物理、化学、地理学的成就：秦汉史

物理学　秦汉时代物理学和地理学的科学成就，首推张衡地动仪的发明。地动仪是用精铜制成的用以测量地震的仪器，其状如酒樽，圆径八尺，中有立柱，以机械连着八个方向，樽外有龙头八个，各皆口衔铜丸，每龙头下置铜蟾蜍一只，口向上张。若发生地震，震源在何方，地动仪上何方的龙头口内的铜丸就落入蟾蜍口中。由此即可知地震的方向和距离。据说，张衡发明地动仪后，有一次仪上的四面龙口中铜丸坠落，但人们并未感到地震，都以为此仪器不准。不料，几天后驿使前来报告，铜丸坠落之日陇西曾发生地震，由此人们才惊服其准确性。这一仪器发明于东汉阳嘉元年（132年），较欧洲发明的地震仪要早一千七百余年之久。

秦汉时代在物理学研究方面，无论是关于物质知识，还是对力、声、光、电、磁的认识，都达到相当高的水平。如西汉的《韩诗外传》中有“雪花独六出”，指出雪花呈六角状态。这个物理现象在欧洲直到公元1611年才被发现。成书于西汉的《淮南子》中，有“悬羽与炭而知燥湿之气”。这是天平式湿度计发明的原理，而欧洲到公元15世纪才用这种办法测量空气湿度。在《考工记》中有“马力既竭，辀犹能一取焉”。这是对惯性现象的认识。还有“直庛则利推，句庛则利发”的记载，“庛”即“耒”的下面入土的一段，“句”即弯曲的意思，这是对杠杆原理应用的总结。《考工记》中还有“钟大而短，则其声疾而短闻，钟小而长，则其声舒而远闻”。这是对声学原理的准确概括。

秦汉时代物理学应用于工艺方面的成就，有不少至今仍为人们叹为观止，如汉代的透光镜就是长期以来曾经引起全世界科学家惊异的器物。此镜外形与普通铜镜一样，但若以一束光线照到镜面上后，反射到墙壁上的竟有镜背面的花纹及文字。上海博物馆珍藏的一面西汉透光镜，背面有“见日之光，天下大明”八个字，在光线照射下，竟能通过镜面“透”出来。这种奇妙的物理现象，直到20世纪才为世界许多科学家解释清楚。到1975年上海的科学家才成功地复制出同样的透光镜。

汉代已能用涂水银的办法制造平面镜，《淮南万毕术》中记载：“取大镜高悬，置水盘于其下，则见四邻。”这是利用折光的原理研制出的世界最早的潜望镜。该书还记载“削冰令圜，举以向日，以艾承其影则火生”这种说法是符合凸透镜光学原理的。秦汉时代对静电学的现象有一定认识，并作出较符合实际的解释，东汉王充《论衡·乱龙篇》：“顿牟掇芥、磁石引针……他类肖似，不能掇取者，何也？气性异殊，不能相感动也。”说明当时人们对绝缘体（玳瑁）经过摩擦后带电的现象有所认识。《汉书·天文志》中还有世界上较早的最精确的极光记录：“孝成建始元年九月戊子，有流星出文昌，色白，光烛地，长可四丈，大一围，动摇如龙蛇形，有顷，长可五六丈，大四围所，诎折委曲，贯紫宫西，在斗西北子亥间。后诎如环，北方不合，留一刻所。”这仅有七十多字的记载，描绘了极光出现的时间、地点、色彩、明亮度、运动状态、范围、大小、方位与停留时间等。如此精确的记录，说明当时对这种物理现象的观察，同现代世界上极光观察站的要求已相当接近。此外对磁石的认识及磁性原理的发现也有很高的成就，不一一备举。

化学——炼丹术　汉代道教的炼丹术，是古代化学实验的摇篮。而中国的炼丹术对全世界都有一定影响，贝尔纳在《历史上的科学》一书中写道：“炼丹术和伴随着科学的化学是否起源于亚历山大城，仍是一个未决的问题。最早的可靠著作如班诺坡利（Panopolis）的左思马斯（Zosymus）和女犹太马利（Mary the Jewess）的作品，迟到4世纪和5世纪才出现。他们的任何理论可能受到中国炼丹术的影响。”（贝尔纳《历史上的科学》第127页）。因此，科学史家对中国汉代炼丹术给以极高的估价：“在史前时代，中国人已用朱砂作为活人的血液的玄术性代替物，并分出它的元素硫和汞。道教把这二种元素等同于一般化的雄雌两性，即本身来源于图腾的阴和阳，从而发展了炼丹术的体系。”（同上第167页）(www.xing528.com)

对于汉代炼丹术的详细记载，有魏晋时代的葛洪（约281～361）所著的《抱朴子》一书。该书记述了一些实用的化学制法，如硫化锡，亦即貌似黄金的“镶嵌金”的制备方法。其书虽被一片道家迷信色彩所笼罩，但仍是有很高的科学价值，正如较《抱朴子》一书出现更为早的另一部炼金术专著《参同契》一样。现代西方的科学家称这部出现于东汉的著作及其作者魏伯阳是“目前所知最早的炼金专著。该书载有许多带有迷信色彩的资料，并用一些异想天开的名称隐喻所用的许多制法和试剂；这和西方的情况并无两样。不过，它仍可表明作者是一位实用化学家。下面一段关于某种蒸发和结晶过程的描述，会使每一位细心观察过激烈反应过程的化学家为之动容”（亨利·M.莱斯特《化学的历史背景》，吴忠译，商务印书馆1982年出版，第59页）。关于汉代炼丹术中化学研究的成果，英国李约瑟博士的《中国科学技术史》第5卷有详细的论述。

地理学　秦汉时代的地理学已达到很高的水平。《汉书》《史记》都列有专篇记载山川地理、都市等。当时作为表达和传播地理知识的手段——地图、测绘的水平也很高，长沙马王堆三号汉墓出土的三幅地图就是很好的佐证：

绘在帛上的地图共发现三幅，据考定为西汉时的作品：第一幅是西汉长沙国南部地形图，据推算主区比例为十七万分之一至十九万分之一。主区绘今湖南、广西、广东三省交界的地方。其中主要河流、山脉和城市的方位，都和实际情况基本符合。第二幅是长沙国南部驻军图，主要绘今湖南道县以南至广东连州以北地区。第三幅是一个县的平面图，绘有城垣房屋等。这是中国，也是世界现存最古老的地图。其绘制方法十分出色，已有统一图例：地形图的居民点采用两种符号，县治用方框，水道用上游细、下游粗的曲线，道路用细直线。对九嶷山的表示更有独特之处，除用比较粗的闭合曲线勾出山体外，又用细线画成鱼鳞状层层重叠，表示峰峦起伏的特征，很似如今的等高线画法，充分表现出汉代地图绘制和测量的高度发展。