第二十二章 科學鑑證法問題

第二十二章  科學鑑證法問題

(一) 古物的鑑證方法

    中國出土的地下文物很多，那些從遺址、古墓裡掘到的出土文物或古代遺留下來的東西，未必有歷史的記載，對它們進行鑑定是什麼朝代的，甚至遠早還沒有朝代的古物，考古學家都能驗出是什麼年代的東西。這究竟採用什麼方法？

    原來考古學家對古代文物一向都有研究和認識的，其次就是利用科學。他們研究人類歷史上各個時期的發展情形，例如某個時代人類社會的文化、藝術、繪畫、雕刻、風俗、習慣等情形、與及某個時期人們所使用的器物，科學技術發展的情形等，把所發現的古物與這些情形相比對，又拿它來與歷史記載相比對，往往就可以知道那些古文物的年代。這也是任何研究古物者的應使用之方法。

    科學的考古方法就更多了。例如利用X光，利用紫外光，都可以幫助考古學家對古物進行分析和鑑定。近代更有「原子考古學」，利用天然放射性碳來鑑定古物的年代，會比較出色和可靠。年代較短的（幾千年內）較為準確。

(二) 放射性元素鑑定之原理和效果

    根據原子物理學，凡是有生命的東西，在它死亡之後幾百年、幾千年甚至幾萬年，由於它本身所含有一種放射性碳十四，它仍會按照自己的規律，放出微弱的β射線，不斷地衰變（或稱蛻變）著，它的蛻變速度是不受壓力、溫度和地殼變動等的任何影響的。如果用一具精密的儀器來探測這種射線時，儀器會發出「的—的」的聲響，把它紀錄下來，經過計算，就可以較精確地計算出該種生物死亡的年代來。這種鑑定年代的方法，是考古學、古生物學與古人類學等學科的重要手段之一。

    利用放射性元素來測定年代的方法，是一九四六年美國放射性化學家W.F.利貝提出來的。碳十四——普通碳十二的放射性同位素——在迴旋加速器的核粒子加速實驗中首先被發現。這個放射性碳十四，又叫做碳十四同位素。它是宇宙射線中的中子對大氣層的襲擊，把氮原子轉變成放射性碳。

    這種碳十四以二氧化碳的形式被植物用於光合作用的過程裡，並且轉變成活細胞所含的各種有機化合物，因此所有生物體內都含有放射性碳，並與空氣中所含的比率相同。它擴散到整個生物界以及同大氣發生交換關係的一切含物質裡面。這些物質裡面的碳十四同位素，一方面按著放射性「衰變」的規律減少，同時又不斷從大氣中吸收新的碳十四同位素，因為任何生物只要活著，體內會衰變的放射性碳繼續由新鮮攝取的所補充。這樣，就能保持著相對的平衡，即它在碳素裡面所占的比例，幾乎保持不變。

    不過，這只是指那些有生命的生物所含碳素來說。如果生物死亡，新鮮放射性碳的供應就告終止，該物質裡面的放射性碳的水準遂開始下降，它按放射性衰變的規律減少，即是有減無加了。而這個情形是有數可計的，大約每隔五千七百三十年，比原來減少一半。這樣，根據生物遺骸中探測其碳十四放射性的減少程度（比率），就可以知道其死亡年代了。

    放射性碳的測量方法可以廣泛地應用在各種起源於有機物的物體上。有盈千累萬的樣本會以此法鑑定其年代。它那引人入勝的多種用途從以下幾個例證可以見到：

    對於埃及第一王朝宰相黑曼卡墓頂的椽木；和第十二王朝法老蘇斯特利斯（Seostris）三世墓中陪葬中之側神船板，進行了碳十四絕對年齡的測定，結果與歷史上的記載十分吻合。後者鑑定為西元前一千六百七十年之物。

    中國對河南省安陽縣武官村大墓中的木炭和輝縣圍村二號墓的木槨的年代的測定，分別鑑定它們是殷代晚期（西元前十一世紀）及戰國晚期（西元前三世紀）的物品，與考古學家所斷定的十分吻合。

(三) 放射性碳十四的種種錯誤

    這些年代的鑑定可靠到甚麼程度呢？下述是轉載一位在研究放射現象方面有多年經驗的核子物理學家的部份撰文。他對各種不同的放射性年代鑑定法加以描述和評估。這些方法是地質學家用來衡量岩石和一度生存的有機體化石的年代的。以下部份原文載於一九八七年四月八日「儆醒」一書中：

