地理环境如何影响科技创新——科技地理史与科技地理学核心问题试探，本文主要内容关键词为：地理学论文,科技论文,地理环境论文,科技创新论文,地理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：N031
文献标识码：A
文章编号：1003-5680(2003)05-0061-06
一 科技创新与地理环境：亟待重视与开拓的科技史与科技哲学研究方向
人类科学技术体系是一个极其复杂的系统，总体上可以分为内部系统与外部环境两大部分（见图1）。内部系统包括科学技术本身的一切方面，又可分为科学与技术两大子系统；外部环境则分为社会环境与自然环境两大部分，社会环境又分为政治、经济、文化三个部分，而自然环境又分为空间环境与地理环境两部分。与科学技术体系相对应，科学技术史原则上便有相应的内史、外史以及内、外史交叉的综合史（见图2）。
对人类科学技术创新的解释，已有数千年的历史，并在科技思想史、科技社会史等方面获得了丰硕的成果，亚里士多德、康德、马克思、恩格斯、爱因斯坦、海森伯、黑森、默顿、李约瑟等人都有出色的科技史著作或论文传世。如果按马克思和恩格斯的观点，“我们仅仅知道一门唯一的科学，即历史科学”[1]，则波普尔、库恩、拉卡托斯等人的科学哲学著作也应属于科技史论著。
但是，人类科技史领域至今仍留有未被深入垦殖的荒原——科学技术与地理环境相互影响的历史过程与规律。应该承认，一些卓越的思想家，如马克思和恩格斯，已从整体上概述过人的活动与自然环境的相互关系，并提出了原则性的富有启示的思想见解：
“自然主义的历史观是片面的，它认为只是自然界作用于人，只是自然条件到处在决定人的历史发展，它忘记了人也反作用于自然界，改变自然界，为自己创造新的生存条件。日耳曼民族移入时期的德意志‘自然界’，现在只剩下很少很少了。地球的表面、气候、植物界、动物界以及人类本身都不断地变化，而且这一切都是由于人的活动，可是德意志自然界在这个时期中没有人的干预而发生的变化，实在是微乎其微的。”[2]
“我们不要过分陶醉于我们对于自然界的胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都报复了我们。每一次胜利，在第一步都确实取得了我们预期的结果，但是在第二步和第三步却有了完全不同的、出乎预料的影响，常常把第一个结果又取消了。……事实上，我们一天天地学会更加正确地理解自然规律，学会认识我们对自然界的惯常行程的干涉所引起的比较近或比较远的影响。特别是从本世纪自然科学大踏步前进以来，我们就愈来愈能够认识到，因而也学会支配至少是我们最普通的生产行为所引起的比较远的自然影响。”[3]
“外界自然条件……可以分为两大类：生活资料的自然资源，例如土地的肥力，鱼产丰富的水等等；劳动资料的自然资源，比如奔腾的瀑布、可以航行的河流、森林、金属、煤炭等等。在文化初期，第一类自然资源具有决定性的意义；在较高的发展阶段，第二类自然资源具有决定性的意义。”[4]
图1 科学技术体系
图2 科学技术史体系
马克思和恩格斯甚至更深入地提出了研究地理条件与人的活动之间的关系的历史：
“各种自然条件——地质条件、地理条件、气候条件以及人们所遇到的其他条件。任何历史记载都应当从这些自然基础以及他们在历史过程中由于人们的活动而发生的变更出发。”[15]
