前言

科學(xué)與技術(shù)是兩類不同且相互聯(lián)系的人類實(shí)踐活動(dòng)，新的技術(shù)發(fā)明創(chuàng)造，不僅是新的科學(xué)問(wèn)題的來(lái)源，而且是解決新的科學(xué)問(wèn)題的工具和條件。生產(chǎn)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的繁榮，前代的積累，以及中外科學(xué)技術(shù)的交流，使得許多技術(shù)領(lǐng)域在宋元時(shí)代達(dá)到了高峰。從改變?nèi)祟愇拿鬟M(jìn)程的“四大發(fā)明”，到大型天文儀器的創(chuàng)制，再到關(guān)乎人類生產(chǎn)生活的各種工農(nóng)業(yè)技術(shù)，技術(shù)精妙、巧奪天工，展示了中國(guó)人獨(dú)特的創(chuàng)造性思維和過(guò)人智慧。晚明時(shí)期宋應(yīng)星的《天工開(kāi)物》，這一足以與一百四五十年以后法國(guó)狄德羅編纂的《百科全書(shū)》相匹敵的書(shū)籍，書(shū)中不僅總結(jié)了中國(guó)人的技術(shù)成就，而且通過(guò)書(shū)名表達(dá)了中國(guó)人的技術(shù)觀和自然觀。

四大發(fā)明

講到中國(guó)古代的科技發(fā)明，影響最大的應(yīng)該就是“四大發(fā)明”了。所謂“四大發(fā)明”，是由“三大發(fā)明”的說(shuō)法演變而來(lái)的。最早“三大發(fā)明”的提法，是文藝復(fù)興時(shí)期的意大利數(shù)學(xué)家杰羅姆·卡丹提出的。他說(shuō)：磁羅盤(pán)、印刷術(shù)和火藥這三大發(fā)明，是“整個(gè)古代沒(méi)有能與之相匹敵的發(fā)明”。英國(guó)倫敦傳道會(huì)傳教士漢學(xué)家艾約瑟在1884年出版了一本書(shū)叫《中國(guó)的宗教》，書(shū)中他把造紙術(shù)與“三大發(fā)明”并列，并認(rèn)為是中國(guó)的“四大發(fā)明”。到了20世紀(jì)40年代，英國(guó)學(xué)者李約瑟在重慶正式提出了“四大發(fā)明”的概念，使世界對(duì)中國(guó)古代的發(fā)明創(chuàng)造能力刮目相看。盡管中國(guó)古代的科技發(fā)明數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)“四大發(fā)明”，但“四大發(fā)明”的提法大大改變了世界對(duì)中國(guó)古代科技文明的看法。

現(xiàn)在，相信讀者朋友們已經(jīng)了解到了“四大發(fā)明”這個(gè)榮譽(yù)稱號(hào)的由來(lái)，但，你知道四大發(fā)明的背后隱藏著哪些故事嘛？

01

指南針

指南針又稱羅盤(pán)，是一種由磁針和方位刻度盤(pán)構(gòu)成的指示南北方位的儀器。人類的日常生活和社會(huì)活動(dòng)，如水陸出行、建屋采礦、地圖測(cè)繪、行軍打仗等都需要辨明方向，從事科學(xué)技術(shù)研究更需測(cè)定準(zhǔn)確的方位。中國(guó)指南針的發(fā)明堪稱人類文明進(jìn)程的導(dǎo)航儀，是一件劃時(shí)代的大事。在古代中國(guó)，方向測(cè)定不僅是個(gè)人出行的需要，而且被看作國(guó)家的一件大事，就天象觀測(cè)一樣設(shè)專門(mén)官員掌管。

