第十七章 古代科學技術成就
關燈
小
中
大
一提起中國古代的科學發明，人們馬上就會想到四大發明——造紙術、印刷術、指南針和火藥。
這四大發明無疑是極其偉大的，它們對世界文明的發展曾經有過巨大的影響。
造紙術的發明為人類提供了質地優良、方便而又經濟的書寫材料，極大地促進了人類文化的保存、傳播、延續和發展。
印刷術、指南針和火藥的西傳，則成為促進歐洲近代文藝複興和科學革命的有力杠杆。
英國著名科學家、哲學家弗·培根（FrancisBacon,1561—1626）認為：“這三種發明已經在世界範圍内把事物的全部面貌和情況都改變了：第一種（按：指印刷術）是在學術方面，第二種（按：指火藥）是在戰事方面，第三種（按：指指南針）是在航行方面。
并由此又引起難以數計的變化來，竟至任何帝國、任何教派、任何星辰對人類事務的力量和影響都仿佛無過于這些機械性的發現了。
”［1］但是我們也應該看到，四大發明畢竟是中國科技文化史上很小的一部分，僅僅知道四大發明，對于了解中國文化史還是遠遠不夠的。
縱觀中國幾千年的科技文化史，我們可以自豪地說，中國古代的科學技術成就是極其光輝燦爛的，在一個相當長的曆史時期中一直居于世界領先的地位，對于整個世界的文明進化作出過傑出的貢獻。
英國科學史家貝爾納說，中國“許多世紀以來，一直是人類文明和科學的巨大中心之一”［2］。
英國著名的中國科技史家李約瑟也指出：“中國在公元3世紀到13世紀之間保持一個西方所望塵莫及的科學知識水平。
”［3］ 同時，從中國古代的科技發展史中，我們也可以看到，我們祖先所取得的成就是多方面的。
這些成就幾乎遍及科技領域的各個分支，從數學、物理、化學、天文、地理、生物以及醫學等學科，到建築、冶金、紡織、機械、造船、航海、造紙、印刷、陶瓷等技術領域，無不有着相當突出的成就，而令舉世所贊歎。
李約瑟博士曾以有關機械和其他技術的發明和傳播為例，比較了古代世界各文明古國與中國的成就，指出中國古代的技術發明比其他文明古國要多得多，而且“這些發明在公元1世紀到18世紀期間先後傳到了歐洲和其他地區”。
在列舉了中國的26項技術發明之後，李約瑟又說：“我寫到這裡用了句點，因為26個字母都已經用完了，可是還有許多例子，甚至還有重要的例子可以列舉。
”［4］ 的确，中國古代科學和技術方面的發明為數之多，在古代世界上是無與倫比的。
僅就技術方面的發明來說，用26個英文字母為序是不足以列舉的。
有鑒于此，本章隻能是着重介紹中國古代主要的科學技術成就，不可能面面俱到，而且受篇幅限制，這些介紹也隻能是簡要的和提綱式的，這是必須事先說明的。
由于在本書中，另辟有農學、天文、地理、建築、陶瓷、交通工具等專章，故這些方面的成就本章不再贅述。
當然，這些方面的成就，也都包括在中國古代科學技術成就的範疇之中，這也是必須申明的。
第一節 别樹一幟的中國數學 在世界古代數學中，古希臘歐幾裡得幾何學的輝煌成就可說是家喻戶曉，為人們所熟知了。
但是，對于中國古代數學的成就，人們卻知之甚少，或知之不詳。
其實，中國古代數學的成就同樣是極其輝煌的，并對人類文明的發展做出了特殊的貢獻。
在計算數學方面，中國大約在商周時期已經有了四則運算，到春秋戰國時期整數和分數的四則運算已相當完備。
其中，出現于春秋時期的正整數乘法歌訣“九九歌”，堪稱是先進的十進位記數法與簡明的中國語言文字相結合之結晶，這是任何其他記數法和語言文字所無法産生的。
從此，“九九歌”成為數學的普及和發展的基礎之一，一直延續至今。
其變化隻是古代的“九九歌”從“九九八十一”開始，到“二二如四”止，而現在是由“一一如一”到“九九八十一”。
