已六百多岁的武庙闸

东汉错银铜牛灯(视觉中国供图)

陈璋圆壶

弯弯曲曲的洪泽湖大堤

在源远流长的中华优秀传统文化中,古代科学技术曾在许多方面遥遥领先于世界,指南针、造纸术、火药、印刷术四大发明推动了世界文明的发展进程,当代英国著名的自然科学史家李约瑟在他撰著的《中国科学技术史》中认为,“中国的这些发明和发现往往远远超过同时代的欧洲,特别是在十五世纪之前更是如此。”近日,记者采访多位专家,听他们讲述江苏历史上闪耀着中华文明智慧之光的“高科技产品”。

精美青铜器制造享誉世界

夏商周时期,中国创造了辉煌灿烂的青铜文化,成为中国古代文化的标志之一,也让中华文明屹立于世界青铜时代的巅峰之上。

在南京博物院研究馆员万俐40多年的文物修复保护工作生涯中,最让他叹为观止的是1982年江苏盱眙出土的战国青铜器“陈璋圆壶”。造型生动、铸造复杂、装饰精细,可以说集先秦金属工艺之大成,堪称国之瑰宝。

为什么叫陈璋圆壶呢?原来在壶口沿上、圈足内、圈足外发现刻有39字的铭文,结合典籍可知:齐宣王五年,齐国乘燕国内讧之机,派出大将陈璋,率兵攻占燕国都城,获得此壶。

据万俐介绍,铜壶由几十个构件组成,包括壶身、圈足、镂空网络、箍带、衔环、铺首等。布局对称,稳重自然,铜壶包含有透空、错金银、鎏金、微型雕刻等工艺,并配有长龙、梅花、兽面、立兽等套饰,冷暖色交相辉映,给人以强烈的视觉震撼。“如果现代要将这些构件完美地融合在此器物之中,首先要画约三十张图纸,但那时并没有纸,设计图都印在制造者的脑子里。”万俐也觉得让人难以置信。

这件圆壶是盛酒或盛水的容器,还有度量衡的作用。壶口内沿刻有燕国度量衡标记,相当于现在的3000毫升。万俐讲了一件有趣的事:铜壶刚出土时,考古学家倒水进去,差不多就是3000毫升。为使数据更加精准,专家又做了CT检测,通过计算,它的容积是2971毫升,离3000毫升还差29毫升,那么这29毫升到哪里去了呢?有专家提醒,2000多年过去了,壶里长了很多锈,粗略估算一下,这些锈占去的容积差不多就有29毫升。

陈璋圆壶究竟用何种冶铸技术成型,又如何让容积数据如此精准?至今还有很多谜团要解。

古人在生活用品上设计之精巧,从南博收藏的东汉错银铜牛灯上也可略见一斑。这件文物1980年出土于江苏邗江县,铜牛灯外观精美,既有流云纹、三角纹、螺旋纹图案,又有龙、凤、虎、鹿以及各种神禽异兽,显得飘逸潇洒。不过,它的造型更让人耳目一新。

这座灯由三部分组装而成,下面是灯座,外表像一头俯首站立、双角上耸的黄牛;中间是牛背负的圆形灯盘、灯罩和灯盏;上方是烟道,由一根烟管直接通往下方黄牛的头部。

记者注意到,中间的灯罩是镂空的,有两片弧形屏板组成,可以移动,既可以散热、挡风,又可以通过转动屏板来调节光照的角度。

设计的巧妙还不止于此。万俐告诉记者,古代点油灯或蜡烛,时间长了,随着室内烟的增多,白面书生也可变得灰头土脸,如何将烟排出?古人想到了“自身循环”方法。在灯罩上紧扣了穹顶形罩盖,罩盖连着烟管,产生的烟尘通过烟管导入到灯座“牛”的腹腔,腹腔中有水,烟被水溶解,从而保证室内空气清新。

“这项发明,说明古人早在东汉时就已具备了环保理念。这种环保设计,欧洲15世纪才出现,中国领先西方1000多年。”万俐说。

防汛工程至今让人惊叹

梅雨季,防汛是重中之重。古人在生产生活中一直想方设法治水和防洪,并积累了大量经验,不少工程设计巧妙令人惊叹。

洪泽湖大堤,也称“高家堰大堤”,位于洪泽湖东岸,始建于东汉,增修、扩建于明清,是世界上最长最宽的石质人工堤坝。

大堤一直承受着洪泽湖10多米高的湖水侧压力和风浪拍打而岿然不动,被誉为“水上长城”。洪泽湖大堤为什么能几百年屹立不倒?国家科普教育基地南京农业大学中华农业文明博物馆常务副馆长卢勇教授认为,首先源于严苛而细致的建材选择。大堤所用条石大多规格统一,石工精细,每块净重在千斤以上,共计用去石料60多万立方米;基桩主要是用上好的杉木,共打桩7.5万根;大堤采用三合土作为堤身防渗体材料和减水坝坝面。三合土既不透水又有一定强度,有效地防止风浪淘刷从而使堤坝永固。

它在结构设计上也符合科学原理。卢勇指着大堤航拍图向记者介绍:“大堤远远望去像一条绿色的巨蟒匍匐在洪泽湖东岸,横亘南北60多公里。但大堤并不是笔直地延伸,而是蜿蜒曲折。建设者们有效考虑到了地形对风浪的影响,通过堤身的弯曲,避免了风浪的正面冲击,减轻湖水对堤身的冲击力。”