指南針的發(fā)明并非一步到位，是中國(guó)人自戰(zhàn)國(guó)以來(lái)確定方位的近千年間的實(shí)踐過(guò)程中不斷探索的產(chǎn)物。古代最初用天文學(xué)方法確定方向，通常用圭表測(cè)定日影和以北極星定向。但是靠晝觀日影、夜觀星象能辨別方向有很大的局限性，遇到陰晦天氣，晝不見(jiàn)日、夜不見(jiàn)星時(shí)，特別是在海上航行時(shí)，靠天體定向就顯得無(wú)能為力。中國(guó)人早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期不但發(fā)現(xiàn)了磁石的吸鐵性，還發(fā)現(xiàn)了它的指極性，并用天然磁石制成世界上最早的指示方向的儀器——“司南”

02

造紙術(shù)

紙可謂是人類文明的載體。文字發(fā)明之后，人類急需一種便捷的書(shū)寫(xiě)材料。在紙發(fā)明之前，中國(guó)古代書(shū)寫(xiě)文字的載體先后有巖石、陶器、甲骨、金石、竹簡(jiǎn)、木牘、縑帛等，到春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期開(kāi)始普遍用竹簡(jiǎn)和縑絹。竹簡(jiǎn)和縑帛作為書(shū)寫(xiě)材料雖然遠(yuǎn)比金石等材料適宜，但仍有很大缺陷：簡(jiǎn)牘笨重，縑帛昂貴。正是在這樣的背景下，造紙術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

造紙術(shù)一般認(rèn)為是東漢蔡倫（？—121年）發(fā)明的?！逗鬂h書(shū)·蔡倫傳》記載：“自古書(shū)契多編以竹簡(jiǎn)，其用縑帛者謂之為紙?？V貴而簡(jiǎn)重，并不便于人。倫乃造意用樹(shù)膚、麻頭及敝布、漁網(wǎng)以為紙。元興元年奏上之。帝善其能，自是莫不從用焉。故天下咸稱‘蔡侯紙’?！钡?0世紀(jì)以來(lái)的考古出土的一些古紙，其年代都在蔡倫之前，如西漢時(shí)期的“灞橋紙”“金關(guān)紙”“羅布淖爾紙”等，這表明造紙術(shù)在蔡倫之前已經(jīng)誕生并不斷發(fā)展。但是，蔡倫對(duì)造紙術(shù)無(wú)論是原料還是技術(shù)工藝都進(jìn)行了大膽創(chuàng)新。除麻頭及敝布、漁網(wǎng)等廢舊材料，他又增加了樹(shù)皮，開(kāi)拓了新的原材料領(lǐng)域；除淘洗、碎切和泡漚之外，他還可能用石灰進(jìn)行堿液烹煮，加快了生產(chǎn)效率，提高了紙張質(zhì)量?！安毯罴垺钡膯?wèn)世，標(biāo)志著書(shū)寫(xiě)材料由竹帛向紙張轉(zhuǎn)變，之后，人們開(kāi)始普遍用紙張書(shū)寫(xiě)。

▲《天工開(kāi)物》中的造紙場(chǎng)景

隋唐時(shí)期，社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化十分繁榮，紙的需求量猛增，促進(jìn)了造紙技術(shù)的蓬勃發(fā)展。唐代制造的皮紙，有藤紙、楮皮紙和桑皮紙，以其品質(zhì)在造紙業(yè)中占據(jù)上風(fēng)。唐代的藤紙，生產(chǎn)于浙江地區(qū)，品質(zhì)很高，為當(dāng)時(shí)的高級(jí)公文用紙。唐代生產(chǎn)的皮紙作品多有傳世，廣為人知的唐馮承素所摹《蘭亭序》用的就是楮皮紙。故宮博物院藏唐代畫(huà)家韓滉（723—787年）的《五牛圖》用的是桑皮紙。

▲畫(huà)在桑皮紙上的《五牛圖》

03

印刷術(shù)

