Введение

Технологические достижения древних цивилизаций стали результатом прогресса в инженерии в древности. Эти достижения в истории техники стимулировали общества к принятию новых образов жизни и форм правления. В данной статье рассматриваются достижения в области технологий и развитие различных инженерных наук в исторические периоды, предшествовавшие Средневековью, которое началось после падения Западной Римской империи в 476 году н.э., смерти Юстиниана I в VI веке, возникновения ислама в VII веке или возвышения Карла Великого в VIII веке. О технологиях, разработанных в средневековых обществах, см. статьи «Средневековая техника» и «Изобретения в средневековом исламе».

Африка

История технологий в Африке уходит корнями к началу человеческого рода, к первым свидетельствам использования орудий труда предками гоминидов в тех областях Африки, где, как считается, произошла эволюция человека. В Африке зародились одни из самых ранних технологий обработки железа в регионе гор Айр, на территории современного Нигера, а также были воздвигнуты одни из древнейших в мире памятников, пирамид и башен в Египте, Нубии и Северной Африке. В Нубии и древнем Куше глазурованный кварцит и строительство из кирпича получили большее развитие, чем в Египте. На части восточноафриканского побережья суахили было создано самое старое в мире изделие из углеродистой стали, производство которого осуществлялось в высокотемпературных доменных печах, созданных народом хая из Танзании.

Месопотамия

Месопотамия была одной из первых цивилизаций, вступивших в бронзовый век. Изначально они использовали медь, бронзу и золото, а затем и железо. Дворцы украшались сотнями килограммов этих очень дорогих металлов. Медь, бронза и железо также применялись для изготовления доспехов, а также различного оружия, такого как мечи, кинжалы, копья и булавы. Пожалуй, самым важным достижением месопотамцев стало изобретение письменности шумерами. С появлением письменности возникли первые известные законы – Кодекс Хаммурапи, а также первое значительное литературное произведение – Эпос о Гильгамеше. Несколько из шести классических простых механизмов были изобретены в Месопотамии. Месопотамии приписывают изобретение колеса. Механизм колеса и оси впервые появился в виде гончарного круга, изобретенного в Месопотамии (современный Ирак) в V тысячелетии до нашей эры. Это привело к изобретению колесного транспортного средства в Месопотамии в начале IV тысячелетия до нашей эры. Изображения колесных повозок, найденные на глиняных пиктограммах в районе Эанна в Уруке, датируются 3700–3500 годами до нашей эры. Рычаг использовался в шадуфе – устройстве для подъема воды, первом кране, который появился в Месопотамии около 3000 года до нашей эры, а затем в древнеегипетской технологии около 2000 года до нашей эры. Самые ранние свидетельства использования блоков относятся к Месопотамии в начале II тысячелетия до нашей эры. Винт, последний из простых механизмов, впервые появился в Месопотамии в период неоассирийского царства (911–609 гг. до н.э.). Месопотамии использовали шестидесятеричную систему счисления с основанием 60 (как мы используем основание 10). Они делили время на 60-е части, включая 60-секундную минуту и 60-минутный час, которые мы используем и сегодня. Они также разделили круг на 360 градусов. Они обладали обширными знаниями в математике, включая сложение, вычитание, умножение, деление, квадратные и кубические уравнения, а также дроби. Это было важно для ведения учета, а также для реализации крупных строительных проектов. У месопотамцев были формулы для вычисления окружности и площади различных геометрических фигур, таких как прямоугольники, круги и треугольники. Некоторые данные свидетельствуют о том, что они даже знали теорему Пифагора задолго до того, как она была сформулирована Пифагором. Возможно, они даже вычислили число пи при определении окружности круга. Вавилонская астрономия позволяла отслеживать движение звезд, планет и Луны. Применение передовой математики позволяло предсказывать движение нескольких планет. Изучая фазы Луны, месопотамцы создали первый календарь, состоявший из 12 лунных месяцев и являвшийся предшественником еврейского и греческого календарей. Вавилонская медицина использовала логику и вела записи истории болезни для диагностики и лечения заболеваний с помощью различных кремов и пилюль. Месопотамии практиковали два вида медицины – магическую и физическую, и часто использовали оба подхода в отношении одного и того же пациента. Месопотамии сделали множество технологических открытий. Они первыми использовали гончарный круг для изготовления более качественной керамики, применяли ирригацию для подачи воды на поля, использовали бронзу (а позже и железо) для изготовления прочных инструментов и оружия, а также ткацкие станки для производства ткани из шерсти. Джеруанский акведук (ок. 688 г. до н.э.) построен из каменных арок и облицован водонепроницаемым бетоном. Для получения информации о более поздних технологиях, разработанных в Месопотамии, ныне известной как Ирак, см. раздел «Персия» о достижениях древней Персидской империи, а также статьи «Изобретения в средневековом исламе» и «Арабская сельскохозяйственная революция» о достижениях средневековых исламских халифатов.

