远古三代科技史之夏王朝时期的科学技术

夏王朝时期的科学技术
　　夏王朝是我国历史上第一个王朝。相传从禹开始至履癸（桀）灭亡，共传十四世十七王，有 ４００ 余年历史。据推算，夏王朝约当公元前 ２１ 世纪至前１６ 世纪。过去疑古派学者对夏王朝和商王朝的存在，均持否定态度。但自《史记?殷本纪》所记的商代世系被甲骨文证实以后，多数史学家认为《史记?夏本纪》所记的夏代世系也是可信的。从本世纪 ５０ 年代末开始，我国考古学界在传说夏人活动的地域内展开了探索夏代文化的工作，以便从确认夏代的物质文化遗存着手，恢复夏代的历史。这项工作已取得初步成果。
　　史书记载夏人活动的地域有两个：一是山西南部的汾水下游地区；一是河南西部的洛阳平原及颍水上游的登封、禹县一带。经过 ３０ 余年的调查、发掘与研究，人们对哪些遗存是夏代遗存提出了看法，但分歧很大，难求统一。因此，我们在撰写这一部分内容时，只能撇开讨论中有关文化属性的争论，按这套丛书的统一体例，就传说夏人活动的地域内的考古发现并结合文献中与科技有关的内容，进行介绍。需要说明的是，这些内容并不完全反映我们对夏文化问题的看法，不能理解为我们过去在讨论中提出的看法有了变化。
　　夏王朝的建立是我国历史上一件大事。在这以前，社会上没有君臣之分，没有偷盗与欺诈，也没有军队与法律。氏族成员之间平等相处，一切纠纷按氏族与部落的约定协调解决。那时“货恶其弃于地也，不必藏于己（生产品为公共所有）。力恶其不出于身也，不必为己（各尽所能）”。夏王朝建立以后，按《礼记?礼运篇》所说：“天下为家，各亲其亲、各子其子，货力为己（财产私有），大人世及以为礼（子孙继位被认为是当然的事），城郭沟池以为固，礼义以为纪……”，人们以拥有财产的多少划分等级，用制度来确认尊卑的秩序，实际上是以强凌弱，智者诈愚。社会分裂为阶级，出现了军队、法律、监狱等国家机器。这一切是社会生产发展的必然结果，也是人类告别野蛮时代、进入文明时期的一种产物。与此相伴随的是，科学与技术获得了相应的发展。
　　（一）筑城与治水
　　在漫长的原始社会中，人们不分阶级，没有剥削，这是个财产公有的大同社会。人群之间也不会为利害关系而发生激烈的冲突，因而也不需要构筑高耸的城墙来保护各自的财产。但当阶级出现，人们为贪欲所驱使，把掠夺他人的财产当成自己富裕的手段时，激烈的争斗出现了，人们为了保护自己的财产不被掠走，构筑城池的大工程就出现了。这就是“城池沟洫以为固”的真实内容。所以城的出现是特定历史时期的产物。
　　相传鲧或禹开始筑城。考古工作者在今河南境内已发现多处古城。如淮阳平粮台、登封王城岗、郾城郝家台、辉县孟庄等地的龙山文化遗址内，都发现了用黄土夯筑的城址。这几座古城的平面均为方形或长方形，以登封王城岗古城的面积最小，长宽均不足百米，保存也最差，仅存城墙的墙基。辉县孟庄发现的古城规模最大，长宽各有 ４００ 米。城墙底部宽 ８．５ 米，城外有壕沟。淮阳平粮台古城的长宽各 １８５ 米，保存较好，有的地方残存地面高度尚有 ３ 米多，在南城墙和北城墙的中段各开一个城门。郾城郝家台古城的面积与平粮台古城相近，城内还发现了排房等建筑。这些古城的年代都属龙山文化的中晚期，因而被认为在夏纪年之内。目前学术界对这些城址的族属存在分歧意见：有的被认为是夏代古城；有的被认为是夏时期商的先公先王所筑的古城或其他方国的古城。这些看法是否正确，这里不予讨论。重要的是这些古城被发现，反映了夏王朝时期已经具备了建造城池的能力。
