Для поборников точности измерений большую проблему представлял тот факт, что маятник мог иногда колебаться неравномерно. Когда это случалось, анкерный спусковой механизм давал сбои, что приводило к отставанию часов. Это было совершенно неприемлемо для астрономических наблюдений, где даже незначительная погрешность во времени означала ошибку в расчетах.
Этот недостаток анкерного механизма Грэм и устранил. Все, что он сделал, - добился того, чтобы во время неравномерных колебаний маятника палеты не задерживали равномерного хода шестерни. Нововведение называлось "ход с покоем". Суть его была в форме палет. Когда шестерня проворачивалась, ее зубец упирался в плоскую поверхность палеты и колесо фиксировалось. При очередном колебании маятника вторая, изогнутая, поверхность с другой стороны палеты подталкивала зубец шестерни. Таким образом шестерня надежно фиксировалась. Стрелки часов двигались равномерно с постоянной скоростью, что делало их намного более точным механизмом и весьма помогло Мопертюи в его работе.
Усовершенствованный часовой механизм повлиял на отношение к точному времени во всех сферах жизни, которое в том числе сказалось на управлении городским хозяйством и органах власти в быстрорастущих промышленных городах XIX века. В новых зданиях ратуш и муниципалитетов часто устраивались башни с часами. Это породило новую проблему. В механизме скапливался помет летучих мышей, смазка, сдобренная пылью и грязью, на стрелках часов собирался снег и намерзала наледь. Все это мешало исправной работе шестерен, палет и маятника и, естественно, сказывалось на точности хода.
Проблема приобрела государственную важность во время строительства часовой башни британского парламента. Сама башня еще не была завершена, а часовой механизм уже объявили самым совершенным и точным в Британии (и, естественно, во всем мире). Механизм доработал юрист Эдмунд Беккет Денисон (позже получивший титул лорда Гримшоу). Он избавился от жесткого скрепления маятника и палет. В конструкции Денисона маятник в своем возвратно-поступательном движении поочередно толкал два рычага с независимо поворачивающейся палетой на каждом. Когда рычаг отклонялся, палета высвобождала один из трех зубцов пусковой шестерни, шестерня под весом груза проворачивалась до тех пор, пока другой ее зубец не упирался во вторую палету. При движении маятника в обратном направлении таким же образом отклонялась и вторая палета. Механизм действовал безотказно, поскольку, когда маятник отклонялся от рычага, палета под действием силы тяжести возвращалась в исходное положение, где стопорила шестерню на следующем цикле.
Благодаря изобретению Денисона часовой механизм Биг-Бена идет настолько точно, что его сигналы, которые сейчас передаются по радио и телевидению, стали своего рода эталоном времени и неотъемлемым элементом британской культуры. Звон Биг-Бена так же ненавязчиво вошел в быт британцев, как и прозрачная пластиковая пленка, с которой мы начали это путешествие.
Часы были одним из первых механизмов в истории человечества, которые собирались из взаимозаменяемых деталей. В XIX столетии американские часовщики учились на опыте оружейников…
8
Общий сбор
В современных новостях частенько появляется сюжет: самолет на взлетно-посадочной полосе, полный напуганных и измученных пассажиров, террорист, приставивший пистолет к голове пилота, над летным полем кружат вертолеты со снайперами, которые стараются улучить момент и застрелить преступника, и кареты скорой помощи, готовые принять раненых пассажиров. По злой иронии судьбы все элементы этой трагедии - оружие, летательный аппарат и медицинские технологии - в паутине перемен тесно взаимосвязаны и каждый из этих элементов обязан своим существованием другому.
Как бы ни закончилась операция - мирно или с применением силы, - на борту кареты скорой помощи есть все современные средства оказания первой помощи раненым или умирающим. В арсенале медиков, помимо вездесущих антибиотиков и других обязательных препаратов, всегда есть ингаляционный анестетик - газ, который впервые был применен французским физиологом Полем Бэром. Он жил в Париже и в начале своей трудовой деятельности ставил опыты на хвостовых тканях крыс. Затем Бэр приобрел известность благодаря своим исследованиям чувствительных растений. Он, в частности, пытался устроить "анестезию" мимозе, чтобы понять, почему она сворачивается при касании. Выяснилось, что этот процесс вызван сокращением объема клеток листовой подушечки и оберегает листья от механического давления.
