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易经与蒸汽机的发明

来源:手风琴 时间:2023/6/11

作者:冯精志

在采访过程中,每当张延生沉溺于中国的古代文明时,我就要把这个问题向他甩过去:

既然《易经》这么好,冲荡出了中国的古代科技文明,为什么《易经》的故乡到近几百年来倒落后了?尤其是近几百年来《易经》并未失传,反而在清代还形成了新的治易高峰,中国的科技步步赶不上趟,似乎意味着《易经》的汁液己被榨干了,在西方文明的冲击下吃不上劲了,能不能这么说?

“我国近几百年来落后了,那是封建制度造成的,是我国资本主义萌发太晚造成的,这棍子打不到《易经》屁股上去!”他说。

“那中国的古代科技文明也是在封建社会里形成的,这怎么解释?”我对采访对象也不客气,“照你这么说,只能推到一个结论上去——《易经》只对科学技术的疏澜的、粗放的发展阶段管用。当西方文明的潮头卷过来时,当科学技术被细赋地划分为各个部类,各种科别,并且向精派方向发展时,《易经》就得靠边站了。”

他吟哦了片刻,多少有些沮丧地说:“当然不能这么说,三千多年来毕竟谁也没读懂这部古经。”

《易经》的故乡为什么会从领先地位掉了下来并被西方列强折腾了个半死不活?这的确是一个十分复杂的问题。

把原因归咎于《易经》本身未被破译因而不能尽其功,这只是用来搪塞的话。抛开政治原因不谈,恐怕基本答案在于:中国古代有《易经》和在其指导下产生的发达的技术,但却一直没有深化《易经》的方法论,因而也谈不上与先进的方法相应的近代科学技术结构。

这倒不是笔者替张延生概括的。实际上,自研易之始,这就是一个久久地折磨着他的问题。

研易者讲究“悟性”,他悟到了答案所在。

他经常外出,自然经常跟火车打交道,拖着长长的车厢的火车头启动时,即便麻木不仁的人也难免不为之心动。

张延生曾蹲在火车站的铁轨旁观赏过这一时刻:这部巨大的钢铁机器发出一声长鸣,随着一股白色的蒸汽被排出,粗大的连杆、回动杆沉重而缓慢地动作起来,吃力地推动了主动轮,于是蒸汽机车喘着粗气蹒跚地向前挪动了。

马克思主义的创始人把蒸汽机作为人类迈入文明的一个重要标志。

蒸汽机是利用水蒸汽做功的,即便是小孩也会注意到,当炉子上做的水开了时,蒸汽会把锅盖顶起来。但要把这点转化为利用高压蒸汽做功并不那么简单,而是需要解决四个方面的问题:

首先要明白真空是怎么回事。

十七世纪五十年代,马德堡市市长盖里克制做了一对著名的“马德堡半球”,结果共用了十六匹马才把抽成真空后并在一起的两个半球拉开。

这一试验充分显示了可以利用惊人的大气压力做功。

最初的蒸汽机便是利用高温蒸汽在汽缸中冷凝,从而由大汽压力推动活塞做功。

其次,蒸汽的活塞只能直线往复运劝,因此设计了把直线运动转换为圆周运动的“水排”装置,使之带动机器转动;

再次,需要一个蒸汽进入汽缸后能自动关闭进汽口的双作式阀门装置,而风箱则是双作式阀门的楷模。

以上三方面凑成蒸汽机之后,大名鼎鼎的瓦特才上场,他所解决的是第四个方面的问题。

最初的蒸汽机叫“大气机”,其代表型是由英国铁匠纽康门于十八世纪初设计出的。纽康门机的主要缺点是煤耗量太大,为了获得真空,不得不把冷水喷到高温汽缸上。

英国工程师詹姆斯·瓦特根据在格拉斯哥大学学到的热学理论,认识到重新加热汽缸是耗煤量大的原因,只要把加热和冷凝分别在两个装置中进行,煤耗量便可下降四分之三。

一七八四年,他获得了这项改革蒸汽机的专利。从此,掀起了以蒸汽机为标志的第一次工业革命。

蒸汽机=水排+风箱+真空理论+热学。

然而,科学中有的事就是那么令人迷惘而不安。李约瑟博士指出,水排和风箱都是中国人的发明创造,是由中国传到欧洲的。

他的结论是,没有中国古代科学技术的贡献,蒸汽机的发明是不可思议的,甚至世界上最早做真空试验的也恰恰是中国人。

西汉时的淮南王刘安,门下三教九流云集,其中不少沉溺于神仙黄白之术的人,常常做一些古怪的试验,“铜瓮雷鸣”便为其中之一。

该试验是将少许沸水灌入薄壳铜瓮中,并速将封口的铜瓮投入井水中,紧接着一声雷鸣般巨响。这是由于铜瓮内的沸水迅速冷却而造成局部真空,在大气压力和井水压力下铜瓮玉破,发出巨响。

