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［關(guān)鍵詞］帶傳動加載方式帶輪改進(jìn)
［中圖分類號］G642.423［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）10-0023-03帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動距離大、造價低廉等特點(diǎn)，在機(jī)械傳動中被廣泛采用。帶傳動實(shí)驗(yàn)是工科院校機(jī)械設(shè)計課程中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一，其實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑椋旱谝唬^察帶傳動中的彈性滑動和打滑現(xiàn)象以及它們與帶所傳遞的載荷之間的關(guān)系；第二，測定彈性滑動率與所傳遞的載荷和帶傳動效率之間的關(guān)系，繪制帶傳動的彈性滑動曲線和效率曲線；第三，了解帶傳動實(shí)驗(yàn)臺的設(shè)計原理與扭矩、轉(zhuǎn)速的測量方法。由于皮帶的彈性模量較低，在帶傳動過程中會產(chǎn)生彈性滑動，導(dǎo)致帶的瞬時傳動比不是常量。另一方面，當(dāng)帶的工作載荷超過帶與帶輪間的最大摩擦力時，帶與帶輪間會產(chǎn)生打滑，帶傳動這時不能正常工作而產(chǎn)生工作失效。
通過預(yù)緊力加載裝置，將傳送帶張緊在主動輪和從動輪上（如圖1），主動輪由電動機(jī)驅(qū)動，主動輪旋轉(zhuǎn)通過傳送帶帶動從動輪旋轉(zhuǎn)，從動輪旋轉(zhuǎn)使發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)的負(fù)載由燈泡和大功率電阻組成，共同消耗發(fā)電機(jī)功率。在驅(qū)動電機(jī)和發(fā)電機(jī)下面分別裝有壓力傳感器，可直接測量驅(qū)動電機(jī)和發(fā)電機(jī)的扭矩。在兩電機(jī)相同一側(cè)安裝有光電盤，可通過光電測速器實(shí)時測量驅(qū)動電機(jī)和發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度。
本實(shí)驗(yàn)室的帶傳動實(shí)驗(yàn)臺是2002年購置的、湖南長慶機(jī)電科教有限公司生產(chǎn)的PC-B型，由于使用年限長、設(shè)備陳舊等原因，實(shí)驗(yàn)裝置已不能很好地滿足教學(xué)需要。我們根據(jù)多年的帶傳動實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對現(xiàn)有帶傳動實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)已取得良好的教學(xué)效果。
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圖1帶傳動示意圖
一、預(yù)緊力加載方式的設(shè)計與改進(jìn)
（一）原帶傳動實(shí)驗(yàn)裝置預(yù)緊力加載方式
原帶傳動實(shí)驗(yàn)裝置預(yù)緊力加載方式如圖2所示，有兩個定滑輪、繩子和砝碼組成。缺陷是：1.在使用過程中，由于砝碼較重，經(jīng)常出現(xiàn)繩子被拉斷，對學(xué)生和實(shí)驗(yàn)室地面都可能造成傷害;2.在電機(jī)高速轉(zhuǎn)動過程中，懸掛砝碼的繩子會擺動，導(dǎo)致加載預(yù)緊力不恒定，造成實(shí)驗(yàn)誤差。
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圖2原預(yù)緊力加載方式
（二）改進(jìn)的預(yù)緊力加載方式
改進(jìn)的預(yù)緊力加載方式如圖3所示，主要是由手輪、螺桿和彈簧組成。彈簧一端連著驅(qū)動電機(jī)，一端連著手輪螺桿。螺桿的螺距是2.5mm，也就是說手輪旋轉(zhuǎn)一圈，螺桿伸縮長度是2.5mm，彈簧也就被拉伸了2.5mm。系統(tǒng)有兩個彈簧組成，彈簧的勁度系數(shù)是1750N/m。例如如需預(yù)緊力是25N，則螺桿伸縮長度為
X =F/μ=25/（1750×2）≈7.143mm
7.143/2.5=2.86圈,即手輪旋轉(zhuǎn)2.86圈，預(yù)緊力是25N。我們在手輪上裝置了標(biāo)尺，標(biāo)尺上有刻度，通過刻度也可以很清晰地看到所加載的預(yù)緊力大小。
改進(jìn)的預(yù)緊力加載方式,有效地避免了由于繩子被砝碼拉斷，可能對學(xué)生和實(shí)驗(yàn)室地面造成的傷害，節(jié)約了空間，操作也更加方便。另外在實(shí)驗(yàn)過程中，由于彈簧的作用，可以保持預(yù)緊力恒定。
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圖3改進(jìn)的預(yù)緊力加載方式
二、帶輪的設(shè)計與改進(jìn)
實(shí)驗(yàn)臺為開式傳動，原帶傳動實(shí)驗(yàn)裝置帶輪存在缺點(diǎn)為：1.當(dāng)帶輪快速旋轉(zhuǎn)時，皮帶有經(jīng)常被甩出來，威脅學(xué)生的安全；2.原裝置測試單一，只能進(jìn)行平帶測試，不具備測試其他類型的皮帶。
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圖4 原帶輪
我們針對原帶輪缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)（如圖5），在帶輪的兩側(cè)分別設(shè)計出一個擋條，使帶輪在高速旋轉(zhuǎn)時不至于把皮帶甩出，排除了安全隱患。另外設(shè)計了一款V帶輪，這樣實(shí)驗(yàn)中只需更換上V帶輪，就可進(jìn)行V帶測試，豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
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圖5改進(jìn)的帶輪（右為V帶輪）
三、扭矩傳感器裝置的改進(jìn)
驅(qū)動電機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生扭矩，使得裝在電機(jī)上的力臂桿壓迫傳感器，傳感器產(chǎn)生微小形變，微弱的模擬信號經(jīng)過放大后送入單片機(jī)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D），再進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理即得到扭矩值。原扭矩傳感器裝置如圖6所示，有分別裝在驅(qū)動電機(jī)和發(fā)電機(jī)上的力臂桿和力傳感器組成。當(dāng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時，力臂桿擺動幅度大，會出現(xiàn)力臂桿嚴(yán)重撞擊力傳感器現(xiàn)象，從而造成力臂桿彎曲和傳感器損壞。鑒于上述缺點(diǎn)，我們做出了改進(jìn)，如圖7所示，改進(jìn)的扭矩傳感器裝置變得小巧，力臂桿分別裝在驅(qū)動電機(jī)和發(fā)電機(jī)的正下方，在底座上裝了限位部件，有效避免力臂桿的大幅度擺動，保護(hù)了傳感器。
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圖6原扭矩傳感器裝置
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圖7 改進(jìn)的扭矩傳感器裝置
四、小結(jié)
1.帶傳動實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)主要包括：預(yù)緊力加載方式的設(shè)計與改進(jìn)、帶輪的設(shè)計與改進(jìn)和扭矩傳感器裝置的設(shè)計與改進(jìn)。改進(jìn)后的帶傳動實(shí)驗(yàn)裝置已投入使用，并取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。
2.高校承擔(dān)著培養(yǎng)人才的重任, 且擁有高水平的教師和實(shí)踐教學(xué)人員。優(yōu)質(zhì)的教學(xué)儀器不是簡單地從市場上采購，而應(yīng)該是來源于實(shí)驗(yàn)室，服務(wù)學(xué)生，不斷改進(jìn)。
3.在對帶傳動實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)過程中，理論課教師、實(shí)驗(yàn)老師和學(xué)生共同參與，牢固地掌握帶傳動實(shí)驗(yàn)裝置的性能和操作方法，同時增進(jìn)了師生與實(shí)驗(yàn)室的感情，受益匪淺。
［參考文獻(xiàn)］
［1］善明.帶傳動理論與新型帶傳動［M］.北京:國防工業(yè)出版社,2006.
［2］王永興,諸森兒.帶傳動實(shí)驗(yàn)裝置分析［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索,1993,30（2）.
［3］路家斌,呂文閣.帶傳動彈性滑動的教學(xué)解疑［J］.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版）,2008,（8）.
