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陵墓地宫的真实推断
自秦兵马俑坑发现之后，经过考古学家、历史学家、地质学家等多学科组成的研究者们的共同努力，历20多年的苦苦探寻，关于秦始皇陵地下宫殿的历史真相也在逐步探明。
王学理（右一）带领考古人员在秦始皇陵上测绘（王学理提供）
据秦俑坑的发掘者、考古学家王学理的研究推断，秦始皇陵的地宫，的确具有宏伟壮丽的规模。经现代科学测试手段分析，它也确实突破了人们已知的秦代建筑水平。从总体上讲，它只能是也必然是一个巨型的石砌周壁的竖穴墓[1]圹，然后再附设一些回环相连的隧道式的别室（侧室）和墓道耳室。而内部结构则是由石、砖、木料组成多级桁架[2]式建筑拱卫穹隆顶的群体建筑。因此，同人们所见到的古代陵墓一样，秦始皇陵地宫也大致分为墓室、别室、墓道3个部分。
墓室是秦始皇陵地宫中放置棺椁的主体墓穴，或称椁室。据钻探所知，秦始皇陵地宫上口范围很大，南北长515米，东西宽485米，总面积达24。9775万平方米。如此规模庞大的地下宫殿，是世界上任何一座陵墓也无法与之匹敌的。
秦始皇陵丽山饲官（东段）建筑群复原鸟瞰图（王学理《秦俑专题研究》）
在这个地宫上口之内，经施工处理，由四面向内收一段距离后，筑“方城”[3]一周。方城四面辟门，其中唯东面有五个门道，为避免陵区雨水径流灌注墓室而造成塌方，除了采取导流措施[4]外，还在方城之内收敛、斜行地向下挖掘墓圹。而在墓底，再笔直地挖筑椁室。秦始皇陵宫室这个由巨型的竖井式圹穴构成的三维空间，犹如一个倒置内空的“四棱台体”，也就是考古学家常说的口大底小的“仰斗”状。事实上，自春秋到秦汉间的大型土圹墓，斜壁上都带有多级台阶，像已出土的秦公一号大墓[5]就有三级，而杨家湾汉墓则有五级。秦始皇墓中的周壁根据“数以六为纪”（《史记·秦始皇本纪》）的规定推断，可能环绕着六层台阶。如果从透视的角度看，整个墓室就是六个由大到小的倒四棱台叠加而深入地下的大土坑。
秦始皇陵冢经过历代风风雨雨的漫长侵蚀，终使它由原来周长2087。6米缩小到现在的1390米，足见它被历史的风雨无情地剥去70—82。5米的一层“厚皮”。在这剥掉“皮层”的地方，即现在陵冢的底部周围，下深8米，即是地宫上部的外围建筑。据王玉清、程学华等考古人员测知，墓圹上口有一道高和厚各约4米的宫墙，南北长460米，东西宽392米，其顶部距今地表只有2。7—4米。在这周长1704米的四边正中有斜坡门道，其中南、北、西三面各一道，东边有五道。门道宽达12米，已用夯土填实。由探知的墓底强汞区得知，范围东西长160米、南北宽120米的墓底，很可能就是椁室所在。
关于墓室的结构问题，考古学家王学理先生在深入研究后，曾这样解释：“在中国历史上，上自殷周、下迄汉代的大型陵墓，凡是在平川地带营造墓室者，无不穿十为圹，作为朝天的竖穴木椁墓，椁顶横铺原木，填土夯实，与土平齐。已经发掘的王侯大墓，如殷墟侯家庄西北冈的亚字形大墓[6]、武官村的中字形大墓[7]、妇好墓[8]、凤翔的春秋时期秦公一号大墓、咸阳杨家湾汉墓等，都为我们提供了这方面很好的例证。至于战国晚期，虽然已经开始出现了洞室墓，但这还只局限于小型墓葬。西汉中山靖王刘胜夫妇的墓穴[9]固然是大型的洞室墓，也开了‘以山为陵’的先声，但这属于凿山为藏的另一种类型。