第一次感性認識敦煌是讀大學時，那時餘秋雨的散文流行，讀過他的《道士塔》和《莫高窟》，那是筆者第一次知道王圓籙——王道士的名字，也知道了令人唏噓的文化劫難。再後來，拜讀了敦煌研究院王進玉研究員的許多論文，他幾十年的研究積累，彙編成了洋洋五十萬言的《敦煌學和科技史》。至此，筆者才理性認識了敦煌的厚重與博大。
敦煌學對科技史研究的價值，就是利用敦煌石窟、敦煌遺書和敦煌史地方面的資料，研究和解決科技史方面的問題。其中，敦煌壁畫資料尤為豐富，包括莫高窟、安西榆林窟、東千佛洞、西千佛洞等在內的近570個洞窟中至今保存有近5萬平方米的壁畫。儘管這些壁畫大多表現的是佛教題材的說法圖、佛傳圖、本生故事圖、菩薩圖等，但也有不少表現生產、生活場景的世俗畫，是瞭解當時科技狀況的一個窗口。
最值得一提的自然是著名的莫高窟，從4世紀到14世紀，古人在長1600多米的崖壁上開鑿了735個洞窟（含北區），其中現存有壁畫、彩塑的有492個，壁畫面積達4萬多平方米。隋唐時期為佛教發展的鼎盛期，也是莫高窟建築、彩塑和壁畫藝術燦爛輝煌的時期，492個洞窟中，隋唐時開鑿的就超過300個。
因此，“畫說科技史”系列的隋唐、五代時期就讓敦煌為代表吧，僅以此文寄情敦煌，致敬敦煌。
敦煌星圖
與敦煌有關的圖畫資料中，與科學關係最大且最有價值的，恐怕要屬敦煌星圖了。
敦煌遺書中有兩份星圖文獻，通常稱作甲本和乙本。甲本在1907年被英國探險家斯坦因劫去，現藏大英圖書館，編號為S.3326。1959年，英國科學史專家李約瑟首先發現了該星圖的科學價值，從而得到了學界關注。乙本是1944年向達教授在敦煌民間發現的，現藏敦煌博物館。就科學價值而言，甲本更大，故這裡只談甲本。關於甲本的年代，學界目前存有爭議，大致有兩說：一說認為繪於唐中宗時期，具體時間為705～710年；一說認為繪於649～684年。總之，它是初唐時期的星圖。
甲本星圖的科學價值體現在兩點。首先，它是世界上現存最古老、繪星最多的全天星圖。據天文學史家席澤宗考證，該星圖共繪有1359顆恆星。這點很了不起，在望遠鏡發明之前，歐洲繪星最多的星圖只有1022顆。其次，它的繪製方法獨特而精準。它採用了圓圖與橫圖結合的方式繪製全天星空。所謂圓圖，就是以北極為中心繪製的圓形星圖。這種星圖有一個缺陷，就是靠近赤道天區的星空誤差比較大。所謂橫圖，就是為了避免圓圖在赤道天區星空的誤差，製圖者以赤道為對稱軸繪製出的長方形星圖（類似近代的墨卡託投影，如果按照這種方式繪製星空，兩極附近誤差較大）。從圖1可看出，右側是橫圖的一部分，左側是採用圓圖繪製的紫微垣天區（北極附近）。
圖1 敦煌甲本星圖
下面這段話極為準確地概括了甲本星圖的科學和歷史價值，它出自2010年幾位外國學者研究該星圖的一篇論文：
“作為目前為止人類文明現存最古老的平面星圖，敦煌星圖在天文學史上有著特殊的地位。無論是歐洲還是其他地方的文明史上從未發現類似的資料。……S.3326（即甲本）是迄今發現最古老的以圖畫形式表現中國傳統星官的資料。它所記錄的單獨的恆星數量遠遠多於托勒密星表，並且以星宿的形象組合成星官標示出來。……星的位置則是以細緻的有規律的精確的投影法來描繪。這一點在當時是獨一無二的，所描繪的點和今天所使用的技法很相似。就整體的精確度（約為幾度之內）以及造紙的精細，出現在那麼早的年代，都是讓人嘖嘖稱奇的。”
罕見遺珍
