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第53章 科技·发明(3)

这充分说明,在长安附近,有些农户专门为皇室生产蔬菜瓜果,他们采用温水浇灌的办法,在春寒料峭之际,就向宫里进献了成熟的瓜果。当时,朝廷里还设置了一个叫“温汤监”的机构,专门掌管这件事情。

但是,单纯利用温泉来种植瓜菜显然远远不够,还要进行一定的遮盖,才能保证瓜菜成熟。因为,西安冬季气温大多在10℃左右。要是四周和顶部没有一点遮盖,就算地温再高,蔬菜瓜果也很难成活,更别说开花结果了。而这种遮盖可能就是最早的温室。

到了汉代,关于温室的确切记载出现了。汉元帝时,为了让蔬菜在冬天能够正常生长,人们盖了一间屋,在里面不分昼夜地烧火,从而使室内的温度大大提高。有了合适的温度,蔬菜自然也就能够正常生长了。

可是,有人却提出,温室栽培出来的蔬菜是一种“不时之物”,吃后对人的身体会带来害处。所以,当时的朝廷还一度传下严令,禁止人们食用这种瓜菜。

汉代以后,温室栽培迅速地发展。除了用于栽种蔬菜以外,温室还广泛运用于花果栽培。这方面,以宋代的“堂花术”最为有名了。这种花卉栽培技术一直流传下来,甚至到今天还有很大影响。现在,北京中山公园的唐花坞就是从堂花发展过来的。

那么,堂花是怎么种植出来的呢?所谓的堂,开始不过是一间用纸做成的房子而已,里面开有沟,沟中倒入热水,从而较大地提高室内的温度和湿度,还加上牛溲、马尿和硫黄等,增加土壤的肥力。这样一来,就能使堂中栽培的花卉提前一段时间开放。这种技术由于人们不了解,在当时被当做是一种奇术。

相比之下,温室在欧美就出现得很晚。西欧的温室栽培在18世纪初叶出现,有“绿色的房子”之称。而美国进行温室栽培,则是1880年以后的事了。至于中国的老邻居日本,在19世纪30~40年代才开始制造温室。值得一提的是,日本的温室也叫“纸屋”,这可能是受到中国宋代堂花术的影响吧!

013、纺织的由来

大约在公元前6500年前,纺织由草席和篮筐编织的技术发展而来。几种自然纤维是纺织的理想材料。我们所知道的最早的布就是亚麻布,是用亚麻织成的。

当时要把亚麻变成织布材料并不是一件简单的事情。这需要好几个步骤:把亚麻置于水中浸泡几个星期,晒干并敲打,然后再将亚麻分成粗和细两种纤维。

在古埃及,人们喜欢种植亚麻,它就好像棉花一样。

新石器时期,纺织是一种核心技术,这种技术是从近东创造出来的,随着农业的发展而渐渐传到欧洲。但是,在欧洲的不同地区,纺织的传统和风格是迥异的。在欧洲的偏远地区,纺织品取代皮革的进程非常缓慢。在这些地区,绵羊的产毛量是微小的,亚麻和其他植物纤维则在较先进的、加重的织布机上得到采用。

绵羊、山羊和各种骆驼产的毛,是用来纺织的优秀材料。在显微镜下,毛是鳞状的,而且,由于毛纤维的鳞状体总是联结在一起,所以很容易将空气兜住,这就使毛织品的保暖性非常强。

丝作为一种天然纤维,也是纺织的重要原料。它是公元前3000年前在中国被发现的。人们在桑树上发现了蚕所做成的茧,从而发现了丝。如果茧在蚕出来以前收获,就可以把茧置于水中,使蚕死掉。人们从一只茧中抽出的每根丝,可以有l000码(1码=0.9144米)的长度。

在古代文化中,纺织技术可能是各自独立发展的。最早的织布机很可能在公元前5000年就被发明出来。非洲有一种小型的膝上织布机,只有5英寸宽,显示出那里纺织技术的特色。这种技术现在作为一种神奇的手工技术,仍在尼日利亚和象牙海岸流行,养活了很多聪明的纺织者。

