| |
 |
Само знание о том, что существуют металлы, значения имело не больше, чем знание о существовании огня. Не раз, должно быть, за всю историю существования человечества то один, то другой индивидуум натыкался на блестящие камушки, непохожие по своим свойствам на другие камни. Так, камень, если им с силой бить по другому камню, трескается и крошится, а этот блестящий материал сминался, но оставался целым. Форму такого самородка можно было изменять, его можно было расплющить или придать ему другой необходимый вид. Понятно, что из такого материала в первую очередь стали делать украшения. И действительно, золотые и медные украшения находят в египетских гробницах, датируемых доисторическими временами.
Принципиально важным оказался тот момент, когда было сделано открытие, что металлы можно получать и из тех материалов, которые сами по себе совершенно не кажутся похожими на металл. Именно открытие способа создавать металл там, где его раньше, вроде бы, не было, и произвело революцию, так же как за много тысяч лет до того – открытие способа разводить огонь, там, где только что не было никакого огня.
Наверняка, впервые металл был получен случайно. Медь образует довольно непрочные соединения с другими веществами, например, с кислородом или серой, в результате чего получается камнеподобное вещество голубоватого цвета. Если куски такого вещества нагреть на огне среди угля, углерод перетягивает непрочно закрепленные кислород и серу к себе, и связывается с ними; получившееся соединение улетучивается вместе с дымом, а в очаге остается чистая медь.
Сам по себе уголь не способен превращать камни в металл. Для этого необходимо сочетание угля и жара, которого первобытный человек мог добиться только с помощью огня. Поэтому медь, да и другие металлы, древними воспринимались, как дары огня. Со временем, когда достаточное развитие получила металлургия, широкое использование получили сперва бронза (сплав меди с оловом), а затем и железо, как материалы для оружия и доспехов.
Представьте себе, что какие-нибудь кочующие пастухи случайно развели костер на камнях, содержащих медь (на медной руде). Угли костра сделали свое дело, и когда огонь погас, остроглазый пастух вдруг заметил среди пепла слитки меди. В конце концов, то, что произошло (возможно, много раз) по случайности, не могли не повторить нарочно, и всем стало ясно, что огонь можно использовать для того, чтобы выплавлять из камня металл. К 3500-му году до нашей эры выплавка меди из руды стала уже вполне развитой отраслью на Ближнем Востоке.
Руды металлов встречаются не очень часто, но все же гораздо чаще, чем месторождения чистых металлов, так что только к 3500-му году до н.э. человечество впервые получило металлы в более-менее серьезном объеме. Теперь медь можно было использовать не только для украшений, которые стали доступны и простым людям, но и как материал для домашней утвари. Энергия огня обеспечила и другие достижения, возможно, незначительные по сравнению с развитием металлургии, но все же достаточно важные, чтобы не забывать о них. Так, с умением обжигать глину человек получил керамику, фарфор и строительный кирпич, а путем усиленного нагревания песка вместе с содой и известняком – стекло.
Средневековье принято считать эпохой упадка и деградации после великих дней расцвета греко-римской цивилизации. Однако именно в средневековой Европе был достигнут ошеломительный успех в области разработки источников энергии, отличных от обычного дровяного костра.
Так, греки Византийской Империи (это один из осколков былой Римской Империи, существовавший в средневековье) в седьмом веке нашей эры разработали некую горючую смесь, тайна состава которой была в дальнейшем утеряна. Смесь горела, будучи разлитой по воде, и водой это пламя погасить было невозможно. Для деревянных кораблей это оружие, получившее название «греческий огонь», представляло смертельную опасность, и с его помощью дважды были отбиты нападения осаждавших Константинополь в седьмом и восьмом веках мусульман-арабов. В первую очередь победы были достигнуты за счет применения «греческого огня» против флота мусульман. Таким образом Константинополь еще на семь веков отстоял свое право быть христианским городом, пока в конце концов не пал-таки под натиском мусульман (на этот раз – турок) в 1453 году.
Но для горения греческого огня, как и любого другого горючего, требовался воздух (точнее – содержащийся в воздухе кислород).
Так что настоящая революция произошла с открытием пороха, для горения которого воздух уже не является необходимым. Каким-то образом (скорее всего, опять же благодаря случайности) выяснилось, что если смешать горючие вещества (уголь и серу) с селитрой (нитратом калия), и нагреть смесь, то произойдет мгновенное мощное возгорание, даже в отсутствие воздуха. Мы-то сейчас можем объяснить, что это происходит потому, что в нитрате калия уже содержится кислород, которого достаточно для реакции горения, но жители средневековья этого знать не могли.
