100 великих изобретений: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

ПРЕДИСЛОВИЕ

Драматический путь, пройденный человечеством с глубокой древности до наших дней, можно представить различным образом, можно описать его как вереницу великих событий, как серию биографий выдающихся деятелей, можно отразить этот путь через историю философии, литературы или искусства, через историю войн и еще многими другими способами. И каждый из них будет по-своему увлекателен и поучителен. Читатели и поклонники серии «100 великих», выпускаемой издательством «Вече», уже имели много случаев убедиться в этом.

В данной книге развитие человечества показано через историю его великих изобретений. В ста небольших очерках, каждый из которых посвящен какой-то яркой страничке человеческой изобретательности, мы постарались правдиво и увлекательно рассказать о нелегком пути, который прошла пытливая человеческая мысль от первого примитивного орудия труда — ручного рубила — до мира современных компьютерных сетей. Каждому, кто захочет теперь вместе с нами повторить это замечательное путешествие, мы постараемся в небольшом предисловии кратко поведать о том, что его ожидает.

Прежде всего, наверное, надо ответить на вопрос: какие изобретения и почему следует считать великими. Признаемся сразу — мы стояли перед трудным выбором, решая, какой из многочисленных образцов человеческого гения достоин занять место в списке «самых-самых», а какой — остаться за его пределами. В конце концов был избран следующий критерий: открытие только тогда следует считать величайшим, когда последствия от его внедрения сопровождались видимыми и значительными изменениями в жизни человеческого общества. При таком подходе самый большой удельный вес в нашей книге получили изобретения в сфере транспорта (18 изобретений). Им посвящены главы: «Весло и лодка», «Колесо и повозка», «Парус и корабль», «Каравелла», «Аэростат», «Пароход», «Паровоз», «Нефтепровод», «Велосипед», «Автомобиль», «Теплоход», «Аэроплан», «Подводная лодка», «Турбореактивный самолет», «Вертолет», «Баллистическая ракета», «Космический корабль» и «Орбитальная станция». Несколько уступают «транспортным достижениям» открытия, которые можно условно объединить темой «орудия труда» (14 изобретений) Рассказы об этих выдающихся, на наш взгляд, достижениях можно найти в главах: «Рубило», «Рукоятка», «Прялка и ткацкий станок», «Гончарный круг», «Рычаг, блок и наклонная плоскость», «Мельница», «Механические часы», «Прядильная машина», «Суппорт», «Паровой молот», «Прокатный стан», «Гидравлический пресс», «Бутылочный автомат» и «Робот» На третьем месте (10 изобретений) оказались достижения в сфере освоения новых материалов (главы «Сверление, пиление и шлифовка камня», «Бронза», «Железо», «Бумага», «Доменная печь», «Литая сталь», «Железобетон», «Электролиз алюминия», «Синтетический каучук» и «Пластмассы»), а на четвертом 8 изобретений в сфере энергетики (главы «Паровая машина», «Электрогенератор», «Гидротурбина», «Паровая турбина», «Газовый и бензиновый двигатель», «Электродвигатель», «Дизель» и «Атомная электростанция»). Не забыты нами военное дело (главы «Порох», «Винтовка», «Атомная бомба» и пр.); сфера информации (главы «Книгопечатанье», «Линотип», «Интернет» и др.); связь (главы «Телеграф», «Телефон», «Телевидение» и пр.); электроника (главы «Электронная лампа», «Транзистор», «Интегральная микросхема», «Персональный компьютер» и др.); приборы (главы «Компас», «Телескоп», «Микроскоп»); электротехника («Электрическая лампочка», «Трансформатор», «Аккумулятор»); звукозапись («Граммофон» и «Магнитофон»); фото — и киносъемка (главы «Фотография» и «Кинематограф»); сельское хозяйство («Мотыжное земледелие», «Плуг», «Трактор»). Кроме того, читатель найдет в этой книге очерки «Радар», «Лазер», «Вычислительная машина», «Автопилот», «Динамит», «Спички», «Бурение на нефть» и некоторые другие, на наш взгляд, охватившие основные области человеческой деятельности. Мы, впрочем, не собирались сводить все достижения изобретательской мысли только к технократическим открытиям. Две главы в книге («Оспопрививание» и «Пенициллин») относятся к медицине. В главе «Поточное производство» речь идет о научной организации труда. Есть и некоторые другие «нетехнические» главы (например, «Письменность»).

