走马灯与燃气涡轮原理关系示意图
长城、火药、弓弩、孔明灯……在张艺谋新片《长城》运用的这些“中国元素”中，“孔明灯”给观众印象深刻。从史料来看，孔明灯与走马灯、蟠螭灯一样，都是中国人最早发明的“高科技灯”……
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孔明灯--
“掷烛腾空稳，推球滚地轻”
高科技原理：利用热浮力飞扬于空中
说到“孔明灯”,可能很多人会以为是三国时诸葛亮发明的，其实至今没有发现诸葛亮发明孔明灯的史料。从字面来理解，“孔明”二字也非由其字而来，而是因为这种灯的透光和使用方式特别，四周要围挡起来，从孔洞泄光。
孔明灯古称“飏灯”,因为升扬在空中又称“天灯”;燃料后来多用松脂，也叫“松脂灯”.早期多用于夜间军事活动传递信息，又是“信号灯”.在现代，人们则把这种灯视为“许愿灯”,多用其来祈愿。
孔明灯是中国古代的重要发明之一，具体是何人何时发明的，目前很难说清楚。如果从孔明灯原理的发现上来说，早在秦汉时已可以做出孔明灯。据《太平御览·羽族部十五·鸟卵》引《淮南万毕术》：“艾火令鸡子飞。”这句话的意思是，将燃烧的艾火放进鸡蛋壳里，可以让鸡蛋壳飞起来。东汉高诱就此作了进一步解释：“取鸡子，去其汁，燃艾火，内空卵中，疾风因举之，飞。”
鸡蛋壳为什么能飞？现代热学的解释是：受热气体膨胀向下排出，推动物体上升，孔明灯就是利用了热动力中的浮升力（一说反冲力）。这对现代人来说很简单，现代载人“热气球”就是这一原理。但2000多年前的古人并不清楚其中的热学原理，称之为“术”.在古代，“鸡子飞”术一直作为一种秘术流行，如北宋苏轼《物类相感志》 便记载了一种“鸡子飞”新玩法： “鸡子开小窍，去黄白了，入露水，又以油纸糊了，日中晒之，可以开起，离地三四尺。”
《淮南万毕术》由西汉时淮南王刘安主编，可见西汉时人们已知道了“孔明灯原理”.但当时是否真的出现了孔明灯？目前并无明确记载，也没有考古发现。但从当时做孔明灯必须的材料--纸、固体照明燃料（蜡）均已出现的情况来分析，不能排除在汉朝已出现孔明灯的可能。后来三国时期的蜀国丞相诸葛亮是否利用孔明灯从事军事活动，其可能性也不能排除。
孔明灯发明以后，最早并非民用，而是军用。唐宋时已被成熟运用到军事领域，一直到晚清，孔明灯都是指挥作战和传递情报的重要工具。如明将戚继光，便用孔明灯（灯笼）来指挥抗倭，其《纪效新书》记载：“夜营应备中军大将旗鼓，上各黄油纸、铁丝灯一盏，俱粗四寸、长一尺五寸；五方旗十面，十盏……”除黄色灯，还有白、蓝、黑、红等颜色，可组合出不同的指挥信号，“为莫测之巧也”,敌人根本搞不清楚什么意思。
由于造纸术的进一步发现，人们开始使用蜡纸来制作孔明灯，这种纸可阻燃、防雨淋，还聚气。诗人陆游《灯笼》即称：“灯笼一样薄蜡纸，莹如云母含清光。”古代孔明灯的制作方法与现代差不多，一般是用竹篾扎成一个球形灯架，上方不留出口，糊上纸勿令漏气。灯下点燃松脂，灯内充满热空气，即可冉冉升空。南宋诗人范成大有一年看到苏州（吴中）人在元宵节放孔明灯的情况，遂在《上元纪吴中节物俳谐体三十二韵》诗中写道：“掷烛腾空稳，推球滚地轻。”
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走马灯--
“映光鱼隐见，转影骑纵横”
高科技原理：利用热对流作用带动叶轮旋转
走马灯与孔明灯，都利用了热学原理，不同之处是，孔明灯是往上升腾，走马灯是在地上旋转。走马灯利用热对流作用，通过下部热空气上升，带动叶轮旋转，与现代燃气轮机是一个原理。
宋吴潜《走马灯赓张枢副韵》一诗描述道：“半勺兰膏暖焰生，恍疑赤壁夜鏖兵。骑乘猛燎奔驰疾，人运长枪转战轻。旗影静移云母帐，剑铓微掣水晶营。何人幻此圆机妙，独向元宵策美名。”元朝谢宗可也有同样的走马灯诗：“飙轮拥骑驾炎精，飞绕人间不夜城，风鬣追星来有影，霜蹄逐电去无声。”
宋人似乎更喜欢“走马灯”,南宋诗人范成大诗中写的“映光鱼隐见，转影骑纵横。”即是一种走马灯。民间传孔明灯是诸葛亮发明的，走马灯也与一个古代名人有关，他就是北宋名相王安石。
传王安石当年到汴京赶考，路过京郊一个叫马家镇的地方时，见一大户人家悬联招婿，门前高悬一只走马灯，上有一联：“走马灯，灯走马，灯熄马停步。”只要能对出下联，即招为东床。王安石急于赶考，一时未能对出。考场上王安石交了头卷，主考官有意试一下其才，遂出了一联：“飞虎旗，旗飞虎，旗卷虎身藏”.王安石想到马家镇招婿联，随口对出。王安石中榜后荣归故里，经过马家镇时见那联还在应征，遂用主考官的“飞虎旗”联应对，抱得美人归。显然，王安石与走马灯的故事无从查证，但结合当时人所留下的诗文来看，宋朝人玩走马灯确实是不争的事实。而且，与火药一样，走马灯也是在宋朝时传入了西亚。
宋朝走马灯以“苏灯”的品质、造型最佳，外形多为宫灯状，内以剪纸粘一转轮，将绘好的图案粘贴其上。燃灯以后，热气上熏，纸轮便转了起来，灯屏上预先画好的人、马、物便动了起来，出现人马追逐、移步换景的奇效，即所谓“走马”.
