中华学生百科全书——中国古代科技集成(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：读书堂

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中华学生百科全书——中国古代科技集成试读：

古老的二进制与今天的电脑

在人类采用的记数法中，不仅有十进制，还有八进制，十二进制，十六进制等等。其中，最低的进位制是二进制。

在二进制中，只有0和1两个基本符号，0仍代表“零”，1仍代表“一”，但“二”却没有对应的符号，只得向左邻位进一，用两个基本符号来表示，即“满二就应进位”。这样，在二进制中，“二”应写作“10”，“三”应写作“11”，其他以此类推。

不同进位制的数是相互联系的，也是可以互相转化的。下面是十进制数和二进制数的关系对照表，请同学们比较一下，看看你能从中悟到点什么：

看了这个表，你便会明白，为什么“1+1=10”了。你也许发现，在二进制中，用0和1两个数码就能表示出所有的自然数。这就是二进制的优点。正因为如此，被誉为“人类文明最辉煌的成就之一”的电子计算机，便采用了这二进制的数字线路。很显然，机器识别数字的能力低，10个数字要用10种表达方式实在复杂，而对付两个数字，就简单容易得多了。

那么，这作用非凡的二进制是谁最先发明的呢？西方数学史家认为，它是17世纪德国著名数学家莱布尼兹的首创。公正地讲，莱布尼兹是一位卓越的天才数学家，1671年，当他还只有25岁时，便发明了世界上第一台能进行加、减、乘、除运算的计算机；1684年，他又与牛顿几乎同时各自独立地完成了微积分的研究。应该承认，莱布尼兹是欧洲最早发现二进制的数学家；但就世界范围来看，二进制的发明权在中国，这便是那神秘的八卦。

八卦，是我国古代的一套有象征意义的符号，古人用它来模拟天地万物的生成。其符号结构的素材只有两种，即阳爻“——”。和阴爻“——”。这两种素材互相搭配，以三个为一组，便产生出八种符号结构：

我们可以看出，每个卦形都是上、中、下三部分，这三部分称为“三爻”。上面的叫“上爻”，中间的叫“中爻”，下面的叫“初爻”。如果我们用阳爻“——”表示数码“1”，用阴爻“——”表示数码“0”，并且由下而上，把初爻看作是第一位上的数字，中爻看作是第二位上的数字，上爻看作是第三位上的数字，那么，我们便会发现，八卦的八个符号，恰好与二进制吻合。

因而，我们有足够的根据说，八卦是世界上最古老的二进制。其实，这一点连莱布尼兹本人也不否认。他曾和清朝的康熙皇帝通过信，就64卦问题交换过看法。莱布尼兹认为，64卦的排列，就是把64个数字用二进制写出来。由此可见，莱布尼兹的二进制是从中国的八卦得到的启发。尽管他的研究更完备、更系统，但从创造的时间来看，莱布尼兹却落后于中国几千年。

八卦最早记载在《周易》一书中。据说，它最先由圣人伏羲所画，后经周文王、周公、孔子的探究推演，发展成了完备的体系。

如果从传说中的伏羲画八卦算起，八卦的产生将有5000年之久，几乎与我们中华民族的历史同步。即使不这样算，以《周易》所记载八卦为源头，八卦在我国的产生也有近3000年的的历史。这是任何国家任何个人所无法比拟的。这样看来，谁能说八卦中的“二进制”不是古代数学的“世界冠军”呢？

祖冲之的世界纪录

圆周率是求圆周长、圆面积、球体积时经常用到的，在生产实践中用途非常广泛。因而，有关它的计算，一直是古今中外数学家们关注的课题。在国外，古希腊的阿基米德计算过圆周率，曾求得圆周率的两位小数的精确值；在我国，也有人很早便研究圆周率。成书于西汉初年的《周髀算经》，就有“周三径一”的说法，认为圆周率是3。到了西汉末年，数学家刘歆又得出3.1547的圆周率值；而时至东汉，张衡则用3.1622和这两个数值作为圆周率。

三国时的数学家刘徽用割圆术的方法，求出圆周率的值是3.14，取得了我国古代关于圆周率研究的一个重大成果。

公元429年，祖冲之诞生在范阳郡遒县（今河北省涞源县）的一个士大夫家庭。他的祖父、父亲都很喜欢数学。受家庭环境的影响，祖冲之从儿时起，就对数学着迷。每当父辈们用“算筹”来计算时，他就瞪着好奇的大眼睛，默默地瞅着那些“算筹”。渐渐地，他也能得心应手地摆弄这些用来计算的小竹棍了。随着年龄的增长，祖冲之已不满足于那些简单的运算，他开始研究前人的成果，希望在此基础上有更大的突破。

