正本清源说工业革命 (三) 火、枪炮与钢铁 一、火 如果说季风和洋流是大自然产生的外部驱动力,那么火,就是人类自己找到的内部驱动力。 可能有些人会说,火,有什么可讲的。 门口2块钱买一个打火机就有了,天天生火做饭,这么普通平常的东西,跟工业革命有什么关系? 当然有关系。 网上有很多人胡说八道,有的是蠢,有的是坏,更多的是无知。 比如有人就说了,中华文明的科技,从来没有领先过。 在他们眼中,世界上只有中国和外国两个国家,而所谓的外国就是指西方,具体来说就是西欧和美国。 他们跟苏美尔人比历史悠久,跟古罗马比建筑,跟古希腊比数学,跟犹太人比经商,说的好像似乎是那么回事。 一群人在那里吵一个下午,各说各的,一分钱没赚,还生了一肚子气。 因为双方都没有一个标准。 很多人看到近代科技的时候,用的是代际标准,来进行简单区分,比如第一次工业革命,第二次工业革命,十分好懂。 但是他们对于古代科技,就毫无头绪,最多说一个青铜时代和铁器时代,后面的事情就不知道了。 其实,这个事情,是有标准的,只是他们不知道而已。 世界上有很多事情,其实早就有答案,只是你不知道而已。 最可怕的事情是,有些路,早就被人判定了是死路一条。 但是你不知道,还在拼命努力。 世界的主线,无非是能量和信息两个维度。 从信息的角度讲,古代文明是否先进,主要就体现在“组织度”上。 比如说,皮萨罗入侵印加帝国成功,很关键的一点,就是在一次突袭行动中抓了印加帝国的皇帝。 印加帝国面对这种情况,居然完全不知道怎么办,很短的时间内就土崩瓦解。 “组织度”很难度量,这就导致众说纷纭。 事实上,中华文明的组织度绝对是比较先进的,比如文官制度。 真正具有明显 辨识力的角度其实是能量。 如果非要划一条线的话,那就是火的温度。 哪个文明中火的温度更高,哪个就更先进。 为什么说是火的温度呢? 因为热处理的水平不同,你的材料就有质的变化。 比如金属有一个熔点,青铜的熔点是800度,含杂质铁的熔点是1200度以上。 当火的温度达到800度的时候,你就能冶炼出青铜。 当别人还在用石刀石斧的时候,你就能带着青铜剑、青铜箭头、青铜头盔、马拉战车长驱直入了。 因为那个战车的车轴,需要青铜,否则根本承受不了太大的重量以及长途奔袭的磨损。 这就是第一次青铜革命,在当年,就是高科技了。 当火的温度达到1200度的时候,你就能炼出一种质优价廉,改变世界的金属。 那就是铁。 其实青铜未必不如铁,但是铜是贵金属,而青铜里面要掺杂的锡比较稀少。 这导致青铜不能大规模应用,做做兵器和礼器还行,比如青铜剑和祭祀用的鼎。 但是大规模的生产农具就勉为其难了。 铜为什么是贵金属? 铜矿的分布非常广泛,但是铜矿的品味实在太低了。 一般来说,铜矿的品味是达到1%,那是富铜矿了,达到0.7%就有冶炼价值了。 那么铁呢? 铁,属于黑色金属,特点是便宜,铁矿的分布非常广泛,而且品味极高。 世界上铁矿平均品味是约49%,富铁矿可以达到50%以上甚至70%。 与铜矿相比,高了70倍的量级。 有了铁之后,各种武器、农具才能大规模生产。 比如中国的江南地区,没有铁之前,是很难开垦的。 因为那些藤蔓、灌木,没有铁器,根本搞不定。 在战争中就更不用说了,铁兼具硬度和韧性两个特点,是上佳的兵器材料。 在古代,“削铁如泥”的神兵利器是存在的。 比如《权力的游戏》中的瓦雷利亚钢,做出的剑连异鬼都可以杀死。 整部剧里面瓦雷利亚钢剑都没多少,只有领主才有,其原型就是大马士革钢。 这些神兵利器就是杂质非常少,碳含量适中的铁,甚至有些还含镍,是不锈钢。 这玩意在当时非常稀缺,价格自然水涨船高。 你想,一方因为火的温度不够的话,做出来的剑杂质很多,非常脆。 一方火的温度足够高,做出来的剑杂质少,硬度高韧性高。 