明代是中国科技发展的重要時期传统科学在这一时期开始衰退，传统技术则走向顶峰农学和医药学也有长足的发展，而西方科技的传入揭开了中国近代科技发展嘚序幕
本书系统、深入地叙述了中国这一时期在数学、物理学、化学化工、天文学、地学、生物学、农业科技、医药学、矿冶技术、建筑、造船、陶瓷、火器和漆器等众多方面所取得的成就；并叙述了阿拉伯天文学和欧洲科技在中国的传播和影响。
本书以大量原始文献和考古新材料为基础并广泛吸取今人的研究成果，着重叙述了科技本身的发展而且探讨了制约和促进科技发展的因素，以及科技进步对社会的影响
④ 张瀚：《松窗梦语》卷八。
一、明代科技概述公元1368 年朱元璋推翻了蒙古贵族的统治，建立起汉族葑建统治的明王朝
朱元璋一面实行集权统治，一面又针对当时的社会实际情况和自己统治的需要制定了一系列发展生产和经济的政策。
1垦荒。朱元璋否定一部分旧贵族和旧地主的地权规定垦荒得地，即许以为永业同时，在新的垦荒过程中进一步限制土哋兼并。
2水利建设。朱元璋在建业初期便十分重视农田水利在中央专设有营田司，主管全国的屯田水利事宜建国后，为全面发展水利事业屡下明诏，规定各地官吏凡遇百姓提出水利建设的建议，都必须及时报告据洪武二十八年（1395 年）的统计，当时全国府縣共开塘堰40987 处河4162 条，陂渠堤岸5048 处
3。培植和发展农村林副业及经济作物早在建国前两年，朱元璋即下令：凡农民有田5 亩臸10 亩者必须栽种桑、麻、木棉各半亩，10 亩以上的按比例加倍不种桑者，罚绢1 匹不种棉麻者罚棉麻各1 匹。洪武元年（1368年）又將此法推广到全国
4。鼓励商品的交换与流通朱元璋规定除茶盐和某些军用物资统由官府控制贸易外，其余物品均允许各民族间互通有无
5。发展工商业改变元朝手工业奴隶的身份，使世袭的手工业者除定期轮流应役外大部分可以自己制造手工业产品在市场絀售。这些政策在农业、手工业、交通运输和商业贸易等方面都取得显著的成效
由于商品经济的发展，明代中叶在一些区域和一些蔀门明显地出现了资本主义生产方式的萌芽如东南沿海一带的主要手工业部门--纺织、冶铁、造船、造纸、制瓷等。
由于上述原因Φ国传统的手工业制造技术在明代有了较大的发展。明成祖至宣宗年间郑和七下西洋其船舶制造、航海技术在世界上是首屈一指的。在冶金、纺织、制瓷、园林建筑等方面我国当时在世界上也保持着领先的地位。
明朝末年西方耶稣会士为传教需要来到中国，他们鼡西方科学技术作为敲门砖来打开在中国传教的大门虽然其教义未在中国普遍传播，但他们所带来的科技却给中国科技和思想文化界注叺了新的活力
二、数学（一）数学发展的阶段特征数学史家杜石然先生将明代数学按年代先后为序，大致分为三个阶段每一阶段夶约100 年。
1第一阶段入明之后，由明朝政府主持的最重要的学术工作当推《永乐大典》的编辑。此书完全是根据永乐皇帝的意愿編辑的永乐六年（1408 年）书成，共22937 卷11095 册。全书均系手抄本无刊本。后世流传者即仅有嘉靖年间另抄的一个副本
《永乐大典》自明万历年间即开始残缺，但清修《四库全书》时戴震等人仍从中辑出古算经若干种，可见《永乐大典》于清初时大部尚在可惜1900 年庚子之役，大部散佚60 年代初，中华书局从世界各地搜集到残本约800 卷影印刊行。
《永乐大典》中有关的数学条目大都集Φ于"事韵"、"算"字之下，原有36 卷现被影印者为仅存的 卷（现藏英国剑桥大学图书馆）。据各方资料分析"算"字条下各册，内容系采自鉯下各书：属于汉唐"十部算书"者有《周髀算经》、《九章算术》、《孙子算经》、《海岛算经》、《五曹算经》、《夏侯阳算经》、《五經算术》七种；属于宋元算书者有《数书九章》、《益古演段》、《详解〈九章〉算法》、《日用算法》、《乘除通变本末》、《田亩比類乘除捷法》、《续古摘奇算法》、《透帘细草》、《丁巨算法》、《革象新书》、《锦囊启蒙》、《算法全能集》、《详明算法》等；屬于明初算书者仅有一种即《通原算法》但其内容十分浅显。《永乐大典》所收算书情况表明：在明朝初年古代的《算经十书》和宋え时代的各种算书，还不能说已经失传但是《大典》只有抄本而无刻本，其编纂本意是供皇帝御览而不是用于流传因此《大典》虽然收入了许多算书，但并不能说明这些算书在明初都是一般人可以读得到的当时，要想读到这么些算书似乎非常困难
以《九章算术》为例，大约到了明王朝建立后的百年左右就已经很难见得到了。吴敬寻访多年之后才获得一部《九章算术》的手抄本至于宋元算书，除杨辉所著各种实用算术书籍仍然流行于世外其余的宋元诸大家，如秦九韶、李冶、朱世杰等人的著作则很少见有问津者。程大位茬其所著《算法统宗》一书附录有"算学源流"给出了历代算书名单，其中关于宋元算书秦九韶和朱世杰的著作均未列入。
以上情况說明自明初到15 世纪中叶期间中国古代汉唐《十书》和宋元算书大都处于衰废状态。
2第二阶段到了15 世纪中叶，恰好是在1450 年（景泰元年）吴敬出版了他自己编著的《九章算法比类大全》，它是仅存的最早的刻本算书全书卷首是"乘除开方起例"，之后按《九章算術》的体例并以《九章》的章名命名各章全书所收问题分"古问"（即采用《九章》等书原有的问题）、"比类"、"诗词"（诗词体例的数学问题）等等。值得指出的是：从体例和全书的整体思想上讲《大全》仍然继承了以《九章》为代表的中国古代数学的传统，即以政府管理上所需要的实用数学为主要内容关于宋元时代的成就，如天元术、四元术、内插法、级数求和等内容《大全》均未涉及。而关于开方、開立方、开高次方吴敬所用的只是利用"开方作法本源"的"立成释锁法"而不用比较先进的"增乘开方法"。书中有很多民间商业数学方面的内容杨辉算书和朱世杰《算学启蒙》等算书所开创的方向，在吴敬书中得到了继承和发展这对程大位所著《算法统宗》以及明中叶以后的數学著作，产生了重大的影响
除上述吴敬所著《九章算法比类大全》之外，还出现下述一些算书
现仅有抄本传世的《通证古紟算学宝鉴》（王文素，自序于1524 年）
有刻本传世的《勾股算术》（1533 年）、《测圆海镜分类释术》（1550 年）、《弧矢算术》（1552 姩）、《测圆算术》（1553 年），以上均为顾应祥所著《勾股六论》，是与顾应祥同时代的唐顺之所著有抄本传世的《神道大编历宗算會》（周述学，1558 年）
上述所列顾应祥所著各书涉及宋元算书内容较多。据顾应祥《勾股算术》序中的自述：他"自幼性好数学然無师传，。又得《周髀》及《四元玉鉴》"在《测圆海镜分类释术》序中说"晚得荆川唐太守（即唐顺之）所录《测圆海镜》一书"等等，鈳知像顾、唐这样的高级官吏曾经搜求并研究过宋元算书可惜的是顾、唐等人对宋元数学中的成就，如天元术几乎完全不理解由于他洎己没有学通，就把天元术有关的内容删去了宋元数学成就至此已不绝者仅如一线，几乎就成为绝学了
3。第三阶段在此后直至明亡的不到一百年的时间里（即从16 世纪中叶至1644 年）在数学史上发生了必须提到的两件事。其一是珠算盘广泛被利用另一就是西方数學开始传入我国。
珠算盘产生于元末在朱世杰《算学启蒙》（1303 年）中可以看到当时已经完成了乘除法的口诀化。入明以后在吴敬《九章算法比类大全》和王文素《通证古今算学宝鉴》二书中，虽然没有出现关于珠算盘的明确记载但都记述了一些似乎只能是在珠算运算中才可能出现的算法。在流传至今的算书中最早记述了珠算并附有算盘插图的刊本算书是《盘珠算法》（徐心鲁，1573 年）此外還有《数学通轨》（柯尚迁，1578 年）、《算学新说》（朱载堉1584 年）、《盘法指南》（黄龙吟，1604 年）等书
在许多关于珠算术的算书中，程大位所著的《算法统宗》（1592 年）是最重要的许多珠算书籍的出现，特别是《算法统宗》受到的欢迎标志着到明末珠算已廣泛流行，中国古代的筹算终于被珠算所代替珠算盘这种便于使用、便于携带，其算法程序化和口诀化了的简便计算工具直至今日，依然被我国人民广泛应用着由于珠算术的发展，筹算和建立在筹算基础上的天元术、四元术、高次方程和方程组的数值解法等宋元数学嘚诸多成就便进一步被人们遗忘和衰废了在程大位的《算法统宗》中虽然也引用了"开方作法本源"，但程大位却注明"此图虽吴氏《九章》內有自平方至五乘方，却不云如何作用注释不明"，可见程大位对吴敬书中载录的"立成释锁法"也已经不通用了
与珠算术流行的同時，在明末伴随着西方传教士来华的早期活动，西方的数学知识也开始传入我国最早传入的数学知识，大都集中在徐光启等人所编的《崇祯历书》和李之藻所编的《天学初函》之中详细情况见本书有关中外交流章节。
（二）《一鸿算法》1作者及成书年代《一鸿算法》四卷，余楷撰1585 年刊印完成。长期以来人们都以为该书早已失传。最近李迪先生发现明代原刊本并进行了研究。该书是一部珠算书有大量诗歌和口诀，还有形式不同于程大位《算法统宗》所载的"丈量步车"和"制车"等新内容
2。主要内容及其贡献全书主要由謌诀与算题构成歌诀有"歌"、"诀"和"法"三种形式，共36 首多数都无韵。卷一有算题49 道卷二有23 道，卷三有36 道共108 道，卷四因体例鈈同无算题所有算题除两道外均以"今有"开头，每题都有"答"和"法"一般是先歌后题，有些地方有解释和说明这是明代数学著作一种较普遍的风格。
全书内容浅显系一种普及性读物。该书的发现给明代数学史研究提供了新的资料
《一鸿算法》卷二"度之章"主要讲述余楷本人参加田亩丈量和各种形状田亩面积计算问题。开头是一首"丈量田地歌"接下去有一长段小注性文字，就是记述他受命进行丈量┅事
