[轉貼]宋朝科技

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宋朝（960年—1279年）在中國歷史上有大量的科技發明，四大發明之中有三個都誕生於宋朝，即指南針、火藥和活字印刷術。英國學者李約瑟在其著作《中國科學技術史》的導論提到：「每當人們在中國的文獻中查找一種具體的科技史料時，往往會發現它的焦點在宋代，不管在應用科學方面或純粹科學方面都是如此。」中國現代歷史學家陳寅恪也曾評論：「華夏民族之文化，歷數千載之演進，造極於趙宋之世。」

中國歷來都擁有先進精巧的機械工程技術。宋朝天文學家蘇頌認為他和他同時代人的成功是以古代發明家張衡以及其他早期機械專家的成就為基礎的。宋朝出現了世界最早的一臺天文鐘，另外還有精確繪制並保存至今的石刻《天文圖》、《墬理圖》與《帝王紹運圖》。活字印刷術的應用能比原來已經廣為流傳的雕版印刷更好地傳播知識。而新的武器，如火藥的應用使宋朝能抵抗外來者的侵略，直到13世紀後期才被蒙古族忽必烈擊敗。

宋朝有很多先進的土木工程、航海術和冶金學方面的發明，如風磨。這些發明和紙幣都推動了宋朝經濟的發展和繁榮，對人類文明產生深遠影響。


通才

宋朝的通才科學家如沈括和蘇頌代表了宋朝早期科技經驗主義的思想。沈括通過精確測量子午圈，發現了地磁偏角的存在，比歐洲早了四百年。沈括還確定出北極星幾個世紀運轉的位置。這使得海員在航行時利用指南針更準確地確定方向。沈括對地質學也頗有研究。在長期觀察奇怪的自然現象後，他闡明了一個地貌學和氣候變化原理。根據當時日食和月食的觀測情況，他分析出太陽和月亮是球狀的，而不是平面的，從而擴展了中國早期天文學家的理論。擔任司天監期間，沈括舉薦北宋天文學家和數學家衛樸，兩人一起運用宇宙學假設，描繪行星運行軌道的變更，包括逆行。在衛樸的協助下，沈括連續5年來每晚三次記錄和測繪月亮的運行軌跡，從而修正了關於月亮的運行的誤差，這也是他的另一項重要成就。然而不幸的是，當時在朝廷上有很多政敵企圖破壞沈括的工作。最終朝廷接受了他們對於太陽和月亮的錯誤的修正，但只是部分採納了沈括和衛樸提出的關於行星運行的軌道和變速度的理論。

蘇頌是沈括的政敵之一，於1070年完成了一本藥物學著作──《本草圖經》，其中涵蓋了相關的學科的知識，如植物學、動物學、冶金學和礦物學。該論著包括很多藥物應用，如麻黃等。他還是五幅不同的大型星圖的作者，他在地圖學的大量測繪記錄工作解決了宋朝和鄰國契丹自遼朝以來一直懸而未決的邊界疆土問題。然而，蘇頌最大的成就莫過於水運儀象台，上層是機械驅動的渾天儀（天體測量之用），中層是渾象儀（天體運行演示），下層是司辰（自動報時器），1088年在當時的首都開封開始動工，1092年竣工。蘇頌的水運儀象台在鐘擺機械的運用上比歐洲整整早了兩個世紀。蘇頌的水運儀象台也是目前已知的世界上最早的鏈條傳送動力的裝備，在1092年他的著作《新儀象法要》中描述了設計要點。

沈括和蘇頌的例子說明了宋朝任用了許多具備科學知識的官員，這些人掌握了多個學科的知識，有利於宋朝的管理、軍事和經濟發展。這些智者如沈括涉及多個領域如數學、地理學、地質學、經濟學、工程學、醫學、藝術評論、考古學、軍事戰略、外交等等。他曾經接受一個邊境調查的任務，用木頭和鋸末製作了一個三維的地圖來表現山脈、河流、道路等。有一次他計算了棋局所有的可能性，還有一次他計算了用限定的人力物力攜帶食物能支撐的最長戰爭時間。沈括還提高了漏壺計時的準確性，改進了渾天儀、日晷，他還擴大了天文望遠鏡的寬度，可以更好觀察北極星和其它星球。沈括還做了關於照相機暗箱的試驗，只比首位實驗者海什木晚了幾十年。


