Ⅰ 秦汉时期领先世界的科技成就有哪些
农业生物学秦汉时期由于农业生产的需要，天文、历法、数学等方面有了很大的发展。《氾胜之书》，《周髀算经》、《九章算术》、《伤寒杂病论》等著作标志了我国农学、天文学、数学、医学等达到了新的水平。纺织、机械、冶金、建筑、造船等技术也有了较大的发展。造纸术的发明，是我国古代劳动人民对世界文明做出的重大贡献。气象战国时期我国已经有二十四节气的全部名称的记载，西汉初更有了二十四节气的完整的记述。二十四节气是我国古代劳动人民在长期生产实践中积累的气象知识的重要成果，至今对指导农业生产仍有重要作用。公元前二世纪，我国已有天平式温度计的记载。欧洲在一千六百多年后才有天平式温度计。东汉王充已发现空气湿度与弦的张力变化的关系，这已包含毛发式湿度计的原理。西汉时，在当时的首都长安（今西安市西北）的长安宫的灵台（观象台）上已设有候风仪"相风铜鸟"。这是世界上最早的固定式候风仪之一。汉代我国已有地方向中央汇报雨量的制度。约公元82年，东汉杰出的唯物主义思想家王充在《论衡》中根据实际观察对雷、雨等天气现象作出了朴素唯物主义的解释。他在《雷虚》篇中批判了把打雷说成是"天怒"的谬论，列举五条证据说明"雷者，火也"；在《说日》篇中批判了把下雨归于天神的迷信妄说，指出"雨从地上"，"云载而行，云散水坠，名为雨矣。"东汉崔寔所编的《农家谚》收载了许多我国古代劳动人民总结气象知识的天气谚语，是我国现存最早的天气谚语集。物理学秦始皇统一全国度量衡，对我国古代的生产和科学技术的发展起了重要作用。当时采用商鞅方升作为标准量器，标准量器的制作和检定已相当精确，对现存的量器的测定表明，误差在1％以内。我国人民很早就把度量衡和音律联系起来。《汉书·律历志》载有以固定音调的竹管乐器的管长为长度标准以及以管的容积和管内所能盛的粟的重量作为容量和重量的标准。公元前二世纪的《淮南万毕术》中载有我国关于透镜聚焦的最早记载。《淮南万毕术》中还有关于人造磁体的最早记载以及磁体同性相斥的记载。西汉时我国已有原始的潜望镜的记载。西汉时我国人民对运动的相对性原理已有一定的认识，西汉末的《尚书纬·考灵曜》中载："地恒动不止而人不知，譬如人在大舟中闭牖（音有，窗）而坐，舟行而人不觉也。"西汉末年，我国已有关于摩擦生电和尖端放电现象的记载。《春秋纬·考异邮》中载有，经过摩擦的玳瑁能够吸引细小的物体，《汉书·西域传》中载有：金属制的矛的尖端放电的现象。东汉王充的《论衡·是应》中有司南勺的记载。河南南阳东汉墓出土的石刻上有司南勺的图画。司南勺是指南针的前身。磁性指示方向器具的发明是我国古代人民的重大贡献。王充对声音的产生和传播已有了初步的认识，他在《论衡》中提出人声在气中的传播和在水波相似的观点。王充在《论衡》中发挥了关于物质性的"气"的学说，他认为，天地万物都是由物质性的阴阳二气交感变化而产生的。他还提出"天地不生故不死，阴阳不生故不死"，这已包含了朴素的物质不灭思想和时间无限的思想。王充的唯物主义自然观对东汉以后自然科学的发展有一定的影响。东汉王符（生卒年代不详）明确地指出人的眼睛能看见物体是由于物体受到光的照射。水利东汉时我国人民已应用虹吸管引水。秦始皇统一全国后，针对各诸侯国"壅防百川，各以自利"的状况，采取了"决通川防，夷去险阻"（《史记·秦始皇本纪》）的措施，使治黄工作进入了新的阶段。公元前219年，史禄（或称监禄，名禄，姓不详，史、监都是官称，生卒年代不详）主持开凿了著名的灵渠（在今广西兴安县），联结湘江和漓江，沟通长江和珠江两大水系。