第五章　　中国古代发明

　　古代中国以基础性发明贡献于人类。如果缺少它们，世界也许是另一番景象。

　　大约在公元前６世纪到公元１１世纪这１７００年间，中国发明家走到世界前列。他们在众多领域创造全新的技术，解决了长久困扰人类的许多问题，这些技术使人类活动的方式发生重大变化，这种变化一直延续至今。

　　公元前６００年，中国人发明液态生铁冶炼技术，解决了人类步入铁器时代之后面临的一个最大难题，即用简便的方法把铁矿石源源不断地变成铁和铁器。而在此之前，人们一直沿用赫梯人在公元前２０００年发明的炼铁技术，以低温固体还原方式把矿石炼成疏松多孔的海绵铁；炼出的铁需要人工反复锤打，除去杂质，锻造成型，做成器具。而且，炼好一炉铁后，必须待炼铁炉冷却，打碎炉体，取出铁块，再重新砌炉投料点火，进行下一轮冶炼。这种原始技术，生产效率很低，十分浪费燃料。

　　古代中国不乏驾驭燃烧技术的能手，他们用结实的耐火材料砌成高高的炼铁炉，使炉膛能够承受炽热火焰的高温和内部巨大的压力。炉膛里一层木炭一层铁矿石交替铺架，一直铺到炉顶；引燃炉中的木炭，然后用皮囊鼓风，使氧充分参与化学反应；木炭在耐火材料围成的狭小空间燃烧，可显著提高炉内温度，同时产生大量一氧化碳，使铁矿石迅速还原成铁；而且，冶炼燃烧时产生的热气流，使上层木炭和铁矿石能预先充分加热，进一步提高热能的利用效率，缩短冶炼时间。

　　被一氧化碳还原的铁在炉中与炽热的木炭接触，使大量的碳渗入铁中，降低了铁的熔点。纯铁的熔点为１５３４℃，当铁中含碳量达到４．３％时，熔点能降低到１１４６℃，而上述精心设计的炉内，温度可达１２００℃以上，含碳的铁在炽热的炉膛里熔化成液体，堆放在炉膛上层的木炭和铁矿石就会自动下降到高温区参加反应，只要不断从炉顶向内添加矿石和木炭，铁水就会不断地从炉底流出。铁水流到用陶土制成的模具中，就可铸造成各种形状的铁器。这种炼炉是当今世界普遍使用的炼铁高炉原型。这项发明使人类能够高效便捷地把铁矿石变成铁制用品，这也是人类最早实现的工业化连续作业的成功范例。

　　史书《左传》中有公元前５１３年山西用铁铸鼎的记载，就在这个铁鼎上铸有一部刑法条文；１９６４年，考古学家在江苏六合程桥一座东周墓中发现一颗铸造的铁丸，借助显微镜可以见到铁丸清晰的铸铁金相组织；１９７７年，考古学家在长沙窑岭发现一件公元前５世纪的铸铁鼎，铁中含石墨，其碳含量约４％。大约与此同时，考古学家还在洛阳发现了多件铸铁制造的工具。

　　液态生铁冶炼技术的发明，全面更新了古代中国的工具、农具和兵器，促进了众多领域技术的进步，为人类制造机器准备了最重要的物质条件。由于这种冶铁技术综合难度很高，关系国计民生，古代中国当权者严格禁止外传。直到公元１５世纪，西方才出现液态生铁冶炼技术。

　　大约与此同时，古代中国人总结了自商周以来铸造青铜器物的经验，发现了青铜主要成份铜、锡的比例与合金性能之间的关系，为冶铸用途不同的各种器物提供了工程设计的依据。成书于春秋时期的《考工记》，明确记述了６种不同的铜、锡比例分别适宜于制造何种器物，这是人类历史上有文字记载的最早的合金成份与用途对照表。

　　书中把铸造６类不同器物合理的铜、锡含量之比称为“六齐”，它们分别是：“钟鼎之齐六分其金而锡居一，斧斤之齐五分其金而锡居一，戈戟之齐四分其金而锡居一，大刃之齐三分其金而锡居一，削杀之齐五分其金而锡居二，鉴燧之齐金锡半”。青铜铸鼎含锡量最少，铸镜含锡最多，刀剑则含锡量居中。这里所说的“金”是指纯铜，当时人们把现代所指的金称为“黄金”。基于对青铜总体特性的把握，古代中国人可以得心应手地创造出许多前所未有的器物。

　　“六齐”中４次提到兵器，１次提到乐器，这种把握合金性能的智慧集中体现在兵器和乐器的制造中。

　　古代中国人发明了复合材料金属兵器制造技术，能够用两种不同性能的合金铸造既锋利又不易折断的剑。他们首先用低锡青铜铸造韧性良好的剑芯（兵器专家称为剑脊），再用高锡青铜包裹剑芯进行第二次铸造，形成坚硬耐磨的锋刃（专家们称为剑肩）。上海博物馆的科学家曾对这种特殊的剑作合金成份分析，发现剑芯含铜约８５％，含锡约１５％；剑的锋刃含铜约８０％，含锡约２０％。

