西汉（公元前202年-公元9年），东汉（公元25年-220年），共长达四百多年的时间。除去其中的战乱时间，两汉在长期的太平生活和政治大一统的共同作用下，也完成了中国思想文化的统一，科学技术作为文化的一部分，也随之形成了“统一”。
汉代的科学技术具有以下特点：
1、 知识系统化、理论化：在数学、医学、农学出现了系统的著作，很多著作是对春秋战国时已有的文献进行整理、编辑而成的，奠定了以后中国科技思维的范式。
2、 一些确证有用的科技创新被大规范地扩广出来，如造纸。
3、 很多前沿探索被边缘化、神秘化、妖魔化，没有深入发展下去，如张衡的理论、物理上的“沸汤造冰”法等。
总体来讲，两汉的科学技术有成就、也有局限性，我们在此摘要一些东西，并简要评析。
数学
中国古典数学重实际应用多于理论，拥有高度的计算能力。汉朝可以说有自己的数目制管理体系。“韩信点兵”的故事人们都听说过，韩信带1500名兵士打仗，战死四五百人，站3人一排，多出2人；站5人一排，多出4人；站7人一排，多出6人，韩信马上说出人数：1049。这就是一个典型的数学统计问题。汉朝多次征战，每次出兵多少、武器辎重的多少、长途奔袭的公里数、相比于敌方的优势，都会通过一定的数学方法来计算，从而达到运筹帷幄。再想象那规模宏伟的汉长安城，也是一点一滴由基本的计算设计起步，营筑城垣、开凿沟渠、修造仓窖，都运用着数学典籍中记载的长方体、棱柱、棱台、圆柱、圆锥、园台、楔形体等的正确体积计算公式。汉朝每年有大量的赋税，这一庞大的计算工程该如何计算？也有现成的公式，正比、反比、复比例、连比例、等差级数，套进去运算效率便能大大提高，有效的管理着天下财富。
在理论著作方面，汉时著名的数学典籍《九章算术》是我国最早的传世数学专著，是先秦至汉代数学成就的一个汇总，其作者不详，并不是一人一时写成的，而是经过多人之手，历经长期修订，最终成于公元一世纪时（东汉初年）。它由各种繁杂细致的计算工作积累成书后，又教化更多的人进行学习，通俗来讲，它就是一本通用数学教材，其内容大多来自生产和生活实践，全书以问题集的形式构成，统分九章，有讲各种平面图形的田亩计算及分数运算；谷物、米饭的兑换比例及四项比例算法；社会等级、商业、手工业的比例配分计算；；各种工程（筑城、修堤、开渠、堆粮等）的体积计算；当时均输制度下的赋役、税收计算；有关勾股定理的解法与测望（即“高、深、广、远”问题）计算等内容。
物理学
关于力学知识，在汉代建筑城垣、修建水利工程等实际中已得到广泛使用。西汉晚期的民间技工还发明了带动石磨脱粒的风车，一些地方利用杠杆把杵臼改进成了水碓，这是最初在机械中有效利用风和水作动力，它使谷物加工的效率大大提高。还有现代马轭的原型也出现在汉代，它能使役用牲畜更有效地拉动重得多的负载而不至喉部被扼。独轮手推车出现在汉末，它比后来的西方类似推车更容易平衡，因为它的惟一轮子放在中间而非一端，故而用较小的力可以推动大得多的重量。运送或提升水的方板链式抽水机和吊桥也都是汉代的发明。
汉时期造船业具有一定规模，已经采用了防水隔舱、多重桅和船尾柱舵。水浮力在实践中得到广泛的利用，如“抱壶而渡水”，“鸿毛之囊，可以渡江”，也就是说，空壶和装满鸿毛的皮囊，可以助人渡江，这可看成是后世救生圈、救生衣的滥觞。王莽时为抗击匈奴，特招募有奇技术可攻敌之人，应募者中有人能飞行，可窥匈奴，用大鸟翮为两翼，头与身皆著毛，通引
