1.4 农业与生活

1.4.1　鱼钩的发明

在欧洲，鱼钩在大约1万年前的新石器时代就出现了。在黑海和亚德里亚海之间的勒平斯基维尔有个沿河的居民点，考古学家在这里发掘到大堆的厨房垃圾，其中包括许多鱼骨。鱼钩也在这大堆发掘物中被发现。

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1.4.2　纽扣的发明

纽扣的出现，是一个重要发明。它不仅是许多衣服上不可少的功能扣件，而且是重要的装饰品。据有关资料介绍，在公元前4000年就有了纽扣。在印度河流域的莫亨乔达罗发现了一个用贝壳雕琢成的护身符，护身符上穿了两个孔，这很可能是早期的纽扣形式。

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人物小史与趣事

★纽扣的故事

在我国纽扣最早可以追溯到1800年前，最初的纽扣主要是石纽扣、木纽扣、贝壳纽扣，后来发展到用布料制成的带纽扣、盘结纽扣。盘结纽扣在我国服装发展历史上起了重要的作用，由最初的服装功能扣件向服装装饰过渡。中式盘扣是我国传统服饰的纽扣的主要形式，是用各种布料缝成细条，盘结成各种各样形状的花式纽扣。中式盘扣造型优美，做工精巧，宛如千姿百态的工艺品，在我国服饰百花园中独树一帜。中式盘扣除了具有与其他纽扣同样的使用价值外，较多地用来装饰和美化服装，特别是应用于民族服装上，更加体现出服装的美感。给人印象最深的就是“唐装”上的盘扣。

根据我国考古发现，在春秋战国时期，我国就有对纽扣的使用。云南晋宁石寨山出土的战国文物中，就已经有用蓝、苹果绿、浅灰色的绿松石做成的圆、椭圆、动物头状和不规范形状的纽扣。每颗均有一二个小孔。有的镌刻花纹，造型别致，艳丽多彩，具有美妙的蜡光光泽。在现在的纽扣藏品中，仍有用小石块、贝片、动物角、核桃、椰壳制作的简单纽扣。这说明我们华夏民族在周朝、春秋战国时期，就已经有人使用纽扣。16世纪，中国人把纽扣传到了欧洲，当时只有男人使用，女性使用者较少，大多数人只是用于服饰。一些达官贵人为了显示自己的富有，用珍贵的金银、珍珠、宝石、犀角、羚羊角或象牙等贵重的材料，做成纽扣使用。法国有国王路易十四使用1.3万枚珍贵纽扣镶做一件王袍的记载。

在古罗马，最初的纽扣是用来作装饰品的，而系衣服用的是饰针。到13世纪，纽扣的作用才与今天相同。那时人们已经懂得在衣服上开扣眼，这种做法大大提高了纽扣的实用价值。16世纪，纽扣得到了普及。

随着时代的发展，纽扣从材质到形状以及制作工艺都越来越丰富多彩。资料显示：清代衣服上的纽扣，大多为铜制的小圆扣，大的有如榛子，小的有如豆粒，民间大多用素面，即表面光滑无纹。宫廷贵族则大多用大颗铜扣或铜鎏金扣、金扣、银扣，纽扣上常常镌刻或镂雕各种纹饰，如盘龙纹、飞凤纹以及花纹。纽扣的钉法也不一样，有单排、双排或三排。乾隆以后，纽扣的制作工艺日趋精巧，衣用纽扣也越来越讲究，以各种材质制作的各式纽扣纷纷应市，斗胜争奇，应有尽有。比如有镀金扣、镀银扣、螺纹扣、烧蓝扣、料扣等。另外，贵重的还有白玉佛手扣、包金珍珠扣、三镶翡翠扣、嵌金玛瑙扣以及珊瑚扣、蜜蜡扣、琥珀扣等等，甚至还有钻石纽扣。纽扣的纹饰也丰富多样，比如折枝花卉、飞禽走兽、福禄寿禧，甚至十二生肖等等，可以说无所不有、五花八门。

