藉助火的力量古埃及人在若干年前就可以把美麗的孔雀石「變成」銅

藉助火的力量，古埃及人在若干年前把美麗的孔雀石變成了銅。從此，人類開始以新的方式，用新的材料，製造工具和武器。

人類使用石器長達250萬年之久，始終面臨一個無法解決的難題：石器的刃很快會鈍，尖很快就禿，越鋒利的石器越不耐用。這是由於古代人類使用的石器，絕大部分是用普通的岩石打造的，它們都是結晶體，硬而脆，韌性很差。在自然界中，只有兩種岩石例外，一種是燧石

，另一種是黑曜石。

燧石是埋藏在石灰岩中儲量很少的一種變性晶體。海洋生物一旦死亡，其體內吸收的二氧化硅便重新析出，在漫長的地質年代裡逐漸形成燧石，後來隨著地殼抬升而偶爾出現在陸地上。燧石緻密堅硬，相互撞擊不容易碎裂，可以迸出火花引燃乾燥的植物纖維，被古代人用作打火石。燧石片還可以敲擊出鋒利的尖刃，做成耐用的匕首。

黑曜石是火山熔岩急劇冷卻形成的非晶態物質，又稱為火山玻璃，其化學成分與花崗岩相近。黑曜石可以打制出比燧石更薄、更鋒利的刃口，然而它比燧石更難找到，以至於人們把它當成寶石。燧石和黑曜石都是稀有礦物，遠遠不能滿足石器時代人類的需求。人類需要創造出一種自然界不曾有過的材料，用來製造更好的工具。

人類愛美的天性無意中催生了一項偉大的發明。大約公元前4000年，古埃及人在燒制塗有孔雀石釉料陶器時，意外地在爐子里得到一種副產品。

這是一種與陶器完全不同的物體：顏色微紅，在陽光下閃閃發亮，可以錘打成薄片，可以彎折，會在高溫中熔化，而當其冷卻之後，仍然具有原來的顏色和特性。這就是人類最早從礦石中冶煉出來的銅。

孔雀石呈美麗的藍綠色，硬度不高，是銅的一種結構複雜的碳酸鹽，被稱作鹼式碳酸銅。在高溫缺氧的環境中，孔雀石中的銅會被窯爐中熾熱的炭或一氧化碳還原，元素狀態的銅在超過熔點的高溫下熔化流到爐底，經冷卻凝聚成塊狀。若不斷地向窯爐投放木炭和孔雀石，重複這種冶煉過程，銅就會源源不斷地被製造出來。

制陶技術的發展，為銅的冶煉提供了重要的燃燒條件。當時古埃及人燒制陶器的水平很高，窯爐里的溫度能夠達到1100℃，已經超過銅的熔點，只要原料合適，很容易得到銅。差不多與此同時，生活在美索不達米亞平原南部的蘇美爾人也掌握了這種煉銅技術。

在此之前很久，人類已經發現了自然界中以元素狀態存在的銅。由於自然銅非常罕見，人們將其視作神賜的寶物，除了欣賞之外，很少想到利用它。

當銅在冶煉爐中大量出現後，它便失去了神秘的色彩。人們開始理性地為它安排用途，充分利用它優於石頭和木頭的各種物理特性，做成人類需要的工具。考古學家在古埃及和美索不達米亞平原公元前4000年的墓葬中，相繼發現了純銅製作的斧、刀、鋸、釘、魚叉和鏡子。

煉銅技術出現500年之後，人類發明了犁。犁的特殊結構可以使牛的水平牽引力變成連續翻掘土地的力量。根據粗略估計，牛拉犁翻動土地的力量比人大10倍。犁的出現，標誌著人類開始利用畜力從事農業生產，能夠深翻土地，開墾更多的耕地，生產更多的糧食，使一部分人能夠離開農田從事其他工作。這是農業生產力的第一次解放。

銅製工具催生了另一件偉大的發明——車輪。

車輪使人類能夠以一種新的方式改變物體的空間位置，獲得更高的速度：車輪以滾動代替滑動，與直接拖拽相比，可以顯著減小摩擦阻力。有了車，人們可以輕便快捷地搬運重物，實現遠距離運輸，對貿易、戰爭、農業和城市建設產生了極為重要的影響。

銅製工具還為人們帶來了傳播信息的文字載體。大約在公元前3300年，古埃及人使用鋒利的小銅刀，把生長在尼羅河中的一種水草（稱為莎草）加工成最早的書寫材料。古埃及人剝去這種植物莖的外皮，將海綿狀的白色草芯剖成長長的薄片，並一條一條地排列粘連得像一張方手帕，然後，把它旋轉90度，疊壓在另一張上面，使上下兩層纖維互相垂直，晾乾之後經過打磨就成了便於書寫的草紙，

