Антикитерский механизм. Самое загадочное изобретение Античности - Джо Мерчант

Каракалос вернулся в свою лабораторию, взял два портативных рентгеновских аппарата и побольше пленки и вновь отправился в музей. Рентгеновские лучи – это тоже фотоны, выбиваемые из атомов, когда поток электронов бьет по таким элементам, как вольфрам. Излучение рентгеновских установок обладает куда меньшей энергией, чем гамма-лучи, а это значит, что можно использовать куда более долгую экспозицию и точнее контролировать уровень облучения пленки. За лето 1972 г. ученый сделал сотни снимков механизма, кропотливо регулируя фокусное расстояние, угол съемки и время экспозиции – вплоть до 20 минут, – чтобы получить максимально четкие изображения того, что скрывалось внутри неровных обломков.

Прайс тем летом был в академическом отпуске и проводил его в Европе. Он дважды приезжал в Афины, чтобы узнать, как идут дела, взглянуть на полученные Каракалосом изображения и изучить детали механизма, проявившиеся на снимках. Ему крайне важно было понять, как соединялись шестерни – какая с какой сцеплялась, – и подсчитать количество зубцов на каждой. Это позволило бы ему рассчитать численные соотношения, скрытые в зубчатых передачах, и на их основании раз и навсегда определить, что именно должен был вычислять механизм.

Жена Каракалоса Эмили подсчитывала зубцы – Каракалос полагал, что ее данные будут более точными, поскольку у нее не было никаких предположений относительно их возможного количества. День за днем, положив рентгеновский снимок на негатоскоп, она проводила по нему ладонями, словно смахивая воображаемую пыль, и разглядывала каждое колесико через увеличительное стекло. Не обращая внимания ни на шум, ни на что-либо другое, она сосредотачивалась на крошечных зеленых зигзагах, подсчитывая видимые зубчики и записывая результат. Для малых шестерен она использовала увеличенные черно-белые отпечатки с негативов, рисуя на них аккуратные круги, чтобы отметить окружность каждой из них. Потом она прокалывала каждый зубчик иголкой из своей швейной шкатулки, переворачивала отпечаток и на обороте пронумеровывала отверстия самым тонким карандашом.

Это была скучная работа. Все колеса механизма на снимках накладывались друг на друга, до восьми слоев в глубину, поэтому многие детали были затенены. Каракалос старался варьировать время экспозиции и фокусное расстояние, чтобы выделить детали, но даже при таком подходе не было ни одной шестерни, у которой были бы видны все зубцы. Определить общее число зубцов можно было, подсчитав те, что были видны, измерив видимую часть окружности, а затем масштабировав ее до полноразмерной. Но тут было легко ошибиться – зубцы на некоторых шестернях имели неправильную форму, а точно вычислить размеры некоторых колес мешало то, что неясно было, где их центр. Подсчеты приходилось повторять снова и снова, снимок за снимком, до тех пор пока для каждой шестерни не определилось постоянное количество.

Иногда Эмили отвлекалась, удивляясь иностранному профессору, для которого так много значили эти непонятные изображения. Его энтузиазм был заразителен, но ей ни разу не доводилось видеть человека, чье настроение так быстро менялось бы, буквально день ото дня. Невозможно было предугадать, как он отреагирует, увидев результаты ее работы. Иногда он был доволен, в другие дни хмурился и требовал пересчета. Она не могла понять, почему его не удовлетворяли свидетельства, полученные на основе изображений, столь тщательно сделанных ее мужем, и ее кропотливых подсчетов. К чему смотреть, если не готов принять то, что видишь?

Когда подсчеты были закончены, Прайс вернулся в Йель, закрылся в своем кабинете и продолжил лихорадочно трудиться над реконструкцией механизма. Помимо противоречивых результатов подсчета зубцов, ему сильно мешало то, что на снимках зубчатые колеса накладывались друг на друга. Трудно было не только понять, какая шестерня с какой сцеплялась, но даже отличить шестерню на передней поверхности механизма от шестерни на задней. Чтобы наглядно представить механику устройства, Прайс построил модель. Две картонные пластины держались на четырех деревянных боковинах с помощью гибкой полоски из хлопчатой бумаги. Он нарисовал чертежи существующих фрагментов, затем дополнил свою реконструкцию передними и задними циферблатами, добавив маленькие картонные стрелочки. Внутрь он, словно миниатюрную мебель, вставлял и переставлял картонные шестеренки.

Вначале самое простое. Прайс убедился, что маленькая коронная шестерня приводила в движение механизм, сцепляясь с большим колесом с четырьмя спицами, которое он уважительно назвал «главное приводное колесо», поскольку с его помощью приводились в движение все остальные шестерни. Вал коронной шестерни выходил наружу через отверстие в боковой стенке устройства. Прайс так и не решил, как приводилась в движение сама коронная шестерня – вручную с помощью рукоятки или посредством эффектных водяных часов, подобных тем, что были в Башне ветров.

Приводное колесо располагалось прямо за зодиакальной шкалой на лицевой стороне шкатулки и вращалось на одной с ней оси. Солнце обходит зодиак за год, поэтому Прайс решил, что большое колесо двигало стрелку, указывающую положение Солнца на небе. Пять оборотов боковой рукоятки как раз повернули бы колесо и стрелку на один оборот, равный одному году.

С этого момента все стало несколько сложнее. Цикл передавался через три соединенные пары сцепленных шестерен, завершаясь на зубчатом колесе, вращавшемся вокруг того же центра, что и главное приводное колесо. Ось этого второго колеса была тоньше и шла сквозь пустотелый вал приводного колеса к передней стороне механизма, вероятно, приводя в движение вторую стрелку лицевой шкалы.

Что же показывала вторая стрелка? Чтобы судить об этом с уверенностью, Прайсу нужно было знать скорость, с которой она двигалась относительно указателя Солнца. Подсчитывая зубцы на шестернях, он мог вычислить, что происходило со скоростью вращения на каждом уровне. Например, как уже говорилось в главе 2, если шестерня с 20 зубцами приводит в движение шестерню с 10 зубцами, на каждый оборот первой шестерни приходится два оборота второй. Это можно записать математически:

И в аналогичной паре сцепляющихся шестерен, скажем, с 90 и 30 зубцами каждый оборот первой ведет к трем оборотам второй:

Обе пары могут быть соединены общей осью, проходящей через вторую шестерню первой пары и первую шестерню второй пары. Поскольку ось одна, они будут вращаться с одинаковой частотой, и таким образом частота вращения ведомой шестерни первой пары в итоге определяет частоту вращения ведомого колеса второй. Это можно записать так:

Другими словами, на каждый полный оборот первого колеса последнее, четвертое, делает шесть оборотов. Конечно, было бы проще достичь такого результата одной парой зубчатых колес – с 60 и 10 зубцами, но соединение двух, трех и более пар зубчатых колес позволяет получить более сложные отношения, чем единственная пара (небольшие колеса проще в изготовлении, и к тому же расположение зубцов на них способствует лучшему сцеплению).

Пытаясь выяснить, каким было общее передаточное число, Прайс тщательно анализировал подсчеты зубцов, которые Эмили и Хараламбос Каракалос сделали для шести колес в первом блоке шестерен. Что пытался вычислить древний мастер? Конечно, напрашивался ответ, что вторая стрелка указывала положение Луны. Но это требовалось доказать.