    放射性碳時鐘在最初實驗時似乎十分簡單和直接，但現時已有多種錯誤為人所知。一九六九年，專家們在瑞典的烏普沙拉召開了一次會議，討論放射性年代測量法和其他與此有關的鑑定方法。據實驗這種方法的化學家和使用計算結果的考古學家、地質學家討論所得，發現這種方法有許多弱點可使鑑定的年代變成無效。會議迄今已有十七年，在補救這些弱點方面還沒有多大成就。

    令人大傷腦筋的一個難題是如何確保受試驗的樣本未經染汙；染汙物可能是現代的（活）碳或古代的（死）碳。例如，從老樹的心切出的一塊木可能含有活的樹液。如果樹液是用有機的溶劑（從死的石油構成）提煉出來的，便可能有微量的溶劑留在被分析的部分之內。埋藏已久的煤炭也許被活植物的小根所穿透。或者它被古老得多而不易聊去的瀝青質所染汙。活的貝類會被人發現含有埋藏已久的碳酸鹽，或者所含的碳酸鹽從隱藏了數千年的海洋深處被上沖的海水浮出的。這些東西能使樣本的年代看來比真實的年代或多或少。

    放射性碳鑑定年代的學說最嚴重的弱點是假定碳十四在大氣中的水準從古至今都是一樣。首先，放射性碳的水準有賴於宇宙線產生這種物質的速度。宇宙射線的強度有時相差很遠，地球磁場的改變對它影響極大。太陽的磁暴有時使守宙放射線增強千倍達數小時之久。地球磁場在以往數千年也有較強或較弱的時候。自有核爆以來，碳十四在普世的水準已增加了不少。

    另一方面，碳十四的比例也受到空氣中穩定碳的含量所影響。大火山爆發使穩定的二氧化碳大量增加，因而稀釋了放射性碳。在上個世紀，人類使用化石燃料——特別是煤和石油——以致大氣中二氧化碳的永久含量增加到前所未有的程度。（關於這方面的詳細資料和碳十四時鐘的其他不準確之處，可參閱一九七二年四月八日的英文「儆醒！」）

(四) 樹木年代學——從樹木年輪的增長鑑定年代

    由於面封上述各種重大弱點，使用放射性碳測量法的人已轉而求助於樹木樣本以定準年代，方法是計算樹木的年輪，特別是芒松的年輪。芒松在美國西南部已活了數百年甚至數千年。這門學問稱為樹木年代學。

    因此放射性碳時鐘已不再被視為可以計算絕對準確年代的工具，它只可作為衡量相對年代的工具而已。為了探測正確的年代，放射性碳鑑定的年代要受年輪計算法所糾正。放射性碳衡量的結果稱為「放射性碳鑑定年代」。藉著以樹木年輪為根據所作的曲線測量，絕對的年代就可以推斷出來。

    在芒松年輪所能追溯的年代範圍內，這個方法是可靠的。但現在發生的難題是，最古老的活樹也只能追溯到西元八百年。為了擴大鑑定範圍，科學家試圖從附近發現的枯木作厚、薄年輪交疊的方式來平均計算。藉著以十七根落木殘幹來互相印證，他們聲稱鑑定的年代可以追溯到七千年以上。

    但年輪標準也不是全無難題的。有時科學家們不知道某根枯木究竟屬於哪個時代，那麼他們怎樣行呢？他們於是用放射性碳測量器去測度枯木的年代，以之作為指南去找到合適的位置。這使人想起兩個跛子只有一根拐杖，他們輪流使用，其中一人要靠在同伴身上一會兒，然後反過來幫助同伴站來的故事。

    我們不禁納罕，散落的枯木怎能奇跡地在露天地方保全這麼久。枯木看來會被豪雨沖走或被過路者拾起來當柴來燒或作別的用途。甚麼防止它腐爛或被蟲侵蝕呢？誠然，一棵活樹可能經得起時間和風雨摧殘，有時可以活到千年以上。但枯木又如何？保存到六千年之久？看來實在令人難以置信。但這便是較古老的放射性碳鑑定法以之為根據的東西。

    可是，放射性碳專家和樹木年代學家們卻不理會這些疑問，並且掩飾了鴻溝和矛盾之處，雙方均對妥協表示滿意。但他們的顧客——考古學家們——又如何？考古學家未必時常對他們寄出的樣本所獲得的年代鑑定樂意接納。其中一人在烏普沙拉會議中表示意見說：

