Вечный двигатель

В ту пору, когда Галилей пытался доказать вращение Земли, в Европе появлялись все новые дреббели и вокансоны, имена которых со временем стёрлись в памяти человечества, точно так же, как были забыты и их изобретения, которыми эти люди удивляли когда-то современников. Механизмы их машин хотя и поражают тщательностью исполнения, но в большинстве своем состоят из стандартных элементов и лишь изредка отличаются особой оригинальностью или принципиальной новизной. Часто окутанные таинственными легендами, такие устройства вносили оживление в однообразие человеческой жизни, побуждая людей к совершенствованию собственных технических навыков и развитию творческой фантазии. Если только изобретателю удавалось ловко укрыть внутри своей таинственной машины приводной механизм (как правило, он представлял собой обычную часовую пружину), стремительно распространялась весть о том, что где-то, скажем при дворе Людовика XVI, создан и демонстрируется публике новый вечный двигатель. К тому же обыватели в большинстве своем не видели особой разницы между фигурными механическими автоматами и perpetuum mobile , а потому в качестве вечных двигателей часто рассматривались даже машины с плохо скрытым приводом.

Появлялись, разумеется, и такие личности, которые беспощадно срывали завесу тайны с изобретений своих конкурентов, правда, чаще всего лишь для того, чтобы бережно обернуть ею собственные творения. Пытались они обращаться и к помощи природных стихий, а также всякого рода непостижимых для них или непонятных сил, не оставляя без внимания даже силы сверхъестественные. В этом лабиринте интриг механика не раз смешивалась с алхимией, так что многие из претендентов на звание изобретателя perpetuum mobile завоевывали себе одновременно и славу знаменитых алхимиков. При этом даже самые образованные ученые с трудом различали границы, отделявшие истину ото лжи или выдумки.

Быстрое развитие науки и техники, необходимость создания новых источников энергии, а также исследования тайн окружающей природы требовали значительных финансовых затрат. Естественной реакцией на такое положение вещей явились попытки открыть способ изготовления золота, сосредоточившиеся, прежде всего в лабораториях алхимиков. Корни средневековой алхимии необходимо искать в древней химии, в сумме ее знаний, связанных с особенностями отдельных веществ и их свойств. В результате тесного контакта химии и алхимии возникло своеобразное содружество наук, важность которого, несмотря на его существенные недостатки и теневые стороны, вполне определенно ощущается и поныне. Ведь именно алхимикам мы должны быть благодарны за открытие технологии изготовления фарфора, различных красок, рубинового стекла и многих других материалов. Юстус фон Либих, выдающийся немецкий химик XIX века, сказал как-то, что он признателен алхимикам в их поисках путей получения золота за то, что результаты этих поисков помогли ему открыть способ получения искусственных удобрений.

Несмотря на полезные открытия, которые, правда, не позволяли изготовить искусственное  золото и потому, как правило, оставались незамеченными современниками, большинство  алхимиков искало прибежища во лжи  и обмане, о чем свидетельствует  длинный список средневековых мошенников. Упомянем, например, жившего в конце XVII в. некоего Дона Каэгано, который выдавал себя за обладателя философского камня, илиЛеонгарда Турнайссера из Базеля, который обманывал легковерных, продавая им слитки якобы изготовленного им золота, которые на самом деле содержали внутри свинец.

В конце XVI — начале XVII вв. внимание европейских алхимиков сосредоточилось  прежде всего на Праге. В это время Чехией правил император «Священной Римской империи» Рудольф II, коллекционер произведений искусства и богатейший меценат, оказывавший свое покровительство таким прославленным ученым, как Тихо Браге и Иоганн Кеплер, а также известным изобретателям точнейших и красивейших часов и искусных астрономических приборов Йосту Бурги и Эразму Хабермелу. Наиболее признанным пражским алхимиком периода владычества Рудольфа II был англичанин Эдвард Келли. Из других известных ученых-алхимиков следует упомянуть поляка Михаэля Сендивогию (Сендивойю), современника Келли, а также австрийца Рихтгаузена, работавшего в Праге в середине XVII в. уже при императоре Фердинанде III.

