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第14章 发明的故事(4)

在我国西汉时期的道家典籍《淮南子》(公元前150年)中就有关于硫磺的记载。成书于公元前后的《神农本草经》,将硫磺和硝石作为可治病的上品药物列了出来。西汉时淳于意还曾用硝石治疗王美人的疾病。炼丹家们又在他们长期的炼丹实践中将硝石、硫磺、雄黄和松脂、油脂、木炭等材料不断地混合、煅烧,这使火药的发明成为必然。

硝石,古人又写作消石,意思是它是一种能够消化各种石头的东西。隋唐时期,炼丹家们已经认识了它的焰色反应。例如,二部叫做《九鼎丹经决》的丹道经典就记载说:

“烧之紫青烟起,仍成灰,不沸无汁者是硝石也。”说硝石燃烧时的火焰呈现出紫青色,并把这一点作为硝石与朴硝、芒硝的重要区别之点。“不沸”而又“成灰”,表明其中的硝酐具有较强的氧化作用,这是它跟硫酸盐、盐酸盐的重大区别,燃烧时出现的紫青色火焰,是钾离子的焰色。从现在的化学知识来看,用这两条来辨认硝石(KNO3),是十分科学的。

炼丹家们还对硫磺的各种特性进行了“实验”观察和研究,他们发现,硫不仅能和铜铁起化合反应,而且能制服神奇的水银(汞)。硫的化学性质非常活泼,很容易着火,跟空气中的氧起化合反应,这使人们很难制服它。古人为了驯服它这种暴烈的性格,就尝试着对硫磺进行“伏火”处理。

“伏火”原本也是一种疗除疾病的方法,炼丹家们根据中医理论中的阴阳、五行和脏象经络之说,认为硝石和硫磺都是阳物(因为它们都能着火),会有阳火之毒,能败人五脏。

为了使人服食之后不仅没有任何毒性,而且能滋润五脏,使人体内五脏之气和合混融,助益长寿,就必须设法制伏火毒,这就是“伏火”。“伏火”的具体方法也很简单,就是“以毒攻毒”,用火烧一下,火毒也就自然被消除。当然也还有其他的伏火法,而只有一种伏火法对火药的发明起到了决定性的作用。

关于黑火药配方和燃烧的最早记载,出自唐代初年着名中医、“药王”、养生家兼炼丹家孙思邈所着的《丹经内伏硫磺法》一书。这也是世界上最早的轻工业火药原始配方的记载。它描述了对硫磺的伏火方法:把沙罐或销银锅埋进土里,罐口或锅口与地面平,周围要用土夯实,把硝、硫各二两放进去。然后用火烧皂角子三杖,不要烧成灰,而烧成炭就行,再一个个放入罐或锅中。这时,刚刚烧过的皂角子带着余火与硝石和硫磺接触,硝和硫就会自动燃烧起来。等待焰烟冒完之后,用木炭堆到罐口上加热,就得到了一副黑火药的配方。这里,黑火药的三种主要成分都已齐备:硝、硫和炭。只因为炭没有研碎,并与硝、硫充分均匀混合,因此反应不够剧烈,加之“伏火”的目的在于防止和避免发生剧烈的燃烧和爆炸,一些措施也只使反应出现燃后冒出紫青焰火的结果。后来,人们逐渐从避免爆炸到有意识地利用爆炸,摸索出各种黑火药的配方,形成了一个独具特色的黑火药体系。

在孙思邈之后,唐代一位叫郑思远的丹家撰写了一部《元真妙道要略》的丹道典籍,记载着这样的一种火药制法:

“以硫磺、雄黄合硝石并蜜烧之。”就是用硝石、硫磺、雄黄和蜂蜜在一起烧炼。因为蜜作为有机物,含有丰富的碳元素,它又是半液体的流质物,能够和硝石、硫磺充分均匀地混合,烧炼时突然起火爆炸。“焰起烧手面及烬屋舍。”烈焰猛烈冲起来,烧坏了人的双手和面部,并冲上屋顶,烧毁房梁。这表明,充分均匀混合的硝、硫和炭能够发生剧烈的爆炸反应。至此,黑火药的典型配方和它的巨大威力就被中国人掌握了。

