中国古明(下)
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古代中国人在工程技术领域创造了众多的新事物，这些发明成为今天许多领域的技术基础。
大约公元前200年，古代中国人发明了独轮车。这种只有一个轮子的车，与从前的车完全不一样，它是一种高重心单一支点的滚动装置。这种车转向灵活，对道路几乎没有宽度要求，可在运动中保持平衡，能够在崎岖的小路上轻松地搬运重物。独轮车的发明需要极为丰富的想象力，人们至今还不清楚它的发明过程。有人猜测，罗贯中在《三国演义》中描述的诸葛亮运粮用的“木牛流马”，可能就是独轮车。1700年之后，欧洲人为独轮车添加了一个轮子，变成了今天的自行车。
西汉时期（公元前206～公元25），中国人发明了机械传动装置中最重要的核心部件——齿轮。齿轮是一种带齿的轮子，大小不同的齿轮相互啮合能够改变机器旋转的速度和力量。齿轮的出现，表明当时中国人已经有能力把简单的手工工具变成庞大而且复杂的机器。
大约与此同时，古代中国人先后完成了船舶推进与控制技术方面的两项重大发明——橹和舵。
从石器时代使用独木舟开始，人们一直使用桨划船。划船人手中的桨周而复始地在空气和水中运动，桨划过空气时不产生推力，无谓地消耗体能；划桨时拍击水面还会引起船舶震动；在船的一侧划桨还会改变船前进的方向。公元前1世纪，中国人发明了橹。橹在水中运动，像鱼儿尾部摆动，利用水的轴向反作用力，为船舶提供连续稳定的动力。橹减轻了划船的劳动强度，提高了航行速度，使船的航行更加平衡。今天人们到浙江绍兴，还能看到头戴毡帽的船工双手插在袖筒里，悠闲地用脚摇橹的情景。
18世纪，蒸汽机诞生后，桨演变成安装在船体两侧的、由蒸汽机带动旋转的桨轮，橹则演变成深藏水下的螺旋桨。螺旋桨成为一切机动船舶的动力来源，后来又成为早年飞机最主要的部件。
大约公元1世纪，中国人又发明了舵。船在水中航行，由于巨大的惯性，控制船的运动方向既需要很大的力，亦需要很高的技巧。中国人发明的舵，巧妙地利用不对称水流的侧向推力，使水流自身产生改变船体运动方向的力矩，实现了船舶动力系统与控制系统的分离，为船舶制造与驾驶技术做出了具有里程碑意义的贡献。利用舵控制方向，已经成为今天一切船舶和飞行器的基本工作模式。
公元132年，东汉时期的科学家张衡（78－139），发明了测报远方地震的科学仪器。这项发明标志着人类第一次超越感觉器官的局限，用科学仪器获取重要的大地运动信息。
张衡注意到，在地震发生时，远离震中的大地会发生两种运动：一种是来自震中方向的水平振动，另一种是垂直于地表的振动。在远离震中的地方，地震时第一次发生的水平振动，总是使地面背向震中朝外移动。在这一科学发现的基础上，张衡利用惯性原理发明了地动仪。
张衡在水平地基上竖起一根高重心直杆，用它作为探测地震的传感器。在没有地震的时候，竖立的直杆处于平衡状态。如果地震波引起直杆的支点瞬间位移，直杆立即倒向发生地震的方向，敲击相应的器皿发出声响或拨动一个开关，使一个小球从器皿里掉出来，记录发生地震的方位。有一次，张衡用地动仪观测到距京城洛阳644千米的甘肃陇西发生了地震，而京城的人当时都未感觉到，直到数天后，信使才从陇西带来地震的消息。从此，朝廷官员开始用这种办法记录地震。
继希腊化时期亚历山大城的科学家埃拉托西尼精确测量地球半径，希帕恰斯推算出月球和地球之间距离之后，张衡发明地动仪，标志着人类在了解地球的艰难历程中又迈出重要的一步。直到公元1880年，英国人米尔恩才发明了现代记录地震的仪器。
