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中國科技是不是超越西方1500年?-- 讓數據說話

作者:看得開  於 2014-9-8 09:03 發表於 最熱鬧的華人社交網路--貝殼村

作者分類:歷史|通用分類:網路文摘|已有11評論

關鍵詞:中國, 超越, 論文

今天看大家對中國科技史談論得挺熱烈,我把最近中國大發的一篇論文貼上來供大家討論。今年旦大學中國發展模式中心主任在《人民日報》發文稱:「中國至少在1500年內,在政治、經濟、文化、科技等方面都全面領先當時的西方。」這一說法引發了以饒毅教授為首的中國科學界的激烈討論。科學界學者以科學史上的統計數據說話,正視中國科技的地位,分析中國科技落後的癥結
                                                           從統計視角探討中國歷史科技發展特點

                                                                                 董潔林,陳娟,茅莉麗

摘要:為了從歷史角度探究中國科技創新的統計特徵,我們建立了一個基於科技創新首創時間和地點的「人類科學和技術歷史成就」資料庫,然後定量統計了中國及世界其他地區的科學和技術的首創成就,並對各國和地區進行橫向比較,有如下主要發現:1)中國歷史累計技術創新項目約佔世界總量5.8%,比歐美相去甚遠,也遜於中東地區,但勝於印度/巴基斯坦地區。2)中國歷史科學活動和成就少於人類總累計數1%,顯示中國自古以來科學探索活動不活躍。3)中國歷史上的技術創新,時間上在春秋戰國到宋朝期間較活躍,宋朝之後(1300AD 至今),技術創新幾乎完全停滯。4)從各地區科技創新的歷史橫截面統計數據可見,歐洲地區從公元前500年開始科技活動就較活躍,科技成就積累一直超越中國。

一、問題的提出

關於中國歷史上的科技成就,有兩大派別一直在爭論不休。一派認為中國歷史上有一些技術發明但科學成就很少[1][2];另一派則認為中國在15世紀以前科技很發達,但之後就停滯不前了,而歐洲接踵而至的科學革命和工業革命把中國拋在後面[3]。這兩派學者大多基於案例列舉方式結合思辨討論來支持自己的觀點。案例列舉法用來證偽某個結論是有效的,但難以證實某個結論。較少人用定量統計的方法來探討中國和西方科技發展水平,這正是本文採用的研究方法和視角,希望以此得到具有一定統計意義的發現。釐清歷史事實的意義不僅在於對一些權威結論進行反思,它更是我們探索前行方向的堅實基礎。

二、文獻綜述

1.歷史「科技創新水平」的定量表達

對長歷史跨度的「科技創新水平」的定量表達,是一項難度較大的任務。文獻閱讀表明,學界主要採用以下三種方法:

(1)基於某一本科技編年史,對該書收錄的科學和技術項目進行統計。由於原作者對歷史科技成就的選擇具有主觀性且選擇標準不明(很多編年史都是「大事記」,而不都是具體的科技成就),這種方法得到的數據有較大的局限性,例如原作者地域、知識、成書時間等。而二次使用該書數據的作者,較難了解原作者的局限性如何影響數據的準確性和結論的可靠性。因此,用不同的編年史書籍進行統計,結果往往相差很大,甚至彼此矛盾。

(2)Peregrine方法[4]:在歷史上截取幾個時間橫截面(例如公元前1000年,公元元年,500年,1000年,1500年等),每個時間橫截面選擇幾項主要科技成就,然後研究在這幾個時間橫截面各國的使用情況(而不是創造),並對各國所採用的科技創新進行打分。由於近代創新傳播速度很快,用這種方法來衡量近代各國科技水平很不準確。另外,「主要科技創新」的選擇以及對「各國科技創新使用打分」都缺乏客觀標準,因此結果具有較強的主觀性和任意性。

(3)代理變數方法:基於科技創新和人口數正相關並且人口增長是促進創新的原因的設想,Kremer建立了一個「科技」參數和人口關係的數學模型,用人口變數作為代理變數來研究經濟和人口/科技的關係[5]。這種思路事實上去掉了「科技/知識」作為獨立變數的地位。Kremer用全球人口和經濟數據實證檢驗,顯示較好結果,但也引起了諸多爭議,很明顯的一個問題是科技發展在歷史時間和空間上分佈都是極為不均衡的,該模型不能解釋這種不均衡性。為了彌補這個理論的不足,有人沿著這個思路進行修改,例如將人口總數改為人口密度等[6],但未能從本質上改善這個方法的缺陷。