記里鼓車與指南車

宋朝除了沈括和蘇頌之外，還有許多重要的人物，他們之間的很多人為當時科技的發展和革新做出了巨大的貢獻。儘管機械傳動的記里鼓車自漢朝開始就有應用，《宋史》則比之前的記載提供了一個更加詳細而深入的描述。

“ 赤質，四面畫花鳥，重台，勾闌，鏤拱。行一里，則上層木人擊鼓；十里，則次層木人擊鐲。一轅，鳳首，駕四馬。駕士舊十八人，太宗雍熙四年，增為三十人。”

接下來是內侍盧道隆關於齒輪和傳動裝置的詳細數據。在結束時描述了裝置是如何工作的：

“ 其中平輪轉一周，車行一里，下一層木人擊鼓；上平輪轉一周，車行十里，上一層木人擊鐲。凡用大小輪八，合二百八十五齒，遞相鉤鎖，犬牙相制，周而複始。 ”

宋代的記里鼓車和指南車聯繫在一起。指南車由三國時期機械製造家馬鈞發明，採用齒輪的原理製作，將複雜的差速齒輪組合在一起，這也是如今所有現代汽車在轉向時對旋轉的車輪力矩相同，速度不同的原理。這些差速齒輪使機械控制的手指指向固定的方向──南。指南車採用了先進的機械裝置，與指南針採用磁極原理不同。宋代博物學者燕肅，於1027年重新研製出指南車，他的製作方法在《宋史》也有記載。燕肅和沈括及蘇頌一樣，也是一個通才，精通音律，擅長寫詩作畫，他還是一位科學家，改進了蓮花刻漏，根據自己的海潮理論繪製有《海潮圖》，撰寫出《海潮論》。在《宋史》的記載中，吳德仁於1107年將記里鼓車和指南車結合在一起：

“ 大觀元年，內侍省吳德仁又獻指南車、記里鼓車之制，二車成，其年宗祀大禮始用之。”

接下來的文字詳細描述了兩個裝置組合在一起的設計細節。


轉輪藏

除了鐘錶發條裝置、水力驅動的天文儀、記里鼓車、指南戰車外，宋朝還有許多其他令人嘆為觀止的機械裝置。雖然在唐朝時期佛教寺院已經出現轉輪藏（轉輪藏即為轉動的藏經櫥，是佛教取法輪常轉，自強不息之意），宋朝則將此技術進一步提升。現存的最古老的轉輪藏位於河北正定隆興寺轉輪藏閣。整座小樓的設計就是為一個轉輪藏而構成的，這個轉輪藏是中國現存惟一第十世紀的真正可以轉動的佛經的書架。宋朝一共建有9座轉輪藏，其中有一座記載在北宋建築師李誡所編修的《營造法式》中。長沙開福寺的轉輪藏一共有五個輪子共同轉動，蘇州南禪寺甚至還有一個類似剎車系統的裝置，漢學家至今不能確定它運作的方式，而歐洲至少要到800年後的15世紀李奧納多·達文西時代才最早出現同類裝置。


紡織機

在紡織領域，11世紀的中國人已經開始使用皮帶驅動的紡織機。秦觀的著作《蠶書》中詳細記載了繅車的結構、幾個關鍵部件及用法，通過腳踏板產生動力，絲被纏繞在線軸上。該書是有關繅車的最早記載。南宋紹興年間畫家樓儔所作的《耕織圖》採用繪圖的形式詳實記錄耕作與蠶織。


