宋代辉煌的科技成就：印刷术、指南针、火药及其他
本篇系精读中国史连载261，《宋朝史话》连载29，欢迎收看。
宋代的科学技术，在我国科技发展史上占有极重要的地位。中国古代举世闻名的四大发明中，活字印刷术和指南针出现于这个时期，火药的配方也在这时期臻于完善，获得广泛应用，并对历史产生巨大的影响。
活字印刷术是北宋庆历年间(1041-1048)，布衣毕昇发明的。宋代的印刷术主要是雕版印刷，刻工技术精良。但是，雕版费工费时，存放雕版又要占很多地方，这对印刷事业的发展有很大局限性。
毕昇可能是当时刻书中心杭州的一名刻工。他用胶泥制成一个个单字，经火烧使之变硬，按字的韵目排列在一格一格的木架上，印刷之前，先在一块铁板上放上铁框，其中放置松香、蜡和纸灰，再按需要拣字排列在铁框内。排好字后，即把铁板置于火上加热，使松香和蜡熔化，再用平板把活字压平，冷却后活字牢固地粘成一片，就可以印刷了。
如果原版不用，可以重新把蜡和松香烧化，拣出活字，以便重新排版时使用。
毕异发明的胶泥活字印刷术在北宋中期没有得到推广。据沈括《梦溪笔谈》记载，毕昇死后，他的活字为沈括的随从所得，并加以珍藏。沈括还把这一伟大发明记载了下来。到南宋末年，才有人用这种活字印刷术印成了朱熹的《小学》、《近思录》等书。
毕昇的发明开创了近现代铅字排印技术的先河，比欧洲谷腾堡的活字印刷要早四百年，被世界公认为古代最伟大的发明之一。
指南针的发明和应用于航海，也出现在北宋时期。
在宋代以前，我国古代劳动人民已经知道磁石具有指极性，并且制造了一种称为“司南”的指向仪器。战国时期的韩非子说“先王立司南以端朝夕”。
“司南”的指针像一把勺，用天然磁石磨制而成，置于平滑的刻有方位的“地盘”上，“共祗指南”。因为天然磁石在磨成指针时，容易因打击、受热而失去磁性，“司南”的磁性较弱，而它与“地盘”的摩擦力又比较大，因此，“司南”的指南效果比较差，长期未能广泛应用。
到了宋代，人们创造了人工磁化的方法， 用天然磁石磨针锋，利用天然磁石的磁场作用，使钢针具有磁性。磁针的装置，在宋代也创造了“水浮”、“缕悬”等办法，以减少指针转动时的摩擦力。其中有一种指南龟，把天然磁石安装在一个木刻的龟腹内，在木龟腹下挖一个光滑的小穴，对准了放在顶端尖滑的竹钉子上。这种竹钉支点处的摩擦阻力很小，木龟可以自由转动以指南。
这种指南龟，是后来出现的旱罗盘的先声。一种可以准确指示方向的仪器，终于在北宋时期出现了。
指南针的发明，立即被应用于航海。从此，人们在茫茫大海上航行才能有更加准确的方向。指南针的发明和应用，也是宋代劳动人民对于人类的重大贡献。
火药虽然出现于宋代以前，但因为配方尚不完善，没有获得广泛应用。在宋代，火药配方有重大改进，其中硝的含量大大增加。唐代火药中硫和硝的含量是1: 1, 宋代增加到1 :2, 甚至1 :3, 与后代黑火药中硝占四分之三的配方相近。
在火药中还加入其他易燃、 易爆及有毒原料，使火药的威力大大增加。火药在宋代也进入实用阶段，被广泛应用在军事火器方面。北宋政府在开封设置“广备攻城作”，制造各种战争物资，其中就有专门制造火药的工厂。
宋代用火药制造的兵器，有火箭、火炮、火枪等等。在北宋初年，就有冯继升向宋太祖进献火箭法。这种火箭，是在箭头附近装上用火药制成的燃烧物，点燃后用弓射向敌营。
火炮是用抛石机把火药制成的爆炸物抛向远方，当时还没有管状大炮。北宋末年的抗金斗争中所出现的“霹雳炮”、“震天雷”等的火炮，大约也是用抛石机抛出的。
宋代制造的火炮，已成了军队的一项重要装备。南宋末年的李曾伯说，荆淮一带的宋军有铁火炮十多万只。在广西静江（今桂林）的抗元斗争中，娄某所部250人最后拥一火炮点燃爆炸，一声如雷霆的巨响，250人同归于尽，月城为之崩塌，满天烟气，围城的元兵也有许多被炸死。可见，当时火炮的威力已经相当大。
