扭力抛石机的一种复原模型当中国人从桔槔发展出杠杆抛石机的时候，西方的罗马人则创造了另一种结构和原理截然不同的抛石机。它是利用扭绞筋束（或发束）所产生的动力来抛射石弹，其机架顶部安有横梁，底部横装一股扭绞得很紧的筋束（或发束），抛射杆的末端即竖插于筋束中间，前端做成勺形或系一皮囊以盛放弹丸。平时，筋束扭绞所产生的弹性力使抛射杆紧紧抵住横梁；施放时，将抛射杆往下扳平，用一扣发装置锁住，装上弹丸后脱扣，抛射杆猛然回弹打在横梁上，弹丸便在惯性力的作用下飞射出去。据西方学者的复原模拟试验，扭力抛石机的效率远低于杠杆抛石机，前者抛射的石弹可重23～79公斤，射程不超过150米；后者弹重可达120公斤，射程73～170米。
追求相似的目的，不同的民族往往会有不同的思路。这种多样性正是文明史的精彩之处。
十三、火药的发明和炼丹术
火药是中国古代的四大发明之一。这已经是众所熟知的事情。那么，为什么是中国而不是其他国家发明了火药？许多人会说这体现了我们祖先的伟大。这当然是正确的。但如果再多问几个为什么，比如为什么中国人发明了指南针、造纸术、火药和印刷术，却未能像希腊人那样创造出奥林匹克竞技会，像意大利人那样兴起文艺复兴运动？为什么近代科学产生于欧洲？为什么是英国人发明了蒸汽机、美国人发明了电灯？等等，可能有助于我们更深入地进行思考。不同的文明，各有其独特的环境、际遇和传统，因而为文化、科学和技术的发展提供了不同的契机，诚所谓“尺有所短，寸有所长”。火药的发明、正是深深根植于中国文明的独特土壤。
在中国，与民生密切相关的本草药物之学自古以来就甚为发达。在很早的时候，就出现了“神农尝百草”的传说，这一直被中国人视为本草药物之学的创始。然而，中国传统的药物学并非仅仅涉及植物，也广泛地涉及了动物和矿物。《山海经》中提到的120余种药，就包括了植物、动物、矿物三类。汉以后代有纂修的《本草经》，更无不包含有这三大部分的内容。在这些著作中，人药的矿物，被通称为金石药物。作为药物学探索的成果，中国原始火药组分中的主要物质——硫黄（或“三黄”：雄黄、雌黄、硫黄）和硝石（古作“消”），早在战国时期已为人们所知并加以利用。如1973年长沙马王堆汉墓出土的帛书《五十二病方》中，提到了以消石化汤疗痈疾。据考证，这些帛书医方抄写于秦汉之际，成书当在战国时期。
战国时期，以追求长生不老之药为主要目的的神仙方术又逐渐流行起来。但世上本无长生不老之药，求仙药的活动注定要以失败告终。这类失败的例子，在《史记·秦始皇本纪》中有生动的记叙。于是，方士们渐渐就由热衷于寻求仙药转而自己炼制仙药，炼丹术由此兴起。就像秦始皇一样，雄才大略的汉武帝也梦想“长生久视”。他不仅在民间广求丹药，而且招致方士亲自从事炼丹。权贵阶层的好尚，使炼丹活动在汉代逐渐盛行起来。由于炼丹术主要以矿物质为原料，遂极大地促进了对金石药物的认识和利用。
