馳名遐邇的比薩斜塔為何斜而不倒?

原標題：馳名遐邇的比薩斜塔為何斜而不倒?

馳名遐邇的比薩斜塔是比薩城的標誌，它聳立在義大利比薩市的奇蹟廣場上，位於羅馬式大教堂後面右側，與大教堂、洗禮堂和公墓構成了比薩「奇蹟區」。

比薩斜塔是大教堂的鐘樓，這是一座直徑為16米的圓形塔樓，共8層，每層外部都環繞著連拱廊。該塔以令人瞠目的傾斜度，似乎在宣示，人們所熟知的力學定律根本不適合它……

比薩斜塔

伽利略的自由落體實驗1590年的一天，年僅25歲的比薩大學教授伽利略正在進行一次前所未有的科學實驗。比薩大學的學生、教師和圍觀的過路人正以期待和懷疑的眼光注視著即將發生的一切。當伽利略發出信號後，一個重10磅和一個重1磅的鐵球同時從塔頂上降落，一會兒，兩個球同時落地。接著他們又把實驗重複一次，結果亦相同。

實驗結果表明，亞里士多德關於「物體降落的速度與其重量成正比」的說法是錯誤的。證明了自由落體定律——即物體不論大小輕重，在自由落下的過程中，若把空氣的阻力產生的影響除外，它們的加速度完全相同的。伽利略的這一實驗不僅糾正了物理學認識上長期以來的一個謬誤，也使的比薩斜塔聞名世界。

不斷傾斜的斜塔比薩塔於1173年8月9日奠基，由著名的建築師波那諾·皮薩諾建造。原設計塔高為100米左右，但動工五六年後，建好的三層塔身開始傾斜。建築師下令停止施工，想等地基沉降穩定後再復工。可是在他有生之年未能實現續建的願望。

到1275年時，塔已傾斜了90多厘米。建築師迪·西蒙於同年恢復建塔，並針對傾斜的問題，在施工中採取減輕續建部分的自重措施，不僅減薄了塔壁，採用輕質灌注材料，而且在內外壁之間留有30至80厘米寬的空腔。到1284年，塔建至第六層，傾斜仍在繼續，當年，迪·西蒙死去，斜塔再度停工。

此後，著名的建築師托馬索·皮薩納繼續建築第七、八層，1350年最後完工。塔高56米，總重量1.45萬噸，除了幾根柱子用花崗石外，全部外表材料均是白色和黑色大理石。

斜塔完工後，傾斜仍在繼續。根據有關統計材料：1829—1910年間，平均每年傾斜3.8毫米。自20世紀早期後，傾斜速度放慢。1918—1958年間，平均每年傾斜1.1毫米。1959—1969年間，平均每年傾斜1.26毫米。70年代後期至1982年的幾年間，平均每年傾斜1.2毫米，其中1982年只傾斜1毫米。其後，平均每年傾斜1.19毫米。到目前為止，塔身偏離(即塔頂偏離垂直線)已有5米多。

為什麼會傾斜?比薩斜塔為什麼會傾斜，專家們曾為此爭論不休。最初的時候，有的學者認為，是有人故意把塔建成了這個樣子。建築師為了顯示自己的高超技藝，就故意把塔建成了傾斜的。

進入20世紀，隨著對比薩斜塔的研究，一些事實逐漸浮出水面：比薩斜塔在最初的設計中本應是垂直的建築，但是在建造初期就開始偏離了正確位置。

比薩塔的傾斜無疑是與土質有關。因為早在19世紀，建築師拉德斯卡在斜塔地基中鑽孔取樣，證實土壤條件是塔身傾斜的原因。比薩斜塔下有好幾層不同材質的土層，各種軟質粉土的沉澱物和非常軟的粘土相間形成，而在深約一米的地方則是地下水層。這個結論是在對地基土層成份進行觀測後得出的。最新的挖掘表明，鐘樓建造在了古代的海岸邊緣，因此土質在建造時便已經沙化和下沉。

但是，一些專家研究發現：第一位建築師皮薩諾當時已了解到，建塔的地方與整個比薩城一樣，都處於一條河谷的沖積地上，所以他對地基的地質結構並非一無所知。而且他在建至三層發現傾斜時，採取停工等待地基沉降穩定的做法已有效地解決了一些問題。第二位建築師續建時，又注意到調整傾斜高度，同時採取措施，減輕塔身重量。第三位建築師建築第七八層之間，鐘樓來個轉折，第八層傾向北面。建鐘樓時，還吸收了清真寺尖塔的一些特點，也沒設樓頂，以此減輕塔的重量和平衡傾斜。建築師的做法正是與在比薩城其他地方建培的做法相似。

在義大利的另一個城市佛羅倫薩，於1420年建造的聖瑪麗亞·德爾--斐奧雷大教堂，選址就在一片沼澤地上，土層更軟，下陷危險更大，但至今幾百年來絲毫沒有傾斜。

一些專家學者由此推測出，比薩塔的傾斜是建築師意料之中，幾百年來斜塔斜而不倒與設計、建築者有關。

斜塔會傾倒嗎?根據比薩斜塔近年來傾斜的速度，從事觀測該塔的專家蓋里教授認為，如果按此傾斜率計算，而又不在某些部位承受特殊壓力下突然坍塌，250年後斜塔將因塔身的重心超出塔基外緣而傾倒。

但是比薩斜塔服務局的有關人員，認為只按數學方式推算是不可靠的，比薩斜塔是「一個由多種事實交織成的綜合性問題。」一些研究者也發現這樣一個問題，比薩斜塔塔身曾一度向東傾斜，爾後又轉向南傾斜，認為該塔在過去幾百年間斜而不倒，250年後倒與不倒恐怕不能局限於簡單的假設和預測。

最關心斜塔命運的自然是比薩人，他們有這樣一句俗語，比薩斜塔象比薩人一樣健壯結實，永遠不會倒下去。他們對那些把斜塔重新糾直豎正的建議最為深惡痛絕。

說來也怪，每當專家們採取加固斜塔地基的措施時，塔的傾斜速度反而加快。如1838年，在塔基及周圍進行加固性施工，1934年，在地基及四周噴入九十噸水泥，實施基礎防水工程，塔身反而更加不穩，向周圍移動，傾斜得更快。但是1973年至1975年間，在關閉了斜塔方圓3公里以內所有私人水井和禁止其他方法取用地下水之後，地下水位穩定下來，塔的傾斜速度放慢下來了。

1990年1月7日，義大利著名電視節目女主持人拉發埃拉·卡拉宣布:比薩斜塔暫停開放。比薩市政府決定將斜塔暫時關閉，進行修理，這是比薩斜培自建塔以來的第一次正式的對公眾關閉。

義大利政府斥資2500萬英鎊開始修復工程，包括加固地基和抽走地下水，並以鋼纜支撐塔身。該修復工程於2001年完成，斜塔當時已立刻變直近38厘米。最新調查發現，該塔的傾斜幅度在2001年至2013年間，減少2.5厘米。

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