فصل ۱: مکانیک و نیاکان ما

«بله، چیزهای شگفت‌انگیز.»

سیر آغازین

همان‌طور که در مقدمه گفتم، برای رخ‌دادن پدیده‌های مکانیکی دخالت انسان لازم نیست. بااین‌حال، پرسشی جالب به ذهن می‌رسد: انسان‌ها از چه زمانی استفاده از مکانیک و/یا مطالعهٔ آن را آغاز کردند؟ متأسفانه هیچ‌کس زمان دقیق آن را نمی‌داند. بدیهی به نظر می‌رسد که انسان‌ها از همان آغاز پیدایش گونهٔ ما از مکانیک استفاده کرده‌اند، اما شواهد کجاست؟ اگر خویشاوندان زیستی‌مان، مانند شامپانزه‌ها، را بررسی کنیم، به نظر می‌رسد مکانیک‌دانان خوبی باشند. کافی است تاب‌خوردنشان را در میان درختان تماشا کنیم تا روشن شود که درکی ذاتی از تکانه و نیروهای گرانشی دارند. همچنین می‌دانیم که به‌اندازهٔ کافی از مکانیک سر درمی‌آورند تا از ابزارهای سنگی برای شکستن چیزهایی مانند مغزها استفاده کنند. اما این‌ها شواهد علمیِ واقعی دربارهٔ استفادهٔ انسان از مکانیک نیستند.

گرزهای سنگی نخستین اختراع‌های مکانیکیِ انسان‌اند که در سوابق باستان‌شناختی دیده می‌شوند. در سال ۲۰۱۰، گروهی بین‌المللی به سرپرستی شَنِن مک‌فرون در درهٔ آواش سفلیِ اتیوپی استخوان‌های جانورانی یافتند که آثار سلاح‌های سنگی بر آن‌ها دیده می‌شد [۱]. قدمت این استخوان‌ها را ۳٫۴ میلیون سال برآورد کرده‌اند و اگر واقعاً انسان‌ها این سلاح‌ها را ساخته باشند، کهن‌ترین شواهد روی زمین از استفادهٔ انسان از مکانیک به شمار می‌آیند. نمونه‌های دیگری از سلاح‌های سنگی نیز باقی مانده‌اند که قدمتشان به حدود ۵۰۰هزار سال پیش از میلاد می‌رسد.

شواهد نشان می‌دهند که مدت بسیار زیادی گذشت تا انسان‌ها ابزارهای پیچیده‌تری ساختند. لین وادلی، باستان‌شناس دانشگاه ویتس در آفریقای جنوبی، اخیراً در غار سیبودو، در ساحل شرقی آفریقای جنوبی، شواهدی یافت که نشان می‌دهد مردم عصر سنگ از ۶۰هزار سال پیش از میلاد، نوک پیکان را به‌عنوان بخشی از تیر و کمان به کار می‌بردند [۲]. متأسفانه ظاهراً این فن رواج نیافت: از میان رفت و تا ۲۰هزار سال بعد دوباره پدیدار نشد. بااین‌همه، شکل‌دادن به سنگ با استفاده از مکانیک گامی مهم برای بشر بود. اگر می‌خواهید بدانید انجامش چقدر دشوار است، تکه‌ای سنگ چخماق بردارید و با سنگی دیگر بکوبیدش تا چیزی با لبه‌ای تیز بسازید. بنابراین، هرچند دقیقاً نمی‌دانیم برای شکل‌دادن به نوک پیکان‌ها از چه فنونی استفاده می‌کردند، شواهد داریم که انسان‌ها دست‌کم ۶۰هزار سال پیش به کاری می‌پرداختند که امروز آن را مکانیکِ «آزمایشی» می‌نامیم.

نمونهٔ دیگری از کاربرد مکانیک به دست انسان را می‌توان در نقاشی‌های غارها دید؛ از جمله نقاشی‌های غار ال‌کاستیو در شمال اسپانیا که ۴۰هزار سال قدمت دارند و نقاشی‌های غار شووه در فرانسه که قدمتشان به حدود ۳۵هزار سال پیش می‌رسد [۳]. به نظر می‌رسد نقاشان این آثار هنریِ شگفت‌انگیز برای ساخت رنگ‌دانه‌هایشان از ابزارهای مکانیکی استفاده کرده باشند؛ شاید آن‌ها را با ابزار سنگی می‌سابیدند و پودر می‌کردند. بااین‌حال، از این موضوع مطمئن نیستیم.

اندکی بعد، نخستین شواهد استفادهٔ انسان از مکانیک برای هدفی جز ساخت ابزار یا سلاح پدیدار می‌شوند. الکساندر مارشاک استخوان‌هایی متعلق به فرهنگ اوریناسی در فرانسه یافت که قدمتشان به حدود ۳۲هزار سال پیش از میلاد می‌رسید و نشانه‌های روشنی از تقویم قمری داشتند [۴]. افزون بر این، دکتر میشائل راپن‌گلوک از دانشگاه مونیخ، نشانه‌هایی روی دیوارهای نقاشی‌های مشهور غار لاسکو در فرانسه شناسایی کرده است که به نظر می‌رسد تقویم‌های قمری باشند (شکل ۱٫۱) [۵]. قدمت این تقویم‌ها به حدود ۱۳هزار سال پیش از میلاد می‌رسد. این شواهد بسیار بهتر نشان می‌دهند که انسان‌ها مکانیک را مطالعه می‌کردند. برای ساختن تقویم، به احتمال زیاد لازم بوده حرکت اجرام آسمانی را بررسی کنند؛ و این یعنی مکانیک. پس می‌توان نتیجه گرفت که انسان‌ها از دیرباز مکانیک را مطالعه می‌کرده‌اند.

راستی، لاسکو غاری بسیار جالب است. چهار نوجوان آن را در ۱۲ سپتامبر ۱۹۴۰ در جنوبِ مرکز فرانسه کشف کردند. غار نزدیک به دوهزار نقاشی دارد که قدمت بعضی از آن‌ها را تا ۱۷٬۳۰۰ سال برآورد می‌کنند. غار در سال ۱۹۴۸ به روی عموم گشوده شد، اما در ۱۹۶۳ ناچار شدند به‌دلیل آسیب ناشی از انتشار دی‌اکسیدکربنِ بازدیدکنندگان آن را ببندند.

در چرخشی عجیب در ماجرا، مردم محل تصمیم گرفتند نسخه‌ای دقیق از دو غار بسازند. این کار پروژه‌ای ساختمانیِ دشوار از آب درآمد، اما سرانجام به انجام رسید و لاسکو ۲ در سال ۱۹۸۳ به روی عموم گشوده شد. متأسفانه غار اصلی همچنان رو به فرسایش گذاشته است، اما لاسکو ۲ به کار خود ادامه می‌دهد.

در آغاز بازدید از غارِ بازسازی‌شده، روش ساخت لاسکو ۲ را برای بازدیدکنندگان شرح می‌دهند؛ روشی که خود تمرینی بسیار جالب در مکانیک سازه بود (نگاه کنید به فصل ۹). بنابراین امروز بازدیدکنندگان نمی‌توانند وارد لاسکوی اصلی شوند، اما بازدید از بدل آن همچنان بسیار چشمگیر است. آن را همتای باستان‌شناختیِ مرکز اپکات در دیزنی‌ورلد تصور کنید.

کاوش‌های باستان‌شناختی که از میانهٔ سدهٔ نوزدهم در عراق امروزی آغاز شدند، شواهدی وسوسه‌انگیز به دست داده‌اند که نشان می‌دهد میان‌رودانیان از سدهٔ هجدهم پیش از میلاد رصدهای نجومی انجام می‌دادند. تا زمان نگارش این کتاب، دست‌کم ۵۰۰هزار لوح میخی در جاهایی چون سیپار، درست در جنوب‌غربی بغداد، کشف شده بود و شمار قابل‌توجهی از آن‌ها برای اندازه‌گیری حرکت اجرام آسمانی به کار رفته بودند [۶]. این یافته‌ها نشان می‌دهند که میان‌رودانیان به‌احتمال بسیار نخستین تمدن روی زمین بودند که پژوهش‌های علمیِ نظام‌مند انجام دادند؛ رصدهای نجومی‌شان نیز آشکارا بر مکانیک استوار بود.

تا پایان دورهٔ پلیستوسن (۱۰هزار سال پیش از میلاد)، انسان‌ها احتمالاً مکانیک را به‌طور نظام‌مند مطالعه و به کار می‌بستند [۷]. در واقع، چند حکاکیِ باقی‌مانده تلاش‌هایی برای ساخت تقویم خورشیدی در حوالی پایان آخرین عصر یخبندان را نشان می‌دهند. این نکته از دو جهت مهم است: تقویم‌های خورشیدی از تقویم‌های قمری دقیق‌ترند و به مکانیک پیشرفته‌تری نیاز دارند. پس شواهد نشان می‌دهند که مکانیک در قلمرو فعالیت‌های انسانی موضوعی بسیار کهن و پربار است.

می‌توان استدلال کرد که مکانیک در واقع کهن‌ترینِ علوم راستین است و به نخستین تلاش‌های انسان برای مطالعهٔ حرکت اجرام آسمانی بازمی‌گردد. چنان‌که از سازه‌های سنگیِ باستانی مانند استون‌هنج، ایوبری و بِل‌تِنی، و نیز از بناهای مگالیتیِ فراوان دیگری در سراسر اروپای غربی می‌دانیم که با حرکت زمین نسبت به خورشید هم‌راستا شده‌اند، دست‌کم ۵۰۰۰ سال پیش مردم نه‌فقط حرکت ماه، بلکه حرکت زمین را نیز مطالعه می‌کردند. برای نمونه، در استون‌هنج، در دشت سالزبریِ جنوب انگلستان، خورشید در انقلاب تابستانی مستقیماً بر محور اصلی هِنج می‌تابد. آنان نه‌فقط تقویم‌های سنگی می‌ساختند، بلکه دقتشان را نیز می‌آزمودند؛ این خود بازتاب روشنی است از اینکه مکانیک را برای به‌کارگیری روش علمی استفاده می‌کردند (شکل ۱٫۲).

ظاهراً استون‌هنج محوطه‌ای بسیار کهن است و شاید قدمتش به ۸۰۰۰ سال پیش از میلاد برسد. سن‌سنجیِ کربنیِ قطعه‌های چوبیِ یافت‌شده درون خاکریز نشان می‌دهد که سازه شاید در آغاز چوبی بوده است. احتمالاً مهندسان نخستین دریافتند برای ساخت بناهایی که در گذر زمان پابرجا بمانند، به مصالح بادوام‌تری نیاز است: سنگ. واقعیت هم این است که تقریباً همهٔ سازه‌های به‌جامانده از دوران باستان سنگی‌اند.

