В XIV и XV вв. часы быстро завоевывали популярность: во-первых, европейцы уже привыкли к механике (водяные и ветряные мельницы), во-вторых, движение круглых шестеренок в миниатюре отражало движение небес в системе Птолемея (первые часы часто указывали астрономическое время – фазы Луны, знаки зодиака), а в-третьих, часы представляли собой обезличенный механизм для координации совместных действий (чтение молитв в монастырях и соборах, открытие и закрытие рынков в городах и деревнях). Эгалитарные общины (города, монастыри и церковные приходы, выбиравшие своих глав) управлялись по часам – в отличие от деспотий. Для часов выделялись видные места в монастырях, соборах и муниципалитетах, но в королевские дворцы они пробивались с трудом. (Даже в наше время в кампусе моего университета, построенном в 1960-х гг., видное место занимает башня с часами, но ее цель – не сообщать время, а создавать ощущение дисциплинированного, равноправного сообщества.) Эти факторы – культурный, технический, концептуальный и политический – отсутствовали в Китае, и поэтому китайцы восхищались часами, но не пользовались ими.
Совершенно очевидно, что часы укрепили представление о Вселенной как о сложном механизме, и последователи Коперника считали, что на небе и на земле действуют одни и те же законы. В 1605 г. Кеплер, вдохновленный работами Гильберта о магнетизме, писал:
Моя цель – показать, что небесная машина – не некое божественное живое существо, а скорее часовой механизм (а тот, кто верит, что у часов есть душа, приписывает славу творца творению), поскольку почти все из ее многочисленных движений вызываются простейшей материальной силой, так же как все движения часов вызываются весом гири[304]. Я также покажу, как это физическое описание подчиняется математике и геометрии{1070}.
Но в Средние века и в эпоху Возрождения часы были несовершенными, и приходилось не только каждый день поднимать приводящие их в движение гири, но и регулировать ход, и только усовершенствованные часы Гюйгенса дали возможность представить Вселенную как идеальный механизм, наподобие часового, но не нуждавшийся в уходе со стороны божественного часовщика. Новый образ, дополнивший декартовский образ «автомата», появился уже в 1662 г., через шесть лет после изобретения маятниковых часов. Вот цитата из Саймона Патрика, защитника новой науки:
Изогоническая карта магнитного склонения Галлея, опубликованная в 1701 г. Каждая линия на карте подобна линии уровня, но указывает не одинаковую высоту, а одинаковое магнитное склонение. Галлей организовал две экспедиции, чтобы выполнить измерения для этой карты, и надеялся, что это откроет путь к использованию магнитного склонения для вычисления долготы
Несомненно, это обязанность философии – выяснить процесс этого божественного искусства в великом автомате мира, наблюдая, как одна часть приводит в движение другую и как эти движения различаются в зависимости от величины, формы, положения каждой части, начиная с первых пружин…[305]{1071}
Часовой механизм, ставший источником плодотворной метафоры, поощрял научную революцию, а также способствовал совершенствованию сложных зубчатых механизмов, создавая условия для промышленной революции, но сам не был ни продуктом этих революций, ни необходимой предпосылкой для них, поскольку существовали и другие разновидности зубчатых механизмов.
Можно привести еще один пример отложенной пользы в техническом прогрессе. Первые инженеры, например Леонардо, много времени уделяли гидравлическим устройствам, и их примеру последовал Галилей со своими учениками. Галилей консультировал работы по осушению земель, его ученик Кастелли давал советы папским властям по использованию рек и опубликовал объемный трактат по этому вопросу (Della misura delle acque correnti, 1628). Его ученик Торричелли совершил прорыв в теории, сформулировав закон (1643), который мы теперь называем законом Торричелли и который позволяет определить скорость потока, зная высоту напора воды (или высоту напора воды, зная скорость потока), а также произвел практические измерения потока реки Кьяна, притока Арно. Ученик Галилея Фамьяно Микелини, который сменил его на должности философа великого герцога, также опубликовал работу по гидравлике (Trattato della direzioni de’ fiumi, 1664){1072}.