　　这些古城的规模比起商周时期的都城要小得多，但是它们的夯筑技术却是一致的。如筑城前先在地面挖出基槽，并从基槽开始起夯，构筑城基。地面以上部分的城墙的夯筑，是沿城垣的方向设立模板，模板的外侧用土支撑，内侧即为城垣的主体部分。施工时模板内外同时夯筑，模板内的夯土为水平夯层，外侧两边的夯层呈斜坡状。每筑一板，即提高模板再填土增筑，模板不另取出时则废弃在夯土之中，再立新的模板。所用的填土，都是选择极少杂质的纯净黄土。夯具是一种小的夯杵。筑城时逐层填土，随即夯筑，每层厚度多在 ５—１０ 厘米之间。城垣筑成后，两侧的坡度较缓如土岭状，届时再削减外坡，使之成为陡壁。商周古城的夯筑方法与此基本相同，反映了夏王朝时出现的筑城技术被后世所沿用。这些古城的夯土，质地相当坚硬，虽历时三、四千年之久，仍有高出地面两、三米者，足见夏王朝时的筑城技术已趋于成熟。
　　由于战事的频繁和弓箭射程的改进，使得原始壕堑的防御功能不相适应，于是人们运用夯筑技术构筑起高于地面的障碍。这是城垣出现的直接原因。但夏王朝时期出现的古城，并不是仅在地面上堆土，筑起一道道土岭用作防御之用。它们城外都有城壕，说明这些古城的设计与施工，在如何有效地提高其防御功能方面已积累了相当丰富的经验。壕的形成与筑城时取土有关。就地取土，在工程上就地实现土方平衡，是一种经济而方便的做法。人们选择在城外一侧取土，则在筑城的同时，自然形成与城墙平行的一道壕堑。这一构思是科学而合理的。它对进攻者来说，由于墙顶至壕底的高差比城垣的高度要大，想要逾越城墙，其难度将增加许多。这样就使城垣进一步加强了防御性能。这种城外有壕的构思为后世的城垣建筑所沿用。只是随军事知识的积累，人们把城壕的排水作用改为蓄水，形成壕池或护城河，从而进一步强化了城的防御功能。
　　城垣的出现是古代社会从氏族制向奴隶制国家转变的标志之一。早期国家的规模一般都不大，所以有“夏有万国”的记载。城市出现以后，它就成了一国的政治、经济的中心。城市作为广大乡野的对立物，还具有政治压迫和经济剥削的职能。统治者居于城市之中，营造了高大的宫殿，过着舒适享乐的生活，并从那里发号施令，去统治民众。目前，上述古城均未作大规模发掘，有关宫殿类建筑的情况尚不清楚。但在偃师二里头遗址中，除了发现早商时期的大型宫殿基址外，还发现了夏王朝时期的大型夯土建筑基址。它们规模宏大，最宽数十米，应属宫殿类建筑。虽然发掘工作正在进行，它的形制及上部木构建筑的情形还有待进一步搞清，但它的年代属夏王朝时期是可以肯定的。这种夯土台基的夯筑技术与城垣的夯筑技术基本上是一致的。
　　大禹治水是中国古代传说中很著名的故事。据说禹用了 １０ 年功夫治理水患，三过家门而不入。他用疏导的方法治好了水患，赢得了民众的拥戴。同时，他还带领民众开垦土地、整理沟洫、兴修水利，促使夏代的农业生产有了很大发展。目前，因发掘面积有限，夏王朝时期整理沟洫、兴修水利的遗迹在考古工作中尚未被发现。但从当时能动用大量民众去建造城垣，说明当时兴建一定规模的水利设施是完全有可能的。因为建造城垣既要挖土成壕，又要夯筑成墙；其难度比单纯挖掘沟洫要大得多。从大禹治水与整理沟洫的传说中可以看出，人们从水患中也逐渐知道了利用水利，已有了原始的灌溉技术。这使人们在农业生产中掌握了更大的主动。加上生产经验的不断积累，将奴隶用于农业生产，土地利用率也相对地提高，因此尽管在考古发掘中看到的农业工具仍然以石器、木器为主，但夏王朝时期的农产品的社会总量却不断增长。这就为从事建筑与冶金等行业的工匠们提供了充足的食粮。
　　（二）禹铸九鼎的传说与青铜铸造业的出现
　　夏王朝时期社会生产力发展的标志之一，是铜金属的冶铸行业的出现。《墨子?耕柱》中曾有“昔夏后开使蜚廉采金于山川，而陶铸之于昆吾”的记载，此外还有禹作铜兵和禹铸九鼎等传说。虽然禹是否铸过九鼎，因考古工作中未见到实物其可信程度难以辨别，但这些传说所反映的夏王朝时期出现铜金属的采冶与铸造业，则已被考古工作所证实。
　　前面我们介绍了甘青地区、山东地区新石器时代晚期发现的铜金属制品及其冶铸工艺的情况。这里就中原地区夏王朝时期发现的铜金属制品及其冶铸业再作些探讨。