一天，祖冲之得到了一本刘徽作注的《九章算术》。他如获至宝。上朝归来，便躲在书斋里潜心阅读。

随后不久，祖冲之便开始了他的计算工作。当时，没有计算机等先进的计算工具，所有的只是一些作为算筹的小竹棍。祖冲之便利用这原始的计算工具，每天在公务之余不停地计算着。从12边形、24边形、48边形、96边形、192边形、768边形、1536边形、到12288边形，反复地运算。一根根小竹棍被摸得通红发亮，一双手被磨出了厚厚的老茧。经过多年不懈的努力，终于得出了比较精确的结论。

3.1415926＜π＜3.1415927

这个数值在当时的世界上是最精确的，直到一千年之后，才有人打破这个纪录。

计算机的祖先

一次，一个中国代表团访问前西德某学校，主人请客人们参观完现代化的电子计算机之后，又指着一幅挂图说：“这是世界上第一个计算器。”代表团成员一看，原来竟是中国的算盘。

英国皇家学会会员、著名化学家李约瑟博士曾致力于《中国科学技术史》的研究，待他全面地考察了中国古代的发明创造之后，以赞美的口气说：现在流行于世的算盘，是中国人发明的，它可以跟中国的四大发明相提并论，完全可以称为中国的第五大发明。

那么，这中国的第五大发明，也就是咱们中国人的绝活——算盘，是怎样发明的？又是什么时候发明的呢？

算盘是由“算筹”脱胎而来。早在西周初年，为了计算，咱们中国人创造了一种简陋的计算工具——算筹。这算筹就是用竹片等制成的小圆棍。计算时，把它们或纵或横摆放在平坦的物体上，原理跟算盘相似。

所以，人们说，算筹是算盘的前身。那算盘是什么时候诞生的呢？这好像还没有谁能说出具体的时间。不过，在一千多年前后汉人徐岳的《数术记遗》中，已有“珠算”一词。

算盘问世最早最确凿的“视觉证据”，是在北宋著名画家张择端所画的《清明上河图》中。据有关珠算专家考证，该图左端所画赵太丞药店的柜台上放着一样东西，就是一架算盘。据此可知，早在宋朝，算盘就已在社会中普遍使用。

元代以后，算盘更风靡于世。上至皇家显宦、豪商巨贾，下至平民百姓、市井小贩，无不家藏户有。

时至明代，算盘完全取代了算筹。随着算盘的普及应用，一些指导珠算的书籍也应远而生。如徐心鲁的《盘珠算法》（1573），柯尚迁的《数学通轨》（1578），等。尤其值得一提的是，程大位撰写的《直指算法统宗》（1592）一书，书内详细记载了珠算的口诀、技巧，被人们称为“商人的《四书五经》”。这本书后来还流传到了日本，成了日本珠算的必备教科书。

明代初年，中国的算盘流传到日本。现在，日本的山甲市还保留着一把古老的算盘。这把算盘的盖板反面有“文元子年”的标记。“文元子年”就是中国明英宗正统九年。俄国的算盘，也是由中国传入的。到了19世纪2O年代，算盘又经俄国传播到欧洲。至此以后，算盘便开始走向了世界。

算盘的式样繁多，著名的收藏家陈宝定先生，共收集古今中外算盘450多种。中国乃至世界最大的算盘，收藏在天津历史博物馆内。它是清朝末年天津沽衣街算盘作坊制造的，距今已有一二百年的历史。它的长度是按天津达仁堂药店的柜台设计的，为306厘米，宽则为26厘米，共有117档。营业忙时，五六个店员可以同时在大算盘上算账。

化学先驱

我国的炼丹术有着悠久的历史，它的兴起缘由，是希望找到长生不死的神药。古人们曾经幻想，甚至相信人服了某种神丹妙药，不仅可以升仙化神，与天地齐寿，与日月同辉，而且还能够坐视天下，役使鬼神，举家升仙，无翼而飞，乘云驾龙，上天入地。因此，他们便开始了寻求仙药的活动。

早在战国，我国就有了关于神仙和不死奇药的传说。

秦始皇统一中国后，也效法前人，孜孜以求长生不死药。一些方士投其所好，纷纷编织谎言，说东海“三神山”有仙药，吃了能够长生不死。秦始皇信以为真，随即派人前去寻求。

海上寻仙求药不得，方士们又转而鼓吹食黄金，饮玉泉，铒云母，服丹砂（天然红色硫化汞）可以天年永驻，与神仙相会。方士们的话使一些人深信不疑，因而，进入西汉初年，一股求丹药、炼丹药的风气便在整个社会盛行起来，并随着汉武帝的推崇，方士的推波助澜，而越炼越炽。到东汉时，已掀起了一个不小规模的高潮。皇帝在金銮宝殿服“仙丹”，方士在深山密室炼“仙丹”，百姓在茅屋田野谈“仙丹”。魏伯阳便是这时期产生的一位炼丹士。他像其他炼丹士一样，在名山幽谷，摆设一些炉、鼎、罐、筛、坩埚、蒸馏器等炼丹工具，用汞、硫磺、铅、砒霜、硝石、云母等，以及一些植物性的药材，炼制红色的丹丸，称为灵丹妙药，来给那些希望长生不老的人们服用。

