«СОЛНЕЧНЫЙ ЛАЗЕР» АРХИМЕДА
Принимая ванну, мы в очередной раз доказываем закон гениального древнегреческого ученого. Архимед был одним из первопроходцев в области математики, механики, астрономии, физики. Его называют основоположником математической физики, открывшим многие из основных законов физики и математики, и до сих пор пользуются архимедовскими методами нахождения площадей, поверхностей и объемов различных фигур и тел. Ученый ввел понятие центра тяжести, открыл законы рычага и разработал основы гидростатики. К тому же он был крупнейшим инженером, конструктором машин и изобретателем механических аппаратов своего времени. Все его разработки применяются до сих пор. И только существование «зажигательных зеркал», уничтоживших флот римлян, по-прежнему вызывает сомнения.
В теоретическом отношении исследования Архимеда Сиракузского (р. ок. 287 г. до н. э. – ум. в 212 г. до н. э.) были ослепляюще многогранны. Так, ученый использовал принцип рычага при решении ряда геометрических задач и формулировке математических выводов, изложенных им в сочинении «О равновесии плоских фигур», при вычислении площади параболического сегмента и объема шара. Эти работы явились начальным этапом интегрального исчисления («Параболы квадратуры»), открытого через две тысячи лет. А в труде «Об измерении круга» Архимед впервые вычислил число п — отношение длины окружности к диаметру – и доказал, что оно одинаково для любого круга (больше чем 3,1408, но меньше чем 3,1428). Кроме того, мы до сих пор пользуемся придуманной Архимедом системой наименования целых чисел.
Почти всем своим теоретическим исследованиям Архимед находил практическое применение. Сконструированные на основе действия рычага машины (или по-гречески «механе») помогали человеку «перехитрить» природу. Интересен и тот факт, что многие открытия гениального сиракузца получили современную формулировку и доказательство только в XIX веке.
Кто не знает легенду об открытии закона, утверждающего, что на тело, погруженное в жидкость, действует сила, равная весу вытесненной им жидкости? Она гласит, что прозрение снизошло на Архимеда в бане, когда он вдруг обратил внимание, что при поднятии ноги из ванной уровень воды в ней становится ниже. Осененный идеей, ученый голым выскочил из бани и с криком «Эврика!» понесся по людной улице. Так или иначе, но это открытие стало первым законом гидростатики. Аналогичный закон – определение удельного веса металлов – Архимед вывел при решении задачи, поставленной перед ним правителем Гиероном: определить, сколько золота содержится в его короне и есть ли в нем посторонняя примесь.
Гениальный ученый не был замкнутым человеком. Он стремился сделать свои достижения общеизвестными и полезными обществу. И благодаря его любви к эффектным демонстрациям, люди считали его работу нужной, правители предоставляли ему средства для опытов, а сам он всегда имел заинтересованных в деле и толковых помощников. Тем своим согражданам, которые с недоверием относились к его изобретениям, Архимед предоставлял решительные доказательства противного. Так, в один из дней он, хитроумно приладив рычаг, винт и лебедку, к удивлению зевак, «силой одного человека» спустил на воду тяжелую галеру, севшую на мель, со всем ее экипажем и грузом.
Цицерон, великий оратор древности, говорил об Архимеде: «Этот сицилиец обладал гением, которого, казалось бы, человеческая природа не может достигнуть». Великий ученый, страстно увлеченный механикой, создал и проверил теорию пяти механизмов, известных в его время и именуемых «простыми». Это – рычаг, клин, блок, бесконечный винт (теперь используемый в мясорубке) и лебедка. На основе бесконечного винта Архимед изобрел машину для поливки полей, так называемую «улитку», машину для откачки воды из трюмов и шахт и, наконец, пришел к изобретению болта, сконструировав его из винта и гайки. Многие древние историки, ученые и писатели рассказывают еще об одном удивительном «открытии» Архимеда, которое заставило его радостно воскликнуть: «Дай мне место, где бы я мог стоять, и я подниму Землю!» («Математическая библиотека» Паппа). Сходный по содержанию текст имеется у Плутарха: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю». Ни в одном из рассказов это «открытие» не названо, но в настоящее время в нем усматривают не обыкновенный рычаг, а механизм, близкий к лебедке, состоявший из барабана для наматывания каната, нескольких зубчатых передач и червячной пары. Новым здесь был сам принцип построения многоступенчатой передачи.