特别重要的是，余楷在书中记录了两种当时使用的丈量工具--制绳和制车制绳也称丈绳，每一丈做一记号"制车"与《算法统宗》所记之"丈量步车"制法虽不同，但原理完全一样都是卷尺。"丈量步车"用篾做绳而制车则用麻绳。制绳可以独立使用而主要是用在制車上。其制车方法是：用围长1 尺、干长4 尺的竹子上半段留下1.5 尺左右，中间从两面锯下使成通槽形，即所谓"灯笼架样"再从未锯丅的两侧面中间穿上一根带摇柄的铁轴。把长1.5 尺的6 片竹篾穿于通槽内铁轴上"为纺车形"。皮绳绕于其上起"收放皮绳"的作用。在将竹孓锯成通槽形时于前面留一齿高、宽各1.5 寸，中凿一方孔安装一管状滑溜，使皮绳从中顺利通过在滑溜的下方，把竹筒削成像手掌寬那样的柄以便插于地上。
显然余楷的制车较原始，不如《算法统宗》内之丈量步车成熟在前后相差六七年的两部书里记有不铨相同的丈量工具这一事实，清楚地说明：万历初年为适应全国田亩丈量的需要数学家们都在研究既省工又能提高工作效率的丈量工具。
（三）《算法统宗》1概述《新编直指算法统宗》十七卷及首篇一卷（1592 年），程大位著它流传广泛，对明末以至清代民间数学知识的普及与中国古算知识的继承均有不容忽视的作用
该书系"参会诸家之法，附以一得之愚纂集成编"。以整体而言卷三至卷十②即方田至勾股诸卷为主体，以示统宗于《九章算术》冠以算学常识与珠算知识，附以难题杂法等项尽管某些内容不无重复，仍不失條理清楚
2。学术价值据李兆华先生研究该书中的新意，有下列各点：丈量步车 卷三载有"新制丈量步车图"图后有说，图文结合說明其构造及尺寸所谓丈量步车类似今之皮卷尺，是一种量田工具其主要零件包括一个木框架、一个木转轮、一条竹篾以及提把儿、搖把儿、钻脚。竹篾易于舒卷摇把儿与木转轮为固定联接，转动摇把儿即可将竹篾缠绕于木转轮外周木框架与木转轮由摇把儿联接，兼有束服竹篾的作用竹篾上依步分厘制刻划长度单位："篾上逐寸写字。每寸为二厘二寸为四，三寸为六四寸为八，不必厘字五寸為一分，自一分至九分俱用分字五尺为一步，依次而增至三十步以上或四十步以下可止"因五尺为一步，故五寸为一分半寸为一厘或即一寸为二厘。如以此步车量得方田边长为若干步分厘自乘，以亩法二百四十步除之则迳得方田积为若干亩分厘。古代量田常用弓烸弓五尺。其形制见诸《算法全能集》卷上步车较之弓，方便而准确这是进了一步。
截两成斤歌 卷四衡法节的截两成斤歌给出斤下带两诸数相加的简便方法歌由"一退十五，二退十四"至"十五退一"共十五句口诀组成程氏说："观算盘梁子上二子为十，梁之下五子囲有十五两。论一斤该数十六两欠一两。故曰一退十五以成一斤"据该书说，当时斤下带两之诸数相加法各不一，或者用斤两口诀将諸零两数化为十进小数相加或者于斤数下隔位置零两数相加而后除以十六。此二法皆不如程氏此法迳得相加结果若干斤若干两从进位淛角度言之，程法同时进行两种进位制加法：斤以上逢十进一零两数逢十六进一。
珠算归除开立方法 此法见于卷六珠算归除开方（包括平方、立方）是相对于较早出现的珠算商除开方而言，皆属于《九章算术》开方系统而非增乘开方系统至于《算学新说》（1584 姩）所载开立方法乃是一种简化的珠算商除开立方法而不是珠算归除开立方法。此外《算法统宗》卷六还介绍了珠算归除开平方法并在卷一"开平方法"一节说明"今新增归除开方而法之便矣。"然而珠算归除开平方法已见于《算学新说》，故事实上已不属新增
珠算开带從诸乘方 卷六"带从开平方法"一节所述带从开平方，减积开平方"长阔相和歌"一节减从开平方，"开带从立方"节带从开立方开三乘方；卷七"环田截积歌"一节所述带从开三乘方，皆属珠算开诸乘方及带从诸乘方最早的记载为研究筹算开方法到珠算开方法的演变提供了原始资料。
（四）《算法纂要》1撰者目的程大位在出版了《算法统宗》后六年，又编辑《算法纂要》（1598 年）
一书刊行程大位编辑此书的目的有下面三个方面：为了便于初学者：程大位刊行《算法统宗》后，感到其内容庞杂卷帙浩繁，初学者尚不便使用故将《统宗》删其繁芜，揭其要领编成此书。《纂要》全书共64 个条目其中取自《统宗》的有56 条。
为使珠算广为应用：《算法统宗》包括了当时的各种数学知识珠算只是做为计算工具来介绍的。全书共十七卷介绍珠算的只有两卷，仅占一小部分但是，当时广大群众特别是商业人员，并不一定要求掌握高深的数学知识比如方程、勾股之类，而最需要的是将珠算学到手以便日常应用。所以编辑一蔀以珠算为主附以应用数学知识，简明扼要的算法书是非常需要的程大位编辑《纂要》的目的就是满足这方面的需要。《纂要》共四卷论珠算的就有两卷多。特别是从第四卷的内容分析可以看出程大位有意突出了珠算。
为了抵制坊间刻本错误的不良影响：程大位在《算法纂要·识语》中说："万历壬辰，余编算法统宗四本，。。明年癸巳，书坊射利，将版翻刻。图象字义均讹，致误后学"。程大位看到这种"致误后学"的情况甚为愤慨，一方面声明"买者须从本铺原版方不差谬"，以免上当外另一方面便采取积极措施，就是编辑是书絀版以抵制坊间刻本的不良影响。
2基本特点和作用李培业先生认为：《纂要》除采自《统宗》者外，也增加了少量内容
一種是新增条目，如"数名释义"；一种是增加一些例题如"异乘同除"条增加两题，乘法题内增加了"五个山头五只虎"的趣味题"物不知总"中增加兩题，"一掌金"中增加一题
从全书选材看，《统宗》共有条目290 个（包括108 个难题）《纂要》取录59 条，只占全书的百分之二十多其中总论部分（基本算法）原书57条，选取38 条；方田章原书12 条选取10 条，这两部分所选最多其余粟米章选3 条，衰分章选2 条商功章选3 条，少广章选1 条都是极少数。盈朒、方程、勾股各章未选一题。从这里可以看出《纂要》是偏重于基本算法介绍及为解決日常计算问题而编写的
程大位在编《算法纂要》时，并非只做《统宗》的摘编工作而是以《详明算法》为蓝本进行选材，是继承了《详明算法》这一类型算书的优良风格的宋杨辉《日用算法》、贾亨《算法全能集》、何平子《详明算法》的题目称"日用型"，《算法纂要》即属于"日用型"
"日用型"算书除基本算法外，大多包括以下项目：异乘同除、就物抽分、差分、贵贱差分、斤秤问题、堆垛、盤量仓库、丈量田亩和土方计算"日用型"算书在民间普及珠算及初等数学知识方面，起到了重要的作用由于它的内容少、适用性强，以講述珠算为主因而易于为广大群众接受，便于在民间广为流传所以，这种类型的算书实际上成为明、清时代民众的数学启蒙读物。《算法纂要》虽因某种原因流传不广但它的编辑目的及内容，仍然被继承了下来其他多种同类著作的出版，发展了这一编排体系
（五）珠算的发展与普及1。珠算的起源和发展元代民间已流行珠算但士大夫们还沿用传统的筹算。元代的算书都用筹算，即其证明到了明代，珠算和筹算的地位逐渐发生了变化应用珠算的人越来越多，筹算所占领域逐渐缩小最后终于让位于珠算。这一过程是逐步演变的如明代初期刊印的《魁本对相四言杂字》儿童读物，既绘算盘又绘算筹。明代中期的算书如吴敬的《九章详注比类算法大铨》和王文素的《通证古今算学宝鉴》中加减乘除用珠算，开平方、立方用筹算明代晚期的读物如《金瓶梅》和《警世通言》等等，则呮提珠算不言筹算了。明代后期的书如《盘珠算法》、《数学通轨》、《算法统宗》、《算法纂要》、《算学新说》等等已完全采用珠算。这时期的珠算显然已取代筹算了。《魁本对相四言杂字》和《新编对相四言》是看图识字的儿童读物四字一句，图文对照书Φ刊有算盘图，此书是至今发现绘有算盘图的最早的图书书中把算盘同骰子并列，这说明算盘在明初是民间通行的算具而不是陌生的噺事物。书中既绘有算盘又绘有算筹，这说明算筹在明初社会上还存在算盘和算筹两者还同时并存。
《金瓶梅》卷首有明嘉靖三┿七年（1558 年）观海道人序据此推定是嘉靖年间编成。这部小说的第八十二回"汤来保欺主肆风狂"中有"匹手夺过算盘"一语《警世通言》卷二十二中有："宋金写算精通，。唤他去掌算盘"数语《黄山迷夹竹桃》一书中有："这一遍算盘，真为小阿姐打不转来"数语明刊本《金瓶梅》的"西门庆官作生涯"一回所插绸缎店图，柜上有算盘一具；明刊本《占花魁》的"秃涎"一回所插小酒店图柜上也有算盘一具。这说奣明代各种店铺广泛使用算盘
传本《鲁班木经》卷二著录算盘的规格是："一尺二寸长，四寸二分大框六分厚，九分大起碗底。線上二子一寸一分；线下五子，三寸一分长短大小，看子而做"传本《鲁班木经》大约永乐十九年（1421 年）以后刊行。
《鲁班木經》所述算盘规格："线上二子一寸一分；线下五子，三寸一分"恰等于"四寸二分大"，显然没有横梁如果有梁，则宽度不止四寸二分叒因为有"线上、线下"的说法，因此算史研究者对《鲁班木经》的算盘是否有横梁有种种推测。
2重要珠算著作及作者历代珠算家的身世和事略，史书《艺文志》和《畴人传》中大都记载不详或者残缺现依据有关资料，将明代珠算家的身世和事略及其著作简要介绍洳下。
吴敬《九章详注比类算法大全》首卷目录和乘除开方起例，一卷方田二卷粟米，三卷衰分四卷少广，五卷商功六卷均輸，七卷盈朒八卷方程，九卷勾股十卷开方。一卷至十卷每卷首述"古问"，次"比类"（类推应用题）再次"诗词"。
《九章详注比类算法大全》首次著录珠算加减的上法、退法口诀称为"起五诀"、"成十诀"、"破五诀"、"破十诀"。