    「碳十四鑑定的年代若支持我們的理論，我們就把它列入本文裡。衝突的地方若不大，就把它列入註腳中。若是完全「脫節」，就把它乾脆棄掉。」

    有些考古學家仍懷有這樣的感覺。對於一項被認為標明馴化動物的最早時期的放射性碳年代鑑定，一位考古學家在最近寫道：

    [對於只因為放射性碳年代鑑定出自「科學」實驗室就認為立刻有用，考古學家[越來越]採取審慎態度。對於哪種方法、哪種實驗室、哪種半衰期價值和哪種測定方法最為可靠的問題越感混亂，我們考古學家不越不願一味毫無疑問地接納向我們提供的「年代鑑定」。]

    但供應鑑定年代的放射化學家卻反駁說：「我們寧願處理以穩確衡量為根據的事實——而非時下流行或基於感情的考古學。」

如果科學家對於這些追溯人類古史的年代鑑定的價值意見紛歧得這麼厲害，外行人對於據稱基於科學「權威」的消息報導——例如本系列文章在起頭所引述的消息——表示懷疑豈不是可以瞭解的嗎？

(五) 碳十四的直接計算法

    放射性碳鑑定法的近期發展是，不僅計算從原子衰變所發出的β射線，同時也計算小型樣本裡的所有碳十四原子。這種方法在計算只有極微量的碳十四遺留下來的遠古樣本時特別有用。平均來說，一百萬碳十四原子中每三天只有一個原子衰變。如果衡量遠古的樣本，要累積足夠數目的原子衰變去辨別放射性和宇宙線的背影是件冗長乏味的事。

    可是，如果能夠現在就計算所有的碳十四原子而不必等待其衰變，敏感度就可以增至百萬倍。這樣行的方法是在磁場中彎曲一束含有陽電荷的碳原子，從而把碳十四從碳十二中分別出來。較輕的碳十二被迫進入一個較狹窄的圈子裡，較重的碳十四則從裂縫進入計算器裡。

    這種方法雖然比計算β射線較為複雜和昂貴，但優點是試驗所需的物質數量減少千倍。此法在鑑定罕有的古抄本和藝術品方面頗有用，因為這些東西是無法削去若干克作為樣本在試驗過程將其毀去的。現在，重量只有幾毫克的樣本也可以鑑定了。

(六) 極複雜的都靈裡屍布及碳十四鑑定

有人建議用上述碳十四此法鑑定「都靈裡屍布」，有些人相信這塊布是裹著耶穌屍體下葬的東西。初時，都靈的大主教不肯捐出一塊樣本去作鑑定，因為他不願切出其中一大塊。但若使用新法鑑定，一平方公分的布就足以斷定全塊布究竟是耶穌的時代抑或是中古時代之物。

數世紀的爭論

    經過幾個世紀的爭論，英、美及瑞士三國的科學家，終於在一九八八年初第一次獲教庭准許，用輻射碳驗裹屍布。如果研究的結果確定它是二千年前左右的東西，雖然沒有人能夠證明它是耶穌的裹屍布，但人們就寧願相信它是耶穌的裹屍布。

    各方期待已久的碳十四測試結果顯示，這塊布織於一二六O年至一三九O年之間，離耶酥去世一千兩百多年以上。由於屍布上映出一個釘十字架的人形，部份由血液滲成，且有立體感，頗不尋常。因此，堅信這塊屍布曾包裹基督身體下葬的人，仍然不為所動。

    亞特蘭大都屍布國際研究中心主任，聖公會牧師杜瑞斯巴哈宣稱：「在蓋棺論定前，受到質疑的是碳十四測定年代的精確度，不是屍布的真實性。」而梵蒂岡從未表示這塊屍布是基督的裹屍布，不過，轄下座堂負責保管這項古物的都靈樞機主教巴勒斯楚洛說，教會「重申對這項受人尊敬的聖物崇敬之意，它仍然受到信徒膜拜。」

真相大白

    幾十個科學家早在一九七八年已對這塊裹屍布進行過縝密的研究，包括總共拍攝了三萬張照片及進行化學分析，他們的結論是，裹屍布上的血漬的確是人血，而其身影也不是任何藝術家所能描繪的。

    這塊裹屍布長四點三分公，闊一點一公尺，上面泛黃的身影很清楚地可以看到一個人的前後身影。經科學鑒定是人血的漬，明顯地出現在身影的手腕、前臂和頭部，這和聖經新約全書描述耶穌被釘十字架的情形是互相吻合的。新約說耶穌基督受到鞭打，其手腕和前臂被鐵釘貫穿在十字架上，而頭上戴了荊冠。信徒深信耶穌復活時，身體迸發的超自然力量，使其身影留在裹屍布上。因而，它就成為歷來虔誠教徒膜拜尊崇的聖物。

