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经典火炮在欧洲的发展

历史大观园 格物日志 2020-05-18 21:23:25 0 火药

中国是什么时候落后于西欧的,原因何在?这个问题,连同它的各种变体是全世界历史学家的一大困扰。大分流是如同很多全球史学者认为的那样,发生于历史的晚近—1800年前后,还是如同传统历史学家认为的,它有更深远的根源?争论历来是激烈的,但两边的研究者都把注意力完全放在经济方面,而没有考虑军事因素。当然,传统主义学者爱说,西方之所以在1500年后执全球军事技术牛耳,那是因为他们把亚洲的手下败将变为了殖民地。而修正主义学者也会反击说,传统主义学者高估了欧洲的统治范围。但是双方都没有说服对方,因为迄今为止可供使用的史料太少。我们需要一部真正的比较军事史,或者说,一部全球军事史。

经典火炮在欧洲的发展

让我从一个无可争议的事实开始:在16世纪的第一个十年和第二个十年,中国人遭遇了欧洲人的火炮,前者马上意识到了后者的先进。这暗示了,某种程度的差距在1500年前就拉开了。

事实上,我们可以把差距形成的时间定得更精确一些。在1480年左右,欧洲的加农炮达到了一个经典的形制:更长、更轻、更高效,比早先的炮更精确。加农炮的设计由此进入了长达三个世纪的相对固定的时期,所以15世纪80年代的经典加农炮和18世纪50年代的加农炮非常近似,而任何一门15世纪50年代的加农炮和1480年的加农炮相比,都没有如此类似。

为什么经典加农炮在15世纪出现于欧洲而不是其他地方?有城墙的原因。我们已经看到,中国城墙能有效抵挡火炮攻击,而欧洲的城墙就脆弱不少。尽管这可以解释欧洲的炮何以越变越大,但还不足以解释为何火炮形制的改变,以及在欧洲无论何种尺寸的炮都要比中国炮杀伤力更大,也更精确。

实际上,火炮在中国经历的发展与在欧洲是类似的,都是炮身相对于口径越变越长。不过,在欧洲发展出经典加农炮之前的一代人时间里面,中国发展火炮的速度放缓了。为什么?原因也许不在于文化层面的假说——欧洲人更有匠心,而更可能是战争的频度。1449年以后,中国进入了一段相对和平的时期,而欧洲则进入了长期的、激烈的、事关生死的战争时期。我所谓“事关生死的战争”指的是威胁到每个相关国家生死存亡的冲突。中国火炮在13世纪晚期到15世纪早期发展迅速:13世纪晚期似乎是第一支真正意义的火铳出现的时间,而15世纪早期则正是中国被事关生死的战争搞得山河破碎的时候。14世纪50年代到1449年的一个世纪更是动荡不安,明朝刚刚建立,亟须巩固帝国政权,中西火炮在这个时期的发展并无差异,都是朝着更长的炮身去发展。到了15世纪中叶,这一趋势在中国停止了,在欧洲则大为加速,恰恰就是中国硝烟渐息而欧洲大兴干戈的时候。

经典火炮

1488年的两门火炮代表了欧洲火炮制造技术的变化。这两门炮存于瑞士纳沙泰尔的一个广场,比起前辈,它们看上去纤弱苗条。老式炮粗壮敦实,而这两门长而细,越到炮口越细。可以确定它们的年代是1488年,火炮专家凯伊·史密斯(Kay Smith)写道:“如果你拿纳沙泰尔的两门炮去和17或18世纪的加农炮比较,很难看出来有什么区别。”史密斯认为,这一设计成为了往后三个半世纪的规范,之后只有一些次要环节进行了修改。其他学者也有类似看法。

为什么火炮进化成了这个样子?别的不谈,长炮管首先便是它们和早先火炮的显著区别。穆罕默德二世的怪物巨炮,炮长是炮口直径的8倍,是当时最为典型的火炮;而纳沙泰尔炮的长径比是40比1。与各自的炮口直径相较,它们是老式火炮的4倍长。更长的炮身可以让火药有更多时间去助推发射物,在炮管里有以前4倍的路程去加速。由此,准确度也得到了提高,因为长炮管更利于让发射物保持在既定的弹道里。当然,任何滑膛炮都不如提供旋转力的线膛炮精确,但在火炮的早期发展里,炮身加长是个进步。

