Если понимать написанное буквально, то может показаться, что наш механик в рясе и вправду «ухватил мечту за хвост» — создал перпетуум мобиле. На самом же деле, он всего лишь сконструировал часы со своеобразным регулятором, приводимые в действие силой тяжести падающего груза.
Упоминание о часах с катящимися шарами встречается в книгах по часовому делу, выпущенных в свет в семнадцатом и восемнадцатом столетиях. Первый рассказ об устройстве такого рода содержится в книге Каспара Шотта «Достопримечательности техники», которая была опубликована в Нюрнберге в 1664 году. Шотт учился в Риме вместе с Атаназиусом Кирхером, однако большую часть своей жизни провел в Аугсбурге{69}. К сожалению, описания многочисленных механизмов, оставленные Шоттом, сделаны крайне невразумительно. Но в четвертой книге его «Механических чудес» есть довольно подробное и хорошо иллюстрированное описание вечного двигателя, приводящего в действие часовой механизм. Это изобретение принадлежит австрийскому священнику Вильгельму Шретеру, жившему в XVI веке.
В слегка наклоненном желобе, расположенном в верхней части конструкции, помещалось шесть шаров. Шары падали один за другим через отверстие в желобе на установленное под ним вращающееся колесо, на ободе которого были сделаны углубления в форме чашек. Благодаря специальному предохранительному устройству шары вываливались из чашек лишь в определенной точке траектории вращения и попадали в углубления-чашки другого колеса, расположенного пониже. Это второе колесо, в свою очередь, переносило шары на третье колесо. Каждое из этих трех колес насаживалось на общий вал с аналогичным колесом большего диаметра. Очередной шар, пройдя по трем малым колесам сверху вниз, по направляющим попадал в углубление на ободе нижнего большого колеса и начинал подниматься вверх. Затем шар переносился на второе колесо, расположенное повыше, и, наконец, на третье, которое поднимало его до уровня желоба и сбрасывало в него. Шотт верил, что непрерывное движение шаров (вниз и затем вверх) сможет обеспечить работу часового механизма, связанного посредством зубчатых передач с вращающимися осями (или валами) устройства.
Странно, однако, что Шотт не заметил ошибочности идеи, делающей весь проект неосуществимым, ибо она видна даже из беглого ознакомления с ним. Поскольку изобретатель сконструировал «возвратные» колеса большего диаметра, чем «ведущие», ни один из падающих вниз шаров не достигнет верха конструкции. Причина этого заключается в том, что шар, находящийся в углублении колеса большего диаметра, создает больший вращающий момент, нежели шар, находящийся на меньшем колесе. Вращение колес, едва начавшись, прекратится, и система придет в равновесие (см. об этом четвертую главу).
Сам Шотт высказал идеи по крайней мере двух вечных двигателей. Одним из них было устройство, предназначенное для подзавода различных механизмов. Оно содержало «бесконечный» (замкнутый) ремень, приводимый в движение шарами. Шары располагались на опускавшейся части ремня, несущего маленькие черпаки. Достигнув нижней части устройства, шары поднимались вверх, и весь цикл повторялся.
Раздумывал о конструкции часов с катящимися шарами и итальянский иезуит Франческо Эсчинарди, родившийся в 1623 году и умерший около 1700 года. В книге «Отчеты отца Франческо Эсчинарди... его парижскому другу» содержится описание часового механизма, предназначенного для использования на кораблях. Автор писал, что в начале 1670 года он вместе с князем Леопольдом Медичи сконструировал часы, которыми можно было пользоваться, находясь в открытом море. При этом он весьма скептически отзывался о часах, приводимых в действие падающими грузами. Такие часовые механизмы, по его мнению, показывали время с большой ошибкой. В своих «Отчетах» Франческо Эсчинарди обнаружил глубокие познания в сложной проблеме точного определения времени в открытом море, которая была полностью решена лишь с изобретением хронометра Гаррисоном в 1735 году. В часах, сконструированных отцом-иезуитом, вместо пружин или тяжелых грузов использовались корончатое колесо и барабан, который обвивала цепь с маленькими черпаками в форме чашек. Через отверстия, находящиеся над цепью, шар падал в один из черпаков и тянул цепь вниз, вращая при этом вал. Внизу шар выпадал из черпака и оказывался на пружинном спусковом устройстве, с помощью которого второй шар попадал на цепь с черпаками. Достигнув нижней части устройства, этот второй шар толкал первый так, что, когда второй шар выпадал из чашки, первый мог вновь попасть на цепь с черпаками и, приводя ее в движение, повторял весь цикл. По мнению автора, конструкция представляла собой вечный двигатель.
