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世界科技全景百卷书: 技术革新
造纸术 纸是很普通的东西，也是非常重要的东西。我们读书、看报、写信、绘画、记笔记、写文章，哪一件也离不开纸。 有了纸，人类的各种知识才能保存下来，才能传播开去。有了纸，人类的文化科学事业才能迅速地向前发展。可以这样说，纸是人类文明的标志。 为了满足人民的需要，我国在解放后开办了很多造纸厂，用机器大量制造各种各样的纸张，供我们使用。在许多少年朋友看来，纸好像没有什么稀奇。 可是你知道吗，人类的文化史，有漫长的一个时期不是写在纸上，因为那时侯人们不会造纸。造纸的方法是我们祖先经过长期的努力，花了无数的心血才发明出来的。 纸的发明，表现了我国古代劳动人民的聪明才智，是中华民族对人类文化的重大贡献。 在纸产生以前，人类早就会写字了。据历史学家的研究，我国的文字起源于6000年前。 在现在的陕西省西安市东郊，有个半坡村。6000年前，有一个原始氏族公社在这里生活。1954年，我国考古工作者发掘半坡村氏族公社的遗址，挖出了大量的石器、骨器和陶器。那些陶器上，除了刻有花纹，还刻着简单的符号。历史学家们认为，这些符号具有文字的性质，可以说是已经发现的我国最早的文字。 可见在纸发明之前，我国的文字已经有了很长的历史。到了青铜时代，我们的祖先还把文字铸在或者刻在青铜器上。有些商代和周代的青铜器一直保存到现在，上面的文字记载了当时的一些历史事件和社会状况。 除了青铜器，我们的祖先还把文字写在什么上面呢？这里，我们先讲一个“龙骨”的故事。 清朝光绪二十五年（公元1899年），有一个人叫王懿荣，喜欢收集和研究古代的文物。有一天，他生了病，医生给他开了一张药方，药方上有一味药，叫“龙骨”。所谓龙骨，实际上是古代动物的骨骼或者骨骼化石。 药买了回来，王懿荣打开一看，发现有的“龙骨”上刻着很多古代的文字。他感到非常奇怪，就花工夫搜集这种刻有古代文字的“龙骨”。后来又有一些学者对这种“龙骨”发生了兴趣，他们经过搜集研究，方才知道这些刻有古代文字的“龙骨”，是一种珍贵的古代文物——殷商时代留下来的甲骨，离开现在已经有3000多年了。 甲骨是什么东西呢？ 甲就是乌龟的腹甲；骨就是兽骨，主要是牛的胛骨。甲骨上刻的是当时的文字。因为这种文字刻在甲骨上面，所以称做甲骨文。 这些带字的甲骨，最初是在河南安阳发现的。安阳是殷商后期的京城。当地的农民在地里挖到了这些东西，就当做“龙骨”，卖给了药店。 这就是“龙骨”的来历。 最初出土的甲骨并不很多，后来考古学家确定它是研究殷商历史的珍贵资料，就在安阳等地大规模发掘。几十年来，刻有文字的甲骨，已经发现约10余万片。 那么，当时的人为什么要把文字刻在甲骨上呢？ 原来殷商王朝很迷信，出征啦，打猎啦，放牧啦，甚至有什么疾病灾害啦，都要“占卜”一下，预测自己的运气好不好。甲骨就是他们占卜的用具。占卜的时候，他们先用铜钻在甲骨的一面钻一个孔，再用火烧灼钻孔的地方。甲骨经火一烧灼，另外一面就出现了纵横的裂纹，他们就根据裂纹来判断吉凶。占卜以后，他们常常就把结果刻在这块甲骨上。 当时，占卜的事情实在太多了，因此，甲骨文字记录的范围非常广泛，反映了殷王的活动和殷商社会生活的许多方面。 不但殷代有甲骨文，殷以后的西周也有甲骨文。1977年，考古工作者在陕西省周原地区，又挖出了15000多片西周早期占卜用的甲骨。 殷商时代和西周甲骨的出土，使我们获得了研究古代政治经济和文化的大量历史资料。这种甲骨就是我们祖先最早用来“写”字的一种“纸”。 我们祖先“写”字的材料，除了甲骨以外，还有竹片和木板。 树木到处都是，竹子在南方也很普遍，因此，人们就把它们削成一条条狭长而又平整的小片片，在上面写字。竹子做的叫竹简；本头做的叫木简，又叫版牍。 简的长度不一样，长的有三尺，短的只有五寸。人们写信的时候，往往用一尺长的简，所以后来把信称为“尺牍”。还有一种简，三面起棱，可以竖起来，便利儿童阅读，这就是当时的儿童识字课本哩！ 每根简上写的字多少不一，大多是20来个字，少的只有一两个字，多的也有三四十个字的。 人们在简上写字的时候，还准备好一把刀，万一把字写坏了，就削掉重写。直到今天，我们还把修改文章称为删削。 我们祖先在简上写了字，就用绳子、丝线或皮带，把一根根简编在一起。这样，就成为一册一册的最原始的书了。“册”是一个像形字，就像一根一根简用绳子串起来的样子。 什么时候我们祖先开始用竹片和木板写字的呢？ 这个问题现在很难断定，很可能在殷商时代，人们就已经这么做了。因为我国的古书——《尚书》上说，殷朝已经“有典有册”了。在甲骨文里，也有这样一个字：“ ”，这就是古写的“册”字。 竹简和木简上的字，都是用毛笔写的。我国的毛笔，可能在殷代就发明了。在一些甲骨、玉片和陶器上，都可以看到殷代人们用毛笔书写的朱墨字迹。 在竹简和木简上写字，要比在甲骨上刻字容易，而且也便于编连。这样就使古人有了编书的条件。我国最古的正式书籍就是用竹简和木简编成的。这样的书，是曾经一再发现的出土文物。 据古书的记载，西汉时候，人们曾经在孔丘旧宅的墙壁中发现了许多竹简和木简，上面写着《尚书》、《礼记》、《论语》、《孝经》等几十篇儒家所谓的“经典”。据《晋书》上记载，在晋武帝时代，有人发掘了战国时期的魏襄王的墓 （一说是魏安厘王的墓），得到竹简几十车。 解放以来，我国各地发现的竹简和木简，已有20多起。其中出土数量最多的，要数前几年出土的居延汉简。 我国甘肃省北部额济纳河流域，古代称为居延。西汉武帝的时候，曾经派军队在这里开荒和守卫，还修筑了大量的军事设施。解放前，这里曾出土过汉简1万多根。1972年1976年，我国考古工作者又在这一带进行考古发掘，发现汉简约两万根，不但比解放前增加一倍，而且也是我国历来发现古代简牍最多的一次。 这两万多根汉简，绝大多数是木简，只有极少数是竹简。现在，考古工作者已初步整理出70多个完整的或比较完整的簿册。它们是研究汉代历史的重要资料。 这次发掘，还出土了两幅木板画。这说明当时不但用竹简和木简写书，还用木板来画图。 用竹简和木简写字，虽然比甲骨上刻字容易，可是这样的书仍旧有个很大的缺点，就是笨重，翻阅起来十分麻烦，携带尤其不便。 据古书上说，战国时代，有个思想家叫惠施，他旅行的时候，要用五辆车子装他所带的书。