Зубчатое колесо (в частности, шестерня) является одним из ключевых изобретений, которое не просто оказало влияние на формирование облика нашей цивилизации, но и стало неотъемлемым его атрибутом. Зубчатое колесо применяется всюду в механических устройствах, которыми ежедневно пользуются люди во всем мире. 

 

1. Ключевое изобретение.

В суете повседневной жизни некогда задуматься о том, что такие механические устройства, как часы, швейные машинки, ткацкие и металлообрабатывающие станки, автомобили, поезда, корабли, самолеты, детские игрушки и много других вещей, которые стали для нас привычными и обыденными, невозможно создать без использования зубчатого колеса, шестерни. В чем же секрет столь невероятной универсальности зубчатого колеса? Когда, где и кто его изобрел? Был ли прототип у зубчатого колеса, который натолкнул на продуктивную творческую мысль его изобретателя?

Изобретения являются продуктом решения насущно важных жизненных проблем: изобретения локального характера помогают непрерывно улучшать наш быт; глобальные изобретения являются техническими инновациям, оказывающими глубочайшее воздействие на все общество, изменяющими его социальную структуру. Именно последние задают вектор развития цивилизации и определяют ее очертания на многие столетия вперед. К ним относится и изобретение зубчатого колеса

2. Колесо: из Согдианы в Индию, Иран и Европу.

Когда и как формировались основные черты современной цивилизации? Не в этот ли интереснейший этап в истории человечества, когда возникла потребность в изобретении зубчатого колеса? Если бросить самый общий взгляд на истоки формирования индоевропейской цивилизации с точки зрения глобальных технологических инноваций, коренным образом изменивших жизнь людей, то, безусловно, в этом определяющую роль сыграло, прежде всего, изобретение обычного колеса. Обычное колесо было изобретено 4500 лет назад согдийцами — предками современных таджиков [1]. Это изобретение позволило распространить технологию земледелия, производства керамики, а также добычу металла из Согдианы в Индию, Иран, а затем и на весь Евразийский континент [2, 3]. Эти страны в дальнейшем стали фундаментом формирования и развития древней (античной) и современной цивилизации.

3. «Темные века» цивилизации. «Мировоззренческие интервенции».

В начале первого тысячелетия нашей эры цивилизация оказалось в критическом состоянии, как в экономическом, так и в социально-политическом аспектах. Ученые полагают, что это критическое положение еще больше усугубилось с глобальным изменением климата (похолоданием), связанным с мощным извержением вулкана Кракатау в Индонезии в 535 году [4].

В тот период, на бескрайных просторах Азии, в Сибири, жили кочевые племена — Гунны (белые Эфталиты), которые с вышеупомянутым изменением климата в поисках пропитания были вынуждены совершить миграцию в направлении Европы [5-7]. Следствие этого: нашествие гуннов окончательно разрушило экономику и социальное обустройство Великой Римской империи, которая еще до их прихода столкнулась с невиданным в истории античного мира социальным кризисом. Невиданные по размаху социальные потрясения привели к распаду империи и ввергли Европу во мрак средневековья. В современной исторической науке этот период называют «темные века». Евразийский континент охватила разруха, нестабильность в обществе, сопровождающаяся непрерывными социальными конфликтами…

Общепризнанно, что природные катаклизмы неизбежно побуждают социальные конфликты. Так в Иране и прилегающим к нему регионах во время охватившей в те времена страну засухи и голода были спровоцированы многочисленные социальные конфликты. В обществе сформировалась благодатная почва для «мировоззренческой интервенции»: в это трудное для населения время стали появляться люди, претендовавшие на роль лидеров-интеллектуалов, которые,  пользуясь поддержкой голодного населения, стали призывать к социальному переустройству общества. Волна за волной страну и регионы стали захлестывать привлекательные идеи социального равенства и справедливости, выраженные в виде «манихейства» и «маздакизма» — религиозных учений, позднее создавших основу для распространения христианского вероучения [8,9].

Социальные потрясения привели к параличу светской власти почти на целое столетие, и было невозможно предпринять какие-либо подлинные экономические реформы, которые обеспечили бы потребности общества в продуктах питания. Вся энергия людей была направлена на достижение справедливого распределения общественных благ.

4. Продовольственная проблема. Роль науки в ее решении.