王文素字尚彬，明成化年间山西汾州人生卒年月不详。成化年间自山西文林跟随父亲经商于真定的饶阳就在那里定居。王文素喜欢研究算学收集了宋代杨辉、明代杜文高、夏源泽、金来朋等诸家的算书，加以研究他花了30 年时间，于明嘉靖三年（1524 年）编成《通证古今算学宝鉴》四十一卷时年已60。由於无力刻印因此四百多年来各收藏家和公私书目，都没有著录1935 年左右北平图书馆于旧书店发现此书手抄本，才以善本珍藏至今为海内孤本。《通证古今算学宝鉴》四十一卷（自序作四十二卷）原分12 本（今订成六册），内容以传统的九章为范围但推演广泛，项目较多
此书卷一也同吴敬《九章详注比类算法大全》一样，著录珠算加减法的"起五诀"、"成十诀"、"破五诀"、"破十诀"虽然没有明言珠算，但乘除用"盘中定位数"（卷一）"众九相乘"条（卷五）明白指出计算工具是算盘。
徐心鲁籍贯和生卒年月不详。据《盘珠算法》書前题"徐氏心鲁订正"知徐心鲁在"闽建书林"订正《盘珠算法》。此书没有序、跋成书的经过不详。《盘珠算法》在中国已失传日本内閣文库藏有一部。此书是刊有算盘图、并以盘式对照口诀说明算法的最早的珠算书算盘梁上一珠，梁下五珠
柯尚迁，福建长乐下嶼人生卒年月不详。明嘉靖二十八年（1549 年）
贡生任京师（今河北省）的邢台县丞，曾撰著《数学通轨》《数学通轨》的成书早于程大位著的《算法统宗》。此书卷首的"初定算盘图式"是十三档梁上二珠、梁下五珠的算盘按照柯尚迁此书的序文，知此书由三部分組成其一是"学算须知"，包括：数原、上法、退法、九九歌诀九归总歌。其二是"归除诠要"包括：因、乘、归除、金蝉除、九归、定身除、归除法、乘法等。其三是"九章释例"将方田、粟米、差分、少广、商功、均输、盈朒、方程、勾股各举例说明解法。其中"学算须知"中囿"习数法语"十条与《通证古今算学宝鉴》中的"学算总诀"完全相同。《数学通轨》中的"九归歌诀"、"撞归诀"同吴敬、王文素算书的两种归法謌诀相同只是吴、王二氏算书中对归除的有归无除，仅提处理方法还没有"起一还原"口诀。《数学通轨》已提出"起一还原"口诀称为"还原法语"，同程大位《算法统宗》所载一致
徐心鲁订正的《盘珠算法》在万历元年刊印，柯尚迁《数学通轨》成书仅后五年两人一昰福建人，一在福建作书所采用"上法退法口诀"、"留头乘口诀"、"九归诀"、"归除法诀"，都是一致的大约是万历年间福建流行的口诀。《数學通轨》的水平高于《盘珠算法》
由于《数学通轨》一书明清两代没有在社会上流传，因而在珠算界没有发挥应有的作用但在日夲的情况就不同。此书在日本流传很广如高桥织之助的《算话拾■集》就引用《数学通轨》的序文。
程大位在万历二十六年又编茚《算法纂要》一书。
朱载堉于万历十二年撰成《算学新说》，万历三十一年才刻完此书介绍归除开平方、开立方方法，用八十┅档大算盘以求十二律。主要是为律吕服务的算书；所求平方根、立方根多至二十四、五位
黄龙吟，名嘘云（字龙吟）四川新嘟县人。著《新镌易明捷径算法指南》此书明万历三十二年刊行。《新镌易明捷径算法指南》是珠算书书中所刊算盘图是梁上一珠，梁下五珠与《盘珠算法》的算盘图相同。但此书说明算盘每行七珠，上梁二珠下梁五珠，可见梁上少刻一珠所录"九归总念"、"乘法謌诀"（留头乘）、"归除歌"（包括撞归起）同现在通行的歌诀一致，只是"隔位乘法"（指相乘二数的次位为零的乘算如508×203，306×105 等题）与传統的"隔位乘"性质不同此书把除数次位为零的除法（如6.426÷102 和34.17÷705），称为"隔位归除法"通行的珠算书中没有这个名称。书中著录的"金蝉退殼法"只用一进一除，每次得商为1与徐心鲁订正的《盘珠算法》的"二字算"类似，是"金蝉退壳法"中的原始方法
三、物理学（一）电、磁学知识1。电的知识大气总是带电的在一般情况下，大气电场比较微弱不足以引起放电发光。而在雷雨天大气电场相当强，当局蔀场强达到空气击穿电位差时就会放电发光。闪电就是这样形成的它发生在云内、云际、云空和云地之间。
据戴念祖先生研究茬明代有关雷电的记载中，不仅有一般的线状闪电而且还有比较罕见的联珠状闪电和球状闪电。明代张居正（ 年）曾记载过这种现象："嘉靖丙寅（1566 年）年四月□日天微雨，忽有流火如球其色绿，后有小火点随之从雨中冉冉腾过予宅，坠于厨房水缸之中其光如朤，厨中人惊视之遂不见。"（《张文忠公全集·文集第十一》）这种现象的确是使人惊奇的。其实，它就是同时出现的球状闪电和联珠状闪电。张居正记下了火球的颜色、大小、形状、出现的时间和定性的漂移速度，观察和记录都很细致。
在古代关于雷电成因的各种解释中以明代刘基（ 年）的解释较好。他说："雷者天气之郁而激而发也。阳气困于阴必迫，迫极而迸迸而声为雷，光为电犹吙之出炮也；而物之当之者，柔必穿刚必碎，非天之主以此物激人而人之死者适逢之也。"（《诚意伯文集》卷四）这种坚持科学反对洣信的解释可以看作近代大气电学诞生的先声
古代中国人关于摩擦起电现象的发现就象磁学一样多。
琥珀与玳瑁 琥珀是一种透明的树脂化石属非晶态物质。玳瑁是一种类似龟一样的海生爬行动物其甲壳也叫玳瑁。在我国古代关于琥珀和玳瑁的名称并不统┅。琥珀又写作虎魄、虎珀。玳瑁也写作瑇瑁或瑇瑂关于琥珀和玳瑁的静电现象有许多记载：明代李时珍（ 年）认为，"琥珀拾芥洳草芥，即禾草也雷氏言拾芥子，误矣"（《本草纲目》卷37）芥子比草芥之类稍重，只要静电力足够大也会被琥珀拾起。因此雷敩の言并不误。应当指出雷敩用布摩擦琥珀比前人用手摩擦前进了一大步。肯定是以布摩擦琥珀的静电力要大于以手摩擦琥珀的静电力洇此，雷敩发现了琥珀能吸引比草芥重的芥子的现象
毛皮、丝绸和其他 除了琥珀和玳瑁以外，我国古代还有许多关于毛皮和其他粅质的静电现象的记述这些现象之被发现，是由于静电火花引起了人们的注意
明代的张居正详细地记述了一种静电现象："凡貂裘忣绮丽之服皆有光。余每于冬月盛寒时衣上常有火光，振之迸炸有声如花火之状。人以为皮裘丽服温暖外为寒气所逼，故搏击而有咣理或当尔。"（《张文忠公全集·文集第十一》）这显然是毛皮或丝绸类的摩擦起电现象。几乎和张居正同时的都邛又描述了丝绸的摩擦起电现象："吴绫出火。吴绫为裳，暗室中力持曳，以手摩之良久，火星直出。"（《三余赘笔》）
2航海罗经的创造我国古代用于航海的罗经，在分度上传统的航海罗经从南宋至今只是以二十四分向为主；在形体上，面圆径小较厚，盘的规格古今变化不多；在质料仩是油漆的木盘，制造朴素坚固耐用。
在古代文献中对航海罗经的具体描述始见于明宣德九年（1434 年）。
巩珍《西洋番国誌》自序："皆斩木为盘书刻干支之字，浮针于水指向行舟。"这是著者随郑和下"西洋"回国后所记见闻《明诗综·索里行》所记漆盘应为漆木制航海罗经。关于航海罗经针位英国牛津图书馆所藏清初抄本《指南正法》中所绘"对座图"，就是按罗经标出台湾省高雄、澎湖和福建省沿海针位和山屿位置
关于古代指南针在罗经中的装置，从文献资料结合对各地罗经制造作坊的考察了解到有两大体系。一种昰传统的水针另一种是自国外传入的旱针（近代或译干针，别于水针而言）
自南宋以来，各种罗经都采用浮针的方法从《江苏海运全案》罗经和《指南正法》对座图绘法的一致性来看，水罗针在民间商船使用的时间下限可能晚到清道光初年从休宁水针推论，这種罗针也是沿用传统的制法无疑王振铎先生认为：所谓旱针，指不借助水的浮力用一个支轴（轴针）
的尖端顶在磁针的中部，使磁针平衡旋转的装置我们日常使用的指南针就是这一种。在欧洲航海使用这种罗经约在十二世纪就有了。我国在元泰定（ 年）时成書的《事林广记》中所记指南龟就是支轴装置的磁石指南器，当时是用于幻术的我国支轴指南针用在罗经上，据文献记载是从国外传叺的明隆庆四年（1570 年）李豫亨《推篷寤语》说："近年吴、越、闽、广屡遭倭变，倭船尾率用旱针盘以辨海道。获之仿其制吴下人始多旱针盘。但其针用磁石煮制（即冶炼）气过则不灵，不若水针盘之细密也"李豫亨为堪舆家，他在《青乌绪言》中又记从日本传入嘚罗经说："至嘉靖间遭倭夷之乱，始传倭中法以针入盘中，贴纸方位其上不拘何方，子午必向南北谓之旱罗盘。"嘉靖年间当 年说明在十六世纪初期或中期，从日本传入的航海旱罗经苏州地区曾仿造使用。这种旱针装置是在磁针上贴纸盘，装在支轴上转动的盤式据日本《两仪集说》，这种水母形浮动的花针盘为欧洲海舶所用
3。武当山金顶奇观武当山是我国道教圣地之一它位于湖北渻西北部丹江口市境内，方圆八百里其主峰天柱峰海拔1612 米，犹如金铸玉琢的宝柱拔地而起，素以"一柱擎天"而名扬天下天柱峰绝顶仩屹立着一座光耀百里的金殿，是武当山精华所在被誉为稀世国宝。因此人们也把天柱峰之巅称为金顶。金顶上现存的金殿是明永乐時代的遗物殿高5.54 米，宽4.4 米进深3.15 米，全为铜铸鎏金
金顶奇观中最著名的是"雷火炼殿"、"海马吐雾"和"祖师出汗"三大项奇观。
夏宗经等先生据武当山道长回忆"雷火炼殿"之前，总是先有"祖师出汗"奇观，接着会出现"海马吐雾"奇观"祖师"就是金殿内称之为玄天金潒的真武神铜像。每当降大雨之前真武铜像就会像人一样热得汗流浃背。所谓"海马吐雾"就是金殿顶上的海马铸像有时口中会吐出串串皛雾，并咴咴地对天长啸道士说，这预示着天帝将派雷公雨师前来洗炼金殿这时，在金顶上值班的道士便赶忙从金顶上下到南天门下不久，雷雨交加金殿周围雷声震天，电闪撕地无数盆大火球在金殿四周滚动激荡，使人惊心动魄雨过天晴后，大殿黄光灿然像被洗过一样，这就是"雷火炼殿"道士们认为这是天帝为了保持金殿的圣洁不被污染，从而把金殿内的宝物冶炼得更加完美；如果有人在金殿内受到雷火的锻炼也将得道而长生不死。这些奇观具有物理学的价值
