苏颂 以元豐年間測量之數據绘制的五幅星图 之一（冬至春天星圖），发表于《新仪象法要 》中中国历史 上的宋朝 （960年—1279年）出现了大量的科技发明 ，此时期中国已同时掌握指南针 、造纸 、火药 、活字印刷 等技术，并投入大规模的实际应用：如在航海领域，南海一号 的实物发现表明，因指南针与天文观测技术的普及、地理知识的进展，南宋 曾长期主导世界远洋贸易；而活字印刷术 作为中国四大发明 之一亦诞生於宋朝，中国印刷术因此呈现一条由木雕版印刷术、陶活字印刷术、木活字印刷术至铜活字印刷术之演进脉络。与之相比，欧洲 直到1440年方出现鉛字活字印刷术，由德国 谷登堡 发明，中国在19世纪将之引入。部分学者因而认为歐洲活字印刷術是受到中国印刷技术影响而产生。[ 1] [ 2]
英国 学者李约瑟 在其著作《中国的科学与文明 》的导论提到：“每当人们在中国的文献中查找一种具体的科技史料时，往往会发现它的焦点在宋代，不管在应用科学方面或纯粹科学方面都是如此。”[ 3] 历史学家 陈寅恪 也曾评论：“华夏民族之文化，歷数千载之演进，造极于赵宋之世。”[ 4] 机械工程 技术。宋朝天文学家苏颂 认为他和他同时代人的成功是以古代发明家张衡 以及其他早期机械专家的成就为基础的。[ 5] 公元前 2世纪希腊 安提基特拉机械 天文钟仪器的又一次改革。活字印刷术 的应用能比原来已经广为流传的雕版印刷 更好地传播知识。而新的武器 ，如火药 的应用使宋朝能抵抗外来者的侵略，直到13世纪后期才被蒙古族 忽必烈 击败。
宋朝有部分先进的土木工程 、导航 和冶金学 方面的发明。这些发明和纸币 都推动了宋朝经济的发展和繁荣，对人类文明产生深远影响。
苏颂所绘水运仪象台图 苏颂 的水运仪象台 比例模型宋朝的通才 科学家如沈括 和苏颂 代表了宋朝早期科技经验主义 的思想。沈括通过精确测量子午圈 ，发现了地磁偏角的存在，比欧洲早了四百年。[ 6] 北极星 几个世纪运转的位置。这使得海员在航行时利用指南针 更准确地确定方向。[ 6] 地质学 也颇有研究。在长期观察奇怪的自然现象后，他阐明了一个地貌学 和气候变化原理。[ 7] [ 8] 日食 和月食 的观测情况，他分析出太阳 和月亮 是球状的，而不是平面的，从而扩展了中国早期天文学家的理论。[ 9] 司天监 期间，沈括举荐北宋天文学家和数学家卫朴 ，两人一起运用宇宙学 假设，描绘行星 运行轨道的变更，包括逆行。[ 10] [ 11] [ 12] [ 12]
苏颂是沈括的政敵之一，于1070年完成了一本药物学 著作──《本草图经 》，其中涵盖了相关的学科的知识，如植物学 、动物学 、冶金学 和矿物学 。[ 13] [ 14] 麻黄 等。[ 15] 星图 的作者，[ 16] 地图学 的大量测绘记录工作解决了宋朝和邻国契丹 自辽朝 以來一直悬而未决的边界疆土问题。[ 17] 水运仪象台 ，上层是机械驱动的浑天仪 （天体测量之用），中层是浑象仪（天体运行演示），下层是司辰（自动报时器），1088年在当时的首都开封 开始动工，1092年竣工。[ 18] [ 19] 欧洲 安提基特拉机械 十三个世纪，但苏颂的水运仪象台却是目前已知的世界上最早的“不中断”链条传送动力的装备，最早的传送机械动力链条由古希腊 哲学家费罗于公元前 3世纪所发明，在1092年他的著作《新仪象法要 》中描述了设计要点。[ 20]
