【原创】八、真是天才的创造!金字塔建造者搬运巨石的技术及手段——终于找到古埃及版起重设施的关键证据

文章向世人展现了金字塔建造者用天才般的创造力,制造出轻型和重型起重工具和设施来运送巨石的技术手段,并用金字塔上的证据和科学理论来证明其符合科学基本理论。推翻了古埃及不可能拥有起重设施的固有的认知。同时还揭开了起重设施的动力来源之谜、金字塔下的巨型船坑之谜和葬船之谜。

胡夫金字塔之所以被称为人类建筑史上的奇迹,除了其建造年代的久远、规模宏大、建造精准、保存完好之外,还有一个更为重要原因是,我们始终没能揭开重达60吨的国王墓室顶棚巨石是如何被运送到距地面5、60米高处的。
如果这一问题不能得到完美的解释,连载之七上所介绍的金字塔的三种运输通道推论也就不能成立,成为无稽之谈。

而这巨石搬运之谜是胡夫金字塔诸多未解之谜中最为关键之谜。因为它决定了古埃及建造者们要修建何种形态的运输坡道。可以说,巨石搬运之谜是揭开金字塔千古之谜的最为关键的一把钥匙。而这一困扰人类千百年的千古之谜今天终于得到完美的揭开。
建造国王墓室时所使用的石材按体积和重量大小可分为两种,一种是用在天棚以下的墓室墙壁石块、地面石块、防盗封堵石块、等十吨以下的大石块;另一类就是国王墓室顶棚和减压室所用的重达40至60多吨的超大巨石。

一、大石块的搬运方式

据livescience网站的相关报道,“前些年考古学家们在埃及东部沙漠的古老采石场Hatnub遗址上发现了一个4500年前的,用于运送雪花石大石块的坡道运输系统遗迹。

这个系统是一个中央斜坡和两侧的有许多柱孔的台阶组成,考古学家们认为古埃及人可能使用这些木桩,能够将装有大石块的滑橇通过20°或更陡峭的斜坡道拉出采石场。滑橇上的绳索通过这种用具起到‘力量倍增器’的作用,可以更容易地将滑橇拉上斜坡”。

那么古埃及人制造的“力量倍增器”是什么样的?以当时古埃及人所掌握的科技水平和制造能力来说,这种装置应该是制作简单、实用的一种吊装牵引工程用具。
我们最常见的简单力量倍增原理应该是杠杆原理。考虑两侧有柱孔情况来推测,他们所使用的“力量倍增器”应该是利用杠杆原理的“A”字形三角架。
这种“A”字形三角架是由较长的两根粗木杆的上端相互交叉连接,下端分别放入两侧的凹坑内作为支点,上下两端之间绑定有横拉杆的稳定结实的“A”字形三角架。这时“A”字形杠杆架上端交叉连接端就作为拉力的作用点。

在这连接端处系上牵引拉绳的一头,另一头由大回廊斜坡道上端施工平台上的人群来牵拉。横拉杆为阻力在杠杆上的作用点。装石块的拉滑橇绳拉紧并缠绕横拉杆上一两圈,由一两人拉拽着绳头,防止牵引时松脱。
通过杠杆平衡原理可以知道,这种简单杠杆工具可以通过其杠杆架的倾斜角度的调整和横拉杆的位置的调整或者通过N个“A”形三脚架的组合使用获得不同的力量倍增效果。

在这里用即简单又最直观的CAD制图软件的绘图测量方法,测量出金字塔大回廊上利用“A”字形杠杆架向上拉拽装载巨石的滑橇架时的不同角度情况下“A”字形杠杆的动力臂和阻力臂的数据作相互对比,来测算出“A”字形杠杆架的力量倍增效果。

(为了模拟的数据更接近实际,先把“A”形架的长度设定为AO = 3m,A点为动力作用点;横拉杆B到支点O的距离设定为BO = 1.3m;木滑橇上的绑绳点C到大回廊斜坡面的距离设定为0.3m;金字塔施工台面上人们拉拽绳索的前点D离施工台面的高度设定为1.3m;从支点O到斜坡端的距离选为大回廊上端的平台长度1.5m;设定拉木滑橇的绳索长度BC = 5m;设定拉力绳索的长度(动力作用点A到人们拉拽绳索的前点D)AD = 5m;斜坡坡度为26°。)

