第二部分 东方和中世纪欧洲的科学 第七章 中国的科学和技术
早期文明社会的传统，在中国比在任何其他地方都更加持久而绵延不断。经常被人们和上古青铜时代联系在一起的象形文字、农业灌溉和官僚士大夫统治，在古代中国都一直存在到晚近时期。同巴比伦人和埃及人一样，古代中国人没有能够发展出一套理论几何学，也没有把他们关于宇宙空间结构的理论建立在他们天文观察的数据上。还有，古代中国人也没有发展一种科学方法，他们的哲学和技术直到近代仍然是脱节的。
有年代可考定的中国文明最早阶段是商朝。在公元前1500年左右，商代曾在黄河边的安阳建都。安阳的考古发掘，表明当时中国人还处在青铜时代。这个时代的特征是以陶轮制造器皿，以马匹驾驶车辆。与西方不同的是，种水稻而不种大麦，织丝绸而不织麻布。汉族人现在通用的表意文字，当时是以象形文字书写出来的。当时还有一种六十进位的计数系统，有人认为这是中国受过巴比伦影响的证明。约在公元前1000年，商朝为它边界上的周人所灭，后者建立了周朝。周宗室四围的采邑，后来逐渐发展为一些独立的封建领主国家，而处在中心的周室的权力则愈来愈削弱。在公元前475至221年间 ，那些封建领主国家相互争霸，这就是所谓战国之世。
大约在公元前六世纪，中国人就知道用铁。关于铁的最早文字记载是公元前513年。战国后期僻处中国最西部的、进入了铁器时代的秦国，征服了其他国家，建立了秦朝（公元前221－207）。秦始皇为了统一他的帝国，大兴水利，修筑通往全国的驰道，扩建长城。为了加强他的统治地位，他还焚烧了所有国家（秦国除外）的史书，只有博士官所藏的图书除外，私人所藏的儒家经典等著作也一律送官府销毁。秦始皇的统治一般地说是独裁主义的。他死后，秦国的一个小吏刘邦就开创了较有容忍精神和年代悠久的汉朝（公元前206－公元220）。汉代在公元前124年设立了太学，并建立了儒生或知识分子治理国家的官僚制度。当时读书人在竹简上或木简上，后来在绢帛上，最后才在纸上书写文字。据说，造纸术的发明者是东汉的蔡伦（公元105年），但已发现的最早的纸是公元150年左右的。
汉代以技术革新著名，不但发明了纸，约在公元前100年还发现了磁针的指南作用，中国第一次论铸铁的文字记载也出现了。公元31年的一部著作中，谈到了一种卧式水轮。这是通过一组凸轮和传动带，推动“排橐”（风箱）向铸造农具的熔铁炉吹风的机械装置［即据传为东汉杜诗所制作的水排］？。后来，在公元290年，立式水轮也出现了，随即有了用水力带动轮锤操作的杵臼［即为三国时劳动人民所发明而由魏人张既所推广的水碓］。
在战国、秦、汉时期，人们提出了许多科学和哲学上的问题并进行了讨论。战国百家争鸣，百家中重要的有法家、名家和墨家，特别是道家和儒家。在如何解决各封建国家之间的破坏性很大的不断发生战争这一问题上，每个学派都有其不同意见。法家认为社会混乱只能通过“实在法”的施行而解决，这种“实在法”也就是《管子》一书内所谓的“先定”法［按，《管子？九守篇》所谓的“先定法”不仅是指“实在法”，即实际制定、现实存在的法律，而且是讲一经订立，贵贱都应遵守的法律，因为所有法家（如韩非）都认为“法不阿贵，绳不挠曲”（《韩非子？有度篇》）］。在秦代，法家影响极大，但随着他们的庇护者的消失，大多数法家代表人物也就消失了。墨翟（约公元前479－381）学派主张“兼爱”，但他们并非是和平主义者；因为要扶弱御强，所以他们就对军事技术进行研究。
