四大發(fā)明小故事

四大發(fā)明——造紙術(shù)

造紙是一項重要的化學(xué)工藝，紙的發(fā)明是中國在人類文化的傳播和發(fā)展上，所做出的一項十分寶貴的貢獻，是中國化學(xué)史上的一項重大的成就。

在紙還未發(fā)明之前，甲骨、竹簡和絹帛是古代用來供書寫、記載的材料。但由于西漢的經(jīng)濟、文化迅速發(fā)展，甲骨和竹簡不能滿足發(fā)展的需求，從而促使了書寫工具的改進。

當(dāng)時人們已開始應(yīng)用小塊的絲綿制成的紙，因為考古學(xué)家于1933年在新強羅布淖爾發(fā)現(xiàn)了一張古紙，它是”麻物、白色，作方塊薄片，四周不完整，長約40厘米，寬約100厘米，質(zhì)甚粗糙，不勻凈，紙面尚有麻筋，蓋初做紙時所做，故不精細也〃由于古漢時的紙張是由麻縷和絲綿，加上制法粗糙，所以紙張的質(zhì)量不太好。而麻縷和絲綿都有其本身的作用，如要把它們用作造紙的原料，就必然會受到很大的限制，而難以得到迅速的發(fā)展，來滿足文化生活上對紙張的要求。

在新的客觀形勢要求下，蔡倫的出現(xiàn)便為造紙術(shù)帶來新突破，在《東漢觀記》卷二上記載：”蔡倫·有才學(xué)，盡忠重慎，每次休沐，閉門以絕賓客，曝體田野。典作尚方，造意用樹皮及敝布、魚網(wǎng)作紙。元興元年奏上，帝善其能，自是莫不用，天下咸稱蔡侯紙〃。從以上看來，蔡倫是用樹皮、破布、魚網(wǎng)造紙的。

雖然在蔡倫之前也有紙的存在，但是原料左身就有很大的局限，而蔡倫對新原料的發(fā)現(xiàn)，解決了這個問題。因為破布、破魚網(wǎng)早已結(jié)束了它們本身的任務(wù)，成了廢物而又用作做原料，對造紙工業(yè)起了極大的推動作用。

新原料的使用必然提出新技術(shù)的要求，但是由于典籍流失，實際的操作如何，已缺乏記載，無從考知，但大概是先張布或網(wǎng)撕破或剪斷，然后放在水里浸漬相當(dāng)長的時間并且需要加以舂搗，才能做成紙漿。用樹皮做紙張，困難更大一些．除初步切短和后部舂搗外，中間還需要烹煮和加入石灰漿之類的促爛劑。下圖是中國古代造紙工程之(抵壓簾覆)及(干焙火烘)。

四大發(fā)明——火藥

火藥是中國四大發(fā)明之一?；鹚?顧名思義就是(著火的藥)。它的起源與煉丹術(shù)有著密切的關(guān)系,是古代煉丹士在煉丹時無意中配制出來。左圖為元代銅火銃。

它是硫黃,硝石,炭的混合物,而前兩項在漢代成書的中國第一部藥物學(xué)典籍(神農(nóng)本草經(jīng))里都被列為重要的藥材。就是火藥本身也被歸入藥類,明代李時珍的(本草綱目)中說,火藥能治瘡癬,殺蟲,辟濕氣和瘟疫?；鹚幍陌l(fā)明是人們長期煉丹,制藥實踐結(jié)果,至今已有一千多年歷史。

唐朝末年,火藥已被用于軍事。唐昭宗天佑元年(904年)楊行密的軍隊圍攻豫章,部將鄭璠(以所部發(fā)機飛火,燒龍沙門,帶領(lǐng)壯士突火先登入城,焦灼被體)<九國志?鄭璠傳>。這里所說的(飛火),就是(火炮),(火箭)之類。(火炮)是把火藥制成環(huán)狀,把吊線點燃后用拋石機拋擲出去;(火箭)則是把火藥球縛于箭鏃之下,將吊線點燃后用弓射出。到了宋代,戢爭接連不斷,促進火藥武器的加速發(fā)展。北未政府建立了火藥作坊,先后制造了火藥箭,火炮等以燃燒性能為主的武器和(霹靂炮),(震天雷)等爆炸性較強的武器。南未在1259年造出了以巨竹為筒,內(nèi)裝火藥的(突火槍)。到了元代又出現(xiàn)銅鑄火統(tǒng),稱為(銅將軍)。這些都是以火藥的爆炸為推動力的武器,在戢爭中顥示了前所未有威力。右圖為南未突火槍。

