自然科学技术与秦兵马俑学术研究
孟中元
现代自然科学技术的飞速发展，加快了以人文科学为主体的考古、历史、文物等方面研究的进程。纵观我国在考古、历史、文物领域内的学术研究情况，不难看出，随着社会的进步和时代的发展，自然科学技术在这诸多领域中得到广泛应用，现代科技在学术研究中的含量越来越高，为研究工作提供了科学的方法和手段，大大拓展了学术研究的视野，为其理论、方法的建立、创新和完善提供了有力的科学依据。为适应新时代发展的要求，学术研究工作出现了新的动向，表现为自然科学与人文科学的结合，人文科学各学科内部的结合，使过去多年来比较单一的学科研究向多学科发展，随之也分化出一些分支学科。对于考古学、历史学、文物等学科的研究，已经扩展到了与数学、物理学、化学、生物学、计算机科学、信息科学等诸多学科及其分支学科的有机结合，应用自然科学的理论和方法去解决考古、历史、文物等方面研究中出现和存在的新问题，从而使学术研究涉及面更广、更加科学化，学术研究也不断出现新成果。本文拟从我国考古、历史、文物等方面的学术研究与现代自然科学的结合中的一些实例出发，结合秦兵马俑考古发掘及历史、文物研究的实际工作，就现代自然科学技术与秦兵马俑学术研究的关系加以论述。
一、现代科学技术在考古学研究中的应用
1、在考古学研究中，对于文物遗址的勘探与测量是考古发掘所不可缺少的重要环节，现代自然科学的发展使考古学由传统式的工作方法转向为与现代科技的结合，这成为现代考古学发展的方向。从发表的大量有关考古报告、学术研究文章来看，先进的勘探仪器设备和手段在考古学调查研究中得到应用，已获得了良好的效果。以下方面的事例说明了现代勘探与测量技术在考古学中的具体应用。
(1)航空摄影测量技术曾经被陕西省文物考古工程协会应用于秦始皇陵及兵马俑的研究中，其目的在于精确测定秦陵及兵马俑博物馆的现状图、影像图、俑坑军阵位置图；用近景摄影测量测定各类典型兵马俑、秦代兵器的立面图、等值线图；用航空遥感技术与考古发掘方法相结合，探测和发现地下文物的分布，了解滑坡地质现象对陵园内文物的影响及破坏。其工作程序为：资料收集及现场踏勘→地面波谱测试→遥感飞行→遗址区文物景点群判释→未知区文物遗址判释→地质体解译→野外调查及验证。通过彩红外摄影、热红外扫描等技术对采集到的图像用计算机进行图像处理分析释译，用获取的图像调查对比，建立已知文物点辐射温度曲线与彩红外和热红外图像间的对比关系，经过对该课题的研究分析表明：在秦陵已知文物区内被测的33处古迹点群中有28处点群的图像异常与实地相符，确定了秦陵内外城的长方形双重城垣的存在及其范围。这说明现代航空摄影测量技术应用于考古学，使考古学有着很强的科学性，是现代考古学常用的方法之一。
(2)陕西省在“七五”期间作为一项重要考古项目，对昭陵、建陵古墓葬遗址进行遥感解译和定位。具体办法是采用摄影测量与谣感技术，充分使用已有的航摄资料，结合常规考古调查进行信息复合和综合分析。其基本步骤为：收集资料→室内解译初步定性→野外控制测量(地面立体摄影测量→精测仪l：500馆址测图、文物点三维坐标计算→精测仪1：5000陵山测图、坐标成果表编制、1：2.5万陵园文物编绘印制)→建文物数据库→数控绘图机输出。在该项目的研究中，通过采用10余种具有国际先进水平的仪器装备，分析处理数据图像，第一次完整、准确地测定了唐昭陵、建陵陵园内的各类文物，特别是188座陪葬墓的位置，与旧资料比较，新发现并标33座墓葬遗址。并通过计算机设备采集数据，包括陪葬墓等文物点群的坐标、名称、陵区内地物、地貌，建立文物要素库，形成数字图形文件，并按专题图要求对图形文件进行编辑处理，形成文物考古专题内容的数字地图。这虽然是测量与遥感技术在唐陵考古中的应用，但作为一种科学的考古方法，对秦始皇陵园大面积考古勘探也有着重要的参考价值。
另外，据资料介绍，在考古勘探中还用到了如电磁法、地震法等物探技术，主要用于探测古遗址、古墓葬等，这些技术的运用，将考古学前期勘探工作大大简略化、精确化，对于了解古遗迹、遗址的范围、形状及基本内涵并为进一步进行科学的考古发掘起了重要作用。
(3)高空摄影技术和卫星定位仪(GPS)在文物遗址勘探工作中的应用。高空摄影是在空中按一定单位分割要拍摄的对象，对相邻各单位的大约60％部分重叠拍摄，然后运用实体透视技术来分析这些相邻的照片，还可以对拍摄对象作三维立体图像来加以认识。通过这种高空摄影勘察获得的三维图像，可以绘制出拍摄对象精密的地表地图，而且通过分析这些照片，还可以推测地下埋着的地形和文化遗存的状况。1998年湖南省文物考古研究所与国际日本文化中心合作进行的对城头山遗址的调查中，这项技术得到应用。根据对摄影照片分析，确认了埋在地表下面的文化遗存，确定了大溪时期城墙的位置。由于几千年来的自然力的作用及70年代大规模的农田基本建设，使秦始皇陵园内一些遗址难以找到，但是通过高空摄影技术和卫星定位仪技术。根据科学分析地表的自然地形图，将有助于秦始皇陵园遗址的考古调查。
