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第51章 科技·发明(1)

001、火的使用

人类最早食用的是一些生的食物,这说明那时的人类还处在“茹毛饮血”的时代。生吃东西不但对身体的消化吸收很不利,对大脑和体质也会产生坏的影响。

在气候非常干燥的季节里,雷电往往会使森林出现大火。人类逐渐发现,在寒冷的天气里,接近燃烧的森林却感到身上非常暖和。那些来不及逃跑的动物被大火烧死了,人们还发现,动物肉如果被火烧过,闻起来非常香,肉质也非常软嫩,既好吃也好消化。

最初,人们把燃烧的木头运回山洞。没过多久,人类就学会了控制火,并从远处找来木柴烧火、取暖、做饭。

在50万年前北京人居住的洞穴里,考古学家发现了几层灰烬,最上一层的灰烬还分成两大堆。这些迹象表明,北京人不但懂得如何用火,还学会了保存火种,从而具有管理火的能力。

根据资料记载,原始民族最古老的保存火种的方法,就是利用篝火的方式。人们总是向燃烧着的火堆中投放一些木柴,好让火焰燃得高些,不用时用灰土盖上,使它慢慢阴燃,再用的时候就将灰土扒开,添上柴草使它燃得快些。

人们在加工燧石的时候,发现会出现火花四溅的现象。同时,当钻木、锯木、刮木的时候,木头本身会产生热量,甚至会产生烟火。通过这些启示,再经过长期的经验积累,人们逐渐想出了人工取火的方法。

在中国的古代典籍中,记载着燧人氏教老百姓“钻燧取火,以化腥臊”的传说。这种取火的方法,是寻找一块干燥的木头,在上面先打出一个小洞,然后用一根质地很硬的尖木棍,插在小洞里来回用力进行转动,摩擦发热,直到木头冒烟,形成珍贵的火种。

在大洋洲以及印度尼西亚的一些原始部落中,直到现在,人们还使用火犁作为取火的工具。火犁的结构包括一块带槽的木板和一块普通的木块。取火的人拿起木块,在木槽中反复摩擦,导致温度不断升高,形成火苗。

在东南亚和印度尼西亚地区,人们还发现了火活塞。这是一个竹筒和一个能通过压力给空气加热的活塞。在印度尼西亚地区,人们也发现了各种各样的古代取火工具。通过这些可以知道,人工生火的革新也许就在这一地区最先发端,然后向外传到世界各地。

火镰也是一种奇异的生火器具,它一直使用到19世纪火柴被发明的时候。在17、18世纪时期,欧洲人与土著美洲民族进行贸易时,还将火镰打火机当做一种颇有价值的商品。

002、犁的由来

人们定居生活后,农具突然增多,这是因为农业生产已成为人们维持生活的主要手段。那时候,耒、耜是人们主要的耕作工具。

“耒”这种农具,其前身就是挖草根的尖木棒,经过长时间的发展,这种尖木棒的下部逐渐绑有踏脚横木,后来下部变得膨大,而且增加了一对齿。耜的功能主要是掘地,是由石片演化而来的,它是由绑于小木棒上的石片组成的。这两种工具各有长处,结合在一起就成了“耒耜”,也就是犁的最早雏形。

据典籍记载,在夏朝时,人们就“始作牛耕”。既然耕田用到了牛,自然就有了犁。春秋战国之际,牛耕得到了大范围的推广,这个事件有相当重要的意义。在今河北易县、河南辉县,还有陕西关中各地,发现了很多战国铁犁铧,说明那个时候犁已不再用石料制作,而是开始用铁作为原料。

从耒耜到铁犁、从人耕到牛耕的发展,称得上是农业生产技术的重大变革。

两汉之际,全铁制成的犁铧出现,人们还加置了犁壁,使犁在翻土中的起垄效果大大提高。后来,人们还开动脑筋,创制了用于开沟的巨型铧,重量足有15公斤。

那时候,有一个官员名叫赵过,他将改进的耦犁予以推广。这种新犁需要二牛三人,由一人扶犁,另二人各自牵着一头牛。后来改用二牛一人,犁上还安装了犁箭,对耕犁的深浅进行调节。最晚在西汉末期,一人一牛的犁耕法已经出现。这种牛耕形式已经非常成熟,直到今天还被沿用。

