灣區金頭腦

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比薩斜塔的迷思

(2020-08-03 07:00:50) 下一個

提起比薩斜塔，相信很多網友都聽說過中學教科書上有一篇文章“兩個鐵球同時落地”。

書中說古希臘科學家亞裏斯多德曾提出：物體下落的快慢是由物體本身的重量決定的，物體越重，下落得越快；反之，物體越輕，則下落得越慢。兩千年後，年輕的意大利科學家伽利略表示這一說法不對。他認為物體下落的速度與重量無關。為此，他還特地在家鄉的比薩斜塔上做實驗，將兩個重量不同的球體從相同的高度同時扔下，結果兩個鐵球同時落地，由此發現了自由落體定律。

除了是這次著名的科學實驗的見證者外，比薩斜塔還因為長時間傾斜卻沒有倒塌，而被譽為建築史上的奇跡。

如此名聲在外的建築，我當然不能錯過。幾年前的意大利之行，讓我終於有機會一睹風采。

當我來到比薩斜塔所在的奇跡廣場時，和我想像中的場景不同，比薩斜塔並不是獨自矗立在廣場中央接受遊客的膜拜，而是和另外幾幢建築物“擠”在一起，其風采甚至還被旁邊的大教堂所“奪走”。

比薩斜塔是一座教堂的鍾樓，於1173年開始動工興建。原設計是一座八層，54米高的白色閃光的中世紀風格建築物。

在工程動工了十二年後，當鍾樓修建到第四層時，發現由於地基不均勻和土層鬆軟，導致鍾樓已經傾斜偏向東南方，工程因此暫停。

1231年，工程繼續，第一次有記載鍾樓使用了大理石。建造者采取各種措施修正傾斜，刻意將鍾樓上層搭建成反方向的傾斜，以便補償已經發生的重心偏離。1278年進展到第七層的時候，塔身不再呈直線，而是為凹形。工程再次暫停。

1360年，在停滯了差不多一個世紀後鍾樓向完工開始最後一個衝刺。1372年擺放鍾的頂層完工。54米高的8層鍾樓共有七口鍾，但是由於鍾樓時刻都有倒塌的危險而沒有撞響過。

根據曆史資料，比薩斜塔在幾個世紀以來的傾斜是緩慢的，它和地基下方的土層實際上達到了某種程度的平衡。1817年，斜塔的傾斜度是5度，幾百年間它的傾斜僅增加了5厘米。因此人們也沒有對斜塔進行特意的維修。

當時的人們普遍懷疑比薩斜塔的傾斜和它地基下方的土層有關。然而，對斜塔造成巨大危脅的，不是大自然的力量，恰恰是人們的好奇心。1838年，意大利工程師在原本密封的斜塔地基周圍進行了挖掘，以探究地基的形態，揭示圓柱柱礎和地基台階是否與設想的相同。這一行為使得斜塔失去了原有的平衡，地基開始開裂，最嚴重的是發生了地下水湧入的現象。這次工程後的勘測結果表明傾斜加劇了20厘米，而此前267年的傾斜總和不過5厘米。事件發生後，人們不得不采取緊急維護措施，在地基間插入材料，保證塔樓能夠維持更長時間而不倒下。幾年後，比薩斜塔的加速傾斜趨於平穩，減少到每年傾斜增加約1毫米。

進入二十世紀，隨著對比薩斜塔越來越精確的測量，使用各種先進設備對地基土層進行深入勘測，以及對曆史檔案的研究，發現比薩斜塔在最初的設計中本應是垂直的建築，但是在建造初期就開始偏離了正確的位置。

比薩斜塔之所以會傾斜，是由於它地基下麵土層的特殊性造成的。比薩斜塔下的有好幾層不同材質的土層，各種軟質粉土的沉澱物和非常軟的粘土相間形成，而在深約一米的地方則是地下水層。最新的挖掘表明，鍾樓建造在了古代的海岸邊緣，因此土質在建造時便已經沙化和下沉。

其實，類似的沉降和傾斜在現代建築物並不罕見。在舊金山，最有名的沉降例子是樓高近二百米的千禧大廈Millennium Tower. 讓我比較好奇的是，比薩斜塔在動工後的第十二年就已經開始傾斜，但中世紀的比薩人還是花上近兩百年的時間把這幢傾斜的建築物蓋好。其中的緣由恐怕隻能從曆史書上尋找答案了。

據曆史記載，在比薩斜塔開始動工時，比薩還是地中海上的海上強國。後來，隨著比薩海軍被熱那亞海軍重創，以及港口遭到泥沙淤積，比薩的地位一落千丈，還數次遭到了其他意大利邦國的圍攻。也許，比薩人要通過這幢“斜而不倒”的建築物的完工，來宣示自身的特有氣質，在曆史上留名。

在比薩斜塔完工的三十多年後，比薩城被佛羅倫薩共和國吞並。

自比薩斜塔建成後，人們曾多次進行維修工程來減少它的傾斜度甚至想幫它“扶正”。其中最近的一次，也是最有效的一次維修工程在1990年展開。經過11年的修繕，耗資3900萬美元，這幢重約一萬五千噸的建築物被扶正44厘米，傾斜角度從5.5度減至3.99度，基本上達到了預期的效果。專家認為，隻要不出現不可抵禦的自然因素，經過修複的比薩斜塔，300年內將不會倒下。