但是马克思主义经典作家始终未能提出科学技术与地理环境相互影响的历史性课题。从目前流行的科技史与科技哲学的著作、教材来看，仍然缺乏对地理环境与科学技术相互关系深入系统的研究，即令是李约瑟《中国科学技术史》这样的鸿篇巨著，虽然在第一卷《导论》中辟有“地理概述”一章，但它基本上是外在于中国科学技术史的孤独描述，而将地理环境融入中国科技发展史的实证性研究，在李约瑟著作中十分罕见。这方面出色而零散的研究工作倒是见之于19世纪摩尔根的《古代社会》一书。最近的《枪炮、病菌与钢铁》一书[6]，出色地论述了地理环境对人类社会发展的深刻影响，然而同样未能从科技创新层次深入探讨地理环境的重要影响及其作用方式。地理环境与科学技术的相互关系，是完整而深刻的科技史与科技哲学理论体系所必不可少的内容。笔者曾在1997年于南京召开的全国自然辩证法学术会议上，提出开拓“科技地理学”方向的必要性和重要性，发言稿部分内容以《科技地理学应有一席之地》为题刊登于《自然辩证法研究》杂志1997年第9期。时过数年，笔者依然认为，科学技术与地理环境的相互关系乃是不可或缺的科技史与科技哲学研究方向，科技地理史与科技地理学是亟待建构而前景广阔的学科分支。开拓与建构这两门学科需要广大科技史与科技哲学工作者的长期努力，本文以下仅就其中一个核心问题——地理环境如何影响科技创新，尝试提出四种基本方式，以就教于学界同仁。
二 地理环境影响科技创新的基本方式
（一）恩赐：地理环境→恩赐→科技创新
科技创新的突破口是多元的。爱因斯坦从经典物理学体系的内在逻辑矛盾出发，并在不知道迈克耳逊实验事实的情况下，独立创立了狭义相对论；狄拉克从量子场论方程的数学解出发，预言了正电子的存在；而卢瑟福关于原子结构行星模型的提出，却直接来源于α粒子轰击原子核的实验结果。上述科学史实表明，科技创新的突破口可以是哲学的，也可以是数学的，当然更大量的是经验事实的。地理环境对科技创新的影响，也主要表现为提供直接的经验启示。地理环境有巨大的多样性和差异性，特定的地理环境会发出独特的外部信息，然而这些信息能否成为科技创新的经验启示，还要看科技工作者是否有敏锐的眼光。
发现中国有第四纪冰川遗迹，是地质学的重大成果，也是李四光一生的主要科学创新之一。而这一科学创新成功的客观基础，是中国太行山东麓、大同盆地与庐山等地貌直接提供了第四纪冰川存在的信息，李四光敏锐地抓住并深刻理解了它：
“1927年6、7月间，李四光又到了山西大同盆地，进行煤田地质调查。在大同西南约20公里的口泉附近，他发现一条东西方向延伸的山谷，长约数公里，宽度比较均匀，谷身横切面呈U形。他被这一现象吸引住了。他顾不得烈日当头，走进了山谷。谷中密布着麻岩、片岩、玄武岩以及其他火成岩的巨大石块，但谷底及两侧均为砂岩所组成。谷中散布的这些巨大的石块，显然是从别处搬来的。这次他没有什么犹豫，一眼就认定是冰川U谷（冰川裹着石块侵袭山谷使之成为U形，由流水冲击而成的谷底，则常呈V形。——引者），并在谷中找到了不少带擦痕的大石块和卵石。”[7]李四光由此推翻了国外地质权威关于中国无第四纪冰川的武断结论，丰富了人类对第四纪冰川的科学认识。
