黄帝时代的中原科学技术及其特点
2008-11-26
来源：《中州学刊》2008年第六期
作者：陈习刚
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黄帝肇造了辉煌灿烂的中华古代文明，是中华民族共同的“民族始祖”、“人文始祖”。黄帝是代表具体人黄帝、黄帝族团和黄帝族团世袭领袖的名号，是黄帝时代的代名词。黄帝作为世袭领袖的年代约在公元前4420—前2900年间。黄帝时代所对应的考古学文化主要是仰韶文化的中晚期。第一代黄帝出生于有熊的轩辕丘，有熊的地望在今河南新郑市(从建制沿革来说，还包括今新密市)，黄帝族的发祥地在以新郑一带为中心的中原地区。黄帝又在有熊建都，都城就建在有熊的轩辕丘。新郑一带也是黄帝的主要葬身之所，今新郑市黄帝陵是黄帝葬身之所中一座最具代表性的纪念性陵墓。
在中华远古史上，黄帝时代第一次统一了黄河中下游各部落，出现了具有国家职能的社会管理机构；物质、精神、制度等等方面取得了重要成就，出现了文明的曙光。黄帝开创的宏伟业绩彪炳青史，形成了源远流长的五千多年文明长河。黄帝时代所开创的业绩几乎涉及政治军事、经济、社会文化等领域的方方面面。清人《新镌古今帝王统系天下分合图》说：“黄帝有熊氏，……在位百年，年一百十一岁，制文字，制阵法，造律吕，制历象，制医书，制衣裳、宫室、器用、舟车、货币，划野分州，立井制亩……”这基本上指出了黄帝时代创造发明的领域与行业。下面主要从自然科学技术角度，对以中原①为活动基地的黄帝时代的中原在天文历法、气象、数学、物理学、地学、医药卫生等领域所取得的成就及这一时期科学技术的特点作一梳理与阐释。
一、黄帝时代中原地区在自然科学领域的进展
(一)天文历法
黄帝时代已出现了历法，制定了《调历》。《竹书纪年》载：黄帝“游于洛水之上……龙图出河，龟书作洛，赤文篆(绿)字以授轩辕”。这里提到的“河图”、“洛书”，有学者认为就是古代的天象历法。《史记》卷26《历书》引太史公司马迁的话说：“神农以前尚矣。盖黄帝考定星历，建立五行，起消息，正闰余，于是有天地神祇物类之官，是谓五官。各司其序，不相乱也。”《索隐》按：“《系本》及《律历志》：'黄帝使羲和占日，常仪占月，臾区占星气，伶伦造律吕，大桡作甲子，隶首作算数，容成综此六术而著。
《调历》也。’”可见，黄帝考定星历就是指制定《调历》，《调历》是当时天文、气象、数学、纪日等领域所取得成果的体现与总结，也就是汉朝初年流传的六种古历之一的《黄帝历》。《史记》卷26《历书》说：“昔自在古，历建正作于孟春。”《索隐》按：“古历者，谓黄帝《调历》，以前有《上元太初历》等，皆以建寅为正，谓之孟春也。及颛顼、夏禹亦以建寅为正。唯黄帝及殷、周、鲁并建子为正。”
关于“正闰余”，《集解》说：“《汉书音义》曰：'以岁之余为闰，故曰闰余。’”《正义》：“邓平、落下闳云：'一月之日，二十九日八十一分日之四十三。’按：计其余分成闰，故云正闰余也。每一岁三百六十六日余六日，小月六日，是一岁余十二日，大计三十三月则一闰之耳。”这说明黄帝时代已有了历法上的闰年闰月知识。如大河村仰韶文化遗址中出土了一批带有太阳纹、日晕纹、月牙纹、星座纹的彩陶片，其中一件陶钵上的12个太阳纹，有学者认为12个太阳可能象征12个月，其星座纹有学者认为与星座纪年有关。
当时的历法水平，从河南濮阳西水坡45号墓穴的设计上可见一斑。“西水坡45号墓的墓穴形状选取了盖图中的春秋分日道、冬至日道和阳光照射界限，再加上方形大地，一幅完整的宇宙图形便构成了。它向人们说明了天圆地方的宇宙模式、寒暑季节的变化、昼夜长短的更替、春秋分日的标准天象以及太阳周日和周年运动轨迹等一整套古老的宇宙理论”；“尤其令人惊讶的是，依照墓穴的实际尺寸，这张盖图所表示的分至日的昼夜关系非常合理，特别是春分日道，其昼夜关系的准确程度简直不差毫分。这比依《周髀算经》所复原的盖图更符合实际天象。”②
黄帝时代设置了天文官。由古典文献记载可知，当时已设置了分管天文历法方面的官职。如羲和是占日的官，负责观测太阳的运行；常仪是占月的官，负责对月亮运行的观测；臾区又叫鬼臾区、鬼容区，负责星辰天象的记载，包括划分星宿，根据星光的昏明、流星、陨星来推测祥瑞灾异等。当时的天象观测达到了较高水平。西水坡45号墓主人两侧摆放着蚌塑龙虎图案，北侧摆放着蚌塑三角形图案。其中龙在墓主人东侧，虎在墓主人的西侧，布列的方位与东宫苍龙、西宫白虎相一致，而北侧的三角形图案就是北斗的象征。这反映了“二宫与北斗”的天象布局，有学者认为中国的二十八星宿及四象的恒星分群理论体系即起源于此。大河村类型的仰韶文化中，有很多日、月、星纹图案，如有绘制12个太阳的彩陶钵；洛阳王湾遗址也发现有六角星图案的彩陶。