沈括和苏颂的例子说明了宋朝任用了許多具備科學知識的官员，这些人掌握了多个学科的知识，有利于宋朝的管理、军事和经济发展。这些智者如沈括涉及多个领域如数学 、地理学 、地质学 、经济学 、工程学 、医学 、藝術評論 、考古学 、军事战略 、外交 等等。[ 21] [ 22] [ 23] [ 22] [ 24] [ 25] [ 22] 漏壶 计时的准确性，改进了浑天仪 、日晷 ，[ 26] [ 27] 暗箱 的试验，只比首位实验者阿拉伯人 海什木 晚了几十年。[ 28]
古文献对天然磁石吸引铁以制备磁铁的描述于《管子 》、[ 29] 吕氏春秋 》、[ 30] 淮南子 》[ 31] [ 32] [ 33] [ 34] 汉朝 （前202年-220年）开始使用指南北天然磁石磨制的勺碗状指南针 ，用来占卜 与风水堪舆 ，尚未用在导航 方面。[ 35] [ 36] [ 37] 王充 （27年-约97年）在其所著《论衡 》卷17是应篇第52说「司南之杓，投之于地，其柢指南」。[ 38] [ 39] 记里鼓车 自汉朝 开始就有应用，《宋史 》则比之前的记载提供了一个更加详细而深入的描述。
宋代记里鼓车齿轮系示意图
“
赤质，四面画花鸟，重台，勾阑，镂拱。行一里，则上层木人击鼓；十里，则次层木人击镯。一辕，凤首，驾四马。驾士旧十八人，太宗雍熙四年，增为三十人。[ 40]
”
接下来是内侍卢道隆关于齿轮和传动装置的详细数据。在结束时描述了装置是如何工作的：
“
其中平轮转一周，车行一里，下一层木人击鼓；上平轮转一周，车行十里，上一层木人击镯。凡用大小轮八，合二百八十五齿，递相钩锁，犬牙相制，周而复始。[ 40]
”
宋代的记里鼓车 和指南车 联系在一起。指南车由三国时期 机械制造家马钧 发明，采用齿轮的原理制作，将复杂的差速 齿轮组合在一起，这也是如今所有现代汽车在转向时对旋转的车轮力矩 相同，速度不同的原理。这些差速齿轮使机械控制的手指指向固定的方向──南。指南车采用了先进的机械装置，与指南针 采用磁极原理不同。宋代博物学者燕肃 ，于1027年重新研制出指南车，他的制作方法在《宋史 》也有记载。[ 41] [ 42] [ 42] [ 43] 吴德仁 于1107年将记里鼓车 和指南车 结合在一起：
“
大观元年，内侍省吴德仁又献指南车、记里鼓车之制，二车成，其年宗祀大礼始用之。[ 40]
”
接下来的文字详细描述了两个装置组合在一起的设计细节。
营造法式插图 转轮经藏 北宋王居正《纺车图》 除了钟表发条装置、水力驱动的天文仪、记里鼓车、指南战车外，宋朝还有许多其他令人叹为观止的机械装置。虽然在唐朝 时期佛教 寺院已经出现转轮藏 （转轮藏即为转动的藏经橱，是佛教取法轮常转，自强不息之意），宋朝则将此技术进一步提升。[ 44] 河北 正定 隆兴寺 转轮藏阁。整座小楼的设计就是为一个转轮藏而构成的，这个转轮藏是中国现存惟一第十世纪的真正可以转动的佛经的书架。[ 45] [ 44] 北宋 建筑师李诫 所编修的《营造法式 》中。[ 46] [ 47] 长沙 开福寺 的转轮藏一共有五个轮子共同转动，[ 48] 苏州 南禅寺甚至还有一个类似刹车系统的装置，汉学 家至今不能确定它运作的方式。[ 48]
