理屈がわからないまま作っていた──前近代の金属技術
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今回のテーマは金属で、主に技術の歴史を扱います。深井さんは「金属の歴史をこの1回でさらっと全部やる」と宣言して話を始めています。
最初のポイントは、古代から前近代まで、人類は鉄を作っていたものの、なぜできるのかを理解していなかったという点です。こうすればこうなる、という手順は知っていても、融点が何度なのかといった理屈はわかっていませんでした。
鉄を作ってんだけど、みんなよくわかってないの。こうしてこうしたらできるってことはわかってるんだけど、理屈わかってないの。
楊さんは、理屈がわかるとは普遍的な理論が抽出されている状態だと補足します。理屈がわかっているということが近代科学であり、手順だけを知っている段階は「技術」として成り立っていた、という区別がこの回の土台になります。
石器から青銅器へ──偶然見つかった金属加工
話は旧石器時代から始まります。当時、人類にとって重要だったのは石器を作る技術でした。火打ち石のような石をぶつけて割り、割れたものをナイフやのこぎり、斧のように使っていたのが旧石器時代です。
新石器時代になると加工技術が進み、ヤスリで石を磨いたり、硬い石を成形したりできるようになります。石と木の棒を組み合わせてクワや鋤といった農耕器具も作られました。
ヤスリで石を削って殺傷能力を高めることで他の動物を殺せるようになって、それで狩猟社会が爆誕するっていう。
続いて青銅器の時代に入ります。石をたくさん観察していた新石器時代の人々が、キラキラした石を燃やすと溶けることに気づいたのがきっかけだと考えられています。天然の金属を木炭と一緒に焼くと溶ける、という発見です。
銅の融点は鉄より低く、木炭程度の火力でも溶かせます。さらに銅にスズが混ざると融点が下がり、これが青銅です。青銅 ── 銅とスズの合金。純銅よりも融点が低く溶かしやすいため、高い火力を出せない古代でも加工しやすかった。
このキラキラした石とこのキラキラした石を一緒に燃やすと溶けるとかが分かったんだよ。なんでかは分かんないけど。
技術は「たまたま」から生まれる──ニーズが先ではない
楊さんは、この発見の順番こそ技術の一般的なパターンだと指摘します。社会的なニーズがあって技術を開発する、というイメージを多くの人が持っていますが、実際の歴史はそうとは限らないと言います。
わからないけど、とりあえずものが出てきたら、じゃあこれなんかに使えるかもみたいな。こういう順番で技術として認識されて、社会に実装されていく方がやっぱ多い。
樋口さんは、これは現代の大学の研究にも通じると応じます。純粋に研究していたものが後から使えるとわかる、という流れです。深井さんも基礎研究が大事だと言われる理由がここにあると補足しています。
青銅器が耕した土地──都市と王政が生まれる
青銅器が作れるようになると、凄まじい効果が現れます。石では困難だった木の伐採や土地の開墾ができるようになったのです。
石で木切るってマジで大変じゃん。金属だったら切れるようになってくるんだよ。
開墾できる土地が増えると農業生産性が高まり、より多くの人口を養えるようになります。さらに河川の灌漑もやりやすくなり、大都市の形成につながっていきました。
エジプトやメソポタミアでは大規模な灌漑工事が行われました。大勢の人間を一つの目的に向けて動かす必要が生まれ、これが大規模な政治単位の形成を刺激し、王政の登場へとつながっていきます。
新しい社会構造が生まれるっていうね。
ただし青銅器には欠点がありました。一つは鉄より柔らかいこと、もう一つは数が少ないことです。特に古代世界ではスズが希少で、青銅は常に高価でした。そのため生活の重要な場面だけ青銅器を使い、それ以外は石器を使う節約が続いていました。