古文献记载有黄帝“命容成作盖天”，这说明当时已形成原始的宇宙观，即盖天说，认为天是圆的地是方的。“天圆地方”盖天说观念的形成，在河南濮阳西水坡45号墓葬中得到印证。西水坡45号墓穴向人们说明了天圆地方的宇宙模式。墓穴平面的南部呈圆形，北部呈方形，墓主人则是头南足北，这象征天圆地方，是“天圆地方”盖天说观念的形象反映。
(二)气象
黄帝时代的气象知识是包括在天文历法里面的，因为与生产生活关系密切，受到高度的重视。《世本•作篇》载有黄帝使“臾区占星气”。《路史•疏仡纪•黄帝》也载黄帝“乃设灵台，立五官以叙五事。命臾区占星，斗苞授规”，“命羲和占日”，“尚仪占月”，“车区占风”。“占星气”、“占风”，都涉及到对天气现象的观测，包括凭经验来判断天气的风雨阴晴，根据云的色彩、状态及风的方向、缓急来预测事情的发生。《史记•五帝本纪》载：“而蚩尤最为暴，莫能伐。”《正义》引《山海经》说：“黄帝令应龙攻蚩尤。蚩尤请风伯、雨师以从，大风雨。黄帝乃下天女曰'魃’，以止雨。雨止，遂杀蚩尤。”这实际上反映出蚩尤在与黄帝的争战中，能充分地利用天气状况来决定进攻或退守。
观测天象，望云占雨，以掌握季节、不违农时，成了那个时候的重要职掌，并衍变成官名，如春官青云氏、夏官缙云氏、秋官白云氏、冬官黑云氏、中官黄云氏。《周礼》上说：“以五云之物辨吉凶、水旱，降丰荒之祲象。”《史记》卷26《历书》载黄帝时“有天地神祇物类之官，是谓五官。各司其序，不相乱也”。《正义》：“应劭云：'黄帝受命有云瑞，故以云纪官。春官为青云，夏官为缙云，秋官为白云，冬官为黑云，中官为黄云。’按：黄帝置五官，各以物类名其职掌也。”
(三)数学
黄帝时代农业、手工业、天文学和声学的发展，推动了数学的不断进步。《世本》载黄帝使“隶首作算数”；《路史•疏仡纪•黄帝》载黄帝时“隶首定数”。隶首是黄帝的史官，也是一位古算学家。当时中原先民已掌握一定的数量运算知识。如大河村彩陶钵上绘有12个太阳，安阳后岗出土有由8条斜线组成的图案的彩陶钵，庙底沟出土有由9条与12条斜线交叉组成的网纹图案的彩陶器等。
当时几何知识也有所发展。从出土陶器的器形和图案看，已有三角形、等边三角形、方形、菱形、五边形、六边形、弧形、圆形、椭圆形、圆锥形等各种几何图形，并已注意到几何图形的对称、圆弧的等分等问题。如有的彩陶图案对分为两组图案，有的等分为三组图案。
对形和数之间的关系也有一定的认识。如竹篾编织物和丝麻织品图案与其包含的经纬线数目之间存在着一定的比例关系。黄帝时出现了度、量、衡等数量概念，数与音律密不可分，它们由乐律推衍而来。
黄帝时代已具有初步的测量知识和简单的测量工具。《世本•作篇》载：黄帝时“垂作规矩,作准绳”。考古发现，当时的房屋、墓穴、陶窑、窖穴、壕沟、城墙及陶器等，方圆平直，规整划一，表明绘制方、圆和直线等简单工具和方法已出现，原始的规矩已被使用。从一些墓葬相当一致的方向来看，当时人们已有较强的方向概念和定位知识。
(四)物理学
黄帝时代物理学的进步主要体现在声学方面。当时已有音律的定位，开始区分音调，并制定音调区分的标准。黄帝时伶伦取谷之竹以作箫管，定五音十二律。《吕氏春秋•古乐》载：“昔黄帝令伶伦作为律，伶伦自大夏之西，乃之阮腧之阴，取竹于嶰谿之谷，以生空窍原钧者、断两节同、其长三寸九分而吹之，以为黄钟之宫，吹曰'舍少’。次制十二筒，以之阮腧之下，听凤凰之鸣，以别十二律。……黄帝又命伶伦与荣将铸十二钟，以和五音。”《路史•后纪五》罗注引《晋志》：“黄帝作律，以玉为琯，长尺六寸，为十二月。”伶伦是黄帝的大臣，他奉命作律。律指十二律，即音乐的12个音调。
黄帝时代声学的进步还体现在曲谱和乐器的制作上。当时已编有曲谱，如《枫鼓之曲》十章、《咸池》、《英韶》、《清角》等。黄帝作了一部《咸池》乐，很有名。《庄子•天下》说：“黄帝有《咸池》。”《吕氏春秋•古乐》说：“黄帝又命伶伦与荣将铸十二钟，以和五音，以施《英韶》，以仲春之月，乙卯之日，日在奎，始奏之，命曰《咸池》。”《史记》卷24《乐书》载：“《咸池》，备也。”《集解》：“郑玄曰：'黄帝所作乐名，尧增修而用之。咸，皆也。池之言施也，言德之无不施也。’王肃曰：'包容浸润行化皆然，故曰备也。’”唐人徐坚《初学记》卷9引《归藏•启筮》说：黄帝杀蚩尤于青丘之后，“作《枫鼓之曲》十章。”《清角》是一种很高尚的音乐。《韩非子•十过》载：“昔黄帝合鬼神于(西)泰山之上，驾象车而六蛟龙，……大合鬼神，作为《清角》。”《路史•疏仡纪•黄帝》则载黄帝“命大容作《承云》之乐，是为云门，大卷著之椌楬”。黄帝时还有军乐。如“岐伯作鼓吹铙角”；又如《古今注》载：“短箫铙歌，军乐也，黄帝使岐伯所作也，所以建武扬德，风劝战士也”。
