圖：煉玉鋼：傳統武士刀用最純粹的鋼材做成，日本人稱之為玉鋼(tamahagane)。為煉製玉鋼，冶金師把約25噸含鐵的河沙和木炭一起裝進土陶熔爐，連續冶煉3天3夜。木炭既是燃料也是煉製鋼材的重要原料。當熔爐內部溫度達到約1400℃，鐵礦沙和少量木炭結合生成約兩噸玉鋼。最高品質的玉鋼的價格是用現代工藝煉製的普通鋼鐵的50倍。

圖：熔解碳：玉鋼永遠不允許達到熔化狀態。這是為了保證恰當份量的碳與鋼材結合。玉鋼中各個部分的碳含量並不均勻，(在0.5%至1.5%之間)。武士刀製造者採用兩種玉鋼。碳含量高的玉鋼硬度高，可製作鋒利的刀刃；碳含量低的玉鋼韌性強，可吸收衝擊力。單用其中一種材料做成的刀要麼容易折斷，要麼不夠硬。玉鋼出爐後，冶金師將原鋼摔成碎片。通過易碎程度判斷其中碳的含量。

圖：去雜質：質量上層的玉鋼被送給鐵匠，通過反覆捶打，讓鐵和碳更緊密地結合。同時去除雜質。這個過程費時且單調乏味，但至關重要，因為鋼材中的雜質會影響刀的質量。當雜質排除後，經驗老到的鐵匠可以通過玉鋼的彈性判斷其碳含量。

圖：鑄刀：排除雜質後，鑄刀師把玉鋼加熱，將碳含量高的部分捶打成長長的U形。然後將碳含量低的玉鋼捶打成長條，鑲嵌進U形中央。現在，特性各異的金屬都部署在了最恰當的位置上。硬度大的包裹在外面，確保能夠製成鋒利的刀刃，核心的韌性金屬則能承受更大的衝擊力。正是這兩種特性的結合使武士刀成為世界上最著名的武器。

圖：上塗料：現在刀身已經完成，但鑄刀者的工作還未完成。在最後一道鍛造工序前，還要給刀塗上一層粘土和木炭粉末混合的秘密材料。這樣做可以隔離部分刀刃，讓一部分比另一部分冷卻更快，並在刀上留獨特花紋。然後鑄刀師把刀放回火中，加熱到約800℃。

圖：曲線形成：接下來，鑄刀師將火紅的刀放入水槽，迅速冷卻。這個過程叫淬火。由於刀背和中心部分含碳元素少，收縮程度較大。而刀鋒部分含碳元素多，收縮較小。這種收縮速度和程度的差異創造出彎曲的形狀。淬火是生死攸關的步驟，有1/3的刀在這一步功敗垂成。

圖：打磨：最後一步是打磨。這個過程需要多達兩個星期。打磨師採用的磨刀石價格不菲，一套可能要上千美元。打磨的時候從最粗糙的石頭換到最細緻的石頭，這個工作不但需要耐心和技巧，還很容易受傷。一把武士刀需要許多人合作完成,售價可高達到數十萬美元。

日本武士刀是歷史上最著名的武器之一，為近身戰鬥而設計，尤以致命的利刃聞名。傳奇的武士刀背後到底有什麼技術秘密？

白天，田中只是人群中一張普通面孔。她在一家中型電子公司擔任前台接待。田中還有一個身份，一名武士。武士是中世紀日本的貴族戰士，類似歐洲的騎士。從12世紀開始，在之後的600年裡，日本被地方軍閥所統治。武士既是軍人，又是貴族，有時還是僱傭軍。他們有自己的信念和原則，他們使用的刀是當時最致命的戰鬥武器，能夠一刀把一個人切成兩半。

今天的武士用竹子和稻草捆測驗武器的鋒利。切割這些東西已經不易，然而最難對付的還是人的骨頭。武士刀真的如傳說中一樣神奇，它是否能經得起時間的考驗？

麥克·諾提斯是一位刀劍專家，利哈伊大學教授。利哈伊大學的材料工程學久負盛名，與曾經輝煌的美國鋼鐵業頗有淵源。諾提斯拿起一把日本刀說，「只看這把刀的表面，看到的是流暢美麗的線條。通過現代工具，我們可以看到古代匠人的製造工藝和技術秘密。」

