古代,不光外國人可運輸巨石,中國人照樣可以,而且石頭更大更重

北京故宮於明成祖永樂四年(1406年)開始建設,以南京故宮為藍本營建,到永樂十八年(1420年)建成。它以三大殿為中心,佔地面積72萬平方米,建築面積約15萬平方米,有大小宮殿七十多座,房屋九千餘間。是世界上現存規模最大、保存最為完整的木質結構古建築之一。

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可以説,故宮是我國古代的代表性建築,但是,在物資匱乏技術手段不高的古代,如此龐大的建築羣,是如何構建起來的呢?

有證據表明,故宮中的某些大型石質雕刻品,是在冰道上被運輸過來的。古老的故宮興建於明成祖朱棣永樂四年(公元1406年),歷時12年建成。在存續期間,還曾遭遇了兩次大火而進行過兩次大規模重建。據稱,在最初的建設中,曾投入了數百萬人進行建設,所以,如此巍峨的故宮可以説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。

紫禁城使用了數萬塊巨石,其中,最大的是一塊大型石雕,長16米,寬3米,厚1.7米,雕有九條巨龍,重約300噸,位於故宮保和殿北面,被稱作:雲龍階石。之所以雕刻有九條龍,這與《周易》六十四卦有關,乾卦為首象徵着天,是代表帝王的卦象。而九五是乾坤中最好的爻,為帝王之相,也就是我們常聽説的“九五至尊”。這塊石雕已經在那裏靜靜躺了幾百年,24代皇帝曾經從它的身邊經過。

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那麼,這塊重達300噸的石材,古人是怎麼搬運的呢?

在《兩宮鼎建記》中,曾簡短的記載了一段話,大意是:“在冬季,長長的石刻雕塑,是沿着人造冰道運送的。”儘管,並無完全記錄和科學證明關於運送長石雕塑的過程,但是,北京科技大學機械工程學助理教授李疆,對500年前的記載進行了研究,發現了中國歷史上也曾有類似的情況:1557年,一組工人通過了類似的方法將70多公里外,一塊重約123噸的石頭運到了紫禁城。

這可以補充並改變機械工程史上的一種觀點,那就是:“中國的車輪是從公元前1500年開始全面發展的,因此,在古代中國並沒有人在冰上拉石頭。”雖然,科學研究還不到位,但是,古代人早早地就發現了,在某些時候學會利用滑動摩擦,比利用滾動摩擦來得更方便、更安全可靠。

之後,李疆和清華大學摩擦學國家重點實驗室的一名初級研究員,與第一次來到中國的普林斯頓大學機械與飛機工程系霍華德·斯通教授共訪紫禁城,討論運輸大型石雕時的潤滑問題。在研究了文獻之後,他們並未找到從現代工程科學角度來看的相關分析研究,因此,他們決定將其找出來。

據李疆介紹,早在明代人們就已經意識到,在低速,高負荷下運輸砌塊時,滑動摩擦法比滾動摩擦法更安全、更可靠。另外,在紫禁城中運送石頭時,潤滑冰表面,並形成水膜作為潤滑劑,將水倒在冰面上,就可以達到降低阻力的作用。人們進行比較後發現,這種運輸方法比使用傳統的木製橇、滾子和傳統的冰面潤滑,節省了更多的勞動力,並且,更適合於北京的環境條件。

對此,通過比較滾動和滑動摩擦係數,研究人員表明:“古代中國的勞動人民,採取的這種方法是最合理的。”

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從理論上講,由於冰面比木質面更為堅固、更為光滑,故宮的建造者們,使用人造冰道將木板作為墊層,與冰的表面接觸,大大的減少了摩擦。

基於史料與一些合理的推算,根據李疆的估計,從現代實驗的角度來看,需要差不多300名工匠,才能夠以同樣的方式運輸123噸的石材。因此,可以估計運送300噸石材所需求的人數,並不會超出這個數字太多。然後,他們計算出,在木板拖運軌道上運輸123噸石材所需的人數為354人。

儘管,這與預期的數量接近,但是,這在運輸重達300噸的九龍壁時,依舊可能會失敗。對此,我們可以得出結論,當時最可行的方法是建造冰道,以及沿冰道滑動石頭。這種實用的方法與北京的氣候、環境有關,相對於長期以來處於熱帶地區的埃及,北京在寒冷的冬季具有天然優勢。

根據古代文獻,石頭的推運時間是在冬至前後。15至16世紀,北京在一月份的平均温度為零下3.7攝氏度,這個温度上下浮動不大。儘管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井水以保證冰道的用水。也就是説,當時的人為了有足夠的水,他們每500米就會挖一口井。

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既然,古人會在冰道上用水作為潤滑劑,那麼,這些被作為潤滑劑的水,會不會在潑灑的過程中就凝結成冰呢?

根據將石頭運送到紫禁城的距離和時間,專家計算得出,以123噸的速度運送石頭,所需的平均速度為每秒8釐米。 這樣低的速度和極小的摩擦不會自動融化冰的表面,也不會使水在冰道和木板之間形成潤滑劑。因此,李疆等人研究了其它方法,關於除了通過摩擦產生熱量之外,還有什麼辦法可以產生和維持水潤滑膜,即:在拉動的過程中直接在前面澆水,這種辦法古埃及也有記載。

通過現代物理的研究可知,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則非常小,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,如此形成的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冰面的結凍。

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對此,著名的中國科技史研究者李約瑟卻指出:“古代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,都是一種經驗體系,難以將其稱之為科學。”

然而,當我們佇立凝望故宮,當學者們用現代的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,説明當時的人們對低速重載的潤滑研究已達到了很高的水平。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,説明中國當時的陸地運輸技術並不比航海技術遜色。”

還有一點值得一説,那就是:這個巨大的石雕原本是計劃用在太和殿(俗稱金鑾殿)前的,但是,因當時備置石料放置位置不當,施工程序出了差錯,三大殿和石雕作業是同步進行。這塊巨大石雕的石材是早在紫禁城落成之前運到現場的,等到石雕雕成時,三大殿主體工程也已大體告竣,此時,巨大的石雕已無法穿越重重宮門運至太和殿的御道,於是,只得就近安置在保和殿後邊了。

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大家都知道,故宮對外開放只是其中的一部分,還有很大一部分是不對外開放的。具體原因誰也説不清楚。但據傳,在很久之前,故宮博物院晚上巡查保衞人員就經常看見某種奇怪的動物,説像老鼠但特別大,説像豬又跑的奇快。於是,就有人説:這是神獸,是曾居住在此的皇族用以鎮壓皇宮之物。後來,好些人想抓住一兩隻一探究竟,但這快六十年過去了,看見的人越來越多,卻沒人真正抓到過一隻。

故宮作為歷史地標,歷經風雨滄桑幾百年。時間越長,傳聞也就越多,有關於它的傳聞更是成千上萬。有人以前在故宮看門,據那人説:每天晚上都能聽見有人在奏樂,而且,有時能看見宮女、太監排隊走過。有坊間傳言説,北京故宮鬧鬼是常有的事,但實際上,在這些口口相傳的、所謂的靈異事件中,真實發生的事情,其實是少之又少的,很多都是一些民間謠傳罷了。

參考資料:

【《故宮“雲龍階石”的運輸解密》、《兩宮鼎建記》】

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