Дмитрий Калюжный - Другая история науки. От Аристотеля до Ньютона
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 пролета челнока был освоен ткачами Средней Азии и Ближнего Востока.
Крупнейшим ученым был руководитель Константинопольского университета (с 863 года) Лев, получивший прозвище Математика. Он изобрел 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 струей воды. Огромное значение имело применение Львом букв как арифметических символов: так он, по существу, подошел 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 ее 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 открытиям, по большей части безрезультатно исчезнувшим либо приписанным другим.
Начало прогресса в Европе
В Средние века, кроме силы животных и воды, начали осваивать, «механизировать» еще и силу ветра, что позволяло людям не ограничивать свою техническую смекалку лишь теми местами, где можно использовать водный поток. Казалось бы, вовлечение в технический прогресс все больших территорий и количества людей должны были инициировать подъем изобретательства.
Но нет: историки науки уверяют, что средневековые механики ничего не изобретали, а придуманные в античности машины 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, остается одним и тем же.
Западная Европа черпала свои технические знания из трех источников. Первым было развитие собственной техники. Второй источник – исламские сочинения XI–XIII веков. Третий – труды византийцев, которые попали в Западную Европу несколькими путями: в XIII веке в результате грабежа крестоносцами византийских ценностей, в том числе и культурных, или в XV веке после захвата Константинополя турками, когда многие ученые бежали на Запад, прихватив с собой свое наиболее ценное достояние – рукописи на греческом языке. Причем 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 годом.
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 – другими органами, предназначенными для выполнения иной работы. В простейшем случае на главном валу мельницы вместо цевочного колеса был жестко закреплен 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, ее 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 водоподъемных работ при осушении земель в Нидерландах. Иногда ее использовали как привод различных механизмов, например для рудничного подъемника 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 жестко ограничивало размеры мельниц. Затем появились шатровые мельницы, в которых ходовая часть помещена в неподвижный корпус, а поворотный шатер несет лопасти и шестерни. Ее 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 ее, использовав все потенциальные возможности механизмов. После этого стало возможным ее применение 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. Ее 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 осел), и в особенности для лошади. Шея у них неподходящая. Поэтому ярмо, когда оно лежало на холке лошади, прихватывали ремнем 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 только на сбитые ноги. В результате по меньшей мере две трети энергии лошадей тратилось впустую. Лошадиной тягой люди пользовались только для перевозки легких грузов, а тяжелые грузы продолжали перетаскивать вручную ценой неимоверных страданий.
