四 技术科学的进步
宋元时代，陕西的科学发展是与其他地区的文化交流分不开的。陕人在外而成为科学俊才的，有杨恭懿，外省人在陕而获得科学成果的，有沈括。
沈括是我国北宋最著名的科学巨匠，他对天文、历法、数学、音乐、地理、医药、物理、金石考古、生物乃至文史、方志、民俗等等学问皆有所论证，是位百科全书式的学者，有“中国的狄德罗”之称。他的名作《梦溪笔谈》，被著名英国科学家李约瑟称为科学史上的“里程碑式的著作”。这部著作的成书，与他在陕西的活动有很大关系。从元丰元年至元丰五年（1078—1082年）间，沈括任知延州、鄜延路经略安抚使，在陕北经营边防。他除了边政上功绩蜚然外，还对陕西的自然与人文环境进行了认真的考察。《梦溪笔谈》里的许多内容，如对陕北石油的出产与开发利用的研究，对陕北民俗中的古代文化遗存的研究以及对古器物的研究等等，都与他在陕西的科学考察有关。沈括观察事物匠心独具，如在对古器物进行考察时，他不仅像一般金石考古家那样记录这些古物的形状与款式，而且进一步从科学角度研究这些器物的制作方法与原理。如从冶金学的角度来解释古剑，从光学的角度解释古镜，从几何学的角度来解释弩机上“望山”的用法等等，都有很高的科学价值。
杨恭懿（1225—1294年）[19]是宋元时期陕西人中的科学家，字元甫，高陵人，生活在元代前中期。他与当时的许多人一样，是从理学而转向自然科学的。早年的杨恭懿潜心于《易》《礼》《春秋》，后研读朱熹的《四书集注》。不久他又以为要经国济世，需“从事实学”，于是迷上了天文历算。他“遍考自汉以来历书四十余家，精思推算”，颇有心得，因而于至元十六年（1279年）被元廷召入太史院，与郭守敬、王恂、许衡等共同主持改历工作。他看到元朝司天机构“旧仪难用”，便改进了新的测量仪器，昼夜测验，终于与郭守敬等一起，完成了《授时历》的制定。又著《合朔议》以阐明其原理，为天文历算之学的发展作出了贡献。
在宋元陕西的特定环境下，人们对“技术”的需求比科学更为强烈，尤其是与军事和农业有关的应用技术，在长期处于战争环境并且为粮食不足所苦的陕西受到了重视。
石油、煤炭的运用是这一时期陕西人民的一大贡献。我国是世界上最早发现和利用石油的国家，而陕北又是中国最早发现和利用石油的地方。早在东汉班固所写的《汉书·地理志》中，就记载着上郡高奴县（今延长）“有洧水，肥，可㸐（燃）”。说明公元1世纪时，延长的石油已为人所知。以后北魏郦道元的《水经注》、唐代的《元和郡县志》与段成式的《酉阳杂俎》等书也记载了陕北石油，其中段成式还提到当地人民已把石油用于润滑车辆及点灯。但是，关于石油性状、用途、产地的较详细的记载，石油的较大规模的加工与使用，乃至“石油”这一名词的出现，都是宋代的事。因此宋代可以说是石油开发史上的一个里程碑。
对陕北石油进行了详细考察的首推沈括。沈括在经营陕北边防期间特地研究了延长县境内石油的性状与用途，并在文献中首先使用“石油”一词。他在《梦溪笔谈》中写道：“鄜延境内有石油，……生于水际，沙石与泉水相杂，惘惘而出。土人以雉尾裛之，乃采入缶中，颇似淳漆。”沈括还富有预见性地断定：“石油至多，生于地中无穷，不若松木有时而竭”，“此物后必大行于世”。[20]今天生活在“石油时代”的人们看到这些论断，不能不钦佩沈括的科学洞察力。
宋代陕北的石油已被广泛地使用。庆历年间范仲淹经略西北时，已经以石油作军中照明与燃料之用。沈括又亲自试验以石油燃烧产生的烟黑制墨，获得成功。制成的墨“光如漆，松墨不及也”。沈括遂把此法加以推广，“大为之”，进行批量生产，产品墨号为“延川石液”。他在书中自豪地说，规模性地使用石油“自予始为之”。[21]
宋人不仅知道使用原油，也已开始规模性地用原油来提炼成品油了。据载当时东京由政府主办的军器作坊中已有专制“猛火油”供军用的作坊。[22]这种作坊在陕北可能也已设立，且产量可观。据宋人康与之《昨梦录》所载，当时“西北边城防城库，皆掘地作大池，纵横丈余，以蓄猛火油。不阅月，池上皆赤黄，又别为池而徙焉”。[23]这样纵横丈余的大油池，贮油多达10吨，不太可能来自东京的作坊，很可能是在陕北就地生产的。
到了元代，陕北石油的开发与利用又有了新的发展，除延长外，在延川县永平村与宜君县姚曲村也开采了石油。除收集渗露地面的油外，当时已在延川、延长凿井采油，这是世界上最早的油井。石油除用以照明、制墨、军用之外，这时又用以治疗牲畜疥癣等皮肤病。政府已把石油纳入正式贡赋之中，岁有定额：延长岁纳110斤，延川岁纳400斤，并在路城（即延安路）延丰库设专仓贮之。
