沈括故居“夢溪園”舊照

文/圖 張大華

火藥、造紙、指南針和活字印刷術這四大發明，是中國古代先民為人類文明進步做出的巨大貢獻。記錄這四大發明的歷史文獻，除西漢發明造紙術記錄在《后漢書·蔡倫傳》以外，其他的三大發明，都記錄在出自鎮江的歷史文獻中。其中，發明火藥的原始配方，最早記載在東晉葛洪的《抱樸子》一書中；而記錄指南針和活字印刷術的唯一文獻，則都是沈括的《夢溪筆談》。

指南針是利用磁針的指極性制成的指向儀器。早在春秋戰國時期，人們在開采礦物的過程中，就發現磁石有吸鐵的功能。戰國時期就出現了利用磁石制造的指南工具——“司南”，它是形狀像一把湯匙的東西，有一根長柄和光滑的圓底，它用磁石制成，靜止時長炳指向南方。南北朝時的鎮江人祖沖之就成功制造出“司南車”，通過齒輪傳動使車子上的某種物體保持固定的指向。但司南和司南車都是用天然磁石制成的，在強烈震動和高溫時容易失去磁向，指南效果比較差。是誰在這個基礎上，發明了后來的指南針呢？國內科技史學者吳國盛在《科學的歷程》（湖南科學技術出版社，1997年，第259頁）一書中說，最早發明指南針技術的是沈括。他的這一說法，并沒有得到廣泛認同。但沈括的《夢溪筆談》，確實是世界上最早記載指南針的歷史文獻。他在《夢溪筆談》卷二十四中指出，在磁石上磨過的小鐵針具有較穩固的磁性，因此決定采用這種人造磁針代替天然磁石制造指南工具。具體有四種方法，即水浮法、置“指爪”法、置“碗唇”法和“縷懸”法，其中水浮法雖應用較廣，但“水浮多蕩搖”，影響穩定；置“指爪”和“碗唇”法是將磁針放在指甲或碗邊上，這樣做摩擦力很小，但也不十分穩定；“縷懸”法是比較好的方法，它是用細線將磁針懸吊，在無風的地方指南效果很好。沈括在制造指南針的過程中還發現了“磁偏角”，他在書中寫道：磁針“常微偏東，不全南也”，這是磁學史上一個極其重要的發現，直到400年后歐洲人才有關于這一現象的記載。

指南針的發明，使中國的航海事業在中世紀達到了世界最高水平，推動了宋元時期對外貿易和海上交通的發展。約在公元842年，開辟了日本嘉值島直達浙江溫州的航線，1281年有商船從泉州出發，經過三個月航行后到達斯里蘭卡，以后多次在印度洋上航行。這時的廣州、泉州、寧波、杭州已成為主要的對外港口。到了明代，鄭和七下西洋，所率船隊有大小船只200多艘，人員兩萬多，其規模之大、航海儀器之精良遠勝于半個世紀之后的哥倫布航海。指南針傳入國外是從宋代開始的，正是在指南針的指引下，歐洲新興的資產階級才在海外開辟了一個又一個貿易市場，使近代世界聯成一體；正是有了指南針的指引，哥倫布才發現了美洲新大陸，麥哲倫才能夠進行環球航行，歐洲人的視野因此得到了前所未有的擴大。

印刷術是人類的“文明之母”，在沒有印刷技術的古代，出版一本著作完全要靠抄寫，但人工抄寫總是難免錯誤，而且不能保證每一個抄本都一模一樣。對于需要附上圖表和圖畫的書，書的質量就更難保證。因此，中國印刷術的發明，對人類文明發展是一個難以估量的巨大貢獻。沈括的《夢溪筆談》是記錄我國古代活字印刷技術的唯一文獻，沒有沈括的記述，平民畢昇的偉大發明大概就被永遠埋沒了。

據沈括《夢溪筆談》卷十八記載，畢昇是一位優秀的刻字工人，他在長期的刻字實踐中總結出了活字印刷術。其原理與現代印刷完全相同，主要分三個步驟：首先是制活字，畢昇用的材料是膠泥，在膠泥方塊上刻好字后用火焙燒，使之堅硬如瓷，然后用紙袋把制成的字按韻排列；其次是排版，在鐵板上放松香、蠟及紙灰的混合物和一個鐵框，把揀出來的字排在鐵框中，排滿一框即對鐵板加熱，使松脂熔化，用一平板將泥活字壓平，等冷卻之后，字固定在鐵板上版就制好了；第三步是印刷，印好后再將鐵板加熱，使松香和蠟熔化，將活字取下放好以備再用。在此發明的基礎上，人們又在活字材料、揀字方法上不斷改進，工作效率迅速提高，到了15世紀末16世紀初即出現了鉛字印刷。元代以后活字印刷技術傳到了歐洲，為歐洲文藝復興運動的興起和發展創造了物質條件。

火藥、指南針、活字印刷術的發明是對世界文明的巨大貢獻。馬克思在《經濟學手稿》里說：“火藥、指南針、印刷術——這是預告資產階級社會到來的三大發明。火藥把騎士階層炸得粉碎，指南針打開了世界市場并建立了殖民地，而印刷術變成新教的工具，總的來說變成科學復興的手段，變成對精神發展創造必要前提的最強大杠桿。”意大利數學家杰羅姆·卡丹早在1550年就認為，司南（指南針）、印刷術和火藥是中國對世界所具有影響的“三大發明”，是“整個古代沒有能與之相匹敵的發明”。