Античные хакеры: как древнегреческий ученый Ктесибий научился время измерять
Люди чаще всего интересуются погодой и временем — любым, включая время суток, время ухода с работы, продолжительность антракта в театре или режим работы государственного учреждения. Погоду, вероятно, люди начали обсуждать сразу же после появления речи.
Со временем все несколько иначе. Понятно, что люди всегда ощущали течение времени. Закаты и восходы, смена сезонов, все это наши предки видели и пытались каким-то образом не только интерпретировать, но и использовать в быту. Но одно дело — приблизительно определять время, и совсем другое — точно его измерять. Одним из тех, кто изобрел «шкалу времени» стал древнегреческий инженер, живший в Александрии примерно в 250 г. до н.э.
Насколько известно ученым, Ктесибий научился не только измерять время, но и изобрел орган, что дало толчок развитию пневматики. Его можно назвать одним из первых хакеров — в изначальном понимании этого термина.
Наверное, вы слышали о приборах, которые измеряли время и существовали задолго до Ктесибия. Это правда, но у таких систем были существенные недостатки. Например, те же солнечные часы измеряют время лишь при наличии Солнца. Ночью или в облачный день они ничего не способны измерить. Аналогичным образом дело обстоит и на корабле попавшем в шторм — никакие солнечные часы ничего не покажут.
Вода и время
Одним из первых почти универсальных инструментов для измерения времени была клепсидра. Это, фактически, сосуд с носиком у донышка, который можно закрывать пробкой. Греки использовали такие сосуды в ходе судебных прений — для того, чтобы участники имели равное время в ходе обсуждения проблемы.
Хронометрист наполнял клепсидру до нужно отметки и открывал пробку. Как только вода прекращала течь — оратору нужно было замолчать. Носик клепсидры можно было закрыть и в ходе каких-либо непредвиденных обстоятельств, пауз.
Клепсидры — древнейший прибор для измерения времени. Они существовали в Китае в 4000 году до н.э. и в Индии — в 2500 до н.э. В Египте они появились примерно в 1400 н. до н.э. Возможно, существовали они задолго до этих дат, просто археологам известны находки именно с такой датировкой. Кстати, у китайцев и индусов конструкция клепсидры была не такой, как у других народов. У них пустая чаша с небольшим отверстием плавала в емкости с водой. Таким образом, время отмерялось благодаря заполнению чаши жидкостью.
Проблема с клепсидрой в том, что из-за давления воды напор струи из носика тем сильнее, чем больше самой воды в сосуде. И одной клепсидрой нельзя измерить равные промежутки времени, подставив, например, другой сосуд (чашку) под носик. Первая чашка наполнится быстрее, чем последняя.
Ктесибий, насколько известно, работал в цирюльне своего отца. Как по-настоящему назывались «предприятия» такого типа в 200 г до н.э. мы не знаем. Но, судя по всему, там всегда было много воды. И именно она навела Ктесибия на мысль о создании точного прибора для измерения времени. Благодаря этому человеку мир получил самую точную до момента появления маятниковых часов систему, позволявшую измерять время. Клепсидры в том либо ином виде массово использовались вплоть до 1656 года.
Как это работает?
Ктесибий усовершенствовал традиционную клепсидру. Он поместил более емкий сосуд с водой над клепсидрой. И этот источник наполняет саму клепсидру быстрее, чем вода сливается из носика. Более того, у клепсидры появился специальный клапан для избавления от лишней воды.
С течением времени Ктесибий стал изготавливать все более совершенные и сложные механизмы.
Здесь 1 — спрятанная трубка подачи воды (2) из источника (3). Вода, подаваемая по трубке, поступала в «слезные протоки» амура, так что казалось, что он плачет. Затем эти слезы попадали в проток (4), после чего — в резервуар (5). Это был еще один резервуар внутри клепсидры. Внутри был поплавок (6). Когда вода поднималась, то поднимался и он. К поплавку, в свою очередь, был прикреплен амур, указывающий перстом на определенное деление цилиндра (9). Деления означали часы, причем было разделение на часы от заката до восхода и от восхода до заката. 1 час был равен 1/12 дня или ночи. Клепсидра была настолько точной, что позволяла учитывать разницу в продолжительности дня и ночи в летнее и зимнее время. Кроме того, клепсидра показывала и дни года, для чего служили вертикальные линии (11). Всего эти линии делили цилиндр на 365 частей. Чем больше был уровень воды в резервуаре, тем сильнее наполнялся сифон (12). Когда уровень воды достигал изгиба этого сифона, то вода выливалась в сосуд (13) на одной из лопастей вращающегося колеса (14). Затем колесо под тяжестью воды проворачивалось, вызывая вращение зубчатого колеса (15). Оно, в свою очередь, поворачивало ось (16) и цилиндр на 1/365 часть окружности. Соответственно, амур указывал перстом уже на следующий день. Ну, а сосуд (13) при повороте колеса (14) опрокидывался, и вода попадала в новый цикл.
Какими бы точными ни были водные часы, у них была проблема. И эта проблема — вязкость воды, которая меняется в зависимости от температуры. В разное время года часы шли немного по-разному. Понятно, что при нуле градусов часы не могли функционировать вообще, что тоже было недостатком.
Что еще изобрел Ктесибий?
Предполагается, что он был автором еще нескольких изобретений, включая:
- Гидравлический орган, где тоже использовалась вода — для выравнивания давления. Сначала конструкция органа включала поршневые насосы, затем их заменили мехами, да и воду убрали, установив регулирующих давление мех.
- Поршневой насос для подъема воды из колодцев — остатки насосов найдены археологами в ряде поселений.
- Основные детали насоса, изобретенного Ктесибием, присутствуют в современных ручных пожарных насосах, так что изобретение живет в веках.
- Оружие — камнестрел и самострел, которые работали на сжатом воздухе.
Считается, хотя и не доказано, что Ктесибий был первым заведующим Александрийского Музея. Он написал научные работы об использовании сжатого воздуха в разных механизмов. Стал основателем таких дисциплин и направлений, как пневматика, гидравлика и теории упругости воздуха. К сожалению, о работах Ктесибия известно из сохранившихся сообщений других деятелей того времени. Так, о сочинении «Hypomnevata» («Записки») с изложением основ пневматики нам известно из трудов Витрувия. Работы Ктесибия, к сожалению, не дошли до нашего времени.
Один из кратеров на Луне был назван в честь Ктесибия — такое имя объекту дал Международный астрономический союз в 1976 году.
