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西晋周处墓铝片的身世之谜

2021-10-12许宏

大众考古 2021年4期
关键词:残片考古金属

周处在中国是大名鼎鼎的人物,据说周处年轻时“不修细行,纵情肆欲”(《晋书·周处列传》),曾为祸乡里,与南山猛虎、长桥蛟龙并称为“三害”。后来改过自新,杀蛟龙、除虎患,又建功立业,官至将军,成为浪子回头金不换的典范。

1952年12月,江苏宜兴精一中学师生在挑土平整操场上的一处小土丘时,掘破了一座砖室墓的墓顶。公安人员进入墓室取出若干遗物后,将墓室封好,之后文物管理部门进行初步调查。1953年春,华东文物工作队派员对发现的两座墓葬做了发掘。

当地人称这处小土丘为周墓墩,相传为周处的墓地。土丘一角有“周王庙”,奉祀周处。经发掘,被掘开的墓葬(编为1号墓)中发现刻有文字的青砖,上书“元康七年九月廿日前周将军”等字样。清代《宜兴县志》记载周处葬于此,而周处正是西晋元康七年(297年)战死的,所以此墓为周处墓无疑。此前一些古代名人葬地位置,相关的晚近方志记载和民间传说多以讹传讹,考古发现证实记载的例子并不多见,周处墓的发现算是考古界的一个佳话。

周处墓虽早年被盗掘,还是出土了不少遗物,其中10余件带有镂孔花纹的金属带饰尤引人注目。更令人称奇的是,与其同出的某些金属残片经检测竟是铝质的,这大大超出了当时的认知。

检测生出的疑问

當时负责周处墓清理发掘和报告编写工作的是南京博物院的罗宗真先生。

1955年,罗宗真在考古报告整理的过程中,把从该墓出土的一件金属残片交南京大学化学系做了成分分析,得知内层为含铝约85%的铝铜合金。罗宗真在考古报告中写道:“像这样含有大量铝的合金,在我们工作中还是初次发现,为我们研究晋代冶金术提出了新的资料。”当这一考古报告的原稿投寄到中国考古学的权威杂志、中国科学院考古研究所主办的《考古学报》时,时任该所所长、《考古学报》主编的夏鼐先生感觉兹事体大。作为民国时代的“海归”、具有国际学术视野的夏鼐知道,铝是一种难于冶炼的金属,到了19世纪才被冶炼出来,他在审核原稿校样时,怀疑这个“铝”字是否为“铅”字之误。他意识到问题的重大:“实际上,这不仅是我们考古工作中初次发现,也是全世界初次听说有这样古老的以铝为主要成分的合金。”慎重起见,夏鼐专门去函询问,索取样品,遂委托中国科学院应用物理研究所副所长陆学善先生做了光谱分析,确认残片内层的主要成分为铝。这一分析成果被夏鼐安排附在周处墓发掘报告的最后,连同他自己的“跋语”一同刊发于1957年第4期《考古学报》。夏鼐在跋语的第一条即提及这一鉴定结果,指出“这是化学史和冶金史中的新发现”,接着提出他的疑问:“我们要问在当时是用什么方法提炼出这不易炼冶的金属达到85%的纯度?”

的确,铝在地球上虽含量丰富、分布甚广,但很难熔炼。即便对缺乏专业知识的公众而言,不少人也知道铝是最年轻的金属,是现代科学技术的产物,不敢想象金属铝的出现能够早到一千多年前的西晋时期。学术界对这一发现更是重视有加。

随后,清华大学工程化学系杨根先生又从夏鼐手中取得一小块残片,经光谱定性分析知其含大量的铝及其他微量元素,金相鉴定为多种合金组织。1959年春,南京博物院又送了几件残片给杨根。经检测,其中一片的主要成分为铝,另两片的主要成分为银。杨根结合汉晋时期鼓风技术的改进和炼丹术、制钢术的兴盛,认为在晋代出现这一杰出成就是有可能的:“这是世界化学史和冶金史上的一次创获,是中国古代劳动人民的卓越成就。”

与此同时,1958年,东北工学院轻金属冶炼教研室的沈时英先生在读了发掘报告后颇感兴趣,向南京博物院索取检测标本,两次寄来两件残片经检测均为银基合金。1959年4月,沈时英在中国历史博物馆(今中国国家博物馆)观摩了墓葬中出土的全部带饰原品,判断杨根出示的夏鼐提供给他的标本残片外观与其他不同,遂又从杨根处取来半片残片。经光谱分析,确认其主要成分为铝,且为含杂质较多的纯铝,而不是铝铜合金。