(4)应用现代建模技术记录考古发掘资料
古代遗迹同出土文物一样，在考古学研究中处在同等重要的位置。在秦俑二号坑发掘过程中，棚木层作为兵马俑考古发掘中的重要遗迹，要科学地进行考古发掘研究，作为考古常规，应该将重要遗迹保留下来，但是为了解决既要再现棚木遗迹，又要继续挖掘棚木遗迹下的文物的矛盾，考古工作人员采用了棚木模型制作技术，利用比例模型真实地记录了二号坑的棚木遗迹。通过对棚木模型实际工作中的经验总结，力图探索更为科举、快捷的方法，通过查阅资料并对现代自然科学在测量与模型制作方面更深的了解，使他们进一步认识到，要科学地记录二号坑棚木这一重要遗迹，除了采用传统的测图测量方法与雕塑技术，还可以应用现代科学技术，如采用数字化模型制作可克服人工测量方面耗时、费力的缺陷，可使测量乃至制作都可以用到现代计算机技术。
数字化模型方法就是应用计算机多媒体技术、数字测图技术等，通过对考古现场遗物、遗迹的数据采集、数据处理，形成考古发掘遗址的三维数字模型。其原理是采用GPS、专业摄像经纬仪、解析测图仪、立体量测仪、全数字化测图仪等设备精确测量考古发掘现场遗迹、遗物的三维坐标数据，输入至计算机进行图形处理，可得到遗址的三维图形，再经数控加工即可制作出符合要求的考古遗址实物模型图。这在记录考古发掘资料中起到了重要作用。
另外，为了保存二号坑棚木层的资料，考古工作人虽还对这大面积的遗址采取局部摄影、计算机照片拼接，制成一张完整的二号坑棚木照片图，对棚木遗迹的再现及出版考古发掘报告都有所帮助。具体办法是在二号坑遗址各探方上部的钢梁上按一定高度、一定长度布置水平钢索，采用移动滑轮固定着的照相机遥控摄影，将二号坑遗址各探方布点拍摄到的几百张照片的位置、坐标点完整地记录下来，并用彩色扫描仪输入到计算机进行数字化处理，采用图形处理软件PhotoShop对照片进行叠压、调色等过程，直到拼接得到逼真的二号坑棚木全景照片，作为对将要被继续发掘而被破坏的重要遗址作必要的记录。同时也对二号坑遗址的棚木遗迹作了完整的摄像记录。
(5)数字化摄影、摄像技术在考古中的应用。采用摄影、摄像技术记录考古发掘信息是现代技术在考古学研究中的重要应用。为了真实再现实际发掘、清理保护、遗迹及遗物出土等情况，有必要采用多种手段科学地记录考古发掘信息，而摄影、摄像资料则是考古发掘过程中最真实、最生动的资料信息，特别是在现代技术支持下，摄影、摄像记录成为必不可少的资料信息，在考古发掘中引起了足够重视。现代摄影、摄像技术的发展使得计算机技术与之结合起来，对摄像片段通过计算机的动态视频采集卡采集，可以将拍摄到的录像带的模拟信号转化为计算机可识别的数字信号，存入计算机的大容量硬盘中，通过对视频、音频、文字、静态图像多媒体素材采用计算机动态影像的非线性编辑技术，可方便制作考古发掘影像资料的录像带与光盘，也可以用来编辑制作考古发掘专题片等；现代摄影技术发展也很快，除了传统式的摄影器材的不断发展，数码摄影技术也逐渐走向成熟，使数码相机日渐兴起。在实际工作中，可将传统的摄影技术与逐渐发展起来的数码摄影技术结合起来，使其在考古发掘信息的科学化记录中发挥出重要作用。在高度发达的网络信息时代里，对于考古工作，特别是田野考古发掘工作来说，考古人员可以随身携带具有视频采集、红外遥控上网等组件的笔记本电脑，现场实时科学地进行发掘信息的记录，迅速做到文字、图像、视频的编排，并可在考古发掘现场通过计算机将考古信息实时发布到国际互联网上，以引起社会各界对考古发掘研究的兴趣，激发他们热爱文物、保护文物遗址的热情，也进一步满足了学术研究工作扩大信息覆盖面的需要。同时，这对于满足考古发掘要求时效性强、资料翔实这一要求来说，不失为一种好的办法，它起到了不需化巨资动用电视台等媒体机构进行现场考古实况直播相类似的作用。可以预示，这将可能是未来考古学常用的、及时发布考古信息的一种好办法，也可能在未来的秦始皇陵园考古发掘及兵马俑考古发掘中得到应用。
(6)GIS(地理信息系统)在考古学中的应用
考古学是在以时间与空间这双重关系中研究古代文化遗迹的历史背景及文化地层的内涵，在时间上的关系通过对考古、历史、文物的研究而展现出来，而在空间上的关系则不易表述清楚。CIS作为一种关心研究对象的空间关系的新型计算机系统，它使考古学第一次可以借助计算机的所有优势——存贮、数学分析、检索、模拟、任意显示等，来处理考古资料在时间链条上的空间关系。它的最大优势是可以把多种不同类型的资料综合在一起进行处理。这些资料包括空间的和非空间的，前者如数字化地图资料、航片、卫片资料及一般性的图片等，后者包括各类其它现象的文字的或数字的描述记录等。所有这些共同构成了GIS系统的基础资料数据库，以数字化形式存入计算机成为某个地域的考古CIS信息。假设选定一个包含若干考古遗址的区域，将这区域的历史地图(卫星照片图、航片图或普通地图)以数字化形式输入计算机，可以把不同图上的不同信息叠加、综合起来。可以把一张历史地图即现在不存在但以前曾存在过的地理、地貌信息叠加上去，然后把这一区域的全部考古资料包括发掘过的遗址、未发掘过的遗址、遗迹、遗物等按照特定的格式叠加在一张图上，据此就可以建立起这个遗址的考古GIS数据库。它的作用是可用来寻找和发现遗址，也可为文化资源管理提供方便的遗址定位模式；另外可用于遗址绘图、分析某类遗物在遗址中的分布规律以及关于某类遗址在一个区域内的分布规律。地理信息系统对于秦始皇陵及兵马俑考古研究也将起到重要作用。对于具体工作，可建立秦陵区域的考古GIS数据库，对秦陵内的重要遗迹作科学定位，可以用计算机的方法绘制遗迹分布图、文物信息的多媒体展示还可帮助考古工作人员发现新的遗址等。