唐代以后又在渠上设置斗门（船闸），使工程更加完善。灵渠沟通南岭南北水路交通，在历代都起着重要的作用。从秦到西汉中期，我国人民在宁夏平原开凿了许多引黄灌溉水利工程，形成灌溉系统，使荒凉的宁夏平原成为塞外江南。汉武帝时，在关中平原开凿了白渠等一系列渠道，形成大规模的灌溉区域，使关中地区的农业生产有了很大发展。汉武帝时在今陕西大荔县修筑龙首渠，于商颜山（今大荔县北的铁链山）开凿十余里的隧洞工程，运用了井渠法："因岸善崩，乃凿井，深者达四十余丈，……井下相通行水。"汉代时，我国新疆地区各族人民已开始大规模开凿"坎儿井"（即井渠）。"坎儿井"适应当地 易渗漏和蒸发快等特点，成为古代新疆地区的主要灌溉设施。公元前132年，汉武帝时由水工徐伯（生卒年代不详）主持勘测设计自长安通向黄河的漕渠，渠长"三百余里"，三年后凿成，便利了航运，还可灌溉"民田四万余顷"。公元69-70年，王景（生卒年代不详）领导几十万民工大规模治理黄河，修筑堤防千余里，采取了裁弯取直、疏决壅塞、建造水门等许多积极的治河措施，收到了良好的效果。汉代关于治黄的理论研究也有了发展，提出了许多治河方案，如王莽时张戎（生卒年代不详）就认为黄河"一石水而六斗泥"（近年实测与此大致相同），主张利用水势冲刷河床等。汉代时，我国人民为了同海潮作斗争，开始在浙江杭州附近修筑海塘。其后，历代劳动人民在东海岸陆续兴建了规模巨大的海塘工程，著名的钱塘江海塘长达二百公里。海塘是我国古代的伟大工程之一。公元204-219年，曹操为了军事和运输上的需要，先后派人开凿了睢（sui）阳渠、平虏渠等许多渠道，沟通了海河、黄河、淮河和长江水系。医药学秦始皇赢政继承和发展了秦孝公时期的医事制度，在政府中设太医令、太医丞以掌管医药。秦始皇还曾组织医生编纂整理先秦的医药书籍。西汉时，侍医李柱国于公元前26年整理医书，共得医经七家二百一十六卷，经方十一家二百七十四卷。公元前二世纪，西汉名医淳于意（公元前215年-？）作"诊籍"，这是作病例记录的开始，《史记·仓公传》中有他所记载的二十五个"诊籍"。湖北江陵凤凰山汉墓和湖南长沙马王堆一号汉墓出土的西汉早期的尸体保存至今均仍十分完整，皮下组织尚有弹性，内脏也保存完好，说明当时已有相当先进的尸体防腐技术。马王堆三号汉墓出土的公元前168年左右的帛书医书中有关于脉法、灸经和医方等著作，帛书医方中载有内、外、妇产、小儿、五官等科五十多种疾病的二百八十多个医方和二百四十多种药品，是我国现存最古的医方。我国人民很早就很重视体育医疗，战国时的《行气玉佩铭》（约公元前380年左右）和《庄子·刻意》中都有体育医疗的记载。马王堆三号汉墓出土的帛画《导引图》，是我国现存最早的医疗体育图解。公元25-57年左右，渔民"涪翁"（姓名和生卒年代不详）是精通针灸法的民间医生，著有《针经》、《诊脉法》等著作，但均已失传。汉代成书的《神农本草经》是我国现存最早的一部药物学专著，它总结了古代劳动人民丰富的药物知识，记载了三百六十五种药物，包括人参、甘草、当归、大黄、麻黄、黄莲等大部分现代常用中药。其中关于用麻黄治气喘、海藻治甲状腺肿（卷2）、常山（蜀漆）治疟疾（卷3）等的记载都是世界上最早的，这些药物疗效显著，至今仍广泛使用。甘肃省武威县东汉墓出土的医方简牍中所载的药物已有膏、汤、丸、散、醴、滴、栓等许多剂型，反映出当时我国药剂学已有相当高的水平。东汉末年，名医华佗（约公元141年-？）成功地用口服全身麻醉药麻沸散进行全身麻醉，作腹腔外科大手术，这是世界医学史上的杰出成就。