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，新的技術(shù)發(fā)明創(chuàng)造，不僅是新的科學(xué)問題的來源，而且是解決新的科學(xué)問題的工具和條件。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，展示了中國人獨(dú)特的創(chuàng)造性思維和過人智慧。晚明時期宋應(yīng)星的《天工開物》，這一足以與一百四五十年以后法國狄德羅編纂的《百科全書》相匹敵的書籍，書中不僅總結(jié)了中國人的技術(shù)成就，而且通過書名表達(dá)了中國人的技術(shù)觀和自然觀。

四大發(fā)明

講到中國古代的科技發(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”的說法演變而來的。最早“三大發(fā)明”的提法，是文藝復(fù)興時期的意大利數(shù)學(xué)家杰羅姆·卡丹提出的。他說：磁羅盤、印刷術(shù)和火藥這三大發(fā)明，是“整個古代沒有能與之相匹敵的發(fā)明”。英國倫敦傳道會傳教士漢學(xué)家艾約瑟在1884年出版了一本書叫《中國的宗教》，書中他把造紙術(shù)與“三大發(fā)明”并列，并認(rèn)為是中國的“四大發(fā)明”。到了20世紀(jì)40年代，英國學(xué)者李約瑟在重慶正式提出了“四大發(fā)明”的概念，使世界對中國古代的發(fā)明創(chuàng)造能力刮目相看。盡管中國古代的科技發(fā)明數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“四大發(fā)明”，但“四大發(fā)明”的提法大大改變了世界對中國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”這個榮譽(yù)稱號的由來，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，是一種由磁針和方位刻度盤構(gòu)成的指示南北方位的儀器。人類的日常生活和社會活動，如水陸出行、建屋采礦、地圖測繪、行軍打仗等都需要辨明方向，從事科學(xué)技術(shù)研究更需測定準(zhǔn)確的方位。中國指南針的發(fā)明堪稱人類文明進(jìn)程的導(dǎo)航儀，是一件劃時代的大事。在古代中國，方向測定不僅是個人出行的需要，而且被看作國家的一件大事，就天象觀測一樣設(shè)專門官員掌管。

指南針的發(fā)明并非一步到位，是中國人自戰(zhàn)國以來確定方位的近千年間的實(shí)踐過程中不斷探索的產(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，晝不見日、夜不見星時，特別是在海上航行時，靠天體定向就顯得無能為力。中國人早在戰(zhàn)國時期不但發(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寫材料。在紙發(fā)明之前，中國古代書寫文字的載體先后有巖石、陶器、甲骨、金石、竹簡、木牘、縑帛等，到春秋戰(zhàn)國時期開始普遍用竹簡和縑絹。竹簡和縑帛作為書寫材料雖然遠(yuǎn)比金石等材料適宜，但仍有很大缺陷：簡牘笨重，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。《后漢書·蔡倫傳》記載：“自古書契多編以竹簡，其用縑帛者謂之為紙。縑貴而簡重，并不便于人。倫乃造意用樹膚、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’。”但是20世紀(jì)以來的考古出土的一些古紙，其年代都在蔡倫之前，如西漢時期的“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，蔡倫對造紙術(shù)無論是原料還是技術(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，他又增加了樹皮，開拓了新的原材料領(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。“蔡侯紙”的問世，標(biāo)志著書寫材料由竹帛向紙張轉(zhuǎn)變，之后，人們開始普遍用紙張書寫。

▲《天工開物》中的造紙場景

隋唐時期，社會經(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)時的高級公文用紙。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家韓滉（723—787年）的《五牛圖》用的是桑皮紙。

▲畫在桑皮紙上的《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，文化知識的傳播主要靠人抄寫。印刷術(shù)的發(fā)明使知識的傳播和積累發(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，都離不開因印刷術(shù)導(dǎo)致的知識準(zhǔn)確而快速的傳播。中國在唐朝貞觀年間（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)，比德國谷騰堡早約400年。印刷術(shù)的發(fā)明不僅對中華文明的長久興盛，而且對世界文明的近代化，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，國家大力提倡刻書。國子監(jiān)等機(jī)構(gòu)刻印儒家經(jīng)典、本草醫(yī)書等，除頒發(fā)各地外，還許可印賣。國家提倡，士大夫愛好，使得兩宋時代的刻書成為一時風(fēng)氣。宋代刻印了各種類書，促進(jìn)了文化傳播和知識普及。中國古代的很多典籍，也是依靠宋代的印本流傳下來。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，印刷術(shù)還用于印制中國最早的，也是世界最早的紙幣——“交子”。

▲兩宋時期印制的紙幣“交子”（右）和“會子”（左）

04

火藥

火藥是人類文明的推進(jìn)劑。“鉆木取火”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代，改變了世界的發(fā)展格局。

▲《天工開物》中關(guān)于火藥的制作流程

中國最早發(fā)現(xiàn)火藥混合物。為尋求長生不老之法，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。成書于唐末五代時期的《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。”蜜經(jīng)燒后成木炭，起到了木炭來源的作用。該書又指出：“硝石宜佐諸藥，多則敗藥。生者不可合三黃等燒，立見禍?zhǔn)隆！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)用拉開了序幕。

▲《天工開物》中關(guān)于火器的記載

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