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古埃及人如何運送金字塔石塊,謎底揭曉了?

幾千年前雄偉的金字塔究竟是怎麼建成的?現在可能有答案了。

撰文|Janet Fang
編譯|柯宗佑

此為傑胡提和闐墓中描繪運送雕像的概圖。圖中,站立在雕像腳邊的人正在倒水,弄溼車子前方的沙。來源|Wikimedia

此為傑胡提和闐墓中描繪運送雕像的概圖。圖中,站立在雕像腳邊的人正在倒水,弄溼車子前方的沙。    來源|Wikimedia

古埃及人搬運巨大雕像或運送重達2.5噸的金字塔石塊時,一向以滑車當載具,一路運過整片沙漠,不過當時沒有任何現代機械輔助。最新的研究報告指出,只要將些許水份混入沙中,再施用於滑車上,就能有效降低摩擦力,而古埃及人正是靠著這項妙招,才將所需人力砍至原先的一半。

堆沙堡時,我們不會只用乾沙來堆,而是要加點水,沙粒才會牢牢相黏,沙堡才能屹立不搖。在沙地上運物時,同樣得灑點水,方能讓沙粒相互黏合,以使物體與地面的動摩擦力下降。

任職阿姆斯特丹大學(University of Amsterdam),的丹尼爾.波恩(Daniel Bonn)率領一支國際研究團隊,在盆子中分別裝進乾沙與溼沙,再以滑車於其上拖物,企圖測試摩擦力大小。滑車在乾沙盆中移動時,車前會形成小沙丘,阻礙車子移動。當乾沙加水形成溼沙時,所需拉力及受到的摩擦力就減少了;而當水越加越多,沙團越來越結實後,車前的沙丘也越來越小,直至消失殆盡。

實驗結果顯示,滑車所需拉力與沙粒結實程度彼此相關。沙子混入水後,裡頭會形成毛細水橋(capillary bridge),而其中的小水滴會像膠水一樣,把沙粒黏在一起。若水量控制得宜,溼沙會比乾沙結實一倍,讓滑車更容易在上面移動。

波恩向《華盛頓郵報》表示:「我非常意外,原來所需拉力可以降到這麼低,少了50%。也就是說,埃及人如果在溼沙上拖物,只需要一半的人力就夠了。」下圖中即為實驗室用的模型:左邊是在乾沙上拖滑車的情形,車前有小沙丘,右邊則是溼沙,車前並無小沙丘。

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不過,這跟堆沙堡一樣,加太多水絕非好事。要是水量過飽,原本提供黏著作用的毛細水橋會凝成一團並逐漸消失,讓沙子的結實度下降,導致拖行物體的摩擦力增加。波恩表示,這是個微妙的平衡:「既不能用乾沙,也不能用過溼的沙。要維持最佳比例才行。」最理想的比例,大約是倒入沙子總體積2%到5%的水。

事實上,這項研究結果早就展現在世人眼前了。傑胡提和闐(Djehutihotep)的墓中有一幅圖畫,上頭畫著一名工人站在拖著巨大雕像的拖車前,朝沙地上倒水的動作,而拖車則是一塊邊緣上翹的大木板。波恩說:「在埃及學家看來,倒水是淨化儀式的一部分,且從未以科學原理來解釋。」

資料來源:Mystery Of How The Egyptians Moved Pyramid Stones Solved IFLS [May 5, 2014]
研究論文:A. Fall, B. Weber, M. Pakpour, N. Lenoir, N. Shahidzadeh, J. Fiscina, C. Wagner, and D. Bonn. Sliding Friction on Wet and Dry Sand. Phys. Rev. Lett. 112, 175502
譯者:柯宗佑 科教中心特約寫手,從事科普文章編譯。
責任編輯:Kerina Huang
原刊載於台大科教中心 CASE press

關於作者

CASE PRESS

CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。