正本清源说工业革命 (三)：火、枪炮与钢铁
正本清源说工业革命 (三)
火、枪炮与钢铁
一、火
如果说季风和洋流是大自然产生的外部驱动力，那么火，就是人类自己找到的内部驱动力。
可能有些人会说，火，有什么可讲的。
门口2块钱买一个打火机就有了，天天生火做饭，这么普通平常的东西，跟工业革命有什么关系？
当然有关系。
网上有很多人胡说八道，有的是蠢，有的是坏，更多的是无知。
比如有人就说了，中华文明的科技，从来没有领先过。
在他们眼中，世界上只有中国和外国两个国家，而所谓的外国就是指西方，具体来说就是西欧和美国。
他们跟苏美尔人比历史悠久，跟古罗马比建筑，跟古希腊比数学，跟犹太人比经商，说的好像似乎是那么回事。
一群人在那里吵一个下午，各说各的，一分钱没赚，还生了一肚子气。
因为双方都没有一个标准。
很多人看到近代科技的时候，用的是代际标准，来进行简单区分，比如第一次工业革命，第二次工业革命，十分好懂。
但是他们对于古代科技，就毫无头绪，最多说一个青铜时代和铁器时代，后面的事情就不知道了。
其实，这个事情，是有标准的，只是他们不知道而已。
世界上有很多事情，其实早就有答案，只是你不知道而已。
最可怕的事情是，有些路，早就被人判定了是死路一条。
但是你不知道，还在拼命努力。
世界的主线，无非是能量和信息两个维度。
从信息的角度讲，古代文明是否先进，主要就体现在“组织度”上。
比如说，皮萨罗入侵印加帝国成功，很关键的一点，就是在一次突袭行动中抓了印加帝国的皇帝。
印加帝国面对这种情况，居然完全不知道怎么办，很短的时间内就土崩瓦解。
“组织度”很难度量，这就导致众说纷纭。
事实上，中华文明的组织度绝对是比较先进的，比如文官制度。
真正具有明显 辨识力的角度其实是能量。
如果非要划一条线的话，那就是火的温度。
哪个文明中火的温度更高，哪个就更先进。
为什么说是火的温度呢？
因为热处理的水平不同，你的材料就有质的变化。
比如金属有一个熔点，青铜的熔点是800度，含杂质铁的熔点是1200度以上。
当火的温度达到800度的时候，你就能冶炼出青铜。
当别人还在用石刀石斧的时候，你就能带着青铜剑、青铜箭头、青铜头盔、马拉战车长驱直入了。
因为那个战车的车轴，需要青铜，否则根本承受不了太大的重量以及长途奔袭的磨损。
这就是第一次青铜革命，在当年，就是高科技了。
当火的温度达到1200度的时候，你就能炼出一种质优价廉，改变世界的金属。
那就是铁。
其实青铜未必不如铁，但是铜是贵金属，而青铜里面要掺杂的锡比较稀少。
这导致青铜不能大规模应用，做做兵器和礼器还行，比如青铜剑和祭祀用的鼎。
但是大规模的生产农具就勉为其难了。
铜为什么是贵金属？
铜矿的分布非常广泛，但是铜矿的品味实在太低了。
一般来说，铜矿的品味是达到1%，那是富铜矿了，达到0.7%就有冶炼价值了。
那么铁呢？
铁，属于黑色金属，特点是便宜，铁矿的分布非常广泛，而且品味极高。
世界上铁矿平均品味是约49%，富铁矿可以达到50%以上甚至70%。
与铜矿相比，高了70倍的量级。
有了铁之后，各种武器、农具才能大规模生产。
比如中国的江南地区，没有铁之前，是很难开垦的。
因为那些藤蔓、灌木，没有铁器，根本搞不定。
在战争中就更不用说了，铁兼具硬度和韧性两个特点，是上佳的兵器材料。
在古代，“削铁如泥”的神兵利器是存在的。
比如《权力的游戏》中的瓦雷利亚钢，做出的剑连异鬼都可以杀死。
整部剧里面瓦雷利亚钢剑都没多少，只有领主才有，其原型就是大马士革钢。
这些神兵利器就是杂质非常少，碳含量适中的铁，甚至有些还含镍，是不锈钢。
这玩意在当时非常稀缺，价格自然水涨船高。
你想，一方因为火的温度不够的话，做出来的剑杂质很多，非常脆。