另外，像湖南长沙象皮嘴的吴氏长沙王墓[10]和陡壁山的曹（长沙王后）墓[11]，则为我们提供了西汉文、景两帝时期诸侯王墓的典型材料。这两座墓都具有较为复杂的木结构墓室，它包括有前室、后室、两层回廊、甬道等部分，内置‘黄肠题凑’[12]、两重木椁和三重套棺，摆脱了传统‘井椁’（以木料做井字形交错而制成的椁室）的固有形式，木椁室前端已有了门的设置。原来的头箱、边箱和脚箱分别演变为前室、回廊和后室。而前室又设置得格外高大、宽绰，处于突出的地位，回廊则由若干个小室组成，后室则放置棺木。显然，这是模拟地上宫室建筑而来。那么，具有更大规模，而时间早此四五十年的秦始皇墓室结构，岂能没有相同之处吗？回答当然是肯定的。”
在推测秦始皇墓穴深度时，人们往往怀疑通风问题是秦代施工技术上难以解决的问题。这实际是把墓室误作纵深的洞穴而产生的疑虑。如果确认墓室是大口朝天的竖穴，也就不会产生难以通风的疑虑了。至于深地取土，则属于高程运输，在理论和实际上都是不算复杂的。
当这些问题和矛盾都被消解之后，在深而大的“地宫”里，其顶部的建筑形式同样是一个值得研讨的课题。
作为竖穴石圹的秦始皇陵墓室，其跨度和进深，肯定也是超巨型的。就钻探的考古材料而言，它赋予研究者的思路是：在桁架结构上考虑墓室顶部构造。因为秦代的建筑技术还不能解决无柱的大跨度屋架问题，一些地面上的大型建筑物，特别是宫殿，还多沿用殷周以来流行的高台建筑[13]形式。如咸阳塬上的秦一号建筑基址[14]，原是一座平面呈曲尺形的夯土高台，上下有三层。经复原，其顶部正中是高耸雄伟的两层主体居室，南临“露台”，北邻设有平座和栏杆的“榭”，东门通“曲阁”上“阁道”。在主室四周有上下不同层次的小间，围绕高台底层排列着7个出檐设廊的单室。这一宫阙建筑突出的特点是，把不同用途的房间安排在一个有限的空间内，结构紧凑、排列得体，高下错落而又主次分明。据《史记》载：阿房宫建筑规模是“东西五百步，南北五十丈，上可坐万人，下可以建五丈旗”。今天人们看到的阿房宫前殿遗址，仍是一个东西长1300米、南北宽500米、高达10米的夯土台基。推想一下，其建筑结构也不外乎围绕土台做多层安排。这两个具有代表性的例子向后人透露出这样的信息，即秦代的大型建筑靠着都柱及斗、拱，承托着大梁，再配合以壁柱，组成一套木构架系统，从而解决屋架的大跨度问题。这一推理，为研讨秦始皇陵地宫顶部的结构问题，提供了有关技术的借鉴。
从空中看秦始皇陵园，中间为封土堆，四周建筑遗迹隐约可见。
秦始皇陵丘与陵园建筑长度变化示意图（引自王学理《秦始皇陵研究》）
按照王学理的研究和推断，秦始皇陵墓室底部的平面形状同墓室上口一样，近于长方形。底部面积达1。92万平方米，相当于48个国际标准篮球场那么大。当时人的天宇观早已形成，天是苍穹，呈拱形，像个倒扣的蛋壳；地呈方形，如棋盘，天际之处，连接四海。秦始皇陵地宫的主体建筑顶部呈穹庐形，覆盖在椁室之上，从而形成天圆地方的格局，显示出威震海内、富有天下的帝王气魄。至于地宫的主体建筑则居于突出地位，其他如百司衙署、离宫别馆，则是大小不同、规格各一，自成单元。而这些群体建筑，透过一套柱、梁、枋、檩、栿等木构件和墙、阶、角、隅组成一个桁梧复叠、窿顶穹空的巨型砖石和土木混合结构，以承托陵冢的荷载。如再加上墓圹周壁上数重台阶的楼、阁、亭、榭，就显得上下错落、变化有致。地宫上部，以宫墙（方城）环绕，阙、楼连属，俯瞰宇内，气象博大，蔚为壮观——这就是对秦始皇陵墓地宫整体的辉煌构想。
