新石器時代的華夏科學智慧之光

毛秀芬 唐燮軍

摘? ?要： 新石器時代的華夏先民，不但積累了豐富的天文地理知識，而且基于日常生活的需要，逐漸掌握了造酒、制醬、紡織、制陶、冶銅等眾多化工技術，在長期的農耕定居過程中，不斷增進對數學、物理學、生物學與醫學知識的了解。

關鍵詞： 新石器時代? ?農耕文明? ?實用主義

中華民族自古就是一個崇尚實用的民族，即使在科技等領域，也具有濃厚的致用色彩。這種現象在中華文明起源時的原始創新狀態中已露端倪。大約在一萬年前，華夏先民在生產實踐中已顯露出科學技術的創造微光。但遺憾的是，迄今尚無專文詳加梳理，是以不揣簡陋，分述如次。

一、農具的進步與天文、地理知識的積累

源遠流長的中華農耕文明，早在新石器時代早期就已經分別誕生于長江中下游、黃河流域及西藏山地。其中既有神農氏辨別植物、教人耕種的傳說，又不斷有考古發掘資料可資佐證。譬如在距今七八千年之前的浙江河姆渡遺址第四文化層中，在十多個探方廣達400多平方米的區域內，稻粒、谷殼、稻稈、稻葉遺存不但所在多有，而且形成了20厘米—50厘米厚的堆積層[1]（95-107）;其他如河北磁山、西安半坡等文化遺址，至今保存著用以儲存糧食的窖穴。時至新石器時代晚期，華夏先民業已培植并栽種諸如大麻、苧麻、花生、芝麻、蠶豆、葫蘆、菱角和豆類等農作物。

伴隨著農耕方式的廣泛流傳，耕作技術獲得了初步的改良，由早期的“火耕”經“耜耕”過渡到“耜耕與犁耕并存”。在南方水稻產區，不僅發明了用于平整水田的牛鼻形孔木器[2]（131-137），還探索出了根據地勢高低開溝引水、做田埂等排灌技術。已知華夏先民早在七千年前即發明了人工灌溉術，湖南澧縣城頭山遺址和江蘇吳縣草鞋山遺址中的稻田水利設施，即是明證。與此相應，農具從早期的揉木為耒、斷木為耜，進化為精制石器。此類農具依其器形和用途，可分為用于砍伐樹木雜草的石砍斫（砸）器、石斧形器、石斧、石錛等;用于翻土的石耜、蚌耜、木耜、石鑊、鹿角鶴嘴鋤、石鋤、石犁等;用于中耕的石鋤、石耘田器等;用于收割的石刀、蚌刀、石鐮、蚌鐮等;用于谷物脫殼的石磨棒、石磨盤、石臼、陶臼、石杵、木杵等，且分布廣泛，“南達珠江流域（含港澳地區），北及黃河中下游，東至臺灣島，西至云貴川”[3]（87-93）。

農耕方式不僅提供了時人穩定可靠的衣食來源，還得到了部落及部落聯盟首領的首肯與支持，農官后稷在唐堯之世的設置，即是明證。至于羲氏、和氏的受命觀察氣象，以及《周禮·地官司徒》《夏小正》勿誤農時的相關記載，旁證了農業地位的上升。如《禮記·月令》云：“（孟春之月）天氣下降，地氣上騰，天地和同，草木萌動。王命布農事，命田舍東郊，皆修封疆，審端經術，善相丘陵。阪險、原隰，土地所宜，五谷所殖，以教導民，必躬親之。田事既飭，先定準直，農乃不惑。”中國農業生產的穩定發展與從未間斷，以及精耕細作優良傳統的養成，可謂淵源有自;相對穩定的農耕生活，更提供了傳統文化生成、發展的厚實基礎。

先民對于農耕生活方式的選擇，固然源自生存需求上的避難就易，更奠基于一定程度上對生態環境諸如氣候、土壤等自然條件的認知，必將順應農業生產的發展而不斷深化。遠古時期華夏文明之中的天文學萌芽，正是先民在長期實踐中逐漸積累的對于農耕周期的認知。日出而作、日落而息的他們，依據太陽出沒所造成的明暗交替，首倡“日”的概念;在尚無其他照明設施的當時，深感月光重要性的他們，經過長期的觀測，計算出月亮陰晴圓缺的規律，進而樹立“月”的時間觀念;目睹草木的周期性枯榮及候鳥的暖來寒往，“年”作為時間單位，被引入生產領域，最終導入生活范疇。

