考古学与当代科技
摘要：
考古学实践的需要与否始终左右着在考古学中应用自然科学相关学科的实践过程，而自然科学相关学科的发展也明显地促进了其与考古学的结合。在考古学中进一步强调与自然科学相关学科的结合是时代向考古学提出的要求，也是考古学本身发展的必由之路。我们要努力把在考古学中应用自然科学相关学科的研究推向前进，要强调知识结构更新，在实行课题制的过程中把考古学和自然科学各门学科的研究内容融为一体，积极推进考古学方法多样化的创新过程。
关键词：
自然科学 考古学 科技考古
考古学与自然科学相关学科的密切关系不同于其他人文学科。这不仅仅是因为考古学的诞生就与借鉴地质学和生物学的方法有关，也因为考古学自开始出现到现在，利用自然科学相关学科方法进行研究的过程就从未间断过。今天，考古学已经逐渐演变成一个以人文科学研究为目的、包括大量自然科学研究方法的学科。能否更加广泛、更加有效地在考古学研究中运用各种自然科学研究方法已经成为21世纪衡量一个国家考古学研究水平的极为重要的标尺之一。鉴于此，总结考古学与自然科学相关学科相结合的实践，进一步强调在考古学中应用自然科学相关学科，对今后的研究进行展望是十分必要的。
一、在考古学中应用自然科学相关学科的实践
在中国考古学界应用自然科学相关学科的实践可以追溯到中国考古学的开始阶段，还在20世纪20年代，中外考古学家在发掘遗址时往往邀请地质学家参加，对遗址周围的地质地貌进行考察。自30年代开始，在考古学中应用自然科学相关学科的领域包括地质学、体质人类学、动物学、植物学、对陶器和金属器进行成分和金相分析等等。到50年代末，当时还隶属于中国科学院的考古研究所开始建设碳十四测定年代实验室。到60年代，考古研究所陆续开辟了碳十四测定年代、对陶器、金属器进行化学分析、体质人类学和动物考古等研究领域。到70年代，北京大学历史系考古教研室和中国文物研究所相继成立碳十四测定年代实验室。考古研究所又增加了热释光测定年代方法。到80年代，北京大学考古系实验室又增加了铀系法测年方法，中国历史博物馆考古部建立了水下考古研究中心，考古研究所又增加了金相分析方法。而自90年代开始，又有一批新的研究机构相继出现，一些新的领域得以开辟。如中国社会科学院考古研究所在原有的考古勘探、年代测定、体质人类学、动物考古学、成分和结构分析、文物保护与修复、考古绘图、考古照相等研究和应用领域的基础上，又增加了环境考古学和植物考古学两个新的研究领域，成立了考古科技研究中心。中国历史博物馆考古部建立了遥感与航空摄影考古中心。吉林大学成立了包括古代人骨体质人类学与遗传基因研究、地理信息系统在考古中应用、环境考古、动物考古等在内的边疆考古研究中心。北京大学考古文博学院的实验室又开辟了加速器测定年代、成分分析、定量考古和同位素分析等研究领域。另外，湖南省文物考古研究所、山东省文物考古研究所和浙江省文物考古研究所都相继引进人才，专门开展植物考古等方面的研究。
而在自然科学界，与考古学相结合的研究自20世纪50年代开始，主要集中在古陶瓷和冶金考古这两个领域。以中国科学院上海硅酸盐研究所古陶瓷研究组和北京科技大学冶金与材料史研究所为主要力量的一些研究机构的学者们对很多考古遗址出土的陶器和金属器进行了大量的分析和研究。自20世纪90年代以来，在自然科学的其它领域里，与考古学相结合的研究逐步兴盛起来。如华东师范大学成立城市与环境考古遥感开放实验室，中国科技大学成立科技考古研究室，另外，在中国科学院地质与地球物理研究所和北京大学环境学院等一批科研和教学机构里都有研究人员开展环境考古研究。中国科学院遗传研究所和复旦大学现代人类学研究中心也有专人对考古遗址出土的人骨进行遗传基因研究。
特别需要指出的是自20世纪90年代以来，自然科学相关学科和考古学的研究机构一起合作建立研究或教学实体，实现跨学科的联合。中国科技大学、中国社会科学院考古研究所、中国科学院自然科学史研究所联合建立中国科技大学科技史与科技考古系。中国科学院遥感研究所、中国国家博物馆考古部和华东师范大学城市与环境考古遥感开放实验室联合建立遥感考古联合实验室。北京大学考古文博学院和吉林大学边疆考古研究中心也分别和校内从事核分析技术和生命科学研究的学者合作，开展研究。
