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第二部分3（第4页）

汉顺帝永和三年，也就是公元138年二月初三的这一天，地动仪的一个龙机关突然发动，一个小铜球落到了铜蛤蟆嘴里。按张衡的说法，落球的方向当有地震发生。3天后，陇西（今甘肃省东南部）有人飞马来报，说是那儿发生了地震。这正是地动仪标示的方向。

张衡地动仪的制造成功，是世界地震科学技术史上的一件大事。它是利用物体的惯性来拾取大地震动波，进行远距离测量。这一原理直到现在仍为人们所使用。在国外，直到1000多年后的13世纪，古波斯才有类似的测震仪；而欧洲，就更晚了，在18世纪才出现利用水银溢流来记录地震的仪器。

张衡虽然很早就创造出了地动仪，但由于封建王朝的统治者对于科学技术上的发明创造不予重视，所以，他的研究得不到有力的支持。地动仪制造出来后。不仅没有推广使用，最后竟连这一科学硕果也因没能很好地保护而丧失了。这无疑是科技史上的巨大损失。近代的科学家复制了张衡创造的候风地动仪模型。现在这一模型陈列在中国历史博物馆内。

◆煤的开采

公元1275年的夏天，意大利著名旅行家马可·波罗来到中国。由于受到元世祖忽必烈的赏识，马可·波罗还在元朝廷里当了官员，并在中国整整住了17年。公元1295年底，马可·波罗返回了威尼斯。他的邻里乡亲除了欣赏他带回去的丝绸瓷器外，还请他讲他在中国遇到的新鲜事。马可·波罗对他们说：“在中国，有一种黑石头，能像木柴一样燃烧，但火力却比木柴强，从晚上烧到早上还不会熄灭。”马可·波罗把这件新鲜事写到了他的《马可·波罗游记》中。

其实，马可·波罗说的这种奇怪的“黑石头”，就是我们现在使用的煤。在马可·波罗见到煤时，我们中国人用煤作燃料已经有1000多年的历史了。大约在新石器时代晚期，也就是在马可·波罗之前五千多年前，就认识了煤。

煤，在我国古代文献中曾被称为石涅、石墨、石炭等。成书于战国时代的《山海经》，便有这样的记载：“女床之山，其阳多赤铜，其阴多石涅。”女床山就是“陕西凤翔的歧山”。这段话的意思是说：女床山的南面多产赤铜，山的北面多产石涅，也就是“煤”。这是古籍中有关“煤”的最早记载。

早期拿来作为雕刻材料使用的煤，都是取之于露天的。有资料记载和考古发现证明的我国开采煤矿和用煤作燃料，则是西汉的事。司马迁曾著有千古绝唱《史记》。《外戚世家》部分，司马迁在为窦皇后和她的胞弟窦少君作传时，选择了窦少君为人挖煤，又赶上旧煤坑崩塌，100多人皆死于非命，而唯独他侥幸逃生的典型事例，来反映窦少君的不幸遭遇。然而，司马迁却没有想到，他的这段记载，竟是中国乃至世界采煤的最早记录。1958年至1959年间，考古工作者在河南巩县铁生沟发掘了西汉中后期的冶铁遗址。结果发现，当时的人们炼铁是用木柴、原煤和煤饼作燃料的。唐宋以后，我国煤的开采和使用更为普遍，而且采煤技术也达到了很高的水平。从河南鹤壁市北宋晚期煤矿遗址中可以知道，当时是先由地面开凿圆形竖井，然后依地下自然煤层的变化开掘巷道。除考古发现外，记载最详的，要算明代宋应星的《天工开物》，书中写道：有采煤经验的人，根据地面上的土质颜色，就能判断出地下是否有煤，然后往下挖掘。挖掘到五丈左右的时候，才能得到煤。刚见煤层的露头，毒气冒出能伤人。但有一种方法能排除毒气。就是将大竹子的中节凿通，削尖竹筒的末端，然后把它插进煤层中，那毒气就能通过竹筒排出了。这样一来，人便可以在煤井下用大锄挖煤了。若井下发现煤层向四面延伸，可随着煤的分布，横打巷道挖取。但巷道要用木板支护，以防崩塌伤及挖煤人。凡是煤层挖采完以后，都要用土把煤井填实。

宋应星的这段话，不仅记载了怎样找矿、采矿，而且记述了排除毒气和防止塌陷的具体措施。这种措施是很科学的。

西方关于煤的最早文字记载始于公元315年，比我国晚了近800年；而英国则直到公元13世纪，才开始采煤，比我国晚了1400多年。

◆黑色金子——石油

石油在我国古代又称石漆、石液、石脂水、石脑油、猛火油。据有关资料记载，我国古代较早发现石油的地方有3处：陕西延安、甘肃酒泉和新疆库车附近。其中以延安地区为最早。东汉著名史学家班固，在他所撰的我国第一部纪传体的断代史《汉书·地理志》中说：“高奴，有洧水，可以燃烧。”高奴在今天的延安附近。洧水是延河的支流。这种可燃之物，就是石油。北宋著名科学家沈括，在他的《梦溪笔谈》中，便详细地说明过这“高奴石油”。更有意义的是，他还在文章中首先使用了“石油：’这一名称。

