中國科技的發(fā)明與發(fā)展（一）
最近，看了一些書，多是史學(xué)方面的，有中國人寫的博士論文，也有外國人寫的專著，獲益匪淺。改革開放以來，擺在讀者面前的歷史書籍，以今人的視角重新認(rèn)識中國歷史的逐漸多了（決不包括那些戲說、歪批的），但將中國歷史置于世界歷史的同坐標(biāo)中去研究和認(rèn)識的，似乎雀起的不是很多。筆者妄論，史學(xué)界的研究者們奉獻(xiàn)給讀者的歷史書籍，所表現(xiàn)出來的代代抄襲的頑固帝王思想，使國人對祖先的認(rèn)知尚處在知其然不知所以然的狀態(tài)，尤其在年輕人中，或者夜郎自大，或者民族虛無，更多的則是了無興趣。作為文明古國，中國人是值得驕傲的，歷數(shù)古代中國在科技技術(shù)方面的發(fā)明創(chuàng)造，華夏民族更加值得驕傲，但驕傲絕不該衍生為自大。豐富中國歷史的原貌，才能通過更好地認(rèn)識中國的過去來更好地認(rèn)識當(dāng)今的中國。
造紙術(shù)是中國古代四大發(fā)明之一，2006年國家頒布的第一批非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)名錄中，就有7項造紙技藝。針對企圖否定蔡倫是造紙術(shù)發(fā)明人，否定中國是造紙的發(fā)明國的歪風(fēng)，1990年8月18日至22日在比利時馬爾梅迪舉行的國際造紙歷史協(xié)會第20屆代表大會一致認(rèn)定，蔡倫是造紙術(shù)的偉大發(fā)明家，中國是造紙術(shù)的發(fā)明國。從迄今為止的考古發(fā)現(xiàn)來看，中國造紙術(shù)的發(fā)明不晚于西漢初年。
一般認(rèn)為，中國造紙術(shù)源于制作絲織品的過程中，古書上稱它為赫蹏或方絮。秦漢之際以次繭作絲綿的手工業(yè)十分普及。處理次繭的方法稱為漂絮法，操作時的基本要點包括反復(fù)捶打，以搗碎蠶衣，這一技術(shù)后來發(fā)展成為造紙中的打漿。此外，中國古代常用石灰水或草木灰水為絲麻脫膠，也給造紙中為植物纖維脫膠以啟示。紙張就是借助這些技術(shù)發(fā)展起來的。
在紙產(chǎn)生之前，人類曾使用巖石、龜甲、青銅、樹葉和羊皮等媒介傳遞信息。人類最為古老的物質(zhì)傳媒介質(zhì)，是巖刻、巖畫。古印度使用貝多羅樹葉書寫文字，制作方法是：將貝葉水煮、晾干后，把葉片兩面磨光，截成寬8㎝、長60㎝的長方形來刻寫經(jīng)文，再用油和煤煙的混合物涂抹在字跡上，熱沙拂拭，用繩裝訂成冊（玄奘取經(jīng)從印度帶回來的520夾的經(jīng)書，全部是貝葉經(jīng)）。公元前2500年，古埃及普遍使用莎草紙（papylus），這也是紙的英文paper、法文papier、德文papier、瑞典文papper的詞源。莎草是多年生草本植物，莎草紙的制作方法：從貼近莎草根部把芯髓抽取出來，壓成薄片并排鋪開，再在上層交叉鋪一層，浸水敲擊，利用從薄片內(nèi)流出的糖質(zhì)黏液把莎草粘在一起，壓榨脫水使之干燥，再用動物獠牙把表面磨平。直至撒馬爾罕（烏茲別克斯坦境內(nèi)）大規(guī)模造紙，莎草紙的制作和流通才被取代。公元前2世紀(jì)，帕加瑪王國（土耳其境內(nèi)）為打破古埃及封鎖莎草紙出口的壟斷，制作了羊皮紙（也使用過牛皮、鹿皮），猶太教、基督教和伊斯蘭教的教義經(jīng)典都是寫在羊皮紙上的，直至中國紙傳入歐洲。
