古代四大发明简介

古代四大发明简介之指南针 指南针是用以判别方位的一种简单仪器。前身是司南。主要组成部分是 一根装在轴上可以自由转动的磁针。磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线 的切线方向上。磁针的北极指向地理的南极，利用这一性能可以辨别方向。 常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。指南针的 N 指北方，E 指东方， W 指西方，S 指南方 。 中国是世界上公认发明指南针(Compass)Compass)的国家。指南针的发明是我国 古代劳动人民在长期的实践中对物体磁性认识的结果。由于生产劳动，人们 接触了磁铁矿，开始了对磁性质的了解。人们首先发现了磁石吸引铁的性质 ， 后来又发现了磁石的指向性。经过多方面的实验和研究，终于发明了实用的 指南针。最早的指南针是用天然磁体做成的，这说明中国古代劳动人民很早 就发现了天然磁铁及其吸铁性。据古书记载，远在春秋战国时期，由于正处 在奴隶制社会向封建社会过渡的大变革时期，生产力有了很大的发展，特别 是农业生产更是兴盛发达，因而促使了采矿业、冶炼业的发展。在长期的生 产实践中，人们从铁矿石中认识了磁石。最早的指南针是司南。 历史 “中国最早的指南针理论，是建立在阴阳五行学说基础上的‘感应说’。”关 增建介绍，11 世纪中叶时中国大科学家沈括还对指南针感到匪夷所思，他的 《梦溪笔谈》介绍了指南针的人工磁化方法、磁偏角的发现和指南针的架设 方法，但对指南针为什么会指南却没有一点概念——“磁石之指南……莫可原 其理!”随后，文人学者们从阴阳五行学说出发，结合当时人们对大地形状的 认识，提出各种指南针理论。例如，最晚成书于宋代的《管氏地理指蒙》， 首先提出如下逻辑： “磁针是铁打磨成的，铁属金，按五行生克说，金生水，而北方属水，因 此北方之水是金之子。铁产生于磁石，磁石是受阳气的孕育而产生的，阳气 属火，位于南方，因此南方相当于磁针之母。这样，磁针既要眷顾母亲，又 要留恋子女，自然就要指向南北方向。” 南宋人的指南针原理，仍认为“指南针之所指，即阳气之所在”，只是围 绕磁偏角现象，立论依据更多转向地理方位的坐标系统——中国古人认为地 是平的、大小有限，这样地表面必然有个中心，过该中心的那条子午线就是 唯一的南北方向。南宋人曾三异等认为，一旦测量地点不在这条南北线上， 指南针所指向自然“少偏”。到明代，有人假托南唐人著作指出，指南正针由 大地方位系统决定，而偏角则由天体方位划分系统所决定。关增建认为，这 种说法“体现了传统指南针理论在阴阳感应学说和磁偏角的存在这一矛盾面前 所表现出来的窘迫”。 明万历年间(Compass)公 元 1573～1620 年)，传教士来华，带来西方的指南针理 论、地球学说以及相关科技知识。受其影响，中国学者开始从新的视角探讨 指南针理论问题，在此过程中，阴阳五行的作用不断淡化，力学角度的分析 不断增加，但吉尔伯特 1600 年提出的科学理论连西方学界都没统一，更谈 不上入主东土。传教士中，1658 年抵华的比利时耶稣会士南怀仁的指南针 理论最系统，但他认为决定磁针指向的是地球的地理南北两极本身，理论仍 然局限在古代科学的范围，而不像吉尔伯特认识到地球本身存在一个磁体。 南怀仁理论在中国影响深远，直到 19 世纪中叶，中国仍有学者用它解释指 南针问题。而此时，清末来华的传教士已开始着手把西方近代磁学知识介绍 给中国了。 先秦时代我们的先人已经积累了许多这方面的认识，在探寻铁矿时常会 遇到磁铁矿，即磁石(Compass)主要成分是四氧化三铁)。这些发现很早就被记载下来 了。《管子》的数篇中最早记载了这些发现：“山上有磁石者，其下有金 铜。”其他古籍如《山海经》中也有类似的记载。