环纽，可飞数百步而坠，这是人类第一次仿生滑翔飞行的大胆尝试，当时对空气浮力的知识也已开始利用。
汉代对水的物态变化早有认识，如对雨和雪形成的探讨，认为是由于“积水上腾”而造成，“云雾，雨之微也，夏则为露，冬则为霜，温则为雨，寒则为雪。雨露冰凝者，皆由地发，不从天降也”。汉代人们还做过沸水骤然冷却的实验，由此可以获得低于大气压力的效应，尽管古人当时可能没有低压的概念，但在实践中已有此经验知识。汉《淮南万毕术》记述了这样一个现象：把盛水铜瓮加热，直到水沸腾时密闭其口，急沉入井中，铜瓮发出雷鸣般响声。这种现象可能是发热物体在急速冷却时发生了内破裂，破裂声由井内传出，这是一个典型的热胀冷缩现象。《淮南万毕术》还提到用沸汤造冰的实验：“取沸汤置瓮中，密以新缣，沉井三日，成冰。”这是属于通过减压来提高冰点的实验。最原始的温度计是利用水的结冰和融化来判断气温的变化，“睹瓶中之冰，而知天下之寒”，“见瓶中之水，而知天下之寒暑”。专门设置一铜瓶进行测温，这在科学认识论和方法论上是前进了一大步。汉代人们测量燥湿变化的方法也是相当科学的，即是把炭和羽毛或其他物质放在天平的两端，经过一段时间后视其两端的起伏，就能判断燥湿。《淮南子》云：“悬羽与炭，而知燥湿之气”，“燥故炭轻，湿故炭重”。这是利用炭与羽的不同的吸湿性来制成最原始的湿度计。
上海博物馆珍藏有一面西汉时的“透光镜”。此镜为铜制，背面铭文有“见日之光，天下大明”八个字，正面光可照人。但若把它对日反射日光，则背面花纹文字悉映于墙壁上，故被称为“透光镜”。铜质之镜能“透光”的奥妙在造镜技术上，因铸造时厚薄不同，因而冷缩的先后有差别，从而使镜面产生细小的曲率差异，反射日光时就会把背面文画映出来。还有的认为是压磨所致，即在磨镜面时，薄处因弹性作用，磨得少，呈稍凸，厚处受力大，磨得多，呈微凹，结果就能在日光下反映出背部花纹。在《淮南万毕术》中还有“削冰以圆，举以向日，以艾承其影则生火”的记述，说明汉人已知道了用凸透镜聚光取火的技术。
汉代人们还做了磁石本身相互吸引、排斥的有趣实验。如《淮南万毕术》云：“磁石拒棋。”注：“取鸡血与针磨捣之，以和磁石，用涂棋头，曝干之，置局上，即相拒不休。”棋头涂以磁石，便赋磁性。相拒不休，即是磁石的同性相斥、异性相吸现象。磁罗盘的使用也比欧洲早1000年。
化学、冶金
西汉时期，炼铁高炉已开始使用石灰石为熔剂。炼铁设备改进、提高的同时，钢铁的新产品产生了出来，比如灰口铁和球墨铸铁。灰口铁也是生铁，但比白口铁的质地高很多，更耐磨、有润滑性，用来制作农具尤为适宜。球墨铸铁是生铁中的精品，它以内部的石墨呈球状而得名，性能比灰口铁更佳。在古代冶炼球墨铸铁，很可能是用灰口铁加入镁、钇或稀土金属才能使石墨形成球状的。炒钢是汉代的一项重要发明，将生铁在空气中加热到1200摄氏度左右，使铁半熔化，再进行翻炒搅拌，使其中的部分碳得到氧化。如果适时停止，就可以得到中碳钢或高碳钢；如果一炒到底，就可以得到低碳的熟铁。这是一个重大的技术改革，人们从此能大量生产出钢材来。