Египет

Египтяне изобрели и использовали множество простых механизмов, таких как наклонная плоскость, для облегчения строительных процессов. Они были одними из первых, кто добывал золото масштабной разработкой месторождений с использованием технологии обжига, и первая известная карта – Туринский папирус – содержит план одной из таких шахт в Нубии. Египтяне строили пирамиды за столетия до создания современных инструментов. Историки и археологи обнаружили свидетельства того, что египетские пирамиды были построены с использованием трех из так называемых шести простых механизмов, на которых основаны все машины. Эти механизмы – наклонная плоскость, клин и рычаг, позволившие древним египтянам переместить миллионы известняковых блоков весом около 3,5 тонн каждый, чтобы создать такие сооружения, как Великая пирамида в Гизе, высотой 147 метров. Египетская бумага из папируса и керамика производились массово и экспортировались по всему Средиземноморью. Однако колесо появилось лишь после того, как иностранные захватчики привезли колесницу. Они развивали средиземноморские морские технологии, включая корабли и маяки. Ранние строительные техники, использовавшиеся древними египтянами, применяли кирпичи, состоящие в основном из глины, песка, ила и других минералов. Эти сооружения были жизненно важны для борьбы с наводнениями и орошения, особенно в дельте Нила. Винтовой насос – старейший объемный насос. Первые записи о винтовом насосе, также известном как водяной винт или винт Архимеда, относятся к Древнему Египту, предшествующему III веку до н.э. Египетский винт, использовавшийся для подъема воды из Нила, состоял из труб, намотанных на цилиндр; при вращении всей установки вода поднималась внутри спиральной трубы на большую высоту. Более поздняя конструкция египетского винтового насоса имела спиральную канавку, вырезанную снаружи цельного деревянного цилиндра, который затем покрывался досками или листами металла, плотно закрывающими пространство между канавками. Города долины Инда предлагают одни из первых примеров закрытых водостоков, общественных бань и общих зернохранилищ. Университет Такшашилы был важным центром обучения в древнем мире. Он был центром образования для ученых со всей Азии. Здесь учились многие греческие, персидские и китайские студенты у выдающихся ученых, таких как Каутилья, Панини, Живака и Вишну Шарма. Древняя индийская система медицины – Аюрведа – стала важной вехой в истории Индии. Она в основном использует травы в качестве лекарств. Ее истоки восходят к Атарваведе. В «Сушрута Самхите» (400 г. до н.э.) Сушруты содержатся подробные сведения о проведении операций при катаракте, пластической хирургии и т.д. Древняя Индия также была в авангарде судоходных технологий – на панели, найденной в Мохенджо-Даро, изображено парусное судно. Строительство кораблей ярко описано в древнем индийском тексте по судостроению «Юкти Кальпа Тару». («Юкти Кальпа Тару» был переведен и опубликован профессором Ауфрехтом в его «Каталоге санскритских рукописей»). Индийское строительство и архитектура, известные как «Васту Шастра», свидетельствуют о глубоком понимании материаловедения, гидрологии и санитарии. Древняя индийская культура также была новаторской в использовании растительных красителей, выращивая растения, включая индиго и киноварь. Многие красители использовались в искусстве и скульптуре. Использование парфюмерии демонстрирует определенные знания химии, в частности, процессов дистилляции и очистки.

Китай

История науки и техники в Китае демонстрирует значительные достижения в науке, технике, математике и астрономии. Первые зафиксированные наблюдения комет, солнечных затмений и сверхновых были сделаны именно в Китае. Также практиковались традиционная китайская медицина, акупунктура и фитотерапия. Четыре великих изобретения Китая – компас, порох, производство бумаги и книгопечатание – были одними из важнейших технологических достижений, ставшими известными в Европе лишь к концу Средневековья. По мнению шотландского исследователя Джозефа Нидхэма, китайцы совершили множество первых известных открытий и разработок. К важнейшим технологическим вкладам Китая относятся ранние сейсмографы, спички, бумага, поршневой насос двойного действия, чугун, железный плуг, многорядная сеялка, подвесной мост, использование природного газа в качестве топлива, магнитный компас, рельефная карта, пропеллер, арбалет, повозка, указывающая на юг, и порох. Другие китайские открытия и изобретения средневекового периода, согласно исследованиям Джозефа Нидхэма, включают в себя: ксилографию и наборный шрифт, фосфоресцирующую краску и прялку. Ракеты на твердом топливе были изобретены в Китае около 1150 года нашей эры, почти через 200 лет после изобретения черного пороха, который служил ракетным топливом. В то время как на Западе происходила эпоха Великих географических открытий, китайские императоры династии Мин также отправляли экспедиции, некоторые из которых достигли Африки. Однако эти предприятия не получили дальнейшей финансовой поддержки, что привело к прекращению дальнейших исследований и разработок. Когда корабли Фердинанда Магеллана достигли Брунея в 1521 году, они обнаружили богатый город, укрепленный китайскими инженерами и защищенный волнорезом. Антонио Пигафетта отметил, что уровень развития многих технологий в Брунее был сопоставим с западными технологиями того времени. Кроме того, в Брунее было больше пушек, чем на кораблях Магеллана, а китайские купцы при дворе Брунея продавали им очки и фарфор, которые были редкостью в Европе.

