Сергей Житомирский - Ученый из Сиракуз. Архимед

• Название: Ученый из Сиракуз. Архимед
• Автор: Сергей Житомирский
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1982

В книге в интересной форме рассказывается о великом математике, физике, астрономе и инженере древности. Изложение ведётся на фоне исторических условий, в которых протекали жизнь и деятельность Архимеда.

---

И Бюффон смело нарушает границы геометрической оптики; он делает шаг вперед в понимании физики явления, предполагая, что рассеяние тепла заметно зависит от размера нагреваемой поверхности. Отбросив сомнения, он сооружает составное зеркало с площадью в 13 раз меньше расчетной. Предположения Бюффона оказались правильными — его зеркало смогло зажигать дерево на расстоянии 50 м.

Зеркало, построенное по указаниям Бюффона механиком Пассманом, состояло из 168 плоских стеклянных зеркал размером 16,2?21,5 см; общая отражающая площадь составляла 5,85 м 2.

Зеркала закреплялись на общей раме подвижно, что позволяло сводить отраженные от всех зеркал солнечные лучи в заданную точку, меняя фокусное расстояние.

Вот как описывает Бюффон испытания своего прибора: «Первый опыт я провел 23 марта 1747 г.: с помощью всего лишь 40 зеркал я воспламенил буковую просмоленную доску на расстоянии 66 футов, т. е. я использовал только четвертую часть всего составного зеркала. Но здесь следует сказать, что зеркало еще не было установлено, поэтому его положение было очень неудобным, оно образовало с Солнцем угол около 20°.

Третьего апреля в четыре часа вечера зеркало было поднято и установлено на свою опору; при помощи 112 зеркал было произведено воспламенение доски, покрытой рубленой шерстью, на расстоянии 138 футов, хотя Солнце было очень слабым. Нужно быть осторожным, приближаясь к месту, где находятся воспламенямые предметы, и не смотреть на зеркало; если глаза окажутся в фокусе, человек будет ослеплен. 10 апреля после полудня при достаточно ярком Солнце воспламенили еловую просмоленную доску на расстоянии 150 футов всего лишь при помощи 128 зеркал; воспламенение произошло совершенно внезапно, причем на всей площади освещенного пятна. 11 апреля, поскольку фокус находился на расстоянии в 20 футов от зеркала, понадобилось только 12 зеркал, чтобы воспламенить мелкие горючие предметы. При помощи 21 зеркала зажгли буковую доску, с помощью 15 зеркал удалось расплавить большой сосуд олова, весом около 6 фунтов, 117 зеркалами были расплавлены тонкие листы серебра. Так как освещенное пятно при этом расстоянии достаточно велико — 6 х 7 дюймов, то появляется возможность ставить опыты в широком масштабе со всеми металлами, что было бы невозможно при использовании обычных зеркал, у которых «очаг» или очень слабый, или в сто раз меньше, чем у моего зеркала.

Я заметил, что металлы, и особенно серебро, дымят, прежде чем расплавиться. Дым бывал настолько сильным, что над землей образовывалась дымовая завеса, и именно здесь я мог наблюдать «очаг»; невозможно смотреть на него, когда свет падает на металл.

Для установки зеркала и совмещения всех отражений в одной точке нужно около получаса, но когда зеркало уже собрано, установлено и настроено, им можно пользоваться в любой момент, стоит лишь сдвинуть занавеску. Зеркало воспламеняет горючие вещества очень быстро…

Описанные мною опыты были проведены публично в Саду короля на горизонтальной площадке». (Садом короля назывался Парижский ботанический сад, директором которого Бюффон был с 1739 г.) Опыты Бюффона говорят сами за себя. Не подлежит сомнению, что зеркало, подобное тому, которое он построил, было бы в эпоху Архимеда грозным орудием боя.

Но сам Бюффон не помышлял о военном использовании своего изобретения. Такая попытка в век огнестрельного оружия была бы бессмысленной. Для него зеркало — это прежде всего солнечная печь, источник «чистого» тепла, необходимый для химических опытов.

О том, насколько актуальной была эта проблема для науки того времени, говорит тема составленной в 1741 г. диссертации М.В. Ломоносова, которая называлась «Рассуждение о катоптрико-диоптрическом зажигательном инструменте». Инструмент Ломоносова состоял из ряда зеркал, которые направляли солнечные лучи на линзы, сводившие их в одну точку. Цель этой работы М.В. Ломоносов формулировал так: «Вознамерившись ввести в область химии приборы физиков, а также истины, ими открытые, чтобы до известной степени облегчить трудности, встречающиеся в этой науке… я счел за благо, по мере сил моих, уничтожить каким-либо способом упомянутые трудности и попытаться увеличить зажигательную силу этих приборов, которые прославлены столькими работниками, двинувшими вперед естествознание, и которые, я не сомневаюсь, придут на помощь в химических работах, требующих сильного огня…».