其实,在炼丹炉中发现这种爆炸现象,要比这一发明和发现的记载早得多。例如《太平广记》一书就记载着,隋朝初年,一个叫杜子春的人去拜访一位炼丹老人,半夜时被二声巨响惊醒,看到炼丹炉有“紫烟穿屋上”,房屋顿时着起火来。这很可能是炼丹时配制药方,无意识地造成火药配方,不小心引起的燃爆现象。

火药就这样诞生了,它是我国古代人民在指南针、造纸术和雕版印刷术的发明之后,对人类文明所做出的又一重大贡献。“四大发明”至此已基本完成。

火药对世界历史的推动

火药诞生之后,就被陆续传到世界各地。它不仅使战争的方法发生了根本变革,而且在筑路、采矿等经济活动方面都发挥了巨大作用。

大约在唐代的时候,制造火药的主要原料——硝石和硫磺就传到了波斯和阿拉伯地区。那时,波斯人称硝石为“中国盐”,阿拉伯人称之为“中国雪”,但他们也主要是用于炼丹,而未用来制造火药。

大致在南宋时期(13世纪前期),火药就传到了阿拉伯地区。当时,尚未建立元帝国的蒙古军队向西征讨,在同阿拉伯人作战时就使用了大量的火药武器,如火炮、火箭、毒火罐和震天雷等。这使阿拉伯人大为震惊,并逐渐学会了制造火药和火器的技术。元帝国的建立,使中国的火药技术在频繁的商业往来中畅通无阻地流向西方。阿拉伯人在与欧洲人作战时,也就把火药和火器传到了欧洲。那时所谓的“契丹火枪”、“契丹火箭”正是中国的火药武器。这样到14世纪时。英、法等国就有了使用火药和火器的记载。

当时的欧洲正处于资本的原始积累和文艺复兴时期,新兴资产阶级与封建领主间的矛盾日趋激化。而刚传入不久的火药和火器便很快成为资产阶级摧毁封建主的城堡、建立自由贸易市场的强大武器。火药在开采矿藏上的应用,为近代矿冶业的迅速发展提供了决定性的手段。试想,如果没有火药,欧洲人还像古代那样用斧凿开矿,就决不会有近代的矿冶业,因而也就不可能有近代工业的长足发展。看到蜿蜒在那丛山峻岭中的公路和铁路,我们不能忘记火药爆破的巨大威力。

随着资本主义经济和政治发展的需要,火药也在欧洲得到了远超过中国的发展。

最先实现西方火药发展史上重大突破的是英国人威廉·比克福德,他于1831年发明了安全引线(又叫比克福德导火索)。这项发明无可估量的意义在于:它完全改变了矿山和石料场的开采技术,并为人们的使用提供了前所未有的方便和安全;在军事应用上,防御者可以用导火线让地雷和炸药包在进攻者的脚下开花。

紧接着,德国化学家克里斯琴·弗里德里希·申拜恩于1847年研制出了硝化棉火药(火棉),这是一种烈性炸药,性质极不稳定。意大利化学家阿斯卡尼奥·索拉罗于1847年首次研制出来硝化甘油火药,它的爆炸性极强,受轻微震动,就会导致猛烈爆炸。法国工程师保罗·维埃耶于1884年发明了无烟火药,保罗·埃维耶的无烟火药不但燃烧时不留残渣,不发或只发少量烟雾,而且能产生惊人的弹道效果,这使火器的喷射口径可以很小,而射程、弹道平直性和射击精度则大幅度提高,并使连发兵器由手动变为自动。这在三年之后成为各大工业国的共同发明。

