В первобытном обществе на протяжении сотен тысяч лет не было науки в современном понимании этого слова. Речь можно вести только о стихийном использовании явлений природы, о накоплении, ценой бесчисленных усилий и жертв, практического опыта, который получал отражение в форме обычаев, примет, поверий, запретов… Затем наступил период, в течение которого накопленный опыт превращался в знания, позже началось превращение их в науку, то есть произошло систематизирование знаний, оформление правил и приёмов научных описаний и доказательств… С начала XVI века отсчитывает свой срок наука Нового времени.

 

Начало развития техники

Говоря о ранних этапах технического развития, мы не сможем назвать ни имен конкретных творцов новой техники, ни точных дат открытий и изобретений. В разных концах нашей планеты эти изобретения и открытия повторялись множество раз, забывались, восстанавливались, пока, в конце концов, не входили в повседневную практику людей.

Неизвестные нам первобытные изобретатели, наши далёкие предки, впоследствии воплотились в легендарные образы титанов, полубогов и героев, которые то получали первые орудия труда в готовом виде от богов, то похищали у богов огонь (огонь знания). Их похождения справедливо считаются мифами. Но не менее мифичными выглядят открыватели различных новшеств или люди, их описавшие, — имена которых скрыты под звучными псевдонимами Аристотель, Архимед, Герон и т. д. Даже много позже, всего тысячу — восемьсот лет назад, когда роль отдельных изобретателей стала более ясной, процесс создания новых орудий и средств производства продолжал оставаться результатом работы многих авторов, представителей разных народов. Крупнейшие технические достижения человечества продолжали оставаться «безымянными».

И всё же исследование истории техники позволяет выстроить некоторую последовательность событий. Ведь каждому понятно, что никакое новшество не может появиться раньше материалов или технологий, на которые оно опирается, или раньше, чем общество приобретёт и потребность в нем, и возможность его реализовать. А если оно всё же появится, из него получится лишь то, что можно назвать «игрушкой», а не техническим новшеством, так как оно не имеет возможности войти в производственный оборот из-за своей уникальности.

В каменном веке люди имели в своем распоряжении громадное количество разнообразных орудий труда: топоры, ножи, пилы, струги, скребки из тонких осколков камней, молотки, шила и свёрла, иглы из слоновой кости, копья и гарпуны. У них были даже орудия для изготовления орудий. Палка как орудие и рычаг также относится к древнейшим приобретениям.

С древности люди применяли два важных механизма: лук и копьеметатель. Лук — первый созданный человеком механизм, действующий по принципу накопления энергии. Лучник, постепенно натягивая лук, сообщает ему свою энергию, накапливающуюся и сохраняющуюся в луке до тех пор, пока она не будет освобождена в концентрированной форме в момент выстрела. Изготовлялся лук чаще всего из вяза. Стрелы его достигали в длину 1 метра, дальность боя составляла от 80 до 450 метров, а скорострельность у хорошего охотника достигала 20 выстрелов в минуту.

Освоение поддержания и использования огня — первая техническая революция, имевшая огромное значение в будущем; лишь несколько позже произошло изобретение правил его добывания. Со временем огонь стали использовать для освещения жилища: создали светильники, каменные лампы, представлявшие собой плошки с выдолбленным углублением для жира и фитиля.

Для охоты на зверей были изобретены ловушки, иногда уже довольно сложной конструкции, срабатывающие, когда зверь наступает на одно из звеньев.

Из рабочих приспособлений создали разнообразный плотничий инструмент, в том числе тесло, долото и стамеску. В каменном веке был создан и первый механизм плотника — смычковая дрель, в которой сверло приводится в движение опоясывающей его струной, прикреплённой обоими своими концами к некоторому подобию лука, которому придавалось возвратно-поступательное движение. Стало возможным получение цилиндрических отверстий в изделиях, что значительно повысило прочность насадки ударных орудий на деревянные рукоятки.

Пиление появилось и стало применяться тоже в каменном веке, в основном для изготовления украшений из мягких пород камня. Пилили камень так. Сначала твёрдым материалом — например, твёрдым камнем, делалась царапина (борозда). Затем в неё засыпался абразив, наждак (слоистый песчаник, кварцевый песок). Неолитический человек, положив на этот наждак ветку или камень, «пилил» ими материал. С помощью воды смывались каменные опилки и порошок от отработанного наждака.

Этими орудиями были созданы первые транспортные приспособления. На сухопутных дорогах сначала пользовались волокушами, сделанными из свежесодранной шкуры животных или древесной коры, которые крепились к шесту, скользившему при движении задним концом по земле, уменьшая таким образом трение. На следующем этапе появились салазки, сани, лыжи; всё это изготовляли из дерева.

Развивались водные средства передвижения. Связки камыша человек использовал для перевозки груза по воде, при этом он сам плыл рядом: одной рукой толкал плот, а другой грёб. Большим прогрессом был переход к лодке-однодревке. При её изготовлении дерево выжигалось с последующей очисткой каменными топорами и тёслами. Для отталкивания такой лодки стали употреблять жерди, а для гребли применяли грубые лопатки, прообразы вёсел.

Долблёные лодки начали использоваться везде, где только был лес. В длину лодки достигали 10 метров, в ширину были до 1,5 метров, а глубину — до 60 сантиметров, а толщина стенок составляла 4–6 сантиметров. Такие долблёнки имели слабо заострённый, немного приподнятый нос, широкую корму и плоское дно; киль у них отсутствовал, сиденья тоже. Плавали, сидя на корточках или стоя, приводя посудину в движение одинарными гребками (первичными вёслами) или шестом.

Наиболее эффективным способом рыболовства была ловля рыбы с помощью сети (типа кошелькового невода). Её плели из ниток, изготовленных из коры волокнистых растений, а сама ловля состояла в том, что рыбак, закрепив один конец невода на берегу и двигаясь на лодке, сбрасывал сеть в воду, стремясь захватить возможно бóльшую акваторию, а затем со вторым концом сети подплывал к берегу и тянул её с попавшейся рыбой за оба конца.

Так человек освоил плетение, и так появилась элементарная основа будущего текстильного производства.

Возникли первые очаги горных разработок кремня, кремнистого сланца, кварцита, обсидиана, базальта, диорита, абразивного песчаника, строительного камня и т. д., причём добыча обычно начиналась с месторождений сырья, не скрытых в глубинах земли. Постепенно слой породы уходил вглубь, и человек пробивал в толще вертикальные ямы (шахты), которые в отдельных случаях достигали в диаметре до 3 метров и глубины до 15 метров. Внизу яму расширяли боковыми выемками (штреками) на 1–2,5 метра, чтобы выбрать побольше породы. Таким образом, уже в неолите применялись типичные шахты-колокола, которые выкапывались в Англии для добычи угля почти до начала XIX века.

Также ещё в эпоху каменного века произошло событие, имевшее огромное значение в развитии культуры: изобретение керамики. Первые гончары изготовляли примитивную глиняную посуду без гончарного круга, способом налепа или спирально-жгутовым. Изобретение обжига посуды стало открытием первого искусственного материала в истории человечества — безводного силиката, в который превращалась глина в результате обжига.

Второй важнейшей для хозяйства революцией после освоения огня стал переход от собирания «дикой» пищи к выращиванию злаков и иных растений, одомашниванию животных. Так получили обильный и надежный источник пищи; начался переход к осёдлому образу жизни, и как следствие начался рост народонаселения.

Каменный век закончился у разных племен в разное время, а некоторые из них живут в каменном веке вплоть до настоящего времени. Постепенно люди расселялись и осваивали новые земли. Разные условия труда и жизни определили и различия в орудиях труда: человеку, уходившему на север, надо было уделять больше внимания сооружению жилищ и изготовлению одежды, чем его экваториальному современнику.

Переход к земледелию (и скотоводству) заложил подлинное начало истории человеческого общества.

 

Земледелие — начало прогресса

Чтобы развивать земледелие, нужны были специальные орудия труда: деревянная мотыга для рыхления почвы, деревянный или костяной серп с кремневой насадкой для жатвы хлебных злаков, цеп для их обмолота, ручной жернов для размола зерна.

Следует иметь в виду, что собирательство и охота, скотоводство и земледелие — это вполне устойчивые и самостоятельные способы производства. Переход из одного состояния в другое требует больших социальных изменений и уж, во всяком случае, получения знаний и технологий. Так что земледелие как основа жизнеобеспечения не могло бы полностью заменить в этом отношении охоту и сбор пищи, если бы не было целого ряда вспомогательных нововведений. Земельные участки под посевы приходилось расчищать; урожай надо было убирать. Для изготовления деревянной мотыги и серпа потребовались специальные инструменты, и для этого (да и для других целей) люди совершенствовали плотницкие инструменты.

Потребовались склады для хранения зерна и новые способы приготовления пищи. Ведь если пойманную дичь можно насадить на вертел и зажарить просто на костре, то использование в пищу злаков потребовало других, более медленных и сложные способов приготовления в особого рода сосудах. Земледельцы (хотя и не самые первые из них) решили эту задачу, применяя глиняную посуду.

Первым центром земледелия стал Египет. Только здесь сложилась уникальная ситуация для развития земледелия: ежегодный разлив Нила удобрял почву, так что не было необходимости менять участки; почва практически не истощались; структура поймы Нила такова, что после разлива не заболачиваются соседние участки, что происходит при разливе Тигра и Евфрата. Всё это позволило египтянам осознать преимущества такого способа хозяйствования раньше других народов, но затем этот опыт и технологии могли заимствовать соседи: стало ясно, что переход на такой тип хозяйствования вполне устойчив даже с затратами на ирригацию.

Когда в основном промышляли охотой, то шкуры убитых зверей служили одеждой. Теперь земледельцу пришлось искать какую-то замену им, и он её нашел — ткани. Получать пряжу можно простым скручиванием волокон, вращая их между ладонями рук или между ладонью и бедром. Начало использования тканей привело к изобретению новых механизмов: прядильной машины и ткацкого станка.

Первая прядильная машина была очень простой: она состояла из вилкообразной палки или рогатки, на которой держалась пряжа, и короткой палки с крючком или зарубкой на одном ее конце (к крючку прикреплялась слабо скрученная пряжа), и с маховиком из камня или обожжённой глины на другом. Постоянное вращение позволяло свивать волокна в прочную нить.

Затем появилось веретено. Этот по современным меркам весьма простой механизм был много сложнее по сравнению с любой предшествующей ему прядильной машиной, и вплоть до Средних веков не произошло никаких коренных усовершенствований этого процесса прядения.

Ткацкий же станок даже в его простейшем виде (в виде двух брусков, прикреплённых к вбитым в землю колышкам, между которыми натягиваются нити основы, а ткач проталкивает пальцами нить утка попеременно над и под нитями основы) представляет собой сложное устройство. Начиная с этой стадии, станок постепенно совершенствовался добавлением к нему челнока, ремизки, нитеразделителя и других приспособлений.

Текстильные механизмы трудно описывать словами, и ранний период их истории часто весьма туманен.

Появляются и первые ручные мельницы, Как правило, это были два отшлифованных камня, с помощью которых растирали зёрна. Появляются механизмы вращательного движения: колесо, гончарный круг (тоже колесо), круговая ручная мельница. Всё это — путь к изобретению простейших машин.

Черд — египетское водоподъёмное устройство, напоминающее журавель с противовесом.

Основные занятия племён — земледелие или скотоводство, охота и рыболовство — доступны любому из его членов. Все умеют растирать зерно, готовить пищу, шить одежду. Но рядом со всеми уже появляется кузнец, гончар, ткач. Начинается обмен изделиями, то есть изделия становятся товаром. Первобытное общество теряет свое имущественное равенство!

Вскоре появились и первые чиновники. Они понадобились для организации работы ирригационных систем, которые достигли большой сложности: регулировалось течение рек, строились целые сети оросительных каналов, сооружались водохранилища и водопроводные устройства открытого и закрытого типа.

В Египте был построен обводной канал, направивший воду Нила на поля Фаюмского оазиса. От магистральных каналов в разные стороны отходили распределительные каналы и арыки. В арыки вода из реки и магистральных каналов либо текла сама, либо подавалась с помощью водочерпалок — шадуфа или черда, водоподъёмных устройств в виде качающегося на стойке шеста, на одном конце которого навешивался другой шест или веревка с кожаным мешком или ведром, а на другом — противовес.

В других, помимо Египта, землях преобладала залежная система хозяйствования с её характерным для лесных районов вариантом — подсечной (огневой) системой. При этой системе естественное плодородие почвы использовалось несколько лет, после чего участок забрасывался на 15–25 лет.

Изменения в образе жизни человека и общества стояли в прямой зависимости от изобретений. Жизнь стала более надёжной, чем когда-либо прежде. Досуг, которым перемежался труд земледельца, позволял ему заниматься изобретательством. Сравнительно долгое проживание на одном месте позволяло создавать, накапливать и использовать орудия, которые для охотника были бы лишь тяжёлой обузой. Именно в этот период человек научился выплавлять для своих нужд металлы.

 

Металлургия

Обычно каменные орудия изготавливал тот человек, которому они были нужны. Иначе обстояло дело с металлом — тут требовалась организованная система производства, которой требовались специалисты: горняки, литейщики и кузнецы. Они отдавали этой работе всё своё время, а потому их надо было кормить, одевать и предоставлять им кров из излишков, создаваемых другими членами общества. Пока уровень техники был недостаточно высок для того, чтобы создавать излишки, невозможно было содержать таких специалистов, а значит, и невозможно было использовать металл. Лишь с развитием хозяйства пришло время, когда общество уже могло позволить себе содержать специалистов, которые совсем не занимались производством пищи. Теперь даже случайное открытие выплавки металла оказывалось востребованным, шло на пользу человеку.

Рудокопы и кузнецы отнюдь не были единственно необходимыми специалистами, без которых металлы не могли стать достоянием общества. Медную руду находили совсем не там, где жили первые земледельцы неолитической эпохи, имевшие возможность содержать кузнецов и пользоваться их изделиями. Руду приходилось доставлять издалека; для этого требовались купцы и переносчики грузов. И вообще, как только сообщества людей стали производить больше, чем это было необходимо для удовлетворения непосредственных потребностей, они всё сильнее проявляли тенденцию к обмену произведенных излишков на доставляемые издалека товары.

Различные виды труда в ранней Византии

Деревни вырастали в города с разным ремесленным производством, например кузнечным и плотничьим, а позднее в них выделились такие совершенно непроизводительные прослойки общества, как жрецы, правители, привилегированная знать. Всех их надо было снабжать продовольствием и другими средствами удовлетворения основных жизненных потребностей, доставляемыми из окружавших города сельских местностей.

Таким образом, можно сказать, что развитие металлургии было невозможным без развития земледелия и средств сообщения.

Однако из-за редкости месторождений самого металла, из-за высокой его стоимости, а также незнания упрочающего действия проковки меди, изделия из неё так и не смогли вытеснить из практики каменные орудия. На протяжении долгого времени медные орудия применялись наряду с ними, а в Европе медного века фактически не было. Медные изделия встречаются здесь крайне редко.

Причём железные орудия применялись вначале наряду с бронзовыми и даже каменными, и лишь постепенно, позже XI столетия, железный век утвердился полностью.

 

Скот и колесо

Нельзя было бы широко пользоваться металлами без усовершенствования средств сообщения, необходимых для доставки руды или металла к потребителю. А чтобы иметь для этого «лишних людей», нужны были успехи в земледелии, чтобы урожая хватало бы для содержания специалистов, исключённых из сферы производства продовольствия. А эти успехи были бы сомнительны без колёсной повозки и парусного судна, без гончарного круга, требующих довольно высокого уровня развития плотничьего ремесла. А оно, в свою очередь, не могло бы развиваться без орудий из металла. В технике это называется положительной обратной связью; в этом процессе всё взаимосвязано и способствует взаимному развитию.

Величайшим нововведением в земледелии, если не считать успехов в области ирригации, был плуг, сменивший простейшую мотыгу, которой взрыхляли почву. С плугом связано и другое важное изобретение — упряжь для животных, прежде всего для быков. Так люди впервые нашли способ использования некоего «нечеловеческого» источника энергии, чтобы избавить себя от бремени изнурительной физической работы. Ведь в города приходилось доставлять продовольствие, для чего — как и для других нужд по перевозке, — сельские жители таскали волокуши. Теперь волокуши или полозья запрягали скотиной. А кстати, использование в земледелии силы животных дало жизнь очередному новшеству в земледелии: появилось навозное удобрение почвы.

Первоначально скот использовали для обмолота зерна: животных гоняли по разостланным снопам. Затем для обмолота стали употреблять деревянные цепы и катки. Применялась также молотильная доска, нижняя сторона которой была утыкана острыми камнями. Зерно провеивали, подбрасывая лопатами на ветру, а затем ссыпали в амбары или просто в зерновые ямы. Из зерна на ручных жерновах и зернотёрках приготовляли муку, из муки пекли лепёшки. Зерно использовали также для приготовления пива (сикеры) и кормили им скот.

Позже крупный рогатый скот стали применять как тягловую силу в земледелии: быки таскали плуг (лошадей для этой цели стали применять значительно позднее). А затем был сделан решающий шаг: изобрели колёсную повозку, по сути представлявшую собою сани на колёсах, крепившиеся к дышлу плужной упряжки для быков.

Повторимся: различные открытия делались неоднократно, но часто забывались как бесполезные. И надо учитывать, что польза изобретения определяется социальным строем общества и условиями жизни. В Египте, например, колёсная повозка появилась очень поздно, — просто в этой стране весь транспорт был завязан на реку, и в ней не видели нужды.

Появление колеса привело к изобретению гончарного круга. Хотя могло быть и наоборот: гончарный круг натолкнул кого-то на мысль о колесе. А применение в гончарном производстве круга не только позволило производить больше посуды при меньших затратах труда, но и сделало гончарное ремесло второй (после ткачества) механизированной отраслью хозяйства.

Колёса древнейших повозок были сплошными, обычно изготовленными из трёх пластин дерева. Затем их стали снабжать деревянным ободом, а иногда и медным обручем — шиной. Затем на смену сплошному колесу пришло колесо со спицами.

Пока повозки не стали распространённым транспортом, городская знать пользовалась носилками и паланкинами. Носилки были двух видов. Лектейна — носилки в форме ложа на четырёх низких ножках. Другой вид — сёдла гестаториа — своего рода переносное кресло. Носилки, изготовленные из дерева и сплетённых ивовых прутьев, были сверху покрыты балдахином, устланы подушками, отгорожены занавесками; позже появились слюдяные окошечки. А кстати, это значит, что стекло было очень большой редкостью.

 

Государство

Сегодня нет никаких прямых сведений об устройстве и действии общественного механизма какого-либо общества этого периода (ибо письменности ещё не было). Поэтому обычно делают реконструкцию на основе таких материальных свидетельств, как жилища, орудия труда, оружие, предметы роскоши и т. п., и на изучении предположительно аналогичного строя, существующего у самых отсталых народов мира. Однако эта реконструкция чрезмерно упрощена и схематична, она даёт лишь абстрактную картину огромного разнообразия существовавших когда-то в прошлом социальных форм.

Но в любом случае общественные последствия перехода от охоты к земледелию были настолько глубоки, что антропологи дали специальные названия соответствующим типам общества. А именно: общество и способ жизни людей, предшествовавший стадии земледелия, которое существовало за счёт охоты и сбора пищи, назвали дикостью, а состояние земледельческих народов, ещё не достигших уровня цивилизации — варварством.

С введением в обиход металлов и тех изобретений, которые этому сопутствовали, сложилась такая обстановка, что всякий, кто накопил себе небольшой излишек, оказывался в более выгодном положении для ещё большего накопления богатств. Быстро возрастало различие в имущественном положении членов общины. И что ещё важнее, возрастала разница во власти. Так на сцене общественной жизни появилась политическая власть.

И жрец на первых порах тоже не был полностью занят выполнением только этих своих функций. Это был уважаемый член племени, выступающий жрецом дополнительно к обычным обязанностям обычного члена племени, приобретая влияние на других, поскольку мог умилостивлять злых духов, вымаливать благоприятную погоду и т. п. Однако в этом своём качестве он получал возможность распоряжаться излишками продукта, предназначенного в дар богам, и накапливаемого в зернохранилищах храма. Так избыток материальных ценностей способствовал образование класса жрецов.

Затем на смену простым варварским общинам более или менее равных по своему благосостоянию земледельцев пришли государства. Теперь подавляющее большинство населения жило на грани физического существования, часто в качестве рабов или крепостных, а все «излишки» плодов их труда использовались для создания роскошных условий жизни немногочисленной знати и жрецов, а также для содержания чиновничества и воинов. Классовое деление стало основой структуры общества.

И это — правда, но далеко не вся правда. Возрастающая концентрация богатств у немногих давала им возможность обменивать имеющиеся у них излишки на изготовленные ремесленниками предметы, что обеспечивало их существование и способствовало техническому прогрессу. Это, в конечном счёте, шло на благо всего общества. Кроме того, крупные эффективные ирригационные сооружения, которые обеспечивали богатство и процветание государств, нельзя было построить руками отдельных людей и даже трудом населения целой деревни без соответствующей организации труда огромных масс людей.

Также и возведение городов, крепостей, строительство дорог и гаваней и многие другие строительные работы, имевшие существенное значение для всего общества, зависели от подобного сосредоточения богатств, а также от наличия власти, имеющей право распоряжаться людьми. Действительно, многие технические достижения, о которых пойдет речь ниже, требовали организации больших масс рабочей силы, изымаемой из непосредственного производства продовольствия. Следовательно, они стали возможны лишь потому, что несколько лиц обладали достаточной властью, чтобы заставить других работать в определенных целях.

 

Измерительные приборы и машины

В Египте, в связи со строительством оросительных систем, начинают использовать некоторые землемерные инструменты и такие приспособления, как измерительный шест, отвес, маркет (уровень с отвесом), нивелирование с помощью воды, бей (визирная дощечка). В этот период развивается и измерение затопленных площадей, заложившее начала геометрии. Для строительства крупных объектов, какими являлись пирамиды, храмы, дамбы, каналы, нужны были рабочие чертежи, эскизы.

Пожалуй, первой машиной в современном понимании следует назвать водяную мельницу, то есть ни что иное, как преобразователь энергии водяного потока в энергию вращения. Это простейшее устройство состоит из основного колеса, двух цевочных колёс и рабочего органа — двух жерновов, неподвижного и подвижного. Первые мельницы появились на горных речках и быстро распространились повсюду, где можно было создать перепад воды.

Изобретение мельниц было выдающимся событием: появился новый движитель. К использованию энергии человека и животного добавилась энергия воды. Одновременно с изобретением мельниц появились и зачатки научных знаний.

Другими областями человеческой деятельности, приведшей к возникновению машины, были строительство и водоснабжение. Появляются устройства для подъёма и перемещения тяжестей, принцип работы которых сохранился и в современных грузоподъёмных механизмах.

Создание систем регулируемого орошения позволило резко повысить урожайность. Во всех сферах своей деятельности люди смогли производить гораздо больше, чем прежде, потому что у них были более совершенные орудия и способы труда.

И вот тут-то, согласно официальной истории наступает период застоя.

С. Лилли пишет:

«…С этого времени наступил застой, когда многие века технический прогресс шёл черепашьими шагами. Длительное время не только не было сколько-нибудь серьёзных открытий, но даже в тех многих областях техники, где основные идеи уже были разработаны, но ещё не реализованы, то есть там, где, как это нам теперь кажется, небольшие дополнительные усилия должны были бы привести к большим достижениям, даже там не было никакого дальнейшего технического прогресса вплоть до Средних веков».

Похоже, здесь происходит некоторый временнóй сдвиг. Во всех областях техники обнаруживается застой. Например, вплоть до позднего Средневековья веретено использовалось без каких-либо коренных усовершенствований, также весьма несовершенное рулевое управление кораблей не претерпело никаких изменений. После изобретения повозки и гончарного круга вращательное движение не получало никакого нового применения более двух тысяч лет! Был ли этот период на самом деле, или он только мнится историкам — вопрос к хронологам.

После создания великих пирамид техника строительства каменных сооружений оставалась неизменной (и даже кое-где пришла в упадок) вплоть до её нового расцвета в Древней Греции. Впрочем, и древнегреческий расцвет сменился «тёмными веками», чтобы после широкого распространения железа снова произошёл «расцвет».

 

Пирамиды Египта

Самым важным из всех достижений в металлургии доисторического периода была разработка управляемого процесса выплавки бронзы. Мы не случайно писали выше чаще «металл», чем «медь», так как первые опыты с расплавлением медных руд давали медь с различными примесями, то есть различные бронзы. Наилучшим оказался сплав меди с оловом, первоначально случайно получавшегося иногда из руд, содержавших оба эти металла. Разгадка тайны этого сплава привела к коренному улучшению качества изделий из металла. Появилась возможность делать более твёрдые, сложные по форме и более долговечные изделия.

Кузнецы Египта изготовляли топоры и тёсла, стамески, долота и сверла, ножи и пилы, гвозди, скобы, иглы, бритвы и пинцеты; плотники — челны и мебель, и уже употребляли шестислойную фанеру. Об этом можно судить по находкам из египетских захоронений. Правда, неизвестно, к какому времени их следует отнести; и то же самое можно сказать о здешних пирамидах, «первом чуде света».

Время их строительства нельзя определить, исходя из технических возможностей той или иной эпохи. Выполненная строителями работа даже для технологий XVII века была бы архисложной. Здесь — загадка на загадке: не только время построения, но и назначение пирамид загадочно. В современной египтологии существует несколько версий, для чего их строили. Это или памятник утверждения власти и силы, или заупокойный ансамбль, или ритуальный комплекс, а может быть — место хранения ценностей (материальных и информационных), и т. д.