公元189年，中国工匠丁缓发明了三维运动系统惯性平衡机构。在这种精巧的装置里，无论支架怎样转动，放置其中的物体都保持其空间位置不变。这种装置是一件由三个大小不同的金属环依次叠套在一起的组合环，每个环都可绕自身的两个支点自由转动，三个环的旋转轴相互垂直。如果在内环中固定一个小杯，无论组合环怎样旋转滚动，小杯总能保持水平位置。当时人们用小杯装香料带在身上，香料不会洒出来。后来，人们把烧红的炭放在小杯里，带在身上或放在被褥里取暖，无论坐卧俯仰，左右翻身，炭都不会掉出来。
三维运动系统惯性平衡机构的发明，标志着人类在机械制造方面，已经由静力学设计步入动平衡和惯性分析领域。它后来成为制导系统陀螺仪的基础和机械传动系统万向节的原型，而后两者是现代汽车、飞机、火箭、鱼雷、巡航导弹和远洋轮船不可或缺的部件。
公元3世纪，中国人发明了金属马镫。马镫的发明使古代战争格局发生了巨大变化。人类驾驭马的历史可追溯到7000年前。早年，由于没有马镫，骑士只能坐在马背上以臀部为支点保持身体平衡，可人类习惯以双脚为支点保持高重心姿态的平衡，难以适应这种改变，当马快速奔跑时，很容易从马背上摔下来，格斗时亦不能自如地劈杀闪躲。有了马镫，士兵可以迅速地把在地面上练就的本领移植到马背上，以双脚为左右支点自如地应对各种挑战，使步兵的技艺和马匹的速度完美结合。公元13世纪，蒙古人席卷欧洲，马镫起了巨大作用。有了马镫，中世纪欧洲的骑士才能演绎出那许多叱咤风云的故事。
经过近千年的摸索，大约在公元3世纪，中国人发明了现代意义上的瓷器。从此，瓷器替代人们餐桌上粗陋的陶器，使人类不仅有了清洁的餐具，提高了健康水平，还增添了审美乐趣，使不可或缺的生活用品同时成为艺术品。
瓷器抹去了石器时代留下的最后一道痕迹，有学者把人类使用瓷器看作文明进步的重要标志。
瓷器是在陶器的基础上发展起来的。早在1万年前，地球上不同地方的人们先后发明了烧制陶器的技术。人们利用岩石风化形成的黏土，经过成型和焙烧做成器物。焙烧时，高温使黏土中的某些物质熔化，填充黏土颗粒空隙并把它们紧紧固结在一起，类似大自然造就岩石的过程。然而，窑炉的温度无法与地下岩浆的高温相比，烧制的器皿密实度不够。为了保证必需的强度，器皿往往粗大笨重，使用不方便；加之器壁吸水率高，陶制器皿表面粗糙，容易残留食物，霉变滋生病菌。在数千年里，陶器烧制技术的进展十分缓慢。
从商代开始，古代中国人不断改进制陶技术，到东汉末年，中国已出现技术成熟的瓷器。通过艰难摸索产生的这项发明，其关键技术主要是以下三点：
第一，选用瓷土作原料，不再使用普通黏土。瓷土是长石充分分解风化的产物，主要成分是三氧化二铝和二氧化硅，同时含有钾、钠和钙的氧化物，而铁和钛的氧化物含量很少，烧成的器皿洁白细密。
第二，烧结温度高。在公元前6世纪，中国人已经发明使炉温达到1300℃以上的燃烧控制技术。在1200℃以上的瓷窑里，瓷土中的氧化钙、氧化钾、氧化钠和二氧化硅，能够形成大量熔化的玻璃状透明物质，填满坯料中瓷土颗粒间隙，形成半透明的牢固烧结体。瓷器的吸水率极低，比陶器具有更高的结构强度。薄壁瓷器可以达到厚壁陶器的承载强度与承受撞击的能力，大大减轻了器皿的重量。
第三，为瓷坯穿上一件透明的外衣——瓷釉。瓷釉是一种像玻璃一样透明的物质，薄薄的釉紧紧地附着在瓷坯表面，几乎不改变器物的结构和造型，却使本来已经十分致密的瓷质变得更加光滑美丽，具有极好的手感和视觉效果，而且使器皿便于洗涤保持清洁。那些具有极高化学稳定性的瓷釉不会与食物发生化学反应。