Экономике региона требовалась реальная реформа и, прежде всего, она была связана с  необходимостью развития технологии орошаемого земледелия. Человечество столкнулось с продовольственной проблемой, и судьба цивилизации зависела от успешного ее решения. Вся тяжесть осуществления невиданного по размаху проекта орошения земель легла на плечи нескольких поколений молодежи Согдианы и Ирана. Какие же насущные задачи им приходилось решать? Прежде всего — научные и технологические. А затем и организационные в плане мобилизации человеческих, финансовых и интеллектуальных ресурсов общества на решение невероятно сложной, но жизненно важной задачи. Природа общества такова, что к услугам науки и к ученым оно прибегает только тогда, когда испытывает неразрешимые трудности в экономике или социальной сфере. Ученые всегда в почете тогда, когда они востребованы обществом. Так и произошло: в 529 году Император Юстиниан закрыл Афинскую академию, основанную еще самим Платоном в III веке до нашей эры [8,9]; в 530 году Сасанидский царь Хосрова Анушервона открыл первую Академию наук в Ганди Шапуре (столице иранской империи, расположенной недалеко от современного Тегерана).

Сила науки — в познании законов природы и использовании их в облагораживании жизни на Земле. Наука и в этот критический момент сформировала облик нашей нынешней цивилизации. Примечательно то, что в период правления царя Анушервона был построен судоходный канал между Тигром и Евфратом протяженностью 200 км. Реализация этого проекта позволила оросить пустынные земли в окрестностях Багдада и Басры — тогда еще Иранских городов. Строительство каналов, дамб и ирригационных систем осуществлялись по всей империи. В цветущие сады и долины превратились окрестности согдийских городов — Худжанда, Самарканда и Бухары.

Увеличение производства продуктов питания неизбежно привело к демографическому взрыву в регионе. Так, например, Багдад к моменту завоевания региона арабами в VII веке нашей эры имел население более одного миллиона человек. Это было замечательным примером практического использования плодов науки в обустройстве жизни общества.

5. Очередные насилия. Просвещенное правление династии Саманидов.

С нашествием арабских племен в регион снова начались попытки социального переустройства общества. Регион подвергся разграблению материальных ценностей, уничтожению научных центров. Книги в библиотеках были сожжены, а зороастрийские храмы разорены. Насильственно насаждались язык, религия и чуждые мировоззрения. Потерпев военное поражение, население региона стало оказывать невиданное сопротивление в форме культурного протеста, что вновь привело местных аристократов к управленческой структуре власти. Они незамедлительно стали восстанавливать прерванную завоевателями реформу земледелия, создавать условия для развития горного дела и ремесел.

Этот период в истории региона известен, как период просвещенного правления династии Саманидов (818-1005 гг.), которые одарили ренессансом Согдиану и Иран. Он отмечен удивительно ярким всплеском интеллектуальной активности нескольких поколений таджиков и иранцев. Известный историк науки Джордж Сартон отмечает, что в мире не было равных по активности ученным региона в IX и X веках, которые вели исследования практически по всем областям знаний [10,11].

6. От водяного к зубчатому колесу. Искусственное орошение.

Эпоха просвещенного правления династии Саманидов оставила богатое научное наследие и технологические инновации, органически вошедшие в современную жизнь. Среди них особое место занимает изобретение зубчатого колеса, открывшее дорогу к созданию уникальных (ранее недостижимых) механических устройств.

Интересен тот факт, что зубчатое колесо не было изобретено ранее, например, в Египте или Греции, Китае или Индии. Может быть просто потому, что там не возникло особой необходимости в таком устройстве? Ведь вплоть до IX века нашей эры, когда было изобретено зубчатое колесо, в мире доминировал принцип рычага Архимеда. Каждому знакома его знаменитая фраза: «Дайте мне толчку опоры, и я переверну мир!». Однако, мир перевернул не рычаг Архимеда, а простое зубчатое колесо, изобретенное неизвестным согдийцем.

Что же явилось стимулом в изобретении зубчатого колеса? Безусловно, потребность в промышленной переработке производимой продукции в сельском хозяйстве. Так, например, пресс, изготовленный на основе рычага Архимеда, имел низкую эффективность, и с его использованием невозможно было организовать крупное промышленное производство. А вот зубчатое колесо позволило многократно усилить приложенную к нему силу, превращая поступательное движение во вращение и обратно.

Искусственное орошение было также немыслимо без изобретения водяного колеса. Водяное колесо или, по технической терминологии, водяной насос, позволил впервые эффективно использовать энергию воды. По всей вероятности, водяное колесо и послужило прототипом в изобретении зубчатого колеса.

