文化简史——数理化工发明与发现

历史大观园格物日志 2020-06-17 10:36:02 0

“0”

“0”表示“什么也没有”，在学习、工作和日常生活中经常使用到它。这个好像是一个非常不足为奇的数字，在现代，连幼儿园的小朋友都明白它的含义。但是，它的发明和使用，在数学史上却是费了一番周折的。

远古的时候，由猿进化而来的人，由于智力不发达，没有发明数字，所以计数很困难。他们靠打猎为生，如果打回来的猎物没有一个明确的数表示，那么肯定会引出许多的麻烦。所以。他们发明了“结绳记数”的方法，就是用一根树枝或者植物的茎和藤，数一个猎物，就系一个结，以此来计数。然而，如果猎人在这天什么猎物也没有打到，他们又如何计数呢？人们迫切需要“零”这个数字的问世。但是，当时却没有发现能代表“什么也没有”的空位符号。

我国古代使用“0”这个字符，最早见于《诗经》上，它的古义是“暴风雨末了的小雨滴”或是“暴风雨过后留在物体上的球状雨滴”，意思是说：“0”像大雨过后落在物体止面的雨滴一样，但在这里显然并没有现在我们所说的“零”的意思。

据考证，“0”这个符号表示“没有”和应用到社会中，是从我国古书中缺字用“□”符号代替演变而来。至今，我国在整理出版一些文献资料档案中遇到缺字时，仍用“□”这个符号代替，表示空缺的意思。后来，古人使用文字记载“零”，表示什么也没有，也用“□”来代替。在古代，人们用毛笔写“□”时，写得一快，方块就难以规则，变成了按照顺时针画的圆圈“0”，“0”也就如此诞生了。到了距今1700多年前，魏晋数学家刘徽注《九章算术》中，已经把“0”作为一个数字写得很清楚。有了“0”这个表示空位的符号后，数学计数就变得方便、简捷多了。

在世界上较早使用“零”这个概念的还有古印度，他们在《太阳手册》里用“·”表示空位。直到400多年前，欧洲才逐渐采用中国的划圆圈办法，但他们是按逆时针方向画“0”。因此，世界上公认中国是“0”的故乡。中国发明和使用“0”，对世界科学做出了巨大的贡献。

负数

负数，在现代的日常生活中有非常重要的作用。在数学里，小于0的数称为负数。中国是世界上最早发明和使用0的国家，但在商业活动和实际的生活当中，0仍不能正确表示出商人付出的钱数和盈利得来的钱数，因而又出现了负数。

中国古代劳动人民早在公元前2世纪就认识到了负数的存在。在《九章算术》的《方程》篇中，就提出了负数的概念，并写出了负数加减法的运算法则。中国古代著名的大数学家刘徽，在书中注释说，中国古代人民在筹算板上进行算术运算的时候，一般用黑筹表示负数，红筹表示正数。或者是以斜列来表示负数，正列表示正数。此外，还有一种表示正负数的方法是用平面的三角形表示正数，矩形表示负数。

据考古学家考证，除《九章算术》外，中国古代的许多数学著作甚至历法都提到了负数和负数的运算法则。南宋时期的秦九韶在《数术九章》一书中记载有关于作为高次方程常数项的结果“时常为负”。杨辉在《详解九章算法》一书中，把“益”、“从”、“除”和“消”分别改为了“加”与“减”，这更加明确了正负与加减的关系。元朝时期的朱世杰在《算学启蒙》一书中，第一次将“正负术”列入了全书的《总括》之中，这说明，那时的人们已经把正负数作为一个专门的数学研究科目。在这本书中，朱世杰还写出了正负数的乘法法则，这是人们对正负数研究迈出的新的一步。

中国人对正负数的认识不但比欧洲人早，而且也比古印度人早。印度开始运用负数的年代比中国晚700多年，直到公元630年。印度古代著名的大数学家婆罗摩笈多才开始使用负数，他用小点或圆圈来表示负号。但在欧洲，人们认识负数的年代大约比中国晚了1000多年。负数在欧洲的第一次出现是在希腊数学家丢番图写的一本书中，他在解一个方程的时候，偶然运用到了负数，但不久以后，他的这个伟大发现就被欧洲人作为“荒谬的东西”废弃了。欧洲的第一部有关负数的专著是欧洲文艺复兴时期的著名数学家卡尔达诺写的《大法》一书，书中写了他在解各种方程时得到的负数，并简明扼要地归纳了负数的定义及运算法则。他把解方程时得到的正数称为“真正的解”，而把结果是负数的解称作“虚构的解”。并把负数称为“债务”。从此以后，世界各国的许多著名数学家都开始研究负数，如英国的哈略特、荷兰的吉拉德等人，他们都开始用“-”号来表示负号。

但是，当时许多更为著名的数学家却对此认识不清，或者完全否认。像当时的著名数学家韦达，他完全排斥负数。而且就连发明加减法计算机的伟大天才帕斯卡，居然也认为“0—4”纯属胡言。帕斯卡的好友阿尔南德也反对—1／1=1／—1。他的理由是因为小数与大数之比怎么能够和大数与小数之比相等呢？相比之下，中国古代的许多著名数学家不但对负数的认识在世界上最早，而且还对负数了解得最透彻、最深刻。

现在，全世界的人类都已经承认了负数的存在，并广泛运用负数，解决了原来的许多疑难问题。负数概念的提出，以及和它相应建立的加减乘除法则，是中华民族对数学研究所做出的又一项巨大贡献。

小数

尽管小数点这个小小的符号产生于欧洲的文艺复兴时代，但中国在小数概念的提出和应用上，则远远地走在世界各民族的前列。中国自古以来使用十进制计数法，一些实用的计量单位也采用十进制，所以很容易产生十进制分数，即小数。

已有确切的证据表明，小数的出现是与测量密切相关的。比如用某种尺子度量，当遇到某一部分不足一个测量单位时，便需要用更小的一些单位来表示，这些较小的单位是原单位的十分之一，百分之一，千分之一……十进制分数或许在公元前几个世纪就已存在，从留传至今的刘歆为一标准量器所作的铭文中，可以确切地推断为公元5年，其中提到的一个长度准确到9.5个单位。