已故中国科学院院士、机械学家刘仙洲曾仿制出古代的走马灯：在半透明的纸糊的灯笼里面，竖立一条可旋转的立轴；立轴上部横装一个叶轮，立轴中部横装几根细铁丝，每根铁丝的两端粘上厚纸剪成的人马形象，点燃里面的灯烛后，即开始走马，黑影不断地旋转。
到清朝时，走马灯工艺已完全民间化，普通艺人都会做。清富察敦崇《燕京岁时记》“走马灯”条是这样说的：“走马灯者，剪纸为轮，以烛嘘之，则车驰马骤，团团不休，烛灭则顿止矣。”
3
蟠螭灯--
“蟠螭，以口衔灯，
灯燃鳞甲皆动”
高科技原理：利用热动力驱动旋转
宋朝时，各地逢年过节举行的灯节总少不了走马灯，但宋人多将走马灯叫“马骑灯”.南宋周密《武林旧事》“灯品”记载：有一种灯，“有五色蜡纸，菩提叶，若沙戏影灯，马骑、人物旋转如飞。”宋朝时走马灯有多种图案，制作材料也极为丰富，因此叫法也不少：有“无骨灯”、“珠子灯”、“羊皮灯”等。其中“无骨灯”最独特：“其法用绢囊贮粟为胎，因之烧缀，及成去粟，则混然玻璃球也。景物奇巧，前无其比；又为大屏，灌水转机，百物活动。”
有人认为走马灯是宋朝出现的，这是一种误会。唐代时这种原理的灯就已出现，唐代称其为“影灯”.唐冯贽 《云仙杂记》引《影灯记》：“洛阳人家，上元以影灯多者为上，其相胜之辞曰‘千影万影'.”
影灯是通用名称，唐朝最有名的影灯有“黄龙吐水”灯、“转鹭灯”、“仙音烛”等。唐太宗李世民《咏烛诗》中称：“九龙翻焰转，四照迎花生。”皇宫里的影像不再用马图案，而是流行用龙作装饰，技术含量很高，可以让九龙翻转。唐朝皇家举行大型宴会时，各种造型的走马灯光彩夺目，故称“临光宴”.
这种可动的灯不仅有影像，有的还有声响。宋陶谷《清异录·器具门》中提到的“仙音烛”,就是一种能够奏出音乐的灯具：“其状如高层露台，杂宝为之，花鸟皆玲珑。台上安烛，既燃点，则玲珑者皆动，丁当清妙。烛尽绝响，莫测其理。”唐懿宗李漼的爱女同昌公主去世后，他曾把这灯赐给长安的安国寺，用于给同昌公主祈求冥福。
那么，走马灯是唐朝人的发明吗？也不是，在秦汉时就有利用热气流作动力、以涡轮装置带动灯上画面转动的灯了。当年，汉高祖刘邦打进秦都咸阳，在秦宫中便曾看到一种图案可动的灯。《西京杂记》记载：“高祖初入咸阳宫，周行府库，金玉珍宝，不可称言。尤异者，有青玉五枝灯，高七尺五寸，作蟠螭，以口衔灯，灯燃鳞甲皆动，焕炳若列星而盈室焉。”
这种“蟠螭灯”,从工艺上看，比唐朝的“转鹭灯”、宋朝的“马骑灯”还要精致，是中国最早的高科技灯具之一。据《西京杂记》，长安一位叫丁缓的工艺大师能造“九层博山炉”,这是一种熏炉上饰层层山峦，山峦中藏有种种奇禽怪兽，当炉内点燃薰香，炉上的鸟兽就围绕山峦转动起来，出出没没……此熏炉与走马灯虽非一物，但原理完全一样，都是利用热动力驱动的，可见西汉时制作走马灯的水平已经很高！