1981年，中国科学院的地质学家利用现代地球物理化学探矿方法，对秦始皇陵先后进行了两次测试。他们先在秦始皇陵封土之上钻眼取土作为地质样品，经过精密的室内化验，惊奇地发现土壤中汞的含量为70—1500个ppb（10亿分之一的缩写），平均值为205个ppb，测试结果表明秦始皇陵地下埋有大量的水银。为排除陵冢封土本身就带有大量水银的可能性，地质工作者详细地查找了史料中关于秦陵封土来源的记载，其中郦道元的《水经·渭水注》记载较为详细：“鱼池水出骊山东，本导源东流。后始皇葬山北，水过而曲行，东注北转。始皇造陵取土，其地淤深，水积成池，谓之鱼池也。”这段记载告知后人，骊山的泉水本来是向北流动的，因秦始皇建陵筑起长堤，泉水才折北向东。至今在陵南约3公里处还有一段残长约1500米、高近10米的长堤残迹。同时记载还说明秦陵用土取自鱼池。至今在秦始皇陵以北约1。5公里的鱼池村南尚有一大坑，其容积超过秦陵封土的体积。
1982年5月，地质工作者再次来到秦始皇陵，特意从鱼池村坑中取土化验，其结果表明鱼池坑中的土壤含汞量仅为5—65个ppb，平均值为30个ppb，比秦陵封土的含汞量平均值约低7倍。如果郦道元的记载无误，这说明鱼池村坑中的土壤原来含汞量微乎其微，运到秦陵之后才发生了巨大变化。这种变化表明是来自秦陵地宫水银挥发所致。以此类推，司马迁在《史记》中记述的秦始皇陵地宫“以水银为百川江河大海，机相灌输”是可信的。
升炼水银图一（引自《天工开物》，明·宋应星著）
升炼水银图二（引自《天工开物》，明·宋应星著）
与此同时，地质科学工作者还测出秦始皇陵的强汞范围是1。2万平方米，如果按学者根据有关资料把储汞的厚度暂以10厘米来计算的话，则墓穴内水银藏量的体积应为12亿立方厘米。据现代科学提供的依据显示，汞在20℃时的密度是13。546克立方厘米。那么，秦始皇陵内原来藏有水银的理论数字应为16255。2吨。因为陵内是“以水银为百川江河大海”的，要流动起来当然就不是平铺地倾入墓底。现按已掌握的汞藏量和现代汞的生产能力估计，陵墓内储有水银应是100吨左右，如果这个数字能够成立，再由丹砂炼汞[15]的比率（86。26%）推算，秦始皇陵内的巨量水银需由约115。928吨丹砂提炼而成。中国古代炼丹家，很早就发明了用石榴罐加热使硫化汞分解而得到水银的方法。这个生产过程用现代的化学分子式列出便是：
2HgS+3O2→2HgO+2SO2↑
2HgO→2Hg+O2↑
秦始皇陵地宫内储有100吨水银，这在今天的人们看来，似乎是个难以置信的数字。假设这个数字是成立的，用什么方法或证据来加以证实呢？或许，只有从有关的文献记载和秦始皇陵区附近的汞矿等方面来考察更合乎逻辑。
司马迁在《史记·货殖列传》中曾说过：“巴蜀寡妇清，其先得丹穴，擅其利数世，家颇不赀。”从后来有个叫徐广的人补注“涪陵出丹”来看，这里应指今天的四川彭水县。《新唐书·地理志》载：“溱州土贡丹砂。”溱州便是今重庆綦江区。另据地理资料得知，酉阳县也产汞。由此可见，在今天的四川东南彭水、重庆的綦江和酉阳地区构成了一个产丹砂的三角带，其中又以彭水产丹的历史为最早，持续时间也最长。实际上，与之毗邻的贵州省的汞的储量、产量目前居全国之首，其中与彭水三角区不远的铜仁、德江、思南、桐梓等地也早有盛产朱砂、水银的记载，而这些地方发现和开采的历史不晚于四川东南，或者更早些。