它们威力更大是因为炮弹从石弹变成了铁质炮弹。虽然中国人在1370年左右就已经在使用铁质炮弹了,但在欧洲,从石弹到铁弹的过渡持续了整个15世纪。换用铁弹之后,火炮威力大大加强,因为铁弹的密度比石弹大得多。举例来说,大理石——用来做炮弹的石材——密度为2.7克/立方厘米,而铁的密度是7.9克/立方厘米。一颗直径10厘米的大理石炮弹重1.4公斤,同尺寸的铁弹重4.1公斤。铁弹的重量是同等大小石弹的3倍,可是在获得一个初速度后,铁弹所得到的动能远不止石弹的3倍。发射物的动能是其质量乘以初速度平方的二分之一(Ek=1/2mv2,Ek为动能,m为质量,v为速度)。如此一来,铁弹的破坏力就是同等尺寸石弹破坏力的10倍、20倍乃至30倍——根据初速度的不同而定。新炮能把密度更大的发射物加速到更高的速度,威力远超旧炮。

同样重要的是,新炮比旧炮轻得多。传统火炮炮管很厚,新炮炮管很薄,尤其是炮管前端。这方便了运输。其次,这一点在散热上也很有效。过去的炮手要用很多临时凑合的办法去给巨型怪兽降温,往炮管里淋醋、淋热油,收效甚微——最大的家伙一天也只能发射两到三次。新炮冷却迅速,一小时就可以发射好几次。

填弹上也有改进。旧式火炮一般用木塞,把火药装进药室后塞进木塞(有时也用其他更软的材料,比如干草和布)。然后发射物被安置在木塞之上。新炮就不用木塞了,因为炮管和发射物之间可以更紧密地贴合。根据财务记录,以前和加农炮弹一同订制的木塞在15世纪晚期订量大幅减少,除非是用在迫击炮上的,其他的在1500年左右就消失了。这一改进大大缩短了装填时间,对提高精确度大概也有助益。

历史学家伯特·S.霍尔称这种长款火炮为“现代军械的集大成者”(modern ordnance synthesis)。别的学者没有使用这个词,他们更喜欢称之为“经典”(classic)火炮。他们一致认为,在1480年左右,加农炮达到了其后三个半世纪都没再改变的经典定型。手枪的发展趋势也与此类似。

为什么是欧洲人研发出了经典火炮,而不是中国人?数据显示,直到15世纪中叶,同一时期的中国火炮长径比和欧洲火炮都是差不多的,平均为17比1(见图表2)。更有趣的是,有证据表明,中国火炮在设计上也循着一条相似的路径前进。有些中国历史学家发现,从洪武元年(1368)到永乐二十二年(1424),炮管长度都有显著增长。如果我们再仔细看看数据,就会发现这个趋势其实持续得更久,如图表3所示。

欧洲火炮保持了高长径比的趋势,当16世纪10年代葡萄牙人带着他们的火炮(长度和长径比都和纳沙泰尔炮相似)进入中国时,中国人大为折服,意识到更长的炮身和更薄的炮管将带来巨大的优势。

对第一次分流的解释

那么,为什么15世纪末期欧洲人研发了经典火炮,中国人没有呢?欧洲的历史学家认为是新式火药起了作用。火药是个顽皮的东西。即使它的成分中有氧原子加入氧化反应,也还需要颗粒之间留有空间以供燃烧。传统上,欧洲的工匠会研磨三种配料混合成火药——硝石、硫黄和焦炭。装填经典火炮出现之前的老式炮时,需要把火药倒进药室——比炮管更窄的一个小空间。但你不能填满药室,因为要留出空间让火药燃烧。然后你得塞一个木塞到药室上方,再把发射物装进真正的炮管。火药点燃,药室内的空间就让火药燃烧。压力一旦达到临界,木塞和炮弹同时射出。

但是欧洲的火药工匠在15世纪慢慢发现,使用的火药是磨成颗粒还是磨成“粉末”(corns)大有不同。微粒大小不同,发生的反应也不同。小型炮不容易爆炸,所以可以承受迅速的反应。大型炮正好相反,容易炸膛。慢一些的反应让药室里的压力不至于爆发得太快,发射物在炮膛里均匀、持续地加速,直到射出炮口。所以,小型炮可以用细粉和小颗粒的火药,大型炮就得用粗颗粒。

火药粉让大型炮变得更长更薄,因为对火药反应的控制让其压力更小。但火药工匠可能并不想得到这个结果。他们更担心的是火药受潮的问题。火药变质在欧洲尤其是个问题,因为他们很难获得纯粹的硝石。纯粹的硝石指的是硝酸钾(KNO3),而欧洲人使用的替代品是硝酸钠(NaNO3)和硝酸钙(CaNO3),二者极易吸收水蒸气而变质。既然欧洲的火药混合物中劣质替代品的含量很高,火药工匠就把它们磨成细粉,减少它们暴露于空气的表面积。所以有观点说,如果欧洲人的硝石质量更高,这种情况就不会发生。相反,亚洲人获得和生产真正的硝石应该更容易,把火药磨成粉就没有那么必要,至少从减少浪费的角度出发是这样的。