在现存数学文献中，小数的第一次出现见于刘徽在公元3世纪中期的著述中。他在计算圆周率的过程中，用到尺、寸、分、厘、毫、秒、忽等7个长度单位；对于忽以下的更小单位则不再命名，而统称为“微数”。在他对公元前1世纪的《九章算术》的注释中，记述了一个1.355尺的直径。《九章算术》本身已谈到平方根和得到的非整数的解，即留有余数的计算结果。但刘徽并不满足于余数，而以“微数法”进一步表示成一系列的十进制小数位。他说：“微数无名者以为分子，其一退以十为母，其再退以百为母。退之弥下，其分弥细，则朱幂虽有所弃之数，不足言之也。”通过演算可证明，刘徽的“微数法”与现代小数概念是一致的。

南北朝的祖冲之（429年～500）在圆周率的计算中取得辉煌成就，求得直径为一丈的“圆周盈数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽，……”圆周率相当于在3.1415927与3.1415926之间，所以说祖冲之计算圆周率精确到小数点后6位的依据就在于此。

到了宋、元时代，小数概念得到了进一步的普及和更明确的表示。杨辉《日用算法》（1262）载有斤两换算的口诀：“一求，隔位六二五；二求，退位一二五。”即十六分之一等于0.0625，十六分之二等于0.125。这里的“隔位”、“退位”已含有指示小数点位置的意义。秦九韶在《数术九章》（1247）中，则将单位注在表示整数部分个位的筹码之下，这是世界上最早的小数表示法。元代刘瑾写的《律吕成书》（约写于1300）一书中，对忽以下的“微数”采用降一格的书写形式。

在欧洲和伊斯兰国家，由于古巴比伦的60进位制长期以来居于统治地位，因此10进制小数迟迟没有发展起来。15世纪初中亚细亚地区的阿尔·卡西是中国以外第一个应用小数的人，他在《算术之钥》（1247）一书中给出了10进分数与60进分数间的互换法则。欧洲数学家直到16世纪末才开始考虑小数。作为整数部分和小数部分的分界符的小数点，最早出现在佩洛斯的《算术》（1492）一书中，但它的使用直到1585年斯特文的《论十进》一书出版后才明确下来。

圆周率

科学家研究发现，圆是世界上最简单最完美的形状。因而在古代，对于圆的知识了解的程度，从某种意义上讲可以作为衡量一个民族数学水平的标尺。

人们用尺子来计算长度，用秤来计算重量，但怎样计算圆形的面积呢？这从古至今一直是困扰着人们的一个数学问题。”不过，人们很早就发现，无论圆的面积大小怎样变化，它的周长和直径的比总是保持不变的，这个比率就是困惑了人们几千年的圆周率。现在，人们通常用希腊字母π来表示圆周率。如果我们知道了丌的精确值，那么要计算圆的周长、面积、直径、半径等数据就容易多了。但古往今来，世界各地的大科学家通过周密的计算，却发现圆周率丌是个无限不循环的无理数。从古至今，无数的数学家、哲人为了探求圆周率的精确值而耗费了许多心血。

中国很早的时候就开始计算圆周率的精确值。在公元前1世纪的一部数学著作《周髀算经》里，就已有“周三径一”的记载，这句话的意思是说，圆的周长和直径的比是31，即π=3。但这在实际的运算中会产生很大的错误。史料记载，公元3世纪时的著名数学家刘徽，在总结过去的数学运算中发现，“周三径一”仅是圆的内接正六边形周长与直径的比。他认为，如果圆内的多边形边数无限增加，达到无限多时，其周长就越逼近圆的周长。在这一思想的指导下，刘徽创立了“割圆术”。他从圆的192边形开始，一直算到内接正3072边形，结果算得π=3.1416，这个结果是当时世界上圆周率最准确的数据。

到公元5世纪时，圆周率的精确值计算出现了很大飞跃。世界上诞生了一位著名的数学巨星、杰出的中国数学家祖冲之。祖冲之生于公元429年，他是中国古代南北朝时期最著名的科学家，在数学、天文以及机械制造等方面都有杰出的贡献。祖冲之曾把他一生的数学、天文学的研究成果，记录在他的杰作《缀术》一书中。但令后人非常遗憾的是，这本珍贵的宝书竟然经过无数次的战火而失传了。但后人根据那时的其他一些文献著作，可以了解到，祖冲之曾经把圆周率求到了小数点后面6位，即：3.1415926<π<3.1415927。同时，祖冲之为了便于记忆和实用，他又算出了两个近似的分数355／113和22／7，这两个数分别称为“密率”和“约率”。现代的数学家经过详细研究认为，祖冲之也是采用刘徽的“割圆术”来取得这一成果的。如果祖冲之真的是使用“割圆术”的话，他就要经过11次倍边过程，最后才能求得圆内接正12288边形和内接正24576边形的面积，而且每一次倍边过程，他都要进行9至18位数的四则和开方运算。不必说那时用的是筹算计算，就是现在用计算机计算，也是一件比较繁重的工作。特别值得一提的是，祖冲之发明的“约率”和“密率”，不但在实际生活中简单实用，而且是圆周率的最佳分数。约率是分母不超过百位数的所有近似值分数中的最佳逼近值；密率也是分母不超过千位数的所有近似分数中的最佳逼近值。

在外国，数学家们对π值的计算也有十分悠久的历史。古代著名的科学家阿基米德，曾在公元前2世纪把圆周率算到了小数点后面3位数，即祖冲之算出的“约率”。托勒玫曾在公元1世纪把圆周率算到了小数点后面4位小数。但从此以后，外国数学家对圆周率的研究就再也没有超过4位小数。尽管外国的科学家比中国的科学家要早算出“约率”，但祖冲之算出的六位小数在一千多年的时间内始终居世界第一。直到1427年，阿尔·卡西才突破了这一世界记录，算到了小数点后面16位准确数字。在欧洲，直到1600年以后，安东尼松才获得了“密率”。随着科技的不断发展，圆周率的精确值逐渐提高。目前，电子计算机已能够算到小数点后面1万多位了。