对军事技术的研究，也促使他们去探讨物理学，特别是光学、力学和防御工程的问题。他们研究了光在平面镜、凸面镜和凹面镜上的反射，从而提出了一些经验规则，把事物及其图象的大小和位置，和所用镜面的曲率联系了起来。在力学方面，他们的兴趣所在，主要是杠杆系统和滑车。在这里，他们也是从经验主义的角度去研究问题的。他们没有提出一套完整的光学理论，在工作中也没有运用几何学的推理方法。他们的结论是从实验得来的，并且这些结论往往是以经验规则的形式表达出来。墨家和名家有关系，他们都企图建立一套科学思想方法，其目的在于使他们同时代人的不同意见可以趋向一致。但就在这个问题上，两派的见解是相反的。墨家认为感觉经验是人类知识最可靠的基础，但名家则认为感觉经验容易产生错觉，所以要人们达到意见一致，唯一方法就是要靠逻辑论证。
到了汉初，法家、墨家和名家已失去了他们在学术界上的重要性，而为儒家和道家所代替。儒家的祖师是孔子（公元前552－479）。儒家教导人们遵守古代习俗和传统，他们认为这不但是解决战国时代的问题，也是解决任何时代的问题的方法。儒家思想是官僚士大夫的正统哲学，这从汉代官僚士大夫统治时期起一直到晚近，都是如此。但是直到宋代（公元960－1279）新儒家运动的崛起，儒家很少甚至于完全没有谈自然哲学，虽则他们和官方的天文学家们有联系，并且同意后者关于宇宙性质的学说。至于各种手工业的问题和有关化学的问题，他们则毫不感觉兴趣，对这类问题进行研究的人差不多全是道家。
道家的创始人据称是老子，传说老子的年代是在公元前六世纪至四世纪这段时期中。道家认为人们应该反朴归真，抛弃文明社会而回复到太古的单纯而平等的社会生活。他们声称，太古原始社会是最有道德观念的理想社会［如在神农之世，人们就“与麋鹿共处，耕而食，织而衣，无相害之心，此致德之隆也”（《庄子？盗跖篇》）］。出于对这种“至德之隆”的理想社会的憧憬，许多早期的道家往往逃奔深山穷谷，成为隐士，象原始社会的巫觋那样，行方术以究自然。道家把“道”看作自然界和人类社会的规律；对他们来说，道本身就是宇宙过程。人人都应顺从道，要法天则地，或如庄周（公元前369－286）在《庄子？逍遥游》中所说的，要“乘天地之正”。在《庄子？养生主》中，有一个“庖丁解牛”的故事，说的是一个屠夫，他对梁惠王说，他解割了数千头牛的尸体的刀，已用了十九年，但仍锐利如新，因为他“依乎天理”，“所好者道也”，他深知牛的骨骼关节的所在，故能游刃有余，“进乎技矣”。道家企图发现自然界的“道”或秘密，这种关于“道”的观念是从他们对原始部落社会的基本信念发展起来的，他们把原始社会理想化了。宇宙万物的生成过程，他们认为类似两性生殖过程，是由两种对立的本原相互作用所致。
约在四世纪的时候，不但道家，还有另外一些人，把这两种对立的本原，名之为阴、阳。阴是被动的、阴暗的和女性的力量；阳是主动的、光明的和男性的力量。这两者共同来自物质和能量的原始混合物，这种混合物以作旋转运动的液体的形态出现。旋转运动使阴暗的和重浊的东西，从光明的精细的东西中分离出来，前者就成为地和阴这个本原，后者就成为天和阳这个本原。两者相互作用，于是产生五行：水、火、木、金、土。最先出现了属于阴的水和属于阳的火，然后出现了其中阴略占优势的木，和其中阳略多于阴的金，最后出现了阴阳两种本原达到一定平衡的土。阴阳两本原继续不断相互作用就进一步产生了自然界形形色色的万物。
