日本武士刀是历史上最著名的武器之一，为近身战斗而设计，尤以致命的利刃闻名。传奇的武士刀背后到底有什么技术秘密？

图：炼玉钢：传统武士刀用最纯粹的钢材做成，日本人称之为玉钢(tamahagane)。为炼制玉钢，冶金师把约25吨含铁的河沙和木炭一起装进土陶熔炉，连续冶炼3天3夜。木炭既是燃料也是炼制钢材的重要原料。当熔炉内部温度达到约1400℃，铁矿沙和少量木炭结合生成约两吨玉钢。最高品质的玉钢的价格是用现代工艺炼制的普通钢铁的50倍。

图：熔解碳：玉钢永远不允许达到熔化状态。这是为了保证恰当分量的碳与钢材结合。玉钢中各个部分的碳含量并不均匀，(在0.5%至1.5%之间)。武士刀制造者采用两种玉钢。碳含量高的玉钢硬度高，可制作锋利的刀刃；碳含量低的玉钢韧性强，可吸收冲击力。单用其中一种材料做成的刀要么容易折断，要么不够硬。玉钢出炉后，冶金师将原钢摔成碎片。通过易碎程度判断其中碳的含量。

图：去杂质：质量上层的玉钢被送给铁匠，通过反复捶打，让铁和碳更紧密地结合。同时去除杂质。这个过程费时且单调乏味，但至关重要，因为钢材中的杂质会影响刀的质量。当杂质排除后，经验老到的铁匠可以通过玉钢的弹性判断其碳含量。

图：铸刀：排除杂质后，铸刀师把玉钢加热，将碳含量高的部分捶打成长长的U形。然后将碳含量低的玉钢捶打成长条，镶嵌进U形中央。现在，特性各异的金属都部署在了最恰当的位置上。硬度大的包裹在外面，确保能够制成锋利的刀刃，核心的韧性金属则能承受更大的冲击力。正是这两种特性的结合使武士刀成为世界上最著名的武器。

图：上涂料：现在刀身已经完成，但铸刀者的工作还未完成。在最后一道锻造工序前，还要给刀涂上一层粘土和木炭粉末混合的秘密材料。这样做可以隔离部分刀刃，让一部分比另一部分冷却更快，并在刀上留独特花纹。然后铸刀师把刀放回火中，加热到约800℃。

图：曲线形成：接下来，铸刀师将火红的刀放入水槽，迅速冷却。这个过程叫淬火。由于刀背和中心部分含碳元素少，收缩程度较大。而刀锋部分含碳元素多，收缩较小。这种收缩速度和程度的差异创造出弯曲的形状。淬火是生死攸关的步骤，有1/3的刀在这一步功败垂成。

图：打磨：最后一步是打磨。这个过程需要多达两个星期。打磨师采用的磨刀石价格不菲，一套可能要上千美元。打磨的时候从最粗糙的石头换到最细致的石头，这个工作不但需要耐心和技巧，还很容易受伤。一把武士刀需要许多人合作完成,售价可高达到数十万美元。

日本武士刀是历史上最著名的武器之一，为近身战斗而设计，尤以致命的利刃闻名。传奇的武士刀背后到底有什么技术秘密？

白天，田中只是人群中一张普通面孔。她在一家中型电子公司担任前台接待。田中还有一个身份，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。他们有自己的信念和原则，他们使用的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。             

这种神圣感驱使木原彰36个小时不眠不休地守着炼钢炉。在古代日本，武器工匠是军事机器的一部分，这解释了他们高超的金属加工工艺。1700年，日本的制刀工艺堪称举世无双。这和这个国家长达四五百年代军事政府统治有关，这让武器工匠有足够的时间完善他们的技术。

第4天早上，木原彰看了看炉子中心，他决定开炉取出钢材。他说，“看上去不错，我很高兴。”但现在还不是放松的时候。在钢材取出来之前，谁也无法判断它是否够得上武士刀的等级。

原钢冷却后，被打碎。这一过程可帮助分类。轻易碎掉的部分较脆；难以打碎的部分更有韧性。经验老到的工匠善于利用两种类型。木原彰将从这些铁块中挑选出上品给铸刀工匠。

坚持传统的工匠让上千年的制刀工艺得以流传，而武士神话则继续活在人们的想象中。武士对于日本人就像牛仔于美国人，是一个逝去时代的英雄。不无巧合的是，武士电影还曾影响美国西部片。黑泽明的代表作《七武士》被好莱坞改编成著名西部片《七侠荡寇志》。故事几乎一模一样。7名勇敢的武士保护了一个村庄免于匪徒洗劫。这些英雄个个武艺超群，但从不轻易动手。两位男主角都是秃头(志村隆和尤尔·伯连纳)。唯一的区别是，美国版中，刀换成了经典六发式左轮手枪。

另一部日本经典武士片《大镖客》被改编成《荒野大镖客》，帮助启动了克林特·伊斯特伍德的电影生涯。所有这些影片中都有打斗场面。好像西部片离不开枪战一样。要创造完美的格斗刀或电影道具，需要功能和形式的结合。物理学原理决定了武士刀的独特弧形。

为创造这种独特形状，先要把原钢打造成刀刃。铁匠的工作看上去就是使用蛮力这么简单，但真正的秘密却在于金属内部的变化。

樱井是一个距离京都不远的小镇。日本著名的铸刀师贞利月山就住在这里。他家从事这个行业已经有好几代。

贞利月山和儿子及助手一起检验刚送到的玉钢，看是否能够达到他的标准。仅从原钢的纹理和颜色，他就能判断其中碳的含量。颜色越浅意味着碳越多。

利兹大学历史学家史蒂芬·特恩布尔是一位武士刀专家。“铸刀师他们沉浸在加工金属的神秘传统之中。对于如何冶炼，如何铸型，如何打制，一丝不苟。他们也许不了解它的化学构成，但凭借多年反复验证，代代相传的经验，他们能够造出和传闻一样犀利的武器。”

