中國科學技術史

中國科學技術史，是一套以科學發展為主軸的中國史。中國科學史可與中國思想史結合在一起，相輔相成，是世界科學文化史的重要組成部分。中國科學萌芽於先秦時期，受到當時的哲學家中注重邏輯思辯、認識論及幾何學研究的墨家，以及重視辯論的名家所啟蒙。漢代造紙術的普及提供了條件，使前人的科學思想知識及辯證，通過紙張保存了下來，後人得以前人的科學著作為藍本作改良，或通過辯證後推翻，形成一套經驗主義科學傳統。至隋唐及宋朝時，中國的科學曾長時期高據世界領先地位。然而由於近代歷史原因，許多古中國科學著作或失傳或流失海外，均不利於中國科學史的發掘整理。科學著作的失傳及流失，甚至令後世史家曾一度認為中國沒有科學。

現時可考證到的古中國科學著作，以及相關的古代著作數量龐大，涵蓋科學數個主要分支：數學、醫學、自然科學、建築及工程學，又有其他次分支，包括農學、航海學、心理學、地圖學及物候學等多個學科內容。系統化地記載了當時的科學知識及技術的發現及發明，包括了算術、草藥應用、活字印刷、建築及鑄造術、機械構造法、觀星導航術及地圖製作。其中較為著名的中國科學著作有劉徽的數學著作《海島算經》，記載了四次重差觀測術的發明，領先世界一千餘年；南北朝數學家祖沖之著有的《綴術》，準確估算圓周率，該書後來東傳至朝鮮、日本；唐代王孝通的《緝古算經》；金朝數學家李冶的《測圓海鏡》；元代數學家朱世傑的《四元玉鑒》；明代數學家王文素的《算學寶鑑》；數學家程大位的珠算理論著作《直指算法統宗》；數學家李之藻的《同文算指》；數學家朱載堉著有的《律呂精義》，發明了十二平均律。

醫學方面有張仲景的醫學臨床著作《傷寒雜病論》；隋朝醫學家巢元方的外科手術著作《諸病源候論》；明朝醫藥學家李時珍的《本草綱目》；明代醫學家吳有性的溫病學派著作《瘟疫論》，為中國最早有關傳染病研究的著作。另外有明代茅元儀的軍事書籍《武備志》，記載有當時的兵器發明；明代學者屠本畯又著成中國現存最早的海洋生物專著《閩中海錯疏》；清代數學家李善蘭發明了對數微積分，並在組合恆等式方面提出李善蘭恆等式，發表了《考數根法》，是質數論方面最早的著作。隋朝時又興博物學，出現為數不少的地方志（或稱圖志、圖經）。著有《諸郡物產土俗記》、《區宇圖志》與《諸州圖經集》，風俗物產圖《物產土俗記》及《區宇圖志》，開中國編撰一統志之先河。朗蔚之采各地所上圖經，纂成《隋諸州圖經集》二百卷。裴矩寫成《西域圖記》，記載自敦煌通中亞諸國直至地中海的三條絲路。

中國科學及數學的傳統造就了農業、紡織及手工業、鑄造工業、商業及兵器的技術發展，並衍生出各種發明品。其中北宋沈括在《夢溪筆談》中記載了指南針的製造方法，此外他還發現了真北的概念，改進了天文觀測用的日規、渾天儀、瞄準管和水鐘以及描述了如何使用乾船塢來修理船隻；設計出了一套地形學理論，以及區域氣候隨時間漸變的理論；沈括的同期的科學家蘇頌創製了星圖的天球圖集，寫過跟植物學、動物學、礦物學及冶金學相關的製藥專著，及於1088年在開封市建過一座大型天文鐘樓。為操作最高處的渾天儀，他的鐘樓配備了擒縱器裝置，這裝置世界已知最古老的環狀動力傳輸的鏈傳輸裝置。兵器方面有十四世紀末發明的熱兵器「神火飛鴉」；十六世紀中葉發明的火箭「火龍出水」；1580年軍事家戚繼光發明的地雷「自犯鋼輪火」。周代發明的籌算，促成了印度阿拉伯的數字體系，而中國的造紙、紡織等技術在751年的怛羅斯戰役之後傳入阿拉伯帝國，之後在十二世紀傳入西班牙，到十三世紀傳入義大利，到十四世紀初葉傳遍整個歐洲。有關中國古代科學研究的證據，可見於漢代大司農耿壽昌發明的渾象；唐代天文學家僧一行對子午線長度的測量；明代數學家朱載堉發明的累黍定尺法，精確計算出北京的地理位置及地磁偏角，又計算出回歸年長度和水銀的比重，均是著名的經驗主義科學研究例子。晉代醫學家葛洪《抱朴子‧博喻》曰：「學而不思，則疑閡實繁；講而不精，則長惑喪功。」，道出了古代中國學者對辯證及實驗重要性的認知。

至近代，中國科學漸見沒落，經歷了一段再啟蒙時期，歐洲列強的科學傳統及成果傳到中國。在清末的洋務運動主張「中體西用」。以中國傳統的思想、文化及制度為基礎，引進西方先進的科學技術，是為「中學為體，西學為用」。洋務運動的擁護者馮桂芬主張接受歐美思想為主的學術，提出「以中國之倫常名教為原本，輔以諸國富強之術」的主張。至廿一世紀，隨著現代中國工業的快速發展和經濟的迅速增長，中國科學才見起色。

## 先秦

### 數學

商代出現了十進位制，與古埃及的數字系統十進位不同。

周代又發明了籌算，能進行四則運算以及乘方，開方等較複雜運算，並可以表示與計算零、負數和分數。中國數學史學者藍麗蓉認為，籌算促成了阿拉伯數字體系。創造九因歌，為世界上最簡便的乘法表，直到今日還在使用。

#### 早期密碼學

周代兵書《六韜·龍韜》記載了密碼學的運用，其中的《陰符》和《陰書》便記載了周武王問姜子牙關於征戰時與主將通信的方式。陰符是以八等長度的符來表達不同的消息和指令，可算是密碼學中的替代法，把資訊轉變成敵人看不懂的符號。至於陰書則運用了移位法，把書一分為三，分三人傳遞，要把三份書重新拼合才能獲得還原的資訊。

### 物理學與天文學

「物理」一詞最早出現於戰國時期佚書《鶡冠子·王鈇篇》，這裡「物理」指的是一切事物之道理。中國關於物理的論述，約始於公元前460年-380年，戰國思想家墨子做了歷史上最早的小孔成像實驗，以了解光的傳播特性。又提出了關於「端」的論述，指出「端」是不占有空間的，是物體不可再細分的最小單元，至於後期墨家認為物質世界是由微小的不可再分割的物質粒子所構成。這與公元前五世紀，古希臘哲學家留基伯提出的原子論有吻合之處。戰國哲學家名家惠施、鄧析和公孫龍，與墨子一樣，曾努力鑽研宇宙間萬物構成的原因。惠施有十個命題，主要是對自然界的分析，其中有些含有辯證的元素。名家的思想合同異以惠施為代表，認為「天與地卑，山與澤平」，萬物「畢異」本為「畢同」，並無區別。《墨子·經上》說：「中，同長也。」而惠施反駁說：「我知天下之中央，燕之北，越之南是也。」因為空間無邊無際，到處都可以成為中心。然而惠施的著作沒有能夠流傳下來，他的哲學思想只有通過其他人的轉述而為後人所知，《莊子》、《荀子》、《韓非子》及《呂氏春秋》等書中也有對他言論的記載。