日本著名的数学家上三义夫，曾建议把“密率”称作“祖率”。现代的天文学者为了纪念祖冲之，把月球上的一座环形山，称为“祖冲之山”。

十进位制

“满十进一”这个简单的道理，连现在一年级的小同学都知道。这个所谓的“满十进一”，即是人们经常讲到的“十进位制”。在中国古代许多史料上，都有关于十进制的记载。史实说明：中国是世界上最早发明并使用十进制的国家。

考古学家考证，在公元前3世纪的春秋战国时期，中国人就已经会熟练地使用十进位制的算筹记数法，这个计数法与现在世界上通用的十进制笔算记数法基本相同。这说明，古代中国运用十进制的历史，比世界上第二个发明十进制的国家——古代印度，起码早约1000年。

自古以来，世界各国的度量衡单位进位制就十分繁杂。那时，各个国家甚至各个城市之间的单位不仅不统一，而且连进位制也不一样，制度非常混乱，很少有国家使用十进制，大都为十二进制和十六进制。其实，中国在秦朝以前，度量衡制度也很不统一，当时的各诸侯国的统治者们天天只管打仗，对国家的度量衡制度毫不关心，当时的中国就有四、六、八、十等进位制。

后来，秦国灭掉了所有的诸侯国，建立了秦朝。秦始皇统一中国后，发布了关于统一度量衡制度的法令。到西汉末年，政府又制定了全国通用的新标准，除“衡”的单位以外，全国已经基本上开始使用十进位制。唐朝时期，衡的单位根据称量金银的需要，增加了“钱”这个单位，当时的一“钱”，为现在的十分之一“两”，并用“分”、“厘”、“毫”、“丝”、“忽”，作为“钱”以下的十进制单位。后来，政府又废除当时使用的在“斤”以上的“均”、“石”两个单位，增加了“担”这个单位，作为“一百斤”的简称。但“斤”和“两”这两个单位在当时却不是十进位制，而是十六进位制，并延续用了比较长的时间。

在法国，直到1799年，那里的政府才提出十进制度量衡单位的规定。1840年，法国开始使用十进制。直到20世纪，世界上大多数的国家才将“公尺”、“公升”、“公斤”这些单位作为度量衡十进制的标准单位。

此外，除十进制这个进位制非常重要以外，还有一个二进制也很重要。二进制是世界上著名的科学家牛顿和莱布尼茨同时发现的，但他俩毕竟是根据中国古代发明的《八卦图》推测出来的。现在代表高科技的计算机，即是使用二进制来进行复杂的计算。

中国古代劳动人民首先发明并应用的十进制和二进制度量衡制度，为现在人类的高科技发展做出了杰出的贡献。

度量衡

度量衡在现在的高科技领域中有非常重要的作用。无论是计算一块地的面积，还是人类要登上月球，去探索宇宙的秘密，都离不开度量衡。

在远古时期，我们的祖先在生产实践中，逐步建立起大小、多少、方圆等数量和形状的观念，并产生了“数”的概念，总结出许多可以准确计数的方法。随着生产、交换物品等途径的发展，人们确立了标准，产生了统一的度量衡，逐渐创造出了尺、斗、斤、两等计数单位，以及秤等用途不同的计量工具。

《大戴礼记·五帝德》里说，在黄帝时期，就设置有衡、量、度、亩等计量单位。这说明了中国在西周以前，人们就发明出了度量衡。

商周时期，度量衡器具及其管理制度已经比较完善，而且那时中国古代的劳动人民就采用了十进位制。当时，在中央和地方官府都设有专职的官吏，负责度量衡器具的颁发、检验和使用。

到了春秋战国时期，诸侯国各自为政，中国的度量衡制度一度陷入混乱。但各个地区为了便于商品交换和征收杂税，也都很重视度量衡的统一。

秦朝时期，商鞅变法，全国都统一了度量衡，实行“平斗桶、权衡、丈尺”之法，并在公元前334年颁发了标准的度量衡器具，为秦国的统一打下了基础。

汉代时期的度量衡与秦朝基本相同。这样一直到了三国鼎立时期，中国的度量衡制度仍然没变。只是到了两晋南北朝时，中国的度量衡制度开始有些混乱。南北朝初期，政府正式规定了大、小制。所谓小制，即是秦汉时期的度量衡制度，主要用于调乐律、测日影、定药量以及制作服装等。其他方面则实行大制，即当时通用的制度。

隋朝时，隋文帝再次统一了中国的度量衡，把以前各个朝代的度量衡固定下来，全国都可以使用。

唐代以后，中国的度量衡制度更加完善。

中国古代发明的度量衡，为现在高科技领域的飞速发展，奠定了坚实的基础。

算盘

算盘是现在世界上最古老的一种计算器，也是我们中华民族的重大发明之一。但要说算盘究竟是谁发明的，现在已无法考查。可是，有关算盘的使用和记载在中国却是非常早的。

东汉时期的一本名叫《数术纪遗》的古籍上就写道：“珠算控带四时，经纬三才。”另外一本古书上也写道：“刻板为三分，位各五珠，上一珠与下四珠色别，其上别色之珠当五，其下四珠各当一。”可见在中国汉代时就已经发明出了算盘。

有些历史学家认为，算盘的名称最早出现于元代学者刘因写的《静修先生文集》，书中有这样一句话：“闲着手，去那算盘里拨了我的岁数。”公元1274年，杨辉在《乘除通变算宝》里和1299年朱世杰在《算学启蒙》里，都分别记载了有关算盘的《九归除法》。1450年，吴敬在《九章详注比类算法大全》里，对算盘的用法叙述得很详细。张择端在《清明上河图》中还画有一幅当时算盘的画。可见，在北宋以前的时候，我国民间就已经开始普遍使用算盘这种简易的计算器了。

