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日本武士刀背后到底有什么技术秘密

发布日期:2017-09-05

日本武士刀为近身战斗而设计,尤以致命的利刃闻名,是历史上最著名的武器之一。有着传奇的武士刀的背后到底有什么样复杂机密的技术秘密?

白天的田中只是人群中一张普通面孔。在一家中型电子公司担任前台接待的田中还有一个特殊身份,一名武士。武士是中世纪日本的贵族战士,类似欧洲的骑士。从12世纪开始,在之后的600年里日本被地方军阀所统治。武士既是军人,又是贵族,有时还是雇佣军。他们因有着自己的信念和原则,使用的日本武士刀是当时最致命的战斗武器,能够一刀把一个人切成两半。

今天的武士用竹子和稻草捆测验武器的锋利。切割这些东西已经不易,然而最难对付的还是人的骨头。武士刀真的如传说中一样神奇,它是否能经得起时间的考验?

麦克·诺提斯是一位刀剑专家,利哈伊大学教授。利哈伊大学的材料工程学久负盛名,与曾经辉煌的美国钢铁业颇有渊源。诺提斯拿起一把日本刀说,“只看这把刀的表面,看到的是流畅美丽的线条。通过现代工具,我们可以看到古代匠人的制造工艺和技术秘密。”

这把美丽得像工艺品的武器显示了高超的金属冶炼技巧,可以追溯到1000多年前。通过电子显微镜可以看到刀刃部分包括不同类型的钢,它们成就了刀的锋利和独特设计。

有两种刀刃武器。一种的功能是穿刺,比如重剑,另一种是武士刀,用于砍切。日本刀的独特之处在于,工匠能够在恰当的地方使用恰当的材料,以达到整体的最佳和谐。

所有金属都给人坚固的印象,但事实上,坚固的金属必须具备重要特性。控制这些特性需要专业知识。在不懂得这科学原理的情况下,古代日本工匠如何能够达到这样精湛的工艺?

在日本西南部一个叫岛根的村庄依然在生产铸刀所用的钢材。像过去几个世纪一样,制作刀的原钢在土陶熔炉里炼成。当地人称这些熔炉为tatara。木原彰是世界上所剩无几的tatara炼钢大师。他可以三天三夜不睡觉地守着炼钢炉。

造刀的特殊钢材叫玉钢,用岛根当地河里采集的铁矿沙和木炭炼制而成。传统日本熔炉用粘土制成,旁边有一排孔。通过风箱把空气灌入炉中,可让火焰温度达到接近1400℃。在这一阶段,炼钢和烹调不无相似之处。

材料科学家理查德·文西说,“钢的主要元素是铁,添加少许碳,赋予铁本身所缺乏的强度。”同样的,佐料不同,做出的菜也不同。

今天,铁加碳的配方早已不是什么秘密。难的是“煮”的过程。在炼钢的时候,木原彰一直守在熔炉旁,寸步不离。他说,“熔炉就像一个人,我们可以把铁和木炭当作她的食物,经过消化后成为优质玉钢。”

在熔炉内,铁和碳慢慢形成比例适当的混合物。在炉子下方有一个近10英尺深的舱室,两旁有通风渠道。来自地面的湿气会导致温度下降,破坏钢铁,如果这样,一切将必须从头来过。

在炉子中央温度最高的地方,铁和碳结合,这个过程涉及原子结构变化。在自然状态下,铁原子按特殊几何结构结合在一起。加热后,结构发生变化。事实上,在高温时,铁原子之间的空隙变大。此时迅速冷却收缩,碳原子被困在铁原子之间。

铁原子之间的空隙对于碳原子而言非常狭小,它们好像是硬挤进去的,从而形成硬度很大的钢材。正是通过操纵这一加热和冷却过程,控制钢的成分,让古代冶金家得以改变金属的自然属性。

金属是基本元素,它们由单一原子构成。元素周期表上的多数元素其实是金属,虽然我们通常不会意识到这一点。在普通人的印象中,金属是固体;闪闪发光;具有良好的导电、导热性。最重要的是,它们有优良的伸展性,可以加工成各种形状,换句话说,它们的机械属性很容易被控制。于是,通过调整其化学构成,加点什么,减点儿什么,就能随心所欲得到理想的效果。因为这种万金油一样的特性,金属堪称现代社会的支柱。

在传统的炼钢过程中,金属矿石并未完全达到液体状态,所以炼成的玉钢并非均匀的铁和碳的混合物。某些部分碳成分较多,某些部分较少。这些差异将在刀的制作过程中起到重要作用。

更多的碳意味着钢硬度越大,可以制成锋利的刃,但太多的碳又会使钢过脆易折。在工程学上,金属有一个不折断的硬度极限。可以通过摆锤试验测试这个极限。即用摆锤打击金属样本。硬度高的金属不易弯曲,更容易断裂。能抵抗摆锤的冲击力,断裂之前先会弯折,这样的金属可称为韧性金属。

利哈伊大学的ATLSS中心是美国最大金属测试中心之一。文西说,“每建造一座大楼,所用的金属材料必须经过检验。测试属性包括硬度和韧性。”建造摩天大楼和桥梁的钢条被运到这里接受各种检查。包括地震模拟实验,重压(比如重型卡车)实验等等。在ATLSS的后院有一个“墓地”,是那些未能经过测试的材料的安息之所。

和金属打交道的工作相当危险。在炼钢炉附近通常设有神坛,供奉据说能够保证冶金者安全的神祗。诺提斯说,这些复杂的仪式不仅为了安全,也是一种质量控制手段。“他们用宗教仪式确保重复每一个正确步骤,得到质量一致的产品。在现代社会,我们依赖科学,质量控制。古代日本的刀剑铸造者则依靠宗教仪式。”

因为赋予了信仰的意义,所以执行起来特别小心谨慎。同时也解释了武士刀在日本文化中为什么具有如此重要的意义。日本人相信刀是武士的灵魂。而在日本,任何自然的物体都可以有神性,包括瀑布、树木或山峰。以此类推,让他们把武士刀奉若神明也并不困难。毕竟这是用虔诚的心制作出的美丽而厉害的武器。

 

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