風箏
『公輸子削木以為鵲,成而飛之,三日不下。』——《墨子·魯問篇》
中國是風箏的故鄉。風箏又叫紙鳶、紙鷂,利用風力使之上升至空中,至今已有3000年的歷史。風箏的始祖應該是魯班(約前507—約前444),又稱公輸班,據說他會『削竹為鵲,成而飛之』。他也首開了將風箏用於軍事偵查的先例,史書記載,『公輸班為木鳶以窺宋城』。西元549年,南梁武帝時侯景發動叛亂,包圍了皇宮,宮女『做紙鳶,飛空告急於外』,是風箏用於傳遞軍事情報的開始。風箏這個名字的確定,應當歸功於漢隱帝時的大臣李鄴,他在宮中曾以線放紙鳶為戲,又在紙鳶頭部安裝竹笛,風入竹笛,即發出像古箏一樣的響聲,因而得名風箏。明代有一種鴉形風箏,內裝火藥投放於敵營爆炸,謂之『神火飛鴉』,這是用於軍事;明代還有利用風箏測量風速的記載,這是用於科學。李約瑟把風箏列為中華民族的重大科學發現之一。美國華盛頓國家航空和空間博物館中有一塊牌子上也醒目地寫着:最早的飛行器是中國的風箏和火箭。
『燕』風箏
『蜻蜓』風箏
風箏的功能由軍事轉向娛樂是從唐代中期開始的,一位詩人的《小兒詩五十韻》中就提到兒童遊戲『放紙鳶』。宋代放風箏的風氣大盛,皇帝宋徽宗(1082—1135)不但是風箏的熱心倡導者,還主持編寫了《宣和風箏譜》。風箏很早就傳入亞洲各國、阿拉伯世界以及世界各地,成為人們爭購的工藝品和玩具,在歐洲,1589年,科學家德拉·波爾塔(Della Porta)才首次在《自然魔力》這本書中提到風箏。現在一年一度的山東濰坊國際風箏節吸引着來自世界各地的風箏愛好者。
楊柳青年畫《童戲風箏圖》
算盤
『算盤珠,言撥之則動。』——《南村輟耕錄》
算盤是在古老的籌算基礎上發展起來的。籌算是在春秋時期就有的一種計算方法,是將表示不同數值的、不同顏色的算籌擺成縱橫不同的數列,進行大小不等數值的加減乘除運算。籌算在中國古代使用了2000年,發揮了重大作用。但是隨着社會生活的發展,對計算技術的要求也不斷提高,籌算已經遠遠不能適應需要,於是算盤就應運而生了。算盤的原理、基本方法和籌算大致相同,吸收了籌算的大部分合理因素,但是更先進、更方便、運算更簡潔、速度更快。利用算盤運算叫做珠算,珠算的名稱最早見於西元2世紀東漢數學家徐岳(?—220)的《數術記遺》。北宋著名畫家張擇端的《清明上河圖》中趙太丞藥店的櫃枱上就放着一隻算盤。元代作家陶宗儀(1316—?)在他的隨筆《南村輟耕錄》中最早提到『算盤珠』一詞,並說它『撥之則動』。明代的關於木器製作的《魯班木經》中就有很多算盤製作的規格標準,由此看見,算盤在那時候已經非常普及。流行最廣的一本珠算著作是程大位(1533—1606)的《演算法統宗》,對珠算的規則和運算規律進行了全面論述。珠算口訣則以吳敬的《九章演算法比類大全》最為有名。算盤這種運算工具,特別適合文化程度比較低的百姓,甚至文盲也可以運用自如。
程大位像
從現有的資料來看,許多國家都出現過算盤,但是中國的算盤是繼承了籌算的基本成就而來,而且具有籌算的三個特徵:九個數字符號和零的概念,位置制和十進位制,而且表示九個數字符號和零號的方法也相同。中國的珠算逐漸傳播到日本、朝鮮、印度、美國和東南亞各國,直到現在,它仍然是日常運算的輔助工具,在加減法運算方面有超過電腦的優勢。
