從武俠學化學:削鐵如泥的寶劍,材質跟美國隊長的盾牌一樣

從武俠學化學:削鐵如泥的寶劍,材質跟美國隊長的盾牌一樣
Photo Credit:《九品芝麻官》劇照

我們想讓你知道的是

隕鐵是隕石的一種,是從外太空降落在地球上的天賜瑰寶,因為鐵含量極高,雜質極少,扔到炭火裡燒一燒,神奇又寶貴的鐵就出來了。

文:李開周

首先聲明,削鐵如泥不是傳說,江湖上有這種兵器,歷史上有這種兵器,現在也有這種兵器。《越女劍》開篇,吳越劍士一決勝負。

東首錦衫劍士隊中走出一條身材魁梧的漢子,手提大劍。這劍長逾五尺,劍身極厚,顯然分量甚重。

西首走出一名青衣劍士,中等身材,臉上盡是劍疤,東一道、西一道,少說也有十二、三道,一張臉已無復人形,足見身經百戰,不知已和人比過多少次劍了。兩人先向王者屈膝致敬,然後轉過身來,相向而立,躬身行禮。

......

只聽得錦衫劍士一聲大喝,聲若雷震,大劍橫掃過去。青衣劍士避無可避,提長劍奮力擋格。「噹」的一聲響,雙劍相交,半截大劍飛了出去,原來青衣劍士手中長劍鋒利無比,竟將大劍斬為兩截,那利劍跟著直劃而下,將錦衫劍士自咽喉而至小腹,劃了一道兩尺來長的口子。錦衫劍士連聲狂吼,撲倒在地。青衣劍士向地下魁梧的身形凝視片刻,這才還劍入鞘,屈膝向王者行禮,臉上掩不住得意之色。

《越女劍》的時代背景是春秋後期,中國還沒有真正進入鐵器時代,製造刀劍的材料主要是青銅,也就是銅錫合金或銅錫鉛合金。

純銅較軟,不適合造兵器,加入鉛錫合金,硬度大幅度提升,是早期兵器的理想材料。

將銅錫合金熔化後,倒入模具,冷卻,脫模,再經過反覆鍛打,就能兼顧硬度與柔韌性,製成相當鋒利的刀劍。但是,用一把青銅劍去削另一把青銅劍,只會讓兩把劍同時崩口或卷刃,想讓一劍斷開而另一把毫髮無損,是不實際的空想。最多是其中一把劍的銅錫比例不合理,鑄造溫度不夠高,鍛打工藝不佳,崩口或卷刃的程度比另一把劍更明顯一些罷了。

中國人是世界上最早掌握生鐵冶煉技術的,早在商朝就學會了從鐵含量較高的隕石中,冶煉出一些不太純的鐵和鎳,然後將鐵和鎳加熱,打成薄刃,與青銅鑄接,製作成比普通青銅兵器更堅硬、更鋒利的兵器。

1972年,河北槁城出土了一件商代的鐵刃銅鉞,鉞身用青銅鑄造,鉞刃用鐵鎳合金鍛造。如果用這把鉞去劈砍青銅劍,鉞重劍輕,鉞硬劍軟,應該可以把劍劈成兩截。當然,這件鐵刃銅鉞是珍貴文物,沒有人會真的拿它去劈劍,我們之所以能得出上述結論,完全是檢測與計算的結果。

地球上銅元素的含量遠遠低於鐵元素,但是銅礦石的還原性比鐵礦石強,就算先民們使用的只是簡陋的火爐,只能達到較低的溫度,也足以把銅從銅礦中還原出來。若想從普通鐵礦石中得到鐵,至少需要接近千度的高溫才行。正因如此,在鐵器時代來臨之前,在高溫冶煉的技術出現之前,人類想獲得鐵,只能從隕鐵中尋找。

隕鐵是隕石的一種,是從外太空降落在地球上的天賜瑰寶,因為鐵含量極高,雜質極少,扔到炭火裡燒一燒,神奇又寶貴的鐵就出來了。又因為降落在地球上的隕鐵極其罕見,所以鐵在最初是非常寶貴的,能使用鐵造兵器,絕對是青銅時代最奢侈的事情。

我們可以合理懷疑,早期用隕鐵製造的兵器應該都是高級祭品,是人類回饋給天神的禮物,這些數量稀少的遠古神兵身上蘊含的神祕意義極大,實戰意義極小。

對於隕石這種天外來客,古人一向充滿崇拜之情和敬畏之心,認為它除了含鐵,肯定還含有地球上不存在的其他神奇元素。古人更認為,從隕石中提煉出來的那些神奇元素,可以製造出比鐵刀、鐵劍還要神奇的兵器。例如《倚天屠龍記》中,楊逍父女拿來鎖小昭的那根鐵鍊,就是用「天上落下來的一顆古怪隕石」提煉的金屬所製造,「其中所含金屬質地不同於世間任何金鐵。」