磁石的吸铁特性很早就被人 发现，《吕氏春秋》九卷精通篇就有：“慈招铁，或引之也。”那时的人称“磁” 为“慈”他们把磁石吸引铁看作慈母对子女的吸引。并认为：“石是铁的母亲， 但石有慈和不慈两种，慈爱的石头能吸引他的子女，不慈的石头就不能吸引 了。”据说秦始皇统一六国后，在咸阳附近修阿房宫，宫中有一座门是用磁石 做成，如果有人身穿盔甲，暗藏兵器，入宫行刺，就会被磁石门吸住。这个 故事告诉我们，古代劳动人民很早就掌握了磁学知识。 当把两块磁铁放在一起相互靠近时，有时候互相吸引，有时候相互排斥。 人们都知道磁体有两个极，一个称 N 极，一个称 S 极。同性极相互排斥，异 性极相互吸引。那时的人们并不知道这个道理，但对这个现象还是能够察觉 到的。 到了西汉，有一个名叫栾大的方士，他利用磁石的这个性质做了两个棋 子般的东西，通过调整两个棋子极性的相互位置，有时两个棋子相互吸引， 有时相互排斥。栾大称其为“斗棋”。他把这个新奇的玩意献给汉武帝，并当 场演示。汉武帝惊奇不已，龙心大悦，竟封栾大为“五利”。栾大利用磁石的 性质，制作了新奇的玩意蒙骗了汉武帝。 指南针的始祖大约出现在战国时期。它是用天然磁石制成的。样子像一 把汤勺，圆底，可以放在平滑的“地盘”上并保持平衡，且可以自由旋转。当 它静止的时候，勺柄就会指向南方。古人称它为“司南”，当时的著作《韩非 子》中就有：“先王立司南以端朝夕。”“端朝夕”就是正四方、定方位的意思。 《鬼谷子》中记载了司南的应用，郑国人采玉时就带了司南以确保不迷失方 向。 春秋时代，人们已经能够将硬度 5 度至 7 度的软玉和硬玉琢磨成各种形 状的器具，因此也能将硬度只有 5.5 度至 6.5 度的天然磁石制成司南。东汉 时的王充在他的著作《论衡》中对司南的形状和用法做了明确的记录。司南 是用整块天然磁石经过琢磨制成勺型，勺柄指南极，并使整个勺的重心恰好 落到勺底的正中，勺置于光滑的地盘之中，地盘外方内圆，四周刻有干支四 维，合成二十四向。这样的设计是古人认真观察了许多自然界有关磁的现象， 积累了大量的知识和经验，经过长期的研究才完成的。司南的出现是人们对 磁体指极性认识的实际应用。但司南也有许多缺陷，天然磁体不易找到，在 加工时容易因打击、受热而失磁。所以司南的磁性比较弱，而且它与地盘接 触处要非常光滑，否则会因转动摩擦阻力过大，而难于旋转，无法达到预期 的指南效果。而且司南有一定的体积和重量，携带很不方便，这可能是司南 长期未得到广泛应用的主要原因。 司南由青铜盘和天然磁体制成的磁勺组成，青铜盘上刻有二十四向，置 磁勺于盘中心圆面上，静止时，勺尾指向为南。 每块磁铁两头都有不同的磁极，一头叫 S 极，另一头叫 N 极。我们居住 的地球，也是一块天然的大磁体，在南北两头也有不同的磁极，靠近地球北 极的是 S 极，靠近地球南极的是 N 极，也正是因为地磁极和地理两级不完全 重合，才出现了地磁偏角现象。我们知道，同性磁极相斥，异性磁极相吸引， 所以，不管在地球表面的什么地方，拿一根可以自由转动的磁针，它的 N 极 总是指向北方，S 极总是指向南方。 二千多年以前，也就是春秋战国时候，中国已经用铁来制造农具了。劳 动人民在寻找铁矿的时候，就发现了磁铁，并且知道它能够吸铁。 《梦溪笔谈》是沈括(Compass)1031—1095 年)所著的有关中国古代科学技术的著 作，书中谈到磁学和指南针的一些问题。他在《梦溪笔谈》的补笔谈中谈到 了摩擦法磁化时产生的各种现象：“以磁石摩针锋，则锐处常指南，亦有指北 者，恐石性亦不……，南北相反，理应有异，未深考耳。”这是说，用磁石去 摩擦缝衣针后，针锋有时指南，也有时指北。磁石都有 N 和 S 两个极，磁化 时缝衣针针锋的方位不同，则磁化后的指向也就不同。但沈括并不知道这个 道理，他真实的记录了这个现象并坦白承认自己没有做深入思考。以期望后 人能进一步探讨。 