На главную


1. Из предыстории перпетуум мобиле

Введение в историю неосуществленного изобретения

  На страницах этой книги мы хотим поразмышлять над судьбой машины, которая никогда не была и не будет построена, - вечного двигателя. Зачем же нужна сегодня книга о перпетуум мобиле, о тщетном стремлении человека решить проблему вечного движения? Казалось бы, в эпоху научно-технической революции этим вопросом, ответ на который давно известен, уже никто всерьез не интересуется. Безуспешные попытки создания подобной машины, служившие в недавнем прошлом предметом жарких научных дискуссий, давно миновали бурный период своего расцвета и, в конце концов, полностью осужденные современным развитием науки и техники, оказались сегодня отвергнутыми навсегда как следствие человеческих заблуждений.
  И все-таки, действительно ли эта проблема целиком принадлежит прошлому? Всем ли ясна мысль о неосуществимости вечного движения и невозможности построить перпетуум мобиле?
  Ученые - статистики и картотеки патентных бюро свидетельствуют, что далеко не всем. С незапамятных времен в человеческом характере были скрыты стремление и потребность исследовать, изобретать, строить новые машины, решать сложные и запутанные проблемы. Если начать перелистывать увесистые тома технических энциклопедий, то может показаться, что нынешнее время со всеми своими невероятно хитроумными машинами почти не оставляет человеку возможностей для исследования не решенных пока задач. Говоря образно, белых пятен на карте современной техники день ото дня становится все меньше, а добраться до оставшихся оказывается все труднее. Среднему жителю нашей планеты представляется, что в окружающем его мире все уже давно открыто, изобретено и сконструировано. К тому же внушаемые ему со всех сторон мысли о непогрешимости сложнейших механизмов и электронных разумов, постепенно подчиняющих себе своих создателей, пробуждают в человеке трепетный страх перед полчищами машин и бесчисленными изобретениями. И все-таки на свете всегда находится достаточно людей, которые, отвергая всеобщие законы механики и физики, неустанно продолжают свои несчетные попытки изобрести машину всех машин-перпетуум мобиле.
  С психологической точки зрения идея вечного движения всегда была крайне заманчива: ведь практическая реализация искусственно созданного замкнутого энергетического цикла, несомненно, привела бы к эпохальному перевороту в науке и технике с глубокими общественно-экономическими последствиями. Кроме отрицания существа современных физических теорий это означало бы, что построенный вечный двигатель явился бы первой в мире машиной с идеальным рабочим циклом. Его совершенство и максимальная эксплуатационная экономичность оказали бы огромнейшее влияние на развитие мировой экономики. Человечество навсегда избавилось бы от страха перед нехваткой энергии, который неумолимо преследует его сегодня. Тем самым разработка такого реального вечного двигателя затмила бы все сделанные до сих пор изобретения и открытия.
  Конечно же, мысль об использовании перпетуум мобиле для проникновения в космическое пространство и изучения далеких планет представляется не более фантастичной, нежели пожелания изобретателей, которые вполне довольствовались бы тем, что их вечный двигатель помогает поливать садовый участок, освещать дом или приводит в действие настольные часы. Но именно такие люди не хотят отказываться от своих ошибочных представлений и тратят годы, а то и десятилетия на заведомо мертворожденное детище, посвящая ему все свободное время и жертвуя собственными деньгами, здоровьем, а иногда и жизнью.
  Последующие главы нашей книги призваны создать у читателя четкое представление о причинах возникновения проблемы перпетуум мобиле, ее зарождении, развитии и влиянии на взгляды общества в разные периоды его развития.
  Исследование истории вечного двигателя в ее начальной фазе наталкивается прежде всего на скудость информации и множество догадок и предположений. Для того чтобы точнее представить себе характер некоторых этапов развития идеи перпетуум мобиле, нам придется столкнуться с такими вопросами, которые на первый взгляд никак не связаны с проблемой вечного движения. Однако более широкий взгляд на развитие науки и общества поможет нам лучше разобраться, почему в тот или иной исторический период идея перпетуум мобиле то становилась весьма популярной, то предавалась забвению, то вновь получала признание, то опять, в который раз, отвергалась учеными.

