一把足够锋利的刀可以让做饭的整个过程变得轻松许多,这是因为手持锋利的刀具可以很轻易地完成对食材的切割。
一个最为典型的例子就是肉摊老板手中的刀具,使用这些刀具只需要在肉上轻轻一划,便可以将肉分为几块,整个过程不见用力,原因就在于刀具足够锋利。如此看来,“锋利度”似乎就是用来形容刀具切割能力的指标,但这其实只是一个误会,因为当锋利度提升到一定程度时,物体的切割或穿刺能力反而会下降,而世界上最锋利的物体则是什么也切不了。
什么是锋利度?
如果我们将“锋利”与“切割”分离开来,还真不太好说清到底什么是锋利。为了给锋利下一个准确的定义,科学家们从刀具的几何特性入手,总结出了两个关键的属性,一个是“尖锐度”,一个是“狭窄度”,也就是说当我们要确定一把刀具到底有多锋利时,只需要弄清这把刀具的两个属性就可以了,一个是这把刀到底有多尖,一个是这把刀到底有多窄。通常情况下,我们会把刀刃的尖端看做是一个无限小的点,但这只是理论层面的臆想,现实之中并不是如此。
刀刃的尖端并不是一个无限小的点,而是一个收缩形成的微小曲线,而这个曲线则可以被视为圆的一部分,或者我们可以通俗地理解为刀刃的尖端其实就是一个圆,而这个圆的半径就被称之为“边缘半径”。
边缘半径越小,刀刃尖端的圆就越小,所以刀刃也就越尖锐。越尖锐就越锋利吗?不,尖锐度只是锋利度的一个属性,还有一个属性是狭窄度。举一个简单的例子,同样是两把尖锐度相同的刀,薄的那把肯定是要比厚的那把更加锋利的。
什么是狭窄度呢?
从几何特性上来看,刀刃实际上就是一个楔形,楔形有两个平面,这两个平面之间的夹角越小,则意味着楔形越薄。知道了尖锐度,又知道了狭窄度,我们就可以确定一个物体的锋利程度了。在日常生活中,有些物体的宏观形状是一样的,但由于材质不同,所以锋利度也不同,这又是为什么呢?宏观形状一样其实就是狭窄度一样,此时决定锋利度的就是尖锐度了,而不同的材质可以塑造出不同的尖锐度。
比如在外科手术中有一种蓝宝石刀片,它就要比传统的钢制刀片更加锋利,原因就是这种蓝宝石刀片的边缘半径可以达到25纳米之小,非常尖锐,所以非常锋利。
如果把蓝宝石再换成黑曜石,则可以进一步将边缘半径缩小到3纳米左右,这意味着在刀刃的尖端只有几十个原子,这种手术刀所造成的创伤是非常小的,创口在术口也更容易愈合。既然如此,为什么不把所有的钢制手术刀都换成黑曜石手术刀呢?这就涉及到我们开始所说的那个问题了,越锋利的物体并不意味着它的切割能力就越强。
由于黑曜石手术刀的尖端只有几十个原子,所以它非常脆弱,只要稍不小心就有折断的风险。
一个稍微用力就可能折断的刀具是肯定不能被定义为“切割能力强”的。一个更为极端的例子是钨纳米针,它是世界上最锋利的人造工具,是作为扫描隧道显微镜的探针所使用的,它的针尖尖锐得只有一个原子,只要试图给它施加任何一点压力,它马上就会折断,所以说它的穿刺能力完全为零,这就是世界上最锋利的物体反而不能切割或刺穿任何东西。