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  “三大發明”最早由英國哲學家弗蘭西斯·培根提出,後來被麥都思、馬克思等學者認同。  培根在《新工具》裡指出:“印刷術、火藥、指南針這三種發明已經在世界範圍內把事物的全部面貌和情況都改變了:第一種是在學術方面,第二種是在戰事方面,第三種是在航行方面;並由此又引起難以數計的變化來:竟至任何教派、任何帝國、任何星辰對人類事務的影響都無過於這些機械性的發現了。”我們現在很清楚地知道發明是來自中國的。後來馬克思承襲了培根的說法,提到:“火藥、指南針、印刷術——這是預告資產階級社會到來的三大發明。火藥把騎士階層炸得粉碎,指南針開啟了世界市場並建立了殖民地,而印刷術則變成了新教的工具,總的來說變成了科學復興的手段,變成對精神發展創造必要前提的最強大的槓桿。”但是馬克思並沒有將這三個發明歸於中國。  英國漢學家麥都思也沿襲培根的說法,指出:“中國人的發明天才,很早就表現在多方面。中國人的三大發明(指南針,印刷術,火藥),對歐洲文明的發展,提供異乎尋常的推動力。”  來華傳教士、漢學家艾約瑟最先在上述三大發明中加入造紙術,他在比較日本和中國時指出“我們必須永遠記住,他們 ( 指日本 ) 沒有如同印刷術、造紙術、指南針和火藥那種卓越的發明。”  而李約瑟對這四大發明的讚美和強調,使得這一說法獲得了中國的很大認同,並被寫進了教科書。

  四大發明中的造紙術相傳是由東漢時代的宦官蔡倫所發明,但是也有考古證據證明,造紙術在更早時期就存在,而蔡倫只是一位改進造紙術的重要發展者、並且大規模投入商業使用。造紙術對知識的儲存及資訊的流通有巨大影響。  雖然照古書記載,東漢(25年到220年)宦官蔡倫(63年到121年)發明了造紙過程,並建立了造紙新材料的使用,不過在中國發現的古老填充及包裝紙製品 — 如天水放馬灘紙地圖 — 可追溯至前2世紀; 時至3世紀,做為書寫媒介的紙已廣泛為大眾所使用,它取代了傳統但更昂貴的媒介如竹簡、帛書、木板、以及可後來入窯燒硬的溼黏土板等。 目前所知最早、上書文字的紙片是在阿拉善盟查科爾帖的一處烽火臺遺蹟裡發現。當時正值110年,漢朝軍旅在一次匈奴南侵後放棄駐防該地。 在105年由蔡倫確立的造紙過程中,將桑樹樹皮、麻纖維、舊亞麻布、與漁網混合物加水煮爛,均勻攪拌成泥;然後置入帶蘆葦織成底墊的木製平板木篩以撈起紙漿,這可在稍後抖掉水分並攤在陽光下晒乾;P.S.湯姆表示該製程後來以壓制過濾、精煉、拋光方式逐漸改進,得以生產出表面光滑、質地強韌的紙張。