他的书，其实就是一捆一捆的木简和竹简。 秦始皇统一中国以后，许多事情他都要亲自处理。当时的公文都写在竹简和木简上，他每天看的公文竟有100多斤重。 西汉时候，有个人叫东方朔，是个文学家。有一次，他为了给汉武帝提建议，竟用了3000根竹简写了一篇奏章，由两个人吃力地抬进宫去。 大约在春秋战国之际，人们在使用竹木简的同时，又发明了另外一种办法，用丝织品来写字、画图。 我国是世界上最早饲养家蚕和织造丝绸的国家。养蚕从什么时候开始的，现在还不能确定。据古书记载，在殷商时代，我国蚕丝业已经相当发达，在甲骨文中，已经有“丝”、“帛”和“桑”等字；另外，还有祭祀蚕神的记载。当时，人们不但有丝绸可以做衣服，甚至连用的东西也用绢帛包起来了。考古工作者曾经发现一些粘附在殷代铜器上面的丝绸残片，有的织成了菱形花纹，有的还有刺绣的图案。 随着社会经济的发展，丝织品的生产也更加普遍。大约在西周时候，人们就开始用帛写字。到了春秋战国时候，用帛写字的人就越来越多了。古人写的书里，“竹帛”两个字相当于我们今天的“稿纸”。战国初年有个思想家墨子，曾在他的书里不止一次地说到“著于竹帛”，就是写在竹简和帛上的意思。这说明帛和竹简木简一样，当时都用来做书写的材料。 那时候，人们不但用帛写字，还用帛画图。 从 1971年底到 1974年春天，我国考古工作者发掘了湖南长沙马王堆的三座汉墓，除了发现一具2000多年没有腐烂的女尸，还获得了大量珍贵的文物。在这些文物中，尤其重要和罕见的是两幅彩绘帛画、两幅画在帛上的地图以及一大批帛书，同时出土的，还有600多根竹简。这说明当时竹木简和帛是并用的。 帛很轻便，便于携带和书写，看起来也很清楚。可是，帛的生产毕竟不是那么容易，价钱也太贵了，一般人用不起。所以在我国古代，帛书不及竹简和木简那样普遍。竹简木简太笨重，帛又太贵，用这些东西写字，都有缺点，还得想出更好的方法来。 于是，随着生产和科学技术的发展，纸终于被发明了。 在讲纸的发明以前，这里先讲一个关于“赫蹄”的小故事。 西汉末年，赵飞燕姐妹二人都被召入宫，得到了汉成帝的宠幸，一个当了皇后，一个当了昭仪。宫中有个女官叫曹伟能，生了一个孩子，按说应该是皇子。赵昭仪知道厂，就派人抛弃了孩子，把伟能监禁起来，给她一个绿色的小匣子，里面是用“赫蹄”包着的两颗毒药，“赫蹄”上还写看：“告伟能，努力饮此药……”就这样，伟能被逼着服毒死了。 这张包着药还写上字的“赫蹄”，究竟是什么东西呢？ 二世纪末叶，我国有个学者应劭解释说，它是一种用丝绵做成的薄纸。 原来在西汉时代，我国已经能制作丝绵了。制作丝绵的方法是把蚕茧煮过以后，放在竹席子上，再把竹席子浸在河水里，将丝绵冲洗打烂。丝绵做成以后，从席子上拿下来，席子上常常还残留着一层丝绵。等席子晒干了，这层丝绵就变成一张张薄薄的丝绵片，剥下来就可以在上面写字。 这种薄片就是“赫蹄”，也就是丝绵纸。 在东汉永元十二年 （公元100年），我国有名的学者许慎，写成了中国第一部字典——《说文解字》。这部字典里已经收有“纸”字。他解释“纸”字的意思，就跟在水中打制丝绵有关。因为最早的纸是用蚕丝做成的，和做丝绵又有密切的关系，所以“纸”字就用“糸”做偏旁。 这种丝绵纸的发明，是当时劳动人民努力实践的成果。伟能死的时候是公元前 12年，毫无疑问，“赫蹄”的发明年代代应该在这以前了。 用丝绵纸写字，既光滑，又轻便，一定受大家的欢迎。不过，它还得用蚕丝做原料，不可能大量生产。 丝绵纸虽然不能大量生产，它的制造方法却给人们很大的启发。既然可以利用蚕丝的纤维来造纸，那么，可不可以利用富于纤维质的植物来造纸呢？人们从长期的生产实践中，终于逐步摸索到造纸的方法。 1957年5月，在陕西省西安市郊灞桥砖瓦厂工地上，发现了一座古代墓葬。我国考古工作者立即对这座墓进行了清理，在墓中发掘到铜剑、铜镜、半两钱、石虎、陶器等文物。其中值得注意的是，在包着麻布的铜镜下面，放有一些米黄色的古纸，最大的差不多有十厘米见方，还有一些较小的纸片。纸上面有明显的被麻布压成的布纹。由于长期和铜镜放在一起，纸和麻布的表面都呈现出绿色铜锈老斑。这些情况说明，它是和其他文物同时随葬入墓的。 考古工作者对这座古墓和出土文物进行研究，断定它们的年代不会晚于西汉武帝，离开现在已经有2100多年了。 这些古纸因为是在灞桥这个地方发掘出来的，所以称为灞桥纸。 灞桥纸究竟是用什么原料制造的呢？ 1965年，我国有关单位对灞桥纸进行了反复的检验，确定它主要是由大麻纤维所造的，但是也混有少量的苎麻。 大麻是我国种植的最古老的麻类。春秋时代编成的我国最早的一部诗歌总集《诗经》，其中就提到“麻”和“ ”。“麻”，指大麻；“ ”，指苎麻。汉朝时候，它们都是麻纺业中的主要原料。因此，人们也就把它们用来作为造纸的原料了。 用麻来造纸，采用的也是丝绵纸——“赫蹄”的制造方法。我国古代的劳动人民穿不起丝绸、丝绵，只好穿麻制品。古书上是把“布”（指麻布）和“帛”并提的，把“麻缕”和“丝絮”（指丝绵）并提的。当时制造麻缕，跟制造丝绵的方法一样，也是在水中进行的。《诗经》中就讲到：“东门之池，可以沤麻”，“东门之池，可以沤 ”，“沤”就是把麻长时间地浸渍在水中。在水中制造丝绵的时候，竹席子上总有残留着的丝绵；同样，在沤麻的时候，也总有细碎的麻筋落下来。竹席子上残留的丝绵可以做成丝绵纸，劳动人民在积累了做丝绵纸的经验以后，就很自然地采用这种方法，用细碎的麻筋制造植物纤维纸了。 灞桥纸是世界上现存的最早的植物纤维纸。它的发现，在科学技术史上具有重大的意义。过去，历史书都说纸是东汉蔡伦发明的，灞桥纸的发现，说明早在西汉时代，我国劳动人民已经发明用植物纤维造纸了。 除了灞桥纸以外，1933年，在我国新疆罗布淖尔地方，也发掘到一张西汉古纸，不过它的时代比灞桥纸晚一点。这张西汉古纸，也是用麻类纤维制造的。 我国虽然在西汉时代就有了植物纤维纸，但是，那时候麻缕也跟丝绵一样，是用来做衣服的，不可能大量用在造纸上。同时，麻缕制的纸又厚又糙，不很适宜写字。它还需要进一步改进和提高，才能代替竹简、木简和丝绵。 我们在前面讲过，造纸法不是蔡伦最早发明的。那么，蔡伦是个什么人？他跟造纸法究竟有什么关系呢？ 这里，我们就来讲讲蔡伦的故事。 蔡伦生活在东汉和帝时候，他是桂阳人，桂阳就是现在的湖南莱阳一带。在蔡伦出生的几十年前，我国发生了一次大规模的农民起义。