杀伤力跃迁

科技发展的一个重要动力是战争。武器常常代表了一个时代最高的科技水平，因此，科技的发展和武器的进步常常是同步的。

武器的本质是能够有效地把能量施加到对方身上，以摧毁对方。在远古时代，人类的祖先现代智人在竞争中战胜了尼安德特人，考古学家认为，前者已经学会了射箭，而后者没有，武器上的差别是造成后者灭绝的原因之一。在冷兵器时代，弓箭是人类掌握的最有效的远程攻击工具，而要想比弓箭更快速地将能量传递到远方，就需要使用火器了。

唐朝时，中国人发明了火药。根据李约瑟的说法，火药在五代时首次用于战争。1232年，南宋寿春县有人发明了竹筒火枪。南宋陈规著的《守城录》中记载了由铜铁制成的火炮。今天发现的最早的金属大炮是元朝时制造的，在1323年左右。此后，阿拉伯人从中国人那里获得了火药制作技术，也将它应用到军事上，他们将火药置于铁制的管内，以发射箭支。

在中世纪，无论是欧洲还是中国，制作火药兵器的最大问题在于生产不出能够承受火药爆炸力的炮管和枪管。直到14世纪以后，世界上大量装备了火炮、火绳枪和火箭（弓箭）的军队首先在中国出现。当时中国明朝的军队已经会步兵、炮（枪）兵、骑兵配合作战，并在一些战争中使用过（火枪的）三线战法，即第一排士兵射击，第二排准备，第三排填装弹药。但是明朝制造枪炮的技艺并不高，以至明末对外战争时，明军使用的体积小、口径大、射程远的大炮都要从葡萄牙进口。当时，人们根据大炮产地的谐音称之为佛郎机。

在火器的发展历史上，第一个里程碑式的发明是火绳枪，它的发明经历了一个漫长的过程。从15世纪到16世纪，欧洲和中亚（当时的奥斯曼土耳其帝国）不少人都独立发明了这种武器，然后又经过了一系列的改进，才成为能够在战场上广泛使用的武器。火绳枪的外形很像今天的步枪，但它们是两种不同的东西，彼此最大的区别在于点火方法。由于早期枪管难以解决炸膛的问题，因此枪管都是一个由铸铁制造、前后不通、后部被堵死的铁铳，这样火药和弹丸要从前面装填，而不是像今天的步枪那样从后面填充弹药。火绳枪操作的大致次序是：先从枪管前面装火药，再上铅弹，随后用一根长针从前面伸到枪管里压紧（至此，弹药的填充才算完成）；然后点燃火信；最后是瞄准射击（见图7.13）。为了方便点火，不能采用燧石，射击者要准备一根长长的、慢慢燃烧的火绳，用火绳点火。从这个过程不难看出，早期火绳枪的发射速度是非常慢的。

到了16世纪，火绳枪在欧洲诸国已经普遍使用。1521年，西班牙征服者埃尔南·科尔特斯在征服阿兹特克时，其部队已经使用了火绳枪。1522年，明朝军队在和葡萄牙人进行的西草湾之战中，缴获了对方的火绳枪。1543年，火绳枪（随着“南蛮贸易”）传入日本，当时日本种子岛的藩主种子岛时尧只有16岁，他对这种新武器产生了巨大的兴趣，于是让岛上的工匠进行仿制。此后，在短短30年内，日本各地军阀（大名）都普遍装备了火绳枪，用于当时被称为“战国”的混战中。日本在随后的侵朝战争中，也大量使用了火绳枪。

▲图7.13 火绳枪点火射击的过程

火绳枪在出现后的前200年里，射击的准确率和射程都非常有限，打中50米远的敌人完全是一个小概率事件，因此，在战争中的杀伤效果还不如弓箭。不过，以火绳枪为代表的火器相比弓箭有三个巨大的优势。首先，它们在发射时所造成的心理震慑效果远远超过弓箭，因此，当西方殖民者与还是用冷兵器的亚洲及美洲军队交锋时，后者见到一片火光烟雾，听到巨大的爆破声，立刻就被吓破了胆。第二个优势是训练士兵使用火枪要比使用弓箭容易得多。第三个优势则是火枪进步的速度非常快，而弓箭在大约2000年前就基本定型了，再也没有可以改进的余地。火绳枪在后期射速已经能达到每秒400~550米，子弹产生的动能达到3000~4000焦耳，能够穿透3~4毫米的钢板，武士的铠甲已经挡不住它的子弹了，这是弓箭做不到的。因此，火器巨大杀伤力的本质在于能够将更大的能量送达远方，形成巨大的破坏力。中国在火器发展之初，比欧洲落后不了多少，但是随着明朝被善于骑射的清朝灭亡，中国的火器发展其实就停滞不前了。虽然到了清朝乾隆年间，八旗兵也大量装备火枪，但是火枪的质量比明末没有明显改进。

