《考工记》新析偶得
它山之石,可以攻玉。——《诗·小雅·鹤鸣》
本文是借鉴科学方法论赏析《考工记》的初步尝试。《考工记》本身就是原始系统思想指导下的杰作,因此,科学方法论的历史回顾和注重方法论的历史研究,特别是科学史研究,将在文中交替进行。
一、承前启后:《考工记》在系统思想萌芽中
上世纪30、40年代开始兴起的现代系统科学,先在科学技术领域内大显身手,继之给社会科学研究注入新风。这一过程实际上是中国原始系统思想的历程在高一级层次上的重现。无怪耗散结构理论的创始者普利高津(I. Prigogine)要说:“也许我们最终有可能把强调定量描述的西方传统和着眼于自发自组织世界描述的中国传统结合起来。” 我们一时还无法实现这个目标,但至少可以大致整理出我国古代朴素的系统概念由自然和工程系统伸向社会科学领域的粗线条。
早在《考工记》面世以前,原始系统思想就已萌生。如西周时代的《诗·幽风·七月》,乃是农奴的集体创作,系统地叙述了一年之中的气象、物候,劳动和生活情形。迄至战国初年,齐国编成官府手工艺专著《考工记》,它与《墨经》合称为先秦科技的双璧。篇幅虽小,信息量却大得异乎寻常。信息的生命在于流通。《考工记》携带着社会欢迎的科技信息,广为流传,其影响远在《墨经》之上。而《墨经》中的纯科学理论,当时的中国社会一时接受消化不了,很少有人问津,一搁千百年。《考工记》和《墨经》实际上代表了先秦科技结构的两种可能的发展方向,中国古代社会选择了与之匹配的《考工记》系统,冷落《墨经》,从此走上了东方式的发展道路,影响二千年。乃至西方近代科学发生,两度西学东渐,《墨经》的潜在价值一贬再贬,空余西学吾国“古已有之”的惋惜。《考工记》问世之后,原始系统思想流布日广。著名的如都江堰水利工程,由战国时代秦国李冰父子设计和主持修造,以分水、排砂、引水三大主体工程和一百二十个附属渠堰工程,构成了一个协调运转的工程总体。
原始系统思想波及战国时代的社会科学领域,原先单篇的著作逐渐汇成系统的书籍,作者也大多可考了。战国后期,一方面衍生了邹衍的五行相胜、循环无端的“五德终始”说这个赘瘤。另一方面,列国分立的状态终于跃迁为金字塔式分权结构的封建帝国。
二、从无序到有序:战国的归宿
《考工记》的出现是天下一统的序曲,秦统一中国是以《考工记》为代表的原始系统思想的凯歌。
《考工记》开宗明义曰:“国有六职,百工与居一焉。”接着分述:“坐而论道,谓之王公。作而行之,谓之士大夫。审曲面势,以饬五材,以辨民器,谓之百工。通四方之珍异以资之,谓之商旅。饬力以长地财,谓之农夫。治丝麻以成之,谓之妇功。”寥寥数语,已勾勒出相互联系和制约的一个社会系统,衬托出“百工”的地位和作用。这是一个充满矛盾运动的系统,作者以为“知者创物”,“百工之事,皆圣人之作也”,“巧者述之,守之世,谓之工”。这种观点有悖于历史唯物主义,事实上已被工匠在科技进步中的日益显著的作用所否定。传统的“食官”的工商, 与日渐发展的私营工商业相比,在整个经济活动中所占的比重开始逆转。井田制的瓦解和封建经济的形成和发展,从根本上动摇了原来的国家结构。“百家争鸣”促进了思想解放、人才流动和科技交流日趋频繁,进一步暴露了文字、度量衡、政令的不统一,通信渠道的不流畅,愈来愈不能适应形势的发展。社会发展的内在规律迟早要宣告:《考工记》时代的国家结构(见图七)行将变成明日黄花。