Правда, было неясно, каким образом Эсчинарди собирался поддерживать работу часов. Похоже, он рассчитывал на то, что каждый шар, выпадая из черпака и оказываясь на спусковом устройстве, подзаводил бы пружину, обеспечивавшую ход часов. Невозможно не восхищаться той твердой убежденностью, с которой почтенный святой отец верил, что энергии падающего шара будет достаточно не только для того, чтобы поднять вверх равный по весу шар, но и сообщить импульс, необходимый для подзавода пружины.
В своем «Сборнике сочинений о достопримечательностях математики и механики», опубликованном в 1719 году, Гролье де Сервьер (1596—1689) описал четыре типа часов с катящимися шарами. Именно благодаря этой книге часы подобной конструкции стали известны мастерам часового дела в разных странах мира.
Первые часы Сервьера имели форму шестигранной башни, в основании которой помещался собственно часовой механизм. Купол башни поддерживался шестью колоннами. Вокруг башенных колонн с их внешней стороны спирально тянулись два параллельных медных желоба, по которым металлический шар медленно катился сверху вниз. Так и не установлено, каким образом движение шаров по наклонным желобам приводило в действие часовой механизм. Вторые часы Сервьера имели аналогичную конструкцию, единственное отличие их от первых заключалось в том, что шар возвращался в верхнюю точку траектории с помощью системы черпаков, подбирающих его в нижней части устройства, а затем выносящих его в желоб наверху башни.
По всей видимости, в основе конструкции третьих часов тоже лежал принцип нисходящего движения катящихся шаров. Основным отличием этих часов было использование одного наклонного желоба и двух медных шаров. Когда один шар завершал свой путь, начинал движение второй шар. Внизу второй шар выталкивал первый, и тот через некоторый промежуток времени вновь подавался в верхнюю часть устройства.
Во внешнем оформлении своих четвертых часов Сервьер снова обратился к идее башни. Но на этот раз она была четырехугольной в поперечном сечении, а часовой механизм вновь помещался в ее основании. Часы имели два циферблата, отдельно для часовой и минутной стрелок. На помещенной в книге иллюстрации видны четыре колонны, поддерживающие купол башни. Вокруг колонн проложены «железнодорожные» пути для движения шаров. Как только один из двух шаров достигает основания башни, он попадает на вращающийся винт Архимеда, который вновь увлекает его наверх.
Все схемы описанных здесь часов приведены лишь в самых ранних работах, посвященных часовому делу. Мне нигде, однако, не встретилось упоминание о том, что часы подобной конструкции были когда-либо построены. Похоже, что они так и остались плодом богатого воображения изобретателей.
На протяжении длительного времени в музее земли Гессен в немецком городе Касселе хранился редкий экспонат, имевший каталожное название «Вечный двигатель». Это были часы на катящихся шарах. Они погибли во время воздушного налета в 1943 году.
Часы были сделаны знаменитым итальянским изобретателем и часовщиком Джузеппе Кампани, изготовлявшим также линзы для телескопов. Он жил и работал в Риме примерно с 1650 по 1715 год и приобрел широкую известность как автор нескольких часов оригинальной конструкции. Свой вечный двигатель он продал ландграфу Карлу Гессенскому во время поездки последнего по Италии в декабре 1699 — апреле 1700 года{70}.