几次检测证明,这批金属器包含两种合金,一种为银基,一种为铝基。夏鼐后来指出,问题的关键在于所分析的样品都是小块碎片,但全部17件较为完整的金属带饰都没有经过分析以确定其质料。由于出土文物属于不可再生的文化遗产,一般不做有损分析,不得已的情况下也是给些细小的碎片等。罗宗真提及“当时我们希望尽量可能地保存原物的完整,总是捡最小、最残的块片送去分析,并没有损坏原件”。显然,标本的局限性也增大了问题的复杂性。

铝从哪里来?

上述出土品的检测结果和论述还仅限于国内的学术刊物,对外展出后,引起了更大范围的社会关注。1959年10月,中国历史博物馆“中国通史陈列”公开预展,由古代冶金陈列小组推荐,展出了周处墓所出全部带饰。南京博物院也曾展出过该墓出土的带饰,展品标签上都明确标示这些带饰系铝制品。这一定性,迅速在国际学术界和公众中引起了轰动。

截至1963年,国内发表的相关科普文章至少6篇,分别刊发于《科学大众》《沈阳晚报》《中国青年报》《我们爱科学》《十万个为什么》《新民晚报》等书刊,这些文章大多依从杨根的论断,肯定西晋时期已掌握了炼铝技术。

1962年,沈时英发表《关于江苏宜兴西晋周处墓出土带饰成分问题》一文,在公布其对银质和铝质残片检测结果的基础上,做了较细致的讨论。他指出,在我国晋代产生银基合金是不足为奇的,因为我国早在公元前就已经能够炼出金属银了。但其中测过多次的一片是含杂质较多的纯铝,“还难以证明它确为古代金属”。鉴于国内外火法炼铝的各种试验都未能获得高铝合金,更难以得到纯铝,用钠来还原氧化铝或其他铝盐的设想也很难成立。

针对发掘报告肯定这些标本均为周处墓当时的遗物,以及杨根的支持意见,沈时英指出:“这与其从推断古人‘可能无意中得到,还不如从一号墓被盗过几次这一事实出发更现实一些。当然,这也只是一个怀疑。”

据此,他强调指出:“关于晋代是否有铝带饰(纯铝的)问题,还应该作深入研究,下肯定性结论,似嫌为时过早”,“不能把由周处墓出土的带饰大部分当作是铝制的,而更多的可能倒是银制的”,“对于已确定为铝的一小片金属,应该从多方面(考古、冶金史与冶金)进行鉴定,以便对于它是否为晋代所有作出判断”。他进而指出,应“对展出的展品作必要的分析,使说明与实物更好地相符起来”。这是首次正面提出周处墓曾被盗掘,铝片或为后世混入物的可能性。

1963年,罗宗真发表文章回应沈时英的存疑,指出金属带饰(包括若干残片)出自人骨架的中部,正是腰带饰件所在,且大部分位于淤土之下,并未被扰乱,因此“这项带饰肯定是该墓的遗物”,“是晋代的遗物,而不是后来盗掘时带进去的”。他还说明,“分析是铝的带饰,应该至少是不同的三块残片”。据《夏鼐日记》记述,夏鼐在1962年9月17日曾“为《考古》审阅稿子(罗宗真:《关于晋代古铝问题》)”,应该就是这篇。

针对罗宗真的陈述,沈时英在同年又发表《再谈“晋墓带饰”问题》一文,对铝质残片是否为带饰的一部分提出异议,并再次希望对带饰作全面的鉴定。

沈文态度客观,立论严谨;而罗文在坚持己见的同时,也肯定了沈時英认真对待分析鉴定工作,订正其中的部分错误,提出下一步研究路向,赞同其对待科学研究的审慎态度。可以说,当时健康的学术讨论的氛围是值得称道的。

据沈时英统计,截至1963年,国外已有多篇关于周处墓铝质残片的报道和文章发表,分别出自瑞典、英国、法国和苏联学者。这些报道和评述,除转述或转译杨根的文章外,有的认为中国古代使用水力鼓风能得到很高温度,有可能用火法直接还原铝矿物;有的则从各个角度提出有待廓清的问题,认为须更认真和充分地对实物作研究,才能较为肯定地说明晋代炼取金属铝(或铝铜合金)的可能性。