中国近现代的算盘是由古代“筹算”演变而来的。“筹算”就是运用一种竹签做筹码来进行计算。唐朝末年，人们对筹算乘除法进行了改进，到宋代的时候，我国民间就已经产生了筹算的除法歌。到了15世纪中叶，古籍《鲁班木经》一书中写有制造算盘的规格。由于那时算盘已经很普及，所以有关算盘的文字著作也随之产生。流行最久的珠算书是1593年明代程大位所著的《算法统宗》。

由于用算盘计算容易，运算起来也不复杂，因而在我国被普遍应用，同时也陆续传到了日本、朝鲜、印度、美国、东南亚等国家和地区。算盘的出现，被称之为人类历史上计算器的重大改革。现在，虽然各种电子计算器、计算机已经盛行，但是算盘仍有着它独特的作用。

自燃现象

火和人类生存的关系十分密切，但自然界有些失火现象曾使人们百思不解。现代人几乎都知道，许多有机物可以自行燃烧，引起火灾。然而，古代人认识自燃现象，却经过了漫长的历史岁月。首先发现这一现象的是中国古代劳动人民。

早在公元3世纪，西晋著名的博物学家张华在《博物志》中就记述了自燃现象。他说：“积油满万石，则自燃生火。武帝泰始中，武库灾，积油所致。”

尽管在张华的时代，人们就对有机物自燃现象有所了解，但是要能对它作出正确的判断，却需要有敏锐的观察力、足够的科学常识和理解力。在宋代桂万荣的《棠阴比事》一书中，记录了发生于公元1050年前后的一场火灾及处理的情况。说有一次北宋都城开封的一处露天存放的油布起了火，按宋朝法律，看守的人都要判死罪。在审理这件案子时，开封府的官员怀疑起火的原因，叫来制造油布的工匠询问。工匠说，制油布时加入了某种药物，一些药物在潮湿的环境中长期存放就会发热甚至起火。开封府官员将这种情况反映给皇帝。宋仁宗皇帝明白了，他说：那回父皇真宗的陵墓着火，火就是从油衣中着起来的。看来这两次起火的原因是一样的了。结果，看守油布的官员们被免去死罪，从轻发落。

英国的李约瑟博士研究中国这段历史时指出：油布中加入的药物中大概有生石灰。在古希腊，这一化学物质和油混合后被称作“希腊火”，只要条件适合就容易燃烧。

欧洲人对有机物自燃现象的记述，最早见于杜哈梅尔写于1757年的一篇文章。他在文章中说，船的布帆涂上了赭石油后曝晒于盛夏七月的烈日下，几个小时之后，这些布帆就会燃烧起来。现代的人们几乎都明白，油布和其他一些有机物不能大量地堆放在一起，否则它们内部因缓慢的氧化过程等化学反应积累起来的热量就会导致火灾。

墨经

英国著名物理学家牛顿在1687年出版了巨著《自然哲学的数学原理》，全面阐明了三个运动定律，为近代力学奠定了基础。因此，许多人一定会认为，世界上首先提出力学中第一运动定律的人是牛顿。然而，专攻中国科学技术史的英国学者李约瑟博士的研究，却证明上面的说法不准确，他认为中国人比牛顿早两千多年提出了第一运动定律。

第一运动定律可以表述为：任何物体在不受外力作用时，都保持原有的运动状态不变，即原来静止的继续静止，原来运动的继续作匀速直线运动。中国学者约在公元前4世纪就提出了这一定律。这可从《墨经》中读到下面一段话：“止，以久也……无久之不止，当牛非马……”翻译成现代汉语，这段话的大意是：运动之所以停止，是因为受到了阻塞。没有阻塞，运动就不会停止，这是不言自明的，正如牛不是马一样。

《墨经》是墨家学派的著作集。《墨子》中的一部分，作为中国自然科学知识极为丰富的古典文献，其中有许多论及力学的文字。墨家学派的代表人物是墨翟（前468～前376）。当时中国正处于春秋战国时代，虽诸侯争雄，战乱纷纷，但思想和学术探讨却异常活跃，出现了诸子百家各扬其说的局面。墨家学派和儒家学派都是当时相当有影响的“显学”。然而，由于墨家学派的政治观点不符合新兴的封建统治阶级的需要，所以犹如昙花一现，只兴盛了一个短暂时期，在其后几十个世纪的封建大一统的社会中，几乎被人们遗忘。直到清朝末年和民国初年，即1911年辛亥革命前后，墨家学派的学说和科学观点，才开始被重新受到注意。

近几十年来，有不少学者从哲学、逻辑学和科学的角度研究《墨经》。《墨经》全文仅5000余字，但文字简约，错简又多，研究起来十分困难。尤其是关于自然科学的部分，甚至有人认为“辞古深奥，千载而下，索解无人”。尽管有关的研究成果已有不少，但至今仍存在许多分歧。由此更可见，《墨经》是一个值得进一步发掘的丰富宝藏。

浮力

浮力，县我们日常生活中经常见到的一种自然现象，譬如我们在游泳的时候，若是带上一个游泳圈，就不会下沉；如果把一个空木头盒放入水中，它也会很容易的浮起来。这些现象，都是因为物体受了水的浮力的影响。所以，凡沉浸在液体中的同体积而比重轻的物体，都会出现这种现象。在中国古代的书籍中，关于运用浮力现象的事情就有许多记载。如古籍《墨子·经下》中记载：“形之大，其沉浅也，说在具。”“沉、形之衡也，则沉浅，非形浅也。若易五之一。”这是全世界关于浮力的最早记载。比外国的大科学家阿基米德提出这一原理，还要早200多年。

