屹立了847年的比薩斜塔會繼續變斜嗎?將要倒塌,最後卻被救了回來

相信大家在小學的時候都學過《兩個鐵球同時著地》這篇文章，小時候的我們被伽利略敢於挑戰權威、執著追求真理的精神深深感染。但是大家有沒有注意到伽利略的實驗場地——比薩斜塔呢？他為什麼要選擇在這裡進行實驗？而比薩斜塔變斜的原理又是什麼？接下來由我來為大家一一解答。

比薩斜塔

背景介紹

在 12 世紀，位於現在義大利境內的比薩海上共和國依靠著臨海的優勢，成為海權強國，也是義大利歷史上四個共和國之一，其他三個分別是：阿馬爾菲共和國、熱那亞共和國和威尼斯共和國。與此同時，國家財富也在不斷地累積。於是比薩共和國便計劃將主教座堂廣場變成它宏偉的地標建築。工人們擴大並裝飾了原有的教堂，並在廣場上加蓋了帶穹頂的洗禮堂。

比薩共和國

發生傾斜的原因

1173 年，獨立式鐘樓比薩斜塔的修建也開始了。參與建造的工程師與建築師都是那個時代的大師，然而相對於工程知識，他們對腳下的這片土地知之甚少。「比薩」一詞起源於古希臘詞彙「沼澤之地」，恰好完美描述了藏在這座城市地表之下的黏土、淤泥和溼砂巖。

工人們為了解決土壤的問題，就將大理石柱立在地表巖床上來增加建築的穩定性。然而，比薩斜塔的建築設計師認為三米的地基足以支撐這個相對較矮的建築。結果，不到五年，塔的南側就已經陷入地下。

雖然傾斜，但不至於倒塌

通常情況下，地基的傾移將成為整棟建築致命的缺陷。本來比薩斜塔計劃建八層，但是此時的比薩斜塔只建到第四層。這是由於比薩隨後陷入長久的戰爭時期，工程在第四層停滯了將近一個世紀，所以它的整體重量還不算大。如果繼續增加重量的話，來自上層的壓力將使整棟建築下沉，從而導致更嚴重的傾斜。

在停工期間，比薩斜塔附近的土壤發生沉降。等到 1272 年工程再次開始時，地基的基腳變得相對穩定。在建築師喬瓦尼 · 迪 · 西蒙尼（Giovanni di Simone）的指導下，接下來幾層的建造中，鐘樓南側略高於北側，以此來修正塔樓的微小傾斜。然而額外的磚石結構加速了塔樓南側的下沉。等到第七層及鍾室竣工時，塔已經傾斜了 1.6 度。經過工程師的努力，比薩斜塔最終在1372年完工。

比薩斜塔的建築歷程

工程師們的不斷修正

數個世紀以來，工程師們無數次嘗試修正它。1838 年，為了探究下沉的地基，他們圍繞地基挖掘出一條走道，然而挖走支撐的沙土導致了更嚴重的傾斜。

1935 年，為了加固塔基，義大利工程師向基底灌注砂漿，然而砂漿灌注不均勻引發了又一次下沉。所有失敗的嘗試使得塔樓的倒塌危機一觸即發。

當時受限於科學技術水平，人們缺乏對土壤構成的認知，無法計算出塔何時會倒，也無法阻止它發生。

第二次世界大戰結束後，學者們嘗試確定這些缺失的變量。

在過去的八百年中有過許多次修正斜塔的嘗試，但都沒有成功。然而，這時有人預測這座塔將在傾斜角度超過 5.44 度的時候倒塌，巨大的修復困難擺在了義大利政府的面前。直到計算機技術的產生才給工程師們提供了更加有效的修複方法。

於是在20 世紀末，義大利政府招募了一批頂尖工程師來維護著名的比薩斜塔。工程師們利用計算機技術計算出塔的重心曲線、土質硬度、塔的軌跡，以及精確的挖掘量。

1992 年，施工隊挖出傾斜的隧道，從北端的塔基挖走 38 立方米的土壤。隨後，他們用 600 噸鉛錠來平衡塔身，最後用鋼索來固定地基。

之後，塔的傾斜角終於被修正到 4 度左右，這才讓比薩斜塔免去倒塌的風險。沒有人希望它倒塌，因為它不僅是比薩這座小城的地標建築，更是人類的文化瑰寶。

歷史上的比薩斜塔

伽利略的選擇

伽利略把實驗的地點定在比薩斜塔主要有兩個原因。

第一，比薩斜塔的名氣非常之大。而且，伽利略當時挑戰的是千年來的學術權威亞里斯多德。這兩個要素加起來，必定會吸引大批的人過來圍觀。這樣一來就可以提高實驗的關注度。

第二，因為比薩斜塔是斜的，所以把球從最高處放下去，球會延著斜面做自由落地運動。這樣可以更加清楚地看到球的下墜軌跡。如果他在正常的建築上做這個實驗的話，就沒有這麼好的效果了。

伽利略在比薩斜塔上做實驗

比薩斜塔的今天

現在，比薩斜塔的高度約 55 到 56 米。它憑著獨特的外形和悠久的歷史文化，每年吸引著成千上萬的遊客來一睹斜塔的風採。比薩斜塔就像斷臂的維納斯一樣，具有特別的缺陷之美。它除了是一棟建築之外，也是一件精美絕倫的藝術品。憑藉著現代技術，比薩斜塔的斜度一直維持在穩定狀態。在以後的歲月裡，它將至少屹立 300 年。