　　现代科学对金属材料的研究证实，青铜中含锡达１５％时，强度最高，不容易折断。含锡达２０％，硬度迅速增加，不容易锩刃。由于低锡青铜熔点高，铸造剑肩的时候剑脊不会熔化，这种设计十分合理。

　　超越单一材料特性的局限，利用复合材料制造器物，是人类工程设计思想的一次飞跃，这种新的思路一直延续到今天。

　　公元前６世纪，古代中国人在音乐方面已有很高造诣。不仅利用丝、竹、木、革制造出多种音色美妙的乐器，还实现了冶铸技术和声学理论的完美结合，创造出世界最早的金属组合乐器——编钟。

　　编钟能够发出独特优雅的乐音，承载人类心灵的创造在历史长河中远航。１９７８年，考古学家在河南淅川一座楚墓里发现了一批公元前６世纪的古编钟。有５２件，最大的一件重达１５２．８公斤。这组编钟声律和谐，音质纯正，采用７声音阶，１２个半音齐备。音乐家对其中第４号钟测试，发现正鼓音基频为８８２．５赫兹，与国际标准音Ａ５（８８０赫兹）仅相差２．５赫兹。

　　１９７８年夏天，考古学家在湖北随县曾侯乙墓中出土了一套６４件完整的青铜编钟，这组公元前４２３年随葬的乐器，已经在墓室积水中浸泡了２４００年。这套编钟和现代国际通用的Ｃ大调７声音阶间列相同，可以演奏多声部乐曲，可以旋宫转调，音域达５个半８度。每件钟大小不同，钟体扁圆，好像两片弧形瓦扣合而成，上有错金铭文，是有关音乐方面的资料。当分别敲击每件编钟上两个不同部位的时候，同一个钟可以产生两种不同基频的振动，发出两种不同的乐音。乐音持续一段时间迅速衰减，不干扰乐曲中下一个音符，这组庞大的钟群能够表达丰富的音乐语言。这组编钟出土之后不久，人们曾经在主管部门还没有来得及干预的情况下，用它演奏过古代楚国的乐曲和为大诗人屈原的名篇《九歌》谱写的乐章，哀婉悲壮。

　　古埃及、巴比伦、希腊和罗马也有过许多精妙的乐器，但它们是用大自然中的有机材料制成的，至今已荡然无存。现代人只能从文学作品和雕塑绘画中见到它们，只能想象它们的声音。编钟作为古代中国音乐的载体，能够完美地保存到今天，使人们通过它可以听见２４００年前曾经感动古人的声音。

　　大约公元前４世纪，中国人发明了指南针。这项发明使人类获得了一种无所不在的空间方位指示器，使得在地球上不至迷失方向。１８００年之后，人们在它的指引下越过茫茫大海，找到了美洲大陆和澳洲大陆，被大洋分隔的陆地的人们开始交往。

　　最早的指南针是用磁铁矿石打磨出来的，形状像一只带柄的勺，勺底似一光滑的半球，置于平整的底座上，勺柄会自动指向南方，古人称之为“司南”。

　　先秦时期一部名为《鬼谷子》的书中有过应用“司南”的记载。书中写道：“郑人之取玉也，必载‘司南’，为其不惑也”。意思是说，采玉的时候带着它，不会迷失方向。公元前３世纪，战国思想家韩非子在他的著作中讲到，君王凭借“司南”，可以了解国家疆域。

　　东汉学者王充（公元２７～９７年）在他的著作《论衡·是应篇》中写道：“‘司南’之杓，投之于地，其柢指南”。在这段记载中，“杓”系勺，“地”指平整光滑的方盘，“柢”是勺柄。人们在朝鲜东浪汉墓中曾发现“司南”方盘残片。河南东汉墓出土的石刻上也有“司南”的图画。

　　原始形态指南针的发明，源于公元前６世纪出现的液态生铁冶炼技术。由于当时对铁矿的需求大增，古代中国人开始采掘多种多样的铁矿，可能是在开采磁铁矿的时候发现了可以做成“司南”的矿石。这种矿石的化学成分是四氧化三铁，由二价铁的氧化物和三价铁的氧化物复合而成，自身带有一定的磁性，能在地磁场作用下自动指向地球的磁极。

　　地球上有两个相对的磁极，今天它们一个位于北纬７５°，西经１０１°；另一个位于南纬６７°，东经１４３°。在地球上的大多数地方，地磁场大体和南北方向一致，“司南”的勺柄基本上指示南方。地球磁极的位置和极性会随时间推移发生缓慢的交替变化，不过“司南”出现的时候，地球磁场和今天差不多。