他还创"五禽戏"，提倡体育疗法。公元196-204年间，东汉末张机（张仲景，约公元150-219年）著《伤寒杂病论》，他收集了许多民间验方，总结了古代劳动人民与疾病斗争的经验，对病理、诊断、疗法、方剂等作了全面论述，比较系统地总结了"辨证（症）施治"的原则，把中医临床治疗提高到一个新的水平，至今仍然指导着中医的临床实践，是中医学的重要典籍。其中关于肺脓疡、黄疸、痢疾、阑尾炎等的治疗方法以及关于人工呼吸的记载等，都有很高实用价值。地理学公元前一世纪末，西汉扬雄的《蜀都赋》中记载了当时四川地区有"火井"，表明西汉时我国人民已发现天然气井。在四川成都和邛崃（qióng lái）县出土的东汉画象砖上的煮盐图表明当时可能已利用天然气煮盐。约公元347年东晋时成书的常璩的《华阳国志·蜀志》更明确地记载了以天然气煮盐。我国是世界上最早开采和利用天然气的国家。西方到公元1668年英国人才开始利用天然气。西汉时成书的《尔雅》中的《释地》、《释丘》、《释山》、《释水》等篇对地理和地质现象作了一些记载和分类，反映了当时的地学知识，其中一些名称一直沿用到现在。马王堆三号西汉墓出土的公元前168年左右的三幅地图是我国现存最古的地图，其中长沙国南境（今湖南、广东和广西交界地区）地形图中的主要城市、河流、山脉与实际情况基本相符，山脉采用类似于现代等高线的画法，说明当时地图学已达到相当高的水平。公元前138年和公元前119年，西汉张骞（？-公元前114年）两次出使西域，开辟了从我国甘肃、新疆到今阿富汗、伊朗等地的陆路交通，即著名的"丝绸之路"。东汉班超（公元32-102年）出使西域时，也曾于公元97年派遣甘英（生卒年代不详）到达今伊朗一带。据《汉书·地理志》载，汉武帝时我国与朝鲜、日本间的海上交通已相当发达，我国海船还自广东一带出发远航至现在的印尼、缅甸、印度和斯里兰卡等地，开辟了我国和这些国家之间的海上运输。"丝绸之路"的开辟和远海的航行，使人们活动的领域更为广阔，促进了人们对自然界认识的深化，对我国古代思想家的朴素唯物主义宇宙论和自然观产生了一家的影响。西汉时我国劳动人民就航海至我国南海诸岛一带，很早以前就在岛上居住和从事生产劳动。近年来在西沙群岛等地发现了许多汉代以来的古钱和古瓷器，还发现了唐宋时代的居住遗址。公元前一世纪的司马迁的《史记·货殖列传》是我国最早的经济地理著作，记载了我国古代手工业地理和矿冶事业发展的情况。东汉王充在《论衡·书虚》中明确地指出了潮汐与月亮的运行有关。公元一世纪末成书的《汉书·地理志》记述了汉以前疆域政区的变迁概况，是我国最早的沿革地理著作。《汉书·地理志》中有我国关于石油的最早记载。公元132年张衡主持创制的"地动仪"是世界上第一台地震仪器。设在当时首都河南洛阳的地动仪，曾准确地记录了公元138年甘肃东南地区发生的一次地震。欧洲约一千七百年后才有地震仪。化学化工陕西临潼县秦始皇陵东侧的俑坑中出土了大批身高1.8米左右的陶兵俑和与真马形体相当的陶马。陶兵马俑造型生动，制造精美，体型高大，反映了秦代制陶技术的高水平。公元前二世纪我国已经有炼丹术的记载，这在世界上是最早的。炼丹术的出现在客观上为化学的发展积累了一些知识。我国炼丹术约于八、九世纪传入阿拉伯，十二世纪传入欧洲。我国是世界最早使用杀虫药剂的国家之一。公元前二世纪的《淮南万毕术》中载有雄黄燃烧后的气体（三氧化二砷和氧化硫）可以杀虫的现象。汉代成书的《神农本草经》中也有用汞和硫化砷等药物杀灭寄生虫的记载。