书城历史中国科技史
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第17章 中国古代科技史(16)

在十二平均律发明之前,我国自春秋时期起,一直使用三分损益法确定管或弦的长度和发音高低之间的关系。由三分损益法计算出来的十二个律,相邻两律间的长度差(或频率差)不是都相同的,因此这种律又叫十二不平均律,同时,比基音高(或低)八度的音,只能约略地比基音高(或低)一倍,而不可能正好是一倍。这种情况不适宜进行“变调”,也不便于演奏和声。而朱载堉发明了以珠算开方的办法,求得律制上的等比数列,则彻底取消了三分损益法得出的差数,具体说来就是:将表示八度音程的弦长比2开平方、又开平方、再开立方,得到了2的12次方根的数值。这个值就是通常所说的半音,我国传统说法称之为应钟律数。然后将八度值2连续除以应钟值,累除12次,就得到了相应的平均律中八度内12个音的音高。朱载堉将2的12次方根这个公比数称之为“密率”,十二平均律也被称为“新法密率”。

朱载堉的十二平均律,第一次解决了自由旋宫转调的千古难题,它的出现对于音乐体系的完善、音乐思维的发展和乐器演奏功能的提高等都具有极大的影响,是世界乐律学史上一个最重大的发明创造。它现在已是全世界音乐界应用最普遍的一种律制,西方把它作为“标准律制”,人们只要利用朱载堉的方法,甚至搬用他的数据结果,就可以制出所期待的任一种符合十二平均律的乐器如钢琴之类。在西方,直到18世纪前半叶,德国作曲家巴赫才分别于1722年和1744年创作了上下两卷的《平均律钢琴曲集》,充分发挥了十二平均律的巨大作用,以创作实践证明了这个律制的合理性和优越性。这一体系在西方音乐史上的确立,具有很重要的意义,它开创了一个时代的音乐语言和音乐风格,正当西方音乐家为他们的十二平均律理论和实践的优越性感到自豪时,得知古代中国早在16世纪就有了十二平均律理论——“新法密率”,对此惊讶不已。他们在这方面整整落后了一个半世纪!

《天工开物》

《天工开物》由我国明朝宋应星所著,是我国17世纪有关农业、手工业生产和科学技术的百科全书,在我国乃至世界科学技术史上都占有重要地位。

书名取自《易·系辞》中“天工人其代之”及“开物成务”。全书分上、中、下3册,列为18个类目,每类1卷,共分18卷,全面系统地总结记述了古代劳动人民在工、农、矿、冶、兵等各个领域的生产技术和丰富经验。书中对原料的品种、产地。用量、工具构造和生产加工的操作过程等,记载都很详细,并注明工艺关键,具体描述各种实际数据(如重量准确到钱,长度准确到寸),更加珍贵的是还绘有123幅详尽生动的插图,包括提花机、钻井设备、玉石加工磨床等,所绘内容结构准确,比例恰当,立体感强,依其图样与数据,可将所绘机械设备重新制造出来,是历史上较早的一部图文并茂的科技文献。

《天工开物》记载的科技成就不少是在当时居于世界前列的工艺措施和科学创见,如:在作物分类学上提出了一些新的方法和标准,且与今人之分类法十分接近;最先记述了早稻在干旱条件下变异为是稻的问题,从而在世界生物变异理论上写下了光辉的一页;首次记述了再生秧技术,以及冷浆田中以骨灰、石灰包秧根的技术,是我国使用磷肥的最早记录;最先指出了以砒霜拌豆麦种子以作防虫杀虫之法;最先记述了利用“早雄配晚雌”的杂交优势来培育桑蚕新品种的方法;记载的提花机,是当时世界上最先进的纺织工具;首次记述了今俗称为“焖钢”的箱式渗碳制钢工艺和世界上最早的冶炼锌的技术;最先记述了金成型、铁锚锻造、钢铁拉拔以及特殊化学热处理工艺;最早记述了银朱生产过程中的质量互变关系,是“化合物”观念和“质量守恒”观念的萌芽;详述了矿产的种类、产地和采矿经验等,是我国历史上第一次有关矿产的专篇论述和珍贵记录。

《天工开物》在崇祯十年(1637年)初刊发行,大约17世纪末传到日本。19世纪30年代,有人把它搞译成了法文之后,不同文版的摘译本便在欧洲流行开来,对欧洲的社会生产和科学研究都产生过许多重要的影响。著名生物学家达尔文把中国养蚕技术中的有关内容作为人工选择、生物进化的一个重要例证。据不完全统计,截至1989年止,该书在全世界发行了16个版本,印刷了38次之多,在世界各地长时期畅销不滞,这在古代科技著作中并不是经常看到的。

《永乐大典》

我国明朝的《永乐大典》是当时世界上最大的百科全书。全书计3亿7千万字,共22877卷,外加凡例和目录60卷,装成11095册,分门别类地收集了上起先秦、下到明初的古代重要典籍七八千种之多,内容包括经、史、子、集、释庄、道经、戏剧、评话、工技、农艺、医卜文学等,举凡天文、地理、人伦、国统、道德、政治制度、名物、奇闻异见,以及日、月、星、雨、风、云、霜、露和山海、江河等均随字收载,在当时可以说是“包括宇宙之广大,统会古今之异同”,为中国古代文化成果的宝库。所辑录书籍,一字不易,悉照原著整部、整篇、或整段分别加以编入,甚为详备,宋元以前的佚文秘典,多得以保存流传,有很高的文献价值。全书体例改变了以前类书单纯分类的弊病,吸取了韵书以韵检字的优点,确定了“用韵以统字,用字以系事”的编撰方法,按《洪武正韵》的韵母分列单字,按单字分类汇辑与这一单字有关的各项内容,对每一个韵目,都是先注音后释文,并附该字从钟鼎文到行草的各种写法,更便于检索。

