第12章 中国古代科技史(11)

这座空腔式的石拱桥，远远望去，犹如水上的半月，轻巧、大方，甚为壮观。这种拱上加拱的桥型，在欧洲直到14世纪才出现。如法国泰克河上的赛雷石拱桥的营造成功就是一例，但它比中国晚了700多年，而且赛雷桥早已毁坏无存，赵州桥却至今完好无缺。赵州桥在世界桥梁史上占有重要地位，是世界敞肩拱桥的先驱，它比欧洲19世纪中叶兴建的同类拱桥早1200多年。

应县木塔

山西应县木塔是我国也是世界上现存的最高大且年代最久的古代木结构塔。

山西应县木塔坐落在山西省大同市南面一百里的应县城内。此塔规模庞大，结构复杂，作为一个建筑物的整体，它壮丽、凝重、和谐，具有佛教特征。此塔为辽代所建，又称佛官寺释迦塔。虽然经受了几百年的风雨侵蚀及严重地震的考验，但是至今还巍然屹立，可谓世界上罕见的古代木结构建筑了。

塔，是我国具有佛教特征的建筑，木塔是在我国固有的楼阁的基础上，吸取印度佛塔特点建筑的。初期的木塔比较低矮，呈方形平面，到南北朝时期，随着高层木构技术的发展和佛教的兴盛，木塔也越建越高大，高达几十米，呈八角形。

山西应县塔，就是当时崇信佛教的统治者辽兴宗命令营建的，清宁二年（1056年）落成。木塔的平面呈八角形，南面、底层副阶（外廓）前檐柱对边约25米。塔身外观是五层六檐（最下层是重檐），二、三、四层都有平座夹层。从地面到塔尖高达67.31米。塔内底层竖立一尊高约11米的释迦牟尼佛坐像，而每层中部都有佛像群，除底层外各层都设有栏杆。各层外侧悬挂有大量的匾额和楹联，甚为壮观。山西应县木塔宏大、壮丽、建筑精美，是我国民族文化的骄傲，是我国古代劳动人民高度艺术技巧的体现。

世界上最长的城墙——万里长城

万里长城，是世界古代伟大的建筑工程之一，也是世界上最长的城墙。它以雄伟壮观、工程浩大闻名于世。长城的修筑是从战国时期开始的，是为了防御北部游牧民族南侵和各诸侯国之间进行自卫而兴建的。秦始皇统一中国后，为了防范匈奴的突然袭击，把燕、赵、魏等诸侯国的长城连接起来，用30万人连续修筑10年，筑起了西起甘肃临洮东至辽东郡的万里长城。

我们现在所见的长城，大多是明朝洪武至万历年间修建的，前后共修建了18次，历时100多年才完成。其中嘉峪关到山海关一段，由于工程质量较高，到现在大部分保存良好。

万里长城雄踞中国北部河山，由关隘、城台、烽燧、城墙四部分构成比较完整的防御体系，其中的烽燧就是烽火台，是专门传递军情用的，也是世界上最早的联络方式。万里长城显示了中华民族的磅礴气势和聪明才智，也反映了当时测量、规划设计、建筑和工程管理等的高超水平。

造纸印刷纺织

造纸术

造纸为我国古代四大发明之一。早在1800多年前，造纸术的发明者蔡伦总结西汉（西汉武帝时期）以来用麻质纤维造纸的经验，改进造纸术，利用树皮、碎布、麻头、旧渔网等原料，经过精工细作，制出优质纸张，于公元105年献给东汉和帝，受到高度赞扬，从此造纸术得到推广。蔡伦造纸术之所以能够发扬光大，主要取决于以下几个方面：

首先，采用了多种植物原料，解决了造纸原料资源不足的问题。破布（当时是麻布）、麻头和破渔网等废弃物资的利用，既增加了原料来源，又降低了纸的成本。尤其是用树皮做原料，更是重大的创造，可以说开创了近代木浆纸的先河，为造纸业的发展开辟了广阔的途径。

其次，工艺上有比较大的进步。多种原料的利用，对工艺提出了新的要求，推动了造纸技术的改革。由于史书缺乏具体的记载，对当时的实际操作难以详细了解。今天，手工造纸已经基本上被机器造纸所代替，但是造纸的原理和基本的生产工艺并没有什么根本的变化。

最后，造纸从此成为独立的行业。以前，纸只是纺织业漂絮沤麻的副产品，产量很低，技术上的改进也很受局限。新原料的开辟和新技术的采用，使造纸从纺织业中独立出来，这是造纸发展史上意义重大的转折点。

后来，我国发明的造纸术传遍了五大洲，大大促进了世界科学文化的传播和交流，深刻地影响着世界历史的进程。

雕版印刷术

自从有了纸以后，随着经济文化的发展，读书的人越来越多，对书籍的需要量也大大增加了。但那时的书都是手抄本，要抄一本书得花费很大人力，因此一般平民拥有一两本书是非常困难的，这种情况如果不改变，就根本无法满足社会的需要。