《元一统志》记载：“在延长县南迎河有凿开石油一井，其油可燃。……又延川县西北八十里永平村有一井……”《元一统志》是公元1303年的著作，这表明，至少在600多年前，我国就已经开始钻井采油了，而在国外，直到1859年，美国才打出了第一口石油井。而且，这也是西方国家的第一口石油井。不言而喻，我国不仅是世界上最早发现和使用的国家，还是世界上最早开凿石油井的国家。这足以让我们为我们的先人感到自豪。

◆先进的青铜冶铸技术——司母戊大方鼎

夏朝至春秋这1600多年的时间，称为“青铜时代”。青铜是相对红铜来说的。红铜是纯铜，而青铜则是铜、锡、铅等元素的合金。为什么把铜、锡、铅的合金称为“青铜”呢?这是由于它以铜为主，而且合金的颜色发青绿色，所以，人们就称这种合金为“青铜”。

成书于春秋战国的《考工记》，便对工匠们在长期的冶炼实践中，逐渐认识到的合金的成分、性能和用途之间的关系，做了全面的总结，并提出了著名的“六齐”规律。“六齐”就是“六剂”，也就是六种合金配方。这是世界上最早的合金配比的经验性科学总结。

名闻世界的司母戊大方鼎便代表了青铜时代的青铜冶铸技术水平。

司母戊大方鼎是在河南安阳发掘出来的。关于它的出土，还有一段插曲：1939年3月的一天夜晚，位于河南安阳武官村的吴氏故园中，人影憧憧，还不时有灯光闪过。只听有人用很低但又很有力的声音说：“大家再加把劲，马上就要挖出来了!”这些人在干什么呢?原来，3天前，有人说在这里发现了个大宝贝，于是，便找了几十个人来帮忙挖掘。因为当时正是中华民族灾难深重的年代，日本侵略军随时都有可能进村骚扰，所以，村民们不敢白天挖掘，只得晚上悄悄地干。这已经是第三天夜晚了。

铁锹声又响了一阵，人们终于看清楚了，他们挖的宝贝是一个青铜大方鼎。这么大的东西注哪里放呢?村民们都觉得很难办。一位年长的老者说：“我看这样吧，咱们先用柴草盖起来，谁也不要走漏风声，等找到合适的地方再把它转移走。”

大方鼎一直在地下埋着，直到日本帝国主义投降后，人们才在1946年6月，把它重新挖了出来。因大方鼎的内壁上铸有“司母戊”3个字，所以人们就称它为“司母戊大方鼎”。

学者们考证，“司母戊”的“司”字，意思是“祭祀”。“司母戊”连在一起，便是“祭祀名字叫做戊的母亲”的意思。长期以来，学术界一直认为，第二十八代商王武乙的妻子叫做“戊”，因此这大方鼎是武乙的儿子文丁为祭祀母亲“戊”铸造的。

司母戊大方鼎作为商代晚期的青铜器则是无疑的。它高133厘米，长100厘米，宽79厘米，重达875公斤，是我国现存的最大青铜器，也是世界罕见的青铜器精品。

青铜器的铸造过程本来就很难，铸造这么个大鼎，更是难上加难。铸青铜器，首先要制作泥范，这泥范就像现在的石膏模。泥范又分内范和外范，熔化的铜汁浇注在内范与外范之间的空隙中，待冷却后，拆毁内落、外范，经磨光修整，便铸造出了所需的青铜器。如果想要花纹，把花纹雕刻在外范上就行。这是铸造一般小件青铜器的方法，而要铸造司母戊大方鼎这一庞然大物，则必须采用多个泥范分别铸造的工艺。人们从大方鼎身上的铸痕中看到，铸大方鼎时，鼎身的每一边都用了八块外范，鼎足则用了三块外范，即使是鼎耳，也是单独作范，铸成后另外焊接上去的。如此多的外范，竟铸得如此严丝合缝，不能不让人称奇。

另据推算，铸造司母戊大方鼎，至少要熔化一千公斤铜、锡、铅等各种金属原料，当时的坩埚，一般只能盛12．5公斤的溶液。因此，铸鼎时，要用七八十个坩埚同时熔铜。这样一来，就得有几百人密切协作才行。你可以想象得出，当时的场面会是多么的盛大。