Второй немаловажный вопрос: что, собственно, надо считать «изобретением»? Согласитесь, что ответить на него можно по-разному. Одни скажут, что изобретение — это выдвижение самой идеи, изложение принципа. Другие подразумевают под изобретением создание работающей модели. Третьи — внедрение этой модели в производство. Делая разные акценты, можно по-разному рассказывать историю любого изобретения. Близок к этому и другой извечный вопрос: кто является автором изобретения? Ибо нет, наверное, такого великого изобретателя, который не имел бы своих предшественников, потому что ничего, как известно, не рождается на пустом месте. Наконец, еще одна немаловажная деталь — до какой степени должны мы углубляться в рассказ об изобретении, то есть где кончается «изобретение» и начинается то, что зовется «усовершенствованием». Прежде чем изложить принципы, которыми мы руководствовались в нашем изложении, позволим сослаться на слова одного из самых выдающихся изобретателей конца XIX и начала XX века — Томаса Альвы Эдисона. В одном из своих интервью Эдисон признался: «Легко делать удивительные открытия, но трудность состоит в усовершенствовании их настолько, чтобы они получили практическую ценность». Всякий, знакомый с историей техники, согласится, что это именно так. И пусть никого не вводят в заблуждение рассказы о внезапных озарениях, чудесных совпадениях и удивительных удачах, которые будто бы случались с некоторыми великими изобретателями. Все это не более, чем досужие домыслы. Да, мы знаем, что Уатт будто бы «изобрел» свою паровую машину во время прогулки, увидев, по его собственным словам, «как пар вырывался из окна прачечной». Но мы так же знаем, что он потратил потом более десяти лет каждодневного упорного труда, прежде чем сумел наладить серийный выпуск этих машин. Потому что одного «принципа действия» еще мало. И когда дело дошло до реального пара, реального металла и реальных машин, все оказалось совсем не так просто, как могло показаться вначале. Мы знаем также, что Морзе изобрел все части своего знаменитого телеграфного аппарата всего за две недели, пока плыл на корабле из Европы в Америку. Но сколько неудач и разочарований ожидало его в последующие годы, пока он сумел воплотить свою идею в реальную схему! И сколько еще сил и средств пришлось ему потратить, прежде чем он сумел доказать, что его телеграфный аппарат — не игрушка, а нужная и полезная вещь. Мы знаем, как удивительно повезло изобретателю телефона Беллу, когда из-за ошибки его помощника, чинившего контакт, ему открылся простой способ преобразования звуковых волн в электрические, и наоборот. Но не стоит забывать, что это произошло ни с кем-нибудь другим, а именно с Беллом после многолетней работы над проблемой телефонной связи. Эти примеры можно продолжать и продолжать, вывод будет один: изобретателем по праву должен считаться не тот, кто сделал «удивительное открытие», а тот, кто придал ему «практическую ценность». Мы, кстати, невольно признаем это: говоря, что такое-то изобретение сделано тем-то или тем-то, мы тем самым переносим на одного человека достижения его предшественников и современников (а этих последних мы, увы, забываем; справедливо или не справедливо — это другой вопрос). У всех на языке имена Галилея, Уатта, Модсли, Стефенсона, Фултона, Морзе, Маркони, Зворыкина, Сикорского, Брауна или Королева. Эти люди по праву считаются величайшими изобретателями, хотя прекрасно известно, что зрительными трубами пользовались до Галилея, что паровые машины работали до Уатта, что суппорт применяли до Модсли. Ни для кого не секрет, что паровозы (и очень неплохие) строили до Стефенсона, а пароходы — до Фултона. Мы знаем, что телеграфы функционировали до Морзе, что принцип радио был уже известен до Маркони, что телевизоры показывали до Зворыкина, вертолеты летали до Сикорского, а ракеты брали старт до Брауна и Королева (и что их собственные ракеты никогда бы не стартовали без усилий подчиненных им мощных научных коллективов). И тем не менее это ничего не меняет. Огромная заслуга конкретно этих и многих других «признанных великими» изобретателей перед человечеством заключается в том, что, взявшись за какую-то (быть может, даже чужую) неразработанную идею, они упорным трудом, преодолев множество затруднений, довели ее до такого состояния, когда для всех стала очевидна ее «практическая ценность». Именно этот акт мы и принимаем в дальнейшем за «изобретение» в подлинном смысле этого слова. Что же касается вопроса о том, до какой «степени совершенства» того или иного изобретения следует доводить рассказ, то мы обычно останавливались на той стадии, когда дело доходило до серийного выпуска и начала массового применения. После этого, на наш взгляд, изобретение уже перестает быть изобретением, а делается объектом «усовершенствования». (Так, например, историю кинематографа мы доводим до возникновения первых кинотеатров, историю радио — до начала коммерческого использования радиотелеграфа для связи через Атлантический океан, историю телевидения — до возникновения первых систем центрального вещания, историю аэроплана — до перелета Блерио через Ла-Манш, историю ракет — до полетов первых спутников, хотя, разумеется, история кино, радио, телевидения, ракетостроения или авиации этим периодом не исчерпывается, она продолжается и сопровождается многими новыми замечательными изобретениями, вот только к числу величайших их уже отнести нельзя.)

