Виктор Бродянский - Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии

• Название: Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии
• Автор: Виктор Бродянский
• Издательство: ФИЗМАТЛИТ
• Жанр: Физика
• Год: 2001
• ISBN: 5-9221-0202-8

В популярной форме рассказывается об истории вечного двигателя от первых попыток его создания до современных «изобретений». Раскрывается значение для энергетики двух фундаментальных законов — первого и второго начал термодинамики. Показана бесполезность попыток обойти эти законы независимо от сложности предлагаемых для этого устройств.

Для широкого круга читателей, интересующихся историей техники и ее современными проблемами.

---

Может быть и не с такой предельной ясностью, но эта мысль действительно впервые была сформулирована в «рыцарские времена» — в XIII в.

Поистине пророческое высказывание о будущем техники, которое не могло бы возникнуть без понимания значения универсального двигателя, принадлежало средневековому монаху. Это был великий Роджер Бэкон (ок. 1214— 1292), названный современниками doctor mirabilis (удивительный доктор); это, впрочем, не помешало церковникам продержать его почти 20 лет в тюрьме.

Вот что он писал: «Прежде всего я расскажу о чудесных творениях человека и природы, чтобы назвать дальше причины и пути их созидания, в которых нет ничего чудодейственного.

…Ведь можно же создать крупные речные и океанские суда с двигателями и без гребцов, управляемые одним рулевым и передвигающиеся с большей скоростью, чем если бы они были набиты гребцами. Можно создать и колесницу, передвигающуюся с непостижимой быстротой, не впрягая в нее животных. Можно создать и летательные аппараты, внутри которых усядется человек, заставляющий поворотом того или иного прибора искусственные крылья бить по воздуху, как это делают птицы. Можно построить небольшую машину, поднимающую и опускающую чрезвычайно большие грузы, машину огромной пользы……Наряду с этим можно создать и такие машины, с помощью которых человек станет опускаться на дно рек и морей без ущерба для своего здоровья».

Это и прогноз, и призыв: «Ведь можно же!», а не сказочные мечты вроде ковра-самолета или скатерти-самобранки. И главное в этих прогнозах, как отчетливо понимал Бэкон, — это двигатель, без которого самостоятельное движение ни судов, ни колесницы, ни летательных аппаратов невозможно.

Отсюда видно, что Роджер Бэкон был, по-видимому, первым, кто, говоря языком современных терминов, достаточно ясно представлял себе первые три из основных функций техники: энергетическую, технологическую и транспортную, и, более того, необходимость обеспечить первую для развития двух остальных.

Он не упомянул только логическую функцию, необходимую для помощи при умственной деятельности человека. Первый шаг в этом направлении сделал в том же XIII веке его младший современник, другой монах — Раймун Луллий (1235-1316), сконструировавший первую машину для решения логических задач.

При всей гениальности Р. Бэкона[2] и творческих способностях Р. Луллия, они не смогли бы создать ничего подобного, если бы к этому времени не сформировался определенный уровень представлений о дальнейших потребностях и возможностях развития техники, опирающихся на скромные, но достаточно весомые ее успехи. В частности, уже «витало в воздухе» представление о том, что создание универсального двигателя, пригодного для привода машин, возможно.

Потребность в таком двигателе была естественной для ремесленного производства тесного средневекового города, где не хватало рабочих рук.

Ответом на эту потребность и были попытки создания perpetuum mobile, первые проекты которого появились в том же XIII в., в котором жил и работал Р. Бэкон. Теперь, в XX в., легко критиковать ошибки изобретателей XIII в. Современному школьнику, который «проходил» закон сохранения энергии, очевидно, что путь, на который вступили тогда изобретатели универсального двигателя, был ложным. Однако судить на этом основании с высокомерием и даже с иронией (так бывает) о трудах мастеров и изобретателей «мрачного средневековья» нельзя.

В.И. Ленин писал «Исторические заслуги судятся не по тому, что не дали исторические деятели сравнительно с современными требованиями, а по тому, что они дали сравнительно со своими предшественниками» [1.1]. С этих позиций смелая попытка оторваться от «биологической» и «ветро-водяной» энергетики представляет огромный шаг вперед. Работа средневековых изобретателей perpetuum mobile была необходимым этапом проб и ошибок, на базе которых постепенно выкристаллизовался закон сохранения энергии (а затем все те необходимые научные и технические результаты, которые он помог получить).