道家研究宇宙之道以谋控制人的寿命，使人得以长生不老，永葆青春。为此，道家讲究“服气吐纳”之术，模仿在娘胎中胎儿的“呼吸”。他们主张男子应作日光浴［这就是所谓“服日芒之法”］，而女子也要作月光浴，以便各自汲收日的阳气和月的阴气。他们提倡“导引术”（柔软体操）和“房中术”，以补男子之阳和滋女子之阴。但最主要的是，许多道家都试图用化学的方法分离阴阳本原，从而发展了炼金术、食物养生和采制药物之学。
据说秦始皇笃信方士，以为他们可以使他延年益寿，但是关于炼金术最早的文字记载是在《前汉书》中。它讲到在公元前133年，有一个炼金士［李少君］曾对汉武帝说，他能从丹砂中炼出金子，而用这样炼成的金子制成杯盘，注以水浆，饮之者即可永远不老不死。但中国的炼金术后来又转变为炼丹术，后者的目的不在于化贱金属为贵金属，而在于炼成使人长生不死的“金丹”、“神丹”或“仙丹”。炼金士重视真金，因为它黄得象太阳那样，表现它充满着阳的本原。但是在他们看来，丹砂高于真金，因为它是赤色的，并在加热后即产生活的金属亦即水银。公元四世纪最著名的炼丹士葛洪在其《抱朴子？金丹篇》中就讲到：“凡草木烧之即烬，而丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂，其去凡草远矣，故能令人长生。”
当时中国人也和西方人一样，以为矿石和金属都是在地下成长的。公元前二世纪的中国已有了这样的说法。《鹤顶新书》 （公元五世纪）中就讲到：在地下，“丹砂受青阳之气，始生矿石。二百年成丹砂而青女孕，三百年而成铅，又二百年而成银，又二百年复得太和之气而化为金”。死者也可复生，根据这种立论，《鹤顶新书》就认为“金以丹砂为子，是阴中之阳，阳死阴凝，乃成至宝”。［以上《鹤顶新书》中语，转引自明李时珍《本草纲目》，卷八，金石部，金石之一，“朱砂银”一条下。］和欧洲人一样，中国人也认为自然界中象这样的过程也可以在实验室中重现。葛洪把升华和蒸馏看作是这种过程的最重要步骤，因为升华和蒸馏把加热这种阳的作用和冷却这种阴的作用结合了起来。阴阳这两种本原还可以分开为化学的形式水银和硫磺。水银主要是阴性的，硫磺主要是阳性的，二者结合就产生丹砂。丹砂是自然和人工形成金属的起点，也是配制长生不死药的起点。
在寻求却病延年的饮食卫生种种秘方时，中国医药学业深深受到了道家的影响。中国有些地方有一个风俗：旧历新年初一，人人都要吞食一个鸡蛋，因为据说鸡蛋的活力可使人一年内消除百病。长寿的动物如龟被看作是食物中的珍品。一些被认为阳的成分极高的矿务如硫磺和硝石等，也被当作很好的补药或强壮剂。人身上所有脏、腑、四肢、五官、经络等等，以及一切疾病，都被认为不是属于阴的便是属于阳的。热性病是阳症，寒性病是阴症。中国医学特别注意病家的脉息。阳病的脉强而浮数，阴病的脉弱而沉迟。医生必先按脉以进行诊断，然后对症下药来调理阴阳。刺激药物和辛辣药物是阳性的，清泻剂和苦味的收敛剂则是阴性的。
中国医学的权威著作是《内经》。《内经》成书于汉代。其中的解剖和生理理论，主要建立于人和国家，以及作为小宇宙的人和大宇宙的比拟上面。“天圆地方，人头圆、足方以应之。……天有四时，人有四肢。……岁有十二月，人有十二节。” ［以上见《内经？灵枢？邪客篇》］心是“君主之官”，而肺是“相傅之官”，肝是“将军之官”，胆是“中正之官”，脾、胃是“仓廪之官”，小肠是“受盛之官”，大肠是“传导之官”。［以上见《内经？素问？灵兰秘典论篇》］ 《内经》并断言，血得气乃行，“经脉流行不止，环周不休。”［以上见《内经？素问？举痛论篇》］但这不能看作是古代中国已发现了血液循环的证据，因为当时中国人并未把动脉和静脉区别开来。当时关于气的上下循环的猜想，只是把血的运行和自然界的周期运动，天体的运转，四季的往复交替进行比拟而得出的结论，古代中国人并没有作过什么实验来证明它确实如此。