这次起义在一定程度上打击了封建统治，推动了社会生产力的发展。从东汉初年到汉和帝时期，农业和手工业都不断进步。社会经济的发展，对纸张的生产提出了更高的要求。 蔡伦从小就到皇宫里去当太监，担任职位较低的职务——小黄门，后来得到汉和帝信任，被提升为中常侍，参与国家的机密大事。他还做过管理宫廷用品的官—一尚方令，监督工匠为皇室制造宝剑和其他各种器械，因而经常和工匠们接触。劳动人民的精湛技术和创造精神，给了他很大的影响。 当时，蔡伦看到大家写字很不方便，竹简和木简太笨重，丝帛太贵，丝绵纸不可能大量生产，都有缺点。于是，他就研究改进造纸的方法。 蔡伦总结了前人造纸的经验，带领工匠们用树皮、麻头、破布和破鱼网等原料来造纸。他们先把树皮、麻头、破布和破鱼网等东西剪碎或切断，放在水里浸渍相当时间，再捣烂成浆状物，还可能经过蒸煮，然后在席子上摊成薄片，放在太阳底下晒干，这样就变成纸了。 用这种方法造出来的纸，体轻质薄，很适合写字，受到了人们的欢迎。东汉元兴元年（公元105年），蔡伦把这个重大的成就报告了汉和帝，汉和帝赞扬了他一番。从此。全国各地都开始用这样的方法造纸。 造纸技术很复杂，不可能是某一个人凭空想出来的；事实上，在蔡伦之前，劳动人民已经用植物纤维来造纸了。所以我们不能说纸是蔡伦发明的，但是也应该肯定蔡伦对改进造纸技术是有很大贡献的。 蔡伦带领工匠改进造纸方法，造出了质量较高的纸。他提出用树皮、麻头、破布、破鱼网来做原料，也是造纸技术的一大进步。这些原料来源广泛，价钱便宜，有的还是废物利用，因此可以大量生产。至于用树皮做原料，更是一个新的发现。后代人用木浆造纸，就是受到蔡伦用树皮造纸的启发。 蔡伦改进造纸方法成功，这是人类文化史上一件大事。从此，纸才有可能大量生产，给以后书籍的印刷创造了物质条件。 在蔡伦以后，别人又不断把他的方法加以改进。蔡伦死后大约80年（东汉末年），又出了一位造纸能手，名叫左伯。他造出来的纸厚薄均匀，质地细密，色泽鲜明。当时人们称这种纸为“左伯纸”。可惜历史上没有把左伯所用的原料和制造方法记载下来。 自从蔡伦改进造纸技术以后，造纸业就迅速发展起来。到了晋朝时候，纸就为人们普遍使用，代替了帛的地位。 两晋、南北朝时候，造纸的原料已经不限于树皮、麻头、破布和破鱼网等东西，它的范围逐渐扩大了。 西晋的文学家张华在他写的《博物志》中说：剡溪（现在的浙江嵊县地带）出产古藤，可以造纸，所以就把纸称为剡藤。 隋朝的虞世南辑了一部《北堂书钞》，书里引用东晋人范宁的一句话说，土纸不可作文书，文书都是藤角纸。 宋朝的赵希鹄写了一部《洞天清录集》，书中说晋朝大书法家王羲之和他的儿子王献之，有不少字是写在会稽出产的竖纹竹纸上的。 从上面这些记载中，我们知道，晋朝时候人们已经用藤和竹做造纸的原料了。 那么，范宁说的“土纸”，又是什么原料制造的呢？ 有人认为这种“土纸”，就是麦秆、稻秆等粗纤维造的草纸。 在南北朝时代，北方人还用楮树皮造纸。那时候，有个杰出的农业科学家贾思勰，写了一部著名的农业科学著作《齐民要术》。这部书在讲到北方农民种植楮树的时候说：他们煮剥树皮，虽然很辛苦，但是获利很大；如果自己能造纸，得利就更大了。这段记载告诉我们，北方农民种楮树的目的，就是为了造纸；而且煮剥树皮是造纸的一道重要工序。 造纸原料范围的扩大，对于造纸业的发展和进步有重要意义，各地就可以利用当地出产的材料来造纸了。 由于原料范围的扩大，纸的种类也越来越多，纸的质量也越来越好，生产的数量也大大增加了。 纸张多了，抄写书籍的风气就流行起来。于是，又出现了一种保护书卷纸张的新方法。人们在制造的时候，再加进一种味道非常苦涩的叫做黄蘖的草药。这样的纸可以避免虫咬，长期保存。这种新方法称为“入潢”，在唐代就非常流行了。 在隋唐时候，我国造纸业更加发达起来。这跟当时的政治经济是分不开的。自东晋以来，原来经济落后的江南地区，经过劳动人民的长期努力，经济也已经上升到黄河流域的水平。隋朝结束了南北朝的长期分裂局面，到了唐朝时候，农业、手工业和商业都有了很大的发展，封建经济非常繁荣。辉煌灿烂的唐代文化，是中国封建文化的高峰。这种经济繁荣、文化昌盛的局面，必然要求发展造纸业，造出更多更好的纸张，满足各方面的需要。 唐代造纸业发达的地区是相当广泛的，南方北方很多地方生产纸，好多古书上都有这方面的记载。 这时候也出现了不少大规模的造纸作坊。唐代皇甫枚的《三水小牍》里，写了这样一件事：巨鹿郡南和县街北，有个造纸作坊，墙壁上常常贴满了纸，让太阳把它晒干。一天，突然之间刮来一阵旋风，把墙壁上的纸几乎都卷了下来，这些雪白的纸漫天飞舞，远远看去，简直像雪花一样。我们从这个记载可以想见，这个纸坊的规模是相当大的。 唐代的纸张品种很多，所用的原料主要是麻、藤、楮三种。当时的益州 （现在的四川）和扬州等地，都是麻纸的著名产地。藤纸的生产，也从原来的产地剡溪，逐渐推广到浙江、江西两省许多产藤的州县。 用楮树皮造的楮纸，在唐代更加流行。唐朝文学家韩愈曾把纸称为“楮先生”，就是指楮树皮造的纸。 除了上面讲的几种主要原料以外，唐朝又开始用海草、檀树皮等造纸。 大家都知道，我国的宣纸是很有名的，讲究写字绘画的人，都喜欢使用宣纸。这种纸直到现在还是手工纸里的精品。宣纸用檀树皮和稻草造成。它洁白细密，均匀柔软，质地坚韧，经久不变色，还有吸水力强的特点。早在唐朝时候，宣纸就已经是宣州的著名产品了。 从宋朝开始，竹纸的产量越来越大。我国长江以南，气候温暖，竹子到处都是，生长起来也很快。所以，采用竹子做造纸原料以后，造纸业的发展就更快了。 明朝时候有个科学家叫宋应星，他写了一部《天工开物》，里面就讲到造竹纸的方法：先把竹子截断，剖成竹片，拌了石灰浸在水塘里，再取出来煮烂，制成纸浆，然后用绷在木架上的竹帘子从纸浆面上荡过去。这样，竹帘上就留下一层纤维，把这层纤维揭下来烘干，纸就制成了。 当时用石灰等蒸煮纸浆，实际上就是化学处理法。这已经是一套相当完整的造纸方法了。 我国是第一个发明造纸法的国家。后来，纸传到了别的国家，接着造纸方法也传到了别的国家。 我国的纸和造纸方法，最先传到越南和朝鲜，又从朝鲜传到日本。西晋太康六年 （公元285年），朝鲜半岛的百济国，有个学者叫王仁博士，带了 《论语》等书到日本去，这些书都是写在纸上的手抄本。 隋炀帝大业六年（公元610年），有一个朝鲜和尚昙征到日本去，他把从中国学到的造纸方法和造墨方法传给了日本人。