火枪是一种竹制管状火器。南宋初年，德安（湖北安陆）守将陈规在抗击金兵时，创造了一种“长竹竿火枪”，把火药装在长竹竿里，临阵时点燃发射以烧伤敌人。南宋末年，寿春府（安徽寿县）制造的突火枪，以巨竹为筒，内安子窠，燃放后，子窠从竹筒中射出，声闻百五十余步。
火枪的制造技术从南宋初到南宋末显然有很大改进。这种安有子窠的突火枪，已经是近现代枪炮等管状武器的先河。它的出现，是兵器发展史上一个重要的突破。
除了三大发明外，宋代科技的许多领域，都出现蔚然可观的新成果。
在数学方面，我国古代解方程式的“开方法”迈进了一大步。北宋中期的数学家贾宪，制成一个二项定理系数表，称“开方作法本源图”，详细列出各高次方展开式各项系数，并指出求这些系数的方法。17世纪欧洲出现的“巴斯加三角”，才得出同贾宪系数表相同的系数。
南宋末年，数学家秦九韶创造的“大衍求一术”，在世界数学史上也占有光辉的地位。在他所著《数书九章》中，系统地指出了用“大衍求一术”求解一次同余组的一般计算步骤，其方法正确而又严密。欧洲人直到500年后，对同一问题才有了较深入的研究。
可见，宋代的数学，在许多领域都在世界上居遥遥领先的地位。
同数学关系密切的天文学，宋代也获得重大的成就。
在北宋时期，朝廷设立的司天监，集中了一批天文、历法专门家，专门从事天文研究和历法的推算。司天监曾先后五次对恒星位置进行大规模的观测工作。其中元丰年间(1078-1085)所进行的第四次观测的结果，南宋初曾由黄裳绘成天文星图，后来又由王致远刻石立于苏州。这就是举世闻名的苏州石刻天文星图。
这个星图高达八尺，宽三尺半，刻星一千四百三十颗，以北极为中心，绘有三个同心圆，分别代表北极常显圈、南极恒隐圈和赤道。有二十八条辐射线表示二十八宿距度。这个天文星图，被公认为世界上最古的天文星图之一。
对于新星和超新星的观测，宋代获得的成就也举世瞩目。宋仁宗至和元年(1054), 司天监观测到天关客星爆发的情况。近几十年来，天文学界已广泛承认天关星附近的蟹状星云，就是至和元年爆发的超新星的遗迹。这个观测记录的科学价值，也得到广泛的重视。
治平三年(1066)对哈雷彗星的观测记录，也成了研究历史上哈雷彗星轨道的珍贵史料。
天文学的巨大成就，还表现在天文仪器的制造方面。北宋中期苏颂的《新仪象法要》一书，详细介绍了“浑仪”、“浑象”、“水运仪象台”的创造方法，并附图63种，是一部反映这时期我国天文仪器制造新水平的科学著作。
苏颂和韩公廉等人合作制成的“水运仪象台”，构造复杂精巧，规模宏大，高达36尺多，宽21尺，用水力推动，是世界上首创的水动天文钟。
在医药学方面，宋代很重视各种医药书籍的修订。北宋时先后修订了《开宝本草》、《嘉祐本草》、《图经本草》、《证类本草》、《本草衍义》等等。
其中的《图经本草》系苏颂整理而成，是我国现存最早的配有图样的本草书。
《证类本草》为北宋末年唐慎微私人修纂而成，收录药物1700多种，对各种药物的禁忌也作了介绍，还收录了许多单方。因为此书不仅总结了前人的成果，还进一步发展了前人的成果，曾一再为宋朝政府修订出版。在明代李时珍的《本草纲目》出现以前，它一直是本草书的范本。
《本草衍义》为北宋末寇宗奭所撰，收载药物虽不多，但颇多有见地的科 学见解。《证类本草》和《本草衍义》这两部医药书，对医药学都产生过较大的影响。
宋代医学的进步，还突出表现在分科更加细致及诊治技术之提高方面。唐代中医只分四科，宋代分为九科。其中以小儿科、产科、针灸科最为有名。当时的儿科医生已能区别天花、麻疹、水痘等传染病，并各有专门处方。产科方面，已有专门介绍顺产、难产各种情况的著作出现。
北宋钱乙《小儿药证直诀》、杨子健《十产论》，分别是小儿科和产科的代表作。
针灸科的发展，最重要的成就是北宋前期王唯一所著 《铜人腧穴针灸图经》及其所制作的两具针灸铜人。这本书在后代一直是针灸科教学的重要参考书。针灸铜人的构造精巧，造型逼真，使针灸图像具有立体感和真实感，长期受到国内外医学界的重视。