此外，虽然青铜工具逐步被铁制工具取代，但汉代的炼铜技术也在继续发展。这个时期还出现了一些新型的铜合金。在现存古籍中，“黄铜”一词最早见于西汉东方朔的《神异经》，在其《中荒经》中说：“西北有宫，黄铜为墙，题曰地皇之宫。”东方朔所见的黄铜大约是一种砷黄铜，即含砷量在10％以下的铜砷合金。汞、金、银等金属的冶炼技术也获得了许多新成就，如用“下火上凝”式炼汞法，就是在铁质下釜中放置朱砂，“然后以瓮合之，以羊毛稀泥泥际口”，“先燃腐草”，再以木柴加热下釜，于是朱砂分解生成的水银便升到上瓮，冷凝在内壁上。还有在《出金矿图录》中，狐刚子首次记录了冶炼金银的“锡灰坯炉法”，即今所谓的“吹灰法”。
天文学
皇朝天文学家的一项重大任务是修订历法，历法是国家的大典，在政治上有安定民心的作用，又是农耕的时间表。汉时的太初历是我国第一部由国家组织制定的历法，但其原文早已失传，幸好西汉末年刘歆用这部历法中的主要数据改制成的三统历完整的保存下来了，它不仅包括根据日月运动推算朔望、24节气，安排历日的方法，还有推算日月食，预告行星位置等内容，这确立了我国古历的基本框架。后来，东汉末年的刘洪又编制了乾象历，其中首次把月亮的快慢不均匀编成表，同时采用一些数学方法，提高了推算日月合朔和日月食发生的时刻的准确程度。
汉代天文学的丰硕成果，既得益于天文仪器的进步，同时也包含这些天文仪器。“浑天”即浑仪，亦称浑天仪，是用于观测的仪器，以之测量日月行星恒星在天空的位置，确定两个天体之间的角度。使用时，先将浑仪的赤道环的位置与大地的赤道圈对准，然后再将窥管对准所要观测的天体，在赤道环上就能读出具体的天体位置数值。东汉的贾逵还在浑仪上加进黄道环，首次制造了一架“黄道铜仪”。浑象是一种表演天体视运动状态的仪器，也就是现代天球仪的鼻祖。汉宣帝时的耿寿昌发明制造了浑象，这种仪器大体是一个大圆球，在球壳上刻着日月星辰，利用它的转动演示天象的变化。张衡在此基础上，制造出更为先进的水运浑象。
地学
关于运动问题，汉代有一段论述：“地恒动不止，人不知，譬如人在大舟中，闭牖而坐，舟行，不觉也。”这段话清楚地表明了地动思想和运动相对性思想，当时人们就应该已经认识到了地球是运动的。笔者认为，这种地动思想是东汉张衡发明地动仪的一种思想基础。公元132年，世界上第一台地震仪器——张衡的地动仪制造成功，它能测出数百公里外所发生的地震。据记载，它曾准确测出公元138年陇西地区的一次地震。（关于张衡的地动仪，本刊高远先生认为其开始并不是为了测量地震而造，而是为了测量并验证地球是运动的这一理论，在测量地动的过程中，无意之中测量出了地震。有关张衡的理论及其发明，本刊《我们也曾仰望星空》一文有详述，此文不再赘言）。
1973年，湖南长沙马王堆三号汉墓出土了三幅绘在帛上的西汉地图：地形图、驻军图和城邑图。“城邑图”由于破损严重，至今没有复原。“地形图”是世界上现存最早的以实测为基础的古地图。图的方位是上南下北，长宽各96厘米，主区部分的比例尺根据推算，约在十五万分之一至二十万分之一间。已有统一的图例，绘有山脉、河流、居民点、道路等。图上包含的地理范围主要是当时长沙国（诸侯国）的南部，即今潇水流域、南岭一带，这部分图的绘图精度相当高。图上的水系绘得详细准确，三十多条河流的地理位置、流向和水系结构，大部分与现代地形图大同小异，名称标注也很有规律。