千面科学｜“轮”的故事：奚仲的方向盘，哪吒的风火轮

现代社会常见的交通工具几乎都和轮子有关，很多精密机械中还有飞轮，古代神话中哪吒有风火轮，今天我们将从远古时代讲起，讲一讲“轮”的故事。
一、轮子的起源和发明
人类还未发明轮子之前，就通过观察和实践积累了经验，知道如果运输重的物体，可以将物体放在木头扎好的轻撬上拖动，而后发现原木运输更省力。今天我们知道这是滚动摩擦力小于滑动摩擦力的缘故，原木运输现实了轮子发明过程中的重要一环，它和其他类似的发明都说明人类的确善于从身边事物中发明工具。但原木运输存在一个问题，今天中学物理都会告诉大家原木和载物的运动是相反的，所以人们不得不将后方的原木不断搬运到道路前方。这或许是轮子发明的一个契机，毕竟偷懒是人类的天性。

原木运输，图自网络。
原木运输已经明白无误地展示了圆形的优势，那么树木为什么会是圆的呢？以下是现代科学的回答。
很多人在小学作业就证明过，同样周长的正方形面积小于圆形。实际上我们可以证明：同样周长的形状中圆形面积最大，这就是所谓的等周定理，用不等式表示为：若P为封闭曲线的周界长，A为曲线所包围的区域面积，则有4πA≤P2。类似的可以证明多维度中的等周定理，比如三维等周原理：表面积相同，球的体积最大（等价于等体积球的表面积最小），根据这个定理，我们可以解释很多现象，如天气寒冷的时候蜷缩起来缩小表面积可以减少热量损失，真空条件下水珠呈球形等等。
树木也遵循这个原理，截面圆形可以最大限度的运输水分和养料，最有利于植物生长。同时根据帕斯卡定律，压强等于压力除以面积，整棵大树全靠主干支撑，圆形面积下数目承受的压强最小。此外，植物生长风吹日晒，经常收到冲击，圆形的树干不论风卷着尘砂杂物从哪个方向来，都容易沿着圆面的切线方向掠过，受影响的只是极少部分。郑板桥《竹石》中说：“千磨万击还坚劲，任尔东西南北风”也是这个道理，而且暗合中国古代“外圆而内方”的君子之道，科学和文化内涵完美的融合在君子竹身上。
根据等周定理，我们知道如果原料有限，圆形能得到最大的面积，这也是为什么现在的水管等的截面多是圆形。从树木的启示到数学定理，反映了技术（工匠传统）和科学（学者传统）互相促进的过程。
前面已经讲到，滚动摩擦小于滑动摩擦，滚动本质上运用的是力矩效应（见下图），原木运载和轮子的施力点并不一样，一个在切点一个在圆心，所以力臂也不一样，但两者都说明，只有半径恒定，力臂和力矩才不会变化，这样运转过程中才平稳不会颠簸。此外在现代模具加工中，圆形是比较容易加工的工件。所以通常的轮子一般都是圆形，只有特殊情况下才会制造其他形状的轮子。

原木运载和轮子的力臂其实并不一样，图自网络。
轮子最早在何时何地被发明出来，目前还没有最终的定论。西方学者认为轮子可能起源于欧洲，之后传入东方，中国学者则认为可能是欧洲与中国各自独立发明的。无论哪一种说法是事实，都说明地理环境对技术的影响，比如爱斯基摩人只能因地制宜发明雪橇而绝不可能发明轮子，这也反映出技术并不像科学那样具有普适性，而是具有极强的地方性。