火枪在被发明之后的三个世纪里进行了4次重大的改进，才成为今天步枪的原型。

第一次改进是从火绳枪到燧发枪（flintloc）。燧发枪的原理是使用转轮打火机（燧发机），带动燧石击打到砧子上产生火星，点燃火药，这样枪手就不需要携带火绳了。燧发枪在16世纪就出现了，但是在17世纪以后才普及，因为燧发机的成本较高。

第二次改进是18世纪末可燃弹壳枪弹的发明。早期的火枪装填弹药是一件极费时间的事情，可燃弹壳枪弹将铅弹和火药做在了一起，这样枪手在射击时只需要携带并直接安装“子弹”即可。

第三次改进是将膛线（riflin）技术用在了枪（炮）管内侧。早期的枪炮由于枪炮管中没有膛线，因此子弹或者炮弹飞行的路线飘忽不定，准确性极差。到了18世纪，英国数学家鲁宾斯（Benjamin Robins，1707—1751）从力学上证明，如果子弹旋转飞行，则可以增强稳定性。在这个理论的指导下，欧洲各国在枪械制造上普遍使用了早在15世纪就发明的膛线技术，让子弹在出膛时能够旋转起来。

第四次改进则是将前膛枪改进为后膛枪（ rifled breech-loading guns）。后膛枪的发明人是德国的枪械工程师徳莱赛（Johann Nicolaus von Dreyse，1787—1867），他在一家普鲁士枪械厂工作时，从一位瑞士工匠那里学到了用撞针引爆火药的技术，后来他回到故乡开始设计后膛枪。1836年，德莱赛设计出从后面装弹药的针发枪。当时，正在扩军备战的普鲁士军队马上意识到这种新步枪的优越性，于是政府马上买下了他的专利，支持他秘密研制这种武器。1841年，德莱赛造出了这种针发的后膛枪，随后立即被普鲁士军队采用，而这种枪也因发明的年代而获得了编号M1841。普鲁士军队靠后膛枪很快赢得了普丹战争、普奥战争和普法战争的胜利。

火枪的每一次改进，都使得它的便利性、射击的准确性以及杀伤力有所提升，特别是最后一次从前膛枪到后膛枪的改进。后者的杀伤力比前者大了许多。全世界第一次长时间大规模采用后膛枪的战争是1861—1865年的美国内战（即南北战争），双方投入了300万兵力，有多达60万人阵亡——这个数字超过了美国在所有其他战争中阵亡人数的总和，由此可见其威力。不过，相比后来的机枪，单发射击的步枪杀伤力还是小得多。

早在18世纪，英国和美国的一些发明家就发明了类似机枪的自动武器，并且取得了很多专利，但是直到19世纪末，没有一款机枪能够投入实战。

说到机枪，大家可能会想到马克沁机枪，这是世界上第一款普遍装备部队的全自动机枪。这种机枪的发明人马克沁（Hiram Stevens Maxim，1840—1916）生于英国，但生活在美国。1882年，马克沁回到英国时，看到士兵射击时步枪的后坐力把肩膀撞得青一块紫一块，他就琢磨能否利用枪射击时的后坐力上子弹。马克沁拿来一支温彻斯特步枪，仔细研究了步枪射击时开锁、退壳、送弹的过程，并在第二年制作出一款新自动步枪，可以利用子弹壳火药爆炸时喷出的气体，自动完成步枪的开锁、退壳、送弹、重新闭锁等一系列动作，实现了子弹的连续射击。这款自动步枪不仅射速快，而且后坐力小（原本浪费掉的能量用于了送弹）、射击精度高。1884年，马克沁在自动步枪的基础上，采用一条6米长的帆布袋做子弹链，制造出了世界上第一支能够自动连续射击的马克沁机枪，并且获得了机枪专利。