魏伯阳不仅善于炼丹，而且总结炼丹经验，《周易参同契》就是当时的一部集前人炼丹经验之大成的著作。在这部书中，魏伯阳不仅论述了炼丹术的理论基础，还提到了有关炼丹的化学知识。他说，氧化铅能被炭还原为铅；几种不同的金属可以炼成合金；采得汞矿石，可以炼制成红色的硫化汞；黄金不容易氧化，等等。

魏伯阳之后，到魏晋时期，炼丹术进入了成熟阶段。在这时，出现了《太清丹经》、《五灵丹经》、《岷山丹法》、《三皇内文天地人》等二百多种丹法、道书。尤其值得一提的是，炼丹家葛洪所著的《抱朴子》一书。在这部书中，葛洪对炼丹术的指导思想、理论基础，以及当时炼丹术所取得的成果，都作了全面系统的阐述。

火药与火器

中国古代的炼丹家们，做梦也没有想到，他们炼丹的副产品“火药”，竟能成为中国古代的四大发明之一。

大家知道，火药的主要成分是硫磺、硝石和木炭。在很早的时候，炼丹家们便发现，这三种物质配制烧炼的“灵丹妙药”非常容易着火，尤其是硫磺，碰火就飞升，难以控制。为了改变这些易燃药物的特性，唐代的炼丹家在前人经验的基础上，发明了“伏火法”。

火药的发明，和这硫磺伏火实验有着密切的联系。它表明，当时的炼丹家已经掌握了硝、硫、碳混合点火会发生剧烈反应的特点，因而采取措施来控制反应速度，防止爆炸。其实，如果炼丹家能利用这种特点，火药就会在他们的手中生产出来了。然而，遗憾的是，炼丹家由于认识的局限和自然科学视野的不够开阔，他们仅把自己的炼丹经验，停留在对药料的伏火与配制上，因而，对火药这一重大发明不但没有引起足够的重视，反倒在他们的著作中谆谆告诫人们，在炼丹中要防止硝、硫、炭合炼时所造成的爆炸火灾。伏火法便是预防爆炸起火的一项措施。

与炼丹家为炼制丹药而进行的“避害实验”相反，有识之士，尤其是军事家，他们从实际需要出发，大胆地利用硝、硫、炭3种物质合烧后产生的爆炸作用，于是，火药便产生了。

火药发明后不久，便被人们运用到武器上。

北京庆历年间，由曾公亮主编的《武经总要》一书，在描述了多种火药武器的同时，使记下了当时的3种火药配方。它们是：火球火药方、蒺藜火球火药方、毒药烟球火药方。3种火药配方，都是以硝石、硫磺、木炭为主要原料，再配以其他物质而形成的。它们是我国古代劳动人民，尤其是炼丹家、军事家经过成百上千年的努力探索所取得的丰硕成果。这一成果的正式公布，标志着我国军用火药的研制，已走过了发明阶段，进入了成熟时期，这在兵器发展史上，具有划时代的意义。

13世纪，中国发明的火药传到了印度和阿拉伯，后来又传到欧洲，以至整个世界。从此，在世界兵器史和军事史上引发了一连串重大的变革。

造纸和蔡伦

你每天都在使用纸，读书、写字、看报、作画，但你知道它是什么时候、由谁发明出来的吗？

千百年来，人们都认为，纸是东汉的宦官蔡伦在公元105年发明的。其实，早在西汉时期，我国就有了用植物纤维制造的纸。只是当时的纸还很粗糙，质量较低，不便于书写，因而当蔡伦改进了造纸技术，制造了优良的纸张时，人们便把纸的发明权授予了他。而实际上，纸是我国西汉时的劳动人民发明的。

蔡伦改进了原有的造纸技术，创造性地扩大了造纸的原料来源，为大规模地生产和使用纸开辟了道路。

在纸发明以前，我国古人曾用过多种物质来作书写材料。先人把文字刻在陶器上，这陶器就是最早记载文字的材料。周代冶金技术发展，王室的一些重大活动常用文字刻铸在钟鼎之上，这青铜器便又成了刻写文字的材料。时值春秋，甲骨文记载文字的材料，逐渐被简牍、缣帛取代。

