二、兩漢科技名家
蔡倫
蔡倫（61～121），字敬仲。桂陽郡耒陽(今湖南耒陽)人。
蔡倫家鄉地處長江以南湘水(今湘江)支流耒水流域，是米穀之鄉。他出身於普通農民之家，從小隨長輩種田。漢章帝劉妲(56～88)即位後，派人至各郡縣選聰明伶俐的幼童入宮。永平十八年(75)蔡倫被選入洛陽宮內為宦者，時年約15歲。當時幼年宦者須習字讀書禮，蔡倫因成績優異，於建初元年(76)任小黃門。此後他作為黃門侍郎而掌宮內外公事傳達及引導諸王朝見、就座等事。蔡倫初入宮時，章帝妃宋貴人所生皇長子劉慶被立為太子。次年梁貴人又生皇子劉肇(79～105)。正宮竇皇後因無子，遂指使蔡倫誣陷宋貴人“挾邪媚道”，逼令她自殺，太子劉慶被貶為清河王。竇後又指使人投“飛書”(匿名信)誣陷梁貴人，強奪劉肇為養子且立為太子，梁貴人憂死。章帝卒(88)後，劉肇10歲登極為和帝，由竇太後臨朝(89—97)聽政。蔡倫因替竇後盡力辦事，即被拔升為中常侍，隨侍幼帝劉肇左右，備顧問、掌理文書，凡下達詔命或百官奏章悉由其傳遞，能出入宮禁。此職權力極大，能參與軍國機務，秩俸二千石，與九卿同等。中國曆史上宦官幹預國政，即始於此。
竇太後無視幼帝，愈益驕橫，永平九年(97)卒，和帝親政，廢其太後尊號。永元十四年(102)和帝立鄧綏(80～121)為皇後，蔡倫旋即投靠鄧皇後。他見鄧後喜歡在紙上舞文弄墨，乃自請兼任尚方令。尚方令為少府屬官，俸祿600石，主管禦用刀劍及諸器物，與中常侍高位本不相稱，蔡倫為投鄧後所好，甘屈尊兼就此職。元興元年(105)和帝卒，鄧後所生百日嬰兒即位。不到兩年幼帝再卒，鄧後乃立13歲皇侄劉祜(94～125)嗣位，是為安帝。劉祜為清河王劉慶之子，即位初期(105～121)由鄧太後柄政，故蔡倫又得重用。他不但是中常侍，且被太後封為龍亭侯，食邑300戶，封地在今陝西洋縣，從此進入貴族行列。封侯後不久，約於元初五至六年(118～119)蔡倫又被提升為長樂太仆，相當於大千秋。從此他成為鄧太後首席近侍官。他的特殊地位使他不但能隨時與皇帝接近，還能與皇後、皇太後接近，受到滿朝文武奉承。正當他權位處於頂峰時，建光元年(121)鄧太後卒。安帝親政後，因蔡倫當初受竇後指使參與迫害其皇祖母宋貴人致死、剝奪皇父劉慶皇位繼承權，乃敕令廷尉審訊蔡倫。他自知死罪，遂自盡而亡。蔡倫一生在內廷為宦46年，先後因侍奉4個幼帝、投靠兩個皇太後而節節上升，位尊九卿，身居列侯，然以慘死告終。他在這方麵本不光彩，但他在兼管尚方時，卻因作出推動手工業工藝發展的事而得以留名於後世。
蔡倫主管尚方期間，曾“監作秘劍及諸器械，莫不精工堅密，為後世法”。《後漢書·蔡倫傳》中的這段話有近代考古發掘實物為證。當時所造器物在質量、性能及外觀上確是精工堅密，堪為後世仿效。說明蔡倫在兼任工官時亦盡心盡職。尚方令這項工作使他對工業技術發生興趣，他每有空暇即閉門謝絕賓客，親至現場作技術調查，掌握了有關工業技術知識。他的創新精神，對發展當時金屬冶煉、鑄造、鍛造及機械製造工藝方麵起到不小的作用。此時製造的鋼刀以炒鐵為料，經多次鍛打而成百煉鋼。但他對工藝技術的最大貢獻在造紙方麵。先秦時中國書寫紀事用的是竹簡、木牘及縑帛。但簡牘笨重，絲織物昂貴，均不便使用。隨著社會經濟及文化發展，需要廉價易得的新型材料取而代之，為此人們作了各種探索。
