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第13章 发明的故事(3)

还是让我们先来看看与蔡伦造纸有直接关系的制造丝质纸的工艺。段玉裁注《说文》中讲道,上古人穿衣不是丝,就是麻。丝的加工,就是把蚕茧放到碱水中煮,然后络、漂。络是从茧中抽出丝来,漂是洗去碱液和杂质。漂丝时会有少量的丝絮落入水中,达到一定浓度时用竹帘捞取,放到竹帘上,就能得到薄薄的一层,晾干后就是纸。看来造纸术与漂丝有密切关系。我国的养蚕和漂丝都有非常悠久的历史。《庄子·逍遭游》有“世世以浒潞光(纩)为事”的说法,注家李颐认为“浒潞光”就是“漂絮水上”,“漂絮”就是“以水击絮”,但怎样击法,不得而知。现在人们手工洗纸浆的方法应该和这差不多,大概是把纸浆装进缔布口袋之中,扎口,缚在捣棍的一端,放进水中捣洗。落入水中的丝絮再用一种叫做箔的密致竹帘捞取。每一帘成一张纸。这样造出的纸就是丝质纸。

蔡伦起初是用渔网做纸(叫网纸),后又用破布做成“丝延如麻”的纸(麻纸),用树皮做纸(谷纸)。蔡伦的制纸过程对以前的造纸工艺应该说有许多重要改进,他的方法大致是:搜集一些破布、旧渔网、麻头和树皮等,用水浸透,润胀,再用斧头剁碎,用水洗净,浸入草木灰水,加热蒸煮,除去原料中的木素、果胶、色素和油脂等杂质后,用清水漂洗,入臼捣碎,放到水里形成悬浮的浆液,就是“纸浆”,然后用多孔而致密的纸模(当时是用编织细密的帘子)捞取纸浆、滤水后,留下一层薄薄的纸料,取下放到阴凉干燥处晾干,就成了纸。

由此可以看出,蔡伦对造纸术的主要贡献有两条:一是他使以前比较粗糙的植物纤维纸变成质地优良、堪作书写用的植物纤维纸;二是他使造纸材料的来源大大地扩大了。他不但用麻、破布、渔网,而且还用树皮作原料,这大大降低了纸的成本,从而使纸的运用普遍推行开来。《后汉书》说,自元兴六年(公元105年)蔡伦将他造的纸献给皇帝,受到皇帝的称赞以后,“自是莫不从用焉,”自此都开始使用纸了。晋人傅咸在《纸赋》中赞美说:“夫其为物,厥美可珍。

廉方有则,体洁性真。含章蕴藻,实好斯文。”说蔡伦的纸实在很美,令人珍爱,又廉价、方便、洁净,深得人们喜爱。从根本上改变下纸在社会上的地位。

蔡伦的造纸工艺对现代造纸术仍有直接影响的是这样两个关键步骤:一是在草木灰水中蒸煮,这是现代碱法化学制浆过程的滥觞;二是纸模的设计,要能使它的孔与纸浆中的纤维尺寸相适合,既能很快地使水漏下,又能使纸浆纤维留在上面,形成均匀的薄层。当时,虽然用的是细密帘子,却是现代纸模即抄纸器的雏形,而抄纸器是长网造纸机或圆网造纸机的主要部件。我们甚至可以这样说,蔡伦的造纸工艺不过是现代造纸工艺的原始形式。

蔡伦的造纸术极大地促进了东汉造纸业的发展,造纸技术也不断提高。东汉末年,东莱(今山东黄县)人左伯造出了质量很高的纸,成为历史上又一着名的造纸能手。他造的纸比“蔡侯纸”更加光洁细腻,成为当时名贵的书写材料。

1974年,甘肃武威县的一座东汉墓中出土了有文字墨迹的纸张。1942年,在内蒙古还出土了一张东汉信纸。1901年,在敦煌发现了两片东汉纸,上面写有诗句和书信。

在“蔡侯纸”的推动下,东汉人孔丹还发明了着名的“宣纸”,它因盛产于安徽宣城而得名。“蔡侯纸”虽然已经很好,但仍有易变黑变黄,且易剥落的缺点。孔丹就尝试制造一种经久不变的纸。他在宣城一棵檩树的树干上发现了一层雪白的东西,像一张薄薄的膜,柔软且纤韧。孔丹后经反复实践,终于发明了用檩树皮和寥草作原料的纸,即宣纸。

