四大发明小故事

四大发明——造纸术

造纸是一项重要的化学工艺，纸的发明是中国在人类文化的传播和发展上，所做出的一项十分宝贵的贡献，是中国化学史上的一项重大的成就。

在纸还未发明之前，甲骨、竹简和绢帛是古代用来供书写、记载的材料。但由于西汉的经济、文化迅速发展，甲骨和竹简不能满足发展的需求，从而促使了书写工具的改进。

当时人们已开始应用小块的丝绵制成的纸，因为考古学家于1933年在新强罗布淖尔发现了一张古纸，它是”麻物、白色，作方块薄片，四周不完整，长约40厘米，宽约100厘米，质甚粗糙，不匀净，纸面尚有麻筋，盖初做纸时所做，故不精细也〃由于古汉时的纸张是由麻缕和丝绵，加上制法粗糙，所以纸张的质量不太好。而麻缕和丝绵都有其本身的作用，如要把它们用作造纸的原料，就必然会受到很大的限制，而难以得到迅速的发展，来满足文化生活上对纸张的要求。

在新的客观形势要求下，蔡伦的出现便为造纸术带来新突破，在《东汉观记》卷二上记载：”蔡伦·有才学，尽忠重慎，每次休沐，闭门以绝宾客，曝体田野。典作尚方，造意用树皮及敝布、鱼网作纸。元兴元年奏上，帝善其能，自是莫不用，天下咸称蔡侯纸〃。从以上看来，蔡伦是用树皮、破布、鱼网造纸的。

虽然在蔡伦之前也有纸的存在，但是原料左身就有很大的局限，而蔡伦对新原料的发现，解决了这个问题。因为破布、破鱼网早已结束了它们本身的任务，成了废物而又用作做原料，对造纸工业起了极大的推动作用。

新原料的使用必然提出新技术的要求，但是由于典籍流失，实际的操作如何，已缺乏记载，无从考知，但大概是先张布或网撕破或剪断，然后放在水里浸渍相当长的时间并且需要加以舂捣，才能做成纸浆。用树皮做纸张，困难更大一些．除初步切短和后部舂捣外，中间还需要烹煮和加入石灰浆之类的促烂剂。下图是中国古代造纸工程之(抵压帘覆)及(干焙火烘)。

四大发明——火药

火药是中国四大发明之一。火药,顾名思义就是(着火的药)。它的起源与炼丹术有着密切的关系,是古代炼丹士在炼丹时无意中配制出来。左图为元代铜火铳。

它是硫黄,硝石,炭的混合物,而前两项在汉代成书的中国第一部药物学典籍(神农本草经)里都被列为重要的药材。就是火药本身也被归入药类,明代李时珍的(本草纲目)中说,火药能治疮癣,杀虫,辟湿气和瘟疫。火药的发明是人们长期炼丹,制药实践结果,至今已有一千多年历史。

唐朝末年,火药已被用于军事。唐昭宗天佑元年(904年)杨行密的军队围攻豫章,部将郑璠(以所部发机飞火,烧龙沙门,带领壮士突火先登入城,焦灼被体)<九国志?郑璠传>。这里所说的(飞火),就是(火炮),(火箭)之类。(火炮)是把火药制成环状,把吊线点燃后用抛石机抛掷出去;(火箭)则是把火药球缚于箭镞之下,将吊线点燃后用弓射出。到了宋代,戢争接连不断,促进火药武器的加速发展。北未政府建立了火药作坊,先后制造了火药箭,火炮等以燃烧性能为主的武器和(霹雳炮),(震天雷)等爆炸性较强的武器。南未在1259年造出了以巨竹为筒,内装火药的(突火枪)。到了元代又出现铜铸火统,称为(铜将军)。这些都是以火药的爆炸为推动力的武器,在戢争中颢示了前所未有威力。右图为南未突火枪。

在12,13世纪,火药首先传入阿拉伯国家,然后传到希腊和欧洲乃至世界各地。对人类社会的文明进步,对经济和科学文化的发展,起了推动作用。美法各国直到十四世纪中叶,才有应用火药和火器的记载。左图为北未火药箭。