還有漫威電影中的美國隊長,他的盾牌是用宇宙中最堅硬的金屬「振金」打造,而這種最堅硬的金屬來自於掉落在非洲小國瓦坎達的某一顆隕石。該隕石的個頭大概很大,可以提煉很多振金,不僅造出了美國隊長的盾牌,還造出了金剛狼的鋼爪和黑豹國王的盔甲。

《誰說不能從武俠學化學?》第131頁
隕鐵(拍攝者:H. Raab)|Photo Credit:時報文化

事實上,隕石沒那麼神奇。從遠古時代到現在,落到人類世界的所有隕石當中所蘊含的元素,以及人類探測過的所有星球上所蘊含的元素,都沒有超出元素週期表的範圍。外太空有的元素,地球上也都有,只不過含量多寡和比例大小有所區別而已。換句話說,我們想打造出削鐵如泥的兵器,完全沒必要求救於外太空,老老實實待在地球上想辦法就可以了。

拋開那一件無法實證的商代文物鐵刃銅鉞不談,地球人有沒有造出真正削鐵如泥的兵器呢?讓我們把歷史的指標往後撥,撥到距今不太久遠的年代看看。

明朝抗倭名將戚繼光說過:「我兵短器難接,長器不捷,遭之者身多兩斷。」他的意思是,日本倭寇的寶刀非常鋒利,可以砍斷明軍的短刀和長槍。

稍微往前追溯一下,宋朝大文豪歐陽脩也稱讚過日本刀。

昆夷道遠不復通,世傳切玉誰能窮?
寶刀近出日本國,越賈得之滄海東。
魚皮裝貼香木鞘,黃白間雜鍮與銅。
百金傳入好事手,佩服可以禳吉凶。

傳說西域崑崙山出寶刀,可以切開堅硬的玉石,歐陽修沒見過這種刀,但他見到了日本刀,刀鞘華貴,刀身精美,從日本進口到大宋,一把能賣一百兩銀子。

日本人進入鐵器時代很晚,冶鐵與鍛造技術完全學自中國,但是他們精益求精,後來居上,居然造出了更為精良的兵器。查《宋史》、《元史》、《明史》、《清史稿》以及《乾隆實錄》,從宋朝到清朝,日本人陸續將他們製造的精良刀劍進貢給中國帝王,帝王再將其賞賜給親信大臣,頗受歡迎。要說這些兵器削鐵如泥,略微過度誇大,但一次削斷兩把以上普通刀劍的記載,確實是見諸歷史文獻的。例如清代筆記《北齋鑒錄》寫道:「倭刀甚利,鋒刃甚薄,截凡鐵如斷朽木。」意思是一把看起來很薄的日本刀,砍削普通鐵器就像砍木頭一樣。

寶刀是怎樣煉成的?

世間寶刀並非只有日本武士刀,大馬士革刀的名氣也不亞於此。

大馬士革是敘利亞的首都,但大馬士革刀的產地卻不限於敘利亞。古印度、古波斯、如今中亞地區的許多國家,統統都有出產大馬士革刀。

若要說大馬士革刀的外在特徵,首先當然是非常鋒利,其次是刀身遍布細小的鋸齒狀花紋,那些花紋並非人工雕刻,而是在鍛造過程中自然結晶形成的。

據說大馬士革刀得名於西歐基督教世界與東方阿拉伯世界之間爆發的長期戰爭:十字軍東征。江湖傳言,第三次十字軍東征時期(西元1189-1192年,大約就是郭靖的父親郭嘯天活著的時代),十字軍的領袖「獅心王」理查一世(RichardI)與阿拉伯世界的領袖薩拉丁蘇丹(Saladin)在大馬士革會晤了。

薩拉丁從地上拿起一條內填羽絨的絲綢毯子,向獅心王喊話:「我的兄弟,你的劍能斬斷這條毯子嗎?」

「不行,肯定不行。」獅心王回答:「世界上所有刀劍,即使它是亞瑟王之劍,也無法斬斷一個沒有固定支撐的東西。」

「那請你注意了。」薩拉丁捲起袖子,抽出佩刀,輕輕一劃,毯子分成了兩半。

獅心王叫道:「這是魔法!」薩拉丁微微一笑,解下一直戴著的面紗扔向半空。面紗快要落地時,他再次抽出佩刀,刀背向下,刀鋒向上,面紗飄過刀鋒,下落的速度毫不減緩,竟然也被切成了兩半!

