互动科普

2008年北京奥运会开幕式总导演张艺谋“老谋深算”，在文艺演出中，凸显了中国元素、中华文明元素，特别是中华科技文明的元素。这既是体现中国特色而又有优势的所在之处，也是吸引世人眼球，让世界了解中国最有力度的切入点。

“四大发明”

对于中国传统科技文明，西方最为推崇的是“三大发明”或“四大发明”。

早在近400年前，17世纪英国学者弗朗西斯·培根（Francis Bacon, 1561～1626）在其名著《新工具》（1620）中写到：“发明的力量、效能和后果，是会充分看得到的，这从古人所不知且来源不明的俨然是较近的三项发明中表现得再明显不过了，这就是印刷术、火药和磁针。因为这三项发明已经改变了整个世界的面貌和事物的状态。第一项发明表现在学术方面，第二项在战争方面，第三项在航海方面，从这里又引起无数的变化，以致任何帝国、任何教派、任何名人对人类事务方面似乎都不及这些机械发明更有力量和影响。”

培根这里谈到印刷术、火药和指南针三项发明，实际上还应包括造纸术，因为印刷离不开纸，而造纸术传入欧洲时间较早（12世纪）。

19世纪时，马克思（Karl Marx,1818～1883）在《机器，自然力和科学的应用》（1863）中进一步指出：“火药、指南针、印刷术—这是预告资产阶段社会到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，指南针打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术则变成新教的工具，总的来说变成科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆。”

在这里，马克思是从科学复兴、宗教改革和资产阶级革命的角度高度评价了中国的火药、指南针和印刷术的发明。

到了20世纪，英国科学史家贝尔纳（J.D.Bernal）为其《历史上的科学》（1954）中文译本写的序（1959）中说道：“中国许多世纪以来，一直是人类文明和科学的巨大中心之一。已经可以看出，在西方文艺复兴时期从希腊的抽象数理科学转变为近代机械的、物理的科学的过程中，中国在技术上的贡献—指南针、火药、纸和印刷术—曾起了作用，而且也许是有决定意义的作用。我确信，中国过去对技术的这样伟大贡献，将为其将来的贡献所超过。”

造纸术

北京奥运会开幕式的文艺演出，自始至终以一幅巨大的画卷来展现五千年的中华文明。而编导的创意独到之处，是把造纸术的发明融汇于中华文化的“文房四宝”—纸、笔、墨、砚的艺术表现之中，充分体现了华裔诺贝尔物理学奖得主李政道的名言：“科学与艺术是一枚硬币的两面。”

在悠扬的古琴声伴奏下，舞蹈演员如行云流水般在纸卷上用肢体作画，人到之处笔墨到，泼墨山水，太阳笑脸，尽显大写意的辽阔和潇洒—不仅纸卷同书画结缘，而且同音乐舞蹈联姻，中华文化的神韵得到了多方位、立体式的充分的表达。

最妙的是，利用运动员入场的行进步伐，来自世界204个国家和地区的不同肤色、不同民族的万余名优秀选手都在纸卷上留下了他们前行的足迹，形成了一道宽阔的七色彩虹，这是亘古未有的最美丽的图画，真是神来之笔！这寓意着人类拥有同一个世界、同一个地球、同一个太阳、同一个宇宙，只要团结合作、和谐相处，就能画出最新最美的图画，创造无限光辉灿烂的未来。

开幕式展现造纸术

回头再说造纸术的发明者。过去一般认为，纸的发明者是东汉的蔡伦（62～121），发明年代是汉和帝元兴元年（105），依据是《后汉书·蔡伦传》载：“自古书契多编以竹简，其用缣帛所谓之纸。缣贵而简重，并不便于人。伦乃造意用树肤、麻头及敞布、鱼网以为纸，元兴元年奏上之。帝善其能。自是莫不从用焉，故天下咸称蔡侯纸。”然而，从20世纪30年代以来，考古学家不断从新疆、甘肃、陕西等我国西北地区出土了公元前2世纪～前1世纪的西汉古纸，其中1986年在甘肃天水放马滩出土的纸质地图经化验鉴定是西汉文、景时期（前 179～前141）的麻纸，这就把中国纸的发明从东汉蔡伦提早了200多年。而且，西汉用纸有文献记载为佐证。因此，关于造纸术的发明年代正确的说法应是公元前2世纪的西汉时期。但是，西汉的麻纸还比较粗糙，到了公元2世纪初的东汉，蔡伦用树皮、麻头、破布、鱼网造纸，扩大了造纸的原料范围，而树皮是木质韧皮纤维，用其造纸比草木纤维的麻类在工艺技术上要求更高，非用石灰进行碱液烹煮不可，这一重要的工艺革新大大提高了生产效率和纸的质量，对纸的推广普及也产生了深远的影响。蔡伦虽不是纸的最初发明者，但却是纸的改良者和推广者，他迈出了植物纤维纸最终取代缣帛、简牍的关键一步。