　　古代“司南”做成勺状，是因为人们注意到大熊星座中的北斗七星很像一把勺，勺柄正好与北极星相对，指向南方。古代“司南”凝聚着天文学和物理学双重的智慧。

　　由于磁铁矿石硬度高，不容易打磨，“司南”的球形勺底和基座之间磨擦系数大，转动不够灵活，勺和底盘比较重，携带不便，尚不够实用。后来，古代中国人发明了两种制造轻便磁体的方法，用它们做成更加实用的指南针。一种是使烧红的薄铁片急剧冷却，沿着地磁场方向被磁化成磁体；另一种是以自然界中的磁体磨擦钢针，使其成为磁针。这两种小巧的磁体可用细线悬吊，也可以放在漂浮水面的物体上，或用轴尖轻轻地托起，让它在地磁场中转动。从此，古代中国人完成了这项发明的实用化进程。

　　指南针最大的价值在于航海。有了它，水手从此摆脱了对太阳和星辰的依赖，可以全天候航行，使洲际航海成为可能。

　　指南针在公元１２世纪通过阿拉伯人传到欧洲，极大地推进了欧洲的航海事业。从１５世纪开始，指南针引领西方船队，相继发现、占领、掠夺了无数遥远的海外殖民地，打开了西方资本主义的世界市场，在相当大的程度上改变了世界的政治格局，亦沟通了居住在地球上不同大陆人们之间的相互关系。

　　技术发明增加了人们做新事情的能力，新的铁器制造技术使人们有可能以全新方式干预自然。

　　公元前５世纪初，中国开始大规模开凿运河，修建水利工程。长江中下游相继开凿了从太湖东面到达杭州湾、从太湖西面到达长江，以及从苏州到达江阴连通长江的运河，还有连通黄河与淮河的运河。

　　公元前３世纪，战国时期秦国的水利专家李冰，主持修建了引岷江水灌溉成都平原的都江堰水利工程。这项工程使２０００万亩土地年年丰产，使生活在那里的人们受益２０００多年，四川由此成为名符其实的“天府之国”。

　　水利史上许多重大发明，均产生于一些宏大的工程建设，诸如人类驾驭江河水流的新技术。公元前３世纪末，古代中国人开凿了沟通长江水系和珠江水系的运河——灵渠，把水利工程技术推向新的高度。

　　公元前２１９年，秦始皇５０万大军攻打南粤受阻，为解决部队军需特别是粮食供应问题，命监御史禄督造连通湘江和漓江的运河，以便中原船只直达岭南。灵渠工程历时５年，峻工后长江的船只可以直达广州。这条运河从公元前２１４年开始担负水运任务，直到２０世纪湘桂铁路通车为止，２０００年间成为岭南和中原之间重要的交通航道，使得五岭阻隔的长江流域和珠江流域连为一体。

　　灵渠建在北上的湘江与南去的漓江之间的狭谷地带，穿越狭谷台地引湘江水入漓江，同时兼有运输和灌溉两种功能。这项水利史上奇巧的工程包含３项重大发明：

　　第一是大江分流技术。当年人们在湘江上建造“人”字形水坝，拦腰截断水流。水坝呈曲尺状，一边长３４４米，另一边长１３０米，两边交角１０８度，坝的尖顶正对江中南来的急流。坝顶比河岸稍低，洪水季节，湘江水越过坝顶直接流入故道；枯水季节，江水沿坝的两边改变流向，将３０％湘江水引入漓江，７０％湘江水导入迂缓的人工河道重归湘江故道。“人”字形结构的拦水坝是一项创举，显著地减少了水流对坝的压力，增大了泄洪能力。古代人把这道奇妙的坝称为“天平”，寓意巧夺天工，能保持运河水位恒定，令江水三七分流。

　　第二是巧妙运用铸铁连接坝身石块，使其成为一个巨大的刚性整体，保持大坝坚固稳定。由于开采和运输条件限制，建坝石块不可能太大，灵渠的建筑师在对接的石块两边分别凿出倒梯形凹槽，向其中灌注熔化的生铁，铁水充满两边的梯形凹槽之后冷凝收缩，产生巨大的拉力使石块固紧在一起。用这种办法建造巨大坝体，历时２０００年不改原貌。这项利用金属相变产生拉力的刚性物体固紧技术，是建筑史上独特的创举。直到明代，戚继光指挥修建万里长城东段山海关深入渤海水下基础时，仍沿用这种办法把分离的石块固紧在一起。
第三是在灵渠上创造的人类最早的船闸技术。当时人们把建在灵渠上的船闸叫做“陡门”。有了船闸，船只可以在浮力作用下垂直升降，由低水位航道进入高水位航道，使不同高程的水域能够相互通航。正是由于这项发明，今天人们在江河上修建水库，拦江大坝才不会阻断往来航行的船只。

　　江水在灵渠分流之后各行其道。进入漓江的水蜿蜒曲折穿过高山峡谷注入南海，余下的湘江水进入长江中下游平原，一泻千里进入东海。明代诗人鲁锋游灵渠，曾感慨万千，赋诗一首：“一道源泉却两支，右为湘水左为漓。谁知万里分流去，到海还应有会时。”

