书城科普读物科学伴你行——奇异的娱乐发明
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第2章 从书斋走出来的发明(2)

这些原料的成本比较高,制造纸张价钱也较贵。那时候,有的国家政府印刷少量的公报、消息(后来成为向全社会发行的报纸)供官员阅读。

流年似水,时光匆匆。1713年有个法国的生物学家名叫罗蒙尔,偶然在院子里看到了一只马蜂。马蜂又叫黄蜂,是一种常见的昆虫,喜采花密、捕食小虫。它们飞来飞去,忙什么呢?罗蒙尔想弄个明白。经过仔细的观察,原来是马蜂在屋檐下衔木筑巢。马蜂先飞到树上,在树枝上咬下一点木屑,然后飞回吐出来涂在巢座上,便成了倒形莲蓬状的马蜂窝。蜂窝分为许多细格子,每个格子呈六角形,格子的壁又匀薄又结实,风吹也不怕,有点像纸。

罗蒙尔一边观察,一边记录。他想:小小的木屑,粘结起来不也能成为一张纸吗?

1719年,罗蒙尔根据自己的研究,向法国科学院递交了一篇论文。论文中说:马蜂能够从一般树木中提取些小木屑,而后造出了像我们使用的纸状物来。这似乎在诱发我们:可以不用破布或亚麻造纸,而改用木头去试一试。

1738年,德国人希费尔博士沿着罗蒙尔的思路继续对马蜂窝进行更为详尽的研究。他把马蜂窝分解,割下一块块的巢壁,用清水泡、热水煮,最后得到了一丝丝长短不一的木材料纤维。为了证实自己的观点无误,他又找来了各种各样的植物,包括常用的造纸原料在内,如棉花、亚麻、核桃木等,进行了大量的试验。虽然他费了好大的劲,刀切斧砍锤子砸,分离出了一些纤维,可是由于加工设备不行,终究也没有弄出结果来。

1844年,德国人凯勒(机械设计师),琢磨出不用化学的方法,而用马蜂咬树的办法,从木材中把纤维分离出来。

有一次,他随手捡起了一块表面凸凹不平的石头,来回摩擦木块,这下子居然得到了一丝丝的纤维,顿时使他兴奋极了!于是,凯勒连夜绘出了一种能够沿轴心不停地转动的石器,几经修改,进而发展成一种被称为磨石与活动连杆联合的机器。接着,他请人加工制作,不久一架最早的磨木机由此诞生。当这种机器把一段一段的木头连续地磨碎变成纸浆的时候,凯勒的心像开了花似的,由磨木机生产出来的纸浆叫做磨木浆。这种纸浆的性能松软,只需稍加筛选、洗涤、浓缩之后,送往造纸机便可。

由于磨木机的速度快,生产量大,木头的价钱比亚麻低得多。所以造纸厂的老板很高兴,乐意生产磨木浆。他们说:磨木浆的成本便宜,制成的纸吸油墨又快,拿来印报纸是很适用的。于是,许多报社纷纷订货,这样人们约定俗成地把用磨木浆为主要成分生产的纸,称为新闻纸。

新闻纸的发明是受马蜂窝的启发而来的。它的缺点是纸的耐折叠性不大好,所以包东西用报纸在转折处容易损破;另外,新闻纸的性能是不耐久,时间一长,报纸就地自行发黄变脆。特别是经不起日光照射。近年来,新闻纸由单一品种发展成多品种了,出现了胶牌新闻纸、彩色新闻纸、无接头新闻纸(即一卷筒新闻纸中没有一处接头,有利于速印)、微涂布新闻纸等,花样日益增多,不胜枚举。

彩色纸的出现

世界上的事情有时就这么怪,看起来是坏事,或许就能变成好事。关键在于肯不肯动脑筋,下不下真功夫。下边介绍一个有趣的事例,来说明从出错中也会错出发明来。

18世纪,在英格兰的一个偏僻小山村里,有一座家庭手工造纸工厂,总共才有4个人:威廉夫妇和他们的两个儿子。全家以生产白纸度日,天天劳作,赚几个小钱生活。

有一天,威廉站在荷兰式打浆机(一种古老的处理纸浆的机器,样子橡个大澡盆)旁,大声地向大儿子喊道:“老大,浆已打好。今天真不错,快点拿去抄纸!”这时,他的妻子正端着一盆染衣用的蓝色染料水经过,听老伴一叫,想过去看看今天打的纸浆怎么样个“真不错”。不幸的是,正巧和跑过来的儿子相撞,哎哟,一盆染料水全倒翻在盛有洁白纸浆的打浆机里,好端端的纸浆被染得乱七八糟。威廉大为生气,他的眼珠子几乎要跳出来啦!

