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1、2023年科技之光穿透岁月的科技之光 问我家乡在何处，山西洪洞大槐树。山西，是中国古代文明的发祥地之一，悠久的历史，给山西留下了丰富的文化遗产。披山带河、四塞如自然屏障的地理环境和历史上相对稳定旺盛的局面，又使这些遗产得以完好地保存下来。众多的古代文明遗存在透露出浓郁的文化气息的同时，也折射出绚烂夺目的科技光线。 鸣贯长空400年的普救蟾声山西永济普救寺因张生与崔莺莺的浪漫爱情、风雅韵事而名扬天下，寺中最闻名的建筑物舍利塔也因西厢记故事的广为流传而被称为莺莺塔，又因莺莺塔神奇的回声效应而倍受海内外专家的瞩目与重视。回声现象本不罕见，然而，回声之声似蛙类蟾就非比寻常了。这一声学效应能令人想到的是
2、两个字：奇异。于是就引起了很多揣测，流传着种种传闻：有的说塔上镶嵌着禽砖，故能鸣叫；有的则说塔里藏着巨大的蛤蟆精。明显，这些说法带有明显的荒诞色调，或者也可以说带有神话色调。另有说法是，回声是由于塔前的深沟使敲击声回荡而形成的。这种说法似有几分科学道理，却又难以服人，因为它或许能够说明为什么有回声，却不能说明这种回声为什么就变成了蛙声，而不是发声体原有的声音或其它的如马声、牛声、浪声、松涛声。除此之外，还有一个师徒比艺的传闻，说师傅为了教训心高气傲的徒弟，竞赛时在新建的宝塔下压了一对金蛤蟆，以塔外击石，塔内回声验证自己的专业技术水准之超群。这个传闻充其量也只是具有规劝人们虚心好学的喻指意义，对
3、于说明普救蟾声的奇异现象仍是于事无补。那奇异而又神奇的蟾声回响了多久呢？假如根据明代嘉靖四十年（公元1564年）蒲州太守张佳胤捐俸重修舍利塔（后改称莺莺塔）算起，至今该有四百余年的历史。但是，当时是否已有蛙声这样的回声效应并无准确的记载。最早的该项记载是出现于清乾隆乙亥年间重新镌刻的蒲州府志中。从那时到今日有二百多年的时间，或许，我们的标题应当写作鸣贯长空200年的普救蟾声？其实，莺莺塔回声之奇异远非仅蛙鸣一种，当2.5公里之外的蒲州镇露天剧场唱戏时，在塔底台阶上可听到塔内有锣鼓声；若有人在塔旁低语，距塔40米处可清楚听见；在塔中第九层说话，塔下听到的声音尤如从一层传来；在第五层说话则像一至九
4、层皆有人语；闲逛在塔下，人们可听到距塔几百米之外的对话，仿佛从塔里传出一般种种回音，奇妙何在？上世纪80年头后期，伴随着对普救寺的全面修复，专家们对这座奇塔进行了科学考察，对其声学效应进行了录音测试和频谱分析，最终揭开了蟾声之迷。其一，莺莺塔所处地势较高，四周又无山丘、建筑之遮挡，这样的地形条件首先形成了接受大范围内传来的声波的可能；其二，莺莺塔通高50米，砖砌叠涩出檐共十三层，每层塔檐挑出都呈内凹弧形，可反射汇聚声波；塔内下层有收缩的口子，能把塔内所发声波来回反射，形成共振源。也就是说，建筑构造的特别使声波反射成为可能。最终，建筑材料的特别成为声波反射的又一条件：莺莺塔身和塔檐全部用青砖叠砌
5、而成，塔砖表面平整光滑，对声波具有反射和谐振作用。就这样，莺莺塔与北京天坛回音壁、河南宝轮寺塔、四川潼南大佛寺的石琴共为中国现存四大回音建筑。其实，不论蛙声的形成是否出自事先的精确设计，有一点是无疑的，那就是，没有精湛的建筑技术和特定的条件，这样的奇迹是不行能实现的。背负铁索500年的蒲津渡铁牛1989年的酷暑盛夏，黄河古道东岸的唐制铁牛被发掘出土。这在当时马上引起国内外轰动。因为古蒲津桥是横跨在黄河上的第一座浮桥，铁牛就是此桥的地锚，细细算来，从唐开元铸成到金末桥被元兵烧毁，铁牛背负铁索坚实舟桥达500年之久。而今日，铁牛存之如故，已有1200多年的历史了。据记载，今山西省永济市蒲州，在唐时
