Сергей Валянский - Другая история науки. От Аристотеля до Ньютона
Производство часов, даже таких крупных и несовершенных, какими были первые образцы, требовало гораздо более высокой точности изготовления, чем все прежние машины. Говорят, что современное машиностроение есть детище, родившееся от «брака» тонкого мастерства часовщика с техникой тяжелого машиностроения, применявшейся строителями мельниц и других мощных двигателей.
Как же узнавали время до появления механических часов?
Солнечные часы
Несомненно, самым распространенным хронометрическим прибором были солнечные часы, основанные на кажущемся суточном, а иногда и годовом движении Солнца. Появились такие часы не раньше осознания человеком взаимосвязи между длиной и положением тени от тех или иных предметов, и положением Солнца на небе. Но даже осознав это всё, вряд ли кто-то сразу бросился строить часы; надо было еще понять, что такое время. Ведь и теперь еще бродят кое-где по Земле первобытные племена, прекрасно знающие, что такое тень, но обходящиеся, тем не менее, без часов. Нужды нет.
Известно, что в своем первоначальном виде такие часы имели форму обелиска, но точная дата их возникновения неизвестна. А кстати, их могли изобрести несколько раз в разных местах.
Самые благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имеет Египет, поэтому более достоверным представляется мнение, что первые солнечные часы — гномон, вертикальный обелиск со шкалой, нанесенной на землю возле него, — появились именно здесь. Обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца. Эти священные обелиски стояли, как правило, перед входами в храмы. Интересно, что традицию устанавливать солнечные часы у храмов можно проследить и в Европе вплоть до XIX века. А вот в России не всегда солнечно, поэтому у нас собирают верующих в храм боем колоколов.
До сих пор сохранился египетский обелиск высотой в 34 метра. Считается, что он в царствование Августа был перевезен из Египта в Рим и по указанию императора установлен на Марсовом поле, а руководил этой операцией математик Факундус Новус. Гномон поставили в центре специальной панели, на которой расчертили циферблат; часовые линии были выложены из бронзовых металлических частей. По словам Плиния Старшего, обелиск служил для определения времени года и долготы дня. Он простоял несколько веков, но в эпоху упадка Древнего Рима был сброшен и надолго забыт. В 1463 году его опять нашли, но только в 1792 году вновь установили на площади Монтечиторио в Риме, где он стоит и поныне.
В Египте помимо обелисков были созданы и другие конструкции солнечных часов. Например, состоящие из горизонтальной части — линейки с хронометрической шкалой длиной около 30 см, и перпендикулярного ей «плеча», отбрасывающего тень на шкалу. Еще тут были ступенчатые часы с двумя наклонными поверхностями, ориентированными по оси восток-запад, и разделенными на ступени. При восходе Солнца тень падала на край верхней ступеньки одной из этих поверхностей, восточной, затем постепенно опускалась, а к полудню исчезала. После полудня тень снова появлялась в нижней части западной поверхности, откуда она поднималась до тех пор, пока при заходе Солнца не касалась грани верхней ступеньки. У таких часов время определялось длиной, а не направлением тени.
Измерение времени длиной тени кое-где сохранилось до позднего Средневековья. Врач и географ Паоло Тосканелли построил в 1468–1482 годах на костеле св. Марии де Фиоре во Флоренции гномон высотой 84,5 метра, с помощью которого удавалось измерять с полусекундной точностью местный полдень. С помощью этого гномона Тосканелли уточнил данные астрономических таблиц.
Были другие солнечные часы, со шкалой для определения времени по направлению отбрасываемой тени, хоть и появились они, наверное, позже. Для правильного показания времени верхняя линия шкалы была горизонтальной, и шкала составляла прямой угол с плоскостью местного меридиана. Поскольку компас еще не был известен, для правильной установки часов приходилось вести наблюдения за моментами солнцестояний или равноденствиями.
На древних солнечных часах деления наносили, исходя из практического опыта, потом — на основе теоретического расчета, правда, неверного. Египтяне знали, что тень, отбрасываемая гномоном, различна в зависимости от времени года, но разница не учитывалась. Абсолютно точное время здешние гномоны показывали лишь дважды в год: в дни весеннего и осеннего равноденствия. Поэтому позже, чтобы улучшить результат, стали строить солнечные часы с особыми шкалами для разных месяцев.
