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〔摘要〕 孙元化通过以徐光启为核心的基督教关系网，接触西方数学知识和火器知识，并通过这个关系网的支撑，对明末火器技术做出了重要贡献。孙元化建立了登州火炮营，引进西炮、西学、西兵，成立了中国第一支西式火器部队，促进了明末火器技术的大发展，意义重大。在火器技术实践的基础上，孙元化写成了《西法神机》这一代表明末火器技术最高水平的著作，全面介绍了西方火器技术，具有里程碑意义。对此，孙元化应该得到与其历史贡献相对应的重视和研究。
〔关键词〕 孙元化；西法神机；火器技术
〔中图分类号〕 K2 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1008-2689（2015）02-0036-08
孙元化是明末著名军事技术家，因其特殊的基督教徒身份，更是在当时的西学东渐、中西会通占有重要地位。孙元化通过与徐光启等一起构建起的基督教关系网这一特殊途径，向传教士学习到西方先进的数学知识、军事技术知识，并将其应用于明清（后金）战争的实践中去，有力地推动了当时中国军事技术的进步，孙元化在其中起了非常重大的作用。但是，在中国科技史研究中，对孙元化的研究却寥寥无几①，其应有的地位和作用没有得到足够的认可和关注。难能可贵的是，著名科技史学家胡道静曾经提出“从整个上海市来说，历史上可以拿出来的科学家有三个：一个是徐光启，一个是黄道婆，还有一个就是孙元化”[1]，将孙元化与世人熟知的徐光启、黄道婆并列。学术是严谨的，必须有理有据，我们有必要重构相关研究，来佐证胡道静先生的这一提法，以引起学术界对孙元化的研究和重视。
一、孙元化在中国科技史上的地位
孙元化是明末中国科技史上的重要人物，是最早参与中西会通进程的中国士大夫群体中的代表性人物。孙元化以受洗入教的基督教徒身份，在译著西方科学典籍的过程中，不仅从利玛窦等传教士那里学得了西方数学知识，而且接触到了西方先进军事技术，是明末难得的数学家和军事技术家。他的经历主要集中在军事技术方面，尤其是写出了《西法神机》这一著作，而且有着造炮、用炮、筑台的实战经验，使其在中国科技史上的地位更加突出。与同时期的另一部火器技术著作《火攻挈要》由传教士汤若望口述不同，该书是由中国技术家单独写作的反映西方先进火器技术的著作，具有非凡的价值和意义。
有着西学背景，并且满怀抱负的孙元化，本来希冀引进的西方军事技术，在抗击后金的战争中起到巨大作用。但是，因为吴桥兵变而夭折，孙元化由于未能缴抚叛军而成为罪人，后世对其较少着墨。《明史》将其小传附于徐从治之后，没有单独立传，这与其实际应有的历史地位有差距，只简明交代了其一生的脉络：[2]
元化，字初阳，嘉定人。天启间举于乡。所善西洋炮法，盖得之徐光启云。广宁覆没，条备京、防边二策。孙承宗请于朝，得赞画经略军前。主建炮台教练法，因请据宁远、前屯，以侧干王在晋，在晋不能用。承宗行边，还奏，授兵部司务。承宗代在晋，遂破重关之非，筑台制炮，一如元化言。还授元化职方主事。已，元化赞画袁崇焕宁远。还朝，寻罢。
崇祯初，起武选员外郎，进职方郎中。崇焕已为经略，乞元化自辅，遂改元化山东右参议，整饬宁、前兵备。三年，皮岛副将刘兴治为乱，廷议复设登莱巡抚，遂擢元化右佥都御使任之，驻登州。明年，岛众杀兴治，元化奏副将黄龙代，汰其兵六千人。及有德反，朝野由是怨元化之不能讨也。贼纵元化还，诏逮之。首辅周延儒谋脱其死，不得也，则援其师光启入阁图之，卒不得，同张焘弃市。
孙元化在中国科技史上的特殊之处在于，其具备兼容并包的中外数学知識功底，进而将这种优势应用到吸收和转化西方传华军事技术上，最终表现在其对火器技术、铳台技术的引领时代之先的认知上，而且留下了代表明末军事技术最高水平的专著《西法神机》。这样的地位，使得孙元化成为研究明末军事技术绕不开的一个人物。胡道静评价孙元化为明末引进西方科学技术的重要人物之一，因吴桥兵变被杀，导致其学术、事业湮灭。
1、通晓数学知识的军事技术家
孙元化为徐光启的重要门徒，精于历算之法，翻译《几何用法》一卷，帮助徐光启删定《勾股义》，还在学习西方数学知识的基础上撰有《西学杂著》二卷、《几何用法》一卷、《几何体论》一卷、《泰西算要》①一卷等数学著作，显示孙元化在数学方面的高深造诣。这些丰富的数学知识，都成为孙元化在造台铸炮中所倚重的知识背景。但是孙元化的科学贡献更多、更大的还是在引进并发展西方火器技术方面，也主要因其是明末军事将领而受到更多的关注。明末徐光启的主要贡献在于历法、农学和军事三个方面，而孙元化是徐光启在军事方面进行技术变革的践行者和继承者[3]，明末火器技术的发展离不开徐光启和孙元化这师生二人的影子。
在孙元化关于军事技术的相关论述里，处处可见其对于数学知识重要性的认识，如对于火器的铸造，他指出：“顾一铳也，精于理者能知，亦精于理者能造。若质理粗疏，而药猛火烈，立见分崩，究其鼓铸之初未推物理之妙耳”；对于火器的使用，他指出：“弹发远近度数，出几何编及测量法”，用数学的方法来解释火器瞄准与发射的弹道学原理。[4]（1236-1237）在《改造火器呈》中，孙元化通过对传统火器弊病的分析，提出了用西式技术进行改进的建议，而且认为“火器虽粗，其理精，其法密，徒委之匠作，不如不造也”②，必须交由明理识算的具有一定数学知识的技术人员才可。而这样的技术人员，孙元化原来是有一个宏伟的由传教士及外国来华炮兵进行教学、传授、培训的计划的，可惜未能如愿。
2、独特的基督徒身份及其影响
