攸關生存的金屬
金屬具有完全不見於其他材料的種種特性。有些十分堅硬、強韌，適合用來製造工具，武器或結構零件，好比釘子或完整大梁。不過金屬也具有可塑性，不像陶瓷那麼酥脆——金屬受壓時會變形，不會碎裂，還可以拉成細絲，能用來固定、製造圍籬或傳導電力。多種金屬還能抗拒非常高的溫度，是打造高性能機器的理想材料。
你在「大墜落」過後，必須盡快重新養成的能力，不只是掌握用鐵，還得加上鐵碳合金：鋼。鋼含有鐵、碳混合原子，而且遠遠超過各部分的加總。把碳原子納入，大幅改變了金屬的特性，而且你可以因應不同用途，改變碳原子比例，從而控制鋼的強度和硬度。
我們到後面才會檢視，該如何從無到有，開始製造鐵和鋼，因為緊接災後，你肯定很容易就能撿到鋼鐵材料。只要重新學會鐵匠的傳統技能，這些撿來的品項，也就可以活化再利用：在平爐（編按：有蓄熱室的煉鋼爐）或鍛造爐上的砧板一邊處理作品，一邊讓它保持灼熱，同時也用鎚子和鐵砧改造外形。綜觀整段文明史，人類之所以有辦法利用堅硬的鐵，理由便在於，鐵受熱會暫時改變物理特性，質地軟化並具展延性，得以搥打塑造成形，輾軋成薄片或者抽成管、線。這很重要，因為這表示，你可以使用鐵製工具來處理鐵材，製造出更多工具。
如何加工鐵器
用鐵製造工具，最重要的知識就是有關於如何讓鐵硬化的原理——淬火和回火。要讓鐵硬化，可以把它加熱至火紅，好讓內部鐵碳晶體，轉化為硬組態的同素異形體（編按：同一元素因為分子式排列方式不同而有不同的物理形態，但化學生質相似）（它沒有磁性——這可以在加熱時檢測）。不過隨後若是讓它緩慢冷卻，這種晶體就會恢復原來形式，所以必須急速冷卻，才能得到你想要的。採淬火加工，再把高熱鐵件泡進水中或油中。然而堅硬的物質也會很脆——易碎裂的鋼鎚、劍或彈簧都毫無用處——所以製品淬火之後還必須回火。這種做法是再加熱，維持較低溫度一段時間，讓某個比例的分子結構鬆弛開來——刻意犧牲材料的部分強度，換回一些柔軟度。你可以經由回火來調節鐵的材料特性，而這就是因應功能來需求改造金屬的基本要點。
還有一項重要技術到比較晚近才發展成形，那就是銲接，用已融金屬來膠合金屬。乙炔能產生的熱度，凌駕所有可燃氣體，在氧氣流中的燃燒溫度超過攝氏三千二百度。要產生銲接氣炬，可以經由一支點燃的噴嘴，分別控制加壓氧和乙炔氣流。純氧可以藉由電解水取得，或者往後將液化氣體分餾後來取得。乙炔可以取水與碳化鈣塊相互反應後釋出，而碳化鈣本身，則是取生石灰和木炭（或焦炭）一起擺進火爐加熱生成，這兩種物質我們已經介紹過了。除了膠合金屬，氧乙炔火燄還能做為鋼鐵的切割氣炬，產生氧氣噴流來燒熱金屬，再切出整齊的線條。
電弧銲機所產生的溫度還更高，約可達到攝氏六千度——如舞動閃電的威力。串接一批電池或使用一台發電機，就能產生充足電壓，持續觸發火花（或電弧），躍過目標金屬和碳電極的間隙，讓電極在金屬表面移動，就能銲熔或切割。這種臨時湊合的氧乙炔氣炬或電弧切割機，是拾荒小組奉派進入死寂城市時不可或缺的設備，可以用來拆解廢棄殘骸，拾回最有用的物資。使用電弧爐是熔解廢鋼料，回收再利用的有效做法。電熔爐基本上就是台巨型電弧銲機，電力從大型碳電極湧現，通過金屬並熔解，裡面還有石灰岩助銲劑，用來去除雜質，表面化為熔渣，熔鋼則如水壺倒水般傾倒出來。使用可再生電源來運作的電弧爐是一門必須掌握的重要技術，這樣才能紓解末日後世界對熱能燃料的需求。
