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比薩斜塔為何斜而不倒?

 昵稱(chēng)190769 2011-09-18
                                                                       比薩斜塔為何斜而不倒? 
 
      1590 年的一天, 年僅25 歲的意大利比薩大學(xué)教授伽利略正在進(jìn)行一次前所未有的科學(xué)實(shí)驗(yàn).比薩大學(xué)的一部分學(xué)生、教師和圍觀的過(guò)路人正以期待和懷疑的眼光注視著將發(fā)生的一切.當(dāng)伽利略發(fā)出信號(hào)后, 一個(gè)重10 磅和1 個(gè)重一磅的鐵球同時(shí)從塔頂上降落, 一會(huì)兒, 兩個(gè)球同時(shí)落地.接著他們又把實(shí)驗(yàn)重復(fù)一次, 結(jié)果亦相同.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 亞里士多德關(guān)於物體降落的速度與其重量成正比, 即5 磅重物體比1 磅重物體降落速度快4 倍的說(shuō)法是錯(cuò)誤的.證明了自由落體定律, 即物體不論大小輕重, 在自由落下的過(guò)程中, 若把空氣的阻力產(chǎn)生的影響除外, 它們的加速度完全相同, 這是正確的.伽利略的實(shí)驗(yàn)便是在比薩斜塔上進(jìn)行的.

  馳名遐邇的比薩斜塔是比薩城的標(biāo)志, 聳立在意大利比薩市的奇跡廣場(chǎng)上, 位於羅馬式大教堂后面右側(cè), 與大教堂、洗禮堂和公墓構(gòu)成了比薩"奇跡區(qū)".比薩塔於1173 年8 月9 日奠基, 由著名的建筑師波那諾·皮薩諾建造.原設(shè)計(jì)塔高為100 米左右, 但動(dòng)工五六年后, 建好的三層塔身開(kāi)始傾斜.建筑師下令停止施工, 想等地基沉降穩(wěn)定后再?gòu)?fù)工.可是在他有生之年未能實(shí)現(xiàn)續(xù)建的愿望.到1275 年時(shí), 塔已傾斜了90 多厘米.建筑師迪·西蒙於同年恢復(fù)建塔, 并針對(duì)傾斜的問(wèn)題, 在施工中采取減輕續(xù)建部分的自重措施, 不僅減薄了塔壁, 采用輕質(zhì)灌注材料, 而且在內(nèi)外壁之間留有30 至80 厘米寬的空腔.到1284 年, 塔建至第六層, 傾斜仍在繼續(xù), 當(dāng)年, 迪·西蒙死去, 斜塔再度停工.此后, 著名的建筑師托馬索·皮薩納繼續(xù)建筑第七、八層, 1350 年最后完工.塔高56 米, 總重量1.45 萬(wàn)噸, 除了幾根柱子用花崗石外, 全部外表材料均是白色和黑色大理石.

  斜塔完工后, 傾斜仍在繼續(xù).根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)材料, 1829—1910 年間, 平均每年傾斜3.8 毫米.自20 世紀(jì)早期后, 傾斜速度放慢.1918—1958 年間, 平均每年傾斜1.1 毫米.1959—1969 年間, 平均每年傾斜1.26 毫米.70 年代后期至1982 年的幾年間, 平均每年傾斜1, 2 毫米, 其中1982 年只傾斜1毫米.其后, 平均每年傾斜1.19 毫米, 其中1987 年6 月21 日一1988 年6月21 日, 一年間傾斜1.29 毫米.到目前為止, 培頂已南傾 (即塔頂偏離垂直線) 53 毫米.1990 年1 月7 日, 意大利著名電視節(jié)目女主持人拉發(fā)埃拉·卡拉宣布: 比薩斜塔暫停開(kāi)放.比薩市政府決定將斜塔暫時(shí)關(guān)閉, 進(jìn)行修理, 這是比薩斜培自建塔以來(lái)的第一次正式的對(duì)公眾關(guān)閉.

  比薩斜塔的暫時(shí)關(guān)閉, 引起人們廣泛關(guān)注, 各種拯救斜塔的方案和建議雪片般從世界各地寄送到比薩文物保管部門(mén), 其中不乏大膽而離奇的設(shè)想.有人建議, 在斜塔近旁修建一座類(lèi)似自由女神的巨型雕像, 讓女神懷抱斜塔, 不讓其倒下.一位日本電風(fēng)扇企業(yè)的總經(jīng)理, 把廣告意識(shí)滲合進(jìn)拯救斜塔的建議之中, 提出在塔傾斜一側(cè)安裝巨型風(fēng)扇, 以風(fēng)扇吹出的風(fēng)阻止塔身繼續(xù)傾斜.一位英國(guó)人則認(rèn)為, 要保住斜塔, 必須減輕塔身重量, 建議削去斜塔的上三層.美國(guó)副總統(tǒng)舒伯特·漢弗榮也極為關(guān)注此事, 建議將斜塔整個(gè)兒移到離城幾公里的鄉(xiāng)村, 重新固定在堅(jiān)實(shí)的地基上, 等等.