在12,13世紀(jì),火藥首先傳入阿拉伯國家,然后傳到希臘和歐洲乃至世界各地。對人類社會的文明進步,對經(jīng)濟和科學(xué)文化的發(fā)展,起了推動作用。美法各國直到十四世紀(jì)中葉,才有應(yīng)用火藥和火器的記載。左圖為北未火藥箭。

四大發(fā)明—印刷術(shù)

印章、拓印、印染與雕版印刷

印章在先秦時就有，一般只有幾個字，表示姓名，官職或機構(gòu)。印文均刻成反體，有陰文、陽文之別。在紙沒有出現(xiàn)之前，公文或書信都寫在簡牘上，寫好之后，用繩扎好，在結(jié)扎處放粘性泥封結(jié)，將印章蓋在泥上，稱為泥封，泥封就是在泥上印刷，這是當(dāng)時保密的一種手段。紙張出現(xiàn)之后，泥封演變?yōu)榧埛猓趲讖埞募埖慕涌p處或公文紙袋的封口處蓋印。據(jù)記載在北齊時（公元550~577年）有人把用于公文紙蓋印的印章作得很大，很像一塊小小的雕刻版了。

戰(zhàn)國（公元前475-前221年）時期的銅印。

晉代著名煉丹家葛洪（公元284~363年）在他著的《抱樸子》中提到道家那時已用了四寸見方（13.5×13.5）有120個字的大木印了。這已經(jīng)是一塊小型的雕版了。佛教徒為了使佛經(jīng)更加生動，常把佛像印在佛經(jīng)的卷首，這種手工木印比手繪省事得多。

碑石拓印技術(shù)對雕版印刷技術(shù)的發(fā)明很有啟發(fā)作用?？淌陌l(fā)明，歷史很早。初唐在今陜西鳳翔發(fā)現(xiàn)了十個石鼓，它是公元前8世紀(jì)春秋時秦國的石刻。秦始皇出巡，在重要的地方刻石7次。東漢以后，石碑盛行。漢靈帝四年（公元175年）蔡邕建議朝廷，在太學(xué)門前樹立《詩經(jīng)》、《尚書》、《周易》、《禮記》、《春秋》、《公羊傳》、《論語》等七部儒家經(jīng)典的石碑，共20.9萬字，分刻于46塊石碑上每碑高175、寬90、厚20厘米，容字5000，碑的正反面皆刻字。歷時8年，全部刻成。成為當(dāng)時讀書人的經(jīng)典。很多人爭相抄寫。后來特別是魏晉六朝時，有人趁看管不嚴(yán)或無人看管時，用紙將經(jīng)文拓印下來，自用或出售。結(jié)果使其廣為流傳。

古人發(fā)現(xiàn)在石碑上蓋一張微微濕潤的紙，用軟槌輕打，使紙陷入碑面文字凹下處，待紙干后再用布包上棉花，蘸上墨汁，在紙上輕輕拍打，紙面上就會留下黑地白字跟石碑一模一樣的字跡。這樣的方法比手抄簡便、可靠。于是拓印就出現(xiàn)了。

拓片是印刷技術(shù)產(chǎn)生的重要條件之一。

羅盤定位

要確定方向除了指南針之外，還需要有方位盤相配合。最初使用指南針時，可能沒有固定的方位盤，隨著測方位的需要，出現(xiàn)了磁針和方位盤一體的羅盤。羅盤有堪輿用的羅經(jīng)盤和水羅盤、旱羅盤。

方位盤仍是二十四向，但是盤式已經(jīng)由方形演變成圓形。這樣一來只要看一看磁針在方位盤上的位置，就能斷定出方位來。南宋時，曾三異在《因話錄》中記載了有關(guān)這方面的文獻：“地螺或有子午正針，或用子午丙壬間縫針?！边@是有關(guān)羅經(jīng)盤最早的文獻記載。文獻中所說的“地螺”，就是地羅，也就是羅經(jīng)盤。文獻中已經(jīng)把磁偏角的知識應(yīng)用到羅盤上。這種羅盤不僅有子午針（確定地磁場南北極方向的磁針），還有子午丙壬間縫針（用日影確定的地理南北極方向）這兩個方向之間的夾角，就是磁偏角。

