С момента краха западной Римской Империи в 476 году н.э. технологическая мысль, хотя и ощутила сильное замедление в своем развитии, тем не менее, не остановилась полностью. Многие инженеры и ученые были вынуждены мириться с новыми реалиями и часто работать в условиях анонимности, вызванной гонениями церкви.
Впрочем, инженерная мысль смогла преодолеть Темные века и на закате эпохи Ренессанса даже сформироваться как полноценная наука — классическая механика. Наша статья — про изобретения и открытия, предшествовавшие этому процессу.
Усовершенствование технологий мореплавания
Первые корабельные рули, позволяющие с кормы изменять направление движения судна, были известны еще со времен Римской Империи. Совершенствованием этой римской технологии в Средние века стали первые судовые рули, использовавшие принцип осевого вращения баллера — стержня, с одной стороны прикрепленного к перу руля ниже ватерлинии судна, а с другой выведенного на корму в виде рычага руления. Баллерные осевые рули стали ответом на постоянное увеличение размеров средневековых кораблей и проявили себя хорошо даже при рулении большими каракками и галеонами.
Первые изображения подобных рулей можно обнаружить в церковных рукописях ХІІ века. Изобретение руля на основе баллера и вертлюга не приписывается одному человеку — этот руль просто стал самой удачной и наиболее часто используемой комбинацией рулевых технологий, известных еще со времен Античности.
Устройства, применяющие принцип стержня и поворотной оси, в том или ином виде доживут и до наших дней. В частности, их наличие можно увидеть в сцепке для вагонов (аналог вертлюга), велосипедном руле и даже в конструкции управляемых твердотопливных двигателей (пробка-штифт опускается и выходит из горловины двигателя, позволяя управлять тягой).
Доведенный до совершенства корабельный руль станет наиболее влиятельной технологией позднего Средневековья и на заре XIV-XV веков положит начало эпохе великих географических открытий, о которых впоследствии будет написано немало книг. Однако, для того чтобы все эти книги увидели свет, сначала необходимо было изобрести печатный станок.
Рождение печати
В основе всей печати лежит ксилография — технология оттиска текста с окрашенной деревянной дощечки с выпирающими литерами на тканевую либо бумажную поверхность. Перед оттиском на деревянном блоке вытачивали текст или изображение, которое затем покрывали чернилами или краской. Подготовленный блок прикладывали к бумаге либо ткани, придавливая его. Под действием пресса нанесенные на блоке чернила отпечатывались на бумаге, позволяя довольно просто делать множество идентичных копий текста и изображений.
Первое упоминание о ксилографии встречается в Древнем Китае во II веке н.э. Рост популярности буддизма требовал увеличения тиражирования священных текстов, которые копировались в монастырях путем техники блочной печати на протяжении многих веков. Древнейшей из дошедших до нашего времени печатных памяток того времени является «Алмазная сутра» — религиозный трактат, обнаруженный исследователем Марком Аурелом Штайном в пещере близ Дуньхуана (Китай) в 1907 году.
Приблизительно в 1040 году китайский крестьянин-изобретатель Би Шэн (Bi Sheng) изобретает подвижную печать — технологию, существенно ускорившую процесс тиражирования бумажных документов. Инновация Шена заключалась в использовании компактных подвижных литер, которые были выгравированы на поворотных штампах (печатках). По прошествии ста с лишним лет подобные матрицы будут применять в Китае для печати первых денег (династия Сун, 1161 год н.э.). При этом до появления первого печатного станка в Европе оставалось еще около 300 лет.
Печатный станок немецкого изобретателя Иоганна Гутенберга, появившийся в 1440-х годах, становится квинтэссенцией печатных технологий своего времени. В основе работы этого ручного станка лежала усовершенствованная технология переноса текста с подвижных литер на бумагу. Для этого Иоганн Гутенберг переосмыслил технологию винтового пресса, который в то время использовали при производстве льна, вина и бумаги.
Помимо усовершенствованного пресса, печатный станок Гутенберга был инновационным в плане отливки литер благодаря использованию печатной матрицы — металлической дощечки с углублениями на месте букв, в которые он заливал сплав олова, свинца и сурьмы. Печатная матрица позволила отливать целые страницы готового текста и в разы увеличила скорость печати книг, существенно снижая себестоимость этого процесса.
