Текст книги "Древние изобретения"
Автор книги: Питер Джеймс
Соавторы: Ник Торп
Жанры:
История
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 13 (всего у книги 48 страниц)
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Многочисленные свидетельства, встречающиеся в произведениях греко-римских авторов, говорят о том, что знания об электричестве в древние времена могли быть на удивление разносторонними.
Природные явления электричества, такие как удар током, наносимый некоторыми видами рыб, внимательно изучались древними. Римский поэт Клавдий описывает, как электрический скат, пойманный на крючок, посылал свой "разряд" по леске с удочкой и "ударял" рыбака. В Древнем Вавилоне врачи применяли электрических скатов для местной анестезии.
Молния, наиболее мощное проявление электричества, видимое невооруженным глазом, вызывала особенно сильное любопытство у древних людей. В то время как многие верили, что молния – сверхъестественное явление, оружие небесных богов, например Зевса или Юпитера, философы придерживались иной точки зрения. Они рассматривали молнию как проявление основной силы. Некоторые даже полагали, что молния была движущей силой вселенной (представление, удивительно близкое нашему пониманию), что электричество присуще всей материи.
Мы обычно говорим, что греки и римляне ничего не знали об электричестве, поскольку у них отсутствовал термин, обозначающий его. Неужели они были действительно столь несведущими? Возьмем римского философа Лукреция, считавшего, что материя состоит из атомов – понятие, по ошибке часто считающееся современным открытием. Лукреций описывал молнию доступными ему словами как "разряженный огонь... состоящий из мельчайших и подвижных частиц, которому абсолютно ничто не может преградить путь". Он также сделал важное наблюдение, что гром и молния происходят одновременно, даже если молния видна раньше, чем слышится гром. Лукреций мог даже объяснить почему: он знал, что звук распространяется медленнее света.
Статическое электричество
Самые элементарные знания об электричестве можно почерпнуть из загадочных свойств янтаря – окаменелой сосновой смолы. Если потереть янтарь о мех, то он легко заряжается статическим электричеством, что дает ему возможность притягивать маленькие кусочки легких материалов, таких как соломинка или бумага. Китайские ученые провели то же наблюдение, что греки и римляне: в работе от 83 г. н. э. описывается, как янтарь притягивает семена горчицы.
Это "магическое" свойство наряду с его великолепным цветом и чрезвычайно гладкой поверхностью делало янтарь одним из наиболее популярных товаров в древнем мире. Китайцы импортировали его из Бирмы, со времен каменного века он продавался по всей Европе от побережья Северного и Балтийского морей. Янтарные кольца, кулоны и другие украшения свидетельствовали о высоком социальном положении их владельцев, престижные предметы помещали в могилы богатых и могущественных людей наряду с изделиями из металла и драгоценного камня. Особенно любили янтарь греки. С 1600 г. до н. э. его в большом количестве привозили воевавшие цари Микен, чтобы поместить в своих величественных шахтовых гробницах.
Насекомые, жившие 50 миллионов лет назад, замурованы в янтаре – окаменелой смоле, которая за свой цвет и загадочные электрические свойства ценилась в древние времена. Этот кусок найден на побережье Дании и происходит из доисторического леса, который в настоящее время затоплен морем.
Греческие ученые проводили с янтарем опыты и пытались объяснить, почему он притягивает некоторые материалы подобно тому, "как магнит притягивает железо". Тем не менее, несмотря на похожее поведение магнитов и заряженного янтаря, они, по-видимому, поняли, что речь идет о действии сил разного происхождения. Магнитный железняк, известный грекам природный магнит, притягивает частицы железа магнетизмом, тогда как янтарь поднимал кусочки вещества статическим электричеством. Много веков спустя во время правления королевы Елизаветы физик Уильям Джильберт возобновил опыты греков, направленные на изучение свойств янтаря. Он назвал последние силой притяжения vis electrica (от слова electron, означавшего по-гречески "янтарь"). Итак, слово "электричество" впервые появилось в 1646 г. и в конечном счете происходит из работы древнегреческих мыслителей.
