基本支撐體系物理學(xué)史庫(kù)物理學(xué)史“百校聯(lián)賽”一等獎(jiǎng)

火的利用縱橫談

火的利用，從縱向來(lái)說(shuō)，是最早影響人類歷史進(jìn)程的一個(gè)偉大的事件。遠(yuǎn)古時(shí)代自然界的大火，既給人類始祖帶來(lái)毀滅性的災(zāi)難，也使人類始祖從災(zāi)難中認(rèn)識(shí)了火和利用火，進(jìn)而人工造火，標(biāo)志著人類首次駕馭了一種偉大的自然力并替自己服務(wù)。從橫向去看，由于人類始祖發(fā)現(xiàn)了火，因而不斷認(rèn)識(shí)和掌握了火，進(jìn)一步發(fā)揮火的威力，有力地促進(jìn)了人類對(duì)于熱與冷現(xiàn)象的本質(zhì)的追求。

用火探源

1994年7月9日黃昏，一架波音747客機(jī)飛往美國(guó)國(guó)境上空，目的地是華盛頓。

坐在機(jī)艙靠窗地方的是中國(guó)一位對(duì)考古頗感興趣的中學(xué)教師。此刻，他那張黝黑的面孔貼近窗玻璃，一雙炯炯有神的眼睛望著色彩斑讕的晚霞，不時(shí)俯視著機(jī)下美國(guó)的大地，陷入沉思之中。

這是他第二次出國(guó)。下午，他剛剛離開(kāi)云南，在云南，他對(duì)已發(fā)現(xiàn)的元謀人化石的相應(yīng)地層進(jìn)行了考察。根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的灰燼以及炭層，他作了這樣判斷：由于元謀猿人的絕對(duì)年代距今有170萬(wàn)年，如果這些發(fā)現(xiàn)確實(shí)是古人類用火的遺址，那么我們的祖先在170萬(wàn)年前已開(kāi)始進(jìn)入了人類的用火時(shí)期。

根據(jù)一些學(xué)者研究，人類和火的關(guān)系，大體上經(jīng)歷了"無(wú)火時(shí)期"、"用火時(shí)期"、以及"造火時(shí)期"。

在無(wú)火時(shí)期，古人類吃著生冷的食物，忍受著寒冷的侵襲。在沒(méi)有月光和星夜的黑夜，被黑幕包圍而充滿著恐懼。然而，即使在無(wú)火時(shí)期，大自然也總是給地球送來(lái)火種--諸如由于火山、雷電等作用而引起大火。這種大火往往是毀滅性的，古人類在大火中，不是被燒死，就是被燒傷，也有一些幸運(yùn)者驚恐萬(wàn)狀，死里逃生。

但是，在大火過(guò)后，卻使古人類尋到了更好的食物，那就是被燒死、燒焦的動(dòng)植物變得很好吃。盡管那時(shí)，根本還沒(méi)有詞匯，可是這些古人類已有愉悅的感受，也使他們萌生了對(duì)大火的一種十分驚異的喜愛(ài)之情，因?yàn)檎谴蠡鹳n給他們最美好的食物。所以，與其說(shuō)大火給古人類慘痛的災(zāi)難，倒不如說(shuō)正是這種災(zāi)難使古人類受到了磨煉，獲得了新生的力量，從而進(jìn)入嘗試著去引取和保存火種，用火來(lái)改善自己的生活的這樣一個(gè)新時(shí)期。

根據(jù)古人類遺址中發(fā)現(xiàn)的被燒過(guò)的灰燼和獸骨，可以判明亞洲、歐洲和非洲的古人類很早就進(jìn)入了用火時(shí)期。

現(xiàn)有的考古資料表明，北京周口店北京猿人居住的洞穴中發(fā)現(xiàn)的灰燼，是確鑿無(wú)疑的人類用火的最早遺跡之一。在這里，考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)有很厚的灰層，其中還有被火燒過(guò)的獸骨和石塊，燃燒后的獸骨呈現(xiàn)不規(guī)則的裂紋和黑、灰、綠、藍(lán)等不同的顏色，那些燃燒過(guò)的石塊被火燒裂或被煙熏黑。用現(xiàn)代方法對(duì)幾十萬(wàn)年前留下的灰土進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果證實(shí)有單質(zhì)炭存在。特別令人驚訝的是，考古學(xué)家在名叫鴿子堂的洞穴的底部灰層中，還發(fā)現(xiàn)過(guò)一塊木炭。這些都說(shuō)明，在50萬(wàn)年前的北京猿人時(shí)期，我們的祖先已學(xué)會(huì)了用火。......

