用現代化的高科技手段來驗證古代建築的建造技術,那些古文明遺蹟還有什麼秘密可言呢?不過驗證結果讓人吃驚,現代人的智慧能力也不一定就是無所不能。
金字塔
建築界知名設計大師史蒂夫.伯羅斯極度痴迷於各類建築,他最成功的設計傑作有北京的鳥巢體育館、曼徹斯特的阿提哈德球場及慕尼黑的安聯球場等著名標誌性建築。
史蒂夫同樣也痴迷於古代的一些著名建築的研究,他邀請了阿肯色大學空間技術中心的馬爾科姆.威廉森和卡特琳.史蒂文斯兩位世界知名科學家,組建了一個團隊展開了對古埃及金字塔的研究探索,利用當前最先進的三維雷射掃描技術對金字塔進行深度掃描解剖,以試圖揭開古埃及金字塔的建造之謎。
三維雷射掃描技術是利用了脈衝式原理和相位差原理對空間及建築結構瞬間測得三維坐標值,對一些複雜多變的不規則場景可以獲取數十億的測量結果形成空間點雲數據,計算機可以快速無誤的生成可視化三維模型。
三維雷射掃描儀
史蒂夫團隊將使用三維雷射掃描儀對整個金字塔實施內外測量掃描,用計算機建立三維透明可視圖像,來揭開古代埃及金字塔的設計建造秘密。
古埃及文明誕生於5000年前的非洲尼羅河下遊河畔,是世界上最為神秘的文明之一,其中聞名遐邇的胡夫金字塔代表了古埃及文明的最完美的建築傑作,它也代表著古埃及文明最頂級的建築技術水平,是世界古代建築史上的一大奇蹟。
考古學家認為在金字塔建造之前的100年前,古埃及人的建築技術能力還僅僅停留在用土磚建造簡單陵墓(馬斯塔巴)的層面上,為何奇蹟般的在一個世紀內讓建築技術突飛猛進,神一樣的進入建造大型金字塔的水平階段,就算是採用當前的高科技手段建造都是一大難題,難道真的是有地外文明協助的結果?
馬斯塔巴
佐賽爾階梯式金字塔
為了揭開這個謎底,史蒂夫團隊決定先從最古老的佐塞爾(ZOSER)法老金字塔(階梯式金字塔)入手,佐塞爾法老金字塔是古埃及第一座金字塔也是世界上最古老的石質建築體,位於埃及西南方27公裡的薩拉卡(SAQQARA),塔呈6級臺階式梯子狀因而得名,塔高60米基座南北長約140米,東西長約120米,建造年代在公元前2630年左右,是為法老佐塞爾建造的陵墓,塔內通道和密室錯綜複雜宛如迷宮一般。
階梯式金字塔
史蒂夫團隊最先著手左賽爾金字塔是有原因的,史蒂夫認為要想破解金字塔之謎,要想了解古埃及建造金字塔技術的精湛之處,從它開始是一個關鍵所在。不要簡單的認為古埃及人建造金字塔是隨意把石塊壘加上去就完事,他其實是一個複雜的建造過程,沒有一個龐大的建造計劃根本不可能完成這樣的傑作,確實是一個非常巨大的挑戰。從石塊到泥漿這顯然是個巨量的數字,這背後所折射出的是古埃及人的智慧結晶,光從設計這一層面去論證就足以讓現代的工程師專家汗顏。
建造金字塔需要成千上萬的勞工和大量的設計監工人員,他們需要信息交流和施工計劃,需要龐大的後勤支援即財力物力支撐,需要精湛成熟的設計思想來指導並轉化成施工技術,另外還需要那種開天闢地般的雄心壯志才可以完成建造使命。
佐塞爾法老
對於金字塔建造團隊的組織協調問題,古埃及歷史學家克裡斯.諾頓認為古埃及人開始建造金字塔,意味著見證了他們社會的高度階級化的開始,最高階級的統治者法老集權於所有的資源掌控,從上而下所有的人必須要認同法老最高統治者的決策和計劃,必須要對其付出實施行動,在權力剝削和精神信仰作用下讓他們完成這一宏偉的建造計劃。在每一座金字塔中都有法老的陵墓,法老的屍體(木乃伊)放在金字塔中的墓室裡,按照古埃及人的信仰認為國王死後屍體保存完整有利於來生轉世,所以國王不惜花費巨大代價為自己建造金字塔陵墓。
