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毕昇与活字印刷术
在纸问世之前，人们只能把文字刻写在各种各样的材料上，如甲骨、铜器、竹木、金石、缣帛、纸草等等。自从汉朝蔡伦发明纸以后，书写轻便，经济多了，并产生了现代意义上的书。这些书通过抄写流传，但十分费时费力。当时的手抄本十分珍贵，藏家往往秘不示人，因而给文化的传播和交流仍带来很大的困难。
到东汉末年的熹平年间（1721—1728年），出现了摹印和拓印石碑的方法，虽比手抄快多了，但仍很费工夫；大约在公元600年前后的隋朝，人们从刻制印章中得到启示，发明了最早的雕版印刷术，即在适宜雕刻的枣木（或梨木）板上刻上要写的文字，成为印板，然后在印板上刷墨覆纸，用力压后印出整版文字来。但刻书版需几年时间，一旦发现错误，就得重刻，不能串版、换字，非常耗时耗力。据史料记载，宋太祖开宝四年（971年），在成都雕版印刷的五千零四十八卷大藏经，用了十二年，共雕版十三万块，存放就占用了许多空间。
为了改进雕版印刷。我国人民进行了坚持不懈的努力，不断加以改进，终于由北宋的平民毕发明了活字印刷术。
有关毕的记载，只见于北宋大科学家沈括的百科巨著梦溪笔谈。他的主要经历、生平事迹已不可考证。文中提到北宋庆历年间有个市衣（即平民）毕，发明活板（即活字印刷）。毕总结历代雕版印刷的丰富经验，经过反复试验，在宋仁宗庆历年间（1041—1048年）制成了胶泥活字，并实行了排版印刷。这比欧洲活字印刷发明家古腾堡整整早了四百年！
毕首先将质地细腻的黏土，制成一个个规模一致的毛坯，毛坯稍晾干后，在一端刻反体单字，字划突起的高度如铜钱边缘厚度；刻成一批后，将泥字放在水中焙烧，成为单个的胶泥活字。之后，在一块铁板上铺上一层用松香、蜡和纸灰混合制成的药剂，并在铁板上放上一个大小符合要求的铁框；根据稿件需要的泥活字排满后，就将铁板移到火上加温，等药剂稍稍熔化时，用一块平板将字面压平，当铁板降温，药剂冷却凝固时，泥活字就都粘在铁板上，成为一块可供印刷的活字板了。
为了连续印刷，就用两块铁板，一板印刷，另一板排字，两版交替使用，加快印刷速度。印完之后，用火把药剂烤化，用手轻轻抖动，活字就可以从铁板上落脱下来。活字不用时，用纸贴上标签，按字的声韵排列，用木格贮存起来，以便再用时捡字方便。按每个活字的使用频率，毕准备不同数量的活字，如“之”、“也”等常用字，他就准备二十几个，以保证两板排版使用的需要。而一些不常用的字，特殊的事先未准备的僻字，就现场制作，速度也很快。
第180章 五代十国和两宋（18）（）
活字印刷共有四道工序：制字、排版、印刷、回收活字备用。这种方法如果只印刷几本书，不算简便，但如果印数增加，则速度快，方法简便，所以千百年来一直为人们沿用，在使用现代的激光排印之前，书报的凸版铅印的基本原理一直未变，只是改为铅字，采用机器制作，加快速度罢了。
据梦溪笔谈记载，毕曾试过木活字版，但因木料纹理不一，经水浸泡后容易膨胀，变得高低不一，不利印刷，而且木活字容易与溶化的药剂粘在一起，不易脱落，不如泥活字简便，一抖便落。
毕的活字印刷术发明后，我国劳动人民在推广使用过程中，根据胶泥活字原理，在活字的原料和排版印刷等方面又做了改进，使活字印刷技术不断向前发展。元朝初年有人用锡制造活字。元成宗大德二年（1298年），农学家王祯请木匠刻制木活字，并印制了旌德县志，他还发明了转轮排字盘和“以字就人”的拣字法，把活字依字的声韵排列车转轮上，排版时工人坐着转动轮盘拣字，提高了劳动效率。王祯写的造活字印书法，是世界上最早的系统叙述活字印刷术的文献。明孝宗弘治光年（1488年），无锡人华燧采用铜活字印刷，开始用字模浇铸铜活字，明末福建人饶化用铜字印刷；到16世纪初又出现了铅活字。
