爆竹の音に隠された「秘密のレシピ」：「75％硝石」が火薬発明の歴史を書き換える

春節が近づくと、人々はいつも王安石の有名な詩「正月」を思い出します。爆竹の音とともに一年が過ぎ、春風が吐蕪に暖かさをもたらします。元旦には、各家庭で古いお守りを新しいものに取り替えます。実は、爆竹の音の中には、古代中国の労働者階級の知恵の結晶である化学的な「秘伝のレシピ」も隠されているのです。

春節に爆竹を鳴らす（ギャラリーからの著作権画像、転載は著作権紛争につながる可能性があります）

01爆竹の進化の歴史

古代、私の国では人々は一年中働いており、西洋のような礼拝というものはありませんでした。そのため、唐代と宋代には多くの民俗祭りが行われ、働く人々が休息しリラックスする主な時期となっていました。西洋文化は神を中心に据えています。日曜日になると、人々は働くことを拒否し、神と人間が共に休むべきであることを強調します。東洋文化は人間中心です。休日の目的は人間に休息を与えることであり、神に休息を与えることではありません。爆竹の発明は、おそらく人々が神々に迷惑をかけるために使う道具なのでしょう。春節に古いものと別れを告げ新しいものを迎えるために爆竹を鳴らすだけでなく、人々は元宵節、端午節、中秋節、結婚式、家の建設、事業の開業などの主要な祭りや祝賀の際にも祝って幸運を表すために爆竹を鳴らします。

南北朝時代の『荊楚隋史記』には、旧暦の1月1日、人々は鶏の鳴き声とともに起き上がり、庭で爆竹を鳴らして山から来る悪霊を追い払うと記されている。漢代の『神易経』によれば、古代の人々は山を通るときに、調理や暖を取ったり、野獣の襲撃を防ぐために夜に焚き火を焚いていたという。しかし、山には人や火を恐れない動物がいて、人が気付かないときに食べ物を盗むことがよくあります。この動物に対処するために、人々は火の中に爆竹を焚き、そのパチパチという音で動物を遠くに逃げさせることを考えました。ここで言及されている動物は「shansao」と呼ばれます。昔の人は、それが人々に寒さや暑さを感じさせると言い、人々に風邪や熱を起こさせるのは幽霊だと言いました。山の精霊を追い払い、つまり疫病を追い払うことで、幸運と平和がもたらされるのです。

神易経における山匡の説明（画像出典：bilibili動画のスクリーンショット）

唐代の初めに疫病が流行した。湖南省黎陵県出身の李庭さんは、竹筒に硝石を入れて点火し、大きな音と濃い煙を出した。その結果、山の瘴気を消し去り、疫病を止めたのです。これは火薬を詰めた爆竹の最も古い原型です。その後、火薬が登場すると、人々は竹筒の中に硝石、硫黄、木炭などを入れて燃やし、「爆竹」を作りました。宋代には、紙管や麻の茎に火薬を包み、紐状に編んで「爆竹」を作るのが一般的になった。

爆竹の変遷について、清代の『俗集・排有』には次のように記されている。「古代、爆竹はすべて本物の竹で作られ、火をつけて作られていたため、唐代の詩人はそれを「爆竹」とも呼んだ。後世の人々はそれを巻いた紙で作り、「爆竹」と呼んだ。爆竹の音は、古いものに別れを告げ、新しいものを迎える兆候であり、お祭り気分の表現である。春節の爆竹の音も、新年のお祭り気分を盛り上げるものである。」

02 火薬：爆竹作りの「魂」

ジョセフ・ニーダムが中国の四大発明を提唱して以来、火薬は四大発明の一つとして国内外で有名になりました。爆竹の主成分は黒色火薬で、硫黄、木炭粉、硝酸カリウムなどが含まれ、一部には塩素酸カリウムも含まれており、外側は丈夫な紙で包まれています。爆竹の効果は主に、各種材料の割合と外側の包装材の強度によって決まります。火災科学の観点から見ると、火薬はそれ自身の酸化剤を含む燃料です。酸素を必要とせずに固体燃料から直接反応してガス生成物を形成できます。これにより、通常の燃料が最初にガス燃料を放出し、その後点火して燃焼するというプロセスが回避されます。そのため、体積は比較的急速で、ほぼ瞬時に約 1000 倍に膨張します。ただし、包装材が丈夫でないと、反応時間が長くなり、ポップ音が小さくなってしまいます。