印刷术

2008北京奥运会开幕式文艺演出对印刷术表现形式的处理真是大手笔。晚会编导把我国印刷术的发明同古老汉字的发明联系在一起。汉字象形指事、形声会意，化天地于形象，化形象于符号，小小的方块汉字符号变幻无穷，铸就了宇宙万物。鸟巢内一个个活字模块上下运动，整板则跌宕起伏，一而再、再而三地涌现出“和”字图样，传达出中国先民关于人与人、人与自然的最古老的人文理念：“和为贵”。“和”的心愿，最终化作长城内外、漫山遍野的桃花，给观众强烈的视觉冲击，也让世人记住了中国印刷术的伟大发明。

印刷术的出现，是继造纸术之后，人类制造精神文化产品过程中的又一次划时代的革命，它使手工抄写书籍被机械复制所代替，从而使社会上文化书籍的供应量爆炸性地猛增，由此产生的文化后果是不难想象的。

印刷术的发明分为雕板印刷和活字印刷两个重要的发展阶段。

雕板印刷，起源于中国古代的转印技术。将印章印在泥土或纸张上的钤印技术，从石碑上拓取碑文的墨拓技术，用镂花板在纺织物上印花纹的刷印技术，当然还有在印章、碑石上刻写文字的雕刻技术，都是印刷术发明的技术先导。

隋唐科举制度的建立推动了教育的发展，促进了社会对书籍的需求，同时佛教传播也需要大量的佛经复本，而造纸术的发明和普及为雕板印刷术的发明和应用提供了先决条件及载体。

我国“雕本肇自隋时，行于唐世，扩于五代，精于宋人”（胡应麟《少室山房笔丛》，1598）。隋唐时期关于雕板印刷的文献记载史不绝书，实物资料遍于国中。如1907年敦煌石室发现的唐咸通九年（868）刻印的整卷“全刚经”，全长525厘米，起首印有佛祖释迦牟尼说法图，刻工精湛，刀法圆熟，现藏伦敦大英博物馆，早为世人所知。

然而，1966年，韩国在新罗朝（668～935）古都庆州佛国寺释迦塔内发现一卷《无垢净光大陀罗尼经》印本，因其有武周制字，被定为武则天称皇时期（690～705）的雕版印本，韩国学者宣布其为新罗朝出版的“世界上现存最早的印刷品”。时值中国文化大革命，我国学者无从知晓。文革结束后，中外学者富录特（美）、张秀民、钱存训（美）、潘吉军等人研究表明，此经系从中国传到韩国去，况且也不是现存最早的印刷品，印刷术并非源于韩国，中国是印刷术的故乡，毋庸置疑。

雕板印刷费料费工，北宋“庆历中（1041～1048）有布衣毕?N又为活版”（沈括《梦溪笔谈》，1088），发明了活字印刷术。中国的活字印刷术在11世纪经历了从非金属（如胶泥、木、陶）活字印刷到金属（如铜、锡）活字印刷的跨越，但因中国木材丰富、刻工价廉，长期以来仍用雕版，活字印刷发展缓慢，不及欧洲。

当今高技术汉字激光照排，使中国印刷告别了铅与火的时代，进入了光与电的新时代。

指南针

奥运会开幕式文艺演出表现中国指南针的发明用的是郑和船队七下西洋的场景，气势恢弘，胸襟宽广，向世界昭示了中国人民热爱和平、对外开放，意义深远。

指南针是利用磁针的指极性而制成的指示方向的仪器。

我国早在春秋战国时期，已经知道了天然磁石（即磁铁矿，主要成分是Fe₃O₄）有吸铁的性质。《管子·地数》篇里说：“上有慈石者，其下有铜金。”《吕氏春秋》里还有“慈石召铁”的话。“慈石”就是磁石。

那时还知道磁石有指南北方向的性质。《韩非子·有度》篇里有“先王立司南以端朝夕”的话，“端朝夕”就是正四方的意思。“司南”是把天然磁石琢磨成勺状，放置在平滑的金属“地盘”上，勺柄会指向南方。东汉王充《论衡·是应》篇曰：“司南之杓，投之于地，其抵指南。”

经过长期探索，到了唐末，已出现了人工磁化的指南针。我国历史悠久的堪舆术或风水术盛行，在兴建房宅、宫室、寺宇、城池和墓地时选择最佳地形、方位和时日，包括地学、占星、阴阳五行和相命等内容，科学与迷信并存，应取其精华，弃其糟粕。那时的堪舆家或风水师已用水浮式罗盘针，在陆地上作定向用，且在实践中发现了地球磁偏角。

