Dinasti Song menyaksikan banyak kemajuan sains dan teknologi yang substansial dalam sejarah Tiongkok. Beberapa kemajuan dan inovasi ini merupakan produk dari para negarawan berbakat dan pejabat sarjana yang direkrut oleh pemerintah melalui ujian kekaisaran. Shen Kuo (1031–1095), penulis Esai Kolam Impian, adalah contoh utamanya, seorang penemu dan tokoh perintis yang memperkenalkan banyak kemajuan baru dalam astronomi Tiongkok dan matematika, serta menetapkan konsep utara sejati dalam eksperimen pertama yang diketahui menggunakan kompas magnetik. Namun, pengrajin dari kalangan rakyat biasa seperti Bi Sheng (972–1051), penemu pencetakan huruf lepas, juga sangat terlibat dalam berbagai inovasi teknis.
Sumber: Lihat artikel asli di Wikipedia
 |
| Sejarah sains dan teknologi di Tiongkok |
|---|
| Menurut subjek |
| Menurut era |
Dinasti Song (Hanzi: 宋朝; 960–1279 M) menyaksikan banyak kemajuan sains dan teknologi yang substansial dalam sejarah Tiongkok. Beberapa kemajuan dan inovasi ini merupakan produk dari para negarawan berbakat dan pejabat sarjana yang direkrut oleh pemerintah melalui ujian kekaisaran. Shen Kuo (1031–1095), penulis Esai Kolam Impian, adalah contoh utamanya, seorang penemu dan tokoh perintis yang memperkenalkan banyak kemajuan baru dalam astronomi Tiongkok dan matematika, serta menetapkan konsep utara sejati dalam eksperimen pertama yang diketahui menggunakan kompas magnetik. Namun, pengrajin dari kalangan rakyat biasa seperti Bi Sheng (972–1051), penemu pencetakan huruf lepas (dalam bentuk yang mendahului mesin cetak ciptaan Johannes Gutenberg), juga sangat terlibat dalam berbagai inovasi teknis.
Kecerdikan teknik mesin tingkat lanjut memiliki tradisi panjang di Tiongkok. Insinyur Song, Su Song, yang membangun menara jam astronomi bertenaga hidrolik, mengakui bahwa ia dan orang-orang sezamannya membangun karya mereka di atas pencapaian para pendahulu seperti Zhang Heng (78–139), seorang astronom, penemu, dan pelopor ahli roda gigi mekanis yang bola armilar-nya diputar secara otomatis oleh kincir air dan pengatur waktu klepsidra.[1] Penerapan pencetakan huruf lepas memajukan penggunaan cetak balok kayu yang sebelumnya sudah tersebar luas untuk mendidik dan menghibur para siswa Konfusianis dan masyarakat umum. Penerapan senjata baru yang menggunakan bubuk mesiu memungkinkan Dinasti Song untuk menghalau musuh-musuh militannya—Liao, Xia Barat, dan Jin dengan senjata seperti meriam—hingga keruntuhannya oleh pasukan Mongol pimpinan Kubilai Khan pada akhir abad ke-13.
Kemajuan penting dalam bidang teknik sipil, nautika, dan metalurgi dicapai pada masa Tiongkok Song, di samping pengenalan kincir angin ke Tiongkok selama abad ketigabelas. Kemajuan-kemajuan ini, bersama dengan pengenalan uang kertas cetak, membantu merevolusi dan menopang ekonomi dinasti Song. Pakar barang antik era Song seperti Ouyang Xiu (1007–1072) dan Shen Kuo mulai mendalami bidang arkeologi dan epigrafi yang baru lahir, dengan menginspeksi peranti perunggu kuno dan berbagai prasasti untuk memahami masa lalu. Kemajuan juga dicapai di bidang forensik, khususnya oleh Song Ci (1186–1249), penulis Kumpulan Kasus Ketidakadilan yang Diperbaiki yang mencakup topik-topik seperti otopsi dalam kasus pembunuhan dan pertolongan pertama bagi para korban.
Tokoh-tokoh polimatik seperti Shen Kuo (1031–1095) dan Su Song (1020–1101) aktif pada masa Song, memberikan kontribusi pada teknologi dan sains empiris awal. Shen menjabarkan konsep utara sejati dan deklinasi magnetik ke arah Kutub Utara dengan menyempurnakan pengukuran meridian astronomi dan mengoreksi perhitungan posisi bintang kutub.[3] Karyanya meningkatkan akurasi navigasi maritim dengan kompas magnetik, yang juga ia deskripsikan secara tertulis.[3] Shen mendokumentasikan penemuan pencetakan huruf lepas karya Bi Sheng dan memajukan teori-teori geologi, mengusulkan geomorfologi jangka panjang dan perubahan iklim berdasarkan pengamatan lapangan.[4][5] Berdasarkan pengetahuannya tentang gerhana matahari dan gerhana bulan, ia berpendapat bahwa matahari dan bulan berbentuk bulat, yang memperluas gagasan astronomi Tiongkok sebelumnya.[6] Bersama dengan Wei Pu di Biro Astronomi, Shen mengembangkan model untuk gerak planet, termasuk gerak retrograd, dan melakukan pengamatan terperinci terhadap gerak orbit bulan selama lima tahun.[7][8] Koreksi mereka terhadap galat bulan dan matahari diadopsi di istana, meskipun revisi pada jalur orbit planet hanya diterima sebagian, yang kemungkinan merupakan akibat dari penentangan politik.[8] Shen juga melakukan penelitian dalam bidang matematika, geografi, ekonomi, kedokteran, kritik seni, arkeologi, strategi militer, dan diplomasi.[9][10] Ia menghitung jumlah permutasi dalam permainan papan, memodelkan durasi maksimum kampanye militer sebagai fungsi logistik pasokan ulang,[9] menyempurnakan instrumen ilmiah seperti jam klepsidra aliran masuk, bola armilar, gnomon, dan tabung bidik astronomi,[11] serta melakukan eksperimen awal dengan kamera obskura, mengikuti karya Ibnu Haitham (965–1039) sebelumnya.[12]
Su Song (1020–1101), yang hidup sezaman dengan Shen Kuo, menyusun Bencao Tujing pada tahun 1070, sebuah risalah farmasi yang mencakup bagian-bagian tentang botani, zoologi, metalurgi, dan mineralogi.[14][15] Karya ini mendokumentasikan serangkaian praktik pengobatan, termasuk penggunaan efedrina.[16] Su juga membuat atlas langit yang berisi lima peta bintang.[17] Tulisan-tulisannya tentang kartografi digunakan untuk menyelesaikan perselisihan perbatasan antara dinasti Song dan Dinasti Liao.[18] Pada tahun 1088, ia mengarahkan pembangunan menara jam astronomi bertenaga hidrolik di Kaifeng, yang menggabungkan sebuah bola armilar yang digerakkan secara mekanis.[19] Jam ini menggunakan mekanisme eskapemen dua abad sebelum penggunaan yang terdokumentasikan pada jam-jam Eropa,[20][21] dan menampilkan penggerak rantai transmisi daya yang dijelaskan dalam risalah horologinya pada tahun 1092.[22]
Terdapat banyak tokoh penting lainnya pada era Song selain Shen Kuo dan Su Song, yang banyak di antaranya memberikan kontribusi besar terhadap inovasi teknologi pada masa itu. Meskipun perangkat penanda mil yang digerakkan secara mekanis pada odometer kereta kuda telah dikenal di Tiongkok sejak zaman kuno Dinasti Han, Song Shi (disusun pada tahun 1345) memberikan deskripsi yang jauh lebih banyak dan pandangan yang lebih mendalam tentang perangkat tersebut dibandingkan sumber-sumber Tiongkok sebelumnya. Song Shi menyatakan:
Odometer. [Kereta pengukur mil] dicat merah, dengan gambar bunga dan burung di keempat sisinya, dan dibangun dalam dua tingkat, dihiasi dengan ukiran yang indah. Pada setiap penyelesaian satu li, patung kayu seorang pria di tingkat bawah memukul genderang; pada setiap penyelesaian sepuluh li, patung kayu di tingkat atas memukul lonceng. Tiang kereta berujung pada kepala feniks, dan kereta ditarik oleh empat ekor kuda. Pasukan pengawalnya sebelumnya berjumlah 18 orang, tetapi pada tahun ke-4 masa pemerintahan Yongxi (987) kaisar Taizong menambahkannya menjadi 30 orang. Pada tahun ke-5 masa pemerintahan Tian-Sheng (1027) Kepala Bendaharawan Lu Daolong mengajukan spesifikasi untuk pembuatan odometer sebagai berikut: [...][23]
Teks selanjutnya adalah penjabaran panjang yang dibuat oleh Kepala Bendaharawan Lu Daolong mengenai pengukuran jarak serta ukuran roda dan roda gigi.[23] Namun, paragraf penutup memberikan deskripsi di bagian akhir tentang bagaimana perangkat tersebut pada akhirnya berfungsi:
Ketika roda horizontal tengah telah melakukan 1 putaran, kereta akan melaju sejauh 1 li dan patung kayu di tingkat bawah akan memukul genderang. Ketika roda horizontal atas telah melakukan 1 putaran, kereta akan melaju sejauh 10 li dan patung di tingkat atas akan memukul lonceng. Jumlah roda yang digunakan, besar dan kecil, seluruhnya berukuran 8 inci (200 mm), dengan total 285 gigi. Dengan demikian, gerakan ditransmisikan seolah-olah oleh mata rantai, "gigi anjing" saling mengunci satu sama lain, sehingga melalui putaran yang semestinya semuanya kembali ke titik awal aslinya.[24]
Pada era Song (dan pernah sekali selama era Tang sebelumnya), perangkat odometer digabungkan dengan perangkat kereta penunjuk selatan, yang kemungkinan pertama kali ditemukan oleh insinyur mesin Tiongkok kuno Ma Jun (200–265). Kereta penunjuk selatan adalah kendaraan beroda yang mungkin, dalam beberapa kasus, menggabungkan roda gigi gardan yang kompleks. (Roda gigi ini sekarang digunakan di hampir semua mobil modern untuk menerapkan jumlah torsi yang sama ke roda yang berputar dengan kecepatan berbeda saat berbelok.) Roda gigi gardan ini dapat digunakan untuk menjaga penunjuk yang dioperasikan secara mekanis agar mengarah ke arah yang tetap, yaitu ke selatan, yang memberikan kompensasi atas putaran apa pun yang dilakukan kereta. Susunan roda gigi lain juga dapat digunakan untuk tujuan yang sama. Perangkat ini menggunakan navigasi duga secara mekanis, alih-alih magnetisme sebuah kompas, untuk menavigasi dan menemukan arah bantalan seseorang. Yan Su (燕肃code: zh is deprecated ; skt. 961–1040), Direktur Divisi di Kementerian Pekerjaan Umum, menciptakan kembali perangkat kereta penunjuk selatan pada tahun 1027, dan spesifikasinya untuk pembuatan perangkat tersebut disediakan di dalam Song Shi.[25] Hal ini tidaklah mengherankan, karena Yan adalah seorang polimatik seperti halnya Shen Kuo dan Su Song, yang menyempurnakan desain jam klepsidra, menulis tentang harmoni matematika, teori tentang pasang surut air laut, dll.[25] Teks Song Shi mencatat bahwa insinyur Wu Deren-lah yang menggabungkan kereta penunjuk selatan dan odometer pada tahun 1107:
Pada tahun pertama masa pemerintahan Da-Guan (1107), Bendaharawan Wu Deren mengajukan spesifikasi kereta penunjuk selatan dan kereta yang dilengkapi genderang pencatat li (odometer). Kedua kendaraan tersebut dibuat, dan pertama kali digunakan pada tahun itu pada upacara akbar persembahan leluhur.[26]
Teks tersebut kemudian berlanjut dengan mendeskripsikan secara sangat rinci desain mekanis yang rumit dari kedua perangkat yang digabungkan menjadi satu tersebut. (Lihat artikel mengenai kereta penunjuk selatan).
Selain mesin jam, bola armilar bertenaga hidrolik, odometer, dan kendaraan kompas mekanis, terdapat perangkat teknik mesin lain yang mengesankan yang ditemukan selama dinasti Song. Meskipun referensi literatur untuk repositori berputar mekanis dan rak-rak buku di kuil Buddha dapat ditelusuri kembali ke setidaknya tahun 823 selama Dinasti Tang,[27] benda-benda ini mulai menonjol selama dinasti Song.[27] Penemuan rak buku berputar dianggap telah terjadi lebih awal, dan dikreditkan kepada tokoh awam Fu Xi pada tahun 544.[28] Rak buku berputar dipopulerkan di biara-biara Buddha selama Dinasti Song di bawah pemerintahan Kaisar Taizu, yang memerintahkan pencetakan massal kitab suci Buddha Tripitaka.[28] Lebih jauh lagi, rak buku berputar tertua yang masih ada berasal dari era Song (abad ke-12), yang ditemukan di Kuil Longxing di Zhengding, provinsi Hebei.[27][29] Namun, terdapat sembilan repositori berputar yang paling dikenal secara luas selama era Song, dan salah satunya bahkan ditampilkan dalam sebuah ilustrasi di buku karya Li Jie, Yingzao Fashi ('Risalah Metode Arsitektur') pada tahun 1103.[27][30] Repositori berputar dari tahun 1119 di Kuil Kaifu dekat Changsha memiliki lima roda yang semuanya berputar bersamaan,[31] dan repositori berputar di Kuil Nanchan Suzhou menampilkan semacam sistem rem (para pakar sinologi masih belum yakin bagaimana sistem ini beroperasi, karena pita rem kurva paling awal yang diketahui muncul pada masa Leonardo da Vinci di Eropa).[31] Seorang penjelajah Muslim di kemudian hari, Syah Rukh (putra panglima perang Turki-Mongol Timur), datang ke Tiongkok Dinasti Ming pada tahun 1420 selama pemerintahan Kaisar Yongle, dan mendeskripsikan sebuah repositori berputar di Ganzhou, provinsi Gansu, yang ia sebut sebagai 'kios':
Di kuil lain terdapat kios segi delapan, yang memiliki lima belas tingkat dari atas ke bawah. Setiap tingkat berisi ruang-ruang yang didekorasi dengan pernis bergaya Cathay, dengan ruang depan dan beranda...Kios ini seluruhnya terbuat dari kayu yang dipoles, dan ini kembali disepuh emas dengan sangat mengagumkan sehingga tampak seperti terbuat dari emas murni. Terdapat ruang bawah tanah di bawahnya. Poros besi yang dipasang di tengah kios melintasinya dari bawah ke atas, dan ujung bawahnya bekerja pada pelat besi, sementara ujung atasnya bertumpu pada penyangga kuat di atap bangunan yang menaungi paviliun ini. Dengan demikian, seseorang di ruang bawah tanah tersebut dapat dengan sedikit pengerahan tenaga membuat kios besar ini berputar. Semua tukang kayu, pandai besi, dan pelukis di dunia akan mempelajari sesuatu dalam profesi mereka dengan datang ke sini![32]
Di bidang pembuatan tekstil, Joseph Needham (1900–1995) menulis bahwa orang Tiongkok menemukan roda pemintal pada abad ke-12,[33] dan menulis bahwa sabuk penggerak mekanis telah dikenal sejak abad ke-11.[34] Buku karya Qin Guan, Can Shu (Buku Serikultur) dari tahun 1090 mendeskripsikan sebuah mesin penggulung sutra dengan 'proto-flyer' yang berosilasi, karena peralatan gulungan utama tempat sutra diikat tersebut digulung dan digerakkan oleh gerakan pedal.[33] Dalam perangkat ini, lengan ayun penarik diaktifkan secara bersamaan oleh sabuk penggerak tambahan.[33] Mesin ini digambarkan dalam sebuah ilustrasi di buku Geng Zhi Tu pada tahun 1237,[35] dan sekali lagi ilustrasi yang lebih rumit disajikan dalam sebuah buku dari abad ke-17.[33] Buku Qin Guan tahun 1090 menyatakan bahwa:
Katrol (yang menahan poros eksentrik) dilengkapi dengan alur untuk tempat sabuk penggerak, sebuah sabuk tak berujung yang merespons pergerakan mesin dengan terus memutar katrol tersebut.[34]
Tali atau kawat tak berujung mungkin telah digunakan dalam perangkat kincir air ciptaan Du Shi yang menggerakkan puputan dari tanur tiup pada abad ke-1 (lihat Tenaga Angin di bawah).[34]
Teknologi pencetakan dalam bentuk huruf lepas diciptakan oleh Bi Sheng (毕升code: zh is deprecated ; 990–1051) pada abad ke-11. Karya Bi Sheng ditulis oleh Shen Kuo dalam Esai Kolam Impian (Mengxi Bitan) miliknya.[36] Huruf lepas, bersama dengan cetak balok kayu, meningkatkan literasi melalui produksi massal bahan cetak. Hal ini berarti para orang tua dapat mendorong putra-putra mereka untuk belajar membaca dan menulis, dan karenanya mampu mengikuti ujian kekaisaran serta menjadi bagian dari birokrasi terpelajar yang terus berkembang. Pencetakan huruf lepas lebih lanjut dikembangkan pada era Korea Joseon, di mana karakter tanah liat bakar Bi Sheng digantikan oleh karakter huruf logam pada tahun 1234.[37] Huruf lepas ciptaan Bi Sheng kemudian disempurnakan oleh Wang Zhen (1290–1333), yang menciptakan huruf lepas dari kayu pada sekitar tahun 1298, dan Hua Sui (1439–1513), yang menciptakan huruf lepas perunggu di Tiongkok pada tahun 1490; namun bangsa Korea telah memiliki huruf lepas logam sebelum Hua Sui, dan bahkan Wang Zhen sempat bereksperimen dengan huruf lepas dari logam timah.[38] Meskipun huruf lepas dan cetak balok kayu tetap menjadi metode pencetakan yang dominan selama berabad-abad, mesin cetak Eropa (yang menggunakan mesin pres sekrup Helenistik) pada akhirnya diadopsi oleh negara-negara Asia Timur.
