《清明上河圖》中埋藏的科技秘密

曾筱琳

《清明上河圖》就像中國的一個(gè)文化符號(hào)，去故宮博物院參觀的人大多不惜排上幾個(gè)小時(shí)的隊(duì)，也要一睹其真容。其實(shí)《清明上河圖》中除了表現(xiàn)北宋人民的生活、生產(chǎn)、商業(yè)貿(mào)易等情景外，還隱藏著一些中國古代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。我們一起來看看吧！

結(jié)構(gòu)巧妙的木拱橋

相信看過《清明上河圖》的人，對(duì)畫面中的那座拱橋都不會(huì)陌生。橋上是接踵而行的人流，橋下是穿梭的船只，一派熱鬧非凡的城市生活場景撲面而來。

那么，這區(qū)區(qū)一座拱橋有什么特別呢？

我們不妨先來簡單認(rèn)識(shí)一下拱橋這種形態(tài)優(yōu)美的建筑。其實(shí)，拱橋的歷史非常悠久，早在公元前一百年左右，世界上就出現(xiàn)了第一座拱橋——古羅馬的阿爾坎塔拉橋，公元605年我國聞名遐邇的趙州橋也修建完成。它們都以優(yōu)美的外觀和穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)著稱。當(dāng)然，它們還有一個(gè)共同特征——都是用石頭做的。

為什么古代大多數(shù)拱橋都是石頭做的呢？因?yàn)闃蛎嫠惺艿膲毫?huì)分散到橋身兩側(cè)，最后作用到兩邊的地基上，這就要求拱橋兩邊的地基非常結(jié)實(shí)，材料的抗壓能力很強(qiáng)，而石頭剛好滿足這個(gè)條件。

我們知道，木材也是建造橋梁最原始的材料之一。那么，能不能用木頭造出形態(tài)美觀的拱橋呢？如果按照前面所述修建石拱橋的原理修建木拱橋，估計(jì)橋建好沒多久就會(huì)塌。畢竟，要比結(jié)實(shí)程度和抗壓能力，木頭實(shí)在沒有競爭優(yōu)勢。

可是，《清明上河圖》中的這座拱橋恰恰就是用木頭建造的。難道這是張擇端臆想出來的嗎？據(jù)文獻(xiàn)記載，中國的第一座木拱橋出現(xiàn)在北宋，正是《清明上河圖》中展示的這座造型獨(dú)特，猶如一彎長虹的汴河虹橋。

那么，汴河木拱橋是如何建造的呢？《澠水燕談錄》中用“取大木數(shù)十相貫，架為飛橋”，簡單描述了虹橋的橋梁結(jié)構(gòu)。通過后來建筑學(xué)家和橋梁學(xué)家的研究分析發(fā)現(xiàn)，汴河虹橋的建造技藝非常精湛，其結(jié)構(gòu)精密而巧妙。從整體上看，虹橋的主拱由兩個(gè)系統(tǒng)組成，它們通過橫梁交叉搭置、相互承載，形成了拱形的整體結(jié)構(gòu)。為了增強(qiáng)橋的穩(wěn)定性，兩個(gè)系統(tǒng)之間還設(shè)置了五處橫梁，以此加強(qiáng)橫向連接，形成整體，共同承擔(dān)橋面的負(fù)荷。

簡單地說，工匠們充分利用了木材的抗壓、抗彎以及抗拉等性能，將木頭有組織地編制在一起，形成拱形結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了在有較大跨度的同時(shí)兼?zhèn)漭^強(qiáng)的承重能力。

看來，張擇端不僅沒有憑空“捏造”，而且還通過《清明上河圖》中對(duì)虹橋的寫實(shí)描繪幾乎將虹橋的結(jié)構(gòu)完全還原了出來。

公元1502年，也就是在汴河虹橋出現(xiàn)后的485年，意大利超級(jí)天才達(dá)·芬奇也腦洞大開地繪制了一座木頭小拱橋的圖樣，但他不知道，早在幾個(gè)世紀(jì)前，中國人就已經(jīng)做到了。

由于木材本身容易腐朽、耐久性能差，并且自重較輕，容易被洪水沖垮，所以木拱橋很難長期留存下來，就如《清明上河圖》中展示的汴河虹橋也早已不復(fù)存在。但值得驕傲的是，如今中國木拱橋的營造技藝已被列入《世界非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄》。

算盤的起源

中國是算盤的故鄉(xiāng)，現(xiàn)在世界上包括日本、美國一些國家所使用的算盤都是源出中國的。因此，人們往往把算盤的發(fā)明與中國古代的“四大發(fā)明”相提并論。和木拱橋的制造工藝一樣，珠算也已被列入《世界非物質(zhì)文化遺產(chǎn)》名錄。

中國是什么時(shí)候發(fā)明算盤的呢？從清代起，就有許多學(xué)者在進(jìn)行考證。但由于缺少足夠的證據(jù)，算盤的起源問題至今仍然眾說紛紜。

有一些學(xué)者認(rèn)為，算盤應(yīng)該起源于東漢。因?yàn)槲墨I(xiàn)記載中最早出現(xiàn)“珠算”這個(gè)名詞是在東漢數(shù)學(xué)家徐岳所著的《數(shù)術(shù)紀(jì)遺》里。但是，也有一些學(xué)者認(rèn)為，此書中描寫的珠算只是一種記數(shù)工具，與我們所說的能夠進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算的算盤不是一回事。

