Câu chuyện bánh xe là minh chứng cho tiến hóa kỹ thuật diễn ra không khác gì chọn lọc tự nhiên: cải tiến tốt hơn được giữ lại, kém hiệu quả sẽ bị đào thải. (Nguồn: Ảnh do trí tuệ nhân tạo (AI) tạo với sự hỗ trợ của Gemini từ Google)
Hãy tưởng tượng bạn là một người thợ mỏ khai thác đồng tại Đông Nam Âu Châu vào năm 3,900 trước Công Nguyên. Mỗi ngày, bạn phải gồng mình kéo từng tảng quặng qua những đường hầm chật hẹp và ngột ngạt.
Cuộc sống cứ thế trôi qua trong nỗi mỏi mệt rã rời và sự đơn điệu không hồi kết. Nhưng rồi một chiều nọ, điều kỳ lạ xảy ra: một anh bạn đồng nghiệp xuất hiện với một thứ trông thật lạ mắt, và anh ta thản nhiên kéo theo đống quặng gấp ba lần trọng lượng cơ thể mình – chỉ trong một chuyến đi.
Khi anh ta quay trở lại để lấy chuyến quặng tiếp theo, bạn sững người nhận ra rằng nghề nghiệp mà bạn từng coi là khổ cực đang đứng trước một bước ngoặt. Một tương lai dễ thở và thịnh vượng hơn vừa mở ra.
Thứ mà bạn vừa chứng kiến sẽ không chỉ thay đổi công việc khai thác mỏ ở đây, mà còn viết lại tiến trình lịch sử của toàn nhân loại.
Dù bánh xe đã làm thay đổi hoàn toàn cuộc sống con người, cho đến nay vẫn chưa ai biết chính xác ai là người sáng tạo ra bánh xe, hoặc nó ra đời ở đâu, khi nào.
Kịch bản giả định vừa nêu dựa trên một giả thuyết được công bố vào năm 2015, cho rằng các thợ mỏ ở dãy núi Carpathian (thuộc lãnh thổ Hungary ngày nay) đã phát minh ra bánh xe gần 6,000 năm trước để vận chuyển quặng đồng.
Giả thuyết ấy càng thêm thuyết phục khi các nhà khảo cổ khai quật được hơn 150 chiếc xe kéo nhỏ xíu bằng đất sét ở vùng Carpathian. Mỗi chiếc có bốn bánh, bề mặt được khắc những đường nét uốn lượn như hoa văn mây tre, trông rất giống những chiếc giỏ thợ mỏ từng dùng để đựng quặng.
Khi đem các hiện vật này đi kiểm tra bằng phương pháp carbon, kết quả cho thấy: chúng chính là những mô hình bánh xe xưa nhất mà con người từng biết tới.
Điều này khiến nhiều người không khỏi tự hỏi: Làm sao một nhóm thợ mỏ bình thường, không học hành bài bản về khoa học, lại có thể phát minh ra thứ vĩ đại như bánh xe – trong khi những nền văn minh rực rỡ như Ai Cập cổ đại lại không nghĩ ra?
Giả thuyết gây tranh cãi về nguồn gốc bánh xe
Lâu nay người ta cho rằng bánh xe tiến hóa từ những khúc gỗ thô sơ được dùng làm con lăn. Nhưng trong suốt nhiều thế kỷ, không ai giải thích rõ được quá trình “tiến hóa” đó xảy ra như thế nào và tại sao lại có sự chuyển đổi đó.
. (Nguồn: Ảnh do trí tuệ nhân tạo (AI) tạo với sự hỗ trợ của Gemini từ Google)
Từ thập niên 1960, một số học giả bắt đầu nghi ngờ về giả thuyết “con lăn thành bánh xe.” Lý do là vì muốn dùng con lăn hiệu quả thì mặt đất phải thật phẳng, không được có dốc hay khúc cua. Thêm vào đó, khi xe đi qua rồi, người ta phải nhặt con lăn mang trở lại phía trước để tiếp tục dùng – rất phiền và tốn công. Do đó, các nền văn minh cổ đại gần như không mấy khi dùng đến con lăn. Một số người cho rằng công cụ này vừa bất tiện, vừa không đủ phổ biến để trở thành khởi đầu cho bánh xe.
Nhưng trong mỏ lại hoàn toàn khác. Với các hành lang nhân tạo, kín và bằng phẳng, môi trường này vô cùng thích hợp để sử dụng con lăn. Chính yếu tố này, cùng nhiều lý do khác, đã khiến nhóm nghiên cứu của Kai James (Giáo sư Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ, Viện Công nghệ Georgia) quyết định quay lại với giả thuyết con lăn.