有人怀疑“以为火烧胶泥作字，似不合情理”，认为毕的活字是金属的。但清朝道光甲辰年（1844年）安徽泾县人翟金生用自制泥活字印成的泥版试印初编诗集，是毕当年发明泥活字版的最有力证据。
毕的活字印刷术后来传入朝鲜，又经朝鲜传入日本；经新疆传到波斯、埃及，再传播到欧洲乃至世界各地。这不仅促进我国文化的发展，而且为人类文化的交流做出了重大贡献。马克思对此有高度评价，他说：印刷、火药和指南针是“预告资产阶级社会到来的三大发明”，“印刷术却变成新教的工具，总的来说变成科学复兴的手段，变成对精神创造必要前提的最强大的杠杆。”
毕发明的泥活字可惜已不复传世，但在中国历史博物馆里，人们还可见到毕创造的胶泥活字版的复制模型。它默默地告诉参观者，毕活字印刷术的发明，是世界印刷术上的一次革命，他对人类文明史的贡献是永远不可磨灭的。
指南针
指南针是我国古代人民的伟大发明之一。人们（其中有一些是炼丹家）在长期的采矿和冶炼的过程中，发现了一种带磁性的铁矿石，山海经称之为“慈石”。管子提到山上有磁石，与其位置相应的山下就有铁矿石。鬼谷子曰，“若慈之引钅咸”（同针）。淮南子曰，“磁石能连铁”。
在两千多年前的战国时期，人们开始用磁石做成一种指南工具——司南。司南就是指南的意思。司南的形状像一把汤匙，经过人们的细心的琢磨，把磁石的磁南极一头磨成一根长柄，柄呈椭圆形，底部是圆的，磨得很光滑，将其置于一只方形的底盘上。底盘四周刻有甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸、子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥、乾、坤、巽、艮二十四向，辅助司南定向。底盘中央是一个光滑的圆槽，将司南的圆底放置在里面便能转动自如，当它静止时，匙柄指向即是南方，这是世界上最早的指南仪器。
到了宋朝，人们早已发现钢铁在磁石上磨擦后也会产生磁性，而且不易走失。曾公亮等编写的武经总要就记载了用这种人造磁制造的新的指南仪器“指南鱼”。制造这种指南鱼时，先将薄铁片剪成鱼形，放在火上烧红，按磁石的指极方向，分别蘸水冷却，以磁石的磁北极和磁南极各自在鱼头鱼尾上摩擦，铁鱼就被磁化，而具有磁性，这样指南鱼即基本制成了。辨别方向时，端一碗水放在无风处，将铁鱼片放置在水中，浮在水面上摆动，当它静止时，鱼头自动指向南方。与司南相比，使用较为简便，既不需要光滑的底盘，也无需放平，只要有一碗水就可以了。
指南鱼的制成，是指南仪器的又一进步，但指南鱼指南需要水及无风的环境，这就限制了它的使用范围。人们经过不断地研究和实践，终于造出磁性钢针形的指南器。对此，梦溪笔谈有简明具体的记载，沈括说“方家（炼丹家）以磁石磨针，则能指南”。另外，他又提及，“其中有磨而指北者，予家指南北者皆有之”，这是因为以磁石磁北极磨针尖，即指南，以磁石磁南极磨针尖，即指北。针尖指南或指北，只要注明即可，关键是在指南针制成后，如何使它既简便又准确地定方向。沈括记载了四种方法，先是把指南针放在手指甲上或碗边上，虽然能灵活转动，最后指向南方，但指南针容易滑落，此法不稳当。又试图把指南针浮在水面上，而当水摇荡不定时，指南针难以准确地指向南方。相比之下，以悬挂为最好。方法是从新丝绵中抽一股单丝，点一滴蜡将丝粘在针腰，然后将其悬挂在无风处，这样又牢固、又灵活，指南针就可以灵敏、准确地指向南方。将磁化钢针置於指尖和碗边有不稳当的缺点，但所用的支撑方法对后人则有启发，因而制造出罗盘针，也就是把磁针的中腰顶在一根小针上，小针置於一个刻有二十四向的方位盘，把磁针所指的方向对准盘上的正南方位，使用时，磁针就自然地转向南方。梦溪笔谈提到磁针指南，“然微偏东，不全南也”，这是在使用指南针的过程中的一个极其重要的发现。这个磁针的偏向，叫做“磁偏角”，产生这种现象是因为地球上的磁极不是正好的南北两极的缘故。沈括是世界上第一个发现磁偏角的人，在以后的古籍中还明确地指出磁偏角在五度以内，不同地区磁偏角有差异等。
