在中国古代科技史上,杰出的科学家、发明家人才辈出,群星璀璨,构成了中国历史上一道亮丽的风景线。但与这道风景线不相称的是,其中的女性,实在是太少了,真正是寥若晨星。尤其是女发明家,可以举出姓名的,大概只有本文的主人公黄道婆一人而已。
关于黄道婆的生平事迹,封建社会的历史书上很少记载,仅在元代末年一些笔记小说里略有反映。根据这些反映,可知她是当时的松江乌泥泾(今上海龙华)人,大概生于南宋末年,卒于元代初年。黄道婆生活的时代,正是中国棉织业发展的时代。我国棉织业出现比较晚,在棉花得到大规模应用之前,丝、麻是我国先民的主要衣着原料。考古学研究的结果表明,至迟在三千多年前的殷商时期,我们的祖先就已经掌握了比较成熟的丝织技术。到了汉朝,我国丝织技术发展得更加成熟。马王堆出土的纺织品表明,早在两千多年前的西汉时期,我国的丝麻纺织技术,已经相当先进了。
但是,相对于丝麻纺织业来说,我国内地棉织业的发展就比较晚了。棉花原产地不在中国,而是在非洲和南亚次大陆。产于这些地方的棉花,后来经西亚、东南亚等不同途径传入我国,先是传到云南、新疆等地,后来又逐渐传入内地的黄河、长江流域。到了宋代,长江流域已经有了一定规模的棉花种植。
棉花取代丝麻成为人们的主要衣着原料,是历史的必然。丝织品从采桑养蚕、缫丝拈线,到织成衣物,环节多,成本高,非一般人所能享用;麻织品从种麻、沤麻、剥离麻皮、抽出纤维,到纺织成线,同样存在工序多、效率低的缺陷,而且其御寒效果也不好。棉花因为可以“不麻而布,不茧而絮”,而且御寒效果好,穿着舒服,加之成本低廉,所以受到人们欢迎。自棉花传入我国内地以后,棉布就逐步取代麻布,成为广大人民群众的主要衣着原料。
但是,当时内地的棉花加工技术比较落后,人们对去籽、弹松、并条、纺纱等工序的处理还很原始。这种状况,严重妨碍了棉纺织业的发展。因而改革棉花加工工具、提高纺织技术,就成为当时棉纺织业面临的一个十分突出的问题。黄道婆就生活在这样的时代。她是适应时代要求而涌现的棉纺织技术革新家。
黄道婆出身贫苦,因生活所迫,十二三岁就给人家当了童养媳。像多数童养媳一样,黄道婆的童养媳生活也是暗无天日的。在丈夫家里,她白天下地干活,晚上纺纱织布到深夜,一边负担繁重的劳动,一边还要忍受公婆的非人虐待,挨打受气是家常便饭。由于封建礼教的束缚,对于这种虐待,她无法做公开的反抗,只好忍气吞声。随着年龄的增长,公婆的虐待与日俱增。黄道婆再也无法忍受下去了,她萌发了逃离这个家庭的念头。有一次,为了一件小事,黄道婆又受到了公婆的毒打,并被关在房子里不准吃饭。黄道婆忍无可忍,她终于下定了离开这个家庭的决心。于是,趁着晚上夜深人静、公婆和丈夫都已熟睡的机会,黄道婆悄悄溜出家门,踏上了离家之路。
逃离家门之后,为了躲开丈夫有可能的追赶,黄道婆直奔黄浦江边,躲进一条停泊在江边的海船上。她只有一个念头:随船四海漂流,离家越远越好。
天亮了,船主起锚开船,发现了黄道婆。黄道婆哭诉了自己的遭遇,船主十分同情,让她留在了船上。就这样,黄道婆随船来到了远离自己家乡的海南岛南部的崖州,也就是现在的海南省崖县。
