第一次感性认识敦煌是读大学时，那时余秋雨的散文流行，读过他的《道士塔》和《莫高窟》，那是笔者第一次知道王圆箓——王道士的名字，也知道了令人唏嘘的文化劫难。再后来，拜读了敦煌研究院王进玉研究员的许多论文，他几十年的研究积累，汇编成了洋洋五十万言的《敦煌学和科技史》。至此，笔者才理性认识了敦煌的厚重与博大。
敦煌学对科技史研究的价值，就是利用敦煌石窟、敦煌遗书和敦煌史地方面的资料，研究和解决科技史方面的问题。其中，敦煌壁画资料尤为丰富，包括莫高窟、安西榆林窟、东千佛洞、西千佛洞等在内的近570个洞窟中至今保存有近5万平方米的壁画。尽管这些壁画大多表现的是佛教题材的说法图、佛传图、本生故事图、菩萨图等，但也有不少表现生产、生活场景的世俗画，是了解当时科技状况的一个窗口。
最值得一提的自然是著名的莫高窟，从4世纪到14世纪，古人在长1600多米的崖壁上开凿了735个洞窟（含北区），其中现存有壁画、彩塑的有492个，壁画面积达4万多平方米。隋唐时期为佛教发展的鼎盛期，也是莫高窟建筑、彩塑和壁画艺术灿烂辉煌的时期，492个洞窟中，隋唐时开凿的就超过300个。
因此，“画说科技史”系列的隋唐、五代时期就让敦煌为代表吧，仅以此文寄情敦煌，致敬敦煌。
敦煌星图
与敦煌有关的图画资料中，与科学关系最大且最有价值的，恐怕要属敦煌星图了。
敦煌遗书中有两份星图文献，通常称作甲本和乙本。甲本在1907年被英国探险家斯坦因劫去，现藏大英图书馆，编号为S.3326。1959年，英国科学史专家李约瑟首先发现了该星图的科学价值，从而得到了学界关注。乙本是1944年向达教授在敦煌民间发现的，现藏敦煌博物馆。就科学价值而言，甲本更大，故这里只谈甲本。关于甲本的年代，学界目前存有争议，大致有两说：一说认为绘于唐中宗时期，具体时间为705～710年；一说认为绘于649～684年。总之，它是初唐时期的星图。
甲本星图的科学价值体现在两点。首先，它是世界上现存最古老、绘星最多的全天星图。据天文学史家席泽宗考证，该星图共绘有1359颗恒星。这点很了不起，在望远镜发明之前，欧洲绘星最多的星图只有1022颗。其次，它的绘制方法独特而精准。它采用了圆图与横图结合的方式绘制全天星空。所谓圆图，就是以北极为中心绘制的圆形星图。这种星图有一个缺陷，就是靠近赤道天区的星空误差比较大。所谓横图，就是为了避免圆图在赤道天区星空的误差，制图者以赤道为对称轴绘制出的长方形星图（类似近代的墨卡托投影，如果按照这种方式绘制星空，两极附近误差较大）。从图1可看出，右侧是横图的一部分，左侧是采用圆图绘制的紫微垣天区（北极附近）。
图1 敦煌甲本星图
下面这段话极为准确地概括了甲本星图的科学和历史价值，它出自2010年几位外国学者研究该星图的一篇论文：
“作为目前为止人类文明现存最古老的平面星图，敦煌星图在天文学史上有着特殊的地位。无论是欧洲还是其他地方的文明史上从未发现类似的资料。……S.3326（即甲本）是迄今发现最古老的以图画形式表现中国传统星官的资料。它所记录的单独的恒星数量远远多于托勒密星表，并且以星宿的形象组合成星官标示出来。……星的位置则是以细致的有规律的精确的投影法来描绘。这一点在当时是独一无二的，所描绘的点和今天所使用的技法很相似。就整体的精确度（约为几度之内）以及造纸的精细，出现在那么早的年代，都是让人啧啧称奇的。”
罕见遗珍
