对西安半坡遗址小口尖底瓶的考察
《中国科技史料》第七卷(1986)第二期 周衍勋 苗润才（陕西师范大学物理系）
我国历史悠久，科学文化源远流长。早在新石器时代之初，就出现陶器。到了距今约7000—5000年的仰韶文化时期，在黄河中游和中原地区普遍生产相当精美的陶器，并在考古发掘中大量出土。在这些出土陶器中，有一种小口尖底瓶引起了物理史学家们浓厚的兴趣，因为它在使用中重心巧妙地移动，证实了先民们已有力学知识的萌芽。
尖底瓶是仰韶文化有代表性的器物之一。不少类型的仰韶文化遗址都有尖底瓶出土，而且往往数量很大。例如，仰韶文化遗址之一的西安半坡村出土的尖底瓶（《西安半坡报告》4654号，见图1）,就很典型。在半坡出土的尖底瓶中，图1这种类型约占总数的80%。
近年来，一些科学史工作者对半坡小口尖底瓶已有专门论述〔1一3],但是未见关于具体加以考察的文献。于是我们特往半坡博物馆学习访问，对尖底瓶作了一番调査研究，现在将考察结果发表，并提出一点不成熟的看法，略作初探。
一、基本情况
半坡遗址位西安市东郊沪河东岸半坡村北，是一个典型的母系氏族公社的村落遗址,今已逾六千年，面积约五万平方米。该遗址于1953年春被发现。1954年秋一1957年复,中国科学院考古研究所和北京大学等单位分五次发掘，发掘面积达一万平方米，获得相当丰富的文物资料，其中作为提水用具的小口尖底瓶约200多只。
据半坡博物馆工作同志面告，半坡的小口尖底瓶是仰韶文化有特色的陶器。1972年，陕西临潼县姜寨，也发掘出为数达150个小口尖底瓶，经鉴定，该遗址也属于仰韶文化，比半坡稍晩一点。该馆负责同志特从库房内取出一只姜寨出土的小口尖底瓶。经实测它的总长（于尖底到口）约40厘米，双耳处周长69厘米，瓶口与瓶身相接处有一细腰，瓶口比半坡的稍厚。其它部分的尺寸如图2所示。
二、小口尖底瓶的构造与物理原理
半坡博物馆中除保存一批完整的小口尖底瓶外，也保存了一些残片。通过观察大小不等的小口尖底瓶残片，发现这种瓶从口往底厚度逐渐增加。仔细察看内壁轮廓，推测先民制造这种小口尖底瓶时，采用的是泥条盘制法一即将泥搓成泥条一圈一圈往尖底上盘制。瓶的双耳是后来贴上去的（瓶的内壁不见双耳痕迹，外壁却有贴捏边缘）。双耳位于中间偏下，且处于瓶身最大直径处稍下一点。用绳系住双耳拎起空瓶时，一般地说瓶身是偏斜的（见图3照片）。半坡博物馆第二陈列室展出的半坡出土的小口尖底瓶，双耳也是用绳悬吊。远看似乎竖直，仔细察看也略有偏斜（角度远比图3姜寨出土的要小得多）。由此可见，大多数小口尖底瓶空悬时，轴线是偏斜的。
由于瓶身质量分布情况而使重心偏双耳下方稍许（图4左）。支点S、重心W和双耳E相距都很近，但在进水后相对位置稍有变化（见图4中和右）。
尖底瓶初出土时，该馆同志曾持此瓶在静水中作汲水实验。实际情况为：瓶初入水时整个瓶身绕支点转动（图4中），水源源流进瓶中，重心逐渐下移，支点上移。直至进入瓶内的水约占瓶的总体积60%—70%之间，瓶口上偏并翘出水面（图4右），水即不再进入瓶内。此时汲水人用力提绳，瓶身就竖立起来，但仍微有倾斜。只有当汲水者用力按瓶口入水，才能使水灌满。但将瓶提出水面时，因重心偏上，瓶身往复晃动，水不得不倾出一部分，直到瓶内尚余60%的水时，重心再度下移，瓶复竖立。这与“汲水将满时，不必用手扶它就能自动立正”的说法，是不同的。
前些年纪录影片《半坡姑娘》中的半坡姑娘用出土的小口尖底瓶汲水的镜头，也是在该馆同志的协助下拍摄而成。我们曾用小口尖底瓶的复制益重复工述实验，结果相同。
我们在半坡遗址参观多次，与博物馆同志交谈时了解到：遗址中未发现汲水的水井6000多年前，西安地区气候湿润，沪河附近丛林密布。仰韶文化遗址出土不少鱼钩、鱼叉等捕鱼用具。从而推知，当时沪河的水量是相当丰富的。尖底瓶可能用来从河中汲水。至于瓶制成小口尖底这样体型，可能'是受到了鱼在水与空气交界面处张口汲水动作的启示。
