古代四大發明的故事
四大發明是指中國古代對世界具有很大影響的四種發明。那么你知道四大發明的故事嗎?一起來看看小編給大家精心準備的資料,歡迎閱讀!
指南針
指南針是磁鐵做成的。磁鐵能吸鐵,通常稱為“吸鐵石”,古代稱為“慈石”因為它一碰到鐵就吸住,好一個慈祥的母親吸引自己的孩子一樣。后來,人們才稱它為“磁石”。
每塊磁鐵兩頭都有不同的磁極,一頭叫S極,另一頭叫N極。我們居住的地球,也是一塊天然的大磁體,在南北兩頭也有不同的磁極,靠近地球北極的是S極,靠近地球南極的是N極。我們知道,同性磁極相斥,異性磁極相吸引,所以,不管在地球表面的什么地方,拿一根可以自由轉動的磁針,它的N極總是指向北方,S極總是指向南方。
指南針是利用磁鐵的特性做成的,那么,世界上哪個國家最早發現磁鐵和它的特性的呢?
二千多年以前,也就是春秋戰國時候,我國已經用鐵來制造農具了。勞動人民在尋找鐵礦的時候,就發現了磁鐵,并且知道它能夠吸鐵。
我國古書《管子》上有這樣的記載:“上有慈石者,下有銅金。”“銅金”就是一種鐵礦。《管子》這部書產生在公元前三世紀,這說明我國最遲在公元前三世紀就知道磁石能夠吸鐵了。
秦朝時候,還有這樣有趣的傳說,秦始皇統一中國以后,在陜西咸陽造了一個很大的阿房宮,阿房宮中有一個磁石門,完全用磁鐵造成。如果有誰帶著鐵器想去行刺,只要經過那里,磁石門就會把這個人吸住。
另外,根據古書記載,漢武帝時候,膠東有個欒大,獻給漢武帝一種斗棋。這種棋子一放到棋盤上,就會互相碰擊,自動斗起來。漢武帝看了非常驚奇。原來來大的棋子是用磁石做的,所以有磁性,能互相吸引碰擊,只是漢武帝不懂這個道理罷了。
造紙術
東漢元興元年(105)蔡倫改進了造紙術。他用樹皮、麻頭及敝布、魚網等原料,經過挫、搗、抄、烘等工藝制造的紙,是現代紙的淵源。這種紙,原料容易找到,又很便宜,質量也提高了,逐漸普遍使用。為紀念蔡倫的功績,后人把這種紙叫做“蔡侯紙”。
紙是漢族勞動人民長期經驗的積累和智慧的結晶,紙是用以書寫、印刷、繪畫或包裝等的片狀纖維制品。一般由經過制漿處理的植物纖維的水懸浮液,在網上交錯的組合,初步脫水,再經壓縮、烘干而成。中國是世界上最早發明紙的國家。根據考古發現,西漢時期(公元前206年至公元前8年),中國已經有了麻質纖維紙。質地粗糙,且數量少,成本高,不普及。
遠古以來,中國漢族勞動人民就已經懂得養蠶、繅絲。秦漢之際以次繭作絲綿的手工業十分普及。這種處理次繭的方法稱為漂絮法,操作時的基本要點包括,反復捶打,以搗碎蠶衣。這一技術后來發展成為造紙中的打漿。此外,中國古代常用石灰水或草木灰水為絲麻脫膠,這種技術也給造紙中為植物纖維脫膠以啟示。紙張就是借助這些技術發展起來的。
歷史上關于漢代的造紙技術的文獻資料很少,因此難以了解其完整、詳細的工藝流程。后人雖有推測,也只能作為參考之用。總體來看,造紙技術環節眾多,因此必然有一個發展和演進的過程,絕非一人之功。它是中國漢族勞動人民長期經驗的積累和智慧的結晶。