Бэр вообще очень интересовался давлением. В 1868 году, чтобы выяснить влияние высокого и низкого давления на водолазов и альпинистов, он построил специальную стальную барокамеру и провел ряд экспериментов над своим собственным телом. Он установил, что кислород под низким давлением вызывает учащение пульса, головную боль, головокружение, потемнение в глазах, тошноту, пагубно влияет на мозговую деятельность. Под высоким же давлением кислород просто ядовит. Бэр также описал симптомы кессонной болезни, которая вызвана образованием пузырьков азота в крови водолаза при быстром подъеме с большой глубины. Однако главным открытием Бэра было то, что действие газа обусловлено не его количеством, а давлением.
Большую часть своих исследований Бэр посвятил действию веселящего газа (закиси азота), пытаясь понять, почему он вызывает одновременно и анестезию, и удушье. Для одного из экспериментов он подготовил смесь из 1⁄6 кислорода и 5⁄6 закиси азота и подал ее под давлением в полторы атмосферы. При таком составе смеси и таком давлении веселящий газ вызывал наркоз, а кислорода было достаточно для поддержания дыхания. Бэр стал работать с воздухоплавателями - в полете на разных высотах они испытывали на себе действие воздуха разного давления. В 1875 году он сначала провел тренировки команды аэронавтов в своей барокамере, а для полета выдал им наполненные сжатым кислородом емкости, сделанные из коровьих потрохов, из которых они должны были начать дышать при симптомах головокружения. Один из членов экспедиции, Гастон Тиссандье, воспользовался кислородом и выжил, а второй аэронавт погиб. В 1878 году Бэр опубликовал работу "Барометрическое давление", которая стала настольной книгой для специалистов по авиационной медицине времен Первой мировой войны.
В эпоху Бэра воздухоплавание было уже достаточно развито. Аэростаты поднимались на высоту более восьми тысяч метров и применялись для изучения погоды и аэрофотосъемки (первое фото Парижа с воздушного шара датируется 1858 годом), а также использовались как воздушные наблюдательные посты во время наполеоновских войн.
Своими корнями аэронавтика уходит в производство бумаги - именно таким было ремесло первых воздухоплавателей, братьев Жозефа и Жака Монгольфье, владевших бумажными фабриками под Парижем. По роду своей деятельности они располагали огромным количеством сырья как для первых моделей шаров, так и для топлива. Скорее всего, на создание первого летательного аппарата их вдохновила награда, которую объявило французское правительство за план снятия осады Гибралтара. В 1781 году испанские войска были блокированы в Гибралтаре англичанами, а Франция в этом конфликте выступала на стороне Испании.
По задумке братьев воздушный шар должен был пролететь над головами английских солдат. Свои опыты они начали 15 ноября 1782 года в городе Аннонэ под Парижем. Первый шар, оболочка которого была сделана из изысканного шелка и наполнена дымом от сжигания сена и шерсти, поднялся в воздух на двадцать три метра. Другой шар диаметром двенадцать метров, сшитый из холстины и покрытый бумагой, 5 июня 1783 года пролетел две тысячи метров со 180-килограммовым балластом. К сожалению, первый пилотируемый полет шара припоздал к осаде Гибралтара. Он состоялся в 1783 году в Булонском лесу. Шар с двумя аэронавтами-аристократами Пилатром де Розье и маркизом д’Арландом поднялся на тысячу метров и за двадцать шесть минут преодолел расстояние в двенадцать километров. Месяцем раньше в присутствии короля и королевы был запущен экспериментальный шар с командой, состоящей из петуха, овцы и утки.
Однако королю нравилось любоваться не только летающими животными, еще он очень любил роскошные фонтаны Версаля. Подача воды для них стоила невероятных денег - специально для этого была создана насосная станция, качавшая воду из Сены (силовой установкой служила водяная же мельница). В 1795 году, гуляя по пляжу, Жозеф Монгольфье придумал способ подачи воды с меньшими затратами и меньшей механизацией. Идею подсказали волны морского прилива, яростно пробивавшиеся сквозь проемы в прибрежных скалах. Монгольфье назвал свое изобретение гидравлическим тараном.