Большая пирамида Хеопса была построена примерно из двух миллионов трёхсот тысяч каменных глыб общим весом 5,75 миллиона тонн. Средний вес глыбы составляет 2,5 тонны, а максимальный вес достигает 15 тонн (в то же время для других целей египтяне вырубали из скалы, обрабатывали и перевозили глыбы весом до 200 тонн). Пользуясь лишь такими простыми средствами, как полозья, катки, продольные брусья, канаты и рычаги, надо было перетащить эти глыбы от карьеров к берегу Нила, где их грузили на барки, перевозили по реке и поднимали на 30 метров, до уровня строительной площадки.

Согласно преданию, которое Геродот передал со слов местного жреца, доставкой этих глыб к строительной площадке занимались по три месяца ежегодно в течение 20 лет сто тысяч рабочих. Число рабочих на строительной площадке составляло четыре тысячи человек, и неизвестно, сколько ещё работало в карьерах и на перевозке.

По существу, это было использованием технических приёмов, применявшихся на медных рудниках. Нужная форма придавалась блокам сперва сильными ударами шаров из долерита или остроконечными молотками и кирками, а на последней стадии обработки — пилами и трубчатыми свёрлами (приводимыми в движение, по-видимому, смычковой дрелью), а также абразивными материалами.

Втаскивание блоков на стройплощадку по традиционным представлениям

Но выполнить столь большой объём работы за указанное время было невозможно, даже с помощью используемого инструмента. Как же всё-таки строили пирамиды? С момента, когда они попали в сферу внимания ученых, и до наших дней многие искали ответ на этот вопрос, поскольку строители пирамид не оставили никаких разъяснений на этот счёт.

Первым среди таких искателей был неутомимый греческий путешественник и историк Геродот, который, как полагают, ещё в середине V века до н. э. посетил Египет и предположил, что пирамиды строились с помощью деревянных машин, поднимавших блоки с уступа на уступ. Как выглядели эти машины, было неизвестно, по-видимому, и ему самому. Четыреста лет спустя Диодор Сицилийский предполагал, что подъём каменных блоков осуществляли по земляным насыпям. Затем почти 1800 лет никто этим вопросом не занимался, а потом интерес вспыхнул вновь.

Египетские подъемные устройства, применявшиеся, как полагают, при строительстве пирамид (реконструкция)

Около 1719 года француз Поль Люка утверждал, что пирамиды облицованы цементом, а не камнем. Англичанин Р. Покок в 1745 году высказал предположение о пирамидах, как об облицованных каменными плитами горах. Уже в наше время, всего несколько лет назад, инженер-химик Джозеф Давидович возродил гипотезу о цементной облицовке, приведя в её подтверждение результаты научных исследований. Но вот американский инженер Буш снова вернулся к камню, однако высказал мнение, что каменные блоки оснащались с двух сторон сегментами, и таким образом превращались из прямоугольников в цилиндры. Буш успешно испытал свой способ, вкатывая почти трёхтонный цилиндр по наклонной плоскости усилиями четырёх человек. Есть весьма серьёзная версия, что блоки не цельнокаменные, а изготовленные из каменно-бетонной смеси.

И. В. Давиденко высказал такое мнение:

«Я стал причастен к мнению Джозефа Давидовича, утверждавшего, что пирамиды Хеопса сделаны из геополимерного бетона, а не выпилены из маккотанского известняка. Для доказательства этого я взял кусок, привезённый мне хорошим знакомым, и выковырял из этого так называемого известняка два прекрасных окатанных кварцевых зерна. В каком известняке вы найдёте внутри такое окатанное зерно? Почему нет слоистости во всех этих блоках вообще, которая им присуща? Почему там нет иглокожих? Маккотанские известняки и знамениты тем, что в них обильная фауна иглокожих, то есть морских ежей. Где они? Их нет.

К чему я привожу все эти примеры: если мы хотим заниматься историей, необходимо отслеживать материальные источники — не только те, о которых нам говорят, но и те, которые есть, но которые мы не видим.

Я мог бы приводить множество таких примеров, но все почему-то заинтересовались пирамидой Хеопса: она такая большая, состоит из блоков по несколько тонн. Но рядом со сфинксом стоят два храма — Храм сфинкса и Храм пирамид, где поставлены друг на друга блоки по 200 тонн, и это никого не удивляет. Почему не удивляет? Они тоже бетонные, они никакие не выпиленные, попробуйте сорвать с основания блок 9 на 3 метра, получится ли это?»

Вот и все из известных на сегодня способов. Причём любой из них вызывает сомнение ещё по одной причине. Геродот пишет о ста тысячах человек, работавших на пирамиде Хеопса. Как же они размещались на площадке всего в 5 га? Ведь на насыпи и на самой площадке одновременно должно было находиться много людей, тянувших волокуши с блоками. Об этом говорят и данные эксперимента, проведённого в 1954 году британскими археологами в Стоунхендже. Они воспроизвели перевозку полуторатонных каменных блоков. Простейшие деревянные салазки с привязанным к ним каменным блоком 32 молодых крепких парня едва тащили вверх по наклонной плоскости с уклоном 4°.

В 1978 году группа японских энтузиастов пыталась построить всего лишь 11-метровую пирамиду, используя наклонную насыпь и волокуши для подъёма каменных блоков, но потерпела неудачу. Насыпь оказалась слишком крутой, чтобы втаскивать по ней волокуши с грузом, и достраивать пирамиду пришлось современной технике.

Сколько нужно одновременно обрабатывать блоков, чтобы на выходе из каменоломен в день было 230? Сколько нужно для этого работников? Чем обрабатывали? Сколько блоков должно находиться в дороге, чтобы к пирамиде подавать через каждые 3,1 минуты? Сколько для этого нужно народу? Сколько нужно километров веревок? Волоком тянуть блоки невозможно (застрянут в песке), нужны какие-то катки. Сколько для этого нужно брёвен, и где их брали?

Каким образом блоки переправляли через Нил? Как грузили на лодки (баржи, паромы или плоты)? Чем кормили громадную армию работников? Как осуществляли постоянные специальные поставки продовольствия?

Вопросов больше, чем ответов.

Ни одна из сторон пирамиды Хуфу не отличается от других по длине более, чем на 20 сантиметров. Вся структура в целом полностью сориентирована по компасу. Между тем единственными доступными геодезическими средствами измерения в те времена, к которым относят строительство, могли быть визирование звёзд, мерные рейки, возможно, отвесы и вода для нивелирования.

Метод нивелирования, предположительно получивший развитие из опыта нивелирования ирригационных каналов, состоял в прорытии вокруг строящейся пирамиды небольшого рва, заполняемого затем водой для того, чтобы отсчитывать от него требующийся уровень. И несмотря на то, что эти измерительные средства были столь примитивны, наибольшая и наименьшая из граней (высотой около 249 метров) отличались друг от друга столь незначительно!

Наибольшее отклонение угла между смежными сторонами основания от прямого угла составляет около одной двадцатой градуса, а максимальное отклонение отдельных частей основания от среднего уровня было равно 1,25 сантиметра. Вероятно, египтяне использовали неожиданное техническое решение, не получившее развития в дальнейшем, а потому забытое.

«Если попробовать насыпать песчаный холмик, то окажется, что угол наклона его поверхности будет везде одинаков. Этот угол называется углом естественного откоса. Такое свойство присуще любому сыпучему телу. А кто, как не египтяне, живущие в окружении пустынь, могли лучше знать свойства песка?!

Песок прекрасно заменяет угломер: если поверх сердцевины насыпать слой песка, то по всей длине откоса получится ровная поверхность с ПОСТОЯННЫМ УГЛОМ НАКЛОНА.

Из любого строительного справочника известно, что угол естественного откоса песка находится в пределах 40–45 градусов в зависимости от размеров песчинок, влажности песка и примесей. Угол наклона рёбер пирамиды Хуфу составляет 42 градуса, пирамиды Хафры — чуть больше 42 градусов. То есть он попадает в эти пределы! Вполне возможно, что угол естественного откоса песка, которым пользовались древнеегипетские строители, был равен именно 42. Судя по такому углу откоса, это мог быть мелкий песок, возможно с некоторыми примесями, например с илом.

А как быть с углом наклона граней пирамиды? Если строители обеспечивали с помощью песка правильный наклон рёбер, то это автоматически определяло угол наклона граней. Несложные расчёты показывают, что для пирамиды Хуфу угол наклона рёбер в 42 градуса обеспечивает наклон граней под углом в 51 градус 52 минуты. Для пирамиды Хафры при угле наклона в 42 градуса 29 минут наклон граней составит 52 градуса 20 минут. Именно такие угловые размеры и имеют эти пирамиды в действительности».

 

Железный век

Считается, что не было никаких крупных изобретений (да и число второстепенных невелико) до наступления века железа, коренным образом изменившего условия жизни. А пока он не наступил во всей красе, в ход шли порой бронзовые лезвия мотыг и лемехов. В варварской Европе было обычным использование бронзы для тяжёлых и грубых работ. Рабочие медных рудников в Австрийских Альпах пользовались кувалдами и зубилами с насадками из бронзы.

Но бронза, редкий и дорогой материал, мало расширила власть человека над природой. В больших количествах из неё никогда не делали земледельческих орудий, вследствие чего земледелие оставалось почти на том же уровне, что и до появления бронзы. А значит, условия жизни в целом почти не изменялись, и прибавочный сельскохозяйственный продукт продолжал быть настолько мизерным, что ремеслом могла заняться лишь ничтожная прослойка. Поэтому из бронзы, помимо оружия, изготовляли ещё преимущественно лишь средства труда для немногочисленных ремесленников, с помощью которых они производили предметы роскоши для небольшого класса знати. В целом же производство оставалось на уровне каменного века. Даже крупные ирригационные сооружения в Египте строились в большинстве случаев каменными и деревянными орудиями. Власть государства не могла быть большой, поскольку не было средств, — их не с кого было собирать в больших количествах.

И это — канун железного века!

Легко понять, что если бы в Египте небольшие группы людей не начали в неизвестные времена сажать зерно в землю, а продолжали питаться дикорастущими финиками, то до сих пор по нашей планете бродили бы дикие племена, питаясь «дарами природы». И кстати, для природы такой ход развития событий был бы лучше того, что имеется сейчас.

А с появлением земледелия развитие в одних областях жизни подстёгивало прогресс в других, и очередной скачок в технологиях несомненно был связан с использованием железа. Но выплавка железа из руд и производство из него средств труда оказалась весьма сложным делом. Ведь вся история металлургии, это, по сути, история получения всё более высокой температуры. Скажем прямо, в первых примитивных печах вообще нельзя было достичь такого нагрева, чтобы расплавить металл.

А когда научились строить подходящие печи, стали получать металл в виде мельчайших затвердевших комочков (крицы), затерянных в массе шлака. Эту смесь приходилось повторно нагревать и многократно проковывать, чтобы удалить шлак и получить из разрозненных капелек сплошной кусок железа. И для того времени это была сложная технология. Овладев ею, человек получил большую выгоду. Более высокая прочность железа по сравнению с бронзой, общедоступность железных руд и, наконец, более дешёвый процесс производства окончательно вытеснили бронзу. Повсеместная распространённость железа в природе позволила выплавлять и использовать его на месте, без дальних перевозок и торгового обмена.

Дешёвое железо в корне изменило образ жизни. Земледелец получил, наконец, металлические орудия, повысившие производительность труда при обработке земли. С железным топором оказалась возможной расчистка под посевы больших лесных массивов. Ведь чтобы срубить дерево каменным топором, требовался не один день работы, а теперь речь шла о часах, а иногда и о минутах!

Очень быстро появился самый разнообразный железный инвентарь для сельского работника, в том числе лопаты, заступы, вилы, кирки, мотыги, косы и секачи, ножницы для стрижки овец (до этого шерсть просто выщипывали). Ими стали пользоваться также для стрижки волос и разрезания тканей. Значительный рост производительных сил в земледелии приумножил прибавочный продукт, что позволило увеличить прослойку специалистов-ремесленников. Продукция, производимая ремесленником, стала достоянием широких слоёв общества, а не только избранной кучки знати. И кстати, начался количественный рост знати.

Появились машины для производства муки, оливкового масла, вина. До этого вино давили только для домашнего потребления, и сок из винограда выжимали в мешках, скручивавшихся с концов, теперь же изобрели специальные прессы. Первым был так называемый балочный пресс.

А вот более сложный винтовой пресс появился гораздо позже, хотя официальная история и относит его ко второму или первому столетию до нашей эры. Вообще изобретение винта приписывают Архитасу из Таранто (примерно 400 год до н. э.), но проблема в том, что сама винтовая пара — очень сложное устройство. Если ход резьбы у винта не совпадает с ходом резьбы гайки, эта пара не будет работать. А как же в те времена можно было сделать их одинаковыми? Нужен был как минимум токарный станок.

С появлением железа и ремесленник получил более разнообразные орудия труда, и притом орудия лучшего качества. Плотники стали пользоваться лесопильной рамой, лучковой и двуручной пилой. Более того, различных инструментов из железа стало много больше, чем прежде из бронзы и камня. Появились бурав и рубанок. Употреблялись ручные свёрла и дрели, которые приводили в движение скрученной тетивой лука. Кузнецы работали с клещами, тисками, зубилом, свёрлами и более совершенными кузнечными мехами. Теперь у них имелись специальные молоты нескольких видов, чего не было у их предшественников.

Блок был изобретён, по-видимому, в начальный период железного века. Это очень нужное приспособление, казалось бы, легко могли изобрести много раньше люди, знакомые с колесом. Однако, по имеющимся довольно достоверным данным, египтяне бронзового века не поднимали паруса с помощью блока и определённо не пользовались им на крупных строительных работах. Первое, как полагают, изображение блока имеется на барельефе в Ассирии, который датируют VIII веком до н. э., но сама хронология Ассирии вызывает много вопросов, так что мы пока не будем спешить с расстановкой дат. Возможно, блок, хоть он и простейший из механизмов, и не мог быть изготовлен рано и достаточно дешёвым способом, пока не появилось железо.

Появление блока вызвало коренной переворот в строительстве. Он позволил поднимать и укладывать на место камни гораздо производительнее, чем в бронзовом веке, когда их поднимали по земляной наклонной плоскости с последующим сбрасыванием на нужное место. Блок быстро превратился в элементарный подъёмник; также вошли в обиход двуноги с талями.

Считается, что на Апеннинском полуострове было сделано очень важное открытие: пуццолановый («путеоланский») раствор, изготовлявшийся из измельчённой породы вулканического происхождения. Вскоре на этом растворе стал изготовлять римский бетон. Мелкий каменный щебень, битый кирпич чередовался ровными слоями с цементным раствором, образуя несокрушимую бетонную кладку, не уступавшую по прочности каменным блокам. Здесь нужно отметить, что применение вулканических пород позволило итальянцам обойтись без прокаливания сырья, поскольку в то время не было возможности достигать необходимых температур. Без вулкана никакого цемента они бы не изобрели.

При строительстве пользовались в основном ручными орудиями: коленчатыми и простыми рычагами для установки каменных плит, молотками для забивки скоб, лопатками для нанесения раствора и дощечками с рукояткой для его выравнивания. Проверочный инструмент состоял из циркуля, отвеса, наугольника, рейки и шнура. Был также известен уровень в виде открытого желобка, наполненного доверху водой.

Развитие производства стимулировало торговлю, а эта последняя в свою очередь требовала изменить характер производства. На первых порах товары даже на внешний рынок производила горстка самостоятельных ремесленников. Потом стало ясным, что производство товаров на рынок эффективно при концентрации производительных сил в крупных мастерских, где каждый работник специализируется на одной операции, а все вместе заняты массовым производством товаров. Наконец, всем стала ясна полезность механизмов.

 

Писчие материалы и инструменты для письма

Важнейшим фактором подъёма культуры и начала истории, — то есть такого прошлого, о котором можно судить на основе документов, — стало появление и развитие письменности. Её начало тоже в Египте, где появились первые иероглифические (рисунчатые) значки, изображавшие целое слово или фразу.

Первыми средствами для изображения символов были рука, палка и камень. Рукой и палкой можно было рисовать на песке, а камнем — на скале. Затем человек начал использовать смоченные глиняные дощечки, при этом ручкой служила деревянная или бронзовая палочка, либо кость.

Несколько слов о писчем материале — папирусе. Его изготавливали из стеблей нильской лилии. Стебли разрезали на узкие полоски, которые складывали друг около друга в два слоя крест-накрест на плоской каменной плите, затем покрывали куском ткани и выколачивали плоским камнем, без применения клея. Получалась цельная плёнка, которую сушили, разглаживали и, наконец, лощили. С помощью такой простой техники изготавливали полосы папируса шириной 30–40 сантиметров и длиной иногда до 40 метров. На папирусе писали тушью с помощью заострённой палочки.

Появление папируса было очень важным событием, так как был получен вполне доступный материал для письма. И хотя бы ясно, ГДЕ был изобретен папирус: в Египте.

Появление скорописи способствовало изобретению предшественника современной авторучки. Среди сокровищ гробницы Тутанхамона была обнаружена медная ручка со вставленной в неё свинцовой трубочкой. Внутри трубочки помещалась тростинка, её заполняли чернилами, которые передвигались по волокнам стебля к заострённому концу. Также для письма на папирусе использовали тонкие кисти из тростника. Росписи на гробницах донесли до нас изображения этих инструментов. Позже стали писать по воску. Он заливался в деревянные таблетты, причём тут же появилось и название пишущего инструмента: стилус, который делали из металла. Когда запись становилась не нужна, её стирали с помощью плоского обратного конца стилуса.

Письмо по воску практически без изменений просуществовало до тех пор, пока не был изобретён пергамент. С появлением пергамента, используемого для изготовления рукописных книг, люди продолжали употреблять восковые дощечки для каждодневных записей и макетирования книг. Для этих целей использовался всё тот же металлический или костяной стилус с расплющенным концом.

В течение 600–1800 годов нашей эры происходило постепенное удешевление пергамента и его распространение, и потребовался новый общедоступный пишущий инструмент. Европейцы (впервые в Испании, то есть это могли быть и арабы) обнаружили, что при использовании определённым образом заточенного гусиного пера для письма по пергаменту можно изменить и стиль письма, сделав его прописным и наклонным. Так четырнадцать веков тому были придуманы прописные буквы; до этого при письме использовали только заглавные буквы.

Гусиные перья просуществовали рекордно длительное время, до конца XVIII века. Они же дали название складному ножу, которым поправляли перья; на Руси его назвали перочинным.

История с бумагой тоже не очень ясная. Есть мнение, что бумага появилась в Китае около 100 года н. э. Но мы не будем этого рассматривать, а начнём с более достоверной истории.

В арабских владениях производство бумаги из тряпья началось в VIII веке. В Самарканде бумажная мастерская действовала с 751 года, в Багдаде с 794-го. Документы, написанные в VIII веке на бумаге, найдены в Таджикистане. В Х веке бумага достигла Египта и Северной Африки, после чего в Каире бумажные мастера населяли целые кварталы. Наряду с обёрточной и плотной писчей бумагой они вырабатывали тончайшие листы для голубиной почты.

Из Северной Африки бумага в 1150 году попала в Испанию. Здесь заработали первые в Европе бумажные мельницы. Высоким качеством бумаги славились Касатива (Шатива), Валенсия и Толедо. Сначала бумагу вырабатывали из хлопка, потом её стали делать из очёсов, ветхого белья, старых канатов и парусов.

Основными операциями в бумажном производстве были: очистка и промывка тряпья, толчение его в деревянных корытах пестами, разрыхление массы в чанах с водой и её разливка на тонкие проволочные сетки. В целом технология изготовления бумаги насчитывала не менее 30 операций.

В Италии бумагу научились делать в 1154 году; центром производства стал итальянский город Фабриано, где насчитывалось до 40 бумажных мельниц. Бумажное производство развивала и Венеция. Итальянские бумажники значительно облегчили способы изготовления бумаги, применив для превращения волокнистого сырья в кашицеобразную массу так называемые толчеи. Толчея представляла собой толстое бревно с выдолбленными в нём углублениями или каменное корыто. Их заполняли измельчённым тряпьём, добавляли воду и толкли деревянными, окованными железом пестами. Песты приводились в движение деревянным валом с кулачками от колеса водяной мельницы, и такие устройства применялись до конца XVIII века. Итальянцы ввели в практику проклейку бумаги животным клеем, чем повысили её прочность и снизили капиллярность.

На первых порах бумага была рыхлой, не очень прочной, сероватого или желтоватого цвета. Она была настолько грубой и недоброкачественной, что в 1221 году германский император Фридрих II издал приказ уничтожить все акты на бумаге и переписать их на пергамент. Но со временем качество росло; с конца XIII века на бумаге европейского производства начинают появляться так называемые водяные знаки.

На Русь бумага первоначально ввозилась преимущественно из Италии и Византии.

Появившийся в XV веке печатный станок предъявил к бумаге новые требования. Она должна была стать более гладкой, ровной, прочной, упругой и эластичной, хорошо впитывать краску. И именно это стимулировало дальнейший прогресс в её производстве. Так обычно и бывает: производство ставит задачу, и из предлагаемых решений выбирается нужное. А иначе, если оно и появится, то не получит развития, так как не ясно, ради чего надо нести затраты.

В процессе изобретения книгопечатания можно увидеть три главных этапа. Сначала печатали с деревянных форм, вырезавшихся из дерева по одной для каждой страницы. На следующем этапе печатали подвижными литерами, изготовленными из дерева или какого-либо иного материала. Имея несколько сот штук каждой литеры, печатник мог набирать из них целую страницу текста в рамку, затем перейти к набору следующей страницы и т. д. Но при таком способе печати каждую литеру приходилось вырезать в количестве нескольких сотен штук. И, наконец, текст начали набирать методом массового производства, отливая из металла все литеры в одной форме.

Как всегда, Китай впереди всех. Считается, что книгопечатание с деревянных форм появилось там в VI веке, затем примерно в 1045 году начали применять глиняные формы, а около 1314 года распространились деревянные литеры. Наконец, в Корее с 1392 года литеры стали отливать из металла, а в 1409 году этим способом была напечатана первая книга. Но огромное количество экземпляров каждой литеры, необходимое для китайской грамоты, задерживало здесь развитие печатания металлическими литерами. Вот европейцы их и опередили в производстве книг.

Однако европейские методы печатания были совершенно иными, чем у китайцев. Поэтому нет никакой необходимости выводить её из Китая, тем более что наборные доски и книгопечатание в Китае появилось лет на триста позже, чем в Европе.

Ведь книгопечатание отличается от просто печати наличием касс с одинаковыми знаками. Вообще же ксилография для печатания бумажных денег, игральных карт и картинок религиозного толка появилась в Европе к концу XIV века и довольно широко распространилась в начале XV. Напечатанные ксилографическим способом книги появились примерно в 1450 году. Переход к металлическим литерам произошёл, по-видимому, быстро (промежуточного этапа в Европе не было). Уцелевшие в Авиньоне следы подобных попыток относились к 1444 году, а в Гарлеме они проводились, вероятно, даже несколько раньше.

Но заслугу разрешения многих технических проблем процесса печатания историки отдают, хотя и не единодушно, жителю немецкого города Майнца Иоганну Гутенбергу. Он начал работу в этом направлении с 1436 года и стал печатать свои книги приблизительно с 1450 года (с точностью до двух лет в ту или другую сторону от этой даты). В 1500 году книгопечатание проникло уже в двенадцать европейских стран; к этому времени было издано около 40 000 экземпляров книг.

Это была такая же революция, как и открытие железа. Печать стала в последующие столетия важным фактором убыстрения темпов технического прогресса.

 

Машина — это двигатель, передача, рабочий орган. Говоря попросту, разные машины состоят из разных или сходных механизмов. И вот оказывается, что человек постоянно стремится применить машину там, где требовалась физическая сила, чтобы, заменив человека, увеличить свою энерговооружённость.

К 1975 году было известно 4746 видов механизмов. Почти двумястами годами раньше, в начале 1800 года, как установлено достоверно, люди знали не более двух сотнях видов механизмов. Таким образом, увеличение — почти в 24 раза. А за двести лет до XIX века, в начале XVII столетия, их было известно около ста, то есть за двести лет изобретатели всего лишь удвоили их количество.

По конструктивным признакам основные механизмы можно свести в следующие группы:

1) стержневые, или рычажные (шарнирные) механизмы;

2) фрикционные механизмы;

3) зубчатые механизмы;

4) кулачковые механизмы;

5) механизмы с гибкими звеньями;

6) винтовые механизмы;

7) механизмы с упругими звеньями;

8) комбинированные механизмы;

9) механизмы переменной структуры;

10) механизмы движения с остановками;

11) гидравлические механизмы;

12) пневматические механизмы;

13) электромагнитные механизмы;

14) электронные механизмы.

Поговорим об истории развития механики. Мы, конечно, не будем рассматривать все перечисленные группы, тем более что некоторые из них появились лишь в последнее время. Но обратим внимание на важность развития техники. Недавняя история человечества показывает, что страны, обладающие техническими и технологическими преимуществами, достигают военного и политического могущества. Эту формулу можно перевернуть: могущественные страны обязательно обладают передовой для своего времени техникой и технологиями. Так мало того: общее могущество предполагает идеологическое превосходство, развитие литературы и искусства.

Этот вывод верен для нашего времени, тем более он должен быть верен для прошлых веков, когда связи между наукой и техникой, между военной силой и политическим могуществом были более очевидными и прозрачными.

Однако традиционная история допечатных времён предлагает нам весьма противоречивую, и даже парадоксальную картину. Античные греки обладают высочайшей литературой и наукой, которая никак не реализуется в реальной технике и производстве. Описания технических устройств есть, в образцах её нет. Древние римляне имеют потрясающую армию, которая завоевала весьма культурные страны, а потом… безвозвратно проиграла германским «дикарям». А всю науку римляне «заимствуют» у греков. Монголы в XIII веке, не имея ни науки, ни техники, ни письменности, ни производства, ни идеологической основы хотя бы в религии, побеждают вообще всех подряд, являя невиданное ни до, ни после могущество, не подкреплённое ничем.

