책상 옆 도서관

이 시기는 그 시작과 성격에 있어서 그 누구보다 알렉산더 대왕에게 감사해야 한다. 아리스토텔레스의 제자이자 그리스 문화에 열광했던 알렉산더는 자신의 군대가 이전에 페르시아가 정복했던 민족을 차례로 정복할 때마다 그리스의 제도, 방법, 사고방식을 전달했다. 기원전 323년 알렉산더가 죽은 후 2세기 동안 제국은 분열되고, 전쟁은 계속 발발했지만 그리스 문화의 통일성은 그대로 유지했다. 알렉산더는 이집트에서 자신의 위대한 도시인 알렉산드리아를 중심으로 그리스 세계를 만들었다. 나중에 로마인이 차례로 지중해 동부 지역과 인도 국경까지 소아시아를 정복했을 때, 그리스 문명은 그들에게 수많은 유산을 남겼다.

이집트의 알렉산드리아

알렉산더 대왕의 영향으로 유프라테스강 유역, 바빌론, 흑해 연안, 이집트, 심지어 서부 지중해 연안까지 그리스어를 사용하고, 그리스 철학을 주제로 토론하며, 그리스식 신도시를 건설한 사람들이 공동체를 이루며 살았다. 문화적으로 통일되고 번영했던 이 시대의 분위기는 도시적이고 부유한 계층이 만들었다. 활동적이고 실용적이며 세속적이고 때로는 퇴폐적일 정도로 세련된 이들은 광범위하게 여행하며 폭넓은 관심사를 발전시켰다. 그들은 더 호화로운 주택, 더 큰 운동 경기장, 더 나은 도로, 더 적절한 상수도 및 배수 시스템, 새롭고 더 정교한 공공건물을 건설했다.

헬레니즘 시대는 수백 명의 건축가, 시공자, 엔지니어가 필요했다. 그들의 후원자와 대중은 그들이 단순히 고대 그리스의 위대한 전통을 계승할 뿐만 아니라 감동을 줄 수 있는 새로운 건축물을 만들기를 기대했다. 두 가지 욕구를 모두 충족시킬 수 있는 장인은 큰 명성을 얻을 자격이 있었다. 프티오스(Pytheos)도 그중 한 사람이었다. 그는 기원전 352년 할리카르나소스(Halicarnassus)의 영묘를 건설할 때 기둥의 지름, 기둥 사이의 공간, 기둥의 높이에 대해 정해진 비율을 정확히 사용했고, 이 비율을 바탕으로 기둥의 높은 받침대, 그리스 신전, 이집트 피라미드형 무덤의 세 가지 전통적인 형태를 결합했다. 그 결과 너무 독특해서 감탄을 자아내면서 기존의 취향을 만족시키는 건물이 탄생했다. 프티오스는 또한 학교에서 제자들을 교육하고 미래의 건축가들을 위해 논문을 쓴 최초의 헬레니즘 건축가이자 엔지니어였다. 이런 작품은 대부분 다양한 건축 주문서의 수학적 비율에 관한 것이다. 하지만 로마 비트루비우스의 저서를 제외하고 오늘날까지 그 어느 것도 남아 있지 않다.

할리카르나소스의 영묘 유적

이 시대의 다른 뛰어난 엔지니어로는 디노크라테스(Dinocrates)와 소스트라투스(Sostratus)가 있었다. 알렉산더 대왕은 에게해 기슭의 아토스(Athos)산을 거대한 좌상 조각상으로 만들려는 디노크라테스의 야망을 만족시키지 못했지만, 그에게 나일강 하구에 더 오래 지속되고 더 가치 있는 기념비인 알렉산드리아 도시를 건설하라고 명령했다. 디노크라테스는 도시에 두 개의 주요 도로를 만들었는데, 각 도로에는 기둥, 신전, 웅장한 규모의 건물이 늘어서 있었다고 전한다. 또한 본토에서 지중해의 선박이 안전하게 정박할 수 있는 섬까지 긴 방파제와 둑길이 있었다.