相傳在4400年前的顓頊時代，業已設置“火正”之職，專門負責觀測大火星的運行軌跡，結果就是將大火星從東方地平線升起的黃昏時分，定為一年之始。又據《尚書·堯典》記載，帝堯曾分命羲仲、羲叔、和仲、和叔四人觀察天象以“敬授人時”，具體方法及結果是：“日中星鳥，以殷仲春”“日永星火，以正仲夏”“宵中星虛，以殷仲秋”“日短星昴，以正仲冬”;簡言之，便是以鳥、火、虛、昴四大恒星在黃昏時分正處南中天的日子，確定春分、夏至、秋分、冬至，進而作為劃分四季的標準。就觀測的精確度而言，羲仲等人的方法明顯優于顓頊時期的火正，因為觀測星辰南中天以確定季節，可減少地平線上的折射、光滲等影響。由上述記載可推知當時已有原始圭表的發明，否則無從確定某星辰南中天的問題，盡管圭表僅用于厘定方位而尚未用于測定日影的長度。此外，“日中”“日永”“宵中”“日短”的說法，表明彼時業已使用某種用以測量時間的器具，1972年—1975年間，仰韶文化鄭州大河村遺址有關天象的紋飾和圖像的出土，又印證了上述論斷。凡此種種，皆表明早在遠古時期，中國就已經進入了觀象授時相當發達的時代。

更須關注的是，通過對恒星周年運動周期的測算，制定并實施“稘三百有六旬有六日，以閏月定四時成歲”[4]（101）的初始歷法，該歷法以三百六十六天為一年，配合閏月分成四季，并在以太陽定日、太陰計月的同時，規定日始于夜半、月始于朔旦、年始于冬至，被認為是中國目前所知的最早的陰陽歷。除此之外，《周禮·春官宗伯》已有日暈的記載。至于下列《淮南子·本經訓》所載后羿射日傳說，則又折射出日暈幻日的全景：

逮至堯之時，十日并出，焦禾稼，殺草木，而民無所食。猰貐、鑿齒、九嬰、大風、封豨、脩蛇皆為民害。堯乃使羿誅鑿齒于疇華之野，殺九嬰干兇水之上，繳大風于青丘之澤，上射十日而下殺猰貐，斷脩蛇于洞庭，禽封豨于桑林，萬民皆喜，置堯以為天子。

得益于相對穩定的農耕生活，新石器時代的華夏先民不僅擴展了對周圍地理環境的認識，還開始關注生活的質量，尤其是居住條件的改善。相對于遠古時代的“構木為巢”或穴居，當時人的居住方式趨于多樣化，其間除了廣西、廣東、云南等少數部族仍然以天然山洞為家之外，黃土地帶的人們（譬如半坡人）大多開始建造半地穴式房屋和原始地面建筑，而溫熱沼澤地帶的居民則多半營建干欄式房屋（以河姆渡人為典型），并確定了中國傳統建筑物的基本構造與形態。不但如此，各地民眾還開始對整個聚落進行總體性的規劃。譬如在臨潼姜寨仰韶文化遺址，整個村莊以廣場為中心，被有意識地規劃成居住區、氏族墓地及窯場三部分[5]（54）;在紅山文化遺存，“祭壇遺址內有象征‘天圓地方的圓形和方形祭壇，建筑布局按南北軸線分布，注重對稱”[6]，這種對房屋、墓穴朝向的精心規劃，既深具建筑學意義，又折射出華夏先民濃郁的地理布局意識。當然，先民頭腦中的地理方位意識，早在舊石器時代就已形成，不過，這種意識主要反映在他們對居住地點的選擇上，更多地出自簡單的生活需要。地理學萌芽于新石器時代，并隨著歷史的演進和人種的進化，華夏先民的地理知識表現出日漸豐富的趨向，遂有帝舜時代中華大地分為十二州的行政區劃。

