怎样用冶金学手段研究历史？

利用物理学技术研究中国历史的北京科技大学考古学家刘思然（摄影：陈晓雪）

撰文 | Robert P Crease

翻译 | 张帅琰

校译 | 宋宇铮

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随着魏强兵用鼠标拖动扫描电子显微镜下的样品（SEM），一幅略显阴森的图像划过他的电脑屏幕。25岁的魏强兵，正在位于北京的 “科技史与文化遗产研究院” 攻读博士。他利用扫描电镜，将毫米级的文物碎片放大至数厘米，以便分析其微观结构。从魏强兵的身后看过去，我感觉他就像是在谷歌地球上观察一群不规则的小岛。

魏强兵所在的研究所，隶属于中国冶金学顶尖学府——北京科技大学。他的老师之一刘思然博士毕业于伦敦大学学院考古专业，博士论文题为 “帝制时期中国贵金属生产及其社会重要性”。刘思然友好地带我参观研究所，并为我介绍其团队用于 “冶金考古学” 研究的设备。

科学与历史

参观期间刘思然告诉我， 故宫在此类研究上有着更好的设备条件，那里的科学家甚至在 “上海同步辐射光源” 拥有专属的应用时间来分析文物。不过刘教授表示，相较文物成品，他和他的同事更关注当初这些文物制造过程中使用的技术。

“ 所有成品文物（如花瓶）都要遵循相应的文化标准彼此之间非常类似。” 刘思然解释道， “因此，分析成品很难帮助人们理解文物被制造的过程。相比之下，我更喜欢生产过程中留下的残片——例如熔渣、烤窑部件、熔炉等等。它们更完整地保留了文物制作过程的信息。” 而这些信息又将反过来为中国历史研究产出其他渠道无法获得的信息。

 的确，对于历史文献稀缺甚至空白的年代领域来说，考古学证据是研究者们唯一的信源。刘思然拿起一块陶瓷碎片解释道：“它来自于公元前两千年左右的石器时代。通过分析这些残片，我们就能得知当时的人们使用怎样的技术、是否会跟邻居做交易，了解那个时代的经济活动。”

有时候，该研究所的工作也能帮助历史学家完善已有故事。例如，最近刘思然课题组研究了宋朝（公元960–1279年）的铅-银冶炼技术。在那个年代，人口结构和技术都处在剧变之中，纸张被广泛应用，印刷书籍开始流通，中华文明从口口相传型转变为书写记事型。

“我更喜欢生产过程中留下的残片——例如熔渣、烤窑部件、熔炉等等。它们更完整地保留了文物制作过程的信息。”

—— 刘思然，北京科技大学

在宋代各项技术进步之中，中国北方的铅-银冶炼设备从熔炉到坩埚的转变是其中浓墨重彩的一笔。另一方面，森林资源减少导致燃料从木炭转变为煤炭，也是当时的一项重要的技术变化。这两者之间是否存在关联？它们对同时期的其他事件有没有产生什么影响？该所的研究发现了这两件事之间有趣的联系。

他们发现，早期的冶炼方法中，冶炼者使用的是置于矿石中间烧木炭的熔炉。但这种炉子不能直接烧煤，因为煤会随着升温、燃烧而变软，并最终导致上面的熔炉倒塌。想用煤，宋朝人就必须改变冶炼过程，把有矿石的坩埚放入燃烧的煤炭中，而不是让矿石围着熔炉堆满。如此一来，将冶炼厂设在煤矿边就比设在矿山边更好，因为冶炼所需大量的煤更难运输。这也促使人口向冶炼厂附近移动。

“冶金考古” 还能够检验历史叙事的成色。例如，刘思然课题组正在研究明末（17世纪）的中国白银。在传统的历史记录中，中国曾经有过银矿，但最终消亡。随着17世纪全球贸易发展，南美、日本银矿兴起，产出的白银大量涌入欧洲市场。欧洲商人利用廉价的白银，在中国买到了丝绸、瓷器等奢侈品。

“这个故事是真的吗？我们可以一探究竟。” 刘思然解释道，不同地质区域产出的矿石，同位素比例也不同。中国、南美的白银，就可能有不一样的同位素 “指纹”。用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）等技术分析铅同位素，即可比对当时中国境内白银的 “指纹”。刘思然课题组希望藉此找到这个问题的确切答案。

今年暑期，北京科技大学团队成员与北大的同行赴湖南参加了一次熔炼技术提升培训。在那里，他们基于古代生产方式做实验，重建了古代的熔炉，用手拉风箱为熔炉鼓风。 “太累人了，” 刘思然说， “每次只能干十分钟，然后就要换班。”

他的团队随后研究了火候对熔炉材料的影响，并与考古发掘的熔炉材料进行对比。这项研究能够揭示古代熔炉如何运转，工艺品是在什么条件下被制造出来的，以及哪些材料被用来烧制。 “所有这些信息都蕴藏在这些玻璃样的残片中。” 刘思然拿着一小块熔炉碎片说道。

关键点

正如哲学家与历史学家们所论证，过去数百年间农业、交通、信息和通讯等领域的技术进步在塑造人类社会与文化方面的重要性，更甚于战争与政治。而刘思然和他的团队正在利用冶金学手段将这一理论回溯到更久远的年代，不只数百年，而在千年尺度上。

 原文链接：

https://physicsworld.com/a/peering-into-the-past-using-physics-based-techniques-to-understand-chinas-history/

▲本文为Physics World 专栏的第30篇。

第一篇：中国的挑战和变化

第二篇：第一个中美合作大学的物理研究所的故事

第三篇：专访张富春：让外国学者长期留在国内是个巨大的挑战

第四篇：中国冲刺月球计划

第五篇：随机行走人生路，量子计算是归途

第六篇：什么情况下冷水比热水升温快

第七篇：文科教育为什么不能偏废？

第八篇：如何写一份面向工业界的简历

第九篇：液晶隐形眼镜帮助老年人“看清”未来

第十篇：动物集体行为背后，到底是何机制？

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第二十篇：不要再说你会打游戏了，你会打量子计算机游戏吗？

第二十二篇：在量子的世界里，量子可以做什么生意？

第二十四篇：“新大科学”的兴起

第二十六篇：研究环保的实验室 可能也在破坏着环境

第二十七篇：如果没有月亮，世界将会怎样？

第二十八篇：知识的一大步：阿波罗计划的科学遗产

第二十九篇：中国科学的下一件大事：高能同步辐射光源

版权声明

原文标题 “Peering into the past: using physics-based techniques to understand China’s history”，首发于2019年9月出版的 Physics World，英国物理学会出版社授权《知识分子》翻译。中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。未经授权的翻译是侵权行为，版权方将保留追究法律责任的权利。

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制版编辑 | 皮皮鱼

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