开封博物馆宋代科技展厅：水运仪象台再现千年科技奇迹

创作时间:

2025-01-22 00:25:19

作者:

@小白创作中心

开封博物馆宋代科技展厅：水运仪象台再现千年科技奇迹

走进开封博物馆的宋代科技展厅，一座巨大的水运仪象台模型矗立眼前，仿佛将观众带回到了一千年前科技高度发达的北宋时期。这座集浑仪、浑象和计时装置于一体的天文仪器系统，不仅展示了古代天文观测的技术，更凝聚着宋代工匠和科学家的智慧结晶。

水运仪象台高约12米，由北宋科学家苏颂和韩公廉等人于1092年在汴京（今开封）建造完成。它巧妙地将水轮、齿轮系、控制机构、计时器、浑象和浑仪等集成为一个机械系统，展现了当时机械设计的最高水平。其中最令人惊叹的是“天衡”装置，这是一种由杆系与秤漏等构成的控制机构，功能类似于近代机械钟表的擒纵机构，确保了水轮的均匀间歇转动。

水运仪象台的工作原理基于水力驱动。通过漏壶均匀流出的水注入水轮的水斗，驱使水轮转动。在“天衡”控制下，水轮做均匀的间歇转动，通过齿轮系和链传动驱动计时装置、浑象和浑仪。计时装置以木偶摇铃、敲钟、示牌、击鼓等方式报时，而浑仪则通过“四游仪”跟随星空目标转动，实现了天象观测和演示的功能。

除了水运仪象台这一镇馆之宝，展厅内还展示了宋代的四大发明及其应用。火药、指南针、活字印刷术和造纸术在宋代得到了广泛应用和推广，极大地推动了科技和社会进步。例如，火药被用于军事防御，指南针则在航海中发挥了重要作用，而活字印刷术的发明更是极大地促进了文化的传播和知识的积累。

宋代科技的辉煌并非偶然。当时，社会需求、教育改革和哲学思想的互动为科技发展提供了肥沃的土壤。宋朝建立以来，人口激增，对食物的需求促使栽培方法的改进。曲辕犁开始推广使用，秧马、筒车被创造出来，新品种占城稻被广泛推广种植。宋代兴修的水利工程数量明显比唐代多，闸门和新的测量仪器得以改进并扩大应用，效果显著。煤与石油开始开采，并且成为民用燃料。城市的快速发展需要发明供水与灭火装置。

在宋与辽、金的战争影响下，火药成为有用的武器。宋初，开封所设“广备攻城作”的十一个部门中，“火药窑子作”即是专门用来制造火药火器的。北宋时的军事著作《武经总要》记载了三种世界上最早的火药配方，并列举了火箭、火药鞭箭、火球、火蒺藜等多种火器。南宋时，震天雷的产量大幅提升。绍兴二年（1132年），德安守将陈规“以火炮药”，制造出长竹竿火枪20余条；开庆元年（1259年），寿春府制造出突火枪，“以钜竹为筒，内安子窠，如烧放，焰绝然后子窠发出”，即枪筒内装填火药和子窠，火药在筒中燃烧产生的气体推力，能将子窠射出，产生击杀作用。长竹竿火枪与突火枪的出现标志着管形火器的诞生。

经济发展与军事战争也加强了对运输工具改进的需要。宋代陆上运输工具进展不大，但造船技术获得了巨大发展。宋代发明了船坞以及滑道下水的方法；造船时开始使用船图，先制造船的模型，再按比例放大造船；龙骨结构的使用增加了海船抗御风浪的能力；踏轮驱动的车船获得了普遍应用。为增加粮食载运量和提高结构强度而建造的对槽船，是当今分节驳船的雏形。船型巨大的还有“形制圆短，如三间大屋，户出其背，中甚华饰，登降以梯级，非甚大风不行”的万石船。用于战争的新船型不断出现，既有“底平樯浮，虽尺水可运”的多桨船，又有“傍设四轮，每轮八檝，四人旋斡，日行千里”的飞虎战舰。

宋代广兴学校，推动教育制度改革，增加太学学额，在州县立官学，佐以私学、蒙馆、冬学等教学形式，从而形成了自京师至郡、县、乡的教育网络。在教育科目上，科学的训练内容在宋代官方学校所占的比重逐渐增加；在教育方法上，唐代以来的分科教育效果明显，司天监培养出许多知名学者，而宋代先将太医局从太常寺中分离、后又置医学于国子监之下的革新，将医学教育纳入国家官学系统，促进了医药学的发展。

宋代理学兴起，理学的世界观与以理为基础的自然科学的观点一致。程颐说：“天下物皆可以理照。有物必有则，一物须有一理。”朱熹强调：“所谓致知在格物者，言欲致吾之知，在即物而穷其理也”“上而无极、太极，下而至于一草一木一昆虫之微，亦各有理。一书不读，则阙了一书道理；一事不穷，则阙了一事道理；一物不格，则阙了一物道理。”理学家对格物致知的提倡推动着学者对自然之理进行探索。

在宋代，处处可见重复的独立发明与发现。比如，庆历年间（1041年—1048年），毕昇发明了活字印刷术，以胶泥刻字，每字一印，火烧坚硬而成泥活字后，以两块铁板交替印刷排字，进一步提高了印刷速度，成为人类史上具有影响力的发明。