黄帝时的乐器有鼓、瑟、箫、铙、角、钲、磬等。《世本》说“夷作鼓”，夷即黄帝之子夷鼓。黄帝时已有很响的鼓。《山海经•大荒东经》载：“东海之中有流波山，……其上有兽，……其名曰夔。黄帝得之，以皮为鼓，橛以雷兽之骨，声闻五百里，以威天下。”清人马骕《绎史》卷5引《黄帝内传》说：“黄帝伐蚩尤，玄女为帝制夔牛鼓八十面，一震五百里，连震三千八百里。”又引《广成子传》说：“蚩尤铜头啖石，飞空走险，以馗牛皮为鼓，九击止之，尤不能飞走，遂杀之。”《路史•疏仡纪•黄帝》亦载黄帝时“岐伯作鼓”。鼓首先用于战争，是一种军鼓。《世本》又说：“黄帝使素女鼓瑟，哀不自胜，乃破为二十五弦，异二均声。”
黄帝时已有箫、铙。《黄帝内传》也载有钳铙：玄女“请帝铸钳铙以凝雹之声”。角、钲、磬也是黄帝时的乐器。《黄帝内传》载：“玄女请帝制角二十四以警众”；“玄女请帝铸钲统以拟雹击之声，今铜锣，其遗事也”。《通纂》：“黄帝使伶伦造磐。”
黄帝时代中原在力学方面的知识突出表现在对轮轴离心力原理的认识上。如制陶，大河村仰韶文化区已普遍使用快轮修整技术。这一技术反映人们对轮轴离心力原理的认知与利用。当时，人们已能烧制出大小不等、轻重不同的陶纺轮，这表明他们在实践中也认识到纺轮重量和拉力强弱的关系。
黄帝时指南车的制造，反映出人们对磁石指南原理的认识与利用。指南车，据《晋书•舆服志》的记载，“刻木为仙人，衣羽衣，立车上，车虽回运，而手掌指南”。
(五)地学
黄帝时代出现了区划地理的意识和行为。《汉书》卷28上《地理志》载：“昔在黄帝，作舟车以济不通，旁行天下，方制万里，画野分州，得百里之国万区。是故《易》称'先王以建万国，亲诸侯’，《书》云'协和万国’，此之谓也。”唐颜师古注：“方制，制为方域也。画谓为之界也。”《路史•疏仡纪•黄帝》载：黄帝“乃立四辅……地典州络，七辅得而天地治，神明至”。“方制万里，画野分州”，“地典州络”，说明黄帝时开始有了区域的初步划分。这从黄帝时在洛阳地区出现的河图洛书上也能得到证明。《春秋命历序》云：“河图，帝王之阶图。载江河山川州界之分野。”这里的河图，是记载帝王次序之图，又是记载山水名称及行政区划的地理图，类似于今天的历史地图。地理意义上的测量技术也出现了。《古今事物考》说：“黄帝游幸天下，而有计里之车。绎道路之纪以里堠，起轩辕氏也。”《路史•疏仡纪•黄帝》也说黄帝“命竖亥通道路，正里候；命风后方割万里，画土分疆”。
(六)医药卫生
黄帝时代，医学有了进步。当时的名医有岐伯、巫彭、桐君、雷公、俞跗等。《吕氏春秋•勿躬》说：“巫彭作医。”《帝王世纪》载：“黄帝使歧伯尝味草木，典医疗疾，今经方本草之书咸出矣。”《路史•疏仡纪•黄帝》也载：黄帝“命巫彭、桐君处方，蛊饵湔浣刺治而人得以尽年”。就是说，黄帝时出现了医药方面的专家，他们使时人能够延年益寿。如巫彭、桐君能据病人病情开出处方，通过药物及湔浣刺治等手段，使病人能够尽其天年。俞跗就是当时有名的外科医生，擅长剖割洗涤等外科手术。最古的医书《黄帝内经》包括《素问》和《灵枢》，就假托始于黄帝和岐伯、雷公等关于病理讨论的问答。《帝王世纪》又说：“岐伯论经脉旁道，问难八十为《难经》，教制九针，著内外术经十八卷。”《难经》与《黄帝内经》一样，也系汉儒所托，但它们在一定程度上反映出黄帝时代原始医药已有相当发展。
当时已有砭石技术的应用。考古发现，砭石及与砭石有相同功用的石针、骨针、石刀、骨刀等，在中原仰韶文化中随处可见，而砭石是最早的医疗工具，是原始的外科工具，可以用来刺破脓肿。砭石技术是我国针刺术的萌芽。还出现了外科正骨手术。如淅川下王岗仰韶文化一、二期墓葬中，发现有人骨骨折后又愈合的现象。据研究，当时对古病认识差，不能妥善处理，畸形愈合现象多，这反映出当时仅仅出现初步的接骨技术。
当时医药方面的进步还表现在饮食、卫生等方面。黄帝发明了火食，当时已吃熟食。《管子•轻重戊》说：“黄帝作，钻燧生火，以熟荤臊。民食之，无兹胃之病，而天下化之。”如前所述，当时已有舂掉五谷如稻、高粱壳子的杵臼。《古史考》就说：“黄帝始蒸谷为饭，烹谷为粥。”肉食及五谷方面的熟食，显然减少了疾病，增强了先民的体质。
