［历史上的丝路科技］ 海上丝绸之路贸易者如何平稳渡海

陈巍，理学博士，现为中国科学院自然科学史研究所副研究员。主要研究科技知识在古代世界的传播并把世界连为一体的历程。喜爱“上穷碧落下黄泉”，品鉴各个文明在应对相似问题时展现出的智慧。

古诗词有云：“乱石穿空，惊涛拍岸，卷起千堆雪。”古代航海活动不免会遇到汹涌波涛的情况。若风浪过大过急，船只可以停泊等待以规避风险，不过船只的常态就是随着浪花拍打颠簸晃动，让航船尽量保持稳定，既可提高乘坐舒适度，又能保证船上货物的周全。这就涉及对船舶稳性的认识与实践，在古代这主要是通过改进船体形态结构，以及合理配置压舱物解决的。

什么是船舶稳性

船舶的稳性又称复原性，是受波浪等外力作用而倾斜的船只，当外力消失后恢复漂浮于静水中的平衡形态的能力。不考虑船内货物随颠簸移动等因素，船自身所受重力和重心可视为不变，船所受浮力也不变，但浮力所作用的点（位于水下体积的中心）却会因船只倾斜后水下部分不停变化而改变。这就让浮力和重力不在同一条直线上，这将抵抗使船倾斜的力量，带来复原性。比如我们做一条小船放在水池里，若小船稳性不好，稍微搅动水面就打翻了，稳性好的小船则很难翻船。

那么如何可以增强船只的稳性呢？不倒翁可以带来一些启示。不倒翁是具有相当高稳性的玩具，它能摇晃，但作用于其上的力消失后，怎么都不会倾覆。观察不倒翁，可以发现它拥有两项特征。其一，它底部多呈扁圆形，圆形让它能摇晃不已，扁形则意味着底部宽度较大，从而增长了大幅倾斜时的恢复力臂。其二，它的重心很低。对于船舶来说，如果重心总是低于稳心（浮力作用的中心所在垂线与船体中心线之间的交点），则船总会回正，否则就将倾覆。

船只重心高于稳心导致事故的事例并不鲜见，即便是航运业高度发达的现代也时有发生。例如2006 年，一艘从日本驶往加拿大的货船“猛豹号”就因为过多排出底部压载舱的海水，导致重心过高，影响其稳性，在阿留申群岛一带的大浪冲击下，该船严重倾斜约80°。虽船员很快得救，但货船直到3个星期后才被扶正。

可见，较好的稳性是安全航行必不可少的条件。我们知道浮力定律是由古希腊大科学家阿基米德最早揭示的，但直到18 世纪中叶“造船工程之父”皮埃尔·布格提出稳心概念后，船舶稳性才开始得到系统研究。这并不意味着此前漫长时间里人们只能在船上左摇右晃，通过实践，古代造船者同样能较妥善地处理不同情境下的船舶稳性问题。

以宽求稳

前面提到可从两条途径增强船只稳性。其一是增大船底部表面积，这方面的改进从人类刚开始在水面航行时就出现了。最早的渡水工具有两种，即筏子和独木舟。筏子缺乏船舷，严格意义上说还算不得船，它把许多可漂浮物聚集成宽阔的表面，从而获得良好的稳性。独木舟看似容易翻滚，实则也能改进。数千年前中国东南一带制造的独木舟就在舟外安装支脚，既可放置物品又能起增强稳性的作用。这一形式逐渐传播到太平洋众多岛屿，使支脚船成为南岛居民横渡重洋的利器。

船舶建造技术的进步让人们能够根据船只主要用途调整其形态结构。在对速度要求较低而载货量需求较高的情况下，船只底部宽阔平坦。古印度的哈拉帕文化曾发展出平底船，用于在城市间运送货物，埃及也发现过底部趋于扁平、具有优良稳性的海船。这些活跃于红海和印度洋的船只有可能即中国古籍中“昆仑船”的原型，唐朝出现的沙船或受其影响。沙船具有宽、大、扁、浅等特点，不但可使其能载运数百乃至上千吨货物在港口中方便地装卸，也很容易处理搁浅状况，在风浪较小的情况下非常平稳，因而格外适于在中国北方含沙量高的近海航行。历史上沙船曾遍布南洋，甚至远航非洲。大约与沙船同时，西欧也出现了底部平坦的寇格船。历史上的平底货船至今仍能从集装箱船身上领略到风采。

