Архимеду приписывают изобретение винта, усовершенствование зубчатого колеса, формулировку закона его имени, а также создание многих новых машин. Если учесть, что в начале XVII века, через 1800 лет после Архимеда, было известно всего лишь около сотни механизмов, то человечество должно быть ему неизбывно благодарно. Правда, само его имя даже в XV веке не было широко известно.
Важным источником, из которой черпают представления об античной технике, стали «Десять книг об архитектуре» римского архитектора и инженера Марка Витрувия Поллиона (считается, что он жил в I веке до н. э.). Десятая книга его сочинения посвящена машинам, и здесь же дано определение машины:
«Машина есть сочетание соединённых вместе деревянных частей, обладающее огромными силами для передвижения тяжестей».
Согласно Витрувию, машины и орудия различаются тем, что машины для выполнения работы требуют большого числа рабочих или применения большой силы (таковы, например, баллисты и давильные прессы), орудия же выполняют задание умелой рукой одного человека.
Здесь мы находим ещё одно историческое противоречие. Раннее Средневековье знало водоподъёмное колесо. Оно было вертикальным, с прикреплёнными к нему черпаками, которые перекачивали воду в оросительный желоб. На первых порах колесо вращал человек посредством топчака или ворота, потом стали использовать вола, затем силу воды. Столетиями применение водяного колеса ограничивалось мукомольным делом, но в конечном итоге оно стало главным источником двигательной силы, на фундаменте которого протекали начальные стадии развития современной цивилизации. Также много позже Витрувия применяли горизонтальное водяное колесо, вращающееся на вертикальном валу под действием потока воды, направляемого желобом.
Между тем у Витрувия описана усовершенствованная разновидность водяной мельницы, с вертикальным колесом и горизонтальным жерновом! Они связаны между собой зубчатым (цевочным) зацеплением, и вся мельница сильно похожа на нашу современную водяную мельницу. К тому же зубчатое зацепление здесь было таким же, как и у водоподъёмного колеса, которое вращал вол, но с передачей усилия в обратном направлении. А вот ввести водяное колесо во всеобщий обиход выпало на долю средневековых механиков, что показывает: если Витрувий и был античным учёным, то эта античность непосредственно предшествовала Средневековью. Можно предположить, что жил он в XI или XII веке.
В одной поэме, которую относят к IV веку, упоминается приводящаяся в движение водой пилорама для резки мрамора. Однако трудно представить себе, чтобы какому-то изобретателю удалось использовать силу воды для сложного процесса резки мрамора задолго до того, как её догадались применить даже для помола зерна!
Многие историки культуры считают Средние века (500–1450 годы) мрачной эпохой: она привела цивилизацию к гибели. Действительно, в рамках традиционной хронологии так оно и выглядит: на протяжении всей этой эпохи не было почти никакого прогресса, пока в период чудодейственного Возрождения люди не открыли повторно изящные искусства и науки древней Греции и античного Рима, чтобы на их основе вернуться в лоно цивилизации. Но могло ли такое быть?
Арабские и византийские достижения
Между арабской и византийской культурами, при всём сходстве между ними, всё же существовал языковый барьер. Это привело к существенному расхождению в результатах научной работы, прежде всего в теоретических построениях. В то же время невозможно даже предположить, что арабские и византийские учёные не знали о работах друг друга.
Учёные арабского мира совершили немало открытий; принято считать, что в освоении знаний они опережали Запад на несколько веков. При дворе халифа аль-Мамуна в конце VII века было основано специальное учреждение — Дом мудрости, в котором он собрал учёных, владевших различными языками, во главе с известным математиком аль-Хорезми. Но чем же они занимались? Они переводили на арабский язык труды античных авторов по философии, математике, медицине, алхимии, астрономии!
Античные мудрецы в нашей улучшенной хронологии — это учёные Византии, творившие не в VI–I веках до н. э., а в IV–XII веках н. э., а значит, они просто современники арабских учёных. И в самом деле, арабский мир, непосредственно граничащий с землями Византии, вполне мог получать оттуда научные труды и переводить их. Ведь в Византийской империи уровень познаний в области практической механики был достаточно высоким; известно, что в Константинополе был арсенал с большим количеством военных машин.
