Жизнь великого греческого механика, физика и инженера Архимеда из Сиракуз окутана множеством легенд и домыслов. К сожалению, до нас дошло не так много подробных описаний его устройств и его трактатов. В этой статье я немного расскажу об одной из легенд, связанных с его именем – о зажигательных/боевых зеркалах, с помощью которых он якобы сжег римский флот при осаде Сиракуз.
В большинстве своем о достижениях, открытиях и технологиях Архимеда мы узнали из работ Плутарха, Полибия, Цицерона и других, которые жили на много лет позже него. От того достоверность многих сведений о жизни Архимеда оценить сложно. Одно остается бесспорным – Архимед был одним из величайших умов того периода.
Архимед жил в III веке до н.э. - в период расцвета греческой математики. Как и многие другие современники, он занимался не только математикой, но и геометрией и другими связанными науками, как мы бы сейчас сказали. Однако, в отличие от многих своих коллег, Архимед занимался не только теорией, но и воплощал свои идеи на практике. До нас дошли сведения о таких его интересных механизмах как «небесная сфера», «когти Архимеда», «паровая пушка».
Зажигательные зеркала
Согласно одной из легенд во время осады Сиракуз в 212 году до н.э. в ходе Второй Пунической войны, когда Архимеду было уже 75 лет, римский флот был сожжен защитниками города, которые при помощи зеркал и отполированных до блеска бронзовых щитов сфокусировали на кораблях солнечные лучи по приказу Архимеда.
Гений Архимеда не помог спасти город от захвата – Сиракузы были взяты римлянами из-за измены, а сам Архимед был убит при этом. Большая часть легенд описывает, что Архимед был возмущен тем фактом, что римский солдат затер своей ногой часть чертежа на песке, и был убит за свое недовольство.
Сохранилось всего три описания штурма Сиракуз: Полибия (II в. до н.э.), Тита Ливия (I в. до н.э.) и Плутарха (I в. н.э.). Ни в одном из этих рассказов нет упоминаний не только о сожжении кораблей зеркалами, но и вообще о применении огня.
Первые следы легенды обнаруживаются в литературе II в. н.э. Это упоминания, сделанные вскользь для украшения текста.
Греческий сатирик Лукиан, в шутливой речи по поводу открытия бани, говорит о важности союза теории и практики и в пример архитекторам он ставит Архимеда, который "при помощи своего искусства сжег неприятельские корабли".
Другое упоминание содержится в сочинении "О темпераменте" знаменитого римского ученого-медика Галена. Описывая пожар, Гален рассказывает, что стена здания загорелась от жара пламени, и добавляет: "Таким же образом, говорят, и Архимед поджег триремы врага зажигательными зеркалами".
В обоих случаях о сожжении кораблей говорится как об общеизвестном факте, не требующем разъяснений, так что, очевидно, уже во II в. н.э. легенда была достаточно распространена.
Описания зеркала из пересказов византийских ученых:
«Направив особого рода зеркало на Солнце, он собрал пучки его лучей и, благодаря толщине и гладкости зеркала, сумел зажечь солнечным светом воздух так, что возникло колоссальное пламя. Он направил лучи на стоявшие на якоре корабли, и они сгорели дотла.»
«…старик соорудил особое шестиугольное зеркало; на расстоянии, пропорциональном размеру зеркала, он расположил похожие четырехугольные зеркала, которые можно было перемещать с помощью специальных рычагов и шарниров. Зеркало он обратил к полуденному солнцу - зимнему или летнему - и, когда пучки лучей отразились в нем, огромное пламя вспыхнуло на кораблях и с расстояния полета стрелы превратило их в пепел.»
В IV веке византийский математик и архитектор Анфимий в книге «О чудесных механизмах» описал зеркало Архимеда, которым тот сжег корабли. Возможно, что Анфимий располагал какими-то чертежами, которые не дошли до наших времен. Согласно его описанию, зеркало Архимеда представляло из себя восьмиугольную раму, на которую было установлено 25 больших квадратных бронзовых зеркал. Зеркала были установлены так, что отбрасывали зайчик в одну точку.
Попытки реконструкций
Световое оружие Архимеда волновало людей последующих поколений, и в начале XVII в. его подробно проанализировали двое известных ученых – астроном И. Кеплер и физик Р. Декарт. Оба пришли к выводу, что зеркало Архимеда не могло поджечь корабли и что легенда о нем – вымысел.
Но уже в 1747 г. французский натуралист Ж. Бюффон заказывает механику Пассману устройство, подобное зеркалу Архимеда, но состоящее из 168 плоских зеркал с довольно скромной общей площадью 5,82 м2. С помощью этого устройства Бюффон воспламенил дерево на расстоянии 50 м! Этот опыт он описал в трактате «Изобретение зеркал для воспламенения предметов на больших расстояниях». Он же рассчитал, что для того, чтобы поджечь мелкие предметы, понадобятся 12 зеркал, для того, чтобы расплавить олово – 15, расплавление листа серебра возможно при применении 117 зеркал.