人們習慣地稱之為莎草紙。莎草紙是人類製造的最早的輕便書寫材料，此後數千年間，無數珍貴的思想、智慧和重大事件記錄在它上面。公元前3世紀，托勒密王朝在尼羅河口建立亞歷山大圖書館，圖書館中70萬卷文獻全部都是用莎草紙寫成的。

與此同時，古埃及人還用銅製造出最早的鏡子。此前人們只能藉助平靜的水面看見自己，有了輕巧的銅鏡，人們就可以隨時看見自己的面容了。據史書記載，古埃及法老曾派人到西奈半島開採埋藏在地下的綠松石（綠松石是一種銅礦，又被當作寶石），聰明的古埃及礦工用多個磨光的銅鏡連續反射陽光，使陽光通過曲折的路徑到達地下採掘作業的地方，解決了在地下缺氧環境里的照明問題。今天，旅遊者在埃及的盧克索國王谷參觀古埃及法老陵墓，有時導遊也會用鏡子把光線引入墓穴，讓遊人在陽光下欣賞墓室中精美的壁畫。

純銅雖然很有用，但是硬度不夠，還不能完全代替石器。經過500年的摸索，銅器製造技術發生了一次飛躍，這次飛躍使人類告別了石器時代。

大約公元前3500年，生活在美索不達米亞平原南部的蘇美爾人發現，在熔化的銅液中加入少量錫或鉛，或在冶煉時一同加入少量錫和鉛，可以大大改善銅的性能；加入錫或鉛的銅，比純銅硬度高，色澤亦更加光亮，做出的工具和武器更加鋒利耐用，這種合金叫做青銅。改變錫或鉛的含量，會使青銅具有不同性能，有的硬度很高，有的韌性很好，有的表面特別光亮不易鏽蝕。不同特性的青銅，可以滿足人們多方面的需求。

用青銅製作器物，可以採用一種特殊的方法——鑄造。將熔化的青銅液注入預先做好的耐熱不變形的模具，使銅液充滿模具空腔，冷卻之後就能得到與這個空腔形狀完全一樣的器物。這種模具可以用石頭刻，也可以用黏土燒制。鑄造技術極大地提高了人們製造金屬器物的效率，可以大批量製造性能優良的工具和武器。鑄造技術是人類製造技術的重大變革，這項發明一直使用至今。

工具改進一小步，人類前進一大步。青銅器的製造進一步增強了人類製造工具和武器的能力，提高了人類活動水平，導致了生產和運輸工具的變革，進一步促進了城市的發展。公元前2750年，在美索不達米亞平原南部，擁有900座塔樓的蘇美爾烏魯克大城牆建成，城牆總長9.5千米。至公元前2500年，中東地區已經出現了22座城市。

冶煉青銅和製造青銅器的技術很快傳到古埃及。公元前2700年，古埃及人已經開始採用9份純銅1份錫的比例煉青銅，並從西奈半島開採銅礦大量製造青銅器。青銅工具的使用使古埃及人有能力建設前所未有的宏大工程。

大約從公元前2800年開始，古埃及人在尼羅河西岸相繼修建了97座金字塔。

其中開羅郊外吉薩高地上的胡夫法老金字塔，是古代世界七大建築奇蹟中至今僅存的一座，也是人們首次運用青銅工具建造的最宏偉的工程。在19世紀法國巴黎艾菲爾鐵塔建成之前的4400年間，胡夫金字塔一直是地球上最高的人工建築，它集中體現了古代人類利用青銅工具所達到的最高成就。現在看到的胡夫金字塔露出的層層花崗岩石階，就像體育場的看台一樣。原來覆蓋在金字塔上的光潔巨石，采自距吉薩高地13千米的石灰岩山體。考古學家在昔日工地遺址，發掘出了當年開鑿石灰岩用過的青銅工具。

青銅工具不僅可以幫助人們完成宏大的工程，也可以幫助醫生完成某些複雜的外科手術。在一份公元前2700年的古埃及莎草紙文書上，描述了包括銅針在內的外科手術器械，記述了頭部、肩部和身體其他部位傷口縫合的步驟。公元前2500年，古埃及已經出現外科醫生形象的藝術作品。考古學家在古埃及公元前2300年的一個外科醫生的墓葬中，發現了隨葬的青銅外科手術器械，共23件。

青銅兵器輕巧、鋒利、耐用，可以通過鑄造大批量生產，使用青銅兵器迅速地提升了士兵的作戰能力。人類以石塊、木棍為武器的爭鬥，逐漸演變為用青銅刀劍和甲胄武裝起來的軍隊之間的大規模廝殺。戰爭和生產方式的變化，使許多地域氏族制社會結構迅速轉變為國家形態，人類日漸遠離田園牧歌式的生活。