不久，日本也能大量造纸了。 公元751年，我国的造纸方法，又向西传到了阿拉伯。 那时候，阿拉伯有一个强大的国家，在我国的历史上叫大食。大食的疆域一度扩展到中亚细亚。唐玄宗天宝十年 （公元751年），唐朝的安西节度使高仙芝带领军队，和大食的齐牙德·衣布·噶利带领的军队打了一仗。结果，高仙芝被打败，好多唐朝的士兵被俘虏去了。这些士兵中有不少造纸工人，因此，我国的造纸方法也就传到了大食国。大食国人就在撒马尔罕和其他一些城市里开办造纸厂，大量生产纸，并且把纸出口到欧洲各国去。当时欧洲各国所用的纸，都是阿拉伯人制造供应的。 纸传到欧洲以前，在很长一个时期内，欧洲人把字写在石头、蜡板、纸草、羊皮上。纸草一经折叠就会断裂，不容易保存。羊皮价钱很贵，抄写一部《圣经》，就要用300多只羊的皮。这种用羊皮抄成的书，一般人谁买得起呀，太贵了！ 阿拉伯人把纸输送到欧洲各国，欧洲人也就得到了便宜的书写材料。他们普遍用起纸来，不再使用纸草和羊皮写字了。 公元1150年，阿拉伯人在欧洲的西班牙设立了造纸厂。这样，中国的造纸方法就传到了西班牙。 这时候，离开蔡伦改进造纸法已经有1000年了！以后，纸又从那里陆续传到了欧洲其他各国；到17世纪末，才传到了美洲大陆。 我国的纸和造纸方法，最后终于传遍了全世界。各国人民都用起纸来，许多国家也都能自己造纸。这样，就大大促进了各国经济和文化的发展。 活字印刷术 印刷术是我国古代著名的四大发明之一，它不仅对我国经济文化的发展起到了促进作用，也对世界文明的传播作出了重要贡献。特别是活字印刷术的发明，为现代印刷术奠定了基础，它比德国人谷腾堡使用的活字印刷早了400多年。 11世纪中叶，正是我国北宋时代，那时雕刻印刷已发展到鼎盛阶段，所刻印的图书不仅字体优美、纸墨精良，而且装帧考究，谬误较少，成为举世闻名的珍本。与此相应的是，刻字印书的书坊像雨后春笋一样出现了。这些书坊的主人，雇佣了写工、刻工、印工，以及很多的学徒，大量刻印图书。 当时，杭州是全国有名刻印书中心。杭州一家私人书坊里，有一个刻印工匠，名叫毕 。他从十几岁就在这家书坊里当学徒，经过几年的努力，已成为一名技艺娴熟的印刷工匠。书坊里的雕版印刷活是比较复杂的，先要选好易于雕刻的木材作为版材，然后用刀凿等工具顺着木版上写的文字反文笔划雕刻凿削，把一笔一划都凸出来。木版雕好后，在上面刷上墨，再把纸铺在木板上，用软刷在纸背上均匀地刷。这样，字就能印到纸上。将纸揭下来后，就能看到白底黑字的清晰的正文。实际上，它和我们今天刻的阳文印章的原理是一样的。 毕 从学徒升为印刷工匠后，很快在书坊里成为一名骨干力量。他负责雕刻印书的每道工序，都十分认真仔细，印出的书精致美观。然而，他渐渐感到雕版印刷有很多不足之处，需要改进。就以雕刻工来说，他们的工作量太大。印一部书，先要由写工费好多时间将书的内容用规格一致的纸，工工整整地抄写一遍，而刻工们雕刻书版所花的时间就更长了。毕 的书坊里有时要雕刻印刷一些部头很大的书。刻版的工匠，一干就是10年、8年的。当时，刻书为了整齐美观，一般一部书是由一个写工从头至尾地抄写，再由一个刻工从头至尾地雕刻出来。这样，印出来的书前前后后的字体都是一致的。 雕刻书版的整个过程，还要非常细心。好几次，毕 辛辛苦苦地花了很长时间刻好的一整块书版上发现有错字，就只好报废，重新从头再刻。刻工们常常没日没夜地工作，累得腰都直不起来。可是，印成一本书之后，毕他们花费很多劳动雕刻出来的书版就没有用了。要印制新书，又得重新雕版。在这种情况下，书坊里废弃不用的书版多得无处堆放。毕 看到这些越堆越多的书版，心想：“这些不仅是我们工匠的辛勤劳动，而且浪费了多少木材啊！” 雕版印书的另一个不足之处是，每印一本书由于花费大量的人力物力，印出来的书成本就较高，书价自然也就很昂贵。当时，许多在一些方面取得成就的人，希望把这些成就雕印成书的方式，在社会上广为传播，并留传给后世。然而，由于书坊印书要花费很多劳动和很长时间，不少文人、学者出版书籍的要求常常得不到满足。毕 亲眼看到社会上不少好书就因为雕版印书跟不上要求而得不到出版，觉得非常可惜。因此，毕 在苦苦琢磨着如何缩短印书时间，减少刻工们劳动强度的办法。这也是当时人们极为关心的一大问题。 有一天，毕 在书坊里工作了整整一天，眼看一整块书版就要刻成了，可一不留心，刻坏了一个字。他叹了一口气，心想：今天一天的工夫算是白费了。可是，他实在舍不得扔掉这块书版再重新雕刻。面对着刻坏字的书版，他在苦苦思索着补救的办法。他想，能不能刻一个字补上去呢？于是，就抱着试一试的心理，先把刻坏的字用刀削去，并在这块地方挖一个浅浅的小方孔，再做成一个与小方孔大小吻合的小木片，上面刻好需要的那个字，然后用胶粘在小方孔里。由于他的技术娴熟，所以补上去的字很难看出来。 这件事对毕 的启发很大，使他联想到早已流行使用的一个个活动的印章，再看看面前雕刻的书版，他茅塞顿开，心想：如果把书版上那些不能活动的字分割开来，让它们变成一个个可以活动的单个的字，就像一个个的小印章一样，每个小印章上刻一个字，印一本书，需要用什么字，就选什么字。印刷书籍时，再把这些单个字排成像雕版印刷的书版一样的一块整版。书印完后，活动的单个字可以拆下来，印下一本书时再用。这样，既节省了大量木材，减轻了刻字工匠们繁重的劳动操作，又缩短了印书时间，岂不是一举多得了吗？想到这里，他心中豁然开朗，认定自己想法是对头的。 公元1041年，毕 开始着手制造单个的活字。由于没有现成的办法可以借鉴或参考，一开头就困难重重。他首先想到把雕刻的书版上的字分割开来，做成单个字。接着，又想用刻印章的办法，刻成一个个单个字。于是，他很快找来一些木材，先把它们做成一个个整齐的小方块，然后在上面刻上文字的反形字。但由于这些木头纹理不一，刻起字来非常费事，稍不留心，小木块就刻坏不能用了。毕 费了很大劲，总算刻好一些单个的木活字。他把这些单个木活字拼在一块铁板上面，再用一个铁框把它们都圈在里面，从而形成像雕刻版一样的整版，以便用它印书。然而，这些木活字在铁板上稍稍一动，就东倒西歪的，无法上墨印刷。毕 用松脂和蜡经加热熔化后将这些小木活字粘在铁板上，使它们在上墨时不能扭来扭去了。但是，这些小木块的纹理疏密不匀，伸缩性很大，一上墨后就膨胀变形了，使版面上的字变得高高低低的，一点儿都不平整。结果，印出来的字，墨色深浅不一，字划也不清楚。