2007年2月15日 星期四

谈论 钻石分级标准国家标准(GB/T 16554 — 2003)www.tool-tool.com

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钻石分级标准

钻 石 分 级

Diamond grading

前 言

本标准参考了国际标准化组织公布的 ISO/FDIS 11211-1 《抛光钻石分级 第1部分 术语及分类》( 2002 年英文版)、 ISO/FDIS 11211-2 《抛光钻石分级 第2部分 检测方法》( 2002 年英文版)中的有关技术内容。

本标准自实施之日起代替 GB/T 16554-1996 。

本标准与 GB/T 16554-1996 相比主要修订内容如下:

棗未镶嵌钻石和镶嵌钻石的起始分级质量修订为 0.0400g (0.20ct) 。

棗对因优化处理而不被分级的样品范围进行了限定。

棗增加了“规范性引用文件”。

棗颜色级别中去除了中文描述。

棗切工分级中增加了“测量项目和测量方法”。

棗质量称重准确度提高至 0.0001g 。

棗对附录 A 中“激光痕”的概念进行了扩充。

棗附录 B 中删除镶嵌钻石品质级别。

棗附录 B 中钻石颜色分级分为: D-E 、 F-G 、 H 、 I-J 、 K-L 、 M-N 、
棗附录 B 中增加镶嵌钻石切工分级内容。

本标准的附录 A 为资料性附录,附录 B 为规范性附录。

本标准由中华人民共和国国土资源部提出。

本标准由全国地质矿产标准化技术委员会归口。

本标准由国家珠宝玉石质量监督检验中心负责起草。

本标准主要起草人张蓓莉、柯捷、田晶、郭涛。

本标准于 1996 年 10 月首次发布。本次为首次修订。

本标准委托国家珠宝玉石质量监督检验中心负责解释。

钻 石 分 级 

范围
适用范围
1.1.1本标准规定了天然的未镶嵌及镶嵌抛光钻石的分级规则。

1.1.2 本标准适用于天然的未镶嵌及镶嵌抛光钻石的分级。

1.2 样品的适用条件

1.2.1 当样品同时满足以下条件时,本标准适用。

1.2.1.1 未镶嵌抛光钻石质量大于等于0.0400g(0.20ct);镶嵌抛光钻石质量在0.0400g

(0.20ct,含)至0.2000g(1.00ct,含)之间。

1.2.1.2 未镶嵌及镶嵌抛光钻石的颜色为无色至浅黄(褐、灰)色系列。

1.2.1.3 未镶嵌及镶嵌抛光钻石的切工为标准圆钻型。

1.2.1.4 未镶嵌及镶嵌抛光钻石未经覆膜、裂隙充填等优化处理。

1.2.2 质量小于0.0400g(0.20ct)的镶嵌及未镶嵌抛光钻石分级可参照本标准执行。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。

GB/T 16552 珠宝玉石 名称

GB/T 16553 珠宝玉石 鉴定

GB/T 18303 钻石色级比色目视评价方法

3 术语

下列术语适用于本标准。

3.1

钻石 diamond

是主要由碳元素组成的等轴(立方)晶系天然矿物。摩氏硬度10,密度3.52(±0.01)g/cm3,折射率2.417,色散0.044。

使用“钻石”名词不考虑产地。

3.2

钻石分级 diamond grading

从颜色(colour)、净度(clarity)、切工(cut)及质量(carat1))四个方面对钻石进行等级划分,简称4C分级。

3.3

颜色分级 colour grading

采用比色法,在规定的环境下对钻石颜色进行等级划分。
3.3.1

比色石 diamond master set

一套已标定颜色级别的标准圆钻型切工钻石样品。依次代表由高至低连续的颜色级别。

3.3.2

比色灯 diamond light

色温在5500K~7200K范围内的日光灯。

3.3.3

比色板、比色纸 white background

用作比色背景的无明显定向反射作用的白色板或白色纸。

3.3.4

荧光强度 fluorescence degree

钻石在长波紫外光照射下发出的可见光强弱程度。

3.3.5

荧光强度对比样品 masterstone of fluorescence degree

一套已标定荧光强度级别的标准圆钻型切工的钻石样品,由3粒组成,依次代表强、中、弱三个级别的下限。

3.4

净度分级 clarity grading

在10倍放大镜下,对钻石内部和外部的特征进行等级划分。

3.4.1

钻石的内部特征 internal characteristics

包含在或延伸至钻石内部的天然包裹体、生长痕迹和人为造成的缺陷(详见附录表A.1)。

3.4.2

钻石的外部特征 external characteristics

暴露在钻石外表的天然生长痕迹和人为造成的缺陷(详见附录表A.2)。

3.5

切工分级 cut grading

通过测量和观察,从比率和修饰度两个方面对钻石加工工艺完美性进行等级划分。

3.5.1

标准圆钻型切工 round brilliant cut

由57或58个刻面按一定规律组成的圆形切工(见图1)。标准圆钻型切工各部分名称见图2、图3。



冠部俯视示意图 亭部俯视示意图

图1 标准圆钻型切工冠部、亭部俯视示意图

图 2 标准圆钻型切工侧视示意图

图 3 标准圆钻型切工各刻面名称示意图



3.5.2

直径 diameter

钻石腰部圆形水平面的直径。其中最大值称为最大直径,最小值称为最小直径 ,1/2( 最大直径 + 最小直径 ) 值称为平均直径。

3.5.3

全深 total depth

钻石台面至底尖之间的垂直距离。

3.5.4

腰 girdle

钻石中直径最大的圆周。

3.5.5

冠部 crown

腰以上部分。有 33 个刻面。

3.5.6

亭部 pavilion

腰以下部分。有 24 或 25 个刻面。

3.5.7

台面 table facet

冠部八边形刻面。

3.5.8

冠部主刻面 ( 风筝面 ) upper main facet

冠部四边形刻面。

3.5.9

星刻面 star facet

冠部主刻面与台面之间的三角形刻面。

3.5.10

上腰面 upper girdle facet

腰与冠部主刻面之间的似三角形刻面。

3.5.11

亭部主刻面 pavilion main facet

亭部四边形刻面。

3.5.12

下腰面 lower girdle facet

腰与亭部主刻面之间的似三角形刻面。

3.5.13

底尖 ( 或底小面 ) culet

亭部主刻面的交汇点,呈点状或呈小八边形刻面。

3.5.14

冠部角 α crown angle α

冠部主刻面与腰部水平面的夹角。

3.5.15

亭部角β pavilion angle β

亭部主刻面与腰部水平面的夹角。

3.5.16

比率 proportion

各部分相对于平均直径的百分比。包括以下要素(详见图 4 )。

3.5.16.1

台宽比 table

台面宽度相对于平均直径的百分比,计算公式见式( 1 )。

--------------- ( 1 )

3.5.16.2

冠高比 crown



图 4

冠部高度相对于平均直径的百分比,计算公式见式( 2 )。

----------------(2)

3.5.16.3

腰厚比 girdle

腰部厚度相对于平均直径的百分比,计算公式见式( 3 )。

--------------- ( 3 )

3.5.16.4

亭深比 pavilion

亭部深度相对于平均直径的百分比,计算公式见式 (4) 。

----------------- ( 4 )

3.5.16.5

全深比 total depth

全深相对于平均直径的百分比,计算公式见式 (5) 。



------------------ ( 5 )

3.5.16.6

底尖比 culet

底尖直径相对于平均直径的百分比,计算公式见式 (6) 。

--------------- ( 6 )

3.5.17

修饰度 finish

抛磨工艺的评价。

4 颜色分级

4.1 颜色级别

4.1.1 颜色级别

按钻石颜色变化划分为12个连续的颜色级别,用英文字母D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、


4.1.2 颜色级别划分规则

4.1.2.1 待分级钻石与某一比色石颜色相同,则该比色石的颜色级别为待分级钻石的颜色级

别。

4.1.2.2 待分级钻石颜色介于相邻两粒连续的比色石之间,则以其中较低级别表示待分级钻石

颜色级别。

4.1.2.3 待分级钻石颜色高于比色石的最高级别,仍用最高级别表示该钻石的颜色级别。

4.1.2.4 待分级钻石颜色低于“N”比色石,则用
表1 钻石颜色级别对照表

钻石颜色级别


钻石颜色级别

D


100


J


94

E


99


K


93

F


98


L


92

G


97


M


91

H


96


N


90

I


95




<90

4.2荧光强度级别

4.2.1 荧光强度级别

按钻石在长波紫外光下发光强弱划分为“强”、“中”、“弱”、“无” 4 个级别。

4.2.2 荧光强度级别划分规则

4.2.2.1 待分级钻石的荧光强度与荧光强度比对样品中的某一粒相同,则该样品的荧光强度级

别为待分级钻石的荧光强度级别。

4.2.2.2 待分级钻石的荧光强度介于相邻的两粒比对样品之间,则以较低级别代表该钻石的荧

光强度级别。

4.2.2.3 待分级钻石的荧光强度高于比对样品中的“强”,仍用“强”代表该钻石的荧光强度

级别。

4.2.2.4 待分级钻石的荧光强度低于比对样品中的“弱”,则用“无”代表该钻石的荧光强度

级别。
4.3 分级要求

4.3.1 客观条件



颜色分级应在无阳光直射的室内环境中进行,分级环境色调应为白色或灰色。分级时采用

专用的比色灯,并以比色板或比色纸为背景。
4.3.2 人员要求

从事颜色分级的技术人员应受过专门的技能培训,掌握正确的操作方法。由 2~3 名技术人员独

立完成同一样品的颜色分级,并取得统一结果。
5 净度分级

5.1 净度级别

分为 LC 、 VVS 、 VS 、 SI 、 P 五个大级别,又细分为 LC 、 VVS 1 、 VVS 2 、 VS 1 、

VS 2 、 SI 1 、 SI 2 、 P 1 、 P 2 、 P 3 十个小级别。

对于质量低于(不含) 0.0940g(0.47ct) 的钻石,净度级别可划分为五个大

级别。

5.2 净度级别的划分规则

5.2.1 LC 级

在 10 倍放大镜下,未见钻石具内外部特征。下列情况仍属 LC 级:
5.2.1.1 额外刻面位于亭部,冠部不可见。

5.2.1.2 原始晶面位于腰围内,不影响腰部的对称,冠部不可见。

5.2.1.3 内部生长线无反射现象,不影响透明度。

5.2.1.4 钻石内、外部有极轻微的特征,经轻微抛光后可去除。

5.2.1.5 上述情况对以下级别划分不产生影响。

5.2.2 VVS 级

在 10 倍放大镜下,钻石具极微小的内、外部特征,细分为 VVS 1 、 VVS 2 。
5.2.2.1 钻石具有极微小的内、外部特征, 10 倍放大镜下极难观察,定为 VVS 1 级。

5.2.2.2 钻石具有极微小的内、外部特征, 10 倍放大镜下很难观察,定为 VVS 2 级。

5.2.3 VS 级

在 10 倍放大镜下,钻石具细小的内、外部特征,细分为 VS 1 、 VS 2 。
5.2.3.1 钻石具细小的内、外部特征, 10 倍放大镜下难以观察,定为 VS 1 级。

5.2.3.2 钻石具细小的内、外部特征, 10 倍放大镜下比较容易观察,定为 VS 2 级。

5.2.4 SI 级

在 10 倍放大镜下,钻石具明显的内、外部特征,细分为 SI 1 、 SI 2 。
5.2.4.1 钻石具明显的内、外部特征, 10 倍放大镜下容易观察,定为 SI 1 级。

5.2.4.2 钻石具明显的内、外部特征, 10 倍放大镜下很容易观察,定为 SI 2 级。

5.2.5. P 级

从冠部观察,肉眼可见钻石具内、外部特征,细分为 P 1 、 P 2 、 P 3 。
5.2.5.1 钻石具明显的内、外部特征,肉眼可见,定为 P 1 。

5.2.5.2 钻石具很明显的内、外部特征,肉眼易见,定为 P 2 。

5.2.5.3 钻石具极明显的内、外部特征,肉眼极易见,定为 P 3 。

5.3 分级要求

5.3.1 环境要求

在 10 倍放大镜下分级,采用比色灯照明。

5.3.2 人员要求

从事净度分级的技术人员应受过专门的技能培训,掌握正确的操作方法。由 2-3 名技术人员独立完成同一样品的净度分级,并取得统一结果。

6 切工分级

6.1 测量项目

6.1.1 规格

单位:毫米 (mm) ,精确至 0.01 。

6.1.1.1 最大直径。

6.1.1.2 最小直径。

6.1.1.3 全深。

6.1.2 比率

比率测量取整数,必要时精确至 0.5 。

6.1.2.1 台宽比。

6.1.2.2 冠高比。

6.1.2.3 腰厚比。

6.1.2.4 亭深比。

6.1.2.5 全深比。

6.1.2.6 底尖比。

6.1.3 冠角

单位:度 ( ° ) ,精确至 0.5 。
6.2 测量方法

6.2.1 仪器测量法

使用钻石比例镜、全自动切工测量仪以及各种微尺、卡尺,直接对各测量项目进行测量。

6.2.2 10 倍放大镜目测法

使用 10 倍放大镜目测各测量项目。

6.3 比率分级

6.3.1 比率级别

分为:很好、好、一般三个级别。

6.3.2 比率级别划分规则

各部分比率级别划分详见表 2 ,比率级别由全部测量项目中的最低等级表示。

表 2 比率分级表

级别

测量项目


一般





很好





一般

台宽比


≤ 50.0


51.0~52.0


53.0~66.0


67.0~70.0


≥ 71.0

冠高比


≤ 8.5


9.0~10.5


11.0~16.0


16.5~18.0


≥ 18.5

腰厚比


0~0.5

( 极薄 )


1.0~1.5

( 薄 )


2.0~4.5

( 适中 )


5.0~7.5

( 厚 )


≥ 8.0

( 极厚 )

亭深比


≤ 39.5


40.0~41.0


41.5~45.0


45.5~46.5


≥ 47.0

底尖比




<2.0( 小 )


2.0~4.0( 中 )


> 4.0( 大 )

全深比


≤ 52.5


53.0~55.5


56.0~63.5


64.0~66.5


≥ 67.0

冠角


≤ 26.5 °


27.0 ° ~30.5 °


31.0 ° ~37.5 °


38.0 ° ~40.5 °


≥ 41.0 °

6.4 修饰度分级

6.4.1 修饰度级别

在 10 倍放大镜下分为:很好、好、一般三个级别。

6.4.2 影响修饰度的要素



6.4.2.1 钻石刻面留有抛光纹。

6.4.2.2 钻石腰围不圆。

6.4.2.3 冠部与亭部刻面尖点未对齐。
6.4.2.4 刻面尖点不够尖锐。

6.4.2.5 同种刻面大小不均等。

6.4.2.6 台面和腰部不平行。

6.4.2.7 腰呈波浪形。

6.4.3 修饰度级别划分规则。

6.4.3.1 无 6.4.2 项所列各项或仅有轻微 6.4.2.1 项,为很好。

6.4.3.2 仅有 6.4.2.1 和 6.4.2.2 两项或仅有 6.4.2.2 一项,为好。

6.4.3.3 除上述两种情况之外,均为一般。

6.5 分级要求

6.5.1 采用仪器测量法测量时,所用仪器应满足各测量项目的精度要求。

6.5.2 技术人员应受过专业技能培训,正确掌握仪器测量和 10 倍放大镜目测的方法和技巧。

6.5.3 采用 10 倍放大镜目测法测量比率时,应由 2~3 名技术人员独立完成同一样品的比率测量,

并取得统一结果。

7 钻石的质量

7.1 质量单位

钻石的质量单位为克 (g) 。准确度为 0.0001 。钻石贸易中仍可用“克拉 (ct) ”作为质量单

位。 1.0000g=5.00ct 。

钻石的质量表示方法为:在质量数值后的括号内注明相应的克拉值。例 0.2000g(1.00ct) 。
7.2 质量的称量

用准确度是 0.0001g 的天平称量。质量数值保留至小数点后第 4 位。换算为克拉值时,保留至

小数点后第 2 位。克拉值小数点后第 3 位逢 9 进 1 ,其他忽略不计。

8 钻石分级证书

8.1 钻石分级证书的基本内容

基本内容是钻石分级证书中必须具备的内容。

8.1.1 证书编号。

8.1.2 质量

8.1.3 规格

表示方式:最大直径×最小直径×全深。

8.1.4 颜色级别及荧光强度级别。

8.1.5 净度级别。

8.1.6 切工。

比率:应有最大直径、最小直径、全深、台宽比、腰厚比、亭深比、底尖比的测量值。

修饰度级别。

8.1.7 净度素描图。

8.1.8 签章和日期。

8.2 其他

钻石分级证书中可选择的内容。如:比率级别、颜色坐标、净度坐标、备注等。
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爱因斯坦之梦www.tool-tool.com