Но самый удивительный случай — Византия, центральная область Ромейской империи. Её история, насчитывающая тысячу лет, в отличие от монгольской истории отнюдь не мифична. Византия объединяет вокруг себя все страны Средиземноморья, Западной и Восточной Европы, Русь, многие страны Азии. Византия (Царьград, Константинополь) — крупнейший центр международной торговли, через неё идут пути с севера на юг и с запада на восток; здесь концентрируются богатства всего мира. Её император — общепризнанный помазанник Божий, что даёт Византии колоссальное идеологическое преимущество.

Империя успешно воюет и на Востоке, и на Западе, а, потерпев в 1204 году поражение от объединённых германцев в ходе 4-го Крестового похода, находит силы, чтобы вернуть себе свои земли.

Даже после того, как в 1453 году власть здесь взяли мусульмане и Ромейская империя превратилась в Румский султанат, а в дальнейшем в Турцию, страна вплоть до XIX века была сильнее всей Западной Европы, во всяком случае, не была слабее. Это значит, что она превосходила других в производстве, и лишь вследствие промышленной революции на Западе потеряла свое преимущество.

Но вот здешних учёных за всю длинную историю Византии можно пересчитать по пальцам (и они только и делали, что комментировали «антиков»), искусство выглядит достаточно убогим, а идеология представлена лишь с религиозной стороны. Всё это противоречит новейшей истории человечества, в которой могущество обязательно вызвано научным, техническим, технологическим и идеологическим превосходством, — а ведь больше действительно нечем объяснить могущество любой страны.

Чтобы свести концы с концами, нам придётся вспомнить, что государственным языком Византии на протяжении почти всей её истории был греческий, что на Руси всех византийцев чохом, вплоть до XVII века, звали греками, а сами себя они не называли иначе, как ромеями, то есть римлянами. Итак: «древние греки» имели науку, «древние римляне» армию, а византийцы — греки и одновременно римляне — производство, и были самым могущественным народом в мире. А единую хронологию, которая разделила «древних» греков и римлян с византийцами, рассчитали даже не в Византии, а в Западной Европе почти через полтора столетия после того, как империя исчезла с карты мира. И уже на базе этой хронологии создалась история, грешащая, скажем прямо, изрядным европоцентризмом.

Иначе говоря, историю Византийской империи растащили по разным странам и временам, причём наиболее колоритные «куски» достались Европе, и это сделало её диковатое прошлое возвышенным и благородным.

Поскольку традиционная хронология первоначально была рассчитана Иосифом Скалигером по каким-то математическим правилам, постольку можно было ожидать, что алгоритм расчётов хоть как-то, но проявится. И действительно, А. М. Жабинский, анализируя стили искусства разных эпох, сумел так выстроить века хронологии на своей схеме, которую назвал «синусоидой», что стало возможным свести по «линиям веков» эпохи, отличающиеся ярко выраженным стилистическим параллелизмом произведений изобразительного искусства.

Это открытие А. М. Жабинского, безусловно, будет полезным для разоблачения неверной хронологии, которая пока составляет костяк традиционной истории. Но, к сожалению, из одной неверной истории нельзя сделать другую, «верную», переставляя отдельные части. Если это и удастся когда-нибудь сделать, то только применительно к истории Западной Европы. Так что историю всего человечества придётся восстанавливать иными методами. Один из них, но не единственный — анализ эволюции науки и техники.

 

Античные механики

Герон из Александрии (умер, как считается, приблизительно в 70 году до н. э.) оставил потомкам не только трактаты, в которых описываются многие бывшие тогда в употреблении механизмы, но и первое сочинение об автоматах. Фигуры и их элементы двигались по прямой линии, по кругу, по произвольной кривой. Каждое движение производилось при помощи нитей, навёрнутых на барабаны или блоки различного диаметра и натягиваемых грузиками. В некоторых местах нити имели ненатянутые участки (петли) для того, чтобы одно движение запаздывало относительно другого.

С помощью таких автоматов проводились театрализованные и религиозные действия, поскольку наряду с малыми автоматами были и большие, управлявшие движениями статуй. Современный торговый автомат по принципу действия очень напоминает героновский автомат, выдававший святую воду в обмен на монетку. Есть утверждение, что Герон писал и о военных машинах, но это его сочинение до нас не дошло.

Кем он был? Предполагают, что землемером. Основания для такого предположения довольно смутны: якобы одно из его наиболее полезных изобретений напоминает теодолит, а другое — шагомер, прибор для определения пройденного расстояния.

Этот шагомер механически подсчитывал число оборотов вращающегося колеса; его можно уподобить современному счётчику километров на автомашине. Правда, никто этого прибора не видел, есть лишь сообщения, что он имел зубчатую передачу, причём изобретение зубчатой передачи иногда приписывают Архимеду. В своё время Леонардо да Винчи пытался сделать этот шагомер по описанию и понял, что прибор не работоспособен. То есть, это могло быть некоторое теоретическое рассмотрение, которое никогда и не пытались сделать и никогда не применяли, так что вопрос о времени «изобретения» тоже чисто теоретический. Да и сама зубчатая передача для тех случаев, когда была нужна определённая точность, в те времена просто не могла быть сделана, а почему — рассмотрим позже, в главе об истории часов.

Сообщают, что Герон в трудах своих описал насосы, приспособление для автоматической регулировки фитиля и уровня масла в лампах, пожарную помпу и пожарную машину. Другие героновы механизмы в большинстве случаев представляют собой не более, как механические фокусы или игрушки. Опять же, в натуральном виде этих приборов нет. Да и заявление, что их «описал Герон», сделал не сам Герон.

Историки науки пытаются объяснить такое положение дел тем, что ремесло было отделено от изобретательства, называемого «решением теоретических задач». Любой «теоретик» хотел бы видеть воплощение своих идей в практике, и старательно их описывал, желая привлечь внимание ремесленника или спонсора. Но если автор просто фантазирует, его приборы, естественно, не могли быть воплощены в практику. А описания остались.

Герону приписывают изобретение простейшей паровой турбины и ветряной мельницы, хотя существуют некоторые сомнения в правильности перевода текста, упоминающего мельницу. Но нам важно то, что здесь мы встречаемся с двумя устройствами, которые действительно можно было превратить в эффективно действующие первичные двигатели, однако это так и не было сделано до новейшего времени.

Можно предположить, что сам Герон не понял смысла своих собственных изобретений. Такое случается, хоть и редко. Но его работы читали другие, и тоже не сделали никаких выводов. А такое могло быть только в двух случаях: или на самом деле эти изобретения были уже не только известны, но и воплощены в металл, — тогда Герон обычный популяризатор. Или, наоборот, технологии не позволяют создать такой механизм, — и тогда Герон обычный фантазёр. В любом случае, для Герона техника была просто забавой. Турбина вращается сама по себе и ничего не приводит в движение. Ветряные лопасти крутят особое приспособление, но это не мельница, а всего лишь хитроумная безделушка.

В восточных (условно говоря, мусульманских) землях ветряные мельницы появились приблизительно в VII веке, в Западной Европе — ближе к концу XII века. Поскольку Герон жил в Александрии, на византийской территории, то самая, на наш взгляд, возможная хронологическая точка для него — VI век, незадолго до появления мельниц в мусульманских странах, которые, понятно, при Героне ещё не могли быть мусульманскими, поскольку пророк Мухаммед жил позже.

Изобретение пневматики историки отдают другому александрийскому механику, Ктесибию (примерно 100 год до н. э.) Он изобрёл двухцилиндровый пожарный насос, который ни в чём существенном не отличается от современного; изобрёл водяные часы, водяной орган, а также аэротрон — военную машину, в которой роль упругого тела играл сжатый воздух. Как и пожарный насос, аэротрон представлял собой цилиндр с движущимися внутри них поршнями, так что в трудах Ктесибия мы имеем первое в истории техники упоминание о кинематической паре «цилиндр — поршень». Но опять не известно, когда это было написано, и опять нечто подобное есть у Леонардо да Винчи.

Далее вспоминают математика и механика Архимеда, который родился в Сиракузах на острове Сицилия, учился в Александрии, а погиб на родине: согласно легенде, во время осады его родного города римлянами он создал новые военные машины, надолго задержавшие врага под стенами Сиракуз. Но всё же город пал, и Архимед был убит. А когда много лет спустя в Сиракузы приехал Цицерон, он так и не сумел убедить местных жителей, что у них жил такой выдающийся механик.

Архимеду приписывают изобретение винта, усовершенствование зубчатого колеса, формулировку закона его имени, а также создание многих новых машин. Если учесть, что в начале XVII века, через 1800 лет после Архимеда, было известно всего лишь около сотни механизмов, то человечество должно быть ему неизбывно благодарно. Правда, само его имя даже в XV веке не было широко известно.

Важным источником, из которой черпают представления об античной технике, стали «Десять книг об архитектуре» римского архитектора и инженера Марка Витрувия Поллиона (считается, что он жил в I веке до н. э.). Десятая книга его сочинения посвящена машинам, и здесь же дано определение машины:

«Машина есть сочетание соединённых вместе деревянных частей, обладающее огромными силами для передвижения тяжестей».

Согласно Витрувию, машины и орудия различаются тем, что машины для выполнения работы требуют большого числа рабочих или применения большой силы (таковы, например, баллисты и давильные прессы), орудия же выполняют задание умелой рукой одного человека.

Здесь мы находим ещё одно историческое противоречие. Раннее Средневековье знало водоподъёмное колесо. Оно было вертикальным, с прикреплёнными к нему черпаками, которые перекачивали воду в оросительный желоб. На первых порах колесо вращал человек посредством топчака или ворота, потом стали использовать вола, затем силу воды. Столетиями применение водяного колеса ограничивалось мукомольным делом, но в конечном итоге оно стало главным источником двигательной силы, на фундаменте которого протекали начальные стадии развития современной цивилизации. Также много позже Витрувия применяли горизонтальное водяное колесо, вращающееся на вертикальном валу под действием потока воды, направляемого желобом.

Между тем у Витрувия описана усовершенствованная разновидность водяной мельницы, с вертикальным колесом и горизонтальным жерновом! Они связаны между собой зубчатым (цевочным) зацеплением, и вся мельница сильно похожа на нашу современную водяную мельницу. К тому же зубчатое зацепление здесь было таким же, как и у водоподъёмного колеса, которое вращал вол, но с передачей усилия в обратном направлении. А вот ввести водяное колесо во всеобщий обиход выпало на долю средневековых механиков, что показывает: если Витрувий и был античным учёным, то эта античность непосредственно предшествовала Средневековью. Можно предположить, что жил он в XI или XII веке.

В одной поэме, которую относят к IV веку, упоминается приводящаяся в движение водой пилорама для резки мрамора. Однако трудно представить себе, чтобы какому-то изобретателю удалось использовать силу воды для сложного процесса резки мрамора задолго до того, как её догадались применить даже для помола зерна!

Многие историки культуры считают Средние века (500–1450 годы) мрачной эпохой: она привела цивилизацию к гибели. Действительно, в рамках традиционной хронологии так оно и выглядит: на протяжении всей этой эпохи не было почти никакого прогресса, пока в период чудодейственного Возрождения люди не открыли повторно изящные искусства и науки древней Греции и античного Рима, чтобы на их основе вернуться в лоно цивилизации. Но могло ли такое быть?

 

Арабские и византийские достижения

Между арабской и византийской культурами, при всём сходстве между ними, всё же существовал языковый барьер. Это привело к существенному расхождению в результатах научной работы, прежде всего в теоретических построениях. В то же время невозможно даже предположить, что арабские и византийские учёные не знали о работах друг друга.

Учёные арабского мира совершили немало открытий; принято считать, что в освоении знаний они опережали Запад на несколько веков. При дворе халифа аль-Мамуна в конце VII века было основано специальное учреждение — Дом мудрости, в котором он собрал учёных, владевших различными языками, во главе с известным математиком аль-Хорезми. Но чем же они занимались? Они переводили на арабский язык труды античных авторов по философии, математике, медицине, алхимии, астрономии!

Античные мудрецы в нашей улучшенной хронологии — это учёные Византии, творившие не в VI–I веках до н. э., а в IV–XII веках н. э., а значит, они просто современники арабских учёных. И в самом деле, арабский мир, непосредственно граничащий с землями Византии, вполне мог получать оттуда научные труды и переводить их. Ведь в Византийской империи уровень познаний в области практической механики был достаточно высоким; известно, что в Константинополе был арсенал с большим количеством военных машин.

Одновременно в границах Арабского халифата создавалась новая наука, а её создателями были все народы, населявшие халифат: хорезмийцы, сирийцы, тюрки, египтяне, арабы, испанцы. И ведь все они были недавними подданными Византии, их земли отделились от империи лишь в VII веке, после зарождения ислама. Объединяющим для всех них был арабский язык, язык науки и религии. Поэтому совершенно справедливо считается, что главным источником знаний арабоязычных народов в области практической механики на начальном этапе были сочинения, переведённые с греческого на арабский язык. Но это был язык не мифических «древних греков», а грекоговорящих византийцев.

Полученные знания были не только усвоены арабами, но и развиты ими. Так, в средневековом арабском сочинении IX века «Ключи науки» сообщаются сведения о простых машинах, о водяных и ветряных мельницах, о военных машинах и об автоматах. При чём же тут, спрашивается, «древние греки»?

Название «простые машины» в течение очень длительного времени применялось для обозначения простейших подъёмных приспособлений: рычага, блока, наклонной плоскости, клина и винта. Строго говоря, ни одно из этих приспособлений нельзя в полном смысле назвать машиной, и произошёл этот термин, вероятно, от неправильного перевода того слова, которым Герон Александрийский обозначил эти простейшие приспособления. Вплоть до конца XIX века и само понятие «машина» было неопределённым.

При халифах Харун-ар-Рашиде и аль-Мамуне (VIII–IX века) научная деятельность была на подъёме: строились астрономические обсерватории, здания для научной и переводческой работы, библиотеки. Получило развитие школьное дело, причём в некоторых случаях труд учителей очень хорошо оплачивался; предпринимались даже специальные путешествия учеников с учебными целями.

Было разработано много разных типов водоподъёмных машин, приводимых в движение силой воды или силой животных. В Х–XI веках было повсеместно прекращено производство муки на ручных мельницах: их сменили водяные мельницы, которые устанавливались не только на реках и в устьях каналов, питавшихся водой за счет прилива, но даже были выстроены мельницы, которые приводила в движение вода, отступавшая во время отлива. В Месопотамии на Тигре действовало много плавучих мельниц. Мельницы Мосула висели на железных цепях посредине реки; каждая мельница Багдада имела по сто жернопоставов.

В Средние века, кроме силы животных и воды, начали осваивать, «механизировать» ещё и силу ветра, что позволяло людям не ограничивать свою техническую смекалку лишь теми местами, где можно использовать водный поток. Так, ветряные мельницы впервые появились в Афганистане в IX веке: лопасти ветряного колеса располагались в вертикальной плоскости и были прикреплены к валу, который и приводил в движение верхний жернов. Почти одновременно с ветряными мельницами были изобретены и регулирующие устройства, необходимость в которых диктовалась тем, что крылья мельницы были связаны с жерновом напрямую, и скорость его вращения сильно зависела от силы ветра. В Афганистане все мельницы и водочерпальные колёса приводились в движение господствующим северным ветром, и поэтому ориентированы только по нему. На мельницах были устроены люки, которые открывались и закрывались, чтобы сила ветра была то больше, то меньше, поскольку при сильном ветре мука горит и выходит чёрной; порой даже жернов раскаляется и разваливается на куски.

Подробный перечень химического оборудования, применявшегося арабами при перегонке, возгонке, растворении, кристаллизации веществ, описал в своих трудах учёный ар-Рази (865–925), знаменитый врач и алхимик иранского происхождения, работавший в Багдаде. Ар-Рази упоминает различные типы горнов, а также жаровни, фитильные и пламенные (нефтяные) горелки, литейные формы, мензурки, колбы, тазы и тигли, банки, напильники и шпатели, молотки, щипцы и т. д.

Крупнейшим математиком и астрономом IX века был Сабит Ибн Корра. Именно в его переводах дошли до нас сочинения Архимеда, которые не сохранились в греческом оригинале (если такие были).

Известен трактат «Книга о механике», принадлежавший знаменитым астрономам и математикам Багдадской школы — трём братьям Бану Муса (IX–Х века). Среди прочих механических устройств, в их книге описаны приспособлении для поддержания постоянного уровня воды в сосуде. Трактат братьев Бану Муса породил целый ряд комментариев и трактатов. Механическим устройствам для поднятия воды посвящён трактат Абу-ль-Изза Исмаила аль-Джазари (XII–XIII века) «Книга о познании инженерной механики». Такого же рода устройства рассматриваются в трактате Мухаммеда Ибн Али аль-Хурасани «О водяных колёсах». Многочисленные описания всевозможных механических устройств, применявшихся в разных странах ислама, содержатся в трактатах аль-Кинди Якута и Ибн Халдуна.

Важным районом научно-технического развития была Южная Испания, составлявшая Кордовский эмират Арабского халифата, а с 1-й четверти Х века сделавшаяся особым Кордовским халифатом. В результате взаимодействия культур многонационального местного населения в IX–XV веках там шёл быстрый подъём общей культуры. В высших школах Кордовы, Барселоны, Гранады, Саламанки, Севильи, Толедо и других городов, помимо мусульманских официальных богословско-схоластических премудростей, преподавались философия, математика, астрономия, медицина и другие науки.

В библиотеке кордовского халифа Хакама II (2-я половина Х века) имелось до 400 тысяч рукописей. Здесь же были открыты и общеобразовательные школы. В научных центрах халифата велась большая работа по переводу античных рукописей с греческого на арабский, и с арабского на латинский язык. В Кордовский халифат приезжали учёные не только со всех концов мусульманского мира (в том числе из Средней Азии, Ирака и т. д.), но и из христианских стран Европы. Так, изобретатель часов Герберт учился в школах Барселоны и Кордовы и великолепно знал арабский язык.

Казалось бы, вовлечение в технический прогресс всё больших территорий и количеств людей должны были инициировать подъём изобретательства.

Но нет: историки науки уверяют, что средневековые механики ничего не изобретали, а придуманные в античности машины в их времена почти не изменились. Даже когда появлялись новые машины, они по принципу действия не отличались от старых. Что интересно, как в годы Витрувия, так и тысячу лет после него машины делаются в основном из дерева, металлические детали крайне редки. Число механизмов, используемых при их построении, остаётся одним и тем же.

В странах арабского халифата большое распространение получило ткацкое искусство. В Египте производились льняные и шерстяные ткани, и это мастерство перешло затем в Персию. Хлопок совершил обратное движение; его начали ткать в Индии, откуда он перешёл в страны Средней Азии и Египет. В Х веке хлопчатобумажные ткани из Кабула вывозили в Китай и в Персию. Центром шелкопрядения была Византия; шерстяные ковры ткали в Армении, Персии и Бухаре, причём армянские ковры считались лучшими.

Такое массовое производство тканей для рынка явилось результатом совершенствования техники прядения и ткачества. Преобразование поступательного движения во вращательное с помощью педального механизма, первоначально освоенное в гончарном производстве, вошло в конструкцию прядильного механизма, а это улучшило качество пряжи и ускорило производство.

Была усовершенствована конструкция ткацкого стана, который в античные времена (легко предположить, что незадолго до изобретения этого ткацкого механизма) представлял собой примитивную деревянную раму с простейшими механическими приспособлениями. Теперь станок с подвижными шнурами для поднятия и опускания нитей после каждого пролёта челнока был освоен ткачами Средней Азии и Ближнего Востока.

Крупнейшим учёным был руководитель Константинопольского университета (с 863 года) Лев, получивший прозвище Математика. Он изобрёл систему световой сигнализации, с помощью которой сообщалось во дворец о событиях, происходивших в государстве. Также с именем Льва связано изобретение «рычащих львов» и «поющих птиц», приводимых в движение струёй воды. Огромное значение имело применение Львом букв как арифметических символов: так он, по существу, подошёл к основам алгебры. Лев составил медицинскую энциклопедию, включавшую выписки из старых книг.

К сожалению, нашествия внешних врагов нанесли византийской культуре огромный урон. В 1204 году крестоносцы взяли Константинополь и варварски разграбили его. Хотя через 60 лет Михаилу Палеологу удалось восстановить Византийскую империю, но её экономика была подорвана, ремесло стало отставать от западноевропейского, а византийское купечество должно было уступить позиции купцам Венеции и Генуи. Вот почему византийские научно-технические достижения предшествовавшего периода приходится в значительной степени отнести к безрезультатно исчезнувшим, либо приписанным другим странам.

 

Начало прогресса в Европе

Западная Европа черпала свои технические знания из трёх источников. Первым было развитие собственной техники. Второй источник — исламские сочинения XI–XIII веков. Третий — труды византийцев, попавшие в Западную Европу несколькими путями. Сначала, в XIII веке они были привезены сюда в результате грабежа крестоносцами византийских ценностей, в том числе и культурных. В XV веке после захвата Константинополя турками многие учёные бежали на Запад, прихватив с собой своё наиболее ценное достояние — рукописи на греческом языке. Историки прямо сообщают, что эти византийские иммигранты привезли с собой в Европу целые библиотеки античных трудов!

Применение техники в Европе началось с использования водяного колеса. Оно упоминается почти во всех письменных свидетельствах VI и VII веков; видимо, новинка потрясла воображение летописателей. Затем шло постоянное внедрение колеса в практику. Например, на юге Трента и Северна (Англия) в 1086 году работали 5624 водяные мельницы, по одной приблизительно на каждые пятьдесят хозяйств. Этого, несомненно, было достаточно, чтобы коренным образом изменить условия жизни людей. Новая разновидность мельницы, приводимая в движение силой прилива, появилась на побережье Адриатического моря в 1044 году, а в Довере между 1066 и 1086 годами.

На первых порах водяное колесо, как и якобы в Древнем Риме, только мололо зерно. Но уже в XI веке кому-то пришла в голову мысль заменить рабочие органы мельницы — жернова — органами, предназначенными для выполнения другой работы. В простейшем случае на главном валу мельницы вместо цевочного колеса был жёстко закреплён кулак, он «управлял» рабочим органом. Его стали применять для самых разнообразных нужд, например на сукноваляльном производстве для отбивания сукна в воде, чтобы становилось плотнее и прочнее. Прежде валяли руками, ногами и даже палками, но теперь это стали делать силой воды, которая поднимала падающие молоты посредством кулачков, установленных на валу колеса.

В XIII веке подобные мастерские уже перестали быть редкостью. По такому же принципу в XI и XII веках стали строить кузнечные молоты и кузнечные мехи, в XIII веке появились бумажные фабрики, а в XIV — рудодробилки.

Силу воды применяли для толчения вайды (растения, дающего синюю краску) и дубовой коры. К концу XI века водяное колесо пришло в мелиорацию, в XIII — на лесопилки. Тогда же его стали использовать для затачивания ножей, а в XIV веке для волочения проволоки, растирания красок и привода токарных станков. Зодчий Виллар де Оннекур из Пикардии, о котором известно, что он занимался строительством соборов, оставил эскиз с изображением мельницы, которая вместо жерновов имела пилу, приводимую в движение с помощью шарнирного четырехзвенника.

Итак, за триста-четыреста лет реального использования, а не в фантазиях историков, водяное колесо претерпело эволюцию от устройства, пригодного исключительно для размола зерна, до универсального двигателя, повсеместно используемого в различных отраслях промышленности.

Вслед за тем и ветряные мельницы, появившиеся в Европе к концу XII века, совершили быстрый количественный и качественный прогресс. Мы писали уже, что в странах ислама ветряные мельницы встречаются уже с VII века. Но устроены они были совсем иначе, нежели европейские: к ободу горизонтального колеса с жерновом, вращавшегося на вертикальном валу, крепили лопасти. Европейская же конструкция походила на современную ветряную мельницу, её крылья отходили от горизонтального вала, вращение которого передавалось жернову парой зубчатых колес. По сути дела, это была водяная мельница Витрувия, в которой двигатель подняли наверх, и с лопастями для улавливания ветра вместо водяного колеса. Вряд ли она была простой копией восточной мельницы. Возможно, это был отклик людей, уже знакомых с водяными колесами, на рассказы, скажем, крестоносцев о том, что сарацины «запрягли ветер».

О ветряной мельнице в Европе впервые упоминается приблизительно в 1180 году в одном документе из Нормандии. До конца столетия она уже применяется от Йоркшира до Леванта. Конечно, приспособить ветряной двигатель для обслуживания каких-либо процессов, кроме мукомольного, было не так легко, но приблизительно с 1400 года она становится основой водоподъёмных работ при осушении в Нидерландах. Иногда её использовали как привод различных механизмов, например, для рудничного подъёмника в Чехии в XV веке.

Самые первые ветряные мельницы в Европе были козловыми, то есть весь корпус поворачивался на козлах для наведения колеса с лопастями на ветер. Это очень жёстко ограничивало размеры мельниц. Затем появились шатровые мельницы, в которых ходовая часть помещена в неподвижный корпус, а поворотный шатёр несёт лопасти и шестерни. Её мощность была уже в два-три раза больше, чем у козловых. По-видимому, такая мельница появилась к концу XIV века, но широкого распространения не получала вплоть до XVI века, пока голландские инженеры не усовершенствовали её, использовав все потенциальные возможности механизмов. После этого стало возможным применение её для многих производственных нужд.

 

Упряжь для скота

На протяжении многих столетий, вплоть до появления парового двигателя, только животные обеспечивали человеку скорость передвижения и перевозку грузов. Ясно, что разработка приспособлений для использования скота была очень актуальной.

Древняя упряжь была придумана для запряжки быков. Её главным элементом было ярмо, покоящееся на холке быков, — к счастью, форма бычьей шеи позволяла сделать эту упряжь весьма рациональной. Однако она не годилась для онагра (это дикий осёл), и в особенности для лошади. Шея у них неподходящая. Поэтому ярмо, когда оно лежало на холке лошади, прихватывали ремнём или хомутом вокруг шеи. По сравнению с современной упряжью, в которой хомут покоится на лопатках, эта упряжь была очень неудобной. Когда лошадь тянула повозку или плуг, ремень давил ей шею и душил, вынуждая становиться на дыбы или закидывать назад голову.