图中八十多个城镇分别用方框、圆圈两类符号分级表示，并且一律在符号位置里注记名称。二十多条道路用虚、实两种线划区分。“地形图”的缺点有二：一是山脉未标注山名；二是同一幅图中使用了不同的比例尺。“驻军图”是世界上现存最早的彩色帛绘地图，长98厘米，宽78厘米，方位是上南下北，主区为大深水流域，即今湖南省江华瑶族自治县的滞水流域，比例尺约为八万分之一至十万分之一。图上除绘有山脉、河流、道路、居民点外，还着重表现了九支驻军的布防、防区界线、指挥城堡等军事情况。用不同颜色区别不同地理要素是“驻军图”的显著特点，它用黑色“山”字象形符号表示山脉；用青色绘制河流、湖泊，而且显示了河道的宽窄；用黑底套红勾框标出守备部队的驻地和军事工程建筑物；用红色虚线表示军队行动的通路；用红色三角形标示城堡；用黑色圆圈标出居民点；用红色标出守备区的分界线等等。马王堆地图的出土，改变了过去那种认为汉代地图很粗糙，不可靠，也没有统一绘图原则的看法。
此外，在我国地理学史上，东汉班超所著的《汉书·地理志》是正史中的第一篇地理志，更是地理学著述史上一种全新体例——疆域地理志的开辟者，其中的记载包含了许多珍贵的地理资料。
农学、生物学
我国古代生物学是与农学紧密联系在一起的，人们在采集、渔猎、植物栽培、动物驯养等等中，逐渐积累了丰富的生物学知识。
《氾胜之书》是我国也是世界上现存最早的一部农业科学技术的专著，总结了我国古代黄河流域劳动人民的农业生产经验，记述了耕作原则和作物栽培技术，对促进我国农业生产的发展，产生了深远影响。其作者氾胜之，在汉成帝时担任议郎之职，在今陕西关中平原地区教民耕种，获得丰收。《氾胜之书》指出，种豆时要灌水，“临种沃之，坎三升水”，种麻遇“天旱，以流水浇之，树五升”，说明要根据天气、土壤等环境状况，进行合理灌溉，以保持植物体的水分平衡。其中还介绍了利用雪水处理种子使稻麦耐旱多实，利用灌溉水控制田间温度促进稻麻生长，用手摩擦果实控制瓠定向生长，套种法和嫁接技术等一系列方法，这些方法都是改善农作物或园艺作物生态环境的增产措施。氾胜之还提出了很独特的溲种法：将兽骨的骨汁、缫蛹汁、蚕粪、兽类、附子、水或雪汁按一定比例调成稠粥状，用来拌和种子再下种，经过这样处理的种子，防虫、抗旱、保肥的性能大为提高。此外，还有《神农本草经》载：“大豆黄卷（即黄豆芽），味甘平，主湿痹，筋挛，膝痛。”那时就已经有生豆芽的做法了。《盐铁论》载“冬葵温韭”，冬季用加温方法生产韭菜，生长出来的是韭黄，说明我国一千多年前就已认识到因光照不足而产生的植物黄化现象并且加以利用。
汉时，人们已经把物种性状的遗传看成是正常的自然现象，并能够加以掌握利用来培育符合自己需要的动植物。汉武帝为了培育优良马匹种，专门从西域大宛引入当时的名马汗血。从汉代起，我国的猪种开始向外输出，当时的罗马帝国（大秦）就从我国引进了优质的华南猪来改造本地猪种，培育出了西方著名的罗马猪。
在园艺方面最明显的技术进步是嫁接法，当时便能让老枝养育新枝，让一种果树结出另一种果树上的果实来。最早进行食用菌人工栽培的，也是我国汉代的先民。汉时，还正式出现了温室，据《汉书·循吏传》、《盐铁论·散不足》等记载，公元前一世纪初汉昭帝时，在太官园中建立了“覆以屋庑”的温室，在冬日里日夜燃炭火加温，终于在大冬天培育出青翠欲滴的时鲜冬葵与温韭，而西方建立温室则是在十九世纪中叶。