與此同時，中國發明了特有的計算工具和方法，即用“算籌”進行計算。
“籌”是一些粗細、長短一樣的小竹棍，也有用木或骨制成的，後來還有用鐵等金屬制作的。
用算籌表示數目，有兩種形式，即縱式和橫式： 在表示數字時，用縱式代表個、百、萬位的數，用橫式代表十、千位的數，遇零則用空位表示，如此就可以用算籌擺出任何自然數。
如1804，是。
用算籌進行計算，叫做“籌算”。
即通過算籌的擺列，進行加減乘除以至開平方、開立方等的運算，整數以後的奇零部分，則用分數表示。
後來的“籌劃”、“籌策”、“籌算”、“籌議”等常用詞，都是由此演生和引申出來的。
正是在上述的基礎上，中國古代數學以擅長計算著稱于世，并逐步形成了自具特色的數學體系。
《九章算術》一書是這個體系形成的重要标志。
《九章算術》大約成書于公元1世紀中葉，是集戰國和秦漢數學成就之大全的著名古算書。
該書采用應用題集形式寫成，共收入實際生産和生活中的數學問題246個，并給出答案。
全書分為九章： 第一章“方田”，主要講的是田畝面積的計算，包括分數的各種計算方法； 第二章“粟米”，講各種比例問題，特别是關于各種谷物間按比例相互交換的計算方法； 第三章“衰分”，講按等級分配物資或攤派稅收的比例問題； 第四章“少廣”，講開平方、開立方的計算方法； 第五章“商功”，講各種形狀的體積的計算方法； 第六章“均輸”，講如何按人口、物價高低、路途遠近等條件，以計算各地的賦稅和分派工役等問題的計算方法； 第七章“盈不足”，即用假設的方法解決如下一類的問題：“今有（人）共買（物），（每）人出八（錢）盈餘三（錢），（每）人出七（錢）不足四（錢），問人數、物價各幾何？”［6］這類問題，在《九章算術》中已有完整的解法； 第八章“方程”，是關于聯立一次方程組普遍解法的叙述； 第九章“勾股”，主要是應用勾股定理和直角三角形相似的各種比例關系，測量和計算“高、深、廣、遠”的問題。
《九章算術》不僅有着一套較為完整的編寫體例，形成了具有自己風格的數學體系，而且其數學水平處于當時世界的先進行列，其中一些成就還遠遠走在世界的前面。
如“盈不足術”類似于現代“行列式解法”，它在歐洲至中世紀方以“雙設法”的形式出現；歐洲直到16世紀時方得出類似一次聯立方程組的普遍解法；“方程”章中已引入了負數的概念，并已産生和運用了正、負數的加減法則，而印度到7世紀以後，歐洲到16世紀以後，才産生比較明确的負數概念。
以《九章算術》為代表的中國數學體系，其特點是以解決社會實際問題為主要目的，以算籌為主要計算工具，以十進位值制的記數系統進行運算，其内容包括算術、代數、幾何等各個方面。
這個數學體系在其自身的發展曆程中，逐步走向自己的高峰，呈現着久盛不衰的局勢，并結下了累累的碩果。
其中最為突出的成就有： 其他如隋代劉焯創立的“等間距二次内插法”；唐代一行的“不等間距二次内插法”，王孝通的三次方程解法；宋元時期的解三次以上方程的方法，高階等差級數求和、聯立一次同餘式等等，也都在世界上領先數百年之久。
而在明代廣泛使用的珠算盤，更是幾百年來最先進的一種計算工具，至今仍有一定的生命力。
如同古希臘注重幾何證明而忽視計算一樣，中國古代在數字計算方面相當發達，在實際生活中所遇到的幾何問題，也都用算術或代數的方法進行解答，從而相對地限制了幾何證明的發展。
但這并不是說，中國古代就沒有幾何學。
其中墨子在《墨經》中所提出的圓、直、點、線、面、體、平行等各種命題和概念，都可與歐幾裡得幾何學的相關定理和命題媲美。
勾股定理及其應用，制圖工具規、矩的普遍使用，也都反映了中國古代在幾何學方面有着相當的成就。
