郭守敬的幸與不幸
郭守敬
就個人命運來講，郭守敬，這位中國13世紀、元朝的大科學家實際上是非常幸運的。首先，他活了86歲，在古代絕對是高壽；其次，他雖然在朝為官近60年，但仕途順利，不但有貴人相助，而且深得最高統治者的欣賞和信任，作為一名主管水利和天文的技術官員，他沒有卷入到政治派別的斗爭之中，因此沒有政治家們跌宕起伏的人生故事，而是在一個相當寬松的環境當中，從事于自己所喜歡的科學研究工作，取得了巨大的成就。這一點，與我國古代另一位杰出的科學家沈括是有所不同的，沈括是在政治生涯中不如意的情況之下，不得已轉向科學研究的，偉大的《夢溪筆談》從某種程度上來講是無心插柳的一個結果。
因此，就個人而言，郭守敬是有著非常完滿的人生的，那么，他的不幸又是什么呢？這就必須從中國整個科學環境以及中國人對待科學的態度來講，如果從這個層面來看，中國的科學家似乎都有著一種來自于宿命的悲哀。
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也許，在很多人看來，郭守敬的人生簡歷看起來有點簡單平凡，沒什么悲歡離合，也沒有太多供現在的電視編劇們挖掘的花邊故事。公元1231年，郭守敬出生于河北順德邢州郭村（今河北省邢臺縣郭村），歷史上沒有關于他父母的記載，他從小和祖父郭榮生活在一起，郭榮是一個學識淵博的人，不但通曉五經，而且還精于算學、水利等實學。在祖父的教導之下，郭守敬從小就勤奮好學，加之生性安靜，不愛打鬧，打下了堅實的知識基礎，尤其喜歡天文、地理等自然科學，還有很強的獨立分析問題與實際動手的能力，大約16的時候，他就根據一張拓印的圖紙，復原了北宋時期的一種計時儀器“蓮花漏”，還根據一幅“尚書璇璣圖”，著手仿制了這種古代天文觀測的渾天儀。
1247年（當時北方是蒙古貴由汗當政），郭守敬遇到了他生命中的一位貴人——劉秉忠，劉秉忠精通易經、天文、地理、律歷和風水等，不僅僅當時，而且在元朝（1271年）建立之后，他一直都是忽必烈的重要謀士。劉秉忠也是邢州人，且是郭榮的好友，當時他是回鄉葬父。郭榮見機，把郭守敬送到劉秉忠門下學習深造。這段學習的時間雖然不長，只有幾個月，但對郭守敬的一生卻產生了深遠的影響，他在劉秉忠這里還認識了張文謙、張易、王恂等人，其中張文謙是郭守敬的前輩，當時也是忽必烈的重要謀士，王恂則要比郭守敬小四五歲，應該說是同學。他們五人經常在邢州的紫金山探討學問，后人稱之為“紫金山五杰”，后來張文謙、張易、王恂還和郭守敬在水利、天文等方面有著非常密切的共事合作。
1251年，郭守敬21歲，參與了恢復家鄉邢州城北因戰爭毀壞的石橋修復工作，并疏浚了河道，初步展現了在水利工作方面的才能。1262年，張文謙向忽必烈推薦了郭守敬。郭守敬向忽必烈提出了發展華北水利的六項建議，深得忽必烈的欣賞，稱贊道：要是所有的官員都能像郭守敬這樣，就是不白拿俸祿了。自此，郭守敬入朝為官，此后一直在水利和天文的部門工作，在兩個部門之間往返調配多次，有一段時間還同時兼管水利和天文工作，由于工作出色，加之無人頂替，以致于朝廷后來不批準他退休，可以說，他是一直工作到死，死于掌管天文的部門太史院負責人任上。
◎北京市郭守敬紀念館
位于北京市西城區德勝門西大街甲60號、什剎海西海北岸的匯通祠內，紀念館占地面積800平方米，建筑面積400平方米，1988年，郭守敬紀念館正式對公眾開放。郭守敬紀念館公分四部分，分別為郭守敬的生平大事、元代積水潭、大都治水、測天制歷。郭守敬紀念館參觀免費，游客可以在入口處領到一些宣傳資料。宣傳資料每天提供兩百份，發完為止，發完后就不準人再進去參觀了。對此規定，我們有些困惑：一天兩百人參觀不多啊，為什么不讓更多人參觀，宣傳科學家是最要緊的啊。反觀故宮，一天人滿為患，應該限制才對。
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郭守敬去世后，他的學生、太史院繼承人齊履謙在為他撰寫的傳記《行狀》中，將他的一生功績總結如下：“一曰水利之學，二曰歷數之學，三曰儀象制度之學。”高度評價了他在水利和天文學上的卓越成就。