Что же такое перпетуум мобиле?

  На этот вопрос можно дать несколько ответов. Даже идею вечного двигателя многие считают беспочвенной фантазией и бессмыслицей, которая многих сбила с праведного пути. Физик скажет, что перпетуум мобиле представляет собой двигатель, который, будучи однажды приведен в движение, сам по себе удерживается в этом состоянии сколь угодно долго и при этом в случае необходимости способен еще совершать полезную работу. Но что подразумевается под словами «сколь угодно долго»? Означает ли это «вечно, всегда»? А что следует понимать под выражением «сам по себе»? Если заменить его, например, словами «собственной силой», то откуда и как возникает эта сила? Ученые разных времен подвергали приведенное определение обстоятельному анализу, однако в окончательных выводах они бывали единодушны далеко не всегда. Так, одной из наиболее примечательных проблем в полемике являлась, к примеру, задача сохранения вечного движения, т.е. поддержания его в условиях ограниченной прочности, старения материалов и увеличивающегося износа деталей двигателя. Другая спорная проблема заключалась, так сказать, во «внутренней ценности» такой машины, когда решался вопрос, можно ли считать вечным двигателем только ту машину, которая, будучи собранной полностью, немедленно начнет работать сама по себе, или все же допустимо сообщить подобному устройству некий начальный двигательный импульс. Спор велся и о том, относится ли к основным признакам перпетуум мобиле условие, чтобы он, будучи приведен в движение, одновременно совершал некоторую полезную работу.
  В старой научной литературе, например в «Физическом словаре» Гелера, изданном в Лейпциге в 1833 г., мы встречаемся с двумя основными категориями самодвижущихся машин-физическим вечным двигателем (perpetuum mobile physicae) и естественным вечным двигателем (perpetuum mobile naturae). К первой группе так называемых физических вечных двигателей относились самодвижущиеся устройства чисто механического характера, принцип действия которых основывался на использовании некоторого известного физического явления, например на действии силы тяжести, законе Архимеда, капиллярных явлениях в жидкостях и т.п. Проекты естественных вечных двигателей, относившихся ко второй группе, связывались преимущественно с циклически повторяющимися природными явлениями или же основывались на принципах небесной механики. Другое важное определение вечного двигателя, с которым мы сталкиваемся у более поздних исследователей, исходит из представления об идеальной машине, которая работает без потерь и всю сообщенную ей энергию может преобразовать в полезную работу или в какой-либо другой вид энергии. Согласно обоим этим определениям, исходный принцип создания вечного двигателя кажется внешне необычайно простым. В то же время весьма примечательным и типичным для своей эпохи представляется рассуждение о перпетуум мобиле известного немецкого ученого Иоганна Фон Поппе, работавшего в Тюбингене в первой половине XIX в.:

«В течение уже нескольких столетий существуют механики, в основном, правда, с не слишком глубокими познаниями, затрачивающие неимоверные усилия на изобретение перпетуум мобиле. Но, как утверждает Кёстнер (Карл Кёстнер (1783-1857)-профессор химии в университетах Гейдельберга, Бонна и др. Один из пионеров немецкой химической промышленности. Издатель и редактор ряда известных научных журналов того времени,- Прим, перев.), перпетуум мобиле есть химера, которая завела в трясину безысходности многих людей. Действительно, если мы будем понимать под этим объект, который все время, без привода энергии извне, находится в непрерывном движении, а значит, не подвержен нашей обычной земной бренности, то каждый разумный человек сразу уяснит себе, что такая вещь никак не может существовать на свете. Однако же, если называть вечным двигателем машину, которая при своей работе способна беспрестанно восстанавливать первопричину своего непрерывного движения, т.е. машину, в которой сила, вызывающая движение, действует непрерывно и без какого бы то ни было внешнего влияния вплоть до момента, пока эта машина не остановится сама, из-за собственного износа (насильственная остановка не принимается во внимание), то изобретение такой машины, хотя и очень затруднительно, но, по мнению наших крупнейших математиков, является делом вполне возможным».

