中国的四大发明及其影响

在指南针发明之前，人类经常在茫茫大海中迷失方向，造成难以想象的后果。是中国人发明了指南针，给人类的航行指明了方向。指南针是用来判断方向的简单工具。中国古代四大发明之一。主要部件是可以在轴上自由旋转的磁针。磁针在地磁场的作用下可以保持在磁子午线的切线方向。磁针的北极指向地理南极，这个性质可以用来辨别方向。它常用于航海、大地测量、旅游和军事。

指南针的发明是我国劳动人民在长期实践中对物体磁性认识的结果。由于生产劳动，人们接触到了磁铁矿，并开始了解它的磁性。人们首先发现了磁铁吸引铁的性质。后来发现了磁铁的指向性。经过多次实验和研究，终于发明了一种实用的指南针。

磁现象的发现

在先秦时期，我们的祖先就已经积累了很多这方面的知识，在勘探铁矿时经常会遇到磁铁矿，也就是磁铁矿(主要由四氧化三铁组成)。这些发现早已被记录下来。这些发现最早记载在《管子》的几篇文章中:“山上有磁石，下有金铜。”其他古籍也有类似记载，如《山海经》。磁铁的吸铁特性早就被发现了，《吕氏春秋》九卷主篇有:“慈吸铁，或吸之。”当时人们把“磁性”称为“善良”。他们认为磁铁吸引铁是慈母对孩子的吸引力。并认为:“石头是铁之母，但石头有善良和不善良两种。善良可以吸引他的孩子，不善良不行。”

汉代以前，人们把磁石写成“观世音石”，意为爱石。

既然磁铁能吸引铁，那它们能吸引其他金属吗？我们的祖先做了很多尝试，发现磁铁不仅不能吸引金、银、铜等金属，也不能吸引砖瓦。西汉时期，人们认识到磁铁只能吸引铁，不能吸引其他物体。

当两块磁铁放在一起并相互靠近时，有时它们相互吸引，有时它们相互排斥。现在人们都知道磁铁有两极，一个叫N极，一个叫S极。同性相斥，异性相吸。当时人们并不知道这个道理，但还是能感知到这个现象。

西汉时，有一位炼丹师，名叫栾达。他利用磁铁的这一特性制作了类似两个棋子的东西。通过调整两个棋子极性的相互位置，有时两个棋子相互吸引，有时又相互排斥。栾大称之为“斗棋”。他把这部小说献给汉武帝，现场演示。汉武帝又惊又喜。他被评为“五福将军”。栾大力利用磁铁的性质，做出新奇的东西来欺骗汉武帝。

地球也是一块大磁铁，它的两极分别靠近地理南极和地理北极。因此，当地球表面的磁铁可以自由旋转时，由于磁铁同极性相斥，反极性相吸的性质，它们会表示南北。古人不懂这个道理，但对这种现象非常了解。

指南针的始祖——新浪

指南针的始祖出现在战国时期。它是由天然磁铁制成的。它看起来像一个圆底的勺子，可以放在光滑的“场地”上保持平衡，可以自由旋转。当它静止时，勺子的柄会指向南方。古人称之为“司南”，在当时的《韩非子》一书中有:“王力司南取时先。”“早晚收场”的意思是方，东方。《鬼谷子》中记载了新浪的应用，郑人采玉时带着新浪，以确保不迷路。

春秋时期，人们已经可以将硬度为5-7度的软玉、硬玉打磨成各种形状，因此也可以用硬度只有5.5-6.5度的天然磁铁来制作司南。东汉王充在《论衡》一书中对司南的形状和用法做了明确的记载。新浪是经过琢磨用一整块天然磁铁做成的，勺子的手柄经过极导，使整个勺子的重心正好落在勺子底部的正中间，勺子放在一个光滑的场地，周围是一个四维的茎干和树枝，合成24个方向。这个设计是古人仔细观察了自然界中许多与磁性有关的现象，积累了大量的知识和经验后，经过长期研究完成的。新浪的出现是人们对磁铁手指极性认识的实际应用。但是，新浪也有很多缺陷。天然磁铁不好找，加工过程中受冲击受热容易失磁。所以新浪的磁性比较弱，与站点的接触要非常顺畅，否则会因为摩擦阻力过大而难以转动，达不到预期的引导效果。而且新浪有一定的体积和重量，不方便携带，这可能是新浪长期没有被广泛使用的主要原因。