在纺织领域，11世纪的中国人已经开始使用皮带驱动的纺织机。[ 49] 秦观 的著作《蚕书 》中详细记载了缫车的结构、几个关键部件及用法，通过脚踏板产生动力，丝被缠绕在线轴上。该书是有关缫车的最早记载。[ 50] 楼俦 所作的《耕织图 》采用绘图的形式详实记录耕作与蚕织。[ 51]
现存最早的木活字西夏文 印本《华严经普贤行品》，甘肃省博物馆 藏。首行对应汉文“身语意业无有疲厌” 膠泥式活字印刷术 由北宋发明家畢昇 于11世纪发明。与畢昇同时代的沈括 所著的《梦溪笔谈 》记载了畢昇的这一创造性发明：[ 52]
“
庆曆中，有布衣畢昇又为活板。其法：用胶泥刻字，薄如钱唇，每字为一印，火烧令坚。先设一铁板，其上以松脂、蜡和纸灰之类冒之。欲印，则以一铁范置铁板上，乃密布字印，满铁范为一板，持就火炀之，药稍熔，则以一平板按其面，则字平如砥。若止印三、二本，未为简易；若印数十百千本，则极为神速。[ 53]
”
交子 被认为是世界最早的正式发行纸币 ，其前身为唐代飞钱 ，主要流通于中国北宋时期1023年的四川 成都 。活字印刷与雕版印刷 相比降低了成本，增加了印刷品的发行数量。虽然这一时期，雕版印刷仍然占据主流地位，但是活字印刷术的发明促进了后世学子的知识普及，推进了科举 考试的发展。活字印刷在朝鮮半島的高丽王朝 时期得到了改进，于1234年将畢昇的烧粘土字改为金属 字。[ 54] 王祯 在1298年发明了木活字版印刷。[ 55] 德国 谷登堡 于1440年发明了鉛字活字（鉛字活字于1833年传入中国 澳门 ）。虽然活字印刷与雕版印刷几个世纪以来作为主要的印刷方式，但东亚国家后来还是最终采用欧洲的印刷机 。
在印刷术之前，中国已经有能力大规模生产纸 。造纸术 由东汉 蔡伦 改进，不再使用竹简和缣帛作为原料，改用树皮、破布、麻头和鱼网等廉价之物造纸，大大降低了造纸的成本，为纸的普及准备了条件。105年发明成功，公元3世纪广泛应用。[ 56] 纸币 的国家，其唐宪宗 时代的飞钱 是目前已知最早的纸币[ 57] 交子 成为了世界上最早“正式”发行的纸币。[ 58] 宋史 》记载是因为铁钱笨重，携带不方便。[ 59] [ 60] [ 61] 续资治通鉴长编 》也有相关记载。[ 62] 手纸 自从6世纪以来在中国得到广泛使用，[ 63] 茶叶 的纸袋也于7世纪出现，[ 63] 信封 里。[ 63] 惠州 、成都 、杭州 等处成立了几个铸币厂。[ 64] [ 64]
十世纪 五代 时期的敦煌 （时属归义军 ）壁画，目前所知最早的关于火枪 和手榴弹 （右上方）的描绘。[ 65] 黑龙江 ，制作年代为1288年，现藏黑龙江省博物馆。[ 66] [ 67] 近代的中外学者们一致认为火药 最晚在公元9世纪唐代时期就已经出现。[ 68] [ 69] [ 70] 楊行密 軍圍攻豫章﹙今江西南昌﹚，部將鄭璠 命所部“發機飛火，燒龍沙門，率壯士突火先登入城，焦灼被體”，这也是中国第一次将火药 应用到战争中的记载，最早的火药武器则出现在五代时期的敦煌壁画。[ 71]