在雕版印刷术出现以前，社会上已经广泛应用印章和拓碑。章有阳文和阴文两种，阳文刻的字是凸出来的，阴文刻的字是凹进去的。如果使用阳文印章，印到纸上就是白底黑字，非常醒目，但是印章一般比较小，印出来的字数毕竟有限。刻碑一般用阴文，用纸拓出来的是黑底白字，不够醒目，而且拓碑的过程比较复杂，用来印制书籍也不方便，但是，拓碑有一个很大的好处，那就是石碑面积比较大，一次可以拓印许多字。我国劳动人民在拓碑和印章这两种方法的启发下，发明了雕版印刷术。

雕版印刷是把木材锯成一块块木板，把要印的字写在薄纸上，反贴在木板上，再根据每个字的笔画，用刀一笔一笔雕刻成阳文，使每个字的笔画突出在板上。木板雕好以后，就可以印书了。印书的时候，先用一把刷子蘸了墨，在雕好的板上刷一下，接着，用白纸覆盖在板上，另外拿一把干净的刷子在纸背上轻轻刷一下，把纸拿下来，一页书就印好了。一页一页印好以后，装订成册，一本书也就印成了。这种印刷方法，是在木板上雕好字再印的，所以大家称它为“雕版印刷”。

活字印刷术

雕版印刷较之用手工抄、写有了很大进步，但也有弊病。如利用雕版印刷，印一页书就需要一块板，在印刷时又不能窜板更字，如果发现错了一个字，整个一块板就要全部报废，重新雕刻，否则只好错刻错印，影响书的质量。

到了北宋时期，由于社会发展的需要和人民对科学文化的要求，“平民”毕升在长期的实践中，总结了劳动人民的雕版印刷的经验，经过反复实践摸索，在雕版的基础上，发明了活字印刷术。

毕升的活字印刷的方法，是用胶泥黏土刻字，每个字像铜钱边那样厚薄，一个字一个印，刻成后用火烧，使它坚固。然后设置一块铁板，铁板上涂上松树油子、蜡和纸灰一类的东西，印时，用一铁框放在铁板上，把字印密密地摆上，铁框摆满为一板，再拿到火上烤，等松树油子、蜡稍微熔化，再用一块平整的板压铁框里的字，字面就平整得像磨刀石一样，这就可以印刷了。为了提高印刷速度，毕异还把常用的字，如“之”、“也”等制作20余印，准备在一板之内有重复的字时，随时拿来使用。将不用的字印都按声韵排列好，装在木格里，每韵外面用纸条标明。以便检字排版。印刷时，一块板印刷，另一块板排字，第一板印完，第二板字已排好，二板交替使用。利用这种方法印的数量越多，效率越高。

毕羿发明的活字印刷术，在现在看来，虽然比较简单原始，板制成后仍需将墨刷在板上，然后铺纸用刷子刷印，然而现代印刷术和印刷机的原理仍然是活字印刷的原理。

活字印刷术的发明是我国古代劳动人民智慧的结晶，是印刷史上的一次革命。

转轮排字架的发明

转轮排字架是元代农学家王帧发明的，是排字技术的一项重大革新。据《梦溪笔谈》记载，毕升在发明活字印刷术时，也曾试制过木活字，但发现木材的纹理疏密不匀，沾水后有仲胀性，排出版来高低不平，又容易与药物相粘，不便取下，所以只好用胶泥做活字，而王帧经过反复实践，解决了这些问题，制造出一套3万多字的木活字。为了提高木活字印刷的排字效率，他发明了转轮排字架。

转轮排字架的主要构造是轻质木料做成的圆桌面似的大轮盘和轮轴。轮盘直径约7尺，轮轴高约3尺，轮盘是贮存木活字的，可旋转自如。轮盘上铺有圆形竹制的框子，将木活字按韵分类放在里面，每韵每字都依次编好号码。同时准备两架轮盘，一架存放选出可用的字，一架存放普通常用的字。另有两本册子，登录轮盘上木活字的号码次序。排版时一人从册子上报号码，另一人坐在两架轮盘之间，按所叫号码转动轮盘取出活字，“左右俱可推转摘字”，很是方便。

彩色套印的发明

雕版印刷术发明后，如何实现彩印成了突出的问题。经过长期的研究，人们终于在雕版印刷术的基础上，找到了一个好办法，这就是套版印刷。元朝末年，我国终于发明用红黑两色来套印书籍。办法是刻两块大小一样的木板，一块刻上要印红色的字或画，一块刻上要印黑色的字或画，分两次印刷，印的时候，只要这两块版版框完全吻合，就能使颜色套准。

16世纪末，彩色套印进一步发展和流行起来，甚至出现了彩色印刷的画集。到17世纪初，在套版的基础上，人们又创造了逗版印刷的方法，把木刻画的彩印术提高到一个崭新的水平。

逗版是把同一版面分成若干大小不同的版，每块版代表版面的一部分，分别刷上不同的颜色，逐个地印到同一张纸上，拼合成为一个整体。

逗版是非常细致复杂的工作。画面上有几种色彩，就得刻几块版。一幅颜色层次看来不很复杂的图画，常常要刻三四十块版。用这种方法印出来的图画，颜色深浅浓淡跟原画完全一样，最能保持中国画的艺术特色。