马克沁机枪的理论射速为每分钟600发，相比当时一分钟不到10发的步枪，火力猛烈了许多。但是在它被发明出来的最初几年里，各国军队对它并不感兴趣，因为它结构复杂且容易损坏，枪体笨重不易携带，高速射击使枪管滚烫，需要用水来冷却，很不方便。当然，更重要的原因是当时各国军队的一个原则是省子弹，武器专家认为，射杀一个敌人只要一发子弹，用机枪乱射是浪费子弹。因此直到1887年，英国人才试买了3挺马克沁机枪。在这个过程中，马克沁一方面改进其机枪，一方面继续到各国推销这种新式杀人武器。

▲图7.14 马克沁机枪

马克沁机枪扬名天下是在1893年，当时一支只有50名英军和几百当地人组成的殖民军队在非洲和祖鲁人的战斗中，用4挺机枪击败了一支5000人的祖鲁军队，当场击毙击伤3000多人。一周后双方再次交战，一小支英军面对由2000来复枪手和4000勇士组成的祖鲁军队，靠马克沁机枪击毙了对方2500人。在这之后，马克沁机枪受到欧洲各国军队的关注。

20世纪初，德国皇帝威廉二世观看了马克沁机枪的表演，对这种枪大加赞赏，随后德军大量装备了德国版的机枪MG08。在第一次世界大战中，马克沁机枪（和它的各种版本的复制品）大显身手，在索姆河战役中，当英法联军数十万人冲向德军阵地时，被德军数百挺机枪扫射，仅在1916年7月1日一天就伤亡近6万人，举世震惊。一方面，当时人们认为机枪的出现是人类前所未有的灾难，因为在此之前人类根本做不到如此高效率地屠杀同胞。而另一方面，欧美各国军队又不得不大量装备这种杀人武器，在“一战”结束前，前往欧洲的美国远征军每个团装备了300多挺机枪，而在“一战”之前一个团只有4挺。

抛开机枪的危害不说，从物理学原理上说，马克沁机枪的设计非常漂亮。在它之前，射击时子弹壳里火药产生的能量相当一部分变成了射击时的后坐力，不仅在能量上是浪费，而且还影响枪的稳定性，等到射击下一发子弹时，还需要人使用额外动力拉枪栓，因此，在能量的利用上极不合算。由于人拉枪栓的频率不可能太高，步枪输出的功率不可能太大，因此杀伤力有限。马克沁机枪让火药产生的能量，除了变成子弹的动能，剩下的用于子弹上膛，没有浪费掉，而且节省了人力。最重要的是，由于机械做功的效率比人高，因此它输出的功率比步枪大得多，杀伤威力巨大。说到底，这项发明的核心是把一些手工操作步骤变成机械操作，然后巧妙利用能量来驱动机械。

当然，有矛就有盾。两个月后的1916年9月15日，英国在索姆河战场上投入了一种新式武器，这是一个由履带驱动的钢铁怪物，上面的机枪喷着火焰，它就是坦克。这种怪物对德国步兵造成了心理震慑，使他们放弃阵地不战而退。当天，英军向前推进了4~5千米，不过由于当时坦克数量很少，英军在索姆河战役中进展并不顺利。

是谁最先发明了坦克至今仍有争议。早在文艺复兴时期，达·芬奇就画出了这种铁甲战车的图纸。虽然有人认为那应该是最早的坦克设计，但是它其实与后来的坦克没有直接关联。在第一次世界大战时期，英国人、法国人和俄国人都独立研制了自己的坦克，今天他们还在争夺坦克的发明权。不过，公平地说，法国人和俄国人设计的原型与达·芬奇的设计一样，与今天的坦克没有太多关联，真正应该被授予坦克发明权的，是英国的斯温顿中校（Ernest Dunlop Swinton，1868—1951），他在1914年就提出了关于装甲履带战车的设想——将履带拖拉机改装成铁甲战车，不过当时英国国防部对此没有兴趣。1915年，当时的海军大臣丘吉尔了解到斯温顿的构想，觉得非常有价值，于是在海军部成立了陆地战舰的研究机构，同年底，该机构制造出被称为“小威利”（Little Willie）的世界上第一辆装甲履带战车，但是并不实用。后来，英国又对这种新式武器进行了几次改进，直到马克I型出现，才真正用于战场。

