從交趾燒與夜宴圖談起（下）──科學技術在文物鑑定上的應用


1985年09月189期｜上一篇｜下一篇＃發行日期：1985、09 ＃期號：0189 ＃專欄：通俗科學講座（三十九）＃標題：從交趾燒與夜宴圖談起（下）──科學技術在文物鑑定上的應用＃作者：張世賢．透視技術．X光繞射技術的應用．定年技術．其他的應用．結語．圖七：(A)靜卣的器底。 (B)經X光透視後顯現一角殘缺及邊緣焊補的狀況。．圖八：左戰國獵紋壺是一件很薄的青銅器，器面由多種材料鑲嵌裝飾而成，它經過X光透視後顯示鑲嵌的部位都布滿墊片（原寸）。右左圖中的墊片分布略圖。．圖九：銅器中的墊片（中間部分）和銅質接合的狀態（放大八倍）。靠近墊片的銅液最先冷卻，抵抗腐蝕的能力較強，經過長期的環境因素影響後，顯出比他處更為緻密的結構。．圖十：一件西周銅鼎局部的X光透視圖，下方兩個墊片周圍的銅質顯然與他處有異；上方兩個耳根部分在鑄造時因氣體無處逃逸而形成許多氣孔。．圖十一：油畫在原子爐接受中子照射以後，移到多頻道脈高分析儀面前偵測，即可測知大部分顏料的組成元素；同時將X光片緊貼油畫，讓它感光，底片顯影後就能看出各種顏料在畫面上的分布狀熊。．圖十二：（左）一幅油畫的局部，右上角有一支牧羊人的拐杖。（右）左圖的X光透視圖，顯示鉛白不均勻地塗在畫布上。．圖十三：圖十二的油畫在原子爐接受中子照射後，組成顏料的各類元素所放出的輻射線在X光片上感光而形成的一系列透視圖。（左上）：照射完畢後幾分鐘以內所形成的透視圖，表現了一叢樹葉的部分，顯出每一片樹葉的筆觸，可以清楚看出顏料塗抹的厚薄濃淡。（左下）：冷卻幾小時後的透視圖，顯示樹葉下面的區域塗了一層含錳的顏料。（右上）：冷卻一天後的透視圖，顯示在圍繞樹葉的天空部分分布著另一層顏料，並入侵到樹葉外圍。（右下）：冷卻兩週以後的透視圖，顯出了天空部分的顏料分布。．圖十四：（上）美國油畫畫家Marian Blakelock的簽名式。（下）她有一幅畫被人塗改為乃父Ralph Blakelock的作品，造假圖利，經中子照射後現出原來的模糊簽名。．圖十五：利用紅外光檢驗繪畫。．圖十六：在一幅畫的局部用各種紅外光顯像技術所顯現的三種內層構圖。．圖十七：紅外光能顯出某些畫家的構圖習慣。．圖十八：各種藍色顏料的晶體經過X光光束照射後，在感光片上造成的繞射圖像。．圖十九：用熱螢光定年法測定的結果，發現左是唐代燒製的陶馬，右則是近代的仿品。．圖二十：一件外表完美無缺的瓷器，在紫外光照射下顯示曾被修補多處。		從交趾燒與夜宴圖談起（下） ──科學技術在文物鑑定上的應用透視技術 X光透視 X光可以透視人體，檢查生病的部位和病情的輕重，作為診斷的參考；可以透視輸油管，檢查它是否有裂縫，避免埋下破裂的油管而造成慘重的損失。同樣的透視技術也可以用來透視古器物，觀察它們的內部結構和主要特徵，以為研究製作技術和採取保護措施的依據；當然，這種檢驗的結果也可以幫我們鑑別古器物的真偽。從大約四千年前開始直到兩千年前左右的夏商周三代，是中國的青銅時代。這個時代所鑄造的青銅器，有一部分存放在台北的故宮博物院、中央研究院和歷史博物館，但這些機構珍藏的銅器並非全部完整無缺，它們之中有些是後代的仿製品，也有些是曾經被人改頭換面的，目前在故宮陳列的「靜卣」就是一個例子（卣讀音如友，是一種盛酒用的容器）。用X光透視靜卣的底部，我們發現它缺了一個角落，並且邊緣都有焊補的痕跡（見圖七）。我們再翻查一些清末收藏家和近代銅器專家的著作圖錄，又發現英法聯軍是罪魁禍首。當他們攻進北京並燒毀圓明園的時候，把靜卣燒成只剩下器底的殘銅片，器底上的銘文還大致完好；而清朝盛行金石考據之學，有銘文的銅器很受重視，在骨董市場上的價格比沒有銘文的銅器要高出很多，骨董商便雇用修補銅器的高手，將這塊有銘文的殘銅片焊進一件沒有銘文的銅器器底，以求高價出售。因此，目前故宮這件「銘真而器偽」的靜卣，並非當初收藏在圓明園的靜卣，X光透視的結果證明了近代銅器專家在一些著錄上的記載是正確的，而老牌殖民帝國侵略中國的史實，也因此多了一個見證。由此看來，中國古銅器內部的結構和特徵，用X光透視以後是一目瞭然的。商周時代鑄造銅器的方法十分特別，鑄工們先用陶土塑造內模和外笵，待它陰乾就在上面刻劃花紋銘文，用窯火燒硬後再將熔融的銅液倒進內模和外笵組合成的空間裏，待它冷卻，敲掉陶模就獲得一件銅器。用這種方法鑄造銅器，各部分冷卻的速度和均勻度，經常是鑄造成功與否的重要因素，如果有些部分冷卻較快，有些部分冷卻較慢，就很容易造成龜裂的現象。聰明的鑄造工人便想到在內模外笵結合形成的空間裏放置金屬墊片，一方面引導銅液流到各個角落，他方面使整個器身都能在一定時間內均勻的冷卻（見圖八）。