Кроме того, лошадей не умели ковать, а кожаные накопытники надевали им только на сбитые ноги. В результате по меньшей мере две трети энергии лошадей тратилось впустую. Лошадиной тягой люди пользовались только для перевозки лёгких грузов, а тяжёлые грузы продолжали перетаскивать вручную ценой неимоверных страданий.

А историки говорят, что коня широко применяли ещё во времена Древней Греции и Рима! Но ведь в те времена не было упряжи. Очень долго не было её ни для езды верхом, ни для одноконной, ни для многоконной езды; лишь в Средние века вошла в употребление рациональная и удобная упряжь.

История развития современной упряжи весьма запутана. Считается, что в Китае сумели её значительно усовершенствовать самое позднее ко II веку до н. э., введя мягкий хомут (форейтор). Он охватывал грудь лошади ниже, чем бычий, а приблизительно по середине его крепился горизонтально ременный тяж, что освобождало шею животного от давления. Но к китайским сообщениям надо вообще подходить очень осторожно, не слишком-то им доверяя.

Бóльшего доверия заслуживают сообщения, что к VII–VIII векам у народов Передней и Центральной Азии, а также Сибири вместо дышловых повозок, в которые лошадей запрягали с помощью ярма либо нагрудных и нашейных ремней, появились повозки с оглоблями и постромками. Были, наконец, изобретены и такие важные части упряжи, как хомут, состоящий из деревянного остова — клешни с подшитой под него прочной (вначале обычно войлочной) подушкой-валиком. Хомут надевался на шею лошади и крепился таким образом, чтобы не стягивать животным дыхательного горла.

Вслед за Византией и в Европе в какой-то момент вместо ярма и дышла лошадей стали запрягать в оглобли. Упряжь подобного рода появилась здесь к IX веку и скоро прочно вошла в обиход. Современная упряжь с мягким хомутом, постромками и оглоблями распространяется повсюду в этом своём окончательном виде к XII веку.

Тогда же вошли в обиход подковы (X век), прибиваемые к копытам лошадей гвоздями, ведь в античную эпоху (то есть в предшествующий период) были известны лишь защитные сандалии с металлической подошвой, надеваемые на копыта животных. Правильно подковать лошадь — непростое дело!.. В XI веке появились стремена. В XII веке подковами и стременами стали пользоваться повсеместно. Запрягание лошадей цугом тоже распространилась лишь в Средние века.

Таким образом, люди научились, наконец, полностью использовать тягловую силу животных. В итоге снизились расходы на сухопутные перевозки. Теперь на сельскохозяйственных работах малоэффективных волов можно было заменить лошадьми и ослами. Лошадь в усовершенствованной упряжи заменяла 10 человек, а хорошее водяное колесо или хорошая ветряная мельница делала работу ста человек.

 

Военная техника

Теперь перейдём к описанию военной техники. Посмотрим, что о ней сообщалось.

Итак, совершенствование лука и пращи привело к изобретению военных машин. Среди них называют катапульты, которые метали стрелы, и баллисты, метавшие камни. Движителем этих машин была упругая сила канатов, свитых из воловьих жил или из волос. Считается, что военные машины — первые приспособления, размеры которых рассчитывались, причём расчётным модулем служила величина отверстия, через которое пропускался канат. Были малые машины, метавшие камни по 0,8 кг весом, но строились и машины внушительных размеров, которые метали камни по 80–120 кг.

Китайский древнейший камнемёт представлял собой упругий шест, вкопанный в землю, к которому крепилась праща, несущая «снаряд» — камень. В Европе некое подобие такого камнемёта называлось фрондиболой.

Мощной метательной машиной для бомбардировки крепостей по высокой траектории и на значительном расстоянии был монанкомн или, по латинским источникам, онагр. В основе этого сооружения лежала очень прочная горизонтальная рама с натянутым внутри него толстым жгутом, скрученным из воловьих жил или волос. В этот канат вставлялся прочный рычаг, к свободному концу которого подвешивалась праща с камнем. Посредством особых приспособлений рычаг заводился вниз, при этом витой канат приходил в боевое положение, затем освобождённый рычаг мгновенно выпрямлялся, а находившийся в праще камень выбрасывался с большой силой.

Палинтон (баллиста) также бил навесным огнём. Это устройство имело более сложную конструкцию. Внутри двух прочных вертикальных рам, по обеим сторонам боевого желоба, имевшего наклон 45°, натягивались толстые канаты. В пучки витых канатов вставлялись прочные рычаги, свободные концы которых соединялись крепкой тетивой, ходившей вдоль боевого желоба. С помощью приспособления натягивали тетиву, при этом рычаг и канаты приводились в боевое положение. Перед тетивой помещали камень. Выстрел производился спуском тетивы: канаты принимали первоначальное положение, тетива выпрямлялась, и камень, следуя направлению боевого желоба, выбрасывался с большой силой.

Если эти устройства были рассчитаны для стрельбы камнями, то евтитон, или катапульта, предназначался для метания дротиков и громадных стрел. Устройство евтитона было близко к палинтону, однако находившийся между рамами желоб был расположен под углом не 45°, а горизонтально. Эта метательная машина использовалась для ведения настильного огня.

Метательные машины, в зависимости от их мощности и характера снарядов (каменные ядра, стрелы, зажигательные сосуды, корзины с ядовитыми змеями, заражённая падаль и т. д.), обслуживались командой от 4 до 10 механиков и их помощников. Камнемёты и тяжёлые стреломёты предназначались для разрушения не очень прочных укрытий противника, его орудий и кораблей. Лёгкие стреломёты поражали живую силу противника. Снаряд, выпущенный из метательного устройства, мог точно попадать в цель на дистанции 100–200 шагов, дальность стрельбы составляла около 300 метров. Существовали специальные прицельные приспособления и приборы для изменения траектории.

Историки утверждают, что такую технику имели древние, — китайцы, греки и римляне. Но о точно таких же устройствах сообщают средневековые источники, и что важно, только в эту эпоху для их производства были соответствующие материалы, а главное, большое количество городов, населённых ремесленниками, производителями техники. Так что здесь, скорее всего, ошибка в датировке.

Но не менее интересно, что многие военные машины в том виде, как они описаны, в реальном применении или не могли быть полезными, или попросту не могли действовать.

Например, византийский механик Деметрий Полиоркет изобрёл для осады крепостей большое количество осадных сооружений. Среди них были специальные укрытия от метательных снарядов — черепахи для земляных работ, черепахи с таранами, а также галереи, по которым можно было безопасно проходить и возвращаться с этих работ. В это можно поверить. Но самым значительным сооружением, изобретенным Полиоркетом, была гелепола, движущаяся башня пирамидальной формы на восьми больших колёсах, окованных железными шинами. Вот возможность построения такой башни представляется весьма сомнительной.

Башня была девятиэтажная, до 35 метров и выше. На каждом этаже располагались камнемёты и стреломёты, а также отряды воинов для штурма крепости. Фасад её, обращённый к неприятелю, был обшит железным листом, что предохраняло сооружение от зажигательных снарядов. Когда гелепола с помощью 3400 человек пододвигалась вплотную к крепостной стене неприятельского города, а сопротивление защитников было подавлено градом камней и стрел, с гелеполы на стены перекидывались мостки, по которым воины устремлялись на приступ.

Но если земля не ровная, нельзя ни двигать эту махину, ни управлять ею. Те, кто это описывал, не знали о трении в осях. Не случайно сегодня огромные подъёмные краны ездят по рельсам, уложенным на ровной местности. Правда, подобные устройства применялись в позднее Средневековье, но были они не столь массивными, имели железные ступицы и оси, и представляли из себя, по сути, защищённые тяжёлые штурмовые лестницы.

Наряду с динамическими военными приспособлениями, созданными для экономии человеческой силы, описаны иные приспособления, которые можно назвать кинематическими: они служили для преобразования не силы, а движения. Это своего рода автоматы, происхождение которых полагают весьма древним. Вершина военной инженерной мысли античных греков — полибола, метательная машина для горизонтальной автоматической стрельбы. В полиболе натягивание тетивы, подача стрелы и выстрел производились автоматически, с помощью бесконечной цепи, которая приводилась в движение вращением особого ворота.

Основным оружием дальнего действия и греков, и римлян служила машина, напоминающая артиллерийскую установку, в которой использовалась не сила взрывчатого вещества, а упругость скрученных верёвок. Историки утверждают, что установки подобного рода были изобретены в начале IV века до н. э. После целого ряда усовершенствований они стали бросать камень весом до 30 килограммов на расстояние 180 метров. Архимед, говорят, значительно усовершенствовал конструкцию таких механизмов. В дальнейшем пытались усовершенствовать эту «артиллерию» Ктесибий (приблизительно 100–150 до н. э.) и Фило из Византии (примерно 180 до н. э.; весьма недостоверные даты). Фило, в частности, предлагал заменить скрученные веревки бронзовыми пружинами или сжатым воздухом. Ни одна из этих попыток не увенчалась успехом, так, может быть, многие из описаний — плод труда научно-технических «фантазеров» Средних веков?..

В 1982–1983 годах журнал «Техника и Наука» провёл дискуссию, обсудив достоверность сообщений о военной технике древности. Начал дискуссию Д. Зенин (№ 5’82), объявивший военные машины античных и татаро-монгольских воинов вымыслом, затем к ней присоединились военные, историки и просто рукастые ребята, не поленившиеся собрать катапульту.

И. Старшинов, поддерживая традиционную версию истории военной техники, пишет:

«…Непонятно, что хочет сказать Д. Зенин, приводя величину импульса силы: то, что выбрасывание более тяжёлых снарядов требует и большего импульса силы, ясно и без того. Очевидно, правильная постановка вопроса будет следующей: могла ли аккумулирующая система, использованная в машине, накопить энергию, необходимую для вылета снаряда с определенной скоростью. Но этот вопрос Д. Зенин обходит молчанием. Вместе с тем в своё время П. Львовским были проведены достаточно глубокие теоретические исследования устройства торсионных машин (баллист и катапульт), на основании которых им были выведены формулы, позволяющие оценить не только дальнобойность орудий и скорость вылета снаряда из установки, но и такие характеристики, как вес и размеры этих орудий, а также силу, которую необходимо приложить для взвода устройства…

Учитывая, что знания древних по баллистике находились на довольно низком уровне, Львовский вполне резонно предположил, что основным видом стрельбы из метательных машин должна быть прямая наводка, в силу чего угол вылета снаряда из установки был, в общем, небольшим (очевидно, не более 20–25°). Приняв этот угол равным 20°, Львовский получил, что скорость вылета снаряда составляла для катапульт 44 ± 4 м/с и для баллист 65 ± 5 м/с. Соответственно дальность полёта снаряда была 100–150 м для катапульт и 230–320 м для баллист. Это, в общем, не так уж мало, особенно если учесть, что дальнобойность античного лука не превышала 100 м.

Если считать, что метательная машина взводится механизмом с передаточным отношением 1:4, и что максимальная сила, развиваемая человеком, составляет 80 кгс и непосредственно на взводе машины работают 4 человека, то получаем, что этих усилий достаточно для стрельбы катапульт, метающих снаряды весом до 30 кг, и баллист, метающих снаряды весом до 2 кг. Кроме того, более сложные передаточные устройства, а также большее количество обслуживающего персонала делает возможной эксплуатацию более мощных машин. Так что в машинах Архимеда, метавших камни весом до 80 кг, нет ничего неправдоподобного, хотя результаты, показанные ими, были для своего времени безусловно рекордными».

Подполковник П. Солонарь, отвечая, сообщает такое мнение:

«Труд, затраченный П. Львовским, бесспорно, заслуживает самого глубокого признания, но для баллист не учтён опрокидывающий момент, возникающий при соприкосновении метательного рычага с опорной балкой при выстреле, и такой важный компонент, как сопротивление воздуха снаряду. Кроме того, П. Львовский своими расчётами прежде всего доказал, что более или менее транспортабельными были весьма посредственные установки, рассчитанные на вес снаряда до 5 кг. Если бы снаряды этой массы могли поражать групповую цель, применение метательных установок было бы вполне рентабельно.

Создание же деревянного сооружений массой в 9,6 т, способного переносить ударные нагрузки, при всем уважении к гению Архимеда находится до сего времени за пределами даже наших технических возможностей.

Само использование «сложных передаточных устройств» делает систему мало пригодной для боевого использования по причине низкой надёжности. Уровень сложности техники должен соответствовать уровню подготовки обслуживающего штата.

Далее П. Солонарь высказывает сомнения в пользе метательных машин при осаде крепостей, кроме случаев использования зажигательных снарядов, и пишет:

«Применение установок в полевых сражениях более чем бесперспективно, поскольку предельная дальность стрельбы этих грозных орудий — 150–250 м — расстояние, которое лёгкая конница, рыцари и пехота пройдут за считанные минуты. Поэтому если первый залп и выведет из строя несколько бойцов противника, то второго залпа не будет, ибо, пока прислуга будет перезаряжать свои орудия, атакующие успеют подойти к противнику вплотную и вступить в рукопашную.

Обеспечение переправ при указанных расчётных дальностях стрельбы представляется бесполезным.

Защита берегов от высадки десантов могла бы иметь место, если бы обороняющимся заранее было известно точное место высадки десанта, и одного залпа установок было бы достаточно для нанесения ощутимых потерь десантно-высадочным средствам противника. Но поскольку уже первый залп выдавал бы присутствие грозного оружия, то перенос плацдарма метров на пятьсот полностью выводил бы десантников из-под обстрела.

Утверждения о хорошей обученности и большом опыте осад и штурмов, которым обладали рыцари и кнехты (активные бойцы Средневековья), не верно. Рыцари обучались в домашних условиях как единоборцы, так же подготавливались и стрелки, кнехтов никто ничему не учил.

Штурмы стали возможными только с появлением взрывчатых веществ, до этого осадное дело сводилось к разорению окрестностей и прекращению подвоза продовольствия блокированному объекту.

К сожалению, во многих средневековых трактатах, на миниатюрах и даже иконах встречаются изображения метательных машин. Они попали даже в Московский лицевой свод XV века. Но все установки выглядят, несмотря на кажущуюся достоверность, очень подозрительно. В тех же источниках содержатся куда более фантастические сведения: плавающие сапоги, колесницы с серпами, пушки, стреляющие за угол, рекомендации в морском бою обстреливать корабли противника бочками с жидким мылом, «дабы сделать палубу скользкой», и многие другие «для ратных дел пользительные предположения».

«С интересом прочитав статью Д. Зенина «Артиллерия древних: правда и вымысел» я стал размышлять, возможно ли принять на веру столь смелую гипотезу, отрицающую то, что с детских уроков истории не вызывало сомнения. Когда моё мнение стало склоняться на сторону автора статьи, я призвал на помощь знакомых и друзей. Завязался спор. Говорили много, долго спорили, но к общему мнению так и не пришли. Тогда одному из нас пришла в голову блестящая идея: на практике проверить действие грозной китайской техники, которую, по мнению историков, использовали монголо-татары при взятии русских городов.

Препятствии к опыту мы не видели, так как у нас в ту пору шла реконструкция соседнего посёлка, и материалы для эксперимента были, как говорится, под рукой. Конечно, выйные связки буйвола нам взять было неоткуда, да и женских волос в нужном количестве достать довольно сложно, но выход найти удалось. Я предложил использовать белую резину. Если с её помощью запускают планеры, то груз в 32 кг, как мне казалось, можно закинуть куда угодно.

Раму, рычаг с подвижной опорой и стопорную балку мы сколотили довольно быстро. За образец была взята катапульта из учебника истории для 5-го класса. Правда, вместо классической ложки мы сделали маленький ящичек по размерам стандартного кирпича. Не мудрствуя лукаво, определили размеры сооружения: рама — 2 х 1,5 м, П-образная рама со стопорной балкой — 1,5 м, рычаг — 2 м. Кроме рычага, все детали пилили из брёвен 0,2 х 0,2 м. Для рычага использовали доску 0,15 х 0,1 м. Три часа дружной работы, и «чудо античной и батыевой техники» было готово. Изделие получилось внушительное.

Испытания начали сразу же, но… первый амортизатор оказался слабым. Добавили еще по 5 резиновых лент. Взвели устройство, выстрелили — верх рычага улетел вместе с кирпичом метров на 25. Нарастили рычаг крюком, а кирпич положили в авоську. Приготовились ко второму выстрелу. Залп! Кирпич прорвал авоську, а рычаг сломался посередине. Пришлось ставить балку, как на раме.

Амортизатор снова нарастили. Очередной выстрел снёс вместе со скобами стопорную балку. Нам потребовался час, чтобы усилить конструкцию, но эффект был тот же, рычаг сворачивал стопорную балку, а кирпич не летел дальше 30 м. Вдобавок ко всему сооружение после каждого выстрела подпрыгивало и расшатывалось. Даже если бы оно и стреляло как следует, то сомневаюсь, что из него можно было целиться. Вот так я убедился, что спор о мощности и эффективности этих машин беспочвен».

В Западной Европе в XIII–XIV веках применялись следующие виды осадных орудий: тараны, метательные орудия (онагры, баллисты, катапульты, гигантские арбалеты и т. д.). Для разрушения зубцов крепостной стены использовали специальные крюки-разрушители (подвешенная на стояке-раме длинная жердь с крюками на конце). Для взятия крепостей применялись подвижные деревянные башни, имевшие несколько этажей с откидными мостиками, с которых перебрасывались на вражеские стены лестницы с крючьями. Использовались штурмовые лестницы — самбук. А нам говорят, что всё это было придумано античными механиками Древней Греции.

При подходе к укреплениям атакующие прикрывались переносными или передвижными (на катках или колёсах) щитами и винеями. Щиты защищали атакующих только с фронта, а винея, представлявшая собой крытый ход, — с боков и сверху. По мере продвижения винеи вперёд к ней сзади приставлялись новые звенья. Опять, считай, украли у античных механиков.

В морских сражениях участвовали вёсельные (или парусно-вёсельные) боевые корабли с заострёнными бивнями в носовой части, которыми таранили суда противника. На больших судах устанавливались также метательные механизмы, обычно швырявшие разнообразные зажигательные снаряды. Здесь, по сравнению с античностью, новое — только зажигательные снаряды.

Средневековые метательные машины строились по тем же принципам, что и античные, но менялись их типы, габариты, метаемые объекты, скорострельность. Легко понять, что какая-то часть Средневековья и была этой мифической античностью, а развитие техники шло эволюционным путем. В частности, фрондибола была той же античной метательной машиной, только снабжённой противовесом. Аркбаллиста была комбинацией мощного лука с лебёдкой для натягивания тетивы. Более тяжёлой машиной для метания стрел была бриколь; в ней использовалась упругость дерева.

Два слова о Китае. Одни историки уверяют, что китайцы к VII–Х векам самостоятельно выработали основные типы военных машин, а наибольшего расцвета в их производстве достигли в Х–XII веках, и что из Китая эти машины попали в Среднюю Азию. Другие историки говорят, что среднеазиатские страны имели метательные машины греческого происхождения, полученные из Византии.

Но этого мало: оказывается, некоторые типы камнемётов, построенные в Китае, назывались «мусульманскими»! Тут ситуация становится такой удивительной, что невольно вспоминается фраза Алисы из книжки Льюиса Кэрролла: «Чем дальше, тем страньше», — в начале XIII веке с китайской военной техникой ознакомились монголы, а в середине того же века монгольский богдыхан Хубилай начал войну с Китаем и применил против него «мусульманские» метательные машины, а затем, говорят, монголы напали и на Русь, имея китайские машины. Так кто, у кого и что заимствовал?..

Переход к огнестрельному оружию поставил перед механиками новые задачи: улучшение техники изготовления стволов, обеспечение их прочности и точности стрельбы. Само открытие пороха явилось, по-видимому, результатом деятельности техников разных стран, которые довольно долго искали что-то подобное. Так, в последней четверти VII века византийцы впервые применили «живой» или «греческий огонь».

Изобрёл его якобы сирийский мастер Каллиник в 671 году, и вплоть до XII века византийцы сохраняли в тайне секрет его изготовления. Греческий огонь включал предположительно смесь селитры, серы, нефти, смолы, канифоли и некоторых других веществ. Он не тонул и не гасился водой. На флоте для его метания использовались бочки, стеклянные и жестяные шары, а также специальные медные трубы, с помощью которых зажигательная жидкость выпускалась на корабли или войска противника в виде пылающих струй. Эти средневековые огнемёты назывались ручными сифонами, модфами, смаговницами, пламенными рогами.

«Греческий огонь» потерял свое значение лишь с появлением огнестрельного оружия, но сам, конечно, был его предтечей.

Тут опять нужно вспомнить о Китае. Считается, что почти одновременно с появлением в Византии «греческого огня» в китайском алхимическом сочинении был описан горючий состав из серы, селитры и древесного угля. К началу Х века порох в Китае не только уже изобрели, но и начали применять в военных целях. Но нам известна достоверная история, согласно которой иезуиты, пришедшие из Европы, помогали китайцам лить пушки.

Странно получается. За что не возьмись, нам говорят: «Да в Китае это уже тысячу лет назад знали». Но где последствия китайского творчества? Когда европейцы пришли в Китай, то им пришлось учить местных жителей почти всему заново.

Изобретателями пороха считали естествоиспытателя Роджера Бэкона, монаха Бертольда Шварца, а также некоторых алхимиков. Так же, как и на Востоке, в Европе в начале XIV века появляется огнестрельное оружие. Уже через несколько десятилетий англичане под предводительством короля Эдуарда III обстреляли город Кале. Одновременно огнестрельное оружие попадает и на Русь, сначала с Запада, а затем и с Востока. Соответственно тут образуются и разные военные термины: гарматы и тюфяки. Спустя сто лет на Руси уже строили свои пушки весом до 300 кг из железных полос, сваренных в полый цилиндр и скреплённых обручами.

Обработка орудийных и ружейных стволов стимулировала развитие металлообработки и подъёмной техники. Повысилась роль металла: части машин становятся не деревянными, а преимущественно металлическими.

В целом производство машин, конечно, зависело от качества материалов и от их наличия. Но дело не только в этом. Видимыми и невидимыми нитями само конструирование машин с самого начала было связано с естествознанием, математикой, искусством — со всеми направлениями развития человеческой культуры. Это достаточная причина для того, чтобы, занимаясь хронологией, анализировать все направления человеческой культуры, выискивая взаимосвязи и закономерности их совместного развития.

 

Арбалеты

В битвах Средневековья дворянской коннице противостояли городские отряды лучников, а затем арбалетчиков. Арбалет (от латинского arcaballista — лук-баллиста) появился в IX веке и получил широкое распространение, начиная с XII века. Он представлял собой ложе из крепкого дерева (обычно тиса), на одном конце которого укреплялась дуга (иногда две дуги) лука из стали. Тетиву из кручёного сухожилия или пенькового шнура натягивали при помощи специального устройства, вращая зубчатое колесо. Арбалет стрелял короткими железными стрелами или свинцовыми и каменными пулями на расстояние до 150 шагов. Пробивная способность арбалетных пуль значительно превышала таковую обычных стрел и представляла серьёзную угрозу рыцарским доспехам.

Однако сообщения о первых арбалетах в Китае относят к середине первого тысячелетия до нашей эры. В отличие от своих европейских братьев, в основной массе отличавшихся неказистым дизайном, образцы китайских арбалетов, что дожили до наших дней, несут на себе печать некоей законченности и чёткости конструкции, что сразу же внушает подозрения: для достижения такого результата изделие должно было пройти большой эволюционный путь.

Один из первых европейских арбалетов

Кроме того, развитие арбалетов в Европе — история вполне самостоятельная и не имеет отношения к Китаю, так как конструкции замков оружия абсолютно различны, да и по параметрам китайские образцы отличались от европейских. Ложа китайского арбалета в среднем была порядка 750–850 мм, луковища использовались составные, наибольшим распространением пользовались луки на основе бамбука, средняя их длина колебалась в пределах 750–1200 мм. Удивляет также, что, несмотря на большое усилие натяжения (в некоторых образцах оно достигало 360 кг), натяжные устройства как таковые отсутствовали, и китайскому арбалетчику приходилось, лёжа на спине, действовать одновременно руками и ногами, взводя свое оружие. Но наиболее примечательной деталью является спусковой механизм, который состоял всего из трёх деталей; он поражает своей цельностью и продуманностью.

Европейцы же познакомились с арбалетами в Византии, где их именовали гастрофетом, приблизительно в V–VI веках н. э., но не смогли в силу своего технического отставания воспроизвести их. В то же время известно описание гастрофета, сделанное древним греком Героном Александрийским. Мы в этом, кстати, видим подтверждение нашего предположения, что Герон — византийский мастер первых веков империи.

Вторая встреча состоялась в конце XI века, когда крестоносцы совершали свой 1-й Крестовый поход. Арбалет снова вызывал у них удивление и страх. И только в XII веке он получил широкое распространение, особенно в Англии и Франции. Уместно заметить, что на Руси арбалеты были известны раньше, в X–XI веках, о чём свидетельствует Радзивиловская летопись. Возможно, это произошло потому, что наша культура была тесно завязана на Царьград.

Применение арбалета быстро изменило тактику боя, ранее определявшуюся лучниками. В те времена техника стрельбы из лука требовала спускать тетиву от уха, а не от носа, как это делается сейчас, в связи с чем целиться, в нашем понимании данного процесса, было невозможно. Чтобы действительно научиться не просто стрелять, но и попадать, надо было регулярно и подолгу тренироваться, начиная с детства, вырабатывая в себе особое «чутьё», а к совершеннолетию выпускать в минуту до десятка стрел на расстояние порядка 200 шагов. Естественно, услуги таких стрелков обходились недёшево. С появлением же арбалета любой человек, обладая лишь элементарными навыками стрельбы, мог соревноваться в меткости с профессиональным лучником, а по поражающему действию оружия и превзойти его. Так, по некоторым данным, болт, пущенный из арбалета, с расстояния в 150 метров поражал латника и мог сбить всадника с коня на расстоянии 200 метров.