В Англии очень хорошо известно имя Джеймса Прайса, жившего некоторое время в Праге и позднее ставшего членом Королевского химического общества. В 80-х гг. XVIII в. в своей лаборатории в графстве Суррей он демонстрировал английскому королю некий «трансмутационный процесс». Правда, впоследствии, получив приглашение ко двору, где ждали раскрытия секретов проводившихся им «трансмутаций», Прайс предпочел покончить с собой. Кроме Келли и других алхимиков, в Праге, бывшей в то время одним из крупнейших центров европейской науки, техники и культуры, работало много искусных механиков и инженеров, которые так или иначе сталкивались с проблемой вечного движения. Одним из них был Кристоф Марграф — пражский часовщик, прославившийся изобретением оригинального хронометрического прибора, который рассматривался многими как реальный вечный двигатель.

В начале XVII в. при построении шагового часового устройства широко использовался  довольно неуклюжий механизм с набором металлических шариков, скатывавшихся по некоторой замкнутой траектории. Фиксированный временной интервал, необходимый собственно для измерения времени, определялся длительностью прохождения очередным шариком выбранного пути. Еще Галилей обратил внимание на то, что цилиндр или шар, скатывающийся по наклонной плоскости заданной длины (при постоянном угле наклона.) проходит этот путь за одно и то же время. Из этого правила исходил и Марграф, который заменил в своих часах наклонную плоскость винтовой канавкой, образованной двумя параллельными проволочными направляющими. Как только шарик, скатывавшийся по направляющим канавки, оказывался внизу, мгновенно срабатывало особое устройство, которое выпускало сверху в канавку следующий шарик. Скатывавшиеся шарики приводили в действие счетчик, показания которого фиксировались на специальном циферблате. В описании, к сожалению, отсутствуют сведения о способе подъема шариков обратно к верхней части канавки. По всей видимости, опираясь именно на эту схему, построил свои шариковые «вечные» часы и французский дворянин Никола Гролье, который мог познакомиться с часами Марграфа во время своей службы в австрийской армии.

В описи имущества Дрезденского двора, относящейся к 1603 году, также упоминаются шариковые часы некоего Ганса Шлотгхайма. Главной их частью опять-таки была спускавшаяся вокруг восьмигранной башни длинная винтовая канавка, по которой шарики, выпущенные из верхней галереи, скатывались ровно за 60 с. За эту работу, которая по существу представляла собой один из вариантов часов Марграфа, Шлоттхайм в 1601-1603 гг. получил 4800 рейнских золотых. В самой центральной башне, кроме устройства для измерения времени, располагался музыкальный механизм — некое подобие органа с двумя регистрами по 17 воздушных трубок-свистков каждый. Механизм боя и музыкальный механизм дополнялись автоматически двигавшимися фигурками музыкантов и символическими знаками планет, размещавшимися снаружи на специальных внешних балкончиках. Равномерно скатывающиеся шарики с искусно спрятанным устройством, возвращавшим их в исходное положение, были, очевидно, причиной ошибочного впечатления, что речь идет действительно о вечном двигателе. Слухи, что сам Марграф отвергал возможность создания perpetuum mobile , косвенно подтверждаются свидетельствами о том, что изобретатель, дабы преодолеть скептическое отношение заинтересованных лиц, всячески отвергал приписываемый его изобретению метафизический смысл. Вместе с тем вполне очевидно, что непосвященная публика легко принимала подобные часовые механизмы за perpetuum mobile. Многие вообще были склонны рассматривать в качестве вечного двигателя любое устройство, которое после придания ему начального импульса приводилось в непрерывное движение и оставалось в этом состоянии достаточно долго без явного подвода энергии извне.

Конечно, мошенничества и обман  не были привилегией и отличительным  свойством одних лишь алхимиков. В истории техники мы нередко  встречаемся с сообщениями о том, как широкая публика вводилась в заблуждение лишь для того, чтобы честолюбивый изобретатель мог привлечь к себе внимание окружающих.

