有人因吴国铁剑仅见诸文字以及战国铁剑出土在楚、赵之地而非在吴地而怀疑干将是否真正炼成钢铁。我们认为吴地是由制铜剑而发展为制铁剑的。干将剑乃铁剑之始祖,数量极少,抗锈性可能尚差,不易保存,不易发现是正常的。吴、晋之间有交流,吴地后属楚国,晋地、楚地出土的剑也可能来自吴地,铸楚剑、赵剑未必无吴匠参与。况且现在还不能说考古已经完全充分,绝不会再发现铁制吴剑。从现有实物看,毕竟目前发现全国最早的人工冶炼的铁器是吴地的六合铁条铁丸。

经鉴定,六合东周墓的铁条是块炼铁锻成的,铁丸是白口铁铸造的。在1000℃左右还原成的块炼铁中固态的小粒铁不易凝聚且含有很多杂质(不像现代高炉炉温高,液态铁可浇铁锭,杂质成渣液另行排出),必须趁热反复锻打挤出杂质,并使铁的质地致密。六合铁条因锈蚀成层状,明显看出杂质及锻打的痕迹。六合铁丸是白口铁,这是碳化三铁与铁奥氏体在1150℃下共晶生成的,铸造性能稍好,质硬而脆,耐磨,适合于制犁铧等农具。6苏州的干将坊、浙江北部的莫干山都是传说中的遗址,苏州相门外有干将墓(《吴郡志》卷三、卷三九)。顾颉刚先生在1950年去相门外实地踏勘,找到干将泾畔的欧冶庙,沈勤庐还在干将墓边发现几副陶范碎片,因其色红质重而疑其含铁质7,这映证了《吴门表隐》中“匠门外有干将墓,土宜锻铁”的记载。宋代沈括在解释吴国名剑的名称时认为,“湛庐”是说钢铁表面乌黑发亮,“巨阙”是由于钢质剑刃太硬,砍出了缺口,“鱼肠”是指剑表面的花纹像鱼腹内肠子(见《梦溪笔谈》卷十九)。因此,干将炼钢制剑的事迹应该说还是可信的。

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