浮力在中国古代受到了非常广泛的应用，史书上留下了许多关于浮力的故事。如《三国志》卷二十《魏书·邓哀王冲传》里的记载：三国时期，曹操的儿子曹冲非常聪明。有一次，别人送给曹操一头大象，他很高兴，领着百官大臣和儿子曹冲一同去看大象。这头大象又高又大，身子像堵墙，腿像四根柱子。官员们一边看一边议论道：这头大象到底有多重呢？曹操听后，要人称出这头大象的重量来。许多文武大臣都束手无策。正在这时，曹操的儿子曹冲突然想出了一个好办法。他叫人把大象赶到一艘大船上，在船下沉的地方，沿水面在船舷上画一条线。然后把大象拉到岸上，往船里装石头，直到船舷又下沉到那条线为止。最后，他又叫人称石头的重量，知道石头的重量后，大象有多重也就很清楚了。曹冲称象的这种办法，正是运用了浮力的原理。

在中国古代的历史上，还有比曹冲称象更早的有关浮力的故事：东周时期的燕昭王有一只大猪，他命司衡官用杆秤称猪的重量。结果，折断了10杆秤，猪的重量还没有称出来。他又命水官用浮舟称，才得到了猪的重量。这是世界上最早用浮力称东西的记载。

中国历史上运用浮力办事除了用船称物外，还有用船起重。这也是中国人的一项重大发明。如公元1041年至1048年间，因河水暴涨，蒲津大桥被毁坏，8只加固舟墩的重达几万斤的铁牛被冲入河中。20年后，工程力学家怀丙运用水的强大浮力，把这8只非常重的铁牛全部打捞了起来。怀丙创造的这种用浮力打捞沉重物体的办法，曾在600年后的16世纪，被意大利数学家卡尔达诺用来打捞沉船。

大瓮

影片《地道战》中有一个有趣的镜头：日军和汉奸在碉堡内为了防备八路军、民兵把地道挖到碉堡下，趴在一个大瓮上听地下的动静。这个能够放大地下声音的大瓮，就是中国古代人发明的一种原始共鸣器。

在古代的战争环境下，中国人发明出了各种各样的共鸣器，为侦察敌情提供了重要的工具。在古籍《墨子·备穴》中，记载了中国战国时期墨家运用共鸣器侦察敌情的方法。当时，中国各诸侯国都是用坚固的城墙作为本国的防御工事。因此，进攻的敌人由于攻不破城墙，就只好采用挖地道的办法。当时的人们为了保护自己的国家，侦察进攻的敌人有没有挖地道，就发明了共鸣器。这种共鸣器即是一只容量大约为80升的陶瓮，瓮口蒙上皮革。这便是世界上最古老但深含着科学道理的一种简单共鸣器。使用时，人们把这个共鸣器放进一个距城墙不远的深坑里，选一个听觉灵敏的人伏在瓮口上静听。如果遇有敌人在挖地道，瓮里则会发出“嗡嗡”声，而且可以根据瓮里发出的声音大小、粗细、长短等现象，判断出敌人所在的方位和距离，以便及早采取有力的反击措施。

利用声音的共鸣现象所发明的这种简单易行的声音放大器，被中国历代军队所沿用。唐、宋、元、明时期，各朝代的人都对共鸣器在当时军事上的重要作用作了许多记载。曾公亮还把《墨子》一书中所提到的用皮革制作的瓮叫做“听瓮”，把用“听瓮”直接放在地上听动静的方法叫做“地听”。据史料记载，中国明朝时期的民族英雄戚继光，就曾用大量的“听瓮”来抗击倭寇，谨防倭寇偷袭。

唐朝的《神机制敌太白阴经》第五卷和宋朝曾公亮所著的《武经总要》第六卷《警备篇》中，都描述了一种比“听瓮”更为简便的共鸣器。这种共鸣器是用皮囊做成，叫做“空胡鹿”，让耳朵灵敏的战士在晚上睡觉时作枕头使用。如果遇有敌人偷袭，即使在30里之外，也可“东西南北皆响闻”，这真是一物二用，反映了中国古代劳动人民杰出的智慧。宋朝时期的著名科学家沈括，也在《梦溪笔谈》一书中写到了一种当时用牛革制成的箭袋，这种箭袋不但在白天的时候可以用来装弓箭，而且在晚上的时候还可以当作枕头使用，并能够听到方圆一里之内的敌人的动静。而且沈括还在书中对各种共鸣器的作用作出了物理解释。他在书中这样写道：“取其中虚”，“盖虚能纳声也”。他的这个物理解释与现在科学家的认识是一致的。直到现代，在情况多变的战争环境中，有时仍使用着这些古老但简便易行的共鸣器。更值得一提的是，中国古代劳动人民发明的这些用于军事上的共鸣器，即是现代医疗设备中的听诊器的先驱。

此外，中国古代劳动人民利用瓮这种简单的器具不但发明出了使微弱的声音放大的方法。而且又反向思维，创造出了利用瓮把巨大的声音吸收变小的方法。中国古籍《物理小识》一书中，就记载有中国古代的铸造假币的人，为了不被别人发现，就藏在地下室中制造。但造币的时候会发出巨大的声响，因此这些人就发明出了用瓮制造房屋，把瓮口朝着屋内的方法。这样，发出的声响就会很快地被瓮所吸收。由此，中国人又首先发明出了隔音室。

中国古代的劳动人民运用瓮这一简单器具，发现了能把声音放大或缩小的方法，在今天看来，仍令人赞叹不已。

火药

中国是世界上第一个发明出火药的国家，我们的祖先发明火药至今已有1000多年的历史。当时发明的火药，现在叫做“黑火药”。由于它是褐色的，所以又有人称它“褐色火药”。这种火药是硝酸钾、硫磺、木炭三种粉末的混合物，非常容易燃烧，如果把它包在纸里、石头里、陶罐里或者铁罐里，由于火药燃烧时体积突然膨胀几千倍，所以都会发生爆炸现象。

为什么人们把火药称作“药”呢？这是因为火药最初是木炭、硫磺、硝酸钾三种粉末的混合物，而硝酸钾和硫磺是中国古代第一部医药书籍《神农本草经》里的重要的珍贵药材；而且在人们已经发明出火药之后，火药仍被认为是一种非常好的药材。在世界医学巨著《本草纲目》一书中，说火药能够治疮癣，杀菌，防湿气和瘟疫。其中更重要的一条理由是：火药本身就出自人们炼丹制药的过程当中。所以，后人就把这种容易燃烧爆炸的药品称作“火药”。