另据统计,截至1974年,国内外提到铝质残片的报道和论著还有张子高的《中国化学史稿(古代之部)》(科学出版社,1964年)、袁翰青《近年来中国化学史研究工作的进展》(《化学通报》1964年第1期)、英国学者李约瑟《中国科学技术史》第五卷第二分册(1974年)、叶永烈《化学元素漫话》(1974年)以及他发表在各类报刊上的近10篇科普文章。显然,科普工作者已将西晋用铝问题当作已经确定无疑的事实加以广泛传播。

重新鉴定与夏鼐的再发言

如前所述,周处墓中出土的17件较完整而成形的金属带饰并未经过科学检测。显然,这些金属带饰究竟是否如先前所判定和展示的为铝质器件,必须予以鉴定。为此,夏鼐于1964年协调将南京博物院留存的2件和1959年调拨到中国历史博物馆的14件带饰(另有1件途中破损,无法与其他残片分别开来)提交中国科学院物理研究所,做了无损或极小分量取样检测,经密度测定、光谱和X射线物相分析,确认全部带饰为含有杂质的同一种金属,是银而不是铝。

1972年,夏鼐发表《晋周处墓出土的金属带饰的重新鉴定》一文,公布了上述鉴定结果。可知这16件较完整的带饰都是银的,另有少数小块金属片,有银的也有铝的;前者是银带饰的残片,后者细小而不成形,无法知其原形。根据文献考证及与广州、洛阳所出东晋、西晋同类实物相比对,确认银带饰为公元3世纪的遗物,无疑属晋元康七年(297年)埋葬周处时的随葬品。

至于小块铝质残片的年代,夏鼐认为“这是一个难以解决的问题”。众所周知,夏鼐素来以严谨著称,它的分析也丝丝入扣:“在小块铝片不能确认为晋墓随葬物的情况下,如果它只不过是不辨器形的小块,而且只是两三小片(甚至于可能原来只是一片)的时候,它是后世混入物的可能性便更大了。”他指出,该墓曾有发生于元代和清代的至少两次盗掘。依发掘报告,1952年考古工作者正式发掘一号墓之前,“曾有些人进去过,还取出一部分文物,所以在墓内有明显的扰乱痕迹”;又引述罗宗真后来的文章中所称清理时“取出一些小块残片,是从淤土中尽可能拣出来的”一语,指出“这样一来,便不能保证小块铝片一定不是后世的混入物了”。文章还以埃及大金字塔为例,指出考古发掘中容易将后世的混入物误认为古墓中原有的随葬品,尤其是被扰乱过的古墓。其最后的结论是:“总之,据说是晋墓中发现的小块铝片,它是有后世混入物的重大嫌疑,决不能作为晋代已有金属铝的物证。今后我们最好不要再引用它作为晋代已知冶炼金属铝的证据。”

稍后,由国家文物局委托北京钢铁学院(今北京科技大学)对1件铝质残片作了鉴定,经用能谱探针测知,除铝外,还含有其他金属成分。据此,认为它并非纯铝,其成分与某些早期的铝合金相似。1976年,北京有色金属研究总院刘智耀先生用电子探针再次对金属带饰作了检测,确认其为银质,而那一小片残片的主要成分是铝。这些检测结果见于后来出版的夏鼐所著《考古学和科技史》一书。

和1972年刊载在《考古》期刊的同名文章相对照,《考古学与科技史》中的文章增添了以下文句:“这两次盗掘的时代较早(作者注:这里提及的两次盗掘,是发生于元至正庚寅年(1350)和清咸丰庚申年(1860)对周处墓的盗掘,事见《国山周氏世谱》卷47《祖迹考》,1915年重修本),是在金属铝的提炼法发明以前或正在试制阶段。当时金属铝不可能传入我国而混入这墓中。”“周处墓相邻的二号晋墓,古代曾被盗掘,淤土下遗物凌乱,而近代再被盗掘,在淤土上面有现代人所用的化学钮扣,玻璃碎片和铁锈很新的铁齿。而文献上并没有关于二号墓被盗的记载,所以我们不能排斥周处墓曾在1952年以前不久被盗掘的可能,不过文献上失载而已。1952年以前不久的可能被盗掘和1952年初打开时闲人进去,都提供了混进近代物的机会。”

前述北京钢铁学院的鉴定为冶金史研究所创办人柯俊教授所做,他在后来的访谈中回忆,“我们做了仔细研究,根据整个冶金原理和加工形态等证明这是块铝,但是它的成分有现代科技的东西,相当于第一次世界大战时期被击毁的德国飞机上用铝的成分,而且是轧制出的,中国古代没有轧制,这里头应该有的没有,不应该有的有了!我们很肯定它是混进去的。”