　　公元前３世纪，中国人发明了最早的深井钻探技术，人类从此开始获取深藏地下的矿产资源。深井钻探技术最先用于获取四川盆地的食盐和天然气。

　　战国末期，秦国已经吞并地处今天重庆市和四川省的巴、蜀，将其划为秦国属地。当时秦国水利专家李冰出任蜀郡太守，他十分关注今天四川宜宾地区的食盐采集问题。

　　四川盆地过去曾是一片古海洋，古海洋在地壳运动中干涸，海底抬升成为今天的陆地，在一些地区接近地表的岩层中，储存着高度浓缩的食盐溶液，有时它们沿着岩石裂隙渗出地面，成为当地人们获取食盐的来源。露出地表的盐水分散稀少，而且容易污染，人们希望打井取盐，然而四川盆地的地下水位高，泥土潮湿，打深井十分困难。李冰长期生活在关中盆地，熟悉黄土高原打深井取水技术。他指导人们在向下挖掘时随即放下中间开有圆孔的石圈，随着深度增加，石圈逐渐下沉。多层石圈摞在一起，形成长长的坚固竖直石管道，可以防止井壁坍塌。挖到地下岩层时，通过石圈构成的垂直管道，用竹缆悬吊铸铁锤反复敲砸岩石，打通岩层，即到达储藏着丰富盐水的地方。竹缆承载强度远比麻绳高，悬吊的铁锤有的重达１００多千克，能产生很强的冲击力。人们采用当地盛产的竹竿，打通竹节，一根一根衔接，做成不漏水的管道，从地表向下沿石圈中央孔道，穿过打通的岩层吸取盐水。有些地方井下压力高，盐水会沿着竹管自动流向地面。今天四川省自贡市的地名与这种早年的采盐技术有关，“自”即指这里有能够自流的盐井，“贡”指珍贵的盐作为贡品奉献给皇家。

　　四川宜宾地区地下不仅有丰富的盐，还有丰富的天然气。人们钻井采盐，有时管道会冒出天然气，人们用同样的办法把它引出来，点燃加热盛满盐水的铁锅，使水分蒸发，留下食盐固体。古代中国曾经有这样的记载，用这种办法开采天然气，有时一口井输送的天然气可以加热５１００个盐锅。

　　这项发明使远离大海的中国内地居民获得了可靠的食盐供应，也为日后人类地质勘探活动与地下矿产资源开采提供了重要的技术方案。正是地下的矿产资源，支撑着近、现代的工业文明。

　　直到公元１７世纪，欧洲人才从一个荷兰商人口中得知中国这种钻井技术。到１８３４年，欧洲人将这种技术用于打盐井；１８４１年，开始用这种技术钻油井。１８５９年，德里克在美国宾西法尼亚州，用中国的竹缆悬吊铁锤凿岩石的办法钻出第一口油井，他是从在美国修筑铁路的中国劳工那里知道这种技术的。

　　公元前２世纪，人类发明纺织技术５０００年之后，古代中国人利用大自然中的植物纤维发明了另一类纤维制品——纸。不过，当时造纸的用意不是为了写字，而是为了包装物品或做他用，后来才发现写字是纸最有价值的用途。这项发明使人类有了记录和传递文字图像信息的理想载体，为思想和智慧的传播提供了最重要的物质基础。

　　１９８６年，考古学家在甘肃省天水市放马滩５号汉墓发现一幅纸地图，上面有山丘、河流、悬崖和道路，这是人们见到的世界上最早的纸。这种纸是用大麻纤维制成的，表面比较粗糙。

　　公元１１４年，东汉皇室掌管御用器物的官员蔡伦改进造纸技术，用树皮、破布、旧渔网和丢弃的短麻绳为原料造纸。他先把这些原料放置水中充分浸泡，用碱除去油脂和胶质之后捣碎，使绒毛状纤维分散在水中形成浆状悬浮物；然后用一张细竹丝编成的滤网从水底由下而上轻轻地把它们捞出；由于悬浮在水中的细小纤维横七竖八，且在水体中密度分布大体相近，沉积在滤网上的纤维便互相勾连搭接成像一床薄薄的棉絮；将它压榨脱水烘干就结成一张牢固的网，成为厚薄均匀表面光洁的纸张。

　　这些看似光洁的纸张，实则布满各式各样的微型毛细管，用笔蘸墨汁或颜料书写，由于表面张力的作用，这些干燥的植物纤维就会吸附浸润，使墨汁或颜料迅速进入纸张内部；待水分蒸发之后，书写的笔迹经久不退。

　　从前人们把字写在莎草、羊皮、木简、竹简或绢帛上，欧洲人学会造纸之前，其文卷多为羊皮，抄写一部《圣经》需要３００张羊皮。由于上述文字载体各有各的缺陷，有的太重，有的太贵，有的不易保存，有的不耐翻阅，在相当大的程度上制约了人类文化信息的有效传播。然而，纸张轻而薄，低廉的价格方便人们购买，可以容纳大量的文字信息，极大地提高了信息传播的效率。

