Глава четвертая. В поисках абсолюта
Столетья разрешаются от бремени,
Плоды приносят год, и день, и час.
Пока в руках у нас частица времени,
Пускай оно работает на нас!
С. Маршак
Семнадцатый век был веком мореплавателей. Мыс Горн, материк Австралия,
остров Новая Зеландия, Баффинов залив – на карте мира появлялись
все новые и новые названия. Один за другим уходили из гаваней многопарусные
военные фрегаты, вместительные «купцы». Многие, чтобы уже никогда
не вернуться к родным берегам... Жестокий шторм, предательская тишина
затяжного штиля, подводный риф, неведомо откуда взявшийся пиратский
корабль – тысячи опасностей, и весьма приблизительные карты, и неточные
мореходные инструменты.
Далеко ли до берега? Хватит ли воды и сухарей? Не урезать ли и
без того ничтожные порции? В маленькой Голландии было 15 тысяч торговых
судов, и каждый год две, а то и три сотни объявлялись погибшими,
пропавшими без вести.
Премии, которые так никто и не получил
Правительства морских держав, обеспокоенные таким положением дел,
назначили колоссальные награды за изобретение способа узнавать долготу
в открытом море. Король Филипп II Испанский в 1598 г. обещал
десять тысяч дукатов (примерно 36 килограммов золота), Генеральные
штаты Нидерландов предложили в 1606 г. втрое больше. Но годы
шли, а претенденты так и не объявлялись.
Почему речь шла только о долготе? Потому что широту умели отлично
определять еще финикийцы и викинги.
Чем ближе к экватору подходит корабль, тем ниже к горизонту спускается
Полярная звезда, тем выше поднимается в полдень солнце. Для измерения
высот светил мореплаватели с XV в. пользовались градштоком и астролябией.
А долготу вычисляли по скорости хода – в общем, на глаз. Из-за
того, что размеры Земли не были точно известны, получались огромные
ошибки. Правда, во время своего первого путешествия в Индию Колумб
сделал важное наблюдение, которое, казалось, решит задачу определения
упрямой долготы. 13 сентября 1492 г. он заметил, что стрелка
компаса, до того отклонявшаяся к западу от Полярной звезды, уставилась
строго на нее. На следующий день стрелка указывала уже направление
к востоку от Полярной. Колумб «пришел к заключению, что эта линия,
не дающая магнитного отклонения, была линией меридиана и что отклонения
от нее к востоку или к западу должны представлять правильность,
которая может дать средство для определения долготы гораздо вернее,
чем с помощью таблиц и водяных часов. Известно, что четыре года
спустя он пробовал направлять ход корабля на основании наблюдений
этого рода», – читаем мы в книге Дж. Уилера «Христофор Колумб и
открытие Америки». Увы, кроме изобретателя, никто не умел водить
суда таким способом, да потом еще выяснилось, что склонение магнитной
стрелки – вещь страшно непостоянная, от года к году изменяющаяся,
так что любые карты станут непригодными раньше, чем смогут быть
напечатаны.
Почти двести лет спустя задачу решил Галилей. Он даже вел по этому
вопросу переписку с правительством Нидерландов. Изобретатель телескопа
предлагал воспользоваться для вычисления долготы спутниками Юпитера,
так хорошо видными в зрительную трубу. Они играли бы роль стрелок
часов, настроенных по времени порта, откуда вышел корабль. Для этого
требовалось только составить необходимые таблицы. Еще удобнее было
бы принять какой-то меридиан за начальный и вычислить таблицы, опираясь
на него. Тогда, зная местное время и время начального меридиана,
легко узнавалась бы долгота; известно ведь, что Земля ежечасно поворачивается
на 15 градусов.
Но попробуйте-ка поймать в трубу планету, стоя на качающейся палубе!
Способ признали неудобным, переговоры кончились ничем, хотя на сухопутье
им пользовались еще долго и первый раз определили скорость света
(правда, с огромной ошибкой) именно по спутникам самой большой планеты
Солнечной системы.
Более приемлемой была бы Луна, но ее движение среди звезд не удавалось
подвести под хорошую теорию и составить нужные таблицы. Да и инструменты
были недостаточно верны, чтобы воспользоваться ими. Луна стала объектом
пристального внимания моряков только после 1731 г., когда англичанин
Гадлей изобрел секстант, позволивший измерять угловую высоту светил
раз в пятнадцать точнее, чем раньше. Петербургский академик Леонард
Эйлер вывел, наконец, формулы движения Луны, немецкий астроном И.Т. Майер
составил по ним таблицы, – более ста лет пользовались их трудами
моряки.
Но мы забегаем вперед. В XVII в. обращаться к светилам оказалось
невозможным. Их язык не удавалось расшифровать. И тогда возникает
новая идея, на этот раз связанная уже не с небом, а с Землей.