  當(dāng)然, 有關(guān)專(zhuān)家更多的是對(duì)比薩斜塔的全部歷史以及對(duì)塔的建筑材料、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)、水源等方面進(jìn)行研究, 采用各種先進(jìn)的儀器設(shè)備進(jìn)行測(cè)試.比薩中古史學(xué)家皮洛迪教授研究后認(rèn)為, 建造塔身的每一塊石磚都是一塊石雕佳品, 石磚與石磚間的粘合極為巧妙, 有效地防止了塔身傾斜引起的斷裂, 成為斜塔斜而不倒的一個(gè)因素.但他仍強(qiáng)調(diào)指出, 現(xiàn)在當(dāng)務(wù)之急是弄清比薩斜塔斜而不倒的奧妙.

  比薩塔的傾斜無(wú)疑是與土質(zhì)有關(guān).因?yàn)樵缭冢保?世紀(jì), 建筑師拉德斯卡在斜塔地基中鉆孔取樣, 證實(shí)土壤條件是塔身傾斜的原因.但是, 一些專(zhuān)家研究后得出: 第一位建筑師皮薩諾當(dāng)時(shí)已了解到, 建塔的地方與整個(gè)比薩城一樣, 都處?kù)兑粭l河谷的沖積地上, 土壤為粘土和砂土, 再下面是潛水層, 表面堅(jiān)固層較?。运麑?duì)地基的地質(zhì)結(jié)構(gòu)并非一無(wú)所知, 而且他在建至三層發(fā)現(xiàn)傾斜時(shí), 采取停工等待地基沉降穩(wěn)定的做法已有效地解決了一些問(wèn)題.第二位建筑師續(xù)建時(shí), 又注意到調(diào)整傾斜高度, 同時(shí)采取措施, 減輕塔身重量.第三位建筑師建筑第七八層之間, 鐘樓來(lái)個(gè)轉(zhuǎn)折, 第八層傾向北面.建鐘樓時(shí), 還吸收了清真寺尖塔的一些特點(diǎn), 也沒(méi)設(shè)樓頂, 以此減輕塔的重量和平衡傾斜.建筑師的做法正是與在比薩城其他地方建培的做法相似.在意大利的另一個(gè)城市佛羅倫薩, 於1420 年建造的圣瑪麗亞·德?tīng)枺硦W雷大教堂, 選址就在一片沼澤地上, 土層更軟, 下陷危險(xiǎn)更大, 但至今幾百年來(lái)絲毫沒(méi)有傾斜.一些專(zhuān)家學(xué)者由此推測(cè)出, 比薩塔的傾斜是建筑師意料之中, 幾百年來(lái)斜塔斜而不倒與設(shè)計(jì)、建筑者有關(guān).

  根據(jù)比薩斜塔近幾年來(lái)傾斜的速度, 從事觀測(cè)該塔的專(zhuān)家蓋里教授認(rèn)為, 如果按此傾斜率計(jì)算, 而又不在某些部位承受特殊壓力下突然坍塌, 250年后斜塔將因塔身的重心超出塔基外緣而傾倒.但是公共事務(wù)部比薩斜塔服務(wù)局的有關(guān)人員, 早在前幾年已針對(duì)蓋里教授的相似看法提出反駁, 認(rèn)為只按數(shù)學(xué)方式推算是不可靠的, 比薩斜塔是"一個(gè)由多種事實(shí)交織成的綜合性問(wèn)題."一些研究者也發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)問(wèn)題, 比薩斜塔塔身曾一度向東傾斜, 爾后又轉(zhuǎn)向南傾斜, 認(rèn)為該塔在過(guò)去幾百年間斜而不倒, 250 年后倒與不倒恐怕不能局限於簡(jiǎn)單的假設(shè)和預(yù)測(cè).最關(guān)心斜塔命運(yùn)的自然是比薩人, 盡管他們也對(duì)斜塔的傾斜感到擔(dān)憂, 但更多的是為自己的故鄉(xiāng)擁有一個(gè)自認(rèn)為可與世界上著名建筑媲美的斜塔而感到自豪和堅(jiān)信它不會(huì)倒下, 他們有這樣一句俗語(yǔ), 比薩斜塔象比薩人一樣健壯結(jié)實(shí), 永遠(yuǎn)不會(huì)倒下去.他們對(duì)那些把斜塔重新糾直豎正的建議最為深?lèi)和唇^.說(shuō)來(lái)也怪, 每當(dāng)專(zhuān)家們采取加固斜塔地基的措施時(shí), 塔的傾斜速度反而加快.如1838 年, 在塔基及周?chē)M(jìn)行加固性施工, 1934 年, 在地基及四周?chē)娙刖攀畤嵥? 實(shí)施基礎(chǔ)防水工程, 塔身反而更加不穩(wěn), 向周?chē)苿?dòng), 傾斜得更快, 但是1973 年至1975 年間, 在關(guān)閉了斜塔方圓3 公里以?xún)?nèi)所有私人水井和禁止其他方法取用地下水之后, 地下水位穩(wěn)定下來(lái), 塔的傾斜速度放慢下來(lái)了.

  比薩人的自信也許過(guò)份些, 還是皮洛迪教授的看法現(xiàn)實(shí)些, 弄清斜塔斜而不倒的奧妙才能"對(duì)癥下藥".人們正為此而做出不懈的努力.

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