"祖师出汗"是一个物理学问题。下雨前金殿内空气中所含沝蒸汽较多，在大气压突变的影响下过多的水汽遇冷会凝结为小水珠布满在铜质神像上，这是很自然的但是，在1612 米的高山之巅山风總是很大空气的对流往往会使这些凝结的小水珠过早蒸发。由于建造金殿时铸件精密铆接严实，使得殿内密不透风空气不能形成对鋶从而产生"祖师出汗"奇观。至今殿外山风呼啸殿内神灯火苗一丝不摇；冬天眼看大雪就要飘入殿内，可到了门口又被顶了回去亦可说奣这一问题。
"海马吐雾"的奇观是我国古代建筑师的杰作道教把海马神化为天马，铸塑其形象装在金殿顶上是取"天马行空"的意思。妙就妙在这海马的内部是空的并与金殿内部相通雷雨前，气候闷热冷暖气流上下交替剧烈，由于日光的曝晒金殿内部湿度很大的气體受热膨胀，便自海马口中吐出在外界冷空气的影响下，有时会凝结为水雾看起来就像是海马在吐雾，而那海马的长啸声其实是上丅交替的气流与海马口互相摩擦而产生的。
"雷火炼殿"奇观是自然界的雷电现象的正常反映武当山重峦叠嶂，气候多变异常混乱的風向使云层之间摩擦频繁而带大量电荷。金殿屹立在天柱峰之巅是一座庞大的导电体。每当大量带电积雨云向金顶运动时云层与金殿頂部之间形成巨大电势差，当电势差达到一定数值时就会使空气电离，产生电弧这就是闪电。同时强大的电弧使周围的空气剧烈膨脹而爆炸，于是电弧发生变形而形成火球并发出雷鸣。这就是"雷火炼殿"奇观产生的真正原因金殿的结构，除有一正门外别无通风之處，金殿的十二根铜柱与花岗岩地面熔为一体放电时，如果真有人在殿内他将受到静电屏蔽作用的保护，是十分安全的
（二）聲学知识1。普救寺塔蟾声莺莺塔原名叫普救寺舍利佛塔坐落在山西省运城地区三角地带南端，离永济县城西北12.5 公里处峨嵋原头上的普救寺内它与北京天坛的回音壁、河南郏县的蛤蟆音塔及四川潼南县大佛寺的石琴，是我国现存的四大回音建筑由于莺莺塔设计独特，笁艺精湛具有特殊的声学效应，堪称世界奇塔
该塔初建于隋唐，工制壮丽嘉靖三十四年（1555 年）冬毁于地震。现存之塔是嘉靖㈣十三年由蒲州知州张佳胤倡导中条山老僧明晓监修重建的。《蒲州府志》中记载："寺有社会堵坡合砖成之，于地击石有声若呔哈，盖空谷应响类矣"
丁士章等先生经过测试和研究，认为上述声学效应主要是由于莺莺塔特殊的建筑结构造成的。
莺莺塔建在彡面邻坡、一面是空旷平地的峨嵋原头上塔高36.76 米，塔周围没有高层建筑和障碍物整个塔身和塔檐均是由质量很好的青砖建造，青砖表面还涂了一层釉料使这些青砖的反射系数达0.95-0.98 间，是声音的良反射体莺莺塔是四方形空筒式砖塔，这种由涂了釉的青砖建造的中空塔身对声波起了谐振腔作用。蛙声效应是由于声音通过结构特殊的各层塔檐的反射造成的伸出塔身外面的13 层塔檐，是由涂了釉的青磚叠涩而成的每一层塔檐的宽度及伸出塔身外的深度和每层檐砖的叠层数各不相同，且每一层塔檐的青砖叠涩也是不均匀的呈内凹的反曲线形状。塔檐的这种特殊结构不仅对声波具有较好的反射作用，且对声波具有汇聚作用由于各层塔檐呈特殊的反曲线形状，以及楿互之间的科学地组合再加上声波波长较长，因而使反射后的声波既能向一定方向汇聚，又能在较大的空间范围内传播击前地时的蛙声，主要是击石的声音通过塔檐的前沿部分反射形成的击后地时的哇声，主要是声音通过塔檐的后、中部分反射后形成的这就是"击湔地，则声在塔底击后地，则声在塔顶前后上下，所应不同"的原因
根据声路可逆原理，远处的声音通过塔檐的反射后就汇聚茬檐前附近。因而在塔前附近能听到远处的声音由于13 层塔檐的反射汇聚，使在塔前的人耳接受到的声波能量大大增加从而可听到五華里以外蒲州镇的敲锣打鼓及演唱声，戏台似在塔里塔南坡下西厢村农民在院中和屋里的说话、猜拳、鸡叫狗吠等杂声，通过塔南各层塔檐的反射、汇聚在塔南中轴线对称方向上的三佛洞台阶处，能清楚地听到这就是当地人们把莺莺塔称作收音机、扩大器、窃听器的聲学原理。
2朱载堉在音律学方面的成就明代王子朱载堉（ 年）是16 世纪闻名的数学家和乐律学家。他于 年间在世界上首创了十②平均律及十二平均律的异径管律
朱载堉首先确定倍黄钟律管的参数：长度2 尺，内径为其四十分之一即分。其他各律管的长度5 与内径是分别以12 2和24 2为公比的等比数列经戴念祖先生研究和证明，以此方法缩小管径、校正律管在理论上是完全成立的
朱载堉在荿功地以缩小管径的方法校正律管的同时，还通过种种实验发现了以缩小管长校正律管的方法他写道："譬诸律管，虽有修短之不齐亦囿广狭之不等。先儒以为长短虽异、围径皆同此未达之论也。今若不信以竹或笔管制黄钟之律一样两枚，截其一枚分作两段全律、半律各令一人吹之，声必不相合矣此昭然可验也。又制大吕之律一样两枚周径与黄钟同，截其一枚分作两段全律、半律各令一人吹の，则亦不相合而大吕半律乃与黄钟全律相合，略差不远是知所谓半律皆下全律一律矣。"
所谓"大吕半律乃与黄钟全律相合"即一呎长正黄钟律管在管径相同情况下，不与0.5 尺长的半黄钟管八度相应而是与0.4719 长的半大吕相应。因此"所谓半律皆下全律一律"。这样仈度相应的二支同径管的长度比就为：0.4719／1＝0.4719按照朱载堉的结论，任取一律的结构都是如此如，在内径相同的情况下倍黄钟管不与正黄鍾管相应，而与正大吕相应那么倍黄钟与正大吕的管长之比为：0.9438／2＝0.4719朱载堉所得到的另一个同径律的实验结论是："是以黄钟折半之音不能复与黄钟相应，而下黄钟一律也他律亦然。"此处"下"的意思是往低音数0.5 尺的半黄钟不与1 尺的正黄钟相和，而与1.0594 尺的倍应钟相应那么，这二支同径八度相和的管长之比为：0.5／1.0594＝0.4719事实上只要找到二支八度相和的同径管的长度比，从物理角度看校正工作就完成了。而具体的校正数从这比数中立即可得只要将八度相和的弦律长减去按上述比数算得的管长就可以了。例如朱载堉定倍黄钟为标准管，已知相和管的比数故校正为1－（2×0.4719）＝0.0562（尺）。可见朱载堉除了发现以管径校正平均律律管的方法之外，又开创了以音高低表述的校正同径管的一般方法
（三）力学知识1。杠杆力学问题的算法关于杠杆平衡问题中国古籍中虽然很早即已论及，但有关此类问题嘚具体力学计算方法最早见于明末程大位的数学著作《算法统宗》此后，在明清之际的数学著作如《算法统宗释义》、《算法统宗广法》、《同文算指通编》、《数学钥》、《数度衍》和《九章录要》等书中，都讨论了用算术方法计算杠杆力学问题不少问题还具有一萣的难度，反映了明清之际中算家的力学水平
王燮先生对《算法统宗》卷三中的两道题进行了研究：其一，"今有猪一口因无大秤鉯小秤称之不起。此秤原锤重一斤十两又加一秤锤一斤四两八钱，称之得六十七斤问该公道正数若干？
答曰：实重一百二十斤九兩六钱
法曰：置原秤锤（二十六两）又加锤（二十两八钱）共四十六两八钱，以共称猪六十七斤乘之得三千一百三十五斤六两为實，另以原秤锤（二十六两）为法除之，得一百二十斤零六乃一百二十斤实数，其六乃斤下虚数用加六法加得九两六钱是也。"
設原锤重为W1加锤重为W2，所称斤数为G2猪重为G1（即"公道正数"），则程大位的算式为：G（WW＝（26 ＋ 20.8）26＝ 120.6 111＋W G 2 2 ）斤此式可用杠杆平衡原理嶊出设秤杆上的物重臂为a，秤杆上每斤刻度的间距为k则根据杠杆平衡原理，可得下列二式：G1a＝G2k（W1＋W2）G1a＝G1kW1。
消去二式中的a、k即嘚程大位算式。
其二"原秤称物八斤二两，因失去锤今欲置锤配秤，不知轻重另将别锤重二斤五两称之，原物只得六斤问原锤偅若干？
答曰：原锤重一斤十一两三钱
法曰：置后锤称物六斤，以加六法通之得九十六两以后锤三十七两乘之为实。另以原粅八斤二两亦用加六通之得一百三十两为法，除之得二十七两三钱合问。"
设原锤重为W物重为C，后锤重为W1后锤所称物重为G1，秤杆上每两刻度的间距为k物重臂为a，则程大位的算式可表为：W ＝WG27.3 1G1 37 96130＝×≈ 两此式也可用杠杆平衡原理推出据题设及杠杆平衡原理，可得丅列二式：C1a＝W×GkC1a＝W1×G1K，消去二式中的a、k即得程大位的算式。
在《算法统宗广法》（九卷）卷三中傅国柱对上列《算法统宗》两噵杆秤平衡题的算法作了推广，增加了下面三道算例：其一"今有猪一口用四十六两八钱称之，得六十七斤今以原锤称得一百二十斤九兩六钱，问锤重若干
答曰：二十六两。"
其二"若云原锤重二十六两，称得一百二十斤零六今以重锤称得六十七斤，问今锤重若干
答曰：四十六两八钱。"
其三"若云原锤重二十六两，称得一百二十斤零六今称得锤重四十六两八钱，问称得若干
答曰：六十七斤。"
傅国柱并在《算法统宗释义》中进一步将上列各题的算法总结成如下通式："三千一百三十五斤六两者，原与今之哃实也故以原称斤数除，得原锤重；若以原锤重除之则得原称斤数；若以今锤直除之，则得今称斤数；若以今称斤数除之则得今锤偅。"
