錢塘江流域早期新石器文化中的原始科學思維

李佳羽

摘 要：上山文化和跨湖橋文化是錢塘江流域新石器時代文化的源頭。這一時期的原始居民在長期對抗大自然的實踐中，總結一套科學理論并運用于生產實踐。如懂得選擇石料且在打制時運用力的三要素、利用火的特性和水的浮力造出了獨木舟、利用力學原理發明船槳、運用彈性力學制作出木弓。運用科學來解釋世界、解決問題的習慣和能力就是原始的科學思維。原始科學思維是現代科學思維最初的萌芽，為現代科學發展打下了基礎。

關鍵詞：新石器文化;上山文化;跨湖橋文化;原始科學思維;跨湖橋獨木舟

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.04.033

《辭海》將科學思維解釋為一種在科學認識活動中對感性認識材料進行加工處理的方式與途徑的理論體系。這是對近現代科學思維的解釋。那么在原始人類是否有科學思維？一些學者不承認原始人有科學思維可言，他們認為這一時期尚處野蠻時代，那些零碎的知識經驗不能稱為科學。但這種觀念遭到更多學者的駁斥，他們指出原始人類是科學的奠基者，不能抹殺掉原始人類的功績。

關于原始科學思維，目前國內學術界至少有三種研究角度。第一種是研究原始科學思維與原始宗教思維等其他思維的同源性和差異性;第二種是闡述人造火的發明、石器制造技術對科學思維有著重大而深遠的作用;第三種是從科學的視角來衡量原始人類與自然的關系。本文認為原始科學思維的存在是不容否認的，將以錢塘江流域早期新石器文化的考古遺存為依據略做分析。

1 錢塘江流域早期文化背景

本文的研究范圍是錢塘江流域的早期新石器文化。在通常的表述中，我們一般將上山文化和跨湖橋文化稱為錢塘江流域的早期新石器文化，也是整個長江下游地區最早的新石器文化。

上山文化正式命名于2006年，迄今為止共發現了18處上山文化遺址，主要分布于錢塘江及支流的上游地區，以浙江省中部偏西的金衢盆地為中心。重要遺址包括：浦江上山遺址、嵊州小黃山遺址、義烏橋頭遺址、臨海峙山頭遺址等。這些遺址的年代距今約10000～8500年。

跨湖橋文化在2004年被認定為一種獨立的考古學文化。它主要分布于杭州蕭山湘湖及其周圍地區，主要遺址有蕭山跨湖橋遺址、下孫遺址。年代距今約8000～7000年，是錢塘江流域年代僅次于上山文化的新石器時代文化。跨湖橋文化是一種面向海洋的考古學文化，最終因海水淹沒而消亡。

上山文化和跨湖橋文化時期的居民們所面臨的生存環境極為惡劣—天災、猛獸、疾病等。為了在這樣的自然環境中生存繁衍下去，先民們必須要對自然環境有所了解。他們在日復一日、年復一年的實踐中積累了大量經驗，這些經驗中不乏對自然界客觀規律的正確認知。對客觀規律的正確認知即科學。更重要的是，他們還有了嘗試用科學來認識事物、解決問題的意識。而他們試著用科學來指導實踐，就是科學思維逐步發展的過程。上山文化和跨湖橋文化是錢塘江流域新石器文化的源頭。關于這一區域原始科學思維的探討，就從這個源頭開始。

2 從打制石器看原始科學思維

最早的人類使用的工具為天然材料，如一塊石頭、一根樹枝，人類用堅硬的石頭來砸擊堅硬的果子或動物，用邊緣銳利的石片來切割動物的肉，用樹枝來勾取長在高處的果子。但這種天然的工具用起來并不方便，隨著人類思維能力的發展，人類開始試著制造工具。打制石器作為一種有目的的創造活動，它的出現是人類了不起的一步。

距今1萬年前的上山文化處于新舊石器時代交替，主要使用的工具為打制石器，有少量磨制石器。經過幾十萬年的發展，這時的石器打制技術已經相當成熟，石料材質的選擇、形制的設計、打制手法和修理技術無一不展現著上山居民科學思維上的進步。

首先，上山居民已經懂得根據石器的用途選用不同材質的石料。上山的石器分為石片石器和礫石器兩大類。他們選用細顆粒巖石制作石片石器，這種巖石硬度適中，顆粒細膩、結構均勻，容易剝離出完整的石片，可用于制作刮削器、小型尖狀器等工具。礫石器的原材料通常是粗顆粒巖石，這種巖石硬度較大，顆粒粗大、結構不均勻，不易剝離出大塊的石片，比較適合加工成砍砸器、尖狀器、石錘等打擊類工具。從中我們不難看出，他們已懂得石料的選擇要兼顧硬度、密度、剝離的難易程度等物理屬性。說明了上山居民對物質基本結構的認知和利用達到一個新的高度。

其次，在打制時已經能熟練運用力的三要素。力的三要素指力的作用點、力的方向和力的大小。打制石器的形狀是多樣的，適用于不同的用途：有用于劈刺的尖狀器，有用于刮削的刮削器，有用于砍砸的砍砸器，有用于投拋的球狀器。它們都是通過捶打時靈活改變力的落點、角度和大小，使石器呈現出的形狀。

