利用物理學(xué)技術(shù)研究中國歷史的北京科技大學(xué)考古學(xué)家劉紹史(照片：陳曉雪)

作者| Robert P Crease

翻譯|張帥燕

學(xué)校翻譯|宋宇清

魏康兵用鼠標(biāo)拖動電子顯微鏡下的樣品(SEM)，陰森的圖像穿過了他的電腦屏幕。

25歲的魏強兵，正在利用掃描電鏡，將文物碎片放大至數(shù)厘米，以便分析其微觀結(jié)構(gòu)。從魏強兵的身后看過去，我感覺他就像是在谷歌地球上觀察一群不規(guī)則的小島。

魏強兵正在攻讀博士的科學(xué)史與文化遺產(chǎn)研究所，隸屬于中國冶金學(xué)頂尖學(xué)府——北京科技大學(xué)。他的老師之一劉思然博士畢業(yè)于倫敦的倫敦大學(xué)考古專業(yè)，博士論文題為 “帝制時期中國貴金屬生產(chǎn)及其社會重要性”。劉思然友好地帶我參觀研究所，并為我介紹其團隊用于 “冶金考古學(xué)” 研究的設(shè)備。

科學(xué)與歷史

參觀期間劉思然告訴我， 故宮在此類研究上有著更好的設(shè)備條件，那里的科學(xué)家甚至在 “上海同步輻射光源” 擁有專屬的應(yīng)用時間來分析文物。不過劉教授表示，相較文物成品，他和他的同事更關(guān)注當(dāng)初這些文物制造過程中的生產(chǎn)遺物。

“ 所有成品文物（如花瓶）都要遵循相應(yīng)的文化標(biāo)準(zhǔn)彼此之間非常類似?！?劉思然解釋道， “因此，分析成品很難幫助人們理解文物被制造的過程。相比之下，我更喜歡生產(chǎn)過程中留下的殘片——例如熔渣、烤窯部件、熔爐等等。它們更完整地保留了文物制作過程的信息?！?而這些信息又將反過來為中國歷史研究產(chǎn)出其他渠道無法獲得的信息。

的確，對于歷史文獻稀缺甚至空白的年代領(lǐng)域來說，考古學(xué)證據(jù)是研究者們唯一的信源。劉思然拿起一塊陶瓷碎片解釋道：“它來自于公元前兩千年左右的石器時代。通過分析這些殘片，我們就能得知當(dāng)時的人們使用怎樣的技術(shù)、是否會跟鄰居做交易，了解那個時代的經(jīng)濟活動?！?/p>

有時候，該研究所的工作也能幫助歷史學(xué)家完善已有故事。例如，最近劉思然課題組研究了宋朝（公元960–1279年）的鉛-銀冶煉技術(shù)。在那個年代，人口結(jié)構(gòu)和技術(shù)都處在劇變之中，紙張被廣泛應(yīng)用，印刷書籍開始流通，中華文明從口口相傳型轉(zhuǎn)變?yōu)闀鴮懹浭滦汀?/p>

“我更喜歡生產(chǎn)過程中留下的殘片——例如熔渣、烤窯部件、熔爐等等。它們更完整地保留了文物制作過程的信息?！薄?劉思然，北京科技大學(xué)

在宋代各項技術(shù)進步之中，中國北方的鉛-銀冶煉設(shè)備從熔爐到坩堝的轉(zhuǎn)變是其中濃墨重彩的一筆。另一方面，森林資源減少導(dǎo)致燃料從木炭轉(zhuǎn)變?yōu)槊禾?，也是?dāng)時的一項重要的技術(shù)變化。這兩者之間是否存在關(guān)聯(lián)？它們對同時期的其他事件有沒有產(chǎn)生什么影響？該所的研究發(fā)現(xiàn)了這兩件事之間有趣的聯(lián)系。

他們發(fā)現(xiàn)，早期的冶煉方法中，冶煉者使礦石和木炭在熔爐中共同反應(yīng)。但這種爐子不能直接燒煤，因為煤會隨著升溫、燃燒而變軟，并最終導(dǎo)致熔爐倒塌。想用煤，宋朝人就必須改變冶煉過程，把裝有礦石的坩堝放入燃燒的煤炭中，將礦石的還原與燃料在空間上隔離開。用煤冶煉還使得冶煉廠設(shè)在煤礦邊比設(shè)在礦山邊更適合，因為冶煉所需大量的煤比礦石更難運輸。

“冶金考古” 還能夠檢驗歷史敘事的成色。例如，劉思然課題組正在和四川省文物考古研究院合作研究明末（17世紀(jì)）的中國白銀。在傳統(tǒng)的歷史記錄中，中國曾經(jīng)有過銀礦，但最終消亡。隨著17世紀(jì)全球貿(mào)易發(fā)展，南美、日本銀礦興起，產(chǎn)出的白銀大量涌入歐洲市場。歐洲商人利用廉價的白銀，在中國買到了絲綢、瓷器等奢侈品。

“這個故事是真的嗎？我們可以一探究竟?！?劉思然解釋道，不同地質(zhì)區(qū)域產(chǎn)出的礦石，同位素比例也不同。中國、南美的白銀，就可能有不一樣的同位素 “指紋”。用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）等技術(shù)分析鉛同位素，即可比對當(dāng)時中國境內(nèi)白銀的 “指紋”。劉思然課題組希望藉此找到這個問題的確切答案。

今年暑期，北京科技大學(xué)團隊成員與北大的同行赴湖南參加了一次熔煉技術(shù)提升培訓(xùn)。在那里，他們基于古代生產(chǎn)方式做實驗，重建了古代的熔爐，用手拉風(fēng)箱為熔爐鼓風(fēng)。

他的團隊隨后研究了火候?qū)θ蹱t材料的影響，并與考古發(fā)掘的熔爐材料進行對比。這項研究能夠揭示古代熔爐如何運轉(zhuǎn)，工藝品是在什么條件下被制造出來的，以及哪些材料被用來燒制。 “所有這些信息都蘊藏在這些玻璃樣的殘片中?！?劉思然拿著一小塊熔爐碎片說道。

關(guān)鍵點

正如哲學(xué)家與歷史學(xué)家們所論證，過去數(shù)百年間農(nóng)業(yè)、交通、信息和通訊等領(lǐng)域的技術(shù)進步在塑造人類社會與文化方面的重要性，更甚于戰(zhàn)爭與政治。而劉思然和他的團隊正在利用冶金學(xué)手段將這一理論回溯到更久遠的年代，不只數(shù)百年，而在千年尺度上。

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版權(quán)聲明

原文標(biāo)題 “Peering into the past: using physics-based techniques to understand China’s history”，首發(fā)于2019年9月出版的 Physics World，英國物理學(xué)會出版社授權(quán)《知識分子》翻譯。中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。未經(jīng)授權(quán)的翻譯是侵權(quán)行為，版權(quán)方將保留追究法律責(zé)任的權(quán)利。

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