墨子企圖用更系統更嚴密的語言來描述他所觀察的宇宙，著成《墨經》。《墨經》分《經上》、《經下》、《經上說》、《經下說》四篇。《經上》大都是原理、定義、界說；《經下》則建立論題並論證；《經說》則是對《經》的解釋與闡述。先秦時期，思想家莊子為了證明他的虛無主義，提出：「一尺之棰，日取其半，萬世不竭。」的哲學悖論，類似於亞里斯多德《物理學》一書中的芝諾悖論。墨子解決了莊子的悖論。他設想有一條線甲乙，從甲端向乙端前進，進到全長一半丙點，則斫去，剩餘乙丙是全長的一半。再如前法取乙丙一半，剩為全長四分之一。如此取至無窮多次，最後必將到達線的最前端乙。這正是數學上的極限逼近原理。直到1655年英國的瓦里斯出版《無窮算術》，才有「極限」概念的正確解釋。《墨經》包含大量力學與機械設計原理。他在《經上》中明確提出，力是物體加速運動的原因，即「力，刑之所以奮也」。更進一步，他在《經上說》中指出，力與重力等效，即「力，重之謂」。糾正了流傳已久的謬誤：把重力與重量混淆。他這種論斷與近兩千年後伽俐略、牛頓的理論極為接近。

#### 時空觀

在《墨經》中，空間是一個與時間密不可分的概念，墨子認為「宇」即「域徙」，即物體運動的區域。沒有像牛頓那樣，存在一個絕對靜止的時空的誤解。兩千多年後，愛因斯坦的狹義相對論中認同，空間和時間並不相互獨立，而是一個統一的四維時空整體，為這一直覺的樸素時空觀添上了完美的註腳。而事實上，戰國末年的尸佼對宇宙已有一個明確的定義∶「四方上下曰宇，往古來今曰宙」（《尸子》），「宇」就是包括東西南北四方和上下六合的三維空間，而「宙」就是包括過去現在和未來的一維時間。

#### 蓋天說

西周時期出現一種宇宙學説—蓋天說，當時認為天尊地卑，天圓地方，認為「天圓如張蓋，地方如棋局」，穹隆狀的天覆蓋在呈正方形的平直大地上。後來在發展出幾種不同的見解。由於圓蓋形的天與正方形的大地邊緣無法吻合，於是又有人提出，天並不與地相接，而是像一把大傘一樣高高懸在大地之上，地的周邊有八根柱子支撐著，天和地的形狀猶如一座頂部為圓穹形的涼亭。共工怒觸不周山和女媧補天的神話正是以此為依據的。到戰國時期，對上述的蓋天說開始發生懷疑，於是修改成「天似蓋笠，地法覆槃」，就是說天好像斗笠那樣是圓形的，地像是覆蓋著倒放的盤子那樣，並且認為北極位於天穹的中央，日月星辰繞之旋轉不息。

漢代的渾天說可在戰國時期找到其源頭，屈原《天問》：「圜則九重，孰營度之？」這裡的「圜」有的注家認為就是天球的意思。而《莊子·逍遙遊》：「天之蒼蒼其正色邪？其遠而無所至極邪？」就用提問的方式表述了自己對宇宙無限的猜測。也是戰國時代，道家中的宋鈃和尹文一派就提出了樸素的元氣學說，把宇宙萬事萬物的本原歸結為「氣」。這「氣」,可以上為日、月、星辰，下為山、川、草、木。同時，名家的惠施又提出了「至大無外，謂之大一；至小無內，謂之小一」的樸素的無限大和無限小概念。這就為漢代的宣夜說的宇宙無限觀念奠定了基礎。

#### 天文觀測

公元前2137年，《書經》是世界歷史上最早記錄日食。約公元前2000年，中國天文學家測定木星繞天一周的周期為12年。公元前14世紀，商代甲骨文中已有日食和月食的詳細記錄，以及世界最早的日珥記錄。公元前687年有四月天琴座流星雨的最早記錄。

此外，中國在該時期出現了世界上最早的星表，首次測量了回歸年的長度。

公元前28年中國《漢書·五行志》，記載有世界最早的太陽黑子可靠記錄。而中國更早有關太陽黑子的描述，有公元前約一百四十年成書的《淮南子》，說：「日中有踆烏。」。公元前165年的一次記載中說：「日中有王字。」。戰國時期的一次記錄描述為「日中有立人之像」。更早的觀察和記錄，可以上溯到三千多年前，甲骨文中有關太陽黑子的記載。從公元前二十八年到明代末年的一千六百多年當中，中國共有一百多次可靠的太陽黑子記錄，這些記錄不僅有確切日期，而且對黑子的形狀、大小、位置乃至分裂、變化等，也都有很詳細和認真的描述。

先秦時期，中國天文學家就已經觀測到彗星的不同形態，不僅畫出了三尾彗、四尾彗，還窺視到今天用大望遠鏡也很難見到的彗核。

### 生物學與物候學

《尚書·堯典》記載堯時人們已觀察到鳥獸在不同季節中的交尾、繁殖、脫羽、換毛等生理變化。

農事曆書《夏小正》成書，為中國現存最早的生物科學文獻，書中除二月、十一與十二月外，每月記載其季節的星象（主要是拱極星象與黃道星象）以供務農用，另外亦有記載當月植物之生長形態、動物之活動習性與祭祀，為物候學之重要典籍。大約成書於春秋中葉的《詩經》，記有黃河流域中、下游和長江以北地區的植物約130種,動物約90種。在《詩經》和《周禮》中載有一些動植物形態和生境以及動、植物的分布等知識。

戰國晚期，荀子在墨家後學邏輯的基礎上，提出制定名稱或概念的目的是在於「明貴賤」、「辨同異」。把名分為「共名」和「別名」兩類；「共名」之上還有「共名」，「別名」之下還有「別名」。他運用這種邏輯分類法，按照事物本身的自然屬性，把自然分為有生命的和無生命的；有生命的又分為無感知的和有感知的；有感知的又分為有思想的和無思想的。

#### 甲骨文中的解剖學

商代解剖動物和人體是在祭祀殺牲和刑戮等活動中進行的。卜辭中有「傠牲」、「傠羌」、「傠人」的記載。學者研究「傝」字有剖腹支解之意，即解剖其腹腸，又解其肢體。甲骨文「嘰」字，其形似頭殼，中間的「+」示顱骨縫間有相連的紋理。心臟的象形字，中間的兩點象血，顯示心臟有藏血的功能。甲骨文的「兎」字（骨）寫作Z中間的「丿」示骨幹，兩端的「八」示骨骺等等。這些都在一定程度上反映了當時人們對解剖和生理方面的認識。

#### 解剖學的系統化、血液循環的概念

醫書《黃帝內經》首先開始正式記載人體解剖，強調解剖測量。「解剖」"兩字最先在《靈摳·經水篇》中出現，「若夫八尺之土，皮肉在此，外可度量切循而得之，其死可解剖而視之。其髒之堅脆，腑之大小，谷之多少，脈之長短，血之清濁，氣之多少……皆有大數。」二千多年前的中國醫人，開創了解剖屍體的先例。《內經》中的《腸胃篇》、《經筋篇》、《骨度篇》、《脈度篇》等，都是記述解剖學的專章。其中對人體骨胳、部位、臟腑、血管等，均有長度、重量、體積、容量的詳細記載。書中一些解剖學的名稱，主要臟腑的命名，到現代還在運用。

《內經》中的《靈樞·腸胃篇》，敘述了消化道中各個器官：「唇至齒長九分，口廣二寸半，齒以後至會厭，深三寸半，大容五合；舌重十兩，長七寸，廣二寸半；咽門重十兩，廣一寸半；至胃長一尺六寸，胃纖曲屈，伸之，長二尺六寸，大一尺五寸，徑五寸，大容三斗五升。」。這裡說明古人已注意到口、唇、齒也是消化道的重要部分。同時，該書對胃腸道的形狀，描繪得也十分細緻。小腸(指十二指腸和空腸)後附脊，左環回迭積，其注於迴腸者，外附於臍上，回運環十六曲，大二寸半，徑八分分之少半，長三丈三尺。迴腸(其中包括結腸上段)當臍左環，回周葉積而下，回運環反十六曲，大四寸，徑一寸寸之少半，長二丈一尺。廣腸傳脊(指乙狀結腸和直腸)，以受迴腸，左環葉脊上下，辟大八寸，徑二寸寸之大半，長二尺八寸。腸胃所入至所出，長六丈四寸四分，回曲環反，三十二曲也。」書中消化道長度的記載，和近代解剖學的記載，基本一致的。