數(shù)控機(jī)床的身價從幾十萬元到上千萬元，一般都是企業(yè)中關(guān)鍵產(chǎn)品關(guān)鍵工序的關(guān)鍵設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障導(dǎo)致停機(jī)，其影響和損失往往是很大的。為了保證機(jī)床長期安全平穩(wěn)地運(yùn)行，降低維修費(fèi)用，應(yīng)及時發(fā)現(xiàn)和消除隱患，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)迅猛發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)普遍應(yīng)用，對生產(chǎn)線操作人員的知識和能力要求越來越高。
一、數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)
數(shù)控機(jī)床對零件的適應(yīng)性強(qiáng)，可加工復(fù)雜形狀的零件表面。在同一臺數(shù)控機(jī)床上，只需更換加工程序，就可適應(yīng)不同品種及尺寸工件的自動加工，這就為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的單件、小批量生產(chǎn)以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利，特別是對那些普通機(jī)床很難加工或無法加工的精密復(fù)雜表面（如螺旋表面），數(shù)控機(jī)床也能實(shí)現(xiàn)自動加工。
數(shù)控機(jī)床的制造精度高，其自動加工方式避免了生產(chǎn)者的人為操作誤差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，產(chǎn)品合格率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。
同時，由于數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性好，允許進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削，從主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的變化范圍比普通機(jī)床大，因此在加工時可選用最佳切削用量，提高了數(shù)控機(jī)床的切削效率，節(jié)省了機(jī)動時間。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率可提高2—3倍。
總之，數(shù)控機(jī)床加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降，還可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，大大減輕工人的勞動強(qiáng)度，減少操作人員的人數(shù)，同時有利于現(xiàn)代化管理，可向更高級的制造系統(tǒng)發(fā)展。
當(dāng)然，數(shù)控機(jī)床也具有價格較高，設(shè)備首次投資大；對操作、維修人員的技術(shù)要求較高；加工復(fù)雜形狀的零件時手工編程工作量大等缺點(diǎn)。
二、數(shù)控機(jī)床常見故障檢修
數(shù)控機(jī)床的故障主要集中在主軸部分和進(jìn)給伺服系統(tǒng)方面，一些輔助控制器件的故障以及控制回路斷路等問題也是常見的，下面就具體介紹一下數(shù)控機(jī)床中常見故障的檢修。
數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動系統(tǒng)主要用于機(jī)床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。一般主軸驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)具有較寬的恒功率范圍，較短的加速和減速時間，調(diào)速范圍要寬，過載能力強(qiáng)，電機(jī)溫度低及噪聲小等。主軸一般常見的故障主要集中在主軸驅(qū)動系統(tǒng)的故障和主軸液壓、主軸流量檢測方面的故障。
此外，普通交流三相異步電動機(jī)缺相或接地導(dǎo)致電機(jī)損壞是數(shù)控機(jī)床最常見的故障。電機(jī)接地會導(dǎo)致電流瞬間增大使斷路器斷開。輔助回路輸入輸出點(diǎn)的斷路也很常見。
數(shù)控機(jī)床的維修過程主要分為三個階段。首先，到達(dá)現(xiàn)場后進(jìn)行現(xiàn)場的調(diào)查和故障信息的采集。仔細(xì)詢問機(jī)床操作者故障表面的指示情況以及產(chǎn)生故障的背景情況，對故障現(xiàn)象做出初步的判斷。其次，根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)查結(jié)果和故障現(xiàn)象進(jìn)行具體的維修。從易到難、由外向內(nèi)，逐漸縮小查找范圍，確定故障存在的位置從而采取正確的維修措施。最后，機(jī)床的故障排除后及時向操作者交代清楚本次故障的起因以及發(fā)生故障的信息和環(huán)節(jié)，告其今后操作的注意事項(xiàng)，避免今后再次發(fā)生同類故障。同時做好維修記錄，為以后維修做好儲備。
由于數(shù)控機(jī)床是由工作人員（操作者）來操作的，出現(xiàn)問題也是有工作人員（維修人員）來修理，所以要創(chuàng)造良好的維修條件，首先要保證工作人員的素質(zhì)條件。這就要求工作人員首先要具有高度的責(zé)任心和良好的職業(yè)道德，能全身心地投入工作。其次作為維修人員知識面要廣，不僅要掌握基本數(shù)控知識，而且要學(xué)習(xí)并基本掌握有關(guān)數(shù)控機(jī)床電氣控制的各學(xué)科知識，如計算機(jī)技術(shù)、模擬與數(shù)字電路技術(shù)、自動控制與拖動理論、控制技術(shù)、加工工藝以及機(jī)械傳動技術(shù)，同時要掌握一門外語，特別是英語，起碼應(yīng)做到能看懂技術(shù)資料。第三，維修人員應(yīng)經(jīng)過良好的技術(shù)培訓(xùn)。不僅要培訓(xùn)數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)理論知識，而且要參加相關(guān)的培訓(xùn)班和機(jī)床安裝現(xiàn)場的實(shí)際培訓(xùn)，然后向有經(jīng)驗(yàn)的維修人員學(xué)習(xí)，更重要且更長時間的是自學(xué)，在培訓(xùn)過程中還要勇于實(shí)踐。
三、數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展趨勢
從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，數(shù)控系統(tǒng)正在向電氣化、電子化、高速化、精密化等方面高速發(fā)展。
機(jī)械設(shè)備最早的控制裝置是手動控制器。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了一種能夠根據(jù)需要方便地改變控制程序，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的自動化裝置——順序控制器。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了一種以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器——可編程序控制器。這種器件完全能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，由于它具備了計算機(jī)控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點(diǎn)，故目前已作為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)備普通應(yīng)用于工業(yè)控制。
隨著計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用日益廣泛，井進(jìn)一步推動了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了自動編程系統(tǒng)、計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、計算機(jī)群控系統(tǒng)和天性制造系統(tǒng)。計算機(jī)集成制造系統(tǒng)及計算機(jī)輔助設(shè)計、制造一體化是機(jī)械制造一體化的高級階段，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計到制造的全部自動化。