简牍与嫌帛作为书写材料，显然比甲骨等适用，但它们也有不足之处。简牍仍然很笨重。据说，秦始皇每天批阅的简牍的文书，重达120斤。西汉时，文学家东方朔给汉武帝写了一篇奏章，竟用了三千多根竹简，由两个武士抬进宫中，汉武帝看了两个多月才看完。缣帛倒是轻便，可价格昂贵，一般人是用个起的。

经过千百年的探索、实践，先人终于从漂絮等活动中受到了启发，发明了这种便利的书写材料，这就是“纸”。

蔡伦，是东汉时期桂阳人，这桂阳就是现在的湖南耒阳。他从小就进宫当了太监，到汉和帝时被提升为中常侍，侍奉在皇帝身边，传达诏令，负责管理文书。后来，他又兼任尚方令，掌管皇宫里的手工作坊，专门为皇帝监造各种器具用品。应该说，当时的蔡伦接触诏令、文书的过程中发现，丝帛是书写的好材料，但造价太贵，只适合皇室富户使用，一般人难以问津；而前人造的纸又疙疙瘩瘩，让人无法下笔。于是，他广泛地研究了民间的造纸经验，用树皮、麻头、破布和旧鱼网作原料，监制出一批优良的纸张。公元105年，蔡伦把他监造的第一批纸献给了汉和帝。汉和帝一见，赞不绝口，从此，造纸术得到推广。公元116年，蔡伦被封为“龙亭侯”，他造出的纸，就被人们称为“蔡侯纸”。

指南车

在很古很古的时候，中国人的祖先还创造使用过“指南车”这一指示方向的工具呢！这项科技成果在世界上独一无二。

那还是在远古的时候，黄帝为行“仁道”的事跟主宰南方的炎帝打了起来，结果炎帝失败了。

炎帝的惨败，激怒了他的孙子蚩尤。蚩尤聚集好多人马神兽，假借炎帝的名号，自称“为帝”，扛着大旗，杀气腾腾地朝黄帝的部落扑去。

这是开天辟地以来从未有过的一场恶战。血流成河，尸首成堆，直打得天昏地暗，山呼海啸。酣战中，蚩尤不知道施了一条什么魔法，竟弄出漫天遍野的大雾来。一时间，白茫茫的大雾包围了黄帝的大军，他们只看见或隐或显、时出时没、逢人便砍、遇兵便杀的蚩尤，却辨不出东西南北方向。他们的高强武艺也无法施展，那雾好像白布幔子，罩在他们的四周，束缚着他们的手脚。黄帝站在高大的战车上，挥舞着宝剑，高声喊着：“拼命往外冲呀！拼命往外冲呀！冲出去就是胜利！”

可是，谁能冲出去呢！大雾死死地“锁”住了他们。

黄帝喊得实在是累了，他愁眉苦脸地坐到战车上。听着自己的士兵被砍杀的嚎叫声，黄帝心如刀绞。他镇定了一下自己的情绪，默默地对自己说：“得造个能辨别方向的东西，让它指引我们出去！”想着想着，他的头脑中竟出现了一幅清晰的图画：一个小人，站在一辆小车上，手指着南方。这车子不论怎样转圈，小人手的方向也不变。这时，黄帝的手不知怎么的开始动作起来，一辆精巧的“指南车”便做成了。在这辆“指南车”的引导下，黄帝率领着他的队伍，顺利冲出了迷雾。

后来，黄帝又重振旗鼓，打败了蚩尤的军队，并把蚩尤的脑袋砍了下来。

这个神话故事不知道什么时候开始流传的，也不知道流传了几世几代，反正直到魏明帝青龙年间（233～236），人们还对这件事津津乐道。不过，谈论归谈论，却一直没有人动手去复制一个指南车。倒是魏朝的马钧，率先迈出了这一步，为中国古代科技史填补了一页空白。

京杭大运河

在我们赞颂我国古代宏伟壮观的水利工程的时候，不该忘记那静静流淌的京杭大运河。它虽然不如万里长城那样显赫，但它却是沟通南北经济文化的大动脉，它拖着时代的沉重脚步一直朝前走着……

京杭大运河北起北京，南至杭州，中间由南到北，流经浙江省、江苏省、山东省、河北省和天津市，全长2794公里。比苏伊士运河长10倍，比巴拿马运河长20倍，是世界上人工挖掘的一条最长的河流。有意思的是，人们常说“水有源，树有根”“百川东到海”，而京杭大运河却跟公路、铁路一样，不存在源头，是两端互为首尾，并且是我国为数不多的一条南北走向的长河。

万里长城和京杭大运河虽然都是中国人的骄傲，中华民族的丰碑，人类历史上由中国人设计并施工的两项最大的建筑工程，但筑长城和挖运河的用意却完全不是一回事。筑长城是为了设置难以逾越的障碍，而挖运河则是为了最大限度的沟通。

