Что появилось вперед – наука или техника?

Из глубокой древности пришли к нам такие изобретения, как обожженый кирпич, гончарный круг, колесный экипаж. Практическое применение этих изобретений относится примерно к периоду около 3000 лет до н.э., который в истории техники носит название первой промышленной революции. Несколько позже были открыты способы выплавки и обработки металлов, изобретены весельные и парусные суда, применены плуг, весы, отвес, уровень, угломер, циркуль, клещи.

Вглядываясь в «темное» прошлое

Во втором тысячелетии до н.э. были изобретены кузнечные мехи, рычаги, клин, домкрат, блоки, сифон, водяные часы. На заре великой греческой цивилизации уже были развиты первые технологии орошения и водоснабжения земель, производства продуктов питания (обработка зерновых, приготовление муки и хлеба, использование процессов брожения и т.п.), изготовления красок, лаков, производство и применение благовоний и притираний.

Если представить себе, какого уровня знаний, какой высокой организации и изобретательности требовали эти технологии, станет понятно, почему существует мнение, что не техника возникла как применение науки, а, наоборот, наука развивалась на базе широкого технического опыта, накопленного человечеством в течение тысячелетий. И лишь значительно позднее у древних греков наука начинает приносить некоторую пользу технике, при этом обогащаясь за ее счет.

Доказательством этому утверждению служит труд одного из самых древних популяризаторов науки и техники — древнегреческого ученого Герона. Слава о нем дошла до нас благодаря его сохранившемуся обширному литературному наследию. Известно, что Герон преподавал в Александрии, но неизвестно, в какое время. Судя по именам авторов, которых он цитирует и которые цитируют его, предполагают, что он жил между 150 годом до н.э. и 250 годом н.э.

Всеобщую известность, особенно среди ученых эпохи Возрождения, получил двухтомный труд Герона о пневматике, в котором свойство сжимаемости воздуха применяется в различных приспособлениях, в значительной части уже описанных его предшественником, ученым Филоном, написавшем приблизительно в 250 году до н.э. «Механику», которая тоже дошла до нас.

Трактат Филона «Механика» начинается с описания боевых машин, данного с такой точностью, что в XХ веке их удалось воссоздать и они вызвали восхищение потомков своим совершенством. Далее Филон детально обсуждает теорию рычага, а затем переходит к описанию автоматов и автоматического театра. В книге, посвященной пневматике, описано множество занимательных игрушек, предназначенных для развлечения гостей во время празднеств: кривые зеркала, сосуды, извергающие различные жидкости, фонтаны с пьющими животными и поющими птицами, подвес, называемый сейчас «кардановым», автоматическое приспособление для подачи святой воды ко входу в храм и другие устройства. Во многих из этих механизмов умело использовалось атмосферное давление и давление водяного пара, а также принцип сифона.

Кроме того, Филон описал многочисленные физические опыты, проведенные с большим мастерством, хотя их истолкование в большинстве своем сильно отличалось от современного. Например, чтобы доказать, что воздух является телом, Филон брал «сосуд, который считается пустым, такой формы, что он широк в середине и узок в горлышке, типа египетской амфоры», делал в дне его маленькое отверстие, закрывал его воском и опускал сосуд в воду горлышком вниз, после чего удалял воск из отверстия. «При этом выход воздуха из отверстия непосредственно ощущается, — пишет автор, — если затем уровень воды сделать выше проделанного отверстия, то мы увидим пузырьки воздуха в воде, пока вследствие выхода воздуха через отверстие сосуд не наполнится. Это доказывает, что воздух является телом».

Далее Филон описал первый термоскоп, о котором знает история. Он состоял из двух связанных трубкой сфер: одна из них пустая, а другая частично наполнена водой. Если пустой шар помещали на солнце, то в другом шаре начинали булькать пузырьки воздуха в воде, потому что, как утверждал Филон, когда шар разогревается, «часть воздуха, заключенного в трубке, выходит наружу». Если затем шар помещали в тень, то вода поднималась по трубке и попадала в другой, пустой шар. «Если после этого опять разогреть шар под огнем, — заключал Филон, — явление повторится; то же самое получится, если шар облить горячей водой. И наоборот, если охладить шар, то вода выльется наружу» (т.е. вода из первого шара перейдет во второй). Таким образом Филон с помощью опыта пришел к пониманию теплового расширения воздуха, которое затем древние греки использовали в конструкциях… игрушек.

Героном были внесены технические усовершенствования и предложены новые устройства, среди которых знаменитый эолопил, описанный во втором томе его труда, — первая действующая паровая машина, отдаленный предок современных реактивных турбин. Эолопил представлял собой закрепленный по горизонтальному диаметру полый шар, к которому по концам диаметра, перпендикулярного оси закрепленного шара, были припаяны две трубки, загнутые под прямым углом так, что их отверстия смотрели в противоположные стороны. Пар из котла попадал сбоку в шар и выходил из обеих трубок, в результате чего, в силу реакции, шар начинал вращаться в направлении, противоположном направлению выхода пара.

