未解之謎:建造故宮時300噸巨石是如何運送的
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中國古代建造故宮時,曾製造人造冰道,並以水爲潤滑劑,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。
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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爲其傾盡心血。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。
儘管長石雕的拖運過程始終沒有詳盡的記載和科學論證,北京科技大學機械工程學院副教授李疆卻通過翻看500年前的記載,發現一個相似的情況:在1557年,有一隊勞工通過類似的方式拖運一塊重約123噸的巨石,經過70多公里的行程將其運到故宮。由此可以對機械工程史上“由於在公元前1500年時中國的車輪已經充分發展,因此中國古代沒有出現以人力在冰上拖運巨石的案例”這一觀點進行補充和修正。
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據李疆介紹,明代的人們在巨石運輸中就已經認識到,在低速重載情況下,滑動摩擦方式比滾動摩擦方式更爲安全可靠。而且,故宮巨石運輸採用了冰面潤滑的方式,並且通過在冰面潑水形成水膜作爲潤滑劑,來實現減輕阻力的目的。通過比較發現,這種運輸方式比用傳統的木撬、滾子及普通的冰面潤滑更加省力,且更適合北京當時的環境狀況。
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月的平均氣溫是在零下3.7攝氏度(上下0.5℃),雖然沒有天然的河流爲運輸提供冰道,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。
由於在日間零下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爲潤滑劑。
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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爲基礎的科學體系,中國古代的先進技術是一種經驗體系,難以稱之爲科學。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,不禁爲我們先人的智慧所折服。李疆也評價說:“明代的巨石運輸方式說明,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,巨石運輸的例子說明當時的陸地運輸技術並不比航海技術遜色。”
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