古代炼丹的方法可分火法和水法两种，简单地说，火法就是用火来烧炼，水法就是用水来溶融。在中国古代，对矿物质的烧炼有多种多样的工艺，如烧制陶器、冶炼金属，等等，但这些工艺中焙烧的对象和反应产物都比较单纯，过程相对平和。以追求神丹大药为目的的炼丹家则极为大胆，极富于想象力。他们几乎把已知的整个矿物群体作为自己的研究对象，往往标新立异，独出新裁，设计出复杂多样的药物组合（配伍），把几种甚至十几种矿物混合起来，加以火炼，希翼由此获得意想不到的结果。能够使人长生不老、羽化登仙的神药，诚然是无法以简单、寻常的手段制造的，而因此试验中出现的化学变化和人工生成的化学产品以及遇到猛烈反应，出现爆燃现象的可能性，都大为增加。从现存中国最早的炼丹术著作、大约问世于两汉之际的《黄帝九鼎神丹经》和《三十六水法》中可以清楚看出，战国时已为人知的三黄和消石，当炼丹术兴起后，就都成为炼丹所用的重要药物。它们正是爆燃作用中的两个主角。因此，炼丹术的兴起，已经揭开了火药发明的序幕。
随着东汉晚期道教的创立，以炼丹为重要手段的神仙道教很快成为主流。炼丹术与道教的结合，促进了炼丹术的系统化。经过魏晋南北朝的发展，到隋唐时期，中国炼丹术出现了若干重要的新进展，从而直接导致了火药的发明。
其一，中国炼丹术从一开始，就受到当时已经很盛行的阴阳学说的影响。方士们相信世间万物都有阴阳之别，药物也是如此，因此必须通过阳性药与阴性药的两性交融和彼此相制，即仿照天地造化之功，才能孕育出神奇的仙丹大药。《黄帝九鼎神丹经》所著录的“九鼎丹真人歌”中就有“夫妻共戏色忽华，阴附以会乐不过，即日生子如积沙”的比拟。这种思想经过东汉晚期魏伯阳的《周易参同契》的阐发，遂成为炼丹术的理论基础和指导思想。
但在初时，方士们对药物阴阳属性的划分尚无一定之规。到了隋唐之际，经过长期的广泛试炼，丹师们对划分药物阴阳属性基本上有了共识的原则。一般来说，他们把容易燃烧、颜色较明鲜、见火易飞、去质轻化者，认为属天，隶归阳性；而把颜色较晦暗，不能燃烧，不易飞化，生于阴山水旁、寒湿之地或形质顽狠、志性沉滞者，隶归阴性。硝石与三黄，分别为阴性药和阳性药中的主角。于是，它们被同时送人丹炉的机会就骤然增多起来。
其二，在早期炼丹术中，很少利用草木药。著名的东晋炼丹家葛洪说：“草木之药，埋之即腐，煮之即烂，烧之即焦，不能自生，何能生人乎？”因此，早期丹师普遍歧视草木药，认为它们只能滋补养生而不堪作长生大药的原料。隋唐时期，这种情况发生了变化，草木药越来越多地进入炼丹术，丹师们甚至美其名曰“龙芽”。炼丹术广泛引入草木药，主要目的是为了制伏四黄（雄黄、雌黄、硫黄、砒黄）等易飞化的药物。因为这些药物受强热时会挥发，药物一旦飞散，炼丹就不能成功了，所以要用某种药物克制住它们，丹师们称之为“伏火”。他们发现，用草木药伏火四黄特别有效，以现代知识分析，这是因为草灰中富含碳酸钾，它与雌雄黄、砒黄一起加热便生成不易挥发的白色砷酸钾。
丹师们以草木药作伏火剂时，通常先将它们“烧令存性”，即有控制地烧至不再冒烟。他们认为如此生成的炭是精华所在，伏火效能更佳。特别值得注意的是，唐代丹书中录载的一些伏火配方，药料中不仅包括硫黄和碳化的草木药，还有硝石。如见于《孙真人丹经》的“伏火硫黄法”：“硫黄、硝石各二两，令研，右用销银锅或砂罐子，人上件药在内，掘一地坑，放锅子在坑内，与地平，四面却以土填实，将皂角子不蛀者三个烧令存性，以钤逐个入之，候出尽焰，即就口上着生熟炭三斤，簇煅之，候炭消三分之一，即去余火不用，冷取之，即伏火矣。”又如清虚子《太上圣祖金丹秘诀》中的“伏火矾法”：“硫二两，硝二两，马兜钤三钱半，右为末拌匀，掘坑人药于罐内，与地平，将熟火一块弹子大，下放里面，烟渐起，以湿纸四五重盖，用方砖两片捺，以土塚之，候冷取出。”