第三章
唐宋元明传统科技的进一步发展
由六朝时期打下基础的吴地经济与科技在唐宋元明各代又有进一步的发展，并逐步成为全国的重心所在。尤其在宋代，印刷术的发达，指南针的普遍使用，都在世界上处于领先地位。然而除了朝代更替之际的战乱破坏，封建统治的束缚也阻碍着科技的发展。如明代统治者只以八股取士，根本不重视科学。以天文为例，明王朝一直沿用元代大统历而不作任何修改，另一方面不准民间研究，“国初学天文有厉禁，习历者遗戌，造历者殊死。”（沈德符《野获编》）但是天文导航、冶炼钢铁、商业数学等实用科技仍有许多重要成就。我国在这一时期的许多著名科学家都是出生在江南，或者在江南工作，曾受到吴地经济文化影响，也为吴地作出了贡献。
隋文帝因“吴、越之人，往承敝俗，所在之处，私造大船”，而下令“江南诸州，人间有船长三丈以上悉括入官”（《隋书》卷二），这反映了吴地因经济的需要而普遍建造大船。到了唐代，统治者因河运不畅而需要海运江南的粮食，杜甫诗云“云帆转辽海，粳稻来东吴。”宋代平江造船场造八橹海船（《宋会要·食货》），安焘出使高丽，在明州（宁波）造万斛船两艘，已采取水密舱。元代亦利用海运。因此无论鉴真东渡还是郑和下西洋都以江南为基地，这就说明吴地的造船、航海的传统在全国所处的地位。太仓浏河口在当时因通琉球、日本诸国而号称“六国码头”。
郑和下西洋所使用的船只中有大型宝船62艘，辅助船也有100多艘，它们是在南京的龙江船厂及镇江、苏州、松江各处建造的。宝船长44丈，宽18丈，九桅十二帆，在南京出土的舵杆就长11米（9）。苏州府造船场设在太仓，所造的船可载重几万斤，载人上千（《太仓州志》卷二）。郑和的主要属员及所带水手，都是吴地人，如马欢（绍兴人，著有《瀛涯胜览》）、费信（昆山人，著有《星槎胜览》）、巩珍（南京人，著有《西洋番国志》与医士匡愚(常熟人，著有《华夷胜览》)），他们这些著作是记录各国自然地理与人文地理的重要书籍。官兵选自“江南属卫”可“便于舟楫”（《宣德实录》卷10）。他们能在逆风时走斜行的“之”形路线前进。自宝船厂开船到南海，使用罗盘并参考沿岸地形、岛屿导航（《郑和航海图》，载《武备志》）。进入印度洋后，“观日月升坠，以辨东西；星斗高低，度量远近”（巩珍《西洋蕃国志》），即依靠观察北极星、华盖星（小熊座β，γ）及织女星、灯笼骨星（船底座α）等以定船位，这称为“牵星术”。李诩（江阴人）的《戒庵老人漫笔》卷一记载：“苏州马怀德牵星板一副，十二片，乌木为之，自小渐大，大者长七寸有余，标为一指、二指，以至十二指，具有细刻，若分寸然。又有象牙一块，长二寸，四角皆缺，上有半指、半角、一角、三角等字，颠倒相向，盖周髀算尺也。”使用时以手持板伸直，使其下缘齐水平线，上缘对某星，即得其高度角。在印度洋各处的天文导航要点都记载在《顺风相送》之中。举世闻名的郑和下西洋的壮举，正是以吴地工匠舟师长期积累而成的高超的造船与航海技术为基础的。
北宋最卓越的科学家沈括的先世吴兴望族，后迁至钱塘。他父亲曾在江宁、镇江、苏州各地为官。沈括的舅父许洞系进士出身，兼备文才武略，沈的母亲也很有学问，幼年沈括是“夫人自教”的（曾巩《元丰类稿》卷四五）。沈括在苏州寄住过，因而入籍吴县，并在这里乡试中解元后再去参加会试的。他“博学善文，于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算无所不通，皆有所论著”（《宋史·沈括传》），于多年宦游之后定居镇江梦溪园。他把在各地的见闻与自己研究心得写入《梦溪笔谈》，其中不少是在吴中所知，如昆山在浅水中植树筑堤等。沈括曾主持司天监，他连续3个月观察极星，得出“离天极三度有余”的结论。他用实验演示月相盈亏以说明“月本无光”，“日耀之乃光耳。”（《梦溪笔谈·卷七》）。他对晷漏研究10多年，著有《熙宁晷漏》四卷，并改进了天文仪器，“熙宁七年（1074年）七月，沈括上浑仪、浮漏、景表三仪。”（《宋史·天文志》）《宋史》中还载有他的《浮漏仪》，这是一篇关于漏壶制造及其误差研究的论文。与沈括同时代的苏颂创制了大型综合天文仪器“水运仪象台”，苏曾任江宁县令，他筑第京口，以后又任杭州知府，在长江三角洲多年。元代苏州有过一位王姓漆匠，“尝奉旨造浑天仪，可以折叠，便于收藏，其巧思出人意表。”（《吴县志》卷七五）