Untuk keperluan pencetakan, produksi massal kertas untuk menulis telah mapan di Tiongkok. Proses pembuatan kertas telah disempurnakan dan distandardisasi oleh kasim istana Dinasti Han, Cai Lun (50–121) pada tahun 105, dan mulai digunakan secara luas untuk menulis bahkan pada abad ke-3.[39] Dinasti Song adalah pemerintah pertama di dunia sepanjang sejarah yang menerbitkan uang cetak kertas—uang kertas (lihat Jiaozi dan Huizi).[40] Kertas toilet telah digunakan secara umum di Tiongkok sejak abad ke-6,[41] kantong kertas untuk menjaga aroma daun teh pada abad ke-7,[41] dan pada masa dinasti Song para pejabat pemerintah yang telah berjasa besar diberi penghargaan oleh istana dengan hadiah uang cetak kertas yang dibungkus dalam amplop kertas.[41] Selama dinasti Song, industri independen dan industri yang disponsori pemerintah dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan populasi yang terus bertambah yang telah mencapai lebih dari 100 juta jiwa. Sebagai contoh, untuk pencetakan uang kertas saja, istana Song mendirikan beberapa percetakan uang dan pabrik yang dikelola pemerintah di kota Huizhou, Chengdu, Hangzhou, dan Anqi.[42] Ukuran tenaga kerja yang dipekerjakan di pabrik-pabrik uang kertas ini cukup besar, sebagaimana tercatat pada tahun 1175 bahwa pabrik di Hangzhou saja mempekerjakan lebih dari seribu pekerja dalam sehari.[42]
Kemajuan dalam teknologi militer membantu Dinasti Song dalam pertahanannya melawan tetangga-tetangga yang bermusuhan di utara. Penyembur api berawal dari Yunani era Bizantium, yang menggunakan api Yunani (cairan minyak bumi yang kompleks secara kimia dan sangat mudah terbakar) dalam sebuah perangkat dengan selang sifon pada abad ke-7.[45] Referensi paling awal tentang Api Yunani di Tiongkok dibuat pada tahun 917, yang ditulis oleh Wu Renchen dalam Babad Musim Semi dan Musim Gugur Sepuluh Kerajaan karyanya.[46] Pada tahun 919, pompa proyektor sifon digunakan untuk menyebarkan 'minyak api ganas' yang tidak dapat dipadamkan dengan air, sebagaimana dicatat oleh Lin Yu dalam Wuyue Beishi miliknya, yang karenanya menjadi referensi Tiongkok pertama yang dapat dipercaya mengenai penyembur api yang menggunakan larutan kimia api Yunani (lihat juga Pen Huo Qi).[47] Lin Yu juga menyebutkan bahwa 'minyak api ganas' pada akhirnya berasal dari salah satu kontak maritim Tiongkok di 'laut selatan', Arab (Dashiguo).[48] Dalam Pertempuran Langshan Jiang pada tahun 919, armada angkatan laut Raja Wenmu dari Wuyue mengalahkan pasukan Huainan dari negara Wu; keberhasilan Wenmu difasilitasi oleh penggunaan 'minyak api' ('huo you') untuk membakar armada musuh, yang menandai penggunaan bubuk mesiu pertama oleh Tiongkok dalam sebuah pertempuran.[49] Orang Tiongkok menerapkan penggunaan puputan piston ganda untuk memompa minyak keluar dari satu silinder (dengan langkah ke atas dan ke bawah), yang dinyalakan di ujungnya dengan sumbu bubuk mesiu yang terbakar lambat untuk menembakkan aliran api yang terus-menerus.[48] Perangkat ini ditampilkan dalam deskripsi dan ilustrasi manuskrip militer Wujing Zongyao dari tahun 1044.[48] Dalam penumpasan negara Tang Selatan pada tahun 976, angkatan laut awal Song berhadapan dengan mereka di Sungai Yangtze pada tahun 975. Pasukan Tang Selatan berusaha menggunakan penyembur api melawan angkatan laut Song, tetapi secara tidak sengaja terbakar oleh api mereka sendiri ketika angin kencang bertiup ke arah mereka.[50]
Meskipun efek destruktif dari bubuk mesiu telah dideskripsikan pada awal Dinasti Tang oleh seorang alkemis Taois, formula tertulis paling awal yang diketahui untuk bubuk mesiu berasal dari teks Wujing Zongyao tahun 1044, yang mendeskripsikan bom peledak yang dilontarkan dari katapel.[51] Perkembangan paling awal dari laras senjata api dan meriam penembak proyektil ditemukan di Tiongkok pada akhir era Song. Penggambaran seni pertama dari 'tombak api' Tiongkok (kombinasi penyembur api sementara dan senjata api) berasal dari lukisan mural Buddha di Dunhuang, yang diperkirakan berasal dari sekitar tahun 950.[52] 'Tombak-tombak api' ini digunakan secara luas pada awal abad ke-12, menampilkan tiang bambu berongga sebagai tabung untuk menembakkan partikel pasir (untuk membutakan dan mencekik), pelet timah, potongan logam tajam dan pecahan tembikar, dan akhirnya panah besar yang didorong bubuk mesiu serta persenjataan roket.[53] Pada akhirnya, bambu yang mudah rusak diganti dengan tabung besi cor berongga, dan begitu pula terminologi senjata baru ini berubah, dari 'tombak api' ('huo qiang') menjadi 'tabung api' ('huo tong').[54] Nenek moyang senjata api ini dilengkapi dengan nenek moyang meriam, yang oleh orang Tiongkok disebut sejak abad ke-13 sebagai 'alat erupsi magasin multi-peluru' ('bai zu lian zhu pao'), sebuah tabung perunggu atau besi cor yang diisi dengan sekitar 100 bola timah.[55] Pada tahun 1132, pada pengepungan De'an, pasukan Tiongkok Song menggunakan tombak api melawan saingan mereka, Dinasti Jin yang dipimpin Jurchen.[56]
Penggambaran awal yang diketahui tentang senjata api adalah sebuah patung dari sebuah gua di Sichuan, yang berasal dari tahun 1128, yang menggambarkan sosok yang membawa bombard berbentuk vas, yang menembakkan api dan bola meriam.[57] Namun, penemuan arkeologis tertua yang masih ada dari senjata api genggam berlaras logam adalah meriam tangan Heilongjiang dari penggalian Heilongjiang di Tiongkok, yang berasal dari tahun 1288.[58] Orang Tiongkok juga menemukan potensi ledakan dengan mengemas selongsong bola meriam berongga dengan bubuk mesiu. Ditulis kemudian oleh Jiao Yu dalam Huolongjing karyanya (pertengahan abad ke-14), manuskrip ini mencatat meriam besi cor era Song sebelumnya yang dikenal sebagai 'alat erupsi gemuruh awan terbang' (fei yun pi-li pao). Manuskrip tersebut menyatakan bahwa:
Selongsongnya terbuat dari besi cor, sebesar mangkuk dan berbentuk seperti bola. Di dalamnya berisi setengah pon bubuk mesiu 'ajaib'. Benda-benda ini diterbangkan ke arah perkemahan musuh dari sebuah alat erupsi; dan ketika benda-benda ini tiba di sana, terdengar suara seperti gemuruh guntur, dan kilatan cahaya muncul. Jika sepuluh selongsong ini berhasil ditembakkan ke perkemahan musuh, seluruh tempat itu akan terbakar...[59]