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二十世纪初叶的两种新理论完全改变了我们有关空间和时间以及实在本身的思维方式。在超过七十五年后的今天,我们仍在消化它们的含义,以及想把它们合并成能描述万物的统一理论之中。这两种理论便是广义相对论和量子力学。广义相对论是处理空间和时间,以及它们在大尺度上如何被宇宙中的物质和能量弯曲或卷曲的问题。另一方面,量子力学处理非常小尺度的问题。其中包括了所谓的不确定性原理。该原理说,人们永远不可能同时准确地测量一颗粒子的位置和速度,你对其中一个量能测量得越精密,则只能对另一个量测量得越不精密。永远存在一种不确定性或几率的因素,这就以一种根本的方式影响了物体在小尺度下的行为。爱因斯坦几乎是单独地创立了广义相对论,他在发展量子力学中起过重要的作用。他对后者的态度可以总结在“上帝不玩弄骰子”这句短语之中。但是所有证据表明,上帝是一位老赌徒,他在每一种可能的场合掷骰子。

  我将在这篇短文中阐述在这两种理论背后的基本思想,并说明爱因斯坦为什么这么不喜欢量子力学,我还将描述当人们试图把这两种理论合并时似乎要发生的显著的事物。这些表明时间本身在大约一百五十亿年前有一个开端,而且它在将来的某点会到达终结。然而,在另一种时间里,宇宙没有边界。它既不被创生,也不被消灭。它就是存在。

  让我从相对论开始。国家法律只在一个国家内有效,但是物理定律无论是在英国、美国或者日本都是同样的。它们在火星和仙女座星系上也是相同的。不仅如此,不管你以任何速度运动定律都是一样的。定律在子弹列车或者喷气式飞机上正和对站立在某处的某人是一样的。当然,甚至在地球上处于静止的某人在事实上正以大约为每秒18.6英里(30公里)的速度绕太阳公转。太阳又是以每秒几百公里的速度绕着银河系公转,等等。然而,所有这种运动都不影响科学定律,它们对于一切观测者都是相同的。

  这个和系统速度的无关性是伽利略首次发现的。他发展了诸如炮弹或行星等物体的运动定律。然而,在人们想把这个观测者速度无关性推广到制约光运动定律时就产生了一个问题。人们在十八世纪发现光从光源到观测者不是瞬息地传播的,它以某种大约为每秒186000英里(300000公里)的速度旅行。但是,这个速度是相对于什么而言的呢?似乎必须存在弥漫在整个空间和某种介质,光是通过这种介质来旅行的。这种介质被称作以太。其思想是,光波以每秒186000英里的速度穿越以太旅行,这表明一位相对于以太静止的观测者会测量到大约每秒186000英里的光速,但是一位通过以太运动的观测者会测量到更高或更低的速度。尤其是人们相信,在地球绕太阳公转穿越以太时光速应当改变。然而,1887年麦克尔逊和莫雷进行的一次非常精细的实验指出,光速总是一样的。不管观测者以任何速度运动,他总是测量到每秒186000英里的光速。

  这怎么可能是真的呢?以不同速度运动的观测者怎么会都测量到同样的速度呢?其答案是,如果我们通常的空间和时间的观念是对的,则他们不可能。然而,爱因斯坦在1905年写的一篇著名的论文中指出,如果观测者抛弃普适时间的观念,他们所有人就会测量到相同的光速。相反地,他们各自都有自己单独的时间,这些时间由各自携带的钟表来测量。如果他们相对运动得很慢,则由这些不同的钟表的时间几乎完全一致,但是如果这些钟表进行高速运动,则它们测量的时间就会有重大差别。在比较地面上和商业航线上的钟表时就实际上发现了这种效应,航线上的钟表比静止的钟表走得稍微慢一些。然而,对于旅行速度,钟表速率的差别非常微小。你必须绕着地球飞四亿次,你的寿命才会被延长一秒钟,但是你的寿命却被所有那些航线的糟糕餐饮缩短得更多。

  人们具有自己单独时间这一点,又何以使他们在以不同速度旅行时测量到同样的光速呢?光脉冲的速度是它在两个事件之间的距离除以事件之间的时间间隔。(这里事件的意义是在一个特定的时间在空间中单独的一点发生的某种事物。)以不同速度运动的人们在两个事件之间的距离上看法不会相同。例如,如果我测量在高速公路上奔驰的轿车,我会认为它仅仅移动了一公里,但对于在太阳上的某个人,由于当轿车在路上行走时地球移动了,所以他觉得轿车移动了1800公里。因为以不同速度运动的人测量到事件之间不同的距离,所以如果他们要在光速上相互一致,就必须了也测量不同的时间间隔。

  爱因斯坦在1905年写的论文中提出的原始的相对论是我们现在称作狭义相对论的东西。它描述物体在空间和时间中如何运动。它显示出,时间不是和空间相分离的自身存在的普适的量。正如上下左右和前后一样,将来和过去不如说仅仅是在称作时空的某种东西中的方向。你只能朝时间将来的方向前进,但是你能沿着和它夹一个小角度的方向前进。这就是为什么时间能以不同的速率流逝。

  狭义相对论把时间和空间合并到一起,但是空间和时间仍然是事件在其中发生的一个固定的背景。你能够选择通过时空运动的不同途径,但是对于修正时空背景却无能为力。然而,当爱因期坦于 1915年提出了广义相对论后这一切都改变了。他引进了一种革命性的观念,即引力不仅仅是在一个固定的时空背景里作用的力。相反的,引力是由在时空中物质和能量引起的时空畸变。譬如炮弹和行星等物体要沿着直线穿越时空,但是由于时空是弯曲的卷曲的,而不是平坦的,所以它们的路径就显得被弯折了。地球要沿着一个圆圈绕太阳公转。类似地,光要沿着直线旅行,但是太阳附近的时空曲率使得从遥远恒得来的光线在通过太阳附近时被弯折。在通常情况下,人们不能在天空中看到几乎和太阳同一方向的恒星。然而,在日食时,太阳的大部分光线被月亮遮挡了,人们就能观测到从那些恒星来的光线。爱因斯坦是在第一次世界大战期间孕育了他的广义相对论,那时的条件不适合于作科学观测。但是战争一结束,一支英国的探险队观测了1919年的日食,并且证实了广义相对论的预言:时空不是平坦的,它被在其中的物质和能量所弯曲。

  这是爱因斯坦的伟大胜利。他的发现完全变革了我们思考空间和时间的方式。它们不再是事件在其中发生的被动的背景。我们再也不能把空间和时间设想成永远的前进,而不受在宇宙中发生事件影响的东西。相反的,它们现在成为动力学的量,它们和在其中发生的事件相互影响。

  质量和能量的一个重要性质是它们总是正的。这就是引力总是把物体相互吸引到一起的原因。例如,地球的引力把我们吸引向它,即便我们处于世界的相反的两边。这就是为什么在澳大利亚的人不会从世界上掉落出去的原因。类似地,太阳引力把行星维持在围绕它公转的轨道上并且阻止地球飞向黑暗的星际空间。按照广义相对论,质量总是正的这个事实意味着,时空正如地球的表面那样的向自身弯折。如果质量为负的,时空就会像一个马鞍面那样以另外的方式弯折。这个时空的正曲率反映了引力是吸引的事实。爱因斯坦把它看作重大的问题。那时人们广泛地相信宇宙是静止的,然而如果空间特别是时间向它们自身弯折回去的话,宇宙怎么能以多多少少和现在同样的状态永远继续下去?

  爱因斯坦原始的广义相对论方程预言,宇宙不是膨胀便是收缩。因此爱因斯坦在方程中加上额外的一项,这些方程把宇宙中的质量和能量与时空曲率相关联。这个所谓的宇宙项具有引力的排斥效应。这样就可以用宇宙项的百斥去和物质扔吸引相平衡。换言之,由宇宙项产生的负时空曲率能抵消由宇宙中质量和能量产生的正时空曲率。人们以这种方式可以得到一个以同样状态永远继续的宇宙模型。如果爱因斯坦坚持他原先没有宇宙项的方程,他就会做出宇宙不是在膨胀便是在收缩的预言。直到1929年埃德温·哈勃发现远处的星系离开我们而去之前,没人想到宇宙是变化的。宇宙正在膨胀。后来爱因斯坦把宇宙项称作“我一生中最大的错误”。

  但是不管不没有宇宙项,物质使时空向自身弯折事实仍然是一个问题,尽管没有被广泛认识到事情会是这样子的。这里指的是物质可能把它所在的区域弯曲得如此厉害,以至于事实上把自己从宇宙的其余部分分割开来。这个区域会变成所谓的黑洞。物体可以落到黑洞中去,但是没有东西可以逃逸出来,要想逃逸出来就得比光旅行得更快,而这是相对论所不允许的,这样,黑洞中的物质就被俘获住,并且坍缩成某种具有非常高密度的未知状态。

  爱因斯坦为这种坍缩的含义而深深困扰,并且他拒绝相信这会发生。但是罗伯特·奥本海默在 1939年指出,一颗具有多于太阳质量两倍的晚年恒星在耗尽其所有的燃料时会不可避免地坍缩。然后奥本海默受战争干扰,卷入到原子弹计划中,而失去对引力坍缩的兴趣。其他科学家更关心那种能在地球上研究的物理。关于宇宙远处的预言似乎不能由观测来检验,所以他们不信任。然而在二十世纪六十年代,天文观测无论在范围上还是在质量上都有了巨大的改善,使人们对引力坍缩和早期宇宙产生新的兴趣。直到罗杰·彭罗斯和我证明了若干定理之后,爱因斯坦广义相对论在这种情形下所预言的才清楚地呈现出来。这些定理指出,时空向它自身弯曲的事实表明,必须存在奇性,也就是时空具有一个开端或者终结的地方。它在大约一百五十亿年前的大爆炸处有一个开端,而且对于坍缩恒星以及任何落入坍缩恒星留下的黑洞中的东西它将到达一个终点。

  爱因斯坦广义相对论预言奇性的事实引起物理学的一场危机。把时空曲率和质量能量分布相关联的广义相对论方程在奇性处没有意义。这表明广义相对论不能预言从奇性会冒出什么东西来。尤其是,广义相对论不能预言宇宙大爆炸处应如何启始。这样,广义相对论不是一个完整的理论。为了确定宇宙应如何启始以及物体在自身引力下坍缩时会发生什么,需要一个附加的要素。

  量子力学看来是这个必须附加的要素。1905年,也正是爱因斯坦撰写他有关狭义相对论论文的同一睥,他还写了一篇有关被称为光电效应现象的论文。人们观测到当光射到某些金属上时会释放出带电粒子。使人迷惑的是,如果减小光的强度,发射出的料一阵子数随之减少,但是每个发射出的粒子的速度保持不变。爱因斯坦指出,如果光不像大家所假想的那样以连续变化的量,而是以具有确定性大小的波包入射,则可以解释这种现象。光只能采取称为量子的波包形式的思想是由德国物理学家马克斯·普郎克引进的。它有点像人们不以须超级市场买到散装糖,只能买到一公斤装的糖似的。普郎克使用量子的观念解释红热的金属块为什么不发出无限的热量。但是,他把量子简单地考虑成一种理论技巧,它不对应于物理实在中的任何东西。爱因斯坦的论文指出,你可以观察到单独的量子。每一颗发射出的粒子都对应于一颗打到金属上的光量子。这被广泛地承认为是对量子理论的一个重要贡献,他因此而获得1922年的诺贝尔奖。(他应该因广义相对论而得奖可惜空间和时间是弯曲的思想仍然被认为过于猜测性和争议性,所以他们用光电效应替代而颁奖给他,这不是说,它本身不值得这个奖。)

  直到1925年,在威纳·海森堡指出光电效应使得精确测量一颗粒子的位置成为不可能后,它的含义才被充分意识到。为了看粒子的位置,你必须把光投射到上面。但是爱因斯坦指出,你不能使用非常少量的光,你至少要使用一个波包或量子。这具光的波包会扰动粒子并使它在某一方向以某一速度运动。你想把粒子的位置测量得越精确,你就要用越大能量的波包并且因此更厉害地扰动该粒子。不管你怎么测量粒子,其位置上的不确定性乘上其速度上的不确定性总是大于某个最小量。

  这个海森堡的不确定性原理显示,人们不能精确地测量系统的态,所以就不能精确预言它将来的行为。人们所能做的一切是预言不同结果的概率。正是这种几率或随机因素使爱因斯坦大为困扰。他拒绝相信物理定律不应该对将来要发生的作出确定的、毫不含糊的预言。但是不管人们是否喜欢,所有证据表明,量子现象和不确定性原理是不可避免的而且发生于物理学的所有分支之中。

  爱因斯坦的广义相对论是所谓的经典理论,也就是说,它不和不确定性原理相结合。所以人们必须寻求一种把广义相对论和不确定性原理合并在一起的新理论。这种新理论和经典广义相对论的差异在大多数情形下是非常微小的。正如早先提到的,这是因为量子效应预言的不确定性只是在非常小的尺度下,而广义相对论处理时空的大尺度结构。然而,罗杰·彭罗斯和我证明的奇性定理显示,时空在非常小的尺度下会变成高度弯曲的。不确定性原理的效应那时就会变得非常重要,而且似乎导致某种令人注目的结果。

  爱因斯坦的关于量子力学和不确定性原理的问题的一部分是由下面的事实引起的,他习惯于系统具有确定历史的概念。一颗粒子不是处于引处便是处于他处。它不可能一半处于此处另一半处于他处。类似的,诸如航天员登有月球的事件要么发生了要么没有发生。这有点和你不能稍微死了或者稍微怀孕的事实相似。你要么是要么不是。但是,如果一个系统具有单独确定的历史,则不确定性原理就导致所有种类的二律背反,譬如讲粒子同时在两处或者航天员只有一半在月亮上。

  美国物理学家里查德·费因曼提出了一种优雅的方法,从而避免了这些如此困扰爱因斯坦的二律背反。费因曼由于1948 年的光的量子理论的研究而举世闻名。1965年他和另一位美国人朱里安·施温格以及日本物理学家朝永振一郎共获诺贝尔奖。但是,他和爱因斯坦一脉相承,是物理学家之物理学家。他讨厌繁文缛礼。因为他觉得美国国家科学院花费大部分时间来决定其他科学家中何人应当选为院士,所以他就辞去院士位置。费因曼死于 1988年,他由于对理论物理的多方面贡献而英名长存。他的贡献之一即是以他命名的图,这几乎是粒子物理中任何计算的基础。但是他的对历史求和的概论甚至是一个更重要的贡献。其思想是,一个系统在时空中不止有一个单独的历史,不像人们在经典非量子理论中通常假定的那样。相反的,它具有所有可能的历史。例如,考虑在某一时刻处于A点的上颗粒子。正常情形下,人们会假定该粒子从A点沿着一根直线离开。然而,按照对历史求和,它能沿着从A出发的任何路径运动。它有点像你在一张吸水纸上滴一滴墨水所要发生的那样。墨水粒子会沿着所有可能的路径在吸水纸上弥散开来。甚至在你为了阻断两点之间的直线而把纸切开一个缝隙时,墨水也会绕过切口的角落。

  粒子的每一个路径或者历史都有一个依赖其形状的数与之相关。粒子从A走到B的概率可由将和所有从A 到B粒子的路径相关的数叠加起来而得到。对于大多数路径,和邻近路径相关的数几乎被相互抵消。这样,它们对凿子从A走到B的概率的贡献很小。但是,直线路径的数将和几乎直线的路径。这就是为什么粒子在通过气泡室时的轨迹看起来几乎是笔直的。但是如果你把某种像是带有一个缝隙的一堵墙的东西放在粒了的路途中,粒子的路径就会弥散到缝隙之外。在通过缝隙的直线之外找到粒子的概率可以很高。

  1973年我开始研究不确定性原理对于处在黑洞附近弯曲时空的粒子的效应。引人注目的是,我发现黑洞不是完全黑的。不确定性原理允许粒子和辐射以稳定的速率从黑洞漏出来。这个结果使我以及所有其他人都吃一惊,一般人都不相信它。但是现在回想起来,这应该是显而易见的。黑洞是空间的一个区域,如果人们以低于光速的速度不可能从这个区域逃逸。但是费因曼的对历史求和说,粒子可以采取时空中的任何路径。这样,粒子就可能旅行得比光还快。粒子以比光速更快的速度作长距离运动的概率很低,但是它可以以超光速类刚好够逃逸出黑洞的运动,然后再以慢于光速的速度运动。不确定性原理以这种方式允许粒子从过去被认为是终极牢狱的黑洞中逃逸出来。对于一颗太阳质量的黑洞,因为粒子必须超光速运动几公里,所以它逃逸的概率非常低。但是可能存在在早期宇宙形成的小得多的黑洞。这些太初黑洞的尺度可以比原子核还小,而它们可以在十亿吨的质量,也就是富士山那么大的质量。它们能发射出像一座大型电厂那么大的能量。如果我们能找到这样小黑洞中的一个并能驾驭其能量该有多好!可惜的是,在宇宙四周似乎没有很多这样的黑洞。

  黑洞辐射的预言是把爱因斯坦广义相对论和量子原理合并的第一个非平凡的结果。它显示引力坍缩并不像过去以为的那样是死亡的结局。黑洞中粒子的历史不必在一个奇点处终结。相反的,它们可以从黑洞中逃逸出来,并且外面继续它们的历史。量子原理也许表明,人们还可以使历史避免在时间中有一个开端,也就是在大爆炸处的创生的一点。