为了测算的简单和数据的准确,将“A”形杠杆架的姿态分前倾角为:60°、90°、120°三种状态来进行了测量。 图中:L1为动力臂;L2为阻力臂。

从上可以看到这种简单工具比较灵活,力量倍增效果非常的明显。可通过调整“A”形架的倾斜角度、拉绳角度等方法来调整每次省力程度和滑橇架的移动距离。
例如;要拉动装有10吨重的石块的木滑橇沿铺有木滑道的26°坡度的大回廊巨石运输通道向上移动(动植物油作为润滑剂)时需要近60KN的拉力,需要120人多一起拉才可以。而利用多个这种“A”形三脚架来向上拉,横拉杆绑定在1/3位置时,就可以节省近50%以上的拉力,60多人就可较轻松的拉上去。
据此可以合理推测,这种技术在金字塔的整个建造过程中(如:在石块的运送、垒砌、搬移挪动、吊装、立石柱石碑等方面)很可能被广泛使用过。特别是在金字塔接近顶部的时候,上面的塔台工作面积就变小,站不了很多人。这时候应该用到了这些工具。

具体操作方式;因为这种方式是以三角架底脚的支点作为轴心点,只能转动一定角度。所以每次都需要缓回一下角度,使得这种方式只能一段一段的反复拉动一定角度再缓回一定角度的过程,直到拉上施工台面。
在每次缓回角度的过程中,为阻止滑橇下滑,要在大回廊石台和侧墙上的凹坑内插入木方等止滑装置,阻止滑橇下滑。
调整OB的距离,可调整每次的移动距离(上面的模拟图中,拉拽一次转动60°角时一次可以移动1.16米)。也可以用两套“A”形架来交替提升,加快牵引速度。
采用这种方式在斜坡道上移送十吨以下的石块是比较有效的。但要移送几十吨重的巨石就很困难,因为这种“A”形三角形杠杆架的强度有限。
拉拽10多吨重的石块时,同时用三五个“A”形架一起拉拽还可以,但几十吨重的巨石必须得同时使用十几个以上的“A”形架一起用力才可以。而这种方式首先受到的是施工场地的限制。
这种需要通过反复缓回角度多次的方式需要一个较宽松的空间,而施工台面上的合理的位置上摆放不了那么多的“A”形架。其次,距离的长短不一,绳索的伸缩长度也不同,这些“A”形架和牵引拉绳所受到的力达不到均匀,这也非常危险。所以这种方式是难以实现。

二、巨石的搬运方式

经测算,要把装载国王墓室顶棚上最大60吨重巨石块的木滑橇沿铺有木滑道的26°坡度的大回廊巨石运输通道向上移动(动植物油作为润滑剂),就需要约350KN的拉力,不使用其他应用工具如“A”形架等就至少要700多人来拖拽。

而且这种巨石的数量很可能达到107块,这是一个非常艰巨的任务。要完成这一任务,以现代的技术来说,也必须要有一个与其重量相匹配的大型牵引吊装设备的支持下才能完成。
那么连绞车、滑轮都没有的古埃及人是怎么做到的?从建成的金字塔这一结果就可以确定,当时的古埃及人一定是掌握了能够移动这种巨石的牵引技术手段。没有这种牵引技术手段的帮助,这些巨石是无法提升到位的。
以我们对古埃及的认知来说,到现在绝大多数的人都认为古埃及不可能拥有过这种牵引设施的。所以这种推理的确让人难以置信。这也是我们至今都未能揭开金字塔建造之谜的最根本原因。
但可能性是存在的。当时的古埃及人一定是利用他们的聪明智慧和才智,造就出即符合最基本的科学理论,却又让我们意想不到的一种特殊形态的重型牵引设施。这就需要我们去寻找这一“意想不到的技术手段”。

