第二节　三大发明

在宋代文化史上，科学技术得以突飞猛进的发展，许多科学发明和创造不仅影响了中国文化发展的历程，也对世界文明的进步和发展做出了贡献，中国四大发明中的三大发明火药即火器、活字印刷术、指南针就是这一时代的历史产物。目前，科技史研究有新的进展，但无论如何，宋代是中国中古时期最辉煌阶段，三大发明和宋代文化联系在一起。

一、火药与火药武器

在宋代，火药的配方已脱离了初始阶段的硝石、硫黄和木炭，各种药物成分的配比比较合理，并开始应用到军事上。

到宋代军事中，人们对火攻器械进行了大量的改造，出现了冯继昇的火箭法，唐福献的火球、火蒺藜，石普的火球、火箭等。火药武器大量出现，推动了火药的配方改进和专门的火药研究，如北宋曾公亮、丁度等编著的《武经总要》中就有三个火药配方。如毒药烟球每个有5斤重，配方为硫黄15两，烟硝30两，木炭5两，草乌头5两，巴豆2.5两，沥青2.5两，还有少量的砒霜。火炮火药配方：硫黄14两，烟硝40两，松脂14两，以及定粉、黄丹、清油、竹茹、黄蜡、桐油等。从文献记载看，宋代的火药配方成分增多，与唐火药相比，主要成分硝、硫、木炭，宋代火药硝的成分增加到两倍甚至三倍，已与后来黑火药的硝的含量接近。同时在火药中加入其他材料，以利于易燃、易爆、易毒等效果。所以火药虽不是宋人发明，但宋人在制造和使用过程中得到了较大的改进。

宋人对火药的改进只是其成就的一部分，最主要的是将火药应用到武器制造和发明上，推动了火药的实用性，使火药这一古老的技术得以发挥更大的作用。首先是火炮的出现。在宋代的文献记载中出现了有关火炮的记载，当时的火炮形制不尽相同，有纸制、陶制和铁制等。北宋末年，民族矛盾激化，金人不断南下侵略，在宋金战争中，宋朝军队就发明使用了“霹雳炮”、“震天雷”等杀伤性较大的火炮。震天雷是铁制火炮，威力很大，杀伤性很强，在《金史》中就曾这样记载：“火药发作，声如雷震，热力达半亩之上，人与牛皮皆碎迸无迹，甲铁皆透。”到了南宋，不仅火炮大多为铁制，且数量相当可观，时人曾记载：“荆淮铁火炮有十数万只。”[9]南宋末年，元军攻南宋，马塈守静江，元军围城十余日，城内粮尽，几乎城不保，元军迫使宋守军投降，马成旺部将娄钤辖不为所动，在元军攻城时，“娄乃令所部入拥一火炮然之，声如雷霆，震城土皆崩，烟气涨天外，兵多惊死者，火熄入视之，灰烬无遗矣”[10]。可见火药威力之大以及出现了巨型火炮。这些火炮，不管是小型、中型或巨型，也不论是陶制、纸制、铁制，不是用火药放射的火炮，可能是以埋藏、放置的方式，也可能是引爆的炸药包之类的火器。

南宋突火枪示意图

尤值得一提的是此时出现了管形的火枪，火枪的出现在北宋时尚未记载，到了南宋就有了明确的记载。如南宋初，陈规守德安城御金人时就采用“长竹竿火枪二十余条”。李曾伯在1257年也提到“如火箭则有九十五只，火枪则止有一百五筒”。[11]到1259年，南宋寿春府开始“造突火枪，以巨竹为筒，内安子窠，如烧放，焰绝，然后子窠发出，如炮声，远闻百五十余步”。[12]这种火枪就是元代铜火铳的前驱，不同的是枪管由竹改为铜。这可以说是当时最先进的火药武器。管形火器的出现在兵器史上是一个重大的突破，为近代枪炮的发展奠定了基础。

宋人是非常聪明的，改进了火药的配方并发明了兵器新品种火炮、火枪，但这些发明也未能挽救南宋的命运。所以，武器的先进与否并不能决定战争的成败。宋人的火药和火炮制造办法在12世纪后经中亚传到欧洲，对欧洲社会产生了巨大的震动。欧洲人也正是学习了中国人这一伟大的发明，并加以改造，在近代后利用船坚炮利攻打中国，这是后话。反过来讲，足见宋代的科学技术在飞越国界后对世界历史进程所产生的影响。

北宋三种火药配方

二、指南针的发明及应用

唐代以来，中国的海运业得到空前发展，但是在一望无际、波涛汹涌的大海上航行，最大的困难便是辨别方向。经过长期的实践和反复的试验，到了宋代，人们在人工磁化和使用磁针两方面取得了重大的进展，导致了指南针的发明和广泛的应用。

指南针，又叫罗盘针，是利用磁极的物理性来确定方向的工具。据北宋曾公亮等人所著《武经总要》载当时制造指南鱼的办法：“用薄铁叶剪裁，长二寸，阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。”[13]这是一种人工磁化方法的发明，即利用强大地磁场的作用使铁片磁化，这种方法是合乎科学道理的，在磁学和地磁学上可以说是一件大事。但依此法所得磁性较弱，没有多大实用价值，但它使人们眼界大开，就有了另一种人工磁化方法的出现。据沈括《梦溪笔谈》载：“方家以磁石磨针锋，则能指南。”[14]这是利用天然磁石的磁场作用，使钢针内部磁畴的排列规则化，从而让钢针显示出磁性的方法。这种方法既方便又有效，宋人掌握了这一技术，为指南针的发明创造了必不可少的条件。

