轮子：人类文明史上最重要的创新

轮子可以说是人类文明历史里最早、最重要的一项发明。按照考古学家的证据，轮子发明的时间大概是在公元前3，000年左右，差不多是新石器时代后期。新石器时代的农业革命开始于公元前8，000年左右，也就是说，这中间有好几千年农业技术正逐渐发展，可是轮子的发明却落后了几千年。

轮子是谁发明的呢？这个问题没有明确的答案，这么简单且实用的概念很可能许多人都会想到，尤其是看到石头从山上滚下来，或者看到横放的树干在地面上滚动时，都会引发用滚动来代替移动的想法，幸好在几千年前大家不用担心专利和知识产权的问题。

英文里有个常用的谚语“reinventing the wheel（重新发明轮子）”，意思是提出别人已经想到的方法和做法，中文里也有相似的成语“拾人牙慧”，牙慧是指言谈间流露出的智慧，拾人牙慧即是指重述别人的言语和见解。不过“reinventing the wheel”不一定有轻蔑的意思，但“拾人牙慧”这个“拾”字，就带有一点不敬的意味了。

假如我们要在平地上移动一个箱子，可以用力硬推，也可以在箱子底下装四个轮子，这样推起来省力多了。为什么会这样呢？(www.xing528.com)

先想象有一块大木头平放在地面上，当我们要将这块大木头往前推时，必须克服地面的摩擦力。地面摩擦力与木头的质量以及地面的摩擦系数成正比，这个摩擦系数叫作“动摩擦系数”。地面越粗糙，动摩擦系数也越大，推力也要越大，例如在冰上推一块大木头就容易得多，因为冰的表面比较光滑，动摩擦系数也比较小。

再想象一下有根树干横放在地上，我们要将树干向前滚动，同样要克服地面的摩擦力，而地面的摩擦力与树干的质量和地面的摩擦系数仍然是成正比，但是这个摩擦系数叫作“滚动摩擦系数”，通常比动摩擦系数小，因此移动要比滚动来得吃力。为什么滚动摩擦系数会比动摩擦系数小呢？这就与物质的分子结构有关了。

推一辆有轮子的车子比较省力轻松，还有一个更重要的原因。大家都知道要推动一个物体所需要的能量是用推动的力乘上推动的距离，例如要推一块大木头滑动10米，所要使用的能量是依动摩擦系数算出来的摩擦力乘上10米；如果要滚动一根树干10米，所要使用的能量是依滚动摩擦系数算出来的摩擦力乘上10米。但是如果将车轮装在车轴上，当轴旋转，轮子也跟着旋转，假设轴的直径是10厘米，轮子的直径是100厘米，那么当轮子旋转10米，轴只会旋转十分之一的距离——1米。因此，推动车轴旋转所需要的能量比直接推动轮子降低了10倍。在这里我们假设轮子在地面滚动所遇到的摩擦阻力会直接传到车轴去，不过，即使车轴遇到的摩擦力稍微增加了一点，能量的节省还是非常可观的。所以，光有一个轮子只不过把摩擦阻力减少，再配上轮轴，将使工作所消耗的能量大大降低。