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2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

綜述

在現在很多人的眼中,古人因為受到了思想和科技上的限制,並不像如今的我們能夠上知天文下知地理,甚至還因為封建主義制度和宗教的壓迫,大部分的民眾都愚昧無知。

事實上,有一些人確實是這樣沒錯,但是在我國,隨著社會的建立,國家的形成,統治者往往需要優秀的大臣來管理子民。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

歷代但凡是有遠見的君王,都知道如果想要國家能夠長久地維持下去,首先就要使得人們富足,過上好日子。《荀子》中曾有這麼一句千古名言——“水能載舟,亦能覆舟”,這也是唐太宗的座右銘。

而為了能夠安定民眾,皇帝時常是求賢若渴,秦漢到隋唐我國朝廷選拔官員奉行察舉制和薦舉制,由高階層的官員來推薦有才能的人,但是因為世族的存在,以及從古至今一直存在著的任人唯親的思想,基層民眾並不能透過這個方式入仕。

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自隋唐以後,我國開始實行科考制度,這也是我國目前的高考的前身,即透過公開的逐級考試來由中央選取合適的人才,雖然依然存在著缺點,但是對於古代來說,已經是相對公正的改變自身命運的方式了。

因此,我國古人其實很多時候都有著系統的學習,只是學習的方向不同於現代,他們也並不愚笨,甚至許多人還非常聰明,比如我國古代的四大發明,比如萬戶開世界之先以火箭飛天,這些都是前人的努力,而我們只是站在了他們的肩膀之上。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

如今我們在夏日炎炎裡飲用冰品,吹著空調打著風扇的時候,偶爾也會想,古代那麼炎熱,古人還穿那麼厚,他們是怎麼祛暑的呢?

事實上,古人早在3000年前就已經懂得了冰塊的好處,甚至在2000多年前還能夠利用熱水來製造冰塊,這是怎麼一回事呢?

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

古人與冰

早在商周時期,貴族階層就已經開始在夏日裡享受冰爽的美好日子了,統治者向來將採冰和儲冰看作是一件大事,甚至最開始還與祭祀有著很大的關係,並且配有專門的官員來管理此事,也就是“凌人”。

《周禮·天官·凌人》的史書上就記載了凌人的採冰時間,以及對於冰的用途,也就是每逢十二月,凌人就會開始安排人鑿冰,因為冰塊會融化,所以要以3倍的數量將冰塊儲存進冰窖中,並且還要在春天進行檢查,到了秋天又會將其清理。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

每到夏天,就會專門將冰塊放入“冰鑑”中,這就像是現代的冰箱一樣,一些肉類、食物等等都會放在裡面,用來防止腐爛,同時也會在裡面放入酒等飲品。

但是由於這些冰窖的工程量太大,需要固定的場所和技術,因此多是由帝王等貴族享用,比如屈原就曾經在他的《招魂》裡寫下:“挫糟凍飲,酎清涼些。”意思是,用冰塊將酒冷凍以後,品嚐起來更加清涼可口,而這就是對當時帝王富貴生活的描寫,是臣民都不能奢求的。

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除此之外,冰塊也被古人用來儲存屍體。因為古代的喪葬文化一般都不會將死者立即下葬,往往會將遺體放置一段時間,但是在炎熱的夏日,遺體一旦放久,很容易導致腐爛生臭,從而對死者遺體不敬。

也因此,在一些皇家貴族裡,就會用冰塊來妥善保全遺體,保證在夏日裡能夠體面地將其下葬。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

1977年我國就曾經發掘出了春秋時期的凌陰遺址,它看起來像是個倒置起來的長方稜臺,內部有柱洞,形成了柱網,用來承擔重量,底部還有排水的水道,能夠將融化的多餘的水流向連線的河流。

而這個冰窖的窖底很可能在當時鋪滿了稻糠,窖口也用泥塗抹過,這些都能封閉內部空間,用來隔熱。

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到了後來,帝王賞賜冰塊的“頒冰”更是成為了一種每逢夏日臣子都非常期望的盛典,唐朝就有相關的詩句描寫:“火炎逢六月……頒冰無下位,裁扇有高名。”

這段詩句就描寫的是在炎炎夏日裡,帝王賞賜臣子冰塊的事情,而這些臣子幾乎都是非常尊貴的身份,非王公貴族不可得。

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我國偉大的詩聖杜甫也曾“敢忘宮恩玉井冰”,想要獲得皇帝賞賜冰塊,但是當時的他的官職非常低,這於他來說只是妄想。

不同於這些平民階層,皇家經常使用冰塊,用冰降溫後的冷食也非常豐富,比如清風飯、龍晴粉、龍腦末等等,這些都是史書中唐敬宗在夏天能夠吃到的涼爽美食。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

其實在唐朝時期的市場就已經有人開始賣冰,只是因為價格高昂,底層民眾依然享受不起。後來商人們又在冰中加入糖,還有“槐葉冷陶”,也就是冰水浸泡麵條,泡好後冷藏,吃之前加入調料攪拌,就像是現在的涼麵一樣。

但這些仍然屬於是成本較高,價格也較高的“奢侈品”,古代的普通階層如何度過夏日呢?事實上,西漢的《淮南萬畢術》裡就記載了一種用熱水來製造冰塊的低成本“造冰術”。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

熱水造冰?

