中华学生百科全书-第105部分

快捷操作: 按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页 按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页 按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部! 如果本书没有阅读完，想下次继续接着阅读，可使用上方 "收藏到我的浏览器" 功能 和 "加入书签" 功能！


了著名的数学专著《算罔论》；制造出指南车、记里鼓车等机械。
　　　　张衡一生中就遇到过多次地震。据记载统计，从公元　92　年至　139　年间，
京城洛阳和陇西就连续发生　20　次地震，其中有　6　次还是破坏性极强的地震。
地震区有时大到几十郡，以致地裂山崩、江河泛滥、房倒屋塌、物毁人亡。
面对这深重的灾难，张衡的心被强烈地震撼着，他决心制造出一架观察地震
的地动仪，为抗震救灾服务。
　　　　经过无数次的试验，张衡终于造出了他日思梦想的地动仪。他为这架仪
器取名为“候风地动仪”。
　　　　候风地动仪用青铜铸造而成。它的外形很像我们日常用的带盖凸肚茶
杯，直径大约有　189．4　厘米，东、西、南、北、东南、东北、西南、西北　8
个方位等距离镶铸着　8　条龙。龙垂直向下，翘着头，嘴里含着一颗小铜球，
若吞欲吐的样子。每个龙头下的地上，都对准龙嘴蹲着一只仰头张口的铜蛤
蟆，在那里等着接龙嘴里的小铜球。
　　　　那么，这地动仪是怎么测定地震的呢？原来，它的中央竖着一根上粗下
细的大铜柱，铜柱的旁边通着　8　条道，每条道上都设有发动机关，连着龙头。
一旦某个方向发生了地震，大铜柱就倒向那边，并触动发动机关，使发生地
震方向的龙张开嘴巴，吐出铜球，落到铜蛤蟆口中，而其他的龙则不动。球
落时，还能发出激扬的声响。观测人员根据铜球落入铜蛤蟆口中的响声，就
知道了在什么时间什么方位发生了地震。
　　　　汉顺帝永和三年，也就是公元　138　年二月初三的这一天，地动仪的一个
龙机关突然发动，一个小铜球落到了铜蛤蟆嘴里。按张衡的说法，落球的方
向当有地震发生。3　天后，陇西（今甘肃省东南部）有人飞马来报，说是那
儿发生了地震。这正是地动仪标示的方向。
　　　　张衡地动仪的制造成功，是世界地震科学技术史上的一件大事。它是利
用物体的惯性来拾取大地震动波，进行远距离测量。这一原理直到现在仍为
人们所使用。在国外，直到　1000　多年后的　13　世纪，古波斯才有类似的测震
仪；而欧洲，就更晚了，在　18　世纪才出现利用水银溢流来记录地震的仪器。
　　　　张衡虽然很早就创造出了地动仪，但由于封建王朝的统治者对于科学技
术上的发明创造不予重视，所以，他的研究得不到有力的支持。地动仪制造

出来后。不仅没有推广使用，最后竟连这一科学硕果也因没能很好地保护而
丧失了。这无疑是科技史上的巨大损失。近代的科学家复制了张衡创造的候
风地动仪模型。现在这一模型陈列在中国历史博物馆内。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　煤的开采
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　公元　1275　年的夏天，意大利著名旅行家马可·波罗来到中国。由于受到
元世祖忽必烈的赏识，马可·波罗还在元朝廷里当了官员，并在中国整整住
了　17　年。公元　1295　年底，马可·波罗返回了威尼斯。他的邻里乡亲除了欣
赏他带回去的丝绸瓷器外，还请他讲他在中国遇到的新鲜事。马可·波罗对
他们说：“在中国，有一种黑石头，能像木柴一样燃烧，但火力却比木柴强，
从晚上烧到早上还不会熄灭。”马可·波罗把这件新鲜事写到了他的《马可·波
罗游记》中。
　　　　其实，马可·波罗说的这种奇怪的“黑石头”，就是我们现在使用的煤。
在马可·波罗见到煤时，我们中国人用煤作燃料已经有　1000　多年的历史了。
大约在新石器时代晚期，也就是在马可·波罗之前五千多年前，就认识了煤。
