第15章 智慧硕果——中华科技之最(2)

水磨是用水力作为动力的磨，大约在晋代就发明了。水磨的发展与杜诗发明水排有关。马钧大约在公元227—239年间创造了一个由水轮转动的大型歌舞木偶机械，包括以此水轮带动舂、磨。无疑，这是根据当时流行的水碓、水磨而设计的。在马钧之后，杜预造连机碓，其中也可能包括水磨。祖冲之在南齐明帝建武年间（公元494—498年）于建康城（今南京）乐游苑造水碓磨，这显然是以水轮同时驱动碓与磨的机械。几乎与祖冲之同时，崔亮在雍州“造水碾磨数十区，其利十倍，国用便之”，这是以水轮同时驱动碾与磨的机械。可见，水磨自汉代以来，发展蓬勃，而到三国时代，多功能水磨机械已经诞生成型。

最早的游标量具

游标卡尺已成为现代工业中不可缺少的测量工具之一。长期以来，国内外普遍认为游标卡尺是欧洲科学家在17世纪初发明的。其实，早在西方出现游标卡尺之前1600多年的我国汉代新莽时期，游标卡尺已为我国劳动人民创造并实际使用了。

游标卡尺主要有固定尺、固定卡抓、鱼形柄、导槽、导销、组合套、活动尺、活动卡抓等部分组成。这同现代的游标卡尺的结构是相似的。新莽卡尺的活动尺，正面刻5寸，固定尺正面也刻5寸，除右端1寸外，左边4寸，每寸又刻10分。虽与现代游标卡尺利用主、副尺的分割长度等差的刻线原理不同，但作用却一样。

最早治炼和使用的黄铜

中国不仅是最早冶炼和使用青铜的国家，也是最早冶炼、使用黄铜的国家。宋代李方等人编著的百科全书《太平御览》中，引用了三国时钟会的《刍荛论》中的一段话：“稗早像稻身，俞石像金子。”所谓俞石，是我国古时对于黄铜的称呼，这一记载，说明至少在公元3世纪我国已具备了炼制黄铜的技术。

到了唐代，冶炼黄铜的规模已相当大了。根据《唐书·食货志》记载，玄宗时候，全国有99座炼铜炉，每座炉子每年铸钱3300串，使用21200斤黄铜。这些数字已很令人吃惊。

唐以后的著作，对于冶炼黄铜的方法有不少记载。宋人崔方在他的《外丹本草》一书中写道：“用铜一斤，炉甘石（即菱锌矿）一斤，炼之即成俞石一斤半。”明代著名医学家李时珍在《本草纲目》中也说：“炉甘石大小不一，赤铜得之，即化为黄，今之黄铜皆此物也。”明末宋应星的《天工开物》也谈到冶炼黄铜的方法，最为详尽。

最早的瓷器

中国是瓷器的故乡，瓷器的发明是中华民族对世界文明的伟大贡献，在英文中“瓷器”（china）一词已成为“中国”的代名词。大约在公元前16世纪的商代中期，中国就出现了早期的瓷器。因为其无论在胎体上，还是在釉层的烧制工艺上都尚显粗糙，烧制温度也较低，表现出原始性和过渡性，所以一般称其为“原始瓷”。

中国瓷器是从陶器发展演变而成的，原始瓷器起源于3000多年前。至宋代时，名瓷名窑已遍及大半个中国，是瓷业最为繁荣的时期。当时的钧窑、哥窑、官窑、汝窑和定窑并称为5大名窑。

被称为瓷都的江西景德镇在元代出产的青花瓷已成为瓷器的代表。青花瓷釉质透明如水，胎体质薄轻巧，洁白的瓷体上敷以蓝色纹饰，素雅清新，充满生机。青花瓷一经出现便风靡一时，成为景德镇的传统名瓷之冠。与青花瓷共同并称为四大名瓷的还有青花玲珑瓷、粉彩瓷和颜色釉瓷。另外，还有雕塑瓷、薄胎瓷、五彩胎瓷等，均精美非常，各有特色。

最早的火柴

早在北周时代（557—581），我国就有了火柴。根据记载，当时是南北朝时期，战事四起，北齐腹背受敌进迫，物资短缺，由其是缺少火种，烧饭都成问题，当时一班宫女神奇地发明了火柴。不过我国古代的火柴都只不过是一种引火的材料。宋代和明代也见记载，明代杭州削松木为片，尖端涂上硫磺，名曰“发烛”，无论形状和作用，都类似今天的火柴。

其后在马可·波罗时期传入欧洲，后来欧洲人就在这个基础上发明一度被人称为“洋火”的现代火柴。“洋火”能借着摩擦生火，而发明这种火柴的人是英国的沃克，他在1826年利用树胶和水制成了膏状的硫化锑和氯化钾，涂在火柴梗上并夹在砂纸上拉动便产生火。