这是个有趣的假说,却也是有问题的。第一,最近的证据清晰地表明,早在1370年,中国就有火药粉存在了。中国考古学家考察了明朝初年的一些地雷,发现它们装有火药粉末,这提供了火药颗粒快速燃烧需要的空间,这是让地雷爆炸力更强的创新之举。甚至还有证据表明,早在13世纪,东亚人就在使用火药粉了。尽管火药粉是火炮变得更长的必要条件,但或许还并非充分条件。第二,近期的文献显示,火药粉末化在欧洲远远不是以前人们想象的那样线性的发展趋势,经典火炮出现的时间并不一定要和粉末技术传播的时间一致。

如果粉末化的火药不能解释经典火炮的出现,那真正原因是什么?有些学者指出,是火炮制造工艺的变化。凯伊·史密斯怀疑,突破的关键在于欧洲人学会了在制造火炮时把炮口朝上:

图表2中国火铳长度、口径比,1332—1444

来源:李斌,《明清火器技术研究》,17—19,23—24,28,34—37,52,63—97。

注:15世纪中叶的中国火铳与同时期欧洲火铳的长度、口径比相似,都是平均17.3左右。当然,比较都是滑头的,因为火铳的用途不同,长度、口径比就不同。数据取自李斌,《明清火器技术研究》,17—19,23—24,28,34—37,52,63—97。其他源自非综述类著作(Wang Rong,“Yuan dai”;Yuan,“Shan dong”;LX,107,117;Hu,“Ming dai tie pao”;Liu Shanyi,“Shan dong”;Yin,“He zhang”;Chen Lie,“He bei”;Shi Wanlin,“Gan su”;Shi,“Zhen jiang”;Liu Hongcai,“Ding bian”)的数据也可以得出相似的结论。数据见本人论文“Late Medieval Divergence”。

现存的15世纪早期的火炮都是口径巨大的。它们不像细长炮……本质上它们就是平底的长管子。可能的解释就是,它们是用传统制钟法炮口向下造出来的,而细长炮是炮口向上造出来的……或许这就是火炮真正的“革命”之处。一旦加农炮工匠习得了炮口朝上造炮法及伴随而来的优势——目前还不清楚有哪些优势——制造“经典”形制的火炮就打开了大门。

目前尚不知道这是否正确,史密斯也谦虚地承认,甚至不清楚这项技术带来的优势是什么。我们只知道,这肯定是更好的方法,因为它被大规模地采用了。但是,它为什么更好?这个问题只能提醒我们自己是无知的。

到此为止,我们的解释都是从欧洲的角度进行的,何不从中国的经验来考虑一下这个问题呢?或许欧洲人的优势就是他们的后来者身份。正如龙佩所写:“没有先入之见……(欧洲人)被更新的创造力所点燃。中国的发展进行得很慢。”这是个有趣的观点,虽然并没有解释为什么整个14世纪和15世纪初中国都和欧洲齐头并进,但1450年后中国就放缓速度、欧洲则加速发展的疑问。

另一个亚洲学家提出了一个极有意思的解释。肯尼斯·切斯(Kenneth Chase)认为,中国放缓了火炮的发展是因为就可克制其心头之患——内亚游牧民族而言,火炮并不好用。与马上的游牧民为敌,后勤运输是最大挑战,因为敌人且战且走,拉长你的补给线。他们突破、后撤、诱敌、交战,随心所欲。火炮再强,这种情况下也不能有效制敌。欧洲人就不一样,他们大规模地用步兵交战,适用火炮的特点。切斯说,因此,火炮在欧洲就比在中国发展得快。切斯的假说非常动人,但有很多疑点。

第一,中国人自己都认为,火炮在抵挡游牧民族时非常有用。明军使用火炮在14世纪末、15世纪初击败了蒙古人,1449年又力拒蒙古入侵。而且中国的火炮需求量很大,北方边关尽是炮台。大量资料清楚地显示,在15—16世纪,中国的征战者认为与游牧民族交战时,火炮非常有效,这一时期也正是欧洲火炮突飞猛进的时候。比如,著名的文人兼将领翁万达就认为,只有装备了火器,他们才能有效对阵迅速移动的蒙古人。他还发明了一种特殊的火炮,长城守御可用,部队深入草原追击时亦可用。火炮似乎在抗击蒙古人时起到了关键作用。更为重要的是,切斯的假说低估了中国境内战争的多样性。游牧民族固然是北部边陲大患,但中国南部兵戈却往往和欧洲近似:两方大规模步兵短兵相接,以及堡垒的攻防。对于切斯的假说,我们也无须全盘抛弃,他只不过是解释了一部分而已。

