轮子与轮轴:为便利和速度赋能
从移动的那一刻开始,轮子就是一项真正伟大的发明,它改写了人们曾经用双脚认识的空间。

当你平稳地驾驶着舒适的小轿车、潇洒地骑着越来越轻便的自行车、穿着滚轴溜冰鞋享受着速度的快感时……可曾想象过没有轮子的世界?

轮子诞生之前,不仅生产效率落后,重物只能靠人力生拉硬拽,遥远路程的运输更是无法想象的。如何提高运输效率、延长运输距离,成了摆在人类面前亟待解决的难题。然而,轮子的发明非常特立独行。

纵观历史,大多数发明都是受到自然界的启发。干草叉的发明来自人类对分叉木棍的观察,飞机的发明则是受到了鸟儿飞翔的启示。而轮子的独特之处在于,它的发明不是基于自然界,而是早期人类根据生产和生活需要,靠自身经验创造出来的,是彻底的人类智慧结晶。

轮子被人类创造出来,大约在公元前3500年左右,在新石器时代青铜时代之间的过渡时期。那时,人类已经开始种植庄稼,放牧家养动物,并拥有某种形式的社会等级制度。

而关于轮子起源于何处,学术界有两种观点。最流行的说法是:轮子首先出现于美索不达米亚地区,也就是今天的两河流域,随后扩散至世界各地;还有一种说法,轮子在世界各地先后出现,由当地的人们分别研制出来。目前看来,轮子和其他许多文明成果一样,由美索不达米亚地区起源,进而扩散到亚欧大陆的各个角落,这种可能性最大。

现代的学者们倾向于认为,在人类学会直立行走之后,发明轮子就成了第二大任务。但实际上,在人类的发展史上,有好几项重要的发明都比轮子要早几千年:这其中包括农业、船只、织布和陶器。而轮子最早被发明出来,并不是用作交通工具,而是用在制陶工艺上。

陶器作坊中使用的陶轮

轮子之所以在历史上稍晚些时候才被发明出来,其中一个重要原因是,人类需要金属工具来凿出合适的孔和轴。也就是说,如果只是轮子,没有任何进一步的创新,对人类并不会有太大的帮助。

因为轮子不仅仅是一个沿其边缘滚动的圆盘。这个圆盘,一旦连接上一个稳定的固定平台,就会摇身一变,成为一项伟大的发明,由此诞生了轮轴结合的概念。这简直是一个天才的想法!这个想法,使得早期的交通工具成为可能。这个想法的实现,是人类历史上面临的一项巨大挑战。

为了攻克轮轴结合的难题,人类经历了艰难的摸索:

首先,车轴的两端,以及轮子中间的孔必须呈现出近乎完美的圆形,而且要尽可能地光滑。如果做不到这一点,就会导致这些部件之间的摩擦过大,轮子就无法转动。也就是说,车轴必须舒适地安装在车轮的孔里,但也必须要有足够的空间让它们自由转动。

早期苏美尔文明时期的轮子文物,可见此时的轮轴和轮子还是一体的

其次,最早的轮子是木头做的,人们用木桩来固定车厢,这样当车厢靠在滚轴上时就不会移动。再用销钉把轮轴和车轮固定在一起,这样一旦运行起来,轮轴就会随车轮一起转动。后来,更是干脆在车轮上挖出一个孔洞,用于代替销钉,车轴可以穿过孔洞放进去。这样的设计,使得车轮和车轴得以分离开来。

然后,人们又发明了固定轴,也就是车轴不转动,被牢固地连接到车架上,轮子则安装在轮轴上,可以自由转动。固定轴的出现,可以使手推车使用起来更加稳定,也可以更好地转弯。到这个时候,轮子终于可以被认为是一项完整的发明了。

最后,如果轮子要用作交通工具,那么一个轮子是肯定不行的,必须至少是一对大小相等的轮子。在青铜时代的黎明,人类的加工技术非常粗糙,对于技能熟练的工匠而言,把一对轮子加工成同等大小都是一个相当巨大的挑战。在这种情况下,基于轮子而诞生的交通工具——车,就成了特权阶层的专属物品。

乌尔王旗上刻画的苏美尔文明时期马拉车,其中可见当时最早的轮子结构

经过一系列改造的轮子,虽然已经能够满足人们的日常所需,但就当时的生产发展速度来说,这种工具的效率还远达不到大型生产需要。为了节省时间和劳动力,辐条的设计开始出现,车轮也在其诞生的1500年之后,由埃及人首先开始使用由轴孔、轮辐、轮辋组成的车轮。不仅节省了原材料,而且使车轮变得更轻,更便捷。

乌尔王旗上刻画的苏美尔文明时期马拉车,其中可见当时最早的轮子结构

到了公元前1000年,凯尔特人开始在其双轮马车上使用铁制圈车轮。由于其结实耐用的特质,这种车轮一直被沿用至了公元1802年,一种更细的铁丝轮辐被G.F. Bauer注册为个人专利,这项发明在今天的自行车身上还可以见到。

伴随着铁丝轮辐的出现,另一项伟大的发明由R.W.汤普森在1845年注册为专利,那就是充气轮胎。1888年,充气轮胎被英国的一位兽医邓禄普进行了改良并再次注册为专利,而之后英国著名的体育运动用品品牌DUNLOP,让人们彻底告别了颠簸的时代。

现代自行车轮胎,辐条,橡胶充气轮胎这些元素一应俱全

除了代替人类的双脚让我们“跑”得更快以外,轮子更在其他领域发挥了巨大的作用。

在制陶领域,做陶艺时的轮盘就是车轮的前身, 约在公元前3500年,美索不达米亚南部地区,陶工最早使用轮子进行机械化工业生产;

在水利领域,约公元前300年,希腊人发明了以水流为动力的装置——水轮。他们用水轮提水灌溉或者驱动水磨来磨制面粉;

在纺织领域,约1035年的中国已经将手摇曲柄添加到纺轮上形成手摇纺车,这种纺车可以进行多锭纺纱;

在军事领域,轮子改变了早期的战争方式!约公元前1600年,埃及人就发明了轻型战车。这种战车具有辐条车轮和一个薄的半圆形木制框架,轮上装有坚固的箍, 并且车轮用锲子紧紧钉在轴上。车厢、车辕和两副挽具证明战车制造技术已经成熟。车上可以容纳两个人,一人操控快速前进,另一人持弓战斗。

水车中的轮子

如今,轮子已无处不在。呜呜作响的硬盘、工作着的光驱、软驱,为完成蛋白质的分离而不停地旋转着的离心机轴承……人类从文明之初就选择了轮子,而它也很可能会伴随人类发展的始终。

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