明成祖朱棣于永乐元年(1403年)命令翰林学士解缙等147人纂修大型综合性类书,永乐二年(1404年)11月编成,取名《文献大成》,之后不久成祖又加派太子少师姚广孝等为监修,大约用了3000名儒臣文士参加编校、录写、圈点工作,经过四年的精心纂修,终于永乐六年(1408年)冬天完成,成祖赐书名为《永乐大典》,并亲撰序言以纪其事。该书编成后,即藏于南京文渊阁。直至永乐十九年(1421年),北京皇宫建成,此书才移藏于北京文楼。明世宗朱厚烽时又命阁臣儒士109人摹写副本一部,经五年到隆庆元年(1567年)完成,藏于皇史崴。明朝灭亡之际,正本被焚。副本传到清乾隆已缺2000)余卷。清咸丰十年(1860年)英法联军和光绪二十六年(1900年)八国联军入侵北京,《永乐大典》遭浩劫,部分被烧毁,部分被抢走,余者寥寥无几。到1959年为止,收集到《永乐大典》原本215册,加上复制副本等,共得730卷,1960年由中华书局影印出版,1986年中华书局将已征集到的现存的《永乐大典》近800卷,缩印精装出版。

古代酿酒

在远古时代,我国的先民们可能先接触到某些天然发酵的酒,然后加以仿制。我国古代书籍中就有不少关于水果自然发酵成酒的记载。如宋代周密在《癸辛杂识》中曾记载山梨被人们贮藏在陶缸中后竟变成了清香扑鼻的梨酒。另外,动物的乳汁中含有蛋白质、乳糖,极易发酵成酒,以狩猎为生的先民们也有可能意外地从留存的乳汁中得到乳酒。在《黄帝内经》中,记载有一种“醴酪”,即是我国乳酒的最早记载。根据古代的传说及酿酒原理的推测,人类有意识酿造的最原始的酒类品种应是果酒和乳酒。因为果物和动物的乳汁极易发酵成酒,所需的酿造技术较为简单。

在距今约7350年前的我国磁山文化遗址中发现“粮食堆积100立方米,折合重量5万公斤”,还发现了一些类似于后世酒器的陶器,这说明当时可能有了谷物酿酒。我国晋代的江统在《酒诰》中写道:“酒之所兴,肇自上皇,或云仪狄,又云杜康。有饭不尽,委馀空桑,郁积成味,久蓄气芳,本出于此,不由奇方。”认为最初的谷物酿酒不是有意制造的,是无意中发现的,提出剩饭自然发酵成酒的观点。江统是我国历史上第一个提出谷物自然发酵酿酒学说的人。到了殷商,我国已摆脱酒的原始酿造,开始进入制曲酿酒的阶段。《尚书》载:“著作酒醪,尔惟曲蘖。”曲蘖就是酒曲,是制酒的糖化发酵剂。这就是说在距今3200多年前,我国已经成熟地用酒曲来酿酒了。酒曲酿酒,将糖化与发酵两过程合为一体,被称为“复式发酵法”,一直是我国具有独特民族风格的谷物酿酒技艺的源泉,又是世界酿酒史上的空前创造。有关专家对此作了具体的描述:“在农业出现前后,贮藏谷物的方法粗放。天然谷物受潮后会发霉和发芽,吃剩的熟谷物也会发霉,这些发霉发芽的谷粒,就是上古时期的天然曲蘖,将之浸入水中,便发酵成酒,即天然酒。人们不断接触天然曲蘖和天然酒,并逐渐接受了天然酒这种饮料,于是就发明了人工曲蘖和人工酒,久而久之,就发明了人工曲蘖和人工酒。”制曲酿酒法,一般以稻米、大小麦、高粱等谷物为原料,通过蒸煮使谷物糊化,利用曲霉、酵母的代谢作用制曲,最后将曲料进行发酵便造出了酒。秦汉以来,我国的制曲酿酒技术不断取得成就。《礼记·月令》中提到了用曲造酒的六点注意事项:“秫稻必齐,曲粟必时,湛炽必洁,水泉必香,陶器必良,火齐必得。”要求造酒用的谷物必须成熟,投曲必须及时,浸煮时必须保持清洁,造酒用的水质必须要好,器皿必须用优良的陶器,火候必须适宜,这其实也是对我国古代酿酒技术的科学总结。汉代由于制曲技术的发展,可以利用不同的谷物制曲,从而增加了酒的品种。北魏的《齐民要术》专门讲了制曲酿酒的方法,列举的12种制曲法中,有两种是碎块的散曲,有10种是饼状曲,这些饼曲至今仍是酿造高粱酒最常用的曲。唐宋时期,制曲技术进一步发展,酒的品种更多了。北宋时还出现了一部论述造酒的专著——《北山酒经》。

西方各国的主要谷物酒,长期沿用麦芽糖化加酵母的酵造法。直到19世纪90年代,法国人卡尔迈特由我国引进酒曲,应用于酒精生产上,名日“阿米诺法”,才突破了西方以麦芽糖化剂酿酒的传统工艺。