С этого момента лучники перестали быть отдельной, высокооплачиваемой кастой, и их серьёзно потеснили быстро растущие отряды арбалетчиков. Благодаря своей доступности, арбалет ещё долгое время считался «низким» оружием, недостойным благородного рыцаря, а Второй Латеранский Собор в 1139 году запретил использование арбалетов против христиан как смертоносного оружия и разрешил применять их исключительно против неверных. Однако уже около 1190 года арбалеты применялись в войсках Ричарда I Английского и Филиппа-Августа Французского, вследствие чего папа Иннокентий III возродил запрет Собора, что, впрочем, не дало особых результатов. Началось бурное развитие и совершенствование арбалетов, «золотой век» которых пришёлся на XV–XVI столетия, когда они применялись наравне с достаточно несовершенным ручным огнестрельным оружием.

Вместе с улучшением самой конструкции арбалета появлялись и новые типы конструкций. В XIV веке изобретено первое натяжное устройство — натяжной крюк, который крепился к поясу арбалетчика: для натяжения стрелы нога упиралась в стремя, стрелок приседал, зацеплял тетиву за крюк и, выпрямляясь, натягивал тетиву. Развитием идеи рычажной натяжки явилась так называемая «козья нога». В 1500 году, по указу императора Максимилиана I, который чуть не погиб на охоте от неожиданного спуска стрелы, было разработано простейшее предохранительное устройство, предотвращавшее случайный выстрел.

Около 1530 года в Италии появились маленькие арбалеты, которые можно было носить под одеждой. Правительство их запретило, а сенат Венеции назначил в 1542 году большой штраф за использование подобных видов оружия, но это не убавило им популярности, особенно среди горожан. Что касается отличий в конструкциях самих арбалетов, то здесь было всё, до чего могли додуматься пытливые умы Средневековья. Так, на некоторых моделях зажим делался поворотным, его можно было свернуть в сторону при натяжении лука. В Испании применяли баллестры, арбалеты с длинной тонкой ложей, в Италии — шнепперы, которые отличались от баллестров изогнутой между спуском и луком ложей.

Арбалет, стреляющий пулями

 

Корабельный руль и тачка

Имеются достаточно достоверные сведения о мореплавании в VIII, IX и X веках. Известно, как выглядели корабли той поры. Также мы совершенно доподлинно знаем, что в эти века не было плаваний через океаны, — потому что корабли не были к этому приспособлены, не имелось навигационных приборов и карт.

Плавания совершали преимущественно вдоль берегов. Вместо карт использовали так называемые Пейтингеровы таблицы — по сути дела не карты, а «дорожную номенклатуру», списки населённых пунктов и портов. Впервые морская карта упоминается в связи с морским походом французского короля Людовика IX в 1270 году. Но в XIV веке моряки уже регулярно стали пользоваться картами, вернее, указателями фарватеров.

Затем, надо учитывать, что отнюдь не всякое изготовленное руками человека плавсредство может выйти в открытое море. Вернее, выйти-то оно может, но вот вернётся ли обратно?.. Если корпус не выдерживает ударов волн, если мачты ломаются, а паруса рвутся, если, наконец, судном невозможно управлять — никакого мореходства быть не может.

Теперь уже не сказать, когда люди научились гнуть доски для корпуса, когда изобрели пилу и бурав, когда отработали технологию сшивания досок и балок в единый корпус. Это происходило во времена той «доисторической» истории, основные этапы которой мы показали в главе «Накопление опыта». Но есть в конструкции морских судов такие элементы, без применения которых нельзя было даже задумывать дальние плавания, причём известно время их изобретения. Мы говорим о корабельном руле.

Сначала для военных и торговых целей использовали вёсельные галеры и иные типы гребных судов. По каждому борту галеры располагался ряд вёсел, каждое длиной до 15 метров и весом 250–300 кг. Таким тяжёлым веслом гребли 6–9 человек, держась за специальные скобы на вальке. Гребцы, располагавшиеся рядом друг с другом, во время работы вставали с банок и делали несколько шагов вперёд и назад в соответствии с тактом каждого гребка. Темп гребли задавался до 22 гребков в минуту.

Руль на таких судах мало отличался от обычного гребного весла, он был лишь немного приспособлен для управления. На крупных кораблях его крепили на корме и, чтобы усилить точку опоры, снабжали рычагом, отдалённо похожим на румпель. Почти так же, с помощью широколопастного короткого весла управлял своей пирогой сидевший на корме дикарь. Иногда по обеим сторонам кормы устанавливали два широких весла. Весло опускали в воду с той стороны, в которую хотели повернуть судно.

Но это был малоэффективный способ управления, ведь весло не давало упора и легко отклонялось под ударами волн. Для мелких судов этот недостаток особого значения не имел, но по мере того, как корабли становились крупнее и крупнее, несовершенство рулевого управления выявлялось все очевиднее и ограничивало размеры строившихся судов. Попытки разрешить проблему с помощью установки нескольких рулевых вёсел не принесли никакого успеха.

При отсутствии надёжного руля корабли не могли плыть против ветра, они всегда находились во власти стихии, независимо от того, был ли движущей силой труд гребцов или парус. Гребцы были даже лучше, поскольку, подгребая больше с того или другого борта, можно было разворачивать судно. Поэтому на галерах приходилось держать много рабов. Это, конечно, сдерживало развитие торгового мореплавания, потому что весь полезный объём судна занимали гребцы и запасы продовольствия для них, и отказаться от гребцов, даже при наличии на корабле парусов, было невозможно.

Проблема управления судном была особенно актуальной для военного флота. Пока таран и абордаж были главными способами атаки, маневренность галер обеспечивала им преимущество, и ничем иным, кроме тяжёлого труда галерных рабов, нельзя было достичь этой маневренности. Положение стало изменяться только в XVI веке, когда развитие артиллерии коренным образом изменило тактику морского боя. Но даже и тогда, хотя наличие на борту множества гребцов не позволяло вооружать корабли в достаточной мере артиллерией, их продолжали использовать; даже в XVII веке мы видим морские сражения с участием вёсельных кораблей.

Однако в книге «История техники» читаем:

«До нас дошло описание знаменитого греческого корабля, построенного в III в. до н. э. Если верить сведениям, дошедшим от древнегреческих писателей, водоизмещение этого корабля было не меньше 4000 т. Судно было приспособлено для военных действий».

Но управлять подобным монстром совершенно невозможно! Такое описание — либо чистая фантазия, либо в преувеличенном виде показывает испанские галионы. В Испании в самом конце XV века смогли построить галион водоизмещением в 2 тыс. тонн и обнаружили, что такая громадина, несмотря на хорошую вместимость, не выдерживает морских походов. Идти круто к ветру, в бейдевинд, галион мог лишь с большим трудом: избыточный надводный борт ловил ветер, как парус — только этим парусом было нельзя управлять.

А руль современной конструкции появился в Византии, затем после XIII века попал в Западную Европу, где получил название наваррского руля. Руль начали прочно навешивать на ахтерштевень, являющийся продолжением киля и образующий единое целое со всем судном. Его появление резко повысило маневренность судна.

Руль устанавливали на достаточной глубине под водой, чтобы укрыть от действия волн. Теперь его можно было сделать довольно большим по размерам и строить более крупные корабли с хорошими мореходными качествами, позволявшими плавать против ветра. Усовершенствовав рулевое управление, смогли улучшить оснастку судов, и к XV веку она достигла полного совершенства. За период с XIII по XV век в развитии мореплавания было сделано больше, чем за весь прошлый период, когда, со времени появления первых парусников, навигация развилась от речного плавания лишь до каботажного мореходства вдоль побережий континентов.

Оразио Курти, заведующий отделом транспортной техники Национального музея науки и техники в Милане пишет:

«Штурвальное колесо появилось в начале XVIII века. До этого румпель поворачивали вертикальным рычагом — колдерштоком. Конец этого рычага был соединён с концом румпеля, его наклон приводил к повороту руля. На малых судах румпелем управляли непосредственно».

Только в 1492 году, спустя два-три столетия после появления в Европе современного рулевого управления (хоть ещё и без штурвального колеса), человеку удалось пересечь Атлантический океан. Не менее долгим было открытие морского пути в Индию. Три столетия подряд мощные морские державы: Италия, Испания и Португалия, соревнуясь, отправляя современные морские корабли; экспедиция за экспедицией шли на юг, пока не достигли южной оконечности Африки, пока не сумели её обогнуть, и пока Васко да Гама не нашёл, наконец, морскую дорогу до Индии.

Однако историки уверяют, будто задолго до изобретения карт, руля, морской оснастки и компаса люди просто так, без труда плавали по всему земному шару и прекрасно знали географию!

Можно ли в это поверить? Да и надо ли?

Большой шаг вперёд в развитии судоходства по внутренним водным путям был сделан с изобретением шлюзов с воротами. Начало положили шлюзы с одним створом для пропуска судов. Шлюзы с верхними и нижними воротами появились в Нидерландах в XIV веке и, по-видимому, независимо в Италии в XV веке. Как и всё остальное, в Китае шлюзы с одними воротами появились ещё до нашей эры, а шлюзы с двумя воротами — в IX или Х столетии. Но китайцы почему-то использовали их крайне редко, да, наверное, и вообще не использовали, тогда как подобные шлюзы в Европе были очень тесно связаны с решением насущных задач, они были действительно нужны, и их появление здесь вполне закономерно.

Менее крупным, но существенным изобретением этого времени была тачка, решавшая задачи местных перевозок. Китайцы, конечно, и тачку знали ещё с начала нашей эры, а в «отсталой» Европе она появилась только в XIII веке. Но ведь очевидно, что механизм или машина с тем или иным двигателем, пусть даже таковым выступает человек, нужна лишь тогда, когда есть достаточно работы, чтобы сделать применение механизма экономически выгодным. Появление морского судна, перевозящего грузы, равные по весу грузу каравана из тысячи верблюдов, сделало изобретение тачки неизбежным. Новые транспортные средства позволили в Средние века доставлять грузы в порт к кораблю, или наоборот, а также возить зерно на центральную водяную мельницу, или лес на крупную лесопилку.

Иначе говоря, не то что в Древнем мире, но и в раннее Средневековье не было задач для машин с двигателями, даже для тачки. Тогда всё было более мелких масштабов, что исключало почти полностью возможность их использования.

 

Механические часы оказались самым сложным механизмом, созданным в Средние века. И так же, как во всех других случаях, появление и совершенствование этого механизма, с одной стороны, были вызваны потребностями общества, а с другой — сами инициировали развитие науки и общественный прогресс.

Надежные часы были нужны прежде всего церкви, для уточнения и унификации времени богослужения. Сначала с этой задачей более или менее успешно справлялись солнечные часы, со временем их заменили башенные с боем, — поэтому есть основания предполагать, что первые часовые механизмы не имели циферблата, а имели один только бой, обозначая звуком наступление определенного часа.

Но и в светских делах требовалось знать точное время! Показательно в этом смысле разрешение, которое королевский наместник в Артуа (Франция) дал в 1355 году жителям городка Эр-сюр-ля-Лис: он разрешил воздвигнуть городскую колокольню, чтобы ее колокола отбивали не церковные часы, а время коммерческих сделок и работы суконщиков. Время нужно было знать и в мануфактурах, в которых результат работы зависел от точного соблюдения продолжительности отдельных технологических процессов.

Но, скажем прямо, во всех перечисленных случаях можно было обойтись без механических часов. Хватило бы тех, что уже были: солнечных, песочных или водяных.

А вот развитие торговли без механических часов обойтись не могло, ведь значительное расширение морских торговых связей требовало более точных методов навигации. Когда морские суда плавали в Средиземном море или с севера на юг вдоль побережий, то определение широты, дополняемое исчислением по лагу, позволяло определять местонахождение морского судна с достаточной точностью. Широту местности определяли с помощью астрономии; но долготу с помощью астрономического расчета определить невозможно, необходимая для этого точность измерений была недостижимой даже в XVIII веке. И только имея часы, настроенные на время в некой известной точке Земли, можно было, сравнивая его со временем на судне, рассчитать долготу местности. А время на судне определяли по солнцу и звездам.

Производство часов, даже таких крупных и несовершенных, какими были первые образцы, требовало гораздо более высокой точности изготовления, чем все прежние машины. Говорят, что современное машиностроение есть детище, родившееся от «брака» тонкого мастерства часовщика с техникой тяжелого машиностроения, применявшейся строителями мельниц и других мощных двигателей.

Как же узнавали время до появления механических часов?

 

Солнечные часы

Несомненно, самым распространенным хронометрическим прибором были солнечные часы, основанные на кажущемся суточном, а иногда и годовом движении Солнца. Появились такие часы не раньше осознания человеком взаимосвязи между длиной и положением тени от тех или иных предметов, и положением Солнца на небе. Но даже осознав это всё, вряд ли кто-то сразу бросился строить часы; надо было еще понять, что такое время. Ведь и теперь еще бродят кое-где по Земле первобытные племена, прекрасно знающие, что такое тень, но обходящиеся, тем не менее, без часов. Нужды нет.

Известно, что в своем первоначальном виде такие часы имели форму обелиска, но точная дата их возникновения неизвестна. А кстати, их могли изобрести несколько раз в разных местах.

Самые благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имеет Египет, поэтому более достоверным представляется мнение, что первые солнечные часы — гномон, вертикальный обелиск со шкалой, нанесенной на землю возле него, — появились именно здесь. Обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца. Эти священные обелиски стояли, как правило, перед входами в храмы. Интересно, что традицию устанавливать солнечные часы у храмов можно проследить и в Европе вплоть до XIX века. А вот в России не всегда солнечно, поэтому у нас собирают верующих в храм боем колоколов.

До сих пор сохранился египетский обелиск высотой в 34 метра. Считается, что он в царствование Августа был перевезен из Египта в Рим и по указанию императора установлен на Марсовом поле, а руководил этой операцией математик Факундус Новус. Гномон поставили в центре специальной панели, на которой расчертили циферблат; часовые линии были выложены из бронзовых металлических частей. По словам Плиния Старшего, обелиск служил для определения времени года и долготы дня. Он простоял несколько веков, но в эпоху упадка Древнего Рима был сброшен и надолго забыт. В 1463 году его опять нашли, но только в 1792 году вновь установили на площади Монтечиторио в Риме, где он стоит и поныне.

В Египте помимо обелисков были созданы и другие конструкции солнечных часов. Например, состоящие из горизонтальной части — линейки с хронометрической шкалой длиной около 30 см, и перпендикулярного ей «плеча», отбрасывающего тень на шкалу. Еще тут были ступенчатые часы с двумя наклонными поверхностями, ориентированными по оси восток-запад, и разделенными на ступени. При восходе Солнца тень падала на край верхней ступеньки одной из этих поверхностей, восточной, затем постепенно опускалась, а к полудню исчезала. После полудня тень снова появлялась в нижней части западной поверхности, откуда она поднималась до тех пор, пока при заходе Солнца не касалась грани верхней ступеньки. У таких часов время определялось длиной, а не направлением тени.

Измерение времени длиной тени кое-где сохранилось до позднего Средневековья. Врач и географ Паоло Тосканелли построил в 1468–1482 годах на костеле св. Марии де Фиоре во Флоренции гномон высотой 84,5 метра, с помощью которого удавалось измерять с полусекундной точностью местный полдень. С помощью этого гномона Тосканелли уточнил данные астрономических таблиц.

Были другие солнечные часы, со шкалой для определения времени по направлению отбрасываемой тени, хоть и появились они, наверное, позже. Для правильного показания времени верхняя линия шкалы была горизонтальной, и шкала составляла прямой угол с плоскостью местного меридиана. Поскольку компас еще не был известен, для правильной установки часов приходилось вести наблюдения за моментами солнцестояний или равноденствиями.

На древних солнечных часах деления наносили, исходя из практического опыта, потом — на основе теоретического расчета, правда, неверного. Египтяне знали, что тень, отбрасываемая гномоном, различна в зависимости от времени года, но разница не учитывалась. Абсолютно точное время здешние гномоны показывали лишь дважды в год: в дни весеннего и осеннего равноденствия. Поэтому позже, чтобы улучшить результат, стали строить солнечные часы с особыми шкалами для разных месяцев.

При кажущейся простоте в ходе разработки теоретических основ науки о часах, гномоники, возникали и решались математические задачи о трисекции угла, о конических сечениях, о стереографической проекции и т. д. Решение этих задач на мусульманском Востоке привело к обоснованию и применению в практике формул прямолинейной и сферической тригонометрии. Создание солнечных, водяных, песочных часов способствовало развитию точной механики, а она, в свою очередь, была связующим звеном между приборостроением и опытной наукой.

Из Египта знания о солнечных часах стали распространяться по всему миру. И здесь можно привести два соображения, хронологическое и общеисторическое.

Во-первых, тот факт, что теоретическое обоснование для солнечных часов делали в мусульманских странах, говорит нам, что эта история происходила позже как минимум VII века, ибо раньше не было еще не только мусульманских стран, но и вообще мусульман.

Во-вторых, подобные научно-технические разработки могут вести только народы, имеющие для этого и подготовленных людей, и средства, и потребность в измерении времени. Достоверная история Византийской империи и отдельных ее территорий, в отличие от мифической истории Древнего Китая, показывает, что процесс научно-технического развития, при всех его зигзагах и завихрениях, имеет эволюционный и международный характер.

Византия среди всех стран достигла высокого уровня развития техники. Арабы учились у византийцев многому, в том числе и конструированию и изготовлению различных видов солнечных часов.

А в самой Византии были весьма распространены настенные вертикальные солнечные часы. Они имелись на стенах церквей и общественных зданий и были примерно такого же типа, как на стенах Башни ветров в Афинах и на стене византийской церкви, построенной на месте языческого храма Грация. На циферблате для обозначения часов впервые появляются числа.

Свидетельства о наличии в Константинополе часов как прибора времени историки находят в документах, отнесенных ими к VI веку, но, к сожалению, без какого-либо пояснения их устройства. На основании эпиграммы, относящейся ко времени царствования Юстина II (565–578), византиевед Рейске заключает, что уже в VI веке у византийских греков были часы с боем, по крайней мере, большие городские. Датировка такого сообщения требует дополнительной проверки и больших размышлений.

В «Уставе» Константина Багрянородного (911–959) упоминается профессия часовщика. Здесь же говорится о наличии в империи специальных людей, отбивавших часы церковных служб и молитв. Предполагается, что во дворце отбивание часов необходимо было не столько для молитв и церковных собраний, сколько для обозначения времени собраний воинов, открытия и закрытия дворца, смены стражи и других действий, совершающихся регулярно.

Однако учтем, что при господстве аграрного строя и ремесленной техники (будь то в Древнем мире или в Средние века) не было нужды делить время на мелкие отрезки и точно их измерять, как теперь. Люди определяли время по естественному движению Солнца, по длинным летним дням и коротким зимним, которые одинаково делили на 12 часов, а потому летние и зимние часы были разными.

Подчеркнем это особо: под влиянием изменяющегося наклона Солнца изменялась в течение года длина дневных и ночных часов. Согласовывать час, который показывают приборы с равномерной шкалой (водяные, огневые, песочные и механические часы) с длительностью часа солнечных часов — труднейшая проблема.

Более поздние солнечные часы получили криволинейные шкалы, что устранило этот недостаток. Такими часами со сложными шкалами, рассчитанными для квартальных или месячных интервалов, пользовались примерно до XV века. Также до конца XIV века в Центральной Европе были весьма распространены настенные вертикальные солнечные часы с горизонтальной теневой штангой, перенятой первоначально из Египта. Но в Египте, благодаря сравнительно малой удаленности от экватора, время определялось с приемлемой степенью точности, а в Греции, Италии или Чехии эта точность была значительно хуже.

Разновидность экваториальных часов — аналемматические солнечные часы, стрелка которых направлена перпендикулярно плоскости часовой шкалы, но эта шкала лежит не в плоскости, параллельной экватору, а в горизонтальной плоскости, например непосредственно на земле.

Если бы нам понадобилось измерять этими часами время, то надо было бы вынести часовую шкалу на эллиптическую кривую и при этом одновременно изменять положение стрелки в меридиональной плоскости применительно к сезону года. Описание таких часов появилось в астрономических трудах XVI века, но детальными измерениями с помощью этих часов стал заниматься лишь в середине XVIII века астроном и директор Парижской обсерватории Джозеф Джером Лаланд.

Стало возможным ввести равномерное время для всего года, причем отрезки, соответствующие часам, были одинаковой длины независимо от изменяющейся высоты Солнца. Одним из первых упоминаний о часах с полуосью является рукопись Теодорика Руффи от 1447 года. Некоторые солнечные часы того времени имели одновременно гномон и полуось; они описаны в рукописи арабского астронома XV века Сибт-аль-Маридини; аналогичные часы построил примерно в то же время египетский астроном Ибн-аль-Магди.

Прогресс, которым ознаменовалась наука в эпоху Возрождения, отразился и на конструкции солнечных часов. Сравнительно быстро, примерно за 130 лет, прежние несовершенные часы превратились в весьма точные для своего времени хронометрические приборы, которыми можно было измерять время в любом месте Земного шара. Для правильной установки часов стали использовать компас.

Один из первых создателей солнечных часов с корректирующим компасом — астроном и математик Региомонтан, настоящее имя которого Йоганнес Мюллер (1436–1476), известный также как Жоан де Монте Регио, работавший в середине XV века в Нюрнберге. Он был также автором первого специального труда о солнечных часах.

Солнечные портативные часы

Первое описание таких часов, в виде перстня с печатью, содержится в книге врача Боне, изданной в Париже в 1500 году.

Одной из самых популярных разновидностей дорожных солнечных часов были так называемые пластинчатые часы. Первые экземпляры появились в Европе в 1451–1463 годах. Обычно они состояли из двух, а иногда из трех одинаковых по величине четырехгранных прямоугольных пластинок, соединенных подвесками, причем в нижней пластинке обязательно должен был находиться компас.

Имеется описание деревянных восьмигранных палок с металлическим острием длиной 160 см, и с вырезанными часовыми шкалами. Это — дорожные солнечные часы (ашадах), которыми пользовались в Средние века индийские паломники. В ручке такой палки просверливали обычно четыре сквозные отверстия, в которые над шкалой для соответствующего месяца вдвигался стержень длиной около 15 см так, чтобы его острие при вертикальном положении палки отбрасывало тень на шкалу. На палке должно было быть 12 шкал. Поскольку для дней, удаленных от солнцестояния на одинаковое время, действовали одинаковые условия, то достаточно было иметь 8 шкал. Наименование ашадах эти часы получили по тому сезону (июнь — июль), в котором совершались паломничества.

С начала XVI века теорию солнечных часов начали преподавать в университетах Виттенберга, Тюбингена, Ингольдштадта, в Праге и в Штирском Градце как составную часть математики.

Примерно в это же время появились оконные солнечные часы. Они были вертикальными, их циферблатом была поверхность окна храма или ратуши. Циферблат обычно состоял из мозаичной филенки, залитой свинцом. Стрелка отбрасывала тень на циферблат, устроенный так, чтобы конец тени указывал не только часы, но и положение Солнца в зодиаке. Прозрачная шкала позволяла наблюдать время, не выходя из здания.

Были и зеркальные солнечные часы, которые отражали солнечный луч зеркалом на циферблат, расположенный на стене дома. Первым такие часы описал Й. Б. Бенедиктус в книге, изданной в Турине в 1574 году. По некоторым сведениям, конструированием зеркальных часов занимался будто бы и Николай Коперник, чему можно поверить, ибо до сих пор сохранился циферблат зеркальных часов на замке в Ольштыне, предположительно его работы.

С точностью солнечных часов не могли сравниться механические до того, как в них стали применять маятниковый осциллятор. Но и после его появления солнечные часы сохраняли свою популярность. Наибольшего расцвета их производство достигло в XVI и XVII веках; их созданием занимались передовые европейские математики и астрономы. К тому же они очень долго оставались обязательной принадлежностью всех обсерваторий. Еще и в XVIII веке их строили в астрономических обсерваториях стран Востока, например в Индии. Яи Синг II, князь Джайпура, основав в 1708–1710 годах большую обсерваторию в Дилли, поставил там гномон высотой 18 метров. Вскоре после этого он приказал построить подобные часы в Бенаресе, Муттрже, Уйгаине и в Джайпуре.

Но люди изыскивали и примитивные способы измерения времени с помощью Солнца; иногда единственным пособием для этого была человеческая рука. Первые сообщения о таких «часах» относятся к началу XVI века. Левую руку поворачивали ладонью вверх и ее направленный вверх большой палец выполнял роль теневой стрелки. В зависимости от длины этой тени в сравнении с остальными пальцами руки можно было примерно определить время. Этот простой способ измерения времени во Франции, Южной Германии и некоторых других местах был хорошо известен даже в XIX веке.

 

Определение времени по положению звезд

Как уже сказано, в дальних морских плаваниях определение времени было очень важным делом; без этого нельзя понять, где находится судно. Водяные или песочные часы надо постоянно корректировать, но как? При помощи солнечных часов, какого бы совершенства они ни достигли, делать это в условиях качки и постоянных разворотов невозможно.

Оставалось использовать для определения времени «естественные часы» — звездное небо. Можно предположить, что очень долго это делали «вручную» люди, обладающие громадным опытом. Но развитие мореплавания шло быстро, требовались приборы. А поскольку первыми реальными мореходами были не мифические аргонавты, а моряки-византийцы и арабы, совершавшие плавания по Красному и Аравийскому морям в Индию, естественно, что их ученые и занялись этим вопросом.