2.關於中國科技歷史

對於中國科學和技術史的研究,李約瑟等著的七卷三十餘冊《中國科學技術史》(Science and Civilization in China)是一座歷史的豐碑。他挖掘出很多中國人自己都不曾重視的歷史科技成就,糾正了很多早期學者認為「中國沒有科學和技術發明」結論,也開啟了中國和西方科技發展史的比較研究視角。同時,他用提問的方式(「李約瑟難題」)認為中國從公元早期到十五世紀,科技水平高過西歐。過去三十餘年,很多學者基於李約瑟的結論,試圖從各種角度試圖回答「為什麼」[7][8][9][10]。金觀濤先生曾經用歷史科技發展的數據來研究中國科技史並與西方科技發展的相應指標,認為正如李約瑟所說,中國科技水平在1300年之前比歐洲高[11][12]。由於金觀濤文並未公布其數據的遴選方法和來源,也沒有公布相關分析方法(科技水準計分法細節),故無法討論其結論的可靠性和局限。

然而,以上觀點一直沒有得到西方主流歷史學家的認同[1],中國也有不少學者持不同意見[13][14]。陳方正先生最近的專著從西方科學史的角度全面闡述西方科學發展的路徑以及其文化背景,而比較中國人自古探索自然所經歷的完全不同的軌跡,從而解釋近代科學和技術革命為什麼在歐洲而不是在中國發生[2]。

本文的重點在於用統計的方法理清有關中國歷史科學和技術創新的統計數據,並與幾個主要的文明體系在一些歷史橫截面進行比較,了解中國歷史科學和技術發展的特點。

三、人類科學和技術成就資料庫構建

研究表明,科學和技術創新基於人們已經把握的科技成就積累,具有「鄰近可能性」(Adjacent Possible)和「擴展適應性」(Exaptation)[15]。也就是說,一項嶄新的科學和技術首創,需要基於本地的科技水準,包括原創科技累積和從其他地區傳播來此的科技,因此,用科學和技術的首創數為基礎來統計各地的歷史科學和技術成就,能較好地反映一個地區的科學和技術水平和活躍程度。

基於這個思路,我們建立了一個「人類科學和技術成就」中、英雙語資料庫,目前收錄了1700餘項人類歷史上的科學和技術首創成就條目,其中科學500餘項,技術項目1200餘項。關於科學、數學和技術這幾個大家非常熟悉的概念,定義很多,我們的研究參考較為權威的韋氏詞典(Webster Dictionary)定義:

科學:科學是關於自然世界的知識,包括科學方法建立,自然現象的系統性觀察和解釋,其原理的研究。科學有很多分支,例如物理學,化學,生物學,等等。數學是科學的一個子分類,研究數、量、形狀、空間等問題,例如代數、幾何、微積分,等。

技術:技術即運用知識(包括科學知識)來解決生活和工作中問題的技巧,包括為此發明的有用的工具和方法。

構建資料庫的條目採集主要來自於8種科學和技術歷史編年書籍(附錄1:表一),另外20餘種書籍作為輔助文獻(附錄1:表二),也參考了大量的其他文獻。這些編年史基本上都是作者基於自己的判斷收錄的歷史上最重要的、獨特的科學和技術成就。我們注意到,不同國家和時期的學者對技術和科學項目的選擇採用的是主觀方法,結果不盡相同,反映作者的偏好和知識局限,而綜合很多版本所採集資料庫條目會彌補單個作者的缺失,比較全面反映人類歷史重大科學和技術成就。值得一提的是,資料庫的建立也參考了Wikipedia.org網站對該條目的描述,對於該網站有可信文獻出處的信息,也會採納進資料庫。

對條目的信息處理,本文採取以下原則:

(1)入選條目都是人類歷史上首次出現的科學和技術成就。這個原則也基本上是各編年史作者的原則,但有時個別版本作者也會按自己的偏好對同一項目後來的較重要的進展做重複收錄。例如,很多地區的人們在歷史上都有關於圓周率π數值和求得方法的記載。最早的記載是埃及(π=3.16,約公元前1850年),後來古希臘的阿基米德於公元前兩百多年創造了幾何法得到較精確的數值,中國的祖沖之於公元480年沿用這個方法進一步得到了更精確的數值;再後來德國-荷蘭數學家魯道夫·范·科伊倫在約1600年用無窮級數法計算圓周率,大大提高了π精度。到了現在計算機時代,人們已經可以對π值方便地進行任何精度的計算。但我們的資料庫僅收錄了古埃及這一項。

(2)對每一個項目,資料庫採集了如下參數:項目名稱,描述,項目所屬類別及子類別,首創時間,首創者,首創者所屬國家/地區等。

(3)關於資料庫所採集的每個條目中的每個參數,至少有兩個來源提供同樣數據。

(4)如果條目的參數各文獻不一致,我們採用較新版本文獻的信息。我們認為,一般來說新文獻會較好反映最新考古發現成就。

(5)國家和地區的名字,採用目前的國家劃分。對於重要的古地名(例如「美索不達米亞」),同時標出古地名和現在最接近的地區名(例如「美索不達米亞/伊拉克」)。

四、研究結果

1.歷史上各區域技術創新概述

到目前為止,資料庫共收錄技術項目1235條,涵蓋8個大類別:材料,居家,產業,醫藥,能源,信息,交通,測量(包括科學儀器)。每個大類別,又分成若干小類別,例如產業分成工業、農業和軍事。時間跨度包括從史前二百五十萬年的石具到最新的「量子隧道三極體」,共有55個國家和地區的技術創新被收錄進資料庫。

圖一顯示的是所選擇的人類歷史上累計技術創新在各地區的分佈情況,前三名是美國(34.9%)、英國(12.6%)和德國(6.6%),中國位居第四,約佔總數的5.8%。 圖中「其他」地區包括技術首創地點不詳的項目以及那些數目少於0.5%的國家和地區的累計。


圖一:各國歷史累計技術創新所佔百分比(從史前百萬年至2012年,共1235項)


圖二:主要地區技術創新分階段累計項數(從史前百萬年開始累計,共1235項)


圖一中的「國家」是一個現代概念,每個國家的人口數量和地域大小都相差甚遠,況且人類在長時間跨度歷史中,各時期的政治疆域變化很大,用現在的「國家」為單位來比較一個文化群體的歷史成就有明顯的缺陷。因此,在圖二中,我們把世界分為5個地區以進行歷史比較:中國、印度/巴基斯坦、中東、歐洲、美國,那些不屬於這幾個地區的國家都放在「其他」一類。前四個地區各自的文明有相近性和連續性,而且幾個地區的人口基數也有可比性。美國是一個歐洲殖民國,由於其目前在科技上的卓越成就,我們把它單列一類。技術成就被收錄的中東國家包括埃及、土耳其、伊朗、伊拉克、敘利亞、約旦、科威特、黎巴嫩、葉門、以色列等10國,技術成就被收錄的歐洲國家包括英國、法國、德國、義大利、希臘、丹麥、西班牙、比利時、荷蘭、挪威、奧地利、芬蘭、瑞士、瑞典、盧森堡、葡萄牙、俄國、波蘭、捷克、匈牙利、喬治亞、羅馬尼亞、愛沙尼亞、斯洛維尼亞、烏克蘭等。印度和巴基斯坦同屬印度河流域文明,從史前開始就形成共同文化,直到最近才分為兩個國家。
在時間軸上,共分為九個橫截面,分別是:500 BC,1 AD、500 AD、1000 AD、1500 AD、1800 AD、1900AD、1950 AD和2012 年。圖二即基於這種地區分類和歷史橫截面的技術創新分階段累計項數,可歸納如下幾項觀察結果:
(1)中東地區技術創新開始得最早,到1500年為止(也即歐洲科學革命開始之前),中東的累計技術創新一直超越歐洲。
(2)印度和中國技術創新也開始得較早,但活躍度較中東和歐洲都弱。特別是最近幾百年,技術創新幾乎完全停滯。
(3)歐洲從公元前500年開始,技術創新就很活躍,中世紀時期(公園500年到1300年),技術創新減速,文藝復興開始后(1300年)又開始活躍,工業革命開始后(1770年),技術創新迅猛加速。
(4)1800年之後,美國等新興歐洲殖民國家開始發力,成為世界技術創新主力。
2.歷史上各區域科學成就概述
到目前為止,資料庫中共收錄科學條目515項,類別包括數學、物理學、化學、生物學(包括醫學)、天文學、地球學等。時間跨度從公元前3000年到2012年,共有26個國家和地區的科學成就被收錄進資料庫。
圖三顯示各國家/地區歷史上的科學成就分佈。科學貢獻排在前三名的是英國(18.8%)、美國(18.2%)和德國(11.5%)。



