利用物理學技術研究中國歷史的北京科技大學考古學家劉思然（攝影：陳曉雪）
撰文 | Robert P Crease
翻譯 | 張帥琰
校譯 | 宋宇錚
隨著魏強兵用滑鼠拖動掃描電子顯微鏡下的樣品（SEM），一幅略顯陰森的圖像划過他的電腦螢幕。25歲的魏強兵，正在利用掃描電鏡，將文物碎片放大至數厘米，以便分析其微觀結構。從魏強兵的身後看過去，我感覺他就像是在谷歌地球上觀察一群不規則的小島。
魏強兵正在攻讀博士的科學史與文化遺產研究所，隸屬於中國冶金學頂尖學府——北京科技大學。他的老師之一劉思然博士畢業於倫敦的倫敦大學考古專業，博士論文題為 「帝制時期中國貴金屬生產及其社會重要性」。劉思然友好地帶我參觀研究所，並為我介紹其團隊用於 「冶金考古學」 研究的設備。
科學與歷史
參觀期間劉思然告訴我， 故宮在此類研究上有著更好的設備條件，那裡的科學家甚至在 「上海同步輻射光源」 擁有專屬的應用時間來分析文物。不過劉教授表示，相較文物成品，他和他的同事更關注當初這些文物製造過程中的生產遺物。
「 所有成品文物（如花瓶）都要遵循相應的文化標準彼此之間非常類似。」 劉思然解釋道， 「因此，分析成品很難幫助人們理解文物被製造的過程。相比之下，我更喜歡生產過程中留下的殘片——例如熔渣、烤窯部件、熔爐等等。它們更完整地保留了文物製作過程的信息。」 而這些信息又將反過來為中國歷史研究產出其他渠道無法獲得的信息。
的確，對於歷史文獻稀缺甚至空白的年代領域來說，考古學證據是研究者們唯一的信源。劉思然拿起一塊陶瓷碎片解釋道：「它來自於公元前兩千年左右的石器時代。通過分析這些殘片，我們就能得知當時的人們使用怎樣的技術、是否會跟鄰居做交易，了解那個時代的經濟活動。」
有時候，該研究所的工作也能幫助歷史學家完善已有故事。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。在那個年代，人口結構和技術都處在劇變之中，紙張被廣泛應用，印刷書籍開始流通，中華文明從口口相傳型轉變為書寫記事型。
「我更喜歡生產過程中留下的殘片——例如熔渣、烤窯部件、熔爐等等。它們更完整地保留了文物製作過程的信息。」—— 劉思然，北京科技大學
在宋代各項技術進步之中，中國北方的鉛-銀冶煉設備從熔爐到坩堝的轉變是其中濃墨重彩的一筆。另一方面，森林資源減少導致燃料從木炭轉變為煤炭，也是當時的一項重要的技術變化。這兩者之間是否存在關聯？它們對同時期的其他事件有沒有產生什麼影響？該所的研究發現了這兩件事之間有趣的聯繫。
他們發現，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。但這種爐子不能直接燒煤，因為煤會隨著升溫、燃燒而變軟，並最終導致熔爐倒塌。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在煤礦邊比設在礦山邊更適合，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）的中國白銀。在傳統的歷史記錄中，中國曾經有過銀礦，但最終消亡。隨著17世紀全球貿易發展，南美、日本銀礦興起，產出的白銀大量湧入歐洲市場。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，不同地質區域產出的礦石，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譜（ICP-MS）等技術分析鉛同位素，即可比對當時中國境內白銀的 「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，北京科技大學團隊成員與北大的同行赴湖南參加了一次熔煉技術提升培訓。在那裡，他們基於古代生產方式做實驗，重建了古代的熔爐，用手拉風箱為熔爐鼓風。
他的團隊隨後研究了火候對熔爐材料的影響，並與考古發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，工藝品是在什麼條件下被製造出來的，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。
關鍵點
正如哲學家與歷史學家們所論證，過去數百年間農業、交通、信息和通訊等領域的技術進步在塑造人類社會與文化方面的重要性，更甚於戰爭與政治。而劉思然和他的團隊正在利用冶金學手段將這一理論回溯到更久遠的年代，不只數百年，而在千年尺度上。
原文連結：
https://physicsworld.com/a/peering-into-the-past-using-physics-based-techniques-to-understand-chinas-history/
版權聲明
原文標題 「Peering into the past: using physics-based techniques to understand China’s history」，首發於2019年9月出版的 Physics World，英國物理學會出版社授權《知識分子》翻譯。中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。未經授權的翻譯是侵權行為，版權方將保留追究法律責任的權利。
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製版編輯 | 皮皮魚