http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2014-05-08
新浪科技讯 北京时间5月6日消息，古罗马在一些方面很擅长，在另外一些方面却稍显逊色。在理论科学和文学方面，他们总是生活在邻居希腊的阴影下，他们的诗歌永远无法达到与希腊人相同的高度，他们的斯多葛哲学和伊壁鸠鲁学说也是模仿他人的结果，曾使用过罗马数字的任何一个人都很清楚这个体系到底有多么费解，即便是最简单的算术也不例外。
如果你想请教某人几何学，不妨去问希腊人，但是，如果你想让某人为你建造一座浮桥、一个下水管道系统或者制造一种能把燃烧的砂砾和焦油球发射到274米以外的武器，你就需要一位罗马人了。就像希腊人给予我们的那样，罗马人辉煌的建筑才华、组织和工程学壮举使他们在古代民族中脱颖而出。尽管他们的数学知识发展并不完善，但是他们通过建模型和试验，建造出非常坚固耐用的建筑物，从而抵消了他们在计算压力和重力方面存在的不足。其结果是他们取得了从土耳其的利米拉桥到英国的哈德良长城的一系列建筑学成就。由于有这么多杰出的实例，而且其中很多依然保存状况良好，因此很难从中挑选出一些“典范”，用以展示过去是如何打造建筑物的。下面是罗马最棒的十大工程学成就。
1.浮桥
朝圣者通过印度的一座现代浮桥穿越恒河
罗马工程学通常是罗马军事工程的代名词。著名的古罗马道路的建设目的并不是为了日常使用(尽管它们最终被用于此)，而是为了正在行进的罗马军团能够迅速进入乡下地区，打击发生动乱的地方，并迅速撤出。罗马设计的浮桥，大部分是在战时为了震慑性突袭修建的，也用于同样的目的，它们是尤利乌斯-恺撒专门建设的。公元前55年，他在莱茵河上修建了一座长度大约是437码(400米)的浮桥。自古以来，日耳曼部落就认为这条河是一道阻挡罗马人入侵的天然屏障，但一座浮桥，就把他们的这个天真想法击得粉碎。
说凯撒的莱茵河桥非常高明，原因有几方面。在不分流河流的情况下修建一座桥异常困难，更何况要在一个有军事背景的地方修建桥梁，时刻都要有人防守，因此工程师需要快速完工。他们不是把木桩垂直夯入河里，而是让木桩与水流成一定角度插入河底，为地基提供额外的力，让它更稳固。他们还在上游设置了一些保护性桩结构，用来捕捉或者是减缓任何有可能漂流到下游的具有破坏性的原木的速度。最后这些木桩被捆扎到一起，并在它上面修建一座木桥。这座浮桥的建设总共仅用了10天，全部用料都是就地取材。建桥一事向当地部落传递了这样一个关于罗马实力的信息：如果凯撒要过莱茵河，他就能做到！
2. 平圆拱
平圆拱
几乎与我们已经列出的所有工程学壮举一样，罗马人并不是拱形结构的发明者，但是他们确实使它变得更加完美。早在罗马人掌握这项技术的大约2000年前，拱形结构就已经出现了。罗马工程师意识到，拱形并不需要保持连续不断，也就是说，他们没必要非用一个拱形结构跨越整个隘口，结果证明这一想法非常高明。他们尝试着把它分成几个更小的片段，并把拱形转变成一个完美的半圆形，他们发现这些半圆形结构并不必像每个片段那么长。平圆拱由此诞生。
这种新型拱形建筑具备两个截然不同的优势。第一，由于这些拱形结构是连续出现，共同跨越一个隘口，而非由单一拱来完成，因此一座桥跨越的距离就能显著增加。第二，由于这种方法需要更少材料，因此平圆拱桥更经得起从它们下方流过的水流的考验。从平圆拱桥下方经过的流水可以自由穿越桥洞，而不是被迫从一个开口处流过，因此可以减少河水泛滥的威胁，并减缓桥梁支撑物的受损程度。
3.水力
在水轮和其他技术的帮助下，古罗马人利用水的力量为他们谋福利
罗马工程学教父维特鲁维奥描述了罗马在水力中采用的几项技术。将齿轮和水轮等希腊技术结合在一起，罗马人研制出十分先进的锯木机、粉磨机和涡轮。罗马的另一项发明——低水位水轮在流水(而非下落的水)的推动下旋转，使得它能制造出浮动水轮，用来碾磨谷物。公元537年罗马围城时，这种东西派上了用场，当时防守的将军贝利萨留解决了哥特式围城断绝粮食供应的难题，他在台伯河上建了几个浮动磨粉机，确保平民有面包可吃。然而奇怪的是，考古学证据表明，尽管罗马人拥有建设各种水动力装置所必须的机械专门技术，但是他们很少这么做，他们更喜欢采用廉价和随处可用的苦役。尽管如此，他们在巴贝加尔(Barbegal，位于现在的法国)建设的水磨坊，是工业革命前古代最大的一个工业中心，它用16个水轮为周围社区磨面粉。
