《清明上河圖》隱藏的科技秘密

曾筱琳

結(jié)構(gòu)巧妙的木拱橋

看過《清明上河圖》的人，對畫面正中的那座拱橋都不會陌生。橋上接踵而行的人流，橋下穿梭的船只，一派熱鬧非凡的城市生活圖景撲面而來。

那么，這區(qū)區(qū)一座拱橋有什么特別的呢？其實(shí)，拱橋的歷史非常悠久，早在公元前100年左右，世界上第一座拱橋阿爾坎塔拉橋就出現(xiàn)在了古羅馬，還有我國聞名遐邇的趙州橋，也在隋朝就完成了修建。它們都以優(yōu)美的外觀和穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)著稱。當(dāng)然，它們還有一個顯著的共性──都是用石頭建造的。

為什么古代大多數(shù)拱橋都是用石頭建造的？因?yàn)闃蛎嫠艿膲毫D(zhuǎn)化分散到橋身兩側(cè)，最后作用到兩邊的地基上，所以，這就要求拱橋兩邊的基礎(chǔ)非常扎實(shí)，材料的抗壓能力強(qiáng)，而石頭剛好可以滿足這些條件。

其實(shí)在人類歷史上，除了石頭之外，木材也是建造橋梁最原始的材料之一。相比于石頭，木材擁有重量輕、抗震性能好、加工方便等優(yōu)勢。最早的木橋是以獨(dú)木橋的形式出現(xiàn)的，即在水上或峽谷兩端搭設(shè)一根簡單的木頭，如今，在許多小河上我們還能看到這種形式簡易的橋梁。

那么，能不能效仿石拱橋，也用木頭造出這種形態(tài)美觀的木拱橋呢？顯然，如果按照前文所述石拱橋的原理修建木拱橋，那橋估計(jì)建好沒多久就會塌了。畢竟，要比結(jié)實(shí)程度和抗壓能力，木頭實(shí)在沒什么競爭優(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。難道這是張擇端自己憑空臆想出來的嗎？

據(jù)歷史資料記載，中國的第一座木拱橋出現(xiàn)在北宋。最早的文獻(xiàn)記載如《宋會要》中所說：“北宋天禧元年（公元1017年）正月，罷修汴河無腳橋?！薄独m(xù)資治通鑒長編》中也有記載：“多因橋柱壞舟，遂獻(xiàn)無腳橋式，編木為之，釘貫其中?！?/p>

文中所描述的中國第一座“編木為之”的“無腳橋”，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，汴河木拱橋又是如何建造的呢？《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)。而通過后來建筑學(xué)家和橋梁學(xué)家的分析研究發(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)，并通過拱上建筑的傳遞，承擔(dān)橋面?zhèn)飨聛淼暮奢d。為了增強(qiáng)橋的整體穩(wěn)定性，兩個系統(tǒng)之間還設(shè)置了5處橫梁，以此加強(qiáng)其橫向連接，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”，而且在《清明上河圖》中，對虹橋的寫實(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，但他不知道的是，早在幾個世紀(jì)前，中國人就做到了。

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，珠算也已經(jīng)被列為“人類非物質(zhì)文化遺產(chǎn)”。

然而，中國是什么時候開始使用算盤的？從清代起，就有許多學(xué)者進(jìn)行了考證。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)該是起源于東漢。因?yàn)?，中國古代書籍上最早出現(xiàn)“珠算”這個名詞，就出自東漢數(shù)學(xué)家徐岳所著的《數(shù)術(shù)紀(jì)遺》。但是，也有許多學(xué)者認(rèn)為，此書描寫的珠算，充其量不過是一種記數(shù)工具，與后來我們所說的能夠進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算的算盤并不是一回事。

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)主要源于元代陶宗儀所著的《南村輟耕錄》：“凡納婢仆，初來時曰擂盤珠，言不撥自動;稍久，曰算盤珠，言撥之則動;既久，曰佛頂珠，言終日凝然，雖撥亦不動?！蔽恼嘛L(fēng)趣生動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)代真正意義上的算盤差不多。所以，說算盤起源于元代也不無道理。

但是，隨著新證據(jù)的發(fā)現(xiàn)，算盤出現(xiàn)的年代又給人們帶來了新的驚喜！

一直以來，人們都認(rèn)為，最早出現(xiàn)的描繪算盤圖樣的作品，是16世紀(jì)時的看圖識字類書籍《對象四言》。然而，一個偶然的機(jī)會，有學(xué)者意外地在一幅北宋紀(jì)實(shí)類畫卷中看到了“算盤”的身影，《清明上河圖》畫卷最左端，有一家名為“趙太丞家”的藥鋪，藥鋪正面柜臺上赫然放著一個算盤。

后來，珠算專家將畫面攝影放大，確認(rèn)畫中之物就是與現(xiàn)代使用的算盤形制類似的算盤。也就是說，《清明上河圖》是已發(fā)現(xiàn)的最早出現(xiàn)算盤的圖畫。而《清明上河圖》中所描繪的景象是北宋時期的汴州，所以，其實(shí)最遲在公元1000年左右，算盤就已經(jīng)出現(xiàn)了，比起之前學(xué)者認(rèn)為的元朝要早200多年。

選自《國學(xué)》