史蒂夫團隊用三維雷射掃描儀對階梯式金字塔進行了裡裡外外大掃描,然後將數據傳給計算機,計算機運用強大的計算能力來分析數據並繪製成新的三維可視化數據模型。數據模型不但可以實行360度任意角度旋轉可視,還可以對內部複雜的結構進行分析建模,在對數據審視檢索中做到內外透視效果。
階梯式金字塔
史蒂夫參照金字塔數據模型進行分析,從中想看出金字塔的建造設計上存在哪些神秘的線索。透過數據模型檢索史蒂夫發現,階梯式金字塔的建造特點,他分析認為佐塞爾金字塔的最下層(地基處)是一個簡單的馬斯塔巴結構,在佐塞爾法老之前的墓穴都是土質低矮的平頂結構,建築體積非常小且都是以土葬形式安葬法老屍體。佐塞爾法老不滿足於現狀,他有足夠的資源基礎作為後盾,他要求將馬斯塔巴加大加高,採用石塊作為建築材料。
在建造中工程師發現要想不斷地往高處建造,就必須要面對承受巨額重力的現實,要做到將巨大的重力分散到地基就必須要加大地基面積,加高時將每一層逐漸縮小建築面積,直到頂層形成最小的建築規模,這樣金字塔巨大的重力被巧妙地分散到了最下層地基上。最終金字塔採用了6級臺階式的建造結構,完成了佐塞爾法老的建造計劃。
雷射掃描建模
如果光看外型階梯式金字塔能提供給史蒂夫的信息有限,那麼幾乎所有的秘密都在金字塔的內部結構中。從數據模型中史蒂夫看到,墓室被建在金字塔地面之下,通過隧道連接地面,地面之上金字塔部分是一個實心的整體,所有的重力都均勻的分散到地面,而地下的墓室無需要承受整個金字塔所給予的壓力,只承受了極小的部分壓力而處於安全不受影響的範圍。
從內部建築結構可以看出,古埃及工程師在建造第一座金字塔時已經懂得了簡單的力學原理,但沒有將墓室建在地面以上的金字塔內,至少是因為當時他們還未掌握解決承重的問題,或者說還未有成熟的設計方案產生。這就是說第一座金字塔是沒有建築經驗可尋的,他們或許是摸著石頭過河邊走邊摸索經驗,但最後居然成功了。由此可以看出當時的古埃及人的智慧能力還是非常高超的,由第一座金字塔到最為完美的胡夫金字塔,其間的建造技術在不斷地積累並向完美方向進化,從這一點不難理解由地外文明協助的可能性幾乎是不可能了。
崩塌式金字塔
美杜姆金字塔(崩塌式金字塔)
開羅往南80公裡的美杜姆(MEIDUM)有一座崩塌式金字塔,於其它金字塔截然不同。崩塌式金字塔起建於約公元前2575年,建造者是偉大的戰士法老斯尼夫魯。
崩塌式金字塔主體為兩期工程,第一階段建造的是階梯式金字塔即主體內核,第二階段施工是在內核的基礎上增加外部建築部分,但遺憾的是外殼部分施工以失敗而告終。斯尼夫魯法老並不滿足以階梯式金字塔的外型,他要求將階梯式金字塔部分為內核,在外層附加平順光滑的外殼,讓金字塔呈現出光滑的三角斜面狀態。但在施工中由於內核傾角大陡峭,外殼附著力不夠造成了外層建築部分坍塌,故而名曰崩塌式金字塔。
斯尼夫魯法老
史蒂夫團隊對崩塌式金字塔進行了全面的雷射掃描,史蒂夫分析數據模型找出其中隱藏的秘密線索,顯然他找到了古埃及人所犯的致命錯誤。他指出古埃及人已經懂得使用剪力鍵的原理,在金字塔側面都明顯存在剪力鍵帶區域,他們試圖利用剪力鍵帶跟外層建材連接,以此來增加附著力起到牢固外殼的作用,但遺憾的是由於面積不夠和內核主體傾角太大,造成了外部建材脫落,上半部分只剩下主體部分的建築結構。
從外表來看古埃及人的建造設計思想發生了變化,試圖往大型完美結構轉變,但在設計和施工上產生了致命的錯誤,導致了建造計劃失敗,但有一點可以說明有了很大的技術進步。內部墓室的建造技術較之前的階梯式金字塔是不是有了巨大的進步呢?