這些墊片配置的方式，和器形有關，而器形又因時代而異，因此各時代的銅器都有它特殊的墊片配置方式。此外，緊靠墊片周圍的銅液最先冷卻，這個部分的金相結構比較不容易遭受腐蝕因素的影響，千百年以後這個部分的銅質就比其他地方結實（見圖九），許多古銅器在X光透視之下都會顯出圖十的現象來。利用這兩個特點，以及各年代銅器具有的其他特性，我們可以對銅器作真偽的鑑定。數年前我們檢驗了一件從清末出土以來就被懷疑是偽造的銅器──腹內有五百字銘文的毛公鼎，結果發現它內部的各項特徵和西周銅器的特徵非常相像，確定它是西周時代鑄造的銅器，因為清朝末年還沒有X光透視機，古書上也沒有提到商周銅器怎樣鑄造，怎樣配置墊片，儘管做假的高手能夠把古物的外觀仿造得天衣無縫，但誰也不知道西周銅器的內部是何等模樣，又從何仿起？而一向主張此器為偽的國內外專家，也未能針對這個論點提出反駁的理由，相信這件清末以來就爭論不休的真偽公案應該可以平息落幕了。關於毛公鼎的真假是非，筆者曾在72－3月號的科月為文介紹過，茲不贅述。自發放射透視（neutron activation autoradiograph） X光透視除了能夠鑑別古器物以外，長久以來也被認為是研究油畫結構最有用的一種輔助技術；但這種技術有它的局限，因為只有由原子序數高的元素所組成的顏料才會吸收X光，因此也只有像鉛白這樣的顏料在畫面的分布狀態，才能夠經由X光透視顯現出來，其餘的顏料則一律被X光穿透而無法看出它們在畫面上的分布。到了1960年代，美國紐約長島布魯克海文國家研究所的一批科學家們，發展了一種利用原子能的方法，來顯現油畫的顏料層次以及各種顏料在整張油畫上的分布狀態。他們把整幅油畫放進原子爐接受中子照射，然後將X光片貼在這張具有放射性的油畫上面，讓它感光，每隔一段時間換一張X光片（見圖十一）。油畫顏料裏有長半化期元素，也有短半化期元素，半化期短的元素在照射完畢短時間內會把大量放射線放出來，放射強度很快就會變得微弱；接著出現的是半化期不長不短的元素所放的射線，經過比較長一點的時間後，它們的放射強度也跟著減弱；長半化期元素放出的射線強度一般比較弱，但在很長的時間內放射線都維持一定的強度。因此在油畫從原子爐取出後將X光片貼在畫面上，短時間內底片就能感光，由感光的狀態就能明瞭短半化期元素所組成的顏料在畫面上使用的狀態。同樣的道理，當短半化期元素所產生的放射線消失後，將X光片貼在畫面一段較長時間或者很長時間以後，就能看出半化期不長不短的元素，或者半化期很長的元素在畫面上的分布狀態。這一系列的放射線透視片，可以幫助我們了解整張油畫的顏料分布及顏料層次。由於產生感光作用的放射線出自樣品本身，和X光透視時不同，我們就稱這項技術為「自發放射透視」。它和X光透視相同的地方是它顯示了繪畫材料的結構狀態；它比X光透視更進一步的地方，是能夠顯示不同顏料在整張油畫上的分布。這個道理很簡單。在X光片感光的同時，用儀器偵測畫面放出的射線，再參考樣品照射的時間以及冷卻的時間，就可以確定底片的感光是由那些元素放出的射線造成的，可以從感光的狀態看出各種顏料在畫面上的分布。我們平常所看到的油畫，都是畫家最後著色的部分，它的底色以及中間層次的顏料分布狀態，只能由這種放射透視顯現出來。也許，我們可以因而研究出畫家作畫的某些習慣，尤其是使用顏料的習慣，這在鑑定真偽時很可能派上用場，因為有些人可以在外觀上把別人的畫模仿得很逼真，但作畫的習慣和過程，卻是很少人會一樣的。圖十三是一張油畫的局部（見圖十二左）接受中子照射以後，在X光片上產生的一系列感光圖象，可以作為說明這種功能的範例。此外，有些畫的簽名被塗抹改掉以後，用放射透視的方法也可能顯出原來的簽名而確定是誰的作品（見圖十四）。雖然傳統的國畫和西洋的油畫在使用的材料和繪畫技法上頗有差異，但只要原子爐裏有特殊的照射裝置，讓國畫接受中子照射時不必顧慮安全的問題，這種透視技術還是可以用來鑑別國畫。如果這種鑑別國畫的技術發展成功了，將來要有任何類似「夜宴圖」之類的風波發生時，若是爭執的雙方都願意提供若干得意的作品來檢驗，用以上所說的兩種透視技術，和以下即將介紹的紅外線攝影技術來仔細分析，相信最後的結論會比法庭的裁判更能令人信服的。紅外線的應用我們欣賞一幅畫的時候，看到的是畫面顏料的色彩，沒有辦法深入內層去看裏面的顏料和構圖，因為裏層顏料反射的光波都被上層顏料散射、淡化了。如果利用紅外線來看就不同，紅外線具有相當強的穿透力，能夠反射一幅畫的底層特徵。不過，每一種顏料阻擋紅外線穿透的能力不一樣，肉眼也無法看出紅外線反射的底層構圖。