用熱水製造冰塊?如果脫離了冰箱、製冰機等等現代科技,這無疑是一個在大多數人們的眼裡都十分荒誕且異想天開的想法。

小孩子都能明白,熱與冰是兩個溫度上的反義詞,一個是奔向蒸發的氣化,一個是朝向凝結的固化,是看似不會相交的兩個射線。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

然而2000年前的《淮南萬畢術》中,這本相傳是淮南王門客下的方士所寫的彙編卻告訴了後世,“熱水造冰”的方式並非是無中生有。

上面關於此方法的文字只有短短十幾個字——“取沸湯置甕中,密以新縑,沈中三日成冰”,意思是在一個陶翁裡撞上沸水,再用織物密封,最終放入井底,三天後就能製造出冰來。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

甚至除了在《淮南萬畢術》之外,許多文獻古籍上面都有“夏造冰”的相關記載,比如《淮南子》一書中就有"以冬鑠膠,以夏造冰"的文字,《莊子》中也有“ ……其弟子曰 :“吾能……夏造冰矣”,魏晉時期亦有“冬起雷, 夏造冰”的說法,甚至乃至明朝都有相關的記錄。

也因此,儘管《淮南萬畢術》在古籍中的地位並不算太高,卻在科學界受到了極大的關注,許多的科學家們針對“熱水造冰”的技術進行了探討和研究,卻直到目前都沒有得出非常確切的答案。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

洪震寰老先生甚至曾經將熱水造冰的方式稱為是我國相關科學家們都非常重視,但是又在長期無法解答它的問題。

20世紀80年代,洪震寰老先生就對《淮南萬畢術》進行了詳細的研究,他認為,用現代物理知識分析,所謂的“夏造冰”的唯一依據可能就是“液體的冰點會隨著氣壓下降而升高”的理論。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

但是就算是將陶甕沉入深井,甕內溫度驟降,液麵氣壓下降,成功使得裡面水的冰點升高,可是一般而言減少1個大氣壓,水的冰點所升高的幅度也是極其小的,只有0.008℃,遠遠無法達到凝結成冰塊的程度。

因此,洪震寰老先生在當時得出了結論,即《淮南萬畢術》的熱水造冰方法是不可行的。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

然而我國的另外一位科學家李志超卻持有與洪震寰老先生不同的看法,他認為,如果透過氣體的絕熱膨脹,也是完全能夠做到降溫甚至是冷凍的效果的。

李志超指導學生做了一個實驗,在一個球形玻璃瓶裡撞上少許的水,並用橡皮塞將這個玻璃瓶密封,模擬《淮南萬畢術》中的熱水造冰的場景。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

緊接著,再將橡皮塞上的玻璃管下端放到瓶底,用可調節鬆緊的橡膠軟管與玻璃管外端相接,透過玻璃瓶內部緊貼的溫度計來觀察裡面液體的溫度。

實驗後,李志超表示,沸水透過密封,冷卻後緩慢地進行放氣是可以達到低溫的效果的。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

這次的模擬實驗比較成功,李志超又進行了更加詳細的實驗,最後得出了相關解釋——在我國北方或者高山高海拔地區,夏季的深井一般是在10℃之下,將一個細口大肚的陶翁裝上少許的水,煮沸後甕身與水是同樣的溫度。

並且由於甕中液體沸騰氣化,水蒸氣就會將甕內的空氣擠出去大半。當沸水被蒸發得差不多的時候,就馬上用浸水的非常細密的織物將甕口封住,隨後放入10℃以下的深井中。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

甕身猛然接觸到涼水,原本甕中瀰漫的水汽就會開始凝結,同時甕中的氣壓大幅下降,形成了靠近真空的環境,等到甕身與深井井水溫度相近,迅速將甕取出來,這時織物就會開始透氣。

事實上,驟然減壓會使得氣體膨脹變大,從而向外做功,內能降低,因氣體吸熱造成溫度下降,如果掌握了相關的技巧和經驗,確實是可以達到冰渣的。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

後來的雷志華教授也透過研究,針對熱水造冰提出了低壓下水快速蒸發可以吸熱製冷的原理,但他認為,並不是在甕的底部結冰,而是在密封翁口的織物上面。

而且雷志華教授還提出了實現熱水造冰的三個理想的條件,即甕的容積要在大約100升,隨處的環境溼度要小於26%,溫度也要在20℃上下,也就是說必須在夏天。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

只是經過科學家們的試驗,熱水造冰雖然可行,但產量卻很低,只能獲得少數的冰,並且還需要有較為嚴格的環境要求,失敗率也比較高,同時還需要嚴格把握相關的資料,可能這就是為什麼沒有大規模普及和推廣的原因。

結論

事實上,關於熱水造冰的相關結論到目前為止也只是科學家們的研究推測,事實到底是什麼樣子的,古人是否真的是依照著這樣的原理進行了造冰,我們都不得而知。

2000年前西漢記載的“熱水造冰”法,困擾了我國科學家們許多年

我們不得不感嘆我國古人的智慧,要知道這是在2000年前記載的方法,而西方直到1775年才在近代科學的支撐下用乙醚實現了造冰的技術,比熱水造冰技術晚了一千八百年左右的時間。

分類: 體育
時間: 2022-01-26

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