丹师们应是基于阴阳相制的原理，补充加入阴性的硝石以加强伏火作用的力度。据模拟试验，硝石确可促进雌雄黄和硫黄生成不易挥发逃逸的砷酸盐和硫酸盐，变为轻粉状的白色粉末。然而，如所熟知，古代火药的基本组分就是硝石、硫黄和木炭，那些包含了硝石和炭化草木药（皂角子、马兜铃）的硫黄伏火配方，已经不知不觉地与此接近了，如果操作不慎，很可能会发生更猛烈的爆燃。丹书详载的伏火操作方法：掘坑、土埋、湿纸盖、砖压，可谓小心之至，已经透露出了这种信息。
其三，中国人尽管在战国时期已经知道了硝石（硝酸钾），但早期往往将之与硫酸钠、硫酸镁等物相混，因为它们都色白如霜，结晶均如针似芒，而且在自然界往往共生在一起，有类似的赋存状态，又都易溶于水（“消”的名称即缘于此）。至唐代，主要由于炼丹术的长期实践，有效鉴别、选取真硝石的方法已完全成熟。当时人们常用的最可靠方法是把硝石置于烧红的木炭上，看其是否会猛烈燃烧成灰，并发出紫青色的焰烟。这也说明时人已经熟知硝石的易燃性。自此，人们就把硝石称为“焰硝”或“火硝”。如果说早期．炼丹所用的硝石往往并非真硝石，那么到唐代，这种情况就很少了。
炼丹术的上述新进展，使得炼丹过程中的意外爆燃，渚如炸鼎焚屋之类的事故，大为增加。而通过这些导致炼丹失败的事故，丹师们便逐渐认识到了硝石、硫黄、木炭等的混合物的爆燃特性。这在中唐以后成书的《真元妙道要略》中有清楚的反映：“有以硫黄、雄黄合硝石并蜜烧之，焰起烧手、面及烬屋舍者”；“硝石宜佐诸药，多则败药，生者不可合三黄等烧，立见祸事”。由此遂发明了“火药”，即能够起火燃烧的药物。其时间当不迟于晚唐。这种具有爆燃特性的混合物的中国名称本身，就体现了它与炼丹术的密切关系：它是炼制丹药活动的产物，它的诸成分本来都是药物，新的合成物自然也被命名为药。
异想天开的炼丹家们确实创造出了意想不到的结果：作为炼丹失败的产物的火药，不久后对人类历史的进程发生了巨大的影响。
十四、火药军事应用的渊起
中国人不仅发明了火药，而且首先将火药应用于军事，利用火药创制新型的武器，从而引发了中国乃至世界军事史上的一场革命，其最终结果是冷兵器时代的终结和火器时代的到来。这个变化的过程历经数百年，在中国甚至近千年（从10世纪至19世纪末）。对于这一变化所造成的巨大震荡，今人比古人有更深切的体会，但其最初的开端，却自然得几乎不为人所察觉。这就好像浩荡奔腾的长江大河，当其发源之处，不过涓涓细流而已。
北宋庆历四年（1044年）成书的《武经总要》中，较详细地录载了中国（也是世界上）最早的一批火器，计有：火药箭、火毬（又称火孢）、蒺藜火砲、霹雳火毬、毒药烟毬、烟毬、铁嘴火鹞、竹火鹞以及应用火药点火的猛火油柜。这些火器，绝大多数是利用火药的优异燃烧性能，用以纵火焚烧，对敌人进行火攻。如火药箭，它是将“五两”火药团和成球，贯于矢镞之下，点燃后发射出去；又如火毬，它是将黄蜡、松脂、清油、桐油、浓油熬成膏，拌人火药，团和成球，再外傅纸壳，涂以松脂，点燃后用抛石机发射出去；在火毬中团人多枝铁刃，表面再安设铁蒺藜，便成为蒺藜火毬，燃完后，铁刃和铁蒺藜可刺敌方人马之足；又如竹火鹞，它是用竹编成腹大口小、有疏孔的长笼，内装火药“一斤”，并加小卵石垂重，外糊纸数重，束秆草“三五斤”为尾，点燃后用抛石机发射。它们的作用都是纵火焚烧敌人的营寨、城垒和粮秣贮积等，惊扰、打击敌军直至战而胜之。