中國古代在造紙術(shù)發(fā)明前，書寫、記載的材料是甲骨、竹簡和絹帛。但甲骨、竹簡笨重（秦始皇一天閱讀奏章，就要整一車），絹帛雖然輕便，但成本非常昂貴，也不適于書寫。到了漢代，由于西漢的經(jīng)濟(jì)、文化迅速發(fā)展，促使書寫工具的改進(jìn)紙被發(fā)明出來了。根據(jù)考古出土的文獻(xiàn)，紙發(fā)明于西漢時期。最早出土的西漢古紙（一片麻紙）是1933年在新疆羅布淖爾古烽燧亭中發(fā)現(xiàn)的，同時出土的木簡有漢宣帝黃龍元年的年號（公元前49年）；1957年，在西安市東郊的灞橋出土了公元前118年的古紙，紙呈泛黃色，已裂成碎片，最大的長寬約10厘米，最小的也有3×u65300X厘米（是以大麻和少量苧麻的纖維為原料）。1977年，在甘肅居延肩水金關(guān)西漢烽塞遺址的發(fā)掘中，發(fā)現(xiàn)麻紙二塊。其中之一，出土?xí)r團(tuán)成一團(tuán)，經(jīng)修復(fù)展開，長寬為12×u65297X9厘米，色澤白凈，薄而勻，一面平整，一面稍起毛，質(zhì)地細(xì)密堅韌，含微量細(xì)麻線頭，顯微觀察和化學(xué)鑒定都表明，它只含大麻纖維，同一處出土的竹簡最晚年代是漢宣帝甘露二年（公元前52年）。表明至遲于公元前1世紀(jì)中葉，在邊塞已有了質(zhì)量較高的紙，這種紙在內(nèi)陸的出現(xiàn)應(yīng)更早一些，即它是在灞橋紙后約數(shù)十年內(nèi)出現(xiàn)的。1978年，在陜西扶風(fēng)中延村又出土了西漢宣帝時期的三張麻紙。1979年在甘肅敦煌縣馬圈灣西漢烽燧遺址出土了五件八片西漢麻紙。1986年甘肅天水放馬灘出土的西漢文帝時期（公元前179~前141年）的紙質(zhì)地圖殘片，表明了當(dāng)時的紙可供寫繪之用。從上述西漢出土的紙的質(zhì)量來看，西漢初年的造紙技術(shù)已基本成熟。1901年，先后在新疆和甘肅敦煌發(fā)現(xiàn)兩張東漢紙；1942年，在內(nèi)蒙古額濟(jì)納河旁的東漢烽燧遺址中，掘得東漢時期約公元2世紀(jì)初年的紙張（額濟(jì)納紙），上有六、七行殘字，這是現(xiàn)存最早的字紙實物；1959年，在新疆民豐縣發(fā)現(xiàn)了一張東漢紙；1974年，在甘肅武威縣一座東漢墓中，發(fā)掘了一批東漢紙，這些紙比起西漢紙有著明顯的進(jìn)步，十?dāng)?shù)張紙的上面都有書寫的字跡，有的是書信、詩抄，也有的是日常文書，這時的紙已較普遍地被用作書寫的材料了。東漢時期，不僅中原地區(qū)使用紙，而且傳播到了新疆、甘肅、內(nèi)蒙古等地區(qū)。東漢時期是造紙技術(shù)已經(jīng)比較成熟的時期了。三國時期的魏國，頒布法令，規(guī)定以紙?zhí)娲啝┖涂V帛，成為政府頒布法令和記錄檔案的主要介質(zhì)。
歷史定論，東漢元興元年（公元105年），經(jīng)過了蔡倫的改進(jìn)，形成了一套較為定型的造紙工藝流程，其過程大致可歸納為四個步驟：第一是原料的分離，用漚浸或蒸煮的方法讓原料在堿液中脫膠，并分散成纖維狀；第二是打漿，用切割和捶搗的方法切斷纖維，并使纖維帚化而成為紙漿；第三是抄造，即把紙漿滲水制成漿液，然后用撈紙器（篾席）撈漿，使紙漿在撈紙器上交織成薄片壯的濕紙；第四是干燥，即把濕紙曬趕或晾干，揭下就成為紙張。漢以后，雖然工藝不斷完善和成熟，但這四個步驟基本上沒有變化，即使在現(xiàn)代，在濕法造紙生產(chǎn)中，其生產(chǎn)工藝與中國古代造紙法仍沒有根本區(qū)別。建國后考古陸續(xù)發(fā)現(xiàn)“灞橋紙”、漢代金關(guān)遺址的“居延紙”、西漢時期的“扶風(fēng)紙”、敦煌的“馬圈灣紙”、公元前141年之前的放馬灘“紙地圖”，特別是在敦煌甜水井西漢郵驛遺址出土多張麻紙，其中三張寫有文字。所有的新發(fā)現(xiàn)，盡管將中國造紙技術(shù)前推了二百年，但尚不能根本推翻蔡倫紙的始祖地位，蔡倫紙原料更加易得和普遍，工藝更加成熟，更適合于大規(guī)模造紙，也更便于書寫和繪畫，蔡倫紙是現(xiàn)代紙的淵源。