  这是个更困难得多的问题。因为它牵涉到把量子原理不仅应用到给定的时空背景中的粒子路径,而且应用到时间和空间的结构本身。人们需要做的是一种不仅对粒子的而且也对空间和时间的整个结构的历史求和的方法。我们还不知道如何恰当地进行这种求和,但是我们知道它应具有的某些特征。其中之一便是,如果人们处理在所谓的虚时间里,而不是在通常的实时间城的历史,那么求和就更容易些。虚时间是一具很难掌握的概念,它可能是我的书的读者觉得最困难的东西。我还由于使用虚时间而受到哲学家们猛烈的批评。虚时间和实在的宇宙怎么会相干呢?我以为这些哲学家没有从历史吸取教训。人们曾经一度认为地球是平坦的以及太阳绕着地球转动,然而从哥白尼和伽利略时代开始,我们就得调整适应这种观念,即地球是圆形的而且它绕着太阳公转。类似的,长期以来对于每位观测者时间以相同速率流逝似乎是显而易见的,但是从爱因斯坦时代开始,我们就得接受,对于不同的观测者时间流逝的速率不同。此外,宇宙具有唯一的历史似乎是显然的,但是从发现量子力学起,我们就必须把宇宙考虑成具有任何可能的历史。我要提出,虚时间的观念也将是我们必须接受的某种东西。它和相信世界是圆的是同等程度的一个智慧的飞跃。在有教养的世界中平坦地球的信仰者已是凤毛麟角。

  你可以把通常的实的时间当成一根从左至右的水平线。左边代表早先,右边代表以后。但是你还可以考虑时间的另一个方向,也就是书页的上方和下方。这就是时间的所谓的庶的方向,它和实时间夹直角。

  引入虚时间的缘由是什么呢?人们为什么不只拘泥于我们理解的通常的实时间呢?正如早先所提到的,其原因是物质和能量要使时空向其自身弯曲。在实时间方向,这就不可避免地导致奇性。时空在这里到达尽头。物理学方程在奇点处无法定义,这样人们就不能预言会发生什么。但是虚时间方向和实时间成直角。这表明它的行为和在空间中运动的三个方向相类似。宇宙中特质引起的时空曲率就使三个空间方向和这个虚的时间方向绕到后面再相遇到一起。它们会有任何可以叫做开端或者终结的点,正和地球的表面没有开端或者终结一样。

  1983年詹姆·哈特尔和我提出,对于宇宙不能取在实时间中的历史求和,相反的,它应当取在虚时间内的历史的求和,而且这些历史,正如地球的表面那样,自身必须是闭合的。因为这些历史不具有任何奇性或者任何开端或终结,在它们中发生的什么可完全由物理定律所确定。这表明在虚时间中发生的东西可被计算出来。而如果你知道宇宙在虚时间里的历史,你就能计算出它在实时间里如何行为。以这种方法,你可望得到一个完整的统一理论,它能预言宇宙中的一切。爱因斯坦把他的晚年献身于寻求这样的一种理论。因为他不相信量子力学,所以他没有寻找到。他不准备承认宇宙可以有许多不同的历史,正如在对历史求和中的那样。对于宇宙我们仍然不知道如何正确地对历史求和,但是我们能够相当肯定,它将牵涉到虚时间以及时空向自身闭合的思想。我认为,对于下一代的人而言,这些思想将会像世界是圆形的那么自然。虚时间已经成为科学幻想的老生常谈。但是它不仅是科学幻想或者数学技巧。它是某种使我们生活于其中的宇宙成形的某种东西。
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1984 —1985年,弦理论发生第一次革命,其核心是发现“反常自由”的统一理论;19941995年,弦理论又发生既外向又内在的第二次革命,弦理论演变成M 理论。第二次弦革命的主将威滕(EdwardWitten)被美国《生活》周刊评为二次大战后第六位最有影响的人物。

  M理论的“M”指什么

  威滕说:“M在这里可以代表魔术(magic)、神秘(mystery)或膜(membrane),依你所好而定。”施瓦茨则提醒大家注意,M还代表矩阵(matrix)。

  在围棋游戏中,只有围与不围这样很少的几条规则,加上黑白两色棋子,却可以弈出千变万化的对局。与此相似,现代科学认为,自然界由很少的几条规则支配,而存在着无限多种这些支配规律容许的状态和结构。任何尚未发现的力,必将是极微弱的,或其效应将受到强烈的限制。这些效应,要么被限制在极短的距离内,要么只对极其特殊的客体起作用。

  科学家非常自信地认为,他们发现了所有的力,并没有什么遗漏。但是,在描述这些力的规律时,他们却缺乏同样的自信。20世纪科学的两大支柱——量子力学和广义相对论——居然是不相容的。广义相对论在微观尺度上违背了量子力学的规则;而黑洞则在另一极端尺度上向量子力学自身的基础挑战。面对这一困境,与其说物理学不再辉煌,还不如说这预示着一场新的革命。

  萨拉姆(A.Salam)和温伯格(S.Weinberg)的弱电统一理论,把分别描述电磁力和弱力的两条规律,简化为一条规律。而M理论的最终目标,是要用一条规律来描述已知的所有力(电磁力、弱力、强力、引力)。当前,有利于M理论的证据与日俱增,已取得令人振奋的进展。M理论成功的标志,在于让量子力学与广义相对论在新的理论框架中相容起来。

  同弦论一样,M理论的关键概念是超对称性。所谓超对称性,是指玻色子和费米子之间的对称性。玻色子是以印度加尔各答大学物理学家玻色(S.N.Bose)的名字命名的;费米子是以建议实施曼哈顿工程的物理学家费米(E.Fermi)的名字命名的。玻色子具有整数自旋,而费米子具有半整数自旋。相对论性量子理论预言,粒子自旋与其统计性质之间存在某种联系,这一预言已在自然界中得到令人惊叹的证实。

  在超对称物理中,所有粒子都有自己的超对称伙伴。它们有与原来粒子完全相同的量子数(色、电荷、重子数、轻子数等)。玻色子的超伙伴必定是费米子;费米子的超伙伴必定是玻色子。尽管尚未找到超对称伙伴存在的确切证据,但理论家仍坚信它的存在。他们认为,由于超对称是自发破缺的,超伙伴粒子的质量必定比原来粒子的大很多,所以才无法在现有的加速器中探测到它的存在。

  局部超对称性,还提供将引力也纳入物理统一理论的新途径。爱因斯坦广义相对论,是根据广义时空坐标变换下的某些要求导出来的。在超对称时空坐标变换下,局部超对称性则预言存在“超引力”。在超引力理论中,引力相互作用由一种自旋为2的玻色子(引力子)来传递;而引力子的超伙伴,是自旋为3/2的费米子(引力微子),它传递一种短程的相互作用。

  历史的玩笑:回到11维

  广义相对论没有对时空维数规定上限,在任何维黎曼流形上都能建立引力理论。超引力理论却对时空维数规定了一个上限——11维。更吸引人的是,已经证明, 11维不仅是超引力容许的最大维数,也是纳入等距群SU(3)×SU(2)×U(1)的最小维数。描述强力的标准模型,即量子色动力学,是基于定域对称群 SU(3)的规范理论,它的量子叫做胶子,作用于一个叫“色”的内禀量子数上。描述弱力和电磁力的温伯格-萨拉姆模型,是基于SU(2)×U(1)的规范理论。这个规范群作用在“味道”上,而不是在“颜色”上,它不是精确的,而是自发破缺的。由于这些理由,许多物理学家开始探讨11维的超引力理论,期望这就是他们寻求的统一理论。

  然而,在手征性面前,引力理论的一根支柱突然倒塌了。手征性2是自然界的一个重要特征,许多自然对象都有类似于人的左手与右手那样的对称性。像中微子的自旋,就始终是左手的。

  20世纪20年代,波兰人卡卢扎(T.Kaluza)和瑞典人克莱因(O.Klein),发现从高维空间约化到可观测的4维时空的机制。若11维超引力中的7维空间是紧致的,且其尺度为10-33厘米(缘此其不被觉察),就会导出粒子物理标准模型所需的SU(3)×SU(2)×U(1)对称群。但是,在时空从11维紧致化到4维时,却无法导出手征性来。到了1984年,超引力丧失领头理论地位,超弦理论取而代之。当时,“让11维见鬼去吧!”——“夸克之父”盖尔曼(M.Gell-Mann)的这句名言,表达了不少物理学家对11维的失望情绪。

  从1984年起,人们认定10维时空是最佳选择,10维时空的弦论替代了11维时空的超引力理论。曾流行过五种弦论,其不同在于未破缺的超对称性荷的数目,以及所带有的规范群。在10维时空中,最小的旋量具有16个实分量,有三种弦论的守恒超荷恰巧对应于这种情况,它们是类型Ⅰ、杂优弦HE和HO。其余两种弦论含有2个旋量超荷,称为类型Ⅱ 弦。其中,类型ⅡA的旋量具有相对的手征性,类型ⅡB的旋量具有相同的手征性。HE和HO二种杂优弦,分别带有E8×E8规范群和SO(32)规范群。类型Ⅰ弦也具有SO(32)规范群,它是开弦,而其余的4种弦是闭弦。重要的是,它们都是反常自由的,即弦论提供了一种与量子力学相容的引力理论。在这些理论中,HE弦至少在原则上能解释所有已知粒子和力的性质,当然也包括手征性在内。

  然而,弦论绝非美仑美奂,至少可从四方面对它诘难。首先,人们本将弦论当作物理统一理论来追寻,它的五种不同理论却又给出了五种不同的宇宙,若人类生活在其中的一种宇宙之中,那么其余四种理论描述的宇宙,又是何等样的生物居住其中呢?其次,若将粒子看作弦,那为什么不将它们看作膜,抑或看作p维客体——胚(brane)呢?再者,关于弦论的实验验证,传统的粒子加速器方法,显然受到技术和经费两方面限制,然而新的方法又在何处?最后,超对称性容许时空的最大维数是11维,为什么弦论只到10维就戛然而止了呢?余下的那一维是逃逸了,还是隐藏起来了呢?

  历史真会开玩笑,在人们让11维“见鬼”十年之后,1994年开始了弦论的第二次革命。此后,五种不同的弦论在本质上被证明是等价的,它们可以从11维时空的M理论导出。经历了十年艰苦卓绝的辛劳,人们居然又回到了原来的时空维数,否定之否定实在是条奥妙的哲理。

  对偶性与M理论

  M理论的11维真空,能用一个称作11维时空普朗克质量mP的单一标度表征。若将11维时空中的一个空间维度,取成半径为R的圆周,就可以将它与类型Ⅱ A的弦论联系起来。类型ⅡA弦论有一个无量纲的弦耦合常数gs,它由膨胀子场Φ(一种属于类型ⅡA超引力多重态的无质量标量场)的值决定。类型ⅡA的质量标度ms的平方,给出基本ⅡA弦的张力,11维与10维的ⅡA的参数之间的关系为(略去数值因子2π)ms2=RmP3,gs=Rms。

  ⅡA理论中经常使用的微扰分析,是将ms固定而对gs展开。从第二个关系式可见,这是关于R=0的展开,这也就是为什么在弦微扰论中没有发现11维解释的原因。半径R是一个模(modulas),它由带有平坦势的无质量标量场的值确定。若这个模取值为零,对应于ⅡA理论;若取值无穷大,则对应于11维理论。

  杂优弦HE与11维理论也有相似的联系,差别在于紧致的空间不再是圆周,而是一条线段。这个紧致化会产生两个平行的10维切面,而每一面又对应于一个E8规范群。引力场存在于块中。从11维时空更能说明,为什么采用E8×E8规范群才会是量子力学“反常自由”的。

  早在本世纪初,德国女学者诺特(A.Noether)证明了一条著名定律:对称性对应于某一种物理守恒定律。电荷、色荷,以及别的守恒荷,都能看成是诺特荷。某些粒子的特性在场变形下保持不变,这样的守恒律称为拓扑的,其守恒荷为拓扑荷。按照传统观点,轻子与夸克被认作是基本粒子,而单极子等携带拓扑荷的孤子是派生的。是否能颠倒过来猜想呢?即猜想单极子带诺特荷,而电子带拓扑荷呢?这一猜想被称作蒙托南-奥利夫(Montonen-Olive)猜想,它给物理计算带来了意料不到的惊喜。带有e荷的基本粒子等价于1/e的拓扑孤子,而粒子的荷对应于它的相互作用耦合强度。夸克的耦合强度较强,因而不能用微扰论计算,但可用耦合强度较弱的对偶理论计算。

  这方面的一个突破性进展,是由印度物理学家森(AshokeSen)取得的。他证明,在超对称理论中,必然存在既带电荷又带磁荷的孤子。当这一猜测推广到弦论后,它被称作S对偶性。S对偶性是强耦合与弱耦合之间的对偶性,由于耦合强度对应于膨胀子场Φ的值。杂优弦HO与类型I弦可通过各自的膨胀子场联系起来,即Φ(I)+Φ(HO)=0。

  弱HO耦合对应Φ(HO)=-∞,而强HO耦合对应Φ(HO)=+∞。可见,杂优弦是I型弦的非微扰激发态。这样,S对偶性便解释了一个长期令人疑惑的问题:HO弦与I型弦,有着相同的超对称荷和规范群SO(32),却有着非常不同的性质。

  在弦论中,还存在着一种在大小紧致体积之间的对偶性,称作T对偶性。举例来说,ⅡA理论在某一半径为RA的圆周上紧致化和ⅡB理论在另一半径为RB的圆周上紧致化,两者是等价的,且有关系RB=(ms2RA)-1。

  于是,当模RA从无穷大变到零时,RB从零变到无穷大,这给出了ⅡA和ⅡB之间的联系。两种杂优弦间的联系,虽有技术细节的不同,本质却是一样的。

  弦论还有一个定向反转的对称性,如将定向弦进行投影,将会得到两种不同的结果:扭曲的非定向开弦和不扭曲的非定向闭弦。这就是ⅡB型弦和I型弦之间的联系。在M理论的语言中,这一结果被说成:开弦是狄利克雷胚的衍生物。

  p胚的分类与对偶

  众所周知,有质量的矢量粒子有3个极化态,而无质量的光子只有2个极化态。无质量态可以看作是有质量态的临界状态。在4维时空的庞加莱对称性中,用小群表示描述光子态。小群表示又称短表示,这一代数结构可以推广到11维超对称理论。临界质量也会在M理论中重现。由诺特定理,能量和动量守恒是时空平移对称性的推论。超对称荷的反对易子是能量和动量的线性组合,这是超引力的代数基础。然而,两个不同超对称荷的反对易子,却可生成新的荷。这个荷称作中心荷Q。对于带有中心荷的超代数也有一个短表示,它将与M理论的非微扰结构密切相关。

  对于带有中心荷的粒子态,代数结构蕴涵着物理关系 m≥|Q|,即质量将大于中心荷的绝对值。若粒子态是短表示的话,该关系取临界情形m=|Q|,通常称为BPS态。这一性质的最初形式是前苏联学者博戈莫尔内(E.B.Bogomol'nyi)、美国学者普拉萨德(M.K.Prasad)和萨默菲尔德(C.M.Sommerfield)在研究规范场中单极子时发现的。

  如果将BPS态概念应用到p胚,这时中心荷用一个p秩张量来描述,BPS条件化作p胚的单位体积质量等于荷密度。处于 BPS态的p胚将是一个保留某种超对称性的低能有效理论的解。Ⅱ型弦与11维超引力都含有两类BPS态p胚,一类称为电的,另一类称为磁的,它们都保留了一半的超对称性。

  在10维弦论中,据弦张力Tp与弦耦合常数gs的依赖关系,p胚可分成三类。当Tp独立于gs,且与弦质量参数的关系为Tp∽(ms)p+1,则称胚为基本p胚;这种情形仅发生在p=1时,故又称它为基本弦;这又是在弱耦合下仅有的解,故它又是仅可使用微扰的弦。当弦张力Tp∽(ms)p+1/gs2,则称胚为孤子p胚;事实上这仅发生在p=5时,它是基本弦的磁对偶,记作NS5胚。当Tp∽(ms)p+1/gs,则称胚为狄利克雷p胚,记作Dp胚,其性质介于基本弦和孤子之间。通过磁对偶性,Dp胚将与Dp′胚联系起来,其中p+p′=6。

  在11维时空中,存在两类p胚:一类是曾被命名为超膜的M2胚,另一类称为M5胚的5胚,它们互为电磁对偶。11维理论仅有一个特征参数mP,它与弦张力 Tp的关系为Tp∽(mP)p+1。将11维理论通过其中1维空间作圆周紧致化,能导出ⅡA型理论。那么,p胚在这个紧致化过程中将做出什么变化呢?p胚的空间维数可以占据或不占据紧致维。倘若占据,M2胚将卷曲成基本弦,M5胚卷曲成D4胚;倘若不占据,M2胚化作D4胚,M5化作NS5胚。