中国古代的劳动人民早在商周时期，已经开始广泛地使用木炭，因为他们已经知道木炭比木头容易燃烧，是比木柴更好的一种燃料。人们认识了木炭的特性，是踏上制造火药的第一步阶梯。

硫磺，在自然界中广泛存在，中国古代的劳动人民从很早的时候就已开采硫磺。特别是在冶炼硫磺和洗温泉浴的时候，硫磺直接刺激着人的感觉器官，就在这不断的接触之中，人们除了知道硫磺可以治疗一些皮肤病外，还逐渐认识到了硫磺的一些特性。如著名医药书籍《神农本草经》中就写道：“石硫磺……能化金银铜铁，奇物。”这句话的意思就是说，硫磺能够与金银铜铁等金属化合，是一种奇怪的物品。因为金银铜铁这些坚硬的物品，在自然界是很难用一般腐蚀剂化解的。中国最早的一本炼丹著作《周易参同契》里，记录了当时炼丹士们发现的硫磺和水银化合生成红色硫化汞的反应。硫磺的这些特殊的反应，引起了炼丹家们的高度注意。而且炼丹士们还发现，硫不仅能够与金银铜铁这些金属化合，还能够把“神奇”的水银制服。于是，炼丹家们想用硫和水银混合，炼制出所谓的“金液”、“还丹”。但由于硫磺有时容易燃烧，是一种性质活泼、很难制擒的化学元素，因此，炼丹士们又发明出一种“伏火法”。即是让硫与其他易燃的物品一同燃烧，使其变性。火药的发明就与这种炼丹法有着密切的关系。

硝是制造火药的关键材料。硝的化学性质比硫还要活跃，人们早就发现，只要把硝撒在赤炭上，硝就会立即产生火焰，硝的这种能和许多物质发生作用的特性，炼丹家们常用来改变其他药品的性质。

中国古代劳动人民对炭、硫、硝三种物质性能的认识，为火药的发明奠定了坚实的基础。到了唐朝时期，中国人已经发现如果把炭、硫、硝的粉末放到一起，再经过猛烈的摩擦和振动，就会产生十分激烈的爆炸。据史料记载，中国古代的一些炼丹士们为了寻求长生不老药，就曾经把这三种物质放到了一起，并加以燃烧。结果炼丹的八卦炉发生了剧烈的大爆炸，火焰冲破屋顶，直上云霄，把房子也烧了，屋毁人亡。久而久之，人们逐渐认识到了火药的危险性。但人们通过一些方法，掌握了火药的特性，使火药开始为人类造福。

火药发明出来后，人们并不知道它有什么特别的用途。后来，一些军事家开始用火药制造武器，如火箭、地雷、大炮等。火药武器的出现促使了中国对火药的大规模生产。此后不久，火药武器已经成为中国军队中的必备品，而且火药武器的品种也越来越多。元朝时期，著名的军事家成吉思汗就用火药武器征服中亚、波斯等地，甚至打到了欧洲。火药的威力令全世界震惊，中国人制造火药的技术随之传向国外。那么欧洲国家又是什么时候掌握火药的呢？著名政治家恩格斯指出：“现在已经毫无疑义地证实了，火药是从中国经过印度传给阿拉伯人，又由阿拉伯人和火药武器一道经过西班牙传入欧洲。”令人惋惜的是，火药的故乡中国到了清朝时期，由于政府的腐败，原本非常先进的火药武器渐渐落伍了，终于被洋枪洋炮所取代。

中国古代发明的火药，把人类的文明推上了一个新的台阶。恩格斯评价说：“火药和火器的采用决不是一种暴力行为，而是一种工业的，也就是经济的进步。”

石油

考古学家从中国古代大量的史料和出土的文物考证：中国是世界上最早发现和使用石油的国家。

史书记载，早在2000多年前的汉朝时期，中国人民就已开发和利用石油。据古籍《汉书·地理志》记载，在今陕西延长县，水面上曾经漂有可燃液体，人们都“接取用之”。《后汉书》上也记载道，当时甘肃延寿县的南泉水里有“肥汁”，“燃之极明”，当地人称这种液体为“石漆”。又据北魏时期的郦道元《水经注》上说：“清水又东经高奴县合丰林水，地理志谓之洧水也。故云高奴县有洧水，肥可燃。水上有肥，可接取用之。”这更清楚地说明，中国人至少在晋朝以前，就会把自动从地下流出来的石油当作燃料使用，而且还会把石油用来作机器的润滑油。

古籍《北史》中有中国古代人用石油作医药的世界上最早的记录。《元和郡县志》记载，在北周宣政年间，周人曾用石油燃火，把敌人的武器烧掉，这是世界上最早把石油用于军事的记录。

从史书上的记载看，在宋朝以前，“石油”并不称石油，而叫硫磺油、雄黄油、石瑙油、猛火油、火井油、泥油、石漆等，名称较多。世界上第一个用“石油”这个名称的记载，见于中国古代沈括所著《梦溪笔谈》中，本书第一次出现“石油”这个名字。

古书《元一统志》里记载：在延长县南迎河有一口古人开凿的石油井，有人认为此井是在元朝以前就有的油井。这口油井至今仍在开发利用之中。

洋火

火柴有一个很奇怪的俗称——“洋火”。据说，这是因为在清朝兴盛时期，一些外国人曾把火柴作为一种“贡品”传入中国。

19世纪40年代，《中英南京条约》签订以后，外国商人趁机在半封建半殖民地的中国，大量出售火柴。因此，有些人就认为火柴是外国人发明的，便把它叫做“洋火”。“洋火”这个名字一被提出，外国商人就大力宣传，“洋火”这个怪名字就很快地不胫而走，流传至今，似乎火柴确实是舶来品。

