日志
世界科技全景百卷书-数学与物理的发端（5）
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鲁班的创造
在前面，我们谈到墨子与公输般之间的争论和演示攻城机械。那么，公输般是何许人呢？
有个成语叫“班门弄斧”，我想连小学生都知道，意思是说，在鲁班门前拿着斧头卖弄技能，太不自量力。
还有一首民谣这样问：“赵州桥什么人儿修？”回答说：“赵州桥鲁班爷修。”在我国传统里，木工、泥瓦工把鲁班当作祖师爷。在人们的心中，鲁班是技巧高超的工匠的化身。
那么，这里说的鲁班又是何许人也？
原来，鲁班和公输般是一人。公输，是他的复姓，般是他的名。后来的人因为他是鲁国人，“般”和“班”同音，古时通用，所以人们称他为鲁班。
鲁班大约生于周敬王十三年（前507），卒于周贞定王 25年（前444）。
他出身于世代工匠的家庭。
由于父兄们耐心地传授，加上他勤奋地学习，长大后成了一名优秀的工匠，并有过许多的创造发明。
由于他的创造发明，都是些手工机械，并且这些机械都是根据物理的最基本原理发明出来的，所以，我们把它归于物理学科。当然，这是有些牵强附会。
闲话少说，书归正传。
且说有一年夏天，鲁班家乡鲁国国王要鲁班监工营造一座宫殿，期限为3年。但是这座宫殿所需的木料，足够鲁班等工匠们到山上砍上3年也完不成任务。
这可急坏了鲁班，因为国王的话就是圣旨，是不允许随便更改的，如果真的是耽误了工程进度，杀头是不可避免的。鲁班愁得连觉也睡不踏实。
为了加快砍伐木料的进度，鲁班每天都要提前上山选择好要砍的树木。
这天，天色刚蒙蒙亮，鲁班便迎着晨曦，踏着夜露，提前出发了。
为了节省时间，鲁班便抄小路走，小路上山近，可是坡陡路滑，而且横七竖八地长满了小树、杂草，行走非常不便。
鲁班只好搀着树木、拽着茅草往上爬。忽然，脚底一滑，身体便顺着山坡往下滚去，鲁班急中生智，急忙抓住一把茅草，由于没有抓牢，反而感到手掌心疼痛无比。
滑到山脚，鲁班狼狈地爬了起来，伸开手掌一看，掌心已是鲜血淋漓。
鲁班非常惊奇，为何一把茅草能够划破人的手掌。
鲁班顾不得疼痛，沿着滑下来的山坡，爬上去一看，这丛茅草与别的草没有两样。鲁班不甘心，便揪下一根茅草仔细地观察起来。
这茅草的叶子很怪，叶子两边都长着锋利的小细齿，人手握紧它一拽，手掌就会被划破。鲁班又试着用茅草在他的手指上拉了一下，果然又划开一道血口。
鲁班正想俯身探究其中的道理，忽然看到近处有一只大蝗虫，两枚大板牙一开一合，很快吃着草叶。鲁班把蝗虫捉住细看，发现蝗虫的大板牙上也排列着许多小细齿。
鲁班从这两件事中得到启发，心想：如果仿照茅草和蝗虫的细齿，来做一件边缘带有细齿的工具，用它来锯树，岂不比斧砍更快、更好吗？
鲁班忘记疼痛，转身下山，做起试验来。在金属工匠的帮助下，鲁班做了一把带有许多细齿的铁条。
鲁班将这件工具拿去锯树，果然又快又省力。锯子就这样发明了。这个故事虽说是传说，但是，我们从中却可以得到这样的启发：实践出真知，钻研出智慧。
传说鲁班的母亲和妻子对鲁班的发明创造有很大的帮助。
例如，鲁班做木工活，用墨斗放线的时候，原来是由他母亲拉住墨线头的。后来，母亲在线头上拴一个小钩，这样，一个人操作就可以了。后世木工把这个小钧叫做“班母”，以纪念这个创作。
又如，木工刨木料的时候，前面顶住木头的卡口叫做“班妻”，这是因为传说鲁班刨木料起初是由妻子扶住木料，后来才改用卡口的缘故。
鲁班的妻子云氏也是一位出色的工匠，根据《玉屑》上的记述，伞是她发明的。直到今天，伞仍然是人们日常生活中不可缺少的用具。
鲁班的发明创造很多。不少古籍记载，木工使用很多的木工器械都是他发明的。像木工使用的曲尺，叫鲁班尺。又如墨斗、刨子、钻子等，传说均是鲁班发明的。
这些木工工具的发明，使当时工匠们从原始、繁重的劳动中解放出来，劳动效率成倍提高，土木工艺出现了崭新的面貌。这里面都包含着原始的物理科学知识。
鲁班还是一个很高明的机械发明家。他制造的锁，机关设在里面，外面不露痕迹，必须借助配合好的钥匙才能打开。
《墨子》一书中有这样的记载：“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下。”就是说鲁班制作的木鸟，能乘风力飞上高空，三天不降落。这可不可以认为，是原始航空科学的先头兵。
鲁班还改进过车辆的构造，制成了机动的木车马。这种木车马由木人驾御，装有机关，能够自动行走。
后世不少科技发明家，如三国时期的马钧、晋朝的区纯、北齐的灵昭、唐朝的马待封等，都受这个传说的影响，相继朝这个方向发展过。
在兵器制造方面，鲁班曾为楚国制造攻城用的器械，在战争发挥过巨大作用。后来在墨子的影响下，不再制作这类战争工具，专门从事生产和生活上的创造发明，以造福于劳动人民。
2400多年来，人们为了表达对鲁班的热爱和敬仰，把古代劳动人民的集体创造和发明也都集中到他的身上。因此，有关他的发明和创造的故事，实际上是我国古代劳动人民发明创造的故事。
鲁班的名字实际上已经成为古代劳动人民勤劳智慧的象征。
指南针的故事
飞机在辽阔的天空中翱翔，轮船在无际的大海中航行，探险队在苍莽的森林中勘察，商旅们在浩瀚的沙漠中跋涉，他们是依靠什么来辨别方向的呢？
大家也许会不约而同地说出同一答案：指南针。可你知道指南针是怎样发明的吗？你知道关于指南针，有许多使人难忘的故事吗？
相传在4000多年前，在中国北方中原地区，黄帝和蚩尤大战于涿鹿之野，战斗持续了半年未有分出胜负。
应该说，黄帝在这场战斗中能够取胜，因为他的部落是一个比较强大的部落，而且他代表着正义。但是，每当战斗即将胜利之时，总是有大雾迷漫山野，让人辨不出方向，所以总是前功尽弃。
黄帝决定派人探个究竟，这雾到底是怎么引起的。于是派一个重要将领随自己上山，侦察蚩尤部落的动静。
黄帝等人到了山上后，各处山谷里全弥漫着悠悠昏霞，雾悄然独自上山，好像一个恶灵，寻找安息之处而不可得似的。粘湿而冷酷的雾缓缓飘来。
只见，浪潮起伏，互相追逐，好像险恶的海面上的波涛。雾的密度封闭了所有景物，就在黄帝准备命令返营时，身边的大将突然发现了一个奇迹。
黄帝随着大将手指的方向望去，只见在蚩尤的大营中，蚩尤正坐在祭坛上，身后幽燕，徐徐作雾，雾从他的口中吐出，慢慢飞出营外，萦绕着山川巨野。
黄帝这才想起这不是自然界之雾，如想破掉雾，必须造出一样东酉，使人能够辨别方向，然后才可一举破之。
黄帝回营后，立即吩咐能工巧匠造指南车让指南车认出方向。在指南车造好后的一个黄昏，黄帝率领部落，大举进攻蚩尤。
这时蚩尤再作雾也不灵了，黄帝部落在指南车的指引下，在迷雾中大败蚩尤，结果蚩尤残败，黄帝大胜。
其实，上面这个故事虽然流传很广，但是黄帝发明指南车是不足信的。
而且指南车与指南针有着本质的区别。
根据历史记载，东汉时的大科学家张衡倒是确实发明过指南车，但是他的制造方法却失传了，甚为可惜。
到了三国时代，有个叫马钧的发明家，重新造出了指南车。当然，马钧的发明，我们将在后面介绍。
下面这个故事，倒是和指南针有些关系。
据说秦始皇在位时，身边网罗了一批术士来为他寻求长生不老之药。有一天，一位叫徐福的术士奏本说：“在东方的大海上有三座神山，名叫蓬莱、方丈、瀛州，仙人们都在那里居祝请皇帝让我率领一批男女儿童前往寻求。”
秦始皇很高兴，马上选派了几千名儿童，又为他造了艘大船，让他从现在的山东日照县附近出海。谁知徐福一去不返，不知道他把这些男女少年带向何方。
几千年过去了，秦始皇早已成为历史的陈迹。但徐福渡海求药的故事并没有被人们忘记。有些历史学家认为，当时徐福他们是横渡黄海和朝鲜海峡到达了日本。
如果情形真是如此的话，那么徐福可以算得上中国航海家中的先驱人物，也就是说，徐福最早使用了指南针。
也许有读者会说：“难道徐福非要使用指南针不可吗？比如用太阳、星星定方位，不是同样可以到达指定地点吗？”
不错，这样的确可以，我国古代的人们也就是这样做的。但是，如果碰到那种“阴风怒号，浊浪排空，日星隐耀，山岳潜行”的天气怎么办呢？
再说，这种天气，在大海中是家常便饭。茫茫大海，无边汪洋，如果航向偏离1°，那就可能永远也到达不了目的地。正所谓“失之毫厘，谬以千里。”
当然，我们在这里，也只是猜测而已，不必当真，权且作为探讨。
指南针是利用磁铁在地球磁场中的指极性而制成的。磁铁能够吸铁，也就是我们通常说的吸铁石。
2000多年前，我国的春秋战国时期，采矿、冶铁业已有相当规模。劳动人民在寻找铁矿的过程中，发现了这种神奇的矿石，因为它一碰到铁就吸住，好比一个慈祥的母亲吸引自己的孩子，所以称它为“慈石”。
《管子·地数篇》中记有：“上有慈石者，下有铜金。”《山海径·北山经》中记有：“西流注于泑泽，其中多慈石。”古人把磁石吸铁比作“母子相恋”。
他们不但发现了磁石的吸铁性，而且还发现了磁石的指极性。每块磁石的两头都有不同的磁极，一头叫S极，一头叫N极。
而我们居住的地球本身，也是一块天然的大磁体，在南北两头也有不同的磁极。靠近北极的磁性为S极，靠近南极的磁性是N极。因为同性磁斥的缘故，所以不管在地球什么位置，放置一根磁针，它的N极始终指向北方。
但是，最初的指南针，同现在指南针的形状完全不同。最初的指南针是用磁石做成的，它是一块天然的磁石，琢磨成勺子的形状。
把磁石的S极琢磨成勺柄，并使磁勺的重心落在圆而光滑的底部中央。
磁勺做好后，还得做一个光滑的底盘。
使用的时候，把它放在平置底盘的中央，用手拔动勺柄，使它转动，当它停下来时，勺柄指向南方，古人把这磁勺称为“司南”，就是负责指南的意思。
司南是世界上最早的指南针，中国古籍中有许多用司南来辨别方向的记载。如《鬼谷子·谋篇》中，曾记到有人外出采玉，就带了司南去，以便不迷失方向。
《韩非子·有度篇》记有：“先王立司南以端朝夕”，这也是用司南来定方向的记载。
但是，这种用天然磁石琢制司南的方法，技术要求较高，难度较大。因为天然磁石在琢制的过程中，容易因受到震动而失去磁性，所以这种司南得不到广泛的使用。
随着社会的发展，战争和海上航行的需要，人们迫切要求一种制作和使用更加方便的指向仪器。我国劳动人民在长期生产实践中，逐渐掌握了人工磁化的方法，指南针因此得到了很大的发展。
在公元1044年，北宋初年，由曾公亮主编的一部军事著作《武经总要》中，详细地记载了一种新颖的指南工具——指南鱼的制法。
“以薄铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁铃铃鱼首出火，以尾正对子位（北方），蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。”
这样一来，铁片鱼就被磁化成指南鱼了。使用时，只要取一碗水置于无风处，平面鱼会浮在水面，待它静止时，鱼首所指的方向就是南方。
当然，上面所说的薄铁片，应是一种低碳钢。这种人工磁化法要比欧洲早几百年，直到1600年，英国人吉尔伯特才发现使红热的铁棒沿着地球磁场方向冷却而磁化的方法。
当时不但有铁片制成的指南鱼，还有用木头做的指南鱼和指南龟。木制指南鱼，是一块手指大小的木头刻成鱼的形状，从鱼嘴往里挖一个孔，放进一块磁铁，使它的S极向外，再用黄蜡封口。
使用时，将木头鱼放在水面上，其原理同铁片鱼相仿。但指南龟则不放在水中，而是将龟肚下方挖个小洞，让它顶在光滑的竹签上面，便于自由转动。
指南鱼发明后不久，人们又掌握了一种更好，更方便的人工磁化法，就是用天然磁石摩擦钢针，使钢针磁化。这种经过人工磁化的钢针，可说是正式的指南针了。
这样一来，指南针的制造过程大大简化，为指南针的广泛应用提供了先决条件。
北宋著名科学家曾在《梦溪笔谈》一书中，记述了这种指南针的四种用法： 1.以磁针横贯灯芯的水浮法； 2.指甲旅定法，即把磁针放在光滑的手指甲面上； 3.碗唇旋定法，即把磁针放在光滑的碗口上； 4.缕悬法，即在磁针中间涂一点蜡，粘上一根线，挂在无风的地方。
水浮法、缕悬法和木刻指南龟用的针顶法，直到现在，仍为航空和航海用的罗盘以及地磁测量仪所采用。
指南针的最大历史功绩是在于航海上的应用。从目前掌握的材料看，最早用于航海的是在北宋。宋代时，航海业已相当发达，与日本列岛和南洋群岛的交往已很频繁，同阿拉伯各国的贸易关系也很密切。
这些海上交通的迅速扩大，是与指南针的应用息息相关。不论天气如何阴晦，航向都可由人来把握。
南来的《梦梁录》曾写道：“风雨冥晦时，惟凭针盘而行，乃火长掌之，毫厘不敢差误，盖一舟人命所系也。”
元代的《海运篇》中有这样一句话：“航行海洋，不畏深深而虑浅，不虑风而虑礁，……立定盘星以取向。”
上面所说的针盘，盘星就是航海罗盘。明朝的《东西洋考》中说：船出河口，进人茫茫大海，波涛连天，毫无岸边标帜可循，这时就只好“独特指南针为导引”了。
由此可见，小小磁针，对于海上航行是多么必不可少，对于推动航海业的发展，起到了何等重要的作用。
最著名的航行，有明代郑和下西洋，从江苏刘家港出发到印尼苏门答腊，沿途航线都标有罗盘针路。以后的哥仑布航行抵达美洲大陆和麦哲仑环球航行，也都依赖的是海上救星——指南针了。
中国的指南针大约在公元12世纪传到阿拉伯，然后再由阿拉伯传到欧洲。
那时到中国来的阿拉伯人都乐于乘坐中国船只，因为中国船船身大，结构坚固，航速快。这就为罗盘传入西方提供了条件。
西方在学会使用罗盘后，根据实际需要又进行了科学的改进。由于罗盘在随船体大幅度摆动时，常使磁针过分倾斜而靠在盘体上转动不了。
欧洲人设计了称为“方向支架”的常平架，它是由两个铜圈组成，两圈的直径略有差别，使小圈正好内切于大圈，并用枢轴把它们联结起来，然后再用枢轴把它们安在一个固定的支架上。
最后，把罗盘就挂在内圈里，这样，不论船体怎样摆动，罗盘总能保持水平状态。这种仪器的原理已经是比较近代化了。
应当顺便指出的是，我国古代科学技术界至少在宋代就已经发现了两个地磁要素，即磁偏角和磁倾角的存在。
北宋大科学家沈括在用磁针做实验时，发现指南针所指的南北与地理上的南北并不完全一致，两者之间存在着偏角，即磁偏角。
沈括指出：“常微偏东，不全南也”。这是世界上最早的关于磁偏角的记载。地磁学告诉我们，磁偏角是随着地点的变化而变化的，又由于地磁极在不偏的变化，所以，磁偏角也随之变化。
所以，沈括指出的是“常微偏东”，而不是“恒微偏东”。这说明了沈括已经发现了偏角并非是一成不变的。
欧洲人对磁偏角的最早发现是哥仑布探险的1492年。所以，中国发现的磁偏角至少要早好几百年。
另外，曾公亮所记载的磁化铁叶鱼时，整个鱼身须是倾斜的，只把正对北方的鱼尾没入水中，而鱼首则高出水平。这个实验证明，我国古代的科学家们已经意识到磁倾角的存在。这个发现比纽仑堡罗盘工匠加特曼的同一发现正好早500年。
到了南宋时，磁偏角因地而异的情况更有明确记载，并被应用到罗盘上。
所谓“天地南北之正，当用子午。或谓江南地偏，难用子午之正，故丙壬参之。”
这就是说，在地理子午线和地磁子午线一致的地方，用指南针可以；而中国东南部，地理子午线和地磁子午线有一个夹角，所以需要用其他方法来修正一下。
作为四大发明之一的指南针，历来是中国人引以自豪的，这一发明不但说明了中国古代人民的智慧和观察能力，而且是中国对世界历史发展的巨大贡献。
如果说，科学进步的历史是全世界各国人民共同推动的，那么说，中国古代曾处于这个行列的前面，则是一点也不过分的。
创造指南车
前面我们已介绍了黄帝与蚩尤的逐鹿之战，在这场战争中，由于黄帝发明了指南车，结果大获全胜。
