Юрий Петухов - Дорогами тысячелетий
Известный английский ученый Джозеф Нидем, автор фундаментального исследования «Наука и цивилизация в Китае», считает, что не позднее III века в Срединном царстве появился первый навигационный «кибернетический прибор», в котором использовался принцип обратной связи. Это устройство не было магнитным компасом и представляло собой именно повозку, имевшую в высоту и длину по 3,3 метра, а в ширину 2,75 метра, увенчанную нефритовой фигурой «мудреца». Его простертая рука всегда указывала на юг, куда бы ни поворачивалась повозка, даже если она ездила по кругу.
В официальной летописи от 500 года записано: «Повозка, указывающая на юг, была впервые построена правителем Чжоу (начало I тысячелетия до н. э.), чтобы служить проводником послам, возвращающимся домой из далеких стран. На наших бескрайних равнинах легко потерять направление на запад и восток, и потому правитель приказал изготовить такую повозку, с помощью которой послы могли определять северную и южную стороны».
Если эти сведения верны, то изобретение следует отнести примерно к 1030 году до н. э. Но вполне возможно, что слово «повозка» было вставлено в это описание переписчиками, и речь тогда шла о компасе.
Нидем датирует появление «кибернетической повозки» III веком. Итак, если эта повозка не магнитный компас, то как же она работала? Возможно, у повозки был дифференциал, — непременное устройство современных автомобилей. Он дает возможность соосным колесам вращаться с разной скоростью при повороте, поскольку у них разный радиус разворота.
Для ручной тележки или конной повозки поворот не представляет затруднений. А вот когда колеса приводятся в движение от механического привода, то без дифференциала не обойтись.
Нидем предполагает, что дифференциал изобрели все-таки китайцы. Если считать, что первая повозка с указателем на юг принадлежала правителю Чжоу (I тысячелетие до н. э.), то изобретатели дифференциала — вне сомнения китайцы. Но если такая повозка появилась во II или III веке, то некоторые историки приписывают первенство древним грекам. Доподлинно доказано, что с 80 года до н. э. «одно из величайших изобретений механики всех времен» — дифференциал было знакомо грекам. Вероятно, что оно попало в Рим, а оттуда в Китай, хотя вполне допустимо, что китайские инженеры придумали устройство сами.
Изготовление повозки требовало высокой точности. В книге Коулза «Исторические и научные основы автоматизации» проведена следующая оценка допусков: «Различие в длине окружности внешних колес всего в 1 процент приведет к изменению направления, указываемого нефритовой фигурой, на 90 процентов на расстоянии всего лишь в 50 раз большем, чем расстояние между двумя колесами». В результате повозка будет уклоняться в сторону колеса с меньшим диаметром. Следовательно, точность в размерах колес должна быть гораздо меньше одного процента, с той же точностью, естественно, надо изготавливать и шестерни для дифференциала.
В отличие от автомобиля в «повозке, указывающей на юг», дифференциал использовался не для передачи усилия на колеса, а, наоборот, с колес, которые приводили в движение животные, усилие передавалось для корректировки положения руки нефритовой фигурки. Дифференциал постоянно поворачивал фигуру так, что ее рука постоянно показывала на юг.
Джозеф Нидем назвал повозку «первым механизмом-гомеостатом в истории человечества, в котором используется полная отрицательная обратная связь. Конечно, в систему управления следует включить и погонщика. Но, как остроумно заметил Коулз, его вполне могла бы заменить аппетитная морковка в руке нефритового «мудреца», что обеспечило бы автоматическое замыкание контура… Повозку можно было бы по праву считать первым настоящим кибернетическим механизмом, если бы обеспечивалась самокорректировка управления, легко осуществимая в наши дни».
Сейчас каждому школьнику известно, что географический полюс не совпадает с магнитным. Северный магнитный полюс разошелся с географическим на 1900 километров. Угол, на который магнитная стрелка компаса отклоняется от направления географического меридиана, называется углом склонения, причем он претерпевает постоянные изменения. О существовании магнитного склонения китайцы знали еще тогда, когда в Европе и не подозревали о существовании полюсов. Примерно на шесть столетий опередили китайцы европейцев в этом вопросе.
