中国的四大发明是怎么发明的？

首先，火药的发明

火药是中国古代炼金术士在炼丹过程中发明的。人类最早使用的火药是黑火药，是我国劳动人民在1000多年前发明的。它的发明闻名于世，被称为中国古代科技四大发明之一，在化学史上占有重要地位。

火药的主要成分是作为氧化剂的硝石。硝酸盐在《神农本草经》中已经被列为上品药，而《神农本草经》成书于秦汉时期，即在此之前已经建立了发明火药的物质基础。秦汉时期也是炼丹术开始盛行的时候。为了提炼长生不老药，炼金术士将各种药物一起焚烧。五金、八石(各种矿物药)、三黄(硫磺、雄黄、雌黄)、水银、硝石都是炼丹术中的常用药。其中，炼丹师们引以为豪的是水银与三黄化合而成的朱砂。但如果硝石和三黄混合，就会燃烧爆炸，这就导致了火药的发明。就在火药发明后，它也被引入医学。《本草纲目》里说火药可以治疮、癣、湿、疫。更重要的原因是在自制丹配药的实践中发明了火药。

火药遇火燃烧，在相对密闭的容器内会爆炸。它的化学反应式接近:2kno 3+3c+s = N2(+3co 2(+K2S+169 kcal)，还有少量的co、K2CO3和KSO4。燃烧时产生大量气体和热量，体积突然膨胀到几千个。

火药燃烧爆炸的原理现在的人不难理解，但在古代一直是个谜。现在人们很容易制造火药。民间传说的“一硝二磺三炭”是一种简单的火药配方。不知道花了多少年，劳动人民付出了多少血汗，才总结出来的。火药的发明是中国古代劳动人民辛勤劳动的结果，并随着生产的发展和社会的进步而逐步完善。

火药的发明离不开炼金术。中国炼金术士长期接触火药的原料——硝石、硫磺和木炭。在混合的过程中，这些物质一不小心就会燃烧起来。古人对火药三种主要成分的性质认识有一个过程。

早一点认识和使用木炭。在商周时期，木炭被广泛用于冶炼金属，人们知道木炭是比木柴更好的燃料。砍柴烧炭成了农民的副业。硫是天然存在的，只是人们接触的比较早，是冶炼逸出的二氧化硫和温泉中的硫。因为它直接刺激人的感官，正是在这种接触中，硫的一些性质逐渐被认识。除了对某些皮肤病有特殊疗效外，硫的某些化学性质也是公认的。特别是公认的硫与汞结合生成硫化汞，接近天然产物。这种属性是从事炼金术的炼金术士非常看重的。在他们试图用水银提炼“液体黄金”和“还原丹”时，经常使用硫磺。在这次活动中，进一步了解到硫磺有毒，易着火，不易“捕捉”。

如何缓解其药性？人们采用了所谓的“潜火法”，即将硫磺与其他易燃物质混合，加热或燃烧以改变药性的方法。火药的发明与硫磺潜火实验密切相关。硝酸盐的引入是火药制备的关键。古人掌握最早的硝酸盐，很可能是房子脚下很久的土壤硝酸盐。随着生活的实践，人们了解了硝酸盐，并在红炭，也就是火焰上试用。化学反应式约为:4KNO3+5C = 2K2CO3+3CO2 (+ 2N2(。在这个反应中，硝石是一种氧化剂。硝石因其化学性质活泼，能与许多物质相互作用，所以在炼金术中，硝石常被用来改变其他药物的性质。在使用硝石的过程中，人们还掌握了区分硝石和硫酸钠的方法。南北朝陶弘景指出:“烧之，云何真。”这类似于现代用火焰反应鉴定KNO3，人们对此的认识为后续大规模使用硝石创造了条件。

对碳、硫和硝酸盐性质的了解为火药的发明创造了条件。由于医学和炼丹术的发展，最迟在唐代，在降硫实验中发现硝石、硫磺和木炭的混合物被点燃时会剧烈燃烧。《贾珠神品丹法》第五卷，重印了初唐医家、炼丹家孙思邈的《伏硫法》。从这份记录中可以看出，当时孙思邈已经掌握了硝酸盐、硫、碳混合点燃会发生剧烈反应的特性，所以注意采取措施将容器埋在地下，控制反应速度，防止爆炸。这显然是反复实践后的经验总结。