Важнейший прибор, созданный ими — астролябия. Этот угломерный прибор служил до XVIII века для определения широт и долгот в астрономии, а также горизонтальных углов при землемерных работах. До наших дней дошел трактат об астролябии, написанный византийским ученым Филопоном (он же Иоанн Грамматик) в 625 году. Примерно в это же время трактат на ту же тему написал сириец Себохта, а Сирия входила в состав Византийской империи. Первым из мусульманских ученых составил трактат по астролябии перс Ал Фазар (умер ок. 777 года).

Между тем изобрел астролябию, как полагают, древний грек, астроном Гиппарх в 150 году до н. э., то есть за 775 лет до того, как Филопон взялся писать об этом приборе первый известный нам трактат. Вообще Гиппарху (якобы ок. 180 или 190–125 до н. э.), чьё имя означает Конный Начальник, приписывают изобретения, которые могли быть реализованы лишь в VI–VII, а в некоторых случаях даже в XV веке. Например, он определял долготы, наблюдая одно и то же лунное или солнечное затмение из разных по долготе мест. Для этого ему надо было бы иметь представление о сквозном времени, то есть использовать механические часы, синхронизированные для всех наблюдателей.

По «линиям веков» синусоиды А. М. Жабинского время его жизни совпадает с XVI веком. Мы по этому поводу можем сказать лишь одно: именно в XVI веке средневековые ученые, используя нумерологические приемы, рассчитывали хронологию человеческой истории. По их версии некий Гиппарх оказался астрономом II века до н. э. Кто, когда и по какой причине приписал именно ему многие изобретения Средних веков и эпохи Возрождения, теперь сказать нельзя, равно как и назвать имя истинного изобретателя астролябии.

Такие же точно соображения можно привести по поводу многих так называемых древнегреческих ученых. Это византийцы VI–XII веков, действительные изобретатели многих полезных вещей, чьи прозвища мифологизировались, а даты жизни много позже были сильно удревлены. Вдобавок «сочинители» истории приписали этим ученым открытия более позднего времени.

Судите сами: Птоломей Клавдий (ок. 90 — ок. 160 н. э.) знал о Восточной Африке до 16,5 градусов ю.ш., об Индокитае и Восточном Китае, о Британских островах и Балтийском море. И это за полтора тысячелетия до широкого мореплавания, до появления компаса, корабельного руля и механических часов!

Так вот, Птолемей тоже изобрел медную астролябию, а пользоваться ею стали почему-то лишь с XVI века. А нам интересно, что по синусоиде А. М. Жабинского и Гиппарх и Птолемей, разделенные тремя веками, оказались все же на одной «линии веков» № 8, соответствующей XVI веку реальной истории, и оба изобрели разновидности астролябии такого высокого технического уровня, который был доступен как раз в этом веке. Поэтому затвердим раз и навсегда: упоминаемые в традиционной истории Гиппарх и Птолемей — литературные персонажи, и если даже астролябию изобрели люди с такими прозвищами, то были они византийцами, жили не ранее V века, а их изобретение не могло быть столь совершенным, как то утверждается историками.

Кстати вспомним Герона Александрийского, увлечение которого механикой не привело ни к чему, кроме создания игрушек.

В отличие от мифической древнегреческой истории, в Византии развитие военной техники и реальное создание астролябии и часов способствовали совершенствованию механического искусства. Показателен здесь пример выдающегося византийского ученого Льва Философа (IX век). Его исследования касались главным образом математики, практической механики и прикладного естествознания. Он тоже увлекался игрушками, используя механику, в частности, для устройства весьма сложных автоматически действующих фигур и подъемных механизмов для императорского дворца. Но ведь в это время создавалась и серьезная техника!..

В Средние века бронзовые астролябии, имевшие основание в виде круглой плиты, разделенной на 360°, обычно вкладывали в пакеты с астрономическими таблицами или картами земной поверхности, составленными для различных географических широт. Астролябию дополняла звездная карта со знаками зодиака.

Самый старый и наиболее долго употреблявшийся звездный каталог называют каталогом Гиппарха: в нем имелись данные о движении 1022 звезд, а средняя погрешность достигала четырех минут. Западноевропейцы долгое время пользовались так называемыми Толедскими таблицами Альфонса, названными так по имени испанского короля Альфонса X, который поручил составить их в 1252 году. Прусские планетарные таблицы, изданные в 1551 году Эразмом Рейнгольдом, были созданы ради уточнения данных этих таблиц. Однако наибольшей точности достиг в своем звездном каталоге Тихо Браге; в нем упоминалось лишь 997 звезд, но средняя погрешность не превышала одной дуговой минуты.

В первой половине XVI века распространилось в Европе строительство «армиллярных» сфер, состоящих из системы кругов. Эти круги изображали экватор, меридианы, тропики, высотные круги и эклиптику со знаками зодиака, мировой оси, траекторий и положений Солнца и Луны и т. п. Как правило, армиллярные сферы имели лунные календари и схему расположения планет и служили для демонстрации положений созвездий и планет в определенный момент времени в различных координатных системах. Существовали и наблюдательные армиллярные сферы, предназначенные для измерения, однако они были весьма редкими, и сохранилось их очень мало. Эти приборы так и не заменили астролябию; считается, что единственным изготовителем их был Тихо Браге.

 

Наука о часах и развитие математики

С астрономии и науки о часах — гномоники, начинается история науки вообще, а в частности развитие теории астрономических инструментов. Изучая движение солнечной тени, отбрасываемой гномоном, греки Византии и Египта заложили начала тригонометрии; затем ее тщательно разрабатывали индусы, а потом арабы.

Гиппарх, — византийский грек, как мы показали, ввел только одну тригонометрическую величину: хорду дуги, и дал в качестве тригонометрического пособия таблицу хорд. Она содержала величины хорд, соответствующие углам в круге в частях радиуса, но их было трудно вычислять. Исходными для Гиппарха были хорды в 120, 90, 42, 60 и 36°. Затем Птолемей с большой точностью определил хорды всех углов, последовательно возрастающих на полградуса.

Если византийцы за меру угла принимали хорду, то в средневековой Индии стали прибегать к другим тригонометрическим величинам. Созидательная работа индусов в области гномоники приходится на период до XII века. Индийские математики впервые ввели в употребление половину хорды — синус. Кроме линий синуса, они пользовались линией косинуса и линией синуса-верзуса, что есть разность между радиусом и линией косинуса.

В трактате «Сурья-сиддхант», как и в других «сиддхантах», гномон и его тень фигурируют во многих тригонометрических задачах. Постепенно были сформулированы правила гномоники для определения теней по высоте Солнца и обратное правило — определение высоты Солнца по тени гномона и т. д.; увеличивалось количество введенных в рассмотрение зависимостей между тригонометрическими величинами. Это было актуально для нахождения высоты и азимута Солнца, в зависимости от которых в течение каждого дня определялось время и изменения соответствия между ночными и дневными часами. Именно для нахождения по тем или иным данным высоты Солнца, продолжительности дня и ночи перечислялась последовательность арифметических действий над синусами, синусами-верзусами и радиусом.

В трактате «Сурья-сиддханта» можно найти, хотя и в словесном выражении, теорему косинусов сферической тригонометрии, использованную для определения высоты Солнца.

В VIII–XI веках индийская тригонометрия попадает к арабам.

В 772 году в Багдад ко двору халифа аль-Мансура прибыл один индийский астроном и принес с собой астрономические таблицы. Эти таблицы, содержавшие важную индийскую таблицу синусов, были вскоре по приказанию халифа переведены на арабский язык и приобрели среди здешних ученых большую популярность под названием «сиддхант». Ученые стран ислама, заменив хорды Птолемея синусами и опираясь на вычислительные приемы «Альмагеста» и правила индийской гномоники, ввели в математику остальные тригонометрические функции (тангенс, котангенс, секанс и косеканс).

В это время перенятое у византийцев искусство изготовления угломерных инструментов, различных видов водяных и солнечных часов и других приборов было доведено мусульманскими учеными и мастерами до большого совершенства. Так благодаря применению тригонометрии к решению задач гномоники она из искусства превратилась в подлинную науку.

В Европе интерес к науке гномонике был вызван переходом в конце XIV веке на новый счет времени, основанный на равных ночных и дневных часах. Возникла потребность приспособить устройство солнечных часов к этому счету времени. Развитию науки в этом направлении способствовал перевод на латинский язык руководства по гномонике Абу-Али ал Хасана. Последний был пионером в разработке теории и практики создания солнечных часов, ориентированных на измерение равных часов. Работы этого арабского ученого XIII века были хорошо известны в Западной Европе.

 

Водяные часы

Солнечные часы были простым и надежным указателем времени, но страдали некоторыми серьезными недостатками: их работа зависела от погоды и была ограничена временем между восходом и заходом Солнца. Нет сомнений, что из-за этого ученые стали изыскивать иные пути измерения времени, не связанные с наблюдением небесных тел. Также понятно, что новые приборы измерения времени должны были принципиально отличаться от солнечных часов.

Единица времени для солнечных часов выводилась из вращения Земли и ее движения вокруг Солнца; для звездных — из видимого движения звезд. Новые хронометрические приборы (жидкостные, песочные, воздушные, огневые и др.) имели искусственный эталон единицы времени в виде его интервала, необходимого для вытекания, втекания или сгорания определенного количества вещества.

Подобно солнечным часам, эта группа простейших часов прошла долгий путь развития, сопровождавшийся открытием интересных принципов действия и конструктивных элементов. Ведь измерение времени с помощью часов «втечения» или «истечения» было довольно трудным делом: они должны были иметь много шкал или специальных устройств для регулирования поступления или истечения воды. Некоторые из них, например зубчатые передачи, ролики, цепные подвески и гири, нашли применение в последующей эре хронометрии — эре механических часов.

Водяные часы заняли после солнечных второе место по количеству и были самыми важными в этой группе простейших часов.

В литературе часто говорится о них, как о «клепсидрах». Это наименование происходит от сочетания двух греческих слов klepto — брать, и udor — вода. Многие, судя по греческому наименованию, ошибочно считают, что именно в Греции они были придуманы. Однако дело обстоит не так: в примитивном виде водяные часы были известны уже египтянам, у которых сохранились, по всей вероятности, самые старые водяные часы в мире. Они были обнаружены в 1940 году в храме Аммона в восточных Фебах, а сейчас хранятся в музее Каира. На внутренней поверхности их алебастрового корпуса наколами обозначено 12 часовых шкал для измерения времени в соответствующих месяцах. Помните, что солнечные часы дают разную длительность часов в разные месяцы? Это и было учтено в египетских водяных часах. Сосуд заполняли до самого верха водой, которая затем вытекала через небольшое придонное отверстие.

Однако есть и загадка. Дело в том, что самой существенной проблемой при создании таких часов была отработка такой формы сосуда, которая обеспечивала бы истечение воды с равномерным понижением уровня. Так вот, упомянутые египетские часы уже давали достаточную равномерность понижения уровня, хоть и с некоторой ошибкой. Это наводит на мысль, что они хоть и древнейшие из известных, но все же не первые.

В античной Греции водяные часы применяли для регламентации времени, представляемого ораторам во время судебных процессов. Эти часы были, по существу, большими амфорами, внутренняя поверхность которых имела форму, образованную вращением параболы или эллипсоида, что опять показывает их позднее происхождение: ведь установить зависимость скорости истечения от высоты столба воды и формы сосуда смогли только в Средние века.

Амфора высотой около 1 метра и шириной несколько более 40 сантиметров вмещала около 100 литров воды. При диаметре отверстия истечения в 1,4 мм требовалось почти 10 часов на полное опорожнение сосуда. В воде находился поплавок с прикрепленным к нему длинным стержнем, выступавшем над краем сосуда. На стержне была выгравирована шкала. Время, истекшее после начала истечения воды, указывалось на этой шкале. Поплавок опускался в амфоре равномерно, поскольку уменьшение скорости истечения компенсировалось уменьшающимся внутренним диаметром сосуда.

То, что клепсидра не зависела от света Солнца, сделало из водяных часов прибор, пригодный для непрерывного измерения времени и днем, и ночью. К тому же стало возможным развивать некоторые механические элементы. Началось соревнование конструкторов в изобретении остроумных гидравлико-пневматических механизмов: для звуковой сигнализации о времени, для освещения часов ночью; такие элементы можно найти у целого ряда водяных часов арабского происхождения. В руках одаренных воображением мастеров возникли выдающиеся произведения, отличающиеся высокой художественной ценностью и оригинальной функциональностью.

Поистине легендарной фигурой среди мастеров по изготовлению «клепсидр» считается известный греческий механик Ктесибий Александрийский, живший примерно за 150 лет до н. э. Римлянин Витрувий даже называет его изобретателем водяных часов.

Сохранились сообщения о двух изготовленных Ктесибием часах, которые ввиду своих особых достоинств заслуживают хотя бы краткого описания. В часах, приводимых в действие водяным колесом, Ктесибий использовал передачу сил и движения зубчатым механизмом, проект которого теоретически наметил еще Аристотель (якобы в IV веке до н. э.). Зубчатая передача соединяла ведущий механизм со шкалой, расположенной на цилиндрической поверхности поворотной колонны и разделенной вертикальными прямыми на четыре основных поля. Система из 24 наклонных линий образовывала, собственно говоря, часовую шкалу для измерения планетных часов. Колонна со шкалой, приводимая водяным колесом, вращаясь вокруг своей оси, совершала один оборот в год. Поэтому и камеры водяного колеса в нижней части часов заполнялись водой медленно, причем вода подавалась в небольшом количестве по особому трубопроводу. Статуэтка со стрелкой двигалась с помощью специального поплавкового механизма, управляемого другой статуэткой, находящейся на другой стороне часов. Слезы — водяные капли, — капающие из глаз статуэтки, накапливались в сборники-подставки, откуда через трубопровод текли в поплавковую камеру стрелочного механизма. Кроме того, эти часы имели еще специальное устройство, которое через определенные интервалы выбрасывало на чашку мелкие камешки; это было звуковой сигнализацией.

Вторые часы Ктесибия отличались от первых тем, что их стрелка в верхней части с циферблатом управлялась поплавком, подвешенным на цепи, навернутой вокруг вала стрелочного указателя. Лунный календарь с зодиаком в нижней части часов тоже приводился в движение водяным колесом, камеры которого были закреплены непосредственно на задней стороне зодиаковой плиты.

По синусоиде А. М. Жабинского время этих изобретений приходится на линию № 8, реальный XVI век. И в самом деле, такие часы были сделаны и описаны в сочинении «De solaribus horologies», изданном в Париже в 1560 году.

К произведениям высшего художественного творчества бесспорно относятся бронзовые водяные часы, изготовленные в период 799–807 годов, которые Гарун-аль-Рашид послал в подарок Карлу Великому. Эти часы с богатыми орнаментальными украшениями имели циферблат, и каждый час провозглашали звуковым ударом металлического шара, который выскакивал из часов на декоративную решетку, а в полдень в часах открывались ворота и из них выезжали рыцари. Подобная техника автоматических движущихся фигур была развита в Европе много позднее — в период готики, со второй половины XII века. А кстати рыцари, как сословие, со всеми присущими им атрибутами, появились не раньше XI века.

В Индии водяные часы назывались «яла-янтра». Это были преимущественно часы «истечения» с небольшим отверстием в дне. При восходе Солнца их заполняли водой, которая затем вытекала, так что до вечера процесс заполнения и истечения воды повторялся пять-шесть раз.

Арабский инженер Аль-Язари написал в 1206 году книгу, в которой описал различные механизмы. В шести из десяти глав книги он описывает водяные часы с различными фигурными элементами, а в остальных главах знакомит читателей с некоторыми видами огневых свечных часов. Аль-Язари предпочитал фигурное изображение времени, в отличие от последующих конструкторов, которые перешли на цифровые индикаторы. Указательный механизм водяных часов Аль-Язари состоял из скульптурных изображений четырех павлинов: старый павлин, два молодых павлина и над ними пава. Эта фигурная часть дополнялась сверху 15 стеклянными шарами.

Как же работал механизм управления павлинами? Вода вытекает из бака в сосуд, закрепленный в подвеске так, чтобы после его наполнения он в определенный момент опрокинулся, причем его содержимое переливалось бы в нижнюю ванну и текло бы оттуда на лопасти водяного колеса. Водяное колесо приводит в движение передаточный механизм, соединенный с павлином, и он начинает свое движение. От воды действует и звуковой механизм флейт, и приводное устройство молодых павлинов. Водяное колесо отклоняет с помощью тяг павлинов от их первоначальных положений, а вода, вытекающая из ванны под водяным колесом в нижний бак, выжимает из него воздух на язычок флейт.

Это описание дает представление об остроумии авторов и сложности приборов, которые арабский мир знал намного раньше, чем подобные элементы появились в Европе.

 

Огневые часы

Помимо солнечных и водяных, с начала XIII века появились и первые огневые, или свечные часы. Это тонкие свечи длиной около метра с нанесенной по всей длине шкалой. Они сравнительно точно показывали время, а в ночные часы еще и освещали жилища церковных и светских сановников, в том числе таких правителей, какими были в середине XIII века Людовик Святой, а в XIV веке — Карл V. К боковым сторонам свечи иногда прикрепляли металлические штырьки, которые по мере выгорания и таяния воска падали, и их удар по металлической чашке подсвечника был своего рода звуковой сигнализацией времени.

В течение целых столетий также и растительное масло служило людям не только для питания, но и в качестве светильного материала, и как основа для масляных лампадных часов. Как правило, это бывали простые лампады с открытой фитильной горелкой и со стеклянной колбой для масла, снабженной часовой шкалой. Объем колбы подбирали так, чтобы ее содержимого хватило для непрерывного свечения между 6 часами вечера и 8 часами утра. Толщиной и длиной горящего фитиля регулировали величину пламени и расход масла так, чтобы понижение уровня масла в колбе соответствовало нанесенным на нее обозначениям времени.

Первоначальные цилиндрические или слегка выпуклые стеклянные сосудики под масло были источником некоторой погрешности в измерении времени. Дело в том, что вечером из-за более высокого уровня масла его давление вызывало более быстрое выгорание, чем ближе к утру. Поэтому лампадные часы более позднего происхождения имели стеклянную колбу в виде расширенной кверху груши, чтобы таким образом хотя бы частично выровнять скорость сгорания масла и обеспечить точность определения времени.

Определить время появления таких часов сложно, однако можно сказать наверняка, что произошло это не раньше, чем научились производить в достаточном количестве стекло.

Больше всего лампадных часов было в Китае, который вообще считается колыбелью всех видов огневых часов. Помимо всякого рода лампадных часов тут в более позднее время появились газосветные часы, которые китайцы полюбили настолько, что некоторые их типы сохранялись вплоть до ХХ века. До сих пор в Китае рассказывают, что примерно 3000 лет назад Фо-хи, «отец Китая» и его первый император, создал первые огневые часы, чтобы с их помощью измерять дневное и ночное время.

Существовал и другой тип огневых часов, так называемые фитильные. Их главной частью был фитиль в виде длинной металлической палочки, покрытой слоем дегтя с деревянными опилками. Жар тлеющих опилок, подожженных на одном конце палочки, постепенно пережигал тонкие, поперечно натянутые волокна, с подвешенными к ним шариками, которые падали в металлическую чашку. Иногда фитиль сворачивали в спираль, форма которой уже сама по себе заменяла часовую шкалу.

Наиболее типичные для Китая фитильные часы имели форму дракона, в хребте которого укреплялся специальный держатель для палочки. Скорость сгорания фитиля зависела от многих обстоятельств, и для определения ее требовался большой опыт. Такие часы никогда не относились к приборам, которые по точности можно было бы сравнить с солнечными или водяными часами. Причем наличие всех этих часов в Китае не дает никакой хронологической отметки, и во всяком случае не означает их древности.

 

Песочные часы

Дата возникновения первых песочных часов тоже неизвестна. Но и они, как и масляные лампадные, появились не раньше, чем прозрачное стекло. Считается, что в Западной Европе о песочных часах узнали лишь в конце Средневековья; одним из самых старых упоминаний о них является сообщение от 1339 года, обнаруженное в Париже. Оно содержит указание по приготовлению тонкого песка из просеянного порошка черного мрамора, прокипяченного в вине и высушенного на солнце.

Несмотря на то, что песочные часы появились в Европе столь поздно, они быстро распространились. Этому способствовали их простота, надежность, низкая цена и не в последнюю очередь возможность измерять с их помощью время в любой момент дня и ночи. Их недостатком был сравнительно короткий интервал времени, который можно было измерить, не переворачивая прибора. Обычные часы были рассчитаны на полчаса или час, реже — на 3 часа, и лишь в совершенно редких случаях строили огромные песочные часы на 12 часов хода. Не давало улучшения и соединение нескольких песочных часов в одно целое.

Как и огневые, песочные часы никогда не достигали точности солнечных. Кроме того, при длительном пользовании ими их точность изменялась, поскольку зерна песка постепенно дробились на более тонкие, а отверстие в середине диафрагмы, наоборот, постепенно истиралось и увеличивалось, так что скорость прохождения песка через них становилась большей.

 

Изобретение механических часов

Солнечные, водяные и огневые хронометрические приборы завершили первую фазу развития хронометрии и ее методов. Постепенно выработались более четкие представления о времени и стали изыскиваться более совершенные способы его измерения. Революционным изобретением, ознаменовавшим совершенно новые этапы развития в этом направлении, было создание первых колесных часов, с появления которых началась современная эра хронометрии.

Автор и дата изобретения механических часов неизвестны. Из некоторых сообщений Х века делаются предположения, что именно тогда впервые построил такой механизм монах Герберт из Ориллака, будущий римский папа Сильвестр II (950–1003). Действительно, в технике он был большим талантом, к тому же имел возможность во время своих учебных поездок знакомиться с принципами построения различных арабских астрономических приборов и водяных часов. И все же вывод о создании Гербертом механических часов не имеет достаточных оснований, и вот почему.

Во-первых, арабы были весьма искусны в изготовлении водяных часов, и часы Герберта тоже могли быть водяными. Ведь содержащийся в документах термин «хорология» (horologium) относился тогда ко всякого рода приборам для измерения времени. Во-вторых, в дальнейшем не было упоминаний о достижении Герберта или о том, что его идею кто-либо развивал при его жизни или после нее.

Кстати, именно Герберт ввел в Европе «арабские» цифры.

Большинство историков видят преемственность: ведь и в самом деле механические часы стали результатом усложнения механической части водяных, в которых применялись уже циферблат, колесная передача, механизм боя, марионетки, разыгрывающих различные сцены… Разница была в движущей силе: в одном случае струя воды, в другом — тяжелая гиря. Недоставало только механического спускового устройства и регулятора хода.

Автор шпиндельного спуска («сторожка»), который через определенные промежутки времени прерывает движение часового механизма, неизвестен.

Обычно историки ссылаются на механизм, чертеж которого приведен в альбоме французского архитектора Вилларда де Оннекура, как на первое упоминание спускового устройства для регулирования хода часов: он описал (приблизительно в 1250 году) грубое устройство, позволявшее фигурке ангела всегда показывать рукой на солнце. Этот механизм, как полагают многие, не был изобретен Виллардом; скорее всего, он познакомился с ним и срисовал его во время своих путешествий. К тому же нарисованный в альбоме Вилларда механизм все-таки мало напоминает шпиндельный спуск.

Примитивное спусковое устройство Вилларда де Оннекура: а — общий вид: б — спусковое устройство

Как видно из эскиза этого устройства, здесь в качестве движущей силы применена гиря, подвешенная на конце веревки, обмотанной вокруг оси колеса. Падение гири и относительно равномерное вращение вертикального стержня, на котором на подставке укреплена фигура ангела, регулировалось колебанием колеса взад и вперед. Период колебания обусловливался многими факторами, включая момент инерции, трение в опорах, силы, действующие на веревку.

С другим, несколько более поздним сообщением о механических часах встречаемся в «Божественной комедии» («Рай», песнь X) Данте Алигьери (1265–1321):

В песне XXI «Рая» читаем:

Но и в этих стихах речь может идти о сложных водяных часах, а не о механических.

Поэтому остается нам, оставив надежду на определение автора и точной даты, констатировать только одно: кто-то неизвестный и в неизвестное время — вероятно, в конце XIII века, изобрел шпиндельный ход и сделал возможным появление механических часов. И этот ход оставался затем в употреблении в течение пяти с половиной веков. Самая же ранняя дата, которую можно достоверно назвать, говоря о применении шпиндельных механических часов, относится приблизительно к 1340 году или несколько позже (с точностью до нескольких лет). С тех пор они быстро вошли в общее употребление и стали предметом гордости городов и соборов. В 1450 году появились пружинные часы, а к концу XV столетия — переносные часы, но еще слишком крупные, чтобы их можно было назвать карманными или наручными.

Известны весьма старинные французские и английские башенные часы простого устройства с боем, но без циферблата. Английское слово clock — часы, происходит от латинского clocca; другим его эквивалентом является саксонское clugge, французское cloche и древнегерманское (тевтонское) glocke, но первоначально все эти слова обозначали не часы, а колокол.

Производство железных башенных часов начинается с английских Вестминстерских часов 1288 года. Следующее сообщение от 1292 года говорит о часах храма в Кентербери, далее есть сообщения о часах, построенных в 1300 году во Флоренции. На 14 лет позднее появились часы в Каннах, в 1340-х годах — в Модене и Падуе, в бельгийском Брюгге и английском Дувре. В 1352 году построены монументальные куранты в кафедральном соборе Страсбурга, четырьмя годами позже — башенные часы в Нюрнберге, в 1370 году такие же в Париже, в 1381 — первые подобные в Базеле и, наконец, в 1410 году появились такие часы в Праге, ставшие основой позднейших пражских курантов.

Сохранились, конечно, и другие сообщения о строительстве часов, но они не вполне обоснованны. По одному из таких сообщений, башенные часы с боем изготовил Висконти в 1335 году для костела Беата Вирджинни (ныне Сен-Готард) в Милане. По другим данным, Генри де Вик из Поррэна изготовил около 1370 года башенные часы с боем для королевского дворца Карла V.