瑞典人艾尔弗雷德·诺贝尔则发明了硝化纤维与硝化甘油火药。这两种火药都是在“火棉”的基础上研制出来的。

瑞典的诺贝尔兄弟为硝化甘油火药的研究倾注了他们全部的心血。在实验中,一次可怕的爆炸夺去了弟弟路易的生命。

哥哥艾尔弗雷德则继续以大无畏的精神进行反复试验,终于获得了成功。

1866年,艾尔弗雷德·诺贝尔在一次实验中不小心打破了一只内装硝化甘油的小瓶子,流出来的硝化甘油液体竟然被瓶下起保护作用的惰性粉末——硅藻土吸收了。诺贝尔惊奇地发现,二者的混合物不但保持了炸药原来的性能,而且要比硝化甘油稳定得多,使加工制造更为方便,这就是一种新型炸药“达那马特”的诞生。到1871年,诺贝尔又将10克硝化纤维溶解在100克硝化甘油中,制得了一种类似树胶的爆炸凝胶,这就是胶质达那炸药。

诺贝尔在西方乃至世界炸药发展历史上做出了巨大贡献。他生前立下遗嘱,用他研究和制造炸药所积累起来的万贯家产,设立五个年度奖金,并在1901年12月10日,即诺贝尔逝世一周年纪念日,首次颁发给在物理学、化学、医学和生理学、文学、和平等领域里做出杰出贡献的学者。

1968年,又增设了第六项奖金即政治经济学奖金。这就是诺贝尔奖的来历。

20世纪初期,英国的内森爵士和林图尔改进了诺贝尔的试验仪器,设计出铅质分解硝化器。1923年,施米德研究出硝化甘油的连续制造工艺。1938年,马里奥·比亚齐首次使用不锈钢设备来生产硝化甘油……火药仍在现代战争中起着巨大作用,作为常规武器,它爆炸后的灾难性后果虽远不及核武器,但它的现代化发展和应用是非常值得关注的。火药在现代化的和平建设事业中所具有的巨大威力也正在日益显露出来。

印刷术的发明故事

从人类文明史的角度看,印刷术具有极为重要的意义。

可以说,没有印刷术,就没有人类文明的传播,就不会有人类的教育、科技及整个文化事业的发展,也就不会有整个人类精神文明水平的提高。正因为印刷术的至关重要性,人们曾把它称为人类的“文明之母”。惟其如此,16世纪~17世纪的英国哲学家弗兰西斯·培根在看到中国的四大发明传到西方后所发挥的巨大历史作用时,就给予了极高的评价。他认为包括指南针在内的发明“曾改变了整个世界的面貌和事物的状况……从那里接着产生了无数的变化,变化是这样之大,以致没有一个帝国,没有一个学派,没有一颗星星能比它们在人类事业中产生更大的力量和影响”。现在回过头来看,培根的评价是恰如其分的。直到今天,我们仍不能低估印刷术的历史作用。而就印刷术自身来说,却不是一开始就是今天这个样子的:电脑输入和排版,激光照排和印刷……它经历了一个漫长的历史过程,这个过程先是在中国,后来又在欧洲逐渐地演化过来。

真正的印刷术即雕版印刷术,是在唐朝出现的。因此,这里讲的只是印刷术的“前史”,或者说真正的印刷术产生的技术和文化条件。

印刷术来源于中国很早就延续下来的刻字和拓印的传统。相关的工艺主要表现在三个方面,即刻字技术、印章技术和刷印技术。

中国的刻字技术有悠久的历史。上古文字是刻在龟甲和兽骨上的,殷商留下来的有的甲骨文字刀法已经楚楚可观。

此后,刻在青铜彝器上的金文、石刻铭文等,有很多都是相当精美的艺术品。中国古代的石刻最有特色。唐朝初年,在陕西凤翔就发现了10块石鼓,每块上面都刻着一首四言诗,就是着名的“石鼓文”。经研究证明,这是春秋初期秦襄王时所刻,现在还保存在北京的故宫博物院中。秦始皇统一全国后,就巡游各地,并留下了许多石刻。后来,就有人想把整本书的文字都刻在石头上,当做读本——这或许就是最早的“书本”。再后来,又有人在石碑上摹拓,古人又叫墨拓、捶拓,实际是一种复制方法,大概也是最原始的印刷了。

