第8章 中国古代科技史(7)
“九州”部分首先依据河流、山脉、海洋作为天然界线，将全国分为9个区域，即冀、兖、青、徐、扬、荆、豫、梁、雍九州，然后，依次叙述九州内的各项地理内容。这种以天然界线吲分区域的做法，在现代地理学上叫做自然区划，具有很高的地理意义。各个自然区域之间，不仅山脉、河流、湖泊不同，而且气候、土壤，植被、物产也不同。《禹贡》根据各州自然条件的差异来定田赋的等级，这在当时是很科学、很合理的事情。《禹贡》描述的九州自然条件差异，以土壤、植物最明显。在九州范围内，由于南、北方的水分、气温不同，形成了不同的土类。《禹贡》是中国第一部讲土壤分布和分类的著作，也是世界上最早的土壤地理著作。
“导山”部分描述了4列山系。因此《禹贡》也可以说是中国古代出现的最早描述山脉系列及其分布的著作。
“导水”部分叙述了黄河、长江、淮河、洛水、渭水、汉水等9条河流的水源、流向、流经地、所纳支流以及河口等内容，还记载了荣泽、菏泽、大陆等10个湖泊。可见，《禹贡》还是中国古代最早的陆地水文地理著作之一。
“五服”部分反映了中国古代统治者的地域观念和传统方式。“服”这种地域因距离京城远近而改变赋制，距离越远，其政治影响也随之减弱。每服四方各500里，层层外延，成甸、侯、绥、要、荒五服。统治者对各服施行的统治办法是不一样的，距离京城近的关系密切；相反，则关系比较松散。由此可见，《禹贡》还是我国最早的政治地理著作。
候风地动仪和地震观测
候风地动仪是世界上第一架测验地震的仪器，由中国东汉时期天文学家张衡（78~139年）于汉顺帝阳嘉元年（132年）制成。
候风地动仪用精铜铸成，其外形像一个大酒樽。地动仪里面设有精巧的结构，主要有竖立于仪体正中的“都柱”（相当于一种倒立型的震摆）和“都柱”周围同仪体相连接的“八道”（8组杠杆机械）。“八道”分别置于东、西、南、北、东南、东北、西南、西北8个方向上。在樽的外面相应地设置8条口含铜珠的龙，每个龙头下面都有一只蟾蜍张口向上，一旦发生地震，“都柱”因受到震动而失去平衡，这样就会触动“八道”中的一道，使相应的龙口张开，铜珠即落入相应的蟾珠口中，由此便可知道地震发生的时间和方向。
据史料记载，候风地动仪曾成功地记录了发生于汉顺帝永和三年（138年）发生在甘肃临洮一带的一次地震，从而证明了它的准确性和可靠性，这是世界上第一次由观测得知地震发生方位的实录，类似的仪器，在欧洲到公元1703年才试制成功。
《汉书·地理志》
《汉书·地理志》是中国第一部以“地理”命名的著作，也是历代记述疆域政区的始祖，为班固首创，这种体例为中国两千年来沿革地理著作树立了楷模。
《汉书·地理志》的内容由3部分组成，第一部分叙述从黄帝时代到汉帝这一段时间疆域变迁概况，转录《禹贡》、《周礼·职方》的全文。第二部分叙述汉朝地理，这是《汉书·地理志》的主体。以汉平帝元始二年建置的行政区域为纲，按照行政区域大小的划分，一一叙述了当时的103个郡（国）及其所辖的1587个县（道、邑、侯国）的建制沿革以及各郡县的户口数字、山川湖泽、物产、水利工程、古今重要聚落、关塞和名胜古迹等。另外，《汉书·地理志》包括了许多珍贵的地理资料，比如它记载的石油产地是最早的，它记载的户数和人口数也是最早的。根据《汉书·地理志》记载的数据，可以给出西汉元始二年全国人口分布图，矿产分布图和手工业分布图等。第三部分转录刘向《域分》及朱赣《风俗》的有关内容。
《汉书·地理志》是中国第一部以疆域政区为主体、为纲领的地理著作。它开创了我国撰写疆域地理志的新体例。《汉书·地理志》是二十四史内16部《地理志》中最好的一部。《汉书·地理志》又是一部重要的历史地理著作。不少汉以前古籍所记载的地名都是由于《汉书·地理志》用汉地名予以注释，后人才知道它们的正确位置。《汉书·地理志》是一篇史料价值很高的古代地理文献，是中国地理学史上一部划时代的代表作。
《水经注》
《水经注》是中国古代地理名著，北魏郦道元（？一527年）撰。原40卷，北宋初已亡佚5卷，后人分割35卷以足40卷之数。它的写作形式是为汉末水系专著《水经》作注，先列《水经》经文，后写注文，以水道为纲，连带叙述流经地区的山陵、湖泊、郡县、城池、关塞、名胜、亭障以及土壤、植被、气候、水文和社会经济、民俗等各方面情况，还记载了各地有关的历史故事。书中记录作者所见的碑刻，共300余块，把它们作为帮助确定水道流经的依据。郦道元注意到水道源头的伏流和故河道之下还有相当多的地下水等现象，对于水源的大小、湖泊的盈竭、水色的清浊、泥沙的堆积、洪水的涨落等水文变化，都很重视。《水经》只记载了水道137条，而《水经注》却有1252条，增加8倍多，注文共约30万字，也比经文增多2C倍。在内容和文字上都大大超过了《水经》，成为当时空前的地理巨著。