Результатом применения механических часов стал переход по всей Европе от церковных канонических часов, неравных по времени года, к равным часам нашей современной системы исчисления времени. Изменение было радикальным, а потому переход совершался постепенно, по мере распространения в городах башенных часов. Французский король Карл V первым сделал шаг к этой реформе. После установки дворцовых башенных часов де Вика он приказал всем церквам Парижа отбивать по ним часы и четверти часа. Так как на этих часах время отсчитывалось в равных промежутках, новый порядок исчисления времени распространился не только в Париже, но постепенно и в европейских странах.

Сутки сначала подразделяли на 24 часа, считая от одного заката солнца до другого. Окончание дня отмечалось 24 ударами колокола, и такой порядок счета времени в некоторых местах сохранялся до 1370 года. Затем начался постепенный переход к подразделению суток на две равные половины, каждая по 12 часов, с отсчетом от полуночи до полудня и обратно — от полудня до полуночи. Теперь не стало надобности отбивать время двадцать четыре раза — хватало двенадцати раз. Переход на этот, более рациональный счет времени происходил в различных странах Западной Европы не одновременно; счет времени от 1 до 24 часов, начиная с часа восхода Солнца, дольше всего сохранялся в Италии и в некоторых городах Германии.

Часы одинаковой продолжительности называли «городским временем». Однако и при новом счете часы продолжали соразмерять и контролировать по истинному солнечному времени; это делали до появления маятниковых часов.

Помимо унификации дилтельности часа, вторым и долгосрочным результатом изобретения часов стал прогресс в механике. Очевидно, например, что зубчатые колеса столь широко распространились в технике во многом благодаря изобретению часов.

Самым старым документом о механических часах, содержащим описание и чертеж, и опубликованном в 11 различных рукописях (из которых по крайней мере одна исходит непосредственно от автора часов), является, по всей видимости, сообщение об «астрарии» — астрономических часах, которые после 16 лет труда закончил в 1364 году профессор астрономии и медицины Джиованни де Донди для Палаццо дель Капитане в Падуе. Эти часы показывали движение Солнца, Луны и пяти планет, содержали в себе вечный календарь и давали возможность определять звездное и среднее солнечное время; они были известны далеко за пределами Италии, доставили Донди большую славу при жизни и обессмертили его имя.

У часов Джиованни Донди рама была изготовлена из бронзы, а валы, колеса, циферблат — из латуни. Из 297 частей этих часов 100 составляли колеса и шестерни, зубцы которых были нарезаны вручную. Зубцы были треугольной формы, но для различных астрономических зубчатых передач употреблялись тупые зубья — округленные, со срезанными краями. Для воспроизведения движения Луны нужно было иметь колесо со 157 зубцами, нарезка которых представляла задачу весьма трудную. Не менее трудной была нарезка на одном колесе 365 зубцов.

В 1529 году эти знаменитые часы испортились и остановились. После долгих поисков нашли часовщика, который сумел их восстановить, это был Джуанелло Турриано (1500–1585). Современники провозгласили его гением, ибо он сам сумел создать астрономические часы сложнейшей конструкции. Для их устройства потребовалось 1800 колес, с помощью которых воспроизводилось 30-дневное движение Сатурна, часы дня, годичное движение Солнца, движение Луны, а также всех планет в их «обычном движении» соответственно птолемеевой системе мироздания. По свидетельству современника, Джуанелло потратил двадцать лет только на предварительную разработку проекта своих часов.

Он же известен как строитель водопровода, который считался одним из величайших технических чудес XVI века.

 

Прогресс механических часов

В башенных часах впервые нашли применение сложные многоступенчатые колёсные передачи — кинематические цепи с большими передаточными отношениями, а также кулачковые и храповые механизмы и муфты. В XIV–XVII веках более сложного технического объекта, чем башенные часы, не было. Они по количеству, разнообразию и точности механизмов, подлежащих монтажу, превосходили любые технические объекты того времени.

Часовое дело требовало знания важнейших кинематических соотношений, например числа оборотов колес и трибов (колесо с осью) при определенном количестве зубцов колес и трибов. Возникла необходимость в разработке кинематики механизмов. Зубчатыми передачами заинтересовался Леонардо да Винчи. Джеронимо Кардано (1501–1576), занимаясь часовыми механизмами, также уделял внимание кинематике зубчатого зацепления.

Весьма привлекательной частью башенных часов, кроме движения разнообразных по назначению стрелок, было наличие затейливых фигур, совершающих движение по определенной программе и весьма оживляющих часы. Затем, циферблаты часто располагались на всех четырех сторонах башни, и на всех циферблатах стрелки должны были показывать одно и то же время. Это достигалось путем устройства соответствующей колесной передачи, соединенной с часовым колесом и позволявшей одновременно перемещать стрелки часов на одно деление на всех четырех циферблатах.

Самую раннюю историю механических часов индивидуального пользования невозможно восстановить с полной достоверностью. Но есть основания утверждать, что часы такого рода появились почти сразу по изобретению механических часов, то есть в конце XIII или в начале XIV века, в жилищах итальянских князей и во дворце Филиппа IV Красивого во Франции. В описи имущества последнего упоминаются комнатные часы с двумя свинцовыми гирями.

Другое упоминание об индивидуальных часах имеется в поэме «Роман о Розе» Жана де Мена, написанной в XIII веке. В четверостишии, относящемся к часам, говорится:

«И тогда он заставил часы звонить в своих залах и в своих комнатах посредством хитроумно изобретенных колесиков, двигающихся непрерывно».

Большим недостатком комнатных часов XV века была величина колес: некоторые были таких размеров, что выступали за раму.

В XV–XVI веках механические часы стали применяться в астрономических обсерваториях. В 1471 году астроном и математик Региомонтан поселился в Нюрнберге и вместе с Бернгардом Вальтером, меценатом и любителем астрономии, построил обсерваторию, снабженную превосходными инструментами, которые были изготовлены выдающимися нюрнбергскими механиками. Здесь в 1484 году впервые были применены к астрономическим наблюдениям механические часы, приводимые в действие гирей.

В середине XVI века в некоторых больших часах появляется минутная стрелка, а иногда и секундная. Примерно в то же время входит в употребление будильник. Тогда же наметилась широкая потребность в часах индивидуального пользования, в XVII веке спрос на них возник не только среди знати, но и среди буржуазии, а особенную потребность в надежных небольших часах высказывали мореходы. Однако удовлетворить спрос стало возможным лишь после применения в часах ходовой пружины.

Явление упругости было невозможно обнаружить при изучении физических свойств камня и возведенных из него сооружений. Свойство упругости рельефно проступает лишь при функционировании конструкций из стали. Теперь на это обратили внимание, и именно из стали многими учеными-механиками XVII века были впервые изготовлены пружины для часовых механизмов.

С этого момента в области часового дела начался действительный прогресс и значительное распространение часов среди широкого круга горожан. Первые переносные механические часы изготовил, по всей вероятности около 1510 года нюрнбергский слесарь Петр Генлейн, когда он заменил гирю плоской спиральной пружиной. Так пружинный привод часов, принцип которого был заимствован от механизмов движущихся фигур-автоматов XIII века, открыл путь к миниатюризации часов. Однако задача создания точных часов для нужд мореплавания еще долго не была решена.

Попытки создать механические часы для кораблей предпринимались уже в 1530 году. Но часы с балансовым шпиндельным спуском не обеспечивали достаточно точного хода в условиях морской качки. Первым шагом к созданию надежных часов стало включение в их механизм маятника в качестве регулятора. В 1581 году Галилео Галилей (Италия) открыл, что период колебаний маятника с небольшим размахом не зависит от амплитуды этого размаха. В 1641 году он сконструировал маятниковые часы для использования в навигации, а после его смерти их частично построил его сын.

Гюйгенс (Голландия) посвятил работе над маятниковыми часами около двадцати лет своей жизни, пытаясь приспособить их к нуждам мореплавания. Он дополнил их многими ценными приспособлениями, и начиная с 1657 года создал несколько часов повышенной точности. Но все его попытки, как и усилия многих других механиков, не приводили вплоть до 1726 года к достижению основной цели: заставить маятник правильно качаться в условиях качки судна.

Мы видим, что механические часы развивались стараниями сотен людей — ученых, механиков, слесарей в течение долгого времени, не менее чем пяти веков. Профессия часовщика стала очень почетной. Цех часовщиков образовался в Париже ещё в 1453 году, но только через столетие (в 1544) получил свой первый статут, утвержденный декретом короля; тогда имелись уже три категории часовщиков: специалисты по башенным часам, специалисты по настольным часам и будильникам и специалисты по изготовлению пружинных переносных часов.

Большинство изобретателей машин в XVIII века были часовщиками или были близко знакомы с устройством часов. Увлечение в XVII и XVIII веках часами определялось не только тем, что они имели широкое практическое применение, но и тем, что они заключали в себе принцип автоматизма, который стали переносить на различные объекты фабричной техники.

Часы являются чрезвычайно важной «машиной» как с точки зрения механической, так и социальной. В середине XVIII века, еще до наступления индустриальной революции, они стали уже весьма совершенными и точными. Как первый автомат, примененный для практических целей, и как образец точности, часы неизменно привлекали внимание всех изобретателей. В их устройстве искали ключ к решению многих технических вопросов.

Уже Коперник находил возможным, по аналогии с часами, судить об устройстве мироздания. Философы XVII века стали прибегать для объяснения механической закономерности физического мира к сравнению ее «с искусственными механизмами, сделанными рукой человеческой»: нередко Вселенную сравнивали с затейливым механизмом страсбургских часов.

Можно констатировать, что распространение башенных часов и нового счета времени было прямым следствием развития торговли и ремесел в городах Западной Европы в XIV веке. Развитие экономики усиливало мощь и значение этих городов и способствовало переходу инициативы из рук духовенства к светскому обществу или секуляризации общества. Но само появление часов ускорило технический прогресс, и, кстати, дало новый товар торговле.

 

Торговая революция и производство товаров

Появление новых средств передвижения, надежной навигации, производство товара в массовом количестве привели к началу так называемой «торговой революции», наступившей в последние столетия средних веков. Здесь опять все закономерно. Прогрессивные методы хозяйствования дали большее количество прибавочного продукта. Больше прибавочного продукта — больше людей, свободных от производства пищи.

В доисторические времена пахали сохой без колес, которую сам пахарь поддерживал на нужной высоте и под нужным углом. Соха давала неровную борозду, но даже и для этого пахарю приходилось прилагать огромные усилия. В отличие от современного плуга, который отрезает стерню и переворачивает ее, соха просто царапала почву. Таким первобытным орудием, только оснащенным железным лемехом, в странах Средиземноморья пользовались очень долго. Для обработки мягкой почвы она еще как-то годилась, но для твердого грунта на большей части северной и западной Европы была просто бесполезна.

Варварские племена, населявшие территорию между Данией и Баварией, изобрели значительно более производительный тяжелый плуг, который разрезал и переворачивал стерню. Новый плуг получил с VI столетия широкое распространение в Европе. В своем окончательном виде он был снабжен вертикальным ножом, разрезавшим почву, лемехом, подрезавшим пласт, отвалом, переворачивавшим этот пласт, и колесами, позволявшими пахарю вести более ровную борозду и облегчавшими его труд, делая ненужным поддержку плуга руками на нужной высоте. Неясно, когда плуг оснастили всеми этими приспособлениями. Колеса в общий обиход вошли лишь с XI столетия, отвал был изобретен, видимо, еще позже.

К XIII веку последовательное усовершенствование плуга придало ему почти современный вид. Помимо более производительного переворачивания почвы, этот плуг позволял проводить борозды, чередующиеся с гребнями, что улучшало дренаж и позволяло возделывать плодородные почвы на низменностях. Резко повысилась урожайность продовольственных культур. Избыток питания освободил людей для других занятий — ремесла, торговли и изобретательства.

Стало больше материальных ценностей, техники, производственных помещений, — понадобились сырье и новые устройства для его переработки. Новые устройства требуют неких специальных комплектующих, которых начинает не хватать. Нехватка комплектующих требует развития торговли. И всему, в том числе самой торговле, нужны новые технические решения.

Однако мировая торговля, превратившаяся в двигатель культуры и цивилизации, сама по себе вовсе не самодостаточна. Византия, оседлав основные торговые пути, не испытывала дефицита в ресурсах, и жила за счет торговой прибыли, пренебрегая вложениями в производство. В конце концов, из-за этого началось ее технологическое отставание от Европы, жители которой, не имея возможности самостоятельно обеспечивать себя всем необходимым, начали ввозить сырье и продукцию из всех стран мира. А это дало сильный толчок росту промышленности, а вместе с ней и развитию все более мощных машин, причем энергия воды, ветра и тягловая сила животных оставались основой всех крупных механизмов вплоть до XVIII столетия, когда перешли к использованию энергии пара.

Итак, средневековое изобретательство и торговля положили реальное начало развитию нашего современного мира машин.

Поскольку среди предметов первой необходимости, интересующих торговлю, непосредственно за продовольствием идет одежда, постольку вполне естественно, что в эту эпоху коренным образом должны были измениться и текстильные машины. Раньше ткацкий станок был примитивным легким устройством, состоящим из ряда связанных или скрепленных между собой, а иногда просто воткнутых в землю прутьев, почти без всяких механических приспособлений, облегчающих труд ткачей.

Теперь он превратился в прочную станину, снабженную вальцами (делавшими ткачество непрерывным процессом), подвесным бердом (он обеспечивал плотную и регулярную прибивку уточины педальными ремизками) и многими другими приспособлениями. Это уже была сложная машина, по сравнению с которой древний ткацкий станок выглядел детской игрушкой. В Европе такой почти совершенный станок появился в XIII столетии.

Улучшения в производстве тканей требовали улучшений в производстве нити. Веретено, каким его знали пряхи самых древних времен, претерпело коренные изменения, которые увенчались изобретением прядильного станка. Затем процессы кручения и перематывания шелка (возможно, по образцу византийских станков конца XI века) были механизированы в Болонье в 1272 году. В XIV веке такой станок с водяным колесом в качестве привода стал весьма производительным и под присмотром двух-трех мастеровых заменял труд прежних нескольких сотен рабочих. Именно производство шелковой нити сделало возможным быстрое развитие мануфактурного прядильного производства.

При производстве льняной, бумажной и шерстяной пряжи столь же быстрый рост был невозможен, так как здесь в непрерывную нить приходилось скручивать короткие волокна. Но изобретатели превратили простое веретено в прядильное колесо, которое еще пару столетий назад можно было встретить во всех деревенских домах. На первых порах его использовали только для наматывания на катушку нити, которую уже скрутили примитивным веретеном. Но уже к 1280 году колесо начали применять для прядения, а в XIV столетии оно получило широкое распространение.

Прогресс имел место и в гончарном производстве.

В начале VIII века в Европе появились первые проблески возрождения гончарного производства, в том числе и производство фаянса, — так говорят историки. Не можем сказать, что означает в их речи словосочетание «первые проблески», а вот о «возрождении» скажем прямо: это отражение неверной хронологии. Ведь, по традиционным представлениям, все технические навыки древности обязательно требовалось возрождать. В Х веке «возродилось» волочение проволоки, якобы освоенное древними греками, а затем ими забытое, видимо, за ненадобностью, в XIII — производство вязаных изделий, а в VIII, как видим, гончарное производство…

На самом-то деле можно предположить, что только с VIII века и развилось оно всерьез, как отрасль, производящая крайне нужный товар. А раньше посуду лепил себе из глины каждый сам, или производил маленькими партиями для небольшого круга пользователей, например, для жителей своего села.

С переходом к товарному производству основным изделием стала глазурованная плитка для облицовки стен и полов. Керамическое производство существовало в Гранаде, Альгамбре и других испанских городах арабского мира, а также в Византии. В Италии в XI веке флорентийские мастера Лукка делла Робиа и его преемники стали покрывать свои изделия молочно-белой непрозрачной глазурью, получившей название майолики (от балеарского острова Майорки, или Мальорки). Глазурь содержала окись олова, подкрашивалась она в синий цвет кобальтом, в зеленый — медью, в фиолетовый — марганцем. Все изделия мастера обжигали дважды: перед глазурованием на слабом огне, и после покрытия их глазурью — на сильном.

Тосканские гончары, узнав секрет оловянной глазури, поставили производство на поток, положив начало новой для Европы отрасли гончарного производства: изготовление глазурованного фаянса. А название свое — фаянс, эти изделия получили по названию североитальянского города Фаэнцы, поскольку гончарные изделия местных мастеров приобрели наибольшую известность в мире.

Вот сколь интересна история технологии керамики.

 

Города и жилищно-коммунальное хозяйство

Вершиной строительной техники Византии является храм св. Софии в Константинополе. Построенное при императоре Юстиниане (по традиционным представлениям, в VI веке), это сооружение превзошло своими размерами и роскошью все известные до той поры храмы. Центральное квадратное в плане пространство храма было перекрыто куполом диаметром 33 метра. Такого купола, да и вообще такой грандиозной постройки не было больше нигде. Нагрузка от купола распределялась на четыре мощных пилона высотой 23 метра. Два полукупола, расположенных на противоположных сторонах главного купола, опирались на те же пилоны и придавали большую стабильность и прочность всему сооружению. Внутренние помещения храма были облицованы мозаикой из стеклянной смальты и мрамором.

Затем достижения византийских мастеров начали широко использовать и в других странах Византийской империи: на Крите, в Македонии, Сербии, Болгарии. Наконец, когда после IX века началось культурное развитие Западной Европы, и здесь тоже появились мастера строительного дела и зодчие.

Как и другие средневековые ремесленники, строители также объединялись в артели, корпорации и иные цеховые организации. Особенно заметными такие корпорации стали с XIII–XIV веков в тех странах, где велось значительное каменное строительство: в Англии, Италии, Франции и Германии.

От строителей-каменщиков величественных зданий, каковыми были в те годы преимущественно церкви и монастыри, требовалось большое мастерство и искусство. Однако свои знания и умения каменщики хранили в тайне. По характеру работы строители были вынуждены подолгу жить вдали от дома. Они селились компаниями по 12–20 человек поблизости от места строительства в постройках, называемых ложами (от фр. loge, англ. lodge). Первые ложи были основаны около 1212 году в Англии и в 1221 году во Франции.

Позднейшие организации франкмасонов (в переводе — «свободные каменщики»), которые приобрели религиозно-политический характер, позаимствовали некоторые черты от этих средневековых корпораций, прежде всего таинственность, которой окружали себя последние, и сложную систему причудливых обрядов.

Что касается мостов, то в Европе они долгое время сооружались преимущественно из дерева. Каменные мосты сначала появились в странах Востока и в Византии, а в Западной Европе их строительство началось в XII веке. Первые были построены в Регенсбурге (1146) и Лондоне (Старый мост, 1176). По образцу других корпораций во Франции было создано Мостовое братство монахов ордена бенедиктинцев, с уставом как у монашеского ордена, построившее, в частности, мост через Рону у Авиньона (1178) с 21 эллиптической аркой. Во Франкфурте-на-Майне и в Дрездене первые каменные мосты были построены в XIII веке. Мосты строились также во Фландрии и других странах Западной Европы.

Вслед за улучшением архитектурного облика городов началась их очистка. Ведь в Средние века почти все города Центральной и Западной Европы буквально утопали в грязи. Так, средневековый Париж был настолько погружен в грязь, что жители, вынужденные покидать свои дома, совершали это только верхом на лошади или в высоких сапогах.

К XIV веку содержание улиц в порядке и чистоте становится постоянной заботой городских властей. Служба мусорных повозок была организована в Париже в XIV, а в Амьене в XV веке. В некоторых городах жители нанимали мусорщиков за собственный счет. Мусор и нечистоты сбрасывали в реки или рвы. Каждому горожанину вменялось в обязанность заботиться о том, чтобы улица перед его домом была замощена. Такое требование привело к тому, что к XIV веку улицы важнейших французских городов имели мостовые; в это же время появляются мостовые в Праге (в 1331 году).

И водосточные канавы появились в Европе в XIV–XV веках, но только в крупных городах.

Вообще снабжение водой было примитивным. Во дворах выкапывали колодцы, а также собирали дождевую влагу в специальные цистерны, расположенные на чердаках, или брали воду в городских фонтанах. Канализация отсутствовала. Грязную воду и нечистоты сливали в специальные ямы, которые время от времени очищали.

В общем-то, здесь нам все понятно. Именно так мы и представляем себе средневековый город и его эволюцию. Странно лишь то, какой нам рисуют гигиеническую обстановку в древних городах.

Оказывается, для снабжения жителей Вавилона водой был сооружен акведук, имевший длину, равную расстоянию от Парижа до Лондона. Он был для своего времени техническим чудом, говорят историки, да ведь и в Средние века такой акведук был бы чудом.

Далее, для греко-римского мира баня — обычное дело. А в Средние века бань и в частных жилищах не было, и общественными не пользовались: только в XIII столетии баня «вновь начинает пользоваться популярностью». Очередное «возрождение», как видим; в Париже в 1292 году было уже до 30 общественных бань.

А вот санитарное состояние античных городских площадей, улиц, дворов задолго до средневекового варварства обеспечивалось хорошо организованной системой водостоков, обложенных камнем и перекрытых плитами; существовала и канализация. Благоустройство и санитарное состояние города были предметом заботы со стороны должностных лиц — астиномов, наблюдавших, чтобы уборщики нечистот сваливали их не ближе 10 стадиев от городской стены. Городские дома имели ванные комнаты, а также канализацию и водопровод, трубы которого делали из обожженной глины. Специального отопления в домах не было: в холодную погоду комнаты согревались переносными глиняными сосудами с двумя ручками, в которых находился раскаленный древесный уголь. В комнатах для мытья было духовое отопление, горячий воздух из топки проходил под полом по трубам.

Появившееся в VI веке до н. э. центральное отопление стало устанавливаться в храмах, банях, частных домах древних греков, его применяли и в гимназиях для нагревания воды в бассейнах. Отопительный прибор состоял из жаровни и гипокаустона, над которым располагалась емкость с водой для нагревания, и из труб, по которым горячая вода подавалась в бассейн.

А потом все это было забыто, чтобы много столетий спустя, с развитием медицины, санитарии и общественной нравственности, появиться снова. И прежде всего должны были снова появиться теория и практика таких отраслей знания, как пневматика и гидравлика.

Вы верите такой эволюции общества? Мы — нет.

 

Пневматика и гидравлика

Наполненный воздухом пузырь, сделанный чаще всего из кожи животного, был первым из всех ныне известных пневматических устройств. С помощью таких пузырей люди переправлялись через реки. Но это было уж в совсем дикую эпоху, а во времена более культурные надувные пузыри понадобились в качестве мехов в железоделательном производстве. Здесь, можно сказать, начало пневматики. В гидравлике же первым шагом стала копка простейших канав, превратившаяся со временем в ирригационные сети. Люди на практике использовали закон сообщающихся сосудов, даже не подозревая о существовании столь сложного закона.

А вторым шагом в гидравлике каким-то чудом оказались научные работы Архимеда, как уверяет традиционная история. Считается, что он занимался судостроением, конструированием машин для потопления судов, гидростатическим взвешиванием, создал технические устройства, использующие свойства жидкостей. И что же? Казалось бы, его исследования вызваны запросами практики, но они получили лишь ограниченное применение в технике, преимущественно в сфере его личной конструкторской работы, а затем были на столетия забыты.

Архимедов винт (реконструкция по описанию Витрувия)

Все знают закон Архимеда. Считается, что он вывел его из допущения, что вода состоит из действующих одна на другую частиц жидкости. Те из них, которые сильнее сдавливаются, выталкиваются на поверхность. Такому же воздействию подвергаются погруженные в жидкость тела, обладающие меньшей плотностью, чем окружающие частицы. В изложении М. В. Ломоносова закон Архимеда выглядит так:

Мы начинали эту часть книги — «История техники» — с античных механиков. Теперь, переходя к технике эпохи Возрождения, мы вынуждены опять говорить об античных механиках!

Ведь и пневматику, сразу же вслед за изобретением первобытных мехов, и сразу на уровне XVI века, развивал античный грек Герон. Он даже написал серьезный труд «Пневматика» — о механизмах, приводимых в действие нагретым или сжатым паром. Но его «Пневматика», как и работы Архимеда в области гидравлики, имела ограниченное хождение, была известна лишь узкому кругу александрийских инженеров. Зато в эпоху Возрождения этот труд был издан типографским способом и получил широкую известность!

По нашей версии, словесные описания античной гидравлической техники если и относятся к эпохе античности, то только такой античности, которая непосредственно предшествовала своему собственному «возрождению». Но, впрочем, тексты — они и есть тексты. Современные фантасты как нечего делать могут описать космический корабль, летящий, например, к Сириусу. Но вот нам говорят, что город Мохенджо-Даро на берегу Инда за 2–3 тысячелетия до нашей эры имел водопровод и канализационную систему, вот это да! Это уже не теория, это практика!

А в Древней Греции за четыре столетия до н. э. строили публичные бани с водопроводом и канализацией. В Афинах был водопровод в VI веке, а в Сиракузах в V, а в Антиохии и Пергаме во II веке. Все, заметьте, до нашей эры, и все на территории Византийской империи. Уже к концу VI века до н. э. древние греки затеяли строительство судоходного канала на Коринфском перешейке, а во II веке до н. э. вырыли канал между Нилом и Красным морем. Проводились и крупные мелиоративные работы, не говоря уже об управлении разливом рек, орошении полей при помощи каналов, учете распределяемой воды, создании водоподъемных приспособлений и прочем.

В Древнем Риме в I веке н. э. водоснабжением и строительством водопровода занимались особенно интенсивно. Тогда-то, полагают историки, и появилось слово «гидравлика», а Сикст Юлиус Фронтиус написал трактат о сооружении трубопроводной техники. Но опять изобретения имели ограниченное применение, и не нашли своего продолжения, и даже более того — довольно скоро земляне загадили свои города и полторы тысячи лет не могли сообразить, что вообще может существовать канализация и водопровод.