世界最大的纽扣是用泰国红木制成的，直径1.8米，厚0.18米，重420.2公斤，被称为“纽扣王”。

1.4.3　水井的发明

水是人类赖以生存的宝贵资源，在没有学会挖井之前，人类只能是逐水而居，这大大限制了人类活动的范围，而自从有了井，人类的足迹便踏遍海角天涯。

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1.4.4　水时钟的发明

水时钟是古代埃及人创造的一种计时装置。它出现于公元前1400年，如今开罗博物馆还珍藏有水时钟的实物。我国古代叫作漏壶或刻漏的东西，也就是水时钟。

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1.4.5　指南针的发明

指南针发明之前，人类在茫茫大海中航行常常会迷失方向，造成不可想象的后果。中国人发明了指南针，使人类航行有了方向。指南针是中国古代四大发明之一。早在春秋战国时期（公元前300年），人们就对磁现象有了深刻的认识。古代中国人认为，磁石吸铁，有如慈母怀子，因此在先秦的许多文献中，多将“磁石”写作“慈石”。战国后期的哲学家韩非的著作中，不但有关于磁现象的记载，而且有把磁性用于辨别方位的记载。在那时人们已开始用磁石来制造最初的罗盘。

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人物小史与趣事

王充，东汉唯物主义哲学家、无神论者。字仲任，汉族，会稽上虞（今属浙江）人。

王充

王充以道家的“自然无为”为立论宗旨，以“天”为天道观的最高范畴。他以事实验证言论，弥补了道家空说无着的缺陷，是汉代道家思想的重要传承者与发展者。

王充思想虽属于道家却与先秦的老庄思想有严格的区别，虽是汉代道家思想的主张者，却与汉初王朝所标榜的“黄老之学”以及西汉末民间流行的道教均不同。《论衡》是王充的代表作品，也是中国历史上一部不朽的唯物主义哲学著作。

曾公亮，字明仲，号乐正，汉族，泉州晋江（今福建泉州市）人。北宋著名政治家、文学家，刑部郎中曾会次子。

曾公亮

仁宗天圣二年进士，仕仁宗、英宗、神宗三朝，历官知县、知州、知府、知制诰、翰林学士、端明殿学士、参知政事、枢密使和同中书门下平章事等。封兖国公、鲁国公，卒赠太师、中书令，配享英宗庙廷，赐谥宣靖。为昭勋阁二十四功臣之一。

曾公亮与丁度承旨编撰的《武经总要》，为中国古代第一部官方编纂的军事科学百科全书。

沈括，字存中，号梦溪丈人，汉族，浙江杭州钱塘县人，北宋政治家、科学家。

沈括

沈括一生致力于科学研究，在众多学科领域都有很深的造诣和卓越的成就，被誉为“中国整部科学史中最卓越的人物”。其名作《梦溪笔谈》，内容丰富，集前代科学成就之大成，在世界文化史上有着重要的地位。

《梦溪笔谈》是沈括所著的有关我国古代科学技术的著作，书中谈到磁学和指南针的一些问题。

★指南针的始祖——司南

指南针的始祖大约出现在我国战国时期。古人称它为“司南”。司南是利用整块天然磁石经过琢磨制成勺形，圆底，并使整个勺的重心恰好落到勺底的正中并且保持平衡，勺置于光滑的地盘之中，且可以自由旋转。地盘外方内圆，四周刻有干支四维，合成二十四向。当司南静止时，勺柄就会指向南方。这样的设计是古人认真观察了许多自然界有关磁的现象，积累了大量的知识和经验，经过长期的研究后才完成的。司南的出现是人们对磁体指极性认识的实际应用。但司南也具有许多缺陷，天然磁体不易找到，在加工时容易因打击、受热而失磁。因此，司南的磁性比较弱，而且它与底盘接触处要非常光滑，否则会因转动摩擦阻力过大，而难以旋转，无法达到预期的指南效果。而且司南有一定的体积和重量，携带很不方便，这也可能是司南长期未得到广泛应用的主要原因。