最早的立体地图

立体地图能够较为直观形象地表示实地地形，是表达和传播地理知识的重要手段之一。世界上最早的立体地图，是北宋科学家沈括制作的。

沈括（1031—1095）在任河北西路察访使出使契丹时，沿途仔细勘察了边境的山川地势情况之后，绘制成一幅名为《使契丹图钞》的地图，这就是世界上最早的立体地图。后来为了便于研究，沈括创造性地用面糊和木屑在木案上制成有山川、道路、地形的立体模型地图。当时正值天寒地冻，绘制的木屑被冻坏，遂改用熔蜡来制做。这种立体地图，既真切又便于携带，到官所后，再将之复制为木刻的立体地图。这种制图方法，在当时很受重视，并得到了当时的宋神宗的大力赞赏，神宗下令沿边诸州均依此仿制本州立体模型地图归内府收藏。

沈括制造的立体模型地图，比18世纪瑞士制造的地理模型要早600多年。

最早制造的车辆

在几千年前，中国人的祖先就能很好地利用原动力，发明了圆轮和齿轮，从而为制造车辆提供了机械力。在历史记载中，有黄帝见风吹篷转而造车的传说；从出土文物中也可看到，在夏商时期的陶器上已有车轮的图案。

在商代（前16世纪—前11世纪），中国的车工已能制造相当高级的两轮车，车轮有辐条，结构精致华美。到了西周时期（前1046—前771），车的结构和装饰已相当完美，各种车轮的结构已有一定的尺寸和比例，制造工场已有精密的分工。

最早的机器人

世界上最早的机器人诞生在中国，中国人是发明制造机器人的先驱。

《列子·汤问篇》中记载，西周穆王时期，有位叫偃师的能工巧匠制作了一个“能歌善舞”的木质机关人——这是我国最早记载的机器人。

春秋后期，我国著名的木匠鲁班，在机械方面也是一位发明家。据《墨经》记载，他曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日不下”。

如果说，上述记载还多少带点传奇色彩的活，那么，汉朝发明的指南车，利用齿轮定向机构，使车上的人的右手始终指向南方，则可以认为是迄今为止得到证实的世界最早的机器人，这比欧洲发明的报时机器人早了1000多年。因此，可以毫无愧色地说，机器人的“祖先”在中国。

最早的冰箱

人类用冰为自己服务的历史十分久远，这在我国史籍中多有涉及。《周礼》里就有有关“冰鉴”的记载。据考证，所谓“冰鉴”就是暑天用来盛冰，并置食物于其中的容器。算起来，“冰鉴”该是人类最早使用的“冰箱”了。

远在几千年前，战国时期就出现了冰酒器——铜冰鉴，其原器1977年出土于湖北随县曾侯乙墓中。

铜冰鉴是曾侯乙墓青铜器的代表器物，集中表现了曾侯乙墓青铜器新颖、奇特、精美的特征。其四足是四只动感很强，稳健有力的龙首兽身的怪兽。四个龙头向外伸张，兽身则以后肢蹬地作匍匐状。整个兽形看起来好像正在努力向上支撑铜冰鉴的全部重量。鉴身为方形，其四面、四角一共有八个龙耳，作拱曲攀伏状。这些龙的尾部都有小龙缠绕，还有两朵五瓣的小花点缀其上。

铜冰鉴是一件双层的器皿，鉴内有一缶。夏季，鉴缶之间装冰块，缶内装酒，可使酒凉。所以说铜冰鉴是迄今为止发现的最早的、最原始的“冰箱”。当然亦可以在鉴腹内加入温水，使缶内的美酒迅速增温，成为冬天时饮用的温酒。

最早的保健医疗体操图谱

《导引图》是现存最早的导引（相当于现代的保健医疗体操）图谱。1973年，出土于长沙马王堆汉墓。

《导引图》用彩色描绘44种形态各异的健身运动图形。“锦”是各种运动图形的美称。因此，该图也可称之谓44段锦。《导引图》全长140厘米，高50厘米。图前书写《却谷食气》与《阴阳十一脉灸经》。其中绘有人物的部分宽100厘米，高50厘米。分上下4层，绘有44个各种人物的导引图式，每层绘11幅图。每图式平均高9—12厘米。每图式为一人像，男、女、老、幼均有，或著衣，或裸背，均为工笔彩绘。其术式除个别人像作器械运动外，多为徒手操练。图傍注有术式名，因为实物残缺，实际能看出文字的只有31处。其中涉及动物的有鸟、鹞、鹤、鹯、猿、猴、龙、熊等八式，与五禽戏相近而缺鹿戏与虎戏。