    但是過了不久，約於是年（一九八八年）六月間，法國歷史學家嘉伯博士卻聲稱他已揭開了屍布之謎。從新近發現的一本舊書中，找到證據。認為屍布只有六百年歷史，是當時草藥家理文維多的「傑作」。維多在他所著的一本書中，詳述了他製作屍布的方法和原因。

    據嘉伯表示：本來也希望「都靈屍布」是一件聖靈真跡。但事實並非如此，他也無法隱蔽，不過這一項新發現，仍然不會減低都靈屍布的宗教意義及價值。

    他說維多在他的書中透露，在十四世綠一三四五年，基督向他顯靈，他覺得上主暗示要他製造一樣強有力的宗教象徵，於是憑耶穌顯靈的印象，將血液滲入一幅上繪基督面貎的大畫像上，然後貼上薄麻布，使血漬、顏色和麻布混合黏貼在一起，再把它烘乾。到基督的面貎在麻布上形成顯現後，維多又用他草藥的知識，從若干種草藥中搾取汁液，塗在「屍布」上，使能產生歷久不腐爛、不褪色的效能，形成今天的都靈裹屍布。

    維多又在他的著作中強調他只為了製造聖靈象徵，並沒有設局欺騙世人的意思。他已將畫布的製作過程記在一本書內，為了避免世人抄襲他的製作方法，便把他的著作收藏起來。而這就是嘉伯博士在一九八八年中於巴黎發現使到真相大白的書本。

    嘉伯博士公開都靈屍布的秘密後，引起歐洲各地人士關注。一些人願見真相暴露，不過篤信宗教的人卻不喜神聖形象受到損害。而梵蒂岡天主教廷方面，對這件事仍未加評論。

(七 )碳十四不適用於鑑證古玉器

    從上所述，可見鑑定古物是多麼複雜而又很不容易的事情。對於利用放射性碳十四來測定年代的方法，無論如何，較大的難題若不獲解決，試圖擴大鑑定的年代範圍就不會有甚麼意義。樣本越古老，就越難確定它是否完全不含微量的新碳。在靠測量去鑑定的東西若屬數千年以上之物，就越難知道古代大氣層所含的碳十四水準。

    此外，氨基酸的外消旋是為人所用的另一個年代鑑定法。但顯然亦有些不妥，這裡不再論述。

    現代對於陶器等物品的年代，近代又有人運用「熱發光測年方法」來鑑定它們的年代，據說比用碳十四來測定更為準確。它的方法是靠熱和光來計算。這個方法是把要鑑定的古物抽取極少量的樣品，把它加熱到極高的溫度，然後測定它在高溫下所發出來的光，從光的多少來鑑定年代的長短。

    對於碳十四能否鑑定古玉器的年代，答案是否定的。但碳十四可以幫助鑑別與它一齊出土的棺木、骸骨、衣物之類的年代，從而確定該古墓之年代，亦即大致是在該墓出土之古玉的年代。因為碳十四不能直接鑑證古玉之年代，故碳十四探測法不適用於無出土記錄之古玉器。

(八)    古玉質其他科學鑑定法:

    如果要準確地探測古玉（或礦物）的來源地和它的化學成份，就需要利用一些重要的科學方法。根據中國科學家發表的資料，可供採用的科學分析方法如下：

    （1）普遍化學分析：用化學方法分析古玉礦物成份。此法分析樣品量較多（容易損壞文物），分析速度較慢，但比較精准。

    （2）光譜分析：亦稱光譜化學分析，是根據組成物質的原子受激發後直接發出可見光譜，來確定化學成份，並測定元素含量的多少。它樣品用量極少，可以在玉器上刮下一些粉末，只需火柴頭大小份量即可。

    （3）極譜分析：用極譜儀來分析其化學成份，樣品用量很少。

    （4）鐳射顯微光譜分析：用鐳射作能源，並在顯微鏡下使樣品氧化成光譜，用氧化後的光譜可以測定元素種類和含量。樣品用量少，可進行古玉礦物的微區分析。

    （5）原子吸收光譜分析：亦稱原子吸收分光光度分析。它是根據分散成原子蒸氣的元素，從輻射源發射出來的特徵輻射吸收率來測定元素和其含量的。它具有樣品用量少，操作方便、選擇性好、干擾性少，靈敏度高和分析速度快等優點。