متأسفانه، همان‌طور که فاصلهٔ نسبتاً کم میان سنگ‌های عمودیِ بزرگ نشان می‌دهد، مقاومت کششیِ اندک سنگ استفاده از آن را به‌صورت تیر افقیِ بلند محدود می‌کند. این خود مسئله‌ای دیگر در مکانیک است و شاید نشان دهد نیاکان ما دست‌کم به‌صورت تجربی ماهیت تیرها را درک می‌کردند؛ مسئله‌ای که راه‌حل علمی‌اش تا سدهٔ هجدهم پیدا نشد (نگاه کنید به فصل ۷). امروزه می‌دانیم تیری افقی که زیر بار گرانشی قرار گیرد، در بخش زیرین خود در راستای افقی تنش کششی پیدا می‌کند. از آنجا که سنگ حتی زیر تنش‌های کششیِ کوچک هم می‌شکند، نمی‌توان از آن برای ساخت تیرهای افقیِ بلند استفاده کرد.

مسئلهٔ مکانیکیِ جالب دیگری هم دربارهٔ استون‌هنج وجود دارد: هیچ‌کس دقیقاً نمی‌داند سازندگانش چگونه سنگ‌ها را به جایی رساندند که امروز در آن ایستاده‌اند. امروزه در شعاع ۲۴۰کیلومتریِ دشت سالزبری هیچ سنگ کبودِ مشابه سنگ‌های به‌کاررفته در محوطه پیدا نمی‌شود؛ پس شاید انتقالشان به تلاشی انسانی و سترگ نیاز داشته است. بااین‌حال، برخی باستان‌شناسان معتقدند یخچال طبیعیِ ایرلند در آخرین عصر یخبندان این سنگ‌های بزرگ را در نزدیکی محل نشانده باشد. راز چگونگی ساخت دقیق استون‌هنج، چنان‌که هر کس که قسمت‌هایی دربارهٔ آن را در شبکهٔ هیستوری دیده باشد می‌داند، موضوعی بسیار پربار و جالب است. متأسفانه هیچ مدرک باقی‌مانده‌ای توضیح نمی‌دهد مهندسان باستان چگونه این کار شگفت‌انگیز را انجام دادند؛ بنابراین ناچاریم به گمانه‌زنی بسنده کنیم.

صرف‌نظر از اینکه سنگ‌ها از کجا آمده‌اند، جابه‌جایی و سپس برپا کردنشان باید چالشی عظیم در مکانیکِ دوران باستان بوده باشد. گفته‌اند ساخت استون‌هنج احتمالاً به مهارت‌های فناورانه‌ای نیاز داشته که اصل اهرم و وسایل جابه‌جایی مانند قایق و چرخ یا غلتک را دربرمی‌گرفته‌اند؛ بسیاری از این وسایل احتمالاً در فرهنگ‌های گوناگون، مدت‌ها پیش از پدیدآمدن تقویم‌های مگالیتی، به کار می‌رفته‌اند. بااین‌حال، هنوز دربارهٔ فنون به‌کاررفته توافقی وجود ندارد و همین دلیل خوبی است که از این موضوع دور شوم. اما از یک چیز می‌توان مطمئن بود: مکانیک جزء ضروریِ فنون ساختمانیِ به‌کاررفته بوده است.

اِیبِری در جنوب‌غربی انگلستان بزرگ‌ترین دایرهٔ سنگیِ اروپا را در خود جای داده است. این محوطه به حدود ۲۶۰۰ سال پیش از میلاد بازمی‌گردد و یکی از کهن‌ترین تقویم‌های مبتنی بر ستارگان روی زمین است. بیش از هزار دایرهٔ سنگی در گوشه‌وکنار جزایر بریتانیا دیده می‌شود. به نظر می‌رسد بیشتر آن‌ها با آغاز عصر آهن ــ که در جزایر بریتانیا حدود ۸۰۰ سال پیش از میلاد شروع شد ــ رها شدند. شاید این امر با حملهٔ سلت‌ها به اروپای غربی در همان زمان و بیرون‌راندن بومیان با جنگ‌افزارهای برترشان مرتبط باشد؛ جنگ‌افزارهایی که با بهره‌گیری از مکانیک ساخته شده بودند.

شواهد نشان می‌دهد پیش از این سازه‌های سنگی، بناهایی بسیار کهن‌تر اما کم‌دوام‌تر وجود داشته‌اند که شاید به پیش از آغاز دورهٔ هولوسن برسند؛ دوره‌ای که با عقب‌نشینی یخ‌ها، بیش از ۱۲هزار سال پیش آغاز شد. بااین‌همه، در مقیاس عمر زمین، شواهد محکمی نداریم که نشان دهد انسان‌ها بیش از چند ده‌هزار سال پیش مکانیک را واقعاً مطالعه می‌کردند. شواهد باقی‌مانده نیز حاکی از آن‌اند که انسان‌ها مکانیک را نه‌فقط از سر کنجکاوی، بلکه بیش از آن برای بقا مطالعه می‌کردند. به‌هرحال، پیش‌بینی تغییر فصل‌ها از راه حرکت اجرام آسمانی و ساخت سلاح برای زنده‌ماندن در اقلیم‌های سخت ضروری است.

با آغاز هزارهٔ سوم پیش از میلاد، بر پایهٔ سوابق باستان‌شناختی، سازه‌های سنگیِ تقویمی در اروپای غربی نسبتاً رایج شده بودند؛ نمونه‌های فراوانی از آن‌ها هنوز هم دیده می‌شوند. بااین‌حال، شواهد موجود دربارهٔ اینکه دقیقاً چه اصولی از مکانیک برای برپا‌کردن این یادمان‌های پایدارِ نبوغ نیاکانمان به کار رفته‌اند اندک است. برنامه‌ای تازه در شبکهٔ هیستوری [۸] نشان داد این سازندگان باستانی با چه چالش عظیمی روبه‌رو بوده‌اند. چندصد داوطلب با وسایلی که می‌دانیم حدود ۳۰۰۰ سال پیش از میلاد وجود داشته‌اند، توانستند سنگ‌هایی هم‌اندازهٔ سنگ‌های استون‌هنج را در یک روز فقط چند فوت جابه‌جا کنند.

کتاب «کشف‌های گمشده» اثر دیک ترزی [۶] پیشرفت‌های فراوانی را از بابل، عربستان، هند و حتی قارهٔ آمریکا در دورهٔ پس از اختراع زبان به‌دست سومری‌ها فهرست می‌کند. دربارهٔ دستاوردهای قارهٔ آمریکا وارد جزئیات نمی‌شوم، چون به‌سادگی به نظر می‌رسد تأثیر چندانی بر جهان مدرن نداشته‌اند (به عنوان این کتاب توجه کنید).

از سوی دیگر، دستاوردهای مردم خاورمیانه و هند، و شاید تا اندازه‌ای چین نیز، بسیار ژرف‌تر از آن بوده‌اند که کتاب‌های تاریخیِ رایج به ما می‌گویند.

برای نمونه، به نظر می‌رسد سومری‌ها حدود ۵۰۰۰ سال پیش دستگاه شمارش شصت‌پایه را اختراع کرده باشند. این دستگاه هنوز هم در جهان ما همه‌جا حضور دارد. مثلاً هر ساعت را به ۶۰ دقیقه و هر دقیقه را به ۶۰ ثانیه تقسیم می‌کنیم. همچنین دایره را به ۳۶۰ درجه بخش می‌کنیم. با داشتن ۱۰ انگشت دست و ۱۰ انگشت پا، اصلاً چرا باید چنین کاری کنیم؟

چنان‌که ارنست زبروفسکیِ پسر در کتاب «تاریخچهٔ دایره» [۹] توضیح می‌دهد، دلیلش کارآمدی است. هیچ‌کس دقیقاً نمی‌داند چرا سومری‌ها و پس از آن‌ها بابلی‌ها دستگاه شصت‌پایه را به کار گرفتند؛ اما همین که این تصمیم گرفته شد، بخش زیادی از نظام کنونی‌مان خودبه‌خود از آن پیروی کرد. در واقع، ۳۶۰ کوچک‌ترین عددی است که بر همهٔ اعداد ۲ تا ۱۰ بخش‌پذیر است. همچنین بر ۲۴ بخش‌پذیر است؛ شمار ساعت‌هایی که انسان‌ها برای یک شبانه‌روز برگزیده‌اند. منشأ این انتخاب را هم نمی‌دانیم (شاید با شمار صورت‌های فلکی ــ ۱۲، که آن هم ساختهٔ بشر است ــ ارتباط داشته باشد)، اما می‌دانیم دیرینه است: در مقبرهٔ فرعون مصر، آمنهوتپ اول، به شبانه‌روز ۲۴ساعته اشاره شده و قدمت مقبره به ۱۵۰۰ سال پیش از میلاد می‌رسد.

انتخاب شبانه‌روز ۲۴ساعته احتمالاً تصادفی نیست؛ نتیجه‌اش آن است که زمین هر ساعت ۱۵ درجه حول محورش می‌چرخد. دلیل محتمل دیگر برای انتخاب ۳۶۰ درجه این است که ماه تقریباً هر ۲۹٫۵ روز یک بار به دور زمین می‌گردد. در تقویم‌های باستانی این مدت را اغلب به ۳۰ روز گرد می‌کردند و شمار ماه‌های سال را ۱۲ می‌گرفتند (شاید این هم برای انطباق با شمار صورت‌های فلکی بود)، و در نتیجه سال تقویمی تقریباً ۳۶۰ روز می‌شد. این موضوع برای دریانوردی با مشاهدهٔ اجرام آسمانی اهمیت دارد و پیداست که همهٔ این‌ها به مکانیک مربوط می‌شود.

رابرت کاپلان در کتاب «آن هیچ که هست: تاریخ طبیعی صفر» جست‌وجویی جامع برای یافتن مخترع صفر انجام داده است [۱۰]. متأسفانه نتوانسته با قطعیت تعیین کند چه کسی این عدد بسیار مهم را اختراع کرده است. مصریان از حدود ۱۷۴۰ سال پیش از میلاد دستگاه عددنویسیِ هیروگلیفیِ ده‌دهی داشتند، اما شواهد دربارهٔ کاربرد آن قانع‌کننده نیستند. کاپلان سرانجام استدلال می‌کند که هرچند بابلی‌ها شاید از صفر آگاه بوده‌اند، احتمالاً یونانی‌ها مخترع آن بوده‌اند. متأسفانه ظاهراً یونانی‌ها از به‌کاربردنش سر باز زدند و ناخواسته آن را به هندیان واگذار کردند.

به گفتهٔ دیک ترزی، «بابلی‌ها، برخلاف یونانی‌هایی که از آن‌ها بیزار بودند، با اعداد گنگ به‌طور معمول و آسوده کار می‌کردند [۶].» برای نمونه، فیثاغوریان قضیهٔ فیثاغورس را بر مثلثی با ضلع‌های مساویِ یک‌واحدی به کار بستند. بر اساس قضیهٔ آن‌ها، طول وتر این مثلث عدد آزاردهندهٔ √۲ می‌شد. هرچند توانستند نشان دهند این عدد گنگ است، ظاهراً از این نتیجه خشنود نبودند [۶]. در مقابل، بابلی‌ها با چنین رازهایی بی‌دغدغه کنار می‌آمدند و برای کاربردهای عملی، عددها را گرد می‌کردند. فهم چنین موضوع‌های ریاضی برای علم مکانیک مهم است، چون اندازه‌گیری حرکت مستلزم اندازه‌گیری فاصله است.

