古人发明的3种高科技灯

2017年01月05日15:55  来源:北京晚报
 
原标题:古人发明的3种高科技灯

  孔明灯升腾原理示意图

  古代军用孔明灯标准图

  (图源《武备志》)

  刘仙洲复原走马灯(图源《中国古代科学史纲》)

  走马灯与燃气涡轮原理关系示意图

  现代仿制的蟠螭灯

  清代袁江所绘《醉归图》中的走马灯(辽宁旅顺博物馆藏品)

  倪方六

  长城、火药、弓弩、孔明灯……在张艺谋新片《长城》运用的这些“中国元素”中,“孔明灯”给观众印象深刻。从史料来看,孔明灯与走马灯、蟠螭灯一样,都是中国人最早发明的“高科技灯”……

  1

  孔明灯——

  “掷烛腾空稳,推球滚地轻”

  高科技原理:利用热浮力飞扬于空中

  说到“孔明灯”,可能很多人会以为是三国时诸葛亮发明的,其实至今没有发现诸葛亮发明孔明灯的史料。从字面来理解,“孔明”二字也非由其字而来,而是因为这种灯的透光和使用方式特别,四周要围挡起来,从孔洞泄光。

  孔明灯古称“飏灯”,因为升扬在空中又称“天灯”;燃料后来多用松脂,也叫“松脂灯”。早期多用于夜间军事活动传递信息,又是“信号灯”。在现代,人们则把这种灯视为“许愿灯”,多用其来祈愿。

  孔明灯是中国古代的重要发明之一,具体是何人何时发明的,目前很难说清楚。如果从孔明灯原理的发现上来说,早在秦汉时已可以做出孔明灯。据《太平御览·羽族部十五·鸟卵》引《淮南万毕术》:“艾火令鸡子飞。”这句话的意思是,将燃烧的艾火放进鸡蛋壳里,可以让鸡蛋壳飞起来。东汉高诱就此作了进一步解释:“取鸡子,去其汁,燃艾火,内空卵中,疾风因举之,飞。”

  鸡蛋壳为什么能飞?现代热学的解释是:受热气体膨胀向下排出,推动物体上升,孔明灯就是利用了热动力中的浮升力(一说反冲力)。这对现代人来说很简单,现代载人“热气球”就是这一原理。但2000多年前的古人并不清楚其中的热学原理,称之为“术”。在古代,“鸡子飞”术一直作为一种秘术流行,如北宋苏轼《物类相感志》 便记载了一种“鸡子飞”新玩法: “鸡子开小窍,去黄白了,入露水,又以油纸糊了,日中晒之,可以开起,离地三四尺。”

  《淮南万毕术》由西汉时淮南王刘安主编,可见西汉时人们已知道了“孔明灯原理”。但当时是否真的出现了孔明灯?目前并无明确记载,也没有考古发现。但从当时做孔明灯必须的材料——纸、固体照明燃料(蜡)均已出现的情况来分析,不能排除在汉朝已出现孔明灯的可能。后来三国时期的蜀国丞相诸葛亮是否利用孔明灯从事军事活动,其可能性也不能排除。

  孔明灯发明以后,最早并非民用,而是军用。唐宋时已被成熟运用到军事领域,一直到晚清,孔明灯都是指挥作战和传递情报的重要工具。如明将戚继光,便用孔明灯(灯笼)来指挥抗倭,其《纪效新书》记载:“夜营应备中军大将旗鼓,上各黄油纸、铁丝灯一盏,俱粗四寸、长一尺五寸;五方旗十面,十盏……”除黄色灯,还有白、蓝、黑、红等颜色,可组合出不同的指挥信号,“为莫测之巧也”,敌人根本搞不清楚什么意思。

  由于造纸术的进一步发现,人们开始使用蜡纸来制作孔明灯,这种纸可阻燃、防雨淋,还聚气。诗人陆游《灯笼》即称:“灯笼一样薄蜡纸,莹如云母含清光。”古代孔明灯的制作方法与现代差不多,一般是用竹篾扎成一个球形灯架,上方不留出口,糊上纸勿令漏气。灯下点燃松脂,灯内充满热空气,即可冉冉升空。南宋诗人范成大有一年看到苏州(吴中)人在元宵节放孔明灯的情况,遂在《上元纪吴中节物俳谐体三十二韵》诗中写道:“掷烛腾空稳,推球滚地轻。”

  2

  走马灯——

  “映光鱼隐见,转影骑纵横”

  高科技原理:利用热对流作用带动叶轮旋转

  走马灯与孔明灯,都利用了热学原理,不同之处是,孔明灯是往上升腾,走马灯是在地上旋转。走马灯利用热对流作用,通过下部热空气上升,带动叶轮旋转,与现代燃气轮机是一个原理。

  宋吴潜《走马灯赓张枢副韵》一诗描述道:“半勺兰膏暖焰生,恍疑赤壁夜鏖兵。骑乘猛燎奔驰疾,人运长鎗转战轻。旗影静移云母帐,剑铓微掣水晶营。何人幻此圆机妙,独向元宵策美名。”元朝谢宗可也有同样的走马灯诗:“飙轮拥骑驾炎精,飞绕人间不夜城,风鬣追星来有影,霜蹄逐电去无声。”