据记载，西晋郑思远所著的一本名为《贞元妙道略论》的炼丹术书中，说有人把硫磺、硝石、雄黄(As2S3)和蜂蜜放在一起烧，结果火苗升起，烧着了他的脸和手，直上屋顶，烧着了房子。这种反复的实验，经验的不断积累，认识的逐步提高，终于使人们掌握了火药的配制。类似的实验在《铅汞的整合》第二卷中也有记载，也有关于失败的教训，从而学会利用这种混合物的燃烧爆炸性能。

第二，指南针的发明

在古代，人们常把薄薄的铁叶切成鱼的形状，鱼的腹部略凹，像一只小船。磁化后浮在水面，可指南北。那时候是当游戏用的。东晋的崔宝曾在《古今笔记》中提到过这种“导盲鱼”。

北宋曾公亮在《五经总论》中载有导鱼的制作和使用方法:“以薄铁叶割之，长二寸，宽五分，头尾如鱼之尖，以炭火烧之。侯同池，以铁镬、铁锅鱼为初火，尾正，蘸盆，密器止。使用时，把水碗平放在无风的地方，鱼就会浮在水面上，它的第一个方向永远是正午。”这是一种人工磁化方法，利用地球磁场来磁化铁片。也就是把烧红的铁片放在子午线方向。炽热的铁片内部的分子处于相对活跃的状态，使得铁分子沿着地球磁场的方向排列，达到磁化的目的。这种排列可以通过将其浸入水中来快速固定，并且可以通过将鱼尾稍微向下倾斜来增加磁化程度。人工磁化法的发明对指南针的应用和发展起到了巨大的作用。这也是磁学和地磁发展史上的一件大事。北宋沈括在《孟茜笔谈》中提到了另一种人工磁化的方法:“方家可以用磁铁引导。”据沈括介绍，当时的技术人员用磁铁摩擦缝衣针，使针具有磁性。从现在来看，这是一种利用天然磁铁的磁场，使钢针内磁畴的排列趋向某一方向，从而使钢针呈现磁性的方法。这种方法比地磁法简单，磁化效果比地磁法好。摩擦法的发明不仅是世界上最早的，也为实用磁指向仪的出现创造了条件。沈括在《孟茜笔谈·补谈》中也谈到了摩擦法磁化过程中的各种现象:“若用磁石针锋相对，则锐而总导，有人指北方，而不怕石头...相反，应该有南北差异，这一点还没有深入研究。”也就是说，用磁铁摩擦缝衣针后，有时会针锋相对地指向北方。从现在来看，所有的磁铁都有N和s两个磁极，磁化时缝纫针的朝向不同，所以磁化后的方向也不同。但是沈括并不知道这个道理。他真实记录了这一现象，并坦率承认自己没有深入思考。希望后人能进一步探索。关于磁针的安装方法，沈括介绍了四种方法:

1.水漂——在磁针上放几根灯芯让它浮在水面上，就可以指示方向了。

2.碗唇旋转法——将磁针放在碗口边缘，磁针可以旋转指示方向。

3.指甲旋转法——把磁针放在指甲上。由于指甲表面光滑，磁针可以自由旋转，指示方向。

4.暮光挂法——在磁针中间涂上一些蜡，粘上一根丝，挂在无风的地方指明方向。

沈括也比较了四种方法。他指出，水浮法最大的缺点是水面容易晃动，影响测量结果。碗唇旋转和指甲旋转因为摩擦力小所以灵活，但是容易脱落。沈括强调悬挂法，他认为这是一种理想而实用的方法。实际上，沈括指出的四种方法已经概括了迄今为止指南针装置的两种体系——水针和干针。

《孟茜笔谈》是沈括(1031—1095)写的一部关于中国古代科技的书，书中谈到了磁学和指南针的一些问题。

南宋时，陈在《广记》中介绍了另一种导鱼、导龟的制作方法。这种无指鱼和《武经通论》中记载的不一样。用手指大的木头雕刻成鱼的形状。在木鱼的肚子里放一块天然磁铁，磁铁的S极指向鱼的头部。用蜡封住后，从鱼的口中插入一根针，就成了无指鱼。把它浮在水面上，一个鱼头导，也是水针的一种。