在1298年,关于纺车的记载就出现了。据说,纺车的发明者是中国人。在罗马帝国时期,它通过中东传到了欧洲。1480年的一本书中就画着一个完整的纺车。

使用纺车时,可以把整整一根长线绕到锭子上。在梭子里装着必不可少的纱锭,梭子则在织布机上装好的经线里不断地穿行。

把丝绕成纺织用的丝线的工作,一开始是用手工来完成的。但那样又慢又累,是不合算的。后来,人们发明了纺纱轮。后来的发明,如1733年发明的飞梭和1767年发明的珍妮纺纱机,都极大地推动了欧美的工业革命。

014、养蚕种桑的由来

中国养蚕种桑的历史非常源远流长,已有数千年之久。1926年,在山西夏县西阴村古遗址中,考古学家通过不断发掘,发现了一个半割的蚕茧,应当是5000~6000年前的遗物。1958年,在浙江吴兴钱山漾古遗址中,考古学家又找到了一批丝织物,包括绢片、丝带和丝线,也是5000年前的宝贝。

《夏小正》上有这样的记载:“三月……摄桑……妾子始蚕。”也就是说,阳春三月,是女子们对桑树进行修整、采桑养蚕的时间。由此可以知道,在4000年前的夏朝,采桑、养蚕就已经是常见的农家事了。

到了殷周之际,成片的桑田遍布于黄河中下游地区,采桑成了姑娘们主要的生产活动。在周代文学名著《诗经》中,有许多反映女子一边采桑、一边歌咏的描写。在一件战国铜器上,还有一幅《采桑图》,表现的是古代劳动妇女提篮采桑的情景。

汉代时期,栽桑养蚕技术已经日趋成熟。那时,这方面的许多专著都出现了,比如《蚕书》、《蚕法》、《泛胜之书》、《秦观蚕书》、《种树藏果相蚕》、《广蚕桑说》等,记录了古代人民栽桑养蚕的丰富经验。

到了5世纪,人们在桑树繁殖方面开始使用压条法。这种方法是用桑树枝条来使桑树大量繁殖。与播种法相比,这种方法可以缩短生长时间。宋元以来,南方的蚕农发明了一种桑树嫁接技术,对于加速桑苗繁殖、培育桑树优良品种等,意义相当重大。

南北朝以来,人们除了饲养春蚕以外,在南方还喜欢养夏蚕和秋蚕。为了一年饲养多种蚕,人们利用低温,使蚕卵受到抑制,从而使孵化时间大大延迟。这样,一种蚕就可以在一年里连续孵化几代,为一年中多批养蚕创造了有利的条件。

趣味链接:丝绸技术是怎样发展起来的?

丝绸是在中国首先出现的。它的发明与应用,极大地丰富了人们的物质文化生活,是中国古代人民对人类文明的重大贡献之一。

1977年,在浙江余姚的河姆渡遗址中,考古学家挖掘出一个骨制盅。人们惊奇地发现,盅上刻有4条形态逼真的蚕纹,蚕的头部和身上的横节纹历历在目。这说明,早在7000年前,河姆渡人就开始开始注意蚕了。

在距今4700年前的浙江吴兴的钱山漾遗址,丝帛、丝带和丝绳之类的实物陆续出现,说明古籍中“伏羲氏化蚕”、“嫘祖教民养取丝”的传说是有据可考的。

在甲骨文和铜器铭文中,出现了“蚕”、“茧”、“丝”等字眼,而有“丝”旁和与“系”字有关的象形字非常之多。商王还设置了“上丝”这个官职。

战国时期,热锅上架起的丝框出现,大大地提高了缫丝的产量,不过需要两人操作。进入汉代,人们创造出一人操作的缫丝机,这种机器使用踏杆使丝框产生转动作用。

在唐宋元三代,人们对脚踏缫车进行了重大改进。元代的王祯在《农书》中说,在长江南北的农村,改进过的踏脚式南缫车和北缫车已经得到普及。

明代科学家宋应星在《天工开物》一书中,还总结出一句缫丝的六字诀,就是“出口干、出水干”。出口干,是讲蚕茧解舒好以后,缫丝要确保一个头抽干净;出水干,是说缫丝时要随缫随干,才能使丝质的坚韧性和色泽得到保证。