同时,作为印刷术的其他物质条件,如纸、笔、墨等都相继问世。笔和墨在先秦时期已经使用,商代已有原始的笔,春秋时已能制造毛笔。汉代时发明了纸和人造松墨。公元3世纪时,韦诞造的墨达到了“一点如漆”的程度。松墨既是优良的书写原料,也是印刷技术方面上好的着色原料。

而纸从汉代到三国、两晋、南北朝时已被普遍作为书写材料了。

另一方面,由刻字技术演化来的反文印刷原理和技术也不断发展起来。“摹拓”就是这种反文印刷。到南北朝时,刻字技术则独辟蹊径,创造出新的意境。如北魏太和22年(公元498年)洛阳老君洞始平公造像石刻的阳文楷书,北齐马天模等造像碑的阳文隶书,梁萧景神道石柱的反刻字等。这些都说明,中国古人已经熟练地掌握了阳文、反刻的刻凿技术,为雕版印刷术准备了较高水平的刻字工艺技术条件。

与刻字相仿佛的还有印章。印章究竟起于何时,现在还难以考定,以现有的材料看,在战国时期,印章就已开始流行。随后,汉玺兴盛起来。道教发展后又有符印产生。按照葛洪在《抱朴子》一书中的记载,古人入山要佩戴“黄神越章之印”,以躲避山鬼猛兽,宽约4寸,上面刻有102字;若是阳文反刻,就俨然是一块雕版了。

在刻有文字的木版或石版上刷墨印物就叫刷印。刷印之前的印物有两种形式:一是用印章刊印文字,即用蘸墨印章向下刊在诸如封泥、帛、纸之类的印物上,这样出现的是白底黑(或其他颜色)字。二是拓印,即摹拓。至今,人们,主要是成年人,都还在广泛使用印章,甚至众多的机关、单位的“公章”也都还是这种印章。而拓印在雕版印刷出现以前曾被广泛使用。

我们现在知道,拓印、刊印都不是印刷术,但如果没有它们的产生和发展,也就不可能有真正的印刷术的诞生。

雕版印刷术的发明

雕版印刷又叫做刻板印刷。它被发明的具体时间,最早有人推到东汉桓帝延熹八年(公元165年)。因为在这一年,山阳高平县人张俭由于得罪了宦官侯览,亡命出走,朝廷“刊章讨捕”,用加盖印信(“公章”)的政府文件传达到各个外府追捕张俭。元代人王幼学注释,“刊章”就是“印行之文,如今板榜”,印刷发行的文章就像今天排版印刷的文章一样。于是,清朝人郑机首先倡议,我国的雕版印刷始于汉代。

较可信的说法就是雕版印刷发明于隋朝。隋朝人费长房在《历代三宝纪》中写道,开皇十三年(公元593年)十二月八日,隋文帝杨坚下令崇佛,诏书中有“废像遗经,悉令雕撰”等语。明代人陆深在《河汾燕闲录》上卷称,这就是“印书之始”,为雕版印刷术发明之日。后来,胡应麟、方以智、阮葵生等大家也都同样主张。当然,这种说法是有争议的,清代王士祯就认为“雕者乃像,撰者为经”,即雕刻佛像,撰着佛经,而不是雕版印刷。但在《隋书》和《北史》

等史书中,也有关于隋代出现雕版印刷的记载,何况那时已经具备了印刷术产生的各种条件。

雕版印刷是这样一个过程:先找一些质地较好的木板,如梨木或枣木做成的板,再把字写到纸上,把纸贴在板上,用刀把字刻出来,这样印板就出来了。在印板上刷上墨汁,再把纸张盖在印板上,用刷子轻刷,然后揭下印纸,就成了带字的印刷品。

在唐朝,雕版印刷已有相当规模的发展了。它主要用于三个方面:

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