更使毕 失望的是，那些小木块活字沾上松脂和蜡以后，不容易从铁板上取下来，而且木活字上沾的东西也没法弄干净，实际上不能再次使用了。 这次失败，使毕 认识到必须采用好的活字制作材料。他又试验了好几种材料，可都不适合用来做活字。毕 又苦苦思索起来，希望找到一种既容易雕刻、又不吸水变形的理想活字材料。 有一天，毕 家里盛水的陶罐上边的一些花纹引起他的注意。他拿起陶罐看着看着，忽然想到，这陶罐不就是一种既能刻字又不吸水的东西吗？如果仿照制陶罐的方法，在软泥坯上刻好字，然后用火把它烧硬，不就能制出一种不吸水的活字了吗？毕 高兴极了，决定先到一家烧制陶瓷的窑场参观一下，了解烧制陶器的方法。 毕 来到杭州城外的一家窑场，虚心向窑工们请教。他很快了解到，制作陶器需要以黏土为主要成分的混合物作原料。毕 回去以后，经过反复比较，选定了一种黏性很大又非常细软的胶泥，并用这种胶泥做成了一些泥活字。但是，烧出来的泥字有的裂缝，有的还有小孔，不能用来印书。毕 再次拜访了那家窑场。他仔细了解制作陶器的每个工序，包括和泥、制坯成形、泥坯干燥和送窑里烧制等。毕 学到了这套制陶技术后，回去后再次开始了制造泥活字的尝试。 他先将胶泥拌均匀，制成大小一致的小方块型泥坯，然后在每个泥坯上刻好文字。刻好后的泥坯稍稍阴干一下，再放到火中去烧硬。这一次毕 终于成功地制作了字划清楚、不吸水又坚如牛角的泥活字。此后，他又花费了七八年时间，造了上万个泥活字。在制做泥活字的过程中，为了方便印书，他将每个字都刻制了几个泥活字，而对于当时书中常用的“之”、“乎”、 “也”一类的字，则分别制成20多个泥活字，从而形成了一套印书的泥字。 有了这套泥活字，还不能马上印书。要印书，先得把活字制成版。这是毕 发明活字印刷术的重要组成部分。 用活字拼版时，得先将活字固定在一起，形成一整块书版，不然就无法上墨印刷。幸好，这个问题在用木活字试验时就已解决，现在就直接用在泥活字拼版上。毕 先将一块铁板摆好，在上面均匀地撒上一层松脂、蜡等，在铁板上面再放一个铁框，然后按照要印的书搞，拣出需要的泥活字，依顺序一个个地排在铁框里面。排满一铁框，就成一版。把排好的版拿到火上加热，铁框里的松脂、蜡等遇热即熔化。这时，用一块平整的木板把活字按平。当铁框内的松脂、蜡等冷却凝固后，框里的泥活字就牢牢地粘成一体，而且版面十分平整。最后上墨印刷，就可以印出质量很好的书了。据说，毕 用泥活字版印出来的书，“墨若漆光”，非常漂亮。 为了提高印刷速度，毕 在排版时置备了两块铁板，交替使用。另外，他还制作了有许多格子的木架，专门用来存放不同的泥活字，并按字的韵母分成了若干类。这样，拣字时就能像查字典一样，很快就能找到所需要的泥活字了。 毕 是世界上发明活字印刷术的第一人，为中华民族赢得了荣誉。现在看来，他的方法显得原始、简单，但是活字印刷的三个主要的步骤——制作活字、排版、印刷，在他的活字印刷术中都已齐备，其基本原理与现代的活字印刷是完全相同的。而欧洲人在毕 泥活字的基础上发明的金属活字印刷，要比毕 晚近半个世纪。活字印刷术的发明，是中华民族的一大骄傲。 静电印刷术 在静电印刷术中，在置于黑暗中的绝缘光电导表面上引起一个静电荷，然后将静电印刷表面置于从原版反射过来的光下曝光（就照相于版而言）。在形成的电荷分布图上撒上一种带色的粉末，粉末要适当地充电，使之既能为电荷分布图所吸引，又能为背景所排斥。粉末图样 （原物的图像）用进一步使用静电的办法搬到普通的纸上，然后用加热成化学方法固定下来。最后，将这个静电印刷表面擦净，准备再用。 在静电印刷术发明之前，复制一直是主要依靠照相术或摄影装置——两者都涉及由热或光在特制的纸上引起的化学变化。然而这些方法却受到许多限制：要使用湿的化学剂、能够使用的原版的种类有限，还需要相当熟练的操作者。正是这些限制和对简单而灵活的复制方法的日益增长的需求，使在纽约的一个专利公司工作的物理学家卡尔森得出这样的结论：真正的解决办法是把静电学和光电导性结合起来。1937年，他在这种意义上提出申请一项临时的专利。 在纽约阿斯托里亚的一间又小又僻静的屋子里工作的卡尔森，发现他的实验困难重重。除了手头十分拮据之外，他用来试制光电导于版用的材料（硫磺和蒽）所冒的烟还可能引起火灾。邻居们怨声载道，这也是个不小的问题。 但是他坚持下来了，并于1938年10月22日用静电印刷术复制了“10—22—38Astoria”的字样。这是具有历史意义的一次复制。他于1939年4月4日提出第一项专利的申请，于1940年11月16日获得关于自动复制机的另一项专利。 卡尔森极力使工业界对这种印刷术感兴趣，但毫无结果。然而在1947年，一个小的家庭公司，纽约罗彻斯特的哈洛伊德公司 （后来改为静电印刷术复制公司），获得了卡尔森的专利权，并在1948年10月22日（首次进行静电印刷复制后的10年）举行的美国光学会的年会上，对静电印刷术进行了首次公开的演示。 现在，静电印刷术已经广为普及，并成为印刷业的主角，活字印刷术正在成为历史。 合成材料 塑料、合成纤维和合成橡胶号称20世纪三大有机合成技术。它的登台大大地提高了国民生活水平，对国计民生的重要性是不言而喻的。 最早发现到塑料存在的是19世纪末叶的德国化学家拜耳，他曾将苯酚跟甲醛化合，得到一种树脂般的物质。可惜，他不知道它能派什么用场。 1907年，美国工业化学家贝克兰再次研究苯酚与甲醛反应，并加入适量的填充剂，结果发现产品有韧性而且绝缘性能良好。于是，在1910年建成了年产1000吨的历史上第一家塑料制品厂。到1939年，产品发展到20多万吨。虽然氯乙烯是1912年发现的，但使它成为塑料却是在1932年，是由英国卜内门公司生产的。1947年，美国化学家杰勒留和孔宁合成了聚苯乙烯。到本世纪50年代，德国化学家齐格勒和意大利化学家纳培发明了新的催化聚合剂，才把塑料制造业推向高峰。此后高性能的塑料品种如雨后春笋般出现，常见的有聚丙烯、ABS、聚砜、聚碳……不下数百种之多。全世界年产量已超过6000万吨，等于木材和水泥的总产量。 至于合成纤维，最早是在改造天然纤维的基础上发展起来的。 1855年，德国化学家安地玛首先用浓硝酸处理桑树枝得到一种纤维，可惜它易爆燃，未能应用。1884年，英国化学家斯温曾用硝酸与纤维合成得到 “安全人造丝”，并于1889年在巴黎博览会展出，曾轰动一时。 