  宋人似乎更喜欢“走马灯”,南宋诗人范成大诗中写的“映光鱼隐见,转影骑纵横。”即是一种走马灯。民间传孔明灯是诸葛亮发明的,走马灯也与一个古代名人有关,他就是北宋名相王安石。

  传王安石当年到汴京赶考,路过京郊一个叫马家镇的地方时,见一大户人家悬联招婿,门前高悬一只走马灯,上有一联:“走马灯,灯走马,灯熄马停步。”只要能对出下联,即招为东床。王安石急于赶考,一时未能对出。考场上王安石交了头卷,主考官有意试一下其才,遂出了一联:“飞虎旗,旗飞虎,旗卷虎身藏”。王安石想到马家镇招婿联,随口对出。王安石中榜后荣归故里,经过马家镇时见那联还在应征,遂用主考官的“飞虎旗”联应对,抱得美人归。显然,王安石与走马灯的故事无从查证,但结合当时人所留下的诗文来看,宋朝人玩走马灯确实是不争的事实。而且,与火药一样,走马灯也是在宋朝时传入了西亚。

  宋朝走马灯以“苏灯”的品质、造型最佳,外形多为宫灯状,内以剪纸粘一转轮,将绘好的图案粘贴其上。燃灯以后,热气上熏,纸轮便转了起来,灯屏上预先画好的人、马、物便动了起来,出现人马追逐、移步换景的奇效,即所谓“走马”。

  已故中国科学院院士、机械学家刘仙洲曾仿制出古代的走马灯:在半透明的纸糊的灯笼里面,竖立一条可旋转的立轴;立轴上部横装一个叶轮,立轴中部横装几根细铁丝,每根铁丝的两端粘上厚纸剪成的人马形象,点燃里面的灯烛后,即开始走马,黑影不断地旋转。

  到清朝时,走马灯工艺已完全民间化,普通艺人都会做。清富察敦崇《燕京岁时记》“走马灯”条是这样说的:“走马灯者,剪纸为轮,以烛嘘之,则车驰马骤,团团不休,烛灭则顿止矣。”

  3

  蟠螭灯——

  “蟠螭,以口衔灯,

  灯燃鳞甲皆动”

  高科技原理:利用热动力驱动旋转

  宋朝时,各地逢年过节举行的灯节总少不了走马灯,但宋人多将走马灯叫“马骑灯”。南宋周密《武林旧事》“灯品”记载:有一种灯,“有五色蜡纸,菩提叶,若沙戏影灯,马骑、人物旋转如飞。”宋朝时走马灯有多种图案,制作材料也极为丰富,因此叫法也不少:有“无骨灯”、“珠子灯”、“羊皮灯”等。其中“无骨灯”最独特:“其法用绢囊贮粟为胎,因之烧缀,及成去粟,则混然玻璃球也。景物奇巧,前无其比;又为大屏,灌水转机,百物活动。”

  有人认为走马灯是宋朝出现的,这是一种误会。唐代时这种原理的灯就已出现,唐代称其为“影灯”。唐冯贽 《云仙杂记》引《影灯记》:“洛阳人家,上元以影灯多者为上,其相胜之辞曰‘千影万影’。”

  影灯是通用名称,唐朝最有名的影灯有“黄龙吐水”灯、“转鹭灯”、“仙音烛”等。唐太宗李世民《咏烛诗》中称:“九龙翻焰转,四照迎花生。”皇宫里的影像不再用马图案,而是流行用龙作装饰,技术含量很高,可以让九龙翻转。唐朝皇家举行大型宴会时,各种造型的走马灯光彩夺目,故称“临光宴”。

  这种可动的灯不仅有影像,有的还有声响。宋陶谷《清异录·器具门》中提到的“仙音烛”,就是一种能够奏出音乐的灯具:“其状如高层露台,杂宝为之,花鸟皆玲珑。台上安烛,既燃点,则玲珑者皆动,丁当清妙。烛尽绝响,莫测其理。”唐懿宗李漼的爱女同昌公主去世后,他曾把这灯赐给长安的安国寺,用于给同昌公主祈求冥福。

  那么,走马灯是唐朝人的发明吗?也不是,在秦汉时就有利用热气流作动力、以涡轮装置带动灯上画面转动的灯了。当年,汉高祖刘邦打进秦都咸阳,在秦宫中便曾看到一种图案可动的灯。《西京杂记》记载:“高祖初入咸阳宫,周行府库,金玉珍宝,不可称言。尤异者,有青玉五枝灯,高七尺五寸,作蟠螭,以口衔灯,灯燃鳞甲皆动,焕炳若列星而盈室焉。”

  这种“蟠螭灯”,从工艺上看,比唐朝的“转鹭灯”、宋朝的“马骑灯”还要精致,是中国最早的高科技灯具之一。据《西京杂记》,长安一位叫丁缓的工艺大师能造“九层博山炉”,这是一种熏炉上饰层层山峦,山峦中藏有种种奇禽怪兽,当炉内点燃薰香,炉上的鸟兽就围绕山峦转动起来,出出没没……此熏炉与走马灯虽非一物,但原理完全一样,都是利用热动力驱动的,可见西汉时制作走马灯的水平已经很高!

(责编:孙红丽、伍振国)