通过控制窑炉的燃烧气氛，古代中国发明家还能够让同一种釉料在烧成之后呈现不同的色彩。例如，釉料含有铜的氧化物，在窑炉缺氧环境中燃烧，大量一氧化碳会使它变成氧化亚铜，一价铜离子呈红色，烧出的是穿红“衣服”的瓷器；当氧气供应充分的时候，铜的氧化物不会被还原，二价铜离子呈美丽的蓝绿色；如果交替变化炉中的气氛，瓷器表面就会出现红蓝相间的梦幻色彩。由于这种气氛变化的过程在时间和空间上难以重复，在炉窑中烧出来的瓷器每件都不一样。鉴赏家把这种奇妙的工艺过程称为“窑变”，一些“窑变”瓷器成为稀世珍品。
技术和艺术共同造就了神奇的瓷器。随着时代的变迁，从前人们使用的器物今天大多已不见踪影，唯有瓷器例外。中国独占这项发明持续1500年，直到公元18世纪，欧洲人才开始制造瓷器。
公元7世纪，中国人发明了火药。火药的发明源于人们对“长生不老”的期盼。早在汉代，道家就开始了炼丹活动。他们笃信，如果能在自然界找到某些神秘的物质，把它们调配在一起，或者让它们在高温中融合，就能变成黄金或令人青春永驻的仙丹。与西方古代炼金家不同，古代中国的炼丹家更关注后者。
炼丹家采选硝石、硫磺和木炭等各种原料进行试验。硝石具有能熔化多种矿石的特性，而且在温度不高的状态下能由结晶体变为液体，有时还能治疗某些疾病。硫磺在自然界中能以元素状态存在，加热时会由固体直接变成气体，冷却后又在另外的地方以固体状态重新出现（这种现象今天称之为“升华”）。炼丹家认为硫磺具有神秘的“游走”习性。木炭则被古代中国人认为是火与木相遇留下的精华，色泽和形状可历千年不变。炼丹的道士把这三者调配在一起，希望在炉里加热时出现奇迹。奇迹果然出现了，但只是不如炼丹道士预想的那样美妙：常温条件下它们不发生任何化学反应，而当炉温升高到一定程度时，突然火光冲天，炼丹道士闪躲不及之下被烧掉胡须和眉毛。从此，这种特殊的丹药被称为火药。
硝石的化学成分是硝酸钾，受热能分解产生大量的氧；硫磺在常温下化学性质稳定，在250℃时可以燃烧释放热量，使温度迅速升高达到木炭的燃点；木炭与硝酸钾分解产生的氧一旦发生化学反应，就会释放更多热量，使更多的硝酸钾分解，氧化反应更加剧烈。这种化学反应在狭小的空间进行，无需从空气中补给燃烧所需要的氧。星星之火一旦点燃火药，瞬间产生极高的温度，释放大量气体产生巨大压力。这种力量可以顶替千万人的体力劳动，可以推动山岳填平沟壑，也可以成为新式杀伤武器。
如果火药产生的爆炸力只能在一个预定的方向释放，可以推动物体高速运动，这便是子弹；如果火药在一个坚实的密封壳体中燃烧而无释放压力的途径，当压力增大到超过壳体极限强度时，就会发生爆炸，发出令人恐怖的巨响，产生巨大的冲击波，同时把壳体炸成碎片，在空中成为无数飞刀，令敌方猝不及防，这便是今天所说的炸弹；如果把火药装填在后端开口的圆筒里，点火燃烧之后产生的高温气体向后面喷射，在反作用力推进下，圆筒壳体会高速飞向前方攻击敌人，这种喷火自动飞行的箭体被称为火箭，它为1000年之后人类飞向太空准备了最重要的推进技术。
火药的发明对人类来说忧甚至大于喜——它迅速导致了战争武器的变革。用火药做成的兵器可以远距离杀伤敌人，具有人体感官难以察觉的攻击速度，具有普通建筑物难以抗御的破坏力。在战场上，交战双方从此拉开空间距离，呼啸的炸弹从天而降发生爆炸，取代了冷兵器时代的刀光剑影，坚固的城堡也不再能阻挡敌方进攻。在古代战场上，使用火药兵器的一方往往具有绝对优势，这种胜利的诱惑，促使人们探寻更加猛烈的爆炸物，其结果是使人类的安全受到越来越严重的威胁。
