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        晚熟的科技
        在石器时代，金属非常罕见，因此备受珍惜。铜和金是当时仅有的金属来源，因为地壳上只有这两种金属是自然存在的（其他都必须从矿石提炼），只是数量不算多。地壳上也有铁，但绝大部分来自天上的陨石。

       关于从天而降的金属，没有人比家住波斯尼亚北部的拉伊奇（Radivoke Lajic）体会更深了。
        2007 年到2008 年，他家就至少5次遭陨石击中。在统计学上来说， 发生这种事的概率实在微乎其微，拉伊奇说外星人锁定了他家，听起来还满有道理的。他在2008 年发表这个看法，结果他家又遭陨石击中一次。科学家调查后证实是陨石没错，并开始研究他家附近的磁场，希望找出这非比寻常的高频率背后的原因。

        拉伊奇展示2007 年以来击中他家的五块陨石
        少了金、铜和陨石铁，我们石器时代的老祖先就只能用燧石、木头和兽骨制作工具。使用过这些材料的人都晓得，用它们做成的工具用途相当有限。木头一敲不是碎了、裂了，就是断成两截，石头和兽骨也不例外。金属跟这些材料根本上就不相同，金属可以锻造——加热后会流动且有可塑性。不仅如此，金属还愈敲愈强韧，光靠打铁就能使刀刃更硬，而且只要把金属放入火中加热，就能反转整个过程，让金属变软。

        一万年前最先发现这一点的人类，终于找到一种硬如岩石又像塑料般可以随意塑形，还能无限重复使用的材质。换句话说，他们找到了最适合制作工具的材料，尤其适合制作斧头、凿子和刀锋之类的切割用器具。

        我们的老祖先一定觉得金属这种软硬自如的能力非常神奇。我很快发现，布莱恩也有同样的感受。他说他没有什么物理和化学知识，全凭反复尝试错误设计出他的发明，但终究成功了。他希望我能帮他测量经他的机器操作后，刀刃锐利度的前后差异，因为拿得出这种证据，他才有本钱跟剃须刀公司好好谈生意。

       金属晶体示意图，剃须刀内的晶体便类似如此，其中的成排小点代表原子
       金属由晶体组成，这个想法可能很怪。因为提到晶体，我们通常会想到透明的多面体矿石，例如钻石或翡翠等。金属的晶体特质从表面看不到， 因为金属不透明，而且晶体构造通常小到必须用显微镜才看得见。使用电子显微镜观察金属晶体，感觉就像看到铺得毫无章法的地砖，晶体内则是驳杂的线条，称为“位错”。位错是金属晶体内部的瑕疵，表示原子偏离了原本完美的构造，是不该存在的原子断裂。位错听起来很糟，其实大有用处。金属之所以能成为制作工具、切割器和刀刃的好材料，就是因为位错， 因为它能让金属改变形状。
 
        在这张简图中我只画了几个位错，方便读者想象。一般金属内的位错数量惊人， 而且会重叠交错
        你不必用到锤子就能感受位错的力量。当你拗回形针时，就是把金属晶体弄弯，要是晶体不弯，回形针就会像木棍一样碎裂折断。金属的可塑性来自位错在晶体内的移动。位错移动会带着微量的这种物质，以超音速从晶体的一侧移向另一侧。换句话说，当你拗弯回形针时，里面有将近100,000,000,000,000 个位错以每秒数千米的速度移动。虽然每个位错只移动一小块晶体（相当于一个原子面），但已经足以让晶体成为超级可塑性的物质，而非易碎的岩石了。

        金属的熔点代表晶体内金属键的强度，也代表位错容不容易移动。铅的熔点不高，因此位错移动容易，使得铅非常柔软。铜的熔点较高，因此也较坚硬。加热会让位错移动，重新排列组合，结果之一就是让金属变软。