古人對血液與心臟的關係已有所認識，「諸血者，皆屬於心」指出血液是受心臟控制的。「營周不休，五十而復大會。陰陽相貫，如環無端。」這段記載表明當時人們已意識到血液的流動是周而復始，如環之無端。事實上已經包含有血液循環的概念。

#### 先秦生命觀

春秋以前，存在著天賦說、化生說及陰陽五行說等幾種截然不同的生命觀。天賦說認為生命是天神賜予的。如《詩經·生民》：「誕降嘉種，維秬維秠，維穈維芑。」。《商頌》也說：「天命玄鳥，降而生商。」。《國語·周語》：「我姬氏出自天黿」，即周代的祖先也是由「天黿」產生的。另一種是「化生說」或「自然發生說」，認為生物是由另一種生物變化來的。《夏小正》有「鷹則為鳩」、「田鼠化為𫛪」等記載，認為鳩由鷹轉化而來，𫛪是田鼠變成的。西周末年，史伯在原始的「五行說」的基礎上提出「以土與金木水火雜，以成百物」，認為這五種不同性質的物質的相互作用就能產生出包括生命在內的萬物。稍晚，春秋時期的管仲及其後學則認為『「水」是萬物之本原，諸生之宗室也』，水是產生萬物（包括生命）的物質基礎。與史伯幾乎同時的伯陽父，也在原始的「陰陽說」的基礎上提出「氣」和「陰陽」的概念，認為陰、陽二氣的對立而產生自然變異現象。

荀子曾概括地指出，「形具而神生」。認為形（有機體）是神(生理功能和精神活動)的物質基礎，他把人體結構與生理功能和精神活動聯繫起來視為統一的整體。

### 科技

西周晚期，出現了冶鐵術，鐵器被廣泛使用，同時還出現了煉鋼術。先秦時期，已懂得使用失蠟法鑄造青銅器：失蠟法在中國的歷史要追溯到春秋戰國時期，最早採用失蠟法鑄造的青銅器是楚共王熊審盂，曾侯乙墓也曾經出土了青銅尊盤。戰國時出現大規模的水利工程，包括了都江堰、鄭國渠等。

## 秦漢三國

### 天文學與數學

#### 蓋天說數學模型的提出

到了西漢，西周時期的蓋天說仍然流行。當時成書的《周髀算經》就是蓋天說的代表作，以數學模型支撐該學說，然而該模型建基在錯誤的「日影千里差一寸」上，即八尺之表的日影在子午線方向上千里會差一寸。直到唐代天文學家僧一行通過實驗後才證明「千里差一寸」是錯誤的。蓋天說通常把日月星辰的出沒解釋為它們運行時遠近距離變化所致，離遠了就看不見，離近了就看見它們照耀。這種解釋比較牽強。後來蓋天說被越來越多的天文觀測事實所否定。

#### 渾天說

西漢的哲學家揚雄提出了難蓋天八事，對蓋天說提出質疑，並提到了「渾天」這個詞，這是現今所知，渾天說的最早的記載。他在《法言·重黎》篇里說：「或問渾天。曰：落下閎營之，鮮于妄人度之，耿中丞象之。」。這裡的「渾天」是渾天儀，實即渾儀的意思。揚雄是在和《問天》對照的情況下來說這段話的。由此可見，落下閎時已有渾天說及其觀庖瞧鰲。渾天說最初認為：地球不是孤零零地懸在空中的，而是浮在水上；後來又有發展，認為地球浮在氣中，因此有可能迴旋浮動，這就是「地有四游」的樸素地動說的先河。渾天說認為全天恆星都布於一個「天球」上，而日月五星則附麗於「天球」上運行，這與現代天文學的天球概念十分接近。因而渾天說採用球面坐標系，如赤道坐標系，來量度天體的位置，計量天體的運動。在古代，例如，對於恆星的昏旦中天，日月五星的順逆去留，都採用渾天說體系來描述，所以，渾天說不只是一種宇宙學說，而且是一種觀測和測量天體視運動的計算體系，類似現代的球面天文學。東漢的天文學家張衡主張渾天說，並對其加以補充，他在《渾天儀注》中指出天是一個圓球，而不是蓋天說中的半圓，地球在天之中類似於雞蛋黃在雞蛋內部。《渾天儀圖注》：渾天如雞子。天體圓如彈丸，地如雞中黃，孤居於內，天大而地小。天表里有水。天之包地，猶殼之裹黃。渾天說與蓋天說這兩種模型一致認為恆星隨天一起左旋，而對於日、月以及金、木、水、火、土五星，則有左旋和右旋之爭。

三國時學者王蕃《渾天象說》：天地之體狀如鳥卵，天包於地外，猶卵之裹黃，周旋無端，其形渾渾然，故曰渾天。其術以為天半覆地上，半在地下，其南北極持其兩端，其天與日月星宿斜而迴轉。後世認為這是中國古代有地圓學說的有力文獻。

#### 宣夜假說

渾天說彌補了蓋天說宇宙模型的不足，然而蓋天說和渾天說都有不少漏洞。日月星辰的運動都各有不同，有快有慢，全不像附在同一個東西上運動，所以就產生了另一種有關天地結構的新學說—宣夜說。宣夜說最早在戰國時已出現，但要到漢代才被明確提出。東漢秘書郎郄萌提到宣夜說，今見載於《晉書·天文志》和《隋書·天文志》，設想宇宙是無限的，天體飄浮在虛空之中，互相遠離，受「氣」的推動而運行，進退不一。不論是中國古代的蓋天說還是渾天說，無不把天看作一個堅硬的球殼，星都固定在這個球殼上。宣夜說否定這種看法，不認為天有某種形狀，沒有「天球」的想法，是中國古代一種樸素的無限宇宙觀念。

##### 宣夜說中的「氣」

宣夜說認為宇宙是無限的，宇宙中充滿著氣體，所有天體都在氣體中漂浮運動。星辰日月的運動規律是由它們各自的特性所決定的，決沒有堅硬的天球或是什麼本輪、均輪來束縛它們。宣夜說承認天是沒有形質的，天體各有自己的運動規律，宇宙是無限的空間。後來的宣夜說學者將其進一步發展為天體是由氣體組成的，只不過是某種發光的氣。《列子·天瑞篇》所說：「日月星宿亦積氣中之有光耀者。」。三國時代宣夜說學者楊泉又進一步說:「夫天,元氣也,皓然而已,無他物焉。」。他認為銀河也是氣，並從中生出恆星來。他說：「氣發而升，精華上浮，宛轉隨流，名之曰天河,一曰云漢,眾星出焉。」（《物理論》）。在思辨性的自然哲學中，這種猜測是十分精闢獨到的。然而作為一個宇宙結構體系，宣夜說沒有提出自己獨立的對於天體坐標及其運動的量度方法。它的數據借自渾天說，使它只能停留在思辯的假說。

#### 天文觀測

《史記·秦始皇本紀》記載的秦始皇七年（公元前240年）的彗星，被公認為是世界上最早的哈雷彗星記錄。從那時起到1986年，哈雷彗星共回歸了三十次。天文學家張鈺哲在晚年考證了《淮南子·兵略訓》中「武王伐紂，東面而迎歲，......彗星出而授殷人其柄」這段文字，認為當時出現的這顆彗星也是哈雷彗星。他計算了近四千年哈雷彗星的軌道，並從其他相互印證的史料中肯定了武王伐紂的確切年代應為公元前1056年。如屬實，將會把哈雷彗星的最早記錄再往前推八百多年。