Одновременно в границах Арабского халифата создавалась новая наука, а её создателями были все народы, населявшие халифат: хорезмийцы, сирийцы, тюрки, египтяне, арабы, испанцы. И ведь все они были недавними подданными Византии, их земли отделились от империи лишь в VII веке, после зарождения ислама. Объединяющим для всех них был арабский язык, язык науки и религии. Поэтому совершенно справедливо считается, что главным источником знаний арабоязычных народов в области практической механики на начальном этапе были сочинения, переведённые с греческого на арабский язык. Но это был язык не мифических «древних греков», а грекоговорящих византийцев.
Полученные знания были не только усвоены арабами, но и развиты ими. Так, в средневековом арабском сочинении IX века «Ключи науки» сообщаются сведения о простых машинах, о водяных и ветряных мельницах, о военных машинах и об автоматах. При чём же тут, спрашивается, «древние греки»?
Название «простые машины» в течение очень длительного времени применялось для обозначения простейших подъёмных приспособлений: рычага, блока, наклонной плоскости, клина и винта. Строго говоря, ни одно из этих приспособлений нельзя в полном смысле назвать машиной, и произошёл этот термин, вероятно, от неправильного перевода того слова, которым Герон Александрийский обозначил эти простейшие приспособления. Вплоть до конца XIX века и само понятие «машина» было неопределённым.
При халифах Харун-ар-Рашиде и аль-Мамуне (VIII–IX века) научная деятельность была на подъёме: строились астрономические обсерватории, здания для научной и переводческой работы, библиотеки. Получило развитие школьное дело, причём в некоторых случаях труд учителей очень хорошо оплачивался; предпринимались даже специальные путешествия учеников с учебными целями.
Было разработано много разных типов водоподъёмных машин, приводимых в движение силой воды или силой животных. В Х–XI веках было повсеместно прекращено производство муки на ручных мельницах: их сменили водяные мельницы, которые устанавливались не только на реках и в устьях каналов, питавшихся водой за счет прилива, но даже были выстроены мельницы, которые приводила в движение вода, отступавшая во время отлива. В Месопотамии на Тигре действовало много плавучих мельниц. Мельницы Мосула висели на железных цепях посредине реки; каждая мельница Багдада имела по сто жернопоставов.
В Средние века, кроме силы животных и воды, начали осваивать, «механизировать» ещё и силу ветра, что позволяло людям не ограничивать свою техническую смекалку лишь теми местами, где можно использовать водный поток. Так, ветряные мельницы впервые появились в Афганистане в IX веке: лопасти ветряного колеса располагались в вертикальной плоскости и были прикреплены к валу, который и приводил в движение верхний жернов. Почти одновременно с ветряными мельницами были изобретены и регулирующие устройства, необходимость в которых диктовалась тем, что крылья мельницы были связаны с жерновом напрямую, и скорость его вращения сильно зависела от силы ветра. В Афганистане все мельницы и водочерпальные колёса приводились в движение господствующим северным ветром, и поэтому ориентированы только по нему. На мельницах были устроены люки, которые открывались и закрывались, чтобы сила ветра была то больше, то меньше, поскольку при сильном ветре мука горит и выходит чёрной; порой даже жернов раскаляется и разваливается на куски.
Подробный перечень химического оборудования, применявшегося арабами при перегонке, возгонке, растворении, кристаллизации веществ, описал в своих трудах учёный ар-Рази (865–925), знаменитый врач и алхимик иранского происхождения, работавший в Багдаде. Ар-Рази упоминает различные типы горнов, а также жаровни, фитильные и пламенные (нефтяные) горелки, литейные формы, мензурки, колбы, тазы и тигли, банки, напильники и шпатели, молотки, щипцы и т. д.
Крупнейшим математиком и астрономом IX века был Сабит Ибн Корра. Именно в его переводах дошли до нас сочинения Архимеда, которые не сохранились в греческом оригинале (если такие были).
Известен трактат «Книга о механике», принадлежавший знаменитым астрономам и математикам Багдадской школы — трём братьям Бану Муса (IX–Х века). Среди прочих механических устройств, в их книге описаны приспособлении для поддержания постоянного уровня воды в сосуде. Трактат братьев Бану Муса породил целый ряд комментариев и трактатов. Механическим устройствам для поднятия воды посвящён трактат Абу-ль-Изза Исмаила аль-Джазари (XII–XIII века) «Книга о познании инженерной механики». Такого же рода устройства рассматриваются в трактате Мухаммеда Ибн Али аль-Хурасани «О водяных колёсах». Многочисленные описания всевозможных механических устройств, применявшихся в разных странах ислама, содержатся в трактатах аль-Кинди Якута и Ибн Халдуна.