BABYER magazine

Когда заходит речь о величайших открытиях, заложивших основу человеческой цивилизации и способствовавших её развитию, знатоки сразу ссылаются на семь наиболее часто упоминаемых в литературе изобретений — это (в хронологическом порядке) колесо, паровая машина, лампочка накаливания, телефон, самолёт, компьютер и, разумеется, интернет. Правда, потом, поразмыслив, добавляют в этот список холодильник, пенициллин и атомную энергетику. Кто же спорит? Только не следует забывать, что между изобретением колеса и запуском на полную мощность Всемирной сети, да и после этого эпохального события, «быстрые умом Невтоны» подарили миру немало чудесных изобретений, оказавших значительное влияние на динамику прогресса.

Письменность

Письменность, или, по определению, система знаков, предназначенная для упорядочения, закрепления и передачи речевой информации, одна из форм существования человеческого языка, была изобретена примерно тогда же, когда и колесо. Письменность всегда ассоциируется с языком и устной речью, а язык свойственен каждому человеческому сообществу. Но устная речь мимолётна, поэтому вплоть до изобретения звукозаписи она физически не была в состоянии оставлять хоть какие-то следы в истории человечества. Именно этим свойством письменности — способностью оставлять материальные следы — можно объяснить тот факт, что о наших прямых предках, живших 10 тысяч лет назад и понятия не имевших о письменности, мы знаем так же мало, как о неандертальцах, оставивших после себя только наскальные рисунки.

Учёные считают, что впервые письменность появилась в Древнем Египте где-то на рубеже IV и III тысячелетий до новой эры. Египтяне изобрели иероглифы — пиктограммы, зачастую ассоциировавшиеся с теми предметами и действиями, которые они обозначали. Поначалу иероглифы вырезались на камне и на дереве, а позже эти значки стали рисовать красителями на листах драгоценного папируса. В 1998 году группа немецких археологов под руководством Гюнтера Дрейера на раскопках в древнеегипетском городе Абджу обнаружила в гробнице некоего правителя, царствовавшего в XXXIII веке до новой эры, триста глиняных табличек, покрытых примитивными иероглифами. Надписи были оттиснуты цилиндрическими печатями.

Первые документы, составленные не из иероглифов, а из букв, были обнаружены на Синайском полуострове при раскопках в районе Сарабит аль-Хадим, где в древности велась добыча бирюзы. Найденные записи были сделаны примерно 3,5 тысячи лет назад. К сожалению, расшифровать их не удалось, зато было установлено, что алфавит, которым воспользовался автор этих скрижалей, состоял из 30 символов, несколько напоминающих египетские иероглифы. Так сложилось, что реальными изобретателями алфавита считаются финикийцы. Их система фонетического письма (где звуки соответствуют буквам) появилась около X века до новой эры и стала родоначальницей большинства современных алфавитов.

Очки

С появлением письменности человечество принялось производить огромное количество всевозможных документов. Одни люди их писали, чтобы другие смогли их прочесть. Но тут выяснилось, что для прочтения текста нужно хорошее зрение, которое имеется далеко не у всех, тем более у тех, кто много пишет и много читает. Кроме того, с повышением статуса, что обычно происходит с увеличением возраста, острота зрения падает. И тут на помощь грамотным людям пришли очки, которые до обретения традиционной конструкции — две линзы в оправе — прошли долгий путь эволюционного развития.

Поначалу в качестве приборов, улучшающих зрение, использовались отдельные полированные кристаллы или куски стекла, в которые смотрели одним глазом, как позже в монокль. Но уже в Древнем Египте у некоторых высокопоставленных особ появились почти что настоящие очки. Например, в гробнице фараона Тутанхамона были обнаружены два тончайших спила изумруда, соединённых бронзовыми пластинками, которые образовывали своего рода оправу.

В древней Трое и в городах Минойской цивилизации для коррекции зрения применяли линзы из горного хрусталя. Отшлифованные похожим образом кристаллы, получившие название «линз Нимрода», в 1850 году были обнаружены при раскопках в Ниневии (Ассирия). Они датируются временем правления Ашшурбанипала, у которого, говорят, была богатая библиотека. Найденные линзы хранятся в Британском музее, их диаметр составляет 12,5 мм.

Если верить работам Плиния Старшего и Светония, император Нерон, безобразничавший в Риме в I веке новой эры, пользовался своеобразным моноклем из полированного изумруда. Некоторые историки полагают, что подобные кристаллы применялись исключительно для защиты от солнца. Однако средневековый арабский поэт Ибн Хамдис красочно описывал примерно такое же устройство, которое применялось при чтении и письме.