还有一个传说，说是周公发明了指南车，周朝初年，南方的越裳氏派来的使臣迷失了回去的路线，周公制作指南车，派人护送他们回国。
传说毕竟是传说，但它却说明了一点：指南车的发明是为了辨识方向，而辨识方向则是出于远行的需要，远行或是由于战争，或是由于外交，或是由于贸易。
可靠的记载是：东汉，张衡制造指南车，但经过汉代末年的战乱，这指南车没能保存下来，实是件遗憾之事。
但到了三国之时，倒是有一个著名的人物，排出干挠，发明了指南车，这个人物便是三国时期的机械制造家、发明家马钧。
马钧，字德衡，三国时期魏国扶风人（今陕西兴平）。出身于贫寒家庭。
他从小就善于动脑，又勤于学习，刻苦钻研，因而成为一个“巧思绝世”的科学家。
三国时，魏蜀两国经常发生战争，有一次诸葛亮出师攻魏，曾经使用一种新式连弩，可以连续发射几十支铁制弩箭。后来魏军拾到一架，马钧看后说：“巧是很巧，但还不算最好，如果再改进一下，效率还能增加5倍！”
不过这项革新计划未能付诸实践。
当时，还有一种攻城武器叫“发石车”，可以抛出石块打击敌人。据说当时曹操用这种武器打败了袁绍。
马钩发现，这种发石车不但用人多，花费时间长，而且抛出去的石头速度慢。如敌人在城楼上悬挂湿牛皮，就会挡住石头，落下来就会砸伤自己人。
更何况这种发石车只能单发，不能连续发射。
为了克服这些缺点，马钧设计了一种新的攻城武器——轮转式连续抛石机。
他设想，用一个竖置能绕轴转动的大木轮，在轮缘的周围用绳子吊上几十块大石头，然后用机械带动木轮旋转，轮边的悬石也一起旋转，等到旋转速度很大时，按一定节奏断开绳索，就会使石块一块接一块飞射出去，接连不断地打击敌军。
马钧曾经用车轮和几十块砖瓦作过试验，结果完全符合设计要求，接连不断打出去的砖瓦，能飞出几百步远，威力很大。
但是这项发明和连弩机一样，由于统治者不重视，也没有能制造和推广。
但马钧的朋友，文学家傅玄很赏识他的才华、支持他的创新设想。
经过傅玄的多方奔走，安乡侯曹羲以马钧不善言辞，讲不出深奥的道理为理由，不同意让他进行试制。所以，马钧始终没有能够把自己的设想变为现实。
对于这件事，傅玄深有感触地说：“试验一下，本来是极容易的事。可是像马钧这样天下知名的巧人，尚且得不到重视，更何况那些不出名的人呢？
后来的人一定要以此引为鉴戒，以免重蹈覆辙。”
但是，值得一提的是，马钧制造了已经失传很久的指南车。
指南车又名司南车，是古代帝王出行时候的先驱车。车上站一个木人，伸臂南指，不管车子怎样转动，本人的手臂总是指向南方。也就是方向车。
本来，中国的春秋时已经发明了指南车，东汉科学家张衡也制成过指南车，但到三国时期均已失传了。
魏明帝青龙年（233～236）中，马钧在京城担任给事中的官职。一天，马钧和一部分官员在朝房中谈起了指南车的问题。
当时在场的散骑常侍高堂隆和骁骑将军秦朗都认为，古代并没有什么指南车，都是些文人狂编乱说而已，所以，史书上的记述大都不可信。
马钧不同意这种看法，他说：“古代很可能造过指南车，只是我们没有深入去研究罢了。其实，也并不是多么深奥的事。”
高堂隆和秦朗听后，冷笑说：“先生名钧，字德衡。‘钧’是器物的模型，‘衡’是可以定物的轻重。可你说话连个轻重都不分，难道可以作为模型吗？”
马钧回答道：“空口争论有什么用，不如试验试验，方可见分晓。”
高堂隆说：“试验一下？只恐怕是白花国家的钱吧！”
马钧气愤地说道：“如试验不成指南车，损失的钱，全从我的饷银中扣除。”
“此话当真？”
“谁和你开玩笑！”
于是高堂隆和秦朗就把这件事报告了魏明帝，魏明帝便命令马钧试制指南车，并限期在半年之内制成。
马钧经过刻苦钻研，在工匠们的帮助下，没多久，终于制成指南车，高堂隆和秦朗在事实面前再也无话可说了。自此以后，“大下服其巧矣，”大家都佩服马钧是一个很有智巧的人，他的名声传遍天下。
值得指出的是，指南车和指南针，虽说用处都是为了指引方向，但性质截然不同。指南针是利用磁性原理，而指南车则是利用齿轮机械原理制成，两者不可混为一谈。
指南车的设计，是我国古代科学技术的卓越成就，西方学者对于我国古代的这项伟大发明，给予了高度的评价，说它是一切控制机械的祖先之一。
马钧制成指南车不久，有人给魏明帝进献了一种叫做“百戏”的木偶玩具，其设计精巧、造型优美，可惜不能动作。
魏明帝问马钧：“你能使这些木偶人动作起来吗？”
马钧问答说：“能！”
“那就交给你改制吧。”
马钧接受任务后，便用木材做了一个大轮子，平放在地上，用水力使木轮转动，同时轮子上设置的木人都一起动弹起来。
木人们有的击鼓吹箫，有的唱歌跳舞，有的跳丸掷剑，有的爬绳倒立，还有的舂米磨面、斗鸡杂耍，栩栩如生，变化无穷，成为壮观多姿的“水转百戏。”
要使这么多的人自己动作起来，其中一定运用了一套复杂的齿轮、凸轮、连杆等传动机构。这无疑体现了我国当时的机械学方面知识和技术水平均是相当高的。
马钧在其他方面，也做出了极大的成就。如改造织花提布机，发明制造灌溉机械龙骨水车等。
马钧的才智是过人的，当时的人们称他为“国之精器。”他不大善于言谈，喜欢独立思考和埋头苦干，这大概是科学家、发明家一种共同的性格吧。
马钧在机械方面的许多杰出创造，使他成为我国历史上著名的科学家之一。他为科学技术和生产的发展作出了巨大贡献。
可是，像这样一位杰出的机械制造家，在当时的社会条件下，却没有得到应有的重视。他后来虽然做了一个“给事中”的小官，却学非所用，这也可说是一种悲哀。
他的发明，创作一再受到阻挠和蔑视，他的科学知识和才能也没有得到充分的发挥，这说明了腐朽的封建制度埋设和浪费了多少的人才呀！
不断发展的造纸术
远古的时候，人们没有文字，用堆石、结绳、岩画、契本、刻陶等方法记事，以后，我们的祖先发明了文字。大约到了3500年以前的殷朝，我国出现了甲骨文。
这时的人们，遇有祭祀、狩猎、战争等等大事，便先占卜，然后行动，而占卜的原因和结果，就刻写在龟的腹甲上。
尔后，古人的青钢冶炼技术达到很高的水平，人们把一些需要永久保存的文字铸在青铜器或刻在石碑上，这时的文字叫做钟鼎文、石鼓文等。
到了春秋战国时期，人们又采用了新的记事材料，叫“简牍”。“简”是竹片，“牍”是木片。一片竹简一般只写一行字，少数写两至三行字。把刻有一篇文章的竹简串联起来，就叫做“册”或“策”。
简牍比起甲骨、钟鼎、石碑是一大进步，它材料充足，书写容易，收藏和运输也方便。可是连篇累牍，还是显得笨重不堪。
战国时，当时的著名学者惠施，出外游学，用五辆车子装载竹书。此件事，就是成语“学富五车”的来源。其实，他那五车竹书，也不过有现在的几本书。
另据记载，秦始皇每天批阅的简牍文书重达60千克。西汉时，一个名叫东方朔的人写了一篇文章给汉武帝，共用去竹简3000多片，由两个身强力壮的武士抬进宫去，而汉武帝用了两个月的时间，才看完这篇文章。
我们现在有个成语叫“汗马牛，充栋宇”，就是形容简牍之多的。搬运时，牛马累得出汗；储藏时，房屋堆得满满的。
在使用简牍的同时，另一种书写纸缣帛也开始使用。缣帛是蚕丝的织造品，质也轻薄，便于书写。但是缣帛十分昂贵，一匹缣帛的价格相当于360千克大米。
因此，随着社会经济文化的发展，迫切需要一种轻便、实用、经济的书写材料。经过我国古代劳动人民的长期实践和不断改进，一种理想的新型书写材料，终于在汉朝制造出来了，这就是纸。
本世纪以来，在我国新疆、内蒙古和陕西等地，多次出土了西汉纸残片。
经过化验分析，确认它是汉武帝（前140～前87）时期的遗物，主要是由大麻和少量苫麻做原料制成的。
这是已知的世界上最早的植物纤维纸。这一事实说明了早在公元前2世纪，我国劳动人民就已经发明了造纸术。
这种纸由于是在西安的灞桥出土，所以叫它灞桥纸。这种纸的制作比较粗糙，其纤维组织松散，强度比较差，厚薄不匀。所以，开始造的纸质量欠佳，不便书写。
汉代许慎的《说文解字》说：“纸，絮，一苫也，从系，氏声。”许慎的这段话，简要而明确地说明，最早的纸是由丝絮漂洗后的残絮制成的。
以后，又经过了约200年，在造纸上有杰出贡献的，应首推蔡伦，他发明了更好的纸。
蔡伦，字敬仲，东汉桂阳（湖南耒阳）人，明帝永平末年（75年或以前），开始在京城洛阳皇宫里当差。章帝建初年间（76～84），任小黄门职务。直到到和帝即位（89），升任中常侍，侍从皇帝。参与国家机密大事。
蔡伦是个很有才能的人，他总结西汉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、旧鱼肉等原料，经过精工细作，制出优质纸张。
元兴元年（105），有人将蔡伦的造纸术奏报朝廷，受到汉和帝的称赞，从此造纸术得到推广。为此，汉和帝封蔡伦为“龙亭侯”，所以他组织监制的纸被封为“蔡侯纸”。
从这些资料表明，大约从西汉武帝时期发明造纸术以来，到公元2世纪初的东汉时期，我国已经完成了具有重大意义的造纸技术改革。
其划时代意义表现在如下几方面：
1.采用了多种原料，解决了造纸原料来源不足的问题。尤其是用树皮做原料，是重大的创造，可以说开创了近代木浆纸的先声，为造纸业的发展开辟了广阔的途径。
2.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。
其造纸程序可能有这样几个环节：①分离；②捶捣；③交织；④干燥。
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序并没有什么根本的变化。
3.造纸业从此成为独立的行业，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。从此，纸的生产得到了迅速的发展。
因此，蔡伦在改进造纸技术方面的成就是不可低估的。
蔡伦由于职务上的关系，有观察、接触生产实际的条件，有机会学习和总结工匠们多年积累下来的丰富造纸经验，所以才能够监制出质量比较优良的纸张，实现了意义重大的造纸技术改革。
所以，汉朝造纸工匠们的创造性劳动是不容忽视的，是值得歌颂的。
自蔡伦制出优良的纸张后，深受人们的欢迎和喜爱，造纸术很快推广到全国各地，简牍和缣帛逐渐被历史所淘汰。
到公元3至4世纪，纸已经基本上取代了落后的简、帛而成了我国唯一的书写材料，有力地推进了我国科学文化的传播和发展。
到了3至6世纪的魏晋南北朝时期，造纸术又不断更新。在原料上，除了原来的麻、楮外，又有桑树皮、藤皮造的纸。
在这一时期，设备上也出现了活动的帘床纸模，用一个活动的竹帘放在框架上，可以反复捞出成千上万张湿纸，提高了功效，减少了消耗。
在加工技术上，加强了碱液（石灰）蒸煮和舂捣，改进了纸的质量。当时已经能够造出洁白光滑、纤维匀细、质地坚韧的优良普通纸和色纸、涂布纸、填料纸等。
北魏贾思勰所著的《齐民要术》中，记载了用楮皮作造纸原料的处理方法，是目前已知的关于楮皮纸的最早记录。
书中还介绍了纸的染潢法，利用黄檗防虫蚝和染色。防蛀纸的应用对于长久保护书籍免遭损害起了重要的作用。
隋唐时期，我国的造纸业已经遍及南北各地，产量和质量大大提高。除了麻纸、楮皮纸、桑皮纸，藤纸外，还能生产出檀皮纸、稻麦杆纸和新式竹纸。
两宋以来，由于雕版印刷术的兴起，印书业的出现，极大地促进了造纸业的发展。各种纸制品已经广泛应用到日常生活中。
到了元明时期，造纸工艺已经相当完备。明代宋应星在《天工开物》一书中，详细地记述了技术复杂的竹纸制作技术，其中包括一些关键性的工序。
比如用石灰和草木灰蒸煮处理纸浆，以加速纤维离解，除去杂质，并且起漂白作用；加“纸药水汁”，使纸浆抄制更加均匀。
随着造纸业的发展，纸的品种也逐渐增多，各个朝代，不同省区都有名纸出产。如东汉末的“左伯纸”；晋朝的“侧理纸”；南北朝的“凝光纸”等。
到了唐宋时期，纸的精加工技术已经达到令人惊叹的水平。如唐朝的“十色笺”和“薛涛笺”，以及北宋初的“澄心堂纸”等，不仅有多种颜色的区别，而且纸面砑磨极为光滑，甚是喜人。
唐代的笺纸制作，极为成功。元和年间，蜀妓薛涛造十色花笺。元稷白居易、牛僧孺、刘禹锡、杜牧等20余人，先后与薛涛唱和，用的都是薛涛笺。
因而，薛涛笺名传千古，为世人所宝重。但有的书上记载，十色花笺不是薛涛所造而是谢公所制。元费的《笺纸谱》所记，十色乃是深红、粉红、杏红、明黄、深青、浅青、深绿、浅绿、铜绿、浅云。薛涛笺只有深红一种，因而，又称薛涛笺为“红八行”。
不论制造十色笺的是谁，而唐代笺纸已有十色，这是确凿无疑的。
南唐李后主酷嗜文事，对造纸非常关心。著名的有会府纸；长2丈，宽1丈，厚如数层缯帛。而最有名的算是“澄心堂纸”：“肤如卵膜，坚洁如玉，细箔光泽，为一时之甲”。这是一种高级书画纸。
宋代，造纸业有了更大的进步，对前代的名纸无不仿造，其中以澄心堂纸制造尤佳。著名书画家均用此纸。欧阳修在撰写《新五代史》时，底稿也是用的此纸。
此外，苏州的“金栗山藏经纸”，浙江的“富阳小井纸”、“赤亭山赤亭纸”，江西抚州的“茶衫子纸”，湖北的“鄂州蒲圻纸”等，都比较有名气。当时，张永自造的纸，胜过宫廷监造的纸，誉为“天下第一”。
而宣纸，可能在唐代就有了。宋末，曹大三避战乱来到了安徽泾县小岭，见当地山多地少，盛产青檀皮，并有洁净泉水四季常流，就在这里制造宣纸为生。
元明时期，宣纸生产有了进一步的发展。所产的“花格之白鹿笺，蜡砑之五色笺、松花笺、月白笺、罗纹笺为世所喜”。这些纸，是书画家渴求的珍品。
到了清代乾隆时，宣纸生产已十分繁荣，品种达近百种。泾县东乡泥坑汪六吉仰记所造的宣纸，号称“全球第一”。
宣纸的特点是：
1.洁白。其白色略似莹光，却无莹光之反射，十分柔和。而且白色稳定，百年不变。古人称之为“光白可爱”。
2.柔韧。贮藏多年的宣纸抖动时，绵软轻飘，几乎没有响声。反复折叠不断裂，浸水提起不破碎。这是由于青檀皮纤维较长，在宣纸中相互缠绕，紧密不散。
3.韵墨。墨汁落纸，四面渗化，深浅浓淡，层次丰富，无呆板生硬之感，有均匀和谐之趣等特点。
4.吸墨。生宣纸，不施胶，不涂料。墨汁上纸，渗透纸内。几百年后，还能见到“纸墨之光射目”的情景。
我国的造纸术，最先传到越南和朝鲜。大约在隋朝末年（610），又由朝鲜传到日本。到了唐代，中国和尚陆续到印度取经，以后，印度学会了造纸。
天宝十年（751），唐朝军队与阿拉伯军队在天山一带交战，许多士兵被俘。被俘的士兵中有很多造纸匠。以后，这些造纸匠就把造纸术带到了阿拉伯。
阿拉伯人塔利比写道：“造纸的方法是由中国的俘虏传到撒马尔罕的。
获得这些俘虏的人是齐牙德·衣布·噶利将军。
12世纪中叶，阿拉伯人又把造纸术传入了欧洲，再经过400年，造纸术传到了美洲。19世纪，澳洲也建立了造纸厂。
这样，可以说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。
著名的英国科学家弗兰西斯·培根在评价包括造纸术在内的我国古代“四大发明”的时候说：“它们改变了世界上事物的全部面貌和状态，又从而产生了无数的变化；看来没有一个帝国，没有一个宗教，没有一个显赫人物，对人类事业曾经比这些机械的发现，施展过更大的威力和影响。”
纸的发明，是中华民族的智慧结晶，是对世界文化的伟大贡献，是记载于世界科学史中的光辉篇章。
推动历史的火药
且说在隋朝初年，杜子春去拜访一位炼丹老人。由于两人是老朋友了。
几杯酒下肚，三言两语已是半夜时分，于是杜子春和炼丹老人抵足而眠。
