2018年5月30日

還原歷史的不可或缺—鍊金術科學考古

徐苡庭/國立臺灣大學人類學系畢,現為英國劍橋大學考古系博士生,專長為金屬文物的考古科學分析。

很多歷史文獻能作為歷史時期研究的參考,然而除此之外,若考古學家直接對遺物本身進行研究,加上科學分析的輔助,能得到許多文獻無法提供的訊息。如流行文化中常見的名詞與概念──「鍊金術(alchemy)」即為一例,不僅能從文獻裡看到許多「江湖術士」的傳奇,其分離貴金屬的方法,也悄悄打開了分析化學的扉頁……。

提到鍊金術,除了日本動漫《鋼之鍊金術師》,在《哈利波特:神秘的魔法石》中,哈利歷經千辛萬苦避免落入佛地魔手中的魔法石(原書名中魔法石的原文為Philosopher's  Stone,即哲學之石),也與鍊金術的歷史有些關聯。鍊金術是中古世紀科學哲學傳統的一小部份,而傳說中的哲學之石能幫助他們達到的目標有二:第一是基於相信物質間能相互轉化(transmutation),欲將一般金屬(如鉛或銅)轉變成金或銀的「點石成金」,其二則是哲學之石能使他們長生不老。

在12世紀時,因阿拉伯鍊金術相關書籍被翻譯、引入歐洲,促成歐洲鍊金術的誕生,直至16~18世紀到達高峰,大量相關著作應運而生,也吸引越來越多人鑽研鍊金術,其中著名的代表人物是神聖羅馬帝國的魯道夫二世(Rudolf II.)。魯道夫二世終其一生著迷於天文學和鍊金術,並集結全歐洲最優秀的鍊金術師到布拉格,希望能找到傳說中的哲學之石。除了在布拉格城堡,他也在布拉格猶太區建造一個與鍊金術有關的秘密地下實驗室,而這個場景直到2002年一場大洪水,才被人發現。

分析化學起源—鍊金術師點石成金的方法
從中古世紀開始,一般對於鍊金術的印象無非是神秘而奇幻的,也因此到了18世紀,鍊金術開始被認為是一門偽科學,但其實鍊金術師這個角色對於了解金屬的物理和化學特性上有重要的貢獻,可說是科學史上最早的化學家。因為相信物質之間的轉化,所以鍊金術師累積了各種對於對於金屬物質的觀察,並發展提煉金屬的實驗步驟,其中又以鍊金術實驗室常見的「火試金法(fire assay)」最為著名。

圖一:火試金法的步驟說明。

什麼是火試金法呢(圖一)?簡單來說,就是檢測手中材料裡含有多少貴重金屬(通常是銀)的一個步驟,假設鍊金術師A手中有500公克的岩石(自然界含銀的岩石通常與大量的鉛共生),他相信裡面可能有含銀、但不確定有多少,於是切了10公克的石頭下來,放到用來分離出貴金屬的「骨灰製器皿(圖二)」裡加熱,發現10公克的石頭裡有1公克的銀,故推論500公克的石頭裡含有50公克的銀。然而他們是如何把銀從含有大量鉛的岩石中分開的?其實就是利用鉛和銀對氧的活性和表面張力差異,進而將兩者分離。根據歐洲中古後大量文獻記載,該步驟所使用的多孔容器為骨灰製器皿,其可增加對氧化鉛的吸收力;而鉛的熔點較低且所以熔化後形成氧化鉛,當鉛被骨灰製器皿吸收時,銀則因為有較大的表面張力,故在器皿的中央形成小珠子。

圖二:Oberstockstall出土的骨灰製器皿。
(Marcos Martinón-Torres 攝影)

這個方法在歐洲中古後期除了用在鍊金術實驗室,也廣泛用在礦場跟鑄幣廠:根據含銀量,礦工需要知道開採某礦脈是否符合經濟效益;鑄幣廠需要對銀幣進行品管,確認出口的銀幣是否有符合法定的銀含量,否則銀幣含銀量下降會造成貨幣貶值。火試金法的步驟具有近代科學實驗中重要的條件——再現性(reproducibility),且這種被視為分析化學中最古老的分析方法,因能確定材料的成分與含量,故至今仍被業界採用。

一樣都是鍊金術,分離品質也要看功夫
了解鍊金術士試金的原理後,考古學家還能透過科學分析,找出各鍊金單位不同的面貌呈現,並探討背後的原因。16世紀位於歐柏史塔斯多(Oberstockstall)與17世紀位於卡普芬貝格(Kapfenberg)的兩個鍊金單位即為一例,同樣都是奧地利境內的鍊金術實驗室,卻有著相當不一樣的技術條件。......【更多內容請閱讀科學月刊第582期】

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