شاهکار چینی​ها در ساخت شهر ممنوعه

وقتی مهندسان چینی قرن 15 دچار مشکل تکنیکی در حمل و نقل شدند، به جای استفاده از چرخ، کلا از شر آن خلاص شدند. آنها برای جابجایی سنگ‌های خیلی بزرگ مورد نیاز در ساخت شهر ممنوعه، به جای استفاده از چرخ، راه‌های مصنوعی یخی ساختند تا سنگ‌ها روی آن لیز بخورند. این ادعا، دست کم نتیجه آخرین تحلیل یک متن چینی مربوط به قرن 17 میلادی است که مقاله آن به تازگی منتشر شده است. چنین روشی 10 برابر کاراتر از کشیدن سنگ‌ها بر روی زمین غیر یخی است که نشان می‌دهد در آن زمان مهندسان چینی، نسبت به همتایان غربی خود درک و نگرش پیچیده‌تری درباره مفهوم اصطکاک داشتند. شهر ممنوعه، که در دل شهر پکن قرار دارد، چیزی در حدود 500 سال خانه امپراطوران چینی بود. تعداد زیادی از سنگ‌های عظیم به کار گرفته شده در طراحی آن، از معدن داشیوو استخراج شده بودند. این معدن در فاصله 70 کیلومتری شهر ممنوعه قرار داشت و وزن برخی از این سنگ‌ها بالغ بر صدها تن بود.

در تلاش‌های قبلی برای توضیح این که چطور سنگ‌های به این سنگینی چنین مسافتی را طی می‌کردند، چنین فرض شده بود که وسایل نقلیه چرخ‌دار پرقدرتی برای این منظور به کار گرفته شده بودند. این فرض نسبتا عجیب دو دلیل اصلی داشت٬ نخست این که در چین به مدت 2000 سال از وسایل نقلیه چرخ دار بزرگ استفاده می‌شد و دوم این که هیچ تصویری از چین در هیچ جای جهان ثبت نشده که در آن، گروهی از مردان در حال کشیدن سنگ‌های بسیار بزرگ بر روی زمین باشند. با این حال، این فرض تا حدی شبیه به یک معما بود چرا که حتی بزرگ‌نرین وسایل نقلیه چرخدار آن زمان، تاب تحمل وزن بیشتر از 95 تن را نداشتند.

حالا تفسیری و تحلیلی تازه از یک متن چینی که در سال 1618 نوشته شده، توضیحی برای این معمای سر به مهر پیشنهاد می‌دهد. در این متن آمده که چطور در سال 1557 (یعنی 150 سال پس از ساخت شهر ممنوعه) یک سنگ 125 تنی برای کمک به نوسازی شهر ممنوعه پس از یک اتش‌سوزی، به آنجا منتقل شد. این انتقال در طول زمستان انجام شد و در این متن امده است که برای این کار چاه‌هایی هر کدام به طول 500 متر در طول مسیر حفر شدند «تا آب مورد نیاز برای خیس کردن جاده و کشیدن سنگ روی آن را تامین کنند». جیانگ لی در دانشگاه علوم و فن‌آوری پکن که به ترجمه این متن کمک کرده است، و هووارد استون در دانشگاه پرینستون، فکر می‌کنند که فهمیده‌اند که مسئولین آن زمان چه در سر داشتند.

متوسط دمای هوای میانه زمستان در آن دوران در چین برابر با منفی 4 درجه سانتی‌گراد بود، بنابراین اگر آب بر روی چنین زمینی سردی جاری شود، یخ خواهد زد و مسیری یخی را به وجود می‌آورد. یک سورتمه چوبی که سنگی بزرگ را حمل کند، به راحتی می‌تواند بر روی این جاده یخی سر بخورد. طبق محاسبات لی و استون، اصطکاک بین سورتمه و یخ به اندازه‌ای پایین است که یک گروه 340 نفری می تواند سنگی به وزن 125 تن را جابجا کند. این درحالی است که حمل آسان چنین سنگی در یک مسیر طبیعی بدون یخ نیاز به دست کم 1500 نفر دارد.

به گفته لی، ریختن آب سرد بر روی یخ، سطح را لیز می‌کند و اصطکاک بین غلتک و یخ حتی بیشتر از قبل کاهش می‌یابد. محاسبات این محققان نشان می‌دهد که در چنین حالتی، تنها 50 نفر برای حرکت دادن یک سنگ 125 تنی کفایت می‌کند. او می‌افزاید: «محتمل‌ترین شیوه، سر دادن سنگ با استفاده از آب بیشتر به عنوان روان کننده بوده است». روبرت وود از دانشگاه ساوتهمپتون انگلیس که بر روی اصطکاک سنجی تحقیق می‌کند، می‌گوید: «احتمال این که چنین چیزی کار کند وجود داشته است. اما آنها مجبور بودند که بلوک‌ها را دائما در حال حرکت نگه دارند زیرا توقف ممکن بود سبب جمع شدن آب ذوب شده در فضای بین سنگ/ چوب و یخ شود که با دوباره منجمد شدن این آب، به حرکت در آوردن دوباره این بلوک‌ها کاری بسیار مشکل می‌شد».

این یافته‌ها نشان می‌دهد که چینی‌های قرن پانزدهم میلادی خواص یخ را به شیوه‌ای شناخته بودند که جوامع غربی تا قرن نوزدهم از عهده آن بر نیامده بودند؛ هرچند چینی ها این دانش را به شیوه‌ای که برای دانشمندان و مهندسان امروزی قابل تشخیص باشد، فورموله نکرده باشند. وود می‌گوید که دانش تجربی آنها درباره اصطکاک بسیار جامع بوده است. او همچنین می‌افزاید که ارابه‌های جنگی 2200 ساله ارتشی آنها که تا کنون حفظ شده، نشان می‌دهد که آنها حتی از بلبرینگ برای کاهش اصطکاک چرخ‌ها با محور گردش ارابه استفاده می‌کرده‌اند.