鉄はどこにでもある──だが融点という壁があった
この状況を覆したのが鉄の登場です。鉄はどこにでもあるからだと深井さんは説明します。楊さんも、鉄は埋蔵量が豊富で世界中に散在していると補足します。
鉄は地球で最も大量に存在する元素で、その存在比は質量比で32%にのぼります。磁石も列車のレールも自動車も冷蔵庫も、現代は鉄だらけです。
鉄の普及が青銅器より遅れたのは、一言で言えば融点が高いからです。純鉄は1536度でないと溶けず、銅が溶ける1084度とは大きな差がありました。
ただし鉄は炭素を吸収すると融点が下がり、1154度まで下がります。この現象が再現性のある法則として発見されるまでに時間がかかったと考えられています。
鉄は金属としてのパフォーマンスがやっぱ高いんですよね。硬いし、変形しにくいし、折れにくいし、粘り強さっていうのがある。
鉄をつくった民──プロトヒッタイトの発見
鉄を木炭と一緒に燃やすと赤くなり、叩くと形が変わる。これで加工できるとわかったのが最初の段階でした。ただしドロドロに溶かすにはもっと高い火力が必要で、当時はできませんでした。
かつて教科書では、ヒッタイトという民族が鉄技術の発祥だと長く言われてきました。しかし最新の研究では、ヒッタイトの前に別の人々がいて、彼らが鉄製造技術を持っていたようだと深井さんは語ります。プロトヒッタイト ── ヒッタイトより前に鉄製造技術を持っていたとされる人々を指す呼び方。「プロト」は「〜以前の」という意味で、正体が特定されていないことを示す。
ヒッタイトの前の人がいて、その人たちがどうやら鉄製造技術を持ってたみたい。この人たちがプロトヒッタイトって呼ばれてる。
楊さんは、製鉄技術には先行する基礎技術があると指摘します。金属を叩いて成形する技術を何千年もかけて培った先に製鉄技術があった、という見方です。
鉄が生まれた経緯として、銅を精錬する過程で偶然できたのではないかと考えられています。石の中に銅鉱石と鉄鉱石が混ざっていて、火力が弱いと鉄は燃え殻のような状態にしかならない。それをもう一度加熱すると鉄として精錬できたのではないか、という推測です。
青銅を作る過程で出てきたゴミみたいなやつをもう一回燃やしたろつって燃やしたら、なんかできたみたいな。
独占された鉄──滅亡が広めた技術
この鉄はおよそ4000年前には作られていたようです。作っていたプロトヒッタイトの人々を、ヒッタイトが征服し、職人として召し抱えました。技術が外部に漏れないよう厳重に管理していたのです。
企業秘密ってやつですよね。これが漏れちゃうと他の人たちも強くなっちゃう。農業生産性も上がるし、軍事的にも強くなる。
しかしヒッタイトはおよそ3200年前に滅亡します。この滅亡によって、独占されていた製鉄技術が流出し、ギリシャ人やエジプト人など当時のヨーロッパの人々へほぼ同時に伝わっていきました。
一方、中国は独自の道をたどりました。3300年前の段階で隕石の鉄を使っていたことがわかっており、これは精錬せずそのまま使えました。さらに中国の鉄鉱石は他地域より低温で融解したため、2500年前にはすでに全部溶かして鋳型に流し込む鋳鉄が行われていました。
鉄を全部溶かして鋳型に流し込む鋳鉄。複雑な機構や同じものの大量生産ができ、自由度が高い
熱して赤くした鉄を叩いて変形させる。溶かす技術が後発だった
森を切り開いた鉄──農業・思想・大帝国へ
鉄が伝わると、どこにでもある鉄鉱石のおかげで一気に普及しました。数が少なく普及しなかった青銅とは対照的で、製法さえ見つかれば大勢が使えるようになった点が決定的でした。