孙元化于天启元年（1621年）在北京由徐光启介绍受洗加入天主教，教名依纳爵，此后邀请传教士至其家乡嘉定开教，贡献卓越，使得嘉定成为当时的传教中心之一。[5（269-270）]孙元化的基督徒身份，使得其在接触和吸收西方科学技术知识方面获得了得天独厚的便利条件。孙元化与徐光启的师生关系、同教关系，以及由此形成的基督教关系网，都使得孙元化具备同时代很多其他人不具备的易于吸收西方科学技术的个人关系和社会关系。而由于同教关系，或者对基督教持友好态度的关系，孙元化的军事技术改革得到了明朝政府内部众多官员的支持，这些都促进了孙元化在后来的抱负的得以实现。 在徐光启的引领下，以孙元化为代表，通过明末中国基督教关系网，汇集了一大批热衷于传播和发展西方火器技术的士大夫。主要有力推西方火器来华的李之藻、两次赴澳运铳的张焘和孙学诗、根据汤若望口述写出《火攻挈要》的焦勖、对物理学和机械学传入中国做出贡献的王徵、热衷于西方筑城之术的韩云和韩霖兄弟，这些人都透过徐光启的关系，交织在一起。其中，张焘和王徵③更是在孙元化成为登莱巡抚后，直接加入其麾下，辅助孙元化推广西方火器技术。另外有一大批对基督教持友好态度的大臣，如孙承宗、袁崇焕、梁廷栋、周延儒等，也力推孙元化这位精通西方火器技术的专家，为其施展抱负提供各种支持，以使西方火器技术（包括造炮术和筑城术）深入到中国军队之中。
孙元化所在的基督教关系网可以表述如下[6]：徐光启与王徵并称“南徐北王”，而且王徵与孙元化有私交，孙元化、韩云、韩霖均为徐光启的学生，张焘和孙学诗为李之藻的门人，李之藻与徐光启是并称“耶儒三柱石”中的其中两人。而孙承宗、袁崇焕、梁廷栋、周延儒等人则是在朝中与徐光启关系较密切的士大夫，而且这些人又倾向于东林党，因此，也可理解为东林党对基督教较为同情和支持，而阉党则正好相反。观察孙元化和徐光启的起伏可以看到，孙元化等力主引进西方火器技术的倡议（包括提倡传教士往来传播科学知识）受到掣肘时也正好是阉党得势，东林党失势之时。如此，形成了一个影响明末军事技术进展的“核心-半外围-外围”的基督教关系网，其中核心是起主要作用的基督徒，半外围是起重要作用的基督徒，外围是对基督教持友好态度的支持孙元化军事技术变革的明朝官员：
早在天启二年（1622），辽东防务紧张之时，孙元化便向朝廷提出了《备京》、《防边》二策，开始得到廷臣们的关注。同年，<兵部尚书孙承宗出任蓟辽经略，采用孙元化筑台制炮主张，筑宁远城。天启三年（1623），孙元化得以辅佐袁崇焕，在宁远施展其西洋筑城法，最终为后来的宁远大捷奠定了基础[7]。崇祯元年（1628），魏忠贤被诛杀，袁崇焕复出后，孙元化继续辅佐袁崇焕，直到其被冤杀。崇祯三年（1630）一月，孙元化跟随自己的老上级孙承宗镇守山海关。所有的这些优异表现，最终促成了孙元化在崇祯三年（1630）出任登莱巡抚，成为明末基督徒里军职最高的一位。明末西方军事技术传华的推动、践行，都离不开此基督教关系网的努力，而这些努力的最直接和重要的表现便是孙元化获得军职后的一系列做法。而且，随着孙元化在后来因吴桥兵变被杀，这个基督教关系网对于明末军事技术变革的推动终告结束，基督徒的影响淡出军中，进而失去先前的那种强劲推动力。
3、技术贡献及其地位
孙元化认为，用兵莫如火攻，急守莫如战台，指出明末对抗后金的核心在于火器技术与铳台技术的提升。而其在辽东的军事实践中，也是以此两点为重心的，对于明末军事技术的贡献集中于此。这些成果在理论上的结晶便为明末重要火器著作《西法神机》，总结了火器制作中的倍径技术、模铸技术等，以及火器使用中的弹道技术、火器凭顿于其上的铳台技术等的技术原理及其操作方法。这些成果在实践中的表现便是通过来华传教士和炮兵构建的，进而实现技术本土化的登州西式火炮部队，在与后金的战争中发挥了重大作用，影响了明清鼎革的发展。
在私人著述中收录的孙元化传记，目前所见最详实的是清朝归庄《孙中丞传》和明朝张世伟的《孙中丞墓志铭》①，归庄对孙元化的一生做出了如下总结和评述，颇能显现出明清士人对其军事才能的泯灭所包含的叹息之情：[8]
公之学不独长于兵，用兵亦不独藉炮。顾以为敌之取辽，皆铁骑冲突，我无以御之。惟铁炮可以及远，又得西洋之法，诚神明之器，制敌长技无踰于此。而世之论者，乃以敌当窃此以破中国，反归咎于创用西炮之人，不已傎乎？申酉之际，诚得老谋壮略如公数人，置之封疆，寄之镇守，未必土崩鱼烂遂至于此。此可为国家不爱惜人才之戒也！余读公辽言，奇公之才，而又悲公之遇也。国家循资用人，公自负才略，人固已嫉之矣。公盖已置死生荣辱于度外矣，竭力尽瘁如此，功之不成，命也！
由此可见，孙元化是明末军事技术发展中的重要人物，他经过吸收和转化形成的军事技术理论知识代表了明末军事技术认知水平所能达到的最高峰，他建立的西式炮兵部队代表了明朝与后金之间军事对抗的最尖端水平，这支部队的命运直接影响了双方的力量对比。因此，孙元化是中国科技史上迫切需要重新定位的一个人物，其之前受到的关注和认识，远远不能够体现他在明末历史上的重要影响力。
二、西方传华火器技术的作用与影响
利用传教士的独特作用，从澳门引进威力巨大的红夷大炮，以及精通火器操作的人员，以重建明朝军队在与后金军队战争中的火器优势，是明末基督徒徐光启、孙元化等人用以抗击后金，挽救明朝危亡的最后努力。这一努力的具体承托者即为孙元化担任登莱巡抚后用西式火器技术规范组建起来的火器部队，其战力卓越，而且在与后金的战争中占据了有力的优势地位，使得战局向着有利于明朝的方向扭转，并最终可能改变整个明清鼎革的命运。只可惜，最终为吴桥兵变所破，一切成果付之东流，先进的西方火器技术反而成为后金軍队用来对明朝攻城掠地的重要工具，完全改变了历史的走向，技术对历史的影响由此显现。
孙元化在军中的崛起与明末辽东形势有着直接相关的关系，万历四十七年（1619）的萨尔浒之战，是明与后金双方力量对比的交界点，此战的失败标志着明朝开始走向衰败。天启元年（1621），后金攻破沈阳、辽阳两处边外重镇，明廷震动，起用熊廷弼为辽东经略，抵御后金的进攻。熊廷弼提出“三防布置”之策①，其重心之一就是利用登州的火器部队以从海上牵制后金的进攻，这个重任便落在孙元化经营的登州火器营上。注入了西方火器技术的明朝军队，在短时期内取得了诸多成果，有力地阻止了后金的进攻态势。
1、登州火器部队及其与后金的战争
