早在新石器时期,扬州高邮龙虬庄的先民,已经从采集和渔猎时代向农耕时代进化,有着相对发达的稻作农业经济,其中一个很重要的标志,就是龙虬庄先民发明创造了可供农耕生产的劳动工具。当他们拥有了一定数量的科学而又实用的劳动工具,规模化、高效率的稻谷种植才成为可能。(1)

对于龙虬庄先民来说,石斧、石刀、石锄等是十分稀罕的物件,因为遗址地处水荡沼泽,周围无山,更无石块。

发达的骨角器是龙虬庄遗址最具特征的文化遗物之一。龙虬庄遗址出土的骨角器共有491件,生产工具占绝大多数,有叉、镐、斧、凿、锥、铲、镞、鱼镖、叉形投掷器等。(2)

龙虬庄遗址中出土了17件角叉,完好者有6件。(3) 角叉都是用麋鹿角的分杈制成,呈丫字形,叉的上部磨成尖刃或扁刃,下部刳空成銎,叉长大致在14至15厘米,銎径为3至4厘米,銎孔中可以纳入长长的木柄。如果纳柄,则木柄的直径在4厘米左右,人手可以紧紧握牢,十分利于双手的操作,其器型类似于今日农家的锹和铲。这些角叉的中部,有的在一面凿出一个长方形的孔,另一面钻出一个圆形的小孔。还有的是将长方孔凿成两面对穿。凿出长方形的孔,估计是在长方形的孔内纳柄,柄与叉呈直角,其器型便类似于现今农家常用的二齿镐、二齿耙了。而角叉中部的小圆孔,实际上是一个销孔,其作用大概为便利安装固定木柄的销子(木销或是骨销),使木柄与角叉紧密地联为一体,不致脱落,十分巧妙,也十分实用。

从人工造物的角度看,龙虬庄的角叉、角斧和角镐都是充分运用了物理学的尖劈原理,以小力发大力,使人的臂力得到了放大,足见其构造的科学性和实用性。事实也证明了龙虬庄骨角器的重要作用,考古发现,“若将(龙虬庄遗址)第4层与第8层水稻植物蛋白石的含量换算成稻谷产量,第4层的产量比第8层的产量增加了近18倍”(4) 。龙虬庄稻作农业“代表了这一时期中国稻作农业的最高发展水平,这也是龙虬庄文化在我国原始社会发展史上作出的最突出的贡献”(5) 。骨角器的使用提高了生产效率,使得古代扬州地区稻谷产量有所提高。

在人类发展史的分期中,有一种时代分期理论是以主要生产工具作为划分时代的主要标志,如旧石器时期、新石器时期等,按照这一理论,江淮地域的人类发展史就具有了相对的独特性,正如考古专家所说“骨角器是龙虬庄遗址中颇具地方特色的器物”(6) ,“高度发达的骨角器形成了江淮东部原始文化的又一显著特征”(7) 。以此为依据,长达千年的龙虬庄文化,似乎可以从新石器时代中分离出来,划分出一个独具地域特征的骨角器时代。

发达的冶炼铜铁和制造铜器技术也是古代扬州的科技成就之一。早在商周时期,我国已有三大铜都:荆州、扬州和中条山,从而孕育了以青铜器为代表的商周文明。(8) 古扬州正是我国早期的铜原料的主产地,这在古文献中也有明示,如《尚书·禹贡》称“淮海惟扬州……厥贡惟金三品”,郑玄注“金三品者,铜之色也”(9) ,意指不同质地与色泽的铜料。当然,《禹贡》所说的扬州,是指中国广大的南方地域,含江苏、上海、浙江、安徽、江西、福建等地,但是现今的扬州也在其内。

到了西汉吴王刘濞时期,扬州地区产铜有了明确的记载。《汉书·食货志》说:“是时,吴以诸侯即山铸钱,富埒天子。”(10) 唐代的《元和郡县志》、宋代的《舆地纪胜》《方舆胜览》都记载仪征县有“大铜山”“小铜山”,相传都是吴王刘濞铸钱之所。1965年1月间,南京博物院在六合县(今南京市六合区)楠木塘发现一处西汉铸钱遗址,出土了未经修整的汉初使用的四铢半两钱和铜锭。楠木塘铸钱遗址的发现,证实了史籍关于吴王刘濞铸钱的记述,都是确实的。(11)

在吴王刘濞至广陵王刘胥的百十年间,扬州地域的铜铁冶炼技术及生产工具的制作使用水平有了很大发展。1979年,在高邮天山发现了广陵王刘胥夫妇的墓葬。刘胥墓中出土的文物很多,有“黄肠题凑”式墓廓、金缕玉衣等,其中最为科技史研究者关注的是,墓中出土了铁锤、铁凿和铁镢等多件铁器。这些铁器经专业鉴定,都是生铁铸造,其中有一些是炒钢制品。(12)