  将掀起一场宇宙学风暴吗

  当年,许多物理学家之所以舍弃11维超引力,无情地让它“见鬼”去,乃因威滕等人认为,在将11维紧致化到4维时,无法导出手征性。十年后,威滕又否定了自己,这一否定正是威滕雄浑浩博哲学气息的表露。事实上,独立于人类而存在的外部世界,就像一个巨大而永恒的谜,对这个世界作凝视沉思,就像寻求解放一样,吸引着每一个具有哲学气息的物理学家。

  威滕和荷拉伐(PeterHorava)发现,从11维的M理论可以找到手征性的起源。他们将M理论中的一个空间维数收缩成一条线段,得到两个用该线段联系起来的10维时空。粒子和弦仅存在于线段两端的两个平行的时空中,它们通过引力彼此联系。物理学家猜测,宇宙中所有的可见物质位于其中的一个,而困扰着物理学家的暗物质则在另一个平行的时空中,物质与暗物质之间仅通过引力相联系。这样,便可巧妙地解释宇宙中为什么存在看不到的质量。

  这一图象具有极其重要的物理意义,可用来检验M理论。70年代,物理学家已认识到,所有相互作用的耦合强度随能量变化,即耦合常数不再是常数,而是能量的函数,并给它取了个形象的名称——跑步耦合常数。90年代,物理学家又发现,在超对称大统一理论中,电磁力、弱力与强力的耦合强度,会聚在能量标度E约为1016吉电子伏的那一点上。物理学家们为这一成功喝彩不已,一些带有浪漫情结的评论家甚至认为,超对称已取得最终的胜利,不必再等待2005年在LHC对撞机上的检验实验。

  然而,这里只统一了宇宙四大基本相互作用中的三个,还有一个引力。对这个人类最先认识的引力,又将如何处置呢?给人启迪的是,上述三力统一的耦合强度与无量纲量GE2(G为牛顿引力常数)相近,而不相等。在威滕-荷拉伐方案中,可选择线段的尺寸,使已知的四种力一起会聚在同一能量标度E上。这就是说,引力的量子效应,将在比普朗克能量标度低得多的标度(E≈1016吉电子伏)上起作用,这无疑将对宇宙学产生全面的影响。如果宇宙学家们抬头看看自己的窗外,也许会警觉到暴风雨正在酝酿,但是绝大多数人仍继续沉溺在庆祝标准宇宙模型的杯光酒影之中。

  黑胚:M理论的卓越成就

  当其他类型的力不存在时,所有受引力作用的系统都会坍缩成黑洞。地球之所以没有被它自身的重量压垮,是因为构成它的物质很硬,这硬度来源于电磁力。同样,太阳之所以没有坍缩,也只是因为太阳内部的核反应产生了巨大的外向力。假如地球和太阳失去这些力,就会在短短的几分钟之内收缩,且越缩越快。随着收缩,引力会增加,收缩的速度也随之加快,从而将它们吞没在逐步上升的时空弯曲里,变成黑洞。从外部看黑洞,那里的时间好像停止了,不会看到进一步的变化。黑洞所代表的,就是受引力作用系统的最终平衡态,该态相当于最大的熵。尽管目前对一般的量子引力尚不明了,霍金(StephenHawking)却利用量子论,成功地对黑洞提出了一个熵的公式。这个事实,有时被叫做黑洞悖论。

  在廿多岁就解决规范场量子化问题的荷兰理论物理学家胡夫特(G.t'Hooft),曾向弦学者提出关于弦论为何没能解决黑洞问题的质询。当时人们并不明白,这究竟是诘难,还是鼓励?然而,在弦论演化成M理论之际,所有的疑问很快消散了。胡夫特这位物理感觉十分敏锐的天才,在山雨欲来之际听到了雷声,但他也没能预见到,来的是何等样一场风暴!

  在某些情形下,Dp胚可以解释成为黑洞,或者更恰当地说是黑胚,即是任何物质(包括光在内)都不能从中逃逸的客体。于是,开弦可以看成是有一部分隐藏在黑胚之中的闭弦。可以将黑洞看成是由7 个紧致维的黑胚构成的,从而M理论将为解决黑洞悖论提供途径。霍金认为黑洞并不是完全黑的,它可以辐射出能量。黑洞有熵,熵是用量子态数目来衡量的一个系统的无序程度。在M理论之前,如何清点黑洞量子态数目,人们束手无策。斯特龙明格(AndrewStrominger)和瓦法(CumrunVafa)利用Dp胚方法,计算了黑胚中的量子态数目。他们发现,计算所得的熵与霍金预言的完全一致。这无疑是M理论取得的又一项卓越成就。

   10维弦论紧致化到4维的方式有成千上万种,不同方式产生出4维世界中不同的运行机制。于是,不信弦的人认为,这根本就没作预测。然而,在M理论中,黑胚有望解决这一难题。现已证明,当黑胚包绕着一个洞收缩时,黑胚的质量将会消失。这一性质将对时空本身产生绝妙的影响,它将改变经典拓扑学的法则,使得时空拓扑发生变化。一个带有若干洞的时空,可以想象成一块沪上的早点——蜂糕。在黑胚作用下,它变成了另一块蜂糕,即变成了另一带有不同数目洞的时空。利用这一方法,可以把所有不同的时空联系起来。这样,对弦紧致问题的诘难,就容易解决了。M理论最终将依照某种极值原理,选择一个稳定的时空,弦就在这个时空中生存下来。接下来便是,振动着的弦将产生人类已知的粒子和力,也就是产生出人类所处的现实世界。

  仍然是个未决问题

  尽管M理论已取得累累硕果,然而种种迹象表明,已经窥见的不过是些“雪泥鸿爪”而已,最深层的奥秘尚待揭示,什么是M理论的真面貌,仍然是一个未决问题。尽管M理论的成功,使弦论学家摆脱了昔日的困境,但他们必将以“往日崎岖还记否?路长人困蹇驴嘶。”来勉励自己3,希望在今后几年中发现M理论的真面目。

  美国学者苏什金(LeonardSusskind)等人,进行了一次新尝试,他们称M理论为矩阵理论(英语中矩阵一词,也是以 M开头的)。试图给M理论下一个严格的定义。矩阵理论的基础是无穷多个0胚(也就是粒子),这些粒子的坐标(即时空位置)不再是通常的数,而是相互之间不能对易的矩阵。在矩阵理论中,时空本身成了一个模糊的概念,这一方法使物理学家大为振奋。施瓦茨呼吁大家关心这些研究,同时指出矩阵理论含有一个重要的未决问题:“当多个空间紧致维数出现时,在矩阵理论中用环面Tn紧致化将会遇到困难,或许会找到更好的紧致化方法,否则新的研究是必要的。”

  爱因斯坦说:“关于这个世界,最不可理解的是,这个世界是可以理解的。”今天,对于M理论,最不可理解的是,它居然已经把理解世界推进了一大步
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脉冲星、中子星和奇异星的故事www.tool-tool.com

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王洪光 徐仁新
(北京大学物理学院天文学系)
在茫茫宇宙中, 什么天体的质量堪比太阳而大小还比不上北京城区?什么天体的旋转速度可以赛过陀螺?什么天体有胜过地球百万亿倍的超强磁场?它就是脉冲星, 一个有着与太阳相当的质量而半径却只有十公里左右的致密天体。
脉冲星, 顾名思义, 就是能够发射脉冲的星体;其英文名pulsar是根据“脉冲射电源”(pulsed radio source)杜撰的。脉冲星标志性的观测特点当然就是其节奏单一的脉冲信号; 消除各种其它影响后, 脉冲到达地球的时间非常准, 精确度甚至超过地球上最好的原子钟。从1967年以来天文学家已经找到了1400多颗脉冲星。多数脉冲星的自转周期为1秒左右, 最快的一颗每秒钟竟要转640多圈!
脉冲星是上世纪60年代天文学四大发现之一。它具备了极高的密度、强引力场和电磁场等极端条件, 是一种得天独厚的宇宙物理实验室, 因此长期以来脉冲星一直深受物理学家和天体物理学家的青睐。在众多的脉冲星课题中, 最引人入胜的要数对脉冲星本质的研究。脉冲星到底是什么? 起初人们深信它就是物理学家朗道早在1932年就预言的中子星, 但后来却杀出个“程咬金”—— 随着研究的深入, 人们发现脉冲星也可能是由所谓的“奇异夸克物质”组成的奇异星。从中子星理论最初的受冷落, 到脉冲星的发现和被证认为中子星, 再到脉冲星是中子星还是奇异星之争的扑朔迷离, 整个研究历程可谓一波三折, 充满了戏剧性。
故事要从1932年英国物理学家查德威克发现中子开始。这一重大发现立刻引起了学术界的关注。一方面人们认识到原子核是由质子和中子构成的; 另一方面一些物理学家和天文学家开始思考主要由中子构成天体的可能性。
白矮星是当时人们知道的密度最高的天体(由亚当斯于1915年发现), 它是小质量恒星在核燃料消耗完以后塌缩形成的产物;虽然密度很大, 组成星体的物质 (如碳、氮等) 还是保持着“原子核+电子”的结构。30年初钱德拉赛卡正致力于用核外电子的简并压力与引力平衡的思想建立白矮星模型。他发现白矮星的质量若大于约1.4 倍太阳质量, 电子简并压将不足以抵抗引力, 星体必将继续塌缩。但下一步的产物是什么? 会无限塌缩成黑洞吗? 这在当时引起了热烈的讨论。1929—1932年间, 苏联著名物理学家朗道刚刚20出头, 正在列宁格勒物理技术研究所做研究生。他也一直对物质处于高温高密状态下的物理过程感兴趣, 并独立得出了白矮星的质量上限。在查德威克发现中子后不久, 朗道就推测:在大质量恒星的中心, 即便质量超过白矮星质量上限, 核心也不会无限的塌缩, 电子将被“压”进原子核, 与质子结合成中子;中子的简并压力足以抵抗引力而形成主要由中子构成的“中子星”。
1934 年, 美国天文学家巴德和瑞士天文学家兹威基联名发表了一篇颇有远见的论文, 明确提出了超新星的概念, 并宣称中子星可能是超新星爆发过程中的产物。不过这个论点在当时还没有观测证据支持, 显得“超前”而不为大多数天体物理学家接受。兹威基个性奔放, 思维活跃, 经常拿一些凭直觉得到而未加仔细思考的想法去烦他的同事。也许正因如此, 他和同在加州理工学院的奥本海默关系很不好, 以至于奥本海默故意不引用他的论文, 而只引用朗道的工作。1939年, 奥本海默和他的学生沃尔科夫改进了朗道的计算, 证明稳定的中子星也有一个质量上限:当质量超过大约3倍太阳质量时, 天体将一直收缩下去, 形成黑洞。
尽管参与建立中子星理论构架的都是著名的物理学家和天文学家, 中子星这个概念却长期受到冷落。原因何在? 大家知道, 星体的热辐射光度和它的表面积成正比; 而根据奥本海默等人的计算, 中子星的半径只有大约十公里, 如果中子星的热辐射主要位于光学波段, 那么由于其半径太小, 当时世界上最大的光学望远镜也很难发现。所以中子星长期停留在理论假说的状态。二战以后, 雷达技术广泛应用于天文学, 射电天文蓬勃发展, 使探测中子星的无线电波辐射成为可能。不过, 发现脉冲星却纯属偶然。1967年8月, 幸运之神降临到了剑桥的射电天文学家休伊什和他的女研究生贝尔头上。在试图用一套新射电望远镜系统搜寻类星体时, 贝尔意外地发现了一颗“异常的闪烁源”。四个月后他们分辨出这些变化的信号是一些列强度不等的脉冲, 其间隔周期为1.33秒。脉冲的到达惊人地守时, 竟然精确到千万分之一秒。最初他们还以为这些脉冲是地外智慧生命发出的信号, 甚至起了个名字叫“小绿人”;但是信号如此单调且功率强大, 这种可能很快就被排除了。
在1968年2月24日出版的《自然》杂志上, 休伊什、贝尔及合作者们公布了第一颗脉冲星的观测结果, 并认为这些脉冲可能起源于白矮星或中子星周期性的振荡。同年, 美国科学家戈德则提出另一种解释,认为射电脉冲是中子星的快速自转造成的,脉冲星的辐射束就像灯塔信号一样扫过地球, 在望远镜里引起一个个间隔相等的脉冲(见图2)。随着短周期脉冲星的发现, 尤其是1968年底, 美国射电天文学家在蟹状星云(它是1054年我国古代天文学家发现的一颗超新星爆发后的遗迹)的中心发现了一颗自转很快的脉冲星(其自转周期只有33毫秒),这才排除了中子星自转以外的其他各种可能性;从而使当时的人们相信, 脉冲星就是30多年前朗道所预言的、正在旋转着的中子星。
然而, 脉冲星果真就是中子星吗?在上个世纪六、七十年代, 人们认识到中子并非基本粒子,而是由更为基本的夸克组成的;因此有少数天体物理学家开始考虑由自由夸克物质组成星体(称为夸克星)的可能性。而这种天体和中子星的质量、半径、转动和辐射性质有许多相似之处, 所以脉冲星是否是夸克星值得研究。不过, 就如同中子星的概念对于上个世纪三十年代的人那样, 夸克星对当时大多数天体物理学家来说也是非常陌生的。
“夸克”一词取自一本怪诞的诗集中的诗句, 是海鸟神秘的叫声;美国物理学家盖尔曼幽默地取了这样一个名字, 就是为了表示这些粒子的神秘莫测。继中子发现之后,物理学家们又陆续发现了许多新粒子、新现象;原来普遍认为的“质子和中子是不可分的基本粒子”观念受到了挑战。在对大量实验分析和理论研究的基础上, 1964年盖尔曼和兹韦格各自独立地提出:包括中子、质子在内的强子是由更深层次的粒子(即夸克)组成的。最初提出的是三种夸克: 上夸克、下夸克和奇异夸克。上夸克带有+2/3电荷, 而下夸克和奇异夸克则带有-1/3的电荷。后来随着一些新粒子(如丁肇中等发现的J/粒子,等)的发现, 人们相信还存在另外3种夸克(粲夸克、底夸克和顶夸克)。因此自然界可能存在六种夸克。
从1969年开始就有人将有关夸克的研究应用到天体物理中, 其中值得一提的是日本物理学家伊藤直树。1970年, 他讨论了完全由上夸克、下夸克和奇异夸克组成的天体,并考虑这种天体的引力平衡。伊藤将他的研究结果发表在一家日本出版的英文杂志上, 但没有引起太多的注意。
研究者们面临着一个不可回避的问题:夸克星真的能存在吗?在1984年,美国著名数学家和物理学家威滕提出了这样一个猜想:完全由上夸克、下夸克和奇异夸克组成的物质(称为奇异物质)要比一般物质稳定。他进一步认为宇宙中有三种方式可能出现奇异物质:宇宙大爆炸极早期的夸克时代, 由奇异物质组成的天体(称为奇异星)以及极高能宇宙线。威滕的这一猜想一定程度上得到了其它研究者的认同;如果它是正确的,奇异星的能量应显著低于中子星;或者说,奇异星比中子星更稳定。有人甚至大胆地提出, 很可能所有已知的脉冲星其实都是奇异星,自然界根本就没有中子星。不过,最近确实有若干先进的空间观测显露出奇异星存在的迹象。
至今,小小的脉冲星已经让天文学家两次获诺贝尔物理学奖(1974年授予发现脉冲星者之一休伊什;1993年授予美国天文学家泰勒和他的学生赫尔斯, 以表彰他们发现了脉冲双星系统, 检验了强引力场中的广义相对论)。然而关于脉冲星的研究还远远没有结束。脉冲星到底是中子星还是奇异星?这对于天文学家和物理学家既是挑战, 也是机遇。当然这一问题的回答要依赖于新的高性能的空间望远镜的观测;也许在不远的将来人们就会得到答案,让我们拭目以待。
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在磁场中逝去www.tool-tool.com

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银河系中最强大、最奇特的磁场会使得脉冲星消亡,同时它们也会撕裂脉冲星的表面破壳而出。

突变就像是生命中的调味料,但是绝大多数的突变体都会在幼年死去。在天体物理中,这一生物学规律依然成立。太空中最奇特的突变造就了一些超高能但却短命的脉冲星,它们被称为磁星。

与脉冲星类似,磁星是诞生于大质量恒星超新星爆发中心的中子星。但在磁星的诞生过程中发生了一些不同寻常的事。一种尚不知晓的机制--也许是坍缩核心的超高速自转--使得每一颗磁星都具有了超强的磁场。这一磁场可以达到普通脉冲星的1000倍,是已知最强的。

当磁场逐渐减弱时,它会冲破中子星脆弱的壳层,引发强烈的γ射线和X射线暴发。但是这些耀眼的暴发是具有毁灭性的,磁场就像一个制动器会使得磁星在几千年的时间内停止转动,并且短路它的转动能。与之形成鲜明对比的是,一颗普通的脉冲星其转动能驱动的射电辐射可以持续几百万年。

天体物理学家已经发现了11颗磁星,但是由于它们短暂的寿命和零星的暴发注定我们无法发现更多的磁星。"在银河系中可能有几十万颗左右没有被发现也无法被发现的磁星, "NASA马歇尔航天中心(MSFC)的X射线天文学家克里萨·科弗里奥托(Chryssa Kouveliotou)说。的确,一些人也认为磁星也许根本就不是突变体,而是超新星的普遍产物。"大部分的中子星十分可能是磁星而不是射电脉冲星," 德克萨斯州大学的天体物理学家罗伯特·邓肯(Robert Duncan)说。