京杭大运河横穿海河、黄河、淮河、长江和钱塘江，使这五大水系联成了一个水道网。在铁路、公路没有出现之前，这一水道网，不仅担负着运送兵员粮草的职责，还承载着运送往来客商、柴米油盐的重任。如今从北京到杭州，不但有铁路、公路，而且还有航空线路，然而“不废江河万古流”，京杭大运河依然是那样的忙碌。

说起挖运河，人们自然会想起隋炀帝。其实，古运河的历史，远比隋炀帝修的运河要早得多。

开挖运河，并不是用人工去挖一条全新的大河，而是将天然的河道湖泊连通，或取直，或加宽，或挖深。这工程说起来轻巧，但实际干起来，却不是一件简单容易的事。在中国运河史上，第一个组织这项工程的人，是春秋时期吴国的大王夫差。他下令开凿的沟通长江和淮河的邗沟，则是中国最早挖掘的一条大型运河。

邗沟南起扬州，北至淮安的末口，是夫差为攻打齐国而开的一条水路。这条水路为京杭大运河奠定了基础，也为吴国的灭亡凿了一条“墓道”。

一千多年后的公元605年，隋炀帝在修建东都洛阳的同时，又在邗沟和隋文帝开凿的广通渠的基础上，发起了挖掘以洛阳为中心的大运河工程，为他乘龙舟去江南巡游享乐开辟道路。

挖运河取尽了民脂民膏，也加速了隋王朝的灭亡。运河开通后没几年，隋炀帝便在农民起义的烈火中化为了灰烬，与夫差走上了同一条道路。

然而，人类的文明史，总是蕴藏着深刻的历史辩证法。开挖运河，劳动者流血流汗，灾难无穷；运河挖掘通，后世的经济文化因此而走向繁荣。

如果隋炀帝开挖运河不是为了泛舟享乐，不是为了一己之贪欲，那就可以和治水的大禹论功了。尽管如此，我们创然要说，开凿运河是害在一时，而利在后代，利在民族。

我国第一口井

你知道中国最早的一口水井在什么地方吗？

1973年，考古工作者在浙江省余姚县河姆渡新石器文化遗址中，发现了一口水井。这口水井是中国目前发现的最早的一口水井。最初的时候，那里是一个小水坑，遇上了干旱，水坑的水慢慢地变少了，不够用了。怎么办呢？有位聪明人对大家说：“我看这样吧，咱们往下挖，或许能挖出够用的水来。”挖了没多久，人们又发现了新的问题。这井壁上的泥老往下掉，挖井人坐在井边商量。最后，大家一致认为，有一个主意不错，就是先往坑的四边各打入一排木桩，形成一个方形的木桩墙，然后再把木桩墙里的泥土挖出来。这样，井就能很容易地挖出来了。可是，用着用着，那水井的木桩墙受后面泥土的压力，渐渐地朝水井里倾斜着，不久就要倒塌了。于是，大家又聚在一块，商量对策。结果，还真的商量出了个好方法：他们做了个方木框，把它套在方木墙顶端的里面。木排又站直了，而且再也不向里倾斜了。

这方法现在看来简单不过了，但简单并不一定不科学。尤其是在七千多年前，人们能想出这个主意，不能不说是一项重大的发明创造。直到现在，有些地区打井，还采用这种方法。

都江堰

你如果有机会，一定到四川省灌县的都江堰去看看，你会被它的磅礴（pángbó）气势所震撼，你会为它的庞大工程所震惊，你会为它的科学设计所吸引。你想象不出，两千多年前的古人，怎么能有这样的胆量、这样的技术，建造出这样的大型水利工程。

都江堰位于岷江中游，它是公元前250年左右，由蜀郡守李冰率百姓修筑的。

公元前250年以前，四川成都灌县一带，几乎年年都要发大水。可苦了岷江两岸的百姓。种下的庄稼年年歉收，他们只好背井离乡，四处逃荒要饭。李冰担任蜀郡太守后，决心治水除害，为岷江两岸的百姓造福。他同儿子二郎一道，沿江勘察。

在玉垒山，李冰发现，岷江水流到这里就被挡住了去路。山的东边，水流不过去，无水灌溉；山的西面，为山所阻，水流不畅，又造成洪涝灾害。李冰对二郎说：“应该将这玉垒山打开个缺口，让水流过去，这样，不仅山东面的田地可以得到灌溉，山西面的江水也可以顺畅地排出，从而避免旱灾的发生、洪涝的祸患。”

新凿开的玉垒山口，很像一个瓶口，人们为它取名“宝瓶口”，而被分开的玉垒山的末端，则像一个大石堆，人们便称它为“离堆”。“宝瓶口”的开凿，使玉垒山西的江水，朝东南流泄了一部分。但由于流量有限，山东面的旱地还是得不到全面浇灌。而一遇洪峰到来之际，山西面的洪涝灾害还会不断发生。为了解决这一问题，李冰决定采取中流作堰的方法，来控制水势，排泄洪水。所谓中流作堰，就是在“宝瓶口”上游不远处的江心，筑一道分水堰，使江水在这里分为两股，以达到分洪的目的。

