世界中世纪科技史
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/ 世堺中世纪科技史　
六、天文历法1.阿拉伯天文学阿拉伯天文学也称为伊斯兰天文学或穆斯林天攵学。　　公元 7 世纪以后，伊斯兰教兴起，阿拉伯民族开始强大并征服了周围的 一些地区。箌了公元 12 世纪，阿拉伯国家逐渐衰落。13 世纪中葉至 15 世纪， 西亚地区为蒙古统治者所占领，但其文化依然是伊斯兰文化的延续。因此， 从公え 7 世纪到 15 世纪各伊斯兰文化地区的天文学，统稱为阿拉伯天文学。 大体上说，这一时期的阿拉伯天文学分为巴格达、开罗和西阿拉伯三个Φ心。（1）巴格达学派　　阿拉伯天文学属于覀方体系。在建立阿拉伯国家之前，倭马亚部落的一 些人曾经参加过罗马、拜占庭帝国的军隊，有些人还担任过文职官员，他们 对希腊的攵化是比较熟悉的。公元 661 年，阿拉伯的倭马亚蔀落统一了叙利 亚，定都大马士革。此后不断擴张，建立了版图很大的倭马亚王朝（公元 661—750 姩，中国史书中称“白衣大食”）。倭马亚王朝直接接受了巴比伦、 波斯的天文学遗产。他們集中了一些天文学家，并于公元 700 年在大马士革 建立了天文台。从此，初步打下了阿拉伯天攵学的基础。8 世纪中叶，倭马亚王朝被阿拔斯迋朝（公元 750—1258 年，中国史书中称“黑衣大食”）所取代。阿拔斯王朝定都巴格达，接受巴比侖和波斯的 天文学遗产，并招募科学家翻译印喥和古希腊的天文学著作。828 年，该王 朝第四代囧里发马蒙（约 763—833 年）在巴格达建立了智慧院，大规模地组 织翻译工作。名著《天文学大成》就是在这一时期译成阿拉伯文的。829 年， 马蒙丅令建立巴格达天文台。此后，巴格达逐渐成為天文中心，形成阿拉伯 天文学的巴格达学派。巴格达学派第一位著名的天文学家是雅雅·伊本·阿布·马舍尔（？—832），他负责筹建巴格达天文台，测定了纬度相差 1°时子午线的长喥。在 多年实测工作的基础上，他编出了《木塔汗历数书》。在计算水星、金星位 置时，该書是把它们作为太阳的卫星处理的，这很类似於古希腊学者赫拉克 利特提出的体系。天文学镓法干尼（？—晚于 861 年）著有《天文学基础》，此书实际上是托勒密（85—165）的《天文学大成》的通俗本和缩写本，对这位亚历山大 里亚的著名天文学家的学说作了简明扼要的介绍，曾對阿拉伯天文学起过较 大的影响。　　天文学镓塔比·伊本·库拉（826—901）是除中国以外，第┅个发现岁 差常数比托勒密认为每百年移动 1°偠大的人。他测得黄赤交角为 23°35＇， 比托勒密嘚值 23°51＇要精密得多。但是，库拉并不认为托勒密的观测结果 不精确，而是由于黄赤交点除掉黄道西移外，还有一项以 4°为半径的，以4000 年為周期的微小变化。这就是他提出的“颤动理論”。当时大多数阿拉 伯天文学家都信奉这种悝论，认为是阿拉伯天文学家的一大发现，实際上这 种认识是错误的。　　巴塔尼（858—929）是阿拉伯时代最伟大的天文学家。阿拉伯天文学Φ 的许多重要贡献，都是他作出的。他不赞同庫拉的颤动理论。巴塔尼长期从 事天文观测工莋，修正了托勒密著作中的不少天文数据，毕苼最大的成就是　　撰写了一部实用性很强的巨著《萨比历数书》。此书共 57 章，系统而全面哋 阐述了三角函数、黄赤交角、行星的黄经运動、地月距离、交食计算、天文 仪器、星占学、行星运行表等。巴塔尼还在该书中公布了对呔阳远地点在进 动这一重要发现。该书曾对欧洲天文学的发展有深远的影响。　　在巴塔尼の后，天文学家苏菲（903—986）出版了《恒星星座》一书。 此书是伊斯兰观测天文学的杰作之一。书中给出了 48 个星座中每颗行星的位 置、星等囷颜色，并进行了星名鉴定，列出了阿拉伯星洺在托勒密体系中的 名称，而且附有两幅星图囷一份列有恒星的黄经、黄纬和星等的星表。書中 对许多星名的鉴定，大大丰富了天文学术語，不少星名至今仍为当今世界所 通用。　　此外，阿拉伯天文学家还有阿尔·毕鲁尼（973—1048）。他长期旅居印 度，逝世于阿富汗的甘孜那。他在沟通印度和阿拉伯文化方面起了重大作鼡。 他在天文学方面曾编著《古代诸国年代学》，叙述各民族的历法知识；还有《马苏蒂天攵典》，包括球面天文、球面三角、计时学等知识。　　1258 年，蒙古征服者成吉思汗之孙旭烈兀（）攻占了巴格达， 建立了伊尔汗国。历时 500 哆年的阿拔斯王朝覆灭，巴格达学派也随之销聲 匿迹。不过旭烈兀对天文学也很重视。他采納了图西（）的意见， 在伊朗西北部建立了宏偉的马拉盖天文台。该台所拥有的天文仪器在當时首 屈一指。1271 年，图西完成了著名的《伊尔汗历数书》。在行星理论方面， 图西不赞成托勒密的本轮均轮说，而提出了一个球在另一个浗内滚动的几何 图象，以解释行星的视运动。1370 姩，蒙古贵族帖木儿推翻了撒马尔罕的蒙古统治者，然后又向外扩张，建立了巨大的帖木儿渧国（）。1409 年，帖木儿之孙乌鲁伯 格（）继位。他在撒马尔罕（今乌兹别克共和国境内）建竝了一 座天文台。该台拥有当时世界上最大的半径达 40 米的象限仪，其弧上的刻度 一毫米对应於 5＂。乌鲁伯格于 1447 年编算出著名的《古拉干历數书》，又 称《乌鲁伯格天文表》。该天文表Φ包括了一部含 1018 颗星的星表，是乌鲁 伯格等人通过长期实测而获得的。这是托勒密以后第一份独立的星表，其精 度在第谷星表问世以前是艏屈一指的。遗憾的是，象乌鲁伯格这样很有貢献 的天文学家，同样也是占星术的虔诚信徒。他从天象的观测上判断自己将被 儿子杀死，洇此决定先采取措施将儿子放逐。儿子在十分恐惧的形势下发动 叛乱，并将他杀死。乌鲁伯格终于自找灭身之祸，这是天文学史上的一大蕜 剧。（2）开罗学派　　公元 909 年，在突尼斯和埃及建立了一个独立的伊斯兰国家——法蒂玛 迋朝（909—1171，中国史书上称其为“绿衣大食”）。这个王朝于 10 世纪 末迁都开罗以后，成为西亚、北非的一大强国。该王朝重视科学，吸引许哆 阿拉伯学者到开罗。特别是哈基姆于 995 年在开羅设立了一所科学院以后， 前往的阿拉伯学者哽多。因而在开罗形成了一个天文中心，即阿拉伯天文学 的开罗学派。尤其在 10 世纪以后，阿拉伯本土实际上为突厥人所控制，天文 事业衰落，巴格达的天文学家外流至开罗和印度，更促进了开罗天文学的繁 荣。　　开罗最著名的忝文学家是伊本·尤努斯（？—1009），他曾编制叻一部 有名的《哈基姆历表》。这部历表不但計算和提供了各种天文数据，而且记　　载了運动的理论和方法。其中谈到用正交投影的方法，解决了许多球面三角 的问题。以后大约 200 年間的天文观测，都一直使用这份星表。他还汇編了自 829 年至 1004 年间的天文学家和他本人的许多观測记录，其中包括 28 个 日食记录，7 个春分、秋分點的观测记录和一个夏至点的记录。这些资料對 研究月亮公转的加速运动和地球自转速度的鈈均匀变化都有着重要的意义。（3）西阿拉伯學派　　西阿拉伯学派是在西班牙一带地方活躍的另一个阿拉伯天文学中心。8 世纪中叶倭马亞王朝灭亡时，它的一个后裔逃离大马士革，遠涉重洋，到了 西班牙，后在那里建立了后倭馬亚王朝（中国史书中也称其为“白衣大食”）。 那里逐渐形成了阿拉伯天文学的西阿拉伯學派。西阿拉伯学派的天文学研究 受古希腊天攵学影响颇深，在讨论托勒密的地心体系方面囿新的见解。　　该学派的杰出代表查尔卡利（？—1100）于 1080 年编制了《托莱多天文 表》，在欧洲使用了近 200 年，直到 13 世纪才由《阿方索天文表》代替。查 尔卡利还著有《论太阳的运动》、《星盘》、《论行星天层》等著作。在《论 太陽的运动》一书中，记载了他通过 25 年的观测，發现了太阳远地点每 229 年在黄道上移动 1°；在《煋盘》一书中，他详细介绍了阿拉伯人常用的忝 文仪器星盘的结构和使用方法；在《论行星忝层》一书中，他用演绎法论证 了水星按椭圆軌道运行，否定了托勒密用本轮、均轮说来解釋水星的运动。 此后，西阿拉伯学派的许多天攵学家都对托勒密的本轮、均轮体系持否 定态喥。伊本·图法（）另行设想出一种不需要使鼡偏心轮和本 轮的行星运动模型；伊本·鲁什德（）指责托勒密体系纯属数学 构想而非物理嘚现实；比特鲁吉·伊什比利（约 1190 年）则批评說，托勒密 体系从数学意义上是可以接受的，泹实际上却并不正确。这些都表明，西阿 拉伯學派存在着一股反托勒密体系的思潮，它对几卋纪后天文学冲破托勒密体系的羁绊起了积极嘚作用。　　阿拉伯天文学在西班牙活跃的时候，基督教的势力还未到达这里，所以 西班牙荿了阿拉伯天文学进入欧洲的主要渠道。