打鐵花是擁有千余年歷史的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，一說(shuō)起源于北宋祭祀。當(dāng)表演者將高溫熔化的鐵水用力擊打向夜空的瞬間，鐵水如流星般劃過(guò)，瞬間迸射出萬(wàn)朵金花，將整個(gè)夜空照得如同白晝。

打鐵花作為古代鑄鐵業(yè)工匠祭祀祈福的活動(dòng)形式，一說(shuō)始于北宋，甚至可以追溯到更早的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期。被尊為道教祖師的太上老君也被冶鑄行業(yè)尊為祖師，因此打鐵花的民俗中融有深厚的道教文化。按照最傳統(tǒng)的技藝，表演現(xiàn)場(chǎng)依五行八卦之理筑起幾米高的花棚，棚頂鋪滿(mǎn)新鮮柳枝，枝條上綁滿(mǎn)煙花爆竹。表演者一手持上棒，棒上凹槽盛滿(mǎn)鐵水；另一手持下棒，向上擊打。鐵水飛起，觸及棚頂柳枝迸濺四散，在空中劃過(guò)萬(wàn)道光芒，綻放無(wú)數(shù)金花。同時(shí)引燃爆竹，令現(xiàn)場(chǎng)愈發(fā)熱烈。

打鐵花蘊(yùn)含著哪些科學(xué)原理？

首先要將鐵從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)。純鐵的熔點(diǎn)高達(dá)1535℃，而表演用的鐵水一般為1600～1800℃。之所以要將鐵熔化為液態(tài)，是因?yàn)樵诒硌葸^(guò)程中需要讓它分散開(kāi)。分散的過(guò)程伴隨著新表面的形成，這需要克服表面形成能。由于液體具有流動(dòng)性，可以通過(guò)變?yōu)榍蛐谓档托纬尚卤砻娴拿娣e，使液態(tài)的鐵更容易分散開(kāi)。為了降低表面能而體現(xiàn)在液滴表面的應(yīng)力，正是我們所熟悉的表面張力。

接下來(lái)是擊打與飛濺的過(guò)程。打鐵花的過(guò)程中需要將鐵水打得又高又散，這不僅要求表演者揮動(dòng)下棒時(shí)擁有足夠的力度，而且要較精準(zhǔn)地打在上棒盛有鐵水的凹槽處。這樣可以讓鐵水獲得較大的初始速度。鐵水在擊打、空氣中飛行及與交錯(cuò)的柳枝碰撞時(shí)，復(fù)雜的受力會(huì)讓其克服表面張力分散成無(wú)數(shù)細(xì)小的液滴，并朝著不同的方向飛散。每個(gè)液滴雖然初始溫度很高，但是由于足夠小、含有的熱量非常有限，又有較大的比表面積可以較快地向周?chē)h(huán)境傳熱，因此一般不會(huì)在落下后燙傷表演者。當(dāng)然，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練，擊打時(shí)力度或準(zhǔn)確度不夠，就可能被燙傷。

鐵水，為什么能變成 “花”？

首先，任何高于0K的物體都會(huì)不停地向周?chē)臻g發(fā)出熱輻射。普朗克定律告訴我們，物體熱輻射最主要的波長(zhǎng)與其溫度成反比，如在常溫區(qū)的物體一般輻射不可見(jiàn)的紅外光。因此金屬鐵在不同溫度區(qū)間主要輻射不同波段的光，從而表現(xiàn)為不同的顏色，例如，在600～800℃呈紅色，900～1200℃呈黃色，1300℃以上則呈白色。此外，鐵水組成的液滴還會(huì)發(fā)生燃燒反應(yīng)。期間，細(xì)小液滴表面的鐵原子與空氣中的氧氣充分接觸，并在固有的高溫下發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)、伴有放熱，生成三氧化二鐵（Fe2O3）及氧化亞鐵（FeO）。由于反應(yīng)放熱也會(huì)加熱液滴，使其維持高溫、呈現(xiàn)金黃甚至白亮的視覺(jué)效果。同時(shí)，由于鐵水中一般溶有一定比例的碳，它可以與鐵的氧化物反應(yīng)生成二氧化碳?xì)馀?。這些氣泡可以合并、破裂，令每個(gè)細(xì)小的液滴進(jìn)一步炸開(kāi)，這樣便呈現(xiàn)出火樹(shù)銀花的精彩瞬間。

同樣是 “玩火”，打鐵花和煙花有啥不一樣？

究其根源，在于導(dǎo)致發(fā)光的原理不同。打鐵花是靠高溫時(shí)的熱輻射發(fā)出的黃白的光，這是一種波長(zhǎng)連續(xù)的發(fā)光。而煙花則是靠焰色反應(yīng)發(fā)光的。煙花的核心成分是黑火藥，包括硫磺（S）、木炭（C）和硝酸鉀（KNO3），三者被引燃后產(chǎn)生氣體、劇烈膨脹從而發(fā)生爆炸，并伴有強(qiáng)烈放熱。對(duì)于一種特定的金屬元素，會(huì)擁有獨(dú)特的電子能級(jí)結(jié)構(gòu)，在接收能量后電子會(huì)在這些能級(jí)之間躍遷，火藥成分中的鉀離子會(huì)發(fā)出紫色光。然而硝酸鉀中往往混有硝酸鈉，鈉離子發(fā)生焰色反應(yīng)會(huì)發(fā)出黃光，掩蓋前者的紫色光，因此古代的煙花一般呈現(xiàn)黃色?，F(xiàn)代的煙花會(huì)摻入更多金屬鹽實(shí)現(xiàn)豐富的顏色，比如，鈣（Ca）、鍶（Sr）、鋇（Ba）鹽分別可以呈現(xiàn)橙紅、紅色和綠色。此外煙花中還可能摻入鎂（Mg）或者鋁（Al）的粉末作為發(fā)光劑提高亮度，其原理與打鐵花類(lèi)似，都是金屬燃燒放熱后處于高溫狀態(tài)的熱輻射。

可見(jiàn)，火樹(shù)銀花的背后，既是跨越千年的文化傳承，又閃爍著科學(xué)的極致浪漫。

本文摘編自雜志2025年第3期，文章內(nèi)容略有刪改。

實(shí)習(xí)編輯 | 張佳慧