图七 战国前期的国家结构
用耗散结构理论同样可以导致这样的结论:上述的历史进程是势不可挡的。所谓耗散结构,是在开放和远离平衡态的条件下,在与外界环境交换物质和能量的过程中,通过能量的耗散和内部各要素之间的非线性相互作用,由涨落导致的时空或功能上的有序结构。根据热力学第二定律,一个孤立系统的熵(代表系统无序程度的物理量)永不会减少。耗散结构理论却说明,一个远离平衡态的开放系统与外界交换能量、物质的过程,就是流入负熵的机会,有可能使系统的总熵逐步减小,从无序走向有序。各诸侯国的结构显然是一个远离平衡态的开放系统。《考工记》中提到的“郑之刀,宋之斤,鲁之削,吴粤之剑”,“燕之角,荆之干,妢胡之笴,吴粤之金锡”等等,大多是当年驰誉全国的手工、林、牧业特产。各诸侯国为了增强经济和军事实力,竞相引进先进技术,《考工记》在流传中掺杂了各国方言即其明证。名义上的周天子统治管理的汉族王朝也是一个远离平衡态的开放系统。有用的信息是负熵。《考工记》作者盛赞的“胡”的弓车技术,对于中原地区就是一种负熵流,早已存在,有待继续探索的中外文化交流中谅必也有负熵流的引入。向自然界的索取有增无已。发展中的经济基础与处于上层建筑的意识形态及政体间有非线性的影响,意识形态和政治体制的相互作用中也存在着非线性的机制,变法图强成为大势所趋。变法也是一股负熵流,决定社会前进方向的诸要素之间的协同合作与竞争,主宰着社会发展的进程。各国之间错综复杂的关系和攻伐征战的胜负,相当于耗散结构理论中的“涨落”。强秦统一中国的战争则是增长最快的涨落。种种使原有的国家结构完备化的努力,竟瓦解了战国时代的国家结构,列国纷争无已的局面,终于让位于中国封建社会初期的有序结构。这一过程的终于完成自然有助于我们具体探讨战国时代的各要素间究竟有什么样的非线性机制,从而使战国史研究深入一步。
三、欲清晰先模糊:“百工”子系统的赏析
“百工”这种官营手工业制度,从殷商到战国,已历一千余年(或许夏代已经发端)。在相当长的时期内,它几乎是可以集中人力和物力来经营较大规模的手工业生产的唯一方式。《考工记》所记述的虽然只有当时官营手工业中的三十个工种,即“攻木之工七,攻金之工六,攻皮之工五,设色之工五,刮摩之工五,抟埴之工二”(由于散佚和增衍,实存二十五个工种的具体内容)。但一旦构成系统,此书的价值远过于这三十工的机械总和。作者用述而不创的儒家伦理,天时、地气、材美、工巧四原则,以及严格的质量管理制度,将三十工有机地组成一个整体,构成了一系列先秦科技文明之窗,部分地展现了先秦时代科技发展的生动具体的画面。
领略《考工记》整体的形象美,可以借鉴欣赏油画或观看电视的方法,即拉开一定的距离,适当的模糊反而更为清晰,系统原理其实也是这样说的。如此考察《考工记》的“百工”,略去细节,五个引人注目的子系统便显出来了。它们分别是:一、由“一器而工聚焉者,车为多”统率的制车系统,包括“轮人”、“舆人”、“辀人”和“车人”等节,这是世界上最早的木车设计制造大全。二、由“金有六齐”统率的铜器铸造系统,包括“筑氏”、“冶氏”、“桃氏”、“凫氏”、“栗氏”及“段氏”等,这是由世界上最早的青铜合金合理配比关系构筑的系统。三、以“弓人”和“矢人”为代表的弓矢兵器系统。四、以“梓人”为代表的礼乐饮射系统。五、以“匠人”为代表的建筑、水利系统。