古代四大发明简介之造纸术 造纸术是中国四大发明之一，人类文明史上的一项杰出的发 明创造。中国是世界上最早养蚕织丝的国家。中国古代劳动人民以上等 蚕茧抽丝织绸，剩下的恶茧、病茧等则用漂絮法制取丝绵。漂絮完毕，篾席 上会遗留一些残絮。当漂絮的次数多了，篾席上的残絮便积成一层纤维薄片， 经晾干之后剥离下来，可用于书写。这种漂絮的副产物数量不多，在古书上 称它为赫蹏或方絮。这表明了中国造纸术的起源同丝絮有着渊源关系。 造纸术(Compass)也称蔡侯纸)蔡伦改进。东汉和帝元兴元年(Compass)公元 105 年)，蔡伦在 总结前人制造丝织晶的经验的基础上，用树皮、破渔网、破布、麻头等作为 原料，制造成了适合书写的植物纤维纸，改进了造纸术，才使纸成为人们普 遍使用的书写材料。被称为“蔡侯纸”。对纸的概念有个统一认识。什么样的 物品叫“纸”。 方法 在古代，埃及有纸草纸，欧洲有羊皮纸，中国历史上有丝絮纸和作书写 用的缣帛纸和蔡侯纸，其中只有植物纤维制造的蔡侯纸对世界造纸业的发展 及人类文化的传播具有深远影响，其基本工艺一直沿用至今。根据史书记载 和后人研究，蔡伦造纸术的基本点，归纳起来就是用植物纤维为原料，经过 切断，沤煮、漂洗、舂捣、帘抄、干燥等步骤制成的纤维薄片。没有经过造 纸基本步骤处理的纤维薄片，不具备纸的基本性能，就不能称之为中国古代 传统概念上的纸。世界上最早的纸是埃及的纸莎草纸，而欧洲中世纪则普遍 使用羊皮纸，这两种纸因为原料单一，改进余地有限，被使用复数种类材料 的中国纸所取代。如今还有个别的地方还使用造纸术来造纸。 历史沿革 大约在 3500 多年前的商朝，中国就有了刻在龟甲和兽骨上的文字，称 为甲骨文。到了春秋时，用竹片和木片替代龟甲和兽骨，称为竹简和木牍。 甲骨和简牍都很笨重，战国时思想家惠施喜欢读书，每次外出游学身后都跟 着五辆装满竹简的大车，所以有学富五车的典故。西汉时在宫廷贵族中又用 缣帛或绵纸写字。缣是细绢、帛是丝织品的总称吏一方缣帛上写字时，便于 书写，不但比简牍写得多，而且还可以在上面作画，但是价格昂贵， 只能供少数王宫贵族使用。 人们都知道蔡伦造纸，实际上，在东汉蔡伦大规模造纸之前，中国人就 已经发明了造纸术，20 世纪在中国各地出土的许多西汉时期的古纸片，可以 证明这一点。这并非否定蔡伦造纸之功，而是说蔡伦的造纸术并非是突然之 间的发明，它有一个技术积累的过程。西汉时期出土的植物纤维纸，是蔡伦 造纸的前身。蔡伦扩大了造纸原料的范围，破布、鱼网、树皮、麻头等都可 以造纸，其中树皮造纸更是他的发明。他的造纸工艺更为精细，造纸术到他 这里，摆脱了纺织品附庸的地位——此前都是利用纺织之后抛弃的副产品来 造纸的，蔡伦将造纸发展为一种独立的工艺。 古代四大发明简介之火药 一种黑色或棕色的炸药，由硝酸钾、木炭和硫磺机械混合而成，最初均 制成粉末状，以后一般制成大小不同的颗粒状，可供不同用途之需，在采用 无烟火药以前，一直用作唯一的军用发射药。 历史沿革 火药是中国古代炼丹家发明于隋唐时期，距今已有一千多年了。火药的 研究开始于古代道家炼丹术，古人为求长生不老而炼制丹药，炼丹术的目的 和动机都是超前的，但它的实验方法还是有可取之处，最后导致了火药的发 明。 炼丹家虽然掌握了一定的化学方法，但是他们的方向是求长生不老之药， 火药的发明是副产品。炼丹家对于硫磺、砒霜等具有猛毒的金石药，在使用 之前，常用烧灼的办法“伏”一下，“伏”是降伏的意思。使毒性失去或减低，这 种手续称为“伏火”。 唐初的名医兼炼丹家孙思邈在“丹经内伏硫磺法”中记有：硫磺、硝石各 二两，研成粉末，放在销银锅或砂罐子里。掘一地坑，放锅子在坑里和地平， 四面都用土填实。把没有被虫蛀过的三个皂角逐一点着，然后夹入锅里，把 硫磺和硝石起烧焰火。等到烧不起焰火了，再拿木炭来炒，炒到木碳消去三 分之一，就退火，趁还没冷却，取入混合物，这就伏火了。 