图2：跨湖桥遗址出土的石箭镞

　图1：跨湖桥遗址出土的砂轮

　　主持人：王肖君

　　主持人的话：这是《站在湘湖板块上，探索8000年前的跨湖桥文化》第5期，本期邀请浙江大学地球科学系退休教授柳志青(曾出版《太阳系化学》、《地球及类地行星起源的新假说》等专著)的、考古爱好者柳翔主讲《机床起源于跨湖桥文化》。本文也是《跨湖桥文化领先世界的科技成就》系列讲座的第四讲。为什么跨湖桥文化出现了大量超越时代的精密磨光石器？这次讲座会告诉大家原因。

　　■主讲人：柳志青 柳翔

　　据报道，国外最早的机床，是距今5000年前的中东皮带车床，它是用于加工木器的。

　　证据是一段被车过的原木（间接证据）。由于原木上的车痕不圆，因此考古学家推断车刀是手持的，但是始终未能发现车刀实物。此考古发现被西方学者推崇备至，顶礼膜拜为机床的起源。

　　下面让我们从2000年前的战国秦开始追溯机床的真正起源。

　　秦兵马俑出土了二万件青铜箭镞。青铜箭镞为三棱流线形，即横剖面为正三角形，纵投影如现代子弹头，其表面磨光如镜，显微镜下显示单向磨痕（黄留珠，周秦汉唐文明，陕西人民出版社，1999年8月），考据此考古学家认为是机器抛光的。据考古学家测量。二万枚箭镞宽度误差仅0.83mm，每一箭镞三个面的宽度基本相等，误差不大于0.15mm。我们认为这很可能是完全严格控制公差的批量化生产。为什么二万枚箭镞要严格控制公差，因这一形状符合箭镞飞行时最佳的空气动力学，形态稍有差异，便不能保证弩箭的射击精度。要使二万枚箭镞达到上述公差指标，至少要有与现代0.02mm精度游标卡相似精度的测量仪器，否则无法保证公差一致。这在二千多年前的秦代可能吗？

　　秦军有甲兵百万。如果按百万甲兵平均每人10-50支箭，则按照下限计算起码需1000万支。战国秦人口仅有500万人。于是问题来了，1000万支宽度误差仅0.83mm、每支箭镞三个面宽度误差小于0.15mm的三棱流线形箭镞是如何加工出来的？第一道工序不难，青铜箭镞的铸造可使用统一规格的范和统一配方的青铜。但箭镞的精磨和抛光很难，因为三棱的三个面和三棱都呈弧形。手工可以磨出几件，但要像兵马俑坑中出土的箭镞一样，达到公差一致，那是效率极其低下的。现代机械工厂的4级技工，用老式机床，如要做到秦箭镞那样的公差要求，每天也仅能完成几件。1000万支箭镞，需要2.7万熟练技工分两班，并配有1.4万台机床，每人每天加工1件，要加工一年才能完成。秦有那么多现代机床吗？ 

　　经研究，秦的这些青铜铸兵器的精加工，唯有使用“自动磨床”（磨床是精度最高的机床），使用“靠模法”工艺才能完成（最常见的靠模法自动磨床就是街边配钥匙的那个小机床）。

　　更惊人的是上述精加工好的青铜兵器在磨锋抛光之后，表面上加了一层黑铬薄膜，“如秦俑坑内出土的青铜兵器虽在地下埋藏了两千多年，但出土时仍不蚀不锈，光耀夺目，锋利如新。经分析测定，考古学家认为这些兵器经过铬盐氧化处理，极大地增加了防腐杭锈的性能。 

　　其实青铜上的黑铬并不是用铬盐氧化处理，黑铬只能用电镀工艺才能镀上去，当然要电镀黑铬还需要原电池，原电池需要硫酸。最后，电镀槽中必需有铬盐溶液和催化剂。秦人为何在青铜兵器上镀黑铬？

　　有一种黄铜锉刀，其表面镀了黑铬，因而可以比钢锉更锋利。电镀了黑铬的青铜箭镞，表面硬度仅次于硬度之王金刚石。这样的箭镞真可谓是无坚不摧。由此我们明白了，战国秦为什么不用钢铁兵器。

　　让我们将年代再往前推1000多年（商代）。四川广汉三星堆遗址出土的青铜人面具，高60厘米，宽134厘米。在青铜面具额头开有长方孔，如图3所示（中国文物交流中心，出土文物三百品，新世界出版社1992年）。注意青铜人面具额头的切割纹为井字形。从方孔中心向外，切割痕由深变浅呈现垂直方向的弧度、宽度也逐渐变窄。似乎是用圆盘锯切割的。但是由于此青铜器过于巨大，不适合采取移动工件的方法在圆盘锯上加工，而只能采取移动刀具的方法加工。这就是铣床（常人最常见的铣床就是牙科医生的牙钻）。

　　商周的如此精密的机床不可能是凭空而来的。让我们再把时间往前推。

　　吉林白城靶山墓地出土的有孔石锤（编号M4：29），器径10.9cm，孔径 5.1cm，厚5.1cm，碳14同位数测年为4870±80年（佟柱臣，中国新石器研究，巴蜀书社出版社，1998年5月）。从它规整的形状看，显然应是磨床砂轮而不是有孔石锤。碳14同位数测年为4870±80年。

　　跨湖桥文化之后的马家浜文化江苏金坛三星村遗址出土石轮，据《马家浜文化》，石轮直径13.6cm、厚6.4cm，中心孔剖面呈漏斗形。经我们研究确认它是磨床砂轮，与现代磨床砂轮很接近。漏斗状的中心孔是为了加楔固定轴用的。

　　如图1所示，跨湖桥文化遗址出土的砂轮是一残件。砂轮厚6.6~7cm，二残圆面平整而粗糙，基本平行。轮面曲率半径约13.25cm，轮面剖面略呈弧形，如轮胎，轮面因使用被打磨得十分光滑。对砂轮残件清洗鉴定，砂轮是由火山岩制成的。砂轮残件复原后，直径约26.5cm，厚6.6~7.0cm。

　　砂轮厚重是为了使它有很大的转动惯量，这对人工动力的砂轮磨床是十分必要的，说明跨湖桥文化先民已经懂得厚重的砂轮一旦转动后，除去动力仍会较长时间的继续转动。至今还没有发现砂轮磨床转动轴、轴承支架和曲柄，它们应该是木制的。

　　跨湖桥文化出土石器和骨器很多是用砂轮磨床打磨的。最典型的是石箭镞，如图2所示（浙江省文物考古研究所、萧山博物馆，跨湖桥，文物出版社2004年12月）。

　　跨湖桥遗址石箭镞，两面有明显的中脊。放大镜下观察到在箭镞上有一组平行磨痕，磨痕从中脊的一侧连续延伸到中脊的另一侧。将脊凸形象地称为桥，那么磨痕是过桥了。这种过桥的磨痕不可能是用手工打磨的，只能是用磨床砂轮打磨的。这也解释了为什么跨湖桥文化出现了大量超越时代的精密磨光石器。

　　综上所述，我们认为机床起源于8000年前的跨湖桥文化。