这分水堰的前端尖尖地伸进波涛汹涌的岷江中，远远望去，活像个大鱼嘴，因而，人们便称它为“鱼嘴分水堰”。

鱼嘴分水堰建成后，岷江的水一流到灌县附近，便一分为二：东边流入宝瓶口的水汉称为“内江”，是灌溉渠道；西边的水流称“外江”，为岷江正流。

为了进一步控制宝瓶口的内江水量，防止江水横决，李冰又带领民工们在鱼嘴分水堰的尾部，修筑了一个溢洪排沙的低堰，名为“飞沙堰”。飞沙堰也用竹笼装卵石堆筑，堰顶做到适宜的高度。当枯水季节，它挡水进入宝瓶口，灌溉良田；当洪水期间，过量的江水会漫过它的顶部，流入外江，以保障内江灌区免遭水淹。同时，由于漫过飞沙堰流入外江的水流的旋涡作用，还有效地减少了泥沙在宝瓶口前后的积淀。

为了测知内江的进水流量，李冰还在内江引水口立了3个石人，作为观测水位的标尺，规定水位“竭不至足，盛不没肩”。意思是，水位最低时，不能低于脚面；水位最高时，不能没过肩头。

都江堰水利工程的建成，不仅解除了岷江的水患，还使成都平原数万亩良田得到了灌溉，成了“水旱从人，不知饥馑”的“天府之国”。

李冰父子为成都百姓做出了巨大的贡献，而成都的百姓也没有忘记他们的功绩。人们尊称李冰为“川祖”，并把他们父子奉之为神。

最早的轮船

轮船，是中国人发明的。它以轮带桨驱动船行。

我国最早制造轮船的，是唐朝的李皋（733～792）。他从车轮得到启发，造船时，不用风帆，也不使用桨橹，却在船舷两旁各装一个车轮。每个车轮有8个叶桨片，轮与轴连，轴上装踏脚板。航行时，水手像踏水车一样，用力踩踏。轴转轮动，“以轮拨水”，好像无数支桨在持续不断地划动。随着车轮的旋转，船便如离弦的箭，破浪而去，而在西方，直到15世纪，才有这种形式的船出现。很显然，比中国晚了700多年。

李皋之后，宋朝的大将李纲，也曾效法他，在湖南省长沙造了一些轮船。只是到了杨么时，轮船的建造技术和规模，才达到了鼎盛阶段。

公元1130年，钟相、杨么因为不堪忍受南宋封建王朝的残酷压迫，在洞庭湖畔率领农民举起了起义的大旗。杨么是一个具有战略眼光的起义军将领，一次战斗中，起义军俘虏了当时为朝廷效力的造船高手高宣，杨么把高宣当作贵宾看待，并请高宣帮起义军造一种新船，高宣设计的这种轮船不用篷帆和桨橹，只在船舷两旁安装对称的车轮，让水手用脚踩踏，用车轮来替代桨橹。

大的战船装有24个车轮，船长二三十丈，甲板上建有三层楼，底层是水手们踩踏车轮的工作间；中间一层是箭楼，为射手们的射击场所：最上一层则是战士们投掷石块、鱼叉、铙钩、木老鸹等战斗武器的岗位。

有了这先进的战船，杨么队伍的军事实力更强了。他率领着起义军，焚烧官府，镇压豪绅，扫荡恶势力，以不可阻挡的气势，直逼南宋王朝。

最早的海陆变迁理论

大家知道，北宋著名科学家沈括所撰写的《梦溪笔谈》，是一部集前人和他本人科学业绩之大成的辉煌巨著，被人誉为“中国科学史上的坐标”。在这个“坐标”上，沈括不仅标示着天文、历法、物理、化学、数学、生物等方方面面的科学成就，还镌刻有地理学领域的卓越贡献。

首先，他在世界上最早科学地论证了海陆变迁现象。关于海陆变迁，我国的先人对此早有认识，大家熟知的“沧海桑田”一语，便是对这种现象的生动概括。晋代的医学家、炼丹家葛洪，还在《神仙传》一书中，以神话故事的形式，表达了这种认识。