6、系秦晋要冲，兵家重地。唐代长安太原驿程考一文中说：蒲坂之地，为河东、河北陆道进入关中之第一锁钥，故建长桥，置上关，皆以蒲津名。蒲州之地，是由黄河之东、黄河之北陆路进入关中地区的第一交通要道，所以，在这里建桥，设关。关，命名为蒲津关；桥，命名为蒲津桥。先是为军事的须要后来也为民用的须要，若干个朝代的君王都曾在此架桥。当时流经此地的黄河，岸高、河窄、谷深、流急，泥沙简单冲走，若想在此架桥，其难度可想而知。因此，从公元前541年秦公子造桥到唐开元十二年的一千二百多年间均为舟桥，谁用谁造，并不稳固，也不耐用。直到唐开元十二年，国力强大、气概如虹的唐王朝大规模地改建蒲津桥，铸铁牛，制铁山，加固蒲津桥。铁
7、牛形体浩大，身长3米，高1.8米，重达50吨70吨不等。四铁牛均坐东向西，皆伏卧，各铸于长3.5米、宽2.3米、厚0.97米的铁板上。每只牛尾后都横铸一根圆柱，这便是用于拴大桥铁索的铁轴。四牛外侧还各有一件牵牛铁人。此外还有两座铁山，分布在四尊铁牛中间，加重了地锚的重量。就这样，在文治武功、励精图治的唐玄宗李隆基统治的年头里，中国古桥史上增加了一座规模宏大、技术精致、建筑坚实、好用经久的桥梁。在赞美之余，我们不禁要问：远在1290多年前的唐代，生产力水平无法于今日相比的条件下，如此巨大的铁艺是如何完成的呢？从中国闻名的桥梁专家茅以升先生的中国古桥技术史中我们找到了答案。茅先生指出：铸千万斤的铁
8、件，多半在现场，铸铁和铸铜的方法相同。那么，铸铜又是如何铸法呢？茅先生引用明代宋应星的天工开物中关于铸铜方法的记录说明了铸造铁牛的方法：凡是铸造重达万钧、靠人力不能移动的铸件时，需在模型的四周搭建熔炉，四面都有泥制的槽道。槽道的上端口连接在熔炉中，下端口斜向地接在模型的入铜孔。当铜熔化成水后冲开槽道的挡口，如洪流般倾泻，顺着槽道灌注而下，于是铸件就成了。从出土的黄河铁牛脊梁上留下的缺口，我们完全可以想象当年惊心动魄、气概恢宏的铸造过程：巨大的铁牛模型卧在黄河岸边，牛腹中叠放着一摞一摞的铁块，熔炉中铁水熔化了、沸腾了，顺着槽道始终流入了牛腹，与铁块溶为了一体。特大的实体铸件就这样诞生了。黄河蒲津
9、渡铁牛透露给今人的信息是：唐代山西的冶金技术已达到了当时国内的最高水平。光芒耀眼600年的永乐宫壁画山西芮城永乐宫壁画是解放后新发觉的元代最重要的绘画艺术遗产。在永乐宫三清殿西、北、东三壁上，绘满了4米多高的神仙群像。画师以超凡脱俗的想象描绘了天上、地下各路神仙浩浩荡荡朝谒元始天尊的神圣、庄重、盛大的场面。这幅朝元图中的大约300个人物均以墨线勾画轮廓，再填以各种颜色。在富丽华贵的青绿色基调下有安排地分布着少量的浅紫、深赭等色，加强了画面的主次关系，构成了画面的节奏改变。从元泰定二年（公元1325年）起先绘制到今日，虽然历经近700年的漫长岁月侵蚀，壁画却仍旧面貌清楚，色泽明丽。我们不禁要问：
10、永乐宫壁画为何能艳不脱色？关系最为亲密的当属颜料。永乐宫壁画的颜料主要有石青、石绿、朱砂、石黄、*等等，它们都是矿物颜料。这些矿物颜料附着力强，覆盖力强，经久耐光，不易褪色。何以见得呢？就在三清殿内，有一块壁画为清代补绘，所用颜料为植物颜料，今早已色褪发灰，暗淡无光。其实，中国早在1600余年前就具备了很高的矿物颜料制作技能和化学工艺技术，已知道利用自然矿石来加工颜料，懂得把矿物质粉碎、研磨，用以涂色，是最早将青金石、铜绿、密陀僧、绛矾、云母粉等作为颜料应用于绘画中的国家之一。我国古代主要的矿物颜料有：红色的赤铁矿和朱砂、黑色的炭黑、黄色的石黄、绿色的石绿、蓝色的石青、白色的胡粉和蜃灰等等。事