鉄製の斧は青銅器よりさらに硬く、森林を切り開けるようになります。青銅の斧は柔らかく希少だったため、ガチの森林地帯を切り開こうという気分にはなりませんでした。
鉄はありふれている上に硬いので、（森を切り開こうという）そういう気分になるんですよ。
森林地帯は雨がよく降るため、切り開くと農業がやりやすい土地でした。これで小規模で効率のよい農業が可能になり、農業生産性がさらに上がっていきます。
農業生産性が爆上がりした結果、全員が農業に従事しなくても生きていける状態になりました。一部の暇な人間が「世界って何か」を考え始め、ギリシャ哲学やブッダ、東アジアの諸子百家といった思想が生まれた、と深井さんは語ります。
もう一つの側面として、余剰生産を売り買いする商業が本格的にスタートします。鉄器による生産、商業、余剰生産、思想家の登場という状態を、強固な中央集権国家がまとめていきました。中国の秦、西のローマ帝国がその例です。
すげえな、マジバタフライエフェクト。
実際、漢帝国・秦帝国・ローマ帝国はだいたい同時期にでき、同時期に滅んでいます。製鉄技術がほぼ同時期に伝わったことと符合すると深井さんは指摘します。
鉄の武器と船が生んだ勢力──ギリシャからローマへ
鉄はさらに軍事と交通を変えました。鉄製の剣や槍で武装すると攻撃力が上がり、それに対抗するため鎧も鉄製になります。こうして鉄の鎧と武器で武装した重装歩兵が登場しました。
もう一つ重要なのが、ノコギリやノミ、釘が作れるようになったことです。これらの鉄製工具があって初めて、大きな船が作れるようになりました。
二百人の漕ぎ手の三段廻船。あんなでっかい三階建ての船が作れるようになったのは鉄製の工具があるから。
大きな船に重装歩兵を乗せ、近隣を征服し、沿岸地域を一つにつないで商業を発展させたのがギリシャで、それがローマへと発展します。鉄がなければエーゲ海を挟んだ両岸に同一文明があることも不可能だったと深井さんは語ります。
楊さんは、逆に鉄がないとどうなるかの事例としてインカ帝国を挙げます。スペインがインカを滅ぼせた理由の一つが鉄の武器で、インカ側は防具も織物、武器もこん棒でした。
スペインは鉄の鎧や鎖帷子を着てたけど、インカ帝国側はこん棒だったんです。これで滅んだんです、技術力の圧倒的な差で。
5百年かかった伝播──地域ごとに違う製鉄
製鉄技術は時間をかけて広がり、およそ500年かけてエジプト、ギリシャ、メソポタミアから周辺のヨーロッパ、アジア、北アフリカまで伝わったと言われています。
一つの技術が伝わるのに500年かかるのは古代の特徴です。深井さんは、現代なら生成AIのように1日で広まる技術もあると対比します。他の技術に支えられているかどうかが伝播の速さを決めるという指摘です。
技術の伝わるスピードが激早になってるってことは、新しい社会構造が誕生していくスパンも激早になってるってことですよね。
各地で製鉄条件も異なりました。日本は鉄鉱石があまり取れず、砂鉄が多かったため、たたら製鉄という特殊な技術が育ちます。たたら製鉄 ── 日本で発達した製鉄法。砂鉄を原料とし、炉に空気を送り込んで木炭で還元する。日本刀の材料となる粘りのある鉄はこの方法でないと作れないとされる。
このたたら製鉄じゃない限りは日本刀っていうのは作れないんだよね。その絶妙な粘度というかしなり具合らしいんだわ。
日本で製鉄技術が興ったのは6世紀後半で、世界的には遅い部類です。4000年前に製鉄していた人々や、3000年前に伝わった古代ギリシャと比べると、日本はその1500年ほど後のことでした。
高炉と大砲──鉄を「溶かす」革命
伝わった製鉄技術は現代に向けて段階的に良くなりますが、アップグレードまでが長く、大きな進歩は14世紀ごろでした。ヨーロッパに2500年前に伝わってから、2000年ほどはあまり変わらなかったのです。