领先的军事科技使宋朝在一定程度上抵御住了北方的邻国的侵袭。火焰喷射器最早起源于拜占庭帝国 时期的希腊 ，公元7世纪应用虹吸管而制造的一个设备，称为“希腊火 ”。在中国，最早提及希腊火 的著作是清吴任臣 编撰的《十国春秋 》中提及917年吳王楊隆濱派使者給契丹主送去猛火油一事。[ 72] [ 73]
不过此猛火油与火药武器无关，例如，钱俨 的《吴越备史 》记录了猛火油 （即石油 ）不能被水熄灭的特性[ 74] 阿拉伯半岛 ）。[ 75] [ 76] 希腊 人的发明，即双活塞 应用到火器中，以连续喷射火焰。[ 76] 武经总要 》中记载的“猛火油柜”才引入了火药作为引燃物。[ 76]
火药的破坏力在唐朝 炼丹术 已经提及，如唐朝清虚子 编的《铅汞甲庚至宝集成》的记载的“伏火矾法”，[ 77] 孟要甫 的《诸家神品丹法》则收录了无名氏配方的“伏火硫黄法”。[ 78] 武经总要 》，描绘了炸药从弹弩发射的机理。[ 79] [ 80] 大炮 射弹。关于中国火枪最早的艺术作品来自敦煌 的佛教壁画，该画大约作于公元950年。[ 81] [ 82] 铅 弹。[ 83] 明朝 焦玉 所著的《火龙经 》记载了宋朝初期的“飞云霹雳炮”，这是一种轻型爆炸性火炮，炮身铁铸造，射生铁铸造的球型爆炸炮弹。[ 84] 金人 围攻汴京 ，李纲 在守城时曾用霹雳炮 击退金兵，“夜发霹雳炮以击贼，军皆惊呼”。[ 85]
投石机 。据《宋史》记载，1277年（元至元十四年），元兵攻静江，静江外城被攻破，邕守马成旺及其子都统应麒投降，“独塈部将娄钤辖犹以二百五十人守月城不下”。元军围之十餘日，“娄乃令所部入拥一火炮燃之，声如雷霆，震城土皆崩，烟气涨天外，兵多惊死者，火熄入视之，灰烬无遗矣”。[ 86] 明朝 学者茅元仪 在著作《武备志 》描绘了这个武器。[ 87] 火龙经 》也是中国第一部描绘地雷 的书籍，地雷被应用在1277年宋人与蒙古人的战争中，宋军使用埋设于地面的“火药炮”（即铁壳地雷），后来在元朝 进一步发展。[ 88]
法國當代運河船閘系統，採用了北宋喬維岳發明的復閘系統技術 984年，淮南转运使乔维岳 负责治理淮河，创建的二斗门，是复闸形式的运河船闸 ，从而提高了河运能力。根据《宋史》记载：
“
维岳规度开故沙河，自末口至淮阴磨盘口，凡四十里。又建安北至淮澨，总五堰，运舟所至，十经上下，其重载者皆卸粮而过，舟时坏失粮，纲卒缘此为奸，潜有侵盗。维岳始命创二斗门于西河第三堰，二门相距逾五十步，覆以厦屋，设县门积水，俟潮平乃泄之。建横桥岸上，筑土累石，以牢其址。自是弊尽革，而运舟往来无滞矣。[ 89]
”
運河復閘原理圖，喬維岳10世紀發明，錄於沈括著《夢溪筆談》 该项发明也是世界首创，[ 90] 梦溪笔谈 》中，也提到了复闸的应用，并详细描述了应用该技术后效果。天圣 年间，扬子江监真州（今江苏仪征）段采用复闸后，每年节约了500名工人，一百二十万钱。以前船只能装载三百石粮食，闸建成后，可以通过四百石粮食的船。[ 91] [ 92] [ 93] 蘇軾 還認為，農業發展與水利並不能相得益彰，他於其《東坡志林》[ 94]
“
