Таким образом, Уатт вполне установил причины плохой работы машины Ньюкомена, которые были особенно видны на маленькой модели. Вооружившись опытом, он решил найти способ уменьшения расхода воды и пара в машине Ньюкомена.
Дело было совсем не так-то просто, как предполагал сначала Уатт.
«Однако все же эта задача настолько овладела моим умом, — признавался он впоследствии, — а мои обстоятельства настолько требовали вернуть потраченное время и деньги, что я не мог бросить дела. После того как я всячески обдумывал вопрос, я пришел к твердому заключению: для того чтобы иметь совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр всегда был так же горяч, как и входящий в него пар. Однако конденсация пара для образования вакуума должна происходить при температуре не выше 30 градусов».
Но как же можно держать цилиндр всегда горячим и в то же время конденсировать в нем пар для получения вакуума? Задача казалась совершенно неразрешимой… Но вот однажды Уатт, занятый этими мыслями, отправился на прогулку.
«Это было возле Глазго, — рассказывает он в своих воспоминаниях, — я вышел на прогулку около полудня. Был прекрасный день. Я проходил мимо старой прачечной, думая о машине, и подошел к дому Герда, когда мне пришла в голову мысль, что пар ведь упругое тело и легко устремляется в пустоту. Если установить связь между цилиндром и резервуаром с разреженным воздухом, то пар устремится туда и цилиндр не надо будет охлаждать. Я не дошел еще до Гофхауза, как все дело уже было кончено в моем уме!»
Конечно, тысячи людей прогуливались мимо старых прачечных и видывали клубы пара, выходящие из окон. Но только одного Уатта, занятого своей идеей, вид прачечной навел на мысль об отдельном конденсаторе и помог найти выход из положения, представлявшегося совершенно безвыходным.
«Я проходил мимо старой прачечной, думая о машине…»
Мы часто говорим себе и советуем другим, не видя выхода из затруднительного положения: «Утро вечера мудренее!»
Это значит, что иногда нужно на время забыть условия задачи и вновь вернуться к ним при других обстоятельствах, в иной обстановке, взглянуть на дело с другой стороны. При такой перемене обстановки, под впечатлением какого-нибудь самого незначительного происшествия, под влиянием самого отдаленного намека все мышление может направиться по иному пути и привести вдруг к догадке, как решить задачу.
Это и произошло с Уаттом.
«Ну, а если бы, — спросим мы себя, — в Глазго был прескверный день, Уатт не вышел бы на прогулку или, гуляя, выбрал бы другую дорогу, без прачечной, что же, мысль об отдельном конденсаторе так и не пришла бы ему в голову?»
Нет, пришла бы, обязательно пришла бы! Задача была правильно поставлена, решение ее было исторически подготовлено, и не найти это решение Уатт мог бы, только перестав его искать. Но, продолжая искать и думать, то есть проверять в технике правильность десятков, сотен, тысяч комбинаций из отражений, как непрерывно поступающих в мозг, так и хранящихся в нем, Уатт необходимо должен был дойти до сочетания постоянно горячего цилиндра с постоянно холодным ящиком для конденсации пара. Все это по частям уже было дано в мозг, как отражения объективного, реального мира, и решение задачи необходимо должно было прийти, независимо от прогулок Уатта и встречавшихся ему на пути построек.
Какова же при таком положении дела роль «случая» в научном и техническом творчестве?
Ответить на этот вопрос теперь уже нетрудно. «Случай», как это было у Ньюкомена с взбрызгиванием воды в цилиндр, может прямо указать внимательному наблюдателю, что надо сделать.
Чаще, однако, мыслителя подводит к правильному выводу случай, сам по себе даже далекий от технической обстановки. Здесь он помогает конструктору выйти из рамок привычного мышления, нарушить привычный ход мысли.
Дело в том, что все процессы, происходящие в мозгу, повторяясь, совершаются все легче и автоматичнее. Ребенок, начав ходить в школу, должен, например, по необходимости рано вставать и рано засыпать. Первые дни новый распорядок дня дается с большим трудом, а затем все с большей и большей легкостью. Но, привыкнув, порядок этот нельзя изменить без траты нервных сил и жесткого требования со стороны.
Так же как привычный уклад жизни, образуется и привычное мышление, сойти с которого без толчка со стороны очень трудно, а порой и невозможно. Потому-то так долго не находил Уатт выхода из положения, создавшегося при исправлении модели, потому-то и помог случай с прачечной.