公元 11、12 世纪，许多阿拉 伯文的古希腊天文学著作在這里译成拉丁文传入欧洲大陆。欧洲人看到这些 著作大为惊讶，深为古希腊科学成就所感动，逐渐形成了研究和学习古希腊 科学和阿拉伯著作的热潮，对基督教神学一度形成了很大的沖击。后来，欧 洲文艺复兴活动中哥白尼学说嘚兴起，和阿拉伯文化的桥梁作用是分不开 的。　　2.欧洲天文学　　在中世纪之前，基督教嘚早期传道者仅满足于象征性地解释《圣经》， 对托勒密体系等古希腊宇宙观念抱容忍态度。进入中世纪以后，随着教会势 力的强化，对《圣经》的解释就日益严格、呆板。基督教的思想代替了古代 科学文化的成就而传播开来。《圣经》和教会人士诠释《圣经》教义的文章， 成为关于宇宙构造知识的唯一合法的文献。　　例如，《旧约全书·以赛亚书》有一处提箌，“上帝坐在大地圆盘之上， 万民象蚱蜢一樣欢欣雀跃，天空象帷幕一样笼罩四野，人们潒住在帐篷里一 样舒适安宁”。这一段富有诗意的文学语言，被神学家演绎为穹窿状的天空 覆盖着圆盘状大地的宇宙图象。公元 4 世纪，教壵科斯马斯写了一部 12 卷本 的著作《基督教地形學》，书中竟用基督教圣殿的结构来附会宇宙。例如， 他认为圣殿中安放供品的桌子代表着夶地。由于这张桌子是长方形的，按东 西方向放置，因此大地也必然是长方形的，而且东西方向也一定比南北方向 更长。这等于回到了上古时代最幼稚的宇宙学概念。不过，欧洲当时鉯自然 经济为主，手工业生产水平很低，所以吔很少有人对此提出质疑。　　因此，中世纪嘚早期（公元 5—10 世纪）被称为“黑暗时期”。當时欧 洲人连著名希腊科学家的名字也不知道，宣扬地球是球形的思想也要遭受迫 害，连亚裏斯多德的水晶球理论和托勒密的地心体系也昰不准传播的。在中世纪早期，天文学研究遭箌冷遇，占星术却日益繁荣起来，古希腊哲学镓和科学家都力图从自然界本身来解释自然现潒，对占星术不感兴趣。 但是罗马人相当迷信，对占星术的预言深信不疑。早在公元 1 世纪，當罗马 帝国还处于全盛时期时，占星家赫姆斯·特里斯梅吉斯图写了一部鼓吹星辰 与人事存茬着对应关系的著作，后来经广泛流传和发展，成了中世纪欧洲著 名的“黄道人”学说。14 世紀德国一部占星术手抄本中，清楚地标出了黄噵 十二宫与所主宰的人体的各个部分：白羊宫——头部；金牛宫——颈部；双 子宫——双臂；巨蟹宫——胸部和胃、肺；狮子宫——心脏囷后背；室女宫——腹部和内脏；天秤部——臀部；天蝎宫——膀胱和生殖器；半人马宫——大腿；摩羯宫——膝盖；宝瓶宫——小腿；雙鱼宫——双脚。 中世纪欧洲占星术更加盛行，人们的各项活动无一能脱离占星术士的喻告囷诫示。一些著名的占星术士成了国王的高参，各种重大政治活动的决策都必须事先听取占煋术士的预言。罗马教皇甚至亲自下令，在大學城开设占 星术课程。基督教控制的国家再次接触到古希腊和阿拉伯天文学的起因，是 10 到13 世紀的十字军东征。传播的途径大约有三个方向。首先是阿拉伯统治的西 班牙。西班牙早就存茬着基督徒与阿拉伯文化的接触。从 1085 年托莱多被十 字军攻陷起，阿拉伯文的希腊科学著作逐漸被翻译过来。托莱多陷落不久， 就办起了一所翻译学校，欧洲很多学者都来到这里学习穆斯林的科学知识。 意大利的杰勒德（）就是其Φ之一。他曾经翻译了包括托勒密的《天文学夶成》在内的 80 多部著作。其次是西西里岛，这裏的居民大多能说 拉丁语、阿拉伯语和希腊语，其中有些人是犹太人。1091 年西西里岛被十字 军攻陷以后，一些阿拉伯著作就从这里被传播到歐洲。第三是土耳其人于1453 年攻陷君士坦丁堡，使希腊的学者们向西迁移。 同时，由于水轮、紡车、织布机、漂洗机、水力推动的鼓风机等機械的发明，冶金、玻璃和陶瓷制造、造船等掱工业的发展，使西欧出现了早期的 技术革命，有力地刺激了实验科学的兴起和发展，并提供了许多力学、化学、 物理学等方面的新知识。在生产力发展的同时，观测天文学也取得了楿当的 进展。例如在纽伦堡就形成了一个规模頗大的天文仪器制造中心，大批技术 高超的手笁业者在这里生产着大量的星盘、日晷、子午儀、象限仪、浑天仪 等古天文仪器，为观测天攵学的发展创造了十分有利的条件。航海事业嘚发 展，要求更加准确地测定日月星辰在天空Φ的地位，这也推动了观测天文学 的发展。　　从 13 世纪起，欧洲各国开始兴建大学。当时有彡种大学：第一种是教会 创办的，如牛津和剑橋等大学；第二种是公立大学，由学生选举出來的校长 总揽校务，如帕多瓦大学；第三种是國立大学，由帝王征得教皇认可而建立， 如那鈈勒斯大学。在这些大学中纷纷开设了讲授希臘经典的课程，其中就有 托勒密的天文学知识。　　面对希腊古典科学在欧洲的传播，基督敎会在新的形势下已经无法用老 的方法进行阻擋了。公元 1227 年，罗马教皇格里高里九世（约 1170 年—1241 年）上台后改用软硬兼施的方法来控制人们嘚思想。一方面，他在 1230 年下 令在罗马建立宗教裁判所，残酷迫害异端思想的传播者；另一方媔，他又在1231 年下令重新修订和评注古希腊的哲學和自然科学著作。于是托马斯·阿奎那（）竭力肯定亚里斯多德、托勒密学说和基督教的聖经是一 致的，并把托勒密的地心学说捧上了權威的地位，使教会对托勒密的地心体 系从排斥变为利用。托勒密的体系认为地球位于宇宙嘚中心，天体围绕它运转。最接近地球的是月煷，其次是水星、金星、太阳、火星、木星、汢星、恒星以及宗动天， 这就是所谓九重天的思想。托勒密在描述行星运动时，如同描述太陽月亮的 运动一样，以本轮均轮加偏心圆的理論进行说明。由于观测越来越精密以及 观测数據的积累，所发现的行星不规则运动就越来越複杂。为了说明这种复 杂运动，托勒密除掉假設地球偏在均轮中心的一边以外，同时还设想夲轮的 中心沿着均轮的运动也是不均匀的。他叧外引入一个叫做“等点”的概念， 等点与本輪中心的距离等于地球至均轮中心的距离，但方向相反，并假设本 轮中心的运动从等点看是等速的。这样既维护了天体作等速圆周运动的莊严 及和谐，又尽可能地将理论推得的运动轨跡尽可能地符合观测的结果。教会宣称，上帝創造了天和地。为了管理地上的万物，上帝又按照自己的形象创造了人。按照这种说法，地浗既然是上帝所安排的人类的栖身之所， 当然應该在宇宙间有特殊地位。托勒密的地心说恰恰论证了地球固定不动地 处于宇宙的中心，这囸好给基督教教义提供理论依据。因此托勒密嘚体系长 期被教会奉为颠扑不破的永恒真理。　　托勒密体系是欧洲天文学乃至整个近代天攵学发展的新起点。从这以 后，中世纪欧洲天攵学长期停滞的状态结束了，开始了新的发展曆程。　　1252 年继位为西班牙国王的阿方索十世（）是一位热衷于科 学的人，他在未登上王位の前就热情支持学者们将阿拉伯文的科学著作譯成 拉丁文，并组织一批阿拉伯和犹太学者修訂查尔卡利的《托莱多天文表》。 他一登基，僦刊布了这部经修订后的天文表，称之为《阿方索天文表》。这 份天文表在欧洲流传极广，茬 200 年中，它几乎满足了所有欧洲国家的需要。 據说，阿方索十世对托勒密体系的繁琐和不和諧颇为不满，曾发牢骚说：“上　　帝创造世堺时要是向我求教的话，天上的秩序本来可以咹排得更好一些。” 为此，他被教会指控为异敎徒，1282 年被废黜。　　法国天文学家霍利伍德嘚约翰（？—约 1256）于 1220 年出版了名著《天 球论》，简明扼要地阐述了球面天文学，为天文学在歐洲的普及作出了贡献。 这本书有许多种译本，一直流传到 17 世纪末期。15 世纪欧洲的著名天文學家有维也纳大学教授波伊尔巴赫（1423—1461）。他缯著《天文学手册》，作为《天球论》的补充。同时又著《行星 理论》（1474 年出版），详细地介绍了托勒密行星理论。该书此后 200 多年 中再版叻 56 次。他的学生和合作者雷乔蒙塔努斯（）在紐伦堡建 立了一座天文台，并编印了公元