Архимед был одержим наукой и изобретательством. Сконструированные им аппараты и машины воспринимались современниками как чудеса техники. Создавалось впечатление, что он не спал и не ел, а уделял все время лишь творческому поиску. Даже Плутарх, превозносивший его мудрость и дух, заметил, «что он жил как бы околдованный какою-то домашнею сиреною, постоянной его спутницей, заставляющей его забывать пищу, питье, всякие заботы о своем теле. Иногда, приведенный в баню, он чертил пальцем на золе очага геометрические фигуры или проводил линии на умащенном маслом своем теле. Таков был Архимед, который благодаря своим глубоким познаниям в механике смог, насколько это от него зависело, сохранить от поражения и себя самого и свой город».
Именно при защите родных Сиракуз во время 2-й Пунической войны приумножилась слава Архимеда-инженера, которая и до того была ошеломляющей и оставила след в сознании всего эллинистического мира, перешагнув границы стран и столетий. Архимеду тогда было уже за семьдесят, но именно ему город доверил свою оборону. Это был величайший триумф, который когда-либо выпадал на долю ученых. Здесь проявился его талант не только изобретателя, но и незаурядного строителя.
Во «Всемирной истории», написанной примерно через пятьдесят лет после осады, Полибий рассказывал, что нападающие «не приняли в расчет искусство Архимеда, не учли, что иногда один даровитый человек способен сделать больше, чем множество рук… Архимед заготовил внутри города… такие средства обороны, что защитникам не было необходимости утруждать себя непредусмотренными работами на случай неожиданных способов нападения; у них заранее было все готово к отражению врага…» Он впервые создал в крепостных стенах амбразуры и бойницы, предназначенные для так называемого «нижнего и среднего боя». Добавим к этому изобретенные им десятки военных машин – всевозможных катапульт, машин для метания дротиков и копий, которые позволили горожанам отражать атаки превосходящего по силе противника в течение почти трех лет.
Подойти к городу с моря тоже оказалось невозможно. Как писал Плутарх: «…вдруг с высоты стен бревна опускались, вследствие своего веса и приданной скорости, на суда и топили их. То железные когти и клювы захватывали суда, поднимали их в воздух носом вверх, кормою вниз и потом погружали в воду. А то суда приводились во вращение и, кружась, попадали на подводные камни и утесы у подножия стен. Большая часть находящихся на судах погибала под ударом. Всякую минуту видели какое-нибудь судно поднятым в воздухе над морем. Страшное зрелище!..»
В описаниях военных машин постоянно фигурируют железные «лапы», «клювы» и «когти», в которых ученые усматривают предшественников самозатягивающихся клещей, современных манипуляторов и подъемных кранов. Причем машины были передвижными, имели стрелу, поворачивавшуюся вокруг вертикальной оси, и каждой управлял единственный машинист. Ни до, ни после Архимеда никто таких уникальных военных машин не использовал.
Но самой большой загадкой из всех изобретений Архимеда остаются «зажигательные зеркала». Великий сиракузец помимо всего прочего занимался оптикой и астрономией. Имеются сведения о том, что Архимедом было написано не дошедшее до нас большое сочинение по оптике под названием «Катоптрика», часто цитируемое древними авторами. Однако от самого труда, да и то в позднем пересказе, уцелела лишь единственная теорема, в которой доказывается, что при отражении света от зеркала угол падения луча равен углу отражения. Но даже на основе этих цитат можно сделать вывод о том, что Архимед хорошо знал зажигательное действие вогнутых зеркал, проводил опыты по преломлению света в воздушной и водной средах, знал свойства изображений в плоских, выпуклых и вогнутых зеркалах. Вот как об этих работах говорил Апулей: «Почему в плоских зеркалах предметы сохраняют свою натуральную величину, в выпуклых – уменьшаются, а в вогнутых – увеличиваются; почему левые части предметов видны справа и наоборот; когда изображение в зеркале исчезает и когда появляется; почему вогнутые зеркала, будучи поставлены против Солнца, зажигают поднесенный к ним трут; почему в небе видна радуга; почему иногда кажется, что на небе два одинаковых Солнца, и много другого подобного же рода, о чем рассказывается в объемистом томе Архимеда».