알렉산드리아에 있는 폼페이우스의 기둥

디노크라테스가 이 항구를 계획하고 건설했는지는 알려지지 않았지만, 두 세대 후인 소스트라투스가 세계 7대 불가사의 중 하나로 불리는 유명한 대리석 등대인 파로스(Pharos)를 건설했다. 파로스는 아래쪽 정사각형, 가운데 팔각형, 위쪽 원형 등 세 부분으로 나뉘어졌다고 전한다. 어떤 사람들은 경사진 통로가 구조물 내부를 감싸고 있다고 생각하며, 당시의 동전을 보면 바닥에 입구가 있었다는 것을 알 수 있다. 역사가 요세푸스에 따르면 로마 시대에는 바다에서 300스타디아(35마일) 떨어진 곳에서도 불타는 불빛을 볼 수 있었다고 전한다. 이 보고서를 받아들이고 바다에서 관찰자의 예상 높이를 가정하고, 등대가 눈부신 것을 무시한다면, 파로스의 높이는 이집트에서 가장 높은 피라미드만큼 높고, 워싱턴 기념탑보다 70피트밖에 안 낮은 480피트 정도였어야 한다. 그렇다면 아마도 이보다 더 높은 등대는 세워진 적이 없을 것이다.

파로스와 함께 헬레니즘 도시 중 가장 위대한 도시였던 알렉산드리아는 최신 공공시설을 갖추고 있었을 것이다. 하지만 실제 상수도에 대해 알려진 것은 거의 없었지만, 약 20~30개의 다른 헬레니즘 공동체는 터널을 이용한 상수도 시스템이 있었다. 거꾸로 된 배관 펌프는 미케네 사람이나 산에 터널을 뚫은 사모스 사람들도 이해하지 못했을 것이다. 헬레니즘의 압력계 중 가장 주목할 만한 것은 소아시아의 페르가몬(pergamon)에서 발견되었다. 기원전 200년경에는 7인치 타일 파이프 세 개를 나란히 놓아 약 35마일의 물을 운반했다. 이 물은 도시에서 2마일 떨어진 100피트 높이의 언덕 위에 있는 저수지로 방류되었다. 거기서부터 청동 또는 나무로 된 10인치 파이프 하나가 통과하는 큰 구멍이 뚫린 돌덩이로 이음새를 보강한 후 저수지보다 600피트 이상 깊은 계곡을 가로질러 내려가고 중간 산등성이를 넘어 도시의 분수대로 흘러 들어갔다. 마지막 2마일은 물이 낮은 지점에서 300psi에 가까운 압력을 받았는데, 이는 미국 도시의 일반 수압의 몇 배에 달하는 값이다. 이런 압력은 타일이나 납 파이프보다 훨씬 컸을 것이다. 고대 야금술에서 청동 배관이 아직 개발되지 않았고, 인장 강도 때문에 페르가몬에서는 거꾸로 된 펌프에 나무가 사용되었을 것 같다.

페르가몬의 제단, 독일 베를린 페르가몬 박물관에 전시중

알렉산더 대왕의 죽음과 함께 헬레니즘 시대는 끝났지만, 또 다른 시작이었다. 그리스인은 미노아와 이집트 기술을 뛰어넘어 석조 건축을 건축적 완성도와 공학적 완성도의 높은 경지로 끌어올렸다. 로마인은 아치와 돔으로 출발하여 이슬람교도와 그들을 따르는 중세 유럽인에게 새로운 길을 열었지만, 그리스 방식으로 건축을 계속했다. 하지만 헬레니즘 그리스인은 건축의 완성도에서 멈추지 않았다. 로마인의 마음을 뒤흔들었던 과학 분야의 연구와 발견은 중세를 훨씬 넘어 공학에 헤아릴 수 없는 영향을 미쳤다.

