Người ta dựng Kim tự tháp & Cột tháp như thế nào?
Thời điểm: k. 2551 tr. CN – 100 sau CN
Địa điểm: Ai Cập
Kim tự tháp được xây dựng theo từng bậc, giống như bức tường có lỗ châu mai, như người ta thường gọi hoặc theo một số người khác, giống như bậc thang. Lúc kim tự tháp hoàn tất theo hình dáng này, người ta dựng thẳng các tảng đá còn lại vào đúng vị trí bằng máy móc làm bằng các xà gỗ ngắn.
HERODOTUS, K. 430TR. CN
Ít nhất từ thời Herodotus đã có khá nhiều tranh luận liên quan đến cách thức mà người Ai Cập áp dụng để xây kim tự tháp và dựng thẳng các cột tháp. Thật không may, có rất ít ghi chép thành văn của người Ai Cập liên quan đến các vấn đề như thế hiện còn tồn tại, khiến cho ngành khảo cổ thực nghiệm còn cách phải thử nghiệm các giả thuyết khác nhau. Có nhiều câu hỏi chưa có lời đáp liên quan đến việc khai thác đá, đẽo gọt và vận chuyển các tảng đá và cột tháp, nhưng có lẽ bí ẩn lớn nhất trong số mọi bí ẩn là kỹ thuật dựng kim tự tháp và cột tháp.
Làm thế nào người ta sắp kim tự tháp thẳng hàng với độ chính xác như thế?
Năm 1880-2, Flinders Petrie, cha đẻ của môn khảo cổ học hiện đại đến Ai Cập, đảm nhận việc khảo sát tỉ mỉ cao nguyên Giza, địa điểm các khu kim tự tháp phức hợp của các nhà vua Ai Cập thuộc vương triều thứ 4 như Khufu, Khafre và Menkaure giữa thiên niên kỷ thứ 3 tr. CN. Chứng cứ của ông cho thấy khu vực được san bằng rất kỹ, có lẽ đào một loạt các hào như một hệ thống kẻ ô và đổ đầy nước vào hào, sau đó giảm bớt số đá xung quanh ''hòn đảo'' đến công trình mong muốn. Một thế kỷ sau, nhà Ai Cập học người Mỹ Mark Lehner vẽ bản đồ chi tiết và nghiên cứu nhiều lỗ, hào khác nhau được đào vào tầng đá cái quanh các kim tự tháp ở Giza, điều này khiến ông giả định tiến trình san bằng diễn ra không phải trên toàn khu vực mà chỉ hoàn toàn dọc theo các dải đất vành đai hẹp bao quanh các mép kim tự tháp trên đó người ta đặt một lớp vỏ bọc thấp nhất. Mỗi kim tự tháp ở Giza đều có phần lõi là tầng đá cái (nhìn thấy ở nhiều điểm bên trong kim tự tháp). Các lõi bằng đá tự nhiên này cũng ngăn những người xây dựng không đo được đường chéo để canh góc vuông cho hoàn hảo.
Sơ đồ giai đoạn đầu xây dựng kim tự tháp, cắm cọc hình thành một đường song song với cạnh đáy của mỗi cạnh để làm điểm tham chiếu định hướng và san rền.
Mô hình nôi gỗ hay cái bập bênh - có thể người ta dùng những bập bênh như thế để dời các tảng đá xây dựng kim tự tháp, mặc dù không còn lại mẫu nào có kích thước nguyên vẹn.
Nghiên cứu số dụng cụ còn sót lại, các kiến trúc sư, chuyên gia vẽ bản đồ địa hình và thợ xây Ai Cập đã sử dụng hai dụng cụ đặc biệt, merkhet và bay, giúp họ vạch các đường thẳng và góc vuông cũng như định hướng các cạnh và góc của công trình theo sự thằng hàng thiên văn. Nhà Ai Cập học người Anh I. E. S. Edwards lập luận rằng hướng chính bắc có lẽ xác định bằng cách đo một điểm nơi có một vì sao đặc biệt mọc và lặn ở phía tây và đông, sau đó chia đôi góc giữa hai điểm này. Gần đây hơn, Kate Spence cũng đề xuất một giả thuyết thuyết phục cho rằng các kiến trúc sư xây Kim tự tháp lớn quan sát hai vì sao đang xoay quanh vị trí cực bắc (Tiểu hùng tinh-b và Đại hùng tinh-z) có lẽ nằm hoàn toàn thẳng hàng vào năm 2467 tr. CN, người ta nghĩ kim tự tháp Khufu được xây vào thời gian này. Giả thuyết này được ủng hộ bằng thực tế sự không chính xác trong việc định hướng các kim tự tháp xây trước và sau đó có mối liên quan mật thiết với độ chệch hướng không thẳng hàng từ hướng chính bắc.
Kim tự tháp xây như thế nào?