崩塌式金字塔
雷射掃描結果顯示,法老的墓室已經巧妙的被建造在金字塔主體之內,墓室在塔中的空間結構呈三角形狀態,令人吃驚的是承重方式居然採用了「疊澀」原理,將石塊疊加到頂部形成三角形的墓室結構,巧妙地將金字塔的重力分散化解到墓室外圍而到達地面。僅從這一點就可以說明了古埃及人開始掌握了重力控制技術的原理,這相對於之前的金字塔而言無疑是一大技術進步,但相對於胡夫金字塔的經典式外型還有一段路要走。
彎曲式金字塔
彎曲式金字塔
彎曲式金字塔位於開羅南40公裡的代赫舒爾(DAHSHUR),塔底座為正方形邊長188.6米,高約101米,下底角54度,塔中部49.7米處角度變成了較為平緩的43度,從下往上看塔邊出現了彎曲形狀,因此被稱為彎曲金字塔。彎曲金字塔始建於公元前2560年,是斯尼夫魯建造的第二座金字塔,較坍塌式金字塔晚了15年之久,是一座外表光滑造型的金字塔。
對於彎曲金字塔的成因專家學者提出了兩種觀點,一種是說在建造過程中發現按照54度角往上壘加石塊就會超出預定的高度,會超過了200米的高度,如果不改變角度減小高度就會無法承受重力,因而發生坍塌事故,所以在建造半途中收縮了上部角度減少了建築體積。
彎曲式金字塔入
另一種觀點認為是本來就設計成彎曲的造型,從上而下都是一氣呵成,根本就不存在在建造中出現的失誤問題。
史蒂夫同樣認為第一種觀點符合他的預期和看法,他認為金字塔內部石塊切割粗糙大小不一,且石縫非常不均衡,在建造到一定高度時發現數百萬噸級的石塊因重力因素發生了移位,建造者不得不半途採取補救措施將上面以較小較輕的方式封頂,以在合理的範圍內減輕重量儘快順利完工,所以才出現了彎曲造型。
這兩種理論到底誰是誰非在史蒂夫的高科技儀器下很快即就會水落石出,史蒂夫將會揭曉古埃及人為何建造一座彎曲造型的金字塔,同時也驗證自己的論斷是否正確。
雷射掃描建模
然而掃描結果出乎史蒂夫本人的意料之外,他本來以為金字塔的外層光滑飾面巖石會出現內凹的結果,一旦出現內凹就說面在建造過程中因為龐大的重力超出了設計之初的預算,地面下陷塔體在重力下移位變形,然後被迫式改變了上面部分的形狀。但其實在掃描了四個側面以後史蒂夫發現,側面平滑的石塊非但沒有內凹,反而是出現了正常幅度的外凸狀態,建築體因為重力將表面適度向外拉伸擴張是正常的,這說明在建造中沒有出現意外的麻煩而讓建造者被迫採取補救措施,也就是說彎曲的造型是本來的設計初衷,而不是因為設計上的失誤採取的補救結果,反而是一大成功。
雷射掃描建模
再看看金字塔內部的建造技術有沒有出現重大的進步呢?史蒂夫進入墓室發現,古埃及人的建造技術出現了重大的飛躍式發展,法老的墓室空間出現了巨大的改變,墓室建造高16米近700立方米的三角形空間,墓室的規模之大可以看出建造者的雄心抱負遠超想像,古埃及人已經掌握了建造更大空間的技術,他們具備了建造工程所需要的力學知識。彎曲金字塔的體積超過了100萬立方米的規模,而內部墓室空間由幾十立方米拓展到了700立方米,由此可見,從坍塌式金字塔到彎曲式金字塔15年間的技術進步如此之大。
經典之作胡夫金字塔(吉薩金字塔)
被冠於世界7大歷史奇蹟的胡夫金字塔,在今天仍然是世界歷史上最神秘的建築之一。
胡夫金字塔
胡夫金字塔竣工於公元前2550年左右建造時間20年,由古埃及第四王朝第二位法老胡夫建造。胡夫金字塔成錐體結構,底座為正方形四面為三角形,跟中國漢字「金」字相似所以被稱為金字塔。
胡夫金字塔現高136.5米,底邊長230米,四個角度為51度52分,四個三角形面積是高度的平方。塔體大約有230多萬塊巨石建成,體積約260萬立方米,平均每塊巨石2.5噸,最大石塊近160噸。塔體採用石塊分層鋪設的原理層層加高收縮,石塊相互交錯形成臺階狀牆面,直到頂部形成尖錐狀,外層石塊打磨切割光滑整齊,雖然幾千年下來外表的石塊出現嚴重程度的風化情形,但當初建造時的狀態可以揣摩和想像出來。
