熟鐵雖可鍛打，但其內部結構鬆散，質地較軟，需進一步鍛打成鋼才能製造優質兵器。反覆加熱、鍛打、摺疊，可以儘可能去除鐵中含鎂、鋁、矽、鈣等元素的雜質，讓其質量變得越來越好最終成鋼。從生鐵到熟鐵，再從熟鐵到鋼，鍛打過程都會讓其重量減少。

阿基米德以發現浮力定律而在科學史上赫赫有名，這個發現相傳來源於敘拉古國王懷疑一頂金王冠的純度，於是委託阿基米德查明此事。最終阿基米德運用剛發現的浮力定律，測出製作王冠的工匠偷竊了黃金，代之以雜質。從《西遊記》裡，我們也能看到一樁頗為相似的案件。它發生在第八十八回到第九十回，大致情節是悟空三兄弟在天竺玉華州收了三個小王子為徒，分別傳授武藝，王子們組織鐵匠仿造悟空等人的兵器，製造期間黃獅精把金箍棒等盜走，鐵匠一度被懷疑為盜竊犯。經過一番波折，金箍棒等神兵被找回。鐵匠的盜竊嫌疑雖被洗清，但書中透露的兩組數字卻讓他們有了貪汙的嫌疑：

王子又隨宣召鐵匠，買辦鋼鐵萬斤，就於王府內前院搭廠，支爐鑄造。先一日將鋼鐵煉熟，次日請行者三人將金箍棒、九齒鈀、降妖杖，都取出放在篷廠之間，看樣造作，遂此晝夜不收。

又見那鐵匠人等造成了三般兵器，對行者磕頭道：“爺爺，小的們工都完了。”問道：“各重多少斤兩？”鐵匠道：“金箍棒有千斤，九齒鈀與降妖杖各有八百斤。”

制器之初，鋼鐵萬斤，造成之後，3種兵器的重量合計只有2600斤，兩者相差7400斤。讀到此處，不免有讀者產生疑問，這相差懸殊的數字，是否意味著鐵匠們偷偷搬走鐵料，充實了自己腰包呢？

原料的消耗有多少

欲判斷從原料到產品的產出比是否合理，需知道古代從鍊鐵到打鐵，通常會消耗多少原料。

從原文可看出，鐵匠在造作之前，要花一天時間將鐵煉熟，所以王子最先買的萬斤都是生鐵。生鐵就是把粉碎的鐵礦石與起還原劑作用的煤粉等混合，得到的含碳量大於2%的產物。它只能鑄不能鍛，要製作兵器必須再精煉成熟鐵。中國傳統上使用“炒鋼法”來得到熟鐵，即在炒爐裡鼓風讓生鐵熔化，並透過攪拌讓其脫碳。

以新中國成立前後仍流傳於山西等地的“地爐式”炒爐為例，操作者先把木炭、木柴等裝入爐缸內，點燃鼓風燒旺，再加入生鐵，這些生鐵既可以是剛剛從礦石冶煉出來的，也可以是回收利用的鑄鐵鍋碎塊。操作者把爐門堵塞，繼續鼓風加熱，生鐵會逐漸燒成紅色，這時開始用鐵棍攪拌，當生鐵進一步燒得發白時，再用力攪拌，讓它形成半熔融狀態的團塊，攪拌可以讓生鐵所含的碳與空氣中的氧結合逸去，從而降低其碳含量。隨後，操作者用火鉗把團塊取出，鍛打擠出雜質，經過幾次回爐加熱、重打，最終形成鐵錠或板條。

熟鐵雖可鍛打，但其內部結構鬆散，質地較軟，需進一步鍛打成鋼才能製造優質兵器。反覆加熱、鍛打、摺疊，可以儘可能去除鐵中含鎂、鋁、矽、鈣等元素的雜質，讓其質量變得越來越好最終成鋼。成語有云“千錘百煉”，就源於這個過程。從生鐵到熟鐵，再從熟鐵到鋼，鍛打過程都會讓其重量減少。對此北宋沈括記載道：凡鐵之有鋼者，如面中有筋，濯盡柔面，則麵筋乃見，鍊鋼亦然。但取精鐵鍛之百餘火，每鍛稱之，一鍛一輕，至累鍛而斤兩不減，則純鋼也，雖百鍊，不耗矣。

關於鍊鋼損耗，從成書於8世紀末的現存本《夏侯陽算經》裡可略窺一二。該書中炒得的熟鐵稱作黃鐵，有兩題與之相關：今有生鐵6281斤，欲煉為黃鐵，每斤耗5兩，問為黃鐵幾何？答曰：黃鐵4318斤3兩。現在有黃鐵4318斤3兩，欲煉為鋼鐵，每斤耗3兩，問鋼鐵幾何？答曰：鋼鐵3508斤8兩10銖5絫。

