【未解之謎】古納米技術 大馬士革刀凌空斬紗

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大家好,我是扶搖

公元1192年,中世紀歐洲第三次十字軍東征即將結束時,誰也沒辦法征服誰,基督教世界與伊斯蘭世界終於決定握手言和了。十字軍派出的談判代表是驍勇善戰的英格蘭國王理查一世,人稱「獅心王」(Richard the Lionheart),而對方則是伊斯蘭世界的傳奇領袖,埃及蘇丹薩拉丁( Saladin),也是理查一生的宿敵。

英雄相見,惺惺相惜。當然也少不了互相秀一下肌肉。

獅心王理查首先表演。只見國王隨手拿過身邊侍衛的一根權杖,直徑大約4厘米左右的一根鐵棍, 把它放到木頭上,掄起手中的寬刃長劍,手起劍落,權杖應聲斷為兩截。

薩拉丁蘇丹滿口誇讚,隨手拿起一個填了羽絨的絲綢靠墊,立著放在地上,「我的兄弟,你的兵器可以切斷這個靠墊嗎?」他問道。

「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,也不能。」

「那請你注意了。」薩拉丁蘇丹邊說,邊捲起自己長袍的袖子。只見他伸手抽出自己的彎刀,非常敏捷地拖著刀劃過靠墊,看起來都沒怎麼用力,靠墊就像是自己破裂一般裂為兩半了。

「這是魔法騙術。」獅心王說道。

薩拉丁蘇丹似乎也理解他的困惑,然後他解下一直戴著的面紗,並把它橫搭在自己彎刀的刀鋒上,緩緩向外伸出彎刀,然後突然抽刀,面紗瞬間裂為兩片,緩緩飄落。旁邊觀看的歐洲騎士們驚訝得目瞪口呆。

大馬士革刀凌空斬紗

這個「凌空斬輕紗」的比武故事收錄在小說家沃爾特‧司各特(Walter Scott)的著作《護身符》 (The Talisman)中。沃爾特‧司各特是18世紀末蘇格蘭著名的歷史小說家,最擅長寫演義類小說,類似各種歐洲版的《三國演義》、《水滸傳》等等。

因為是演義嘛,個中細節有沒有誇張的成分咱就不清楚了,不過據說使用這種彎刀的武士在檢驗自己刀法是否純熟的標準就是最後能不能做到「凌空斬輕紗」。所以司各特的這番描述倒也不算是空穴來風。而這場和談歷史上也的確是有的,最後簽的那份停戰協議,就是著名的《雅法協定》。

而兩位偉大的君王也確實非常欣賞對方。在簽訂條約後,雙方互贈許多禮物表示尊敬。不知道薩拉丁所贈禮物當中是否有這種鋒利的彎刀,不過這種刀從此以後就備受歐洲貴族追捧。因為產地來自於敘利亞首都大馬士革,所以人們稱這種刀為大馬士革刀。

大馬士革刀其實是有很多品種的,這種彎刀因為在戰場上斷金切玉、所向披靡而廣為人知,所以就成了大馬士革刀的形象代表。而這些刀的共同特點就是,不但鋒利到了驚世駭俗的程度,而且非常柔韌,刀口不容易損壞,歷久彌新,同時也很好辨認,就是刀身上都有鍛打中形成的特別的花紋,叫做「默罕默德紋」。

絕世好刀的打造條件

到了近代,大馬士革刀甚至被推崇為世界三大名刃之首,力壓馬來克力士劍和日本武士刀。那它為什麼有著其它兵刃無法企及的性能呢?

扶搖來給大家慢慢說道說道。

要打造出一把絕世好刀需要兩大條件,缺一不可——好的鋼材和技藝高超的鑄劍師。

大馬士革刀用的鋼材是產自於印度的烏茲鋼(Wootz steel),而且只能用印度烏茲鋼。為什麼呢?幾百年來眾說紛紜,不過一般認為烏茲鋼特殊的坩堝煉鋼法,也就是在1000℃的低溫下冶煉,很可能是它能夠雀屏中選、成為世界第一名刃原材料的最大原因。這裡說的低溫是相對其它煉鋼爐來講啦,因為一般煉鋼爐溫度會在1600℃以上。

而它鍛造的技藝也很特別。鍛造時也必須低溫,即中國的所謂「冷鍛」。鍛打時溫度只能控制在300度左右,不能太高,也不能太低,鑄劍師需要從火焰顏色的微弱變化中來判斷鋼坯的溫度,選擇合適的鍛打時機,溫度稍微高一點,成品就可能淪為凡品,達不到削鐵如泥的寶刀那個級別了。這就需要非常高超的技術和經驗。而在其後的「淬火」過程中也是一樣,溫度都不能太高。

這就很有意思。因為一般煉鋼,溫度越高雜質就越能去除乾淨,成品品質也就越好。而在製作刀劍時一般也都會選擇在高溫下進行鍛造,因為鋼鐵在高溫下可塑性比較好,容易操作嘛。然而這兵器譜上排名第一的刀卻反其道而行之,這是為什麼呢?