将蚕丝缫制完毕,就要用工具编织成丝绳和丝带,再经纬交织成丝绸,就可以用来制作服饰了。关于编织的起源,很可能是从编筐篮、结渔网起源的。

从战国至汉代,有框架的多综多蹑织机、花楼式束综提花机先后出现。使用它们时,总要用蹑(脚踏杆)代替手来提综,从而使花纹循环数得到增加,花纹从传统的商绮、周锦的对称几何纹,逐步发展为动物纹、人物纹等较为复杂的花纹。

到了汉代,中国的丝织技术已经达到精湛的地步。20世纪70年代初,在长沙马王堆西汉墓中,出土了一件素纱禅衣,衣长128厘米,袖长190厘米。更让人惊奇的是,整件衣服虽然做工复杂,却仅有49克,连一两都不到。

中国的丝织品传入中亚、西亚和欧洲的时候,是在汉武帝派张骞通西域之后。那时候,联结中西双方友谊的,是一条闻名天下的“丝绸之路”。早在公元前4世纪,外国人就知道中国是丝绸大国,送给中国一个雅号——赛里斯,就是丝国的意思。

但是,中国人虽然将丝绸卖到西方,却一直严守丝绸生产技术的秘密。直到552年,居住在君士坦丁堡的拜占庭帝国皇帝查士丁尼获得了一批走私丝绸及技术。后来,阿拉伯人得到了制丝技术,并加以发展,丝绸技术才慢慢地在近东地区流传开来。

015、印染的由来

在古埃及、中国、印度,印染工艺最早出现。

藏红花与指甲花一样,都会产出一种橘黄色。最早的蓝色染料是从木蓝和茜草中提取出来的。提尔紫色染料则是从地中海东部提尔近海的软体动物血管中提取到的。由于提尔紫非常昂贵,在地中海地区,紫色便成为皇室的象征。提炼一克重的提尔紫色,需要杀死大约8500个贝类动物。

如果用媒染剂将布匹预先处理一下,这种动物或植物染料就会得到最好的效果,因为媒染剂属于一种金属溶液,它能使染料更好地在布匹上附着,并使印染效果大为提高。古代的媒染剂包括硫酸铝,以及酒石膏状的锡。从树皮中提炼的丹宁酸,在印染棕色和棕褐色时被用作染剂。

在遥远的古代,各种颜色总是与不同的地方甚至是不同的村庄联系在一起,因为当地的金属盐与当地可获得的植物染料可以相互产生影响力。

随着商业向新地区的扩展,染料被用于商品交换,新的颜色种类逐渐增加。到了13世纪,一种从青苔提炼出来的新的紫色染料,在意大利北部出现,受到人们的欢迎。欧洲人发现美洲大陆以后,胭脂虫洋红、美洲黑栎和洋苏木树又为人们提供了新的色彩。

在美洲,人们从一种小虫身上得到了一种胭脂虫洋红。那里的居民利用这种颜色,来制作一种鲜艳的红粉,方法是把捕获的雌虫晒干后碾碎。时至今日,加纳里群岛仍在生产这种颜料。人们用它为黑樱桃酒着上红色。栎皮粉取自北美橡树的内皮,于1775年获得专利。

在公元4世纪,人们就已经知道一种奇妙的树木——巴西木。巴西的国家名称就来自于这种用作染料的树木。18世纪时期,在氯漂白剂发明以前,人们漂白布匹还经常借助海藻。

人工染料是由英国化学家威廉·亨利·珀金发明的。当时他用煤焦油做实验,提取了一些人工奎宁。他从石脑油中发现的苯胺染料,后来被一名法国纺织厂商命名为苯胺紫染料,并日益受到人们的喜爱,很快成为流行之物。到19世纪90年代,这种染料被人们广泛采用,这个十年也因此有了“紫色的十年”之称。

珀金在1856年获得该染料的专利,那一年,他才18岁,称得上是年轻有为。珀金公司每天生产1吨多的茜素,这种黄中带红的颜色是他于1871年从煤中提炼出来的。他36岁将公司卖掉,从此不再做生意,而把心思全部放在学术研究方面。珀金实际上是合成印染业的开山鼻祖。

趣味链接:珀金是怎么发现了化学染料的?