1935年，美国化学家卡罗泽斯以已二醇和己二酸首先合成尼龙—66，推出世界上第一个人工合成的纤维。1937年，德国有机研究所又合成尼龙—6。1939年，日本化学家楼田一郎合成了能耐水耐热的尼龙纤维。1940年，英国化学家狄克逊合成涤纶纤维，当年即投产，产量达5万吨。如今，合成纤维产量日增，全世界年产量已达1500万吨，超过天然纤维的产量。 合成橡胶也是从模仿和改造天然橡胶开始的。1838年，美国工人古德意用松节油、硫磺、碳酸钙在高温下与生橡胶加热，获得性能优良的橡胶。从此，橡胶名声大噪，广泛地用作车胎、绝缘线等。由于汽车、飞机工业的迅猛发展，天然橡胶的产量有限，不能满足日益增长的需求。特别是第一次世界大战期间，德国受英国海军封锁，得不到东南亚、南美洲的橡胶，急需以代用品来解燃眉之急，因而，合成橡胶就应运而生了。当时，德国化学家首先用乙炔和丙酮合成2，3—二甲基丁二烯橡胶2350吨以解战争的急需。战后30年代，科学家们又合成了丁苯橡胶和西腈橡胶，虽成本高于天然橡胶，但质量已基本接近天然橡胶。1932年，美国化学家纽兰德先用乙炔氯化、聚合得到a一氯—1，3丁二烯单体，再聚合成氯丁橡胶。它有耐氧、抗震、抗热等优点，性能已超过天然橡胶了。50年代以来，合成橡胶产量已超过天然橡胶2倍，年产量达到600万吨。 摄影新技术 1872年，美国大资本家史丹福以2万美元的高价，请英国摄影大师迈布里奇设计一种特殊拍照装置，使照相机快门每秒可关闭2000次，以捕捉快马飞驰的镜头。这在当时被认为是一大奇迹而轰动一时。然而，科学家如果要给化学变化拍照，它的快门关闭速度必须比迈布里奇的快门关闭速度还要快100亿倍。 大家知道，化学变化开始于分子间的碰撞，先形成一个过渡态的分子， -12然后再变成为产物的分子。按现代科学技术测定，过渡态的寿命仅10秒， -15如果要将它的状况拍下照片，那么快门的关闭应不少于10秒，这与1秒钟相比，犹如1秒对于3200年一样。光速每秒可行30万公里，约等于地球到 -15月球的距离，光速在10秒的时间里所行距离只有十万分之三厘米，仅相当 -15于一个细菌的直径。可见，10秒是何其短暂！在这么短暂的时间把分子变化拍成照片可能吗？ 美籍华人李远哲博士发明的分子束超高速分子摄影法，就能给化学变化拍照。李远哲是我国台湾省新竹县人，在台湾大学获硕士学位后，到美国加州大学攻读博士，在导师赫米巴哈的指导下建立第一台转动分子束实验装置，它的工作程序可分为三个部分，一是产生分子束的发散源，快速定向地进入碰撞室；二是在碰撞室分子碰撞时，有的可以起反应，有的则不能；三是用高速检测器把碰撞状况用电离仪或质谱仪记录下来，成为照片。分子束实验对化学变化过程的每一个细节，包括过渡态、中间产生物等情况可通过光子吸收、放射情况用探测器记录下来，好像制作卡通电影片那样一一拍录，使人一目了然。当然，拍摄下来的并非分子实体而是光谱的各种信号，但用这些信号可以“翻译”分子发生化学变化的情况。 -12 李远哲发明的分子束摄影术，已经能够观察到3×10秒的化学分子变 -15化情况。最近，这项技术又有新发展，其功能提高到对10秒的过渡态的细微观察。因而，李远哲荣获1986年度诺贝尔化学奖。 李远哲的分子摄影术同迈布里奇在跑道上拍摄奔马，有异曲同工之妙，不同的是李远哲用的是激光快速“摄影”。 激光技术 本世纪60年代初，日本科学家冈田善雄首创了细胞融合术。他把仙台病毒和人的细胞融合在一起，打响了细胞融合的第一炮。冈田善雄预言，用他的新方法可以按人类意愿，创造出许多新的生物品种。 此后，捷报频传。1976年德国生物化学家梅尔希亚用马铃薯细胞和番茄细胞融合，结果长出有蕃茄味道的马铃薯来；80年代，日本科学家用细胞融合术培养出抗倒伏、耐寒、高产的水稻品种。梅尔希亚又把绵羊和山羊的胚胎细胞融合在一起，放入绵羊子宫中，成为既有绵羊别特性又有山羊特征的新品种。 不同生物的细胞为什么可以融合在一起，成为一个具有两种细胞特征的新品种呢？这就是细胞融合。 著名生理学家托马斯认为，当两个不同种的细胞接触时，接触部位的细胞膜组织会自行溶解。这样，细胞内的物质便可以相互沟通，最后两个细胞核便融合在一起，成为一个具有两种细胞特征的新品种。这就是细胞融合技术的原理。 另外，号称植物激光技术的是组织培养术。它是将某一植物的单细胞，通过人工培养，使它成为一棵植株。 最早发明这种技术的是生理学家罗宾斯。他在1922年用棉花、豌豆和玉米等茎尖培养出植株。1937年，生理学家怀特用一个胡萝卜细胞，在试管中培养出胡萝卜植株。本世纪80年代后，生理学家弗雷迪又把传统组织培养技术改进为“微繁殖法”，方法简单而效果惊人。他把植物细胞的细胞芽尖放在含有植物生长素的培养基中培养，经过几星期，芽尖就发育成植株，便可以移到大田中去种植。 组织培养术的发展无论是在经济上或科学研究上都有重大意义。拿经济价值来说，这种技术已给人们带来数以亿计的收益。例如，新加坡有一家专门组织培养术培养兰花的公司，已培养出150种兰花新品种，每年纯利润就达数百万美元。从科学研究上看，组织培养术给农业生产的工业化提供了条件。它可以使植株大量在试管中繁殖，在3～4个月内可保证培养出数百万株优质种苗，供人移栽到大田。这完全摆脱了以往那种繁琐的育苗法。难怪人们将组织培养术誉称为植物学里的激光技术。 组织培养术还有一个重大作用是用来挽救将要灭绝的植物品种，使一些濒临绝境的植物品种在短短几个月内“子孙满堂”——繁殖出几万以至几百万株种苗来。 细胞融合术、组织培养术、DNA重组术号称20世纪以来三大生物技术，这些技术的应用使按照人们的意愿“制造”或“改造”生物及其品种成为可能，在不久的将来将极大地改变人们的生活方式。 细胞钻孔术 在通常的情况下，细胞要借助显微镜才能看见，要在细胞上钻孔，真可谓是现代科技的创举。 1980年，德国一批生物学家发明了细胞钻孔术，即在不伤害细胞的情况下，成功地给细胞钻孔，并且首先应用到抗癌领域中去。 -17 细胞钻孔所用的“钻”是电子，它的直径只有10厘米。人们先将需要钻孔的细胞放在特制的溶液中，冷却至摄氏零度以下，然后对溶液实施高压瞬时放电，这样细胞膜就被“电子钻”钻成直径大小不一的微孔，孔穴大小可通过控制电压来达到。一般说，电压越大，所钻的孔直径越大，反之则小。 钻孔后，科学家必须把孔封起来，所用方法十分巧妙，只要把细胞温度回升到30℃以上，细胞膜就膨胀，自动地把孔封闭起来。 