硝酸カリウム（ギャラリーからの著作権画像、転載は著作権紛争を引き起こす可能性があります）

火災が発生するには、熱が固体燃料表面に伝達されて気体燃料が放出され、それが点火されて燃料表面に逆戻りし、安定した燃焼反応が確立される必要があります。燃焼速度は酸素が気体燃料に浸透する速度によって決まります。素早い浸透は素早い反応を意味します。たとえば、高圧酸素室での火災は、酸素によって燃焼が加速されるため、非常に危険です。火薬の発見は、酸化剤と燃料を一緒にして化学反応の速度制約をなくし、弾薬（銃器など）や爆発（爆竹など）を推進するための瞬間的な圧力を発生させることを可能にしたことです。

爆竹が望ましい効果を達成するためには、まず第一に、燃料と酸化剤の比率が適切であり、余分な材料があってはいけません。酸化剤または燃料が過剰である場合、過剰分は寄与せずに熱を吸収するため、エネルギー放出は減少します。第二に、期待される爆発力を生み出すためにはしっかりと巻かなければなりません。包装（ル​​ール）がなければ、爆竹はすぐに燃えるだけで、驚くべき爆発効果は得られません。最後に、濡れないようにしてください。水は最も便利な難燃剤です。火薬は水に触れると消えてしまうか、まったく発火しなくなります。

03火薬の配合に関する証拠採掘

ジョセフ・ニーダム博士は、火薬の全歴史に関する研究を通じて、火薬中の硝石の含有量が徐々に増加したという結論に達しました。当初は硝石、硫黄、木炭の比率が同じであったか、硝石の割合がさらに少なかった可能性が非常に高いです。その後、火薬の威力は強くなり、燃焼速度もどんどん速くなりました。最終的に、硝石の含有量は徐々に75％または80％に増加しました。これは理論上の最適数です。

この点を証明するために、彼と協力者たちは英国王立兵器開発委員会を説得し、硝酸塩含有量が 20% から 90% の火薬を特別に用意してもらいました。その後、研究機関があるケントのヘルスステッド砦に行き、火薬を一つずつ点火して爆発効果を観察し、古代の書物に記された進化の傾向を検証した。

ジョセフ・ニーダムは、歴史的文書に記録されている火薬のさまざまな成分を分類し、比較観察のために図表を使用しました。宋代の『武経宗瑶』、明代の『火龍経』、および14世紀から15世紀以前の中国の古書には、硝石、硫黄、木炭の成分のバランスポイントがテーブル全体に散らばっていることがわかり、当時もさまざまな異なる処方が試されていたことがわかります。その後の処方も約75％の硝石（酸化剤）成分を中心に展開されました。

初期のアラブとヨーロッパの記録から、このバランスポイントは常に硝石含有量が 75% である中心付近に集中していたことが判明しました。アラブ人とヨーロッパ人は最初から最高の火薬の作り方を知っていたようです。これは火薬が中国から西洋に伝わったことを示しています。火薬の知識がヨーロッパに伝わったのと同時に、その基本的な製法の知識もヨーロッパに伝わりました。西洋人は13世紀まで硝石が何であるかを知りませんでしたが、850年頃に出版された中国の『正元妙道要』には、硝石、硫黄、木炭を使って火薬の混合物を作ることが記録されています。 1044年の『武経宗瑶』には軍用火薬の最も古い製法が記されている。ジョセフ・ニーダム博士は厳密な実験設計を用いて、古代中国人による火薬の本来の創造と開発の過程を証明しました。これは後世に学び、参考にする価値があります。

中国国立博物館所蔵の元代の青銅火縄銃（ギャラリーからの著作権画像、転載は著作権紛争を引き起こす可能性があります）

諺にあるように、一年は爆竹の音で終わりますが、楽しい場所では火事に注意してください。酸化燃料は危険なので、お祝いをするときは安全を忘れないでください。春節が近づくにつれ、全国で花火や爆竹の規制政策が導入された。安全で楽しい春節を過ごすために、誰もが地元の管理政策を厳守する必要があります。最後に、皆様の龍年の幸運とご多幸をお祈りいたします。

著者: 上海理工大学都市建設安全工学部准教授、馬庭光

制作：中国科学普及協会

制作：中国科学技術出版社、中国科学技術出版社（北京）デジタルメディア株式会社