要证明这一如同神话般的推论;
首先是要找到支持这一推论的线索和有力的证据。能够牵动60吨巨石的起重设施应该具有庞大的结构,所以必然会在金字塔及其周围留下较大而且比较明显痕迹的。
其次,原理上必须符合基本的科学理论,符合能量守恒定律,并得到科学地论证,证明其起重设施输出牵引力的能量来源的科学性和可实践性。
第三,结构要简单,要符合当时的生产技术条件下完全能够设计制造的条件。

从连载之七文章中的巨石运输专用通道的推论上可以知道,巨石应该是由北向南被牵引向上移动的。

以此为线索,将这一运动轨迹穿过金字塔一直延伸到金字塔脚下,就会发现距离金字塔底边18.6米处,延长线的两侧有两个相邻的与其他五个船坑形状完全不同的大长条矩形状的“船坑”。
在这一关键的位置上,出现两个相邻的形状非同寻常的大船坑。而且在这条线上只存在这两个船坑遗迹,说明这两个船坑和巨石的牵引力之间应该存在着某种必然的关联性。这就需要找到船坑与古埃及起重设施之间的关联性。

而对于起重设施来说,必须要有力的输出。那么在这两个船坑上能否找到有关起重设施的线索呢?能否找到用某种方式能够输出力的可能性?

船坑之谜:

位于金字塔南侧脚下的这两个船坑形状和周围其他船坑的中间宽两头窄的船型形状不同,是一种长条状矩形石坑。两个船坑的尺寸基本相同,长32米左右,宽却仅有2.6米,地面到船坑底的深度足有5.5米,而两个船坑间的间隔距离为仅为3米多。

提到船坑就会很自然地联想到船。船是人们应用浮力技术的产物。从这船坑内出土的太阳船和很多考古资料都表明,当时古埃及的造船技术非常发达,船是他们的主要交通运输手段。这说明古埃及人对浮力技术的应用方面有着非凡的技能。

当我在船坑和起重设施之间插入浮力两个字的时候,惊奇的灵感出现了,一个较为完整的古埃及起重设施的科学原理的轮廓显现出来了。
古埃及人虽然对浮力的认知没有形成理论上的表述,但他们很早就感知到物体在水里的沉浮这一物理现象,并深刻地领悟到这其中的深奥原理,而且非常熟练的驾驭着浮力技术,并成功地用其原理制造出古埃及起重设施。这应该是人类最早的起重机。

(一)浮力牵引设施的基本科学原理:
他们所使用的这一技术方法的原理其实非常的简单,就是利用了浮力原理(如下图所示)。

在这一牵引设施中,船坑成为控制漂浮物体(下称浮动体)和调整水位的水箱体。在高水位的船坑内漂浮着的浮动体上系着绳索,而绳索的另一端则系在斜坡上载有巨石的木滑橇上。这一设施的工作原理是:通过人为的调整水位的方式,使水位h从高水位逐渐下降来完成牵引工作。
开始时,因浮动体被牵引绳索的牵拉下不随水位一起下降,而吃水线随水位一起同时下降,使得水对浮动体产生的浮力F1逐渐变小,而浮动体的重量mg和其受到的浮力F1的合力→重力G1则逐渐增大,同时通过绳索对木滑橇产生的牵引力F2也一起相应地增大。
当重力G1超过斜坡通道上的巨石木滑橇的下滑力f1和木滑橇与斜坡面间的最大静摩擦力f的合力时,浮动体也开始随水位逐渐下降,落差高度也随着降低,同时载有巨石的滑橇架被绳索牵引沿斜面向上移动。
从能量转换的角度来解释是;随着浮动体的落差高度的降低,促使在高水位时浮动体所持有的重力势能也随着减少。而减少的重力势能部分,通过相连的牵引绳索转移到巨石专用斜坡通道上载有巨石的滑橇架上,迫使其做功,使载有巨石的滑橇架沿斜坡向上移动。
这就是浮动体能够牵引巨石将其沿巨石专用斜坡道向上移送到高处的物理学基本原理。