在造紙術發明的初期,造紙原料主要是樹皮和破布。當時的破布主要是麻纖維,品種主要是苧麻和大麻。據稱,我國的棉是在東漢初期,與佛教同時由印度傳入,后期用于紡織。當時所用的樹皮主要是檀木和構皮(即楮皮)。最遲在公元前2世紀時的西漢初年,紙已在中國問世。最初的紙是用麻皮纖維或麻類織物制造成的,由于造紙術尚處于初期階段,工藝簡陋,所造出的紙張質地粗糙,夾帶著較多未松散開的纖維束,表面不平滑,還不適宜于書寫,一般只用于包裝。
直到東漢和帝時期,經過了蔡倫的改進,形成了一套較為定型的造紙工藝流程,第一是原料的分離,就是用漚浸或蒸煮的方法讓原料在堿液中脫膠, 第二是打漿,就是用切割和捶搗的方法切斷纖維,并使纖維帚化,第三是抄造,即把紙漿滲水制成漿液,然后用撈紙器(篾席)撈漿,第四是干燥,即把濕紙曬干或晾干,揭下就成為紙張。
漢以后,雖然工藝不斷完善和成熟,但這四個步驟基本上沒有變化,即使在現代,在濕法造紙生產中,其生產工藝與中國古代造紙法仍沒有根本區別。造紙技術的發展主要體現在兩個方面:在原料方面,魏晉南北朝時已經開始利用桑皮、藤皮造紙。到了隋朝、五代時期,竹、檀皮、麥桿、稻桿等也都已作為造紙原料,先后被利用,從而為造紙頁的發展提供了豐富而充足的原料來源。
其中,唐朝利用竹子為原料制成的竹紙,標志著造紙技術取得了重大的突破。竹子的纖維硬、脆、易斷,技術處理比較困難,用竹子造紙的成功,表明中國古代的造紙技術已經達到相當成熟的程度。唐時,在造紙過程中加礬、加膠、涂粉、灑金、染色等加工技術相繼問世,為生產各種各樣的工藝用紙奠定了技術基礎。生產出來的紙張質量越來越高,品種越來越多,從唐代到清代,中國生產的用紙,除了一般的紙張外,還有各種彩色的臘箋、冷金、錯金、羅紋、泥金銀加繪、砑紙等名貴紙張,以及各種宣紙、壁紙、花紙等。使紙張成為人們文化生活和日常生活的必需品。紙的發明、發展也是經過了一個曲折的過程。
公元105年發明造紙后,造紙術就從河南向經濟文化發達的其它地區傳播。蔡倫被封到陜西洋縣為龍亭侯,造紙術就傳到漢中地區并逐漸傳向四川。據蔡倫家鄉湖南耒陽的民間傳說,蔡倫生前也向家鄉傳授過造紙術。東漢末年山東造紙也比較發達,出過東萊縣(今掖縣)的造紙能手左伯。公元二世紀造紙術在我國各地推廣以后,紙就成了和縑帛、簡 牘的有力的競爭者。
公元三到四世紀,紙已經基本取代了帛、簡而成為我國唯一的書寫材料,有力地促進了我國科學文化的傳播和發展。公元三到六世紀的魏晉南北朝時期,我國造紙術不斷革新。在原料方面,除原有的麻、楮外,又擴展到用桑皮、藤皮造紙。在設備方面,繼承了西漢的抄紙技術,出現了更多的活動簾床紙模,用一個活動的竹簾放在框架上,可以反覆撈出成千上萬張濕紙,提高了工效。在加工制造技術上,加強了堿液蒸煮和舂搗,改進了紙的質量,出現了色紙、涂布紙、填料紙等加工紙。
從敦煌石室和新疆沙磧出土的這一時期所造出的古紙來看,紙質纖維交結勻細,外觀潔白,表面平滑,可謂“妍妙輝光”。公元六世紀的賈思勰還在《齊民要術》中,專門有兩篇記載了造紙原料楮皮的處理和染黃紙的技術。同時,造紙術傳到我國近鄰朝鮮和越南,這是造紙術外傳的開始。