2．应用数学方法进行考古学的定量研究
数学研究是“现实世界的空间形式和数量关系”，属方法论学科。考古学研究中应用数学方法的实质在于开展定量研究，而概率论和数理统计作为研究随机现象的数量规律的科学，在考古学中得到应用。
考古学研究器物、墓葬、房址、遗址、文化类型等不同层次的遗存，或称考古实体，但并非以单独的一件器物、一座墓葬、一个遗址作研究对象，而是以器物的整个一个类型、墓葬群、文化类型群作为研究对象。要研究实体的各类特征，就不可排除用数学方法进行定量研究。一种重要的数量关系是百分比关系，这对遗物在遗址的分布统计中经常用到：另一种是器物的特征，也可以用数量关系来表示，包括几何尺寸、纹饰、质地的定量研究及对器物正确分类。考古发掘是一种随机现象，考古发掘的遗址不是对古代文化的全部概括，所以，在考古学研究中应该用概率统计学的观点来看待考古现象与处理考古资料。
考古学是利用实物遗存去复原古代社会的科学。考古发掘本身就是一种抽样过程，经常是随机的。由考古资料去推断古代社会情况，是由“样品”推断“总体”的统计过程，所得的结论只具有统计学意义，只有采用合适的数学方法处理考古资料，在大文化背景下进行考古、历史、文物研究，才能通过探索认识出隐含在考古资料中的规律。另外，考古工作者在自己的研究中也常用朴素的概率论观点看待考古现象，考古报告中也常采用数学语言描述，比如用到了“很有可能”、“也许是”等不太肯定的字眼，使考古语言更加精确，也使考古研究更加科学；现代考古学研究中大量使用自然科学方法，如测年、文物成分分析、遥感等，这都是离不开数学语言的科学描述。
在对秦俑学研究中，就涉及到大量的应用数学的方法。比如对秦陵面积、遗迹数目、遗址分布位置坐标、对秦陵地地学勘探数据记录、对秦俑坑出土文物的化学成分分析数据、秦俑坑出土遗迹的描述等等无不涉及数学方法的应用。作为研究工作成果的考古发掘报告本身就是包含许多数学数据、数理统计及概率论方法。
二、现代自然科学技术在考古发掘遗址的监测、文物的修复保护等方面的应用
作为典型的秦汉考古发掘遗址，如秦始皇陵及兵马俑坑、徐州汉兵马俑坑以及咸阳汉景帝阳陵出土的兵马俑、动物俑从葬坑遗址等，都面临着考古发掘遗址及出土文物的保护问题，主要有土遗址、彩绘陶俑、青铜器等的保护。在对文物遗址“有效保护合理利用”这一思想指导下，文物遗址的保护工作逐渐引起社会各界的重视，国家也下大力气为文物遗址的保护创造有利条件和法律约束，将文物遗址的保护逐渐纳入科学的轨道上来。具体体现在从文物遗址的勘探一直到实际考古发掘的各个环节，保护工作配合遗址的发掘同时进行，这也更有利于文物保护科研人员获取文物遗址的第一手资料，便于全面了解文物遗址，以便采用合理的方法对其实行及时有效的保护。在现代技术条件下，利用现代科技手段对考古发掘遗址的监测、文物的保护是文物考古研究中的一项重要内容。
1、对考古发掘遗址的环境监测
考古发掘遗址是文物所赖以存在的自然环境，由于遗址本身存在面积大、不可移动、不可再生等特点，其中包含着许许多多的历史信息，是非常珍贵的人类文化遗产、是真实反映古代历史文化的可信的、重要的信息载体。但是考古发掘遗址由于易受自然恶劣环境的影响而发生物理、化学上的变化，会逐渐将其所包含的历史信息消失殆尽，所以必须加大力度采用先进的仪器设备，采用科学的手段进行环境监测，以便及时准确的收集数据，在科学实验的基础上进行分析研究，制定出必要的保护措施，为考古发掘遗址创造一个更为良好的保护环境，使其能经受漫长岁月变迁而对其造成的不良影响，为人类保留下一份珍贵的历史文化遗产。秦兵马俑考古发掘遗址的监测保护是一项重大的研究课题，如不对其进行有效保护，长期下去则会存在造成兵马俑遗址遭受自然力而坍塌的威胁。几年来科研人员一直在从事着对秦俑坑遗址的环境监测及保护工作，其中包括对空气温湿度状况的监测统计、遗址环境大气中有害气体的监测、土遗址中土壤霉菌的分析等，经过科学评估，分析出造成俑坑内文物损害的几个重要原因，可概括为：a．由于遗址的土壤中含多种无机盐，受季节变化影响使土壤产生冻融破坏作用；b．由于遗址所处自然环境的大气中含多种有害气体及散布在空气中的尘埃，会对遗址及文物造成损害；C.刚刚挖掘不久的秦俑坑遗址，因土壤湿度过大及俑坑中多种有利于霉菌生长的物质的存在，而使遗址大面积引起霉害污染。通过实际监测与实验数据分析表明，文物遗址所处的自然环境的这些变化会对文物造成危害。在实际监测与分析研究中，虽然难看到这些有时是很细微的变化，有的必须进行微观分析才能找出危害遗址及文物的原因，所以采用先进的现代检测、分析手段对遗址的监测是必不可少的。通过对造成文物遗址损坏原因的科学分析才能采取相应措施进行科学保护。另外，为了使监测数据处理科学准确、方便快捷，在遗址环境监测及数据分析中采用计算机技术，这可使得监测、分析、统计更加具有科学性。
