三星堆巨型青铜神树集青铜铸造工艺之大成，是古蜀文明的代表；唐三彩马精准的釉料配方与低温釉烧控制牵引了色彩的微妙变化；越王勾践剑历经2500余年，纹饰仍清晰精美、毫无锈蚀；太阳神鸟金饰仅0.2毫米厚，却包含了捶揲、剪切、打磨等多种复杂工艺……我们的祖先是如何做到这些的？梵高被新颜料覆盖的绘画草稿，又是如何“重见天日”的？

文物承载着历史信息，也蕴藏着有待今人发现的技术智慧。如何在不破坏文物的前提下读取这些看不见的内部信息，是现代科技与文化遗产保护结合的关键所在。1月24日，由上海科技馆与故宫博物院联合主办的“奇骥奔腾——马年科技文化特展”系列主题活动第一期在上海科技馆报告厅举行。活动以“看不见的内部：现代科技如何‘看穿’古代工艺”为主题，邀请了故宫博物院文保科技部主任、研究馆员雷勇和上海交通大学巴黎卓越工程师学院副院长、材料科学与工程学院双聘教授钟圣怡分享了同步辐射、中子散射等前沿技术在文物研究领域的最新应用及其所揭示的文物内在工艺密码，为文化遗产的认知与保护提供了跨学科的新视角。

同步辐射光再译文物密码

雷勇在题为《同步辐射光下的守护：大国重器破译文物密码》的报告中，以故宫馆藏瓷器、彩绘文物为例，介绍了同步辐射等先进技术在文物原位无损分析中的应用——深入揭示高温瓷釉着色机理与材料结构形成过程，为文物鉴定、保护与修复提供科学依据。

“当台式仪器已不能满足对高分辨率的要求，科学家就通过做一个像运动场那么大的加速器来获得更高的能量，取得更加细致、精准的观察效果。这一方法在国际上比较出名的应用体现在梵高的一幅油画中。”雷勇举例说，X光照相技术和红外摄影技术曾隐约发现有个人影出没在梵高1887年创作的一幅不知名油画——《草地》的中心区域。荷兰代尔夫特理工大学和比利时安特卫普大学的研究人员在汉堡使用同步辐射光源对这幅作品进行了X射线荧光扫描分析，用以测量颜料中的化学物质，尤其是汞元素和锑元素，结果发现用红、棕色颜料涂抹的一个戴头巾妇人形象在被蓝、绿色草地覆盖的底稿上显现。专家继而发现，这位妇人还曾出现在梵高的早期作品《吃土豆的人》中。该分析文本成为了那几年艺术分析领域引用率非常高的文献，体现出同步辐射光作为超级显微镜的工具价值，也极大地提升了《草地》的历史价值和拍卖价格。价格昂贵的大尺寸X射线荧光扫描设备随之出现，研究人员借之获得了许多与绘画技法相关的信息，包括对朱砂、赭石颜料和描金工艺的分析。

在我国，故宫博物院文保科技部、考古研究所与中国科学院上海高等研究院/上海光源合作，通过同步辐射分析结合地质、历史、材料学的研究方法，对在故宫发掘的明代洪武年间釉里红瓷片开展合作研究，解决了3个问题。一是确定了瓷片着色的成分是原子态的铜；二是揭示了瓷片发暗的原因是有些杂质没有去除；三是发现了铜红釉中起着色作用的晶体之所以在明代中晚期几近消失，原因是被称为“鲜红土”的原料没有了，并推测这种原料可能来自混有少量硫化亚铜（Cu2S）的赤铜矿，由此对洪武釉里红的着色原料来源、烧制难点及后续原料稀缺的原因，作出了较为清晰的解释。

中子大科学装置使经验可测量、可分析、可控制

科学家根据中子的波粒二象性发明了中子散射技术来探索微观世界。钟圣怡教授从古今材料研究方式的对比切入，阐述了中子大科学装置这一“核能超级显微镜”如何帮助科学家观察材料内部的微观结构与应力状态。据她介绍，由查德威克在1931年发现的中子，穿透能力是普通X射线的千倍以上。据记载，古人通过观察火焰的颜色就能够判断火焰温度，但即使能把剑打出来、把丹药炼出来，人们其实并不能确保那剑、那丹药的质量。于是，制龙泉剑的人会用劈硬币验证剑的锋利，张仲景会以身试药以验证药的疗效。而现代工业对整个工艺流程中每一环节的成本、输入参数及反应机理、输出结果都有非常明确的认识。精确地测量、掌握产品制备过程中微观组织的演化情况，是获得产品高性能的关键。也正因此，今天的人们哪怕只花几块钱从网上购买一件工业产品，也可以是非常好用的。而且越往现代，人们能够掌握的造物尺寸越小，精度则越来越高。到20世纪末，芯片技术的发展要求在微米级的芯片上刻蚀非常多的电路；现在用光刻机制造高性能芯片，更需要在纳米级的尺度上掌握、理解物质。正如诺贝尔物理学奖得主费曼曾经说过的：如果我们要理解大自然的运作规律，必须要在原子尺度上去控制和理解物质。现代科学将古代工匠依赖火焰颜色、水泡形态等“经验值”判断的工艺过程，转化成了可测量、可分析、可控制的研究过程，由此重新认识古代技术的智慧与局限。

