日本職人的科學：從和食、清酒到名刀，用科學揭開日本職人技藝的祕密 人人伽利略45

傳統技術的結晶——武具的科學

現在的日本刀在世界上享有盛名。在這樣的名氣的背後，有著日本武士強烈的堅持。對武士而言，自己的武具並不只是戰鬥工具。除了當作武器之外，武士也會在武具上追求美感、設法改善功能，甚至有人在武具中探求哲學意義。為了回應武士的想法，日本工匠鑽研出更複雜的技術，打造出精緻的武具。本章就讓我們來介紹蘊藏於這類日本武具中的科學智慧與技術。

日本刀的科學

以鋒利聞名的「日本刀」的科學
日本刀是由日本獨特的製刀技術打造而成的鐵製刀劍。在現今的日本，只有獲國家許可的刀匠，才能打造日本刀。日本刀以其鋒利的程度聞名，有時甚至被譽為「世界第一利刃」。另外，日本刀不僅可作為武器使用，也兼具藝術品之美。

日本刀的材料由「踏鞴製鐵」法製成
使日本刀成為高品質利刃的關鍵在於材料。日本刀由名為「玉鋼」的高純度鋼材製成，而玉鋼則是由名為「踏鞴製鐵」的日本古老方法煉製而成。鋼是鐵（Fe）與碳（C）的合金。
踏鞴製鐵是用木炭與砂鐵作為原料的煉鐵方法。這種方法於5～6世紀左右發明，並於江戶時代中期成熟。大陸地區主要使用鐵礦石與煤炭作為煉鋼材料，但日本難以取得鐵礦石，所以轉而使用可從山中、河川中大量採集的砂鐵。事實上，與鐵礦石相比，砂鐵的雜質較少。正因為使用砂鐵作為原料，日本才得以煉製出名為玉鋼的高純度鋼材，進而催生出了日本刀這種優異的刀劍。

打造堅硬且不易變形刀身的「淬火」工序
踏鞴製鐵煉製出來的玉鋼，經篩選後，會再透過「摺疊鍛鍊」（下方工序②）進一步提高純度。然後在「組合結構」（工序③）過程中塑造出刀的形狀。
決定個別日本刀特性的關鍵在「淬火」（工序④）。首先，在刀身上塗滿由黏土、鐵粉、碳粉等混合製成的「燒刃土」。將整個刀身加熱至約800℃，然後迅速放入水中冷卻。此時，刀刃側的鋼材因刀身較薄而會急速冷卻；刀背側的鋼材則因刀身較厚，冷卻較緩慢。急速冷卻的刀刃側鋼材，會轉變成非常堅硬且不易變形的「麻田散鐵」組織。
麻田散鐵的體積比一般鐵的晶體略大。淬火後的日本刀中，麻田散鐵組織的分布會偏向刀刃側，使刀刃側膨脹。
日本刀特有的「刃紋」（刀刃的花紋）也會在淬火時顯現出來。最後刀匠會研磨刀身，刻上銘（姓名或製作年月日等，也有無銘的日本刀），便完成了一把日本刀的製作。

踏鞴製鐵

將砂鐵與木炭一起燃燒，以高溫煉製出高純度的鋼材
踏鞴製鐵是將砂鐵與木炭放在一起燃燒的日本傳統煉鐵方法。踏鞴製鐵傳入日本的時期眾說紛紜，但考古學家在古墳時代（6世紀）遺址中便已發現製鐵遺跡，故一般認為當時日本國內便已開始生產鐵製品。特別是在日本的中國地方，那裡廣泛分布著富含優質砂鐵的花崗岩。而燃燒砂鐵時需要木炭作為燃料，中國地方也有廣大的森林作為木炭的原料，自古以來製鐵業便十分興盛。
從江戶時代後半到明治時期的製鐵全盛期，日本全國約有八成的鐵是在以中國地方為中心的區域中生產。