导游龟在当时是一种流行的新设备。在木龟的腹部放置一块天然磁铁，在木龟的腹部下方挖一个光滑的洞，并将其对齐，放在一个尖尖的竹钉上，竹钉直立在木板上，这样木龟就被放置在一个固定的可自由旋转的支点上。因为支点处的摩擦力很小，所以木龟可以自由转动导轨。当时不是用来导航的，是用来幻术的。但这是后来出现的干旱罗盘的前身。

导游龟发明的时间不晚于1325。木块雕刻成乌龟形状，在乌龟腹部中央嵌有磁铁。木龟被放在一根尖尖的立柱上，静止时分别指向南北。

第三，造纸术的发明

纸作为一种书写材料，并不是一直存在的。相传中国古代曾有绳结的记载。那时，更不用说还没有文字，也没有书写用的纸。

商周时期的文字已经成熟，但是在没有纸之前，我们的祖先就想出了各种记录文字的方法。起初，他们在龟的腹甲和牛、羊等动物的肩胛骨上刻字。刻在这些甲骨上的文字称为“甲骨文”；春秋战国以后，我们的祖先开始使用新的书写材料——竹简和帛书。竹简是几种东西的统称。将竹木剁成狭长的片，然后将表面刮平。这种用来书写的又长又窄的竹片或木片叫做竹简或木简，宽的竹片或木简叫做竹简或木简。简的长度不一样，有的三英尺长，有的只有五英寸。经文和法律一般写在两英尺四英寸长的简上。字母有一尺长，所以古人称之为“字母”。

中国最早的纸是由什么制成的？在谈到“纸”的词源时，东汉许慎写了我国第一部条理清晰、系统的字典《说文解字》，说“纸”出自部。这说明早期的纸和丝绸有关。

我们的祖先很久以前就种桑养蚕，缫丝织布。桑蚕在商代以前就已种植，到西汉初期，丝织已在社会经济中占据重要地位。那时，蚕丝是用较好的茧织成的，丝绵是用剩下的差茧制成的。制作丝绵时，先将蚕茧煮熟，洗净，然后放在浸过水的垫子上打，直到茧衣打成浆状，再取出连成一片的丝绵。这是漂浮的羊毛。用牙线剔牙后，垫子上必然会附着一层交织的乱丝，剔牙次数多了。当垫子干燥后，由残余絮状物形成的薄丝绸片附着在上面。人们把它剥开，发现它类似于丝绸，可以用来书写。古人称之为“和体”。河缇的制作方法给了人们极大的启发，是中国古代造纸术的重要开端。经过不断的探索和实验，终于成功发明了植物纤维纸。

植物纤维纸是什么时候发明的？古籍中没有记载，但1933年，中国考古学家在新疆罗布泊诺尔汉代烽火台遗址发现了一张西汉宣帝时期的麻纸。1957年，陕西Xi安灞桥一座西汉墓葬中发现一堆麻纸，被剥开后分成80多张。因出土于灞桥，故称“灞桥纸”。它的年代是公元前2世纪。这是迄今为止发现的最早的植物纤维纸。

随着生产的发展和社会的进步，我们的祖先不断寻找新的书写材料，终于发明了理想的书写材料，那就是纸。中国造纸术的发明，长期以来一般都归功于东汉宦官蔡伦。这是因为《后汉书·蔡伦传》中有明确记载:“自古以来编竹简多，用帛者谓之纸，贵简，不方便人。伦乃创造了这个创意，用树皮、麻头、盖布、渔网当纸。元兴元年奏之。帝善其能，故能用之，故世称‘蔡伦纸’。”

但是，早于《后汉书》的《蔡伦传》并没有说明纸是蔡伦发明的。《汉纪》的作者刘真、燕都是蔡伦同时代的人。唐以前，《东关汉记》被视为东汉的“正史”。其中只说“蔡伦典为方上造纸”，也就是说，蔡伦在被任命为方上时，负责为方上(皇家手工作坊)造纸。《东关汉记》虽自宋代已失传，但其原文仍可在隋唐书籍的语录中找到。由此可见，“蔡伦发明造纸术”的提法并不十分准确。