　　中原地区有色金属的储量不大，但矿点较多。经勘探了解，仅河南境内发现的铜矿就有 ２９ 处，锡矿和金矿各 ８ 处，铅锌矿 ２７ 处，铁矿 ５２ 处。这些矿点中有的还发现有古代采矿的遗迹，但未见有早到夏时期的。不过中原地区已经发现的夏时期金属制品，说明这一地区铜矿资源的开发和利用的时间是很早的。
　　目前，在河南龙山文化遗址中陆续出土了一些铜金属制品和熔炼铜金属的坩埚等遗物。例如 １９７５ 年河南临汝的煤山遗址中出土了坩埚残片。长 ５．３厘米，宽 ４．１ 厘米，壁厚 １．４ 厘米。这块坩埚出土时，它的内壁粘附有六层熔炼时遗留下的痕迹，说明它曾被多次使用。据分析，它的铜含量达 ９５％，当属红铜。此外，在淮阳平粮台龙山遗址和郑州牛砦的龙山文化遗址中都发现了铜金属或铜渣。偃师二里头遗址的夏代晚期地层中也出土了与铸铜有关的坩埚、陶范、铜渣及铜制品等遗物。由于这些遗物中均未见到矿石、木炭等原料，说明当时采矿、冶炼与铸造是异地进行的。采冶与铸造都是技术性、专业性很强的行业。它们异地进行加工意味着它们之间已经有了分工。
　　龙山文化遗址中出土的铜金属制品，有山西襄汾陶寺遗址出土的铜铃形器。这是一件红铜制品。河南登封王城岗遗址出土的一块铜器残片，长 ５．７厘米，宽 ６．５ 厘米，壁厚 ０．２ 厘米。这是一件铜容器的残片，被认为是铜鬶类器的腹足连接部的残片。据鉴定，这是一件锡铅青铜铸件，其中锡的含量大于百分之七。这块铜器残片体积不大，但它的出土说明当时已能铸造青铜容器。容器的铸造比起工具和兵器的铸造工艺要复杂得多，需要复合范与范芯等多块铸件组装后浇铸。所以这一发现反映了龙山文化中晚期的铸造技术已经从最初铸造简单的工具和兵器向前迈进了一大步。
　　襄汾陶寺出土的铜铃形器的年代比王城岗铜容器残片要早。这件铜铃形器的铸造需用两块外范和一块范芯，但这件铃形器的铸造技术上有不少缺点。如器壁厚薄不匀，有的地方还有空洞，说明当时的铸造技术尚处于低级阶段。王城岗出土的青铜容器的铸造，其技术难度比前者要大得多，反映了后者比前者的铸造技术又有改进。与同时期的甘青地区或山东地区相比，中原地区龙山文化中出土的铜制品数量较少，但它的铸造技术要比它们进步。
　　处于夏代晚期的偃师二里头遗址中发现的铸铜遗存及青铜制品，反映了当时的铸铜业已初步形成规模。龙山文化中晚期的铸铜技术在这里得到了继承和发展。这一时期的兽面形铜牌，在铸件上镶嵌着由上百颗绿松石块组成的兽面形图案，具有较高的观赏价值。它集铸造与镶嵌工艺于一器，反映了当时的铸造工艺和镶嵌技术都达到了较高的水平。
　　青铜器的制作，要经过采掘铜矿石、冶炼铜金属、铸造青铜器这样一个复杂的过程。其中每一个环节都需要组织众多人员进行分工与协作。这种具有大生产性质的行业，它的发展要求有相应的生产关系，在当时只有奴隶制才能适应和完成这一使命。所以夏王朝时期出现的奴隶制度，为青铜业的发展创造了必要的条件。偃师二里头遗址中发现的铸铜作坊遗址，应是王室直接控制生产铜器的场所。在统一领导下进行的规模性生产比起几个人作业生产，无疑具有更多的优越性。这应是夏代后期青铜业比其他地区发展更快的重要原因。
　　（三）夏王朝时期的其他科技成就
　　夏王朝时期的农业较前有了比较迅速的发展，人们从农业生产的实践中，对一年内的季节变化也有了更深刻的认识。因为粮豆菜蔬的播种与收获都与日照的长短和寒暑的季节变化有着密切的关系。什么时候播种最合时宜，什么时候收获农作物最合适，哪些先种、哪些后种最为合理，人们在这方面积累的经验与知识也更丰富了。人们把春华秋实的变化与寒暑往来的季节变化联系了起来。以后人们又把昼夜的更替、季节的变化与日影的长短变化联系起来。他们发现立木在阳光照射下，它的影子的长短变化是有规律的。以后又发现不同季节内影子的变化也是有规律的。一旦这种变化的规律被人们所认识，日、月、年和季节的概念就逐渐出现了。这种方法叫做立杆测影法。