紙自產(chǎn)生以來，中國人非常重視紙的書寫功能，為便于被毛筆書寫，曾創(chuàng)造出很多加工紙的方法，如豬牙砑光、填粉、施膠、涂蠟和染色等。南北朝時的瀝紙，就是用松脂與油混合提煉的瀝青涂在紙上（明末《江西省大志·楮書》提到大龍瀝紙，紙中繪有龍紋）。涂蠟加工最著名的是宋代金栗山藏經(jīng)紙（《金栗箋說》記載，藏經(jīng)紙中都印有小印，并涂蠟、砑光）。北魏《齊民要術(shù)》專門介紹了紙的染色方法，在各色紙中以黃色為重，公文及經(jīng)書都用黃蘗染色（黃蘗具有防蟲蛀作用）。《太平御覽》記載，東晉桓玄令平準(zhǔn)制作青、赤、縹、綠、桃花等色紙。唐代薛濤紙是用芙蓉皮制作的詩箋（唐代段成式贈給溫庭筠的云蘭紙，有藍(lán)色云形紋樣）。北宋《文房四譜》對蜀國十色箋的加工做了詳細(xì)的記載，其中的流沙箋為日本墨流以及歐洲斑紋紙（也稱云紙）的最初起源。希臘語中的“云紙”，是模仿唐代彩霞紙、云蘭紙、霞光紙的圖案而制作的。金箔銀箔裝飾加工方法在唐代已經(jīng)成熟，元《蜀箋譜》中出現(xiàn)過金花五色綾箋，李肇的《翰林志》中有灑金的金沙紙、漓金箋以及金鳳箋（用金泥描繪鳳凰）。唐代開始制作水紋紙，利用水印技術(shù)制造紙簾稱為花簾紙。介紹白紙加工工藝的最為著名的書籍為明代《天工開物》。
造紙技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個方面：在原料方面，魏晉南北朝時已經(jīng)開始利用桑皮、藤皮造紙。到了隋朝、五代時期，竹、檀皮、麥桿、稻桿等也都已作為造紙原料，先后被利用，從而為造紙頁的發(fā)展提供了豐富而充足的原料來源。其中，唐朝利用竹子為原料制成的竹紙，標(biāo)志著造紙技術(shù)取得了重大的突破。竹子的纖維硬、脆、易斷，技術(shù)處理比較困難，用竹子造紙的成功，表明中國古代的造紙技術(shù)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)成熟的程度。唐時，在造紙過程中加礬、加膠、涂粉、灑金、染色等加工技術(shù)相繼問世，為生產(chǎn)各種各樣的工藝用紙奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。從唐代到清代，中國生產(chǎn)的用紙，除了一般的紙張外，還有各種彩色的臘箋、冷金、錯金、羅紋、泥金銀加繪、砑紙等名貴紙張，以及各種宣紙、壁紙、花紙等。使紙張成為人們文化生活和日常生活的必需品。
公元105年蔡倫紙發(fā)明后，造紙術(shù)從河南向經(jīng)濟(jì)文化發(fā)達(dá)的其它地區(qū)傳播。蔡倫被封到陜西洋縣為龍亭侯，造紙術(shù)就傳到漢中地區(qū)并逐漸傳向四川。2世紀(jì)造紙術(shù)在我國各地推廣以后，紙就成了和縑帛、簡牘的有力的競爭者。3到4世紀(jì)，紙已經(jīng)基本取代了帛、簡。3到6世紀(jì)的魏晉南北朝時期，在設(shè)備方面出現(xiàn)了更多的活動簾床紙模，用一個活動的竹簾放在框架上，可以反覆撈出成千上萬張濕紙；在加工制造技術(shù)上，加強(qiáng)了堿液蒸煮和舂搗，出現(xiàn)了色紙、涂布紙、填料紙等加工紙。從敦煌石室和新疆沙磧出土的這一時期所造出的古紙來看，紙質(zhì)纖維交結(jié)勻細(xì)，外觀潔白，表面平滑。6世紀(jì)賈思勰《齊民要術(shù)》中，專門有兩篇記載了造紙原料楮皮的處理和染黃紙的技術(shù)。