馬克斯·韋伯在分析工業(yè)資本主義在世界興起的歷史時認(rèn)為，雖然帝制時代的中國存在資本主義萌生的物質(zhì)條件（市場、勞動分工、貨幣經(jīng)濟(jì)、對外貿(mào)易等），但當(dāng)時中國沒有形成追求進(jìn)步的文化及合理的制度，以及系統(tǒng)追求科學(xué)知識的體制，因此，資本主義最終只在西方出現(xiàn)。李約瑟、席文、伊懋可對中國為什么沒有進(jìn)一步產(chǎn)生近代科學(xué)做出了某種解釋。李約瑟認(rèn)為其原因在于“中國和西方對待純粹的和應(yīng)用性自然科學(xué)的態(tài)度，科學(xué)家和工程師在古代中國社會中的地位，以及哲學(xué)、宗教、法律、語言、生產(chǎn)方式和產(chǎn)品交換等方面存在顯著的差異。”（注：Joseph Needham， The Grand Titration: Science and Society in East and West， London: George Allen & Unwin， 1969， p.14.李約瑟認(rèn)為中國科學(xué)的發(fā)展是一個相對平緩的上升曲線，公元2—5世紀(jì)時，就已達(dá)到很高水平。） 席文把中國科學(xué)技術(shù)衰落的原因歸于“幾個世紀(jì)的災(zāi)難性的財政及其他行政舉措，持續(xù)增長的人口造成的嚴(yán)酷壓力，社會長期保持穩(wěn)定和居于霸權(quán)地位的正統(tǒng)的文化意識形態(tài)沒有受到挑戰(zhàn)，而其中的創(chuàng)造性則被窒息了”（注：N.Sivin，“Science in China's Past”， in Leo A. Orleans， ed.， Science in Contemporary China， Stanford: Stanford University Press， 1980， p.3.）。伊懋可在分析中國科學(xué)技術(shù)在宋朝以后的停滯時，認(rèn)為中國陷入了“高均衡陷阱”?！巴砥趥鹘y(tǒng)中國社會陷入人口劇增，自然資源短缺的陷阱，因此，沒有必要投入以現(xiàn)代科學(xué)和工業(yè)為基礎(chǔ)的技術(shù)和資本以打破傳統(tǒng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)和水路運(yùn)輸上的水平?！保ㄗⅲ篗.Elvin，“Why China Failed to Create an Endogenous Industrial Capitalism: A Critique of Max Weber's Explanation”， Theory and Society， (13) 1984， pp.100， 106.）
20世紀(jì)80年代以來，中國學(xué)者對本文的核心問題的許多解釋說法，可以歸納為外因論、內(nèi)因論、綜合分析論和人類學(xué)的視角。本文將圍繞這四種主要視角進(jìn)一步探討近代科學(xué)未能在中國自發(fā)產(chǎn)生的問題。
一、影響中國古代科學(xué)進(jìn)步的外部原因
大多數(shù)學(xué)者在探討中國科技落后的原因時都首先從外部環(huán)境入手。這些不利的外部原因一般認(rèn)為存在于以下幾方面：
（一）科技的發(fā)展缺乏經(jīng)濟(jì)刺激 例如，陳亞蘭就認(rèn)為中國的經(jīng)濟(jì)是小農(nóng)業(yè)和家庭手工業(yè)相結(jié)合的“自然”經(jīng)濟(jì)，不需要復(fù)雜的科技。（注：陳亞蘭：《試論清前期封建社會需要與科學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)系》，自然辯證法通訊編：《科學(xué)傳統(tǒng)與文化》，陜西科學(xué)技術(shù)出版社1983年版，第172頁。）
的確，西方近代初期的科技史表明，擴(kuò)展經(jīng)濟(jì)活動，例如國際間的海上貿(mào)易、采礦業(yè)、要塞建筑及軍械生產(chǎn)等所產(chǎn)生的技術(shù)問題推動科學(xué)家如伽利略和吉爾伯特等人從事科學(xué)研究。（注：B.M.Hessen，“The Social and Economic Roots of Newton's ‘Principia’”， in George Basalla， ed.， The Rise of Modern Science: Internal or External Factors， London: Paytheon Education Company， 1968，pp.31—39.） 然而，經(jīng)濟(jì)活動的擴(kuò)展并不能充分解釋現(xiàn)代科學(xué)的興起，12世紀(jì)的意大利城邦國家和中國的宋朝和明朝就是明顯的例子，那里擴(kuò)展的國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易并沒有伴隨科學(xué)的革命性發(fā)展，例如：現(xiàn)代力學(xué)和磁學(xué)的發(fā)展。
（二）重農(nóng)抑商的政策 外因論者認(rèn)為，歷朝政府對海外貿(mào)易、采礦及冶煉采取的限制政策，對重要工業(yè)的官營，對鹽、茶、酒、礦物等重要商品的流通和買賣課重稅，阻礙了中國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，（注：林文照：《近代科學(xué)為什么沒有在中國產(chǎn)生》，自然辯證法通訊編：《科學(xué)傳統(tǒng)與文化》，第93—105頁。） 如明朝政府禁止民間開礦及海外貿(mào)易的措施。（注：《大明律例》規(guī)定“盜掘金、銀、銅、錫、水銀等項(xiàng)礦砂，每金砂一斤折錢二十貫，銀砂一斤折錢四貫，銅、錫、水銀等砂一斤折錢一貫，俱比照盜無人看守物準(zhǔn)盜竊論。若在山洞捉獲，分別輕重治罪?！眳⒁姟洞竺髀衫けI賊條》。）清初對海外貿(mào)易嚴(yán)加控制：限制海運(yùn)貨物的重量，禁止出口兵器、火藥、銅鐵、稻米、小麥、馬匹等。（注：林文照：《近代科學(xué)為什么沒有在中國產(chǎn)生》，第102—103頁。）雍正年間，商業(yè)擴(kuò)張，朝廷卻明令限制工場中的雇傭工人數(shù)，甚至拆除機(jī)器。
外因論者沒有注意到，中國古代兩千年的歷史顯現(xiàn)出相當(dāng)多樣的情況。并不是所有朝代的政府都實(shí)行限制工商業(yè)的政策。五代十國時期，大多數(shù)政府都優(yōu)先發(fā)展政權(quán)間的貿(mào)易。唐、宋、元時期，政府沒有限制海外貿(mào)易，甚至在明朝，政府對海外貿(mào)易的禁止也并沒有一貫地強(qiáng)制執(zhí)行。（注：例如，明永樂朝實(shí)施的海禁在1567年松懈了，到明末又重新嚴(yán)厲起來。）1740年，明朝的法令鼓勵私人在國內(nèi)采煤礦。
（三）重文輕理的儒家思想和“八股”取士制度 外因論者認(rèn)為儒家思想傾向和“八股”取士制度使中國知識分子的心智完全集中在語言、修辭及倫理知識方面，以及與農(nóng)業(yè)社會有關(guān)的課題上，而不是自然科學(xué)知識和各種工業(yè)生產(chǎn)問題上。（注：戴念祖：《中國近代科學(xué)落后的三大原因》，自然辯證法通訊編：《科學(xué)傳統(tǒng)與文化》，第109頁。）
社會意識形態(tài)制約科技發(fā)展，（注：J.Nef，“The Genesis of Industrialism and of Modern Science”， in C. Read， Essays in Honor of Conyers Read， Chicago: The University of Chicago Press， 1953， pp.263—266.）然而，在中國，士大夫的興趣和文化觀念并不是一成不變的。某些時期，如在沈括所處時代，觀念也起了很大的變化，許多儒生士大夫開始關(guān)心以前有身份的人不屑一顧的技術(shù)性工作。（注：參見席文：《為什么科學(xué)革命沒有在中國發(fā)生——是否沒有發(fā)生》，李國豪、張孟聞、曹天欽主編：《中國科技史探索》，中華書局香港分局1986年版，第100頁。）《宋史》記載那時流行官員和庶民向朝廷獻(xiàn)呈新技術(shù)發(fā)明，（注：參見《宋史·兵志》。）朝廷常獎授錢財和官位，一些發(fā)明更被政府推廣。
在探討影響中國技術(shù)發(fā)展的外部環(huán)境時，人均資源和動力占有量是一個不可忽略的因素。工業(yè)革命前夕，歐洲人比中國人人均占有的資源（木材、煤、土地等）和動力（馬）更多。（注：E.Jones， The European Miracle， Cambridge: Cambridge University Press， 1981.）這一點(diǎn)部分地解釋了兩個地區(qū)的相對發(fā)展水平和技術(shù)的使用，特別是節(jié)約勞動力和消耗資源的技術(shù)。一些研究表明，資源缺乏和人口過多影響了中國的技術(shù)發(fā)展。晚清江南地區(qū)，由于勞動力廉價而資源（木材）價格昂貴，這使人們不愿采用節(jié)約勞動力的機(jī)器生產(chǎn)，因而導(dǎo)致生產(chǎn)技術(shù)的衰落。（注：M.Elvin， Pattern of the Chinese Past， Stanford: Stanford University Press， 1971.）
外因不能充分解釋近代科學(xué)為什么不能在中國產(chǎn)生，因?yàn)榭茖W(xué)有其自身發(fā)展的內(nèi)在動因，古代中國技術(shù)書籍缺乏以一種（理論）科學(xué)的方式，即用法則和定理，來對技術(shù)問題進(jìn)行解釋的傳統(tǒng)，這些都有可能影響中國的科技發(fā)展。
二、制約中國古代科技發(fā)展的內(nèi)在原因