  四大發明中的指南針前身為中國古代的司南。是一種用於指示方向的工具,廣泛應用於航海、野外探險等領域。早在古代已對貿易、戰爭和文化交流造成深遠影響。 在墨西哥韋拉克魯斯州聖羅倫索特諾奇提特蘭,一件來自奧爾梅克時代的古老赤鐵礦手工藝品可追溯到大約前1000年,顯示在當時中美洲有可能使用天然磁石的指南針,遠較在中國所發明者年代更為久遠。然而奧爾梅克文明中並不懂得如何提煉生鐵,中國老祖先當時已發現如何提煉生鐵,並將之與天然磁石接觸以進行磁化。 古文獻對天然磁石吸引鐵以製備磁鐵的描述於《管子》、《呂氏春秋》、 和《淮南子》 中提及。 到了漢朝(前202年-220年)開始使用指南北天然磁石磨製的勺碗狀指南針,用來占卜與風水堪輿,尚未用在導航方面。 東漢王充(27年-約97年)在其所著《論衡》卷17是應篇第52說「司南之杓,投之於地,其柢指南」。 雖根據根據李約瑟(1986)的研究,《論衡》卷16亂龍篇第47說提及另外兩處相同文字提及磁鐵吸力, 但學者李書華(1954)認為那是天然磁石,並指出,《論衡》中並沒有明確提及磁鐵。  1044年出版的北宋曾公亮《武經總要》前集卷十五描述了用人造磁鐵片製作指南魚:將鐵片或者鋼片剪裁成魚狀,放入炭火燒紅,尾指北方斜放入水,便形成熱剩磁的指南針,可放在盛水的碗內,透過剩磁與地磁感應作用指南。《武經總要》記載該裝置與純機械的指南車並用於導航。  宋朝(960年-1279年)的沈括在其1088年著述《夢溪筆談》中是第一位準確地描述地磁偏角(即磁北與正北間的差異)和利用磁化的繡花針做成的指南針的人, 而朱彧(活躍於12世紀)在其1119年發表的《萍洲可談》中是第一位具體提到利用指南針在海上航行的人。  1123年宋朝派遣使臣取海路出使朝鮮,《宣和奉使高麗圖經》記載用水浮指南針導航:“是夜洋中不可住,維觀星斗前邁。 若晦冥,則用指南浮針, 以揆南北”  宋代的航海指南針,除“南北”,還未見有其他方位。四十八方位羅盤用於航海的文獻紀錄,最早見於元代周達觀《真臘風土記》:“自溫州開洋,行丁未針。歷閩、廣海外諸州港口,過七洲洋,經交趾洋到占城。又自占城順風可半月到真蒲。又自真蒲行坤申針,過崑崙洋入港”。  明朝永樂年間隨鄭和下西洋的鞏珍在《西洋番國志》的《自序》中敘述應用水浮羅盤的情況:“往還三年,經濟大海,綿邈彌茫,水天連線,四望迥然,絕無纖翳之隱蔽。惟日月升墜,以辨西東,星頭高低,度量遠近。斫木為盤,書刻干支之字,浮針於水,指向行舟”。  到了元代,指南針一躍而成海上指航的最重要的儀器了。不論晝夜晴陰都用指南針導航了。而且還編制出使用羅盤導航,在不同航行地點指南針針位的連線圖,叫做“針路”。船行到某處,採用何針位方向,一路航線都一一標識明白,作為航行的依據。

  四大發明中的火藥除了可製作煙花和炮仗等,亦是一種炸藥,被運用到戰爭上成為軍事用途。據載起源於唐朝甚至秦朝。宋朝時期,約12世紀中期已經發展出具有一定殺傷力的單兵火器(火<unk>)以及連發式火器(連<unk>)用於彌補當時宋人戰鬥力不及金人的劣勢。中國在實用性火器的使用上早於歐洲五個世紀左右。  而歐洲人約在13世紀時才懂得黑火藥的作用,而經過數個世紀的發展與改良,主要是粒狀火藥和火帽等發明,黑火藥兵器乃逐步取代冷兵器,在陸地戰爭戰術、攻城築城技術以及海軍戰列艦的發展和戰術等各方面,造成革命性的影響,而黑火藥作為爆炸藥和推進劑,一直到十九世紀中後期才逐漸被無煙火藥、三硝基甲苯、苦味酸、季戊炸藥、旋風炸藥等新發明的炸藥所取代,這些新炸藥則不是中國人的發明。  雖然有證可查的首次火藥使用是在五代十國(907年-960年),不過已知最早火藥配方的書面記錄是在宋朝年間(960年-1279年),由曾公亮、丁度、和楊惟德在1044年《武經總要》裡的記述。《武經總要》描述火藥用於旋風車炮拋射引火球拋過城牆,或者用鐵煉操作降低甩擺高度以擊碎城牆。由水軍船隻搭載的霹靂炮(一種用火藥彈丸的投石機)使得宋軍在1161年采石之戰大敗金軍,而元朝(1271年-1368年)在1274年和1281年兩次入侵日本時使用過。在13和14世紀期間,火藥配方殺傷力變得更加強大(硝酸鹽含量高達91%),且火藥武器更為先進更為致命,這在明朝(1368年-1644年)由焦玉(活躍於14世紀至15世紀初)與劉基(1311年-1375年)軍事著作《火龍經》中充分體現,書中記述鐵鑄轟天猛火火炮、攻城噴火器、地煞神機炮〔地雷〕、毒火藥配方等軍火。該書於劉基死後不久完成並由焦玉作序於1412年在南陽出版。

