中国最早石制轴承的功能实验考古试论——查海遗址轴承形态分析

 

轮盘可能是人类最伟大的发明之一。轮轴机械更是近世世界工业革命的核心技术。轴承于轮轴设备中，占有举足轻重的位置。科学家相信，轴承技术代表世界整个工业的发展水平。近年，中国史前玉工辘轳轴承的考古发现，对中国古代科技史的研究，意义重大。本文笔者1989年首次在香港东湾遗址发掘出土青铜器时代的石质轴承。其后，1995年在澳门的黑沙遗址、1999年在珠海宝镜湾遗址的环玦作坊中，发现大量石质轴承的工具。2000年笔者发表《环珠江口考古之崛起——玉石饰物作坊研究举隅》一文中指出：

 

“使笔者相信，现今环珠江口地出土的具有乳凸状的石器，很可能是辘轳。笔者估计在4000多年前环珠江地区，很可能是一种以辘轳为轴心的旋转机械，被用作环玦的管钻穿孔。”

 

2013年，笔者编著《澳门黑沙玉石作坊》一书，从田野考古出土辘轳轴承与石英环玦、芯等半制成品入手，并结合其他石器、陶器的空间分布，论证环、芯及轴承三者在辘轳机械运动中同时转动，史前环玦玉石作坊内以辘轳机械为核心的活动情景，清晰浮现。该书对东亚地区玉器制作与轴承考古的历史，作了初步的梳理。其中有关东亚轴承起源问题，笔者参考在2012年由辛岩所编写《查海——新石器时代聚落遗址发掘报告》，其中所报导一件T04082:1石钻，可能就是固定轴承。当时我未能看到实物，据公布照片及线图指出：

 

“就该器物的图版所示，轴承轴身上宽下窄，由磨制和打制成器，纵剖面扁平状。笔者按报告发表彩版判别，此器轴头呈榫状轴头。轴头由榫头、旋转面、琢制面三者组成。榫头为琢制，榫颈发达，高约1.5厘米。由榫颈转折过渡到旋转台面。旋转面外沿残留了一些琢击痕。推测轴头的琢击面在使用旋转过程中，已基本被研磨消失，间接说明了轴承是使用了相当的时日。”

 

查海遗址存在石质轴承的观点发表后，引起了郭大顺先生的注意。其后，郭先生与孙力先生在《旋转技术在红山文化玉器中的应用》一文中，特别将查海T04082:1石钻更订为石轴承，重新拍摄公布了轴承各面的照片，又以线图展示轴承使用方法的推测。

 

2017年10月23日笔者前往沈阳，幸蒙辽宁省考古研究所吴炎亮所长热情的接待。在郭大顺先生及郭明女士的亲切指导下，笔者得以观察查海T04082:1轴承并拍摄记录。本文以是次考察T04082:1轴承的成果，配合本年间笔者与学生徐飞等对辘轳轴承管钻实验的对比，试图分析T04082:1轴承制作工艺及使用痕方面特征，以求教于大方之家。

 

a. 制作及使用痕示意b. 轴承各面

 

自1998年郭大顺先生来港参加东亚玉器国际会议，尔来时赐教言，受教益匪浅。2008年11月间，幸得郭先生照拂,在沈阳辽宁省博物馆,笔者对牛河梁遗址出土一些重要的红山玉器观摩拍摄。其后郭先生将拙稿《牛河梁出土玉器技术初探》，收入2012年出版的《牛河梁》报告书中。郭先生主张从世界史角度研究红山文化，在中国早期文明与世界早期文明比较项目，东北地区的玉器特别是从查海——兴隆洼以来以至红山文化的辘轳轴承工艺，与西亚6000多年前陶车两者比肩媲美。欧亚大陆东西间轮轴机械的发明分庭抗礼。

 

辘轳机械是中国科技史的重大发明。科学史的专家H.S.Harrison(H.S.哈里森)，区分人类的发现可分为两种：一种是观察性发现(thediscovery by finding)，另一种更高层次的探究性发现(discovery byfinding out)。后者必须预先具备物质特性、自然法则和自然力的知识，并能将此类知识应用于某一目的。观察性的发现主要局限于定位与识别，而探究性的发现则可以把发现应用到实际用途中。在东方史前时期木制轮盘、车椿与石质轴承结构而成的轮轴机械，就属于人类探究性的重大发现之一。轮轴机械出现的目的或者社会需要，可能是应对环状玉器文化的诞生与发展而出现。谨以拙文为郭先生八十祝寿，祝先生健康长寿。