"飛機(jī)已抵達(dá)華盛頓，請(qǐng)各位旅客作好下機(jī)準(zhǔn)備。"機(jī)上空中小姐這一清脆悅耳的聲音，打斷了中學(xué)教師的沉思。他一下飛機(jī)，前來(lái)接他的一位朋友領(lǐng)他到自己的家里。不料這位中學(xué)教師卻駐足不前，又引起他的沉思。原來(lái)，就在這位華盛頓朋友家附近的一個(gè)大建筑物前面，刻著下面幾行字：火：一切發(fā)現(xiàn)中的最偉大的發(fā)現(xiàn)使人類能夠生存于不同氣候之中造出很多的食品并迫使自然的力量為他們工作。

鉆木取火

人類從用火時(shí)期進(jìn)入造火時(shí)期，其間又隔了幾十萬(wàn)年。據(jù)我國(guó)古籍記載，《路史》注引的《拾遺記》中就寫道："遂明國(guó)不識(shí)四時(shí)晝夜，有火樹名遂木，屈盤萬(wàn)頃。有鳥名梟，啄樹則燦然火出，圣人感焉，因取其枝以鉆火，號(hào)燧人。"在《莊子》的"外物篇"中也有"燧人氏鉆木出火，造火者燧人也，因以為名"的說(shuō)法。

這則帶有神話色彩的故事告訴人們，在太陽(yáng)和月亮都照不到的西方荒遠(yuǎn)之地，有一個(gè)遂明國(guó)，不見(jiàn)天日，不識(shí)晝夜。那里有一棵根干枝葉屈盤達(dá)萬(wàn)頃的大樹名叫"遂木"。一個(gè)圣人來(lái)到這里，看到一些名叫梟的鳥，用它們短而硬的尖嘴去啄那樹干，引發(fā)出燦爛的火光。圣人受這種景象的啟示，領(lǐng)悟到取火的方法，就從遂木上折一根樹枝，對(duì)它鉆搓，從而引出火花。這位圣人就被后人稱為"燧人氏"，燧人就是"取火者"的意思。

我國(guó)的文化源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，如果從原始人--元謀猿人算起，已有170萬(wàn)年的歷史。就是從北京猿人、山頂洞人開(kāi)始，后來(lái)進(jìn)入仰韶文化時(shí)期和龍山文化時(shí)期也經(jīng)歷了幾十萬(wàn)年漫長(zhǎng)的與自然界搏斗的艱難生活。直到新石器時(shí)期，我們的祖先進(jìn)行人工造火開(kāi)始普遍起來(lái)，因?yàn)橐寻l(fā)現(xiàn)的新石器時(shí)期的地下或半地下居址中，幾乎無(wú)一沒(méi)有一個(gè)小小的灶坑，這在利用天然火的時(shí)期是決不可能出現(xiàn)的。

那么人類究竟用什么具體的操作方法來(lái)人工造火呢？看來(lái)，直接從考古發(fā)掘中一時(shí)還難以找到解決這個(gè)問(wèn)題的充分可靠的證據(jù)，所以目前公認(rèn)的科學(xué)方法之一，就是根據(jù)近代社會(huì)中還處于較原始狀態(tài)的民族的生活方式，結(jié)合文化較高的民族中的文獻(xiàn)記載，探求出比較合理的答案。

我國(guó)是一個(gè)多民族的歷史悠久的國(guó)家，也就具有解決這個(gè)問(wèn)題的優(yōu)越條件。根據(jù)《文物》1960年第6期"海南島黎族人民古代的取火工具"一文的記載，黎族人民在解放前有些地區(qū)就使用鉆木取火這種非常古老的方法。它的操作大體上是這樣的：用一根木頭（如山麻木）弄成扁平形，在上面挖一小的凹穴，把它放在地上固定好（如用雙腳壓?。辉儆靡桓欢松约獾哪景?，插在小穴上，手掌用力把木棒來(lái)回搓摩，棒端與凹穴接觸處就會(huì)由于劇烈磨擦而生熱，并在周圍產(chǎn)生一些木屑粉末。在不斷磨擦的作用下，最后就會(huì)因熱而產(chǎn)生煙火，點(diǎn)燃了木屑粉末。把冒煙的木屑粉末放到事先備好的干茅草等引火物里，并用嘴吹氣，就會(huì)燃起火焰。這種方法不斷改進(jìn)，就可用繩索或皮條纏繞木棒，繩索的兩端系在弓的兩端，把弓往返拉動(dòng)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)木棒。于是，從黎族人民的取火方法中就可以對(duì)古代鉆木取火的操作過(guò)程略知一二。這樣古老的方法，就連資本主義發(fā)展最早的英國(guó)，直到19世紀(jì)還被人采用來(lái)為家畜治病。

