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把《清明上河图》放大N倍后,竟发现了这么多科技秘密

中科院格致论道讲坛

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2020-09-14 09:25:13

说到《清明上河图》,我们会对张择端绘画笔触的细腻表示赞叹,也会对图上宋代人民的各种生活场景津津乐道。不过你可能不知道的是,除了大篇幅描绘的社会风俗,在《清明上河图》一些不那么起眼的地方,其实还充满了中国古代的“黑科技”……从辘轳到风箱,再到一顶小小的瓜皮帽,北宋人的科技智慧都在画卷中得以窥见。

出品:"格致论道讲坛"公众号(ID:SELFtalks)

以下内容为中科院自然科学史研究所科学传播研究中心副研究员史晓雷演讲实录:

北宋张择端的《清明上河图》现藏北京故宫博物院,是该馆的镇馆之宝之一。它描绘了900年前开封地区,也是当时的首都,各阶层人们的社会生活场景。

自此之后,各个朝代都有不同的摹本和仿本,合起来有几十个。

另外,还有两幅比较著名的、与《清明上河图》同名的作品

一幅是明代仇英本的《清明上河图》,现藏辽宁博物馆的;另一幅清院本《清明上河图》,现藏台北故宫博物院的。

它们都延续了宋代写实的风格,为我们了解古代社会提供了极佳的窗口。

了解古代社会的窗口

这个场景是在汴河的一个码头上,码头上有几位搬运工,他们手里拿着像木棍一样的东西。

实际上,他们手里拿的东西不是木棍,是竹签。

这是古代计件工资的一种形式——从码头上把粮食卸下来之后运到粮仓里,在这里领一根竹签,可以换一份工钱。

这是经济史学家关心的问题,作为一个科学史研究者,我关心什么呢?

这个场景中,独轮车上面蒙了一层布。但是,这个布不是一般的布,仔细看的话,会发现这个布上有文字。

故宫博物院研究员余辉先生认为它是草书。

当时北宋宋徽宗登基之后,重用权臣蔡京。蔡京搞了一场政治斗争,相当于当权派把反动派抄家之后,用独轮车把抄家的东西运到郊外,来进行焚烧。

这个想法目前还没被证实,只是他的个人看法。

上面的例子是一些政治史学的研究,我本人做古代技术史研究,关注的点会有些不同。

这个独轮车非常奇特。一般情况下,独轮车是人在前面拉,后边有个人在推。

但是,画中在前辕位置还有一个人在拉,有两个辕。这样的话,独轮车有一定平衡功能。他手里还拿着一根鞭子,前面有一头驴。

这种驾驶方式,我们只能在这种类似《清明上河图》的绘画中能看到,现在已经看不到了。

这幅画展现的是当时大街上的一个修车铺,箭头所指的方向是一个框架锯。框架锯是一种工字形锯,在古代非常关键。

比如要加工一个大型板材,没有这种框架锯的话,要靠木楔子打进去再劈开,这样劈裂开的木板非常不平整。

你要用锛,或其它的一些工具来进行加工,非常费劲。但是,有了框架锯就方便很多

《清明上河图》里面出现的是中国最早的框架锯形象,为考证古代的物质文化史提供了极大的便利。

上图中右侧,是汴河上的航船,就是内河的船只。船只上箭头所指的是一种当时非常先进的高科技——可升降式的平衡舵。上面有悬挂的舵链,这样可以升降。

汴河水浅的时候,舵要提升上去,否则的话,舵就会改变航向,插到下面的话,会妨碍航行。

平衡舵是什么意思?舵就是改变航向。这个舵轴要往中心移一点的话,力矩转就非常方便了,这是当时古人蛮有智慧的一个设计

辘轳与《清明上河图》

这个叫辘轳,我小的时候看到大人经常用它,现在很难见到了。三十多年前的电视剧《辘轳·女人和井》的主题曲是当时的大歌星韦唯唱的

其中有一句歌词是:“女人不是水呀,男人不是缸,命运不是那辘轳,要把那井绳缠在自己身上。”这很形象,因为辘轳是曲柄的,摇动曲柄可以把水提上来。

因为这种辘轳带一个曲柄,我们就可以先叫它曲柄辘轳。这是中国古代很常用的,而且是古代很省力的一个提水机械,但是它产生于什么时候呢?