بابلی‌ها و پیشینیانشان، سومری‌ها، ظاهراً در ساخت‌وساز هم دست‌کمی نداشتند. زیگوراتی در اور ساخته شده که قدمتش به حدود ۲۵۰۰ سال پیش از میلاد می‌رسد و سوراخ‌هایی برای خروج آب داشته است. دو طبقه از این معبد هنوز برجا هستند و در آن‌ها قوس‌هایی دیده می‌شود؛ یعنی دو هزاره پیش از آنکه رومیان استفاده از قوس را همه‌گیر کنند (نگاه کنید به فصل ۳) [۶].

به نظر می‌رسد دانشمندان و ریاضی‌دانان هند نیز در همان دوره به مطالعهٔ آسمان مشغول بوده‌اند. باستان‌شناسان معتقدند هند یکی از نخستین جاهایی بود که انسان مدرن پس از مهاجرت از آفریقا در آن سکونت گزید. پس شاید چندان عجیب نباشد که هندیان از نخستین دانشمندانی بودند که مکانیک را مطالعه می‌کردند.

سنجیدن دقیق اینکه پیشرفت‌های آغازین مکانیک چگونه جهان ما را شکل دادند دشوار است. آنچه می‌دانیم این است که به نظر می‌رسد سوابق باستان‌شناختی نشان می‌دهند شاید تا ۹۵ درصد همهٔ اختراع‌های اولیه در دوران باستان، به‌دلیل ضعف ارتباطات، از میان رفته باشند. بنابراین ممکن است سلاح‌های سنگی، از جمله نمونه‌های تیزشده، بارها و در مکان‌های گوناگون زمین مستقلاً اختراع شده باشند. بااین‌حال، سرانجام این فناوری رواج یافت و در میان همهٔ انسان‌ها به کار گرفته شد. بی‌تردید اختراع‌های دیگری که به مکانیک مربوط بودند نیز در نقاط و دوره‌های مختلف زمین با گسست‌هایی مشابه در کاربرد روبه‌رو شدند. پس هرچند سوابق کهن اندک و اطلاعاتمان غیرقطعی‌اند، به نظر می‌رسد مکانیک تأثیری ژرف بر رشد انسان‌های نخستین گذاشته باشد.

در دوره‌های بعد، این پیشرفت‌ها قطعاً بر نخستین فرهنگ‌های زمین اثر گذاشتند و این فناوری از راه روایت‌های تصویری و مکتوب انتقال یافت. نوبت یونانیان بود (چنان‌که در فصل ۲ خواهیم دید) تا بخشی از این اطلاعات را گرد آورند، گسترش دهند و نخستین نظریه‌های علمیِ نظام‌مند روی زمین، از جمله نظریه‌های مکانیک، را پدید آورند. اما پیش از بررسی دستاوردهای یونانیان، باید حق مصریان را به‌درستی ادا کنیم؛ شاید از نظر علمی به‌اندازهٔ همسایگان شمالی‌شان پیشرفته نبودند، اما چنان‌که در بخش بعد خواهیم دید، قطعاً کم‌مایه نبودند.

مصریان

چرا این‌همه شیفتهٔ مصر هستیم؟ از دید من چند دلیل دارد. نخست اینکه امپراتوری مصر از هر فرهنگ باستانیِ دیگری دیرپاتر بود: از حدود ۳۸۰۰ سال پیش از میلاد تا ۳۱ سال پیش از میلاد، زمانی که کلئوپاترا، آخرین فرعون، خودکشی کرد. دوم، از کهن‌ترین بخش تمدن مصر بیش از هر فرهنگ دیگری از آن دوران چیزهایی برجا مانده است. سوم، مصریان امپراتورانشان را مومیایی و در مقبره دفن می‌کردند و بدین‌ترتیب دریچه‌ای به گذشته برای ما گشودند. چهارم، تاریخشان را بر دیوار معبدها می‌نوشتند؛ ازاین‌رو وقتی در سدهٔ نوزدهم زبان هیروگلیفی مصر رمزگشایی شد، داستان پنهان امپراتوری نیرومندشان پیش چشم همگان قرار گرفت تا آن را ببینند و بخوانند (نگاه کنید به فصل ۹).

تا سدهٔ نوزدهم و پس از ناکامی ناپلئون در فتح مصر (بعداً بیشتر درباره‌اش خواهیم گفت)، سرزمین مصر عملاً از غرب جدا افتاده بود. مصر مکانی اسرارآمیز بود و خطرش برای بیشتر غربی‌ها بیش از آن بود که به آن سفر کنند؛ عمدتاً به‌دلیل بیماری‌هایی که جان را تهدید می‌کردند. به احتمال زیاد، کسی که به مصر می‌رفت دیگر سرزمین خود را نمی‌دید [۱۱].

اما پس از آنکه دانشمندان ناپلئون سه سال، از ۱۷۹۸ به بعد، در مصر گشتند و یافته‌هایشان را گزارش کردند، همه‌چیز تغییر کرد [۱۲]. نتایج منتشرشده جهان غرب را شگفت‌زده کرد و رفت‌وآمد پیوستهٔ بازدیدکنندگان به مصر آغاز شد؛ رفت‌وآمدی که با خروج پیوستهٔ گنجینه‌های آن از مصر همراه بود. این روزها، اولی همچنان ادامه دارد (هرگاه آشوب‌های مدنی فروکش کنند)، اما دومی خوشبختانه به‌سبب محدودیت‌های سخت‌گیرانهٔ دولت مصر به جریانی قطره‌چکانی کاهش یافته است.

پس امروز می‌توانید و باید به مصر سفر کنید. نمی‌توانم اهمیت زیارت مصر را برای مطالعهٔ مکانیک بیش از اندازه تأکید کنم. شاید چند چیز دیگر هم توجهتان را جلب کند.

اکنون برای صرفه‌جویی در وقت، اجازه دهید کمی از بحث منحرف شوم و مختصری از تاریخ مصر را بگویم. باستان‌شناسان می‌دانند زمانی در میانهٔ صحرای بزرگ آفریقا دریاچه‌ای بزرگ وجود داشت. خشک‌شدن دریاچه چندان هم دور از گذشته نیست؛ شاید هفت یا هشت‌هزار سال پیش خشک شده باشد. این امر تا اندازه‌ای از تغییر اقلیم ناشی شده، اما علت دیگری هم دارد: دو صفحهٔ تکتونیکیِ پوستهٔ زمین در دریای مدیترانه به یکدیگر فشار می‌آورند و یکی روی دیگری می‌لغزد (نگاه کنید به فصل ۱۱). این فرایند رشته‌کوه آلپ را نیز پدید می‌آورد و دلیل اصلیِ فرورفتن اسکندریهٔ باستانی در زیر سطح مدیترانه و قرارگرفتن بقایایش در بستر بندر اسکندریهٔ امروزی است. شاید آشکارتر از همه، همین فرایند به‌طور غیرمستقیم باعث فرونشست ونیز نیز شده است؛ و همهٔ این‌ها به مکانیکِ صفحه‌های تکتونیکی مربوط‌اند (در فصل ۱۱ بیشتر به آن می‌پردازیم).

وقتی دریاچهٔ مرکز صحرای بزرگ آفریقا خشک شد، بومیانی که آنجا زندگی می‌کردند ناچار شدند به جاهای دیگر مهاجرت کنند. بسیاری از آنان در امتداد ساحل مدیترانه به‌سمت شرق رفتند و به دلتای حاصل‌خیز نیل رسیدند؛ جایی که حدود ۷۰۰۰ سال پیش انفجار جمعیت رخ داد. این امر به برخورد دو فرهنگ، یعنی نیل علیا و نیل سفلی، انجامید؛ دو فرهنگی که سرانجام، شاید به‌دست پادشاهی به نام نارمر در حدود ۳۸۰۰ سال پیش از میلاد، متحد شدند. امروز می‌توانید نشانهٔ پیروزی نارمر را ببینید: مجسمه‌ای کوچک به نام «لوح نارمر» که درست درون ورودی موزهٔ مصر در قاهره قرار دارد. این یکی از کهن‌ترین و مهم‌ترین یافته‌های باستان‌شناختیِ ساختهٔ دست بشر در همهٔ دوران است [۱۳].

بنابراین، نارمر را احتمالاً نخستین فرعون می‌دانند؛ یعنی پادشاه هر دو بخش نیل علیا و نیل سفلی. می‌دانیم که او واقعاً فرعون بوده، زیرا روی جلو و پشت لوح با تاج‌های نمادینِ هر دو پادشاهی تصویر شده است (شکل ۱٫۳). شاید دوران فرمانروایی‌اش آغازگر چیزی باشد که پادشاهی کهن نامیده می‌شود.

مصریان به زندگی پس از مرگ باور داشتند و برای آنکه فرعون‌هایشان پس از مرگ در شکوه و جلال زندگی کنند، به خود زحمت فراوان می‌دادند و برایشان مقبره‌های باشکوه می‌ساختند. برخی شهروندان دیگر را نیز در مقبره‌ها دفن می‌کردند، اما سبک و اندازهٔ مقبره‌هایشان به ثروت و نفوذشان بستگی داشت. چون فرعون ثروتمندترین و مهم‌ترین شهروند بود، باشکوه‌ترین مقبرهٔ تدفینی نصیب او می‌شد.

فقط یک مشکل وجود داشت: مقبره‌ها را از تنها مصالح ساختمانیِ به‌آسانی در دسترس آن روزگار در مصر می‌ساختند؛ گل، که برای ساخت آجر به کار می‌رفت. متأسفانه پس از چند صد سال برای همه روشن شد (به‌ویژه برای فرعون‌های بعدی!) که این مصالح به کار نمی‌آید، چون اقلیم بیابانی آجرها و در نتیجه مقبره‌های آجری را فرسوده می‌کرد و از میان می‌برد و زندگی پس از مرگ فرعون‌های پیشین را به‌شدت از شکوه می‌انداخت. بنابراین، مکانیکِ آجرهای گِلی در حد بلندپروازی‌های والای فرعون‌ها نبود.

اهرام

هیچ‌کس واقعاً نمی‌داند مصریان چه زمانی سنگ‌بری را آغاز کردند یا اصلاً نخستین سنگ‌تراش در جهان چه کسی بود؛ اما می‌دانیم مصریان چند هزار سال پیش ساخت پیکره‌های بزرگِ تراشیده از سنگ را آغاز کرده بودند. آنان هم به گرانیت بسیار سخت دسترسی داشتند (به‌ویژه در سوِنِت، اسوان امروزی، و جاهای دیگر) و هم به سنگ‌آهک نرم در چند نقطه در امتداد نیل. سنگ‌هایی با سختیِ میانه، مانند مرمر، نیز در دسترسشان بود.