圖三:各國歷史科學成就累計百分比(從史前3000年至2012年,共515項)



圖四:區域科學成就在一些主要時間節點累計項數(從史前3000年至2012年,共515項)

按同樣思路進行地區分類和時間橫截面統計,我們累計了各國的科學成就,結果如圖四所示。科學成就被收錄的中東國家包括埃及、土耳其、伊朗、伊拉克、敘利亞等,科學成就被收錄的歐洲國家包括英國、法國、德國、義大利、希臘、奧地利、丹麥、西班牙、比利時、荷蘭、瑞士、瑞典、俄國、波蘭等。

從此圖可以歸納如下幾項觀察結果:

(1)中東地區在1500年之前,有不少科學成就,但之後科學活動幾乎停滯。

(2)印度/巴基斯坦地區的科學活動很少,且呈現孤立、分散的特性。該地區人的科學興趣比較集中在數學方面。

(3)歐洲從古希臘就開始了較活躍的科學研究,中世紀時期停滯,文藝復興開始(1300年)之後又重新復甦,1500年之後(科學革命開始之後),科學研究突飛猛進地發展。

(4)1900年之後,歐洲的殖民國家,特別是美國,逐漸成為世界科研主力。

(5)中國在科學方面的成就很少,僅錄得5項,接近世界總數的1%,不僅與英、美、德以及歐洲諸國相差甚遠,較其他文明古國也遜色。

3.中國科學和技術發展特點

從上面兩小節的討論,可以看到中國在科學方面一直很不活躍,在兩千多年的時間跨度中僅有零零散散5項科學成就被收錄,少於世界總數的1%。這些都是個別人偶然和孤立的成果,這些偉大學者之後,沒有人繼續他們的工作。而歐洲從古希臘時期以來,科學研究形成學派,每一學派有自己的研究範式和研究重點,從而在一個(或幾個)領域進行較為深入的研究,並形成豐富成就,當發現越來越多不能被現有理論解釋的現象之時,具有嶄新思維的巨人可能出現,提出新的範式,造就「科學革命」[16]。中國歷史上對自然的持續的群體性研究主要在天文觀察方面,創造了一些科學觀測儀器(科學儀器被收錄在技術部分的「測量」子分類中),觀察和記錄了很多天象,但在其規律研究方面少有科學建樹。在科學研究方法上,在近代引進西方科學模式之前,中國對自然的探索活動僅僅是經驗、觀察性的,與古希臘開啟的科學傳統,即採用「假說-實驗-理論-驗證」研究模式,並用數學作為核心工具的研究方法相去甚遠。

在技術方面,本文資料庫收錄了71項中國首創技術,約佔世界總量5.8%,比歐美相去甚遠,也遜於中東地區,但勝於印度/巴基斯坦地區。中國的技術創新主要在居家用品、農用和手工業工具,早期也有一些軍事武器、天文觀察工具(測量)等。而近幾百年由於工業革命和信息革命推動的技術創新,中國幾乎完全缺席(見圖五)。從時間上來說,新石器(農業革命)時期中國的先民開始活躍,宋朝完結之後(1300AD 至今),技術創新幾乎完全停滯(見圖六)。另外,與西方史書中科技創新者的名字和故事被生動記載的傳統很不同的是,中國很少關於技術發明者的記載,凸顯發明家在中國社會地位低微。


圖五:中國技術首創成就分類。

綜合科學和技術的數字,圖六顯示了中國幾個歷史時段科學和技術首創的數目。從新石器時期到公元前800BC(中國鐵器時代開始之前)的幾千年,先民們的主要貢獻是在農業技術方面。春秋戰國和秦時期(800BC-200BC)的600年,技術活動比較活躍,主要貢獻在居家生活用品和工具方面。四大發明中的紙和羅盤屬於這個時期,也有兩項科學成就。漢朝至南北朝(200BC – 600AD)的800年,主要技術貢獻在一些生活用品和生產工具。唐、宋時期(600AD-1300AD)的700年,主要技術貢獻是工業技術和工具。四大發明中的火藥和活字印刷屬於這個時期。宋朝之後,中國的科技創新幾乎完全停滯。