這把美麗得像工藝品的武器顯示了高超的金屬冶煉技巧，可以追溯到1000多年前。通過電子顯微鏡可以看到刀刃部分包括不同類型的鋼，它們成就了刀的鋒利和獨特設計。

有兩種刀刃武器。一種的功能是穿刺，比如重劍，另一種是武士刀，用於砍切。日本刀的獨特之處在於，工匠能夠在恰當的地方使用恰當的材料，以達到整體的最佳和諧。

所有金屬都給人堅固的印象，但事實上，堅固的金屬必須具備重要特性。控制這些特性需要專業知識。在不懂得這科學原理的情況下，古代日本工匠如何能夠達到這樣精湛的工藝？

在日本西南部一個叫島根的村莊依然在生產鑄刀所用的鋼材。像過去幾個世紀一樣，製作刀的原鋼在土陶熔爐裡煉成。當地人稱這些熔爐為tatara。木原彰是世界上所剩無幾的tatara煉鋼大師。他可以三天三夜不睡覺地守著煉鋼爐。

造刀的特殊鋼材叫玉鋼，用島根當地河裡採集的鐵礦沙和木炭煉製而成。傳統日本熔爐用粘土製成，旁邊有一排孔。通過風箱把空氣灌入爐中，可讓火焰溫度達到接近1400℃。在這一階段，煉鋼和烹調不無相似之處。

材料科學家理查德·文西說，「鋼的主要元素是鐵，添加少許碳，賦予鐵本身所缺乏的強度。」同樣的，佐料不同，做出的菜也不同。

今天，鐵加碳的配方早已不是什麼秘密。難的是「煮」的過程。在煉鋼的時候，木原彰一直守在熔爐旁，寸步不離。他說，「熔爐就像一個人，我們可以把鐵和木炭當作她的食物，經過消化後成為優質玉鋼。」

在熔爐內，鐵和碳慢慢形成比例適當的混合物。在爐子下方有一個近10英尺深的艙室，兩旁有通風渠道。來自地面的濕氣會導致溫度下降，破壞鋼鐵，如果這樣，一切將必須從頭來過。

在爐子中央溫度最高的地方，鐵和碳結合，這個過程涉及原子結構變化。在自然狀態下，鐵原子按特殊幾何結構結合在一起。加熱後，結構發生變化。事實上，在高溫時，鐵原子之間的空隙變大。此時迅速冷卻收縮，碳原子被困在鐵原子之間。

鐵原子之間的空隙對於碳原子而言非常狹小，它們好像是硬擠進去的，從而形成硬度很大的鋼材。正是通過操縱這一加熱和冷卻過程，控制鋼的成分，讓古代冶金家得以改變金屬的自然屬性。

金屬是基本元素，它們由單一原子構成。元素週期表上的多數元素其實是金屬，雖然我們通常不會意識到這一點。在普通人的印象中，金屬是固體；閃閃發光；具有良好的導電、導熱性。最重要的是，它們有優良的伸展性，可以加工成各種形狀，換句話說，它們的機械屬性很容易被控制。於是，通過調整其化學構成，加點什麼，減點兒什麼，就能隨心所欲得到理想的效果。因為這種萬金油一樣的特性，金屬堪稱現代社會的支柱。

在傳統的煉鋼過程中，金屬礦石並未完全達到液體狀態，所以煉成的玉鋼並非均勻的鐵和碳的混合物。某些部分碳成分較多，某些部分較少。這些差異將在刀的製作過程中起到重要作用。

更多的碳意味著鋼硬度越大，可以製成鋒利的刃，但太多的碳又會使鋼過脆易折。在工程學上，金屬有一個不折斷的硬度極限。可以通過擺錘試驗測試這個極限。即用擺錘打擊金屬樣本。硬度高的金屬不易彎曲，更容易斷裂。能抵抗擺錘的衝擊力，斷裂之前先會彎折，這樣的金屬可稱為韌性金屬。

利哈伊大學的ATLSS中心是美國最大金屬測試中心之一。文西說，「每建造一座大樓，所用的金屬材料必須經過檢驗。測試屬性包括硬度和韌性。」建造摩天大樓和橋樑的鋼條被運到這裡接受各種檢查。包括地震模擬實驗，重壓(比如重型卡車)實驗等等。在ATLSS的後院有一個「墓地」，是那些未能經過測試的材料的安息之所。

和金屬打交道的工作相當危險。在煉鋼爐附近通常設有神壇，供奉據說能夠保證冶金者安全的神祇。諾提斯說，這些複雜的儀式不僅為了安全，也是一種質量控制手段。「他們用宗教儀式確保重複每一個正確步驟，得到質量一致的產品。在現代社會，我們依賴科學，質量控制。古代日本的刀劍鑄造者則依靠宗教儀式。」

