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皇权时代的中国哲学与科学（六）
唐代科举制度的建立为中国教育的正规化制度化打下基础，唐代以后不久中国迎来了它在古代科学技术和经济最为繁荣的时期：宋、元时期。大家可能有点纳闷了，宋朝不是在历史上积贫积弱的时代吗？如果对这个有兴趣，大家可以看看皇权时代的中国哲学与科学（三）有关宋朝的描述部分，以后的经济史部分会详细解读。总之，宋代的分权社会体制有利于经济的发展，在经济的发展的促进下文化哲学方面非常繁荣（见皇权时代的中国哲学与科学（三）），同时也促进科学技术的发展。
宋代的一个大的特点是经济重心的南移，江南成为中国的经济中心，临安、扬州、广州、泉州等城市非常繁华。北宋时，农业税尚占56％，但至南宋，已降至20．4％和15．3％。与此同时，商业税急遽增长，构成了政府财政的主要来源，而包括商税在内的非农业税，也就占据了财政收入的大部分。北宋时期，商税比重不过40％左右，及南宋绍兴、乾道之交，仅茶盐榷货一项即占49％，连同经制钱、总制钱，非农业税达79％强。而至淳熙、绍熙年间，茶、盐酒等坑冶榷货已达56％强，加上经制钱、总制钱、月桩钱，非农业税更达84．7％。经济的发展促进了手工业的发展，宋朝出口货物包括丝绸、瓷器、糖、纺织品、茶叶、五金。进口货物包括象牙、珊瑚、玛瑙、珍珠、乳香、没药、安息香、胡椒、琉璃、玳瑁等几百种商品。宋朝从大量进口货物通过市舶司获得的税收，从北宋皇佑（1049年—1054年）的53万贯，治平（ 1064年—1067年）63万贯， 到了南宋绍兴（ 1131年—1162年）已达200万贯，约占全国财政收入的百分之六，对宋代的繁荣起重要作用。出口带动商业和造船业的发展，宋朝造船技术水平是当时世界之冠。宋神宗元丰元年（1078年），明州造出两艘万料（约600吨）神舟。1974年福建泉州出土一艘宋代古船，有13个隔水仓，一两个隔水仓漏水，船也不会沉。隔水仓技术，经马可&；#8226；波罗介绍，传入欧洲。宋朝的主要造船厂分布在江西、浙江、湖南、陕西等地区。虔州、吉州、温州、明州都是重要的造船基地。太宗时期，全国每年造船达到三千三百余艘。到了南宋，由于南方多水加上海上贸易日益发达，造船业发展更快。临安府（今杭州）、建康府（江宁府，今南京）、平江府（苏州）、扬州、湖州、泉州、广州、潭州、衡州等成为新的造船中心。广州制造的大型海舶木兰舟可“浮南海而南，舟如巨室，帆若垂天之云，舵长数仗，一舟数百人，中积一年粮”。南宋时代还出现了车船、飞虎战船等新式战舰。宋朝以前的海外贸易为*人所垄断，而到了宋朝，中国的商人开始取代*人称雄海上，中国拥有世界上最庞大的帆船舰队和商船队，频繁远航至*、印度、东南亚和东亚的日本与朝鲜、东非等地区。泉州、明州是宋朝最大的上贸易港口，尤其是泉州，在宋朝时进入全盛时期，成为海上丝绸之路的启锚地，“东方第一大港”。
