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第27章 科技发明(3)

华佗不求高官厚禄,以民为重,以民为先,以医效民。他曾多次谢绝朝廷命他做官的征召,长期坚持在民间行医,足迹遍及今江苏、安徽、山东、河南等省,深受群众的尊敬和爱戴。晚年,华佗被曹操强令征召去许昌,专为朝廷官员治病。曹操患“头风”久治不愈,华佗为其针灸治疗,疼痛立止。曹操强留他做侍医,华佗不肯,托故告假回家,拒绝返回朝廷,竟惨遭曹操杀害。

华佗临死之前,在狱中出一卷书与狱吏,曰:“此可以活人(此书可以治愈病人)。”狱吏畏法不敢接受,华佗亦不强与,索火烧之。华佗死后,他的几个学生继承他的事业,继续为百姓治病。可惜华佗花费多年心血写成的珍贵医书却失传了。

9.纸是如何被发明的

造纸术是我国的四大发明之一。纸张的发明和应用,对人类文明的进步起到了很大的推动作用。纸张不仅是书写的理想材料,也是印刷的理想材料,因此,纸张的发明为印刷术的发明提供了良好的条件。

纸在文房四宝中,较之笔、墨、砚晚出。古今中外,公认东汉初期的宦官蔡伦是造纸术的发明人。蔡伦造纸使用的原材料是树皮、麻头、旧布、渔网等价格低廉的物料,这样造出的纸成本低,很快就得到了推广应用。

但是,也有一些文献记载了蔡伦之前就有纸张使用的例证。例如,在班固的《汉书》中,就记载了公元前12年用纸包药的事例。特别是20世纪以来在甘肃天水放马滩、敦煌马圈湾烽燧遗址和敦煌甜水井汉悬泉邮驿遗址出土的西汉纸,以现存实物证实了远在蔡伦发明造纸术之前,西汉就已出现了纸张的使用。这大约比蔡伦发明造纸术要提前170年左右。

但是西汉时期的纸张质量较差,不能用于书写,到了西汉后期,纸张的质量才有提高。而蔡伦正是在此造纸术的基础上,对原材料、工艺进行了改进,制造出了质量很高的纸,特别是扩大了造纸的原料,为以后广用各种植物纤维造纸提供了条件。

公元105年,蔡伦所造的纸已经能满足书写的要求,对于蔡伦来说,造纸的目的就是用来取代木牍、竹简、缣帛等书写、记录文字的材料,由于这种纸有纸质轻,价格低等优点,因而得到了广泛的应用。东汉末年,山东人左伯就以造纸精美而闻名,当时的书法家都十分推崇左伯的纸,这就是说,东汉末年的造纸技术已经超过了蔡伦的造纸技术。

公元2世纪至4世纪,是竹简、缣帛和纸张并用的时期,由于纸张的质量和产量不断提高,纸张作为写字用的材料,其使用的比例也越来越大,在这个时期,纸张已成为文人不可缺少的写字材料。总之,在纸张得到广泛应用之后,书的重量大大减轻,从而完全取代了过去的写字材料。

关于中国古代造纸的方法,历史上记载很少,但就纸的制作工艺及其原理,发明迄今2000年来,并无多大实质性变化。总结起可归纳为以下几点:

一是将砍伐来的植物,比如麻类植物,用水浸泡,剥其皮,再用刀剁碎,放在锅里煮,待晾凉后再行浸泡、脚踩,用棍棒搅拌,使其纤维变碎、变细。

二是掺入辅料,制成纸浆。

三是用抄纸器(竹帘之类)进行抄捞、晾干,即可制成为纸。

纸虽然出现较早,但真正用于书写和推广使用是在蔡伦造出质地优良的“蔡侯纸”之后。公元404年,东晋桓玄曾下令废简用纸,使纸的应用日益推广和普及。

用历史的观点看问题,历史上任何一项重大工艺技术的发明,都不是偶然的,都具有从设想,到雏形,到完善的发展过程。蔡伦之前虽然有纸,但这无损于蔡伦作为重大改良者和完善造纸术这一发明的发明者的丰功伟绩。是蔡伦的发明创造,使纸进入了它的实用阶段,并迅速、广泛地推广开来,为完善印刷术和促进印刷术的发展提供了物美、价廉、而又易得的承印物。蔡伦的功绩和他作为完善造纸术这一伟大发明的发明家的光辉形象是不容抹煞的。

10.印刷术是否起源于中国

关于印刷术发明的历史功绩,已经得到全世界的公认,但是在谈到印刷术发明的历史时,有很多问题是需要讨论的。

在西方的很多书籍中,往往把印刷术的历史起点,定为谷登堡的铅活字印刷,这实际上割断了在此之前800多年的印刷历史。我国的一些书籍中,在谈到我国古代的四大发明时,把活字印刷、造纸、火药和指南针并列在一起,这也是不符合实际的。因为活字版的发明,只是印刷术发明后的第二个里程碑,忽视了我国的雕版印刷术。西方的历史学家中,也不乏客观、严谨的学者,他们都能以大量的资料证实,印刷术是中国古代伟大发明之一。