Персидская империя

Канат, система управления водными ресурсами, используемая для орошения, возникла в Иране до периода Ахеменидов. Самый старый и самый большой известный канат находится в иранском городе Гонабад, который и по сей день, спустя 2700 лет, обеспечивает питьевой и сельскохозяйственной водой почти 40 000 человек. Самые ранние свидетельства существования водяных колёс и водяных мельниц датируются IV веком до нашей эры на Древнем Ближнем Востоке, в частности, в Персидской империи до 350 года до нашей эры, в регионах Месопотамии (Ирак) и Персии (Иран). Это новаторское использование энергии воды стало первым созданным человеком источником движущей силы, не зависящим от мускульной силы (за исключением паруса). В VII веке нашей эры персы в Афганистане разработали первые практичные ветряные мельницы. О более поздних средневековых технологиях, разработанных в исламской Персии, см. статьи «Изобретения в средневековом исламе» и «Арабская сельскохозяйственная революция».

Мезоамерика и Андский регион

Не имея подходящих вьючных животных и обитая в областях, часто слишком гористых или заболоченных для использования колесного транспорта, древние цивилизации Америки не разработали ни колесный транспорт, ни механику, связанную с использованием тягловой силы животных. Тем не менее, они создали передовые инженерные сооружения, включая надземные и подземные акведуки, сейсмоустойчивую каменную кладку, искусственные озера, дамбы, «фонтаны», системы подачи воды под давлением, дороги и сложные террасы. Параллельно, в Перу началась обработка золота уже в 2000 году до н.э., а впоследствии стали использовать медь, олово, свинец и бронзу. Хотя металлургия не проникла в Мезоамерику до Средних веков, она применялась как там, так и в Андах для создания сложных сплавов и позолоты. Коренные американцы достигли глубокого понимания химических свойств и практического применения природных веществ, благодаря чему большинство ранних лекарственных препаратов и съедобных культур мира, а также многие важные клеи, краски, волокна, штукатурки и другие полезные материалы были созданы именно этими цивилизациями. Пожалуй, самым известным изобретением Мезоамерики стала резина, из которой изготавливали резиновые ленты, обвязки, мячи, шприцы, «дождевики», сапоги и водонепроницаемую изоляцию для сосудов и фляг.

Эллинистическая Средиземноморье

Эллинистический период средиземноморской истории начался в IV веке до н.э. с завоеваний Александра, что привело к возникновению эллинистической цивилизации, представляющей собой синтез греческой и ближневосточной культур в восточном Средиземноморье, включая Балканы, Левант и Египет. С Птолемеевским Египтом в качестве интеллектуального центра и греческим языком как лингва франка, эллинистическая цивилизация объединяла греческих, египетских, еврейских, персидских и финикийских ученых и инженеров, писавших на греческом языке. Эллинистическая технология значительно продвинулась, начиная с IV века до н.э. и продолжаясь вплоть до римского периода. К древним грекам относят следующие изобретения: технологии литья бронзы, водяной орган (гидраулис) и торсионная метательная машина. Многие из этих изобретений появились в конце эллинистического периода, часто вдохновленные необходимостью совершенствовать оружие и тактику ведения войны. Инженеры Восточного Средиземноморья несли ответственность за ряд изобретений и усовершенствований существующих технологий. Архимед изобрел несколько машин. Эллинистические инженеры часто объединяли научные исследования с разработкой новых технологий. Среди технологий, изобретенных эллинистическими инженерами, – баллисты, поршневой насос и примитивные аналоговые компьютеры, такие как механизм Антикитеры. Эллинистические архитекторы строили купола и первыми исследовали золотое сечение и его связь с геометрией и архитектурой. К другим эллинистическим инновациям относятся торсионные катапульты, пневматические катапульты, арбалеты, колеи для повозок, органы, клавиатурный механизм, дифференциальные передачи, душевые, сухие доки, водолазные колокола, одометры и астролябии. В архитектуре эллинистические инженеры возводили монументальные маяки, такие как Фарос, и разрабатывали системы центрального отопления. Туннель Евпалина – самый ранний туннель, прорытый с применением научного подхода с обеих сторон. Автоматы, такие как автоматические двери и другие гениальные устройства, были созданы эллинистическими инженерами, такими как Ктезибий и Филон Византийский. Греческие технические трактаты тщательно изучались и развивались византийскими, арабскими и латинскими учеными, заложив основу для дальнейшего технологического прогресса в этих цивилизациях.

