[공학] 고대 이집트인의 공학 기술

나일강 유역에 정착한 이집트 농업인은 자신의 수확을 글로 기록하기 전에 이미 수 세기 동안 나일강의 비옥한 계곡에 건물을 짓고 있었다. 하지만 이집트 문명의 흥망성쇠와 쇠퇴는 기원전 4000년부터 시작하였다. 이집트는 오랜 내부 투쟁 끝에 국가가 통일됐다. 이 지역의 안전이 점점 확립되면서 부와 인구가 계속 증가했다. 수많은 전쟁을 거치면서 외국의 적들은 흡수되거나 정복되어 노예로 전락했다. 이제 이집트는 천천히 왕국에서 제국으로 옮겨갔다. 그 느린 과정에서 첫 번째 중요한 단계는 대략 기원전 2700년에서 2200년 사이에 건설된 피라미드(pyramid)로 나타난다. 그리고 기원전 2000년부터 기원전 1800년까지 제12왕조의 관개 사업은 사회 발전의 두 번째 단계를 보여주었다. 그리고 룩소르(Loxor)와 카르낙(karnak)의 위대한 사원은 세 번째 단계를 나타낸다. 이 18왕조 기념물은 대부분 기원전 16~14세기에 건설되었다. 당시의 호전적인 왕들은 침략자들에 맞서 공격적인 정책을 채택하였고, 이집트의 통치를 북쪽의 시리아에서 서쪽의 리비아까지 확장하면서 이집트 백성은 안전과 풍요의 시대를 누렸다. 그 후 천 년 동안 부패와 복종의 시대가 다가왔다.
 

쿠푸의 피라미드

 
유적의 발굴, 기념물의 비문, 파피루스에 기록된 기록을 통해 알 수 있는 건 그동안 공학 기술은 거의 발전하지 못했다는 것이다. 기원전 3000년대 이집트인은 환경에 따라 조절하는 구조물을 사용하고 있었다. 그들은 자신들의 나라가 별도의 제국으로 존재하지 않게 되고 나서 30세기 이상이 지난 후에도 그런 방법을 계속 사용하였다. 세 가지 요소가 이집트 공학의 성격을 결정했다. 하나는 인간 노동력의 엄청난 공급이었다. 모든 공사는 전쟁이나 국경 너머를 습격해서 포로가 된 노예의 힘과 시간을 무제한 사용했다. 짐수레를 끄는 동물은 이집트 건축에서 거의 역할을 하지 않았다. 동양에서 고귀한 동물이었던 말은 결코 일에 사용하지 않았으며, 기원전 1,700년경까지 이집트에는 실제 말이라는 동물이 알려지지 않았다.
 
포로 노동이 불가능하거나 부적절할 경우 원주민을 차례대로 소환했다. 이 문제에 있어서 그들에게는 노예들 외에 선택의 여지가 없었던 것 같다. 그러나 성경에 나오는 모세와 이스라엘 자손의 이야기에도 불구하고 이집트 노동자들이 항상 감독자의 채찍으로 일했다는 것은 분명히 사실이 아니다. 농민은 일 년 중 기후와 강의 범람으로 들판에서 일할 수 없는 기간에 공공 업무를 위해 징집되는 것을 모두 기대했다. 그들은 강요받지 않았으며, 오히려 기꺼이 일한 것 같다. 그들은 이 사업에 자부심을 품고 같은 임무를 수행하기 위해 애쓰는 많은 사람을 다스리는 데 필요한 규율을 준수했다. 비문에는 일부 작업이 사고나 질병 없이 끝났으며, 제시간에 마친 것을 자랑스러워 하였다. 이집트 공학의 두 번째 결정 요인은 한 사람의 감독자와 그의 부관으로 구성된 절대적인 통제 아래에 이 방대한 노동자들이 잘 따랐다는 것이다. 파라오(Pharaoh)가 자신을 위해 영원히 서 있을 무덤을 짓거나 나일강의 수로를 바꿔 사막을 비옥하게 만들기로 결심한 후에도 시간이나 비용이 파라오에겐 전혀 문제가 되지 않았다. 이집트의 공학은 웅장했다. 그 업적은 자기를 왕이자 신이라고 부르는 사람에게 걸맞은 규모였다. 이집트 공학의 특징을 결정짓는 세 번째 요인은 나일강 상류에 쌓인 건축용 석재의 양이 엄청났다는 점이다. 석회암, 사암, 화강암으로 이루어진 이 채석장에서 무게가 1/2톤에서 30톤에 달하는 세계에서 가장 크고 오래된 석조 건축물이 탄생했다. 그로부터 각각 수백 톤의 무게가 나가는 오벨리스크와 적어도 1,000톤의 거대한 돌덩이가 하나 이상 절단되었다.
 