圖六:各歷史時段的中國科學和技術首創數目,共77項。

五、研究結論和局限

在本項研究中,我們建立了一個基於科技創新首創時間和地點的「人類科學和技術創新成就」中、英雙語資料庫,然後統計了各國和一些主要文明區域的歷史科學和技術成就,有如下主要發現和結論:

(1)中國歷史累計技術創新項目約佔世界總量5.8%,比歐美相去甚遠,也遜於中東地區,但勝於印度/巴基斯坦地區。

(2)中國歷史上的技術創新,時間上從新石器(農業革命)時期開始活躍,從春秋時期至宋朝結束(1300AD)這兩千年成就較多。宋朝完結之後,技術創新幾乎完全停滯。

(3)中國歷史科學活動和成就少於人類總累計數1%,顯示出中國自古以來科學探索很不活躍。

(4)從幾個主要地區科技創新的歷史橫截面統計數據可見,歐洲地區從公元前500年開始科技活動就很活躍,科技成就積累一直超越中國。因此,「李約瑟難題」的前提 -「1500年之前中國的科學和技術水平高於歐洲」,不成立。

(5)中國地區和印度/巴基斯坦地區的科技水平一直很弱,沒有形成歐洲科學革命和工業革命的基礎。而中東地區作為人類文明的搖籃,技術創新很早就開始活躍。自古以來也一直與歐洲有較為密切的交流,特別是古希臘衰落之後,很多學者的科學活動都轉移到中東,一度成為世界科研的中心。因此,如果問「中東地區」為什麼沒有產生科學革命和工業革命,似乎是一個有意義的問題。

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發表評論 評論 (11 個評論)

回復 yulinw 2014-9-8 09:32
   美國都這麼樣落後了,還是表去了~·(潛伏的除外啊~·)
回復 fanlaifuqu 2014-9-8 09:35
yulinw:    美國都這麼樣落後了,還是表去了~·(潛伏的除外啊~·)
   別太刺人!
回復 yulinw 2014-9-8 09:44
fanlaifuqu:    別太刺人!
王毅真直:中國澳大利亞不是最親密朋友

澳洲更落後,高大上不宜居住~~
回復 總裁判 2014-9-8 10:14
「中東地區」為什麼沒有產生科學革命和工業革命,我覺得在他們的倫理背景,即屬於信仰層面的宗教領域,未發生過改革,而只有不斷出現的派別,形成極端與平和,政教也不分家,社會體制從本質上否定科學精神。
回復 看得開 2014-9-8 10:33
總裁判: 「中東地區」為什麼沒有產生科學革命和工業革命,我覺得在他們的倫理背景,即屬於信仰層面的宗教領域,未發生過改革,而只有不斷出現的派別,形成極端與平和,政
同意.
回復 看得開 2014-9-8 10:34
yulinw:    王毅真直:中國澳大利亞不是最親密朋友

澳洲更落後,高大上不宜居住~~
   最好別來...
回復 白露為霜 2014-9-8 10:42
中國累積科學貢獻比印度還低。說出來很傷心,我並不奇怪。
回復 看得開 2014-9-8 11:16
白露為霜: 中國累積科學貢獻比印度還低。說出來很傷心,我並不奇怪。
同悲哀。
回復 trunkzhao 2014-9-8 19:11
在政治制度設計和文化藝術也不及。當然了,唐詩宋詞明清八股他們是不行的。
回復 看得開 2014-9-9 14:40
trunkzhao: 在政治制度設計和文化藝術也不及。當然了,唐詩宋詞明清八股他們是不行的。
遍觀中國兩千年的文學史,中國自己認為拿得出手的也就三本書,即《紅樓夢》、《三國演義》和《西遊記》。而這三本書在世界上的影響力微乎其微。在世界文學史上根本就不值一提。
回復 daddiy 2014-9-10 10:01
能夠實事求是才可能真的進步,要不然只能做夢。

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