Наконец, последнее, о чем хотелось сказать — это о принципах самого изложения и отбора материала. Понятно, что, взявшись описывать, по сути дела, всю историю техники, мы имели дело с огромным объемом материала, которого с избытком хватило бы на несколько книг. Поневоле приходилось от чего-то отказываться, о чем-то говорить короче, о чем-то лишь упоминать по ходу дела. Однако при всем этом во всех очерках четко и последовательно выдержана главная цель этой книги: ясно, понятно, доходчиво, но без упрощений рассказать о действии и устройстве каждого из описываемых изобретений. Если у кого-то есть желание и потребность лучше понять логику и красоту окружающей нас техногенной цивилизации, то эта книга (мы надеемся на это) послужит для него хорошим руководством. Почему загорается спичка? Каким образом стреляет пулемет? Как парусный корабль может плыть против ветра? Почему не падает самолет? Как наводится на цель ракета? Что такое пластмасса? Как работают часы? Как устроены роботы? Что такое Интернет? Почему телескоп приближает, а микроскоп увеличивает? Как действует прививка против оспы? Как работает атомный реактор? Как записывается звук на пластинку и как на магнитную ленту? Как считает ЭВМ? Обо всем этом и о многом, многом другом можно узнать из этой книги. Мы предвидели, что нашими читателями могут стать люди далекие от техники и несколько подзабывшие о том, что было написано в школьных учебниках. Поскольку без понимания некоторых физических или химических процессов невозможно разобраться в принципе действия многих устройств и механизмов, мы постарались ясно и сжато изложить необходимые сведения там, где это требовалось. А так как наша главная задача состояла в объяснении главных принципов устройства без излишней детализации, нам удалось обойтись минимальным количеством формул, притом самых простых. В конце книги приложена подробная хронологическая таблица, в которой отмечены все упомянутые в книги изобретения и открытия.

Вот и все, о чем мы хотели предупредить. Остается пожелать только приятного и познавательного чтения.

1. РУБИЛО

На протяжении многих тысячелетий своей начальной истории люди не знали употребления металлов. Основным материалом для изготовления первых орудий труда служил камень, и именно с обработкой камня связаны первые великие открытия в истории человечества. Не из каждого камня можно сделать хорошее орудие труда. Самые ранние были изготовлены из гальки, значительно позже человек освоил кремни. Берега морей, русла рек, особенно русла горных потоков, богаты галькой разных размеров, форм, цветов и пород. Обкатанная форма этих камней очень удобна для захвата их рукой. Поэтому именно овальные уплощенные гальки послужили древнему человеку материалом для изготовления его первого рабочего инструмента — ручного рубила. Для работы требовалось два камня: один (более мягкий) служил заготовкой, а другой (из более твердых пород) — для нанесения ударов. Обивка начиналась с узкого конца. После первого удара на поверхности заготовки образовывалось углубление в виде раковины. Оно служило как бы ударной площадкой для дальнейшей обработки. Мастер продолжал оббивать грани скола то с одной, то с другой стороны камня. С каждым новым ударом возрастало число ударных площадок, и заготовка постепенно принимала необходимую форму.