《水经注》不仅在中国是十分杰出的，就是在当时世界地理文献中也是无与伦比的。它是中国北魏以前地理学的一次全面总结，同时又体现了北魏地理学的新进展。《水经注》是一座异常丰富的文化宝库，除了地理学的成就外，还在历史学、民族学、考古学、碑版学、语言学、文学等方面有突出贡献。
《使契丹图钞》
《使契丹图钞》是最早的立体模型地图，是中国北宋科学家沈括（1031—1095年）创制的。
沈括在任河北西路察访使出使契丹时，沿途仔细勘察了边境的山川地势情况之后，绘制成这幅名为《使契丹图钞》的地图。为了便于研究，沈括创造性地用面糊和木屑制成有山川、道路、地形的立体模型地图。当时正值天寒地冻，绘制的木屑被冻坏，遂改用木屑和蜡来制作。以后，沈括又制成木刻立体模型地图进呈宋神宗，神宗皇帝十分赞赏，命边疆各州仿效。这种立体模型地图，是我国首创，比西欧早600多年。
“海拔”概念的最早提出
以平均海水面作标准的高度叫海拔。中国元代著名科学家郭守敬（1231~1316年）在中国和世界上最早将“海拔”概念应用于地理和测量学。
郭守敬在从事水利工程规划、测量中指出：“以海面较京师至汴梁地形高下之差，谓汴梁之水去海甚远，其流峻急，而京师之水去海至近，其流且缓，”（《元朝名臣事略》）。由此，郭守敬推断出北京相对于海平面的高度要低于开封的结论，在中国首次提出“海拔”的概念，比德国数学家高斯要早560年。
《广舆图》
《广舆图》是中国最早的分省交通地图集，明代学者罗洪先（1504~1564）绘制。在地图学的研究中，罗洪先极为注重实地考察，他“考图观史”，发现当时地图多疏密失准、远近错误，于是亲自外出调查收集资料，重新编制成内容丰富、质量高的地图。
罗洪先根据他到全中国各地游历所获得的丰富地理知识，历经10余年增补《舆地图》，于1541年绘成《广舆图》集。《广舆图》继承了《奥地图》的许多优点，克服了不足，从而把中国古代绘图技术发展到一个新的高度。从明嘉靖三十四年（1555年）的刊本来看，每方格18毫米折地500里，比例尺约为1：15500000。北直隶图每方格17毫米，折地百里，比例尺为1：3200000。《舆地图》“长广七尺，不便卷舒”，罗洪先把它改为地图集形式，总计有图45幅，其中总舆图1幅，两直隶十三布政司16幅，九边图11幅，黄河图3幅，漕河图3幅，海运图2幅，洮河、松潘、虔镇、麻阳诸边图5幅，朝鲜、朔漠、安南、西域图4幅。除16幅分省是根据《舆地图》改绘外，其余均为罗洪先增补。由于域外地理资料缺乏，有些图幅罗洪先只能从元人李泽民的《声教广被图》中按原样描绘下来。《广舆图》以前的地图已有各种图例，但没有明文记载其称呼。罗洪先使用图例24种，已明确记载其名日“类从辨谱”。这是中国明确记载图例名称并大量采用符号代表地形地物之始，远早于西欧国家。另外，在每个省区地图的背面附有图叙、表解，补充说明每个省区的沿革、形胜、府、州、县所辖的范围和计征田赋数字等。
《广舆图》在明清两朝共刊印了7次，手抄1次。16、17世纪的中国地图，多数以《广舆图》为蓝本，可见它涉及范围之广，流传时间之长，对后来的地图影响之大。
《徐霞客游记》
《徐霞客游记》是以日记体为主的中国地理名著，明末旅行家徐霞客（1587~1641年）所著。
徐霞客经30多年旅行，写有天台山、雁荡山、黄山、庐山等名山游记17篇和《浙游日记》、《江右游日记》、《楚游日记》、《粤西游日记》、《黔游日记》、《滇游日记》等著作，除散失者外，遗有60余万字游记资料，死后由他人整理成《徐霞客游记》，世传本有10卷、12卷、20卷等数种。该游记主要按日记述作者1613至1639年问旅行观察所得，内容涉及地貌、地质、水文、气候、生物、人文地理、民俗、风俗等，其中尤以地貌、水文、生物、人文地理的内容最多，成就最大。徐霞客在地理学上的重要成就有：地貌学方面的成就包括岩溶地貌、山岳地貌、红层地貌、流水地貌、火山地貌、冰缘地貌和应用地貌7个方面，对喀斯特地区的类型分布和各地区间的差异，尤其是喀斯特洞穴的特征、类型及成因，有详细的考察和科学的记述，他是中国和世界广泛考察喀斯特地貌的卓越先驱，他对热带岩溶地貌的考察，比德国荣格胡恩（F.Junghuhn）早200多年，在洞穴学方面取得的成就比德国瓦尔瓦索（J.W.Valvasor）早半个世纪。