崖州是海南少数民族黎族的聚居地。黄道婆随船来到这里,十分幸运。在封建礼教占统治地位的社会里,一个从来未出过远门的年轻妇女,只身流落异乡,人地生疏,无依无靠,面临的困难可想而知。但淳朴热情的黎族同胞使她感受到了人世间的温暖。黎族同胞十分同情黄道婆的遭遇,从生活上给了她很多照顾,使得黄道婆很快就在那里安顿了下来。
海南岛是当时两广地区棉纺织业的中心。特别是崖州,棉纺织业相当发达。崖州的黎族妇女都以棉纺织为业。她们所掌握的纺织技术在当时是比较先进的。她们纺织的“黎幕”、“黎单”、“鞍搭”、“花被”、“缦布”等产品极其精致,全国闻名。黄道婆在当地安顿下来以后,开始向黎族妇女学习她们的纺织技术。黎族同胞也热情地帮助她,不仅在生活上给她以照顾,而且把她们自己掌握的先进的纺织技术也毫无保留地传授给她。黄道婆心灵手巧,非常虚心,加之从小受苦养成了吃苦耐劳的好品质,因此在不长时间里就掌握了这些技术,并且还融合黎汉两族人民的纺织技术的长处,对之有所发展。时光流逝,黄道婆逐渐成了一名出色的纺织技术能手。解决各类纺织技术问题,她得心应手。她织出的物品,精美程度甚至超过了当地的黎族同胞。
黄道婆在崖州生活了二三十年之久,和当地黎族同胞结下了深厚的友谊。但是,随着岁月的流逝,她离家出走时那种义无反顾的情绪逐渐消失,她开始怀念起自己的家乡来了。随着年岁的增长,她的思乡之情愈来愈迫切。她渴望着让家乡父老分享自己学到的先进的纺织技术。到了元贞年间,她终于按捺不住自己的思乡之情,辞别依依不舍的黎族同胞,带着黎族人民创制的先进的纺织工具,搭顺道海船回到了阔别三十多年的乌泥泾。
有几句民间歌谣是这样唱的:
黄婆婆,黄婆婆,
教我纱,教我布,
两只筒子两匹布。
这是一首在原上海松江一带世代相传的歌谣,这首歌形象地表达了当地民众对黄道婆革新纺织技术、并积极传播新的纺织技术的感激之情。
实际情况也正是如此。黄道婆回到乌泥泾后,看到自己的家乡依然像过去一样土地贫瘠,人民穷困,棉织业落后,棉纺织技术极其原始,还不如崖州,感到十分心痛。她决心利用自己在崖州学到的先进棉纺织技术,改革当地的棉纺织业,为家乡的父老乡亲实实在在做点儿事。
黄道婆在革新棉纺织技术上的主要贡献,是她为了适应松江地区棉纺织业发展的需要,创造性地提出了一套棉纺织技术的完整的新工艺。在这套新工艺中,黄道婆对“擀、弹、纺、织”等项内容的革新最为引人注目。
所谓“擀”,是用“擀”的方法除去棉花中的棉籽,这是整套棉纺织工序的第一步。在黄道婆之前,脱棉籽是棉纺织过程中的一道难关。因为棉籽生于棉桃内部,为数又多,很难将其脱去。当时人们大都是用手直接将棉桃中的棉籽剥去,也有用手推铁棍将其挤出的。这些方法效率都非常低,以至于原棉常常积压在去棉籽这道工序上。黄道婆以黎族的踏车为基础,创造出一种轧车,专门用来轧棉籽。这种轧车的主要结构为一对碾轴,是由一根直径较小的铁轴,配合一根直径较大的木轴组成的。两个轴上都装有曲柄转轴,操作时由两人转动碾轴,另一人将棉桃喂人两轴中间的空隙里,利用这两根直径不同、速度不等、回转方向相反的碾轴相互碾轧,将棉籽从棉桃里挤出来。这种轧车较之手剥棉籽不仅省力,而且能大大提高效率。它的出现,是当时皮棉生产中一件重大技术革新。马克思曾经提到,直到18世纪末,在盛产棉花的美国南部,奴隶主仍然驱使奴隶用手剥除棉籽。1793年美国人惠特尼发明了轧棉机,在此之前,一个黑人紧张地劳动一天,未必能剥离出一磅棉花。现在我们看到,比惠特尼早近5个世纪,黄道婆已经率先做出了这项发明。