Seperti dicatat sebelumnya, perubahan terminologi untuk senjata-senjata baru ini selama era Song terjadi secara bertahap. Meriam Song awal pada awalnya diistilahkan dengan cara yang sama seperti katapel trebuset Tiongkok. Seorang sarjana Dinasti Ming di kemudian hari yang dikenal sebagai Mao Yuanyi menjelaskan penggunaan terminologi ini dan asal usul meriam yang sebenarnya dalam teks Wubei Zhi karyanya, yang ditulis pada tahun 1628:
Orang-orang Song menggunakan trebuset putar, trebuset tiang tunggal, dan trebuset harimau jongkok. Semuanya disebut 'trebuset api' karena digunakan untuk melontarkan senjata api seperti bola (api), falkon (api), dan tombak (api). Senjata-senjata ini adalah nenek moyang dari meriam.[60]
Huolongjing dari abad ke-14 juga merupakan salah satu teks Tiongkok pertama yang mendeskripsikan dengan saksama penggunaan ranjau darat peledak, yang telah digunakan oleh orang Tiongkok pada akhir era Song untuk melawan bangsa Mongol pada tahun 1277, dan dipekerjakan oleh Dinasti Yuan setelahnya.[61] Inovasi ranjau darat yang diledakkan dikreditkan kepada seseorang bernama Luo Qianxia dalam kampanye pertahanan melawan invasi Mongol pimpinan Kubilai Khan.[61] Teks-teks Tiongkok di kemudian hari mengungkapkan bahwa ranjau darat Tiongkok menggunakan tali pemicu atau perangkap samar gerak berupa pin yang melepaskan beban jatuh untuk memutar roda pemantik api baja, yang pada gilirannya menciptakan percikan api yang menyalakan rangkaian sumbu untuk ranjau darat tersebut.[62]
Lebih jauh lagi, Dinasti Song menggunakan roket pendorong bubuk mesiu paling awal yang diketahui dalam peperangan selama akhir abad ke-13,[63] dengan bentuk paling awalnya berupa panah api kuno. Ketika ibu kota Song Utara, Kaifeng, jatuh ke tangan bangsa Jurchen pada tahun 1126, Xia Shaozeng mencatat bahwa 20.000 panah api diserahkan kepada bangsa Jurchen dalam penaklukan mereka.[64] Teks Tiongkok yang bahkan lebih awal, yaitu Wujing Zongyao ("Kumpulan Teknik Militer Terpenting"), yang ditulis pada tahun 1044 oleh cendekiawan Song, Zeng Kongliang dan Yang Weide, mendeskripsikan penggunaan arkubalista tiga pegas atau busur rangkap tiga yang menembakkan anak panah yang memuat paket bubuk mesiu di dekat kepala panahnya.[64] Menilik lebih jauh ke belakang, Wu Li Xiao Shi (1630, edisi kedua 1664) karya Fang Yizhi menyatakan bahwa panah api dipersembahkan kepada Kaisar Taizu dari Song (m. 960–976) pada tahun 960.[65]
Di Tiongkok kuno, pintu air (sluice), pintu air terusan (kanal), dan pintu air bilas telah dikenal setidaknya sejak abad ke-1 SM (karena sumber-sumber pada masa itu menyinggung bahwa benda-benda tersebut bukanlah inovasi baru), selama era kuno Dinasti Han (202 SM–220 M).[66] Pada masa dinasti Song, pintu air tertutup (pound lock) pertama kali diciptakan pada tahun 984 oleh Asisten Komisaris Transportasi untuk Huainan, yaitu insinyur Qiao Weiyue.[67] Pada masanya, orang Tiongkok mulai mengkhawatirkan masalah lalu lintas tongkang di ruas Shanyang Yundao di Kanal Besar, karena kapal-kapal sering hancur saat melewati jalur landai ganda dan dirampok gandum pajaknya oleh gerombolan bandit setempat. Teks sejarah Song Shi (disusun pada tahun 1345) menyatakan bahwa pada tahun 984:
Qiao Weiyue juga membangun lima jalur landai ganda (harfiahnya bendungan) antara Anbei dan Huaishi (atau, dermaga di tepi sungai Huai). Masing-masing memiliki sepuluh jalur untuk naik turunnya tongkang. Muatan gandum pajak kekaisaran mereka berat, dan ketika melewatinya mereka sering mengalami musibah dan rusak atau hancur, yang disertai dengan hilangnya gandum serta penggelapan oleh komplotan pekerja yang bersekongkol dengan bandit setempat yang bersembunyi di dekatnya. Oleh karena itu, Qiao Weiyue pertama-tama memerintahkan pembangunan dua pintu air di bendungan ketiga di sepanjang Sungai Barat (dekat Huaiyin). Jarak antara kedua pintu air itu sedikit lebih dari 50 langkah (250 kaki) dan seluruh ruangnya ditutupi dengan atap besar seperti gudang. Pintu air itu adalah 'pintu gantung'; (ketika ditutup) air terakumulasi seperti pasang surut hingga mencapai ketinggian yang dibutuhkan, lalu ketika saatnya tiba air dibiarkan mengalir keluar. Ia juga membangun sebuah jembatan horizontal untuk melindungi fondasinya. Setelah ini dilakukan (terhadap semua jalur landai ganda), korupsi sebelumnya sepenuhnya dihilangkan, dan pelayaran perahu berlanjut tanpa halangan sedikit pun.[68]
Praktik ini menyebar luas, dan bahkan ditulis oleh ilmuwan polimatik Tiongkok Shen Kuo dalam karyanya Esai Kolam Impian (1088).[69] Shen Kuo menulis bahwa pendirian pintu air tertutup di Zhenzhou (kemungkinan Kuozhou di sepanjang sungai Yangtze) selama masa pemerintahan Tian Sheng (1023–1031) membebaskan penggunaan lima ratus pekerja buruh di terusan tersebut setiap tahun, yang setara dengan penghematan hingga 1.250.000 untai uang logam per tahun.[70] Ia menulis bahwa metode lama untuk menarik kapal membatasi ukuran kargo hingga 300 tan beras per kapal (kira-kira 21 ton panjang/21.000 kg), tetapi setelah pintu air tertutup diperkenalkan, kapal yang membawa 400 tan (kira-kira 28 ton panjang/28.000 kg) dapat digunakan.[70] Shen menulis bahwa pada masanya (skt. 1080) kapal-kapal pemerintah dapat membawa muatan seberat hingga 700 tan (495 ton panjang/503.000 kg), sementara kapal swasta dapat menampung sebanyak 800 karung, yang masing-masing seberat 2 tan (yaitu 113 ton panjang/115.000 kg).[70] Shen Kuo juga mencatat bahwa penggunaan pintu air secara tepat pada saluran irigasi merupakan cara terbaik untuk memanfaatkan lumpur sebagai pupuk.[71] Akan tetapi, kebutuhan pertanian dan transportasi berpotensi berkonflik satu sama lain. Hal ini diwakili dengan baik dalam Dongpo Zhilin karya pejabat pemerintah sekaligus penyair terkenal Su Shi (1037–1101), yang menulis sekitar dua dekade sebelum Shen Kuo pada tahun 1060:
Beberapa tahun yang lalu pemerintah membangun pintu air untuk metode pemupukan lumpur, meskipun banyak orang yang tidak setuju dengan rencana tersebut. Terlepas dari semua pertentangan, rencana itu tetap dilaksanakan, namun kurang berhasil. Saat aliran air di Gunung Fan deras, pintu-pintu air tetap ditutup, dan ini menyebabkan kerusakan (akibat banjir) pada ladang, makam, dan rumah-rumah. Ketika arus air surut di akhir musim gugur, pintu-pintu air dibuka, sehingga ladang-ladang diairi dengan air yang mengandung lumpur, namun endapannya tidak setebal apa yang disebut para petani sebagai 'lumpur kue kukus' (sehingga mereka tidak puas). Akhirnya pemerintah merasa lelah dengan hal itu dan menghentikannya. Sehubungan dengan ini saya ingat pernah membaca Jiayipan karya Bai Juyi (sang penyair) yang mana ia menyebutkan bahwa ia pernah menduduki posisi sebagai Komisaris Lalu Lintas. Karena Sungai Bian menjadi sangat dangkal sehingga menghambat laju kapal, ia menyarankan agar pintu-pintu air di sepanjang sungai dan kanal ditutup, tetapi Gubernur Militer menunjukkan bahwa sungai itu dibatasi di kedua sisinya oleh ladang-ladang yang memasok gandum tentara, dan jika ladang-ladang ini tidak mendapatkan irigasi (air dan lumpur) akibat penutupan pintu-pintu air, hal itu akan menyebabkan kekurangan pasokan gandum militer. Dari sini saya belajar bahwa pada era Tang terdapat ladang-ladang milik pemerintah dan pintu-pintu air di kedua sisi sungai, dan irigasi terus dilakukan (secara berkelanjutan) bahkan ketika permukaan air sedang tinggi. Jika ini bisa dilakukan (dengan sukses) di masa lalu, mengapa tidak bisa dilakukan sekarang? Saya ingin menyelidiki lebih jauh mengenai masalah ini dari para ahli.[72]
Meskipun galangan kering telah dikenal di Mesir Ptolemaik sejak akhir abad ke-3 SM (oleh orang Fenisia; tidak digunakan lagi hingga Henry VII dari Inggris pada tahun 1495), ilmuwan dan negarawan Shen Kuo menulis tentang penggunaannya di Tiongkok untuk memperbaiki kapal selama abad ke-11. Dalam karya Esai Kolam Impian (1088) miliknya, Shen Kuo menulis:
Pada awal dinasti (skt. 965) kedua provinsi Zhe (kini Zhejiang dan Jiangsu selatan) mempersembahkan (ke takhta) dua perahu naga yang masing-masing memiliki panjang lebih dari (60,00 m/200 kaki).[73] Bagian bangunan atasnya mencakup beberapa geladak dengan kabin megah seperti istana dan ruang tunggu, yang berisi takhta dan sofa yang semuanya siap untuk tur inspeksi kekaisaran. Setelah bertahun-tahun, lambung kapalnya membusuk dan butuh perbaikan, tetapi pekerjaan itu tidak mungkin dilakukan selama kapal tersebut masih mengapung. Jadi pada masa pemerintahan Xi-Ning (1068 hingga 1077) seorang pejabat istana, Huang Huaixin, mengusulkan sebuah rencana. Sebuah cekungan besar digali di ujung utara Danau Jinming yang mampu menampung kapal-kapal naga tersebut, dan di dalamnya balok-balok silang yang berat diletakkan di atas fondasi pilar. Kemudian (sebuah celah dibuat) sehingga cekungan itu dengan cepat terisi air, setelah itu kapal-kapal ditarik masuk di atas balok-balok. (Celah tersebut kini ditutup kembali) airnya dipompa keluar menggunakan kincir sehingga kapal-kapal tersebut benar-benar bertumpu di udara. Saat perbaikan selesai, air dibiarkan masuk lagi, sehingga kapal-kapal itu mengapung kembali (dan dapat meninggalkan galangan). Pada akhirnya balok-balok dan pilar-pilar disingkirkan, dan seluruh cekungan ditutupi dengan atap besar untuk membentuk hanggar guna melindungi kapal-kapal tersebut dari cuaca serta menghindari kerusakan akibat paparan berlebih.[74]
Orang-orang Tiongkok pada masa dinasti Song adalah para pelaut ulung yang melakukan pelayaran ke berbagai pelabuhan singgah hingga sejauh wilayah Mesir Fatimiyah. Mereka dibekali dengan sangat baik untuk perjalanan ke luar negeri, menggunakan kapal laut berukuran besar yang dikemudikan dengan kemudi tiang buritan dan dipandu oleh kompas penunjuk arah. Bahkan sebelum Shen Kuo dan Zhu Yu mendeskripsikan kompas jarum magnetik pelaut, risalah militer yang lebih awal yaitu Wujing Zongyao pada tahun 1044 juga telah mendeskripsikan kompas termoremanensi.[76] Ini adalah jarum besi atau baja sederhana yang dipanaskan, didinginkan, dan diletakkan dalam mangkuk berisi air, yang menghasilkan efek magnetisasi lemah, meskipun penggunaannya hanya dideskripsikan untuk navigasi di darat dan bukan di laut.[76]
Terdapat banyak deskripsi dalam literatur Tiongkok pada masa itu mengenai operasi dan aspek-aspek pelabuhan laut, pelayaran kapal dagang maritim, perdagangan luar negeri, dan kapal-kapal layar itu sendiri. Pada tahun 1117, penulis Zhu Yu tidak hanya menulis tentang kompas magnetik untuk navigasi, tetapi juga tali sepanjang seratus kaki dengan kail yang dilemparkan dari geladak kapal, yang digunakan untuk mengumpulkan sampel lumpur di dasar laut agar awak kapal dapat menentukan keberadaan mereka dari bau dan rupa lumpur tersebut.[77] Selain itu, Zhu Yu menulis tentang kompartemen sekat kedap air di dalam lambung kapal untuk mencegah tenggelam jika terjadi kerusakan, layar membujur berjenis lug, layar tikar yang tegang, serta praktik berlayar menentang angin.[78] Mengonfirmasi tulisan Zhu Yu mengenai kapal-kapal dinasti Song dengan kompartemen lambung bersekat, pada tahun 1973 sebuah kapal dagang Song dari sekitar tahun 1277 dengan panjang 78-kaki (24 m) dan lebar 29-kaki (8,8 m) dikeruk dari perairan di dekat pantai selatan Tiongkok, yang memiliki 12 ruang kompartemen sekat di dalam lambungnya.[79] Budaya maritim selama era Song ditingkatkan oleh teknologi-teknologi baru ini, bersama dengan keleluasaan lalu lintas sungai dan kanal yang lebih besar. Di sekelilingnya terdapat pemandangan ramai dari kapal-kapal pengangkut gandum pajak yang dikelola pemerintah, kapal dan tongkang upeti, kapal niaga swasta, banyak nelayan yang sibuk dengan perahu memancing berukuran kecil, di samping orang-orang kaya yang menikmati kenyamanan di kapal pesiar pribadi mewah mereka.[80]
Selain Zhu Yu, terdapat pula beberapa penulis Tiongkok terkemuka lainnya yang memiliki minat di bidang maritim. Pada tahun 1178, petugas bea cukai Guangzhou, Zhou Qufei, yang menulis dalam Lingwai Daida tentang perdagangan budak Arab atas orang-orang Afrika hingga sejauh Madagaskar,[81] menyatakan hal ini mengenai kapal-kapal laut Tiongkok, ukuran dan daya tahannya di lautan, serta kehidupan orang-orang yang ada di atasnya:
Kapal-kapal yang berlayar di laut selatan dan di sebelah selatannya bagaikan rumah. Ketika layarnya dibentangkan, wujudnya seperti awan besar di langit. Kemudi kapal ini panjangnya beberapa puluh kaki. Satu kapal membawa beberapa ratus orang, dan memiliki persediaan gandum untuk setahun di dalam gudangnya. Babi-babi diberi makan dan anggur difermentasi di atas kapal. Tidak ada perhitungan mengenai yang mati atau yang hidup, tidak ada jalan kembali ke daratan utama setelah orang-orang berangkat menuju lautan biru. Saat fajar menyingsing, ketika gong berbunyi di atas kapal, hewan-hewan dapat minum sepuasnya, dan awak kapal maupun penumpang sama-sama melupakan segala bahaya. Bagi mereka yang berada di atas kapal, segala sesuatunya tersembunyi dan hilang dalam ruang, baik itu gunung-gunung, markah tanah, dan negara-negara asing. Nakhoda kapal mungkin berkata 'Untuk mencapai negara anu dan anu, dengan angin yang menguntungkan, dalam sekian hari, kita harus melihat gunung anu dan anu, (lalu) kapal harus diarahkan ke arah anu dan anu'. Namun tiba-tiba angin mungkin reda, dan mungkin tidak cukup kuat untuk memungkinkan terlihatnya gunung pada hari yang ditentukan; dalam kasus seperti itu, arah pelayaran mungkin harus diubah. Dan kapal (di sisi lain) mungkin terbawa jauh melampaui (markah tanah tersebut) dan mungkin kehilangan arah pelayarannya. Badai yang kencang mungkin saja muncul, kapal mungkin tertiup kian kemari, kapal mungkin menghadapi kawanan ikan atau terdorong ke bebatuan tersembunyi, lalu kapal itu mungkin hancur hingga ke bagian atapnya (dari rumah geladaknya). Kapal besar dengan muatan yang berat tidak perlu takut akan laut lepas, tetapi akan celaka jika berada di perairan dangkal.[82]
Pelancong Muslim Berber Maroko yang datang pada masa selanjutnya, Ibnu Battuta (1304–1377), menulis secara lebih rinci tentang kapal layar Tiongkok dibandingkan dengan Zhou Qufei. Ia mencatat bahwa di dalam dan di sekitar lautan Tiongkok, hanya kapal jung Tiongkok yang khas yang digunakan untuk berlayar mengarungi perairan tersebut.[83] Ia mencatat bahwa jenis kapal Tiongkok yang paling besar memiliki total dua belas tiang layar, sedangkan yang lebih kecil memiliki tiga tiang layar.[83] Mengenai kapal-kapal Tiongkok dan para awaknya, Ibnu Battuta menyatakan:
Layar-layar dari kapal-kapal ini terbuat dari bilah-bilah bambu, yang dianyam menjadi bentuk tikar. Para pelaut tidak pernah menurunkannya (saat berlayar, tetapi cukup) mengubah arah layar-layar tersebut bergantung pada apakah angin bertiup dari satu sisi atau sisi yang lain. Saat kapal membuang jangkar, layar-layarnya dibiarkan berdiri ditiup angin. Setiap kapal ini dikerjakan oleh 1.000 orang, 600 pelaut dan 400 marinir, yang di antaranya terdapat pemanah dan penembak busur silang yang dilengkapi dengan perisai, dan orang-orang yang melemparkan (pot-pot) nafta. Setiap kapal besar diikuti oleh tiga kapal lainnya, yaitu sebuah 'nisfi', 'thoulthi', dan 'roubi' (catatan kaki: sebuah pinis, perahu kecil yang dilengkapi dengan kemudi, dan sebuah perahu dayung). Kapal-kapal ini tidak dibuat di mana pun kecuali di kota Zayton (Quanzhou) di Tiongkok, atau di Sin-Kilan, yang sama dengan Sin al-Sin (Guangzhou).[83]
Ibnu Battuta kemudian melanjutkan dengan mendeskripsikan cara pembangunannya, dan penggambaran yang akurat mengenai kompartemen sekat terpisah di dalam lambung kapal:
Beginilah cara kapal-kapal tersebut dibuat; dua dinding (sejajar) dari (papan) kayu yang sangat tebal didirikan, dan melintasi ruang di antara keduanya diletakkan papan-papan yang sangat tebal (sekat-sekat) yang diikat secara memanjang dan melintang dengan menggunakan paku-paku besar, yang masing-masing panjangnya tiga hasta. Setelah dinding-dinding ini selesai dibangun, geladak bawah dipasang, dan kapal diluncurkan sebelum pengerjaan bagian atasnya diselesaikan. Potongan-potongan kayu, dan bagian-bagian lambung di dekat (garis) air tersebut digunakan oleh awak kapal untuk mandi dan untuk menuntaskan kebutuhan biologis mereka. Di sisi-sisi potongan kayu ini juga terdapat dayung-dayung; dayung-dayung tersebut sebesar tiang kapal, dan digerakkan oleh 10 atau 15 orang (masing-masingnya), yang mendayung sambil berdiri.[83]
Meskipun Ibnu Battuta telah menyebutkan jumlah awak kapal layar tersebut, ia mendeskripsikan lebih lanjut mengenai ukuran kapal-kapalnya, serta kabin saudagar yang mewah di atas kapal:
Kapal-kapal tersebut memiliki empat geladak, yang di atasnya terdapat kabin dan ruang tamu bagi para saudagar. Beberapa 'mysria' ini berisi lemari dan fasilitas lainnya; ruangan-ruangan itu memiliki pintu yang dapat dikunci, dan kunci bagi para penghuninya. (Para saudagar) membawa serta istri dan selir mereka. Sering kali terjadi seorang pria dapat berada di dalam kabinnya tanpa disadari oleh orang lain di atas kapal, dan mereka tidak melihatnya sampai kapal tersebut tiba di suatu pelabuhan. Para pelaut juga menempatkan anak-anak mereka di kabin-kabin semacam itu; dan (di beberapa bagian kapal) mereka menyemai tanaman herbal, sayur-sayuran, dan jahe di dalam tong kayu. Komandan kapal semacam itu adalah seorang Amir besar; ketika ia mendarat, para pemanah dan orang-orang Etiopia (yaitu budak kulit hitam, tetapi di Tiongkok prajurit ini kemungkinan besar adalah orang Melayu) berbaris di depannya dengan membawa lembing dan pedang, dengan tabuhan genderang dan tiupan trompet. Ketika ia tiba di wisma tamu tempatnya akan menginap, mereka mendirikan tombak-tombak mereka di setiap sisi gerbang, dan berjaga-jaga selama kunjungannya.[84]
Selama dinasti Song, perhatian besar juga diberikan pada pembuatan kapal swagerak yang efisien, yang dikenal sebagai kapal roda kayuh. Kapal jenis ini mungkin telah dikenal di Tiongkok sejak abad ke-5,[85] dan dipastikan keberadaannya pada masa Dinasti Tang pada tahun 784 dengan desain kapal perang roda kayuh yang sukses karya Li Gao.[85] Pada tahun 1134, Wakil Komisaris Transportasi Zhejiang, Wu Ge, memerintahkan pembuatan kapal perang roda kayuh dengan total sembilan roda dan yang lainnya dengan tiga belas roda.[86] Namun, terdapat kapal roda kayuh pada era Song yang berukuran sangat besar sehingga menampilkan 12 roda di setiap sisi kapalnya.[87] Pada tahun 1135, jenderal terkenal Yue Fei (1103–1142) menyergap pasukan pemberontak di bawah pimpinan Yang Yao, dengan menjerat kapal roda kayuh mereka menggunakan gulma mengapung dan kayu busuk yang memenuhi danau, sehingga memungkinkan pasukannya untuk menaiki kapal mereka dan meraih kemenangan strategis.[86] Pada tahun 1161, bom bubuk mesiu dan kapal roda kayuh digunakan secara efektif oleh orang Tiongkok Song dalam Pertempuran Tangdao dan Pertempuran Caishi di sepanjang Sungai Yangtze melawan Dinasti Jin pimpinan bangsa Jurchen selama Peperangan Jin–Song. Invasi Jurchen, yang dipimpin oleh Wanyan Liang (Pangeran Hailing), gagal menaklukkan Song Selatan.[86]
