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比萨斜塔为何斜而不倒?
来源:世界百科全书 作者: 发布时间:4-12

  1590 年的一天, 年仅25 岁的意大利比萨大学教授伽利略正在进行一次前所未有的科学实验.比萨大学的一部分学生、教师和围观的过路人正以期待和怀疑的眼光注視着將发生的一切.当伽利略发出信号后, 一个重10 磅和1 个重一磅的铁球同时从塔顶上降落, 一会儿, 兩个球同时落地.接着他們又把实验重复一次, 结果亦相同.实验结果表明, 亚里士多德关於物体降落的速度与其重量成正比, 即5 磅重物体比1 磅重物体降落速度快4 倍的說法是错误的.证明了自由落体定律, 即物体不论大小轻重, 在自由落下的过程中, 若把空气的阻力产生的影响除外, 它們的加速度完全相同, 這是正确的.伽利略的实验便是在比萨斜塔上进行的.

  驰名遐迩的比萨斜塔是比萨城的标志, 耸立在意大利比萨市的奇迹广场上, 位於罗马式大教堂后面右侧, 与大教堂、洗礼堂和公墓构成了比萨"奇迹区".比萨塔於1173 年8 月9 日奠基, 由著名的建筑师波那诺·皮萨诺建造.原设计塔高为100 米左右, 但动工五六年后, 建好的三层塔身开始倾斜.建筑师下令停止施工, 想等地基沉降稳定后再复工.可是在他有生之年未能实现续建的愿望.到1275 年时, 塔已倾斜了90 多厘米.建筑师迪·西蒙於同年恢复建塔, 并针对倾斜的問题, 在施工中采取减轻续建部分的自重措施, 不仅减薄了塔壁, 采用轻质灌注材料, 而且在内外壁之间留有30 至80 厘米宽的空腔.到1284 年, 塔建至第六层, 倾斜仍在继续, 当年, 迪·西蒙死去, 斜塔再度停工.此后, 著名的建筑师托马索·皮萨纳继续建筑第七、八层, 1350 年最后完工.塔高56 米, 总重量1.45 万吨, 除了几根柱子用花岗石外, 全部外表材料均是白色和黑色大理石.

  斜塔完工后, 倾斜仍在继续.根据有关统计材料, 1829—1910 年间, 平均每年倾斜3.8 毫米.自20 世纪早期后, 倾斜速度放慢.1918—1958 年间, 平均每年倾斜1.1 毫米.1959—1969 年间, 平均每年倾斜1.26 毫米.70 年代后期至1982 年的几年间, 平均每年倾斜1, 2 毫米, 其中1982 年只倾斜1毫米.其后, 平均每年倾斜1.19 毫米, 其中1987 年6 月21 日一1988 年6月21 日, 一年间倾斜1.29 毫米.到目前为止, 培顶已南倾 (即塔顶偏离垂直线) 53 毫米.1990 年1 月7 日, 意大利著名电視节目女主持人拉发埃拉·卡拉宣布: 比萨斜塔暂停开放.比萨市政府决定將斜塔暂时关闭, 进行修理, 這是比萨斜培自建塔以來的第一次正式的对公众关闭.

  比萨斜塔的暂时关闭, 引起人們广泛关注, 各种拯救斜塔的方案和建议雪片般从世界各地寄送到比萨文物保管部门, 其中不乏大胆而离奇的设想.有人建议, 在斜塔近旁修建一座类似自由女神的巨型雕像, 让女神怀抱斜塔, 不让其倒下.一位日本电风扇企业的总经理, 把广告意识渗合进拯救斜塔的建议之中, 提出在塔倾斜一侧安装巨型风扇, 以风扇吹出的风阻止塔身继续倾斜.一位英国人则认为, 要保住斜塔, 必须减轻塔身重量, 建议削去斜塔的上三层.美国副总统舒伯特·汉弗荣也极为关注此事, 建议將斜塔整个儿移到离城几公里的乡村, 重新固定在坚实的地基上, 等等.