古代中国的官制有医生的职位，但炼金士或炼丹士并不属于官制。不过，同古埃及和巴比伦的情况一样，与统治阶级关系最密切的，还是数学家、天文学家、测量者和历法制定者。最早的中国数学专门著作是《九章算术》，据说书中记载的许多是周代（约公元前1000年）的数学成就，不过现在存世的传本九卷可能是汉朝天算家张苍约在公元200年改写的。这本书首先讲到三角形、梯形和圆形的面积的计算方法［“方田”］。π的值最初定为“径一周三”，在公元一世纪始定为 .其次讨论的是比例、百分比以及合伙经营等商业上的问题［“均输”、“粟米”、“衰分”、“盈不足”］。然后论到如何从图形的边长求得其体积，或者反过来，从图形的体积求得其边长的方法，在这里他们也就涉及开平方和开立方的问题［“少广”］。书中还叙述了勾股定理（毕达哥拉斯定理）和线性齐次方程，并提出了“盈不足术”。它是假设、推演、再假设，直到求得某些疑难问题的正确的解或其近似数值的方法。
在天文学方面，据说中国在上古时代就进行天象观察。十七世纪天主教耶稣会教士初到北京的时候，就认为中国天文学是在当时的四千年前就开始有了的。不过，根据河南安阳的甲骨文记载，天文学在中国兴起的最早年代约在公元前1500年，而在公元前400年前可靠的记载是不多的。安阳发掘出来有文字的龟甲上已有日月食的记录，从公元七世纪起中国史书上经常有关于日月食和彗星的出现的记载，而在那个时期西方是很少有这样的天文记载的。
古代中国最有名的天文学家是石申（约公元前350年），相传他记下大约八百多颗恒星的相对位置。 石申已认识到日月食是由天体间的干扰效应所致，他并且制定了根据日月在其轨道上的预期位置来预测日月食的规则。他把圆周分为3651/4°，相当于一年的日数，还知道以十九年为一周期的所谓“章岁”，这是和古希腊的“默冬章”（默冬Meton，约公元前432年）相似的。他算出这个周期为十九年共置七闰，其中的太阴月数几乎完全准确地等于236.较后的一个天文学家虞喜 在公元336年还发现了岁差，定出每五十年春分点在黄道上西移一度。
中国人认为北极星和不升不落的拱极诸星都是最重要的天体。北极星由于永远不动，被称为“天地星”。 拱极诸星则被看作是王侯，其外的一些星宿则被看作是百官。中国人对天体的观测方法，和现代以前西方的观测方法不同，因为他们的观测是根据有固定极点的天球，而不是以有固定的观察者在其上的地球为其参考坐标的。
早期天文学家最感困难的问题之一是测定相对于恒星的太阳的方位，因为白天太阳在天空上，恒星就不能为肉眼看见了。古巴比伦人、埃及人以及在他们之后的希腊人解决这个问题的办法，是对黎明前不久升起的星宿进行观察，这些星宿决定那个时刻中太阳所处的方位。譬如，古埃及人已经知道在尼罗河泛滥季节，天狼星总是同太阳一道升起的。这种恒星偕太阳升落的现象是地球水平面上的现象，这种现象为天文测量提供了一条基线，即太阳通过一条恒星带（即黄道带）的表观周年运动。但中国人和西方古代的天文学家不同，把有升有落的恒星和不升不落的拱极恒星联系起来，所以即使看不见前者的时候，还是能演算出它们的方位。这样一来，嵌着恒星作为参考点的天穹，就成了测量天体方位的坐标，其基线是天穹的赤道，而不是黄道。十六世纪末期耶稣会教士到中国来的时候，他们还把古希腊人用的黄道坐标测定法介绍给中国人，而第谷？布拉赫却在同时把赤道测定法介绍到欧洲来。这真是历史耍弄人的一个古怪例子。
