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古代科技发明成就

四大发明

造纸术

纸张发明以前：

我们的祖先利用龟甲、兽骨和青铜器记事，称为“甲骨文”和“金文”；

后来又改用竹片和木片，称为“简牍”；

几乎与此同时，人们又用丝织的绢，称为“帛书”。

但所有这些书写材料，不是笨重，就是昂贵，都影响了信息储存和交流。

絮纸

在制造丝织品的过程中，人们发现了一种薄薄的丝绵可以书写，这就是所谓的“絮纸”。

遗憾的是，这种絮纸由于原料有限，不能大量制造，但人们却从中得到启发，
去植物中寻找纤维，于是就发明了植物纤维纸。

“纸”字的偏旁所以从“纟”，原因就是纸张最早是从丝织品开始的。

麻纸

1957年，从西安市郊灞桥的西汉古墓中出土了中国最早的植物纤维纸——麻纸，足见在东汉蔡伦造纸之前中国已发明了纸。

只是这种纸质地粗糙，不便书写，仅可作包装之用。

从1973年到1974年间，又在甘肃居延汉代遗址中发现麻纸两片，其色泽白净，
质薄而均匀，似乎已能书写。

蔡侯纸

蔡伦的伟大，在于他用树皮、麻头、破布等多种植物纤维造纸，并且大大提高了纸的质量，这种纸史称“蔡侯纸”。

因此，蔡伦在中国造纸术上的地位和贡献仍然是不可替代的。

子邑纸和色纸

蔡伦之后，东汉末年又有一位造纸的能手，他的名字叫左伯，字子邑，因他所造的纸质量很高，备受世人称赞，所以南北朝时，萧子良在写给王僧虔的信中称，“子邑之纸，妍妙辉光”。

这一时期，造纸原料有新的拓展，造纸设备也得到改进，加工技术也有新的提高，出现了色纸。

隋唐以后，造纸业进入全盛时期。

造纸原料更加丰富，麻皮、嫩竹、桑皮、稻秆等均可造纸；

纸的种类愈益增多，宣纸、蜀纸、苏纸、歙纸竞相媲美；

造纸技术更加成熟，纸的应用范围已不仅仅局限于书写。

可以说，直到近代机器纸出现以前，我国的造纸术一直居世界领先地位。

传播

4世纪时，中国的造纸术首先传入朝鲜半岛、日本；

8世纪时传入阿拉伯帝国；

后经阿拉伯地区传入欧洲，欧洲人才结束了用羊皮书写的历史。

但到18、19世纪以来，欧洲工业革命时期，开始用机器造纸，发明造纸机，
并且不断改进造纸技术，我国的造纸术落在了世界的后面。

指南针

司南

早在春秋战国时期，我国人民已发现了天然磁石吸铁的性能和指示南北的现象，这在《管子·地数》中已有记载。

大约也就在这时，人们利用天然磁石的特性制成了最初的指南针——“司南”。

其形状像一把小勺子，底部为圆形，置于平滑的刻有二十四向的地盘上，勺柄就会自动转向南方，但因地盘与司南底部产生的摩擦，所测方向难以准确。

指南鱼和指南针

司南发展到宋代，已成形为“指南鱼”和“指南针”。

指南鱼是将薄铁片剪为鱼形，经磁化后带有磁性，使用时让它浮出水面，
鱼头就会指南。

指南针则是将钢针磁化，其使用方法在北宋科学家沈括（1031—1095年）的《梦溪笔谈》中描述了四种。

罗盘

后来，人们又将指南针与二十四向方位盘结合起来，制成“罗盘”。

有了罗盘，只要看一看指南针所指的地方，就可以定出精确的方位。

但是，人们也发现，指南针并不完全指南，因为地球存在地磁偏角。
《梦溪笔谈》最早记录了这个事实，书中说：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”

航海应用

指南针的最大用途就是航海，它给航海事业带来了划时代的影响。

据北宋朱彧的《萍洲可谈》记述：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”

南宋吴自牧的《梦粱录》也说：“风雨晦冥时，唯凭针盘（即罗盘）而行……
毫厘不敢差误，盖一舟人命所系也。”

在明代郑和七下西洋的航海壮举中，指南针的作用不能低估。

火药

发明

火药是硝酸钾、硫黄和木炭三种粉末的混合物。

它的发明是古代炼丹术长期实践的结果。

汉代的《神农本草经》已明确记载石硫黄“能化金银铜铁”，被称为“奇物”。

最晚在唐代，火药已被发现并利用。据唐代炼丹著作《真元妙道要略》记载，“有以硫黄、雄黄合硝石，并蜜烧之，焰起，烧手面及烬屋舍者”。

《诸家神品丹法》收录的孙思邈的《丹经内伏硫黄法》一文，其实讲的就是制造火药的具体方法。

军事应用

火药发明以后，首先被用到军事上，以火药为动力的杀伤性武器被制造出来。
这是武器制造史上的一次革命。

11世纪的宋代，已制成了火箭、火球、火蒺藜等武器。
由曾公亮、丁度等人编的《武经总要》首次记录了火炮等三种火药武器的火药配方，宋末抗击金兵的宋军已在战争中使用“霹雳炮”，稍后，金人在抗击蒙古人的战争中则使用了“震天雷”。

