圖2：跨湖橋遺址出土的石箭鏃
圖1：跨湖橋遺址出土的砂輪
主持人：王肖君
主持人的話：這是《站在湘湖板塊上，探索8000年前的跨湖橋文化》第5期，本期邀請浙江大學(xué)地球科學(xué)系退休教授柳志青(曾出版《太陽系化學(xué)》、《地球及類地行星起源的新假說》等專著)的、考古愛好者柳翔主講《機(jī)床起源于跨湖橋文化》。本文也是《跨湖橋文化領(lǐng)先世界的科技成就》系列講座的第四講。為什么跨湖橋文化出現(xiàn)了大量超越時代的精密磨光石器？這次講座會告訴大家原因。
■主講人：柳志青 柳翔
據(jù)報道，國外最早的機(jī)床，是距今5000年前的中東皮帶車床，它是用于加工木器的。
證據(jù)是一段被車過的原木（間接證據(jù)）。由于原木上的車痕不圓，因此考古學(xué)家推斷車刀是手持的，但是始終未能發(fā)現(xiàn)車刀實(shí)物。此考古發(fā)現(xiàn)被西方學(xué)者推崇備至，頂禮膜拜為機(jī)床的起源。
下面讓我們從2000年前的戰(zhàn)國秦開始追溯機(jī)床的真正起源。
秦兵馬俑出土了二萬件青銅箭鏃。青銅箭鏃為三棱流線形，即橫剖面為正三角形，縱投影如現(xiàn)代子彈頭，其表面磨光如鏡，顯微鏡下顯示單向磨痕（黃留珠，周秦漢唐文明，陜西人民出版社，1999年8月），考據(jù)此考古學(xué)家認(rèn)為是機(jī)器拋光的。據(jù)考古學(xué)家測量。二萬枚箭鏃寬度誤差僅0.83mm，每一箭鏃三個面的寬度基本相等，誤差不大于0.15mm。我們認(rèn)為這很可能是完全嚴(yán)格控制公差的批量化生產(chǎn)。為什么二萬枚箭鏃要嚴(yán)格控制公差，因這一形狀符合箭鏃飛行時最佳的空氣動力學(xué)，形態(tài)稍有差異，便不能保證弩箭的射擊精度。要使二萬枚箭鏃達(dá)到上述公差指標(biāo)，至少要有與現(xiàn)代0.02mm精度游標(biāo)卡相似精度的測量儀器，否則無法保證公差一致。這在二千多年前的秦代可能嗎？
秦軍有甲兵百萬。如果按百萬甲兵平均每人10-50支箭，則按照下限計(jì)算起碼需1000萬支。戰(zhàn)國秦人口僅有500萬人。于是問題來了，1000萬支寬度誤差僅0.83mm、每支箭鏃三個面寬度誤差小于0.15mm的三棱流線形箭鏃是如何加工出來的？第一道工序不難，青銅箭鏃的鑄造可使用統(tǒng)一規(guī)格的范和統(tǒng)一配方的青銅。但箭鏃的精磨和拋光很難，因?yàn)槿獾娜齻€面和三棱都呈弧形。手工可以磨出幾件，但要像兵馬俑坑中出土的箭鏃一樣，達(dá)到公差一致，那是效率極其低下的。現(xiàn)代機(jī)械工廠的4級技工，用老式機(jī)床，如要做到秦箭鏃那樣的公差要求，每天也僅能完成幾件。1000萬支箭鏃，需要2.7萬熟練技工分兩班，并配有1.4萬臺機(jī)床，每人每天加工1件，要加工一年才能完成。秦有那么多現(xiàn)代機(jī)床嗎？
經(jīng)研究，秦的這些青銅鑄兵器的精加工，唯有使用“自動磨床”（磨床是精度最高的機(jī)床），使用“靠模法”工藝才能完成（最常見的靠模法自動磨床就是街邊配鑰匙的那個小機(jī)床）。
更驚人的是上述精加工好的青銅兵器在磨鋒拋光之后，表面上加了一層黑鉻薄膜，“如秦俑坑內(nèi)出土的青銅兵器雖在地下埋藏了兩千多年，但出土?xí)r仍不蝕不銹，光耀奪目，鋒利如新。經(jīng)分析測定，考古學(xué)家認(rèn)為這些兵器經(jīng)過鉻鹽氧化處理，極大地增加了防腐杭銹的性能。