在敦煌的圖畫資料中，有很少一部分可稱作“罕見遺珍”，因為這些題材不但在敦煌壁畫中罕見，就整個我國古代繪畫作品而言，也算少有，故就稀缺性而言，可算至寶。這裡舉兩個例子。
成都中醫藥大學博物館藏有一把唐代骨質牙刷，它是我國保存較完好的最早的兩把牙刷之一，1984年出土於成都。可見，早在唐代，我國已出現用牙刷刷牙的口腔清潔文化。敦煌壁畫中雖不見用牙刷潔牙的場面，但有十幾幅揩齒圖，表現的均是清潔口腔的場景。所謂揩齒，就是用鹽水或其他藥劑作潔牙劑，用手指或齒木擦、刷牙齒。敦煌壁畫中的揩齒圖，反映的是僧侶受戒後潔身的情況，大概算潔身程序的一個環節，因為揩齒圖往往與洗髮圖、剃頭圖、刮臉圖等繪在一起。在莫高窟第159窟唐壁畫中的揩齒圖（圖2）上可見，一和尚赤裸上身，脖子圍著圍巾蹲在地上，正用右手食指揩齒，左手持淨瓶以備漱口。旁邊還站有一人，雙手持毛巾伺候。
莫高窟第159窟 揩齒圖
古老的製陶技藝經過了漫長的演變過程，莫高窟中的壁畫對此也有表現。最早的是手製，手捏成坯或用泥條盤築而成。然後是慢輪製陶，出現於距今7000～6500年前（河南舞陽的大崗遺址），把成型的陶坯放到可以轉動的陶輪上，修整器型或完成口沿加工。大約5200年前（湖北枝江大溪文化晚期），出現了快輪製陶技術，即利用陶輪快速旋轉的離心力，將輪盤中央的泥料直接提拉成所需器型的技術。雖然古代先民使用輪盤製陶的技術如此悠久，但在唐代之前未留下一幅這樣的圖畫，幸運的是敦煌壁畫中出現了，而且還不止一幅。莫高窟第85窟晚唐壁畫有一幅製陶圖（圖3），轉輪上置一陶罐，陶工坐在地上用腳轉動轉輪，同時左手扶住罐身，右手伸入陶罐口沿內抹泥，生動展現了當時的製陶情形。
莫高窟第85窟 製陶圖
名與物
古代的“名物”研究是一個“富礦”，眾人施展其技，各有所獲。名物研究本是傳統訓詁學關注和研究的內容，但其具有獨特魅力，因為研究者必須像大偵探福爾摩斯一樣，小心遊走於因古今變化、地域變遷、方言差異、文字異寫等因素造成的名物錯綜複雜的境域，往往涉及到詞源學、訓詁學、文化學、古代科技史等幾個領域，在爬梳中可能不經意間覓得靈感，一句話或一段文字從此豁然開朗。
敦煌，由於其歷史上特殊的地理位置，不但是連接東西方的交通要道，更是東西方物質文化交流的中轉站，其名物研究因此別具風采，近年杜朝暉教授的《敦煌文獻名物研究》已有不少新見。在相關研究中，涉及到不少科技史的內容，而這些內容脫離了圖畫，又很難說清楚，不妨舉例如下。
《後晉時代淨土寺諸色入破歷算會稿》有一句“買碓頰耳用”。杜朝暉引用了榆林第3窟西夏的踏碓圖進行說明（圖4，注：杜用的是臨摹圖，此處用原圖），可惜解釋不夠確切。杜朝暉認為這裡的“碓頰耳”是踏碓上能隨板起伏而活動的軸木。“頰耳”也即“夾耳”，筆者認為應是指轉軸兩側像耳朵狀的豎支撐木，而非軸木。
榆林第3窟 踏碓圖敦煌
莫高窟第61窟五代時的壁畫上也有類似的踏碓圖，碓夾耳形態大體一樣。《敦煌學大辭典》對這種器具進行了不恰當的拔高，認為（西夏時）將支撐欄板的立柱改為能隨板起伏而活動的軸木，操作（較前代）更為靈便。其實，踏碓這種器具，結構並不複雜，在漢代時已經採用了軸木，漢代畫像石上表現不夠清晰，但漢代出土的許多陶踏碓明器完全可以確證。可見，合理運用圖像證史的方法是一回事，恰當給予其歷史評價是另一回事。