11、实表明，中国古代的化学工艺技术和颜料制备技能在当时居世界领先水平。可以想象，我们的先人具备了相当丰富的矿物学学问。例如，他们知道，矿物颜料大多有毒，石绿、铜绿、银朱、铅粉、石黄等毒性尤剧，所以，研磨制作时，须防粉尘飞扬入口；存放时须单独放置、专人看管；运用时要掩口操作，不得赤身裸背，作业结束后还须尽快洗手。 壁画保存年头久远的另一缘由是壁画的壁面制作。据宋代李明仲营造法式中记载：先用粗泥铺地（底），再以麻筋、竹篾、棉花、驼毛加入细泥搅匀，涂在中层，再用砂、泥铺盖，晾半干时压平，待干透再刷以掺有胶水或豆浆的白垩土，干后最终刷一遍胶矾水，干透即可作画。永乐宫的元代壁画遗迹能保留完好如此，也应归功于
12、这种壁画壁面的工艺制作。当我们站在绚丽辉煌了近700年的永乐宫壁画前的时候，当我们感受到道教神仙朝元的空前盛况和庄重气氛时，我们也看到了古代山西人在颜料化学领域所达到的高度。风雨不蚀900年的晋祠铁人在山西太原西南方向的晋水源头、悬瓮山下，坐落着水光山色、清爽秀美的园林式祠庙晋祠。晋祠三绝（难老泉、宋代侍女像和周柏）早已名满天下，其余亭、台、楼、阁、榭等也各呈其姿，尽显风采。其中金人台上四铁人还透露出超越雕塑艺术之外的其他信息，穿越时间隧道我们仿佛看到了近千年以前的山西人民的科技才智。所谓金人，即铁铸的武士，高2米有余，共四尊，分四方雄立，气概盖人。四武士并非同时铸就，第一尊铁人于1089年，
13、即北宋元四年浇铸而成。次年完成了其次尊。八年之后的1097年即宋绍圣四年铸成了第三尊，过了一年，又铸造了第四尊。四铁汉威严凛凛，雄健英武。之所以频繁地造铁人，一说是为祈求风调雨顺；另一说是为镇水而铸。无论是祈水还是镇水，总归都是金人的使命，都是铸铁人的初衷，但问题是，为什么所铸不是铜人而是铁人？又为什么当时的人们想铸铁人，便果真能够铸成如此高大的金人？闻名建筑学家梁思成在他的中国雕塑史一书中说：自唐以后，铸铁之风渐盛。铁像率多大于铜像，原来，自五代起至宋代，铜资源的开发远逊于前代，寺庙等地塑像多以铁来代替，因此此时铁铸件较为发达。既铸铁像，首先便须要冶铁。宋代的炼铁技术较前朝有了显著提高。宋代
14、的炼铁炉叫做蒸矿炉，高度一般不超过6米，内径从1米到2.5米不等。用来铸炉的耐火材料较前代更加多样。炉型为圆锥状，上口小，下部炉膛大，较前代是一重大改进。还有一种小型炼炉，叫行炉，因为它放置在可移动的架子上，可以到铸件摆放的现场去作业，这样便可免去大型铸件搬运的困难。我们做一个大胆推想，2米有余的晋祠铁人可能就是由行炉浇铸的。宋代的冶炼鼓风技术也有了显著发展。我国的鼓风器由皮囊改进为木扇，宋时又由木扇改进为风箱，从而保证了风流的连续性，使冶炼功效大为提高，同时，冶炼燃料也由煤代替了木炭。正是由于上述多种炉型的运用、炉口的缩小和炉型的改进、多种耐火材料的运用、木风箱的推广、煤被普遍用作炼铁燃料，促使宋代的炼铁生产率得以提高，才使精致的晋祠大铁人的铸造成为可能。由于铸铁像工艺困难，所以晋祠铁人的铸造采纳分节叠铸法，由数十块或上百块泥范合铸而成，这就是用小型炼铁炉铸造大型铸件的技术。如今，戎装在身的铁武士依旧眉梢倒竖，威猛挺立，虽经900年风霜雨雪侵蚀，仍旧黑亮如昨！
