چرخ اولین بار کجا و توسط چه کسی اختراع شد؟

راز بقا: اگرچه اختراع چرخ در حدود ۶ هزار سال پیش همه چیز را از حمل و نقل گرفته تا ساخت سفال متحول کرد، با این حال منشأ دقیق آن هنوز برای باستان‌شناسان یک راز به شمار می‌رود.

حالا، اما یک مطالعه جدید با استفاده از تکنیک‌های مکانیک سازه می‌گوید توانسته است رد ابداع آن برای نخستین بار را بیابد.

شواهد باستان‌شناسی از چرخ‌ها و وسایل نقلیه چرخ‌دار در عصر مس (حدود ۵ تا ۳ هزار سال قبل از میلاد مسیح) در سراسر اروپا، آسیا و شمال آفریقا به چشم می‌خورد.

در صحنه‌های نبرد نقاشی شده بر روی دیوارها، اسباب‌بازی‌های کودکان، مراسم‌های تدفین و حتی متون مکتوب ارجاعات به این فناوری فراوان دیده می‌شود. با این وجود دقیقاً مشخص نیست که چرخ اولین بار کجا و چه زمانی اختراع شد و اینکه آیا به طور مستقل در زمان‌ها و مکان‌های مختلف اختراع شده است یا نه.

سه فرضیه اصلی برای منشأ چرخ وجود دارد. یکی نشان می‌دهد که چرخ اولین بار در منطقه بین‌النهرین در حدود ۴ هزار سال قبل از میلاد ظاهر شد و سپس به اروپا گسترش یافت.

فرضیه دیگری نشان می‌دهد که در حدود ۳۸۰۰ سال قبل از میلاد چرخ در اطراف سواحل آناتولی شمالی در ترکیه توسعه یافته است.

سومین فرضیه، اما استدلال می‌کند که چرخ بین سال‌های ۴۰۰۰ تا ۳۵۰۰ قبل از میلاد در کوه‌های کارپات در اروپای شرقی اختراع شد و از آنجا به مناطق جغرافیایی مختلف گسترش یافت.

چرخ عیلامی یافت‌شده در چغازنبیل متعلق به ۴۵۰۰ سال پیش در موزه ملی ایران

فرضیه سوم بر این ایده استوار است که در حدود ۴ هزار سال قبل از میلاد، جستجوی سنگ معدن مس بسیار سخت شده بود و به همین خاطر از معدن‌چیان خواسته می‌شد تا به عمق معادن بروند و مس را استخراج کنند.

محققان اکنون بر اساس یک مطالعه مدل‌سازی، که در آن از تکنیک‌های مکانیک سازه استفاده شده است، نتیجه گرفته‌اند که چرخ احتمالا برای اولین بار توسط معدن‌چیان مس در کوه‌های کارپات و در حدود ۶ هزار سال پیش پیش اختراع شده است.

ریچارد بولیت، استاد بازنشسته دانشگاه کلمبیا و یکی از نویسندگان مطالعه جدید، در این باره می‌گوید: «بقایای واگن‌های اواخر عصر مس که در منطقه کارپات یافت شده‌اند، مستطیل‌شکل با اضلاع ذوزنقه‌ای شبیه به ماشین‌های معدن امروزی هستند.»

تیم محققان از دانشگاه‌های ایلینوی و موسسه هوافضای جورجیا تک، در تحقیق خود از مکانیک محاسباتی و علم طراحی استفاده کردند تا بررسی کنند که چگونه انسان‌های باستانی می‌توانستند مجموعه‌ای از غلتک‌های ساده را به یک سیستم چرخ و محور تبدیل کنند.

آن‌ها می‌گویند که سه نوآوری برای تکامل چرخ مورد نیاز است. اولین نوآوری غلتک‌های شیاردار ساده هستند که به جعبه اجازه می‌دهند تا روی یک نوار قرار بگیرد و به جلو و عقب حرکت کند، بدون اینکه افراد مجبور باشند برای گرداندن غلتک‌ها با آن حرکت کنند.

قدیمی‌ترین چرخ چوبی شناخته‌شده شامل یک محور مربوط به ۵۲۰۰ سال پیش که در مرداب‌های لیوبلیانا در اسلوونی کشف شده‌اند

دومین ابداع یک چرخ-محور بود که تشکیل می‌شد از یک محور به همراه دو چرخ که به آن متصل شده بودند. این ابداع می‌توانست به گاری توان بیشتری برای عبور از روی سنگ‌ها و ناهمواری‌ها در معدن بدهد.

سومین نوآوری، که در آن چرخ‌ها مستقل از محور حرکت می‌کنند، احتمالاً حدود ۵۰۰ سال پس از چرخ‌گردانی پدید آمد و بر اساس این مقاله قابلیت مانور را به آن اضافه کرد.

تیم محققان بر اساس تجزیه و تحلیل محاسباتی خود دریافتند که تکامل چرخ و محور از غلتک‌های ساده به سمت غلتک‌های پیچیده‌تر، به منظور بهینه‌تر شدن مصرف انرژی انجام شده است.

کای جیمز، مهندس هوافضا در جورجیا تک، در این باره می‌گوید: «محیطی که توسعه‌دهندگان چرخ اصلی در آن فعالیت می‌کردند، دارای ویژگی‌های منحصربه‌فردی بود که توسعه چرخ و تغییر به سمت حمل‌ونقل مبتنی بر غلتک را تشویق می‌کرد.»

معدن مس در کوه‌های کارپات

به گفته محققان، هر چند اختراع چرخ برای اولین بار در عصر مس اتفاق افتاد، اما در آن زمان متوقف نشد و برای مثال اختراع بلبرینگ‌های شعاعی در سال ۱۸۶۹ پیشرفت‌های قابل توجهی را در صنایع خودروسازی و ماشین‌آلات در قرن بیستم رقم زد.

به باور پژوهشگران اگرچه مدل جدید ممکن است توضیح دهد که چگونه چرخ در اروپای شرقی اختراع شده، اما قطعیتی درباره اولین بودن آن وجود ندارد. دکتر جیمز می‌گوید: «من فکر می‌کنم هنوز این امکان وجود دارد که چندین تمدن به تنهایی و به صورت مجزا از هم چرخ را کشف کرده باشند.»

نتایج مطالعات تازه در نشریه علمی «Royal Society Open Science» منتشر شده است.