چندان طول نکشید که بناها را با پیکره‌های سنگی آراستند و فاصلهٔ زیادی تا ساختن بناهای سنگی نمانده بود. سرانجام به فکر افتادند مقبرهٔ مَصطَبه‌ایِ فرعون را از سنگ بسازند. مصطبه سازه‌ای یک‌طبقه بود که روی مجموعه‌ای تدفینی در زیر زمین قرار می‌گرفت. تا آن زمان مصریان خوب می‌دانستند که شهروندان خودشان مقبره‌های فرعون‌ها را غارت می‌کنند. پس از سنگ استفاده کردند، چون مقبره‌ها باید در برابر غارت و نیز شرایط جوی مقاوم می‌بودند.

حدود ۲۶۳۰ سال پیش از میلاد، فرعون جوسر (از پادشاهی کهن) به‌نوعی به این فکر افتاد که روی مصطبه‌اش طبقهٔ دومی بسازد، بعد طبقهٔ سوم و چهارم و سرانجام پنجم را اضافه کند (شاید عمرش از آنچه انتظار داشت بیشتر شد). به این ترتیب نخستین هرم مصریِ تاریخ پدید آمد (در کارالِ پرو چند هرم سنگیِ خام و قدیمی‌تر هم وجود دارد). امروز آن را هرم پلکانی می‌نامیم، چون لایه‌هایش پله‌پله کوچک‌تر می‌شوند (شکل ۱٫۴).

این هرم را مهندسی به نام ایمهوتپ ساخت؛ نخستین مهندسی که نامش در تاریخ ثبت شده است. ظاهراً هرم در دوران باستان غوغایی به پا کرد، چون مردم مصر بعدها ایمهوتپ را به مرتبهٔ الوهیت رساندند و هزاران سال او را چون خدایی می‌پرستیدند. برای یک مهندس، دستاورد بدی نیست! من مهندس دیگری سراغ ندارم که خدا شده باشد.

هرم جوسر هنوز هم پابرجاست، هرچند تا اندازه‌ای فرسوده شده است. مهندسان اکنون می‌کوشند آن را بازسازی کنند تا پنج‌هزار سال دیگر هم برجا بماند. اما لازم نیست منتظر بمانید؛ می‌توانید آن را در بیابان، در کرانهٔ غربی و جنوب جیزه، در محلی به نام سقاره ببینید.

در سقاره دیدنی‌های هیجان‌انگیز دیگری هم فراوان است. در واقع، قدیمی‌ترین مجموعهٔ ساختمانیِ سنگ‌تراشیدهٔ جهان در سقاره قرار دارد. شانزده مصطبهٔ دیگر نیز در همین محوطه هست. کاوش در سقاره هنوز ادامه دارد؛ پس منتظر یافته‌های تازه باشید، از جمله شاید مقبرهٔ ایمهوتپ که هنوز کشف نشده است.

به داستانمان برگردیم: اکنون در سلسلهٔ سومِ پادشاهی کهن مصر هستیم. ظاهراً مقبرهٔ جوسر در روزگار خود بسیار باشکوه بود و مصر در آن دوره ثروت فراوانی داشت؛ بنابراین فرعون‌های پیاپی توان مالیِ ساختن مقبره‌های تدفینیِ مجلل برای خود را پیدا کردند. کمتر از صد سال بعد، دوران بزرگ ساخت اهرام آغاز شده بود.

در سلسلهٔ پنجمِ پادشاهی کهن، بزرگ‌ترین هرم‌ساز تاریخ به فرعونی رسید. نامش سنفرو بود و دست‌کم سه هرم بزرگ ساخت (برخی گمان می‌کنند شمارشان حتی به شش هم می‌رسید!). سه هرمی که هنوز پابرجایند، هر یک وضعیت فیزیکی متفاوتی دارند. یکی در بیابانِ میدوم قرار دارد و به‌درستی هرم میدوم نامیده می‌شود. این هرم عملاً فروریخته است؛ ظاهراً به‌دلیل مکانیکِ نامناسبی که در طراحی سازه به کار رفته بود. شاید این شکست به نظر برسد، اما اگر نگویم حتی با وجود فروریختن، هنوز پابرجاست، حق مطلب را ادا نکرده‌ام! چند نفر از ما می‌توانیم بگوییم چیزی ساخته‌ایم که پنج‌هزار سال بعد هم برجا بماند؟ (شکل ۱٫۵)

ظاهراً سنفرو فکر کرد می‌تواند بهتر از این عمل کند؛ پس هرم دومی را در دَشور، چند مایل جنوب سقاره، آغاز کرد. این هرم دوم هم دچار مشکل‌های سازه‌ای شد (احتمالاً) و شیب هرم را در میانهٔ ساخت تغییر دادند (باز هم احتمالاً برای کاهش بارهای وارد بر سازه). به همین دلیل امروز آن را هرم خمیده می‌نامند. از میان همهٔ هرم‌هایی که در چهار قاره دیده‌ام، این یکی محبوب‌ترین من است. برایم واقعاً شگفت‌انگیز است. پوشش سنگ‌آهکیِ آن هنوز تا حد زیادی برجا مانده، پس می‌توانید ببینید هرم‌های دیگر در گذشته چه شکلی داشته‌اند. اما بیش از همه، سادگیِ سترگِ این بنای سربلند که با وقار در بیابان ایستاده، بازدیدکننده را تحت‌تأثیر می‌گذارد. این بنا نزدیک به پنج‌هزار سال است که همان‌جا ایستاده. دفعهٔ بعد که تصمیم گرفتید چیزی بسازید، ببینید می‌توانید طوری طراحی‌اش کنید که پنج‌هزار سال دوام بیاورد یا نه. اگر موفق شوید، شاید پنج‌هزار سال دیگر مردم شما را به نام بشناسند (شکل ۱٫۶)!

شاید سنفرو هرم خمیده را به‌اندازهٔ من دوست نداشت، چون هرم سومی هم ساخت. این هرم حدود یک کیلومتر شمال هرم خمیده قرار دارد. امروز آن را هرم سرخ می‌نامند، چون روی دیوارهای داخلی‌اش نشانه‌هایی سرخ‌رنگ پیدا شده است. این هرم واقعاً باشکوه است! در واقع سومین هرم بزرگِ ساخته‌شده در تاریخ است و می‌توانید وارد آن شوید (بی‌آنکه مثل هرم بزرگ خوفو در صف طولانی گردشگران بایستید). عظمتش حیرت‌آور است (شکل ۱٫۷).

پس سنفرو سرانجام راه درست را پیدا کرد. این شیوهٔ بی‌قاعدهٔ ساخت اهرام احتمالاً بزرگ‌ترین و پرهزینه‌ترین نمونهٔ طراحی سازه به روش آزمون‌وخطا در تاریخ بود؛ البته اگر دورهٔ ساخت کلیساهای جامع گوتیک را کنار بگذاریم (نگاه کنید به فصل ۴). امروزه فکرِ ساخت چنین سازه‌های عظیمی با روش آزمون‌وخطا به ذهن مهندسان خطور هم نمی‌کند. از جمله به این دلیل که شرکت‌هایشان از همان تلاش دوم ورشکست می‌شدند. اما کمتر از پنج‌هزار سال پیش، بشر چنین درکی از مکانیک نداشت.

دربارهٔ این اهرام نکتهٔ دیگری هم هست که ارزش گفتن دارد. مهندسان سنفرو در آن روزگار نمی‌دانستند چگونه قوس بسازند. پس برای ایجاد اتاقک‌هایی درون هرم سرخ، روشی مبتکرانه به کار بردند. امروز آن را قوسِ پیش‌آمده می‌نامیم: چیزی جز تراشیدن سنگ‌های گرانیتیِ بلند نیست (شکل ۱٫۸) و سپس، ردیف‌به‌ردیف که بالا می‌روید، لبه‌هایشان را اندکی روی هم پیش می‌آورید. با این روش ساختمانی توانستند درون اهرام اتاق‌هایی با ارتفاع بیش از ۱۲ متر بسازند. این نمونه‌ای از کاربرد بسیار هوشمندانهٔ مکانیک است. شرط می‌بندم بسیاری از کارگران در پایان روز با کمردرد به خانه می‌رفتند.

برج ایفل در سال ۱۸۸۹ ساخته شد (نگاه کنید به فصل ۹) و حدود ۳۲۰ متر (۱۰۵۰ فوت) ارتفاع دارد. در بیش از صد سالی که از تکمیلش گذشته، بیش از صد سازهٔ بلندتر از آن روی زمین ساخته شده‌اند. زندگی در روزگار ما یعنی زندگی در زمانی که انتظار می‌رود انسان‌ها با شتابی فزاینده سازه‌هایی بزرگ‌تر و بلندتر بسازند. اما جهان همیشه چنین نبوده است. تا زمانی که کلیسای جامع لینکلن در سال ۱۳۰۰ ساخته شد، بلندترین سازهٔ دست‌ساز روی زمین هرم بزرگ خوفو در جیزه بود (حدود ۱۵۰ متر، یعنی تقریباً نصف ارتفاع برج ایفل) که حدود ۲۵۵۰ سال پیش از میلاد ساخته شده بود.

روایت دانشمندان یونان باستان چنین است: نخستین دانشمند بزرگ تاریخ، یونانی‌ای به نام طالس بود (نگاه کنید به فصل ۲). او در سدهٔ ششم پیش از میلاد زندگی می‌کرد. یک بار در عمرش از زادگاه خود، میلتوس، به دیدن اهرام رفت. شهرتش چنان بود که فرعون او را به دیداری خصوصی در کاخ دعوت کرد. در آن دیدار، فرعون از طالس پرسید آیا می‌تواند ارتفاع این سازهٔ بزرگِ باستانی را تعیین کند. هرم بزرگ آن‌قدر کهن است که فرعون‌های واپسین دورهٔ مصر باستان هم آن را اثری متعلق به دوران باستان می‌دانستند!

طالس میله‌ای به نام گنومون ــ پیش‌نمونهٔ ساعت آفتابی ــ در زمین فرو کرد و ارتفاع میله و طول سایهٔ آن را اندازه گرفت. سپس طول سایه‌ای را که هرم بزرگ می‌انداخت سنجید و با استفاده از اصلِ مثلث‌های متشابه، ارتفاع هرم بزرگ را محاسبه کرد. شاید این یکی از نخستین نمونه‌های باقی‌مانده از کاربرد مثلثات روی زمین باشد؛ شاخه‌ای از ریاضیات که برای مکانیک ضروری است.

با استفاده از اندازه‌گیری‌های طالس می‌توان حجم هرم بزرگ خوفو را محاسبه کرد. با توجه به حجم یک بلوک سنگیِ معمولی، برآورد شده است که برای تکمیل پروژه حدود ۲٫۳ میلیون قطعه سنگ (هر یک با وزن حدود ۲۵۰۰ کیلوگرم) لازم بوده است. بااین‌حال، اینکه این سازهٔ عظیم را چگونه ساخته‌اند تا امروز رازی سربه‌مهر مانده است (شکل ۱٫۹).