要偵檢這種紅外線的反射光，我們必須利用各種顯像技術，例如把一種含有硫化鉛檢波器的紅外光反射照相機，連接到一個閉路電視偵檢系統（見圖十五），或利用特殊的底片、濾光鏡直接作紅外線攝影，才能被人類的肉眼看見。圖十六是一幅畫的局部用各種紅外光顯像技術所顯現的三種內層構圖。有些古畫的構圖可以用X光透視出來，例如有些用細針描繪的構圖塗上鉛白後，就不容易被x光穿透而能顯出輪廓。不過，許多構圖都是用木炭、黑粉等不吸收X光的材料來構圖的，這些材料只能用紅外線才能顯出它們的構圖線條。經由這樣的觀察比較，我們有時可以看出某些畫家有他特殊的構圖習慣，例如圖十七就顯示畫家習慣在他的粗線條草圖上，再畫一些平行的影線。這種檢驗方法對鑑別文藝復興前期西方畫家的作品，幫助很大，因為當時的畫家很少在作品上簽名。如果有人塗去畫家原來的簽名，簽上自己的大名來欺騙大眾，或換上大畫家的名字來圖利，有時紅外光一照就會現出原形。繪畫的細部或器物上刻寫的字，由於某些原因而模糊不清時，也可以利用紅外線檢驗出來。 X光繞射技術的應用當X光照射到結晶體的時候，由晶體中不同層面的原子所反射出來的X光會造成繞射的現象。如果這個過程是在一個密閉的圓形照相機中心進行的，則照相機內緣所裝的X光片上會造成各種感光線條，這些感光線條的濃淡和彼此的間隔距離，因晶體結構的不同而有差異。根據這個原理，我們就可以鑑別晶體材料的種類，只要組成文物的材料是結晶體，就可以利用X光繞射技術來分析研究。在組成文物藝品的材料中，礦物顏料、石材（包括玉石、寶石）、金屬器上的銹蝕物、瓷胎等等，都可以用這種技術來鑑別。圖十八是各種藍色顏料經過實驗分析後的X光繞射圖像。如果我們能夠利用這種技術，將各類顏料在各年代使用的狀況整理出來，就具有斷代的意義；一幅被聲稱為古畫的畫面上，若是出現了近代製造的顏料，則那幅畫很可能是近代仿作的，至少它曾被近代的人修補過。中國玉器的使用，年代很早，各地的考古發掘證明中國人在商代以前的日常生活裏，就使用玉器了。一直到現在，人們對玉器的興趣還是很濃，可見玉在中國人的心目中，占著如何重要的地位。已經退休的故宮玉器專家那志良先生說，中國玉石的產地，可以採信的只有產軟玉的新疆和產硬玉的雲南一帶。但在殷商的墓葬裏卻發現有大量的軟玉，這說明在殷商以前，華北的陸路交通也許已經十分發達，東到黃海，西到崑崙山了。將有出土資料的玉器分析清楚，再將中國的玉礦調查清楚，大概就可以知道那些玉石材料的來源，以及古代陸上交通的狀況了，這在考古學上是很有價值的。要分析玉石材料，就要用上X光繞射技術。目前在文物藝品的鑑定研究工作上，這是少不了的一項輔助技術。定年技術一講到文物的研究，講到考古的問題，我們便會想到年代的斷定。要描述幾百萬年以來人類文明進展的軌跡，最基本的條件就是有一張標準的年代表；即使只從鑑別文物的要求來看，如果文物的年代無法確定，又怎知它是自古已有或是近代仿製的？斷代的方法很多，有從文物的形態著手的，有從文物的材料著手的，也有從它們埋藏的環境及相關物件著手的。在一些物理定年技術實驗成功之前，考古學家所依據的是相對定年法；他們由古物形態的演變或是古物埋藏的地層等等關係，去斷定它們的年代先後，再經由廣大地域裏進行的考古發掘，出土了許多形態上有關聯或者和某些特殊環境有關聯的器物，在它們之間建立起相對年表。但這種相對年表畢竟比較粗略，還有許多問題存在。最近幾十年來，科學家們利用組成古物本身的材料的特性，發展一些物理定年技術，定出了許多古物的絕對年代，使得那些在空間上相隔很遠的古文明，能夠在時間上聯繫起來，從而建立起世界通用的年代表。這在人文科學的領域裏，可以說是一項重大的突破。目前廣泛應用的絕對物理定年法有兩種：放射性碳定年法（radiocarbon dating）和熱螢光定年法（thermoluminescence dating）。放射性碳定年法在大氣層上層的氮原子，由於受到宇宙射線不停的沖擊而變成碳-14原子（¹⁴C），碳-14以5730年的半化期進行衰變，並和碳-12原子（¹²C）均勻混合在自然界中，它們之間的比率約為¹²C：¹⁴C＝¹²C：1。這種比率在有生命的動植物中，一直保持著平衡狀態，但在一些喪失生機的有機體裏，像死亡的木頭和動物的骨骼，¹⁴C原子的數目經過5730年以後就剩下原來的一半。根據這個原理，如果用儀器度量出實驗標本的¹⁴C含量n，以及還有生命的類似標本的¹⁴C含量n₀，則依放射性衰變的公式n＝n₀e^-^λt，就可以求出這個標本死亡的時間t來（λ的值與半化期有關）。最適於作這類斷代分析的標本是木炭以及保存得很好的木器，另外皮革、紡織品、泥煤和骨骼也能用這個方法斷代。但超過五萬年以上的古器物就因為¹⁴C含量太少，而無法正確測定它的年代。