　　　　煤，在我国古代文献中曾被称为石涅、石墨、石炭等。成书于战国时代
的《山海经》，便有这样的记载：“女床之山，其阳多赤铜，其阴多石涅。”
女床山就是“陕西凤翔的岐山”。这段话的意思是说：女床山的南面多产赤
铜，山的北面多产石涅，也就是“煤”。这是古籍中有关“煤”的最早记载。
　　　　早期拿来作为雕刻材料使用的煤，都是取之于露天的。有资料记载和考
古发现证明的我国开采煤矿和用煤作燃料，则是西汉的事。司马迁曾著有千
古绝唱《史记》。《外戚世家》部分，司马迁在为窦皇后和她的胞弟窦少君
作传时，选择了窦少君为人挖煤，又赶上旧煤坑崩塌，100　多人皆死于非命，
而唯独他侥幸逃生的典型事例，来反映窦少君的不幸遭遇。然而，司马迁却
没有想到，他的这段记载，竟是中国乃至世界采煤的最早记录。1958　年至　1959
年间，考古工作者在河南巩县铁生沟发掘了西汉中后期的冶铁遗址。结果发
现，当时的人们炼铁是用木柴、原煤和煤饼作燃料的。唐宋以后，我国煤的
开采和使用更为普遍，而且采煤技术也达到了很高的水平。从河南鹤壁市北
宋晚期煤矿遗址中可以知道，当时是先由地面开凿圆形竖井，然后依地下自
然煤层的变化开掘巷道。除考古发现外，记载最详的，要算明代宋应星的《天
工开物》，书中写道：有采煤经验的人，根据地面上的土质颜色，就能判断
出地下是否有煤，然后往下挖掘。挖掘到五丈左右的时候，才能得到煤。刚
见煤层的露头，毒气冒出能伤人。但有一种方法能排除毒气。就是将大竹子
的中节凿通，削尖竹筒的末端，然后把它插进煤层中，那毒气就能通过竹筒
排出了。这样一来，人便可以在煤井下用大锄挖煤了。若井下发现煤层向四
面延伸，可随着煤的分布，横打巷道挖取。但巷道要用木板支护，以防崩塌
伤及挖煤人。凡是煤层挖采完以后，都要用土把煤井填实。
　　　　宋应星的这段话，不仅记载了怎样找矿、采矿，而且记述了排除毒气和
防止塌陷的具体措施。这种措施是很科学的。
　　　　西方关于煤的最早文字记载始于公元　315　年，比我国晚了近　800　年；而
英国则直到公元　13　世纪，才开始采煤，比我国晚了　1400　多年。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　黑色金子——石油

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　石油在我国古代又称石漆、石液、石脂水、石脑油、猛火油。据有关资
料记载，我国古代较早发现石油的地方有　3　处：陕西延安、甘肃酒泉和新疆
库车附近。其中以延安地区为最早。东汉著名史学家班固，在他所撰的我国
第一部纪传体的断代史《汉书·地理志》中说：“高奴，有洧水，可以燃烧。”
高奴在今天的延安附近。洧水是延河的支流。这种可燃之物，就是石油。北
宋著名科学家沈括，在他的《梦溪笔谈》中，便详细地说明过这“高奴石油”。
更有意义的是，他还在文章中首先使用了“石油”这一名称。
　　　　西晋的张华在他所著的《博物志》中指出，在酒泉镇延寿县以南的山里，
有一种会流出“泉水”的山岩。流出来的“水”用火一点，它就能燃烧。张
华这里所说的“泉水”，就是从岩石缝中渗出来的石油。北宋时，都城汴京
的兵工厂里，还设有“沥青作坊”和“猛火油作坊”，专门生产石油火器。
曾公亮在《武经总要》中说这种武器，若是击中了人，没有不糜烂的；若是
水战，还能烧浮桥、战舰。明朝著名医学家李时珍，在他的《本草纲目》里，
还对石油进行了药理分析，提出了新的药用见解。
　　　　《元一统志》记载：“在延长县南迎河有凿开石油一井，其油可燃。……
又延川县西北八十里永平村有一井……”《元一统志》是公元　1303　年的著作，
这表明，至少在　600　多年前，我国就已经开始钻井采油了，而在国外，直到
1859　年，美国才打出了第一口石油井。而且，这也是西方国家的第一口石油
井。不言而喻，我国不仅是世界上最早发现和使用的国家，还是世界上最早
开凿石油井的国家。这足以让我们为我们的先人感到自豪。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　先进的青铜冶铸技术——司母戊大方鼎