Chứng cứ hiện có (nhất là từ các kim tự tháp xây dở dang) ở các địa điểm như Saqqara và Giza cho thấy ít nhất có năm hệ thống đường dốc khác nhau được dùng để chuyển các tảng đá đến vị trí sau cùng trong kim tự tháp. Phương pháp cụ thể và dễ nhất gọi là đường dốc trực tuyến (có lẽ sử dụng khi xây kim tự tháp Sekhemkhet, thuộc vương triều thứ ba ở Saqqara), nhưng nói chung chiều rộng cần thiết của các đường dốc như thế cũng có nghĩa hiếm khi người ta sử dụng đến chúng. Đường dốc bậc thang, một tập hợp các bậc thang hẹp dẫn lên cao ở một mặt kim tự tháp, có lẽ đặt theo một góc dốc đứng hơn các góc khác, dấu vết của loại đường dốc này được tìm thấy ở Sinki, Meidum, Giza, Abu Ghurob và Lisht. Ý kiến chính phản đối đường dốc xoắn ốc (có lẽ được mô tả trong giấy cói của Anastasi I, vương triều thứ 19), là câu hỏi đường dốc tựa lên vật gì, từ các góc tính toán và kiểm tra thế nào cho đúng lúc toàn bộ kim tự tháp bị phủ kín. Đường dốc đổi đầu, một con đường hình chữ chi dẫn lên một mặt của kim tự tháp, có lẽ xem là hiệu quả nhất để xây dựng kim tự tháp bậc thang mặc dù thật nản lòng, không hề có dấu hiệu nào cho thấy sử dụng chúng trong các kim tự tháp bậc thang ở Saqqara, Sinki và Meidum.
Các kim tự tháp thuộc vương triều thứ 5 ở Abusir, với các tiền thân thuộc vương triều thứ 4 ở Giza nhìn thấy ở phía sau. Mặc dù lớp bao bên ngoài bằng đá vôi mịn bị bóc đi vào thời cổ đại, nhưng các tảng đá lõi của số kim tự tháp này vẫn còn.
Dấu vết của các đường dốc bên trong vẫn còn bên trong kim tự tháp ở Sahure, Niuserre và Neferirkare ở Abusir cũng như Pepi II ở Saqqara, nhưng vẫn cần đến đường dốc bên ngoài sau khi bên trong đã bị độn đầy, cho thấy tính chất tạo bậc thang của lõi kim tự tháp thường tạo thuận tiện để sử dụng một loạt các đường dốc nhỏ hơn nhiều đắp dọc theo các cạnh của kim tự tháp từ cạnh này sang cạnh khác. Chứng tích còn lại chắc chắn chúng sẽ bị dở bỏ khi gắn lớp bọc ngoài. Cũng có thể đường đất đắp cao kéo dài từ kim tự tháp đến đền thờ trong thung lũng lúc đầu dùng làm đường dốc của người xây dựng từ mỏ đá đến công trường (mỏ đá nối với sông Nile bằng kênh đào).
Ngoài vấn đề về loại đường đốc người xưa sử dụng, tranh luận cũng có khuynh hướng tập trung vào phương pháp dựng thẳng từng tảng đá riêng rẽ vào đúng vị trí. Vì người Ai Cập không sử dụng phương pháp puli hay cần cẩu, ắt hẳn người Ai Cập cổ đại sử dụng đòn bẩy bằng đồng hay gỗ để đặt đá vào vị trí.
Bí ẩn của các cột tháp nằm ở đâu?
Một trong những biểu tượng dễ phân biệt của nền văn minh Ai Cập cổ đại chính xà cột tháp, một công trình đồ sộ bằng đá, giống như cây kim may, vót nhọn, đỉnh cột tháp có hình dạng kim tự tháp thu nhỏ (còn gọi là pyramidion hay benben-stone). Số cột tháp ban đầu có vẻ được dựng thẳng đứng trong đền thờ mặt trời ở Heliopolis trong thời Cổ vương quốc (k. 2575-2134 tr. CN), thời Tân vương quốc (k. 1550-1070 tr. CN), các minh họa bằng cự thạch đồ sộ thường được dựng thành từng đôi phía trước đền như các cự thạch ở Karnak và Luxor.
Hai trong ba cột tháp thuộc vương triều 18 vẫn còn sừng sững ngay địa điểm ban đầu trong Đền thờ Amun ở Karnak.
Một cột tháp bằng granite dở dang có lẽ có niên đại vào thời Tân vương quốc vẫn còn nằm trong các mỏ đá ở Aswan. Với chiều dài 41,75 m (137 ft) và trọng lượng dự kiến khoảng 1150 tấn, có lẽ đây là cột tháp cự thạch lớn nhất xưa nay nếu như không bị bỏ đi sau khi tiến hành khai thác ít lâu, vì phát hiện có vết nứt rất to. Reginald Engelbach, nhà Ai Cập học người Anh, người đầu tiên nghiên cứu cột tháp Aswan, thử nghiệm cho thấy một người trong một giờ chỉ bóc được 5 mm (0,2 in) đá ra khỏi một dải rộng 0,5 m (1 ft 8 in) vòng qua cột tháp, nếu dùng búa giã bằng đá bazan.
