追寻永乐大钟
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■追寻永乐大钟
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■让科学的光辉映照山河
——充满生机的中国科学技术协会
■让科技之光照耀中国
■巴黎，我们捧回儒勒·凡尔纳奖
每当辞旧迎新和特殊庆典时刻，欢乐的中国人总忘不了隆重敲响那口最珍爱的永乐大钟。
激越、磅礴、沉雄、嘹亮，带着恍来天外的神秘感和历史深处的沧桑感，一声声覆盖百里京华。
这时候，四面八方的吉祥喜庆之声便有了庄严的领奏。
多么令人生敬又令人生畏的一口大钟。
它诞生在岁月的另一端。
五百八十多年前，以派遣郑和下西洋和编纂《永乐大典》而昭彰史册的明成祖朱棣，为炫耀自己的文治武功，并为迁都北京肇基定鼎，下令铸造了这口无与伦比的大钟。
它既是朝钟，又是佛钟。
遥想当年这座庞然大物轰然响起的时候，曾经以何等摄人心魄的威严，诏告着皇权显赫与皇恩浩荡，也宣示着神权至上和佛法无边。
悠悠五个世纪过去了。
今天，我们肃然仰望这个形貌苍古的明代孑遗，仍然仿佛看到一个巨大而苍莽的惊叹号，沉沉垂挂在天地之间！
对永乐大钟的关注和考察似乎一直是历史学家和诗人的事，后来才有不少科技工作者开始染指其间。
诚然，永乐大钟是明代人文景象的直接映射和重要索引，但却更是十四世纪中国科学技术登峰造极的经典之作，是五百八十年前冶金、铸造、力学、声学等各项技术整体水平的真实物证。
通过这口大钟展示的“谜面”，我们可以猜出五个世纪前科学技术发展状况的许多“谜底”。
通高6.75米；口外径3.3米；重46.5吨；上下各处厚度变化有致；洋洋23万字经文铸满了钟体内外。
如此巨大的尺寸和重量，如此精美的质地和工艺，即使五百年后的当代铸造技术，面对美仑美奂的永乐大钟也不能不深深鞠躬。
经过反复研究和考证，科学工作者已经能清晰描述当年铸造大钟的方法和过程。
这是初创于两千多年前商周时代的陶范法。
到了明代能工巧匠手中早已成为驾轻就熟、炉火纯青的工艺。
他们营造了一个壮观而宏大的场面：在地上挖出十米见方的深坑巨穴，先按设计好的大钟模型，分七节制出供铸造使用的外范，低温阴干，焙烧成陶。
再根据钟体不同断面的半径和厚度设计车刮板模，做出大钟的内范。
当七个陶制外圈依次对接如七级浮屠之状时，浑然一体的大钟外范便拼装成功了。
这是天衣无缝的操作，纤毫之隙，分厘之差便会引起“跑火”，招致全盘失败。
为了承受浇铸的压力并确保足够的强度，外范四周无疑是用泥土填满并层层夯实的。
钟钮旁边四处不易觉察的疤痕，泄露了四个浇铸口的准确位置。
我们看到了最典型的雨淋式浇铸法：几十座熔炉沿四条槽道排开，炉内大火流金、铜汁鼎沸；地坑里内外模范同时高温预热。
当蓄满炉膛的万斛金汤相率奔泻而出后，这口万钧大钟便一气呵成了。
回望此情此景，五百年前的手工作坊式生产，分明已经透出了近代大工业的规模和气概。
冷却又是一道致命的工序。
坑内是一团没有熄灭的地火和流焰，必须控制冷却速度防止钟体炸裂。
世界著名的俄罗斯大钟就因冷却过程中的闪失出现裂纹，结果沦为一口哑钟。
而孕育永乐大钟的地坑此时是一个天然的自动冷却系统。
可以想象当年劳苦的工匠们付出了多少精心呵护，才能确保永乐大钟在平安降温中平安降生。
如果把大钟看作一个瓜或者果，那么，这个称为蒲牢的东西便是它的蒂或者把了。
蒲牢是佛教中的名称，原义是龙爪。
它也的确像龙的爪子，一把将大钟紧紧抓住。
蒲牢作为承重的钟钮，中间巧妙地加进了钢芯。
它是事先用失蜡法铸好，放在内范外范之间预留的位置上，一起经过高温预热，然后浇进钟体的。
它和大钟的融合看上去无缝无隙、浑然天成，胜过任何一种焊接。
薄牢生根般的四个末端一律膨大成球状，确保大钟吊起后永远不会拔出和滑脱。
最为举世罕见和引人惊叹的奇迹，莫过于将23万多字的佛教经文和咒语上上下下、里里外外铸满了大钟的每一寸表面了。
也许是对夺取皇位中杀伐过多生出了悔意，也许因战胜所有敌手后反倒厌倦了人间的纷争而皈依佛门，明成祖晚年潜心撰写《诸佛世尊如来菩萨尊者神僧名经》凡四十卷，二十万言。
其中前二十卷十万字便刊登在永乐大钟不朽的版面上。
钟上的铸字还有许多其它汉文佛经和梵文佛咒。
有学者猜测，明成祖铸钟的初始动机便是为了给自己的呕心沥血之作寻找一个永恒的载体，以教化众生和流传百世。
照这样看，经文和钟体便相当于灵与肉的关系了。