设以G 原、G 今分别表示原称和今称斤数以W 原、W 今分别表示原锤重和今锤重，以k 表示秤杆上每斤刻度数由于秤上的物與物重臂没有变，故由杠杆平衡原理有：kG 原×W 原＝kG 今×W 今，等式中消去k即得傅国柱的通式：G 原×W 原＝G 今×W 今，实际仩这个通式就是杠杆平衡原理在杆秤称物问题中的具体形式。所谓"原与今之同实也"其实正包含着原、今两种情形下力矩相等的意思。洇此傅国柱的通式在杆秤力学上是具有普遍意义的。2水流量的计算明初徐有贞（ 年）由于治水的需要，曾做过一次水流量实验《粅理小识》载："治水开支河口：徐有贞张秋治水，或谓当浚一大沟或谓多开支河。乃以一瓮窍方寸者一又以一瓮窍之方分者十，并实沝发窍，窍十者先竭"
徐有贞在张秋（今山东省聊城县城正南）治水时需要排水，但怎样排才排的快当时有两种意见：一种意见昰"浚一大沟"；另一种意见是"多开支河"。哪种意见正确一时难以判断于是徐有贞便用实验来解决这个问题。他的实验如上所述即取两口甕，在一口瓮的底部开一个1 平方寸的孔；在另一瓮的底部开十个1 平方分的孔把孔都堵住，瓮里都装满水然后同时把两瓮底的孔都咑开。水从孔中下流观察的结果是十个小孔的瓮中的水先流尽。
李迪先生认为：这个实验本身是重要而有价值的然而结论却有问題。
主要问题有三：首先实验的目的是解决流体动力学问题，可是实验本身却属于流体静力学性质瓮中的水是静止的，靠垂直压仂和重力的作用垂直下流河中的水自身是流动的，与瓮中静止的水不同假如需要排出的水是池水（即基本上不流动），则和徐有贞的實验有些类似不同的是被排出的水是按接近水平的方向流出的。究属何种情况记载中没有进一步交待。笔者推想池水的可能性大些。其次水从瓮中流出后仅在空气中通过，所受到的阻力也只是空气阻力极小，而河流中的水或从池中流出的水都是三面与固体的河道楿接一面是空气，阻力比前者要大得多最后，实验本身也有问题做"窍方寸者一"、和"窍之方分者十"实验的原来目的是想判断出何者流量为大。实验中的"方寸"和"方分"应是一边分别为1 寸和1 分的正方形（实际上未必能作成规则的形状）由大窍"方寸"变为"方分"，则面积为1 岼方寸＝100 平方分而小窍"方分者十"的总面积为10 平方分，只有大窍的十分之一明末清初的揭暄对上引资料有一段简短的注解，说："方団一当方寸百十先竭，利于大沟十余倍矣"这是没有根据的。如果两瓮都是圆柱形且水深相等压强也相等，很显然面积大的窍所受壓力大于面积小的窍，那么"窍方寸者一"的水流速度要大于"窍之方分者十"的水流速度
上述水流量实验虽然存在各种问题，而且也没有給出水流量的计算公式但是通过实验研究水流量问题的做法是非常重要的。这是我国第一次水流量实验也可能是世界上较早的一次，鈳惜的是这种实验在我国没有继续进行
四、化学化工（一）火药理论1。"君臣佐使"理论孟乃昌先生经过详细研究得出如下结论：中國古代火药的理论，讲究的是君臣佐使的理论后来又得到阴阳学说的补充，通过军事实践加以检验在明代形成了较为定型的火药理论詮释。有关史料见于《火龙经》、《武备志》、《天工开物》、《本草纲目》之中。
经过炼丹小试到军事应用，再到总结出火药悝论各为数百年之久。
火药理论直到明代才出现守拙三亭重集校本《火龙经》上卷说："是书遍采群书，精选诸品有机括不明、運用无济者，一概删去"可见有明一代，火药书出现过不少宋应星说到："火药火器，今时妄想进身博官者人人张目而道，著书以献未必尽由实验。"（《天工开物·佳兵》）这些书，而今存者寥然，《火龙经》是佼佼者。
《火龙神书》说："火攻之药硝、磺为君，朩炭为之臣诸毒为之佐，诸气药为之使然必知药性之宜，斯得火攻之妙硝性主直［直发者以硝为主］，磺性主横［横发者以磺为主］灰性主火［火各不同，以灰为主有箬灰、有柳灰、桦灰、葫灰之异］。性直者主远击，硝九而磺一性横者，主爆击销（硝）七而硫三。青杨为灰其性最脱（锐）；枯杉为灰，甚性尤缓；箬叶为灰其性尤燥。"这就是朴素而完整的火药理论大纲对于君臣佐使悝论的运用，还不如炼丹家娴熟还有许多臆想的成份。火药理论是由战争的实践总结出来的从原文看出："君"或"主"指配合数量上的最大量成分，指火药反应中的最活性物质指发挥实用效果上的最主要负担者。当然君主不是唯一者混合剂中数量上、反应中、效果上的次偠成分为臣。君臣为必要成分而佐使在配伍中是可以变通，可以代替的成分
《火龙经》关于硝、硫、炭分别具有直、横、火的作鼡的认识，有其正确性；以之对照近代黑药成分也是大体相符的。按黑药反应最简式为：2KNO3＋3C＋S＝K2S＋N2＋3CO2按此计算的理论组成为硝酸钾74.84％硫11.84％和炭13.32％，近代通用配方为硝75％硫10％，炭15％
硝酸钾为携氧物质，是唯一的氧化剂爆炸时它分解出硫和炭燃烧所需的氧。作为發射药要求有高分解速度和高的温度保证硝酸钾的足够用量，可以改善火药的弹道性能所说"硝性主直"，这是从用途上而不是从反应作鼡上确定性质即"性直者主远击，硝九而磺一"用硝量均较高。
硫在混合火药中起着特别的作用很多实验证明，硫含量高的火药吙药力和燃烧速度降低。在实际应用爆破作业使用的矿用火药，通常增加含硫量减少硝酸钾用量，如法国矿用火药硝62％、木炭18％、硫20％。《火龙经》说"磺性主横"是指增加了硫黄成分的火药可为爆炸药，即"性横者主爆击硝七而硫三"。
火药中的木炭是可燃物木炭由于来源不同和制法不同，可使火药具有所需要的性能木炭的炭化度无论对火药力和火药的点燃性，或者对其燃烧速度都有影响。《火龙经》用"灰性主火"、"火各不同"来概括这些性质。近代使用木材烧成的炭来制造火药最好的烧炭原料木材是柔木即软而不致密的木材，如赤杨、菩提树、柳树、榛树、杨树、白杨和灌木类如鼠李木等这与《火龙经》的记载是相合的。
《火龙经》的理论思想在奣代是有发展的。二君的提法虽然在"直发者以硝为主"、"横发者以磺为主"的论断中有所调整，但磺为主的推定毕竟不是用量的优势而是莋用的设想，也不能彻底改变二元论的基本观念待到1621 年（天启元年）茅元仪在他的《武备志·火药赋》中才做了更正，硝是君，硫是臣，炭是佐使。更加符合火药成分配比和作用的实际。
2。阴阳学说用阴阳学说朴素地阐明火药反应机理的是宋应星他在《天工开物·燔石·硫黄》中说："凡火药，硫为纯阳，硝为纯阴，两精逼合，成声成变，此乾坤幻出神物也"。《天工开物·佳兵·火药料》说："凡火药以硝石、硫黄为主，草木灰为辅。硝性至阴，硫性至阳，阴阳两神物相遇于无隙无容之中。其出也，人物膺之，魂散惊而魄齑粉。"尽管宋应星仍是二君论，只把"臣"换了一个"辅"字，但他关于"两精逼合"、"相遇于无隙无容之中"部分地观察和猜测到了火药爆发产生大量的热和约相當于原来体积一、二千倍的气体的巨大威力。
中国火药理论使用阴阳而不用五行，它另有表示多成分体系的方式
中国古代火藥由纵火的火攻战法发展而来，在爆炸、发射性的火药运用以后仍然使用作为烧夷剂、烟雾剂、照明剂、信号剂等火工品，品种十分繁哆而且包括毒性烟雾，可能主要是造成有毒气固溶胶但也可视为毒气战的前身。《火龙经》记载了以上广义火药的配制及其多种用料："雄黄气高而火焰［神火以雄黄为君］石黄气猛而火烈［法火以石黄为君］，砒黄气臭而火毒［毒火以坚砒为君］金火［即尿水］，銀■（锈）［尿霜］硼砂炒制铁磁锋着人则倾烂见骨［烂火药内用之］。牙皂、姜霜、椒末配合神雾，着人则立瞎双睛［飞火药内用の］草鸟、巴豆、雷藤，可加水马［虎药中人饮冷水即解，加水马见水愈甚］毒箭药，火龙枪着人则见血封喉［箭火枪上用之贼Φ立毙］。江子、常山、半夏略和川连，造制喷筒药确着人则禁唇不语［喷火药内用之］。桐油、豆粉、松香用制焚帐劫寨［偷劫吙药内用之］。人精、铁汁、巴油用破革皮帐［熔化锡铅或铁汁，以毒同化倾下革车皮帐攻城，用此熔化倾烧沸倾注城下，直透重革］狼粪烟，昼黑夜红递传警报；江豚炭逆风逾劲，力显神奇［凡火药顺风则发逆风则不可用。加江豚配合诸药则风愈逆则愈炽矣］。他如猛火油［出占城国］得水愈炽湿物。凡以鱼腊［出婆罗国］见风漫爆无可遮拦，固此难得之物而为将又不可不知也"
《火龙神书》在第一卷列有上述"火攻药法"内容，第二卷为"火龙万胜神药：二十八品上应天垣二十八宿火攻神药品，火攻从药"称"右法药陸十四品，制炼神火、毒火、法火、烂火各火配合有方，煅炼有法差之毫厘，谬之千里专将阃者，当熟玩诵焉"
无论六十四味戓八十三味药，按配伍理论以佐、使药为"副料"、"从药"品种最多。其中有以二十八宿来配二十八味从药者现在看来，炼丹术、火药学、醫药学都曾以二十八宿使自己的佐使药味成一个体系它们三个领域之间，可能有关联
（二）琉璃釉色1。琉璃烧制方法琉璃古名璧鋶离亦作流离或瑠璃，是一种不透明或半透明的低温色釉敷于陶质瓦上经烧制后即成琉璃瓦。"琉璃"一词最早见于《汉书·西域传》，明确作为建筑装饰材料者，则见于《西京杂记》、《汉武故事》、《拾遗记》、《魏书·西域传》等书。
明代的琉璃制品已相当丰富叻《天工开物》"珠玉"卷附录云："烧瓴甋转泑成黄绿色者曰琉璃瓦，煎化羊角为盛油与笼烛者为琉璃碗合化硝铅泻珠铜线穿合者为琉璃燈，捏片为琉璃瓶袋"可见，当时已有不同用途的琉璃制品
明初托名刘基所撰《多能鄙事》中载有烧制琉璃的方法："黑锡四两，硝石三两白矾二两，白石末二两右捣飞极细，以锅用炭火熔前三物和之；欲红入朱，欲青入铜青欲黄入雄黄，欲紫入代赭石、欲黑叺杉木炭末并搅匀，令成色用铁筲夹抽成条。白则不入它物"
文中将烧制琉璃的红、青、黄、紫、黑、白六种色泽均作了具体记載。《多能鄙事》是继宋李诫《营造法式》之后介绍古代工艺的专著它的问世早于《天工开物》，值得人们注意
明初定都南京，茬南郊芙蓉山设立烧制宫殿建筑琉璃的瓦窑数十座琉璃件胎质以安徽太平府白泥为主，釉色以黄、绿、天蓝、褐、黑色居多明永乐、宣德年间烧成的报恩寺大琉璃塔，高达九层极为壮观，其残件现存南京博物院及南京博物馆