  Отметим, что в старых литературных источниках название перпетуум мобиле применяется иногда и для описания таких устройств, которые по принципу своего действия никак не могут отождествляться с вечным двигателем. Так, магдебургский бургомистр Отто фон Герике, известный своими опытами с вакуумом, пользовался, например, латинским термином sempervivum (всегда движущийся), семантическое содержание которого совпадает с понятием перпетуум мобиле, ...для описания беспрестанных колебаний столбика ртути в ртутном барометре.
  В эпоху средневековья работы над созданием вечного двигателя зачастую бывали окутаны покровом тайны и окружены всевозможными домыслами и суевериями. Многие тогдашние ученые упоминали изобретение перпетуум мобиле по своей значимости в одном ряду с получением философского камня, являвшегося заветной мечтой и наивысшей целью большинства средневековых алхимиков и правителей разных стран.
  Итак, с одной стороны, - страсть к богатству и жажда власти, а с другой - стремление изобрести машину, которая без каких - либо затрат выполняла бы работу множества людей.

Наиболее ранние сведения о вечных двигателях

  Попытки исследования места, времени и причины возникновения идеи вечного двигателя - задача весьма сложная. Не менее затруднительно и назвать первого автора подобного замысла. К самым ранним сведениям о перпетуум мобиле относится, по-видимому, упоминание, которое мы находим у индийского поэта, математика и астронома Бхаскары (1114-ок. 1185), а также отдельные заметки в арабских рукописях XVI в., хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде. В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия. Так, Бхаскара в своем стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает некое колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического перпетуум мобиле, как видно из рис. 1, был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещенных на окружности колеса. Бхаскара обосновывает вращение колеса весьма просто: «Наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе».

  Интересно, что схемы первых вечных двигателей строились на основе простых механических элементов и даже в более поздние времена включали в себя все те же рычаги, которые закреплялись по окружности колеса, вращавшегося вокруг горизонтальной оси. Выбор этих механических элементов логически вытекал из того факта, что самыми доступными и наиболее глубоко исследованными областями науки в ту пору являлись механика твердых тел и механика жидкостей. Заслуживает внимания также и то обстоятельство, что в качестве основного конструктивного элемента использовалось именно колесо. Древнеиндийские философы учили, что регулярно повторяющиеся события, составляющие воображаемый круговой цикл, играют очень важную роль в жизни человека, являясь для него символом вечности и совершенства. Еще в ведической религии - религии древних индусов - колесо символизировало божественное начало. Размеренное движение солнечного диска, а также Луны с ее характерной круглой формой в период полнолуния служили источником вдохновения не только из-за своего внешнего вида, но и благодаря удивительной регулярности их циклически повторяющегося движения. Так колесо сделалось символом движения, а наука уже в самом начале своего развития стала заимствовать для своих целей некоторые религиозные атрибуты, воплощая их на практике в виде конструктивных элементов различных машин.
  В сознании человека того времени движение небесных тел представлялось образцом вечно продолжающегося движения, связанного прежде всего с божественным всемогуществом. Именно поэтому в движении космических тел многие ученые того времени стали усматривать знак или пример того, как в доступных человеку условиях смоделировать вечные и непрестанно повторяющиеся явления природы, связывавшиеся до тех пор лишь с неограниченными возможностями богов и их бессмертием. Впрочем, в мифологии почти всех народов мира существовали упоминания о созданных рукой человека предметах и вещах, проявление или действие которых обладало неограниченными временными характеристиками. С этой точки зрения одним из бесспорных видов перпетуум мобиле можно считать и описанную Блаженным Августином (354-430) вечную лампу, хотя, несомненно, недостаток внешнего сходства оказывается тут весьма ощутимым. Непрестанно продолжающееся движение подменено здесь вечным светом, который якобы испускала эта лампа в храме Венеры: несмотря на то, что лампу никогда не заправляли маслом, пламя ее было таким мощным и сильным, что его не могли загасить ни дождь, ни ветер. Лампа, упоминаемая Августином, не была единственной в истории всех этих странных и загадочных явлений. Так, сохранилась легенда о том, что в 1345 г. на могиле дочери Цицерона Туллии был найден аналогичный светильник, горевший без перерыва полторы тысячи лет.
  Сведения о горящих вечно лампах относятся к преданиям, которые, несмотря на свою неправдоподобность, свидетельствуют об огромной фантазии человека и стремлении построить или получить в свое владение нечто такое, что по своему постоянству приближается к представлению о связанном с вечностью божественном совершенстве. Вполне возможно также, что создатели этих легенд так выражали свою мечту о бессмертии.
  В арабских странах мы начинаем встречаться с проектами вечных двигателей, аналогичных по устройству механическому перпетуум мобиле индуса Бхаскары, уже примерно с 1200 г. На рис. 2 представлено одно из таких арабских самодвижущихся колес, пустотелый обод которого частично заполнен водой и ртутью. Согласно приведенной схеме сил, момент силы, создаваемый весом столбика воды F1, действующим на плечо r1 по направлению к центру вращения колеса, должен превышать момент силы, создаваемый весом ртути F2, действующим на плечо r2. В качестве основного условия успешной работы этого устройства принималось выполнение неравенства F1*r1 > F2*r2