在水利方面，郭守敬取得的主要成就如下：
1、1234～1235年，在今天的寧夏地區，隨張文謙一道，成功修復了黃河古代遺留下的灌渠，恢復了引黃灌溉工程，得到了寧夏人們的贊揚，他們甚至為郭守敬建立了紀念生祠。
2、1292～1293年，主持改造南北大運河，開通惠河，實現了京杭大運河的全線貫通，真正實現了江南漕運船只直航進入北京城。
3、1266年，引永定河水入北京，實現了北京歷史上從西南方向引水入城的范例；后開通惠河，引白浮水，成功實現從北京城西北方向引水入城，解決了北京城市發展和綜合供水的需要，并奠定了后來北京城市供水的格局，直至今日，北京依然沒有改變這樣的格局，即便是現在要實現南水北調工程，但是引水入城的路線還是離不開這兩條路線。古代北京城市排水，可以向東、西南兩個方向排泄洪水和城市污水，今天北京最重要的的兩條排水干渠：壩河和通惠河，也還是郭守敬當年奠定的基礎。
在天文學方面,郭守敬取得的主要成就是編定了《授時歷》。1276年，忽必烈決定成立太史局，修編新歷，由張文謙、張易負責行政工作，王恂、郭守敬和許衡具體主持，其中，郭守敬負責天文觀測和儀器制造，收集編制新歷所需要的大量原始數據。1281年，《授時歷》在全國正式頒布實行，但還有很多的后續工作尚未完成。不幸的是，這一年，許衡去世，第二年王恂去世，又過一年，張文謙去世，當初參與編寫新歷的主要負責人只剩下郭守敬一個人了。此后，郭守敬潛心鉆研，細心總結，用了四五年的時間，完成了后續工作，從而使《授時歷》得以流傳后世，這也就是今天當我們提起《授時歷》的編訂者，往往只提郭守敬的主要原因。
《授時歷》是當時世界上領先的科學成果，它得出一回歸年的長度為365.2425日，比當代科學家所測定的地球繞太陽一周的實際時間只差了23秒。歐洲著名的歷法《格里歷》也規定一年為365.2425日，但《格里歷》是1582年才頒布使用的，比《授時歷》晚了300年。
《授時歷》對后世產生了很大的影響，明朝建立之后，頒布了《大統歷》，但實際上換湯不換藥，還是原封不動的實行《授時歷》，只是為了面子問題，改了一個名稱而已。清王朝建立后，實行的是以西法為依據的《時憲歷》，但這時對《授時歷》的研究卻進入到了一個新階段，順治皇帝評價《授時歷》“尤為精密”，他的肯定，為《授時歷》的研究開了先河，此后著述不斷，奠定了《授時歷》在歷史上的地位。
同時，《授時歷》還對朝鮮和日本影響甚大。早在《授時歷》頒布的當年，元朝便派使臣給朝鮮送去了《授時歷》，朝鮮當時雖然沒有實行《授時歷》，但后來還是派學者來中國學習《授時歷》的原理和計算方法，改用《授時歷》后一百年的時間里，朝鮮對《授時歷》進行了廣泛而深入的研究。《授時歷》傳入日本的時間大約在1453年，雖然研究者不少，但由于種種原因，并未得以實行，直到1683年，日本才以《授時歷》為藍本，頒布了《大和歷》。
在制造儀器方面，郭守敬取得的主要成就如下：
1、 制造了多種天文觀測儀器，如簡儀、高表、景符、窺幾、仰儀等；
2、 制造了計時儀器，如寶山漏、丸表、赤道式日晷、星晷定時儀、行漏、大明殿燈漏、柜香漏、屏風香漏等；
3、 制造了天象演示儀器，如玲瓏儀、證理儀、日月食儀、渾象、水渾運渾天漏等；
4、 制造了安置校正儀器，如候極儀、正方案，懸正儀、座正儀等。
郭守敬在儀器制造方面的成就，得到了當時及后人的高度評價，這其中也包括一些外國人。1600年，意大利傳教士利瑪竇在南京雞鳴山看到郭守敬制造的渾象、渾儀等儀器時，大為贊嘆。1622年，德國傳教士湯若望獲悉郭守敬在天天文歷法領域，尤其是在天文儀器方面的成就之后，稱贊郭守敬為“中國的第谷”，第谷是丹麥人，當時在天文領域和天文儀器制造方面取得了卓越的成就，當然，這個評價也引起了一些學者的不滿，因為第谷晚于郭守敬300多年，因此他們認為，將第谷稱為“歐洲的郭守敬”，似乎更為貼切。
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郭守敬能取得以上的科學成就，有以下幾方面的原因：