本世纪以来的考古发掘实践也动摇了蔡伦关于纸是发明的说法。首先，1933年，黄文璧先生在新疆罗布泊汉代烽火台遗址上发现了一张古纸。那是一张长约40厘米，宽约100厘米的麻纸。在纸上可以清楚地看到麻，在同一地点还发现了汉代元年(公元前48年)的木简。所以这张纸应该是西汉的文物。

然后在1957年，在Xi东郊灞桥再次出土了西汉早期的古纸，比新疆罗布泊的纸早了一个世纪左右，有几十张之多。经过科技史专家潘继兴教授的研究分析，确认灞桥纸主要由大麻和少量苎麻纤维制成。因此，它是世界上最早的植物纤维纸。1973-1974年，甘肃居延寿水金关汉代遗址再次出土公元前一世纪的麻纸。这些事实有力地表明，我国劳动人民早在西汉就发明了造纸术。

以上事实有力地说明，早在公元前2世纪西汉初期，中国就已经发明了造纸术，当时制造的纸张已经可以用于书写和绘画，比《蔡伦》早了两三百年。但西汉初期，麻纸粗糙，书写不便。到了公元二世纪，担任朝廷大员的蔡伦，用充足的人力物力，监督组织了一批精纸。蔡伦虽然不是纸的最早发明者，但他改进了造纸技术，扩大了造纸原料的来源，充分利用了树皮、破布、麻头、渔网等废料，从而降低了纸的成本，特别是利用树皮作为原浆纸的前身。从这个意义上说，蔡伦在历史上是作为纸的生产者和推动者出现的。他的活动有益于造纸术的发展，因此他的作用不应被完全抹杀。

在汉代麻纸的制造过程中，根据科学工作者的模拟实验，一般是将麻头、破布等材料浸泡在水中使其膨胀，然后用斧头切碎，再用水洗去污泥和杂质，再用草木灰浸泡蒸煮。造纸原料中原本残留的木质素、果胶、色素、油脂等杂质可以进一步去除，用清水洗涤，然后送去捣碎。

可见汉代的劳动人民就是利用这些简单的设备，用纺织废料制作植物纤维纸的。这的确是化学史上的一件大事，一项重要的发明。

第四，印刷术的发明

中国是世界上第一个发明印刷术的国家。印刷是从原图或图纸制作印刷品的技术。早期的印刷术是将图文刻在木板上，用墨水印刷。现在木刻水印画中仍在使用这种方法，统称为“木刻印刷”(又称“木刻印刷”)。木刻印刷术的前身是公元前流行的篆刻和后来出现的拓片、碑刻。造纸术、制墨术等生产技术出现后，逐渐发明了雕版印刷技术。雕版印刷最早出现在洛阳。经过60年造纸术的改进，出现了雕版印刷，只供皇帝使用。

印刷术的发明和发展经历了一个漫长的历史时期。6世纪下半叶至7世纪上半叶的隋唐时期，出现了雕版印刷。起初，它主要用于民间，尤其是印刷家庭历书、农业书籍和医学书籍。九世纪，出现了大规模的雕版印刷。北宋清朝时期(公元1041-1048)，布衣的毕升发明了泥活字，开启了活字印刷的历史。元大德二年(公元1298)，王镇创制了木制活字，发明了可旋转的排字托盘，把活字印刷提高到了一个新的水平。在中国古代，印刷工匠也创造了彩色印刷。此外，铁壁、锡、铅等金属制成的活字印刷也很发达。

世界上最早的印刷品是唐宪通九年(公元868年)印制的《金刚经》。它长4877毫米，高244毫米，由七块薄板粘合而成。卷首有释迦牟尼说法图，卷末有“四月十五日，咸通九日，王(王+杰)为二位亲属作施舍”题词。原藏于甘肃敦煌千佛洞，发行于1899。

现在。1907被英国人斯坦盗走，现藏于英国伦敦大英博物馆)。

隋唐时期，中国的雕版印刷先传到朝鲜、日本、越南、菲律宾、伊朗等国，后又传到非洲和欧洲。直到公元14年底，雕版印刷产品才在欧洲出现。