Герон, описывая это устройство, стремился лишь поразить воображение, т.к. это была одна из его многочисленных игрушек, которая служила только для иллюстрации того, как можно, поместив сосуд на огонь, заставить шар вращаться. Еще получило известность устройство, которое обеспечивало автоматическое открывание дверей храма при разжигании огня жертвенника. Значительную часть труда по пневматике Герон посвятил описанию эффектных фокусов, стараясь, видимо, развлечь читателя.

Более научный характер изложения в «Механике» Герона, в которой ученый рассматривает простые (ворот, рычаг, блок, клин, винт, зубчатые передачи) и другие более сложные механизмы. «Механика» Герона — своеобразная энциклопедия античной техники — была написана в популярной форме, и ею могли пользоваться с практической целью механики и ремесленники.

Сегодня мнения о Героне расходятся: одни прославляют его как великого техника, другие низводят до уровня переписчика, который уделял мало внимания опытам и практическому осуществлению его приспособлений. Несомненно, что Герон был популяризатором знаний и навыков. Его же труды свидетельствуют не столько о талантах автора, сколько о техническом уровне, достигнутом греками эллинистического периода. Им были известны простые механизмы, зубчатые передачи, гидростатика, самые разнообразные применения сифонов, сжимаемость воздуха, движущая сила пара. Можно сказать, что древние греки уже владели и техническими знаниями, и научным пониманием, достаточным для того, чтобы создать индустриальные машины. А что они  вместо этого делали? Придумывали механические фокусы и конструировали игрушки для развлечений во время празднеств, изобретали приспособления, создающие «магические» эффекты при религиозных службах.

Древние артефакты

Сегодня, когда рассказывают о Греции, первым делом говорят о памятниках архитектуры и искусства, дошедших до нас. Да, для нашего современника Древняя Греция — это, прежде всего, Афинский Акрополь с Парфеноном, и каждый турист первым делом стремится взобраться на священный холм и сфотографироваться на фоне величественных руин.

У подножия Акрополя располагается бывшая торговая площадь, Агора, а на ней замечательный музей, в собрании которого хранятся интереснейшие изобретения древних греков. Здесь можно увидеть керамическое «барбекю» и «микроволновку», устройство которых восхищает своей кажущейся простотой, но ведь и эту кухонную утварь сначала надо было придумать. Прообраз современного унитаза — детский керамический горшок — уже более сложен, но он снабжен подробной и настолько великолепной инструкцией по пользованию, что хоть прямо сегодня запускай его в серийное производство и продажу. Глядя на кувшин со специальным горлышком для одновременного разливания жидкости в три сосуда, понимаешь, откуда к нам пришел обычай «сообразить на троих». Заставляет призадуматься устройство для подсчета голосов, которое устанавливали греки на первых в мире избирательных участках. Да и механизм работы клепсидры не так-то просто понять, бросив на нее беглый взгляд.

Клепсидрой греки называли водяные часы, что буквально означает «воровка воды». Время с помощью этих часов определялось по скорости вытекания воды из одного сосуда в другой, снабженный метками, уровень воды в котором и показывал время. Для удлинения измеряемого интервала времени иногда делали несколько таких сосудов. Клепсидрами пользовались не только в быту для счета времени, но и для регламентации времени выступления ораторов в общественных собраниях и в суде. В войсках клепсидры применялись при разводе караулов.

В древности клепсидра была весьмa распространенным прибором, хотя ее точность была совсем невысокой. При повышении точности отсчета времени конструкторы клепсидр должны были учесть, что вода из отверстия сосуда вытекает не равномерно, а тем быстрее, чем больше давление, т. е. чем выше уровень ее в сосуде. Ценой некоторого усложнения конструкторы водяных часов добивались того, чтобы они не отставали по мере опорожнения верхнего сосуда. Многие конструкторы водяных часов стремились к тому, чтобы их приборы показывали не только время суток, но и наступление различных астрономических событий или управляли движением разных фигурок. Это заставляло изобретателей клепсидр создавать хитроумнейшие и громоздкие сооружения. История сохранила для нас рассказы о многих замечательных клепсидрах. Известно, что философ Платон изобрел водяной будильник, созывавший учеников его Академии на занятия.

Во многих отношениях клепсидры достигли совершенства. В отличие от солнечных часов, они показывали время и ночью, в отличие от песочных — показывали его непрерывно. Однако клепсидры отсчитывали время с погрешностью около 10–20 минут в сутки, и даже лучшие ученые древности не могли придумать, как существенно повысить их точность, но упрекать их в этом мы не имеем никакого права: они были первыми, а мы идем по проторенной ими дороге.