  據載是北宋時期畢昇發明了膠泥活字印刷術,被認為是世界上最早的活字印刷技術。但四大發明中的活字印刷術並非現代印刷術的前身,而據李約瑟所論北宋制的膠泥活字印刷術有許多劣勢的地方。它與造紙術一樣對知識的儲存和流通造成影響。另外,印刷術的發展與早期的印章無直接關係,古代印章在古埃及、古希臘、兩河流域都有使用。美國考古學家在中亞土庫曼斯坦安納烏曾於2000年10月發掘出距今4300年的中亞印章,其文字仍有待考證。  雕版印刷:目前發現最早的雕版印刷成品是一單頁版梵文撰寫的《陀羅尼經》,該經是印在亞麻紙上,於650年至670年間出版,且在1974年於西安附近的唐代陵墓出土。 1966年,考古學家在韓國發現了一本微型《陀羅尼佛經》,該經內含唐朝女皇武則天(約690年-705年)頒行的則天文字。學者斷定該經不早於704年,後來被珍藏在一座建於751年統一新羅時代的舍利塔裡。 不過,已知最早一般大小的印刷出版書籍,是唐代(618年-907年)間刊行的《金剛經》。該經長5.18米(17英尺),卷軸格式,可追溯到唐懿宗鹹通9年農曆4月15日(即868年)。 學者李約瑟和錢存訓(Tsien Tsuen-hsuin)的記述表示金剛經的書法雕刻遠較較早印行的單頁版陀羅尼經更為先進,更為精巧。 另外,兩個最古老的印刷農曆日期為877年和882年,它們是在當時佛教聖地敦煌被發現;學者伊沛霞(Patricia Ebrey)寫道,某些最早期印刷品為曆書的發現並不出人意料,因為中國老祖先認為計算並標下哪天是否為黃道吉日有其必要。  活字印刷:宋朝(960年-1279年)沈括是第一位描述活字印刷過程的學者,在他寫於1088年的著作《夢溪筆談》中,將此發明歸於不知名的工匠畢昇(990年-1051年)。 隨著燒結陶土字元的使用,沈括描述畢昇製作字形、撿字排列、印刷、並在印刷後拆解留待後來使用。 畢昇曾嘗試木製活字,但木製活字一直要到元朝(1271年–1368年)王禎(活躍於1290年至1333年)的木模才趨完善。王禎亦將文字按照音韻組合置於有小隔間的轉輪排字盤以方便撿字。 至於銅版活字要等到明朝(1368年-1644年)華燧(1439年至1513年)於1490年的印刷作品才趨完美。清朝(1644-1912年)山東泰安的學者徐志定於1718年發展出瓷版印刷。

  

  義大利數學家傑羅姆·卡丹(Candan Jerome,1501-1576)於1550年最早提出磁羅盤、印刷術和火藥是中國的三大發明,並認為它們是“整個古代沒有能與之相匹敵的發明”。在此之後,讓·博丹重申了同樣的論斷。  19世界法國漢學家雷暮沙認為中國人發明的火藥指南針鈔票紙牌算盤和活字印刷都由蒙古傳入歐洲。  指南針:宋沈括《夢溪筆談》明確記載,中國宋代已有水羅盤和旱羅盤:  歷史上最早記載到指南針用於航海的是在中國北宋時期。朱彧(yù)在他的《萍洲可談》一書中評述了當時廣州航海業興旺的盛況,同時也記述了中國海船在海上航行的情形,說道:“甲令海舶,大者數百人。小者百餘人......舟師識地理,夜則觀星,晝則觀日,陰晦觀指南針。”(《萍洲可談》成書於1111年-1117年間,但所敘述的是1086年的事。)  一些外國學者在翻譯這段文字時,誤將其中的“甲令”(南宋政府的命令)一詞翻譯成了往來海上的阿拉伯船長的名字,因此就一錯再錯,得出了最早裝備指南針的不是中國海船,而是阿拉伯海船的錯誤結論。  實際上,中世紀時阿拉伯人海船船體狹小,根本無法容納百餘人。當時往來南中國海、印度洋和波斯灣之間的商船,能夠容納上百人的只有中國海船,連阿拉伯商人也經常搭乘中國海船。宋代與阿拉伯的海上貿易十分頻繁,中國開往阿拉伯的大型船隊有指南針導航,阿拉伯人是很容易從中國商船上學到指南針的用法的。  指南針大約在十二世紀末十三世紀初之際,傳到阿拉伯,然後又由阿拉伯傳入歐洲,後來歐洲演變出旱羅盤,再於明代時經日本傳回中國。  1584年西班牙歷史學家傳教士岡薩雷斯· 德·門多薩在所著《中華大帝國史》中提出,古騰堡受到中國印刷技術影響;中國的印刷術,通過兩條途徑傳入德國,一條途徑是經俄羅斯傳入德國,一條途徑是通過阿拉伯商人攜帶書籍傳入德國。中世紀歐洲書寫都用羊皮紙卷,並無“書籍”和“印刷”的概念。古騰堡以這些中國書籍,作為他的印刷的藍本。門多薩的書很快被翻譯成法文、英文、義大利文,在歐洲產生很大影響。法國歷史學家路易·勒·羅伊,文學家米歇爾·德·蒙田等,都同意門多薩的論點。漢學家安田樸曾以“歐洲中心論欺騙行為的代表作:所謂古登堡可能是印刷術的發明人”為題,論證歐洲的活字印刷術來源於中國。。  1240年前後,阿拉伯人從中國獲得到火藥的知識,稱來自東方的硝石為“中國雪”,他們還知道煙花爆竹,稱之為“中國花”,又稱火箭為“中國箭”  恩格斯在《德國農民戰爭》一文中明確指出:“...一系列的發明都各有或多或少的重要意義,其中具有光輝的歷史意義的就是火藥。現在已經毫無疑義地證實了,火藥是從中國經過印度傳給阿拉伯人,又由阿拉伯人和火藥武器一道經過西班牙傳入歐洲。”  英國漢學家麥都思指出:“中國人的發明天才,很早就表現在多方面。中國人的三大發明(航海羅盤,印刷術,火藥),對歐洲文明的發展,提供異乎尋常的推動力”  來華傳教士、漢學家艾約瑟最先在上述三大發明中加入造紙術,他在比較日本和中國時指出“我們必須永遠記住,他們(指日本)沒有如同印刷術、造紙、指南針、和火藥那種卓越的發明。