在三國時代，編制了包括283個星座1465顆恆星的星表。公元前32年有極光的記錄、公元134年有超新星的記錄。

1973年，馬王堆漢墓帛書《天文氣象雜占》在湖南長沙出土，圖上除彗星之外，還繪有雲、氣、月掩星和恆星，是迄今發現的世界上最古老的彗星圖。

流傳有數學著作《九章算術》。

### 醫學、生物學

張仲景著有醫學臨床著作《傷寒雜病論》。秦漢時又流傳醫藥學專著《神農本草經》。

#### 生物演化論與物競論

漢代劉安在莊子「物固相累，二類相召」的概念上，指出動物間「喜而相戲，怒而相害」的互助、競爭行為是「天之性也」（《淮南子·兵略訓》）。劉安還把生物因生活條件的改變而導致枯槁、死亡和變異等現象，歸因於環境（「勢居不可移」）和遺傳(「形性不可易」)。

#### 生物學元氣説

西漢學者劉安提出了生物「同出於一（氣），所為各異：有鳥、有魚、有獸,謂之分物。方以類別,物以群分。性命不同，皆形於有。隔而不通，分而為萬物。莫能反宗」（《淮南子·詮言訓》）這樣一個樸素的生物演化論。他還描繪了一幅生物變化的圖式，認為這些不同類別的生物在其演變進程中「肖形而蕃」(《墜形訓》),「由本至末,莫不有序」(《兵略訓》)。東漢哲學家王充在劉安論述的基礎上，提出「元氣說」,認為「元氣」是構成天地萬物的最基本元素。

### 曆法與科技

漢代《太初曆》第一次計算了日月蝕發生以及行星會合的周期，此曆共實行了188年。蔡倫改良了古紙灞橋紙，製成了世界第一種書寫用紙「蔡侯紙」。技術改良降低了造紙成本，令到紙的使用普及。張衡發明了候風地動儀，是世界上最早的地震儀。《漢書·藝文志》記載了《海中星占驗》、《海中五星經雜事》、《海中五星雜事》、《海中五星順逆》、《海中二十八宿國分》、《海中二十八宿臣分》、《海中日月慧虹雜占》等海上觀星導航術。

## 魏晉南北朝

### 生物學與醫學

東晉葛洪《肘後備急方》記載沙虱的形狀「正如疥蟲，著火上映光方見行動」。晉代的《南方草木狀》也記述了當時嶺南地區即今廣東、廣西和越南北部等地的植物80種，分為草、木、竹3類。南朝梁代陶弘景(456～536)的《本草經集注》，將藥用動、植物分為草木、果、菜、米實、蟲、獸等類。

北魏農學家賈思勰寫成《齊民要術》，系統化地記錄中國當時的農業知識及技術，是中國現存最早的農業百科全書。《齊民要術》在述及選優汰劣時，不僅注意到母畜孕期及仔畜出生時的生活條件，還注意到親代和子代的遺傳關係，「母長則受駒，父大則子壯」。此外，該書還描述了馬與驢雜交產生的騾子「形容壯大，彌復勝馬」的雜種優勢現象。

陶弘景著成《神農本草經集注》。

### 數學

魏晉南北朝時期，出現了劉徽、祖沖之及張子信等數學家。劉徽發明了四次重差觀測術，記載於《海島算經》，該技術領先世界一千餘年。祖沖之準確估算圓周率，領先世界一千年。

### 天文學

渾天說提出後，並未能立即取代蓋天說，而是兩家各執一端，爭論不休。晉朝天文學家虞聳提出穹天論，就是在已備受質疑的蓋天說基礎上發展起來的一種學說。虞聳著有《穹天論》說：「天形如穹窿，如雞子幕，其周際接四海之表，浮乎元氣之上，譬如復奩以抑水而不沒者，氣充其中故也。」。南北朝時還出現了渾蓋合一說，亦是沿襲自蓋天說。到了唐代，天文學家僧一行通過實驗才徹底否定了蓋天說。

### 地圖學

西晉政治家裴秀是中國地圖學的先驅，他著有中國最早有記載的地圖集《禹貢地域圖》，首次提出了「製圖六體」，成為了中國地圖學的基礎。

### 科技與發明

三國時發明家馬鈞在機械製造方面亦有成就。後趙時工程學家解飛和魏猛變發明了世界上最早的車磨。

## 隋唐

### 天文學與數學

#### 否定蓋天說

唐代天文學家僧一行用圭表首次實測子午線一度之長，證明西漢《周髀算經》中的「日影千里差一寸」是錯誤的，徹底推翻了蓋天說。惟他仍然支持存在漏洞的渾天說，還與天文儀器製造家梁令瓚合作，製成水運渾天銅儀。唐中宗時期（公元705-710年）繪製了敦煌星圖，是迄今為止存留的最古老的星圖，繪製了當時對恆星的觀測。數學家王孝通《緝古算經》在世界上第一次創立三元方程，對中國的代數學發展有重要意義。

### 醫學

隋朝的臨床醫學開始分科，大醫署分為醫學、藥學兩科；而醫學又分為醫、針、按摩、咒禁四科；其中醫科又分成體療、少小、瘡腫、耳目口齒與角法等五個專業。隋朝醫學家以巢元方最為著名，他撰有《諸病源候論》。這是中國第一部詳細論述疾病分類和病因、病理的著作。書中記有用腸吻合手術治療外傷斷腸。隋煬帝於大業時期敕編《四海類聚方》，全書共2600卷，專述理論，與《諸病源候論》相輔相成。

唐代孫思邈著有醫書《千金要方》和《千金翼方》。

唐代柳宗元、劉禹錫不僅堅持王充的「元氣說」,認為元氣是構成天地萬物的物質原料，還提出了萬物的運動變化均由自身的「自動自休，自峙自流」(即內在的矛盾運動)所致。

### 曆法

隋朝曆法比前朝更加精密。600年劉焯藉由北朝張子信的數據，測定歲差為76年差一度，已接近準確值。604年劉焯制定出《皇極歷》，推日行盈縮，黃道月道損益，日月食多少及所在所起，都比以前諸歷精密，而且提出「等間距二次內插法」的公式。《皇極曆》比過去的曆法準確，雖然被排斥不得施行，但對後世曆學提供了新標準。定朔法、定氣法也是劉焯的創見。

### 博物學

隋廷提倡博物學，在當時出現大量地方志（或稱圖志、圖經）。隋廷明令全國各地推行方志編寫，最後著有《諸郡物產土俗記》、《區宇圖志》與《諸州圖經集》。隋煬帝又詔天下諸郡上風俗物產地圖，據以編成《物產土俗記》及《區宇圖志》，開中國編撰一統志之先河。朗蔚之採各地所上圖經而纂成《隋諸州圖經集》二百卷。裴矩於大業時期在張掖掌管互市，從書傳及西域商人的言論中，搜集西域山川、姓氏、風土、服章、物產等資料而寫成《西域圖記》。這本書還記載自敦煌通中亞諸國直至地中海的三條絲路。

### 建築學與科技

建築學方面，有名的有李春、宇文愷與何稠。610年李春於現今河北省寧晉縣洨河建造安濟橋，安濟橋是目前世界最古老的現存完好的大跨度單孔敞肩坦弧石拱橋，圓弧拱的跨度大，圓弧拱仍然夠高，水上船隻來往通過非常方便。安濟橋橋拱不是使用半圓拱，而是使用跨度大、扁平率低的單孔1/4圓拱橋梁結構，是中國建築史的重大成就之一。另外四個小橋洞節約石料二百多立方米，又減少橋身五分之一的重量，讓橋基部分的負擔大大減輕。同時可以起分洪緩衝的作用，減輕洪流對橋身的衝擊力量。宇文愷曾為隋煬帝造觀風行殿，殿下置輪軸，離合便利，可以分開行動，也可以合成一個容納數百人的大殿。何稠為隋煬帝造六合城。在攻城時，一夜間可以合成一座周圍八里、高十仞的大城，城上能列甲士，立旗仗。另外何稠能用綠瓷製玻璃，與真玻璃無異。