欧洲到1763年瑞典人席勒(Karl Wilhelm Scheele)才制成含砷的杀虫药剂。《淮南万毕术》中还载有从硫化汞中可以提取汞等化学知识。公元二世纪，东汉魏伯阳（约公元100-170年）著的《周易参同契》是世界上现存最早的炼丹术专著。书中描述了汞有挥发性并能与硫化合，第一次记载了用两种元素合成化合物。书中还记述了铅丹（四氧化三铅）能被炭还原为铅。他还提出了物质起化学变化时配方比例的粗略概念。建筑工程秦始皇时，为了抵御北方民族奴隶主的骚扰，从公元前214年开始，数十万军民在秦、燕、赵等国原有长城的基础上修筑著名的万里长城，长城"起临洮（今甘肃岷县），至辽东，延袤万余里。"万里长城是古代世界上最伟大的工程之一。秦始皇时大修驰道，东起山东半岛，西至甘肃临洮，北抵辽东，南达湖北一带，主要线路宽达五十步，道旁植树，工程十分浩大，是古代筑路史上的杰出成就，加上其他水陆通道，形成了全国规模的交通网。至迟在秦代已有承重用砖,秦始皇陵东侧的俑坑中有砖墙, 砖质坚硬。砖的发明是建筑史上的重要成就之一。汉代建筑已广泛使用砖，木结构建筑技术也渐趋成熟，还有了多种拱顶结构和高达四、五层的楼房。●天文马王堆三号汉墓出土的公元前170年左右的帛书《五星占》中，载有公元前246-前177年间木星、土星和金星的位置，还记载了金星的会合周期为584.4日（今测为583.93日），并已注意到金星的五个会合周期为八年（与今测值只差2天零10小时），表明当时对行星运动的观察已有相当高的水平。公元前104年，司马迁（公元前145-?）、平民落下闳（音洪）（生卒年代不详）和邓平（生卒年代不详）等人制定《太初历》。《太初历》采用"八十一分法"（即定一朔望月为29天零43/81日）和有利于农业生产的二十四节气，是我国历史上第一部统一的较完整的立法。西汉司马迁的《史记·天官书》记载了五百多颗恒星的位置，还记录了恒星的各种颜色以及各种云状、云速、云距等。公元前一世纪西汉时已认识到月光是日光的反射。《汉书·天文志》详细地记载了公元前32年10月24日出现的一次极光，这是世界上较早的精确的极光观测记录。我国古代有世界上最丰富的极光记录，为研究太阳活动和地磁变化等提供了宝贵的资料。《汉书·五行志》有世界上关于太阳黑子的最早的记录。西汉末年我国已有朴素的关于地球公转的思想。东汉贾逵（公元30-101年）明确指出黄道和赤道有一交角，在我国首先利用黄道坐标系测定天体的位置。他还发现月亮的视运动有快慢，并测定了近点月。东汉张衡（公元78-139年）在《浑天仪图注》中记载了当时测定的黄道和赤道的交角为二十四度（我国古代一圆周为三百六十五又四分之一度，二十四度换算成现在的角度单位是23.655度，与现在推算公元100年时的黄赤交角23.685度比，相差不过百分之三度）；他在《灵宪》中正确地解释了月蚀的原理，还提出了宇宙无限的思想，张衡对古代天文学的发展做出了重大的贡献。公元133年张衡上书要求一律禁绝谶纬说，给唯心主义谶纬说以有力的打击。公元117年，东汉张衡主持制成的"水运浑天仪"，是用水作动力，由复杂的齿轮系传动的天文仪器，他可以准确地自动演示天体运行的情况，是现代天象仪的前身，这是古代天文仪器的重要创造。"水运浑天仪"还是世界上最早的机械性计时器，欧洲到公元十二世纪才有机械性计时器。公元178-183年间，东汉刘洪（生卒年代不详）制订《乾象历》，于公元223年三国时在吴国颁行。刘洪发现了白道与黄道约6度交角和日月蚀的蚀限，并提出计算合朔（日月相会）、满月和上、下弦时刻的方法。