Развитие торговли и монетарной системы было бы невозможно без измерительной техники, прежде всего без рычажных весов с гирями-разновесами. Помимо метрологических задач здесь также возникала проблема понимания принципа рычага и умения рассчитывать конструкцию весов. В интересах той же торговли, развитию которой способствовала быстрая колонизация греками окраин Ойкумены, обитаемого мира, необходимо было существенно увеличить водоизмещение грузовых судов, повысить их мореходность, в первую очередь остойчивость груженых галер на волне при изменении крена.
В строительстве наметился переход от сырцово-деревянных конструкций к сооружению больших каменных храмов с портиками и колоннами. Появилась необходимость определения тяжести, приходящейся на каждую из опор. Но, пожалуй, самая острая механическая проблема, имевшая, без преувеличения, жизненно важное значение, возникла в области военной техники. Суть драматической ситуации, сложившейся здесь в V–IV веках до нашей эры, заключалась в следующем.
Многочисленные государства-полисы Древней Греции то и дело оказывались втянутыми в вооруженные конфликты. Со временем войны стали вестись отрядами профессионалов-наемников, имевших на вооружении не только личное оружие, но и технические средства осады крепостей. Тараны, защищенные от стрел, копий и камней деревянной «броней», — своеобразные античные танки, передвижные башни, возвышавшиеся над стенами городов-крепостей, — свели почти на нет значение дорогостоящих оборонительных сооружений. Нападающие, как правило, разбивали любые стены и ворота, если им удавалось добраться до них. Противостоять техническим средствам нападения можно было только одним способом — удерживать нападающих на достаточном удалении от городских стен и башен — гораздо большем, чем это могли сделать осажденные, сбрасывая камни со стен на головы врагов.
Древние рукописи рассказывают, что в IV веке до нашей эры Гиерон, властитель Сиракуз, богатейшего города-государства, основанного в Сицилии колонистами из древнегреческого города Коринфа, созвал нечто вроде научно-практической конференции. Специалисты обсуждали возможные способы и средства защиты городов. Сейчас трудно определить, в какой мере этот форум помог Гиерону. Известно, однако, что именно в Сиракузах были применены первые в истории машины — военные метательные орудия торсионного типа. Торсионными они назывались потому, что в их конструкции использовались толстые силовые тяжи из жил или волос, закручивающиеся вручную с помощью ворота, по принципу резинки в некоторых теперешних детских игрушках и летающих моделях самолетов.
Вскоре античная артиллерия стала применяться в крупном масштабе. Баллисты, онагры, полиболы и другие боевые машины метали каменные ядра, копья и стрелы метров на триста. В усовершенствованном виде они применялись даже в средние века, вплоть до изобретения пороха и распространения в XIV веке огнестрельного оружия. Но тогда перед античными инженерами встала задача конструирования орудий, способных поражать противника не на одной, а на разных, заранее заданных дистанциях стрельбы. Возможность вести прицельную стрельбу резко повысила бы эффективность обороны. Для этого нужно было научиться рассчитывать детали орудий по заданным дистанциям и массе ядер.
Насколько мы теперь можем судить, первым человеком в истории, сумевшим решить все эти механические проблемы на уровне теоретического знания, стал Архимед, а первым случаем широкомасштабного применения созданных им разнообразных военных машин стала осада его родного города Сиракуз войсками римского полководца Марцелла в 212 году до нашей эры.
Биография величайшего физика, математика и инженера древности известна нам лишь отчасти. До нашего времени дошли далеко не все его научные труды и лишь некоторые из написанных посланий друзьям — ученым, жившим в Александрии. Зато история сохранила немало легенд, кратких упоминаний, косвенных указаний и свидетельств, на основании которых можно сделать интересные выводы, дополнить подлинные сведения о его работах любопытными гипотезами о возможном содержании утраченных книг, предположить тесную связь теоретических трудов со сделанными им или приписываемыми ему техническими изобретениями.