Это замечательное изобретение инженерной мысли согдийцев открыло эру воды и ветра в X веке, которая продлилась вплоть до XVIII века. Внедрение технологии орошаемого земледелия привела к необходимости решения задачи по промышленной переработке сельскохозяйственной продукции, производимой в невиданном ранее количестве.

В X веке были впервые изобретены технологии производства сахара и духов. Это стало возможным, благодаря изобретению методов дистилляции, сублимации и кристаллизации вещества Закария Рoзи. В этот период и выращивались огромные плантации сахарного тростника и роз. Без применения мощного пресса, невозможно было наладить промышленное производство этих новых товаров. Вскоре эти товары стали для людей привычными.

Благодаря созданию мощного пресса с водяным (зубчатым) колесом, в X веке также впервые было налажено промышленное производство оливкового масла. Исторические факты свидетельствуют о том, что в окрестностях Севильи размещалась плантация из двух миллионов оливковых деревьев [12].

Важную роль в становлении и развитии горного дела сыграли подъемники также с применением водяного и зубчатого колеса. Уже в X веке такие устройства позволяли вести добычу полезных ископаемых из глубины 100 и более метров. Ранее это было невозможно из-за проблемы поднятия руды на поверхность. Примечательно, что тогда горная промышленность региона достигла уровня более семидесяти процентов мировой добычи полезных ископаемых, включая металлы, драгоценные и полудрагоценные камни [13].

Зубчатое колесо привело к созданию первых механических часов в XI веке нашей эры. Часы тогда еще приводились в движение энергией воды. Это «чудо Востока», равно как духи, сахар, ювелирные изделия из ограненных камней, очки, цветные ткани, изделия из мягкой кожи, обработанные химическим способом, приводили Европу в изумление и пользовались громадным успехом.

Поразительно то, что водяное и зубчатое колеса, позволили создать первые механические ткацкие станки, приводившиеся в движение силой воды. Вдоль небольших искусственных каналов устанавливался парк таких станков, на которых производились большое количество тканей из хлопка.

Еще один малоизвестный факт: это чудо-изобретение дало начало промышленному производству бумаги. Бумага, считающаяся изобретением Китая, стала производиться и использоваться для книгоиздательства впервые в Самарканде [14,15]. В самом же Китае, бумага использовалась исключительно для изящной живописи. Свое предназначение, как носителя информации и средства распространения знаний, бумага получила в эпоху Ренессанса Согдианы, и с тех пор она прочно вошла в наш обиход.

Вот такова краткая история изобретения зубчатого колеса, ставшего ключевым элементом во всех механических устройствах, которые являются неизменным спутником людей во всем мире. Современная цивилизация немыслима без использования зубчатого колеса.

Цитируемая литература: 1. Viktor Rydberg. Teutonic Mythology, Stockholm, November 20, 1887; 2. H. Richard, Winston. Eureka. An illustrated History of Invention from the Weal to the Computer. New York. 1972; 3. Alexander Hellemans, Bryan Bunch. The Timetable of Science. New York. 1988; 4. htpp://www.wikipedia.org; 5. Bernard Grun. The Timetables of History. New York. 1972; 6. Гумилев Л. Н. Эфталиты — горцы или степняки. «Вестник древней истории», 1967, № 3, стр. 91 — 98; 7. Массон В. М., Ромодин В. А. История Афганистана, т.1, 1964; 8. Bertrand Russel. A history of Western Philosophy. New York. 1972; 9. Richard Fray. The Heritage of Persia, Cleveland and New-York. 1963; 10. G. Sarton, “Introduction to the history of science,” Williams and Wilkins, Baltimore, 1927; 11. J. Bronowski. The Ascent of Man. Boston.Toronto. 1973; 12. Н.И. Вавилов. Пять континентов. – Л.: “Наука”. 1987. — 213 с.; 13. Б.Г. Гафуров. Таджики. Душанбе. «Ирфон». 1989. Т.1. стр. 33-55; 14. E Grant (ed.). A source book in medieval science, Cambridge, 1974; 15. Marilyn Stokstad, “Art History” — New York. 1995.

 

М.М. Асимов

Институт физики Национальной академии наук Беларуси

220072, Минск, проспект Независимости, 68

E-mail: m.asimov@dragon.bas-net.by