在宋元两代,人们创造了耕犁挂钩和软套,这也是对农具的重要变革。挂钩和软套组合的装置将犁身和伏牛工具分隔开来,克服了犁身庞大,回转不便的缺点。这样一变革,耕犁不但适用于水田、平地,还能在山区的小块坡地上使用。

带有犁壁的中国犁,在17世纪由荷兰海员传入欧洲。这种犁经过大量的仿制,使欧洲的农业革命得到了极大的发展。

003、镰刀的由来

人们最早使用镰刀来收割庄稼,大约是在公元前9000年到公元前7000年之间。巴勒斯坦的纳图夫人使用的镰刀,是在牛角、骨头或木上安装磨尖的燧石片,然后用树脂、沥青使镰刀头在柄上紧紧固定。

考古学家通过辛勤工作,已经挖掘出那个时期的镰刀。那时的镰刀有着非常小的镰刀头,说明人们在收获庄稼时是用一只手将庄稼紧紧握住,然后用镰刀像拉锯一样把庄稼的头锯下来。

从公元前8000年的2粒小麦,到下一个千年的多颗粒小麦,随着粮食品种的进步,镰刀也在缓慢地发生着变革。随着金属如铜和铁的发现,更大而且效率更高的镰刀出现在农耕者的手上。这些镰刀能一下子把庄稼割断,使用效率大大提高。

004、播种机的由来

千百年来,农民喜欢用手撒的方式来播种。这种播种的方式显得很杂乱无章,而且会使许多种子浪费掉。因此,人们总是希望探索出一种更加巧妙的播种方法。

最早的播种机可以追溯到公元前1000年。那时,美索不达米亚人发明了一种机器,它是在犁头上安装了一个带小孔的木制部件,种子通过这个小孔,源源不断地流出来。

现代播种机的发明,应归功于英国人杰思罗·塔尔。他是个音乐家,当过律师,对农业却一窍不通。他在一个不大不小的农场上成为一个坐收粮食的“阔佬”。他完全没有必要去种庄稼。但他对农业有着浓厚的兴趣,他在自己的农场试种三叶草,邻居们都嘲笑他,把他形容为“老爷农民”。

塔尔非常喜欢思考问题。他经常设想,要是发明一种机器在土地上进行大面积播种,就能运用自己关于农业的理论,还可以减少雇工的数量,降低耕种成本。

有人在他之前进行过研究播种机的试验。那人造了一辆带轮子的车,车上有个装种子的容器。车轮开始转动时,种子就通过容器下面的金属管,或者空心犁刀往下掉。犁刀在地上犁出一条小小的犁沟,种子就掉进犁沟里。后面还有一个耙子,再把犁开的泥土耙回来,严严实实地盖住种子。他称这辆奇怪的车为播种机。

这种设计思想颇有可取之处,可它却很难真正应用于实践,原因是它对种子从容器掉进土里的速度难以实施有效的控制。

1701年,塔尔通过不断试验,终于将这个问题给解决了。他从管风琴传声结构的作用原理中得到重要启示,以管风琴共鸣板上的槽、簧片和弦为原料,组装出第一台播种机。这种机械用马来牵引,种子从漏斗中掉入一些小管子之中,一行行地播入地沟,再用一种小铲在行间翻土,将种子盖上。

塔尔还认为,把播种机和畜耕系统予以结合,能使耕作形式发生重大变革,如果把点播改成条播,就会使除草和松土变得更加方便。由于他主张将自己的这种播种机用于条播,因而这种机器又获得了“条播机”的称号。