医学
我国第一部药学专书——《神农本草经》约成书于东汉，其中所全力搜集整理了众多药物及配、制药理论，共实用植物药239种，动物药65种，矿物药43种，对中国后来药物学的发展产生了很大的影响。汉打通西域后，从西域传来的一些新的药物，也逐步地加入了中原药典之中。《治百病方》，1972年在甘肃武威汉墓出土，是一批木质医药简牍，共92枚，经整理以《武威汉代医简》为名出版。据鉴定，墓主人可能是一位年逾七十的医学家，约卒于东汉早期。其内容颇丰，，包括用于临床内、外、妇、五官及伤寒杂病等的治疗方剂三十六首，所用药物有百种之多，剂型分汤、丸、膏、散、酒、栓等，其方剂组成几乎均系复方。医圣张仲景的《伤寒杂病论》对中医学的发展产生了巨大的深远影响，他对病因提出：“千般灾难，不越三条，一者经络受邪，入脏腑，为内所因也；二者四肢九窍，血脉相传，壅塞不通，为外皮肤所中也；三者房室、金刃、虫兽所伤，以此详之，病由都尽。”在疾病诊断上，他强调望、问、闻、切四诊，以确定疾病之阴阳、表里、虚实、寒热；进而判断其治疗大法的原则，即汗、下、吐、和、清、温、补、泻八法的运用。其病因分析甚是到位，甚至超越了现代西医，“经络受邪”为体内神经组织功能紊乱；“血脉壅塞”为心脑血管老化之病；“虫兽外伤”为细菌病毒感染，而现代西医的病因理论基础仅为第三个细菌病毒说，张仲景的研究是十分超前的，有内、外因的总体认识。
除张仲景外，汉时著名医学家还有淳于意、华佗等。淳于意约生活于公元前二世纪初，世人称之为“仓公”。他曾因未能满足某些官吏的欲望而被诬告，汉文帝询问淳于意案情时，淳于意一一回答了经他诊治的二十五例病人的姓名、职业、贯里，所患病名、病因、脉象、治病用药、疗效、预后等，对其治疗结果实事求是，对治愈和死亡都有分析，并不回避自己的失误，这些有系统的记录，史称之为《诊籍》。华佗，东汉末著名医学家，医术全面，尤以外科、麻醉最为精通。他发明了世界上最早的外科麻沸药——麻沸散，这是一种全身麻醉剂，用酒冲服，能使人进入昏迷状态。华佗曾在酒服麻沸散的全身麻醉下，为病人进行过腹腔瘤肿摘除术手术，这是中国历史上最早的腹腔手术。华佗除外科手术技术高明外，对养生导引之术也颇有研究，他是运动保健学的创始者之一，创造出了著名的“五禽戏”，以虎、鹿、熊、猿、鸟的动作姿态为基础，进行模仿锻炼，达到强身健体的目标。后汉时期的针灸学比以前也有个更明显的进步，华佗、张仲景、涪翁、郭玉等均擅长针灸治病。
建筑学
两汉时期可谓中国建筑青年时期，其特点有以下几方面：首先是开始运用中轴线的手法对宫殿建筑群、礼制建筑群以及院落空间的组合进行布局，这种手法由于可以显示封建帝王至高无上的权势，一直被其后的历代统治者所推崇，直至明清两代以北京城为代表达到颠峰。其次是重要建筑入口前均设阙，汉阙的造型和细节美观大气。而后，是建筑的形式、结构、型制都较前代成熟与完备，建筑组群的轮廓线生动而丰富，组合形式多样，既有高台建筑群，又有廊院、三合院、四合院，陶制砖、瓦及管道大量使用，且图案更加丰富。最后，东汉开始，高台建筑减少，开始向阁楼形式发展，以木构架为主的结构方式发展得更为成熟。
