本文来自微信公众号： 未读 ，编辑：泰若克塔，作者：涨知识的
无论是在影视剧里，还是在现实新闻中，我们总能看到一群人围着真假艺术品吵得不可开交的画面。
作为普通人的我们，可能也想知道那些价值天文数字的收藏品，是怎么鉴别真伪的。
在《宇宙计时者》里，美国物理学会董事会主席大卫·赫尔芬德借助原子，为我们详解了那些艺术品鉴定专家是怎么打假的。
01
西班牙伪造者
1930年，大都会艺术博物馆正在考虑购买一件重要艺术品。这幅备受关注的中世纪画作，经英国国家肖像馆前馆长、艺术史学家莱昂内尔·卡斯特爵士（Sir Lionel Cust）鉴定，被认为是15世纪卡斯蒂利亚艺术家豪尔赫·英格莱斯（Jorge Ingles）的作品。
画作题为《圣乌尔苏拉的订婚》（The Betrothal of Saint Ursula），描绘了一对幸福的恋人站在城堡前，周围环绕着十几位廷臣的场景，背景是一片湖泊，几艘船漂浮在水面上。
这幅木版画的尺寸为30英寸×24英寸（约76厘米×61厘米），带有500年历史的画作常见的裂纹，但除此之外保存状况极佳。卖家的报价为30 000英镑。
在完成购买之前，大都会艺术博物馆的董事会请求另一位杰出的艺术史学家，同时也是他们的采购代理人——翁贝托·戈诺利伯爵（Count Umberto Gnoli）也提供意见。伯爵转而向曼哈顿大都会博物馆以南不远的皮尔庞特·摩根图书馆馆长贝尔·达科斯塔·格林（Belle da Costa Greene）寻求帮助。
格林断定这幅画是伪作，大都会艺术博物馆因此拒绝了这笔收购。受到最初鉴定结果的启发，她将画作的创作者称为“西班牙伪造者”。不过如今人们普遍认为，真正的伪造者很可能在19世纪末20世纪初活跃于巴黎。如今，超过350件作品被认为出自这位身份未知但高产的伪造者之手，其中许多藏于全球顶级博物馆中，包括大都会艺术博物馆和摩根图书馆。
我们是否可以通过某种方式，让不带偏见的“原子历史学家”明确回答这些艺术作品的来源问题？答案是肯定的。这种方法被称为放射自显影法（autoradiography），或者更精确地说，中子活化放射自显影法（neutron activation autoradiography）。
从20世纪60年代开始，纽约长岛布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的石墨核反应堆就开始通过中子活化法检测画作。
这台反应堆可以产生大量中子，每秒每平方厘米的中子流密度从数百万到数万亿不等。这些中子的运动速度适中（典型动能为0.025eV，与室内空气分子热运动的动能相当，因此被称为“热中子”）。这些中子中，极少数会与画作中的原子核发生正面碰撞，受到强核力的吸引被原子核捕获，从而将原子转变为更重的同位素。
向大多数稳定同位素添加一个中子，都会引发类似的链式反应。注意，这一系列过程的最终结果是：
（1）一个高能电子从画作中释放出来；
（2）发射出具有新元素特征的特定能量的伽马射线；
（3）原始原子转变为元素周期表中向上移动一格的新原子。
放射性原子核一旦产生，它们会按各自的半衰期发生衰变。为了精准定位每幅画中特定元素的位置，研究人员会在画作正面贴上一张胶片，让衰变释放的电子使胶片感光。为了探测具有不同半衰期的元素，胶片贴放的时间和时长各不相同。
在分析“西班牙伪造者”的作品时，关注的元素及其对应的半衰期包括：锰（2.58小时）、铜（12.7小时）、钠（15小时）、砷（26.3小时）、金（2.7天）、铬（27.7天）、汞（46.7天）、锑（60.2天）和锌（244天）。实验中，在中子照射后的以下时间间隔后放置胶片（并持续一定的时间）：1天后（持续1天）、4天后（持续2天）、7天后（持续2天）和22天后（持续5天）。