歷史學家把青銅器的出現作為一個新時代的標誌，從公元前3500年到公元前1500年間，世界上許多地區相繼進入青銅時代。然而，當人們四處尋找銅礦和錫礦的時候，另一種遠不如青銅光亮的金屬悄悄進入人們的視野，這就是鐵。人們最早見到的鐵是隕鐵，是某些星體碎片隕落地球穿越大氣層燒蝕殘留的部分。由於極為稀有，人們把它當作珍貴的收藏品。

大約公元前2000年，生活在今天土耳其安納托里亞高原的赫梯人發明了煉鐵技術，把氧化鐵礦石變成鐵。赫梯人生活的地方鐵礦很多，在煉銅的時候，伴生在銅礦石中的鐵會被高溫熔爐中的一氧化碳還原出來。赫梯人還常常用堅硬的鐵礦石砌成煉銅爐，在煉銅的過程中這些鐵礦石中的鐵也會被還原出來。當爐壁疏鬆的時候，被還原出來的鐵塊就會掉下來。由於冶煉爐的溫度大約為1100℃，低於鐵的熔點1593℃，一氧化碳還原出來的鐵塊百孔千瘡，人們稱之「海綿鐵」，而研究科學史的學者把人類最早煉出的這種鐵稱為「塊煉鐵」。

赫梯人逐漸發現，

這些黑灰色的塊狀物體有用，把它們重新加熱反覆鍛打，排除其中的雜質（今天人們知道，這些雜質主要是二氧化硅和礦石中沒有被完全還原的氧化鐵），疏鬆的鐵塊即變得密實而有韌性，可以用來做器皿、工具和武器。人們開始採用煉銅的辦法煉鐵礦石，世界上最早的煉鐵技術便宣告誕生。

地殼中鐵的含量比銅多1000倍，鐵礦比銅礦多，煉鐵的方法又十分簡單，因此可以大量生產鐵器。鐵器出現後，金屬工具更加廣泛地介入人類活動。考古學家在發掘地中海東部克里特島上的米諾斯王國宮殿遺址時，發現了一部歷史文獻，其中記載米諾斯王國的首都克諾索斯城在公元前1550年時已經有18種職業，其中9種與金屬工具直接相關。這一發現說明，金屬已經與人類活動密不可分。然而，這一時期的鐵尚未完全代替青銅。因為用低溫固體還原法煉出的是純鐵，不含碳，硬度不夠，不及青銅鋒利耐用。

公元前1200年，一項發明最終確立了鐵在人類活動中的地位：生活在亞美尼亞和南高加索的力哈德人發明了增加鐵器硬度的方法。他們把已經鍛打成型的鐵器重新投進熾熱的炭爐，使炭和鐵器的表面直接接觸，待燒到一定程度，與炭接觸的鐵器表面會變得非常硬，甚至比青銅還硬。實際上這就是把鐵煉成鋼的方法。當熾熱的炭與鐵器表面接觸的時候，部分碳原子便在高溫環境中滲入鐵器內部，局部改變鐵的組織結構。控制碳進入鐵中的量，可以改變鐵器硬度。後來人們還發現，將滲碳後的鐵器加熱至高溫，再使它在水或油中急劇冷卻，會變得更加鋒利耐用。這種改變金屬組織結構的辦法今天稱為「淬火」。

「滲碳」與「淬火」技術很容易掌握，人們不再需要尋找稀缺的錫和鉛，便可賦予鐵這種廉價材料以美妙的特性，可以依照自己的願望製造滿足多種需求的器具，甚至一個家庭就可以完成從煉鐵到製造鐵器的全過程。鐵器的出現，使金屬冶煉和金屬工具製造由國家壟斷行為逐漸變成民間的職業。鐵鍋、鐵勺和鐵菜刀開始進入尋常百姓家，鐵犁、鐵鏟和鐵鎬逐漸取代木石農具。廉價的鐵制工具使各行各業工匠的數量急劇增加，加速了這些行業的技術更新。鐵矛、鐵劍和鐵盔、鐵甲武裝了數量眾多的兵士，軍隊亦進一步提高了戰鬥力。鐵以前所未有的規模進入生產領域、軍事領域和人們的日常生活，全面更新了人類的工具、農具和兵器，使人類活動的方式發生了深刻變化。

從公元前4000年到公元前1200年的2800年間，人類經歷了四次技術上的飛躍，終於找到了滿意的金屬材料。公元前2000年赫梯人發明的煉鐵技術，為3700年後的產業革命準備了最重要的材料基礎；公元前4000年古埃及人煉出的紅銅，則為6000年後的電氣時代埋下伏筆。不幸的是，伴隨著鐵器的誕生，人類開始大規模砍伐森林，因為煉鐵需要大量木炭，而鋒利的鐵器伐倒樹木毫不困難。歷史學家估計，到公元前500年，世界人口總數達到1億，在發明金屬工具之後3500年間，世界人口增加了16倍。

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