  現代有西方學者認為:除造紙有明確的證據是由中國傳到西方的外(更準確來說,是間接促成非直接傳承,類似文官制度),其他三項發明並無直接證據表明是由中國傳入西方的。在這方面,有西方學者認為,火藥、指南針和活字印刷為中西方各自獨立發明。中國方面在時間上早於西方,但傳播不廣、亦缺乏改進。西方雖時間上晚於中國,但傳播廣泛(亦重新傳入中國,現代造紙術亦然)、精於改進,後世使用的火藥、指南針和活字印刷直接是從西方發展而來的。  沈括早在宋朝就記載中國的磁針既有指南的也有指北的,但有人卻認為中國的指南針一直是指南的,所以叫指南針。而西方的compass從一開始就是指向北方,因此叫指北針。另外,歐洲最初期的羅盤,只有十六個方位標示,少於同時期中國的二十四個。這表明中西方應當是獨立發明指南針的。而現在使用的指南針都指向北方,明顯是由西方發展而來的。  雖然中國在活字印刷的時間上可能稍早於西方,但沒有證據表明活字印刷從中國傳入西方,中西方交通的必經之地——沿途的阿拉伯國家並未發現活字印刷的相關文物,甚至還一度阻礙了中西交往。  畢昇的活字印刷術在中國本土因單個漢字數目龐大必須製造大量活字,不如拼音字母活字簡單,應用不太廣泛,出土活字文物不多。1965年在浙江溫州發現的《佛說觀無量壽佛經》,是活字殘本。十三世紀末出現木刻活字和陶瓷活字。1490年有華隧的銅活字本。1733年清世宗雍正,詔令制木刻活字,二十五萬餘梅木刻活字,在一年內全部完成。 一直到19世紀的晚清之前,中國的印刷多用雕版印刷;。

  有聲音認為中國有不少發明創造,根本不止四大發明,亦有中國學者認為李約瑟對中國的發明過分拔高。  在《全球通史》 一書中曾列出古代中國傳播給西方並對其造成影響的諸多發明,當中包括:  方板鏈泵、輪式碾磨機、水力輪式碾磨機、水力冶金鼓風機械、葉片式旋轉風選機、活塞風箱、拉式紡機、手搖紡絲機械、獨輪小車、火車掛鉤、航海運輸、車式碾磨機、耕畜挽具、馬蹬、胸帶挽具、軛、石弓、風箏、直升飛機螺旋漿、活動連環畫轉筒、深鑽孔法、鑄鐵、卡丹式懸架、平圓拱橋、鐵索橋、運河船閘閘門、航海製圖法、船尾舵、火藥、火藥用於戰爭技術、磁羅盤(磁石匙)、磁針羅盤、磁羅盤用於航海、紙、雕版印刷、活字印刷、金屬活字印刷、瓷器  由於四大發明的說法來自於西方,因此近來有不少中國學者如餘秋雨、王渝生等認為四大發明並不能代表古代中國的最高科技成就,並提出了新四大發明的說法。  此外,羅伯特·坦普爾基於李約瑟而提出中國一百發明之說,著 "The Genius of China" 一書,獲得李約瑟肯定,作長達三頁的序言,稱之為自己《中國科學技術史》叢書的光輝縮寫。
四大發明是關於中國科學技術史的一種觀點,是指古代中國的四種發明,一般是指造紙術、指南針、火藥及印刷術。