868年，中國《金剛經》的印製是世界上已知最早的雕版印刷。中國的造紙、紡織等技術在751年的怛羅斯戰役之中傳入阿拉伯帝國，之後在12世紀傳入西班牙，到13世紀傳入義大利，到14世紀初葉傳遍整個歐洲。

## 宋遼金夏

### 自然科學

宋代理學興盛，對規律探求的重視是宋人的特色，無論對哲學、政治、詩歌、藝術以及自然事物都如此。南宋理學家朱熹在解釋雪花何以呈六角形時將雪花與太陰玄精石的比較，預示了後來播雲技術的發展。朱熹也是世界歷史上第一個辨認出化石的人。

宋代杜綰推測魚類化石之成因，提出那是由於「古之陂澤……因山頹塞，歲久土凝為石」所致，沈括則在顏真卿的海陸變遷說的基礎上，推斷了延州、澤州的古氣候，以及延州、婺州金華山的古代動、植物的地理分布狀況。

### 醫學

宋代醫學分科由唐代的四科到宋代的九科再發展到元代的十三科。宋慈所著的《洗冤錄》是世界上最早法醫專著。

北宋嘉祐年間蘇頌編撰《本草圖經》，刊行於1061年，共20卷，目錄1卷。載有常用單方千餘首。附有九百多幅藥圖，是中國現存最早的版刻本草圖譜。宋代醫藥學家唐慎微依據《嘉𧙗補註本草》和《本草圖經》兩書，再參考其他248部醫書，著成《大觀經史證類備急本草》，1083年刊行第一版，1090刊行第二版；在政和六年（1116年）刊印第三版：《政和新修經史證類備用本草》，後世統稱兩者為《證類本草》，又名《大觀本草》，成為明代醫藥學家李時珍著《本草綱目》的藍本。《證類本草》共32卷，60萬字，共列載了1558種藥物，包括476種新增藥物。此書又開創了方藥對照的新形式，收集了不少方劑，供臨床藥物應用。該書在12世紀傳入日本，14世紀傳入朝鮮。

#### 人體解剖學

到了北宋時期，先後產生了兩部人體解剖學圖譜——《歐希范五臟圖》和《存真圖》。《歐希范五臟圖》完成於北宋慶曆年間（1041－1048），當時廣西地方政府處死了歐希范等56名反叛者，令宜州推官吳簡解剖死者的胸腹，經仔細觀察鑑別後，由畫工宋景描繪成圖，名之為《歐希范五臟圖》。原圖雖早已亡佚，但這一史實在當時及稍後的許多史志及筆記文集中都有記載，尤其在後來的《存真圖》中，對這次解剖活動記載甚詳。《歐希范五臟圖》主要反映了人體內臟的解剖情況，如「肺之下有心、肝、膽、脾，胃之下有小腸，小腸之下有大腸。小腸皆晶瑩無物，大腸則為滓穢。大腸之旁則有膀胱」；「腎則有一在肝之右微下，一在脾之左微上，脾則有在心之右」；「其中黃漫者，脂也」。就現有的文獻看，吳簡對胸腹內臟器官的解剖位置與相互關係的描述，還是較為準確的，也比前人有很大進步。如他實際上已經注意到右腎比左腎的位置略低，這是一個了不起的發現；他還明確指出脾在心之左，也從形態學上糾正了《內經》中左肝右脾的錯誤認識。而且，圖中還注意到「多病嗽，則肺且膽黑」、「少得目疾，肝中有白點」等病理解剖現象。不過，由於歷史條件所限，吳簡的論述中仍然存在一些錯誤的認識，如認為「喉中有竅三，一食、一水、一氣」；心臟有的無竅，肝臟片數不同等，這些可能是觀察上有所偏差所致。

### 數學

宋代數學著作改進了演算法，以及發展出抽象數學。有高次方程的近似解法、多元一次方程組的解法、高階等差級數、同餘方程組解法等。1248年，金朝數學家李冶著《測圓海鏡》，系統地發展了天元術，並將複雜的幾何問題代數化。

宋代曾公亮、丁度等編撰《武經總要》中，記載了字驗加密法。北宋前期，軍事上會使用密本體制，用一首五言律詩的四十個漢字，分別代表四十種情況。

### 科技與發明

中國四大發明中，指南針、火藥、活字印刷術三大發明都出現於北宋。宋代又有人嘗試發明眼鏡，用天然水晶的折射來糾正視力。在紡織業上，元黃道婆由崖州（今海南島）引進黎族的棉紡織技術再加以改良，提高舊的棉紡織效率與產量，棉布從此成為漢人最主要的衣著布料。

1044年，北宋曾公亮著軍事著作《武經總要》。北宋李誡於1100年寫成建築學著作《營造法式》。北宋1092年由蘇頌、韓公廉製成的水運儀象台集渾儀、渾象、圭表、計時與報時為一體，實物高十二米，寬七米，《新儀象法要》記載了這部儀器的構造。2012年8月國際天文聯合會大會在北京召開期間，由中科院自然科學史研究所與清華大學等單位復原的模型（原物的1/3）在北京國家會議中心展出。

北宋科學家沈括著百科全書《夢溪筆談》。

## 元代

### 數學

1303年，元代數學家朱世傑著成《四元玉鑒》，將「天元術」推廣為「四元術」（四元高次聯立方程），並提出「消元」的解法。朱世傑亦研究各有限項級數求和問題，而且在此基礎上得到高次差的內插公式。

### 天文學與歷法

元世祖至元十七年（1280年），郭守敬與王恂等完成編制《授時曆》。《授時曆》以365.2425天為一年，與地球繞太陽一周的實際時間只有26秒的差距。制訂《授時曆》時，列出了三次內插公式（招差法），還使用「垛壘、招差、勾股、弧矢之法」計算。《授時曆》通過三年多的兩百次測量計算，採用365.2425日作為一個回歸年的長度。這個數值與現今世界上通用的公曆值相同，比歐洲《格里曆》的編制早了三百年。

元代天文學家趙友欽著有《革象新書》。

#### 宣夜說的發展

元代學者鄧牧認為在無限的虛空中有無限多的天地，「天地大也，其在虛空中不過一粟而已耳」（《伯牙琴》），與三百年後義大利哲學家布魯諾的宇宙無限論如出一轍。

### 醫學

元朝醫學出現了四大學派。醫藥學在繼承傳統的基礎上，兼收並蓄，互通有無。

### 科技與建築工程

元朝農學家王禎改進了活字印刷術，設計出木活字及轉輪排字架，並於1298年用木活字排印《旌德縣誌》，其《造活字印書法》（附於《農書》書末）是最早的系統性介紹活字排版印刷術的科技文獻。此外，王禎又編著《農書》，有37卷，現存36卷，是中國古代一部對農業生產進行全面系統論述的著作。《農書》全書約有十三餘萬字與300多幅圖畫，全文分為《農桑通訣》、《百穀譜》、《農器圖譜》三大部分。《農桑通訣》包括對農、林、牧、副、漁及水利等各個方面的綜合性論述，提出「順天之時、因地之宜、存乎其人」的農耕思想。《百穀譜》對各種農作物的品種、特性、栽培、種植、收穫、貯藏和利用等知識加以介紹，將農作物分為谷、蔬、果、雜等六大類，為中國農作物分類學奠基；而對於植物性狀的描述，也是此前書籍不曾有過的。《農器圖譜》則是《農書》的重點部分，該部分就田制、倉廩、舟車、灌溉、蠶桑、織纖、麻芒等分為20門類，詳細介紹了257種農業機械，而且配繪圖譜306幅並加以文字說明，其價值超過以往所有農業機械書籍。

