古代科学趣味故事:沤变物的魔术——四大发明之蔡伦造纸的故事

蔡伦造纸是中国古代四大发明之一,可见纸的发明对中国乃至世界科技的重要性,同学们一定想知道其中的具体情况。那就由童乐福科学网给同学们带来这个古代科学趣味故事吧。

古代科学趣味故事:沤变物的魔术——四大发明之蔡伦造纸的故事

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在没有发明纸以前,古代各国人民曾想尽办法,利用石头、砖头、树叶、树皮、蜡板、铜、铅、麻布和兽皮、羊皮等等,把文字记录下来。在我国商朝时,人们把文字一笔一画地刻到龟甲和牛、羊、猪等动物的肩胛骨上;随后,人们又用规格一致的木片(又称牍)和竹片(又称简)来书写文章;以后,还用以丝织品缣帛为纸来书写的办法。而古苏美尔人在黏土泥板上写字;古埃及人在尼罗河畔盛产的水草上写字;古印度人用白桦树皮和贝叶作为书写材料,欧洲人把文字记录在羊皮上。但这些,无论泥板还是水草、树皮、都不易保存很长的时间,而木牍笨重,丝织物又太昂贵,故都不能广泛使用。到了东汉,经济和文化的不断发展,竹简、越来越不适应书写的需要—竹简太笨重,而缣帛成本太高。
这个时候有一名叫做蔡伦的宦官,他曾经出任尚方令(主管朝廷中制作刀剑等御用器具)。对于竹简、缣帛的弊端深有体会,下定决心一定要发明一种能广泛使用的书写材料。于是他一有空就钻研造纸技术有一天,蔡伦和他手下一个叫张纸的宦官到白水槐沟河,为张纸的父亲祝寿。到了白水槐沟河,发现村里的小孩子们用木杆挑着水面上的沤变物嬉闹玩耍。蔡伦和张纸正要一笑走之,突然发现,那些沤变物被孩子们挑离水面以后,迅即就变干了,成了一种又软又轻的物质。蔡伦走上前去,用手摩擦,发现这种东西质地柔韧轻薄。
他脑中灵光一闪,欢喜地快跳起来:如果这种东西可以写字,那该多好啊!于是蔡伦赶忙跑回家做实验,即用黑色颜料在每块沤变物上写了一个字。第二天,他发现字没有任何的变化,保存得很好,内心一阵高兴,心想:终于找到合适的纸啦!

古代科学趣味故事:沤变物的魔术——四大发明之蔡伦造纸的故事

蔡伦如获至宝地捧着这些“纸”拿进宫给皇帝察看,皇帝也甚为高兴,就派蔡伦仔细研究造纸的方法。蔡伦立刻马不停蹄地返回了槐沟河就借居在张纸家,发动村里的孩子们一起帮忙,到处拣麻、布、棉絮等类沤物,然后挖池沤制,经打浆、搅混、沉淀、经过百折不挠地反复试验,找到了最合适造纸的原料—树皮和渔网,进而发明了造纸工序:首先把树皮、麻头、破布和破渔网等东西剪碎或切断,放在水里浸泡一定时间后,再捣烂成浆状物,再经过蒸煮,然后在席子上摊成薄片,放在太阳底下晒干,最后一道工序结束了,原来的破麻布、渔网神奇的变成了一张长轻柔的纸。

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公元105年(元兴元年,汉和帝刘肇年间),蔡伦将造成的纸张献给朝廷,受到皇帝的赞扬。从此,人们都用这种纸全国通称蔡伦造的纸为“蔡侯纸”。因为这个创造是在张纸的家乡发现的,就把这种书写物起名叫“纸”,俗称“纸张”,至今这一带还有蔡伦当年造纸的遗址。用这种办法造出来的纸,体轻质薄,很适合写字,受到了人们的欢迎。而且,利用麻布、渔网等廉价材料制造植物纤维纸张这一方法,由于造纸原料来源广泛,价格低廉,有利于大量生产纸张。

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这是在造纸术发明的初期,造纸原料主要是渔网和树皮。自蔡伦造纸成功后,造纸术就从河南向经济文化发达的其他地区传播。蔡伦被封到陕西洋县为龙亭侯,造纸术就传到汉中地区并逐渐传向四川。据蔡伦家乡湖南耒阳的民间传说,蔡伦生前也向家乡传授过造纸术。东汉末年山东造纸也比较发达,出过东莱县(今掖县)的造纸能手左伯。公元2世纪造纸术在我国各地推广以后,纸就成了缣帛、简牍的有力的竞争者。公元3-4世纪,纸已经基本取代了帛、简而成为我国唯一的书写材料,有力地促进了我国科学文化的传播和发展。