公元六——十世紀的隋唐五代時期,我國除麻紙、楮皮紙、桑皮紙、藤紙外,還出現了檀皮紙、瑞香皮紙、稻麥稈紙和新式的竹紙。在南方產竹地區,竹材資源豐富,因此竹紙得到迅速發展。關于竹紙的起源,先前有人認為開始于晉代,但是缺乏足夠的文獻和實物證據。從技術上看,竹紙應該在皮紙技術獲得相當發展以后,才能出現,因為竹料是莖稈纖維,比較堅硬,不容易處理,在晉代不太可能出現竹紙。竹紙應該起源于唐以后,而在唐宋之際有比較大的發展。歐洲要到十八世紀才有竹紙。
這一時期的產紙地區遍及南北各地。由于雕板印刷術的發明,興起了印書業,這就促進了造紙業的發展,紙的產量、質量都有提高,價格也不斷下降,各種紙制品普及于民間日常生活中。名貴的紙中有唐代的“硬黃”、五代的 “澄心堂紙”等,還有水紋紙和各種藝術加工紙。唐代的繪畫藝術作品已經有不少紙本的,正反映出造紙技術的提高。
在公元十到十八世紀的宋元和明清時期,楮紙、桑皮紙等皮紙和竹紙特別盛行,消耗量也特別大。造紙用的竹簾多用細密竹條,這就要求紙的打漿度必須相當高,而造出的紙也必然很細密勻稱。先前唐代用淀粉糊劑做施膠劑,兼有填料和降低纖維下沉槽底的作用。到宋代以后多用植物粘液做“紙藥”,使紙漿均勻,常用的“紙藥”是楊桃藤、黃蜀葵等浸出液。這種技術早在唐代已經采用,但是宋代以后就盛行起來,以致不再采用淀粉糊劑了。
這時候的各種加工紙品種繁多,紙的用途日廣,除書畫、印刷和日用外,我國還最先在世界上發行紙幣。這種紙幣在宋代稱作“交子”,元明后繼續發行,后來世界各國也相繼跟著發行了紙幣。明清時期用于室內裝飾用的壁紙、紙花、剪紙等,也很美觀,并且行銷于國內外。各種彩色的蠟箋、冷金、泥金、羅紋、泥金銀加繪、砑花紙等,多為封建統治階級所享用,造價很高,質量也在一般用紙之上。
這一時期里,有關造紙的著作也不斷出現。如宋代蘇易簡的《紙譜》、元代費著的《紙箋譜》、明代王宗沐的《楮書》,尤其是明代宋應星的《天工開物》,對我國古代造紙技術都有不少記載。而《天工開物》第十三卷《殺青》中關于竹紙和皮紙的記載,可以說是具有總結性的敘述。書中還附有造紙操作圖,是當時世界上關于造紙的最詳盡的記載。經過元、明、清數百年歲月,到清代中期,我國手工造紙已相當發達,質量先進,品種繁多,成為中華民族數千年文化發展傳播的物質條件。
活字印刷術
北宋發明家畢昇發明了活字印刷,改進雕版印刷這些缺點。他總結了歷代雕版印刷的豐富的實踐經驗,經過反復試驗,在宋仁宗慶歷年間(公元1041-1048)制成了膠泥活字,實行排版印刷,完成了印刷史上一項重大的革命。畢升的方法是這樣的:用膠泥做成一個個規格一致的毛坯,在一端刻上反體單字,字劃突起的高度象銅錢邊緣的厚度一樣,用火燒硬,成為單個的膠泥活字。
為了適應排版的需要,一般常用字都備有幾個甚至幾十個,以備同一版內重復的時候使用。遇到不常用的冷僻字,如果事前沒有準備,可以隨制隨用。為便于揀字,把膠泥活字按韻分類放在木格子里,貼上紙條標明。排字的時候,用一塊帶框的鐵板作底托,上面敷一層用松脂、蠟和紙灰混合制成的藥劑,然后把需要的膠泥活字揀出來一個個排進框內。排滿一框就成為一版,再用火烘烤,等藥劑稍微熔化,用一塊平板把字面壓平,藥劑冷卻凝固后,就成為版型。印刷的時候,只要在版型上刷上墨,覆上紙,加一定的壓力就行了。為了可以連續印刷,就用兩塊鐵板,一版加刷,另一版排字,兩版交替使用。印完以后,用火把藥劑烤化,用手輕輕一抖,活字就可以從鐵板上脫落下來,再按韻放回原來木格里,以備下次再用。