《夏侯陽算經》把鍊鋼分成兩步，第一步從生鐵煉熟鐵，產出率為11/16，第二步從熟鐵鍊鋼，產出率為13/16，總計從生鐵到鋼，產出率約為55。9%。

《夏侯陽算經》是數學書，它裡面的數字能否反映鍊鐵的實際效率呢？從工藝調查和歷史記載來看，倒是相差不多。例如20世紀50年代，學者們在雲南調查的毛鐵爐炒鋼，從生鐵炒成熟鐵後，損耗三分之一，與“每斤（16兩）耗5兩”接近。明末的宋應星在《論氣》中說，“凡鐵……初入生熟爐時，鐵華鐵落已喪三分之一”，在《天工開物·錘鍛》裡又說，“凡出爐熟鐵，名曰毛鐵，受鍛之時，十耗其三”。其比例與前面都接近。如果取宋應星和雲南調查資料，生鐵煉熟鐵要損耗1/3，熟鐵鍊鋼損耗30%，則產出率約為46。7%。

從46。7%到55。9%，可視為傳統炒鋼工藝的生鐵產鋼率範圍。代入到《西遊記》玉華州的情況，工匠從萬斤生鐵可得鋼約5000斤。

如果用熟鐵打製兵器，需要反覆摺疊鍛打，讓結構變得緻密，增加其強度。如已準備好優良鋼材，那麼鍛打過程就可精簡一些。這個環節材料的損失主要是鍛打時去除鋼材表面的氧化皮，也就是我們旁觀打鐵時，被鐵錘砸落的暗色小塊。當然，產品質量也不一定只能減，不能增，對於已經磨損嚴重的兵器，鐵匠也可以取其他鋼材，把它們再重新打到一起，日久天長，反覆摺疊鍛打，兵器上就可能呈現出彎曲迴轉的美麗花紋。

這道工序造成的損耗視產品種類而定。比如木工所用的刨刃，恰需要利用熟鐵的鬆散性，鍛打次數較少，鑿子小刀等質地就密實很多，刀劍等則可達“九煉”“七十二煉”乃至“百鍊”。鍛打次數越多，砸掉的氧化皮也越多，損耗也越大。據有經驗的師傅告知，要得到質量上等的刀劍，在前一步基礎上還可能耗費材料約20%。也就是說，5000斤鋼出的兵器，總重量應在4000斤左右。

這麼看來，玉華州的鐵匠給出的產品確實不夠足斤足兩，比合理情況還要少約1400斤。也許他們把剩餘原料交還給官府，但作者並沒有記下這件與取經關係不大的閒事，再聯絡兵器被盜的波折給工匠們帶來的警示，他們下手貪汙的可能性實在不大。

鐵棒為何重千斤

如果我們蒐集《西遊記》一書裡的有關資料，會發現，工匠打出的千斤鐵棒，恰好對應於孫悟空金箍棒的常用尺寸。

金箍棒有多重？《西遊記》第三回提到它上面銘文記錄“重一萬三千五百斤”，書裡沒說悟空的使用體驗有什麼變化，我們可以認為它的重量保持恆定。金箍棒的材料是“神珍鐵”，含義或是隨其體積按主人心意伸縮的同時，密度相應可大可小。那麼孫悟空慣用什麼規格的鐵棒呢？《西遊記》第五回說孫悟空大戰九曜星君，晃一晃鐵棒，“碗來粗細，丈二長短”。第八十八回他給小王子們演示武藝時，也是“碗來粗細，有丈二三長短”，看來這就是悟空實戰中的金箍棒尺寸了。

值得一提的是，悟空平常身高只有4尺，“丈二”即12尺，悟空站在地上只能手持棒的一頭，因此他不會像戲曲、電視劇裡所演的那樣站著舞棍，第八十八回他是在半空“離地約有三百步高下”處，撒開架勢表演的。

一丈為10尺，明代常用營造尺為32釐米，“丈二”相當於3。84米。“碗來粗細”是多粗呢？各地博物館收藏有不少傳世和發掘出的明代碗，從故宮博物院等藏品資料，可看到明代大碗口徑多為27—30釐米，茶碗或小碗口徑多在10釐米左右，大小適中的碗口徑多為15—20釐米。如果我們取16釐米為“碗來粗細”，那麼就能算出整條棒的體積約77。2立方分米。

玉華州仿造的鐵棒可不是神珍鐵，其密度只能是接近於緻密的純鐵或鋼，即約7。8克/立方厘米，這樣可算出如按悟空日常所用棒一模一樣的尺寸仿造，鐵棒總重量約為602千克。明朝的一斤又有多少呢？據度量衡史學者考證，其重量相當於現在的596。8克，如此則仿造鐵棒合1009斤，恰與書中所說“千斤”相差無幾。

（作者系中國科學院自然科學史研究所副研究員）

作者：◎陳 巍