这个试验比马德堡半球试验早了将近两千年,而且由于它是靠蒸汽冷凝而获得真空,和大气机原理只差一步。

在东汉初年,南阳太守杜诗就设计并制造了一种水力鼓风机,用于冶炼铸造业。

它是用水转动水轮,通过一系列的曲柄、连杆、往复杆装置,把圆周运动转化为拉风箱的直线运动。它包括动力系统、传动系统和工作系统,具有真正机器的主要特征。不仅如此,把这种操作程序反过来,就是蒸汽机活塞的直线往复运动向圆周运动的转换。

我国冶金最初用的是冶金皮囊,战国时已有四囊;汉代用“马排”、“牛排”以至杜诗的水排;宋代己有类似手风琴式的木风扇,这是一种有自动阀门的风箱;特别是到明末,已出现了活塞式鼓风机,活塞加上双作式阀门,同样距蒸汽机只有一步之遥。

一个发人深省的问题摆到了我们面前:中国人在真空条件下的大气压试验较欧洲早两千年;圆周和直线往复运动的转换装置较欧洲早了一千年;在气流进入之后能自动关闭进气口的双作阀门装置,中国起码较欧洲早五百年以上。

既然如此,那么为什么中国的古人没有发明并制造出蒸汽机呢?

十八世纪的欧洲,具备了水排和风箱这两项技术,同时俱备了真空和热学理论,强大的经济需求压力将四者结合起来,蒸汽机便应运而生。

古代中国没有经济需求方面的压力吗?有的。尽管这种压力没有西方早期资本主义的那么猛烈,但即便在封建社会,发展生产力的要求也还是存在的,例如水排和风箱便是在加速发展冶炼的情势下产生的。

蒸汽机是四种科技成果的巧妙结合,是综合思维的成果。中国古人的思维方式中缺乏综合素质吗?显然不是。

我国古人是综合迷,连有生命的人与无生命的山石都能综合出一个结构,更何况对机械与机械的合成了。

蒸汽机车突突突突地冒着白烟,拉着长长的列车走远了。张延生站起来,揉着蹲得发麻的腿,眼中一片苍茫。

不错,中国人什么都有了,但就是没有合成这个会吭哧吭哧喘粗气的钢铁巨兽。千百年前,中国在技术输出上是明显地“出超”,但到头来却曾让受到施惠的一方折腾得几乎散了架子。这事非同小可,应认真想想个中缘由。

李约瑟博士有个简单的对比:当毕达哥拉斯学派在欧洲昌盛的时候,“中国的学者和占卜者也正在把《易经》发展成为包括阴阳学说和术数之学的万有概念宝库,而这一切在汉代都系统化了。”

从那时到十八世纪期间,中国先后有包括龙骨车、水排、活塞风箱、深钻技术、铁索吊桥、船舵等难以计数的发明传到欧洲和其他地区,而从欧洲接收的只有耶稣会传教士带来的螺丝钉、液体的压力,唧筒、曲轴、钟表四种。

往后的情况,李氏没有再对比下去,这里不妨补充一点:在瓦特获得改进蒸汽机专利的同一年,古老的中国正值乾隆帝南巡,满朝文武沉浸在“康乾盛世”的盛极之中。

当斯蒂芬森父子根据瓦特蒸汽机设计并制造了世界上第一辆蒸汽机车时,中国的道光皇帝正自诩“天朝无奇不有”,以至敕广东严查出口洋船。

火车刚问世时曾被称为“踩着轮子的混世魔王”。

仅仅过了十六七年,第一次鸦片战争便爆发了,驶抵中国河口、港口,把清军水师打垮了的大英帝国舰队竟是“中式装备”。

火泡、罗盘、舵、炸药自不待说,按李约瑟博士所说,“造船和航运方面的无数发明,包括防水隔舱、高效率空气动力帆和前后索具”俱来自中国。

不能不提到英国炮舰的动力部分——蒸汽机——它既可用于陆地,也可用于海洋。

张延生那里有一张图,是根据武梁祠石刻浮雕拓片复制的。图上是被神化了的太初英雄伏羲及女娲,两位都是人面龙身,绞织在一起。伏羲手里拿了把矩,很有点科研工作者的风度。

图左侧的铭文为:伏羲仓精,初造王业,画卦结绳,以理海内。

他总看这张图,看久了便有所感:伏羲只是神话传说中的人物,又称羲皇,很难说上古确有其人,很可能只是初次进入渔猎经济生活的初民的群体象征,因此先天八卦即托其名。

由河图而先天八卦,由先天八卦而《连山》、《归藏》、《周易》,这个过程的细部已不可能考知了,但不管怎么说,由渔猎经济生活中“画卦结绳”而逐渐演变出来的《易经》,只能是观察和经验的结晶,它本身不可能有理论基础。

