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被誉为“青铜之冠”的曾侯乙编钟，是中国科技史乃至世界科技史上一大奇迹，其设计与制造反映先秦时期完备的冶金、铸造和工程技术成就。以中国古代礼乐文明为代表的曾侯乙编钟，在金属材料运用及冶铸技术创新对当前新材料新工艺前沿探索有何启示意义?1月16日，华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室举办第576期“杰出学者讲坛”，该校哲学学院副教授刘克明作《楚国哲学思想与技术创新》学术报告，围绕曾侯乙编钟技术成就及其现代意义进行思想对话。
1978年，沉睡二千四百多年的曾侯乙墓文物出土，其编钟群的表面纹饰，细如发丝的效果，清晰可见，错金的铭文，在灯光的照耀下金光闪闪，编钟跨越二千四百余年，仍能奏响中华文明金石之音。“曾侯乙编钟的铸造，表明两千多年前中国冶金铸造技术整体的生产能力及其工艺设计能力达到最高峰，冶铸技术已达到炉火纯青的境界。”刘克明说。
刘克明认为，公元前五世纪设计与制造的曾侯乙编钟，不仅遵循严格的冶金工程技术标准和音乐上预期单个编钟的音响，而且，还要考虑到每一编钟在整体演奏中的效果，同时，其设计与任何机械产品一样，还要考虑到结构设计，个体与载体的连接，各自的强度与刚度等，而这些又要与礼器的造型(形)和音响(音)要求结合起来，成为一个完整的总体。这是编钟设计思想的奥妙与制造工程困难之所在。
先秦科学技术的积累，为编钟的制造提供了技术保证，其冶金铸造技术是制作编钟的主要方法，古代工师采用泥范造型、合箱浇注的铸造工艺。以甬钟铸造工艺流程泥范的烘烤、熔铜浇注、清理为例，编钟泥范进窑烘烤后，在空气中冷却，青铜合金的配比，按编钟材质的要求准备，熔炼、浇注，待铸件凝固后进行清理。先秦机械加工技术，又为编钟的调音提供了技术保障。
曾侯乙编钟音律完备，音域宽达五个半八度，仅比现行大型钢琴少左、右各一个八度196体育app官网，全套编钟的每个钟都能发出两个成大、小、三度音程的乐音，能演奏各种乐曲。
时至今日，学者们仍在思考编钟的振动和发声的规律，仍在研究一个钟能准确发出两个乐音──即一钟双音的原因，而古代的编钟设计师们，又是如何解决这些难题的呢?又是如何进行编钟的整体设计和编钟的结构与声学特性的研究的呢?
刘克明分享说，编钟的合金材料及其成分是影响编钟发音的重要因素之一。《周礼·考工记》说“金有六齐，六分其金，而锡居一，谓之钟鼎之齐。”现代科技工作者对编钟多个抽样分析发现，曾侯乙编钟含锡量13%至14.6%，主要合金元素为铜、锡、铅。“它表明古代编钟的设计者们对乐钟铸造技术中最核心的部分，即金属材料及其成分配方已有较为深刻的认识，具有高度的科学性和实用性。”
为什么一个钟能分别发出两个不同振动频率的乐音，而又互相不干扰呢?刘克明分享说，古代的设计者在编钟的结构设计上采取了“合瓦形”结构，而不是喇叭状的结构，“合瓦形”钟体存在两组振动方式，具有敲击时衰减快的效应。同时，编钟的金属材料成分是影响编钟声学特性的主要因素之一，对曾侯乙编钟的理化检验表明，编钟的金属化学成分中，人为加入了铅(Pb)，且铅含量有的高达2.88%。这是古代编钟设计者在长期的科学研究和大量的冶金生产实践基础上，并以成熟的音乐理论作支撑探索出的科学成果，将铅(Pb)控制在1.2%～2.88%之间，既能保证钟声衰减较快以适应演奏的要求，又不导致音色变坏，在演奏时达到“戛然而止”互相干扰。“这说明两千多年前工师的智慧是非常超前的，以曾侯乙编钟为代表的古代乐钟的制造设计思想，仍然是现代铸造技术追求的目标。”刘克明说。
刘克明认为，在中国历史的进程中，楚国曾经是一个“筚路蓝缕，以处草莽”的“蕞尔小邦”，历经几代楚人的努力，逐步发展成一个“地广千里”“奄征南海”的南方大国，这固然与楚人政治上的谋略和军事上的强大有关，而其最根本的背景，则是科学技术的支撑与兴盛，辉煌灿烂的楚文化对中国历史发展产生深远影响。
曾侯乙编钟设计体现了楚人的技术思维，古代工师将物理学、声学、金属学、冶金学、机械学、铸造工艺、乐律学等多种技术与多种学科相互渗透综合运用，将整体思维的系统设计思想成功地运用在编钟制造工程之中，这正是道家哲学思想中追求“天和”与“人和”(《庄子·天道》)的目标。
“‘天和’与‘人和’思想与方法不仅是楚文化的最高原则，也是楚国古代技术及其设计思想的最高原则。”刘克明说，无论是《周礼·考工记》中的“巧者和之”“注则利准，利准则久，和则安”，还是《老子·第二章》：“故有无相生，难易相成，长短相较，高下相倾，音声相和，前后相随。”《庄子·天下》：“同焉者和，得焉者失。”(《庄子集解》所云：“同物则和，自得则失”)，乃至《天工开物》中“生熟相和，炼成则钢”的记载，都反映了中国古代技术所追求的“天和”与“人和”的目标。“以礼为行，以乐为和”，《礼记·礼器》亦云：“礼交动乎上，乐交动乎下，和之至也”。曾侯乙编钟制作所表现的礼乐精神，正是表达“和”思想的最为成功的典范。
刘克明认为，曾侯乙编钟的设计与制造，还体现了中国科学技术的精神，它表明二千四百多年前，中国古代的科技工作者不仅有“筚路蓝缕，以启山林”的气概，栉风沐雨、薪火相传的技术传统，而且还有精益求精、一丝不苟的科学态度，以及“止于至善”的技术目标。材料成形不仅是古代工师也是现代科学技术孜孜以求的前沿科研课题，其中冶金铸造是最早普遍应用的专业技术之一，“任何科技专业196体育app官网，都有一部自身形成与发展的历史，冶金铸造技术的发展与进步，离不开科学精神与技术思想的传承，弘扬科学文化，离不开科学史，鉴古开今，寻找中国古老文明与现代科技的连接点，才能应对人类未来科学技术发展中更为严峻的智力挑战。”
华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室依托华中科技大学材料科学与工程国家一级重点学科进行建设，是国家在材料成形、新材料开发和模具行业领域建设的国家重点实验室。该实验室精密成形技术中心主任、特种铸造与造型材料团队负责人董选普教授说：“报告会让我们更深入地了解专业过去的历史，展望学科发展的未来。多学科的相互渗透，丰富了学术研究的文化内涵，对科技人才的培养意义重大，我们要赓续历史文脉，传承悠久文明，不断加强科技人才的培养，为高水平科技自立自强提供人才支撑。”196体育app官网196体育app官网196体育app官网