另据《宋史·食货志》载：“水银产秦、阶、商、凤四州。”又载：“朱砂产商、宜二州。”今天的山阳县，自唐以后属商州，在县西南金钱河上游的西坡岭、丁家山、石家山等地有汞锑矿，至今仍在开采。而《元和郡县志》曾说“兴州（今陕西略阳县）开元贡朱砂”“长举县（今略阳县西北）接溪山在县西北五十三里，出朱砂，百姓采之”，历代不绝。
再据《明一统志》记载：洵阳县“水银山在县东北二百四十里。山出水银朱砂，有洞”。经现代地质部门勘探，在公馆和竹筒两乡相接的大小青铜沟一带，竟是一处长达百余里的特大汞锑矿床，定名“公馆汞矿”，其藏量居西北地区之首，列全国第三位。据古矿洞中采集到的遗物判断，其开采的历史可远溯到汉代之前。
按照王学理的说法，巴蜀寡妇清之所以名载于《史记》，正是她家数世开办汞矿致富而又切中了秦始皇对汞的需要，至于洵阳、山阳、略阳等县采汞的上限年代虽不能确证始于秦代，但通过政权力量和专制手段迫使全国交献物资的事实未必都能详录在案。所以，就不能排除地处秦地、采运均称便宜的这些地方采汞的可能性。因为由公馆到两河关（乾祜河与旬河交汇处），可溯旬河水运到宁陕，后沿子午道抵达长安，再转秦陵，全程不足300公里。由山阳到商州，本来有一条古道相通，再走武关道，直驱秦陵，也不过230余公里。至于远在巴蜀的丹砂和水银，当是跨长江、溯嘉陵江而上，沿米仓道或金牛道越过巴山，经汉水，再通过褒斜道、傥骆道或子午道这些“千里栈道”，便可源源不断地运到关中。
从汞的产地和运输线路看，秦始皇陵内有100吨水银似是可能。但既然“以水银为百川江河大海”，就必有川、河、海的流动，至少当初的设计者是做了这样的构想。那么，这些水银形成的江河湖海又是如何流动的呢？如果仔细研究一下《史记》中“机相灌输”和《汉书》中“机械之变”的记载，对这千古之谜似应有所悟。在古代“机”的含义只能指机械，而同近现代以热能和电能为动力的机械、机器却毫不相干。“灌输”当是流灌输送的意思。而“相”字在这句话里却至关重要，它把“机”同“输”两者联系了起来，由机械推动水银流动，再用“灌输”的力量反过来又推动机械运动。如此往复不已，以期达到水银流动不辍。然而，这种构想应该算是设计者或建造者的一厢情愿，因为根据能量守恒和转化的科学原理，任何不消耗能量以求做“功”的想法都是不切实际的。事实证明，这种努力也只能是无法实现的徒劳。由此推知，秦始皇陵内的水银河是无法也不可能长期流动的，它只能在机械的推动下缓缓地“流动”一段时间，然后进入枯竭状态。遗憾的是，今天的人们尚不能确切地详知创造以水银为江河大海流动的壮举，使用的是怎样一种神奇的机械。但这或许反映了两千多年前，中国人就已经开始了“永动机”的尝试。
秦始皇陵地宫棺椁想象图
当然，秦始皇地宫内以水银为“百川江河大海”的神奇构造，其真实用意恐怕还不是主要象征气势恢宏的大自然景观。如同吴王阖闾、齐桓公墓中以“水银为池”[16]一样，这样做的一个重要目的是为了防盗。由于水银的熔点是-38。87℃，即使常温下的液态也极易挥发，而汞本身是剧毒类物质，人一旦吸入相当浓度的汞气，即可导致精神失常、肌肉震颤而瘫痪，以致伤亡。墓中“以水银为池”，便可扩大汞的蒸气挥发层面。秦始皇陵地宫用“机相灌输”的方法来搅动水银，不但使模拟的江河湖海“奔腾”起来，而且弥漫在墓内的高浓度汞蒸气，可使入葬的尸体和随葬的物品长久保持不腐，更重要的是还可毒死胆敢进入地宫的盗墓者。
以上文字对秦始皇陵地宫的形状做了推断，那么这位千古一帝的棺椁又是什么样子呢？