    （6）X射線螢光光譜分析：用來進行元素定性和定量分析的一種方法。樣品用量少。

    （7）電子探針：是根據電子形成的探測針（細電子束）作為激發源，來進行顯微X射線光譜分析。它能測定樣品微區的元素和含量。在分析古玉時，可將古玉小碎片製成小型光片或薄光進行測定。

    （8）紅外吸收光譜分析：在紅外線照射下，利用分子振動能級（電偶極矩）產生的吸收光譜來分析樣品成份的方法。它不僅可以鑑定礦物成份，而且可以測定礦物成份中的結晶水、化合水，陽離子置換等。

    （9）核磁共振分析：樣品用量少，可用來研究古玉礦物的同位素，進行古玉來源地的深入對比工作。

    （10）電子自旋共振分析：可以分析礦物中10-³——10-⁶微量的順磁離子。它最大特點是不破壞試樣樣品，靈敏度高。這種分析法在研究礦物方面最有前途。

    （11）穆斯堡爾效應：是一種無反沖的核Y射線的共振吸收現象。在古玉鑑別中，可用來分析軟玉中鐵的氧化態、電子構型、配位元數及分佈特徵。

    人們可以根據上述化學成份分析方法的特點，選擇自己需要的專案進行，並可以將研究礦物的許多先進方法應用到古玉鑑別中來，讓它為考古服務。

    玉石又因產地不同或地質環境不同，其礦物形成也會有微妙的差別。尋找微觀世界的差別，又是一種非常寶貴的鑑別資料。電子顯微鏡是利用電子光學原理製成的一種高級顯微鏡。它由電子槍、聚光鏡、物鏡、投影鏡（目鏡）、真空系統、供電系統和螢光屏等部件組成，放大八十萬倍時，線分辨本領可達到1.44A⁰，已經接近原子的直徑，在螢光屏上能直接看到晶格的圖像。許多的出土古玉都可以借助它深入研究玉石和礦物的微觀世界，從而可以找出古玉的千差萬別。它所需的樣品用小碎片即可。

    探索古玉微觀世界的另一種方法同研究礦物的微觀世界一樣，是X射線衍射分析。而再另一種就是「熱分析」。熱分析是根據礦物在不同溫度下所發生的脫水、分解、氧化等熱效應特徵的一種儀器分析方法。它包括熱重分析和差熱分析等。

(九)   古玉一般鑑證法

    上述的各種化學分析鑑定方法固然非常可靠和準確，但它十分繁複，而且必須具有多種的儀器，使用儀器也須具有一定的程度和技術性。因此，這種科學的鑑定方法雖好，但不能為一般人所能做到的，自然亦感到不夠實用。除了國家性的研究機構外，即使博物館也未必採用。有經驗的古玉內行者對品質來說，憑眼光和經驗大致上會看得出品質的高下及其年代。至於古玉產地來源，玩賞家大都只求品質，對此亦未必深入研究，只知道最好是新疆玉，以及區別它是否為新疆玉。事實上，每一產地之品質，參差也很大。除了對新石器進代的玉材產地來源需特別注重外，對一般人來說，實無需過慮，以免覺得它太深奧而影響了信心和興趣。

    考古學家鑒定古代玉器是全面的，除了器形、紋飾、制度和造工的年代鑒別外，有時候，還要進行玉質鑒別。為了精確地鑒別玉質，必須借助寶石學和礦物學的鑒別法，通過各種儀器進行科學的鑑證。用科學方法鑑別玉質，不僅精確可靠，而且鑑別資料還有助於進一步研究玉料的來源，提供科學的依據，達到更全面的效果。

    上述鑑別玉質的方法，尤其對新石器時代的各文化圈來說，深具有特殊意義。因為當時交通極為不便，各文化圈地區使用的玉材絕大部份就地取材，故其玉材類別條理不明，較少混淆。如紅山文化玉材類似岫岩玉，屬蛇紋石及鮑紋石類；良渚文化多為透閃石、陽起石、蛇紋石甚或大理石類。使用現今的檢驗方法，足可以對此一時期的玉材作出準確的判斷。因此，對斷新石器時代古玉真偽可為其參考因素之一，是非絕對，因考古發現，其間尚有很少量和闐玉進入。其後自三代開始，鑑定其產地來源則僅是決定其品質之好否而矣，自然是以新疆所產之玉（軟玉）為佳。

    但總的來說，目前並無適用於鑑斷古玉器年代之科學方法，各種科學鑑證法均僅能確定符合其中某些因素而矣，其斷代則必需仍採用配合傳統方法為主，那是從古玉器的制度、圖案、碾法及色沁的考據方法求之，符合之條件愈多，其準確性自然愈高。