《清明上河圖》中埋藏的科技秘密

曾筱琳

前段時間，人們在故宮博物院門前排隊等候觀賞《清明上河圖》的新聞轟動一時。不少人為了一睹國寶風采，不惜耗上六七個小時來排隊等待。這并不奇怪，《清明上河圖》就像中國的一個文化符號，不管看不看得懂，遠遠地看上一眼都是好的。

除了表現北宋人民的生活、生產、商業貿易等真實面貌和經濟狀況外，《清明上河圖》中還隱藏著一些中國古代先進的科學技術。

結構巧妙的木拱橋

看過《清明上河圖》的人，對畫面正中的這座拱橋都不會陌生。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，這區區一座拱橋有什么特別的呢？

我們不妨先來簡單認識一下“拱橋”這種形態優美的建筑。其實，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。它們都以優美的外觀和穩固的結構著稱。當然，它們還有一個顯著的共性——都是用石頭做的。

為什么古代大多數拱橋都是石頭做的呢？這個道理不難理解，因為橋面所受的壓力會轉化分散到橋身兩側，最后作用到兩邊的地基上，所以，這就要求拱橋兩邊的基礎非常扎實，材料的抗壓能力強，而石頭剛好可以滿足這個條件。

其實在人類歷史上，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、加工方便等優勢。最早的木橋是以獨木橋的形式出現的，即在水上或峽谷兩端搭設一根簡單的木頭，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，那橋估計建好沒多久就會塌了。畢竟，要比結實程度和抗壓能力，木頭實在沒什么競爭優勢。

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？

據歷史資料記載，中國的第一座木拱橋出現在北宋。最早的文獻記載如《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。”《續資治通鑒長編》中也有記載：“多因橋柱壞舟，遂獻無腳橋式，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“取大木數十相貫，架為飛橋”，簡單描述了虹橋的橋梁結構。而通過后來建筑學家和橋梁學家的分析研究發現，汴河虹橋的建造技藝非常精湛，其結構精密而巧妙。從整體上看，虹橋的主拱由兩個系統組成，它們通過橫梁交叉搭置、相互承載，形成了拱形的整體結構，并通過拱上建筑的傳遞，承擔橋面傳下來的荷載。為了增強橋的整體穩定性，兩個系統之間還設置了5處橫梁，以此加強其橫向連接，形成整體，共同承擔橋面的負荷。

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，形成拱形結構，并實現了在有較大跨度的同時兼備較強的承重能力。

看來，張擇端不僅沒有憑空“捏造”，而且在《清明上河圖》中，對虹橋的寫實描繪幾乎將虹橋的結構完全還原了出來！

公元1502年，也就是在汴河虹橋出現后的485年，意大利超級天才達·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，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《世界非物質文化遺產名錄》。

算盤的起源

中國是算盤的故鄉，現在世界上包括日本、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明與中國古代的“四大發明”相提并論。和木拱橋的制造工藝一樣，珠算也已經被列為“人類非物質文化遺產”。

然而，中國是什么時候開始使用算盤的呢？從清代起，就有許多學者進行了考證。但由于缺少足夠的證據，算盤的起源問題至今仍然眾說紛紜。

有一些學者認為，算盤應該是起源于東漢。因為，中國古代書籍上最早出現“珠算”這個名詞，就出自東漢數學家徐岳所著的《數術紀遺》。但是，也有許多學者認為，此書描寫的珠算，充其量不過是一種記數工具，與后來我們所說的能夠進行復雜運算的算盤并不是一回事。

此外，還有一部分學者認為，真正意義上的算盤是在元朝出現的。這種觀點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。”文章風趣生動地把不同資歷的奴婢比作不同類型的算盤。學者認為，此文中描述的算盤與現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，隨著新證據的發現，算盤出現的年代又給人們帶來了新的驚喜！

一直以來，人們都認為，最早出現的描繪算盤圖樣的作品，是16世紀時的看圖識字類書籍《對象四言》。然而，一個偶然的機會，有學者意外地在一幅北宋紀實類畫卷中看到了“算盤”的身影，沒錯，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，藥鋪正面柜臺上赫然放著一個算盤。

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

那么，《清明上河圖》中關于算盤場景的描繪真的靠譜嗎？

通常，在中國古代到藥店抓藥時，必須持有中醫所開的藥方，然后由藥鋪熟悉價格的店員計算出總價。比如，甘草三錢、黃連二錢（舊時1斤=16兩，1兩=10錢）。而中藥湯劑的配方大都十分復雜，一服中藥由十幾味甚至二十幾味藥配成是常有的事。所以，計算起價格來就比較煩瑣。這樣，藥店里就必然要有使用起來得心應手的計算工具。

在古代中國，充當這個工具的正是算盤。在《清明上河圖》中，算盤出現的位置正好是藥鋪，所以，它是合情合理也值得相信的。當然，如果要說算盤出現的時間比北宋更早，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，就連動物身上都有可以琢磨的亮點。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，用來牽著它們進行運輸的工具。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。

讀過有關古羅馬社會、歷史著作的人，往往會對埃及船只運送谷物到羅馬有深刻印象，沒有埃及的谷物，羅馬人就會挨餓。很多人不禁會問，為什么不從意大利運谷物到羅馬，卻要選擇從埃及走水路運輸呢？答案很簡單——因為沒有一種挽具能將馬車與馬套在一起，把意大利農業區的谷物運到羅馬。

直到公元8世紀，西方挽馬的唯一手段還是“項前肚帶挽具”——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輸，同時，也在騎兵戰中加劇了局勢的混亂。不論馬和騎手多么好，遠距離騎馬都會遇到嚴重的障礙。尤其是劣馬，在行進中不僅容易疲勞，而且走著走著就會陷入半死不活的狀態。

中國在挽具的使用上比西方先進太多。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，把負重交由胸部承擔。如此一來，馬在牽引車輛的時候，不僅不會被勒死，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，車的結構要求更復雜了——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，使得車在快速轉彎時容易發生翻車事故。所以，胸帶挽具還需改進。

由于馬最有力的部位在肩胛，于是，后來更加科學的肩套便出現了——馬的受力點挪到兩肩肩胛部位。對馬來說，這種設計使其發力更容易，也增加了發力效率。對車來說，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，提高了車的平穩性。

在《清明上河圖》中，我們不難發現，這4頭驢都采用了肩套式挽具。后來，這種發明也逐漸傳到歐洲，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先的“高科技”。可見，宋朝不僅是繪畫的黃金時代，其科技水平在當時的世界也毫不遜色。