その進歩が高炉の登場です。普通の炉より高さのある炉を作ると気温が上がることがわかりました。高炉 ── 高さのある製鉄用の炉。内部の温度が高くなり、それまで叩いて成形していた鉄を溶かして扱えるようになった。
高い炉と書いて高炉って言うんですけど、高くすると気温が上がるってことがわかってきた。
高温で鉄をドロドロに溶かせるようになると、型に流し込んで大砲が作れるようになります。赤く熱した鉄を叩いて筒状の大砲を作るのは難しく、継ぎ目の問題がありました。溶かして型で作れば、それが解決します。
ちょうど同時期にヨーロッパで火薬の使用も始まりました。火薬で使う大砲を青銅器で作るとすぐ爆発してしまう。そこでドロドロに溶かした鉄で大砲を作る流れが生まれ、戦争のあり方を変えていきます。エリザベス1世がスペインの無敵艦隊に勝った現象もこの延長にあります。
環境破壊と石炭──産業革命への転換
一方で同時期に環境破壊が進みました。発展するイギリスの製鉄業が木炭を使うため、大量の木が倒され、森林は使う量に対して回復が追いつきませんでした。
一つの溶鉱炉で一年ごとに半径約4キロメートルの円に相当する森林が破壊されてるっていう。一個溶鉱炉が建つだけでも荒野になる。
木炭が燃料的なボトルネックになり、際限なく作ることはできませんでした。これに代わって登場したのが石炭です。石炭は木炭より安価で、産業革命への突入を支えます。
ただし石炭をそのまま使うと、含まれる硫黄分で鉄がもろくなります。そこで石炭を蒸し焼きにして硫黄分を取り除く工夫が必要でした。18世紀にイギリスのエイブラハム・ダービー1世がこの方法を実現しています。
この時期は科学と技術が融合し始めており、ある程度の理屈を理解したうえで蒸し焼きにすれば取り除けるはず、という発想で進められたと考えられます。青銅器の偶然の発見とは、進め方が変わりつつありました。
ベッセマー転炉──鋼を大量生産する時代へ
石炭で高温を出し大量に作れるようになった結果、鉄は安価になり、さらに鋼を安く作れるようになります。鋼とは硬い鉄のことです。鋼 ── 鉄に炭素などを加えて硬さと粘りを高めた金属。同じ強度でも量を減らせるため軽量化でき、大規模な構造物に使える。
鋼は同じ強度でも量を減らせるため軽量化でき、大規模構造物を作りやすくなります。自重が軽く丈夫なので、軍艦や橋、建物を巨大に作れるようになりました。
具体的な転換点は1856年、産業革命後期にイングランド人のベッセマーがベッセマー転炉を発明したことです。融解した鉄を入れた容器に空気を吹き込むと、不純物が酸化して発熱し、連鎖的に超高温になる仕組みでした。ベッセマー転炉 ── 溶けた鉄に空気を吹き込み、不純物の酸化熱で高温を保ちながら鋼を大量生産する装置。鋼を安価に作れるようにし、産業や軍事を大きく変えた。
ベッセマーがこれに取り組んだのは、ナポレオン3世がクリミア戦争のために丈夫な大砲を求め、懸賞をかけていたからでした。技術革新が儲けや戦争のインセンティブで進んだ一例です。
製鉄一回の鉄鉱石の挿入で、25分間で2トンの鋼が作れるらしい。
この技術で丈夫で薄い大砲や、巨大な橋・船・エンパイアステートビルのような建物が作れるようになり、第一次世界大戦の軍艦競争をも可能にしました。ベッセマー転炉がなければ成立しなかったと深井さんは語ります。
鉄はずっとあった──「上手に溶かす」歴史
楊さんは、これまでの話を一言でまとめると「いかに鉄を上手に溶かすか」に尽きると言います。それだけで巨大なインパクトがあったのです。
一言で今までの話をまとめると、単にいかに鉄を上手に溶かすかどうかなんですよ。
樋口さんは、鉄は地球上に30%以上もあるのに、技術がなかっただけで使われていなかったと驚きます。酸化鉄はボロボロに錆びたようなもので、それが有用な鉄だとわかりにくかったのです。