活字印刷術

活字印刷術由北宋發明家畢昇於11世紀發明。與畢昇同時代的沈括所著的《夢溪筆談》記載了畢昇的這一創造性發明：

“ 慶曆中，有布衣畢昇又為活板。其法：用膠泥刻字，薄如錢唇，每字為一印，火燒令堅。先設一鐵板，其上以松脂、蠟和紙灰之類冒之。欲印，則以一鐵范置鐵板上，乃密佈字印，滿鐵范為一板，持就火煬之，藥稍熔，則以一平板按其面，則字平如砥。若止印三、二本，未為簡易；若印數十百千本，則極為神速。”

活字印刷與雕版印刷降低了成本，增加了印刷品的發行數量。這也就意味著有更多學子可以學習知識，參加科舉考試。活字印刷在朝鮮半島的李朝時期得到了改進，於1234年將畢昇的燒粘土字改為金屬字。中國的活字印刷也在不停改進，王禎在1298年發明了木活字版印刷，華燧於1490年發明了銅活字。雖然活字印刷與雕版印刷幾個世紀以來作為主要的印刷方式，但東亞國家後來還是最終採用歐洲的印刷機。

在印刷術之前，中國已經有能力大規模生產紙。造紙術由東漢蔡倫改進，不再使用竹簡和縑帛作為原料，改用樹皮、破布、麻頭和魚網等廉價之物造紙，大大降低了造紙的成本，為紙的普及準備了條件。105年發明成功，公元3世紀廣泛應用。宋朝是世界上最早發行紙幣的政府，交子是世界上最早的紙幣。交子產生的原因據《宋史》記載是因為鐵錢笨重，攜帶不方便。1023年（天聖元年），北宋朝廷在四川（益州）設交子務，發行官交子。李燾的《續資治通鑒長編》也有相關記載。手紙自從6世紀以來在中國得到廣泛使用，保存茶葉的紙袋也於7世紀出現，並且宋朝政府在獎勵官員的時候將紙幣裝在紙質的信封里。在宋朝時期，人口達到了1億。為了滿足人口增長的需要，獨立或政府資助的工業開始發展。例如，除了獨立的紙幣印刷外，政府還在惠州、成都、杭州等處成立了幾個鑄幣廠。這些工廠的工人數目龐大，據記錄僅在杭州就超過1000人。


火藥武器

領先的軍事科技使宋朝在一定程度上抵禦住了北方的鄰國的侵襲。火焰噴射器最早起源於拜占庭帝國時期的希臘，公元7世紀應用虹吸管而製造的一個設備，稱為「希臘火」。在中國，最早提及希臘火的著作是吳任臣於917年所編撰的《十國春秋》。宋人錢儼的《吳越備史》記錄了猛火油（即石油）不能被水熄滅的特性，書中還提到這種猛火油源自中國的南方海上貿易伙伴「大食國」（今阿拉伯半島）。932年，狼山江（今江蘇南通附近狼山的江面）之役，錢元瓘應用火油擊敗了淮南楊渭，這也是中國第一次將火藥應用到戰爭中。宋人將雙活塞應用到油泵中，以連續噴射火焰。曾公亮的《武經總要》中記載的「猛火油櫃」已經引入了火藥作為引燃物。公元975年（宋開寶八年），宋軍進攻金陵南唐主李煜，南唐神衛軍都虞侯朱令贇用猛火油縱火攻宋軍，由於風向改變，火焰反燃而導致本方軍隊大敗。李燾的《續資治通鑒長編》詳細記載了該戰役：

“ 朱令贇自湖口以眾援金陵，號十五萬，縛木為筏，長百餘丈，戰艦大者容千人，順流而下，將焚採石浮梁。王明率所部兵屯獨樹口，遣其子馳騎入奏，且請增造戰船三百，以襲令贇。上曰：「此非應急之策也。令贇朝夕至，金陵之圍解矣。」乃密遣使令明於洲浦間多立長木，若帆檣之狀。令贇望見，疑有伏，即稍逗遛。時江水淺涸，不利行舟，令贇獨乘大航，高十餘重，上建大將旗旛。至皖口，行營步軍都指揮使劉遇聚兵急攻之，令贇勢蹙，因縱火拒斗。會北風甚，火反及之，其眾悉潰。己未，生擒令贇及戰棹都虞候王暉等，獲兵仗數萬。金陵獨恃此援，由是孤城愈危蹙矣。”

