划时代的激光扫描技术 解读金字塔建造奥秘

2015年03月18日 美国国家地理频道



  世界各地的著名建筑物,已被考古学家和史学家研究多年,我们却一直无法真正解答它们的全部奥秘。不过现在,科学取得突破:神奇的新激光技术,能以肉眼无法实现的方式,拍摄及探索这些建筑物,使我们得以首次了解工程界最古老的谜团。这一次,我们要前往埃及,探索最著名的古代建筑——金字塔是怎么建成的,我们将运用激光技术,揭开数千年来的秘密。

  埃及,这里有史上最神秘的文明之一。古埃及诞生于五千年前的尼罗河畔,数千年中,一直是世界上最伟大的国家之一。古埃及由强大的法老统治,这些无所不能的领袖,生前就要求人民做出非凡奉献,死后更要有庄严建筑作为陵墓。这些陵墓的形状尺寸不一,但其规模在全世界都是前所未见的,它们是工程技术在一个世纪的失败与突破中磨砺的结晶。数千年后的今天,它们仍矗立于此,向古代的建造者们致敬。而其中之最当属胡夫金字塔,许多专家和游客深深为它着迷。胡夫金字塔高约150米,有近四千年的时间稳坐世上最高建筑的宝座,它是金字塔工程的巅峰作品,里面隐藏着巨大的墓室。但仅在此一百年前,古埃及人还在用简单的泥砖修建坟墓,古代的工程师如何在一个世纪内,发展出胡夫金字塔的技术?

  在新技术的协助下,我们能以崭新的方式,追溯金字塔工程技术进化的非凡故事。拜近年的科学突破所赐,我们现在可以带着便携装置,到全球各地评估这些伟大遗址,深入发掘这些地方的结构秘密。

可移动激光扫描仪,能对物体发射窄脉冲光,并利用物体反射的光,绘制出极精确的图像。这个小盒子内的设备,给了专家虚拟的强大力量,它能收集十几亿个测量结果,形成所谓的“点云”,为我们描绘出不可思议的立体透视图,将百万吨重的建筑物,移到任何地方。用这些数据分毫不差地精确测量,让我们得以回到过去,解开尘封在历史中的谜团。

但这项技术真正的关键在于数据解读,我们将通过世界顶级结构工程师,史蒂夫•伯罗斯来了解这些数据。身为现代建筑界的大师,史蒂夫•伯罗斯设计的地标性建筑包括:北京鸟巢、慕尼黑安联球场、以及曼彻斯特的阿提哈德球场。史蒂夫一直想探索金字塔工程的巨大谜团,现在他终于有了可以实现的技术。他想通过这项扫描技术,了解古代工程师如何在短短一百年内精进技艺,达到金字塔建造的巅峰水平,并完成胡夫金字塔这样的伟大作品。为此,他要考察三座较早期的金字塔,他认为那里隐藏着金字塔工程革新的线索。首先是埃及最早兴建的阶梯金字塔 ,接着是神秘的崩塌金字塔 ,最后调查形状特殊的弯曲金字塔 。

阶梯金字塔

崩塌金字塔
弯曲金字塔

史蒂夫邀请世界顶尖研究机构的工作人员,来协助完成这项任务:卡特林•史蒂文斯和马尔科姆•威廉森,来自阿肯色大学先进空间技术中心。

  小组的探索活动始于埃及首都开罗南方27公里处的萨卡拉,即尼罗河西岸沙漠中的左塞尔金字塔,又称阶梯金字塔,这是世界上最早的金字塔,也是最古老的大型石质建筑。

这座金字塔有六个阶梯状楼层,以及迷宫般的地下通道和房间,由左塞尔法老建于公元前2630年,要探索金字塔建筑工程背后的过程,这里是最好的起点。阶梯金字塔不像吉萨金字塔群那么有名,但史蒂夫向我保证,要了解古埃及工程技术的精湛之处,这里是关键所在。史蒂夫指示扫描小组开始工作,收集到的数据能让史蒂夫更好地了解,法老们最初异想天开要建金字塔时,心中究竟是什么想法。这就像是回到了工程学的起点,因为他们确确实实设计了金字塔,这不是仅仅把石头堆起来然后祈祷能够成功,他们真的做了计划,并通过了时间的考验。

  金字塔边的工作小组正在努力扫描,并且已经收录了部分数据。在技术总部,我们汇总扫描仪收集来的数据,并绘成立体模型以供史蒂夫分析,我们对独立的扫描结果进行数字化汇总,使之形成点云,这是计算机运算的影像。

史蒂夫可以朝任意方向转动点云,动动手指就能获得庞大的数据,他从点云中,观察出阶梯金字塔结构上的特点。能看出这里最先建起了一座马斯塔巴,史蒂夫认为这个叫做马斯塔巴的结构,就是金字塔最原始的雏形。

埃及人有土葬的历史,但有权有势的人会修建泥砖造的马斯塔巴,这些单层结构的祭坛高出地面,让人们有地方供奉祭品。然而左塞尔法老决定打破常规,他拥有前所未有的权力和财富,因此决定不用简单的泥砖,而改用石头建造他的马斯塔巴。对他而言,一层的马斯塔巴不够宏伟,所以他下令往上建造,但这项工程绝非易事,他们知道额外的重量会对地面施加更多压力,他们肯定对地面负载过重有一定了解,因此在往上加建时,他们将马斯塔巴的面积加大。法老的高难度建筑重量巨大,史蒂夫认为,为了支撑这一重量,建筑师必须采用阶梯系统,将单层的马斯塔巴向侧面扩展,以获得更大的占地面积,支持更高的高度。史蒂夫由此得知金字塔造型演变的第一条线索,这栋建筑代表了金字塔设计的起源,也是金字塔进化之旅的起点,这就是我们熟悉的金字塔形状首次出现。如果法老让我在原有的马斯塔巴上加盖五层,我会马上避而远之,因为要叠加这么大的重量是很危险的,不过镇定下来之后,我一定会把建筑扩大,好让重量分散在地基上,看得出他们确实这么做了。

  金字塔的外观高耸又雄伟,但最惊人的建筑风格在其内部,激光技术可以深入金字塔内部,进入通往法老墓室的通道迷宫。将墓室建在地下,就像山洞一样,地下的岩石可以承重。当时没有承受张力的方法,因此他们知道,只能在地下挖出宽阔的空间,为了避免墓室被上面沉重的金字塔压垮,古代的工程师利用他们的建筑结构知识,在金字塔地下挖出深邃的通道,如此一来,他们可以利用基岩的天然力量,来支撑墓室的宽大空间。

现在我们明白了古埃及人为何能往上盖这么高,但这离经典的金字塔形状还有很大差距,古埃及工程师究竟如何精进技术,才创造出我们所熟知的金字塔?敬请观看《寰宇地理》播出的《透视伟大建筑:埃及金字塔

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