4. 渡槽
古罗马人在修建渡槽方面很专业
与道路一样，渡槽是罗马最著名的另一个工程学奇迹。这种结构非常非常长。很多大城市的排水渠面临的一大难点是，一旦城市发展到一定规模，你就很难从它附近的任何地方获得干净的水。尽管罗马坐落在台伯河上，但是这条河被罗马的另一个工程学成就——他们的下水道系统污染了。为了解决这个问题，罗马工程师建设了渡槽，这是一个由地下输水管道、地上水路和优美的桥梁构成的一个输水网，所有这一切只有一个目的——把水从周围地区输送到城市里。曾经在罗马，渡槽引来的水会先储存在水塔里，然后分配给罗马人非常喜欢的喷泉和公共浴室。与罗马的道路一样，罗马的渡槽系统非常长，也特别复杂。尽管在大约公元前300年修建的第一条渡槽的长度只有11英里(17.70公里)，但是到了公元第三世纪，罗马已有11条渡槽，全长超过250英里(402.34公里)。
5.加热地面
一些罗马的火坑供暖装置目前仍（多半）完好无损。这些是2008年在英格兰切斯特城的地下发现的
合理有效地控制任何一座建筑物的温度，都是人类需要面对的最棘手的一项工程学任务，但是聪明的古罗马人十分巧妙地解决了这个难题——或者至少可以说，差一点就解决了。他们采用的一个主意，我们现在以辐射热地板的形式仍在使用，罗马式火炕供暖装置是由一系列粘土空心柱组成，这些被置于活地板下的空心柱之间间隔几英尺，以便炉子产生的热空气和蒸汽从这些空隙间穿过，被输送到另一个房间。
与其他方法不同，火炕供暖装置这种不太高级的供暖方法几乎解决了古代供暖一直面临的两大难题——烟和火。当时供暖只能使用火，但它时不时会烧着房子，引发火灾，而室内火焰产生的烟在封闭空间里对人会有致命危险。然而，由于火炕供暖装置里的地面是凸起的，炉子产生的热空气事实上永远也不会与房间接触到。热空气并不会进入房间，而是通过空心砖输入到墙壁内。当它通过建筑物时，粘土瓷砖就会吸收热量，房内变得温暖舒适，但不会雾气腾腾。
6.下水道系统
下水道系统
罗马帝国的下水道系统是罗马工程学中最古怪的一个，最初建设它们的目的，并不是用作下水道，它们是如此庞大和复杂，它们没有太多发明性，罗马下水道系统的出现有几分巧合在里面。马克西姆下水道(可以直译为最庞大的下水道)最初只是一条隧道，建设目的是用来排干当地一些沼泽的水。它的挖掘工作大约从公元前600年开始，前后历经了700多年，越来越多的排水沟加入进来。只要认为有必要，罗马人就会挖掘更多沟渠，因此很难说出马克西姆下水道是从什么时候开始从一条排水沟变成一条下水道的。虽然最初它很简单，但是这条下水道就像一棵杂草，它的根在这个城市下面越扎越深，逐渐发展壮大。
然而不幸的是，由于马克西姆下水道直接把污水排入台伯河，这条河已经充满各种人类垃圾。这绝对不是一个理想的解决方案，但是通过导水管，罗马人并不需要饮用台伯河的水，或者用它洗涤衣物。罗马人甚至有一位女神看守着他们的下水道系统，这就是下水道女神克罗阿西娜。也许罗马下水道系统最重要和最卓绝的创新之处，就是(最终)它被覆盖上，从而减少疾病肆虐和难闻的气味，让城市看起来更整洁漂亮。任何一个文明社会都能挖一条沟渠通往盥洗室，但是监管和维护一条下水道系统，需要一些非常复杂的工程技术，因此老普林尼甚至公开宣称马克西姆下水道作为人类成就的一座纪念碑，比金字塔更惊人。
7.道路
他们不像曾经那样修建道路。古罗马道路像亚壁古道一样与日月齐光
提及罗马工程学，就不能不说一说它的道路，这些道路的构造合理，坚实耐用，很多至今仍在使用。与现在的沥青公路相比，古罗马道路就像一块价格低廉的瑞士表。它们结实耐用、走时精准，而且与日月齐光。最好的罗马道路分几个步骤建设。第一步，工人在设计好路线将要经过的地方挖一条深大约3英尺(0.9米)的沟。第二步，把又宽又重的大石块铺在沟底，然后上面盖一层泥土或者砂砾，方便排水。最后，上面铺一层石板，路中间部分较高，以便水流向两边。一般而言，罗马道路大约有3英尺(0.9米)厚，特别经得起时间的考验。