由于在其后的吴桥兵变导致了孙元化的政治抱负和个人生命的终结，孙元化的抱负在实践中便最多的体现在登州火炮营的营建上。崇祯三年（1630）五月，孙元化被推荐为登莱巡抚。依托基督教关系网的作用，精通火器技术的王徵被任命为登莱监军佥事，张焘被任命为登莱副总兵，以协助火器部队的建设。同年七月，徐光启又调在京教演火器的葡人公沙的西劳等到登州（今蓬莱）[9]。崇祯四年（1631）三月，葡籍传教士陆若汉携火炮至京复命后，经徐光启安排，随即携带火器转赴登州，协助登莱巡抚孙元化造炮练兵，助守该城。同年六月，又有53名葡籍炮师和造炮工匠，护送一批西洋炮自广州来到登州。这些西人成为中国战争史上最早被雇佣的西方军事技术人员。经过多方努力，孙元化部队成为全国装备最精良的火器部队，不仅拥有佛郎机炮20余门，西洋铳320门，鸟枪1000支，而且也有一批掌握西洋火炮技术的枪炮手[10]。在陆若汉、公沙的西劳的协助下，葡萄牙炮手和制炮技师直接传授西式大炮的操纵点放之法，登州一时成为中国火器铸造演练的中心。 登州火炮营的战果主要体现在明与后金在辽东沿海的争夺战役上。崇祯三年（1630）五月，孙元化派出由黄龙领导的火炮部队收复了被后金占领的滦州，并指出“攻滦首功为黄龙营，龙营得力在西洋炮”。②其后，孙元化的火器部队又收复了遵化、永平、迁安三城，前景大好。这些小的胜利，使得士气大振，认为后金不再是不可战胜的神话，捷报传回明廷，有力地鼓舞了朝野的抗争决心。孙元化使用西方火器技术以挽救明朝危亡的愿望由此迈出可喜一步，并期待有更大的突破。
崇祯四年（1631）六月，后金军队进攻皮岛，明军由孙元化麾下精通西洋炮法的黄龙指挥，副总兵张焘参与作战。由于明军掌握大量火器，又有成批船只，习于水战，给予后金兵以重大杀伤，毙尸成绩卓著。来中国传授火器技术的教官公沙的西劳也参加了这次战斗。西洋大炮放置于船上，他亲自指挥，明军配合其施放各种大小火器，后金军队倒毙一片。西洋炮共施放了十九次，击毙后金兵约六七百人。后金军终究敌不过明军的猛烈炮火和海上用船之不便，被迫放弃进攻，“畏缩奔于八十里之外，不敢复进海岸”。[11]
后金发动的这次皮岛之役以失败告终，伤亡惨重。此次失败主要败于不习水战，不悉火器。明军利用引进的西洋大炮及其操作方法，占据了军事方面的优势，证明了孙元化主导的登州火炮营的正确性和优越性。火器技术更加成为明朝的倚重，也使得后金开始重视火器在海战中的作用。皮岛战役是以少胜多，以先进技术取得军事胜利的典范，也是明末对抗后金可圈可点的几次获胜战役之一，也是孙元化的登州火炮营最后的辉煌所在，其后的吴桥兵变使得这次胜利成为绝响，明朝与后金的力量对比发生严重改变。
2、吴桥兵变及其影响
崇祯四年（1631）七月，后金围攻大凌河，孙元化命游击孔有德率辽兵赴援。孔有德所统帅的辽兵与山东当地人屡有摩擦，导致部队行抵吴桥时，因为与当地居民发生摩擦，进而哗变。孔有德的叛军在山东境内连陷数城，由于孙元化力主安抚，遂至一发不可收拾。十二月，孔有德叛军攻抵登州城外。崇祯五年（1632）正月，叛军攻陷登州城。孙元化自刎不成，与张焘、王徵等人均为叛军所虏。孔有德在此役中共虏获了旧兵六千人、援兵千人、马三千匹、饷银十万两、红夷大炮二十余位、西洋炮三百位①。
當时在登州负责教习火器的葡萄牙人，也有十二人在城陷时捐躯，包括统领公沙的西劳，另有十五人重伤。崇祯六年（1633）四月，孔有德和耿仲明以船百艘载男女一万二千余人，连同军器、枪炮等，通过海路登陆投降后金。孙元化苦心经营的，被徐光启等朝中知西炮西兵西学之人寄予厚望的登州火炮营灰飞烟灭。
吴桥兵变造成的影响有二：
第一，严重地损毁了明朝内部力倡引进西方火器技术的力量中坚。孙元化、张焘被斩首，公沙的西劳战死，王徵被发配戍边。基督教在明朝军队中的影响开始淡出，一系列同情基督教的官员被追责，以前那种力倡西器、西学、西兵的氛围不复存在。晚年的徐光启受到如此结局的打击，对军事改革心灰意冷，转而默默修订历法，于次年去世。从此以后，西方火器技术在明朝的传播陷入停滞和无主导者的困境之中。
第二，严重地改变了明与后金双方之间的力量对比。有着西洋大炮和葡军教官指导的登州火炮营正在成长为明朝在东江抗击后金的决定性力量，皮岛战役的胜利，使得这支中国历史上第一支现代化火器部队成为明朝政府改变东北战局被动的希望。但是，这一训练最有素的、拥有最先进西洋大炮的军队精英却因吴桥兵变，或者背叛明朝，或者死在自己同僚的炮火下。②孔有德、耿仲明等精通西方炮学的将领带着西洋大炮投奔后金，直接促使后金掌握先进的红夷大炮制造与使用技术，军事力量对比完全倒向后金。
三、《西法神机》与西方传华火器技术
《西法神机》是现存的能够代表孙元化对明末火器技术贡献的重要理论成果，这本著作写成于崇祯五年（1632），全面介绍了明末西方传教士带入中国的火器技术知识，并掺入了孙元化在军事实践中对于中西方火器技术的认识。该书与焦勖的《火攻掣要》被学术界公认为现存最重要的反映西方传华火器技术内容的著作，代表了明末火器技术水平所能达到的高度。《西法神机》与《火攻挈要》内容较为相似，有很多可以互补和对照的火器技术内容。但《火攻掣要》早就著称于世，清朝潘仕成编的《海山仙馆丛书》收录过（1847年），民国初年商务印书馆编《丛书集成》时又进行过影印（1935年），受众较多，传播较广，受到的关注和研究也较多。最近时期的一次影印是1993年出版的《中国兵书集成》（解放军出版社）和1994年出版的《中国科学技术典籍通汇·技术卷》（任继愈主编，河南教育出版社出版）。但是，《西法神机》却较少为人所知③。《嘉定县志·艺文》兵家类存目，其提要曰：“首论铸炮，次论制药，后论命中之由，并绘图式。是书得之西人，大要根于算法。”[12]现存于中国科学院自然科学史研究所资料室，流传范围依然极窄。仅在1994年出版的《中国科学技术典籍通汇·技术卷》第五卷中影印过一次。在《西法神机》的扉页，首位收藏者金民誉对其流传过程有如下介绍[4]（1235）：
此书为孙中丞所著，盖泰西利玛窦所传也。先生好奇略，启祯间从军辽左，荐升登莱巡抚。历数战，皆火攻取胜，其法甚秘。迨吴桥激变，祸生肘腋，中丞归朝待罪。其后人痛之，凡著作之有关兵事者，辄焚弃，而火攻一法亦鲜有传者。幸中丞中表王公式九预留副本，递传及余。
可见，《西法神机》的传播受限是受到了孙元化仕途沉浮和个人命运激荡的影响，吴桥兵变后，孙元化的后人心灰意冷，认为是孙元化涉足军事而导致了后来的厄运，因此将其所有关于兵学的著作均进行焚毁，火攻之法不传。现在流传下来的版本即为孙元化的中表王公式留存的副本，历经金誉民、葛味荃两位藏书家的流转，到清光绪二十八年（1902）年才由杨恒福重新刻印出来，使得这部著作得以重见天日。这比《火攻挈要》的刊刻和流传晚了很多年，而且，近代的各类丛书、集成中都未曾收录此书，影响力严重受限。 《西法神机》全书约三万余字，分为上、下两卷。上卷重点论述战攻守铳的倍径技术及造铜铳技术、造铳车技术和造铳台技术，下卷对造铳弹技术、火药技术、点放大小铳操作技术进行了详细的解读，更具操作性。书中附图三十四幅，均为西洋火器形制，显示此书的西方知识背景。对《西法神机》中的核心技术要素进行归类，主要有火器倍径技术、火器弹道技术、造弹制药技术、战车技术、敌台技术、铸造技术这6项技术内容。本文着重对其中有代表性的倍径技术和铳台技术进行深入分析。