기원전 300년경 유클리드는 당시의 수학적 지식을 정리하고 독창적으로 공헌했다. 그의 연구는 대부분 아직도 사용하는 평면 기하학을 정립했으며, 그의 책 일부는 20세기 초까지 학교에서 사용하는 교과서의 기초를 형성했다. 공학 분야에서 알렉산드리아의 다른 사람이 역학의 기본 원리를 체계적으로 설명한 최초의 사람일 것이다. 주로 사색하는 철학자들이었던 이들은 주로 질문과 대답을 주고받았지만, 실제 건설에서 생긴 문제를 해결하지 못했다. 그들 중 시라쿠사의 아르키메데스(기원전 287~212년경)를 제외하고 실제 엔지니어로 활동한 사람은 거의 없었다. 그는 시칠리아에서 알렉산드리아로 왔지만, 잘 알려진 만유인력과 기계 동력 문제를 해결하기 전에 고향으로 돌아갔다. 응용 수학, ‘비중’, 액체의 압력, 지렛대 작용 원리 등에 대한 아르키메데스의 공헌은 오늘날 엔지니어의 기본이 되고 있다. 복합 도르래와 나사의 발견은 모두 그의 공으로 돌렸지만, 물론 둘 다 그가 유명해지기 얼마 전부터 사용했을 수 있다. 지렛대와 서 있는 장소만 주어진다면 지구 자체를 움직일 수 있다는 그의 자랑은 그가 직접 말했는지와 상관없이 역사의 소중한 전설 중 하나이다. 기원전 211년 시라쿠사를 육지와 바다로 방어하기 위한 아르키메데스의 독창적인 기계, 지렛대, 크레인, 투석기는 로마 장군 마르셀 루스를 놀라게 했고, 마침내 그의 병사들이 도시에 침입했을 때 위대한 공학자이자 과학자가 죽었다는 사실을 알게 되었을 때 그는 실망과 분노를 금하지 못했을 것이다.

Death of Archimedes (1815) by Thomas Degeorge

응용 동력 분야에서 헬레니즘의 다른 발명품들도 마찬가지로 중요한 역할을 담당했다. 아르키메데스와 동시대에 살았던 알렉산드리아의 크테시비우스는 자신의 연구에 대한 기록을 남기지 않았으며, 그의 후계자 헤로가 일부 장치를 발명했을 가능성이 있는 저술에서 묘사한 내용만 알려져 있다. 다른 장치들은 이 세기에 더 잘 알려지지 않은 사람인 비잔티움의 필로에게서 유래했을 수도 있다. 헤로는 수압 시계, 수압 오르간, 소방펌프, 동력 펌프, 공기총, 증기 터빈, 그리고 무엇보다도 증기나 뜨거운 공기로 인형을 만들어 회전하며 춤을 추는 자동 극장을 설명했다. 이런 발명품은 기계 장난감에 불과했지만, 그 개념과 적용 원리는 매우 중요했다.

헤로의 터빈은 가마솥과 화로 위의 수평축에서 자유롭게 회전하는 속이 빈 금속 공이었다. 반대 방향으로 구부러진 두 개의 튜브가 공의 반대편에서 튀어나왔다. 가마솥의 증기는 공이 수평으로 회전하는 고정된 튜브를 통과하고 구부러진 튜브에서 빠져나와 공을 회전시켰다. 이 동작은 움직일 수 있는 표면에 대한 증기의 팽창이 아니라 불균형한 힘의 반작용이 발생했기 때문에 헤로의 장치는 정확히 말하면 반응 터빈이었지만 유용한 작업을 수행하지 못한 것으로 보인다. 헤로는 또한 유량을 측정하는 계량기를 발명하려고 시도했고, 수심에 하천의 폭을 곱하여 샘에서 나오는 물의 양을 찾는 방법을 모호하게 말하면서 동시에 태양 다이얼로 어떻게 든 속도를 관찰했다. 그는 스크루의 원리를 알고 있었고, 배의 속도를 나타내기 위해 패들 휠에 장착된 계기를 설명했다. 그는 정석학(기하학을 설명하기 위한 석공예 기술과 실습)과 면적 및 부피 측정, 기체역학, 역학, 측량에 관한 수많은 책을 저술했다.

이러한 책과 실험 장치가 당시의 엔지니어들에게 어떤 영향을 미쳤는지 파악하는 것은 쉽지 않다. 로마의 엔지니어이자 공학에 관한 저술가인 비트루비우스가 헤로의 작품을 사용했는지는 확실하지 않다. 심지어 헤로가 비트루비우스보다 늦게 살았을 가능성도 있다. 하지만 헤로의 아이디어 중 일부는 분명히 사용되었다. 그가 설명한 측량용 디옵트라(dioptra), 아르키메데스의 이름을 딴 물 나사, 복합 풀리, 거리 측정용 주행 거리계, 잠수 펌프 등은 로마 엔지니어들의 표준 장비가 되었을 것이다.