却说杜子春由于喝酒超量，总是睡不着。就在三更时分，只听得外面“轰卤一声巨响，吓得杜子春一跃而起。
炼丹老人也慌忙起床，两人循声来到炼丹房，只见炼丹炉内喷涌出阵阵紫色烟雾，烟雾上窜到房顶，散布室内。转眼间房屋烧了起来，两人吓得直往外窜。
这到底是怎么回事？杜子春问老人，老人也摇头不知，只是嘟哝道：“天火毁了我的房子，天火毁了我的房子！”
真的是天火毁了他的房子？
其实哪有什么天火，他们所看的情景就是火药爆炸的情景。那火药从何而来呢？
原来，炼丹家们要炼的丹，不外乎有两种，一种是长生不老之药，二是金银。他们用的原料是铜、锡、铅、水银、硫磺、硝石等，用的器具是炼丹炉，而用的燃料则是树木做成的木炭。
因而，硫磺、硝石和炭的粉末，也就不免要混合在一起。而这种混合物就是火药，但炼丹家们一开始哪了解到这些。这些混合物，只要碰上火星或受到敲击，就要爆炸。
后来，爆炸的现象多次重复，这才引起炼丹家们的注意。他们经过细心地观察，不断深入地研究，分析、试验、终于拟制成了一个新的配方。于是，火药就发明了。
火药的发明，从某个炼丹家来看，是很偶然的；而从整个炼丹术的发展来看，则是迟早会出现的。
火药触火即燃，其化学反应式近于：
2KNO＋3C＋S→N↑＋3CO↑＋KS＋169千卡，另外还有少许 CO、 3 2 2 2KCOKSO。
2 32 4
体积很小的火药，燃烧时产生大量的气体和热量，体积突然膨胀，增至几千倍，因而在密封的容器里会引起爆炸。同时，因不完全燃烧，所以能看到冒烟。
在现在，配制火药很容易，民间流传的“一硝二磺三木炭”，就是火药简易的配方。但在古代发明火药时，可不那么容易。
火药的发明，决不是哪个人的功劳，而应是古代劳动人民集体智慧的结晶。它是随着生产的发展，社会的进步，人们的不断摸索而逐步完成和完善的。
因为古人们首先要对组成火药的三种主要成分的性质和应用有一个认识过程。早在商周，人们已广泛用木炭来冶炼金属，明白炭是较木柴更好的燃料，伐薪烧炭，遂成了古人们独立的行业。
而硫磺不仅有天然的，同时也杂存于铜、铁矿之中，在冶炼中逸出的硫和二氧化硫，直接地刺激着人们的感官。就在这种接触中，人们逐渐认识到硫不仅对某些皮肤病有特别的疗效，还认识到硫的一些化学性质。
如《神农本草经》中说：“石硫黄，……能化金银铜铁，奇物。”即硫能与铜铁等金属化合，特别是认识到硫轻易与水银发生化学反应，获得与天然品接近的硫化汞。
这种性质深受从事炼丹的方士们的注意，在他们妄图将水银炼成“金液”、“还丹”的过程中，常使用硫。
在这种活动中，进而了解到硫含有猛毒，着火易飞，很难擒制。怎样使其药性缓和呢？人们采取一种所谓的“伏火法”。
伏火法即将黑褐两色的硫磺矿经过与其他药品混合、加热或燃烧，变成金黄色或朱砂色、雪白色的硫及其化合物。而火药的发明就产生在这种硫磺伏火的实验中。
硝的引入是制取火药的关键，在长期的生产活动中，古人们认识了硝石。
硝石的主要成分是硝酸钾，化学性质很活跃，能和许多物质发生作用。所以在炼丹中，常被用来改变其他药品的性质。
对炭、硫、硝三种物质性能的认识，为火药的发明准备了条件。由于医药学和炼丹活动的发展，特别是人们长期的实践，至迟在唐朝，人们在硫磺伏火的实践中，发现点燃硫磺、硝石、木炭的混合物，会发生异常激烈的燃烧或爆炸。
唐朝初年，有一位药物学家孙思邈（我们另章会介绍到他），在他的《诸家神品丹法》中载有“内伏硫磺法”：“疏黄、硝石各二两，研成粉末，放在砂罐内，掘一地坑，放砂罐在坑内与地平，四面都以土填实。再用皂角子三个，将其点着放入罐内，使硫磺和硝石混合物烧起火焰。等到烧不起焰火时，再拿木炭来炒，当炭消三分之一，就退火，不等冷，取之。得到的混合物就叫做伏火。”
由此可见，当时的人们已认识了硝、硫、炭混合，会发生剧烈的反应。
因而采取措施，控制反应速度，防范爆炸。这是所能见到的有关火药最早的记载。
同类的实验，在唐朝中期一个名叫清虚子的也做过。他在“伏火矾法”写道：“硫二两，硝二两，马兜铃三钱半。研为末，拌匀，掘坑，入药于罐内与地平。将熟火一块，弹子大，下放里面，烟渐起。”
在这个实践中，同样注意防范混合物的激烈燃烧而爆炸。这种实践方法，是经历了反复实践而总结出来的。
关于失败的教训也有记录，一本名为《真元妙道要略》的炼丹书，就告诫说：拿硫磺、硝石、雄黄（ASS）密合起来一起烧，会发生焰火，把人们的 23脸和身体烧坏，还能直冲屋上，把房子也烧光。
这类实验的反复进行，经验不断积累，认识逐步提高，人们终于掌握了火药的配制及其燃烧爆炸的性能。
值得一提的是，我们前面讲了几种伏火法，是为了炼丹而制，而非是为了得到火药。其实他们配方出来的东西就是火药的萌芽，只不过他们还不知道而已。
有必要提一下，火药并不是用来治病用的，为什么会叫“药”呢？
因为在古代，人们对硝石，硫磺早有认识，曾被作为药材。例如在汉朝的《神农本草经》中，硝石曾被列为上品药的第六位。硫磺也被列为中品药的第三位。
就在火药发明之后，还曾被列入药类，在明朝李时珍所著的《本草纲目》中，说火药能治疮癣、能杀虫、辟湿气、治瘟疫等。
上面只是说它作为“药”的一方面，另一个原因，是全世界古代社会上层人物，都曾热衷于寻找长生不老的丹药，所以炼丹术很兴盛了一阵子。
在中国，据史料记载，秦始皇就相当热衷于寻找长生不老的丹药。到了西汉时期，人们把冶金技术运用到炼制矿物药方面，梦想炼出仙丹。
所以，人们炼丹的目的，也是在寻找一种长生不老之药。所以，火药的“药”字，就是一种治病的药。
军事上大显身手
火药的出现，很快被用到军事上。唐朝末年战争频繁，有位将军在攻城时就使用了“飞机发火”，把城门给烧了，他自己带领士兵冒火登城，浑身也被烧伤。
“飞机发火”实际上是一种火炮。用火药包装在炮上，点着火后向敌人抛过去。有必要解释一下，在没有火药之前，所有的炮都是用来抛石头的。
所以，这里的炮应是“砲”，这在现代中国象棋中还时常看见。但当火药应用于军事之后，砲才写为“炮”。炮最初是为了抛掷发火器而用，除此之外，还有一种火箭。
北宋初年，火药经过不断试验和改进，出现了用火药制成的火箭。据说火箭的发明人叫冯继升。
冯继升的祖父是一个炼丹家，冯继升从小就在火药堆中长大，他最初制成类似现在的鞭炮之类的物品，以供玩耍。后来渐渐发现火药的膨胀力足以使房屋炸毁。
经过慢慢的摸索，发明了火箭。这种火箭是把火药绑在箭头上，用引线点着后射向敌人。引起大火而烧杀敌人或粮草等。
冯继升把此方法献给当时的皇帝，皇帝大悦，遂封给冯继升一个专门监督制造火箭的中级官职。冯继升上任后，曾为北宋立下了汗马功劳，受到皇帝的嘉奖。
在激烈的战争中，火药武器显示了前所未有的威力，进一步引起了人们的重视，随后又创造出火球、火蒺藜等火器。火药的研制和生产也有很快发展。
北宋时，火药的应用已经十分普遍，有了国家的兵工场，叫“广备攻城作”，里面设有“火药窑子作”，就是制造火药的作坊。
宋神宗时，西夏国军队进攻兰州，北宋军队抵抗时，一次就领用火箭25万支，比三国诸葛亮“草船借箭”还多5万只，而且还是火箭，当时火药生产和运用之广可想而知。
庆历4年（1044），宋朝曾公亮等编写了《武经总要》，一书中记载了当时的三种火器的火药配方，现转抄于下：火药成份焰硝硫磺本炭其他（两）（两）（两）火器名称毒药烟球 30 15 5巴豆、砒霜、狼毒等10种蒺藜火球 40 20 5竹茹、麻茹等7种火炮 40 14（14）桐油、黄蜡、干漆等10种《武经总要》，这是一部军事百科全书，书中记载的火药配方已经相当复杂，火器种类更是名目繁多。
如蒺藜火球：敌人骑兵奔来的时候，就将火球抛在地上。马脚被刺痛烧伤，马就狂蹦乱跳，骑兵就神慌手乱，以致马翻人仰，自相践踏。此时，我军乘机袭击，必可获胜。
又如毒药烟球：球内除了装有火药，还装有巴豆，砒霜之类的毒药。这种球发射出去，爆炸燃烧，散出毒气，杀伤敌人。
又如铁火炮：火药中掺进细碎而有棱角的铁片，铁片借助火药巨大的爆炸力，四处迸射。这很像现代的手雷。
又如霹雳炮：十几层纸里面装上火药和石灰，火药爆炸，石灰飞扬，可以灼伤敌人的眼睛。
南宋绍兴31年（1166），金国的60万大军一直打到长江下游，企图一举灭亡南宋。宋朝大臣虞允石赶到采石（现马鞍山附近），率领军队迅速做好迎战准备。
金兵驾驶船只抢渡长江，主帅完颜亮亲自在江边用小旗指挥。虞允石命宋军战船迎战，同时施放霹雳炮。
这种炮点着后，一下子升入空中，然后落人水中再跳出来，在敌军面前燃烧和爆炸，声音如雷；炮中还散出大量石灰，迷住敌军的眼睛。宋军趁势猛攻，金兵纷纷落水，最后宋军大获全胜。
据南宋诗人杨万里记载：霹雳炮由两节构成，一节装火药，一节装石灰。
它可能像现在的“二踢脚”，所以才有那样的威力。
火药不光是为了军事上，有时，还用于娱乐。《武经总要》记载：有一种叫“霹雳火球”的武器，用火点着后，能够发出如雷鸣一样的声音。
后来，每逢元宵节之夜，城市乡村热闹非凡，除了各种各样的花灯外，又出现了焰火。宋朝诗人辛弃疾记录这种焰火腾空的热烈场面时写道：“东风夜放花千树，更吹落，星如雨。”这说明了火药出现了多种形式。
稍后，又发明了管形火器。这一发明比起燃烧性火器、爆炸性火器是一大进步。这一火器的发明人，是南宋时的兵器制造专家陈规。管形火器又叫火枪，这是世界上出现的第一把“枪”。
这种火枪是以竹筒制作，竹筒里装满火药。打仗时，由两个人拿着，点了火发射出去，烧杀敌人。到了元代，已有金属制作的管形火器，这可以说是火器革命的一次飞跃。
在中国历史博物馆中，现在还存有一尊元朝至顺三年（133）造的大钢炮。
这是世界上最早的大炮。这种金属制成的管形火器，射程远，威力也特别大。
到了开庆元年（1259年），安徽寿阳制造出突火枪。突火枪是用粗毛竹做成的，竹筒里放火药，还放一种叫“子窠”的东西。用火把火药点着后，“子窠发出，如炮声，远闻百五十余步。”这种枪就是原始的发射子弹的火器，而“子窠”可能就是最早的子弹。
诸位读者还记得《水浒传》中的“轰天雷”凌振吧。他就是个火器制造专家。他制造的炮威力极大：“石炮落处，天崩地陷，山倒石裂，一片残迹。”
凌振还制造了一种子母炮，每一个母炮周围连接49个子炮，母炮一发，子炮俱响，群弹如滚雷疾风行空而去。这在当时，是最新、最神奇、最有杀伤力的远战武器。
明代，火器又不断地发展，又发明了以火药之力推进的火箭。这种火箭的上面有一个纸筒，筒内装满炸药，筒尾接上了引火线。
引火线点燃后，火药燃烧，迅速产生大量气体，从筒尾喷出，喷气的反作用力推动着火箭向前飞行。
那时的火器中还有“集束火箭”、“震天雷炮”、“神火飞鸦”等。集束火箭就是把几十枚火箭捆绑在一起，威力极大；震天雷炮，是把火箭装有翅膀，乘风疾飞，震声如雷，其杀伤力更是巨大无比。
而神火飞鸦，则是用竹蔑扎成乌鸦，体内装满火药。点燃火药，乌鸦能飞100多步，然后坠地爆炸。一时间，烈火腾空，烟焰弥漫，在陆上可烧军营，在水上可烧兵船。
那时的火箭在军事上起到极大作用，于是火器专家们想出各种各样的绝妙方法。如“一窝蜂”一次可以发射32支火箭；“百花齐奔箭”一次可以发射 100支火箭。想想这么多火箭，一下子飞入敌群，其惨像目不忍睹。
还有一种火箭名为“二级火箭”，主要是用于水战的火箭。火箭筒为木制或竹制，长约1.7米，龙形。
作战时，点燃龙身下面的火箭——一级火箭，推动着火龙贴着水面飞行；一级火箭内的火药将要烧完，立即引燃龙嘴里的火箭——二级火箭，飞向敌人。
想这火龙飞行之时，昂头张口，呼啸着挟着劲风，疾进中映着火光，犹如无鳍的游鱼，敛翅的飞禽。忽然间，口中火光一闪，直奔敌船，真是气势如虹，威风凛凛。
这个时代，还有一种奇特的火箭值得一叙。那就是“飞空砂筒”。据明代茅元仪的《武备志》上记载：“这种火箭有一个小筒子，连在竹杆的一端，筒内装了火药和细砂；竹杆上绑着两个方向相反的‘起火’点燃正向的‘起火’，推动砂简飞行，砂筒抵达敌方上空，砂筒坠落爆炸。同时，反向的‘火’点燃，竹杆又自动地返回发射点。”
这好像是一种现在的无人驾驶飞机，自动投弹后又自动返回。从此事可知，古人们的火箭技术已达到了一定的高度。
千万不要小看这些最早的自行火箭，它同我们今天发向宇宙太空的火箭，利用的是一个完全相同的原理，也可算现代的三级火箭和航天飞行的鼻祖。
还有一件事，比较有趣，但它又包含着人们渴望了解火药的多种功能，下面记录的就是这件事。
14世纪末，外国人赫伯特·瑟姆写了一本书。书中说：当时中国有位官员，手拿两个大风筝，绑坐在椅子上，椅子下面装上47枝火箭。他设想，点燃火箭，推动椅子升空。再借助风筝，在空中飞行。
我们可以这样说，这位官员的装置可谓是原始的喷气式飞机。当然，他的设想是不会实现的，即使上天了，那结果就是粉身碎骨。但古人们的创新精神是不可抹煞的。
也就是这种创新精神，才有了现代社会的人造卫星上天，飞机翱翔于天宇和一系列根本性的革命。
火药火器的传播
中国的火药制造方法，最早是由商人传入阿拉伯，时间大概是1225～1248年间。但是中国的火器则是在元代，通过战争方式传入阿拉伯的。
1218年，成吉思汗西征，打到中亚西亚，然后经过波斯，到了伊拉克。
在阿姆河之战中，蒙古军队使用了毒气烟球、火箭、火炮等火器，取得了阿姆河大捷。
1258年，蒙古军队在攻打伊拉克和叙利亚时，又使用了火器。当时的战斗形式，主要是人与兵械相斗的近战，其次是发箭、滚石、放水等远战。
不论在近战中，还是在远战中，火器的杀伤力都很大。火器使阿拉伯人吃了大亏。他们对这些火器立即研究，不久，便掌握了制造火器的技术。
有些阿拉伯兵书记载了蒙古兵使用“铁瓶”的情况。据说，这铁瓶就是“震天雷”之类的火器。
又一种阿拉伯兵书说，当时阿拉伯人学会制造两种火器，一种是“契丹火枪”，用于近战；一种是：“契丹火炮”，用于远战，在水战中可以轰击敌船。契丹，是他们对中国的称呼。他们还根据火铳的制法，创造了各种火器。
1253年，旭烈兀西征，征调汉人工匠千余人随征，其中有制造火器的。
1260年，旭烈兀占领伊拉克，叙利亚等地，威胁埃及。
埃及马木路克苏丹在叙利亚的大马士革以南击溃蒙古军队，大批蒙古兵投降。从此，马木路克获得了火器和制造火器的工匠。
1236年，蒙古军队西征欧洲，势如破竹，至1241年，先后占领俄罗斯、波兰、匈牙利和日耳曼东部。
在波兰格尼兹战斗时，波兰士兵说：蒙古兵用了一种妖术，大旗一挥，出现一些怪物，滚地如球，口吐烟雾。那烟雾臭恶无比，将波兰士兵熏倒在地。
烟雾过后，蒙古兵就冲杀过来。这所谓的怪物，显然是毒烟球。波兰士兵说是妖术，是由于他们还不知道火药为何物，也从未见过火器罢了。
当时，蒙古兵是单骑作战，驰骋自如，飘忽如风，近取马刀砍杀，远则利箭射龋而欧洲人却是马车作战，几匹马拖一辆车。奔跑累赘，转动笨拙。
战车一遇上凶悍的蒙古兵，就不堪一击，而四处溃败。几次交战之后，欧洲人闻风丧胆，唯恐逃避不及。因此，他们没有可能去研究火器，从而发现它的奥秘。
那时的欧洲处于历史上的一个黑暗时期，即欧洲中世纪时期。这里旱灾严重，疫病猖獗，战争频频，政治腐败，经济衰敝，生活悲惨，人心闭塞，文化落后，它比阿拉伯地区和中国落后得多。
这时的元朝凭借武力，在中亚、西亚和俄罗斯建立了一些汗国。各个汗国设有完善的驿站，并且尽力保护商道。
于是，1000多年来时断时续的东西海陆交通，这时就畅通无阻了。中国的罗盘、火药、印刷术、造纸术等辗转传入欧洲。
中国的造纸术传入欧洲，造成了欧洲造纸业的兴起。造纸业和印刷术的兴起和传入，推动了出版业的发展。出版业的发展，又促进了翻译工作的昌盛。
