林凤生：弥足珍贵的中国古画隐藏了什么科技秘密？ 互联网2017-08-06 09:40:05
2016-08-28 林凤生 赛先生
作者 林凤生（上海大学教授，《自然杂志》退休编审）
考察我国古代科技（理、工、医学和农业等等）专业知识普及和传播的历史．可以发现图像的作用不容忽视。在绵延五千年的中华历史进程里，摄影技术的发明尚不足200年，此前的世界究竟是什么模样，大家都没有看到过。因而古人留下的图画（形象资料）哪怕只有寥寥几笔也弥足珍贵。现在学术界一般认为知识和信息在传播的过程中，图像和文字各有自己的任务和特点，正如北京大学陈平原教授说：“有时，用抽象的语言无法表达清楚的内容，可通过直观的图像让读者一目了然；相应的，单纯的图像无法讲述曲折的故事或阐发精微的哲理，这时便轮到文字‘大放光彩’了”[1]。
本文讨论的图像是泛指一切图像，或者说包括一切形象资料。它们既包括描绘出人（物）和器具等外貌特征的造像图、介绍技术工艺等细节的流程图、学者在思考问题时候手绘的示意图，也包括专业画家创作的艺术品，和我国古代留存的数量巨大的壁画、石刻雕塑等等。笔者为了讨论问题的方便，把注意点放在以解读知识为目的实用性图像上。按其主要功能从造像、图示和叙事三个方面来讨论。
用写实的笔墨画出物体的外貌，就称为实物造像，这是图像的一种最基本的功能。俗话说“百闻不如一见”，没有看到的东西，说的再多也让人一头雾水。古人用“空谷传声”来比喻读无图之书是“只闻其声不见其形”。鲁迅先生也说过如果有人问他“这山是‘峻增’的，那山是‘蝗岩’的，那究竟是怎么一副样子呀?”他就会腋下出汗，恨无地洞可钻[2]。对图像很有研究的宋代学者郑樵说：“以图谱之学不传，则实学尽化为虚文矣。”[3]这些话是很有道理的，因为我国古代有一种“重文轻图”的传统，究其原因主要是先秦、两汉时期的书写工具是竹简，面积狭窄，不利于图像的绘制和保存，从而给知识的理解和传承带来了困难。例如，先秦时代的名著《考工记》是一本手工艺技术汇编，介绍了车辆制造、钟、鼓、磬等乐器制造、练丝、染色和皮革加工技术，以及城市、宫殿的设计建筑等，有7100字。因文简意赅又无插图，令读者困惑。清代学者戴震悉心研究之后，画出了59幅图，编成了《考工记图》一书。然而，后来有文献说：“二百多年，尤其是近几十年来的考古发现，已经表明戴氏之图有三分之一不合古制??”[4]试想，戴震这样的学术泰斗尚有如此多的错误，平常人读无图之书，岂不如眇者问日一般。
事实上，自唐代发明了雕版印刷术之后，宋元明清时期印刷出版了大量科技典籍，插图也多以写实为主，画风朴素、形象生动。《王祯农书》、《营造法式》、《天工开物》、《本草纲目》、《武经总要》等名著都因配绘了大量插图提高了著作的学术含金量。另有《救荒本草》、《增订图注本草备要》中的本草插图，《便民图纂》中的百谷、农器图谱，《安骥集》中的马匹插图，《河工器具图说》、《三书宝鉴》和《博古图》中关于武备金银器皿的插图都是为实物造像的图谱，因刻绘精彩，为藏书家所珍爱。其中又以清代吴其濬编著的《植物名实图考》一书中的插图为最佳。此书出于道光二十八年（1848年），全书共 38卷，收录植物1714种，每种植物均附插图，图极精确逼真，有呼之欲出之感。德国人比施奈德（E. Bretschneider）所著的《中国植物学文献评论》一书认为它的插图“刻绘尤极精审”，“其精确者往往可以鉴定科和目”。
图1，《植物名实图考》中的释瓜插图
2005年由上海辞书出版社出版的明代孤本《补遗雷公炮制便览》（14卷），更是一本绘画精彩的图谱。它收录药物近千种，配图1162幅。这些图画出自宫廷画家之手，风格细腻，色彩绚丽，是我国古代插图史中的极品。图2是该书的《牵牛子》图，分左右页。右页为一年生缠绕草木牵牛花，叶呈心脏形，通常为3裂，秋季开花，花白色呈漏斗状。其子称牵牛子，入药，性寒，有逐水消积的作用。左页为牵牛子炮制图，图中3名药工分别在杵药、研药、淘药，各就各位，展示了古代炮制药物的主要手段和工具。图中人物神态维妙维肖、栩栩如生，重现了400年前制药铺子的忙碌。
