火药史话

尽管中国人最早发明了火药，但是，严格来说，古代中国从来没有在火炮上超越过欧洲。

 

制造火药的三要素：硫磺木炭硝石。古代中国之所以能发明火药，在于中国是世界上不多的有天然硝石的国家之一。而欧洲没有天然硝石。不过，在火药传入欧洲之后，欧洲人很快摸索出了硝田制硝法，大规模生产硝。

 

硝石中用于制造火药的是其中的硝酸钾。年纪大使用过旱厕的朋友应该有记忆，在厕所的阴暗角落的表面，常常会出现一片一片的白色粉末状晶体。把这种粉末刮下来，稍微提炼一下，加上木炭和硫磺就成为了火药。不要觉得恶心，欧洲人的老祖宗们最早就是用这种方法制作火药的。实际上，一直到解放前，中国部分农村地区制作鞭炮，火药中的硝也是用这种“刮墙皮”的方法获得的。

 

这种“刮墙皮”的原理，来自哺乳动物的“集硝效应”。简单地说，就是人和各种哺乳动物，都是通过尿液将体内多余的硝酸钾排泄掉的。厕所中粪便的发酵会提高土壤的温度，而土壤在保持一定温度时，会滋生和繁殖出一种硝化细菌。尿液和土壤中的硝化细菌发生作用，就可以在土壤表面析出硝酸钾晶体。厕所中的硝就是这么形成的。

 

用类似的原理，就可以大规模人工生产硝：找一块空地，清理出石头等杂质，然后挖一系列的坑洞或者干脆使用地窖，然后再里面倒入水和石灰——这种做法是为了保持土壤的温度，促进土壤中的硝化细菌的产生。通常土壤要用这种方法“保温”一段时间后，再把收集起来的人和牲畜的尿液倒进去，通常要经过十个月左右时间，坑洞里的土壤就会富含大量的硝。挖出这种富含硝的硝土，掺进草木灰——作用是清除杂质，——再把掺入草木灰的硝土浸入水中。硝酸钾可以溶于水，这样反复过去去杂质后，就可以得到富含硝酸钾的硝水。再熬煮硝水，烧干水分后就可以得到优质的硝酸钾，可以大规模用于生产火药。

 

这种方式生产的硝酸钾比刮墙皮得到的硝更纯净，也更容易实现火药的配比。最早摸索出这种方法的是十四世纪的法国。这里还有个小花絮：就是硝田制硝最重要的原料是尿液。欧洲人很早就发现，得尿路感染的人尿液里含硝量更高，而妓女由于众所周知的原因是尿路感染的高发群体。所以当时妓院的老板最大的生产之道，都是转卖妓女的尿液。很快他们发现当供应商不如当股东，因此很多人以定期向军火商提供固妓女尿液为条件，成为火炮生产商的合伙人或股东。妓院老板是欧洲最早的专业军火投资人。

 

火药产量还催生了一个技术，就是火药的颗粒化：大规模的黑火药粉末在运输中极容易产生沉淀，使得火药性能不稳定。欧洲人逐渐摸索出方法：把火药掺水和成面团一样的东西，等干了之后切成小块。这种方法既方便了火药的运输，更有利于装填，这就是著名的火药颗粒化技术。

 

硝田制硝法和火药颗粒化技术促进了火炮的应用。1453年，也就是中国明朝景泰年间，百年战争最后一场大规模会战斯卡蒂永之战中，法国人就通过300门火炮打垮了英国的重骑兵。欧洲火炮的发展也并非一蹴而就，中间经历了大量的试错，走了大量弯路。比如就在卡斯蒂永四十多年后，1495年的福尔沃诺战役中，配备了马拉炮架的机动野战炮的法军在面对神圣同盟联军时一样吃了亏。但这一仗证明了野战炮机动性的价值，并让整个欧洲意识了到专业炮兵军官的重要性。

火炮的广泛应用火药、火炮的大规模生产，要大量生产质量稳定的火炮，就必须拆分生产步骤，严格把关。标准化工业流程的雏形由此出现。火炮的实战应用催生了弹道表和弹道学的研究，推动了欧洲几何学和物理学的发展，在斯卡蒂永战役一百多年后，伽利略应运而生提出了抛物线理论。

 

中国人在明朝的时候似乎已经有了火药颗粒化的概念，忘了是纪效新书还是练兵纪实，戚继光在书里提到过类似的概念。但也只是概念而已。一方面明朝的科举制度使得最优秀的人才都去考八股文，另一方面匠户制度使得工匠们没有改进、提高技术的基本动力。所以一直到明末明军主要还是靠天然硝石来配置黑火药。因为没办法精确控制配比，为了安全往往在黑火药中加入更高比例的木炭，好让火药方便运输和稳定存放。但这样一来就影响力射程。明军自己制造的火炮始终射程很近。萨尔浒之战失败就因为火炮没法在远离满洲人弓箭射程的地方射击，只能尽量往近里推，往往是一发之后就被满洲骑兵的弓箭覆盖。而且因为没有弹道表的概念，明军的火炮通常都是集中起来凭经验打，使得效率大打折扣。

 

清朝人也没有能力完善火炮和火药的研发，但很早就获得了西方传教士的支持。清军的火炮操作高度依赖西方传教士提供的弹道表，火药的生产也有传教士的参与。不过他们提供的技术依然是落后于欧洲的。早在1644年清军入关的6年前，也就是1638年，伽利略出版了 《关于两门新科学的对话》 ，书中完整提出了抛物线理论，并从数学上论证了为什么45度角发射能获得最远的射程，由此让西方的火炮技术在全球又领先了一大步。