У самых гениальных мыслителей, ученых и инженеров античного мира, даже таких, как Архимед (ок. 287-212 до н. э.), нет и намека на идею об универсальном двигателе. Не двинулся в этом направлении и такой инженер, как Герон Александрийский (ок. 1 в.), несмотря на то, что он знал намного больше, чем средневековые мыслители. Даже движущая сила нагретого воздуха и водяного пара была ему хорошо известна. Его «эолопил» (рис. 1.1) — прообраз реактивной паровой турбины — был только интересной игрушкой, так же как и устройство, открывавшее двери храма (рис. 1.2). Мысль о том, чтобы приспособить его к делу — использовать как двигатель для машин, даже не возникала. Это и понятно: была дешевая рабочая сила многочисленных рабов, домашних животных, наконец, воды и ветра.

Вспомним, что в Римской империи на одного рабовладельца приходилось в среднем 10 рабов (а у некоторых патрициев их было даже до 1000), Если принять мощность каждого раба за 0,1 кВт, то (даже не считая работу животных) «энерговооруженность» среднего римлянина превышала 1 кВт, и богатого патриция — 10 кВт. Это примерно соответствует современному уровню!

Почему идея создания универсального двигателя, как и первые его проекты в виде ppm, появилась именно в XIII в.?

Это, конечно, не случайность, а результат, исторически обусловленный ходом развития производительных сил средневекового общества; XIII в. занимает в нем особое место. Именно в это время уже в достаточной мере проявились преимущества развитого феодального общества перед рабовладельческим.

Рост городов[3] приводил к созданию крупных городских общин с самостоятельным управлением. Бюргерство, поддерживаемое королевской властью, укреплялось в борьбе с феодалами, и влияние его росло. Труд свободного ремесленника, практическое мастерство (art) стали, в отличие от античных времен, занятием, достойным уважения. Объединявшие ремесленников профессиональные корпорации — цехи были достаточно сильны, чтобы отстаивать интересы своих многочисленных членов. В Париже, например, по данным податной переписи 1291 г. было 4159 цеховых мастеров. В этих условиях мастера были заинтересованы в развитии техники и технологии своей области.

Рис. 1.1. «Эолопил Герона»  Рис. 1.2. Тепловой привод Герона для открывания дверей храма

Количественный и качественный рост ремесленного производства и торговли привел к тому, что средневековая Европа стала собирать и осваивать технические новинки и изобретения со всех стран: из Византии, арабских владений, Индии и даже Китая. Грамотность перестала быть только привилегией монахов — она широко распространяется среди городского населения (вспомним хотя бы средневековый Новгород). Наиболее «весомо и зримо» технический прогресс проявился в XIII в. в архитектуре и строительстве. Стремящаяся вверх каркасная ажурная готика требовала высокого инженерного искусства.

К XIII в. относится и открытие первых университетов (Кембридж — 1209, Падуя — 1222, Неаполь — 1224, Саламанка — 1227 г.), только Оксфорд был основан еще в 1167 г.

Список технических изобретений этого времени (как европейских, так и ввезенных извне и получивших распространение) достаточно солиден. Это усовершенствованный компас (в виде иглы), порох, бумага (ХП-ХШ вв.), механические часы, очки, стеклянные зеркала, литье чугуна, шлюзы на каналах, ахтерштевень (вертикальная стойка руля) и бушприт на мирских судах и даже соление сельди (XIII в.). В последующем все эти изобретения совершенствовались и распространялись. Это дало основание Д. Берналу сделать вывод о том, что «технические изменения происходили на протяжении всего средневековья, и они действительно представляют собой его наиболее значительный вклад в научную цивилизацию будущего» [1.9].

Как ни странно, находятся историки техники, разделяющие давно опровергнутые представления о средних веках как о «мрачном провале» истории человечества. Один из них написал так: «Мы можем смело опустить следующие полторы тысячи лет. Шестнадцатый век начал с того, на чем остановился первый» [1.16].

Мы не будем настолько «смелыми» и продолжим поучительное изучение средневековой техники, обратившись после обзора общей картины к той ее части, которая относится к perpetuum mobile.

1.2. Первые проекты механических, магнитных и гидравлических ppm

Сейчас трудно установить точно, когда, кем и где был предложен самый первый проект ppm. Есть данные о том, что в трактате великого индийского математика и астронома Бхаскара Ачарья (1114-1185 гг.) «Сиддханта Сиромани» (ок. 1150 г.) есть упоминание о ppm. Об этом же говорится в сочинении араба Фахра ад-дин-Ридваи бен Мохаммеда (ок. 1200 г.).

В Европе первые известия о ppm связаны с именем одного из выдающихся людей XIII в. — Виллара д'Оннекура — французского архитектора и инженера.