这批白纸看来是肯定要报废了。

二儿子闻声赶来,他望着打浆机时的蓝一片、白一片的浆料出神。过了好一会儿,老二拿起一根小木棒,仔细地搅了搅纸浆,然后说道:“我看,干脆再加些蓝色染料,把纸浆统统地染了,咱们就卖一次蓝色纸,行不行?”

威廉叹了口气,回答说:“只好这样,试试看吧。”出乎意料的是,这种蓝色纸一运到市场,居然被认为是新产品,大受欢迎,被抢购一空。威廉一家不但没有赔本,反而赚了更多更多的钱。

从此以后,威廉一家就潜心钻研生产各种彩色纸的门道。经过多年的努力,终于取得了多项产品的专利权。

这个故事告诉我们,当遇到做某件事与原来的预想不一样,甚至相反效果的时候,不要匆忙地以为错了,无法挽回了,而应该冷静地想一想,下步怎么办?有没有法子解决?也就是反向思维,看看到底有无别的门道或出路。彩色纸的出现,不就是给了我们很大的启迪吗?

宣纸

世界上的纸多得很,大约有12000多种吧。我们平时见的报纸(新闻纸)、书写纸、包装纸、卫生纸、钞票纸等,举不胜举。可是,在所有的纸中,唯有中国安徽省泾县生产的宣纸,堪称奇葩。这种专供毛笔作书画用的纸,闻名遐迩,饮誉海内外。

宣纸的原料和制作工艺,与一般纸有较大的不同;在外形上却与普通白纸无明显差别。它最重要的特性是:润墨性好,变形性小,耐久性高。能够适应笔锋、泼墨的浸湿,显出“力透纸背”的神效;还不怕搓揉,裱后平展如初,尤其是其保存时间可高达1000年以上,这是其他纸望尘莫及的。

然而,宣纸是谁发明的?为何会有如此奇妙的性能呢?

很久以前,相传是蔡伦的徒弟,一位名叫孔丹的造纸工匠,一直想造一种精良的白纸,继承师业,为师傅画像。但是,屡次试验都失败了。经过一番筹划,孔丹背起包袱,夹着雨伞,辞别亲人,跋山涉水,寻师访友,切磋技艺,以了却心愿。

有一天,他来到宣州府(现为安徽省泾县境内),踏着泥泞的小路,在蒙蒙的雨丝中,继续向前行走。突然,孔丹觉得眼睛一亮,在灰色的山雾中发现沟边溪水里似乎有一片雪白的东西!他三步并两步地赶过去,弯腰细看: 哦,原来是一些树枝掉进山沟里,被常年不断的潺潺溪水浸泡,天长日久,腐烂变白了。孔丹迟疑了一会儿,一连串的问号在他的脑海中浮起:这是什么树?这是什么水?这是什么地方……孔丹决定留居下来,他上山打柴,搭盖草屋,又向周围的樵夫、乡亲们请教。流水似年,一晃三年过去了。孔丹终于弄清楚了这种四季生长的常绿树,名叫青檀。它是当地的特产,别处极少生长。青檀的纤维柔软、细长,特别适合造纸。这山中的溪水也不同于一般。水质清澈见底,通过怪石嶙峋的山洞,蜿蜒流出,再分成两股而去。一股水适合制浆(后来才知道这股水流含碱);另一股水利于抄纸(后来才了解到那股水流含酸)。这是大自然极巧妙的安排,可谓得天独厚也。

孔丹和他的朋友经过多年的不懈努力,利用青檀树皮为原料,精心加工,先在溪水中分散开纤维,然后在水中捞起纤维,交织于竹帘上(多余的水漏掉),再压榨,烘干,从而制成了质量上乘的好宣纸。后人赞赏宣纸的32字诀是:纤维纯白、质地柔韧、色泽光洁、纹理细密、润墨清晰、搓折无损、能抗虫害、纸寿千年。