印刷術(shù)被稱為“文明之母”。印刷術(shù)發(fā)明之前，文化知識(shí)的傳播主要靠人抄寫(xiě)。印刷術(shù)的發(fā)明使知識(shí)的傳播和積累發(fā)生了革命性的變化。近代思想的啟蒙和科學(xué)革命的發(fā)生，都離不開(kāi)因印刷術(shù)導(dǎo)致的知識(shí)準(zhǔn)確而快速的傳播。中國(guó)在唐朝貞觀年間（627—649年）發(fā)明雕版印刷，比歐洲早約700年。北宋慶歷年間（1041—1048年），畢昇發(fā)明活字印刷術(shù)，比德國(guó)谷騰堡早約400年。印刷術(shù)的發(fā)明不僅對(duì)中華文明的長(zhǎng)久興盛，而且對(duì)世界文明的近代化，均做出了重要的貢獻(xiàn)。

宋代經(jīng)濟(jì)文化發(fā)達(dá)，科舉盛行，國(guó)家大力提倡刻書(shū)。國(guó)子監(jiān)等機(jī)構(gòu)刻印儒家經(jīng)典、本草醫(yī)書(shū)等，除頒發(fā)各地外，還許可印賣。國(guó)家提倡，士大夫愛(ài)好，使得兩宋時(shí)代的刻書(shū)成為一時(shí)風(fēng)氣。宋代刻印了各種類書(shū)，促進(jìn)了文化傳播和知識(shí)普及。中國(guó)古代的很多典籍，也是依靠宋代的印本流傳下來(lái)。宋代不僅首次雕印了先秦漢代的諸子百家著作，而且出版了不少科技方面的著作，且以醫(yī)學(xué)最多。與此同時(shí)，印刷術(shù)還用于印制中國(guó)最早的，也是世界最早的紙幣——“交子”。

▲兩宋時(shí)期印制的紙幣“交子”（右）和“會(huì)子”（左）

04

火藥

火藥是人類文明的推進(jìn)劑?！般@木取火”結(jié)束了人類茹毛飲血的原始生活。火藥的發(fā)明大大增強(qiáng)了人類改造自然的能力，結(jié)束了雄霸千年的冷兵器時(shí)代，改變了世界的發(fā)展格局。

▲《天工開(kāi)物》中關(guān)于火藥的制作流程

中國(guó)最早發(fā)現(xiàn)火藥混合物。為尋求長(zhǎng)生不老之法，古代的煉丹家常常把硝石、硫黃和雄黃等混在一起加熱。煉丹家的好奇心和冒險(xiǎn)精神促使他們不斷變化原料的配方，導(dǎo)致了火藥的發(fā)明。隋唐孫思邈在《丹經(jīng)內(nèi)伏硫黃法》中記載硝石、硫黃和炭化皂角子混合后用火點(diǎn)燃后能猛烈燃燒。唐元和三年（808年），煉丹家清虛子撰的《太上圣祖金丹秘訣》記載了“伏火礬法”：“以硫黃二兩，硝石二兩，馬兜鈴三兩半，研末，拌勻，入罐，放入地坑中與地平，將彈子大小的燒紅的木炭，放入罐內(nèi)，煙起，用濕紙四五重復(fù)蓋，再用兩塊磚壓上，用土掩埋。”伏火礬法比伏火硫黃法前進(jìn)了一大步，加入了皂角子，能使燃燒持續(xù)進(jìn)行。成書(shū)于唐末五代時(shí)期的《真元妙道要略》則記載了：“有以硫黃、雄黃合硝石并蜜燒之，焰起，燒手面及燼屋居者?！泵劢?jīng)燒后成木炭，起到了木炭來(lái)源的作用。該書(shū)又指出：“硝石宜佐諸藥，多則敗藥。生者不可合三黃等燒，立見(jiàn)禍?zhǔn)??！奔疵鞔_將硝石與硫黃、雄黃和雌黃等物燒之，立刻發(fā)生爆炸。中國(guó)原始火藥混合物的發(fā)現(xiàn)為火藥在軍事上的應(yīng)用拉開(kāi)了序幕。

▲《天工開(kāi)物》中關(guān)于火器的記載

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