Линзы для коррекции зрения описываются в сочинении жившего на рубеже X — XI веков арабского математика, физика и астронома Ибн аль-Хайсама «Книга оптики». Прочтя эту монографию, знаменитый английский учёный Роджер Бэкон писал: «Этот инструмент полезен пожилым людям и людям со слабым зрением, поскольку он позволяет им видеть любую букву, какой бы маленькой она ни была». Считается, что современную конструкцию очков изобрёл в конце XIII века итальянец Алессандро делла Спина, хотя документальных подтверждений этим сведениям, к сожалению, нет.

Хомут

Нашим современникам уже и в голову не приходит, что ­какие-то двести лет назад, когда не было ни железных дорог, ни автомобилей, ни тракторов, практически все наземные перевозки и сельхозработы производились с помощью лошадей. На этих замечательных животных ездили верхом, их запрягали в кареты и телеги, их силу использовали для пахоты, подъёма воды из колодцев, словом, там, где мускульной силы человека было недостаточно. Проблема состояла в том, чтобы все эти разнообразные приспособления как-то к лошади привязать. Поначалу, в древние времена, для запряжки использовалось ярмо — ошейник, обхватывающий горло животного. Такой способ был известен халдеям еще в III тысячелетии до новой эры. Оттуда он перекочевал в Шумер и Ассирию, в Египет и Китай. Так запрягали лошадей на Крите, в Древней Греции и в Древнем Риме. Ошейник представлял собой плоский широкий ремень, который прижимал грудино-головные мышцы лошади и трахею, что затрудняло её дыхание и снижало тяговое усилие. Получалось так, что чем сильнее лошадь тянула, тем труднее ей становилось дышать.

На смену ярму пришёл хомут, который был изобретён в Китае в V веке новой эры. Во всяком случае первые настоящие изображения хомута в искусстве были обнаружены в пещерных росписях эпохи династии Северная Вэй (477 — 499 гг.). В Европу хомут попал в начале X века, однако повсеместное распространение он получил только спустя двести лет.

Чем же хорош хомут? Он позволил перенести нагрузку с шеи лошади на её плечи, что позволило ей вкладывать всю свою силу в перемещение груза. По существу, хомут дал возможность животному использовать мышцы спины и задних ног для толкания груза, в то время как ярмо заставляло его, задыхаясь, груз тянуть.

Со времени широкого распространения хомута лошади приобрели чрезвычайно важное значение для достижения успехов в сельском хозяйстве и в транспортировке грузов, ведь её эффективность увеличилась в два-три раза. Мало этого, мощность лошади (если мне будет позволено использовать эту физическую величину) оказалась в полтора раза выше, чем даже у вола, благодаря большей скорости совершения работы! Вы удивитесь, но хомут сыграл важную роль в экономическом развитии Европы. Замена волов на лошадей для пахоты привела к росту производительности в сельском хозяйстве, модернизированный хомутом гужевой транспорт поспособствовал расширению рыночных отношений, снижению зависимости от натурального хозяйства и развитию ранних промышленных производств.

Косой парус

Люди давно сообразили, что передвигаться по воде удобнее и безопаснее, чем по суше, разумеется, если плыть по течению. А вот идти против течения или против ветра куда труднее: приходится налегать на вёсла. Идея растянуть над судном полотно, чтобы ветер помогал движению, пришла в мудрые головы древним египтянам, которые начали перевозить товары по Нилу примерно 7000 лет назад. Египтянам повезло, ветер у них дует преимущественно с севера на юг, поэтому вверх по течению они шли под парусом, а вниз река несла их сама. Изобретённый ими парус называется прямым. По сути это большой прямоугольный кусок ткани, растянутый на мачте между двумя горизонтальными палками — реями. Такой парус отлично работал, если ветер дул в корму. Если же направление ветра немного менялось, то небольшим поворотом паруса вокруг мачты, чтобы ветер дул перпендикулярно к поверхности полотна, это можно было исправить. Разумеется, основным движителем для такого судна были вёсла, а парус служил вспомогательным средством.

На суднах с вёслами и прямым парусом (галерах) ходили не только по рекам, но и по морю, но только в каботажном режиме, вдоль берега, чтобы при малейшем намёке на непогоду или на нежелательное направление ветра можно было немедленно укрыться в какой-нибудь бухте.

Шли столетия, ушёл в историю Египет, утратили своё значение греческие государства, пала Римская Империя, а мореходы всё жались к берегам, пока в IX веке в парусном вооружении не произошла революция: был изобретён косой парус. Кто его изобрёл и в какой стране — тайна. Известно только, что он перекочевал из Индийского океана при покорении Средиземноморья арабами.