  Как видно из рис. 3, арабские механики пользовались и другими комбинациями основных конструктивных элементов, например сочлененными деревянными рычагами и т. п. Однако главной частью их машин все же продолжало оставаться большое колесо, вращавшееся вокруг горизонтальной оси. Все эти вечные двигатели, принцип действия которых был весьма сходен с работой индийских самодвижущихся колес, в арабских странах разрабатывались главным образом для того, чтобы приводить в действие устройства для заполнения водой оросительных каналов.

  Оба представленных примера перпетуум мобиле могли бы создать у читателя превратное представление об уровне средневековой арабской механики. Вышедший недавно в Англии перевод сочинения известного арабского изобретателя машин и автоматов ал-Джазари «Книга о познании хитроумных механических приспособлений», написанного автором в 1206 г., свидетельствует о высоком уровне арабской техники, основывавшейся на использовании вполне реальных функциональных принципов и элементов конструкций. Эта книга, состоящая из шести частей, содержит подробные описания разнообразных гидравлических машин, насосов, водяных часов - клепсидр, музыкальных автоматов со сложной механикой фигур и т. п. До опубликования труда ал-Джазари оставалось неясным происхождение многих конструктивных элементов, с которыми мы впервые сталкиваемся в Европе у инженеров эпохи Возрождения. Так, например, конический клапан, встречающийся в альбомах чертежей Леонардо да Винчи, мы находим уже у ал-Джазари. Арабские инженеры были знакомы также и с зубчатыми секторами, которые с 1364 г. первым в Европе стал систематически использовать в своих астрономических часах Джиованни де Донди. В период деятельности ал-Джазари арабам была известна, в частности, и техника отливки металлов в песчаные формы, введенная в Европе лишь с конца XV в.
  Вместе с тем нельзя не отметить следующего важного обстоятельства. В труде ал-Джазари, раскрывающем многие до сих пор не выясненные отношения между механикой Востока и ранней европейской техникой, не приводится, по существу, ни одного примера перпетуум мобиле, что, несомненно, является бесспорным свидетельством высокого уровня средневековых арабских инженеров.


предыдущая страница

оглавление

следующая страница