千亿倍的核磁共振扫描仪

这是一个大胆的观点,但是邓肯和加拿大理论天体物理研究所的克里斯托弗·汤普森(Christopher Thompson)曾经就改变过怀疑者的观点。1987年他们首次计算了新诞生中子星的磁场强度,当时邓肯是普林斯顿大学的博士后,而汤普森是一个研究生。但是他们求解出的磁场强度竟高达惊人的1015高斯,以至于他们也为此困惑了好几年。

作为比较,地球的磁场大约是0.6高斯。医学核磁共振扫描仪的磁场为10000高斯。由磁场对自转的制动效应推测射电脉冲星的磁场为1012高斯。尽管磁场非常强,但射电脉冲星的主要能源来自它的自转而不是磁场。磁场的作用就像是传送带,用来传送由转动能产生的辐射。没有人预料到磁场会升高到这么高的强度。

但是汤普森和邓肯认为超强的磁场可以解释一些神秘的现象。特别地,天体物理学家曾经被软γ射线再现源(SGR)所困扰。这些尚未明确的天体会产生不定期的软γ射线暴发,然后又恢复平静。1979年,邻近星系中的一个软γ射线再现源产生了一次巨大的暴发,其在0.2秒之内所释放的能量相当于太阳在10000年内所释放能量的总和。这个源很靠近一个新近的超新星遗迹。但是这个暴发每8秒钟就会出现一次起伏,并且逐渐减弱,这与脉冲星相比要缓慢得多。

理论家推测这些暴发来自一颗慢速自转的中子星,但它在诞生时却有着高得惊人的自转速度。亚利桑那大学的天体物理学家亚当·布罗斯(Adam Burrows)和纽约州立大学的詹姆斯·莱提莫(James Lattimer)证明在中子星诞生的最初10秒钟内它的高温核流体每秒钟会对流100次。如果那时中子星的自转为每秒100-1000圈,那么汤普森和邓肯的计算表明,这会引发剧烈的发电机效应--一种自我维持的强磁场产生机制,产生1015高斯或者更强的磁场。

一旦磁场充满了中子星高密度的超流体,它就很难向外扩散。但是,磁场和由其产生的电流总是会尽量达到能量较低的状态。"磁场在致密星内部会高度扭曲,"汤普森解释说,"最终抵抗扭曲而伸展的磁场可以驱动软γ射线再现源暴发。"这每一次的磁场转变都会在中子星固态壳层中产生裂缝。在壳层破裂的临界点,产生的裂缝可以达到1千米。一旦表面出现裂缝,其上方的磁场就会进入一个全新的位置。这些剧烈的活动会沿着磁力线加速粒子产生γ射线和X射线。

1992年邓肯和汤普森发表了他们的理论,并且用"磁星"这个更为形象的词取代了最初的"暴发星"这个名称。3年后,他们发现暴发能量会以持续几分钟的火球的形式出现,日后也确实观测到了这一暴发形态。

然而,他们的理论对大多数人而言太虚幻了。即使到了1998年1月,邓肯还是被安排在最后一个在美国天文学会上发言--当时在他前面发言的是一个提出改良相对论的人。

这一年的晚些时候,观测赢得了胜利。首先,由科弗里奥托领导的小组使用NASA罗希X射线时变探测器(RXTE)观测到了一个软γ射线再现源7.47秒的周期暴发。周期性的起伏仅仅出现在明亮的暴发阶段,而在其他时间它并不发出类似脉冲星的辐射。这个天体的转动周期以每世纪0.26秒的速度减小--这一效应只能源于1015高斯强磁场的制动作用。

之后在1998年8月27日,一波比1979年太阳耀斑更强的γ射线和X射线横扫太阳系。它的源头是一个银河系内的软γ射线再现源。尽管距离遥远,但是高能辐射足以电离地球的上层大气影响无线电传送。暴发周期为5.16秒。科弗里奥托小组使用 RXTE的研究显示,这个软γ射线再现源的自转存在着类似磁星的减速现象。

随着这些发现,磁星进入了科学主流的行列。2003年邓肯、汤普森和科弗里奥托被授予了美国天文学会高能天体物理部最高奖布鲁诺·罗希(Bruno Rossi)奖。这与早年的境遇大相径庭,邓肯说:"确实存在着反对意见,大部分人也认为它疯狂。但我把它视为科学发展的正常一部分。"

暂现源与核弹

近几年来,天文学家拓宽了磁星的范围。现在大多数天文学家认为发出X射线脉冲而不是射电脉冲辐射的反常X射线脉冲星(AXP)也是磁星的一员。麦克吉尔大学的天文学家维多利亚·卡斯皮(Victoria Kaspi)及其同事发现尽管没有软γ射线再现源剧烈,但是反常X射线脉冲星也能产生猛烈的暴发。

有意思的是,11个已知的软γ射线再现源和反常X射线脉冲星的自转周期都在5-12秒之间。磁场会严重的阻制磁星的自转,使其在几个世纪内从毫秒降到秒的量级--如此短的间隔使得天文学家只有靠运气才能看到高速自转的磁星。"如果它们活动的时间超过几千年的话,我们就能发现自转周期几十秒的磁星,但是这做不到,"马歇尔航天中心的天文学家彼得·伍兹(Peter Woods)说,"因此看起来它在X射线波段明亮的时间并不长。"

两份公布在《天体物理学报》上的研究显示磁星可能比预计的还要普遍。在一份报告中,由伍兹领导的一个天文学家小组在2002年6月发现了强度出现4小时波动随即又消失的一颗反常X射线脉冲星。伍兹说,由于监测天空的望远镜的灵敏度还不够高,因此银河系中类似的暴发还无法被观测到。在另一项研究中,由戈达德航天中心的阿拉·亚伯拉罕(Alaa Ibrahim)领导的天文学家小组发现了一颗"暂现"磁星。它在90年代由于暗弱而未引起注意,但在2003年早期却增亮了100倍。

在宁静状态,这些磁星会被当成超新星遗迹中的暗弱X射线源,被称为中央致密天体。而且它们和一类被称为"暗弱孤立中子星"的神秘天体很类似。参与这两项研究的卡斯皮说,磁星家族应该包括这些分支。"暗弱孤立中子星可能是尚有余热的死亡磁星,"她说,"我认为中子星有一半生来就是磁星。"但是这一想法在被别人接受之前还需要更多的统计观测以及对磁场强度的测定。

在理论上,一些小组正在试图将磁星和宇宙中最剧烈的暴发γ射线暴联系起来。现在许多天体物理学家认为最有可能触发长时间γ射线暴的是形成黑洞的超新星爆发。但是麦克吉尔大学的天体物理学家马克西姆·柳提科夫(Maxim Lyutikov)说,来自磁星的磁场星风是更合理的驱动力。"磁能的耗散是非常高效的,"他说。与之形成对比的是,黑洞附近暴发的物质会在强烈的激波中损失太多的能量。

在有关的研究中,由加州大学伯克利分校哈勃博士后特德·汤普森(Todd Thompson)提出的模型认为,新诞生的磁星能以接近光速的速度沿着磁场抛射物质。这会带走巨大的动能,如果一开始磁星每秒中转1000圈,那么在 10秒钟之后就会降到每秒300圈。自转减速会释放出磁星90%的能量。汤普森认为这些能量可以推动超高能的超新星暴发,或者在合适的条件下触发γ射线暴。

汤普森补充说,自然界最重的元素也可以形成于这个湍流之中。目前天体物理学家还没有找到发生大量中子高速轰击形成重原子核的"r-过程"的地点。超强的磁场也许在磁星附近维系住了高温的中子和质子使得它们合成铀以及周期表中更重的元素。

支持磁星所有理论的邓肯很喜欢这个想法。"有可能在磁星风中合成了所有比铋更重的元素,"他说,"如果这是真的,核弹和反应堆都是建筑在磁星之上的。"超新星为我们提供了血液中的铁,公平地讲磁星也参与到了其中。
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关于基本粒子www.tool-tool.com

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目前关于基本粒子的最被认可的理论是“标准理论”,它约在30年前确立,现已发现的基本粒子都可以根据这一理论来进行解释。“标准理论”认为,物质由夸克和轻子组成。夸克构成原子核,原子核周围是属于轻子范畴的电子,两者合起来组成原子,原子又组成分子。这些粒子通过4种不同的力即强力、弱力、电磁力和万有引力发生作用。
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刀的钢材www.tool-tool.com

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玉钢是什麽?要回答这个问题就得要扯到一些冶金学的基本理论.把铁矿和炭放到炉理面冶链.如果能让温度超过1500度的话.这时所得到的铁水会完全融化成液态.液态的铁可以吸收炭元素达到4~5个百分比而成为流动的生铁水.此时以空气打入生铁水将多余的炭氧化成二氧化碳来降低和控制铁的含炭量.这是现代的制钢法.

那在古代呢?古代炼钢技术的关键在哪呢? 在於鼓风的技术.一开始时因为鼓风技术和燃料选择的限制只能让温度到达1200度左右.此时铁矿虽能完全被还原成铁但是还不足以让其完全融化成液态.而是像麦芽糖粘稠状的多孔组织.在这种状态下的铁最多可以吸收约1.5%的炭.我们把它称为海绵铁.海绵铁品质的好坏决定在铁矿本身的品质.含磷硫等杂质少又有钡等微量元素者为高级.现在日本的玉钢就是海绵铁.当然印尼也有生产海绵铁但是因为铁矿品质比不上日本所以产品也只能卖给像我叔叔经营的铸造厂当原料.

再来铁里面的含炭量和杂质可以由其断面用肉眼来判断.现代的炼钢厂里的老师傅用肉眼来判断含炭量可以到万分之三的误差之内.
言归正传.日本人烧出了大块的海绵铁(他们称之为鉧)後用大铁鎚将之打碎.再由经验丰富的师傅用肉眼看铁块的断面来挑出含炭量在1.2~1.5左右杂质极少的精纯部分称之为玉钢.拿来当成日本刀的原料.其余含炭量不足或是杂质多的下杂则拿来做菜刀或农具.

玉刚可硬可软可韧?会不会有点夸张?玉钢说白一点就是含杂质较少的高碳钢,其含碳量为1.0以上,如果说玉钢是合金工具钢,或许有可能,如果说玉钢真有那些特性整把日本刀都会玉钢来打造不是很好吗?可是事实事不然,日本刀在打造时,玉钢只用来作为刃铁而已,而其它部为则是使用其它的不同含碳量的钢材,如含碳量含0.7%的左下?及含碳量约0.1~0.3%的包丁?,就金属物理性质来说,高碳钢所得到的是硬的性质,中碳钢是韧的性质,低碳钢是软的性质,基本上这三种性质,就我所知,好像没有一种金属可以通吃的。

真正的大马士革钢又称为结晶花纹钢.是一种古代粉末冶金和锻造技术完美的结合.在英美和欧洲大多数的地方被称为WOOTZ而在其原产地印度巴基斯坦一直到波斯则称为FULAT在俄罗斯的高加索地区被称为BULAT. WOOTZ的花纹是天然形成的不像摺叠钢一样是用人工硬将性质不同的材料焊接起来再摺叠锻打. 以下是WOOTZ形成的原理.和性质.请注意小心阅读并加以珍惜这难得的宝贵资料.看不懂的人请e-mail给我. OK!!

1. WOOTZ 的花纹基本上是两种性质不同的材料.亮的地方是纯的雪明炭铁硬度比玻璃还大.暗的地方的结构是属於沃斯田铁和波来铁.整体含炭量大约是在1.5~2.0 %之间.在韧性高的波来铁里均匀散布着比玻璃还硬的雪明炭铁.使得WOOTZ可以具有非常锋利的刀锋.而且也非常坚韧而不会折断的刀身.有人说日本刀不也是这样的吗?但是日本刀因为刃口处整个是脆而硬的.缺口和横向裂纹便会在所难免.但WOOTZ就没有这样的问题.

2. WOOTZ的制造的费时费力.是超乎各位的想像.通常要花上两三个月的时间.而烧结的铁饼成功率又很低.当初会失传有两个原因.其一当时英国统治者为了保护当地仅剩的森林不使其沙漠化而禁止.其二是近代工业制钢的引进使WOOTZ在价格上无法竞争. WOOTZ钢的制造方法分两种一种是脱炭法.另一种是加炭法.不过最重点在於烧结铁饼时的温度控制和将铁饼锻造拉长时的最高温度.还有成品的厚度和原来铁饼的厚度比例也会决定将来的花纹明不明显. 至於制造方法本人将不公开.就算公开了我想你们也做不出来.

3. WOOTZ钢的花纹和摺叠钢有明显的差别.WOOTZ花纹比较细致看起来比较自然黑白的对比也比较大.在古代由於有在刃上喂毒的情形.很多WOOTZ的刀刃呈现黑色的现象.在黑色的刀刃上分布着亮晶晶的雪明炭铁.古代波斯人把它形容成像夜空中的繁星一样漂亮的花纹.此外WOOTZ比起摺叠钢来是很不容易生锈.几百年下来没有像日本刀一样的费心保养却也能光亮如新不生锈.本人所看到WOOTZ会生锈的部分通常是刃上有瑕疵的小点或裂缝或含炭不均的地方.

4. 至於WOOTZ性能到底好在哪里.大约十年前BLADE杂志有一篇关於WOOTZ钢的测试. 其一是锋利度的测试:在仔细研磨後的WOOTZ结晶花纹钢能一刀切断巨大打结的麻绳. 其二是刀身的韧性测试: 把刃用夹具夹紧然後拿大铁鎚来敲.结果费了很大的力气.WOOTZ刀刃被敲成U字型但是却没有折断. 测试的结果证明了WOOTZ结晶花纹钢具有锋利和强韧两种特性於一身. 对於WOOTZ结晶花纹钢本人的评价比日本武士刀的玉钢还要高.日本刀会贵一部份也是因为它的研磨.现在的刀匠也有几位据说也会制造WOOTZ结晶花纹钢.可是做出来的花纹却跟古董刀很不太一样.也就是说再也没有人能达到古代的水准了.这个下次再讨论了.

玉钢不是铸铁!用冶金学的术语它应该叫做海绵铁. 铸铁温度要在1500度以上.铁矿被炭分子还原成铁.然後吸饱炭到2~6%然後完全融化成液态.再浇铸於模具里.待冷却後即为铸铁制品. 铸铁含炭量极高性质通常非常的脆.但是回火後便成球墨铸铁此时就变的非常软. 铸铁是完全不适合直接拿来制刀.因为它熔点低不能被锻造.

玉钢是铁矿和炭混合後只加热到1200度左右.此时还原的铁无法完全融化成液态而是半流动状态.冷却後像海绵一样成多孔状.海绵铁不是均质的铁块.含炭量从0.2到2.5左右. 把海绵铁敲成小块.再以目视依照其断面的光泽只挑出含炭在1~1.7左右且杂质较少者称之为玉钢.