Известно, что Архимед родился около 287 года до нашей эры в Сиракузах, жил и героически погиб в 212 году там же. Могила его в окрестностях Сиракуз была затеряна уже в древности. Но слава о научных трудах и технических изобретениях Архимеда оказалась бессмертной.
Больше всего современников и потомков удивили не научные достижения Архимеда, оценить которые смогли только немногие, а результаты их технического применения. Особенно популярным в древности был рассказ об обороне Сиракуз, осажденных легионами римского полководца Марцелла. Против римлян действовали метательные машины, поражавшие их на разных дистанциях от стен, что особенно потрясло нападавших. Подошедшие было к самым стенам города римские суда с воинами и осадной плавучей башней погибли самым невероятным для тех времен образом. Очевидцы рассказали, что из-за стен города появлялись длинные «журавли», зацеплявшие суда крюками на цепях и переворачивавшие перегруженные, низко сидевшие в воде галеры. Легионеры в ужасе бежали с поля боя, и Марцеллу пришлось предпринять длительную осаду без особой надежды на конечный успех войны.
Но главным делом жизни великого Архимеда были: не военные машины, в которых он, судя по всему, применил знания о законах рычага и гидростатики, теорию пропорций и методы определения центров геометрических фигур. Заслуга Архимеда не эти технические решения, а создание их теоретических обоснований, первой в истории системы раннего научно-технического знания.
Доказанные Архимедом теоремы заложили фундамент теоретической механики, ее первых разделов — статики и гидростатики. Каждый, кто знаком хотя бы с азами физики, знает, что именно Архимед первым сформулировал основные законы механики, объяснил принцип рычага, показал, какие силы действуют на погруженное в жидкость тело. Известны дошедшие до нас в арабских рукописях теоретические работы Архимеда о распределении тяжести балок между опорами, о центрах геометрических фигур. Он очень близко подошел к открытию дифференциального и интегрального исчислений. Одних только теоретических результатов, полученных Архимедом, вполне хватит для того, чтобы его имя не было забыто благодарными потомками. Но, по-видимому, Архимед был не только гениальным теоретиком — он создал целый ряд сложных механизмов. И вот здесь возникают загадки, решить которые непросто.
Как и многие другие ученые той эпохи, Архимед считал достойной внимания только рациональную (теоретическую) механику и весьма низко оценивал ремесленную (прикладную) механику. Один из древних авторов сообщает, что по этой причине великий ученый не счел нужным описывать свои технические изобретения. Нам известно только одно исключение из принятого Архимедом правила.
…Когда, оставив позади дымящиеся развалины Сиракуз, города, который он смог взять только вероломством, с помощью предателя, полководец Марцелл вернулся в Рим, он привез с собой невиданный трофей — два искусно выполненных Архимедом механизма, две действующие модели небесных сфер. Приводимые в движение водой, эти механизмы передавали движение Луны, Солнца и известных к тому времени планет, демонстрировали изменение картины звездного неба в течение суток. Один из механизмов Марцелл подарил храму, другой оставил в своем дворце. Здесь его видел знаменитейший оратор античного Рима Цицерон. Оба механизма исчезли во мраке прошлого. Скорее всего, они были уничтожены во время разгрома Рима варварами.
Чрезвычайно интересно, что вовсе не гордившийся своими изобретениями Архимед только эти сферы и счел достойными описания. Он посвятил им целую книгу — единственное свое сочинение не теоретического, а прикладного характера. Сделал он так, наверное, потому, что в создание этих первых в истории «планетариев» вложил результаты глубоких теоретических исследований, превосходящих по ценности, по крайней мере в собственных глазах, технические знания, использованные при конструировании и изготовлении механизмов. Сохранились достоверные сведения о книге, в которой подробно описывалось это удивительное достижение научно-технического знания, но до сих пор не удалось найти ни единой строчки утраченного текста.