对考古发掘遗址的保护是考古工作中的一项重要环节，它是在对文物遗址的科学监测、对造成文物遗址破坏的各种因素进行仔细分析研究的基础上进行的，是一项科学的系统工程。例如，对于秦俑坑土遗址来说，由于受外界环境如各种有害气体、大气中水蒸气、土壤中多种无机盐的影响，特别是受季节变化土壤本身所处的平衡被打破等因素而容易使遗址产生风化、裂缝等变化。为了使兵马俑所赖以存在的遗址环境得到有效保护，采用机械的办法和采用电器控制遗址的温度、湿度是一种有效途径。具体办法为采用了在土遗址隔墙上用无振动打孔机打孔，用钢筋材料连接两边加上木板等固定支撑物对土隔墙作加固处理，然后用泥土做旧处理与土遗址环境办调一致。对秦俑一号坑的土隔墙有几处就采用此办法，实际加固效果良好，为了减少自然环境对文物遗址的不良影响，同时，可采用空调机调节兵马俑遗址大厅的环境温湿度，使兵马俑及所处遗址保持较稳定的环境，对文物展厅进行防尘处理。不同文物遗址其所面临的自然环境不同，对其所造成的危害当然也就不同，所以应采取不同的方法相应地对其进行保护。对于秦俑二号坑土遗址的保护，由于开始挖掘时环境湿度过大，加上土壤中存在多种有利于霉菌生长的无机盐、水分等养料的存在，所以霉菌是对文物遗址造成危害的一大因素。科研人员对土壤中霉菌的种类、属性采用微生物学的显微分析，通过查阅资料及科学实验，了解各种霉菌的生长、繁殖条件及其对文物遗址的危害，在科学的监测、分析的基础上，采用了喷洒化学杀菌剂以抑制霉菌的生长方法，同时为了减轻喷洒化学防霉药物对文物遗址的外观的负面影响，根据实际情况也采用了用塑料薄膜小面积覆盖遗址的方法，这在保护秦俑坑遗址以使其免遭霉菌危害也起到了一定的作用。
特别对于兵马俑彩绘保护问题，文物保护科研人员做了长期不懈的努力，同国外文保机构的专家进行密切协作交流，采用现代科学的方法，进行多学科研究，终于在实验室内解决了彩绘文物的保护这一世界性难题，保护住了经过漫长岁月而幸存下来的非常珍贵的几尊彩绘兵马俑。通过大量实验分析研究表明，趁陶俑彩绘所处温湿度等环境条件还没有变化而使彩绘层脱水起翘时，迅速喷涂经实验研究适合于加固彩绘层的保护试剂采取现场及时保护，对彩绘陶俑的保护起到了很好的效果。
2．考古发掘结合现代科技方法全方位、多角度地挖掘考古发掘遗址所包含的信息
对于秦俑坑考古发掘遗址的研究，考古工作人员从多角度出发，结合现代科技手段进行多学科研究，通过实际考古发掘，充分挖掘隐藏在遗址、出土文物及各种考古迹象中所包含的秦代文化信息，以便结合文献资料和考古资料对秦代社会的政治、经济、军事、文化等各个方面作细致探索。
如考古研究人员通过研究文献资料和考古资料中气候信息，结合地质学方面的科学测试，以及对秦兵马俑二号坑附近的自然地层削面进行生物化石和磁化率记录的研究，全面探讨该区全新世气候变化的过程，特别是春秋——秦汉时期的气候状况；通过秦始皇陵及兵马俑坑出土的金属器物，结合广泛的秦代考古资料与文献资料，研究探讨秦代采矿、金属冶炼及铸造技术及其对社会经济发展中的作用；通过研究秦代出土器物的纹饰，探索研究秦文化与周边文化的关系，以及秦人的审美观及其民族性格；通过统计秦俑坑出土的陶俑、陶马身上刻画的工匠名字的数量，来推断当时制作兵马俑作坊的工匠人数，将考古资料与文献资料结合起来，为认识及印证史书记载的”物勒其名，以考其诚”提供了物证，为研究秦代历史文化、秦始皇陵及兵马俑坑的建造历史起到了重要作用；通过研究秦俑坑中军阵排列特点、出土的兵器及俑坑遗址中残留的战车遗迹、弓弩遗迹等，研究秦代的军事机构作战布阵、兵器配置等内容；通过利用科学检测手段测定秦俑坑出土青铜兵器的成份，研究秦代青铜冶炼、铸造及防锈技术，也验证了有关史书记载的青铜器冶炼铜、锡、铅等元素的成份配比，等等。这许多方面的问题所展开的学术研究，定会将秦俑学研究推向一个更高层次。从秦俑学研究的前几届学术讨论会上提交的文章可以看到，随着秦文化研究的不断深入，进行全方位、多角度的学术研究成为秦文化研究中的一大特点。
总的来说，考古发掘遗址及其文物就是当时时代的信息载体，是人们了解当时社会政治、经济、文化、科技等多方面的珍贵实物资料。
3、在文物的修复保护研究中使用了多种科技手段
文物的修复保护是考古学的有机组成部分，贯穿于考古学的全过程，包括对遗址、遗迹的勘探、试掘、发掘、修复、展览、保护等各个方面，随着各种现代科技手段不断被引入到考古学中，文物修复保护工作的科技含量也愈来愈高，只有利用各种现代方法和传统工艺对环境、遗址、遗物进行适时的科学保护，考古工作才是科学的、完整的。