當然，在實用計算數學的掩蓋下，中國古代在幾何學上沒有在理性論證方面得到充分地發展；計算數學本身也在《九章算術》體例的影響下，一直采用習題問答的方式，沒有加以很好地抽象、提高，使其更具理性化的程度，這不能不說是重大的缺陷。
第二節 指南針和其他物理學成就 嚴格地說，在古代世界中是沒有近代意義的物理學的，但這并不是說物理學不是曆史發展的産物。
在物理學作為一門獨立的科學形态出現之前，它同樣經曆了漫長的曆史進程，甚至可以說它是與人類的活動相始終的。
在中國悠久的文化史中，曆代的人們積累了大量的經驗性物理知識，并取得了許多輝煌的成就。
指南針的發明就是一項具有劃時代意義的偉大成就。
從司南到指南針，經曆了一個漫長的演進過程。
指南針究竟何時問世，現在尚無法确定。
目前發現的關于指南針的早期文字記載，主要的有如下幾條： 《茔原總錄》卷一說： 客主的取，宜匡四正以無差，當取丙午針。
于其正處，中而格之，取方直之正也。
意思是說，要定東西南北四正的方向，必須取丙午向的針，然後在丙、午的位置，“中而格之”，找出正南的方向。
亦即讓針指丙午中間的方向，則午向就是正南方向。
《茔原總錄》是一部相墓書，撰于宋仁宗慶曆元年（1041）。
作者楊維德是當時的天文學家、星占學家和堪輿學家，大中祥符三年（1010）左右任司天監保章正，專司占候變異。
這條記載中所說的針，雖沒有明确指出是什麼針，但從字裡行間可以斷定是磁針無疑，說明當時已把磁針與羅經盤配套，作為定向的儀器，并且已發現了地球的磁偏角，定為正南偏東75度。
《夢溪筆談》卷二十四說： 方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。
水浮多蕩搖，指爪及碗唇上皆可為之，運轉尤速，但堅滑易墜，不若縷懸為最善。
其法取新纩中獨繭縷，以芥子許蠟，綴于針腰，無風處懸之，則針常指南。
其中有磨而指北者。
予家指南、北者皆有之。
《本草衍義·磁石條》說： 磨針鋒則能指南，然常偏東，不全南也，其法取新纩中獨縷，以半芥子許蠟，綴于針腰，無風處垂之，則針常指南。
以針橫貫燈心，浮水中，亦指南，然常偏丙位。
《本草衍義》撰于公元1116年，為北宋藥物學家寇宗奭所著。
此記載與楊維德和沈括的記述基本一緻。
從上述材料中，我們可以看到，指南針在11世紀時已是常用的定向儀器，有多種裝置方法，并已由指南針發現了地球的磁偏角，從而也表明指南針至少已經行用了一段時期。
由此可以推斷，指南針至遲發明于11世紀初期。
如果把指南針的發明時代上溯到10世紀時的唐末或五代，也是不無根據的。
如王伋（王趙卿，約10世紀末）曾留有“虛危之間針路明”的詩句；［10］佚名的《九天玄女青囊海角經》（約900年）中說：“今之象占，以正針天盤，格龍以縫針地盤”［11］等。
這裡所說的“針路”、“正針”、“縫針”等，極可能就是用指南針與羅經盤配套定向的術語。
除“磁石磨針鋒”外，中國古代還發明了另一種人工磁化方法，即利用地球磁場的作用進行磁化。
北宋曾公亮主編的《武經總要》中記載的指南魚就是如此。
其法是把薄鐵片剪成魚形，燒紅後把尾部蘸入水中，使魚尾指向正北方位，并且稍微向下傾斜，然後取出，魚形薄鐵片就被磁化，讓它浮在水面，就成為可以指向的指南魚。
這種利用地磁場進行磁化的方法，是一個非常了不起的發現和發明，包含有豐富的科學道理。
近代科學表明，磁鐵的磁性是由磁疇的規則排列形成的，非磁鐵由于磁疇排列雜亂無章而不具磁性。
魚形薄鐵片燒紅以後，内部磁疇活動加劇，沿南北方向放置，可以在強大的地磁場作用下，使磁疇順着地磁場的方向排列。
蘸入水中，則可以使磁疇的規則排列比較快地固定下來。