钟圣怡解释说，大刻度的尺子量不出小尺寸，因此，如果想要知道一个细胞有多大，必须要找到一把和细胞的尺寸相匹配的“尺子”。就此而言，光学显微镜的光学波长太长了，在放大微观现场的同时会失去视野，面临分辨率和视场的矛盾；而散射中子的波长范围大约为0.1纳米到1纳米，正适合照亮原子尺寸。人们能运用中子看到原子尺度的东西，此外，中子还能穿透厘米级的金属样品，且能对大块样品（大视场）里的纳米结构（小尺寸）进行统计性定量表征，换句话说，观察者在看得广的同时也能看得细。比较原子核中包含的中子数目，能够区分同位素；中子所具有的磁矩，还使它很适合用来研究磁性材料中的微观磁结构和磁涨落。

由此，能可控地产生中子作为研究材料探针的中子大科学装置在工业，特别是现代工业革命中发挥了重要作用。目前世界上的发达国家几乎都建有中子大科学装置。我国中子大科学装置的发展相对国外要晚一些，但近两年进展得非常快。我国目前已有北京的CARR堆、绵阳的CMRR堆和东莞的CSNS源3个中子大科学装置。

中子谱仪有望使文物“延年益寿”

上海交通大学自主设计研发并与绵阳研究堆共建了两台利用中子对材料进行研究的中子谱仪，分别叫河图、洛书。其中，河图谱仪是一台工程应力谱仪，覆盖镍、钛、陶瓷等航空发动机关键材料，优选中子波长段，满足各向异性、大厚度、复杂构型工程样件残余应力与织构测试需求。它能够利用中子探究航空发动机、航天航空、核能电力等设施中巨大且无法被射线穿透的构件内部发生了什么、是否有损伤、需要注意什么等。它的分辨率等核心指标国际领先。洛书谱仪有46米长，又叫超长中子小角散射谱仪。它创新地采用了三探测器测量系统，实现了超长量程原位测量，能够对样品中的纳米结构进行定量表征，在金属、高分子、生物蛋白、功能材料等领域均有广阔的应用前景。利用这两台中子谱仪，可以对航空发动机的安全可靠性进行临界测试，可以研究如何使很大程度决定了芯片质量的半导体晶圆长得更好，也可以研究、探测核反应堆的压力容器是否能很好地守住安全边界。基于不同年代使用不同的工艺体系铸币，用中子探看硬币内部的织构、排布，可以判断硬币的真伪。     呼应马年的主题，钟圣怡教授提到文物“马踏飞燕”上方的铜奔马有7公斤多重，但它真正与“燕子”接触的，只有一条极细的马腿，且接触面积非常小，加之年代久远，文物具有很大的脆弱性。“所以我们第一想知道的是古代人是怎么敢于用这么细的一条腿支撑了这么大的马身的，第二想知道的是这匹马现在是不是还安全。如果用中子对它进行研究，我们就完全可以非常清楚地还原出马的腿部和燕子身体的接触部位内部具体是怎样的结构。”钟圣怡表示。

活动后半程，两位专家与全国政协委员、上海科技馆馆长倪闽景围绕“科技如何改变我们理解古代技术的方式”“科学研究与文化遗产保护之间的边界与可能性”等议题进行了交流。专家们一致认为，精密的科学工具应当成为理解历史的助力，但在获取充分信息的同时，也不应忽视对文物本体的敬畏与保护。

据悉，“奇骥奔腾——马年科技文化特展”是上海科技馆与故宫博物院首次联袂合作的大型特展，共分为“奇骥初现”“生生之野”“千载骏影”“骥语共驰”四大篇章，汇集了20余件来自故宫的“马”主题珍贵文物，以及10余匹珍贵标本马及仿生马，通过文明与自然的双重视角呈现马在人类历史中的独特地位。展览位于上海科技馆B1层临展厅，将于2月17日至8月16日期间对公众开放，现已开启早鸟票线上预售。