中国的天文测算，差不多全是用代数方法进行的，这一来，他们的天文学就不能提供一幅宇宙布局的图景。由于这个缘故，中国的技术天文学大部分是和他们的宇宙理论脱离的，而他们的宇宙理论在整个历史阶段都属于定性性质。在汉代，有三种宇宙理论。最早的是盖天说。它认为天是个半球，或一个半球形的盖，而地则象一个覆盖着的方边碗，和一个凸形的方盘相似。但天不是一个规则的半球，因为“天形南高而北下”，象在棋盘上斜放着的撑开的伞。因此，随着这个半球运转的太阳到了南方，人们就看得见它，但到了北方就看不见了。太阳、月亮和行星随着天运转，但也有各自的适当运动，如蚂蚁在运转的磨盘上面那样。环绕大地的是海洋，天盖在大地边沿浸入海中，天地都由盖在它们下面的气所撑着。天离地是80，000华里。
盖天说在汉末已失传，继起的是秦以后（公元前207年以后）的史书中所记载的浑天说。据称浑天说创于公元前二世纪，最早叙述和说明浑天说的是东汉的张衡（公元一世纪）。根据这种理论，天是一个球体，直径约二百万华里，南北向比东西向短一千华里。张衡把宇宙比作一个鸡蛋，地为水所载，居于天内好象蛋黄，天一半在地上，一半在地下，象蛋壳一样，而为气所浮。第三种宇宙学说是宣夜说，或无限空间说，它的起源也很早，但关于它的最早记载则在汉末。按照这种理论，除了地和天体以外，宇宙无形亦无质；空间是虚空的和无限的，天体不附着于任何物之上，只浮于“元气”或“刚气”之上自由运动。无限空间说和道家有关系，浑天说则为儒家所采取。可是当道家逐渐转变为神秘教派以后，儒家就把早期道家的自然主义哲学接受过来。因此宣夜说中的一些成分也就渗入了官方宇宙论的浑天说，这在十二世纪的新儒家那里尤为显著。可是早在四世纪，发现岁差的专司天文历法的虞喜，就认为天虽有一个极限，但高不可测，而日月星辰则都在天的下面自由运行。
古代中国人并不把天体看作是决定地上一切人事的有权力的神灵。中国也有其占星术体系，但这样占星术的特点是象一把双刃的刀一样，天上人间可以互相影响。彗星的出现可能是世间灾难的预兆，但同样也可能表示世人违反事物常规，而在天上引起的骚乱。因此，没有一个神圣的立法者在控制着宇宙。宇宙的变化过程是宇宙间万事万物相互错综复杂关系所组成的网，一切只是按照自然的常规安排的。在道家看来，宇宙过程中的一切都有同样的重要性，没有哪一个高过哪一个。庄子（公元前369－286）《其物论》中就讲到：“若有真宰，而特不得其眹［”眹“与”朕“通，意即迹象，这句话是讲：仿佛是有真宰存在，但看不到它的迹象］。可行己信，而不见其形［人们可以相信真宰是存在的，但看不到它的形状］。有情而无形［这样，真宰就成为有情或有感觉能力，但无具体形状的东西了］！百骸［以人身为例，就有一百个骨节］、九窍［耳目口鼻，加上排泄器的二窍］、六脏［心、肝、脾、肺、肾，以及‘命门’］，赅而存焉［这些都具备而存在］，吾谁与为亲［但是，它们之中哪一个可以被人们看中，说它是人身上的真宰呢］？女皆说之乎［你（女）把它们看成一样，而同样地喜欢它们吗］？其有私焉［或者是喜欢其中的一个更胜于其他的吗］？如是皆有为臣妾乎［这样，莫非说它们都是真宰的臣妾吗］？其臣妾不足以相治乎［或者说，这些臣妾不能相互控制吗］？其递相为君臣乎［所以它们是交替地为君又为臣吗］？其有真君存焉［难道除了它们自身而外，还需要什么真君或真宰存在吗］？”