《西法神机》在军事技术上的贡献有如下几点：
第一，对于火器倍径技术的论述。欧洲近代科学兴起后，在科学与技术之间建立了一种模式化的数量关系，数学成为科学的语言。西方传教士来华，也将这种数理趋势传入了中国，在火器制造技术精准化方面的最大进展，便是提出火器倍径技术。《西法神机》记述了西方传华火器倍径技术的成果，孙元化利用自己从利玛窦等传教士以及恩师徐光启那里习得的数学知识，按照西方的炮学原理，将铳炮的各个部分（身长、耳长、壁厚、底厚等）都与铳炮的口径建立起一定的比例关系。①这种精确的将火器的各个部分与口径建立起一定的比例关系的数学模式，已然远远超出了中国传统火器技术中的对于铳长、口径、各部件的那种非量化关系的水准。
按照《西法神机》的记述，用弹1斤以上的战铳，铳口空径一般为3-4寸，铳身（铳口到火门）为铳口空径的33倍。攻铳一般用弹9斤以上，铳口空径为5寸-1尺，铳身为铳口空径的17-18倍。[4]（1237-1242）战铳和攻铳的其余部分都与铳口空径成比例关系。以铳耳为界的铳身前后也呈现一定的比例关系，大多数是6∶4的比例，铳耳处于靠后的地方，以保证铳炮放在炮架上时前后平衡。一般用弹4斤以上的守铳，铳身与铳口空径之比与攻铳相同，为17-18倍。而且，《西法神机》还指出了战车的倍径技术规范，分别有与战铳、攻铳、守铳相对应的不同战车，其制作工艺尤为精细，与传统战车有别。①
倍径技术对明末以后的火器技术影响巨大，成为中国制造火器必然遵循的准则，广泛应用于各种造炮实践之中，而且在后代军事技术家的著述中多有体现和修正②。相比于明末以前火器发展一味追求“长”和“大”的错误认识，按照数理比例造炮无疑是一个质的跨越，中国火器技术进入数理时代。而且，这一过程正是由于孙元化这样的精通西方数学知识的军事技术家促成的。
第二，對于西式铳台技术的论述。在西方传教士来华之前，中国的铳台一直都是传统的四角马面敌台，凸出在外，易于受到三个方向的进攻；而西式铳台为三角形制，外露两边，易于相互救助。通晓中西的徐光启多次上疏要求修建新式铳台，将大炮凭于其上，以抵御后金的进攻。对于西式铳台技术的研究和掌握，明末最优越的著作是孙元化的《西法神机》和韩霖的《守圉全书》。③孙元化的在其中的“铳台图说”部分，说明了西式铳台的设计方案。鉴于传统方形马面敌台无法横击台下之敌，“故法宜出为锐角，锐角者，犹推敌于角外，以就我击，故铳无不到，而敌无得近也。”又云：[4]（1249～1250）
今筑城则马面台宜为小锐角，城之四隅，宜为大锐角；若止筑台，则或于四隅为大锐角，或于四面各出小锐角。城虚而锐角皆实，故城薄而锐角皆厚。台则体与角皆实皆厚矣。城用大铳于角，而鸟铳弓矢助之于墙。台用大铳于中，而弓矢鸟铳助之于角。用大铳之处，旁设土筐，一以防铳，二以代堵。角之锐也，外洋法也。
图2：《西法神机》中的铳台图
（此图选自孙元化《西法神机》，中国科学技术典籍通汇，
河南教育出版社，1994年）
孙元化对中国传统敌台的弊端和西洋铳台法有着深刻的认识，并在多次赴辽东作战中先后辅佐孙承宗、侯震旸、袁崇焕筑台制炮，坚持用铳台配合红夷大炮的作战方法，取得了诸多成果。如在天启二年（1622）连上《上王经台清营设险呈》、《议三道关外造台呈》、《上王经台乞定三道关山寨铳台揭》三疏，指出建立西式铳台的迫切性。[13] 此三疏都是孙元化身体力行，外赴边关，进行实地考察后上奏的建立铳台之建议，具有很强的实用性。强调建立铳台的位置要与各边关的位置相适应，并能补边关形势之缺陷，于倚靠峻岭、远望汪洋之处建台，占据地利之先。其后，天启六年（1626）的宁愿大捷便是袁崇焕依托孙元化的筑台制炮之法所取得的巨大胜利，可见孙元化引进西方铳台技术的优势所在，可惜之后袁崇焕冤死，铳台技术的影响没能够拓展开来。
第三，对于火器弹道技术的论述。
《西法神机》通过“点放大小铳说”、“点放大小铳合用弹药平仰步数法”、“点放大小守铳合用弹药法”等内容的论述，④用最新的西方数学、物理知识解释了铳弹瞄准和发射的原理，相较于中国学者对于此项技术的传统认识而言，是突破性的。而且，《西法神机》还配有铳炮发射的炮图和炮表，更形象地体现了该书可以应用于实战操作的写作意图。此外，还介绍了铳规、距度、铳尺的图示和使用方法，这些测准工具为中国所无，而且多用于翻译过来的几何著作中，孙元化能够及时地将此用于火器著作中，确实是一种紧跟西方炮学理论发展的做法，增进了明末士人对西方先进火器技术的认知。
四、 结语
孙元化是明末在火器技术方面进行中西汇通的第一批人，利用其恩师徐光启组建的基督教关系网，构建了西方火器传华的一套完整体系——从器物到理论，从操作到仿制，最后到实战。科技史学者胡道静的评价很有代表性，“嘉定孙元化，亦明季引进西方科学技术之一雄也。尚论东西文化交流第一次高潮者，恒道徐光启、李之藻，王徵、李天经辈而不及元化者，吴桥之祸蒙冤受戮，至其事功、学术亦湮而弗显为可悲也”[14]。伴随着孙元化的起伏，明末火器技术也经历了其起伏的过程，孙元化的命运与明末火器技术的命运连接在一起，而这一切都因为遭遇吴桥兵变而毁灭。
孙元化的独到之处在于其将数学知识与火器技术的完美结合，使得中国军事技术家第一次真正具有了与科学接轨的味道。这一点从他的著作《西法神机》中便可以观察得到，对于火炮射击的仰角、俯角、射程，他都有一套科学的衡量体系去指导。欧洲军事技术之所以在中世纪末期超过中国的重要原因就在于其将最新的数学知识融解到了军事技术中，如意大利数学家塔尔塔利亚、伽利略等对当时的军事问题都有论述。而在同时期的中国，数学与军事的关系并不那么密切。 孙元化在明末火器技术方面所取得的成就和所做出的贡献，并没有得到与其地位对等的重视和研究。明末清初著名将领孔有德、耿精仲、尚可喜已为人们熟知，而且研究颇多，但是，作为他们曾经的上级、对于火器技术的贡献要远远大于他们的孙元化却为人们所陌生，这不能不说是一个遗憾的结果。