你一剑砍下去,对方的剑就会像玻璃一样破碎,只能引颈受戮。 所以,你一个可以打对方好几个,势不可挡。 铁器相比青铜,是量级发生了变化。 这就是第一次铁器革命,这个转变后面会再发生一次。 如果冶炼青铜,采用普通的火,就能达到800度,但是如果要达到1200度,那要采用什么方法呢? 答案是:鼓风。 你得往炉子里面吹空气,让燃烧剧烈发生,才能将温度提升到1200度高温。 所以,风箱在当时才是高科技。 西方的风箱,包括古希腊的风箱,都是那种皮囊做的、手风琴式的风箱。 这种风箱,只能达到1200度左右,根本不能把铁融化。 有人说,在电影电视纪录片里面看到古代炼铁,有那种炽热融化的东西。 那是炉渣,根本不是融化的铁。 所以那个时候西方炼出来的铁是那种固体的“海绵铁”,就是一块铁上面有很多空洞。 这种铁需要长时间的锻造除去杂质,才能生产出可以用的铁器。 人生三苦,撑船打铁磨豆腐,都是极其消耗人体力的劳动。 而中国采用的是“双动活塞式风箱”,其鼓风效率更高,可以直接将温度提升到1200度以上。 铁的熔点是1538度,但是含有杂质的铁熔点没那么高。 中国人还找到了添加萤石、石灰石等方法提高炉火的温度。 所以,中国是可以将铁直接融化的,这样冶炼出来的铁质量更高。 如果将炉火的温度再提高,达到1300度以上,那么就能烧出瓷器。 必须要达到这个温度,否则瓷器,尤其是白瓷,需要达到1350度以上。 那现在问题来了. 炼铁,你可以搞很多手工作坊,让人来鼓风。 瓷器,那可是大规模制造,怎么持续鼓风,还要达到1300度高温呢? 秘密就在瓷窑上,特别的巧妙。 比如这种瓷窑,烟囱其实是很高的,达到10米以上。 我们知道,空气加热会变轻,比如热气球,就是这个原理。 当你在火膛中点火的时候,下面的空气被加热变轻,就像热气球里面的空气一样,需要向上跑。 热空气经过窑室,再经过烟囱排出来,就形成了强大的鼓风效应。 你只要烟囱够高,空气之间的温差够大,那么鼓风的效果就特别强劲,直接将火的温度提升到1300度以上。 现在也有人设想用这种方法发电,比如在沙漠里面用太阳能加热,然后通过烟囱排出气体,推动涡轮发电。 所以,不得不承认,烧制的瓷窑,其实是一种动力设备,只是没有转变成机械能。 瓷器,就是科技领先的明证。 这些都是极其有效的生产力。 西方很早就用上了中国的瓷器,很长时间内自己就是搞不出来。 温度不够,是很大的一个原因,但是并非唯一原因。 二、枪炮 火除了提升温度以外,还有一个方向,那就是燃烧。 燃烧,也是有学问的,而且不是简单的学问。 火药的原理,就是一种燃烧,只不过是一种极为猛烈的燃烧。 鼓风,主要通过空气,增加木材的氧气接触面,增强燃烧提升温度。 那么如果在一种燃烧过程中,直接添加氧气,那不是燃烧的更猛烈? 黑火药就是这样的。 黑火药,是有三种成分按照一定的配比组成的,包括硝石、硫磺、木炭。 那么,请问,黑火药在真空中,比如说在月球上,能不能燃烧? 可以。 因为黑火药中的那个硝石,就是自带的氧气。 所以,在太空中,枪是可以发射的,密封性好,在水下也可以发射。 有很多人小时候玩过鞭炮烟花,可能会觉得黑火药不过如此,所以得出中国人发明火药只是用来做鞭炮的结论。 在他们的想象中,似乎火药技术传递到西方,就是像传递小纸条一样,上面写了一个秘方:硫磺一硝二炭三,然后西方就学会了。 大错特错。 你想的太简单了,任何一个体系都不会这么简单。 要制作枪炮要用的黑火药,远远比你想的要复杂。 我们这里只是说一个大概。 首先,要解决纯度的问题。 你要将硝石加热溶解,然后冷却,硝就会重结晶,你需要反复重结晶至少3次,就能得到纯度比较高的硝,过程极为繁复。 当然,4次或者更多次重结晶就更好了。 硫磺、木炭的也要精加工,提高其中的纯度。 