從鍊金到化學：火藥引領人類前進？
【能量改變戰爭系列②】
無論是旁敲側擊催生“希臘火”的鍊金學，還是無意間炮製出火藥的煉丹學，它們在那個年代都確確實實改變了戰爭的形態，甚至改變了半個世界——但它們說到底仍舊帶著“碰運氣”般的神秘學色彩，算不上是真正的“科學”。
但向為之探索的收益之大，已經令勇敢者們為之躍躍欲試。火藥蛻變的過程，也正是現代化學真正誕生的起源之一，說是火藥引領人類向前邁步，或許是一點都不過分。
圖為描繪早期火藥製作過程中意外爆炸事故的繪畫作品。（圖源：daviddarling）
造粒：火藥在西方的工藝革命
“一硝二磺三木炭”，這句口訣憑藉著經典抗戰電影《地雷戰》廣為人知。但當13-14世的的歐洲人在戰場前線把裝著火藥的大木桶啟封時，他們卻驚訝地發現，本該是三種原料混合的火藥再度“離散”，變成了上層木炭、下層硫磺和硝石的“雞尾酒”。
這一現象出現的原因很簡單。由於木炭、硫磺和硝石的顆粒大小和重量都有顯著區別，硝石（硝酸鉀）還有吸水凝結的特性，所以木桶搬運中的每一次晃動，都相當於是在給原本混合均勻的火藥粉末“分層”。
而在前線士兵晾曬火藥，嘗試重新混合粉末的過程中，粉末和空氣充分混合，往往會帶來災難性的後果——粉塵爆炸。這種事故在那個時代的火藥工坊中同樣普遍，所以工匠們開始嘗試在火藥製造過程中新增水、酒、甚至是尿液等“液體偏方”。
奇蹟就此發生。浸潤乾結後的火藥不僅形成了結構和配比都很穩定的顆粒，顆粒內部乾裂形成的縫隙更讓火藥的燃燒速度有了質的飛躍，幾乎可以稱之為“爆燃”。
也正是從這裡開始，西方各國陸續將火藥從“造粉”改為“造粒”。不同顆粒大小、材料配比的火藥被分開製造和包裝，分別用於口徑、倍徑各異的槍炮武器；再輔以對槍炮彈丸重量、形狀、乃至炮膛容量，藥室體積排布的“試錯”，熱兵器時代的曙光這才真正展開。
硝石，硝石！交換反應與化學巨頭杜邦的崛起
圖為杜邦公司的火藥運輸馬車。（圖源：mentalfloss）
自訓練後的平民端著火槍，把全幅武裝身著重甲的騎士老爺們吊打一通之後，火藥便於一夜之間“上位”，成了大國之間爭相奪取的戰略資源。
木炭自不必說。英國人甚至要指定使用柳木炭來製造火藥，真正關鍵的還是硝酸鉀。當時印度孟加拉有著全球最大，也是最重要的硝石礦，而這個礦區被英國人牢牢地掌控在手掌心，法國、德國、乃至新建立的美國要麼乖乖掏錢，要麼就只能像法國人那樣頒發特許令，到廁所裡去想辦法提純硝石。
而到了南北戰爭時，分裂為南北兩方的美國更是被“硝石荒”弄得頭暈腦脹。北軍手中剩餘的印度硝石只能製作最多六個月量的火藥，而英國轉手便對美禁運印度硝石。怎麼辦？
此時，杜邦集團的創始人把目光放到了智利硝石上。不同於印度硝石，智利硝石的主要成分是硝酸鈣。杜邦使用草木灰（碳酸鉀）作為結合鈣離子和提供鉀離子的原料，這就是“交換反應”。
可以說，正是南北戰爭和交換反應制取火藥原料夾雜在一起，成就了美國化學工業，以及巨頭杜邦的崛起。順帶一提，雖然黑火藥如今已不再流行，但製取硝酸鉀的工業程式，從原理上仍舊和當初別無二致。
戰場收割機的致命燃料：硝化纖維
圖為和自己第一挺機槍合影的馬克沁。（圖源：《壕溝中的機槍》）
雖然如前文所說，平民端著火槍足以抗衡騎馬披甲的貴族，但所謂“貴族傳統”仍舊揮之不去：密集陣型衝鋒、軍裝飾帶、軍樂隊都是這些傳統的具體體現。
但新技術已經在“叩門”。手搖機槍等自動武器在殲滅佇列敵人時顯現出了無與倫比的優勢。同時，美國人馬克沁也在醉心於利用後座力完成槍械自動射擊，“馬克沁機槍”由此誕生。它的射速幾乎是當時所有自動武器的1。5-2倍。
具備高射速的同時，馬克沁機槍也深受黑火藥的特性所擾：黑火藥槍彈發射時會產生大量煙霧，自動武器射速越快，煙霧越密集；此外，黑火藥還會在槍膛中留下大量殘餘物，極易使得機槍發射故障，甚至炸膛。
最優解來得很快。法國科學家維耶裡把醋酸纖維與硝化甘油混合，終於得到了燃燒速度穩定、發射後槍膛無殘渣的理想發射藥，硝化纖維（即無煙火藥）。
而在硝化纖維的加成下，馬克沁機槍才真正達到了它的設計目標。以第一次世界大戰為分界線，戰爭終於展現出了它對平民和貴族“一視同仁”的那一面，科學技術同戰爭之間的關係也至此徹底改變，機槍和硝化纖維無疑在其中扮演了至關重要的角色。
劃重點：對火藥各方向的研究，不僅使得熱兵器完全取代了冷兵器，更催生了現代化學等一系列學科門類，並最終取代了神秘學主導的鍊金和煉丹，完善了人類對能量的認知——只可惜，這一切均是以無盡的殺戮為代價。
軍事小詞典
交換反應：在工業領域，交換反應至今仍是製取硝酸鉀的重要渠道之一，不同之處在於杜邦使用草木灰提供碳酸鉀，硝酸鈣來自智利硝石礦，現代化學工業則使用硝酸直接溶解石灰，以及硫酸鉀來進行交換反應。
杜邦：儘管經歷了多次拆分和反壟斷審查，杜邦仍舊是世界排行前三的化學工業企業，從1802年製造火藥發家的杜邦之所以能夠崛起至此，和火藥製造搭上了戰爭的快車道脫不開關係。
馬克沁機槍：作為人類歷史上第一件真正實用的自動速射武器，馬克沁機槍成功的關鍵就在於利用了火藥槍械的後座力，這一點至今仍是大部分自動武器的共同基礎。
出品：科普中國軍事科技前沿
策劃：趙清建
製作：旋鈕工作室
監製：光明網科普事業部
