Мифология машины. История механизмов, которые нас пугают и очаровывают - Даниэль Штрассберг

механических часов. Периоды времени определяли с помощью стандартизированных восковых свечей или масляных ламп, часы дня – с помощью солнечных и водяных часов. Водяные часы превосходят солнечные тем, что работают независимо от погоды, а солнечные часы лучше водяных тем, что они могут отсчитывать время по единственно достоверному равномерному движению в природе – вращению Земли. Поскольку скорость течения воды никогда не бывает постоянной, ее равномерность должна задаваться с помощью сложного процесса. За исключением солнца, природа должна быть дисциплинированной. Вода в клепсидре[227] поднимает поршень, а прикрепленный к нему карандаш отмечает время на вращающемся барабане. Чтобы давление воды было равномерным, система клапанов поддерживает стабильный уровень наполнения раздаточного сосуда.

Клепсидра делит время между восходом и заходом солнца на 12 (ранее – 10) одинаковых отрезков. Летом эти часы соответственно длиннее, чем зимой, а в Центральной Европе – почти в два раза длиннее. Время, таким образом, является непрерывным, при необходимости – регулируемым природным процессом и делится на дискретные единицы. Эти часы считывают время в природе, «очищенной» от случайностей, и фиксируют результат.

Никто не знает, где на самом деле были созданы первые механические часы. Возможно, около 1280 года в одном из монастырей, примерно через два века после Герберта. Монастыри боролись с конкретной проблемой: святой Бенедикт истолковал указание Павла непрестанно молиться (1 Фес. 5:17) как обязательство совершать определенную молитву (почти) каждый час. Так называемые часовые молитвы назывались по времени их совершения – prima, tertia, sexta и nona[228]. Кроме того, существовали молитвы, названия которых не были связаны с часами дня, – утреня (laudes, хваления), вечерня (vesper), повечерие (completorium), всенощная (vigilia), которая первоначально исполнялась в полночь[229].

В течение дня вести счет часов было несложно, поскольку солнечные часы показывали время с достаточной точностью. В непогожие дни функцию часов выполняло ритмичное пение монахов: «Далее пусть [монах] приобретет привычку псалмопения, если желает считать часы ежедневно, так что всякий раз, когда облака закрывают солнце или звезды, он сам словно некие часы (quoddam horologium) будет измерять [время] исходя из количества его псалмопений»[230].

Перед всенощной специально назначенный монах должен был будить своих собратьев в нужное время. Чрезвычайно ответственная задача: «Указующий часы должен знать, что ничья забывчивость в монастыре не может быть значительнее, чем его. Если из-за него собрание произойдет раньше или позже срока, все следование времени будет сбито»[231].

Но это решение было неудовлетворительным. Даже самому преданному монаху трудно не спать всю ночь. Прибегали ко всевозможным уловкам: например, ведро воды, которое в нужное время выливалось на спящего монаха, или скребок, чесавший его руку. Другая возможность заключалась в том, чтобы продлить чтение молитв на всю ночь. Бедный монах пел строфы в течение двух часов, пока ему не разрешали разбудить товарища. По числу проходов он узнавал время. Известная песня Frère Jacques, dormez-vous[232] – одна из таких попыток не заснуть.

Однажды ночью одному из отчаявшихся монахов пришла в голову идея использовать в качестве меры времени свободное падение груза. Тем самым возникает независимость от солнца, к тому же в холодные зимние ночи камень не замерзает, в отличие от воды. У этой идеи было еще одно преимущество: падающий камень является одновременно и мерой времени, и двигателем.

Но монах-новатор столкнулся с серьезной технической проблемой. Камень не падает равномерно, даже когда его падение замедляется противовесом. Скорее, камень ускоряется во время падения. Поэтому, чтобы обеспечить синхронизацию часов, ускорение должно быть компенсировано демпфированием. Часы пришлось затормозить.

Наш исключительно талантливый монах нашел гениальное решение – шпиндельный спуск. Груз приводит в движение шестерню, которая запускает другую шестерню специальной – корончатой – формы. Один зуб корончатого колеса с помощью шпинделя сдвигает балансовую балку – регулятор шестерни, утяжеленный двумя гирями. Это приводит к тому, что другой шпиндель, установленный под углом девяносто градусов, входит в сцепление с корончатым колесом и сразу же останавливает его.

Схема спускового механизма, обычно называемого Verge et foliot

Движение начинается снова. Этот механизм, действующий по принципу «стой и иди», разбивает движение на множество коротких движений, так что ускорение в рамках отдельного движения больше не играет заметной роли. Кроме этого, благодаря асимметричной форме зубцов корончатое колесо всегда слегка отодвигается шпинделем, что дополнительно компенсирует ускорение. Тем самым механизм часов преобразует неоднородное непрерывное движение в равномерное прерывистое движение, которое передается на циферблат. Первые механические часы были монстрами размером с дом, с видимым механизмом, но без стрелок и циферблата. Время показывал ударный механизм, который бил в колокола через определенные промежутки времени. Временные интервалы определялись размером шестерен, количеством зубьев и расстоянием между грузами. Так, у часов в Солсберийском соборе, вероятно, самых старых работающих часов в мире (с 1386 года), как и у большинства часов этого периода, нет циферблата и часы отмечаются ударами колоколов. Под действием падающего груза балансовая балка каждые 8 секунд приводит в движение спусковое колесо с 45 зубцами, которое совершает один оборот за 360 секунд (6 минут). Поскольку передаточное число большого колеса составляет 10:1, оно совершает полный оборот за один час (3600 секунд). Затем с помощью дополнительных шестеренок это движение должно быть передано на ударный механизм с 78 зубьями – число, в точности соответствующее количеству ударов за 12 часов (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12 = 78).

Башенные часы XIV века с хорошо заметным спусковым механизмом

Итак, шпиндельный спуск сочетает в себе регулятор привода, код управления и машину для производства времени. Он имеет двоичный код, встроенный в механизм в качестве управляющей программы, с двумя дискретными состояниями, стоп и пуск, ноль и единица. Можно подумать, что это анахронизм, но если внимательно присмотреться к компьютеру Чарльза Бэббиджа, то и там мы обнаружим не что иное, как множество сложных связей типа «стой и иди». Шпиндельный спуск нарушает закон всемирного тяготения, согласно которому при свободном падении увеличивается скорость тела; он создает время, которого нет в природе, поскольку естественные процессы непрерывны и, за исключением планетарных орбит, никогда не бывают равномерными.

Таким образом, механические часы отличаются от всех предыдущих хронометров тем, что измеряют время, которое сами же производят. Если раньше час был произвольным делением в природном континууме, то теперь это продукт машины, которая создает противоположную природу, подчиняющуюся своим собственным, а не установленным Богом