指南针发明制作成功后，很快被应用到航海事业中，大大促进了航海事业的发展。重和二年（1119年）朱写的萍洲可谈，记载一些海船上已装有指南针，有经验的水手善于辨别方向，夜晚观星，白天看太阳，遇到阴雨天就依即靠指南针。宣和五年（1123年）徐兢奉命出使朝鲜，从宁波乘船前往，后来在他写成的宣和奉使高丽图经一书中，除详细地记述航行时的情景外，而且记载船头、船尾各置一只水浮式指针，逢阴雨天用它定南北，辨方向。十二世纪以后我国沿海各地的海船出海，广泛使用指南针定方向，不仅促进两宋的航海术发展，而且促进了两宋海外贸易的发达。两宋的海船装上指南针，东到日本、朝鲜，南到南洋，西到非洲东海岸，就把指南针的技术带到外国，先传给阿拉伯人和波斯人，再转给欧洲人，促进了世界航海业的发展，加速了世界经济发展的进程。
火药的发明
火药是我国古代的伟大发明之一。火药作为一个名词，有一定的意义，“火”这个字很明显，知道它是因发火而生；至于“药”字，那是因为火药的三种主要成分硫磺、硝、木炭，都是可治病的药。即使把它们按一定比例配成了火药，医家仍把它看作治病的药，本草纲目说，它主治“疮癣杀虫，辟湿气瘟疫”。对于火药的发明，史籍无具体明确的记载，一般认为火药是炼丹家在炼丹时偶然发现的，偶然发现的情况，又不外两种：直接的因制造某种药而发现，间接的因变化某种物质而发现。所以，很难确定火药发明的确切时间，由唐至五代尚未找到“火药”这一名词，但路振九国志卷二记载唐哀帝天初（904—907）“以所部发机飞火，烧龙沙门”。许洞虎钤经卷六放“风助顺利如飞火”下注曰：“飞火者，谓火炮、火箭之类也。”看来飞火包括两类，一是火炮、二是火箭。如果路、许所说的可信，那么火炮这类东西在十世纪初就有了，而火药从发现到应用，必有一个酝酿转化的过程，所以火药的发现肯定早于十世纪。
宋代将火药广泛运用于军事方面，开辟了军事的新纪元，对人类社会的发展也产生巨大影响。开宝三年（970年），兵部令史冯继升献火箭法，令其试验，且赐其衣帛。开宝九年（976年），吴越国王向宋进射火箭军士。咸平三年（1000年）神卫水军队长唐福献火箭、火球、火蒺藜等。冀州团练使石普自言能为火、火箭，真宗召至便殿演之，与宰辅同观之。这反映宋军中已普遍地进行火药武器的试验和制作。
仁宋时，曾公亮、丁度等奉命撰武经总要，书中记载了各种火药武器的名称，火箭、火毯、火蒺藜、火鸡、竹火鹞、火枪、毒药烟球、霹坜火球等，共有十几种。书中还开列了三种火药的配方。这三个配方成分各不相同，但都具备作为火药的硫黄、焰硝、木炭三种成分，另外从其成分功能看，分别具有爆炸性、燃烧性、毒性。形成固定成分种类、数量的火药配方，决不是一日的功夫，而是不断试验改进的结果，这表明火药已发展到第二阶段了。
佛郎机复原图中国初期的火药武器，就性质而言，可分为三种：即燃烧性的、爆炸性的、射击性的。其中射击性的出现较晚。燃烧性火器，如烟、毒药烟球、火药鞭箭、火炮等，其目的主要是焚烧可燃之物，或混合毒气熏人。这种火器用数层纸卷成，涂以火药，用时以火锥烙透，使火药发火燃烧。宋人很重视火炮的操练运用，既用于攻击，亦用于防御；既用于陆地，亦用于水上。爆炸性火器有霹雳火，一般做法是用干竹二三节，径一寸半，并用薄如铁钱的瓷片三十，和药三四斤，裹竹为球，两头留竹寸许，球外敷药，点法同火炮。它可阻止敌人攻城，亦可水战，据载，“舟