1291年，天文學家郭守敬指揮修建元大都至通州的運河，當中有七座水閘，這七座水閘彼此相距約半公里的地方，又設計有斗門。郭守敬的設計是通過水閘和斗門的關閉與開放，調節運河各段的水位高低，引導船舶順暢通過。工程竣工後，元世祖親自將這段164里長的運河命名為 「通惠河」。

## 明代

### 數學

明朝數學家王文素著作《新集通證古今算學寶鑑》，繼承和發展了楊輝算學的精要，是中國歷史上重要的算學理論著作，也是清代《數理精蘊》問世前中國最大的一部數學著作。數學家程大位寫成集珠算理論之大成的著作《直指算法統宗》。又流傳有天文學著作《白猿獻三光圖》，載有一百三十二幅雲圖。明末數學家王錫闡著《曉庵新法》。

### 天文學

該時期流傳有天文學著作《白猿獻三光圖》，載有一百三十二幅雲圖。

#### 宣夜説的發展、地動宇宙模型

明代學者黃道周為說明歲差還提出過一種地動宇宙模型，在恆星天球內地球和日月五星繞共同的宇宙中心運轉，地球的公轉周期為23376年。

### 醫學

醫學方面，朱橚（周定王）、滕碩及劉醇編成《普濟方》，李時珍著《本草綱目》，楊繼洲著《針灸大成》，陳實功著《外科正宗》，吳有性著《瘟疫論》，張景岳著《類經》。

中國是世界上最早種痘預防天花的文明。1727年俞茂鯤《痘科金鏡賦集解》中所寫到的，「聞種痘法起於明朝隆慶年間（1567－1572年），寧國府太平縣，姓氏失考，得之異人丹家之傳，由此蔓延天下。至今種花者，寧國人居多，近日溧陽人竊而為之者亦不少。當日異傳之家，今日尚留苗種，必須三金，方得一丹苗，買苗後一家因以獲利。」而在1741年張琰的《種痘新書》中提到：「余祖承聶久吾先生之教，種痘箕裘，已經數代。」由所敘可知張琰之父是位種人痘專家，由乃祖所傳，其祖又得之醫家聶久吾，據考聶久吾即聶尚恆，隆慶六年(1572)生。由此看來，中國的人痘接種術，最遲在十六世紀或更早一些就已經發明了。

朱載堉著音律學著作《律呂精義》發明十二平均律，宋應星著《天工開物》。農學方面，明代植物學家朱橚的《救荒本草》，俞宗本著《種樹書》，馬一龍著《農說》，屠本畯著中國現存最早的海洋生物專著《閩中海錯疏》，喻仁、喻傑合著獸醫學著作《元亨療馬集》，徐光啟著《農政全書》，玉米、地瓜、土豆、花生、菸草、番茄、向日葵、南瓜、辣椒從美洲傳入。地理學方面，編成《鄭和航海圖》，地理學家徐霞客著《徐霞客遊記》，明末清初思想家顧炎武著《肇域志》、《天下郡國利病書》。造園家計成寫成園林學著作《園冶》。

明初學者葉子奇指出:「草木一核之微,而色香臭味,花實枝葉,無不具於一仁之中。及其再生，一一相肖」，指出草木種子的重要性。後來學者王廷相更進一步指出，生物種的不變是由於「氣種之有定」。他說:「萬物巨細柔剛,各異其材；聲色臭味,各殊其性,閱千古不變者，氣種之有定也。」。

### 科技與發明

#### 晚明實用主義

晚明實學思潮造成這個時期學術文化的生機蓬勃，而且以強大的生命力延續到清初。更發展出博學派、經史派等流派，其多重視實用及自然科學的研究。晚明時期，數學、物理學、天文學、地理學、植物學、醫學、聲律學等諸多學科以及機械、冶金、農業、水利、等技術分枝都展開了大規模的科學總結和新的開創。明末清初的兩位科學家王徵和黃履莊所分別發明的「自行車」、「雙輪小車」，是自行車發明源自中國的有力證據。「自行車」一詞最早出現在明末王徵所著的《新制諸器圖說》一書當中。

軍事方面，茅元儀著《武備志》，出版名著《火龍經》，趙士禎著《神器譜》，孫元化著《西法神機》，焦勖著《火攻摯要》，王鉦編成中國第一部系統的機械工程專著《新制諸器圖說》，戚繼光著《紀效新書》、《練兵實紀》。1372年造碗口銃，1377年造手銃（小口徑管形），14世紀末發明「神火飛鴉」，1453年造銅火銃（滑膛式），1524年在北京鑄造佛朗機炮，16世紀中葉發明「火龍出水」，1558年造出中國第一批火繩槍一萬支，稱之為「鳥嘴銃」，1580年戚繼光發明"自犯鋼輪火"（其效類似地雷），1642年南京出現燧發槍。

## 清朝

清代考據學大興。在文獻學方面，有集全國之力完成的《古今圖書集成》和《四庫全書》，也有各個地方印行的小型地方志。中國現存地方志高達八千多種，其中明代有一千多種，清代有五千五百種。在十八世紀中葉到十九世紀中葉，對中國古籍進行了前所未有的總結。

### 醫學

清初，醫學家王清任著《醫林改錯》，強調解剖學知識對醫病的重要性，並對古籍中有關臟腑的記載提出了疑問，通過對屍體內臟的解剖研究，繪製成《親見改正臟腑圖》二十五種，改正了前人的一些錯誤。《醫林改錯》中共有25幅圖譜。王清任把古人畫錯的和他自己改正的，作了對照。他糾正了古人認為肝有7葉，肺下有24行氣孔和氣管直入心臟的錯誤說法。他發現了氣管有2個分支和小支氣管，同時他還發現了許多過去醫書上從來沒有提到過的重要器官，如腹主動脈(王稱其為衛總管或氣管)、上腔靜脈(榮管即血管)、頸總動脈(左右氣管)、腎動脈、腸動脈、幽門括約肌(遮食)、總膽管(津管)；胰臟、十二指腸的入口(津門)等。此外，他還發現了視神經，並指出視神經與腦的關係，從而敘述了對腦功能的看法。在懷胎、天花方面他都有精闢獨到的認識。

### 天文學

天文學家王錫闡著《曉庵新法》、《五星行度解》等十幾種天文學方面的著作，指出了當時天文學的錯誤，改良日食的演算法、天文數據的應用、以及解決回歸年的長度、歲差常數等問題。數學家明安圖著有的《割圜密率捷法》四卷，以「割圓連比例法」證明割圓三法（圓徑求周、孤背求正弦、弦背求正矢）的公式，並發明了「弧背求通弦」、「通弦求弧背」、「正矢求弧背」等一系列數學公式。數學家李善蘭獨立發明對數微積分，並在組合恆等式方面提出李善蘭恆等式。1872年發表了《考數根法》，是質數論方面最早的著作。

### 科技

軍事家龔振麟著有《鑄炮鐵模圖說》，發明鐵模鑄炮法，是世界歷史上最早論述鐵模鑄造法的科技文獻。1871年，上海大北水線電報公司選用6899個漢字，代以四碼數字，成為中國最初的商用明碼本，同時也設計了由明碼本改編為密本及進行加亂的方法。

## 西學東漸與晚清科學（16—19世紀）

### 耶穌會士與西學傳入

16世紀末至17世紀，耶穌會傳教士利瑪竇、湯若望、南懷仁等來華，將當時正經歷科學革命的西方天文學、數學、地理學引入中國。晚明朝廷中，耶穌會士「因在天文學、曆法、數學、水利及地理學方面的知識而受到特別的重視」。利瑪竇與徐光啟合作翻譯歐幾里得《幾何原本》前六卷，首次將西方公理化數學體系引入中國。湯若望於1626年出版《遠鏡說》，以拉丁文及中文介紹了伽利略的望遠鏡觀測成果。