　　纸的发明，使文字插上轻盈的翅膀，能够带着人类的思想和智慧飞向远方。公元３世纪，中国的造纸技术传到朝鲜；７世纪传入日本；８世纪传入阿拉伯；１２世纪传入法国；１５世纪末传入英国；１７世纪由英国传入美国。

　　古代中国人还在工程技术领域创造了众多的新事物，这些发明分别成为今天许多领域的技术基础。

　　大约公元前２００年，古代中国人发明了独轮车。这种只有一个轮子的车与从前的车完全不一样，它是一种高重心单一支点的运动装置。这种车转向灵活，对道路几乎没有宽度要求，利用角动量守恒原理保持运动中的平衡，能够在崎岖的小路上轻松地搬运重物。这件发明需要极为丰富的想象力，至今人们还不清楚它的发明过程。有人猜测，罗贯中在《三国演义》中描述的诸葛亮运粮用的“木牛流马”，实际上可能就是独轮车。

　　１７００年之后，欧洲人为独轮车在行进的方向上添加一个轮子，变成了今天的自行车。

　　古代中国人先后完成了船舶推进与控制技术方面的两项重大发明，创造了橹和舵。

　　中华大地幅原辽阔，河流纵横，船只是人们不可或缺的水上交通工具。从石器时代使用独木舟开始，人们就一直使用桨划船。划船人手中的桨周而复始地在空气和水中运动，桨划过空气的时候不产生推力，无谓地消耗体能；划桨时拍击水面还会引起船舶震动；在船的一侧划桨，还会改变船前进的方向。

　　公元前１世纪，中国人发明了橹。橹在水中运动像鱼儿尾部摆动，利用水的轴向反作用力，为船舶提供连续稳定的动力，无声而有力。橹减轻了划船的劳动强度，提高了航行速度，使船行更加平衡。今天人们到浙江绍兴，还能看到头戴毡帽的船工双手插在袖筒里悠闲地用脚摇橹的情形。

　　１８世纪，当人们发明蒸汽机之后，桨演变成安装在船体两侧、一半没入水中连续转动的明轮；橹演变成深藏在水下的螺旋桨。明轮早已淘汰，螺旋桨则成为一切机动船舶的动力来源，后来又成为早年飞机最主要的部件。

　　大约公元１世纪，中国人发明了舵。舵使船舶航行技术发生重大变化，能够负重在险恶的水域中远航。当时名为《释名》的书中有关于舵的记载。考古学家在一座汉墓的随葬品中曾发现陶制模型船，船上有可以升降的舵。

　　船在水中航行，由于船体巨大的惯性，控制它的运动方向需要用很大力量，亦需要很高的技巧，数千年间曾难倒无数船家。中国人发明的舵，巧妙地利用不对称水流的侧向推力，使水流自身产生改变船体运动方向的力矩，实现了船舶动力系统与控制系统的分离，为船舶制造与驾驶技术做出具有里程碑意义的贡献。利用舵控制方向，已经成为今天一切船舶和飞行器的基本工作模式。

　　公元１３２年，东汉时期的科学家张衡（公元７８～１３９年），发明了测报远方地震的科学仪器。这项发明标志着人类第一次超越感觉器官的局限，用科学仪器获取重要的大地运动信息。

　　张衡注意到地震发生时，远离震中的大地会发生两种运动，一种是来自震中方向的水平振动，另一种是垂直于地表的振动。在远离震中的地方，地震时第一次发生的水平振动，总是使地面背向震中朝外移动。在这一科学发现的基础上，他利用惯性原理发明了地动仪。

　　当年，张衡在水平地基上竖起一根高重心直杆，用它作为探测地震的传感器。在没有地震的时候，竖立的直杆处于平衡状态。如果地震波引起直杆的支点瞬间位移，它立即倒向发生地震的方向，敲击相应的器皿发出声响或拨动一个开关，使一个小球从器皿里掉出来，记录发生地震的方位。有一次，张衡用地震仪观测到距京城洛阳６４４千米的甘肃陇西发生了地震，而京城的人当时都未感觉到，数天之后，信使才从陇西带来地震的消息。从此，朝庭官员开始记录地震。

　　继希腊化时期亚历山大城的科学家埃拉托塞尼精确测量地球半径，希帕恰斯推算出月球和地球之间距离之后，张衡发明地动仪，标志着人类在了解地球的艰难历程中又迈出重要的一步。直到１８８０年，英国人米尔恩才发明现代记录地震的仪器。

