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科学技术证明中华文明五千年

作者: 沈长铨 【字号: 访问量:


2019年7月6日, 中国“良渚古城遗址”获准列入世界遗产名录。

对于中国文明史,到底是连绵五千年还是三千年,中外学者一直有着激烈的争论。欧美学者普遍认为中国有文字记载证明的文明只有三千年。良渚古城遗址申遗的成功,不仅代表中国世界遗产数量(55处)跃居世界第一位,更意味着良渚文明获得了世界的认可,从而以事实证明中国文明起源和国家形成于距今五千年前。

一、考古发现“良渚古城遗址”

对于良渚文明的考古发掘,从1936年至今,已经经历了83年时间。上世纪九十年代中期浙江省杭州市良渚遗址群被国务院公布为全国重点文物保护单位,划定了约近35平方公里的保护范围,加强了考古发掘研究,还被国家文物局列入中国申报《世界遗产名录》预备清单。

按照现在的定义,能被称为国家的标志就是区域划分,有行政合法性,也就是合法权力,而良渚王城的发现恰好证明了这一点,有了王城,就有了区域的划分也就有了权力中心,意味着一个国家的诞生。

良渚王城由宫殿区(39万平方米)、内城(含宫殿区约2.8平方公里)、外城(约3.51平方公里)呈向心式三重布局组成,内城由墙体围合,设8座水城门、1座陆城门,内城和外城的布局跟我国中原地区城市建造一脉相承,由此推测良渚文明跟中原是有着千丝万缕的联系的。

最能体现良渚智慧的则是良渚的水利系统,良渚人通过修建水坝打造了一个非常复杂的水利系统,由谷口高坝、平原低坝和山前长堤的11条人工坝体和天然山体、溢洪道构成。初步估算,整个水利系统形成面积约13平方公里的水库,库容量超过6000万立方米,是中国迄今发现最早的大型水利工程遗址,也是目前已发现的世界上最早的堤坝系统之一。良渚的水利系统具有调节旱涝的功能,在雨水多的时候可以通过水坝调节,让水能够尽快泄掉,不至于淹到王城;而到了干旱的时候,又可以通过水坝来蓄水,解决水源的问题,而成就这一切的就是良渚人独特的发明:「草裹泥」。「草裹泥」即草混杂着淤泥,包成一块块的泥包。在上世纪七八十年代,北方很多农村还用的是草裹泥的砖头盖的房子,而这门技术可能就是从良渚传下来的。

权力和行政还体现在墓葬上,反山和瑶山墓葬遗址的出土证明了良渚王的存在。反山墓地是一处修建于人工特意营建的独立高台之上的高等级墓地,等级最高的12号墓在南排居中,迄今所见的完整“神人兽面”神徽都出自该墓。反山出土了大量的精美玉器,还出土了象征权力的玉琮王及玉钺,推测这可能就是良渚王的陵墓。瑶山遗址位于城址外东北方向约5公里的一处山丘顶部,是一处祭坛和高等级墓葬的复合遗址,属于良渚文化早期。他的特殊之处就是瑶山原本是良渚人的祭坛,但随着政治中心的迁移,这个祭坛被废弃,而成为了贵族们的墓葬遗址。祭坛上共清理13座良渚墓葬,出土随葬品754件(组),其中玉器共出土678件(组)。从良渚文化墓地看当时贫富分化已非常明显,等级差别已经出现。大墓中的琮、璧、钺等成组玉器的出现,则是礼仪制度出现的重要标志,表明当时统治者内部已有了严格的礼仪等级制度。在良渚文化的一些玉器和陶器上,还出现了为数不少的刻划符号,这些符号在形体上已接近了早期的文字,是良渚文化进入文明时代的重要标志。

良渚古城以规模宏大的古城、功能复杂的水利系统、分等级墓地(含祭坛)等一系列相关遗址,以及具有信仰与制度象征的系列玉器,揭示了中国新石器时代晚期在长江下游环太湖地区曾经存在过一个以稻作农业为经济支撑的、出现明显社会分化和具有统一信仰的区域性国家。

图1:良渚古城遗址分布地图。

二、用科学技术手段证明“良渚古城遗址”的年代

考古发现了一个城,那么考古学家如何考证出良渚遗址的年代呢?