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（责任编辑：柯平）
〔关键词〕 孙元化；西法神机；火器技术
〔中图分类号〕 K2 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1008-2689（2015）02-0036-08
孙元化是明末著名军事技术家，因其特殊的基督教徒身份，更是在当时的西学东渐、中西会通占有重要地位。孙元化通过与徐光启等一起构建起的基督教关系网这一特殊途径，向传教士学习到西方先进的数学知识、军事技术知识，并将其应用于明清（后金）战争的实践中去，有力地推动了当时中国军事技术的进步，孙元化在其中起了非常重大的作用。但是，在中国科技史研究中，对孙元化的研究却寥寥无几①，其应有的地位和作用没有得到足够的认可和关注。难能可贵的是，著名科技史学家胡道静曾经提出“从整个上海市来说，历史上可以拿出来的科学家有三个：一个是徐光启，一个是黄道婆，还有一个就是孙元化”[1]，将孙元化与世人熟知的徐光启、黄道婆并列。学术是严谨的，必须有理有据，我们有必要重构相关研究，来佐证胡道静先生的这一提法，以引起学术界对孙元化的研究和重视。
一、孙元化在中国科技史上的地位
孙元化是明末中国科技史上的重要人物，是最早参与中西会通进程的中国士大夫群体中的代表性人物。孙元化以受洗入教的基督教徒身份，在译著西方科学典籍的过程中，不仅从利玛窦等传教士那里学得了西方数学知识，而且接触到了西方先进军事技术，是明末难得的数学家和军事技术家。他的经历主要集中在军事技术方面，尤其是写出了《西法神机》这一著作，而且有着造炮、用炮、筑台的实战经验，使其在中国科技史上的地位更加突出。与同时期的另一部火器技术著作《火攻挈要》由传教士汤若望口述不同，该书是由中国技术家单独写作的反映西方先进火器技术的著作，具有非凡的价值和意义。
有着西学背景，并且满怀抱负的孙元化，本来希冀引进的西方军事技术，在抗击后金的战争中起到巨大作用。但是，因为吴桥兵变而夭折，孙元化由于未能缴抚叛军而成为罪人，后世对其较少着墨。《明史》将其小传附于徐从治之后，没有单独立传，这与其实际应有的历史地位有差距，只简明交代了其一生的脉络：[2]
元化，字初阳，嘉定人。天启间举于乡。所善西洋炮法，盖得之徐光启云。广宁覆没，条备京、防边二策。孙承宗请于朝，得赞画经略军前。主建炮台教练法，因请据宁远、前屯，以侧干王在晋，在晋不能用。承宗行边，还奏，授兵部司务。承宗代在晋，遂破重关之非，筑台制炮，一如元化言。还授元化职方主事。已，元化赞画袁崇焕宁远。还朝，寻罢。
崇祯初，起武选员外郎，进职方郎中。崇焕已为经略，乞元化自辅，遂改元化山东右参议，整饬宁、前兵备。三年，皮岛副将刘兴治为乱，廷议复设登莱巡抚，遂擢元化右佥都御使任之，驻登州。明年，岛众杀兴治，元化奏副将黄龙代，汰其兵六千人。及有德反，朝野由是怨元化之不能讨也。贼纵元化还，诏逮之。首辅周延儒谋脱其死，不得也，则援其师光启入阁图之，卒不得，同张焘弃市。
孙元化在中国科技史上的特殊之处在于，其具备兼容并包的中外数学知識功底，进而将这种优势应用到吸收和转化西方传华军事技术上，最终表现在其对火器技术、铳台技术的引领时代之先的认知上，而且留下了代表明末军事技术最高水平的专著《西法神机》。这样的地位，使得孙元化成为研究明末军事技术绕不开的一个人物。胡道静评价孙元化为明末引进西方科学技术的重要人物之一，因吴桥兵变被杀，导致其学术、事业湮灭。
1、通晓数学知识的军事技术家
孙元化为徐光启的重要门徒，精于历算之法，翻译《几何用法》一卷，帮助徐光启删定《勾股义》，还在学习西方数学知识的基础上撰有《西学杂著》二卷、《几何用法》一卷、《几何体论》一卷、《泰西算要》①一卷等数学著作，显示孙元化在数学方面的高深造诣。这些丰富的数学知识，都成为孙元化在造台铸炮中所倚重的知识背景。但是孙元化的科学贡献更多、更大的还是在引进并发展西方火器技术方面，也主要因其是明末军事将领而受到更多的关注。明末徐光启的主要贡献在于历法、农学和军事三个方面，而孙元化是徐光启在军事方面进行技术变革的践行者和继承者[3]，明末火器技术的发展离不开徐光启和孙元化这师生二人的影子。
在孙元化关于军事技术的相关论述里，处处可见其对于数学知识重要性的认识，如对于火器的铸造，他指出：“顾一铳也，精于理者能知，亦精于理者能造。若质理粗疏，而药猛火烈，立见分崩，究其鼓铸之初未推物理之妙耳”；对于火器的使用，他指出：“弹发远近度数，出几何编及测量法”，用数学的方法来解释火器瞄准与发射的弹道学原理。[4]（1236-1237）在《改造火器呈》中，孙元化通过对传统火器弊病的分析，提出了用西式技术进行改进的建议，而且认为“火器虽粗，其理精，其法密，徒委之匠作，不如不造也”②，必须交由明理识算的具有一定数学知识的技术人员才可。而这样的技术人员，孙元化原来是有一个宏伟的由传教士及外国来华炮兵进行教学、传授、培训的计划的，可惜未能如愿。
2、独特的基督徒身份及其影响
孙元化于天启元年（1621年）在北京由徐光启介绍受洗加入天主教，教名依纳爵，此后邀请传教士至其家乡嘉定开教，贡献卓越，使得嘉定成为当时的传教中心之一。[5（269-270）]孙元化的基督徒身份，使得其在接触和吸收西方科学技术知识方面获得了得天独厚的便利条件。孙元化与徐光启的师生关系、同教关系，以及由此形成的基督教关系网，都使得孙元化具备同时代很多其他人不具备的易于吸收西方科学技术的个人关系和社会关系。而由于同教关系，或者对基督教持友好态度的关系，孙元化的军事技术改革得到了明朝政府内部众多官员的支持，这些都促进了孙元化在后来的抱负的得以实现。 在徐光启的引领下，以孙元化为代表，通过明末中国基督教关系网，汇集了一大批热衷于传播和发展西方火器技术的士大夫。主要有力推西方火器来华的李之藻、两次赴澳运铳的张焘和孙学诗、根据汤若望口述写出《火攻挈要》的焦勖、对物理学和机械学传入中国做出贡献的王徵、热衷于西方筑城之术的韩云和韩霖兄弟，这些人都透过徐光启的关系，交织在一起。其中，张焘和王徵③更是在孙元化成为登莱巡抚后，直接加入其麾下，辅助孙元化推广西方火器技术。另外有一大批对基督教持友好态度的大臣，如孙承宗、袁崇焕、梁廷栋、周延儒等，也力推孙元化这位精通西方火器技术的专家，为其施展抱负提供各种支持，以使西方火器技术（包括造炮术和筑城术）深入到中国军队之中。