Кстати, в 725 году китайский астроном Нань Гуньшо произвел градусное измерение дуги меридиана, простирающейся с севера на юг на 4 тысячи километров. Вряд ли какая-либо держава в то время стала проводить такую работу.
Механики Срединного царства опередили европейцев в создании механических часов. Первые механические часы сделал буддийский монах и математик И Син (683–727). Прибор имел астрономическое предназначение и попутно показывал время. Современник И Си-на оставил их описание:
«Часы имели вид небесной сферы с изображением фаз Луны, расположенных в строгой последовательности, небесного экватора и градусной сетки. Вода, наливавшаяся в укрепленные на колесе ковшики, приводила в движение сферу, совершавшую один полный оборот в сутки. Снаружи ее охватывали два обруча, на которых были укреплены изображения Солнца и Луны, вращавшиеся по круговым орбитам… Все сооружение было наполовину помещено в деревянный корпус, поверхность которого изображала горизонт. С помощью такого инструмента можно было точно определять время восхода и заката, периоды полнолуния и новолуния, а также величину прецессии. Кроме того, в часах были колокол и барабан — первый звонил каждый час, а второй отбивал четверти часа. Все это приводилось в движение с помощью скрытых внутри корпуса колес, шпинделей, крючков и колесных передач (иными словами, с помощью анкерного механизма)».
Однако точность хода часов И Сина зависела от метеоусловий. В этом они были схожи с их предшественниками — водяными часами, дошедшими окольными путями в Китай из более древнего Вавилона. Чтобы вода в часах не замерзала, рядом горели факелы.
И Син был одним из выдающихся ученых в истории китайской астрономии. Он открыл собственное движение звезд и принимал участие в разработке проекта измерения длины градуса меридиана, которое, как уже упоминалось, было осуществлено в 725 году. И Син написал много трудов по астрономии, в том числе составил календарь «Тайюань ли», который был введен в 728 году. В конце жизни он был астрономом при императорском дворце.
Следующие известные историкам часы были созданы в 976 году. В них воду заменили ртутью. Эти часы были более сложными. Вот как описывает их официальная хроника тех лет:
«…Башня из трех этажей, каждый высотой более трех метров, внутри которой размещен весь механизм. Округлая форма верхушки башни символизировала Небо, а прямоугольное основание — Землю. Механизм, состоящий из великого множества горизонтальных, вертикальных и наклонных колес, шпинделей и анкеров, располагался на нижнем этаже. Семь деревянных молоточков били в расположенные по обеим сторонам от них колокола — один большой справа и несколько малых слева, а также помещавшийся по центру барабан, — отбивая каждую четверть часа. За день и ночь (24 часа) механизм совершал один полный оборот, а семь планет тем временем перемещались, меняя свое положение по отношению к эклиптике. Кроме того, было еще двенадцать деревянных рычагов с дощечками, которые выскакивали каждый час и показывали время…»
А вершиной часового мастерства стала «Космическая машина». Эти часы были созданы астрономами Су Суном и Хань Куньляном в 1092 году. Прибор считается величайшим достижением эпохи средневековья. Как предшественники, «Космическая машина» представляла собой астрономическую часовую башню 10-метровой высоты. Башню венчала огромная бронзовая армиллярная сфера с механическим приводом. Армиллярная сфера — астрономический инструмент, широко распространенный в древней астрономии. Это модель небесной сферы с ее важнейшими точками и кругами: полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. Кстати, армиллярная сфера наличествовала и в часах И Сина.
Находящийся внутри башни небесный глобус поворачивался синхронно с армиллярной сферой, что обеспечивало совпадение результатов наблюдений на сфере и на глобусе. В передней части башни помещалась пятиэтажная пагода. Через определённые промежутки времени на том или ином этаже открывались двери, и оттуда появлялись фигурки, бившие в колокола или гонги и державшие дощечки с обозначением времени. Все приводилось в движение тем же самым огромным часовым механизмом, который одновременно вращал небесный глобус и сферу.
Спустя два века принципы построения часов, использованные Су Суном и его коллегой, стали применяться в Европе.
Астрономическими наблюдениями в Китае занимались основательно. Об этом свидетельствуют древние китайские источники. Они содержат самую раннюю и самую продолжительную в мире серию астрономических наблюдений.