在孔丹发明宣纸的年代,限于当时的生产力和科学发展的水平,有些问题只是知其然,而不知所以然。但由于他造出的宣纸书写方便,质地柔软,受到用户欢迎,成为名牌产品。由于宣纸是在宣州府生产的,因地得名,故称之为宣纸。

宣纸之所以具有优异的性能,还离不开制作工艺的严谨精细,处理条件缓和,胶汁使用得法,捞纸技术娴熟,晒纸手艺高超等,从而保证了宣纸的质量。

严格地说,宣纸从发明到发展,经历了很长的时间。首创当然伟大,继承未必渺小。所以,只要肯勤奋刻苦,发扬锲而不舍的精神,人人都可以成为居上的后来者。

毛笔

在我国,自有文字后,人们先将文字刻在甲骨上,后又刻在简牍上,这时用的工具是刀,后来,才出现了毛笔。相传,毛笔是秦国大将蒙恬发明的。

公元前223年,蒙恬带兵在中山地区与楚国交战,秦王政要他定期写战况上报。那时人们普遍使用的书写工具叫“聿”,它是一根约一尺长的竹棍,头部削薄、削尖,再划开一两个小口子,然后蘸取墨汁在简牌或帛上写字,有如后来西方使用的那种蘸水钢笔。送给秦王的战报都要写在帛上,蒙恬用“聿”在帛上写字,感到很吃力,一不小心就会将帛划破,这使他产生了改造聿的念头。

一天,蒙恬在荒原上猎获了几只野兔子回营。途中他偶然见到有只兔子的尾巴拖在沙地上,留下了一道痕迹,顿时来了灵感:何不试试用兔毛来改造聿呢?蒙恬回到营房后,就从兔尾上剪下了一些毛,将它们夹在聿前端的开口上,试着蘸取墨汁来写字。谁料,兔毛上有油脂,根本不吸墨水。蒙恬生气了,一甩手,将那支夹了兔毛的聿毛扔到营帐外面去子。

过了几天,蒙恬无意中看见被他扔掉的那支聿,原来丢进了一个积有石灰水的小坑里,由于碱性水的浸泡,笔尖上白绵绵的毛吸足了墨汁,用来写字非常流畅,写出的字很漂亮。毛笔就这样发明了。

蒙恬发明毛笔的故事只是民间传说,事实上,早在蒙恬之前,中国人就已发明了毛笔。

1954年,在长沙左家农山一座战国古墓中,曾发掘出一枝毛笔。它是用上好的兔毛制成的,毛杆为圆竹棍,用丝缠绕,外面封漆固定,因属楚国文物,人们称为“楚笔”。这枝楚笔的制造,就是在蒙恬之前数百年的事了。

楚笔还不能算是最早的毛笔,人们曾在新疆的一座古墓里,发现了比它年代更早的毛笔,这枝笔的笔杆是木制的,以三瓣合成一个圆管,下端有一圆孔,用来安插笔头。因为我国北方不产竹,只能取木代竹,也有人认为毛笔的发明可上溯到5000年之前,因为从出土的新石器时代的陶器来看,上面的图案相当精细,没有毛笔是很难画出来的。

古代之所以流传着“蒙恬造笔”之说,可能是因为蒙恬对毛笔做过改进。

蒙恬之前的毛笔都用兔毛制成,很软,对蒙恬这样的武官在戎马倥偬中快速书写战报不很适用。是蒙恬想到改用两种硬度不同的毛,如鹿毛和兔毛,两种毛软硬结合,就更便于书写了。

早先的毛笔多用兔毛制成的,到了晋代,有人用鼠须或者鼠尾毛制笔。

唐朝时,宣城地方开始用野兔背上较硬的紫毛来制笔,效果奇佳,就是历史上有名的“宣笔”。

自宋代起,人们开始用羊毛来制笔,至今,羊毛还是制毛笔的首选材料。

后来人们制毛笔常用的材料还有黄鼠狼毛,这就是狼毫笔。羊毫笔较软,狼毫笔较硬,用两种毛混制成的兼毫笔软硬适中,可能有部分人曾使用过。

毛笔是一种绝妙的书写工具,在世界各民族的文字书写中,之所以惟有汉字书法能成为一种独立的艺术作品,应归功于毛笔。西方人尽管也使用动物毛制成的笔,如水彩笔、油画笔等,但这样的应用都比中国的毛笔晚得多,应用范围也窄得多。所以,有的西方学者感叹地说:“毛笔的发明可看出东方人的巧思。这种笔表现力的丰富,是现在任何笔也比不上的。”

