Античная техника

      Именно  в античной математике (в работах до Евклида и в его "Началах") была впервые применена и отработана сама процедура сведения и преобразования одних идеальных объектов (фигур, еще не описанных в теории) к другим идеальным объектам (фигурам, описанным в теории). В ходе таких преобразований получались знания отношений ("равно", "больше", "меньше", "подобно", "параллельно"). В дальнейшем, как известно, эти знания были использованы в фундаментальных науках и параметризованы, т.е. отнесены к связям параметров природных, реальных объектов. Наконец, именно в античной геометрии были отработаны две основные процедуры теоретического рассуждения: прямая – доказательство геометрических положений, и обратная – решение проблем. Эти две процедуры являются историческим эквивалентом современной теоретической постановки и решения в технических науках задач "синтеза – анализа".

      Более явно отдельные элементы технического мышления могут быть прослежены в античной астрономии. Конечная прагматическая ориентация теоретической астрономии не вызывает сомнений (предсказание лунных и солнечных затмений, восхода и захода планет и луны, определение долготы и широты и т.п.). Но совсем не очевидно, что эта ориентация может быть сближена с технической ориентацией, ведь человек вроде бы непричастен к ходу небесных явлений. Тем не менее, такое сближение возможно.

      В определенном смысле все объекты  античной астрономии могут быть отнесены к однородным объектам. На эту мысль наводит единообразная форма их моделей – геометрических изображений небесных сфер и эпициклов. Идеальные объекты, представленные в этих моделях, формируются точно так же, как идеальные объекты технических наук, т.е. складываются в ходе схематизации и онтологизации процедур сведения одних теоретически представленных небесных явлений к другим. (Первоначально эти явления описывались в родственных "фундаментальных теориях" – арифметике, геометрии, теории пропорций). Аналогично этому в античной теоретической астрономии, вероятно, впервые была отработана процедура получения отношений между параметрами изучаемого в теории реального объекта.

      Первоначально исходные параметры геометрических моделей теоретической астрономии заимствовались непосредственно из таблиц, фиксирующих ступенчатые и зигзагообразные функции. Эти таблицы греческие астрономы получили от вавилонян [50]. Позднее греческие астрономы стали производить собственные измерения, ориентируясь уже на новые, "тригонометрические" модели, фиксирующие небесные явления, а также на требования, возникающие в процессе преобразования этих моделей (в Новое время эта процедура была перенесена Галилеем в механику и уже в XIX в. – из естествознания в технические науки).

      Если  небесные тела и их траектории может  создать, сотворить только Бог (главным  же образом они мыслятся как природные, космические явления), то строительство кораблей – всецело дело рук человека, искусного техника. С этой точки зрения крайне интересные случаи использования научных знаний в технике демонстрирует работа Архимеда "О плавающих телах". По сути, это – вариант "технической науки до технической техники", однако представленный в форме античной теории, из которой изгнано всякое упоминание об объектах техники (кораблях).

      Действительно, работа построена по всем канонам  античной науки: формулируется аксиома, на основе которой доказываются теоремы, при доказательстве последующих теорем используется знание предыдущих. В тексте работы не приведены эмпирические знания, описания наблюдений или опытов; идеальные объекты – идеальная жидкость и погружены в нее тела – не противопоставляются реальным жидкостям и телам. Вообще, если термины "жидкость" и "тело" не относить к реальным объектам, а связывать только с идеальными объектами и процедурами развертывания теории, то науку, которую построил Архимед, по способу описания нельзя отличить от математической теории "Начал" Евклида. Тем не менее, можно показать, что Архимед при построении своей теории использовал эмпирические знания о реальных жидкостях и телах и сам его метод доказательства существенно отличается от математического. Рассмотрим оба эти момента подробнее.

      Анализ  формулировок некоторых теорем, содержащихся в этой работе, например: "...тело, более легкое, чем жидкость, будучи опущено в эту жидкость, не погружается целиком, но некоторая часть его остается над поверхностью" [10, с. 330], – позволяет утверждать, что они получены в ходе измерений при сопоставлении реальных объектов с общественно-фиксированными эталонами. Результаты сопоставления фиксировались затем в знаковых моделях (числах) или чертежах. В данном случае можно предположить, что осуществлялись два рода сопоставлений: взвешивание тел и жидкости и определение положения тел относительно поверхности жидкости (тело выступает над поверхностью, полностью погружено в жидкость, опускается "до самого низа" и т.д.).

