Маловероятно, что Ньюкомен когда-либо имел доступ к «Философским трудам», но, даже если бы и имел, один этот абзац без сопутствующей иллюстрации не слишком облегчил бы его работу. Что касается усовершенствованной машины Папена, рисунок которой сделал Норт, она заинтересовала бы Ньюкомена, знай он о ней, однако эта машина, по всей видимости, была изобретена после того, как Ньюкомен приступил к экспериментам, и ее конструкция гораздо сложнее, чем у машины Ньюкомена, – и действительно, мы вправе сомневаться, смог ли Папен построить рабочий экземпляр.
Возможно, стоит перечислить все, что пришлось изобрести Ньюкомену, чтобы построить работоспособную паровую машину, или что ему понадобилось (еще до этого) для планирования экспериментов. Например, манжета и ручка насоса были просто применением уже существующих устройств, а испаритель представлял собой большой медный котел, который использовали пивовары. Но с остальным дело обстояло сложнее. Во-первых, несмотря на то что идея использовать цилиндр с поршнем принадлежала Герике, в Англии ни у кого не было опыта использования их совместно с паром. Во-вторых, Ньюкомену требовалось сделать поршень герметичным. Он применил для этого кожаную шайбу и слой воды, которая впрыскивалась в цилиндр. (Джон Морган изобрел насосы с цилиндрами в 1680-х гг., но обеспечивал герметичность совсем другими методами){1114}. В-третьих, было бы хорошо иметь манометр: первым прибором для измерения давления был барометр, но Бойль и Папен в 1682 г. описали усовершенствованный манометр в «Продолжении новых экспериментов» (Continuation of New Experiments). И самое главное, ему был необходим предохранительный клапан, который, в сущности, является разновидностью манометра: его изобрел Папен и использовал в своей конструкции 1707 г. (хотя, по всей видимости, не в той, которая взорвалась). Ньюкомен применил в своей машине одну из разновидностей предохранительного клапана Папена{1115}. Кроме того, Ньюкомену требовалось устройство, обеспечивающее автоматическое открытие и закрытие клапанов в поршне{1116}.
И последнее – требовалась еще одна предпосылка. Особенность машины Севери состоит в том, что она лучше работает в модели, чем увеличенная: по мере того как цилиндры становятся больше, их объем увеличивается быстрее, чем площадь поверхности, и охлаждение становится менее эффективным. Поэтому Севери, построив модель, мог ошибочно полагать, что совершил прорыв. Машина Ньюкомена в этом смысле вела себя иначе: по мере увеличения масштаба отношение мощности к силе трения становилось больше, поскольку объем цилиндра (определяющий мощность) растет быстрее, чем его окружность (от длины которой зависит трение){1117}. Впоследствии Дезагюлье вместе со своим другом изготовил модели машин Севери и Ньюкомена: несмотря на свои глубокие знания, Дезагюлье был поражен, когда машина Севери в модели превзошла машину Ньюкомена{1118}. По всей видимости, Ньюкомен с самого начала знал об этом эффекте масштаба – в противном случае он не стал бы продолжать опыты, когда первые модели продемонстрировали (как и должно было быть) очень низкую эффективность. Эти знания он должен был где-то получить.
Конечно, Ньюкомен мог все это (и не только это) изобрести сам; в конце концов, он работал над своей машиной четырнадцать лет, прежде чем представил ее на суд публики. Но следует принять во внимание, что совсем недавно попытка изготовить копию машины Ньюкомена в одну треть реальной величины столкнулась с огромными трудностями. Даже с учетом хорошего планирования, глубоких технических знаний, понимания того, каким должен быть конечный продукт, и абсолютной уверенности, что его можно заставить работать, потребовалось несколько месяцев настройки, чтобы машина заработала так, как нужно{1119}. В идеале Ньюкомену требовался источник информации, который предоставил бы ему все необходимые сведения, чтобы затем он мог сосредоточиться на сборке работоспособной машины. Этого было достаточно, чтобы занять все его свободное время на протяжении десяти с лишним лет.
