春節臨近，總讓人想起王安石那首名垂青史的《元日》：爆竹聲中一歲除，春風送暖人屠蘇。千門萬戶瞳瞳日，總把新桃換舊符。其實，爆竹聲中還隱藏著我國古代勞動人民智慧結晶的化學“秘方”。

01爆竹演變小史

我國古代一年到頭都是工作日，沒有西方的禮拜之說。所以唐宋時有很多民間節日，這是勞動人民用來休息放松的主要時間。西方文化以神為本，一到周日，拒絕勞作，強調神人共休；東方文化以人為本，節假日的目的是為了休人不休神。鞭炮的發明，大概就是人們用來鬧神的一種工具了。人們除了辭舊迎新在春節燃放爆竹外，每逢重大節日及喜事慶典，諸如元宵節、端午節、中秋節及婚嫁、建房、開業等，亦要燃放爆竹以示慶祝和吉祥之意。

南北朝時期的《荊楚歲時記》載：正月一日，雞鳴而起，先于庭前爆竹，以避山臊惡鬼。據漢代《神異經》說，古時候，人們途經深山露宿，晚上要點篝火，一為煮食取暖，二為防止野獸侵襲。然山中有一種動物既不怕人又不怕火，經常趁人不備偷食東西。人們為了對付這種動物，就想起在火中燃爆竹，用竹子的爆裂聲使其遠遁的辦法。這里所說的動物，名叫“山臊”。古人說其可令人寒熱，是使人得寒熱病的鬼魅，嚇跑山臊，即驅逐瘟邪，才可得吉利平安。

《神異經》對山臊的描述（圖片來源：bilibili視頻截圖）

到了唐初，瘟疫四起，湖南醴陵縣人李畋，把硝石裝在竹筒里，點燃后使其發出更大的聲響和更濃烈的煙霧，結果驅散了山嵐瘴氣，制止了疫病流行。這便是裝硝爆竹的最早雛形。以后火藥出現，人們將硝石、硫黃和木炭等填充在竹筒內燃燒，產生了“爆仗”。到了宋代，民間開始普遍用紙筒和麻莖裹火藥編成串做成“編炮”（即鞭炮）。

關于爆竹的演變過程，清代《通俗編·排優》記載道：“古時爆竹。皆以真竹著火爆之，故唐人詩亦稱爆竿。后人卷紙為之。稱曰“爆竹”。爆竹聲響是辭舊迎新的標志、喜慶心情的流露。春節的爆竹聲也烘托出過年的喜慶氣氛。

02 火藥：制作爆竹的“靈魂”

自從李約瑟提出中國的四大發明之后，火藥作為四大之一而名揚海內外。爆竹的主要成分是黑火藥，含有硫磺、木炭粉、硝酸鉀，有的還含有氯酸鉀，外部用強力紙包裹。爆竹的燃放效果，主要取決于各種成分的比例和外面包裹材料的結實程度。從火災科學的觀點來看，火藥是一種自帶氧化劑的燃料，可以不需要氧氣而從固體燃料直接反應生成氣體的產物，避免了普通燃料必須先釋放氣相燃料，再點火燃燒的過程，因此比較迅速，幾乎是在瞬間內體積膨脹一千倍左右。不過，如果包裹材料不結實，就會拉長反應時間，降低發出的爆破聲音。

一般火災的發生，需要傳熱到固體燃料表面，釋放氣相燃料，氣相燃料點火，反饋回燃料表面，直到穩定的燃燒反應建立為止。而燃燒速度的大小，取決于氧氣滲透到氣相燃料位置的速率。滲透快，則反應快，如高壓氧艙內失火是非常危險的，因為氧氣保證燃燒的加速進行。火藥的發現，就是把氧化劑和燃料放在一起，取消了化學反應的速度制約，所以能夠產生瞬時的壓力，用來推動彈藥（如槍械）或爆炸（如爆竹）。

要讓爆竹達到預期的效果，首先是燃料氧化劑比例合適，沒有多余的材料。如果氧化劑或燃料過量，那么過量的部分就吸收熱量而沒有貢獻，所以能量釋放減低。其次，要包裹嚴實，才能產生預期的爆炸力。沒有包裝（規矩），爆竹不過是快速燃燒，就沒有驚人的爆發效果了。最后，要保持干燥。水是最方便的阻燃劑，火藥遇水就熄滅或根本點不著了。

03 火藥配方中的證據挖掘

李約瑟博士通過對整個火藥史的研究，得出結論：火藥中硝的成分是逐漸增加的，很可能最初硝、硫、炭的比例相等，或硝的比例還少一些，越到后來，火藥的威力越強，燃燒速度越來越快，最后硝的成分逐漸上升到75%或80%。這是理論上的最佳數量。

為了論證這一點，他與他的合作者說服英國皇家軍備研制局專門配制了一些火藥，含硝量在20%~90%之間。然后，他們去研制局所在地肯特郡的海思戴德堡（Fort Healthstead of Kent），把這些火藥逐個點燃來觀察爆炸效果，驗證古書上的演化趨勢。

李約瑟設法把歷史文獻記載中的火藥不同成分整理出來，用圖表進行比較觀察。從宋代《武經總要》、明代《火龍經》及十四、十五世紀以前中國更早的古籍記載中發現，硝、硫、炭的成分平衡點散在表上各處，表明當時還在進行各種不同配方的試驗，后來的配方也圍繞在硝（氧化劑）的成分為75%左右。

從早期阿拉伯及歐洲記載中，發現這種平衡點一律集中在硝的成分為75%的中心附近，似乎阿拉伯人和歐洲人一開始就知道該怎樣配制最佳的火藥了。這說明，火藥是由中國傳入西方的，在火藥知識傳入歐洲的同時，基本配方的知識也同時傳入了歐洲。西方人在十三世紀以前還不知道硝石為何物，而中國早在850年出版的《真元妙道要略》就記載以硝石、硫黃和木炭制成火藥混合物，1044年的《武經總要》更給出最早的軍用火藥配方。李約瑟博士用嚴謹的實驗設計證明了中國古人對火藥的原創和發展過程，值得后人學習和借鑒。

有道是，爆竹聲中一歲除，歡樂處處防回祿；氧化燃料多危險，慶祝不忘大安全。春節臨近，全國各地的煙花爆竹管控政策陸續出臺，大家一定要嚴格遵守當地的管控政策，度過一個安全、喜樂的春節。最后，祝大家龍年大吉、萬事如意。