三星堆巨型青銅神樹集青銅鑄造工藝之大成，是古蜀文明的代表；唐三彩馬精准的釉料配方與低溫釉燒控制牽引了色彩的微妙變化；越王勾踐劍歷經2500餘年，紋飾仍清晰精美、毫無銹蝕；太陽神鳥金飾僅0.2毫米厚，卻包含了捶揲、剪切、打磨等多種複雜工藝……我們的祖先是如何做到這些的？梵高被新顏料覆蓋的繪畫草稿，又是如何“重見天日”的？ 文物承載著歷史資訊，也蘊藏著有待今人發現的技術智慧。如何在不破壞文物的前提下讀取這些看不見的內部資訊，是現代科技與文化遺產保護結合的關鍵所在。1月24日，由上海科技館與故宮博物院聯合主辦的“奇驥奔騰——馬年科技文化特展”系列主題活動第一期在上海科技館報告廳舉行。活動以“看不見的內部：現代科技如何‘看穿’古代工藝”為主題，邀請了故宮博物院文保科技部主任、研究館員雷勇和上海交通大學巴黎卓越工程師學院副院長、材料科學與工程學院雙聘教授鐘聖怡分享了同步輻射、中子散射等前沿技術在文物研究領域的最新應用及其所揭示的文物內在工藝密碼，為文化遺產的認知與保護提供了跨學科的新視角。 同步輻射光再譯文物密碼 雷勇在題為《同步輻射光下的守護：大國重器破譯文物密碼》的報告中，以故宮館藏瓷器、彩繪文物為例，介紹了同步輻射等先進技術在文物原位無損分析中的應用——深入揭示高溫瓷釉著色機理與材料結構形成過程，為文物鑒定、保護與修復提供科學依據。 “當臺式儀器已不能滿足對高解析度的要求，科學家就通過做一個像運動場那麼大的加速器來獲得更高的能量，取得更加細緻、精准的觀察效果。這一方法在國際上比較出名的應用體現在梵高的一幅油畫中。”雷勇舉例說，X光照相技術和紅外攝影技術曾隱約發現有個人影出沒在梵高1887年創作的一幅不知名油畫——《草地》的中心區域。荷蘭代爾夫特理工大學和比利時安特衛普大學的研究人員在漢堡使用同步輻射光源對這幅作品進行了X射線螢光掃描分析，用以測量顏料中的化學物質，尤其是汞元素和銻元素，結果發現用紅、棕色顏料塗抹的一個戴頭巾婦人形象在被藍、綠色草地覆蓋的底稿上顯現。專家繼而發現，這位婦人還曾出現在梵高的早期作品《吃土豆的人》中。該分析文本成為了那幾年藝術分析領域引用率非常高的文獻，體現出同步輻射光作為超級顯微鏡的工具價值，也極大地提升了《草地》的歷史價值和拍賣價格。價格昂貴的大尺寸X射線螢光掃描設備隨之出現，研究人員借之獲得了許多與繪畫技法相關的資訊，包括對朱砂、赭石顏料和描金工藝的分析。 在我國，故宮博物院文保科技部、考古研究所與中國科學院上海高等研究院/上海光源合作，通過同步輻射分析結合地質、歷史、材料學的研究方法，對在故宮發掘的明代洪武年間釉裏紅瓷片開展合作研究，解決了3個問題。一是確定了瓷片著色的成分是原子態的銅；二是揭示了瓷片發暗的原因是有些雜質沒有去除；三是發現了銅紅釉中起著色作用的晶體之所以在明代中晚期幾近消失，原因是被稱為“鮮紅土”的原料沒有了，並推測這種原料可能來自混有少量硫化亞銅（Cu2S）的赤銅礦，由此對洪武釉裏紅的著色原料來源、燒制難點及後續原料稀缺的原因，作出了較為清晰的解釋。 中子大科學裝置使經驗可測量、可分析、可控制 科學家根據中子的波粒二象性發明了中子散射技術來探索微觀世界。鐘聖怡教授從古今材料研究方式的對比切入，闡述了中子大科學裝置這一“核能超級顯微鏡”如何幫助科學家觀察材料內部的微觀結構與應力狀態。據她介紹，由查德威克在1931年發現的中子，穿透能力是普通X射線的千倍以上。據記載，古人通過觀察火焰的顏色就能夠判斷火焰溫度，但即使能把劍打出來、把丹藥煉出來，人們其實並不能確保那劍、那丹藥的品質。於是，制龍泉劍的人會用劈硬幣驗證劍的鋒利，張仲景會以身試藥以驗證藥的療效。而現代工業對整個工藝流程中每一環節的成本、輸入參數及反應機理、輸出結果都有非常明確的認識。精確地測量、掌握產品製備過程中微觀組織的演化情況，是獲得產品高性能的關鍵。也正因此，今天的人們哪怕只花幾塊錢從網上購買一件工業產品，也可以是非常好用的。