 

二、从石钻到轴承转变工艺技术的分析

 

按《查海》报告书公布，共发现六件石钻，其中一些可能是辘轳轴承。据报导这六件石钻资料如下：

 

A组：从第2层出土石器228件，包括石钻3件。

 

1、T05022:12,木化石，长条状，圆磨尖，较光滑，长4.4、宽0.92、厚0.6厘米。

 

2、ⅡT01052:5，青灰色页岩，压制，长条状，截面呈三角形，边角锋利，长2.4、宽0.3、厚0.2厘米。

 

3、T04082:1，残，青色页岩，圆滑凸状头，残长8.2、宽3.9、厚2.0厘米。

 

B组：从F14出土。F14室内出土遗物较丰富，可复原陶器有22件之多。石器共26件，其中石钻1件。F14：33石钻，浅黄色木化石，打制，扁平，圆尖，长3.2、宽1.1、厚0.5厘米。

 

C组：为采集，共两件石钻，均为木化石，长条状。

 

1、采:27，长6.4、宽1.0、厚0.6厘米，一端为圆锥体，底部宽大。

 

2、采:24，残长4.6、宽1.0、厚0.6厘米，一端有发达圆锥体，底部宽大。

 

以上石钻A组T05022:12、F14:33、B组采:24、采:27均为木化石，形态扁平，长轴一端有榫头状锥体，采:24、采:27石钻榫头上如乳状突起。以采：24石钻为例，榫状突起尚可区分榫顶、榫颈和旋转面三个部位，榫颈及旋转面上有明显旋转线状痕。采:27、采:24石钻两器底部一端宽大扁平，适合于插入卯眼内装置。从已公布的两件采:24、采:27石钻的形态来看，二者均具备典型辘轳轴承的特征。F14:33石钻在形态上报告书只表述了有“圆尖”二字,据发表该器物线图及照片无法对其“圆尖”一端细致理解。F14:33石钻在质料、器物、形态上均与采:24、采:27石钻比较接近，目前不能否认这件石钻就是轴承的可能性。因为F14:33石钻是从房子内出土的，显示了在房子内进行辘轳旋转加工的可能性。此外，ⅡT01052:5石钻的宽度及厚度仅在0.3、0.2厘米，其功能有待探索。

 

以上除ⅡT01052:5石钻外，其余石钻初步推测具有轴承的功能。因为笔者仅观察T04082:1石钻，以下对这件石器形态及功能作较详细的论述。原报告谓ⅡT01052:5轴承为“残”件。笔者从轴承角度对其观察，这件石器保存良好，有制作加工和使用的痕迹，并没有明显折断及破损迹象，应是完整器。T04082:1轴承是一件经过精心策划制作而成的工具，技术上采用磨制、打制及琢击，前两者有交替加工互相打破的痕迹。轴承石器摆置方式，将榫顶一侧向上放置，区分为五面讨论（图一）。有关轴承技术形态的描述，可以参考《中华文明探源与辘轳机械的发现》。

 

T04082:1轴承由榫头与器身组合而成。从图一b:1、3、5三面观察，制作者在榫颈一侧研磨出一斜面，区分出器身与榫颈间界限。器身与斜面夹角约28。，榫颈约占全器长度的20%。

 

为了准确控制轴承毛坯，制作者磨制一长方形的素材，在上端预先规划榫颈的位置。器身方面，大约在中部位置，从两侧向中心打击收窄，呈上宽下窄。更且在器身下部，积极打击出较大型的剥片，以减薄器身。图一b器身下面在加击减薄后，又见破裂面被研磨的加工。器身两侧上段仍保留若干原素材的磨面。器身下端，收窄及减薄加工，底端呈圆尖状。估计是为轴承固定的安装，在轮盘中心卯眼内可能有对应轴承器身下窄上宽两段的设计。T04082:1石器技术形态显示，器身很可能是被牢固安装在辘轳木车轴上方内孔（卯眼），锲合T04082:1器身两段的构造。T04082:1轴承器身技术特征显示，此器物并非手持钻孔工具，而是经细致设计的一种与轮盘木车轴牢固安装组合结构。以上制作特征论述T04082:1石钻应改订为辘轳机械的轴承，轮盘可能作水平状旋转。

 

另一方面，从T04082:1使用痕特征分析，也是论证此石器功能的关键所在。T04082:1在榫头一