考古人员还发现,刘胥墓中出土的铁镢,其刃部经过了局部的淬火处理。(13) 局部淬火处理是现代工业生产中常用的技术,工具的刃部或头部经过局部淬火,可大大提高工具使用部位的硬度,使其更为锋利,更为耐用。其他部位不淬火,则保持了工具原来的韧性,使之不易断裂。可见,两千多年前的扬州工匠,就已经掌握了通过局部淬火技术增强工具使用性能的知识和技能。

汉代扬州的铜器制造水平出现一个高峰,其突出反映就是在扬州出土的两件文物——铜釭灯和铜卡尺。(www.daowen.com)

铜釭灯是1991年在邗江甘泉乡姚湾村巴家墩汉墓出土的(14) ,这盏灯的结构十分特殊,其下部是一只三足釜形器,用以贮水,同时具有油灯底座和贮水容器的双重功能(15) 。中部是灯盘和灯罩,灯罩双层,外灯罩固定,内灯罩能够转动。灯的上部是顶盖,顶盖与一对导烟管相连,两根导烟管从顶盖伸出后,对称地往下弯,一直弯至下部的釜形器中。叫它“釭灯”,是因为一对下弯的导烟管类似于古代大车上的“车釭”(车毂处用以穿车轴的铁圈),故而得名。

铜釭灯的两根导烟管,一端连着灯罩,另一端连着釜形器。灯火点燃时,高温的油烟上升到灯罩的顶部,就被吸入导烟管,再由导烟管到达釜形器。釜形器中贮有清水,油烟经过水的过滤,使之净化,从而保持了环境的清洁。烟管、灯盘和灯罩是组装的,可以拆卸,拆卸后可以清洗烟垢,组装起来也简单便捷。另外,从光学方面分析,双层灯罩也有特殊的功能。转动灯盘上的手柄,可使卡扣在灯盘上的内层灯罩的窗口,在150度的范围内移位,使得内、外层的灯罩随意开合。这种开合产生两大效能:一是增减通光量,调节灯光的照度与照射的角度;二是根据灯火的大小,调节空气的进气量,让灯油充分燃烧,增大发光强度。这盏铜釭灯在功能方面的先进性,和列为国宝级的长信宫灯一样,足以载入世界灯具史。

1992年,也是在邗江甘泉乡姚湾村的一座汉墓里,还出土了一把铜卡尺。(16) 这把尺由固定尺、活动尺和导销、组合套三部分组成,总长13.3厘米,卡爪长5.2厘米,厚度0.5厘米。固定尺和活动尺都有呈90度直角的卡爪,都有计量的刻度。因年代久远,刻度已锈蚀难辨。(17) 固定尺一端为卡爪,另一端为组合套,上端有鱼形柄,中间开一导槽,槽内置有能够滑动的导销。移动活动尺,导销可以随之在固定尺的导槽内滑动,当活动卡爪和固定卡爪相并时,固定尺与活动尺等长。活动尺的一端是直杆,插在组合套中,另一端的卡爪处有一环形拉手,捏住拉手,可以十分方便地滑动活动尺。这把尺可以十分方便地测量工件的外尺寸和内尺寸,以及盲孔、阶梯、凹槽等特殊部位的尺寸。如利用尺的两个卡爪,可以测量工件的直径、长度、宽度、厚度。利用尺的另一端,将活动尺的直杆插入工件的盲孔、阶梯、凹槽,可以测量盲孔、阶梯、凹槽的深度。这些都比直尺等其他测量工具更加精准、更加便利。

　图10-1　扬州出土的西汉铜卡尺及结构示意图

(引自曹永森《扬州科技史话》)

现代人广为使用的一种测量工具叫“游标卡尺”,将铜卡尺与游标卡尺相比较,可以看出二者有惊人的相似。在构造原理、性能和用途上,几乎一致。完全可以说:游标卡尺是铜卡尺的进化,铜卡尺是游标卡尺的始祖。

恰巧,铜卡尺和铜釭灯都出土在邗江甘泉乡姚湾村。尽管墓坑不同、墓葬的具体年月不同、铜釭灯的制作中也并不一定用上铜卡尺、二者之间也没有直接的因果联系,但是,同在一地出土两件同样具有科技意义的物件,且都在汉代,都在扬州历史上第一个繁盛期内,这使人很自然地把两件能够代表当时高科技水平的物件联系在一起,探寻其背后的内在因素。

铜釭灯是机械、光学、热力学上的巧妙构思和应用,是古代先进科技知识实际运用的范例;铜卡尺则填补了我国测量工具发明史上的空白。这两件器物在扬州出土,说明扬州地域早在2000年前左右已是一座科技重镇,在中国科技史上占有一席之地。