重达一吨的“司母戊鼎”：到底如何铸成，现代科学揭开谜团

前些年，知乎上有人提出这么一个观点，即真正在遗址中出土的青铜器，来历不明的、或海里捞的等缺少可信考古信息的情况不算，那么西方整体发现不超过70斤。

一石激起千层浪，这位作者自然引来无数嘲讽。但事实上以此标准看，西方的确没有发现多少青铜器，发现的都是一些青铜小饰品，因此西方有没有过青铜时代还真是一个问题。

与西方不同，中国发现的青铜器数不胜数，而且用途广泛，上至国器、下至农具，已在社会的方方面面皆有使用，因此中国青铜时代货真价实。

更重要的是，在中国的青铜器中，还有一些青铜器极为特殊，比如“司母戊鼎”（或称“后母戊鼎”，名称有争议），高133厘米、口长110厘米、口宽79厘米、厚约5厘米，重832.84公斤，是中国古代、也是世界上已知最重的青铜器。那么，商人怎么造出如此巨大的青铜器？

印证文献又一记载

司母戊鼎是青铜器，因此首先遇到的一个问题是：司母戊鼎的金属含量配比。也就是说，首先要炼出青铜，才能铸造司母戊鼎，那么司母戊鼎的青铜材料如何炼制？

现代学者通过科学手段，定性和定量分析发现：“后母戊”青铜方鼎含铜 84.77％ 、锡 11.64％ 、铅 2.79％。令人惊讶的是，这一配比与文献记载大致接近。

周朝文献《周礼·考工记·筑氏》中记载：铸造钟鼎时，古人把合金分为六等分，其中锡占六分之一，这是因为钟鼎需要较高的韧性，因此含锡量较低‌；但制造刀剑时，需要更高的硬度，因此含锡量较高。可见，司母戊鼎的锡含量与文献记载的大致相同，或者说商代对青铜合金配比应该已经形成一定标准。

需要说明的是，纯铜熔点接近1100°，但加入锡或铅形成青铜合金时，熔点就会降低，商代青铜器的熔点一般在 700 摄氏度至 900 摄氏度之间。变成青铜合金之后，反而具有熔点低、硬度高（比如含锡 10％ 的青铜的硬度却是纯铜的 4.7 倍）、化学性能稳定等优点，所以才广受欢迎。

司母戊鼎制作方法

中国铜器铸造工艺大致分为四类，即模范法、失蜡法、翻砂法（古代铸币的主要工艺法，盛于唐代之后）、锻打法。司母戊鼎体量巨大，上面还有很多精美花纹，因此不可能使用锻打法，那么是使用模范法，还是失蜡法呢？

首先，商周时期的青铜器，大多使用模范法，就是使用陶制的模具，将铜液浇灌到其中，等到铜液凝固之后再拆掉模具，由此得到成型的青铜器。

上个世纪，山西侯马发现晋国作坊遗址，出土了几万件“陶范”，其中还有齿轮陶范，由此不仅看到晋国为何强大，同时也可见陶范法的运用之成熟。

其次，失蜡法成本较高，往往用于精密青铜器制作，即制作“蜡模”，对其进行精细雕刻，制成复杂的铸件模具，然后对其内外填充与包敷耐火材料，再用火一焙烧，蜡模融化后就形成相应模具，最后浇灌铜液即可。

如今，一般认为中国“失蜡法”始于春秋，最典型的是“曾侯乙墓尊盘”（见上图），因此司母戊鼎不太可能是失蜡法制作。当然，中国失蜡法不是突然出现的，在此之前的是“焚失法”。

因此，现代学者考证认为：后母戊鼎采用陶范法铸造而成，而且是除双耳以外，鼎身和鼎足是一次浇铸成型。

现代科学揭开谜团

但这里还有两个问题：其一是鼎的双耳如何铸造，如何与器身“合体”；其二如何解决冷却过程中，四足拥有足够支撑力的问题？尤其第二个问题看似简单，实质里面蕴含科学知识。

首先，司母戊鼎双耳与器身分开铸造，但两者如何“合体”的呢？现代研究揭开谜团，即在铸造耳朵时，里面预留了陶范，相当于耳朵下部是空的，而在器身上也有孔洞，与耳朵孔洞相对应，于是将铜液通过耳朵上的浇道灌入，最后就流到器身。而器身上的孔洞连到外部，铜液流到这里后，正好可以将外面包裹的东西固定起来。

其次，司母戊鼎四足是空心的。按照常理，司母戊鼎重达一吨，商人不会吝啬于再省一点铜料，理应铸造实心四足才对，且铸造成实心也更简单，那么为何将四足铸造成空心呢？

原因很简单，器身壁厚只有5厘米，冷却的比较快，但四足却较粗，冷却的比较慢，依据热胀冷缩的原理，因为冷却情况不同，会导致四足与器身的连接处会发生扭断。因此，司母戊鼎四足是被特意铸造成空心，可见商代中国青铜铸造技术之高超。

最后，司母戊鼎不仅只是一件青铜器，背后还隐藏了很多历史，比如以下两点：

首先，司母戊鼎重达一吨，至少需要一吨以上的青铜原料，而且铸造工艺复杂，这就必然需要庞大的青铜铸造业，精密的计算与配合，以及高效率的协同作业，否则稍有疏忽就可能造成缺陷，乃至报废，这远非同期其他文明可比。

其次，司母戊鼎的铸造技术，涉及很多方面的知识，除了上文谈到的四足空心问题，还有如何确保对称部位尺寸一致，联系到东汉游标卡尺，显然在商朝已有相关精确测量的工具。如今不少国人相信西方宣称，将很多发明创造都归于西方，显然非愚即坏。

参考资料：

《经济观察报——后母戊：这件最重的大鼎是如何铸造的？｜国宝身世》、《周礼·考工记》等