格物志·金石为开

在文明的长河中，金属，是定义时代的材料。它深藏于大地，却具备顺从人意、可熔可铸的秉性。从青铜铸就的礼乐重器，到钢铁铸造的帝国基石，金属的变革之力，深刻塑造了中华文明的进程。

铜从哪里来？探寻青铜时代的“工业心脏”

在中国青铜文明的璀璨星空中，曾侯乙编钟无疑是最耀眼的存在。这套重达五吨的战国编钟，纹饰繁丽，音律精妙。两千年后仍能演奏复杂乐曲，堪称古代科技与艺术的双重奇迹。

曾侯乙编钟

如此精妙的青铜乐器，究竟是如何制作的？铸造如此庞大体量的编钟，所需的巨量铜料又是从何而来？

1973年，湖北大冶的十三把古铜斧破土而出，指引考古工作者揭开了沉睡千年的地下迷宫-铜绿山古铜矿。

铜绿山古铜矿考古挖掘现场

铜绿山蕴藏丰富的铜铁矿藏，矿山脚下的大冶湖与长江相通，从水路可达沿江各地。正是这里，为青铜时代提供了源源不断的铜料。经检验分析，曾侯乙编钟所用的铜，也来源于此。

然而，在科学技术尚不发达的古代，先民是如何精准地找到矿脉的？

铜草花

“牙刷草，开紫花，哪里有铜，哪里就有它”，这首歌谣在大冶民间广为流传。牙刷草就是铜草花，作为喜铜植物，铜含量越高的地方它们生长得越茂盛。古人正是依靠铜草花指引方向，凭借鲜艳的孔雀石识别矿脉。

从矿石中提炼出铜，是更为关键的一步。遗址发掘出土的春秋早期炼炉是目前世界范围内已知时代最早、保存最完好的鼓风炼铜竖炉。炼炉出产的铜锭含铜量超过93%，炉渣平均含铜量低于1%，这在古代甚至现在炼氧化铜矿想要做到都绝非易事。

鼓风炼铜竖炉

“模范”的诞生：揭秘两千年前的青铜铸造工厂

铜绿山的发现，解开了曾侯乙编钟的铜料之谜。但两千年前的工匠们，究竟是如何将坚硬的铜料制作成形制如此繁复、纹饰如此精美的编钟呢？

在山西青铜博物馆，一枚距今4000年的陶寺铜铃或许能让我们一窥端倪。

陶寺铜铃

这枚看似不起眼的铜铃正是编钟的雏形，也是目前我国发现的最早使用复合范技术铸造的铜容器。它所使用的范铸技术，与千年后的曾侯乙编钟一脉同源。这套独特的技艺体系，正是支撑起整个中国青铜时代的技术基石。

不同于西方的锻造和失蜡法，中国古代主要采用范铸法制作青铜器，用陶土制作可分合的外范与芯范组合模具，通过熔铜浇铸形成完整器物。

范铸法：外范与芯范组合模具

范铸法的核心，在于“模”和“范”。纹饰凸起的阳纹原件为“模”，纹饰凹陷的阴纹覆件为“范”。今天我们所说的“模范”一词，便源于这项古老的青铜铸造工艺。

侯马铸铜遗址出土陶模、陶范

20世纪50年代，在山西侯马发现的春秋战国时期大型青铜铸造工场，见证了青铜范铸技艺的高峰，遗址出土了数十万件陶模、陶范，形制纹饰繁复精细。证明当时已形成大规模生产、精细分工的流水线作业，实现了效率与精度的完美统一。

青铜范铸技术工艺流程模拟

一钟双音：跨越千年的战国“交响乐”黑科技

在商周礼乐制度中，“钟鸣鼎食”是权力与地位的标志。《周礼》以“乐悬”之制，将编钟的数量与悬挂方式，化为等级的象征。编钟的铸造，更是荟萃工艺技巧之精华，代表冶铸技术与音乐艺术的巅峰。

湖北省博物馆编钟乐团演奏

1978年湖北随州出土的曾侯乙编钟，正是这青铜礼乐文明最辉煌的见证。65件青铜编钟，分三层八组悬挂于铜木钟架之上。钟体上，3755个错金铭文，更是一部铸在青铜上的先秦乐律全书。

曾侯乙编钟

为了让这失传的绝响重现人间，国家组织了一次前所未有的编钟复制工程。复制的过程，揭示了古人惊人的智慧。其中最令人惊叹的，莫过于“一钟双音”。

“一钟双音”原理动画

这种独特的声学特性，源于编钟的合瓦形结构。在敲击钟体正鼓部时，侧鼓部的振动受到节制，反之亦然。这使得编钟不像西方圆钟那样会出现余音袅袅的现象，并且一口钟能发出双音。

曾侯乙编钟音律体系

更令人震撼的是曾侯乙编钟的音律体系。曾侯乙编钟已具备十二个半音，音高横跨五个半八度，可以旋宫转调。就像钢琴一个八度内黑键和白键有十二个音，曾侯乙编钟只比钢琴的高音和低音区各少一个八度。

《考工记》“六齐”

能达到如此精妙的声学效果，编钟科学的合金配比功不可没。先秦时期成书的《考工记》记载了六类青铜器的最佳铜锡比例，“钟鼎之齐”则“六分其金而锡居一”，即锡含量占比14%左右，这也与曾侯乙编钟的成分检测结果相符。

青铜时代，金属的锋芒深刻重塑了华夏文明的根基。它催生了锋利的兵器，改变了战争形态与权力格局；带来了坚韧的农具与工具，大幅提升了生产力；也塑造了象征等级与信仰的礼器，规范了社会秩序与精神世界。

为讲好中国古代科学技术成就，由北京市科学技术协会和中国外文局中国对外书刊出版发行中心出品，北京科普发展与研究中心承制，解读中国工作室执行制作的系列科学文化视频节目《格物志：中国古代科技巡礼》，于11月17日起全网上线。

节目依次按照“金木水火土”的顺序，走进中国古代的发明与发现，揭秘中华造物之智，体悟求实创新之理，深入探寻传统科技中的科学方法、科学思想和科学精神，培育全社会创新求真的科学文化氛围，从历史中找寻中华文明的科学启示。