把玉钢加热後打成薄片.淬冷水後再敲碎成小块.将这些小铁片用纸包好再裹上黄泥.入火锻链.让其结合成一块.再不断锻打反覆摺叠.如此可以将杂质去除且将铁块像揉面团一样揉成均质.这个过程重要的一点是可以将含炭1.5左右的铁块脱炭到0.8~0.9左右. 所以摺叠几次不是越多越好.而是到刚好的含炭量时就不能再摺叠下去否则含炭量会太低.(有时是8次10次或是13,15次是为了控制成品适当的含炭量.全凭目测和经验.这是制刃最难的部分)

ps日本揉刀术并不是日本人发明的,而是中国唐朝的一种技术,连同刀型与铸造技术一起传到日本,所以才有唐样大刀的名称,但一但刃部的钢材一但磨光,露出内部的铁心,那把刀就没用了,所以後期才会被淘汰,日本刀刃部硬度约58-60,心才为48- 50,这是一种较局部淬火的技术,但有可能会产生内应力,而且一把武士刀经过一次战争後,那把刀的寿命也差不多了,而武士刀的重量最轻900公克最重 1200公克,要是超过1500或1700公克,就会对关节产生损伤,而中国刀不会,这是因为剑道的运刀法违反人体力学的关系想知道日本刀对上中国大砍刀时是什麽情况的话,可以去看(无限住人),里面那个天津久影用的就是中国刀法与大砍刀

一个国家的武术与武器发展取决於那个国家的武术发展方向,中国在春秋战国时到一直到唐宋时带,都是以军事方向为主,而唐宋以後则是以民间击技为主,而日本则完全是以军事方向为主

日本刀主要有4部份1 玉刚 2暗光花纹刚 3包刚法 4局部淬火,而其中玉刚就是高碳刚,是日本人发明的,虽然硬度高,但易脆,而暗光花纹刚与包刚法都是唐朝时连同刀的形状与双手剑派一起传过去的,因此当时的日本刀不叫武士刀,而叫唐样大刀,而日本人淬火时采用高温过火(还是低温回火我忘了,想知道自己去查)虽然可以提高硬度但易脆,日本刀的硬度为58- 60,可以更高,但会使刀身容易折断,就硬度,日本刀是很精良,但就耐用度,完全是废物,其缺点有

1寿命短
在日本战国时代时,一场战争就可以换掉一把刀

2无法修复,一但刀身有裂痕,那一把10万块的宝刀,就跟一快废铁一样,唐朝政府就是差一点被包刚法搞到破产,因此包刚法才会在中国绝迹

3像玩具一样,易坏,在明朝时,日本刀最大的克星不是刀法,而是少林寺铁棍,当倭寇遇到少林僧人时,往往都是连人带刀一起被打烂,而在八年抗战时,武士刀一遇到大刀队时,也是连人带刀被砍成两半

而武士刀之所以会硬度高,是因为武士刀的韧口很薄,易卷口,因此需要提高硬度,以增强耐用度与杀伤力,一个剑道高手,杀了100个人後,其刀与刀的碰撞次数可能不到一次,所以剑道最忌讳刃口相格,因此武士刀试刀适用死人试刀,而中国刀剑因为要面对许多重兵器,加上碰撞次数高,因此试刀时,是以刃口砍石头,以不卷刃为主,其注重的是弹性

因此就顶级刀剑而言,我最推崇以大马士革刚加上中国花纹刚打成的刀剑,就大马士革刚与日本玉刚的优缺点,请自己去http://www.kendo.com.tw/iaido/index.htm找,我上述言论的掺考资料都是从这边来的,所以要是我说的有问题,请去找他们吵

顺带一提,目前硬度最高的刀,是西洋刀匠打的刺刀(因为短)

至於中国刀与日本剑谁好谁坏,我套用他们的一句话:“中国刀剑注重弹性,而日本刀剑则注重硬度,因此无法比较”。

而至於剑道方面

双手剑早在春秋战国就有了,其特点为,大开大合,利於战阵(去看漫画:天界无限:黄展鸣画),但变化不易,不适合一般民间一对一的击技,因此一直到唐朝时以门派的形式传过去後,就被淘汰了,(国术杂志:力与美:第130期)至於剑道的技巧方面,他们注重的是:在敌人砍到我前,先砍倒敌人:因此他们注重的是速度,完全攻击,并不防守,以跟敌人同归於尽的气势,一刀杀掉对方,所以他们不需要技巧,而且双手剑传到日本时,他们只学到了型式,并没学到最重要的,也就是腰的运用,因此,剑道用的是手臂肌肉的力量,而不是像中国武术,以腰部的离心力的力量,所以日本刀会那麽薄,不是技术好,而是太重他们拿不动,一把标准武士刀,重1200公克,而中国单刀则是3.5公斤,要是武士刀太重,很容易在停刀时伤手

至於剑道与苗刀的差别,在於苗刀有用腰部的力量与反手刀,挥砍时有直劈也横扫,而武士刀则因为腰部固定不动,所以是以直劈为主,而且劈砍时,上手前推,下手微往後收,以杠杆力矩方式旋转,这时会有两个旋转中心,因此剑道的速度很快,缺点为,要砍第二刀时,要先回刀再砍,中国刀则是反手刀,因此不必回刀,

至於抗战刀法有三种说法:

1大刀王五的鬼头刀法,请去找电影:一刀倾城:里面王五那把鬼头刀厚达1公分以上

2抗战时期,中国政府除了聘请着名武术家教授中国刀法,还由从日本士官学校毕业的军官传授日本式劈刺,并且研究专门对付剑道的招式
http://www.cc.nctu.edu.tw/~sword/FIGHT/dao/bigg.htm

3苗刀刀法

顺带一提,日本武士刀遇到大刀队之所以会死的那麽惨,是因为日本武士刀只砍人,而大刀队则是人也砍,刀也砍,当时大刀一把重达20斤,也就是12公斤,是武士刀的十倍,武士刀根本承受不了

钢的主要类别有:
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1. 低碳钢 - 又称软钢, 含碳量从0.10%至0.30%低碳钢易于接受各种加工如锻造, 焊接和切削, 常用于制造链条, 铆钉, 螺栓, 轴等。
2. 中碳钢 - 含碳量从0.30% 至0.60%, 用以制造重压锻件, 车轴, 钢轨等。

3. 高碳钢 - 常称工具钢 , 含碳量从0.60%至1.70%, 可以淬硬和回火。锤, 撬棍等由含碳量0.75%的钢制造; 切削工具如钻头, 丝攻, 铰刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的钢制造。

4. 合金钢 - 钢中加入其它金属如铬, 镍, 钨, 钒等, 使具有若干新的特性。 由于各种合金元素的掺入, 合金钢可具有防锈, 防腐蚀, 耐热, 耐磨, 防震和抗疲乏等不同特性。

5. 高速钢 - 含有各种成份和份量, 如钨, 铬, 钒, 钴和钼等。 高速钢制成的切削工具, 可用高的速度求切削硬材料, 并能承担强力的切削。 高速钢切削工具在高的速度中仍能使刃口保持锋利, 其它钢材则可能变钝。

炼钢过程及性质比较:

热处理(Heat Treatment) - 是利用加热和冷却以改变金属物理性质的方法。 热处理能改善钢的显微结构, 使达到所需的物理要求。韧性, 硬度 和耐磨性 是通过热处理而获得的特性中的几种。 要获得这些特性, 需使用热处理中的淬硬<又称淬火>, 回火, 退火<又称化>和表面淬硬等操作。

淬硬(Hardening, 又称淬火) - 是将金属均匀地加热至适当温度, 然后迅速浸入水或油中急冷, 或在空气中或冷冻区中冷却, 使金属获得所需要的硬度。

回火 - 钢件淬硬后会变脆, 同时由淬火急冷而引致的应力, 可使钢件受到轻击而断裂。 要消除脆性, 可用回火处理法。 回火就是将钢件重新加热至适当的温度或颜色, 然后予以急冷。 回火虽然使钢的硬度略为减少, 但可增加钢的韧性而降低其脆性。

退火 - 退火是消除钢件的内在应力和勒化钢件的方法。 退火法是将钢件加热至高于临界温度, 然后放入干灰, 石灰, 石棉或封闭在炉内, 令它慢慢冷却。

硬度(Hardness) - 是材料抵抗外物刺入的一种能力。试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦, 由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。 这种方法称为锉试法 这种方法不太科学。 用硬度试验器来试验极为准确, 是现代试验硬度常用的方法。最常用的试验法有洛氏硬度试验 洛氏硬度试验机利用钻石冲入金属的深度来测定金属的硬度, 冲入深度愈大, 硬度愈小。 钻石冲入金属的深度, 可从指针指出正确的数字, 该数字称为洛氏硬度数。

锻造 - 是用锤击使金属成为一定形状<成型> 的方法, 当钢件加热达到锻造温度时, 可以从事锻造, 弯屈, 抽拉, 成型等操作。 大多数钢材加热至鲜明樱红色时都很易锻造。

脆性 - 表示金属容易破裂的性质, 铸铁的脆性大, 甚至跌落地上亦会破裂。 脆性与硬度有密切关系, 硬度高的材料通常脆性亦大。

延性 - (又称柔软性) 是金属受外力永久变形而不碎裂的性质, 延性的金属可抽拉成细线。

弹性 - 是金属受外力变形, 当外力消除之后又恢复其原有形状的一种性质。 弹簧钢是极富弹性的一种材料。

硬度 - 是金属抵抗外物刺入或切削的一种能增加钢材硬度常用的方法是淬火。

展性 - 又称可锻性, 是金属延性或柔软性的另一种表示法。 展性是金属接受锤锻或滚轧而变形时不致破裂的一种性质。

韧性 是金属抵受震动或冲击的能力。 韧性与脆性刚好相反。

刀具钢材特性

  440-C : 美国制之优质不锈钢材, 含铬量高达16-18%。最初被应用於外科手术刀具及船舶业, 耐蚀性及耐恴能力极优; 韧性强。现更广泛应用於手制刀及优质厂制刀具。含碳量约1%(440系分A, B, C, 及F级; C级及F级含碳量最高, 而A级则较少) 经熟处理後可达HRc58之硬度。

简单生活360°ezlife.com.cn  154CM : 美国制之优质不锈钢材, 铬含量达15%, 钼含量达15%, 钼含量达4%; 故定名为154CM。乃近代手制刀之一代宗师 R.W.Loverless 率先所采用。加工性极优, 耐蚀性, 刀锋耐损性及韧性皆强, 但售价较高, 故只见被应用於手制刀具。含碳量约1.05%, 经热处理後可达HRc60~61之硬度。 ATS-34 : 日本“日立金属工业”针对美制154CM 而开发之优质不锈钢, 用料和成份与154CM相近, 而各方面之性能皆达至154CM之标准, 且犹有过之, 但价格则较廉, 被业内认定为最佳刀具钢材之一, 现已成为手制及优质厂制刀具应用之主流。经热处理後可达HRc60~61硬度。

简单生活360°ezlife.com.cn  ATS -34 : 日本“日立金属工业”针对美制154CM 而开发之优质不锈钢, 用料和成份与154CM相近, 而各方面之性能皆达至154CM之标准, 且犹有过之, 但价格则较廉, 被业内认定为最佳刀具钢材之一, 现已成为手制及优质厂制刀具应用之主流。经热处理後可达HRc60~61硬度。

简单生活360°ezlife.com.cn  AUS8(8A) : 日本 “爱知制钢” 所开发之优质不锈钢材, 耐蚀性, 刀锋耐损性及韧性皆达优异水平, 多被应用於日本制之优质刀具。AUS 钢种分为10A (含碳量约1%), 8A (含量0.8%) 及6A (含碳量约0.6%) 三种。8A 经热处理後HRc58~59之硬度。

简单生活360°ezlife.com.cn  D2 : 金属机械加工用之耐磨工具钢材D2, 属风硬钢 (Air-Hardening steel) ; 被广泛应用砍伐刀或猎刀次制作, 含碳量高达1.5%, 含铬量亦高达11.5%, 经热处理後可达HRc60之硬度, 但相对地廷展性(韧性)较弱, 耐锈能力亦不甚佳, 钢材表面亦难作镜面磨光处理。

简单生活360°ezlife.com.cn  Hi-Speed Tool Steel (高速工具钢): 高度加工制成成之工具钢材, 含碳量高, 而含铬量则低(约4%), 故打磨钢材表面之光泽较暗, 经热处理後可达HRc62之高硬度, 但耐锈性能不甚佳。

简单生活360°ezlife.com.cn  Cowry X(RT-6): 日本大同特殊纲(株)於1993年开发之超级粉末系合金钢材, 为近代日本冶金技术的新突破, 现已被日本刀匠们应用於大型砍伐刀具, 钢材含碳量高达3%, 经热处理後可得HRc67之高硬度。

简单生活360°ezlife.com.cn  Cowry Y(CP-4): 日本大同特殊钢(株) 於1993年开发之优质粉末系合金钢材, 含碳量达1.2%, 更罕有地混入金属元素 "钶" 达0.2%, 经热处理後可达HRc63之高硬度, 却仍保有极佳之延展性能。

简单生活360°ezlife.com.cn  A-2 : 金属加工用之高韧性耐磨工具钢材A-2, 属风硬钢, 含碳量颇高, 约1%,经热处理後可达HRc57之硬度, 铬含量约5%, 经打磨後钢材表面光泽较暗, 耐蚀性优, 延展性(极强), 刀锋之耐损性亦佳。

简单生活360°ezlife.com.cn  VG10 : 日本 “武生特制钢” 之「V金10号」不锈钢材, 乃「V金」, 系钢材之最优级别, 含碳量约1%, 含钼1.2%及钴1.5%, 经热处理後可达HRc60-62之硬度。VG-10加工性优, 韧性及耐蚀性皆强, 多被应用於日制之优质刀具。

简单生活360°ezlife.com.cn  BG-42 : 极优质之不锈钢材, 含碳量1.15%, 含钒量则高达1.20%; 故钢材组织微粒细密, 经热处理後可达HRc60-61之硬度, 加工性优, 耐蚀力极强, 韧性亦佳。BG-42最初被应用於航天工业, 作为制造滑轮及机轴等之材料, 因价格颇高, 於制刀业则多被应用於刀匠之手制刀具。

简单生活360°ezlife.com.cn  SANDVIK : SANDVIK 公司是北欧制钢及五金工业之翘楚, 120C不锈钢材乃SANDVIK 之优良钢种之一, 含碳量约1%, 含铬量约14%, 经热处理後可达HRc56-58 之硬度, 加工性优, 北欧出产之名厂刀具多以SANDVIK 之钢材制作。

简单生活360°ezlife.com.cn  1095 : 高碳钢中最优质者莫过於1095, 其含碳量达1.03%, 经热处理後可达HRc58-60之硬度, 韧性十分好, 但不耐锈, 多被应用於传统之欧洲式猎刀, 大型砍伐刀及军用刀 如二次大战时美国“KA-BAR”军刀便是以1095作为刀身材料。

简单生活 360°ezlife.com.cn  W-2 : 高碳工具钢材被命为W型者为水硬钢(Water-Hardening Steel), 为工具钢中最廉价者。 W-2钢材(经热处理) 容易达至高硬度(HRc65), 兼且容易局部硬化, 兼且容易局部硬化, 以使邻近各部位硬得可以耐磨, 而又可以软得容易制造, 加工性极优良, 故用途广泛。但W-2耐锈力很差, 故钢材之表面多以涂层保护, 以防锈蚀。 O-1 : 油硬级(Oil-Hardening types)之工具钢材最广泛被使用, 而其中最佳者是O-1型, 其高锰伴同铬与钨可增加硬化能, 使钢材可不需剧烈之水淬 (代之以嵹鵐的油淬) 也能硬化至高硬度(HRc62)水平。 O-1钢之加工性佳, 但韧性及耐锈力则较弱。美国着名刀匠Randall便多以O-1工具钢作其刀身之材料。

简单生活360°ezlife.com.cn  ZDP-189 : 日本 "日立金属工业" 於1996年开发之粉末系新钢材, 其研发目标与“大同特殊钢 (株) ”之Cowry X钢材一脉相承, 优良加工性之超硬合金钢, ZDP-189含碳量达3%, 含铬量亦高达20%, 经热处理後可得HRc67之高硬度, 加工性极优, 金属组织微粒比ATS-34及440-C更均一细密, 耐蚀性及朡性皆 , 故 "日立" 对外宣称ZDP-189乃「跨向21世纪之次世代刃物钢」。

简单生活360°ezlife.com.cn  GIN-1(G-2): 日本 "日立金属工业" 之「银纸一号」钢材, 为「银纸」系钢材之最优级别, 钢材特性与 "爱知制钢" 之8A相近, 但硬度则比8A稍软(HRc57-58), 价格较廉。

简单生活360°ezlife.com.cn  ATS055 : 日本 "日立金属工业"继ATS-34後所开发之优质尸刃物钢材, 为ATS-34之改良品种。ATS-34含钼量约4%, 故能耐极高温度, 适应范围较广(可适用於制作机械零件, 如机轴, 滑轮, 气舱阀等)。 ATS-55则减低了钼含量至0.6%, 但亦加入了0.4%之钴。此毕令钢材本身减低了耐热性却增加了朡度(更适用於制刀业)。整整体而言, ATS-55性能稍逊於ATS-34, 但比同厂之G-2较优。

简单生活360°ezlife.com.cn  CPM440V : CPM (Crucible Particle Metallurgy)粉末系钢材乃美国Crucible原料公司开发之新一代刃物钢, 厂方曾声称CPM440V乃超级钢材(Super custom knife steel of the 90's)。虽然CPM440V之含碳量比传统的440-C多出近一倍, 经热处理後得出之硬度却只为HRc57-58, 皆因受其他所含原素之影响(5%之钒, 17%之铬)。 其真正杰出之处在於保留刀锋之耐损性及延展性(朡度)这两方面, CPM440V之售价颇高, 故多应用於手制(刀匠手作)刀具。

简单生活360°ezlife.com.cn  CPM420V: 美国Crucible原料公司於1996年再次研制出较CPM 440V更高一级之CPM钢材: CPM420V, 它比CPM440V多出近一倍之钒及钼含量, 故能保有更优越之刀锋耐损性及耐蚀性(比CPM440V优胜25-50%之多)。经热处理後可得之硬度则与CPM440V相等。CPM420V之售价颇昂贵, 比ATS-34高出一倍。

简单生活360°ezlife.com.cn  420J2: 420系钢材之碳含量低於0.35事无补, 经热处理後所得之硬度只得HRc52-55, 而耐损性等各方面之性能并不太出众。因较容易切割及打磨, 故适宜於用作大量生产之厂制刀具, 420钢亦因碳含量低而耐锈力极佳 , 故亦是生产潜水刀具之理想钢材。

简单生活360° ezlife.com.cn  425m: 420系钢材之改良(Modified)品种, 定名为425M, 将含碳量提高至约0.55%, 并加进1%之钼, 经热处理後可违较理想之硬度(HRc58), 却保留了420系钢材之优良加工性, 故极宜应用於厂制刀具。美国BUCK及GERBER两大刀厂已於90年代选用425M作为其刀身材料。