随着人类科学的进步，社会生产力的发展，人们对海陆变迁的认识，也有一定的深度。

白居易对沧海变桑田的过程作了合乎科学的解释：海浪对陆地泥沙的不断冲刷，是使大海淤填成陆地的主要原因。

沈括率先对这一现象作了科学的论证，从而把海陆变迁的认识推向了一个新的阶段。1074年，沈括奉命到河北西路，也就是现在的河北西部、河南北部等地区巡察。当他沿着太行山向北行走的时候，在山崖间，他常常看到含有螺蚌壳和鸟卵形的砾石，像一条长带，横贯在石壁中间。经过观察分析，沈括在他的《梦溪笔谈》中指出：“由此可见，这里过去曾经是海滨。然而现在东面距海已经近千里了。今天所称的大陆，都是淤泥沉积而成的。尧杀鲧的地方在羽山，按过去的说法，羽山在东海中，而如今的羽山却在陆地上了。黄河、漳河、滹沱河、涿水、桑干河等河流，都是含有大量泥沙的浑水。今天，函谷关、陕县以西的地带，河水都在地面以下流动，河道低于地面不少于一百余尺。这些河流携带的泥沙年年向东流，全都沉积为大陆的泥土，这是必然的道理。”

沈括的这段话，是我国古代重要的海陆变迁学说。他不仅非常正确地阐释了华北平原形成的原因，还很科学地论证了海陆变迁现象，把古老的沧海桑田说建立在更加科学的基础之上了。这比西方意大利人达・芬奇（1452～1519）最早理解亚平宁山中的螺蚌壳化石为海中古生物遗迹要早400多年。

地震预测

有文字以来的最早地震记录，据查，是在《竹书纪年》中。该书记载了公元前1831年的一次地震。《吕氏春秋》、《诗经》、《左传》等先秦古籍中，也都保存了许多古老的地震记录。

张衡是东汉时期著名的科学家，在许多领域都有卓越的成就。他创造了世界上第一架用水力发动的天文仪器“水运浑象”；发明了机械日历；写出了著名的数学专著《算罔论》；制造出指南车、记里鼓车等机械。

张衡一生中就遇到过多次地震。据记载统计，从公元92年至139年间，京城洛阳和陇西就连续发生20次地震，其中有6次还是破坏性极强的地震。地震区有时大到几十郡，以致地裂山崩、江河泛滥、房倒屋塌、物毁人亡。面对这深重的灾难，张衡的心被强烈地震撼着，他决心制造出一架观察地震的地动仪，为抗震救灾服务。

经过无数次的试验，张衡终于造出了他日思梦想的地动仪。他为这架仪器取名为“候风地动仪”。

候风地动仪用青铜铸造而成。它的外形很像我们日常用的带盖凸肚茶杯，直径大约有189.4厘米，东、西、南、北、东南、东北、西南、西北8个方位等距离镶铸着8条龙。龙垂直向下，翘着头，嘴里含着一颗小铜球，若吞欲吐的样子。每个龙头下的地上，都对准龙嘴蹲着一只仰头张口的铜蛤蟆，在那里等着接龙嘴里的小铜球。

那么，这地动仪是怎么测定地震的呢？原来，它的中央竖着一根上粗下细的大铜柱，铜柱的旁边通着8条道，每条道上都设有发动机关，连着龙头。一旦某个方向发生了地震，大铜柱就倒向那边，并触动发动机关，使发生地震方向的龙张开嘴巴，吐出铜球，落到铜蛤蟆口中，而其他的龙则不动。球落时，还能发出激扬的声响。观测人员根据铜球落入铜蛤蟆口中的响声，就知道了在什么时间什么方位发生了地震。

汉顺帝永和三年，也就是公元138年二月初三的这一天，地动仪的一个龙机关突然发动，一个小铜球落到了铜蛤蟆嘴里。按张衡的说法，落球的方向当有地震发生。3天后，陇西（今甘肃省东南部）有人飞马来报，说是那儿发生了地震。这正是地动仪标示的方向。

张衡地动仪的制造成功，是世界地震科学技术史上的一件大事。它是利用物体的惯性来拾取大地震动波，进行远距离测量。这一原理直到现在仍为人们所使用。在国外，直到1000多年后的13世纪，古波斯才有类似的测震仪；而欧洲，就更晚了，在18世纪才出现利用水银溢流来记录地震的仪器。

张衡虽然很早就创造出了地动仪，但由于封建王朝的统治者对于科学技术上的发明创造不予重视，所以，他的研究得不到有力的支持。地动仪制造出来后。不仅没有推广使用，最后竟连这一科学硕果也因没能很好地保护而丧失了。这无疑是科技史上的巨大损失。近代的科学家复制了张衡创造的候风地动仪模型。现在这一模型陈列在中国历史博物馆内。

煤的开采

公元1275年的夏天，意大利著名旅行家马可・波罗来到中国。由于受到元世祖忽必烈的赏识，马可・波罗还在元朝廷里当了官员，并在中国整整住了17年。公元1295年底，马可・波罗返回了威尼斯。他的邻里乡亲除了欣赏他带回去的丝绸瓷器外，还请他讲他在中国遇到的新鲜事。马可・波罗对他们说：“在中国，有一种黑石头，能像木柴一样燃烧，但火力却比木柴强，从晚上烧到早上还不会熄灭。”马可・波罗把这件新鲜事写到了他的《马可・波罗游记》中。