★指南针的发明故事

古代民间，常用薄铁叶剪裁成鱼形，鱼的腹部略下凹，如同一只小船，磁化后浮在水面，就能指南北。当时以此作为一种游戏。在北宋时，曾公亮在《武经总要》记载有制作和使用指南鱼的方法：“用薄铁叶剪裁，长二寸，阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。用时，置水碗于无风处平放，鱼在水面，令浮，其首常向午也。”这是一种人工磁化的方法，它主要利用地球磁场使铁片磁化。即将烧红的铁片放置在子午线的方向上。烧红的铁片内部分子处于比较活跃的状态，使分子顺着地球磁场方向排列，从而达到磁化的目的。蘸入水中，可以把这种排列较快地固定下来，而鱼尾略向下倾斜可增大磁化程度。人工磁化方法的发明，对指南针的应用和发展起了巨大的作用。在磁学和地磁学的发展史上也是一件大事。

北宋的沈括在《梦溪笔谈》中提到另一种人工磁化的方法：“方家以磁石磨针锋，则能指南。”按照沈括的说法，当时的技术人员用磁石去摩擦缝衣针，就能够使针带上磁性。以现在的观点来看，这是一种利用天然磁石的磁场作用，使钢针内部磁场的排列趋于某一方向，从而使钢针显示出磁性的方法。沈括还在《梦溪笔谈》中谈到了摩擦法磁化时产生的各种现象：“以磁石磨针锋，则锐处常指南，亦有指北者，恐石性亦不……，南北相反，理应有异，未深考耳。”这就是说，用磁石去摩擦缝衣针后，针锋有时指南，也有时指北。以现在的观点来看，磁石都有南和北两个极，磁化时缝衣针针锋的方位不同，则磁化后的指向也就不同。但沈括并不知道这个道理，他真实地记录了这个现象并且坦白承认自己没有做深入思考，以期望后人能进一步探讨。

关于磁针的装置方法，沈括介绍了四种方法：

①水浮法——将磁针上穿几根灯心草浮在水面，就可以指示方向。

②碗唇旋定法——将磁针搁在碗口边缘，磁针可以旋转，指示方向。

③指甲旋定法——把磁针搁在手指甲上面，由于指甲面光滑，磁针可以旋转自如，指示方向。

④缕悬法——在磁针中部涂一些蜡，粘一根蚕丝，挂在没有风的地方，就可以指示方向了。

沈括还对上述四种方法做了比较。他指出，水浮法的最大缺点，是水面容易晃动影响测量结果。碗唇旋定法和指甲旋定法，由于摩擦力比较小，转动很灵活，但容易掉落。沈括比较推荐的是缕悬法，他认为这是比较理想而又切实可行的方法。事实上，沈括指出的四种方法已经归纳了迄今为止指南针装置的两大体系——水针和旱针。

1.4.6　纸的发明

纸的发明在人类历史上所起的作用无论如何强调都不过分。这是因为，人类文化的发展，全靠世代流传和不断积累，而传播和积累都离不开纸。最早的纸并不是人们有意研制成功的，而是对生产中的副产品加以利用和改进的结果。西汉初年，政治稳定，思想文化十分活跃，对传播工具的需求旺盛，纸作为新的书写材料应运而生。许慎所著《说文解字》，成书于公元100年。关于纸的来源，他说：“‘纸’从旁系，也就是‘丝’旁”。中国很早就开始用蚕茧制成丝绵，人们先把蚕茧煮后铺在席上，再把席浸在水里，捣烂蚕茧制成丝绵。丝绵取下以后，席上还留下一层薄薄的丝纤维，晒干后就成为纸，这种纸叫絮纸。公元105年，蔡伦改进了造纸技术。他总结了西汉以来造纸的经验，进行了大胆的试验和革新。他用树皮、麻头及敝布、渔网等原料，经过挫、捣、抄、烘等工艺制造的纸，是现代纸的前身。这种纸，原料容易找到，又很便宜，质量也提高了，逐渐被普遍使用。为纪念蔡伦的功绩，后人把这种纸称为“蔡侯纸”。

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蔡伦，字敬仲，东汉桂阳郡人。汉明帝永平末年入宫给事，章和二年（公元88年），蔡伦因有功于太后而升为中常侍，蔡伦又以位尊九卿之身兼任尚方令。