Предположительно, именно финансовый мотив подтолкнул Гутенберга к созданию печатного станка. Иронично, но желание монетизировать собственную идею привело к потере своего детища. Оригинальный печатный станок производства Иоганна Гутенберга был конфискован в результате проигранного судебного процесса о погашении кредиторских займов. Йоханнес Фуст, коллега Гутенберга по печатному делу, изначально спонсировавший его производство, впоследствии отсудил у бывшего коллеги станок, а также весь набор из металлических печатных матриц и блоков с литерами в качестве компенсации за непогашенный долг. Именно описью всего имущества из мастерской Гутенберга заканчиваются последние записи современников о первом в мире печатном станке.
Религиозные тексты и богословские трактаты, преобладавшие в печати на момент изобретения станка Гутенберга, постепенно уравнивались в количестве со светскими и научными публикациями. Именно широкое распространение книг позволило ученым, исследователям и изобретателям со всего мира обмениваться информацией и развивать научные теории своих предшественников.
Изобретение печатного станка совершило настоящую революцию в процессах организации общественной жизни, сохранения и передачи информации. Именно развитие технологии печати позволило существенно удешевить производство книг, сделав их достоянием более широкого круга людей. Это, в свою очередь, оказало влияние на постепенное повышение уровня грамотности и образованности жителей Старого света.
Механизмы для наблюдения за космосом и временем
Достоверно известно, что одна из первых моделей песочных часов в средневековой Европе появилась во французском монастыре Шартре (Франция) приблизительно в VIII веке. Создателем механизма выступил монах по имени Лиутпранд. Сама технология учета времени при помощи двух равномерных стеклянных колб и песка, засыпанного внутрь, была известна еще в сенате Древнего Рима. Посредством песочных часов там отмеряли равные интервалы для того, чтобы у римских сенаторов был одинаковый запас времени на ораторские выступления.
Тем не менее, до начала XIV века технология песочных часов была явно кулуарной и не использовалась повсеместно. Новую жизнь песочным часам подарил рассвет эпохи мореплавания, когда они стали появляться на большинстве судов. Причина увеличения спроса мореплавателей на часы была проста: морская качка минимально влияла на их исправную работу, хотя непосредственный контроль учета времени (надзор за переворотами колбы и фиксация временных интервалов в бортовом журнале) по-прежнему требовали от экипажа большого количества усилий. Песочные часы обладали и другими недостатками, в частности погрешностью в измерении времени, которая возрастала пропорционально сроку их эксплуатации. По мере постоянного трения песчинки в основании часов стачивались, а стеклянное горлышко, через которое они проходили, напротив, расширялось.
В ХІ веке буддийский монах Су Сонг (Su Song, 1020-1101), живший в Китае во времена династии Хань, разработал часовой механизм для водяной армиллярной сферы, которая была способна измерять ход астрономического времени и отображать местоположение звезд, наблюдаемых в круге горизонта. Мерилом времени в механизме водяной армиллярной сферы выступала вода, а именно ее равномерное интервальное течение.
Для реализации своей идеи Су Сонг инициировал строительство часовой башни с водяной армиллярной сферой в ее вершине. В основании башни Су Сонга было скрыто деревянное колесо диаметром 3,35 м (11 футов), по ободу которого крепилось 36 ковшей. В ковши была организована непрерывная подача воды из специального резервуара. Уровень воды в резервуаре всегда был фиксированным, для того чтобы обеспечивать постоянный напор струе, что на практике увеличивало точность хода механизма.
Сфера выступала аналогом трехмерного космического циферблата, который мог предоставить информацию о механическом движении небесных сфер (orbis coelestis). Таким образом, водяная башня Су Сонга обладала не только прообразом одного из первых часовых механизмов, но и интерактивной картой космических объектов, которая позволяла рассчитывать их координаты, не наблюдая за ними непосредственно.
Несмотря на уничтожение астрономических водных часов Су Сонга, именно его механизм послужил прообразом для первых механических часов, которые стали появляться в Европе к концу XIII века. Наиболее известными из сохранившихся экземпляров этих часовых механизмов являются часы собора в Солсбери, первые упоминания о котором встречаются в 1384 году. Часы приводились в действие с помощью граничного спуска — первого из известных механических спусков, который совершал движение двумя небольшими грузами-противовесами.
Скорее всего, у часов в Солсбери не было циферблата, а интервалы времени измерялись посредством ударов в колокол. Именно изобретение граничного спуска открыло дорогу к появлению первых полностью механических часов, однако до сих пор остается загадкой, кто же именно его придумал.
История развития средневековых механизмов и инженерии — это по большей части история сохранения и усовершенствования уже существовавших ранее античных технологий. Прогресс же настоящих технологических инноваций наметился только в начале эпохи Ренессанса, когда у человека, помимо эмпирического представления о физике природных процессов, появилась сильная теоретическая база, во многом обусловленная развитием математики.