其实，马可・波罗说的这种奇怪的“黑石头”，就是我们现在使用的煤。在马可・波罗见到煤时，我们中国人用煤作燃料已经有1000多年的历史了。大约在新石器时代晚期，也就是在马可・波罗之前五千多年前，就认识了煤。

煤，在我国古代文献中曾被称为石涅、石墨、石炭等。成书于战国时代的《山海经》，便有这样的记载：“女床之山，其阳多赤铜，其阴多石涅。”女床山就是“陕西凤翔的岐山”。这段话的意思是说：女床山的南面多产赤铜，山的北面多产石涅，也就是“煤”。这是古籍中有关“煤”的最早记载。

早期拿来作为雕刻材料使用的煤，都是取之于露天的。有资料记载和考古发现证明的我国开采煤矿和用煤作燃料，则是西汉的事。司马迁曾著有千古绝唱《史记》。《外戚世家》部分，司马迁在为窦皇后和她的胞弟窦少君作传时，选择了窦少君为人挖煤，又赶上旧煤坑崩塌，100多人皆死于非命，而唯独他侥幸逃生的典型事例，来反映窦少君的不幸遭遇。然而，司马迁却没有想到，他的这段记载，竟是中国乃至世界采煤的最早记录。1958年至1959年间，考古工作者在河南巩县铁生沟发掘了西汉中后期的冶铁遗址。结果发现，当时的人们炼铁是用木柴、原煤和煤饼作燃料的。唐宋以后，我国煤的开采和使用更为普遍，而且采煤技术也达到了很高的水平。从河南鹤壁市北宋晚期煤矿遗址中可以知道，当时是先由地面开凿圆形竖井，然后依地下自然煤层的变化开掘巷道。除考古发现外，记载最详的，要算明代宋应星的《天工开物》，书中写道：有采煤经验的人，根据地面上的土质颜色，就能判断出地下是否有煤，然后往下挖掘。挖掘到五丈左右的时候，才能得到煤。刚见煤层的露头，毒气冒出能伤人。但有一种方法能排除毒气。就是将大竹子的中节凿通，削尖竹筒的末端，然后把它插进煤层中，那毒气就能通过竹筒排出了。这样一来，人便可以在煤井下用大锄挖煤了。若井下发现煤层向四面延伸，可随着煤的分布，横打巷道挖取。但巷道要用木板支护，以防崩塌伤及挖煤人。凡是煤层挖采完以后，都要用土把煤井填实。

宋应星的这段话，不仅记载了怎样找矿、采矿，而且记述了排除毒气和防止塌陷的具体措施。这种措施是很科学的。

西方关于煤的最早文字记载始于公元315年，比我国晚了近800年；而英国则直到公元13世纪，才开始采煤，比我国晚了1400多年。

黑色金子

石油在我国古代又称石漆、石液、石脂水、石脑油、猛火油。据有关资料记载，我国古代较早发现石油的地方有3处：陕西延安、甘肃酒泉和新疆库车附近。其中以延安地区为最早。东汉著名史学家班固，在他所撰的我国第一部纪传体的断代史《汉书・地理志》中说：“高奴，有洧水，可以燃烧。”高奴在今天的延安附近。洧水是延河的支流。这种可燃之物，就是石油。北宋著名科学家沈括，在他的《梦溪笔谈》中，便详细地说明过这“高奴石油”。更有意义的是，他还在文章中首先使用了“石油”这一名称。

西晋的张华在他所著的《博物志》中指出，在酒泉镇延寿县以南的山里，有一种会流出“泉水”的山岩。流出来的“水”用火一点，它就能燃烧。张华这里所说的“泉水”，就是从岩石缝中渗出来的石油。北宋时，都城汴京的兵工厂里，还设有“沥青作坊”和“猛火油作坊”，专门生产石油火器。曾公亮在《武经总要》中说这种武器，若是击中了人，没有不糜烂的；若是水战，还能烧浮桥、战舰。明朝著名医学家李时珍，在他的《本草纲目》里，还对石油进行了药理分析，提出了新的药用见解。《元一统志》记载：“在延长县南迎河有凿开石油一井，其油可燃。……又延川县西北八十里永平村有一井……”《元一统志》是公元1303年的著作，这表明，至少在600多年前，我国就已经开始钻井采油了，而在国外，直到1859年，美国才打出了第一口石油井。而且，这也是西方国家的第一口石油井。不言而喻，我国不仅是世界上最早发现和使用的国家，还是世界上最早开凿石油井的国家。这足以让我们为我们的先人感到自豪。

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