儒家并不认为在宇宙变化过程中，一切事物都是一样轻重或一样重要，但他们认为万物相互联系，都受常规或常道的制约。儒家的荀卿（约公元前300－240）提出一种自然界等级体系说，他的这种说法和亚里士多德把地球上生物分为具有植物灵魂、动物灵魂和理性灵魂的三分法很相似。荀卿认为万事万物皆由常规或常道推动或联系的。他说：有了礼，“天地以合，日月以明，四时以序，星辰以行，江河以流，万物以昌，好恶以节，喜怒以当。以为下则顺，以为上则明［礼可使被统治者顺从，使统治者明智］；万变而不乱［礼使千变万化的社会不致发生混乱］；贰之则丧也［如果离开了礼，就要丧失一切］。礼岂不至［伟大］矣哉！”（《荀子？礼论篇》）
存在于人们相互之间以及岁月四季的习惯行为或运转，是容易观察和肯定的，但要知道其中的细节就必须求助于占卜的方法。在商代，人们灼龟甲，看其“兆”或裂痕以卜吉凶。周代用蓍草茎进行占卜，蓍茎有长有短，长短茎的组合和排列就发展成为八卦，战国时期的人们就以八卦卜吉凶。最后到了汉代，还有了一种更复杂的方法，用一个象征“北斗七星”的勺在一个内圆外方的八卦盘上转，然后看勺停下来的位置以卜吉凶，“北斗七星”被认为是拱极星座中最重要的。有人曾经设想，磁针的指南性质可能就是这样发现的，因为用磁石做成的勺转动后总是回到原来的指向南北的位置。
以上叙述的史实都发生在中国历史的上古时期，约在汉末（公元220年）为止。从这时起，中国历史又按照以前发展的模式重演起来。随着汉帝国的瓦解就出现了各国争霸的局面，直到隋朝，中国才又统一起来（公元581年）。隋朝（公元581－618）和以前的秦朝一样统治残酷而为时甚短，接着便是唐朝（公元618－907）和宋朝（公元960－1279）。宋朝主要是受儒家的传统影响，统治方式比较宽容。在类似战国时期的汉末到隋初那一段时期（公元221至581）中，大、小乘佛教陆续传入中国，产生了强大的影响，填补了当时人们精神上的空虚。这是道教已发展为一种神秘的宗教，有它自己的庙观、道士和世代相传的天师，形成一股旨在反对外来佛教的力量。佛教昌盛一时之后，唐代道教复兴，炼金、炼丹士重新又活动起来。他们从丹砂中蒸馏水银，可能还知道蒸馏酒类。这时人们重又追求长生不老之术；但实际上，唐代二十二个皇帝中，就有七人因服用长生药而丧命。
烧制瓷器从汉代粗糙的原始瓷器开始，到唐代有了高水平的发展，在公元621年昌南镇［即今景德镇］就设置了官窑，烧制进贡瓷器。在五世纪发明了独轮手推车，七世纪出现了用人力踏车推动轮桨的船舶，这种船舶有密封舱壁和装在船尾的舵。在唐代，佛教寺庙开始采用刻板印刷术。现在存世最早的印刷物是在甘肃敦煌石窟中发现的《金刚经》，时代为公元868年［唐懿宗咸通九年］。不久，刻板印刷在全中国就普遍流行起来，公元932年［后唐的冯道］就倡仪刻印儒家的九经，到了宋代，公元994年至公元1063年间，官方编修的历代史书也印了出来。在公元1206年，蒙古人出兵西域的前夕，刻板印刷术传到了边疆的维吾尔民族中。维吾尔人刻印了用他们的突厥文字（这种文字的字母来源于叙利亚人）译成的佛教经典，其中的一些注疏用梵文书写，页数则用汉字标出。约在公元1040年毕昇还发明了胶泥活字印刷术。木活字印刷术的发明则较晚，据说在敦煌千佛洞中曾找到有公元1300年的木活字印刷物。最后，朝鲜发明了铜活字印刷术，在公元1403年开始有了铜活字模，现在存世最早的朝鲜铜活字本，时代为公元1409年。［从明弘治三年（公元1490年）开始，中国也有了铜活字印刷。］约在唐末，火药以为中国人发现，在宋末以前不久还出现了火器。硝在中国和印度早已发现。公元前一世纪的一些中国书籍中就提到了硝。公元三世纪，中国的炼金士已经知道用一定比例的硫黄和硝石凑合起来的混合物在高温下就会发生爆炸。七世纪著作中关于“伏火”方法的记载，指的可能就是这种实验。唐代在战争中运用了“火箭”，这可能只是讲在箭镞上放有燃烧着的松脂。公元969年出现一种新型的火箭，这种火箭才似乎是火力推动的武器。后来在公元1040年的一个记载中谈到用火药推动的火箭，同时还指出火药的准确配方，详细说明了其制造方法。中国在公元1067年颁布了不准把硫黄和硝石输出国外的法令，这表明当时中国人已把火药看作很珍贵的了。