圍棋
『堯造圍棋,丹朱善之。』——《世本·作篇》
圍棋的故鄉在中國,古稱弈。傳說中古代著名帝王堯或者是舜為了教育兒子、啟發智慧製造了圍棋。早在春秋時代圍棋已經流行,戰國時代就更為盛行。圍棋最早是作為天文工具製造出來的:棋盤每邊為19格,共361路,除去中間一點,為360路,合乎周天之數;棋盤分為四隔,代表春夏秋冬四季,每隔90路恰好是每一季的天數;周路72路正好應對24節氣中的72候。棋子分為黑白兩色,代表陰陽概念。棋盤有四個角,四邊有四個中點,加上棋盤中心點,這九個點和九宮相應。這361路棋路,如滿天星斗,古人說:『能數盡天星,才遍知棋勢。』可見棋局像宇宙一樣變化無窮。圍棋的出現,還和戰爭有關,《左傳》說:『以子圍而相殺,故謂之圍棋。』東漢馬融在他的一首長詩《圍棋賦》中說:『略觀圍棋,法用於兵;三尺之局兮,為戰鬥場;陳聚士卒兮,兩敵相當;拙者無功兮,弱者先亡,怯者無功兮,貪者先亡。』詩人極其簡潔地概括了圍棋的戰鬥格局和戰略戰術,總結出既不能膽怯保守又不可貪功冒進的制勝指導方針。古代的帝王將相多從圍棋吸收並鍛煉智慧,三國時代的曹操、孫策、諸葛謹、陸遜,南朝的宋文帝、齊武帝、梁武帝,唐朝的唐玄宗等都是圍棋愛好者。
清代小說《鏡花緣》中女子下圍棋的場景。
唐代絹畫《弈棋仕女圖》,表現了一位女人精心布子的專注神情。
圍棋的規則和棋子棋盤從古至今變化不大,但是圍繞圍棋的進攻和防禦的棋譜和戰術著作卻數不勝數,其最著名者如北周時期的手抄本《棋經》、南宋時代的圍棋理論和圍棋經驗著作《忘憂情樂集》以及清代的《弈理指歸》。圍棋大約從東漢時期就向印度、尼泊爾一帶傳播,後來又向日本、朝鮮傳播,然後是歐洲。近年來圍棋逐漸走向更廣闊的世界。
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熱氣球
『擲燭騰空穩,推球滾地輕。』——(南宋)范成大
西元前2世紀,淮南王劉安門客編《淮南萬畢術》,其中記載了一項『艾火令雞子飛』的遊戲。注釋中說:『取雞子去其汁,燃艾火內空卵中,疾風高舉自飛去。』這是用空蛋殼作的一次微型熱氣球試驗。把雞蛋里的蛋清和蛋黃倒出,再將點着的艾火放進空蛋殼,根據熱空氣浮升的原理,蛋殼就會被風吹起,升到空中。就原理而言,這是正確的、有價值的、有想像力的,可能那時已經有人注意到熱空氣質素較空氣輕、具有上浮力的現象。但是這個試驗不可能成功,因為即使把蛋殼內的空氣全部排出,也不可能產生足以浮起蛋殼的浮力。可是將『蛋殼』放大,這種想像就可能實現了。第一個成功發明熱氣球的應該是三國時代的著名政治家、軍事家諸葛亮(181—234)。他在前線作戰時積勞成疾,臨死前為了對付敵人,設計了一盞燈,即在紙籠下裝一盞油燈,用燃燒着的油燈加熱紙籠里的空氣,使之受熱膨脹上升,漂浮在高空。諸葛亮死後,敵方不知為何物,以為有神明相助,不敢貿然進攻。後來人們就把這種燈叫做孔明(諸葛亮又名諸葛孔明)燈。五代時,有一位莘七娘也曾做過一隻巨大的孔明燈,通過下面松脂燃燒,升空作為軍事信號,被稱為松脂燈。南宋詩人范成大『擲燭騰空穩』的詩句,就是讚美孔明燈的。元代時孔明燈流行全國,每逢佳節,百姓就燃放孔明燈慶賀,觀者如潮。李約瑟指出,中國比世界上其他國家早好幾個世紀發明了紙,而正是紙『導致了傳統的燈籠的製成,燈籠促使了人們進一步的試驗。由於燈籠上端的孔很小,這樣往往會產生強烈的光和熱,有時燈籠就會自動上升甚至飛到天空』。
