故宮是明清時期的皇家宮殿，“紅牆黃瓦”是故宮給人們留下的經典印象。其中，紅牆是指故宮內的宮牆，其外表多飾以紅色。紅色有著陽光、溫暖、熱情、喜慶等多種美好寓意，是中華民族偏愛的顏色，因而又被稱為中國紅。故宮紅牆呈現出壯麗、恢宏的美學意境，有著獨特的視覺美。不僅如此，故宮紅牆的色彩運用、施工技法，甚至關於紅牆本身的傳說等，均包含了較為豐富的科學內容。
從光學角度而言，在可見光譜中，紅色波長最長，這就意味著它的衍射能力最強，即使在能見度較低的環境條件下也能被注意到，而故宮大面積的紅牆極容易成為顯著的標識。不僅如此，紅色波長的特徵使得這種色彩在視網膜上成像時，可產生比其他顏色同尺寸物體要大的視覺效果。另有科學研究表明，人體視網膜中對於紅色敏感的錐形感光細胞數量很多，因而紅色就成為人很容易辨認的顏色。因此，故宮紅牆的顏色就會給人們留下深刻印象。
故宮紅牆的選材與施工也具有科學性。從構造角度講，故宮宮牆主要由磚牆芯、底層灰（漿）、罩麵灰（漿）組成。我們看到的中國紅就屬於罩麵灰。雍正朝《大清會典二》卷之九十五載有“殿門牆外用紅土，內用石灰”，可說明紅牆的底層灰以石灰為主要成分，罩麵灰以紅土為主要成分。清工部編纂的《工程做法》卷五十三對紅牆罩麵灰的材料組成有了更為明確的規定：“提刷紅漿，每折見方一丈用頭號紅土十觔，江米四合，白礬捌倆”。其中，“頭號紅土”為顆粒較細、顏色較深的紅土，“觔”通“斤”，“江米”即糯米，“合”為容積單位，1合等於0。1升。上述3種材料的實際工程配比一般為頭號紅土、江米、白礬按100∶7。5∶5的重量比例混合，兌水後抹在宮牆上，作為宮牆的面層。
科學研究表明，故宮紅牆的紅土主要成分為氧化鐵（Fe2O3），這種材料有很強的著色能力，在大氣和日光中較穩定，有較好的耐腐蝕，耐高溫效能。為了使中國紅較為穩固地附在宮牆面層，聰明的古代工匠在紅牆中摻入了江米和白礬。江米主要成分為澱粉，它能形成吸引力很大的空間網格，對石灰底層的大小和形貌有較好的調控作用，有利於結晶體的緻密，因而有利於紅土黏結在底層灰上。白礬別名明礬、礬石等，由硫酸鋁鉀類礦物明礬石加工提煉而成。白礬與石灰混合後，形成鈣礬石，其固相體積膨脹對灰漿的乾燥收縮起了一定補償作用，因而有利於提高灰漿的抗壓強度、耐水效能和耐凍融效能。江米、白礬等材料與頭號紅土的巧妙運用，使得故宮紅牆呈現出中國紅的優美色彩，並且可保持數年不掉落。
故宮紅牆有著諸多傳說，其中最有名的是20世紀90年代的“宮女魅影”。有參觀故宮的遊客表示，他們在閃電時看到了紅牆上“古代宮女”的影像。從材料學角度而言，Fe2O3以α-Fe2O3、γ-Fe2O3兩種形式存在。故宮紅牆罩麵灰的主要成分屬於α-Fe2O3，其性質穩定。然而，在雷雨天時，閃電會產生少量的氫氣，α-Fe2O3與氫氣可產生還原反應，生成四氧化三鐵（Fe3O4）。Fe3O4在高溫下與氧氣產生氧化反應，可生成γ-Fe2O3。γ-Fe2O3具有磁記錄的功能，是磁帶的重要材料之一。在古代，宮女在紅牆內行走時，如恰巧遇到雷電天氣，閃電與磁場的相互作用，可在紅牆表面產生γ-Fe2O3，使得“宮女魅影”被“記錄”在紅牆上。該過程類似於磁帶在電磁場作用下，儲存影片和音訊的磁訊號。而上百年後，在紅牆罩麵灰仍儲存完好的前提下，遊客在雷雨天參觀時，很有可能閃電與磁場再次相互作用，使得“記錄”在紅牆上的“宮女魅影”再現。該過程類似於磁帶的磁訊號在電磁場作用下，還原出影片和音訊。由此可以認為，“宮女魅影”現紅牆並非毫無科學依據，是有可能發生的。
需要說明的是，故宮紅牆的抹灰層（底層灰、罩麵灰）的根本用途，是為了保護磚牆芯免受風化。而抹灰層與牆芯的黏結強度有限，往往幾年或數年內，就會脫落，需要工匠重新對牆芯進行抹灰。因此，牆體抹灰是紫禁城古建築日常維護保養的重要內容，且600餘年來少有間斷。而遊客所看到的“宮女魅影”，其所在的紅牆能歷經上百年儲存完好而無需重新抹灰，這種情況也是很少的。
由上可知，故宮紅牆不僅僅有濃厚的美學和歷史文化氣息，更能反映出古代工匠對建築材料的科學運用，體現了卓越的建築智慧。
本文來自：科技日報數字報
圖片來源：故宮博物院