当时出现了一些预防潮湿、保持清洁、改善环境的措施，如采用整塑整烧建筑技术建成地面房子，用白灰铺地粉墙，用料礓砂石混合土铺地或夯砸居住面等。这些措施有益于防止关节炎、风湿病等疾病的发生，或延缓病情的发展。另外，如《世本》所说，黄帝发明了井，解决了水的问题。井的发明，改善了先民的用水条件和卫生。《拾遗记•轩辕黄帝》说：“诏使百辟群臣受德教者，先列硅玉于兰蒲席上，燃沉榆之香。”沉榆之香具有消毒功用，香的使用，一定程度上有益于居住环境的改善。
二、黄帝时代中原科学技术的特点
黄帝时代的中原科学技术具有中心性、融合性、辐射性、不平衡性等特点。
(一)黄帝时代中原科学技术的中心性
黄帝出生于今河南新郑市，黄帝族的发祥地在以新郑一带为中心的中原地区，黄帝又在新郑建都。可以说，黄帝都城所在的中原地区，是黄帝创造发明等系列科技成就产生和推进的基地和中心。这也决定了黄帝时代中原科学技术的中心性。出土文物如“大河村的釜形鼎、浅腹盆钵、器座、某些小口尖底瓶和不少彩陶花纹，与豫西庙底沟类型相同或相近；另一小口尖底瓶与陕西半坡类型相似；红顶碗和钵，在豫北后岗类型中大量出土；还有一些彩陶花纹，在豫北、冀南的大司空类型中也常见；不少器物与大汶口文化也相似。这说明大河村类型吸收了上述仰韶文化早期各种类型的文化因素，并且还受到大汶口文化的一定影响”③。这均说明黄帝都城所在的郑州地区当时已成为各种科学技术的交融地、汇聚地、中心地。
(二)黄帝时代中原科学技术的融合性
这种融合性既有同种文化不同类型的融合，也有不同种文化的融合。如对大汶口文化的吸收。大汶口文化是一种主要分布在黄河下游山东和苏北一带的新石器时代晚期文化。大汶口文化的中期与河南仰韶文化晚期共存。河南郑州市、许昌市、洛阳市、周口市、驻马店市和信阳市共有近20处发现大汶口文化的遗存。这反映了黄河中游和下游新石器时代晚期文化之间的相互交流、相互影响，也反映了中原科学技术的融合性。
(三)黄帝时代中原科学技术的辐射性和不平衡性
如上所述，黄帝时代洛阳地区出现的“河图洛书”，是当时历法出现的反映，而在安徽含山县凌家滩也发现了黄帝时代(距今五千多年前)的玉板龟书八卦图。天文史专家认为，这有可能是古代的洛书和八卦，也是较早的历法之一。这表明黄帝时代中原科学技术向周邻地区的传播。
因地域的不同和时间的先后，河南新石器时代文化不仅包括多种不同的文化面貌，而且在同一种文化内又有多种不同的类型。如河南仰韶文化遗址三门峡以西接近陕西的“半坡类型”、三门峡以东郑州的“庙底沟类型”、豫北的“后岗类型”和“大司空类型”、豫西南的“下王岗类型”等。这也体现出黄帝时代中原地域内科学技术发展的不平衡性。
这种不平衡性还体现在不同地域科学技术的先导性上。如前所述，因中原的特殊地位，中原科学技术在很多领域有着先导性。但不可否认，同一时期中原以外的地域在不少领域也有着先导性。河北出现了陶瓷。河北省正定县南杨庄发掘一处仰韶文化遗址，其中发现青瓷3片，经鉴定，瓷片烧成的温度高960℃—1100℃，表面涂有原始形态的釉，釉下并有用彩料绘成的几何形黑红彩装饰。甘肃的建筑技术很发达，出现了混凝土地面、四阿重屋等。秦安大地湾房屋建筑，屋内大多采用白灰面地坪，有的下面还铺上一层料礓砂石混合土作防潮层；房屋居住面、墙壁、用草拌泥包裹的木柱和扶墙柱、灶台等用白灰粉饰。秦安大地湾F405和F901房屋的坚硬光滑的混凝土地面，就是由原始水泥和人造黏土陶粒轻骨料结合而成。这种原始水泥的性能和成分都接近罗马水泥，而罗马水泥发明于18世纪末，到19世纪中期才在土木建筑工程中得到普遍应用，可见其发明与使用要晚于大地湾4800年左右。大地湾人造轻骨料约占混凝土重量的64%，这种比例，达到了现代常用的一种混凝土材料的构成比例。当时建筑技术的发展还体现在四阿重屋、左右对称、坐北朝南、前堂前有附属建筑和宽阔的场地等布局及多重门、散水、檐廊、立柱架梁、石柱础等构筑方式上。再如冶铸技术，不少地区也发现有铜的冶铸。如河北武安赵窑遗址中出土有仰韶中晚期的铜炼渣，甘肃东乡林家马家窑文化遗址中出土一件铜刀，经鉴定为锡青铜。④
注释
①这里的中原是狭义的概念，指以黄帝都城所在的新郑一带为中心的河南地区。②冯时：《河南濮阳西水坡45号墓的天文学研究》，《文物》1990年第3期，第52—60页。③杨育彬：《河南考古》，中州古籍出版社，1985年，第344页。④关于半坡青铜片、姜寨黄铜片、榆次源涡镇铜炼渣等的时代，有学者认为与仰韶文化无关。参见安志敏《中国早期铜器的几个问题》，《考古学报》1981年第3期，第269—285页。
参考文献
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［10］北京钢铁学院冶金史组.中国早期铜器的初步研究［J］.考古学报，1981，(3)：287—302.