欧洲人翻译了大量的阿拉伯文书籍，其中有关于火药的。这时候，他们才知道火药这个力大无比的神奇的东西。
英国人罗哲尔·培根在他的书中提到火药时说：“有一种拇指般大小的东西，由于硝的爆炸，会发出可怕的声音。这个用羊皮纸包裹的小东西，声音比疾雷还响，火光比闪电还强，威力巨大。”
那时的欧洲人同培根一样，还只是把火药当作神奇的东西谈论，但还不知道怎样制造火药。
欧洲和阿拉伯国家断断续续打了几百年仗，在西班牙、小亚细亚以及地中海的一些岛屿都打过，最重要的是欧洲十字军东征和阿拉伯人的抵抗。
由于阿拉伯人早就学会了火药、火器的制造，所以欧洲人在许许多多的战斗中，都吃尽了苦头。
如在1325年，阿拉伯国家攻打西班牙，用抛石机发射“火球”，巨响如雷，烈焰冲天，烧毁房舍，杀伤人畜。
苦头教训了欧洲人，激发了他们研究火药、火器制造的愿望。1326年，英国人制造了铁火瓶；1345年，法国人制造了铁炮，1357年，英国制造了名叫“提拉尔”的火器。
欧洲人制造这些管形火器，从结构和材料上来看，都不如中国的管形火器先进。因为，我国的管形火器是铜铸的，使用比较方便，效果也比较好。
欧洲学会了火器制造方法之后，积极发展火器制造。在近代科学兴起后，他们的兵器制造很快就走到了世界的前列，这才有了机关枪、迫击炮，甚至火箭、导弹之类的武器。
恩格斯曾说：“现在已毫无疑义地证实了，火药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，经过西班牙辗转传入欧洲的。”
所以，恩格斯对中国火药的发明，在人类历史，特别是在西方现代文明历史进程中的巨大作用，都作了不容置疑的肯定。这不能不说是中华民族的光荣和骄傲。
中国火药的发明，对我国和世界的社会经济的进步和科学文化的发展，都起了巨大的作用。而火药的发明与古代的炼丹家们又是分不开的。
炼制不死之药
却说在远古时期，人们的生产水平很低，对生活享受的要求也很少。随着社会的发展，生产力的提高，统治阶级的物质享受较前也大为增加。
于是，那些皇帝、贵族们的欲望就越来越大，他们或者想长生不老，以便永远享福；或者想制造金银，任意挥霍。
在这种情况下，出现了一批以求仙、炼丹为业的人，来迎合统治阶级的心理。这批人就叫“方士”。根据历史记载，我国早在战国时代就已经有这些方士了。
据说秦始皇不愿老死，听了方士的话，曾经派了童男童女去海上寻找长生不老药。但大海茫茫，出去之人无人返还。
由于出去寻找仙药风险实在太大，于是就有人动手炼制“仙丹”，产生了炼丹术。在汉朝时，汉武帝刘彻就是一个贪生怕死之人，一心想成仙。
汉朝的方士李少君看到这种情况，就建议说：“只要祭了灶神，丹砂可以炼成黄金；再把这黄金做成器具盛东西吃，就会长寿，就会看到大海上蓬莱仙岛的仙人，这样就可以长生不老了。”
其实求仙和炼仙丹，都是古人的空想。而炼出来的所谓的仙丹，常常吃死人，皇帝吃死过好几位。但是，他们不说是中毒死的，却说是“尸解”了，仿佛是成了仙似的。
古往今来有数不清的人在追求长生不死，为此，他们耗费了无数的精力和财富。由于古代君王们迷醉于长生不死药的炼制和探求，还出现过许多笑话：古时候有个十分聪明的大臣，整天侍奉着君王。有一天，一位自称是得仙人高传的术士，来向君王进献长生不死药。
这位大臣一听就知道这是个骗子，他不露声色地站在一旁观察。只见那个术士跪在殿前，双手将托盘高举，盘内盛了一只不知什么做成的小药丸。
君王一见，喜出望外，连忙走下王位伸手去拿不死仙丹。就在这时，大臣抢在君王前面，手疾眼快地一下抓过药丸吞进嘴里。君王先是一愣，随后便大怒：“好个混帐东西，竟敢抢吃寡人的长生不死之药！来人哪，推出去。
把他斩了？”
两边卫士上前抓住大臣。大臣却不慌不忙地说：“陛下，容臣说完一句话再杀也不迟。”
君王喝道：“你还有什么话？快说！”
大臣说道：“陛下，献药的人说这是长生不老之药，可是臣吃了却立刻就要死了，可见这药根本不是什么不死之药，而是地道的假药。是不是？君王。”
君王一听，对呀！不觉转怒为喜：“贤臣请起，若非你的提醒，寡人险些让这骗子给骗了！来人哪，给我把这骗子轰出去！”
这位聪明而机智的大臣就这样戳穿了一位骗子的把戏。这件事发生在两千多年前，可见那时的人们对不死仙丹的迷醉程度。
炼丹术带来化学科学的兴起
虽然炼丹术不能得到长生不老的灵丹仙药，但是伴随着迷信炼丹术的是化学科学的起源，使得人们的化学知识得到了提高和丰富。这是开始的炼丹术始料不及的。
首先是发现了某些金属的化学反应。
古代炼丹的方法分为火法和水法两种。所谓火法，就是像《西游记》中太上老君用火烧炉子，直接加热的方法。
火法大致包括煅、炼、炙、熔、抽、伏等方法。煅就是长时间高温加热；炼是干燥物质加热；炙是局部烘烤；熔即加热使物质溶化；抽即蒸馏；飞是升华；伏是加热使药性改变，不是原来的物质。
炼丹术最早使用的材料大概是朱砂，就是红色硫化汞。朱砂一经用比较低的温度加热，就可以分解出水银，而水银和硫磺又容易化合生成黑色硫化汞，再加热使它升华，又复红色硫化汞状态。
大概就是这种容易观察和发生的变化引起古人的好奇和兴趣，他们搞不懂一会儿黑，一会儿红，一会儿又是亮晶晶呈液状但却不流散的水银会有多种神奇的功效。
他们想，既然物质可以变化，那么当然也能用别的东西制取黄金，点铁成金。于是人们深信不移炼丹的功效。
反复的实践做了又做，人们对这种变化已十分熟悉。在中国东汉和西汉时期，就有人生动地描写了水银容易挥发，容易和硫磺化合的特性，并讲到了炼丹家们在炼丹炉前观察“赫然还丹”的过程。
到唐朝以后，炼丹方法更加精细，汞和硫都有一定比例，加热有一定火候，操作有一定程序，最后炼出“化为紫砂，分毫无欠”的结果。
其实，紫砂就是朱砂，看来，红色的硫化汞是炼丹家们用人工合成的第一种化合物。这不能不说是化学科学史上的一大成就。
由此可见，我国最早的创始的炼丹术，是近代化学的前身。其次，古代炼丹术使人们得到了一些合金，懂得了怎样制造合金。
由于汞很容易和其他一些金属形成汞齐（汞合金），所以炼丹家们很早就注意到这种现象。中国东汉时有个炼丹家，叫魏伯阳，他在一本书上写道：“卒得金华，转而相亲，化为白液，凝而至坚。”
魏伯阳制出的合金，除了含锡的锡汞齐，还有含金、银、铅等金属的汞齐。
到了宋朝，炼家们利用金汞齐制造金粉。先制成金汞齐，再加入食盐，然后蒸发掉水银，溶掉食盐，留下来的就是粉末状的黄金。这就是炼丹家们所孜孜以求的“神丹”。
第三，古代的炼金术，使人们认识了更多的化学物质。
炼丹要用药物，这些药物大半是化学上的化合物。在大量的，长期的实验中，人们认识了越来越多的化学物质。这些物质均是炼丹常用的，大致有60多种。
正是在炼丹术盛行的时代里，化学也像寄生物一样发展起来，所以，恩格斯说：“化学以炼金术的原始形式出现了。”
这种以炼金术出现的化学，虽然在益寿延年和创造财富方面，一点也帮不了统治者的忙，但促进了化学科学的兴起。逐渐地，化学科学从炼金术的母体中破腹而出，成为独立的化学工业部门。
从这一点上来说，炼金术为创造人类的物质文明也多少做出些贡献。
毕升与活字印刷
在中国宋朝，有个贫民百姓毕升，是从事古代雕版印刷的工匠。有一天，他和孩子回乡祭祖。这是在清明时分的一个日子。
蓝湛湛的天空像空阔安静的大海一样，没有一丝云彩。空气湿润润的，呼吸起来感到格外清新爽快。
阳光下，周围远山就像洗过一样，历历在目，青翠欲流，它看去好像离眼前挪近了许多，也陡峭了许多。渠岸堤上的杨柳，已经把鹅毛似的飞絮漫天漫地地洒下来。
毕升带着他的两个儿子匆匆走在乡间村道上，不觉离乡又是一年的时间了，毕升感叹道。走到一个村口，毕升说道：“我们先歇息一会吧！”
14岁的大儿子和11岁的小儿子听到父亲这样说，便跑到村里的一片空地上，看村里的孩子们用泥做家家玩。
不知什么时候，毕升站到了儿子们的身后，认真地看了看村童们用泥做的锅、碗、瓢、勺以及小人们。他拿起一块熟泥，试着在泥上面刻字，他想：“若把一个个方块单字用泥刻成印章的形式，又会怎样呢？”
毕升禁不住心跳起来：如能把单字刻成印章，然后按照文稿的意思排列起来，不就形成句子和文章了吗？”
毕升越想心里越活络：“这种粘土泥取之不绝用之不尽的，而且做好模型后，放到窑中一烧，又硬花钱又少，比雕版印刷经济多了。雕版印刷用完一次就要把原版扔掉，而这些印章制成的版，下次再取出这些字，重新排版，还能再使用，岂不一举数得。
毕升想到这些，再也按捺不住内心的激动，忘记了清明祭祖，带领儿子们，连夜返回城里，进行实验。
却说在上古时代，人们用竹简刻字。而这些竹简文书，为了防止被人私拆，捆扎后用蜡封绳，盖上白文印，蜡上即现出突出的字。
上古至秦汉时期，印文都是刻的正字；秦汉以后，印文才有反文。到东晋时，道教徒为了广泛散发印咒，就刻了符咒印章。
有一颗符咒印章，四寸见方，共刻了120个字。南北朝时，有了更大的印章，长1尺2寸，阔2寸5分。这些大印章，便是未来雕版印刷的雏形。
而碑文，可能是雕版的又一雏形。175年，蔡邕向东汉灵帝建议，将五经刻在46块高大的石碑上；碑立在太学门前，以便学生拓樱南唐先主李弁，鉴于古代墨宝日渐消失，为了保存真迹，传之久远，就将宫中珍藏的古人书法珍品交给徐铉，命徐铉负责刻石立碑，以便拓樱由于石碑主要刻的是书法珍品，所以书籍还是靠手工抄写流传。抄写一本书，往往旷日费时。特别是手抄卷帙浩繁的巨著，更是容易出错。
所以，书籍的复制非常困难和缓慢，除了官府和巨富，私人藏书十分罕见。历史的发展需要有代替手抄的更好的传播文化的方法。于是雕版印刷术出现了。
大约在唐代初（7世纪），中国劳动人民在古代文人刻印章和拓碑文这两种方法的启发下发明了雕版印刷术。
雕版：选用坚硬而不易变形的枣木或梨木，锯成长方形的板，刨平，涂上薄薄的浆糊，将写好字的纸反贴上去，使板上呈现反写的字，然后雕刻出突起的字。
雕版印刷：用一把刷子蘸墨，刷在雕版上；将白纸在刷过墨的雕版上铺好，再用一把干净的刷子在纸上刷过；揭起刷过的纸张，一面白底黑字的书页就印好了。
用这种方法可以清晰地复制出成百上千部同样的书，这比逐字逐句地人工抄写，速度要快得多，质量也有了保证。
现存的最早的雕版印刷品，是被英国斯坦因盗走的《金刚经》。它现存于英国伦敦博物馆。
《金刚经》是世界上第一本有插图的刻印本。它长约1丈4尺，宽约1尺，卷末刻有“咸通九年（868）四月十五日雕”。这部书雕刻精美，图象和文字浑朴凝重，黑色均匀鲜明，印刷技术达到很高水平。
据研究，这部《金刚经》的制作，是用6块大约1尺宽2尺长的板雕刻出文字，又用一块板雕刻出扉画，一起印出来，粘连成文，然后装轴成卷。
这是我国古代文化的珍宝。
到了来朝，雕版印刷事业发展到了全盛时期。这时，不仅有政府的“官刻”和“监刻”，民间刻书业也很盛行，并遍及全国各地。
当时四川、福建、杭州等地雕版印刷术最为发达，刻书不但多，而且精致讲究。宋朝以后，出现了铜版雕印和别开生面的彩色套印，这说明雕版印刷技术已经达到了极其纯熟的程度。
雕版印刷对文化的传播起了重大作用，但是也存在明显的不足：一是刻版费时费工费料，刻一部书需要很长时间和很多木料。如果是一部卷帙浩繁的巨著，就得花费几年甚至更长时间，而且刻出来的书版存放不便。
例如，宋太祖开宝年间（968～976）刻印的《大藏经》，5000多卷，13万页，共雕版13万块，雕刻时间竟花了20多年，雕版存放了整整6个大房间。
二是雕版中如有错字错句，更改也很困难。何况如果出版过的书不再重印，一大堆雕版就成了废物。而要印制新的书，又需要从头一版一版地雕刻。
有什么好办法来弥补雕版印刷的不足呢？
于是，人们又进行了坚持不懈的努力，后来终于获得了重大突破，发明了活字印刷术。而发明活字印刷术的就是我们前边叙述的平民百姓毕升。
再说毕升祭祖未成，连夜奔回城里，找来刻字的老师傅，把自己在途中所想的办法，一古脑儿地倒了出来。刻字师傅们为毕升的巧思所折服。
据研究分析，毕升的活字印刷程序应是这样：第一步：造活字。
选用细腻的胶泥，制成一个个小型方块，每块上面刻上一个阳文反手字，然后用火烧硬。每个字都做了好几个同样的活字印，像“之、乎、者、也”之类的常用字，则干脆做了几十个，以备反复使用。
若排版时发现没有预备好的冷僻字，就临时用胶泥刻制以草火烧，很快制成。为便于拣字排版，毕升把活字印按照字的韵目分别放在木格子里。
第二步：制版。
制版就是按照稿本字句段落，将字印放在盛有作为粘合剂的松香、蜡和纸灰的铁板上，并在四周围上铁框，然后把它放到火上加热，使粘合剂熔化。
当粘合剂稍微冷却而仍有粘性时，用一块平板在排好的活字上加压，把字面压平整。当粘合剂完全冷却固结后，就可以付樱第三步：拆版。
印完后，把印版拿到火上一烘，粘合剂重又熔化，一个个活字便可拆下来，再供下一次排版使用。
为了提高效率，毕升采用两块铁板，一块板印刷，另一块板排字，互相交替使用，印刷效率加快许多。
如果说雕版印刷与手抄相比是一次飞跃的进步的话，那么活字印刷更是一次划时代的革命。这是因为：一、胶泥柔韧，比起坚硬的枣木容易奏刀，而且来源广，成本低。
二、活字，用则排版，不用则撤版，发现错字，即可更换，而且活字平时储藏占屋不大，没有虫蛀之患。
三、两副版或多副版印刷，节时省工，成书速度大大加快。
毕升发明的活字印刷，包括了造字、排版和拆版一整套完备的过程，其原理与现代铅字排版基本相同。它的每个环节，都包含着许多科学知识，解决了不少实际问题，所以说，毕升的发明是伟大的。
至于毕升在发明活字印刷中是怎样思考的，我们不得而知。因为面对着字与版这个不可分割的整体，能够想到“整体——许多个体——整体”的方法，是一个难能可贵的创造性的思维。
一般的人往往习惯于既有的事实，感觉不到有什么可以改变。而伟大的发明家，正是从不可变中想到可变。从无形中见到有形，从旧中创造出新。
所以说，毕升也是伟大的。
活字印刷术的发明，是印刷史上的一次重大革命，随着社会的发展，毕升发明的活字印刷术，被愈来愈多的人所接受，并不断地加以改进，在我国和世界上得到了广泛的传播和发扬光大。
王祯的发明
到了元代，著名的农业科学家王祯又成功地制作了木活字。其制作方法是：首先，在板上刻字，用细锯将字锯开，用小刀修整得大小高矮相同，这就相当于胶泥活字火烧而成。
其次，排字成行，用竹片将字夹紧，竹片相当于“条形铁范”。
最后，待一版排满，用木榍榍牢，使字固定不动。木榍相当于熔化的松香和蜡。
此外，王祯还发明了转轮排字架。他用木料做成了一个大轮盘，轮盘里分成一个个小格子。一个叫杂字轮，专摆常用的木活字；另一个叫韵轮，不常用的木活字，按音韵分类，摆在韵轮的格子里。
拣字排字时，两人合作：一人按原书“唱字”，另一人坐在两盘中间，一手拣字，一手执盔（后世的排字手盒），拣出的字排在盔内。这样的拣字排字，比起边走边拣边排，动作既快，人又不太累。
1298年，王祯用木活字和转盘排字，试印他编著的《族德县志》，全书6万字，不到一个月，就印了100部，其效率之高是雕版印刷所不能比拟的。
此外，王祯还写了《造活字印书法》，这是世界上最早的系统叙述活字印刷术的文献。
到了明孝宗弘治元年（1488），又出现了用字模浇涛的铜活字，开始使用铜字印刷。到16世纪初又出现了铅活字。
随着活字印刷术的不断改进，印刷规模也越来越大。我国古代历史上规模最大的印书活动在清代。比如用铜活字印刷的篇幅一万卷的著名百科全书《古今图书集成》。
而143种著作的《武英殿聚珍版丛书》，则全部是用木活字印刷的。但这些都已是18世纪中期的事情了。