地理环境不仅通过提供经验启示促进科技创新，有时还可通过提供重要的研究材料而使科学研究的关键问题迎刃而解。袁隆平杂交水稻发明的关键之一，即是在中国南方野生水稻丛中发现了一株花粉败育的野生稻：“采用亲缘较远的不同材料杂交，以扩大质核之间的矛盾，很可能是突破不育系及其保持系的可靠途径。……当年10月(1970)，我组李必湖同志在海南崖县的普通野生稻丛中发现了一株花粉败育的野生稻。……‘野败’的发现，是异军突起，通过全国通力协作，在两年时间内，就育成了一批‘野败’型不育系。……‘野败’的发现，是必然与偶然辨证关系在科学实验上又一具体而生动的例证。”[8]充分利用中国地理环境得天独厚的恩赐而获得重大科技突破的，还有中国的古生物学家们。张弥曼院士指出：“近十余年来，中国古生物学研究在国内外十分引人注目，许多新发现吸引了众多的国际同行，不仅在国内媒体频频亮相，使得古生物学这门原本比较冷清的学科变得热闹起来。自90年代以来，由我国作者参加撰写的《自然》和《科学》杂志的论文达56篇。……由于科技部、教育部、自然科学基金委和中国科学院及时注意到我国古生物研究得天独厚的条件和近期有重大突破的可能，并抓住时机，采取了有效措施，……为在短期内赶上和超过世界先进水平创造了极好的条件。”[9]
地理环境提供信息资源的不同，有时可以用来（至少是部分）解释科技史上不同地域民族科学认识水平的差异。古希腊学者在2000多年前已确认地球是一巨大的球体，以至埃拉托色尼在公元前3世纪通过巧妙的测量和计算正确估得地球周长大约为4万公里[10]，相比之下，中国明末清初的大学者王夫之仍然顽固坚持天圆地方的陈旧观念。中国古代学者与古希腊学者在地球科学认识水平上产生如此巨大的反差，原因固然是多方面的，但不可否认的一个重要原因是地理环境的不同：从总体上看，古希腊是海洋国家，而古代中国是内陆国家。“像地球是圆形的说法，……借助于浅近的方法，即通过海上及天空所发生的现象来加以证明；……航海者可以清楚地看见海面的曲形，因此他们不能看见远处的与他们的眼睛保持同一高度的火焰。但是若使这些火焰的高度升高，纵然距离较远也可以看见。同样的道理，如果把观察者的地位升高，就可以看见先前看不见的物体。诗人荷马也指出这个现象，因为他下面的句子就提出了这点：‘向前一远看，洪浪正高翻’。”[11]而中国古代最负盛名的诗人描述的却是大陆景观：“长河落日圆，大漠孤烟直”，“秋水共长天一色，落霞与孤鹜齐飞”。海洋景观易于通向地球，大陆景观易于通向地方，中国先贤未能形成大地是球形的共识，地理环境的制约是显而易见的。
（二）挑战：地理环境→挑战→科技创新
著名历史学家汤因比注意到：在古代，创造灿烂文明的地区常常是地理环境相对恶劣的地区。“长江是一直通航的，它的水患，虽然也偶然成灾，可是比黄河却少得多了。除此而外，长江流域的冬天也暖和得多。然而古代中国文明却诞生在黄河岸上而不是诞生在长江流域。如果有旅客不从海路而从北面陆路进入或离开希腊，他不能不注意到古代希腊文明的故乡实际上比北方没有创造过自己文明的地区，要艰苦、浇薄、荒凉得多。”[12]
科技是人类文明的重要组成部分，地理环境的挑战既是文明创造的动力，也是科技创新的动力。科技史表明，人类有许多重大的科技创新是在恶劣地理环境的逼迫下不得已而为之的。中国的黄河，是世界上含沙量最高的河流，季风气候又使雨量很不稳定，一遇暴雨，洪水与泥沙俱下，造成善淤、善决、善徙的恶果，是世界上水患最严重的大河之一。“1946年以前的三、四千年中，黄河决口泛滥达1593次，较大的改道有26次。”[13]然而，黄河水患的挑战却使中国古代治水的技术创新层出不穷，其中许多创新遥遥领先于世界。例如，明代治河大臣万恭、潘季训和靳辅等人在长期治水实践与群众经验的基础上，创造与运用了“束水攻沙”的治水技术。潘季训指出，“筑堤束水，以水攻沙，水不奔溢于两旁，则必直刷乎河底，一定之理，必然之势。”[14]“堤固，则水不泛滥而自然归槽。归槽，则水不上溢而自然下刷。沙之所以涤，渠之所以深，河之所以导而入海，皆相因而已。”[15]潘季训运用“束水攻沙”的治水思想和一系列技术创新，曾使黄河河道相对稳定，河患相对减少。黄河水患的挑战使中国人在明代中叶（16世纪）发明了“束水攻沙”的技术，这是一项领先世界的技术创新，欧洲的数学家伯努利虽然提出了理论上解释“束水攻沙”技术的伯努利方程，却已迟至19世纪，落后于中国的治水实践整整300年。