鉴于《考工记》指出“夏后氏上(即崇尚)匠,殷人上梓,周人上舆”,青铜文化无疑是当时文明的主流,而“弓箭对于蒙昧时代,正如铁箭对于野蛮时代和火器对于文明时代一样,乃是决定性的武器”。 春秋战国的乱世,对兵器的社会需要大大促进了它的研制和生产。所以,《考工记》作者强调这五个子系统也是势所必然。当然,其他内容(如纺织、陶瓷等)也是整个“百工”系统的有机组分。就这样,系统思想的萌芽在《考工记》中获得了滋养的温床,进一步发展。
例如:“匠人营国”节说:匠人营建国城,九里见方,每边设三门。国城中主要的道路,纵向九条,横向九条,纵向路宽正可容九辆车子并行。王宫的布局,左面是祖庙,右面是社庙,前面是朝廷,后面是市集。市集和朝廷各一百步见方。 “匠人为沟洫”节说“……九夫为井。井间广四尺,深四尺,谓之沟。方十里为成。成间广八尺,深八尺,谓之洫。方百里为同。同间广二寻,深二仞,谓之浍”,前者指都城规划,后者是井田制中的部分沟洫水利系统,似乎都是原始系统思想的产物。“匠人为沟洫”节还记载:凡修筑沟渠堤防,一定要先以匠人一天修筑的进度作为参照标准,又以完成一里工程所需的匠人及日数来估算整个工程所需的人工,然后才可以调配人力,实施工程计划。 规定这种程序正是为了对生产率作评估预测,以便作好总体规划设计。
四、孰先孰后:初解“辀人”和阴阳五行色彩之谜
我们运用考古实物资料与《考工记》的有关文物记载相印证的方法,以及借助其他可资利用的手段,已经确认《考工记》的主体编成于战国初期, 但并没有排除它在流传中有所增衍的可能性,其中《考工记》内的“辀人”和阴阳五行色彩之谜扑朔迷离也是一个重要的原因。理清原始系统思想的发展脉络,增强了我们解决这两个悬案的信心。
“辀人”一词不在《考工记》开头综述的三十工之内,以致有人说:“辀人别出一章,疑楚人所撰。” “辀人”节说车轸的方形,象征大地;车盖的圆形,象征上天;轮辐三十条,象征每月三十日;盖弓二十八条,象征二十八星宿。 迄今为止,轮辐三十条和盖弓数二十八的实物证据,尚未在早于战国时期的考古资料中发现。不过,这种象征性的车制设计,完全可以在系统思想和天文学知识(盖天说、二十八宿等)的双重影响下出现。我们推测它是在《考工记》的流传中增衍的内容,又在继续流传中对制车部门发生了实际的影响。即“辀人”节的成文当在战国初期与中期之间。
关于上文提及的原始系统思想的副产品——“五德终始”说,它在与《考工记》的有关记载之间,也存在着孰先孰后,谁影响谁的问题。《考工记》曰:“画缋之事,杂五色。东方谓之青,南方谓之赤,西方谓之白,北方谓之黑,天谓之玄,地谓之黄。青与白相次也,赤与黑相次也。玄与黄相次也。”有的研究者认为《考工记》是战国年间在齐国的阴阳家们所作,上述引文“里头暗含着‘五德相胜’说的意思——如夏尚青,其德属木,依次相代者为殷之金德;殷尚白,其德属金,依次为周之火德相代;周德属火,故尚赤;周德已衰,自当另有一个水德的王朝出现,以代周室统治天下。《考工记》中的话,不正是与之大致相合吗?” 也就是说,“五德终始”说在前,《考工记·画缋之事》“相次”之文在后。在我们看来,与其说“画缋之事”的“相次”之文套用了“五德终始”说,还不如说“五德终始”说的产生受到了以《考工记》为代表的原始系统思想的影响。不过,“相次”之文颇为费解。由于自然科学与社会科学的交互影响相当复杂,阴阳五行学说的哲学观念曾经对我国传统科学理论发生了深刻的影响,如果说在“画缋之事”的一些提法上留下了早期阳阴五行说的影子,亦在情理之中。自然科学与社会科学之间的交叉渗透由来已久,在《考工记》中也有端倪可寻。