最大的起重设备

2008年4月18日上午10时，随着山东烟台来福士海洋工程有限公司负责人的一声令下，耸立在大型干船坞上的“泰山”2万吨桥式起重机徐徐起吊，将一艘110米长、67米宽，型深8米、重达2万吨的“德浮二号”驳船成功吊起。该举创造了多吊点桥式起重机最大起重量、最大跨度、最大起升高度等多项世界纪录，这标志着2万吨桥式起重机的成功启用。这是目前世界上起重量最大、跨度最大、起升高度最大的起重设备，也是当今世界技术难度最高的大型起重设备。此前，世界上最大的同类起重设备只能起升7000多吨的重量。

它的问世，将从根本上改变传统海上钻井平台的建造方法，并将能建造世界上最大的钻井平台，对中国乃至世界海上工程建设意义深远。

最早的代数学理论

13世纪中叶，河北栾城（今属北京大兴区）人李冶，在封龙书院创立了半符号代数理论“天元术”。“天元术”其实就是现代代数学当中的列方程的方法，即根据已知条件，列出一个包含未知数的方程。“天元术”的具体程序与现代列方程的方法基本是一样的：首先是“立大无一为某某”，这个“某某”便是未知量，相当于现代代数中“设x为某某”；然后再根据已知条件，列出两个相等的多项式；最后把这两个多项式相减，便得到了一个一端为零的方程。

在宋代以前，中国的数学家已经能列出某些方程，但由于没有找到普遍的方法，而且全部要用文字来表达，所以列起来比较困难，特别是列高次方程更加繁难。“天元术”的出现，为数学家们列方程指出了一条简明易行的普遍方法和便于操作的具体程序，从而使中国古代的代数学又上了一个新的台阶。

李冶的“天元术”是世界上最早的半符号代数学。在西方，半符号代数是从16世纪以后才逐渐开始出现的，比中国要晚了300年。

最早的物理学理论著作

战国时期的《墨经》是世界上最早的有关物理学基本理论的著作。《墨经》全书包括《经上》《经下》《经上说》《经下说》四篇，论述的物理学内容有力学、声学和光学等，最早提出“杠杆原理”“浮力原理”等，其中最精辟、最受人推崇的是几何光学部分。

更令人惊叹的是，在两千多年前《墨经》中已经出现了现代原子学说的萌芽思想，这无论在哲学发展史上还是在科学发展史上都占据一定的地位。在古典哲学和自然科学著作中，《墨经》可谓是一部不可多得的珍品。

最早的光学实验

世界上最早的光学实验，是在2400年前，由我国杰出科学家墨翟和他的学生进行的。

在一间黑暗的小屋朝阳的墙上开一个小孔，人对着小孔站在屋外，屋里相对的墙上就出现了一个倒立的人影。为什么会出现这奇怪的现象呢？墨家解释说，这是因为光线像射箭一样，是直线进行的。人体下部挡住直射过来的光线，穿过小孔，成影在上边；人体上部挡住直射过来的光线，穿过小孔，成影在下边，就成了倒立的影。并且还指出，人的位置离墙壁由远及近，暗室里的影也由小变大，倒立在墙上。这在世界上是对光直线传播的第一次科学解释。

最早的人工磁化实践

我国11世纪的《武经总要》一书中，关于指南鱼的人工磁化方法，是世界上人工磁化方法的最早实践。

这一方法的原理，是先把铁叶鱼烧红，让铁鱼内部的分子能动增加，从而使分子磁畴从原先的固定状态变为运动状态。然后使烧红的铁叶鱼沿着地球磁场方向位置，通过强大的地磁场迫使运动着的分子磁畴顺着地球磁场方向重新排列（由无规则排列到规则排列），这时铁鱼就被磁化了。最后，“蘸水盆中，没尾数分则止”，使它迅速冷却，把分子磁畴的规则排列固定下来，同时也是淬火过程。最后“以密器收之”，可能是把指南鱼放在天然磁石旁边让它保持磁化或继续磁化。这种利用地球磁场的作用使钢针磁化的方法，领先欧洲400多年。

最早精确推算圆周率的人

世界上最早算出精密圆周率的科学家是我国南北朝时的伟大数学家和天文学家祖冲之。

圆周率π的计算，标志着一个国家和民族的数学水平。关于祖冲之在圆周率方面的工作，其史料仅见于《隋书·律历志》，其中记载到，祖冲之给出了圆周率的两个近似分数值：密率：π=355/113，小数点后6位准确；约率：π=22/7，小数点后2位准确。可见，他精确计算出了圆周率π的真值（小数点后第7位）在3.1415926和3.1415927之间。

而在欧洲，1100多年后才算得355/113这一数值，被称为“安东尼兹率”。日本数学家三上义夫在1912年提出，为纪念祖冲之的贡献，应称π=355/113为“祖率”。