文物的修复保护是考古发掘工作中的一项重要任务。文物在地下经过千百年的埋藏，受土壤中有害成分的作用而造成文物物理和化学成分的变化，长久下去会破毁掉文物，必须对体现古代文化遗产的文物进行保护。文物修复保护工作涉及面广、技术性强，要求文物修复人员必须有广阔的知识面，既要懂历史，又要懂自然科学的有关知识，还要具有熟练的动手实际操作技能，必须在充分查阅资料、进行科学研究的基础上，运用历史知识了解器物制作年代、材料构成及功用，在实验室中做大量研究，需通过借助科技手段，对造成文物损害的机理作科学分析研究，有针对性地选用保护材料、化学保护试剂、实验仪器等，并对实验步骤方法做详细记录，包括文字描述、照像，也有必要对修复保护档案采用科学的计算机管理方法，这样会使文物保护的各个环节都走向科学的轨道。文物保护是建立在大量科学实验基础上的实践活动，进行实验数据的科学分析研究，不断探索研究总结经验，制定出文物的保护方案，在此基础上才能应用于文物的保护。
(1)对秦俑彩绘文物的保护研究
在秦兵马俑彩绘保护课题的研究中，我馆与德国巴伐利亚文物事业保护局进行了多年的合作研究，采用现代科技进行多学科研究，终于探索出一条保护彩绘兵马俑的科学途径。在多年的研究中，文物保护科研人员通过对彩绘陶片分析，经过大量对比、分析、实验研究，在实验室里采用了多种现代的科技手段，如采用了X射线衍射法、光谱分析法、X射线荧光分析法和岩相鉴定法，显微镜技术、核磁共振、激光全息摄影技术，以及冻干机、恒温机等多种先进设备和技术手段，对彩绘底层物质、颜料层物质、彩绘构成及施彩工艺进行研究分析。在分析过程中，对古代可能用到的动植物胶质，采用红外谱图对底层的物质成分进行了多种科学分析，初步判断秦俑彩绘底部涂层为生漆，又通过对秦岭一带不同品种的生漆，以及从徐州汉代楚王墓中采集了与其时间相近、老化程度相当的漆棺上散落下来的漆层进行了各种对比分析研究分析，断定秦俑彩绘底层物质的确是生漆，这为进一步对秦俑的矿物颜料的彩绘保护提供了科学依据，并通过对彩绘矿物原料的分析，得出了秦俑彩绘矿物组成化学成分，还通过试验发现彩绘中的紫色成份也称汉紫，化学名称为硅酸铜钡，这是一种在自然界未曾发现，而通过科学方法人工合成的一种材料，在超导试验的副产物中发现有这种物质存在。这项研究表明，秦代的某一方面的技术已发展到相当高超的地步。在这一课题研究中，科研人员通过采用多种仪器、方法、材料进行科学的研究分析，明确了彩绘颜色的成分、彩绘的有机底层是由生漆制作的，搞清了彩绘的剥落机理，基本找到了防止兵马俑身上残存彩绘剥落的加固方法，并成功地保护了二号坑出土的多个彩绘俑和一些残片上的彩绘。
(2)对出土青铜文物的保护
青铜器是中国古代文明的重要组成部分，以其丰富的铭文、精美的纹饰及造型、高超的冶金和铸造技术及表面处理技术而闻名于世。在秦兵马俑考古发掘中，出土了大量的青铜器文物，大多数青铜器在出土时均有不同程度的损坏与腐蚀，需进行修复和保护。考古、保护、修复及科学分析的综合研究则是现代青铜器保护与修复中更应注意的内容，在修复和保护中需要用到多种科技手段。
一件青铜器需要考古学家、保护科学家及修复工作者共同进行仔细的研究后制订分析计划，在分析结果的协助下制定修复、保护方案。修复、保护过程，事实上也是微型发掘、科学分析研究、清理、稳定、加固、复原及腐蚀防护过程。据青铜器修复和保护方面的研究资料表明，在青铜器的修复和保护中，一般采用了显微镜技术、X光无损探测、傅立叶红外(FTIR)和X射线衍射分析(XRD)、金相检测和扫描电镜——能谱分析、光谱分析法等科技手段。用显微镜可以观察器物病变图并拍取图片资料；用X——光无损探测可以研究器物的制作技术、结构缺陷、金属基体的状况、铸造缺陷、肉眼看不到的裂隙等；用傅立叶红外(FTIR)和X射衍行射分析(XRD)这两种手段可以确定产物，了解引起腐蚀的原因；利用金相检测和扫描电镜——能谱分析法不仅可以研究青铜器的显微结构，而且也可以反映腐蚀现象、腐蚀层分布、腐蚀程度、青铜基体的成分及所感兴趣的微区的成分；通过原子吸收光谱、等离子发射光谱和X荧光光谱进行金属成分含量的分析；在修复和保护的过程中还应用到多种化学保护试剂、粘接剂、特殊修复材料等。
对青铜器的修复和保护过程的研究也涉及到多个学科，如考古、历史、修复和保护、科学分析等。对出土的青铜器文物的修复也是秦兵马俑考古发掘中不可缺少的重要环节。在秦始皇陵及兵马俑坑等出土的文物的修复中，既用到了传统的方法，如物理除垢、机械加固等，还用到了现代方法与材料，如用化学溶剂清洗、激光除锈、化学胶粘剂粘接、焊接技术、现代合成材料、多种现代分析仪器等。文物的修复要遵循文物修复原则，要“修旧如旧”，既要保持其原貌，又要经得起长期保存。所以，采用科学的方法进行实验对比研究，首先在实验室阶段探索出最佳修复方案，才能用于实际的文物修复工作。根据现代考古学的要求，在考古发掘阶段，文物修复保护人员也必须亲临考古现场，密切配合发掘清理工作，这样既可使文物得到妥善保护，又能为日后文物的修复了解到第一手的材料，如文物出土的状况以及碎片出土位置的记录等，这样对文物修复工作可提供很大帮助。