公元3-6世纪的魏晋南北朝时期,我国造纸术不断革新。在原料方面,除原有的麻、楮外,又扩展到用桑皮、藤皮造纸。在设备方面,继承了西汉的抄纸技术,出现了更多的活动帘床纸模,用一个活动的竹帘放在框架上,可以反复捞出成千上万张湿纸,提高了工效。在加工制造技术上,加强了碱液蒸煮和春捣,改进了纸的质量,出现了色纸、涂布纸、填料纸等加工纸。

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从敦煌石室和新疆沙碛出土的这一时期所造出的古纸来看,纸质纤维交结匀细,外观洁白,表面平滑,可谓“妍妙辉光”。公元6世纪的贾思勰还在《齐民要术》中,专门有2篇记载了造纸原料楮皮的处理和染黄纸的技术。同时,造纸术传到我国近邻朝鲜和越南,这是造纸术外传的开始。

公元6~10世纪的隋唐五代时期,我国除麻纸、楮皮纸、桑皮纸藤纸外,还出现了檀皮纸、瑞香皮纸、稻麦秆纸和新式的竹纸。在南方产竹地区,竹材资源丰富,因此竹纸得到迅速发展。关于竹纸的起源,先前有人认为开始于晋代,但是缺乏足够的文献和实物证据。从技术上看,竹纸应该在皮纸技术获得相当发展以后,才能出现,因为竹料是茎秆纤维,比较坚硬,不容易处理,在晋代不太可能出现竹纸。

竹纸应该起源于唐以后,而在唐宋之际有比较大的发展。欧洲要到18世纪才有竹纸。

这一时期的产纸地区遍及南北各地。

由于雕版印刷术的发明,兴起了印书业,这就促进了造纸业的发展,纸的产量、质量都有提高,价格也不断下降,各种纸制品普及于民间日常生活中。名贵的纸中有唐代的“硬黄”、五代的“澄心堂纸”等,还有水纹纸和各种艺术加工纸。唐代的绘画艺术作品已经有不少纸本的,正反映出造纸技术的提高在公元10~18世纪的宋元和明清时期楮纸、桑皮纸等皮纸和竹纸特别盛行,消耗量也特别大。造纸用的竹帘多用细密竹条,这就要求纸的打浆度必须相当高,而造出的纸也必然很细密匀称。先前唐代用淀粉糊剂做施胶剂,兼有填料和降低纤维下沉槽底的作用。

到宋代以后多用植物黏液做“纸药”使纸浆均匀,常用的“纸药”是杨桃藤、黄蜀葵等浸出液。这种技术早在唐代已经采用,但是宋代以后就盛行起来,以致不再采用淀粉糊剂了。到了清末,还出现了蔗渣造纸。张东铭在徐家坡设一造纸厂以蔗渣为原料,对此《清朝续文献通考》卷384有记载。与此同时,清代草浆生产技术有了很大进步,用仿竹浆、皮浆的精制方法制取漂白草浆。著名的泾县宣纸就是用一定配比的精制稻草浆和檀皮浆抄制而成,其生产工序一直延续至今。芦苇在清末也有使用。据光绪三十二年《东方杂志》3卷3期载:“陈兴泰在汉口桥口地方,设一造纸厂,先后以芦浆(芦苇)、蔗渣、稻草秆等物,试造日用纸张,有成效。”

这时候的各种加工纸品种繁多,纸的用途日广,除书画、印刷和日用外,我国还最先在世界上发行纸币。这种纸币在宋代称作“交子”,元明后继续发行,后来世界各国也相继跟着发行了纸币。明清时期用于室内装饰用的壁纸、纸花、剪纸等,也很美观,并且行销于国内外。各种彩色的蜡笺、冷金、泥金、罗纹、泥金银加绘、砑花纸等,多为封建统治阶级所享用,造价很高,质量也在一般用纸之上。

这一时期里,有关造纸的著作也不断出现。如宋代苏易简的《纸谱》、元代费著的《纸笺谱》、明代王宗沐的《楮书》,尤其是明代宋应星的《天工开物》,对我国古代造纸技术都有不少记载。而《天工开物》第13卷《杀青》中关于竹纸和皮纸的记载,可以说是具有总结性的叙述。书中还附有造纸操作图,是当时世界上关于造纸的最详尽的记载。经过元、明、清数百年岁月,到清代中期,我国手工造纸已相当发达,质量先进,品种繁多,成为中华民族数千年文化发展传播的物质条件。

造纸术不但在我国发展,也逐渐传遍世界。自元代7世纪初期(隋末唐初)东传至朝鲜、日本;8世纪西传入撒马尔罕,就是后来的阿拉伯,接着又传入巴格达;10世纪到大马士格、开罗;11世纪传入摩洛哥;13世纪传入印度;14世纪到意大利,意大利很多城市都建了造纸厂,成为欧洲造纸术传播的重要基地,从那里再传到德国、英国;16世纪传入俄国、荷兰;17世纪传到英国;19世纪传入加拿大。可以说,蔡伦无意间发现的沤变物,改变了整个世界的书写史。

与同学们共勉:

科学是使人变得勇敢的最好途径。——布鲁诺。

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