　　公元１８９年，中国工匠丁缓发明了三维运动系统惯性平衡机构。在这种精巧的装置里，无论支架怎样转动，放置其中的物体都永远保持其空间位置不变。这种装置是一件由３个环依次叠套在一起的组合环，每个环都可绕自身的两个支点自由转动，３个环的旋转轴相互垂直。如果在内环中固定一个小杯，无论组合环怎样旋转滚动，小杯总会保持水平位置。当时，人们用小杯装香料带在身上，香料不会洒出来。后来人们把烧红的炭放在小杯里，带在身上或放在被褥里取暖，无论坐卧俯仰，炭都不会掉出来。

　　三维运动系统惯性平衡机构的发明，标志着人类在机械制造方面，已经由静力学设计步入动平衡和惯性分析领域，它后来成为现代交通工具中制导系统陀螺仪的基础；成为机械传动系统万向节的原型；是现代汽车、飞机、火箭、鱼雷、巡航导弹和远洋轮船不可或缺的部件。
公元３世纪，中国人发明了马镫。马镫的发明使古代战争格局发生巨大变化。人们在公元３０２年长沙的一座古墓中发现一件有马镫的陶骑俑，据此推断马镫发明的时间不应该比这更晚。

　　人类驾驭马的历史可以追溯到７０００年前。早年，由于没有马镫，骑士只能坐在马背上以臀部为支点保持身体平衡。然而，人类是以双脚为支点直立行走的高重心生物，不习惯这种平衡方式，快速奔跑时很容易从马背上掉下来；格斗的时候不能自如地劈杀闪躲。有了马镫，士兵可以迅速地把在地面上练就的本领移植到马背上，以双脚为左右支点自如地应对一切挑战，使步兵的技艺和马匹的速度完美结合。由于有了马镫，骑兵从此可以发挥更加强大的威力。９００年之后，蒙古人席卷欧洲，马镫起了巨大作用。有了马镫，中世纪欧洲的骑士才能演绎出那许多叱咤风云的故事。

　　经过近千年的摸索，大约在公元３世纪，中国人发明了现代意义上的瓷器。从此，瓷器替代了人们餐桌上粗陋的陶器，人类不仅有了清洁的餐具，提高了健康水平，还增添了审美乐趣，不可或缺的生活用品变成了艺术品。

　　瓷器抹去了石器时代留下的最后一道痕迹，有的学者把人类使用瓷器看作文明进步的标志之一。

　　瓷器是在陶器的基础上发展起来的。早在１万年以前，地球上不同地方的人们先后发明了烧制陶器的技术。人们利用岩石风化形成的粘土，经过成型和焙烧做成器物。焙烧时，高温使粘土中的某些物质熔化，填充粘土颗粒空隙并把它们紧紧固结在一起，很像大自然造就岩石的过程。然而，窑炉的温度无法与地下岩浆的高温相比，烧制的器皿密实度不够，总不尽人意。为了保证必需的强度，器皿往往粗大笨重，使用不方便；加之器壁吸水率高，陶制器皿表面粗糙，容易残留食物，霉变滋生病菌。在数千年时间里，烧制陶器技术的进展十分缓慢。

　　从商代开始，古代中国人不断改进制陶技术；到东汉末年，中国已出现技术成熟的瓷器。通过艰难摸索产生的这项发明，其关键技术主要是以下３点：

　　第一，选用瓷土作原料，不再使用普通粘土。瓷土是长石充分分解风化的产物，主要成份是三氧化二铝和二氧化硅，同时含有钾、钠和钙的氧化物，而铁和钛的氧化物含量很少，烧成的器皿洁白细密。

　　第二，烧结温度高。在公元前６世纪，中国人已经发明使炉温达到１３００摄氏度以上的燃烧控制技术。在１２００摄氏度以上的瓷窑里，瓷土中的氧化钙、氧化钾、氧化钠和二氧化硅，能够形成大量熔化的玻璃状透明物质，填满坯料中瓷土颗粒间隙，形成半透明的牢固烧结体。瓷器的吸水率极低，比陶器具有更高的结构强度。薄壁瓷器可以达到厚壁陶器的承载强度与承受撞击的能力，大大减轻了器皿的重量。

　　第三，瓷器表面薄薄的釉，为坚固的瓷坯穿上一件神奇的外衣，紧紧地附着在瓷坯表面，几乎不改变器物的结构和造型，使本来已经十分致密的瓷质变得更加光滑美丽，具有极好的手感和视觉效果，而且使器皿便于洗涤，保持清洁；许多种瓷釉具有极高的化学稳定性，不会和食物发生化学反应。

　　瓷釉是一种透明稳定的玻璃体，可以保护描绘在瓷坯上的美丽图案；瓷坯就像一张洁白的纸，任凭艺术家挥洒画笔舒发灵感，烧结的釉则使艺术家的作品永远鲜亮如初，是大众化的实用器皿与艺术品相结合的范例。