Прототип устройства был создан в 1805 году прямо в русле реки. Вода под давлением поступала в камеру, оборудованную отбойным клапаном. При определенном давлении воды клапан закрывался и возникал гидроудар, под действием которого открывался впускной клапан другой камеры, наполненной воздухом. Поступая во вторую камеру, вода сжимала воздух. Под давлением впускной клапан закрывался, и выталкиваемая сжатым воздухом вода устремлялась в отводную трубу. Затем давление в системе стабилизировалось, клапаны приходили в исходное положение и цикл повторялся. Скорость работы гидротаранного насоса Монгольфье была сто двадцать циклов в минуту.
Изобретение пользовалось успехом, и в начале XIX века по всей Франции работало уже семьсот гидротаранных насосов. Их использовали для водоснабжения городов, каналов и систем орошения полей. Гидротаран также купила фабрика Джеймса Уатта в Бирмингеме , позже их применяли для строительства моста Британия в Уэльсе и тоннеля под рекой Гудзон в Нью-Йорке. Что же касается Версаля, то, несмотря на популярность изобретения Монгольфье и многочисленные обещания, деньги на строительство нового насоса так и не были выделены, и прежняя насосная станция под названием "машина Марли" осталась на месте.
Немецкая гравюра (такие выпускались в каждой стране), на которой изображен первый пилотируемый полет воздушного шара братьев Монгольфье, состоявшийся в ноябре 1783 года. Один из двух аэронавтов, Пилатр де Розье, позже погиб во время другого полета. Братья планировали сконструировать управляемый аэростат, но планам помешала французская революция
Идея гидравлического тарана получила новый толчок через пятьдесят лет в связи с политическими событиями, а именно процессом объединения Италии. В середине XIX века король Сардинии (который помимо этого острова владел еще большими территориями на севере Италии) решил предпринять решительные меры применительно к своей провинции Савойи, которая как на беду находилась по ту сторону Альп.
Кроме того, Альпы причиняли и другие неудобства. В них, как в стену, упирались железные дороги стран Северной Европы - дальше было не проехать. Коммерческие грузы с большими затратами приходилось отправлять окружным путем по морю. Такие же неудобства испытывали и путешественники, особенно те, которые ехали из стран Ближнего и Дальнего Востока. Альпы вставали всем в копеечку, а это - первейший стимул к инновациям во все времена.
Строительство тоннеля под горой Мон-Сенис между савойским городом Моданом и городом Бардонеккия неподалеку от Турина было торжественно начато 15 августа 1857 года в присутствии Виктора Эммануила II и Наполеона III. Расходы предполагалось разделить пополам. Сперва скважины для закладки взрывчатки бурили вручную, работы в тоннеле продвигались со скоростью двадцать три сантиметра в день. Такими темпами прокладка продлилась бы более сорока лет. В 1861 году начальник строительства Жермен Соммейе решил немного ускорить процесс и предложил бурить породу пневматическими бурами, а для подачи воздуха использовать модификацию гидравлического тарана Монгольфье.
Вода стекала из резервуара, расположенного в пятидесяти метрах выше по склону, и вращала колеса, которые нагнетали воду для сжатия воздуха. Воздух подавался по трубам в тоннель и приводил в действие 12-тонную автоматическую установку с девятью пневматическими бурами, которые высверливали в горной породе по восемьдесят отверстий разной глубины за один прием. После чего во все отверстия, кроме трех центральных, закладывалась взрывчатка и подрывалась.
С новой технологией бурения скорость работы увеличилась почти в двадцать раз - до пяти метров в день, так что строительство тоннеля Мон-Сенис (равно как и любого другого) не требовало теперь целой вечности. Тоннель длиной тринадцать километров был закончен в день Рождества 1870 года, отняв двадцать восемь человеческих жизней, 2 954 000 зарядов взрывчатки и три миллиона фунтов стерлингов. К сожалению, с объединением Италии пришлось повременить: пока шло строительство, случилась война за независимость страны и Савойя отошла Франции. Тем не менее французы выплатили оговоренную половину стоимости тоннеля. После такого оглушительного успеха у инвесторов, особенно швейцарских, не осталось повода для сомнений и в течение тридцати лет открылись Сен-Готардский, Арльбергский и Симплонский тоннели, а новый Восточный экспресс с ветерком мчал напрямик из Кале в Стамбул.