在典型的罗马风格中，帝国工程师最初坚持在道路中使用直线，他们不是设法绕开障碍物，而是径直穿越。如果前面有一片森林，他们就会砍掉它。如果那儿有一座山，他们就会开条地道穿过它。如果那儿有一片沼泽，他们就会设法排干它。当然这么做的缺点是，建设这种类型的道路需要大量人力，但是古罗马总是不缺少劳力(经常是数千名奴隶)。到了公元200年，罗马帝国纵横交错已有超过5.3万英里(85295公里)长的主干道。
8.混凝土
我们认为混凝土是理所当然的（尤其是当它位于我们脚下时），但是正如罗马人所了解的那样，它是一种不同寻常的建筑材料
随着建筑材料不断革新，一种比常规岩石更轻、更加结实的液体岩石可以说是无与伦比的。现在混凝土在我们的日常生活中占有很大比重，因此我们很容易忘记它是如何不断创新的。罗马混凝土是用碎石、石灰、沙子和火山灰制成的一种特殊混合物。这种混合物不仅可以浇筑到你能制出的任何形状的木头模具中，而且它比它的任何一种组成成分更结实。尽管罗马建筑师最初是用混凝土为祭坛打造结实的地基，但是从公元前2世纪开始，他们尝试着利用混凝土产生更多独立形式。罗马人最著名的混凝土建筑——万神殿经历了两千多年的风风雨雨后，仍作为世界上最大的无筋混凝土结构屹立不倒。正如我们前面所提到的，这是对古伊特拉斯坎和希腊的矩形建筑风格进行的一次重大改进，古伊特拉斯坎和希腊的矩形建筑风格以厚重的墙体和圆柱结构为主。混凝土作为建筑材料更好的一面是，它不仅价格低廉而且防火。除此以外，它还能用于水下建设，而且它的回弹性能好，即使是在不断蹂躏这座意大利火山岩半岛的地震中也能幸存下来。
9. 攻城武器
古罗马人打造了这种围城武器的第一个版本——投石器
与很多技术一样，罗马的攻城武器大部分都是希腊人研制出来的，后来又由罗马人进行完善。弩炮基本上就是巨大的石弓，能在围攻期间发射大石头，它主要是根据缴获的希腊武器进行的逆向工程设计。这种武器借助用动物肌肉拧成的绳发力，弩炮的工作原理与巨型捕鼠器上的弹簧类似，肌肉被旋紧时，它会弹跳回来，用来把石弹发射到457米外。由于它非常轻便、精准，因此这种武器还可以安装标枪或巨大的箭，用来射杀敌军成员。围攻期间还能用弩炮射击较小的建筑物。罗马人还发明了他们自己的攻城工具，这种名叫投石器(onagers，是根据一种野驴和它的强大弹踢能力命名的)的东西能够发射更大的石块。虽然这种武器也采用有弹性的动物肌腱，但是投石器是威力更强的迷你弹弓，用来发射装满圆石头或者易燃土球的桶。虽然它们没有弩炮那么精准，但是它们威力更强，因此是攻城破墙、发射明火的理想之选。
10.罗马式穹顶
万神殿是反映罗马人是如何征服建筑物的内部空间的一个令人难以置信的实例
在现代社会，我们都认为拥有宽敞的内部空间是理所当然的事情，但我们真的不应该小瞧这个内部空间。我们的巨大的圆顶拱门、庞大的中庭、空心钢和玻璃摩天楼，即使是一座简单的中学体育馆，所有这些建筑结构在古代社会都是难以想象的。在罗马人完美的圆顶建筑出现之前，即使是最出色的建筑师，也不得不设法处理沉重的石头屋顶的问题，这迫使他们在建设神殿和公共建筑物时，只得采用圆柱和承重墙。在罗马式建筑出现以前，即使是最伟大的建筑成就，例如帕台农神庙和金字塔，均是外表辉煌壮观，内部漆黑一片，空间狭小局促。
与之相比，罗马式穹顶更加宽敞、开放，这是历史上第一次打造出真正的内部空间感。根据拱门原则，他们通过旋转形成三维立体空间，创造出一个具有相同支撑力，但却拥有更大空间的结构，穹顶技术的实现主要是因为此时已经有了混凝土，混凝土是稍后我们在这篇文章中将要探讨的另一项罗马创新。这种物质被浇筑到木头脚手架上的模具里，等到混凝土变干，就会形成穹顶坚硬结实的外壳。(孝文)
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