五、最优化:人弓矢的搭配
据“弓人”节的记载,在人、弓、矢三者与“的”构成的系统中,射手因体形、意志、血性气质的差别,而有危人和安人之分。危人刚毅果敢、火气大、行动急疾; 安人长得矮胖,意念宽缓,行动舒迟。 弓矢的刚柔程度不同,也有危弓(刚硬的弓)、危矢(剽疾的箭)和安弓(柔软的弓)、安矢(柔缓的箭)之别。在数学上、人、弓、矢的组合可有八种方式(见表一)。
表一 人弓矢的搭配方式
“弓人”节指出:第1和第8两种方式最不可取。其原因是“其人安、其弓安、其矢安”则箭的速度不快,不易命中目标,即使射中了也无力深入。“其人危、其弓危、其矢危”则箭的蛇行距离过长,不能稳稳中的。 按照空气动力学、心理学知识和射箭理论。在第2、4、5、7种情况下,人、弓、矢的特性都不能协调一致。唯独第3和第6两种方式是最佳搭配。 而《考工记》中正是这样要求的。在人造系统中。最优化设计历来是人们追求的目标之一。按当时的科学水平衡量,《考工记》中有不少设计符合这一要求。如“国有六职”节说:倘若车轮太小,则马拉车相当费力,好比常处于爬坡状态一样;如果车轮太大,则人上下十分不便;故以身长八尺之人为例,轮径宜选六尺三寸——六尺六寸,上下车时高度恰到好处为度。 又如“冶氏”节说:戈的“援”与“胡”之间的角度,太钝的话,战斗时不易啄人;太锐的话,实用时不易割断目标。戈的“内”太长的话,“援”容易折断,“内”太短的话,使用起来不够快捷;所以援应横出微斜向上。文中还规定了“内”、“胡”、“援”三者的长宽应取一定的比例。 总之《考工记》中用最优化设计追求最佳效果的例子简直不胜枚举。
六、黑箱方法:钟鼓之乐
古人研究人造或自然系统,常常不自觉地运用一种行之有效的黑箱方法,传统医学是人们早已熟悉的例子,但是黑箱原理在先秦时期的应用不限于此。试看《考工记》中,“凫氏”节说:“钟大而短,则其声疾而短闻。钟小而长,则其声舒而远闻。”“韗人”节也说:“鼓大而短,则其声疾而短闻。鼓小而长,则其声舒而远闻。”两者的句式竟完全相同,意味深长。有些科技史著作评价道:“钟、鼓不同的形状,会给人带来很不相同的声音感觉。‘大而短,则其声疾而短闻’;‘小而长,则其声舒而远闻’。这些从长期制作乐器的过程中总结出来的声学问题的定性描述,远远超出了为乐器规定某种尺寸等的技术规范的意义,它已经为人们较自觉地对钟鼓的形状或厚薄作适当调整,使之达到预想的要求,提供了理论上的依据。” 这段评语颇有见地,但在前半段没有进一步说明钟与鼓的发声机制有所不同,跟古人一样,仅根据输入和输出的关系,借助于黑箱方法(见图八)来定性研究钟(或鼓)系统的声学特性,突出了两者声学特性的一致。这种规律性的认识由古人抽象出来殊属难能可贵。我们本可费力地做一系列模拟实验来验证它的正确性,不过,运用新的科学方法来作理论分析显得更为经济。
图八 钟鼓黑箱方法示意图