四大发明—印刷术

印章、拓印、印染与雕版印刷

印章在先秦时就有，一般只有几个字，表示姓名，官职或机构。印文均刻成反体，有阴文、阳文之别。在纸没有出现之前，公文或书信都写在简牍上，写好之后，用绳扎好，在结扎处放粘性泥封结，将印章盖在泥上，称为泥封，泥封就是在泥上印刷，这是当时保密的一种手段。纸张出现之后，泥封演变为纸封，在几张公文纸的接缝处或公文纸袋的封口处盖印。据记载在北齐时（公元550~577年）有人把用于公文纸盖印的印章作得很大，很像一块小小的雕刻版了。

战国（公元前475-前221年）时期的铜印。

晋代著名炼丹家葛洪（公元284~363年）在他著的《抱朴子》中提到道家那时已用了四寸见方（13.5×13.5）有120个字的大木印了。这已经是一块小型的雕版了。佛教徒为了使佛经更加生动，常把佛像印在佛经的卷首，这种手工木印比手绘省事得多。

碑石拓印技术对雕版印刷技术的发明很有启发作用。刻石的发明，历史很早。初唐在今陕西凤翔发现了十个石鼓，它是公元前8世纪春秋时秦国的石刻。秦始皇出巡，在重要的地方刻石7次。东汉以后，石碑盛行。汉灵帝四年（公元175年）蔡邕建议朝廷，在太学门前树立《诗经》、《尚书》、《周易》、《礼记》、《春秋》、《公羊传》、《论语》等七部儒家经典的石碑，共20.9万字，分刻于46块石碑上每碑高175、宽90、厚20厘米，容字5000，碑的正反面皆刻字。历时8年，全部刻成。成为当时读书人的经典。很多人争相抄写。后来特别是魏晋六朝时，有人趁看管不严或无人看管时，用纸将经文拓印下来，自用或出售。结果使其广为流传。

古人发现在石碑上盖一张微微湿润的纸，用软槌轻打，使纸陷入碑面文字凹下处，待纸干后再用布包上棉花，蘸上墨汁，在纸上轻轻拍打，纸面上就会留下黑地白字跟石碑一模一样的字迹。这样的方法比手抄简便、可靠。于是拓印就出现了。

拓片是印刷技术产生的重要条件之一。

罗盘定位

要确定方向除了指南针之外，还需要有方位盘相配合。最初使用指南针时，可能没有固定的方位盘，随着测方位的需要，出现了磁针和方位盘一体的罗盘。罗盘有堪舆用的罗经盘和水罗盘、旱罗盘。

方位盘仍是二十四向，但是盘式已经由方形演变成圆形。这样一来只要看一看磁针在方位盘上的位置，就能断定出方位来。南宋时，曾三异在《因话录》中记载了有关这方面的文献：“地螺或有子午正针，或用子午丙壬间缝针。”这是有关罗经盘最早的文献记载。文献中所说的“地螺”，就是地罗，也就是罗经盘。文献中已经把磁偏角的知识应用到罗盘上。这种罗盘不仅有子午针（确定地磁场南北极方向的磁针），还有子午丙壬间缝针（用日影确定的地理南北极方向）这两个方向之间的夹角，就是磁偏角。

盘面周围刻二十四方位，内中盛水，磁针横穿灯草，浮于水面。现在人们已经知道，地球的两个磁极和地理的南北极只是接近，并不重合。磁针指向的是地球磁极而不是地理的南北极，这样磁针指的就不是正南、正北方向而略有偏差，这个角度就叫磁偏角。又因为地球近似球形，所以磁针指向磁极时必向下倾斜，和水平方向有一个夹角，这个夹角称为磁倾角。不同地点的磁偏角和磁倾角都不相同。成书于北宋的《武经总要》在谈到用地磁法制造指南针时，就注意利用了磁倾角。沈括在《梦溪笔谈》谈到指南针不全指南，常微偏东。指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁倾角的发现使指南针的指向更加准确。