接下去是“弹”。剥离棉籽后的皮棉,板结在一块,无法用来纺纱,必须将其弹松。传统的方法是用一尺多长的小竹弓来弹松棉花的。这种小竹弓用竹做弧,用线做弦,弹力小,效率低。黄道婆把小弓改成了四尺长的大弓,用绳弦代替线弦,而且还用檀木做的槌子击弦弹棉。这样比原来用手指弹拨的小竹弓效率高多了。弹棉的速度快了,弹出的棉花也均匀细致,为后面的纺纱、织造工序提高质量创造了条件。黄道婆改进的这种弹弓,直到现在有时在农村还能见到。
“纺”是指纺纱。当时松江一带用的棉纺车都是旧式单锭手摇纺车,功效很低,要三四个人才能供上一架织布机的需要。而且这种车的原动轮较大,纺锭的转速较快,纺纱时棉纱往往因牵伸不及造成拈度过高而易于崩断。针对这种情况,黄道婆对传统纺车做了几处大胆的改动:首先是增加纱锭,由一枚变为三枚,并将手摇改为脚踏,从而使劳动强度有所降低,功效却大大提高;其次是改动原动轮的轮径,使之适当缩小,这就降低了纺锭转速,解决了棉纱断条问题。经黄道婆改进的这种三锭脚踏纺车,由于性能良好,很快就得到推广,被人们广泛采用。三锭脚踏纺车是纺织技术史上的一大发明,它比欧洲出现的类似纺车早了几个世纪,是当时世界上最先进的纺纱机械。这种三锭脚踏纺车操作起来也不是太难,一般妇女经过一段时间训练都能掌握。马克思在《资本论》里曾经说过,当英国人未发明珍妮纺纱机时,德国有人发明了一种有两个纱锭的纺车,但要找到能同时纺两根纱的纺织工人,却几乎和找双头人一样不易。而黄道婆发明的纺车却是三锭的,并且一般人都能掌握。由此更可以看出黄道婆这一发明的意义。
“织”则指织布。黄道婆把江南先进的丝麻制作技术运用到棉织业中,并吸收了黎族同胞棉织技术的优点,总结出一套“错纱配色,综线挈花”的工艺。利用这套工艺,黄道婆与家乡妇女在她们织的被、裙、带、手巾等产品上,织出了折枝、团风、棋局、图案字等纹饰,这些纹饰,鲜艳如画、风格生动,因而风行一时。她们所织的乌泥泾被,成为驰名全国的产品。黄道婆的努力,带动了自己家乡及其周围地区棉纺织业的发展,使得后来的乌泥泾及其所在的松江一带成为全国棉纺织业的中心,赢得了“松郡棉布,衣被天下”的声誉。
黄道婆回到自己的故乡后,没过多少年就去世了。但就在这短短的几年时间内,她依靠自己的聪明才智,依靠自己的勤奋,革新了传统的棉纺织技术,使松江地区的棉纺织业发展出现了前所未有的局面,这实在是一个奇迹。
黄道婆对家乡人民的贡献是无私的。在古代中国,有一个陋习:人们一旦有了一技之长,往往要把其中的诀窍隐藏起来,密不示人。黄道婆没有沾染上这一恶习。她以她博大的胸怀,把她所掌握的一切新技术,全部无偿地奉献给了家乡的人民。
黄道婆刚去世不久,当地民众就公推一赵姓乡宦为首,为她建立了一所祠院,以表彰她的功绩。这一祠院不久毁于战火,于是,另一位张姓乡宦又挺身而出,重新建造了祠院。
此外,在松江一带,供奉黄道婆的祠院,还有好几处,如现在上海市南区的先棉祠、豫园内的跋织亭等。可见当地人民对她的尊敬和怀念是如何深厚。
1957年4月,上海市为纪念这位古代技术革新家,为她重新修整了墓园,并在墓前树起石碑,碑上记载了她的业绩。黄道婆墓园的修复,为人们缅怀这位伟大的纺织技术革新家,提供了一个理想去处。