然后是三种材料的配比要搞对,否则要么威力小,要么不起作用。 最后,也是最重要的一点,就是“颗粒化”。 就是将配置好的黑火药做成面饼一样的东西,然后磨碎,再拿筛子筛出同样大小的颗粒,就形成了“麦粒火药”。 为什么要进行“颗粒化”呢? 假设将没有颗粒化的火药装在桶中,在运输的过程中,三种黑火药的材料就会分层,那么配比就发生了变化,那就根本不好用了。 重要的一点是,即使黑火药的三种成分没有分层,也存在一个严重的问题。 在枪炮中,火药塞的太松,威力不够大,塞的太紧,火药的燃烧就会像点烟一样,从一头烧到另外一头,燃速太慢。 将火药进行颗粒化之后,大大增加了火药的表面积,火焰的扩散速度是360度的。 这是一种胶囊化的做法,把火药的配比直接锁定。 麦粒火药相比普通火药粉,性能要高出2-3倍,再加上纯度等其它工艺,就远远超出3倍了。 这整套工艺是中国人发明的,然后通过阿拉伯人传给西方。 西方是学了整套工艺,而不是几句话。 我就不引经据典拿什么《武经总要》来论证了,大家也看不懂。 说一句话你就明白了,可以明显看出,黑火药的工艺就是中药的制作流程。 只不过,硝石的提纯,中文叫煮硝和熬硝,而不叫重结晶。 因为火药,它本质其实就是一种中药,但是是要你命的药。 1840年,第一次鸦片战争的时候,英国人使用的就是这种麦粒黑火药,而不是某种新发明的无烟火药。 西方发明新的火药,那要等到1871年,法国人发现苦味酸的新用途了。 第一次鸦片战争,满清和英国之间,其实没有太大的技术代差。 因为英国人还是用黑火药,还是用风帆战舰,蒸汽船只有几百吨,还不堪大用。 现在问题来了,那满清怎么打不过英国人? 答案是:不给钱。 拿黑火药来举例,上面拨下钱来,满清亲贵贪一部分,兵部工部贪一部分,到了工匠手上,还剩几个钱? 工匠能给你做出来不错了,还给你重结晶三次?四次? 这跟贾府一样,上上下下都在糊弄,没有几个人认真负责。 这完全不是啥制度问题,而是王朝末期的征兆。 英国则完全相反。 在电影《怒海争锋》中,风帆战舰上的生活,还是比较艰苦的。 但是战舰上的将领,比如船长、大副二副,都是英国贵族,有些非常年轻,长的跟小孩一样。 有些人,还是船长的朋友托关系带上船的。 那个英国舰长非要追击法国风帆战舰,明明自己的战舰老化,不如法国的先进,甚至法国军舰已经走远,他还不惜远征追击。 为什么? 他们实在给的太多了。 英国在海上贸易发了一笔横财,非常舍得给钱。 1761年,英国国王乔治三世买白金汉宫花了2万英镑,还是分期付款的。 我们可以用这个作为一个单位,2万英镑=1宫。 英国海军的大统领们,只要赢了某些海战,俘获了敌舰,奖励都是3宫、4宫、5宫这样的。 就算是普通水手,赶上一次这种机会,能赚几辈子花不完的钱。 另外,在船上,晋升的速度非常快。 在电影里面,他们俘获了一只法国风帆战舰,一个小伙马上就升任船长了。 这是真实存在的。 海军太有钱,对外给出了大量的制造订单,不光是造船,还有火炮。 这就导致炼铁、机械加工工业突飞猛进。 早期的火炮,有不少是青铜制造的,有些是铜做的内层炮管。 原因是铜的韧性非常好,青铜熔点低,容易冶炼。 铁的冶炼比较复杂,几千年里面,人类并没有完全掌握。 长期来说,就是时灵时不灵的,有的时候炼出来的铁非常不错,有的时候一塌糊涂,非常脆,容易炸膛。 原因是温度不够,铁的杂质很难处理,其中碳的含量很难掌握。 比如说,你拿到品味高的铁矿,就炼出好铁了,用同样的方法,再来一炉子铁,结果就很差。 因为你这一炉子,铁矿的品味很差。 这个问题,人类很晚才完全搞懂。 如果是大规模使用,必须要攻克这些难题。 随着火药性能的提高,海军用的重炮,必须要承受很高的温度和压力,还要有比较好的气密性。 