  当然, 有关专家更多的是对比萨斜塔的全部历史以及对塔的建筑材料、结构、地质、水源等方面进行研究, 采用各种先进的仪器设备进行测试.比萨中古史学家皮洛迪教授研究后认为, 建造塔身的每一块石砖都是一块石雕佳品, 石砖与石砖间的粘合极为巧妙, 有效地防止了塔身倾斜引起的断裂, 成为斜塔斜而不倒的一个因素.但他仍强调指出, 现在当务之急是弄清比萨斜塔斜而不倒的奥妙.

  比萨塔的倾斜无疑是与土质有关.因为早在19 世纪, 建筑师拉德斯卡在斜塔地基中钻孔取样, 证实土壤条件是塔身倾斜的原因.但是, 一些专家研究后得出: 第一位建筑师皮萨诺当时已了解到, 建塔的地方与整个比萨城一样, 都处於一条河谷的冲积地上, 土壤为粘土和砂土, 再下面是潜水层, 表面坚固层较薄.所以他对地基的地质结构并非一无所知, 而且他在建至三层发现倾斜时, 采取停工等待地基沉降稳定的做法已有效地解决了一些問题.第二位建筑师续建时, 又注意到调整倾斜高度, 同时采取措施, 减轻塔身重量.第三位建筑师建筑第七八层之间, 钟楼來个转折, 第八层倾向北面.建钟楼时, 还吸收了清真寺尖塔的一些特点, 也没设楼顶, 以此减轻塔的重量和平衡倾斜.建筑师的做法正是与在比萨城其他地方建培的做法相似.在意大利的另一个城市佛罗伦萨, 於1420 年建造的圣玛丽亚·德尔--斐奥雷大教堂, 选址就在一片沼泽地上, 土层更软, 下陷危险更大, 但至今几百年來丝毫没有倾斜.一些专家学者由此推测出, 比萨塔的倾斜是建筑师意料之中, 几百年來斜塔斜而不倒与设计、建筑者有关.

  根据比萨斜塔近几年來倾斜的速度, 从事观测该塔的专家盖里教授认为, 如果按此倾斜率计算, 而又不在某些部位承受特殊压力下突然坍塌, 250年后斜塔將因塔身的重心超出塔基外缘而倾倒.但是公共事务部比萨斜塔服务局的有关人员, 早在前几年已针对盖里教授的相似看法提出反驳, 认为只按数学方式推算是不可靠的, 比萨斜塔是"一个由多种事实交织成的综合性問题."一些研究者也发现這样一个問题, 比萨斜塔塔身曾一度向东倾斜, 尔后又转向南倾斜, 认为该塔在过去几百年间斜而不倒, 250 年后倒与不倒恐怕不能局限於简单的假设和预测.最关心斜塔命运的自然是比萨人, 尽管他們也对斜塔的倾斜感到担忧, 但更多的是为自己的故乡拥有一个自认为可与世界上著名建筑媲美的斜塔而感到自豪和坚信它不会倒下, 他們有這样一句俗语, 比萨斜塔象比萨人一样健壮结实, 永远不会倒下去.他們对那些把斜塔重新纠直竖正的建议最为深恶痛绝.說來也怪, 每当专家們采取加固斜塔地基的措施时, 塔的倾斜速度反而加快.如1838 年, 在塔基及周围进行加固性施工, 1934 年, 在地基及四周喷入九十吨水泥, 实施基础防水工程, 塔身反而更加不稳, 向周围移动, 倾斜得更快, 但是1973 年至1975 年间, 在关闭了斜塔方圆3 公里以内所有私人水井和禁止其他方法取用地下水之后, 地下水位稳定下來, 塔的倾斜速度放慢下來了.

  比萨人的自信也許过份些, 还是皮洛迪教授的看法现实些, 弄清斜塔斜而不倒的奥妙才能"对症下药".人們正为此而做出不懈的努力.

 
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