考古发现良渚古城内有一个粮仓,仓内有燃烧后的碳化稻谷。这证明当时的良渚人已经驯化和种植了水稻,证明良渚已经进入了稻作农耕文明。而发掘发现的碳化稻谷也为现代科学年代坚鉴定提供了可靠的样品。

现在公认的年代测定,使用的是碳同位素C14

宇宙线射线进入大气后,与大气原子核发生作用,产生中子。这些中子又会击中大气中的氮气原子核,发生核反应:中子被大气中的稳定氮原子核N14(由7个质子和7个中子组成)吸收,同时放出一个质子,新生原子核由6个质子和8个中子组成,是碳14(表示为C14 )(因为有6个质子,所以是碳元素C,又因为质子和中子总数是14,所以是碳C14 。我们知道,自然界中的碳元素原子核,是由6个质子和6个中子组成的C12,是稳定不衰变的。而C14是由6个质子和8个中子组成。由于C14和C12一样有6个质子,属于同一种元素“碳”,在元素周期表中位于同一位置,称为“同位素”。C14化学性质与C12相同。与C12一样,C14也与大气中的氧气生成CO2分子,被植物通过光合作用吸收。动物食用植物,人类食用植物和动物。这样碳14就在整个生物链中流通。当植物、动物和人类死亡的时候(稻谷被收割,树木被砍伐)后,就不再吸收CO2。其生长期间已经吸收的C14以5692年的半衰期经过β-衰变为N14《C14 →N14+β-》,其中β-射线的能量是156keV。N14与自然界中的稳定氮原子相同,不会再衰变。因为宇宙线研究得知35000年以来宇宙线强度基本恒定;也就是说35000年以来大气中的C14含量基本恒定,活的植物每年吸收的CO2分子中的C14含量基本恒定。所以一旦植物被收割(或树木被砍伐),其所含C14含量就以5692年的半衰期减少。当一个半衰期之后,就只剩下一半的C14,第二个半衰期之后就只剩下四分之一的C14,以此类推。所以测试样品中剩余C14的含量就可以知道样品的年龄。理论上C14的含量不断减少但永远不会为零只是无限接近零。但是对于50000年之前的样品,C14含量非常少,所以测试结果基本就不可靠。

美国科学家Willard F. Libby 因为发明C14年代鉴定法而获得1960年诺贝尔化学奖。其中,宇宙线物理研究的成果,以及微量放射性的物理测量技术,是这些发明不可缺少的基础。放射性碳测年技术的应用已有60年了,它彻底改变了考古学。C14测年迄今仍是一项强大可靠的、广泛适用的技术,对于考古学家和其他科学家来说极其宝贵。

由于宇宙射线的强度有微小变化,所以大气中生成C14的速率及含量会有一些小变化。因此C14测年的得到的年龄与样品真实的年龄存在一定的误差。

树木年轮测定结果在放射性碳测年的初期起到了重要作用。树木年轮提供了检查C14测年方法的准确性所需要的年龄已知材料。在20世纪50年代后期,几位科学家(特别是荷兰人Hessel de Vries)能够根据树轮的碳测年收集的结果确认放射性碳年龄和日历年龄之间的差异。树轮根据树木年轮学测定。

目前,树轮仍用于校正放射性碳测年结果。不同日历年龄的树木年轮库现在可以提供持续至过去1.1万年的记录。提供树轮的放射性碳校正。

原则上,通过比较某含碳样品的放射性碳含量和一个已知日历年龄的年轮放射性碳含量,就可以准确确定样品的年龄。如果样品的放射性碳含量和树轮的一样,则可以有把握地得出它们的年龄相同的结论。

良渚古城发掘样品的C14年代鉴定,证明了良渚文化的年代为距今5300-4300年,持续发展约1000年,确定无疑地证明了中国有五千年文明史。

良渚古城遗址证明了中国五千年文明的存在,而神秘的良渚还有更多的秘密等待人们去发现,相信随着考古的推进,利用先进的科技手段,中国文明史将会表现出更加的完善和多样。

(作者 沈长铨,高能物理所退休职工  电话:13439914642)。

作者简介:中国科学院高能物理研究所老年科协

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