(二)浮动起重牵引设施的动能来源
在这一设施里浮动体通过重力势能的释放,将此能量转移到巨石上,为巨石的移动做功,而浮动体上的重力势能是靠水的浮力和升高的水位上获得的。
而水位的升高和下降都是由金字塔的建造工匠们连续不断的汲入和汲出水的工作来得到的。也就是说,浮动体上的重力势能的变化是积累了工匠们的不断地用桔槔通过汲入和汲出水而所做功的集中表现形式。

古埃及工匠们为了提高汲水效率,尽可能地减少做无用功,将这两个船坑建造的非常狭窄,以此来达到尽可能地减少围绕浮动体周边的空间间隙来减少用水量的目的。
这就是这两个船坑与众不同的细长矩形结构的原因,也是这一推论成立的重要依据。

这些说明;金字塔南侧的这两个船坑实际上就是巨石牵引设施系统中的能量转换空间。
古埃及人就是利用这两个船坑,将他们利用汲入和汲出水而做的功积累起来,转换成浮动体的重力势能的变化,再通过牵引绳索将其势能转化成为巨石移动所做的功,以此来拉动巨石,将其运送到国王墓上方的。
这些也说明他们的这一设施的原理没有违背物理学的能量守恒定律,符合基本的科学理论。

(三)在模拟实际条件下的浮力牵引设施中船坑作用的可行性论证

通过模拟实际施工情况,用简单的力学知识计算得出,要在26°斜面上向上移动60吨重的巨石,需要的牵引力要大于等于371KN的力,所需要浮动体的最小重量为37.1 t 。
从中可知,理论上浮动体的重量只要超过37.1吨重,从理论上它就可以牵动载有60吨重巨石的木滑橇沿斜坡通道向上移动。考虑到其不能悬空而留一些吃水线,需要浮动体的重量超过40吨。只要达到或超过这一要求,就能顺利的牵引巨石向上移动。
再看看这两个船坑的结构是否符合用于这种操作。在前面已经提到过,这两个船坑是细长条状、很规整的矩形坑,开凿的非常精细。

从船坑的2.6米宽度来看,在这里用的浮动体不应该是船,而且一般木制船体的结构强度也满足不了这种工程强度的要求。而这细长结构说明这里的浮动体应该是长度超过10米以上,宽度约2米左右的长方体。
由此可以推测,这很可能是用方木捆绑而成的长方体状浮动体,这种浮动体制造非常简单,结构强度高,非常结实耐用,是一种非常理想的浮动体。

通过计算可得知,假设在这船坑里放入15米长、2米宽、高2米的,由方木捆绑而成的木质浮动体后放满水,经过水的浸泡之后,这些木方成为密度可达到850kg/m³以上,重量则达到51吨,可在水中漂浮的浮动体。
它的落差高度接近4米。所以这一浮动体在水位下降时,最大可产生510KN的向下的重力,远超牵引巨石所需要的370KN的牵引力的要求,完全符合浮力起重牵引设施的可行性要求。

(四)推测的浮力起重牵引设施的构造和具体操作方式,以及可实践性验证

依据这一推论所推测出的浮力起重牵引设施结构如上图所示。在其深达5.5米的船坑中部有中间隔断墙,隔断墙上设有控制两侧水位的闸门将船坑一分为二,两个船坑的相邻一侧的坑为输出牵引动力的浮动坑,另一侧的坑则是为来回调整水位用的蓄水坑。
浮动坑内放置有大方木捆绑而成的浮动体(假设外形尺寸为15 x 2 x 2 米),整个浮动体可能有4至6道绳箍与吊绳分别系在一起(上图中显示4道),而吊绳上系有牵引绳索。

按照现在的普通麻绳的吊装安全标准计算,如果选用直径30mm的麻绳,需要用56根。也就是用6道绳索来牵引400KN力时,每道牵引绳索需要由10根麻绳被绞紧在一起使用即可满足这一要求。