实际上,钟的发声机制是一种弯曲板的板振动,鼓的发声机制是由空气柱耦合的膜振动,在数理声学上,其表述均是复杂的常规方法束手无策的偏微分方程。阐述钟的声学特性不得不求助于一种新的科学方法——科学计算。有人认为,“当前科学计算的兴起并形成与科学理论,实验鼎足而立之势,是伽利略以来在科学方法论方面取得的最大进展”。 近年来,已经出现了多种多样的计算方法。我们选用上世纪50年代发展起来的一种有限元法,在“化整为零,裁弯取直,以简驭繁,图难于易”的思想指导下, 用上端封闭、椭圆截面的柱壳作为静态模型,近似模拟先秦扁钟的振动,经过电子计算机的运算,得出了大小长短不同的四种模拟钟的基频。从而发现:只有在一定的范围内“凫氏”的上述记载才是正确的。 至于鼓,我们采用不同于演绎或归纳的一种推论方法——类比,从机电类比出发,将鼓等效于经过电容耦合的一对RLC串联振荡电路,通过较易分析的电振荡探索本质上是机械振动的鼓声,得出了类似的结论:在一定的范围内,“韗人”关于鼓的声学特性的分析是正确的。 近现代科学技术的进步,使我们能够对一些在古代只能作“黑箱”处理的系统,化作“灰箱”或“白箱”来处理。但对客观事物的认识是没有穷尽可言的,控制论的黑箱原理永远不会被淘汰。
七、负反馈:箭羽的作用
控制论(Cybernetics)产生于上世纪40年代,它的希腊语字源是κυβερνητικη,意即舵手艺术,创自古希腊哲学家柏拉图(Platon,前427—前347)。这个天才发明耐人寻味,不由使人联想到箭的方向舵——箭羽。箭羽大概是人类最早发明的负反馈控制设置之一。我们之所以取这种较保守的说法,是因为浙江余姚河姆渡新石器文化遗址出土的一批木质、骨质和石质的“蝶形器”,很可能原是捆扎在狩猎标枪尾部的翼形定向器, 它对于标枪投掷方向的稳定作用,与箭羽的原理是一致的。我国旧石器时代晚期发明的弓箭。在新石器时代取得了长足的进步。三代以降,在长期的生产实践中。制箭工匠对箭羽的性能和装置方法作了比较深入的研究,形成了系统的经验。在“矢人”节中首次详细记载了箭羽的装置法和各种弊病,进而指出箭羽装妥后,即使有强风,也不会受它的影响。 风是一种干扰因素,箭羽大小适当,装置得法的箭是一个简单的有负反馈的稳定控制系统。按照空气动力学知识,不难说明箭羽的反馈作用。当箭飞速前进时,如因侧风干扰,使头部偏向左方(或右方);箭矢由于惯性,仍沿原先的方向前进,于是迎面而来的空气阻力有了垂直于箭羽的分力,此分力反过来使箭羽向左(或向右),箭镞随之向右(或向左)转,抵消了侧风对方向性的影响。这就是说垂直的箭羽有横向稳定的作用。同理,水平设置的箭羽有纵向稳定的作用。 垂直箭羽与水平箭羽的配合,使箭能够保持良好的方向性,准确地飞向目标。
八、结语
通过本文的分析,揭示了《考工记》中已有系统思想的萌芽,但这毕竟是原始综合的孪生姐妹,与处于高级综合前夜的当代系统思想在质上有高下之分,不可同日而语。科学方法论给我们观察、分析、研究科技史和其他历史问题提供了有用的新工具,通过这次粗浅的尝试,它的开发应用的前景更令人神往了。然而,系统思想并不是解决一切问题的灵丹妙药,传统方法依然大有用武之地。就《考工记》而论,尚有不少奥秘未被揭开。“但我相信,我们正是站在一个新的综合,新的自然观念的起点上”, 未来社会科学和自然科学的多学科交叉将是打开《考工记》大门的金钥匙。
就像大多数令人振奋的科学成就一样,当人们离《考工记》越远时,越容易确定它的真实价值及其在历史上的位置。
此文系20世纪80年代某学术会议论文,未刊行