穆兴平
唐高宗武则天统治时期的社会经济比较繁荣，社会生产力也有了较快的发展，可以说当时国力空前强盛。当时的科学技术虽然没有像宋代以后那样发达，但是经历了先秦时期的萌芽期，汉晋时期的发展期，到了唐代，已经在许多方面逐渐趋于成熟，进入了我国科学技术的初步繁荣期。本文将以管窥豹，试从唐乾陵的营建及陪葬品的制作与使用等方面予以说明，不妥之处，祈请指正。
一唐乾陵的营建及唐高宗武则天入葬前后的科学技术(一）乾陵地宫的开凿及陵园石雕刻石材的开采唐乾陵营建于弘道元年（683）十二月，至文明元年（684）八月高宗入葬，其间历时273天［1］，考虑到葬地、葬期的确定和陵址的选择，陵园的实际营建时间则要晚一些，所用时间相应要短一些。乾陵地宫营建于乾县城北的梁山上，该山为一座自然形成的石山，山石为石灰岩质，石质坚硬，开凿难度大；开凿工程即使同其他工程同时开工，但由于在宽3．9米的作业面上施工，最多可以容两三名工匠同时施工，即使三班轮换作业，容纳人数仍极有限。乾陵陵园配置大型石雕刻100余件，其最高者高达8米有余，最重者重约百吨，不论其他，只石材的开采就极为不易。要在短短的200多天内完成如此巨大的工程，不仅要求工匠具有充沛的精力和体能，具备娴熟而精良的技术，而且使用先进的生产工具、根据施工经验和相关科学知识选用合适的施工方法也十分重要。
当时的凿石工具无非铁锤、铁凿之类。那么，其质地如何呢？
其实，早在西汉时，人们就已经掌握了先进的炼钢炼铁技术，能够冶炼金相组织相当精良的高碳钢、低碳钢和锻铁了。并且已经出现了珠光体基的灰口铸铁、球墨铸铁和经彻底柔化处理的铁素体基的灰口可锻铸铁［2］。这些金相组织不同的钢铁分别具有不同的物理特性，应用于用途不同的生产工具。经过六百多年的发展，到了唐代，随着钢铁冶炼技术的发展，凿石工具就更先进了，当时使用的锤凿之类几乎同现在的质地没有什么区别。而乾陵地宫短时间内的顺利完工可以印证这一点。
除生产工具外，当时是否使用了可以缩短工期的科学的施工方法呢？这一点史书无载，我们只能从之前或同时期的记载予以推测。据《华阳国志》等史料记载，战国后期秦国的蜀郡太守李冰及其子修都江堰时，曾经发现用火烧水激之法使岩石酥裂，再施以锤凿，就比较容易开山凿石。利用岩石热胀冷缩不均而易于破裂的施工经验，是十分科学的。《华阳国志》是巴蜀地区的地方史志，为东晋常璩（291-361）所撰，从《隋书·经籍志》开始，历代书志均加着录，影响很大。而其部分史料也为许多史书所载，如该事件就被《后汉书》所引［3］。后来的褒斜道石门据传也是用了这种方法，清代人梁清宽《栈道歌》咏此：“积薪以巨石为坼，锤凿既加如削腐。”为了验证这一方法，2005年9月9日中央电视台10频道《走进科学》专栏两位记者，会同汉中市石门管理局，特意在石门故地对“火烧水激”的破石法进行了两次现场实验。分别选择了硬度较大的云母石英片岩和脉状石英岩实验，经火烧水激，岩石触之即溃。经实验，每次可落石100公斤［4］。
因而，至少在秦时人们就已经懂得了这个知识，且汉晋以至于唐代的人们对它也很熟悉，那么在开凿乾陵地宫和陵园石刻石材的开采方面利用火烧水激的方法是完全可能的。
据《唐阙史》记载，唐修贞陵时（859），因其“蕴石中顽”，地宫开凿工作“弥月不就”，“京府两邑，隶纳锻具，联车以载，辙迹相望”，效果仍不明显，最后“则镬醯以沃之，且煎且凿”［5］。镬，为古代的大铁锅，醯，为醋，是说用大锅熬制热醋浇淋石头，边熬边浇边凿。《唐阙史》为唐人所着，记当代事当是可信的，它至少说明了唐人已经懂得了醋能腐蚀石头这个道理。唐修贞陵时使用了醋，修乾陵时也可能使用。醋，作为近代无机酸合成以前人们所认识的唯一日常用酸，一般只供食用，而当时人们对它的其他物理、化学性质往往知之甚少。将它浇淋于石头上以腐蚀石头，大概源于日常储存或熬制醋时，它对金属容器和锅的腐蚀现象。