正因為地理知識的不斷積累和漸趨豐富，還在西方對制圖一無所知的時代，華夏先民就已經開始繪制地圖。如《周禮·夏官司馬》載：“職方氏掌天下之圖，以掌天下之地，辨其邦國、都、鄙、四夷、八蠻、七閩、九貉、五戎、六狄之人民，與其財用九谷、六畜之數要，周知其利害，乃辨九州之國，使同貫利。”此類地圖的繪制，或出于政治目的，或用于軍事，皆為華夏先民地理意識發達之表征。唯其如此，誕育了黃帝利用磁石相互吸引的特性、發明指南車的傳說。

二、生活需求與化工技術的進步

定居的農耕生活對于上古歷史發展的意義遠不止上述種種，由于生活、生產區域相對固定，鑿井技術因居民的用水需求而適時興起。“中國新石器時代居民發明挖深井利用泉水灌溉，已知至晚伊始于仰韶文化時代中晚期，較流行于龍山文化時代。原始稻作區發現古井，系以河姆渡第二文化層發現距今5700年的木構水井的年代為最早（馬家浜文化與崧澤文化相交之際）。又以良渚文化遺址發現為最多”[3]（87-93）。目前在龍山文化時期已經發掘出四口水井，其中兩口在邯鄲澗溝遺址，另兩口分別位于湯陰白營和洛陽銼李遺址。至于河姆渡遺址中的木構水井，寬4平方米，深1.25米，系利用原有水坑、打入四排方形木樁加固而成。水井的開挖與使用，不僅有利于開辟新生活區，更標志著當時人對地下水文的認知達到了一個新的高度。

與此同時，由農業發展而導致的農產品積余，又為酒、醋、醬等日用品的制作提供了足夠的原料。早在六千年前的新石器時代中葉，華夏先民就開始用水果發酵的“單發酵法”，配制出世界歷史上最早的糧食酒。1979年，考古工作者在山東莒縣陵陰河大汶口文化墓葬中發掘出大量酒器，其中包括用于釀造發酵的大陶尊、用于濾酒的漏缸、用于貯酒的陶甕、用于煮熟物料的陶鼎和一幅被認為是濾酒圖的圖畫。此外，在河姆渡文化遺址、龍山文化遺址，分別出土了陶制酒具和觚、鬻、盉等專用酒器。凡此種種，都是新石器時代華夏先民釀制、品嘗米酒的明證。從相關史料來看，酒從最初的奢侈品，逐漸成為人們喜慶助興、煩悶澆愁的日用品，以獨特的方式浸潤著整個社會，并與華夏文明的演進相始終，成為傳統飲食文化的重要組成部分。誠如恩格斯《家庭、私有制和國家的起源》所論，釀酒技術的發明是人類文明初期生產力發展的重要成就，與榨油術、冶煉制陶術一道促成了人類史上的第二次社會勞動大分工[7]（33）。作為一種廣泛應用于日常生活的調料，古稱“醯”“酢”或“苦酒”的醋，也是先民利用發酵原理、用谷物釀造而成。擁有與酒同樣悠久的歷史，不僅自古就有“杜康造酒兒造醋”的說法，還根據《周禮·天官冢宰》記載，彼時官府設有專管釀醋的醯人。除酒、醋之外，供作食用的醬及醬清（醬油），也是該時期的釀造工藝產品，它與其他日用品一樣，既是華夏先民智慧的結晶，又滿足了人們的日常需求。相對穩定的生活現狀，與人們日益增長的改善生活條件的需求，兩相湊泊，直接促成了手工業的興起與發展。以紡織技術為例，盡管早在舊石器時代，華夏先民就已發明了結網法，并在事實上穿戴著用植物韌皮或動物皮條紡織的“拋石索”，但真正的紡織產品的出現與使用，卻在新石器時代。就紡織原料而言，經歷了從野生麻類到蠶絲的變遷。浙江吳興錢山漾遺址所出土的苧布、絲帶和絹片，表明中國是世界上最早利用蠶絲織作的國度;就織造技術而言，時人在編織和結網的基礎上不斷改良，發明了搓捻續接法和用紡墜紡紗的方法，繼而又推出了原始的機織工藝，采用腰機和引緯的骨針進行織作。譬如出土于吳縣草鞋山文化遺址的一件約六千年前的葛纖維織物，其經線就是由兩股紗并合而成的。