作为中国四大发明之一的造纸术，起源背景较为复杂，其中既有人文的因素，又有自然地理的因素。人文因素是指，庞大严密的中央集权制对轻便优质书写材料有巨大需求，蔡伦发明精美造纸术不久，“2世纪初，朝廷就指令官方文件必须用纸。”[16]自然地理因素是指，古代中国在纸发明以前流行的书写材料——简和帛，是天然产物竹木和丝加工后的产物，但均有严重缺陷——“缣贵而简重”：秦始皇每天批阅的竹简达“以石量书”的程度，也即重达120斤；西汉东方朔给汉武帝写信，竟用3000片奏牍，两名大力士气喘吁吁才勉强抬进宫殿；战国时期惠施出行时曾携带5车书，故有“学富五车”之誉；而汉代一匹长4丈，宽2尺2寸的帛，相当于720斤大米的价值；在丝帛上书写，非平民百姓可以承受。相比之下，欧洲的羊皮，埃及的纸草，印度的贝叶，虽不如纸，却没有竹简和丝帛那样严重的缺陷，“纸莎草资源丰富，加工容易，价格低廉，也如纸一样轻便。羊皮虽然较贵，但表面比较光滑，而且比纸经久耐用。”[17]
但是，纸草主要产在地中海、尼罗河一带，中国很少有这种资源；至于羊皮，中国虽有，却因地少人多的单一小农经济结构模式，而远不如农牧混杂的欧洲便宜。由此可见，在发明造纸以前，中国的天然书写材料不如西方的天然书写材料优越，也即是说，中国发明优质书写材料的压力要大于西方，如再考虑中央集权制的要求，压力更远甚于西方。有此需求和压力，蔡伦在汉和帝支持下在尚方令任上发明造纸术（优质纸的造纸术）也就不足为奇了。
恰当应对地理环境挑战而作出科技创新，不仅造就了人类科技史长河中的无数瑰宝，而且也仍是当代科技创新的基本方式之一。在年人均水量300立方米的严重干旱挑战下，以色列科技人员创造了已在全世界缺水地区推广的滴灌节水技术，并创造了大量出口水果、蔬菜、鲜花的奇迹。中国存有8大沙漠、4大沙地，是沙漠化较为严重而又有较强科技力量的国家，在治沙需求的推动下，中国的沙漠治理技术已居于世界前列，并为联合国培训了大批治沙技术人员。
（三）地缘：地理环境→地缘→科技创新
人类文明起源于不同的中心，各种文明成果的交流又进一步促进人类文明的进步。人类科技史同样表明，人类科技起源于不同的中心，不同科技成果的交流又进一步促进人类科技的发展。地缘关系则是决定科技交流难易的重要因素；而地缘又是一个历史性范畴，它对人类科技交流的影响也非一成不变。同样的地理距离，在徒步时代、舟车时代、现代交通时代和信息网络时代，对科技交流的影响可能会有天壤之别。人类科技交流总的历史发展趋势是，地缘关系对科技交流的限制越来越小。在全球交通与通讯系统建立以前，在各门学科的基本规范成为人类共同财富之前，由地理环境的不同而导致的汇集科技创新信息条件的不同，曾在很大程度上决定不同地域科技创新的发展与水平。即令在交通与通讯十分发达的当代，由于任何信息交流方式都不能完全取代小范围讨论班面对面的深入讨论，任何信息交流方式都不可能不计成本，因此，地理环境直至今天仍在一定程度上决定着当代不同地域的科技创新。人类文化与科技发展史上曾多次产生与地理环境有关的重大分化。