重达一吨的“司母戊鼎”:到底如何铸成,现代科学揭开谜团

文摘   2024-11-21 07:30   江苏  

前些年,知乎上有人提出这么一个观点,即真正在遗址中出土的青铜器,来历不明的、或海里捞的等缺少可信考古信息的情况不算,那么西方整体发现不超过70斤。

一石激起千层浪,这位作者自然引来无数嘲讽。但事实上以此标准看,西方的确没有发现多少青铜器,发现的都是一些青铜小饰品因此西方有没有过青铜时代还真是一个问题。

与西方不同,中国发现的青铜器数不胜数,而且用途广泛,上至国器、下至农具,已在社会的方方面面皆有使用,因此中国青铜时代货真价实。

更重要的是,在中国的青铜器中,还有一些青铜器极为特殊,比如“司母戊鼎”(或称“后母戊鼎”,名称有争议),高133厘米、口长110厘米、口宽79厘米、厚约5厘米,重832.84公斤,是中国古代、也是世界上已知最重的青铜器。那么,商人怎么造出如此巨大的青铜器?

印证文献又一记载

司母戊鼎是青铜器,因此首先遇到的一个问题是:司母戊鼎的金属含量配比。也就是说,首先要炼出青铜,才能铸造司母戊鼎,那么司母戊鼎的青铜材料如何炼制?

现代学者通过科学手段,定性和定量分析发现:“后母戊”青铜方鼎含铜 84.77% 、锡 11.64% 、铅 2.79%。令人惊讶的是,这一配比与文献记载大致接近。

周朝文献《周礼·考工记·筑氏》中记载:铸造钟鼎时,古人把合金分为六等分,其中锡占六分之一,这是因为钟鼎需要较高的韧性,因此含锡量较低‌;但制造刀剑时,需要更高的硬度,因此含锡量较高。可见,司母戊鼎的锡含量与文献记载的大致相同,或者说商代对青铜合金配比应该已经形成一定标准。

需要说明的是,纯铜熔点接近1100°,但加入锡或铅形成青铜合金时,熔点就会降低,商代青铜器的熔点一般在 700 摄氏度至 900 摄氏度之间。变成青铜合金之后,反而具有熔点低、硬度高(比如含锡 10% 的青铜的硬度却是纯铜的 4.7 倍)、化学性能稳定等优点,所以才广受欢迎。

司母戊鼎制作方法

中国铜器铸造工艺大致分为四类,即模范法、失蜡法、翻砂法(古代铸币的主要工艺法,盛于唐代之后)、锻打法。司母戊鼎体量巨大,上面还有很多精美花纹,因此不可能使用锻打法,那么是使用模范法,还是失蜡法呢?

首先,商周时期的青铜器,大多使用模范法,就是使用陶制的模具,将铜液浇灌到其中,等到铜液凝固之后再拆掉模具,由此得到成型的青铜器。

上个世纪,山西侯马发现晋国作坊遗址,出土了几万件“陶范”,其中还有齿轮陶范,由此不仅看到晋国为何强大,同时也可见陶范法的运用之成熟。

其次,失蜡法成本较高,往往用于精密青铜器制作,即制作“蜡模”,对其进行精细雕刻,制成复杂的铸件模具,然后对其内外填充与包敷耐火材料,再用火一焙烧,蜡模融化后就形成相应模具,最后浇灌铜液即可。

如今,一般认为中国“失蜡法”始于春秋,最典型的是“曾侯乙墓尊盘”(见上图),因此司母戊鼎不太可能是失蜡法制作。当然,中国失蜡法不是突然出现的,在此之前的是“焚失法”。

因此,现代学者考证认为:后母戊鼎采用陶范法铸造而成,而且是除双耳以外,鼎身和鼎足是一次浇铸成型。

现代科学揭开谜团

但这里还有两个问题:其一是鼎的双耳如何铸造,如何与器身“合体”;其二如何解决冷却过程中,四足拥有足够支撑力的问题?尤其第二个问题看似简单,实质里面蕴含科学知识。

首先,司母戊鼎双耳与器身分开铸造,但两者如何“合体”的呢?现代研究揭开谜团,即在铸造耳朵时,里面预留了陶范,相当于耳朵下部是空的,而在器身上也有孔洞,与耳朵孔洞相对应,于是将铜液通过耳朵上的浇道灌入,最后就流到器身。而器身上的孔洞连到外部,铜液流到这里后,正好可以将外面包裹的东西固定起来。

其次,司母戊鼎四足是空心的。按照常理,司母戊鼎重达一吨,商人不会吝啬于再省一点铜料,理应铸造实心四足才对,且铸造成实心也更简单,那么为何将四足铸造成空心呢?

原因很简单,器身壁厚只有5厘米,冷却的比较快,但四足却较粗,冷却的比较慢,依据热胀冷缩的原理,因为冷却情况不同,会导致四足与器身的连接处会发生扭断。因此,司母戊鼎四足是被特意铸造成空心,可见商代中国青铜铸造技术之高超。

最后,司母戊鼎不仅只是一件青铜器,背后还隐藏了很多历史,比如以下两点:

首先,司母戊鼎重达一吨,至少需要一吨以上的青铜原料,而且铸造工艺复杂,这就必然需要庞大的青铜铸造业,精密的计算与配合,以及高效率的协同作业,否则稍有疏忽就可能造成缺陷,乃至报废,这远非同期其他文明可比。

其次,司母戊鼎的铸造技术,涉及很多方面的知识,除了上文谈到的四足空心问题,还有如何确保对称部位尺寸一致,联系到东汉游标卡尺,显然在商朝已有相关精确测量的工具。如今不少国人相信西方宣称,将很多发明创造都归于西方,显然非愚即坏。

参考资料:

《经济观察报——后母戊:这件最重的大鼎是如何铸造的?|国宝身世》、《周礼·考工记》等


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