近八十年来，考古学家和自然科学家在考古学与自然科学相关学科相结合的征途上走过了相当不平凡的历程。这里仅就我们中国社会科学院考古研究所考古科技中心这几年的实践做一个简单地概括。我们认为这是全国范围内在考古学中应用自然科学相关学科的一个比较全面的缩影。
（一）考古勘探组
1，用探地雷达测出陕西西安唐大明宫遗址内柱础石的排列顺序。2，用磁力计在山西襄汾陶寺遗址测出一段城墙的走向。3，通过对新疆库尔勒地区的航空照片进行增强处理和判读，除发现新的城址以外，还科学地确认了一些城址的经纬度和面积。4，利用地理信息系统，准确地显示出山东沭河流域、河南安阳洹河流域、陕西扶风周原七星河流域的海拔、水系及各个时期遗址的分布规律。
（二）年代学组
1，圆满完成了《夏商周断代工程》中常规样品的碳十四测定年代任务。2，正在对与《中华文明探源工程预研究》有关的遗址中出土的样品及其它考古遗址中出土的样品进行碳十四年代测定。3，与德国考古研究院欧亚研究所合作，通过对青海都兰土蕃墓出土的多块棺木进行树木年轮测定，初步建立起青海都兰地区的柏树在唐代以前1316年的浮动年表。4，在做好碳十四测定年代工作的同时，年代学组的研究人员还通过对多个遗址出土的人骨进行食性分析，就认识当时不同地区、不同时期的人的食物结构进行有益的尝试。
（三）环境考古组
1，通过胶东半岛贝丘遗址环境考古，总结出这个区域在一定时期内人类适应海侵形成的环境变迁生存，在发展过程中逐渐对环境形成影响，最后主要在大汶口文化的影响下，改变生存活动方式这样一种特殊的人地关系。2，以陕西扶风周原遗址、长安沣西遗址、山西襄汾陶寺遗址、河南偃师二里头遗址、商城遗址、安阳殷墟遗址、山东聊城教场铺遗址为中心进行研究，探讨黄河中下游地区古代环境变迁与人类生活方式和文明演进的关系。3，在山西晋南地区确认了一处全新世的湖相沉积剖面，系统地采集了土样，开始进行孢粉、碳氧同位素和磁化率分析，探讨距今5000-3000年的自然环境变迁。4，与中国科学院南京地理与湖泊研究所、日本国立综合环境研究所合作，对甘肃居延地区的古代自然环境变迁与人类活动的关系进行研究。5，以山西襄汾陶寺遗址中发现的洪水冲击层和文化层的叠压关系，及青海民和喇家遗址的多处房址中发现突然死亡的人骨架为线索，研究当时不同地区的自然灾害对人类活动的影响。
（四）体质人类学组
1，对多处遗址出土的人骨进行体质人类学的研究，确认不同地区、不同时期人骨的体质特征。2，通过对青海湟中李家山遗址出土的人头骨进行非测量特征观察，肯定利用这种方法研究考古遗址出土人骨的可行性。3，在四川成都十街坊新石器时代遗址发现四川地区的首例拔牙现象。4，在青海民和胡李家遗址确认迄今为止所知的最早进入这个地区的欧洲人种。5，陕西临潼对秦始皇陵区的121具修陵人骨架进行研究，确定其年龄、性别和骨骼特征等。6，分别与中国科学院遗传研究所、复旦大学现代人类学研究中心、吉林大学边疆考古研究中心合作，对几个古代遗址出土的人骨进行遗传基因分析。
（五）动物考古学组
1，对多处遗址出土的动物骨骼进行动物考古学研究，确认不同地区、不同时期人们狩猎、捕捞和家养动物的种类和数量。2，确认猪等动物骨骼的形态测量标准，牙齿萌生、磨损状况与年龄的对应关系。3，确认迄今为止所知的马、牛、羊、猪、狗、鸡等家养动物的起源时间和地点。4，归纳新石器时代居民获取肉食资源的方式，并提出被动发展论的观点。5，探讨商代利用猪、牛、羊、马等动物进行祭祀的时期和地域特征。6，与日本带广畜产大学解剖学研究室合作，通过对河南安阳洹北花园庄遗址和内蒙古敖汉大甸子遗址出土狗骨的遗传基因分析及与日本狗的同类研究结果进行比较，证实中国古代家犬对日本家犬起源的影响。
（六）植物考古学组