早在西漢(前206～25)初就已有了用廢舊麻繩頭和破布為原料製成的麻類植物纖維紙。1986年甘肅天水市放馬灘西漢墓中出土繪有地圖的麻紙，年代為文帝、景帝(前179～前141)之時。1957年西安市灞橋也出土不晚於武帝(前141～前87)時的麻紙。另外，在陝西、甘肅其他地方所出土的西漢麻紙，可用於包裝和書寫，確是簡牘、縑帛的理想代用品。東漢定都洛陽後，西漢麻紙技術得以繼續發展。鄧皇後因喜歡文史及紙墨，曾令各州郡勿貢珍品，“但歲貢紙墨而已”，說明公元102年前各地已生產麻紙進貢。凡帝、後喜歡的，蔡倫都在尚方精製。他掌管宮內文書檔案時也深感“帛貴而簡重，並不便於人”，於是他決定造出比西漢紙更好的紙。為此，他總結前代及同時代造麻紙的技術經驗，組織生產優質麻紙。鄧太後嘉其能，從此造麻紙技術在各地進一步推廣。蔡倫在主持研製楮皮紙時，完成了以木本韌皮纖維造紙的技術突破，並擴充原料來源、革新造紙工藝。皮紙的出現是一項重大技術創新，蔡倫正是這項創新的倡導者。
造紙術是中國四大發明之一，對促進世界文明發展有重大作用。關於蔡倫與造紙術的關係，當今有兩種不同意見。第一種意見認為他是造紙術發明者，第二種意見認為西漢初已用紙代簡，蔡倫隻是造紙術革新者。現在看來第二種意見是正確的，因早在蔡倫200年前的西漢初即已有用於書寫的麻紙。蔡倫的貢獻是組織並推廣了高級麻紙的生產和精工細作，促進了造紙術發展，但“造意用樹膚以為紙”者，倒有可能是蔡倫或其尚方下屬。皮紙用樹皮纖維製成，其技術難度比麻紙更大。蔡倫的貢獻就在於使皮紙生產在東漢發展起來。麻紙及皮紙是漢代以來1200年間中國紙的兩大支柱，中國文化有賴這兩大紙種的供應而得以迅速發展。至晉代(4世紀)時，紙已最終取代帛簡成為主要書寫材料。蔡倫在促進麻紙及皮紙生產方麵起了很大作用，他雖不是造紙術發明者，但作為技術革新者和組織推廣者的曆史地位應予肯定。
元初元年(117)鄧太後鑒於內廷所藏經傳傳抄多誤，乃詔儒者劉珍及五經博士等人於東觀校訂，令蔡倫監典此事。東觀是洛陽宮內藏書及著述之所，蔡倫領銜率這批學者校訂，是為了向全國提供經書的標準文本。這次校訂經書的工作，是朝廷提供欽定經傳紙寫本的開端。因完成後要將所抄副本頒發各地方官，從而形成大規模用紙抄寫儒家經典的高潮，使紙本書籍成為傳播文化最有力的工具。東漢紙於20世紀時在西北地區也曾出土。中國造紙術起始於西漢，在東漢時期打下堅實基礎，至魏晉南北朝(3—6世紀)獲得發展，且開始向國外傳播。東漢在造紙史中是承上啟下的階段，蔡倫就是在這個曆史階段成為促進造紙術發展的關鍵人物。
張衡
令人敬仰的科學家
我國古代有許多偉大的科學家，他們的卓越成就，在我國文化史上閃耀著燦爛的光輝。東漢時期的張衡，就是其中的一個。
張衡（78～139），字平子，出生於南陽郡西鄂縣(今河南南陽縣石橋鎮)的一個官僚家庭。他的學問很淵博，創造力也非常充沛，在科學上有很高的成就，特別在天文曆算方麵貢獻更大。為了紀念這位一千八百多年來一直受到人民敬仰的古代傑出的科學家，在1955年我國曾經發行過紀念郵票，1956年又重修了在南陽縣北麵的“平子讀書台”和他的墳墓，在墓前立了一塊石碑，石碑上刻著中國科學院院長郭沫若同誌的題辭：
“如此全麵發展之人物，在世界史中亦所罕見。”
“萬祀千齡，令人敬仰。”