汉时木结构所达到的水准，是古代建筑木结构体系形成的标志。木结构建筑最基本的部分是木构架，梁架结构的发展，进一步扩大了室内空间，增强了室内采光，抬梁和穿斗是其最主要的两种结构体系。抬梁式，是将大的横梁木架在立柱上，然后在梁上再立短柱，短柱上再架短梁，如此层层上架，形成尖顶架构，梁架之间，又以檩木连接固定，檩上又施椽。穿斗式，是直接在立柱顶端架檩，檩上施椽，有的还在檩柱间加斜撑作为加固。也有的是将这两种结构结合起来使用。当时的建筑已广泛使用斗拱，斗是指斜方形的垫木，拱是弓形的拱木，用来承托梁和枋木，支承出檐的重量，兼有装饰作用。汉代的住宅，屋顶结构也相当多样化，中国古典屋顶的几种形式，如硬山、悬山、歇山及庑殿顶，均已出现。楼房中表现出的逐层施柱、逐层收小减低、逐层或隔层出檐或装平座等手法，不仅可以遮阳、避雨和眺望，而且在建筑美学上使楼的外观在稳定中产生动感。
制造业
经考古挖掘发现，西汉初期（公元1-2世纪），就已有早期纸张存在，但这时的纸张制造技术还很原始，质量相当粗糙。东汉时，蔡伦革新造纸技术，发明了影响深远的“蔡侯纸”。蔡伦，宦官，汉和帝时掌管宫廷作坊，从而有机会触及造纸行业，改革造纸工艺，监造成功“蔡侯纸”，他也因此被封为龙亭侯。在原料上，“蔡侯纸”采用了破布、破网等物质，既有利于提高纸张的质量，也降低了生产成本，采用树皮作为原料之一，是一个重要的突破，既为古代造纸开辟了更为广阔的原料途径，也开了现代木浆造纸之先河。另外，对原料的处理可能已经有了加入石灰浆升温促烂与蒸煮等工艺，使得植物纤维的分解更为细腻。这样，传统的造纸工艺也就从此奠定了，汉以后，造纸术传到了邻国，继而传遍全世界。
说起汉代的纺织技术，不得不提马王堆出土的“素纱禅衣”，这件长160厘米、两袖通长190厘米的衣服，居然只有48至49克。现代国内一些拥有高级工艺师与技术设备的丝绸研究所曾做过试制，没有一家能达到这么轻的分量。汉代织物的品种很多，有锦、绫、绮、罗、縠、纱、缣、缟、纨、绢等等，花纹也很丰富，可分为云气纹、动物纹、花卉纹、几何纹、茱萸纹以及文字等种类。以往人们以为元明时代的漳绒、织金绒、天鹅绒等技法是从国外传入的，其实，这是我国汉时就有的固有技法。另外，汉代画象石上所见的纺车、缫车、调丝、并丝、织机、染具等实物图形，也充分反映了汉代纺织业的高度成就。
成熟瓷器诞生在东汉时期，在技术上有两大进步，一是原料的处理更加洁净、细腻；二是烧成温度与烧成技术有更多提高。考古发现的东汉瓷器，其技术指数已近同于现代瓷器，特别是越窑中的一件瓷器，烧成的温度已达1310摄氏度，胎中显示气孔率为0.26%，吸水率为0.28%，胎体致密坚硬，有微透光性，叩击时有金属声。东汉时期的成熟瓷器主要是青瓷，有少量的黑瓷，两者都是以铁为色剂，含量在3%以下的是青瓷，在4~9%以上的是黑瓷。在釉彩上，汉代出现了铅釉料，这是一种低温釉，大约在700摄氏度左右就开始熔化，流动性强，内含铜、铁等成分的着色剂，后来著名的唐三彩，就是由这时的铅釉发展而成的。
编辑： 九章丨审核：子白
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