其實(shí)青銅上的黑鉻并不是用鉻鹽氧化處理，黑鉻只能用電鍍工藝才能鍍上去，當(dāng)然要電鍍黑鉻還需要原電池，原電池需要硫酸。最后，電鍍槽中必需有鉻鹽溶液和催化劑。秦人為何在青銅兵器上鍍黑鉻？
有一種黃銅銼刀，其表面鍍了黑鉻，因而可以比鋼銼更鋒利。電鍍了黑鉻的青銅箭鏃，表面硬度僅次于硬度之王金剛石。這樣的箭鏃真可謂是無堅(jiān)不摧。由此我們明白了，戰(zhàn)國秦為什么不用鋼鐵兵器。
讓我們將年代再往前推1000多年（商代）。四川廣漢三星堆遺址出土的青銅人面具，高60厘米，寬134厘米。在青銅面具額頭開有長方孔，如圖3所示（中國文物交流中心，出土文物三百品，新世界出版社1992年）。注意青銅人面具額頭的切割紋為井字形。從方孔中心向外，切割痕由深變淺呈現(xiàn)垂直方向的弧度、寬度也逐漸變窄。似乎是用圓盤鋸切割的。但是由于此青銅器過于巨大，不適合采取移動工件的方法在圓盤鋸上加工，而只能采取移動刀具的方法加工。這就是銑床（常人最常見的銑床就是牙科醫(yī)生的牙鉆）。
商周的如此精密的機(jī)床不可能是憑空而來的。讓我們再把時間往前推。
吉林白城靶山墓地出土的有孔石錘（編號M4：29），器徑10.9cm，孔徑 5.1cm，厚5.1cm，碳14同位數(shù)測年為4870±80年（佟柱臣，中國新石器研究，巴蜀書社出版社，1998年5月）。從它規(guī)整的形狀看，顯然應(yīng)是磨床砂輪而不是有孔石錘。碳14同位數(shù)測年為4870±80年。
跨湖橋文化之后的馬家浜文化江蘇金壇三星村遺址出土石輪，據(jù)《馬家浜文化》，石輪直徑13.6cm、厚6.4cm，中心孔剖面呈漏斗形。經(jīng)我們研究確認(rèn)它是磨床砂輪，與現(xiàn)代磨床砂輪很接近。漏斗狀的中心孔是為了加楔固定軸用的。
如圖1所示，跨湖橋文化遺址出土的砂輪是一殘件。砂輪厚6.6~7cm，二殘圓面平整而粗糙，基本平行。輪面曲率半徑約13.25cm，輪面剖面略呈弧形，如輪胎，輪面因使用被打磨得十分光滑。對砂輪殘件清洗鑒定，砂輪是由火山巖制成的。砂輪殘件復(fù)原后，直徑約26.5cm，厚6.6~7.0cm。
砂輪厚重是為了使它有很大的轉(zhuǎn)動慣量，這對人工動力的砂輪磨床是十分必要的，說明跨湖橋文化先民已經(jīng)懂得厚重的砂輪一旦轉(zhuǎn)動后，除去動力仍會較長時間的繼續(xù)轉(zhuǎn)動。至今還沒有發(fā)現(xiàn)砂輪磨床轉(zhuǎn)動軸、軸承支架和曲柄，它們應(yīng)該是木制的。
跨湖橋文化出土石器和骨器很多是用砂輪磨床打磨的。最典型的是石箭鏃，如圖2所示（浙江省文物考古研究所、蕭山博物館，跨湖橋，文物出版社2004年12月）。
跨湖橋遺址石箭鏃，兩面有明顯的中脊。放大鏡下觀察到在箭鏃上有一組平行磨痕，磨痕從中脊的一側(cè)連續(xù)延伸到中脊的另一側(cè)。將脊凸形象地稱為橋，那么磨痕是過橋了。這種過橋的磨痕不可能是用手工打磨的，只能是用磨床砂輪打磨的。這也解釋了為什么跨湖橋文化出現(xiàn)了大量超越時代的精密磨光石器。
綜上所述，我們認(rèn)為機(jī)床起源于8000年前的跨湖橋文化。
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