中外科学家发明家丛书:祖冲之-第5章

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讨论，大部分官吏无异议，唯有戴法兴坚决反对。他攻击祖冲之才疏学浅，　

没有能力改革历法；并认为古历、特别是三代历法和《鲁历》是先圣先贤制　

定的。所以永远不应更改，因而戴法兴主张恢复以往的古历，反对任何改革，　

这是十分保守、消极的主张。他还给祖冲之扣上“背离经典、有辱上天”的　


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罪名，就连在历法方面颇有创举的何承天及《元嘉历》也受到了攻击。戴法　

兴是朝中权势显赫的权臣，朝中文武百官惧怕他的权势，大多附和他。而祖　

冲之当时只是一个地方官员，支持他的只有一个名叫巢尚之的人。但祖冲之　

根据他渊博的学识和丰富的实践经验，对于戴法兴的攻击论点逐一加以驳　

斥，写出了一篇非常有名的驳议《辨戴法兴难新历》。在这篇驳议中，祖冲　

之引用前人的经验与自己的观测结果，证明《大明历》对以往的历法进行改　

革是有科学根据的，戴法兴的非难是毫无道理的。这样就展开了我国历法史　

上一场著名的大辩论，这场辩论的实质是革新和守旧、科学与迷信的尖锐斗　

争。　

　　　　　戴法兴攻击的矛头主要指向祖冲之对历法的两项重大改革——引进岁差　

和改革闰法。戴法兴坚持“太阳有自己固定的变化规律，星座的相对位置也　

不会有什么变化，自古以来的冬至日每次都发生在同一天，绝不会有变化”　

的陈旧观点，认为古代圣贤制定的历法决不会错，应该流传万古，是不能更　

改的。祖冲之则针锋相对地回答说：“人不应该迷信古人而对今人的成就妄　

自菲薄。”他以有力的论据表明了过去的历法因测量不准确或推算不精而存　

在这样或那样的错误。而他用《大明历》推算从元嘉十三年到大明三年（公　

元436—459）这二十三年间发生的四次月食的时间以及月亮在天空中的位　

置，结果完全符合实际。而把古代历法捧得高高的戴法兴，他的推算结果时　

间不符，位置比实际相差了十度。在辩论中，祖冲之指出：历法的准确与否，　

关系到国计民生，是一件非常重要的事，决不能掉以轻心。而古历错误颇多，　

延用时间越久，偏差就越大。以闰月为例，如用旧历法每三百年就与实际相　

差一天，所以历法需要经常改进，不应抱着古人的观点不放。　

　　　　　在事实面前，戴法兴理屈词穷，但是仍然蛮横地宣称：古历就是有错误，　

也决不能有什么改革。对此，祖冲之予以有力的驳斥并且指出：日月五星的　

运行有其一定的规律，与什么神仙鬼怪无关，通过观测与研究，是可以推算　

出来的，而且推算结果会越来越精确。要是明知古代历法有误差，还要永远　

使用下去，真就没什么道理可言了。祖冲之还要求戴法兴拿出事实来证明自　

己的论点，但戴法兴拿不出任何事实来，只好罗列出许多儒家经典上的名词，　

根本抓不住问题的本质。祖冲之指出戴法兴的话中有许多自相矛盾的东西，　

没什么可取的地方。如果只是强词夺理、仗势压人，那他是决不会屈服的。　

就这样，祖冲之以大无畏的斗争精神，驳倒了戴法兴。宋孝武帝听了双方的　

辩论，也知道了《大明历》的诸多优点，准备加以采用。到了大明八年（公　

元464年），他决定在第二年换年号的时候采用新历。然而就在这一年，孝　

武帝死去，刘宋统治集团内部忙于争夺权位的斗争，根本无暇过问历法的改　

革问题。　

　　　　　过了不久，刘宋也就灭亡了，代之而起的是齐。齐武帝之子文惠太子萧　

长懋看到了祖冲之的《大明历》的底稿，认为是一部好历法，建议武帝在齐　

施行。未及施行，文惠太子逝世，改历之事又被束之高阁。直至梁武帝天监　


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年间　（公元502－519年），祖冲之之子祖日恒继承父业，重修《大明历》，　

