人类取火进阶史:发明出了打火机,为何没有淘汰火柴?

人类取火进阶史:发明出了打火机,为何没有淘汰火柴?

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作为一种物质燃烧过程中所产生的强烈氧化反应,火在地球上存在的历史或许远比人类想象的更为漫长。但是在亿万年的演化岁月中,那些源于太阳照射、岩浆喷发和自然放电所蔓延而成的火焰,纵然绵延万里,却也最终不过来去匆匆。直到人类这一物种的出现,火的燃烧才得以生生不息,甚至一度成为被膜拜的神明……

人类取火进阶史:发明出了打火机,为何没有淘汰火柴?

2004年3月25日,雅典奥运会的圣火采集仪式在古奥林匹亚赫拉神庙举行,由希腊演员塔利亚·普罗科皮扮演的女祭司将火炬放入容器中,利用凹面镜汇聚太阳光采集圣火

人工取火和“火纪元”的出现

透过悠久的文字记载,我们从中国古书之中依稀可以看到人工取火在远古时代的发展历程。如先秦典籍《韩非子·五蠹》中便有:“(上古之世)民食果蓏蚌蛤,腥臊恶臭而伤害腹胃,民多疾病。有圣人作,钻燧取火以化腥臊,而民说(悦)之,使王天下,号之曰燧人氏。” 对于钻木取火的伟大意义,恩格斯评价:“就世界的解放作用而言,摩擦生火还是超过了蒸汽机。因为摩擦生火第一次使得人支配了一种自然力,从而最后与动物界分开。”

除了通过木料之间持续高速摩擦的钻木取火之外,利用石块之间相互碰撞的击石取火也在人类进入石器时代后逐渐盛行起来。上述两种方式虽然看似简单,但要真正通过那点点的微弱火星引燃木屑、干草、鸟窝等物,进而燃起熊熊大火,仍需要丰富的经验和十足的耐心。是以,中国从“三皇五帝”时代开始,便专门设立了主管与火有关事务的岗位——“火正”。

最早以“火正”身份为后世所熟知的,是“尧帝”放勋的异母弟“阏伯”契。据说契精通天文,通过筑造名为“阏伯台”的天文观察站,契逐渐摸索出了一些天体的运行规律,并以其中一颗名为“大火星”的恒星出没,作为指导农耕的“火纪元”的始终。

所谓的“大火星”指的是中国古代二十八星宿中东宫七宿中的心宿二,也就是西方黄道十二星座中天蝎座的α星。作为一颗超巨星,“大火星”的半径约为太阳的883倍,亮度更大约是太阳的1万倍。因此,尽管距离地球有约550光年的距离,它依旧是人类肉眼可见的夜空中第16亮的星。

依照“大火星”每年的运行规律,契指导中原的百姓实行火耕。其运作模式被后世归纳为:“建辰之月,鹑火星昏在南方,则令民放火。建戌之月,大火星伏在日下,夜不得见,则令民内火,禁放火。”(《春秋左传注疏》)也就是说,每年农历三月春分时间“大火星”出现时,百姓便可放火烧荒;而当“鹑火星”出现、“大火星”于黄昏时便消失在地平线上时,人们便只能在家生火,而不许在外放火。“鹑火星”指的是二十八星宿中南宫七宿中的柳宿,其出现之时已是秋分时节,随着天气日益干燥,继续在野外放火的确存在引发大规模火灾的风险。

契的这套历法由于简单易懂,而为后世所沿用,加之商汤部落追认其为先祖,这种将“大火星”第一次出现于黎明前的月份定为一年岁首的历法被沿用下来,成为“殷历”的基础。而“大火星”也由此被改名为“商星”。有趣的是,随着契被商朝天子钦定为 “商星”的人格化代表,其弟实沈也被选定为了西方白虎七宿之一的“参星”的人格化代表。

不过这样的安排并非是由于实沈做出过什么有益于人民的贡献,只是单纯因为商星和参星位于天文学上的黄道的东西两端。每当商星从东方升起,参星已没于西方的地平线下,而当参星从东方升起,商星也没于西方地平线下,二星在天空中绝不会同时出现,便犹如子契与实沈两人虽为兄弟,但彼此仇视,水火不容。是以,杜甫有诗云:“人生不相见,动如参与商。”

金属时代的生火方式

随着来自陕西平原的姬周政权推翻商王朝,以土圭测日影来确定夏至、冬至的周历也由此取代依照“大火星”运行规律所制定的“殷历”。而正是缘于对太阳的长期观测,周代诞生一种新型的取火工具——“阳燧”。

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铜阳燧,西汉,高2.1厘米,直径8厘米,1988年江苏邗江县甘泉乡姚庄西汉木椁墓出土,现藏扬州博物馆

从考古发掘来看,所谓“阳燧”其实是一种曲率很大的凹面铜镜。此类产品今天或许并不稀奇,但在当时却是实实在在的“国之重器”。据《周礼》记载,周王朝设立专门的“司烜氏”掌握此物,每每征战或行猎之际,“司烜氏”的官员都会“左佩金燧(即阳燧)、右佩木燧”,以便随时取火。

