沈括故居“夢(mèng)溪園”舊照

文/圖 張大華

火藥、造紙、指南針和活字印刷術(shù)這四大發(fā)明，是中國(guó)古代先民為人類文明進(jìn)步做出的巨大貢獻(xiàn)。記錄這四大發(fā)明的歷史文獻(xiàn)，除西漢發(fā)明造紙術(shù)記錄在《后漢書(shū)·蔡倫傳》以外，其他的三大發(fā)明，都記錄在出自鎮(zhèn)江的歷史文獻(xiàn)中。其中，發(fā)明火藥的原始配方，最早記載在東晉葛洪的《抱樸子》一書(shū)中；而記錄指南針和活字印刷術(shù)的唯一文獻(xiàn)，則都是沈括的《夢(mèng)溪筆談》。

指南針是利用磁針的指極性制成的指向儀器。早在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，人們?cè)陂_(kāi)采礦物的過(guò)程中，就發(fā)現(xiàn)磁石有吸鐵的功能。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就出現(xiàn)了利用磁石制造的指南工具——“司南”，它是形狀像一把湯匙的東西，有一根長(zhǎng)柄和光滑的圓底，它用磁石制成，靜止時(shí)長(zhǎng)炳指向南方。南北朝時(shí)的鎮(zhèn)江人祖沖之就成功制造出“司南車(chē)”，通過(guò)齒輪傳動(dòng)使車(chē)子上的某種物體保持固定的指向。但司南和司南車(chē)都是用天然磁石制成的，在強(qiáng)烈震動(dòng)和高溫時(shí)容易失去磁向，指南效果比較差。是誰(shuí)在這個(gè)基礎(chǔ)上，發(fā)明了后來(lái)的指南針呢？國(guó)內(nèi)科技史學(xué)者吳國(guó)盛在《科學(xué)的歷程》（湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1997年，第259頁(yè)）一書(shū)中說(shuō)，最早發(fā)明指南針技術(shù)的是沈括。他的這一說(shuō)法，并沒(méi)有得到廣泛認(rèn)同。但沈括的《夢(mèng)溪筆談》，確實(shí)是世界上最早記載指南針的歷史文獻(xiàn)。他在《夢(mèng)溪筆談》卷二十四中指出，在磁石上磨過(guò)的小鐵針具有較穩(wěn)固的磁性，因此決定采用這種人造磁針代替天然磁石制造指南工具。具體有四種方法，即水浮法、置“指爪”法、置“碗唇”法和“縷懸”法，其中水浮法雖應(yīng)用較廣，但“水浮多蕩搖”，影響穩(wěn)定；置“指爪”和“碗唇”法是將磁針?lè)旁谥讣谆蛲脒吷希@樣做摩擦力很小，但也不十分穩(wěn)定；“縷懸”法是比較好的方法，它是用細(xì)線將磁針懸吊，在無(wú)風(fēng)的地方指南效果很好。沈括在制造指南針的過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)了“磁偏角”，他在書(shū)中寫(xiě)道：磁針“常微偏東，不全南也”，這是磁學(xué)史上一個(gè)極其重要的發(fā)現(xiàn)，直到400年后歐洲人才有關(guān)于這一現(xiàn)象的記載。