6到10世紀(jì)的隋唐五代時期，除麻紙、楮皮紙、桑皮紙、藤紙外，還出現(xiàn)了檀皮紙、瑞香皮紙、稻麥稈紙和新式的竹紙。關(guān)于竹紙的起源，有人認(rèn)為開始于晉代，但是缺乏足夠的文獻(xiàn)和實物證據(jù)。從技術(shù)上看，竹紙應(yīng)該起源于唐以后，而在唐宋之際有比較大的發(fā)展。這一時期的產(chǎn)紙地區(qū)遍及南北各地，由于雕板印刷術(shù)的發(fā)明，促進(jìn)了造紙業(yè)的發(fā)展，紙制品普及于民間日常生活中。名貴的紙中有唐代的“硬黃”、五代的“澄心堂紙”等，還有水紋紙和藝術(shù)加工紙（唐代的繪畫藝術(shù)作品已經(jīng)有不少紙本的）。
在公元10到18世紀(jì)的宋元和明清時期，盛行楮紙、桑皮紙等皮紙和竹紙。造紙用的竹簾多用細(xì)密竹條，這就要求紙的打漿度必須相當(dāng)高。前唐代用淀粉糊劑做施膠劑，兼有填料和降低纖維下沉槽底的作用。到宋代以后多用植物粘液做“紙藥”，使紙漿均勻，常用的“紙藥”是楊桃藤、黃蜀葵等浸出液。這種技術(shù)早在唐代已經(jīng)采用，但是宋代以后就盛行起來。明清時期用于室內(nèi)裝飾用的壁紙、紙花、剪紙等，并且行銷于國內(nèi)外。彩色的蠟箋、冷金、泥金、羅紋、泥金銀加繪、砑花紙等，造價很高，質(zhì)量也在一般用紙之上。宋代蘇易簡的《紙譜》、元代費著的《紙箋譜》、明代王宗沐的《楮書》、明代宋應(yīng)星的《天工開物》?！短旃ら_物》第十三卷《殺青》中關(guān)于竹紙和皮紙的記載，附有造紙操作圖，是當(dāng)時世界上關(guān)于造紙的最詳盡的記載。
造紙術(shù)首先傳入朝鮮和越南，隨后傳到了日本。在蔡倫改進(jìn)造紙術(shù)后不久，朝鮮和越南就有了紙張。朝鮮半島各國先后都學(xué)會了造紙的技術(shù)。紙漿主要由大麻、藤條、竹子、麥桿中的纖維提取。大約公元四世紀(jì)末，百濟(jì)在中國人的幫助下學(xué)會了造紙，不久高麗、新羅也掌握了造紙技術(shù)。此后高麗造紙的技術(shù)不斷提高，到了唐宋時，高麗的皮紙反向中國出口。西晉時，越南人也掌握了造紙技術(shù)。公元610年，朝鮮和尚曇征渡海到日本，把造紙術(shù)獻(xiàn)給日本攝政王圣德太子，圣德太子下令推廣全國，日本稱他為紙神。應(yīng)神天皇十六年（公元285年），從（朝鮮半島）百濟(jì)來的王仁，傳入日本10卷《論語》和1卷《千字經(jīng)》，成為日本最早的紙質(zhì)書籍。目前世界已知的最早印刷品，是新羅時代（751年）的無垢凈光大陀羅尼經(jīng)（在韓國慶州發(fā)現(xiàn)），還有湖嚴(yán)美術(shù)館藏的新羅白紙墨書大方廣佛華嚴(yán)經(jīng)（755年，唐玄宗時代完成的）。東漢末年，因戰(zhàn)亂逃至朝鮮又逃至日本的中國人，其后世將造紙術(shù)帶到了日本（一般認(rèn)為是在610年，由高麗王派遣的僧人傳授的造紙術(shù)）。傳到日本的造紙術(shù)，在平安時代之前稱為造紙，之后稱為“手漉紙”，說明日本造紙的本土化是起自平安時代。日本本土生產(chǎn)的紙稱為“和紙”，分為白紙和加工紙，相當(dāng)于中國的生紙和熟紙。日本和紙的制作技術(shù)水平，已經(jīng)超過同時代的中國唐代（主要是指唐代以竹子為主要原料的質(zhì)地硬脆的紙）。8世紀(jì)完成的《古事記》和《日本書紀(jì)》，是日本最早的文字書籍。奈良東大寺正倉院藏有8至11世紀(jì)的色紙和加工紙（用于官方文書、經(jīng)書以及繪畫和裝飾）。