耶穌會士同時也積極將中國知識傳回歐洲。利瑪竇首次向歐洲報告了孔子的思想，柏應理神父於1687年將孔子的生平與著作譯為拉丁文出版。這些著作對歐洲啟蒙運動思想家產生了重要影響，法國重農學派創始人魁奈被稱為「歐洲的孔子」。

### 洋務運動與「中體西用」

19世紀中葉，兩次鴉片戰爭之後，清政府內興起了以「師夷長技以制夷」為口號的洋務運動。運動主張「中體西用」——以中國傳統思想、文化及制度為基礎，引進西方先進科學技術。洋務派設立江南製造局翻譯館（1868年），由傅蘭雅、徐壽、華蘅芳等合作翻譯了大量西方科技著作，涵蓋數學、化學、物理、地質學、軍事技術等領域。

然而，洋務運動對科學的引進根本上局限於技術層面。馮桂芬提出「以中國之倫常名教為原本，輔以諸國富強之術」，體現了洋務派對西方科學理論體系的忽視。甲午戰爭（1894—1895年）的慘敗暴露了單純技術引進的局限性，促使中國知識界開始反思「中體西用」的根本不足。

### 清末科學傳播的先驅

20世紀初，一批知識分子以民間出版和編撰的方式，推動了科學知識在中國社會的廣泛傳播。其中，杜亞泉（1873—1933）是最具代表性的人物之一。杜亞泉原名煒孫，字秋帆，浙江紹興人，被後世譽為「中國近代自然科學的啟蒙師之一」。

1900年，杜亞泉在上海創辦《亞泉雜誌》，為中國最早由國人自辦的綜合性科學期刊。該刊以數理化論文為主，尤以化學居多，率先介紹了門捷列夫的元素周期律，對多種化學元素賦予了至今沿用的中文命名。此外，杜亞泉在商務印書館任職近二十八年，主持編寫了數百種理科中小學教科書，其中包括中國最早的格致教科書《最新格致教科書》和最早的筆算教科書《最新筆算教科書》。

杜亞泉主持編撰的《動物學大辭典》（1923年）與《植物學大辭典》（1918年），是中國科學界空前的巨著，首次將生物分類學的二名法系統介紹到中國，為中國生物學名詞的規範化奠定了基石。《植物學大辭典》共收載中國植物名稱術語8980條、西文學名術語5880條，附圖1002幅，蔡元培為序稱「吾國近出科學辭典，詳博無逾於此者」。

### 從「格致」到「科學」

據普林斯頓大學東亞研究所教授班傑明·艾爾曼考證，中國最早將英文「science「一詞譯為」格致「，取《大學》」格物致知「之意。直至甲午戰爭後才將」格致「改為日本譯詞」科學「。這場戰爭徹底改變了中國知識分子看待傳統學問的態度——持有堅船利炮的北洋艦隊竟無法抵禦日本的攻勢。日本在明治維新之後大量翻譯西方著作，創造出」科學「一詞作為」science「的對譯語。二十世紀初，許多赴日、美、歐留學生見識到西方國力之後，紛紛主張廢棄」格致「之說，改取日本的」科學「及背後的啟蒙、進步意義。這一轉變在胡適、陳獨秀創辦的《新青年》雜誌中充分體現——他們將」科學（science）「與」民主（democracy）「稱為」賽先生「與」德先生「。至此，」科學「取代」格致」，成為中國認識現代科學的標準詞彙。

## 中國科學技術落後原因的討論

### 李約瑟難題

何以十六世紀後中國科學技術逐漸落後於西方？英國生物化學家與科學史家李約瑟（Joseph Needham）在其巨著《中國科學技術史》中系統提出的這一問題，被後世稱為「李約瑟難題」。該問題可概括為：「儘管中國古代對人類科技發展做出了很多重要貢獻，但為什麼科學和工業革命沒有在近代的中國發生？」圍繞這一難題，中外學者自新文化運動以來展開了近一個世紀的持續討論。

### 新文化運動時期的探討

1915年，中國科學社創始人任鴻雋在《科學》雜誌發刊詞中率先觸及這一問題，他指出中國傳統學術「無歸納法為無科學之大原因」，認為中國雖有豐富的技術經驗，卻因缺乏系統的實驗與歸納方法而未能發展出近代科學。1920年，梁啓超在《清代學術概論》中提出，中國人的」德成而上，藝成而下「觀念、缺乏學會與學報等建制，是導致科學無法獨立發展的社會因素。1922年，哲學家馮友蘭撰文《為什麼中國沒有科學》，從價值層面論證中國哲學追求內心控制而非外部征服的自然觀，阻礙了科學精神的興起。同年，化學家王璡指出中國專制政治與依賴心理對科學發展的抑制。

### 李約瑟的解釋

1944年，李約瑟在貴州湄潭浙江大學的演講中首次系統闡述其論點，將中國科學落後的原因歸結為物質與經濟因素：中國的「官僚封建制度」未能產生一個獨立的商人階級，因而缺乏推動技術革新與科學理論發展的社會動力。在科學哲學層面，李約瑟認為中國傳統自然觀是一種」有機論的「（organic）自然觀，與西方近代科學的」機械論的"（mechanical）自然觀形成鮮明對比——前者雖然精妙，卻未能導致用數學語言表述自然規律的信念。

### 竺可楨與民國學者的分析

1945年，氣象學家與科學史家竺可楨在《為什麼中國古代沒有產生自然科學》一文中，指出中國長期以農業社會為基礎，加上封建意識形態的束縛，是自然科學未能在中國產生的根本原因。他還比較了希臘海洋文明與大陸農耕文明的不同走向——前者倚重商業與海外活動，後者注重農業自給，這對科學生長的土壤有著決定性影響。數學家錢寶琮則認為中國學術過於注重實用，屬於大陸農業經濟的內在特徵。

### 現代學者的多元解釋

1982年，中國科學院《自然辯證法通訊》雜誌社在成都召開「中國近代科學落後原因」學術討論會，五十餘篇論文從經濟結構、政治制度、哲學傳統、思維方式等多角度進行了系統探討。其中，金觀濤、劉青峰、樊洪業等運用系統論和控制論方法，提出中國傳統社會中的」倫理中心主義的有機自然觀「阻斷了理論、實驗、技術三者之間的反饋循環——這一」建構性自然觀「（constructive natural view）的缺失，是科學革命未能在中國發生的結構原因。林文照則從傳統科學的內在缺陷、封建政治約束、經濟結構障礙等方面作了綜合分析。

在西方學術界，對李約瑟難題的解釋路徑更為多元。美國中國學家費正清（John K. Fairbank）指出，中國政治體制本身包含了對科學進步的根本敵意。經濟史家伊懋可（Mark Elvin）提出了「高水平均衡陷阱」（high-level equilibrium trap）理論，認為中國充足的人口與勞動力使得機械化動力不足。生物地理學家賈雷德·戴蒙德（Jared Diamond）在《槍炮、病菌與鋼鐵》中則從地理統一性角度論證：中國相對平整的地形與兩條可通航大河，使之易於形成統一帝國，技術創新可能因統治者個人好惡而被遏制；相比之下，歐洲被阿爾卑斯山、庇里牛斯山等地理屏障分割，各國間的軍事競爭持續驅動技術創新。經濟學家林毅夫則強調科舉制度的作用——科舉將中國最優秀的知識分子吸引到儒家經典的學習中，極大降低了從事數學研究與科學實驗的激勵。