　　通过控制窑炉的燃烧气氛，古代中国发明家还能够使釉中的同一种颜料烧成之后呈现不同色彩。例如，釉料含有铜的氧化物，在窑炉缺氧环境中燃烧，大量一氧化碳会使它变成氧化亚铜，一价铜离子呈红色，烧出的是穿红衣服的瓷器；当氧气供应充分的时候，铜的氧化物不会被还原，釉料中的二价铜离子呈美丽的蓝绿色；如果交替变化炉中的气氛，瓷器的表面上就会出现红蓝相间的梦幻色彩。由于这种气氛变化的过程在时间和空间上难以重复，炉窑中出来的瓷器就会每个都不一样，个个与众不同。鉴赏家把这种奇妙的工艺过程称为“窑变”，由于它们独特的惟一性，有些“窑变”瓷器往往成为稀世珍品。

　　技术和艺术共同造就了神奇的瓷器。随着时代的变迁，从前人们使用的器物今天大多已不见踪影，但惟有瓷器例外。中国独占这项发明持续１５００年，直到公元１８世纪，欧洲人才开始制造瓷器。

　　瓷器具有观赏性，加之其神秘奥妙的制作工艺，古代海外的人们便难以仿制。在相当长的时期里，瓷器和丝绸一道成为古代中国的形象大使，成为海外诸国青睐的珍品。在英语里“中国”和“瓷器”就是同一个词，为加以区别，Ｃｈｉｎａ表示“中国”的时候，“Ｃ”需要大写。

　　公元７世纪，中国人发明了火药。从此，这种会冒烟的“药”打破了世界的宁静。

　　唐代著名医学家孙思邈所著《丹经》论述“伏硫磺法”的篇章，已有类似火药秘方的记载。公元８５０年成书的一部道教经典总集《道藏》，其中《真元妙道要略》篇记载了原始火药的第一个配方。这一配方列举了３５种丹药，注明其中３种可以燃烧，并告诫道士要慎
之又慎，以免败坏声誉。这３种配方主要含硫磺、硝石和蜂蜜（今天，人们知道蜂蜜中含有大量的碳）。

　　公元９１９年，火药用于制造作导火线，点燃油料喷向敌军，可以造成一片火海。公元１０４４年，北宋丞相曾公亮受仁宗皇帝之命主编《武经总要》，第一次发表了火药的真正配方。当时，这已是实战方：火药被制成炸弹、燃烧弹和毒气弹。在毒气弹里，火药混合了大量的砷化物，砷化物遇高温分解弥散在空气中，成为人类最早的强力化学武器。

　　火药的发明源于人们对“长生不老”的企盼。早在汉代，道家已经开始炼丹活动。他们笃信，如果能在自然界找到某些神秘的物质，把它们调配在一起，或者让它们在高温中融合，能够变成黄金或令人青春永驻的仙丹。与西方古代炼金家不同，古代中国的炼丹家更关注后者。或许由于当时中国实行中央集权，统治者能够用政治军事手段攫取财富，然而无法让自己永生，炼丹活动便更容易得到当权者支持。炼丹家可以广泛地采选各种奇持的原料，自由地进行各种试验。硝石、硫磺和木炭就在这种背景下进入炼丹者视野。

　　硝石具有能熔化多种矿石的特性，而且在温度不高的状态下能由结晶体变为液体，有时还能治疗某些疾病；硫磺在自然界中能以元素状态存在，加热会由固体直接变成气体，冷却之后在另外的地方又以固体状态重新出现，炼丹家视其具有神秘的“游走”习性；木炭则被古代中国人认为是火与木相遇留下的精华，色泽和形状可历千年不变。炼丹的道士把这３者调配在一起，希望在炉里加热的时候出现奇迹。奇迹终于发生了，但不如预想的那样美妙：常温条件下它们不发生任何化学反应，而当炉温升高到一定程度，便突然火光冲天，炼丹的道士闪躲不及，被烧掉胡须和眉毛。从此，这种特殊的丹药被称为火药。

　　在火药中，硝石的化学成分是硝酸钾，受热能分解产生大量的氧；硫磺在常温下化学性质稳定，在２５０摄氏度时可以燃烧释放热量，使温度迅速升高达到木炭的燃点；木炭与硝酸钾分解产生的氧一旦发生化学反应，就会释放更多热量，使更多的硝酸钾分解，氧化反应会更加剧烈。这种化学反应在狭小的空间进行，无需从空气中补给燃烧所需要的氧。星星之火一旦点燃火药，反应即如雪崩，瞬间产生极高的温度，释放大量气体产生巨大压力。这种力量可以顶替千万人的体力劳动，可以推动山岳填平沟壑，也可以成为新式杀人武器。

　　如果火药产生的爆炸力只在一个指定的方向释放，它可以推动物体高速运动成为子弹；如果火药在一个坚实的密封壳体中燃烧而无释放压力的途径，当压力增大到超过壳体极限强度时就会发生爆炸，发出令人恐怖的巨响，产生巨大的冲击波，同时把壳体炸成碎片，飞向空中成为无数把飞刀，令敌方猝不及防，这就是今天所说的炸弹；如果把火药装填在后端开口的圆筒里，点火之后燃烧的火药从后面喷射，在反作用力推进下，圆筒壳体会高速飞向前方攻击敌人。这种喷火自动飞行的箭体被称为火箭，它为１０００年之后人类飞向太空准备了最重要的条件。