Кажется, впервые в истории орудия – конечно же, самые примитивные, - были использованы в 1346 году в битве при Креси. В последующие века значение артиллерии все возрастало; постепенно появлялось и индивидуальное огнестрельное оружие. Эти процессы изменили и саму структуру европейского общества.
Среди других великих изобретений эпохи средневековья можно назвать компас, в котором использовалась энергия, именуемая «магнетизмом» (от названия греческого города Магнезия, в окрестностях которого греки находили первые природные магниты).
Именно с помощью компаса мореплаватели получили возможность ориентироваться в открытом море вдали от суши, даже тогда, когда тучи скрывали от них привычные ориентиры – солнце и звезды. Появление этого прибора подтолкнуло человека к изучению океанов. Без компаса великие путешествия Колумба и последующих первооткрывателей, скорее всего, не состоялись бы.
Казалось бы, значение этих двух изобретений - пороха и компаса - настолько велико, что других равных им достижений в средневековую эпоху и искать бессмысленно. Однако, мы все же вспомним еще одно, важнее и пороха, и компаса, хотя, в отличие от них, не имеющее прямого отношения ни к какому из видов физической энергии.
Где-то в середине пятнадцатого века, когда средневековье уже заканчивалось, и на горизонте уже маячила современная эпоха (которую часто принято отсчитывать от открытия Колумбом Америки), немецкий монах Иоганн Гутенберг изобрел книгопечатный станок.
Ни одно изобретение за всю предыдущую историю человечества не получило такого мгновенного распространения. Не прошло и одного поколения, а печатное слово уже полилось потоком по Европе. Знания стали доступны каждому (по крайней мере, теоретически). Теперь ученые могли распространять свои мысли не через неторопливо передающиеся из рук у руки и с трудом переписываемые вручную трактаты, а с помощью быстро разлетающихся печатных книг.
Для того, чтобы сто лет спустя произвести революцию в астрономии, недостаточно было одних идей Коперника. Для того, чтобы коренным образом изменить представления об анатомии, мало было одних идей Везалия. Необходимо было кристаллизовать их представления в книгах (обе книги были напечатаны в один год – 1543) в таком количестве, чтобы с ними успели ознакомиться все ученые Европы прежде, чем власти спохватились и начали репрессии.
Книгопечатание стало как бы ферментом для развития знаний, оно высвободило некую мыслительную энергию. Появились новые воззрения о природе вселенной – впервые в полном объеме их продемонстрировал итальянский ученый Галилео Галилей, и суть их заключалась в необходимости точного измерения всех физических явлений. На смену простому наблюдению в науке пришли количественные отношения, имеющие строгие математические выражения.
Разумеется, в новых условиях такие явления, как энергия и работа, тоже не могли избежать судьбы подвергнуться измерению. Так огонь, за сотню тысяч лет до того выделивший человека из мира животных, помимо использования подвергся еще и изучению. Результатом этих научных опытов стали изменения в образе жизни человека, по сравнению с которыми померкли даже последствия изобретения пороха и компаса.
Огонь принес человечеству совершенно новые вещи – металлы, кирпич, стекло – если бы огня не было, человечеству пришлось бы обходиться без всего этого. Мышечная энергия никоим образом не может заменить огонь для получения всего вышеперечисленного. Однако несмотря на все эти дары, в обыденной жизни человеку приходилось заниматься все той же работой – таскать, поднимать, толкать и рубить, и подмогой ему оставались разве что верные домашние животные.
Использование энергии неживой природы привело к появлению новых видов работы – опять же, грубой работы мышц человека. Возьмем хотя бы водяные мельницы. Вода течет сверху вниз, и чем больше разница в высоте между этими «верхом» и «низом», тем быстрее поток, и тем больше в нем энергии. А чем мощнее поток, тем активнее будут вращаться лопасти колеса, приводящего в движение мельничные жернова. Проблема в том, что речки, к примеру, в Англии, как правило тихие и спокойные. Чтобы добавить их течению энергии, воду нужно поднять на некую высоту, чтобы она уже оттуда падала на лопасти. А поднимать ее приходилось посредством все той же мышечной силы.