Римская империя

Римская империя расширилась из Италии по всему Средиземноморскому региону между I веком до н.э. и I веком н.э. Наиболее развитыми и экономически продуктивными провинциями за пределами Италии были восточные римские провинции на Балканах, в Малой Азии, Египте и Леванте, причём римский Египет, в частности, являлся самой богатой римской провинцией за пределами Италии. Римская технология поддерживала римскую цивилизацию и сделала возможным расширение римской торговли и римской армии на протяжении почти тысячи лет. Римская империя обладала передовыми технологиями для своего времени. Некоторые римские технологии в Европе, возможно, были утрачены в период смутных эпох поздней античности и раннего средневековья. Римские технологические достижения во многих областях, таких как гражданское строительство, строительные материалы, транспортная техника, а также отдельные изобретения, например, механический жнец, оставались непревзойденными до XIX века. Римляне развили интенсивное и сложное сельское хозяйство, усовершенствовали существующие технологии обработки железа, создали законы, обеспечивающие индивидуальную собственность, продвинутые технологии каменной кладки, передовые методы строительства дорог (превзойдённые лишь в XIX веке), военную и гражданскую инженерию, прядение и ткачество, а также различные машины, такие как галльский жнец, которые способствовали повышению производительности во многих секторах римской экономики. Они также развили гидроэнергетику, строя акведуки в больших масштабах, используя воду не только для питья, но и для орошения, привода водяных мельниц и добычи полезных ископаемых. Они широко использовали дренажные колёса в глубоких подземных шахтах, одним из устройств было обратное водокачательное колесо. Они первыми стали применять гидравлические методы разведки для поиска металлических руд и их извлечения из земли с использованием метода, известного как «замывание». Римские инженеры построили триумфальные арки, амфитеатры, акведуки, общественные бани, арочные мосты, гавани, плотины, своды и купола в огромных масштабах по всей своей империи. К известным римским изобретениям относятся книга (кодекс), стеклодувное производство и бетон. Поскольку Рим располагался на вулканическом полуострове с песком, содержащим подходящие кристаллические зерна, бетон, который разрабатывали римляне, был особенно прочным. Некоторые из их зданий сохранились на протяжении 2000 лет и существуют до наших дней. Римское общество также переняло у греков конструкцию дверного замка с фиксаторами и пружинами. Как и многие другие аспекты инноваций и культуры, перешедшие из Греции в Рим, границы между тем, где возникло каждое из них, со временем размылись. Эти механизмы были очень сложными и замысловатыми для своей эпохи. Римская цивилизация была высокоурбанизированной по досовременным меркам. Во многих городах Римской империи проживало более 100 000 жителей, а столица, Рим, была крупнейшим мегаполисом античности. Характерными чертами римской городской жизни были многоэтажные жилые дома, называемые инсулами, мощёные улицы, общественные туалеты со смывом, стеклянные окна, а также системы подогрева полов и стен. Римляне понимали принципы гидравлики и строили фонтаны и водопроводные сооружения, особенно акведуки, которые являлись визитной карточкой их цивилизации. Они использовали водяную энергию, строя водяные мельницы, иногда последовательно, как, например, комплекс в Барбегале на юге Франции и, предположительно, на Яникуле в Риме. Некоторые римские бани сохранились до наших дней. Римляне разработали множество технологий, которые, по-видимому, были утрачены в Средние века и были полностью воссозданы лишь в XIX и XX веках. Они также оставили тексты, описывающие свои достижения, особенно труды Плиния Старшего, Фронтина и Витрувия. К другим менее известным римским инновациям относятся цемент, лодочные мельницы, арочные плотины и, возможно, приливные мельницы. В римском Египте Герон Александрийский изобрел эолипил – простейшее паровое устройство – и продемонстрировал знание механики и пневматики. Он также первым экспериментировал с механическим устройством, приводимым в движение ветром, – ветряным колесом. Он также описал торговый автомат. Однако его изобретения были в основном игрушками, а не практичными машинами.