Опыты Бюффона вызвали большой интерес, в том числе и в России. В инструкции, данной Петербургской академией наук 11 августа 1747 г. советнику И.И. Таубергу, уезжавшему за границу, наряду с другими поручениями предлагалось «проведать о нововымышленном в Париже зеркале».

Так, весть о зеркале Архимеда дала в руки ученых на пороге нового времени важный инструмент для научного исследования, ставший позже прообразом многих гелиоустановок.

После успешных опытов Бюффона мнение о реальности архимедовых зеркал возродилось.

Большую роль здесь сыграл французский историк и филолог Луи Дютан, который скрупулезно собирал упоминания античных авторов о различных древних изобретениях, в частности о зеркалах Архимеда. Он же разыскал и впервые опубликовал в 1768 г. отрывки из сочинения Анфимия «О чудесных механизмах».

Таким образом завершилась длившаяся столетия дискуссия. Вопрос о невозможности поджога кораблей зеркалами был снят и, кроме того, был создан (или воссоздан) мощный гелиоконцентратор.

Но со временем работы Бюффона были забыты и незаметно снова распространилось мнение о технической невозможности существования архимедовых зеркал.

Совсем недавно интерес к легенде оживил опыт греческого инженера-механика Иоаниса Сакаса, проделанный в ноябре 1973 г. Гамбургская газета «Цайт» так описала опыт: «В порту Скараманга неподалеку от Афин по его (Сакаса) распоряжению выстроилось несколько десятков солдат. Каждый держал прямоугольное зеркало размером 91?50 см. На расстоянии около 50 м от берега поставили лодку, груженную смолой. По команде Сакаса солдаты несколько раз поднимали щитообразные зеркала — ученый искал нужный угол, чтобы сфокусировать солнечные лучи на лодке. И вдруг лодка задымилась, а затем вспыхнула ярким пламенем».

Итак, техника сказала свое слово. Что же может сказать история?

Было или не было?

В легендах о зеркалах нет сведений, которые противоречили бы истории или возможностям техники эпохи Архимеда. В источниках говорится о поджоге кораблей, а не о сожжении флота.

Это не противоречит рассказу Полибия о штурме Сиракуз. Действительно, пожар на двух-трех, даже десяти кораблях не мог существенно повлиять на ход морской атаки, в которой только тяжелых кораблей участвовало 60.

Но на чем основано предположение об ограниченном применении сиракузянами «лучевого оружия»? Количество подожженных кораблей источники не указывают, и коль скоро жгущие зеркала были изобретены, они в принципе могли применяться и достаточно широко. Мог ли Архимед, планируя систему обороны, принять зеркала в качестве основного средства защиты?

Очевидно, не мог. Ведь достаточно было врагам напасть в пасмурный день или ночью, и зеркала оказались бы бесполезными, тогда как метательные машины и «железные лапы» могли действовать в любых условиях. Поэтому массовое применение зеркал сомнительно.

Далее, упоминаемый в источниках радиус действия зеркал — дальность полета стрелы (50…100 м) — является вполне технически осуществимым. Реален и подход кораблей к стене на такое или даже более близкое расстояние во время попыток высадить десант.

Обратим еще внимание на то, что в источниках говорится о применении зеркал только против флота, хотя они могли повредить пехотинцам Аппия ничуть не меньше, чем морякам Марцелла, воспламеняя переносные укрытия, ослепляя и обжигая воинов. Однако взглянем на карту Сиракуз. Оказывается, положение Солнца по отношению к сражающимся исключало применение зеркал против пехоты. Пешее войско наступало со стороны Гексапил — ворот, расположенных в центре северной стены города, и Солнце находилось за спиной их защитников, флот Марцелла, напротив, атаковал Ахрадину, район, обращенный на восток. Здесь Солнце светило со стороны моря, и условия для применения зеркал были наилучшими.

Стоит вспомнить и о том, что было всего два штурма Сиракуз — дневной и после его неудачи ночной. Не было ли в какой-то мере такое решение римлян вызвано желанием «обезвредить» зеркала?

Наконец, легенда приписывает постройку зеркал Архимеду — человеку, который действительно был способен их создать. Идея перехода от криволинейного зеркала к группе плоских кажется вполне естественной для Архимеда, часто применявшего в геометрических доказательствах замену кривых вписанными и описанными многоугольниками. У него было время для опытов и постройки самых разнообразных машин и сооружений, были средства, щедро отпускавшиеся Гиероном.