铅笔

古代,世界各国都有用铅写字、作标记的记载,因此就有了“铅笔”这一名称。

我国汉明帝创修的《东观汉记》这部书内,有着“曹褒寝则怀铅笔,行则诵读书”的记述。看来,由于“铅笔”比毛笔用起来方便,所以曹褒晚上在床上看书时是以铅笔来作书写材料的。大约是对“铅笔”的感情深吧,晚上就同衾合寝了。

在欧洲,从希腊、罗马时代起,人们就手握铅棒或把铅条夹在木棍里写字。罗马贵族使用的这种铅笔,铅条外面还套有华贵的皮套。近代人们曾在埃及法老的金字塔中发现过一些圆形的铅块,考证认为那就是古代埃及人使用的“铅笔”了。这大约是古代铅笔中形状最为奇特的一种了。

用铅当笔并不合适,除了它有毒这一点外,它坚硬难写,颜色也很淡,写出来的字笔画很细,而且模糊不清。现在,我们仅在一些博物馆里,还能见到这种古老的笔。

16世纪时,英格兰人发现了“黑铅”——一种条状石墨。最初用它来给货物做记号,所以人们把它叫做“打印石”。相传,“打印石”是一位牧羊人最先发现的。

1964年,一场猛烈的飓风袭击了英国昆布兰郡的平原,在凯斯威克镇附近,有一棵大树被刮倒了。风暴停息之后,一位牧羊人赶着羊群路过这里,看见大树掀起的树坑里露出一大片黑黝黝的石头。他好奇地下到坑里,用手一摸,沾了满手黑,用指甲一划,软得能刻出印记来。这使他感到新奇,像这样黑的、软的“石头”,他还是第一次见到。

聪明的牧羊人马上想到了它的用途:用它在绵羊身上画记号,自家的羊群就不会认错了,欢喜的牧羊人采撷了不少这样的石头,随身带走。因为这种石头手一摸就黑,有点像铅,牧羊人就把它叫做了“黑铅”。

后来,一位商人看见了这种“黑铅”,马上想到它可以派上比在羊身上打印记更大的用处。他挖掘出这种黑石头,然后,切成一条一条的,用线缠绕起来制成笔状。他给这东西起了个名字叫“打印石”,贴上商标,卖给其他商人在货物包上标号码、写字。

这种黑铅实际就是石墨,石墨质软、色黑、滑腻,划出的印痕粗黑清晰,比那种用铅条制成的“铅笔”不知好多少。所以,商人的这桩买卖居然生意兴隆,整船整船的打印石渡过英吉利海峡,运到欧洲大陆,几乎成为各国贸易中不可缺少的东西。

昆布兰的石墨矿质量很好,含碳量在90%以上,开采出来的石墨块也很大。

后来,当真正的铅笔发明后,用昆布兰的石墨制成的铅笔成了人们追求的最好的文化用品,身价很高。到18世纪时,英王乔治二世干脆将这里的石墨矿占为己有,定为王室专利品,不仅派重兵把守,还制定法律:凡在昆布兰偷采石墨者,一律处以绞刑。

当昆布兰的石墨开采完了以后,“昆布兰铅笔”就成了身价百倍的古董,一枝铅笔的价值竟与同样重量的黄金等价,富有的收藏家都以收藏有昆布兰铅笔而倍感自豪。

现在,在凯斯威克镇上有一个“铅笔博物馆”,那里陈列着各式各样的铅笔。有最早用布裹的铅条,有古埃及的圆铅块,有罗马贵族的皮套铅棒,有切成细条裹以纱线的石墨。它们静静地躺在展柜里,向前来参观的人们述说着人类发明真正的铅笔之前,铅笔所走过的历程。在它们之后陈列的,就是漂漂亮亮的现代铅笔了。

人们在用了一段时间的“打印石”之后,最初的狂喜就被不满意所代替了。你瞧,用它划的记号颜色太深,划上去的印痕也容易脱落,要弄脏手和物品;它还很脆弱,稍一用力就要折断;而且,如果石墨里混有其他杂质,就会影响书写质量,而天然石墨矿石纯净的很少。