1，在各个考古遗址大力推广浮选法，系统地获取了大量植物遗骸，确认不同地区、不同时期人们采集植物和栽培农作物的种类和数量。2，在黄河中下游地区龙山文化的遗址普遍发现水稻。3，在黄河下游地区龙山文化遗址和福建沿海地区相当于商代的遗址发现小麦。4，在黄河上游地区青铜文化遗址发现大麦。5，对多个遗址出土的木炭碎块进行研究，在湖北枣阳雕龙碑遗址、内蒙古赤峰大山前遗址、山东聊城教场埔遗址和陕西西安汉长安城遗址的木炭碎块中确认多个树种。
（七）结构和成分分析组
1，与中国原子能研究院核物理研究所合作，通过对属于山东地区龙山时代的多处遗址出土的陶片进行中子活化分析，探讨它们的原料产地及相关的文化现象。2，通过对山西襄汾陶寺遗址出土的齿轮形器进行分析，确认这件器物的金属成分和制作工艺。3，通过对河南安阳殷墟遗址出土的青铜器进行原子吸收光谱、电感耦合等离子体发射光谱、X光无损检测等多种测试和分析，确认殷墟一至四期文化中青铜器化学成分组成的变化规律、制作工艺的技术发展与明器化现象。4，通过对河南安阳殷墟54号墓出土的带盖陶器和青铜器里的积土进行中子活化分析，探讨如何对当时放在这些器物内的植物类和动物类物品进行区分。5，通过对西汉时期的镜范进行研究，确认其密度、吸水率、烧成温度等物理性能，检测镜范材料的成分、矿物组成和加入的植物种类等。
我们通过回顾在考古学中应用自然科学相关学科的实践认识到，这个过程明显受到世界考古学进程的影响，也与中国考古学本身的发展密切相关。在中国考古学的起步阶段就有自然科学相关学科的参与，这是由于考古学本身就是从西方引进的，西方的学者率先发掘了我们的遗址，那时中国自己的考古学家又多是从西方学习回来的，因此，当年中国考古学的研究方法基本上与西方的研究方法同步。后来在考古学中应用自然科学相关学科的研究一度陷入低潮，这与我们的考古学本身面临在辽阔的国土上建立众多考古学文化谱系，承担大量配合基本建设的发掘任务有关。到了20世纪90年代，在考古学中应用自然科学相关学科的研究之所以能够取得相当大的进步。这首先是因为考古学文化时空框架的构建工作基本完成，研究古代社会的各个方面，探讨古代人类的行为，归纳人类历史的发展规律逐渐成为我们考古学研究的主要内容。而要开展这样的研究，必须应用自然科学相关学科的方法，才能保证资料的全面性和方法的科学性。同时，我们也看到了西方考古学界大力借助自然科学相关学科方法进行研究的现状，这不能不说对我们是一个很大的启发。可以说，中国考古学实践的需要与否始终左右着在考古学中应用自然科学相关学科的实践过程。当然，自然科学相关学科的发展也明显地促进了其与考古学的结合，如碳十四测定年代、计算机技术、遗传基因研究和同位素分析等一系列新方法的创立，对于推动在考古学中应用自然科学相关学科的过程无疑是注入了极大的动力。
二、在考古学中应用自然科学相关学科的可行性和必要性
我们今天在考古学中应用自然科学相关学科的主要目的是适应考古学发展的需要，进一步提高考古工作的效率和科学性，全方位收集田野考古中获取的信息，充分发挥考古学资料的价值，更加拓宽考古学研究的范围，全面深化考古学研究的内容。
迄今为止，在考古学中应用的自然科学相关学科具体涉及到物理学、化学、生物学、地球科学、数学等基础学科。其中，物理学和化学主要探讨遗物的年代、结构和成分，生物学全面涉及古代的人、动物和植物，地球科学基本讨论的是当时的自然环境，而数学大致集中于各种资料的统计分析及对特定考古资料的量化研究。
考古学的研究对象是古代的物质遗存。研究对象的这种物质性特征是我们能够在考古学中应用自然科学相关学科的关键。因为自然科学相关学科就是研究自然界的物质形态、结构、性质和运动规律的科学。可以说，从纯粹的自然科学研究和在考古学中应用的自然科学相关学科研究这两者的研究过程看，它们之间的共性主要有四点。一是使用同样的仪器设备；二是依据同样的分析原理；三是运用同样的技术手段；四是对由同样的物质结构和化学元素组成的对象进行分析。它们之间的区别主要有两点。一是分析的材料在时间上的差异性，前者的材料包括现代和古代，后者的材料则肯定属于古代；二是研究目的的不同，前者是认识物质的形态、结构、性质和运动规律，完全属于自然科学，后者则主要考虑如何解释古代人类的行为，探讨当时的历史，属于人文科学的范畴。