      Отличие доказательства, принятого в этой работе, от математического можно проследить при анализе ссылок. Первое положение Архимеда ("если поверхность, рассекаемая любой плоскостью, проходящей через одну точку, всегда дает в сечении окружность круга с центром в той самой точке, через которую проводятся секущие плоскости, то эта поверхность будет шаровой" [10, с. 228]) является чисто математическим и опирается при доказательстве на математическое знание о равенстве радиусов шара. При доказательстве второго положения ("поверхность всякой жидкости, установившейся неподвижно, будет иметь форму шара, центр которого совпадает с центром Земли" [10, c. 228]) используются не только первое положение, но также аксиома не математическая по своей природе ("предположим, что жидкость имеет такую природу, что из ее частиц, расположенных на одинаковом уровне и прилегающих друг к другу, менее сдавленные выталкиваются более сдавленными, и что каждая из ее частиц сдавливается жидкостью, находящейся под ней по отвесу, если только жидкость не заключена в каком-нибудь сосуде и не сдавливается еще чем-нибудь" [10, с. 228]). Кроме того, в этом доказательстве Архимед, не оговаривая, использует положение о равенстве давления частиц жидкости, расположенных на одинаковом расстоянии от центра Земли. Это положение, физическое по своей сути, позволяет Архимеду утверждать, что частицы жидкости, расположенные на одинаковом расстоянии от центра, не придут в движение (отсюда следует, что частицы покоящейся жидкости лежат на одинаковом расстоянии от центра Земли и, следовательно, поверхность такой жидкости имеет форму шара с центром, совпадающим с центром Земли). Таким образом, доказательство второго положения (и, как показывает анализ, всех последующих) включает две группы ссылок: на математические и физические положения (аксиому, или скрытое, или ранее доказанное положение). От физических положений в этих доказательствах Архимед переходит к определенным математическим положениям и наоборот. В результате в каждом доказательстве строится новое физическое положение (знание), включающее в себя определенные математические соотношения, доказанные в математике.

      При доказательстве всех своих положений  Архимед использует сложные чертежи, изображающие жидкость и погруженные  в нее тела. Именно к этим чертежам относятся и математические, и физические положения (знания). На чертежах Архимед демонстрирует различные преобразования идеальных объектов – геометрических фигур и тел, а также идеальной жидкости, в которую погружены правильные тела, и переходит от математических идеальных объектов к физическим. Эти геометрические тела в практике кораблестроения используются как модели разрезов (сечений) кораблей. Собственно говоря, вся теория Архимеда в практическом отношении направлена на выяснение "законов" устойчивости кораблей (переменным параметром в данном случае является форма сечения).

      Чем же отличается "техническая" наука  Архимеда от современных технических наук классического типа? Казалось бы, и там и тут – реальное обращение к объектам техники и теоретическое описание закономерностей их строения и функционирования. И там и тут налицо применение для этих целей математического аппарата. И там и тут дело не ограничивается лишь реальными объектами техники, изучаются также случаи, мыслимые лишь теоретически, т.е. те, которые конструируются на уровне идеальных объектов, но не воплощены еще в техническом устройстве (опережающая роль науки). Отличие все-таки принципиальное – у Архимеда нет специального языка технической теории, специфических для технической науки онтологических схем и понятий. Сцепление разных языков в его работе достигается за счет онтологической схемы (чертежей), которая еще не превратилась в специфическое, самостоятельное средство научно-технического мышления (как, скажем, позднее, в конце XIX – начале XX веков это произошло со схемой колебательного контура, кинематического звена, четырехполюсника и т.п.).

4. Огнегасители древности

      С тех пор, как человек познакомился с огнем, он ведет и постоянную борьбу с ним. Но чем активнее становилось развитие цивилизации, тем больше, хотя внешне и незаметно, менял свою сущность и пожар. Уже в первых крупных родоплеменных поселениях огонь все чаще не поддавался подручным средствам, огрызался на воду, разбрасывал искры и головни на сотни метров, превращаясь порой в настоящие огненные бури, сметавшие все на своем пути. Ужас у жителей первых рабовладельческих городов-государств вызывали "военные пожары" при осаде этих городов неприятелем. В схватку с такими пожарами вступала уже не родовоплеменная сила, а более организованная - военная. Так, алебастровый рельеф 850 года до н. э. из г. Ниневии (Ассирия) изображает ассирийских воинов тушащих огонь в осажденной врагами крепости, а документ из Китая, датированный 564 годом до н. э. рассказывает об императорских солдатах, участвовавших в ликвидации какого-то крупного пожара. В ход шли копья и черпаки, щиты и лопаты, осадные орудия (тараны, камнеметы, лестницы)... С этим оружием воины - огнеборцы устремлялись к месту пожара, чтобы создать вокруг горящего здания "пустое пространство" и тем отнять у огня главную его пищу — горючее. Этот древний способ борьбы с огнем главным был у огнеборцев многих стран и народов вплоть до начала XX столетия, а иногда применяется и поныне (на селе).

      Но  в борьбе с пожарами во все времена  все же "наиболее употребительным и надежным средством является вода". Вода в естественном состоянии находится в морях, реках, озерах, прудах или колодцах. При этом уровень воды всегда ниже поверхности земли, на которой человек живет и выполняет свои хозяйственные и производственные работы. Поэтому для использования воды необходимо иметь какие-либо приспособления, которые дали бы возможность поднять воду из водоема на поверхность земли, а затем направить ее в то или иное место для использования по назначению.