一方火的温度足够高，做出来的剑杂质少，硬度高韧性高。
你一剑砍下去，对方的剑就会像玻璃一样破碎，只能引颈受戮。
所以，你一个可以打对方好几个，势不可挡。
铁器相比青铜，是量级发生了变化。
这就是第一次铁器革命，这个转变后面会再发生一次。
如果冶炼青铜，采用普通的火，就能达到800度，但是如果要达到1200度，那要采用什么方法呢？
答案是：鼓风。
你得往炉子里面吹空气，让燃烧剧烈发生，才能将温度提升到1200度高温。
所以，风箱在当时才是高科技。
西方的风箱，包括古希腊的风箱，都是那种皮囊做的、手风琴式的风箱。
这种风箱，只能达到1200度左右，根本不能把铁融化。
有人说，在电影电视纪录片里面看到古代炼铁，有那种炽热融化的东西。
那是炉渣，根本不是融化的铁。
所以那个时候西方炼出来的铁是那种固体的“海绵铁”，就是一块铁上面有很多空洞。
这种铁需要长时间的锻造除去杂质，才能生产出可以用的铁器。
人生三苦，撑船打铁磨豆腐，都是极其消耗人体力的劳动。
而中国采用的是“双动活塞式风箱”，其鼓风效率更高，可以直接将温度提升到1200度以上。
铁的熔点是1538度，但是含有杂质的铁熔点没那么高。
中国人还找到了添加萤石、石灰石等方法提高炉火的温度。
所以，中国是可以将铁直接融化的，这样冶炼出来的铁质量更高。
如果将炉火的温度再提高，达到1300度以上，那么就能烧出瓷器。
必须要达到这个温度，否则瓷器，尤其是白瓷，需要达到1350度以上。
那现在问题来了.
炼铁，你可以搞很多手工作坊，让人来鼓风。
瓷器，那可是大规模制造，怎么持续鼓风，还要达到1300度高温呢？
秘密就在瓷窑上，特别的巧妙。
比如这种瓷窑，烟囱其实是很高的，达到10米以上。
我们知道，空气加热会变轻，比如热气球，就是这个原理。
当你在火膛中点火的时候，下面的空气被加热变轻，就像热气球里面的空气一样，需要向上跑。
热空气经过窑室，再经过烟囱排出来，就形成了强大的鼓风效应。
你只要烟囱够高，空气之间的温差够大，那么鼓风的效果就特别强劲，直接将火的温度提升到1300度以上。
现在也有人设想用这种方法发电，比如在沙漠里面用太阳能加热，然后通过烟囱排出气体，推动涡轮发电。
所以，不得不承认，烧制的瓷窑，其实是一种动力设备，只是没有转变成机械能。
瓷器，就是科技领先的明证。
这些都是极其有效的生产力。
西方很早就用上了中国的瓷器，很长时间内自己就是搞不出来。
温度不够，是很大的一个原因，但是并非唯一原因。
二、枪炮
火除了提升温度以外，还有一个方向，那就是燃烧。
燃烧，也是有学问的，而且不是简单的学问。
火药的原理，就是一种燃烧，只不过是一种极为猛烈的燃烧。
鼓风，主要通过空气，增加木材的氧气接触面，增强燃烧提升温度。
那么如果在一种燃烧过程中，直接添加氧气，那不是燃烧的更猛烈？
黑火药就是这样的。
黑火药，是有三种成分按照一定的配比组成的，包括硝石、硫磺、木炭。
那么，请问，黑火药在真空中，比如说在月球上，能不能燃烧？
可以。
因为黑火药中的那个硝石，就是自带的氧气。
所以，在太空中，枪是可以发射的，密封性好，在水下也可以发射。
有很多人小时候玩过鞭炮烟花，可能会觉得黑火药不过如此，所以得出中国人发明火药只是用来做鞭炮的结论。
在他们的想象中，似乎火药技术传递到西方，就是像传递小纸条一样，上面写了一个秘方：硫磺一硝二炭三，然后西方就学会了。
大错特错。
你想的太简单了，任何一个体系都不会这么简单。
要制作枪炮要用的黑火药，远远比你想的要复杂。
我们这里只是说一个大概。
首先，要解决纯度的问题。
你要将硝石加热溶解，然后冷却，硝就会重结晶，你需要反复重结晶至少3次，就能得到纯度比较高的硝，过程极为繁复。
