導讀：故宮是中國歷史文化最具代表性的建築，如此龐大的建築結構體系不禁使人感慨先人的智慧與建築技巧。11月4日，北京科技大學機械工程學院副教授李疆、清華大學摩擦學國家重點實驗室副研究員陳皓生及普林斯頓大學機械與航空工程系教授霍華德·斯通在美國《國家科學院學報》上發表研究報告，指出中國古代興建故宮時，曾製造人造冰道，並以水為潤滑劑，拖運了重達300噸的巨石，再次以現代科學方法向世界展現了中華民族無窮的智慧。
中國的古人不在冰上拖運巨石?
古老的故宮興建於明成祖朱棣永樂四年(公元1406年)，至永樂十八年(公元1420年)落成，曾於1557年至1561年、1597年至1627年由於大火進行兩次大規模重建。據稱最初的建設投入工匠23萬人，民工士兵上百萬，是幾代人勞動的結晶。故宮巧妙的修建技術也吸引着後來無數中外研究者為其傾盡心血。故宮裏使用的巨石多達數萬塊，其中最大的一塊是擺放在保和殿後面的雕有九條游龍的大石雕，重約300噸。《兩宮鼎建記》曾簡要記載，長石雕是隆冬時節在人工冰道上被拖運來的。
從理論上來説，由於冰面比木質表面更加堅固和平滑，故宮興建者採用製造人工冰道，使作為巨石墊板的木板與冰面接觸(而非古埃及以木板鋪路，實現木板與木板的接觸)，大大減小了摩擦力。李疆等人根據古籍記載和合理推算，從現代實驗的角度，估測以同樣的方式運輸123噸的巨石大致需要工匠數為300人以下，因此可以推測運輸300噸的巨石的人數不可能超出太多。然後，他們推算了以木板為軌道拖運123噸巨石所需的人數為354人，雖接近預期人數，但明顯在運輸300噸以上的九龍壁時很可能失敗。進而可以推論，當時最為可行的方法是鋪設冰道，在冰道上拖動巨石。這種便利方法與北京的氣候環境有關，與長期處於熱帶的埃及相比，北京擁有使用冰的天然優勢——寒冷的冬天。古籍記載，運送巨石的時間是在冬至前後，在15、16世紀時北京1月的平均氣温是在零下3.7攝氏度(上下0.5度)，雖然沒有天然的河流為運輸提供冰道，但人們在運輸過程中每半公里就會鑿坑取水以保證冰道的用水。
潤滑劑背後的科學
根據巨石運到故宮的距離和時間，專家們估算拖動一個123噸的巨石所需的平均速度是每秒8釐米。如此低的速度，加上極小的摩擦力是不會使冰面自動融化成水進而在冰道與木板之間形成潤滑劑的。因此李疆等人研究了除摩擦生熱外的能使水膜產生和保持的其他方法，即在拉動時直接在前面潑水，這一點在古埃及也有類似的記載。通過現代物理研究可知，冰上低速運動物體的摩擦力比高速運動時大得多，但是在接近零度時以水膜為潤滑的摩擦力非常小，因而在潑水作為潤滑劑的情況下，縱使每秒8釐米的低速滑動只會有極小的摩擦力。由於在明代北京日間零下3.7攝氏度的情況下，水在2分鐘內不可能完全凍結，因此水膜是可以維持並保證運輸的。當然，古人也可能使用熱水來延緩結凍。所以，研究者可以得出在故宮九龍壁拖運時，不僅採用製造冰道的方式減緩摩擦，還在長途運輸時向冰道潑水作為潤滑劑。
著名的中國科技史研究者李約瑟曾指出，古代的中國並沒有建立起西方以數學為基礎的科學體系，中國古代的先進技術是一種經驗體系，難以稱之為科學。然而，當我們佇立凝望故宮，當學者們用現代科技手段重新審視故宮的興建技術時，不禁為我們先人的智慧所折服。李疆也評價説：“明代的巨石運輸方式説明，當時人們對低速重載的潤滑研究達到了很高水平。紫禁城的興建與鄭和七下西洋都發生在15世紀前期，巨石運輸的例子説明當時的陸地運輸技術並不比航海技術遜色。”