使用煎熬过的热醋，说明人们已经知道高温有利于岩石的被腐蚀，知道了温度对化学反应速度的影响。今天看来，煎醋腐蚀岩石，是很科学的。醋，作为一种有机弱酸，虽酸性较弱，但具有酸的通性，能够跟碱、活泼金属以及碳酸盐发生化学反应，此反应即为酸与碳酸盐发生的复分解反应，离子方程式为：H++CaCO3=Ca2++H2O+CO2↑同时在醋酸溶液中，存在着一对电离平衡，即：HAc=H++Ac-这对平衡是可逆的，处于一种动态平衡，醋酸分子（结构简式CH3COOH，分子式C2H4O2，简记为HAc）电离为氢离子（H+）和醋酸根离子（Ac-）的同时，二者结合为醋酸分子（HAc），而温度升高，有利于平衡向右移动，［H+］增加，使得该复分解反应得以发生，岩石被腐蚀。因而煎醋浇石又具有一定的科学性。这一现象的发现应该比它的使用要早，也就是说，修贞陵之前人们就已经懂得了这个道理。那么，修乾陵时人们极可能已经知道了，也可能使用了它。
除此而外，使用生石灰填塞浇水法也是可行的。先在欲采的石料边凿孔，再以生石灰填塞砸实，后向内灌水，使之充分反应，体积膨胀，使石块开裂，以达到采石的目的。其化学反应方程式如下：CaO+H2O=Ca（OH）2我国很早就已经成功烧制了生石灰，新石器时期的墓葬中就有发现。唐墓壁画的地仗层就是用石灰制作，而且使用的是用水浸透的熟石灰，对这个反应过程中的体积膨胀现象应该有所注意。因而，使用这个方法的可能性是很大的。
总之，众多工匠娴熟而精良的技术，先进的凿石工具（如使用结构精良的钢铁制造的凿、锤之类），辅以科学可行的施工方法（如火烧水激、煎醋腐蚀及石灰填塞浇水之法），使这两项工程得以短期内顺利完工，而工程短期内的顺利完工又可以说明以上条件的具备。(二）陵园石雕的配置乾陵陵园现存大型石雕100余件，多数重达几十吨，直至百吨。在当时的条件下，这些石雕从起初石料的开采、初加工、运输，到最后的精加工，以至于树立于目的地，均存在着许多困难。石料的开采前已述及，这里主要谈谈运输、加工和树立。
目前，在乾陵西乳峰发现了当年的取石痕迹，可以肯定乾陵石雕是就地取材，因而运输方面问题不大。石材取下后，为了减少运输量，先要对其进行粗加工，做成立方毛坯，再运输到树立位置。石材运输有好几种较科学的方法。可以使用滚木加撬杠的方法很方便地运输；另外因其施工过程中经过了一个冬季，也可以泼水待结冰后利用冰面运输。这样，巨石在冰面滑动过程中因摩擦生热而使二者接触面的坚冰溶解，对滑动过程可以起到润滑作用，推动时就比较省力，运输也很方便。运输到位后，再进行细加工，以大凿粗雕成形，再以小凿凿其细部，并辅之以刻刀等其他工具。最后还要用石块（即砺石）细磨［6］，石碑之类称勒石。
石雕的树立，主要谈谈最高的华表、最重的述圣纪碑和无字碑。乾陵华表通高7．8米，重约40吨，由基座、柱身、柱头三部分构成；述圣纪碑通高7．23米，由庑殿式顶盖、五块方石垒压成的碑身、四块方石拼成的基座三部分构成，重约89．6吨；无字碑由一块巨石雕成的碑身和方形底座构成，通高7．53米，重约98．8吨。它们如此高大厚重，古人是如何将其树立的呢？其树立方法应当因对象特征的不同而有所区别。
以前，人们针对古埃及金字塔的修建方法，提出了一些猜想。如先修建基础，后在它的周围用土堆成斜坡，再利用杠杆等其他机械运送石料，层层修筑。这种方法对多层结构的述圣纪碑是适用的，它应该是这样修起来的，但对其他石雕就不适用了。
对于较高的整块石雕，以前有人提出了沙坑树立法。如针对古埃及人3500年前为哈希普苏特女王立的高30米、重290吨的方尖碑，英国考古学家恩格尔巴奇和法国人薛弗里埃分别提出了树立方法，两人都相信可以利用一座沙山，沙山一侧做一个斜面与地面夹角34°的漏斗形坑，让石碑轻轻滑下沙山的侧坑。薛弗里埃认为此时可以用绳索拉直巨碑，并用类似实验成功树立了一座高18米的纪念碑；恩格尔巴奇则以为还需使用某种杠杆［7］。坡度为34°的沙坑，很好地解决了由于巨碑下滑而产生的冲力问题，使磨擦阻力基本抵消了下滑力，保证了石碑的缓慢下滑。对于乾陵华表，这种方法或许是可以的，但无字碑不能如此树立，因为其身和座在下滑过程中难以扣接在一起。