当然，4次或者更多次重结晶就更好了。
硫磺、木炭的也要精加工，提高其中的纯度。
然后是三种材料的配比要搞对，否则要么威力小，要么不起作用。
最后，也是最重要的一点，就是“颗粒化”。
就是将配置好的黑火药做成面饼一样的东西，然后磨碎，再拿筛子筛出同样大小的颗粒，就形成了“麦粒火药”。
为什么要进行“颗粒化”呢？
假设将没有颗粒化的火药装在桶中，在运输的过程中，三种黑火药的材料就会分层，那么配比就发生了变化，那就根本不好用了。
重要的一点是，即使黑火药的三种成分没有分层，也存在一个严重的问题。
在枪炮中，火药塞的太松，威力不够大，塞的太紧，火药的燃烧就会像点烟一样，从一头烧到另外一头，燃速太慢。
将火药进行颗粒化之后，大大增加了火药的表面积，火焰的扩散速度是360度的。
这是一种胶囊化的做法，把火药的配比直接锁定。
麦粒火药相比普通火药粉，性能要高出2-3倍，再加上纯度等其它工艺，就远远超出3倍了。
这整套工艺是中国人发明的，然后通过阿拉伯人传给西方。
西方是学了整套工艺，而不是几句话。
我就不引经据典拿什么《武经总要》来论证了，大家也看不懂。
说一句话你就明白了，可以明显看出，黑火药的工艺就是中药的制作流程。
只不过，硝石的提纯，中文叫煮硝和熬硝，而不叫重结晶。
因为火药，它本质其实就是一种中药，但是是要你命的药。
1840年，第一次鸦片战争的时候，英国人使用的就是这种麦粒黑火药，而不是某种新发明的无烟火药。
西方发明新的火药，那要等到1871年，法国人发现苦味酸的新用途了。
第一次鸦片战争，满清和英国之间，其实没有太大的技术代差。
因为英国人还是用黑火药，还是用风帆战舰，蒸汽船只有几百吨，还不堪大用。
现在问题来了，那满清怎么打不过英国人？
答案是：不给钱。
拿黑火药来举例，上面拨下钱来，满清亲贵贪一部分，兵部工部贪一部分，到了工匠手上，还剩几个钱？
工匠能给你做出来不错了，还给你重结晶三次？四次？
这跟贾府一样，上上下下都在糊弄，没有几个人认真负责。
这完全不是啥制度问题，而是王朝末期的征兆。
英国则完全相反。
在电影《怒海争锋》中，风帆战舰上的生活，还是比较艰苦的。
但是战舰上的将领，比如船长、大副二副，都是英国贵族，有些非常年轻，长的跟小孩一样。
有些人，还是船长的朋友托关系带上船的。
那个英国舰长非要追击法国风帆战舰，明明自己的战舰老化，不如法国的先进，甚至法国军舰已经走远，他还不惜远征追击。
为什么？
他们实在给的太多了。
英国在海上贸易发了一笔横财，非常舍得给钱。
1761年，英国国王乔治三世买白金汉宫花了2万英镑，还是分期付款的。
我们可以用这个作为一个单位，2万英镑=1宫。
英国海军的大统领们，只要赢了某些海战，俘获了敌舰，奖励都是3宫、4宫、5宫这样的。
就算是普通水手，赶上一次这种机会，能赚几辈子花不完的钱。
另外，在船上，晋升的速度非常快。
在电影里面，他们俘获了一只法国风帆战舰，一个小伙马上就升任船长了。
这是真实存在的。
海军太有钱，对外给出了大量的制造订单，不光是造船，还有火炮。
这就导致炼铁、机械加工工业突飞猛进。
早期的火炮，有不少是青铜制造的，有些是铜做的内层炮管。
原因是铜的韧性非常好，青铜熔点低，容易冶炼。
铁的冶炼比较复杂，几千年里面，人类并没有完全掌握。
长期来说，就是时灵时不灵的，有的时候炼出来的铁非常不错，有的时候一塌糊涂，非常脆，容易炸膛。
原因是温度不够，铁的杂质很难处理，其中碳的含量很难掌握。
比如说，你拿到品味高的铁矿，就炼出好铁了，用同样的方法，再来一炉子铁，结果就很差。
因为你这一炉子，铁矿的品味很差。
这个问题，人类很晚才完全搞懂。
如果是大规模使用，必须要攻克这些难题。
