揭祕:史上重達300噸的九龍壁是如何運到故宮的
本文已影響4.22K人
本文已影響4.22K人
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。
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。
滑動摩擦比滾動摩擦更安全可靠
去年夏天,李疆與清華大學摩擦學國家重點實驗室副研究員陳皓生帶着第一次到訪中國的普林斯頓大學機械與航空工程系教授霍華德·斯通參觀故宮,討論起大石雕運輸中的潤滑問題。事後他們查閱文獻,卻未發現從現代工程科學角度進行相關分析的研究,因此他們決定一探究竟。
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。爲此,研究者通過滾動與滑動的摩擦係數的對比,說明了該方法是合理的。
從理論上來說,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,使作爲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爲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,他們推算了以木板爲軌道拖運123噸巨石所需的人數爲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,當時最爲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月的平均氣溫是在零下3.7攝氏度(上下0.5度),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。
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爲潤滑的摩擦力非常小,因而在潑水作爲潤滑劑的情況下,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爲潤滑劑。
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。”
考古發現:揭祕吉薩金字塔現4300年神祕壁畫
揭祕:難覓的末代沙皇500噸黃金到底隱身何處
此墓陪葬了500噸國寶 1300年卻爲何無人敢盜
揭祕古代宮女們如何爲帝王守陵?
阿根廷發現30噸巨型隕石 距今4000年世界第二重
世界上最大的隕石坑 直徑爲35000米,深達4000餘米
世界上最大的恐龍,易碎雙腔龍體長80米重220噸
盤點:極度遺憾歷史上十大曾被丟失
女皇武則天的無字碑爲何重達100噸?無人能解
此墓傳說陪葬700噸金銀珠寶 1300年無人能盜
爲何武則天的乾陵如此神祕?藏有500噸陪葬品,1300多年卻無人能盜
孫權的皇后潘夫人:堪稱''江東絕色'',歷史上評價如何?
故宮的九龍壁有多重?古代的時候是如何運送這塊巨石的?
故宮九龍壁中爲什麼有塊木頭龍腹 爲什麼故宮九龍壁中有塊木頭龍腹
故宮佈局之謎:故宮一點都不'平整'竟還有點'斜'!
揭祕:司馬越爲何能成爲''八王之亂''的最後贏家?
武則天的無字碑爲何重達100噸?無人能解
二戰新西蘭:600噸小艇撞沉日本2000多噸潛艇
史上重達300噸的九龍壁是如何運到故宮的
故宮是如何防火?3300個攝像頭 屋頂沒雜草
故宮九龍壁中爲什麼有塊木頭龍腹
揭祕故宮如何防火
揭祕考古新發現:故宮宮牆600年矮了90釐米
雍正的母親是孝恭仁皇后,繼位半年逼死生母
希羅多德爲何被稱爲“歷史之父”?他有哪些經
李神通作爲相應李淵起兵的皇室宗親,爲什麼沒能進入凌煙
湯和爲什麼沒有被朱元璋殺死?如何評價湯和?
魏知古簡介:唐朝衆多宰相之一,與姚崇不睦被罷爲工部尚書
歷史上有哪些女性擁有侯爵的地位?她們分別是誰?
夫差後裔吳芮是怎麼變成漢初異姓王唯一倖存者的?
李自成的大順和南明弘光政權爲何存在時間很短?
古代打仗後 戰場上成千上萬的屍體該如何處理?
上官儀六對八對之說指的是什麼?歷史上是如何記載的?
歡喜冤家第二十三回:夢花生媚引鳳鸞交
“三顧茅廬”寫得這麼詳細的神祕原因 你知
文景之治起止時間是哪一年,在位皇帝是哪一個?
《光榮時代》秦招娣喜歡鄭朝陽嗎?秦招娣有沒有被策反?
古代女子選美 評判哪幾個部位?