宋慈于宋理宗淳祐七年(1247) 写成的《洗冤录》，是我国第一部系统的法医学著作，它记述的内容广泛，包括人体解剖、检验尸体、检查现场、鉴定死伤原因、自杀或谋杀的各种现象、各种毒物和急救、解毒的方法等等。这部法医著作，比西方最早出现的由意大利人菲德里于公元1602年写成的法医著作，早了300多年，受到国际法医界的广泛重视，被译成多种文字出版。
在建筑技术方面，宋代也有相当可观的成就。
北宋时期，政府的主管机构将作监很重视建筑技术的规范，于元祐六年(1091)编成《元祐法式》。接着又由李诫重新编修。李诫用了6年时间，于元符三年(1100)编成《营造法式》一书。 该书对历代建筑经验及宋代建筑技术成就作了系统的总结，对各种官府建筑的用材选择、各种结构的坡度标准、各种技术操作，都作了严格的规定，而且图文并茂，有许多极珍贵的建筑图案，它不仅是宋代建筑技术向标准和定型方向发展的标志，也是当时世界上最为完备的建筑学著作。这部书所规定的各项建筑技术制度，对后代建筑技术的发展，起过相当大的作用。
宋代的建筑，以塔及桥梁最为著名。塔以砖塔为主，也有木塔与石塔，外观多呈楼阁样式。开封祐国寺的“铁塔”，建成于北宋庆历元年(1041), 底座呈八角莲花状，共13层，全用预先烧制好的琉璃砖砌成，因外表颜色如铁，被称为铁塔。九百多年来，尽管有过洪水及地震等自然灾害，塔基有所下沉，但整个塔身迄今纥立在开封市内，可见该塔建筑之坚固。
著名木工喻浩于宋太宗端拱二年(989)在开封开宝寺所建的福胜塔，也是8角13层，高达120米，是一座木构塔。著名的泉州开元寺东西塔，都在宋代由木塔改建成砖塔，又于南宋时先后改建成石塔，并一直保存至今，反映了宋代石结构建筑的高超技术。
桥的建筑，以北宋都城开封的虹桥，泉州的洛阳桥、安平桥最为著名。
虹桥是这时期木拱桥的代表作，全用木梁连接成拱，跨径近25米，净跨约20米，拱矢约5米，桥宽8米，不用支柱，桥下可以任船随意航行。这种木拱结构犹如长虹飞越河上，是桥梁建筑中的一件杰作。
泉州洛阳桥和安平桥都是石桥。洛阳桥建成于北宋嘉祐四年 (1057)，桥长1200米，宽5米，有47个桥孔，建于洛阳江入海处，水急浪高，工程非常艰巨，为了解决桥梁基础稳固问题，建筑者们首创了“筏形基础”，沿桥位向江底抛掷数万立方巨石，筑成一条长一里，宽20多米的石堤，然后在石堤上筑桥墩，桥墩的迎海面砌成尖劈状，可减少海潮冲击力，又在桥基和桥墩上种蛎固基，利用牡蛎的石灰质贝壳附在岩石间繁殖的特性，使桥墩和桥基的石块通过牡蛎贝壳的繁殖自己连成一体。
桥面的石梁，每块都有20至30吨之重。这个巨大规模的石桥的建成，是桥梁建筑史上的一个奇迹。至今在泉州一带，还流传着关于洛阳桥建筑的一些美妙的神话，说这座桥的建筑有神力的帮助。其实，这是建桥工匠聪明才智的结晶，它揭开了中国桥梁史上新的一页。
安平桥建于南宋初年，全长270米以上，横跨安海海湾，是我国古代遗留下来的最长桥梁。
塔和桥梁的建筑，充分反映了宋代建筑技术的高超。
在宋代科技发展史上，值得一提的还有沈括和他的名著《梦溪笔谈》。
沈括(1031-1095), 字存中，钱塘（今浙江杭州）人，曾积极参加熙宁变法，但在许多问题上又不完全附和王安石，因而被王安石骂成“小人”，遭到王安石的排斥。
沈括在政治上并不得志，但在科学技术上的成就却蔚然壮观。《宋史·沈括传》说他“博学善文，于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算，无所不 通，皆有所论著＂。 可惜他的著述多数没有保存下来，但从现存的《梦溪 笔谈》，也可以反映沈括涉及的科技领域之广泛。
沈括在科技方面的杰出成就受到后人的敬仰，被中外学者公认为历史上卓越的科学家。
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