Как только Уатт пришел к идее отдельного конденсатора, все дальнейшие усовершенствования явились к нему одно за другим. Через два дня видоизмененная машина Ньюкомена вполне возникла в представлении конструктора. Он построил маленькую модель ее, и она подтвердила все предположения изобретателя. «Этим изобретение мое и было закончено, — говорил Уатт, — поскольку оно касалось экономии в расходе пара и топлива».
Но, когда Уатт приступил к постройке опытной водоотливной машины с отдельным конденсатором, возникли новые осложнения. Дело в том, что в машинах Ньюкомена цилиндр сверху оставался открытым, для того чтобы атмосферное давление действовало на поршень беспрепятственно. А чтобы пар и воздух не пропускались поршнем, на него сверху наливали слой воды. При устройстве отдельного конденсатора с этим мириться уже было нельзя: каждая капля воды, проникшая в горячий цилиндр через зазоры между стенками цилиндра и поршнем, обращалась бы тотчас же в пар, мешая образованию вакуума. Кроме того, при ходе поршня вниз вода и воздух, следуя за поршнем, охлаждали бы цилиндр, а этого-то прежде всего и хотел избежать Уатт.
Закрыть цилиндр, чтобы избежать охлаждения его водой и воздухом, было, конечно, легко, но крышка помешала бы атмосферному давлению действовать на поршень, и машина не смогла бы работать. Словом, задача опять казалась неразрешимой.
Размышляя над этой задачей, Уатт напал еще на одну мысль: ведь атмосферное давление можно заменить давлением пара, и даже с выгодой, потому что давление пара в котле у Ньюкомена равнялось двум атмосферам, то есть было вдвое сильнее атмосферного!
Закрыв цилиндр, Уатт стал впускать пар не только под поршень, чтобы создавать вакуум, но и в пространство над поршнем, чтобы заменить атмосферное давление давлением пара.
Это было чрезвычайно выгодное нововведение. В атмосферной машине мощность рабочего хода зависела лишь от величины поршня: чем больше делалась площадь поршня, тем мощнее был рабочий ход. Давление же атмосферы оставалось постоянно одинаковым. В новой машине Уатта мощность хода поршня зависела уже не только от величины поршня, но и от силы давления пара. Так как давление пара зависит от его температуры, то можно было нагреванием повышать его до любой силы, пока позволяет прочность котла, а тем самым и увеличивать мощность хода поршня, не прибегая к увеличению поршня.
В руках Уатта была настоящая паровая машина. Она отличалась от машины Ньюкомена и конструктивно. У нее был отдельный конденсатор в виде ящика с трубками, по которым циркулировала холодная вода. Конденсатор соединялся паропроводом с нижним концом цилиндра. Пар, устремляясь отсюда в конденсатор, осаждался здесь на холодных трубках капельками воды. Вакуум образовывался и в конденсаторе и под поршнем.
Паровой цилиндр Уатт поместил внутри деревянного цилиндрического футляра, через который пропускался пар. Это устройство, названное «паровой рубашкой», дало возможность держать цилиндр всегда горячим и избежать конденсации свежего пара, входящего в цилиндр из котла.
В остальном эта так называемая «паровая машина простого действия» Уатта не отличалась от машины Ньюкомена. Здесь также из двух движений поршня рабочим было только одно — именно ход вниз. Вверг поршень поднимался, не совершая никакой полезной работы. Так же как и у Ньюкомена, машина Уатта представляла только усовершенствованную водоотливную машину.
Постройку машины Уатт закончил в 1765 году. Слухи о каком-то новом изобретении Уатта, ради которого он забросил свои дела в мастерской, ходили уже давно, но Уатт хранил упорное молчание. В тайну изобретателя не мог проникнуть даже его друг. Об этом сохранился подлинный рассказ Робиссона, довольно болтливого человека, которого Уатт остерегался не без оснований.
«Я нашел Уатта, — вспоминает Робиссон, — сидящим у огня с жестяным резервуаром на коленях, который он осматривал. Я завел речь о том, о чем мы говорили при последнем свидании, то есть о паре. Уатт положил резервуар на пол и с живостью сказал:
— Ну, я устроил машину, которая не потеряет теперь ни одного атома пара!
Говоря это, Уатт весело посмотрел на машину, лежавшую возле него на полу, и, приметив, что я рассматриваю ее, задвинул ее ногой под стол. Я спросил его о сущности изобретения, но так как он отвечал мне довольно неохотно, то я не продолжал расспросов».