还有人提出了一个问题：“为什么动物没有进化出轮子？”，这被称为RRR难题。实际上这是一个为了提问而提问的问题，先假设某种东西必须出现，然后论证它不应该出现。当然就这些问题展开的一些讨论，也有助于人们对生物进化和轮子发明的理解。比如人类使用轮子是因为轮子能提高效率，这个前提是和道路建设绑定在一起的，单纯的自然环境中，地理环境复杂，并不利于轮子的使用，而且大自然中的垂直移动显然是无法通过轮子来实现的。这还是说明技术的使用必然是配套的，和环境相适应的。那么随着人类对地球的改造，未来会不会有动物进化出适应道路运动的轮子呢，这倒是一个有趣的问题。
二、轮子与汉语言文化里的“轮”
与轮子相比，文字这种技术的出现相对较晚，如甲骨文被认为诞生于三千六百年前，而轮子这种工具经过考古发现可以追溯到大约六千年前。以文字诞生为分野，大致可以认为文字诞生之后，才能有历史学。
《说文解字》里说：“有辐曰轮，无辐曰辁。从车仑声。”从车，《考工记》云：“察车自轮始”；从仑，《说文解字》云：“仑，理也。三十辐两两相当而不迆。故曰轮。”《考工记》对车进行了完整的解释，其中“轮辐三十，以象日月也”，这或许说明中国古人已经将一轮圆月和车轮联系在了一起。日月更迭与车轮飞转让人产生联想，《康熙字典》：“轮转，回旋也。”轮流、轮替等意思从此而来。我们常说历史的车轮滚滚向前，使用的也是这个意向；很多科幻电影中喜欢用几个像浑天仪一样的大轮子的转动来表示时光飞逝，实现时空穿越，也是这种朴素意识的现代残留。
因为车的发明，人类的交通变得更为便利，能去到比徒步所及更远的地方，所以《周礼·地官·大司徒》说：“周知九州之地域广轮之数”，其中“东西为广，南北为轮”，“广轮，地形纵横也。”道路崎岖、地形纵横，因此出现了一个词“轮囷”，囷是圆形的谷仓，轮囷就是弯弯绕绕、曲曲折折，“轮囷离奇，委曲盘戾也。”《礼记·檀弓下》有“美哉轮焉，美哉奂焉”，郑玄注：“轮，轮囷，言高大。”所以我们今天有个成语美轮美奂，从本意就可以知道是用来形容建筑物的，后来逐渐也可以用来形容其他工艺美术品。
中国古代神话中有奚仲造车的传说。《说文解字》：“车，舆轮之总名。夏后时奚仲所造。”注则说：“左传曰：薛之皇祖奚仲居薛，以为夏车正。杜云：奚仲为夏禹掌车服大夫。然则非奚仲始造车也。”《山海经·海内经》则明明白白写着：“帝俊生禺号，禺号生淫梁，淫梁生番禺，是始为舟。番禺生奚仲，奚仲生吉光，吉光是始以木为车。”《新语·道基》曰：“奚仲乃桡曲为轮，因直为辕，驾马服牛，浮舟杖楫，以代人力。”
郭璞为了解释到底是奚仲还是吉光造车提出了一个解释，“《世本》云‘奚仲作车’，此言吉光，明其父子共创作意，是以互称之。”认为是大家以讹传讹把“子”字遗漏了，这种情况并非少见，比如《艺文类聚》卷五引《尸子》曰：“造历数者，羲和子也”，是说古代羲和之子造了历数，羲和之子就是日月之神，日月之神造历数是非常合理的。但是到了《世本》里就说“黄帝使羲和占日，常仪占月”，“占日”、“占月”和造历的意思差不多；再到了《广韵·入声·二十三锡·历》下引《尸子》就直接作“羲和造历”，把“子”字省略了。