合金成份浅析

碳: 一种化学非金属元素, 是组成生物体细胞之必需成份, 在工业及医药上用途极广。

硅: 一种褐色的粉未或晶体化学非金属元素, 坚硬而有光泽, 是制玻璃之重要原枓。

锰: 一种灰白的金属元素, 可制合金, 硬度极大, 耐重刀强。

镍: 一种银白色而有光泽的金属元素, 不长锈, 可制硬币。

铬: 一种灰白色的金属元素, 9402;性硬度很高。

钼: 一种银白色的金属元素, 质硬, 熔度极高, 可制合金。

钒: 一种金属元素, 能增加钢的硬度和弹性, 用途广。

磷: 一种化学非金属元素, 可制火药。

硫: 一种淡黄免固体非金属元素, 易燃。

铜: 一种赤色而有光泽的金属元素, 富延展性, 是热及电的优良导体, 可制合金。

钨: 一种灰色而有光泽的金属元素, 质极硬, 可制合金。

钴: 一种灰色的金属元素, 质坚硬而有磁性, 可和别的金属制成较硬之合金, 工业上用途广。

钶: 一种灰白似钢之金属元素, 能增加不锈钢对腐蚀剂的抵抗力。

钛: 一种非常坚硬的银白色金属元素, 可制成钛合金, 质轻, 耐蚀, 加上电流及化学处理后, 会产生不同颜色。

铭: 一种银白色的金属元素, 质轻, 不长锈。

铁: 一种灰白色而有光泽的金属元素, 质坚硬富延展性, 天然铁石初步镕铸后即成为铸铁(又叫生铁), 再炼后则成熟铁。 最后精炼成钢铁, 用途极广。

中世纪的中国王朝在冶金术方面有很大的进步。如生产铸铁的能力是远超于欧洲在这方面的技术的。又如高效率、大规模的钢生产的控制管理,使得唐、宋两王朝成为东亚的主要军事势力。

大部分亚洲武器的收藏家都晓知发展自中国的锻造和回火技术是重新被认知的日本刀剑的发展基础。这种技术最早在隋唐时代(公元589年前)传到日本的。

日本刀剑的鉴赏在数个世纪中得到兴旺发展并且在我们的时代成为一种国际化潮流。今日,日本刀刃正如艺术作品一般被收藏着。遗憾的是,即使在其祖国大地上,对中国的"父母"铁匠所生产的刀剑欣赏也业已雕零。极好的刀刃是由中国制造,以及以利刃相搏的近身战被证明是在帝国时代取得战役胜利的关键此等事实也为人们所不顾。

使人感伤的是,甚至乎热衷中国武术艺术的习练者也不知道他们每日习练所用的武器的历史、制造及审美的传统。他国人士就更不必说了。要区分陈列在紫禁城、巴黎的Muse de l'Arme(兵器博物馆)或者莫斯科城堡中的漂亮的标本与那些常在古董商店或者枪术表演中看到的"拳击手对抗优胜奖品"的赝品或者touristic (旅游点的廉价新仿)小古玩是一件很困难的事。

这种情况的主要原因在于缺乏有关主题的文献影响当今学生的了解。这类缺少参考材料的情况并不只发生在中国。一个有关技术及艺术的论文调查显示极大部分关于钢刃刀的着作最早都出版于公元四世纪(给人以早期青铜武器般的深刻印象)。可是,这种着作的出版在1644年明王朝覆灭后就骤然减少了。

为什幺在清王朝,覆灭于1911年的最后王朝,期间缺少有关刀剑的参考材料,众说纷纭。一个较公认的解释是由于满族在其统治的帝国中只占有一个很小的比例,为避免占有决大多数的汉族人民的反叛而查禁所有的军事着作。

在清王朝初期,如《明朝军事百科全书》这类特定着作是受到审查和限制的。尽管如此,清代技术文献的调查显示在此朝代间仍有相当数量的新主题着作的撰写和出版。毕竟清王朝仍然对其军事力量(主要由汉族人组成)有此方面的需求。研究也表明了清朝统治者对主要由平民百姓组成的军队很注重实效:例如,众所周知的康熙皇帝否决了一位官员的解除山东省人民武装的请求。

不过,有趣的是,在清朝期间出版的军事着作中仍然涉及到火,枪大炮及爆炸性武器。(这些文章是始于帝国为叛乱侵扰的十九世纪中叶)。甚至近代的古典名着《明朝百科全书》,武备志Wubeizhi 也只相关地给予刀刃武器极少的关注。为何如此不关注"刀剑是帝国兵械库中的中流砥柱"这一实际情况呢?也许是因为刀剑工艺在那时候被认为是"老套子",想要掌握这种工艺的人确信书中的副本对新的技术将无任何的贡献。

同样有趣的是,注意到明朝的审美家们将刀剑作为一种艺术形式来欣赏。尽管,极少的证据表明这种欣赏在清朝时依旧盛行。一个可能的解释是中国文化精华的品味在世纪的更替间趋于狭窄,变得前所未有地热衷于少数受众人爱戴的艺术形式的神秘专案,如绘画、陶瓷和玉器。这里可以与晚清的家具传统的衰落划上一条平衡线。最后,我们还必须注意到贬低军事,崇扬文学的儒家思想价值观的影响。在满族人统治期间,对于学者来说,表现出对军事的不关心是一个实际的选择。

使得对中国刀剑传统的研究成为一项真正的挑战的原因,是那些在我们的时代学习这个课题的人必须是探险家、开拓者而非被动的消费者。在揭露和翻译这些幸存的文章的过程中仍有许多东西是需要我们去做的。令人兴奋的是我们从过去研究的成绩中,得到了刀刃被小心擦亮及回复的新外观。

我们的研究至今为止表明了中国的铸剑师们在过去的20个世纪中精巧地制作了兼有如下特性的刀刃:

一个坚硬而且耐用的刀锋。

一个有弹性,能承受打击而不坏的刀身。

在一把刀上,这些特点是互相排斥的。坚硬的钢易碎。有弹性、有弹力的钢是柔软的,并不能保持刀锋的锐利。中国的铁匠以各种不同的方法解决这些问题而使坚硬和柔软的钢相结合。有三种基本的方法能做到这一点。其中一种叫"包钢"。以坚硬的、含碳量高的钢制作锐利的刀锋外表,在横断面上,像一个"V"字型的装入一个软钢的核心。作为核心的金属经常被折迭以提高强度,或者用锻造的铁来分层以达到同样的效果。一个包钢的刀刃必须由相当厚度的硬钢套子做成,不然它将在多次的打磨后失去硬度。

一个更普遍的锻造刀刃的形式是"嵌钢"。一个含碳量高的刀锋作为核心,由两块软钢作成的表皮相夹而成。表皮是由交替迭起的铁和钢做成,从而使刀刃在打磨的时候表面上形成一种图案。一个熟练的铁匠能巧妙地处理分层,除了增加刀的结构上的强度外,还能做出很美丽的图案。

最后一种主要的锻造方法是西方知名的" 旋焊"]。它是由硬钢和软钢形成的双杠做成,在加热和锤击之下焊接成一个简单个体。当锻打和打磨擦亮的时候,其表面将出现如长着羽毛,星型或者漩涡状的形状排列。

其次,中国的铁匠显示相当独创性的地方是在以液体中加热和淬火的方法锻造刀刃。这种技术几乎遍及所有的刀刃制造地区。中国是少数发明与整个刀刃相区别地加热处置刀锋技术的地方之一。这种方法增加了刀刃的强度和切割能力。日本人利用中国和朝鲜移民铁匠的技术,把它发展到最高的水平。

中国铸剑师美妙的工艺,是一种刚开始在中国或者其它地方被重新发现的艺术形式。我们生活在一个每日都出现新发明的时代。当我们开始看见来自形式和功能的结合美丽图案,创造出一把由上好的钢材打造的刀刃时,我们仅刚开始我们对中国装甲工艺的研究。从它们的装饰图形及象征性到刀刃美学巧妙地与功能的结合,这里仍然有许多其它的研究地区等待探索。
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锆石www.tool-tool.com

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锆石,亦称“锆英石”,日本称之为“风信子石”,英文名称为Zircon。其来源一说可能是在阿拉伯文“Zarkun”的基础上演变而来的,原意是“辰砂及银朱”;另一说认为是来源于古波斯语“Zargun”,意即“金黄色”。第一次正式使用“Zircon”是在1783年,用来形容来自斯里兰卡的绿色锆石晶体。

锆石的主要成分是硅酸锆,化学分子式为Zr[SiO4],除主要含锆外,还常含铪、稀土元素、铌、钽、钍等。锆石按成因分为高型锆石和低型锆石。宝石学中依据锆石中放射性元素影响折光率、硬度、密度的程度将它分为“高型”、“中间型”、“低型”三种。锆石属四方晶系。晶体形态呈四方柱和四方双锥组成的短柱状晶形,集合体呈粒状。质纯者无色,含杂质者颜色为红、黄、蓝、紫、褐色等,最佳的颜色是无色透明的红色和蓝色。具金刚光泽,透明至半透明,条痕白色。折光率“高型”1.925-1.984,“低型”1.780-1.815。双折射率“高型”0.059,“低型”0.005。“高型”色散较强,为 0.04。硬度“高型”7-7.5,“低型”6。密度“高型”4.6-4.8克/立方厘米,“低型”3.9-4.1克/立方厘米。具较强的脆性。紫外线照射下,“高型”锆石呈红色荧光。
按颜色可将高型锆石进一步划分为:无色、蓝色、红色、棕色、黄色、绿色锆石等。由于锆石的光泽强,色散度高,硬度较大,常用于制作钻石的代用品。已成为中低档宝石的佼佼者。

锆石与相似宝石的区别。锆石易与钻石、榍石、人造金红石相混。它们的区别是:钻石是均质体,在偏光镜中黑暗,硬度大;榍石、人造金红石的双折射率、色散度均比锆石高,往往出现“火彩”。

锆石的评价与选购。主要依据因素是颜色、净度、切磨的款式和重量。锆石的最为流行的颜色为无色和蓝色,以蓝色者价值较高。无色锆石:是宝石级锆石的最优质品种,因其色散度高,透明无色,常用做钻石的代用品。蓝色锆石:是锆石的优质品种,价值最高,以鲜艳的蓝色,透明无暇和高的色散倍受人喜爱。锆石性脆,硬度比钻石低的多,当做饰品佩带时必须小心。

在西方人看来,佩带红锆石可以起到催眠作用,可以驱走瘟疫,战胜邪恶。现今有些国家把锆石和绿松石一起作为“十二月诞生石”,象征成功和必胜。高型锆石是岩浆早期结晶的矿物,不含或少含放射性元素,对人体无害。世界上最著名的蓝色锆石,重208克拉,现珍藏于美国纽约自然历史博物馆。

宝石级锆石多产于变质岩、玄武岩中。世界上宝石级锆石主要产于斯里兰卡、缅甸、柬埔寨、澳大利亚等国。我国的华南、华北、华东也有产出。
钻石,金刚石(学名),又称金刚钻,钻石,英文为Diamond,源于古希

腊语

Adamant,意思是坚硬不可侵犯的物质。金刚石硬度很大,这里的

硬度指的是磨氏硬度(非抗击性),硬度为10,是目前已知最硬的

矿物,绝对硬度是石英的1000倍,刚玉的150倍,怕重击,重击后

会顺其解理破碎。它的密度3.52克/立方厘米,D=3.2。强金刚光

泽。折光率很高:2.417,色散中等,为0.044。均质体。熔点高于

3550℃,沸点为4827℃,不导电。热导率为0.35卡/厘米·秒·度

。用热导仪测试,反应最为灵敏。一组解理完全。钻石具有发光性

,日光照射后 ,夜晚能发出淡青色磷光。X射线照射,发出天蓝色

荧光。钻石的化学性质很稳定,在常温下不容易溶于酸和碱,酸碱

不会对其产生作用。

闪耀着六射星光的天然蓝宝石"亚洲之星”重330克拉,缅甸产,世界著名珍宝,现藏于美国华盛顿斯密森博物馆

英王权杖,1661年英王查理二世举行加冕典礼
时制成。1910年,在权杖上端加镶了世界最大的钻石“非洲之星第
二”。它形似水滴,重达530.2克拉。

噩运之钻“希望”重45.52克拉,深蓝色,世界著名珍宝。

金绿石猫眼——在1991年拍卖会中以六万五千元成交。

世纪钻石,重273克拉,仅次于克利兰一叫二号。1980年在南非发现,原石重599克拉。以过专业切磨师耗用三年的时间,精心研究琢磨。

英国国王冠,上镶有著名的“黑王子红宝石”(王冠中部正中,红色)世界第二大钻石“非洲之星第二”(王冠下部正中,比黑王子红宝石大)和圣爱德华蓝宝石(王冠顶部十字架中心)。王冠上共镶有4粒红宝石,11粒祖母绿,16粒蓝宝石,227粒珍珠和超过2800粒大大小小的钻石。

世界最大的有色钻石。原石890克拉,切磨出407.48克拉的梨形钻。在1988年拍卖会中以1250万美元成交。


钻石的坚定方法

铅笔鉴定法

将钻石用水润湿后,用铅笔在它上面刻划一下,

真钻石的表面不会留下铅笔划过的痕

迹。水晶、玻璃、电气石等透明的假钻石则会留下痕迹。

钢笔鉴定法

将一支钢笔蘸上墨水后在钻石上画线条、真钻石在放大镜下的线条

有一个个小圆点组成。

刻画鉴定法

钻石的硬度都很强,用刀片等难以在上面留下刻痕。

此外,用钻石在玻璃上轻轻划一下,

会留下一条较明显的白痕。假钻石则皆无此

类现像。

滴水鉴定法

将钻石的上部小平面拭擦干净,用牙签的末端沾一滴水滴在它上面

,真钻石上的水滴会呈现中等程度的小圆水滴形状。假钻石上的水

滴则会很快散开。

光性鉴定法

真钻石具有单折光性,有光芒四射、耀眼生辉的特征,放在手上则

看不到纹。以水晶等冒充的假钻石,其色散差、折光率低,透过水

晶等可见手纹。

最后,根椐钻石的导热性最大这一特点,利用钻石热导仪进行检测

,如果是天然品,可使热导仪发出蜂鸣叫,并亮红灯,这是鉴定钻

石最准确且简便的方法
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銅版製版的腐蝕技術www.tool-tool.com

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資料來源:中國印刷2001-9

銅版製版在凸版印刷、包裝印刷、電化鋁燙印中佔有舉足輕重的位置。其製版工藝較內複雜,要制好一塊符合印刷要求的印版,必須熟悉其工乏和對每一環節操作嚴搭把關,否則易產生質量的事故,現就其工藝操作簡述如下:

一、網目銅版腐蝕製版

1.版材選擇

銅版製版使用的版材要求厚度為0.8~2.0mm,常用銅版為1.0~1.6mm。製版用銅版是一種專用版材,它含有鎘、鍶、銀等金屬,腐蝕時它比純銅容易,一般在選擇腐蝕用銅版時要求其無雜質、無條痕、版面光潔、硬度適中。

2.腐蝕液(三氯化鐵液)配製

腐蝕液的主要成分是三氯化鐵,它是氧化鐵與鹽酸的化合物,為黃色固體或黑褐色結晶體,極容易潮解。

在腐蝕製版時用水溶解成金黃色液體與銅產生置換氧化還原作用。

腐蝕液配製:將三氯化鐵用水溶解至需要濃度即可。一股濃度為婆美35~40度,並經過過濾和澄清。

配製好的三氯化鐵液有一種甜甜的味道,若能嗅到有刺鼻鹽酸味時,則說明三氯化鐵溶液內酸性過大,需用舊的腐蝕液或酸性小的三氯化鐵液調和。

3.清潔液配製

清潔液的作用是清潔銅版版面的雜質,使銅與三氯化鐵良好地接觸,以得到較好的腐蝕效果。銅版在腐蝕前和腐蝕結束後,都應用清潔液處理淨版面。清潔液配製:

冰醋酸    50cc

食鹽     150g

鹽酸     25cc

水      500cc

上述各種藥品可適當增減,但要注意鹽酸不宜太合,以免影響膠膜。

4.曬版

曬版是對銅版版面塗布的感光膠膜進行曝光處理,感光膠膜是用動物膠或樹脂及其他高分子化合物與重鉻酸鹽的混合液。這種感光膠股經曝光後不溶於水,未曝光處則溶於水,這樣銅版版面便呈現出符合原稿的線條、網點,再經過加溫烘烤變成耐腐琺琅質,而達到凸版製版的要求。

曬版是銅版製版工藝的一個重要工序,它對網目照相的底片要求非常嚴格,一般要求圖像高調部位(高光處)網點透明,要拍攝到3.5~4.5成為宜,曬版後陽圖網點在3成以上,圖像低調部位(陰暗處)小黑點拍攝到0.5~1成為宜,點子要黑要圓,必須照足細小堅實的反光點,以便版面腐蝕後能顯示層次。

