В эллинистический период были и другие, не менее важные изобретения в области приложения сил. Ктесибий Александрийский, возможно современник Архимеда, не оставил описания своих работ, и о них известно только из трудов его преемника Герона, который сам, вероятно, был изобретателем некоторых приспособлений. Другие приборы, возможно, являются детищами еще более туманной фигуры этого времени Филона Византийского. Герон описывает гидравлические часы, гидравлический орган, пожарную машину, силовой насос, пневматическое оружие, паровую турбину и самое зрелищное автоматический театр, где куклы поворачивались и танцевали, приводимые в движение паром или горячим воздухом.
Все это были не более чем механические игрушки, но концепции и принципы, использованные при их конструировании, оказались очень важными.
Турбина, приписываемая Герону, это полый металлический шар, который мог свободно поворачиваться вокруг горизонтальной оси над котлом и жаровней (рис. 3.4). Две трубы, согнутые в противоположных направлениях, выступали из шара с противоположных сторон. Пар из котла проходил через неподвижные трубы, которые служили осью для шара, и выходил через наклонные трубы, поворачивая шар. Поскольку это движение было вызвано реакцией несбалансированных сил, а не расширением пара у подвижной поверхности, аппарат Герона, строго говоря, был реактивной турбиной, но представляется, что никакой полезной работы он не выполнял. Герон также пытался изобрести измеритель для потока воды и туманно объяснял, как определить количество воды, вытекающей из источника, умножив глубину на ширину потока, одновременно как-то наблюдая за скоростью с использованием солнечных часов. Ему был знаком принцип винта, и он описал инструмент, прилаженный к гребному колесу для обозначения скорости судна. Он написал многочисленные книги о стереометрии, об измерениях площадей и объемов, о пневматике, механике и землемерной съемке.
Рис. 3.4. Эолипил, или Геронова турбина
Нелегко определить влияние этих книг и приспособлений на работу инженеров-практиков того времени. В точности неизвестно, использовал ли римский инженер и автор Витрувий труды Герона. Не исключено даже, что Герон жил позже, чем Витрувий. Однако некоторые идеи Герона определенно использовались. Диоптра для измерения земли, которую он описал, водный винт, традиционно приписываемый Архимеду, составной шкив, одометр для измерения расстояний и, возможно, погружной насос стали стандартными инструментами римских инженеров.
Рис. 3.4. Эолипил, или Геронова турбина
Нелегко определить влияние этих книг и приспособлений на работу инженеров-практиков того времени. В точности неизвестно, использовал ли римский инженер и автор Витрувий труды Герона. Не исключено даже, что Герон жил позже, чем Витрувий. Однако некоторые идеи Герона определенно использовались. Диоптра для измерения земли, которую он описал, водный винт, традиционно приписываемый Архимеду, составной шкив, одометр для измерения расстояний и, возможно, погружной насос стали стандартными инструментами римских инженеров.
Глава 4
Имперская цивилизация
Если не считать недолговечную империю Александра Великого, греческая цивилизация никогда не имела централизованного политического контроля. По большей части греческая политическая организация состояла из независимых городов-государств. В классические времена гениями политической администрации являлись римляне; именно они покорили большую часть цивилизованного мира и установили политический контроль над ним на века. В 500300 годах до н. э., в период, когда греческая инженерная мысль достигла первых высот, жители города Рима покоряли итальянский полуостров. Укрепив свою политическую власть в Италии, они приступили к покорению других территорий. За следующие полтора века они завоевали средиземноморский мир и создали империю.
Политические, экономические и социальные нужды империи, в первую очередь ее городов, создали проблемы, которые должны были решить инженеры. Результатом стало поощрение развития инженерной мысли и крупные инженерные прорывы в строительстве, водоснабжении, строительстве мостов, дорог, гаваней и горном деле. Римские инженеры в первую очередь были инженерами классической древности. Любопытный факт: не было ни одного римского ученого первого порядка. В первые три века после включения греков в империю греческая наука продолжала процветать. Некоторые знаменитые греческие ученые работали именно в этот период. Один из них, Гален (130201), даже несколько лет трудился в городе Риме. Таким образом, в империи существовало интересное разделение между греками и римлянами. Первые дали миру выдающихся ученых и компетентных инженеров, а вторые только инженеров. Разница в культурных возможностях и традициях в Средневековье была весьма велика.
Самой важной для истории Запада в период, рассматриваемый в этой главе, была жизнь Иисуса из Назарета. Эволюция христианства от учений Иисуса повлияла на инженерию неким образом, ставшим очевидным только в последние века империи. Как это было с месопотамцами, египтянами и греками, главным источником энергии для римских инженеров стал рабский труд. Между тем в IV и V веках н. э. римские рабовладельцы-христиане все чаще освобождали своих рабов, причем по самым разным причинам, зачастую экономическим, но также потому, что новое христианское отношение рассматривало всех людей как равных перед Богом. Уменьшение использования рабского труда стало одной из важнейших причин, приведших к распаду империи. Постепенное раскрепощение повлекло за собой истощение практически единственного источника энергии. Только за несколько десятилетий до падения Рима инженеры начали ограниченно использовать энергию воды, чтобы заменить рабский труд.