數年前朝廷作汴河斗門以淤田，識者皆以為不可，竟為之，然卒亦無功。方樊山水盛時放斗門，則河田墳墓廬舍皆被害，及秋深水退而放，則淤不能厚，謂之「蒸餅淤」，朝廷亦厭之而罷。偶讀白居易《甲乙判》，有云：「得轉運使以汴河水淺不通運，請築塞兩河斗門，節度使以當管營田悉在河次，在斗門築塞，無以供軍。」乃知唐時汴河兩岸皆有營田斗門，若運水不乏，即可沃灌。古有之而今不能，何也？當更問知者。
”
坍塌后的开元寺塔（料敌塔），1935年 在建筑方面，完工于至和二年（1055年）年的开元寺塔 为中国现存最高的砖塔，共十一层，高84米。
《武经总要 》记载的装配投石车 的中国宋代的海军战船。
宋朝的船只曾航行到綠衣大食（法蒂玛王朝 的埃及 ）的港口。[ 95] 指南针 确定航行的方向。在沈括和朱彧 描述海军的磁针指南针之前，更早期的军事著作《武经总要 》里已经记载了一种热顽磁的指南针。[ 96] [ 96]
关于宋朝海港运作、商船运输、远洋贸易的著作非常多。朱彧 所著的《萍洲可谈 》巻二记录了宋代海外贸易及市舶管理情况。书中不仅仅描述了航海的指南针，还描绘了海员从甲板扔铁钩，取得海底泥土，从而根据泥土的气味和外观来判断船只的位置。[ 97] [ 98] [ 99] 水密隔舱 ，即使有一、二个船舱破裂漏水，其他船舱也不致进水，从而避免船只触礁沉没。[ 100] [ 101] [ 102]
除了朱彧外，还有很多杰出的作家的著作中提到了航海技术。《岭外代答 》为南宋 周去非 于1178年任桂林 县尉时所撰写的笔记。书中记载宋代 广西 的地理 、人文 、边防、风土、物产等方面的丰富的记载，兼述安南 、占城 、三佛齐 、爪哇 、大秦 、波斯 、木兰皮 、女人国 等域外国家的地理、人文、风土、物产。宋代沿海贸易，比之前代发达许多，因此这本著作是研究宋代中西海上交通和十二世纪南海 、南亚 、西亚 、东亚 、北非 等地古国史的可贵资料。[ 103]
一艘宋朝13世纪的中国帆船
“
浮南海而南，舟如巨室，帆若垂天之云，柂长数丈，一舟数百人，中积一年粮，豢豕酿酒其中，置死生于度外。...又大食国更越西海，至木兰皮国，则其舟又加大矣。一舟容千人，舟上有机杼市井，或不遇便风，则数年而后达，非甚巨舟，不可至也。[ 104]
”
书中还描写了海军的藤舟：
“
深广沿海州军，难得铁钉桐油，造船皆空板穿藤约束而成。于藤缝中，以海上所生茜草，干而窒之，遇水则涨，舟为之不漏矣。其舟甚大，越大海商贩皆用之。[ 105]
”
之后的穆斯林摩洛哥 柏柏尔 旅行家伊本·白图泰 撰写了大量关于中国船只的文章。其中特别提到了中国帆船 。[ 106] [ 106]
桨轮船 宋朝为一种依靠人力踩动车轮推动的船的建造投入了大量的物力，被称作桨轮船。自公元5世纪以来就开始有这种船的雏形，[ 107] 唐代 的李皋 则于784年成功设计出桨轮船，在战船的舷侧或艉部装置了人力桨轮。[ 107] 吴革 于1134年制造了一批桨轮船，一艘有9个桨轮，其余的有13个桨轮。[ 108] [ 109] 岳飞 镇压洞庭湖地区叛军楊幺 的时候，在湖中放置漂浮的杂草和腐烂的圆木来对付桨轮船，从而登上了甲板，获得了战略性胜利。[ 108]
宋朝积累了前人的经验，在冶金 方面引入了新的技术。公元前1世纪，汉朝 时期的中国人已经研制出用碳 作为媒介物，将锻铁 和铸铁 融化在一起炼钢 的方法。[ 110] [ 111] [ 112] [ 113]