进入春秋之后,周王室权威不再,阳燧的使用也被进一步推广,齐国工匠所编撰的《考工记》便记录了“阳燧”的制作工艺。战国时期,学者墨翟更对平、凸、凹镜的反射原理、性能、成像进行分析研究,并详细记载于《墨经》之中。但也正是在这一时期,阳燧开始逐渐被新兴的火镰所取代。

随着战国时代冶金业的高速发展,铁制农具开始普及。久而久之,人们发现铁与石头相击比石头与石头相击更容易产生火花,而且火星更旺,于是便逐渐发明了火镰取火以及火折存火的方法。

为了强化火镰取火的效率,又诞生出与之配套的“火石”与“火绒”。火石一般选用由石英变种的硅质燧石,若无燧石也可用鹅卵石充当。这些鹅卵石一般产自河滩,经过河水冲刷并由于石头间相互碰撞、摩擦留下的质地比较坚硬,能够在高速撞击时产生火花。而“火绒”则大多采用艾蒿的嫩叶。作为菊科多年生灌木状草本植物,艾蒿自身便有抗菌、防霉、防虫、镇咳祛痰的功效。因此,在春夏之末将其叶片采摘晾干或阴干后用手揉成絮状,便可用作火镰的引火之物。

火镰具体诞生的时代,虽已不可考,但其真正大行其道却是在宋代火药被发明之后。而随着明末烟草被引进中国,使得火镰大放异彩。这一时期的火镰,为了满足不同的需求,被增添了大量个性化的设计。如火镰的体量大小、敲击火石的朝向,都可以根据使用者的习惯喜好定制。

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维京人的火镰。随着冶金业的发展,人们发现铁与石头相击比石头与石头相击更容易产生火花,而且火星更旺,于是便发明了火镰取火,此法在古代世界很是盛行

普通的火镰,除刀刃部分外都会用皮革包裹起来,方便使用者持握、敲击取火,顶端的位置还设有系绳的孔扣,可用绳子悬挂在身上或装入特制的荷包中。而一些世族贵胄、富商大贾为了彰显身份和富贵,会用金银或白铜制作火镰的持把,在上面雕饰各种吉祥图案,或者镶嵌玛瑙、红珊瑚、绿松石之类的宝石,使之炫目耀眼。一些悬系火镰的绳带,也是用银子打造连缀而成,极显奢华之气。在社会生活中,火镰于实用性之外,还有身份道具的作用。

与火镰相配套的火折则是一种易于携带的简便照明和取火用具。较好的火折子制作方法是以白(红)薯蔓浸入水中泡浓,取出捶扁,再泡加棉花、芦苇缨子再捶,晒干,加硝、硫磺、松香、樟脑等易燃物质和多种香料,最后折成长扁筒或拧为绳放在竹筒里,用时取出一晃即燃。

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清乾隆帝御用火镰荷包、火镰、火绒和打火石,现藏台北故宫博物院

随着火镰、火折等人工取火工具的普及,火在中华文明各个领域都得到了广泛应用。从烧制陶器到后来的瓷器,都离不开火。景德镇的窑火千年不灭,制作出大量生活用瓷和艺术品;在冶炼方面,从炼制青铜到炼铁术的发明,使农具、工具、兵器的制造工艺都有了不断进步,促进了生产力的发展;中医更开创了火针、燎灸等手段用于治病;甚至早在东汉年间,中华民族便已然开创利用岩石热胀冷缩的原理进行开山或采矿的“火烧水激法”。可以说,中华民族在古代所取得的辉煌成就,大多离不开对火的精妙运用。

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火绒袋,19世纪。火绒作为火镰的引火之物,大多采用艾蒿的嫩叶制成,一旦遇到火星就容易点着

火柴和打火机的发明及运用

尽管火镰的发展已至极限,但是随着使用更为简便的现代火柴的出现,其还是很快被时代所淘汰。火柴的出现据说可以追溯到古罗马时期,据说当时一些小贩,将木柴浸泡在硫磺中出售。这种被浸泡在硫磺中的木柴本身并不起火,而是可以用来引火。人们用铁块撞击火石,让溅出的火星落在这些木柴上,就能获得火种。到了中世纪时期,欧洲人又用芦苇取代木柴,成为引火的材料。

虽然中国南宋时期也曾出现过“削松木为小片,其薄如纸,熔硫磺涂木片顶端分许,名曰发烛,又曰粹儿”(元代陶宗仪《南村辍耕录》)的原始火柴,但由于现代化学研究的缺位,现代火柴最终还是首先出现在文艺复兴后的欧洲。

1669年,德国炼金术师亨尼希·布兰德(Hennig Brand)在寻找能够将贱金属变成贵金属的“魔法石”,意外提炼出了黄磷。布兰德对于这一结果颇为失望,草草将自己的试验成果以200塔勒的价格出售掉,后来者却利用黄磷极易氧化发火这一特性,将其用于火柴的改进。