对质疑意见的存疑

周处墓铝质残片的材质虽被确认,但对其来历在学理上却并无具有充分说服力的论证。在这种情况下,一部分学者断言西晋不可能有金属铝;夏鼐则谨慎地认为:“西晋炼出铝这件事,如果不是不可能,至少可以说是不大可能的。”他的这种看法在当时是有代表性的。

按说,严谨的考古学权威夏鼐一言既出,此事基本就算有个无法确证的定论了,但关于铝质残片的来历及其年代,又有不同的声音。

著名科普作家叶永烈先生对夏鼐的文章提出存疑。他引述罗宗真1963年的文章,认为残片系作者亲手发掘,且明确说明地层并未扰乱,残片并非盗掘时带入,因而不能视为混入的重大嫌疑。他还认为,周处墓先前两次被盗掘和1952年打开时曾有人进去,均不足以成为残片系混入物的凭据,所出残片锈迹斑斑,也不像是新混入的,而块小、量少、不成形,恰恰符合铝易被侵蚀的特性。

现在看来,这位多产作家的质疑并无太大新意和深度,但夏鼐以中国考古学领军人物的身份,仍耐心作答,认真讨论。叶永烈后来回忆道:“考古学家夏鼐与我之间,关于‘西晋有铝问题的讨论信件,竟然有9封。”他还提及这样一个细节,与作家的信大多落款无时间形成鲜明对比的是,“他给我的每一封信,都在信纸右上角端端正正写明‘19××年×月×日,这无疑是他多年考古工作中养成的严谨细致的工作习惯。”

夏鼐在后来的回复中提到,他在文章中列举考古发掘中常有小件的后世混入物没有被当场发觉的例子,“并不是想用这些例子来证明这次铝片也一定是如此”。同时,他认为罗宗真的“考古发掘是够水平的”,“发掘工作中的小疏忽是常发生的事。这只有引起我们今后在发掘工作中提高警惕,避免疏失”。

冶金史专家华觉明先生后来评述到,夏鼐的历次文章尽管对西晋能否炼铝和铝质残片的来历提出了疑问和质询,但并未下定论,只是认为铝片有后世混入物的嫌疑,劝戒人们最好不要再引用它作为晋代已知冶炼金属铝的证据。他的态度是严谨的、客观的和严肃的。正因如此,他的这些文章至今仍有重要价值。这是非常中肯的评价。

自夏鼐于1972年发表长文后,多数学者倾向于同意他的看法,西晋炼铝之说归于沉寂。而铝片的发掘者罗宗真,则始终坚持铝片为晋代遗物。针对各种质疑,他进一步强调“出土地层并未扰乱,铝质残片并非混入物,而是有确切出土依据的”,“有些情况在发掘报告和有关文章中已经说明或有澄清,同在发掘现场的其他考古工作者也可以作证”。作为发掘主持人,他的意见也是值得重视的。

新的思路与破解办法

可以说,夏鼐、罗宗真两位先生对铝质残片一事的态度,都是严谨的、负责任的。曾参与残片检测的诸位科学工作者的工作也都是认真的,他们的检测结果应是靠得住的。那么,问题出在哪里呢?

华觉明总结道:首先,铝片和带饰同出于人骨架的中部且均附有黑色沉积物,而此类金属带饰又常伴有铰具等附件、附饰。一般情况下,将同出残片视作带饰的一部分,是可以理解的。但残片和带饰毕竟有区别,且前者多不成形,无法判断其器形与用途。因此,把残片径称为带饰是不够严谨的。有的检测者沿用这种提法,的确是有欠审慎的。

其次,在全部17件成形带饰均未经科学鉴定的情况下,仅凭少数残片的检测即斷定带饰均为铝制品;在学理尚未阐明,探索性实验未能解决问题的情况下,认为西晋已能炼铝,且将带饰作为晋代铝制品展示于众,这种判断和做法是不严谨的,应视为工作中的失误,尽管在当时的社会氛围下,本应保持冷静的科学家有时也头脑发热,指银为铝只是其中的小焉者而已。

再次,当16件成形带饰经检测全部确认为银质后,由于先前把铝质残片同带饰混为一谈,再加上一号墓曾被盗掘,二号墓又有现代物品混入,由此加深了对残片来历的疑虑,这也是可以理解的,尽管这种怀疑还不等同于定论。

