中国“智造”这个词如今频繁地出现在我们的生活中,它代表着凝聚东方智慧的科技成就。指南针、造纸术、火药和印刷术这四大发明推动了世界文明的发展历程。除了这四项,您还知道有哪些了不起的古代中国“智造”吗?
天文领域——浑仪
浑仪,又称“玑衡”,大约在战国中期至秦汉时期被发明制作,是古代用于测量天体球面坐标的观测仪器。它由一重重的同心圆环构成,整体看起来就像一个圆球。
北京古观象台的浑仪,明正统二年仿造郭守敬的设计铸造而成,原被放置在观象台下的紫薇殿前,年被移往南京紫金山天文台。
古人认为天是圆的,形状像蛋壳,星星是镶嵌在蛋壳上的弹丸,地球则是蛋*,人们在这个蛋*上测量日月星辰的位置。“浑”字在古代也有圆球的含义,因此,这种观测天体位置的仪器被命名为“浑仪”。
数学领域——算盘
古时,人们多用小木棍进行计算,这些小木棍叫“算筹”,用算筹作为工具进行的计算叫“筹算”。后来随着生产的发展,筹算无法满足需要,于是人们又发明了更先进的计算工具——算盘。
算盘,又作祘盘,由于运算方便、快速,几千年来一直是人们普遍使用的计算工具。后传到世界各地,到12世纪才逐渐被阿拉伯数字所取代。
不同时代的算盘,算珠数量也会有所区别。据东汉末年徐岳在《数术记遗》中描述,当时的算盘每一列有5颗可动的算珠,上面1颗相当于数量5,下面4颗每颗当作数量1。而我们现在常用的算盘,每一列的上面是2颗算珠,下面是5颗。
中国珠算博物馆里陈列的原上海达仁堂药铺的柜台算盘,长4米,档,满柜台放置,伙计算账时走到哪里就可以算到哪里,也可供七八个伙计同时算账。
北宋名画《清明上河图》的最左端,有一家称作“赵太丞家”的中药铺。如果仔细观察,就会发现在后面的柜台上放着一架算盘,说明算盘在北宋时期已经成为老百姓的日常用品。
《清明上河图》中的算盘
化学领域——火柴
在某些南方方言中,“火柴”被称作“洋火”。虽然近代用的火柴是从外国传来的,可在古书中却早有了关于火柴的记载。元末明初陶宗仪在《辍耕录》中说:“杭人削松木为小片,其薄如纸,熔硫磺涂木片顶端分许,名曰发烛,又曰粹儿,盖以发火及代灯烛用也。”不难看出,文中的“发烛”就是原始的火柴。
北宋《清异录》中描述:“有智者,批杉条染硫磺,置之待用,一与火遇,得焰穗然。既神之,呼引光奴。今遂有货者,易名火寸。”这说的是当时民间百姓非常流行用一种涂上硫磺的杉木条引火,这也说明了原始的火柴,应该是在《清异录》成书年代之前就已经发明,也就是公元年前。而到了南宋时期,杭州的大小街道上,已经到处都有出售火柴的小贩。
制造领域——明代造船工艺
早在远古时期,我们的祖先就广泛使用独木舟和筏,并以非凡的勇气和智慧走向海洋。据考证,在船被发明之前,筏作为第一种水上运载工具,是新石器时期我国东南部的百越人发明的。
我国古代的造船技术长期处于世界领先水平,在明朝发展到了巅峰。造船工场遍布于全国滨江沿海各地,尤以江苏、福建、湖广、浙江等地最为发达。除民办船厂以外,还有官办船厂,其中最大的船厂有南京的龙江船厂和苏北的清江船厂等。得益于发达的水上航运,明朝进出口贸易甚是繁荣,贸易额曾居世界第一位。明朝水师的规模庞大,时为亚洲第一,鼎盛时期更是有接近四千艘的舰船。
明代造船技艺的巅峰之作,当属郑和下西洋所乘坐的郑和宝船。“长肆拾肆丈肆尺,阔壹拾捌丈”,换算成现在的计量单位,大宝船的长与宽约为米和56米。这样的巨舶,不仅“盖古所未有”,而且达到了19世纪世界木帆船的较高水平。直到八十年后,哥伦布乘船去美洲,船队中的“圣玛利亚”号船长23.66米,船宽7.84米,和郑和宝船的体量相比还是较小的。
郑和舰队能够顺利航行,水密隔舱发挥了很大的作用。这是一种安全结构设计,位于船体内,由隔舱板分隔出的多间独立舱室。即便是在航行过程中一不小心碰上暗礁,在多个水密隔舱的保护下,船依旧可以保持正常行驶,不会因此沉没。
水密隔舱示意图
农业领域——水车
中国民间最早的汲水用具名叫“桔槔”,是用一条横木支在木架上,一端挂着汲水的木桶,一端挂着重物,人们利用杠杆原理,可以节省汲水的力量。在此基础上,古代劳动人民充分利用水力发明了新的运转机械,水车。水车也叫天车,大约出现在东汉年代,车高约10米,由一根车轴支撑着24根木辐条,呈放射状向四周展开,长得和现在缩小版的摩天轮很相似。
水车每根辐条的顶端都带着一个刮水的刮板和装水的水斗。河水流动时,水车借着水势缓缓转动辐条,一个个装满水的水斗被逐级提上去。到了最高处,水斗又自然倾斜,将水注入渡槽,流到灌溉的农田里。
水车示意图
一般大水车可灌溉农田六、七百亩,小的可灌溉一、二百亩。它使耕地受地形制约影响大为减轻,实现了对丘陵和山坡的开发和利用。水车省工、省力、省资金,在古代可以算是非常先进的灌溉工具了。
建筑领域——榫卯(sǔnmǎo)
榫卯工艺最早诞生于石器时代,在古代人的家中,大到房屋,小到桌椅都会用到这个结构。它是指两个木构件采用凹凸部位相结合的方式,将木料链接并加固起来。凸出部分叫榫(或榫头);凹进部分叫卯(或榫眼、榫槽)。
榫卯示意图
榫卯的神奇之处在于,它能通过各种不同的契合手法,让结构中每一个小单元都被稳定的固定住,因而整个制作过程不需要一枚铁钉。这种不用钉子的构件连接方式,使得中国传统的木结构成为超越了当代建筑排架、框架或者钢架的特殊柔性结构体。它不但可以承受较大的荷载,而且允许产生一定的变形,即便在地震发生时,这种结构也可以通过变形吸收一定的地震能量,减小对房屋的破坏力度。
不同类型的榫卯结构
如果将榫卯结构比喻成乐高玩具中最简单的基本单位,那么几块基本单位结合出来的就是中国古建筑中大名鼎鼎的基础单位——斗拱,它在中国古建筑中随处可见。榫卯结构制作而成的建筑都牢固无比,有的甚至历经数百年的风雨都还屹立不倒,保存至今。
斗拱
从浑仪到米口径球面射电望远镜FAST;从算盘到“天河一号”超级计算机;从火柴到超临界循环流化床锅炉技术;从郑和宝船到国产航空母舰;从水车到中心支轴式喷灌机;从榫卯结构到3D打印建筑……岁月流转,一个个科学设想成为了现实,一代代中国“智造”不断创新升级。更多科技进步带来的惊喜,让我们一起期待。(中央纪委国家监委网站沈东方)