(3)用现代计算机控制技术保护馆藏文物及库房文物
由于文物的质地不同，物理和化学特性各不相同，因此所需要的收藏的环境也就不同。除了采用化学方法保护外，还要针对不同的文物藏品，为其创造不同的保护环境，使其免受外界环境中有害因素的影响而使文物发生损害。现代计算机控制技术可以在环境自动控制中发挥作用，因而可以用于馆藏文物及库房文物的保护。作为秦兵马俑的主要文物有陶俑、陶马、青铜器、青铜兵器、铁器、陶器等种类，按照质地隔开存放。在文物库房或遗址展厅区内安装可以控制温度、湿度、光照、有害气体排放的电气设备，如空调器、抽／加湿机、光源、排风设备，并为其加装各种传感器，如温、湿度、光等传感器，与控制的计算机连接，用程序设定好各类文物的最佳保护条件，由传感器将信号传到计算机，由计算机进行自动控制其工作状态。基本原理是采用自动控制理论，根据数／模(D／A)转换和模／数(A／D)转换，在各被控设备和控制计算机间循环进行。计算机接受数字信号，可根据不同文物所需的环境条件用程序调节控制，可预先设置好被控量如温度、湿度、光照的数字量范围，各被控设备在计算机控制下，将模拟信号经过模／数转换为数字信号被计算机接收，计算机根据所设置的数字量和接收到的数字量进行比较，再由计算机将数字信号转化成模拟信号以驱动被控设备的运转。如此不断在这个环路中进行数／模转换和模／数转换，调节控制被控设备工作状况使其保持环境条件的相对平衡稳定。
文物的防盗、防火监控也可以根据类似原理由计算机控制。通过传感器与摄像头、录像机和计算机之间的连接，由红外传感器、声音传感器、热传感器、烟传感器接收外界环境条件变化，由计算机控制摄像头、录像机、灭火设备、报警设备的工作，达到防盗、防火目的，做到人防和技防的结合。
(4)采用计算机相关技术进行文物辅助修复
随着计算机相关技术的不断发展，特别是图形图像技术、计算机辅助设计和几何造型技术、模式识别技术、人工智能和专家系统等技术的日趋完善，采用高科技手段和先进技术进行文物的修复工作成为可能。根据有关资料介绍，可开发计算机文物修复系统用于对兵马俑的辅助修复。所采用的基本办法大致为：a.用数字化仪精确测量秦俑及残缺碎片的几何尺寸，建立多媒体数据库用于存储其几何信息、拓扑信息、颜色和材质信息等；b.建立秦俑的三维数学模型，采用高级语言编程，开发基于Windows的图形用户界面；c.根据文物及考古专家的知识和经验，建立相应的知识库，开发具有智能推理的专家系统，自动对秦俑残片进行分类管理；d.研究秦俑文物碎片进行模式识别和模式匹配的算法，正确建立碎片间相互关系，包括几何关系、拓扑关系、空间位置关系及连接关系等，为秦俑的修复提供有价值的指导性建议和修复办法；e.开发秦俑的三维几何造型工具，对文物修复方案进行比较、显示、观察和修改，确定最佳修复方案；f．研制出适用文物修复的真实感图形显示系统，应用模式识别技术、专家系统等技术进行陶俑碎片的拟合，对修复好的三维数字模型进行渲染，显示真实感的三维立体图形；g．根据陶俑碎片的几何位置编号顺序为实际陶俑的修复提供科学依据。
对于遗址、遗迹的复原也可以借助计算机技术来完成，在实际考古工作中应随时注意收集重要的遗址、遗迹的有关数据，由计算机三维图形处理软件根据遗址、遗迹的三维坐标数据，进行遗址、遗迹计算机重构，经过相应技术处理显示出三维外形图。例如可用于对秦始皇陵园城址、兵马俑坑出土战车、弓弩遗迹等的三维模型显示，进而探索秦陵园城址的形制、结构，复原出土战车、弓弩的实体模型。
采用计算机技术进行文物的修复是一项投资大、相当复杂的系统工程，涉及多个领域的研究。目前虽然有一些学者在进行这方面的研究，已形成了基本的理论方法，但是还没有充分与实际文物的修复工作联系起来，所以还须进一步努力探索。随着技术的不断完善，相信终有一天计算机相关技术会在文物修复中发挥重要作用。
4．现代科技在文物鉴定、文物复仿制中的应用
文物的鉴定对于从事文博工作来说是重要的一个环节，文物藏品收藏之前首先需经过专家鉴定定级、进行文物建档建卡后才能入藏。文物的鉴定工作对于文物、历史、考古的研究联系密切，是进行更深入学术研究的基础；现代科学的发展要求，文物鉴定专家必须既懂文物、历史、考古知识，又要了解相关的自然科学知识，这样才能在鉴定工作中不至于有所偏差。如现代方法碳十四及年轮校正法等的测年技术、光谱法等化学元素成分分析技术，等等。文物质地不同，所采用的分析检测方法就不同。现代科技方法用于文物鉴定工作，为文物鉴定提供了科学的依据，从而使文物的鉴定不仅仅凭鉴定专家的经验，而是在经验的基础上采用科学的方法加以验证。在文物的鉴定中，应结合文物、历史、考古方面的知识和经验，并适当的运用现代科技方法，这才是现代社会对文物鉴定工作的要求。