在前面，我们谈到墨子与公输般之间的争论和演示攻城机械。那么，公输般是何许人呢？
有个成语叫“班门弄斧”，我想连小学生都知道，意思是说，在鲁班门前拿着斧头卖弄技能，太不自量力。
还有一首民谣这样问：“赵州桥什么人儿修？”回答说：“赵州桥鲁班爷修。”在我国传统里，木工、泥瓦工把鲁班当作祖师爷。在人们的心中，鲁班是技巧高超的工匠的化身。
那么，这里说的鲁班又是何许人也？
原来，鲁班和公输般是一人。公输，是他的复姓，般是他的名。后来的人因为他是鲁国人，“般”和“班”同音，古时通用，所以人们称他为鲁班。
鲁班大约生于周敬王十三年（前507），卒于周贞定王 25年（前444）。
他出身于世代工匠的家庭。
由于父兄们耐心地传授，加上他勤奋地学习，长大后成了一名优秀的工匠，并有过许多的创造发明。
由于他的创造发明，都是些手工机械，并且这些机械都是根据物理的最基本原理发明出来的，所以，我们把它归于物理学科。当然，这是有些牵强附会。
闲话少说，书归正传。
且说有一年夏天，鲁班家乡鲁国国王要鲁班监工营造一座宫殿，期限为3年。但是这座宫殿所需的木料，足够鲁班等工匠们到山上砍上3年也完不成任务。
这可急坏了鲁班，因为国王的话就是圣旨，是不允许随便更改的，如果真的是耽误了工程进度，杀头是不可避免的。鲁班愁得连觉也睡不踏实。
为了加快砍伐木料的进度，鲁班每天都要提前上山选择好要砍的树木。
这天，天色刚蒙蒙亮，鲁班便迎着晨曦，踏着夜露，提前出发了。
为了节省时间，鲁班便抄小路走，小路上山近，可是坡陡路滑，而且横七竖八地长满了小树、杂草，行走非常不便。
鲁班只好搀着树木、拽着茅草往上爬。忽然，脚底一滑，身体便顺着山坡往下滚去，鲁班急中生智，急忙抓住一把茅草，由于没有抓牢，反而感到手掌心疼痛无比。
滑到山脚，鲁班狼狈地爬了起来，伸开手掌一看，掌心已是鲜血淋漓。
鲁班非常惊奇，为何一把茅草能够划破人的手掌。
鲁班顾不得疼痛，沿着滑下来的山坡，爬上去一看，这丛茅草与别的草没有两样。鲁班不甘心，便揪下一根茅草仔细地观察起来。
这茅草的叶子很怪，叶子两边都长着锋利的小细齿，人手握紧它一拽，手掌就会被划破。鲁班又试着用茅草在他的手指上拉了一下，果然又划开一道血口。
鲁班正想俯身探究其中的道理，忽然看到近处有一只大蝗虫，两枚大板牙一开一合，很快吃着草叶。鲁班把蝗虫捉住细看，发现蝗虫的大板牙上也排列着许多小细齿。
鲁班从这两件事中得到启发，心想：如果仿照茅草和蝗虫的细齿，来做一件边缘带有细齿的工具，用它来锯树，岂不比斧砍更快、更好吗？
鲁班忘记疼痛，转身下山，做起试验来。在金属工匠的帮助下，鲁班做了一把带有许多细齿的铁条。
鲁班将这件工具拿去锯树，果然又快又省力。锯子就这样发明了。这个故事虽说是传说，但是，我们从中却可以得到这样的启发：实践出真知，钻研出智慧。
传说鲁班的母亲和妻子对鲁班的发明创造有很大的帮助。
例如，鲁班做木工活，用墨斗放线的时候，原来是由他母亲拉住墨线头的。后来，母亲在线头上拴一个小钩，这样，一个人操作就可以了。后世木工把这个小钧叫做“班母”，以纪念这个创作。
又如，木工刨木料的时候，前面顶住木头的卡口叫做“班妻”，这是因为传说鲁班刨木料起初是由妻子扶住木料，后来才改用卡口的缘故。
鲁班的妻子云氏也是一位出色的工匠，根据《玉屑》上的记述，伞是她发明的。直到今天，伞仍然是人们日常生活中不可缺少的用具。
鲁班的发明创造很多。不少古籍记载，木工使用很多的木工器械都是他发明的。像木工使用的曲尺，叫鲁班尺。又如墨斗、刨子、钻子等，传说均是鲁班发明的。
这些木工工具的发明，使当时工匠们从原始、繁重的劳动中解放出来，劳动效率成倍提高，土木工艺出现了崭新的面貌。这里面都包含着原始的物理科学知识。
鲁班还是一个很高明的机械发明家。他制造的锁，机关设在里面，外面不露痕迹，必须借助配合好的钥匙才能打开。
《墨子》一书中有这样的记载：“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下。”就是说鲁班制作的木鸟，能乘风力飞上高空，三天不降落。这可不可以认为，是原始航空科学的先头兵。
鲁班还改进过车辆的构造，制成了机动的木车马。这种木车马由木人驾御，装有机关，能够自动行走。
后世不少科技发明家，如三国时期的马钧、晋朝的区纯、北齐的灵昭、唐朝的马待封等，都受这个传说的影响，相继朝这个方向发展过。
在兵器制造方面，鲁班曾为楚国制造攻城用的器械，在战争发挥过巨大作用。后来在墨子的影响下，不再制作这类战争工具，专门从事生产和生活上的创造发明，以造福于劳动人民。
2400多年来，人们为了表达对鲁班的热爱和敬仰，把古代劳动人民的集体创造和发明也都集中到他的身上。因此，有关他的发明和创造的故事，实际上是我国古代劳动人民发明创造的故事。
鲁班的名字实际上已经成为古代劳动人民勤劳智慧的象征。
指南针的故事
飞机在辽阔的天空中翱翔，轮船在无际的大海中航行，探险队在苍莽的森林中勘察，商旅们在浩瀚的沙漠中跋涉，他们是依靠什么来辨别方向的呢？
大家也许会不约而同地说出同一答案：指南针。可你知道指南针是怎样发明的吗？你知道关于指南针，有许多使人难忘的故事吗？
相传在4000多年前，在中国北方中原地区，黄帝和蚩尤大战于涿鹿之野，战斗持续了半年未有分出胜负。
应该说，黄帝在这场战斗中能够取胜，因为他的部落是一个比较强大的部落，而且他代表着正义。但是，每当战斗即将胜利之时，总是有大雾迷漫山野，让人辨不出方向，所以总是前功尽弃。
黄帝决定派人探个究竟，这雾到底是怎么引起的。于是派一个重要将领随自己上山，侦察蚩尤部落的动静。
黄帝等人到了山上后，各处山谷里全弥漫着悠悠昏霞，雾悄然独自上山，好像一个恶灵，寻找安息之处而不可得似的。粘湿而冷酷的雾缓缓飘来。
只见，浪潮起伏，互相追逐，好像险恶的海面上的波涛。雾的密度封闭了所有景物，就在黄帝准备命令返营时，身边的大将突然发现了一个奇迹。
黄帝随着大将手指的方向望去，只见在蚩尤的大营中，蚩尤正坐在祭坛上，身后幽燕，徐徐作雾，雾从他的口中吐出，慢慢飞出营外，萦绕着山川巨野。
黄帝这才想起这不是自然界之雾，如想破掉雾，必须造出一样东酉，使人能够辨别方向，然后才可一举破之。
黄帝回营后，立即吩咐能工巧匠造指南车让指南车认出方向。在指南车造好后的一个黄昏，黄帝率领部落，大举进攻蚩尤。
这时蚩尤再作雾也不灵了，黄帝部落在指南车的指引下，在迷雾中大败蚩尤，结果蚩尤残败，黄帝大胜。
其实，上面这个故事虽然流传很广，但是黄帝发明指南车是不足信的。
而且指南车与指南针有着本质的区别。
根据历史记载，东汉时的大科学家张衡倒是确实发明过指南车，但是他的制造方法却失传了，甚为可惜。
到了三国时代，有个叫马钧的发明家，重新造出了指南车。当然，马钧的发明，我们将在后面介绍。
下面这个故事，倒是和指南针有些关系。
据说秦始皇在位时，身边网罗了一批术士来为他寻求长生不老之药。有一天，一位叫徐福的术士奏本说：“在东方的大海上有三座神山，名叫蓬莱、方丈、瀛州，仙人们都在那里居祝请皇帝让我率领一批男女儿童前往寻求。”
秦始皇很高兴，马上选派了几千名儿童，又为他造了艘大船，让他从现在的山东日照县附近出海。谁知徐福一去不返，不知道他把这些男女少年带向何方。
几千年过去了，秦始皇早已成为历史的陈迹。但徐福渡海求药的故事并没有被人们忘记。有些历史学家认为，当时徐福他们是横渡黄海和朝鲜海峡到达了日本。
如果情形真是如此的话，那么徐福可以算得上中国航海家中的先驱人物，也就是说，徐福最早使用了指南针。
也许有读者会说：“难道徐福非要使用指南针不可吗？比如用太阳、星星定方位，不是同样可以到达指定地点吗？”
不错，这样的确可以，我国古代的人们也就是这样做的。但是，如果碰到那种“阴风怒号，浊浪排空，日星隐耀，山岳潜行”的天气怎么办呢？
再说，这种天气，在大海中是家常便饭。茫茫大海，无边汪洋，如果航向偏离1°，那就可能永远也到达不了目的地。正所谓“失之毫厘，谬以千里。”
当然，我们在这里，也只是猜测而已，不必当真，权且作为探讨。
指南针是利用磁铁在地球磁场中的指极性而制成的。磁铁能够吸铁，也就是我们通常说的吸铁石。
2000多年前，我国的春秋战国时期，采矿、冶铁业已有相当规模。劳动人民在寻找铁矿的过程中，发现了这种神奇的矿石，因为它一碰到铁就吸住，好比一个慈祥的母亲吸引自己的孩子，所以称它为“慈石”。
《管子·地数篇》中记有：“上有慈石者，下有铜金。”《山海径·北山经》中记有：“西流注于泑泽，其中多慈石。”古人把磁石吸铁比作“母子相恋”。
他们不但发现了磁石的吸铁性，而且还发现了磁石的指极性。每块磁石的两头都有不同的磁极，一头叫S极，一头叫N极。
而我们居住的地球本身，也是一块天然的大磁体，在南北两头也有不同的磁极。靠近北极的磁性为S极，靠近南极的磁性是N极。因为同性磁斥的缘故，所以不管在地球什么位置，放置一根磁针，它的N极始终指向北方。
但是，最初的指南针，同现在指南针的形状完全不同。最初的指南针是用磁石做成的，它是一块天然的磁石，琢磨成勺子的形状。
把磁石的S极琢磨成勺柄，并使磁勺的重心落在圆而光滑的底部中央。
磁勺做好后，还得做一个光滑的底盘。
使用的时候，把它放在平置底盘的中央，用手拔动勺柄，使它转动，当它停下来时，勺柄指向南方，古人把这磁勺称为“司南”，就是负责指南的意思。
司南是世界上最早的指南针，中国古籍中有许多用司南来辨别方向的记载。如《鬼谷子·谋篇》中，曾记到有人外出采玉，就带了司南去，以便不迷失方向。
《韩非子·有度篇》记有：“先王立司南以端朝夕”，这也是用司南来定方向的记载。
但是，这种用天然磁石琢制司南的方法，技术要求较高，难度较大。因为天然磁石在琢制的过程中，容易因受到震动而失去磁性，所以这种司南得不到广泛的使用。
随着社会的发展，战争和海上航行的需要，人们迫切要求一种制作和使用更加方便的指向仪器。我国劳动人民在长期生产实践中，逐渐掌握了人工磁化的方法，指南针因此得到了很大的发展。
在公元1044年，北宋初年，由曾公亮主编的一部军事著作《武经总要》中，详细地记载了一种新颖的指南工具——指南鱼的制法。
“以薄铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁铃铃鱼首出火，以尾正对子位（北方），蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。”
这样一来，铁片鱼就被磁化成指南鱼了。使用时，只要取一碗水置于无风处，平面鱼会浮在水面，待它静止时，鱼首所指的方向就是南方。
当然，上面所说的薄铁片，应是一种低碳钢。这种人工磁化法要比欧洲早几百年，直到1600年，英国人吉尔伯特才发现使红热的铁棒沿着地球磁场方向冷却而磁化的方法。
当时不但有铁片制成的指南鱼，还有用木头做的指南鱼和指南龟。木制指南鱼，是一块手指大小的木头刻成鱼的形状，从鱼嘴往里挖一个孔，放进一块磁铁，使它的S极向外，再用黄蜡封口。
使用时，将木头鱼放在水面上，其原理同铁片鱼相仿。但指南龟则不放在水中，而是将龟肚下方挖个小洞，让它顶在光滑的竹签上面，便于自由转动。
指南鱼发明后不久，人们又掌握了一种更好，更方便的人工磁化法，就是用天然磁石摩擦钢针，使钢针磁化。这种经过人工磁化的钢针，可说是正式的指南针了。
这样一来，指南针的制造过程大大简化，为指南针的广泛应用提供了先决条件。
北宋著名科学家曾在《梦溪笔谈》一书中，记述了这种指南针的四种用法： 1.以磁针横贯灯芯的水浮法； 2.指甲旅定法，即把磁针放在光滑的手指甲面上； 3.碗唇旋定法，即把磁针放在光滑的碗口上； 4.缕悬法，即在磁针中间涂一点蜡，粘上一根线，挂在无风的地方。
水浮法、缕悬法和木刻指南龟用的针顶法，直到现在，仍为航空和航海用的罗盘以及地磁测量仪所采用。
指南针的最大历史功绩是在于航海上的应用。从目前掌握的材料看，最早用于航海的是在北宋。宋代时，航海业已相当发达，与日本列岛和南洋群岛的交往已很频繁，同阿拉伯各国的贸易关系也很密切。
这些海上交通的迅速扩大，是与指南针的应用息息相关。不论天气如何阴晦，航向都可由人来把握。
南来的《梦梁录》曾写道：“风雨冥晦时，惟凭针盘而行，乃火长掌之，毫厘不敢差误，盖一舟人命所系也。”
元代的《海运篇》中有这样一句话：“航行海洋，不畏深深而虑浅，不虑风而虑礁，……立定盘星以取向。”
上面所说的针盘，盘星就是航海罗盘。明朝的《东西洋考》中说：船出河口，进人茫茫大海，波涛连天，毫无岸边标帜可循，这时就只好“独特指南针为导引”了。
由此可见，小小磁针，对于海上航行是多么必不可少，对于推动航海业的发展，起到了何等重要的作用。
最著名的航行，有明代郑和下西洋，从江苏刘家港出发到印尼苏门答腊，沿途航线都标有罗盘针路。以后的哥仑布航行抵达美洲大陆和麦哲仑环球航行，也都依赖的是海上救星——指南针了。
中国的指南针大约在公元12世纪传到阿拉伯，然后再由阿拉伯传到欧洲。
那时到中国来的阿拉伯人都乐于乘坐中国船只，因为中国船船身大，结构坚固，航速快。这就为罗盘传入西方提供了条件。
西方在学会使用罗盘后，根据实际需要又进行了科学的改进。由于罗盘在随船体大幅度摆动时，常使磁针过分倾斜而靠在盘体上转动不了。
欧洲人设计了称为“方向支架”的常平架，它是由两个铜圈组成，两圈的直径略有差别，使小圈正好内切于大圈，并用枢轴把它们联结起来，然后再用枢轴把它们安在一个固定的支架上。
最后，把罗盘就挂在内圈里，这样，不论船体怎样摆动，罗盘总能保持水平状态。这种仪器的原理已经是比较近代化了。
应当顺便指出的是，我国古代科学技术界至少在宋代就已经发现了两个地磁要素，即磁偏角和磁倾角的存在。
北宋大科学家沈括在用磁针做实验时，发现指南针所指的南北与地理上的南北并不完全一致，两者之间存在着偏角，即磁偏角。
沈括指出：“常微偏东，不全南也”。这是世界上最早的关于磁偏角的记载。地磁学告诉我们，磁偏角是随着地点的变化而变化的，又由于地磁极在不偏的变化，所以，磁偏角也随之变化。
所以，沈括指出的是“常微偏东”，而不是“恒微偏东”。这说明了沈括已经发现了偏角并非是一成不变的。
欧洲人对磁偏角的最早发现是哥仑布探险的1492年。所以，中国发现的磁偏角至少要早好几百年。
另外，曾公亮所记载的磁化铁叶鱼时，整个鱼身须是倾斜的，只把正对北方的鱼尾没入水中，而鱼首则高出水平。这个实验证明，我国古代的科学家们已经意识到磁倾角的存在。这个发现比纽仑堡罗盘工匠加特曼的同一发现正好早500年。
到了南宋时，磁偏角因地而异的情况更有明确记载，并被应用到罗盘上。
所谓“天地南北之正，当用子午。或谓江南地偏，难用子午之正，故丙壬参之。”
这就是说，在地理子午线和地磁子午线一致的地方，用指南针可以；而中国东南部，地理子午线和地磁子午线有一个夹角，所以需要用其他方法来修正一下。
作为四大发明之一的指南针，历来是中国人引以自豪的，这一发明不但说明了中国古代人民的智慧和观察能力，而且是中国对世界历史发展的巨大贡献。
如果说，科学进步的历史是全世界各国人民共同推动的，那么说，中国古代曾处于这个行列的前面，则是一点也不过分的。
创造指南车
前面我们已介绍了黄帝与蚩尤的逐鹿之战，在这场战争中，由于黄帝发明了指南车，结果大获全胜。
还有一个传说，说是周公发明了指南车，周朝初年，南方的越裳氏派来的使臣迷失了回去的路线，周公制作指南车，派人护送他们回国。