在打制石器時，力的作用點即落在石料上的打擊點。上山居民打制石器以錘擊法為主，也可能有砸擊法。在錘擊前會反復旋轉石料，尋找適合的打擊臺面。如果沒有天然臺面，則會稍加打擊制造人工臺面，然后在臺面上選擇合適的點進行錘擊，剝離下石片。這個點就是力的作用點。上山石器往往會有多個作用點。

確定了落點，還需要以特定的角度和力度來錘擊。錘擊的角度和力道決定了石器的形狀。如在打擊刮削器的刃部時，會先在石片邊緣斜向打出一個小平面，再錯開角度打出另一個小平面，兩個小平面相交處即為刃部。上山居民還會對一些石器進行二次修理。二次修理時仍主要用錘擊法，修理手法包括了破裂面正向加工、向背面反向加工、交互或錯向加工。

石器打制技術來自長期實踐經驗的總結，石料的材質不同，打擊的方向不同，力道的大小不同，就會制造出形態不一的石器。打制石器展現了上山居民對物質基本結構和力學基本原理的了解。

3 從獨木舟的制作看原始科學思維

跨湖橋遺址出土了中國迄今發現最早的一條獨木舟。該獨木舟為松木制成，殘長5.6米。船頭上翹，船頭處寬29厘米，船頭以下的船體寬度呈弧線增至52厘米，為舟體的基本寬度。船體最大深度為15厘米。船體較薄，底部與側舷厚度均為2.5厘米左右①。該獨木舟舟體偏窄，船艙深度較淺，船底較薄，推測可能只適用于近海沿岸，不具備遠航能力。

跨湖橋獨木舟的制作方法是將一根完整的松木去除枝丫后對剖，將其中一半以火焦法挖空，謂之“刳木為舟”。人們首先預設舟形，然后將需要保留的舟體部分用濕泥包裹起來，其次，需要挖空的部位則用火燒，使其焦炭化，再用石器工具刳除焦炭的部位，最后將刳除處打磨光滑。在獨木舟船體內發現大片被火燒過的黑焦痕跡，這正是使用火焦法的證據。相比于直接刨除堅硬的木材，這種加工方式更為省時省力。

火焦法展現了跨湖橋居民對火的支配，火成為他們能夠隨時用來提高生產效率和生活質量的工具。跨湖橋居民在操縱火的過程對火的形成、性質和結構有所認識。不管是鉆木取火還是打石生火，都是通過敲擊或摩擦把機械能轉化為熱能;點燃木材前需要一些易燃的引燃物，比如鉆木產生的木屑;木材在燃燒后會有炭化現象;燃燒的環境應是在空曠之處，否則火焰就會因為缺氧而熄滅。以上種種控制火的經驗總結，稱得上是一種原始的科學系統理論。

從獨木舟還可看出跨湖橋居民對浮力的理解與運用。我們現在已經很清楚阿基米德原理，物體所受浮力與它排開水的體積呈正相關，當物體所受到的浮力大于物體自身的重力時就會浮在水面，反之，沉入水底。但跨湖橋居民對于精確的阿基米德原理卻是弄不明白的。跨湖橋居民也許是從漂浮在水面的一截木頭、一片樹葉得到啟發，他們發現木頭和樹葉可以浮在水面，但丟入水中的石頭卻會沉入水底，由此制作了空心的獨木舟。通過把樹干挖成空心，減少自身重力，從而使船更易浮在水面上。這是水上交通的巨大進步，是跨湖橋居民在長期的實踐與失敗中得出的寶貴經驗，是繼火之后，對另一種自然力的科學利用。

4 從獨木舟動力看原始科學思維

船有了，跨湖橋居民接下來需要解決的問題是船的運行。船是如何在水上前進的呢？

在最初，人們或許是利用水的自然流動為木舟的前進動力，順水就可以漂流。但當目的地在逆流方向時，木舟就無法派上用途。于是，人們發明了船槳。

在跨湖橋獨木舟的兩側各發現了一支木槳。編號分別為J1、J2。J1長140厘米，槳板寬22厘米，厚2厘米，槳柄寬6厘米，厚4厘米。J2長140厘米，槳板寬16厘米，厚2厘米，槳柄寬6～8厘米，厚約4厘米②。

船槳的形狀，靈感來自魚鰭。槳板呈扁平狀，從頭至尾逐漸變薄，可以像魚鰭一樣，一下一下地前后劃動，使木舟前進。同時還運用了牛頓第三定律。當人們抓著船槳向后劃水時，船槳對水有向后的推力。物體間力的作用是相互的，所以水對船有一個向前的推力，船就前進了。