文物的复仿制业作为现代博物馆学研究所涉及的内容之一，在文博工作中也受到了足够的重视。计算机相关技术可在某些类别文物的复仿制工作中发挥出作用。现代三维图形技术的发展，使计算机处理实体三维图形变得比较容易，可根据实际文物的三维空间坐标关系，将这些数据输入计算机，通过三雏图形设计即可在计算机显示屏上再造出文物的造型,还可进一步采取科学的方法进行模具的制作及用现代工艺、现代材料进行文物的复制。总之，除了用传统的方法进行文物的复仿制外，可根据实际情况需要，采用现代科技方法将有助于文物的复仿制业的发展。
三、计算机技术在历史、文物、考古研究中的作用
1．文物、考古、陈列、科研等资料的计算机科学管理。随着计算机多媒体技术的不断发展，在文物、考古、陈列、科研等资料信息的管理中采用计算机技术，大大促进了文博事业的发展。由于传统式的资料管理模式不可避免地存在许多弊端，表现为工作量大、不便于资料检索、资料利用率低、不便于对各种媒体信息的科学管理，所以采用计算机多媒体数据库管理技术成为必要。在文物资料管理方面，应根据国家文物局制定的有关规范，或根据具体工作制定出适合实际需要的资料管理规范，以实际文物收藏、建档建卡为基础，做好资料记录工作。在此基础上进行规划研究，建立相应的计算机多媒体数据库模型，添置计算机及相关数字化设备，开发文物藏品计算机管理信息系统；对于考古工作来说，也应以实际考古发掘为基础，研究制定考古记录资料规范，科学地将考古发掘记录中的各种媒体资料，如文字、照片、线图、摄影等资料做到科学归档，首先形成一套科学的考古发掘资料管理规范，然后在此基础上建立考古发掘信息数据库模型，开发考古信息计算机系统，将所有考古资料输入计算机并科学归档，通过计算机采用各种途径检索考古信息，做到对考古信息有序的、科学的调用；对于科研信息的开发研究，也应从具体的科研资料的科学归类、归档进行研究，做到对图书文献资料信息的科学管理，将有关学术论文、学术期刊目录等按历史、文物、考古等分类，建立数据库输入这些数据信息，长期坚持下去会积累下大量科研方面的信息，开发建立科研信息系统，以便于使科研信息检索方便快捷；对于陈列信息，可将有关文物藏品的文字、照片、图片、摄像等输入计算机，建立文物藏品陈列信息库，可通过计算机技术协助进行文物陈列设计，如文字、照片的编排组织，制作展览宣传画面，可进行形式设计和内容设计。在计算机技术发展的今天，计算机触摸屏技术也在文物辅助陈列、对外宣传及旅游导览中发挥出有力作用。如现在的博物馆对观众的导览大多都采用计算机触摸屏技术，这样观众可以方便的交互式采用触摸方式操作计算机，了解到博物馆文物收藏情况、考古发掘、科研成果等方面的内容。将文物藏品资料、考古资料、陈列资料、科研资料等输入计算机存储在多媒体数据库中，做到对各种媒体信息如文字、图形、动态图像、静态图像等的综合管理，通过系统规划，开发计算机软件对多媒体数据库进行科学管理。对各种资料信息的计算机化管理，克服了传统人工管理模式的各种弊端，不仅做到了对资料的科学管理，而且充分提高了资料的利用率，使资料信息在学术研究中充分发挥出作用。
计算机网络通信技术的发展成熟对于充分利用各种资料信息，进行信息资源的共享，提高信息资源的利用率发挥了重要作用。其中网络包括两个部分，其一是建立本单位的局域网，文博单位开发的各类数据库，如文物藏品信息、考古信息、科研信息等数据库可存储在网络服务器中供各联网计算机进行资料的共享，充分发挥资料在学术研究中的作用；其二是通过DDN专线或通过调制解调器连接电话线可上Internet互联网，通过网络登录，不仅可以在互联网上索取大量有用的信息，包括数字博物馆与数字图书馆上的信息，而且还可以将本单位的有关信息制作成网页格式，发布到国际互联网建立的网站上。为了进一步发挥资料在学术交流中的作用，也有必要与文博单位联网进行资料信息共享，使他们可通过本单位的计算机联网检索信息。为了做到资料的安全管理，还应采取数据备份、病毒检测等技术手段，具体可用光盘或大容量硬盘备份数据，采用防火墙防止病毒、黑客侵袭等不安全因素，从而避免损坏计算机信息系统遭受破坏。
计算机技术还可用于文博单位图书、图册的出版，以及藏品的陈列设计、多媒体电子出版物的制作等，由于计算机具有强大及文字快速处理能力及图形、图像处理能力，通过计算机印刷排版系统，如国内常用的北大方正激光照排系统进行文字的编排，而彩色照片可以调用本单位的多媒体数据库中高分辨率的照片资料，也可以直接使用结合彩色扫描仪、图形处理软件，如PhotoShop等，用高性能彩色打印机输出照片以备制版，从而使印刷品出版科学化、快捷化，这也大大促进了文博出版物传播的速度，推动了文博事业的发展；计算机三维图形设计技术可广泛应用于展品的陈列设计中，可以通过对比研究不同陈列方案，采用计算机技术输出的三维陈列设计图形，选出最佳藏品陈列设计方案，这样怀可以节约经费，避免反复改动陈列方案而造成的人力物力浪费；还可利用计算机处理的数字化资料信息，如文字、图形、图像、语音等，可以借助多媒体编著软件制作多媒体电子出版物，作为传统出版业有益的、必要的补充。