باستان‌شناسان نتوانسته‌اند دقیقاً تعیین کنند برای ساخت اهرام بزرگ چگونه از مکانیک استفاده شده است، اما سرنخ‌های وسوسه‌انگیزی در دست است. برای نمونه، شواهد باستان‌شناختی در معبد کرنکِ لوکسور نشان می‌دهند که شاید برای بالا بردن دست‌کم بخشی از سنگ‌ها از خاکریزهای آجریِ گِلی استفاده کرده باشند (شکل ۱٫۱۰). همچنین شواهد حاکی از آن‌اند که شاید سنگ‌ها را روی سورتمه‌های چوبی می‌کشیدند و از غلتک برای راندن سورتمه‌ها به بالای خاکریز استفاده می‌کردند. اما غلتک‌ها، به‌خصوص روی سطح شیب‌دار، مشکل‌های فراوانی دارند: غلتک‌ها پیوسته از سمت پایین یا پشت بیرون می‌زنند و این می‌تواند برای کارگرانی که پایین‌تر روی شیب کار می‌کنند خطرناک باشد. افزون بر این، غلتک‌هایی که هم منشوری (دارای مقطع و قطر ثابت از یک سر تا سر دیگر) نباشند و همگی هم‌اندازه نباشند، مشکل‌های دیگری ایجاد می‌کنند و کارگران را بیشتر به خطر می‌اندازند.

مهندسان امروزی چند روش احتمالی برای ساخت پیشنهاد کرده‌اند که شاید یکی از آن‌ها همان روشی باشد که در عمل به کار رفته است. برای نمونه، پیشنهاد شده است که دو سوی هر سنگ را به دیسکی وصل می‌کردند و آن را از روی خاکریز بالا می‌غلتاندند [۹] (شکل ۱٫۱۱). یکی از مزیت‌های اتفاقیِ این روش آن است که چون طناب را دور سنگ می‌پیچند، نه دور دیسک‌ها، و اندازهٔ دیسک را نسبت به سنگ می‌توان تغییر داد، طناب اندکی سریع‌تر از چرخش دیسک‌ها باز می‌شود؛ بنابراین برای افرادی که دیسک را می‌کشند مزیت مکانیکی ایجاد می‌کند. این مسئله‌ای زیبا در مکانیک است.

پیشنهاد دیگری را معمار فرانسوی، ژان‌پیر اودَن (متولد ۱۹۵۱)، مطرح کرده است: نخست شبکه‌ای از خاکریزهای مارپیچِ داخلی ساخته شده و سپس بلوک‌های باقی‌مانده را از میان این مجموعه بالا کشیده‌اند. ساختار هرم بزرگ با این نظریه سازگار به نظر می‌رسد. اما در واقع، روش‌های ساخت اهرام مصر تا امروز رازی بزرگ مانده‌اند.

در سال‌های اخیر چندین پژوهش انجام شده است که در آن‌ها فرض می‌شود یکی یا چندتایی از روش‌های ساختِ بالا به کار رفته‌اند. همهٔ این پژوهش‌ها به این نتیجه رسیده‌اند که تکمیل هرم بزرگ می‌توانسته ۱۰ تا ۲۰ سال زمان ببرد و به نیروی کاری میان ۱۰هزار تا ۴۰هزار نفر نیاز داشته باشد. این برآوردهای نیروی انسانی با یافته‌های کاوش‌های باستان‌شناختیِ تازه در محوطه سازگارند؛ کاوش‌هایی که محل اسکان و زندگی کارگران را کشف کرده‌اند.

برای برآورد نخستِ نیروی انسانیِ لازم، هرمی با قاعدهٔ مربع به عرض b و ارتفاع h را در نظر بگیرید؛ همان‌طور که در شکل ۱٫۱۲ نشان داده شده است.

$h·b·b$

اکنون مکعب‌مستطیلی را در نظر بگیرید که در شکل ۱٫۱۳ دیده می‌شود؛ ارتفاعش 2h و قاعده‌اش مربعی به ضلع b است. از شکل پیداست که حجم V_B این مکعب‌مستطیل از رابطهٔ زیر به دست می‌آید:

$2h·b·b$

اما از شکل می‌توان دید که این جعبه شش هرمِ تقریباً هم‌اندازه را دربرمی‌گیرد؛ بنابراین حجم V_P هرم را می‌توان چنین تقریب زد:

ابعاد هرم بزرگ خوفو تقریباً چنین است: $h=150\text{m}$$b=230\text{m}$

همچنین می‌دانیم حجم متوسطِ بلوک‌های سنگی، V_S، حدود $127\times 127\times 71\text{cm}=1.15{\text{m}}^3$N_S در هرم بزرگ تقریباً چنین به دست می‌آید:

همچنین می‌دانیم چگالیِ تقریبیِ سنگ‌ها، ${\rho }_S$

اکنون بیایید میانگین ارتفاعی را محاسبه کنیم که هر سنگ باید در هرم بزرگ بالا برده شود. برای این کار باید ارتفاع h را بیابیم که در آن دقیقاً نیمی از حجم هرم بالای این صفحه و نیمی زیر آن قرار می‌گیرد، چنان‌که در شکل ۱٫۱۴ نشان داده شده است.

پس این ارتفاع را می‌توان با محاسبهٔ حجم هرم کوچک‌تر به‌دست آورد، به این صورت:

$V=½V_P=⅙hb²=⅓({\alpha }_h\times {\alpha }_b\times {\alpha }_b)\Rightarrow \alpha ³=½\Rightarrow \alpha \approx 0.7937$$h̄=(1-\alpha )h$

در این رابطه باید روشن باشد که میانگین ارتفاعی که هر سنگ باید بالا برده شود از رابطهٔ زیر به دست می‌آید:

پس کار عمودیِ متوسط، W_S، که برای جابه‌جاکردن هر سنگ به جای خود لازم است، چنین به دست می‌آید:

اطلاعات باستان‌شناختیِ باقی‌مانده حاکی از آن است که در بیشتر مراحل ساخت اهرام، از نیروی انسان ــ نه نیروی جانوران ــ استفاده می‌شد. امروزه یک فرد معمولی می‌تواند در یک روز جرمی ۱۸کیلوگرمی را حدود ۱۰۰۰ متر بالا ببرد (یک کوله‌پشتی ۴۰پوندی را در یک روز از کف دره تا گِلَشِر پوینت در پارک ملی یوسمیتی ببرید و امتحان کنید!). این کار تقریباً برابر با ۱۷۵٬۰۰۰ نیوتون‌متر در روز است. بنابراین تعداد روزهایی که N_D یک فرد معمولی برای بالا بردن یک سنگ به ارتفاع ۴۳٫۹ متر لازم دارد، چنین به دست می‌آید:

اگر تعداد سنگ‌ها، N_S، را در تعداد روزهای لازم برای بالا بردن هر سنگ، N_D، ضرب کنیم، کل نفرروزها، N_T، به دست می‌آیند:

اگر فرض کنیم کارگران سالی حدود ۹۰ روز کار می‌کردند (کاوش‌های تازه در فلات جیزه نشان می‌دهند کارگران فقط پس از برداشت محصول، در بخشی از سال، روی اهرام کار می‌کردند)، این رقم حدود ۱۲۸هزار نفرـ‌سال می‌شود. بنابراین گروهی ۱۰هزارنفری باید بتواند سنگ‌ها را در حدود ۱۲٫۸ سال در جای خود قرار دهد. برای محاسبهٔ کامل‌تر، باید سنگ‌بری و حمل‌ونقل آن‌ها را نیز به این رقم افزود. افزون بر این، کارکنان پشتیبانی لازم‌اند تا برای کارگران غذا و خدمات دیگر فراهم کنند. اگر فرض کنیم هر یک از این سه کار تقریباً به‌اندازهٔ بالابردن سنگ‌ها نیروی انسانی می‌طلبد، می‌بینیم که برآورد کل باید چهار برابر شود. در این صورت، اگر در پروژه در مجموع ۱۰هزار کارگر به‌کار گرفته شوند، برآورد نهایی حدود ۵۱٫۲ سال است. در عوض، نیروی کاری ۲۰هزارنفری می‌تواند پروژه را در حدود ۲۵٫۶ سال و نیروی کاری ۴۰هزارنفری در حدود ۱۲٫۸ سال تمام کند. این برآوردی سرانگشتی از نیازهای ساخت هرم بزرگ خوفو به دست می‌دهد که با برآوردهای دقیق‌تری که در سال‌های اخیر گزارش شده‌اند سازگار است. پژوهشگران با همین روش چند برآورد دقیق‌تر انجام داده‌اند و همهٔ آن‌ها با برآوردی که در اینجا به دست آوردیم فاصلهٔ چندانی ندارند.

هرچند دقیقاً نمی‌دانیم برای ساخت هرم بزرگ از چه فنونی استفاده شده، این تمرین در مکانیک نشان می‌دهد که پروژهٔ ساخت دست‌کم شدنی بوده است؛ آن هم با چیزی بیش از نیروی کاری بزرگ که از فناوریِ در دسترسِ دوران فرمانروایی خوفو استفاده می‌کرد.

حدود ۲۵۰۰ سال پیش از میلاد، تجربهٔ ساخت اهرام بزرگ به پایان رسید. ظاهراً دلیل اصلی، افت اقتصاد بود: فرعون‌های پسین منابع کافی نداشتند تا ۴۰هزار نفر را برای ساخت سازه‌های عظیم دیگری به‌مدت ۱۳ سال به کار بگیرند. اما دلیل فلسفی‌تری هم برای توقفشان وجود داشت: اهرام کارگر نیفتادند. هرقدر هم عظیم می‌ساختندشان و هرقدر هم پنهانی طراحی‌شان می‌کردند، سارقان مقبره ظرف چند سال کوتاه به آن‌ها نفوذ می‌کردند و اثاثیهٔ پرزرق‌وبرقشان را می‌بردند. پس فرعون‌ها ناچار شدند راه‌های دیگری برای تضمین آسایش زندگی پس از مرگشان بیابند.

بااین‌همه، هرم بزرگ خوفو تا سال ۱۳۰۰ میلادی بلندترین سازهٔ زمین بود و حتی امروز هم بزرگ‌ترین سازهٔ یکپارچه‌ای است که تاکنون روی سیاره‌مان ساخته شده است (دیوار بزرگ چین را کنار بگذاریم که به‌هرحال یک سازهٔ واحد نیست). ازاین‌رو، افتخار آن را یافت که یکی از عجایب هفت‌گانهٔ جهان باستان باشد (در ادامه ببینید). بنابراین اثرش بر جهان مدرن واقعاً سنجش‌ناپذیر است.