这是汉代的三幅辘轳图。但是它跟刚才我说的还不一样,它基本是个定滑轮式的,就是只改变力的方向,并不省力。

从汉代到北宋期间有很多辘轳的词出现,但是我们搞不清到底是这种辘轳,还是我刚才说的曲柄辘轳。

举一个例子,南朝的刘义庆写了一本书,叫《世说新语》。他讲了大画家顾恺之和三个朋友做游戏、开玩笑的一个故事,他说:“每个人说一句话,看谁说的最危险,谁就获胜。”

第一个人说“矛头淅米剑为炊”,这是啥意思?就是说用长矛的尖淘米,用宝剑来做饭;

第二个人说“百岁老翁攀枯枝”,在古代七十古来稀,百岁还要攀枯枝,那不是找死吗?

第三个就是顾恺之说的,他说“井上辘轳卧婴儿”,这个词是很危险,但是这个辘轳在这里我们搞不清楚,是前面那两种辘轳中的哪一种。

所以从汉代到北宋期间,我们找不到曲柄辘轳出现的朝代

有一次欣赏《清明上河图》的时候,看到右侧有一支队伍在踏青。后面画方框的地方是一块菜园子,菜园子里面就有口井。

《清明上河图》整一幅图就两口井,这是个圆口井,放大一下就是上面这幅图。

在圆口井的上方,有很小的一个东西,如果不是做辘轳的话就没法儿解释。旁边有个人似乎是要提水,而且在他左侧的一方,有一个人挑着一个担子,应该是已经汲水而去了。

这是我国关于这种单曲柄、省力辘轳的最早形象之一。为了找更多的证据,后来在北宋墓葬里的一些砖雕和绘画中又找到一些,这是其中一个。

这应该是一个儿童,长得比较矮,可以看到他在用力地摇辘轳,一个人在艰苦地摇曲柄提水。

通过这几个证据,结合《清明上河图》,证明在900年前在中原地区,辘轳已经在普遍使用了。

风箱与《清明上河图》

我还小的时候,奶奶让我烧火做饭,用的就是风箱。其实我们老家不叫它风箱,叫风匣,匣就是小木盒子。

风箱非常好使,它的特点是什么?当时经常听到呱哒呱哒的声音,是风门在响,就是推和拉的时候会产生风

它在古代不仅仅是烧火做饭的作用,古代中国发达的冶金也要全靠它来达到炼铁的温度。

中国有个歇后语叫“风箱里的老鼠——两头受气”,这就和它的原理有关。

风箱最早是什么时候产生的呢?

英国学者李约瑟,早年在北宋书籍《演禽斗术三世相》中发现两幅图,左面是一个打铁图,右面是一个打银图。

后面有一个非常小的木柄,因为打铁需要的温度比较高,所以他断定宋代就有了风箱这样一个工具

但是几年前我在国家图书馆文津古籍部看这个本子的时候,发现有疑点,这个书不是宋代的,是后来的。

我找到了三个证据:

第一个证据,左面是从这本书上截下来的图,右面是一个参考年代图。第一幅图中的男子头上戴了乌纱帽。这个乌纱帽有长翅,但是这个长翅不是很长,而且有圆角

这是明代官服的一个特征,宋代的长翅是很长的

基本符合事实的是,宋太祖赵匡胤为了防止大臣在朝上交头接耳,就把乌纱帽上的翅弄那么长,这样的话就不方便说话了。

另外,他的官服前面有个像补丁一样的东西,专业术语叫补子。实际上前胸、后背各有一个补子,这是明清官服,也是官员等级身份的象征。

文官饰飞禽,武官饰走兽,所以说衣冠禽兽早期就是指他们的,但是现在已经变成贬义词了。

右边的图是明代绘画,显示出明显的明代特征。

第二个证据是一个承差,承差就是过去传送文书的一种小官吏。

他戴的帽子顶部平坦,四角皆方,它叫“四方平定巾”。

这种小官吏戴的帽子是明代朱元璋之后流行起来的,朱元璋上台之后,他认为“天下平定,四方平定”,所以搞了这样一个服饰出来。

右图是明代的一个版画,叫《琴心记》,讲的就是汉代卓文君和司马相如为了爱情私奔的故事。中间站着的这位老者,他戴的帽子和左边承差的一样,所以这是是明代风格的服饰

第三个证据是左图坐着的男子头上戴的帽子,专业术语叫“六合一统帽”,是六瓣布弄起来像半个西瓜,所以实际叫瓜皮帽。

我们一般会看到地主老财戴这种瓜皮帽,流传到近代。

“六合”就是东西南北上下,也就是六个方向,这仍然是明太祖朱元璋之后才流行起来的

右边的图也是参考年代的一个书,明刻本《红梨花记》,可以看到左边第二人戴的也是这种瓜皮帽。

综合这三个证据,我认为李约瑟关于《三世相》的结论是很值得怀疑的,而且我提供的证据是比较充分的。

有一次翻看一个关于仇英本《清明上河图》的书,原本在辽宁博物馆。

在书中看到一个铁匠铺,里面有三个光着上身的男子在挥锤打铁,他们打的是一些日用器具,剪子、刀、斧头等。

在他们后面是一个炉子,炉子再后面有一位男子正在拉扯风箱,而且我们能很清楚地看到火门。

明代仇英的画作年代应该是1543年,就是16世纪中叶左右,而且仇英是南方人,生活在长三角一带,是明代四大才子之一。

这样就证明在16世纪中叶,长三角地区应该普遍使用这种风箱了。因为不普遍使用的话,入画应该会有一个过程,这就把这个年代的风箱跟《清明上河图》结合起来了。

翻车与踹布

当然,在《清明上河图》中类似这样的场景还有很多,再举两个有趣的例子,

第一个是中国很传统的一种提水灌溉工具,特别是在南方常用的一种器具,叫龙骨水车,也叫翻车。现在应该很难看到了。

再看一个,仍然是在仇英本的《清明上河图》中,在汴河的一侧,也就是田地的一边,有一个草棚一样的东西,下面像个轮子,这是干什么用的?

这个很难猜,估计很少有人见到过,或者说很难了解到。

稍晚些时候,1637年宋应星《天工开物》中介绍的牛转翻车,但是与它唯一不同的地方是没有棚子。

下面需要一头牛,人坐在木盘上赶牛,牛拉着圆盘,通过两个齿轮结构带动水车,这是当时很常见的一种用来提水灌溉的高科技

仍然是在仇英本的《清明上河图》,里面有一个染坊,中间可以看到有一个人托着一个像木架的东西,脚好像踩着什么,这是踹布匠

因为古代的生活也不那么单调,有花花绿绿的衣服,有各种植物染料、矿物染料来染色。

染色之后棉布太皱,需要卷到布轴上,放在石板上面。

踹布匠踩的是一颗像元宝似的石头,有几百斤重,叫元宝石,把它压到布轴上。

他上去踩住,踩的时候不可能像耍杂技一样,肯定是要托住一个框架,然后再踩,这样布就平整光滑了。

在《清明上河图》中,无论是宋本还是明本,都可以找出很多反映当时社会现实的东西

摄影摄像技术产生的很晚,大概在19世纪的上半叶。而我们要了解古代社会生活、科学技术,很大程度上要依赖这些绘画或壁画资料。

幸运的是,我们有《清明上河图》这样的宝贵资源,使我们可以穿越到过去和古人对话,带着好奇心来领略那个陌生而神奇的世界。谢谢大家!

“格致论道”,原称“SELF格致论道”,是中国科学院全力推出的科学文化讲坛,由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办,中国科普博览承办。致力于非凡思想的跨界传播,旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展。获取更多信息。本文出品自“格致论道讲坛”公众号(SELFtalks),转载请注明公众号出处,未经授权不得转载。

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