指南針的發(fā)明，使中國(guó)的航海事業(yè)在中世紀(jì)達(dá)到了世界最高水平，推動(dòng)了宋元時(shí)期對(duì)外貿(mào)易和海上交通的發(fā)展。約在公元842年，開(kāi)辟了日本嘉值島直達(dá)浙江溫州的航線，1281年有商船從泉州出發(fā)，經(jīng)過(guò)三個(gè)月航行后到達(dá)斯里蘭卡，以后多次在印度洋上航行。這時(shí)的廣州、泉州、寧波、杭州已成為主要的對(duì)外港口。到了明代，鄭和七下西洋，所率船隊(duì)有大小船只200多艘，人員兩萬(wàn)多，其規(guī)模之大、航海儀器之精良遠(yuǎn)勝于半個(gè)世紀(jì)之后的哥倫布航海。指南針傳入國(guó)外是從宋代開(kāi)始的，正是在指南針的指引下，歐洲新興的資產(chǎn)階級(jí)才在海外開(kāi)辟了一個(gè)又一個(gè)貿(mào)易市場(chǎng)，使近代世界聯(lián)成一體；正是有了指南針的指引，哥倫布才發(fā)現(xiàn)了美洲新大陸，麥哲倫才能夠進(jìn)行環(huán)球航行，歐洲人的視野因此得到了前所未有的擴(kuò)大。

印刷術(shù)是人類的“文明之母”，在沒(méi)有印刷技術(shù)的古代，出版一本著作完全要靠抄寫(xiě)，但人工抄寫(xiě)總是難免錯(cuò)誤，而且不能保證每一個(gè)抄本都一模一樣。對(duì)于需要附上圖表和圖畫(huà)的書(shū)，書(shū)的質(zhì)量就更難保證。因此，中國(guó)印刷術(shù)的發(fā)明，對(duì)人類文明發(fā)展是一個(gè)難以估量的巨大貢獻(xiàn)。沈括的《夢(mèng)溪筆談》是記錄我國(guó)古代活字印刷技術(shù)的唯一文獻(xiàn)，沒(méi)有沈括的記述，平民畢昇的偉大發(fā)明大概就被永遠(yuǎn)埋沒(méi)了。

據(jù)沈括《夢(mèng)溪筆談》卷十八記載，畢昇是一位優(yōu)秀的刻字工人，他在長(zhǎng)期的刻字實(shí)踐中總結(jié)出了活字印刷術(shù)。其原理與現(xiàn)代印刷完全相同，主要分三個(gè)步驟：首先是制活字，畢昇用的材料是膠泥，在膠泥方塊上刻好字后用火焙燒，使之堅(jiān)硬如瓷，然后用紙袋把制成的字按韻排列；其次是排版，在鐵板上放松香、蠟及紙灰的混合物和一個(gè)鐵框，把揀出來(lái)的字排在鐵框中，排滿一框即對(duì)鐵板加熱，使松脂熔化，用一平板將泥活字壓平，等冷卻之后，字固定在鐵板上版就制好了；第三步是印刷，印好后再將鐵板加熱，使松香和蠟熔化，將活字取下放好以備再用。在此發(fā)明的基礎(chǔ)上，人們又在活字材料、揀字方法上不斷改進(jìn)，工作效率迅速提高，到了15世紀(jì)末16世紀(jì)初即出現(xiàn)了鉛字印刷。元代以后活字印刷技術(shù)傳到了歐洲，為歐洲文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)的興起和發(fā)展創(chuàng)造了物質(zhì)條件。

火藥、指南針、活字印刷術(shù)的發(fā)明是對(duì)世界文明的巨大貢獻(xiàn)。馬克思在《經(jīng)濟(jì)學(xué)手稿》里說(shuō)：“火藥、指南針、印刷術(shù)——這是預(yù)告資產(chǎn)階級(jí)社會(huì)到來(lái)的三大發(fā)明。火藥把騎士階層炸得粉碎，指南針打開(kāi)了世界市場(chǎng)并建立了殖民地，而印刷術(shù)變成新教的工具，總的來(lái)說(shuō)變成科學(xué)復(fù)興的手段，變成對(duì)精神發(fā)展創(chuàng)造必要前提的最強(qiáng)大杠桿。”意大利數(shù)學(xué)家杰羅姆·卡丹早在1550年就認(rèn)為，司南（指南針）、印刷術(shù)和火藥是中國(guó)對(duì)世界所具有影響的“三大發(fā)明”，是“整個(gè)古代沒(méi)有能與之相匹敵的發(fā)明”。