其中一本手稿是14世纪的时祷书，由摩根图书馆于1900年（早于格林的任职时间）购入。这本书包含12幅日历画和6幅彩饰画，其中一幅描绘了抹大拉的马利亚。书籍本身确实有600年历史，据推测，每页边框上装饰的叶子和花卉是原件，但彩饰画可能是“西班牙伪造者”后期添加的。
中子自显影分析显示，书页边框装饰花卉所使用的蓝色颜料（含铜）与绘制天空背景所用的蓝色颜料（含钠）存在显著差异。这两种元素的同位素半衰期相近，理论上其自显影强度应当相等，但铜的中子吸收能力明显更强，因此在自显影胶片中呈现出更明显的感光痕迹。含铜的蓝色颜料在中世纪已被广泛使用，而插图中绘制天空的蓝色颜料可能含有群青（化学式为Na7Al6Si6O24S3），这种含钠的颜料直到19世纪才被发明出来。
02
布莱克洛克作品
伪造已故艺术家的作品，可能会因艺术家所使用颜料的成分变化，或画作载体（木材或画布）的年代测定而被识破。伪造当代艺术家的作品则需要更为精细的手段，不过一些相同的非破坏性技术也可以应用于此。
拉尔夫·阿尔伯特·布莱克洛克
拉尔夫·阿尔伯特·布莱克洛克被认为是美国最常被伪造的艺术家。19世纪70年代初，他在美国西部漂泊三年后回到纽约，开始了自己的艺术生涯。他主要靠自学成才，早期作品让人联想到哈得孙河画派，后来逐渐形成出一种独特的浪漫主义风格，梦幻的月光场景为典型代表。尽管作为艺术家颇为高产，他在商业上却拙于经营。他的作品收入远不足以养活他的妻子和9个孩子。1891年，他精神崩溃，到1899年便被长期送进精神病院。他从公众视野中消失，他的作品在评论界和市场上的地位却迅速上升，价格一路飙升到五位数。面对如此旺盛的需求，他无法再创作新作品，伪作开始泛滥。其中不乏他的女儿玛丽安（她本人后来也被送入精神病院）创作的仿作。
20世纪70年代，莫里斯·科特（Maurice Cotter）及其同事开始对布莱克洛克以及同时代画家的作品（包括一些已知的赝品）进行广泛研究。他们对总共45幅绘画作品进行了自显影检测和X光检查。
画作的X光检测原理与医院放射科的检测方式相同：一束X射线光子穿过画作，在另一侧被胶片或（如今更常见的）电子探测器捕捉到。X射线能够穿透皮肤和肌肉显示骨折的图像，它也可以揭示画作中隐藏的层次。此外，由于每种原子都会以特定的能量吸收X射线，这些独特的能量值与其内层电子能级间隔相对应，因此通过分析X射线的吸收特性，可以鉴定画作中所包含的化学元素。
为了鉴定布莱克洛克作品的真伪，科特团队首先以史密森学会收藏的一幅画作《月升》为基准。通过X射线检查，X光片揭示了布莱克洛克特有的技法：他用调色刀涂抹了不均匀的铅白颜料，既抚平了木材的粗糙表面，也起到绘画底色的作用。
在这幅作品中，最明亮的月光区域覆盖着最厚的白色颜料层。由于铅能有效吸收X射线（还记得牙医给你拍X光片时盖在你身上的铅围布吗），因此在X光图像中，最厚的颜料层会呈现为深色。照射后数小时拍摄的自显影图显示，铅白底层上覆盖着一层锰基颜料，保留了画作表面的粗糙质感。几天后拍摄的另一张自显影图显示，画作中使用了含砷颜料，可能是用画笔的木质笔尾涂抹而成，以突出透过树木的光线效果。而在照射后14至24天拍摄的图像显示，画作表面刷有一层含汞颜料的薄釉层，呈现微红色调。这种最终的色调处理是布莱克洛克成熟时期作品的典型特征。
