Сергей Житомирский - Ученый из Сиракуз. Архимед

Прежде всего, как уже говорилось, речь может идти об изобретении Архимедом многоступенчатого редуктора и червячной передачи — механизмов, примененных Архимедом для перемещения корабля «силой одного человека». Плутарх назвал в качестве примененного Архимедом средства полиспаст. Но полиспаст упоминается в «Механических проблемах» и, следовательно, был изобретен до Архимеда. Это вовсе не означает, что Плутарх передал неверные сведения. Применение Архимедом полиспаста очень вероятно. Но простой расчет показывает, что для цели демонстрации Архимеда (перемещение судна одним человеком) одного лишь полиспаста для получения нужного выигрыша в силе недостаточно.

Действительно, триера весила около 200 т и, чтобы сдвинуть ее с места при благоприятных условиях, требовалась сила не меньше 20 т. Полиспаст мог применяться для того, чтобы увеличить число тянущих канатов и тем самым уменьшить их толщину. Но практически построить полиспаст с числом канатов, большим десяти, не удается (с увеличением количества блоков быстро растут потери на трение). Поэтому для получения усилия в 20 т к его канату требовалось приложить силу не меньше 2 т, и передвижение корабля «силами одного человека» с помощью только полиспаста исключено. Зато в многоступенчатом редукторе «выигрыш в силе» с увеличением числа ступеней растет в геометрической прогрессии, а потери — т в арифметической, и коэффициент полезного действия получается намного выше. Поэтому канат полиспаста, как это делается и сейчас, должен был наматываться на барабан лебедки с многоступенчатым редуктором.

Следует, однако, отметить, что практического применения зубчатые редукторы в античную эпоху не нашли. Редуктор нужен при использовании быстроходных двигателей, а древняя техника вынуждена была ограничиваться силой людей и животных, которые не развивают большой скорости. Поэтому античная механика обходилась блоком и воротом, а если груз был очень велик, в канаты впрягались десятки и сотни людей. Поэтому, видимо, восходящие к Архимеду конструкции лебедок, описанные Героном и Паппом, имели чисто теоретический или «демонстрационный» характер.

Архимеда многие исследователи считают также изобретателем винта и червячной передачи.

Принадлежность этих изобретений Архимеду кажется очень вероятной: от водоподъемного винта до обычного — один шаг. Атеней пишет, что Архимед сдвинул корабль «с помощью изобретенного им винта». Он же называет архимедову водоподъемную «улитку» «бесконечным винтом». В сочинениях Герона и Паппа описан винт не с гайкой, а с ползуном, который может скользить по расположенной вдоль винта линейке и имеет выступ, входящий между витками резьбы винта. Эта конструкция является даже для эпохи Герона (I в. н. э.) архаичной, так как в то время уже широко применялись винты с гайками (пресс с деревянным винтом и гайкой найден при раскопках сукновальной мастерской в Геркулануме). Винт с гайкой проще описанного Героном и может передать большую нагрузку. Возможно, что Героном была описана «устаревшая» конструкция двухсотлетней давности, заимствованная из какого-то сочинения Архимеда.

И винт, и червяк относятся к механизмам, не упомянутым в «Механических проблемах».

Есть еще один механизм, также не упомянутый в «Проблемах», который мы имеем право условно включить в список изобретений Архимеда. Это уже упоминавшееся устройство, описанное Витрувием под названием «амфирион». Механизм, о котором идет речь, состоял из барабана с обернутым вокруг него канатом. Другой канат обертывался вокруг вала, держащего барабан. При сматывании первого каната с барабана второй канат наматывается на вал; при этом натяжения первого и второго канатов будут относиться как радиусы барабана и вала. Таким путем можно получить выигрыш в силе в 4…6 раз. Судя по книге Витрувия, это простое по конструкции и очень удобное устройство широко применялось в грузоподъемных машинах.

Так, практическая деятельность Архимеда стимулировала его научные исследования и давала возможность проверять на опыте результаты этих исследований.

Легенда о жгущих зеркалах

В 1747 г. французский натуралист и изобретатель Жорж Луи Бюффон писал: «История зажигательных зеркал Архимеда широко известна и знаменита. Он изобрел их для защиты своей родины. Древние говорят, что он направил солнечный огонь на вражеский флот и обратил его в пепел. Но подлинность этой истории, в которой не сомневались в течение пятнадцати или шестнадцати веков, была в последнее время подвергнута сомнению и даже признана фантастической. Декарт отрицал возможность подобного изобретения, и его мнение одержало верх над свидетельствами ученых и писателей античной эпохи. Современные физики разделяют его мнение. Древним они оставляли только то, чего нельзя у них отнять.

Как бы то ни было, это изобретение попало в ряд других многочисленных открытий древности, исчезнувших только потому, что современники предпочли легкий путь их отрицания тернистой дороге воссоздания; и зажигательные зеркала были настолько обесславлены, что о восстановлении их репутации, казалось, не могло быть и речи.

Чтобы «обжаловать» приговор Декарта, нужно было располагать более сильными аргументами, чем различные доводы. Поэтому противникам Декарта оставался лишь один способ, который действительно мог дать решительные результаты, но в то же время был очень трудным и отчаянным. Способ состоял в попытке воспроизвести зеркала с целью получить тот же эффект».

Надо сказать, что Бюффону удалось осуществить свой план и создать зеркало, которое зажигало дерево на расстоянии 50 м. Бюффон, желая решить загадку истории, поступил так же, как в наше время Тур Хейердал с его знаменитыми плаваниями на плоту «Кон-Тики» и камышовых «Ра». Он доказал, что такое в принципе было возможно, хотя, разумеется, это не равносильно доказательству, что такое было.

Чем же кончился спор о зажигающих зеркалах Архимеда? Обратимся к литературе. В «Истории естествознания» Ф. Даннемана (1913 г.) читаем: «Против приступов флота осажденные боролись при помощи горящих головней. Позднейшие историки создали из этого совершенно невероятную басню, будто Архимед зажег суда осаждающих при помощи вогнутых зеркал».

Перед нами полное отрицание реальных оснований легенды.

То же самое, хотя и в не столь грубой форме, можно прочесть в современной «Истории физики» Марио Льоцци, вышедшей в 1970 г.: «Предание о применении Архимедом зажигательных стекол для поджога римских кораблей является несомненно легендой более позднего происхождения».

В отношении ученых к зеркалам Архимеда можно отметить четыре стадии. Сперва, во время слепого доверия к античным источникам, рассказы о них считались истиной; делались попытки их реконструкции и теоретического обоснования. Однако в XVII в. в результате развития оптики Иоган Кеплер и Рене Декарт, великие ученые, работавшие в этой области, высказали теоретически обоснованные сомнения в возможности создания таких зеркал, и рассказы о них стали для науки легендой. Третий период, длившийся около ста лет — от опытов Бюффона, опровергших доводы Декарта, до середины прошлого столетия, возродил веру в реальность этого изобретения Архимеда. Новая полоса скептического отношения была связана уже с недоверием к историческим источникам, сообщавшим о зеркалах. Это недоверие опиралось на авторитет известного датского филолога Гейберга, который в конце прошлого и начале нашего века много занимался изучением наследия Архимеда и о реальности архимедовых зеркал высказался резко отрицательно.