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　夏朝至春秋这　1600　多年的时间，称为“青铜时代”。青铜是相对红铜来
说的。红铜是纯铜，而青铜则是铜、锡、铅等元素的合金。为什么把铜、锡、
铅的合金称为“青铜”呢？这是由于它以铜为主，而且合金的颜色发青绿色，
所以，人们就称这种合金为“青铜”。
　　　　成书于春秋战国的《考工记》，便对工匠们在长期的冶炼实践中，逐渐
认识到的合金的成分、性能和用途之间的关系，做了全面的总结，并提出了
著名的“六齐”规律。“六齐”就是“六剂”，也就是六种合金配方。这是
世界上最早的合金配比的经验性科学总结。
　　　　名闻世界的司母戊大方鼎便代表了青铜时代的青铜冶铸技术水平。
　　　　司母戊大方鼎是在河南安阳发掘出来的。关于它的出土，还有一段插曲：
　　　　1939　年　3　月的一天夜晚，位于河南安阳武官村的吴氏故园中，人影憧憧，
还不时有灯光闪过。只听有人用很低但又很有力的声音说：“大家再加把劲，
马上就要挖出来了！”这些人在干什么呢？原来，3　天前，有人说在这里发
现了个大宝贝，于是，便找了几十个人来帮忙挖掘。因为当时正是中华民族
灾难深重的年代，日本侵略军随时都有可能进村骚扰，所以，村民们不敢白
天挖掘，只得晚上悄悄地干。这已经是第三天夜晚了。
　　　　铁锹声又响了一阵，人们终于看清楚了，他们挖的宝贝是一个青铜大方
鼎。这么大的东西注哪里放呢？村民们都觉得很难办。一位年长的老者说：
“我看这样吧，咱们先用柴草盖起来，谁也不要走漏风声，等找到合适的地
方再把它转移走。”

　　　　事情就这样定了。谁知，消息还是传了出去。日本侵略军的头目听说武
官村挖到了宝贝，便把村长叫了去，让他赶紧把宝贝给送去。村长一去日本
军营，村民们便知大事不好，立即聚集到一块商量对策。最后大家一致决定，
把大方鼎再埋入地下。并表示，即使脑袋掉了，也不能让大方鼎落到敌人手
里。结果，敌人使尽了毒招，也没有找到大方鼎。
　　　　大方鼎一直在地下埋着，直到日本帝国主义投降后，人们才在　1946　年　6
月，把它重新挖了出来。因大方鼎的内壁上铸有“司母戊”3　个字，所以人
们就称它为“司母戊大方鼎”。
　　　　学者们考证，“司母戊”的“司”字，意思是“祭祀”。“司母戊”连
在一起，便是“祭祀名字叫做戊的母亲”的意思。长期以来，学术界一直认
为，第二十八代商王武乙的妻子叫做“戊”，因此这大方鼎是武乙的儿子文
丁为祭祀母亲“戊”铸造的。
　　　　司母戊大方鼎作为商代晚期的青铜器则是无疑的。它高　133　厘米，长　100
厘米，宽　79　厘米，重达　875　公斤，是我国现存的最大青铜器，也是世界罕见
的青铜器精品。
　　　　青铜器的铸造过程本来就很难，铸造这么个大鼎，更是难上加难。铸青
铜器，首先要制作泥范，这泥范就像现在的石膏模。泥范又分内范和外范，
熔化的铜汁浇注在内范与外范之间的空隙中，待冷却后，拆毁内落、外范，
经磨光修整，便铸造出了所需的青铜器。如果想要花纹，把花纹雕刻在外范
上就行。这是铸造一般小件青铜器的方法，而要铸造司母戊大方鼎这一庞然
大物，则必须采用多个泥范分别铸造的工艺。人们从大方鼎身上的铸痕中看
到，铸大方鼎时，鼎身的每一边都用了八块外范，鼎足则用了三块外范，即
使是鼎耳，也是单独作范，铸成后另外焊接上去的。如此多的外范，竟铸得
如此严丝合缝，不能不让人称奇。
　　　　另据推算，铸造司母戊大方鼎，至少要熔化一千公斤铜、锡、铅等各种
金属原料，当时的坩埚，一般只能盛　12．5　公斤的溶液。因此，铸鼎时，要用
七八十个坩埚同时熔铜。这样一来，就得有几百人密切协作才行。你可以想
象得出，当时的场面会是多么的盛大。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　卓越的冶铁技术——沧州铁狮
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　天然的纯铁在地球上几乎找不到，人类最早发现和利用的铁，便是天空