Косой парус интересен тем, что может работать практически при любом направлении ветра, кроме встречного. К примеру, если угол между направлением ветра и курсом судна составляет 30˚, парус работает по принципу крыла. Ветер обтекает полотно по более короткому пути внутри и по более длинному снаружи, таким образом снаружи создаётся разрежение, а результирующая сила толкает судно вперёд. Внедрение косого паруса произвело настоящую революцию в судоходстве, ведь корабль с таким вооружением мог не ждать попутного ветра, а при встречном идти зигзагами, которые в мореходстве называются галсами.

Справедливости ради надо сказать, что поначалу косыми парусами оснащались небольшие рыболовецкие и транспортные суда, но со временем такие паруса появились и на двухмачтовых шхунах и бригантинах, и на трёх-четырёхмачтовых баркентинах, и на ещё более крупных военных кораблях, дополнив и обогатив их прямое парусное вооружение и тем самым значительно повысив их манёвренность.

Механические часы

Людям издавна приходилось что-то измерять. Сначала они научились измерять расстояние, потом — площади и объёмы, причём с достаточно высокой точностью. Вот только с измерением времени была загвоздка, ведь солнечные, песочные и водяные часы высокой точностью не отличались. Всё начало меняться к лучшему, когда в 725 году новой эры китайские мастера Исин и Лян Линцзань изобрели механические часы. В Западной Европе схожие по конструкции часы появились в XIII веке. Это были громоздкие конструкции, ещё без маятника, приводимые в действие гирями. Они устанавливались на городских башнях, имели только часовую стрелку, были по современным меркам невообразимо неточными, но тем не менее ознаменовали собой колоссальный шаг вперёд в области измерения времени.

В 1288 году часы смонтировали в башне собора Вестминстерского аббатства, а установленный в 1354-м в Страсбурге «продвинутый» механизм умел показывать не только часы, но и время суток, праздники церковного календаря, дату Пасхи и зависящие от неё дни. В полдень перед фигуркой Девы Марии склонялись фигурки трёх волхвов, а позолоченный петух кукарекал и бил крыльями.

В XVII веке знаменитый Галилео Галилей усовершенствовал маятник, но только спустя много лет его изобретение стали использовать в часах.

В России первые башенные часы, сконструированные сербским мастером Лазарем, были установлены в начале XV века на княжеском дворе Московского Кремля. В 1675 году великий голландский физик, математик, механик и изобретатель Христиан Гюйгенс запатентовал уже достаточно точные карманные часы с крутильным маятником и цилиндровым ходом. И тут хотелось бы обратить внимание читателей на досадную оплошность Александра Дюма, который «одарил» карманным хронометром Атоса ещё в 1628 году при осаде Ла-Рошели. Кстати, тогда же Дюма приписал мушкетёрам грех распития спиртных напитков из бутылок, которые были изобретены полувеком позже событий, описанных в его знаменитом романе.

Первые в истории наручные часы преподнёс в подарок английской королеве Елизавете I Роберт Дадли, граф Лестер. Это был сплошь усыпанный бриллиантами и жемчугом браслет, оснащённый нехитрым механизмом. Наручные часы с анкерным ходом появились в середине XIX века. Поначалу они представляли собой богато украшенные исключительно дамские ювелирные изделия. И только в 1880 году фирма Girard-Perregaux запустила массовое производство наручных часов специально для офицерского состава французской армии.

Двигатель внутреннего сгорания

Тридцать пятый президент США Джон Фицджеральд Кеннеди как-то сказал: «У победы тысяча отцов, а поражение всегда сирота». Эту фразу смело можно отнести к феномену изобретения двигателей внутреннего сгорания (ДВС), но об этом чуть позже.

С середины XIX века человечество принялось вовсю использовать паровые двигатели, изобретённые ещё в конце XVII века. Их устанавливали на суда, они стали причиной возникновения и развития железнодорожного транспорта, они применялись в сельском хозяйстве и в промышленности. Несколько смущало только то, что все они без исключения отличались большими размерами и массой, обусловленными самой концепцией внешнего сгорания топлива, для чего требовались котлы, конденсаторы, испарители, теплообменники, тендеры, насосы, водяные резервуары и т. п. Сама же функциональная часть паровой машины — цилиндр и поршень — терялась на фоне всего этого громоздкого оборудования.

Именно поэтому ещё во второй половине XVIII века изобретатели начали задумываться над тем, чтобы процесс сгорания топлива реализовывался внутри самой тепловой машины. Это позволило бы многократно уменьшить её размеры и массу, а заодно существенно повысить её КПД, что особенно важно для применения такой машины на транспорте. Результаты работы творческой мысли на заставили себя ждать. В 1791 году английский инженер и изобретатель Джон Барбер создал прототип газовой турбины. Тремя годами позже его соотечественник Роберт Стрит запатентовал первый в истории двигатель внутреннего сгорания на жидком топливе. В 1801 году профессор механики француз Филипп Лебон, прославившийся изобретением газового освещения, сделал первый газовый двигатель. В 1807 году швейцарский инженер Франсуа Исаак де Риваз построил и запатентовал поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде и кислороде.