Работа эта требовала большого терпения, сосредоточенности и сноровки. Любой удар был своего рода творческим актом. Всякий неправильно сделанный скол приводил к тому, что заготовка портилась, и обработку надо было начинать сначала. Естественным желанием человека было избежать этого неприятного результата. Поэтому техника обработки камня постепенно усложнялась. Важный шаг на этом пути был сделан, когда в употребление вошел новый инструмент — отбойник, игравший роль современного долота или тесла. В качестве него использовался острый твердый камень или рог благородного оленя, отличавшийся большой твердостью. Приложив отбойник к нужной точке заготовки и ударяя по нему другим камнем или деревянной колотушкой, мастер мог гораздо точнее координировать силу и направление удара. При этом скол получался длинным и тонким, а изделие принимало более правильную форму.

Но чтобы окончательно подчинить себе материал, человек должен был освоить технику, которая позволяла снимать лишние слои камня буквально по миллиметрам. При такой точности можно было придать заготовке любую задуманную форму. Это сделалось возможным, когда ударную технику стали дополнять отжимной. Придав несколькими ударами камню подходящий вид, мастер откладывал колотушку и начинал действовать отбойником как стамеской, снимая лишний материал тонкими слоями. Любопытно, что эта работа совершенно не под силу современному человеку, который выжимает на динамометре в среднем не более 60 кг. Для того чтобы успешно справляться с отжимной техникой, рука человека должна была быть по крайней мере в шесть раз сильнее. Именно такова была мощь неандертальца, который, по расчетам ученых, не уступал в силе нынешней горилле.

Ручное рубило было первым великим изобретением древнего человека, значительно облегчившим его жизнь. При помощи рубила, держа его различно, то за тупой, то за острый конец, можно было растирать и размельчать растительную пищу, соскабливать и очищать кору, раздроблять орехи, отделять корни и ветви, взрыхлять землю в поисках корнеплодов, убивать мелких животных. Оно представляло из себя универсальный инструмент со множеством разнообразных функций. Одновременно с рубилом на службе человека оказались отщепы от кремня — различные острия, проколки, древнейшие скребла. Этот нехитрый инструмент позволял человеку освежевать тушу, разрезать шкуру, разделить мясо на куски.

2. ОГОНЬ

Люди рано открыли полезные свойства огня — его способность освещать и согревать, изменять к лучшему растительную и животную пищу. «Дикий огонь», который вспыхивал во время лесных пожаров или извержений вулканов, был страшен и опасен для человека, но, принеся огонь в свою пещеру, человек «приручил» его и «поставил» себе на службу. С этого времени огонь стал постоянным спутником человека и основой его хозяйства. В древние времена он был незаменимым источником тепла, света, средством для приготовления пищи, орудием охоты. Однако и дальнейшие завоевания культуры (керамика, металлургия, сталеварение, паровые машины и т.п.) обязаны комплексному использованию огня.

Долгие тысячелетия люди пользовались «домашним огнем», поддерживали его из года в год в своих пещерах, прежде чем научились добывать его сами при помощи трения. Вероятно, это открытие произошло случайно, после того как наши предки научились сверлить дерево. Во время этой операции происходило нагревание древесины и при благоприятных условиях могло произойти воспламенение. Обратив на это внимание, люди стали широко пользоваться трением для добывания огня.

Простейший способ состоял в том, что брались две палочки сухого дерева, в одной из которых делали лунку. Первая палочка клалась на землю и прижималась коленом. Вторую вставляли в лунку, а затем начинали быстро-быстро вращать между ладонями. В то же время необходимо было с силой давить на палочку. Неудобство такого способа заключалось в том, что ладони постепенно сползали вниз. Приходилось то и дело поднимать их вверх и снова продолжать вращение. Хотя, при известной сноровке, это можно делать быстро, все же из-за постоянных остановок процесс сильно затягивался. Гораздо проще добыть огонь трением, работая вдвоем. При этом один человек удерживал горизонтальную палочку и давил сверху на вертикальную, а второй — быстро-быстро вращал ее между ладонями. Позже вертикальную палочку стали обхватывать ремешком, двигая который вправо и влево можно ускорить движение, а на верхний конец для удобства стали накладывать костяной колпачок. Таким образом, все устройство для добывания огня стало состоять из четырех частей: двух палочек (неподвижной и вращающейся), ремешка и верхнего колпачка. Таким способом можно было добывать огонь и в одиночку, если прижимать нижнюю палочку коленом к земле, а колпачок — зубами.