但是，早在北周时期，中国就已发明出了火柴，这是清朝的科学家阮葵生经过反复考证得出的结论。据国外学者罗伯特·斯普尔著书考证，世界上的第一根火柴是由中国南北朝时期北齐的一群宫女发明的。又据北宋初年的学者陶谷在他的《清异录》中说到，在当时的中国民间，人们就已很普遍地使用一种染有硫磺的杉木条引火，这便是现在火柴的雏形。在书中，他这样记载道：“夜有急，苦于作灯之缓。有智者，批杉条染硫磺，置之待用，一与火遇，得焰穗燃。既神之，呼引光奴。”

南宋的《古都制俗》中记载说，中国在1270年左右，在杭州的大小街道上，就已经开始有火柴出售了。到明代，田汝成著的《西湖游览志余》中，也有“杭州削松木为小片，其薄如纸，熔硫磺其锐，名曰‘发烛’、‘淬儿’”的记载。这些记载，无论是从其形式还是作用看，都与现在的火柴很相似。

1681年，英国人玻意耳发明了硫磷火柴。19世纪初，在法国、英国等国家出现了摩擦的火柴。1831年，法国的索利亚第一次用黄磷、硫磺和氯化钾混合制成现在我们使用的火柴。1833年，在瑞典的卑尔加城，建立起世界上第一座火柴厂。1855年，瑞典人伦德斯特勒姆研制成功了安全火柴，逐渐被各个国家所采用。

虽然从这些资料看来，火柴好像是外国人发明创造的，但是追根溯源，“洋火”的祖宗并不姓“洋”，而应当姓“华”，它的第一次闪光出现在中国大地上。

炼丹术

中国炼丹的历史很早，在2300多年前的战国时期，。就有了所谓的“方士”（或称术士），为满足统治阶级求长寿、多钱的愿望，就搞起了炼丹术，企图炼出“长生不老”的“仙药”，炼出“人造金银”。在司马迁的《史记》里，就提到战国时期的燕国炼丹士的姓名和事迹。

据说，秦始皇为了自己能够长生，多次派人四处寻找“仙丹”。汉武帝更是大规模地寻仙求药。因此，炼丹术在秦汉时期发展很快。

东汉末年，新兴的宗教——道教产生了。初期的道教是用咒符消灾、药物治病和诵经来进行活动。这就使道教和炼丹术发生了联系，使炼丹术有了更加广泛扎实的社会基础。晋朝时，炼丹术基本上被道教所垄断，炼丹的方士也被道士代替。

炼丹术士故弄玄虚，或在人烟稀少的深山中，或在外人不得进入的密室里，摆设一些炉、鼎、罐、蒸馏器等，造成一种烟雾缭绕、寂寞神秘、玄妙莫测的环境。他们用硫磺、铅、砒霜、硝石、云母等，以及一些植物药材，炼成丹丸，称“灵丹妙药”。1965年，科学家在南京象山的东晋王氏墓中，出土了200多粒丹丸，大小如绿豆。1970年，在西安南郊出土的唐代窖藏文物中，发现了当时炼丹用的金银锅、金银铛、银石榴罐（简单的蒸馏器）等多件，炼丹的原料有丹砂7500多克，白石英、紫石英2600多克。为我们了解当时炼丹的情况，提供了宝贵的实物。炼出来的丹丸被人们宣传得神乎其神，这在古代的文学作品里也有反映。实际上，据现在的科学家检验，由于当时炼出的丹丸有大量的铅、硫酸等有霉物质，人吃了以后，非但不能长寿，反而会很快中毒死去。唐朝时的太宗、宪宗、穆宗、敬宗、武宗、宣宗等皇帝，均因服了丹药后死去，这是历史对这些想入非非的封建帝王的辛辣讽刺。

在古代，炼丹术也引起了不少进步的思想家、科学家、文学家的怀疑和反对。西汉时期，就有“服食求神仙，多为药所误”的诗句。宋代的文学家欧阳修批评炼丹术“惑世以害生”。明代的大医学家李时珍，也反对当时所说的“长久吃水银可以成仙”的说法，认为这是“妄说”。

炼丹求长生显然是不可能的。但是，炼丹必需要有一定的物质条件，这就使炼丹家在长期的炼丹活动中，认识了很多物质的特性，积累了不少有关药物、冶金、化学方面的知识。火药的发明，就是在炼丹过程中的一个重大创举。炼丹术成为现代化学的先驱。中国古代炼丹家们对医药方面的贡献也是十分杰出的。炼制的一些无机药品及对这些药品性能的认识，都走在世界的先进行列。如用水银、猪油合剂配置的软膏，比欧洲早800多年。用水银制剂作利尿药，比欧洲早1200多年。

中国古代发明的炼丹术，唐朝时传到了阿拉伯，12世纪传入欧洲，对世界近现代的化学事业起到了重要的推进作用。

氧气

氧气，是人类生活中不可缺少的一种气体。有了氧气，人才能够生存，一般人只要离开氧气3、4分钟，心脏就会停止跳动。可能大多数的人都认为氧气是外国发现的，其实不然，据史料考证，最早发现氧气的国家是中国。

世界上最早发现氧气的是我国唐朝的一位名字叫马和的炼丹家。马和在炼丹的过程中认真地观察各种可燃物体，如木炭、硫磺等在空气中燃烧的情况后，又经过多次的实验证明：空气的成分非常复杂，主要是由阳气（氮气）和阴气（氧气）两种气体组成的，其中阳气比阴气多得多。在燃烧物体的过程中，马和还发现，阴气可以与可燃物一同燃烧掉，把它从空气中排除出去，而阳气却仍然可以安然无恙地留在空气当中，说明了阴气是可以燃烧的，但是阳气却不能燃烧。马和还进一步指出，阴气存在于青石（氧化物）、火硝（硝酸盐）等物质当中，只要用火来加热它们，阴气就能放出来。马和还认为，在水中也存有大量的阴气，不过很难把它们放出来。马和对氧气研究的这些重大发现，比欧洲早1000多年。