的確，張衡在學術上有著非常巨大的成就，主要的是由於他既能刻苦鑽研，實事求是，又不為傳統觀念所局限，富於敢想、敢幹的精神。這一切都是值得我們衷心敬仰和好好學習的。
不受傳統束縛，注重實際
張衡的祖父叫張堪，做過多年太守。但他比較清廉，不像別的官僚那樣專門搜括人民脂膏，所以沒有什麼積蓄。張衡的父親死得又早。因此，張堪去世以後，張衡一家的生活便比較困苦，有時還需要人家的幫助。這使得生長在官僚家庭裏的張衡，從小沒有染上遊手好閑的壞習氣，而能認真地學習。
張衡對於研究學問非常刻苦，他讀書一絲不苟，而且思想開闊，不受傳統觀念的束縛。當時一般士大夫人家子弟，都必須讀《詩經》、《書經》、《易經》、《禮記》、《春秋》等儒家經典，張衡少年時代也熟讀過這些書。雖然如此，但他卻不喜愛這些經書，認為經書太束縛人們的思想。張衡少年時代最喜愛的是文學，他對當時著名文學家，像司馬相如、揚雄等人的作品，都曾經下過一番功夫，不但能深刻地理解而且能夠背誦。因此他很早就能作一手好辭賦，人們對他的文學才能很為讚羨。
青年時代的張衡就懂得：讀書固然是獲得知識的一個方法，但是一個人要在學問上有成就，除了書本以外，還必須有實際生活的經驗，從實踐中求知識。張衡這樣，張衡自然不會滿足於“閉門坐家中，苦讀聖賢書”的生活了。他渴望出外遊學，多多接觸實際，以充實生活和開闊自己的眼界，尋求書本以外的實際知識。
公元94年(漢和帝永元六年)，張衡才17歲，他就離開家鄉，出外遊曆，訪師求學。
張衡遊曆的目的既然不是為了尋求功名，因此，他離開家鄉以後並不先到京師洛陽去，而先去漢朝的故都長安(今陝西省西安市)。長安周圍在當時叫做京兆(包括今西安、華陰、蘭田等地方)，和左馮翊(今西安以東，北到朝邑、邰陽地區)、右扶風(今西安以西到鳳翔、寶雞地區)合稱三輔，是當時最富庶繁華的地區，也是學術文化的中心。
從公元94年到95年，張衡在三輔一帶跑了許多地方，遊覽了名山大川，考察了曆史古跡，也訪問了民情風俗，調查過市井製度和商業交通的情況等。
遊曆了三輔以後，張衡到了洛陽。他在洛陽住了五六年，但沒有結交貴族豪門，奔走鑽營，也沒有進當時專門培養官僚的學校——太學；卻到處求師訪友，虛心向他們討教，因而獲得了不少知識。他曾對人家說過：“不做官有什麼要緊?要緊的是修養品德，研究學問。”當時許多學者在學術上各有主張，張衡則並不盲從任何一家學說，他有獨立思考的精神，對各家學說采取批判地接受的態度。這是他以後獲得巨大成就的原因。
張衡在洛陽結識了不少有學問的朋友，其中像馬融，是當時著名的辭賦作家，又擅長於音樂，後來成了東漢的儒學大師。像竇章，也是一個很有學問的人，謙虛儉樸，很受當時人們的尊重。像王符，是當時有名的政論家，他的著作《潛夫論》一直流傳到現在，成為研究東漢時代社會情況的寶貴曆史資料。像崔瑗，對於天文、數學、曆法有精深的研究。在這些朋友中間，崔瑗對張衡的影響最大，他們常在一起談論學問，交情也最深。這對於張衡以後研究天文、數學等科學並獲得巨大的成就，是有一定關係的。
從文學哲學到天文曆算的研究
上麵說到張衡青年時代很喜愛文學。他在三輔一帶遊曆的時候，就寫了著名的《溫泉賦》。在《溫泉賦》裏，他歌頌了“湯穀”的優美，春水的清新，和祖國山河的壯麗。這篇東西還一直流傳到現在，可惜已經殘缺不全了。
張衡居住在洛陽的期間，也寫了不少優美的辭賦，如《定情賦》、《同聲歌》、《扇賦》、《七辯》等。這些作品雖然也沒有全部流傳下來，有的隻殘存幾十字或幾百字。但是，從這些片斷的文句中，我們也可以看出他有很高的文學才能。