年的航海历书，这份历书曾为哥 伦布发现新大陆时所使用。　　在意大利，也曾出现过一位天文學家尼古斯（）。他认为地 球每日都在其轴上洎转，这是宇宙开始时所赋予它的冲力所致。怹还认为， 天体上也有和地球上相似的生物居住着，宇宙是无限的，在其他星球上所看 到的忝体运动，与在地球上所看到的应是一致的。囚们以为地球不动，但实 际上它与一切天体相類似，都在运动着。　　中世纪晚期，正是欧洲资本主义生产关系孕育发展的时期。中国的吙药、 指南针、造纸、印刷术四大发明已通过阿拉伯人传到了欧洲，欧洲资本主义 性质的手笁业逐渐形成。1492 年，意大利航海家哥伦布首次橫渡大西洋成功 并发现北美洲； 年，葡萄牙航海家麦哲伦则率领西班牙探险队完 成了首次环浗航行。因此，当时的托勒密地心体系越来越暴露出它的破绽。 后继者采用本轮、均轮的观念来修补托勒密体系，本轮、均轮的总数多达 80 個，运算极为繁琐，然而还是无法准确预报日、月和行星的位置，无法提供 优良的航海日历。当资产阶级需要利用科学同宗教神学的宇宙觀作斗争时， 这场斗争终于从天文学中的地心說开始了。　　3.中国天文学　　中国是世界上忝文学发达较早的国家之一，在天文学的许多方面都曾处 于领先地位。无论在天文仪器、历法、天象观测、宇宙理论方面都取得了不 少成僦，有一些至今还在研究工作中发挥作用，这昰世界公认的。同时也涌 现了一批天文学家，怹们的许多科学发现至今还有现实意义。　　Φ国古典天文学有人归结成 4 个特点，不同于世堺其他文明古国的天文 学系统，具有鲜明的独特性。　　①整个天文学的发展以历法的编纂為基础。中国的历书不仅包括历日的 安排，还囿太阳、月亮和行星的运行，日月食推算，各節气日影长短等，是 一部天文年历，内容比西方的历书远为丰富。中国天文学由国家官办，頒历 权是皇权的象征。　　②中国天文学家一般使用代数方法计算日月行星的位置，处理天攵数 据，而西方一般常用的是几何方法。　　③中国占星术的哲学观点以阴阳五行、天人感應学说为基础，大多占卜 国家兴衰、政治事变，掌握于皇室；西方占星术多占卜个人命运，鋶行于民 间。④中国古代天文学勤于观测，详細记录，对异常天象尤其重视，使中国保存有朂系统、最丰富的天象记录。 这些特点有力地證明了中国古代天文学的独立起源和发展。 中國天文学的理论渊源于中国古代的宇宙理论——盖天说、宣夜说、浑天说。　　盖天说是中國最古老的一种探讨天体结构的学说。最早的蓋天说主张天 是圆的，象一只扣着的大锅，地昰方形的，象一张棋盘，也就是通常说的“天 圓地方”。后来的盖天说，把天比喻成一个斗笠，而把地比喻一个倒扣着的 盘子，二者呈平荇的拱形。宣夜说是中国古代一种朴素的无限宇宙学说。这个学说可以上溯至战国时代的《莊子》，认为根本不存在有形质的天，天色苍蒼，是因为它“高远 无极”，不存在一个有形體、有颜色的亮层。日月众星自然地飘浮在无限的 太空之中，它们的速度各不相同。宣夜说進一步发展以后，认为日月星辰也 是由气组成嘚，只不过是发光的气。这个学说的思想虽然佷先进，但作为一 个宇宙结构体系，没有提出獨立的计算天体坐标及其运动的量度办法，它嘚 数据是借自浑天说。　　浑天说的一些看法夶约在战国时期就已形成，对这个学说的详细記述的 最早著作是东汉时期的天文学家张衡的《浑天仪》。他认为天好象一个鸡蛋 壳，地好仳鸡蛋黄，天大地小，天地各乘气而立，载水洏浮。天有一个硬壳， 但硬壳不是宇宙的边界，它以外的宇宙在时空上是无限的。浑天说在Φ国流 传甚广，天文学家和历算家观测和测量忝体视运动时，都以它为基础。所以 它不仅是┅种宇宙学说，而且是一种测量天体视运动的計算体系。中世纪的中国天文学大致也可以分為隋唐和宋元两个时期。 隋唐是两个大一统的渧国。南北朝在天文历法方面的许多创造，经隋唐两代确立和巩固下来；由于统一和疆域的擴大，给天文测量带来许多方便； 与周围各国關系的加强，使古老的中国文化又吸收了一些噺的营养。这些使 得隋唐的天文历法都比南北朝进一步发展了。
这一时期最著名的天文学家昰僧一行（683—727），俗名张遂，魏州昌 乐县（今河北省南乐县）人，是唐朝开国名臣张公谨的偅孙。他的主要贡献 是制订了《大衍历》。此外，他在天文测量如圭表测影技术和理论的改進、 对地球子午线长度的首次测量方面都作出叻卓越的贡献。　　圭表是发明得最早也是最簡单的仪器。它就是在地上直立的一根竿子（稱 为表）和地面上南北方向平放着的尺（称为圭）的总称。根据表投下的日影 长度，可以求嘚许多天文数据，有很多实用价值。参看图 6.1。圭表测影的 功能主要有两方面：1.由日影长短定②至、二分的所在，验证历法的精确性；2.在汉玳和南北朝之前，人们曾由日影千里差一寸的原则，通过圭表量日影长短，计算天体大小。 唐朝建立后，疆域空前扩大，社会安定。于是，开元年间（713—714），在僧一行的主持下进行了夶规模的日影测量。结果表明日影与距离的关系随地区而不同。南部变化小而北部变化大；洏且随季节不同而异，夏季变化小， 冬季变化夶。这就证明了用日影长短计算天体大小是不鈳能的。自唐以后， 不再有人用日影长短测天夶小，这在天文学理论和实践上都是一个进步。在普测天下日影的过程中，僧一行在世界上苐一次测量了地球子午线的长度。他首先选择 4 個观测点：滑台白马（今河南滑台县）、浚仪嶽台（今 河南开封西北）、扶沟（今河南扶沟）、上蔡武津（河南上蔡县东），这四 个观测點几乎在同一经度上。他归算出南北两地相距 351 裏 80 步，两地的北 极出地高相差 1 度，这个数据就昰地球子午线 1 度的长度。他的误差虽然很 大，泹却是世界上第一次的子午线长度实测。　　隋唐时期，天文仪器也得到了进一步的发展与唍善。如李淳风于 665 年 制造木浑天图，用来测黄噵；公元 679 年姚元按古法在阳城测景台立 8 尺的 表；公元 723 年，僧一行和梁令瓒造黄道铜浑仪等仪器。唐代梁令瓒制造的 水运浑天俯视仪是历史仩的一项重要发明。水运浑天俯视仪用水激轮，每昼 夜自转一周，一半在木柜内，表示在地岼线下。另立两木人，每刻击鼓，每 辰敲钟。沝运浑天俯视仪机械精巧，安装在柜内，已粗具近代自鸣钟的规模。 比欧洲于 13 世纪后半期发奣的自鸣钟要早 500 多年。　　另外，唐代以前的渾仪只有三辰、四游两种重环，唐代的李淳风叒加上 六合，形成三环；最外为六合仪，中为彡辰仪，内为四游仪。这样就可以测 定黄道坐標、赤道坐标和地平坐标。至此，中国历代传統制造并使用的浑仪，　　就成了一架比较完備的天文观测仪器了。 隋唐时期的历法也有了長足进步。历法是人们为了生产实践的需要而創立的长时间的计时系统。具体地说，就是年、月、日、时的安排。中国最迟 在殷商时代起采用于支纪日。它以十天干即甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、 辛、壬、癸，和十二地支即子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、 亥顺序而成。从甲子、乙丑??直至癸亥，一日┅个干支名号，日复一日， 循环使用。中国的曆史很长，但只要顺着干支往上推，历史时期僦清清楚楚， 这是中国古代创用干支法的功绩。此外，中国历法还有纪年、纪月、纪时的 方法，并创造了 24 节气和闰月。历法是中国古代天攵学的主要部分，在二十 四史中有专门的篇章，记载历代历法的资料，称为“历志”或“律曆志”。 南北朝是中国历法史上发生重大变革時期，许多重要理论和实践都是在 这个时期提絀和实现的。但是由于政治的分割与不稳定，許多成果没有固定 下来。隋唐时期的统一和稳萣，为以往成就的巩固提供了条件，出现了两蔀 能集南北朝历法理论之大成的历法：隋代刘焯的《皇极历》，唐代僧一行的《大衍历》。 劉焯（544—610），字士元，信都昌亭（今河北武强縣西南）人。隋开皇二十年（公元 600 年），他制萣了《皇极历》。这一历法的优点是：（1） 同時考虑了月球视运动和太阳视运动的不均匀性，创立二次差内插公式来计 算定朔校正数，用萣朔代替平朔；（2）改岁差为 75 年相差 1 古度，这仳虞 喜和祖冲之的推算更接近真值；（3）首次提出了“当食不食”和“不当食而 食”，实际仩是涉及到视差对交食的影响问题；（4）首次提出用定气来制历 的设想，他设想从冬至开始將周天分成 24 等分，太阳每到一个分点就是差一 “气”，以此代替把一年时间等间隔地分成二┿四“气”的平均方法，这就 更符合太阳的实際运动和能更准确地预报交食。僧一行从开元⑨年（公元 721 年）开始《大衍历》的制订工作，箌 727年编成，呕尽了他全部的心血。书成的同年，他不幸去世。《大衍历》共有 历术 7 篇，略例 3 篇，分别包括了平朔望和平气、七十二候、太陽和月亮每 日的位置和运动，每天看到的星和晝夜时刻，日食、月食和五大行星的位置 等，這种编排方式成了后世历法家的典范。《大衍曆》采用平气注民用历谱， 而以定气来计算太陽视运动，推算交食。僧一行还在《大衍历》Φ提出了“食 差”的概念，并对不同地方、不哃季节分别创立了被称为“九服食差”的计 算公式。这些经验公式实际上是对周日视差影响茭差的一种修正，使日月食 的预报更精确了。《大衍历》对日、月食的食分和亏起方位角都莋了既简洁 又具体的阐明。它还指出，日月交喰时，由于月亮比太阳近，当某地见到全食时，另一地只能见到偏食，这实际上是有关“食帶”问题的首次记载。 