Pada tahun 1183, komandan angkatan laut Nanjing, Chen Tang, diberi penghargaan karena telah membangun sembilan puluh kapal roda kayuh dan kapal perang lainnya.[86] Pada tahun 1176, Kaisar Xiaozong dari Song (m. 1162–1189) mengeluarkan perintah kekaisaran kepada pejabat Nanjing, Guo Gang (yang berkeinginan mengubah kapal roda kayuh yang rusak menjadi kapal jung dan galai), agar tidak membatasi jumlah kapal roda kayuh di galangan kapal angkatan laut, karena kaisar sangat menghargai kapal serbu cepat yang telah memenangkan kemenangan Tiongkok di Caishi.[88] Namun, kapal roda kayuh juga menemukan kegunaan lain selain sebagai kapal penyerang yang efektif dalam peperangan. Komisaris Pengiriman Niaga Quanzhou yang merupakan seorang Muslim keturunan Arab atau Persia, Pu Shougeng (yang menjabat dari tahun 1250 hingga 1275), mencatat bahwa kapal roda kayuh juga digunakan oleh orang Tiongkok sebagai kapal tunda untuk keperluan penarikan kapal.[89]
Seni metalurgi selama dinasti Song dibangun berdasarkan upaya-upaya dinasti Tiongkok sebelumnya, dengan menggabungkan metode-metode baru. Orang Tiongkok pada masa kuno Dinasti Han (202 SM–220 M) telah menemukan cara untuk membuat baja dengan meleburkan secara bersamaan perantara karbon dari besi tempa dan besi cor pada abad ke-1 SM.[90][91][92] Namun, terdapat dua inovasi Tiongkok baru dari era dinasti Song dalam pembuatan baja selama abad ke-11. Salah satunya adalah metode "berganesque" yang menghasilkan baja berkualitas rendah dan tidak homogen, sementara yang lainnya merupakan pendahulu dari proses Bessemer modern yang memanfaatkan dekarbonisasi parsial melalui penempaan berulang kali di bawah tiupan udara dingin.[93]
Keluaran besi per kapita meningkat enam kali lipat antara tahun 806 dan 1078, dan pada tahun 1078 Tiongkok Song telah memproduksi besi seberat 127.000.000 kg (125.000 ton panjang; 127.000 t) per tahun.[94][95] Sejarawan Donald B. Wagner menunjukkan bahwa perkiraan ini didasarkan pada jumlah total resi pajak pemerintah atas besi dari berbagai prefektur penghasil besi di kekaisaran tersebut.[96] Dalam proses peleburan yang menggunakan puputan besar yang digerakkan oleh hidrolika (yaitu kincir air besar), sejumlah besar arang digunakan dalam proses produksi, yang mengarah pada terjadinya deforestasi secara luas di Tiongkok utara.[94][97] Namun, menjelang akhir abad ke-11, orang Tiongkok menemukan bahwa penggunaan kokas bitumen dapat menggantikan peran arang, sehingga banyak hektar lahan berhutan dan kayu kualitas utama di Tiongkok utara terselamatkan dari industri baja dan besi melalui peralihan sumber daya ke batu bara ini.[94][97] Peningkatan besar-besaran dalam produksi besi dan industri baja di Tiongkok ini merupakan hasil dari kebutuhan dinasti Song untuk ekspansi militer, tuntutan komersial swasta untuk produk-produk logam seperti peralatan memasak yang ditemukan di pasar serta berbagai macam perkakas pertanian, dan berkat kanal-kanal baru yang menghubungkan pusat-pusat utama produksi besi dan baja dengan pasar ibu kota yang ramai.[98] Banyak kegunaan produk besi manufaktur pada periode Song meliputi besi untuk senjata,[95] perkakas,[95] koin logam,[95] elemen arsitektur,[95] lonceng musik,[95] patung artistik,[95] dan komponen untuk permesinan seperti palu tumpuk bertenaga hidrolik, yang telah dikenal sejak abad ke-1 SM pada masa Tiongkok kuno Dinasti Han,[99] dan digunakan secara luas selama era Song.[100]
Karena jumlah produksinya yang sangat besar, sejarawan ekonomi Robert Hartwell mencatat bahwa produksi besi dan batu bara Tiongkok pada abad ke-12 berikutnya setara dengan, jika tidak lebih besar dari, produksi besi dan batu bara Inggris pada fase awal Revolusi Industri pada akhir abad ke-18.[101] Akan tetapi, orang Tiongkok pada periode Song tidak memanfaatkan potensi energi dari batu bara dengan cara yang dapat menghasilkan tenaga secara mekanis, seperti halnya pada Revolusi Industri di kemudian hari yang akan bermula di Barat.[80] Terdapat prefektur administratif tertentu selama era Song yang menjadi tempat industri besi Tiongkok sebagian besar terkonsentrasi. Sebagai contoh, penyair dan negarawan Su Shi menulis sebuah petisi kepada takhta pada tahun 1078 yang merinci 36 pabrik peleburan besi, yang masing-masing mempekerjakan ratusan orang pekerja, di Prefektur Industri Liguo (di bawah pemerintahannya saat ia memimpin Xuzhou).[102]
Efek tenaga angin telah diapresiasi di Tiongkok jauh sebelum pengenalan kincir angin pada era Song. Tidak diketahui secara pasti kapan orang Tiongkok kuno menggunakan puputan tiup pertama mereka sebagai mesin peniup angin untuk tempat pembakaran dan tanur. Alat ini mungkin telah ada sejak Dinasti Shang (1600–1050 SM), mengingat rumitnya teknologi pengecoran perunggu pada masa tersebut. Benda-benda ini pastinya telah digunakan sejak kemunculan tanur tiup di Tiongkok dari abad ke-6 SM dan seterusnya, karena perkakas pertanian dan senjata dari besi cor telah tersebar luas pada abad ke-5 SM.[103] Pada tahun 31, prefek pemerintah sekaligus insinyur Dinasti Han, Du Shi (w. 38) menerapkan penggunaan kincir air horizontal dan sistem roda gigi mekanis yang kompleks untuk mengoperasikan puputan besar yang memanaskan tanur tiup dalam peleburan besi cor.[104] Puputan terus digunakan untuk keperluan metalurgi, tetapi sumber tenaga angin lainnya juga ditemukan dan dimanfaatkan. Pengrajin Dinasti Han, Ding Huan (fl. 180) tidak hanya mempelopori penemuan suspensi cardan, tetapi juga kipas rotasi,[105] yang dapat digunakan sebagai penyejuk udara sederhana.[106] Alat ini menggunakan tujuh roda, masing-masing berdiameter sekitar 3 m (10 kaki) dan digerakkan secara manual, namun pada masa dinasti Tang (618–907) istana-istana telah menampilkan kipas rotasi bertenaga air untuk penyejuk udara, dan pada masa dinasti Song, Needham menyatakan, "efek pendingin dari aliran udara buatan tampaknya telah diapresiasi secara lebih luas."[107] Terdapat pula mesin penampi kipas rotasi Tiongkok yang rumit yang digambarkan dalam risalah pertanian Nong Shu karya Wang Zhen pada tahun 1313 (meskipun penggambaran paling awal dari mesin penampi berasal dari model makam dinasti Han yang bertarikh dari abad ke-2 SM hingga abad ke-2 M).[108][109]
Setelah inovasi-inovasi ini, kincir angin akhirnya diperkenalkan ke Tiongkok pada awal abad ke-13 melalui Dinasti Jin di Tiongkok utara, pada akhir masa dinasti Song.