而且越往現代，人們能夠掌握的造物尺寸越小，精度則越來越高。到20世紀末，晶片技術的發展要求在微米級的晶片上刻蝕非常多的電路；現在用光刻機制造高性能晶片，更需要在納米級的尺度上掌握、理解物質。正如諾貝爾物理學獎得主費曼曾經說過的：如果我們要理解大自然的運作規律，必須要在原子尺度上去控制和理解物質。現代科學將古代工匠依賴火焰顏色、水泡形態等“經驗值”判斷的工藝過程，轉化成了可測量、可分析、可控制的研究過程，由此重新認識古代技術的智慧與局限。 鐘聖怡解釋說，大刻度的尺子量不出小尺寸，因此，如果想要知道一個細胞有多大，必須要找到一把和細胞的尺寸相匹配的“尺子”。就此而言，光學顯微鏡的光學波長太長了，在放大微觀現場的同時會失去視野，面臨解析度和視場的矛盾；而散射中子的波長範圍大約為0.1納米到1納米，正適合照亮原子尺寸。人們能運用中子看到原子尺度的東西，此外，中子還能穿透釐米級的金屬樣品，且能對大塊樣品（大視場）裏的納米結構（小尺寸）進行統計性定量表徵，換句話說，觀察者在看得廣的同時也能看得細。比較原子核中包含的中子數目，能夠區分同位素；中子所具有的磁矩，還使它很適合用來研究磁性材料中的微觀磁結構和磁漲落。 由此，能可控地產生中子作為研究材料探針的中子大科學裝置在工業，特別是現代工業革命中發揮了重要作用。目前世界上的發達國家幾乎都建有中子大科學裝置。我國中子大科學裝置的發展相對國外要晚一些，但近兩年進展得非常快。我國目前已有北京的CARR堆、綿陽的CMRR堆和東莞的CSNS源3個中子大科學裝置。 中子譜儀有望使文物“延年益壽” 上海交通大學自主設計研發並與綿陽研究堆共建了兩臺利用中子對材料進行研究的中子譜儀，分別叫河圖、洛書。其中，河圖譜儀是一臺工程應力譜儀，覆蓋鎳、鈦、陶瓷等航空發動機關鍵材料，優選中子波長段，滿足各向異性、大厚度、複雜構型工程樣件殘餘應力與織構測試需求。它能夠利用中子探究航空發動機、航太航空、核能電力等設施中巨大且無法被射線穿透的構件內部發生了什麼、是否有損傷、需要注意什麼等。它的解析度等核心指標國際領先。洛書譜儀有46米長，又叫超長中子小角散射譜儀。它創新地採用了三探測器測量系統，實現了超長量程原位測量，能夠對樣品中的納米結構進行定量表徵，在金屬、高分子、生物蛋白、功能材料等領域均有廣闊的應用前景。利用這兩臺中子譜儀，可以對航空發動機的安全可靠性進行臨界測試，可以研究如何使很大程度決定了晶片品質的半導體晶圓長得更好，也可以研究、探測核反應爐的壓力容器是否能很好地守住安全邊界。基於不同年代使用不同的工藝體系鑄幣，用中子探看硬幣內部的織構、排布，可以判斷硬幣的真偽。     呼應馬年的主題，鐘聖怡教授提到文物“馬踏飛燕”上方的銅奔馬有7公斤多重，但它真正與“燕子”接觸的，只有一條極細的馬腿，且接觸面積非常小，加之年代久遠，文物具有很大的脆弱性。“所以我們第一想知道的是古代人是怎麼敢於用這麼細的一條腿支撐了這麼大的馬身的，第二想知道的是這匹馬現在是不是還安全。如果用中子對它進行研究，我們就完全可以非常清楚地還原出馬的腿部和燕子身體的接觸部位內部具體是怎樣的結構。”鐘聖怡表示。 活動後半程，兩位專家與全國政協委員、上海科技館館長倪閩景圍繞“科技如何改變我們理解古代技術的方式”“科學研究與文化遺產保護之間的邊界與可能性”等議題進行了交流。專家們一致認為，精密的科學工具應當成為理解歷史的助力，但在獲取充分資訊的同時，也不應忽視對文物本體的敬畏與保護。 據悉，“奇驥奔騰——馬年科技文化特展”是上海科技館與故宮博物院首次連袂合作的大型特展，共分為“奇驥初現”“生生之野”“千載駿影”“驥語共馳”四大篇章，彙集了20餘件來自故宮的“馬”主題珍貴文物，以及10餘匹珍貴標本馬及仿生馬，通過文明與自然的雙重視角呈現馬在人類歷史中的獨特地位。展覽位於上海科技館B1層臨展廳，將於2月17日至8月16日期間對公眾開放，現已開啟早鳥票線上預售。