第一次重大分化是东西半球的分化，最终导致东半球远远超越西半球。在人类脱离蒙昧阶段而进入野蛮阶段时，西半球曾因得天独厚的自然资源而在当时的关键技术之一——种植技术的创新上胜过东半球。摩尔根指出，“在西半球，只有那些脱离了蒙昧阶段的部落才知道种植谷类等作物；而在东半球，似乎要到亚洲和欧洲部落渡过了低级野蛮社会而临近中级野蛮社会快结束时才知道种植谷物。美洲土著在低级野蛮社会已掌握园艺，比之东半球的居民竟早出整整一个文化期，……这是由于东西半球的天然资源不相等所造成的结果；东半球出产所有适宜于饲养的动物（只有一种除外）以及大多数谷类作物；而西半球仅有一种宜于种植的谷物，不过它却是最好的一种（指玉米——引者）。这个因素促使东半球的野蛮阶段初期时间延长，而使西半球的这一时期的时间缩短。”[18]
但是西半球人未能保持早期的领先地位，至迟到铁器时代，西半球已远远落在东半球之后。东西半球社会与科技发展水平的逆转，固然与自然资源的丰富程度有关，如东半球宜于饲养的动物品种较多，导致东半球在饲养技术方面领先于西半球，而肉食品的增加又促进了东半球人种营养的改良和社会的发展。[19]但是，笔者认为，导致东半球后来居上的更重要因素是交流，东半球的重大科技创新一旦产生，便可以在比西半球地域更广、人口更多的范围里扩散和传播，这种科技创新一旦扩散到有迫切需要的地方，便会使科技创新水平进一步提高，而新的科技成果又会反过来扩散到其他地方，由此形成的良性循环必然加快东半球的发展速度。这方面最精彩的案例是铁器技术在东半球的发明与扩散。公元前12世纪，小亚细亚西部的赫梯人也许通过陨铁而发明了铁器技术，到公元前6世纪左右，关于铁的知识才传播到中国，但是由于制造农具与兵器的大量需求，中国很快就创造出系统的炼铁技术，并在铸铁冶炼技术方面领先于世界。这一重大科技创新使发展缓慢的中国社会获得一股新的、有力的向前迈进的动力，它使中国周代封建领主制瓦解，而进入到列国争雄、百家争鸣的春秋战国时代。然而西半球的人们由于大洋的阻隔而未能受惠于东半球发明的炼铁技术，“他们也已经会把铜和锡熔为青铜。他们只缺少一项发明，即融化铁矿的技术；有了这项发明就能把他们推进到高级野蛮社会了。他们与东半球人类最先进的部分完全没有联系。”[20]摩尔根还基于古代的交通条件和交流状况精辟指出，“只要是大陆相连的地方，所有的部落都必然会多多少少共享彼此的进步成果。所有的重大发明和发现都会自行向四方传播。……在所有的阶段中，从许多实例可以看出，某个部落的文化联系和文化生活受到了破坏，接着他们自身便趋于衰落。”[21]在古代，地理环境是决定文化联系和科技交流最重要的因素之一。古希腊创造了人类科学史上的一个奇迹，情况正如恩格斯所指出的，“如果理论自然科学想要追溯自己今天的一般原理发生和发展的历史，它也不得不回到希腊人那里去。”[22]德谟克里特的原子论，毕达哥拉斯的数学思想，阿基米德的力学，欧几里德的几何学，托勒密的天文学，亚里士多德的逻辑学，是超越时代与超越世界的天才创造，是千年后的近代科学创立的重要基础，甚至是二千年后的现代自然科学思想的重要源泉。如果要问，古希腊何以能够创造这样惊人的奇迹？我们不得不考虑地理环境的决定性作用。