印刷术究竟是什么年代发明的?根据现有资料,已经无法确定。但它是由拓石和盖印两种方法逐步发展而合成的,是经过很长时间,积累了许多人的经验而成的,是人类智慧的结晶。

早在公元前4世纪(战国时代)时,我国已经有了印章。先秦及秦、汉的印章多用作封发物件,把印盖于封泥之上,以防私拆,并作信验。而官印又是权力的象征,当时都是刻成凹入的阴文,公元1世纪(两汉时代)以后逐渐改刻成凸起的阳文,后简牍改为纸张之后,封泥失去效用,印章改用朱色钤盖,阳文印章的流行更广。印章创造了从反刻的文字取得正写文字的方法,阳文印章的作用,提供了一种从阳文反写的文字取得正写的文字的复制技术。印章的面积本来很小,仅能容纳姓名或官衔等几个字。公元4世纪(东晋时代)时的道教徒,扩大了印章的面积,使之容纳比较长的符咒,曾有刻过120个字的符咒,可见当时已经能用盖印的方法复制一篇短文了。

在公元前7世纪,我国就有了石刻文字。为了免去从石刻上抄写的劳动,至公元4世纪左右,就发明了以湿纸紧覆在石碑上,用墨打拓其文字或图形的方法,叫做“拓石”。拓石的方法是刷印,把柔软的薄纸浸湿铺在石碑上,轻轻敲打使纸嵌入石碑刻字的凹陷部分,待纸完全干燥后,用刷子蘸墨均匀地刷在纸上,由于凹下的文字部分刷不到墨,仍为纸的白色,将纸揭下来后,就得到黑底白字的拓本。

但是,黑底白字不如白底黑字醒目。因此,如果将碑上的阴文正写的字,仿照印章的办法,换成阳文反写的字,在版上刷墨再转印到纸上,或者扩大印章的面积,成为一块小木板,在版上刷墨铺纸,仿照拓石方法来拓印,就能得到清楚的白底黑字了,这就是雕版印刷。雕版印刷是我国印刷术的最早形式,是印章盖印和拓石两种方法的结合和逐步演变,所以印章和拓石为印刷技术的发明准备了技术条件,是印刷术发明的先驱。

从现存最早文献和最早的印刷实物来看,我国雕版印刷术是在公元7世纪出现的,即唐朝初期。唐开元年间(713~742)雕本《开元杂报》是世界最早的报纸。唐朝后期,印刷实物有明确日期保存下来的,是一卷《金刚经》,其末尾明确刻着“咸通九年四月十五日王价为二亲敬造普施”字样。咸通九年即公元868年,这是目前世界上最早的有明确日期的印刷实物。该实物原藏于甘肃敦煌千佛洞,1899年在洞中发现,现存英国伦敦大不列颠博物馆。该书呈卷子形式,全卷长4877毫米,高244毫米,卷首的一幅扉画是释迦牟尼的说法图,其余是《金刚经》全文。该书雕刻非常精美,图文浑朴稳重,刀法纯熟,说明刊刻此书时技术已达到高度熟练的程度,书上墨色浓厚均匀,清晰明显,也说明这时印刷术的高度发达,而且印刷术发明已久。

1966年于韩国庆州佛国寺佛塔内发现了一件雕版印刷品《无垢净光大陀罗尼经》,该印品中,几处使用了武则天所创制的字,经中外不少学者考证,此经为武周后期洛阳或长安的印刷品,具体刻印年代约为公元702年。比此件略早的印刷品,也曾在中国西安、成都和新疆发现。于敦煌等地发现的千佛像其年代可能更早。20世纪初发现于吐鲁番的《妙法莲华经·分别功德品》,有武周制字,当为武周后期的雕版印刷品。早在隋代的文献中,就有刻印佛经佛像的记载。

这一切都说明印刷术发明于7世纪,也就是唐朝经济文化最发达的时期,这是符合科学技术发展规律的。

这些不争的事实都说明,印刷术是起源于中国的。

11.月球上为何有座“祖冲之山”

祖冲之(429~500),河北省涞源县人,是我国南北朝时代南朝的科学家。

祖冲之从小就对科学技术有浓厚的兴趣。他刻苦钻研天文学和数学,搜集和阅读古代大量的天文、数学文献。他勤奋好学,刻苦实践,终于成为我国古代杰出的数学家、天文学家。

祖冲之在数学上的杰出成就,是关于圆周率的计算。秦汉以前,人们以“径一周三”做为圆周率,这就是“古率”。后来发现古率误差太大,圆周率应是“圆径一而周三有余”,不过究竟余多少,意见不一。直到三国时期,刘徽提出了计算圆周率的科学方法——“割圆术”,用圆内接正多边形的周长来逼近圆周长。刘徽计算到圆内接96边形,求得π=3.14,并指出,内接正多边形的边数越多,所求得的π值越精确。祖冲之在前人成就的基础上,经过刻苦钻研,反复演算,求出π在3.1415926与3.1415927之间。并得出了π分数形式的近似值,取为密率,其中取六位小数是3.141592,它是分子分母在1000以内最接近π值的分数。祖冲之究竟用什么方法得出这一结果,现在无从考查。若设想他按刘徽的“割圆术”方法去求的话,就要计算到圆内接16,384边形,这需要花费多少时间和付出多么巨大的劳动啊!由此可见,他在治学上的顽强毅力和聪明才智是令人钦佩的。祖冲之计算得出了密率,等到外国数学家获得同样的结果,已是1000多年以后的事了。为了纪念祖冲之的杰出贡献,有些外国数学史家建议把π叫做“祖率”。

