Антикитерский механизм. Самое загадочное изобретение Античности

Представим Землю в виде кончика часовой стрелки на гигантском космическом циферблате, в центре которого Солнце. Земля движется по циферблату, а Луна, в свою очередь, вращается вокруг Земли. В полнолуние все три тела выстроены в линию с Землей посередине, солнечные лучи проходят мимо нас и подсвечивают лунный диск. Когда Луна завершает полный оборот вокруг Земли, она занимает точно такое же положение на фоне звезд. Но, поскольку Земля сама движется вокруг Солнца, одного оборота Луны недостаточно, чтобы тела снова выстроились в одну линию. Земля уходит вперед по отношению к Солнцу. А потому следующее полнолуние не наступит, пока Луна не пройдет лишнюю одну двенадцатую часть круга. За год этих двенадцатых частей набирается на один дополнительный сидерический месяц. Соотношение в целом таково: количество сидерических месяцев в определенный период времени равно количеству прошедших синодических месяцев плюс количество лет. В одном 19-летнем периоде, например, 235 +19 = 254.

Совершенно не обязательно греки рассуждали об этом с гелиоцентрической точки зрения, но благодаря вавилонянам и их 19-летнему циклу они знали об этих соотношениях. И точно так же, как можно сложить количество лет и прошедших синодических месяцев, чтобы получить количество сидерических месяцев, можно вычесть годы из числа сидерических месяцев и получить число синодических месяцев (например, 254 – 19 = 235).

Прайс вглядывался в систему зубчатых колес, в которой две скорости вращения – одна, представляющая скорость движения Луны, и другая, в обратном направлении, скорость Солнца – вводились в блок соединенных между собой шестерен, смонтированных на вращающемся круге, таким образом, что их относительное движение поворачивало диск. Два ввода, один вывод.

И ответ пришел к нему. Это должна была быть дифференциальная передача – конструкция, уже знакомая ему по астрономическим часам Европы эпохи Возрождения. Если параллельно соединенные зубчатые колеса могли умножать и делить частоту вращения в соответствии с отношением количества зубцов, дифференциальная зубчатая передача могла складывать и вычитать.

Дифференциальная зубчатая передача – сложное устройство, совершенно новый уровень работы с зубчатыми колесами, и просто поразительно, что ее удалось обнаружить в столь древнем устройстве, как Антикитерский механизм. Если Прайс был прав, ничто не мешало рассматривать механизм как раннюю попытку подойти к механическому счетному устройству, начало линии развития технологии, погибшей почти сразу после зарождения. Чтобы подойти к дифференциальной передаче, нужен талант как математика, так и ремесленника, и она должна была быть кульминацией опыта поколений.

Намеки на то, что дифференциальная передача была известна в древности, уже встречались: по легенде, около 2600 лет до н. э. у китайского «Желтого императора» Хуан-Ди была колесница, украшенная деревянной фигурой, которая всегда указывала на юг. Дифференциальная передача теоретически могла бы здесь сработать, вычитая обороты одного колеса из оборотов другого и таким образом отслеживая любые перемены направления. Но это, вероятно, только легенда. Вплоть до III в. не встречается ни одного сохранившегося текста с описанием работающей модели, и до XI в. не обнаруживается никаких описаний того, как она могла бы работать.

Первая дифференциальная передача, известная на Западе – и первая в мире, использовавшаяся для вычислительных целей, – появилась в XVIII в. Происхождение ее неясно, но, скорее всего, ее изобрел британский часовщик Джозеф Уильямсон, написавший в 1720 г., что сконструировал ее для применения в часах, которые должны были не только показывать время, но и отображать меняющуюся скорость движения Солнца по небосводу.

Дифференциальная передача – впечатляющее изобретение, поскольку движение различных ее частей относительно друг друга определяется точным математическим отношением. Два колеса, движущихся независимо друг от друга, соединены с третьим таким образом, что оно вращается со скоростью, составляющей половину суммы скоростей входных колес. В обломках Антикитерского устройства Прайс увидел треугольник из трех маленьких колес, смонтированных на большем вращающемся диске. Он решил, что одно из этих колес, вращавшееся со скоростью Солнца, приводилось в движение непосредственно главным валом, а другое вращалось в противоположном направлении со скоростью Луны. Третье представляло собой шестерню, соединенную с двумя другими таким образом, чтобы, вращаясь относительно друг друга, они приводили в движение вращающийся круг, на котором были закреплены. В результате движение Солнца по небосводу вычиталось из движения Луны. Умножьте результирующее движение поворачивающегося диска на два – и машина вычислит фазу Луны.