Словом, были ещё десятки подобных изобретений и патентов, и так продолжалось до тех пор, пока в 1861 году Николаус Отто не создал свой двигатель со сжатием рабочей смеси и искровым зажиганием, а Рудольф Дизель в 1897-м не построил мотор, работающий на керосине. Кстати, именно после того как двигатель Отто стал незаменимым звеном в автомобильной промышленности, доселе никому не нужный бензин, получавшийся в результате нефтепереработки, перестали выбрасывать. Надо ли говорить о том, что ДВС стали причиной создания не только автомобиля, но и мотоцикла, теплохода, тепловоза, самолёта, вертолёта и, наконец, космического корабля, ведь любой реактивный двигатель — это тоже двигатель внутреннего сгорания.

Светодиодная лампа

Этот осветительный прибор вот уже несколько лет как прочно обосновался практически во всех жилых, торговых и производственных помещениях, а также на улицах и дорогах всего земного шара. Причина проста: светодиодная лампа надёжна, долговечна и исключительно экономична. Давайте попробуем хотя бы приблизительно прикинуть экономический эффект от внедрения светодиодной лампы в быту. Представим себе миллионный город, где проживает, скажем, 250 тысяч семей, которые раньше включали по пять 60-ваттных ламп накаливания на пять часов в день. Если считать, что светодиодная лампа в восемь раз эффективнее лампы накаливания, выходит, что только на освещении квартир экономится около 330 тысяч киловатт-часов электроэнергии ежесуточно!

Человечество перешло на светодиодное освещение совсем недавно, хотя само физическое явление — излучение света диодом — было открыто ещё в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом. Именно он отметил возникновение жёлтого, зелёного и оранжевого свечения на катоде собранного им прибора. Независимо от Раунда выдающийся советский физик Олег Владимирович Лосев, проводя эксперименты в Нижегородской радиолаборатории, обнаружил и описал свечение в точке контакта двух разнородных материалов. Годом позже Лосев получил патент на устройство, которое он назвал световым реле. К сожалению, в 1942 году гениальный учёный умер в блокадном Ленинграде, а его работы были забыты.

Только в 1961-м сотрудники компании Texas Instruments Джеймс Роберт Байард и Гари Питтман заново открыли технологию изготовления инфракрасного светодиода, а первый в мире светодиод, работающий в видимом диапазоне, разработал американский учёный и изобретатель, член Национальной и Национальной инженерной академий наук США Ник Холоньяк. С тех пор именно он считается «отцом современного светодиода». Его бывший студент Джордж Крафорд в 1972 году изобрёл первый в мире жёлтый светодиод и увеличил яркость этих элементов в 10 раз. Первый в мире современный светодиод высокой яркости был создан в 1976 году.

Литий-ионный аккумулятор

Лет через сто наши потомки, вспоминая начало третьего тысячелетия, будут говорить, что именно изобретение и внедрение литий-ионных аккумуляторов стало причиной начала очередной научно-технической революции в истории человечества. Посудите сами: сегодня эти электрические устройства не только заменили традиционные аккумуляторные батареи в бытовых приборах и персональных компьютерах, в мобильных телефонах и в аудио-видеотехнике, в медицинском и производственном оборудовании, они дали старт совершенно новым, невиданным ранее отраслям.

На улицах и дорогах появились электросамокаты и электровелосипеды, моноколёса и электромотоциклы. Набирает обороты индустрия электромобилей, троллейбусы уступили место электробусам, и недалёк тот день, когда из города в город мы будем добираться на воздушных такси с электромоторами, питающимися от литий-ионных аккумуляторов.

Впервые принципиальная возможность создания литиевых аккумуляторов была показана в 1970 году британо-американским учёным-химиком Майклом Стэнли Уиттингемом. Существенным недостатком таких аккумуляторов было низкое напряжение — всего 2,3 В и высокая пожароопасность. Позднее американский учёный, специалист в области физики и химии твёрдого тела Джон Гуденаф создал свой вариант литиевого аккумулятора с использованием других материалов. Его батарея уже была способна выдавать до четырёх вольт. Современный вариант литий-ионного аккумулятора изобрёл японский учёный-химик Акира Ёсино в 1991-м, а первую батарею по его патенту в том же году выпустила корпорация Sony. В 2019 году Уиттингем, Гуденаф и Ёсино за создание литий-ионных батарей получили Нобелевскую премию по химии.

текст:
Александр Лосев
фото:
архивы пресс-служб