مومیایی‌ها

هزار سال گذشت؛ روزگارانی پرآشوب و دوران فروپاشی پادشاهی مصر. سرانجام، در میانهٔ هزارهٔ دوم پیش از میلاد و در دوره‌ای به نام پادشاهی نوین (پیش از آن پادشاهی میانه هم بود)، شیوهٔ تازه‌ای برای ساخت یادمان‌های تدفینی پدید آمد. فرعونی به نام تحوتمس اول (یا شاید آمنهوتپ اول) متوجه کوهی در کرانهٔ غربی نیل شد که بسیار به هرم می‌مانست، اما بزرگ‌تر، بسیار بزرگ‌تر! این مکان نویدبخش بود، چون همه می‌دانستند مقبره باید در کرانهٔ غربی، جایی که خورشید غروب می‌کند و زندگی به پایان می‌رسد، ساخته شود (شکل ۱٫۱۵).

پس تحوتمس اول تصمیم گرفت مقبره‌ای را در دل صخره‌های زیر کوه بتراشند. به‌جای آنکه سنگ‌ها را تا بیابان حمل کنند و کوهی بسازند، چرا به سراغ کوه نروند و مقبره را همان‌جا در دلش نتراشند؟ آنان برای تحوتمس اول مقبره‌ای عظیم ساختند و به این ترتیب دورهٔ ساخت مقبره‌های تدفینی در جایی آغاز شد که بعدها درهٔ پادشاهان نام گرفت. باستان‌شناسان تاکنون ۶۴ مقبره را در درهٔ پادشاهان کشف کرده‌اند. این مجموعه عظیم است! (شکل ۱٫۱۶)

می‌توان یک کتاب کامل دربارهٔ درهٔ پادشاهان نوشت؛ و چنین کتابی هم نوشته شده است. اما اینجا می‌خواهیم هرچه ساده‌تر به اصل موضوع، یعنی مکانیک، برسیم. پس ویژگی‌های اصلی دره چنین‌اند: نخست، سنگ آهک است و کندن آن نسبتاً آسان بود. سنگ‌تراشان فقط دالان‌هایی را مستقیم در دل کوه می‌کندند؛ هر مسیر بی‌قاعده‌ای هم کفایت می‌کرد (احتمالاً فرعون وقت مسیر را پیشنهاد می‌داد). وقتی غارِ بزرگ و مناسبی برای زندگیِ مجلل پس از مرگ می‌ساختند، آن را با پیکره‌ها و نقاشی‌های دیواری می‌آراستند. (توجه کنید که اندازهٔ اتاق را استحکام سنگ آهک محدود می‌کرد؛ مسئله‌ای در مکانیکِ اجسام تغییرشکل‌پذیر؛ نگاه کنید به فصل‌های ۷ و ۱۳.) ساخت همهٔ این مقبره‌ها به‌کمک ابزارهای مکانیکی انجام می‌شد. با وجود ابزارهای در دسترس آن زمان، این کار همچنان نیروی انسانیِ فراوانی می‌طلبید.

متأسفانه، درست مانند اهرام، سرانجام سارقان به مقبره‌ها هم راه یافتند و محتویاتشان را دزدیدند. بیشتر سرقت‌ها ظرف چند سال کوتاه پس از دفن فرعون رخ می‌داد و احتمالاً خودِ سازندگان مقبره‌ها سارق بودند. پند این ماجرا چنین است: اگر مقبره‌ای به‌اندازهٔ کافی بزرگ بسازید تا در زندگی پس از مرگ در آسایش باشید، شمار کارگرانی که برای ساختنش لازم است از تعداد کسانی بیشتر می‌شود که می‌توانید برای حفظ رازداری از میان بردارید. به همین دلیل، بیش از ۳۰۰۰ سال پیش مقبره‌ها غارت شدند؛ همه‌شان به‌جز چند موردِ گران‌بها!

این ما را به داستان توت‌عنخ‌آمون می‌رساند. امروز اغلب او را «شاهِ کودک» می‌نامیم، چون جوان‌مرگ شد؛ شاید در حدود ۱۹سالگی. این را می‌دانیم، چون بدنش را در اختیار داریم؛ یا دقیق‌تر بگوییم، مومیایی‌اش را.

فقط فرعون‌ها اجازه داشتند دست‌هایشان را به‌صورت ضربدری ببندند و سپس مومیایی شوند. voilà (در زبان فرانسه، به‌معنای تحت‌اللفظیِ «ببینید»)! هر مومیایی‌ای که امروز با دست‌های ضربدری پیدا شود، مومیاییِ یک فرعون است. و برخلاف انتظار، تعداد قابل‌توجهی از آن‌ها وجود دارند و شناسایی شده‌اند (معمولاً از روی اشیایی که مومیایی‌کنندگان در لفاف‌ها گذاشته بودند).

حالا برگردیم به شاه توت. در اوایل سدهٔ نوزدهم، اندکی پس از رفتن ناپلئون، گنج‌یابان، آوارگان، سارقان و حتی چند باستان‌شناس واقعی به درهٔ پادشاهان سرازیر شدند. احتمالاً نخستین کسی از میان آنان که کاوش نظام‌مندی انجام داد، جووانی باتیستا بلزونیِ ایتالیایی (۱۷۷۸–۱۸۲۳) بود (شکل ۱٫۱۷). شاید او نخستین کسی بود که مقبرهٔ رامسس هفتم را بررسی کرد؛ مقبره‌ای که از روزگار باستان گشوده بود. پس امروز آن را KV 1 می‌نامند (یعنی درهٔ پادشاهان، کاوش شمارهٔ یک). کاوش‌ها به همین ترتیب ادامه یافتند تا رسیدند به شمارهٔ KV 62، یعنی توت. از آن زمان تاکنون یکی دو مقبرهٔ دیگر هم کشف شده و شمار کنونی به KV 64 رسیده است. تقریباً همه‌شان خالی بودند، چون سارقان به آن‌ها دستبرد زده بودند (استثنایی چشمگیر، مقبرهٔ ستی اول، KV-17، است که بلزونی کشف کرد و بخشی از اثاثیه‌اش اکنون در موزهٔ قاهره نگهداری می‌شود).

تا اواخر سدهٔ نوزدهم، باستان‌شناسان به‌لطف رمزگشایی شامپولیون از سنگ روزتا، تصویر روشنی از ترتیب زمانیِ فرعون‌ها داشتند (در فصل ۹ بیشتر درباره‌اش می‌گوییم). پس از فرمانرواییِ فرعونِ بدعت‌گذار، آخناتون، مشکلی آشکار وجود داشت. او کوشیده بود دین رسمیِ کشور را از چندخدایی به پرستش یک خدا، آتن، تغییر دهد و پایتخت را از تبس (لوکسور امروزی) به آمارنا منتقل کرده بود. ظاهر جسمانی‌اش ظاهراً آن‌قدر نامعمول بود که حتی چند نظریه‌پرداز مدعی شده‌اند از فضا آمده بود! (شکل ۱٫۱۸)

اسناد باقی‌مانده ظاهراً نشان می‌دهند پس از مرگ آخناتون، پسرش توت‌عنخ‌آتن در نه‌سالگی به تخت نشست. اما در بعضی جاها نام توت را از سوابق پاک کرده بودند. وقتی همهٔ چیزی که در اختیار دارید چند حکاکی بر دیوارهای سنگی است و بسیاری از آن‌ها را بعداً مخدوش کرده‌اند، ساختن تاریخ واقعاً دشوار می‌شود. اما سرانجام باستان‌شناسان توانستند ثابت کنند توت واقعاً زندگی کرده بود و پس از مرگ آخناتون، دین رسمی کشور به آیین چندخداییِ پیشین بازگشته بود.

توت ظاهراً با توصیهٔ مشاورانش نام خود را به توت‌عنخ‌آمون تغییر داد؛ یعنی «روح آمون»، نه «روح آتن». اکنون به جالب‌ترین بخش ماجرا می‌رسیم: وقتی در سدهٔ نوزدهم جست‌وجوی مقبره‌های فرعون‌های پادشاهی نوین آغاز شد، ظاهراً مقبره‌ای از شاه توت پیدا نبود. مقبرهٔ همهٔ فرعون‌های پس از توت در درهٔ پادشاهان کشف شده بود، اما از مقبرهٔ آخناتون نشانی نبود. احتمالاً مقبره‌اش در شهر بداقبال آمارنا قرار داشت که امروز باد و شن‌های زمان تقریباً به‌کلی ویرانش کرده‌اند؛ خود این هم مسئله‌ای در مکانیک است. اما از مقبرهٔ توت هم نشانی نبود.

آیا توت را در آمارنا دفن کرده بودند؟ اگر چنین بود، تا آن زمان مقبره‌اش باید ویران شده باشد. باستان‌شناسان این احتمال را بعید می‌دانستند، چون آمارنا اندکی پس از مرگ آخناتون متروک شده بود. پس استدلال می‌کردند که توت باید در درهٔ پادشاهان مقبره‌ای داشته باشد. مقبره‌های دیگر همه پیدا شده و همه غارت شده بودند؛ اما اگر توت را آنجا دفن کرده بودند، شاید چون در جوانی مرده و مقبره‌اش در قیاس با مقبره‌های دیگر دره ساده بوده، مقبره‌اش دست‌نخورده مانده بود. چنین استدلالی کمتر از یک قرن پیش راهنمای جست‌وجوی مقبرهٔ توت بود.

در آستانهٔ سدهٔ بیستم، افراد زیادی در درهٔ پادشاهان به‌دنبال مقبرهٔ توت می‌گشتند. شاید باورش با فناوری امروز دشوار باشد، اما تنها راهی که در اختیارشان بود این بود که با دست زمین را بکنند. کاری طاقت‌فرسا بود و آب‌وهوا بسیار سخت. بسیاری از اروپاییان غربی بر اثر گرمازدگی یا بیماری جان باختند. خود بلزونی هم پیش‌تر به اسهال خونی دچار شده بود و درگذشته بود.

در اینجا جورج هربرت، ارل پنجمِ کارناروون (۱۸۶۶–۱۹۲۳)، انگلیسیِ ثروتمند، وارد ماجرا می‌شود. او هزینهٔ تلاش برای یافتن مقبرهٔ توت را تأمین کرد و هاوارد کارتر را به کار گرفت؛ ماجراجوییِ جویای بخت که سرباز بود و به باستان‌شناسِ آماتور تبدیل شده بود (آن زمان در واقع چیزی به نام حرفهٔ «باستان‌شناسی» وجود نداشت؛ نگاه کنید به فصل ۲). چون بیشتر نقاط معقول در دره قبلاً کاوش شده بودند، کارتر جایی کم‌جلوه را کمی پایین‌تر از محل مقبرهٔ تدفینیِ رامسس پنجم انتخاب کرد؛ فرعونی که پس از توت به تخت نشست. کارتر استدلال کرد که شاید توت اندکی پیش از فرعونی بسیار مشهورتر دفن شده باشد و خاکِ حاصل از کاوش مقبرهٔ آن فرعون، ورودی مقبرهٔ توت را پوشانده باشد. پس کارتر جایی را کند که تودهٔ بزرگی از سنگ‌های دورریخته‌شده، احتمالاً حاصل از کاوش مقبرهٔ رامسس پنجم، آنجا بود.