“仰观天象,俯察物形”、“近取诸身,远到诸物”,即是总结出《易经》的途径,同时也是方法。

初民画卦,研究对象是万物变化,生物运动是物质运动的最高形式,而人的活动又是生物运动的顶峰,从“诸身”出发研究“诸物”,把人放在“天象”和“物形”之间加以考察,方法奇绝,结论带有本质性,但又毕竟是观测和经验的产物。

所以,当这样一部《易经》普惠人间时可以催发出文明,而如果不围绕它建立系统的方法论,不适时地作具体理论的补充,不通过合理的科技结构去不断地逼近其内核,它导源出的文明又无以保持势头。

蒸汽机没有在《易经》的故乡被发明出来,充分地说明了这点。让人痛心的是,当《易经》导源出的文明在沉重而疲惫地大倒气时,《易经》中精湛的内容当远未开发出来。

《易经》是炎黄子孙的骄傲,而炎黄子孙的一大失误也正在《易经》后。

例如,我国古代天文学是最早发现的,贡献也是惊人的:

完成了有天极的赤道座标系,发现了“蒙气差”(即“大气折射改正”),发现了地轴变化而引起的“岁差”,我国采用了两千余年的赤道座标系正是近代天文学所遵遁的,发展了数值化天文学并在此基础上建立了历法,制成了卓越而复杂的天文仪器,有数千年从未中断的最丰富可靠的天象观测记录等等。

按今天的常识判断,天文学上有了这么辉煌的成就,对天一定认识的很透彻了,结果却恰恰相反。

西周时的“盖天说”认为天象一口扣着的大锅,春秋时的“浑天说”认为天象鸡蛋,地球是蛋黄,日月星辰在蛋壳上;汉代修正的“盖天说”认为天象圆斗笠,地象扣着的大盘子;宣夜说第一次提出宇宙无限的概念,认为日月星辰都在天这个无边无际的气体中浮动。

直到宋代,前面提到过的首次将河图、洛书、伏羲八卦、文王八卦公诸于世的理学家朱熹仍认为宇宙象个猪膀胱。

从以研易为本的星占家总结出的赤道座标系,到集宋易之大成的朱熹提出的猪膀胱,清楚地说明我国占代天文学是沿着观测的道路走过来的,其指导思想是服务于地上的农事及其它需要,至于天体的正确几何运行则不在其考虑范围之内,因而始终没形成宇宙构造理论。

“仰观天象”所得的《易经》,并没有从“天”上得到进一步的理论说明,其实际功能势必大大衰减。

易学导源出的文化始终在经验的道路上徜徉,作为其躯干的阴阳学说也势不可免地模糊以至被曲解。

阴阳学说早就被用来解释自然现象。

早在西周末年,伯阳父就认为地震是阴阳二气交互作用引起的,所谓“阳伏而不能出,阴迫而不能蒸,于是有地震。”(《国语·周语上》)

与刘安同一时期的董仲舒曾用阴阳学说向汉武帝解释过天上下雹子的原因。

所谓“天地之气,阴阳相半……运动抑扬,更动相薄,则熏蒿歊蒸而风、云,雨、雾、电、雷、雪、雹生蔫。”

“阴气暴上,雨则凝结成雹焉。”

董仲舒的解释有科学的一面,但毕竟是粗疏的,但是糊弄糊弄成天想着如何与匈奴打仗的汉武帝刘彻尚绰绰有余。

夏天下冰雹,是高空水汽遇冷所致。董仲舒提到雹霰一类是“阴气暴上”,即冷气流剧烈上升,由雨滴迅速冻凝而成,有其一定道理。而西汉的方士们则认为,这是所谓“以阳召阳,以阴召阴”之故。

根据这一理论,就应该有可能在地面上模拟这一过程。

沸水属“盛阳”,井水寒泉属“阴气”,隔瓶“刖刖不相入”,铜瓮中的沸水“则为冰”或“转而为冰”,在他们看来,“以阴召阴”,自然可以召来另一个阴——冰。

阴阳学说被曲解了,依据被曲解的理论进行的铜瓮雷鸣实验也根本制造不出冰来。直到五代,重复刘安门下方士的铜瓮雷鸣试验者代不乏人。

可悲的是,铜瓮在大气压力下破裂发出的千百次雷鸣声,并没有惊醒被曲解的阴阳理论牢牢束缚的古代方士们,他们顽强地借此做夏造冰的尝试,固执地进行在一条与科学进步关系不大的道路上,而对唾手可得的真空理论却视而不见。