英國漢學(xué)家伊懋可就指出缺乏對機(jī)器的一種幾何透視觀影響了中國的技術(shù)進(jìn)步。對西方人而言，“機(jī)器是運(yùn)動狀態(tài)中的幾何體”。17世紀(jì)以后，正是這種能在機(jī)械中看到幾何學(xué)的影子，看到機(jī)械背后的那些抽象的線條框架和角度，并日益在技術(shù)書籍中以機(jī)械繪圖的形式加以表現(xiàn)的能力，使近代歐洲人與中國人相區(qū)別。（注：參見M.Elvin，“Skills and Resources in Late Traditional China”， in D. Perkins， ed.， China's Modern Economy in Historical Perspective， Stanford: Stanford University Press， 1983， p.111.）
我國學(xué)術(shù)界不少人也看到制約中國古代科學(xué)發(fā)展的諸多內(nèi)部原因，例如，中國科學(xué)家不注重把對自然現(xiàn)象和機(jī)械奧秘的解釋理論化，大多數(shù)科技著作僅是對當(dāng)時生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的記載或?qū)ψ匀滑F(xiàn)象的描述，（注：林文照：《近代科學(xué)為什么沒有在中國產(chǎn)生》，第83頁。）臆測性的討論代替了嚴(yán)密地尋找規(guī)律的努力，（注：Jin Guantao， Fan Hongye and Liu Qingfeng，“The Evolution of Chinese Science and Technology”， in J.Fraser， N.Lawrence and F. Haber， eds.， Time， Science and Society in China and the West， Amherst: The Unversity of Massachusetts Press， 1986， p.175.）過分依賴于形而上學(xué)的冥想，而缺少以試驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)的傳統(tǒng)。（注：例如明王陽明對竹子的研究和清初的劉獻(xiàn)庭對磁學(xué)的討論。參見《王文成公全書·傳習(xí)錄下》和劉獻(xiàn)庭《廣陽雜記》卷一。）
中國有機(jī)自然哲學(xué)對科技發(fā)展的影響 許多學(xué)者認(rèn)為中國古代自然觀特別是陰陽五行學(xué)說妨礙科學(xué)的進(jìn)步。（注：葉曉青：《中國傳統(tǒng)自然觀與近代科學(xué)》，自然辯證法通訊編：《科學(xué)傳統(tǒng)與文化》，第159—161頁。）中國自然哲學(xué)家在解釋現(xiàn)象時，往往求助這種自然哲學(xué)，例如：電被解釋為，“陰陽相激為電”；地震被認(rèn)為是“陽伏而不能出，陰迫而不能蒸”；磁石吸鐵是“陰陽相感、隔礙相通”；氣候與溫度的變化被比喻為人類心情的變化。（注：林文照：《近代科學(xué)為什么沒有在中國產(chǎn)生》，第87頁。）這些看似合理的解釋阻礙中國自然哲學(xué)家去探究現(xiàn)象的本質(zhì)和真正動因。
上述問題很難有定論，例如李約瑟就認(rèn)為陰陽五行學(xué)說對中國的科學(xué)思想發(fā)展有益而無害，雖然《易經(jīng)》精致的符號體系阻礙了中國科學(xué)哲學(xué)的發(fā)展，因?yàn)樗峁┝艘环N不能成其為解釋的概念框架。（注：C. Ronan， The Shorter Science and Civilization in China: Abridgement of Joseph Needham's Original Text， Cambridge: Cambridge University Press， 1978， pp. 182， 171， 187.）席文持相反觀點(diǎn)，認(rèn)為《周易》“最常用于對變化作能動的解釋，而不是一種對靜態(tài)物質(zhì)的分類理論，此外，中國古代的科學(xué)家也缺乏建立數(shù)學(xué)公式和用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證假說的傳統(tǒng)，因此，似乎就沒有理由說這種形而上學(xué)哲學(xué)阻礙了原本不存在的趨勢。”（注：席文：《為什么科學(xué)革命沒有在中國發(fā)生——是否沒有發(fā)生》，李國豪、張孟聞、曹天欽主編：《中國科技史探索》，第105—106頁。）
然而，宇宙觀同研究方法確存在一定聯(lián)系。在西方思想中，認(rèn)為上帝根據(jù)機(jī)械和數(shù)學(xué)原理創(chuàng)造世界的觀念，（注：“伽利略、開普勒、笛卡爾……堅持認(rèn)為上帝在他的創(chuàng)造性勞動中是一個幾何學(xué)家，數(shù)學(xué)能夠揭示宇宙結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)……開普勒……說上帝像一位建筑師那樣創(chuàng)造了‘自然’”。參見R.Bonelli and W.Shea， eds.， Reason， Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution， London: Macmillan Press， 1975， pp.11—12.）使現(xiàn)代早期的科學(xué)家如開普勒、伽利略和牛頓能夠把“現(xiàn)象世界”想像為具有數(shù)學(xué)和諧性，并能夠“根據(jù)機(jī)械學(xué)的原理”來解釋。（注：G. Holton， Thematic Origins of Science Thought: Kepler to Einstein， Cambridge， Mass: Harvard University Press， 1988， p.62.）換句話說，科學(xué)家能通過模仿上帝創(chuàng)世的行為揭示世界秘密。這就為研究自然，并以力學(xué)和數(shù)學(xué)的原則解釋世界提供了宗教哲學(xué)論證。中國自然哲學(xué)家認(rèn)為世界的產(chǎn)生與變化與人類相似，天人感應(yīng)。這部分地解釋了為什么他們許多人會認(rèn)為冥想和超驗(yàn)的體驗(yàn)，而不是實(shí)驗(yàn)，是揭示宇宙隱秘模式的方法。
“現(xiàn)代科學(xué)和過去所有科學(xué)體系的區(qū)別并不在于對自然的觀察，而在于觀察自然的目的和方法……以及以實(shí)驗(yàn)或受控觀察的結(jié)果作為結(jié)論的最終依據(jù)?！保ㄗⅲ篔.Nef，“The Genesis of Industrialism and of Modern Science”，p.218.）“設(shè)計”（試驗(yàn)）和“抽象化”是西方近現(xiàn)代科學(xué)研究方法論的兩個極其重要的方面。（注：R.Bonelli and W.Shea， eds.. Reason， Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution， p.15.）一方面，必須精心設(shè)計試驗(yàn)從而使自然現(xiàn)象的過程和數(shù)據(jù)能更清楚地被觀察到，并能對實(shí)驗(yàn)前形成的理論假設(shè)或推論進(jìn)行驗(yàn)證。另一方面，實(shí)驗(yàn)前必須進(jìn)行理論的抽象化建構(gòu)，區(qū)分表象和假象、派生的和次要的以及基礎(chǔ)的和更深層次的、實(shí)在的事物及過程，從而形成科學(xué)概念和提出假說，使研究者在實(shí)驗(yàn)中做到對自然現(xiàn)象的觀察合乎理想的簡單化。
作為一種解釋自然的理論，陰陽五行學(xué)說包括宇宙生成的觀念、氣的觀念和物質(zhì)的五種形態(tài)觀念等等。（注：陰陽、五行、氣是中國傳統(tǒng)科學(xué)的三大概念，各門學(xué)科都用它們來說明自己的研究對象。參見席澤宗：《科學(xué)十論》，復(fù)旦大學(xué)出版社2003年版，第99頁。）這些觀念同近代科學(xué)所認(rèn)知的宇宙的結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的存在狀態(tài)和實(shí)體相距甚遠(yuǎn)，甚至可以說這些概念基本沒有把握住物質(zhì)世界的真正的實(shí)在和深層的聯(lián)系。依據(jù)這樣的超驗(yàn)的和不能證實(shí)的概念，作為大前提很難推論出可被證偽的實(shí)驗(yàn)科學(xué)理論。
中國古代科學(xué)理論的公理化和證偽性問題 內(nèi)因論者認(rèn)為中國哲學(xué)家對自然的解釋缺乏理論的清晰性、證偽性和公理化傳統(tǒng)阻礙了科學(xué)理論的發(fā)展。阮元對中西方科學(xué)解釋理論的評價被作為例證，阮元認(rèn)為中國的理論妙在僅僅是尋求對現(xiàn)象的描述而不解釋原因，“天道淵微，非人力所能窺測”，而應(yīng)“言其所當(dāng)然，而不復(fù)強(qiáng)求其所以然，此古人立言之慎也”，這樣，理論才能“終古無弊”。（注：阮元：《疇人傳》卷三，商務(wù)印書館1978年版，第610頁。）
“公理化”是科學(xué)理論建構(gòu)必須遵守的一個重要原則，它體現(xiàn)在作為理論出發(fā)點(diǎn)的基本概念或大前提同推論假說之間的邏輯性，所有的推論或假設(shè)應(yīng)被表述為是由一套特殊的公理推論出的定理的形式，且具有驗(yàn)證性。