獅心王大驚失色,心想世間竟有如此鋒利的寶刀!英國粗大笨重的重劍怎能抵擋?算了,看來只能退避三舍。

《誰說不能從武俠學化學?》第135頁
大馬士革刀|Photo Credit:時報文化

於是乎,獅心王率領十字軍黯然敗退,一場大戰就此平息。經此一役,大馬士革刀的名聲大振,吸引了西方無數有識之士探尋它如此鋒利的奧祕。

刀要鋒利,必須堅硬。純金、純銀和純銅都不適合製刀,並非因為它們比鐵貴,而是因為它們比鐵軟。過去製造大馬士革刀所用的鐵都是論斤出售的,價格比銅和銀貴很多,幾乎與黃金不相上下。

俄國詩人普希金(Aleksandr Sergeyevich Pushkin)曾經用擬人的修辭手法讓黃金與鐵對話。

金子說:一切都是我的。
鐵說:一切都是我的。
金子說:我可以買到一切。
鐵說:我可以奪到一切。

鐵能奪走一切,黃金為什麼不能呢?當然是因為黃金無法製造出鋒利的刀劍。

鐵從哪兒來?從隕鐵中來、從鐵礦中來。鐵礦裡的鐵主要是氧化鐵(還有少量碳酸鐵),想將鐵從氧化鐵中還原出來,需要冶煉。

冶煉技術繼續提升,人們開始對生鐵再次加工,脫碳,除渣,提純,獲得了熟鐵。熟鐵的柔韌性和延展性非常優良,砸不斷,掰不折,可惜又太軟了。生鐵太脆,熟鐵太軟,怎麼辦?拿什麼製造趁手的兵器好呢?幸好聰明的老祖宗在長期實踐中發明了改進版的鐵─鋼。

元素週期表上沒有鋼,鋼屬於鐵,它是含碳量剛剛好的鐵。

材料化學領域根據含碳量來區分生鐵、熟鐵和鋼。含碳量大於2%的鐵,是生鐵;含碳量小於0.02%的鐵,是熟鐵;含碳量介於生鐵和熟鐵之間的鐵,是鋼。

鋼比生鐵軟,比熟鐵硬,它不軟不硬,兼顧軟硬,抗擠壓,抗拉伸,塑性強,延展性好,還不容易生鏽,是鐵器時代最可靠的兵器材料。

歐洲人在煉鋼這件事上落後很多。兩千年前的中國人已經大量生產鋼,歐洲人卻到五百年前都還沒學會煉鋼。

《倚天屠龍記》第十八回,武當派少掌門宋青書遇到勁敵,師叔殷梨亭飛身相助。

這時那青年書生(宋青書)已迭遇險招,嗤的一聲,左手衣袖被殷無壽的單刀割去了一截。

殷梨亭一聲清嘯,長劍遞出,指向殷無祿。殷無祿橫刀便封,刀劍相交。

此時殷梨亭內力渾厚,已是非同小可,「啪」的一聲,殷無祿的單刀震得陡然彎了過去,變成了一把曲尺。

殷無祿吃了一驚,向旁躍開三步。

讀者諸君可以想見,殷無祿的單刀大概就像中世紀歐洲士兵的大劍,都是用熟鐵鑄的,否則遇敵還擊時,不會彎得這麼厲害。

就製刀而言,普通鋼當然比熟鐵硬,但整體來說還是稍微軟了些,普通鋼的刀身仍然會彎曲,刀鋒仍然會卷刃。古人製刀,既用鋼,也用生鐵。比如說,刀背用鋼,不易斷裂;刀刃用生鐵,不易卷刃。或是刀身用鐵,外面包一層鋼。或是刀身用鋼,外面包一層鐵。古人還發明了「灌鋼法」、「貼鋼法」、「夾鋼法」和「滲碳鋼法」,這些工藝技術的共同想法,其實都是把低碳的鋼和高碳的鐵結合起來,力求造出盡可能鋒利和耐用的兵器。

大馬士革刀練的則是另一門神功。

也不知道是古印度人還是古波斯人,抑或是小亞細亞地區的某位高手,發明出一種能耐高溫的小型坩堝,以黏土燒製的坩堝直徑五公分,高20公分,厚六公分。將初步冶煉的塊煉鐵或生鐵放入坩堝後,摻入木片和新鮮樹葉,再用黏土封住坩堝的口,送進鼓風爐,使其前後左右都是熊熊燃燒的木炭。

木炭的燃燒溫度不太高,可是源源不斷的熱量進入坩堝以後,由於很少往外傳遞,結果就是坩堝內部的溫度愈來愈高,高到能把坩堝裡的鐵熔為鐵水。至此,停火,開爐,取出坩堝,倒出鐵水。待鐵水冷卻後,鍛打一番,再次放入坩堝,使其再度熔為鐵水,然後再取出冷卻,再鍛打一番,再放入坩堝……如此循環往復,最終將得到極其緻密、極其精純、含碳量高達2%的超高碳鋼,後人叫它「烏茲鋼」。

烏茲鋼的物理性能和化學性能都非常好,堅硬而不脆,抗氧化能力很強。印度德里有一根六噸重的烏茲鋼柱子,歷經千年風雨,至今沒有生鏽。

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書籍介紹

本文摘錄自《誰說不能從武俠學化學?》,時報文化出版

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作者:李開周

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誰說不能從武俠學化學

責任編輯:羅元祺
核稿編輯:翁世航


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