传说毕竟是传说，但它却说明了一点：指南车的发明是为了辨识方向，而辨识方向则是出于远行的需要，远行或是由于战争，或是由于外交，或是由于贸易。
可靠的记载是：东汉，张衡制造指南车，但经过汉代末年的战乱，这指南车没能保存下来，实是件遗憾之事。
但到了三国之时，倒是有一个著名的人物，排出干挠，发明了指南车，这个人物便是三国时期的机械制造家、发明家马钧。
马钧，字德衡，三国时期魏国扶风人（今陕西兴平）。出身于贫寒家庭。
他从小就善于动脑，又勤于学习，刻苦钻研，因而成为一个“巧思绝世”的科学家。
三国时，魏蜀两国经常发生战争，有一次诸葛亮出师攻魏，曾经使用一种新式连弩，可以连续发射几十支铁制弩箭。后来魏军拾到一架，马钧看后说：“巧是很巧，但还不算最好，如果再改进一下，效率还能增加5倍！”
不过这项革新计划未能付诸实践。
当时，还有一种攻城武器叫“发石车”，可以抛出石块打击敌人。据说当时曹操用这种武器打败了袁绍。
马钩发现，这种发石车不但用人多，花费时间长，而且抛出去的石头速度慢。如敌人在城楼上悬挂湿牛皮，就会挡住石头，落下来就会砸伤自己人。
更何况这种发石车只能单发，不能连续发射。
为了克服这些缺点，马钧设计了一种新的攻城武器——轮转式连续抛石机。
他设想，用一个竖置能绕轴转动的大木轮，在轮缘的周围用绳子吊上几十块大石头，然后用机械带动木轮旋转，轮边的悬石也一起旋转，等到旋转速度很大时，按一定节奏断开绳索，就会使石块一块接一块飞射出去，接连不断地打击敌军。
马钧曾经用车轮和几十块砖瓦作过试验，结果完全符合设计要求，接连不断打出去的砖瓦，能飞出几百步远，威力很大。
但是这项发明和连弩机一样，由于统治者不重视，也没有能制造和推广。
但马钧的朋友，文学家傅玄很赏识他的才华、支持他的创新设想。
经过傅玄的多方奔走，安乡侯曹羲以马钧不善言辞，讲不出深奥的道理为理由，不同意让他进行试制。所以，马钧始终没有能够把自己的设想变为现实。
对于这件事，傅玄深有感触地说：“试验一下，本来是极容易的事。可是像马钧这样天下知名的巧人，尚且得不到重视，更何况那些不出名的人呢？
后来的人一定要以此引为鉴戒，以免重蹈覆辙。”
但是，值得一提的是，马钧制造了已经失传很久的指南车。
指南车又名司南车，是古代帝王出行时候的先驱车。车上站一个木人，伸臂南指，不管车子怎样转动，本人的手臂总是指向南方。也就是方向车。
本来，中国的春秋时已经发明了指南车，东汉科学家张衡也制成过指南车，但到三国时期均已失传了。
魏明帝青龙年（233～236）中，马钧在京城担任给事中的官职。一天，马钧和一部分官员在朝房中谈起了指南车的问题。
当时在场的散骑常侍高堂隆和骁骑将军秦朗都认为，古代并没有什么指南车，都是些文人狂编乱说而已，所以，史书上的记述大都不可信。
马钧不同意这种看法，他说：“古代很可能造过指南车，只是我们没有深入去研究罢了。其实，也并不是多么深奥的事。”
高堂隆和秦朗听后，冷笑说：“先生名钧，字德衡。‘钧’是器物的模型，‘衡’是可以定物的轻重。可你说话连个轻重都不分，难道可以作为模型吗？”
马钧回答道：“空口争论有什么用，不如试验试验，方可见分晓。”
高堂隆说：“试验一下？只恐怕是白花国家的钱吧！”
马钧气愤地说道：“如试验不成指南车，损失的钱，全从我的饷银中扣除。”
“此话当真？”
“谁和你开玩笑！”
于是高堂隆和秦朗就把这件事报告了魏明帝，魏明帝便命令马钧试制指南车，并限期在半年之内制成。
马钧经过刻苦钻研，在工匠们的帮助下，没多久，终于制成指南车，高堂隆和秦朗在事实面前再也无话可说了。自此以后，“大下服其巧矣，”大家都佩服马钧是一个很有智巧的人，他的名声传遍天下。
值得指出的是，指南车和指南针，虽说用处都是为了指引方向，但性质截然不同。指南针是利用磁性原理，而指南车则是利用齿轮机械原理制成，两者不可混为一谈。
指南车的设计，是我国古代科学技术的卓越成就，西方学者对于我国古代的这项伟大发明，给予了高度的评价，说它是一切控制机械的祖先之一。
马钧制成指南车不久，有人给魏明帝进献了一种叫做“百戏”的木偶玩具，其设计精巧、造型优美，可惜不能动作。
魏明帝问马钧：“你能使这些木偶人动作起来吗？”
马钧问答说：“能！”
“那就交给你改制吧。”
马钧接受任务后，便用木材做了一个大轮子，平放在地上，用水力使木轮转动，同时轮子上设置的木人都一起动弹起来。
木人们有的击鼓吹箫，有的唱歌跳舞，有的跳丸掷剑，有的爬绳倒立，还有的舂米磨面、斗鸡杂耍，栩栩如生，变化无穷，成为壮观多姿的“水转百戏。”
要使这么多的人自己动作起来，其中一定运用了一套复杂的齿轮、凸轮、连杆等传动机构。这无疑体现了我国当时的机械学方面知识和技术水平均是相当高的。
马钧在其他方面，也做出了极大的成就。如改造织花提布机，发明制造灌溉机械龙骨水车等。
马钧的才智是过人的，当时的人们称他为“国之精器。”他不大善于言谈，喜欢独立思考和埋头苦干，这大概是科学家、发明家一种共同的性格吧。
马钧在机械方面的许多杰出创造，使他成为我国历史上著名的科学家之一。他为科学技术和生产的发展作出了巨大贡献。
可是，像这样一位杰出的机械制造家，在当时的社会条件下，却没有得到应有的重视。他后来虽然做了一个“给事中”的小官，却学非所用，这也可说是一种悲哀。
他的发明，创作一再受到阻挠和蔑视，他的科学知识和才能也没有得到充分的发挥，这说明了腐朽的封建制度埋设和浪费了多少的人才呀！
不断发展的造纸术
远古的时候，人们没有文字，用堆石、结绳、岩画、契本、刻陶等方法记事，以后，我们的祖先发明了文字。大约到了3500年以前的殷朝，我国出现了甲骨文。
这时的人们，遇有祭祀、狩猎、战争等等大事，便先占卜，然后行动，而占卜的原因和结果，就刻写在龟的腹甲上。
尔后，古人的青钢冶炼技术达到很高的水平，人们把一些需要永久保存的文字铸在青铜器或刻在石碑上，这时的文字叫做钟鼎文、石鼓文等。
到了春秋战国时期，人们又采用了新的记事材料，叫“简牍”。“简”是竹片，“牍”是木片。一片竹简一般只写一行字，少数写两至三行字。把刻有一篇文章的竹简串联起来，就叫做“册”或“策”。
简牍比起甲骨、钟鼎、石碑是一大进步，它材料充足，书写容易，收藏和运输也方便。可是连篇累牍，还是显得笨重不堪。
战国时，当时的著名学者惠施，出外游学，用五辆车子装载竹书。此件事，就是成语“学富五车”的来源。其实，他那五车竹书，也不过有现在的几本书。
另据记载，秦始皇每天批阅的简牍文书重达60千克。西汉时，一个名叫东方朔的人写了一篇文章给汉武帝，共用去竹简3000多片，由两个身强力壮的武士抬进宫去，而汉武帝用了两个月的时间，才看完这篇文章。
我们现在有个成语叫“汗马牛，充栋宇”，就是形容简牍之多的。搬运时，牛马累得出汗；储藏时，房屋堆得满满的。
在使用简牍的同时，另一种书写纸缣帛也开始使用。缣帛是蚕丝的织造品，质也轻薄，便于书写。但是缣帛十分昂贵，一匹缣帛的价格相当于360千克大米。
因此，随着社会经济文化的发展，迫切需要一种轻便、实用、经济的书写材料。经过我国古代劳动人民的长期实践和不断改进，一种理想的新型书写材料，终于在汉朝制造出来了，这就是纸。
本世纪以来，在我国新疆、内蒙古和陕西等地，多次出土了西汉纸残片。
经过化验分析，确认它是汉武帝（前140～前87）时期的遗物，主要是由大麻和少量苫麻做原料制成的。
这是已知的世界上最早的植物纤维纸。这一事实说明了早在公元前2世纪，我国劳动人民就已经发明了造纸术。
这种纸由于是在西安的灞桥出土，所以叫它灞桥纸。这种纸的制作比较粗糙，其纤维组织松散，强度比较差，厚薄不匀。所以，开始造的纸质量欠佳，不便书写。
汉代许慎的《说文解字》说：“纸，絮，一苫也，从系，氏声。”许慎的这段话，简要而明确地说明，最早的纸是由丝絮漂洗后的残絮制成的。
以后，又经过了约200年，在造纸上有杰出贡献的，应首推蔡伦，他发明了更好的纸。
蔡伦，字敬仲，东汉桂阳（湖南耒阳）人，明帝永平末年（75年或以前），开始在京城洛阳皇宫里当差。章帝建初年间（76～84），任小黄门职务。直到到和帝即位（89），升任中常侍，侍从皇帝。参与国家机密大事。
蔡伦是个很有才能的人，他总结西汉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、旧鱼肉等原料，经过精工细作，制出优质纸张。
元兴元年（105），有人将蔡伦的造纸术奏报朝廷，受到汉和帝的称赞，从此造纸术得到推广。为此，汉和帝封蔡伦为“龙亭侯”，所以他组织监制的纸被封为“蔡侯纸”。
从这些资料表明，大约从西汉武帝时期发明造纸术以来，到公元2世纪初的东汉时期，我国已经完成了具有重大意义的造纸技术改革。
其划时代意义表现在如下几方面：
1.采用了多种原料，解决了造纸原料来源不足的问题。尤其是用树皮做原料，是重大的创造，可以说开创了近代木浆纸的先声，为造纸业的发展开辟了广阔的途径。
2.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。
其造纸程序可能有这样几个环节：①分离；②捶捣；③交织；④干燥。
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序并没有什么根本的变化。
3.造纸业从此成为独立的行业，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。从此，纸的生产得到了迅速的发展。
因此，蔡伦在改进造纸技术方面的成就是不可低估的。
蔡伦由于职务上的关系，有观察、接触生产实际的条件，有机会学习和总结工匠们多年积累下来的丰富造纸经验，所以才能够监制出质量比较优良的纸张，实现了意义重大的造纸技术改革。
所以，汉朝造纸工匠们的创造性劳动是不容忽视的，是值得歌颂的。
自蔡伦制出优良的纸张后，深受人们的欢迎和喜爱，造纸术很快推广到全国各地，简牍和缣帛逐渐被历史所淘汰。
到公元3至4世纪，纸已经基本上取代了落后的简、帛而成了我国唯一的书写材料，有力地推进了我国科学文化的传播和发展。
到了3至6世纪的魏晋南北朝时期，造纸术又不断更新。在原料上，除了原来的麻、楮外，又有桑树皮、藤皮造的纸。
在这一时期，设备上也出现了活动的帘床纸模，用一个活动的竹帘放在框架上，可以反复捞出成千上万张湿纸，提高了功效，减少了消耗。
在加工技术上，加强了碱液（石灰）蒸煮和舂捣，改进了纸的质量。当时已经能够造出洁白光滑、纤维匀细、质地坚韧的优良普通纸和色纸、涂布纸、填料纸等。
北魏贾思勰所著的《齐民要术》中，记载了用楮皮作造纸原料的处理方法，是目前已知的关于楮皮纸的最早记录。
书中还介绍了纸的染潢法，利用黄檗防虫蚝和染色。防蛀纸的应用对于长久保护书籍免遭损害起了重要的作用。
隋唐时期，我国的造纸业已经遍及南北各地，产量和质量大大提高。除了麻纸、楮皮纸、桑皮纸，藤纸外，还能生产出檀皮纸、稻麦杆纸和新式竹纸。
两宋以来，由于雕版印刷术的兴起，印书业的出现，极大地促进了造纸业的发展。各种纸制品已经广泛应用到日常生活中。
到了元明时期，造纸工艺已经相当完备。明代宋应星在《天工开物》一书中，详细地记述了技术复杂的竹纸制作技术，其中包括一些关键性的工序。
比如用石灰和草木灰蒸煮处理纸浆，以加速纤维离解，除去杂质，并且起漂白作用；加“纸药水汁”，使纸浆抄制更加均匀。
随着造纸业的发展，纸的品种也逐渐增多，各个朝代，不同省区都有名纸出产。如东汉末的“左伯纸”；晋朝的“侧理纸”；南北朝的“凝光纸”等。
到了唐宋时期，纸的精加工技术已经达到令人惊叹的水平。如唐朝的“十色笺”和“薛涛笺”，以及北宋初的“澄心堂纸”等，不仅有多种颜色的区别，而且纸面砑磨极为光滑，甚是喜人。
唐代的笺纸制作，极为成功。元和年间，蜀妓薛涛造十色花笺。元稷白居易、牛僧孺、刘禹锡、杜牧等20余人，先后与薛涛唱和，用的都是薛涛笺。
因而，薛涛笺名传千古，为世人所宝重。但有的书上记载，十色花笺不是薛涛所造而是谢公所制。元费的《笺纸谱》所记，十色乃是深红、粉红、杏红、明黄、深青、浅青、深绿、浅绿、铜绿、浅云。薛涛笺只有深红一种，因而，又称薛涛笺为“红八行”。
不论制造十色笺的是谁，而唐代笺纸已有十色，这是确凿无疑的。
南唐李后主酷嗜文事，对造纸非常关心。著名的有会府纸；长2丈，宽1丈，厚如数层缯帛。而最有名的算是“澄心堂纸”：“肤如卵膜，坚洁如玉，细箔光泽，为一时之甲”。这是一种高级书画纸。
宋代，造纸业有了更大的进步，对前代的名纸无不仿造，其中以澄心堂纸制造尤佳。著名书画家均用此纸。欧阳修在撰写《新五代史》时，底稿也是用的此纸。
此外，苏州的“金栗山藏经纸”，浙江的“富阳小井纸”、“赤亭山赤亭纸”，江西抚州的“茶衫子纸”，湖北的“鄂州蒲圻纸”等，都比较有名气。当时，张永自造的纸，胜过宫廷监造的纸，誉为“天下第一”。
而宣纸，可能在唐代就有了。宋末，曹大三避战乱来到了安徽泾县小岭，见当地山多地少，盛产青檀皮，并有洁净泉水四季常流，就在这里制造宣纸为生。
元明时期，宣纸生产有了进一步的发展。所产的“花格之白鹿笺，蜡砑之五色笺、松花笺、月白笺、罗纹笺为世所喜”。这些纸，是书画家渴求的珍品。
到了清代乾隆时，宣纸生产已十分繁荣，品种达近百种。泾县东乡泥坑汪六吉仰记所造的宣纸，号称“全球第一”。
宣纸的特点是：
1.洁白。其白色略似莹光，却无莹光之反射，十分柔和。而且白色稳定，百年不变。古人称之为“光白可爱”。
2.柔韧。贮藏多年的宣纸抖动时，绵软轻飘，几乎没有响声。反复折叠不断裂，浸水提起不破碎。这是由于青檀皮纤维较长，在宣纸中相互缠绕，紧密不散。
3.韵墨。墨汁落纸，四面渗化，深浅浓淡，层次丰富，无呆板生硬之感，有均匀和谐之趣等特点。
4.吸墨。生宣纸，不施胶，不涂料。墨汁上纸，渗透纸内。几百年后，还能见到“纸墨之光射目”的情景。
我国的造纸术，最先传到越南和朝鲜。大约在隋朝末年（610），又由朝鲜传到日本。到了唐代，中国和尚陆续到印度取经，以后，印度学会了造纸。
天宝十年（751），唐朝军队与阿拉伯军队在天山一带交战，许多士兵被俘。被俘的士兵中有很多造纸匠。以后，这些造纸匠就把造纸术带到了阿拉伯。
阿拉伯人塔利比写道：“造纸的方法是由中国的俘虏传到撒马尔罕的。
获得这些俘虏的人是齐牙德·衣布·噶利将军。
12世纪中叶，阿拉伯人又把造纸术传入了欧洲，再经过400年，造纸术传到了美洲。19世纪，澳洲也建立了造纸厂。
这样，可以说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。
著名的英国科学家弗兰西斯·培根在评价包括造纸术在内的我国古代“四大发明”的时候说：“它们改变了世界上事物的全部面貌和状态，又从而产生了无数的变化；看来没有一个帝国，没有一个宗教，没有一个显赫人物，对人类事业曾经比这些机械的发现，施展过更大的威力和影响。”
纸的发明，是中华民族的智慧结晶，是对世界文化的伟大贡献，是记载于世界科学史中的光辉篇章。
推动历史的火药
且说在隋朝初年，杜子春去拜访一位炼丹老人。由于两人是老朋友了。
几杯酒下肚，三言两语已是半夜时分，于是杜子春和炼丹老人抵足而眠。
却说杜子春由于喝酒超量，总是睡不着。就在三更时分，只听得外面“轰卤一声巨响，吓得杜子春一跃而起。
炼丹老人也慌忙起床，两人循声来到炼丹房，只见炼丹炉内喷涌出阵阵紫色烟雾，烟雾上窜到房顶，散布室内。转眼间房屋烧了起来，两人吓得直往外窜。