持罗盘陶俑（南宋）

（1985年江西临川出土）

关于指南针的做法，宋人有四种方法：一是水浮法，二是置指爪上，三是置碗唇上，四是缕悬。前文所述指南鱼多采用水浮法，这种方法在宋代普遍使用，但它有一个缺点就是“水浮多**摇”。至于第二、第三种方法，长处在于“运转尤速”，缺点就是“坚滑易坠”。因此只有第四种方法最可取，即“其法取新纡中独茧缕，以芥子许蜡，缀于针腰，无风处悬之，则针常指南”。[15]此外，南宋陈元靓在《事林广记》中还记载了一种指南龟装置的新方法，即把一块天然磁石安在木刻的指南龟肚中，在木龟的腹下挖一个小洞，对准了放在顶端的竹针上。使支撑点摩擦阻力很小，木龟就可以自由转动为指南。

指南针一经发明，航海家们就发现了它的伟大用途，于是乎指南针很快便被运用到航海上。据北宋末年朱彧《萍洲可谈》所载，当时“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针”。[16]可见当时的海运已普遍使用指南针了。到了南宋初，徐兢在其《宣和奉使高丽图经》中也有类似的记载：“唯视星斗前迈，若晦冥则用指南浮针，以揆南北。”

宋代的海运业是很发达的。从唐代以来，广州、泉州等港口就是对外贸易的重要窗口，宋代秉唐代做法，在广州和泉州设立市舶司，主管海外贸易。到了南宋，市舶司的重要性越来越被人们所认识，当时国家赋税收入大半来自市舶司。足见当时海运业的发达。海运的发达，促使对外交往的频繁，但这些成就都与指南针的发明有很大关系。正是因为发明了指南针，才使人们获得全天候航行的能力，人类才第一次得以在茫茫大海上自由航行，开辟了许多新航线，缩短了航程，加快了航运，促进了宋与各国的文化交流和贸易往来。所以说，指南针的发明和应用在中国文化史上是一件了不起的大事，也是我国人民对世界文明作出的又一大贡献。

三、毕昇与活字印刷

宋代文化之所以发达，其中一个先决条件就是印刷业的盛行，这为书籍翻刻和文化传播提供了有利的条件。宋代的印刷业基本上承继唐代，开始采用的是雕版印刷术，只不过这种方法到宋代又有了新的发展，雕版印刷趋于鼎盛。当时，雕版印刷最发达的地区集中在河南、四川、福建和浙江，印刷中心多集中在大城市，如两宋的都城汴梁、杭州。福建建阳是当时造纸中心，成都、眉山是四川的雕版中心。此外，在广东等地雕版印刷也很流行。

由于雕版印刷术的盛行，推动了宋代文化的兴盛。在宋代，杭州是雕工荟萃之地，刻印了大量的经、史、子、集、医、算等文化典籍。从版本学上讲，浙本书字体方整，刀法圆润。有宋一代，统治者非常重视典籍的雕刻，如宋初在成都雕刻印刷《大藏经》，共1076部，5048卷，历时12年才完成，仅雕版达13万块。南宋时王永从在湖南刊刻佛经5400卷，仅一年即告完工，就不知用了多少良工巧匠。在对外文化交流上，如宋夏关系，宋曾送一部《大藏经》，这虽是一件好事，促进了民族间的团结和文化交流，但细想起来，不知要耗多少雕工的心血。所以，后世对宋版本书十分重视，一则是出于宋代刻工技术精良，纸墨装潢精美；二则也说明雕版之不易。

雕版印刷虽然一版能印刷几百部甚至上千部，但费工费时，且版片存放是一个大问题，因此就在雕版印刷盛行之际，宋人又将印刷技术向前推进了一步，出现了毕昇创造的活字印刷术。这一方法的问世，可以说是世界印刷史上的一次革命，其影响是十分深远的。

毕昇发明的活字印刷术的原理，类似于现在的铅排技术，也可以说现在的铅排技术源于毕昇的活字印刷术。他是用胶泥制成泥活字，一块胶泥刻一个字，再放入火中烧硬。事先准备好一块铁板，将松香、蜡以及纸灰等混合在一起放在铁板上。铁板上再放一铁框，在铁框中放满泥活字，排满一框后放在火上加热，使松香、蜡、纸灰熔化，冷却后便将泥活字粘在一起。再用一平板将泥活字压平。一版印完，将铁板放在火上加热，等松香、蜡熔化后取出泥活字，以备再用。为了提高印刷效率，毕昇准备了两块铁板，一版印刷，一版排字。第一块印完，第二块又排好，印刷速度非常快。以现在人看来，活字印刷似乎并不复杂，但在那个时代确为不易，牵扯到许多技术问题，如造字、排版等。到清代，安徽泾县有一个叫翟金生的，完全依照毕昇的办法花了30年时间，造泥活字十万多个，才印成《泥板试印初编》。由此推断毕昇当时创制泥活字印刷的艰难。所以说，活字印刷术的发明，是印刷史上的一次创举，为文化传播带来了方便。正是有了泥活字的发明，后世才有木活字、锡活字、铜活字、铅活字。毕昇发明的活字印刷不仅影响了亚洲各国，也影响了整个世界的文明和进步。这是我国人民对世界文明作出的杰出贡献之一。