至于魚尾稍微向下傾斜，是由于地球磁場的磁傾角作用，可以增大磁化的程度，這也反映了當時中國已經發現了地球的磁傾角。
歐洲人用同樣的方法進行人工磁化，比中國晚了四百多年，磁偏角的發現是哥倫布在航海探險中于1492年發現的，而磁傾角的發現則還要更晚一些時候。
在物理學的其他分支中，中國古代同樣不乏出色的成就： 力學方面，墨子已經得到了力×力臂=重×重臂的杠杆原理，對力、運動、靜止、時空等概念，墨子也都有着精辟的論述。
墨子認為，運動是由于物體受力的作用而發生，在空間中表現為位置的移動，在時間上表現為先後的變化；時間和空間既是連續的，又是由不可再分的時間基元“始”和空間基元“端”所構成的。
墨子的這些力學成就，以之與古希臘物理學相比，毫不遜色。
其他如利用摩擦而引起闆振動的噴水魚洗，利用類似于現代萬向支架原理制作的被中香爐等，都是至今仍為舉世所贊歎和驚異的傑出發明。
光學方面，墨子提出了光是直線傳播的，并進行了小孔成像的實驗，用光的直線傳播解釋了光通過小孔所形成的影像是倒像的道理。
他對凹面鏡、凸面鏡和平面鏡成像的原理也進行了比較系統的研究，已發現了凹面鏡焦點的存面。
雖然他把球心和焦點混淆在一起，但這些實驗是世界上最早的光學實驗，具有重大的科學意義。
李約瑟曾把墨子光學與古希臘光學進行比較，指出墨子的光學研究“比我們任何所知的希臘為早”，“印度亦不能比拟”。
［12］後來，宋代的沈括和元代的趙友欽分别又對凹面鏡和小孔成像原理進行較深入的研究，把中國古代的幾何光學提高到一個新的水平。
此外，漢代發明的透光鏡，能夠反射出銅鏡背面的精美圖像，是中國古代光學的一大發明，現在仍引起中外學者的關注。
第三節 火藥及煉丹化學 火藥的發明發端于煉丹術。
煉丹家在煉丹實踐中，經常使用硫黃、硝石和含碳的皂角、馬兜鈴等煉制丹藥，丹房失火的事故時有發生。
唐代的煉丹家已從中
這四大發明無疑是極其偉大的，它們對世界文明的發展曾經有過巨大的影響。
造紙術的發明為人類提供了質地優良、方便而又經濟的書寫材料，極大地促進了人類文化的保存、傳播、延續和發展。
印刷術、指南針和火藥的西傳，則成為促進歐洲近代文藝複興和科學革命的有力杠杆。
英國著名科學家、哲學家弗·培根（FrancisBacon,1561—1626）認為：“這三種發明已經在世界範圍内把事物的全部面貌和情況都改變了：第一種（按：指印刷術）是在學術方面，第二種（按：指火藥）是在戰事方面，第三種（按：指指南針）是在航行方面。
并由此又引起難以數計的變化來，竟至任何帝國、任何教派、任何星辰對人類事務的力量和影響都仿佛無過于這些機械性的發現了。
”［1］但是我們也應該看到，四大發明畢竟是中國科技文化史上很小的一部分，僅僅知道四大發明，對于了解中國文化史還是遠遠不夠的。
縱觀中國幾千年的科技文化史，我們可以自豪地說，中國古代的科學技術成就是極其光輝燦爛的，在一個相當長的曆史時期中一直居于世界領先的地位，對于整個世界的文明進化作出過傑出的貢獻。
英國科學史家貝爾納說，中國“許多世紀以來，一直是人類文明和科學的巨大中心之一”［2］。
英國著名的中國科技史家李約瑟也指出：“中國在公元3世紀到13世紀之間保持一個西方所望塵莫及的科學知識水平。
”［3］ 同時，從中國古代的科技發展史中，我們也可以看到，我們祖先所取得的成就是多方面的。
這些成就幾乎遍及科技領域的各個分支，從數學、物理、化學、天文、地理、生物以及醫學等學科，到建築、冶金、紡織、機械、造船、航海、造紙、印刷、陶瓷等技術領域，無不有着相當突出的成就，而令舉世所贊歎。