Bước ngoặt quyết định
Bước ngoặt quyết định bắt đầu từ hai sáng kiến đơn giản mà thông minh. Trước hết là cải tiến phần thiết kế của xe chở hàng: họ khoét những rãnh hình bán nguyệt ở phần đáy xe để giữ cho các con lăn nằm yên bên dưới xe khi di chuyển. Với thiết kế đó, khi người ta kéo xe đi, con lăn cũng lăn theo – chẳng cần phải mất công quay lại mang chúng ra phía trước nữa.
Cải tiến này rất có thể bắt nguồn từ đặc điểm không gian chật hẹp trong hầm mỏ. Ở những nơi như vậy, phải liên tục đưa con lăn trở lại đầu xe là điều vô cùng phiền toái.
Việc tạo ra con lăn có rãnh giữ chính là chìa khóa mở ra cánh cửa mới: người ta bắt đầu thay đổi hình dáng con lăn. Để hiểu rõ vì sao quá trình này diễn ra, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp tính toán vật lý kết hợp với mô phỏng kỹ thuật số.
Mô phỏng sự tiến hóa của bánh xe
Để tìm hiểu bánh xe ra đời như thế nào, nhóm nghiên cứu của James đã phát triển một chương trình máy tính nhằm tái dựng quá trình chuyển từ con lăn thô sơ sang bánh xe. Họ đặt ra một giả thuyết: nguyên nhân chính thúc đẩy quá trình này là lợi thế cơ học (mechanical advantage), một nguyên lý vật lý giúp người dùng sử dụng ít sức mà vẫn đạt hiệu quả cao, giống như khi dùng kềm để vặn, siết đồ.
Nếu có thể chỉnh sửa hình dáng con lăn sao cho lợi thế cơ học phát huy, thì việc đẩy xe sẽ nhẹ nhàng hơn nhiều.
Chương trình máy tính đã thử nghiệm hàng trăm kiểu con lăn khác nhau, đánh giá xem loại nào vừa giúp tăng lực đẩy, vừa đủ chắc chắn để không bị gãy khi chở nặng. Sau rất nhiều phép thử, chương trình đi đến kết luận: kiểu bánh xe có gắn trục ở giữa là cách hiệu quả nhất.
Trong khi chương trình mô phỏng đang chạy, mỗi phiên bản mới của bánh xe đều vượt trội hơn chút ít so với phiên bản trước. Nhóm nghiên cứu tin rằng quá trình tương tự cũng đã xảy ra với những người thợ mỏ cổ đại.
Vậy điều gì khiến thợ mỏ bắt đầu nghĩ tới việc thay đổi hình dạng con lăn? Có thể là do sau một thời gian, lực ma sát tại điểm tiếp xúc giữa con lăn và rãnh giữ trên xe khiến phần gỗ xung quanh bị bào mòn, làm cho phần giữa của con lăn dần bị nhỏ lại. Hoặc cũng có thể các thợ mỏ cố tình vát nhỏ phần giữa để xe dễ lăn qua những chỗ gồ ghề.
Dù là nguyên nhân nào, hiệu ứng lợi thế cơ học của những con lăn có phần giữa thu nhỏ giúp xe đẩy nhẹ hơn. Những thiết kế tốt hơn được ưa chuộng, và dần dần con lăn trở thành dạng trục mảnh với hai vòng gỗ lớn ở hai đầu. Đây chính là hình dạng sơ khai của bánh xe.
Theo giả thuyết này, bánh xe không “ra đời” trong một thời điểm cụ thể nào. Thay vào đó, nó xuất hiện dần dần, là kết quả của vô vàn những cải tiến nhỏ – giống như quá trình tiến hóa của muôn loài trong tự nhiên.
Đây chỉ là một trong vô số chương nhỏ trong hành trình tiến hóa của bánh xe. Sau hàng thiên niên kỷ, một thợ sửa xe đạp người Paris phát minh ra “bạc đạn” – giúp bánh xe lăn mượt mà hơn bao giờ hết. Nghe thật thú vị, nhưng về nguyên lý cơ học, bạc đạn không khác gì các con lăn, tiền thân ban đầu của bánh xe.
Bạc đạn bao quanh trục như một vành hoa, giúp chuyển động giữa trục và moay-ơ trở nên trơn tru, êm ái, giảm hẳn lực ma sát. Nhờ đó, bánh xe hoàn tất một “vòng quay” trọn vẹn – cả nghĩa đen lẫn nghĩa bóng (vừa trở về nguyên lý ban đầu, vừa đạt đến một bước tiến vượt bậc).
Câu chuyện về quá trình phát triển của bánh xe cũng giống như chính hình dạng của nó: quay mãi không ngừng, không có điểm bắt đầu, không có hồi kết thúc – chỉ có vô vàn những đổi mới âm thầm theo năm tháng.
Cung Đô sưu tầm
Nguồn: “How was the wheel invented? Computer simulations reveal the unlikely birth of a world-changing technology nearly 6,000 years ago” được đăng trên trang TheConversation.com.
Gửi ý kiến của bạn