火藥的破壞力在唐朝煉丹術已經提及，如唐朝清虛子編的《鉛汞甲庚至寶集成》的記載的「伏火礬法」，而宋人孟要甫的《諸家神品丹法》則收錄了無名氏配方的「伏火硫黃法」。目前流傳下來的最早的記載火藥作為武器的製作過程的書籍為曾公亮的《武經總要》，描繪了炸葯從彈弩發射的機理。該書記載了中國第一批軍用火器，分火球類和火箭類，在第十一和十二卷中，記錄了引火球、蒺藜火藥 、毒藥煙球三種火藥配方。宋朝後期研製成功世界上最早的炮管和大炮射彈。關於中國火槍最早的藝術作品來自敦煌的佛教壁畫，該畫大約作於公元950年。12世紀初期，這些火槍被大量使用，用中空的竹管作為槍管，裝有火藥沙、鉛彈、尖銳的金屬屑或瓷器碎片的，後來發展成為大的火藥推進的箭。最後，易損壞的竹子被鑄鐵管所取代，同時新武器名稱也由原來的「火槍」變為「火銃」。13世紀還發展出了「百子連珠炮」，在銅管或鑄鐵管中可以填充大約100粒鉛彈。關於金屬手槍最早的考古發現來自中國黑龍江的出土文物，製作年代為1288年。中國人來發明了包裹炸葯的炮彈。明朝焦玉所著的《火龍經》記載了宋朝初期的「飛雲霹靂炮」，這是一種輕型爆炸性火炮，炮身鐵鑄造，射生鐵鑄造的球型爆炸炮彈。1126年（靖康元年），金人圍攻汴京，李綱在守城時曾用霹靂炮擊退金兵，「夜發霹靂炮以擊賊，軍皆驚呼」。

宋朝新武器的研製逐步推進，還研製出了投石機。據《宋史》記載，1277年（元至元十四年），元兵攻靜江，靜江外城被攻破，邕守馬成旺及其子都統應麒投降，「獨塈部將婁鈐轄猶以二百五十人守月城不下」。元軍圍之十餘日，「婁乃令所部入擁一火炮燃之，聲如雷霆，震城土皆崩，煙氣漲天外，兵多驚死者，火熄入視之，灰燼無遺矣」。明朝學者茅元儀在著作《武備志》描繪了這個武器。14世紀的《火龍經》也是中國第一部描繪地雷的書籍，地雷被應用在1277年宋人與蒙古人的戰爭中，宋軍使用埋設於地面的「火藥炮」（即鐵殼地雷），後來在元朝進一步發展。


土木工程

984年，淮南轉運使喬維岳負責治理淮河，創建的二斗門，是復閘形式的運河船閘，從而提高了河運能力。根據《宋史》記載：

“ 維岳規度開故沙河，自末口至淮陰磨盤口，凡四十里。又建安北至淮澨，總五堰，運舟所至，十經上下，其重載者皆卸糧而過，舟時壞失糧，綱卒緣此為奸，潛有侵盜。維岳始命創二斗門於西河第三堰，二門相距逾五十步，覆以廈屋，設縣門積水，俟潮平乃泄之。建橫橋岸上，築土累石，以牢其址。自是弊盡革，而運舟往來無滯矣。 ”

該項發明也是世界首創，之後廣為流傳。在沈括的《夢溪筆談》中，也提到了復閘的應用，並詳細描述了應用該技術後效果。天聖年間，揚子江監真州（今江蘇儀征）段採用復閘後，每年節約了500名工人，一百二十萬錢。以前船隻能裝載三百石糧食，閘建成後，可以通過四百石糧食的船。


