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退休教授揭开山西应县千年木塔避雷之谜

01/11/2008/08:43
华夏经纬网

1986年,丁士章(右一)等在莺莺塔下做实地检测

“游人石击地,蛙鸣贯长空”,在永济普救寺莺莺塔周围击石,时不时能够听到 “咯哇”“咯哇”类似巨蛙的鸣叫。

不 装 避 雷针,应县木塔遭遇雷击的概率为几千分之一;装上避雷针,遭遇雷击的概率反倒会变成二百分之一。

在五台山显通寺,古时用来召集僧侣们用饭和做斋时所用的云牌,可以奏出“东方红”乐曲。

数百年间,五台山菩萨顶文殊殿春、夏、秋三季滴水不断。可在1984年维修过后这种奇观不再,是什么缘故?

这些奇观异相,引发山西大学物理系退休教授丁士章极大兴趣。在从事基础物理、理论物理研究多年之后,他开始 “科技考古”,将其中奥妙一一揭示。

从2007年12月24日至今年初,中央电视台播出科技专题片“普救蟾声之谜”,让这位探秘者走入公众视线。

莺莺九声他为知音

从永济县城出发,西行约12公里,一座黄土高台突兀而起。千年古刹普救寺,坐落高台之上。这里是《西厢记》故事的发生地,寺中莺莺塔由此得名。

莺莺塔下,以石相击,塔内时有蛙声相应,“击前地,则声在塔底;击后地,则声在塔顶”。这一现象清时已被人发现,被称作“普救蟾声”,列入“永济八景”。然而,塔何故能发蛙声却一直悬而未解,为莺莺塔蒙上了一层神秘面纱。古老传说,塔中有一修炼多年的蛤蟆精,遇人出声相扰即鸣声示警。或云,塔上镶嵌着能够鸣叫的“禽砖”;也有人说,空谷回声,塔前深沟回荡声音所致;更有故事说,这是唐代一名叫智高的建筑大师,为向徒弟展示其高超技艺,在塔下埋了一对金蛤蟆,击地就有叫声,初始击一下叫两声,后来金蛤蟆被偷走一只,击一下便只能听到一声蛙鸣……

1986年,丁士章自一个同学处听说此事,大感兴趣,邀集本校张荫榕及西安交大吴寿煌、黑龙江大学余文光及中科院声学所多位同仁组成课题组(此后数年,几人组成的课题组连续多次合作,完成3个国家自然科学基金项目:“普救蟾声”、“应县木塔防雷”、“台山云牌”),丁士章任组长,对此展开调查。

“晚上9点多乘火车从太原出发,次日早晨8点多到达,再搭一个多小时拖拉机”,几乎每个周末,丁士章等总要利用教学之余赶赴那里,“寒暑假在那里蹲点。”丁士章等入驻之时,正值当地有关部门对普救寺进行维修,更为奇怪的事情在他们眼皮底下接二连三发生:

——“苏三出了洪洞县……”1986年的一天,维修工人曹师傅一行刚刚走到塔下,突然听到塔内传来唱戏的声音。进去一看,塔内空无一人,而离塔稍远,戏声立即消失。声源来自哪里?丁士章等闻讯赶到,以塔为中心骑着自行车四处兜圈子,发现距塔南2.5公里处的蒲州镇文化站露天剧场在唱戏。与戏文内容对照,分毫无差。莺莺塔成了“收音机”。

——1986年的一个夏夜,塔门紧闭,指挥部工作人员李益民正在塔前乘凉,突听塔内传来阵阵喝酒猜拳声。丁士章等人在四周仔细查找,发现声源却在普救寺门外62米处的一个农户家中。此后,这类事情时常发生。同样是那户人家,主人一次在厨房轻声说“快点,客人快来了”,竟也被人在塔前台阶上听到。莺莺塔成了“窃听器”。

1986年至1988年,3年时间,丁士章和他的课题组研究人员,在塔四周几公里范围内反复进行实地测试,共发现9种声学现象,比史书上记载的还多7种。通过实验,他们发现了其发声距离及产生原理——一是特殊的地形地貌,所处地势高敞,而四周平坦又无障碍物,它可接受大范围内传来的声波;二是特殊的建筑结构,莺莺塔每一层塔檐挑出成内凹弧形,能把声音反射聚汇,“蛙声”就是十三层塔檐反射聚汇的结果;三是特殊的建筑材料.莺莺塔身和塔檐全部用青砖叠砌而成,由于黄土高原风沙长年累月吹拂,青砖表面光滑,犹如涂了薄釉料,对声波反射系数高达0.95~0.98,传来的声波,几乎被全部反射。

“莺莺九声”,终遇知音。

应县木塔 “爱它就别给它添针”

1056年建成,应县木塔已有近千年历史。1987年,一场有关是否该给其架设避雷装置的讨论在应县展开。当地有关部门邀请丁士章去做“裁判”。

支持为木塔建避雷针的,多为文物保护工作者及公安消防部门,他们认为,应县年雷电日较多,自1972年至1986年,平均年雷电日为38.5天,木塔正位于雷电带上,附近落雷尤多,木塔附近已有多起雷击事件发生。而木塔总高67.31米,是我国现存最高的木结构建筑,也是当时应县的最高建筑,“个大招雷”,最易受到雷击。