黄道婆是中国历史上少见的女性发明家。她的事迹,将永载史册。
沈括,中国北宋时期杰出的科学家。一生博学多才,成就显赫。他在数学、天文学、物理学、地质学、地理学、医学等科学领域都有自己独到的见解。
沈括字存中,出生于钱塘(今浙江杭州)的一个贵族家庭,祖上世代为官。父亲沈周曾先后在泉州、开封、江宁(今江苏南京)等地为官。沈括也随父赴任,游历南北各地,增长了不少见识。这为他后来的科学研究打下了一定的基础。虽然出生官宦家庭,但父亲对他的学习要求十分严格,不允许他像其他官宦子弟那样,不务正业,横行一方。因此沈括从小就受到了良好的家庭教育。沈括天资聪颖,记忆力奇佳,书看完一遍就能记之七八。14岁时,他已把家中丰富的藏书读完,作诗赋词的才华也显露了出来。23岁的时候,父亲不幸病逝,他只得在江苏沭阳县谋了一份主谋的差事勉强度日。
1063年,沈括中了进士,步入仕途。1072年,沈括被朝廷任命为太史令兼管司天监。司天监是专管天象历法的机构。沈括上任后勇于打破旧有传统,敢于创新。他每天亲自观察天象,并进行详细记录。为了提高天文观测的准确性,他对当时的三种主要观测仪器——浑仪、圭表和浮漏所产生的误差及其原因,提出了改进的方法。后来又为了配合王安石的变法,积极主张修订历法,使其更加科学、准确。不仅如此,他还对当时腐朽的人事制度进行了改革,罢免不称职的人员,吸收有才干的新鲜血液。其中破格录用平民出生的天文学家卫朴主持修订历法工作,被后世传为美谈。
卫朴是楚州(今江苏淮安)人,出身贫寒。但从小就刻苦学习,对天文有着浓厚的兴趣,最崇拜的人是东汉时期的天文学家张衡。他每天晚上坚持看书到深夜。为了节省灯油,常常在昏暗的灯光下读书,久而久之,视力严重受损,到30多岁时双目全部失明了。但他以顽强的毅力锻炼出超凡的记忆力,还练就出了异乎寻常的手摸筹算的本领。
卫朴对天文历法有着很深的研究,即使在失明之后还不忘学习历法,每天让人读书给他听。当时有关天文学方面的知识能超过他的举国上下难觅第二人。在当时,他就能通过心算去推断日、月食发生的日期。旧的历书上说1068年7月15日将会出现月食,可是卫朴经过推算后发现这一天根本不可能发生月食,并把他的这一结论报告给了司天监的官员。司天监的官员们当时并不相信,但后来的事实是7月15日那一天果然没有发生月食,卫朴由此在司天监名声大振。
沈括上任后,听说了卫朴这个人在天文学上的才能,就决定亲自去拜访,当面考核他,以确定修订历法的人选。相见之后,沈括直奔主题,让卫朴谈谈对旧历法的看法,以及如何改进天文观测工作。卫朴背诵了旧历书上的一些内容,然后对这些内容进行评述,指出了其中的不足,并道明如何改进。卫朴对历书如此熟悉,沈括深感惊讶,心中暗暗高兴。但他对卫朴的计算能力表示担忧,因为卫朴只不过是一个盲人。
为了考察卫朴的计算能力,第二天,沈括在衙门里进行了一场公开考试。沈括出了这样的一道题目:如何用《春秋》一书中记载的日食来验证旧历书的错误?卫朴道:“《春秋》一书中共记载了37次日食,其中比较可靠的有33次。用其他历法证实的有27次,唐朝一行大和尚验算证实的有29次。我用自己创造的算法证实的有35次。”沈括听后连连点头,进一步问道:“那你是如何证实的呢?”沈括的主要目的是考察卫朴的运算能力,于是就势赶忙派人拿来算筹让卫朴演算。好一个卫朴!只见他飞快地摆弄着算筹,而且极其准确,沈括为之折服了。他觉得主持修订历法的人非卫朴莫属了。但卫朴毕竟是一个盲人,在当时的环境下,要任命一个盲人掌管天文历法工作,其难度之大可想而知。但最终沈括认真地说服了其他的官员,在王安石的支持下,破格提拔卫朴到司天监工作,同时委任他主持修订《奉元历》。