再舉一個“曲轅犁”的例子。曲轅犁太有名了，但凡教科書中講唐代歷史的，都要提到它。但曲轅犁究竟是怎麼回事，以及在歷史上的地位如何，細究起來恐怕一時說不清楚。晚唐文學家陸龜蒙在《耒耜經》中詳盡描述了曲轅犁，儘管其文字並未提到“曲轅犁”這個詞，但從形態上這種犁最大的特點便是“曲轅”。
陸龜蒙是蘇州人，曾隱居於現在著名的水鄉甪直鎮。他的墓地也在那裡，不遠處有一家水鄉農具博物館，是在一家舊米行的基礎上建起來——據說就是葉聖陶的《多收了三五斗》中萬盛米行的原址。看來到甪直體驗江南農具文化，再合適不過了。
大名鼎鼎的曲轅犁其實也有“身世之謎”。教科書中介紹曲轅犁，一般會提到兩大優點：一是省力，二是迴轉方便。前者從受力分析容易得出，但“迴轉方便”這點其實與事實不符。因為《耒耜經》寫道“犁之終始丈有二”，一丈二尺長的犁，在江南的小塊水田中如何迴轉方便？這很值得繼續考證。唐尺一般在30釐米左右，這樣便是3.6米；即便按唐代小尺計之，一尺為24.6釐米，也有2.95米！這麼長的犁，如何迴轉便利？此問題回答不了，任何復原工作都無從談起，所以我們還需繼續探索、考證。
我們再來看看唐代壁畫中的曲轅犁，最早的當屬初唐李壽墓牛耕圖所繪的一具曲轅犁（圖5）。該牛耕圖整體系駕方式是漢代以來的二牛抬槓，只是把長直轅改作了曲長轅，彎的方式呈下凹狀，與通常的相反。
李壽墓壁畫 牛耕圖
到了盛唐，敦煌莫高窟445窟有一曲轅犁（圖6），整體系駕方式仍是二牛抬槓式，但犁較短、結構形態幾乎就是後世的曲轅犁，只是犁前端如何與槓連接，看不出來。無論如何，這表明在盛唐時河西地區已經出現了曲轅犁，但並未普及，因為當時壁畫中大部分牛耕仍延續了漢代的二牛抬槓式，偶爾也用一頭牛耕田，仍使用直轅犁。第445窟的曲轅犁與後來陸龜蒙描述的曲轅犁有否關係，還未有定論，這裡權作拋磚引玉。
莫高窟第445窟 牛耕圖
曲柄與立式紡車
曲柄對機械而言非常重要，獨立的曲柄一般用於驅動圓周運動，曲柄加一連桿便構成曲柄連桿機構，可以完成運動方式的轉換。在漢代，獨立的曲柄用於旋轉磨、風扇車等；在磨沿的曲柄上套一個T形木拐，便可以把雙手的近似直線運動轉換為磨的圓周運動，這在漢代也已經出現了。雖然漢代畫像石上刻畫有不少紡車圖，估計至少有20架，但卻沒有一架明確繪有曲柄，頗令人費解。不知是圖畫表達的問題，還是當時紡車上的確未安裝曲柄（不用曲柄的話，用手撥動輪輻或輪輞也可操作）。
漢代之後，圖畫中的紡車頗難尋覓，這一等就是700年！五代時敦煌的兩幅壁畫中各繪有一架立式紡車（圖7），其中一架能看到曲柄，而且從弧形的錠盤可知，這是一種多錠紡車。其操作方式很可能像北宋王居正《紡車圖》描繪的那樣，村婦在右側搖動紡車，老嫗手持線團在左側遠處，這種紡車一般用於紡麻。立式紡車與宋代的腳踏紡車有淵源，這裡暫不展開，留待下篇文章細談。
莫高窟第6窟 紡車圖
從魏晉到隋唐，大約700年，如果再加上五代，有近800年。這麼漫長的歷史時期內，我國古代圖畫資料，特別是與科學技術相關的內容，主要集中在河西走廊一帶。隋唐時，人物畫達到了登峰造極的地步，但多反映的是貴族、官宦的生活場景，或者受到宗教題材的羈絆（如敦煌壁畫）。對市井物質生活以及田家風物表現最直接、最真切的風俗畫，要到宋代才得到充分體現；此外，表現建築、舟車的界畫，在宋代也達到了頂峰。兩宋時期寫實風格的圖畫，為科技史的考證與研究提供了大展身手的舞臺，我們將在接下來的“畫說科技史”中與各位分享。
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