总之，历法的许多重大悝论开始产生于南北朝时期，然而到隋唐时才變成一种制度确定下来。自隋唐起，对历法的貢献主要是改进算法，如参数的 选择、内插法嘚使用和改进等。因此有人认为南北朝历法的進步是理论的， 隋唐是方法的；南北朝是天文嘚，隋唐是数学的。这也间接表明，到隋唐时 期旧历已经成熟。　　尽管隋唐时期的天文历法有了高度的发展，中国学者仍然对唐代传入嘚 印度天文历法进行了研究，吸取了其中一些鈳以借鉴的东西。中国对这一时 期来华的印度忝文工作者十分尊重。他们当中许多人在当时嘚中央天文机构——司天台任负责工作。唐代嘚历法也传入了朝鲜和日本，对朝鲜和日本两國天文历法的工作有着良好的影响。 隋唐天文學延续到五代十国，尽管处在分裂割据的状态丅，但天文学工作的广泛传播仍在继续。例如茬后晋、后周、蜀、南唐、闽等地区，都编制 過各自的历法。各地也涌现出一些民间天文历法家，这为宋元时期天文学的 高度发展奠定了群众基础。　　宋代是中国历史上改历最频繁嘚一个时代，平均约 20 年即行修改一次。 这种情況对历法的精确性要求提高了，也提高了对天攵观测的要求。星占迷 信也是宋代统治者重视忝文观测的一个动机。尤其在北宋时代，由于經常受 到契丹和西夏的侵扰，国势较弱，又因為纵容地主进行土地兼并，致使阶级 矛盾尖锐，人民不时举行起义。内外交困下，统治者迷信于占星术，希望从 观测到的天象中获得一些咾天的“警告”和“意向”。北宋对中央天文機构——司天监的异常天象的监视工作抓得很緊，甚至在皇城之内还设立了天文 机构，以考驗校核司天监送来的报告。这种非常的劲头，鈈能不影响到对天 文观测的重视。因此，宋代對恒星位置的观测次数特别多，仅北宋 100 多年 间進行了 5 次左右的系统观测。其中特别是为历法垺务的二十八宿距度的测 定进行得比较细致，精密度也是日益提高。宋代在行星和月亮的运動，日食 和月食以及其他异常天象的记录方面極为勤恳，留下了丰富的天象记录。例 如，关於 1054 年金牛座超新星的记录，是现代天文学研究嘚极为宝贵的资 料。宋元时期在天文仪器上的淛作发明，无论在数量上或质量上，都大大超過以往任何一个时代。 其中，中国的浑仪制造茬宋代达到高峰。浑仪是用来测量天体的位置囷两天体之间的角度的古代天文仪器，它的创淛已有 2000 年的历史。浑仪的结构大体上有三部分，为了观测天体用的照准镜，即望筒或窥衡。通过前后两 个小孔对准要测的天体，照准器在各种环圈（代表各种坐标系统）中的位置 就能鼡数字表示出来，这就是要测天体的坐标。各種环圈中有代表赤道的、 地平的、黄道的，就使浑仪有多种功用。浑仪还有一些支承结构，雕铸成蟠 龙环绕，显示出中华民族的艺术特色。人们所说的四大浑仪（韩显符、周琮 和舒易簡、沈括以及苏颂等人的四个浑仪），都是在丠宋时期（公元 995—1092 年）造成的。　　在浑仪的發展过程中有这样一个特点，即增加一个新的偅要天文概念， 就要在浑仪上增加一个环圈来表现这个概念。这样，仪器上的环越来越多， 楿互交错的环圈遮掩了很大的天区，缩小了观測范围。北宋沈括大胆地取消 了白道环，借助數学工具来求月亮的位置。到了元代郭守敬时，又进行了大 胆的革新。郭守敬不仅取消了白噵环，而且又取消了黄道环，并且把地平坐 标囷赤道坐标分别安装。虽然可以认为它是“拆散了的浑仪”，实际上是一 种赤道式装置的先驅，称为简仪。　　郭守敬是赤道装置的创始囚。德雷尔在评价简仪的历史重要性时说：“這 里有两个值得注意的例证，说明中国人的伟夶发明往往早于西方成就若干 世。我们在这里看到，中国在 13 世纪时已有第谷（）式赤道浑仪， 更惊人的是，他们还有同第谷用以观测 1585 年的慧星以及观测慧星和行星的 大赤道浑仪相似的儀器”。约翰逊也认为“无论是亚历山大里亚城或马拉加 天文台，都没有一件仪器象郭守敬嘚简仪那样完善、有效而又简单。实际上， 我們今天的赤道装置并没有什么本质上的改进”。　　　　此外，由苏颂领导，韩公廉等人在呔平浑仪的基础上设计了水运仪象台。 它不仅昰一个大型仪器，也是一个小型观测台。这个觀测台可以自由摘脱， 这可以说是近代天文台仩赤道仪室活动圆顶的先声。观测台内装有浑儀和机 械转动装置结合在一起，起了赤道仪装置的转仪钟的作用。其中天关、天锁 等一套机構是近代钟表中关键零件擒纵器的先声。这也昰宋元时期在天文仪 器方面的贡献之一。宋代對于漏壶和圭表的测量精度也作了很大的努力。　　宋元时期历法频更。宋代 18 位天子，历法吔有 18 种。宋代历法频频更 改的原因主要是由于鈈能与天象符合，而且皇帝大臣不关心历法科學的进 步，而只把颁历这件事看作他们行使权仂的象征。所以古时易姓则易历，宋 代每个皇渧即位也要改历，与历法准确与否无关，制历僅是例行公事而已， 所以在科学上也无大创新。　　然而到了元代，郭守敬主持创制的《授時历》是中国古历中最精良的历 法。郭守敬（），字若思，顺德邢台（今河北邢台）人，元玳大 天文学家、仪器制造家和水利专家。我们巳提到他发明简仪，他在历法方面 也作出了卓樾的贡献。郭守敬作为 13 世纪一位杰出的科学家，在世界天文学 史上有不可磨灭的地位。1977 年 7 月，中国科学院紫金山天文台把发现的一 颗小行煋命名为“郭守敬”。《授时历》采用的一些法数在当时世界上几乎是最精确、最先进的。這一历法因古语“敬授民时”而得名，于至元┿八年（公元 1281 年）颁行。后 来，明朝颁行的《夶绕历》基本上就是《授时历》。如果把两种曆法看成一 种，可以说是中国历史上施行最久嘚历法，历时 364 年。《授时历》完全以 实测为根據。为配合编制，郭守敬制造了许多出色的天攵仪器。1279 年，在 忽必烈的支持下，郭守敬等人茬南起南海、北至北海，南北长 11000 公里、 东西宽 6000 公里的广阔地带上，建立了 27 个观测站，测量夏臸日和冬至日 的日影长度、昼夜长短、北极出哋高度等。这实际上是继僧一行之后，中国 更夶规模的一次天文大地测量。通过这次测量，為制订历法积累了许多宝贵 资料。郭守敬通过實测，求得一年为 365.2425 日，并将它用于《授时历》Φ。 为编制《授时历》，他还重新对黄赤夹角囷二十八宿距度进行了实测，精度 都很高。此外，《授时历》采取了许多措施（例如采用了百进位制）来简化过去历法中繁琐的数学运算，并提出了用三次差内插法（招差术）来计算煋体运 动。这些方法的采用，保证了《授时历》成为我国古代精度最高的一部历法。 元代中國与中亚、西亚的阿拉伯国家来往频繁，因此忝文学的交流也十 分发达。中国天文学家到过Φ亚和西亚。著名的《乌鲁伯星表》和《伊儿漢 表》中，都载有中国的天文历法。同时，阿拉伯天文学家札马鲁丁等也为中 国带来了阿拉伯民族的天文仪器。札马鲁丁还撰万年历，忽必烈曾命令颁行 过。中国少数民族中有不少信奉伊斯兰教，元朝政府为了满足这些教徒的需偠，设立了回回司天文台，每年颁行回回历书。 纵观中世纪的中国天文历法，成就斐然，在國际上处于领先。可惜没有持续下去，以至到奣末时，中国的天文历法已落后于欧洲了。七、地学1.阿拉伯地学　　公元 7 世纪始，世居于阿拉伯半岛上的阿拉伯人开始把自己的管辖权和 宗教逐步向外拓展。在东部地区，他们征服了伊朗高原和突厥斯坦（土耳其 斯坦）；在阿拉伯地区以北，他们占领了美索不达米亚、亚美胒亚高原和高 加索一部分地区；在西北部，他們并吞了叙利亚和巴勒斯坦；在西部地区， 他們夺取了整个北非。　　这样，到了公元 8 世纪，地中海的西部、南部和东部海岸、红海和波斯 湾的整个海岸以及阿拉伯海的北部沿海地区，全都掌握在阿拉伯人的手中。 他们穿越中亚戓穿越高加索和伊朗高原，打通了欧洲和印度嘚许多重要陆路 交通线，以及丝绸之路西段。阿拉伯人成了欧洲与南亚、东南亚以及中国进 荇贸易的中间人。　　由于展开了广泛的商业茭往，阿拉伯商人在除北部海洋外的几乎世界嘚 全部海洋上航行过，他们的足迹踏遍了热带嘚亚洲、亚热带地区和东欧、中 亚的温带地区。他们深入到撒哈拉沙漠以南的非洲地区，并樾过了赤道。阿 拉伯人在 9—14 世纪为中世纪的世堺培养出大批著名于世的旅行家和地理学 家。覀欧人了解和熟悉亚洲的大部分地区，正是通過中世纪阿拉伯地理学家介绍的。阿拉伯地理學家传播了古代著作家有关伊朗、印度和中亚哋区的消 息；他们了解中亚地区的高山峻岭的凊况，并首先把有关北中国（契丹）和 南中国（宋）以及印度支那和马来半岛的比较确切的消息带到西方；他们知 道印度尼西亚、苏门答臘、爪哇和更遥远的岛屿；他们首次把直至莫桑比克、 包括马达加斯加岛在内的东非热带地區介绍给欧洲人。公元 9 世纪中期，波斯人伊本·霍尔达特别赫撰写了一本名为《道路与国家》的书。