胡夫
胡夫金字塔的四個面對應正東、正西、正北及正南四個方向,線條和角度誤差幾乎為零,塔體頂端的四條對角線相交點剛好是金字塔的正中心,也是地球子午線穿過的地方。墓室位於金字塔主體中間部位,分三個小墓室和一個主墓室(法老墓室),胡夫法老墓室在古代曾遭受過盜墓洗劫,屍體至今仍未在金字塔內找到。
胡夫金字塔的建造至今爭議不斷,在當時生產力低下的奴隸制社會,建造者是如何將這些天文數量級別的石塊開採出運輸至目的地?又是如何將這些巨石一塊塊壘加到100多米高度的?又是如何完美的利用了數學原理及天文學知識設計建造出了舉世聞名之作?古希臘數學家亞里斯多德認為建造金字塔至少需要10萬勞工20年的建造歷程,總共約需要超過7.3億個工時的花費,很明顯它是古埃及人最完美的建築傑作。
胡夫金字塔墓室減壓室模型
檢驗胡夫金字塔的完美之處就要掃描它的各處細節,從每一層石塊縫隙開始掃描,到它的每一條邊和角,雷射掃描儀生成的數據模型實在是太完美了,讓史蒂夫團隊大呼神奇。史蒂夫檢索金字塔的每一層石縫並連成一條水平直線,其水平度僅僅相差3釐米,這對於底邊長度230米的大尺度而言簡直是微不足道,從底部開始至頂層所有的石縫水平度都未超過3釐米。四條斜邊尺寸和四個角度數誤差接近於0,旋轉數據模型至頂部俯瞰狀態,四條斜邊的對角線與其完全重合誤差等於0,數據模型生成的數據讓人難以置信,這樣的建築傑作是傑作中的傑作,簡直是讓人無法想像,所以不難理解為什麼很多人對金字塔的建造產生眾多質疑問題的原因了。
疊澀技術原理
金字塔精確地外部構造無論從那個角度來看都堪稱完美,史蒂夫認為建造過程中最難的是將四個面準確無誤的至頂收尾形成一點,頂部這一點恰好是正方形金字塔的最中心點,這個數字太精準太完美了,以至於完美的讓人以為根本不是人類所為。那麼內部結構和外部比較是不是一樣讓人拍案叫絕呢?
主墓室內全部採用紅色花崗巖建造,墓室體積相當於2層別墅大小,頂部採用平頂式承重結構,使用大約50噸重的數十塊橫條石當做承重主體,整個墓室空間顯得寬闊莊重,法老的石棺存在於墓室一側。史蒂夫認為金字塔在建造不到一百年的歷史中,將以往所有最成熟最先進的技術都用在了胡夫金字塔的建造上了,所有的設計建造技術成果在這座建築裡開花結果,這和早期的墓室相比,採用頂部傾斜交匯形成三角形空間的設計思想不同,平頂式的頂部要承擔巨大的承重能力,顯然古埃及人的力學知識的掌握及設計思想都表現得相當成熟。
雷射掃描模型
為了揭開胡夫金字塔內部墓室的結構之謎及墓室克服重力的關鍵因素,史蒂夫團隊對內部墓室進行了雷射掃描,掃描後發現了令人難以置信的結果。在法老墓室平定的上方古埃及人設計了三個小墓室(減壓室),最上頂的一個採用三角形空間減壓結構的「疊澀」技術,下面的兩個減壓室則仍然沿用平頂式結構,這樣一來主墓室上方的所有的重力都被上方三個減壓室給分流至墓室兩側牆壁傳導到地面,尤其是最上層的減壓室起到最關鍵的減壓作用,將巨大的壓力化解分流。減壓室技術的出現代表了古埃及工程設計能力的巨大提升,也是墓室結構超越以往的技術體現。
吉薩的三座金字塔的排列和走向,是被古埃及人刻意而為之的,三個塔的東南角都同時指向神的發源地古城赫利奧波利斯並排成一條線,其含義是指向他們的太陽神--拉,三座金字塔(胡夫金字塔、哈夫拉金字塔、門卡烏拉金字塔)中以胡夫金字塔最大至今保存相對最完整的一座。
雷射掃描模型
通過當前高科技手段的驗證,古埃及人的工程建造技術在世人面前一覽無餘,從中我們可以窺探出5000多年前的人類文明智慧確實無與倫比,金字塔之所以被世人看作是世界奇蹟之一,是因為放在當前建造仍然是一種巨大的挑戰,這也是為什麼有眾多的人對它著迷的原因。