X射线激光显微镜

英国威尔士大学医学院的罗伯特·戴维斯博士研制成功的X射线激光显微镜，以波长比可见光短100倍的X光作光源，所以有比可见光显微镜高100倍以上的分辨能力。

使用X射线激光显微镜，可以直接观察生物样品，不必像电子显微镜那样需对样品染色。由于所需X射线剂量很小，因而对样品的辐射损伤也大为减少。利用这种显微镜，能使生物学家直接观察到控制繁殖、抵抗疾病，以及其他许多科学家都期望了解的生理功能的微观过程，能够最精细地揭示活细胞内的微细结构，将为生物学家开辟一个科学发现的新天地。

共焦激光扫描显微镜

由德国卡尔·蔡司公司生产的这种显微镜，把激光光束聚焦到生物样品的某个平面，而把该面前后的离焦光束挡掉。这种被称作“光学截面制图”的技术，可以将不同聚焦程度的图像重叠，焦深很大。系统分辨率达0。2微米。尤其是它的三维成像能力，使研究人员可以在原生物样品中“旅游”，或确定吸收荧光染色的细胞组织位置。因此可显示活细胞的相互作用，以及DNA或神经网络等细胞物体的三维结构。在对染色体进行分析时，研究人员可在一个正在分裂的细胞扫描场中观察到转变期的整个过程，然后可变焦到某一个染色体，寻找可能的缺陷和断裂。由于许多样品都很娇嫩，不能承受高能激光，所以要求荧光探测用的光电倍增管具有高灵敏度，以免荧光衰退。

这种共焦激光显微镜正用于神经学、遗传学、免疫学、病理学、生物生理学。当然也可以用于工业领域。如陶瓷和金属超精细加工，可用这种显微镜探测到材料表面0。1微米量级的微小高度起伏。

原子力激光显微镜

扫描隧道显微镜技术曾在1986年荣获诺贝尔物理学奖。这是物理学与计算机结合的产物。它是把电压加到样品和探针上，当探针接触样品时产生隧道电子，其隧道电子数将随样品到探针的间距而改变，目前其纵向和横向分辨率均可达埃（微微微米）级。

在扫描隧道显微镜基础上，美国数字仪器公司又推出了原子力显微镜。该技术是把前者的导体探针改为金刚石针，并使其悬浮在样品表面。利用光学杠杆法进行原子间排斥力的探测，从而给出被测表而的三维数据和图形。

与扫描隧道显微镜相比，原子力X激光显微镜不仅可检测导体，而且可检测绝缘体，并由接触式改进为非接触式。

明辨真伪的激光分析术

利用激光具有的瞬时能量大，方向性强、发散角小的特性，可以进行微米级的微区和小颗粒的特殊分析。

某海关有一商人，从国外带回一珠宝首饰，但放心不下是真是假，就请海关予以鉴定。海关分析人员首先用直径25微米小的激光束激发摄谱，然后以50微米与120微米的直径在同一区域连续进行激发摄谱，获得三种谱线。然后对样品进行分析。其结果为，第一条谱线显示有金、银；第二条谱线含有金、银、锗以及铜、锌；第三条谱线显示有少量的金、银、铑外，主要成分是大量的铜、锌；根据摄谱分析，结论是：这件珠宝首饰是由黄铜制成的假货。并分析造假者的手段是：先涂上铑层用于抗酸腐蚀，以对付珠宝商常用的贵金属划痕和酸蚀法检验，然后镀上约30微米厚的金银合金层。真相大白，商人在急呼“受骗上当”之后，拿着珠宝首饰左右查看，也没有发现分析过的痕迹。当向分析人员询问时，分析人员告诉他：“用激光分析方法检验珠宝，绝不损害其外观价值。这是因为激光分析点很小，留下的痕迹很小，肉眼难以发现，不会多于佩戴过程所引起的磨痕。”

由于现在的犯罪分子作案手段都比较狡猾，往往会破坏现场，消灭罪证，所以给侦破带来很大的麻烦。利用许多物质都可以激发出荧光的这一特性，公安人员经常将其用于现场看勘查分析。由于受光源的局限，以往仅仅用于指纹检测等荧光特征比较明显的项目。而利用激光技术就可以对以前无法提取的痕迹进行勘验。例如，在许多情况下，血液潜迹所含的血量甚少，散射荧光的能力很弱，加之背底荧光的干扰，所以使用普通的方法来检测十分困难。1992年11月，我国某研究部门发表了一种利用激光激发来提取血液潜迹的方法：他们用自行配制的汞溴红试剂喷洒待检部位，然后再用氦离子激光束照射，使血迹的荧光强度明显提高，甚至可以用滤色片肉眼观察。用这种方法在化纤地毯、红色油漆地板、黑色棉布等载体上均取得了成功。尤其令人惊讶的是，即使用肥皂水洗过，仍然司以激发出令人满意的荧光潜影，使血迹显现。同理，采用这种方法对以往无法提取的指纹，也取得了很好的效果。这无疑为公安人员提供了一种制裁罪犯的得力手段。