Ведь Земля – это тоже «часы». Каждую минуту она поворачивается
на 15 угловых минут. Значит, если на борту судна есть часы, поставленные
по времени нулевого меридиана (скажем, меридиана порта, откуда вышел
корабль), штурман легко определит свою долготу, вычтя из местного
времени время, показанное бортовыми часами. Ну, а узнавать местное
время по солнцу и звездам моряков не надо учить...
С мыслью о морском применении проектировал свои часы Галилей. Эти
же соображения высказывал и Гюйгенс в одном из писем 1657 г.:
«На днях я нашел новую конструкцию часов, при помощи которой время
измеряется так точно, что появляется немалая надежда на возможность
определения при их помощи долготы, даже если придется везти их по
морю».
Гюйгенс знал, что в море на маятник будет действовать не только
сила тяжести, но и ускорение, возникающее от качки корабля. Поэтому
он укрепил свои часы в кардановом подвесе наподобие компаса. Он
надеялся, что таким образом удастся защитить маятник от влияния
качки. Опытное плавание не подтвердило предположений ученого. И
попытки последующих изобретателей кончились ничем.
Гюйгенс, однако, не терял присутствия духа. Во всем виновата сила
тяжести? Значит, ее нужно убрать! Но как? Ответить на вопрос он
смог только спустя почти двадцать лет.
На сцену выступает баланс
Гюйгенс установил в часах вместо маятника круглое колесико – баланс,
а силу тяжести заменил силой спиральной пружины, которая то закручивалась,
то раскручивалась по мере того, как баланс колебался взад-вперед.
По сути, это было возвращением к билянцу, но на более высоком уровне
знаний. Билянец, как вы помните, был плох потому, что время его
колебаний резко зависело от силы толчков. Свойства колеса со спиральной
пружиной – волоском – были точной копией свойств маятника: период
колебаний очень мало зависел от размаха, а следовательно, и от качества
работы колесной системы часов. Откройте любые наручные, карманные
часы или будильник, и вы сразу увидите это хлопотливо снующее колесико.
Тряска и качка – мы отлично знаем это по собственному опыту – на
такие часы практически не влияют.
Победа? Нет, до нее было еще далеко. Новорожденный баланс – в 1674 г.
парижский часовщик Тюре сделал по указаниям Гюйгенса первые балансовые
часы – оказался тепличным созданием. Достаточно было температуре
воздуха измениться на один градус, как стальной волосок удлинялся,
и часы начинали уходить в двадцать раз резвее маятниковых. Просто
руки опускались.
К тому же – новые обвинения в плагиате. Привилегию в Париже Гюйгенсу
не выдали, потому что заявил претензию некий аббат Отфей. Попытка
получить патент в Англии вызвала резкий протест Роберта. Гука: оказывается,
он десять лет назад говорил на лекции, что спиральная пружина может
сыграть в часах роль силы тяжести, действующей на маятник. Претензии
Гука были тем основательнее, что именно он прославился своими исследованиями
свойств упругих тел, в частности спиральных пружин. И хотя его называли
«научным разбойником» за постоянное сутяжничество с другими учеными
(в том числе и Ньютоном), якобы кравшими у него идеи, – в случае
с балансом первенство Гука несомненно. Идею он высказал, как утверждал
его современник член Королевского общества (английской Академии
наук) Вильям Дергам в 1656 или 1658 г., а в 1678 г. мастер
Томпион изготовил такие часы для короля Карла II Английского.
Несомненно, Гюйгенсу очень помогли известия, что часы с балансом
вместо маятника создать принципиально можно. В 1660 г. об изобретении
«пружины вместо маятника» рассказывал ему кто-то из друзей, в 1665 г.
ему писал об идеях Гука один из английских ученых. Но все это были
не более чем намеки. Никаких чертежей, как и чертежей часов Галилея,
Гюйгенс ни от кого не получал. «Если Гюйгенс не может считаться
первым изобретателем регулирующего устройства баланс-спираль, то
во всяком случае его заслуга в том, – подводит итог советский историк
часового искусства В.Н. Пипуныров, – что он создал с таким
регулятором модель часов, которая стала исходной для дальнейшего
развития и усовершенствования их».
История рассудила спор. Но триста лет назад мнения резко разделились.
Англичане поддерживали Гука, ученые же «с континента» – Гюйгенса.
Гюйгенс устал от бесконечных обвинений, от обязанности доказывать
свою честность. Никого не интересует, что его труды о выборе смазочного
масла для часов, о влиянии на их ход температуры и влажности воздуха,
не говоря уже о теории маятника, знакомы каждому серьезному часовщику,
– надо защищаться, словно преступнику...
И Гюйгенс бросил заниматься часами: в конце концов есть столько
интереснейших физических и математических проблем. «...Я предоставил
свободу всем часовщикам работать над этим изобретением, так как
видел, что привилегия стоила бы мне просьб о регистрации в Парламенте
и что даже потом у меня будут судебные процессы и новые неприятности»,
– писал он одному другу. И конечно же он не мог знать, что за два
года до его смерти в английском городе Барроу в графстве Йоркшир
у плотника Гаррисона родился сын Джон, которому судьба предназначила
вывести баланс «в люди».
|