3. РУКОЯТКА

Важным достижением человека стало освоение составных орудий. Их появление произвело настоящую революцию в технике каменного века.

Долгое время ручное рубило и палка существовали и использовались раздельно. Соединив их с помощью жил или ремешков кожи, люди получили принципиально новое орудие — каменный топор, сделавшийся вскоре важнейшей принадлежностью первобытной жизни. Топор позволял в несколько раз увеличить силу удара камнем. Многие производственные операции, представлявшие до этого значительную трудность (прежде всего, валка деревьев, заготовка дров и все работы, связанные с обработкой дерева), стали теперь сравнительно простыми. Конечно, первому топору было еще очень далеко до современного, но прогресс по сравнению с бытовавшим до этого ручным рубилом был огромен. Известный специалист по технике каменного века профессор Семенов установил, что при замене рубила примитивным каменным топором скорость рубки возрастала в десять раз. Поэтому нисколько не преувеличивают те, кто утверждают, что появление рукоятки составило эпоху в истории человечества. Может показаться, что мысль о соединении камня с палкой очень проста. Однако это не так. Рукоятка представляла собой довольно сложное и трудное для человека изобретение. Поэтому составные орудия появились достаточно поздно.

После изобретения топора идея составного орудия нашла себе самое широкое применение в других инструментах. Соединив острый каменный наконечник с длинной палкой, человек получил копье — мощное оружие первобытных времен. Имея в руках копье, он мог смело выходить на бой даже с самым сильным зверем. Уже на ранней своей истории копья стали делиться на тяжелые и легкие. Последние использовали для метания (для легкости каменный наконечник на них обычно заменяли костяным) Наряду с топором копье сделалось важнейшим, хотя и не единственным орудием первобытного человека. Особым родом составных орудий стали так называемые вкладышевые инструменты. К их изготовлению человека подтолкнуло наблюдение за тем, что в работе всегда принимает участие лишь незначительная (ее так и называют — рабочая) часть инструмента. Поэтому вовсе не обязательно делать орудие целиком каменным. Соединяя различным способом каменные пластинки с деревянной ручкой, древний человек получил многие прообразы современных режущих, колющих и строгающих инструментов. Они были намного удобнее и практичнее прежних и к тому же позволяли экономить кремний, который был распространен далеко не везде и из-за своей твердости тяжело поддавался обработке. Новые инструменты имели и то важное преимущество, что после износа рабочей части достаточно было только заменить кремневую пластинку, а не изготовлять все орудие целиком.

4. ЛУК И СТРЕЛЫ

К важнейшим составным вкладышевым орудиям относятся лук и стрелы. Их изобретение тоже составило эпоху в истории человеческой мысли. По меркам каменного века лук был очень сложным орудием, и его создание сродни гениальному озарению. Действительно, все предшествовавшие усовершенствования орудий труда происходили в результате каждодневной деятельности человека и самым непосредственным образом проистекали из нее. Другое дело лук и стрелы. Связь между распрямляющейся веткой и смертоносной стрелой, стремительно уносящейся вдаль, вообще говоря, не очевидна и не лежит на поверхности. Создание лука требовало значительных умственных способностей, острой наблюдательности и большого технического опыта.