　　火药提供了一种能够在时间上加以控制的巨大冲击爆发力，这种前所未有的力量可以破坏许多物体原有结构，瞬间改变其空间位置。火药的发明，对人类来说忧甚至大于喜。

　　火药迅速导致战争武器的变革。用火药做成的兵器可以远距离杀伤敌人，具有人体感官难以察觉的攻击速度，具有普通建筑物难以抗御的破坏力。在战场上，交战双方拉开空间距离，呼啸的炸弹从天而降发生爆炸，取代了冷兵器时代的刀光剑影，坚固的城堡已不再能阻挡敌方进攻。在古代战场上，使用火药兵器的一方往往具有绝对优势，这种胜利的诱惑，促使人们探寻更加猛烈的爆炸物，其结果是使人类的安全越来越严重地受到威胁。

　　在１３世纪，火药随蒙古人西征传到阿拉伯世界；后来经阿拉伯人传到欧洲，与西方的兵器制造技术结合，成为新兴资产阶级攻陷城堡战胜封建贵族，征服海外殖民地的强大武器。中国人这件阴差阳错的发明，在相当大的程度上改变了世界历史的进程。

　　公元７世纪，中国人发明了雕版印刷技术。这是一种不需要人手抄写，借助工具和机器可以大批量复制文书图画的方法；它大大地提高了人类文化知识传播的速度，使更多的人有机会分享人类的智慧与经验。从此，人类开始以制造物质产品的方式复制文化产品。

　　雕版印刷始于隋代。人们在致密坚硬的枣木板上镌刻文卷篇章，需刻出凸起的反字，将墨汁刷在上面，用纸覆盖并轻轻平压，植物纤维亲水性的特点会使文字上的墨迹迅速渗入纸中，揭下纸晾干，雕版印刷即告完成。雕版印刷的效率是用手抄写的数百倍。

　　公元７０４～７５０年间，中国人用雕版技术印制了一大批汉字佛经。其中一些现存于韩国东南部庆州佛光寺，是世界上现存最早的印刷文本。

　　公元８世纪，印刷品已经多得令人难以置信。雕版印刷技术传到日本之后，有一件佛经的摹本，曾经一次印刷了１００万份。

　　公元８６８年，中国印制梵文汉译佛教典籍“金刚经”，印成的长卷宽０．２７米、长５３米，这是人类以长卷形式印制的第一部书。１９０７年，这件珍贵的经卷被英国人斯坦因从敦煌窃走，现藏英国伦敦大英博物馆。公元９８３年，中国人用１２年时间印成的佛教经典《大藏经》，计１０７６部５０４０卷，共用雕版１３万块。当时，中国已是世界上复制文献资料最多的国家，而欧洲直到公元１４２３年才出现雕版印刷品。

　　几乎与此同时，古代中国人用雕版印出一种前所未有的纸币，代替金属制成的货币。纸币上印有特殊的符号和文字，加盖标志权力的印章。这种纸币非常轻，甚至能被风吹跑，人们称之为“飞钱”。当时，这件极富想象力的发明效果不佳，人们不信任它，以致造成通货膨胀，直到宋代才为人们所接受。然而，西方在１７世纪才开始使用纸币，公元１６６１年，瑞典银行首次发行纸币。

　　纸币是一件十分了不起的创造，它预示人类金融活动方式将发生巨大变革。人们在商业活动中不必携带笨重的金属钱币袋子劳苦往返，而且大大减少了金属用于铸币的消耗。

　　雕版问世３００年之后，中国人发明了活字印刷技术。公元１０４１年，毕昇把以篇章为单元的雕版，分解为以汉字为单元的印模；用烧结成型的泥活字随意组合成所需要的篇章。同一批单字泥模经过不同的组合，可以印出不同的文章；有限数量的字模组合，可以表达无尽的文字信息，活字印刷为世界印刷技术的实用化奠定了最重要的技术基础。

　　活字印刷技术使语言的基本声音单元时序编码，转换成以文字基本符号为单元的空间编码，提高了文字基本单元的利用率，使印刷图书文献的过程变得十分简便。

　　活字印刷技术对拼音文字的意义尤为重大。１４５０年，德国人谷登堡受到这件发明的启示，用铅、锡、锑的合金做出２６个不同拉丁字母的字模，印出４２本《圣经》。此后３０年间，活字印刷技术传遍欧洲各国，许多国家相继出现空前规模的文化传播与知识普及，导致知识和权力分离，促进了知识的平民化，为欧洲文艺复兴准备了极其重要的思想条件。

　　中国古代的伟大发明不可胜数，已经深深嵌入历史长卷，成为人类文化最精彩、最动人心魄的一部分。