中落下来的陨铁。我们的先人大约是在商王朝（公元前　1300　年左右）时，对
陨铁有了认识，并加以利用的。我国对陨铁的发现和利用虽然比埃及晚，但
却是最早进行人工冶炼铁的国家。最迟在春秋时期，我国的劳动人民就掌握
了冶铁技术。人们发明了高大的竖炉，以木炭为冶炼燃料，用皮口袋鼓风来
使炉温升高，冶炼出世界上从未有过的生铁，使我国的冶炼技术后来居上。
而在欧洲，直到公元　14　世纪，才炼出生铁，比中国晚了　1000　多年。我国的
考古工作者曾在江苏六合程桥出土了春秋晚期的一种铁丸，经科学鉴定，这
种铁丸就是用白口生铁铸造的。这是到目前为止我国出土并且经过分析的最
早的生铁实物，也是世界上最早的生铁实物。
　　　　“生铁”是相对于“熟铁”而言的，它是人们根据铁含碳量的多少，而
给铁划分出的两个类别，一般我们把含碳量小于　0．05％的铁叫熟铁，把含碳
量大于　2．0％的铁叫做生铁。

　　　　在我国古代，生铁最早主要是用来铸造家具和手工业用器，但到后来，
随着生铁应用范围的扩大，一些大型和特大型铁铸件便不断问世了。浙江北
雁荡山能仁寺，曾铸有一口上口直径为　2．2　米，高为　1．55　米的大铁锅，这口
大铁锅据锅上的铭文记载，重二万七千斤。五代后周时期，河北沧州还铸有
一个铁狮子，这狮子重达五万余斤。那么，这么重的铁铸件，是怎样铸出来
的呢？
　　　　沧州铁狮在河北沧县旧州城内，距沧州市　20　公里，沧州古城又名狮子
城，就是因铁狮子而得名。铁狮铸于公元　953　年。相传是周世宗北征契丹时，
罚罪人铸此，以镇守州城。铁狮身高　3．8　米，头部　1．5　米，通高　5．3　米；通
长　6．5　米，身躯宽　3　米，总重量约五万余斤，是我国早期最大的铁铸件。
　　　　铁狮栩栩如生，历经千年，雄风犹存，即使是在眼下，要铸这么庞大的
活灵活现的铁狮子，也不是一件容易的事。先人们采用的是中国传统的泥范
铸造技术，按照分节叠铸方法而成的。狮腹内壁光滑，当是用整块泥模为芯；
外观有明显的范块拼接痕迹，显然是分段接铸而成的。从拼接痕迹上看，范
块的尺寸大小不同，像四肢和左、右肋的范块就有　13　种规格。狮身各段铸范
共　300　余块，另加背上莲花盆　65　块，总共约有　400　多块外范。仅从这众多的
外范块数来看，就可见铸造工艺之复杂，也足见我国铸造技术的水平。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　古代最先进的制钢技术——灌钢
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　世界上，在　1740　年坩埚制钢法发明之前，最先进的制钢技术，是算中国
古代创造的“灌钢”冶炼法。
　　　　“灌钢”，又称“团钢”。它是由生铁和熟铁合在一起冶炼得到的一种
含碳量较高、且质地均匀的优质钢，（含碳量在　0．05％～2．0％的铁称为钢）。
这种具有独创性的灌钢冶炼方法，至少在南北朝时期就已经发明了。除了那
些无名英雄之外，从文献记载上，我们知道的这种先进技术的最初实践者，
就是北朝东魏、北齐间（公元　550　年前后）的著名冶金家綦毋怀文。
　　　　綦毋怀文是个讲究“道术”的人，在北齐的信州做过刺史。他曾炼造出
一种“宿铁刀”。这“宿铁”，就是后世所说的“灌钢”。《北史·艺术列
传》里记录有他的这一发明创造。书中记载说：
　　　　“怀文造宿铁刀，其法烧生铁精，以重柔铤，数宿则成刚（钢）。以柔
铁为刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斩甲过三十札。”
　　　　这段话的意思是说：綦毋怀文制造有宿铁刀。他的方法是，选用品位比
较高的铁矿石，冶炼出优质生铁，然后把液态生铁灌注到熟铁上，这样几度
熔炼，就成了钢了。钢炼成之后，他便以熟铁作刀背，用钢作刀锋，并用动
物的尿和油脂来淬火。用这种方法制造的宿铁刀，能一下子砍断　30　多块叠放
在一起的胄甲片。