反对为木塔建避雷针的,除了怕因此严重破坏木塔景观之外,几乎拿不出什么过硬理由。木塔历千年不坏,当地人传言木塔有一种神奇的力量,“水不能淹,火不能焚,雷不能击”,但没有什么科学依据。“当时主张建避雷针的,占压倒性意见,只是县委县政府还在反复斟酌利弊得失”,丁士章回忆。

丁士章和他的课题组工作人员发现,我国许多古代建筑并无避雷针之类装置,但却从不遭受雷火之灾,应非偶然,其中应该有一些科学道理。

从1987年开始,丁士章开始与三位同事对应县木塔进行探察。“这么多年了,除去维修工人,我们可能是绝无仅有获准登上木塔最高层的”。

前后8次的测量数据显示,除底层及塔刹处有部分塔砖外,木塔全部为木结构,除塔刹外木塔没有包括铁钉在内的任何金属物,塔身材料绝缘;各层塔檐伸出7米或更多一些,两檐间平均高度为8.8米左右,雨雪天气无法将侧面完全打湿,各层之间均留有干燥部分,雨雪天也绝缘;塔基密闭性很好,浅层地下水不能侵入塔基,打开夯土层取样非常干燥,塔基绝缘……应县木塔的建筑技艺令丁士章等啧啧称奇。

对各项材料进行绝缘测试及模拟雷击实验之后,丁士章等得出结论,应县木塔存在“绝缘避雷”机制,只要保证这种绝缘性能不被破坏,木塔就不致遭受雷击。反之如果强行为其安置避雷针,不仅严重破坏景观,而且容易影响塔身基础,甚至变为引雷。“大致而言,不装避雷针,木塔遭受雷击的可能性为几千分之一;装了避雷针,遭受雷击的可能性会变成二百分之一”,权衡利弊,丁士章等建议,暂时不需要给应县木塔装避雷针,“古有画蛇添足,我们莫不要为塔添针。”最终,丁士章的建议得到当地有关部门采纳。

台山云牌叮咚响起“东方红”

“关焚木鱼瘦,斋钟麦燕腴”,清代傅山诗中的“斋钟”指的就是云牌,寺庙中用于召集僧侣用饭和做斋时敲击伴奏。除去音色宏亮、传声较广外,我国古代有关打击乐器的文献中,没有发现有关云牌的记载,也没有发现有关云牌的研究资料。然而,一个偶然的机会,丁士章却在五台山显通寺发现一块云牌,用之可以敲击出“东方红”等多种乐曲。

1988年,丁士章游历至五台山显通寺,忽闻僧侣敲响云牌,叮咚悦耳。出于好奇,以手轻轻敲击了云牌几处部位,“叮叮咚”,云牌发出的声音带有一定节奏。“编钟能做乐器,云牌如何?”丁士章突发奇想,仔细观察云牌各个部位,发现云牌由不同模具分块铸造而成,共分31块,每块的几何形状、大小及面积各不相同,打击各个部位分别发出不同声音,“为何部位不同,发出的音色随之不同?这块云牌的各个部位中隐藏着多少声音频率?这块云牌能否作为乐器使用?”脑海中带着一堆问题,丁士章兴冲冲召集课题组,对此展开研究。先后8次往返五台山,测试表明,用木锤敲击云牌的31块结合体,其中间部位及边缘部分发出的声音各不相同,包含了“1、2、3、4、5、6、7”几乎所有音质。而他们对其它几处寺庙的云牌实验表明,那些只由一块整体铸铁做成的云牌没有这些效应,显通寺云牌成为国内发现的唯一可以作为乐器使用的云牌。

“东方红,太阳升,中国出了一个毛泽东……”、“社会主义好,社会主义好”,显通寺内,丁士章等用云牌奏起了自己熟悉的旋律,令寺内僧侣们大为惊讶。自此之后,原先被悬挂在殿外的云牌被收入室内细心呵护,成为显通寺“无量殿”、“铜殿”、“铜塔”之后的又一镇寺之宝。

滴水不再回声减弱

“水滴石穿”,自1683年翻修至1982年,数百年间,春夏秋三季,不论晴雨风天气,五台山菩萨顶文殊殿檐瓦总在有规律滴水,为五台山十大奇观之一,文殊殿因此得名“滴水殿”。

奇怪的是,自1982年文殊殿翻修之后,这种滴水现象从此绝迹。经丁士章等反复考察分析,发现原来是有的瓦上有洞,下雨时雨水通过小洞流到瓦下,瓦下有复杂科学的贮水装置,水又利用毛细原理渗到檐瓦,再通过小孔下滴形成滴水。而在贮水装置下方,有着良好的防水层,确保雨水不会流进大殿。遗憾的是,这座极具历史价值、科学价值、旅游价值的巧夺天工建筑,1982年翻修殿顶时,由于事先没有请有关专家学者论证,滴水装置遭到破坏,除去下雨再不滴水。

同样的悲剧在莺莺塔也有体现。因《西厢记》中有围廊的有关记载,当时丁士章等学者对塔的回声机制尚未搞清,当地有关部门斥资40万元在莺莺塔四周盖了一圈围廊,使塔的回声效应受到极大破坏,只有部分能够听到微弱蛙鸣,令“莺莺九声”大打折扣,许多游客反映,此地回声效果没有宣传中那么明显。也正因为这些原因,除学术界外,丁士章他们的研究成果多年来在外界一直鲜为人知。

(山西晚报 本报记者 李建军)

  
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