По иронии судьбы Соммейе и еще два инженера Мон-Сенисского тоннеля умерли от сердечного приступа. Во время строительства они активно использовали новую взрывчатку - нитроглицерин. Нитроглицерин был впервые получен еще в 1846 году итальянцем Асканио Собреро, однако производство этого вещества было чрезвычайно опасным (и это еще мягко сказано). В 1862 году один шведский инженер и его сын нашли способ сделать производство нитроглицерина менее рискованным. Получилось не очень - в 1864 году их фабрика в Хеленборге взорвалась и погребла под руинами второго сына шведского инженера. Однако первый сын, а звали его Альфред Нобель , выжил и продолжил исследования. В 1867 году он запатентовал смесь нитроглицерина с похожим на глину минералом - кизельгуром. Это было новое взрывчатое вещество - динамит . Новая взрывчатка была впервые использована в Мон-Сенисском тоннеле, но это было только начало.
Та самая ирония заключается в том, что у больных сердцем инженеров лекарство валялось в буквальном смысле под ногами - именно им они и взрывали тоннель. Помимо взрывных работ, с 1867 года нитроглицерин применялся и в медицине - в составе лекарства под названием глоноин. Он состоял из одного процента нитроглицерина, остальные девяносто девять процентов приходились на алкоголь. Глоноин применялся как сосудорасширяющее средство для облегчения сердечных болей и симптомов стенокардии. В небольших дозах он расслаблял коронарные и другие сосуды, увеличивал приток крови и снижал давление.
Побочным эффектом от долгой работы с нитроглицерином в его взрывчатой ипостаси были головные боли, которые доктора того времени называли "динамитными". От них часто помогал глоноин - он расширял сосуды шеи, а от их сужения и болела голова.
Головную боль так и лечили, пока не произошла фармацевтическая революция. В 1853 году французский химик Шарль Жерар получил форму салициловой кислоты, которую назвал ацетилсалициловой. Его работа основывалась на исследованиях одного немецкого ученого, который выделил салициловую кислоту из таволги. Ацетилсалициловая кислота хорошо помогала при головной боли, однако ее получение отнимало слишком много времени и Жерар прекратил опыты. В 1890-х годах каждый немецкий химик считал своим долгом выделить что-нибудь из каменноугольной смолы (дегтя) , нового побочного продукта горения коксового газа. Август Гофман из компании "Байер" выделил из нее фенол, из которого в свою очередь легко, быстро и дешево получалась искусственная ацетилсалициловая кислота. Продукт получил название-акроним, состоящее из букв A (ацетил), SPIR (от латинского названия таволги Spiraea ulmaria) и IN (окончание неизвестного происхождения), - аспирин. Головную боль перестали называть динамитной.
Фенол имел и другое название - карболовая кислота. С точки зрения сегодняшнего дня кажется очевидным, что ее стали использовать для дезинфекции. Однако способ, с помощью которого применяли это средство, приведет нас назад к сцене захвата самолета, с которой мы начали этот рассказ. В 1834 году другой немецкий химик, Рунге, установил, что карболовая кислота в слабоочищенном виде (не что иное, как креозот) предотвращает гниение дерева, а в 1857 году в английском городе Карлайле креозотом безуспешно пытались лечить сибирскую язву у скота .
В 1867 году профессор хирургии университета Глазго Джозеф Листер, который был наслышан об экспериментах в Карлайле, придумал новый перевязочный материал - своеобразную искусственную корку для заживления после-операционных ран. Это был муслин, пропитанный смесью карболовой кислоты и парафина. Позже вместо муслина Листер стал применять прорезиненную ткань , изготовленную по технологии шотландского изобретателя Макинтоша. Смерть от инфекций в послеоперационный период была делом обычным, и никто не знал, в чем было дело. Когда Листер опробовал свою новую перевязку на тринадцати пациентах со сложными переломами, все тринадцать благополучно поправились.
Состояние хирургии в тот период было таково, что большинство операций заканчивались, мягко говоря, нежелательными осложнениями, так что бытовала присказка "операция прошла отлично, а пациент умер". Условия содержания, о которых тогда мало кто задумывался, способствовали широкому распространению инфекций и госпитализация была чем-то сродни смертному приговору. Следующая находка Листера сделает больницы немного безопаснее мясной лавки. Этому поспособствует работа Бенджамина Ричардсона, зануды, скромняги и страстного велосипедиста. Он-то и выяснит удивительное - сильный холод вызывает онемение тканей.