有關中國古代科學的問題

指南針

很久以前，人類趕路，認方向全靠天上的太陽和星星。據說在西元前２０００年，黃帝發明了指南車。指南車設計得非常巧妙，一套精巧的構件使車上的木偶能夠始終保持同一方向。無論車身怎麼轉動、拐彎，木偶的手始終指著南方。
到了戰國時期，人們發現磁鐵可以指南。於是用天然磁鐵磨製成勺狀，放在刻有天干地支和八卦、二十四方徑的光圓銅盤上，輕輕轉動勺把，勺子停下來以後，勺把就會指向南方，這就是司南。
後來又發明了指南魚。用碳鋼片剪成魚形，放在炭火裏燒紅，用鐵鉗夾出來，魚頭翹起朝南，魚尾下垂向北，放到水中冷卻。這樣，指南魚就磁化了。把它放在水中用手一撥，指南魚轉幾圈後，就停在魚頭朝南的位置。
隨著人類社會的進步，人們發明了越來越多的指南儀器。
北宋時，人們用針摩擦磁石來做指南針。把鋼針磨好以後穿在燈芯草上，放在水中。鋼針借助草的浮力在水中就可以指南了。另外還可以用線把鋼針懸掛起來，也能指南。
南宋時期的指南龜很有趣。把磁石安在木龜的肚子裏，然後在木龜肚子上鑽一個小孔，放在竹釘上，讓木龜自由轉動。靜止後，木龜的頭就停在朝南的位置。
後來人們把磁鍼跟方位盤聯成一體，做成了羅盤。羅盤的出現是指南針發展上的一大進步。

造紙術

在很久很久以前沒有紙，人們要記事，就用刀在烏龜殼、狗骨頭上刻出來，所以最早的文字叫甲骨文。後來，人們又把字刻在石頭和青銅器上。可是這樣刻字很麻煩。於是人們把竹子和木塊劈成片，削光了後在上面寫字。在竹片上寫的就叫“簡”，在木片上寫的就叫“牘”。
簡牘是戰國以至兩漢時期的主要書寫材料，可是一塊竹片寫不下幾個字，所以那時寫一本書得用很多簡牘，寫完了還得用皮條串成冊。一本書至少得幾十甚至上百冊，要幾輛牛車才拉得動。寫字不方便，畫畫就更不用說了！
紙的原料是樹皮、舊魚網、破布、麻頭等。把這些原料放在水中浸泡後，用斧頭把它剁碎，然後用草木灰蒸煮，這樣原料裏的果膠、油脂、色素、木屑等雜質就除去了。然後再用清水洗滌，就得到了很好的紙纖維。接著用石臼把這些纖維搗碎，用水調成紙漿，再用抄紙器撈出漿。抄紙器是一個平面的、有很多小孔的篩子。紙漿均勻地鋪在篩子上，水分從小孔中漏掉，再經過乾燥壓平，紙就製成啦！
東漢時期，皇宮裏要用紙的地方太多，民間更是急需紙張。當時的尚方令蔡倫就開始研究怎麼樣製造一種價廉物美，又能大量生產的紙。
那個時候，民間大多用麻料織布做衣。用麻織布前先要漚麻，在漚麻的時候，在篾席上會留下一層麻質的薄膜，而且用麻做原料成本也比較低。於是，先祖和工人一起經過無數次試驗，終於研究出了新的造紙術，
蔡倫用新造紙術造出來的紙寫成奏章，奏報朝廷。皇上看了大加讚賞，還封先祖蔡倫為“龍亭候”。
新的造紙術得到推廣，平民百姓也可以用紙來寫信、記帳、賦詩作畫啦！