李約瑟博士曾以有關機械和其他技術的發明和傳播為例，比較了古代世界各文明古國與中國的成就，指出中國古代的技術發明比其他文明古國要多得多，而且“這些發明在公元1世紀到18世紀期間先後傳到了歐洲和其他地區”。
在列舉了中國的26項技術發明之後，李約瑟又說：“我寫到這裡用了句點，因為26個字母都已經用完了，可是還有許多例子，甚至還有重要的例子可以列舉。
”［4］ 的确，中國古代科學和技術方面的發明為數之多，在古代世界上是無與倫比的。
僅就技術方面的發明來說，用26個英文字母為序是不足以列舉的。
有鑒于此，本章隻能是着重介紹中國古代主要的科學技術成就，不可能面面俱到，而且受篇幅限制，這些介紹也隻能是簡要的和提綱式的，這是必須事先說明的。
由于在本書中，另辟有農學、天文、地理、建築、陶瓷、交通工具等專章，故這些方面的成就本章不再贅述。
當然，這些方面的成就，也都包括在中國古代科學技術成就的範疇之中，這也是必須申明的。
第一節 别樹一幟的中國數學 在世界古代數學中，古希臘歐幾裡得幾何學的輝煌成就可說是家喻戶曉，為人們所熟知了。
但是，對于中國古代數學的成就，人們卻知之甚少，或知之不詳。
其實，中國古代數學的成就同樣是極其輝煌的，并對人類文明的發展做出了特殊的貢獻。
在計算數學方面，中國大約在商周時期已經有了四則運算，到春秋戰國時期整數和分數的四則運算已相當完備。
其中，出現于春秋時期的正整數乘法歌訣“九九歌”，堪稱是先進的十進位記數法與簡明的中國語言文字相結合之結晶，這是任何其他記數法和語言文字所無法産生的。
從此，“九九歌”成為數學的普及和發展的基礎之一，一直延續至今。
其變化隻是古代的“九九歌”從“九九八十一”開始，到“二二如四”止，而現在是由“一一如一”到“九九八十一”。
與此同時，中國發明了特有的計算工具和方法，即用“算籌”進行計算。
“籌”是一些粗細、長短一樣的小竹棍，也有用木或骨制成的，後來還有用鐵等金屬制作的。
用算籌表示數目，有兩種形式，即縱式和橫式： 在表示數字時，用縱式代表個、百、萬位的數，用橫式代表十、千位的數，遇零則用空位表示，如此就可以用算籌擺出任何自然數。
如1804，是。
用算籌進行計算，叫做“籌算”。
即通過算籌的擺列，進行加減乘除以至開平方、開立方等的運算，整數以後的奇零部分，則用分數表示。
後來的“籌劃”、“籌策”、“籌算”、“籌議”等常用詞，都是由此演生和引申出來的。
正是在上述的基礎上，中國古代數學以擅長計算著稱于世，并逐步形成了自具特色的數學體系。
《九章算術》一書是這個體系形成的重要标志。
《九章算術》大約成書于公元1世紀中葉，是集戰國和秦漢數學成就之大全的著名古算書。
該書采用應用題集形式寫成，共收入實際生産和生活中的數學問題246個，并給出答案。
全書分為九章： 第一章“方田”，主要講的是田畝面積的計算，包括分數的各種計算方法； 第二章“粟米”，講各種比例問題，特别是關于各種谷物間按比例相互交換的計算方法； 第三章“衰分”，講按等級分配物資或攤派稅收的比例問題； 第四章“少廣”，講開平方、開立方的計算方法； 第五章“商功”，講各種形狀的體積的計算方法； 第六章“均輸”，講如何按人口、物價高低、路途遠近等條件，以計算各地的賦稅和分派工役等問題的計算方法； 第七章“盈不足”，即用假設的方法解決如下一類的問題：“今有（人）共買（物），（每）人出八（錢）盈餘三（錢），（每）人出七（錢）不足四（錢），問人數、物價各幾何？”［6］這類問題，在《九章算術》中已有完整的解法； 第八章“方程”，是關于聯立一次方程組普遍解法的叙述； 第九章“勾股”，主要是應用勾股定理和直角三角形相似的各種比例關系，測量和計算“高、深、廣、遠”的問題。