亚里士多德也许是第一个敏锐意识到辉煌的古希腊文明与克里特岛优越地理条件之间的内在联系：“克里特岛恍如处在海中央，接近欧洲、亚洲和非洲的海岸……所以它早就注定了是居于优越的地位”。[23]在两千多年以前的人类社会交往条件和文明分布格局下，古希腊位于东半球大陆中心附近，地处亚、欧、非三洲交通要冲，确实具有汇集人类早期文明与科技成果的得天独厚的地理条件。“爱琴海区域是埃及和西南亚各国古文明输入到欧洲的跳板。克里特岛与埃及、巴勒斯坦、叙利亚、小亚细亚都是一海之隔，即使在交通工具很原始的远古，航程亦数日可达。……由于交通往来和部族的迁徙，埃及和西南亚诸古国的文明都荟萃在克里特岛。然而，克里特人并不只是亦步亦趋地去模仿，他们能推陈出新。”[24]事实上，古希腊不仅在地理环境上靠近文明古国，而且还有实际征服古埃及、古巴比伦和古印度所在地的经历，并大量从事海上贸易与海外移民的活动，古希腊人的足迹遍及亚、欧、非三大洲的许多地方。与此同时，古希腊人汲取了不同文明创造的科技成果：
从腓尼基人那边学得了造船、航海技术和字母，从小亚细亚学得了冶铁方法。[25]通过征服美索不达米亚，学到了巴比伦的天文学和数学。“他们接受了美索不达米亚人的代数学。在解二次方程时，希腊人显然采用了巴比伦人的方法，……从巴比伦人那里还传来了关于地球外围天体正确次序的知识。早期的希腊人认为月亮离地球最近，其次是太阳，而后才是各个行星，后期的希腊人知道月亮最近，其次是水星，然后是金星、太阳、火星、木星、土星，最后是许多恒星。西塞罗告诉我们，斯多葛派的巴比伦人第欧根尼第一个教人以上次序，这是他从美索不达米亚带来的。希伯克测算分点岁差，可能也是用巴比伦人的观测资料。”[26]
其他文明在向古希腊扩散知识的同时，还促使希腊人潜移默化地改变自己传统的科学思想方法，“亚历山大军队搜集的资料，为亚里士多德生时就已出现的那种思辨倾向转入经验考察的去向，提供了可能。”[27]古希腊得天独厚的交通条件及无与伦比的文化环境，使当时有幸周游文明古国、吸纳各派学说而又有创造才能的人脱颖而出，成为人类科技史上的开拓者。毕达哥拉斯即是其中的杰出代表，他不仅是古希腊数学的奠基者，而且是“自有生民以来在思想方面最重要的人物之一。数学，在证明式的演绎推理意义上的数学，是从他开始的。”[28]而方便的交流条件是育成数学开拓者的关键因素之一：“他到过希腊各地，熟悉米利都学派的学说，拜访过泰勒斯，听过阿那克西曼德讲演。……他曾到过埃及、巴比伦、波斯游学。”[29]
地理环境提供的交流条件确实是影响人类科技创新的重要因素，在科技发展的早期尤其如此；但绝不能将此因素绝对化。一方面，地理交往条件优越与否，常随时代条件而变；另一方面，地理交往条件只能与其他因素一起综合发挥作用。脱离时代条件和社会条件的孤立的地理交往条件，究竟对科技创新有怎样的影响，实难论断。2000多年前，古希腊地处欧、亚、非三洲要冲，优越的地理条件，只有加上数百年的长期繁荣和对外交往，以及城邦民主制培养的一批享有自由、闲暇，保有好奇心的自由民等条件，才能造就古希腊科技创新的奇迹；与此同时，地处亚洲东部，东有大海，西有高山、荒漠的古代中国却从未创造如此辉煌的科技成就。但是当时代进入1～15世纪时，情况却发生了根本逆转，中国对世界科技史的贡献遥遥领先于世界，登上古代技术创新的高峰。古希腊的衰落和中国的崛起表明，此时的社会经济、政治、文化因素已经压倒地理交往条件，而成为左右科技创新的首要因素。
（四）远因：地理环境→社会→科技创新
高度的中央集权制是中国社会政治结构的鲜明特色。促成这一特色形成的因素固然是复杂的，但是中国独特的地理环境无疑是基本的原因之一。促成高度的中央集权制的中国地理环境因素至少有两个：