新浪由一个青铜圆盘和一个天然磁铁制成的磁勺组成。青铜盘刻有24个方向，磁勺放在盘的中心圆形面上。当它静止时，勺子的尾部指向南方。

指南针的发明

在古代，人们常把薄薄的铁叶切成鱼的形状，鱼的腹部略凹，像一只小船。磁化后浮在水面，可指南北。那时候是当游戏用的。东晋的崔宝曾在《古今笔记》中提到过这种“导盲鱼”。

北宋曾公亮在《五经总论》中载有导鱼的制作和使用方法:“以薄铁叶割之，长二寸，宽五分，头尾如鱼之尖，以炭火烧之。侯同池，以铁镬、铁锅鱼为初火，尾正，蘸盆，密器止。使用时，把水碗平放在无风的地方，鱼就会浮在水面上，它的第一个方向永远是正午。”这是一种人工磁化方法，利用地球磁场来磁化铁片。也就是把烧红的铁片放在子午线方向。炽热的铁片内部的分子处于相对活跃的状态，使得铁分子沿着地球磁场的方向排列，达到磁化的目的。这种排列可以通过将其浸入水中来快速固定，并且可以通过将鱼尾稍微向下倾斜来增加磁化程度。人工磁化法的发明对指南针的应用和发展起到了巨大的作用。这也是磁学和地磁发展史上的一件大事。北宋沈括在《孟茜笔谈》中提到了另一种人工磁化的方法:“方家可以用磁铁引导。”据沈括介绍，当时的技术人员用磁铁摩擦缝衣针，使针具有磁性。从现在来看，这是一种利用天然磁铁的磁场，使钢针内磁畴的排列趋向某一方向，从而使钢针呈现磁性的方法。这种方法比地磁法简单，磁化效果比地磁法好。摩擦法的发明不仅是世界上最早的，也为实用磁指向仪的出现创造了条件。

沈括在《孟茜笔谈·补谈》中也谈到了摩擦法磁化过程中的各种现象:“若用磁石针锋相对，则锐而总导，有人指北方，而不怕石头...相反，应该有南北差异，这一点还没有深入研究。”也就是说，用磁铁摩擦缝衣针后，有时会针锋相对地指向北方。从现在来看，所有的磁铁都有N和s两个磁极，磁化时缝纫针的朝向不同，所以磁化后的方向也不同。但是沈括并不知道这个道理。他真实记录了这一现象，并坦率承认自己没有深入思考。希望后人能进一步探索。

关于磁针的安装方法，沈括介绍了四种方法:

1.水漂——在磁针上放几根灯芯让它浮在水面上，就可以指示方向了。

2.碗唇旋转法——将磁针放在碗口边缘，磁针可以旋转指示方向。

3.指甲旋转法——把磁针放在指甲上。由于指甲表面光滑，磁针可以自由旋转，指示方向。

4.暮光挂法——在磁针中间涂上一些蜡，粘上一根丝，挂在无风的地方指明方向。

沈括也比较了四种方法。他指出，水浮法最大的缺点是水面容易晃动，影响测量结果。碗唇旋转和指甲旋转因为摩擦力小所以灵活，但是容易脱落。沈括强调悬挂法，他认为这是一种理想而实用的方法。实际上，沈括指出的四种方法已经概括了迄今为止指南针装置的两种体系——水针和干针。

《孟茜笔谈》是沈括(1031—1095)写的一部关于中国古代科技的书，书中谈到了磁学和指南针的一些问题。

南宋时，陈在《广记》中介绍了另一种导鱼、导龟的制作方法。这种无指鱼和《武经通论》中记载的不一样。用手指大的木头雕刻成鱼的形状。在木鱼的肚子里放一块天然磁铁，磁铁的S极指向鱼的头部。用蜡封住后，从鱼的口中插入一根针，就成了无指鱼。把它浮在水面上，一个鱼头导，也是水针的一种。

导游龟在当时是一种流行的新设备。在木龟的腹部放置一块天然磁铁，在木龟的腹部下方挖一个光滑的洞，并将其对齐，放在一个尖尖的竹钉上，竹钉直立在木板上，这样木龟就被放置在一个固定的可自由旋转的支点上。因为支点处的摩擦力很小，所以木龟可以自由转动导轨。当时不是用来导航的，是用来幻术的。但这是后来出现的干旱罗盘的前身。

