北宋初年的兵工场里，火药第一次被当作可计算的能量来使用。汴京设广备攻城作，下面专立火药窑子作，官方兵书《武经总要》记下毒药烟球、蒺藜火球、火炮火药法三类配方。硝石约占一半，硫黄两成多，粗炭两成多，再配沥青、干漆、竹茹、麻茹。这不是炼丹炉边的偶然混合物，而是能稳定燃烧、轻微爆燃的军用发射药。配方被量化，意味着古人开始用经验数据控制氧化还原的速度。

从科技逻辑看，宋人其实搭好了火炮的三块基石。第一是火药可控化。硝做氧化剂，硫和炭做还原剂，密闭空间里瞬时反应，释放高热和大量气体。第二是封闭腔体思维。竹筒、纸筒已用于喷火，人们意识到把火封在筒里，力量会比敞烧集中得多。第三是金属铸造能力。宋代青铜礼器、钟鼎、钱币的范铸工艺成熟，有能力把筒身做成耐高压的铜腔，这是后来青铜火炮的物理前提。

严格说，北宋还没有成熟青铜火炮。管形射击器先以巨竹为筒，内装子窠，火药点着后燃气推子窠射出，这便是突火枪的雏形。竹筒耐压有限，点几次就裂，射程和安全性都到天花板。但宋人已经摸到了身管、装药、弹重三者匹配的关系：筒身越长、气密越好、药形越紧实，初速越高。北宋末到南宋初，粒状火药出现，硝含量提高，燃烧更均匀，爆发力更强，为金属化身管铺了最后一级台阶。

青铜火炮的核心原理并不玄虚。火药在封闭铜膛内燃烧，固态药转成高温气体，体积急剧膨胀，压强沿筒壁传导，把弹丸从前端挤出。竹筒承受不住，就换青铜。青铜韧性好、不易脆裂，能反复装填。到元代，竹筒被铸成铜铳，至顺三年铜火铳是现存最早金属管形火器实物，而它的物理基因全在北宋的火药配方与竹筒试射里。

此前守城靠弩箭、滚木、抛石机，火器让化学能直接参与杀伤。抛石机先抛火球，火球里装蒺藜、毒烟、燃膏；后来把火球缩进筒里，变成可指向的发射器。军事史从冷兵器的机械抛射，走向热兵器的燃气发射。宋人未必解出理想气体方程，却用千万次点放，把火关进了管子。

本报综合