　　　　从这段记载中可以看出，綦毋怀文不仅最早实践了“灌钢”冶炼法，还
创造了畜尿和油脂两种淬火介质，这是綦毋怀文在钢的热处理技术上的一大
创新。在綦毋怀文之前，人们一般都用水作为淬火的介质，而綦毋怀文用牲
畜尿和动物油脂作为冷却剂，一方面扩大了淬火介质的使用范围；另一方面，
也是更重要的，是可以获得不同的冷却速度，从而得到不同性能的优质钢。
　　　　灌钢法是我国古代炼钢技术上的卓越成就。它的发明和推广，对于增加
钢的产量，改善兵器、农具和手工工具的质量，都有着重大的意义。因此，

隋唐时期，这种方法受到了冶炼家的垂青；而到宋朝，则流行于全国，并有
所创新和完善，成为当时的主要炼钢方法。在沈括的《梦溪笔谈》中，除了
记有当时的冶炼方法外，还首次提到“灌钢”一词。他说：
　　　　“世间锻铁所谓钢铁者，用柔铁屈盘之，乃以生铁陷其间，封泥炼之，
锻令相入，谓之团钢，亦谓之灌钢。”
　　　　这话的意思是说：社会上所说的炼钢，就是在炼钢炉中，把熟铁屈绕成
盘，并将生铁片嵌在盘绕的熟铁条中间，然后用泥把炼钢炉密封起来烧炼。
待炼成后取出来锻打。用这种方法炼出来的钢，就称为团钢，也叫灌钢。
　　　　时至明代，这种灌钢的冶炼技术又有了很大程度的发展。著名科学家宋
应星在他所著的《天工开物》一书中，详细地记述了当时的灌钢工艺。他说：
　　　　“凡钢铁炼法，用熟铁打成薄片如指头阔，长寸半许，以铁片束包尖紧，
生铁安置其上，又用破草履盖其上，泥涂其底下。洪炉鼓鞴（bèi），火力到
时，生钢先化，渗淋熟铁之中，两情投合。取出加锤，再炼再锤，不一而足。
俗名团钢，亦曰灌钢者是也。”
　　　　宋应星这段话的意思是说：炼钢的方法，是先把熟铁打成像手指头那样
宽，一寸半左右长的薄片，然后用熟铁片束包扎紧，再将生铁放在扎紧的熟
铁片上面。随后，盖上破草鞋（要用沾有泥土的，这样才不致于立即被烧毁），
另外，在铁片底下还要涂上泥浆。当这一切都做完之后，把它放进洪炉里，
用劲鼓风，达到需要的温度时，生铁便先熔化成铁液，渗淋到下面的熟铁中，
两者便互相融合了。这时，就可取出锤打。经过再炼再锤，反复多次，才行。
这样锤炼出来的钢，俗称团钢，也叫灌钢。
　　　　我们不难发现，明代灌钢的冶炼方法已跟宋代大不相同：人们不再用泥
封炉，而改用涂泥的草鞋遮盖；不把生铁片嵌在盘绕的熟铁条中，而把生铁
片覆盖在捆紧的熟铁片上。这两种方法的改进是具有很大进步性的。正如杨
宽先生在《中国古代冶铁技术发展史》一书中所分析的那样：“他们不用泥
封而用涂泥草鞋来遮盖，一方面是使炼钢炉依然能够从空气中得到氧，使生
铁在还原气氛下熔化；一方面是使大部分火焰反射人炉内，以提高冶炼温度。
他们把熟铁打成薄片后夹紧捆住，无非使生铁的铁液能够准到若干熟铁薄片
的夹缝中，增加生铁和熟铁的接触面，使熟铁易于吸收生铁的铁液，能够使
碳分均匀地渗入。”
　　　　明代，除了宋应星所记述的这一改进的灌钢技术外，还产生了一种新型
的灌钢冶炼方法，这就是“苏钢”冶炼法。“苏钢”是灌钢发展的高级阶段，
灌钢的优点在这里得到了最充分的表现。
　　　　相传，“苏钢”是由江苏人发明的，所以称为“苏钢”。它的冶炼方法，
明朝的唐顺之，在他所著的《武编·前编·铁》中有简略的记载，他说：“以
生铁与熟铁并铸，待其极熟，生铁欲流，则以生铁于熟铁上，擦而入之。”
也就是说，把生铁与熟铁放在一块冶炼，等到生铁熔化，铁汁欲流时，则将
生铁水擦入熟铁中，灌钢就炼成了。
　　　　“苏铁”冶炼法创造出来以后，曾在明末、清代盛行一时，直到近现代，
还有冶炼家用这种方法炼钢，但方法又大大地进了一步。它的具体操作要点
是：
　　　　炼钢时，先把没有经过锻打的熟铁（料铁）放到炉内，鼓风加热。两分
钟后，用火钳钳住生铁的一端斜放在炉口内，继续鼓风，使炉内温度不断升
高。当炉温升到　1300℃左右的时候，斜搁在炉口内的生铁的一端开始熔化，

开始不断地滴铁水，这时，炼钢工人便用大铁钳钳住生铁在炉外的一端，左
右移动，使铁水均匀地淋到熟铁上。同时，不停地翻动熟铁，使熟铁各部分
都能均匀地吸收铁水。淋完两次后，便把熟铁夹到铁砧