敲碎煉出來的鉧塊，並依碳含量篩選
踏鞴製鐵法中，會將砂鐵與木炭交替投入爐中，一邊用風箱送風，一邊以高溫還原砂鐵，以製造出高純度鐵塊。這個過程可去除雜質，並生成名為「鉧」的鐵塊。「鉧」由許多含碳量各不相同的鐵塊組成，為非均質的鐵塊。
敲碎鉧塊，再經篩選後，便能得到含碳量恰到好處的高品質玉鋼。踏鞴製鐵可在相對低溫下進行還原作用，且可在含氧量高的環境中進行。這樣可提高鐵還原反應的效率，進而生產出高品質的鋼。
此外，踏鞴爐一旦開始運轉，就要持續運轉三天三夜，故需要大量木炭。所以踏鞴爐的經營者通常擁有廣大的山林。甚至有些經營者擁有的林地面積，比5000個東京巨蛋還廣大。
總之，踏鞴製鐵是製造日本刀時不可或缺的製鐵法。過程中需要大量的木炭與砂鐵，且需投入大規模的資源與人力。因此，踏鞴製鐵也是一項需要整個地區共同經營的龐大產業。

踏鞴製鐵的產物
踏鞴製鐵產出的鐵塊稱作鉧（下）。敲碎鉧塊後，會再根據含碳量，將各碎塊重新製成各種不同品質的鋼材。各種鋼材的分類如下。

玉鋼：由踏鞴製鐵法煉製的鐵，可作為日本刀的材料
銑：含碳量高的部分，也稱作生鐵。主要用作鑄造品的材料，也可加工成低碳的刀具用鐵，作為日常用品的原料。
熔渣：指冶煉過程中產生的鐵渣（雜質）。

傳統技術的結晶——武具的科學

現在的日本刀在世界上享有盛名。在這樣的名氣的背後，有著日本武士強烈的堅持。對武士而言，自己的武具並不只是戰鬥工具。除了當作武器之外，武士也會在武具上追求美感、設法改善功能，甚至有人在武具中探求哲學意義。為了回應武士的想法，日本工匠鑽研出更複雜的技術，打造出精緻的武具。本章就讓我們來介紹蘊藏於這類日本武具中的科學智慧與技術。

日本刀的科學

以鋒利聞名的「日本刀」的科學
日本刀是由日本獨特的製刀技術打造而成的鐵製刀劍。在現今的日本，只有獲國家許可的刀匠，才能打造日...

序章
1. 傳統技術的結晶——武具的科學
日本刀／踏鞴製鐵／日本刀與玉鋼／摺疊鍛鍊與組合結構／日本刀刀反／鋒的變遷／日本刀的刃紋／世界最長的弓——和弓 等

2. 表現出日本傳統技術之美的漆器、染織物、陶瓷器
漆器①～②／西陣織①～③／藍染／陶瓷器①～② 等

3. 酒、味噌、醬油、茶——發酵的科學
日本飲食文化與微生物／麴菌的作用／口嚼酒／日本酒／黑酒與白酒／米麴菌與釀酒／日本酒的米與水／味噌①～② 等

4. 和食的科學
刺身／壽司①～②／納豆／高湯 等

5. 催生出煙火、賞櫻等娛樂的科學
煙火①～⑤／櫻花①～④／和紙等

6. 世界知名的日本技術
五重塔的隔震技術／日本的城／古代的瓦／鍍層①～③ 等

序章
1. 傳統技術的結晶——武具的科學
日本刀／踏鞴製鐵／日本刀與玉鋼／摺疊鍛鍊與組合結構／日本刀刀反／鋒的變遷／日本刀的刃紋／世界最長的弓——和弓 等

2. 表現出日本傳統技術之美的漆器、染織物、陶瓷器
漆器①～②／西陣織①～③／藍染／陶瓷器①～② 等

3. 酒、味噌、醬油、茶——發酵的科學
日本飲食文化與微生物／麴菌的作用／口嚼酒／日本酒／黑酒與白酒／米麴菌與釀酒／日本酒的米與水／味噌①～② 等

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