唐朝中期有个名叫清虚子的，在“伏火矾法”中提出了一个伏火的方子： “硫二两，硝二两，马兜铃三钱半。右为末，拌匀。掘坑，入药于罐内与地平。 将熟火一块，弹子大，下放里内，烟渐起。”他用马兜铃代替了孙思邈方子中 的皂角，这两种物质代替碳起燃烧作用的。伏火的方子都含有碳素，而且伏 硫磺要加硝石，伏硝石要加硫磺。这说明炼丹家有意要使药物引起燃烧，以 去掉它们的猛毒。虽然炼丹家知道硫、硝、碳混合点火会发生激烈的反应， 并采取措施控制反应速度，但是因药物伏火而引起丹房失火的事故时有发生。 《太平广记》中有一个故事，说的是隋朝初年，有一个叫杜春子的人去 拜访一位炼丹老人。当晚住在那里。半夜杜春子梦中惊醒，看见炼丹炉内有 “紫烟穿屋上”，顿时屋子燃烧起来。这可能是炼丹家配置易燃药物时疏忽而 引起火灾。 还有一本名叫《真元妙道要略》的炼丹书也谈到用硫磺、硝石、雄黄和 蜜一起炼丹失火的事，火把人的脸和手烧坏了，还直冲屋顶，把房子也烧了。 书中告戒炼丹者要防止这类事故发生。这说明唐代的炼丹者已经掌握了一个 很重要的经验，就是硫、硝、碳三种物质可以构成一种极易燃烧的药，这种 药被称为“着火的药”，即火药。由于火药的发明来自制丹配药的过程中，在 火药发明之后，曾被当做药类。 《明熹宗实录》：“天启二年十二月二十日辛巳，援辽总兵毛文龙以登抚 (Compass)袁可立)所遣管运参将黄胤恩、推官孟养志等发到粮饷并布疋、军器、火药 等物，复蒙颁给敕印、旗牌，授以援辽总兵便宜行事，具谢恩。” 《本草纲目》中就提到火药能治疮癣、杀虫，辟湿气、瘟疫。火药不能 解决长生不老的问题，又容易着火，炼丹家对他并不感兴趣。火药的配方由 炼丹家转到军事家手里，就成为中国古代四大发明之一的黑色火药。 球状火药包扎在箭杆头附近，点着引线以后，用弓箭将火药射出去烧伤 敌人。还有把火药、毒药，再加上一些沥青、桐油等，做成毒球，点着以后， 用弓箭射出，杀伤敌人是后来的“万人敌”。到了宋朝，人们将火药装填在竹 筒里，火药背后扎有细小的“定向棒”，点燃火管上的火硝，引起筒里的火药 迅速燃烧，产生向前的推力，使之飞向敌阵爆炸，这是世界上第一种火药火 箭。以后又发明了火枪和枪，这些都是用竹管制成的原始管形火器，是近代 枪炮的老祖宗。 古代四大发明简介之印刷术 雕版印刷术： 目前发现最早的雕版印刷成品是一单页版梵文撰写的《陀罗尼经》，该 经是印在亚麻纸上，于 650 年至 670 年间出版，且在 1974 年于西安附近的 唐代陵墓出土。1966 年，考古学家在韩国发现了一本微型《陀罗尼佛经》， 该经内含唐朝女皇武则天(Compass)约 690 年-705 年)颁行的则天文字。学者断定该经 不早于 704 年，后来被珍藏在一座建于 751 年统一新罗时代的舍利塔里。不 过，已知最早一般大小的印刷出版书籍，是唐代(Compass)618 年-907 年)间刊行的 《金刚经》。该经长 5.18 米(Compass)17 英尺)，卷轴格式，可追溯到唐懿宗咸通 9 年 农历 4 月 15 日(Compass)即 868 年)。学者李约瑟和钱存训(Compass)Tsien Tsuen-hsuin)的记述 表示金刚经的书法雕刻远较较早印行的单页版陀罗尼经更为先进，更为精巧。 另外，两个最古老的印刷农历日期为 877 年和 882 年，它们是在当时佛教圣 地敦煌被发现; 根据历史学家邓广铭考证，雕版印刷术发明于唐朝，并在唐朝中后期开 始普遍使用。宋代虽然发明了活字印刷术，但是普遍使用的仍然是雕版印刷 术。 活字印刷术： 北宋科学家、政治家沈括曾在《梦溪笔谈》中有一篇文章叫《活板》， 其中详细介绍了活板印刷术的全过程，通俗易懂，非常详细。在他写于 1088 年的著作《梦溪笔谈》中，将此发明归于不知名的工匠毕升(Compass)990 年-