Инженеры
Какими бы ни были причины, Рим возвысился до господства над миром от Шотландии до Персии. И каковы бы ни были источники, римские инженеры способствовали увеличению могущества и славы Рима. Когда люди переходят от сельской жизни к городской, они находят в себе интерес и способности к изобретению и конструированию вещей, иными словами, в них пробуждается тяга к инженерии. Или они начинают искать тех, у кого она есть. Потребность в инженерах становится настоятельной, когда люди начинают собираться в группы. Так усиливается понимание индивидуального заинтересованного отношения к общественному благосостоянию, и это вовсе не обязательно чувство морального долга перед согражданами. Возникает понимание того, что один человек тесно связан с остальными.
Как шумеры, вавилоняне, египтяне, минойцы и греки, римляне откликнулись на стимул городской жизни. Они существенно усовершенствовали постройки, связь и коммунальные услуги в республике. На самом деле рвение к общественным работам осталось и после того, как республиканские правительственные институты стали только прикрытием императорского режима.
Как шумеры, вавилоняне, египтяне, минойцы и греки, римляне откликнулись на стимул городской жизни. Они существенно усовершенствовали постройки, связь и коммунальные услуги в республике. На самом деле рвение к общественным работам осталось и после того, как республиканские правительственные институты стали только прикрытием императорского режима.
В отличие от предыдущих периодов время Рима было временем немногих открытий и изобретений. Римляне мало увлекались теорией, зато проявляли склонность к учению и адаптации идей и практик других. В IV веке до н. э., покорив и поглотив соседей с севера, они переняли знания этрусков о подземных дренажных каналах, строительстве с использованием арок и каменных блоков. Они также переняли греческие архитектурные формы, материалы, инструменты и методы, даже использовали самих греческих инженеров, покорив их, живших в Южной Италии и на Сицилии. В середине III века до н. э. практически все, что древние римляне знали об инженерии, пришло к ним из цивилизаций Восточного Средиземноморья. Согласно археологическим свидетельствам, считается общепринятым, что этруски, хотя их записи еще не расшифрованы, прибыли на северо-западное побережье Итальянского полуострова из Малой Азии и что они были тесно связаны с Египтом.
Инженеры Рима были скорее организаторами, чем творцами. Они являлись практиками и, как заявлял Фронтин, экспертами в применении идей, расширении и увеличении их общественной полезности. При этом мы не утверждаем, что римляне думали только о функциональных целях своих работ и не ценили красоту. Их работы были мощными и впечатляющими, но также сбалансированными и пропорциональными. Они не подавляли своей мощью, а являлись приятными глазу. Слово «величие» всегда было связано с Римом с тех пор, как Эдгар Алан По написал свое стихотворение «К Елене». Хотя теперь ставшее избитым, оно все еще как нельзя лучше применимо и к архитектуре Вечного города, и к его инженерам.
Один историк объявил, что в городах Римской империи использовали системы осушения и водоснабжения. В них был обогрев домов, мощеные улицы, мясные и рыбные рынки, публичные бани и другие муниципальные удобства, которые способны конкурировать с современным оборудованием. Подобные обобщения могут стать причиной опасных заблуждений. Они связаны с другими факторами и условиями, которые могут не представляться читателю одновременно. Было бы ошибкой думать, что все римляне свободно пользовались возможностями своих городов. Тем не менее это утверждение ясно указывает на степень и эффективность римлян, активно применявших свои знания к проблемам повседневной жизни. В этом они были, согласно нашей концепции термина, исключительно способными инженерами. Их общественные бани отличный тому пример.
Профессия римского архитектора, талантливого техника или инженера являлась в высшей степени уважаемой. Цензор Аппий Клавдий Красс прославился в римской истории своим акведуком, начатым в 313 году до н. э., и дорогой, построенной в следующем году. Юлий Цезарь всячески превозносил опыт инженеров, построивших мост через Рейн. Витрувий написал для своего патрона Августа трактат по архитектуре и инженерии, которым строители пользовались даже во времена Средневековья. Агриппа, министр Августа, был известным инженером. Император Клавдий активно интересовался общественными работами. Историк Тацит восхищался гением инженеров Нерона Севера и Целера. Император Адриан (76138), сам хороший инженер, содержал целый штат экспертов, один из которых, Аполлодор из Дамаска, в рекордное время построил мост через Дунай, превзойдя достижения людей Цезаря и дав пример Карлу Великому.
Настолько острым был интерес к инженерии и понимание ее значения и в военной области, и в гражданской, что было организовано обучение. Это вовсе не означает, что в Римской империи появились технологические институты, вроде тех, что мы имеем сегодня, или даже тех, что существовали в Средние века. Это означает, что такие императоры, как Траян, Александр Север, Константин, Юлиан и Юстиниан, искали и финансировали обучение молодых людей и система ученичества, направляемая государством, дополняла и улучшала традиционные методы передачи технических знаний от отца к сыну. Марциал, римский поэт, мастер эпиграмм, придворный императора Домициана, возможно, совершенно ненамеренно привлек широкое внимание к этому интересу к инженерии. Он, определенно, сделал сомнительный комплимент профессии, написав: «Коль окажется мальчик тупоумен, пусть глашатаем будет или зодчим». Несмотря на очевидный сарказм поэта, инженер занимал выдающееся положение в Риме, вне зависимости от того, был ли он местным уроженцем или иностранцем, патрицием или плебеем, хозяином, свободным человеком или рабом. Современному читателю здесь следует проявить осторожность и не считать, что римские рабы были ниже, поскольку являлись рабами. Римские рабы, захваченные на войне или купленные на невольничьем рынке, часто были в интеллектуальном отношении намного выше своих хозяев, и, что намного важнее, они признавались таковыми.