@ 2024.10.29 , 07:01

轮子的发明

根据一项建模研究,轮子可能是在6000年前由喀尔巴阡山的铜矿工人发明的。虽然轮子的发明改变了运输和陶器制造等各个方面,但其确切起源仍然是考古学家的谜团。这项新研究使用结构力学的方法,认为东欧的铜矿工人可能在公元前3900年时推动了轮子技术的三项重大创新。

在铜器时代(公元前5000年至3000年),欧洲、亚洲和北非的考古证据表明,轮子和轮式车辆的存在广泛,包括战斗场景壁画、迷你轮子、儿童玩具、马车埋葬以及早期的文本记录。然而,由于轮子迅速被采用,至今尚不清楚它的首次发明确切地点和时间,或是否在不同时间和地点独立发明。

轮子起源的主要理论有三种。一种认为它最早出现在公元前4000年的美索不达米亚,并传播到欧洲;另一种认为它在公元前3800年左右在北土耳其的庞特海岸发展。第三种理论则认为,轮子是在公元前4000年至3500年间在喀尔巴阡山发明,并从此向各个方向传播。

2016年,哥伦比亚大学名誉教授理查德·布利特提出了第三种理论。他认为,在公元前4000年,急需的铜矿变得越来越难以找到,矿工需要深入矿井,搬运矿石。布利特在其著作《轮子:发明与再发明》中提到,喀尔巴阡地区发现的晚铜器时代马车模型呈长方形,侧面呈梯形,类似现代的矿车。

在最新研究中,布利特和他的合作者们详细描述了轮子可能如何演变。研究小组利用考古证据,结合计算力学和设计科学,探讨人们如何将一组简单的滚筒变成轮轴系统。

研究人员认为,轮子的演变需要三项创新。为了移动重物,人们可能在路上放置滚筒,并根据需要将后面的滚筒移到前面。

第一项创新是带槽的滚筒,使箱子可以在滚筒上前后移动,减少了人们需要绕着箱子走来更换滚筒的麻烦。这可能使得人们能够将更宽的车子推入矿井。第二项创新是轮组,即固定在轴上的轮子,可能使得车子能够更高地通过岩石和矿道中的其他障碍。第三项创新则是轮子独立于轴的运动,可能是在轮组发明500年后出现,增加了设计的灵活性。

经过优化设计后,研究小组发现,从简单的滚筒演化到轮子和轴的过程是一个合理的路径,反映了越来越高效的设计。然而,喀尔巴阡山的环境可能也影响了这一设计。

“原始轮子开发者所处的环境具有某些独特特征,促使他们转向基于滚筒的运输,”詹姆斯在邮件中告诉《生活科学》。然而,研究人员指出,轮子在铜器时代并没有停止演变。例如,1869年发明的径向滚珠轴承在20世纪汽车和机器工业中带来了重大进展。

尽管这个新模型解释了轮子在东欧的发明,可能从此传播开来,但它并非对此主题的最终答案。詹姆斯表示:“我认为仍然可能存在多个文明独立发现轮子。”

这项研究所采用的计算设计方法可能还可以应用于其他考古问题,詹姆斯说:“例如,我认为仍有许多关于金字塔建造方式的知识待我们探索。”

本文译自 Live Science,由 BALI 编辑发布。

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