Основные элементы лука были известны задолго до его изобретения. Человек уже пользовался стрелой, которая представляла собой вариант предельно облегченного копья, используемого для охоты на мелкую дичь и птицу. С другой стороны, люди постоянно наблюдали за тем, как при сгибании веток или молодых деревьев накапливалась энергия, а при разгибании — освобождалась. (Предполагают, что это свойство широко использовалось для устройства примитивных ловушек.) Однако лук появился лишь после того, как древний мастер придумал стягивать согнутую ветку с помощью тетивы — крепкого шнура, свитого из жил или волос. Посредством тетивы стало возможным передать стреле энергию разгибающейся ветки. Этим был достигнут колоссальный прогресс в сфере охоты. Пущенная с помощью лука стрела летела значительно дальше, чем даже при самом сильном броске рукой, и попадала в цель с исключительной точностью. Появилась возможность охотиться на таких животных, которые прежде были совершенно недоступны для первобытного охотника. Его добычей сделались и быстроногие пугливые олени, и птицы, и мелкие пушные зверьки. С изобретением лука охота надолго стала основной отраслью хозяйства древнего человека. Однако лук стал применяться не только как метательное орудие. Способность натянутой тетивы издавать звук определенного тона была подмечена и использована при изготовлении первых струнных инструментов. Важно было и другое принципиальное открытие, с помощью лука оказалось возможным передавать и преобразовывать движение. Так лук стал частью примитивного сверлильного приспособления, получившего широкое распространение и сыгравшего очень важную роль в технике каменного века.

5. ВЕСЛО И ЛОДКА

Можно назвать несколько причин, подтолкнувших человека к освоению водной стихии. Древние люди часто переходили с одного места на другое и должны были во время своих странствований тащить на себе свои пожитки. Стараясь облегчить эту непростую работу, они стали задумываться о средствах передвижения и прежде всего научились использовать в своих интересах силу воды. Кроме того, в местах, которые находились на берегу морей или больших рек, богатых рыбой, плавательные средства были необходимы для рыбалки.

Первым плавательным средством древних был плот. Люди давно заметили, что стволы деревьев не тонут в воде. Связав их между собой и вооружившись длинным шестом они отважились на первые плаванья вдоль берега. Плот был неповоротливым и тяжеловесным сооружением, но он вполне годился для транспортировки больших грузов, особенно если плаванье происходило вниз по течению. На глубоких местах, где шест не доставал до дна, люди научились управлять плотом с помощью гребной доски (возможно, эту идею подсказали наблюдения за водоплавающими птицами).

Однако плот не мог удовлетворить все потребности человека, который очень часто испытывал нужду в небольшом, легком и маневренном плавательном средстве. Таким в конце концов стала деревянная долбленая лодка. Ее прообразом также было бревно. Исследуя способы преодоления водных преград отсталыми австралийскими племенами, ученые в общих чертах восстановили основные этапы превращения бревна в лодку. Так, если туземцу требовалось переправиться через реку, он отрубал каменным топором часть ствола легкого дерева, очищал его от ветвей, потом ложился на бревно и плыл, работая ногами. Некоторым усовершенствованием этого простейшего плавательного снаряда было заострение бревна. Следующим шагом может считаться стесывание горбыля, ведь на плоской стороне было удобнее лежать пловцу. Собственно лодкой бревно стало после того, как люди начали выдалбливать или выжигать в нем углубление для гребца. Одновременно шло развитие гребли. Для перемещения вдоль берега человек мог пользоваться шестом, но для того чтобы плавать по глубоким местам, ему потребовалось особое приспособление — весло. Оно развилось постепенно из гребной доски и уже в очень древние времена приняло современный лопатообразный вид.

Изготовление даже небольшой долбленой лодки с помощью каменных инструментов требовало значительных и напряженных усилий. Поэтому в тех местах, где от лодки не требовалось большой прочности и грузоподъемности, долбленки были совершенно вытеснены из употребления легкими лодками, сшитыми из коры. Построить такую лодку было намного проще. Аккуратно отделив кору от дерева, мастер тщательно выскабливал и конопатил ее. Потом концы куска сшивались и связывались корнями, швы обрабатывались смолой. Для жесткости внутри корпуса устанавливали несколько распорок. Умелый мастер мог изготовить такую лодку всего за несколько часов. На севере, где не было дерева, подобные лодки научились делать из шкур, а в качестве остова применяли жесткий китовый ус.

Таким образом около 12 тысяч лет назад в обиход наших предков вошла весельная лодка. Человек стал осваивать водную среду и получил в свое распоряжение первое в истории транспортное средство передвижения.

6. СВЕРЛЕНИЕ, ПИЛЕНИЕ И ШЛИФОВКА КАМНЯ