中國古代“科學(xué)”理論缺乏公理化傳統(tǒng)的確顯著。以天文學(xué)理論為例，《周髀算經(jīng)》中的“蓋天說”算是例外，它表現(xiàn)出是一個公理化的幾何體系。其定理“日影千里差一寸”是從其公理和前提“天地為平行平面”推論出來的。唐開元年間的大地測量數(shù)據(jù)證明與其不符，“蓋天說”便更趨式微。出現(xiàn)于漢代的“渾天說”，長期統(tǒng)治中國天文歷學(xué)界直到西方近代天文學(xué)傳人才逐漸被取代。它對地球周邊的描述大體輪廓相符，并能經(jīng)觀察驗(yàn)證，和預(yù)告日食、說明月食，對制定立法有指導(dǎo)作用。張衡的“渾天儀”幾乎是一個物化了的托勒密地心說模型。然而，托勒密的宇宙體系卻“是一個高度可證偽的，公理化的幾何體系”。（注：江曉原：《天學(xué)外史》，上海人民出版社1999年版，第135頁。）托勒密強(qiáng)調(diào)理論建構(gòu)的“幾何學(xué)”方法，并采用一種能夠把各種事實(shí)統(tǒng)一起來的最簡單的假說”，（注：參見金觀濤、樊洪業(yè)、劉青峰：《文化背景與科學(xué)技術(shù)結(jié)構(gòu)的演變》，自然辯證法通訊編：《科學(xué)傳統(tǒng)與文化》，第43頁。）即環(huán)行運(yùn)動來解釋天體運(yùn)動。（注：亞里士多德的形式邏輯和希臘的公理化方法甚至影響了中世紀(jì)西方的理論表述，基督教的宇宙論、人類起源和四帝國的說法，都有一個理論的邏輯結(jié)構(gòu)，并意指一個可能的經(jīng)驗(yàn)世界，因而具有證偽性。）
而在張衡的理論中，“天大而地下，天表里有水，水包地，猶殼之裹黃，天地各乘氣而立，載水而浮……天轉(zhuǎn)如車轂之運(yùn)也，周旋天端……”。（注：張衡：《張衡渾儀注》，《開元占經(jīng)》卷一。）張衡的理論中存在嚴(yán)重的邏輯不一致性和與當(dāng)時的常識相左的觀念：天地為何不沉不陷？天體如何能從水中通過？西漢起，楊雄、王充、張衡、葛洪到張載圍繞日月如何出入的爭論也頗能說明問題。
王充質(zhì)疑像太陽這種陽性的星體如何通過被視為陰的水，晉朝葛洪提出星宿屬陽性，但如龍，因而能生活在水中，還根據(jù)《周易》中的卦象來說明天體和日月可進(jìn)入地下，“《明夷》之卦離下坤上，捆在上，以證日入于地也”，離是火代表太陽，坤是地。（注：葛洪：《晉書·天文志》，載《中國天文學(xué)史》，科學(xué)出版社1981年版，第163頁。）宋朝的張載用新的說法來克服這種理論邏輯的不相一致性，認(rèn)為地球也是在氣上漂浮著的，“太虛無形，氣之本體，其聚其散，變化之客形爾”。（注：張載：《正蒙·太和篇》。）但是，張載的修訂并沒有帶來哥白尼似的革命。這也許同中國古代宇宙論的基本概念的錯誤性有關(guān)?！皻狻笔菍ψ匀滑F(xiàn)象的膚淺認(rèn)知，它并不是像“作用力”或“原子”那樣的實(shí)在。
中國古代自然哲學(xué)家對待實(shí)驗(yàn)的態(tài)度問題 并不是所有中國古代自然哲學(xué)家都不關(guān)心實(shí)驗(yàn)。例如墨家就不是用陰陽五行學(xué)說來解釋光學(xué)和力學(xué)的，而是通過實(shí)驗(yàn)論證來提出他們對光學(xué)和力學(xué)的解釋。就“受控實(shí)驗(yàn)”而言，明朱載堉就試圖建立一個研究杭州灣漲潮模式的設(shè)施。在其他領(lǐng)域，如天文觀測儀器、沙漏時鐘、渾儀等的制作，弦的共鳴現(xiàn)象，橋梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，水輪聯(lián)動擒縱機(jī)構(gòu)，織布機(jī)和火藥等的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)應(yīng)該都是反復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。（注：李約瑟稱：“中世紀(jì)的中國……在理論上已經(jīng)很接近它（受控實(shí)驗(yàn)），而且在實(shí)踐上經(jīng)常超過歐洲的成就?！眳⒁奐oseph Needham， The Grand Titration， p.50.）從漢代起就確立了以日食觀察作為檢驗(yàn)歷法的標(biāo)準(zhǔn)。蘇頌和韓公廉的水運(yùn)儀象臺里，渾儀、 渾象和報時系統(tǒng)是由同一套漏殼流出的水推動機(jī)械傳動裝置帶動的，機(jī)械傳動系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度可根據(jù)渾儀對太陽、恒星進(jìn)行觀測時的跟蹤情況來調(diào)整，從而使渾象和報時系統(tǒng)的記時工作準(zhǔn)確。（注：郭盛織編：《中國古代的記時科學(xué)》，科學(xué)出版社1988年版，第172頁。）這應(yīng)該都是建立在反復(fù)觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。然而，的確還沒有證據(jù)表明中國傳統(tǒng)的科學(xué)家發(fā)展出一套實(shí)驗(yàn)論的哲學(xué)，并充分了解探究自然秘密時實(shí)驗(yàn)的重要性。
宋以后，中國自然哲學(xué)思維出現(xiàn)重要發(fā)展。朱熹和方以智等強(qiáng)調(diào)自然現(xiàn)象背后存在可辨別的模式，“物之所在，無不有理”，（注：朱熹：《四書章句集注》，中華書局1983版，第295頁。在《朱文公文集》卷39《答陳齊仲》中，他區(qū)分了隱藏在草、木、器用中的理、天理和人性。）“理”決定植物的生長、谷物收獲季節(jié)以及為什么某些植物僅適合某種類型土地等。（注：朱熹：《中庸章句注》，《四書章句集注》，第83頁。朱熹自己進(jìn)行了包括觀察和實(shí)驗(yàn)的研究。他對化石成因有正確認(rèn)識，這比達(dá)·芬奇早400年，他還比較了晶體如雪花和鹽。）方以智區(qū)分了“通幾”和“質(zhì)測”，認(rèn)為對自然現(xiàn)象的哲學(xué)思考——“通幾”應(yīng)建立在對自然現(xiàn)象的考察，即“質(zhì)測”之上。（注：方以智：《物理小識》，載《中國哲學(xué)史》，中華書局1980年版，第174頁。）王夫之同樣認(rèn)為“格物”是研究自然現(xiàn)象的活動，揭示自然現(xiàn)象長期發(fā)展的深層規(guī)律。（注：方以智：《物理小識》，第207頁。）然而，幾乎所有“人都未能再前進(jìn)一步”，（注：A. Einstein，“A Letter to J.E.Switzer of San Mateo California (1953)”， in Joseph Needham， The Grand Titration， p.43.）認(rèn)識到試驗(yàn)在發(fā)現(xiàn)自然現(xiàn)象因果聯(lián)系的重要作用，從而“主動對自然提問”。（注：R.Bonelli and W.Shea， eds.， Reason， Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution， p.12.）
在西方學(xué)者與工匠傳統(tǒng)的結(jié)合并逐步發(fā)展到受控實(shí)驗(yàn)是文藝復(fù)興以來西方科學(xué)的最偉大發(fā)展，而在古代中國學(xué)者與工匠傳統(tǒng)最終并沒有結(jié)合起來。
西方機(jī)械論取代有機(jī)自然觀的特殊背景 在討論中國傳統(tǒng)有機(jī)自然哲學(xué)應(yīng)在多大程度上對中國沒有自發(fā)產(chǎn)生近代科學(xué)負(fù)責(zé)時，必須注意到陰陽五行學(xué)說所代表的那種世界觀念并不是中國文化所特有的?？茖W(xué)革命前，歐洲人也傾向于用人類行為和觀念的外推來解釋自然現(xiàn)象。例如，吉爾伯特通過顯示地球本身是一個巨大的磁場，來解釋指南針的行為，但中世紀(jì)的科學(xué)家德拉帕特（Della Porta）卻認(rèn)為磁鐵有頭發(fā)，鐵處于醉態(tài)，同樣用諸如“同情與憎惡”這樣的情感的觀念來解釋磁性現(xiàn)象。（注：W. Gilbert， On the Magnet， London: Chiswick Press，1901，p.113.）哈維證明心臟類似一個“小型的水泵”，而早期的生理學(xué)家蓋倫（Ferneland Galen）則認(rèn)為心臟是一個“維持生命之火的爐床”，（注：W.Osller，“Harvey and His Discovery”， in C.Read，Essays in Honor of Conyers Read，p.222.）中西這樣的解釋并無本質(zhì)差異。
在西方，主要是文藝復(fù)興后出現(xiàn)的某種十分特別的思想觀念，幫助西方科學(xué)拋棄舊的有機(jī)自然哲學(xué)，并推動一種對宇宙的新解釋方式的興起。在這些新的思想潮流中，尤為重要的是奧卡姆的威廉（1285—1349年）所提出的“本體精簡論”或“概念精簡化”原則，即沒有必要不得引入更多實(shí)體或概念于解釋中的原則。（注：克羅姆認(rèn)為羅杰爾·培根和奧卡姆的威廉已從舊的自然哲學(xué)概念中解脫出來了。參見A.Crombie，Robert Grosseteste and the Origins of Experimental Science，Oxford: Clarendon Press，1953，p.7.）這一原則激勵了近代早期科學(xué)家如開普勒和伽利略去探尋一種對宇宙更簡單的機(jī)械論的解釋。在1607年8月1日開普勒給費(fèi)瑞休斯（Fabricius）的信中就反映出“本體精簡論原則”怎樣幫助他提出了機(jī)械論的宇宙學(xué)說。（注：開普勒寫到：“當(dāng)你說不用懷疑，所有（天體）運(yùn)動循完美圓形軌跡時，這在論據(jù)組合上是錯誤的。實(shí)際上是運(yùn)動使所然。按哥白尼，它們在一個傾斜的軌道上運(yùn)動。但托勒密和第谷卻認(rèn)為它們呈螺旋狀曲線。但是如果說到運(yùn)動的形成時，你就引用了一個僅在思想中而不是在現(xiàn)實(shí)中存在的東西，因?yàn)槌颂祗w相互之間，沒有任何其他東西作用于天體?！币訥.Holton，Thematic Origins of Science Thought:Kepler to Einstein，p.61.）