航海业的发展使得指南针技术成熟并投入使用，指南针的前身司南早在战国时期就已经出现，东汉时的王充在他的著作《论衡》中对司南的形状和用法做了明确的记录。司南是用整块天然磁石经过琢磨制成勺型，勺柄指南极，并使整个勺的重心恰好落到勺底的正中，勺置于光滑的地盘之中，地盘外方内圆，四周刻有干支四维，合成二十四向。但司南也有许多缺陷，天然磁体不易找到，在加工时容易因打击、受热而失磁。所以司南的磁性比较弱，而且它与地盘接触处要非常光滑，否则会因转动摩擦阻力过大，而难于旋转，无法达到预期的指南效果。而且司南有一定的体积和重量，携带很不方便，北宋时，曾公亮在《武经总要》载有制作和使用指南鱼的的方法；这是一种人工磁化的方法，它利用地球磁场使铁片磁化。即把烧红的铁片放置在子午线的方向上。烧红的铁片内部分子处于比较活动的状态，使铁分子顺着地球磁场方向排列，达到磁化的目的。蘸入水中，可把这种排列较快地固定下来，而鱼尾略向下倾斜可增大磁化程度。人工磁化方法的发明，对指南针的应用和发展起了巨大的作用。在磁学和地磁学的发展史上也是一件大事。北宋的沈括在《梦溪笔谈》中提到另一种人工磁化的方法：“方家以磁石摩针锋，则能指南。”按沈括的说法，当时的技术人员用磁石去摩擦缝衣针，就能使针带上磁性。从现在的观点来看，这是一种利用天然磁石的磁场作用，使钢针内部磁畴的排列趋于某一方向，从而使钢针显示出磁性的方法。这种方法比地磁法简单，而且磁化效果比地磁法好，摩擦法的发明不但世界最早，而且为有实用价值的磁指向器的出现，创造了条件。关于磁针的装置方法，沈括介绍了四种方法：
1。水浮法——将磁针上穿几根灯心草浮在水面，就可以指示方向。
2。碗唇旋定法——将磁针搁在碗口边缘，磁针可以旋转，指示方向。
3。指甲旋定法——把磁针搁在手指甲上面由于指甲面光滑，磁针可以旋转自如，指示方向。
4。缕悬法——在磁针中部涂一些蜡，粘一根蚕丝，挂在没有风的地方，就可以指示方向了。
沈括还对四种方法做了比较，他指出，水浮法的最大缺点，水面容易晃动影响测量结果。碗唇旋定法和指甲旋定法，由于摩擦力小，转动很灵活，但容易掉落。沈括比较推重的是缕悬法，他认为这是比较理想而又切实可行的方法。事实上沈括指出的四种方法已经归纳了迄今为止指南针装置的两大体系——水针和旱针。指南针的发明最先被跟中国人打交道的*人学了去，然后传入欧洲，为后来欧洲的航海事业和地理大发现打下坚实的基础。
四大发明中的另外一项火药的普及与成熟也是在这一时期。火药起源于中国古代的炼丹术，古代化学家（炼丹家）们利用早在汉朝已经掌握了的金石药物硝、硫，经过长期的炼丹实践，至迟在唐宪宗元和三年（公元808年）以前已经发明了火药，并在五代末北宋初（公元10世纪）用以制造出纵火用的火药兵器。唐朝末年，火药已被用于军事。唐昭宗天佑元年（公元904年）杨行密的军队围攻豫章，部将郑б运糠⒒苫穑樟趁牛熳呈客换鹣鹊侨氤牵棺票惶�<；九国志－郑Т�>；。这里所说的飞火，就是火炮、火箭之类。火炮是把火药制成环状，把吊线点燃后用抛石机抛掷出去；火箭则是把火药球缚于箭镞之下，将吊线点燃后用弓射出。到了宋代，战争接连不断，促进火药武器的加速发展。北宋政府建立了火药作坊，先后制造了火药箭，火炮等以燃烧性能为主的武器和霹雳炮、震天雷等爆炸性较强的武器。硝酸钾、硫磺、木炭粉末混合而成的火药被称为黑火药或者叫褐色火药。这种混合物极易燃烧，而且烧起来相当激烈。如果火药在密闭的容器内燃烧就会发生爆炸。火药燃烧时能产生大量的气体（氮气、二氧化碳）和热量。原来体积很小的固体的火药，体积突然膨胀，猛增至几千倍，这时容器就会爆炸。这就是火药的爆炸性能。利用火药燃烧和爆炸的性能可以制造各种各样的火器。