在考古学中运用自然科学相关学科秉承“以今证古”的原则。这个原则最早出自英国地质学家莱尔于18世纪提出的“均变说”。他认为‘地球的变化是古今一致的，地球过去的变化只能通过现今的侵蚀、沉积、火山作用等物理和化学作用来认识。现在是认识过去的钥匙。’自然科学相关学科的科学原理及其它们的研究结果，证明了这些学科的科学性和实用性。这样就可以保证我们应用自然科学相关学科对古代遗迹、遗物进行研究时在方法上的科学性，同样也能保证最后结论的可靠性。贯彻“以今证古”的原则，为我们实事求是地认识过去，令人信服地解释过去奠定了基础。
我们在前面“在考古学中应用自然科学相关学科的实践”一节里阐述了一系列的研究成果。我们认为这些研究结果证明，在考古学中应用自然科学相关学科主要是在两个方面发挥了巨大的作用。一个方面是运用自然科学相关学科的方法对遗迹和遗物进行鉴定、测试和分析，揭示当时的绝对年代、自然环境的特征、人类生存活动的方方面面，开拓了传统的考古学所不能涉及的多个研究领域。另一个方面是运用自然科学相关学科的方法确认遗址、遗迹的位置、面积、布局，对各类考古资料进行定量统计和分析，极大地提高了考古学研究的效率和精确度。
考古学发展到今天，其研究的内容已经由原来通过发掘出土的遗迹、遗物的形状确定一个遗址、一个类型或一个文化的年代早晚、文化特征，建立完整的古代物质文化谱系，进一步扩大到全面探讨古代社会的各个领域。任何一个区域、任何一个遗址的考古学调查和发掘，都是为了全面或部分地展现在一个特定时间跨度和空间范围内的自然环境状况，人类社会的生存活动、生活方式、制作工艺、社会组织、礼仪制度、丧葬习俗、祭祀特征、文化交流等各个方面。如果说通过对人工遗迹和遗物形状的研究可以形象地再现其当年的原貌，从时空框架上把握考古学文化的位置。那么通过考古勘探、年代测定、环境考古学、体质人类学、动物考古学、植物考古学、成分和结构分析等研究则可以科学地再现当时的自然环境状况、演变及人类与之相适应的互动关系，考古学文化的绝对年代，居住在不同地区的人群的体质特征和风俗习惯，采集、狩猎、种植、家养等一系列获取食物资源方式的演变过程，包括动植物在内的各个时期人的食物种类，人类制作各种器物的方法、原料及发展过程，当时人进行随葬和祭祀活动的各种动植物种类和不同时期的特征，文化与文化之间一些特殊因素的交流，同时，还能提高考古调查、发掘和研究的效率和精确度。在这样的基础上形成的考古学综合研究成果才能真正符合21世纪世界考古学发展的要求。此外，历史学、民族学、人类学、社会学等社会科学学科和地球科学、物理学、化学、动物学、植物学、自然科学史等自然科学学科的研究人员也都可以从中获取珍贵的资料和有益的启示。
我们认为，在考古学中进一步强调与自然科学相关学科的结合是时代向考古学提出的要求，也是考古学本身发展的必由之路。
三、对在考古学中应用自然科学相关学科的展望
多年来，在老一辈学者的努力下，我们的年代学、体质人类学、陶器、金属器的成分和结构分析等研究领域有了长足的进步。近年来，在考古学界和地球科学界的共同关注下，环境考古学也呈现出欣欣向荣之势。但是我们必须正视，其他各个领域的研究还有许多工作要做。现在全国各个地区在考古学中应用自然科学相关学科的实践还远远没有普及，有些地区在这方面的工作迄今为止仍然是空白。很多地区即便已经开展了研究，但是其目的性、科学性、全面性和整合性都有待于提高。将我们在考古学中应用自然科学相关学科的现状与世界上的先进水平相比，我们还有比较大的差距。尤其是在世界上高科技突飞猛进发展的大背景下，西方国家在考古学与自然科学相关学科相结合的一些前沿研究领域如遗传基因研究、稳定同位素研究等方面都取得了可喜的成绩。这对我们既是科学的启示，又是有力的鞭策。我们应该投入更多的财力和人力，注意在考古学中应用自然科学相关学科的全面性，强调在各个研究领域中的前沿性。认真做好一个遗址、一个地区及一个领域的课题研究和资料积累工作，扎扎实实地把在考古学中应用自然科学相关学科的研究推向前进。