▲图7.15 最早的坦克马克I型

到了“一战”后期，德国人看到了坦克的威力，也研制出了自己的坦克。在第二次世界大战中，德军将坦克的作用发挥到了极致。

比枪更有杀伤力的是大炮。大炮的发展和火枪的发展基本上是同步的，甚至在一开始它们的原理都是相同的，只是大小、作用不同而已。火炮的炮弹是巨大的实心铁球，用于攻坚。今天如果阅读大航海时期的故事，我们经常可以看到多少磅大炮的说法，这个重量指的是火炮射出的铁球的重量。

▲图7.16 施拉普尔1870年的炮弹设计

从弓箭、火枪到大炮，进步方向非常清晰，就是用越来越多的动能打击对方。不过，这三种武器都有一个缺陷，它们的动能都来自发射装置本身，因此，发射时的动能再大，经过长距离的飞行，在空气中也已经被消耗掉大部分了。到了19世纪初，弹头能够爆炸的开花炮被英国将军亨利·施拉普尔（Henry Shrapnel，1761—1842）研制出来，并在欧洲战场上大显威力。弹头中火药爆炸的杀伤威力极大，比原来高速飞行的实心弹头的撞击杀伤力大得多。开花炮本质上是对炸弹在瞬间产生的巨大化学能的利用。在开花炮出现之后，安全而威力巨大的炸药就成了火炮发展的关键。

炸药和火药是两种不同的东西，前者的爆炸威力要大得多。1847年，意大利人索布雷罗（Ascanio Sobrero，1812—1888）合成了硝化甘油，那是一种爆炸力很强的液体，直接使用极不安全，并且不便于运输携带。1850年，瑞典工程师诺贝尔（Alfred Nobel，1833—1896）从索布雷罗那里学到了合成硝化甘油的技术，并且回到瑞典建立工厂开始生产。1864年，诺贝尔和他的父亲及弟弟对硝化甘油进行实验时发生了爆炸，包括他弟弟在内的5个人被炸死，他的父亲也受了重伤。政府禁止重建这座工厂。不过，诺贝尔并没有气馁，他把实验室建到了无人的湖上。有一次，诺贝尔偶然发现硝化甘油可被干燥的硅藻土吸附，从此发明了可以安全运输的硅藻土炸药——直接将硅藻土混合到硝化甘油和硝石中，俗称黄色炸药。1867年，诺贝尔为这种混合配方申请了专利，并且把这种炸药卖到了瑞典和俄罗斯的很多矿山。英语中的“炸药”一词dynamite就源于希腊文中的力量一词dynamis和英语中的硅藻土一词diatomite。

作为一个和平主义者，诺贝尔制造炸药的初衷并不是为了制造杀人武器，而是为了开矿。当他看到炸药被用于制造军火后，非常痛心，但是已无力阻止。后来，诺贝尔从安全炸药上获得了巨大财富，去世前他将自己的财产捐献出来，设立了著名的诺贝尔奖，根据他的遗嘱，奖金每年发放5项，包括和平奖。

几乎和硝化甘油炸药同时被发明出来的炸药还有TNT（三硝基甲苯）。1863年，德国发明家朱利叶斯·威尔布兰德（Julius Wilbrand，1839—1906）把它作为一种黄色的染料发明出来，而且它早期的用途也确实不是用来作为炸药，因此，在很长的时间里，英国海关甚至都没有将它列入爆炸物清单。不过到了19世纪末，德国人发现它是非常好的炸药，并于1902年开始用它制造炮弹的弹头，从此，它成了最常用的炸药之一。

所幸的是，在今天，无论是硝化甘油炸药还是TNT，大多被用于和平建设。这些炸药在极短的时间里可以释放巨大的能量，使得采矿、修路、拆除旧建筑物都变得非常容易。由于爆破技术的广泛应用，而且准确性和安全性越来越高，大型工程的死亡率相比一个世纪之前在急剧下降。20世纪30年代，美国在修建胡佛大坝（长度约为三峡大坝的1/8，高度相当）时死亡112人，而今天世界上在修建更大规模的各种水坝或者大型工程时，鲜有死亡事故发生，这受益于人类工程爆破技术的发展。诺贝尔等人如果得知今天炸药被更多地用于造福人类，也应该感到欣慰了。