蔡伦总结以往人们的造纸经验革新造纸工艺，终于制成了“蔡侯纸”。

蔡伦的造纸术被列为中国古代四大发明之一，对人类文化的传播和世界文明的进步做出了杰出的贡献，千百年来备受人们的尊崇，被纸工奉为造纸鼻祖、“纸神”。

蔡伦

2008年北京奥运会开幕式，特别展示了蔡伦发明的造纸术。

★“蔡侯纸”

在造纸术发明的初期，造纸的原料主要是树皮和破布。当时的破布主要是麻纤维，品种主要是苎麻。据称，棉是在东汉初期，与佛教同时由印度传入我国的，后期用于纺织。当时所用的树皮主要是檀木和构皮（即楮皮）。最迟在公元前2世纪时的西汉初年，纸已经在中国问世。最初的纸是用麻皮纤维或麻类织物制造的，由于造纸术尚处于初期阶段，工艺简陋，所造出的纸张质地粗糙，夹带着较多未松散开的纤维束，表面不平滑，不适宜书写，通常只用于包装。直到东汉和帝时期，经过了蔡伦的改进，形成了一套较为固定的造纸工艺流程，其过程大致可归纳为四个步骤：

①原料的分离，用沤浸或蒸煮的方法让原料在碱液中脱胶，并且分散成纤维状；

②打浆，用切割和捶捣的方法切断纤维，并且使纤维帚化而成为纸浆；

③抄造，把纸浆渗水制成浆液，然后用捞纸器（篾席）捞浆，使纸浆在捞纸器上交织成薄片状的湿纸；

④干燥，把湿纸晒干或晾干，揭下就成为纸张。

蔡伦挑选出树皮、破麻布及旧渔网等，让工匠们将它们切碎剪断，然后放在一个大水池中进行浸泡。过了一段时间之后，其中的杂物烂掉了，而纤维却不易腐烂，保留了下来。他再让工匠们将浸泡过的原料捞起，放入石臼中，不停地搅拌，直到它们成为浆状物，然后再用竹篾将这些黏乎乎的东西挑起来，等干燥后揭下来就变成了纸。蔡伦带领着工匠们反复试验，终于试制出了既轻薄柔韧，材料又来源广泛、价格低廉的纸。

元兴元年（公元105年），蔡伦向汉和帝献纸，他将造纸的方法写成奏折，连同纸张呈献给汉和帝，得到了汉和帝的赞赏，于是汉和帝便诏令朝廷内外使用并且推广，朝廷各官署、全国各地都视作奇迹。由于在全国各地逐步推行的新造纸方法是蔡伦发明的，因此人们便将这种纸称为“蔡侯纸”。蔡伦的造纸术沿着丝绸之路经过中亚、西欧向整个世界传播，为世界文明的传承与发展做出了不可磨灭的贡献。

1.4.7　地动仪的发明

地动仪是一种监视地震的发生、记录地震相关参数的仪器。我国东汉时期的科学家张衡，在公元132年就制成了世界上最早的地动仪。

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张衡，字平子。汉族，南阳西鄂（今河南南阳市石桥镇）人，南阳五圣之一，与司马相如、扬雄、班固并称汉赋四大家。中国东汉时期伟大的天文学家、数学家、发明家、地理学家、文学家，在东汉历任郎中、太史令、侍中、河间相等职。晚年因病入朝任尚书，于永和四年（139年）逝世，享年62岁。北宋时被追封为西鄂伯。

张衡

张衡在天文学方面著有《灵宪》《浑仪》等，数学著作有《算罔论》，文学作品以《二京赋》《归田赋》等为代表。《隋书·经籍志》有《张衡集》14卷，久佚。明人张溥编有《张河间集》，收入《汉魏六朝百三家集》。张衡为中国天文学、机械技术、地震学的发展做出了杰出的贡献，发明了浑天仪、地动仪，是东汉中期浑天说的代表人物之一。由于他的贡献突出，联合国天文组织将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”，太阳系中的1802号小行星命名为“张衡星”。后人为纪念张衡，在南阳修建了张衡博物馆。