Проблема подъема воды приобрела большую остроту, когда в Англии стали рыть глубокие угольные шахты, которые необходимо было защищать от опасности затопления. Человеку пришлось задуматься над решением вопроса об откачке воды.
Это уже напоминало порочный круг. На подъем воды требуется затратить энергию, а лучшим способом получения этой самой энергии на то время было как раз использование падающей воды. В данном случае для того, чтобы разорвать круг, необходимо было полагаться на некий сторонний источник энергии – либо на непостоянный и ненадежный ветер, который вращает лопасти ветряных мельниц, либо на жестко ограниченные ресурсы мышечной силы людей или животных.
Однако в ходе работы над проблемой откачки воды ручными насосами родилось новое решение, позволившее не только разорвать порочный круг, но и вообще навсегда освободить человека от крупномасштабного физического труда.
По мере того, как шахты становились все глубже, и насосам приходилось выкачивать воду на все большее расстояние, выяснилось, что выше, чем на десять метров, поднять ее просто невозможно, с какой силой и яростью ни налегай на ручку помпы.
Вопрос о том, чем же обусловлен такой предел возможностей насосов, пытался решить еще Галилео, но самому ученому сделать это не удалось. Зато его ученик, Эванджелиста Торричелли, вскоре после смерти учителя выдвинул предположение о том, что при работе насоса воду на самом деле толкает вверх вес воздуха, давящего на поверхность водного зеркала. В природных условиях давление воздуха на поверхность воды везде одинаково, но при использовании насоса в момент вытягивания поршня внутри насоса создается вакуум, и равновесие нарушается. Внутри насоса воздух перестает давить на воду, а снаружи – давление продолжается с прежней силой. Поэтому по закону сообщающихся сосудов жидкость начнет перетекать в насос, и уровень воды в нем будет подниматься.
Однако, когда столб поднимающейся по трубе или шлангу воды достигнет высоты в десять метров, его вес сравняется с весом воздуха, давящего на водную поверхность снаружи насоса, и вода перестанет подниматься дальше. Система снова придет в равновесие. Тогда жидкость, менее плотную, чем вода, удастся поднять на большую высоту, а более плотную – не удастся поднять и на десять метров.
В качестве материала для эксперимента, призванного проверить справедливость своей теории, Торричелли выбрал самую плотную из известных ему жидкостей, которая, предположительно, должна была прекратить подниматься, достигнув весьма малой высоты. Этой жидкостью оказалась ртуть. И вот, в 1643 году Торричелли залил жидким металлом стеклянную колбу длиной в один метр, и в перевернутом виде опустил ее в чашу с ртутью, после чего открыл колбу под поверхностью ртути. Давления воздуха на чашу с ртутью оказалось недостаточно, чтобы уравновесить давление метрового столба ртути. Ртуть начала выливаться из колбы в чашу, и остановилась лишь на отметке 30 дюймов (76,2 см.)
<<... предыдущая стр. :: следующая стр...>>
1 :: 2 :: 3 :: 4 :: 5 :: 6 :: 7 :: 8 :: 9 :: 10 :: 11 :: 12 :: 13 :: 14 :: 15 :: 16 :: 17 :: 18 :: 19 :: 20 :: 21 :: 22 :: 23 :: 24 :: 25 :: 26 :: 27 :: 28 :: 29 :: 30 :: 31 :: 32 :: 33 :: 34 :: 35 :: 36 :: 37 :: 38 :: 39 :: 40 :: 41 :: 42 :: 43 :: 44 :: 45 :: 46 :: 47 :: 48 :: 49 :: 50 :: 51 :: 52 :: 53 :: 54 :: 55 :: 56 :: 57 :: 58 :: 59 :: 60 :: 61 :: 62 :: 63 :: 64 :: 65 :: 66 :: 67 :: 68 :: 69 :: 70 :: 71 :: 72 :: 73 :: 74 :: 75 :: 76 :: 77 :: 78 :: 79 :: 80 :: 81 :: 82 :: 83 :: 84 :: 85 :: 86 :: 87 :: 88 :: 89 :: 90 :: 91 :: 92 :: 93 :: 94 :: 95 :: 96 :: 97 :: 98 :: 99 :: 100 :: 101 :: 102 :: 103 :: 104 :: 105 :: 106 :: 107 :: 108
| |
| |
|
|
|