出土于河姆渡文化遺址的瓜棱形木胎朱漆碗和纏藤朱漆木簡，作為迄今所知最早使用自然漆的實物例證，表明早在六千多年以前，華夏先民就已經認識到漆的特性，開始使用調朱的漆料對器皿加以髹飾，揭開了中國漆器制造史的第一頁。不過，新石器時代的漆器制造尚處于探索階段，漆色以紅、黑兩種單色為主，髹漆工藝僅有彩繪和鑲嵌兩種。尚需指出的是，在墨發明之前，漆在被用于裝飾生活用品之外，還被用于書寫[8]。至于墨的緣起，歷來眾說紛紜，或稱始造于黃帝之世，或云為漢人田真所創[9]，也有周人“刑夷作墨，史籀始墨于書”之說[10]（267）。姑且不論現代意義上的墨究竟始作于何時，既然留存于甲骨片上的黑色顏料就是炭墨，那么完全可以認為中國染色技術的起源，當在人工用火之后、殷商之前，大致與紡織技術的問世同時或稍后。《爾雅·釋器》“一染，謂之縓，再染，謂之赪，三染，謂之纁”的相關記載，以及《周禮·冬官考工記》所謂的“鐘氏染羽，以朱湛丹秫。三月而熾之，淳而漬之，三入為纁，五入為緅，七入為緇”，皆表明至晚在三皇五帝時代，就已具備相當成熟的染色術和一定規模的染色業。從染色技術來看，有絞染、蠟染、型染、糊染、繪染、絹印等;就所用的原料而言，大多是經過化學加工提煉而成的植物性染料，如藍靛、茜草等。

作為新石器時代開端的標志，陶器的問世表明原始化工技術獲得了具有重大歷史意義的進步。就陶器的起源而言，大抵可追溯到舊石器時代由木、石、骨等天然材料加工而成的器具。其后，隨著生活需要的日益迫切，歷經長期觀察和實踐的人們，開始把濕潤的粘土塑制成型，并加以高溫焙燒，使之胎體堅固，最終創造出中國新石器時代遺址中最常見的器具。就其價值和功用而言，陶器首先是一種日用品，為日常生活提供了諸多便利：作為耐的容器，使人們處理食物的方法，除了燒烤之外又增添了蒸煮;作為堅固的儲存，便于存放谷物、水和液態食物。隨后，陶器的功用又擴展到物質生產領域，出現諸如陶制紡輪、陶刀、陶銼等工具，至于神農耕而作陶的傳說，正揭示出彼時陶制具與農業生產的密切聯系。正因為它的廣泛用途，陶器在被大量制作的同時，質地越來越高，外形越來越精致、美觀，已不僅僅是生活日用品，還具有明顯的藝傾向，成為陶制藝術品[11]（3-4）。唯其如此，陶器或被收藏于人戶，或被殉葬于墓穴，制陶業迅速發展成為新石器時代一項重要的手工業，甚至得到黃帝時代官方的高度重視而有陶正一職的設置。

制陶過程大致分為洗陶、制坯、裝飾和燒制四步，原料隨著技術的進步和制陶業的興盛而逐步增多。需要指出的是，代表新石器最高工藝技術水平的陶器，不僅有縱向演進中的質量高下之分，還分布遍及黃河、長江流域，并體現出橫向比較中的地域差別。譬如仰韶文化期主要生產彩陶，以黏土為主材料，并根據不同用途而摻雜少量砂粒，以便改變陶土的成型性能和成品的耐熱急變性能，器皿品種主要有盆、罐、缽、小口尖底瓶等;龍山文化期最具代表性的陶器是黑陶，尤以“蛋殼黑陶”最為精美，它用細泥黏土制成，經過精細加工燒造，器壁薄如蛋殼但堅硬異常，表畫漆黑有光亮，具備相當高的工藝水準。至龍山文化晚期，還出現用高嶺土燒制的白陶。對高嶺土的認識與利用，是制陶業的一個巨大進步，深遠意義在于為原始瓷器的發明奠定了技術基礎。

