杭州富阳图书馆

一、社会需求是发明造纸的动力
  人类社会生产力的发展而使文字与记事材料也需要随之发展；正如春秋战国时期简帛取代甲、骨、金、石、陶、瓦等笨重的书写材料一样，东汉时期出现植物纤维纸取代简帛同样是社会发展的产物。社会需求为发明之母，两汉建立统一的封建社会，中原安定；版图扩展，与西域、西羌、匈奴战争不断；政务日繁、书介弥盛；在政务、军事、文化、教育以及民间生产、生活等各方面所需要的书写材料数量不断增加。与此同时，文字字体也从小篆等古文向汉隶、章草等今文演变，以提高书写速度。
  （一）政治与军事的需求
  由于儒家理论符合封建统治的需要，汉武帝接受董仲舒建议，开始实行“罢黜百家，独尊儒术”的政策，使春秋时期产生的儒学著作在西汉后期的朝野上广为传播。朝廷置太学，设五经博士、博士员弟子等，人数逐渐增加至数千人。民间招生讲学、广抄经书之风盛行；据《汉书·儒林传》记载，“自武帝至平帝百有余年，传业者寝盛，支叶蕃滋，一经说至百余万言，大师众至千余人”。至王莽执政，继续“为学者筑舍万区”。东汉光武迁都洛阳时，“其经牒秘书载之二千余辆”。《后汉书·儒林列传》序综述了东汉前期几朝帝后收集经典、修筑太学，建存书库的情况。至蔡伦入宫前的明帝永平年间，“复为功臣子孙、百姓末属别立校舍，搜选高能以受其业，自期门羽林之士，悉令通孝经章句；匈奴亦遣子入学。济济乎，洋洋乎，盛于永平矣。”东汉朝野读经、抄经需要的书写材料为之激增。
  其次，由于版图的扩大，官吏的增员，朝廷的文书奏表也随之增多。早在秦始皇时，皇帝每天要翻阅120斤重的公文简牍；汉武帝时东方朔上书用了三千片简，由两名壮汉抬进宫。蔡伦入宫前，京都朝官就有雇佣抄手专事抄写文书，班超就是为官佣抄书而发愤投笔从戎的。蔡伦入宫后，章帝为了提高书写文书效率，而提倡采用章草书写奏章。正是因为当时政务办公需要大量书写材料，皇帝阅读简牍也不胜其烦，所以朝廷才会对蔡伦发明植物纤维纸给以支持与奖励。
  在军事与外交方面，自汉武帝遣张骞出使西域及与匈奴作战以来，在西北设立大量军事关塞、烽燧、驿置等；从京都至前方不断有驿马羽书飞递，而前方关塞驻军也大量需要记事材料。近代从居延、敦煌等烽塞遗址出土大量汉简，年代从西汉武帝至东汉安帝，大部分与军事有关。而蔡伦于105年献纸后，在额济纳河沿岸烽燧遗址竟出土了109～110年的有字残纸，说明当时前方使用笨重的简片记事与供应已不胜其烦，驿马驮载数量也受限制，所以蔡侯纸问世后，很快被西北前线所采用。在蔡伦入宫前两年，班超出使西域，初置西域都护。此后与西域诸国使节交往频繁，前线大批屯戍驻军与被徙刑徒也需要与后方亲属通信，简重帛贵限制了书信的传递，蔡候纸的发明为官方与民间的通信解决了急需；从悬泉置遗址出土的简帛与纸写的书信实物说明了这一需求情况。
  在法律方面，最早写在竹简上的刑法称竹刑。秦汉为巩固统治，制定了各种律令向全国颁布，悬泉置等地遗址就有司法律令、诏书的汉简出土。
  （二）文化与教育的需求
  早在春秋战国时期，各家学者已开始用简牍著书立说；两汉社会已有士、农、兵、工、商之分工。成书于蔡伦入宫后的班固《汉书·艺文志》记录了当时存世的诸子十家图书的目录，由于造纸和印刷术尚未发明，这些古代著作后来大多亡佚。从史书记载与出土文物证明，当时已有兵法、律令、农书、药经、病方、历书、气象、算术、考工、史志等各类著作。这些古代实践知识的总结与记录深受朝野所珍视，不断有人抄录保存与传播。东汉初期几朝皇帝收集民间存书，建设存书库；当时北宫白虎观、南宫云台及东观等处都是存书讲学之所。由于书籍的增加，存书库的不断膨胀，简片因绳断脱落，简重帛贵的矛盾日益严重。