最后,争议的实质在于晋代究竟是否有金属铝。在20世纪五六十年代,人们还不知道地球上有天然铝的存在。因此,所有争议便都限于晋代能否炼制金属铝这一点。既然在学理和实践的层面未能给出有说服力的论据,西晋不可能有金属铝、铝片只能是后世混入物的这种非此即彼的论断为一些人所接受,也就可以理解,尽管这种论断也同样缺乏充分的判据。

鉴于上述,他提出了两个探索周处墓铝质残片来历的新思路和破解办法。

第一,自然界确有天然铝,中国也有天然铝,周处墓铝质残片会不会与天然铝有某种关联?

有人想然铝。宣布,铝,但后,又物中发会确认日,新然铝。此外,贵州安龙、湖南麻阳、广东莲花山等地也分别在1974年和1990年发现天然铝。

由于人们不知道有天然铝的存在,对周处墓铝质残片的来历局限于非此即彼(不是人工炼铝便是后世混入物)的两难选择之中。如今确证地球有天然铝,中国也有天然铝,且不仅出自一处,这就为我们提供了新的思路。1985年和1991年,叶永烈在《科学王国漫步》一书中、顾骏在《古墓残铝有新解》一文中,分别提出了周处墓铝质残片有可能来自天然铝的新说。

从化学成分看,天然铝的纯度和所含杂质与铝质残片是有相近之处的。残片的硬度较人工炼铝为高,且和某些天然铝一样,也具有塑性延伸的形相。正如顾骏所说:“不能排除古人采集和使用它(指天然铝——引者注)的可能性。”其中也包括天然铝重熔和再加工的可能性。当然这需要更细致的研究和鉴别,我们对此几乎一无所知,也无先例可循。人们本应早想到天然铝存在的可能性,只是往往因囿于陈见,缺乏这种感悟而已。

第二,美国、日本在20世纪70年代还在做火法炼铝的工业试验,并且确实炼出了纯铝,这对我们探讨铝质残片来历有无启示作用?

铝在地壳中的含量仅次于氧和硅。含铝矿物多达250种,而适于电解铝工业化生产的只有少数几种氧化铝水合物。因此,长期以来,国际制铝界一直在努力寻找新的炼铝工艺,以更好利用其他含铝矿物和节省昂贵电力,途径之一便是火法炼铝。例如1970年代石油危机期间,为节省能源,美国和日本的制铝业都投巨资做火法炼铝的试验。美国铝业公司采用现代工艺,用焦炭或其他含碳材料作为能源,最高反应温度为1400℃。这在古代技术条件下,是有可能办到的。

华觉明进而指出,以上事例,在两个方面对我们或许有所启示:

首先,和人们通常所认为的相反,电解法并非制铝的唯一方法,火法冶炼也可以得到纯铝。

其次,20世纪七八十年代,当周处墓铝质残片的议论已趋沉寂,许多人以为火法炼铝绝无可能之时,美国和日本却仍在做这样的努力,并且取得了实质性的进展。那么,是否还有其他火法炼铝的方法未被发现,或者古人已曾用过这类方法呢?

就我们已有的化学知识来说,确实很难想象早在晋代能炼出高纯度的金属铝来。而在古代技术条件下是否绝对没有可能以火法制取金属铝,仍须在学理上作出令人信服的论证,反之亦然。

这位冶金史专家最后发出的感慨更發人深省:许多自然现象和社会现象,不是一眼可以看得透的。对存在争议的学术悬案,须努力避免认识上的片面性和主观随意性,切忌浮躁和轻率;对不同意见要认真考虑和给予尊重;要寻求新的思路和破解办法,下功夫作细致的调查研究;瓜熟蒂落,水到渠成,不必过早下结论。而科学来不得半点疏失,认真把住关口是极其重要的。就出土实物的真伪鉴别来说,既要把住以假乱真的关口,也要把住误真为假的关口。这两种疏失在以往都曾多次发生过,都应引以为戒,未可偏废。

的确,就周处墓铝质残片来历这一世纪悬案来说,最终结果究竟如何,或许并不是最重要的。坚守科学精神,提倡思想自由,保有实事求是和包容的学术态度,才是推进学术繁荣的必由之路。

本文摘自许宏先生新书《发现与推理:考古记事本末(一)》,非常感谢许宏先生和出版方授权在本刊转载。

(作者为中国社会科学院考古研究所研究员)

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