研究出土的古星图，可以了解古人的恒星观测水平。我国具有代表性的古星图实物主要是在吴地发现的。五代吴越国钱元懽及其王妃的墓室顶部有我国现存最早的两幅石刻星图，直径1.9米，虽然仅刻北极附近与二十八宿星各有180颗星，但位置很准确。（10）我国最重要的古星图是苏州天文图，图上刻有黄道、赤道与银河，内规是常显圈，外规是在观测点能看到的全部范围，相当于赤纬55°S，在星图上外规直径18寸。与三圆相交的是二十八条半径，各径过宿星的距星，井宿约占34度，觜宿只有1度。二十八宿的距星的精度均在半度以内。星图上刻有三垣二十八宿的1434颗星。星图下还有41行共2140字的说明，如周天分为“三百六十五度四分度之一”，“月光生于日之所照”等。黄裳（宋宁宗的教师）根据北宋在开封实测的数据，在1190年时画下此图，并撰文说明，在1274年时王致远命人镌刻于石碑的。由于此图具有高度的科学价值（西方到16世纪末才有第谷星表，有1005颗星），几十年来已有10多位国内外专家为此著研究论文。我国宋末到明末的古星图只发现有常熟的天文图，刻于1506年，当时的知县杨之器称是翻刻苏州天文图，但实际上是“考甘、石、巫氏经而订正之”。常熟天文图上有1466颗星，改正了苏州天文图中一些错误，但总的精度稍差一些。在苏州瑞光塔中发现刻印于北宋景德二年（1005）的经咒，上面同时有代表传统的中国28宿神像与西方的黄道十二宫的图像。这正是古代中西天文知识交流的一个明证。另一方面，朝鲜的“天象列次分野之图”（刻于1395年，但根据其春分点位置，可推断相当于我国六朝时期）与日本的“天文分野之图”（刻于1677年）无论从形式到内容上都与苏州天文图极相似，可以说都是陈卓星表的具体化。（11）
这
一时期吴地工商业的发展要求数学知识的普及与计算技术的简化，由此实用数学有了很大发展，并构成中国传统数学的一个重要方面。沈括在《梦溪笔谈》卷十八中评论求一、上驱等乘除速算法时指出，应“见简即用，见繁即变”，如“欲九除者增一便是，八除者增二便是”。南宋杭州杨辉在《乘除通变算宝》中更以歌诀的形式系统总结了唐以来的捷算方法并叙述了他的“九归捷法”。这不仅提高了计算速度，也为以后的珠算口诀奠定了基础。有关珠算的记载最早见于元末松江陶宗仪的《南村辍耕录》卷29。简便快捷的珠算比之数学家的筹算更适合商业的需要，因此发展很快。明代休宁程大位自成年以后在长江中下游经商，吸取了各地的计算经验，在晚年完成《直指算法统宗》，用珠算解答595个实用数学例题，此书一直广泛流传到清末，是珠算史上的经典著作。杨辉的数学著作中所用的数码字是当时由算筹演化而来的一二三×
丄
〇，其中表示4，5与9的×
是他创用的以代替难写的亖、
与 。这套数码流传到明代就成为被称为“暗码”的一二三×
丄
〇，其中前三个数字也可用直式表示：│║
。因盛行于工商业最发达的苏州，故亦称“苏州码子”（12）。从吴地数学家所研究的内容来看，都是解决实际问题的，如沈括的“会圆术”是由弦与矢的长度求弧长的近似公式，又如他的隙积术（计算“酒家积罂”）及杨辉的垛积术是各种高阶等差级数求和的实用公式。杨辉的《注解九章算法》、《日用算法》与明代杭州吴敬的《九章算法比类大全》都属我国历史上最有名的实用数学著作，杨书中有丈量土地、仓窑容积、建筑工程等的计算方法，而吴书中合伙经营、金铜铁锡炼镕、就物抽分（以货作价抵运费或加工费）等问题，更说明了发展工商业的需要。