В греческих историях о происхождении янтаря особенно любопытна одна деталь. В них говорилось, что больше всего янтаря находят на побережье Северного моря в том месте, где мифологический персонаж по имени Фаэтон был повержен на землю молнией. Из этого можно сделать вывод, что греки видели какую-то связь между молнией и свойствами янтаря. Иными словами, они, возможно, были очень близки к пониманию природы электричества как особой формы энергии, которая проявляется различными способами.
До недавнего времени считалось, что электричество было "открыто" только в XVII в., однако археологические находки подтверждают, что в действительности электричеством пользовались около двух тысячелетий назад.
"Багдадская батарейка "
В коллекции Иракского музея в Багдаде есть небольшой незамысловатый глиняный кувшин, который несмотря на свой невзрачный вид археологической наукой был назван самой удивительной находкой. Ибо, хотя ему около двух тысяч лет, кувшин, по всей видимости, является корпусом аккумуляторной батареи.
Загадочный предмет был найден в июне 1936 г., когда рабочие, расчищая землю для прокладывания нового железнодорожного полотна неподалеку от Багдада, случайно обнаружили древнее захоронение. Археологи вошли внутрь и обнаружили, что могила являлась частью поселения в период Парфянского царства (примерно 250 г. до н. э.—250 г. н. э.). Раскопки дали богатейший материал – резной кирпич, гончарные изделия, стекло и металлические предметы и овальный глиняный кувшин с его любопытнейшим содержимым: медная труба с одним закрытым концом, железный прут и несколько осыпавшихся кусочков битума (асфальта).
Заинтригованный отчетами о находке физик Уолтер Уинтон из Британского музея в Лондоне приехал в Багдад и осмотрел кувшин. Он был поражен: "Добавьте немного любой кислоты или даже уксуса в медный сосуд, и вы получите простой элемент, генерирующий электрический ток. Несколько таких элементов, если их соединить в ряд, могут стать аккумулятором, который даст достаточно тока, чтобы зазвонил колокольчик, зажглась лампа или заработал небольшой электрический двигатель".
Модель древней "багдадской батарейки". Глиняный кувшин (более 7 дюймов высотой) содержит медный цилиндр, заполненный битумом (асфальтом). Внутри него находится железный сердечник. Если цилиндр наполняли кислотой, которая служила электролитом (раствором – проводником электричества), то между железным стержнем и медным корпусом образовывался электрический ток.
О том, что предмет был электрическим аккумулятором, Уинтон сказал "вполне ясно и убедительно". У него возникли сомнения только насчет того, что он был единственным в своем роде. Археологические "единичные предметы" – всегда наиболее трудный для объяснения вид находок. Уинтон не знал, что в парфянском городе Ктесифоне, неподалеку от Багдада, были обнаружены другие кувшины. С ними находились различные предметы магии – амулеты, которые позволяют предположить, что этими кувшинами пользовались алхимики, которые не оставили нам никакого ключа к разгадке их назначения. Идеально было бы, как заметил Уинтон, если бы горшок был найден с проводами или, еше лучше, – с целым рядом таких сосудов, соединенных вместе, что не вызывало бы никакого сомнения в их назначении. Однако, рассуждал Уинтон в 1967 г., если это не аккумулятор, то тогда что же? "Будучи по образованию не археологом, я перескочил прямо к самому простому научному решению. Я пока не представляю, для чего еще его могли использовать."
Однако и 25 лет спустя никто не в состоянии предложить другое правдоподобное объяснение назначения загадочного кувшина. Основным доказательством остается то, что он прекрасно работает как электрический элемент. Модель кувшина с содержимым была исследована во время двух опытов, проводимых независимо друг от друга в США. При наполнении доверху медной трубки уксусной кислотой (уксусом или вином) в качестве электролита (можно также использовать серную или лимонную кислоту) модель в течение 18 дней вырабатывала ток в половину вольта.