也许这是最诘屈聱牙和枯燥乏味的文章，但23万字的版面，安排得如此匀称整齐，从头至尾绝无空白，又一字不多一字不少，真要经过一番精心的运筹和计算。
据说是大书法家沈度率京中名士先在宣纸上把经文写就，然后用朱砂反印到钟模上，再由工匠雕刻成凹陷的阴文。
剩下的事，便是以火为笔，以铜为墨，将这光洁挺秀、见棱见角的23万金字一挥而就了。
从大钟顶部一个微小的砂眼中取出一个微小的金属颗粒；从大钟底部不显眼的边缘刮掉一点金属粉末。
化学定量分析结果表明，大钟上下部位的成份是均匀而一致的：铜80.54%；锡16.41%；铅1.12%；锌0.22%……也许为了提高身价、增添吉祥并加强抗锈蚀能力，大钟内还检出了0.03%的金和0.04%的银。
青铜的机械性能曲线显示，当含锡量在15%至17%时，抗拉强度达最高值，声学性能也达到最佳状态。
是谁为大钟的合金开出了这样高明的化学处方？几十只不同的熔炉如何让共同煎出的这副金属羹汤保持成份一致？我们不由陷入深深的遐想。
研究一下大钟的悬挂无疑是另一个有趣的课题。
永乐大钟1420年前后从铸钟厂竣工，首先运到汉经厂，万历年间移至万寿寺，清乾隆年间又搬迁到觉生寺。
可见古人在没有大型机械的年代，已经有足够的知识和办法对付万有引力了。
此处，46.5吨的巨大重量是通过正反两个U型铜卡互相衔接交付给木质大梁来承担的。
每当游人仰视这个感觉上最薄弱的环节，常常不免生出阵阵疑惑和担心：那根锁定两个铜卡的销钉何等纤细小巧，只有6.6公分宽，14.3公分高，怎能担负得了如此万钧之任呢？
还是科学家出面回答了这个问题。
他们发现古代设计者为了既提高强度，又保持悬挂部位外观的色泽一致，在销钉中也横穿了一根钢芯。
或者说，这是一根外面包了青铜的钢钉。
根据所受剪应力计算，其安全系数为8.2，远远超过了当代飞机上材料强度的安全系数。
有人还进一步作出动态计算，销钉可承受的钟体摆动速度为每秒15.4米。
即使将大钟倒竖着举起，再任其自由落下做加速运动，也不会将销钉挣断。
至于坚实的木梁和微微内倾的支柱，更是经过几百年多次强烈地震的严酷考验而纹丝不动。
古人竟创造了这样简单廉价又万无一失的支撑系统！
我们欣赏一颗钻石众多的棱面时，自然不会忘记它主面上熠熠的光芒。
永乐大钟作为一个发声装置，它最根本的功能和终极的输出无疑是钟声。
归根结底，应该以钟声的品质来鉴别技术成就的高低。
在这方面，五百年间已有无数诗文对永乐大钟天下独美的音响作过精采描述。
而科学工作者用的却是另一种语言。
快速傅立叶变换法，旋转薄壳体有限元分析法，一记钟声如同一束白光通过牛顿的棱镜，频谱上出现了众多的分音。
钟体在几何形状大致固定的情况下，单靠厚度的变化就能带来极为丰富的泛音。
厚厚的钟唇是高音E3的主要震源，钟腰的厚度变化则送出了C3、A3分音。
这是不同乐音奏出的和弦，是众多溪流汇成的洪波。
永乐大钟铸成后，由于通体都是经文，根本不可能通过机械刮削来调音，但却一次性达到如此音响效果，这的确是俗手不办的事。
由于差频现象和各分音在大气中衰减程度不一，便出现了钟声的抑扬起伏和各处听到的音调略有不同。
重击一次，钟声持续时间可达三分钟之久。
最后绕梁不绝的余音是最低的基音，难怪总带着庄严的嗡嗡之声了。
做一天和尚撞一天钟的成语，描述了中国古钟的鸣响不同于西方使用钟舌从内壁敲击，而是用钟杵从外壁碰撞。
永乐大钟当年供六个僧人集体操作。
一击之下，声闻数十里。
钟口正下方八角形地槽既能提供仰观大钟内壁经文的方便，更具有今天舞台前面乐池的声学功能。
这里处处都有匠心和巧思，正是诸多的智慧，共同将十四世纪东方的黄钟大吕之音塑造得无比和谐、圆满而丰盈。
至今还不断有研究者报告永乐大钟考察中的新发现和新问题。
诸如机械能转化为声能的效率和声场分布状况如何；永乐大帝的《名经》不按正常顺序排版，却三进两出从外壁反复转到内壁，是否反映了古人独特的时空观念……永乐大钟作为五百年前一个庞大的存在，一定还会携带着许多尚未发现的信息，等待后人去诠释和破译。
我们也许不免带上了几分怀旧之情。
五百八十年间，听过钟声的人们一代代谢世了。
而大钟却顽健如初，钟声依旧。
它有足够的寿命来和时间抗衡。
这是跨越时空，轰鸣千古的不朽之音。
它满载着一个时代蓬勃的生命信号，永远传递着人文的光辉和科学的火薪。
(本片荣获1998年法国巴黎第十五届世界科学与传媒大会杂志类科普奖；获1999年葡萄牙科技和医学电视节“银奖”；获1999年度联合国教科文组织国际电影电视及音像传媒匈牙利国家委员会奖)