宣纸又叫“四尺丹”,是为纪念孔丹而得名。它是国画艺术的重要载体,使我国的国画艺术兴盛2000年而不衰。宣纸的制造因原料变迁而不断进步,唐代永徽年间,宣州和尚以沉香、楮树造纸;明清两代,随着印刷和作画业的发展,在造纸原料方面,不再局限于檀皮纸。制造技术方面也有较大的提高,例如施以胶肌、染色、上蜡、砑光、洒金、描金、刻花、印花等工艺,都已具备了较高的水平。19世纪末,宣纸还曾获得巴拿马博览会金质奖章。

中国造纸术的外传

在中国的造纸术外传以前,世界其他国家的民族也都根据本国的不同资源,使用各种不同的材料来书写文字。如印度主要用白桦树皮和一种叫多罗树(一种大叶棕榈树,旧译为“贝多树”)的树叶,来书写佛经,这种被称为“贝叶经”

的佛经在隋唐时曾大量流入我国。但这种书写材料和古埃及的纸莎草纸一样不便使用,且难以保存。正是蔡伦发明的纸,给世界文化带来了福音。

但长期以来,西方人并不知道纸是中国人发明的。他们将蔡伦用破布、麻绳等废料制成的纸叫褴褛纸。直到上个世纪末,他们还认为纸是由阿拉伯人传入欧洲的,而阿拉伯人的纸是棉造纸,褴褛纸则是由欧洲的德国人或意大利人发明的。1906年,英国人斯坦因在西北古长城一处发现几封用粟特文写成的信纸,他依据其他同时发现的文物,断定这是公元2世纪的文物。经化验,他认定这纸完全用破布褴褛制成,在显微镜下看,则是中国麻纤维,有些纸片用肉眼还能分辨出破布织的痕迹。此后,西方人才逐渐公认中国人最早发明了褴褛纸。

从历史上看,造纸术的外传有一个漫长曲折的过程。

西汉时的张骞通西域,使中国和西域的文化、经济交往出现了一个高潮,此时,已有一些最初的麻纸被传了过去。

东汉时,班超出使西域,致使中西交往再次频繁起来,不少西域中亚的商人来到中国。作为蔡伦的同时代人,班超当然也对受到皇帝嘉奖的“蔡侯纸”表现出了浓厚的兴趣。来中国的西域商人开始用中国的纸来记录数据、书写商业往来函件,因为纸比起简牍来,不知方便多少倍了。斯坦因发现的那封粟特人信纸,距离蔡伦发明纸只有40年时间,这时西域的粟特人已经在广泛地使用纸了。

纸传到西域后,再往西传到阿拉伯也就不困难了。在新疆吐鲁番、高昌曾经发现过用希腊文、波斯文抄写的耶稣教圣经里的赞美诗。在我国唐朝初年(公元650年左右),阿拉伯帝国已经扩张到葱岭西坡,这时,中国的纸已经在阿拉伯落户。但是,具体的制造纸的技术和方法的西传则可能要晚一些,大约是在公元8世纪的盛唐时期。11世纪时的阿拉伯旅行家贝鲁尼在他的着作中记述了这一点,他说:“初次造纸是在中国……中国的战俘把造纸法输入撒马尔罕,从那以后,许多地方都造起纸来,以满足当时的存在着的需要。”随着阿拉伯势力的扩张,中国的造纸法就继续向西传到埃及、摩洛哥,然后又到欧洲。

中国的纸往东传播的时间要更早些。公元7世纪(初唐),朝鲜派出大批留学生来长安太学学经术,唐朝皇帝也多次送给高丽、新罗王经史等书。大约在这段时间里,造纸术传进朝鲜,然后又由朝鲜进入日本。有人曾考证,至迟在7世纪末,印度已经有了“纸”字,曾由海路赴印度的义净和尚在他的着作里也表明,大约也是在这个时候,中国的纸已经向南进入印度。毫无疑问,中国造纸术的大规模向四境和西方传播,说明它对人类文化所起到的巨大作用是永载史册的。