  由于朝廷向民间征召文人为官，设博士、良史、明经、茂才等职，使读书成为晋升之途，激发了社会上办学讲经之风。《后汉书·王充传》就记载当时首都洛阳市肆上已有用简帛抄写的书，作为商品出售。班固先为校书郎，因私撰《汉书》才被朝廷所赏识。《说郛》卷三十五记载：“江淮人宋术应明经举，元和初为盐铁院书手。”著有《说文解字》、《五经异义》等书的许慎，当时人称《五经无双许叔重》。被章帝诏入宫中讲学的贾逵，其所著‘经传义诂’及‘论难’百余万言。”张衡“少善属文，游于三辅，因入京师，观太学，遂通五经，贯六艺，才高于世。”上述这些学者均与蔡伦同代，就学于发明造纸之前，可知当时社会文化教育所需书写材料之多。
  就在蔡伦发明造纸前夕，社会上又有许多大型著作问世：如班固《汉书》120卷，80多万字；王充《论衡》85篇20多万字；以及《白虎通义》、《说文解字》等。《汉书》、《论衡》分别详细记载了西汉与东汉前期的历史事件与自然科学成果，包括制造与使用笔、墨、简、帛，而唯独没有提到纸。《后汉书·王充传》记载他写《论衡》时，家中“窗户、墙洞遍置笔札”。还有些文献记载古代编写简策兼备刀、笔、铅、椠，说明用简著书极为辛苦。
  对东汉前期社会上办学发达的情况，《后汉书·儒林列传》有一段叙述：“自光武中年以后，干戈稍戢，专事经学，自是其风世笃焉。其服儒衣、称先王、游庠序、聚黉塾者，盖布之於邦域矣。若乃经生所处，不远万里之路，精〓暂建，赢粮动有千百，其耆名高义开门受徒者，编牒不下万人。”急剧增长的文化教育需要大量的书写材料。
  由于社会文化水平的普及提高，东汉朝野撰史之风很盛。除了官修《东观汉记》之外，民间也在编写；唐刘知几《史通》记载：“降及东京，作者弥众，至如名邦大都，地富才良，高门甲族，世多髦俊，邑老乡贤，竞为别录；家牒宗谱，各成私传。于是笔削所采，闻见益多；此中兴之史，所以又广于前汉也。”全国各地编写史志，所需书写材料也为之增多。
  （三）生产与生活的需求
  推动社会进步靠生产力的发展，政治文化教育的基础是经济水平；工农业生产与人民生活也对书写材料产生需求。东汉前期的社会基础，虽然还是男耕女织与家庭手工业相结合的自给自足小农经济，但手工业已经有冶铸、煮盐、酿酒、调药、筑仓、造船、蚕织、农具、兵器等行业，其中盐铁属官营，同时至少已有30多个商业行业。各行各业已出现记录生产方法与经验的著作，并在民间广泛转抄。
  战国时代的《周礼·考工记》就记载有手工生产工艺，如铜镜的金属配比与铸造方法等。秦代吕不韦组织编写的《吕氏春秋》，其中《上农》、《任地》、《辨土》、《审时》等篇，就有各种农作物的耕作科学。西汉刘安组织编写的《淮南子》有许多自然科学的内容，其中《氾论训》记载纺织；《时则训》、《齐俗训》等则记载农时、气候、风力测量等。西汉末期的《氾胜之书》总结了陕西关中地区的农业与蚕桑技术。东汉的《九章算术》则以妇女织布速度作为算题。
  古代记事材料的出现最早就是从记录农、牧、渔业和纺织业生产开始的；《诗经》已经记载蚕桑、织染与沤麻、煮葛；《史记》与《汉书》也为《货殖列传》、《平准书》、《食货志》等经济内容立传作志。发明造纸之前，记载农业、手工业生产技术的著作要在民间扩散流传，也同样遇到简重、帛贵的矛盾。