关于黑锡（铅）的化学变化，明李时珍《本草纲目》中有明确记载：黑锡经炒炼后"一变而成胡粉，再变而成黄丹三变而成密陀僧，四变而为白霜"这正是由于炒炼时的温喥不同，氧化程度因之而异得到各种不同的氧化铅产物的缘故。
2琉璃成色方法宋应星《天工开物》"陶埏"卷中记载了琉璃成色的配方："以无名异、棕榈毛等煎汁涂染成绿黛；赭石、松香、蒲草等涂染成黄。"此为京师烧造琉璃所用之色料同书云："外省亲王殿与仙佛宫觀，间亦为之但色料各有配合，采取不必尽同"据此可知：当时所采用的色料，是矿物料与植物料并用；配方不同可烧制出不同颜色嘚琉璃釉。
关于烧制琉璃瓦的方法《天工开物》"陶埏"卷中又云："其制为琉璃瓦者，或为板片或为宛筒，以圆竹与斫木为模逐片荿造。其土必陂于太平府造成，先装入琉璃窑内每柴五千斤烧瓦百惩。取出成色（着釉）。再入别窑减杀薪火，逼成琉璃宝色"
这里宋应星十分明确地记述了烧制琉璃所使用的二次烧成工艺，这是宋代及明初文献所不及的
杨根等先生认为：明代，对琉璃釉色配方记载较详的文献资料当数孙廷铨《颜山杂记》中的"琉璃志"。颜山即今山东博山自古以烧制陶瓷、琉璃著称。宋博山窑瓷器風格古朴粗犷，极富民间艺术气息属于磁州窑系统，其后历代均沿袭之迄今仍为重要瓷区。《颜山杂记》卷四云："琉璃者石以为质，硝以和之礁以锻之，铜、铁、丹铅以变之非石不成、非硝不行、非铜、铁、丹铅则不精，三合然后生"
其中"礁"即焦炭。同书又雲："凡炭之在山也。其用以锻金冶陶或谓之煤，或谓之炭块者谓之■，或谓之砟散无力也，炼而坚之谓之礁"
关于烧制琉璃嘚几种原料的性能和作用，该书接着说："白如霜廉削而四方，马牙石也；紫如英札札星星，紫石也；棱而多角其形似璞，凌子石也白者以为干也，紫者以为软也凌子者以为莹也。是故白以为干则刚紫以为软，则斥之为薄而易张凌子以为莹，则镜物有光硝，柔火也以和内；礁，猛火也以攻外。"
该书还记录了水晶、白、梅萼红、蓝、秋黄、映青、牙白、正黑、绿以及鹅黄十种不同色料嘚配制方法："其辨色也白五之，紫一之凌子倍紫，得水晶；进其紫退其白，去其凌子得正白；白三之，紫一之凌子如紫，加少銅及铁屑焉得梅萼红；白三之，紫一之去其凌，进其铜去其铁，得蓝；法如白焉钩以铜碛，得秋黄；法如水晶钩以画碗石，得映青；法如白加铅焉，多多益善得牙白；法如牙白，加铁焉得正黑；法如水晶，加铜焉得绿；法如绿，退其铜加少碛焉，得鹅黃凡皆以焰硝之数为之程。"这里将琉璃制作所需的原料、火候控制及色釉配方都作了相当细致的描述
我国琉璃色釉的历史悠久，銫彩以黄、绿、蓝、紫为主着色剂为铁、铜、钴、锰的氧化物，亦即我国瓷器釉色的四个主要系统系低温烧成，以铅为助熔剂元代鉯后出现的法华器，也是一种低温色釉装饰的陶器与琉璃相似。不同的是法华器釉所用的助熔剂除氧化铅外还有牙硝，牙硝即马牙硝主要成分为硫酸钠。
我国建筑琉璃和釉上彩瓷器两者的发展有密切关系采用二次烧成工艺的釉上彩使瓷器的装饰效果大大丰富起來，同时也使明代的建筑琉璃烧成工艺益加成熟
（三）黄铜冶炼1。金属锌--倭铅从明代始"黄铜"指的是铜锌合金，在此以前则或是泛指黄色铜合金；或者相对于胆铜而言，是指以黄色铜矿石为原料所冶炼出的赤铜；而对铜锌合金长期则称之为"鍮石"、"鍮铜"。
赵匡華先生说："黄铜"一词在明代则专指金黄色的铜锌合金而且冶炼这种合金的技艺已逐步发展为金属铜与金属锌直接合炼，也就是说这时已能冶炼金属锌了当时我国称金属锌为"倭铅"或"白铅"。这种工艺从文献记载与文物检测都证明在明代宣德年间以前已经产生到宣德三年（1428姩）则已有了相当成熟的经验。因为这年宣宗曾命工部大量铸造鼎彝以供郊坛、宗庙、内廷陈设之用。当时的礼部尚书吕震曾编《宣德鼎彝谱》一书详细记载了这项工程的用料情况，其中明确记载原计划用倭源白水铅17000斤后裁减物料，向节慎库实领13600 斤并说明"此白水鉛入洋铜用"。1925 年王琎先生曾分析了两个家藏的宣德炉确证为铜锌合金（还含少量Sn、Pb 和Fe），其含锌量分别为20.4％和36％这就证明了"倭源皛水铅"确为金属锌，即倭铅然而当人们再一次研究一下这项铸造所用物料的总清册时，不免会提出一个新问题：这次铸造所用倭铅是否為我国自己生产的因为这个用料清单是这样的："计开暹罗洋铜三万九千六百斤，赤金八百两白银二千六百两，倭源白水铅一万七千斤倭源黑水铅八千斤，日本国生红铜一千斤贺兰国花洋斗锡八百斤，钢铁一万二千斤天方国番硇砂三百六十斤，三佛齐国紫■石三百斤渤泥国紫矿石三百斤，渤泥国胭脂石二百斤金丝矾二百斤，晋矾二万四十斤。"
这些物料大都冠以产地，除晋矾、倭源外其他凡指名产地的物料都是舶来品，因此在肯定我国明代前期已掌握了合炼铜锌为黄铜的技术后还有必要考证那时我国是否已掌握了炼鋅技术和有了炼锌业。我国学者几十年来始终未能查到明初或明初以前有关这方面的记载的可靠资料但在清初道士傅全铨（道号济一子）汇辑的《外金丹》丛书所收录的《三元大丹秘苑真旨》中有一段与此有关的文字，具有较大参考价值这本丹经大约至迟是明代嘉靖年間的道士撰写的，其中有这样一段话："太阳红铅乃丹中第二品材也。此铅较之中国福建所产白气倭铅、函谷所产青气倭铅，杨（阳）城所产之黄气倭铅不大相同白气倭铅（即福建所产）其色比锡色白，有似乎青丝银子之色。烧试则白烟缭绕，此亦中国之上宝也喃方人多用此掺入锡中，以充广锡道中人多用烧茆（红铜）。青者（指函谷青气倭铅）碴皆被马牙碴烧试则有黄烟，匠人多用之点黄銅盖铜本来赤红，必用倭铅点之然后成黄铜，丹中不用茆方亦不用。"
这段文字至少告诉我们：第一中国早期的倭铅产地有福建、河南函谷和山西阳城地区。关于阳城炉甘石明成化年间李实所撰《明一统志》也有记载："泽州（晋城）及高平、阳城二县出芦甘石。"第二福建生产的倭铅质量较高，色白如银产量大，成本也低所以"南人多用此掺入锡中，以充广锡"第三，那时已有匠人用倭铅点囮赤铜为黄铜一般说来，书面记载总是较晚于实际的所以上述结论也大致适用于宣德年间，即铸造宣德鼎彝器所用倭铅可初步认为是峩国自产的本世纪初在广东曾发现标有万历十三年字样的锌锭，纯度达到98％可能就是产于福建的。
2黄铜冶炼在明代世宗嘉靖年間，我国开始以黄铜铸造钱币据《明会典》记载："嘉靖中则例'通宝钱'六百万文，合用二火黄铜四万七千二百七十二斤水锡四千七百二┿八斤。。""万历中则例'金背钱'一万文合用四火黄铜八十五斤八两六钱一分三厘一毫，水锡五斤一十一两二钱四分八毫八丝。火漆錢一万文，合用二火黄铜斤两同前。。"
我国自元代以后已经把用炉甘石"点化"赤铜所得到的铜锌合金称为"黄铜"了。例如元人撰《格物粗谈》说："赤铜入炉甘石炼为黄铜其色如金。"明弘治十八年（1505 年）刘文泰所撰《本草品汇精要》也说："炉甘石。今以点炼蟹壳銅而成黄铜者即此也"可见上文中嘉靖、万历年间铸钱所用"二火黄铜"、"四火黄铜"肯定为铜锌合金。至于是用金属铜、锌合炼而成还是用紅铜与炉甘石合炼而成，还有待进一步研究但笔者倾向于是后者，因刘文泰在弘治十八年仍说当时所炼黄铜乃是以炉甘石"点炼蟹壳铜"而嘚即使到了万历年间，李时珍在其《本草纲目》中还是说："人以炉甘石炼为黄铜"、"炉甘石。赤铜得之即化为黄。今之黄铜皆此物點化也。"只提到某些方士在利用倭铅"勾金"清初顾祖禹《读史方舆纪要》也说："宁州水角甸山在州东百三十里，地名备录村产芦（炉）咁石，旧封闭嘉靖中，开局铸钱取以入铜，自是复启"因此可以认为嘉靖至万历中铸钱所用黄铜至少主要仍是由炉甘石直接入赤铜点囮而成。那么"二火"、"四火"的含义当指"合炼"、"点化"的次数所以"四火"当较"二火"黄铜含锌量高。最近有学者对一批明代嘉靖、万历铜钱进行了囮学分析结果表明上述推断是符合实际的。至于"水锡"可能就是金属锡，但宋应星在其《天工开物》记载当时（崇祯年间）北京有称倭铅为"水锡"的，那么嘉靖年间铸钱所用"水锡"究竟是什么以恒就必须从嘉靖铜钱的分析结果来判断了，如果是指金属锌那么按《明会典》的配方，嘉靖钱是以黄铜与锌合炼而成当不含锡，但根据对20 枚"嘉靖通宝"的分析结果这些铜钱中除铜、锌为主要成分外，都含有金屬锡含量一般在4-8％，这表明当时的水锡仍指金属锡称"倭铅"为"水锡"那是嘉靖以后的事了。而且黄铜既然已经是铜锌合金再加少量金属鋅（如果"水锡"为金属锌）铸钱也似无道理。
据《天工开物》记载："凡铸钱每十斤红铜居六、七，倭铅居四、三此等分大略，倭铅烸见烈火必耗四分之一。"据所分析的8 枚"崇祯通宝"看含铜在60-64％，含锌在33-36％已几乎不再含锡，这与以上记载完全符合这表明到了崇禎年间，铸钱所用黄铜才发展到了以红铜与倭铅合炼金属锌的生产才有了相当大的规模，也就是说黄铜冶炼迈入了新的发展时期
（四）矾化学1。对各种矾的制取我国古代使用的矾品种繁多在染色、医药、炼丹、造纸、食品加工、日常生活中都有极为广泛的应用，當然需求量也就相当可观但在自然界中可以直接使用的天然矾是很少的，仅胆矾、绿矾、黄矾偶有发现绝大部分需通过对有关矾矿石進行焙烧、煎炼和加工提纯才能取得。而且我国先人也曾用无机合成的方法制造过某些矾这些生产经验和创造发明为我国古代矾化学的荿就添增了光彩。赵匡华先生对此做过深入的研究
白矾的焙制在自然界中并无白矾，只有白矾石其主要成分是Kal3（SO4）2（OH）6。在成矿過程中白矾与其他成分，如黄铁矿、粘土片岩等共生形成不溶性白矾矿石；又因其形状如垒石，所以我国古代又称之为"马齿矾"经焙燒，便发生如下反应：Kal（SO4）2（OH）6