孙元化所在的基督教关系网可以表述如下[6]：徐光启与王徵并称“南徐北王”，而且王徵与孙元化有私交，孙元化、韩云、韩霖均为徐光启的学生，张焘和孙学诗为李之藻的门人，李之藻与徐光启是并称“耶儒三柱石”中的其中两人。而孙承宗、袁崇焕、梁廷栋、周延儒等人则是在朝中与徐光启关系较密切的士大夫，而且这些人又倾向于东林党，因此，也可理解为东林党对基督教较为同情和支持，而阉党则正好相反。观察孙元化和徐光启的起伏可以看到，孙元化等力主引进西方火器技术的倡议（包括提倡传教士往来传播科学知识）受到掣肘时也正好是阉党得势，东林党失势之时。如此，形成了一个影响明末军事技术进展的“核心-半外围-外围”的基督教关系网，其中核心是起主要作用的基督徒，半外围是起重要作用的基督徒，外围是对基督教持友好态度的支持孙元化军事技术变革的明朝官员：
早在天启二年（1622），辽东防务紧张之时，孙元化便向朝廷提出了《备京》、《防边》二策，开始得到廷臣们的关注。同年，<兵部尚书孙承宗出任蓟辽经略，采用孙元化筑台制炮主张，筑宁远城。天启三年（1623），孙元化得以辅佐袁崇焕，在宁远施展其西洋筑城法，最终为后来的宁远大捷奠定了基础[7]。崇祯元年（1628），魏忠贤被诛杀，袁崇焕复出后，孙元化继续辅佐袁崇焕，直到其被冤杀。崇祯三年（1630）一月，孙元化跟随自己的老上级孙承宗镇守山海关。所有的这些优异表现，最终促成了孙元化在崇祯三年（1630）出任登莱巡抚，成为明末基督徒里军职最高的一位。明末西方军事技术传华的推动、践行，都离不开此基督教关系网的努力，而这些努力的最直接和重要的表现便是孙元化获得军职后的一系列做法。而且，随着孙元化在后来因吴桥兵变被杀，这个基督教关系网对于明末军事技术变革的推动终告结束，基督徒的影响淡出军中，进而失去先前的那种强劲推动力。
3、技术贡献及其地位
孙元化认为，用兵莫如火攻，急守莫如战台，指出明末对抗后金的核心在于火器技术与铳台技术的提升。而其在辽东的军事实践中，也是以此两点为重心的，对于明末军事技术的贡献集中于此。这些成果在理论上的结晶便为明末重要火器著作《西法神机》，总结了火器制作中的倍径技术、模铸技术等，以及火器使用中的弹道技术、火器凭顿于其上的铳台技术等的技术原理及其操作方法。这些成果在实践中的表现便是通过来华传教士和炮兵构建的，进而实现技术本土化的登州西式火炮部队，在与后金的战争中发挥了重大作用，影响了明清鼎革的发展。
在私人著述中收录的孙元化传记，目前所见最详实的是清朝归庄《孙中丞传》和明朝张世伟的《孙中丞墓志铭》①，归庄对孙元化的一生做出了如下总结和评述，颇能显现出明清士人对其军事才能的泯灭所包含的叹息之情：[8]
公之学不独长于兵，用兵亦不独藉炮。顾以为敌之取辽，皆铁骑冲突，我无以御之。惟铁炮可以及远，又得西洋之法，诚神明之器，制敌长技无踰于此。而世之论者，乃以敌当窃此以破中国，反归咎于创用西炮之人，不已傎乎？申酉之际，诚得老谋壮略如公数人，置之封疆，寄之镇守，未必土崩鱼烂遂至于此。此可为国家不爱惜人才之戒也！余读公辽言，奇公之才，而又悲公之遇也。国家循资用人，公自负才略，人固已嫉之矣。公盖已置死生荣辱于度外矣，竭力尽瘁如此，功之不成，命也！
由此可见，孙元化是明末军事技术发展中的重要人物，他经过吸收和转化形成的军事技术理论知识代表了明末军事技术认知水平所能达到的最高峰，他建立的西式炮兵部队代表了明朝与后金之间军事对抗的最尖端水平，这支部队的命运直接影响了双方的力量对比。因此，孙元化是中国科技史上迫切需要重新定位的一个人物，其之前受到的关注和认识，远远不能够体现他在明末历史上的重要影响力。
二、西方传华火器技术的作用与影响
利用传教士的独特作用，从澳门引进威力巨大的红夷大炮，以及精通火器操作的人员，以重建明朝军队在与后金军队战争中的火器优势，是明末基督徒徐光启、孙元化等人用以抗击后金，挽救明朝危亡的最后努力。这一努力的具体承托者即为孙元化担任登莱巡抚后用西式火器技术规范组建起来的火器部队，其战力卓越，而且在与后金的战争中占据了有力的优势地位，使得战局向着有利于明朝的方向扭转，并最终可能改变整个明清鼎革的命运。只可惜，最终为吴桥兵变所破，一切成果付之东流，先进的西方火器技术反而成为后金軍队用来对明朝攻城掠地的重要工具，完全改变了历史的走向，技术对历史的影响由此显现。
孙元化在军中的崛起与明末辽东形势有着直接相关的关系，万历四十七年（1619）的萨尔浒之战，是明与后金双方力量对比的交界点，此战的失败标志着明朝开始走向衰败。天启元年（1621），后金攻破沈阳、辽阳两处边外重镇，明廷震动，起用熊廷弼为辽东经略，抵御后金的进攻。熊廷弼提出“三防布置”之策①，其重心之一就是利用登州的火器部队以从海上牵制后金的进攻，这个重任便落在孙元化经营的登州火器营上。注入了西方火器技术的明朝军队，在短时期内取得了诸多成果，有力地阻止了后金的进攻态势。
1、登州火器部队及其与后金的战争
由于在其后的吴桥兵变导致了孙元化的政治抱负和个人生命的终结，孙元化的抱负在实践中便最多的体现在登州火炮营的营建上。崇祯三年（1630）五月，孙元化被推荐为登莱巡抚。依托基督教关系网的作用，精通火器技术的王徵被任命为登莱监军佥事，张焘被任命为登莱副总兵，以协助火器部队的建设。同年七月，徐光启又调在京教演火器的葡人公沙的西劳等到登州（今蓬莱）[9]。崇祯四年（1631）三月，葡籍传教士陆若汉携火炮至京复命后，经徐光启安排，随即携带火器转赴登州，协助登莱巡抚孙元化造炮练兵，助守该城。同年六月，又有53名葡籍炮师和造炮工匠，护送一批西洋炮自广州来到登州。这些西人成为中国战争史上最早被雇佣的西方军事技术人员。经过多方努力，孙元化部队成为全国装备最精良的火器部队，不仅拥有佛郎机炮20余门，西洋铳320门，鸟枪1000支，而且也有一批掌握西洋火炮技术的枪炮手[10]。在陆若汉、公沙的西劳的协助下，葡萄牙炮手和制炮技师直接传授西式大炮的操纵点放之法，登州一时成为中国火器铸造演练的中心。 登州火炮营的战果主要体现在明与后金在辽东沿海的争夺战役上。崇祯三年（1630）五月，孙元化派出由黄龙领导的火炮部队收复了被后金占领的滦州，并指出“攻滦首功为黄龙营，龙营得力在西洋炮”。②其后，孙元化的火器部队又收复了遵化、永平、迁安三城，前景大好。这些小的胜利，使得士气大振，认为后金不再是不可战胜的神话，捷报传回明廷，有力地鼓舞了朝野的抗争决心。孙元化使用西方火器技术以挽救明朝危亡的愿望由此迈出可喜一步，并期待有更大的突破。