§ 5И такой источник существовал, причем вероятность столкнуться с ним у Ньюкомена была гораздо выше, чем с «Философскими трудами». Историки науки пропустили этот источник потому, что в нем не обсуждались паровые машины. О нем вообще забыли: ни одного упоминания в Google Scholar или в Thomson Reuters Web of Science. Может создаться впечатление, что за весь прошлый век ни один человек не прочел эту книгу, хотя автор ее хорошо известен, а, судя по числу сохранившихся экземпляров, первое издание хорошо продавалось. Речь идет о книге «Новое устройство для варки костей, продолжение» (A Continuation of the New Digester of Bones), опубликованной Дени Папеном в 1687 г.{1120}
Первое описание своего нового устройства для варки костей Папен опубликовал в 1681 г. В сущности, это была первая скороварка – герметичная пароварка. В скороварке вода превращается в пар под высоким давлением, и поэтому пища готовится при более высокой температуре, чем температура кипения воды, – гораздо быстрее. Или (в случае костей) обработка ведется до того момента, пока твердые части не превратятся в желе. (Устройство Папена занимает особое место в истории, поскольку в 1761 или 1762 г. Уатт проводил первые эксперименты с паром, присоединив шприц к предохранительному клапану котла и получив таким образом примитивную паровую машину.) Работы «Новое устройство для варки костей» и «Продолжение» часто издавались под одной обложкой, и вполне возможно, что Ньюкомен купил либо «Продолжение», либо обе книги в 1687 г. или в последующие десять лет, прежде чем приступил к работе над паровой машиной. Цель была проста: заработать на изготовлении и продаже устройства Папена, и, поскольку Папен разрешал всем его копировать, не защитив свое изобретение патентом, Ньюкомен мог беспрепятственно пытаться заработать на нем.
Краткое название ни в коей мере не отражает содержания книги Папена. Полное название более информативно: «Новое устройство для варки костей, продолжение: усовершенствования и новые применения как для моря, так и для суши, а также усовершенствования и новые применения воздушного насоса, испытанные и в Англии, и в Италии». То есть часть книги посвящена воздушному насосу (хотя специалисты, изучающие историю создания воздушных насосов, ее не читали){1121}, и в ней есть описание самой новой (и последней) модели{1122}. Насос Папена состоит из цилиндра и поршня, загерметизированного слоем воды, и Папен подробно объясняет, как этого добиться{1123}. Его метод совпадает с методом, который первоначально применил Ньюкомен – впоследствии он нашел более совершенный{1124}. Цилиндр, подобно поршню в паровой машине Ньюкомена, снабжен несколькими клапанами и впускными отверстиями, которые открываются и закрываются синхронно с движением поршня. (Папен был первым, сконструировавшим воздушный насос с автоматическими клапанами.) В нем есть один клапан, который закрывается под действием веса, но в данном случае это не предохранительный клапан; тем не менее Папен описывает работу такого клапана. Таким образом, здесь изложены основы конструкции паровой машины, поскольку ее устройство во многом совпадает с устройством воздушного насоса – именно благодаря этому совпадению три года спустя Папен смог изготовить первую паровую машину[309].
Воздушный насос Папена 1687 г. Из книги «Новое устройство для варки костей, продолжение»
Но «Продолжение» содержит кое-что еще. Книга знакомит читателя с рассуждениями, которые привели Папена к изобретению паровой машины. Вот что он пишет:
Среди применений этой машины [воздушного насоса] я также могу вспомнить силу, которую она способна прилагать, чтобы достичь больших результатов без неудобства тяжелых грузов: очень ровная и гладкая трубка может быть сделана очень легкой, но, лишенная воздуха, она выдержит давление атмосферы. Тем не менее пробка, плотно прилегающая к одному концу, будет с очень большой силой прижиматься к другому, по крайней мере если диаметр трубки достаточно велик: например, на пробку диаметром один