导游龟发明的时间不晚于1325。木块雕刻成乌龟形状，在乌龟腹部中央嵌有磁铁。木龟被放在一根尖尖的立柱上，静止时分别指向南北。

罗盘定位

为了确定方向，除了指南针，还需要有方位盘配合。最初使用指南针时，可能没有固定的方位盘。随着方位测量的需要，出现了磁针和方位盘一体化的罗盘。罗盘包括风水罗盘、水罗盘和干旱罗盘。

方位盘面还是24个方向，但是盘面已经从方形演变成了圆形。这样，只要看方位板上磁针的位置就可以确定方位。南宋时，曾三益在《银华录》中记载了这方面的文献:“田螺或有子午针，或在子午针间缝一针。”这是关于指南针的最早文献。文献中提到的“地螺”就是地螺，也就是指南针。磁偏角的知识在文献中已经应用到指南针上。这种罗盘不仅有子午针(决定地磁场南北极方向的磁针)，还有子午针(由日影决定的南北极地理方向)。这两个方向之间的夹角就是磁偏角。

圆盘周围刻二十四个方向，里面装水。磁针穿过灯草，漂浮在水面上。

现在知道地球的两个磁极只是靠近地理上的北极和南极，并不重合。磁针指向的是地球的磁极而不是地理上的南北极，所以磁针指向的是稍微偏离而不是正南正北的方向。这个角度叫做磁偏角。因为地球几乎是球形的，磁针指向磁极时会向下倾斜，与水平方向有一个角度，称为磁倾角。不同位置的磁偏角和磁倾角是不同的。北宋《吴要》在论述用地磁方法制作罗盘时，注意到了磁倾角的运用。沈括在《孟茜笔谈》中谈到了不完整的罗盘，它常常是略偏东的。指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁倾角的发现使指南针指向更加准确。

磁性的应用

指南针一经发明，就迅速应用于军事、生产、日常生活、地形测量等各个方面，尤其是航海。指南针在航海中的应用有一个逐渐发展的过程。比《孟茜笔谈》稍晚的《周萍客谈》中记载:“船师通地理，但夜观星宿，昼观太阳，暗观罗盘。”这是世界航海史上最早使用指南针的记录。指出指南针只有在日月星辰都看不见的时候才使用，说明指南针刚开始使用的时候并不熟练。20多年后，许婧的《玄鹤峰李志高图经》也有类似记载:“只望群星，若阴郁，用导浮针拍击南北。”在元朝，指南针成为海上导航最重要的工具。无论晴天还是阴天，我都用指南针导航。而且还编制了使用罗经导航的不同航行地点的罗经针位连接图，称之为“针路”当船舶行驶到某一地点时，针位的方向和沿途的路线都被明确标示出来，作为航行的依据。

指南针的发明是古代先民对磁现象观察和研究的结果。在观察和研究磁现象的过程中，古代先民进一步了解了磁性的性质，并试图更多地应用这些性质。传说秦始皇修建阿房宫时，其中一个宫门是用磁铁做的。如果一个刺客拿着剑经过，他会立刻被卫兵抓住。这样的故事还有很多。《晋书·马龙传》记载，马龙率部西进甘肃、陕西，在敌人必经的羊肠小道两侧堆积磁铁。当穿着真甲的敌兵经过时，被牢牢吸住，动弹不得。马龙的士兵穿着犀牛甲，磁铁对他们没有影响，可以自由行动。敌人以为法宝不战而退。东汉时期的《异物志》中记载，南海诸岛周围有一些暗礁、浅滩中含有磁铁，磁铁经常吸引“被铁叶遮挡”的船只，使其难以出航。

在魏晋南北朝时期，我们的祖先已经有了很多关于磁铁性质的知识。就连当时的诗人曹植也在焦植的诗中用了“磁石吸铁，黄金不相连”。句子。可以看出他也了解磁铁的性质。梁南北朝陶弘景在《名医录》中提出了磁测法。他指出，优秀的磁铁产于南方，磁性很强，能吸引三四根铁针，这样磁铁上就能首尾相连挂几根针。磁性更强的磁铁可以吸引十多根铁针，甚至可以装下一两斤刀。陶弘景不仅指出了磁性有强有弱，还指出了测量方法。这可能是世界上最早的磁测量记录。

我们的祖先对磁铁性质的研究和认识是指南针发明和发展的基础。

中国在北宋发明了两种人工磁化的方法:一种是沈括所说的用天然磁铁摩擦钢针的方法，另一种是利用地球磁场磁化钢铁。

人们把一根磁化的钢针穿过几根灯心草，放在一个盛满水的碗里，这样钢针就能浮在水面上，为船只指明方向。这是世界上最早指出方向的仪器——指南针。而且很多动物都学会了利用地球磁场来辨别我们面前的方向。