考古学家和自然科学家分别属于不同的学科，这些不同的学科都有各自的研究目的和方法。因此，要把在考古学中应用自然科学相关学科的研究推向前进，考古学家和自然科学家互相都有一个学习对方的过程。考古学家要认真了解自然科学家探讨物质世界的各种方法和原理，开拓研究思路，充分调动各种积极因素。而自然科学家则要注重认识考古学家是如何去解释古代社会和人类历史发展规律的，充分利用多种仪器设备的性能，开发各种考古资料的价值。研究人员只有通过这样一个知识结构更新的过程，才能把自然科学相关学科的方法全面、有效地运用在勘探、考察、鉴定、测试、分析各种与考古相关的资料中，而研究结果才能与考古学的目的有机地结合在一起，充分展现出多学科研究的学术价值。现在一些大学和科研机构已经培养或正在培养在考古学中应用自然科学相关学科的研究生，这是一个十分可喜的现象。今后，有条件的大学还要加强对本科生的教学工作，开设多门在考古学中应用自然科学相关学科的课程，系统地培养具有考古学和自然科学某个学科基础知识的复合型人才，引导他们以新的思维在今后的田野考古中开展工作，为在全国范围的考古实践中广泛开展应用自然科学相关学科的研究打下基础。
我们在今后的工作中要进一步实行课题制，这是我们在考古学中应用自然科学相关学科的一个很好的方法。我们提倡无论是主动出击还是配合基本建设进行考古调查和发掘，都应该组建以考古学为主，包括属于自然科学相关学科的研究人员组成的队伍，这应该逐步形成为一种制度。我们承担的每一个考古调查和发掘工作，从某种意义上说都是一次机不可失，时不再来的机遇，除人工遗迹和遗物之外，充分获取有关当时自然环境状况和人的行为的各种信息，进行全面地研究，拿出高质量的、无愧于时代的研究成果是我们共同的愿望。多学科的研究人员共同参与考古调查和发掘的规划，结合不同的考古实际状况制定各种切实可行的技术路线，一起开展野外工作，在考古调查或发掘中分别获取本学科研究所需的资料，在室内各自依照本学科的方法进行研究。最后以考古学研究为主线，把多学科研究的内容结合在一起。在实行课题制的过程中把考古学和自然科学各门学科的研究内容融为一体是我们理想的目标。
总结考古地层学、类型学和年代学的发展过程，可以看到这些方法的形成首先都是依据考古学实践的需要，借鉴别的学科的方法，然后在考古实践中不断完善、充实这些方法，使之逐步适应考古学的研究，成为考古学自己的方法。重温这些方法的形成过程对我们应该有一个很大的启示。我们通过借鉴物理学、化学、生物学、地球科学和数学的研究方法，逐步建立起考古勘探、年代测定、环境考古学、体质人类学、动物考古学、植物考古学、食性分析、成分和结构分析等诸多研究领域，获得了一系列有学术价值的成果。这些成果再一次证明在考古学中应用自然科学相关学科强调了考古学的科学性，增强了考古学的科技含量，突出了考古学里全方位研究古代社会的内容。对深入开展考古学研究是一个极大地促进，符合考古学发展的方向。在考古学中应用自然科学相关学科的实践过程正在带动考古学方法的进一步多样化，我们要以地层学、类型学和年代学的形成及发展过程为鉴，努力做到考古学和自然科学相关学科的有机结合，有意识地完善研究方法，积极推进考古学方法多样化的创新过程。
我们相信，只要坚持与时俱进的精神，进一步加强在考古学中应用自然科学相关学科的努力，不断进行新的探索。我们获取的信息资料就会越来越丰富，我们涉及的研究领域就会越来越广阔，我们得到的研究成果就会越来越精彩，考古学的明天就一定会更加灿烂辉煌。
注：原文发表于《中国文物报》2003年7月11日第5版,这次再版时对题目及个别词句稍做改动。