Тайна древнего искусства
Кому все же понадобились аккумуляторы 2000 лет назад? Пол Кейзер из Колорадского университета недавно выдвинул гипотезу, что им пользовались вавилонские врачи для местной анестезии при отсутствии электрического ската. Однако более убедительное предположение сделал немецкий археолог Вильгельм Кёниг, заведовавший лабораторией Иракского музея. В 1938 г. он изучил "багдадскую батарейку" и решил, что ток, производимый этими элементами, соединенными последовательно в ряд, мог использоваться для гальванизации металлов. Напряжения экспериментальных моделей было достаточно для такой работы.
Примитивный метод гальванизации все еще используется местными умельцами в Ираке для покрытия медных ювелирных изделий тонким слоем серебра. Возможно, этот метод на протяжении веков передавался из рук в руки во времена Парфянского царства или до него. Парфяне были наследниками как ближневосточной традиции научных исследований более чем 3-тысячелетней давности, так и более современного мастерства греков, которые в 330 г. до н. э. пришли вместе с Александром Македонским в этот регион. Как мы уже знаем, греки создали зачатки теории электричества и экспериментировали со статическим электричеством и магнетизмом. Последний фактически использовался греками, чтобы совершать механические чудеса в своих храмах (см. "Магниты, и магнетизм").
Действительно, насколько серьезными были древние опыты с электричеством, мы, возможно, никогда не узнаем. Древнеиракские мастера тщательно скрывали свои технические знания: вавилонские таблички с формулой изготовления цветного стекла (см. "Украшения" в разделе Личные вещи и украшения) часто были написаны языком, доступным только знатокам. Секреты гальваники, должно быть, ревностно оберегались и, возможно, никогда не записывались понятно. К счастью, сотни храмов в Ираке еще не раскопаны и тысячи научных табличек в музеях ждут расшифровки. Будем надеяться, что в дальнейшем нас ждут новые сюрпризы о древних знаниях в области электричества.
МОЛНИЕОТВОДЫ В ДРЕВНОСТИ
Знания, приобретенные людьми в древности при наблюдениях за молниями, по-видимому, были применены на практике. Есть доказательства того, что некоторые мачты, прикрепленные египтянами к пилонам (воротам) на фасаде храмов, предназначались для молниеотводов. Надписи в храме города Эдфу, достроенном Птолемеем IV в 212 г. до н. э., рассказывают о том, как покрытые медью мачты вмуровывались в пилоны: "Это был высокий пилон носителя света бога Гора на троне покровителя города Эдфу. Мачты были установлены парами, чтобы рассеять грозу в небесах".
На 1000 лет раньше минойцы Древнего Крита, возможно, также имели молниеотводы. Большинство их маленьких храмов находилось на вершинах горных цепей, и греческий археолог Хриссула Кардара доказывала, что это связано с культом поклонения грому с целью вызвать дождь путем индуктирования молний. Кардара представила несколько любопытных минойских рисунков остроконечных святилищ, у которых на фасаде были кольевидные мачты, вовсе не похожие на египетские. Ее довод заключался в том, что если эти мачты металлические, то они должны были притягивать молнию плывущих мимо грозовых туч и вызывать дождь. Эта идея выглядит привлекательно, она объясняет, почему критяне рассказывали позднее, как древние божества кузнечного дела тельхины могли вызывать с небес молнии и дождь. Интересно, что молниеотводы, изобретенные Бенджамином Франклином после его знаменитого опыта с воздушным змеем в 1752 г., были той же формы, что и остроконечные мачты на Древнем Крите.
Изображение критского "остроконечного святилища " на минойском сосуде (около 1500г. дон. э.). Предполагают, что остроконечные мачты на фасаде святилища были молниеотводами.
МАГНИТЫ И МАГНЕТИЗМ
В V в. н. э. Августин Блаженный сослался на невидимую силу магнитов в качестве доказательства того, что подобные явления могут существовать, но не поддаются рациональному объяснению. Он сам видел, как железные кольца взлетали в воздух и цеплялись друг за друга, и с разрешения приятеля епископа, который был очевидцем этого явления во время ужина, он описал, как кусочек железа мог передвигаться по серебряному блюду, если перемещать снизу магнит. Несмотря на то (это может показаться удивительным), что магниты были уже хорошо знакомы одному из основателей христианской церкви, сведения о магнетизме очень древние. В самом деле, с этим явлением гораздо лучше были знакомы в ранние греческие и римские времена, чем во времена Августина.