如果有一座古墓，沒有任何跡象能夠指示它的墓葬年代，但是裏面卻保存著木炭樣品，就可以用這些木炭來斷定墓葬的年代了，這對考古學家是極為重要的資料。熱螢光定年法這是用來斷定陶器年代的一種方法。陶土、岩石之類的材料，都含有微量的鈾、釷、鉀等放射性元素，經常會受到α粒子、β粒子、γ射線等游離輻射的照射，因此陶土裏面的一些原子會經常產生微小的變化；這種過程累積一段時間以後，如果陶土受到熱能的激盪，便要因為電子能階的改變而放出所謂的「熱螢光」，並且在短時間內放盡。這種熱螢光的強度和輻射劑量成正比，而鈾、釷、鉀等元素的半化期很長，陶土每年所受的輻射劑量可以說是一個常數，因此陶土受熱後放出的熱螢光強度又和年代成正比的關係。將塑造成形的陶坯放在窯裏燒成成品的同時，陶土也放出了所有的熱螢光，不過它從此又開始受到游離輻射的照射；換句話說，它從此又開始「累積」熱螢光了。如果我們用儀器度量出目前陶土中累積的熱螢光強度（L），陶土對游離輻射的感應度（S，也就是每單位輻射劑量在陶土內部所能產生的熱螢光強度），以及陶土每年接受的輻射劑量（R），就可以求出陶土被燒成陶器後已經過去了多少時間，陶器的年代就是這樣求出的：雖然這種斷代的方法還有或大或小的誤差存在，但用來鑑別真品仿品是綽綽有餘的。圖十九中的兩件陶馬，如果不用儀器測定，誰能一眼就看出那一件是唐朝燒製的，那一件是近代的仿品呢？其他的應用有些文物的組成材料可以用各種顯微鏡放大觀察，例如繪畫顏料的層次，造紙用的植物纖維，漆器的漆層結構等等。將古紙或古書取下的樣品加以觀察鑑別，應可看出歷代造紙原料的種類和特徵，幫助我們研究我國造紙技術發展的過程；同時，如果畫家和書法家平日偏好某種紙張作畫或寫字，則將他們作品的紙質加以研究，很可能有助於書畫真跡或仿本的鑑定。「金相」是合金組織的狀態。在金相顯微鏡下，各種合金都有它特殊的金相；即使是同一種合金，如果個別金屬熔合的比率不同，或製作加工的方法不同，它們的金相也不一樣。因此，金相觀察可以讓我們了解古代的金屬器物由什麼金屬或合金製成，它們又經過了怎樣的冷熱處理或機械處理；換句話說，金屬製作技術演進的過程，可以在金相顯微鏡下看出許多線索。掃描電子顯微鏡能把物體放大幾萬倍以上，許多由細微顆粒組成的文物材料，都可以用它來觀察、鑑別，例如墨和各種繪畫顏料。在我國和一些東方國家的歷史上，墨是很重要的書寫媒介和繪畫顏料，種類也很多，如果製作用的材料和地域、年代不同，則可能在組織和成分上有不同的特色，這可以在掃描電子顯微鏡下，從碳粒子的大小和其他的添加物看出來。將各種書畫作品上的碳粒子尺寸分布狀況加以統計，作成圖表比較，也許可以找出它們的特徵，作為鑑定中國書法、繪畫的一項依據。有些人修復破損的古物，可以做得天衣無縫，但這基本上是骨董商作假圖利的行為，不值得獎勵提倡。如果要鑑別一件外表完好的文物藝品是否被動過手腳，則可以用紫外光來檢驗；一些修復用的材料在紫外光下，通常都會有特殊的螢光反應。圖二十的瓷器外表完美無缺，但在紫外光照射下卻顯示它有不少地方是被人修補過的。結語以上介紹的是目前能夠用來鑑定文物藝品的一部分科學技術，另外還有很多可以應用的項目，限於篇幅，無法一一列舉。不過，從這些簡略的介紹裏，我們大概可以明瞭，從文物藝品本身的組成材料上測得的資料數據，才是藝壇發生糾紛時最客觀公正的仲裁者；我們也從而領略到，現代科技的發展，影響十分深遠，各個角落都可以派上用場，文物藝品的鑑定、研究，只是萬千脈絡中的一個小分支而已。參考資料 1. S. J. Fleming, Authenticity in Art, The Institute of Physics, London, 1975. 2. R. J. Gettens, The Freer Chinese Bronzes, Smithsonian Institution, Washington, D. C., 1969. 3. W. J. Young, Application of Science in Examination of Works of Art, Museum of Fine Arts, Boston. 4. R. H. Brill, Science and Archaeology, The MIT Press. 5. Maryan Ainsworth, Art and Autoradiography, The Metropolitan Museum of Art, New York, 1982. 張世賢任職於故宮博物院