航海術

背景

宋朝的海軍十分強大，曾航行到綠衣大食（法蒂瑪王朝的埃及）的港口。士兵們裝備精良，駕駛著船尾裝有方向錨的大型船隻，通過指南針確定航行的方向。在沈括和朱彧描述海軍的磁針指南針之前，更早期的軍事著作《武經總要》里已經記載了一種熱頑磁的指南針。這是一個簡單的鐵或者鋼的針，通過加熱冷卻，放到一碗水中，產生弱磁鐵效應，雖然這種設備只用於陸地的導航而非海上。


著作

關於宋朝海港運作、商船運輸、遠洋貿易的著作非常多。朱彧所著的《萍洲可談》巻二記錄了宋代海外貿易及市舶管理情況。書中不僅僅描述了航海的指南針，還描繪了海員從甲板扔鐵鉤，取得海底泥土，從而根據泥土的氣味和外觀來判斷船隻的位置。並且，宋人已經開始掌握了季風規律，並利用季風的規律進行航海，提高了效率。朱彧還描寫了在船上設有水密隔艙，即便有一、二個船艙破裂漏水，其他船艙也不致進水，從而避免船隻觸礁沉沒。1973年，在中國南海岸挖掘出一艘長78英尺，寬28英尺，大約是公元1277年的宋朝商船，船上共有12間水密隔艙，從而也驗證了朱彧的描述。這些新技術以及江河和運河交通疏通，推動了宋朝的航海文化的發展。政府運作的交通船、貢品船、和駁船，私人的運輸船、漁船，還有富人的豪華游艇，構成了一副熙熙攘攘的繁榮景象。

除了朱彧外，還有很多傑出的作家的著作中提到了航海技術。《嶺外代答》為南宋周去非於1178年任桂林縣尉時所撰寫的筆記。書中記載宋代廣西的地理、人文、邊防、風土、物產等方面的豐富的記載，兼述安南、占城、三佛齊、爪哇、大秦、波斯、木蘭皮、女人國等域外國家的地理、人文、風土、物產。宋代沿海貿易，比之前代發達許多，因此這本著作是研究宋代中西海上交通和十二世紀南海、南亞、西亞、東亞、北非等地古國史的可貴資料。書中對木蘭舟描寫如下：

“ 浮南海而南，舟如巨室，帆若垂天之雲，柂長數丈，一舟數百人，中積一年糧，豢豕釀酒其中，置死生於度外。...又大食國更越西海，至木蘭皮國，則其舟又加大矣。一舟容千人，舟上有機杼市井，或不遇便風，則數年而後達，非甚巨舟，不可至也。”

書中還描寫了海軍的藤舟：

“ 深廣沿海州軍，難得鐵釘桐油，造船皆空板穿藤約束而成。於藤縫中，以海上所生茜草，干而窒之，遇水則漲，舟為之不漏矣。其舟甚大，越大海商販皆用之。”

之後的穆斯林摩洛哥柏柏爾旅行家伊本·白圖泰撰寫了大量關於中國船隻的文章。其中特別提到了中國帆船。他還描述最大的中國船有12根桅桿，而小船則有3根。


槳輪船

宋朝為自動船的建造投入了大量的物力，被稱作槳輪船。自公元5世紀以來就開始有這種船的雛形，唐代的李皋則於784年成功設計出槳輪船，在戰船的舷側或艉部裝置了人力槳輪。當人力踩動車輪時，葉片撥水，產生動力，船也隨之前行。宋朝將領吳革於1134年製造了一批槳輪船，一艘有9個槳輪，其餘的有13個槳輪。在宋朝還有船的兩側各有12個槳輪的大輪船。1135年，著名將領岳飛鎮壓洞庭湖地區叛軍楊幺的時候，在湖中放置漂浮的雜草和腐爛的圓木來對付槳輪船，從而登上了甲板，獲得了戰略性勝利。