與現代的船槳相比，跨湖橋遺址的木槳槳柄較短而槳板更長。可以推測，跨湖橋的先民是以一手握柄，一手抓板的姿勢在劃船。這種短柄手劃槳與當時體型較小的獨木舟是相匹配的。

隨著造船技術的發展，船越做越大，船舷也越來越高，船的運載力日益增大。這種短柄手劃槳就不再適用，長柄的船槳就應運而生了。不過，這是后話。

另外值得一提的是，在距今6200～5900年的馬家浜文化圩墩遺址還發現一件木櫓。這是國內發現的最早的木櫓實物。該木櫓以原木砍削加工而成，櫓把已殘，櫓背面斜削，由中間向櫓尾漸薄。櫓把與櫓面結合處保留粗大的木節，在兩邊對應處鑿一長方形凹坑，這個木節推測是將木櫓固定在船上的支點。櫓身殘長120厘米，櫓面斜寬18.4厘米③。

槳的發明與運用大大提高了劃船效率，但槳也有缺點。在水中前后擺動的槳所提供的推力是間歇性的，每向后劃水一次，產生一次向前的推力，制約了行船效率。

櫓的構造則有效解決了這些問題。櫓一般以一個支點固定在船尾上。入水部分的形狀模仿魚尾。用手搖動，使入水的櫓板左右擺動，船與水接觸部分會形成持續的推力，推動船只持續前進。此外，櫓屬于費力杠桿，支點以上的櫓把短于以下的櫓面，人加在櫓把上的力要大于櫓面在水下受到的阻力，因此是費力杠桿。這種杠桿雖然費力，但是手推動櫓把移動較小的距離，櫓面就會在水下劃過更長的距離。廢了力氣，省了距離，這樣就增加了船的行進速度。櫓與槳相比無疑有更高的行船效率。

5 弓箭中的彈性原理

在跨湖橋遺址的新石器時代地層中出土了一件木弓。出土時弓身挺直，殘長121厘米。截面呈扁圓狀。中段抓握部位（弓拊）截面也為扁圓，且與弓身的其余部位方向相左，方便抓握。弓由桑木制成，除弓拊外的其他部位都用樹皮捆扎以增加韌度。木弓表面全部涂漆，是我國最早的漆器，被稱為中國的“漆之源”④。

我國在舊石器時代晚期遺址中就發現了不少石鏃，山西大同峙峪遺址發現的石鏃是迄今為止發現的最早石鏃，距今約2.8萬年⑤。到了新石器時代更是被屢屢發現。石鏃插上竹、木的桿就是箭，與弓配套使用，但竹、木材質的箭桿和弓在天然環境中很難保存下來。跨湖橋遺址發現的木弓雖然出土時弓身筆直且殘破，但仍然有明顯的特征可以看出是一張弓。這是長江下游地區目前所發現的最早的弓。

弓的發明是人類歷史上了不起的重大事件。

從經濟生產的角度來說，作為當時殺傷力最高的兵器，弓使原始人類能夠遠距離射殺大型動物和天上的鳥類，加深了原始人類對自然界野生動植物資源的利用程度。

從科學的角度來看，弓箭利用了弓弦的彈性勢能。人們先用力拉動弓弦使弦變形，松手后弓弦迅速恢復繃直狀態，遂將架在弦上的箭有力地彈射出去了。將弓打磨為彎曲的形狀更加強了它的彈射力。

恩格斯指出：“弓、弦、箭已經是很復雜的工具，發明這些工具需要有長期積累的經驗和較發達的智力⑥。”跨湖橋遺址出土的木弓，說明當時的居民完全懂得彈性力這種物理屬性—彈性物體因外力產生形變后，撤去外力，物體能恢復原狀。如果不了解，也不可能造得出弓。我們還可以推測，最初的弓弦或許僅僅是用植物纖維搓成的細繩，隨著對彈性力理解的加深，開始使用韌性更強的動物的筋或皮革。

6 小結

我們給原始科學思維下一個并不是那么精確的定義：原始人類在謀求生存的過程中對周圍的自然環境進行長期的、反復的探索與實踐，概括和總結了一套關于自然的客觀規律—也就是科學，然后利用這些科學原理來解決生產生活中出現的問題，使人們能生活得更加美好。

在對錢塘江流域早期新石器時代的解讀中可以看出，無論是打制石器時所顯示的高超的力學技巧，刳制獨木舟時對火的掌控和對浮力的運用，還是模仿魚鰭制作船槳以解決行舟動力問題，以及利用彈性勢能設計弓箭，都展現了當時的原始人類已具備這樣的原始科學思維能力。這是人類科學思維的一大跨越，這為后來的人類科學進程奠定了堅實的基礎。■

（本文指導教師：劉俊男）

注釋

①浙江省文物考古研究所，蕭山博物館.浦陽江流域考古報告之一：跨湖橋[M].北京：文物出版社，2004：42.

②浙江省文物考古研究所，蕭山博物館.浦陽江流域考古報告之一：跨湖橋[M].北京：文物出版社，2004：46.

③張扣林.馬家浜文化 江南文化之源[M].杭州：浙江攝影出版社，2004.

④浙江省文物考古研究所，蕭山博物館.浦陽江流域考古報告之一：跨湖橋[M].北京：文物出版社，2004：202.

⑤賈蘭坡，蓋培，尤玉桂.山西峙峪舊石器時代遺址發掘報告[J].考古學報，1972（1）：39-58，135-136.

⑥恩格斯.家庭、私有制和國家的起源[M].北京：人民出版社，2018：21.