作者简介：陈习刚，男，河南省社会科学院历史与考古研究所副研究员
在中华远古史上，黄帝时代第一次统一了黄河中下游各部落，出现了具有国家职能的社会管理机构；物质、精神、制度等等方面取得了重要成就，出现了文明的曙光。黄帝开创的宏伟业绩彪炳青史，形成了源远流长的五千多年文明长河。黄帝时代所开创的业绩几乎涉及政治军事、经济、社会文化等领域的方方面面。清人《新镌古今帝王统系天下分合图》说：“黄帝有熊氏，……在位百年，年一百十一岁，制文字，制阵法，造律吕，制历象，制医书，制衣裳、宫室、器用、舟车、货币，划野分州，立井制亩……”这基本上指出了黄帝时代创造发明的领域与行业。下面主要从自然科学技术角度，对以中原①为活动基地的黄帝时代的中原在天文历法、气象、数学、物理学、地学、医药卫生等领域所取得的成就及这一时期科学技术的特点作一梳理与阐释。
一、黄帝时代中原地区在自然科学领域的进展
(一)天文历法
黄帝时代已出现了历法，制定了《调历》。《竹书纪年》载：黄帝“游于洛水之上……龙图出河，龟书作洛，赤文篆(绿)字以授轩辕”。这里提到的“河图”、“洛书”，有学者认为就是古代的天象历法。《史记》卷26《历书》引太史公司马迁的话说：“神农以前尚矣。盖黄帝考定星历，建立五行，起消息，正闰余，于是有天地神祇物类之官，是谓五官。各司其序，不相乱也。”《索隐》按：“《系本》及《律历志》：'黄帝使羲和占日，常仪占月，臾区占星气，伶伦造律吕，大桡作甲子，隶首作算数，容成综此六术而著。
《调历》也。’”可见，黄帝考定星历就是指制定《调历》，《调历》是当时天文、气象、数学、纪日等领域所取得成果的体现与总结，也就是汉朝初年流传的六种古历之一的《黄帝历》。《史记》卷26《历书》说：“昔自在古，历建正作于孟春。”《索隐》按：“古历者，谓黄帝《调历》，以前有《上元太初历》等，皆以建寅为正，谓之孟春也。及颛顼、夏禹亦以建寅为正。唯黄帝及殷、周、鲁并建子为正。”
关于“正闰余”，《集解》说：“《汉书音义》曰：'以岁之余为闰，故曰闰余。’”《正义》：“邓平、落下闳云：'一月之日，二十九日八十一分日之四十三。’按：计其余分成闰，故云正闰余也。每一岁三百六十六日余六日，小月六日，是一岁余十二日，大计三十三月则一闰之耳。”这说明黄帝时代已有了历法上的闰年闰月知识。如大河村仰韶文化遗址中出土了一批带有太阳纹、日晕纹、月牙纹、星座纹的彩陶片，其中一件陶钵上的12个太阳纹，有学者认为12个太阳可能象征12个月，其星座纹有学者认为与星座纪年有关。
当时的历法水平，从河南濮阳西水坡45号墓穴的设计上可见一斑。“西水坡45号墓的墓穴形状选取了盖图中的春秋分日道、冬至日道和阳光照射界限，再加上方形大地，一幅完整的宇宙图形便构成了。它向人们说明了天圆地方的宇宙模式、寒暑季节的变化、昼夜长短的更替、春秋分日的标准天象以及太阳周日和周年运动轨迹等一整套古老的宇宙理论”；“尤其令人惊讶的是，依照墓穴的实际尺寸，这张盖图所表示的分至日的昼夜关系非常合理，特别是春分日道，其昼夜关系的准确程度简直不差毫分。这比依《周髀算经》所复原的盖图更符合实际天象。”②
黄帝时代设置了天文官。由古典文献记载可知，当时已设置了分管天文历法方面的官职。如羲和是占日的官，负责观测太阳的运行；常仪是占月的官，负责对月亮运行的观测；臾区又叫鬼臾区、鬼容区，负责星辰天象的记载，包括划分星宿，根据星光的昏明、流星、陨星来推测祥瑞灾异等。当时的天象观测达到了较高水平。西水坡45号墓主人两侧摆放着蚌塑龙虎图案，北侧摆放着蚌塑三角形图案。其中龙在墓主人东侧，虎在墓主人的西侧，布列的方位与东宫苍龙、西宫白虎相一致，而北侧的三角形图案就是北斗的象征。这反映了“二宫与北斗”的天象布局，有学者认为中国的二十八星宿及四象的恒星分群理论体系即起源于此。大河村类型的仰韶文化中，有很多日、月、星纹图案，如有绘制12个太阳的彩陶钵；洛阳王湾遗址也发现有六角星图案的彩陶。
古文献记载有黄帝“命容成作盖天”，这说明当时已形成原始的宇宙观，即盖天说，认为天是圆的地是方的。“天圆地方”盖天说观念的形成，在河南濮阳西水坡45号墓葬中得到印证。西水坡45号墓穴向人们说明了天圆地方的宇宙模式。墓穴平面的南部呈圆形，北部呈方形，墓主人则是头南足北，这象征天圆地方，是“天圆地方”盖天说观念的形象反映。
(二)气象