在19世纪初的英国,播种机已经得到了普及。

005、收割机的由来

收割机的最早使用者是高卢的农夫。这种机器是一个有两个轮子的手推车,形状与马车非常相似,由马、牛来牵引,车前安装着一副铁齿。铁齿能把玉米剪断,玉米棒子很快掉进车里。

1814年,一位热衷发明的职业演员在舞台上用自己发明的收割机,来演示怎样收割庄稼。但是,真正实用的玉米收割机却是苏格兰人帕特里克·贝尔的创造成果。

那是1826年,他制作了一些三角刀,在收割机前面的两根水平杆上安装停当,上面的那根杆由两个啮合车轮带动进行往复运动。转动的翼板帮助把玉米送向剪刀。每刈一次,都由帆布圆筒将它们放倒在一边。但是,由于资金不够,他制作的收割机材料很差,做工过于粗糙。更令他没想到的是,没有一家公司愿意生产这种东西。

1832年,贝尔带着他的收割机来到美国。他每到一处,就多费口舌,向感兴趣的人们一再介绍。这样一来,虽然他自己并没有获得多少收益,却对收割机在美国的普及起到了促进作用。

在贝尔收割机的基础上,美国人麦考密克和赫西经过不断研究,制造出新的收割机,使这种机器的效率大大提高。1851年,他们将自己发明出的新机器带到了英国,并在那里争取到了专利权。

三年后,美国芝加哥的摩尔和海斯考将他们苦心制作的一台马拉联合收割机运往加利福尼亚州。这种机器既能收割,又能分开谷和茎,还有自动打包的功能。

美国的南北战争结束之后,农业劳动力大大减少。于是,人们决定采用机器生产,来解决农业人口减少的问题。人们改进了收割机,原来割下来的玉米只是放在一边,而现在的收割机却能自动用绳子将它们打成捆。

1887年,在加利福尼亚州,用16匹骡子来牵引的联合收割机终于问世。没过多久,蒸汽动力就取代了马和骡子,成为收割机的新伙伴。

联合收割机是将收割机和脱粒机组合起来,麦考密克的发明极大地改进了这种机器,还创办了影响巨大的国际收割机公司。所以人们总是将他的名字与联合收割机联系在一起。

006、辘轳的由来

自古以来,中国人民就很注重灌溉技术。人们除了挖渠引水之外,还要手抱汲水陶瓶到河边找水浇灌农田,这种方法非常原始,效率很低,到了商代,人们创制出桔槔,利用它来取水灌溉。

据《庄子》描述分析,桔槔是利用杠杆原理而制成的重要汲水工具。它的结构并不复杂,就是派人在河边、井边用一根长杠在树丫杈或木架上横支起来,在横木杠的一端,捆绑上像大石块等重物,将水桶挂在另一端。汲水时,利用杠杆原理,轻轻一拉绳子,使水桶浸入水中装满水,把绳子一放,另一端的重物就往下压。这样只需要花费很小的力气,就能把水桶提上来。

这种古老的汲水工具,时至今日,在某些地区仍在使用。

秦汉至南北朝,中国人更加重视灌溉技术。所使用的水源有两个:一个是凿井,另一个是开沟挖渠塘。可是井如果很深,用桔槔提水就会费时费力。于是,人们开动脑筋,创造出一种新的提水工具——辘轳。

一般都认为,是西周初年的史夫创造了辘轳。可见,辘轳已有3000多年的历史了。大约在秦汉之际,这种工具得到广泛运用。不但农田灌溉离不了它,它还用于盐井中取盐水来生产盐。

到了宋代,一种手摇辘轳出现,它被设置在水井上,并安装有曲柄。当时的辘轳是用木料做成的,后来,曲柄才改由铁制。人们发明了在缠绳下装置铁钩连接水桶的技术,这个发明是非常了不起的。人们可以手摇曲柄,让绳子一圈儿一圈儿地缠绕在辘轳上,这样就很容易地把盛满水的水桶从井中提上来。

到了明清时期,人们又在绳索、挂钩及传动部件上进行了革新,辘轳技术也大致定型了。人们在井口上安个架子,装上一个曲柄空心较长的横轴,轴上绕条粗绳,绳子的一端固定在轴上,一端系上水桶,提水时将曲柄轻轻摇动,放桶入井内装水,再摇动曲柄,使轴缠绕绞绳,一桶水就被提上来了。

辘轳虽然很古老,但直到今天,许多乡村提水时仍少不了它。村头水井台上的辘轳,成了农村的一种非常独特的景观。

趣味链接:龙骨水车是古代最先进的提水灌溉工具吗?