  在人民生活方面同样需要价廉轻便的书写材料；特别是东汉人口增加（和帝时已超过5325万人），丝织品价格昂贵（汉代每匹宽2.2尺长4丈，每尺相当于今日23.1厘米，缣每匹值600余钱，白素值800余钱，相当于当时6石即720斤米价）；而用缣帛书写又与民间穿衣争原料。
  人口的增加与流动，首先对医药与通信的书写材料提出需求；从许多汉代遗址的考古发掘中都发现有医书、药方和书信的竹简。1972年在长沙马王堆汉墓出土大量简牍中有医药简200枚，还有帛书《五十二病方》。1972年在甘肃武威也出土了医药简牍。悬泉置遗址除出土医方简外，还发现了由皇帝颁诏的医药方壁书，说明抄录医方是社会上的普遍需求。
  农业生产与人民生活普遍需要的还有历书，这也是古代文献记载与出土实物较多的书写品。古代历书的发行量最广，并经历代不断修正颁行，就在蔡伦献纸前20年，由编䜣李梵创制的《四分历》，开始在全国颁行。因此，民间也需要较多抄写历书的书写材料。
  综上所述，东汉前期社会存在着对质优、价廉、轻便、量多的书写材料的迫切需求，所以植物纤维纸的发明或迟或早总会应运而生。至于为什么会是东汉中期皇朝尚方令蔡伦所发明，则是由蔡伦主观条件与当时客观环境与物质条件等所决定。
  二、造纸术发明的客观条件
  （一）东汉朝廷的支持
  蔡伦身为宦官，是皇室的侍从；他在进行科研创作的自由活动上，难以与东汉其他科学家如张衡、张仲景等相比。史家认为蔡伦能发明造纸术，是与和帝刘肇及皇后邓绥等的支持分不开的。
  《后汉书·和帝纪》记载和帝当政后下诏选举良才，赏赐博士员弟子，“幸东观，览书林，阅篇籍，博选术艺之士以充其官。”并召班固之妹班昭入宫续成《汉书》，并给后妃讲学。说明他重视发展文化，任用人才；他给蔡伦加位尚方令，就是在资金、劳力、场所、器具与原料等方面为发明造纸术提供了有利条件。
  东汉立朝为官者常聚集名士、学者于门下，并教授子女读书，蔚为风气。邓后是中兴功臣邓禹的孙女，自幼从诸兄读经传，入宫后又从班昭受经书。她不求珍丽之物，但喜爱纸墨文具。她在位时组织刘珍等文人校订经传，编写建武以来名臣传；屡举方正、敦朴、仁贤之士。她下令“减太官、导官、尚方、内者服御珍膳、靡丽难成之物”。就是减少尚方工场制造供玩赏的器物，使蔡伦能集中较多力量研制成功邓后所喜爱的纸张。
  清代诗人、书法家何绍基在《纸赋》中说：“岂云智者创而巧述之，无如上有好而下甚焉。”这里所说的“智者创”指蔡伦发明造纸，“上有好”即指和帝、邓后为代表的朝廷支持。近代纸史学家劳干也认为：“蔡伦造纸的成功，很可能和邓后的爱好纸有若干关系。”历史学家范文澜也说：“蔡伦当时正做尚方令（掌制造御用器物），可能受邓皇后的影响，专心制造更合用更廉价的纸。”
  造纸术发明后蔡伦能到各地推广，也离不开朝廷的支持。《蔡伦传》称：“元兴元年奏上之，帝善其能；自是莫不从用焉，故天下咸称蔡侯纸。”这也是汉桓帝命史官为他平反立传时的真实写照。
  （二）尚方工场提供研制条件
  秦汉之前已有官营丝织等手工业，设“百工”管理手工作坊。秦设尚方令与将作大匠，后者曾组织建造过举世闻名的秦始皇陵。《通典·职官九》称：“秦置尚方令，汉因之，..汉末分中、左、右三尚方”。实际上汉武帝时已开始有三尚方，尚方与考工均属少府；少府是“掌山海池泽之税，以给供养”，尚方是掌制造御用刀剑及上等器物；考工是掌制造弓、弩、刀、甲等兵器。尚方工场的设置一直延续至汉代之后。已出土的两汉尚方制品有鼎、宫壶、弩机、镫、鐎斗、铜镜、铜钟、刀剑等均铸刻有年代铭文；足见两汉时尚方工场具备有制造器具的设备与物质条件。尚方宝剑的名称还一直流传至后代。