在沈括的支持下,卫朴尽心尽力地工作,充分发挥了他在天文历法方面的才能,不到三年的时间,修订历法的工作就大功告成。1075年4月,朝廷下旨,新的《奉元历》颁行全国。
王安石变法遭到失败后,沈括也受到牵连。1089年,58岁的沈括携家人到润州安度晚年。
在润州,沈括利用多年的积蓄修建了一个梦溪园。梦溪园内有茂林修竹、亭台楼阁。每到春夏季节,园中百花争艳,蜂飞蝶舞,好似人间仙境。就在风景旖旎的梦溪园内,沈括用五年的时间,总结了毕生所学、所见、所闻,写出了《梦溪笔谈》这部伟大的著作。
《梦溪笔谈》是一部综合性很强的科学著作,内容广泛,涉及天文、历法、数学、物理、化学、地质、生物、医学、考古、历史、音乐、艺术等各方面的内容。直到今天,这部科学著作仍然散发出智慧的光芒。《梦溪笔谈》中的许多观点都很有创造性,有些甚至比西方国家领先数百年。
英国的中国科学史专家李约瑟博士曾将沈括称为“中国科学史上最奇特的人物”,“是中国科学史上的坐标”。
王祯(公元1271~1330年),字伯善,中国山东东平人。元代农业科学家。
王祯曾先后在宣州旌德县(今安徽旌德)和信州永丰县(今江西广丰)担任过县尹。他在任期间,一直过着简朴的生活,从没有搜刮过民财。不仅如此,他还用自己的不少俸禄办学、建庙、修桥,另外他还经常救助穷苦有病的百姓,着实办了不少造福于民的好事,深受当地人民的称赞和爱戴。
王祯不仅是一位廉洁奉公的好官,而且还是一位精通农业科学、积极发展农业生产的著名农业科学家。他与汉代的氾胜之、后魏的贾思勰、明代的徐光启一起同被称为我国古代四大农学家。
王祯于公元1313年写成了他的农学巨著《王祯农书》,这部大型农书是综合了黄河流域旱田耕作和江南水田耕作两方面的生产实际写成的。内容分为三部分:一、农桑通诀,总论农业的各个方面;二、农器图谱,罗列各种与农业有关的工具,分别附图说明,图达300多幅,这些图谱无论从数量和质量来说都是空前的,它开创了我国农器图谱的先声;三、名谱,包括农作物、果、蔬、竹、木的栽培各论。书中还提出了水的综合利用,把灌溉和航运、水利利用,水产等结合起来统筹安排。还设计了兴修水利的条件和远景规划的蓝图。《王祯农书》是我国一部承前启后的农学专著。
《王祯农书》规模宏大,范围广博,内容丰富。是我国古代一部农业百科全书。
另外要提到的是,王祯在任旌德县尹时,曾创制了一套木活字,共3万多字。用了不到一个月的时间,印成了他自己纂修的6万多字的《旌德县志》600部。
王祯还规定了排木活字的规格,发明了轮盘拣字盘。排字时以字就人,减轻排字者的劳动,提高了排字的效率。他把制造木活字的方法和拣字、排版、印刷的全部过程系统地记载下来,题名为《造活字印书法》,附刊于他的《农书》中。这是世界上最早的关于活字印刷书的文献。木活字印刷发明后,比原来的活字印刷法更为方便,于是各地逐渐流行。