(1)磨版:選擇質量好、軟硬適中、無節痕、粗紋硬蕊木炭磨版,磨版要仔細,磨出的版面無有炭劃紋路,光滑潔澤、無油污雜脂,能使感光液塗布均勻附著牢固。

(2)塗布烘版:預先定好烘版機溫度、轉速,將磨好的銅版夾在版架上,開機旋轉。用清水沖洗版面後,在弱光下對版面塗有感光液,感光液要流布均勻、無條痕、無氣泡及無灰塵雜物粘附。烘乾時的轉速應視感光液濃度而定,膠膜不得過薄或過厚,烘乾版面溫度不能超過70℃,以避免感光膠膜出現暗反應,加速硬化,造成曬版後出現故障。塗布烘烤溫度一般為50℃,轉速60~80轉,時間5~10分鐘。

感光液配製

甲液

PVA(聚合度500,水溶85℃~90℃)100g

水      1000    cc

蒸煮1個半小時後過濾(約婆美4度)

乙液

 水      100    cc

重鉻酸銨  10~14g

待甲液冷卻至45℃時,兩液混和。

如果使用的PVA聚合度過高,曬版時易糊版,可在甲液蒸煮時加少量磺酸鈉、乙醇,冰醋酸等。

(3)曝光:膠膜烘乾後與底片藥膜相對密台放在真空曬版機內壓實進行曝光,曝光時間的確定,應根據氣溫高低、溫度大小、光源強弱等來調整。光源採用氙燈或其他燈具作光源,一般情況下燈距0.5~1米,曝光時間3~5分鐘。

(4)顯影:曝光後用清水沖洗淨版面未感光的膠膜,為便於觀察可用1%甲基紫染色,使版面呈現清晰圖像止,將版面用水沖洗乾淨。沖洗後如版面仍殘留少量蒙翳,可用棉花蘸水輕輕擦去,然後再用清水沖洗乾淨。

(5)堅膜:用10%鉻酸溶液浸20~30秒鐘,立即用水充分沖洗,沖洗乾淨後置放於版架上讓其自然乾燥。

堅膜劑中的鉻酸是一種強氧化劑,能使膠膜收斂脫水變得更加堅固。

(6)烤版

將鉻酸堅膜後的銅版用電爐或恆溫烘箱進行烤版。銅版版面膠膜經過烘烤由黃色變成牢固的棕紅顏色的琺琅質耐腐蝕膜。烤版溫度180℃~190℃,烤版時間10分鐘左右。

5.網點修理

網點修理之前,首先用淡三氯化鐵液刷淨版面殘膠雜質,並用清潔液處理版面。網點修理的一般方法是,用漆或轉寫墨(抗酸墨)按照網目角度方向將殘缺網點補好,光輝處網點,可描成與網線寬度一樣的線條,腐蝕後再刻成大小一樣的網點,陰暗處可接網自角度交叉描成方格狀,留出與版面網目大小一致的孔,並在網目銅版腐蝕之前用漆將銅版背面塗蓋。

刻網點時應磨好刻刀,刻刀與普通鋅版刮刀一樣,只是刀刃尖端向上翹超10°左右,以利向前推動,刻劃出槽來。

6.腐蝕

網目銅版的腐蝕分內機械、靜液結合腐蝕和靜液腐蝕兩種。但靜液腐蝕在腐蝕手法上又有向上或向下腐蝕、修塗分層腐蝕、刷灰腐蝕等多種技法,現分別介紹如下:

(1)靜液版面向下腐蝕

將版面刷淨,用夾版夾住銅版兩邊,圖文面向下,斜插進腐蝕液中,然後輕輕移動腐蝕的銅版,排除附在銅版版面上的氣泡,避免因氣泡的產生而使版面和三氯化鐵腐蝕液隔離,形成某一部位網點不能腐蝕而造成廢版。

腐蝕一段時間後,網點四周側壁均腐蝕掉一層,網點膠膜四周懸空成蘑菇頂形狀,觀察網點大個可利用膠膜反光情況來判斷,膠膜四周因無銅支持不反光,中心部位因未腐蝕有銅支持而呈現反光亮點,其亮點大小即是已腐蝕成網點的大小。

(2)靜灑版面向上腐蝕

靜液版面向上腐蝕易使三氯化鐵與銅作用後產生的雜質沉於網點的底部,結果阻礙三氯化鐵液向深處腐蝕,只能腐蝕網點四周邊緣,長時間腐蝕下去會使版面層次松淡、而網點深度則不夠,所以這種腐蝕方法,只適用於使陰暗部位減淡的圖像。

(3)修塗分層腐蝕

網目銅版採用一次腐蝕往往使版面低調層次丟失而色調平淡,畫面不夠鮮明。因此,大都採取分層修塗腐蝕,以使各層次突出鮮明。分層修塗腐蝕的順序為陰暗調 ──次陰暗調——中間調——次光亮調——光亮調。第一次腐蝕使陰暗部位的網點達到要求,在第一次腐蝕完畢後,進行第一次修塗。塗蓋最陰暗部層次不讓繼續腐蝕,接著進行第二次腐蝕,使陰暗層次與次陰暗層次拉開,腐蝕時間不要多,第二次腐蝕完畢後,進行第二次修塗,塗蓋陰暗層次及次陰暗層次。第三次腐蝕,使中間調層次與決陰暗調層次拉開,第三次腐蝕完畢後,進行第三次修塗,除光輝部位空塗蓋起來。最後腐蝕,將光輝點爛至一成以下,呈出明亮感覺。在分層修塗腐蝕中一定要掌握好修塗腐蝕的時間,它們之間的時間比一般為5︰1︰2︰2。通過分層修塗腐蝕,基本上能達到版面層次分明,色調豐富的效果,但稿件千變萬化,在修塗腐蝕時應根據情況靈活運用。

修塗腐蝕應注意的幾個問題

①根據原槁色調及腐蝕時間的長短,決定用軟筆調或硬筆調。軟筆調用墨少而淡,用筆輕而柔,墨層塗在網點頂上即可,它適用於人物面部,遠山遠水與天空區分等明亮的層決。硬筆調用墨多而濃,用筆挺直有力,墨要全部蒙蔽網點,它適用於黑白分明整齊的輪廓、建築物陰暗整齊的邊緣等。

②塗墨前版面要處理乾淨,擦好碳酸鎂粉,修塗後用火烤使轉寫墨溶解後牢固地附在網點上。

③腐蝕前後均需用三氯化鐵液及清潔液將版面處理乾淨,腐蝕後還應用毛刷、毛氈等將網點周圍殘餘膠膜擦淨,以利再腐蝕。

(4)刷灰腐蝕

當光輝部網點腐蝕至二成至二成半時,將版取出,用水沖洗淨三氯化鐵液,先不要用清潔液整面,也不要用刷子刷,保留好網點周圍膠膜邊緣,將版烘乾。

將大小適宜的修筆(頭部剪去3/4)做一個小刷,用水刷去需要提亮度的部位。一般擦高調層決,使這部位網點頂上的膠膜邊脫掉,然後用清潔液沖亮版面(不能刷),再進行腐蝕,用這種方法,能使局部光輝部位的層次得以提高。

(5)機械、靜液結合腐蝕

將網目銅版先放在腐蝕機中衝擊腐蝕一段時間,待光輝部網點為二成左右時,再進行靜液腐蝕,如果完全採用機械衝擊腐蝕,會形成光輝部網點因空隙大受衝擊多腐蝕,而陰暗網點則因空隙小而受衝擊少腐蝕,會使版面層次生硬,而達不到質量要求。

7.網目銅版腐蝕中應注意的問題

(1)三氯化鐵腐蝕液隨著腐蝕銅數量的增多,而改變著腐蝕液的顏色,由金黃色→黃褐色→黃綠色→黑綠色,腐蝕性能也隨之降低,因此應經常注意調整。舊的三氯化鐵腐蝕液表面極易生成一層氧化膜,如沾在銅版版面上,則妨礙腐蝕,造成斑點、條痕,使用前要隨時將覆蓋在液面上的氧化膜清除。

(2)三氯化鐵腐蝕液大量腐蝕銅同,在腐蝕液底部沉澱著許分的氯化銅等黃色雜質,這種雜質如沾在銅版版面上,也能造成事故,應經常清除槽內沉澱的雜質,保證腐蝕液清潔。

(3)三氯化鐵腐蝕濃濃度大小對腐蝕銅關係很大,濃度在婆美38~40度左右為宜,室溫一般在25℃左右。當濃度過大時,分子活動遲緩,腐蝕中生成的氯化銅不能迅速離開銅版版面,而使腐蝕作用減慢;當濃度過小時,分子易活動,則腐蝕速度加快,客易使銅版版面網目粗糙不光潔,低調層次散淡;如果過量加水,三氯化鐵則生成氫氧化鐵,失去與銅置換氧化還原作用。因此,要根據腐蝕版畫情況,注意調整腐蝕液濃度。腐蝕製版時最好不要全部使用新配製的三氯化鐵腐蝕液,要新舊腐蝕液配合使用效果才好。一般較細的網目版,如130線、135錢可用婆美40度新舊液各半的腐蝕液為好,較粗的網目版如 85錢可用婆美38度新液2/3,舊液1/3腐蝕液為好。

(4)三氯化鐵腐蝕液的溫度對腐蝕銅版影響也很大,同樣的腐蝕液在不同溫度下,腐蝕銅的速度差別很大,溫度高腐蝕就快,反之則慢,溫度低一倍,腐蝕速度也低一倍。溫度太高的三氯化鐵腐蝕液對銅版網點側壁腐蝕增大,網點很快變小但深度不夠,溫度過高或過低對腐蝕網目銅版都不利,所以腐蝕的溫度要保持一致,一般控制在25℃左右。

(5)三氯化鐵腐蝕液應具弱酸性,酸度太大,易造成脫膠膜現象。檢查酸度大小,可用棉花球蘸氨水接近三氯化鐵液面,如果發生大量白煙則表示酸性太強了,可與酸度較小的舊三氯化鐵腐蝕液調和作用。

二、無粉腐蝕銅版製版

1.無粉腐蝕銅版的原理

無粉腐蝕銅版是依據衝擊學說和熱溫差學說而成立,是物理作用和化學作用的結果。

保護劑加在三氯化鐵腐蝕液中,在機械攪拌下,均勻散佈在三氯化鐵腐蝕液裡,在腐蝕過程中與銅作用形成一層薄薄的白色絡合物的保護膜,由於在版面上附著力的不同,通過機械的垂直衝力達到腐蝕的目的。

恆溫的腐蝕液在腐蝕過程中,由於銅版版面空白部位被腐蝕,生成化學反應熱,而圖線部位未被腐蝕不生成熱,就形成版面溫差,在空白與圖線交界處形成極差,這樣保護劑的吸附版材上的保護力也就不同,對衝擊和腐蝕液產生相應的抗力。銅版版面空白部位絡合物受衝擊被沖掉,使銅版空白部位受三氯化鐵腐蝕液的腐蝕,而圖線側壁因衝擊力小仍然附著絡合物薄膜而起到保護作用不受腐蝕,隨著時間的增加腐蝕不斷加深形成坡層,得到凸出的圖紋或線條,而達到印刷的要求。

無粉腐蝕的深銅版多使用於大批量印件的印刷,以及電化鋁燙印、包裝商標之美的壓凹凸產品。

2.腐蝕液配製

將三氯化鐵用水攪拌溶解,用婆美表測得三氯化鐵液濃度為婆美28度時,再加入少量的鹽酸,腐蝕液配製完成。

3.保護劑配製

保護劑由二硫化甲□、乙烯基硫□和婆美28度的三氯化鐵液加熱熔化配成。其配方如下:

二硫化甲□    49g

乙烯基硫□    18g

三氯化鐵溶液  1250cc(婆美28度)

以上為22立升腐蝕機用一份保護劑稱量。

4.腐蝕

(1)腐蝕前的準備,腐蝕前應將腐蝕機箱內充分水洗沖擦乾淨,並調好溫度、轉速,工作狀態鈕調到準備位置,冷凍機接通水源;配製好清潔液等。

(2)腐蝕,先將腐蝕機內加入鹽酸150cc~200cc,再加入婆美28度的三氯化鐵溶液20升和保護劑半份650cc後,攪拌溫度降至24℃以下,然後開機攪拌10~15分鐘即可使用。

將需腐蝕的銅版版面刷乾淨,用清潔液流布版面之後上機腐蝕,溫度一般應控制在22℃~24℃,工作條件開始後,轉速應控制在380轉/分~450轉/分。腐蝕5分鐘後可停機迅速觀察銅版腐蝕情況,如未出現髒點,不光潔、坡度不正常等弊病,可繼續腐蝕至所需深度。腐蝕完畢後將版面處理清洗乾淨。

為慎重起見,可先用小塊銅版做腐蝕劑,觀察腐蝕效果和狀態,確定調整條件,再正式腐蝕印版。

(3)整版,整版就是修整版畫麻點,裁去多餘的邊角,直接印刷版可配底台用銑版機銑空地或對大空地挖空處理,即可上機印刷。

5.腐蝕工藝中應注意的問題

(1)新配製的三氯化鐵腐蝕液,容易使銅版版麵線畫腐蝕枯瘦、坡度小,可採用新舊腐蝕液各半調和後使用。

(2)保護劑在加放時,應隨腐蝕液滾銅量的多少酌情增減,如是使用新三氯化鐵液腐蝕時應先加半份保護劑,賸餘半份保護劑隨腐蝕銅量的增加而逐步加放。如是新舊三氯化鐵腐蝕液各半配合使用的,可少加一點保護劑。如果停機1~2天後再開機腐蝕時,第一次應先加四分之一份保護劑為好。

(3)22立升腐蝕機一份保護劑在腐蝕銅量達到800~1000g左右時,應更換腐蝕液。

(4)腐蝕液中加入適量鹽酸能使腐蝕的銅版版畫表面光潔,同時腐蝕速度也加快。如腐蝕液中酸過少則去出現坡度平,不光潔、毛糙,腐蝕慢等弊病。如腐蝕液中酸過多則會出現版面爛枯現象,要根據版面腐蝕情況相應地加以調整。

6.腐蝕中常見弊病及解決辦法

由於多種原因所致,在腐蝕當中,常會出現這樣和那樣的故障,這就要認真分析原因及時加以解決,現就腐蝕中常見的幾種弊病以及解決的方法列舉如下:

①坡度小、字面收縮,是溫度高、酸性大,保護劑少所致。

②坡度大、有麻點,是溫度低、轉速慢的原因所致。

③字小、坡度大,是保護液過多、轉速慢的原因所致。

④麻點多,是修版整面不清潔所致。

⑤點子爛掉,是保護劑少,轉速快所致。

⑥脫膠膜,是烤版的溫度和時間不夠,膠膜薄所致。

⑦坡度不均勻,是腐蝕機不水平,或前後攪拌時葉片轉速不同所致。

理想的印版要求底角為120°~130°,深度為90絲米~100絲米,肩部、地子光潔不扣,線條不收縮,字間不糊,無麻點,無爛損。由此可見腐蝕製版工作的重要,故此,作為一個製版工作者一定要按照操作規程去做,當出現問題時要能做出正確判斷,並要樹立製版為印刷服務,印刷為出版服務的正確思想觀念,才能把銅版腐蝕製版的工作做好。
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單刃鑽石切削www.tool-tool.com

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在過去四十年間,金屬及其它材料的超精密切削是精密工程中相當有成果的一種方法。仍是最堅硬材料的特色,而扮演著相當稱職的角色。

 

鑽石及 CBN均可用來磨削出精密加工表面鑽石車削(SPDT)表面粗度之影響要因

*進給量(Feedrate)

*刀具幾何形(Tool geometry)

*切削深度(Depth of cut)

*切屑(Chips)

*切削液(Coolant)

*工件材料特性與處理(Material properties and treatment)

振刀現象(Chatter phenomeno

q10.gif (1067 bytes)不適合以鑽石刀具切削之材料

1.在高溫有氧的環境下,會促進鑽石刀具之氧化的觸媒作用,造成鑽石刀具迅速氧化(石墨化)之材料。如鐵族之鐵、鈷、鉻、鈹、鎳、鎂等。

2.在高溫時,易與鑽石的碳結合成碳化物,造成鑽石刀具的摩耗之材料。如鈦、鉭、鋯、鎢、鉬等。

可先粗加工到非常接近要求尺寸,鍍上一層可以用鑽石切削的材料,再作切削。

 

精工01-009.gif (12839 bytes)

精工01-010.gif (7163 bytes)

q14.gif (387 bytes)一般切削模式 q14.gif (387 bytes)鑽石切削模式

精工01-011.gif (12633 bytes)

依據單晶或緻密多晶形式,而分別為單刃鑽石切削,固定磨料模式的多刃切削(即磨削)及自由磨料模式(拋光,擦光等)。惟由於碳易受到鐵或鋼的化學侵蝕而造成鑽石刀具的壽命變得很短,因而多應用於非金屬的切削。可得峰--谷間相差3--4nm的超平滑面。

高精密的實體切削加工通常都需要有可產生很微細切削的刀具。刀小於 lum的切削厚度時,工件材料及刀具中心剪應力會增加得相當快速,必然地產生刀具的快速磨損。其理由在於金屬結晶中的移動性差排列分佈接近於零,切削力也就必須克服結晶中的巨大原子鍵合力方可達到切削目的。

精工01-006.gif (10023 bytes)

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