首先是和他對科學研究的熱愛分不開的。中國古代對圣人的標準是“立德、立言、立功”，這其中，“立言”非常重要，影響到做學問方面，就是人們大多重視寫華麗的文章，說漂亮的話，這樣容易引起世人的注意和重視，從而名垂青史。反之那些研究“實學”的學者，即做實際工作的科學家，卻一直受到漠視，比如顧炎武，他的學問，以《天下郡國利病書》為代表，做得比大儒朱熹、王陽明等人實際上還要更好，但名聲卻小得多，在當時沒什么實際影響，如果沒有“天下興亡，匹夫有責”這樣漂亮的話語，說不定他就被后人給忘記了。郭守敬一生心無旁騖，在很多人們不感興趣，甚至被認為是絕學的領域，做著天文、水利、術數等科學研究工作。但他的境遇比顧炎武要好一些，這源于他是當朝的一位高官，他做的很多工作也是朝廷當時所需要的，所以他才有將自己的熱愛和科學研究轉化成實際成果的機會，而后人還享受到了他的這種成果（比如《授時歷》），從而確定了他的歷史地位。
其次，得到了皇帝的大力支持。郭守敬是幸運的，他遇到了忽必烈這么一位雄才大略的皇帝，他向朝廷提出的多次建議，都得到了忽必烈的批準，比如他最初向忽必烈所談的“水利六事”，就很受忽必烈的賞識。后來通惠河開通之日，為了表示重視，忽必烈命令丞相以下的官員，都到工地上去參加勞動，等等。
此外，客觀來講，元初在思想方面的氛圍還是比較自由的，對人才的選拔也是唯才是用，當時沒有實行科舉制度，像郭守敬這樣的人才是通過舉薦而受到重用的。這一點很重要，對很多人來講，少了很多限制，使他們有精力有時間從科舉考試中脫身出來，去從事一些更有實際效用的工作。關于科舉制在中國歷史上的得失，本刊在以后會有專文討論，在此就不多做評述，只是就郭守敬的個案來說，他沒有參加科舉考試，至少是他和中國古代科學的一件幸事，中國多的是道德文章家，比如韓愈、柳宗元之類的人物，多一個少一個，都沒有什么關系，而像郭守敬這樣的科學家，少一個就是極大的缺失。和郭守敬共事過的許衡說得很清楚，他曾很感慨的說：上天真是佑我元朝，像郭守敬這樣的人才，世間哪能輕易出現？可以說是“度越千古矣”！
其三，郭守敬在實際工作中采用了科學的研究方法。在水利方面，郭守敬特別注重實地考察和調查研究。早在他寧夏治水之初，他就根據忽必烈的旨意，對寧夏的河渠進行了考察，并繪制出了詳細的地圖，這成為他后來成功完成寧夏治水任務的基礎。自寧夏返回后，郭守敬曾經從孟門山（今陜西宜川至山西吉縣一帶）起，順中條山往東，對黃河故道及沿岸地區的地勢變化進行了考察測量，繪制了詳細的地圖，同時用文字說明了哪些地方可以引水，哪些地方可以進行灌溉，這些工作為進一步開發治理黃河，取得了珍貴的第一手資料。在對冀魯水系進行考察時，郭守敬依舊繪制了詳細的地圖，這也成為山東大運河開通的主要依據。郭守敬還對黃河源頭進行過考察，但對于這次活動，歷史記載不詳。總而言之，郭守敬在治水中的考察，并非走馬觀花式的游覽，亦非獵奇式的道聽途說，而是腳踏實地的科學活動。
明代科學家徐光啟對郭守敬在水利方面的成就評價非常之高，尤其指出了郭守敬的水利之學是以測量學與數學為基礎的，亦即實地測量與定量計算是郭守敬水利工作卓著的根本保證。
在多次的考察測量當中，郭守敬還有一些創造性的科學成果，最重要的是他提出了海拔高度的概念并運用到了實際工作當中，時間大概是在1279年，郭守敬路過開封之時，他發現流經此處的黃河的流速比流經北京的河流快得多，又兼及北京離海近而開封離海遠的基本事實，提出了海拔高度概念并得出開封海拔高度應高于北京的結論，從而建立了以海平面作為衡量各地水平高度統一標準的概念，解決了進行大面積測量時，各局部數據的統一性問題。海拔這一科學概念的確立，對于測量事業的發展，具有十分重大的意義，直到今天，世界各國的區域性測量，其水準測量成果，仍然是歸化到以海岸某點的平均海水面作為基準面的高程系統中。我國現在的海平面高程，就是采用青島港驗潮站歷年記錄的黃海平均海拔數值。