对世界历史有重要意义的我国四大发明在吴地发展得更加成熟。火药是炼丹家以硝石与硫磺制成的，盛行于宋代。建康是当时二大火药制造地之一，年产1.9万件火药武器，并制造大量突火筒（——枪的雏形）与10斤重的铁炮壳（《景定建康志》卷三九）。嘉靖年武进人唐顺之曾为抗倭巡抚淮扬，通天文、地理、乐律、兵法、弧矢勾股，回回历法，尝著《勾股测望论》，所著《武编》十卷收入《四库全书》以行军布阵由攻防守为主，在卷三、卷五中，叙述武器如弓、弩、刀、甲的制造，详细叙述了钢铁的冶炼，并记录了水底雷、百步火龙、千子铳等各种火器，在计算火器营的装备时，每辆战车上十八杆“霹雳炮”，每杆火枪要准备打50发，每发需导火索一根，火药八钱，铅子四两，因此每车须备火药45斤，这个营有200辆战车，就要近万斤火药。可见火药的制备量已相当大。同时我国亦早已使用天然磁石指示方向“司南之勺，投之于地，其抵指南”（《论衡·是应篇》），但因勺与底盘有磨擦，使用不够理想。沈括《梦溪笔谈》卷二四中总结了“以磁石磨针锋，则能指南”的指南针制造方法与水浮、缕悬等使用方法。
造纸术起源于黄河流域，唐代以后江南纸业发达起来。吴地不是原纸的主要产地，但由于工商业与文化的繁荣，这里特别需要加工纸，从苏州瑞光塔发现的宋代经卷与经咒是碧纸、黄经纸与楮皮纸，且都经过施胶、砑光、染色；（13）明代文震亨《长物志》中介绍了洒金、洒银印花笺的制法：以姜黄汁、云母粉使纸呈黄色或银白色，再用压花板使纸呈凹凸花纹。由印章与拓碑发展成的雕版印刷“肇自隋时，行于唐世，扩于五代，精于宋人”（胡应麟《少室山房笔丛》卷四）。宋室南渡时，“荣六郎经史书籍铺”等北方刻书店也随之南迁，吴地的印刷业更为发达了。到明代南京、苏州是重要刻书中心，胡应麟评论道“当今刻本，苏常为上，金陵次之，杭又次之”“吴会、金陵，擅名文献、刻本之多，巨帙类书、荟萃焉。”这也是毕升发明活字印刷的背景。叶德辉在《书林清话》卷八中说他有毕升泥活字印的《韦苏州集》十卷，印刷质量是“墨印如漆光，唯字划时若啮缺，盖泥字不如铜铁之坚。”16世纪以后，常州、无锡、苏州又盛行铅活字、铜活字。明末常熟毛晋的“汲古阁”刻书40年，成书600多种，是吴地刻书业的一个典型。印刷事业的发达与吴地的文化教育的繁荣和民风由尚武向崇文的转变是互相促进的。
冶炼钢铁的技术又有新的进步，“自欧冶子铸剑，吴中铁工不绝”，《梦溪笔谈》所记载的团钢法到明代发展成为著名的苏钢法：以火坩夹住生铁板在炉口移动，它熔化后流入炉中的熟铁之中，并加以翻动，最后得到成份均匀而杂质很少的钢材。这种以苏州来命名的炼钢术流行于江南各地并一直沿用到近代。（14）如同治年间为了制造轮船，华蘅芳讲“苏州阊门外旧有钢行，以李永隆为最，其业专炼铁取钢，……其钢甲天下”（《能静居士日记》卷十五）。
宋代初年钱塘木匠喻皓的《木经》三卷是我国最早的木结构专著。《梦溪笔谈》卷十八记载了关于他的高超技术的轶事。《木经》对后世的《营造法式》有很重要的影响。明初吴县木匠蒯祥与无锡石匠陆祥都是著名建筑师，均升至工部左侍郎，沈德符说他们“二人皆吴人，为尤异。”（《野获编》卷十九）蒯祥在永乐十五年应召进京，负责设计、建筑宏伟壮丽的紫禁城建筑群，以后还在正统年重建三大殿，“天顺末作裕陵”，“上每以蒯鲁班呼之。”（《康熙吴县志·人物》）建筑技术在他的家乡——吴县胥口香山世代相传，因而“江南木工巧匠，皆出于香山”，其余泽直到今日。如清末民初胥口乡姚承祖，因建筑技术高超任苏州鲁班会会长，所著《姚承祖营造法原图》，朱启钤评论此书“上承北宋、下逮明清”，“足传南方民间建筑之真象”。精致典雅的苏州民居官衙与园林寺塔都是吴文化在建筑上的体现，同时也是苏州能工巧匠们高超技术的结晶。