后來的伽利略更試圖把他的研究范圍限制在分割開的、界定清楚的領(lǐng)域，而不去尋求一種對宇宙的超驗(yàn)理論為特征。（注：R.Bonelli and W.Shea，eds.，Reason，Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution，p.158.）培根明確地指出，實(shí)驗(yàn)可以清除那些沒有實(shí)用性的概念和幫助定義現(xiàn)象的性質(zhì)。（注：R.Harre，Great Science Experiments，Oxford:Phaidon Press，1981，p.15.）而在傳統(tǒng)中國，卻不是“奧卡姆的剃刀”或幾何式證明的形式，而是某種美學(xué)觀，甚至是非證偽性影響著直到晚清的“科學(xué)”解釋。
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三、中國近代科學(xué)落后的綜合原因分析 一些學(xué)者從外因和內(nèi)因兩方面對中國科技近代落后的原因進(jìn)行綜合探討，特別是從中西原始科學(xué)范式和宗教形態(tài)的差異入手來分析。
原始科學(xué)范式的差異 綜合論者發(fā)現(xiàn)，許多構(gòu)成近代西方科學(xué)范式的重要成分在古希臘自然哲學(xué)中已萌芽：幾何學(xué)視野下的空間觀，歐幾里得公理化傳統(tǒng)，畢達(dá)哥拉斯關(guān)于數(shù)字在理解宇宙中的重要性等等。（注：金觀濤、樊洪業(yè)、劉青峰：《文化背景與科學(xué)技術(shù)結(jié)構(gòu)的演變》，第36—37頁。）中國僅在春秋戰(zhàn)國時期，《墨經(jīng)》和《考工記》所代表的學(xué)術(shù)流派重視技術(shù)后面的形而上學(xué)和從實(shí)驗(yàn)中抽象出的理論。（注：金觀濤、樊洪業(yè)、劉青峰：《文化背景與科學(xué)技術(shù)結(jié)構(gòu)的演變》，第70頁。）然而，最終儒家受到官方的支持而成為顯學(xué)，墨家那種有科學(xué)觀念萌芽和實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)的范式卻未能成長。
中西宗教對科學(xué)的不同影響 綜合論者認(rèn)為宗教對處于萌芽狀態(tài)的科學(xué)的發(fā)展有重要影響。中國歷史上有許多時機(jī)能使更具科學(xué)之光的墨家傳統(tǒng)復(fù)活并促進(jìn)“近代科學(xué)結(jié)構(gòu)的建立”，如東漢末年，以造紙術(shù)、地震儀、渾天儀和星圖的發(fā)明為標(biāo)志的第一個科技發(fā)展；16和17 世紀(jì)以《本草綱目》、《天工開物》、《農(nóng)政全書》的編纂為標(biāo)志的對中國科學(xué)技術(shù)的總結(jié)的嘗試。那時耶穌會士引介西方的科學(xué)，徐光啟翻譯西方的科學(xué)著作，反思中國傳統(tǒng)。然而，科學(xué)的突破卻最終都未出現(xiàn)。（注：金觀濤、樊洪業(yè)、劉青峰：《文化背景與科學(xué)技術(shù)結(jié)構(gòu)的演變》，第69—81頁。）在西方，吸收了希臘科學(xué)傳統(tǒng)的基督教幫助克服了通常阻礙前現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的障礙?；浇滩粌H普及了原始科學(xué)觀念并使科學(xué)探究成為受到主流意識形態(tài)支持的活動。
宗教文化意識形態(tài)對科學(xué)的影響 默頓（Merton）的研究表明，宗教對近代科學(xué)的發(fā)展有強(qiáng)大影響。宗教和科學(xué)活動都包含對世界的生成、結(jié)構(gòu)和演化的探討。中古時代，科學(xué)探索常與宗教和巫術(shù)活動交織在一起。以信仰和教會組織為支撐的關(guān)于宇宙自然的宗教假說影響科學(xué)家的思維和實(shí)踐。中世紀(jì)后期許多科學(xué)問題是在討論神學(xué)問題中被發(fā)現(xiàn)的。（注：George Basalla，ed.， The Rise of Modern Science:Internal or External Factor，London:Paytheon Education Company， 1968，p.19.）庫恩甚至認(rèn)為17世紀(jì)科學(xué)革命部分是對基督教宇宙哲學(xué)，即亞里士多德—托勒密體系不能解釋反?，F(xiàn)象的回應(yīng)。
但是，顯然不能一般性地斷言儒教哲學(xué)排斥科學(xué)。從漢儒董仲舒起，宇宙論就成為儒家哲學(xué)的重要部分。當(dāng)托馬斯·阿奎那對古典知識和基督教理論進(jìn)行綜合時，中國的理學(xué)大師如張載、周敦頤和朱熹等同樣也對中國的自然哲學(xué)知識進(jìn)行綜合。朱熹把佛道思想中形而上學(xué)的和自然科學(xué)知識融入其理論，并吸收了沈括所總結(jié)的科學(xué)知識和從張衡到張載的天文理論，他提出的地球和星體產(chǎn)生的觀念與康德的星云說極為相似。他的宇宙論比張衡的天文理論似乎更有條理性和“科學(xué)”性，李約瑟甚至認(rèn)為理學(xué)從本質(zhì)上來講是科學(xué)的。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.247.李約瑟贊揚(yáng)朱熹是“圣托馬斯·阿奎那，但卻擁有斯賓塞的世界觀，朱熹使用一種無異于現(xiàn)代科學(xué)的觀念來思考”。見李約瑟：《中國科學(xué)史》卷二，科學(xué)出版社、上海古籍出版社1990年版，第489頁。）顯然，儒家思想似乎并不比天主教更敵視科學(xué)，朱熹提倡研究自然以完善人類的知識就是證明。“而天下之物莫不有理，惟于理未有窮，故其知有不盡也。是以《大學(xué)》始教，必使學(xué)者即凡天下之物，莫不因其已知之理而益窮之，以求至乎其極。至于用力其久，而一旦豁然貫通焉，則眾物之表里精粗無不到，而吾心之全體大用無不明矣?！保ㄗⅲ褐祆洌骸端臅戮浼ⅰ罚?、7頁。意指自然科學(xué)的“格致之學(xué)”是從朱熹的論著獲得特殊含義的。）
分析中西文化對科學(xué)發(fā)展的影響以下兩方面的差異值得注意。第一，學(xué)術(shù)傳統(tǒng)。自古希臘，對自然的探究就具有獨(dú)立價值，甚至在中世紀(jì)，西方的大學(xué)課程中也包含自然科學(xué)知識傳授：含語法、修辭、邏輯的藝術(shù)課，以及算術(shù)、幾何、音樂和天文四門學(xué)科。（注：參見A.Crombie，Oxford's Contribution to the Origins of Modern Science，Oxford:Basil Blackwell，1954，p.11.）第二，歐洲社會的開放和文化生活的分散性。12世紀(jì)，私立學(xué)院在中國和西方興起，對科學(xué)的興趣在增長。在西方如牛津大學(xué)，格萊斯特等學(xué)者認(rèn)識到希臘科學(xué)的意義并試圖去探討科學(xué)研究的方法和科學(xué)解釋的本質(zhì)。羅杰爾·培根和奧卡姆的威廉提出一套有別于經(jīng)院哲學(xué)的關(guān)于科學(xué)研究對象、意義和方法的新觀念。14和15世紀(jì)中，西方不少大學(xué)在數(shù)學(xué)、天文學(xué)、哲學(xué)領(lǐng)域中設(shè)立了教授職位。在意大利，對科學(xué)的興趣使伽利略和其他學(xué)者不顧教會的責(zé)難，而在舊的學(xué)術(shù)圈子之外建立了一個新的學(xué)術(shù)社團(tuán)去從事科學(xué)研究。
耶穌會士與明以后中國科學(xué)發(fā)展 牛津大學(xué)的克洛比認(rèn)為西方現(xiàn)代科學(xué)源于古希臘原始科學(xué)范式，后發(fā)展出新的獨(dú)創(chuàng)思想和有自我生命力的科學(xué)研究方式。（注：A.Crombie，Oxford's Contribution to the Origins of Modern Science，p.11.）這產(chǎn)生了另一個問題：如果原始科學(xué)范式，（注：科學(xué)范式是“一個時代普遍接受的科學(xué)成就，它為科學(xué)團(tuán)體提供了一個提出研究問題和解決辦法的模式?！眳⒁奡higeru Nakayama，Academic and Scientific Traditions in China， Japan，and the West，trans.Dusenbury，Tokyo:University of Tokyo Press，1984，p.17.）即希臘科學(xué)傳統(tǒng)是促使近代科學(xué)最終在西方興起的原因，那么， 當(dāng)這一科學(xué)傳統(tǒng)由耶穌會士介紹到中國明朝后為什么沒有引起向近代科學(xué)的躍進(jìn)呢？