水文学方面用较大的篇幅描述了各地的水体类型及其水文特征。书中记载大小河流551条，湖泽59个，潭、塘、池、坑131个，沼泽8个，海2个。记载了河流水文包括河流的流域范围、水系、河流的大小、河水的流速，河水的含沙量、河流水量的变化、河水水质、地形与水文的关系等。书中对湖泊水文、成因、沼泽的物理性状、沼泽的水文特征作了描述，对地下热水、盐泉以及地表水与泉水的相互关系也作了论述。观察记述了很多植物的生态品种，所记载植物总数约150余种（不包括粮食作物和蔬菜）。其中以云南最多，62种，占41%；其次是广西，约30种，占20%；其他地区则只记当地特殊的植物。明确提出了地形、气温、风速对植物分布和开花早晚的各种影响。人文地理学方面，记录了各地的手工业、工矿业、农业、交通运输、商业贸易、城镇聚落的分布和兴衰更替、少数民族地区的政治风俗等。
《徐霞客游记》被后人誉为“世间真文字、大文字、奇文字”。英国的科技史专家李约瑟在其主编的《中国科学技术史》一书中评价道：“他的游记读来并不像是17世纪的学者所写的东西，倒像是一部20世纪的野外勘察记录。”
《皇舆全图》
《皇舆全图》是中国清康熙时绘制的全国地图，又名《皇舆全览图》、《清内府一统舆地秘图》。康熙四十七年至五十八年（1708~1719年）绘制而成。
在绘制过程中吸取了欧洲制图理论中考虑大地是球面的优点，采用了当时世界最先进的经纬度测绘法，先后在全国大部分地区进行了实地测绘。测绘结果由白晋等人统一审校、缀合，“58年完成，为全图一，离合凡32帧，别为分省图，省各一帧”。全图比例尺约为1：140万至1：500万。该图是我国第一部实测的在当时为最详细的地图，也是研究中国清代康熙以来历史地理变化的重要资料。
《皇舆全图》的绘制，是我国乃至世界测绘史上的一件大事。英国当代著名科学家李约瑟在他所著的《中国科学技术史》中说：这部地图“不但是亚洲当时所有的地图中最好的一幅，而且比当时所有的欧洲地图都更好、更精确。”
物理学
《墨经》中的物理学思想
《墨经》是墨家学派的主要著作。墨家是战国时期的一个重要学派，其创始人墨子是伟大的教育家、思想家和政治家，也是一位有卓越贡献的自然科学家，被后人誉为“科圣”。《墨经》可以说是中国古代的一部百科全书，记录了多种自然科学知识，特别是在时间、空间、物质结构、力学、光学等物理学方面，尤为突出。
《墨经》认为物质有最小的单元，并且把它称为“端”，有限的物体具有有限可分性，而端具有非半（不可分）的性质。西方原子论中的atom（原子）原意便为“莫破”，与“端”的意义是相同的。可见墨子在公元前5世纪就已经提出了与古希腊留基伯的原子论相同的思想。
在力学方面，《墨经》认为“力，刑之所以奋也”，“力，重之谓。下，与，重奋也”。“奋”可理解为由静而动，由慢而快的意思。“刑”，指有形物体。认为力是有形物体产生加速度的原因，重量也是力。物体下坠、上举（“与”）都是重力作用下产生加速度的情况。
《墨经》研究了沉浮现象，“刑（形）之大，其沉浅也，说在衡。”就是说，形体大的物体，在水中沉下的部分比较浅，是因为物体重量被水的浮力平衡的缘故。这表明，墨家学派已经认识到浮力大小与物体的体积有关。
《墨经》已经发现了杠杆平衡原理。在《墨经》中将被码叫做“权”，将悬挂的重物叫做“重”。支点的一边叫做“标”（力臂），另一边叫做“本”（重臂）。如果两边平衡，杠杆必然是水平的。在平衡状态下，加重其中一边，必将使这边下垂，这时要想使两边恢复平衡，应当移动支点，使“本”缩短，“标”加长，而在“本”短，“标”长的情况下，假若再在两边增加相等的重量，那么“标”这一端必定下垂。墨家学派掌握杠杆定律比阿基米德早了两个世纪。
在光学方面，《墨经》做了世界上最早的“小孔成像”实验记录：在一问黑屋的门上开一个小孔，人对着小孔站在屋外，屋里相对的墙上就会出现一个倒立的人影。《墨经》解释说：“景光之人煦若射，下者之人也高，高者之人也下。”意思是：因为光线像射箭一样，是直线行进的，人体下部挡住直线直射过来的光线，射过小孔，成影在上边，人体上部挡住直线直射过来的光线，穿过小孔，成影在下边，就成了倒立的影。这是对光沿直线传播的第一次科学解释。
关于共鸣现象的记载