黄帝时代的气象知识是包括在天文历法里面的，因为与生产生活关系密切，受到高度的重视。《世本•作篇》载有黄帝使“臾区占星气”。《路史•疏仡纪•黄帝》也载黄帝“乃设灵台，立五官以叙五事。命臾区占星，斗苞授规”，“命羲和占日”，“尚仪占月”，“车区占风”。“占星气”、“占风”，都涉及到对天气现象的观测，包括凭经验来判断天气的风雨阴晴，根据云的色彩、状态及风的方向、缓急来预测事情的发生。《史记•五帝本纪》载：“而蚩尤最为暴，莫能伐。”《正义》引《山海经》说：“黄帝令应龙攻蚩尤。蚩尤请风伯、雨师以从，大风雨。黄帝乃下天女曰'魃’，以止雨。雨止，遂杀蚩尤。”这实际上反映出蚩尤在与黄帝的争战中，能充分地利用天气状况来决定进攻或退守。
观测天象，望云占雨，以掌握季节、不违农时，成了那个时候的重要职掌，并衍变成官名，如春官青云氏、夏官缙云氏、秋官白云氏、冬官黑云氏、中官黄云氏。《周礼》上说：“以五云之物辨吉凶、水旱，降丰荒之祲象。”《史记》卷26《历书》载黄帝时“有天地神祇物类之官，是谓五官。各司其序，不相乱也”。《正义》：“应劭云：'黄帝受命有云瑞，故以云纪官。春官为青云，夏官为缙云，秋官为白云，冬官为黑云，中官为黄云。’按：黄帝置五官，各以物类名其职掌也。”
(三)数学
黄帝时代农业、手工业、天文学和声学的发展，推动了数学的不断进步。《世本》载黄帝使“隶首作算数”；《路史•疏仡纪•黄帝》载黄帝时“隶首定数”。隶首是黄帝的史官，也是一位古算学家。当时中原先民已掌握一定的数量运算知识。如大河村彩陶钵上绘有12个太阳，安阳后岗出土有由8条斜线组成的图案的彩陶钵，庙底沟出土有由9条与12条斜线交叉组成的网纹图案的彩陶器等。
当时几何知识也有所发展。从出土陶器的器形和图案看，已有三角形、等边三角形、方形、菱形、五边形、六边形、弧形、圆形、椭圆形、圆锥形等各种几何图形，并已注意到几何图形的对称、圆弧的等分等问题。如有的彩陶图案对分为两组图案，有的等分为三组图案。
对形和数之间的关系也有一定的认识。如竹篾编织物和丝麻织品图案与其包含的经纬线数目之间存在着一定的比例关系。黄帝时出现了度、量、衡等数量概念，数与音律密不可分，它们由乐律推衍而来。
黄帝时代已具有初步的测量知识和简单的测量工具。《世本•作篇》载：黄帝时“垂作规矩,作准绳”。考古发现，当时的房屋、墓穴、陶窑、窖穴、壕沟、城墙及陶器等，方圆平直，规整划一，表明绘制方、圆和直线等简单工具和方法已出现，原始的规矩已被使用。从一些墓葬相当一致的方向来看，当时人们已有较强的方向概念和定位知识。
(四)物理学
黄帝时代物理学的进步主要体现在声学方面。当时已有音律的定位，开始区分音调，并制定音调区分的标准。黄帝时伶伦取谷之竹以作箫管，定五音十二律。《吕氏春秋•古乐》载：“昔黄帝令伶伦作为律，伶伦自大夏之西，乃之阮腧之阴，取竹于嶰谿之谷，以生空窍原钧者、断两节同、其长三寸九分而吹之，以为黄钟之宫，吹曰'舍少’。次制十二筒，以之阮腧之下，听凤凰之鸣，以别十二律。……黄帝又命伶伦与荣将铸十二钟，以和五音。”《路史•后纪五》罗注引《晋志》：“黄帝作律，以玉为琯，长尺六寸，为十二月。”伶伦是黄帝的大臣，他奉命作律。律指十二律，即音乐的12个音调。
黄帝时代声学的进步还体现在曲谱和乐器的制作上。当时已编有曲谱，如《枫鼓之曲》十章、《咸池》、《英韶》、《清角》等。黄帝作了一部《咸池》乐，很有名。《庄子•天下》说：“黄帝有《咸池》。”《吕氏春秋•古乐》说：“黄帝又命伶伦与荣将铸十二钟，以和五音，以施《英韶》，以仲春之月，乙卯之日，日在奎，始奏之，命曰《咸池》。”《史记》卷24《乐书》载：“《咸池》，备也。”《集解》：“郑玄曰：'黄帝所作乐名，尧增修而用之。咸，皆也。池之言施也，言德之无不施也。’王肃曰：'包容浸润行化皆然，故曰备也。’”唐人徐坚《初学记》卷9引《归藏•启筮》说：黄帝杀蚩尤于青丘之后，“作《枫鼓之曲》十章。”《清角》是一种很高尚的音乐。《韩非子•十过》载：“昔黄帝合鬼神于(西)泰山之上，驾象车而六蛟龙，……大合鬼神，作为《清角》。”《路史•疏仡纪•黄帝》则载黄帝“命大容作《承云》之乐，是为云门，大卷著之椌楬”。黄帝时还有军乐。如“岐伯作鼓吹铙角”；又如《古今注》载：“短箫铙歌，军乐也，黄帝使岐伯所作也，所以建武扬德，风劝战士也”。