在修編《授時歷》的過程當中，郭守敬非常重視實際觀測天文，為此，他征得忽必烈的批準，在全國設了27個天文觀測點，其范圍包括現在的西伯利亞、朝鮮、河西走廊、南海，這就是天文史上“四海測驗”的壯舉。郭守敬派了14名監候官負責全國的觀測工作，他自己也到各地的觀測點了解情況。現存于河南省登封市城東南15公里告成鎮的登封觀星臺，就是郭守敬于1276年建成，是我國現存最大的古天文臺，具有測影、觀星、記時等功能。進行天文觀測，離不開天文儀器，郭守敬為此制造了眾多的天文儀器，前文已有介紹。值得一說的是，在《授時歷》剛開始編時，王恂、張易等人并沒有制造新儀器的想法，而只是想對原有的天文儀器略作維修，用以進行必要的測量，是郭守敬參與后，竭力主張制造新儀器，也多虧了他的堅持，才有了《授時歷》后來的準確。
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有必要對郭守敬的水利思想再做一番介紹，從中可以看出中國古代水利思想的先進性。值得人深思的是，這種思想的先進性，恰恰是在工程技術不發達的情況下產生出來的，比如就郭守敬治水中最主要的引水工程來講，由于沒有現代的混凝土技術，建不起抗洪水沖刷的大壩，所以主要是采取無壩引水，而無壩引水要解決的一個重大問題是防洪，在這一點，郭守敬做得非常出色，總的思想是不與水對著干，而是順應自然，因勢利導，既修迎水堤，又修退水渠。在郭守敬的治水生涯中，這一思想在寧夏引黃灌溉中就得到了貫徹，而在引永定河進北京的工程中體現得尤其突出。
永定河斜貫北京城的西南，是路經北京地區最大的河流，但是水流渾濁，遷徙無定，經常泛濫成災，很難控制，如果引水不當，則會對北京城產生重大威脅。元代以前的金代，就有過引水失敗的先例。而郭守敬通過種種合理的設計，成功、安全地實現了從永定河引水。首先，他將引水口設在了金代取水口金口的上游，在取水口左側修筑一段引水堤，引導河水入渠，經過三四里的引渠，永定河水才到達進口閘。這樣設計的最大優點是；當永定河發生大洪水，首先淹沒的是引水堤。即使大水沖毀了這段引渠，洪水也不會流入金口。其次，在金口上游預先開減水口，在減水口后開挖一條退水渠，相當于泄洪道，這條退水渠靠近永定河一岸，挖的又深又寬，連通永定河。當特大洪水來臨時，從取水口進入引渠的超標洪水，大部分可以沿退水渠又回流到永定河，而不會進入金口對北京城產生威脅。減水口一般安裝閘門，或者修筑竹籠裝石的溢流壩，實際上是一種自潰壩，這種壩在在洪水來臨時可以自動潰決，實現泄洪。這種引水方式，原理與四川都江堰分水魚嘴和飛沙堰泄洪方式一樣，也與寧夏黃河引水的方式類似，都是中國傳統水利技術結合當地河流特點的應用，面對暴漲暴落的大河，在當時沒有混凝土等強抗沖刷建筑材料技術的條件下，這樣做是最好的解決引水與防洪矛盾的辦法。
后來，在開通惠河時，為了解決運河與山溪交叉的問題，郭守敬修建了清水口工程，在沒法利用混凝土修建大跨度立體交叉輸水渠道的條件下，同樣采取了這種自潰壩的技術，即將新建渠道的山溪入口處河堤修建得很低，保證溪水可以直接流入渠道，而修建入口對面處河堤時，多用臨時性建筑材料修筑而成，比如竹籠裝石等，這樣可以保證平時溪水可以自然流入渠道，而當山洪爆發時，洪水會將與原來山溪下游用竹籠裝石修筑的河堤沖毀，形成缺口，讓山洪可以很快從原來的河床排泄到下游。山洪停止后，僅用較少的人工，很快就能將沖毀的堤岸修復，渠道就能恢復正常通水。
從以上可以看出，郭守敬所采取的引水和防洪設計方案，和現代相比，從工程技術的角度來看，的確是落后的，但所蘊含的順應自然的水利思想，又是十分先進的。今天我們利用先進的工程技術，修筑了很多的大壩，企圖控制住洪水，但事與愿違，洪水問題不但沒有解決，反而有更加嚴重的趨勢，每一年我們都會聽到“百年一遇的洪水”的說法，實在是荒唐，明明是一年一遇嘛！之所以出現這種情況，有可能和我們今天的治水思想存在方向性的錯誤有關，我們太相信人的力量了，相信到過于自大了，以為憑借科學技術，人就可以控制住自然，這實在是可笑的。我們還看到了人類因為違背自然規律，造成了一系列嚴重的后果，就修大壩來講，造成了嚴重的生態失衡，比如魚類的滅絕等等。