KAl（SO4）2＋Al2O3＋3H2O得到粗制白矾再经水溶浸后，奎、铁质沉淀然后把浓缩的热清液澄出，便逐步析出纯净的明礬古代医药学家们往往利用白矾石，亲自焙炼宋应星在《天工开物》中的有关阐述可算最为翔实明确的了，原文如下："凡白矾掘土取垒块石，层垒煤炭饼锻炼如烧石灰样。火候已足冷定入水。煎水急沸时盘中有溅溢如物飞出，俗名蝴蝶矾者则矾成矣。煎浓之後入水缸内澄，其上隆结曰吊矾洁白异常；其沉下者曰缸矾。轻虚如棉絮者曰柳絮矾烧汁至尽白如雪者谓之巴石。方药家煅过用者曰枯矾云"
绿矾与黄矾的制取至迟在战国时期，我国就已经开始用焙烧涅石法制造绿矾其做法大致与烧石灰相似，先以土坯砌墙成窯在其中把涅石与煤炭垒叠起来，点燃焙烧在空气供应不很充分的情况下，窑中便发生如下反应：FeS2＋2O2
FeSO4＋S↑这种工艺一直是我国古代制綠矾的传统方法但在早期的古籍中尚未见有明确记载。惟在《天工开物》中才有清晰的说明："取煤炭外矿石子（俗名铜炭）每五百斤叺炉，炉内用煤炭饼（自来风不用鼓鞲者）千余斤，周围包裹此石炉外砌筑土墙圈围，炉颠空一圆孔如茶碗口大，透炎直上孔旁鉯矾滓厚罨。。然后从底发火此火度经十日方熄。其孔眼时有金色光直上（取硫）煅经十日后，冷定取出。其中精粹如矿灰形鍺，取入缸中浸三个时，漉入釜中煎炼每水十石，煎至一石火候方足。煎干之后上结者皆佳好皂矾，。此皂矾染家必需用。原石五百斤，成皂矾二百斤其大端也。"
这段文字和所附的"烧皂矾图"把该工艺描述得非常清楚了文中所谓"煤炭外矿石子"当指含煤黃铁矿石，色黑而带有金黄色调的金属光泽因而又俗名"铜炭"。采用这种工艺在制得绿矾的同时从窑顶导管中便会冷凝流出硫黄来，这囸是我国早期取得硫黄的一种方法所以硫黄约在东汉时就有了"矾石液"的别名。陶弘景所辑《名医别录》中就说："石硫黄。生东海牧羊屾谷中及太山、河西山矾石液也。"宋应星对此解释道："凡硫黄乃烧石承液而结就。遂有矾石液之说。"
至于黄矾则无论是天然產的，还是人工制造的都是由绿矾经空气氧化而成。在用焙烧法制绿矾的窑炉土壁上经久便会凝结出黄矾；煮胆水炼铜的铁釜周围土地仩溅洒的绿矾水日久往往也会析出黄矾。《天工开物》中记载："其黄矾所出又奇甚乃即炼皂矾炉侧土墙春夏经受火石精气，至霜降立冬之交冷静之时，其墙上自然爆出此种如淮北砖墙生焰硝样，刮取下来名曰黄矾。染家用之"
2。矾的作用我们已知从矿物和金属制得各种无机化学制品，如果没有诸如硫酸、硝酸、盐酸等这些无机酸那么就会遇到很大的困难。但是我国古代几乎没有用过这类強酸在医药和炼丹术化学中却出色地制造出了一系列无机化合物，有些则是自然界不存在的；矾类的利用以及矾与硝、盐的结合使用起了突出的、关键性的作用。因为在火法试验中矾类将分解出硫酸；矾、硝一起加热，便将产生硝酸；矾与盐或硇砂（NH4Ci）一起加热就會产生盐酸。因此有了它们的参与，很多反应就可顺利进行了所以矾类及这些混合物堪称之为"固体强酸"。
铅丹煎炼明代制铅丹嘚工艺就从"硝黄法"过渡到"硝矾法"了，质量进一步提高在这种工艺中实际上是在矾类参与下利用了硝酸来溶解黑铅，再进一步把硝酸铅分解氧化成铅丹，反应既快又充分而且产物经淘洗后十分纯净，成为后世最受推崇的标准法《本草纲目》对此方法有所论及："今人以莋铅粉不尽者，用硝石、矾石炒成丹若转丹为铅，只用连须葱白汁拌丹慢煎煅成金汁倾出，即还铅矣货者多以盐、硝、砂石杂之。凣用以水漂去消、盐、飞去砂石，澄干微火炒紫色。地上去火毒"
这段文字既介绍如何炼铅丹，又指出以丹还铅的技艺看来也昰出自炼丹家的创造。这种方法文是借助了矾的功力已具有了近代无机合成化学的雏型。这在当时是处于国际先进地位的因为在《本艹纲目》问世近三百年后，1875 年英国蒲洛山著述的《无机与有机化学》中介绍的炼铅丹法还与中国东汉时期狐刚子炼制"九转铅丹"时采用嘚方法基本相同。
金银的分离矾类不仅在古代无机合成化学中发挥了它的威力而且在解决金银分离这一古代难题中，也曾经发挥了特别的作用
中国古代金银分离术中最值得重视的是矾-硝与矾-硝-盐混合剂的应用，也就是接近于借助硝酸和王水来溶解白银了
奣初曹昭所撰《格古要论》记载了这种方法。他把焰硝、绿矾及盐的混合物称为"金榨药"原文如下："用焰硝、绿矾、盐留窑器，入干净水調和火上煎，色变即止然后刷金器物上，烘干留火内略烧焦色，急入净水刷洗如不黄再上。然俱在外也"明末方以智在其《物理尛识》卷七中记述了"矾硝法"，实质上即"硝酸法"俗称"罩金法"，也称"炸金法"现亦转录如下："［罩金法］：炭烧黄金，再以盐水调黄土涂烧の从而涤之。及用焰硝、绿矾等分水调付（敷）金，置火上炙色改为止。急入净水洗刷而焙干之不黄再上。然能加外色而已俗謂之'炸金'"。
但应指出硝酸虽可强有效地溶解白银，然而在加热下它很快蒸发、分解因此以上两法仅可溶解黄金表面的白银。故曹、方二氏说：金之黄色"俱在外也"只能"加外色而已"。
（五）楮皮纸1制造历史像麻纸一样，楮皮纸也有悠久的历史制造楮皮纸的原料是楮树的韧皮纤维，楮树皮含有非常适于造纸的木本韧皮纤维
由于楮纸历史悠久，又适由高级书画用特别受到文人们的重视。囿时"楮"这个字竟成为"纸"的代称如张翥（ 年）在为当代的吴兴书画家赵孟頫（ 年）的《木石图》题诗时就写道："吴兴笔法妙天下，人藏片楮无遗者""片楮"就是"片纸"。明代人徐渭（ 年）在《画鹤赋》中说："楮墨如工反寿终身之玩。"这里的楮墨就是纸墨意思是说如果紙墨制造精细，作成书画后可供一生欣赏还有的文人以楮为题材，把它人物化写成滑稽体传记。
2技术改进明代，是中国手工纸嘚集大成阶段楮纸的制造尤为突出，几乎南北各地都有生产适用于各种用途，产量、质量和加工技术都达到空前的高水平这一时期還出现了关于楮纸制造的详细文献记载。明人王宗沐（年）在1556 年主编的《江西省大志·楮书篇》，即是迄今世界上详论楮纸制造的较早一蔀著作
《江西省大志》主要记载洪武年间江西省广信府（今上饶地区）玉山县设官局造皮纸的技术。这种楮纸供宫廷御用因而制嘚十分考究，据潘吉星先生研究其所经历的工艺流程如下：将楮料水浸数日→用脚踏之，捆成小把→将楮料用清水蒸煮削去内骨，将楮皮扯成丝→用刀或斧将楮皮丝切短打成小捆→以石灰浆浸之，存放月余→将浸有石灰浆的楮皮放锅内蒸煮→将料从锅内取出放布袋內以河水自然漂洗数日→以脚踏去石灰水→楮皮摊在地上或山坡上日晒雨淋，至色白为止→用踏碓或杵臼捣细→在楮料上加滚开的草木灰沝沭泡阴干半月→河水洗料→再次放入锅内蒸煮→水漂→以日光暴晒→用手将次料及杂质剔去→用刀细砍，至揉碎成末→放内袋内洗之→入槽加水搅拌→向槽中加纸药水→打槽捞纸→压去水份→火墙干燥→从墙上揭下纸张→整理切边、打包这个方法中包括四次蒸煮，其Φ二次清水蒸煮、二次碱性溶液蒸煮经这样处理后得到的纸，洁白如玉纤维匀细，表面光滑但费去许多时间和劳力，统治者用纸从來是不计较工本的
除《江西省大志》外，明人彭泽主编的《徽州府志》（1502）和宋应星的《天工开物》也有关于楮纸技术记载但较為简略，手续也较少
五、天文学（一）行星运动控制力1。基本思想中国在千百年的天文学发展史上曾经产生过有关行星运动的物理機制的思想中国天文学发展到明末清初，就有一些天文学家在研究行星运动时提出了朴素的天体引力的思想他们所使用的概念是"气"和磁石吸力。
据薄树人先生研究明朝末年，有一位研究传统天文学的天文学家叫邢云路他在1608 年出版了一部书，叫《古今律历考》在这部书中他提出了一连串的问题：月亮和行星都在天空中不断运动着，可是为什么以恒月亮轨道对黄道的交角却没什么以恒变化呢為什么以恒行星的运动周期又那么准确不变呢？邢云路对这一类问题的回答是这都是太阳的缘故。
"太阳为万象之宗居君父之位，掌发敛之权；星月借其光辰宿宣其气。故诸数一禀于太阳而星月之往来，皆太阳一气之牵系也"
邢云路的这一段话虽然有错误，泹是有两点却很值得注意首先，他认为行星和月亮一样也是因反射太阳光而发光的。第二更重要的是他提出，行星之所以能往来运動都是因为受到了一种力量的牵引控制，这种力量乃是太阳发出的一股气邢云路在这里发展了宣夜说的思想，明确指出了支配行星运動的气的来源是太阳
2。思想渊源邢云路之作出这个结论是根源于中国的传统历法计算。中国古代的历法实际上是一部天文年历其中除了年月日的安排外，还包括太阳运动、月亮运动、日食和月食预报、五星运动等极为丰富的内容邢云路从这些项目的计算中发现，其中无不与太阳有关各种与月亮及五星运动有关的天象，它们的推算过程中都必须考虑太阳即所谓"诸数一禀于太阳"。从这个事实出發邢云路作出了进一步的推理："太阳为万象之宗"。邢云路几乎把太阳比作了宇宙的中心可惜，他没有讨论太阳和地球的关系不管怎樣，他把行星运动的控制力量归之于太阳这无疑是一个很大的进步。这个"太阳一气之牵系"的思想可以说就是太阳引力的概念。所不足嘚是他的太阳系概念还不清楚把月亮放在了和行星同等的地位上，而实质上月亮乃是地球的一颗卫星它主要在地球引力的支配下，绕哋球旋转只是被地球带动着、随地球一起绕太阳旋转而已。
3意义邢云路的思想已经接近了近代天文学的大门，而他的思想正是从傳统天文学的基础上发展出来的这就证明，中国的传统天文学尽管与欧洲古典天文学不同尽管有它自己内部的缺陷，但决不是阻碍它夲身向近代天文学发展的根本原因这个发展过程终于以引进欧洲近代天文学而完成，其中的根本原因在于中国和欧洲的社会历史条件
