Моделирование показало, что первое колесо было изобретено 6000 лет назад

Хотя изобретение колеса произвело революцию во всем, от транспорта до гончарного дела, его точное происхождение все еще остается загадкой для археологов. Но новое исследование с использованием методов структурной механики предполагает, что восточноевропейские шахтеры могли быть движущей силой трех основных инноваций в технологии колеса еще в 3900 году до нашей эры.

Археологические свидетельства существования колес и колесных транспортных средств в медном веке (около 5000–3000 гг. до н. э.) в изобилии встречаются по всей Европе, Азии и Северной Африке, включая сцены сражений, нарисованные на стенах, миниатюрные колеса, детские игрушки, погребения в повозках и даже ранние текстовые ссылки на эту технологию.

Поскольку колесо было принято так быстро повсеместно, неясно, где и когда оно было впервые изобретено — или же оно было изобретено независимо в разное время и в разных местах.

Существует три основные теории происхождения колеса. Одна из них предполагает, что колесо впервые появилось в Месопотамии около 4000 г. до н. э., а затем распространилось в Европе. Другая теория предполагает, что оно было разработано на побережье Понта на севере Турции около 3800 г. до н. э. Третья основная теория утверждает, что колесо было изобретено в Карпатских горах между 4000 и 3500 г. до н. э. и распространилось оттуда в разных направлениях.

Эта третья теория, выдвинутая в 2016 году историком Ричардом Буллиетом, почетным профессором Колумбийского университета и соавтором нового исследования, основывается на идее о том, что около 4000 г. до н. э. столь желанную медную руду стало труднее находить, из-за чего шахтерам пришлось спускаться в глубь шахт и тащить ящики с рудой обратно.

Модели повозок позднего медного века, найденные в Карпатском регионе, имеют прямоугольную форму с трапециевидными сторонами — подобно современным горнодобывающим машинам.

В исследовании, опубликованном 23 октября в журнале Royal Society Open Science, Ричард Буллиет и его коллеги подробно описали свою модель вероятной эволюции колеса.

Опираясь на свои знания о древних колесных системах, основанные на археологических свидетельствах, ученые применили вычислительную механику и проектирование, чтобы исследовать, как люди могли превратить набор простых роликов в систему «колесо и ось».

В своем исследовании ученые предположили, что для эволюции колеса потребовалось три новшества. Учитывая необходимость перемещения тяжелой корзины или ящика, люди, вероятно, использовали ролики, размещенные вдоль пути, перемещая задние ролики вперед по мере необходимости.

Первое новшество — рифленые ролики — позволило бы ящику опираться на ролики и двигаться вперед-назад, без необходимости обходить его, чтобы заменить ролики. Это могло позволить людям толкать более широкую тележку в шахту. Второе новшество — это колесная пара или колеса, закрепленные на оси, что могло бы дать тележке более высокий клиренс для проезда по камням и другим обломкам в шахтном стволе. А третье новшество, когда колеса движутся независимо от оси, вероятно, возникло примерно через 500 лет после колесной пары и добавило маневренности конструкции.

После создания оптимизированной конструкции колесной пары команда обнаружила на основе своего вычислительного анализа, что эволюция колеса и оси от простых роликов была правдоподобным путем развития, который отражал все более энергоэффективную конструкцию. Но карпатские шахты могли также повлиять на конструкцию.

«Среда, в которой работали первоначальные разработчики колеса, содержала определенные уникальные особенности, которые способствовали переходу к роликовому транспорту», ​​— говорят ученые. «По сути, эти особенности среды — например, узкая, замкнутая дорожка — подтолкнули разработчиков колеса к этой конкретной конструкции».

Хотя новая модель может объяснить, как колесо было изобретено в Восточной Европе, потенциально распространившись оттуда, она может быть не последним словом по этой теме. Все еще возможно, что несколько цивилизаций независимо друг от друга создали колесо.

Подход вычислительного проектирования, который ученые использовали в этом исследовании, потенциально может быть применен и к другим археологическим вопросам.