三、几点看法
1.小口尖底瓶与欹器的关系
《荀子•宥坐》记载孔子在他的弟子陪同下参观鲁桓公庙，见到一种称为“宥坐之器”的“欹器”（倾斜的器皿）并做了注水实验。有人根据《宥坐》篇对欹器的描写，认为他来源于仰韶文化的尖底瓶。估计先民们平时用绳子将尖底瓶悬挂在屋里，这时不论有没有水，它都是倾斜的。汲水的时候，尖底瓶自然进水只能达到瓶的总体积的60%—70%。用手拎绳，瓶出水面后，它自动倾岀一部分水后，自动扶正到近竖直状态。这与《宥坐》篇对欹器的“虚则欹，中则正，满则覆”的描述确是有类似之处的。
但是，孔子生活于春秋末期，当时已属青铜时代之末、铁器时代之初，欹器的形制是否同于仰韶文化时期的陶制尖底瓶，材料是否改用金属，尚有待考证。孔子的时代比仰韶文化末期晚二千年以上。要说孔子所说的欹器滥觞于仰韶文化的小口尖底瓶，得进一步追索。先秦以来，有不少人重新研制欹器，但是它们与先秦原型未必相同。李约瑟的《中国科技史》中刊有一张欹器构造原理图，那是按现代科学知识设计的，也不足为凭。
2.如何正确估价古人所具有的科技知识
早在新石器时代中期出现的这种重心巧妙变动的汲水陶瓶是先民们长期实践经验的总结。但是我们看到的一些有关小口尖底的论述似有不妥。例如有的说这是古人利用重力做功，巧妙地利用力的平衡原理。还有半坡博物馆第二陈列室对小口尖底瓶（A bottle with a pointed bottom）所置的英语说明为："•••After repeated experiment,we found our ancestors must have known the principle of the center of gravity,在反复实验后，我们发现我们的祖先一定已知重心原理）。”都未免说得过头了。六千多年前的先民们不可能真正掌握上述物理学原理。
3.小口尖底瓶是半坡一带先民们的生活用具
半坡出土的小口尖底瓶达200余，姜寨出土的也有150多只。若用“满则覆”来否定小口尖底瓶的汲水作用，或认为它是制作汲水陶瓶时的一种废品都是不合事实的臆断。实验证明，这种小口尖底瓶汲水比平底水桶还容易。虽然不能盛满，但是总可容大半瓶水。在六千多年前，这种汲水容易、取用方便的小口尖底瓶，是先民们生活必需之用品，决非废品。
4.小口尖庇瓶的流传
随着考古事业的发展，近30年来出土文物日益丰富。小口尖底瓶虽是仰韶文化的特色，但并非它所独有。1956-1957年在河南陕县庙底沟发掘的一处新石器时代遗址，发现有先后不同的文化层，下层（第一期）是仰韶文化；上层（第二期）出土陶器以灰色为主，也有个别的尖底瓶〔4）。庙底沟二期文化是仰韶文化到龙山文化的过渡。直到龙山文化晚期尚有尖底瓶发现。与分布在黄河中游和中原地区的华夏的仰韶文化约略同时而稍晚，在黄、淮下
游之间乃至辽东半岛则分布着东夷的,大汶口文化。它的中心正在后来的鲁国一带。在大汶口文化遗址，也有发现尖底瓶残器的报导。后来大汶口文化与仰韶文化合流，发展成龙山文化。
至于春秋时代的欹器，与小口尖底瓶又有什么关系呢？如果两者有渊源关系的话，那么欹器的滥觞就是仰韶文化的尖底瓶了。有的同志认为山东鲁、齐两国是西周周公姬旦和姜太公望的封国，它们是保存西周文物最多的诸侯。孔子所说的“吾从周”，也就是要尽量保存西部传来的影响〔5)。这就是说，有可能仰韶文化的尖底瓶在陕西发展成欹器，再由周人带到山东来的。但是也不排除，仰韶文化的尖底瓶传到大汶口文化后在山东发展成欹器，而为鲁国人所采用。
欹器是由周人从陕西带到山东，或是由山东大汶口文化的尖底瓶演变而成，这个问题随着考古研究的日益深入，可能获得解答。
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