崇祯四年（1631）六月，后金军队进攻皮岛，明军由孙元化麾下精通西洋炮法的黄龙指挥，副总兵张焘参与作战。由于明军掌握大量火器，又有成批船只，习于水战，给予后金兵以重大杀伤，毙尸成绩卓著。来中国传授火器技术的教官公沙的西劳也参加了这次战斗。西洋大炮放置于船上，他亲自指挥，明军配合其施放各种大小火器，后金军队倒毙一片。西洋炮共施放了十九次，击毙后金兵约六七百人。后金军终究敌不过明军的猛烈炮火和海上用船之不便，被迫放弃进攻，“畏缩奔于八十里之外，不敢复进海岸”。[11]
后金发动的这次皮岛之役以失败告终，伤亡惨重。此次失败主要败于不习水战，不悉火器。明军利用引进的西洋大炮及其操作方法，占据了军事方面的优势，证明了孙元化主导的登州火炮营的正确性和优越性。火器技术更加成为明朝的倚重，也使得后金开始重视火器在海战中的作用。皮岛战役是以少胜多，以先进技术取得军事胜利的典范，也是明末对抗后金可圈可点的几次获胜战役之一，也是孙元化的登州火炮营最后的辉煌所在，其后的吴桥兵变使得这次胜利成为绝响，明朝与后金的力量对比发生严重改变。
2、吴桥兵变及其影响
崇祯四年（1631）七月，后金围攻大凌河，孙元化命游击孔有德率辽兵赴援。孔有德所统帅的辽兵与山东当地人屡有摩擦，导致部队行抵吴桥时，因为与当地居民发生摩擦，进而哗变。孔有德的叛军在山东境内连陷数城，由于孙元化力主安抚，遂至一发不可收拾。十二月，孔有德叛军攻抵登州城外。崇祯五年（1632）正月，叛军攻陷登州城。孙元化自刎不成，与张焘、王徵等人均为叛军所虏。孔有德在此役中共虏获了旧兵六千人、援兵千人、马三千匹、饷银十万两、红夷大炮二十余位、西洋炮三百位①。
當时在登州负责教习火器的葡萄牙人，也有十二人在城陷时捐躯，包括统领公沙的西劳，另有十五人重伤。崇祯六年（1633）四月，孔有德和耿仲明以船百艘载男女一万二千余人，连同军器、枪炮等，通过海路登陆投降后金。孙元化苦心经营的，被徐光启等朝中知西炮西兵西学之人寄予厚望的登州火炮营灰飞烟灭。
吴桥兵变造成的影响有二：
第一，严重地损毁了明朝内部力倡引进西方火器技术的力量中坚。孙元化、张焘被斩首，公沙的西劳战死，王徵被发配戍边。基督教在明朝军队中的影响开始淡出，一系列同情基督教的官员被追责，以前那种力倡西器、西学、西兵的氛围不复存在。晚年的徐光启受到如此结局的打击，对军事改革心灰意冷，转而默默修订历法，于次年去世。从此以后，西方火器技术在明朝的传播陷入停滞和无主导者的困境之中。
第二，严重地改变了明与后金双方之间的力量对比。有着西洋大炮和葡军教官指导的登州火炮营正在成长为明朝在东江抗击后金的决定性力量，皮岛战役的胜利，使得这支中国历史上第一支现代化火器部队成为明朝政府改变东北战局被动的希望。但是，这一训练最有素的、拥有最先进西洋大炮的军队精英却因吴桥兵变，或者背叛明朝，或者死在自己同僚的炮火下。②孔有德、耿仲明等精通西方炮学的将领带着西洋大炮投奔后金，直接促使后金掌握先进的红夷大炮制造与使用技术，军事力量对比完全倒向后金。
三、《西法神机》与西方传华火器技术
《西法神机》是现存的能够代表孙元化对明末火器技术贡献的重要理论成果，这本著作写成于崇祯五年（1632），全面介绍了明末西方传教士带入中国的火器技术知识，并掺入了孙元化在军事实践中对于中西方火器技术的认识。该书与焦勖的《火攻掣要》被学术界公认为现存最重要的反映西方传华火器技术内容的著作，代表了明末火器技术水平所能达到的高度。《西法神机》与《火攻挈要》内容较为相似，有很多可以互补和对照的火器技术内容。但《火攻掣要》早就著称于世，清朝潘仕成编的《海山仙馆丛书》收录过（1847年），民国初年商务印书馆编《丛书集成》时又进行过影印（1935年），受众较多，传播较广，受到的关注和研究也较多。最近时期的一次影印是1993年出版的《中国兵书集成》（解放军出版社）和1994年出版的《中国科学技术典籍通汇·技术卷》（任继愈主编，河南教育出版社出版）。但是，《西法神机》却较少为人所知③。《嘉定县志·艺文》兵家类存目，其提要曰：“首论铸炮，次论制药，后论命中之由，并绘图式。是书得之西人，大要根于算法。”[12]现存于中国科学院自然科学史研究所资料室，流传范围依然极窄。仅在1994年出版的《中国科学技术典籍通汇·技术卷》第五卷中影印过一次。在《西法神机》的扉页，首位收藏者金民誉对其流传过程有如下介绍[4]（1235）：
此书为孙中丞所著，盖泰西利玛窦所传也。先生好奇略，启祯间从军辽左，荐升登莱巡抚。历数战，皆火攻取胜，其法甚秘。迨吴桥激变，祸生肘腋，中丞归朝待罪。其后人痛之，凡著作之有关兵事者，辄焚弃，而火攻一法亦鲜有传者。幸中丞中表王公式九预留副本，递传及余。
可见，《西法神机》的传播受限是受到了孙元化仕途沉浮和个人命运激荡的影响，吴桥兵变后，孙元化的后人心灰意冷，认为是孙元化涉足军事而导致了后来的厄运，因此将其所有关于兵学的著作均进行焚毁，火攻之法不传。现在流传下来的版本即为孙元化的中表王公式留存的副本，历经金誉民、葛味荃两位藏书家的流转，到清光绪二十八年（1902）年才由杨恒福重新刻印出来，使得这部著作得以重见天日。这比《火攻挈要》的刊刻和流传晚了很多年，而且，近代的各类丛书、集成中都未曾收录此书，影响力严重受限。 《西法神机》全书约三万余字，分为上、下两卷。上卷重点论述战攻守铳的倍径技术及造铜铳技术、造铳车技术和造铳台技术，下卷对造铳弹技术、火药技术、点放大小铳操作技术进行了详细的解读，更具操作性。书中附图三十四幅，均为西洋火器形制，显示此书的西方知识背景。对《西法神机》中的核心技术要素进行归类，主要有火器倍径技术、火器弹道技术、造弹制药技术、战车技术、敌台技术、铸造技术这6项技术内容。本文着重对其中有代表性的倍径技术和铳台技术进行深入分析。