因為賦予了信仰的意義，所以執行起來特別小心謹慎。同時也解釋了武士刀在日本文化中為什麼具有如此重要的意義。日本人相信刀是武士的靈魂。而在日本，任何自然的物體都可以有神性，包括瀑布、樹木或山峰。以此類推，讓他們把武士刀奉若神明也並不困難。畢竟這是用虔誠的心製作出的美麗而厲害的武器。

這種神聖感驅使木原彰36個小時不眠不休地守著煉鋼爐。在古代日本，武器工匠是軍事機器的一部分，這解釋了他們高超的金屬加工工藝。1700年，日本的制刀工藝堪稱舉世無雙。這和這個國家長達四五百年代軍事政府統治有關，這讓武器工匠有足夠的時間完善他們的技術。

第4天早上，木原彰看了看爐子中心，他決定開爐取出鋼材。他說，「看上去不錯，我很高興。」但現在還不是放鬆的時候。在鋼材取出來之前，誰也無法判斷它是否夠得上武士刀的等級。

原鋼冷卻後，被打碎。這一過程可幫助分類。輕易碎掉的部分較脆；難以打碎的部分更有韌性。經驗老到的工匠善於利用兩種類型。木原彰將從這些鐵塊中挑選出上品給鑄刀工匠。

堅持傳統的工匠讓上千年的制刀工藝得以流傳，而武士神話則繼續活在人們的想像中。武士對於日本人就像牛仔於美國人，是一個逝去時代的英雄。不無巧合的是，武士電影還曾影響美國西部片。黑澤明的代表作《七武士》被好萊塢改編成著名西部片《七俠蕩寇志》。故事幾乎一模一樣。7名勇敢的武士保護了一個村莊免於匪徒洗劫。這些英雄個個武藝超群，但從不輕易動手。兩位男主角都是禿頭(志村隆和尤爾·伯連納)。唯一的區別是，美國版中，刀換成了經典六髮式左輪手槍。

另一部日本經典武士片《大鏢客》被改編成《荒野大鏢客》，幫助啟動了克林特·伊斯特伍德的電影生涯。所有這些影片中都有打鬥場面。好像西部片離不開槍戰一樣。要創造完美的格鬥刀或電影道具，需要功能和形式的結合。物理學原理決定了武士刀的獨特弧形。

為創造這種獨特形狀，先要把原鋼打造成刀刃。鐵匠的工作看上去就是使用蠻力這麼簡單，但真正的秘密卻在於金屬內部的變化。

櫻井是一個距離京都不遠的小鎮。日本著名的鑄刀師貞利月山就住在這裡。他家從事這個行業已經有好幾代。

貞利月山和兒子及助手一起檢驗剛送到的玉鋼，看是否能夠達到他的標準。僅從原鋼的紋理和顏色，他就能判斷其中碳的含量。顏色越淺意味著碳越多。

利茲大學歷史學家史蒂芬·特恩布爾是一位武士刀專家。「鑄刀師他們沉浸在加工金屬的神秘傳統之中。對於如何冶煉，如何鑄型，如何打製，一絲不苟。他們也許不瞭解它的化學構成，但憑借多年反覆驗證，代代相傳的經驗，他們能夠造出和傳聞一樣犀利的武器。」

前面提到，從熔爐中出來之後，玉鋼的原子構成並不均勻，有的部分較硬，有的部分較有韌性。貞利月山需要找到兩種鋼材中的最優品。他的任務就是找到一種方法將兩種具有對立屬性的材質結合起來。

即使在今天，學習鑄刀的技術仍然只有一種途徑———拜師學藝。學徒們凌晨起床，幫助干家務，每週工作6天。學會正確的鑄造技巧需要一年時間。

原鋼先要經過加熱和捶打，讓碎塊融合成整體，捶打還可以排除雜質，把混在鋼材內的爐渣排擠出來。原鋼被捶打成薄片，折疊，再捶打，再折疊，反反覆覆，直到鐵和碳混合均勻。通過鋼彎曲的方式，貞利月山就能判斷碳的濃度。

如果金屬中含有硫黃、磷等雜質將破壞刀的堅韌。通過電子顯微鏡可以看到真正好的刀中只有鐵和碳兩種元素。經過千錘百煉，金屬的形狀從原子結構發生變化。反覆捶打後，金屬材料變得更硬。