在唐朝时,还出现了一种情况,那就是,中国国内生产的纸不能满足需要,还要从朝鲜和日本等国进口纸。元代人陶宗仪汇编的《陶氏说郛》中收了一篇无名氏的文章,叫《负喧杂录》,记载说,唐人用纸,多取自“外夷”,因此唐诗中常能发现“蛮笺”等字样。当时,每年从高丽输入蛮纸,作为书卷的衬纸。另外,日本产的松皮纸、芨皮纸和东南亚国家出产的香皮纸也都输入中国。可见那时造纸术传入朝鲜、日本之后,又在那里得到了很大发展。

直到18世纪前后,英、法、德等欧洲国家争相仿制壁纸,初期的制品还带有浓郁的中国艺术品的风格。

造纸术在西方的发展

公元751年,被阿拉伯人俘虏的中国军人中的造纸工匠,在撒马尔罕生产了纸,并运销整个阿拉伯世界。1157年,简·蒙戈菲尔——大马士革的一名俘虏,在基督教世界办起了第一个造纸作坊。到16世纪,欧洲的羊皮纸就被彻底代替了。而现存的欧洲最早的纸稿是,在西班牙布尔戈斯省发现的11世纪的祈祷书手稿。14世纪末,一些欧洲国家如英、法、德等国,开始用木材造纸。16世纪,欧洲制出了第一张双面印刷的纸。

在欧洲的造纸史上,最有意义的要属长型纸的制造。

1798年9月9日,法国巴黎的印刷出版商皮埃尔·弗朗索瓦·迪多的雇员尼古拉·罗贝尔向当时的内政部长德·纳夫夏托提出申请,希望免费得到一种长型纸制造工艺的专利。这种工艺不需要任何人操纵,完全用机械方法制造12米~15米长的纸。1799年1月18日,罗贝尔获得了这项专利,从而成为长型纸制造机(或称长网造纸机)的发明者。1803年,他的第一台造纸机展出。这项发明的意义十分重大,它使造纸业摆脱了文艺复兴以来一直使用的利用浆池一张一张地造纸的传统工艺。到1843年,英国纸张的价格已降低了一半。

造纸术的机械化就是从此开始的。

1806年10月7日,英国人韦奇伍德为他发明的复写纸申请了专利,他将一张薄纸在墨水中浸泡,夹在几张吸墨纸中间晾干,就制成了复写纸。

到1844年,德国人戈特罗普·克勒尔发明了用刨碎的木屑造纸的技术,从而改变了用破布造纸产量不高的局面,为书刊的推广创造了条件。从此,西方人用造纸机,使得以木材为原料的造纸业得到了空前速度和规模的发展,从而为西方的多次技术革命和文明进步做出了巨大贡献。

还有不少人在现代科技革命的背景中,利用各种最新的技术成就,在不断地改善着古老的造纸技术。尽管有人预言,21世纪电脑中的超大规模集成电路,甚至是所谓第六代智能电脑的“神经网络”将取代造纸术和印刷术,我们仍然坚信:造纸术对人类文明的贡献还将会延续一个相当长的历史时期。纸作为信息的一种最为古老的物质载体,必将“鞠躬尽瘁,死而后已”地造福人类。

火药发明的故事

火药最初是中国人的创造,曾作为中国古代的“四大发明”之一,而对世界历史的发展起到了巨大的作用。还在诺贝尔发明现代炸药的几十年前,马克思和恩格斯都曾对火药在世界历史中的作用给予了中肯的评价。马克思说:“火药把中世纪的骑士阶层炸得粉碎,从而奠定了人类进入资本主义时代的社会阶级基础。”恩格斯也说:“火药和火器的采用绝不是一种暴力行为,而是一种工业的,也就是经济的进步。”