何兆武認(rèn)為中國“并沒有任何根本性的阻礙近代科學(xué)傳入的思想因素”，西方傳教士介紹過時的前伽利略時代的科學(xué)，中國因此未能步入近代科學(xué)。（注：《何兆武與席文教授討論科學(xué)史與思想史的一封信》，深圳大學(xué)國學(xué)研究所主編：《中國文化與中國哲學(xué)》，東方出版社1986年版，第566—567頁。）席文也說前伽利略時代的科學(xué)，處在“歐洲科學(xué)意識分水嶺”的中古那一邊，不能使中國人革新他們的自然知識。（注：N.Sivin，“Science in China's Past”，p.26.）
然而，傳教士帶來的科學(xué)知識對中國學(xué)術(shù)界產(chǎn)生了影響。從徐光啟和方以智（《物理小識》）等學(xué)者的著述既可看出。徐光啟意識到西方的科學(xué)解釋有嚴(yán)密的邏輯結(jié)構(gòu)且采用演繹法，“《幾何原本》者度數(shù)之宗……眾用所基”。（注：徐光啟：《刻幾何原本序》。）徐光啟試圖去重組中國科學(xué)知識，他主持下修定的《崇禎歷書》采用西方第谷的天體運(yùn)行體系和幾何學(xué)的計算方法。席文后來把傳教士東來后引起的中國天文歷法變化稱為“哥白尼式天文學(xué)革命”。
對西方科學(xué)的興趣延續(xù)到清初皇帝如康熙，他熱情地學(xué)習(xí)西方的數(shù)學(xué)和天文學(xué)，甚至在宮廷中組建了一個法國式的皇家學(xué)院，邀請歐洲的科學(xué)家做物理和化學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)。然而，清廷后來指責(zé)耶穌會士傳播顛覆性教義并突然禁止他們的宗教活動，對西方科學(xué)的熱情也跟著消失了?？滴跄觊g，楊光先從文化意識形態(tài)上攻擊耶穌會士制定的天文歷法與他所監(jiān)之“堯舜相傳”的立法相悖，表明中國古代宇宙觀妨礙中國吸收西方的科學(xué)知識。
四、從人類學(xué)的視角對中國近代科學(xué)落后的解釋
中國能否不采用伽利略—牛頓學(xué)說體系所代表的科學(xué)范式（注：伽利略通過把對運(yùn)動的研究數(shù)學(xué)化，掃清了物質(zhì)和運(yùn)動新觀念出現(xiàn)的道路。在開普勒和伽利略的基礎(chǔ)上，牛頓才能推翻舊的宇宙模式，并使對空間的理解幾何學(xué)化。無論是天體還是地面物體的運(yùn)動，才能都被視為是幾何體在抽象的空間中的運(yùn)動。所有使用終極原因的解釋因而從科學(xué)中消失了。參見A.Koyre，“Significance of Newtonian Systems”， in George Basalla，ed.，The Rise of Modern Science:Internal or External Factors，p.99.）而發(fā)展出自己的“近代科學(xué)”形式呢？西方學(xué)者如席文認(rèn)為沒有牛頓，西方就不能發(fā)展出近代科學(xué)，因?yàn)榕ｎD力學(xué)體系始終是近代科學(xué)的核心部分。但是，一旦某種科學(xué)突破在統(tǒng)計物理學(xué)和波動物理學(xué)這兩個領(lǐng)域其中之一發(fā)生，那么稱之為牛頓式的那種探測的路數(shù)就會遲早被發(fā)明出來。（注：《何兆武與席文教授討論科學(xué)史與思想史的一封信》，第569頁。）
對席文的觀點(diǎn)持批評態(tài)度的金春峰認(rèn)為中國的傳統(tǒng)思維模式中的時空觀使牛頓體系難于在中國產(chǎn)生。他把中國的文化思維模式稱為“月令圖式”，認(rèn)為《禮記》中的《月令》一章較好地闡述了這種思維模式。它以下面的觀念為特征：
第一，人類活動和自然過程中存在著季節(jié)性的規(guī)律。第二，時空是主觀的，時間和空間結(jié)合形成五個區(qū)域。每一區(qū)域和五種元素之一相對應(yīng)。如東方與春季相結(jié)合，由木主持；南方與夏季相結(jié)合，由火主持。時間是循環(huán)往復(fù)的，空間不是向各個方向無限的擴(kuò)展，而是有限的，并隨時間流轉(zhuǎn)的。（注：金春峰：《“月令”圖式與中國古代思維方式的特點(diǎn)及其對科學(xué)和哲學(xué)的影響》，深圳大學(xué)國學(xué)研究所主編：《中國文化與中國哲學(xué)》，東方出版社1986年版，第128—130頁。）與這種思維方式對應(yīng)著一套探究問題的路數(shù)：例如，著眼于整體或系統(tǒng)，把握客觀對象的運(yùn)動形態(tài)，關(guān)注物體的功能屬性，而不是結(jié)構(gòu)；把所有的事物視為有機(jī)體，強(qiáng)調(diào)物質(zhì)和能量的相互轉(zhuǎn)換，不關(guān)注建構(gòu)幾何模型和運(yùn)動軌跡。（注：金春峰：《“月令”圖式與中國古代思維方式的特點(diǎn)及其對科學(xué)和哲學(xué)的影響》，第132頁。）
金春峰認(rèn)為《月令》模式觀念把宇宙理解為一個充滿著流動的氣和被分隔開的時空構(gòu)成的有機(jī)體“阻礙了以機(jī)械論的哲學(xué)為特征的近代科學(xué)的出現(xiàn)。（注：金春峰：《“月令”圖式與中國古代思維方式的特點(diǎn)及其對科學(xué)和哲學(xué)的影響》，第139頁。）”
中國古代時空觀 李約瑟曾把中國古代的時空觀稱為“隔間式的時空觀”（注：Joseph Needham， The Grand Titration，p.231.）和“聯(lián)想式有機(jī)思維方式”，（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.188.）認(rèn)為是反映了中國官僚社會以“行政式的方式對待自然”。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.188.）格朗尼特稱這種時間意識為“宗教儀式的時間觀”，因?yàn)樗^分強(qiáng)調(diào)時令、節(jié)氣、義務(wù)和機(jī)遇?！爸袊讼矚g把時間看作是由時代、節(jié)氣、新紀(jì)元”的集合體，“對時間和空間的思考從來就是與具體的事件聯(lián)系在一起”，中國人把時間分解為朝代，就像他們把空間分為方位一樣，中國人從來沒有刻意把時空想像為是可以容納抽象概念物的基體。（注：M.Granet，La Pensee' Chinoise，pp.86，88，96，113.引自Joseph Needham，The Grand Titration，pp.50，228.）
“四方上下曰宇，往古來今曰宙”，隔間式的（四方上下）空間觀似乎在這里找到文字證明。（注：尸佼：《尸子》。）的確，從《禮記·月令》中能看到時間被分解為節(jié)氣、時令、文化與宗教節(jié)日，以及與氣和陰陽五行的概念的聯(lián)系。然而中國古代時空觀并不都是“月令”模式，中國古代哲學(xué)思想中存在多樣的時空觀念?！皻v史學(xué)中的類推似的，符號化的和教誨性的時空觀，過去兩千年來天文時鐘和水利驅(qū)動時鐘所體現(xiàn)出的客觀的均勻劃分的時間，生物演化過程中的連續(xù)與斷裂的統(tǒng)一，在各種關(guān)于未來和過去的社會政治學(xué)說中的進(jìn)步與退化觀”等等。（注：引自N.Sivin，“On the Limits of Empirical Knowledge in the Traditional Chinese Science”， in J.Fraser， N.Lawrence and F. Haber， eds.， Time， Science， and Society in China and the West， p.152.）盡管這樣， 循環(huán)的時間觀和與它相聯(lián)系的自然觀似乎仍是處于中國自然哲學(xué)思想的深處，與上述時間觀交織。（注：在那個時代，循環(huán)論的觀念既不是道家的、法家的、儒家的，也不是墨家所特有的，而是所有各家共有的對自然過程的一種思維模式。參見N.Sivin，“On the Limits of Empirical Knowledge in the Traditional Chinese Science”， p.153.）例如，在歷史編寫中，循環(huán)時間觀和方位化的空間觀與連續(xù)的線性時間觀配合使用，表現(xiàn)為隨著朝代的更替，而出現(xiàn)的進(jìn)步或倒退的演化。在對自然現(xiàn)象的解釋中，陰陽五行學(xué)說和與它相結(jié)合的循環(huán)論和方位化的時空觀念構(gòu)成基本的思維框架。
中國天文學(xué)家的空間觀念展示了一幅復(fù)雜的畫面，無限宇宙觀念似乎盛行。中國三大天文學(xué)理論之一的宣夜學(xué)派以無限虛空的觀念而著稱，“天了無質(zhì)……高遠(yuǎn)無際……日月眾星，自然浮生虛空之中”。（注：《晉書·天文志》。）“渾天說”的傳播者——張衡也說天地之外是宇宙，“宇之表無極，宙之端無窮”。（注：張衡：《靈憲》。）11世紀(jì)的張載寫道，“天大無外”。（注：張載：《正蒙·太和》。）朱熹也認(rèn)為天無形，是空的。但是，這些觀念與陰陽五行學(xué)說混雜在一起，宇宙總的來說仍被視為是一個有機(jī)體，其中兩種基本相反的力量波動互補(bǔ)。（注：“不論何時當(dāng)人們嘗試去解釋結(jié)構(gòu)和變化時，便可能使用陰陽五行學(xué)說。當(dāng)每一種性質(zhì)的科學(xué)發(fā)展完善其古典形式后，陰陽五行學(xué)說也增加了與每一研究領(lǐng)域問題相關(guān)的特殊詞匯，連同另一些技術(shù)性概念一起，就為這門‘科學(xué)’提供一種足以構(gòu)成解釋的理論話語?！眳⒁奡ivin， “Science in China's Past”， p. 15.）