Cendekiawan Persia Ali bin Sahl Rabban at-Thabari menulis pada sekitar tahun 850 bahwa Khalifah sebelumnya, Umar bin Khattab, dibunuh pada tahun 644 oleh seorang teknisi bernama Abu Lu'lu'a, yang mengaku membangun penggilingan yang digerakkan oleh tenaga angin.[110] Yang lebih dapat diandalkan daripada catatan ini adalah kincir angin milik Banu Musa bersaudara (850 hingga 870), sementara terdapat pula beberapa penulis yang mengonfirmasi keberadaan kincir angin di Sistan (Iran), yang ditulis oleh Abu Ishaq al-Istakhri dan Abul Qasim bin Hauqal.[111] Penduduk Tiongkok utara di bawah kekuasaan dinasti Jin Jurchen mulai mengenal kincir angin dari dunia Islam pada awal abad ke-13. Hal ini terlihat dalam sebuah catatan Shu Zhai Lao Xue Cong Tan (Kumpulan Percakapan Orang Tua Terpelajar dari Studio Shu), yang ditulis oleh Sheng Ruozi.[112] Catatan tersebut berbunyi:
Dalam kumpulan karya pribadi 'Sarjana Pensiunan yang Tenang' (Zhan Ran Ju Shi), terdapat sepuluh puisi tentang Hechong Fu. Salah satunya mendeskripsikan pemandangan tempat itu […] dan mengatakan bahwa 'gandum yang disimpan digiling oleh angin yang menderu dan beras ditumbuk segar dengan alu yang digantung. Orang-orang barat (yaitu orang Turki) di sana menggunakan kincir angin (feng mo) seperti halnya orang-orang di selatan (yaitu Song Selatan) menggunakan kincir air (shui mo). Dan saat mereka menumbuk, mereka membiarkan alu menggantung secara vertikal'.[112]
Di sini Sheng Ruozi mengutip sebuah tulisan pilihan tentang kincir angin dari 'Sarjana Pensiunan yang Tenang', yang sebenarnya adalah Yelu Chucai (1190–1244), seorang negarawan terkemuka Jin dan Yuan (setelah Jin jatuh pada tahun 1234 ke tangan Mongol).[112] Bagian tersebut merujuk pada perjalanan Yelu ke Turkestan (Xinjiang modern) pada tahun 1219, dan Hechong Fu sebenarnya adalah Samarkand (di Uzbekistan modern).[112] Setelah itu, orang Tiongkok menerapkan sistem layar 'membujur' khas kapal jung Tiongkok pada kincir angin horizontal.[113] Kincir angin ini digunakan untuk mengoperasikan pompa rantai palet persegi yang digunakan dalam irigasi Tiongkok sejak masa kuno Dinasti Han.[114] Kincir angin jenis ini masih digunakan hingga zaman modern di Tianjin dan di sepanjang Sungai Yangtze.[114] Orang Eropa pertama yang melihat kincir angin Tiongkok adalah Jan Nieuhoff, yang melihatnya di Jiangsu saat melakukan perjalanan di sepanjang Kanal Besar pada tahun 1656, sebagai bagian dari kedutaan Belanda untuk Beijing.[114] Kincir angin Eropa pertama yang ditulis adalah milik Dekan Herbert dari East Anglia pada tahun 1191, yang bersaing dengan penggilingan di Biara Bury St Edmunds.[115]
Setelah kincir angin, penerapan tenaga angin pada perangkat lain dan bahkan kendaraan juga ditemukan di Tiongkok. Terdapat 'kereta layar' yang muncul setidaknya pada masa Dinasti Ming di abad ke-16 (meskipun mungkin telah dikenal sebelumnya). Para pelancong Eropa ke Tiongkok pada akhir abad ke-16 terkejut menemukan gerobak dorong penumpang dan kargo beroda tunggal yang besar tidak hanya ditarik oleh bagal atau kuda, tetapi juga dipasangi tiang dan layar layaknya kapal untuk membantu mendorongnya dengan angin.[116]
Selama paruh awal Dinasti Song (960–1279), studi arkeologi berkembang dari minat para priyayi terpelajar terhadap barang antik dan keinginan mereka untuk menghidupkan kembali penggunaan peranti kuno dalam berbagai ritual dan upacara negara.[117] Hal ini dan keyakinan bahwa peranti kuno adalah produk dari 'orang bijak' dan bukan rakyat biasa dikritik oleh Shen Kuo, yang membahas metalurgi, optika, astronomi, geometri, dan birama musik kuno di samping arkeologi.[117] Tokoh sezamannya, Ouyang Xiu (1007–1072), menyusun katalog analitis dari salinan gosokan kuno pada batu dan perunggu.[118] Sejalan dengan keyakinan Leopold von Ranke (1795–1886) di kemudian hari, beberapa priyayi Song—seperti Zhao Mingcheng (1081–1129)—lebih menghargai bukti arkeologis daripada karya sejarah yang ditulis setelah peristiwa terjadi, karena menganggap catatan tertulis tidak dapat diandalkan ketika tidak sesuai dengan penemuan arkeologis.[119] Hong Mai (1123–1202) menggunakan peranti kuno era dinasti Han untuk menyanggah apa yang ia anggap sebagai deskripsi keliru tentang peranti Han dalam katalog arkeologi Bogutu yang disusun selama paruh kedua masa pemerintahan Huizong (1100–1125).[119]
Shen Kuo juga membuat hipotesis terkait geologi dan klimatologi dalam Esai Kolam Impian miliknya pada tahun 1088. Shen meyakini bahwa daratan terbentuk kembali seiring berjalannya waktu akibat erosi yang terus-menerus, pengangkatan, dan pengendapan lumpur, dan mengutip pengamatannya terhadap strata horizontal fosil yang tertanam di tebing di Pegunungan Taihang sebagai bukti bahwa area tersebut pernah menjadi lokasi pantai kuno yang telah bergeser ratusan mil ke timur selama rentang waktu yang sangat panjang.[120][121][122] Shen juga menulis bahwa karena bambu yang membatu ditemukan di bawah tanah di zona iklim utara yang kering tempat tanaman tersebut tidak pernah diketahui dapat tumbuh, iklim secara alami bergeser secara geografis seiring berjalannya waktu.[122][123]
Konsep awal dalam ilmu forensik dipelopori di Tiongkok selama dinasti Song. Ketika ada dugaan pembunuhan, petugas keamanan akan mendatangi lokasi kejadian untuk menentukan apakah kematian tersebut disebabkan secara alami, kecelakaan, atau tindak kejahatan. Jika penentuan terakhir dibuat, seorang pejabat prefektur akan menyelidikinya, menyusun hasil pemeriksaan kematian yang mencakup sketsa potensi cedera pada tubuh almarhum, dan memintanya ditandatangani oleh saksi-saksi untuk disajikan di pengadilan hukum.[124] Rincian dari upaya-upaya ini dilestarikan dalam catatan tertulis seperti Kumpulan Kasus Ketidakadilan yang Diperbaiki karya hakim sekaligus dokter Song Ci (1186–1249), yang karyanya mendokumentasikan berbagai jenis kematian (pencekikan, tenggelam, racun, pukulan, dll.) dan bagaimana pemeriksaan fisik dalam otopsi dapat membedakan antara pembunuhan, bunuh diri, atau kecelakaan.[125]
Song memberikan informasi tentang pertolongan pertama bagi para korban yang hampir mati, termasuk penggunaan napas buatan bagi mereka yang tenggelam.[126] Dalam kasus awal entomologi forensik, seorang penduduk desa diretas hingga tewas dengan sebuah sabit, jadi hakim setempat mengumpulkan penduduk desa di alun-alun kota untuk meletakkan sabit mereka guna mengamati sabit mana yang akan menarik perhatian lalat hijau pada sisa-sisa darah korban yang tak terlihat; ketika menjadi jelas sabit mana yang digunakan sebagai senjata pembunuh, sang pembunuh yang mengakui perbuatannya pun ditangkap.[127]
Perkembangan dalam optika atmosfer dan teknis terjadi selama periode Song, termasuk pencitraan lubang jarum dan generalisasi matematis dari hukum-hukum optika.[128]: 150
Ilustrasi pertama yang diketahui tentang tombak api dan granat