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1985年09月189期｜上一篇｜下一篇＃發行日期：1985、09 ＃期號：0189 ＃專欄：通俗科學講座（三十九）＃標題：從交趾燒與夜宴圖談起（下）──科學技術在文物鑑定上的應用＃作者：張世賢．透視技術．X光繞射技術的應用．定年技術．其他的應用．結語．圖七：(A)靜卣的器底。 (B)經X光透視後顯現一角殘缺及邊緣焊補的狀況。．圖八：左戰國獵紋壺是一件很薄的青銅器，器面由多種材料鑲嵌裝飾而成，它經過X光透視後顯示鑲嵌的部位都布滿墊片（原寸）。右左圖中的墊片分布略圖。．圖九：銅器中的墊片（中間部分）和銅質接合的狀態（放大八倍）。靠近墊片的銅液最先冷卻，抵抗腐蝕的能力較強，經過長期的環境因素影響後，顯出比他處更為緻密的結構。．圖十：一件西周銅鼎局部的X光透視圖，下方兩個墊片周圍的銅質顯然與他處有異；上方兩個耳根部分在鑄造時因氣體無處逃逸而形成許多氣孔。．圖十一：油畫在原子爐接受中子照射以後，移到多頻道脈高分析儀面前偵測，即可測知大部分顏料的組成元素；同時將X光片緊貼油畫，讓它感光，底片顯影後就能看出各種顏料在畫面上的分布狀熊。．圖十二：（左）一幅油畫的局部，右上角有一支牧羊人的拐杖。（右）左圖的X光透視圖，顯示鉛白不均勻地塗在畫布上。．圖十三：圖十二的油畫在原子爐接受中子照射後，組成顏料的各類元素所放出的輻射線在X光片上感光而形成的一系列透視圖。（左上）：照射完畢後幾分鐘以內所形成的透視圖，表現了一叢樹葉的部分，顯出每一片樹葉的筆觸，可以清楚看出顏料塗抹的厚薄濃淡。（左下）：冷卻幾小時後的透視圖，顯示樹葉下面的區域塗了一層含錳的顏料。（右上）：冷卻一天後的透視圖，顯示在圍繞樹葉的天空部分分布著另一層顏料，並入侵到樹葉外圍。（右下）：冷卻兩週以後的透視圖，顯出了天空部分的顏料分布。．圖十四：（上）美國油畫畫家Marian Blakelock的簽名式。（下）她有一幅畫被人塗改為乃父Ralph Blakelock的作品，造假圖利，經中子照射後現出原來的模糊簽名。．圖十五：利用紅外光檢驗繪畫。．圖十六：在一幅畫的局部用各種紅外光顯像技術所顯現的三種內層構圖。．圖十七：紅外光能顯出某些畫家的構圖習慣。．圖十八：各種藍色顏料的晶體經過X光光束照射後，在感光片上造成的繞射圖像。．圖十九：用熱螢光定年法測定的結果，發現左是唐代燒製的陶馬，右則是近代的仿品。．圖二十：一件外表完美無缺的瓷器，在紫外光照射下顯示曾被修補多處。		從交趾燒與夜宴圖談起（下） ──科學技術在文物鑑定上的應用透視技術 X光透視 X光可以透視人體，檢查生病的部位和病情的輕重，作為診斷的參考；可以透視輸油管，檢查它是否有裂縫，避免埋下破裂的油管而造成慘重的損失。同樣的透視技術也可以用來透視古器物，觀察它們的內部結構和主要特徵，以為研究製作技術和採取保護措施的依據；當然，這種檢驗的結果也可以幫我們鑑別古器物的真偽。從大約四千年前開始直到兩千年前左右的夏商周三代，是中國的青銅時代。這個時代所鑄造的青銅器，有一部分存放在台北的故宮博物院、中央研究院和歷史博物館，但這些機構珍藏的銅器並非全部完整無缺，它們之中有些是後代的仿製品，也有些是曾經被人改頭換面的，目前在故宮陳列的「靜卣」就是一個例子（卣讀音如友，是一種盛酒用的容器）。用X光透視靜卣的底部，我們發現它缺了一個角落，並且邊緣都有焊補的痕跡（見圖七）。我們再翻查一些清末收藏家和近代銅器專家的著作圖錄，又發現英法聯軍是罪魁禍首。當他們攻進北京並燒毀圓明園的時候，把靜卣燒成只剩下器底的殘銅片，器底上的銘文還大致完好；而清朝盛行金石考據之學，有銘文的銅器很受重視，在骨董市場上的價格比沒有銘文的銅器要高出很多，骨董商便雇用修補銅器的高手，將這塊有銘文的殘銅片焊進一件沒有銘文的銅器器底，以求高價出售。因此，目前故宮這件「銘真而器偽」的靜卣，並非當初收藏在圓明園的靜卣，X光透視的結果證明了近代銅器專家在一些著錄上的記載是正確的，而老牌殖民帝國侵略中國的史實，也因此多了一個見證。由此看來，中國古銅器內部的結構和特徵，用X光透視以後是一目瞭然的。商周時代鑄造銅器的方法十分特別，鑄工們先用陶土塑造內模和外笵，待它陰乾就在上面刻劃花紋銘文，用窯火燒硬後再將熔融的銅液倒進內模和外笵組合成的空間裏，待它冷卻，敲掉陶模就獲得一件銅器。用這種方法鑄造銅器，各部分冷卻的速度和均勻度，經常是鑄造成功與否的重要因素，如果有些部分冷卻較快，有些部分冷卻較慢，就很容易造成龜裂的現象。聰明的鑄造工人便想到在內模外笵結合形成的空間裏放置金屬墊片，一方面引導銅液流到各個角落，他方面使整個器身都能在一定時間內均勻的冷卻（見圖八）。