紫禁城是中国历史文化中最具代表性的建筑。如此庞大的建筑结构体系不禁让人感受到祖先的智慧和建筑技巧。11月4日，北京科技大学机械工程学院副教授李疆、清华大学摩擦国家重点实验室副研究员陈皓生、普林斯顿大学机械与航空工程系教授霍华德·斯通在《国家科学院学报》上发表了一份研究报告，指出在中国古代建造故宫博物院时，他们制造了人造冰道，并将水作为润滑剂，将重达300吨的巨石拖走，再次以现代科学的方法向世界展示了中华民族无限的智慧。
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中国古人不在冰上拖运巨石。
古故宫建于明成祖朱迪永乐四年(公元1406年)，至永乐十八年(公元1420年)，1557年至1561年、1597年至1627年因大火重建两次。据说最初的建设投资是工匠23万人，民工士兵数百万人，是几代人劳动的结晶。紫禁城巧妙的建筑技术也吸引了无数中外研究人员的努力。故宫使用的巨石多达数万块，其中最大的一块是九条游龙雕刻在保和殿后面的大石雕，重约300吨。《两宫鼎建记》曾简要记载，长石雕在隆冬时节被拖到人工冰道上。
北京科技大学机械工程学院副教授李疆虽然没有详细的记录和科学论证长石雕的拖运过程，但通过浏览500年前的记录，发现了一个类似的情况:1557年，一群劳工以类似的方式拖运了一块重约123吨的巨石，行程70多公里后运往故宫。因此，我们可以补充和纠正机械工程史上“由于中国的车轮在公元前1500年得到了充分的发展，中国古代没有人力拖运冰上巨石的案例”的观点。
滑动摩擦比滚动摩擦更安全可靠
去年夏天，清华大学摩擦学国家重点实验室副研究员陈浩生带着普林斯顿大学机械与航空工程系教授霍华德·斯通参观了故宫博物院，讨论了大石雕运输中的润滑问题。后来，他们查阅了文献，但没有从现代工程科学的角度发现相关的分析，所以他们决定找出答案。
据李疆介绍，明代人在巨石运输中已经意识到，在低速重载下，滑动摩擦比滚动摩擦更安全可靠。此外，故宫巨石运输采用冰润滑法，通过在冰上泼水形成水膜作为润滑剂，达到降低阻力的目的。通过比较发现，这种运输方式比传统的木撬、滚子和普通的冰润滑更省力，更适合北京当时的环境条件。因此，研究人员通过比较滚动和滑动之间的摩擦系数，表明该方法是合理的。
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润滑剂背后的科学
根据巨石到故宫的距离和时间，专家估计每秒拖动123吨巨石所需的平均速度为8厘米。如此低的速度和极小的摩擦不会使冰自动融化成水，然后在冰道和木板之间形成润滑剂。因此，李疆和其他人研究了其他可以产生和维持水膜的方法，即在拉动时直接在前面泼水，这在古埃及也有类似的记录。从现代物理研究可以看出，冰上低速运动物体的摩擦比高速运动时大得多，但接近零度时以水膜为润滑的摩擦非常小。因此，在泼水作为润滑剂的情况下，即使每秒以8厘米的低速滑动，也只会有很小的摩擦。由于明朝北京日间零下3.7摄氏度，水不能在2分钟内完全冻结，因此水膜可以维持和保证运输。当然，古人也可以用热水来延缓冻结。@ 研究人员可以得出结论，在故宫九龙壁拖运过程中，不仅通过制造冰道来减缓摩擦，还通过长途运输向冰道泼水作为润滑剂。
著名的中国科技史研究者李约瑟曾指出，中国古代没有建立基于数学的西方科学体系。中国古代先进技术是一种经验体系，很难称之为科学。然而，当我们站着凝视紫禁城，当学者们用现代科技手段重新审视紫禁城的建设技术时，我们不禁对祖先的智慧印象深刻。“明代巨石运输方式说明，当时人们对低速重载润滑的研究已经达到了很高的水平，”李疆还评论道。紫禁城的建设和郑和七下西洋都发生在15世纪初。巨石运输的例子表明，当时的陆地运输技术并不比航海技术差。”
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从理论上讲，由于冰比木材表面更坚固、更光滑，故宫的建造者使用人工冰道，使木板作为巨石垫与冰接触（而不是古埃及铺木板，实现木板与木板的接触），大大降低了摩擦。根据古籍记载和合理计算，李江等人从现代实验的角度估计，以同样的方式运输123吨巨石的工匠人数不到300人，因此可以推测运输300吨巨石的人数不能超过太多。然后，他们计算出，以木板为轨道拖运123吨巨石所需的人数为354人。虽然接近预期人数，但在运输300吨以上的九龙壁时显然可能会失败。然后可以推断，当时最可行的方法就是铺设冰道，把巨石拖到冰道上。这种便利的方法与北京的气候环境有关。与长期处于热带地区的埃及相比，北京具有使用冰的自然优势——寒冷的冬天。古籍记载，巨石的运输时间在冬至前后，在15岁左右、16世纪，北京1月份的平均气温为零下3.7摄氏度(上下0.5摄氏度)。虽然没有天然河流为运输提供冰道，但人们在运输过程中每半公里挖一次坑取水，以确保冰道用水。
揭秘:如何将重达300吨的九龙壁运到故宫？