Мы тут на выбор можем предложить два коренных изменения в представлениях о цивилизации. Надо или пересмотреть теорию эволюции, признав, что на Земле меняются две расы людей: сначала живут такие умные, что без подготовки и без всякой нужды делают гениальные изобретения, а потом вместо них появляются полные дураки, не способные заметить очевидного, или хотя бы продлить уже сделанное. Или другой выход: пересмотреть хронологию, признав, что вся техника Древней Греции спроектирована и использована в Византии после VI века н. э.

Если же вернуться к более или менее достоверной истории, то мы обнаружим, что в VII–IX веках прямо продолжили античные исследования (а во многом их и выполнили) ученые стран ближнего Востока и Испании. Арабам (аль-Гацини и аль-Бируни) принадлежит заслуга уточнения таких понятий физики, как удельный вес, плотность, установление влияния на эти характеристики температуры. Рассматривались не только твердые тела, но и жидкие. Кроме того, аль-Гацини дал объяснение функционированию артезианских колодцев, связанное с принципом действия сообщающихся сосудов. В Европе такие колодцы появились лишь в XII веке.

На арабском Востоке уделялось большое внимание вопросам мелиорации, орошения, водоподъема и сооружения каналов. Эти задачи, говорят, «решались без использования научных знаний и не повлекли за собой разработку теории». Итак, в эмпирическом плане в гидравлику в это время было внесено мало нового — поскольку, как известно всем историкам, подобные гидротехнические сооружения были известны и египтянам, и ассирийцам за тысячелетия до н. э., — и теория тоже осталась в «античности». Вот и получается, что в Средние века жили одни дураки.

В Западной Европе арабские достижения получили развитие, начиная с XII века. В XV и XVI веках появились инженеры, пришедшие «на смену античным механикам». Они были знакомы с архитектурой, фортификацией, артиллерией, а иногда и с сооружением каналов. Первые технические учебные заведения — артиллерийские школы, создаются в начале XVI века в Италии (Сицилия, Венеция) и в Испании (Бургос). Печатается значительное число руководств по артиллерии, принадлежащих, например, Коладо, Капо-Бианки, Диего Уфано, Тартальи и др.

В это время происходит интенсивное развитие мореплавания, идут большие работы по расширению судоходства по рекам и специально сооружаемым каналам, возводятся плотины, строятся шлюзы, устраивается большое число водяных мельниц, ведутся большие ирригационные работы. Естественно, все это не могло не пробудить интереса к вопросам гидростатики.

И наконец в середине XVI века Тарталья публикует трактат Архимеда по гидростатике, а также приводит таблицу удельных весов различных минералов, главное же — предлагает способ подъема затонувших судов, обращаясь в сущности к положениям гидростатики древнего грека. Тут может быть три варианта. Первое: Тарталья перевел Архимеда и на основе его работ сделал свои предложения. Второе: Тарталья работал над этой темой, узнал о трудах Архимеда и привел его работу в доказательство своей правоты. Третье: Тарталья сам сделал всю работу, но для придания ей авторитета приписал основополагающие ее части известному ученому.

Продолжая его работу, наиболее важных практических результатов достиг Леонардо да Винчи. Он принимал участие в мелиорации в Ламелинне, в устройстве гидросооружений в Наварре. Занимался осушением Понтийских болот, проектировал отвод русла реки Арно у Пизанского моста, изучал гидроустройства на Адде и на Картезианском канале. Важнейшие судоходные каналы Италии также были сооружены им. Он составил проект улучшения судоходства на реке Луаре (Франция), в частности предусмотрел ее шлюзование. Правда, если следовать официальной истории, то не понятно, в чем его заслуга, ведь «в глубокой древности» эти проблемы решались с легкостью необыкновенной.

А Леонардо, прежде чем заняться своей работой, пришлось немало к ней готовиться! Изучать закономерности течения жидкости в каналах и определять причины появления волн и вихрей, исследовать водосливы, изучать закономерности возникновения наносов на дне рек… Эти проблемы и сейчас являются основными в русловой гидравлике.

Он предположил существование закона сообщающихся сосудов, и описал парадокс равенства давления на дно сосудов различной формы, — в дальнейшем эти результаты были обобщены Паскалем и Торричелли и получили известность под их именами. В трактате «О движении и измерении воды» Леонардо да Винчи определял скорость истечения воды из отверстия сосуда в зависимости от высоты его уровня над горизонтом, но сделал это не совсем точно, ведь это сложнейшая задача. А нам говорят, что еще в древнем Египте создали водяные часы с равномерным понижением уровня воды!

Леонардо да Винчи — художник, архитектор, инженер, механик-практик и экспериментатор… Это правда, что многие из его экспериментов были выполнены лишь на бумаге. Правда, что его рукописи долгие годы лежали под спудом, и лишь в конце XIX века началась их публикация, но все же они не остались в стороне от главного пути технического прогресса. У Леонардо было много учеников, знакомых с его идеями и сотрудничавших с ним. А если обратиться к публикациям XVI века по технике, то сразу станет видно, что многие авторы были знакомы с проектами и идеями Леонардо.

Изобретательский гений Леонардо был подкреплен обширными техническими знаниями. Он знал практически все разновидности зубчатых зацеплений, кулачковые, гидравлические и винтовые механизмы, передачи с гибкими звеньями. Неизвестно, можно ли было их сделать тогда. Относительно некоторых сразу можно сказать, что они были недоступны для техники той эпохи. Сюда можно отнести центробежный насос, гидравлический пресс, огнестрельное нарезное оружие.

Система шлюзов времен эпохи Возрождения

Есть еще одно выдающееся изобретение Леонардо да Винчи, и в жизнь оно было претворено его трудами. Прежде шлюзовые ворота на каналах делались опускными. Приблизительно в 1495 году он набросал эскиз двух створных щитов, снабженных небольшими отверстиями (с задвижками) для воды, чтобы наполнять или опорожнять шлюз. Этот эскиз вполне можно было бы взять за образец чертежа современного шлюза. А в 1497 году подобные ворота были сооружены на Миланском канале.

Во многих других случаях зарисованные и описанные им машины или приспособления были воплощены на практике лишь спустя пятьдесят лет после его смерти. Например, он предложил пистолет с колесным затвором, по образцу которого в Германии приблизительно с 1500 года стали делать мушкеты. Его роликовые подшипники (о которых он писал как о «чуде механики») были впервые изготовлены в XVI, а получили широкое распространение лишь в XIX веке.

Им были сконструированы спиральные и конические зубчатые передачи. Он изучал шарнирную цепь и многие другие устройства подобного рода. Леонардо лучше своих предшественников понимал разницу между машиной, выполняющей работу, и двигателем, который приводит ее в движение. На эскизах многих его машин указан просто вал, к которому можно подсоединить любой двигатель…

Приведем также слова английского ученого Роджера Бэкона, предвосхитившего многие будущие изобретения:

«Прежде всего, я расскажу о чудесных творениях человека и природы, чтобы назвать дальше причины и пути их создания, в которых нет ничего чудодейственного. Отсюда можно будет убедиться в том, что вся сверхъестественная сила стоит ниже этих достижений и недостойна их… Ведь можно же создать первые крупные речные и океанские суда с двигателями и без гребцов, управляемые одним рулевым и передвигающиеся с большей скоростью, чем если бы они были набиты гребцами. Можно создать и колесницу, передвигающуюся с непостижимой быстротой, не впрягая в нее животных… Можно создать и летательные аппараты, внутри которых усядется человек, заставляющий поворотом того или иного прибора искусственные крылья бить по воздуху, как это делают птицы… Можно построить небольшую машину, поднимающую и опускающую чрезвычайно тяжелые грузы, машину огромной пользы… Наряду с этим можно создать и такие машины, с помощью которых человек станет опускаться на дно рек и морей без ущерба для своего здоровья… Можно построить еще и еще множество других вещей, например, навести мосты через реки без устоев или каких-либо иных опор…»

После Леонардо да Винчи развитие техники, и в том числе гидравлики получило такой размах, что ее достижения намного превзошли то, что наблюдалось в эпоху Возрождения. Это было связано с господствовавшим в XVII и начале XVIII века мануфактурным производством.

Еще одним стимулом для развития физики и механики было проектирование и изготовление водооткачивающих устройств, тепловых двигателей — предшественников паровых машин. Отправным техническим механизмом здесь был насос, изучение принципа действия которого во многом стимулировало разработку проблем пневматики и гидростатики. Естественно, что работы Череди, Делла Порта и других в этой области оказались в сфере пристального внимания ученых XVII века.

Стевин — инспектор плотин Голландии, сформулировал важнейшие законы гидростатики, теории гидростатического давления и положений, связанных с определением остойчивости судов. В 1632 году Галилей изложил теорию, доказывающую равновесие жидкости в сообщающихся сосудах и равновесие плавающего на воде тела. Кроме того, он изучал течение рек, сооружение и работу плотин и искусственных каналов. Это были начальные предпосылки для построения не только научной гидравлики, но и гидродинамики. Аналогичная проблематика нашла отражение в труде ученика Галилея, Кастелли, — «О движении воды в реках и каналах» (1628). В частности, в нем говорилось о влиянии поперечного сечения русла на скорость движения воды. Для первых шагов в развитии гидродинамики существенным явились высказывания Галилея о значении гидродинамического сопротивления.

Торричелли в 1644 году вывел формулу для скорости истечения водяной струи из отверстия сосуда, что было крайне важно для создания водяных часов. Для этого он воспользовался результатом Галилея по определению ускорения свободно падающего тела применительно к жидкости. Что касается Паскаля, то он в том же 1644 году показал принцип передачи давления в сообщающихся сосудах, продвинув вперед известную ранее теорию.

А нам говорят: Архимед, Герон…

 

Преобразование движения

В Средние века встала задача так соединить между собой механические элементы, чтобы суметь движение одного вида преобразовать в другое. Особенно важными были способы преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, и возвратно-поступательного во вращательное. При преобразовании первого вида основным механизмом стал кулачок, который был известен раньше — например, он описан в тексте, приписываемом Герону, но использовался в античном мире лишь для «механических забав», а в Средние века стал приносить пользу в машинах.

Основным механизмом для превращения поступательного движения во вращательное служит кривошип, о котором нет сведений в древности. Даже кажущаяся нам столь простой мысль о том, чтобы вращать ручную мельницу, взявшись за укрепленную у края верхнего камня вертикальную рукоятку, видимо, не приходила никому на ум. Большие мельничные жернова вращали рабы или животные, ходившие по кругу. Менее же крупные жернова приводились в движение с помощью выступавших сбоку радиальных рукояток. Вертикальная рукоятка, позволяющая осуществлять непрерывное вращение благодаря кривошипному устройству, появилась очень поздно.

Пожалуй, это было одним из изобретений, принадлежавших варварам. Но даже и тогда людям было трудно уяснить себе принцип действия и распространить его на другие сферы, поскольку о дальнейшем использовании кривошипа ничего не было известно приблизительно до 850 года, когда им стали вращать точильные камни. Затем кривошипом начали оснащать шарманку, возможно в Х веке, но не позднее XII века. В XIV или в начале XV века кривошипом закручивали пружины самострелов. К этому времени его стали использовать и для других целей, например, в катушках для наматывания мотков пряжи и в таком крайне важном, хотя и простом инструменте, как столярный коловорот.

Во всех перечисленных случаях кривошип вращали вручную. Но приблизительно в 1430 году мы впервые встречаемся с кривошипно-шатунным механизмом, приводившим в движение мукомольную мельницу.

Лучковый токарный станок

Меж тем педальный механизм претерпевал свою самостоятельную эволюцию — в ткацких станках, в приводах токарных станков и в кузнечном молоте с педальным управлением, который появился в XIV веке. Приблизительно к 1430 году человек соединил педаль, шатун и кривошип воедино в виде привода, знакомого нам по современным ножным швейным машинам. Мукомольные мельницы и на этот раз оказались первой областью его применения. Вот когда появился, наконец, один из практически важных для современных машин механизм! Но внедрение такого привода проходило медленно, вероятно из-за трудностей с изготовлением хороших подшипников. В 1480 году его применяли для вращения точильных камней, а с XVI века стали использовать в прядильных и токарных станках.

Росло и число механизмов, известных техникам. Привод ворота породил рукоятку, изогнутую дважды под прямым углом, отсюда недалеко и до коленчатого вала, который появился в XIII веке в качестве удобного привода для ручной мельницы. Постепенно распространяются шарнирные механизмы.

Набор столярных инструментов изменился по сравнению с древними временами не очень значительно, но и здесь не обошлось без важных сдвигов. Коловорот и сверло пришли на смену смычковой дрели, применявшейся в прошлом. А вот устройство токарного станка изменилось коренным образом.

Древний токарный станок (насколько можно судить по дошедшим до нас сведениям) был устроен ненадежно. Он состоял из нескольких соединенных между собой и вбитых в землю брусков. Обрабатываемое изделие вращалось попеременно в обоих направлениях подмастерьем, тянувшим за концы веревки, обмотанной вокруг заготовки. Столяр держал режущий инструмент просто руками, не пользуясь опорой или направляющим приспособлением.

В Средние века додумались до жесткого закрепления станины и бабки. Не позднее 1250 года ремень, поворачивающий заготовку, прикрепили внизу к педальному механизму, а наверху — к пружинящему передвижному шесту. Таким образом, у токаря появилась возможность вращать станок ногой через педаль, освободив руки для операций режущим инструментом. С середины XIV века для привода токарных станков начали использовать водяные двигатели. Ременным приводом через колесо с кривошипом стали пользоваться, видимо, уже с 1411 года, во всяком случае, с этого столетия. Первые попытки создать передвижной суппорт были предприняты приблизительно в 1480 году.

В XVI веке Жак Бессон в «Театре инструментов» впервые описал станок для нарезки винтов с суппортом. Только теперь была решена проблема унификации заменяемых частей механизмов; до этого любое изделие носило индивидуальный характер. Изобретение суппорта повторил в начале XVIII века русский механик Андрей Нартов, а в конце XVIII века — английский промышленник Генри Модели.

Итак, в металлообработке мы находим начало той технологии, которая через одно-два столетия привела к промышленной революции. Но путь был долгим! Например, волочильная доска для волочения железной проволоки (прежде ее ковали) была изобретена в Х веке, а с водяным двигателем ее соединили в 1351 году.

 

На пути к промышленной революции

Во второй половине XV века в Европе резко повысился интерес к науке. Причина понятна: массовый переезд сюда ученых из поверженной турками Византии. Возможно, та же причина привела к повороту от всеобщего языка науки, латинского, к национальным языкам. В самом деле: если вместо латыни языком науки стал греческий, то почему не французский, немецкий или любой другой?..

А греческий был более чем в ходу. Сообщается, что члены венецианской академии Альдо Мапуция беседовали между собой только по-гречески. Писатели подражали «древнегреческим» текстам. Появляется ряд «Всемирных историй» на греческом языке.

Полициано пишет во второй половине XV века:

«Во Флоренции дети лучших фамилий говорят на аттическом диалекте так чисто, так легко, так непринужденно, что можно подумать, будто Афины не были разрушены и взяты варварами, а по собственному желанию переселились во Флоренцию».

Еще одним фактором, ускорившим научные исследования и подготовку лиц, сведущих в инженерном деле, стало книгопечатание. Появляются сочинения по технике, среди них видное место занимают разного рода собрания или «Театры машин», составленные техниками-практиками. Кроме артиллерийских руководств, в эпоху Возрождения выходят книги по таким областям знания, как военное дело (Вальтурио), металлургия (Бирингуччо) и т. п.

Европейские ученые, заинтересованные в развитии науки и техники, начали создавать общества. Первым стала Академия тайн природы (Academia Secretorum Naturae) в Неаполе (1560). В круг интересов подобных обществ входили, конечно, многие вопросы и помимо техники, но они уделяли большое внимание накоплению и систематизации знаний о машинах, способствовали их внедрению и поощряли изобретательство.

С улучшением способов передвижения и ростом торговых связей постепенно исчезало стремление производить все предметы первой необходимости в своей местности. Всякий район мог специализироваться на производстве таких товаров, которые более всего подходили ему, и обменивать свою продукцию в других районах или за границей на необходимые вещи, не производившиеся в своем округе. Это способствовало развитию концентрированной и сравнительно крупной промышленности, допускавшей в свою очередь внедрение механизации во все большем масштабе.

Чугун появился в XIII веке, но поскольку технические затруднения преодолевались очень медленно, в общий обиход он вошел лишь в XV веке. Как и во многих других случаях, считается, что Китай опередил Европу с выплавкой чугуна, что его там получали еще с IV века до н. э., достигая результата переплавкой кричного железа в тиглях в смеси с углем. И как всегда, этот «приоритет» на пользу Китаю не пошел.

В Европе в XIV веке многие процессы обработки железа переводили на приводы от водяного колеса. Соединение кузнечных мехов с подобным источником двигательной силы для дутья позволило выплавлять к концу Средних веков чугун. Раньше вагранка не обеспечивала высокого нагрева, достаточного для расплавления металла; она позволяла выплавлять только кричное железо (иногда со стальной поверхностью). По мере укрупнения печей более мощное дутье способствовало полному расплавлению металла, — сначала чисто случайно, а позднее уже в специально регулируемых условиях.

Способ отливки в песчаных формах был разработан, по-видимому, тоже в XIV или XV веке. Чугун отличается от кричного железа по своему составу и, следовательно, по своим свойствам (в частности, он более хрупкий, чем железо), и не всегда может заменить крицу. Тем не менее, освоение выплавки более дешевого металла, чрезвычайно в некоторых случаях полезного, стало крупным вкладом в технический прогресс в последующие столетия. С приходом чугуна человек получил в свое распоряжение все основные материалы, которые обеспечили его нужды до середины XIX века.

Тяжелое машиностроение развивалось главным образом применительно к нуждам горного дела и металлургии. Развитие торговли и промышленности порождало все больший спрос на металлы, благодаря чему эти две отрасли развивались быстрее остальных. Чтобы удовлетворить растущий спрос, особенно спрос на руду, которую приходилось добывать гораздо глубже под землей, были нужны тяжелые машины с механическим приводом.

Подробное описание машины, применявшиеся в горном деле в XVI веке и ранее, оставил немецкий врач, минералог и металлург Георг Бауэр, известный под латинским именем Агрикола. Согласно его сведениям, в горнозаводских машинах применялось железо для изготовления рам, зубчатых колес, подшипников. Ему уже было известно, как от одного водяного колеса можно привести в действие шесть насосов, несколько толчей. Идея привода нескольких механизмов от одного источника энергии тогда еще не имела значительного распространения и была одной из технических новинок.

Самой трудной задачей в горнорудном деле была откачка воды, которая всегда создавала угрозу затопления выработок, причем, чем глубже залегал горизонт, тем больше становилась подобная опасность. Самые передовые тяжелые машины того времени предназначались для откачки воды из рудников.

Вот одна из схем. Круглые мешки из конского волоса, насаженные с интервалами на кольцевую цепь, плотно входят в вертикальную трубу, нижний конец которой опущен в водосборник. Когда цепь тянут кверху, мешки тянут за собой воду по трубе. В насосе с мешками на цепи значительная часть напора на трубу воспринимается, как нагрузка цепью, а не каждым отдельным мешком. При этом насос приводится в движение людьми или лошадьми через колесо-топчак.

Агрикола описывает установку в Хемнитце, состоявшую из трех насосов, последовательно соединенных с подобными мешками на цепи, самый нижний из которых находился под землей на глубине около 200 метров. Вся установка приводилась в движение 24 лошадьми в четыре смены, то есть была довольно мощной.

Современником Агриколы был выдающийся итальянский врач, математик и механик Джероламо Кардано, имя которого сохранилось в названии известного механизма. Кардано — один из основоположников кинематики механизмов. К вопросу о передаче и преобразовании движения он подходил как теоретик, стремясь глубоко разобрать теорию и практику зубчатых зацеплений. Тем не менее, при описании изготовления часов он с грустью заметил, что «часовые механизмы нашего века проводят больше времени у часовщиков, чем у владельцев».

Развитие торговли и промышленности сопровождалось быстрым ростом городов, что требовало решения новых задач по их водоснабжению, в частности путем сооружения крупных насосных установок. В этой области, равно как и в горно-инженерном деле, ведущая роль принадлежала Германии. Некоторые города Германии уже к 1500 году располагали крупными водонасосными станциями. В 1550 году сообщалось, что в Аугсбурге существует очень сложная система городского водоснабжения. Установка приводилась в движение водяными колесами, подававшими воду через совокупность архимедовых винтов на водонапорную башню, откуда вода распределялась по трубопроводам.

Начиная с 1526 года и в Толедо неоднократно предпринимались попытки создать небывалую по масштабам систему городского водоснабжения. В городское водохранилище Глочестера воду начала перекачивать с 1542 года ветряная мельница. Водоснабжение Лондона осуществлялось на первых порах приливной мельницей, сооруженной у Лондонского моста в 1582 году немецким инженером Питером Морисом, а затем были реализованы и другие проекты городского водоснабжения города. Первые сооружения по водоснабжению Парижа относятся к 1608 году.

А историки говорят, что проблемы водоснабжения городов решалось без всяких проблем в античных городах задолго до н. э.!

Спрос на силовые установки медленно, но верно обгонял их возможности. Люди начали поиск новых двигателей. Скрытые возможности пара смутно предугадывались отдельными лицами на протяжении уже нескольких столетий, но до середины XVI века так и не было предпринято ни одной серьезной попытки «запрячь» пар. Людям не хватало конкретных знаний о его природе и свойствах: его путали, например, с воздухом.

Лишь начиная с 1550 года приступили к настойчивому изучению свойств пара в поисках способов использования его энергии. Эти исследования особенно широко развернулись в XVII веке. Первоначальные попытки не принесли практических результатов, но на основе накапливавшегося опыта и была в конечном итоге построена действующая паровая машина. Баттиста делла Порта показал в 1606 году, как можно поднять воду под действием давления пара и как «засосать» ее путем конденсации пара в закрытом сосуде в целях создания разрежения. Соломон де Кос в 1615 году описал фонтан, приводимый в движение паром по принципу выталкивания воды из горлышка кипящего чайника с плотно закрытой крышкой.

Инженеры того времени умели сооружать весьма сложные установки, прообразы машин автоматического действия. Одну из таких установок построил в середине XVI века в Соловецком монастыре игумен Филипп (Федор Степанович Колычев), который впоследствии был митрополитом Московским и по приказу Ивана Грозного был задушен Малютой Скуратовым. Сохранилось описание его установки. В нее входили водяные мельницы, для приведения которых в действие копали специальные каналы. Они мололи зерно, просеивали помол и были еще и крупорушками. Мало того, установка имела устройство для приготовления кваса. Раньше этим занималась вся братия, которой помогали слуги из швальни, благодаря же механизации с работой справлялись один инок и пятеро служителей.

В монастыре были организованы соляной промысел, железоделательное и кирпичное производство. Изобретатель поставил несколько солеварен, соорудил сложную водную систему.

Интересно, что в «Механике гидравлико-пневматической» немецкого иезуита Каспара Шотта, опубликованной спустя столетие, описана машинная установка для пивоваренного завода, в целом напоминающая соловецкую.

Суммарная мощность гидравлических машин Англии к концу XVIII века составляла примерно столько же, сколько и суммарная мощность людей и животных, занятых в промышленности.

Дальнейший прогресс коснулся и текстильных машин. На ручной прялке, процессы прядения и наматывания пряжи на шпулю вели поочередно. Введение рогульки, вращавшейся вокруг веретена с другой скоростью, позволило совместить две эти операции. Первый эскиз рогульки, относящийся приблизительно к 1480 году, свидетельствует о таком совершенстве ее конструкции, которое дает основания полагать, что она была изобретена, видимо, на несколько лет раньше. Леонардо да Винчи принадлежит эскиз уже усовершенствованной рогульки, снабженной приспособлением для автоматической намотки, но она не получила практического воплощения, так что ее в XVIII веке пришлось изобретать заново. Применение рогульки позволяло пряхе сидеть за работой. А сидячий характер работы позволил снабдить прядильную машину педальным приводом.

Лентоткацкий станок — это особая разновидность ткацкого станка, приспособленная для одновременного ткания нескольких лент, на котором выполняемая ткачом операция над одной лентой воспроизводится на всех лентах. Это довольно сложная машина, ознаменовавшая большой шаг вперед в области текстильного машиностроения. По свидетельству одного венецианского писателя от 1629 года, станок был изобретен в Данциге в 1579 году, но муниципальный совет, опасаясь безработицы среди ткачей, скрыл это изобретение, а самого изобретателя тайно задушили. Вновь этот станок появился в 1621 году в Лейдене, проникнув к концу столетия в Голландию, Германию, Швейцарию, Англию и во Францию.

Вязальный станок изобрел в 1589 году Уильям Ли, приходский священник из деревни близ Ноттингема. Это весьма замечательное изобретение, если учесть большую сложность выполняемых им операций по сравнению, скажем, с ткацким станком. Даже в своем первоначальном виде операции этой машины были автоматизированы гораздо больше (хотя и не полностью), чем у любой другой машины такой же сложности.

Частные ремесленники и владельцы мелких мастерских видели, что внедрение машин ведет к расширению капиталистического способа производства за счет их промыслов, и поэтому пытались мешать использованию машин. Об одном таком случае репрессии в отношении данцигского изобретателя лентоткацкого станка в 1579 году мы уже упоминали. Подобным же образом кёльнским портным запретили в 1397 году пользоваться станком для насадки головок на английские булавки. Английский парламент под давлением ремесленных цехов был вынужден запретить в 1552 году пользование ворсильной машиной с приводом. А в 1623 году Чарльз I издал указ об уничтожении машины, производившей иглы.

Подобная оппозиция не была способна приостановить технический прогресс, но она настолько задерживала ход развития, что для преодоления сопротивления потребовались коренные политические перемены.