Антикитерский механизм. Самое загадочное изобретение Античности - Джо Мерчант

Первыми греками, о которых нам достоверно известно, что они использовали шестерни, были два знаменитых изобретателя III в. до н. э. – Ктесибий и Архимед. Сын брадобрея Ктесибий стал величайшим инженером своего времени – после легендарного Архимеда. Он работал в Александрии и, вероятно, был первым заведующим знаменитого Александрийского мусейона. Ни один из текстов Ктесибия не дошел до нас, но мы много знаем о нем из работ позднейших авторов, таких как римский архитектор Витрувий, живший двумя столетиями позже. Витрувий сообщает, что Ктесибий сконструировал водяные часы, в которых поплавок, поднимавшийся вместе с уровнем воды, двигал стрелку с помощью «зубчатой рейки и шестерни». Это устройство, в котором одна шестерня соединена с плоским зубчатым стрежнем, используется для превращения линейного движения во вращательное, и наоборот.

Архимед жил в богатом городе Сиракузы на Сицилии, хотя в юности почти наверняка работал в Александрии с Ктесибием. В числе множества приписываемых ему изобретений – «бесконечный винт», в котором винт с резьбой используется для того, чтобы включить в работу зубчатое колесо с куда большим шагом передачи. Полный оборот винта поворачивает колесо всего на один шаг, то есть множество малых оборотов проворачивают колесо лишь немного, но с куда большей силой, чем прилагалась к винту. Согласно Плутарху, похожее приспособление (полиспаст, система блоков и канатов, в которой выигрыш в усилии идет за счет потери в расстоянии. – Прим. ред.) позволило Архимеду произвести впечатление на тирана Сиракуз, когда он одной рукой вытащил корабль из моря на сушу, «так легко и гладко, как если бы тот шел по воде».

Еще одно, более сложное приспособление, которое описывает Витрувий, – это одометр, измеритель пройденного пути. Его действие основано на том, что колесо повозки диаметром около 1,2 м совершает, проезжая одну римскую милю, 400 оборотов. С каждым оборотом выступ на оси колеса цепляет шестерню с 400 зубцами, поворачивая ее на один шаг, так что с каждой милей механизм совершает оборот. Это колесо сцепляется с другой шестерней с отверстиями по окружности, в которых закреплены камешки, и по мере того, как шестерня поворачивается, камешки один за другим падают в ящик. Количество камешков соответствует милям пути.

Возможно, римским возничим платили помильно. Но мы не можем с уверенностью сказать, было ли это изобретение реализовано на практике. Однако общая идея выражена достаточно ясно, и подобные механизмы могли появиться задолго до времен Витрувия. В IV в. до н. э. Александра Македонского в азиатском походе сопровождали «бематисты», у которых была, наверно, самая скучная работа в античном мире – считать шаги, чтобы измерять расстояние. Точность их подсчетов даже в походах на сотни миль (ошибка часто составляла менее одного процента) наводит на мысль, что они, возможно, пользовались механическими одометрами.

Но вершины в изобретении зубчатых колес в Древней Греции достиг механик Герон, еще один последователь Ктесибия, преподававший в Александрийском мусейоне в I в. Герон писал о принципе, который начал разрабатывать Архимед, применяя зубчатые колеса разной величины, чтобы изменить силу приложенного воздействия.

В частности, он описал подъемную машину и нарисовал ее, показав, как последовательность зубчатых колес все большего размера позволяет поднимать тяжелый груз, прилагая относительно небольшое усилие. Нет никаких свидетельств в пользу того, что это изобретение было не чисто теоретическим – многие ученые считали, что зубцы оказались бы недостаточно прочны, чтобы приспособление работало на практике, – но само описание показывает: принцип взаимодействующих зубчатых колес в те времена понимали. Другой инструмент, детально описанный Героном, – диоптр, прибор для измерения углов, в котором для точной настройки применялись бесконечный винт и зубчатое полукольцо.

Итак, мы знаем, что греки использовали зубчатые колеса в простых механических устройствах начиная с 300 г. до н. э. Но большинство этих приспособлений включали лишь одну-две шестерни, соединявшиеся с винтом или зубчатым стержнем. От них не требовалось особой точности – лишь передать усилие или поднять груз. И тем не менее Герона считали гением, опередившим свою эпоху, писавшим о невозможных устройствах, которые находились за пределами понимания его современников. В одной заметной работе 1950-х гг. о диоптре Герона говорится как об изобретении «уникальном, без прошлого и без будущего, прекрасном, но преждевременном, сложность которого превосходила технические возможности того времени».

В отличие от подъемного механизма и диоптра – которые, как считалось, далеко опередили свое время, – система зубчатых колес в Антикитерском механизме не оставляла сомнений в своей реальности, а от ее сложности захватывало дух. Это были точно выточенные бронзовые шестерни, явно предназначенные для каких-то вычислений. Подсчитать количество зубчатых колес в разрушенных фрагментах было нелегко, но Стаис и его коллеги разглядели только на источенных коррозией поверхностях по меньшей мере 15 шестерен. Похоже, они соединялись так, чтобы производить какие-то математические операции, результат которых на шкале указывали стрелки.

Сложность этого механизма наводила на мысль, что это могли быть часы или механический калькулятор, нечто вовсе непохожее на то, что, как предполагалось, могли создать древние греки. Но если так, то он почти на 2000 лет опередил свое время. Механические часы столь малого размера требовали изящных пружин и регулирующих устройств, и появились они в Европе только в XV в., а до первых механических калькуляторов, сложных хитроумных машинок, использующих шестеренки для того, чтобы складывать, вычитать, умножать и делить, не додумались и в следующие 200 лет.

Сегодня мы так привыкли к электронным компьютерам и калькуляторам, что сама идея вычислений с помощью металлических шестеренок может показаться странной. Представьте, например, что у вас есть шестерня с 20 зубцами, которая захватывает шестеренку с 10 зубцами. Каждый раз, когда вы проворачиваете первую шестерню на один оборот, вторая делает два. Иными словами, ваш ввод умножается на два (фактически вторая шестерня вращается в противоположном первой направлении, так что можно утверждать, что введенная величина умножается на минус два, но вы уловили идею). Это часть того, что происходит в часах – превращение тикающих секунд в минуты, а потом и в часы. Чем больше в вашем распоряжении шестеренок, соединенных последовательно или параллельно, тем более сложные вычисления можно производить.

Мысль о том, что обнаружены античные часы или калькулятор, вызвала в Афинском музее волнение и даже некоторый испуг. Понимая, что интерпретация находки выходит за пределы его компетенции, Стаис пригласил двух экспертов. Первым был Иоаннис Своронос, директор Национального нумизматического музея Афин, хранитель древних монет и специалист по античным надписям. Один из старейших археологов страны и весьма эрудированный человек, он, к сожалению, был склонен выступать с эксцентричными теориями, которые не многие осмеливались оспорить. Вторым экспертом был австриец Адольф Вильгельм, блестящий молодой специалист по надписям, оказавшийся тогда в Афинах.

Через несколько дней Вильгельм осторожно предположил, что надпись на механизме была сделана где-то между II в. до н. э. и II в. н. э. Между тем Своронос и некоторые ведущие ученые Греции выступили с громкими и противоречащими друг другу публикациями в национальной прессе, горячо обсуждая возможное назначение странного инструмента. Их дебаты о зубцах и шкалах появлялись рядом с сообщениями о только что завоевавшей независимость Кубе и оккупации Южной Африки Британией. Но со временем первоначальный ажиотаж утих, и эксперты занялись изложением своих теорий в научных изданиях.