细胞钻孔术发明不久，德国生物化学家吉莫尔就将它应用到医学上，生产出第一批“药物导弹”在挽救肝癌病人工作上作出独特的贡献。他从患肝癌的人身上，抽出红细胞，放在溶液中，在摄氏零度下，用100000伏的电压对它进行瞬时放电，待孔钻好后，就把抗癌药物放到溶液中，靠浓差效应，药物随孔渗入红细胞的内部，最后，再升高温度到32℃，红细胞封了口，就成为抗肝癌的“药物导弹”。然后，将它注入肝癌病人身中。这种“药物导弹”，可随血液流动，直到红细胞老死后送到肝内分解，此刻便发挥抗癌药物的威力，从而制伏肝癌。一般药物虽有杀死癌细胞的功能，但是，当它通过人体各个器官，到达癌组织时，已成强弩之末，效力极微，而“药物导弹”可以有效地对准癌组织，一举命中，达到抗癌的高效力。 细胞钻孔术还可应用来治疗遗传性疾病。这种疾病是由于父母留给后代细胞中DNA片断出毛病而引起的。以前，医生对它束手无策，更谈不上彻底治愈。现在有了细胞钻孔术，医生们正在探索用它来治疗遗传疾病。其方法是，将有毛病的细胞取出来，钻好孔，再把缺少的DNA片断补上，或者把多余的DNA片断“剪去”、封好，再放回细胞内，从而治愈遗传疾病。目前，这项工作正在努力中。 现代的生物学和化学技术揭示，危害人类生命的癌症是由于正常细胞的遗传密码出了差错，致使它猖狂生长而造成的。因此，有朝一日，科学家能纠正癌细胞的遗传密码，抗癌斗争就彻底胜利了。目前医学家正设法利用细胞钻孔术，取出癌细胞并改正它的错误的遗传密码，使之重新成为正常细胞。 细胞钻孔术的前程无量！ 原子反应堆 原子能的和平利用标志着人类改造自然进入了一个新阶段。原子能是原子核发生变化时释放出来的能量，对同等质量的燃料来说，原子能要比化学能大几百万倍。 早在1929年，科克罗夫特就利用质子成功地实现了原子核的变换。但是，用质子引起核反应需要消耗非常多的能量，使质子和目标的原子核碰撞命中的机会也非常之少。 1938年，德国人奥托·哈恩和休特洛斯二人成功地使中子和铀原子发生了碰撞。这项实验有着非常重大的意义，它不仅使铀原子简单地发生了分裂，而且裂变后总的质量减少，同时放出能量。尤其重要的是铀原子裂变时，除裂变碎片之外还射出2至3个中子，这个中子又可以引起下一个铀原子的裂变，从而发生连锁反应。 1939年1月，用中子引起铀原子核裂变的消息传到费米的耳朵里，当时他已逃亡到美国哥伦比亚大学，费米不愧是个天才科学家，他一听到这个消息，马上就直观地设想了原子反应堆的可能性，开始为它的实现而努力。 费米组织了一支研究队伍，对建立原子反应堆问题进行彻底的研究。费米与助手们一起，经常通宵不眠地进行理论计算，思考反应堆的形状设计，有时还要亲自去解决石墨材料的采购问题。 1942年12月2日，费米的研究组人员全体集合在美国芝加哥大学足球场的一个巨大石墨型反应堆前面。这时由费米发出信号，紧接着从那座埋没在石墨之间的7吨铀燃料构成的巨大反应堆里，控制棒缓慢地被拔了出来，随着计数器发出了咔嚓咔嚓的响声，到控制棒上升到一定程度，计数器的声音响成了一片，这说明连锁反应开始了。这是人类第一次释放并控制了原子能的时刻。 1954年前苏联建成世界上第一座原子能发电站利用浓缩铀作燃料，采用石墨水冷堆，电输出功率为5000千瓦。1956年，英国也建成了原子能电站。 原子能电站的发展并非一帆风顺，不少人对核电站的放射性污染问题感到忧虑和恐惧，因此出现了反核电运动。其实，在严格的科学管理之下，原子能是安全的能源。原子能发电站周围的放射性水平，同天然本底的放射性水平实际并没有多大差别。 1979年3月，美国三里岛原子能发电站由于操作错误和设备失灵，造成了原子能开发史上空前未有的严重事故。然而，由于反应堆的停堆系统、应急冷却系统和安全壳等安全措施发挥了作用，结果放射性外逸量微乎其微，人和环境没有受到什么影响，充分说明现代科技的发展已能保证原子能的安全利用。 遥感技术 当今的遥感技术比孙悟空的火眼金睛还要高明。 1972年7月23日，美国发射地球资源卫星，4天后，安装在卫星上的遥感装置就向美国森林管理局发回报告：阿拉斯加中部森林发生大火，火灾面积约29平方公里。美国政府闻讯立即组织抢救，结果避免了重大的损失。 我国发射的气象卫星也装有遥感装置，它可准确地报告台风的生成和移动，及时发出警报，使人们有所准备，避免了台风的重大破坏。 令人惊奇的是，地球资源卫星利用遥感技术还可以侦察地下及海底世界，准确地告诉人们，哪里有矿产和鱼群，甚至连矿产的品种、矿藏的深浅、开采的价值以及鱼群游弋的位置等都了如指掌。 那么，什么是遥感技术呢？ 顾名思义，遥感就是从遥远的地方对考察对象进行探测。现在一般把遥感设备装置在卫星、火箭和气球上，在几千以至几万公里的距离外，可以侦察到对象的情况。 遥感技术的原理是什么呢？ 原来，任何物体都具有光谱特性，具体地说，它们都具有不同的吸收、反射、辐射光谱的性能。在同一光谱区各种物体反映的情况不同，同一物体对不同光谱的反映也有明显差别。即使是同一物体，在不同的时间和地点，由于太阳光照射角度不同，它们反射和吸收的光谱也各不相同。遥感技术就是根据这些原理，对物体作出判断。 遥感技术通常是使用绿光、红光和红外光三种光谱波段进行探测。绿光段一般用来探测地下水、岩石和土壤的特性；红光段探测植物生长、变化及水污染等；红外段探测土地、矿产及资源。此外，还有微波段，用来探测气象云层及海底鱼群的游弋。 遥感技术发明的意义是十分重大的。农业上，可以用来预报虫灾、火灾及水旱灾；工业上，可探明矿产、石油等资源。遥感技术带来的经济效益十分显著。据统计，美国使用遥感技术每年投资为14亿美元，而获益却达40亿美元。 近年来，遥感技术在军事上也被广泛应用。名噪一时的响尾蛇导弹，就是利用红外遥感技术来命中喷气式飞机的。在海湾战争中，能准确拦截飞毛腿导弹的“爱国者导弹”，靠的也是遥感技术。 淡化海水术 我们都知道，地球上水的面积远远超过陆地面积；我们又知道，现在世界上有不少国家和地区在闹“水荒”。这是否有矛盾呢？并不矛盾。这里的关键是，占地球2／3面积的海洋中的水和我们人类所需要的水具有不同的性质，两者之间不能划上一个等号。 俗话说，人不能一日无水。现代医学也告诉我们，断水和断粮对于人的生命来说，前者的威胁更重，导致死亡的时间也更短。可见，水对于人生命的意义是非常重要的。