此外，還有一部分學(xué)者認(rèn)為，真正意義上的算盤是在元朝出現(xiàn)的。這種觀點(diǎn)源于元代陶宗儀所著的《南村輟耕錄》中：“凡納婢仆，初來時(shí)曰擂盤珠，言不撥自動(dòng);稍久，曰算盤珠，言撥之則動(dòng);既久，曰佛頂珠，言終日凝然，雖撥亦不動(dòng)?！蔽恼嘛L(fēng)趣生動(dòng)地把不同資歷的奴婢比作不同類型的算盤。學(xué)者認(rèn)為，此文中描述的算盤與現(xiàn)代的算盤差不多。所以，說算盤起源于元代也不無道理。

但是，在一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，有學(xué)者意外地從《清明上河圖》的最左端，名為“趙太丞家”的藥鋪柜臺(tái)上發(fā)現(xiàn)了類似算盤的東西。后來，經(jīng)專家確認(rèn)畫中之物的確是算盤。我們都知道，《清明上河圖》中描繪的景象是北宋時(shí)期的汴州，也就是公元1000年左右。由此可見，算盤在北宋就已經(jīng)出現(xiàn)了，比之前學(xué)者認(rèn)為的元朝還要早兩百多年。

那么，《清明上河圖》中關(guān)于算盤場景的描繪真的靠譜嗎？

我們知道在中國古代到藥店抓藥時(shí)，必須持有中醫(yī)所開的藥方，然后由藥鋪熟悉價(jià)錢的店員計(jì)算出總價(jià)。比如，甘草三錢、黃連二錢（舊時(shí)1斤=16兩，1兩=10錢）。而中藥湯劑的配方大都十分復(fù)雜，一服中藥通常由十幾味甚至二十幾味藥配成，計(jì)算起價(jià)錢相當(dāng)煩瑣。因此，藥店里必然會(huì)配備得心應(yīng)手的計(jì)算工具，比如算盤。

而在《清明上河圖》中，算盤出現(xiàn)的地方正好是藥鋪，所以，它是合情合理也值得相信的。當(dāng)然，如果說算盤出現(xiàn)的時(shí)間比北宋更早，那就需要新的歷史資料來佐證了。

肩套式挽具

在《清明上河圖》中，不僅有惟妙惟肖的人和物，就連動(dòng)物身上都有可以琢磨的亮點(diǎn)。比如，大街上拉車的驢。一頭驢有什么可看的呢？別急，先看看驢身上的挽具。

什么是挽具？簡單地說，就是套在馬或驢身上，用來牽著它們進(jìn)行運(yùn)輸?shù)墓ぞ?。那么，《清明上河圖》中驢的挽具有什么特別呢？想要知道它究竟有多“?！?，我們不妨先來看看古代國外的挽具長什么樣。

讀過古羅馬社會(huì)歷史著作的人想必對(duì)埃及船只運(yùn)送谷物到羅馬的事情有深刻印象。如果沒有埃及的谷物，羅馬人就會(huì)挨餓。很多人不禁會(huì)問，為什么不直接從意大利運(yùn)谷物到羅馬，卻要選擇從埃及走水路運(yùn)輸?shù)搅_馬呢？答案很簡單，因?yàn)楫?dāng)時(shí)他們沒有一種挽具能將馬車與馬套在一起，把意大利的谷物運(yùn)到羅馬。

直到公元8世紀(jì)，西方挽馬的唯一手段還是“項(xiàng)前肚帶挽具”，就是把皮帶勒在馬的喉部。這是一種很不科學(xué)的方法，“勒喉”意味著馬一旦使出最大力氣就會(huì)窒息而死。這種挽具不僅無法讓馬拉車進(jìn)行長途運(yùn)輸，也在戰(zhàn)爭中加劇了戰(zhàn)勢的混亂。

而聰明的中國人在很早以前就改用了胸帶挽具——用繩子套住馬的胸部和鎖骨，把負(fù)重交由馬的胸部承擔(dān)。如此一來，馬在牽引車輛的時(shí)候，不僅不會(huì)被勒死，還能使出更大的力量。但這種挽具對(duì)車的結(jié)構(gòu)要求更復(fù)雜——需要再增加一根長而彎曲的辀。更重要的是，它把車的重心增高了，使得車在快速轉(zhuǎn)彎時(shí)容易發(fā)生翻車事故。

于是，更加科學(xué)的肩套挽具便出現(xiàn)了。對(duì)馬來說，這種設(shè)計(jì)使其發(fā)力更容易，大大增加了發(fā)力效率。對(duì)車來說，類似轅、辀等多余部件也可以省去，而且大大降低了車的重心，增強(qiáng)了車的平穩(wěn)性。

在《清明上河圖》中，我們不難發(fā)現(xiàn)，這四頭驢都采用了肩套挽具。這個(gè)發(fā)明傳到歐洲已是一兩百年后的事了。

你看，僅僅一幅《清明上河圖》中就暗藏了這么多世界領(lǐng)先的“高科技”?？梢?，宋朝不僅是繪畫的黃金時(shí)代，其科技水平在當(dāng)時(shí)的世界也是毫不遜色的。