《后汉书·天文志》载有世界上最早的超新星爆发的记录。汉代，关于宇宙的构造形成了"盖天说"、"浑天说"、和"宣夜说"等派别，展开了激烈的辩论。以《周髀算经》为代表的"盖天说"认为天是一个弯曲的盖子，地也是一个弯曲的面。落下闳、张衡等人总结和发展了当时较先进的"浑天说"，认为"浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄"。东汉郗萌（生卒年代不详）所提倡的"宣夜说"认为天没有形质，"高远无极"，日月星辰都是飘浮在空中的，这是朴素的无限宇宙的概念。●数学公元前一世纪成书的《周髀算经》是我国现存最早的天文数学著作，它总结了我国古代天文学中所应用的数学知识，其中包括直角三角勾股定理的应用和复杂分数的运算。约公元一世纪东汉时成书的《九章算术》是我国较早的杰出的数学专著，内容包括二百四十六个应用问题及其解法，涉及算术、初等代数、初等几何等各个方面。其中关于多元一次方程组解法的记载是世界上最早的，比印度早四百多年，比欧洲早一千三百多年。关于正负数的概念，正负数加减法则的记载也是世界上最早的，欧洲到十六-十七世纪才有正负数的概念。关于开平方、开立方以及一般二次方程的解法等在世界上也都是最早的。《九章算术》是我国古代劳动人民在长期的生产实践中积累起来的数学知识的结晶，为我国古代数学的发展奠定了基础。●冶金公元前二世纪，秦始皇设铁官管理全国冶铁事业。汉武帝进一步实行盐铁官营，据《汉书·地理志》及《汉书·贡禹传》记载，当时在全国设铁官四十九处，矿冶手工业者达到十万多人。西汉时冶铁技术有很大的发展。河南巩县铁生沟和南阳等地的冶铁遗址的发掘表明，西汉时的炼铁竖炉已有较大规模，有的竖炉高达4米左右。西汉时已使用煤来炼铁，用石灰石等碱性溶剂造渣脱硫，并采用了把矿石预先破碎，经过筛选使得粒度均匀的整粒技术。西汉还出现了原始的预热鼓风设备。这些都是冶铁技术上的重大进展。欧洲一千多年后才有炼铁竖炉，十七世纪才用煤炼铁。西汉时还发明了低温炒钢炉，已能炼出较高质量的钢。河北满城西汉刘胜墓出土的钢剑，有的钢杂质含量、组织均匀等方面已接近现代优质钢的水平。河南温县发现了东汉早期的烘范窑，出土了五百多套各种陶范，许多都是一箱多器或多箱套铸的陶范。经研究，在浇铸前已对陶范预热以保证铸件质量，并且对造型材料的选择已考虑到可塑性、透气性、耐火度和退让性，母范、外范、内范和加固泥分别采取不同的砂土比例。这些都反映了汉代的壳型铸造工艺已达较高水平。公元前二世纪的《淮南万毕术》中载有："白青（硫酸铜）得铁，即化为铜。"即硫酸铜溶液与铁作用而产生铜的置换反应，也就是"胆水（硫酸铜溶液）浸铜法"的基本原理。考古发现，战国末年至西汉初我国已使用铜和铁铸造的齿轮，东汉初年还有了人字齿轮。西汉刘歆（xin）的《西京杂记》卷5中所记载的指南车和记道车（自动记里程的车）都使用了复杂的齿轮传动系统。●其它技术至迟在西汉初出现的指南车，利用机械传动结构，使得车体无论如何转动，车上的指示均指向固定方向，这是世界上是最早的控制论机械之一，是我国古代工程技术上的杰出成就。马王堆一号汉墓出土了大量西汉初年的丝麻织品，有许多锦、绮、菱纹罗等精美的提花织物，还有凸版彩色套印的印花纱以及多次套染与媒染相结合染成的织物，据分析共有三十六种色象，反映了西汉初期纺织和印染技术已达到相当高的水平。西汉初有关于利用两个斗笠从高处跳下的原始降落伞的传说。