据说马可？波罗在元朝担任过高级官吏，他在他的游记中就提到公元1237年间中国已有了火器。这一事实在当时中国的书籍中也有所反映。第一次提到火器飞炮的是公元1259年，那时南宋军队用竹筒制成的火器击败了金人。金人在和蒙古人战争中也用过火器。在公元1231年金人就有了所谓“震天雷”，这是一种用投射器射出的装有火药和药线的铁管霰弹。蒙古大将速不台在公元1233年夺取了一座中国军火库，此后不久速不台就奉命率领蒙古军队远征欧洲。根据三种不同的记载，蒙古军于公元1274年至公元1281年间入侵日本时，也用过火炮，三种记载中之一还讲到蒙古军队用了铁制的炮弹。中国火炮最早的有记录的年代是公元1354、1357和1377年，而欧洲的火炮有可考的年代的是公元1380、1395和1410年。
宋代科学的另一发展是在陆地旅行和航海中使用磁针罗盘。在公元1086年，沈括写了一部［《梦溪笔谈》］，其中详细讲到北宋的一些科技上的发现和发明，诸如化石、木质模型地图、金属转化的实例和指示方向的仪器等等。沈括讲的金属转化实例就是用硫酸铜溶液把铁变为铜，这在西方也早被看作是真正的金属转化实例。至于磁针罗盘，沈括说到，“方家［或堪与家］以磁石磨针，锋则指南，然常微偏不全南也。”到了公元1150年左右，这种带有磁针的罗盘已经常用于航海和陆上旅行，那时，磁针偏离真正南北方向的现象，也已为被人们所熟悉了。
宋代和汉代一样，在数学、天文、历法和测量方面，都是人才辈出。写成于公元1755年至1799年间［清乾隆六十年至嘉庆四年间］阮元的《畴人传》中，列举了有名天算家汉代共三十二人，宋代共三十人，在汉、宋之间，如隋代只不过九人，唐代也不过十六人。 公元1274年秦九韶的《数书九章》问世，他首次提出了小数位置法和零的记号。他还讲到如何用“三斜求积术”的代数方法来求三角形问题的解，并且讨论了数字高次方程和不定方程。司天监长贾宪 （约公元1011－1075）解决了求得某一已知项数的平方和问题。朱士杰约于公元1280年描述了二项式系数的三角形，这在西方只是到了十七世纪才由法国数学家巴斯卡首次发现，因而这种三角形后来就被人们称为二项式系数的“巴斯卡三角形”。
在天文学方面，宋代没有什么新的发展，因为中国天文学主要研究的是制定历法问题，而这类问题在汉代已经解决得差不多了。不过，宋代的新儒家却发展了自己的自然哲学，把早期道家的一些学说吸收过来，并且把它们和官方的浑天说宇宙论结合在一起。宋朝最出名的新儒家是朱熹（公元1131－1200）。他认为在太初，宇宙只是在运动中的一团混沌的物质。这种运动是旋涡式的运动，而由于这种运动，重浊物质和清刚物质就分离开来，重浊者趋向宇宙大旋流的中心而成为地，清刚者则居于上而成为天。大旋流的中心是旋流的唯一不动部分，因而地必然处于宇宙的中心。旋涡运动使“天运不息，昼夜辗转”，并使地处于中心不动。所以“使天有一息之停，则地须陷下”。朱熹认为天体由于“刚风”［朱熹说过，“道家有‘高处有万里刚风’之说”］而不断运转，每一天体都有其自身的“风”，这些“风”分别形成宇宙旋涡中的一层或一重。