随着火药性能的提高，海军用的重炮，必须要承受很高的温度和压力，还要有比较好的气密性。
这就对铁的冶炼、铁的加工，铁的大规模使用提出了要求。
这就是第二次铁器革命，再次从青铜转向铁器。
第一次可以，第二次为什么不可以？
第二次铁器革命，是蒸汽机诞生的重大前提。
没有火药，就不可能有第二次铁器革命，也就没蒸汽机。
讲工业革命，不讲火枪火炮，那就绝对是搞错了路子。
三、钢铁
从温度这个线索来说，我们可以精确的判断出，西欧的科技是什么时候达到和中国持平的。
答案是：1709年，就是康熙四十八年。
那一年，康熙下令修建了圆明园。
那一年，德意志地区的炼金术师伯特格尔利用一个炉子，第一次做出了白瓷。
那个炉子，是利用聚光镜的原理，达到了1648度的高温。
这个温度已经超过了铁的熔点1538度。
但是达到这个温度，只是小规模范围内的。
那一年，英国的亚伯拉罕.达比，第一次用焦煤作为原料炼铁，让炉火的温度剧烈升高，开始了西方的大规模炼铁的时代。
这个时候，西欧才和中国的炼铁体系持平。
伯特格尔和亚伯拉罕.达比在不同的地区，完全不同的领域，做出了提升温度同样的改进，这说明西欧整体的科技积累已经足够提供一个土壤。
开始，英国采用马拉水车抽水，水力带动鼓风机，对高炉进行鼓风，找到了一条提高炉火温度的路。
纽科门蒸汽机发明之后，英国的钢铁行业就采用纽科门蒸汽机抽水，再用水力带动鼓风机。
铁的质量问题还是没有得到完全解决。
由于海军的巨量订单，他们的机械工业的诞生，加工水平突飞猛进。
比如说火枪和火炮，用当时的铁铸造，会导致枪管和炮管很多地方不均匀，气泡和砂眼多，容易炸膛。
英国人想到一个办法，那就是先铸造一根实心的圆柱体，然后在上面钻孔，再用镗床加工光滑。
没有这个技术，蒸汽机不可能做出来。
1776年，瓦特搞出的蒸汽机，先用的是苏格兰最大的钢铁厂铸造的汽缸，已经是该厂最好的产品，但是并不能用。
采用威尔金森的汽缸，才勉强达到要求。
这两家厂，都是造枪炮的。
所以蒸汽机源于火炮，不是一种说法，而是无可置疑的事实。
从这件事情我们可以看出，蒸汽机出现的真是不早不晚，刚刚好。
这不仅仅是英国，而是整个西方对于铁这种黑色金属进行投资的结果。
发明可以是偶然的。
但是要大规模应用，绝对离不开当时的科技和经济条件。
否则，再好的发明，也就成为一个玩具，消失在历史的长河之中。
1776年，瓦特的蒸汽机开始商用，英国钢铁厂直接采用蒸汽机对高炉进行鼓风，炉火的温度提升的很高。
从此蒸汽机开始了自我进化之路。
这个模式是这样的。
第一层循环：
蒸汽机为煤矿抽水和运输->产生更多的煤->更多的煤产生更多的焦煤->更多的焦煤+以蒸汽机为基础的更好的鼓风设备->更好的铁->更好的机械加工->更好的蒸汽机。
这个是指数级别的增长。
第二层循环：
贸易需要更高的产能->更多的蒸汽动力->改造更多的行业->更大的市场->更多的钱->更高的产能。
这个也是指数级的增长。
一个增长引爆另外一个增长。
蒸汽机的发明，让人类进入了研究火的第三个层次：热。
这个学问，现在就叫《热力学与统计物理》。
那这个有什么用呢？
就是所有热力发动机的基础，非常的难。
这个难度怎么说呢？
你得对高等数学像加减乘除那么熟悉，才能看懂，能看懂而已。
在那个年代，你每隔十年不进步，部队就会变成土鸡瓦狗，被人打得屁滚尿流。
只有现代化，没有西化。
西方的传统，是先被摧毁的，然后才来到东方。
Karl marx说：火药把骑士阶层炸得粉碎。
火药，这个来自东方的神秘力量，终于永久的改变了世界。
1856年，当贝塞麦发明了炼钢的有效方法，20年之后，人类终于找到了钢铁的秘密，不再时灵时不灵。
真正将炼钢的遗留问题解决，那都到1952年了。
（未完，但是这个系列暂时不会发了）