但与此同时，中国神话中又有黄帝造指南车的传说，这个指南车和后来的指南针不是一个原理，不是运用磁学，而是机械校正方向后，确保指向为南。《太平御览》：“黄帝造车，故号轩辕氏”，“黄帝作车，少昊时略加牛，禹时奚仲驾马。仲又造车，更广其制度也。”杜佑《通典》则更详细的说：“昔人皇氏乘云驾六羽，出谷口，或云‘秖车’也。及五龙氏乘龙，上下以理。《古史考》云：‘黄帝作车，至少昊始驾牛，及陶唐氏制彤车，乘白马’，则马驾之初也。有虞氏因彤车而制鸾车。夏后氏因鸾车而制钩车，俾车正奚仲建斿旐，尊卑上下，各有等级。”
至于造车的灵感，《淮南子·说山训》：“见窾木浮而知为舟，见飞蓬转而知为车，见鸟迹而知著书，以类取之。”《后汉书·舆服志上》：“上古圣人，见转蓬始知为轮。轮行可载，因物知生，复为之舆。”《通典·嘉礼九》沿用了这个说法：“上古圣人，睹转蓬为轮。轮行可载，因物知生，复为之舆。舆轮相乘，流运罔极，任重致远，以利天下。”所以王允《论衡·感类篇》有感而发：“以鸟迹而知为书，见蜚蓬而知为车，天非以鸟迹命苍颉，以蜚蓬使奚仲也,奚仲感蜚蓬而仓颉起鸟迹也”。虽然奚仲和仓颉的故事是神话，也说出了朴素的工具发明途径“感类”，通过类比联想而创造。
王明珂在《华夏边缘：历史记忆与族群认同》总结过一个重要的研究方法，我们不应该只盯着这些记忆本身，更应该研究这样的记忆是如何形成的，后者能揭示更多的东西。很显然，黄帝、奚仲或者吉光造车都不重要，重要结论有这么几个：（1）车的神话出现在黄帝时期，说明车的历史不晚于文字，这和前面所述的考古发现是一致的；（2）奚仲造车与否不重要，重要的是奚仲所在朝代已经通过对车的改造，形成了“尊卑上下各有等级”的秩序，这和《考工记》里对车的记载是一致的，不仅轮有“理”，“轸之方也，以象地也；盖之圜也，以象天也；轮辐三十，以象日月也；盖弓二十有八，以象星也；龙旗九斿，以象大火也；鸟旟七斿；以象鹑火也；熊旗六斿，以象伐也；龟蛇四斿，以象营室也；弧旌枉矢，以象弧也。”车的各种配件都有其表意；（3）轩辕氏乘龙显然说明至少那时候有乘牛或乘马，因为以木为车所以夏朝考古发现想要发现直接的车比较困难，但在二里头遗址已经发现了二轮车的车辙；（4）朝代越往后，文人墨客附加的意识越多，大家都在不断给这些神话附加不同的故事，不断加深共同的祖先记忆，并且相关民俗中在不断强化这种意识，如把奚仲奉为车神、番禺为舟神，下图中的奚仲甚至开起了汽车。

现代民俗中的奚仲和他的方向盘，图自网络。
三、风火轮与火车
中国古代神话中还有另一个意象和轮有密切关系，那就是哪吒的风火轮。哪吒本身是随着佛教东传，从印度来到中国的，最早是佛教神祇的形象，之后被道教化，风火轮在明朝时期就已经成为哪吒的经典造型了。《封神演义》里多次称赞风火轮：“脚踏风轮起在空，乾元道术妙无穷。周游天下如风响，忽见穿云眼角中。”，“顷刻行千里，须臾至九州”，正合轮的本意。
风火轮很可能就来自道教神祇的火车。比如王灵官，《太上元阳上帝元始天尊说火车王灵官真经》说，火车王灵官原是南斗离星火之首，能变火万里，掷千重火车，飞走乾坤。《王灵官宝诰》曰：“志心皈命先生主将，一炁神君都天紏罚大灵官，三界无私猛吏将，金睛朱发，号三五火车雷公”。这里的火车从图像看（见下图），很像今天带火的独轮车。