В последующие годы было сделано много подобных экспериментов, демонстрирующих интерес к проблеме зажигательных зеркал. Одна из последних серий экспериментов выполнена в недавнем прошлом греческим инженером Иоаннисом Сакасом. Сакас ничего не знал о последователях Архимеда и, приступая к самостоятельным исследованиям с зажигательными зеркалами, был уверен, что воспроизводит их впервые. Он полагал, что Архимед в качестве зеркал использовал большие плоские щиты воинов, изготовленные из меди и отполированные до блеска. Сакас оценил, что для воспламенения корабля на расстоянии 30-40 м потребуется 50 зеркал, а при расстоянии 100 м (дальность полета стрелы) – 200 зеркал. Он также отдавал дань эффекту внезапности, поскольку римляне во время осады Сиракуз не могли заметить никакой предварительной подготовки со стороны осаждаемых.
Для экспериментов Сакаса было изготовлено 200 зеркал высотой 1.7 м и шириной 0.7 м. Их основой было стекло, покрытое медной фольгой. Окончательный эксперимент проводился 3 ноября 1973 г. в заливе Кепал в порту Скараманга на территории морской базы вблизи Афин. Было привлечено 70 матросов, каждый из которых направлял свое зеркало на цель, расположенную на расстоянии 55 м. Целью служила деревянная лодка длиной 2,3 м, покрытая смолой. Лодка задымилась через несколько секунд после наведения на нее зеркал, а через три минуты воспламенилась. Так, спустя 2186 лет была убедительно подтверждена достоверность легенды о зажигательных зеркалах Архимеда.
На этом эксперименты по проверке легенды не окончились.
MythBusters vs MIT
Знаменитые «MythBusters» в 2004 году в эпизоде 16 решили проверить легенду о зеркалах Архимеда.
Вывод:
Чтобы произвести хотя бы небольшой эффект, зеркало должно быть весьма большого размера, что маловероятно на практике. Даже в этом случае температура дерева поднялась всего на несколько градусов. На сайте канала «Дискавери» был объявлен конкурс среди телезрителей: сможет ли кто-нибудь предложить конструкцию, чтобы миф был хотя бы «правдоподобен». Все предложенные конструкции были проверены, и миф был окончательно признан «опровергнутым».
Заинтригованные неудавшейся попыткой «MythBusters» группа студентов и преподавателей одного из инженерных циклов Массачусетского технологического института в 2005 году решили повторить эксперимент. Они не ставили задачу подтвердить или опровергнуть миф – они хотели изучить саму возможность такого события в самом простом техническом исполнении.
Руководитель цикла произвел вычисления «на коленке», которые показали возможность поджога корабля. Когда такое же задание дали студентам цикла, то после 5 минут вычислений 95% студентов дали негативный ответ. Т.к. США – это страна победившей демократии, то по решению руководителя эксперимент состоялся.
Для эксперимента использовали 130 зеркал площадью 0,3 кв.м, а мишень поставили на расстоянии 30 метров. Макет судна выполнили из досок красного дуба толщиной 2,54 см. Красное дерево было выбрано по причине того, что именно оно использовалось в MythBusters, хотя в реальности борта римских кораблей могли быть сделаны из кипариса или кедра, которые загораются легче. «Судно» покрыли восковым составом, который, предположительно, был подобен покрытию римских боевых кораблей.
Первая попытка вышла неудачной. Повлияла и легкая облачность, и невозможность скоординировано попасть в одну точку всеми зеркалами, которые в руках держали студенты, аспиранты и преподаватели.
Вторая попытка была перенесена с лужайки на крышу здания. В этом случае зеркала были поставлены стационарно и поочередно настраивались на одну точку макета. После окончания настройки все зеркала открыли и… Обугливание, дым, вспышка и открытое пламя! От появления Солнца до выброса пламени прошло 10 минут. Дальнейшее исследование показало, что в точке фокусирования лучей температура достигала 593 градусов Цельсия.
Команда «MythBusters» пошла на поводу у своих зрителей и в 2006 году выпустила эпизод 46 с попыткой еще раз перепроверить миф. В этот раз они пригласили студентов MIT для независимой проверки.
В результате было убедительно доказано, что с помощью множества зеркал (или одного параболического зеркала) можно поджечь предмет, ведущие оставили свой прежний вердикт - Опровергнуто.
Тому было несколько причин:
1. Сиракузы, где происходит действие мифа, выходят к морю на востоке, следовательно у Архимеда не было возможности использовать мощные дневные лучи, он мог отражать только более слабые утренние.