当然了,还有一大堆解释着眼于一般所认为的中国文化的僵化:中国失去领先地位,因为它太专制了;中国的衰落源于故步自封;中国苦于儒家教义和深层次的文化保守。但今天的汉学家普遍不接受这样的文化解释,因为大量证据显示,中国只是被描绘得那么的专制、故步自封和保守,实际情况并非如此。

不过,答案或许非常直接,明朝人没有继续发展火炮,可能无关火药粉,无关游牧民族,无关后知后觉,无关故步自封,无关专制,无关保守主义,而仅仅是他们不需要更好的火炮。

火炮在明朝之前和明朝初年发展极快,那时烽火连年不断,朱元璋和对手们为了生存和权力正斗得你死我活。竞争环境导致快速的技术革新。到1368年明朝建立,战事不休,革新亦然。明军西进四川,北袭蒙古,西南征云南。这是几场大战,对手皆是拥有最先进的武器装备的诸侯,以四川为最。及至洪武驾崩,明朝爆发了一场激烈的内战。这场战争中,在中国的心脏地区,大量军队互射火炮。篡位的永乐帝最终获胜,随即开始计划大规模的远征,最出名的一场是在今天的越南北部,还有五次远征蒙古——参与军队达数十万人,许多都装备了火炮。所有这些战争都刺激了火器制造、战术和管理方面的发明创新。

永乐帝于1424年死去,中国战争的频度和烈度大幅下降。从他去世到16世纪中叶,只发生了一次震撼帝国的军事事件—1449年的土木堡之变。火药武器在抵御蒙古人侵略的北京保卫战中立下大功。随后蒙古人的势力式微,战争逐渐减少,烈度也降低,最重要的是,战争不再关乎生死存亡。总的来说,1449年到16世纪40年代之间的战争更像是“出警”整治癣疥之疾。明朝政权坚不可摧。事关生死的挑战不存,无怪进一步革新的动力不足。

欧洲则完全相反,在14世纪到15世纪早期几乎一刻不停地进行着战争。渊博的僧侣奥雷诺·德·博维(Honoréde Bovet)在1398年写道,西方——他称为“神圣的基督王国”——“苦于战争、分裂、抢掠、倾轧久矣,你甚至不能举出某一个小小的区域享有和平的例子,不论公国还是郡县。”博维写下这句话的时候,中国的情况与此相差无几。要说中国的战争,只会比欧洲更加频繁、规模更大、后果更严重。但中国明朝一进入1449年后的和平时期,欧洲的战争就在规模和烈度上更胜一筹了。

英国从1455年到1485年进行了玫瑰战争,对外常与法国、苏格兰交火;西班牙无敌舰队与英国皇家海军争夺数片海域;法国为扩张领土经历了数不清的战役,有入侵诺曼底、意大利,还有永无止境的对英战争;奥地利、匈牙利和尼德兰的起义搅得日耳曼不可开交,当然还有波西米亚的胡斯战争;葡萄牙人进攻摩洛哥;西班牙占领了格拉纳达。用一位学者的话一言以蔽之:“战争在地中海和西南亚洲像火山喷发一样肆虐……冲突在地中海和西班牙-马格里布的舞台上遍地开花。”历史学家弗兰克·塔里特(Frank Tallett)写道:“从1480年到1700年,英格兰参加了29场战争,法国34场,西班牙36场,神圣罗马帝国25场。1610年后的一个世纪,瑞典和奥地利哈布斯堡王朝分别每两年就有一场仗,西班牙每四年有三场。”他认为,战争不仅是经常性的,还是长期的和激烈的。

这样看来,中国人的仗越打越少,欧洲人的仗越打越多。或许这个事实比其他任何事实都更能解释为什么欧洲的火炮一直在发展之中。欧洲处于长期的“战国时代”,这个状况一直持续到1945年。

历史学家提出,所有这些战争都产生了巨大的影响。他们说,火药战争催化了几个历史变化,为欧洲的现代化或至少是早期的现代化奠定了基础。这几个变化是:封建制的终结、中央集权国家的崛起和海外殖民的开始。但是,火炮多大程度上促成了这些变化?为什么中国的火炮没有带来类似的变化?

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