在敦煌的图画资料中，有很少一部分可称作“罕见遗珍”，因为这些题材不但在敦煌壁画中罕见，就整个我国古代绘画作品而言，也算少有，故就稀缺性而言，可算至宝。这里举两个例子。
成都中医药大学博物馆藏有一把唐代骨质牙刷，它是我国保存较完好的最早的两把牙刷之一，1984年出土于成都。可见，早在唐代，我国已出现用牙刷刷牙的口腔清洁文化。敦煌壁画中虽不见用牙刷洁牙的场面，但有十几幅揩齿图，表现的均是清洁口腔的场景。所谓揩齿，就是用盐水或其他药剂作洁牙剂，用手指或齿木擦、刷牙齿。敦煌壁画中的揩齿图，反映的是僧侣受戒后洁身的情况，大概算洁身程序的一个环节，因为揩齿图往往与洗发图、剃头图、刮脸图等绘在一起。在莫高窟第159窟唐壁画中的揩齿图（图2）上可见，一和尚赤裸上身，脖子围着围巾蹲在地上，正用右手食指揩齿，左手持净瓶以备漱口。旁边还站有一人，双手持毛巾伺候。
莫高窟第159窟 揩齿图
古老的制陶技艺经过了漫长的演变过程，莫高窟中的壁画对此也有表现。最早的是手制，手捏成坯或用泥条盘筑而成。然后是慢轮制陶，出现于距今7000～6500年前（河南舞阳的大岗遗址），把成型的陶坯放到可以转动的陶轮上，修整器型或完成口沿加工。大约5200年前（湖北枝江大溪文化晚期），出现了快轮制陶技术，即利用陶轮快速旋转的离心力，将轮盘中央的泥料直接提拉成所需器型的技术。虽然古代先民使用轮盘制陶的技术如此悠久，但在唐代之前未留下一幅这样的图画，幸运的是敦煌壁画中出现了，而且还不止一幅。莫高窟第85窟晚唐壁画有一幅制陶图（图3），转轮上置一陶罐，陶工坐在地上用脚转动转轮，同时左手扶住罐身，右手伸入陶罐口沿内抹泥，生动展现了当时的制陶情形。
莫高窟第85窟 制陶图
名与物
古代的“名物”研究是一个“富矿”，众人施展其技，各有所获。名物研究本是传统训诂学关注和研究的内容，但其具有独特魅力，因为研究者必须像大侦探福尔摩斯一样，小心游走于因古今变化、地域变迁、方言差异、文字异写等因素造成的名物错综复杂的境域，往往涉及到词源学、训诂学、文化学、古代科技史等几个领域，在爬梳中可能不经意间觅得灵感，一句话或一段文字从此豁然开朗。
敦煌，由于其历史上特殊的地理位置，不但是连接东西方的交通要道，更是东西方物质文化交流的中转站，其名物研究因此别具风采，近年杜朝晖教授的《敦煌文献名物研究》已有不少新见。在相关研究中，涉及到不少科技史的内容，而这些内容脱离了图画，又很难说清楚，不妨举例如下。
《后晋时代净土寺诸色入破历算会稿》有一句“买碓颊耳用”。杜朝晖引用了榆林第3窟西夏的踏碓图进行说明（图4，注：杜用的是临摹图，此处用原图），可惜解释不够确切。杜朝晖认为这里的“碓颊耳”是踏碓上能随板起伏而活动的轴木。“颊耳”也即“夹耳”，笔者认为应是指转轴两侧像耳朵状的竖支撑木，而非轴木。
榆林第3窟 踏碓图敦煌
莫高窟第61窟五代时的壁画上也有类似的踏碓图，碓夹耳形态大体一样。《敦煌学大辞典》对这种器具进行了不恰当的拔高，认为（西夏时）将支撑栏板的立柱改为能随板起伏而活动的轴木，操作（较前代）更为灵便。其实，踏碓这种器具，结构并不复杂，在汉代时已经采用了轴木，汉代画像石上表现不够清晰，但汉代出土的许多陶踏碓明器完全可以确证。可见，合理运用图像证史的方法是一回事，恰当给予其历史评价是另一回事。