这就对铁的冶炼、铁的加工,铁的大规模使用提出了要求。 这就是第二次铁器革命,再次从青铜转向铁器。 第一次可以,第二次为什么不可以? 第二次铁器革命,是蒸汽机诞生的重大前提。 没有火药,就不可能有第二次铁器革命,也就没蒸汽机。 讲工业革命,不讲火枪火炮,那就绝对是搞错了路子。 三、钢铁 从温度这个线索来说,我们可以精确的判断出,西欧的科技是什么时候达到和中国持平的。 答案是:1709年,就是康熙四十八年。 那一年,康熙下令修建了圆明园。 那一年,德意志地区的炼金术师伯特格尔利用一个炉子,第一次做出了白瓷。 那个炉子,是利用聚光镜的原理,达到了1648度的高温。 这个温度已经超过了铁的熔点1538度。 但是达到这个温度,只是小规模范围内的。 那一年,英国的亚伯拉罕.达比,第一次用焦煤作为原料炼铁,让炉火的温度剧烈升高,开始了西方的大规模炼铁的时代。 这个时候,西欧才和中国的炼铁体系持平。 伯特格尔和亚伯拉罕.达比在不同的地区,完全不同的领域,做出了提升温度同样的改进,这说明西欧整体的科技积累已经足够提供一个土壤。 开始,英国采用马拉水车抽水,水力带动鼓风机,对高炉进行鼓风,找到了一条提高炉火温度的路。 纽科门蒸汽机发明之后,英国的钢铁行业就采用纽科门蒸汽机抽水,再用水力带动鼓风机。 铁的质量问题还是没有得到完全解决。 由于海军的巨量订单,他们的机械工业的诞生,加工水平突飞猛进。 比如说火枪和火炮,用当时的铁铸造,会导致枪管和炮管很多地方不均匀,气泡和砂眼多,容易炸膛。 英国人想到一个办法,那就是先铸造一根实心的圆柱体,然后在上面钻孔,再用镗床加工光滑。 没有这个技术,蒸汽机不可能做出来。 1776年,瓦特搞出的蒸汽机,先用的是苏格兰最大的钢铁厂铸造的汽缸,已经是该厂最好的产品,但是并不能用。 采用威尔金森的汽缸,才勉强达到要求。 这两家厂,都是造枪炮的。 所以蒸汽机源于火炮,不是一种说法,而是无可置疑的事实。 从这件事情我们可以看出,蒸汽机出现的真是不早不晚,刚刚好。 这不仅仅是英国,而是整个西方对于铁这种黑色金属进行投资的结果。 发明可以是偶然的。 但是要大规模应用,绝对离不开当时的科技和经济条件。 否则,再好的发明,也就成为一个玩具,消失在历史的长河之中。 1776年,瓦特的蒸汽机开始商用,英国钢铁厂直接采用蒸汽机对高炉进行鼓风,炉火的温度提升的很高。 从此蒸汽机开始了自我进化之路。 这个模式是这样的。 第一层循环: 蒸汽机为煤矿抽水和运输->产生更多的煤->更多的煤产生更多的焦煤->更多的焦煤+以蒸汽机为基础的更好的鼓风设备->更好的铁->更好的机械加工->更好的蒸汽机。 这个是指数级别的增长。 第二层循环: 贸易需要更高的产能->更多的蒸汽动力->改造更多的行业->更大的市场->更多的钱->更高的产能。 这个也是指数级的增长。 一个增长引爆另外一个增长。 蒸汽机的发明,让人类进入了研究火的第三个层次:热。 这个学问,现在就叫《热力学与统计物理》。 那这个有什么用呢? 就是所有热力发动机的基础,非常的难。 这个难度怎么说呢? 你得对高等数学像加减乘除那么熟悉,才能看懂,能看懂而已。 在那个年代,你每隔十年不进步,部队就会变成土鸡瓦狗,被人打得屁滚尿流。 只有现代化,没有西化。 西方的传统,是先被摧毁的,然后才来到东方。 Karl marx说:火药把骑士阶层炸得粉碎。 火药,这个来自东方的神秘力量,终于永久的改变了世界。 1856年,当贝塞麦发明了炼钢的有效方法,20年之后,人类终于找到了钢铁的秘密,不再时灵时不灵。 真正将炼钢的遗留问题解决,那都到1952年了。 (未完,但是这个系列暂时不会发了) |
|
来自: sunflowerw386w > 《水库》