2024年5月17日上午，北京大学考古文博学院研究生课程《考古学研究》系列讲座春季学期第七讲《科学考古学》在考古楼A座101举行，由北京大学考古文博学院吴小红教授主讲。

吴小红教授主讲

讲座现场

一、科学与科学研究

讲座伊始，吴小红教授对科学考古学的定义进行了讨论，其指依据考古学的研究思路，借用自然科学相关学科的方法与技术，对研究对象进行调查、取样、鉴定、检测分析、定量统计等，来解决相关考古学问题。并由此引出一个问题：考古学是科学吗？为探讨该问题，需要先明确科学的定义。科学，是建立在可检验的解释和对客观事物的形式、组织等进行预测的有序知识系统，是已经系统化和公式化了的知识。因此，科学是一种人类活动，是一种知识体系，尽管其建立的基础为可检验的解释和客观事物，但这个知识体系不能等同于真理，甚至不等同于客观事实。随着科学的发展，科学被不断细化，有了一系列的分类，分类的方式有很多，其中德国哲学家李凯尔特（Heinrich Rickert）将科学分为自然科学和文化科学，这种分类方式似乎更为简洁，更有逻辑性。他认为自然是自生自长的东西的总和，而文化则是按照预定目的生产出来，或因其有价值而得到保护的东西。由于考古的研究对象为人类活动产生的实物遗存，兼具了自然属性和文化属性，考古学的研究过程应当是一个科学的研究过程。接着，吴小红教授分别介绍了科学研究中的三个要素、五项原则及其方法论。

科学研究的三个要素为提出问题、猜想与假设以及设计并进行实验。提出问题是科学探究的重要起点，涉及到确定研究的问题与主题。尤其是在考古发掘更多转向主动发掘后，应以学术问题为导向，开展研究对问题进行证实或证伪。猜想与假设是基于现有的知识和经验，提出对问题的可能解释或预测，这是研究中的创新点所在。设计并进行实验包括制定计划、设计实验、进行实验和收集数据，以验证或反驳猜想与假设。在此，需要强调科学研究中证伪或未能证实的合理存在，鼓励养成批判性思维。

科学研究的五项原则即可证伪性、客观性、可重复性、对照原则及随机原则。可证伪性指科学理论必须能够通过实验或观察来验证或反驳，即不可证伪的不可称为科学。客观性指科学研究必须基于事实和数据，不受主观偏见或个人情感的影响。可重复性指科学实验或观察结果必须是可以通过相同的实验或观察条件重复获得的。对照原则指在科学研究中，通常需要设置对照组以比较不同条件下的结果。随机原则指在实验设计中，应随机分配受试对象到不同的组别或条件中，以减少偏见和误差。五项原则的目的是保证科研结果的真实可靠。

科学研究的方法论指观察-实验-推理。观察是科学研究的基础，它是指通过对客观事物的仔细观察和记录，获取相关的信息和数据。观察可以分为直接观察和间接观察。直接观察是指直接用肉眼或简单的工具观察物体或现象，而间接观察则是指借助仪器、设备等进行观察。在观察过程中，需要注意记录时间、地点、条件等细节，以及准确描述所观察到的现象或结果。实验是科学研究的重要手段，它是指通过在特定的实验条件下，对研究对象进行观察、测量和实验，以验证或推翻某种假设或理论。实验可以分为验证性实验和探索性实验。验证性实验是指为了验证某种假设或理论的正确性而进行的实验，而探索性实验则是指为了探索新的现象或发现新的规律而进行的实验。在实验过程中，需要注意控制实验条件、保证实验结果的可靠性和可重复性等细节。推理是科学研究的重要环节，它是指通过已知的规律、事实和数据，推导出新的规律、结论或假设。推理可以分为归纳推理和演绎推理。归纳推理是指从具体的实例中归纳出一般规律，而演绎推理则是指从一般规律中推导出具体实例。在推理过程中，需要注意已知的规律、事实和数据的准确性和完整性，以及推导出的规律、结论或假设的合理性和可靠性。

回归到考古学的概念本身，考古学指通过研究古代人类活动所遗留下来的实物遗存，达到复原古代社会历史的目的。从这个意义上来说，在考古学研究中，自然科学方法是其研究的必要手段，人文科学的视角贯彻研究分析的始终。考古学所要解决的问题以及研究目的本质上是人文的，考古学的学科属性归于人文学科的范畴，但其研究方法中有大量的自然科学方法，其研究过程遵循了科学研究的规律。

二、中国考古学学科发展与年代学方法

考古学学科的建立和发展与自然科学技术的发展密切相关。自地层学和类型学介入考古，考古才真正成为一门科学。在考古资料获取的过程中，大量依赖自然科学技术方法如遥感技术、探地雷达技术、核技术等。1922年，北大考古学诞生，是在多学科理念指导下产生的，引入了科学的发掘、专门的分析和测量技术。早在1927年的科考活动中，中瑞西北科学考察团已开展多学科交叉研究，涉及的学科包括气象、地质、古生物、地理、民族、考古学等。中国的考古学归属于人文科学领域，在历史学的视角下，中国考古学秉承着史学传统，在“证经补史”的思路下开展研究工作，梳理历史文化谱系成为工作的重心，也由此年代学优先得到发展。