盤面周圍刻二十四方位，內(nèi)中盛水，磁針橫穿燈草，浮于水面?，F(xiàn)在人們已經(jīng)知道，地球的兩個磁極和地理的南北極只是接近，并不重合。磁針指向的是地球磁極而不是地理的南北極，這樣磁針指的就不是正南、正北方向而略有偏差，這個角度就叫磁偏角。又因為地球近似球形，所以磁針指向磁極時必向下傾斜，和水平方向有一個夾角，這個夾角稱為磁傾角。不同地點的磁偏角和磁傾角都不相同。成書于北宋的《武經(jīng)總要》在談到用地磁法制造指南針時，就注意利用了磁傾角。沈括在《夢溪筆談》談到指南針不全指南，常微偏東。指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁傾角的發(fā)現(xiàn)使指南針的指向更加準(zhǔn)確。

磁性質(zhì)的應(yīng)用

指南針一經(jīng)發(fā)明很快就被應(yīng)用到軍事、生產(chǎn)、日常生活、地形測量等方面，特別是航海上。指南針在航海上的應(yīng)用有一個逐漸發(fā)展過程。成書年代略晚于《夢溪筆談》的《萍洲可談》中記有：“舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦則觀指南針?！边@是世界航海史上最早使用指南針的記載。文中指出，當(dāng)時只在日月星辰見不到的時候才使用指南針，可見指南針剛開始使用時，使用還不熟練。二十幾年后，許兢的《宣和奉使高麗圖經(jīng)》也有類似的記載：“惟視星斗前邁，若晦冥則用指南浮針，以揆南北?！钡搅嗽改厢樢卉S而成海上指航的最重要的儀器了。不論晝夜晴陰都用指南針導(dǎo)航了。而且還編制出使用羅盤導(dǎo)航，在不同航行地點指南針針位的連線圖，叫做“針路”。船行到某處，采用何針位方向，一路航線都一一標(biāo)識明白，作為航行的依據(jù)。

指南針的發(fā)明是古代先民對磁現(xiàn)象的觀察和研究的結(jié)果。古代先民對磁現(xiàn)象的觀察和研究的過程中，進一步了解了磁的性質(zhì)，并試圖更多地應(yīng)用這些性質(zhì)。傳說秦始皇修建阿房宮時，有一宮門是用磁鐵制造的。如果刺客帶劍而過，立刻會被吸住，被衛(wèi)兵當(dāng)場捕獲。這樣的故事還很多，《晉書.馬隆傳》記載馬隆率兵西進甘、陜一帶，在敵人必經(jīng)的狹窄道路兩旁，堆放磁石。穿著鐵甲的敵兵路過時，被牢牢吸住，不能動彈了。馬隆的士兵穿犀甲，磁石對他們沒有什么作用，可自由行動。敵人以為神兵，不戰(zhàn)而退。東漢的《異物志》記載了在南海諸島周圍有一些暗礁淺灘含有磁石，磁石經(jīng)常把“以鐵葉錮之”的船吸住，使其難以脫身。

魏晉南北朝時，我國先民對磁石的性質(zhì)已有了很多認(rèn)識。就連當(dāng)時的詩人曹植在矯志詩中也用了“磁石引鐵，于金不連。”的句子。可見他也了解磁石的性質(zhì)。南北朝梁代的陶弘景在《名醫(yī)別錄》中提出了磁力測量的方法，他指出：優(yōu)良磁石出產(chǎn)在南方，磁性很強，能吸引三、四根鐵針，使幾根針首尾相連掛在磁石上。磁性更強的磁石，能吸引十多根鐵針，甚至能吸住一、二斤刀器。陶弘景不僅提出了磁性有強弱之分，而且指出了測量方法。這可能是世界上有關(guān)磁力測量的最早記載。

我國先民對磁石的性質(zhì)的研究和認(rèn)識是指南針發(fā)明和發(fā)展的基礎(chǔ)。

中國在北宋時期就發(fā)明了人工磁化的兩種方法：一種是沈括所說的用天然磁石摩擦鋼針的方法，另一種是利用地球磁場的作用使鋼鐵磁化。

人們把經(jīng)過磁化的鋼針，穿過幾根燈草，放在一個乘滿水的碗里，它就能浮在水上為航船指明方向，這就是世界上最早用來指示方向的儀器--指南針。而許多動物已經(jīng)在我們之前就學(xué)會了利用地球磁場來辨別方向。