畢升還試驗過木活字印刷,由于木料紋理疏密不勻,刻制困難,木活字沾水后變形,以及和藥劑粘在一起不容易分開等原因,所以畢升沒有采用。畢升的膠泥活字版印書方法,如果只印二三本,不算省事,如果印成百上千份,工作效率就極其可觀了,不僅能夠節約大量的人力物力,而且可以大大提高印刷的速度和質量,比雕版印刷要優越得多。現代的凸版鉛印,雖然在設備和技術條件上是宋朝畢升的活字印刷所無法比擬的,但是基本原理和方法是完全相同的。活字印刷的發明,為人類文化做出了重大貢獻。這中間,中國的平民發明家畢升的功績不可磨滅的。可是關于畢升的生平事跡,人們卻一無所知,幸虧畢升創造活字印刷的事跡,比較完整地記錄在北宋著名科學家沈括的名著《夢溪筆談》里。1965年,浙江溫州出土一件印本殘頁《佛說觀無量壽佛經》,經有關專家考證認定為是畢升之后大約50年(1103)北宋時期的泥活字印本,應是迄今發現存世最早的活字印刷品。
火藥
煉丹家雖然掌握了一定的化學方法,但是他們的方向是求長生不老之藥,因此火藥的發明具有一定的偶然性。
煉丹家對于硫磺、砒霜等具有猛毒的金石藥,在使用之前,常用燒灼的辦法“伏”一下,“伏”是降伏的意思。使毒性失去或減低,這種手續稱為“伏火”。唐初的名醫兼煉丹家孫思邈在“丹經內伏硫磺法”中記有:硫磺、硝石各二兩,研成粉末,放在銷銀鍋或砂罐子里。掘一地坑,放鍋子在坑里和地平,四面都用土填實。把沒有被蟲蛀過的三個皂角逐一點著,然后夾入鍋里,把硫磺和硝石起燒焰火。等到燒不起焰火了,再拿木炭來炒,炒到木碳消去三分之一,就退火,趁還沒冷卻,取入混合物,這就伏火了。
唐朝中期有個名叫清虛子的,在“伏火礬法”中提出了一個伏火的方子:“硫二兩,硝二兩,馬兜鈴三錢半。右為末,拌勻。掘坑,入藥于罐內與地平。將熟火一塊,彈子大,下放里內,煙漸起。”他用馬兜鈴代替了孫思邈方子中的皂角,這兩種物質代替碳起燃燒作用的。
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。這說明煉丹家有意要使藥物引起燃燒,以去掉它們的猛毒。
雖然煉丹家知道硫、硝、碳混合點火會發生激烈的反應,并采取措施控制反應速度,但是因藥物伏火而引起丹房失火的事故時有發生。《太平廣記》中有一個故事,說的是隋朝初年,有一個叫杜春子的人去拜訪一位煉丹老人。當晚住在那里。半夜杜春子夢中驚醒,看見煉丹爐內有“紫煙穿屋上”,頓時屋子燃燒起來。這可能是煉丹家配置易燃藥物時疏忽而引起火災。還有一本名叫《真元妙道要略》的煉丹書也談到用硫磺、硝石、雄黃和蜜一起煉丹失火的事,火把人的臉和手燒壞了,還直沖屋頂,把房子也燒了。書中告戒煉丹者要防止這類事故發生。這說明唐代的煉丹者已經掌握了一個很重要的經驗,就是硫、硝、碳三種物質可以構成一種極易燃燒的藥,這種藥被稱為“著火的藥”,即火藥。由于火藥的發明來自制丹配藥的過程中,在火藥發明之后,曾被當做藥類。《本草綱目》中就提到火藥能治瘡癬、殺蟲,辟濕氣、瘟疫。
火藥不能解決長生不老的問題,又容易著火,煉丹家對它并不感興趣。火藥的配方由煉丹家轉到軍事家手里,就成為中國古代四大發明之一的火藥。