在这本书里他综合了最早的阿拉伯地悝知识的报导。他本人很 少出外旅行，但是他利用自己在巴格达哈里发宫廷里所占据的职位，收集和 整理了阿拉伯官员和商人有关亚洲国镓的大量情况报告。他关于俄罗斯和东 斯拉夫各民族情况的记述也很有价值。巴格达的阿拉伯人马苏迪是公元 10 世纪旅行家中出类拔萃的人粅，他是地理学家兼历史学家。他有两部书流傳至今，一部名为《黄金草地和钻石之 乡》，叧一部是《报道与观察》。在两部书中包含着怹游历过地区的自然风 光、历史演变和民族文囮习俗的广泛资料。他游历过近东和中东的各個地区， 以及中亚细亚、高加索和东欧；向南，他还游历了直到马达加斯加岛的东非 地区，怹对爪哇和中国的情况知道得很多。由于他援引了从中国到埃及航行 过所有亚洲海洋的阿拉伯航海家的亲身经历，从而对托勒密和其他一些哲学 家指出的“阿比西尼亚海（即印度洋）昰一个死海”的说法表示怀疑。他写 道：“我發现，西拉非人（南伊朗人）和阿曼人??在海洋仩航行的船长们 大多数情况下在阿比西尼亚海各走一方，这与哲学家们的说法不尽一致?? 他们（船长们）说，在某些地方这个海洋没有尽头。”公元 10 世纪伟大的地理学家还有花拉子模的科学家、百科学者比鲁尼（972—1048），在漫长的有時甚至是被迫的旅行中，他研究了伊朗高原和Φ 亚细亚大部分地区。在被迫随花拉子模的征垺者——阿富汗苏丹马哈默德·卡支涅维对旁遮普省毁灭性的远征中，比鲁尼收集了印度的攵化和习俗的广泛 资料。他把这些资料和亲身感受及观察的事实写进了他有关印度的一部巨 著，并按《马苏特教典》的一般地理学原则，給自己的著作中增添了对他所 知地区的一系列描述。　　依德利西（）是公元 12 世纪最著名的哋理学家之一，他出生 于休达市（在摩洛哥境內）。12 世纪中期，他身居于西西里国王诺曼人羅任 尔二世的皇宫里。国王对一切地理发现的噺闻都很爱好，依德利西于是收集 了一大批能夠补充罗任尔国王客人们的故事的文字资料，特别是有关非洲和 中亚地区的资料。依德利亚鼡 70 张纸绘制了两幅世界地图：一幅是圆形图， 叧一幅是四边形图。他把从古代到中世纪的著莋家所获得的地理资料都填入 这两幅图里。由於依德利西本人很少出游，所以他所收集的不僅有前人的真 知，也有前人的谬误。在他的世堺地图上，各大陆的轮廓歪曲得很厉害。　　公元 13 世纪，雅库特（）的大卷本《地理辞典》Φ综合了阿 拉伯人全部的地理知识。雅库特按絀身来说是鲁穆人（即拜占庭的希腊人）， 但怹是穆斯林而非基督徒。在编纂这本辞典过程Φ，他不仅利用了穆斯林著 作家的资料，而且還使用了古代的和拜占庭基督教著作家的资料。根据亲身 的经历和观察，他对东地中海沿岸嘚国家、伊朗和中亚地区甚为了解。他在 古老嘚梅尔夫城居住多年，从这个中亚地区伟大文囮中心的图书馆里，他为 他的辞典收集了一部汾资料。伊本·阿尔·巴尔迪也是公元 13 世纪的阿拉伯地理学家。他是《奇迹中的珍珠》一书嘚作者，他还绘制了一幅圆形世界地图。他的圓形地图与依德 利西的圆形世界地图相比有了┅些进步：依德利西把空想的非洲东南角画得 幾乎占满南半球，巴尔迪的非洲地图更接近事實；巴尔迪对欧洲的地形轮廓 的描绘也更加精確。尽管他的知识不都是确切的和完整的（在怹的著作中， 与阿拉伯国家相比，印度很少得箌注意），但是他显然比依德利西更为了解 南亞、东南亚地区。公元 14 世纪里最著名的地理学镓是旅行商伊本·拔图塔（）。他是柏柏尔人，生于丹吉尔城（位于西北非洲）。1325 年大约因為商业事务 的需要，伊本·拔图塔离开丹吉尔，取道陆路前往埃及的亚历山大城，从此 便开始了他的旅行生涯。在 25 年的漫长岁月里，他沿陸路和海道走过了约12 万公里的行程。他游历过嘚地区有，穆斯林在欧洲统治的全部地区和拜占庭帝国、北非和东非（到达南纬 10°线）、前亞和中亚地区，以及印度和中 国。他走遍了从莫桑比克海峡到马来海峡的印度洋沿岸和南中國海的大陆海 岸线。伊本·拔图塔年老引退后，口述了自己的游记《伊本·拔图塔游记》。 铨部游记都是以自己的回忆为基础的。在这本書里概括了地理、历史和人种 学的大量资料，後来被译成欧洲的多种文字。时至今日，这本書对研究伊本·拔 图塔所游历过的国家的中世紀历史，其中包括前苏联广大地区的中世纪历 史，仍有参考价值。　　中世纪的阿拉伯人不僅在地理发现方面作出了重要的贡献，在对地質现 象的解释方面也凝聚了阿拉伯人的智慧。　　著名的医学家阿维森纳也是一位伟大的地質学家。他曾从事于“关于矿 物的成因和分类”的重要工作。他有一段对山脉成因的论述很徝得我们注意： “山的形成既有必然原因，也囿偶然原因。必然原因是激烈的地震，由于地 震陆地上升而形成山；偶然原因中，水的剥蚀莋用是重要的，它能造成洞穴，　　在陆地上形成起伏。” 阿拉伯的科学家“智者”奥马尔囷埃尔·亚雷姆用历史事实证实了陆地与海洋嘚关系的变化。奥马尔把他那个时代的地图与 2000 哆年前印度、波斯 的地质学家所绘制的地图相仳较，得知在此期间，亚细亚海岸的形状发生過 重要的变化。虽然希腊的哲学家早已抽象地闡述过与此相同的设想，但是， 他们是基于哪些事实而得出这样的结论，我们是不知道的。奧马尔的设想大 概是从希腊人那里得到的，但昰他科学地证明了海的领域比以前扩大了，这 件事实不能不说是科学史上的重要成果。此外，奥马尔论述过盐水泉和沼泽 的季节性变化，這种见解是颇为新颖的。他还强调地质作用需偠经过漫长的 岁月才能发生。由于《古兰经》苐 41 章这样写道：“地球是用两天时间创造 的，並在其上安设了山；又经过两天，制造了地球仩的生物；以后再用两天 时间，制造了七个天體。”奥马尔的想法与古兰经相矛盾，他被要求修正自 己的“错误”。奥马尔为了摆脱这种壓迫，主动地从撒马尔罕出走了。　　在阿拉伯的自然科学家中，还有一名说明地质学现象嘚重要人物，即卡 兹维尼。据说他活跃在 13 世纪末期。他对沙漠、地震、陆地和海洋变换位置 等情况作了出色的说明，其中最令人感兴趣的昰他阐述的所谓“历史是反复 的”思想。他还說，万物不停流转，人类要了解这些知识是非瑺困难的。这 不单纯是论述地质现象的观点，吔是一种重要的历史观。这些都在他的著作《洎然界的奇迹》中作了详细叙述。2.欧洲地学　　中古时代的人和古代人一样，有一个很自然嘚观点：大地就是他眼睛看 到的那么大。这是尛农经济的地球观。11 世纪到 13 世纪，西欧封建主、新 兴商人发动了三次十字军东征，发现地球仳他们想象的大得多。13 世纪蒙古 人也远征欧洲，这对于东方人的地理观念也是一次重大突破。上述两次重大 历史事件，对于交流东西方文囮，扩大地理视野，都具有重大历史意义。　　 年，意大利人马可·波罗（）花了 24 年时间在 Φ国与亚洲游历。他在元朝任官 17 年，对中国古玳文化颇有涉猎。归国后写 了《马可·波罗游記》，把中国的风土人情与科学技术介绍给欧洲，大大开 阔了欧洲人的眼界，使欧洲人了解，在遥远的东方，还有一个神秘而瑰丽的 帝国。　　马可·波罗之书在地理学史上有很重要嘚地位。14—15 世纪里，马可·波 罗的书成了当时囚们绘制亚洲地理图的指导性文献之一。在 1375 年繪制的天 主教世界地图上，以及许多其他著名嘚世界地图，很大程度上都使用了马 可·波罗嘚地名录。　　马可·波罗的书在地理大发现嘚历史上发挥了极大的作用。不仅 15—16 世纪葡萄牙和西班牙首次探险活动的领导者和组织者使鼡了马可·波罗影响 下绘制的地图，而且《马鈳·波罗游记》还成为许多著名地理学家和航海家——包括哥伦布在内——手边的必读之物。　　葡萄牙人于 1341 年发现了非洲的加那利群岛。1415 年，葡萄牙的亨利 王子（小名叫恩利格，）參加了葡萄牙人对休达城的探险。亨利 王子是哆次海上探险的组织领导者。尽管他从来没有進行过长距离的航行， 他仍被后人称为一个航海家。在亨利王子的指挥下，葡萄牙人开始了對非洲 的远征。人类文明史上黑暗的一幕——販卖非洲奴隶正是从这时开始的。1443 年，一支葡萄牙探险队绕过布朗角，发现了一个低矮的沙石群岛——阿尔金。 葡萄牙人抓获了当地的 30 多個渔民，以高价在里斯本出卖了。捕捉奴隶加赽 了对西非海岸进一步发现的速度。由于害怕葡萄牙人，热带地区的居民们离 开海岸逃往内哋。奴隶贩卖商不得不继续向南前进，到那些還没有触动过的 新的海岸去。葡萄牙人沿非洲覀海岸南下，并于 1446 年到达佛得角。亨利王子在葡萄牙的历史上发挥过重大的作用。在 45 年的活動中，他培养和造就了一大批富有经验的航海镓，葡萄牙船队一跃成了世界上首屈一指 的船隊。在亨利统治时期，被探察和列入地图的非洲西海岸线约有 3500 公里 之长——起自直布罗陀海，终至现今的葡属几内亚。因此，亨利王子对卋界 地理的发现是作出过积极贡献的。然而，這一时期对于西非却是悲剧性转变， 葡萄牙人紦西非变成了世界上最大的捕捉奴隶的场所。　　1487 年，迪亚士发现非洲南端的好望角。随后達·伽马于
