以非破壞性方式 窺見胡夫金字塔內部

張敏娟/任職輔仁大學物理系副教授兼任副教務長,本刊副總編輯

(與《科學月刊》第577期共同刊載)


古埃及人建造金字塔,相傳是過世的法老(國王)陵墓。金字塔陵墓基座為正方形,四面由四個相等的三角形構成。金字塔既然主要用途是為了讓法老可以安心往生,其象徵的宗教意義就相當強烈。

有座相當有名、位於埃及吉薩市的胡夫金字塔(Great Pyramid of Giza,又稱「大金字塔」、「奇歐普斯金字塔」),相傳是為了給胡夫法老王死後安放墳墓的地方。現在這座金字塔,是全球觀光客最常去的景點之一,也是號稱古代世界七大奇蹟之一,同時也是唯一一個依然存在於現代的奇蹟。




胡夫金字塔的建造奇蹟
這座胡夫金字塔由約230萬塊巨石所建成,高度約140公尺、底邊長約230公尺。科學家們相當好奇這座金字塔是怎麼蓋起來的?以現在一層樓高3公尺來粗估,這座金字塔約47層樓高,實在驚人,到底4500年前的埃及人是怎樣做到的?若是以時間建造而成,230萬塊巨石除以20年,約需要每小時將13塊巨石安裝到位,且必須日夜不休。更驚人的是,古埃及學家皮特里(Flinders Petrie)於1880~1882年對金字塔進行了第一次精確的測量,他的報告指出金字塔外部的石壁與內部墓室的石材都被高精準地組合在一起,石塊與石塊之間的空隙平均只有0.5公分。

這230萬塊巨石,約用了550萬噸石灰石、800噸花崗岩和50萬噸的灰泥,當作石材。外包石塊則用打磨過的白色石灰石包起來,然後經過仔細切割。依照石材的材料,推估工人需要從採石場挖掘、再透過尼羅河運送到金字塔地點。古埃及學家提出,工人們應該是利用關鍵路徑法運送石塊。運送這些石塊時,因為沒有發現古埃及工人使用滑輪、輪子或鐵器,很可能是直接用人力慢慢移動石塊重心,以左右搖擺的前傾姿態,用人力以接力賽的方式拉過去金字塔建造地。

早期有學者提出金字塔是由大量的奴隸建造的,但是近代則藉由找到建造金字塔工人的生活用品,改而認為建造者是一群優秀的工匠,而且過著不錯的生活與擁有不錯的社會地位。畢竟需要聰明的頭腦與精準計算過的設計圖,不太可能是受到日夜虐待的血汗奴隸做的,反倒是過著不錯生活的快樂工匠才比較有可能做到。





利用渺子探測金字塔內部構造
回到胡夫金字塔的內部結構,早期考古學家透過各種方式,找到了入口、王后墓室、大走廊、國王墓室等等,也發現了盜墓者挖掘的通道。由於擔心古蹟倒塌,科學家盡量減少使用破壞性方式去尋找新通道。最新的一篇發表文章,於2017年11月初發表在Nature期刊,是粒子物理學家們使用渺子(muon)偵測器發現了胡夫金字塔內一個從來沒有被發現過的、跟自由女神像差不多高的超大空間。

粒子物理學家們知道大氣中、由宇宙而來的大量宇宙射線中,含有渺子。而渺子可以穿透石頭。渺子是基本粒子標準模型中的輕子,與電子具有類似特性,但與電子不同的是,渺子質量約為105 MeV/c2,約是電子質量的200倍。渺子帶負電,穿越物質的軌跡訊號,可以藉由渺子偵測器獲得。只要將渺子偵測器放在金字塔周圍,等待夠長的時間,就能得知由宇宙射線而來的渺子,通過金字塔後,在哪些位置的渺子數量訊號較多、哪些較少,藉此推估出金字塔的內部結構。渺子偵測器在加速器實驗早已廣泛被使用,但是粒子物理學與考古學結合的跨領域,倒是非常特別。

這個渺子偵測器放在王后墓室的位置,可以偵測其上方空間的渺子數量。這個計畫開始於2015年10月,粒子物理學家必須設計一種渺子偵測器,只能使用電池作為長期偵測,因為偵測器放在金字塔裡面。這個研究的目的是想利用渺子偵測器替金字塔照相,照出內部結構透視圖,類似用X光替人類拍出骨骼、牙齒的技術。

能利用渺子偵測器替胡夫金字塔拍攝內部結構照,讓很多粒子物理學家感到很羨慕(好吧,至少我很羨慕)。渺子偵測器裡面有閃爍體,閃爍體會在接收到帶電粒子之後,產生光。光訊號透過光電倍增管轉換成電訊號,搜集電訊號就能得知渺子的通過數量,代替人眼,看見渺子訊號。

這個被渺子偵測器透過非破壞性的方式偵測出來的超大空間,考古學家們對其存在的位置相當感興趣。這個超大空間的位置,在法老墓室走廊通道的正上方,這是為了防止金字塔過重、當作金字塔的減壓室嗎?這麼長的走廊和挑高的空間,是為了放藝術品給法老靈魂觀賞用的嗎?是讓法老靈魂升到天國的通風井嗎?種種的疑惑,在發現了這件事之後,引發了更多的研究聯想。


延伸閱讀:
Kunihiro Morishima, Mitsuaki Kuno and Mehdi Tayoubi, Discovery of a big void in Khufu´s  Pyramid by observation of cosmic-ray muons, Nature, 2017.

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