《九章算術》不僅有着一套較為完整的編寫體例，形成了具有自己風格的數學體系，而且其數學水平處于當時世界的先進行列，其中一些成就還遠遠走在世界的前面。
如“盈不足術”類似于現代“行列式解法”，它在歐洲至中世紀方以“雙設法”的形式出現；歐洲直到16世紀時方得出類似一次聯立方程組的普遍解法；“方程”章中已引入了負數的概念，并已産生和運用了正、負數的加減法則，而印度到7世紀以後，歐洲到16世紀以後，才産生比較明确的負數概念。
以《九章算術》為代表的中國數學體系，其特點是以解決社會實際問題為主要目的，以算籌為主要計算工具，以十進位值制的記數系統進行運算，其内容包括算術、代數、幾何等各個方面。
這個數學體系在其自身的發展曆程中，逐步走向自己的高峰，呈現着久盛不衰的局勢，并結下了累累的碩果。
其中最為突出的成就有： 其他如隋代劉焯創立的“等間距二次内插法”；唐代一行的“不等間距二次内插法”，王孝通的三次方程解法；宋元時期的解三次以上方程的方法，高階等差級數求和、聯立一次同餘式等等，也都在世界上領先數百年之久。
而在明代廣泛使用的珠算盤，更是幾百年來最先進的一種計算工具，至今仍有一定的生命力。
如同古希臘注重幾何證明而忽視計算一樣，中國古代在數字計算方面相當發達，在實際生活中所遇到的幾何問題，也都用算術或代數的方法進行解答，從而相對地限制了幾何證明的發展。
但這并不是說，中國古代就沒有幾何學。
其中墨子在《墨經》中所提出的圓、直、點、線、面、體、平行等各種命題和概念，都可與歐幾裡得幾何學的相關定理和命題媲美。
勾股定理及其應用，制圖工具規、矩的普遍使用，也都反映了中國古代在幾何學方面有着相當的成就。
當然，在實用計算數學的掩蓋下，中國古代在幾何學上沒有在理性論證方面得到充分地發展；計算數學本身也在《九章算術》體例的影響下，一直采用習題問答的方式，沒有加以很好地抽象、提高，使其更具理性化的程度，這不能不說是重大的缺陷。
第二節 指南針和其他物理學成就 嚴格地說，在古代世界中是沒有近代意義的物理學的，但這并不是說物理學不是曆史發展的産物。
在物理學作為一門獨立的科學形态出現之前，它同樣經曆了漫長的曆史進程，甚至可以說它是與人類的活動相始終的。
在中國悠久的文化史中，曆代的人們積累了大量的經驗性物理知識，并取得了許多輝煌的成就。
指南針的發明就是一項具有劃時代意義的偉大成就。
從司南到指南針，經曆了一個漫長的演進過程。
指南針究竟何時問世，現在尚無法确定。
目前發現的關于指南針的早期文字記載，主要的有如下幾條： 《茔原總錄》卷一說： 客主的取，宜匡四正以無差，當取丙午針。
于其正處，中而格之，取方直之正也。
意思是說，要定東西南北四正的方向，必須取丙午向的針，然後在丙、午的位置，“中而格之”，找出正南的方向。
亦即讓針指丙午中間的方向，則午向就是正南方向。
《茔原總錄》是一部相墓書，撰于宋仁宗慶曆元年（1041）。
作者楊維德是當時的天文學家、星占學家和堪輿學家，大中祥符三年（1010）左右任司天監保章正，專司占候變異。
這條記載中所說的針，雖沒有明确指出是什麼針，但從字裡行間可以斷定是磁針無疑，說明當時已把磁針與羅經盤配套，作為定向的儀器，并且已發現了地球的磁偏角，定為正南偏東75度。
《夢溪筆談》卷二十四說： 方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。
水浮多蕩搖，指爪及碗唇上皆可為之，運轉尤速，但堅滑易墜，不若縷懸為最善。
其法取新纩中獨繭縷，以芥子許蠟，綴于針腰，無風處懸之，則針常指南。
其中有磨而指北者。