图2，《补遗雷公炮制便览》插图《牵牛子》
指既表现物体的外部轮廓，又详细描绘出物体的内部结构，从而揭示物体构造和原理的图称为图示或图解。它对我国古代的制造业的发展和传承起到了举足轻重的作用。例如，中国古人发明了两台著名的科学装置：宋代学者苏颂发明的“水运仪像台”和汉代张衡创制的“候风地动仪”，虽然都已佚亡，但前者留下了由苏颂撰写的《新仪象法要》三卷，内附64幅插图，为这项世界技术史上的重大发明留下了珍贵的形象资料。英国科技史家李约瑟（Joseph Needham）见书后称赞：“他比胡克（R．Hooke）先行了六世纪，比夫朗和费（J．Fraunhofer）先行了七世纪。”[5]20世纪50年代，我国科技史家王振铎就是利用这些资料，掌握了它的内部构造和工作原理，并提出完善的复原方案。
图3，苏颂发明的“水运仪象台”造型和内部结构图
至于候风地动仪，虽然《后汉书》中有较为详细的文字记录，但因实物和图像佚失，自18世纪后期开始，日本人服部一三、英国人米尔恩（J．Milne）、日本人荻原尊礼、我国王振铎等人为了研制复原，花了近100年的时间虽然做到了“一龙发机，而七首不动”，但其他效果仍未能尽如人意。
还有一种图示不表达事物体貌，而是抽象地反映事物间的数量变化关系（类似西方科学中的函数图像）和空间位置的变化（类似西方科学中的几何学），以及各种思维模型等。这类图示在解读科学知识时，作用特殊甚至不可或缺。如《墨经》因文字晦涩又无图示意，两千年来虽有历代学者考证研究，仍未使人明白其中的科学原理。直至上世纪50年代，经过钱临照等科学家的钻研，才知道《墨经》对物理学中的时间、空间、力、运动、原子论和杠杆原理都有精彩的论述。书中还有8条讲述几何光学的语录，内容涵盖针孔成像，光的直进，光、物、影三者关系，以及平面镜、凹面镜成像规律等内容。若该书写作之时就配画几幅示意图，想必后人就省得为它皓首穷经、精力憔悴了。
叙事是图像另一个主要功能，即用图来说故事。我国上古时期民众缺乏文化，统治者依赖图像直观、形象和一目了然的特点，在宫殿、寺庙、祠堂等建筑物的墙壁上绘了大幅的壁画，用来装饰墙壁、夸耀武功、表彰功臣、教化民众。墓室中也有壁画，它们大抵宣扬墓主生前显赫的生活场景。绘制壁画的做法为后来各朝代延续。我国至今还保存着世界上数量最多的壁画，其中敦煌莫高窟的壁画面积达4.5万平方米，是举世瞩目的艺术宝库。到了唐代，以现实生活为题材的世俗画大量进入以佛教为主题的绘画中：农夫在雨中驱牛犁田，商人在途中遭遇强盗的抢劫??这些画面鲜活地展现了当时人们的真实生活，为今天研究古代的经济、社会、农牧生产、民俗民风提供了生动的素材。
图4，敦煌莫高窟的壁画
与上面的情况相似，魏晋和唐代时期，宫廷画家受命于皇室也创作了一些叙事性的绘画，用来宣扬儒佛思想和封建礼教，赞美奢侈豪华的宫廷生活。如东晋画家顾恺之所作《女史箴图》长卷，用12段画面（现存9段摹本）来告诫妇女德性的修养比容貌的修饰更重要。唐阎立本的《步辇图》、唐张萱的《虢国夫人游春图卷》、唐周昉的《簪花仕女图》和五代顾闳中的《韩熙载夜宴图卷》等也都是脍炙人口的叙事画长卷，正是通过这些绘画，其中的故事才得以流传至今、广为人知。魏晋之后，中国知识分子的心态发生了变化，放弃了世俗功利的目的，把绘画作为一种精神寄托，片面追求笔墨情趣，使叙事绘画逐渐式微，文人画兴起。自宋代起，与民俗生活、科技发明相关的画面甚为少见，只有五代卫贤的《闸口盘车图卷》、南宋李唐的《炙艾图》等几幅，其中以宋张择端的《清明上河图卷》最负盛名。