为了保证浮动体在船坑内的垂直方向的沉浮运动和防止绳索被船坑角磨断,每道牵引绳索的两侧的船坑上都横跨有一对凿有可插入支撑圆木的石孔支撑石座。
石孔中放置有能够滚动的粗壮的支撑圆木,圆木的两头搭载在两侧支撑石座的石孔内,用来支撑着牵引绳索。牵引绳索是绕过这一支撑横杆圆木系在吊绳上的。
依据合理的推测,支撑石座的长、宽尺寸应该和在此处发掘出的盖板石块一样。盖板石的一部分很可能就是支撑石座去掉上面石孔而成的。

支撑石座长度约4.3米,宽度为0.6─0.9米之间,高度接近2.4米,每座重量接近20吨。在8至12个支撑石座重量下,整个系统在牵引60吨巨石的过程中能够保持非常的稳固。
这几道牵引绳索在前端的某一点处应该绞在一起,用以整个牵引绳索共同受力,这样就可以在每完成一次牵引过程后重新缓绳时,可以在牵引状态下一道一道的逐一完成缓绳,避免因绳索的伸缩弹力将全程的整根绳都弹缩回去。
在实际操作过程中,因绳索受拉力时都会存在一定的伸长率,这一系统中使用的牵引绳索的长度要超过200米,这使得牵引绳索所发生的伸长长度也较长。
为克服牵引过程中伸长率带来的无效工作,古埃及人就开凿出了相邻的两个相同尺寸的船坑,用两个浮动物体在其中一个处于牵引状态下逐一交替牵引绳索来解决了这一难题,同时也加快了巨石的牵引运送速度。

下图是浮力起重牵引设施在金字塔建造过程中的工作示意图。

此图把古埃及胡夫金字塔建造之谜展现的淋漓尽致!

具体的操作过程如下
先用A船坑;开始时将中间水闸门关闭,往有浮动体一侧的浮动坑灌满水,使之漂浮并达到最高上水位。将一端系在载有巨石的木滑橇的6道牵引绳索拉紧后分别系在浮动体上的6个吊绳上,并将其绞紧,使之均匀的受到一定的力。
再将中间闸门打开,让放置有浮动坑里的高水位的水流向另一侧无水的蓄水坑里,使水位下降,等到两侧水面平衡后将闸门关闭。再将浮动坑里的水不断地用桔槔汲出到蓄水坑里,使水位继续下降,直到浮动物体下降触到船坑底部。
在这一过程中,浮动体也牵引装载巨石的木滑橇沿巨石专用坡道向上移动与落差高度差不多的距离(假设绳索通过绞紧后的伸长率接近零情况下)。
这时需要在运载巨石的木滑橇后下方的巨石专用坡道(大回廊通道)滑台和墙壁的上相应位置的凹槽里放置木柱和木方,以防止在浮动体上缓绳时装载巨石的木滑橇的下滑。这样就完成了一次巨石的牵引过程。
而在这一过程中,A船坑的蓄水坑内水位随浮动坑内的水的不断汲入而逐渐地升高,达到高水位。

而这时的另一个B船坑的浮动坑里的浮动体在最高水位处等待,在这一状态下先解下A船坑内牵引状态下的第一道牵引绳索。这时而其他几道绳索仍处于牵引状态。
将解下的十几根绳索拉拽到B船坑内的另一个浮动体上,将其一一拉紧系到浮动体的吊绳上,再将其绞紧,使之均匀的受到一定的拉力。然后再用同样的方式,依次进行第二、第三道直至全部绳索的交替完成。
在这过程中未解开的和已系好的牵引绳索始终承受着拉力,最大限度地减少了绳索的伸长率带来而所做的无用功。
完成这一交换绳索过程之后的A船坑将中间闸门打开,让蓄水坑里的高水位的水流向浮动坑里,使浮动坑内的水位上升,等到两侧水面平衡后将闸门关闭,再将蓄水坑内的水用桔槔汲出到浮动坑里,使水位持续上升,直至浮动体上浮到最高位。
B船坑则打开闸门,进行一次重复调低水位、牵引巨石的过程。如此反复,直至将巨石运送到墓室上方的施工台面上。

从这牵引设施的用途上还可以合理推测,将金字塔最顶上的巨大压顶石(奔奔石)牵引到塔顶,以及启动金字塔防盗系统装置等,都是由这个船坑牵引设施系统来完成的。

(五)船坑内出土葬船原因分析

对于这两个船坑的作用,还存在一些疑问。这两个作为巨石牵引系统一部分的船坑为什么在20世纪50年代被发现时,两个船坑内都有葬船出现?而且这两个船坑曾经都被巨石盖板严严实实覆盖,并隐藏在围墙建筑物之下?