黄帝时的乐器有鼓、瑟、箫、铙、角、钲、磬等。《世本》说“夷作鼓”，夷即黄帝之子夷鼓。黄帝时已有很响的鼓。《山海经•大荒东经》载：“东海之中有流波山，……其上有兽，……其名曰夔。黄帝得之，以皮为鼓，橛以雷兽之骨，声闻五百里，以威天下。”清人马骕《绎史》卷5引《黄帝内传》说：“黄帝伐蚩尤，玄女为帝制夔牛鼓八十面，一震五百里，连震三千八百里。”又引《广成子传》说：“蚩尤铜头啖石，飞空走险，以馗牛皮为鼓，九击止之，尤不能飞走，遂杀之。”《路史•疏仡纪•黄帝》亦载黄帝时“岐伯作鼓”。鼓首先用于战争，是一种军鼓。《世本》又说：“黄帝使素女鼓瑟，哀不自胜，乃破为二十五弦，异二均声。”
黄帝时已有箫、铙。《黄帝内传》也载有钳铙：玄女“请帝铸钳铙以凝雹之声”。角、钲、磬也是黄帝时的乐器。《黄帝内传》载：“玄女请帝制角二十四以警众”；“玄女请帝铸钲统以拟雹击之声，今铜锣，其遗事也”。《通纂》：“黄帝使伶伦造磐。”
黄帝时代中原在力学方面的知识突出表现在对轮轴离心力原理的认识上。如制陶，大河村仰韶文化区已普遍使用快轮修整技术。这一技术反映人们对轮轴离心力原理的认知与利用。当时，人们已能烧制出大小不等、轻重不同的陶纺轮，这表明他们在实践中也认识到纺轮重量和拉力强弱的关系。
黄帝时指南车的制造，反映出人们对磁石指南原理的认识与利用。指南车，据《晋书•舆服志》的记载，“刻木为仙人，衣羽衣，立车上，车虽回运，而手掌指南”。
(五)地学
黄帝时代出现了区划地理的意识和行为。《汉书》卷28上《地理志》载：“昔在黄帝，作舟车以济不通，旁行天下，方制万里，画野分州，得百里之国万区。是故《易》称'先王以建万国，亲诸侯’，《书》云'协和万国’，此之谓也。”唐颜师古注：“方制，制为方域也。画谓为之界也。”《路史•疏仡纪•黄帝》载：黄帝“乃立四辅……地典州络，七辅得而天地治，神明至”。“方制万里，画野分州”，“地典州络”，说明黄帝时开始有了区域的初步划分。这从黄帝时在洛阳地区出现的河图洛书上也能得到证明。《春秋命历序》云：“河图，帝王之阶图。载江河山川州界之分野。”这里的河图，是记载帝王次序之图，又是记载山水名称及行政区划的地理图，类似于今天的历史地图。地理意义上的测量技术也出现了。《古今事物考》说：“黄帝游幸天下，而有计里之车。绎道路之纪以里堠，起轩辕氏也。”《路史•疏仡纪•黄帝》也说黄帝“命竖亥通道路，正里候；命风后方割万里，画土分疆”。
(六)医药卫生
黄帝时代，医学有了进步。当时的名医有岐伯、巫彭、桐君、雷公、俞跗等。《吕氏春秋•勿躬》说：“巫彭作医。”《帝王世纪》载：“黄帝使歧伯尝味草木，典医疗疾，今经方本草之书咸出矣。”《路史•疏仡纪•黄帝》也载：黄帝“命巫彭、桐君处方，蛊饵湔浣刺治而人得以尽年”。就是说，黄帝时出现了医药方面的专家，他们使时人能够延年益寿。如巫彭、桐君能据病人病情开出处方，通过药物及湔浣刺治等手段，使病人能够尽其天年。俞跗就是当时有名的外科医生，擅长剖割洗涤等外科手术。最古的医书《黄帝内经》包括《素问》和《灵枢》，就假托始于黄帝和岐伯、雷公等关于病理讨论的问答。《帝王世纪》又说：“岐伯论经脉旁道，问难八十为《难经》，教制九针，著内外术经十八卷。”《难经》与《黄帝内经》一样，也系汉儒所托，但它们在一定程度上反映出黄帝时代原始医药已有相当发展。
当时已有砭石技术的应用。考古发现，砭石及与砭石有相同功用的石针、骨针、石刀、骨刀等，在中原仰韶文化中随处可见，而砭石是最早的医疗工具，是原始的外科工具，可以用来刺破脓肿。砭石技术是我国针刺术的萌芽。还出现了外科正骨手术。如淅川下王岗仰韶文化一、二期墓葬中，发现有人骨骨折后又愈合的现象。据研究，当时对古病认识差，不能妥善处理，畸形愈合现象多，这反映出当时仅仅出现初步的接骨技术。
当时医药方面的进步还表现在饮食、卫生等方面。黄帝发明了火食，当时已吃熟食。《管子•轻重戊》说：“黄帝作，钻燧生火，以熟荤臊。民食之，无兹胃之病，而天下化之。”如前所述，当时已有舂掉五谷如稻、高粱壳子的杵臼。《古史考》就说：“黄帝始蒸谷为饭，烹谷为粥。”肉食及五谷方面的熟食，显然减少了疾病，增强了先民的体质。
当时出现了一些预防潮湿、保持清洁、改善环境的措施，如采用整塑整烧建筑技术建成地面房子，用白灰铺地粉墙，用料礓砂石混合土铺地或夯砸居住面等。这些措施有益于防止关节炎、风湿病等疾病的发生，或延缓病情的发展。另外，如《世本》所说，黄帝发明了井，解决了水的问题。井的发明，改善了先民的用水条件和卫生。《拾遗记•轩辕黄帝》说：“诏使百辟群臣受德教者，先列硅玉于兰蒲席上，燃沉榆之香。”沉榆之香具有消毒功用，香的使用，一定程度上有益于居住环境的改善。