        对史前人类来说，发现金属是划时代的一刻，但金属数量不多的基本问题仍没有解决。其中一个解决方法，是等天上掉下更多陨石来，但这么做需要很有耐心。每年约有几公斤的陨石掉落地球，但大多数都落入了海中。后来有人发现了一件事，这个发现不仅终结了石器时代，更开启一扇大门，让人类获得了一样似乎永不匮竭的物质：他们发现有一种绿色石头， 只要放进热焰里再覆以火红的灰烬，就会变成发亮的金属。我们现在知道这种绿色石头是孔雀石，而发亮的金属当然就是铜。对我们的老祖先来说， 这肯定是最神奇的发现，遍布四周的不再是毫无生气的岩石，而是拥有内在生命的神秘物质。
         我们的老祖先只能对孔雀石等少数几种岩石施展这种魔法，因为要有效地把石头转变成金属，不仅得先认出正确的岩石，还要仔细控制它的化学状态。但就算某些石头无论加热到多高温度都还是顽石，丝毫没有转变， 我们的老祖先肯定还是觉得这些石头藏有神奇的奥秘。他们猜得没错。加热法适用于提炼许多矿物，只是那是几千年后的事了，在人类了解其中的化学原理，知道如何控制岩石和气体在火焰中进行的化学反应之后，熔融法才真正有了新的突破。

         没有金属铜，就没有金字塔
         大约从公元前5000 年起，我们的老祖先便不断尝试错误，精进炼铜技术。铜制器具不仅促成了人类科技的突飞猛进，还催生了其他技术，以及城市和第一波人类文明的出现。埃及金字塔就是铜制器具大量应用的结果。建造金字塔用的岩石都是从矿场挖出来，再用铜凿子一块块削成固定大小。据估计，古埃及人挖掘了大约一万吨铜矿，制造出三十万把铜凿子。这是空前的成就。

         少了金属工具，就算召集再多奴隶也盖不出金字塔。尤其铜凿子因为硬度不够，并不适合凿切岩石，拿来敲打石灰石很快就会变钝，这使得这项成就更显得了不起。专家估计，铜凿子每敲几下就得重新磨利才能继续使用。铜不适合做剃须刀也是同样的道理。

         金也是硬度较低的金属，因此戒指很少用纯金制作，否则很快就会刮坏。但只要加入百分之几的其他金属（例如银或铜）来形成合金，就会改变金的颜色：银会让金变白，铜会让金变红，不仅如此，形成的合金还会比纯金硬，而且硬上许多。金属只要掺入少量其他物质就会改变性质，这是研究金属的乐趣所在。

         以金银合金为例，你可能好奇银原子到哪里去了。答案是，银原子就嵌在金块的晶格里，占去一个金原子的位置。正是因为银原子的取而代之， 金子才会变硬。

         金银合金的原子结构图，银原子取代了晶体内的部分金原子

         合金通常比纯金属坚硬，原因很简单：外来原子的大小和化学性质，都跟原本的金属原子不同。因此嵌入后会扰动原本金属晶体的物理和电子结构， 产生一个关键后果——让位错更难移动。位错更难移动，晶体形状就更难改变，金属也就更坚硬。因此，制造合金就成为防止位错移动的一门技艺。

         在自然界中，其他晶体里也会发生原子取代。纯氧化铝晶体是透明的， 但只要其中含有铁原子就会变成蓝色，也就成为俗称的蓝宝石。同理，纯氧化铝晶体包含了铬原子也会变色，成为红宝石。

         从黄铜时代、青铜时代到铁器时代，在文明不断发展中，合金也愈来愈坚硬。黄铜很软，属于天然矿产，而且容易熔冶。青铜比黄铜坚硬许多，是铜的合金，含有少量的锡，偶尔还包括砷。因此，如果手上有黄铜又知道方法，只需要一点功夫就能做出强度和硬度都比黄铜高十倍的武器和剃刀。唯一的麻烦是锡和砷非常稀有。青铜时代的人开发了许多精心找出的贸易路线， 从康瓦尔和阿富汗等地运送锡矿到中东各文明的中心，就是为了这个目的。

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