火药

火药是中国古代四大发明之一。因为它是由硝石、硫磺和木炭混合而成，而且当时人们把这三样东西当作药物来治病，所以取名“火药”，意为“火药”。

自秦汉以来，炼金术士就用硫磺、硝石等物质炼丹，并从偶然的爆炸中获得灵感。经过多次实践，他们找到了火药的配方。三国时期，一位聪明的技师马俊，用纸包火药，做出了娱乐用的“爆炸头仗”，开创了火药的应用。

唐朝末年，火药开始应用于军事。人们用投石机点燃火药包，扔出去烧死敌人。这是最原始的火炮。后来，人们在箭杆头部附近包裹球形火药，点燃导火索。后来，他们用弓箭射火药，烧死敌人。还有火药，毒药，加上一些浸出，桐油等。，捣碎在一起做成毒球。点燃后用弓箭射死敌人，成了“万人敌”。宋代时，人们将火药装入竹筒中，在火药后面绑上微小的“定向棒”，点燃火管上的硝酸盐，使管内火药迅速燃烧，产生向前的推力，使其飞向敌阵爆炸。这是世界上第一枚火药火箭。后来发明了火枪和枪。这些是用竹子制成的原始管状火器，它们是现代枪支的祖先。

造纸

造纸术的发明是中华民族对世界文明的贡献之一。

大约3500年前的商朝，中国就有了刻在龟甲兽骨上的文字，称为甲骨文。春秋时期，龟甲、兽骨被竹片、木屑代替，称为竹简、木简。甲骨文和竹简都很重。战国时期思想家惠施外出讲学，随身带了五本书和简牍，所以有学富五车的典故。西汉时，宫廷贵族中，用丝绸或棉纸书写。蚕丝是蚕丝的总称。在丝绸上写字，很容易写。它不仅比竹简多得多，还可以在上面作画，但价格昂贵，只有少数皇家贵族才能使用。在公元前2世纪的西汉早期，纸就已经出现了。

创造者

东汉元兴元年(公元105年)，蔡伦在总结前人制作丝织水晶经验的基础上，以树皮、破渔网、破布、麻头等为原料，发明了适合书写的植物纤维纸，使纸成为广泛使用的书写材料。叫做“蔡侯纸”。

蔡伦只是改进了造纸术，不是纸的发明者。

造纸术在7世纪通过朝鲜传入日本。它在8世纪中叶传播到阿拉伯联合酋长国。直到公元12世纪，欧洲才开始效仿中国，建立工厂造纸。

发明地点

洛阳

活字印刷

印刷术是中国古代四大发明之一。始于隋代的雕版印刷，经宋仁宗的毕升发展完善，产生了活字印刷术，由蒙古人传到欧洲，所以后人称毕升为印刷术的始祖。中国的印刷术是现代人类文明的先驱，为知识的广泛传播和交流创造了条件。

雕版印刷就是用刀在一块木头上刻出一个凸出的反写，然后上墨印在纸上。每印一本新书，板子都要从头刻，非常慢。刻错了就要重新刻，辛苦可想而知。

公元1004年至1048年间，北宋刻家毕升用细而粘的泥土做成长方形的长柱，上面刻上字，放入窑中用力烧制，形成活字。然后根据文章内容，把字按顺序排好，放在铁架上做成印刷板，再放在火上加热压平，就可以印刷了。打印后取下活字，下次再用。这种改进的印刷被称为凸版印刷。

这种印刷方法虽然原始简单，但和现代印刷术的原理是一样的，让印刷技术进入了一个新的时代。

后来元代著名的农学家、机械师王镇发明了适合汉字复杂特点的木制活字和比较简单的转盘排版法，后来又发明了金属活字，改进了活字印刷。唐朝的印刷版画传到了日本。8世纪后期，日本完成了《达拉尼经》，随后流传到朝鲜民主主义人民共和国、阿联酋和东欧。15世纪，德国人学会了用合金铸造建筑，毕升开创的活字印刷术传遍了欧洲。

北宋科学家、政治家沈括曾在《孟茜谈》中写过一篇名为《活板门》的文章，里面详细介绍了活板门印刷的全过程，通俗易懂，非常详细。