Cột tháp dang dở ở Aswan, có lẽ có niên đại từ vương triều thứ 18. Nếu việc phát hiện khe nứt địa chất lớn không làm gián đoạn công việc thì lẽ ra cột tháp lớn nhất này đã được lấy ra khỏi mỏ.
Kích thước lớn nhất và trọng lượng nặng nhất của hầu hết cột tháp có nghĩa vào giai đoạn sau cùng - việc dựng cột tháp vào vị trí thẳng đứng, ổn định là một trong những việc làm đầy tham vọng và nguy hiểm nhất trong thành tựu kỹ thuật mà người Ai Cập rất thông thạo. Quan điểm của các nhà Ai Cập học và kỹ sư rất khác biệt nhau về cách dựng đứng cột tháp. Vì không có tư liệu chính xác về Ai Cập cổ đại, một giả định cho rằng người ta dùng đòn bẩy với sự kết hợp các tảng đá buộc vào bên dưới chân và dần dần lấy bớt đá ra cũng như sử dụng dây thừng để kéo cột tháp đến vài độ sau cùng để vào đúng vị trí thẳng đứng, nhưng phương pháp này chỉ thực sự khả thi với các minh họa tương đối không nhiều. Đối với các cột tháp lớn hơn một giả thuyết cho rằng cột tháp được trượt từ từ trên một bờ đắp nhân tạo rất dốc mặc dù phương pháp này ắt hẳn cần đến một sự kiểm soát hoàn toàn không thể được đối với khối đá quá đồ sộ như khi để trượt từ từ xuống đế cột. Mỗi đế cột đều khoét rãnh xoay sao cho cột tháp có thể nằm thẳng đứng hàng trước khi dựng vào vị trí.
Engelbach cho rằng cột tháp được trượt xuống bên dưới một hố hình phễu lấp đầy cát. Ý kiến cho rằng người ta sẽ tháo cát cho chảy ra khỏi hố theo cách cẩn thận như thế để cho cột từ từ đặt đúng vào vị trí theo chiều thẳng đứng. Cảm hứng cho giả thuyết này xuất phát từ nội dung giấy cói của Anastasi I, vương triều 19 đã nêu, theo cách giải quyết của một học trò làm thư ký. Tư liệu này bao gồm mệnh lệnh: “Tháo cạn hố đã lấp đầy cát bên dưới cột tháp của vị chúa tể các ngươi, cột tháp này từ vùng núi Đỏ mang đến... với 100 căn phòng lấp đầy cát lấy từ bờ sông”.
Sơ đồ phương pháp hố cát để dựng thẳng cột tháp, theo giả thuyết của nhà khảo cổ học người Anh Reginald Engelbach. Cột tháp được đẩy trên một thanh trượt bên trên hố đã sẵn lấp đầy cát. Cát được lấy ra từ từ cho đến khi cột tháp hạ thấp xuống đụng đế cột. Dây thừng cột trên đỉnh cột tháp, kéo theo chiều ngược lại, để định vị cho cột tháp ổn định.
Thử nghiệm với cột tháp
Hai phương pháp được một nhóm các nhà khảo cổ và kỹ sư đa quốc gia năm 1999, áp dụng cho một cột tháp vừa khai thác ở mỏ, nặng 25 tấn. Nỗ lực đầu tiên, được tiến hành ở Aswan, gọi là phương pháp bập bênh, trong đó sử dụng một tập hợp gồm dây thừng và xà gỗ (khung chữ A) dùng để hạ thấp cột tháp dần dần bên trên mép bờ đập, dùng thanh gỗ to hơn để làm chết và một khối đá granite làm đối trọng. Sau cùng thất bại, chủ yếu là do sự bập bênh của cột tháp chầm chậm dời chết thật nguy hiểm gần sát mép bờ đắp.
Một phiên bản thực nghiệm của giả thuyết hố cát của Engelbach, được thực hiện gần Bos-ton, Massachusetts, hoàn toàn thành công. Trong phương pháp này, một tường bao kiên cố lấp đầy cát được xây dựng phía trước một bờ đắp. Cột tháp được trở đầu bên trên mép bờ đập, sau đó lấy cát ra khỏi hố từ từ, cột tháp nghiêng dần theo vị trí thằng đứng.
Việc di chuyển và dựng đứng cột tháp cũng là một kỳ công tổ chức, một nhiệm vụ rất khó khăn thậm chí đối với nhiều người sống trong thế kỷ 19 và 20 sau CN, lúc ấy dựng thẳng cột tháp thành công ở London, Paris và New York.
Tái tạo phương pháp bập bênh để dựng thẳng đá của nhóm khảo cổ và kỹ sư đa quốc gia gần mỏ đá granite ở Aswan, Ai Cập.
