第4章 科学发明(3)

【水车】

我国在先秦以前是没有水车的，那时，人们一遇天旱，就“抱甀而汲”，意思是抱着瓦罐到河边或井中取水浇田。后来，出现了“桔槔”，这有点像旧式打井水和灌溉用的“挑竿子”，一头挂汲水的桶，一头挂石头，利用杠杆原理取水，这比“抱甑”取水算是前进了一步。

中国正式记载中的水车，大约到东汉时才产生。东汉末年灵帝时，命毕岚造“翻车”，已有轮轴槽板等基本装置。又有一说三国时魏人马钧也有翻车的制造（《三国志·魏志》卷二九《杜夔传》后的裴松之注）。不论翻车究竟首创于何人，总之，从东汉到三国翻车正式产生，可以视为中国水车制造的最早阶段。

【马镫】

马镫被西方马文化研究界称为“中国靴子”，它是人类历史上一项具有划时代意义的发明。

中国东北方的草原地区，约在公元3世纪中叶到4世纪初的十六国时期，就已开始出现马镫。当时慕容鲜卑在中国东北地区建立的前燕政权正与高句丽互相争夺地盘，双方都很重视发展骑兵。由于慕容鲜卑与北方草原游牧地区的关系更为密切，便率先发明了挂式马镫，从而使其骑兵的战斗力猛增。

其后，马镫也被高句丽人掌握和改造，并很快扩散到朝鲜半岛和日本，继而出现了窄踏板金属马镫，在欧亚大草原上广泛传播。在中国南方地区，约在公元4世纪也已出现了马镫。

马镫发明以后，战马更容易驾驭，人与马融为一体，骑在马背上的人解放了双手，骑兵们可以在飞驰的战马上且驰且射，还可以在马背上左右大幅度摆动。

现在最早的马镫实物，发现于公元3世纪中叶到4世纪初的中国东北的鲜卑人活动区域，出土地点在辽宁省西部与内蒙古赤峰相接的北票市，这对马镫长24.5厘米，宽16.8厘米。

【走马灯】

走马灯又称马骑灯，是一种利用热气流的升力驱动叶片旋转的纸灯，至迟发明于宋代。走马灯的构造是在灯的立轴上部，横装一个叶轮（俗名为伞），各叶片偏斜装置。立轴中部垂直于立轴安上几根细铁丝，各根铁丝头黏上纸人纸马。灯底立轴旁燃点灯烛，当烛火的热气流上升时，叶轮即受驱动，中间立轴连同纸人纸马一起旋转，其影便投射到灯壁上，由外面看起来只见纸人纸马巡回追逐。这种装置可以看成后世燃气轮的雏形。欧洲的燃气轮雏形出现于1550年，其原理与走马灯相同。

【小孔成像】

中国古代对几何光学的研究有较高的成就，小孔成像就是其中之一。最先进行小孔成像研究的是墨家学派。墨翟和他的学生做了世界上第一个小孔成倒像的实验，解释了小孔成倒像的原因，指出了光直线行进的性质，这是对光直线传播的第一次科学解释。两千多年前《墨经》中关于针孔成像的描述，与今天的照相光学所讲完全吻合。其基本方法是用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物体之间，屏幕上就会形成物体的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。前后移动中间的板，像的大小也会随之发生变化，这种现象反映了光线直线传播的性质。

【声音共鸣】

共鸣现象是很多的。我们说话时，声带的振动引起鼻腔、口腔内空气的共鸣而使声音变得洪亮。物理实验用的音叉下面有一个小木箱，这个小木箱叫做共鸣箱。音叉发声时，引起小木箱及小木箱中空气的振动，因而声音得到加强。这些都是很常见的例子。

我国古代对于“声音共鸣”的研究也比较早。春秋战国时期，鲁遽在庄子处调瑟，他把一把瑟放在堂里，一把瑟放在室里，弹一下其中一把瑟的宫音，另一把瑟的宫音响了起来；弹角音，另一把瑟的角音也会响，其原因是音律相同。

有人对共鸣原理不理解，认为是神的力量导致了共鸣，汉代董仲舒在《同类相动》中解释说：共鸣现象与神无关，是无形的声音推动的，人看不见声运动的情况，就奇怪为什么物体自己就响起来了，其实“自鸣”是有其原因的。

宋朝的沈括也用巧妙的实验办法证明了共鸣的存在：他先把两把琴的音调好，因为共鸣的声音太小，他就把一把琴的琴弦上贴上纸人，然后在另一把琴上弹奏，这样就会看见那把琴弦上的纸人在动。沈括实验完成之后，又过了5个多世纪，至17世纪，英国牛津的诺布尔和皮戈特才进行了类似的实验。