因此，當代水利專家李佩成院士說，要想治好水，首先要治好人的心態。在自然面前，我們的確應該多一點敬畏，少一點愚妄，與其與之抗爭，不如老實順應，此為天道矣！
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盡管中國古代出現了像郭守敬這樣的科學家，但當我們把中國的科學成就置之于世界文明的背景之下，還是不得不承認，中國的科學，與我們現在所理解的現代科學還根本不是一回事兒，其成就也是寒酸的。
首先，中國古代科學家研究科學的出發點，是非常實用主義的，其目的是為了解決一些現實生活中所急需解決的一些問題，而不是來自于對客觀世界的熱愛與探索，這一點與現代科學有著本質的區別。比如郭守敬等人制造天文儀器觀測天文，并不是為了探索未知的世界，而是為了修編《授時歷》。晚年他制造了眾多的儀器，比如柜風漏、屏風香漏等，僅僅是為了為了供皇族祭祀和出巡等用的，成為了一種奢侈品。而他治水，目的性則更為明確。當然，筆者在此不是否定這些工作的價值，只是感嘆，中國古代科學活動從來都陷入這樣頭痛醫頭，腳痛醫腳的外在環境中，到今天也依然如此。
其次，中國古代科學只有“家學”，而沒有一套公共的科學體系。拿人才培養來講，基本上處于一種看天吃飯的狀態，比如郭守敬，他之所以成為科學家，除了天賦異稟之外，很大程度上源自于祖父的影響和教導。可以這么設想，假如他的祖父不這樣教育他，他是不是就不會成為后來的郭守敬呢？很有可能。郭守敬一生從事科學研究達60多年之久，但到后來，元朝在這方面還是人才匱乏，以致于出現了不準他退休的規定，實在是不得已啊。
前文講過，郭守敬在十幾歲的時候，就修復了古代的一些計時儀器和天文儀器等，這一個方面說明他有本事，但另一方面又說明，中國古代科學是沒有傳承性的，一項科技成果，往往說沒就沒了，后人要想了解，只有重新開始研究制作，而制作出來的是不是原來那個東西，只有老天知道。反觀歐洲，兩千年前發現的歐幾里得幾何原理，到兩千年后還是中學的基礎教材。郭守敬一生也制造了大量的天文儀器，這些儀器中很多到底是怎么回事，現在的人們也已經不甚了然了。更讓筆者感到絕望的是，郭守敬十幾歲時恢復制作了“蓮花漏”這樣以往的計時儀器，到后來他所制作的計時儀器，還是與之沒有根本性的變化和進步。
明代科學家徐光啟在評價郭守敬治水成就時，認為他是繼承了大禹的絕學，這句看似夸獎的話，卻讓筆者默然，更為不幸的是，徐光啟又指出，郭守敬在治水中的科學傳統已經又失傳了，又成為了“絕學”。從元代到明代，這才多長時間啊！
唉，為什么我們總有那么多師傅傳徒弟的“絕學”呢？什么時候我們不以這樣的“絕學”沾沾自喜了，我們的科學才有救。
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關于郭守敬的研究，一直以來側重于他在天文歷法上的成就，國內外肯定的最多的也是他這方面的成就，1970年，國際天文組織將月球背面的一個環形山命名為“郭守敬環形山”，1978年，國際天文組織又將國際編號為2012號的小行星命名為“郭守敬星”。但對郭守敬水利方面的研究相對較少，尤其是關于其水利思想，還沒有引起足夠的重視，事實上，正如前文所敘，郭守敬等中國古代科學家的水利思想，極為智慧，契合天道，繼承并發揚這種思想，對今天我們的水利工作應該大有幫助。
目前國內郭守敬的紀念地有兩處，一處是河北邢臺市的郭守敬紀念館，另一處是北京什剎海匯通祠郭守敬紀念館，這里曾是郭守敬生前主要工作部門都水監所在地，也曾是京杭大運河在北京城的終點。本刊記者于2011年11月曾探訪于此，當年的那種碼頭繁華的情景是見不到了，只有西海等湖泊沉淀著那段非凡的故事！
本文節選自《休閑讀品天下》2011年第四輯 《郭守敬的幸與不幸》.
編輯：木圖
文章：高遠
圖片：休閑讀品
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