碳十四测年方法在中国的建立可谓中国考古学科学发展的先驱。在1952年时，夏鼐先生将碳十四测年方法介绍到了中国。至1956年，中国科学院考古研究所建立了中国的第一个碳十四年代测定实验室。1972年，北京大学历史系考古教研室建立了中国第一个液体闪烁计数器法测定碳十四实验室。1976年，第一批碳十四数据在中国发表。1988年，中国糖碳TC-1碳十四测年标准物质研制成功。1989年，北京大学建立了中国的第一个加速器质谱碳十四测年实验室。2004年，北京大学购置了碳十四专用小型加速器质谱仪，建立了加速器碳十四年代研究平台。20世纪90年代贝叶斯统计被引入考古学界，可谓“碳十四革命”，贝叶斯模型可用于量化地层学和类型学信息，将考古学背景信息与绝对纪年方法密切结合，有效地将碳十四测定的年代范围结果进行压缩，获取更高精度的年代数据。以英国Windmill Hill遗址为例，在1999年之前碳十四测年仅能确认该遗址在公元前3700年至3100年间被反复使用，而贝叶斯模型的应用将其建造时间定在了公元前3700年至3640年短短60年间。

Windmill Hill遗址关键位点的年代分布范围（Alasdair Whittle et al. 2011）

绝对纪年测定方法除碳十四测年外还有诸如树轮年代学、释光测年、古地磁测年、不平衡铀系测年、钾-氩和氩-氩测年、裂变径迹测年、电子自旋共振测年、黑曜岩水合层测年、Be-10测年等多种自然科学方法，其应用于考古学研究时，无一不需要基于地层学与类型学获得样品的地层背景（Context）进行研究。

由此可见，考古年代学作为考古学中的一个重要学科方向，其主要研究手段几乎全部来自于自然科学领域，考古学的科学性可见一斑。

三、案例分析

吴小红教授先以杭州老虎洞窑址出土“修内司窑”铭款荡箍的化学成分分析为例，阐明考古学作为一门科学在研究中应遵循严密的逻辑推理过程。修内司官窑窑址的确定一直是陶瓷考古领域的一个引入关注的问题。2009年，杭州老虎洞窑址发掘，出土了一件铭款有“修内司窑”的荡箍，这似乎印证了南宋时期的老虎洞窑址即为修内司官窑。然而该荡箍出土于老虎洞窑址的元代地层而非南宋地层，引起部分学者对修内司官窑属地判断的质疑。北京大学考古文博学院科技考古实验室对该荡箍残片及窑址中南宋地层和元代地层出土的瓷片随机采样，并进行激光剥蚀电感耦合等离子体发射光谱分析，获得胎和釉的成分数据。通过主成分分析，表明该荡箍实际为南宋时期的产品，明确了老虎洞窑址即为南宋“修内司官窑”。在这个过程中，实践了观察、实验和推理的科学方法。印证了科学研究的五项原则：可证伪性、客观性、可重复性、对照原则及随机原则。

杭州老虎洞窑址样本胎体及釉层主量元素的统计分析散点图（崔剑锋等2009）

再以汝窑的烧造工艺研究为例。汝窑瓷器釉质细腻，学者们在对其进行显微结构观察和成分分析，发现伴随着釉料熔融及钙长石晶体的熔析平衡过程，晶丛缝隙或晶体周缘的玻璃熔体中同时发生着液-液分相过程。经过模拟实验，学者得出这种“液-液分相釉”是在持续高温的过程中经历温度变化所产生的。若是一个纯粹的自然科学研究过程，那么在汝窑瓷器的釉中发现了“液-液分相釉”，这就是一个重要成果了，研究到此就可以停止了。也确实在阅读陶瓷材料相关文章时，对汝窑瓷器的分析就停在了这个层面。而考古学是研究人类活动的学问，需要对“液-液分相釉”这个现象作出进一步的阐释，不仅仅要看到“液-液分相釉”是在持续高温的过程中经历温度变化所产生的，还需要把这个过程与古人的行为相关联，这才能实现考古学的研究目标。进一步的学术研究发现，在《天工开物·卷七》中记载了古人烧青砖独特的饮窑烧造工艺，与窑变渗碳烧造属同一体系，这个过程就经历了持续高温兼具温度变化的特质，由此为汝窑的烧造工艺找到了一个很好的落脚点，不仅如此，还可将这项工艺与多种古代产品发生关联，比如黑陶的烧制等等，为研究中国传统烧造技法的源流提供了重要线索。需要关注，模拟实验结果与传统文献相结合得出的解释，并不代表唯一的客观事实。在科学研究的推理过程中，如何进行科学的解释，是我们应当注重的问题。

《天工开物》中“砖瓦浇水转釉”

最后，以土耳其哥贝克力石阵遗址（Göbekli Tepe）为例。该遗址年代为前陶新时石器时代A期，距今至少一万二千年历史，发掘出的T型巨石围成圆圈，在直立的石头上多有动物浮雕。遗址中其他物质遗存的发现支持在该遗址的占据过程存在社会分工现象。据此，不同的学者有不同的解释。英国考古学家科林·伦福儒认为该群体已形成复杂社会。而吴小红教授认为这里可以有另外的解释，比如宗教信仰，而非社会复杂化所带来的权利中心，驱使众人聚集并分工合力建造了这一具有强烈宗教仪式感的场所。无论是何种解释，均缺少直接的科学证据，同时无论秉持何种解释，都无法指认对方是错的。这揭示了这个研究过程的不可证伪性。也就是说在做考古学研究过程中，很可能会存在不科学的因素，比如不可证伪。最后，吴小红教授强调，在阐释考古现象时，我们应当警惕科学解释所能到达的程度。当然，科学研究有时候是需要放飞思想的。爱迪生曾说，“天才是百分之一的灵感加上百分之九十九的汗水”。正是因为有了这百分之一的灵感，科学研究才得以异彩纷呈，考古学人文和自然科学兼而有之的属性，使得这个领域的研究充满了魅力。

本文已经吴小红老师审核

撰稿、摄影：李怡晓