有人說啊,大馬士革刀之所以性能優越是因為體內有神奇的碳納米管結構。如果高溫鍛造,碳會大量流失,碳結晶也會被破壞,那碳納米管結構可能也會隨之解體,那麼鍛造出來的刀就跟一般刀沒太大區別了。

納米管結構是1991年日本物理學家飯島澄男發現的。它是一種管狀的碳分子,管上每個碳原子相互之間形成由六邊形組成的蜂窩狀結構,然後再組成整個碳管。管子非常細,只有納米尺度,幾萬根碳納米管並起來也只有一根頭髮絲寬,碳納米管的名稱也因此而來。碳納米管的硬度非常高,與金剛石相當。金剛石就是我們一般所說的鑽石,是世界上最硬的天然物質。然而與金剛石不同的是,碳納米管同時也擁有良好的柔韌性,可以拉伸。

而且研究還發現,碳納米管強度比同體積鋼的強度高100倍,重量卻只有後者的1/6到1/7。碳納米管因而被稱為「超級纖維」。

大馬士革刀含碳納米管

大家看到這裡想到什麼沒有?這碳納米管怎麼看著跟大馬士革刀的性能挺像的呢?的確如此。因為大馬士革刀中也存在著碳納米管結構啊。

這是德國德勒斯登科技大學(TU-Dresden)物理學家彼特‧鮑夫樂(Peter Paufler)和他的研究團隊在2006年11月發現的。他們從一份十七世紀大馬士革刀的樣品中發現了微量的碳納米管。他們推測:在製造大馬士革刀的過程中,一些催化元素滲入鋼鐵中導致碳納米管成長。大馬士革刀的機械性質與眾不同,碳納米管的存在有可能是關鍵因素。他們的研究成果刊登在了當月的《自然》雜誌上。

這也就是說,在差不多1000年前的古代,人們已經懂得並利用納米技術了。在前幾期關於德里鐵柱的節目中我們曾經講解過,所有的鋼鐵嚴格來講,其實都是碳鐵合金。那為什麼只有在大馬士革刀的製造過程中能形成高硬度、高強度的碳納米管結構呢?而其它鋼鐵就不行呢?

古人們又沒有顯微鏡,更沒有現代完善的監測系統,而且全程手工操作,又是怎麼做到讓這些肉眼看不到的碳原子乖乖聽話、手拉手組成這種特別結構的呢?而形成的過程是在坩堝煉鋼的時候呢,還是在鍛造或者最後淬火的環節?催化劑又會是什麼呢?

可惜大馬士革刀的製造技術在18世紀突然消失,所有這些問題也就成了未解之謎。由於製造技術和原材料產生太多改變,再次復制大馬士革鋼幾乎已經是mission impossible——不可能的任務了。

那有朋友可能會說,現在市面上也有很多大馬士革刀賣啊。怎麼說呢,現在好像身上有花紋的都叫大馬士革刀了。其中也有當代鑄劍師手工打造的,不過用的不是烏茲鋼,因為烏茲鋼現在也已經絕跡了,鍛造手法上也有所不同。花紋雖然也有,模樣看著也很像,但沒有碳納米管加持,性能上的確不可同日而語。起碼到現在為止,扶搖還沒聽說過哪位鑄劍師或刀劍愛好者成功挑戰過「凌空斬輕紗」。

古代兵器含現代高科技

其實在古代兵器中應用高科技的還不止是大馬士革刀。比如說,1965年湖北楚墓出土的越王勾踐劍。越王勾踐就是春秋五霸之一,「臥薪嘗膽」的那位。所以這把劍有超過2000年歷史了。然而,出土時卻依舊如新,寒光四射,鋒利無比,沒有一點生鏽的跡象。

研究表明,千年不鏽的原因在於劍的表面有一層10微米厚的鉻鹽化合物。這一發現立刻轟動了世界,因為這種「鉻鹽氧化」處理方法被認為是近代才出現的先進工藝,最早在1937年才申請的專利。這把劍現在收藏在湖北省博物館。大家有機會可以去觀摩一下。

還有就是西安兵馬俑中發掘出來的青銅劍。有一把青銅劍,被壓在一個重達150公斤的兵馬俑身下,劍身彎曲超過了45度。在考古專家移開兵馬俑後,青銅劍瞬間恢復原狀,在場的專家無不目瞪口呆。後來請教了冶金專家,回答是,這是「形狀記憶合金」材料才有的現象。「形狀記憶合金」現象可是1950年代才被科學家們注意到,然後應用到材料科學中去的呀。

有時候想想,我們真的不能小看古人的智慧。我們的老祖宗曾經有過很多不亞於現代技術的發明創造,只是因為戰亂和社會動盪,或者其它種種原因,沒能流傳下來罷了。扶搖以後會跟大家慢慢介紹的。

未解之謎】節目組製作

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責任編輯:李維真#

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