      История водоподъемных механизмов интересна, главным образом, потому, что эти механизмы являются, по-видимому, самыми древними, какие были известны человечеству. С первых моментов своего существования человек был заинтересован в подъеме воды на некоторую высоту для последующего ее затем перемещения естественным уклоном в целях орошения обрабатываемых им земель; нередко воду приходилось извлекать из колодцев для питья, как самого человека, так и для его домашних животных.

      С точки зрения истории большой  интерес представляют конструкции первых пожарных насосов и степень их распространения.

      С Древнего Востока дошли до нас  первые сведения об огнегасительных  аппаратах, которыми подавали воду "выдуванием". Естественно предположить, что речь идет о примитивном однопоршневом насосе, выполненном из бамбуковой трубки, в которой двигался поршень "выдувающий" воду, наполнявшую трубку на расстояние 2-3 метра. Видимо, об этих "орудиях борьбы с огнем" упоминается в древнейшем юридическом памятнике, известном нам, как свод законов царя Хаммурапа (18 век до н. э.), 25-й пункт которых гласил: "Если в каком-либо доме вспыхнет пожар, и лицо, помогающее его тушить, крадет орудия борьбы с огнем, то его следует бросить в пламя". Из этих строк следует, что соседи были обязаны тушить пожар, применяя для этого простейшие аппараты, которые легко было скрытно унести. Судя по мере ответственности за их кражу, последние имелись в ограниченном количестве и дорого стоили.

      В период эллинизма упоминается об использовании и в Древней  Греции для тушения огня тех же "бамбуковых трубок" или иначе однопоршневых насосов.

      В литературе по истории Древнего Рима, мы находим описание иного противопожарного приспособления, представляющего собой кожаный мешок (мех) с пришитой к нему трубкой из внутренностей крупного рогатого скота, оканчивающихся тростниковым коленом. Если заменить входящие в состав этого приспособления элементы (мешок, кишку, тростниковое колено) на современные, то принцип действия этого механизма несколько напоминает работу ручного насоса.

      Приведенный ниже рисунок показывает использование этого механизма при подаче воды от удаленного водоема в город.

      Одним из первых устройств для подъема  воды был черпак, выкидывающий воду на некоторую высоту при посредстве придаваемого ему рукой человека качательного движения. Для увеличения размаха качаний и усовершенствования способа применения усилия черпак подвешивался на рычаге, качающемся на специальной стойке (китайская совковая лопата). Наряду с этим для извлечения воды из колодцев и перемещения ее в горизонтальном направлении стали применяться ведра и ковши, подвешиваемые на веревках. С целью усовершенствования способа приложения к ведру силы был введен противовес с прикреплением его ко второму плечу всем известного и по настоящий день журавля. Самый древний из дошедших до нас труд, в котором затронуты вопросы механики, а именно "Механические проблемы" Аристотеля (род. в 384 г. до н. э.), содержит описания следующих механических средств: рычаг, колодезный журавль с противовесом, топор и др. О всех этих механических вспомогательных средствах Аристотель говорит как об известных вещах, хотя об использовании их в борьбе с огнем Аристотель не упоминает, но известные ему механические вспомогательные средства несомненно служили и этому делу. Дальнейшим усовершенствованием подъема ведра было применение ворота, развившегося впоследствии в китайский ворот или дифференциальный блок.

      Наконец, черпаки, соединяемые по несколько  штук на непрерывном вращающемся ободе, дали возможность достичь непрерывной подачи воды и послужили для развития идеи водоподъемного колеса.Однако практика показала, что черпаки и ведра не могут удовлетворить человека ни в его обычной хозяйственной деятельности, ни, тем более, при борьбе с пожарами. Поэтому мысль человеческая была направлена на изыскание более совершенного прибора, который дал бы возможность производить перемещение значительных количеств воды с возможно меньшей затратой времени.

      Такой прибор был найден и им является насос, забирающий воду с некоторой глубины и подающий ее вверх и на расстояние. Изобретение насоса оказало первостепенное влияние на развитие человеческой цивилизации.

      Значение  насоса в деле борьбы с возникающими пожарами, ставшее возможным спустя столетия после его изобретения, настолько велико, что ряд иностранных специалистов и знатоков пожарного дела, как например, Густав Эффенбергер, Теодор Келлербауэр, Бар и др., излагая историю борьбы с пожарами, делят ее на отдельные периоды, причем гранью между ними считают начало применения насосов для тушения пожаров. Первый, самый большой период считается с доисторических времен до конца XVI века, когда и началось применение насосов для тушения пожаров. С этого момента произошел резкий перелом в борьбе с пожарами.