諸葛亮指揮作戰時設計了孔明燈。
降落傘
『舜乃以兩笠自杆而下,得不死。』——《史記·五帝本紀》
中國人早就認識到空氣的浮力可以對抗地心引力,使位於高處的人平安落地。早在4000年前就出現了最原始的降落傘,它和現代的降落傘原理相通。據《史記》記載,父系氏族社會後期部落聯盟領袖舜是一位受人尊敬的古代帝王,舜的父親瞽叟(失明老人的意思)對這位好兒子極不公平,總是設計謀害舜。一次舜在高塔式糧倉上幹活,瞽叟就在下面點火焚燒了糧倉,要燒死兒子。舜手拿兩個圓錐形斗笠從高高的糧倉上飛了下來,並平安落地。這是人類利用空氣浮力的最初嘗試。又據岳飛(1103—1142)的孫子岳(1183—約1242)在一部筆記《史》中記載,廣州有一座很高的清真寺,有一天人們忽然發現清真寺塔頂的一隻巨大的金雞缺少了一隻腿,原來是被一個竊賊盜走了。這個竊賊在供詞中交代了他巧妙逃脫的過程。原來竊賊拿着兩支沒有柄的雨傘匆忙跳下,雨傘起到降落傘的作用,勁風把傘撐開,也使他平安落了地。17世紀時,法國駐泰國的大使德·蘆貝爾親眼看見中國雜技演員如何利用降落傘的情景,他在《歷史性關係》中寫道:『演員在高空惟一可以藉助的是兩把傘,把它緊系在腰上,人從大鐵圈裏鑽過去往下跳,風有時把他帶到地上,樹上,有時吹到河裏。』
舜持斗笠從糧倉上跳下,並平安落地。
在歐洲,達·文西15世紀設計過降落傘草圖,18世紀末,里諾曼利用兩把傘從房頂成功跳下,正式將此發明命名為降落傘。
弓箭
『羽豐則遲,羽殺則躁。』——《考工記》
考古發掘的實物表明,中國早在兩萬年前就有了弓箭。完整而有效的弓箭必須具備三個條件:一是堅韌的、可以成功儲備能量的弓,二是鋒利的、可以射殺目標的箭,三是保持箭平穩飛行的技術。中國古代的弓箭完全具備了這三個條件。在山西舊石器時期遺址中發現了加工精緻的箭鏃,石片製成的箭鏃鋒利、尖頭、造型周正,可以安裝箭杆,已經是成熟的箭鏃。弓一般都是用竹木及動物的筋製造,由於年代久遠,一般不會保存下來,但是既然有箭鏃,弓的存在是無疑的。關於保持箭鏃飛行姿態平穩的問題,中國最早的科學技術文獻《考工記》有比較詳盡、準確的論述。考工記中『矢人』條目說:『夾其陰陽,以設其比,夾其比,以設其羽。三分其羽,以設其刃。雖則有疾風,亦弗之能憚矣。』意思是根據箭杆的陰陽面,設定其比例,根據比例關係,設定箭尾的羽翎,把羽翎在箭杆的三個方向安裝,再安裝箭鏃,這樣,即使有大風,箭也不會失去平衡。箭在飛速前進時,翎羽就可以起到糾正箭矢方向、平衡箭矢姿態的作用。
足蹬弩施放圖
『矢人』條目還說:『羽豐則遲,羽殺則躁。』箭羽太多了,空氣的阻力和摩擦力就增大,影響了箭的速度;如果箭羽太少,箭的縱向或橫向的穩定性就較差,飛行時容易偏斜甚至墜落。中國古代早期弓箭在箭鏃的鋒利和飛行穩定度方面都居於先進位置,後來青銅箭鏃和弩機的出現就使弓箭技術更上一個台階。