磁性质的应用

指南针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。指南针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，阴晦则观指南针。”这是世界航海史上最早使用指南针的记载。文中指出，当时只在日月星辰见不到的时候才使用指南针，可见指南针刚开始使用时，使用还不熟练。二十几年后，许兢的《宣和奉使高丽图经》也有类似的记载：“惟视星斗前迈，若晦冥则用指南浮针，以揆南北。”到了元代，指南针一跃而成海上指航的最重要的仪器了。不论昼夜晴阴都用指南针导航了。而且还编制出使用罗盘导航，在不同航行地点指南针针位的连线图，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。

指南针的发明是古代先民对磁现象的观察和研究的结果。古代先民对磁现象的观察和研究的过程中，进一步了解了磁的性质，并试图更多地应用这些性质。传说秦始皇修建阿房宫时，有一宫门是用磁铁制造的。如果刺客带剑而过，立刻会被吸住，被卫兵当场捕获。这样的故事还很多，《晋书.马隆传》记载马隆率兵西进甘、陕一带，在敌人必经的狭窄道路两旁，堆放磁石。穿着铁甲的敌兵路过时，被牢牢吸住，不能动弹了。马隆的士兵穿犀甲，磁石对他们没有什么作用，可自由行动。敌人以为神兵，不战而退。东汉的《异物志》记载了在南海诸岛周围有一些暗礁浅滩含有磁石，磁石经常把“以铁叶锢之”的船吸住，使其难以脱身。

魏晋南北朝时，我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。

我国先民对磁石的性质的研究和认识是指南针发明和发展的基础。

中国在北宋时期就发明了人工磁化的两种方法：一种是沈括所说的用天然磁石摩擦钢针的方法，另一种是利用地球磁场的作用使钢铁磁化。

人们把经过磁化的钢针，穿过几根灯草，放在一个乘满水的碗里，它就能浮在水上为航船指明方向，这就是世界上最早用来指示方向的仪器--指南针。而许多动物已经在我们之前就学会了利用地球磁场来辨别方向。

火药

火药是我国古代四大发明之一。因为是用硝石、硫黄和木炭这三种物质混和制成的，而当时人们都把这三种东西作为治病的药物，所以取名“火药”，意思是“着火的药”。

自秦汉以后，炼丹家用硫黄、硝石等物炼丹，从偶然发生爆炸的现象中得到启示，再经过多次实践，找到了火药的配方。三国时有个聪明的技师马钧，用纸包火药的方法做出了娱乐用的“爆仗”，开创了火药应用的先河。

唐朝末年，火药开始应用到军事上。人们利用抛射石头的抛石机，把火药包点着以后，抛射出去，烧伤敌人，这是最原始的火炮。后来人们将球状火药包扎在箭杆头附近，点着引线以以后，用弓箭将火药射出去烧伤敌人。还有把火药、毒药，再加上一些沥清、桐油等，捣在一起做成毒球，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，是近代代枪炮的老祖宗。

造纸术

造纸技术的发明，是中华民族对世界文明出贡献之一。

大约在3500多年前的商朝，我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，战国时思想家惠施外出讲学，带的书简就装了五车，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。公元前2世纪西汉初期已经有了纸。

发明人

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，发明了用树皮、破渔网、破布、麻头等作原料，制造成了适合书写的植物纤维纸，才使纸成为普遍使用的书写材料。被称为“蔡侯纸”。

蔡伦只是改进造纸术，而不是纸的发明人。

造纸术在7世纪经朝鲜传到日本。8世纪中叶传到阿拉伯联合酋长国。到12世纪，欧洲才仿效中国的方法开始设厂造纸。

发明地点

洛阳

活字印刷术

印刷术是中国古代四大发明之一。它开始于隋朝的雕版印刷，经宋仁宗时的毕升发展、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。

北宋刻字工人毕升在公元1004年至1048年间，用质细且带有粘性的胶泥，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