汉武帝时赵过推广的播种机具"耧车"（三行条播器）已具备现代条播器的开沟、下种和覆土等三项基本功能，是古代农具的重要创造。据记载，使用耧车一天可播种一顷地（合今6.8亩左右）。赵过还推广了牛拉的大型铁铧犁。公元前113年左右的西汉刘胜墓中出土的两套金镂玉衣，各由玉片二千多片组成。据研究，当时已采用圆片据切割玉片，有的锯缝仅宽0.35毫米，表明当时已有较高效率的轮轴切割机械。玉片钻孔采用的是砂钻法，小孔直径仅1-2毫米。玉片经过仔细的抛光，表面象玻璃一样光滑。穿玉片的金丝有的由十二股合成，金丝直径仅0.08-0.13毫米。这些都反映了当时我国劳动人民工艺技术的高度水平。在河北满城西汉刘胜墓和河南灵宝张湾东汉墓所出土的弩（nu，一种用机械发箭的弓）机上都有瞄准用的带刻度的"望山"，望山可以提高射击的精确度，与近代步枪上的定标尺相似。西汉时，我国的耕犁已装有犁壁。陕西西安、礼泉等地出土了西汉的多种型式的犁壁。犁壁可以使土壤破碎和翻转，对耕地技术的提高有很大作用。我国是世界上最早使用提花织机的国家。《西京杂记》卷1中载，公元前86-前74年间，陈宝光的妻子（姓名及生卒年代不详）改进了提花织机，提高了织物质量。《西京杂记》卷1中载，西汉工匠丁缓（或作丁谖，生卒年代不详）制成当时已失传的"被中香炉"，采用一种几个环套在一起，无论外边如何转动，内部始终保持平衡的装置。这是我国古代机械史上的重要发明之一，它的原理与现代陀螺仪中的万向支架相似。欧洲到公元1500年意大利人达·芬奇（Leonardo da Vinci）才提出类似的设计。公元前一世纪，西汉时我国已有扬去谷子中的秕糠用的风车（扇车）。欧洲约一千四百年后才有类似的风车。《汉书·王莽传》载，公元9-22年间，曾有人"取大鸟翮（he，翅膀）为两翼，头与身皆著毛，通引环钮，飞数百步堕"。这是人类第一次滑翔飞行的勇敢尝试。东汉杨孚在《异物志》中记载了我国南方劳动人民利用芭蕉叶等野生植物纤维织成高质量的织物。公元31年，东汉劳动人民已发明用水排以鼓风炼铁。水排是用卧式（或立式）水轮带动皮囊鼓风的机械装置，这是机械工程史上的重要创造，比欧洲类似机械早约一千二百年。三国时水排经过进一步改进后得到推广，对我国古代冶铁业的发展起了重要作用。西安灞桥出土的公元前118年前的古纸是世界上已发现的最古的植物纤维纸，经分析，所采用的原料是麻类纤维，制造纸浆时已采用石灰发酵的沤麻方法，原料中还有废麻，表明当时已用破旧麻布造纸。公元105年东汉蔡伦（？-公元121年）总结了劳动人民的经验，用树皮、破布、废麻等造出了质量较好的纸。东汉末年，造纸已成为独立的行业。造纸是我们古代劳动人民的伟大发明之一，是我国人民对世界文化作出的重大贡献。我国的造纸术在八世纪传入阿拉伯，十二世纪传入欧洲。公元121年成书的东汉许慎的《说文解字》中载有："……一曰一轮车，……"四川成都扬子山二号墓出土的东汉画象砖上有独轮车的图画，这些都表明东汉时我国人民已使用独轮车，独轮车是古代重要的运输工具之一。公元186年，东汉时我国已使用"翻车"（龙骨水车）提水。龙骨水车是我国古代重要的灌溉工具之一。秦汉时期我国造船业已有了较大的规模和较高的技术水平。在广州市发现了秦到西汉初的规模巨大的造船工场遗址，船场采用了船台造船与滑道的基本原理相一致。根据船台的长、宽计算，当时已能建造宽6-8米、长30米、载重50-60吨的木船。至迟到东汉我国人民已发明船舵，广州东汉墓出土的陶船模型上有舵。舵的发明是造船技术上的重要进步，欧洲一千多年后才有船舵。