祖冲之博览当时的名家经典,坚持实事求是,他不迷信古人的说法,自己做各种科学实验。他从亲自测量计算的大量资料中对比分析,发现过去历法的严重误差,并勇于改进,在他33岁时编制成功了《大明历》,开辟了历法史的新纪元。他还测出当时最为精确的月球两次经过同一交点(交点月)的时间为27.21223日(与现代天文学家测出的数值27.21222日相差还不到1秒钟)。有了这个精确数值,配合月球圆缺规律计算,就可以准确地预测月食发生的时间。

祖冲之还与他的儿子祖之(也是我国古代著名的数学家)一起,用巧妙的方法解决了球体体积的计算。他们当时采用的一条原理是:“幂势既同,则积不容异。”意即位于两平行平面之间的两个立体,被任一平行于这两平面的平面所截,如果两个截面的面积恒相等,则这两个立体的体积相等。这一原理,在西方被称为卡瓦列利原理,但这是在祖氏以后一千多年才由卡氏发现的。为了纪念祖氏父子发现这一原理的重大贡献,大家也称这原理为“祖氏原理”。

祖冲之后来将他研究数学的几十篇论文,编成《缀术》一书。这部书是当时数学领域的最高成就。直到唐代,政府还把《缀术》定为学校的课本。以后,《缀术》传到日本、朝鲜,也被用作教材。

祖冲之在数学、天文学方面为世界科学文化做出伟大贡献。为了纪念他,外国科学家把月球上的一座环形山命名为“祖冲之山”。

12.赵州桥为何至今雄姿不减

隋唐时期,各地大量兴建宫殿、寺庙、佛塔和住宅。建筑规模宏大,气魄雄浑,整齐而不呆板,华美而不纤巧。在这期间,由我国隋朝杰出的工匠李春设计和主持建造的赵州桥,是现存世界上最古老的一座石拱桥。

赵州桥原名安济桥,隋炀帝时修建。它位于今河北省赵县城南五里的河上,横跨河南北两岸,是我国现存最早的大型石拱桥,也是世界上现存最古老、跨度最长的敞肩圆弧拱桥。全桥全部用石块建成,共用石块1000多块,每块石重达1吨,桥上装有精美的石雕栏杆,雄伟壮丽、灵巧精美。

隋朝统一中国后,结束了长期以来南北分裂、兵戈相见的局面,促进了社会经济的发展。当时的赵县是南北交通必经之路,从这里北上可抵重镇涿郡(今河北涿州市),南下可达京都洛阳,交通十分繁忙。可是这一交通要道却被城外的河阻断,影响了人们来往,洪水季节甚至不能通行,为此隋大业元年(605年)政府决定在河上建设一座大型石桥以结束长期以来交通不便的状况。

李春受命负责设计和大桥的施工。他率领其他工匠一起来到这里,对河及两岸地质等情况进行了实地考察,同时认真总结了前人的建桥经验,结合实际情况提出了独具匠心的设计方案,按照设计方案精心细致施工,很快就出色地完成了建桥任务。李春他们在设计和施工中创下许多技术成就,把我国古代建筑技术提高到一个全新的水平。

赵州桥自建成至今已有130O多年,这期间经历了8次以上地震的影响,8次以上战争的考验;承受了无数次人畜车辆的重压,饱经无数次风刀霜剑、冰雪雨水的冲蚀,却雄姿不减当年,仍巍然屹立在河上。

那么李春到底应用什么样的创新设计使赵州桥经历了1300多年,至今仍然完好地屹立着呢?

1.采用圆弧拱形式。我国古代石桥拱形大多为半圆形,这种形式比较优美、完整,但也存在两方面的缺陷:一是交通不便。半圆形桥拱用于跨度比较小的桥梁,而大跨度的桥梁选用半圆形拱,就会使拱顶很高,造成桥高坡陡、车马行人过桥非常不便。二是施工不利。半圆形拱砌石用的脚手架就会很高,增加施工的危险性。为此,李春和工匠们一起创造性地采用了圆弧拱形式,使石拱高度大大降低。赵州桥的主孔净跨度为37.02米,而拱高只有7.25米,拱高和跨度之比为1:5左右,这样就实现了低桥面和大跨度的双重目的,桥面过渡平稳,车辆行人非常方便,而且还具有用料省、施工方便等优点。

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