二、黄帝时代中原科学技术的特点
黄帝时代的中原科学技术具有中心性、融合性、辐射性、不平衡性等特点。
(一)黄帝时代中原科学技术的中心性
黄帝出生于今河南新郑市，黄帝族的发祥地在以新郑一带为中心的中原地区，黄帝又在新郑建都。可以说，黄帝都城所在的中原地区，是黄帝创造发明等系列科技成就产生和推进的基地和中心。这也决定了黄帝时代中原科学技术的中心性。出土文物如“大河村的釜形鼎、浅腹盆钵、器座、某些小口尖底瓶和不少彩陶花纹，与豫西庙底沟类型相同或相近；另一小口尖底瓶与陕西半坡类型相似；红顶碗和钵，在豫北后岗类型中大量出土；还有一些彩陶花纹，在豫北、冀南的大司空类型中也常见；不少器物与大汶口文化也相似。这说明大河村类型吸收了上述仰韶文化早期各种类型的文化因素，并且还受到大汶口文化的一定影响”③。这均说明黄帝都城所在的郑州地区当时已成为各种科学技术的交融地、汇聚地、中心地。
(二)黄帝时代中原科学技术的融合性
这种融合性既有同种文化不同类型的融合，也有不同种文化的融合。如对大汶口文化的吸收。大汶口文化是一种主要分布在黄河下游山东和苏北一带的新石器时代晚期文化。大汶口文化的中期与河南仰韶文化晚期共存。河南郑州市、许昌市、洛阳市、周口市、驻马店市和信阳市共有近20处发现大汶口文化的遗存。这反映了黄河中游和下游新石器时代晚期文化之间的相互交流、相互影响，也反映了中原科学技术的融合性。
(三)黄帝时代中原科学技术的辐射性和不平衡性
如上所述，黄帝时代洛阳地区出现的“河图洛书”，是当时历法出现的反映，而在安徽含山县凌家滩也发现了黄帝时代(距今五千多年前)的玉板龟书八卦图。天文史专家认为，这有可能是古代的洛书和八卦，也是较早的历法之一。这表明黄帝时代中原科学技术向周邻地区的传播。
因地域的不同和时间的先后，河南新石器时代文化不仅包括多种不同的文化面貌，而且在同一种文化内又有多种不同的类型。如河南仰韶文化遗址三门峡以西接近陕西的“半坡类型”、三门峡以东郑州的“庙底沟类型”、豫北的“后岗类型”和“大司空类型”、豫西南的“下王岗类型”等。这也体现出黄帝时代中原地域内科学技术发展的不平衡性。
这种不平衡性还体现在不同地域科学技术的先导性上。如前所述，因中原的特殊地位，中原科学技术在很多领域有着先导性。但不可否认，同一时期中原以外的地域在不少领域也有着先导性。河北出现了陶瓷。河北省正定县南杨庄发掘一处仰韶文化遗址，其中发现青瓷3片，经鉴定，瓷片烧成的温度高960℃—1100℃，表面涂有原始形态的釉，釉下并有用彩料绘成的几何形黑红彩装饰。甘肃的建筑技术很发达，出现了混凝土地面、四阿重屋等。秦安大地湾房屋建筑，屋内大多采用白灰面地坪，有的下面还铺上一层料礓砂石混合土作防潮层；房屋居住面、墙壁、用草拌泥包裹的木柱和扶墙柱、灶台等用白灰粉饰。秦安大地湾F405和F901房屋的坚硬光滑的混凝土地面，就是由原始水泥和人造黏土陶粒轻骨料结合而成。这种原始水泥的性能和成分都接近罗马水泥，而罗马水泥发明于18世纪末，到19世纪中期才在土木建筑工程中得到普遍应用，可见其发明与使用要晚于大地湾4800年左右。大地湾人造轻骨料约占混凝土重量的64%，这种比例，达到了现代常用的一种混凝土材料的构成比例。当时建筑技术的发展还体现在四阿重屋、左右对称、坐北朝南、前堂前有附属建筑和宽阔的场地等布局及多重门、散水、檐廊、立柱架梁、石柱础等构筑方式上。再如冶铸技术，不少地区也发现有铜的冶铸。如河北武安赵窑遗址中出土有仰韶中晚期的铜炼渣，甘肃东乡林家马家窑文化遗址中出土一件铜刀，经鉴定为锡青铜。④
注释
①这里的中原是狭义的概念，指以黄帝都城所在的新郑一带为中心的河南地区。②冯时：《河南濮阳西水坡45号墓的天文学研究》，《文物》1990年第3期，第52—60页。③杨育彬：《河南考古》，中州古籍出版社，1985年，第344页。④关于半坡青铜片、姜寨黄铜片、榆次源涡镇铜炼渣等的时代，有学者认为与仰韶文化无关。参见安志敏《中国早期铜器的几个问题》，《考古学报》1981年第3期，第269—285页。
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作者简介：陈习刚，男，河南省社会科学院历史与考古研究所副研究员
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