北宋时期使用的那些用途不同的火药兵器都是利用黑火药燃烧爆炸的原理制造的。蒺藜火球、毒药烟球是爆炸威力比较小的火器。到了北宋末年爆炸威力比较大的火器象“霹雳炮”、“震天雷”也出现了。这类火器主要是用于攻坚或守城。公元1126年，李纲守开封时，就是用霹雳炮击退金兵的围攻。金与北宋的战争使火炮进一步得到改进，震天雷是一种铁火器，是铁壳类的爆炸性兵器。元军攻打金的南京（今河南开封）时金兵守城时就用了这种武器。《金史》对震天雷有这样的描述：“火药发作，声如雷震，热力达半亩之上，人与牛皮皆碎并无迹，甲铁皆透”。这样的描述可能有一点夸张，但是这是对火药威力的一个真实写照。这些武器与手榴弹和炸药包类似，接下来是火枪和火炮，南宋时出现了管状火器，公元1132年陈规发明了火枪。火枪是由长竹竿作成，先把火药装在竹竿内，作战时点燃火药喷向敌军。陈规守安德时就用了“长竹竿火枪二十余条”。公元1259年，寿春地区有人制成了突火枪，突火枪是用粗竹筒作的，这种管状火器与火枪不同的是，火枪只能喷射火焰烧人，而突火枪内装有“子巢”，火药点燃后产生强大的气体压力，把“子巢”射出去。“子巢”就是原始的子弹。突火枪开创了管状火器发射弹丸的先声。现代枪炮就是由管状火器逐步发展起来的。所以管状火器的发明是武器史上的又一大飞跃。早在八、九世纪时，和医药、炼丹术的知识一起，硝也由中国传到*。当时的*人称它为“中国雪”，而波斯人称它为“中国盐”。他们仅知道用硝来治病、冶金和做玻璃。公元13世纪火药是由商人经印度传入*国家的。希腊人通过翻译*人的书籍才知道火药。火药武器是通过战争传到*国家，成吉思汗西征，蒙古军队使用了火药兵器。公元1260年蒙古军队在与埃及马木留克王朝作战中被击溃，*人缴获了火箭、毒火罐、火炮、震天雷等火药武器，从而掌握火药武器的制造和使用。*人与欧洲的一些国家进行了长期的战争，战争中*人使用了火药兵器，例如*人进攻西班牙的八沙城时就使用过火药兵器。在与*国家的战争中，欧洲人逐步掌握了制造火药和火药兵器的技术。
这些发明传入欧洲改变了欧洲的历史，弗朗西斯&；#8226；培根曾写道：我们应该注意各种发明的威力、效能和后果。最显著的例子便是印刷术、火药和指南针，这三种发明古人都不知道；它们的发明虽然是在近期，但其起源却不为人所知，湮没无闻。这三种东西曾经改变了整个世界事物的面貌和状态，第一种在学术上，第二种在战争上，第三种在航海上，由此又产生了无数的变化。这种变化是如此之大，以致没有一个帝国，没有一个教派，没有一个赫赫有名的人物，能比这三种发明在人类的事业中产生更大的力量和影响”。
李约瑟对宋代科学家沈括尤为推荐，他写到：沈括的《梦溪笔谈》是这类文献今的代表作，他可能是中国整部科学史中最卓越的人物了。沈括生于l030年，具有政府机构中学者的通常经历，曾数次出使西夏和其他邻邦做过军事指挥官，主持过水利工程建设，担任过翰林学士。在他的许多次旅行途中，不论走到哪里也不论公务多么繁忙，他从不忘记录下任何科学和技术上有意义的事物。他在大约l086年完成的《梦溪笔谈》是最早描述磁罗盘的著作之一，《梦溪笔谈》还包括许多天文学、数学以及化石方面的记载，制作模型地图和有关制图学方面的许多事项，冶金方法的描述，以及占很大篇幅的生物学观察。科学内容占全书篇幅一半以上。