这到底是怎么回事？杜子春问老人，老人也摇头不知，只是嘟哝道：“天火毁了我的房子，天火毁了我的房子！”
真的是天火毁了他的房子？
其实哪有什么天火，他们所看的情景就是火药爆炸的情景。那火药从何而来呢？
原来，炼丹家们要炼的丹，不外乎有两种，一种是长生不老之药，二是金银。他们用的原料是铜、锡、铅、水银、硫磺、硝石等，用的器具是炼丹炉，而用的燃料则是树木做成的木炭。
因而，硫磺、硝石和炭的粉末，也就不免要混合在一起。而这种混合物就是火药，但炼丹家们一开始哪了解到这些。这些混合物，只要碰上火星或受到敲击，就要爆炸。
后来，爆炸的现象多次重复，这才引起炼丹家们的注意。他们经过细心地观察，不断深入地研究，分析、试验、终于拟制成了一个新的配方。于是，火药就发明了。
火药的发明，从某个炼丹家来看，是很偶然的；而从整个炼丹术的发展来看，则是迟早会出现的。
火药触火即燃，其化学反应式近于：
2KNO＋3C＋S→N↑＋3CO↑＋KS＋169千卡，另外还有少许 CO、 3 2 2 2KCOKSO。
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体积很小的火药，燃烧时产生大量的气体和热量，体积突然膨胀，增至几千倍，因而在密封的容器里会引起爆炸。同时，因不完全燃烧，所以能看到冒烟。
在现在，配制火药很容易，民间流传的“一硝二磺三木炭”，就是火药简易的配方。但在古代发明火药时，可不那么容易。
火药的发明，决不是哪个人的功劳，而应是古代劳动人民集体智慧的结晶。它是随着生产的发展，社会的进步，人们的不断摸索而逐步完成和完善的。
因为古人们首先要对组成火药的三种主要成分的性质和应用有一个认识过程。早在商周，人们已广泛用木炭来冶炼金属，明白炭是较木柴更好的燃料，伐薪烧炭，遂成了古人们独立的行业。
而硫磺不仅有天然的，同时也杂存于铜、铁矿之中，在冶炼中逸出的硫和二氧化硫，直接地刺激着人们的感官。就在这种接触中，人们逐渐认识到硫不仅对某些皮肤病有特别的疗效，还认识到硫的一些化学性质。
如《神农本草经》中说：“石硫黄，……能化金银铜铁，奇物。”即硫能与铜铁等金属化合，特别是认识到硫轻易与水银发生化学反应，获得与天然品接近的硫化汞。
这种性质深受从事炼丹的方士们的注意，在他们妄图将水银炼成“金液”、“还丹”的过程中，常使用硫。
在这种活动中，进而了解到硫含有猛毒，着火易飞，很难擒制。怎样使其药性缓和呢？人们采取一种所谓的“伏火法”。
伏火法即将黑褐两色的硫磺矿经过与其他药品混合、加热或燃烧，变成金黄色或朱砂色、雪白色的硫及其化合物。而火药的发明就产生在这种硫磺伏火的实验中。
硝的引入是制取火药的关键，在长期的生产活动中，古人们认识了硝石。
硝石的主要成分是硝酸钾，化学性质很活跃，能和许多物质发生作用。所以在炼丹中，常被用来改变其他药品的性质。
对炭、硫、硝三种物质性能的认识，为火药的发明准备了条件。由于医药学和炼丹活动的发展，特别是人们长期的实践，至迟在唐朝，人们在硫磺伏火的实践中，发现点燃硫磺、硝石、木炭的混合物，会发生异常激烈的燃烧或爆炸。
唐朝初年，有一位药物学家孙思邈（我们另章会介绍到他），在他的《诸家神品丹法》中载有“内伏硫磺法”：“疏黄、硝石各二两，研成粉末，放在砂罐内，掘一地坑，放砂罐在坑内与地平，四面都以土填实。再用皂角子三个，将其点着放入罐内，使硫磺和硝石混合物烧起火焰。等到烧不起焰火时，再拿木炭来炒，当炭消三分之一，就退火，不等冷，取之。得到的混合物就叫做伏火。”
由此可见，当时的人们已认识了硝、硫、炭混合，会发生剧烈的反应。
因而采取措施，控制反应速度，防范爆炸。这是所能见到的有关火药最早的记载。
同类的实验，在唐朝中期一个名叫清虚子的也做过。他在“伏火矾法”写道：“硫二两，硝二两，马兜铃三钱半。研为末，拌匀，掘坑，入药于罐内与地平。将熟火一块，弹子大，下放里面，烟渐起。”
在这个实践中，同样注意防范混合物的激烈燃烧而爆炸。这种实践方法，是经历了反复实践而总结出来的。
关于失败的教训也有记录，一本名为《真元妙道要略》的炼丹书，就告诫说：拿硫磺、硝石、雄黄（ASS）密合起来一起烧，会发生焰火，把人们的 23脸和身体烧坏，还能直冲屋上，把房子也烧光。
这类实验的反复进行，经验不断积累，认识逐步提高，人们终于掌握了火药的配制及其燃烧爆炸的性能。
值得一提的是，我们前面讲了几种伏火法，是为了炼丹而制，而非是为了得到火药。其实他们配方出来的东西就是火药的萌芽，只不过他们还不知道而已。
有必要提一下，火药并不是用来治病用的，为什么会叫“药”呢？
因为在古代，人们对硝石，硫磺早有认识，曾被作为药材。例如在汉朝的《神农本草经》中，硝石曾被列为上品药的第六位。硫磺也被列为中品药的第三位。
就在火药发明之后，还曾被列入药类，在明朝李时珍所著的《本草纲目》中，说火药能治疮癣、能杀虫、辟湿气、治瘟疫等。
上面只是说它作为“药”的一方面，另一个原因，是全世界古代社会上层人物，都曾热衷于寻找长生不老的丹药，所以炼丹术很兴盛了一阵子。
在中国，据史料记载，秦始皇就相当热衷于寻找长生不老的丹药。到了西汉时期，人们把冶金技术运用到炼制矿物药方面，梦想炼出仙丹。
所以，人们炼丹的目的，也是在寻找一种长生不老之药。所以，火药的“药”字，就是一种治病的药。
军事上大显身手
火药的出现，很快被用到军事上。唐朝末年战争频繁，有位将军在攻城时就使用了“飞机发火”，把城门给烧了，他自己带领士兵冒火登城，浑身也被烧伤。
“飞机发火”实际上是一种火炮。用火药包装在炮上，点着火后向敌人抛过去。有必要解释一下，在没有火药之前，所有的炮都是用来抛石头的。
所以，这里的炮应是“砲”，这在现代中国象棋中还时常看见。但当火药应用于军事之后，砲才写为“炮”。炮最初是为了抛掷发火器而用，除此之外，还有一种火箭。
北宋初年，火药经过不断试验和改进，出现了用火药制成的火箭。据说火箭的发明人叫冯继升。
冯继升的祖父是一个炼丹家，冯继升从小就在火药堆中长大，他最初制成类似现在的鞭炮之类的物品，以供玩耍。后来渐渐发现火药的膨胀力足以使房屋炸毁。
经过慢慢的摸索，发明了火箭。这种火箭是把火药绑在箭头上，用引线点着后射向敌人。引起大火而烧杀敌人或粮草等。
冯继升把此方法献给当时的皇帝，皇帝大悦，遂封给冯继升一个专门监督制造火箭的中级官职。冯继升上任后，曾为北宋立下了汗马功劳，受到皇帝的嘉奖。
在激烈的战争中，火药武器显示了前所未有的威力，进一步引起了人们的重视，随后又创造出火球、火蒺藜等火器。火药的研制和生产也有很快发展。
北宋时，火药的应用已经十分普遍，有了国家的兵工场，叫“广备攻城作”，里面设有“火药窑子作”，就是制造火药的作坊。
宋神宗时，西夏国军队进攻兰州，北宋军队抵抗时，一次就领用火箭25万支，比三国诸葛亮“草船借箭”还多5万只，而且还是火箭，当时火药生产和运用之广可想而知。
庆历4年（1044），宋朝曾公亮等编写了《武经总要》，一书中记载了当时的三种火器的火药配方，现转抄于下：火药成份焰硝硫磺本炭其他（两）（两）（两）火器名称毒药烟球 30 15 5巴豆、砒霜、狼毒等10种蒺藜火球 40 20 5竹茹、麻茹等7种火炮 40 14（14）桐油、黄蜡、干漆等10种《武经总要》，这是一部军事百科全书，书中记载的火药配方已经相当复杂，火器种类更是名目繁多。
如蒺藜火球：敌人骑兵奔来的时候，就将火球抛在地上。马脚被刺痛烧伤，马就狂蹦乱跳，骑兵就神慌手乱，以致马翻人仰，自相践踏。此时，我军乘机袭击，必可获胜。
又如毒药烟球：球内除了装有火药，还装有巴豆，砒霜之类的毒药。这种球发射出去，爆炸燃烧，散出毒气，杀伤敌人。
又如铁火炮：火药中掺进细碎而有棱角的铁片，铁片借助火药巨大的爆炸力，四处迸射。这很像现代的手雷。
又如霹雳炮：十几层纸里面装上火药和石灰，火药爆炸，石灰飞扬，可以灼伤敌人的眼睛。
南宋绍兴31年（1166），金国的60万大军一直打到长江下游，企图一举灭亡南宋。宋朝大臣虞允石赶到采石（现马鞍山附近），率领军队迅速做好迎战准备。
金兵驾驶船只抢渡长江，主帅完颜亮亲自在江边用小旗指挥。虞允石命宋军战船迎战，同时施放霹雳炮。
这种炮点着后，一下子升入空中，然后落人水中再跳出来，在敌军面前燃烧和爆炸，声音如雷；炮中还散出大量石灰，迷住敌军的眼睛。宋军趁势猛攻，金兵纷纷落水，最后宋军大获全胜。
据南宋诗人杨万里记载：霹雳炮由两节构成，一节装火药，一节装石灰。
它可能像现在的“二踢脚”，所以才有那样的威力。
火药不光是为了军事上，有时，还用于娱乐。《武经总要》记载：有一种叫“霹雳火球”的武器，用火点着后，能够发出如雷鸣一样的声音。
后来，每逢元宵节之夜，城市乡村热闹非凡，除了各种各样的花灯外，又出现了焰火。宋朝诗人辛弃疾记录这种焰火腾空的热烈场面时写道：“东风夜放花千树，更吹落，星如雨。”这说明了火药出现了多种形式。
稍后，又发明了管形火器。这一发明比起燃烧性火器、爆炸性火器是一大进步。这一火器的发明人，是南宋时的兵器制造专家陈规。管形火器又叫火枪，这是世界上出现的第一把“枪”。
这种火枪是以竹筒制作，竹筒里装满火药。打仗时，由两个人拿着，点了火发射出去，烧杀敌人。到了元代，已有金属制作的管形火器，这可以说是火器革命的一次飞跃。
在中国历史博物馆中，现在还存有一尊元朝至顺三年（133）造的大钢炮。
这是世界上最早的大炮。这种金属制成的管形火器，射程远，威力也特别大。
到了开庆元年（1259年），安徽寿阳制造出突火枪。突火枪是用粗毛竹做成的，竹筒里放火药，还放一种叫“子窠”的东西。用火把火药点着后，“子窠发出，如炮声，远闻百五十余步。”这种枪就是原始的发射子弹的火器，而“子窠”可能就是最早的子弹。
诸位读者还记得《水浒传》中的“轰天雷”凌振吧。他就是个火器制造专家。他制造的炮威力极大：“石炮落处，天崩地陷，山倒石裂，一片残迹。”
凌振还制造了一种子母炮，每一个母炮周围连接49个子炮，母炮一发，子炮俱响，群弹如滚雷疾风行空而去。这在当时，是最新、最神奇、最有杀伤力的远战武器。
明代，火器又不断地发展，又发明了以火药之力推进的火箭。这种火箭的上面有一个纸筒，筒内装满炸药，筒尾接上了引火线。
引火线点燃后，火药燃烧，迅速产生大量气体，从筒尾喷出，喷气的反作用力推动着火箭向前飞行。
那时的火器中还有“集束火箭”、“震天雷炮”、“神火飞鸦”等。集束火箭就是把几十枚火箭捆绑在一起，威力极大；震天雷炮，是把火箭装有翅膀，乘风疾飞，震声如雷，其杀伤力更是巨大无比。
而神火飞鸦，则是用竹蔑扎成乌鸦，体内装满火药。点燃火药，乌鸦能飞100多步，然后坠地爆炸。一时间，烈火腾空，烟焰弥漫，在陆上可烧军营，在水上可烧兵船。
那时的火箭在军事上起到极大作用，于是火器专家们想出各种各样的绝妙方法。如“一窝蜂”一次可以发射32支火箭；“百花齐奔箭”一次可以发射 100支火箭。想想这么多火箭，一下子飞入敌群，其惨像目不忍睹。
还有一种火箭名为“二级火箭”，主要是用于水战的火箭。火箭筒为木制或竹制，长约1.7米，龙形。
作战时，点燃龙身下面的火箭——一级火箭，推动着火龙贴着水面飞行；一级火箭内的火药将要烧完，立即引燃龙嘴里的火箭——二级火箭，飞向敌人。
想这火龙飞行之时，昂头张口，呼啸着挟着劲风，疾进中映着火光，犹如无鳍的游鱼，敛翅的飞禽。忽然间，口中火光一闪，直奔敌船，真是气势如虹，威风凛凛。
这个时代，还有一种奇特的火箭值得一叙。那就是“飞空砂筒”。据明代茅元仪的《武备志》上记载：“这种火箭有一个小筒子，连在竹杆的一端，筒内装了火药和细砂；竹杆上绑着两个方向相反的‘起火’点燃正向的‘起火’，推动砂简飞行，砂筒抵达敌方上空，砂筒坠落爆炸。同时，反向的‘火’点燃，竹杆又自动地返回发射点。”
这好像是一种现在的无人驾驶飞机，自动投弹后又自动返回。从此事可知，古人们的火箭技术已达到了一定的高度。
千万不要小看这些最早的自行火箭，它同我们今天发向宇宙太空的火箭，利用的是一个完全相同的原理，也可算现代的三级火箭和航天飞行的鼻祖。
还有一件事，比较有趣，但它又包含着人们渴望了解火药的多种功能，下面记录的就是这件事。
14世纪末，外国人赫伯特·瑟姆写了一本书。书中说：当时中国有位官员，手拿两个大风筝，绑坐在椅子上，椅子下面装上47枝火箭。他设想，点燃火箭，推动椅子升空。再借助风筝，在空中飞行。
我们可以这样说，这位官员的装置可谓是原始的喷气式飞机。当然，他的设想是不会实现的，即使上天了，那结果就是粉身碎骨。但古人们的创新精神是不可抹煞的。
也就是这种创新精神，才有了现代社会的人造卫星上天，飞机翱翔于天宇和一系列根本性的革命。
火药火器的传播
中国的火药制造方法，最早是由商人传入阿拉伯，时间大概是1225～1248年间。但是中国的火器则是在元代，通过战争方式传入阿拉伯的。
1218年，成吉思汗西征，打到中亚西亚，然后经过波斯，到了伊拉克。
在阿姆河之战中，蒙古军队使用了毒气烟球、火箭、火炮等火器，取得了阿姆河大捷。
1258年，蒙古军队在攻打伊拉克和叙利亚时，又使用了火器。当时的战斗形式，主要是人与兵械相斗的近战，其次是发箭、滚石、放水等远战。
不论在近战中，还是在远战中，火器的杀伤力都很大。火器使阿拉伯人吃了大亏。他们对这些火器立即研究，不久，便掌握了制造火器的技术。
有些阿拉伯兵书记载了蒙古兵使用“铁瓶”的情况。据说，这铁瓶就是“震天雷”之类的火器。
又一种阿拉伯兵书说，当时阿拉伯人学会制造两种火器，一种是“契丹火枪”，用于近战；一种是：“契丹火炮”，用于远战，在水战中可以轰击敌船。契丹，是他们对中国的称呼。他们还根据火铳的制法，创造了各种火器。
1253年，旭烈兀西征，征调汉人工匠千余人随征，其中有制造火器的。
1260年，旭烈兀占领伊拉克，叙利亚等地，威胁埃及。
埃及马木路克苏丹在叙利亚的大马士革以南击溃蒙古军队，大批蒙古兵投降。从此，马木路克获得了火器和制造火器的工匠。
1236年，蒙古军队西征欧洲，势如破竹，至1241年，先后占领俄罗斯、波兰、匈牙利和日耳曼东部。
在波兰格尼兹战斗时，波兰士兵说：蒙古兵用了一种妖术，大旗一挥，出现一些怪物，滚地如球，口吐烟雾。那烟雾臭恶无比，将波兰士兵熏倒在地。
烟雾过后，蒙古兵就冲杀过来。这所谓的怪物，显然是毒烟球。波兰士兵说是妖术，是由于他们还不知道火药为何物，也从未见过火器罢了。
当时，蒙古兵是单骑作战，驰骋自如，飘忽如风，近取马刀砍杀，远则利箭射龋而欧洲人却是马车作战，几匹马拖一辆车。奔跑累赘，转动笨拙。
战车一遇上凶悍的蒙古兵，就不堪一击，而四处溃败。几次交战之后，欧洲人闻风丧胆，唯恐逃避不及。因此，他们没有可能去研究火器，从而发现它的奥秘。
那时的欧洲处于历史上的一个黑暗时期，即欧洲中世纪时期。这里旱灾严重，疫病猖獗，战争频频，政治腐败，经济衰敝，生活悲惨，人心闭塞，文化落后，它比阿拉伯地区和中国落后得多。
这时的元朝凭借武力，在中亚、西亚和俄罗斯建立了一些汗国。各个汗国设有完善的驿站，并且尽力保护商道。
于是，1000多年来时断时续的东西海陆交通，这时就畅通无阻了。中国的罗盘、火药、印刷术、造纸术等辗转传入欧洲。
中国的造纸术传入欧洲，造成了欧洲造纸业的兴起。造纸业和印刷术的兴起和传入，推动了出版业的发展。出版业的发展，又促进了翻译工作的昌盛。