中國古代時空觀和運(yùn)動觀念對科學(xué)發(fā)展的意義 李約瑟認(rèn)為近代自然科學(xué)不能在中國自發(fā)產(chǎn)生與中國人“對時間和變化的觀點(diǎn)無關(guān)聯(lián)”，而應(yīng)主要從其他意識形態(tài)的因素，“具體的地理、社會、經(jīng)濟(jì)條件”來解釋。（注：N.Sivin，“Science in China's Past”，p.xv.）弗萊澤提出相反的觀點(diǎn)，認(rèn)為近代科學(xué)的基礎(chǔ)是相信必須把“對自然的假設(shè)理論數(shù)學(xué)化，并用試驗(yàn)來驗(yàn)證這些假設(shè)”，“而這種對數(shù)字化和量度的要求起源于某些與此密切相關(guān)的關(guān)于時間的學(xué)說，這些學(xué)說是西方土生的”。弗萊澤把中國不能自發(fā)產(chǎn)生近代科學(xué)歸因于中國自然哲學(xué)家喜歡有機(jī)自然哲學(xué)。（注：J.Fraser，N.Lawrence and F.Haber，eds.，Time，Science，and Society in China and the West，p.1.）席文對此持折衷的立場，聲稱無法證明“循環(huán)的時間觀念以外的其他時間觀念在中國特殊的科技環(huán)境中能更有效地推進(jìn)中醫(yī)和煉丹術(shù)，甚至無法知道他們是否會被吸收?！保ㄗⅲ篘.Sivin，“On the Limits of Empirical Knowledge in the Traditional Chinese Science”，p.154.）
然而，當(dāng)我們探討為什么在中國沒有自發(fā)產(chǎn)生近代科學(xué)這一問題，并涉及到中國自然哲學(xué)對此的影響時，其中一個特別值得注意的領(lǐng)域是物理學(xué)。在此領(lǐng)域，方法論和形而上學(xué)的突破首先發(fā)生，由此開啟了西方近代科學(xué)。在中國古代科學(xué)這個領(lǐng)域中，有機(jī)自然觀以及與它相聯(lián)系的隔間式時空觀，而不是其他時空觀，例如無限虛空的觀念，被用來解釋自然現(xiàn)象及物體運(yùn)動的原因。這一點(diǎn)很重要。
希臘的原子論者把時空理解為幾何形盒子，原子散布其中。他們相信物體所處的位置及其運(yùn)動存在某種結(jié)構(gòu)模式。如果物質(zhì)的一個粒子在特殊的時間占據(jù)著特殊的位置，那是因?yàn)榱硪粋€粒子的推動。（注：參見Lucretius，DeRerum Natura，translated and revised by M.Smith，Cambridge，Massachusetts:Harvard University Press，1975，pp.29—39.）這些觀念為在文藝復(fù)興時期出現(xiàn)的從幾何學(xué)的角度把運(yùn)動理解為是在一定的時間內(nèi)位置的變化的觀念打下了基礎(chǔ)，隨后導(dǎo)致現(xiàn)代力學(xué)和現(xiàn)代早期西方科學(xué)思想中對因果關(guān)系的機(jī)械論理解的出現(xiàn)。
中國自然哲學(xué)中，“兩種時間觀念成為那些試圖區(qū)分過程的時間階段性和空間結(jié)構(gòu)的手段。互補(bǔ)的陰、陽運(yùn)用于自然過程中，代表著消失和出現(xiàn)、持久和變化、收縮和擴(kuò)張等方面；運(yùn)用于空間結(jié)構(gòu)時，則表示正面和背面，低和高，內(nèi)部和外部?！蔽逍杏糜趨^(qū)別空間關(guān)系時，“五行中的四行常用來表示指南針的四個基本方位，每年太陽路徑的四分之一和四季相對應(yīng)，地球處于中心位置，其他行星圍繞地球旋轉(zhuǎn)。”（注：N.Sivin，“Science in China's Past”，pp.14—15.）
每種事物的性質(zhì)都被認(rèn)為適合于它所占的位置，并依據(jù)與其所占的時空位置相符合的規(guī)則活動。自然過程的規(guī)律性被想像為不是由某種機(jī)械的原則所支配，而是為適應(yīng)社會生活模式。一個物體占有其位或運(yùn)動是其性使所然，或是像一個有機(jī)體那樣按自己的意愿行動，或在“能量場”的影響下，或因共鳴，或由于感應(yīng)。（注：Joseph Needham，The Grand Titration，p.226.）這一運(yùn)動觀念與希臘和牛頓學(xué)說中把時間和空間視為幾何形的空盒，或無限延伸的線條，其中任何事物都有一個可量度的位置的觀點(diǎn)相佐。它解釋了中國很難發(fā)展出牛頓型物理學(xué)和幾何天文學(xué)的原因。（注：中國人缺乏對天體運(yùn)動的希臘式幾何學(xué)觀念，他們不覺得現(xiàn)象背后的原因可以從幾何學(xué)和機(jī)械論的角度去理解。在他們看來，宇宙這個大有機(jī)體中的每一個有機(jī)體都依據(jù)其本性遵道而行，它們的運(yùn)動可以由本質(zhì)上非具象主義的代數(shù)來處理。參見C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.221.）
中國古代科技發(fā)展的其他可能性 墨家和名家證實(shí)了中國古代科技有可能向另一方向發(fā)展。名家試圖去發(fā)展一套關(guān)于邏輯推理的法則，墨家不僅與陰陽五行學(xué)說沒多大聯(lián)系，同時提出不同的時空觀和運(yùn)動原因觀，并有依據(jù)試驗(yàn)來闡明一般物理原則的傾向。（注：參見《墨經(jīng)》，以及C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.340.格萊漢姆對《墨經(jīng)》這些相關(guān)段落有不同的理解和翻譯。參見A.Graham，Later Mohist Logic，Ethics and Science，Hong Kong:The Chinese University，1978，p.295(A44)，pp.435—436(B63—64).）墨家認(rèn)為在時間和空間中發(fā)生的運(yùn)動是可測量的，并可能考慮到了運(yùn)動的力學(xué)原因。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.341.）墨家關(guān)于物體運(yùn)動需要時間，空間位置可以量度，運(yùn)動在于力學(xué)原因的觀點(diǎn)與后來西方的伽利略，甚至是“牛頓第一定律”所表述的觀點(diǎn)相似。墨家同樣探討了物體的下落運(yùn)動、斜面運(yùn)動和球面運(yùn)動等。
中國古代科學(xué)思想中還含有許多可以被稱為“現(xiàn)代”的科學(xué)觀念?！袄韺W(xué)”中關(guān)于兩種基本力量的觀念，猜測到了物質(zhì)深層結(jié)構(gòu)的兩面，即后來被西方科學(xué)家稱之為“正極”和“負(fù)極”、電子和質(zhì)子。李約瑟認(rèn)為中國人“雖從未站在過牛頓所處的位置，卻接近擁有原子物理學(xué)家玻爾和盧瑟福所代表那些立場”。中國人關(guān)于自然以波動的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，自然界兩種力量中的每一種輪流升至最高點(diǎn)，然后下降讓對立面來控制場的觀念，“表達(dá)了我們認(rèn)為相當(dāng)合理的對波動現(xiàn)象的一種科學(xué)的抽象”。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，pp.236—237.）實(shí)際上在中國古代科學(xué)思想中還可以找到更多有近代科學(xué)水準(zhǔn)的觀念和發(fā)現(xiàn)，例如《內(nèi)經(jīng)》的血液循環(huán)理論。
盡管如此，缺少一種追求再現(xiàn)自然表象和揭示現(xiàn)象深層結(jié)構(gòu)的哲學(xué)認(rèn)識論傾向（the philosophy of presence）也許可以解釋為什么近代科學(xué)終究沒有在中國自發(fā)興起。西方認(rèn)識論的重要特征被德里達(dá)稱為“邏各斯中心主義”，它預(yù)先假定現(xiàn)象中存在秩序和結(jié)構(gòu)。這種認(rèn)識論推動西方學(xué)者去揭示所研究事物的邏輯結(jié)構(gòu)和本質(zhì)。這種具相主義傾向是西方科學(xué)和藝術(shù)現(xiàn)代性的本質(zhì)特征。概而言之，沒有這種揭示事物結(jié)構(gòu)的愿望和努力，科學(xué)研究就不能說是現(xiàn)（近）代的。
反觀中國，居支配地位的宇宙論是建立在強(qiáng)調(diào)所謂差異性、變化性和不確定性的觀念基礎(chǔ)上，老子的宇宙論哲學(xué)體現(xiàn)了這一點(diǎn)。這種非具相主義哲學(xué)預(yù)先假定“宇宙的秘密是不可了解的”，因此對現(xiàn)象的描述和解釋也應(yīng)與此相一致。阮元關(guān)于中西宇宙論表述的差異性的言論突出反映這一觀念。前面提及的諸如中國古代科學(xué)思維缺少幾何觀以及公理化傳統(tǒng)都可以被認(rèn)為是反具相主義的表現(xiàn)。