不過取得金屬物資的能力，只做對一半，你還必須能夠熟練處理這類材料，依你所需樣式打造成形。假使你找不到還能操作的工具機，那麼你有多少機會，可以從頭製造出新機具？
製作小型工作室
一九八○年代，一位機械師提出了一項優雅的例證，他打造出一個支具齊備的五金工作坊——包括車床、金屬成型機、直立鑽床和銑床等一應俱全——材料不過就是黏土、沙、木炭和幾塊廢金屬。鋁是個不錯的選擇，因為鋁熔點低，方便鑄造，而且非常不容易腐蝕，因此就算在末日災變過後許久，依然可以找到。
這項出色計畫的核心是個小型鑄造設備，撿來的金屬桶，裡面鋪了一層黏土耐火內襯，使用木炭焙燒，並從桶側導入氣流來強化燃燒作用。用這台火爐熔化撿來的鋁，已經綽綽有餘，接著就可以把熔融金屬倒入模範裡，鑄造出五花八門的機具零件。外範的製造原料可以採用細沙混入黏土（做為黏著劑）並添點水，接著讓它緊緊包覆內模，外框則是個兩件式木盒。
以下影片，示範了如何用生活中可見的器具製作一個小型鑄造廠，並在融化鋁罐後，用沙範創造出五花八門的器具。
要打造的第一台機器是車床。簡單的車床含一件平坦長梁，稱為床座，頭座固定於一端，另一端則是尾座，能鬆開鎖具並沿著床軌左右滑動。工件裝置於頭座上的心軸——或栓在面板上，或以可動爪夾頭鉗住——接著整個工件由一套滑輪或齒輪系統帶動，繞著這個中心軸旋轉，至於原動力就看你已經駕馭了哪些類型（水車、蒸汽機或馬達）。尾座可以用來支撐工件的另一端，並能因應不同長度沿著床座滑動，也可以裝上鑽頭等工具，於是你就可以旋轉工件並沿著中心軸線鑽孔。車床還有個刀座，上面安裝切削工具，同樣能沿著床座滑動，由於採用橫滑台，能精準調校工件位置，邊轉動邊切削，雕琢出合宜的剖面。最令人稱奇的是，這台車床不只能夠複製出它本身的所有零組件，打造出更多車床，而且當你憑空徒手製造這第一台車床，還在初步階段之時，已經可以利用它來打造出其餘必要零件，完成這項設備。
為了能在工件上切出精確螺紋，你必須沿著床座方向安裝一根長條導螺桿，就能順暢移動刀座，而且最好是與頭座、心軸的齒輪耦合，讓雙方動作完美協調。你在末日後世界真正得期盼能撿到已經做好的長條導螺桿，因為要切削出螺距固定的螺紋，可說難如登天。依我們的歷史經驗，第一道精密的金屬螺紋是歷經反覆改良，走過漫長進程，才終於打造成形，接著才以此製造出其他眾多成品，你肯定希望不必再次走過這趟路程。
一旦車床到手，你就可以運用它來製造組件，完成其他遠遠更為複雜的工具機，好比銑床。車床的用途是利用車刀來處理在夾頭上旋轉的工件，銑床則是用轉動車刀，切削固定在夾頭上的工件，具有十分廣泛的功能——有了銑床之後，你大致就能打造出其他零件。所以這項示範，也就相當於技術史的縮影：簡單的工具製造出比較複雜的工具，包括自己的進化版，並反覆這個循環，一步步向上推展。
從礦石中分離金屬
不過萬一你找不到純化金屬供鍛造或鑄造，或者你能撿到的都已經用光了呢？你該怎樣從岩石煉出金屬？冶煉的原則是去除礦石中金屬化合物的氧、硫或其他元素。這必須消耗一種燃料來達到高溫，還要一種還原劑和一種助熔劑。木炭（或焦炭）是發揮頭兩樣功能的極佳用料，它能燒出猛烈火燄，在熔爐中燃燒時，還會釋出一氧化碳，這種強效還原劑能去除氧氣，留下純金屬。簡陋煉鐵爐的藍圖，看來就像燒製石灰的窯爐設計。爐內裝填了一層層木炭燃料和粉碎的鐵礦石。礦石混入一些石灰岩，做為助熔劑來降低耐火脈石（無利用價值的固體礦物）的熔點，讓它在爐內化為液體並吸收金屬雜質。助熔劑形成熔渣並流掉，於是你就可以從爐中提取純金屬珍寶。
