在世界历史上，有许多令人瞩目的建筑现象，比如埃菲尔铁塔让人联想到法国，自由女神像让人想到美国，金字塔则让人想起埃及，万里长城则是中国的一大地标。今天，我们要探讨的是意大利比萨市的标志性建筑——驰名中外的比萨斜塔。为什么这座斜塔能够斜而不倒？其倾斜的原因又有哪些？下面我们就来详细了解。
比萨斜塔，位于意大利比萨市的奇迹广场上，与罗马式大教堂、洗礼堂和公墓共同构成了比萨奇迹区。作为大教堂的钟楼，比萨斜塔是一座直径为16米的圆形塔楼，共8层，每层外部都环绕着连拱廊。这座塔以其惊人的倾斜度挑战了人们熟知的力学定律……
伽利略的自由落体实验
在1590年的一天，比萨大学的年轻教授伽利略进行了一次前所未有的实验。比萨大学的学生、教师以及围观的市民正以好奇和怀疑的眼光注视着即将发生的一切。伽利略发出信号后，一个重10磅和一个重1磅的铁球同时从塔顶降落，不久，两个球同时着地。他们又重复了实验，结果依然如此。这一实验表明，亚里士多德关于物体下落速度与重量成正比的说法是错误的，从而验证了自由落体定律——即物体不论大小，在自由落下的过程中，若忽略空气阻力的影响，它们的加速度是相同的。伽利略的这一实验不仅纠正了物理学中长期存在的错误，也使得比萨斜塔名扬世界。
斜塔的倾斜过程
比萨斜塔始建于1173年8月9日，由著名建筑师波那诺·皮萨诺设计。最初设计的塔高约为100米，但在动工五六年后，建好的三层塔身开始倾斜。建筑师下令暂停施工，等待地基沉降稳定后再继续。然而，他在有生之年未能实现复工的愿望。到了1275年，塔已倾斜了90多厘米。1275年，建筑师迪·西蒙恢复建塔，并在施工中采取减轻续建部分自重的措施，不仅减薄了塔壁，采用轻质灌注材料，而且在内外壁之间留有30至80厘米宽的空腔。到1284年，塔建至第六层，倾斜仍在继续，当年，迪·西蒙去世，斜塔再度停工。此后，著名的建筑师托马索·皮萨纳继续建筑第七、八层，1350年最后完工。塔高56米，总重量1.45万吨，除了几根柱子使用花岗石外，全部外表材料均是白色和黑色大理石。斜塔完工后，倾斜仍在继续。
倾斜的原因
关于比萨斜塔倾斜的原因，专家们曾争论不休。最初，有的学者认为，是有人故意将塔建成这样的，以展示建筑师的高超技艺。然而，进入20世纪，随着对比萨斜塔的研究，一些事实逐渐浮出水面：比萨斜塔在最初的设计中本应是垂直的建筑，但在建造初期就开始偏离正确位置。比萨塔的倾斜无疑是与土质有关。因为早在19世纪，建筑师拉德斯卡在斜塔地基中钻孔取样，证实土壤条件是塔身倾斜的原因。比萨斜塔下有好几层不同材质的土层，各种软质粉土的沉淀物和非常软的粘土相间形成，而在深约一米的地方则是地下水层。这个结论是在对地基土层成分进行观测后得出的。最新的挖掘表明，钟楼建造在了古代的海岸边缘，因此土质在建造时便已经沙化和下沉。
然而，一些专家研究发现：第一位建筑师皮萨诺当时已了解到，建塔的地方与整个比萨城一样，都处於一条河谷的冲积地上，所以他对地基的地质结构并非一无所知。而且他在建至三层发现倾斜时，采取停工等待地基沉降稳定的做法已有效地解决了一些问题。第二位建筑师续建时，又注意到调整倾斜高度，同时采取措施，减轻塔身重量。第三位建筑师建筑第七层和第八层之间，钟楼来个转折，第八层倾向北面。建钟楼时，还吸收了清真寺尖塔的一些特点，也没设楼顶，以此减轻塔的重量和平衡倾斜。建筑师的做法正是与在比萨城其他地方建塔的做法相似。在意大利的另一个城市佛罗伦萨，於1420年建造的圣玛丽亚·德尔·斐奥雷大教堂，选址就在一片沼泽地上，土层更软，下陷危险更大，但至今几百年来丝毫没有倾斜。一些专家学者由此推测出，比萨塔的倾斜是建筑师意料之中，几百年来斜塔斜而不倒与设计、建筑者有关。
斜塔会倾倒吗？
根据比萨斜塔近年来倾斜的速度，从事观测该塔的专家盖里教授认为，如果按此倾斜率计算，而又不在某些部位承受特殊压力下突然坍塌，250年后斜塔将因塔身的重心超出塔基外缘而倾倒。但是比萨斜塔服务局的有关人员，认为只按数学方式推算是不可靠的，比萨斜塔是一个由多种事实交织成的综合性问题。一些研究者也发现这样一个问题，比萨斜塔塔身曾一度向东倾斜，尔后又转向南倾斜，认为该塔在过去几百年间斜而不倒，250年后倒与不倒恐怕不能局限于简单的假设和预测。
最关心斜塔命运的自然是比萨人，他们有这样一句俗语，“比萨斜塔像比萨人一样健壮结实，永远不会倒下去”。他们对那些把斜塔重新纠直竖正的建议最为深恶痛绝。说来也怪，每当专家们采取加固斜塔地基的措施时，塔的倾斜速度反而加快。如1838年，在塔基及周围进行加固性施工，1934年，在地基及四周喷入九十吨水泥，实施基础防水工程，塔身反而更加不稳，向周围移动，倾斜得更快。但是1973年至1975年间，在关闭了斜塔方圆3公里以内所有私人水井和禁止其他方法取用地下水之后，地下水位稳定下来，塔的倾斜速度放慢下来了。1990年1月7日，意大利著名电视节目女主持人拉发埃拉·卡拉宣布：比萨斜塔暂停开放。比萨市政府决定将斜塔暂时关闭，进行修理，这是比萨斜塔自建塔以来的第一次正式的对公众关闭。意大利政府斥资2500万英镑开始修复工程，包括加固地基和抽走地下水，并以钢缆支撑塔身。该修复工程于2001年完成，斜塔当时已立刻变直近38厘米。最新调查发现，该塔的倾斜幅度在2001年至2013年间，减少2.5厘米。
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