這些墊片配置的方式，和器形有關，而器形又因時代而異，因此各時代的銅器都有它特殊的墊片配置方式。此外，緊靠墊片周圍的銅液最先冷卻，這個部分的金相結構比較不容易遭受腐蝕因素的影響，千百年以後這個部分的銅質就比其他地方結實（見圖九），許多古銅器在X光透視之下都會顯出圖十的現象來。利用這兩個特點，以及各年代銅器具有的其他特性，我們可以對銅器作真偽的鑑定。數年前我們檢驗了一件從清末出土以來就被懷疑是偽造的銅器──腹內有五百字銘文的毛公鼎，結果發現它內部的各項特徵和西周銅器的特徵非常相像，確定它是西周時代鑄造的銅器，因為清朝末年還沒有X光透視機，古書上也沒有提到商周銅器怎樣鑄造，怎樣配置墊片，儘管做假的高手能夠把古物的外觀仿造得天衣無縫，但誰也不知道西周銅器的內部是何等模樣，又從何仿起？而一向主張此器為偽的國內外專家，也未能針對這個論點提出反駁的理由，相信這件清末以來就爭論不休的真偽公案應該可以平息落幕了。關於毛公鼎的真假是非，筆者曾在72－3月號的科月為文介紹過，茲不贅述。自發放射透視（neutron activation autoradiograph） X光透視除了能夠鑑別古器物以外，長久以來也被認為是研究油畫結構最有用的一種輔助技術；但這種技術有它的局限，因為只有由原子序數高的元素所組成的顏料才會吸收X光，因此也只有像鉛白這樣的顏料在畫面的分布狀態，才能夠經由X光透視顯現出來，其餘的顏料則一律被X光穿透而無法看出它們在畫面上的分布。到了1960年代，美國紐約長島布魯克海文國家研究所的一批科學家們，發展了一種利用原子能的方法，來顯現油畫的顏料層次以及各種顏料在整張油畫上的分布狀態。他們把整幅油畫放進原子爐接受中子照射，然後將X光片貼在這張具有放射性的油畫上面，讓它感光，每隔一段時間換一張X光片（見圖十一）。油畫顏料裏有長半化期元素，也有短半化期元素，半化期短的元素在照射完畢短時間內會把大量放射線放出來，放射強度很快就會變得微弱；接著出現的是半化期不長不短的元素所放的射線，經過比較長一點的時間後，它們的放射強度也跟著減弱；長半化期元素放出的射線強度一般比較弱，但在很長的時間內放射線都維持一定的強度。因此在油畫從原子爐取出後將X光片貼在畫面上，短時間內底片就能感光，由感光的狀態就能明瞭短半化期元素所組成的顏料在畫面上使用的狀態。同樣的道理，當短半化期元素所產生的放射線消失後，將X光片貼在畫面一段較長時間或者很長時間以後，就能看出半化期不長不短的元素，或者半化期很長的元素在畫面上的分布狀態。這一系列的放射線透視片，可以幫助我們了解整張油畫的顏料分布及顏料層次。由於產生感光作用的放射線出自樣品本身，和X光透視時不同，我們就稱這項技術為「自發放射透視」。它和X光透視相同的地方是它顯示了繪畫材料的結構狀態；它比X光透視更進一步的地方，是能夠顯示不同顏料在整張油畫上的分布。這個道理很簡單。在X光片感光的同時，用儀器偵測畫面放出的射線，再參考樣品照射的時間以及冷卻的時間，就可以確定底片的感光是由那些元素放出的射線造成的，可以從感光的狀態看出各種顏料在畫面上的分布。我們平常所看到的油畫，都是畫家最後著色的部分，它的底色以及中間層次的顏料分布狀態，只能由這種放射透視顯現出來。也許，我們可以因而研究出畫家作畫的某些習慣，尤其是使用顏料的習慣，這在鑑定真偽時很可能派上用場，因為有些人可以在外觀上把別人的畫模仿得很逼真，但作畫的習慣和過程，卻是很少人會一樣的。圖十三是一張油畫的局部（見圖十二左）接受中子照射以後，在X光片上產生的一系列感光圖象，可以作為說明這種功能的範例。此外，有些畫的簽名被塗抹改掉以後，用放射透視的方法也可能顯出原來的簽名而確定是誰的作品（見圖十四）。雖然傳統的國畫和西洋的油畫在使用的材料和繪畫技法上頗有差異，但只要原子爐裏有特殊的照射裝置，讓國畫接受中子照射時不必顧慮安全的問題，這種透視技術還是可以用來鑑別國畫。如果這種鑑別國畫的技術發展成功了，將來要有任何類似「夜宴圖」之類的風波發生時，若是爭執的雙方都願意提供若干得意的作品來檢驗，用以上所說的兩種透視技術，和以下即將介紹的紅外線攝影技術來仔細分析，相信最後的結論會比法庭的裁判更能令人信服的。紅外線的應用我們欣賞一幅畫的時候，看到的是畫面顏料的色彩，沒有辦法深入內層去看裏面的顏料和構圖，因為裏層顏料反射的光波都被上層顏料散射、淡化了。如果利用紅外線來看就不同，紅外線具有相當強的穿透力，能夠反射一幅畫的底層特徵。不過，每一種顏料阻擋紅外線穿透的能力不一樣，肉眼也無法看出紅外線反射的底層構圖。