活字印刷術

畢昇是宋仁宗慶歷年間一平民百姓，靠雕刻印刷度日，然而每次看到自己雕刻的木板，印完書後便被丟棄，覺得非常心痛。常想：要是這些字能一個個拆下來，按文稿的意思重新排列，不就成了新的句子和文章了麼？
於是，畢昇挖來膠泥，精心篩洗後用水調勻夯實，這樣的膠泥緊密細膩，又容易刻字，而且取之不盡，用之不絕。將夯實的膠泥反復揉合，做成一個個長方塊，在每塊上面刻一個陽文反手字。刻好後，把這些泥字放進窯內，用火燒硬，一個個泥活字就做好了。
活字做好了，就要製版。先祖找來一塊鐵板，上面鋪上一層松香和蠟之類的東西，並在四周圍上鐵框。在鐵框內按照文稿的字句、段落，將活字依次排緊。當排滿一鐵框後，就將鐵板移到火上去烤。
由於松香和蠟粘性很強，受熱熔化變軟，冷卻後又凝固定型，所以被用來作為固定活字的粘合劑。當排好版的鐵框用火烘烤時，用一塊平板在排好的活字版上加壓，把字面壓平整。冷卻後，一塊活字印版就制好了。

火藥

火藥是中國四大發明之一。它的發明經歷了一個長期的探索過程。
火藥主要成分中的硝石、硫磺、木炭，在古代都是重要的藥材。明代著名醫學家李時珍所著的《本草綱目》裏說：火藥能治瘡、殺蟲、避濕氣、去瘟疫。
早在商周時期，人們就瞭解到木炭是比木柴更理想的燃料。
後來人們知道硫能和銅、鐵化合，可是硫容易著火飛升，性質活潑難以控制。於是人們想方設法緩和硫的藥性。
後來，研究煉丹術的術士開始實驗，把各種各樣的物質跟硫混合在一起加熱或燃燒，而當他們把硝石、硫磺和木炭放在一起燒煉時，有時會發生爆炸，這樣就發明了火藥。
其實，煉丹是一種化學反應的試驗，雖然煉不出什麼靈丹妙藥，但正是煉丹術為人類留下了早期化學研究的豐富遺產，成為近代化學的搖籃。
火藥就是煉丹家的偉大貢獻之一。他們在長期研究中發現，把硫磺、硝石、木炭、按一定比例混合在一起，就能製成可以爆炸的火藥。
火藥在軍事方面的早期運用就是在火箭杆上綁上一團火藥，點著引線用弓發射出去，殺傷敵人。後來又出現了火炮。由幾十個士兵扯動繩子，火炮包就被彈射出去，拋到敵陣地，造成大面積殺傷。
宋元時期出現了管形火器，即用竹筒製成的突火槍以及銅、鐵鑄成的筒式火炮。火藥應用的另一個突出成就，是具有推進和發射功能的火箭的發明。
現代社會中，火藥更是發揮了它的重要作用，比如在開礦山時可以用來炸山；在衛星發射時，可做送衛星上天的動力等等。
小結：火藥是煉丹家在無意中發明的，它的主要成分是硝石、硫磺、木炭。火藥在軍事上有巨大的作用，像槍支、彈藥、飛機、大炮、火箭的發明都離不開火藥。

地動儀

張衡發明的“侯風地動儀”是銅鑄成的，形狀很像一個大酒桶，頂上有蓋可以打開。桶的外壁上鑄有八條龍，龍頭按八個方向排列。每個龍嘴裏銜著一個小銅球，每條龍下面都蹲著一隻銅制的、仰頭張嘴的蛤蟆。儀器內部有一根銅柱，這根柱子周圍由橫杠分別和八個龍頭銜接。
發生地震時，震波傳來，銅柱就會倒向那個方向，推動橫杠，橫杠又牽動龍頭，龍嘴裏的銅球就會掉到蛤蟆嘴裏，發生響聲，人們就可以知道哪里發生地震了。
這架地動儀相當靈敏準確。西元１３８年的一天，地動儀正對西方的龍嘴張開，銅球落下來。可是洛陽人沒有感到地動，有人因此認為地動儀不靈。沒想到幾天以後，從１０００多裏外隴西來的人報告說，那裏幾天前發生了地震。此後，人們都十分嘆服地動儀的奇妙。
張衡不僅發明了地動儀，他還提出了渾天說，發明了渾天儀。他還是世界上最早的天文學家。歐洲人直到１８８０年才製造出地震儀（地動儀）比張衡晚了１７００多年。