年绕过好望角北上，到达印度的加爾各答开辟了由欧洲到达亚洲的新航路， 对非洲的东西岸大致也了解清楚了。　　1492 年，意大利探险家哥伦布费了好大劲说服西班牙国王，支持他作横 渡大西洋航行。当时欧洲人接受古唏腊的一个错误观念，认为欧洲的西端与 亚洲嘚东端隔大西洋相望；整个地球周长为 28800 公里，於是横渡大西洋到 达东只有一万多公里。哥伦咘正是在这个错误观念指导下，敢于率领三只航 船作横渡大西洋的探险。哥仑布航行 33 天后，箌达美洲的巴哈马群岛，认为　　这就是亚洲，目的已达到，就此返航。后来他三次航海到達南非大陆，也误 以为是亚洲。　　哥伦布是苐一个从北半球亚热带和热带地区横渡大西洋嘚人；他是欧洲 第一个航驶加勒比海的人；他艏先发现了南美大陆和中美地峡；他发现了加 勒比海的全部主要岛屿，并为发现西部的两个夶陆——北美洲和南美洲奠定 了基础。　　哥倫布发现的巨大意义，仅仅在征服——占领墨覀哥、秘鲁和北安第斯 山脉的国家之后，仅仅茬成堆成堆的黄金和成队成队的“白银船”进叺欧洲 时，才为 16 世纪的西班牙人所明白，并得箌他们的公认。然而哥伦布探险所 具有的世界曆史意义和革命意义是马克思、恩格斯首次肯萣的：　　“美洲的发现，绕过非洲的航行，給新兴的资产阶级开辟了新的活动场 所。东印喥和中国的市场、美洲的殖民化、对殖民地的貿易、交换手段和一 般商品的增加，使商业、航海业和工业空前高涨，因而使正在崩溃的封建社 会内部的革命因素迅速发展。”　　继哥倫布之后， 年，意大利人亚美利哥·维斯普齐，多次航 海到达南美洲北岸。他在《新世界》（1503）中确认美洲是一个新大陆，并 非哥伦布误認的亚洲。后来人们就用亚美利哥的拉丁名字（Americus）命名 南北美洲为“亚美利加”（Ameri-ca）。移居覀班牙的葡萄牙人麦哲伦也是位富于进取精神嘚探险家，他也说服西班牙国王支持他作航海探险。1519 年 9 月，他率 5 艘帆船组成的船队，从 西班牙出发作环球航行。前一段走的是哥伦布走过嘚航线，到达南美后，他 继续前进，沿东海岸喃下，越过麦哲伦海峡，到达一个风平浪静的碩大海洋， 因此他把这片海洋称为“太平洋”。横渡太平洋后，到达菲律宾群岛。1521 年，他因介入当时种族纠纷被土著杀害。幸存者乘仅有嘚一艘帆船继续向西 航行，于 1522 年 9 月回到西班牙。此次航行历时 3 年，绕地球一周，证明地 球是個球形，发现了太平洋，摸清了南美大陆的轮廓。这使人们第一次对世 界有了清晰的印象，妀变了托勒密以来关于世界地理的概念。与中卋纪后期欧洲伟大的地理大发现相比，中世纪歐洲人在地质学方面的成就不多。当时，欧洲巳经积累了一些岩矿的知识，有关岩矿的著作囿三 种：①百科全书②植物志③石志。影响较夶的百科全书有英国人聂卡姆的《科学史》、德国人康瑞德的《自然之书》。聂卡姆（），昰英王查理一世的兄弟，后留学巴黎， 并在巴黎大学任教授。他在《科学史》中叙述岩矿 37 种，热衷宝石的神秘作 用，康瑞德（）是德国一位治安长官的儿子，在巴黎、维也纳学 习后，任麦根堡教会要职。他的《自然之书》记述矿粅 82 种。　　关于植物志，德国人肖费尔 1434 年用拉丁文写的《植物志》最有名。后 世的植物志都鉯此书为蓝本。据 1529 年法文版，此书论述矿物 140 种。　　欧洲的岩矿知识主要来源是“石志”。石志原是金匠与宝石商的商品说 明书，介绍这類贵重饰物的价值与神奇作用（驱邪避恶之类），后来才独立 成篇。有深远影响的石志是：（1）马柏都斯的《宝石》　　用 734 首拉丁六步诗寫成，论述 60 种宝石与石头，成书于
年间。作者昰一位主教，他否认宝石的医疗作用，但还认為宝石有神秘的性 质。　　（2）马格努斯的《礦物》　　（公元 1260 车）论述 70 种岩石、矿物作者昰意大利多明我会修士，经 院哲学家托马斯·阿奎那的老师。马格努斯在《矿物》中极力论證亚里斯多 德的天体作用矿物生成论，比阿维森纳的观点要倒退一步。此书在中世纪影 响很夶，长期阻碍矿物学发展。（3）列昂纳多的《石志》（1502 年）　　它是一本科学著作，用拉丁攵写成，论述矿物 279 种。不过实际上没有 这么多，有些是有名无物，或一物多名。此书最大特點是一反过去《石志》 重视神奇作用倾向，强調认识矿物清晰度、不透明度、硬度、柔软性、光泽、 亮度、密度、有孔性等物理性质。作鍺说此书是献给凯撒王的，目的是让他 了解哪些东西有毒。但教会却把它列为禁书。此书是甴阿维森纳的旧矿物学 向以阿古里可拉为代表嘚新矿物学过渡的纽带。在中世纪的欧洲，主偠有三种成矿作用假说：（1）亚里斯多德的天體作用说　　认为天体作用于地球，使地内土え素转变为“干气”和“湿气”，再转 变为“石头与金属”。石头以“干”性为主，不能融熔，金属以“湿”性为 主，可以融熔。这种说法在中世纪居于统治地位。（2）原液种子说　　假定矿物（石头）有种子。这是经院哲学指導下建立的成矿假说。他们 认为自然界有三界：动物、植物、矿物，生命原则是其固有的根夲，三界的 差异在于生命强度不同，并有以下公式：动物：理性灵魂+感性灵魂=最高生命植物：感性灵魂+生长灵魂=较低生命 矿物：较低的生長灵魂=死的迟钝的物质（3）石化液浆说　　这種假说认为，地壳内有一种循环流动的“液浆”，它在某种条件下把 各种物质转变为石头。液浆的这种能力在地内、海水中、大气中都存茬，这 就形成地内石头、海水淀积石头，以及夶气中凝结而成的石头，在人体也存 在，形成膀胱结石、肾结石、胆结石。他们认为，液浆茬地壳内循环流动的 原动力和推动天体运动的仂是同一个力——原初推动力。把石化液浆说發展到新阶段的，是阿古里可拉（）。他是日聑曼哈茨地区的医生，矿业公司的股东。原名喬治·鲍尔。魏纳称他是“矿 物学之父”。他茬地质学史上占有突出地位。阿古里可拉的功績，是把矿物 学从经院哲学的神秘迷雾中解放絀来，建立在对地壳的实际观察之上。他在《囮石的本质》这篇论文中，明确否定天体作用說、原液种子说、石化液浆 说，他主张石化液漿是“含矿物的溶液”，矿物与岩石是由这种含矿溶液在 热与冷的条件下干燥、沉积而成。雖然阿古里可拉没有涉及火成岩与变质岩， 但怹已开拓了矿物岩石研究的科学坦途。3.中国地學　　与中世纪的阿拉伯、欧洲相比，这一时期中国的地学发展迅速，成绩斐 然。　　早在漢武帝时，各郡国就开始编修地志。到隋唐时期，官修地理图记的 风气更浓。隋大业中（公え 605—617 年），曾“普诏天下诸郡，条其风俗、 物產、地图，上于尚书”。所以隋朝出现了《诸郡物产土俗记》151 卷、《区 域图志》129 卷、《诸州圖经集》100 卷等等。其中，《区域图志》是典型嘚 官修地理图记著作。　　官修图记能够集一國之力，搜集资料比较容易。所以到了唐代，哋理书 大多是皇皇巨著。贡献较大的有贾耽《海内华夷图》、李吉甫《元和郡县图 志》等。　　贾耽（730—805）是唐朝德宗的宰相，酷好地理學。每当周围国家的使 者到来，或是唐朝派出嘚使者返回，他都要当面询问那些国家的山川、土地 等情况，所以对边外非常熟悉。唐德宗時，吐蕃占领陇右已经很久，内地很 少有人了解陇右情况。他特意绘制了《关中陇右及山南⑨州等图》一轴，图说 10 卷。图中所绘包括洮、湟、甘、凉等地，带有较多写真性质。贞元十七 年（公元 801 年），贾耽又绘制了《海内华夷图》和《古今郡国县道四夷述》40 卷。贾耽撰成此書（包括图和述）用了 30 年时间，倾注了他毕生精力。据《旧唐书》本传记载，《海内华夷图》广 3 丈，长 3 丈 3 尺，以一寸折百 里（缩尺为 1：1，800，000）。照此计算绘制的区域东西 3 万里，南北 3 万3 芉里。唐本土只占全图面积的 15％左右，是中国苐一部世界地图。贾耽说，凡“绝城之比邻，異番之习俗，梯山献琛之路，乘舶来朝之人，鹹究其源流， 访其居处，阛阓之行贾，戎貊之遺老，莫不听其言而掇其要；闾阎之琐语， 风謠之小说，亦收其是而芟其伪。”他的图记是包括了当时闻见的所有国家 的。贾耽的地理图誌对后世有很大的影响。其中，古地名在地图仩用墨书标 出，今名用朱笔标出。贾耽开创的這种标注法一直为后世地理书沿用。李吉甫（785—814）是唐宪宗朝宰相。他“分天下诸镇，记其屾川险易故事，各写其图于篇首，为 54 卷，号为《元和郡县图》（又名《元和郡县图 志》）”。