　　昼夜的变化与更替使人们产生了“日”的概念；“月”的概念来自月亮的出没与圆缺的变化；“年”的概念则是从暑往寒来的规律性变化中总结出来的。所谓历法，就是计量年、月、日的方法。用天象变化来计量时间并为农牧业生产服务，这是历法产生的历史。夏代可能已用立杆测影法来计量时间，因而夏王朝时已有了明确的日、月、年的概念。它把 １ 年分为 １２ 个月，以冬至后两个月的孟春之月作为 １ 年的开始。同时还出现了六十甲子（干支）记日法，即将甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸和子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥组成的天干、地支用于计算年、月、日。它们组成甲子、乙丑、丙寅、丁卯、戊辰……等 ６０ 个组，用它记日，６０ 天为一循环。这 ６０ 天计为两个月。夏代后期的几个王——胤甲（厪）、孔甲、履癸（桀）都用甲、癸等天干为名。
　　夏代先民在生产实践中还积累了许多天文知识，《左传》昭公十七年记载：“故夏书曰：‘辰不集于房，瞽奏鼓，啬夫驰，庶人走’”，记录了当时发生于房宿位置上的一次日食时的情景。由于人们不了解日食的原因，所以日食时人们击鼓奔走。这是见于记载的世界上最早的日食记录。另外，《竹书纪年》中记有“夏帝十五年，夜中星陨如雨”的内容。这是世界上关于流星雨的最早的记录。
　　我国现存最早的、具有丰富的物候知识的农书是《夏小正》。它虽然不是夏代人所写，但书中包含许多夏王朝时期积累的天象和物候方面的科学知识。例如，书中记载：“五月，时有养日；十月，时有养夜”。所谓时有养日和时有养夜，已包含有夏至、冬至的含意。书中还将物候与气象、天象、农事活动等方面按月记载下来。以正月为例：这时的天气“时有俊风，寒日涤冻涂”（和风徐徐吹来，寒意消退，冻土消融）；“鞠则见，初昏参中，斗柄悬在下”（天空中可看到鞠星，黄昏时参星在南，北斗七星的斗柄朝下）；“启蛰，雁北乡，雉震峋；鱼陟负冰；囿有见韭；田鼠出；獭祭鱼；鹰则为鸠，柳稊，梅杏杝桃则华；缇缟；鸡桴粥”（冬眠的动物苏醒，大雁北归，野鸡鸣叫求偶，水温上升，鱼在薄冰下浮游，园圃中韭菜长出嫩叶，田鼠出来活动，水獭捕捉鱼类；鹰去鸠来，柳树长出花序，梅杏山桃开花，莎草结实，鸡开始产卵）；这时“农纬厥来；农率均田，采芸”（修理农具，整理田界，为土田的耕作分配劳力，采摘祭祀用的芸菜）。书中对物候的观察十分仔细，并与气候、天象及农事活动联系起来，反映了夏王朝时期人们在这些方面积累了相当丰富的科学知识。这些知识对促进农业生产的发展是很有意义的。
　　传说有任姓的奚仲，精工巧思，善于造车，作了夏朝的车正，被封于薛，车的制作需要比较复杂的手工技术。夏代的木车至今尚未发现，有关它的制作技术无从谈起。但商代的车辆已发现不少，它们结构合理，车轮有 １８ 根辐条，制作技术也相当进步。因此，在商代木车出现之前，车的制作已经有一个较长的过程。夏王朝时出现木制车辆是完全可能的。
　　制作漆器的技术在夏王朝时期又有改进，工艺更细致了，种类也增多了。既有食器，也有祭器，大概与铜金属器具的使用有关，漆器的胎骨也逐渐变薄。随着人们对漆的耐热、耐磨、抗腐蚀的性能和成膜的特性有更深的认识，漆器表面的涂层增厚，光泽也更好。今天见到的漆器虽然木骨已朽，但因漆层较厚，故仍能看到它的原形。《韩非子?十过》记载“禹作祭器，墨染其外，朱红其内”。二里头等地出土的漆制品中，能看出器形的有缽、觚、鼓等多种，此外，夏代先民可能已出于防腐的考虑，还将漆涂于棺椁之上。漆作为一种涂料，既有实用价值，又富有装饰性，它被人们喜爱是很自然的。漆制品制作范围不断扩大，反映了漆器生产的发展。当时的漆器制作可能已趋专业化了。