Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени

Новые телескопы сделали безопаснее морские путешествия. Астрономы (например, француз Кассини) зафиксировали точное положение спутников Юпитера в определенные часы и внесли уточнения в навигационные звездные таблицы. В путешествии такие таблицы служили для определения положения тел на небосводе в определенное время, которое затем сопоставляли с положением этих же светил в это же время в исходной точке. Разница в данных показывала, как далеко на запад или восток продвинулось судно. Для таких наблюдений была крайне важна точность — поскольку Земля оборачивается вокруг оси со скоростью пятнадцать морских миль в минуту, погрешность всего в одну угловую минуту означала ошибку величиной в эти самые пятнадцать миль. В условиях плохой видимости в море корабль мог запросто промахнуться мимо цели.

Еще больше осложнила дело экспедиция французов в район Кайенны в экваториальной области Южной Америки. Астрономы заметили, что там маятник их напольных часов колеблется с меньшей амплитудой, чем в родном Париже. Ученые сделали вывод, что вес маятника на экваторе меньше, а если это было действительно так, значит Земля — не является идеальной сферой, поскольку на идеальной сфере сила тяжести должна быть постоянной в любой точке. Изменившееся поведение маятника и его меньший вес они объясняли теорией, согласно которой поверхность планеты опиралась на колонны, сходящиеся к центру, в районе экватора эти колонны были менее плотными и создавали меньшее притяжение. А чем меньше плотность колонн, тем они выше. Это значило, что диаметр Земли на экваторе больше, чем на полюсах.

Сторонники традиционных представлений о правильной форме Земли не могли принять такой аргументации, и закипели споры. Ньютон и англичане придерживались теории, что Земля имеет форму сплюснутого у полюсов сфероида, французские же ученые не разделяли этого мнения. Вопрос имел не только академический интерес — если представления о Земле, как о правильной сфере, ошибочны, то ошибочны и карты, а следовательно, навигация по таким картам не точна и даже опасна. Масла в огонь подлил случай, когда по пути из Гибралтара из-за неточных карт в тумане у островов Силли разбились все корабли адмирала Клаудсли Шовелла^{133 — 283}. Тогда погибли две тысячи человек, включая самого адмирала.

Оставался только один способ разрешить спор (а заодно и проблему с картами) — требовалось установить, какому расстоянию соответствует градус на экваторе и градус на дальнем севере. В 1736 году французский ученый ла Кондамин отравился в Перу, а годом позже группа во главе с Мопертюи отбыла в Лапландию. Методика Мопертюи состояла в следующем: высчитав с максимальной точностью местоположение по звездам в первом пункте в определенное время суток, он двигался на север до тех пор, пока положение одной из звезд в это время суток не менялось на градус, и замерял пройденное расстояние.

Задача только кажется простой, на практике же процесс был сопряжен с массой трудностей, и прежде всего была необходима высочайшая точность измерений. Перед экспедицией он отправился в Лондон (технологическую Мекку того времени) и приобрел трехметровый телескоп с высокоточным микрометровым винтом и тончайшей визирной сеткой из серебряных нитей. Чтобы компенсировать перепады температур во время путешествия, телескоп был установлен на пружинное основание. Еще Мопертюи обзавелся маятниковыми часами самой последней модели.

С помощью этого инструментария Мопертюи установил, что один градус в Лапландии длиннее одного градуса во Франции, а вернувшаяся в 1738 году перуанская экспедиция поведала, что на экваторе градус и того короче. Англичане оказались правы. Пришло время чертить новые карты.

У англичан был еще один повод для радости: приборы, которые сослужили в Лапландии такую хорошую службу, изготовил выдающийся мастер Джордж Грэм. Славу ему принесло усовершенствование спускового механизма маятниковых часов. Часы приводились в движение весом груза, который подвешивался на шнур или цепь. Груз медленно опускался и вращал ходовую шестерню, которую с равными промежутками времени стопорил анкерный механизм. Он представлял собой выгнутую вверх металлическую дугу с двумя зубцами (они называются палетами) с каждой стороны шестерни. К этой дуге и крепился маятник. С каждым колебанием маятника одна из палет по очереди входила в зацепление с шестерней, а вторая отклонялась. В тот момент цикла маятника, когда зубчатое колесо шестерни было свободно, оно проворачивалось под действием груза. Когда маятник отклонялся в обратную сторону, в зацепление входила вторая палета, а первая высвобождалась.

Для поборников точности измерений большую проблему представлял тот факт, что маятник мог иногда колебаться неравномерно. Когда это случалось, анкерный спусковой механизм давал сбои, что приводило к отставанию часов. Это было совершенно неприемлемо для астрономических наблюдений, где даже незначительная погрешность во времени означала ошибку в расчетах.