前面提到，从熔炉中出来之后，玉钢的原子构成并不均匀，有的部分较硬，有的部分较有韧性。贞利月山需要找到两种钢材中的最优品。他的任务就是找到一种方法将两种具有对立属性的材质结合起来。

即使在今天，学习铸刀的技术仍然只有一种途径———拜师学艺。学徒们凌晨起床，帮助干家务，每周工作6天。学会正确的铸造技巧需要一年时间。

原钢先要经过加热和捶打，让碎块融合成整体，捶打还可以排除杂质，把混在钢材内的炉渣排挤出来。原钢被捶打成薄片，折叠，再捶打，再折叠，反反复复，直到铁和碳混合均匀。通过钢弯曲的方式，贞利月山就能判断碳的浓度。

如果金属中含有硫黄、磷等杂质将破坏刀的坚韧。通过电子显微镜可以看到真正好的刀中只有铁和碳两种元素。经过千锤百炼，金属的形状从原子结构发生变化。反复捶打后，金属材料变得更硬。

每次捶打折叠后，金属内部出现许多微小的瑕疵，瑕疵越多，金属变得越硬。但铸刀师需要不停地改变金属形状，所以并不希望它变得越来越硬。于是，他把金属放回到火上，加热能去除瑕疵。让材料回复柔软，这一过程反反复复。

那些瑕疵还有另一个重要作用———赋予金属可弯折性。金属有一种特性，当你对它施加压力，原子会发生移动，并交换位置。而其他坚硬材料———比如土陶———可能由两种原子构成，喜欢以特定方式呆着，不爱移动位置。对其施加压力，它的原子也会开始移位，但抗拒力越来越大，直到材料破裂。

武士需要既坚硬又有韧性的武器，但这两种特性确实互相矛盾。硬度高的金属碳含量高，便于加工利刃，但容易断裂。韧性金属容易弯曲，但无法做成利刃。把铁矿沙熔炼成具有两种属性的原钢，再经过反复捶打去除杂质，初步成型，接下来的关键步骤是将两种原钢结合起来。硬度较大的钢被捶打成薄片，然后折成U形。韧性高的钢被加热捶打成长条，嵌入U形中央。这一看似简单的工序是最终成败的关键。

现在，特性各异的金属都部署在了最恰当的位置上。硬度大的包裹在外面，确保能够制成锋利的刀刃，核心的韧性金属则能承受更大的冲击力。

在古代，检验武士刀成败的方法残忍而有效。武器测试和司法体制紧密相连。取决于犯罪情节严重程度，犯人可能失去身体各个部分，比如小偷可能被砍掉一只手。以现代观点，这种测试方法残酷而恶心。但不得不承认的是，这是最行之有效的方法，砍人原本就是武士刀的用途。麦克·诺提斯说，“能把人拦腰斩断的刀当然要比只能切断手腕脚踝的要好。如果能连斩两三具，甚至四五具身体当然堪称上品。流传下来的宝刀都收藏在日本最好的博物馆里；其中包括能连斩5具躯体的极品———五体刀。”

在贞利月山的作坊，正在进行最后一道锻造工序，目的是打造锋利刀刃。先将刀加热，然后迅速冷却，锁住碳原子。这一过程叫淬火，能够增加外面一层碳含量高的钢的硬度，对内部的韧性钢却没有太大影响。

在淬火前，贞利月山给刀涂上一层粘土和木炭粉末混合的秘密材料。这样做可以隔离部分刀刃，让一部分比另一部分冷却更快。并在刀上留独特花纹。淬火是生死攸关的步骤，有1/3的刀在这一步功败垂成。关键在于掌握火候，判断何时把烧热的刀放入水中冷却。大约要等到刀锋的温度达到800℃。如果温度过高会导致裂痕，如果太冷将无法达到淬火的效果。

当火热的刀被放入水中，内外两部分属性不同的材料都开始收缩。碳含量低的部分(位于中心和刀背)收缩幅度加大，因为铁原子之间没有被碳原子填满，有较大收缩空隙。而外面碳含量高的部分，由于没有多少空间，收缩度较小。内外两层钢的收缩程度不同速度不同，迫使刀刃弯曲，形成武士刀独特的形状。

最后一道工序是打磨。保奈武是第14代打磨匠人。打磨一把武士刀需要几个星期。完全掌握这门技术需要毕生时间。保奈武所使用的磨刀石稀有且昂贵，一套的价格可能要上千美元。经过10天的打磨后，他换用比较精细的磨刀石。虽然打磨者在工作时会让刀刃朝外，远离身体，但依然免不了受伤。

“武士刀非常锋利，我小时候经常把自己划伤。即使到现在，还是很紧张。”

通过不断的打磨，刀的美丽最终得以展现。在淬火前，刀刃被涂上粘土木炭做的涂料。现在这一效果才呈现出来。波浪形线条被认为是艺术，是操纵钢材内部结构的产物。

15个人花了6个月的时间才完成一把。当贞利月山看到最终成品时激动无语。现在的武士刀已经完全丧失原来的用途，感谢上帝！但作为古董和艺术品，一把上品售价可以达到数十万美元。

在枪械取代刀剑成为战场上主要武器之后，二次世界大战时，日本士兵仍然带着武士刀上战场，虽然那些刀大多是工业化生产的粗糙品。即使到了今天，日本人依然对这种古老的冷兵器充满敬畏。 (本文来源：南方都市报 作者：NovaStaff)