每次捶打折疊後，金屬內部出現許多微小的瑕疵，瑕疵越多，金屬變得越硬。但鑄刀師需要不停地改變金屬形狀，所以並不希望它變得越來越硬。於是，他把金屬放回到火上，加熱能去除瑕疵。讓材料回復柔軟，這一過程反反覆覆。

那些瑕疵還有另一個重要作用———賦予金屬可彎折性。金屬有一種特性，當你對它施加壓力，原子會發生移動，並交換位置。而其他堅硬材料———比如土陶———可能由兩種原子構成，喜歡以特定方式呆著，不愛移動位置。對其施加壓力，它的原子也會開始移位，但抗拒力越來越大，直到材料破裂。

武士需要既堅硬又有韌性的武器，但這兩種特性確實互相矛盾。硬度高的金屬碳含量高，便於加工利刃，但容易斷裂。韌性金屬容易彎曲，但無法做成利刃。把鐵礦沙熔煉成具有兩種屬性的原鋼，再經過反覆捶打去除雜質，初步成型，接下來的關鍵步驟是將兩種原鋼結合起來。硬度較大的鋼被捶打成薄片，然後折成U形。韌性高的鋼被加熱捶打成長條，嵌入U形中央。這一看似簡單的工序是最終成敗的關鍵。

現在，特性各異的金屬都部署在了最恰當的位置上。硬度大的包裹在外面，確保能夠製成鋒利的刀刃，核心的韌性金屬則能承受更大的衝擊力。

在古代，檢驗武士刀成敗的方法殘忍而有效。武器測試和司法體制緊密相連。取決於犯罪情節嚴重程度，犯人可能失去身體各個部分，比如小偷可能被砍掉一隻手。以現代觀點，這種測試方法殘酷而噁心。但不得不承認的是，這是最行之有效的方法，砍人原本就是武士刀的用途。麥克·諾提斯說，「能把人攔腰斬斷的刀當然要比只能切斷手腕腳踝的要好。如果能連斬兩三具，甚至四五具身體當然堪稱上品。流傳下來的寶刀都收藏在日本最好的博物館裡；其中包括能連斬5具軀體的極品———五體刀。」

在貞利月山的作坊，正在進行最後一道鍛造工序，目的是打造鋒利刀刃。先將刀加熱，然後迅速冷卻，鎖住碳原子。這一過程叫淬火，能夠增加外面一層碳含量高的鋼的硬度，對內部的韌性鋼卻沒有太大影響。

在淬火前，貞利月山給刀塗上一層粘土和木炭粉末混合的秘密材料。這樣做可以隔離部分刀刃，讓一部分比另一部分冷卻更快。並在刀上留獨特花紋。淬火是生死攸關的步驟，有1/3的刀在這一步功敗垂成。關鍵在於掌握火候，判斷何時把燒熱的刀放入水中冷卻。大約要等到刀鋒的溫度達到800℃。如果溫度過高會導致裂痕，如果太冷將無法達到淬火的效果。

當火熱的刀被放入水中，內外兩部分屬性不同的材料都開始收縮。碳含量低的部分(位於中心和刀背)收縮幅度加大，因為鐵原子之間沒有被碳原子填滿，有較大收縮空隙。而外面碳含量高的部分，由於沒有多少空間，收縮度較小。內外兩層鋼的收縮程度不同速度不同，迫使刀刃彎曲，形成武士刀獨特的形狀。

最後一道工序是打磨。保奈武是第14代打磨匠人。打磨一把武士刀需要幾個星期。完全掌握這門技術需要畢生時間。保奈武所使用的磨刀石稀有且昂貴，一套的價格可能要上千美元。經過10天的打磨後，他換用比較精細的磨刀石。雖然打磨者在工作時會讓刀刃朝外，遠離身體，但依然免不了受傷。

「武士刀非常鋒利，我小時候經常把自己劃傷。即使到現在，還是很緊張。」

通過不斷的打磨，刀的美麗最終得以展現。在淬火前，刀刃被塗上粘土木炭做的塗料。現在這一效果才呈現出來。波浪形線條被認為是藝術，是操縱鋼材內部結構的產物。

15個人花了6個月的時間才完成一把。當貞利月山看到最終成品時激動無語。現在的武士刀已經完全喪失原來的用途，感謝上帝！但作為古董和藝術品，一把上品售價可以達到數十萬美元。

在槍械取代刀劍成為戰場上主要武器之後，二次世界大戰時，日本士兵仍然帶著武士刀上戰場，雖然那些刀大多是工業化生產的粗糙品。即使到了今天，日本人依然對這種古老的冷兵器充滿敬畏。