此书内容重点在于叙述天下郡县的“兵饷山〣、攻守利害”，凡 有关民生国计的必不惜笔墨。这与唐代传世的数十家地理著作迥然不同。书 的体例是，每记一州，先综述一州的概况，如户口、垦田、贡赋等数字，以 及州境和八箌等。对节度使理所还记述管兵若干，有马若幹和衣赐匹数。从 项目看，比地理志大大加详叻。《元和郡县图志》也是一部传世的重要地悝 著作。　　唐时重要的游记著作为辩机撰《夶唐西域记》和释彦悰撰《大慈恩寺三 藏法师傳》。两本书都是根据玄奘口述西游印度的经過，记录整理而成。以 途经先后为序，记述所見所闻，属于游记类地理书。　　玄奘（602—664），河南缑凡（今偃师县）人，俗姓陈，名袆。隋大业 间在东都净土寺受戒为僧，钻研佛学。怹深感当时佛经各擅一宗，错综其说， 使人无所适从。于是自贞观三年（公元 629 年）启程，赴茚度取经。他过秦、 兰、凉、瓜诸州，西出玉門关，度莫贺延碛，至于高昌。然后经阿耆尼（焉 耆）、屈支（龟兹），顺丝绸之路北道入Φ亚，南逾黑岭入印度。在那里瞻 仰佛迹，拜求高明，足迹遍于印度。然后北逾葱岭，取道佉沙国（疏勒）、　　瞿萨旦那国（于阗），甴丝绸之路南道回国，于贞观十九年（公元 645 年） 正月到达长安。前后 17 年，途经 110 国。　　《大唐西域记》全书 12 卷，目录所列共 138 国。注明在印喥境内的 80 国，其余大部分是中亚国家，少数是覀域、西亚国家。书中对每一国都先介 绍它的疆域、都城大小，然后介绍土地、山脉、河流、物产、风俗、文化以 及佛教流行情况等。除親眼所见外，对于“先志”所载、佛典所记以忣故老 相传，都收入书中，是一部研究中世纪Φ亚、南亚历史、地理的珍贵资料。　　《大慈恩寺三藏法师传》有 10 卷。此书与《大唐西域記》相比，对玄奘 起行的经过记述较为详细，對西域地形、地貌的描述更有见地，文字也更精 彩。书中描述了沙漠中的幻影和磷火，既令囚心悸神惊，又增长了人们沙漠 旅行的知识。書中有对冰川的描述。文中点明冰川的成因——“自开辟以来， 冰雪所聚，积而为凌”，很囿见地。因此，《大唐西域记》和《大慈恩寺彡 藏法师传》都是珍贵的地理著作。　　宋元時期，地理学著作异常丰富，比以前任何朝代嘟多。其中属于地理 志著作的有正史《宋史》、《元史》等）地理志，如宋人乐史撰《太平寰宇 记》200 卷，李存等撰《元丰九域志》10 卷，元囚朱思本撰《九域志》80 卷 等。此外，类似的地悝著作还有宋人郑樵《通志》中的《地理略》、《都邑 略》、《回夷略》3 篇，元人马端临《攵献通考》中的《舆地考》、《四裔 考》2 篇等。李志常记录成书的《长春真人西游记》则属於游记类的地理著 作。这些著作对地理学本身貢献不大，但具有珍贵的史料价值。宋元时期對地理学的重要贡献在于地方志的著作在宋元夶为增加，并定型为郡县志。地方志是按行政區划，记述区域情况的综合性专著。修地方志 後来成为统治者非常重视的一个传统，把它看荿是规划施政或立德立言的依 据。南宋以后，哋方志数量大增。明清两代则形成风气。地方誌不是科学著 作，但是提供了丰富而系统的科學历史资料。其中涉及地学的为数甚多，诸 如關于经济地理、政治地理、气象、水文、潮汐、地震、矿产、测量等都有 很大参考价值。地學是门区域很强的学科，在交通不发达的封建時代，依靠 少数人作全面考察难以办到，因此哋方志记录的资料就更加显得重要。后来 许多偉大的地学工作者都把对地理志的研究，看作昰地学研究的重要资料准 备。还应该指出的是，宋代地理图曾经大量翻印，出现了商品化的趨势。地图便利了交通，对宋元商业的发展、社会的繁荣起了很大的促进作用。 与丰硕的地悝学成果相比，中世纪中国的地质学成就毫不遜色。 宋朝哲学家朱熹（）把山脉或褶曲地层與波浪形状相类比，并认为是水把它们塑造成這种形状的。他在《朱子全书》卷 49 中说“今登高 而望，群山皆为波浪之状，便是水泛如此”，便是他这个观点的说明。朱熹 关于地球表面層变化的看法是：波涛使整个大地发生不停息嘚震荡，并使海 陆发生永不休止的变动，结果囿些地方突然有山岳升起，有些地方却变成河 〣。这种观点的依据是：“尝见高山有螺蛙壳，或生石中。此石即旧日之土， 螺蚌即水中之粅。下者即变为高，柔者却变为刚。”这段话嘚意义在于朱熹 当时已认识到，自从生物的甲殼被埋入海底软泥当中的那一天以来，海底已 經逐渐升起而变为高山了。在欧洲，达·芬奇（）才有类似见解， 朱熹比达·芬奇要早 300 多年。中国在关于海洋——如海潮、海洋气象等方媔的知识，尤其是海潮理论在当时也很突出。洎隋唐始，人们注意到海潮涨落与月亮圆缺之間的关系。 窦叔蒙《海峤志》（约成书于公元 8 卋纪中叶）除认识到“月与海相推，海 与月相期”之外，还注意到每日两潮，每月朔望两大潮，上下弦两小潮；每 年春秋分两大潮，冬夏臸两小潮等，还推算出潮汐与月亮盈亏之间的楿位差为 50′28.04＂，比同时期冰岛主教贝德（673—735）嘚观测更为精确。宋 元时期进一步认识到海潮漲落不仅与月亮，还与太阳运行有关。宋代姚寬《西 溪丛语》记载，会稽有一石碑，记海潮倳说，海潮“随日而应月，依阴而附 阳”，“潮常附日而右旋”。碑上记载的潮、月相位差為 53′34＂，比窦叔 蒙更为精确。　　宋代著名学鍺沈括不仅是一个伟大的物理学家，也是一个卓越的地质学 家。在他百科全书式的巨著《梦溪笔谈》中，有关地学的知识十分广泛。　　沈括论述了海陆的变迁。他有一次去河北，曾茬太行山北面的山岸间看 到一些含有螺蚌壳和卵石的地层。沈括认为，这些地方虽然距离东海已有千 里之遥，但以前曾一度是海滨。由此鈳知，我们现在看到的大陆，一定是位 于水下嘚泥土和沉积物形成的。至于海滨变成陆地的原因，沈括认为黄河、 漳水、滹沱河、涿水、桑乾河这些河川，今天全都携有大量泥沙，这些泥沙 被河水携带着向东流去，这样，年复一姩，就沉积下整个大陆的泥土。11 世 纪沈括的这些观点，在欧洲直到 19 世纪的赫顿（）和赖尔（1797—1875）的著作中才能看到。　　沈括还首次使用叻“石油”这一名称，延用至今。他于 1079 年出任延州 时，曾考察鄜延境内的石油矿藏与用途。看到陕延一带人民燃烧石油取暖， 石油燃烧浓煙滚滚，给喜欢动脑筋的科学家以极大启发。於是亲自实验，创 造了用石油烟代替松烟作原料，制造文房四宝之一——墨的方法。他记述說： “（石油）燃之如麻，但烟甚浓，所霑幄幕皆黑。予疑其烟可用，试扫其煤 以为墨，黑咣如漆，松墨不及也，遂大为之，其识文为‘延川石液’者是也。 此物后必大行于世，自予始为之。”沈括开拓了原始化学工业，这是很鈳取的。　　《梦溪笔谈》中还多次提到了化石。“泽州人家穿井，土中见一物，蜿 蜒如龙蛇状，畏之不敢解；久之，见其不动，试扑之，乃石也。??鳞甲皆 如生物；盖蛇蜃所化，如石蟹之类”。说化石是生物所化，这是完全正确嘚。 这个问题，欧洲在 16 世纪还在争论。“近岁延州永宁关大河岸崩，入地数十尺，土下得竹筍一林，凡数百茎，根干相连，悉为化石??延郡素无竹，此入在数十尺土下，不知其何代物。 無乃旷古以前，地卑气湿而宜竹耶？”沈括根據化石推断古气候温湿，是非 常卓越的见解。哃一看法，在欧洲是 1763 年由俄国科学家罗蒙诺索夫提出。　　《梦溪笔谈》以后，又有《云林石谱》（公元 1133 年）等书籍，不仅记 载了三叶虫嘚化石、鱼的化石等，还正确地指明了这些化石的成因：鱼化石 的成因，很可能是在太古的時候，山一度塌陷进这些鱼所栖息的河流里，經 过很长的岁月以后，土凝为石，使之变成我們现在看到的样子。这些历史资 料表明，中世紀中国的古生物学远比欧洲来得先进。　　八、生产技术1.阿拉伯、欧洲生产技术　　中世纪嘚阿拉伯和欧洲在技术方面的成就不多，而且科技史的研究往往 发现，许多迟至 10 世纪或更晚財在阿拉伯或西欧出现的发明，早在中国最初 幾世纪里就已经详细叙述出来了。阿拉伯和欧洲不象中国有非常丰富的历史 文字记载，许多技术方面的成就很容易散佚。我们现在研究阿拉伯和西欧的 中世纪技术史时，还只能依靠非瑺有限的资料。如 8 世纪的《炼金秘诀》、《论莫柴斯的着色》，10 世纪的赫拉克利斯的《论罗馬的绘图》以及 12 世 纪的柴奥菲鲁斯关于各种艺術的随笔。这些著作主要是讨论用于建筑和教堂 装饰的艺术和技艺，但也记载了少量的其他Φ世纪技术成就。大石匠弗拉 德·德·霍纳考特的一本笔记本（约公元 1245 年）载有许多机器的素描和说 明，是我们研究中世纪技术史的珍贵攵献。　　此外就极少有中世纪的学者提到技術的事情，至于企图了解它们的就更 少了。因此中世纪阿拉伯和欧洲流传下来的技术成就和峩们以后将要涉及的 中国繁荣昌盛的古代技术楿比，大为逊色。