除石油外，宋元时陕西军民还相当大规模地使用了煤炭。史载北宋庆历年间西夏军围攻府州（今府谷县）时，城内水源、蔬菜、燃料皆无法供给，守将张亢“以州东焦山有石炭穴，为筑东胜堡；下城旁有菜畦，为筑金城堡；州北沙坑有水泉，为筑安定堡，置兵守之”，城遂得以长期坚持。[24]显然，这时整个府州城都仰赖“石炭穴”供燃料，其于城防的重要性竟与水源、蔬菜相等。这座专为开采煤炭而修筑的“东胜堡”可算得上中国历史上第一座煤矿业城镇！
这样我们知道现今陕北的两大能源基地：延长油田与神府煤田，早在宋代就已有颇大规模的利用，这应当说是了不起的。
宋元时陕西石油、煤炭的使用都与军事有关，同样地，其他与军事有关的技术如筑城术、打井术等，也得到了发展。北宋时常有仅用十余日甚至更少的时间就筑成一座可容数万乃至数十万军人的大城的记载。我们现在常把某些不现实的做法形容为“在沙滩上搞建筑”，然而北宋抗夏战争中，人们真的发明了在沙地上筑城的技术：“麟州无井唯沙，泉在城外，欲拓城包之，而土善陷。夏人每至围城，人皆忧渴死。（吕）公弼用其僚邓子乔计，仿古拔轴法，去其沙，实以末炭，墐土于其上，版筑立，遂包泉于中，自是城坚不陷，而州得以守。”[25]
与筑城相关的找水技术，当时也颇有发展。种世衡、种谔父子是这方面的专家。筑清涧城时打井打到50米深仍无水时，水工都认为该井位不可能有水了，然而种世衡却肯定“过石数重”必有水，并力排众议，以重赏雇人，“屑石一畚，定偿百钱”，果然穿石见泉。宋朝当局知道后下令沿边各地派人来学习此术，“自兹西陲堡障患无泉者悉仿此，大蒙利焉”。[26]而40年后，徐禧筑永乐城，种世衡之子种谔看了城址后断定此地无水，徐禧不信，结果果然打不出水，刚愎自用的徐禧悔之晚矣。
其他军事技术在这一时期的陕西也颇有发展，如宋金战争期间，秦岭战线的宋军由于装备了新式兵器“驻队矢”，逐渐发展出一套以弩制骑的成熟战术，屡试皆验，遂得以保境百年而金骑无所逞其技。当时吴璘曾说：“金人弓矢，不若中国之劲利。……吾常以长技洞重甲于数百步外。”如果没有这一“长技”，“至决机于两阵之间，则璘有不能言者”。[27]可见当时的宋军几乎把宝全押在这一“长技”上了。的确，能在数百步之外穿透“重甲”的“长技”，恐怕已经是冷兵器所能达到的极限了吧。
战争决胜，不外靠兵、食两条，因而宋元陕西当局对农业技术抓得也很紧。当时渭北引泾水利技术一度居全国领先地位。“耀州之云阳、三原、富平及京兆之泾阳、高陵、栎阳六县，沿渠皆立斗门，多者置四十余所，以分水势。其下别开细渠。则水有所分，民无奔注之患。”于是宋政府专门组织河北等地的水工不远千里前往渭北参观学习，“就摹古人作堰决渠之法”，“观今人置斗门溉田之方”。同时下令，今后渭北灌区之民犯罪当流放的，就“令皆徙相州（今河南安阳市）教百姓”治水。[28]陕西的流放犯到关东居然成了水利专家。
水利事业不仅涉及诸如“斗门分水”这样的工程技术，也仰赖于一定的管理技术。元代李好文《长安志图》卷下对此作了高水平的叙述。他提出的泾渠灌溉用水管理和分配的原则是：以渠水所能灌田的面积为总数，分配到每年参加维修渠道的丁夫户田。为做到分配合理，他实际上已提出了计算流量的概念：“水头深、广方一尺谓之一激。假定渠道上广一丈四尺，下广一丈，上下相折则为一丈三尺，水深一丈，计积一百二十激。”这里“水头”即过水断面积，“水激”为计量单位，指1平方尺，再与时间、流速相联系，便可求出流量。这反映了当时关中水利技术不仅在工程方面，而且在管理方面，也已达到很高的水平。
可见，宋元时期的陕西，在军事技术、农业技术与资源开发技术等方面都获得了不小的成绩。宋元之际陕西能够屡经战祸而又得到恢复，这些技术进步是起了作用的。然而也应看到，这些技术当时基本上仍停留在经验层次，并没有形成一种推动科学发展的实证机制，因而也不能保证它自身发展的连续性。以上技术成就后来并没有进一步向前迈进，甚至有不少后来还失传了。例如吴璘谈到的那种新式劲弩和那一套制敌骑之策，在吴家兄弟为帅之时屡见应用，然而一代人之后便不知怎的不再被人提起。到了后来蒙古人南下蜀口时，他们并没有碰到什么“长技”的威胁。而宋军将士那时临敌，包括最为惨烈的名将曹友闻殉难的阳平关大战在内，都是手握刀枪，与敌“决机于两阵之间”的。