По греческому преданию, магнетизм впервые был открыт бродившим по горам Западной Турции пастухом. Неожиданно его ноги прилипли к земле, гвозди на сандалиях были отодраны природной силой обнаженной породы магнитного железняка. Это была легенда, но место неподалеку от города Магнезия, описанное в истории, с тех пор дало имя загадочной и полезной силе, которая может притягивать некоторые вещества (обычно железо, а также кобальт и никель) или отталкивать куски металла.
"Официально" открытие магнетизма принадлежит греческому ученому Фалесу из Милета, который в VI в. до н. э. впервые пытался объяснить невидимую силу магнитного железняка: "У магнита жизнь находится внутри, потому что она движет железо". Маловероятно, что он верил, будто магнит действительно "живой", несмотря на то, что он обладал силой движения. Позднее греки-философы продолжали восхищаться свойствами магнитного железняка и путем бесконечных опытов познакомились со многими основными законами магнетизма. Принцип магнитной индукции – способность магнита передавать свои свойства другим кускам железа – был, несомненно, понят. В одном из произведений Платона (IV в. до н. э.) содержится следующее описание: "Магнит... наделен силой притягивать железные кольца. Более того, передает кольцам силу, равную своей, и поэтому они могут притягивать другие кольца, в результате чего образуется длинная цепь из колец, хотя во всех кольцах магнитная сила происходит от первого камня".
Греки также видели разницу между притягивающей силой магнита и аналогичным свойством, которое возникает при трении янтаря (см. "Электричество"). Но еще задолго до сверхъестественного объяснения Августином Блаженным этого явления древние классические ученые создали несколько теорий, не отличающихся от современных. Римский философ и поэт Лукреций считал, что суть явления заключалась в потоке невидимых частиц. В трудах таких ученых, как Лукреций, мы находим почти все основные части головоломки для современного понимания электромагнетизма: теория атомов, знания о том, что они могли выделять невидимые частицы, и понимание того, что электричество и магнетизм связаны между собой, хотя это и разные явления.
Магнетизм и медицина
Будучи на грани синтеза всех этих представлений в единую теорию, греко-римские ученые так и не подошли к правильному объяснению магнетизма. Однако это не помешало им использовать его на бытовом уровне. Магнитный железняк высоко ценился во всем древнем мире как минерал и широко добывался. Но какую пользу он мог приносить древним людям, кроме научного интереса к нему и развлечения гостей?
Ассирийцы прибегали к измельченному в порошок магнитному железняку в качестве средства, усиливающего половое чувство, что выглядит до наивности смешным. Посыпая им половой член, мужчина, по-видимому, мог привлечь женщину, половые органы которой были посыпаны железными опилками (см. "Средства, возбуждающие половое чувство" в разделе Сексуальная жизнь). Напротив, мы должны серьезно принять во внимание широкое использование древними греками измельченного в порошок магнитного железняка в различных областях медицины, особенно в мазях для лечения ожогов и в бальзамах для снятия раздражения глаз. Эффективность подобных препаратов точно не известна, скорее всего, она не изучалась медицинской наукой XX в. Однако, учитывая возрастающее экспериментальное использование электромагнетизма в современных процессах лечения и для облегчения боли, возобновление изучения известных древнегреческим врачам лечебных свойств магнитного железняка будет, несомненно, полезным.
Более целенаправленным было использование магнетизма в древнекитайской медицине. Еще во времена династии Сун (960—1279 гг. н. э.) магнитный железняк применялся для извлечения железных предметов или стружки из глаз либо горла. Тот же принцип используют современные хирурги.
Статуи, "висящие " в воздухе
В грандиозных масштабах магнитный железняк применялся в древних храмах для создания зрительных эффектов. Римский поэт Клавдий оставил чарующее описание некоторых известных изображений Венеры и Марса, находившихся, вероятнее всего, в храме его родного города Александрия. Прекрасная статуя Венеры была вырезана из большого куска магнитного железняка, тогда как статуя бога войны Марса была сделана из чистого железа. Во время празднеств обе фигуры размещались на брачном ложе, усеянном розами. Под музыкальный аккомпанемент они постепенно сближались, затем Марс бросался вперед и заключал свою возлюбленную в магнитные объятья.