为解答这一疑问,我们先来看看金字塔东侧的两个大个船坑。这几个船坑形状很像船的形态,与南侧的两个船坑是完全不一样的。平行于东侧塔基边线的两个巨大船坑尺寸比较相近,船坑的长度分别为53.18米和54.11米,中间最宽处的宽度达到7.5米,深8米。

这一尺寸结构在进行船坑内壁的细料石垒砌装修后,刚好能装下由南侧船坑出土并已复原的太阳船(长43.4米,最宽处5.9米,高7米),而且这两个船坑分别处在祭祀庙的两侧,这说明东侧的两个巨大船坑极有可能是胡夫为陪葬他的两艘太阳船而建造的。

那么为什么这两个船坑却非常的粗糙?丝毫没有被使用过的痕迹?而两艘船却被拆解下来埋葬在南侧的狭窄的船坑里?
在金字塔南侧的船坑内的盖板石上发现标有胡夫的继任者雷吉德夫的名,能够解开这一谜团。

船坑内标有雷吉德夫的名说明,胡夫驾崩后这个葬船工作是由胡夫的儿子雷吉德夫来最后完成的。由此,我们可以用合理的假设来解释这些船坑葬船之谜。
胡夫在建造完大金字塔主体建筑后开始着手建造祭祀庙和河谷庙等附属建筑物。而在祭祀庙的两侧开凿出两个巨大船坑,可能是为了将御用船按原来整船形态陪葬在祭祀庙的两侧。

由于他的船过于庞大,致使开凿出的石块的体积达5800多立方米,重量超过15,000多吨。从这两个船坑留下的遗迹来看,这个工程只完成了最基本的船坑开凿工程部分后基本就停止。这很可能是这时候胡夫法老驾崩,由继位的雷吉德夫来继续完成后续工程。

但胡夫留给他的工程量过于庞大。按古埃及文献记载,当时石灰岩过梁石板的跨度一般不能超过3米(如同我们现在的建筑设计施工规范)。所以需要使用坚硬的花岗岩石梁盖板来覆盖船坑。
参考南侧船坑的盖板石,为体现古埃及41个省,每个船坑要盖41块盖板石块,需要82块长超过7米、厚度超过2米、宽超过1.3米、最大重量超过70吨的巨石,总重量将达5000吨以上。
这超过了国王墓室顶上的减压室的花岗石建造工程量。这在急于要建造自己的金字塔陵墓的雷吉德夫来说,是一个实在是无法继续下去的工程。

于是他巧妙的采用了折中的方法,让工匠们将南侧的两个用于牵引设施系统的石坑进行结构上的简单改扩建,在船坑两侧凿出盖板槽使之能够盖上1.65米厚的盖板石,并进行了精心修饰。
为了在这个有限的狭窄空间内能够安放下整只巨大的船,他们将胡夫的两艘太阳船细心的分别拆解下来,撒上防腐香料,再按船的部位精心的捆绑好后分别放置到两个船坑内,再盖上盖板石之后在上面垒砌围墙来隐藏船坑,以防被盗。以此来完成其父胡夫法老的夙愿。

以上这些可以证明,⑴古埃及存在浮力起重牵引设施的推论符合科学基本理论,符合能量守恒定律,⑵它的结构非常简单,满足当时条件下完全可以设计和制造的条件。⑶完全可以输出所需要的牵引力,而且完全具有可实践性。这些说明“船坑”是浮力起重牵引设施中最为关键的能量转换空间,也是证明古埃及曾经拥有过可牵引60吨巨石的“重型浮力起重牵引设施”的最有力的物证。


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