宋代指南针有了大发展。北宋曾公亮《武经总要》（1044）和沈括《梦溪笔谈》中都记载了使铁针人工磁化和指南针的多种使用方法，朱彧在《萍洲可谈》（1119）中写道，航海中“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针”。南宋则发明了旱罗盘，即将磁针装在方位盘的铜钉之上，可自由旋转，无需用水使指南针处于水平位置。

到了元代，不论阴晴昼夜，都已经利用指南针导航。

明初，郑和率庞大船队，于30年间（1403～1433）七下西洋，行至亚非等30多个国家。茅元仪《武备志》（1621）收录了《郑和航海图》（1430）20幅、40面，可以连接成一幅横卷，上面绘有沿途地形和航行路线。其中航行方向记载的是罗盘针的方位，即所谓“针路”，根据针路和牵星板、计程法、测深器的配合使用，就可以掌握航行方向，顺利抵达目的地。

大海航行靠舵手，舵手定向靠指南针。开幕式演出中表现出来的郑和船队实际上总计两百艘，人员两万人。浩浩荡荡扬帆摇浆、七下西洋的宏伟场景是以指南针定向为核心的。

火药

奥运会开幕式的鸟巢上空，火树万株缘地起，银花亿朵漫天飞。五彩烟火，流光溢彩，声色并茂，璀璨斑斓，营造了一种极为欢快热烈、激动人心的节日氛围。这都源自于中国古老的火药发明。

火药称之为“药”，是因为早在公元前3世纪的秦汉之际，硝石已被用作内服或外用药物，以治疗中风、惊厥和皮肤病等。唐初孙思邈在《丹经内伏硫黄法》中记载取硫黄、硝石、木炭混合加热治药，引起燃烧甚至爆炸，故称“会着火的药”，简称火药。

唐、五代之际（10世纪前半叶）开始研制军用火药，北宋初（10世纪后半叶）军用火药已出现于战场，早期的火器是以弓弩射出的火药箭，以抛石机（“炮”）发出火球（炸药包）和火蒺藜（带刺的炸弹）。《武经总要》记载了现存最早的3种火药配方。

北宋哲宗末年至徽宗初年（11世纪末至12世纪初）制成高硝粒状火药，用于烟火和爆竹。南宋初出现了瓶状金属铳炮（1128）和以竹筒制成的火枪喷火筒（1132），1161年火箭弹和火箭升空。元代（13世纪）金属火铳和金属铸火炮得到发展。明代（1368～1644）制成各种集束火箭、火箭弹，而且还出现了军用二级火箭“火龙出水”及往复火箭“飞空砂筒”。1400年左右，万户乘47只大火箭制成的装置，在世界上首次从事载人火箭飞行的试验，是为世界航天的先驱。

中国人民热爱生活，热爱和平。火药用于烟花爆竹自古有之。用多层纸张卷成的纸筒内放少许粒状火药和辅助剂，接以药线，点燃后产生光、色、音响和运动效果，用于节日、喜庆日和有关仪式中，这是中国老百姓都喜爱的娱乐品。

开幕式现场燃放的烟花

这次奥运会上，用烟花装点夜空，美轮美奂，激情四溢，其梦幻场景体现了“同一个世界，同一个梦想”的境界。29个“大脚印”、五环标志、彩虹图案……表现了古今同步、跨越时空的对话概念。烟花燃尽，惊艳之后，无纸无渣无异味，实现了烟花燃放环保、科技、安全、实效四项世界之最。

“四大发明”的西传和启示

中国的造纸术早在8世纪的唐代首先传到了阿拉伯地区，12世纪通过阿拉伯人传入欧洲。宋代中国科技高度发达，但东、西陆上大通道受阻。13世纪，蒙古军队西征，重新打通亚欧陆上通道，印刷术、火药、指南针相继传入阿拉伯地区和欧洲。

四大发明传到欧洲后，导致造纸、印刷、出版、火药和火器制造、烟火、仪器制造等新兴产业的出现和迅速发展，又由此刺激了制墨、精细铸造、金属冶炼、采矿、造船、机械制造、交通运输等工业的发展和革新，制图学、测量学、远洋航海技术、弹道学、铸炮术等技术科学新学科也相应建立起来，为近代科学技术的兴起创造了必要的前提，对近代社会的发展起到了重要的促进作用，推动了整个世界的经济发展和社会进步，可谓功莫大焉！

“四大发明”在中国封建时代所发挥的作用远不及西传欧洲后所产生的巨大影响。可谓“墙内开花墙外香”，发人深省。

今天，我们在奋起直追世界先进科技水平的同时，重温中国古代伟大的“四大发明”，一是增强自信，切切不可数典忘祖；二是以开放的心态，学习世界一切优秀的文化。“四大发明”已成过去，更大的创新有待未来！

（本文发表于《科学世界》2008年第10期）