★张衡数星星

张衡从小就爱思考问题，对周围的事物总要寻根究底，弄个水落石出。在一个夏天的晚上，张衡和爷爷、奶奶在院子里乘凉。他坐在一张竹床上，仰着头，看着天空，还不时举手指指划划，认真地数星星。

张衡对爷爷说：“我数的时间久了，看见有的星星位置移动了，原来在天空东边的，偏到西边去了。有的星星出现了，有的星星又不见了。它们是在移动吗？”

爷爷说：“星星确实是会移动的。你要认识星星，先要看北斗星。你看那边比较明亮的七颗星，连在一起就像一把勺子，很容易找到……”

“噢！我找到了！”张衡兴奋地问道：“那么，它是怎样移动的呢？”

爷爷想了想说：“大约到半夜，它就移到上面，到天快亮的时候，这北斗就翻了一个身，倒挂在天空……”这天晚上，张衡一直睡不着，他几次爬起来看北斗星。当他看到那排成勺子样的北斗星果然倒挂着时，非常高兴！他心想：“这北斗星为什么会这样转来转去呢？”天一亮，他便赶去问爷爷，谁知爷爷也讲不清楚。于是，他带着这个问题，读天文书去了。

后来，张衡长大了，皇帝得知他文才出众，便把张衡召到京城洛阳担任太史令，主要是掌管天文历法的事情。为了探明自然界的奥秘，张衡常一个人关在书房里读书、研究，还常站在天文台上观察日月星辰。他创立了“浑天说”，并根据“浑天说”的理论，制造了浑天仪。这个大铜球装在一个倾斜的轴上，利用水力转动，它转动一周的速度恰好与地球自转一周的速度相等。而且在这个人造的天体上，可以准确地看到太空的星象。

★知识渊博的“南阳通人”

当张衡在家读书时，也就是汉安帝永初二年（公元108年），张衡的同乡——大将军邓骘要征聘他当自己的幕僚。但是，张衡并不愿意去为大官僚装潢门面，他要做一个有扎实学问的人，因此邓骘的几次征召，张衡都婉言谢绝了。张衡潜心研究了西汉末年大辞赋家扬雄的《太玄经》，这部书引起了他极大的兴趣，使得他由文学创作转到对科学、哲学的研究上来。

《太玄经》是仿《易经》的体裁而作的，其中的道理很深，文字也难懂，学者们很少有敢于问津的。张衡如醉如痴且夜以继日地读《太玄经》，不断为扬雄的深刻哲理而赞叹，并且埋头注释《太玄经》。张衡一字一句深究细考，体会着扬雄的微言大义，并且作了《玄图》，形象地解释玄理。现在看来，扬雄的“太玄”属于二元论的思想体系。但他指出，事物不是固定不变的，而是有发展、有变化的。这种辩证唯物思想倾向对张衡的影响很大。

《太玄经》中还涉及很多天文、历算等方面的知识，这些知识引起了张衡浓厚的兴趣。但这些知识在《太玄经》中讲解得都很简略，这对“为一物不知以为耻”的张衡来说，是不能够满足的，进而激起了他进一步钻研、探讨的欲望。从那以后，张衡苦读三年，逐字逐句地琢磨《太玄经》，直到弄懂、弄通为止，为研究天文、历算等自然科学问题垫定了理论基础。

与此同时，张衡还精心研究了《墨经》。《墨经》是墨子后学进一步发展墨子思想学说的重要著作之一，它概括了墨家关于认识论、逻辑学、经济学与自然科学的研究成果，其中包括我国最早的关于几何学、力学与光学方面的相关知识。自从汉武帝“罢黜百家、独尊儒术”以来，墨家经典早已经湮没无闻，仕途利禄之人绝不问津，而张衡却能够冲破儒家经典的束缚。他为了求得切实的学问，无所不学，获得了丰富的知识。

张衡对地理科学也很有研究，他还曾画过地形图。据唐代画家张彦远《历代名画记》记载：“衡尝作地形图，至唐犹存。”