همه داستان را می‌دانیم: حق با کارتر بود و او در سال ۱۹۲۲ مقبرهٔ توت‌عنخ‌آمون را کشف کرد. امروزه بسیاری از باستان‌شناسان آن را بزرگ‌ترین کشف باستان‌شناختیِ همهٔ دوران می‌دانند. دلیل‌های زیادی برای این داوری هست؛ اما اگر می‌خواهید یکی از آن‌ها (یا دقیق‌تر بگویم، ۵۰۰۰ دلیل) را ببینید، هنگام سفر به مصر سری به موزهٔ قاهره بزنید. تقریباً همه‌چیزهایی را که از مقبرهٔ کوچک توت بیرون آورده بودند آنجا می‌یابید (البته به شرطی که بتوانید از انبوه عظیم جمعیت بگذرید!). وصف همهٔ آن‌ها ناممکن است؛ باید خودتان ببینید تا باور کنید. این گنجینه همچنین نشان می‌دهد مصریان نزدیک به ۴۰۰۰ سال پیش از ابزارهای مکانیکیِ پیشرفتهٔ فراوانی استفاده می‌کردند (شکل ۱٫۱۹).

یک نکتهٔ دیگر: وقتی به درهٔ پادشاهان می‌روید، جدا از بلیت ورودیِ عمومی، تنها مقبره‌ای که برای بازدید از داخلش باید پول بدهید مقبرهٔ شاه توت است؛ و بهایش هم کم نیست! بار نخست که رفتم، اشتباه کردم و به توصیهٔ راهنمایم گوش دادم که گفته بود از مقبرهٔ توت بگذرم؛ داخلش نرفتم. به‌دلیل آشوب‌های بعدی در مصر، ده سال طولانی گذشت تا فرصتی دوباره پیدا کنم.

فرصتِ ورود به مقبرهٔ شاه توت را از دست ندهید! درست است که در مقایسه با مقبره‌های دیگر کوچک است، اما دست‌کم دو دلیل برای رفتن به داخلش دارید. نخست اینکه خودِ توت اکنون همان‌جا به نمایش گذاشته شده است (شکل ۱٫۲۰). دیدنش واقعاً می‌ارزد؛ دست‌کم تا اندازه‌ای به‌خاطر سروصدایی که در سال‌های اخیر پیرامون علت احتمالی مرگش به پا شده است. دلیل دوم این است که مقبره واقعاً کوچک است. در واقع، وقتی اشیای بی‌شماری را می‌بینید که از آنجا بیرون آورده‌اند، تصور اینکه همهٔ آن‌ها چگونه در چنین فضای کوچکی جا می‌شدند دشوار است. پس وقتی اتاق‌های نسبتاً مجللِ فرعون‌های دیگر را می‌بینید، می‌توانید با برون‌یابیِ ذهنی حدس بزنید چه شکوه و تجملی را به مقبره‌های دیگر می‌بردند تا در زندگی پس از مرگ همراهشان باشد. این هم توضیح می‌دهد که چرا همهٔ آن‌ها را غارت کردند! اکنون بهتر می‌دانید شاه توت چرا در تاریخ ما این‌قدر مهم است. امیدوارم همچنین نقش‌های گوناگون مکانیک را در زندگی، مرگ، زندگی پس از مرگ و کشف دوبارهٔ او درک کرده باشید.

اتفاقاً شماری از مومیایی‌های فرعون‌ها هنوز هم وجود دارند و داستان خودشان را دارند. به نظر می‌رسد در تاریخ مصر چندین بار دوره‌هایی از کشمکش و آشوب پدید آمده‌اند که اغلب با قحطیِ ناشی از پایین‌آمدن آبِ نیل همراه بوده‌اند (مسئله‌ای مرتبط با مکانیک؛ نگاه کنید به فصل ۱۰). در یکی از این دوره‌ها، ظاهراً روحانیان نگران شدند که مبادا به مومیایی‌های فرعون‌ها دستبرد بزنند. آنان در درهٔ پادشاهان از مومیایی‌ها مراقبت می‌کردند و در بسیاری موارد، با وجود غارت مقبره‌ها، مومیایی‌های داخلشان دست‌نخورده مانده بودند. ازاین‌رو، در یکی از آن دوره‌ها روحانیان تصمیم گرفتند مومیایی‌ها را به جایی امن منتقل کنند. به دلایلی که امروز روشن نیست، بسیاری از آن‌ها را در مقبرهٔ DB320 در دیرالبحری، بالای معبد تدفینیِ حتشپسوت (که پایین‌تر درباره‌اش می‌گوییم)، قرار دادند. این محل آن سوی خط‌الرأس کوه و در دره‌ای مجاور درهٔ پادشاهان است.

در سال ۱۸۸۱، این مومیایی‌ها را ــ چه بجا ــ خانواده‌ای از سارقان «حرفه‌ای» مقبره‌ها دوباره کشف کردند. اکنون مومیایی‌های این فرعون‌ها به مردم مصر بازگردانده شده‌اند و می‌توانید آن‌ها را در موزهٔ قاهره ببینید. قویاً توصیه می‌کنم مبلغ اضافیِ نسبتاً اندکی بپردازید و از دو اتاق مومیایی‌های موزه دیدن کنید. آنجا می‌توانید فرعون‌هایی چون رامسس دوم (۱۳۰۳–۱۲۱۳ پیش از میلاد) را ببینید؛ شاید او همان فرعونی بوده که موسی قومش را از مصر به سرزمین موعود برد (شکل ۱٫۲۱).

نمی‌دانم اگر جسدتان را در معرض دید عموم می‌گذاشتند چه احساسی پیدا می‌کردید؛ اما اگر بیش از ۳۰۰۰ سال پیش فرعون بودم، افتخار می‌کردم که مردم امروز برای دیدنم بیایند و مرا در شکوه و جلالم ببینند. تا جایی که می‌دانم، تنها جایی روی زمین است که می‌توان این‌همه عضو خاندان‌های سلطنتیِ دوران باستان را دید.

اصلاً چگونه می‌توانیم جسدی ۳۵۰۰ساله را بررسی کنیم؟ دلیلش فناوری است: مصریان راهی برای حفظ جسد متوفی کشف کردند که آن‌قدر خوب بود مومیایی‌های فراوانی تا امروز باقی مانده‌اند. داستان مفصلی دارد، اما به‌طور خلاصه به نظر می‌رسد تقریباً تصادفی کشف کردند جسدهایی که در نطرون ــ ماده‌ای زمین‌شناختیِ طبیعی و شور که در صحرای غربی یافت می‌شود ــ دفن می‌شدند، بی‌آنکه پوست و بافتشان بپوسد، به‌طور طبیعی خشک می‌شدند (شکل ۱٫۲۲).

البته دشواری‌هایی هم بود: اندام‌های داخلی را باید با دقت بیرون می‌آوردند و پس از خشک‌شدن، از بافتِ باقی‌مانده به‌درستی در برابر پوسیدگی محافظت می‌کردند. اما با آزمایش دقیق همهٔ جزئیات را کشف کردند؛ کاری که به روش علمیِ امروز شباهت دارد. وقتی این روش را کامل کردند، توانستند با دریافت هزینه هر جسدی را «مومیایی» کنند.

پیش از آنکه از موضوع افسونگر مومیایی‌ها بگذریم، گمان می‌کنم باید بگویم چرا این موضوع در کتابی دربارهٔ مکانیک آمده است. دلیل واقعی‌اش این است که آن را بسیار جالب می‌دانم؛ اما می‌توانم دلیل فنیِ نسبتاً موجهی هم بیاورم. همان‌طور که پیش‌تر گفتم، مومیایی‌کردن خود هنری تمام‌عیار است. در واقع، نمونه‌های دیگری که بدن‌ها را هزاران سال چنین خوب حفظ کرده باشند اندک‌اند. بخشی از دشواری به شیمی مربوط می‌شود. بافت زیستی با گذشت زمان نسبتاً زود می‌پوسد. افزون بر این، جانداران دیگر دوست دارند از بافت زیستی تغذیه کنند. این بخش به مکانیک مربوط نیست.

اما دست‌کم بخشی از مومیایی‌کردن با مکانیک پیوند دارد؛ بخشی که به مکانیکِ جامداتِ تغییرشکل‌پذیر مربوط است و در فصل‌های ۷ و ۹ مفصل بررسی می‌شود. همین‌قدر بگویم که اگر جسدی را درست مومیایی نکنند، پوستش سرانجام آن‌قدر کشیده و خشک می‌شود که به تکه‌های کوچک ترک می‌خورد و یکپارچگیِ مومیایی را از بین می‌برد. این بخش از مومیایی‌کردن به مکانیکِ شکست مربوط می‌شود (نگاه کنید به فصل ۱۳). می‌دانم، این هم جور دیگری بازی با واژهٔ «کشش» است؛ اما دلیل من برای آوردن مومیایی‌ها در کتابی دربارهٔ مکانیک همین است!

بااین‌حال، پرسش همچنان باقی است: مومیایی‌های مصری دقیقاً چگونه جهان مدرن را شکل دادند؟ خب، از یک سو، جست‌وجو برای یافتن این مومیایی‌ها برای شمار زیادی از باستان‌شناسان و انسان‌شناسان کار ایجاد کرد. اگر این دانشمندانِ به‌طرز باورنکردنی متعهد دست به کشف نمی‌زدند، بسیاری از یافته‌های اکنون شناخته‌شده دربارهٔ نیاکانمان را نمی‌گشودیم. بنابراین من باور دارم مکانیکِ مومیایی‌ها واقعاً اثری ژرف بر جهان مدرن ما گذاشته است.

ابلیسک‌ها

همان‌طور که پیش‌تر گفتم، مصریان از مدت‌ها پیش استخراج گرانیت را آغاز کرده بودند. زمان آغاز این کار دقیقاً معلوم نیست، اما قوس‌های پیش‌آمدهٔ گرانیتی و پیکره‌های گرانیتیِ فرعون‌های پادشاهی نوین باقی مانده‌اند؛ بنابراین می‌دانیم بیش از ۴۰۰۰ سال پیش گرانیت استخراج می‌کردند. شاید پرکارترین سازندهٔ پیکره از میان همه، رامسس دوم بود. ظاهراً او بهتر از هر فرعون دیگری می‌دانست که پیکره‌های گرانیتی در گذر زمان پابرجا می‌مانند و به این ترتیب جاودانگیِ او را تضمین می‌کنند (شکل‌های ۱٫۲۳ و ۱٫۲۴).