图5，五代卫贤的《闸口盘车图卷》
维持400年强大统一的汉朝则留下了数量不少的漆画、汉画砖和汉画石。它们虽然画面较小，但在叙事方面的表达并不逊色。当时流传的故事如“荆轲刺秦皇”、 “二桃杀三士”以及弋射、狩猎、播种、歌舞、杂技、制盐、灭虫等生产、生活场景都成为绘画的题材，且表现得十分完美。四川成都出土的《弋射收获图》是画像砖中的代表作。其上部是弋射，着意表现猎手的射姿和雁鸟的动势，下部是收割的情景，整个画面充满丰收之喜悦。
图6，甘肃嘉峪关魏晋墓中发现600块画像砖《耕作》
值得一提的是，1974年在甘肃嘉峪关魏晋墓中发现600块画像砖，大多是一砖一画，其中有200幅画表现了农牧生产活动，如屯田、畜牧、放牧、耕作、播种、采桑等，使今人对魏晋期间一耙一磨的农耕技术有了直观的认识。
及至明清时代，出版的大量纂图书籍，除了画谱、图谱等对实物进行造像之外，更多的是通过图文对照来图说当时的农业、手工业、交通运输、兵器制造等工艺和流程。宋应星撰写的《天工开物》附图128幅，出刊于明崇祯十年（1637年）。现有多种版本存世，其中，他自绘版图，好友涂伯聚出资刻印的“涂刻本”流传最广。图7是其中插图之一，绘者不详。从绘画的质量来看，各种机构和过程都表达得十分清楚，是实用类型图书里的上品。
图7，宋应星《天工开物》插图，出刊于明崇祯十年（1637年）
正由于我国古代图像的弥足珍贵，所以后人在观看欣赏的时候应该存一种敬畏之心，读图不能够浮光掠影、浅尝辄止，而是要对图像认真仔细、不止一次地阅读，并且要从不同的角度去分析思考，才能够有所收获。
如北宋张择端的《清明上河图卷》以高度写实的手法描绘了清明时节汴河两岸“珠帘十里沸笙歌”的繁华景象。在一般读者观赏画家不同凡响的写实技巧和感受热闹繁华的北宋“盛世伟观”时，科技专家却对这座横跨于汴河之上由我国古代工匠独创的拱桥赞叹不已，体会到了其中巧妙的构思和创意。
图8，清明上河图（局部）
画卷首先吸引观者眼球的是那座单跨等边折线形的木构拱桥，它结构简单、设计合理。桥的坡度不高，车马人轿的来来往往尚算便利。一条硕大的满篷船正在收起篷，倒下桅杆，艰难地穿越桥拱，可见桥下的净空间也能满足航行的要求。从篷船过桥的紧张状态可知，靠北岸的船为顶水行舟，故北岸沿河有一条蜿蜒的小道，几个船工背着纤绳沿着小路艰难地行走。仔细读图可以发现北桥堍下厢壁设置了一个过道，外面还有栏杆围护。原来背纤的船工可直接从这条过道过桥，不必从桥面翻越，反观南岸桥堍就没有桥下的人行通道。再仔细读图可以发现桥面并不对称，从南岸上桥，上坡长，下坡短。原来，此桥有6节拱骨，其中一节被埋入北桥堍下，从而使拱桥两端拱趾都能落实在坚实的地基上，并降低了桥的纵坡和引道。沿着汴河向上游看去，这里正好是一段弯曲的河道。从图中可以看出，汴河南岸高而陡，北岸坦而宽，这显然是因为南岸位于河湾的外侧，受水冲刷而成，而北岸在河湾内侧，由河泥淤积而致。
图9，上海中医历史博物馆复制的《清明上河图卷》里的中药房（林凤生摄）
可以说，《清明上河图卷》给人们留下了丰富的形象资料，停泊在河道两岸的满篷船、巍然的城楼、独特的骡马车……都是可以发掘研究、探赜索微的话题。笔者前年曾在上海中医药大学参观了中医历史博物馆，见到我国的中医学史家在《清明上河图卷》里找到了一处古代的中药房，并且把它按实物的大小比例复制出来（图9）。讲解员告诉我，从实物模型里可以得到许多如药房的内部布置的感性知识。还比如通过橱柜放中药的抽屉排列，可以估计出中药房储备药材的品种有多少，这在没有图像指导的情况下是难以想象的。确实，就拿上面所说的汴河虹桥来说，不久后它便毁于战火（公元1131年），元明之后对构件“纵横”相贯，虚架的虹桥全无概念。画上有后人题跋曰：“繁华梦断两桥空，惟有悠悠汴水东。”要不是《清明上河图卷》为虹桥留像，我们对古代桥梁中的这朵奇葩还浑然不知呢！