研究团队分析的另一幅作品是帆布油画《红衣女子》。X射线显示，与布莱克洛克的作品不同，这幅画的底层涂层非常薄，因此画布的织纹依然清晰可见。在照射后9至19天拍摄的自显影图中，画中女子的红色长裙呈现出强烈的感光痕迹。这归因于汞（Hg）的常见稳定同位素203Hg捕获中子后形成的放射性同位素203Hg的衰变过程，203Hg随后衰变为铊-203（203Tl）；而所用颜料朱红的化学成分是硫化汞（HgS）。这幅画中的颜料应用方式与《月升》中的大相径庭。在画作的左下角，自显影图显示出一处被部分刮除的签名；将其与署名玛丽安·布莱克洛克的另一幅作品对比后，几乎可以确定是她用父亲的签名替代了自己的署名。
拉尔夫·阿尔伯特·布莱克洛克被关在纽约奥兰治县的米德尔敦州立顺势疗法医院，他并不知道自己作为艺术家的声誉已经如日中天。1916年，他的一幅风景画在拍卖会上以2万美元的高价售出（相当于如今的50多万美元），创下当时美国在世艺术家的拍卖纪录。《纽约论坛报》的一名记者发现了布莱克洛克的下落，并在17年来首次将他带回曼哈顿，参观了一场关于他作品的回顾展。30年后，这名记者承认，布莱克洛克当时曾告诉他，展览中的一些作品是伪作。由于不确定布莱克洛克的精神状态，以及不愿破坏这则皆大欢喜的故事，这名记者在关于参观的报道中省略了这一事实。
03
德国赝品与质子诱导X射线发射分析
2011年11月，沃尔夫冈·贝尔特拉齐（Wolfgang Beltracchi）与他的妻子、妻子的妹妹及妹夫因伪造14幅欧洲超现实主义和表现主义画作被定罪。这些画作在号称信誉良好的艺术市场上售出，总成交额超过1600万欧元（按2011年的汇率折合2200万美元）。除此之外，德国调查人员还确认了另外至少44幅伪作，但未列入指控范围。这些伪作使此案成为过去75年来规模最大的艺术欺诈案。
这些画作于20世纪90年代初在德国的拍卖会上售出，并均由艺术史学家鉴定为真迹。佳士得拍卖行参与了部分交易，为这些作品增添了可信度。喜剧演员史蒂夫·马丁（Steve Martin）曾以85万美元购得一幅由画家海因里希·坎彭东克创作的画作。
贝尔特拉齐的妻子编造了一个巧妙的来源故事——声称她的祖父在20世纪初从德国犹太艺术经销商阿尔弗雷德·弗莱希海姆（Alfred Flechtheim）处购得了这些画作，而弗莱希海姆的生意在20世纪30年代被纳粹没收。她的祖父沃纳·耶格斯（Werner Jaegers）据说将这些画作藏在科隆附近的一个山洞里，以防止它们被纳粹窃取或毁坏（纳粹认为那个时期的作品是“堕落艺术”）。事实上，耶格斯一生从未购买过一幅画，但贝尔特拉齐夫妇甚至还穿着当时的服装拍摄了照片，背景中悬挂着这些伪造的画作。
2008年，一幅坎彭东克的作品在科隆的莱姆珀兹拍卖行以250万美元售出，成为揭露这起欺诈案的关键。当新买家使用质子诱导X射线发射分析（PIXE）技术对其进行检测时，发现了问题。
PIXE是一种完全无损的技术，它利用了每种原子在其电子跃迁过程中产生的特定波长集合这一独特“指纹”特性。该技术通过加速器生成一束具有足够能量（通常达到几百万电子伏特）的质子束，足以将画作中原子的内层电子击出轨道，使原子电离。随后，外层电子依次下落以填补这个电子空缺，发出一组每种元素特有的波长。
虽然类似的过程可以通过使用足够高能的X射线光子照射画作来实现（称为X射线荧光），但PIXE具有一些优势，例如可以连续调整束流能量，从而选择质子穿透的深度（允许分析画作的不同涂层，以及画布上的涂层和覆盖的清漆）。
此外，PIXE还可以聚焦光束以照亮作品上的特定微观区域，束流尺寸可以小至0.2毫米（约为人类头发直径的数倍），这在实际应用中十分常见。
对这幅坎彭东克画作的PIXE检测显示，画作中含有大量的钛元素，而钛元素用于钛白颜料的生产。这种颜料的首次生产时间比这幅画据称的创作时间晚了7年，因此这幅画被明确判定为伪作。这种检测技术完全不会对画作造成任何损害——当然，除了它的价格。