使其进一步完善，随后积极向梁武帝推荐，建议施行。梁武帝令人进行天文　

实测检验，确认《大明历》优于古历及《元嘉历》，然后批准予以采用，在　

梁施行《大明历》，废除《元嘉历》。这时距祖冲之去世已经十多年了。《大　

明历》一直沿用了八十年。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　五、多才多艺的发明家　



　　　　　除了上述在数学和天文学方面的巨大成就外，祖冲之还可以称得上是一　

位天才的机械发明家。他在机械制造与发明方面的成就是很多的，以下分成　

四个方面加以介绍。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　重造指南车　



　　　　　公元464年，刘宋孝武帝去世，前废帝即位，统治集团内部斗争十分激　

烈，和祖冲之有关系的皇族刘子鸾被杀，祖冲之也被调到娄县担任县令。到　

刘宋末年，他才被召回到都城建康，任谒者仆射这一职务，这是掌管朝廷宴　

会、皇帝接见大臣的朝见以及办理重大受封典礼的礼节官员。在此期间，他　

的研究方向，几乎完全转到机械制造方面。此时他在机械方面最早的一项工　

作是他重造了指南车。　

　　　　　指南车是一种双轮独辕车，它的作用类似于指南针，是用来指示方向的。　

车上立一个木人伸臂南指，只要一开始、行车的时候，使木人的手臂指向南，　

那么此后不管车子向何处拐弯，木人的手臂就始终指向南方。　

　　　　　指南车是何人在何时发明的，现在已无法探究了。传说在上古黄帝时期，　

黄帝部落和南方的　　（音chī）尤部落作战，遇上大雾，无法辨清方向，于　

是黄帝就制造了指南车，认明了方向，打败了　尤部落。当然这已经无法证　

实了。根据史书记载，东汉杰出的科学家张衡总结了以前的机械制造经验，　

制造过指南车，并且获得了人们的好评。三国时卓越的机械巨匠马钧也制造　

过指南车。但是他们关于指南车的制造方法很快失传了，制造原理也没有留　

下什么记载。　

　　　　　到东晋时，北方的后赵、后秦统治者都令人给他们制造过指南车，这当　

然不是为了指引方向，而是在出巡时讲排场罢了。东晋义熙十三年（公元417　

年），大将刘裕率晋军北上攻占后秦首都长安（今陕西西安市），灭掉后秦。　

刘裕在长安获得了指南车，将它运回江南。可是这时，这辆指南车只剩下一　

个空架子，内部机械已经完全散失。因此每当行走的时候，只好让人藏在车　

内来转动木人，使它指向南方。后来刘裕和他的子孙做了皇帝，都是用这部　

旧指南车做做样子而已。　

　　　　　刘宋末年，萧道成当了禁军首领，他打算有一辆真正的指南车。这时祖　


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冲之正任谒者仆射，平时又有博学之名，于是萧道成找到祖冲之，希望他能　

够重造指南车，祖冲之答应了。以前所造几辆指南车，其内部机械可能是木　

制的。祖冲之经过详细研究，把内部机械部件改用铜制，灵敏度自然比木制　

的要高，这是一项成功的改进。指南车造成后，萧道成让两个手下大臣去试　

验车的性能。试验的结果证明，这辆车构造精巧，运转灵活，不论朝什么方　

向转变，木头人的手始终指向南方。在场的人纷纷称赞祖冲之的才能。　

　　　　　就在这时，北朝有个叫索驭　（音lín）的人来到了建康，声称也能制造　

指南车。萧道成便让他再制造一辆。制成后，萧道成下令让这一辆和祖冲之　

的那辆在乐游苑（皇家花园）里进行比赛。结果，索驭　的那辆指南车比不　

上祖冲之的灵活，运行中时常指不准方向，索驭　非常羞愧，只好把自己的　

车给毁掉了。而祖冲之制造的指南车，不久也毁于战火，指南车的制造方法　

再次失传。　

　　　　　到北宋时代，有两位能工巧匠燕肃和吴德仁分别于公元1027年和公元　

1107年各自造出了指南车。这两辆指南车虽然也早已失传，但制造原理却得　

益于《宋史》的记载而保存下来了。指南车的主要部分是一组五个齿轮所组　

成的差动齿轮机；在车厢中间安装一个大平轮，上面竖一长轴，轴上有一木　

人；左右各装一小平轮；外侧各装一立齿轮，起转动作用，能够跟随左右的　

行走轮转动。车行之前先将木人之手指向正南。当指南车一直向前行驶的时　

候，左右水平轮和中心大平轮是分离的，不相接触，因此两边行走轮的转动　

不影响中心大平轮。如果车向左转弯，右边的行走轮就会带动立齿轮、牵动　

小平轮，小平轮又使大平轮向相反方向转动。因此中心大平轮受右边行车轮　

的影响而向右转动，恰好能抵消车辆向左转变的影响，使木人手臂仍旧指向　

南方。车子向右转变也是同样的道理。　

　　　　　祖冲之重造的指南车，其具体结构不一定是和燕肃、吴德仁的一样。但　

无疑也是用差动齿轮原理制造的。因为在祖冲之以前很久我国劳动人民就发　

明了齿轮，而且指南车只有通过齿轮的作用，才能很好地解决传动、变速、　

变向等问题。所以祖冲之采用这种原理是必然的。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　制造水碓磨　



　　　　　刘宋的统治由于不断的内争而日益削弱，朝中大权就落到了禁军首领萧　

道成手中。他趁刘宋衰落之机，于公元479年夺取了政权，在建康做了皇帝，　

改国号为齐（历史上称南齐）。随后的十几年中，南齐境内没有大的战乱以　

及内争，国家出现了暂时的稳定局面，农业生产有所发展。　

　　　　　由于祖冲之曾经长期做过地方官，比较了解劳动人民的生活疾苦和生产　

实际状况。所以在这段时期他关心生产，用很大精力研究农具的提高与改进　

的问题。他把前人的发明创造加以改进，取得了新的成就。水碓磨的创造就　

是其中最重要的一项。他在做地方官时，就注意到农民春（音chōng）米、　


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磨粉很费力，就想利用机械来代替人力，提高工作效率以便减轻农民的劳动　

强度。现在，他利用在朝做官比较清闲的机会研究出了粮食加工机械，称为　

水碓磨。水碓磨造成后，进行了公开试验，运行效果很好，齐武帝也亲往观　

看。　

　　　　　水碓磨是利用水流冲击的力量进行工作的水利机械。礁和磨是我国过去　

粮食加工的主要工具，为了把谷物的皮壳去掉，人们在很早以前就知道用杵　

舂米的方法，不过效率很低。到了汉代，人们就开始利用水力舂米的水碓。　

在战国时期，南方已经采用水力代替畜力进行磨粉，发明了水磨。水碓和水　

磨的发明，提高了一定的劳动效率。西晋的杜预发明了连机碓，利用水力同　

时驱动几个石杵舂米；同时他还创造了水转连磨，在水力充足的地方，能带　

动八个磨同时进行磨粉。连机碓和水转连磨的发明，无疑提高了粮食加工的　

效率。但是它们是分开的，碓和磨不能同时使用，仍有不方便之处。祖冲之　

的水碓磨