第6章 发明简史(6)

奥地利人卡尔·克利施还在1875年发明了照相凹版印刷工艺。他将图文拍照在软片上，晒到涂有感光胶膜的碳素纸上，再转移到印版滚筒上，最后用酸液腐蚀而成；金属版面的凹陷部分有油墨，用刀先将滚筒表面的油墨刮取干净，留在凹部内的油墨接触纸而转移到纸上。这一印刷工艺曾被广泛应用于画报、商品目录和商标的大规模印刷上。

随着光电技术的发展，1944年，法国人伊戈内和穆瓦隆发明了光电管自动照相排版机。它可以直接选择活字，通过镜头曝光，在感光片上感光排字。

18～20世纪还发展了一系列印刷辅助机器，如詹姆斯·瓦特发明的复印机（1773）、意大利人佩莱格里尼·图里的打字机（1808）、马林·汉森神甫发明的打字机（1870年投入商品生产）、作为现代打字机鼻祖的英国人克利斯托弗·莱瑟姆·肖尔斯发明的键盘打字机（1876）、爱迪生的蜡纸复印机（1877）、迪克的油印机（1887）、匈牙利人杰斯特纳的使用蜡纸的轮转型油印（复印）机（1881～1888）、美国人乔治·C·布利肯斯德弗的手提式打字机（1889）和撒迪厄斯·卡希尔的电动打字机（1901）等，以及美国人贝德勒的照相复制技术（1903）和雷克蒂格拉夫公司的照相复制机（1907年生产，1960年以后普及）、卡尔·米勒的干片影印法（1944），都极大地推动了印刷技术和印刷出版事业的迅速发展。其中，1938年10月22日，美国人切斯特·卡尔森用干板光电复印法复制了一张图。1939～1944年，他向20家印刷厂推荐他的这项专利技术，均遭拒绝。1944年～1947年，印刷厂才同他签订了生产合同。直到1959年，第一台干板光电复印机xerox914问世，每分钟复印九张。到二十世纪80年代生产的xerox9400型，则可达每分钟120张。这种复印机此后很快在全世界普及。

现代印刷技术及其发展趋势

现在，有人也将出版印刷行业纳入新兴的信息产业之中。还有人将人类信息交换的历史划分为五个阶段：一是在远古时期用语言来交换信息；二是自公元前5000年发明文字始，语言和文字成为最早的信息载体，传承至今；三是印刷术的发明，报纸、图书、期刊等极大地扩大了人们的信息交换范围；四是19世纪开始发明了电报、电话、无线电、传真和电视等现代信息技术，使人类的信息交流冲破了时空限制；五是20世纪中叶以来的电脑、卫星、无线电和光纤通信技术等，使信息交换又发生了深刻变化。这样看来，印刷术作为第三个阶段，似乎已经过时。但是，我们所亲身感受到的是：随着第四、第五阶段新的信息交换技术的兴起和发展，古老的印刷术也在不断地被新兴技术所改造和完善。现在出现的各种精美的印刷品凝聚着人类在电脑信息技术上的高度智慧，使中国古人的发明重放异彩。

现代印刷工业上广泛使用的感光树脂、光固化涂料及黏合剂等，是现代材料科学技术对印刷业的恩赐。现代激光技术使激光照排系统在20世纪70年代以来极大地改善了印刷排版的速度和质量。

一份报纸，尤其是各种全国性的大型日报的出版发行能够在同一天内传递到全国各大城市的读者手中，完全得益于以电脑为核心的信息网络系统的高速度。在密织于全国乃至全世界的信息高速度公路网中，各地的电脑终端、传真机、扫描机、打印机等使得同一版面的报纸内容可同时在不同的地方被大量地印制出来。

电脑多媒体技术的发展带来了大量的电子出版物。在不久的将来，我们每一个人在拥有一部电脑的同时，也就可以拥有自己的“图书馆”，坐在联网的多媒体电脑前，就可以遍览世界各大图书馆的丰富图书。在这里，你所阅读的某本书的具体内容，是通过现代的电子或激光扫描技术将那些文字输入世界电脑网络的。

甚至有人预言，随着电脑信息技术日新月异的发展，书报、杂志、纸钞、支票、证券，以及一切以纸为载体的信息，都将逐步被“印刷”到超大规模集成电路甚至未来第六代计算机的人工神经网络或集成光路及生物大分子或细胞上。这作为一种活的载体，具有很强的适应性和不可变性，呼之即来，挥之即去，既安全又可靠，不怕丢失，不怕被盗，只要周期刷新，就能永世长存。现在的“硅翻砂厂”（即超大规模集成电路的研制厂家）兼具造纸厂和印刷厂的双重职能。21世纪被认为是最先进的信息技术取代纸张和印刷术的世纪。

但是，人们在电脑前读得疲累之时，转过身来顺手从自己的书架上取下一本精美的书来读一读，不是也很惬意吗？

火药简史

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：“火药和火器的采用决不是一种暴力行为，而是一种工业的，也就是经济的进步。”

古代炼丹家的贡献

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100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作是近代化学的先驱。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，著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，都有炼丹专著，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

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，一部叫做《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，出自唐代初年著名中医、“药王”、养生家兼炼丹家孙思邈所著的《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，用木炭推到罐口上加热，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，隋唐初年，一个叫杜子春的人去拜访一位炼丹老人，半夜时被一声巨响惊醒，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。

火药在军事上的应用与发展火药虽然在唐代初年就已经发明出来，但之后却一直是炼丹家们丹房中的秘密，并没有很快地应用于生产或军事活动之中。直到宋代才有了这样的应用。

最早最系统地记载火药应用的，是1040～1044年间由曾公亮、丁度编撰的《武经总要》。

这是一部专门研究军事和兵器的著作，其中收录了火药在宋元间的三种主要用途和三个新配方。

火药的三个配方分别是（此处不予全录，只择其要）：

（1）火药方：晋州硫磺14两，窝黄7两，焰硝40两……松脂14两……（2）蒺藜火球方：硫磺20两，焰硝40两，粗炭末5两，沥青2.5两，干漆末2.5两，桐油、小油、蜡各2.5两……（3）毒药烟球方：硫磺15两，焰硝30两，草乌头、巴豆、狼毒、木炭末各5两，桐油、小油、沥青各2.5两……这里的“两”是我国古代采用的旧市制单位，16两相当于1斤。这样，在三个药方中，硝、硫磺、木炭的重量百分比分别是：

（1）65.6%，34.4%；（2）61.5%，30.8%，7.7%；（3）60%，30%，10%。

从现在的化学知识可以知道，在黑火药发生爆炸时的化学反应过程中，硝、硫、炭的重量比应该是75%、12%、13%；或者是78%、12%、10%。把这个比例与《武经总要》中所记载的三个药方相比较，可以看出，第（1）方中不含木炭，严格说来不能叫“火药”，只能叫燃烧剂。