鉄はさらに硬くなり、それを加工するにはもっと硬い金属が必要になります。こうしてタングステン鋼やマンガン鋼が生まれ、金属同士を組み合わせて新しい金属を作ることも可能になりました。ここには化学が導入されています。
レアメタルという次の壁──鉄の歴史は繰り返すか
最近ではレアメタルが注目されています。明確な定義はないものの、地球上の存在量が希少か、技術的・経済的な理由で抽出が困難でありながら、産業に利用したい金属を指します。レアメタル ── 存在量が少ないか採掘が難しい金属の総称。構造材料の特性向上や半導体などに使われ、産業に欠かせない一方で入手が難しい。
レアメタルのうち特定の17元素の総称がレアアースです。軽稀土類にはセリウムやネオジム、中・重稀土類にはガドリニウムやディスプロシウムなどがあります。採掘や加工の効率的な方法は、これから模索していく領域だと深井さんは見ています。
レアアースの需要は高まっています。強力な永久磁石にはネオジムやディスプロシウムが欠かせず、蛍光体にはイットリウム、風力発電やEVにもレアメタルが必要です。テスラのモデルSは1台あたりコバルトが9.9キロも使われているといいます。
中国のようにレアアースが産出する国は輸出禁止にするなど、希少な戦略物資として扱われています。深井さんは、鉄の歴史が持ったような凄まじいインパクトが、レアアースでも一部で起こり得ると語ります。
材料工学っていう分野ですからね。今ではAIとか使って開発されてるので、そのスピードも速くなっていくんじゃないですかね。
すべてはクロスオーバーする──技術の折り重なりが社会をつくる
鉄の技術革新が起こるたびに哲学が生まれ、それが人権にもつながり、戦争の勝敗をも決めてきました。深井さんは、その波及効果は測りきれないレベルだと語ります。
樋口さんは、基準値が上がるとそれがないと戦えなくなり、全員が新しい装備を余儀なくされ、そこで経済が動く、という連鎖を指摘します。同じ鉄同士でも硬い方が勝つ、という軍艦競争もその一例です。
金属の歴史には火薬や船がたびたび登場します。深井さんは、この後扱う火薬も鉄の技術がなければ発展できず、銃も鋳鉄技術なしには作れないと語ります。全部がクロスオーバーし、掛け算のように強くなっていくのです。
今の我々が生きている社会っていうのは、技術の折り合わせることで成り立ってるんだっていう風景ですね。
産業革命は儲けるエンジンで動き、戦争によっても促進されました。お金と戦争によって技術がすごい速さで進んだことを、深井さんは「なんとも言えない」と繰り返します。次回は蒸気機関や内燃機関といった汎用動力がテーマです。
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まとめ
金属の歴史は、理屈がわからないまま偶然と試行錯誤で始まり、青銅器が土地を耕し、鉄が森を切り開き、思想や大帝国、そして戦争までを形づくってきました。鉄はもともと地球上にありふれていたのに、上手に溶かす技術がなかっただけで長く使えなかった、という一点に、技術が社会を変える力の大きさが凝縮されています。
- 古代の金属技術は理屈の理解ではなく手順の発見で成り立ち、青銅器も鉄も偶然から生まれたと考えられる
- 鉄は地球上に最も多い元素だが融点が高く、炭素と組み合わせて溶かす技術が普及の鍵になった
- 鉄器による農業生産性の向上が余剰生産を生み、哲学・商業・中央集権国家の登場につながった
- 高炉・石炭・ベッセマー転炉という段階を経て、鋼を安価に大量生産できるようになり近代の巨大構造物や兵器を可能にした
- 現代はレアメタル・レアアースが新たな焦点となり、金属技術は今も社会を変え続けている