在中国古代，很早以来战争中就盛行火攻。《孙子兵法》已有专篇论述火攻，认为“以火佐攻者明”，指出“火发于内则早应之于外，火发而其兵静者，待而勿攻”，这显然是讲以纵火焚敌与军队的直接攻击相配合，借火乘乱而收奇效。千百年来，这种战法一直为中国的军事家所信从，甚至可以说是偏爱。三国时期，“以火佐攻”出现了一个高潮。一些著名的大战，如赤壁之战、夷陵之战，创造了中国历史上应用火攻的最辉煌的范例。至唐代，军事家们对火攻的方法和器材都进行了总结。这个时期的代表性兵书，几乎都有专门的篇幅论述火攻。正是通过《李卫公兵法》、《太白阴经》、《通典·兵典》等著名唐代兵书中的有关篇节，我们能够对火药出现以前中匡的火攻器材有一个全面的了解：当时主要是用各种易燃的膏油，如动物油脂、麻油，偶尔还有石油，浇淋、浸渍蒿艾、苇荻、秸秆、薪刍、麻布等物，或以弓弩、抛石机发射，或以动物（马牛鸦雀）携带，或以车船载送，以纵火焚敌。具体之器，名目颇繁。
火药的出现，无疑为火攻纵火提供了更有效的新材料。而中国古代战争中火攻的盛行，则使火药之进入军事领域成为顺理成章的事情，也在很大程度上决定了火药最初军事应用的方向。
不过，火药之进入军事领域，还有另一个因素的作用不容忽视。
在中国古代，道术之士对军事有广泛的介入。汉代人总结先秦、主要是孙子以来的兵学发展成果，将兵家分为四类，即兵权谋、兵形势、兵阴阳、兵技巧。所谓兵阴阳家，《汉书·艺文志》称其“顺时而发，推刑德，随斗击，因五胜，假鬼神而为助”。他们以阴阳五衙学说为理论基础，以观星望气、风角占候为主要手段，热衷于演绎军事与“天道”的关系，以推断攻守战退的吉凶祸福，实系数术者流。战国秦汉时期，此风已盛。司马迁在《史记》“天官书”和“乐书”中记述了不少兵阴阳的内容，《汉书·艺文志》则著录了许多兵阴阳家的著作。六朝时期，此风更盛，至唐代依然不衰。《隋书·经籍志》著录了不少这类书籍。敦煌藏经洞中发现的纯军事性的唐抄本《占云气书》是很有代表性的一例。这个时候，兵阴阳家不仅讲风角占候，还讲行兵布阵、奇门遁甲。颇有将略，后来人山访道、不知所终的李筌所著的《太白阴经》，对所有这些内容都有集成性的录载。
兵阴阳家和炼丹家，皆宗奉老子和《道德经》，有共同的思想基础，行为方式同样虚玄神秘，自道教建立后，就都归于道教门下。因此，道门和军事，素有较密切的联系。火药最初很可能就是由喜好谈兵、积极人世的道门中人贡献给官府、朝廷和将军们，因而进入军事领域的。对于道门和丹师来说，炸鼎焚屋是一种耻辱，应当隐而不宣；而且道术之士向有保守法术秘密的传统，炼丹者尤甚。如魏伯阳《周易参同契》卷下说：“深藏守，莫传文。”葛洪《抱朴子》内篇卷十四说：“不以其方文传之，故世间道士知金丹之事者万无一也。”因此，炼丹家发现硝石、硫黄、木炭等的混合物的爆燃特性后，最初很可能予以密守。而那些对军事素有研究和参予的道门中人，是最有条件把道门中的这种秘密引入军事领域的：他们相对于道门外的人对炼丹术有更多的了解，有可能自己也曾试为之；他们又比纯粹的丹师多一份对军事的了解，更善于发现某些事物的军用价值；积极人世的心态，则构成了贡献秘术的动力。
明代有一部专论火器的兵书《火龙神器阵法》，其卷首有一篇“授受序”，云：