隨著制陶業的興起和熔鑄經驗的漸趨豐富，以及冶鑄金屬所需的高溫技術、耐火材料等客觀條件的成熟，時至新石器時代晚期，作為化工產業一大分支的冶銅業開始出現，并已為考古發掘所證實。譬如在甘肅武威縣皇娘娘臺文化遺址，出土了二十多件諸如鋼刀、銅錐、銅鑿、銅環等紅銅制品及裝飾品，雖然其中多數是人工錘鍛物，仍有不少銅刀由單范熔鑄而成，而光譜分析與電子探針檢驗的結果，則顯示出這批銅器內含錫、鉛、砷等金屬元素。凡此種種，皆表明時人已經初步掌握冶銅技術。不過，盡管紅銅制品具有石器工具無法比擬的優點，一則因為硬度遠不如燧石，二則由于原料有限、產量很少，猶未能取代石器而成為主要的生產工具。該階段被稱為人類史上的銅石并用時代。

造酒、制醬、紡織、制陶、冶銅等化工技術的漸次興起及相關手工業的發展，不但滿足了時人的日常生活需要，而且促成了產品交換的發生，并間接導致交通工具的改進與運輸業的問世。見諸《周易·系辭下》，即有“黃帝刳木為舟，剡木為楫”的傳說;而考古學家則在長江下游的河姆渡遺址和慈湖遺址發現了世間最早的船舶推進工具——木槳，出土的八支木槳均由同一原木削制而成，其中兩支分別殘長63.92厘米。桐鄉羅家角遺址也出土了2件被認為是獨木舟殘骸的“拖泥板”狀殘木器。此外，吳興錢山漾、杭州水田畈、常州圩墩、吳江梅埝龍南等遺址同樣有木槳或木櫓出土。與之遙相呼應的是，在長江中游澧縣城頭山遺址出土了距今六七千年的制作精美的木槳和長約3米的木櫓。更值得大書特書的是，在河姆渡遺址還出土了兩件夾碳陶舟模型，或許陶舟只是作為一種玩具而被制造的，卻為我們推知河姆渡文化期的獨木舟形狀提供了極有價值的參考依據。在陸路運輸方面，作為一種新型交通工具的車也應運而生。譬如《周易·系辭下》《漢書·地理志上》及《太平御覽》卷773所引《古史考》，皆持“黃帝作車”之說;近年發現于河南偃師商城城墻內側路土之上的車轍，既已“確鑿地表明至遲到商代早期，雙輪車已在我國出現”[12]（1-8），那么單輪車間世于夏代甚至更早時期，當非無稽之談。

三、數學、物理學、生物學及醫學的萌芽

在整個自然科學體系中，數學以高度的抽象性、嚴謹的科學性而被譽為科學的基石，人類對于科學的最初認識，大抵起步于對數學的基本概念——“數”與“形”——的感悟，并且隨著生活、生產經驗的不斷增長而日趨豐富。唯其如此，華夏先民得以構筑圓形或方形的房屋，制作并使用諸如圓形、橢圓形、方形、菱形、弧形、三角形等不同形狀的工具與陶器。廣泛存在于西安半坡、上海馬橋遺址第五層、浙江良渚、臺灣地區鳳鼻山、山東城子崖下層、青海樂都柳灣、甘肅半山馬廠、姜寨等地出土陶器之上的代表數字的刻劃符號，以及“結繩記事”“塑木為文”的傳說，無疑是人們的幾何、算術知識積累到一定程度之后、主觀見之于客觀的產物，至于規、矩、準、繩等作圖與測量工具的問世，更反映出數學在新石器時代的發展程度。至于河姆渡人，不僅“對20以內的數有了明確的概念”，而且“可能已有了30、40等兩位數的概念，甚至已有三位數概念的可能”[13]（162）。

盡管物理學科具有較強的理論性，然而，作為其中一個分支的力學因為鮮明的實用色彩而頗受時人的關注。譬如“弦木為弧，剡木為矢”的傳說，表明華夏先民早在舊石器時代就已經認識到彈力原理。復以陶車為例，它的發明“不僅是制陶工藝的一次巨大革命，也是最早利用輪軸原理為生產服務的實例，并為機械學奠定了原始基礎”[14]（440），出土于磁山、河姆渡、半坡等遺址的紡輪，反映出新石器時代的人們對拉力的實際知識與運用水平。至于出土于仰韶遺址的提水容器小口尖底瓶，更生動說明“遠古居民在實踐中很早就知道利用重心和定傾中心相對位置跟浮體穩定性的關系”[15]（141-142）。除此之外，石鏟與石鑿的背厚刃薄形狀、用以狩獵的投擲武器石矛的制作、天平的發明、對畜力的利用，都表征著華夏先民力學知識的豐富程度。