1826年,英国药剂师约翰·沃克(John Walker)通过将氯酸钾和三硫化锑用树胶粘在小木棒的一端,干燥后与砂纸擦划而生产出了第一种实用性的现代火柴。为了增加火柴的稳定性和易燃性,1831年,法国人查理·索利亚(Charles Souria)选择了用黄磷替代三硫化锑,制成黄磷火柴。由于这种火柴到处都可以划燃,又被称为“摩擦火柴”。

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19 世纪 20 年代的黄磷火柴,通过使用末端涂硫磺的火柴在内壁涂磷的瓶内刮擦点燃

黄磷火柴不仅容易引起火灾,而且药头有剧毒,7个药头就可以致人死亡。1855年,瑞典人伦德斯特洛姆(Johan Edvard Lundström)改进了火柴的设计,他将氯酸钾和硫磺等混合物用胶粘在小木棒上,而将赤磷涂在火柴盒的侧面。干燥后,只有火柴头在磷面才能划燃。这种“安全火柴”很快便获得了市场的欢迎,甚至在英国使臣将其当作贡品献给道光皇帝时,简单的当场演示便令“士大夫见之莫不惊奇,叹为鬼物”。

惊叹归惊叹,中国人对于这种新鲜事物的接纳程度却相当高。仅1867年一年,中国便进口7.92万罗(每罗12打,每打12盒)西方火柴。大江南北的中国人依照各自的方言系统将其称之为“自来火”或“洋火”。因此,1877年在上海成立的中国首家火柴厂也被称为 “制造自来火局”。

在过去将近200年的时间内,火柴成了人民生活中必不可少的取火工具,男人点烟、女人做饭,火柴不离手。但是随着打火机的普及,火柴也逐渐退出了历史舞台。

原始的打火机是一套火枪式打火装置。1823年,德国化学家德贝赖纳 (Johann Wolfgang Döbereiner)在实验室发现氢气遇铂棉会起火,于是研制了一套由玻璃筒、硫酸、铂棉、锌片等制成的装置,因体积大、易破碎、硫酸溢出有危险等原因,没能普及使用,但它却是世界上第一只打火机。1903 年,韦尔斯巴赫 (Carl Auer von Welsbach)研发的铈铁使制作现代打火机成为可能。当被摩擦时,铈铁会产生火花,点燃打火机燃料。1920年,法国出现了灯芯式打火机,后来,人们将灯芯浸苯改成苯打火机。

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德贝赖纳的打火机。1823年,德国化学家在实验室发现氢气遇铂棉会起火,于是研制了一套由玻璃筒、硫酸、铂棉、锌片等制成的点火装置

第二次世界大战期间,弹药专家使用压电效应引爆炸弹。在炸弹的前端装上像酒石酸钾钠和一些陶瓷类晶体,受到强力冲击时,会在瞬间产生高压电荷,引爆炸药。战后,日本成功地将压电效应应用在打火机上,在三四万分之一秒内产生6000─8000伏高压,使产生的火花点燃丁烷,省去了干电池或火石。

由于电子打火机成本较高,战后中低端打火机市场几乎为气体燃料打火机所垄断。这种打火机将从天然气中提取的丁烷气压缩到打火机中,使用时,丁烷气体从打火机的顶端喷嘴中喷出,由打火装置点燃,火焰的大小可通过调节喷气量来控制,丁烷气体用尽后,可从打火机底部的活门装填。

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第一次世界大战期间制造的打火机,刻有“凡尔登”字样

尽管打火机的功用较火柴有了巨大的进步,但在现实生活中却没能取代火柴。毕竟在使用火柴的年代,用来点煤气灶所消耗的火柴占火柴总量的大部分。当时一般火柴一盒有50至100支,而灶用火柴多是500支一盒,量多耐用。20世纪后期,煤气灶大部分用上了电打火的点火器,旋动旋钮打开煤气的同时便可自动点火。

自20世纪后期开始,世界科技有了突飞猛进的发展,特别是电子和微电子技术的迅速发展,使各个产业中点火方式也都向电子化和自动化发展。其实在发动机发明后不久,汽车、轮船、飞机等使用的发动机已实现了电点火。当汽缸中充满压缩燃料气体时,电火花点燃气体,瞬间体积膨胀,产生巨大动力,驱动汽车轮子转动。

目前,在矿山开矿、隧道工程、开山修路、河道除礁等诸多爆破作业中,大部分采用电点火引爆以求安全。在定向爆破、集中销毁不合格鞭炮、销毁毒品等场合,不仅采用电点火,还逐渐采用无线遥控远距离爆破,以保证更加安全。现代化钢厂的炼钢炉点火、大型体育运动会主火炬点火也都采用高科技的自动点火方式。

火,作为人类所能支配的第一种自然之力,不仅几乎陪伴了人类的整个“孩提时代”,更以其特有的方式促进了文明的发展进步。它,是人类最为温暖的伙伴,却也同时会成为最无情的敌人。除了因天灾人祸所引发的熊熊烈火会燃尽一切之外,火在化学反应中所释放的二氧化碳,也正是造成地球“温室效应”的重要推手。

在可以预见的未来,人类或许还无法真正脱离火的帮助。但可以相信的是,随着全人类环保意识的增强和技术的革新,我们最终将走上一条去弊存利的康庄大道……