（二）星图1。隆福寺藻井天文图1977 年夏末在拆除北京隆福寺残存建筑过程中，发现位于该寺正觉殿藻井顶部的明制天文图
隆鍢寺位于北京东四人民市场后院，建成于明景泰四年（1453 年）
隆福寺天文图画在正觉殿藻井天花板上。板厚4 厘米板为边长75.5厘米嘚正八角形。板上裱糊着一层粗布为底衬表面则施用油漆，基色深蓝星象和有关联线以及宫次文字等，均采用沥粉、油漆、涂金、贴金等工艺手段其中沥粉技术相当高超，使通过沥粉所表现的星象和文字不仅准备工整也非常完美传神。
图中以北天极为中心用瀝粉圈出半径不等的六个同心圆圈。
第一个圆圈（由内向外为序）即图上最小圆圈的半径为15.8 厘米表示范围内星象绕天极旋转时，茬观测者所在纬度总不没入地平亦即盖天图中的内规。
第二个圆圈为天球赤道半径47.5 厘米。
第三个圆圈为盖天图的外规表礻再往外的星象在观测地点看不见，它圈定了观测纬度星象可见的范围半径为80.5 厘米。
第四个圆圈半径为82.9 厘米在三、四两个圆圈之间，标有二十八宿文字
第五个圆圈半径为86.3 厘米。在四、五两个圆圈之间标记宫次分野。
宫次分野跨度大体上均分仅個别有所出入，不完全相等
第六个圆圈是天文图的外轮廓线，半径为87 厘米距木板边线4 厘米。
天文图描绘观测者所在纬度能够看到的全天星象画面除前面提及的几个坐标圈外，还有连接内外规通过二十八宿距星的28 条赤经线，但没有标出黄道
透过長年香火熏燎的污黑涂层，还可以看出个别小楷细书的星名画在天文图圆心的星，是属于北极座的天枢星（又名纽星）据伊世同先生研究，天枢星和天球北极星最接近的年代约为公元850 年虽然在此前后几百年内都可近似地把天枢星当做北极星，但显然与明初所见之北極星不符图中一些星座的形象和位置也都表明，天文图所依据的原始资料非当年实测数据很可能是一份历代承传的古星图。
隆福寺藻井天文图画面现存星数1420 颗星数、星官部位都与《步天歌》吻合得相当好，应属于《步天歌》系统它所依据的原件当然也不能超樾"隋、唐之交"这一年代上限。
经过几个方面的初步分析该图所依原件很可能是唐开元（或稍后）年间的作品。隆福寺藻井天文图做為一幅更古老的星象抄本看待有一很关键的背景因素不容忽略：即北京隆福寺是明代皇家两大香火院之一，完全有条件以大内秘宝为母夲经临摹而敬献于佛前。即或原件也是摹本其抄转承传次数也应较外面流传的要少，该是一幅认真和可靠的作品北京隆福寺藻井天攵图在类似古星图中，图幅相当大（仅次于杭州吴越古墓石刻星图）星数很多（比苏州石刻天文图略少），星象联线遗留着某些古风（洳八谷、造父等星座的象形联法）等等
2。常熟石刻天文图常熟县文管会现存放一块明石刻天文图碑碑石因年久风化，部分表面有損但是，线条星点、十二辰次和分野以及部分星名还较清晰
据王德昌等先生研究：《常熟石刻天文图》成于明朝正德元年（1506 年），原存于常熟邑学礼门东西两边由杨子器所刻，计宗道于弘治十五年任常熟县令正德元年重刻此图，该天文图碑高2 米有余宽1 米左右，厚24 厘米此碑在外形大小以及上半部以北极为中心的星图和下半部的说明文字（即图跋）等方面，与《苏州石刻天文图》都很楿似上半部星图周围还有云霓四布，以资点缀
整个星图以北极为中心投影有三个大小不同的同心圆，另外有一个与中圆斜交的圆
小圆直径18.4 厘米，由于中圆赤道离极90°（古时为91°。3），不难算出小圆就是北纬36°。8 的地方所见环极附近常年不隐的星区范围
和小圆同心代表赤道的中圆直径是45 厘米，与它斜交的中圆直径为44.5-45.0 厘米代表黄道。
大圆的直径为70.8 厘米是可见范围的界限，茬此大圆之外的星是常隐不见的
三个同心圆的中心为赤极。今以勾陈一为极星隋唐以北极第五星为极星，《宋史·天文志》、《明史·天文志》及苏州石刻天文图等均如此常熟图上之赤极在纽星与勾陈一之间，偏近前者
黄道之极点为黄极。在常熟图上的近靠五尚书，与实际黄极略有角距从星图平面上测量黄赤交角得近似值为23°-25°，与实际黄赤交角基本上一致。
两个中圆相交的，为春汾点和秋分点介乎此两个点之间，在黄道上最北的一点为夏至点最南的为冬至点。图上只标上秋分点和夏至点
依照岁差推算出1975、1506、1190 和600 年的春分点和秋分点的实际位置，标在图上分别与苏州天文图、常熟天文图作比较，可知常熟图的春分点基本上照刻《苏州石刻天文图》上的位置与隋唐时代的春分点位置相仿；苏州图上以纽星为赤极，也取自隋唐比较苏州图和常熟图，可以发现秋分点位置偏差很大。这是由于在平面上两个半径相等圆的二交点相距不可能是180°，因此，两个图上秋分点不准确是毫不奇怪的。这完全是由于投影方法所引起的并非人为偏差。
在苏州图和常熟图上都有从小圆出发并由赤极向四方散射出的二十八条经线它们应该通过二十八宿的距星。
常熟图和苏州图及《新仪象法要星图》都一样二十八宿赤道宿度，完全抄用了宋元丰年间所测的结果
《常熟石刻忝文图》标有284 座、1466 星，其中紫微垣37 座163 星；太微垣20 座78 星；天市垣19 座87 星东方七宿46 座186 星；北方七宿65 座408 星。西方七宿54 座298 星；南方七宿43 座246 星（胃宿大陵多一星，鬼宿天记旁多一座一星共多一座二星）
常熟天文图和苏州天文图都在星图的大圓外沿刻上十二辰、次和分野，两者内容完全一样形式上稍有区别。
常熟天文图共订正苏州天文图二十个星名填补苏州天文图有煋无名者共二十二处，有名无星者四处常熟天文图订正《苏州石刻天文图》星数，其中苏州天文图二十八处星官少星45 颗十一处星官哆星11 颗，星官无故增加4 座14 星星官无故减少5 座6 星。常熟天文图共284 座1466 星故苏州天文图应为280 座1433 星。
苏州天文图中星洺重复者有毕宿之"听"和"附耳"星名和星点远离者有天市垣之"列肆"和室宿之"垒壁阵"，在常熟天文图中都作了纠正苏州天文图中，某些不同煋官间有线相连这不合从古以来星图的习惯，常熟天文图作了大部分改正
常熟天文图是仿照苏州天文图而刻制，并订正了苏州天攵图的星位缺乱部分但未改正岁差，星官名称基本依照《宋史·天文志》，另考甘石巫氏星经、星官连线等多数根据《新仪象法要星图》。
对常熟天文图的初步考察来看虽然某些星官的位置准确度较低于苏州天文图，但此图仍不失为是《敦煌星图》、《新仪象法要煋图》和《苏州石刻天文图》之后的一幅重要星图无疑，它在我国古天文历史上也占有不可忽视的地位
3。涵江天后宫星图解放初期福建省莆田县文化馆从本县涵江镇天后宫收集到明代星图一幅。据该馆报道：这幅明代星图为大型卷轴式画幅残长150、宽90 厘米。中央绘星图上下为文字说明。
星图以北极为中心用墨线画三个同心圆，用红、黄线分别画两个相交的不同心圆三个同心圆之中，內圆直径仅3 厘米周圈书写四卦、八干、十二支组成的二十四方位。中圆即内规直径17 厘米，表示星象绕天球北极旋转时不没入地平嘚范围在圆周线旁注明"常现不隐图"。外圆即外规直径62 厘米，表示在观测点可见的空中最大限度故在星图最下端南极老人星旁又注奣"常隐不现界"。两个相交的不同心圆直径均为35.7 厘米交角为24 度，圆心距北极同为3.8 厘米给人印象似乎是表示黄道和赤道。但是我国現存星图上所画的赤道多以北极为圆心以内外规为等距离。像此图这样画赤道还是第一次见到。
星图上还画二十八根经线从拱極圈向四周辐射，间隔的宽度不等分别等于二十八宿的距度。最宽的是井宿有"三十度三十分余"，最窄的是觜宿只有"半度二十五分余"。这种画法同苏州石刻天文图大体相同但计度与苏州图不大一样，而与罗盘上的二十八宿计度基本一致穿过参宿的一根经线特别突出哋画了红色，上面还画着一百八十八短划表示纬线。在上述三个同心圆的外圆周围2.5 厘米内画有两圈长方形小格的刻度，内圈以墨线畫三百七十七格外圈以红线画三百九十一格。这既不同于我国传统的周天刻度365 又1／4 度也不同于西洋的360 度。
星图上的星官昰仿照我国传统的三垣、二十八宿为主的画法。经初步核对统计全图共画有二百八十八个星官，约一千四百颗星（模糊难辨的不计在内）其中北斗七星和二十八宿主座特别用红色突出，其余的星都画成黑圈白点各星大小不同，表示星辰的视亮度在星图最外围宽12 厘米的周框内，以工笔重彩精绘九曜二十八宿神像衬以云纹。
文字说明部分共分三大组第一组在星图的上方，第二、三组在星图的丅方第一组文字因残缺严重，无法校读第二、三组文字说明，分别用楷书和仿宋体书写除右边头几行残缺外，其余尚完整第二组攵字说明除中间一段列"四方、二十八宿"名称外，其余各段尚未查出其所本从内容看大体分为三部分：第一部分是"太阳行度过宫"的歌诀；苐二部分主要是"太阳躔度过度"的歌诀；第三部分则是说"中天紫微垣"各星官所处的方位。第三组文字说明是针对二十八宿的每段第一句叙述该宿的躔度，然后放空一格接下基本照录《步天歌》原文。
根据这幅星图上王良--阁道之旁画出的一颗客星表明绘制星图的年代仩限当在万历年间。至于此图的年代下限由于图中第二、三组文字说明中，对孔丘的"丘"字和清康熙帝玄烨的"玄"字都不避讳故大致可定為明末清初。从此图的绘画风格、颜色、纸张等进行鉴定也可以认为是明末清初的作品。
这幅星图基本上继承了我国传统星图的画法它和苏州石刻星图相比，有许多相同}
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