马和把毕生的精力都放到了对氧气的科学研究当中，并把一生的研究成果记载在一本名叫《平龙认》的书中。该书共68页，于唐肃宗至德元年（756）3月9日出版，一直流传到清朝。后来，德国侵略者为了让全世界人认为这些研究成果是德国发现的，在八国联军侵略中国的时候乘乱抢走。但是，史料俱在，史实不容篡改，我国古代著名科学家马和对氧气的研究成果，已经载入世界科学发明与创造史册。

玻璃

关于玻璃的由来，国外有种说法是说在3000多年前，一艘满载着大块的天然苏打的大商船由于海水落潮，在地中海沿岸的贝鲁斯河口旁的沙滩搁浅了。船上的腓尼基人在海滩上做饭。他们从船上搬来了做饭的大锅，又用几块大块的天然苏打支起锅做起饭来。吃过饭后，他们收拾好东西，准备回船了。一个船员突然喊道：“你们快看，这是什么东西？闪闪发光，多好看！”大家围上来仔细看，只见这些东西玲珑剔透，晶莹明亮。原来，这海滩上都是石英砂，在船员们烧火做饭的时候，支着锅的天然苏打在高温下和石英砂发生了化学反应，变成了玻璃。腓尼基人在无意中发现了这个秘密后，就开始了玻璃的生产。他们用特制的炉子把石英砂和天然苏打一起熔化，炼出玻璃液体，然后再做出各种各样的玻璃制品来。不久，他们这种制造玻璃的秘密就被人泄露了出去。

但是，我国的考古学家却在河南洛阳一座西周早期墓葬中发现了白色的玻璃珠。后来又在陕西宝鸡的西周墓葬中发现了上千件透明的玻璃管和玻璃珠。西周距今大概有近4000年的历史，中国人发明玻璃显然比外国早1000多年。玻璃的发现，证明了中国玻璃不是西方传入的。

据考证，我国在战国至秦汉时期，玻璃制造业得到了进一步的发展，而且出现了蓝、绿、黑、红等彩色玻璃，以及俗称“蜻蜓眼”的多色玻璃珠。我们经常玩的“弹球”，大概就是那个时代流传下来的吧。可到了三国以后，我国的玻璃制造方法曾一度失传。北魏时，大月氏人曾到山西大同传授烧制玻璃的技术，中国的玻璃工业才又得到复兴。到了隋朝初期，人们又重新研制出了绿色透明玻璃。现在，我国的玻璃制造工艺仍处在世界先进水平。

瓷器

瓷器，是中国古代劳动人民的伟大发明之一。从制作的工艺原理上来说，瓷器是由陶器发展而来的，但和陶器又有本质的区别。远在新石器时代晚期，我们的祖先就已利用瓷土做原料，经高温烧制精美的硬陶，这为后来瓷器的发展创造了一个重要的条件。到了商代，人们又发明了玻璃质釉。这一切都为中国瓷器开始了新纪元。

到了魏晋南北朝时期，中国的瓷器生产飞跃发展，制瓷区也从南方逐渐扩大到了北方。烧制瓷器的技术慢慢成熟，瓷器的质量也提高了，数量巨增，种类很多，图案装饰丰富多彩。汉时，中国人已成功的烧炼出了白瓷，这是制瓷技术上的一个重大突破，而且还发明出了在釉下挂彩的技艺。

隋、唐时代是中国瓷器生产的繁荣时期。隋朝时的制瓷厂分布很广，有的厂规模还很大。瓷器的品种不断增加，器形多样，有的瓷器还代替了金、银、铜、陶等生活用具。隋朝瓷器的硬度和釉色的洁净，都超过了前代。烧制的白瓷，色调比较稳定，白度较高。而且那时的瓷器的釉色和花纹装饰都比以前复杂，并出现了彩色的瓷器。考古学家从张盛墓中出土的两件白瓷文官俑，其帽子、头发、眉毛、胡须、眼睛、鼻子、耳朵、嘴巴、剑鞘、衣服等，都用黑色的墨点画，形态生动、逼真。

唐朝时期的瓷器业已经发展成为一个当时社会上独立的部门。烧瓷的地区越来越多，技术有了显著提高，器形和装饰形成了独特的风格。而且那时的瓷器已经成为人们生活中不可缺少的生活用品和装饰用品。当时的青瓷，以越窑（今浙江省余姚市）的名声最大，产品质量很高，瓷细壁薄，釉色晶莹，制作精美，是当时中国青瓷器中的优秀代表，当时就畅销国内外。此外，唐朝时的白瓷也很著名，色彩类雪似银，其中最有名气的是江西景德镇和四川大邑的白瓷，质量在全国名列前茅。

宋朝时期的瓷业在中国发展很快，制瓷的技术有了许多新的创造和进步。各地出现了不同风格的瓷器。许多名瓷厂制造的瓷器，在胎质、釉色、花纹、式样等方面，更加精美，各有特色。元朝时瓷器行业突出的成就就是烧成青花和釉里红瓷器。青花这种瓷器开始于宋代，成熟于元代，极盛于明代。直到今天，青花这种瓷器仍在大批烧制，深受国内外人们的喜爱。

明朝时期的制瓷技术又有了新的发展。仅单色釉的瓷器方面，就可以烧成鲜红、宝石红、翠青、娇黄、孔雀蓝等；彩瓷也取得了巨大的成就；青花也远远超过元代的水平。稍后创制的“斗彩瓷”，为后来绚丽多彩的多彩瓷器的发展开辟了道路。到了明朝晚期，人们又发明出了“五彩瓷”，技术更加先进。

清朝时期的瓷器生产，达到了历史最高水平。这时的工匠们已能够准确配料，恰如其分地掌握火候。彩瓷的立体感更强。

中国在世界上向有“瓷器之国”的美誉。英文中，“中国”与“瓷器”同一词。中国的瓷器不仅是很好的生活用品，而且也是珍贵的艺术品，深受全世界人民的喜爱。在西方国家的家庭中，人们都为能有一件中国瓷器而感到骄傲。