這些文學作品流傳出去以後，張衡的名氣漸漸大了起來。東漢時候還沒有實行科舉製度，做官不是憑考試，而是靠州郡地方官的保薦。各地地方官每年可以保薦一二名“茂才”或“孝廉”，送到京師，由皇帝錄用，先做小官，以後可以慢慢升遷。南陽郡守曾經幾次要想保薦張衡為“孝廉”，張衡拒絕了。
公元100年，有一個原來當“黃門侍郎”叫鮑德的，調到南陽郡去當太守。他因為仰慕張衡的才華，又因為張衡是南陽郡人，多方設法邀請張衡回到南陽郡去幫助他辦理郡政。這時，張衡一方麵因為在京師已經住了五六年，生活上發生困難；另一方麵因為鮑德在地方官中是一個比較有品德有學問的人，並且張衡也有回到家鄉看看的願望，因而答應了鮑德的要求，做了鮑德的助理——主簿官。當時張衡是二十三歲。
主簿官的職務主要是辦理來往文件，不直接處理行政事務。以張衡的才能來擔任這個工作，自然比較清閑。這使得張衡有時間和精力，利用他在遊曆三輔和洛陽時收集到的材料，寫成長達五六千字的《西京賦》和《東京賦》，合起來叫做《二京賦》。張衡寫這兩篇賦，前後總共花了十年的時間，寫了又改，改了又寫。《後漢書》的《張衡傳》說他“精思博會，十年乃成。”可見張衡對待寫作的態度是十分嚴謹的。
張衡寫《二京賦》的時候，東漢的政治局麵比較安定，社會經濟得到了較快的發展，國勢也很強盛。但是由於壓在人民頭上的貴族、官僚和地主們生活奢侈糜爛，貪得無厭地進行剝削，使得勞動人民的生活一天比一天困苦，以至於生活不下去。張衡在《二京賦》裏，除了頌揚當時東漢國勢的隆盛以外，也指責了官僚貴族們的昏庸腐朽。他的《東京賦》中有一段大意是說：官僚、貴族都以壓榨老百姓來求得自己的享受快活，但忘記了老百姓會把他們當作仇敵看待，他們不惜毀壞器物來供自己玩樂，但忘掉了老百姓會起來反抗而使他們憂患。張衡指出：“水可以載舟，也可以覆舟”，諷諫他們不要奢侈荒淫得太過分了。張衡說這些話，自然是站在維護封建統治秩序的立場，但同時也譴責了當時封建統治階級的荒淫腐朽，這一點則是他和一般士大夫不同的地方。
在《南都賦》裏，張衡生動地描繪了南陽郡的繁榮景象，也反映了當時的社會麵貌、人民生活情況和民間的風俗習慣。它不但是一篇優秀的文學作品，並且還是研究當時社會情況的可貴資料。
張衡在南陽郡當主簿官的期間，也做了一些有益於人民的工作，這就是他幫助鮑德興修了一些水利工程，和發展了一些當地的教育事業。因為注意興修水利，在各地連年災荒的時候，南陽郡卻獲得了豐收。南陽郡的郡學學舍荒廢了多年，張衡勸鮑德加以修理，讓一些青年們有研習學問的地方。在學舍修建完成的時候，鮑德邀請了當地的儒家學者來參加典禮，舉行宴會。為了這事，張衡寫過《南陽文學儒林書讚》，來紀念當時的盛況。
鮑德在南陽郡當了九年太守，公元108年(漢安帝永初二年)被調到京師，升為大司農(漢代中央政府管理田賦稅收的官名)。張衡沒有跟鮑德同去京師而獨自回家繼續專心研究學問。到公元111年，因為漢安帝的征召，張衡才再次到京師洛陽去。
張衡住在家裏研究學問的期間，有個叫鄧的，依仗著姊姊鄧太後的勢力，在朝廷裏做了大將軍。鄧為了裝點自己門麵，多次邀請張衡到他那裏去做官，張衡堅決拒絕了。