倘若熔爐的運作溫度，達不到足以熔鐵的高溫，那麼你就必須取出海綿團狀固體金屬，擺在鐵砧上搥打，讓鐵融合在一起並打出殘留熔渣。這種純熟鐵還不夠堅硬，不能用來製造工具，必須再次用木炭猛烈加熱，吸出一些碳並形成鋼材，接著又一次擺上鐵砧處理。這樣反覆摺疊、打扁，基本上就是在攪拌固態材料，產生出均勻的鋼材，最後便可以拿來鍛造成最後形式。這是會令鐵匠腰酸背痛的苦工，而且鋼材產量也嚴重受限。發展出現代文明的關鍵，是養成有效大量製鋼的產能。底下就告訴你該怎麼做。
解決之道是強力鼓風讓空氣向上流過層疊爐料，增強燃燒。中國人在公元前五世紀就發明了鼓風爐（比歐洲早了一千五百多年），隨後並改良設計，使用水車驅動活塞風箱。為達到更高效能，加熱到更高溫度，可以使用從熔爐煙道逸出的高熱燃燒廢氣來預熱空氣，鼓風入爐。鼓風爐中剛熔煉完成的鐵材吸收了許多碳原子，於是熔點便降到攝氏一千二百度。金屬液化從爐底流出，沿著地面的溝渠，再注入一列鑄範。最終成品就是生鐵（pig iron，直譯為「豬鐵」）——起這個名字是由於，中世紀鑄造工匠認為，那一個個鑄範，看來就像一窩新生小豬依附著母豬吸奶。
這種含碳量高的鐵，熔點降低了，必要時可以重新熔解，像熱蠟一般倒入範中。因此鑄鐵工序變得非常便利，能快速鑄造出種種品項，如鍋子、管路或機械組件等，維多利亞時代的人，還製造出許多鑄鐵大梁。不過鑄鐵有一項嚴重缺陷：由於含碳量高，質地很脆，舉例來說，鑄鐵橋梁有個缺點，一旦結構元件受力彎折或拉伸，整座橋梁往往就會崩塌。
後來是一項革新發明，才真正使工業革命後期不斷發展下去，採這種做法，就能把鼓風爐所煉出的生鐵，輕鬆變換成鋼材。就碳含量而言，鋼的比例介於純熟鐵和酥脆的生鐵或鑄鐵（3–4％）之間，從約含0.2％碳，用來打造機器齒輪或結構鋼材的堅韌鋼料，到約含1.2％碳，用來打造滾珠軸承和車床切削工具的堅硬鋼料。所以你該怎樣脫除含碳生鐵？
貝塞麥煉鋼轉爐（Bessemer converter）是個梨狀巨桶，內襯耐火磚，安裝在支軸上，因此桶子可以傾倒。先熔融生鐵，注入容器，隨後從桶底幾個開孔把空氣打進桶內，和冒出氣泡的水族箱幫浦增氧機相似。額外的碳原子和氧反應，化為二氧化碳逸出，其他雜質也經氧化，合成熔渣後清出。這裡有個很幸運的現象，碳原子燃燒時會釋出充分熱量，讓鐵裡外都保持熔融狀態。
這時會遇上難題，因為熔煉時必須把碳原子成分幾乎全部去除，卻仍得留下將近百分之一，實際操作時，很難準確判斷。掌握最後成分的訣竅，要靠事後反溯法，先進行轉化，直到你有十足把握，肯定所有碳原子都已經去除，接著就把你想放回純鐵裡面的最後碳原子依比例混入。這種貝塞麥煉鋼法是史上頭一種廉價的大量煉鋼法，你最好是盡快蛙跳返回這個時間點。
如果你所知道的文明已經不存在了，你要如何在新世界活下去？跳過原始生活，利用知識再開啟明治維新、工業革命，而末日後的新文明，會是什麼樣的文明呢？來自科學家的末日狂想，形成一本事事未雨綢繆的科普之書。《最後一個知識人》，臉譜出版。
趙振宇
Benson Qin Deng
