第7章 发明简史(7)
第（2）、（3）两方中，硫的含量都比理论上应该具有的含量大得多，硝、硫的比例约为2比1，木炭的含量变化很小。所以，这后两个方子实际是一个配方，所不同的只是添加的其他副料有区别，而按正常爆炸的化学反应的客观要求，这两方中硝、硫和炭的有效重量应该分别是：硝25两，硫磺3.3两，炭5两，总重量为33.3两。而所谓“烟球”、“火球”的说法则表明，由于它们的主要成分含量比例搭配并不符合理论上的恰当配合，因此爆炸力量很弱，甚至可能不爆炸，只是一种快速燃烧物，燃烧时只放出滚滚浓烟或球状火焰。因此，当时所出现的各种军用火器恐怕都不具有爆炸杀伤力。
在唐代的许多战争中，人们或多或少地利用了火药，但刚开始只是利用其燃烧性来打击敌人。据唐朝末年路振飞在《九国志》中记载，唐哀帝（公元905年～907年在位）时，郑率兵攻豫章，“发机飞火”，烧了龙沙门。这个比较可靠的记载表明，火药的威力已初步显示了出来，但仍主要不是依靠火药的爆炸性。
真正具有爆炸性的武器也只是到了北宋末年才开始出现。李纲在《靖唐传信录》中记载了一种霹雳炮，也是一种霹雳火。南宋高宗时期，北方金人完颜亮往南侵扰，与宋朝官兵在采石一带发生激战，宋朝官兵就使用了这种武器。李纲在书中曾这样来记述它的构造和威力：“以纸为之，而实之以石灰、硫磺。炮自空而下，落水中，硫磺得水而火作，自水跳出。其声如雷，纸裂而石灰散为烟雾，眯其人马之目，人物不相见。”他说，用纸来造霹雳炮，里面用石灰和硫磺充实起来。炮从空中落到水里，硫磺遇水而急剧燃烧，并从水中跳出来，爆出雷电般声响，外包石灰的纸被爆裂，而石灰粉就飞散开来形成烟雾，将敌人人马的眼睛毁坏，使他们失去战斗力。从这里可看出，霹雳炮对敌人的作用主要不是火药爆炸时所产生的杀伤力，而仅仅是通过爆炸将石灰粉泼撒开来，以迷失敌人眼目。
它较小的爆炸力，及含有过量的硫磺，都可能与前面已说过的燃烧性火药有渊源关系。但这毕竟已是爆炸性火药，是火药自身的一种重要发展，这完全是靠火药在军事实践中的应用推动的。此后，火药的爆炸杀伤力便逐渐增强。
据记载，1232年，蒙古人包围了汴京（今河南开封）。金人防守京城，就使用了一种“震天雷”，“用铁罐盛药，以火点之，炮起火发，其声如雷，闻百里外，火（ruò）围半亩之上，火点著甲铁皆透。”和现在的炮弹很相似，把火药装进铁罐里，点火使它爆炸，声如炸雷，百里之外都可听见，燃烧的大火可蔓延半亩之广，并可将兵士穿戴的铁制盔甲烧透。由此可见，这时的火药已具有相当可观的爆炸杀伤力。
火药在军事上的应用推动了各种火器的发展，并且自身也在火器的推动下获得了发展。
在火药出现以前，古代军事家们就曾使用过叫做火箭的武器，但那时的火箭只是在箭头上绑些松香、硫磺之类的易燃物质，用来烧毁敌方的粮草、宿营地等重要目标。显然，这不是近代意义上的火箭，因为它不是靠火药推动的。唐代出现火药以后，就有人尝试制作火药推动的火箭，极大地增强了火箭的威力。不久，人们又在古代石炮的基础上，制成了火炮，并用于战争。古人的石炮又写作石石包，因为它是用石头做成的，用一种叫做“抛石机”的东西把石头抛射出来，因没有火药等爆炸性物质，因而不会发生爆炸。现在的象棋中，“炮”仍然写作“石包”，就是这个原因。但是，当人们用火药制成的火炮点燃后，也同样用原来的抛石机抛出来，就立即显示出了火药火炮所具有的空前巨大的威力。毫无疑问，这是武器史上的一个重大进步。
在宋代的战场上，火药已经得到较多的应用。而且，随着战争中各种复杂情况的需要，火药的配方也由简单趋向复杂。前已述及的《武经总要》里，记载了当时已经制造出的具有毒性、燃烧性、爆炸性及供烟幕用的各种火药。而在前述三种火药配方中，最复杂的一种由14种原料配制而成。
宋真宗咸平年间，有一位名叫唐福的士兵还制造出了世界上第一支“火药火箭”，同时还制造了火球、火蒺藜、毒火药等爆炸性武器，可能比曾公亮等所记的“蒺藜火球方”等具有更强的爆炸力。宋真宗还让他当众作表演，赢得阵阵喝彩。“火球”用现在的话说就是比较大的火药包。“火蒺藜”就是大火药包里装入一些带刺的铁蒺藜，既可以打击敌人，也可以撒在路上，阻止敌人的骑兵前进。“毒火药”大概就是在火药里装上砒霜之类有剧毒的物品，燃烧后能散发出一种毒烟，致使敌人中毒而取得战争胜利，这可能算是世界上最早的毒气弹了。
火药和火器之所以能在宋代得到广泛的应用和发展，一个最重要的原因就是，宋代在我国历史上是一个民族矛盾和阶级矛盾都很尖锐的时代，西夏、金、辽及蒙古人等不断侵袭宋朝边境，甚至深入宋朝腹地，占其首都，将宋王朝赶到南方。同时，王朝内阶级矛盾也很尖锐，经常有农民起义爆发。这些都使得宋代的对外对内战争十分频繁，并使宋代进入了我国战争史上的“火器时代”。北宋还设有庞大的军器监，监中有11个大作坊，第一个大作坊就是“火药作”，足见北宋政府对火药生产的高度重视。其中还有一个“火作”，专门负责制造火炮、火蒺藜等火器，生产的数量十分可观。