При кажущейся простоте в ходе разработки теоретических основ науки о часах, гномоники, возникали и решались математические задачи о трисекции угла, о конических сечениях, о стереографической проекции и т. д. Решение этих задач на мусульманском Востоке привело к обоснованию и применению в практике формул прямолинейной и сферической тригонометрии. Создание солнечных, водяных, песочных часов способствовало развитию точной механики, а она, в свою очередь, была связующим звеном между приборостроением и опытной наукой.
Из Египта знания о солнечных часах стали распространяться по всему миру. И здесь можно привести два соображения, хронологическое и общеисторическое.
Во-первых, тот факт, что теоретическое обоснование для солнечных часов делали в мусульманских странах, говорит нам, что эта история происходила позже как минимум VII века, ибо раньше не было еще не только мусульманских стран, но и вообще мусульман.
Во-вторых, подобные научно-технические разработки могут вести только народы, имеющие для этого и подготовленных людей, и средства, и потребность в измерении времени. Достоверная история Византийской империи и отдельных ее территорий, в отличие от мифической истории Древнего Китая, показывает, что процесс научно-технического развития, при всех его зигзагах и завихрениях, имеет эволюционный и международный характер.
Византия среди всех стран достигла высокого уровня развития техники. Арабы учились у византийцев многому, в том числе и конструированию и изготовлению различных видов солнечных часов.
А в самой Византии были весьма распространены настенные вертикальные солнечные часы. Они имелись на стенах церквей и общественных зданий и были примерно такого же типа, как на стенах Башни ветров в Афинах и на стене византийской церкви, построенной на месте языческого храма Грация. На циферблате для обозначения часов впервые появляются числа.
Свидетельства о наличии в Константинополе часов как прибора времени историки находят в документах, отнесенных ими к VI веку, но, к сожалению, без какого-либо пояснения их устройства. На основании эпиграммы, относящейся ко времени царствования Юстина II (565–578), византиевед Рейске заключает, что уже в VI веке у византийских греков были часы с боем, по крайней мере, большие городские. Датировка такого сообщения требует дополнительной проверки и больших размышлений.
В «Уставе» Константина Багрянородного (911–959) упоминается профессия часовщика. Здесь же говорится о наличии в империи специальных людей, отбивавших часы церковных служб и молитв. Предполагается, что во дворце отбивание часов необходимо было не столько для молитв и церковных собраний, сколько для обозначения времени собраний воинов, открытия и закрытия дворца, смены стражи и других действий, совершающихся регулярно.
Однако учтем, что при господстве аграрного строя и ремесленной техники (будь то в Древнем мире или в Средние века) не было нужды делить время на мелкие отрезки и точно их измерять, как теперь. Люди определяли время по естественному движению Солнца, по длинным летним дням и коротким зимним, которые одинаково делили на 12 часов, а потому летние и зимние часы были разными.
Подчеркнем это особо: под влиянием изменяющегося наклона Солнца изменялась в течение года длина дневных и ночных часов. Согласовывать час, который показывают приборы с равномерной шкалой (водяные, огневые, песочные и механические часы) с длительностью часа солнечных часов — труднейшая проблема.
Более поздние солнечные часы получили криволинейные шкалы, что устранило этот недостаток. Такими часами со сложными шкалами, рассчитанными для квартальных или месячных интервалов, пользовались примерно до XV века. Также до конца XIV века в Центральной Европе были весьма распространены настенные вертикальные солнечные часы с горизонтальной теневой штангой, перенятой первоначально из Египта. Но в Египте, благодаря сравнительно малой удаленности от экватора, время определялось с приемлемой степенью точности, а в Греции, Италии или Чехии эта точность была значительно хуже.
Разновидность экваториальных часов — аналемматические солнечные часы, стрелка которых направлена перпендикулярно плоскости часовой шкалы, но эта шкала лежит не в плоскости, параллельной экватору, а в горизонтальной плоскости, например непосредственно на земле.