龙骨水车也有“翻车”之称,是一种独特的水利灌溉机械,它的发明者是中国人。在中国南方的一些山区,时至今日,人们还愿意使用它。西南的农民更直截了当地将它简称为“水车”。

龙骨水车的发明者是东汉时期的毕岚。汉灵帝时期,他在朝中担任“掖庭令”,专门负责宫廷手工制作。龙骨水车被安置在都城洛阳一座大桥的西面,其功能是给市郊南北大道洒水。龙骨水车的得名,是因为它的关键构造与传说中的龙骨非常相似。

在元代的《农书》和清代辚庆《河工器具图说》这两部典籍中,人们这样记述龙骨水车:车身是一个槽,用木板制成,长约1丈,宽4~7寸,大约有l尺高。槽中安装一条行道板,宽窄与槽一致。在槽板两端,又设置了大小不一的轮轴。行道板上下一圈,用龙骨板叶一节一节地连接在一起。在上端大轴的两端,各带拐木四根,在岸上木架之间安装停当。人们手扶木架,用脚将拐木踏动,像蹬自行车一样,龙骨板紧随着转动循环,在行道板上把水刮上岸。这是脚踏式龙骨水车的最常见样式。

如果河、溪与要浇的田地没有多大的落差,手摇龙骨水车就很适用了。它的构造与脚踏水车基本相似,所不同的只是没有脚踏拐木,而是改为用手摇转的木把而已。

最初,龙骨水车的运转主要靠人脚踏或手摇。大约到了宋元时期,龙骨水车在动力方面出现了重大革新,出现了用畜力和水力驱动的龙骨水车。

中国人发明的龙骨水车是古代世界上最先进的提水灌溉工具,中国人完全可以为这项发明而自豪。

007、农药的由来

自从农业出现后,人类就在寻找使农作物免除病虫害的方法。

在3000多年前的西周时期,人们利用硫黄熏蒸的方法来杀灭鼠类。在《山海经》一书中,还记载着用矿石来灭鼠。北魏农学家贾思勰在《齐民要术》中,记载了用艾蒿来防治虫害的先进方法。

明代时期,宋应星在《天工开物》一书中,记录了利用砒石对付虫害的奇妙方法;医学家李时珍在其著作《本草纲目》中,提到的具有农药性能的药物也有很多。

进入18世纪后半叶时,欧洲人开始重视硫黄、除虫菊、烟草浸出液的杀虫效力。近代化学工业诞生后,很多化工产品因为具有杀虫功能被当做农药来用。同时,伴随农业科学研究的开展,农药的使用逐渐有了科学依据。

舒尔斯特第一个把化学药剂当成农药,在农业领域中使用。1761年,他将硫酸铜当做种子的杀菌剂。可是,在以后的一个多世纪里,农药的发展不够理想,仅有几种农药被农民使用,它们是石灰硫黄合剂、染料巴黎绿、波尔多液、硫酸铁溶液等。这对农业生产是大大不够的。

20世纪初期,这种情况的改变相当大。由于化学工业得到较大的发展,农药作为化工产品的一个分类的概念开始形成。20~30年代,有机合成化学和昆虫学、植物病理学、植物生理学得到了重大发展,人们借助这些学科的成果,开始进行一系列有机农药的有益的研究。于是,有机农药大量出现,依据用途的不同而分为杀虫剂、杀菌剂、除草剂三种。