2.数字博物馆
随着计算机技术的不断发展，对文博事业也提出了新的要求，在充分利用现代科学技术的前提下，大力发展文博事业成为适应新时代的要求。在这一形势下，数字博物馆随之兴起。
数字博物馆是利用计算机数字化技术实现传统博物馆职能的，它是在计算机技术、通信技术、多媒体技术、网络技术的不断发展成熟的条件下而产生的。数字博物馆是在对文博单位各种资料进行数字化管理的基础上发展起来的，采用互联网技术将各文博单位的资料信息有机综合形成一个建立在互联网上的博物馆。博物馆离不开文物藏品，对文物藏品收藏、陈列、科研等活动离不开文物藏品，也离不开人的业务活动，在进行历史、文物、考古等学术研究的基础上形成了有关文物藏品的信息、考古信息、科研信息等，这为数字博物馆的建立奠定了基础。数字博物馆是传统博物馆有益的、必要的补充，这是为了更好的发挥信息在文博事业发展中的重要作用，它是在全社会进行的一项庞大的系统工程，既需要现代科学技术条件的支持，又必须以传统博物馆的工作为基础。
文博单位还可以利用互联网络了解国内外文博学术动态，还可以在网上针对某一专题进行学术论坛活动，通过网络进行大范围的学术交流活动，可以通过网络检索数字博物馆的相关信息，还可以通过网络发布文博研究的最新成果，如科技论文、学术报告、考古发掘报告等，充分利用现代科学技术为文博研究服务。在网络硬件设施不断完善及网络服务业的不断完善，使网上信息传输速度有很大提高，且建立在互联网上的数字图书馆和数字博物馆上的信息极为丰富，如适用于文博单位研究工作的大多学术期刊、图书、资料以及文物藏品资料、考古发掘资料、科研学术动态信息等都已数字化并发布到互联网上。在这些条件基本具备的情况下，那么通过互联网要举办一个秦汉兵马俑比较研究的学术讨论会就变得比较容易。首先，可将在网上举办学术讨论会这一消息发布到互联网上的兵马俑研究网站上，或通过E—mail告知这一网址邀请国内外从事秦汉方面学术研究的专家学者参加这一专题讨论会，这样通过网络环境可以扩大会议规模增加参加讨论的人数，这样也有利于进一步在深度和广度上挖掘秦汉方面的研究信息，可起到广泛进行学术交流和共同研究的目的。欲参会的研究人员在收到这一信息后，就可着手收集资料、进行深入研究，撰写学术论文。会议主办方可在互联网上的兵马俑研究网站上建立学术论坛，研究人员可将自己的撰写好的论文以数字化格式发表到学术论坛上，这样所有参会代表都可以通过计算机了解所有论文并还可以相互交流。如有必要，会议主办方还可以邀请国内外在秦汉史研究方面有卓越成就的专家，通过计算机视频会议系统请他们现场作报告，将报告实况的声像信息可以传输到计算机互联网上，会议代表只需在某一固定时间内通过联网接收会议信息，这样起到了现场学术报告同样的目的，而且学术报告的覆盖面比传统方式更大，效果会更好；学术会议结束后，会议主办方还可利用计算机进行会议论文的编辑，将优秀论文集结成集，可通过电子出版物形式或传统图书形式正式出版发行。这就是现代信息技术带给文博事业发展的极为有利的条件，可以预料，这将在文博事业发展中发挥出应有的作用。
当然，随着现代自然科学的飞速发展，它在文博研究中的应用面会越来越广，应用也会愈加深入。在学术研究中，传统的方法和现代的方法的有机结合，传统手段与科技手段的密切结合，这将大大推动文搏事业发展的进程。本人撰写此文只是针对秦兵马俑研究方面的一些实例，对现代自然科学在文博学术研究中所起的作用作了简略说明。总之，在现代科技飞速发展的信息时代进行学术研究，应该充分发挥信息时代的科技优势，将采用现代化的手段与传统的方法有机结合起来，社会科学的研究与自然科学有机结合起来，从多学科研究出发，才能使学术研究工作更加走向深入。限于本人水平有限，对历史、文物、考古方面的知识知之甚少，文中定有不少疏漏之处，权且作引玉之砖、恳肯请各位专家、学者批评指正。
[参考文献]
(1)煤田航测遥感中心宋德闻、杨文刚、赵培洲：《秦始皇陵园的摄影测图与遥感工程》，《文物》1990年7期。
(2)宋德闻、姚思汉、秋维道：《昭陵古墓葬遗址遥感解译和定位的研究》《文物》1992年7期。
(3)王继宁、张立莹：《应用现代建模技术记录考古发掘资料的方法及其应用》，《秦俑秦文化研究》陕西人民出版社2000年8月版。
(4)曹兵武：《GIS与考古学》《考古与文物》1997年4期。
(5)何介钧、安田喜宪：《从城头山遗址的共同调查看运用高空摄影技术勘探地下文化遗存》《中国文物报》2001年6月3日。
(6)张志军：《秦陵兵马俑彩绘的研究与保护回顾》《秦俑秦文化研究》，陕西人民出版社2000年8月。
(7)张晓梅：《中国出土青铜器修复保护方法的思考》，《文物世界》2001年l期。
(8)陈铁梅：《考古学中的定量研究》《考古与文物》1993年6期。
秦汉文化比较研究：秦汉兵马俑比较暨两汉文化研究论文集/吴永琪，杨绪敏，邱永生主编．—西安：三秦出版社，2002.4