銅壺滴漏

時間對任何人來說都是一樣寶貴的東西，尤其是在遠古時代，因為大部份人都以農為主，過著日出而作

，日入而息的生活。如何掌握時間正是這些人所面對的一大問題。故於西漢時代，已有人發明了一種名為

「銅壺滴漏」的計時儀器，這亦是目前所發現最早的計時器。

日晷

觀察一年中正午日影的長度能夠定節氣，而觀察一天中日影方位的變化可以定一天中的時刻。早晨，太陽從東方升起，它的影子投向西方；中午，太陽在正南方，它把影子投在了正北方；傍晚，太陽落入西方的地平線，它的影子又轉向東方。日復一日，年復一年，太陽的影子都這麼規律地變化著。日晷就是利用日影的這個規律，抓住了時間流逝的匆匆腳步。

日晷有兩種形式：一種是水平放在地面上、刻度不均勻的地平式日晷。另一種是日晷面與赤道面平行的、刻度均勻的赤道式日晷。考古學家曾經先後在內蒙古呼和浩特以南和河南洛陽金村發現了兩塊正方形的石板，石板中央有一個深圓孔，可插類似晷針的東西。外有一大圓，圓周上有69個小孔，等間距排列，孔間間距為圓周長的百分之一，標有1際69個數字，並以細線與中央大圓相連。另有31個空位置。根據推測該石板是一種使用百刻制的赤道式日晷。晷針在石面上投下影子，影子不停地移動，每移一格就是百刻制中的一刻。

侯風地動儀
據史書(五行志)記載,公元九二年以後,幾乎連年發生地震,地震地區大至數十郡,弔玫地裂地陷,江河泛濫,房屋倒塌。張衡鑒於地震的頻繁,創造了候風地動儀,以測定地震的方位。右圖為張衡於132年制造的候風地動儀復原模型。

(候風)有(候氣)的意思,古人以為地震是由地(氣)所弔起的,因而以此為名。地動儀由精銅鑄成,外形像一個大酒壺,中間的圓徑八尺,頂上有突出的子,儀器的外表刻有篆文以及山,龜,鳥,獸等圖形。儀器內部中央立著一根銅質(都柱)(上粗下細的棍關)。儀體外部周圍鑄著八條龍,頭向下,尾朝上,按東,南,西,北,東南,東北,西南,西北八個方向佈列。龍頭和內部通道中的發動機關相連,每個龍頭嘴裏銜有一粒小銅珠。地上對準龍嘴處,蹲著八個銅蟾蜍,昂著頭,張著嘴,當芋處發生地震,都柱便倒向那一方,觸動(牙機),使發生地震方向的龍頭張開嘴巴,吐出銅珠,落到銅蟾蜍嘴裏,發出(當啷)聲響,人們就知道哪個方向發生地震。儀器製成不久便測出順帝永和三年二月初三在隴西發生的地震,可見儀器靈敏度相當高。 下圖為候風地動儀結構圖。
這台地震儀安放在陽,曾於138年測出千里之外的隴西所發生的一次地震,朝野上下,頗為震動。但由於當時朝堂上讖諱迷信劫力很盛,張衡的一重要發明沒有得到應有的重視,候風地動儀也沒有被保存下來。張衡的地動儀比外國同類儀器早誕生近一千年。古波斯直到公元十一世紀才有類似地震儀器。近代的地震儀在公元1880年才製成,它的原理和張衡地動儀基本相似,但時間卻冕了一千七百年。