همهٔ ابلیسک‌های مصریِ باقی‌مانده از معدن‌های کنار نیل آمده‌اند. کهن‌ترینِ آن‌ها برای سنوسرت اول (فرمانرواییِ ۱۹۷۱ تا ۱۹۲۶ پیش از میلاد) از سلسلهٔ دوازدهم ساخته شد. همهٔ ابلیسک‌های باقی‌ماندهٔ دیگر پیش از حدود ۱۳۰۰ سال پیش از میلاد از معدن بیرون آورده شده‌اند (در ایالات متحده یا هر جای دیگری چیزی با آن قدمت پیدا کنید!). در دورهٔ روم ابلیسک‌ها به‌شدت خواستنی شدند و دلیلش روشن است: از سخت‌ترین مصالح شناخته‌شدهٔ آن روزگار ساخته شده بودند و عظیم بودند. راستی، امروزه ۲۹ ابلیسک مصری در جهان باقی مانده است: ۹ تا در مصر و ۱۱ تا در ایتالیا (هشت‌تایشان در رم‌اند؛ رومیان پس از پیروزی آگوستوس بر آنتونی و کلئوپاترا در ۳۱ پیش از میلاد و فتح مصر آن‌ها را غارت کردند). بقیه در گوشه‌وکنار جهان پراکنده‌اند. یکی در پاریس است، یکی در لندن و حتی یکی در شهر نیویورک. هیچ‌کس نمی‌داند چند ابلیسک گم شده‌اند، اما شرط می‌بندم تعدادشان زیاد نبوده است. گم‌کردن ابلیسک کار دشواری است؛ یکی از دلایلی که در روزگار باستان همه می‌خواستند یکی داشته باشند (و هنوز هم می‌خواهند!).

به‌جز ابلیسکِ ناتمام (پایین‌تر به آن می‌پردازیم)، بلندترین ابلیسک جهان با ارتفاع ۳۲ متر در کلیسای جامع لاترانِ رم قرار دارد. دو ابلیسکِ ۲۲متری که در اصل در معبد لوکسورِ مصر بودند، از نظر من جالب‌ترین‌اند. ابلیسکِ سمت راستِ ورودی را مصر در سال ۱۸۲۹ به فرانسه هدیه داد؛ ازاین‌رو اکنون در میدان کنکورد پاریس قرار دارد (همان میدانی که در انقلاب فرانسه زندانیان را با گیوتینِ مکانیکی گردن می‌زدند). لوحی در پای آن نشان می‌دهد چگونه با قایق از مصر به پاریس منتقلش کردند؛ کاری که ساده نیست. در واقع، مسئله‌ای بسیار پیچیده است و به مکانیک مربوط می‌شود (شکل‌های ۱٫۲۵ و ۱٫۲۶).

یکی دیگر از محبوب‌های من ابلیسک حتشپسوت (۱۵۰۸–۱۴۵۸ پیش از میلاد) است؛ او ظاهراً موفق‌ترین و درازفرمانرواترین فرعون زن بود. این ابلیسک در مجموعهٔ عظیم معبد کرنک قرار دارد. ظاهراً حتشپسوت نزد جانشینانش، تحوتمس دوم و آمنهوتپ دوم، محبوب نبود؛ آن‌ها کم‌وبیش برای پاک‌کردن نامش از اسناد فرعونی کوشیدند. یکی از تلاش‌های ناموفقشان این بود که کوشیدند ابلیسک حتشپسوت را پشت دیوار پنهان کنند. خوشبختانه برای ما، موفق نشدند (شکل ۱٫۲۷).

حتشپسوت در دوران فرمانروایی‌اش بناهای یادمانیِ بسیاری ساخت؛ از جمله معبد حتشپسوت که با مهارتی چشمگیر در دل کوهستانی در لوکسور، نزدیک درهٔ پادشاهان، تراشیده شد؛ این نیز چالشی بزرگ در مکانیک بود (شکل ۱٫۲۸).

همهٔ این دستاوردهای شگفت‌انگیز مصریان در جهان باستان و در پیوندهای میان بازرگانان و مهاجران شناخته شدند. همین‌قدر بگویم که وقتی مصریان با استفاده از مکانیک چنین پیشرفت‌های حیرت‌انگیزی کردند، تمدن‌های دیگر نیز از آنان پیروی کردند.

امروز می‌دانیم ابلیسک‌ها چگونه از معدن بیرون آورده می‌شدند. اگر به معدن اسوان بروید، می‌توانید بزرگ‌ترین ابلیسک گرانیتیِ جهان را ببینید که «ابلیسک ناتمام» نام دارد؛ چون هنوز در معدن شمالیِ شِلال قرار دارد (شکل ۱٫۲۹). ظاهراً در جریان ساخت ترک خورد و هیچ‌وقت کامل نشد. در گوشه‌ای از معدن می‌توانید جایی را ببینید که روش ساخت روشن شده است. سنگ‌تراشان باستانی یا گُوِه‌های چوبی را در سنگ می‌کوبیدند، یا ابزاری چرخان با نوکی سنگی ــ معمولاً از دولومیت ــ به کار می‌بردند و همراه شن، شیاری در سنگ گرانیت می‌سابیدند. این کار را در فاصله‌های مکانیِ حساب‌شده انجام می‌دادند.

وقتی شیار کامل می‌شد، میخِ چوبی را در آن می‌گذاشتند و خیسش می‌کردند. با آب‌خوردن و منبسط‌شدن میخ‌ها، سنگ گرانیت ترک می‌خورد و استخراج سنگ ادامه می‌یافت. روشن است که این کار نیروی انسانیِ بسیار می‌طلبید! افزون بر این، پس از استخراج، ابلیسک را باید صیقل می‌دادند؛ این کار را با شنِ ریز انجام می‌دادند، ماده‌ای که به‌وفور در دسترس بود، چون بیشترش از صحرای غربی می‌وزید. همهٔ این کارها کاربردهای مبتکرانه‌ای از مکانیک را دربرمی‌گرفتند؛ و این دلیل اصلیِ آمدن ابلیسک‌های مصری به این کتاب است.

همان‌طور که می‌توانید تصور کنید، انتقال ابلیسک‌ها و برپا‌کردنشان نیز پروژه‌هایی عظیم و وابسته به مکانیک بودند. کلید انتقال ابلیسک‌ها در دوران باستان، طغیان سالانهٔ نیل بود. ترفند کار این بود که معدنی نزدیکِ هم‌ارتفاعِ رودخانه پیدا کنند. پس وقتی ابلیسک برای انتقال آماده می‌شد، به‌سادگی بارج‌هایی را به دو سویش می‌بستند. هنگام بالا‌آمدن رودخانه در طغیان سالانه، بارج‌ها ابلیسک را بالا می‌بردند تا بتوان آن را شناور روی نیل پایین برد. اکنون می‌دانیم مصریان بارج‌های عظیم فراوانی برای کارهایی چون انتقال ابلیسک‌ها ساخته بودند. ساخت این بارج‌ها نیز پروژه‌هایی بزرگ بود که به‌کمک مکانیک انجام می‌شد.

پس از آنکه ابلیسک به مقصد می‌رسید، (ظاهراً) آن را در گودالی از شن می‌لغزاندند و سپس شن را آرام‌آرام بیرون می‌آوردند تا در همین فرایند ابلیسک برپا شود. این هم پروژه‌ای چشمگیر و وابسته به مکانیک است.

هرکس به یکی از شهرهای بزرگ جهان سفر کرده باشد، احتمالاً یکی از ابلیسک‌های اصلیِ مصر را دیده است. از آن آشکارتر، تقریباً هر جا که سر بچرخانید نسخه‌های عظیمی از این تک‌سنگ‌ها می‌بینید؛ مانند بنای یادبود واشینگتن که با ارتفاع ۱۶۹ متر بلندترین ابلیسک جهان است. حتی بیرون پنجرهٔ من در محوطهٔ دانشگاه خودم هم یکی هست. اما مهم‌تر آنکه مصریان با فنون مبتکرانهٔ معدن‌کاری‌شان به جهان نشان دادند سخت‌ترین سنگ‌ها را هم می‌توان به سازه‌ها و آثار هنریِ زیبا تبدیل کرد. همان‌طور که امروز می‌دانیم، این‌ها از بادوام‌ترین دست‌ساخته‌های روی زمین‌اند و ازاین‌رو اثرشان بر جهان مدرن ما تضمین شده است.

عجایب هفت‌گانهٔ جهان باستان

شاید هیچ نمادی از دوران باستان به‌اندازهٔ سازه‌ها کاربرد مکانیک را برجسته نکند. مشهورترینِ آن‌ها شاید عجایب هفت‌گانهٔ جهان باستان باشند. به‌جز اهرام بزرگ، عجایب جهان باستان در دوره‌ای ساخته شدند که آن را دوران باستان کلاسیک می‌نامیم [۱]. این هفت شگفتیِ باستانی به‌ترتیب تاریخی چنین‌اند: هرم بزرگ خوفو (۲۵۵۰ پیش از میلاد)؛ باغ‌های معلق بابل (۶۰۰ پیش از میلاد)؛ معبد آرتمیس در اِفِسوس (۵۵۰ پیش از میلاد)؛ تندیس زئوس در المپیا (۴۳۵ پیش از میلاد)؛ آرامگاه هالیکارناسوس (۳۵۱ پیش از میلاد)؛ پیکرهٔ غول‌آسای رودس (۲۹۲ پیش از میلاد)؛ و فانوس دریایی اسکندریه (۲۸۰ پیش از میلاد). از میان آن‌ها، امروز فقط نخستین مورد برجا مانده است.

سازه‌های باقی‌ماندهٔ دیگر همگی در دوران باستان ویران شدند (شکل‌های ۱٫۳۰، ۱٫۳۱، ۱٫۳۲، ۱٫۳۳، ۱٫۳۴ و ۱٫۳۵).

دربارهٔ این عجایب وارد جزئیات نمی‌شوم، چون می‌توانید به‌سادگی در اینترنت جست‌وجو کنید و هرچه لازم است دربارهٔ هرکدام بدانید. همین‌قدر بگویم که ساخت تک‌تک آن‌ها با مکانیک ممکن شد. اینکه دقیقاً چگونه ساخته شدند مسئلهٔ دیگری است. واقعیت این است که دقیقاً نمی‌دانیم هیچ‌یک از این عجایب باستانی چگونه ساخته شده‌اند. دربارهٔ این موضوع گمانه‌زنی‌های فراوانی شده است؛ اما تا وقتی کسی مدرکی باستان‌شناختی و قطعی کشف نکند، کاری جز گمانه‌زنی از دستمان برنمی‌آید. بااین‌حال، یک نکته قطعی است: چون این سازه‌ها در دوران باستان شناخته‌شده و بسیار ارج‌دیده بودند، دیگران از آن‌ها تقلید کردند و در نتیجه پروژه‌های ساختمانیِ فراوان دیگری پدید آمدند که در آن‌ها از مکانیک بهره گرفته شد.

پس چنان‌که در این فصل دیدیم، انسان‌ها از مدتی بسیار طولانی از مکانیک استفاده کرده‌اند. این پیشرفت‌های آغازین، هرچند در بسیاری موارد رویکردی بی‌قاعده داشتند، چراغ راه نخستین فرهنگی شدند که مکانیک را به‌طور نظام‌مند مطالعه کرد: یونانیان.