一是对水量不平衡而又灾害频繁的江河统一治理和利益分配的需要。在中央集权制国家产生以前的文明早期，江河泛滥威胁着中华民族的生存。长江三角洲地区发达的良渚文化在公元前2300年左右神秘消失，据考古专家研究，即当时长江泛滥所致。进入农耕文明时代后，正如马克思所指出的，“利用渠道和水利工程的人工灌溉设施成了东方农业的基础。……节省用水和共同用水是基本的要求，……由于文明程度太低，幅员太大，不能产生自愿的联合，所以就迫切需要中央集权的政府来干预。因此亚洲的一切政府都不能不执行一种经济职能，即举办公共工程的职能。……中央政府如果忽略灌溉或排水，这种设施立刻就荒废下去，……我们在亚洲各国经常可以看到，农业在某一个政府统治下衰落下去，而在另一个政府统治下又复兴起来。收成的好坏在那里决定于政府的好坏。”[30]
李约瑟更深入具体地论述了水利工程与中国政治制度的内在联系：“在西方，特别是欧洲，我们有足够的雨量，而我们的河流在河床上正常流入大海。只有少数地区有严重水患或干涸之险。……不需要做大量蓄水或灌溉工程；但在中国，……到处都绝对需要灌溉。……中国需要进行的灌溉和蓄水工程比世界任何其他人民都更为显著得多。……为了从事这些巨大的工作，需要管理数百万劳动力，而这就产生了官僚制度。”[31]中国“在秦帝国以前，治水工程由处于分裂状态的封建诸侯国修建，这一直是他们之间发生纠纷的一个原因，因为这类工程往往将问题转移给邻国，给邻国带来极大的祸害。早在公元前651年，有关的诸侯国进行过一次会盟，与会者信誓旦旦，决不以改变黄河河道来危害其他诸侯国。这一盟约并没有起到作用。从公元前5世纪初至公元前3世纪末，中国进入了战国时期，进行争斗的诸侯国甚至有意掘开河堤，使洪水在敌国领土上泛滥。这个问题一直到公元前221年中国实现统一才得到解决。因而，修建水利工程的需要，确实有助于中国的统一。这是难以否认的真实情况。……不仅如此，这种情况同样也最完美地解释了为什么统一的中国政治是官僚政治而不是贵族政治。水的控制往往需要跨越封建诸侯领地的疆界，因而只有皇帝及其各级官员才能胜任此项工作。”[32]可以毫不夸张地说，治水是中华民族永恒的追求，也是历代统治者共同的课题。中央集权制便深深地植根于这一历史性课题之中。
另一个促成中国高度中央集权制政治的地理环境因素，是农牧业地理分界线恰在古代中国北部边境附近。而农牧交界处战争出现的可能性要大大高于农耕区内部与游牧区内部，这不仅有大量史实支持，而且是合乎逻辑的结论，“在游牧时代，一族人可能遇到另一族人，导致土地使用权益的争执。这种事情可能会引发大动干戈，但往往并不具毁灭性，因为，哪方更强很快一目了然。预见到自己将一败涂地的弱方会弃地撤走，去寻找其他地方。……农耕开始后情况便大不相同。农民成为进攻的天然目标。……这种情况下，农民则无意于退却——保卫自己无法移动的土地意味着必须战斗。他们除了冒死一战没有别的选择，因为放弃自己的土地，就意味着将会被饿死或被迫卖身为奴以换取食物。”[33]因此，李约瑟指出，“大自然还把另外一个问题强加给中国，这就是北部边境的安全问题。该问题的解决也要依靠国家的统一和中央集权，蔚为壮观的长城的修建就说明了一点。”[34]