天有九重或九层，最外面的一层运转得非常快，而且如此“刚硬”，所以就成为宇宙的外围，虽则在它的外面还存在有无限的空间。所有行星都为其外面的天重或天层的旋转运动所带动而在天上运行，不过它们也各自有其本身的运动。如太阳在天上只日行一度，而月亮则日行十三度有奇。这是因为日为君，月为臣，［为君者庄重端详，动作较慢］所以月行较快。［以上朱熹的天文理论，可参考《朱子语类》，卷一和卷二。］朱熹还看出化石是生物的残骸。他写道：“尝见高山有螺蚌壳，或生石中。此物即旧日之土，螺蚌即水中之物，下者却变而为高，柔者变而为刚。此事思之甚深，有可验者。”［《朱子语类》，卷九十四］朱熹的这一段话代表了中国科学最优秀的成就，是敏锐观察和精湛思辨的结合。中国古代科学不能越出这一步。这是因为古代中国人大都不能把理论和实验结合起来，因为一般所谓士大夫都把实际工作看作是卑贱的事。朱熹就说过，唐朝医生孙思邈是一个好学深思的文人，但因为行医，所以就贬入方技之列，这是十分惋惜的事。《新唐书？方技列传》也写道：“凡推步［天文、数学］卜相医巧，皆技也。……小人能之，……矜以夸众，神以巫人［把自己的技能说得神乎其神来欺骗世人］，故前圣不以为教，盖吝之也［故古圣人以为他们是不足为训的，看不起他们］。”
因此，古代中国学者的工作主要属于纯思辨的性质，而从事测量、制订历法和观察天文的人，则在工作中总是以经验为重，对理论少有兴趣。耶稣会教士把哥白尼、托勒密、第谷？布拉赫在天文学上的理论以及争论介绍到中国来的时候，中国的天文学家是不大感兴趣的。在《畴人传》卷四十六中评论乾隆时代来华的耶稣会教士蒋友仁（法国人，原名Michel Benoist）时，阮元就写了一大段话：“古推步家……但言其所当然，而不复强求其所以然，此古人立言之慎也。自欧罗巴向化远来［自从欧罗巴教士们慕中国的文化不远千里到此］，译其步天之术［传说隋丹元子作有《步天歌》，亦即论天上星宿位置的歌诀］，于是有本轮、均轮、次轮［这些都是西方天文学家如托勒密、哥白尼等人在计算天体运行时所用的关于天体轨道的一些专门名称］之算，……乃未几而向所谓诸轮者，又易为椭圆面积之术，且以为地球动而太阳静。……上下易位，动静倒置，则离经叛道，不可为训。……夫如是而言西人之言天，能明其所以然，则何如曰盈缩、曰迟疾、曰顺流伏逆……但言其当然，而不言其所以然之终古无弊哉！”
这种理论研究和经验讲究相割裂的状态，差不多是一切具有等级区分的农业文明社会的一个特点。在十八世纪产业革命以前，科学在一些商业发达的文明社会里特别受到大力提倡，但象古希腊和文艺复兴时代那样的商业文明社会，中国就从未有过。古中国的统治者所采取的总是一种抑制私人经营的商业和企业的政策。当一种商品成为人民的重要必需品时，国家就把它变为官营的由官方督造的商品，如盐在周代，铁在汉代，茶在唐代，都是这样，因此，这种商品的控制权就从私人手中夺了过去。比起中世纪欧洲来，中国的手工业和商业行会，规模都小得可怜，而且行会也从来没有发展自己的独立传统。又如古代中国人从来就没有过原子论哲学。从在欧洲原子论流行的各个时代（如古希腊和欧洲文艺复兴时代，这时原子论哲学虽很流行，但还未成为对科学有用的学说）的情况来看，原子论的观点对重视商业和个人主义的人们吸引力最大。在古代中国社会中，最富有独立精神的人是在荒山穷谷中的道家隐士，但即使是这类人，也是墨守着道家的理想化原始社会的概念，而不能越雷池一步。
[英]梅森