100多年前,给材料染色并不容易,当时,人们染布料时,只能利用茜草、郁金、大黄、蓝靛、红花等植物的根、叶和皮之类的汁,让布匹呈现出自己喜爱的颜色。因为植物染料数量不多,种类也很少,所以染出来的东西缺乏明亮的色泽,远不能满足人们对色彩的追求。

人们对色彩的需求,是在化学合成染料问世后才得到解决的。英国人珀金是化学染料的发明人。

19世纪40年代,在非洲的英国殖民地,疟疾大肆流行。奎宁是治疗疟疾的特效药,但天然的奎宁产量少,满足不了需要。当时英国皇家化学院由霍夫曼任院长,霍夫曼为了解决非洲的困难,他费尽脑汁,想从煤焦油中提取出珍贵的奎宁。

1856年,他招收了一个研究生,这名研究生就是珀金,当时年仅18岁。

珀金参与到导师的研究中后,连节假日都放弃了,在自家庭院角落的一间小屋里辛勤地做实验。他从煤焦油提取了一种苯的化合物——甲苯胺,想让它发生化学变化,转化成奎宁。可是,他的多次试验却都以失败告终。

在这种情况下,他又把目光转向煤焦油的另一个成分——苯胺盐。在合成的最后阶段加重铬酸钾进行氧化时,白色的奎宁结晶没有出现,一种黑色的黏稠液体却意外地映入珀金的眼帘。他并没有放弃信心,就将一些酒精倒入瓶子之中,盼望着能有奇迹发生。顿时,黑色液体沉淀溶解成了鲜艳的紫红色。这一来,更证明它不是奎宁。但珀金却想到:这种东西虽不是药品,但能不能用它来做染料呢?

为了辨明这种物质有无染色功能,他在瓶内放入一块布片。结果,布片被染成了同样的色彩,美观鲜艳。于是,第一种合成染料——苯胺紫诞生了。

后来,珀金为自己争取到合成染料的专利权,并劝说父亲在哈罗附近建起了一个印染厂,进行淡紫色染料的生产,他们的产品受到女士们的青睐。1881年发行的紫色便士邮票也要归功于它。就连维多利亚女王也非常喜欢这种颜色,她出席集会时就经常穿这种颜色的裙子,人们竞相模仿,该颜色风靡一时。

珀金终于因为生产这种人人喜爱的染料而成为巨富,那一年,他才35岁。后来,他对做生意感到厌倦,就重新回到实验室里,从事化学研究工作。

发明苯胺紫在化学史上是一个重大突破。虽然这一物质的发明带有一定偶然性,但珀金仍是当之无愧的科学家,他为化学工业作出的贡献将永远载入史册。

016、颜料的由来

颜料与染料相比,历史要早得多。它的构成部分是干的色素和溶剂。

根据考古资料,早在两三万年前,就出现了为数不少的绘画作品。那时原始人还居住在洞穴里,由于审美的需要和好奇心的驱使,在洞壁上画了不少的画(岩画),描绘的对象多为动物和人。

那时,他们绘图时使用的颜料主要是铁、锰的氧化物。这些颜料分为黄色、红色和黑色三种。他们使用了多种方法,把颜料涂抹到墙壁上。有人用手直接绘制,有人则开始使用小块的毛皮,还有人独出心裁,将棍子的一端咬碎,做成笔来绘图。特别值得一提的是,原始人还弄来动物的肩胛骨,当做调色板来使用。

在西亚、北非地区,从6000年前的古埃及巴达利亚时代起,人们经常用到的颜料依然是天然赭石。将它进行细致的加工,可以制成黄、红和棕三种颜料。另外,他们把碳酸铜打成粉末,可以做成绿色颜料。又有人用天青石、加热硅石、碳酸铜、碳酸钙和泡碱生成的办法做成蓝色颜料。至于白色颜料,是用白垩、石膏、铅白来做成的。