Тем не менее прошло сто лет, прежде чем в Англии Джон Смитон, опираясь на труды Торричелли, приступил к разработке систематической программы экспериментов с моделями водяных колес, чтобы выявить наиболее эффективную конструкцию и понять, как можно усовершенствовать каждую из них: какого размера должно быть колесо и как быстро оно должно вращаться? Насколько глубоко должны погружаться в воду лопасти? К своему удивлению, Смитон обнаружил, что наливные колеса (на которые вода льется сверху) в два раза эффективнее подливных (в которых вода течет вдоль нижней части), хотя теория говорила о том, что разницы быть не должно (правда, Дезагюлье справедливо предположил, что на практике наливные колеса будут эффективнее){1073}, и он затруднялся объяснить, почему они ведут себя по-разному. Поэтому Смитон сформулировал несколько эмпирических правил для конструирования водяных колес; он сыграл важную роль в переходе от подливных к наливным колесам или, где это было неудобно, к среднебойным колесам (в которых вода подается на колесо на половине его высоты). И после этого – только после этого – мы можем сказать, что работа Галилея и его учеников по изучению потока воды наконец принесла плоды в виде усовершенствованной практической техники{1074}.
Модель колеса «подливной» конструкции Джона Смитона. Колесо диаметром два фута. Из «Экспериментального исследования», 1760
Пример водяных колес представляет особый интерес, поскольку эти устройства совершенствовались очень медленно на протяжении почти тысячи лет. Путем проб и ошибок строители мельниц узнавали, что нужно делать, а что нет, но быстрый прогресс требовал систематических экспериментов, которые стали возможными лишь после того, как экспериментальный метод получил новый интеллектуальный статус. Сам Смитон изучал юриспруденцию, а затем работал учеником механика, прежде чем стал инженером (он первым стал называть себя «гражданским инженером» – в противовес военным – и основал общество гражданских инженеров){1075} и членом Королевского общества. Он соединял теоретические и практические знания, как Гук в конструировании часов. И естественно, он отвечал на вызовы экономики, которая требовала все больше энергии. Смитон строил паровые машины, порты, мосты и каналы (в том числе Колдер-Навигейшн, комплекс каналов и шлюзов, который делает реку Колдер судоходной).
Что же мешало выполнить эксперименты Смитона в 1680-х или даже в 1580-х гг.?[306] Работа Смитона зависела от двух интеллектуальных предпосылок. Во-первых, все знали, что работа с масштабными моделями может вводить в заблуждение, поскольку механизмы нормального размера часто ведут себя иначе. Понятийный аппарат для анализа этой проблемы предоставил Галилей в своем труде «Две новые науки», и Смитон принял во внимание один аспект, тот факт, что в масштабных моделях трение обычно больше, чем в механизмах нормального размера, – он искусно измерил величину трения в своих моделях, а затем учел ее. Во-вторых, работа Смитона опиралась на систематическое применение закона Торричелли. К этим двум предпосылкам можно добавить и третью: при вычислении эффективности водяного колеса путем сравнения работы на входе и на выходе Смитон пользовался законом сохранения энергии Ньютона. В этом смысле его работа была постньютоновской. Однако он мог сравнивать результаты разных типов водяных колес и без измерения абсолютной эффективности. Более того, при определении силы Смитон устранился от конфликта между последователями Ньютона и последователями Лейбница по поводу определения «силы» (теперь конфликт разрешен разделением момента и кинетической энергии): для успеха его работы разрешать конфликт было не обязательно.
Таким образом, совершенно очевидно, что эксперименты Смитона были невозможны в 1580-х, но вполне возможны в 1650-х гг., а также вполне ожидаемы после того, как все больше людей понимали идеи, изложенные в «Началах» Ньютона. Работу с моделями тоже нельзя было назвать новшеством: Дезагюлье изготавливал модели паровых машин в 1720-е гг., причем он был явно не первым. Однако только в середине XVIII в. Смитон и Уатт стали использовать модели для