欧洲人翻译了大量的阿拉伯文书籍，其中有关于火药的。这时候，他们才知道火药这个力大无比的神奇的东西。
英国人罗哲尔·培根在他的书中提到火药时说：“有一种拇指般大小的东西，由于硝的爆炸，会发出可怕的声音。这个用羊皮纸包裹的小东西，声音比疾雷还响，火光比闪电还强，威力巨大。”
那时的欧洲人同培根一样，还只是把火药当作神奇的东西谈论，但还不知道怎样制造火药。
欧洲和阿拉伯国家断断续续打了几百年仗，在西班牙、小亚细亚以及地中海的一些岛屿都打过，最重要的是欧洲十字军东征和阿拉伯人的抵抗。
由于阿拉伯人早就学会了火药、火器的制造，所以欧洲人在许许多多的战斗中，都吃尽了苦头。
如在1325年，阿拉伯国家攻打西班牙，用抛石机发射“火球”，巨响如雷，烈焰冲天，烧毁房舍，杀伤人畜。
苦头教训了欧洲人，激发了他们研究火药、火器制造的愿望。1326年，英国人制造了铁火瓶；1345年，法国人制造了铁炮，1357年，英国制造了名叫“提拉尔”的火器。
欧洲人制造这些管形火器，从结构和材料上来看，都不如中国的管形火器先进。因为，我国的管形火器是铜铸的，使用比较方便，效果也比较好。
欧洲学会了火器制造方法之后，积极发展火器制造。在近代科学兴起后，他们的兵器制造很快就走到了世界的前列，这才有了机关枪、迫击炮，甚至火箭、导弹之类的武器。
恩格斯曾说：“现在已毫无疑义地证实了，火药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，经过西班牙辗转传入欧洲的。”
所以，恩格斯对中国火药的发明，在人类历史，特别是在西方现代文明历史进程中的巨大作用，都作了不容置疑的肯定。这不能不说是中华民族的光荣和骄傲。
中国火药的发明，对我国和世界的社会经济的进步和科学文化的发展，都起了巨大的作用。而火药的发明与古代的炼丹家们又是分不开的。
炼制不死之药
却说在远古时期，人们的生产水平很低，对生活享受的要求也很少。随着社会的发展，生产力的提高，统治阶级的物质享受较前也大为增加。
于是，那些皇帝、贵族们的欲望就越来越大，他们或者想长生不老，以便永远享福；或者想制造金银，任意挥霍。
在这种情况下，出现了一批以求仙、炼丹为业的人，来迎合统治阶级的心理。这批人就叫“方士”。根据历史记载，我国早在战国时代就已经有这些方士了。
据说秦始皇不愿老死，听了方士的话，曾经派了童男童女去海上寻找长生不老药。但大海茫茫，出去之人无人返还。
由于出去寻找仙药风险实在太大，于是就有人动手炼制“仙丹”，产生了炼丹术。在汉朝时，汉武帝刘彻就是一个贪生怕死之人，一心想成仙。
汉朝的方士李少君看到这种情况，就建议说：“只要祭了灶神，丹砂可以炼成黄金；再把这黄金做成器具盛东西吃，就会长寿，就会看到大海上蓬莱仙岛的仙人，这样就可以长生不老了。”
其实求仙和炼仙丹，都是古人的空想。而炼出来的所谓的仙丹，常常吃死人，皇帝吃死过好几位。但是，他们不说是中毒死的，却说是“尸解”了，仿佛是成了仙似的。
古往今来有数不清的人在追求长生不死，为此，他们耗费了无数的精力和财富。由于古代君王们迷醉于长生不死药的炼制和探求，还出现过许多笑话：古时候有个十分聪明的大臣，整天侍奉着君王。有一天，一位自称是得仙人高传的术士，来向君王进献长生不死药。
这位大臣一听就知道这是个骗子，他不露声色地站在一旁观察。只见那个术士跪在殿前，双手将托盘高举，盘内盛了一只不知什么做成的小药丸。
君王一见，喜出望外，连忙走下王位伸手去拿不死仙丹。就在这时，大臣抢在君王前面，手疾眼快地一下抓过药丸吞进嘴里。君王先是一愣，随后便大怒：“好个混帐东西，竟敢抢吃寡人的长生不死之药！来人哪，推出去。
把他斩了？”
两边卫士上前抓住大臣。大臣却不慌不忙地说：“陛下，容臣说完一句话再杀也不迟。”
君王喝道：“你还有什么话？快说！”
大臣说道：“陛下，献药的人说这是长生不老之药，可是臣吃了却立刻就要死了，可见这药根本不是什么不死之药，而是地道的假药。是不是？君王。”
君王一听，对呀！不觉转怒为喜：“贤臣请起，若非你的提醒，寡人险些让这骗子给骗了！来人哪，给我把这骗子轰出去！”
这位聪明而机智的大臣就这样戳穿了一位骗子的把戏。这件事发生在两千多年前，可见那时的人们对不死仙丹的迷醉程度。
炼丹术带来化学科学的兴起
虽然炼丹术不能得到长生不老的灵丹仙药，但是伴随着迷信炼丹术的是化学科学的起源，使得人们的化学知识得到了提高和丰富。这是开始的炼丹术始料不及的。
首先是发现了某些金属的化学反应。
古代炼丹的方法分为火法和水法两种。所谓火法，就是像《西游记》中太上老君用火烧炉子，直接加热的方法。
火法大致包括煅、炼、炙、熔、抽、伏等方法。煅就是长时间高温加热；炼是干燥物质加热；炙是局部烘烤；熔即加热使物质溶化；抽即蒸馏；飞是升华；伏是加热使药性改变，不是原来的物质。
炼丹术最早使用的材料大概是朱砂，就是红色硫化汞。朱砂一经用比较低的温度加热，就可以分解出水银，而水银和硫磺又容易化合生成黑色硫化汞，再加热使它升华，又复红色硫化汞状态。
大概就是这种容易观察和发生的变化引起古人的好奇和兴趣，他们搞不懂一会儿黑，一会儿红，一会儿又是亮晶晶呈液状但却不流散的水银会有多种神奇的功效。
他们想，既然物质可以变化，那么当然也能用别的东西制取黄金，点铁成金。于是人们深信不移炼丹的功效。
反复的实践做了又做，人们对这种变化已十分熟悉。在中国东汉和西汉时期，就有人生动地描写了水银容易挥发，容易和硫磺化合的特性，并讲到了炼丹家们在炼丹炉前观察“赫然还丹”的过程。
到唐朝以后，炼丹方法更加精细，汞和硫都有一定比例，加热有一定火候，操作有一定程序，最后炼出“化为紫砂，分毫无欠”的结果。
其实，紫砂就是朱砂，看来，红色的硫化汞是炼丹家们用人工合成的第一种化合物。这不能不说是化学科学史上的一大成就。
由此可见，我国最早的创始的炼丹术，是近代化学的前身。其次，古代炼丹术使人们得到了一些合金，懂得了怎样制造合金。
由于汞很容易和其他一些金属形成汞齐（汞合金），所以炼丹家们很早就注意到这种现象。中国东汉时有个炼丹家，叫魏伯阳，他在一本书上写道：“卒得金华，转而相亲，化为白液，凝而至坚。”
魏伯阳制出的合金，除了含锡的锡汞齐，还有含金、银、铅等金属的汞齐。
到了宋朝，炼家们利用金汞齐制造金粉。先制成金汞齐，再加入食盐，然后蒸发掉水银，溶掉食盐，留下来的就是粉末状的黄金。这就是炼丹家们所孜孜以求的“神丹”。
第三，古代的炼金术，使人们认识了更多的化学物质。
炼丹要用药物，这些药物大半是化学上的化合物。在大量的，长期的实验中，人们认识了越来越多的化学物质。这些物质均是炼丹常用的，大致有60多种。
正是在炼丹术盛行的时代里，化学也像寄生物一样发展起来，所以，恩格斯说：“化学以炼金术的原始形式出现了。”
这种以炼金术出现的化学，虽然在益寿延年和创造财富方面，一点也帮不了统治者的忙，但促进了化学科学的兴起。逐渐地，化学科学从炼金术的母体中破腹而出，成为独立的化学工业部门。
从这一点上来说，炼金术为创造人类的物质文明也多少做出些贡献。
毕升与活字印刷
在中国宋朝，有个贫民百姓毕升，是从事古代雕版印刷的工匠。有一天，他和孩子回乡祭祖。这是在清明时分的一个日子。
蓝湛湛的天空像空阔安静的大海一样，没有一丝云彩。空气湿润润的，呼吸起来感到格外清新爽快。
阳光下，周围远山就像洗过一样，历历在目，青翠欲流，它看去好像离眼前挪近了许多，也陡峭了许多。渠岸堤上的杨柳，已经把鹅毛似的飞絮漫天漫地地洒下来。
毕升带着他的两个儿子匆匆走在乡间村道上，不觉离乡又是一年的时间了，毕升感叹道。走到一个村口，毕升说道：“我们先歇息一会吧！”
14岁的大儿子和11岁的小儿子听到父亲这样说，便跑到村里的一片空地上，看村里的孩子们用泥做家家玩。
不知什么时候，毕升站到了儿子们的身后，认真地看了看村童们用泥做的锅、碗、瓢、勺以及小人们。他拿起一块熟泥，试着在泥上面刻字，他想：“若把一个个方块单字用泥刻成印章的形式，又会怎样呢？”
毕升禁不住心跳起来：如能把单字刻成印章，然后按照文稿的意思排列起来，不就形成句子和文章了吗？”
毕升越想心里越活络：“这种粘土泥取之不绝用之不尽的，而且做好模型后，放到窑中一烧，又硬花钱又少，比雕版印刷经济多了。雕版印刷用完一次就要把原版扔掉，而这些印章制成的版，下次再取出这些字，重新排版，还能再使用，岂不一举数得。
毕升想到这些，再也按捺不住内心的激动，忘记了清明祭祖，带领儿子们，连夜返回城里，进行实验。
却说在上古时代，人们用竹简刻字。而这些竹简文书，为了防止被人私拆，捆扎后用蜡封绳，盖上白文印，蜡上即现出突出的字。
上古至秦汉时期，印文都是刻的正字；秦汉以后，印文才有反文。到东晋时，道教徒为了广泛散发印咒，就刻了符咒印章。
有一颗符咒印章，四寸见方，共刻了120个字。南北朝时，有了更大的印章，长1尺2寸，阔2寸5分。这些大印章，便是未来雕版印刷的雏形。
而碑文，可能是雕版的又一雏形。175年，蔡邕向东汉灵帝建议，将五经刻在46块高大的石碑上；碑立在太学门前，以便学生拓樱南唐先主李弁，鉴于古代墨宝日渐消失，为了保存真迹，传之久远，就将宫中珍藏的古人书法珍品交给徐铉，命徐铉负责刻石立碑，以便拓樱由于石碑主要刻的是书法珍品，所以书籍还是靠手工抄写流传。抄写一本书，往往旷日费时。特别是手抄卷帙浩繁的巨著，更是容易出错。
所以，书籍的复制非常困难和缓慢，除了官府和巨富，私人藏书十分罕见。历史的发展需要有代替手抄的更好的传播文化的方法。于是雕版印刷术出现了。
大约在唐代初（7世纪），中国劳动人民在古代文人刻印章和拓碑文这两种方法的启发下发明了雕版印刷术。
雕版：选用坚硬而不易变形的枣木或梨木，锯成长方形的板，刨平，涂上薄薄的浆糊，将写好字的纸反贴上去，使板上呈现反写的字，然后雕刻出突起的字。
雕版印刷：用一把刷子蘸墨，刷在雕版上；将白纸在刷过墨的雕版上铺好，再用一把干净的刷子在纸上刷过；揭起刷过的纸张，一面白底黑字的书页就印好了。
用这种方法可以清晰地复制出成百上千部同样的书，这比逐字逐句地人工抄写，速度要快得多，质量也有了保证。
现存的最早的雕版印刷品，是被英国斯坦因盗走的《金刚经》。它现存于英国伦敦博物馆。
《金刚经》是世界上第一本有插图的刻印本。它长约1丈4尺，宽约1尺，卷末刻有“咸通九年（868）四月十五日雕”。这部书雕刻精美，图象和文字浑朴凝重，黑色均匀鲜明，印刷技术达到很高水平。
据研究，这部《金刚经》的制作，是用6块大约1尺宽2尺长的板雕刻出文字，又用一块板雕刻出扉画，一起印出来，粘连成文，然后装轴成卷。
这是我国古代文化的珍宝。
到了来朝，雕版印刷事业发展到了全盛时期。这时，不仅有政府的“官刻”和“监刻”，民间刻书业也很盛行，并遍及全国各地。
当时四川、福建、杭州等地雕版印刷术最为发达，刻书不但多，而且精致讲究。宋朝以后，出现了铜版雕印和别开生面的彩色套印，这说明雕版印刷技术已经达到了极其纯熟的程度。
雕版印刷对文化的传播起了重大作用，但是也存在明显的不足：一是刻版费时费工费料，刻一部书需要很长时间和很多木料。如果是一部卷帙浩繁的巨著，就得花费几年甚至更长时间，而且刻出来的书版存放不便。
例如，宋太祖开宝年间（968～976）刻印的《大藏经》，5000多卷，13万页，共雕版13万块，雕刻时间竟花了20多年，雕版存放了整整6个大房间。
二是雕版中如有错字错句，更改也很困难。何况如果出版过的书不再重印，一大堆雕版就成了废物。而要印制新的书，又需要从头一版一版地雕刻。
有什么好办法来弥补雕版印刷的不足呢？
于是，人们又进行了坚持不懈的努力，后来终于获得了重大突破，发明了活字印刷术。而发明活字印刷术的就是我们前边叙述的平民百姓毕升。
再说毕升祭祖未成，连夜奔回城里，找来刻字的老师傅，把自己在途中所想的办法，一古脑儿地倒了出来。刻字师傅们为毕升的巧思所折服。
据研究分析，毕升的活字印刷程序应是这样：第一步：造活字。
选用细腻的胶泥，制成一个个小型方块，每块上面刻上一个阳文反手字，然后用火烧硬。每个字都做了好几个同样的活字印，像“之、乎、者、也”之类的常用字，则干脆做了几十个，以备反复使用。
若排版时发现没有预备好的冷僻字，就临时用胶泥刻制以草火烧，很快制成。为便于拣字排版，毕升把活字印按照字的韵目分别放在木格子里。
第二步：制版。
制版就是按照稿本字句段落，将字印放在盛有作为粘合剂的松香、蜡和纸灰的铁板上，并在四周围上铁框，然后把它放到火上加热，使粘合剂熔化。
当粘合剂稍微冷却而仍有粘性时，用一块平板在排好的活字上加压，把字面压平整。当粘合剂完全冷却固结后，就可以付樱第三步：拆版。
印完后，把印版拿到火上一烘，粘合剂重又熔化，一个个活字便可拆下来，再供下一次排版使用。
为了提高效率，毕升采用两块铁板，一块板印刷，另一块板排字，互相交替使用，印刷效率加快许多。
如果说雕版印刷与手抄相比是一次飞跃的进步的话，那么活字印刷更是一次划时代的革命。这是因为：一、胶泥柔韧，比起坚硬的枣木容易奏刀，而且来源广，成本低。
二、活字，用则排版，不用则撤版，发现错字，即可更换，而且活字平时储藏占屋不大，没有虫蛀之患。
三、两副版或多副版印刷，节时省工，成书速度大大加快。
毕升发明的活字印刷，包括了造字、排版和拆版一整套完备的过程，其原理与现代铅字排版基本相同。它的每个环节，都包含着许多科学知识，解决了不少实际问题，所以说，毕升的发明是伟大的。
至于毕升在发明活字印刷中是怎样思考的，我们不得而知。因为面对着字与版这个不可分割的整体，能够想到“整体——许多个体——整体”的方法，是一个难能可贵的创造性的思维。
一般的人往往习惯于既有的事实，感觉不到有什么可以改变。而伟大的发明家，正是从不可变中想到可变。从无形中见到有形，从旧中创造出新。
所以说，毕升也是伟大的。
活字印刷术的发明，是印刷史上的一次重大革命，随着社会的发展，毕升发明的活字印刷术，被愈来愈多的人所接受，并不断地加以改进，在我国和世界上得到了广泛的传播和发扬光大。
王祯的发明
到了元代，著名的农业科学家王祯又成功地制作了木活字。其制作方法是：首先，在板上刻字，用细锯将字锯开，用小刀修整得大小高矮相同，这就相当于胶泥活字火烧而成。
其次，排字成行，用竹片将字夹紧，竹片相当于“条形铁范”。
最后，待一版排满，用木榍榍牢，使字固定不动。木榍相当于熔化的松香和蜡。
此外，王祯还发明了转轮排字架。他用木料做成了一个大轮盘，轮盘里分成一个个小格子。一个叫杂字轮，专摆常用的木活字；另一个叫韵轮，不常用的木活字，按音韵分类，摆在韵轮的格子里。
拣字排字时，两人合作：一人按原书“唱字”，另一人坐在两盘中间，一手拣字，一手执盔（后世的排字手盒），拣出的字排在盔内。这样的拣字排字，比起边走边拣边排，动作既快，人又不太累。
1298年，王祯用木活字和转盘排字，试印他编著的《族德县志》，全书6万字，不到一个月，就印了100部，其效率之高是雕版印刷所不能比拟的。
此外，王祯还写了《造活字印书法》，这是世界上最早的系统叙述活字印刷术的文献。
到了明孝宗弘治元年（1488），又出现了用字模浇涛的铜活字，开始使用铜字印刷。到16世纪初又出现了铅活字。
随着活字印刷术的不断改进，印刷规模也越来越大。我国古代历史上规模最大的印书活动在清代。比如用铜活字印刷的篇幅一万卷的著名百科全书《古今图书集成》。
而143种著作的《武英殿聚珍版丛书》，则全部是用木活字印刷的。但这些都已是18世纪中期的事情了。