Использование магнетизма в храмах для такого рода чудес продолжалось и дальше. Во времена правления египетского фараона ПтолемеяII (III в. до н. э.) греческий архитектор Тимохар замыслил статую сестры (жены) фараона Арсикон, которая должна была парить в воздухе с помощью магнитов, специально размещенных в крыше и стенах. Правитель и архитектор умерли, прежде чем проект мог быть завершен, однако идея не была забыта. Говорят, что она была реализована в храме Серакиса, в Александрии, где лик бога Солнца, удерживаемый магнетизмом, висел до тех пор, пока в 391 г. н. э. христиане не разрушили храм. Другое магнитное чудо – парящая статуя бога Меркурия – было выставлено в Римском храме в городе Тривес, Франция.
Магниты и системы безопасности
Только китайцы превзошли древних греков и римлян в использовании силы магнетизма. В отличие от ученых классического мира, которые, по-видимому, никогда не знали секрета изготовления искусственных магнитов, китайцы использовали его в промышленном масштабе при изготовлении игл для компаса – возможно, самого практичного применения магнита в древние времена. Однако нельзя точно сказать, китайцы или ольмеки Южной Америки первыми изобрели компас (см. "Компас" в разделе Транспорт).
Наиболее претенциозное использование магнитного железняка в Древнем Китае описано в передаваемой из поколения в поколение истории о Цинь Ши-Хуанди, первом императоре Китая (221—210 гг. до н. э.). Его могила неподалеку от города Сиань имеет невообразимые размеры. Находясь под огромным холмом земли, она состоит из целого подземного дворца. Именно по границе этого могильного холма было найдено хранилище ныне известной всему миру 8-тысячной армии терракотовых воинов. Говорят, что усыпальница императора была полна несметных сокровищ, включая макет империи с озерами из ртути (см. "Изготовление карт" в разделе Транспорт). Говорили, что дверь в могилу невозможно было прорубить железным орудием, потому что она была сделана из такого материала, который притягивал и крепко держал его. Это предание подтверждается несколькими недавно обнаруженными фрагментами из энциклопедии (составлена в 1406 г. н. э.), известной под названием "Юн Ло Та Тень".
В средневековом Китае магниты для компасов изготавливались на небольших фабриках. На рисунке из книги 1637 г. изображены способы, которые не изменились за сотни лет. Сидящий за столом мастер, раскалив докрасна стрелки, направляет их в сторону севера и наносит удары мают ком. (В результате ударов молекулы сотрясаются и выстраиваются в северо-южном направлении, образуя сильный магнит.) Другой мастер с помощью дугообразной дрели проделывает в стрелках отверстия.
В них описывается похожее защитное устройство в других строениях Цинь Ши-Хуанди, во дворце Эфан, в городе Сяньян. "Воины в железных доспехах притягивались и отталкивались и не могли пройти через двери."
Эти истории были изучены Л. С. Тайем из научно-исследовательского института железа и стали (Пекин), который счел их весьма правдоподобными. Веские дополнительные доказательства в их пользу были предоставлены в результате открытия того, что пески бассейна реки Вэй, неподалеку от истоков древней китайской цивилизации, чрезвычайно богаты окисями магнитного железа. Тай проанализировал окиси, содержащиеся в песке, и нашел их высокомагнитными, они действительно были того же качества, что и окиси, полученные в лаборатории. В дальнейшем путем слабого нагревания (окаливания) окиси могли быть оплавлены вместе для получения мощных магнитных камней любого необходимого размера.
Когда терракотовую армию извлекли из земли на границе могильного комплекса Цинь Ши-Хуанди, мир был изумлен. Еще предстоит решить трудную задачу раскопки самой могилы, но нет сомнения в том, что откроется страна древних научных чудес, одним из которых могут стать останки самой древней в мире магнитной системы безопасности.