要偵檢這種紅外線的反射光，我們必須利用各種顯像技術，例如把一種含有硫化鉛檢波器的紅外光反射照相機，連接到一個閉路電視偵檢系統（見圖十五），或利用特殊的底片、濾光鏡直接作紅外線攝影，才能被人類的肉眼看見。圖十六是一幅畫的局部用各種紅外光顯像技術所顯現的三種內層構圖。有些古畫的構圖可以用X光透視出來，例如有些用細針描繪的構圖塗上鉛白後，就不容易被x光穿透而能顯出輪廓。不過，許多構圖都是用木炭、黑粉等不吸收X光的材料來構圖的，這些材料只能用紅外線才能顯出它們的構圖線條。經由這樣的觀察比較，我們有時可以看出某些畫家有他特殊的構圖習慣，例如圖十七就顯示畫家習慣在他的粗線條草圖上，再畫一些平行的影線。這種檢驗方法對鑑別文藝復興前期西方畫家的作品，幫助很大，因為當時的畫家很少在作品上簽名。如果有人塗去畫家原來的簽名，簽上自己的大名來欺騙大眾，或換上大畫家的名字來圖利，有時紅外光一照就會現出原形。繪畫的細部或器物上刻寫的字，由於某些原因而模糊不清時，也可以利用紅外線檢驗出來。 X光繞射技術的應用當X光照射到結晶體的時候，由晶體中不同層面的原子所反射出來的X光會造成繞射的現象。如果這個過程是在一個密閉的圓形照相機中心進行的，則照相機內緣所裝的X光片上會造成各種感光線條，這些感光線條的濃淡和彼此的間隔距離，因晶體結構的不同而有差異。根據這個原理，我們就可以鑑別晶體材料的種類，只要組成文物的材料是結晶體，就可以利用X光繞射技術來分析研究。在組成文物藝品的材料中，礦物顏料、石材（包括玉石、寶石）、金屬器上的銹蝕物、瓷胎等等，都可以用這種技術來鑑別。圖十八是各種藍色顏料經過實驗分析後的X光繞射圖像。如果我們能夠利用這種技術，將各類顏料在各年代使用的狀況整理出來，就具有斷代的意義；一幅被聲稱為古畫的畫面上，若是出現了近代製造的顏料，則那幅畫很可能是近代仿作的，至少它曾被近代的人修補過。中國玉器的使用，年代很早，各地的考古發掘證明中國人在商代以前的日常生活裏，就使用玉器了。一直到現在，人們對玉器的興趣還是很濃，可見玉在中國人的心目中，占著如何重要的地位。已經退休的故宮玉器專家那志良先生說，中國玉石的產地，可以採信的只有產軟玉的新疆和產硬玉的雲南一帶。但在殷商的墓葬裏卻發現有大量的軟玉，這說明在殷商以前，華北的陸路交通也許已經十分發達，東到黃海，西到崑崙山了。將有出土資料的玉器分析清楚，再將中國的玉礦調查清楚，大概就可以知道那些玉石材料的來源，以及古代陸上交通的狀況了，這在考古學上是很有價值的。要分析玉石材料，就要用上X光繞射技術。目前在文物藝品的鑑定研究工作上，這是少不了的一項輔助技術。定年技術一講到文物的研究，講到考古的問題，我們便會想到年代的斷定。要描述幾百萬年以來人類文明進展的軌跡，最基本的條件就是有一張標準的年代表；即使只從鑑別文物的要求來看，如果文物的年代無法確定，又怎知它是自古已有或是近代仿製的？斷代的方法很多，有從文物的形態著手的，有從文物的材料著手的，也有從它們埋藏的環境及相關物件著手的。在一些物理定年技術實驗成功之前，考古學家所依據的是相對定年法；他們由古物形態的演變或是古物埋藏的地層等等關係，去斷定它們的年代先後，再經由廣大地域裏進行的考古發掘，出土了許多形態上有關聯或者和某些特殊環境有關聯的器物，在它們之間建立起相對年表。但這種相對年表畢竟比較粗略，還有許多問題存在。最近幾十年來，科學家們利用組成古物本身的材料的特性，發展一些物理定年技術，定出了許多古物的絕對年代，使得那些在空間上相隔很遠的古文明，能夠在時間上聯繫起來，從而建立起世界通用的年代表。這在人文科學的領域裏，可以說是一項重大的突破。目前廣泛應用的絕對物理定年法有兩種：放射性碳定年法（radiocarbon dating）和熱螢光定年法（thermoluminescence dating）。放射性碳定年法在大氣層上層的氮原子，由於受到宇宙射線不停的沖擊而變成碳-14原子（¹⁴C），碳-14以5730年的半化期進行衰變，並和碳-12原子（¹²C）均勻混合在自然界中，它們之間的比率約為¹²C：¹⁴C＝¹²C：1。這種比率在有生命的動植物中，一直保持著平衡狀態，但在一些喪失生機的有機體裏，像死亡的木頭和動物的骨骼，¹⁴C原子的數目經過5730年以後就剩下原來的一半。根據這個原理，如果用儀器度量出實驗標本的¹⁴C含量n，以及還有生命的類似標本的¹⁴C含量n₀，則依放射性衰變的公式n＝n₀e^-^λt，就可以求出這個標本死亡的時間t來（λ的值與半化期有關）。最適於作這類斷代分析的標本是木炭以及保存得很好的木器，另外皮革、紡織品、泥煤和骨骼也能用這個方法斷代。但超過五萬年以上的古器物就因為¹⁴C含量太少，而無法正確測定它的年代。