至于牲畜在運輸、耕作及農作物加工等領域的廣泛使用，顯然建立在華夏先民充分認知野生動物的生殖規律并將之馴化成家畜的基礎之上;早期農業的出現這一事實本身，又可見華夏先民對禾本植物特性與生長周期的認識程度。馬、牛、羊、豬、狗、雞等動物的被馴化，以及粟、黍、稷、高粱、水稻等植物的被栽培，不僅拓展了時人的藝術創造力，還意味著中國早期生物科學的萌芽。尤須指出的是，華夏先民在開發利用動植物資源的長期實踐中，覓取了一些治療疾病的動植物藥品，由此導致了中國原始中醫學的問世，見諸典籍即有神農氏遍嘗百草而始有醫藥的傳說。如《淮南子·修務訓》云：“神農乃始教民播種五谷，相土地宜，燥濕肥磽高下，嘗百草之滋味，水泉之甘苦，令民知所辟就。當此之時，一日而遇七十毒。”

上古之世，由于生存條件惡劣，也因為相關知識的貧乏，“茹草飲水，采樹木之實，食窳蛤之肉”[16]的華夏先民，相當普遍地患有程度不同的牙周病、氟牙癥、齲齒、齒槽膿腫及磨耗等口腔疾病。與此同時，盡管古人采取了一定的防范措施，如《呂氏春秋·古樂篇》云：“昔陶唐之時，陰多滯伏而堪積，水道雍塞，不行其原，民氣郁悶而滯著，筋骨瑟縮不達，故作舞以宣導之。”但是，在原始人骨骼化石中還常見骨質增生、骨性關節炎、骨結核、脊椎變異、股骨彎曲增大、骨髓炎之類的疾病痕跡[17]（41-53），諸如此者的疾病嚴重威脅著華夏先民的健康與生命。疾病的危害、威脅與古人的自我保護本能，予醫學的萌生以最初的動力。

當然，“生產和生活的實際經驗的積累和技術的穩定進步，是科學萌生和成長的真正的基礎”[18]（21-26）。火的使用具有極其重大的歷史意義，華夏先民在用火熟食、取暖、防潮的同時，還發明了最早的“熱熨療法”，并萌生了最初的針灸技術;在漫長的狩獵和畜牧過程中，華夏先民不僅逐漸認識到動物的肉、脂肪、內臟、骨髓對人體的營養價值和藥用功效，還從動物的中毒與自救現象中得到藥理啟示。如《山海經·山經柬釋》所載“有鳥……名曰青耕，可以御疫”，便是他們在膳食中發現動物藥品的佐證。與此同時，在日復一日的采集活動中，他們不僅積累了有關植物的形態、分布環境、生長規律的知識（此類知識的積累，直接推動了農業的生產），還隨著對植物性味、作用了解的深化，獲得了藥物可以栽培、療病的感性認識。譬如在河姆渡遺址第四文化層，考古學家發掘出數量可觀的樟科葉片，從樟葉本身的性能，以及至今尚盛行于寧波鄉間的醫療土方推斷，可大致確定這些樟葉的功用在于驅蚊、止癢、散毒、消腫、防蛀。最近在浙江蕭山跨湖橋遺址中，考古人員在一件稍有殘缺、外底有煙火熏焦痕跡的繩紋小陶釜中，發現了20余根長5厘米—8厘米、直徑在0.3厘米—0.8厘米的植物莖枝，從現象觀察，當屬陶釜燒裂時被丟棄的煎藥，再次說明史前期人們就已認識到自然物材的藥用價值。除此之外，當前某些少數民族對于動植物藥物的應用狀況，如鄂倫春人口服或外敷“安摩草”止血、彝族用麝香治療痢疾等，又為我們提供了考察遠古時期相關情狀的人類學依據。

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