科學「解讀」日本刀的時代

科學「解讀」日本刀的時代

長期以來，日本刀的鑑定一直由受過訓練的專家通過肉眼和經驗進行——通過觀察jihada、hamon、sugata和中心（nakago）的鏽色進行視覺鑑定。然而，自20世紀後半以來，物理和化學分析的進步導致了用於分析日本刀內部結構的非破壞性技術的迅速發展。如今，科學分析已成為博物館刀劍收藏調查、真偽鑑定和製造方法研究中不可或缺的工具。

本文介紹了用於日本刀科學鑑定的主要分析方法及其發現。

X光放射線攝影——可視化隱藏的內部結構

最基本的科學分析方法是X光放射線攝影。普通攝影利用光的反射，而X光具有穿透物質的特性，使得可以可視化刀片的橫截面結構、內部裂紋、修復痕跡和其他特徵。

X光放射線攝影在日本刀研究中揭示的最重要信息是「折疊鍛造的層狀結構」。在日本刀製造中，通過反覆折疊tamahagane並進行鍛造，在鋼板內形成層狀結構。雖然可以從hamon和jihada觀察中推斷出這種分層，但X光放射線攝影使得能更精確地了解內部分層分佈。

X光在檢測修復痕跡方面也很有效。經過後來修改（如重新拋光（縮短nakago）或重新硬化刀尖（重新進行淬火））的刀在內部密度中表現為不均勻的圖案。這類信息為判定簽名的真偽提供了重要證據。

CT掃描——三維內部結構分析

作為X光放射線攝影的進化，使用CT（計算機斷層掃描）進行三維分析近年來迅速普及。CT掃描是一種醫療技術，使用X光從不同角度拍攝物體，並通過計算機處理生成橫截面影像；這項技術現在被應用於文化遺產研究。

CT在日本刀分析中特別值得注意的成就是「複合構造的可視化」。結合shingan（芯鋼）、kawagane（皮鋼）和hagane（刃鋼）的複合構造——具有不同碳含量的鋼——過去通過傳統視覺檢查難以確認，但CT分析現在清晰地揭示了結合面和分佈。在RIKEN和東京國立博物館進行的聯合調查中，對國寶刀的CT分析發現了複雜的鋼鐵排列情況，與傳統鑑定中先前估計的複合構造不同。科學數據更新了持續了一個多世紀的「傳統認知」。

螢光X射線分析（XRF）——從元素成分識別產地

螢光X射線分析（XRF：X射線熒光）是一種技術，通過對材料施加特定波長的X射線並測量從材料發出的次級X射線（螢光X射線）來非破壞性地分析元素成分。

在日本刀的螢光X射線分析中，已經揭示了鋼中所含微量元素——鈦（Ti）、釩（V）、矽（Si）、磷（P）、硫（S）和錳（Mn）——的含量特徵因生產地區而異。

一個特別重要的發現是「鐵砂來源與鋼中微量元素之間的相關性」。Okuizumo（島根縣）的tatara製鐵所使用的鐵砂和備前及美濃使用的鐵砂在鈦釩比上存在差異。已經確認這種差異即使在鍛造後仍以微量形式存在於刀中，並作為判定產地的科學證據。

在真偽鑑定應用中，利用了koto（南北朝時期之前的刀）、shinto（江戶時期）和昭和時期刀（機器製造）之間鋼的元素成分存在明顯差異的事實。用昭和時期電爐鋼製造的帶有虛假簽名的假刀可以通過XRF分析區分，因為它們的元素比率特徵與古代和近代tamahagane不匹配。

電子顯微鏡和EBSD分析——分析鋼微觀結構的精細結構

通過掃描電子顯微鏡（SEM）和電子背散射衍射（EBSD）的結合，可以在精細尺度上觀察鋼的晶體結構。這允許可視化馬氏體、鐵素體和珍珠岩等各種結構的分佈。

在精細微觀結構層面揭示hamon——nioi和nie——真實性質的研究是刀劍研究中的突破性成就。雖然「nie」表現出肉眼可見的顆粒光澤，但電子顯微鏡觀察已經確認它是直徑數十微米的馬氏體顆粒的集合體。

東京工業大學的一個研究小組對來自koto、shinto和現代刀的hamon樣本進行了EBSD分析，量化了不同時代和流派之間晶體結構的差異。這項研究因試圖為傳統上被認為「主觀」的hamon欣賞提供科學基礎而引起了關注。

科學鑑定的局限性和人類專業知識的必要性

雖然科學分析已經改變了日本刀研究，但其局限性也被認可。雖然X光和CT可以可視化內部結構，但它們無法得出美學判斷，例如「這把刀是否美麗」。儘管螢光X射線可能表明地區趨勢，但最終的作者判定，例如「這把刀是否是長義的作品」，仍然取決於專家經驗。

科學縮小假設，檢測不一致性，並提供客觀數據，但日本刀的「價值」是通過傳統的鑑賞力和美學敏感性進行綜合評估的。科學鑑定和視覺鑑定並非對立關係，而是相互補充的關係。當今最先進的研究繼續探索整合兩種方法的方法。