图10，《弋射收割图》
倘若我们在读画时发现了一些困惑和疑问，可通过检索找到与图相关的文字，相互对照印证，由此获得更多的知识和更深的理解。图10是著名的汉画砖《弋射收割图》，通过对画面的细读，可以发现放在竹架上的箭镞后缚了细长的线，线又绕成了团。人们不知此为何物，又有何用，查阅相关资料才知道：在小孔上缚有一条长而细的丝绳的箭镞叫做矰缴（zēng zhuó，矰为箭头，缴为丝线），地上半圆形的机械叫做“磻”（bó），这样射出去的箭头可以拽线回收。由此推断，当时一个铜箭头的价值可能比一只雁鹅、一尾鱼更贵。东汉后期，汉画砖上已看不到以“弋射”为题材的绘画。这是由于铸铁技术的普及导致铁箭头不再值钱，就用不着回收了。这就是一个由图像发现疑问，再通过文字印证，使人们对图画表达的内容有更多认识的例子。
当我们研究某个学科遇到难题、百思不得其解时，不妨找一些与其相关的图像资料来参考。由于对研究结果早已有所期待，故研究者面对卷帙浩繁的资料图库，常常会一眼发现对自己重要的图像，仿佛心有灵犀一点通。1937年，日本宣称唐代木结构建筑在中国已荡然无存，要看只有到日本奈良。梁思成闻言心中愤懑，他坚信在我国幅员辽阔的土地上必有唐代建筑的存在。一次，他在敦煌61窟的壁画 “五台山图”中见到其中的大佛光寺图俨然是唐代建筑，于是，梁思成夫妇寻觅相关资料，并经实地考察，最终找到这座三面环山、鲜为人知的佛光寺，并从经幅、大梁等记录的年代上确认了这座我国首次发现的唐代建筑阁。[6]
图11，敦煌61窟的壁画 “五台山”大佛光寺图
我国古代铜镜中，有一种称为“水银包浆”的镜子，它好像被包裹着一层水银，雪白光亮，“鬓眉微毫、可得而察”，埋于地下竟千年不锈。上世纪80年代，上海博物馆和中科院上海材料研究所运用现代技术分析得知铜镜的表面有一层致密的薄膜，主要成分为二氧化锡，那么这层薄膜是什么材料，如何形成的呢？科研人员试了许多方法，均无功而返。恰在此时，有人正对中国历史博物馆收藏的一幅《磨镜图》（相传为明代画家郭诩所绘）在作分析。此画的右下方处，一位老翁紧握着毡团，骑在一条板凳上磨铜镜。凳边放着一个瓶罐，里面装的大概是磨镜药。于是，科研人员参考古镜薄膜的成分配制了一种磨镜药，仿效老翁用毡团沾取磨镜药摩擦复制铜镜。不一会儿，镜面居然也白亮如银，后用现代仪器检测，其效果与古镜相近。
图12，《磨镜图》（相传为明代画家郭诩所绘）
在被出版界业内人士称为“读图时代”的今天，虽然各种装帧精美、图文并茂的出版物琳琅满目，但仔细翻阅大多是照片，或照搬已有的示图。至于既有科学内涵又有艺术品味的原创作品则殊为难觅。希望作者、读者和编者更多地关注图像，懂得图像是表达原创成果的一个重要手段。因图像的缘故而使相关的文字和学术内容得以广泛流传故事的不仅不乏先例，历史上许多名家如房龙（W．van Loon）、洛伦茨（K．Lorenz）、梁思成等还亲自为自己的书稿绘制插图。相信随着广大科技工作者对图像的功能和作用有了较多的认识，学风严谨、绘制精细的原创科技图像一定会成为图书、论文和科普文章的插图主流，从而对知识传播和学术繁荣起到推波助澜的作用。
参考文献
[1] 陈平原．看图说书[M]．北京：生活-读书-新知三联书店，2003．
[2] 鲁迅．且介亭杂文二集[M]．北京：人民文学出版社，1980，
[3] 郑樵．通志略[M]．上海：上海古籍出版社，1990．
[4] 闻人军. 考工记注[M]. 上海：上海古籍出版社,1993 :140.
[5] 李约瑟．中国科学技术史，第四卷第2分册[M]．北京：科学出版社，1975
[6] 梁思成．中国建筑史[M]．广州：百花文艺出版社，1998．
本文原题为《中国古画在知识传播中的作用》，原载于《科学》。《赛先生》获作者授权独家首发于电子媒体，发表时经再次修订和补充。