### 對難題本身的質疑

並非所有學者都接受李約瑟難題的提問方式。美國科學史家席文（Nathan Sivin）多次撰文指出，這一問題帶有「輝格史觀」（Whig history）的烙印——它預設了西方道路的普世性，實則沒有歷史意義；他主張從中國社會自身的脈絡來理解中國科學技術的發展。中國學者江曉原則進一步指出，古代中國本無現代意義上的」科學「，所謂」落後「也就無從談起。天文學史家席澤宗認同席文的立場，認為應將該問題分解為不同歷史時段分別考察，而非以一個籠統的命題涵蓋從軸心時代到當代的全部歷程。

## 民國時期的科學建制（1912—1949）

### 五四運動與「賽先生」

1919年的五四運動不僅是一場政治運動，更是中國近代思想解放的里程碑。《新青年》雜誌將「科學（Science，賽先生）」與「民主（Democracy，德先生）」並列，提出只有提倡科學與民主才能拯救積弱的中國。「科學救國」的理念在民國時期深入人心，大批海外留學生歸國後投身科學教育與研究機構的創建。

### 中國科學社

中國科學社（Science Society of China），原名科學社，是近代中國第一個民間綜合性科學團體。1914年，就讀於康奈爾大學的中國留學生任鴻雋、秉志、周仁、胡明復、趙元任、楊銓（楊杏佛）、過探先、章元善、金邦正等九人聯合發起成立，以美國科學促進會（AAAS）為組織藍本。1915年1月，中國第一份綜合性科學月刊《科學》在上海創刊，發刊詞將」科學「與」民權「並列，明申」以傳播世界最新科學知識為職志「。同年，」科學社「正式更名為」中國科學社「，任鴻雋出任首任社長，宗旨為」提倡科學，鼓吹實業，審定名詞，傳播知識"。

除出版外，中國科學社在科研機構建設方面做出了開拓性貢獻。1922年，秉志與胡先驌在南京創辦了中國科學社生物研究所——中國第一個現代意義上的純科學研究機構，下設動物學與植物學兩部，1925年至1942年出版《中國科學社生物學叢刊》。1928年，秉志與胡先驌又在北京創建了靜生生物調查所，專注於華北及華南動植物資源的系統分類研究，該所日後分別演變為現今的中國科學院動物研究所與中國科學院植物研究所。位於上海的明復圖書館（以悼念英年早逝的創始成員胡明復命名）則是中國最早的公共科學圖書館之一。

中國科學社社員群體構成了近代中國的「第一代科學家」，在推動科學建制化、開創多個學科研究領域與培育科學文化方面做出了奠基性貢獻。1949年中華人民共和國成立後，中國科學院與中國科學技術協會相繼建立，中國科學社的期刊、圖書館、研究設備及其他社產陸續移交國家機構，至1960年正式解散，前後存續約四十五年。

### 中央研究院的建立

1928年6月9日，中央研究院（Academia Sinica）在南京正式成立，直屬於國民政府，為中華民國最高學術研究機關。首任院長蔡元培。《中央研究院組織法》規定設立物理、化學、工程、地質、天文、氣象、歷史語言、國文學、考古學、心理學、教育、社會科學、動物、植物十四個研究所。

值得注意的是，創辦中央研究院的主要成員均為中國科學社社員，院名拉丁文譯名「Academia Sinica」由馬相伯擬定，中央研究院成立後繼承了中國科學社在國際上作為中國科學界官方代表的地位。在蔡元培任內，中研院陸續在南京、上海等地設立十個研究所。抗日戰爭期間中研院曾西遷昆明、桂林、四川李莊，抗戰勝利後復原。1948年3月，中研院選出首屆院士八十一人，標誌著中國現代院士制度的正式建立。

1949年，隨著國共內戰的結果，中央研究院大部分機構遷至台灣台北南港，於1954年復院。留在大陸的研究機構與人員則被併入新成立的中國科學院。

### 留學生與科學教育的興起

民國時期，大批留學生從日本、歐洲和美國學成歸國，成為各大學與研究所的骨幹力量。其中湧現了眾多傑出人物，包括蔡元培、胡適、翁文灝、丁文江、傅斯年等。在他們的推動下，到1930年代，中國已形成以國立中央大學、國立清華大學、國立北京大學、國立浙江大學等國立大學為核心的科研教育體系，現代科學的各主要分支學科開始在中國落地生根。

## 中華人民共和國的科技發展

### 中國科學院的成立

1949年11月，中華人民共和國成立僅一個月後，中國科學院在北京正式成立。首任院長郭沫若，副院長陳伯達、李四光、陶孟和、竺可楨。籌建過程中，錢三強與丁瓚共同起草了《建立人民科學院草案》。

中國科學院創建之初，接收了前中央研究院、國立北平研究院及中央地質調查所等研究機構存留的設施和人員。建院方針是按照蘇聯科學院模式進行規劃，將數學、物理及社會科學集中在北京，生物及化學等在上海，天文、地學在南京，技術科學在東北。1955年，中國科學院學部成立，首批學部委員（後改稱院士）從全國最傑出的科學家中選出，標誌著新中國科學界的最高學術榮譽體系的建立。

### 十二年科學規劃與「兩彈一星」

1956年，國務院制定《一九五六至一九六七年科學技術發展遠景規劃》，即「十二年科學規劃」，提出以「重點發展，迎頭趕上」為方針，在原子能、噴氣與火箭技術、半導體、電子計算機、自動化技術等前沿領域進行戰略部署。同年，中國科學院成立計算技術研究所，啟動了中國電腦研發計劃，1958年即研製出中國第一台真空管電子計算機。

中國科學院研究人員在「兩彈一星」項目中起到了關鍵作用。1964年10月，中國第一枚原子彈爆炸成功；1967年6月，第一枚氫彈爆炸成功；1970年4月，第一顆人造地球衛星「東方紅一號」發射成功。然而，大躍進（1958—1961）造成的經濟困難與文化大革命（1966—1976）期間的政治動盪，使中國科學事業受到了嚴重挫折，大批科學家遭受迫害，科研工作中斷。

### 改革開放後的科技復興

1978年全國科學大會召開，鄧小平提出「科學技術是第一生產力」的論斷。1986年，《高技術研究發展計劃（863計劃）綱要》獲批准，以生物技術、航太技術、資訊技術、雷射技術、自動化技術、能源技術、新材料為七大重點領域。此後數十年間，中國科學技術取得了舉世矚目的成就。1965年，中國科學家首次人工合成了結晶牛胰島素，使中國成為首個合成蛋白質的國家。1973年，數學家陳景潤發表了對哥德巴赫猜想的「1+2」證明，產生了廣泛的國際影響；同年，袁隆平發明了雜交水稻育種技術。1988年，北京正負電子對撞機首次實現正負電子對撞。2015年，中國藥學家屠呦呦因在青蒿素治療瘧疾方面的傑出貢獻獲得諾貝爾生理學或醫學獎，這是中國本土科學家首次獲得諾貝爾科學獎項。在航天領域，2003年中國成為第三個獨立將太空人送入太空的國家；2019年嫦娥四號實現人類探測器首次在月球背面軟著陸。至21世紀第二個十年，中國在科技論文發表數量上已躍居世界首位。

## 相關書籍

- 李約瑟（Joseph Needham）等：《中國科學技術史》1-7卷
- 陳美東 等：《簡明中國科學技術史話》，中國青年出版社
- 陳方正：〈從體與用看中國古代科學〉。
- 黃一農：〈中國科技史研究的新挑戰〉
- 孫小淳：〈試論中國古代科學的社會、文化史研究〉。
- 孫小淳：〈中國古代科學的「詩性」與「禮性」〉。
- 劉翠溶：〈中國科技發展的歷史分析〉。
- 艾爾曼（Benjamin A. Elman）：〈從前現代的格致學到現代的科學〉。
- 艾爾曼：〈為什麼Mr．Science中文叫「科學」〉。
- 楊翠華：〈席文（Nathan Sivin）對科學革命及中國科學史研究的見解〉。
- 川原秀城：〈日本的中國科學史研究〉。