《西法神机》在军事技术上的贡献有如下几点：
第一，对于火器倍径技术的论述。欧洲近代科学兴起后，在科学与技术之间建立了一种模式化的数量关系，数学成为科学的语言。西方传教士来华，也将这种数理趋势传入了中国，在火器制造技术精准化方面的最大进展，便是提出火器倍径技术。《西法神机》记述了西方传华火器倍径技术的成果，孙元化利用自己从利玛窦等传教士以及恩师徐光启那里习得的数学知识，按照西方的炮学原理，将铳炮的各个部分（身长、耳长、壁厚、底厚等）都与铳炮的口径建立起一定的比例关系。①这种精确的将火器的各个部分与口径建立起一定的比例关系的数学模式，已然远远超出了中国传统火器技术中的对于铳长、口径、各部件的那种非量化关系的水准。
按照《西法神机》的记述，用弹1斤以上的战铳，铳口空径一般为3-4寸，铳身（铳口到火门）为铳口空径的33倍。攻铳一般用弹9斤以上，铳口空径为5寸-1尺，铳身为铳口空径的17-18倍。[4]（1237-1242）战铳和攻铳的其余部分都与铳口空径成比例关系。以铳耳为界的铳身前后也呈现一定的比例关系，大多数是6∶4的比例，铳耳处于靠后的地方，以保证铳炮放在炮架上时前后平衡。一般用弹4斤以上的守铳，铳身与铳口空径之比与攻铳相同，为17-18倍。而且，《西法神机》还指出了战车的倍径技术规范，分别有与战铳、攻铳、守铳相对应的不同战车，其制作工艺尤为精细，与传统战车有别。①
倍径技术对明末以后的火器技术影响巨大，成为中国制造火器必然遵循的准则，广泛应用于各种造炮实践之中，而且在后代军事技术家的著述中多有体现和修正②。相比于明末以前火器发展一味追求“长”和“大”的错误认识，按照数理比例造炮无疑是一个质的跨越，中国火器技术进入数理时代。而且，这一过程正是由于孙元化这样的精通西方数学知识的军事技术家促成的。
第二，對于西式铳台技术的论述。在西方传教士来华之前，中国的铳台一直都是传统的四角马面敌台，凸出在外，易于受到三个方向的进攻；而西式铳台为三角形制，外露两边，易于相互救助。通晓中西的徐光启多次上疏要求修建新式铳台，将大炮凭于其上，以抵御后金的进攻。对于西式铳台技术的研究和掌握，明末最优越的著作是孙元化的《西法神机》和韩霖的《守圉全书》。③孙元化的在其中的“铳台图说”部分，说明了西式铳台的设计方案。鉴于传统方形马面敌台无法横击台下之敌，“故法宜出为锐角，锐角者，犹推敌于角外，以就我击，故铳无不到，而敌无得近也。”又云：[4]（1249～1250）
今筑城则马面台宜为小锐角，城之四隅，宜为大锐角；若止筑台，则或于四隅为大锐角，或于四面各出小锐角。城虚而锐角皆实，故城薄而锐角皆厚。台则体与角皆实皆厚矣。城用大铳于角，而鸟铳弓矢助之于墙。台用大铳于中，而弓矢鸟铳助之于角。用大铳之处，旁设土筐，一以防铳，二以代堵。角之锐也，外洋法也。
图2：《西法神机》中的铳台图
（此图选自孙元化《西法神机》，中国科学技术典籍通汇，
河南教育出版社，1994年）
孙元化对中国传统敌台的弊端和西洋铳台法有着深刻的认识，并在多次赴辽东作战中先后辅佐孙承宗、侯震旸、袁崇焕筑台制炮，坚持用铳台配合红夷大炮的作战方法，取得了诸多成果。如在天启二年（1622）连上《上王经台清营设险呈》、《议三道关外造台呈》、《上王经台乞定三道关山寨铳台揭》三疏，指出建立西式铳台的迫切性。[13] 此三疏都是孙元化身体力行，外赴边关，进行实地考察后上奏的建立铳台之建议，具有很强的实用性。强调建立铳台的位置要与各边关的位置相适应，并能补边关形势之缺陷，于倚靠峻岭、远望汪洋之处建台，占据地利之先。其后，天启六年（1626）的宁愿大捷便是袁崇焕依托孙元化的筑台制炮之法所取得的巨大胜利，可见孙元化引进西方铳台技术的优势所在，可惜之后袁崇焕冤死，铳台技术的影响没能够拓展开来。
第三，对于火器弹道技术的论述。
《西法神机》通过“点放大小铳说”、“点放大小铳合用弹药平仰步数法”、“点放大小守铳合用弹药法”等内容的论述，④用最新的西方数学、物理知识解释了铳弹瞄准和发射的原理，相较于中国学者对于此项技术的传统认识而言，是突破性的。而且，《西法神机》还配有铳炮发射的炮图和炮表，更形象地体现了该书可以应用于实战操作的写作意图。此外，还介绍了铳规、距度、铳尺的图示和使用方法，这些测准工具为中国所无，而且多用于翻译过来的几何著作中，孙元化能够及时地将此用于火器著作中，确实是一种紧跟西方炮学理论发展的做法，增进了明末士人对西方先进火器技术的认知。
四、 结语
孙元化是明末在火器技术方面进行中西汇通的第一批人，利用其恩师徐光启组建的基督教关系网，构建了西方火器传华的一套完整体系——从器物到理论，从操作到仿制，最后到实战。科技史学者胡道静的评价很有代表性，“嘉定孙元化，亦明季引进西方科学技术之一雄也。尚论东西文化交流第一次高潮者，恒道徐光启、李之藻，王徵、李天经辈而不及元化者，吴桥之祸蒙冤受戮，至其事功、学术亦湮而弗显为可悲也”[14]。伴随着孙元化的起伏，明末火器技术也经历了其起伏的过程，孙元化的命运与明末火器技术的命运连接在一起，而这一切都因为遭遇吴桥兵变而毁灭。
孙元化的独到之处在于其将数学知识与火器技术的完美结合，使得中国军事技术家第一次真正具有了与科学接轨的味道。这一点从他的著作《西法神机》中便可以观察得到，对于火炮射击的仰角、俯角、射程，他都有一套科学的衡量体系去指导。欧洲军事技术之所以在中世纪末期超过中国的重要原因就在于其将最新的数学知识融解到了军事技术中，如意大利数学家塔尔塔利亚、伽利略等对当时的军事问题都有论述。而在同时期的中国，数学与军事的关系并不那么密切。 孙元化在明末火器技术方面所取得的成就和所做出的贡献，并没有得到与其地位对等的重视和研究。明末清初著名将领孔有德、耿精仲、尚可喜已为人们熟知，而且研究颇多，但是，作为他们曾经的上级、对于火器技术的贡献要远远大于他们的孙元化却为人们所陌生，这不能不说是一个遗憾的结果。
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（责任编辑：柯平）