大堤同时构筑多种附属设施,堤前有树,堤身有草,既能防风,又能防雨,犹如穿上了一件厚实的防护衣,此外还有坦坡、涵洞、减水坝等。“这些与堤身紧密相连,协同作用,确保大堤稳固。”卢勇说。

在南京,如果论防汛“劳模”,那一定是位于玄武湖风景区600多岁的武庙闸,它是南京使用时间最长的水闸。武庙闸历史最早可以追溯到三国东吴时期,吴后主孙皓引玄武湖水进城。明朝洪武初年,朱元璋为了控制城内河道的水位,在秦淮河、玄武湖等设置了水关、涵闸20多处,武庙闸是其中之一。

武庙闸的工程设计在当时是世界一流水平,中国水利学会水利史与水利遗产专委会会员戴甫青列举了多个别具匠心的巧妙设计。比如进水口为“之”字形,以减缓水速;并安装绞刀,用以切碎湖草和其他杂物,保证水流畅通;最精妙的还是铜闸设计,在当时世界上属于一流水平。

我们常见的水闸,落下去堵住水流,提起来用以放流,但武庙闸的水闸分为上下两块铜盘,上铜盘有5枚凸出的圆榫,下铜盘则有5个孔,上铜盘落下时,5枚圆榫恰好堵住五个孔,上下咬合,便堵住了水流。

这样设计有什么好处呢?戴甫青介绍,最大的好处是经久耐用。如果是一块铜闸板直接挡住水流,时间长了,铜闸容易损坏。这种方式使得铜闸不会因为水正面冲击而变形,所以一直到出土时,铜闸的形制都没有改变。

航海技术创造史上奇迹

中国古代的航海和造船技术曾长期领先世界。

看过电影《泰坦尼克号》的都知道,这艘巨轮号称“永不沉没”,因为在船底设置了16个互相独立的水密隔舱。其实,水密隔舱是中国造船史上的一项重要发明。

什么是水密隔舱?江苏省郑和研究会古船研究专家赵志刚告诉记者,最早的船只有一个船舱,船身如果出现一个洞,船就会因漏水而沉没。古人就想出一个办法,用隔板把船舱分成若干个独立船舱,即使一个舱进了水,其他舱也不至于受损,保证了船舶航行的安全。

水密隔舱是谁发明的呢?学术界大多认为是东晋的卢循。东晋后期,卢循曾率水军直逼建康,终被刘裕击败,投水而亡。《宋书·武帝纪》中“循即日发巴陵,与道覆连旗而下,别有八槽舰九枚,起四层,高十二丈”提到的“八槽舰”,就是具有8个水密隔舱的战船。

目前关于水密隔舱的确凿实物证据来自唐代。《中国三十大发明》(中国科学院华觉明教授等专家著)书中记录了两次考古成果:其一是1973年在如皋发现的唐代木船。长约18米,分成9个船舱,两舱之间设有水密舱壁。其二是1960年在扬州施桥镇发现的唐代木船。该船复原后的长度约为24米,共分为5大舱。扬州施桥唐船结构坚实,木板之间的连接以榫头和铁钉并用。

赵志刚告诉记者,由于水密隔舱的使用,唐、宋、元、明初期800多年以来,中国的远洋木帆船备受各国商人、使节的青睐,重要原因在于中国帆船具有很高的安全性,这种造船技术,后传至欧洲,逐渐成为各国造船业通行的技术。

明朝郑和下西洋时,不仅使用了水密隔舱技术,其他航海技术也达到了海洋文明的巅峰。

郑和下西洋首次航行时间为永乐三年(1405年),比哥伦布发现美洲早了近90年,根据《明史·郑和传》记载:“宝船六十三号,大船长四十四丈,阔一十八丈。”相当于现代船身长约138米,宽约56米。万俐作一个对比,“哥伦布的座舰仅30米长,如果与郑和宝船放一起,那小得像个救生艇。”

郑和宝船的推进动力系统——桅帆和桨橹这两个重要环节也采用了独特的设计。

在海上如果遇到逆风怎么办?万俐告诉了记者答案:“宝船运用了调戗技术,意思就是不停地调动船头方向,让船走之字形,同时配合帆的转向,把顶头逆风变成侧斜风,使船‘弯弯曲曲’向前行驶。”

如果无风怎么航行?宝船在两舷和艉部设有长橹。这种长橹入水深,类似今天的螺旋桨,没有风动力时也可以保持相当航速。

在茫茫大海之中,如何辨别方向是极大的难题。

“根据《郑和航海图》,郑和在航行时使用了‘过洋牵星术’和‘海道针经’,这在当时是最先进的航海导航技术。”万俐自豪地说。

“过洋牵星”就是通过“牵星板”测量星星与海面的高度,或者说是一种夹角,来给航船定位。“牵星板”与指南针配合使用来观测定位,判断船舶位置、方向,确定航线。

“海道针经”则是元明清时期用于导航的航海罗盘。这种技术利用8个天干、12个地支及八卦的四个方位,将航海罗盘圆周分为24等份,能够准确指示方向。郑和船队使用的辨位方法还有测深辨位法、对景定位法等。

“当然,船队使用的先进技术远不止这些,郑和船队把航海技术推向了一个新阶段,创造了世界航海史上的奇迹。”万俐说。