阴阳学说指示了事物的对立统一规律,对立统一是万物的运动转化规律,但规律不是方法,也不能用规律代替方法。

宏观的规律与微观的试验研究之间,尚有重重雾霭。如果从“沸水造冰”试验中跳出来,我们就会发现,方士们所犯的错误并不在于他们所依据的理论是错误的,而在于他们曲解了阴阳学说,并且把曲解的规律作为方法了。

历史上,很多试验在开始时往往缺乏正确的理论指导。然而,科学的力量在于通过试验修正错误的理论。

而另一部分试验又缺乏正确的方法,科学的力量仍可以通过正确的理论的指导,找到最适应的方法。

阴阳理论是贯穿一切的,又是高度概括的,即便方士们的试验尖败了,也不可能怀疑被他们所曲解了的规律是不对头的。

因而,理论上得不到修正,方法上得不到改进,其后果则是形不成适宜科学发展的合理结构。

结构是重要的。

把《易经》所反映出的宇宙观转化为人世间的取之不尽的财富,中间环节是合理的科技结构。

首先,易理能够由统计研究和科学试验鉴别真伪而不断逼近其闪光的内核,科学实验要在理论指导下尽可能成为受控实验。

这样,理论成果和实验成果之间就能不断地在循环中相互促进,加速发展。同时,科学理论和实践又能转化为技术成果,技术发展又反过来促进科学的进步。这种结构就是适应科学发展的结构,有了合理的科学技术结构就能把分散的科学技术成果荟萃起来。

科学的具体知识是附着于结构之上的。

我国古代由《易经》导源而来的科学知识和技术手段附着于一个庞大而难以驾驭的易学结构之上。

构造六十四卦的方法始终没破译出来,明晰严密的逻辑推理被既高深莫测又难以理喻的象数推理所取代,阴阳学说“类万物之情”地大包大揽而没有形成学科分工,没有打算去搞清阴阳五行学说作用于万物的具体规律和具体理论,更谈不上探明万物构造机制的受控实验。

因而,来自于生产实践的风箱和水排只能作为孤立的技术沿用着,铜瓮雷鸣实验受控程度小,甚至没有具体的学科理论可以修正这一实验所依据的“阴阳理论”的失误之处。

它们分别孤立地存在着,经受着千年历史长河波浪的冲打,始终没有结合成更加辉煌的创造,它们在冰冷的封建农业文化桎梏中,也不可能会聚而燃成火炬。

关于《易经》的故乡为什么没有发明蒸汽机,谈得不算少了,那么如何估价《易经》的作用呢?

下述张延生亲历的一件事或许可以作一个初步的回答。

有一次他到广州出差,一个青年发明家找到了他。这个发明家己获得的专利很多,被称为广州市一大怪。他最近向某工厂转让了一台新设计的切割车床的技术,这种车床每分钟切割近七十米,他请张延生占一占技术转让后可能出现的情况。

张延生据他所说起了一卦,一看为革卦,变爻后为随卦,从卦上看是一起一停间要出问题,卦中又有个兑金克着,随即推出这台新车床在起动时主抽会出现裂纹。

青年发明家击掌称绝,说在厂里的检测结果正是如此。

这事让张延生想了很久。他受的就是工科高等教育,又在工厂摆弄了多年数控车床。从卦象上推出的结果,实际通过经验也可以判断出:每分钟切削速度近七十米,这么高的速度,主轴在停机或启动时是容易出现裂纹。

他能从卦上作出正确的判断,其中重要原因是自己对这方面在行。

所以,“类万物之情”并不能取代万物的具体的规律,本原规律通过卦只给出了趋势,而要搞清楚细节必须认真研究各物类的具体规律。

哥白尼用“日心说”取代“地心说”,在欧洲引起轩然大波,而在中国的明朝士大夫看来则会有“想当然耳”的感觉,这是因为中国传统文化中没有造物主的地位,规律让谁是“心”谁就是“心”,但同样是中国的明朝,代数学高度发达,内河航运也很发达,却从没产生流体静力学,这又让西方感到不可思议。

这是中国人用大规律取代流体中的具体规律的一个突出例证。

这表明易文化在发展过程中同样存在着窒息自身的问题。

六爻卦表明万物在发展过程中都会不断地走向自己的反面,阐发了这一真谛的易文化同样在所难免。

而只有当科学走到今天这一步时,易文化才能进入它的第二个高峰期。

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