予家指南、北者皆有之。
《本草衍義·磁石條》說： 磨針鋒則能指南，然常偏東，不全南也，其法取新纩中獨縷，以半芥子許蠟，綴于針腰，無風處垂之，則針常指南。
以針橫貫燈心，浮水中，亦指南，然常偏丙位。
《本草衍義》撰于公元1116年，為北宋藥物學家寇宗奭所著。
此記載與楊維德和沈括的記述基本一緻。
從上述材料中，我們可以看到，指南針在11世紀時已是常用的定向儀器，有多種裝置方法，并已由指南針發現了地球的磁偏角，從而也表明指南針至少已經行用了一段時期。
由此可以推斷，指南針至遲發明于11世紀初期。
如果把指南針的發明時代上溯到10世紀時的唐末或五代，也是不無根據的。
如王伋（王趙卿，約10世紀末）曾留有“虛危之間針路明”的詩句；［10］佚名的《九天玄女青囊海角經》（約900年）中說：“今之象占，以正針天盤，格龍以縫針地盤”［11］等。
這裡所說的“針路”、“正針”、“縫針”等，極可能就是用指南針與羅經盤配套定向的術語。
除“磁石磨針鋒”外，中國古代還發明了另一種人工磁化方法，即利用地球磁場的作用進行磁化。
北宋曾公亮主編的《武經總要》中記載的指南魚就是如此。
其法是把薄鐵片剪成魚形，燒紅後把尾部蘸入水中，使魚尾指向正北方位，并且稍微向下傾斜，然後取出，魚形薄鐵片就被磁化，讓它浮在水面，就成為可以指向的指南魚。
這種利用地磁場進行磁化的方法，是一個非常了不起的發現和發明，包含有豐富的科學道理。
近代科學表明，磁鐵的磁性是由磁疇的規則排列形成的，非磁鐵由于磁疇排列雜亂無章而不具磁性。
魚形薄鐵片燒紅以後，内部磁疇活動加劇，沿南北方向放置，可以在強大的地磁場作用下，使磁疇順着地磁場的方向排列。
蘸入水中，則可以使磁疇的規則排列比較快地固定下來。
至于魚尾稍微向下傾斜，是由于地球磁場的磁傾角作用，可以增大磁化的程度，這也反映了當時中國已經發現了地球的磁傾角。
歐洲人用同樣的方法進行人工磁化，比中國晚了四百多年，磁偏角的發現是哥倫布在航海探險中于1492年發現的，而磁傾角的發現則還要更晚一些時候。
在物理學的其他分支中，中國古代同樣不乏出色的成就： 力學方面，墨子已經得到了力×力臂=重×重臂的杠杆原理，對力、運動、靜止、時空等概念，墨子也都有着精辟的論述。
墨子認為，運動是由于物體受力的作用而發生，在空間中表現為位置的移動，在時間上表現為先後的變化；時間和空間既是連續的，又是由不可再分的時間基元“始”和空間基元“端”所構成的。
墨子的這些力學成就，以之與古希臘物理學相比，毫不遜色。
其他如利用摩擦而引起闆振動的噴水魚洗，利用類似于現代萬向支架原理制作的被中香爐等，都是至今仍為舉世所贊歎和驚異的傑出發明。
光學方面，墨子提出了光是直線傳播的，并進行了小孔成像的實驗，用光的直線傳播解釋了光通過小孔所形成的影像是倒像的道理。
他對凹面鏡、凸面鏡和平面鏡成像的原理也進行了比較系統的研究，已發現了凹面鏡焦點的存面。
雖然他把球心和焦點混淆在一起，但這些實驗是世界上最早的光學實驗，具有重大的科學意義。
李約瑟曾把墨子光學與古希臘光學進行比較，指出墨子的光學研究“比我們任何所知的希臘為早”，“印度亦不能比拟”。
［12］後來，宋代的沈括和元代的趙友欽分别又對凹面鏡和小孔成像原理進行較深入的研究，把中國古代的幾何光學提高到一個新的水平。
此外，漢代發明的透光鏡，能夠反射出銅鏡背面的精美圖像，是中國古代光學的一大發明，現在仍引起中外學者的關注。
第三節 火藥及煉丹化學 火藥的發明發端于煉丹術。
煉丹家在煉丹實踐中，經常使用硫黃、硝石和含碳的皂角、馬兜鈴等煉制丹藥，丹房失火的事故時有發生。
唐代的煉丹家已從中