水力驱动的杵锤 806年到1078年期间，人均铁 的产量增长了六倍，到1078年，年产量已经达到了1.27亿公斤。[ 114] [ 115]
還發展出如步人甲 這類的重步兵 铠甲 ，1134年所规定的步人甲由1825张甲叶 连缀而成，重达29公斤，被认为是世界上最重的盔甲 ，同时可通过增加甲叶数量来提高防护力，但是重量会进一步上升。为此，皇帝亲自赐命，规定步兵铠甲以29.8KG为限。此后，又把长枪手的铠甲重量定为32-35KG；由于弓箭手经常卷入近战格斗，其铠甲定为 28-33KG；而弩射手的铠甲定为22-27KG。
历史学家唐纳德·瓦格纳指出产量的数据是基于政府向国内各个生产铁的县收取的税赋记录来统计的。[ 116] 水力 驱动熔炉的大型风箱，在铸造过程中使用大量的木炭 ，因此导致中国北部大范围森林开伐。[ 114] [ 117] [ 114] [ 117] [ 118] [ 115] [ 119] 英国 18世纪工业革命 时期的铁和煤的产量相当。[ 120] [ 102] 苏轼 担任徐州知府期间，于1078年曾献表详细说明36座铁熔炉的生产情况，每个都有几百名工人。[ 121]
《王祯农书 》中描绘的元代的水排 中国利用风力由来已久，宋神宗 元丰 年间更进一步发明了风磨 。古中国人从何时开始在窑和熔炉使用风箱至今没有明确考证，也许从商朝 以来就存在了，因为自那时起炼铜 技术已经十分复杂。可以确定的是从公元前6世纪之前鼓风炉已经开始在中国出现，因为铸铁 农具 和武器 在公元前5世纪已经广泛使用。[ 122] 汉代 南阳太守杜诗 发明了水排，以水力传动机械，使皮制的鼓风囊连续开合，将空气送入冶铁炉，铸造农具。[ 123] [ 124] 冶金 上，同时其他应用风力的设备也相继出现。汉代的工匠丁缓 ，不仅是最早发明卡尔达诺悬挂 的人，还发明了七轮扇，[ 125] 空调 。[ 126] [ 127] 王祯 的著作《王祯农书 》中，描绘了一种复杂的去糠簸的风扬机。（最早的风扬机在汉代的一座坟墓中出土，据考证年代在公元前2世纪到公元2世纪之间。）[ 128] 金朝 出现。
据考证，中国北部女真族 从伊斯兰国家 学习到了风磨 的知识，在盛如梓 的《庶斋老学丛谈 》也有相关的记载。[ 129] 天津 和长江 流域使用。[ 130] 荷兰 驻中国大使倪贺夫 ，他于1656年坐船沿京杭大运河 经过江苏 。[ 130]
风磨之后，其它利用风力的设备甚至交通工具相继在中国出现。利用风力的独轮车于17世纪明朝 甚至明朝之前出现，欧洲人16世纪来到中国的时候，惊讶地发现大型独轮车不仅仅由驴或者马拉动，还安装了类似船上的桅的装置和帆，通过风力帮助车辆行进。[ 131]
絲綢、陶瓷在中國為民生產業，亦為奢侈品行業及大宗出口貨品，其工藝在宋代均有發展。自唐以來，陶瓷之業，日見發達，而宋代有一最著名之美術工藝，為歷代所不及，曰瓷器，其中以定 、汝 、官 、哥 等為最有名，外此複有吉州 、均州 、瓷州 等窯，景德鎮之瓷器 源于唐而大放光彩於宋真宗 之世。[ 132] 景德鎮 等地的陶瓷原料和工藝來改進陶瓷製作技術。[ 133]
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