이 작업을 위해 이집트인들은 가장 단순한 기계적 원리와 기구만을 사용했다. 돌에 원하는 치수를 표시하고 나서 망치와 청동 끌로 홈을 파서, 최종적으로 거대한 암반에서 조각을 분리했다. 청동 끌을 쐐기 사이에 밀어 넣어 암석이 쪼개질 때까지 박았거나, 젖으면 팽창하여 암석을 쪼개는 나무쐐기를 삽입했다. 이집트인들은 일반적으로 이런 방식으로 석회암과 사암을 채석했다. 이집트인들은 수평으로 잘라낸 화강암 오벨리스크를 위해 단단하고 질긴 돌러라이트(dolerite)라는 거친 현무암으로 암반을 두드리다가 가장자리에 온통 깊은 홈을 파서 마침내 원하는 조각을 만들었다. 말할 필요도 없이 그 과정에는 시간, 힘, 인내, 기술이 필요했다. 오늘날 아스완(Aswan) 채석장을 방문하는 사람들은 이 방법의 증거를 분명히 볼 수 있을 것이다. 왜냐하면 품질이 좋지 않아서 버려진 큰 돌이 아직도 놓여 있기 때문이다.
 

오벨리스크 채석장

 
이집트인들이 쐐기, 톱, 절단 도구로 사용한 금속은 단단한 청동이었다. 초기 사람들이 그것을 어떻게 처음 얻었는지는 알려지지 않았다. 그들의 금속 가공 기술에 대해서는 아직 별로 알려진 바가 거의 없다. 다른 초기 민족과 마찬가지로 이집트인들은 문명이 시작될 때부터 거의 알고 있었으며, 하늘에서 운석으로 떨어진 니켈을 함유한 철을 금보다 더 귀하게 여겼다. 기원전 600년 이전에는 철광석이 그리 많지 않았다. 그들은 아마도 소아시아에 있는 이웃 히타이트로부터 땅에서 발견한 철광석을 조금 사용하면서, 금속을 효과적으로 활용하는 방법을 배웠을 것이다.
 
이집트인은 쐐기, 망치, 끌 외에도 직선 지레와 경사면을 사용했다. 그들은 단단한 아카시아로 만든 롤러를 가지고 있었고, 기원전 1800년에서 1600년 사이에 소아시아에서 말이 끄는 바퀴가 달린 전차를 얻었다. 바빌로니아에서 수메르인들이 사르곤(Sargon) 시대 이전, 아마도 이르면 기원전 25~26세기에 바퀴 달린 전차를 가지고 있었다는 것은 사실인 것 같다. 이집트인은 아직 나사에 익숙하지 않아 나사 잭으로 무거운 돌덩이를 들어 올릴 수 없었다. 로프용 도르래도 없었다. 따라서 더 큰 견인력이 부족했기 때문에 부하에 직접 적용할 수 있는 건 모두 인간의 힘이 필요했다.
 

 
오늘날 대부분의 경우처럼 돌덩이는 채석장에서 모양이 만들어지기 때문에 엔지니어는 구조의 일반적인 계획과 돌이 차지할 위치를 염두에 두어야 했다. 따라서 이집트인은 그의 현대 후계자와 마찬가지로 도면을 바탕으로 작업했으며, 그 그림은 파피루스, 석회석 석판 또는 때때로 나무에 그렸다. 불행하게도 그중 몇 개만 보존되었지만, 그들이 평면도와 입면도에 세부 사항을 표시하는 방법과 규모에 맞게 모델을 구성하는 방법을 모두 알고 있었던 것은 분명하다.
 
그리스의 피타고라스(Pythagoras)가 직각삼각형의 변 사이의 관계를 입증하기 몇 세기 전에 이집트의 측량사들은 삼각형의 두 변 사이의 각도가 직각이라는 지식을 적용했다. 그 제곱의 합은 빗변의 제곱과 같다. 현재 대영 박물관에 있는 파피루스는 그들이 피라미드의 높이와 측면의 길이에서 필요한 경사나 축소량을 결정하는 방법도 이미 이해했다는 것을 보여준다. 수학적 표기법에 관한 세 가지 다른 사실이 흥미롭다. 그들은 10진법을 사용했지만, 아라비아 숫자는 사용하지 않았다. 분수는 분수 ⅔를 제외하고 항상 분자는 숫자 1이었다. 그리고 원의 면적을 구할 때 원주율로 3.16을 사용했다. 오늘날 대부분의 계산에서 사용하는 이 원주율의 근사치는 3.1416이다.