  官办作坊比民间手工业在生产物质条件上占有优势，而且可以使用刑徒；为军队制造武器的生产规模较大，为朝廷制造精巧用品还可不计较成本。和帝时“博选术艺之士以充其宫”，为蔡伦加位尚方令说明他精通手工业技艺。蔡伦领导尚方工场，具备了研制植物纤维纸的物质条件，还可以专为造纸制造器具，有可供指挥的劳力，而使“造意”变成现实，即具备了职业发明家的条件。
  （三）其他行业的技术成就提供启发与借鉴
  历史上许多发明创造往往是受到其他科技成就的启发，单项科技成果也离不开社会整体技术进步与生产力发展的水平。《文物》1962年3期报道山东、江苏出土画象石证明汉代已发明以脚踏板提综的织机。《文物》1954年7期与1956年8期报道河北、四川出土画像砖与陶模证明东汉民间已普遍使用脚踏杠杆的杵臼。《后汉书·杜诗传》记载早于蔡伦的杜诗在南阳发明水力推动鼓风机用于铸造：“造作水排，铸为农器，用力少，见功多，百姓便之”。《汉书·申屠嘉传》记载“以蹶张弩”注曰“脚踏强弩张之”，即已发
  明脚踏的弩机。汉代炼铁的竖炉容积，已达50立方米。东汉已出现平帆与尾舵的风帆木船。《文物》1954年8期报道四川成都汉墓出土画像砖上有盐井图。盐井上的多层塔架，还有能同时站立4人操作吊具。《后汉书·西羌传》、《金后汉文》的恒谭《新论》均记载两汉已使用水碓。汉长安城遗址与满城汉墓出土过转盘石磨。以上说明东汉在水力利用、铸造、纺织与机械加工等方面的技术水平。前人的生产经验与科技成就，可以为蔡伦发明造纸所借鉴与利用。蔡伦在世时，由尚方监制的弩机、刀剑等，已有实物出土或著录。包括有从永元二年（90年）至元兴元年（105年）制品的铭文，证明当时尚方工场有较高的装备、加工水平。
  后人有“造纸昉于漂絮”之说，见清段玉裁为《说文解字》所作注释。段玉裁将《说文解字》中的“纸，絮一苫也”的苫改为〓，解释为：“造纸昉于漂絮，其初丝絮为之；以〓荐而成之。”“谓絮一〓成一纸也。”于是联系《说文解字》的有关文字：“絮，敝绵也”。“〓，潎絮箦也”。“潎，于水中击絮也。”“箦，〓栈也”，即竹席。最后解释起初造纸即漂絮时荐存于竹席上的丝絮。
  段玉裁的解释并没有事实依据，至今未有絮纸实物传世或出土；在竹帘上抄制植物纤维纸和以竹筐漂洗丝絮的操作并不相同。更重要的是植物纤维素与蚕丝在化学分子式与物理结构上均有很大的区别：植物纤维相互缔结成纸是靠氢键结合，而蚕吐丝时是靠丝胶相互粘结。
  植物纤维素的分子式为（C6H10O5）n，属于碳水化合物，每根纤维是由无数的纤维素分子构成纤丝，再集聚成多层管状；犹如一幢大厦由无数的砖头集聚而成。而一张纸是由无数的纤维被打破外层，露出氢键后结合而成。
  蚕丝是天然蛋白质凝固而成的纤维；断面近似三角形，由两条平行的单丝组成丝缕，外层包有丝胶约占20—30％。单丝成分是丝素（或丝朊），不溶于水；而丝胶易溶于热水，遇冷又会凝固。蚕茧经过水煮脱胶散开的蚕丝，不容易再粘结成牢固的薄片，现在有人曾试验用现代机械化打浆的方法使蚕丝外层润胀，干燥后勉强能形成较松的薄片；但在古代缺乏动力的条件下，将比较贵重的可供保暖的丝絮费力地制成不理想的书写材料，是很难得到推广的。