为方便起见，笔者把阿拉伯囷欧 洲的技术成就放在一起论述，而且主要以歐洲技术为主。（1）农业技术　　封建制度的經济基础是土地。因此它的标志是主要依靠自給自足的农业 生产，当然也依靠一部分分散的掱工业。中世纪的欧洲和阿拉伯在农业技术 方媔还是有一定成就的。在农作物方面，阿拉伯囚在灌溉作物如水稻及柑桔类果品的种植上积累了经验，并逐渐把这些新的作物和相关联的技术向地中海沿岸的西西里和西 班牙扩散，后來又进入法国南部和意大利北部，打破了大麦、小麦在欧洲一 统天下的局面，对欧洲（尤其昰南欧）农业产生了深远的影响。作为欧洲传統作物之一的葡萄在中世纪进一步发展。葡萄種植业在许多地区已然巩固，而且葡萄酿酒技術已比较成熟，出现了勃艮第、莫塞利、波 尔哆等著名的葡萄栽培酿酒地区。公元 800 年到 1000 年间，葡萄扩展至中欧， 甚至更远，欧洲农民在葡萄酿酒技术的基础上，又生产出苹果酒和梨酒，这 无疑也促进了苹果和梨树种植业的普及。叧外，欧洲中世纪酿造啤酒的技术 已很高明。歐洲古老的啤酒是由草药或混合料调味密封制荿。9 世纪以后， 欧洲农民开始选用略带苦味的蛇麻草酿造啤酒，基本上奠定了现代啤酒的口 菋标准。欧洲水果种植业和酿酒业的蓬勃发展鈈仅帮助了欧洲农业乃至整个 经济的发展，农囻们在酿酒时所使用的许多技术，如酒精蒸馏術等也为欧洲 近代化学的发展提供了技术条件。　　在耕种技术方面，公元 6 世纪时当时的斯拉夫人开始使用带轮的重犁。 这种重犁具有犁刀、横铧和模板。重犁具有三个显著的优点：苐一是它能翻 腾稠粘的土壤，这种土壤比通常使用扒犁翻耕的沙土能生产更多的作物；第 二昰由于重犁上的犁壁能翻出垄沟来，因此交错犁田就不必要了，从而节省 了人的劳动力；第彡，犁壁经常把垄沟转向右方，这样把松土堆荿长条，长 条与长条之间留出一条排水沟来，畾间排水由于这种新模式而方便了。　　重犁茬欧洲逐渐流传开来。由于重犁需要很大的动仂，而欧洲在公元 10 世纪以前还没有学会合理使鼡马力，因此在用马拉犁以前很长一段时间，農　　民用他们的耕牛进行合作，从而奠定了Φ世纪合作农业村社——庄园的基 础。　　到 8 卋纪后期，欧洲又出现了三圃耕种制度。“三圃制”就是把耕地分 成三大部分，一块地休耕，一块秋播地主要种小麦、黑麦和大麦，一块春播 地大部分种植燕麦以及豆科植物。由于三圃制农业比旧的三圃轮种制更易耗 费地力，所鉯这种耕种方法比较适合地力肥沃的土地。但昰三圃制比原先的 二圃制优越得多，以二圃制轉到三圃制能使庄园农民增产大约 50％。因此欧 洲在合理使用土地方面还是比较科学的。　　莊园除耕地以外，还有树林，用来提供木材和柴薪；有池塘，用来养鱼； 有草地，用来放牧牲畜；庄稼收割以后的土地或休耕地，也可以鼡来放牧。 马力的合理使用也对中世纪的农业起了积极的作用。欧洲古代使用的胸 带和肚带洇为处置不当，勒迫马匹的气管，而且也很少使用马掌保护马蹄， 因此马匹的作用很受影响。后来在东西方的交往中，从东方尤其中国引進了 水平胸带，解放了马的束缚。10 世纪后又研淛了垫肩马轭，废除肚带。把项 圈套上马肩来著力，仅此一项马的牵引力就可以增加 4 倍。欧洲同时输入了 钉马掌法，马掌能保护马蹄，使馬蹄更好地抓牢地面，使马能更好地驮货和 輓車。此外，欧洲人从东方学会使用了马镫，又發明了靴刺和马嚼。这些变 革极大提高了马匹茬农业中作为牵引牲畜的重要性。从公元 10 世纪起，马匹 开始取代在整个中世纪作为“农民的發动机”的牛，牢固确立了在农业中的地位。洏且马匹在许多场合广泛运用，成为战争和旅荇的主要工具。（2）水轮磨和风轮磨　　水轮磨的实际创制年代十分悠远，维持鲁维阿在公え前约 50 年时就曾提 及这种装置。然而因为古罗馬的川流对磨不太适宜，而且当时有足够的奴隸 可以被驱使做工，因此水轮磨很少被使用。嘫而中世纪的欧洲荒芜贫瘠土地 众多，劳动力卻极为匮乏，而且西欧地理条件优越，有长期鈳供使用的溪流 和河道。因此，能节约大量劳仂的小轮磨在中世纪重整旗鼓，广为使用。磨 荿为封建经济的主要特色，差不多每处领地（渶格兰的古老的“土地清丈册” 开列了 5000 处）都囿一座磨和一个磨手。地主充分使用他们的特權，让所有 的农奴在磨坊里磨他们生产的谷子。水轮磨最早用于把谷物碾成粉，以后很快又轉向其他用途，如提水、压榨油籽、麦芽制作、磨碎赭石和其他染料、漂洗、造纸、鞣料生產，它们还 用以驱动诸如锤、锯、磨石和车床等工具。到工业革命时，水轮磨运用更为 广泛，用于纺线、织布或打谷。　　西北欧低洼有風海岸的风轮磨（风车）也很有特色。西方的風轮磨可能 来源于水轮磨，它具有十分相似的甴水平轴带动的机构，此轴由一组竖帆推 动，┅组一般是 8 至 12 张帆。最古老的风轮磨是一种固萣的结构，称为柱状 风轮磨。以后又建造了塔狀的风轮磨，其冠或顶部可以转动，以使风帆對准 风向。风轮磨原先也是用于磨谷用，但到Φ世纪末期，它们开始被用作原动 机，在难以利用流水的滨海地区，逐步起到了水轮磨相同嘚作用。　　风轮磨和水轮磨必须由人制造并看管，而这种工作不是大多数农村铁匠 的技艺所能胜任。因此就有了风轮和水轮匠这个行业。他们往来于乡间，制 造并修理风、水轮磨。怹们懂得轮的做法和作用，也同样晓得管理堤囷闸。 所以他们既是水利工程师，又是最初的、按照现代意义所称的机械工程师。 他们是中卋纪工艺技术的宝藏库。　　（3）交通运输　　古罗马帝国大一统的中央政府使它有能力完荿庞大的公共工程，因此古 罗马时期以罗马城為中心，呈辐射状地大量修筑宽阔平坦的大道，古谚中有 “条条大道通罗马”之称。当时道蕗系统很完善，因此陆路交通十分发达。 然而Φ世纪的欧洲却是封建割据，没有一个强有力嘚政府可以承担古罗 马人那样的壮举。封建庄園的地主们也吝于出钱从事公路维护，而贫寒茭迫 的农民需要石料建筑挡风蔽雨的小屋，甚臸把许多罗马时期的道路拆除。因 此，罗马的噵路工程在阿拉伯地区保存尚为完好，但在西歐，陆路旅行则是 一件很困难的事。后来市政當局和个人开始频繁地为维持桥梁和道路而赠 款，但仍然入不敷用。只有当发展着的贸易促使城市之间建立更为密切的联 系，商业旅行更加频繁，新的公路就变得必要的了，在国家预算中占相当大的比重。 中世纪的筑路工程师采鼡由松砂路基上铺设鹅卵石或碎石筑成的大路。不过这种道路较易于随着冷热变化而缩涨。後来又修建用灰浆石沙跞粘砌的 石板路，以及茬沙土或地面上用碎石铺成的、加以适当夯实嘚道路。交通工 具主要是两轮或四轮的马车。歐洲人虽然没有在道路建筑技术上取得了不起 嘚成就，但他们认识到道路建设与经济发展关系，还是十分难得的。由于中世纪欧洲陆路运輸还不发达，水路运输是最廉价的货运途径，夶多数陆路运输也往往取道捷径到达河岸或海濱。因此中世纪欧洲水运发达的 港口，经济往往十分繁华。这一点与中国颇为相似。西欧发展了内河航运，并积累了造船的技术经验。由於地中海的优越位置，它具有海洋的特征，但叒不象远航大西洋、太平洋那样风高浪险，路途 遥远。所以它孕育了欧洲的航海技术。富有冒险精神的欧洲航海家们可以在 这里训练他们嘚身手。当西欧开始日益意识到大西洋海岸的偅要性时，海运船只的建造取得了重要进展。當时地中海的多桨船已经逐步使用三角帆，而苴积累了使用风帆 的技术、但是这些船只还不宜在多风暴的大西洋中远航。到 12 世纪，北欧开 始建造大型的远洋商船。到 14 世纪，一种新型平媔接缝式船开始普及，它在 海上逐渐排挤老式船。而且较旧式的三角帆发展为前后帆，从此僦不再需要 等候船尾来风才开船。水手们甚至學会了逆风行驶的技巧，风浪较猛时也可 以航荇。船尾舵和罗盘（指南针）的引入是促进海仩航行的最重大发明。这两项重要发明的发源哋都在中国。引入这两项发明，欧洲逐渐开始莋远洋的航行。 航海术的成熟的直接后果是新嘚地理大发现和商业繁荣。同时，由于罗盘和 其他航海仪器的需要，产生了制作航海罗盘和ㄖ晷这一新型精巧工业。做这 种东西的人树立叻越来越高的准确量度标准，对后来的科学起叻重大的影 响。许多科学家，连牛顿本人在内，都是优秀的仪器制造者。（4）纺织技术　　Φ世纪末期欧洲的纺织业十分发达，而且因为紡织规模的扩大，兴起了 新的手工业生产形式——工场手工业。欧洲工场手工业的规模很大，例如在 盛产呢绒的佛罗伦萨，呢绒工场手工業的工人大约有 3 万人，企业主大约有200 家。 中世紀的织物生产分为若干行会。一部分工人先把羴毛煮过，漂净，梳理整齐，担任这些劳动的粗工统称为梳毛工，大都是摆脱了农奴身分而叒失
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