再举一个“曲辕犁”的例子。曲辕犁太有名了，但凡教科书中讲唐代历史的，都要提到它。但曲辕犁究竟是怎么回事，以及在历史上的地位如何，细究起来恐怕一时说不清楚。晚唐文学家陆龟蒙在《耒耜经》中详尽描述了曲辕犁，尽管其文字并未提到“曲辕犁”这个词，但从形态上这种犁最大的特点便是“曲辕”。
陆龟蒙是苏州人，曾隐居于现在著名的水乡甪直镇。他的墓地也在那里，不远处有一家水乡农具博物馆，是在一家旧米行的基础上建起来——据说就是叶圣陶的《多收了三五斗》中万盛米行的原址。看来到甪直体验江南农具文化，再合适不过了。
大名鼎鼎的曲辕犁其实也有“身世之谜”。教科书中介绍曲辕犁，一般会提到两大优点：一是省力，二是回转方便。前者从受力分析容易得出，但“回转方便”这点其实与事实不符。因为《耒耜经》写道“犁之终始丈有二”，一丈二尺长的犁，在江南的小块水田中如何回转方便？这很值得继续考证。唐尺一般在30厘米左右，这样便是3.6米；即便按唐代小尺计之，一尺为24.6厘米，也有2.95米！这么长的犁，如何回转便利？此问题回答不了，任何复原工作都无从谈起，所以我们还需继续探索、考证。
我们再来看看唐代壁画中的曲辕犁，最早的当属初唐李寿墓牛耕图所绘的一具曲辕犁（图5）。该牛耕图整体系驾方式是汉代以来的二牛抬杠，只是把长直辕改作了曲长辕，弯的方式呈下凹状，与通常的相反。
李寿墓壁画 牛耕图
到了盛唐，敦煌莫高窟445窟有一曲辕犁（图6），整体系驾方式仍是二牛抬杠式，但犁较短、结构形态几乎就是后世的曲辕犁，只是犁前端如何与杠连接，看不出来。无论如何，这表明在盛唐时河西地区已经出现了曲辕犁，但并未普及，因为当时壁画中大部分牛耕仍延续了汉代的二牛抬杠式，偶尔也用一头牛耕田，仍使用直辕犁。第445窟的曲辕犁与后来陆龟蒙描述的曲辕犁有否关系，还未有定论，这里权作抛砖引玉。
莫高窟第445窟 牛耕图
曲柄与立式纺车
曲柄对机械而言非常重要，独立的曲柄一般用于驱动圆周运动，曲柄加一连杆便构成曲柄连杆机构，可以完成运动方式的转换。在汉代，独立的曲柄用于旋转磨、风扇车等；在磨沿的曲柄上套一个T形木拐，便可以把双手的近似直线运动转换为磨的圆周运动，这在汉代也已经出现了。虽然汉代画像石上刻画有不少纺车图，估计至少有20架，但却没有一架明确绘有曲柄，颇令人费解。不知是图画表达的问题，还是当时纺车上的确未安装曲柄（不用曲柄的话，用手拨动轮辐或轮辋也可操作）。
汉代之后，图画中的纺车颇难寻觅，这一等就是700年！五代时敦煌的两幅壁画中各绘有一架立式纺车（图7），其中一架能看到曲柄，而且从弧形的锭盘可知，这是一种多锭纺车。其操作方式很可能像北宋王居正《纺车图》描绘的那样，村妇在右侧摇动纺车，老妪手持线团在左侧远处，这种纺车一般用于纺麻。立式纺车与宋代的脚踏纺车有渊源，这里暂不展开，留待下篇文章细谈。
莫高窟第6窟 纺车图
从魏晋到隋唐，大约700年，如果再加上五代，有近800年。这么漫长的历史时期内，我国古代图画资料，特别是与科学技术相关的内容，主要集中在河西走廊一带。隋唐时，人物画达到了登峰造极的地步，但多反映的是贵族、官宦的生活场景，或者受到宗教题材的羁绊（如敦煌壁画）。对市井物质生活以及田家风物表现最直接、最真切的风俗画，要到宋代才得到充分体现；此外，表现建筑、舟车的界画，在宋代也达到了顶峰。两宋时期写实风格的图画，为科技史的考证与研究提供了大展身手的舞台，我们将在接下来的“画说科技史”中与各位分享。
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