中國的造紙技術(shù)也傳播到了中亞的一些國家，并從此通過貿(mào)易傳播到達(dá)了印度。造紙術(shù)傳入阿拉伯是在公元751年。那一年唐安西節(jié)度使高仙芝率部與大食(阿拉伯帝國)將軍沙利會戰(zhàn)于中亞重鎮(zhèn)怛邏斯(今哈薩克斯坦的江布爾)，激戰(zhàn)中，由于唐軍中的西域軍隊發(fā)生叛亂，唐軍大敗，被俘唐軍士兵中有從軍的造紙工人。當(dāng)時的阿拉伯人沒有屠俘的習(xí)慣，因此被俘的唐軍造紙工匠可以為阿拉伯人造紙，沙利將這些工匠帶到中亞重鎮(zhèn)撒馬爾罕，讓他們傳授造紙技術(shù)，并建立了阿拉伯帝國第一個生產(chǎn)麻紙的造紙場（因傳播伊斯蘭經(jīng)典教義的需要，造紙術(shù)在阿拉伯地區(qū)迅速普及）。從此，撒馬爾罕成為阿拉伯人的造紙中心。阿拉伯最早的造紙工場，是由中國人幫助建造起來的，造紙技術(shù)也是由中國工人親自傳授的。900年，造紙技術(shù)傳到了敘利亞的大馬士革、埃及的開羅和摩洛哥，中國造紙法徹底取代了已經(jīng)使用了近4000年的埃及莎草紙。在造紙術(shù)的流傳中，阿拉伯人的傳播功勞不可忽視。
歐洲人是通過阿拉伯人了解造紙技術(shù)的，最早接觸紙和造紙技術(shù)的歐洲國家是一度為阿拉伯人、摩爾人統(tǒng)治的西班牙。1150年，阿拉伯人在西班牙的薩狄瓦，建立了歐洲第一個造紙場。西方主要國家開始造紙的時間為：1276年意大利生產(chǎn)麻紙；1348年法國建立造紙場，此后又向德國出口；14世紀(jì)德國建造紙場；15世紀(jì)英國建造紙廠；1573年瑞典建造紙廠；1635年丹麥開始造紙；1690年挪威建造紙廠。西班牙人移居墨西哥后，最先在美洲大陸建立了造紙廠，墨西哥造紙始于 1575年。美國在獨立之前，于1690年在費城附近建立了第一家造紙廠。18世紀(jì)歐洲造竹紙。到19世紀(jì)中國的造紙術(shù)已傳遍五洲各國。為了解決歐洲紙張質(zhì)量低劣的問題，法國財政大臣杜爾閣曾希望利用駐北京的耶穌會教士刺探中國的造紙技術(shù)。乾隆年間，供職于清廷的法國畫師、耶穌會教士蔣友仁將中國的造紙技術(shù)畫成圖寄回了巴黎，中國先進(jìn)的造紙技術(shù)才在歐洲廣泛傳播開來。1797年，法國人尼古拉斯·路易斯·羅伯特成功地發(fā)明了用機(jī)器造紙的方法，從蔡倫時代起中國人持續(xù)領(lǐng)先近2000年的造紙術(shù)終于被歐洲人超越?，F(xiàn)今主流制紙工序已經(jīng)機(jī)械化了（俗稱西洋造紙）。磨木紙漿（機(jī)械紙漿）利用機(jī)械碾磨力以取得木材纖維，主要可再分為一般機(jī)械漿、精制機(jī)械漿、熱磨機(jī)械漿等?；瘜W(xué)紙漿利用化學(xué)法將纖維與木質(zhì)素分開以取得木材纖維，主要可再分為蘇打漿、亞硫酸鹽漿、硫酸鹽漿等。半化學(xué)紙漿結(jié)合機(jī)械法與化學(xué)法之制漿方式，可再分為中性半化學(xué)漿、冷蘇打漿、化學(xué)機(jī)械漿等。
造紙術(shù)是中國人的發(fā)明，是西方資本主義及近代科技的發(fā)生和發(fā)展的基礎(chǔ)性科技條件之一。但造紙術(shù)到了西方人的手里，經(jīng)過消化、更新，反過來又造成了對整個世界文明進(jìn)步的推動，直至發(fā)生了電子技術(shù)的進(jìn)步。中國人作為造紙術(shù)文明的發(fā)明和傳播者，反過來成為了現(xiàn)代文明的被傳播者。
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