《清明上河圖》中埋藏的科技秘密

曾筱琳

前段時(shí)間，人們?cè)诠蕦m博物院門前排隊(duì)等候觀賞《清明上河圖》的新聞轟動(dòng)一時(shí)。不少人為了一睹國寶風(fēng)采，不惜耗上六七個(gè)小時(shí)來排隊(duì)等待。這并不奇怪，《清明上河圖》就像中國的一個(gè)文化符號(hào)，不管看不看得懂，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看上一眼都是好的。

除了表現(xiàn)北宋人民的生活、生產(chǎn)、商業(yè)貿(mào)易等真實(shí)面貌和經(jīng)濟(jì)狀況外，《清明上河圖》中還隱藏著一些中國古代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。

結(jié)構(gòu)巧妙的木拱橋

看過《清明上河圖》的人，對(duì)畫面正中的這座拱橋都不會(huì)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？

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(gè)顯著的共性——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？這個(gè)道理不難理解，因?yàn)闃蛎嫠艿膲毫?huì)轉(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個(gè)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(shì)。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(huì)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

可是，《清明上河圖》中的這座拱橋恰恰就是用木頭做的。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(huì)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。”

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(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)，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(gè)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(shí)兼?zhèn)漭^強(qiáng)的承重能力。

看來，張擇端不僅沒有憑空“捏造”，而且在《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，但他不知道的是，早在幾個(gè)世紀(jì)前，中國人就做到了。

由于木材本身有容易腐朽、耐久性能差等缺點(diǎn)，并且由于自重較輕，容易被洪水沖垮，木拱橋很難留存下來，包括《清明上河圖》中展示的汴河虹橋也不復(fù)存在了。但值得驕傲的是，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，珠算也已經(jīng)被列為“人類非物質(zhì)文化遺產(chǎn)”。

然而，中國是什么時(shí)候開始使用算盤的呢？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(gè)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(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(shí)的看圖識(shí)字類書籍《對(duì)象四言》。然而，一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，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，沒錯(cuò)，它就是《清明上河圖》——在畫卷最左端，有一家名為“趙太丞家”的藥鋪，藥鋪正面柜臺(tái)上赫然放著一個(gè)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(shí)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。

那么，《清明上河圖》中關(guān)于算盤場(chǎng)景的描繪真的靠譜嗎？

通常，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)格的店員計(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，一服中藥由十幾味甚至二十幾味藥配成是常有的事。所以，計(jì)算起價(jià)格來就比較煩瑣。這樣，藥店里就必然要有使用起來得心應(yīng)手的計(jì)算工具。

在古代中國，充當(dāng)這個(gè)工具的正是算盤。在《清明上河圖》中，算盤出現(xiàn)的位置正好是藥鋪，所以，它是合情合理也值得相信的。當(dāng)然，如果要說算盤出現(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？別急，再看看驢身上的挽具。

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的嗎？想要知道它究竟有多“牛”，我們不妨先來看看古代國外的挽具長什么樣。

讀過有關(guān)古羅馬社會(huì)、歷史著作的人，往往會(huì)對(duì)埃及船只運(yùn)送谷物到羅馬有深刻印象，沒有埃及的谷物，羅馬人就會(huì)挨餓。很多人不禁會(huì)問，為什么不從意大利運(yùn)谷物到羅馬，卻要選擇從埃及走水路運(yùn)輸呢？答案很簡單——因?yàn)闆]有一種挽具能將馬車與馬套在一起，把意大利農(nóng)業(yè)區(qū)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”——把皮帶勒在馬的喉部。這是一種很不合理的方法，“勒喉”意味著馬一旦使出最大力氣就會(huì)窒息而死。

由于局限于使用這種可悲的挽具，所以人們無法讓馬拉車運(yùn)輸，同時(shí)，也在騎兵戰(zhàn)中加劇了局勢(shì)的混亂。不論馬和騎手多么好，遠(yuǎn)距離騎馬都會(huì)遇到嚴(yán)重的障礙。尤其是劣馬，在行進(jìn)中不僅容易疲勞，而且走著走著就會(huì)陷入半死不活的狀態(tài)。

中國在挽具的使用上比西方先進(jìn)太多。很早以前，聰明的中國人就改用了胸帶挽具——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。

但這種挽馬的方法又給車輛帶來了一些問題，比如，車的結(jié)構(gòu)要求更復(fù)雜了——需要再增加一根長而彎曲的辀（安在大車上的工具）。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。所以，胸帶挽具還需改進(jìn)。

由于馬最有力的部位在肩胛，于是，后來更加科學(xué)的肩套便出現(xiàn)了——馬的受力點(diǎn)挪到兩肩肩胛部位。對(duì)馬來說，這種設(shè)計(jì)使其發(fā)力更容易，也增加了發(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，提高了車的平穩(wěn)性。

在《清明上河圖》中，我們不難發(fā)現(xiàn)，這4頭驢都采用了肩套式挽具。后來，這種發(fā)明也逐漸傳到歐洲，但那也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”?？梢姡纬粌H是繪畫的黃金時(shí)代，其科技水平在當(dāng)時(shí)的世界也毫不遜色。