陽(yáng)遂取火

鉆木取火是一種費(fèi)力的原始方法。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在鐵器出現(xiàn)后，大約在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，一種利用火鐮石的取火方法隨之生。它是利用鐵制火鐮敲擊堅(jiān)硬的燧石，鐵屑剝落時(shí)因磨擦、敲擊而變熱，表面因氧化而生成火星，火星落到易燃的纖維（如艾絨）上，即可取火。

豐富的歷史記載表明，我國(guó)古代人民早就開(kāi)始利用凹面鏡對(duì)著太陽(yáng)取火了。史籍中常見(jiàn)的"夫燧"或"陽(yáng)燧"，就是古人對(duì)凹面鏡的稱謂。如《周禮·秋官司寇》："司煊氏，掌以夫燧，取明火于日。"

由于當(dāng)時(shí)大部分陽(yáng)燧是用金屬制成的，所以又稱做"金燧"，如《禮記》中就有"左佩金燧"、"右佩木燧"的記載。就是說(shuō)，古時(shí)人們行軍、打獵，總是隨身帶著取火器，晴天用凹面鏡取火于日，陰天則鉆木取火，可見(jiàn)我國(guó)古代陽(yáng)燧的制作和使用還是比較早的。

《莊子》中進(jìn)一步指出："陽(yáng)燧見(jiàn)日，則燃而為火。"《淮南子》注中則詳細(xì)介紹了陽(yáng)燧的使用方法，"陽(yáng)燧金也，取金杯無(wú)緣者，熟摩令熱，日中時(shí)以當(dāng)日下，以艾承之則燃得火也。"即取去掉邊緣的金屬杯，用力擦亮，中午對(duì)著太陽(yáng)，艾絨放在光線聚合的地方，可燃燒取火。王充在《論衡》中的"率性"、"定賢"、"亂龍"諸篇中都提到陽(yáng)燧，如"率性"篇中寫道："陽(yáng)燧取火于天，五月丙午日中之時(shí)，消煉五石，鑄以為器，磨礪生光，仰以向日，則火來(lái)至，此真取火之道也。"有人認(rèn)為，這可能中國(guó)典籍中第一次對(duì)玻璃透鏡取火的描述。陽(yáng)燧取火，即導(dǎo)致人工造火和人造光源，又是人類利用光學(xué)儀器會(huì)聚太陽(yáng)能的先驅(qū)，是我國(guó)古代科技史上的突出成就之一。

觀察"火候"

我國(guó)古代火的利用，除了滿足生活需要外，還相當(dāng)早地應(yīng)用到生產(chǎn)中去，如將粘土燒制成陶器在五千多年前的仰韶文化時(shí)期已有彩陶（陜西省西安半坡村出土）。與此同時(shí)，利用火來(lái)冶煉金屬，制成金屬工具、武器及各種器皿，在河北省唐山大城龍山文化遺址中發(fā)現(xiàn)了紅銅制造的銅器，說(shuō)明四千多年前的冶煉技術(shù)（包括火候的觀察、控制、淬火、退火等），已達(dá)到了一定水平。

我們知道，金屬加熱時(shí)，由于蒸發(fā)、分解、化合等作用會(huì)生成有不同焰色的氣體。黑濁之氣主要是初煉時(shí)摻在礦石中的炭粉不完全燃燒所致。錫焰白，銅焰青，黃白之氣是溫度不夠的象征。至于青白之氣說(shuō)明銅未全部溶化。直到全部青氣時(shí)（銅含量遠(yuǎn)大于錫，全部溶化后銅焰掩卻錫焰，就顯得只有青氣了）青銅煉成。