  我国利用麻、葛植物纤维作为纺织原料，始于原始社会后期；夏代以前用手或石器剥取韧皮，未经脱胶而直接使用；夏代以后有了浸沤脱胶法。《诗经》中有很多利用麻、葛纺织的诗句：如《陈风》有“东门之池，可以沤麻”；“东门之池，可以沤紵”；“东门之池，可以沤菅”（成语“草菅人命”之菅）。《周南》有“葛之覃兮，施于中谷，是刈是濩，为絺为绤”；《毛传》注：“濩煮之也”。《后汉书·邓后纪》记载永初中（110年）诏刘珍等东观，事毕“赐葛布各有差”。
  以上说明在蔡伦之前，社会上沤麻、煮葛操作已能控制脱胶程度与缩短脱胶时间，且能对不同种类的麻类植物控制其沤、煮工艺；因为葛的纤维短于麻，若完全脱胶分散成单纤维，则无纺织价值。蔡伦有可能从麻、葛等过分脱胶中得到启发，发明了煮树皮为纸的关键工序。所以，蔡伦吸取了前人对麻类纤维纺织前的加工生产经验，成功地完成了剉、捣、煮、抄等完整的造纸工序。
  三、蔡伦具备发明家的素质
  有了社会需求与客观条件，还需要由发明者通过研制使需求变成现实。从《后汉书》等史书记载，蔡伦具备了发明造纸术的主观条件。
  首先，蔡伦的经历使他深受简重、帛贵不便的困惑，感触到社会对新型书写材料的迫切需求。他入宫初期从事过为宫内搬藏简牍的劳动；侍奉章帝时，有机会随驾诣东观藏书库，见到堆积如山，汗牛充栋的简牍与绳断脱落的简片；他为百官传递奏书，并见过皇帝翻阅笨重的公文。他来自民间，深知一丝一缕来之不易，见到从民间进贡的大量缣帛用于书写而感到惋惜。邓后的节约与喜爱纸墨文具对蔡伦也有影响，她只舍得以葛布赏赐校经学者。
  其次，蔡伦入宫后有机会听贾逵、班昭等学者讲授经传，具有阅读与书写的水平；有了文化后，能读到秘阁存书中各行各业包括生产技术的著作。《蔡伦传》称他“有才学”、“豫参帷幄”、“匡弼得失”，即他已有参政议事的文化程度；因为当时几朝帝后都是笃学经传，熟悉经史者。蔡伦有了才学后，本身也是书写材料的需求者。
  第三，蔡伦重视向民间学习生产劳动的实践经验；他“每至休沐，辄闭门绝宾，暴体田野”。当时宫内称禁中，有黄门把守禁门。宫女、宦官除随从帝后出巡外，一般不得出宫，外出者要持符节的一半为凭信。所以他在休沐日外出必有研制器物之目的，因而受到朝廷的允许。到田野接触劳动人民，学习沤麻、煮葛、舂米、编席等劳动；寻找造纸原料与纸药植物品种进行研制；并发现民间有大量旧麻衣与鱼网可供利用。
  章帝曾经东巡山东，谒孔庙，和帝曾经南巡汉水流域，蔡伦均有可能随从。在接触社会了解民情物产中，加深了研制植物纤维纸的决心与信心。
  第四，蔡伦本人成为能工巧匠、术艺之士。经过好学不倦与深入民间参加生产实践，使他具备了领导尚方工场制造器物的本领。他从民间、尚方工场与考工著作三方面继承了前人的经验，并在此基础上发明了造纸术，大约经过10多年的研制才取得完全成功。
  《蔡伦传》中记载他“监作秘剑及诸器械，莫不精工坚密，为后世法”。撰写《东观汉记·蔡伦传》作者之一崔寔所著《政论》中，关于兵器制造有一段叙述：
  传曰：“工欲善其事，必先利其器”。旧时永平、建初之际去战攻未久，朝廷留意于武备，财用优饶，主者躬亲，故官兵常牢劲精利。有蔡太仆之弩及龙亭九年之剑，至今擅名天下。
  建初为章帝年号，在此之后主持躬亲制造过兵器的长乐太仆只有蔡伦，说明蔡伦任尚方令并不是只指挥工匠，而是自己也参加制造劳动，从而将立意造纸变成现实。