到元代开始出现铜铸或铁铸的筒式火炮——火铳，因其威力巨大而被称为“铜将军”。《水浒传》中的“轰天雷”凌振，就是文学作品里刻画的一位火炮专家。

在元代甚至还制造出一种火药箭，其发射原理与现代火箭发射差不多。

到明代又出现了同时发射十支以上，甚至几十支和上百支箭的“火弩流星箭”“一窝蜂”“飞镰箭”“百矢弧”等，此外还有自动爆炸的地雷、水雷等。
特别是有一种名叫“火龙出水”的火箭，已具有两级火箭的雏形。

传播

大约在唐代晚期，制造火药的主要原料——硝石，已传到阿拉伯、波斯等地，
因其洁白如雪，被称为“中国雪”或“中国盐”。

约在13世纪左右，火药才经由商人传入阿拉伯地区，因那时的阿拉伯人称中国为“契丹”，故把中国传入的火药武器称为“契丹火枪”或“契丹火箭”。

在蒙古人西征的过程中，阿拉伯人得到了中国的火器；而欧洲人又在与阿拉伯人的战争中学会了火药和火器的制造方法。

印刷术

雕版印刷

中国的印刷术开启于古代的印章和石刻文字。

到隋代初年，民间已开始用雕版印刷佛像和历书等。其方法是将文字或图画
以阳文反刻在质地坚硬的枣木或梨木板上，然后刷墨铺纸加以印刷。

到唐代已逐渐用雕版印刷流行较广的书籍。1900年，在敦煌千佛洞发现了唐咸通九年（868年）印刷的《金刚经》，其雕刻精美，图文清晰，是目前已知世界上最早的印刷品，比欧洲最早印刷的《圣克利斯托菲尔》画像要早600年。

五代以后，雕版印刷进一步发展，到宋代已达盛期，印刷出版众多经、史、子、集各类书籍。这时除官刻本（政府）和私刻本（文人）外，还有许多以盈利为目的的私营书坊，所以宋代藏书事业有了很大发展。在宋开宝四年（971年），张从信在成都雕印的全部《大藏经》达1,046部，共5,048卷，所用雕版达13万块之多。

活字印刷

雕版的使用并不方便，不但刻版费时，而且保存不易，常因气候、虫蛀等腐蚀变形，并且即使有错字也不能改正。

这时就出现了活字印刷的平民发明家毕昇。他以丰富的实践经验，经过不断的摸索，终于在宋庆历年间（1041—1048年）制成了胶泥活字，实行排版印刷，完成了印刷史上的一次伟大革命。

发展

在后来的发展中，元代曾改用锡活字。

过去认为，元代农学家王祯发明了木活字，并且将活字按韵排列，大大提高了工人的拣字效率。

但据1991年9月在宁夏回族自治区贺兰县西夏方塔中出土的西夏佛经《吉祥遍至口和本续》研究，此经为西夏后期（12世纪下半叶）以木活字印刷，这把木活字印刷技术的发明时间又提早了一百多年。

到明代出现了铜活字，16世纪又产生了铅活字。

可以说，直到20世纪电子排版系统出现以前，人类一直使用毕昇发明的活字印刷技术。

传播

中国的印刷术大约在8世纪传到日本，在12世纪前后传入波斯和埃及。
中国的印刷术连同其他发明沿着“丝绸之路”传向西方。

约在13世纪，欧洲才用雕版印刷印制了第一张画像。
随后，14世纪到15世纪，雕版印刷与活字印刷在欧洲同时流行。

人类文明因纸与印刷术的发明而大大加快了传播、交流和发展的速度。

英国哲学家弗兰西斯·培根曾经这样评价中国的这几项发明，他说印刷术、火药
和指南针“这三种东西已经改变了世界的面貌。第一种在文学上，第二种在战争上，第三种在航海上。由此又引起了无数的变化。这种变化如此之大，以至没有一个帝国、没有一个宗教教派、没有一个赫赫有名的人物，能比这种发明在人类的事业中产生更大的力量和影响”。

马克思也评论说：“火药、指南针、印刷术——这是预告资产阶级社会到来的
三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，指南针打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术则变成了新教的工具，总的来说变成了科学复兴的手段，变成了对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆。”

地震观测

张衡与地动仪

发明

从汉代开始，人们就把地震作为“灾异”记入各朝代史的《五行志》中。
据研究，中国两汉时期共发生了28次较大的地震，所记录下来的各次地震破坏
情况有“地坼涌水”“败坏城廓”“山谷坼裂”“伤害人物”“压杀人”等。

张衡于东汉顺帝阳嘉元年（132年）发明了“候风地动仪”，这是世界上第一台观测地震方位的仪器。《后汉书·张衡传》对这台仪器有较具体的描述。

据记载，地动仪“以精铜铸成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒尊”。

里面的结构，主要有立于中央部位的“都柱”（相当于一种倒立型的振摆）和它周围的“八道”（振摆周围的八组机械装置），外面相应地设置八条口含小铜丸的龙，
每个龙头下有一只张口向上的蟾蜍。

一旦发生比较强烈的地震，“都柱”因震波的冲击失去平衡，震波从哪一个方向来，“八道”中哪一个方向的一道就被触动，使相应的龙口张开，小铜丸就落入下面蟾蜍口里，观测的人就知道在什么时间、什么方向发生了地震。

地动仪制成后，安置于当时的都城洛阳灵台。

在《续汉书·五行志》中，对于陇西（今甘肃东南部）发生的地震有记载：“金城、陇西地震，裂城廓，室屋多坏，压杀人。”据分析，这次地震的震级在六级以上。
这也是人类历史上第一次用仪器来观测地震。

国际

在国外，直到13世纪，在波斯马拉哈天文台才有了类似的仪器。

到18世纪，欧洲才出现了利用水银溢流来记录地震的仪器。

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