2. Ни ночью или вечером, ни в облачную погоду или дождь солнечные лучи сконцентрировать невозможно.
3. Вражеские корабли представляли из себя движущиеся мишени, поэтому зеркала надо было бы постоянно перефокусировать.
4. Исторические источники умалчивают об использовании огня при осаде Сиракуз до 2-го века нашей эры, и об использовании зеркал до самого 17-го века.
5. Для того, что бы поджечь лодку за приемлемое время требуется слишком большое число зеркал и людей.
6. Было доступно другое, более эффективное оружие: зажженные стрелы и древние варианты коктейля Молотова. Они более эффективно поджигают корабль с расстояния.
Еще один эксперимент «MythBusters» провели в 2010 году – эпизод 157. В этот раз они использовали 500 зеркал в попытке поджечь движущееся судно. Попытка провалилась.
Быль иль небыль?
В легендах о зеркалах нет сведений, которые противоречили бы истории или возможностям техники эпохи Архимеда. В источниках говорится о поджоге кораблей, а не о сожжении флота. Это не противоречит рассказу Полибия о штурме Сиракуз. Действительно, пожар на двух-трех, даже десяти кораблях не мог существенно повлиять на ход морской атаки, в которой только тяжелых кораблей участвовало 60.
Но на чем основано предположение об ограниченном применении сиракузянами "лучевого оружия"? Количество подожженных кораблей источники не указывают, и коль скоро жгущие зеркала были изобретены, они в принципе могли применяться и достаточно широко. Мог ли Архимед, планируя систему обороны, принять зеркала в качестве основного средства защиты? Очевидно, не мог. Ведь достаточно было врагам напасть в пасмурный день или ночью, и зеркала оказались бы бесполезными, тогда как метательные машины и "железные лапы" могли действовать в любых условиях. Поэтому массовое применение зеркал сомнительно.
Далее, упоминаемый в источниках радиус действия зеркал – дальность полета стрелы (50...100 м) – является вполне технически осуществимым. Реален и подход кораблей к стене на такое или даже более близкое расстояние во время попыток высадить десант.
Стоит вспомнить и о том, что было всего два штурма Сиракуз – дневной и после его неудачи ночной. Не было ли в какой-то мере такое решение римлян вызвано желанием "обезвредить" зеркала?
Наконец, легенда приписывает постройку зеркал Архимеду - человеку, который действительно был способен их создать. Идея перехода от криволинейного зеркала к группе плоских кажется вполне естественной для Архимеда, часто применявшего в геометрических доказательствах замену кривых вписанными и описанными многоугольниками. У него было время для опытов и постройки самых разнообразных машин и сооружений, были средства, щедро отпускавшиеся тираном Сиракуз.
Таким образом, признание за легендой реальных оснований не требует пересмотра известной из источников картины штурма Сиракуз, а явится в ней лишь неким дополнением.
Византийский историк Зонара писал: «Этот геометр... воспламенил воздух и разжег большое пламя, которое он затем направил на корабли».
Откуда могла взяться в легенде такая деталь, как «горящий воздух»? Во время штурма над местом схватки могли оказаться и дым, и пыль от разрушаемых стен. Тогда луч от зеркал внешне выглядел бы именно так, как описывает Зонара, и именно так оно могло быть воспринято очевидцем, видевшим, но не понимавшим сути происходящего.
Основным возражением против реальности легенды остается отсутствие каких-либо упоминаний о зеркалах в трех дошедших до нас описаниях осады – Полибия, Тита Ливия и Плутарха. Молчание Полибия, писавшего всего через полстолетия после падения Сиракуз, кажется очень веским доводом против реальности зеркал Архимеда. На первый взгляд представляется совершенно невероятным, чтобы этот историк, всегда скрупулезно описывающий применявшуюся в той или иной битве военную технику, прошел бы мимо сообщений о применении зажигательных зеркал, если бы такие сообщения ему были известны. Однако нельзя упускать из виду и другие особенности этого автора – его крайнюю недоверчивость. Представляется сомнительным, чтобы Полибий, например, принял всерьез рассказ, подобный сообщению Зонары.
Авторитет Полибия и его популярность были значительными. Его мнение для многих последующих историков несомненно имело большой вес, и поэтому можно не удивляться отсутствию упоминаний о зеркалах у Тита Ливия и Плутарха. Таким образом, отсутствие упоминаний о зеркалах в источниках, посвященных осаде Сиракуз, не может считаться достаточно веской причиной для полного отрицания реальной основы легенды.
Итак, было или не было? Вопрос этот, разумеется, однозначно решить нельзя. Но во всяком случае поджог Архимедом кораблей с помощью жгущих зеркал из разряда событий, совершенно невероятных, следует перевести в категорию вполне возможных.
Оригинал статьи:
Комментарии (0)