如果有一座古墓，沒有任何跡象能夠指示它的墓葬年代，但是裏面卻保存著木炭樣品，就可以用這些木炭來斷定墓葬的年代了，這對考古學家是極為重要的資料。熱螢光定年法這是用來斷定陶器年代的一種方法。陶土、岩石之類的材料，都含有微量的鈾、釷、鉀等放射性元素，經常會受到α粒子、β粒子、γ射線等游離輻射的照射，因此陶土裏面的一些原子會經常產生微小的變化；這種過程累積一段時間以後，如果陶土受到熱能的激盪，便要因為電子能階的改變而放出所謂的「熱螢光」，並且在短時間內放盡。這種熱螢光的強度和輻射劑量成正比，而鈾、釷、鉀等元素的半化期很長，陶土每年所受的輻射劑量可以說是一個常數，因此陶土受熱後放出的熱螢光強度又和年代成正比的關係。將塑造成形的陶坯放在窯裏燒成成品的同時，陶土也放出了所有的熱螢光，不過它從此又開始受到游離輻射的照射；換句話說，它從此又開始「累積」熱螢光了。如果我們用儀器度量出目前陶土中累積的熱螢光強度（L），陶土對游離輻射的感應度（S，也就是每單位輻射劑量在陶土內部所能產生的熱螢光強度），以及陶土每年接受的輻射劑量（R），就可以求出陶土被燒成陶器後已經過去了多少時間，陶器的年代就是這樣求出的：雖然這種斷代的方法還有或大或小的誤差存在，但用來鑑別真品仿品是綽綽有餘的。圖十九中的兩件陶馬，如果不用儀器測定，誰能一眼就看出那一件是唐朝燒製的，那一件是近代的仿品呢？其他的應用有些文物的組成材料可以用各種顯微鏡放大觀察，例如繪畫顏料的層次，造紙用的植物纖維，漆器的漆層結構等等。將古紙或古書取下的樣品加以觀察鑑別，應可看出歷代造紙原料的種類和特徵，幫助我們研究我國造紙技術發展的過程；同時，如果畫家和書法家平日偏好某種紙張作畫或寫字，則將他們作品的紙質加以研究，很可能有助於書畫真跡或仿本的鑑定。「金相」是合金組織的狀態。在金相顯微鏡下，各種合金都有它特殊的金相；即使是同一種合金，如果個別金屬熔合的比率不同，或製作加工的方法不同，它們的金相也不一樣。因此，金相觀察可以讓我們了解古代的金屬器物由什麼金屬或合金製成，它們又經過了怎樣的冷熱處理或機械處理；換句話說，金屬製作技術演進的過程，可以在金相顯微鏡下看出許多線索。掃描電子顯微鏡能把物體放大幾萬倍以上，許多由細微顆粒組成的文物材料，都可以用它來觀察、鑑別，例如墨和各種繪畫顏料。在我國和一些東方國家的歷史上，墨是很重要的書寫媒介和繪畫顏料，種類也很多，如果製作用的材料和地域、年代不同，則可能在組織和成分上有不同的特色，這可以在掃描電子顯微鏡下，從碳粒子的大小和其他的添加物看出來。將各種書畫作品上的碳粒子尺寸分布狀況加以統計，作成圖表比較，也許可以找出它們的特徵，作為鑑定中國書法、繪畫的一項依據。有些人修復破損的古物，可以做得天衣無縫，但這基本上是骨董商作假圖利的行為，不值得獎勵提倡。如果要鑑別一件外表完好的文物藝品是否被動過手腳，則可以用紫外光來檢驗；一些修復用的材料在紫外光下，通常都會有特殊的螢光反應。圖二十的瓷器外表完美無缺，但在紫外光照射下卻顯示它有不少地方是被人修補過的。結語以上介紹的是目前能夠用來鑑定文物藝品的一部分科學技術，另外還有很多可以應用的項目，限於篇幅，無法一一列舉。不過，從這些簡略的介紹裏，我們大概可以明瞭，從文物藝品本身的組成材料上測得的資料數據，才是藝壇發生糾紛時最客觀公正的仲裁者；我們也從而領略到，現代科技的發展，影響十分深遠，各個角落都可以派上用場，文物藝品的鑑定、研究，只是萬千脈絡中的一個小分支而已。參考資料 1. S. J. Fleming, Authenticity in Art, The Institute of Physics, London, 1975. 2. R. J. Gettens, The Freer Chinese Bronzes, Smithsonian Institution, Washington, D. C., 1969. 3. W. J. Young, Application of Science in Examination of Works of Art, Museum of Fine Arts, Boston. 4. R. H. Brill, Science and Archaeology, The MIT Press. 5. Maryan Ainsworth, Art and Autoradiography, The Metropolitan Museum of Art, New York, 1982. 張世賢任職於故宮博物院
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