這時張衡開始研讀當代文豪和哲學家揚雄著的《太玄經》。《太玄經》是一部研究宇宙現象的哲學著作，也談到天文曆算等方麵的問題。當時一般人因為它的內容很艱深，而且談的是哲理，所以都不願意在這上麵花費時間和精力，而張衡卻對揚雄這部著作感到很大的興趣。揚雄的哲學思想是一種折衷主義的思想，他的書中有唯物主義的和無神論的因素，也有唯心主義和神秘主義的因素。張衡在細心地研讀了《太玄經》以後，受到很大的啟發。他由那裏接受了一些唯物主義和無神論的思想，因而有了尋求宇宙發展規律的願望。這使得張衡逐漸由文學創作轉到哲學研究，轉向對宇宙現象的探索，而終於在天文曆算方麵獲得了巨大的成就。
讀書而善於吸取其中的精華，不斷前進，進行創造性的研究工作，在這一點上，張衡是很好的模範，值得我們好好學習。
張衡研究學問的態度是非常嚴肅認真的，對於大小問題，他都不輕易放過，一定要弄個明白才肯罷手，並且有恒心，有毅力。崔瑗說他研究學問的態度，像大江裏的江水一樣，日夜奔流，片刻不停。這也是張衡能夠在學術上獲得巨大成就的重要原因之一。
渾天說和渾天儀
公元111年張衡被征召到京師。因為這一年漢安帝頒布命令，要全國各地地方官保舉有學問和通達政教的人，張衡當時的名氣很大，因而被征召了。張衡到京師以後，開始在尚書台衙門裏當郎中——起草文書的官。過了三年升為尚書侍郎，再隔一年又調做太史令。太史令的職務是掌管曆法，觀測天文氣象等等。朝廷有祭祀等典禮，都由太史令揀選所謂“良辰吉日”，有什麼封建皇帝認為是“吉祥”的征兆，或者有什麼災異，也都由太史令紀錄，並且報告皇帝。張衡被任命當這個官，自然因為朝廷已經知道張衡對於天文曆算有高深的研究，而這又給了張衡進一步研究天文曆算提供了更加方便的條件。
天文曆算在我國是發達得很早的學問。因為我們祖先很早就從事農業生產，知道農作物的栽培，生長和收獲，都和季節氣候有著密切的關係，因而早就很注意於天文的觀測和曆法的製訂，以便不誤農時按季節進行耕作。據甲骨文上的記載，三千年前的殷代，已經有十三個月的名稱；《書經》裏有每年三百六十六日，和以閏月定四時成歲的話。關於星辰方麵，我們祖先在周朝就有二十八宿的說法，戰國時代楚國天文學家甘地震儀內部結構德和魏國天文學家石申，就記載了一百二十顆恒星的位置。我國關於日蝕最早的一次記載是在公元前776年，比世界任何國家都要早。春秋的時候，我們祖先更發現了彗星，這也是在世界上對彗星最早的發現。所以我國是天文學發達得很早的國家。
關於宇宙的構造，我們祖先也創造了種種理論，主要有蓋天說、宣夜說和渾天說三個學派。
蓋天說是由“天圓地方”的說法發展出來的，主張天像蓋笠，地像棋盤，日月星辰都附著天蓋之上。蓋不停地轉動，因而日月星辰也在轉動。把地球的自轉說成了天蓋的轉動。
宣夜說是古代測定恒星位置的學者們對天體的一種設想。他們認為天沒有一定的形狀，日月星辰是“自然浮生虛空之中”，並不是附著於天體的，這是宣夜說獨到的地方。但到東漢末年，這種見解便已失傳了。
渾天說是西漢中期新興的一種學說，認為天像蛋殼，地像蛋黃，居在天內，日月星辰都在蛋殼上不停地轉動。這個學說把地比作像蛋黃那樣的球體，雖然不十分恰當，但由此可見，二千多年前，我們祖先已經有地圓的思想，這是很可貴的。
有了渾天說，人們就計劃製造渾天儀來觀測星辰。西漢武帝時候的落下閎，大約是第一個著手製造渾天儀的人。宣帝時耿壽昌鑄銅為象，永元十五年(103)賈逵創造了黃道銅儀，也都是渾天儀。