Уже в начале нашего столетия в  Филадельфии умер некий Джон Кили, скромный, тихий человек, который свыше четверти века изо дня в день усердно корпел над какими-то исследованиями в своей лаборатории, помещавшейся в арендованном им частном доме. Соседи нередко слышали раздававшиеся оттуда странные звуки, похожие на отдаленные взрывы или раскаты грома. Распространялись слухи, будто Кили работает над изобретением особого мотора, приводимого в действие некоей эфирной субстанцией, в которой собственно и заключается главный секрет его машины. Все чаще упоминалось о том, что в стенах этого таинственного дома действует неизвестный perpetuum mobile , который сам вырабатывает необходимую ему для работы субстанцию. Так как загадочные звуки не прекращались, лабораторию Кили стали обходить стороной. В конце концов эта история привлекла внимание прессы. В одних газетах появились сообщения о том, что машина Кили являет собой переворот в технике, в других — что Кили создал огнестрельное оружие огромной мощности, не нуждающееся в использовании пороха. Сам же Кили наотрез отказывался что-либо комментировать, настаивая лишь на том, что созданная им машина еще недостаточно применима для промышленного использования. Но печать уже сделала свое дело: одни произносили его имя с благоговейным трепетом, другие сомневались, третьи подвергали его изобретение резкой критике, — в результате тихий и незаметный человек приковал внимание тысяч людей.

После смерти Кили в подвале под  лабораторией был найден источник пресловутой  эфирной субстанции — обычный  компрессор, которым Кили приводил в действие работавший на сжатом воздухе  мотор, сконструированный по образцу воздушной пушки. Тайна загадочных взрывов и природа еще более таинственной движущей субстанции были раскрыты. Однако своим молчанием Кили сумел добиться как раз противоположного эффекта: он стал центром внимания публики, его имя было на устах у окружающих, о нем писали газеты. Кили сознательно подогревал любопытство людей именно своей скрытностью; приводя, например, посетителей на порог своей мастерской, он в последний момент захлопывал перед ними двери.

Ранняя история развития науки  и техники часто изобиловала как настоящими изобретениями, так и подобными мошенничествами. Однако если для алхимиков откровенная неудача грозила потерей имущества, положения или даже самой жизни, то для тех, кто хотел изобрести вечный двигатель, речь шла только об известности и славе. Философский камень и вечный двигатель одновременно оказались основными целями усилий постепенно формировавшейся светской науки. Однако только идея perpetuum mobile смогла достаточно долго преодолевать те ловушки, которые выставляли на ее пути время и растущие знания человечества. И хотя общество давно смирилось с тем, что философский камень навсегда останется нерешенной проблемой алхимии, мысль о вечном двигателе все еще продолжали волновать сознание людей: тогдашнее увлечение проблемой perpetuum mobile пронизывало буквально все слои общества — ею интересовались инженеры, физики, философы, священнослужители и даже главы государств. В XVII-XVIII вв., в пору наибольшей популярности этой идеи, не проходило и месяца, чтобы не появлялась новая схема или новая модель вечного двигателя. Земное притяжение, вода, воздух, огонь, магнетизм, даже сверхъестественные силы — все привлекалось для оправдания усилий и трудов исследователей в погоне за этой беспримерной иллюзией. Именно об этих усилиях, а также о том, какими путями шло развитие идеи perpetuum mobile и как складывалась его судьба в пору расцвета, мы хотим рассказать в последующих разделах, посвященных разнообразным типам вечных двигателей и создавшим их людям.

Механические вечные двигатели.

Мы подробно рассмотрели самые ранние образцы вечных двигателей Бхаскары, Вийяра, Леонардо да Винчи и других изобретателей. Во всех этих машинах движущей силой являлась сила земного тяготения, а принцип их действия основывался на известной теореме моментов, справедливость которой для случая рычага была доказана еще Архимедом.