特定的地理环境促成了中国特色的高度中央集权政治，而这种政治体制模式一旦建立和延续，必定对中国的科技发展产生深刻的影响。中国传统的中央集权政治模式，使中国古代的医、农、历、算等学科得到了较充分的发展，形成鲜明的“大一统”学科特色，同时也使有皇权支持的科技项目获得充足的经费、一流的人才、丰裕的时间，易于创新和突破。中国古代造纸技术的创造发明，炼铁技术的后来居上，造船技术的遥遥领先等等，无不得益于皇权的支持。但是，高度的中央集权制也常常压抑需要个体兴趣与自由创造的纯粹科学研究，中国历代不乏领先世界的技术创新而少有超凡卓越的系统理论，这一历史现象无疑渗透着中国独特地理环境的深刻影响。
地理环境通过社会中介间接影响科技创新的另一个典型史例，是中国多山少地的地理条件与人口众多相结合，形成了有别于欧洲农牧混杂的单一小农经济结构。中国和欧洲面积大致相当，欧洲平均海拔仅340米，宜于农业的平原面积达100亿亩，为中国的8倍；中国即使加上海拔500米以下的丘陵，可垦面积也只有19亿亩，仅为欧洲的七分之一。由此导致中欧经济结构的不同，“欧洲一直保持着牧农林混合的经济结构，……中国三分之二是山地，海拔一千米以上的占百分之四十。中国很早就感到耕地不足的威胁。……可能早在西周，至迟在春秋战国，中国已经由农牧混合经济转变为种粮为主的单一农业经济。”[35]
在农耕文明时代，由于中欧经济结构的不同，对农耕技术的创新产生了深刻的影响。地少人多必然导致毁牧务农，必然走上精耕细作的农业发展之路，由此导致中国在铁器农具及耕作技术上长期领先于欧洲。犁耕技术是农耕文明时代最重要的关键技术之一，“到公元1、2世纪时，我国的犁由于装置和改进了几种部件，成为世界上很先进的一种犁。其中最重要的一个部件是犁壁，因为装置了犁壁，大大改进了犁的性能。后来欧洲的犁也装上了犁壁，但比中国晚了近一千年。”[36]“古代世界耕犁的形制共有六种：地中海勾辕犁、日耳曼方形犁、俄罗斯对犁、印度犁、马来犁和中国框形犁。……中国框形犁的特点：一是操作时犁身可以摆动。这样犁体不仅富有机动性，便于调节耕深、耕幅，而且轻巧，便于回旋周转，适于在小面积地块上耕作；第二，大约在汉代就已采用了铁制的曲面犁壁。有了犁壁能更好地碎土，还可以起垄作垡，进行条播，有利于田间操作和管理。其他国家和地区的五种犁，其犁体在耕作时都不能摆动，而且只有日耳曼方形犁在近代的时候，才采用……犁壁。”[37]
对犁耕和马车都有重要影响的牲畜挽具，中国古代也遥遥领先于世界，“西方过去用‘颈肚带’挽具，拉力来自颈部，极易使牲畜窒息，因而不是有效的。而中国至迟在公元前200年的汉初，就有了有效的‘胸带’挽具，公元6世纪有了更先进的‘颈圈’挽具。后两种有效的挽具在欧洲从公元1000年才开始出现。与此有关，中国马车比欧洲的任何车大3、4倍，而且车上不是站着2人，而是坐着7个人，是‘完整的客车’”。[38]
单一的小农经济结构对科技创新的影响也是一把双刃剑。一方面，它促进了铁犁、挽具、龙骨水车、耧车，以及间作、套种、复种等“一岁数收”耕作技术的发明；另一方面，小规模的精耕细作方式在提高单产的同时，也伴随着劳动生产率的下降和农业生产边际效益的下降，由此导致资金积累、扩大再生产能力及大规模技术改造能力的不足，最终延误农业技术现代化的进程。当然，这里仅考虑由地理环境引起的较明显的影响，而科技创新受地理环境间接影响的实际情况极其复杂多变，虽然因此而受到科技史学者与科技哲学界的普遍忽视，但并非说明这种间接影响不重要。例如，中国地理环境→单一小农经济→粮食储存规模→战争规模→军事科技创新，便是中国乃至世界科技史长河中一条值得探究的重要线索。此外，还有大量类似的地理环境作为远因的科技创新之谜，等待识者去揭示。
【收稿日期】2003-01-02