明朝其他小说中也有火车这种宝物，《三宝太监下西洋》中就多次写道，第十三回“火车脚下团团转，马元帅速赴坛场”这是形容马元帅；第四十回：“他头顶风扇，脚踏火车，左手提的是火枪、火箭，右手提的是火鸦、火蛇。”这是一团火性的火母禅师；第七十四回更明明白白写清楚了：“尊者拿出个如意来，照着左边轮上一敲，喝声道：‘火！此时不发，更待何时！’喝声未绝，只见烟飞焰烈，红通通的一块火，从脚跟底下烧将上来。尊者又拿起个如意来，照着右边轮上一敲，喝声道：‘风！此时不到，更待何时！’喝声未绝，只见云腾雾障，呼呼的响，一阵风从脚跟底下发将起来。一面火烧得红，一面风吹得紧，就像坐在个火车上，火趁风威，风随火势，只听得呼呼的响，好不厉害哩！”；第八十四回则出现了“火车之狱”，火车也是佛教用语，《观无量寿经》云：“人以恶应堕恶道，命欲终时，地狱众火俱至，必有火车来迎。”日本百鬼夜行里，也就有了火车，京极夏彦《魍魉之匣》开篇就提到过火车。今天我们提到火车，往往也会想到运煤黑漆漆的火车，多少也受这个意象的影响。其实每个时代的话语和想象都不太相同，古代说到火车绝不会是现代的电车、蒸汽车或磁悬浮列车，只会是独轮车、三轮车、马车或者早期战争使用的火车（类似火牛阵中的火牛）等等。
明清之际，正是火器使用比较频繁的事情，明清小说中火器宝物的使用也比较多，这是风火轮的时代背景之一。此外，明清之际戏剧盛行，妖怪文化流传也广，受佛教和道教影响很深，结合当时的时代背景，将传统的兵器、宗教法器、动植物都入了宝物，风火轮（火车）显然就是火器时代的精斗云，这样不仅宝物不会重复，还贴合人物性格。

明朝王灵官图像，图自网络。
1825年世界上第一台蒸汽火车发明投入使用，随后也逐渐传入中国。1835年《东西洋考每月统计传》就用“火蒸车”来形容：“如鸟之飞，不用马，不恃牛，任意飞跑”，读起来和明清小说里的宝物也没有什么两样。1838年传教士裨治文《美理哥合省国志略》中说：“烟柜在车则云火轮车，在船则曰火轮船。此皆赖水蒸之力旋转之力而行”，不仅写明了蒸汽机的作用，也道出了今天“轮船”轮的含义：靠旋转之力推进的船。徐寿《汽机中西名目表》中说：“轮船为中国所无，既无其器，即无其名，今欲课则无则有，自当按器物命名。命名之例，假借为多，次则指事会意，事无可指，意不能会，则用象形。”显然是以假借、意会为主进行翻译。
“火轮车”进一步压缩为双音节词“火车”：“其外更有火车，不用马匹，内以火力旋绕，日可行千余里。”1840年郭实蜡《贸易通志》中将train译为“火轮车”，“火车”专指车头，这一译法在当时被比较普遍的沿用，如魏源《海国图志》里说“（火轮车）车旁插铁管煮水压蒸动轮，其后竖缚数十车，皆火车拉动，每一时走四十余里。”直到清末才较为统一用“火车”指代train。
而民俗出于惯性，又不断将新的事物还原在古老的传说之中，前述的奚仲开汽车即是一例，甚至袁术因为字公路，也被视作轮子上的神祇，历史就这样一层一层的将人们的记忆和故事渲染上去，流传下来。
四、结语
不同的时代，人们在赋予词语不同的含义，将自己的想象、记忆融入文字之中，我们读历史，就需要将字里行间的想象还原出来，搭建出不同于现实空间的另一个平行宇宙，那个构建出来的宇宙和真实的历史宇宙之间或许不能一一对应，但总有一些不动点让人锚定。飞轮流转，物是人非，那个旋转着的轮子将一直旋转下去。
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