公元13世纪，火药随蒙古人西征传到阿拉伯世界，后来经阿拉伯人传到欧洲，与西方的机械制造技术结合，成为新兴资产阶级攻陷城堡战胜封建贵族、征服海外殖民地的强大武器。中国人的这件阴差阳错的发明，在相当大的程度上改变了世界历史的进程。
公元7世纪，中国人发明了雕版印刷技术。雕版印刷始于隋代，当时的人们在致密坚硬的枣木板上镌刻凸起的反字，将墨汁刷在上面，用纸覆盖并轻轻平压，植物纤维的亲水性使文字上的墨迹迅速渗入纸中，揭下纸晾干，雕版印刷即告完成。雕版印刷的效率是用手抄写的数百倍。欧洲直到公元1423年才出现雕版印刷品。
雕版印刷技术的发明大大提高了人类文化知识传播的速度，使更多的人有机会分享人类的智慧与经验。公元1041年，毕昇又发明了活字印刷技术，他用分离的汉字字模，拼装组合成印版来印刷文卷。北宋学者沈括（1031－1095）在其所著《梦溪笔谈》中记载，毕昇用胶泥做成薄薄的字模，经火烧硬后可反复使用。在用活字模拼装印版时，先在一块铁板上放一个铁制的边框，里面放些松香、石蜡和纸灰，加热调匀，平铺在框内的铁板上，然后放上活字模并压平。冷却之后，活字模紧紧固结在铁板上，遇水也不会松散脱落。需要重新排版时，加热铁板，使松香、石蜡软化，取下活字模重新排列组合。
由于汉字多达数万，活字印刷技术在中国古代并没有发挥重要的作用。然而，对于使用拉丁字母的文字来说，活字印刷技术使图书文献的印刷过程变得十分简单。公元15世纪，活字印刷技术在辗转传播到欧洲以后，使欧洲人迅速跨越雕版印刷阶段，开始大量印刷书籍，促进了文化知识的传播和普及，为欧洲文艺复兴提供了极其重要的思想条件。
公元11世纪，中国人发明了桥梁史上最早的生物固基技术，利用海洋生物独有的生态特征，建造了许多跨江、跨海的大桥。其中，包括建造在福建省泉州市的洛阳江入海口的跨海石梁大桥，人们至今还在这座宽5米、长1000米，已有950年历史的大桥上行走。在江海交汇处，海涛汹涌，水深流急，桥基和桥墩很容易被冲垮，建桥面临巨大的困难。古代中国人想出了一个极聪明的办法：在建造这座桥时，人们首先沿设计中的大桥中心线，向水中抛掷巨大的石块，垫成一道宽25米的水下筏形台基。然后，人们在石块缝隙中投入大量牡蛎。牡蛎是一种生长迅速的带壳的软体动物，其石灰质外壳没有固定的形状，在生长过程中逐渐充满石块之间的空隙，牡蛎分泌的黏液则将石块紧紧地黏结在一起，形成稳固的刚性基础。采用同样的办法，人们用巨大的石条在筏形台基上砌成128个分离的桥墩。世界上所有的大桥都会随时光流逝而不堪重负，只有这种特殊的桥随着牡蛎生生不息的繁殖，其桥基和桥墩变得越来越牢固。
至迟不晚于公元13世纪，中国人发明了保障远洋船舶行驶安全和减少颠簸的技术，创造出水密隔舱和低重心流体减震装置。采用这种技术建造的船舶，在波涛汹涌的海上能够保持船体平稳，不会随风波剧烈摆动，即使不幸触礁或被鲸撞出大洞也不会沉没。这两项发明已经成为现代大型船舶设计的经典技术。
从唐代后期到元代，逐渐形成了一条从中国东南沿海港口城市到阿拉伯世界之间的海上贸易通道，被历史学家誉为“海上丝绸之路”。众多的中国古明保障了这条通道的安全，到公元15世纪初，郑和率领庞大的船队七下西洋，这些发明还起着重要作用。
不可胜数的中国古明，为绵延数千年的中华文明奠定了坚实的基础，对人类文明的进程产生了深远的影响，它们已经深深嵌入历史长卷，成为人类文明最珍贵的一部分。（未完待续）