最早的纺纱工具

纺坠是我国最早的纺纱工具。纺坠在我国各地新石器时代的许多遗址中都有发现。它的使用，至少有8000年的历史。

我国最早采用的纺织材料主要是麻、葛纤维，麻、葛纤维要纺成线才能织。人类在长期的生产实践中队识到，把植物纤维合股并适当加捻，可以增加纤维的强度和抗拉度，经久耐用，于是出现了原始的纺纱技术，并产生了纺纱工具——纺坠。

纺坠也叫纺缚。商代甲骨文中已经有了纺缚的象形文字，这是世界上最早用文字记载下来的纺纱工具的名称。纺坠的构造一般是在一根横棒的中间或一个圆盘状物体的中间，插置一根木棍，利用横棒或圆盘转动时产生的力偶，将纤维合股并加捻。用纺坠纺纱的情况是，先把要纺的麻、葛纤维捻一段缠到拈杆上，然后垂下，一手提杆，一手转动横棒或圆盘，待纺到一定长度后，就把已纺的纱缠绕到拈杆上去，如此反复，一直到纺坠上绕满纱为止。

纺坠的构造虽然简单，却具备了现代纱锭的最基本功能——合股和加捻，它比手工捻纱提高了工效，同时也促进了织布技术的发展。

最早的纺织品

我国的纺织业历史悠久。在陕西西安半坡、河南三门峡庙底沟和陕西华县泉护村等新石器时代遗址中出土的陶器表面上，都发现过布纹的印痕，在每平方厘米的单位面积上，可看到布纹经线、纬线各10根。甘肃临夏大何庄新石器时代的墓葬中发现布纹痕迹，在一平方厘米的布纹上有经、纬线各11根，线条虽然粗，却很清晰。以上说明，我国在约六七千年以前，就有了纺织品。

我国目前所发现的最早的纺织实物，是在江苏吴县草鞋山新石器时代遗址中出土的距今约6000年的3块葛布残片。这些葛布虽然粗糙，但却是纬起花的罗纹织物，花纹为山形和菱形斜纹，还有罗纹边组织。在浙江吴兴钱山漾新石器时代遗址中，出土过距今约5000年的几块苎麻布残片，表面呈平纹组合，在每平方厘米的单位面积上有经线24根至31根，纬线16根至20根。这些发现表明，我国的纺织手工业在五六千年前就已经达到了比较高的水平。

黄道婆的发明

黄道婆，今上海一带人，自幼家中贫寒，寄于人家做童养媳，由于生活所迫，她只身逃离，流落在海南岛崖州。崖州生产棉花，黎族妇女个个都是纺织能手，而且这里的纺车织机也比内地先进。黄道婆精心学习，成为一名技艺精湛的纺织能手。1295年，她怀着对故乡的思念，带着几种织机和织品回到了久别20余年的故乡乌泥径镇。回乡后，她一面将学到的新技术传授给乡亲们，一面研究革新织机。她的革新和发明主要表现在以下几个方面：扎棉去籽方面，在改进了黎族人民所用的踏车的基础上，创造了一种扎棉用的搅车，使二轴相轧，籽落于内，棉出于外，大大提高了工效。在弹花方面，将原来长1尺的小弓，改为长4尺的强而有力的大弓，这样既提高了弹花的效率又保证了纺纱的质量；在纺纱方面，过去的纺车只有1个锭子，只能纺1根纱，而她创造性地发明了一种有3个锭子的脚踏纺车，同时可以纺3根纱，这是一个相当了不起的发明，这种纺车是当时世界上最先进的纺车。她发明的这种纺车比欧洲人发明的纺两根纱的纺机早了近500年，这项重大发明是黄道婆对棉纺织业的卓越贡献。在整经和织布方面，她创造性的利用和改进了传统丝织机，织出了各种美丽的棉布。她的这些成就在元代中期大科学家王祯的《农书》里都有记载。黄道婆的革新和发明，使我国古代纺织业出现了大变革，对我国古代的纺织工业有着重大意义。

台炼铸造

《周礼·考工记》

《考工记》是先秦一部重要科学技术著作，是春秋末年齐国人记录手工业技术的官书，也是一部手工业技术规范的总汇。书中主要记述了有关百工之事。分攻木之工、攻金之工、攻皮之工、设色之工、刮摩之工、抟植之工6部分，分别对车舆、宫室、兵器以及礼乐诸器的制作作了详细记载，是研究中国古代科学技术的重要文献。车辆在商周时期主要用于作战和狩猎，商代的车系由车辕、车舆和轮、轭等部分构成，还有马具和辔饰。考古发现商代“车马同坑”，说明车是用马拉的。战国时已有马用挽具、马鞍和马镫。《考工记》中记述了一套比较完整的制车工艺规范。书中提出的制作车轮工艺的十项准则是商周以来长期造车和用车经验的总结。

它的攻金之工中的“六齐”所记录的古代配制青铜合金的六条规定，是世界上对合金成分和性能的关系的最早认识，其内容是：“金有六齐：六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。”“六齐”的成分配比规定是我国古代青铜技术高度发展的表现，它是许多试验资料的反映和归纳。