我们现在知道,火药的主要成分有三种:硝石、硫磺和木炭。这三样成分在我国都被叫做“药”,都有不同程度的药物性能。它们合在一起就产生一种新的特性,即能燃烧和爆炸。用化学术语来说就是,硝石又叫硝酸钾,是一种氧化剂,硫和炭是还原剂,极容易被氧化。当它们混在一起燃烧时,氧化还原反应就会迅猛进行,产生高热和大量气体,体积可在瞬间膨胀到原来的1000多倍。如果火药装在陶罐或铁皮里面,就会随着火药体积的突然膨胀而爆炸。这就是最早的火药——黑火药,因常常呈现出褐色,所以又被称为“褐色火药”。

那么,火药怎么会来自一种“长生不老”药呢?顾名思义,火药就是能着火的药,而药当然是能给人治病、健身的东西。“火”表明这种东西的燃烧或爆炸特性,“药”则表明它最初来源于人们对养生治病的追求,主要是古代道士们对长生不老的追求。换句话说,火药是古代炼丹家们在长期的炼丹——最原始的化学实验过程中创造出来的。

火药的发明过程可以追溯到遥远的年代,它既与劳动人民的长期艰苦的生产实践有关,更与古代炼丹家们在某个特定历史时期的炼丹活动关系密切。

早在殷商和周王朝时期,我国就已经有了相当发达的冶金事业,并广泛地使用了木炭。硝石和硫磺在自然界里都是独立的存在物,很早就被人们开采,并对它们的性能获得了初步的认识。秦汉之际出现的炼丹术士们就开始摆弄这些东西,并发现了它们许多新的特性。

现代的科学史家们往往把炼丹术看做是近代化学的先驱。炼丹家们的炼丹活动正是近代化学实验的原始形式。但是,炼丹活动并不等于近代化学家们所做的各种化学实验,炼丹家们的目的并不是为了探求物质的化学性质及其组成,而是为了寻求“长生不老”药。因为他们相信,“我命在我不在天”,认为老天并不能主宰人,神灵也毫不可靠,祈求神灵保佑健康长寿也是徒劳。有病必须求医,想长寿完全可以依靠服食“仙药”,而“仙药”并不是天赐神与,它是完全可以由人制造出来的。这些朴素的唯物主义思想成了炼丹术具有相当程度的科学性的思想根源。

为寻求这种“长生不老”药,一代又一代的炼丹家们在草木之药、黄金、石头、水银、白银等化学物质中寻找和配制。到汉武帝时,炼丹已经相当普遍。到魏晋南北朝,炼丹术已经发展到它的鼎盛时期,这时,从汉代就已形成的九鼎丹法和太清丹法两大支里,又生出许多小道旁门,着名的道士和炼丹家如东汉末的魏伯阳、晋代的葛洪、梁国的陶弘景等,都有炼丹专着,实践成果也很丰富,被后世丹家奉为鼻祖。

古人炼制丹药分大丹和小丹,大丹需要经过炉火炼制,得金丹,这种方法叫火法炼丹;小丹即直接应用五金八石等物质,并须先将这些药物溶化成水,这种方法又叫水法炼丹。其中,以火法炼制大丹又有南北两个系统。北方系统以《龙虎经》和《参同契》为代表,主要是炼砂汞为还丹,一种炼法是将汞与硫磺合炼得到丹砂,这是一个非常重大的化学成就,也是人类最早通过化学合成方法得到的人造化合物。而在水法炼丹中,使用最多的是硝石和醋酸配合,或单用硝石或醋酸,其中有十分复杂的无机和有机化学反应过程,从而制得硝酸等崭新的化合物。这样,炼丹家们对硫磺和硝石的化学特性获得了比较全面的科学认识。

再进一步,炼丹家们自然得到了一副火药的配方,这是令人惊奇的。“长生不老”药的确是没有能够炼制出来,反倒获得了与“长生不老”毫不相干的许多化学知识,如他们对金、银、汞、铅、硫、硝、炭(碳)、铜、铁、醋酸等等诸多化学物质的特性及其化学反应过程几乎已了如指掌,其中尤其是对铅的化学特性、铜铁之间的置换反应及硝石、硫磺和木炭之间关系的认识,具有近代化学的明显特征。而最后这一点正与火药密不可分。

火药的诞生

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