【桔槔】

桔槔始见于《墨子·备城门》，写作“颉皋”，俗称“吊杆”，是一种原始的井上汲水工具。桔槔的结构，相当于一个普通的杠杆。在一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆，当中是支点，在其横着的中间用一根竖木支撑或悬吊起来，横杆的一端用一根直杆与汲器相连，另一端绑上或悬上一块重石头。一起一落，汲水可以省力。当人把水桶放入水中打满水以后，由于杠杆末端的重力作用，就能把水打上来。

【炼丹术】

又称金丹术、炼金术、点金术或黄白术。炼丹术萌芽于先秦，在两汉和魏、晋、南北朝时期得到发展，至隋、唐时期达到鼎盛，经过宋、元的稳定时期，明代开始衰落，到清代几乎销声匿迹。但其中蕴涵的科学性，为中国传统的医药学和冶金学吸收，并得到发扬光大。

古代炼丹术包括炼制使人长生不老的仙丹和制造贵重金银两个方子，照古代炼丹家的信念，他们炼制成功的金丹，人服食后可以长生不死，甚至成仙；又可用它点石成金，而以这种点化生成的所谓黄金、白银制作饮食器也可使人延年益寿。其实炼丹家炼出的丹药，是一种含有毒素的东西，食丹药，不仅不能长生得道，反而会中毒致命。但炼丹家们在长期的炼药中，不断从事多种物质的变炼实验，从而发现了许多重要的化学现象和规律，掌握了很多提取、精炼和制造药物的经验，并研究了这些药剂的适应和医疗作用；也确实得到过一些金黄色或银白色的金属，这是炼丹类科学文明的一大贡献。

中国炼丹术大约在唐代传到印度、阿拉伯国家。12至13世纪由阿拉伯传至欧洲，从而揭开了欧洲金丹术的序幕。

《丹房须知》为宋代吴悮著。这是世界炼丹史上一部较早且较全面的专门介绍丹药及其注意事项的著作。记载了炼丹的场所，总结了以往丹房设备的经验。丹房即为炼丹家炼制神丹的实验室和厂房。历代炼丹家对丹房的要求颇为讲究，《丹房须知》较全面系统地总结了前人炼丹的设备、要求和方法，提出了21项关于炼丹的注意事项，如择友、择地、丹室、丹井、取水、造炭、合香、择铅、用火、开炉、服食等，尤其重视所谓禁忌。其中虽有许多封建迷信、愚昧荒诞的色彩，但可从中了解古代方士创造条件进行炼丹操作的具体情形。书中还绘有许多炼丹设备的珍贵插图，并保存了不少已散逸的早期炼丹著作的内容，具有重要的史料价值。

【古代化妆品】

在原始社会，一些部落的人们在祭祀活动时，在面部和身上涂上各种颜色和油彩，表示神的化身，以此驱魔逐邪，并显示自己的地位和存在。后来这种装扮渐渐具有了装饰的意味，一方面在演剧时需要改变面貌和装束，以表现剧中人物；另一方面是由于实用而兴起。

据史籍记载，中国古代使用化妆品始于夏商时代，至汉代已出现制造化妆品的具体配方。染须发最早见于王莽私下将自己变白的须发染黑。唐代以后，化妆品配方的记载逐渐增多，就已知的化妆品配方看，不但包括以美观为目的的制品，也包括许多卫生用品、保健用品、治疗用品和清洁剂，除美容、美发外，更为重视治疗作用。中国古代的化妆品主要有胭脂、鸭蛋粉、头油、香囊等。

【传统洗涤用品】

传统洗涤剂古称“澡豆”，是以豆子研成的细末作为主料，其作用相当于今天通用的肥皂。“澡豆”一词，大约是在魏晋南北朝时期流行起来的。这个时期，正值中国历史上的“香料大发现”时代，西方、南方的各种香料到达中原，让贵族们的生活面貌一新。

现在使用的肥皂是钾或钠的脂肪酸盐，其制造技术是于清朝末年才从国外引进的。中国古代没有这种肥皂，更无合成的洗涤剂。而自古用以洗衣物、浴手身的去污品，是皂角、茶饼和猪胰。其中主要是皂角（又名皂荚），它是皂角树所结的果实。这种植物是高大的落叶乔木，中国各地都有，主要产于长江以南地区。在数千年前，中国先民就对其去污性能有所认识。皂角不但可以去污，还能治疗多种疾病，故为《神农本草经》收载，且列入中品药。皂树夏季开细黄花，果形如豆荚。因树的品种不同，皂角有大有小，有的小如猪牙，名曰“猪牙皂角”；有的长而多肉；有的长而瘦，以长而多肉者为佳。将其去种捣烂，做成球状如橘子大小，供洗手面、洗身体、洗衣物之用，俗名“肥皂”。今天把脂肪酸钠称为肥皂，就是承袭此名而来的。