以火滅火

火的發(fā)現(xiàn)和利用，使人類認(rèn)識(shí)到火能替自身服務(wù)，也能帶來(lái)禍害，特別是火災(zāi)。如何與火災(zāi)作斗爭(zhēng)，人類又創(chuàng)造了許多方法。其中，你也許聽(tīng)到過(guò)，最好的、有時(shí)也是唯一的跟森林或草原上的火災(zāi)作斗爭(zhēng)的方法，是迎著大火的來(lái)向放火。

美洲草原發(fā)生大火的時(shí)候，人們就曾經(jīng)使用過(guò)這種方法來(lái)?yè)錅绱蠡?。關(guān)于這件事在庫(kù)帕斯所寫的長(zhǎng)篇小說(shuō)《草原》中有如下專門的描述：

老獵人突然采取了斷然的措施。

"是行動(dòng)的時(shí)刻了，"他說(shuō)。

"你想行動(dòng)已經(jīng)太遲了，可憐的老頭子！"米德里頓叫道，"大火離開(kāi)我們只有四分之五英里了，風(fēng)又是用這樣可怕的速度向我們這里吹！"

"是嗎？火，我也不怎么怕它。好，孩子們，別盡站著！現(xiàn)在馬上動(dòng)手割掉這一片干草，清出一塊地面來(lái)。"

在很短的時(shí)間里就清出了一塊直徑大約20英尺的地面。老獵人吩咐婦女們，說(shuō)她們可以用被褥把自己那些容易著火的衣服蓋起來(lái)，然后就領(lǐng)她們走到這塊不大的空地的另一邊去，做了這些預(yù)防措施以后，老獵人走就走到這塊空地的另一邊，那里大火已經(jīng)像個(gè)高而危險(xiǎn)的環(huán)墻，把旅客們包圍了。他拿了一束非常干的草放在槍架上點(diǎn)起來(lái)。容易燃燒的干草立刻融融地?zé)恕＠汐C人把燒著的干草扔到高樹叢里，然后走到圈子中央，耐心地等待著自己行動(dòng)的結(jié)果。

他放的這一把火貪婪地?fù)湎蛐碌娜剂?，一?huì)兒功夫草地?zé)恕?/p>

"現(xiàn)在你們可以看火怎樣跟火作戰(zhàn)了，"老獵人說(shuō)。

"這不是更危險(xiǎn)了嗎？"吃驚的米德里頓大聲叫道，"你不但沒(méi)有把敵人趕走，反而把它引到身邊來(lái)了。"

老獵人放的這把火越燒越大，同時(shí)向三方面蔓延開(kāi)來(lái)。但是在第四方向卻因缺少燃料，熄滅了。隨著火勢(shì)的越來(lái)越大，在火前面出現(xiàn)的空地也越來(lái)越大。這片剛出現(xiàn)的黑色發(fā)煙的空地，要比用鐮刀割的草地光得多。他們剛才清除出來(lái)的這塊地方就隨著從其他幾面包圍著它的火焰而擴(kuò)大開(kāi)去，要不是這樣的話，那避難者的處境是會(huì)變得很危險(xiǎn)的。幾分鐘后，各方面的火焰都后退了，只有煙還包圍著人們，但是這對(duì)于人已經(jīng)沒(méi)有危險(xiǎn)了，大火已經(jīng)瘋狂地向前面奔去了。

但是這種跟草原和森林大火作斗爭(zhēng)的方法，并不像初看的時(shí)候那樣簡(jiǎn)單。只有極有經(jīng)驗(yàn)的人才能利用迎火燃燒的方法來(lái)?yè)錅缁?，否則就會(huì)引起更大的災(zāi)禍。那么這位老獵人到底有沒(méi)有什么秘訣呢？

秘訣就在普通的物理知識(shí)里。因?yàn)椴还苁裁磿r(shí)候，火焰總是順著風(fēng)的方向的。以蠟燭的火焰為例來(lái)說(shuō)吧。火焰中的空氣受了熱（參與燃燒），體積膨脹，比重減小，于是上升；別處的空氣立刻來(lái)補(bǔ)充。這樣就形成了向上的微弱的風(fēng)，火焰自然也就向上晃動(dòng)。

在草原上的大火燃燒時(shí)，風(fēng)雖然是從燃燒著的草原那邊向旅客吹來(lái)，