书城科普读物古代数学与物理学
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第32章 热的获得与对热的认识

除了太阳之外,火是人间的主要热源,也是一种重要的热现象。人类在一二百万年之前就开始利用火,考古学家认为,我国古猿人在50万年前就学会了保存火种的本领,这里面显然必须维持足够的温度,有一些隔热保温的办法。因为年代太久远,很难知道它的实际的具体情况。真正能够自由地获得热源,必须有取火的手段。我国古代很早就有“燧人取火”的说法。综合历来的资料,取火方法可分为以下三种:

第一是通过摩擦、打击等手段发热取火。我国在旧石器时代的中晚期,已经知道用打击石头的方法产生火花,后来又发明了摩擦、锯木、压击等办法。古书上所谓“燧人氏钻木取火”(《韩非子》),“伏羲禅于伯牛,错木作火”(《河图》),“木与木相摩则然”(《庄子》)等等,都不是子虚乌有。铁器使用之后,人们也用铁质火镰敲打坚硬的燧石而发生火星,使易燃物着火。这一些都是利用机械能转换成为热能,当然是十分费力而且很不方便的。

第二是利用凹球面镜对日聚集取火。《考工记》里有所谓“燧鉴之齐”之说,“燧”就是取火专用的凹面镜,在周代以来也叫“阳燧”、“金燧”、“火镜”等。《庄子》就说过:“阳燧见日则然为火。”1956~1957年在河南陕县上村岭1052号虢国墓出土一面直径7.5厘米的凹面镜,背面有一个高鼻钮,可以穿绳佩挂。值得注意的是,和它一起出土的还有一个扁圆形的小铜罐,口沿与器盖两侧有穿孔,用以系绳。这大概是供装盛艾绒和凹面镜配对使用的。这可以说是人类早期利用太阳热能的专用仪器,距今已有2500多年的历史了。具体的使用方法,东汉许慎(约58—约147)的一段话说得比较详细:“日高三四丈,持以向日,燥艾承之寸余,有顷焦,吹之则得火。”(《艺文类聚》引)这里指出:①必须在太阳升到相当高度,照度足够时才能使行;②引燃物是干燥的艾草;③所用的凹面镜的焦距只有“寸余”,聚光能力应当很好;④艾草温度升高到一定程度,起先只是发焦,要用人为方法供给足够氧气助燃(“吹之”),才使艾草燃烧发明火。

自战国以来,还曾有过“以珠取火”之说,可能是利用圆形的透明体对日聚集取火,它的效能等于凸透镜聚焦。不过使用一直不太普遍。

第三是利用化学药物引燃。在公元6世纪,我国发明了“发烛”。据元代陶宗仪的《辍耕录》(1366年成书)上说,这种“发烛”实际上是在松木小片的顶部涂上一分(3毫米)来长熔融状的硫黄。宋代陶谷的《清异录》上也说:“夜有急,苦于作灯之缓,有智者批杉条,染硫黄,置之代用,一与火遇,得焰穗,既神之,呼‘引光奴’,今遂有货者,易名‘火寸’。”可见,这种东西,就是利用燃点很低的硫黄,一遇红火即可燃成明火。在南北朝开始,就有专门制造作为商品供应,后来各地所用的材料略有不同,也有“发烛”、“粹儿”、“引光奴”、“火寸”及“取灯”等不同的名称。这种东西沿用时间很长,直至19世纪欧洲发明的依靠摩擦直接发火的火柴(当时民间叫做“洋火”)传入我国,才逐步地取代了传统的引火柴。

对于热的本质,“五行学说”与“元气论”都有自己的说法。“元气论”把热看成是一种“气”,它的集中表现是燃为火。所以《淮南子·天文训》有“积阳之热气生火”的说法。王充《论衡·寒温篇》解释冷热也说是“气之所加”。“五行说”认为构成自然的五种基本元素中就有“火”,而“火”有“燥热”之性,就是热的具体化。《墨经》作者根据“五行说”解释自然现象,有一条说:“合水、土、火;火离,然……合之,府水。[木离木]……”这里的“木离木”三个字大概是后人的注解,第一个“木”字是注解“合水、土、火”,意思是说木是由水、土、火三种元素组成的,可以写作:

水 土 火生长木

这是根据树木的生长必须要有水分、土壤与阳光(火)这一农业生产的长期经验所得出的结论。注文中的“离木”是解释“火离,然”的,即表示火离木,就是说当木中所包含的“火”元素离木而出的时候,就表现为燃烧,所以说“火离,然(即燃)”。可以写作:

木燃烧[土 水↑] 火

把燃烧看成是“火”元素脱木而出的表现,是很有意思的。17世纪末,德国化学家希达尔曾提出著名的“燃素说”,认为可燃性的物质中都包含有一种“燃素”;燃烧就是“燃素”脱离物质而出的表现。这个学说后来虽然被证明是错误的,但在科学发展中曾起过一定的作用。墨家对燃烧的解释很有点象燃素说,所以也应该得到相当的评价。这种说法,后来一直流传着。例如北宋刘画在《刘子·崇学》中也明确指出:“木性藏火……钻木而生火。”属于相类似的思想认识。