在众多的火器中，“霹雳炮”、“震天雷”等是已具有较强爆炸力的火器，比以前有了很大的改进。比如：震天雷已不再用纸、布、兽皮或陶作外壳了，而是用铁皮作外壳，从而增强了爆炸杀伤力，这类火器的出现标志着我国火药的应用进入了一个新的阶段。在宋靖康元年（1126），金兵包围北宋的京城开封，著名的将领李纲就是用霹雳炮击退金兵的。
此外，很重要的一种火器就是管形火器的发明。它是受到过去的筒箭的启发而构想出来的。
筒箭是我国历史上的传统武器之一，它是把箭装到筒里，能够较平衡地发射出去，很容易命中目标。宋理宗时，曾经对弩箭加以改造，从而做成筒木弩。南宋初年，有人采用类似的方法，做成筒形发射器。汤在《德安守御录》中记载说，绍兴二年（1132），李横攻德安，坚守德安的宋朝军队“以火炮药造下长竹竿火枪二十余条……用两人共持一条，准备天桥近城，于战棚上下使用”。蒙古人攻打汴京时，金人仿制的这种筒形火器（当时人们称之为“火枪”）也发挥了很大作用。之后，这种火器不断加以改进，并大批量生产，成为部队的常规武器装备。
《金史》还详细记载了它的制造、使用方法，用大约2尺长的黄纸16层卷成筒，里面装满柳炭（即木炭）、铁渣、磁末、硫磺、砒霜等药物，用一根绳子系住枪的一端。每一个士兵都提着一个小铁罐，里面放着用于引燃的火药，临到阵地上就点燃，火焰喷出枪口1丈多远，火药燃尽，而纸筒则没有损毁。这是在火药里加进铁渣、磁末，不再专靠火药灼烧产生的杀伤力。而且，药物中各种成分的配制比例已相当适宜，因而能做到“药尽而筒不损”。
南宋开庆元年（1259），经过改进，寿春府造出了突火枪，“以巨竹为筒，内安子窠，如燃放焰绝，然后子窠发出，如炮声，远闻如百十余步。”这已经是现在的枪和炮等管状火器的雏形了，开创了管状火器发射弹丸的先河。其中的“子窠”是由铁渣、磁末等不规则而又细碎的固体颗粒发展而来的，比后者具有更强的杀伤力，其声闻“百十余步”，很类似于现在的子弹，已足见其威力之大了。与之相似的还有飞火枪。
到元代，我国就已出现了用铜铸的管式火炮，当时叫做“火铳”。现存最早的火炮是中国历史博物馆里保存的元末的铜炮，和元末农民起义领袖张士诚曾经用过的铁炮。这种铜、铁铸成的管状火器显然比用纸卷成的筒状火器发射威力大得多。
明朝时出现了小型手铳，即手握的火枪，现在考古学者已经发明了明洪武初年用红铜铸造的这类武器的实物，表面看像竹节钢鞭，而它的腔内则装有火药和碎铁渣。离敌人远时，可点燃火药，用碎铁渣轰击；敌人近时，可当做鞭子，与敌人搏斗。
在火枪基础上，明朝还出现了各种各样的火药箭，如飞枪箭、飞刀箭、燕尾箭等，其中的“神火飞鸦”和“火龙出水”已成为现代火箭技术的最早发源地。
此外，火药在其他地方也有广泛的应用，如制作火戏和狩猎等。火戏是指爆仗和焰火（北宋时又叫烟火）。《东京梦华录》中记载了名副其实的烟与火，直到南宋才出现了能出现各种颜色的焰火戏。古人曾记载说：“杂手艺皆有巧名……烧烟火，放爆仗，火戏儿、水戏儿，”“多有后生于霍山之侧放五色烟火，放爆竹，”或放爆仗；“一连百余不绝”等等。由普通“烧烟火”、“五色烟火”、各种成套烟火戏，发展到制造出利用火药推力自行奔走的“地老鼠”，火戏的制造技艺已相当高超了。元朝时的烟火已多能在空中施放。如元代赵孟兆页有《赠放烟火者》的诗云：“人间巧艺夺天工，炼药燃灯清昼同，柳絮飞残铺地白，桃花落尽满阶红。纷纷灿烂如星陨，耀耀喧似火攻。后夜再翻花上锦，不愁零乱向东风。”现在，我们国庆或春节期间燃放的爆竹、烟火和礼花等，无不起源于这时人们对火药的多种灵活运用。
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。
指南针简史
中国以“四大发明”著称于世，指南针就是其中之一。它对近代世界历史的发展产生了巨大影响。
没有中国的指南针，葡萄牙航海家巴托罗缪·狄亚斯就不能绕过好望角，进入印度洋；达·伽马就不可能抵达印度，发现那里的文明和宝藏；意大利航海家哥伦布就无法发现美洲新大陆，它就不会有当今的美国文明和美洲其他民族的文明；葡萄牙海员麦哲伦也就不可能做人类历史上第一次环球旅行，从而第一次用实践来证明地球是圆的；甚至，达尔文也不能在远洋探险中搜索那么多的古生物资料，以完成他的伟大的生物进化论学说……现在，在人类的航海事业中，已经有了更高级、更现代化的导航设备。但是，我们决不应该忘记这些现代导航仪器的“鼻祖”——指南针。
最早的指向工具指南车