其实，在唐代已经开始使用滑轮了，乾陵出土文物中有多件陶井模型，实用的井上应该装有辘轳。洛阳博物馆藏有一件唐代赭釉陶井模型，井架高25厘米，上装一个小型滑轮，滑轮为纺锤形，厚1．7厘米，轮边直径3．4厘米，轮中凹槽直径2．86厘米。
以上虽为明器，属于模型，但因明器是在实用器皿的基础上依照比例缩小制造的，因而仍可以说明当时人们在日常生活中已经开始使用滑轮了。实用器中的滑轮的制作技术，可以用同为轮轴结构的车轮相类推。其实，早在春秋时期，人们在用加固车毂的同时，已经在轴上开始装锏，并开始使用润滑剂［8］，以减轻对木轴的磨损。
《释名》谓：“锏，间也，间轴之间，使不相磨也。”洛阳中州路出土的铁锏呈瓦状，用铁钉固定在轴上［9］。满城1号汉墓出土的车，装管状铁锏，经金相分析，属珠光体基的灰口铸铁，具有较高的耐磨性和较小的摩擦阻力［10］。
唐以前人们制轮技术就已经如此高明，而唐人已经开始使用滑轮了。那么，利用井架式的架子，装上这种滑轮，基本上就可以吊起并树立所有乾陵石雕了。(三）乾陵陵园建筑及内外城墙的夯筑乾陵陵园仿唐长安城格局营建，陵园原有城垣两重，城内有献殿、下宫、上仙观、阙楼、碑亭、狄仁杰等六十朝臣像祠堂以及回廊、偏房等附属建筑。这些建筑均已损毁，现仅留遗址。这些建筑均为砖、土、木混合结构，据考古勘探和陪葬墓出土壁画并结合文献记载推测，乾陵陵园整体格局仿唐长安城格局营建，城垣分内外两重。同时城内主要建筑也效法长安城，如献殿就应当效仿大明宫内的殿宇。而阙楼则采用三出阙，为一母二子的母子阙，等级很高，据发掘可知，东西乳峰阙楼遗址现分别高14．4和9．7米，西乳峰之三出阙基址呈双重凸字形，面阔23米，进深由西向东分别为10．50、11．45、12．58米。墩台基体用石条砌筑，主体用土夯筑，外包以青砖，有收分，上建亭楼，外施散水。据懿德太子墓出土的壁画《阙楼图》可知墩台上建造面阔三间、进深三间的亭楼。进深同基址一样深度递减，立柱横梁以榫卯连接，木质斗拱，筒瓦飞檐，楼下建回廊，外施以栏杆，栏杆接点及撮顶上饰金铜饰件，雕梁画栋，宏伟壮观。
除众多的陵园建筑外，文献记载陵园还建有内外两重城垣，城墙以土夯筑，四个城角基址均用石条砌筑，其他部分全用黄土夯筑而成，夯窝密而深，据夯窝分析，使用的是圆锥夯。在城墙经过的地势低洼之处，如沟底有用石条修筑的过水洞。据传，秦修长城时，使用蒸过的熟土筑墙，不长杂草，而草的生长对墙的破坏很大。乾陵是否也使用蒸过的熟土筑城，不得而知。不过，对土的挑选加工应该是很讲究的，如粉碎、过筛、增湿等是肯定进行过的。用此方法修筑的城墙结实耐用，是不言而喻的。
据20世纪60年代的勘探可知，乾陵陵园内城东墙长1582米，西墙长1438米，南墙长1450米，北墙长1450米，周长5918米，总面积229．3万平方米。外城据元李好文《长安志图》记载“周八十里”，参照其所记内外城墙的尺寸“内城东西九百步”，“外城东西一千二百步”［11］，结合内城的勘测长度，依此比例可推算出外城周长约7891米，内外城垣总长13809米。那么，以当时的条件，修筑总长13809米的内外城墙，需要多少工日呢？以下依据有关文献予以推算，以证明工程的浩大与精细。
唐长安城规模宏大，不仅有宫城和皇城，而且还筑有外郭城。据考古勘探知，其外郭城周长36．7千米。又据《通鉴》载：“（永徽五年）冬，雇雍州四万一千人筑长安外郭，三旬而毕。”［12］由41000人30天修成长安外郭城，平均每人每天的进度约为0．03米。