冶金術

宋朝積累了前人的經驗，在冶金方面引入了新的技術。公元前1世紀，漢朝時期的中國人已經研製出用碳作為媒介物，將鍛鐵和鑄鐵融化在一起煉鋼的方法。11世紀，宋朝又研製出兩項煉鐵的革新。一種方法用來鑄造次等的不均勻的鋼；另一種是現代煉鋼熔爐的前身，通過鼓冷風反覆鍛造，來達到脫碳的目的。

806年到1078年期間，人均鐵的產量增長了六倍，到1078年，年產量已經達到了1.27億公斤。歷史學家唐納德·華格納指出產量的數據是基於政府向國內各個生產鐵的縣收取的稅賦記錄來統計的。應用水力驅動熔爐的大型風箱，在鑄造過程中使用大量的木炭，因此導致中國北部大範圍森林開伐。在11世紀末期，中國人發現可以用煙煤取代木炭，因此中國北部的森林和上好的木材得以保留下來。宋朝鋼鐵業產量的飛漲有多種原因，一是宋朝軍事擴張，二是商用金屬產品需求的增長，如炊事器具、種類繁多的農業工具等，而新的運河的開通也連接了主要鋼鐵產品生產中心和繁華的首都市場。宋朝最主要的鐵產品是武器、工具、錢幣、農具、樂器、藝術雕像，另外還有機械的組件如水力驅動的杵錘，這種設備在公元前1世紀的漢代已經開始使用，在宋朝更是大量應用。由於大量的鐵產品的需求，經濟歷史學家郝若貝（羅伯特·哈特韋爾）指出中國12世紀的鐵和煤的產量幾乎與英國18世紀末期工業革命時期的鐵和煤的產量相當。然而，宋朝人並沒有發現可以利用煤的能量研製出相應的動力機械。在宋朝時期，政府非常重視鋼鐵業的管理。如詩人和政治家蘇軾擔任徐州知府期間，於1078年曾獻表詳細說明36座鐵熔爐的生產情況，每個都有幾百名工人。


風力

中國利用風力由來已久，宋朝時期更進一步發明了風磨。古中國人從何時開始在窯和熔爐使用風箱至今沒有明確考證，也許從商朝以來就存在了，因為自那時起煉銅技術已經十分複雜。可以確定的是從公元前6世紀之前鼓風爐已經開始在中國出現，因為鑄鐵農具和武器在公元前5世紀已經廣泛使用。公元31年，漢代南陽太守杜詩發明了水排，以水力傳動機械，使皮製的鼓風囊連續開合，將空氣送入冶鐵爐，鑄造農具。風箱繼續應用在冶金上，同時其他應用風力的設備也相繼出現。漢代的工匠丁緩，不僅是最早發明卡爾達諾懸掛的人，還發明了七輪扇，可以視為一個小型的空調。在王禎的著作《王禎農書》中，描繪了一種複雜的去糠簸的風揚機。（最早的風揚機在漢代的一座墳墓中出土，據考證年代在公元前2世紀到公元2世紀之間。）在這些發明之後，風磨於13世紀初期後宋時期的金朝出現。

據考證，中國北部女真族從伊斯蘭國家學習到了風磨的知識，在盛如梓的《庶齋老學叢談》也有相關的記載。如今風磨依舊在天津和長江流域使用。第一位參觀中國的風磨的歐洲人是荷蘭駐中國大使倪賀夫，他於1656年坐船沿京杭大運河經過江蘇。

風磨之後，其它利用風力的設備甚至交通工具相繼在中國出現。利用風力的獨輪車於16世紀明朝甚至明朝之前出現，歐洲人16世紀來到中國的時候，很驚訝地發現大型獨輪車不僅僅由驢或者馬拉動，還安裝了類似船上的桅的裝置和帆，通過風力幫助車輛行進。

jacky喵~w~

活字印的確十分好~可以令多D人可以有機會睇書~