浅析自然与设计的不解之缘(2)
2013-10-30 01:21
导读：人类的设计虽然在窥探大自然的奥秘，并按自然规律来进行自己的创造，但往往不是先作出科学的，再进行实践的探索。早期的人类，只能凭经验直觉实践
人类的设计虽然在窥探大自然的奥秘，并按自然规律来进行自己的创造，但往往不是先作出科学的，再进行实践的探索。早期的人类，只能凭经验直觉实践，符合自然规律的才能成功，违背自然规律的就会失败。在第一只独木舟下水之后几千年，古希腊学家阿基米德才提出关于浮力的定律 ；在人工取火几千年后，18世纪的俄国
化学家罗蒙诺索夫才提出燃烧是物质氧化的原理。总之，当初的设计是经验性的创造活动，然后再总结规律使之完善。在这样的反复实践之中，自然界不经意的“巧生”直接启发了设计的“巧生”，也就是某些物质特殊的原生状态启发了人的智慧，从而完成了一些十分关键的物质创造，例如从纯铜到青铜合金的发现就是如此。
“铜是人类最早认识和使用的金属之一。人类开始以天然铜锻制小件工具和饰物，继而发明冶铜技术。”⑼天然铜锻制的红铜并不坚硬，但延展性强，用于装饰十分理想，制作工具则很勉强。此后，先后出现了硬度较高的砷铜合金和锡铜合金（青铜），至青铜产生，铜才得到比较广泛的应用。
20世纪80年代以前，考古界对砷铜还比较陌生，这一概念的引出，因于对中国四坝青铜器的检测。砷是一种剧毒的半金属，大多以硫化物形式夹杂在铜、铅、镍、钴等金属矿物中，其中一种灰色晶体砷可用于制作硬合金。砷铜合金的出现，一种可能是人为实验的结果，更大的可能是因为砷铜共生，在冶炼中自然生成较硬的铜合金。考古学家在讨论这一问题时有一种意见是 ："最初，人们首先使用的是地表常与自然铜伴生的孔雀石、蓝铜矿等，用这种矿石冶炼的铜是较纯的自然铜。接着是开采氧化矿层中的矿石，冶炼出的铜往往含较多的砷或锑。含砷的铜经过冷锻会很快硬化，其性能优于红铜。可是，一旦采用了硫化矿石，由于在焙烧阶段大量的砷要流失，所以炼出的铜又是较纯的铜，其硬度低于砷铜。在这种情况下，人们需要寻找新的物质来提高铜的硬度，铜锡合金就成为生产“硬铜”的基本工艺，并最终导致青铜时代的到来。显然，铜器的起源发展依红铜、砷铜、青铜的先后序列，也是由铜矿矿床的结构和性质决定的。"⑽
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然而，对锡铜合金的产生，也有一种认为是巧合的看法。西方学者认为，原始人“偶然把一堆铜矿石和普通石块一起筑成他们用来烹煮的火炕时发现了炼铜的秘密”，由于铜与锡常常同在一个矿脉里，炼铜时就偶然产生了铜锡合金。英国
人类学家赫·乔·威尔斯认为："在中国、康沃尔和其它地方，常在同一矿脉里，有铜矿石又有锡矿石；在匈牙利，铜和锑混在一起；因此，与其说是由于手艺，倒不如说是偶然，古代冶炼的人才找到了较硬又较好的青铜。所谓‘纯铜’器具常常包含一小部分锡，这时期没有发现过锡器，也没有证据表明早期人类曾把锡看成另一种金属。在印度锌和铜的矿石出现在一起，黄铜（这是两种金属的合金）也是这样偶然制成的。"⑾
关于铜与砷、铜与锡合金的偶然发现仅仅是最初出现铜器时的状况，随着实践经验的丰富，工匠们逐渐找到铜（古称“金”）锡配比与合金硬度的关系，成书于春秋晚期的《考工记》就有关于“六齐”的记录。⑿虽然实物分析表明，商周青铜器的合金配置较“六齐”更复杂，但“六齐”仍是世界上关于铜锡配比最早的文字记载。
除青铜合金之外，炼丹引起对汞及其化合物的认识也是一例。丹砂即朱砂，朱砂是一种绯红色的矿物，成分为一硫化汞，是提取汞的重要原料，也是古代制作红颜料（银朱）的重要原料。在炼丹术出现前后，从原始到秦汉，在墓葬中用朱砂撒遍死者全身，或以朱砂铺垫时有发现。河南偃师二里头遗址Ⅲ区发掘的2号墓，墓底铺垫朱砂厚达6厘米。⒀这种现象应与山顶洞人在尸体周围撒赤铁矿粉相似，与巫术与象征生命有关。“现在化学史专家多认为，中国的炼丹术可能是发韧于战国和秦代齐燕方士的求‘不死之’”。⒁炼丹与青铜冶炼有一定关系。“但炼丹又不同于青铜冶炼，它是以‘抽砂炼汞’，用汞来制造金汞齐和药金、药银的主要内容。”⒂由于汞能溶解金、银、铅、锡等金属，常用于提炼金银。金与汞的合金，古称“金汞齐”，是鎏金工艺的重要材料。方士从丹砂提炼水银，制成金汞齐为器皿镀金，是因为相信用镀金器皿饮食可以长寿，由此产生了一种鎏金新工艺。
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自然界万物几乎都以它们的特性和内质不断地启发着人类设计的“巧思”。竹木富有弹性的枝条启发人发明了弓弩，木材浮在水上的性能启发人发明了船舶，草木灰覆盖在陶器上烧成釉，熔化的石英成了玻璃，空气和水流动的规律产生了流体动
力学，天体运行的规律产生了天，空气急剧膨胀的原理产生了火药，磁铁与磁场的相应关系产生了指南针……冥冥之中，大自然造物的奥秘在一点点地启发人类的创造，大自然才是真正的设计之母。
注释：
⑴转引自潘吉星：《〈天工开物〉译注》，上海古籍出版社，1993，导言17页。/⑵张竟琼、蔡毅主编：《中外
服装史对览》，中国纺织大学出版社，上海，2000，第27页。/⑶（英）阿诺德·汤因比：《人类与大地母亲》，徐波等译，上海人民出版社，2001，第50页。/⑷《中国大百科全书·考古学》，中国大百科全书出版社，北京，1986，第134页。/⑸同⑷，第190页。/⑹（英）赫·乔·韦尔斯：《
世界史纲》（第15版），吴文藻、谢冰心、费孝通等译，
广西师范大学出版社，桂林，2001，第86页。/⑺钱耀鹏：“窑洞式的产生及其考古学意义”，《文物》，2004.3，第69页。/⑻詹克明：“造物与制作（上）”，《上海文汇报》，2005。/⑼同⑷，第533页。/⑽李水城、水涛：“四坝文化铜器研究”，《文物》，2000.3，第41页。/⑾同⑹，第83页。/⑿《十三经注疏·考工记》，中华书局，北京，1980，第915页。/⒀“1980年秋河南偃师二里头遗址发掘简报”，《考古》，1983.3。/⒁李零：《中国方术考》（修订本），东方出版社，北京，2000，第306页。/⒂同⒁。
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