火藥

火藥是我國古代四大發(fā)明之一。因為是用硝石、硫黃和木炭這三種物質(zhì)混和制成的，而當(dāng)時人們都把這三種東西作為治病的藥物，所以取名“火藥”，意思是“著火的藥”。

自秦漢以后，煉丹家用硫黃、硝石等物煉丹，從偶然發(fā)生爆炸的現(xiàn)象中得到啟示，再經(jīng)過多次實踐，找到了火藥的配方。三國時有個聰明的技師馬鈞，用紙包火藥的方法做出了娛樂用的“爆仗”，開創(chuàng)了火藥應(yīng)用的先河。

唐朝末年，火藥開始應(yīng)用到軍事上。人們利用拋射石頭的拋石機，把火藥包點著以后，拋射出去，燒傷敵人，這是最原始的火炮。后來人們將球狀火藥包扎在箭桿頭附近，點著引線以以后，用弓箭將火藥射出去燒傷敵人。還有把火藥、毒藥，再加上一些瀝清、桐油等，搗在一起做成毒球，點著以后，用弓箭射出，殺傷敵人是后來的“萬人敵”。到了宋朝，人們將火藥裝填在竹筒里，火藥背后扎有細小的“定向棒”，點燃火管上的火硝，引起筒里的火藥迅速燃燒，產(chǎn)生向前的推力，使之飛向敵陣爆炸，這是世界上第一種火藥火箭。以后又發(fā)明了火槍和槍，這些都是用竹管制成的原始管形火器，是近代代槍炮的老祖宗。

造紙術(shù)

造紙技術(shù)的發(fā)明，是中華民族對世界文明出貢獻之一。

大約在3500多年前的商朝，我國就有了刻在龜甲和獸骨上的文字，稱為甲骨文。到了春秋時，用竹片和木片替代龜甲和獸骨，稱為竹簡和木牘。甲骨和簡牘都很笨重，戰(zhàn)國時思想家惠施外出講學(xué)，帶的書簡就裝了五車，所以有學(xué)富五車的典故。西漢時在宮廷貴族中又用縑帛或綿紙寫字?？V是細絹、帛是絲織品的總稱吏一方縑帛上寫字時，便于書寫，不但比簡牘寫得多，而且還可以在上面作畫，但是價格昂貴，只能供少數(shù)王宮貴族使用。公元前2世紀(jì)西漢初期已經(jīng)有了紙。

發(fā)明人

東漢和帝元興元年(公元105年)，蔡倫在總結(jié)前人制造絲織晶的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，發(fā)明了用樹皮、破漁網(wǎng)、破布、麻頭等作原料，制造成了適合書寫的植物纖維紙，才使紙成為普遍使用的書寫材料。被稱為“蔡侯紙”。

蔡倫只是改進造紙術(shù)，而不是紙的發(fā)明人。

造紙術(shù)在7世紀(jì)經(jīng)朝鮮傳到日本。8世紀(jì)中葉傳到阿拉伯聯(lián)合酋長國。到12世紀(jì)，歐洲才仿效中國的方法開始設(shè)廠造紙。

發(fā)明地點

洛陽

活字印刷術(shù)

印刷術(shù)是中國古代四大發(fā)明之一。它開始于隋朝的雕版印刷，經(jīng)宋仁宗時的畢升發(fā)展、完善，產(chǎn)生了活字印刷，并由蒙古人傳至了歐洲，所以后人稱畢升為印刷術(shù)的始祖。中國的印刷術(shù)是人類近代文明的先導(dǎo)，為知識的廣泛傳播、交流創(chuàng)造了條件。

雕版印刷是用刀在一塊塊木板上雕刻成凸出來的反寫字，然后再上墨，印到紙上。每印一種新書，木板就得從頭雕起，速度很慢。如果刻版出了差錯，又要重新刻起，勞作之辛苦，可想而知。

北宋刻字工人畢升在公元1004年至1048年間，用質(zhì)細且?guī)в姓承缘哪z泥，做成一個個四方形的長柱體，在上面刻上反寫的單字，一個字一個印，放在土窯里用火燒硬，形成活字。然后按文章內(nèi)容，將字依順序排好，放在一個個鐵框上做成印版，再在火上加熱壓平，就可以印刷了。印刷結(jié)束后把活字取下，下次還可再用。這種改進之后的印刷術(shù)叫做活板印刷術(shù)。

這種印刷方