古代四大发明故事

古代四大发明故事指南针司南，又名指南针指北针，是用以判别方位的一种简单仪器。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。司南的N指向北方E指向东方W指向西方S指向南方。司南的发明是汉族在长期的实践中对物体磁性认识的结果。古代中国人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引铁的性质。后来又发现了磁石的指向性。经过多方的实验和研究终于发明了可以实用的司南。司南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。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。《山海经》中也有类似的记载。《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。汉朝以前人们把磁石写做“慈石”是慈爱石头的意思。西汉的时候人们已经认识到磁石只能吸引铁现在我们知道磁石还可以吸引镍而不能吸引其他物品。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。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。魏晋南北朝时中国先民对磁石的性质已有了很多认识。就连当时的诗人曹植在矫志诗中也用了“磁石引铁于金不连。”的句子。可见他也了解磁石的性质。南北朝梁代的陶弘景在《名医别录》中提出了磁力测量的方法，他指出优良磁石出产在南方，磁性很强，能吸引三、四根铁针使几根针首尾相连挂在磁石上。磁性更强的磁石能吸引十多根铁针，甚至能吸住一、二斤刀器。陶弘景不仅提出了磁性有强弱之分而且指出了测量方法。这可能是世界上有关磁力测量的最早记载。古代民间常用薄铁叶剪裁成鱼形，鱼的腹部略下凹像一只小船磁化后浮在水面就能指南北。当时以此做为一种游戏。但这种人工磁化方法的发明，对司南的应用和发展起了巨大的作用，在磁学和地磁学的发展史上也是一件大事。北宋的沈括在《梦溪笔谈》中还提到另一种人工磁化的方法“方家以磁石摩针锋则能指南。这种方法比其他磁法简单，而且磁化效果比地磁法好。摩擦法的发明不但世界最早，而且为有实用价值的磁指向器的出现创造了条件。中国最早的司南理论是建立在阴阳五行学说基础上的‘感应说'。11世纪中叶时中国大科学家沈括的《梦溪笔谈》，介绍了司南的人工磁化方法、磁偏角的发现和司南的架设方法，但对司南为什么会指南却莫可原其理。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司南理论。成书于宋代的《管氏地理指蒙》首先提出“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。”从近代物理学的观点来看，“蒙氏理论”完全异想天开，但从事物的属性出发解释其行为在东西方科学史上都是常用的做法。中国古代阴阳学说昌盛用阴阳学说阐释司南指南及“常微偏东”的原理是再自然不过的事情。特别是该理论认为磁石不同端面有不同属性它们决定磁针的指向这种说法，很容易启发人们发现磁石的两极并进一步联想到磁极与磁针指向之间的关系，从而为正确认识这一问题找到可能的途径。明万历年间公元1573-1620年，传教士来华带来西方的司南理论、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司南理论问题。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。清末来华的传教士，开始把西方近代磁学知识介绍给中国。司南一经发明很快就被应用到军事、生产、日常生活、地形测量等方面特别是航海上司南在航海上的应用有一个逐渐发展过程。成书年代略晚于《梦溪笔谈》的《萍洲可谈》中记有“舟师识地理夜则观星昼则观日阴晦则观司南。”这是世界航海史上最早使用司南的记载。到了元代，司南一跃而成海上指航的最重要的仪器了。不论昼夜晴阴都用司南导航了。而且还编制出使用罗盘导航在不同航行地点司南针位的连线图叫做“针路”。船行到某处采用何针位方向一路航线都一一标识明白作为航行的依据。中国先民对磁石的性质的研究和认识是司南发明和发展的基础。火药火药是中国汉族发明于隋唐时期，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荒谬和可笑的，但它的实验方法还是有可取之处，最后导致了火药的发明。恩格斯高度评价了中国在火药发明中的首创作用：“现在已经毫无疑义地证实了火药是从中国经过印度传给阿拉伯人，又由阿拉伯人和火药武器一道经过西班牙传入欧洲。”火药的发明大大的推进了历史发展的进程是欧洲文艺复兴的重要支柱之一。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，因此火药的发明具有一定的偶然性。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”。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。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。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。欧洲人约在13世纪时才懂得黑火药的作用而经过数个世纪的发展与改良主要是粒状火药和火帽等发明黑火药兵器乃逐步取代冷兵器在陆地战争战术、攻城筑城技术以及海军战列舰的发展和战术等各方面造成革命性的影响而黑火药作为爆炸药和推进剂一直到十九世纪中后期才逐渐被无烟火药、三硝基甲苯、苦味酸、季戊炸药、旋风炸药等新发明的炸药所取代这些新炸药则不是中国人的发明。造纸术中国是世界上最早养蚕织丝的国家。汉族劳动人民，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。这表明了中国汉族造纸术的起源同丝絮有着渊源关系造纸术也称蔡侯纸，是东汉和帝元兴元年公元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”。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。埃及的纸莎草纸和欧洲中世纪普遍使用的羊皮纸，因为原料单一改进余地有限，被中国纸所取代。如今还有个别的地方还使用造纸术来造纸。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。活字印刷术它开始于隋朝的雕版印刷，经宋仁宗时的毕昇发展、完善，产生了活字印刷，并由蒙古人传至了欧洲。所以后人称毕升为印刷术的始祖。中国的印刷术是人类近代文明的先导为知识的广泛传播、交流创造了条件。雕版印刷是用刀在一块块木板上雕刻成凸出来的反写字，然后再上墨印到纸上。每印一种新书，木板就得从头雕起，速度很慢。如果刻版出了差错又要重新刻起，劳作之辛苦可想而知。北宋刻字工人毕昇在公元1004年至1048年间，用细质且带有粘性的胶泥做成一个个四方形的长柱体在上面刻上反写的单字一个字一个印放在土窑里用火烧硬形成活字。然后按文章内容将字依顺序排好放在一个个铁框上做成印版再在火上加热压平就可以印刷了。印刷结束后把活字取下下次还可再用。这种改进之后的印刷术叫做活板印刷术。这种印刷方法虽然原理简单，却与现代铅字排印原理相同，使印刷技术进入了一个新时代。后来元代著名农学家与机械学家王桢发明了木活字，并创造出比较简捷的适于汉字复杂特点的转盘排字方法，后来又发明了金属活字，使活字印刷得到了改进。唐代的雕刻印本传到日本，8世纪后期日本完成了木板《陀罗尼经》，以后又传到朝鲜、阿拉伯一带和东欧。15世纪德国人学会了用合金铸字，从此毕升首创的活字印刷在欧洲各地推广开来。印刷术是按照或图画原稿制成印刷品的技术，中国是世界上最早发明印刷术的国家。早期的印刷是把图文刻在木板上，用水墨印刷的木版水印画，仍用此法，统称“刻版印刷术”亦称“雕版印刷术”。刻版印刷的前身是公元前流行的印章捺印和后来出现的拓印碑石等。造纸和制墨等生产技术出现之