Приведем  еще несколько примеров. Так, известный  механик середины XVII века Эдуард Сомерсет, маркиз Вустерширский, в свои пятьдесят лет решил на удивление всем заняться постройкой perpetuum mobile доселе невиданных размеров. Честолюбивые намерения этого достопочтенного и преданного короне дворянина нашли полную поддержку у его государя Карла I. Старый лондонский Тауэр стал свидетелем грандиозных приготовлений. Вместе со своими помощниками маркиз соорудил огромное колесо диаметром более 4 метра с размещенными по его периметру 14 грузами весом по 50 фунтов каждый. К сожалению, в сообщениях об этом широко разрекламированном опыте, при котором присутствовал сам король со своим двором, о результатах экспериментов подробно не говорится. Известно лишь, что к этому своему опыту Сомерсет никогда более не возвращался; позднее он занимался строительством парусного экипажа и другими смелыми по тому времени проектами.

Примерно  в то же самое время, в первой половине XVII в., известный астроном и член ордена иезуитов Христофор Шейнер сделал важное открытие — он обнаружил пятна на поверхности Солнца. Однако для нас более интересным представляется его сочинение «Комментарий к основаниям гномоники», изданное в Ингольштадте в 1616 г. В нем автор описывает оригинальную идею еще одного perpetuum mobile , которому он дал громкое название «шейнеров гномон в центре мира». Постоянное движение гномона Шейнер обосновывал следующим образом. Произвольная точка, выбранная в качестве центра мира, одновременно будет являться и центром гравитации. Если раскрутить рычаг с перпендикулярно установленным на одном его конце гномоном так, чтобы свободный конец рычага проходил через этот центр гравитации, вся система придет в непрерывное вращение, потому что сила, притягивающая гномон с рычагом к центру гравитации, будет одинаковой во всех точках траектории.

Идея  Шейнера сразу ж вызвала многочисленные возражения современников. Так, собрат Шейнера по ордену иезуитов астроном Джиованни Баптиста Риччиоли утверждал, что гномон моментально упадет в центр гравитации по наикратчайшему пути Другой математик того времени Марио Беттино не без иронии заявил:

«Да, это будет perpetuum, но не mobile, а покоя!»

Хотя Галилей и не был приверженцем идеи perpetuum mobile , один из его учеников — Клеменс Септимус попытался построить вечный двигатель. У этого устройства вместо обычных грузов в плотно закрытом с концов цилиндрическом барабане вращалась плоская непроницаемая лопатка, разделявшая два вещества различной плотности. Одна половина цилиндра, FAG, наполнялась ртутью или водой, другая, FBG, - маслом или воздухом (т.е. более легким веществом). Работа этого устройства предполагалась следующей. Поскольку на CA действует больший вес ртути, то плечо рычага перейдет в положение DE, а центр тяжести окажется в некоторой точке D, лежащей между A и C. Так как ртуть несжимаема и вместе с тем она не может проникнуть в другую половину цилиндра, то весь барабан начнет вращаться в направлении C. Но вследствие этого движения центр тяжести системы опять переместится в исходное положение, и все повторится сначала . На основе построенной таким образом функциональной схемы Клеменс пришел к выводу, что данный perpetuum mobile сразу же после его изготовления должен прийти во вращательное движение и оставаться в этом состоянии вечно без какого-либо подвода энергии извне.

Против ошибочных взглядов Клеменса Септимуса выступил его друг итальянский физик Альфонсо Борелли. В опубликованном в 1670 г трактате «О естественном движении и подвешенных грузах» он подробно описывает машину Клеменса, категорически отрицая возможность ее работы с циклическим движением шаров по замкнутому пути мы уже сталкивались в вечных двигателях Марграфа и Гролье. Несколько иной внешний вид имеет perpetuum mobile Вильгельма Шреттера. Источником движущей силы здесь является, с одной стороны, совокупность шаров, обращающихся в системе колес K, расположенных в камерах A и B, а с другой — система трех рычагов X, Y, Z с грузами на концах. Оба этих механизма связаны зубчатой передачей, размещенной в левой части корпуса — в камере C.