张衡的名气越来越大，不但是文学上的歌赋大家，还是“中世阴阳”之宗，对天文、地理、历算、绘画等都很精通。他几乎无所不知，无所不晓，因此被众人誉为“南阳通人”。

★张衡与“地动仪”

在我国东汉时期，首都洛阳及附近地区常常发生地震。据史书记载，从公元89～140年的50多年内，这些地区发生的地震次数多达33次。其中，公元119年发生的两次大地震，波及范围达十多个县，造成大批房屋倒塌、人畜伤亡，人们对地震十分恐惧。当时的皇帝以为这是得罪了上天，因此增加人民赋税，用来举行祈祷活动。张衡对天文、历法、数学都有很深的研究，他不相信关于地震的迷信宣传，他认为地震应当是一种自然现象，只是人们对它的认识太少了。鉴于这种情况，张衡加紧了对地震的研究。张衡细心观察和记录每一次地震现象，用科学的方法分析了发生地震的原因。经过多年的反复试验，公元132年，张衡制造出了中国乃至世界上第一个能测报地震的仪器，取名“地动仪”。这是世界上第一架观测和记录地震的仪器。公元138年，地动仪准确地报告了离洛阳千里之遥的陇西（今甘肃省西南部）发生的大地震。张衡的发明在人类历史上写下了光辉的一笔。

1.4.8　印刷术的发明

印刷是使用印版或其他方式，将原稿上的图文信息转移到承印物上的工艺技术。印刷术是中国古代四大发明之一。早在公元868年，中国就有了木版印刷术。印刷术的发明及推广应用，加快了文献的复制和传播速度，对人类文明和社会进步产生了巨大的推动作用。特别是活字印刷术，既经济又省时，大大促进了文化的传播，是印刷史上一次伟大的技术革命。

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人物小史与趣事

毕昇，北宋布衣，歙州人，卒于北宋皇佑四年二月，我国古代伟大的发明家。他根据实践经验，发明了胶泥活字印刷技术，即在胶泥片上刻字，一字一印，用火烧硬后，便成活字。

毕昇

活字印刷术具有一字多用、重复使用、印刷多且快、省时省力、节约材料等优点，比整版雕刻经济方便，是印刷技术史上一次质的飞跃，对后世印刷术乃至世界文明的进步有着巨大而深远的影响，被称为中国古代四大发明之一。

★最有心的毕昇

毕昇是我国古代伟大的发明家，他毫无保留地将自己的发明介绍给了师弟们。他先将细腻的胶泥制成小方块，一个个刻上凸面反手字，用火烧硬，按照韵母的顺序分别放在木格子里。然后在一块铁板上铺上黏合剂（松香、蜡和纸灰），按照字句段落将一个个字印依次排放，再在四周围上铁框，用火加热。待黏合剂稍微冷却时，用平板将版面压平，完全冷却后就可以印了。印完后，将印版用火一烘，黏合剂熔化，拆下一个个活字，留着下次排版再用。

师弟们禁不住啧啧赞叹！一位小师弟说：“《大藏经》5000多卷，雕了13万块木板，一间屋子都装不下，花了多少年心血！如果用师兄的方法，几个月就能完成。师兄，你是怎么想出这么巧妙的办法的？”

“是我的两个儿子教我的！”毕昇这样回答。

“你儿子？怎么可能呢？他们只会‘过家家’。”师兄弟们说。

“你说对了！就靠这‘过家家’。”毕昇笑着说，“去年清明前，我带着妻儿回乡祭祖。一天，两个儿子玩过家家，用泥做成了锅、碗、桌、椅、猪、人，随心所欲地排来排去。我的眼前忽然一亮，当时我就想，我何不也来玩过家家：用泥刻成单字印章，不就可以随意排列，排成文章吗？哈哈！这不是儿子教我的吗？”

师兄弟们听了，也都哈哈大笑起来。“但是这‘过家家’，谁家孩子都玩过，师兄们都看过，为什么偏偏只有你发明了活字印刷呢？”还是那位小师弟问道。

好一会儿，师傅开了口：“在你们师兄弟中，毕昇最有心。他早就在琢磨提高工效的新方法了！”