盛行于吴地的各种手工业推进了对材料及其加工和机械原理的研究，我国宋明时期一些重要的科学著作中有很多内容都是这方面的经验总结，其中包含了不少物理与化学的科学知识。《梦溪笔谈》卷五、卷六阐述了乐律、古琴制作及其材料，乐钟与圆钟的发声特点，并记载了用纸片测定共振的实验。除了前段所述的指南针的制法、用法外，沈括在《补笔谈》卷三中又记载了磁针指南指北两种极性及磁针指南微偏东，在世界上第一次发现磁偏角，《梦溪笔谈》中对凹面镜成像、正倒与物距的关系、其焦点的测定、凸面镜成缩小的像及透光镜的原理都有科学的研究，对于小孔成像与光的直线传播与虹的成因，他也有独到的见解。明代《墨娥小录》中分类辑录了造笺纸、染色布、制香料、作花炮、酿酒醋等实用化学技术，还叙述了炼水银，汞齐法镀金，制造铜青（醋酸铜）与轻粉（Hg2Cl2）、粉霜（HgCl2），以及分离金银合金的具体配方与工艺过程。由于此书又介绍了明代炼丹设备，被李约瑟誉为“关于炼丹操作和设备的通俗百科全书”，（15）根据对该书中出现地名、人名的考证，著者极可能是松江陶宗仪。（16）且他的《说郛》中另有一卷《墨娥漫录》。尽管炼丹术害死了不少迷信者，人们逐渐不再相信，但其流毒余明清，从凌濛初《初刻拍案惊奇》卷十八中松江潘姓监生受炼金客欺骗的故事，可知炼丹术在那时仍有一定影响。
成书于东汉的《越绝书》中记述有吴越城镇山川，唐代有陆广微著《吴地记》，宋有《吴郡图经》（已失传）与《吴郡图经读记》，范成大《吴郡志》，明代有《洪武苏州府志》与王鏊《姑苏志》，都是我国地方志中佼佼者。如《吴郡志》，《四库全书总目提要》誉之曰：“征引浩博而叙述简赅，为地志之善本。”现存地方志中，江浙两省是最为完备的。这些地方志中除了职官、科举、人物外，相当多的篇幅是当地的建置沿革、人口赋税、物产水利、山川城镇，并有天象、气候记录，可以说就是区域性的自然地理与人文地理专著，具有很高的史料价值。范成大是诗人兼地理学家，他在浙、川、桂各地宦游，也出使过全国。他除了《吴郡志》、《桂海虞衡志》外，还著有《揽辔录》、《吴船录》，记录他在各地考察的情况。沈括曾绘制12尺X10尺的全国大地图与18幅区域地图，还创制了蜡质立体图。沈已注意到地图上两地的距离应按水平直线的“鸟飞之数”来计算，从而使地图更准确。
属于全国重点文物的苏州宋碑除前述《天文图》外，还有两幅石刻地图：《平江图》（1229年）及《地理图》（1247年）。《平江图》上方位、比例相当准，说明当时已有较高的测绘水平。城市地图的各种地理要素如水体（河、湖）、地貌（山）、植被、交通（运河、路、桥）、城墙及主要的政府部门和宗教建筑都标明在此图中，非常清晰。因此它不仅是研究苏州城市历史的重要资料，也是我国古地图中城市图的主要代表。（17）《地理图》碑宽约1米，长约2米，山脉层峦叠峰，黄河、长江等河流走向基本符合实际。此图与《天文图》都是由黄裳作于1190年的。明代最伟大的地理学家徐霞客是江阴马镇人，从小爱读地理及游记书籍。他摒弃科举入仕之途，自21岁起游历中原、华东、华南各地16省，考察各处地形、地貌、植被、并作了认真记录，现在见到的《徐霞客游记》只有原文的六分之一，在其中他科学地解释了溶洞、钟乳石的成因，纠正“岷山导江”的误解，正确指出金沙江是长江的上游。李约瑟说：“他的游记读起来不像是17世纪的学者所写的，倒像是一位20世纪的野外勘测家所写的考察记录。”（18）
唐代纪朋是苏州的第一位御医。宋代苏城知府吴渊创建“济民药局”，所采药物远及川广。临安市中更有眼药、产药、疳药各种专业药铺。宋以后我国传统医学继承以《内经》为代表的经典理论但向不同方向发展成不同学派，“医家之门户分于金、元”（《四库全书提要》），苏州世医葛应雷、葛乾孙父子继承东垣李杲之温补脾胃原则。然在吴中影响更大的是赵良仁、戴原礼等丹溪朱震亨的滋阴降火之说。但吴医能收诸家之长而有所创新，以治疗新出现的传染病。明初昆山王履明确指出温病不得“混称伤寒”，不该用发汗之剂，突破了《伤寒论》的藩篱，开拓了认识传染病的新路，以后伤寒的范畴就逐渐减小。“温病”的名称，古已有之，但各家含义不同，至明末吴有性亲历江浙瘟疫流行，他的《温疫论》论述温病的病因“非风非寒、非暑非湿”，“乃天地间别有一种异气所感”，即他所谓的“戾气”，且每种戾气都相应特定的疾病，“从口鼻而入”即使人得传染病。这是中医在传染病学的重大进展，为温病学说奠定了基础。
第四章
明清之际西学东渐与吴地科技的融合