平底船也有缺点，它造价和建造技术比一般船只要求更高，而且其较高稳性仅限于较小幅度的倾斜角，故它并不完全适用于深海航行。加之平底船航速较慢，操纵不太灵活，在许多情况下人們依旧会选择尖底船。当然，并非所有船只都追求高稳性，古希腊人有时就任战舰在海上倾覆漂浮，只需把船员救起并设法将船拖回港口即可。那么，尖底船如何实现较好的稳性呢？这就需要运用前面提到的第二种途径，即借由妥善配置压舱物调整船只重心。

古代贸易中的压舱物

压舱物指的是船只航行时放置在船舱里，用来稳定船身的重物。由于船舱上层和甲板上经常放置货品，若船舱底部缺乏重物，则船的重心过高，就会出现稍遇颠簸就濒临倾覆的险况。

我们平时常遇到“压舱石”这个词，它除用于航海的本义外，也常用于比喻保持稳定之物。不过自古以来可用于压舱的不仅限于石头，只是对于未载货空驶的船只来说，随处可见的石头是最容易利用的物品之一（可能仅次于沙土）。所以“压舱石”只是所有压舱物的代表，而绝非其全部情况。压舱石在距今数千年前的西亚船只上就多有发现，有时考古学家会分析古代沉船上的压舱石产地，推测船只曾停泊过的地方。

另一方面，有价值的特殊石料，如大理石也是一种贸易品，因此它拥有压舱物和商品的双重属性。这种现象并不罕见，古代海洋商路上众多大宗货物都有可能用作压舱物。矿石和冶炼出的金属锭的比重多大于石料，它们是效率更高的压舱物。铜、锡、铅都是用于冶炼青铜的原料，它们是青铜时代海上贸易的主角，也当仁不让地充当着压舱物。到较晚时代，铁是另一种珍贵的金属贸易品，不少从印度出发驶往别处的船只都用铁块作压舱物。矿产资源流向手工业中心后，换回的大宗商品多为谷物。但脱粒后的谷物却不是理想的压舱物，除了它们的密度远小于石块沙土外，海运的散装谷物会随船只颠簸而在一定空间中流动，对船舶稳性造成不利影响。

到古希腊和古罗马时期，海洋贸易涉及的商品更加多样，人们配置压舱物的经验也更加周详。石料仍是最常用的，它们往往被重复使用。不过鉴于各地商品的价值与数量并不平均，一些港口充斥着来往船只卸下的过多压舱石，如冰岛海域的鳕鱼通过金斯顿港进入英格兰，与鳕鱼相配的压舱鹅卵石同时大量抛弃在这里，金斯顿人甚至用这些石料铺设了贯穿港口的整条道路。

由于古代长途贸易风险巨大，生意常常是被少数能够获取暴利的商品牵着走的，而这些商品大多具备数量稀少、产地分布不均、单价昂贵等特点。以往学者多认为作为压舱物的其他物资在贸易中几乎仅有陪衬地位，或者反过来说，绝大多数种类商品除当作压舱物外，商人们仅仅抱有能卖几个钱是几个的态度。

不过设若真是如此，为什么古希腊船只还要装载那么多精美的陶瓶呢？虽然瓶装葡萄酒或橄榄油作压舱物的效率接近于谷物，但依然很难理解商人们把轻重商品煞费苦心地搭配，而不是简单装载石头了事。近来研究表明，这些货物是有价值的，古罗马商人并不是只把金银送往印度换回珍贵的东方商品，而是把欧洲的葡萄酒、玻璃器皿、红珊瑚、金属锭送往埃及参与红海贸易，再搭配新的商品组合前往印度。对不同货物用作压舱品的组合，既体现了人们对船舶稳性实践知识的灵活掌握，还折射出海上丝绸之路沿线各地紧密依存的繁忙贸易关系。

随着历史推移，人们也逐渐认识到压舱物没必要全部置于船舱底部。如果重心过低，虽船只不容易沉没，可远离船底的货舱的摇摆幅度更大，不利于易碎品的运输。这对以陶瓷作为主要出口商品的中国显然更加重要。易碎的陶瓷须与稻草等缓冲物一同打包，总体上密度不高，它原本并非合适的压舱物，但中国商船仍将其置于船舱底部，而把密度更大的铁器放到上层船舱，适当提高船的重心和摇摆中心，减小陶瓷所处位置的摇摆幅度，降低带给它们的冲击。灵活改变压舱物位置，体现着航海者已对船舶稳性拥有相当深刻的认识。