尤其是进入20世纪后半叶以后，由于人口的膨胀，工业的发展，特别是化工业的发展及化肥、农药的大量使用，人类越来越面临一个严峻的课颗，即饮用水的来源和饮用水的质量问题。为此，联合国曾组织了专家进行广泛的调查，结论是：目前世界上有十几亿人不能得到清洁的、无污染的饮用水。 于是，有些科学家将眼光转向了大海，这是很自然的。既然陆地上有限的淡水在数量上将不能满足日益增长的人口的需要，而且这些淡水中的大部分还正在或将要受到污染，我们为什么不去设法利用数量不知大于淡水资源量多少倍的海水呢？ 问题是海水无法直接饮用，因为它又咸、又苦、又涩，其中的有些成分既不能供人们饮用，甚至也不能作灌溉和工业用途。为了能从海水中提取淡而清洁的饮用水。我国国家科委最近召开了“全国淡化水会战”会议，倡导推广我国的反渗透膜法水处理技术。建立在我国西沙群岛的海水淡化站，是目前我国最大、也是世界上名列前茅的电渗析海水淡化站，每天可产淡水200吨。 将咸、苦、涩的海水变成甘泉的反渗透膜，是目前世界上一项公认的高新技术。也称液体分离膜技术，这是一个多学科交叉的课题。长期以来，美国和日本几乎垄断了这项技术。为了突破西方的技术垄断，国家海洋局杭州水处理技术开发中心挑起了此项重任。科学家们根据海鱼体内“反渗透膜”的结构原理，经过5年的反复研究实验，终于研制出一套完全国产化的超纯水系统，其脱盐率和水质纯度都已达到美国ASTM电子一级纯水的标准。这项科技发明荣获1992年度国家科学技术进步一等奖。两年来，国产反渗透膜水处理装置已批量进入市场，总造水能力每天在40000立方米以上，为电子、电力、化工、食品，制药等行业提供了大量的洁净水。 最近，我国的反渗透膜法水处理技术已进入了国际市场。1992年我国援建的马尔代夫海水淡化成套工程得到了外国人士的连声赞赏。后来新加坡、马来西亚和秘鲁等国纷纷来与我国有关部门签订合同，连在这方面称雄一时的美国，在中小国家的市场也不得不考虑与中国进行合作。 科学家们充满信心地说，海水淡化技术在下一世纪将有广泛的用武之地，浩瀚的海洋将为人类的发展作出更多的贡献。 净水技术 水是生命之源。但随着现代工业的迅速发展，水资源的污染问题已成了一个全球性的公害，引起了人们越多越大的关注。尤其在一些大城市中，如何净化水质，已成为人们的热门话题。目前，许多工厂、机关、宾馆，乃至千家万户采用了各种净水装置或措施，但仍没有找到一种最保险、最彻底地清除污染的净水途径。 前几年风行一时的“活性炭过滤器”曾经号称能过滤掉自来水中的绝大多数有害物质，甚至有人说滤过的水可生吃。但很快有人就发现此“器”并不安全，活性炭只能滤掉水中直径较大的杂质，对生水中的病菌和微量元素则毫无办法。于是，马上就出现了一种新技术高分子纤维膜，取代了活性炭，这种膜也仅热闹了一二年便偃旗息鼓。原因是，滤膜孔难以做到均匀，杂质容易漏网。 在过滤器成为“昨日黄花”之际，借助人们回归自然的心态，矿泉水、太空水、蒸馏水等又一哄而上。但是，一则成本较高，无法普及，二则鱼龙混杂，声誉不佳，并不能成为饮用水的主力部队，况且净水的对象还不仅仅是饮用水。 近来，一种高效磁化除垢器获国家绿色专利技术，是集防腐、除垢、灭菌、节能于一体的高科技产品。使用安装方便，只需接在水管进口处，当水经过它的特定磁场，由于磁力线作用于水的物化性能变化，促使水的活性和通透性增强，即“死水”变为“活水”，使垢不能生成，从而达到消除杂质、磁化和净化水质的效果。用这种水生产的饮料、酒类和酱油、米醋等，不仅符合卫生指标，而且口感纯正、醇厚，还不易变质呢！ 上海的科研人员则总结了原来几种过滤器的不足，采用了活性炭纤维、高精度膜等多层过滤，研制成一种新型的无菌纯水过滤器。据权威机构测定，净化后的水可直接饮用，各项生化、物理指标均符合国际卫生组织的有关规定。而且，其过滤器内胆一旦失效，会自动停止出水。” 净洁的水质直接关系到工农业产品的质量和千百万人的身体健康。可以相信，随着科学技术的发展，人们一定能找到一条净化水质的最保险、最彻底的途径。 其他高新技术 从邻居家震耳欲聋的音响到低空飞行的轰鸣的飞机，噪声无处不在。从某种意义上说，现代科技是这些噪声的真正元凶，因此人们准备以其人之道还治其人之身，利用高新技术来消除噪声。 如何来对付噪声呢？一是采用一种被动的方法，即寻求更好的声音隔离。但这是治标不治本。人们更感兴趣的是一种防患于未然的方案，一种抗噪音智能材料应运而生。英国南安普顿大学声学与振动研究所信号处理与控制小组负责人近年来一直在研究一种所谓有源噪声控制的方法。这种方法利用麦克风探测到噪声源，并产生与之对应的反相波。由于大多数噪声并非来自点源的单一不变的频率，而是不断变化的复合频率波，因此为了产生抵消信号，就必须实时地分析噪声并预测其未来行为。80年代末期，艾略特和他的小组研究出这种复杂的电子控制机械，并将其试用于 BA748飞机中，结果对低频噪声的衰减较为明显。目前已有多家航空公司计划采用上述降噪声装置。 针对综合噪声，已有几家公司推出了所谓的“有源”耳机，供商业及军用飞机驾驶员使用。它还可以减少背景噪声，提高音乐清晰度。 另一种降噪方法是阻止噪声源的振动。这一方法已用于汽车悬架及轮船发动机房中。艾略特小组试图减小喷气式飞机内部的隆隆声，他们注意到，噪声起源于机身外与之作用的空气，并经内部翼板放大。艾略特计划用传感器探测出振动，并将测量结果传到机翼的压电陶瓷致动器中产生反振动以消除噪声。目前这一计划正在组织实施中，若能成功，将对整个航空运输业带来极大影响。 对于大型喷气式飞机而言，噪声有两个来源，一是起飞时燃烧产生的轰鸣，另一是风扇推动空气发出的啸鸣声。为此，美国弗吉尼亚理工学院的专家研制出一排12个有源翼板置于发动机两侧，由压电陶瓷致动器驱动，发出消声波。虽然此技术还未用于大型客机，但已走出了实验室，在一些商用飞机上试用，可使发动机噪声衰减10倍。 专家还设想今后可能将这种致动器以及传感器缩制到单层薄膜上，既可以用这种材料制造机翼，还可将之作为“声学墙布”安装在建筑物中，以阻挡来自外界的噪声。这种智能建筑，其外部就如人的皮肤，可通过传感器感知外来的噪声，并通过自身主动的振动来消除之。这一设想一旦付诸实现，将对整个建筑界带来巨大影响。 |
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