Глав: 20 | Статей: 79
Оглавление
Книги, кино и сериалы на тему глобальной катастрофы, которая меняет наш привычный мир, заставляют задуматься: а что бы я сделал на месте героев? Куда бежать, чем запасаться и как не превратиться в дикаря из «Безумного Макса», а заново построить все с нуля? Научный журналист Льюис Дартнелл знает ответы на эти вопросы. Его книга — кладезь научно-технических знаний, которые помогут восстановить цивилизацию: от советов, как получить питьевую воду из подручных средств, до объяснения, как собрать двигатель внутреннего сгорания «на коленке».

Если думаете, что перед вами руководство для выживальщиков, то вы правы лишь частично. Цель книги «Цивилизация с нуля» — познакомить читателя с историей развития науки, показать, что большинство великих открытий сопровождает не «Эврика!», а «Хм… занятно» и что из всего накопленного опыта жизненно важно знать устройство базовых вещей и основы техники, а не 100 и 1 способ повысить свою эффективность.

Где я нахожусь?

Где я нахожусь?

Передвижение по суше между знакомыми объектами или плавание вдоль побережья не составляет особой сложности. Но без удобных ориентиров — например, если пересекаешь безбрежные воды океана — как можно удостовериться в том, что движешься в верном направлении? В XI в. китайские моряки первыми стали применять удивительную способность природного магнита (в староанглийском языке он назывался «путеводным камнем») указывать направление, а позже они просто намагничивали стальные иглы. Эти примитивные компасы поворачиваются вдоль линий магнитного поля Земли, вытягиваясь между ее полюсами, поэтому можно просто пометить северный конец иглы. Компас помогает не только не потерять направление пути в отсутствие других внешних указаний: если на местности есть два (или больше) заметных ориентира, определив их азимуты, можно точно триангулировать свое местонахождение на карте или плане. Хотя север и юг в ясную погоду всегда можно определить по небу, компас становится незаменимым инструментом навигации в ненастье и туман. Помните, однако, что небесный север, проекция оси вращения Земли, и магнитный полюс, задаваемый вращением расплавленного железного ядра нашей планеты, немного не совпадают. На экваторе расхождение составляет лишь несколько градусов, но с перемещением на север или на юг отклонение стрелки от небесного севера возрастает.

Если вам пришлось обходиться самыми примитивными средствами, а магнитов под рукой нет, всегда можно создать временное магнитное поле с помощью электричества. В главе 8 мы писали, как изготовить из чередующихся пластин разного металла примитивный элемент питания, который пустит ток по проволоке, вытянутой из куска меди и смотанной в катушку, образующую электромагнит. Включив ток, этим устройством можно навечно намагнитить любой железный предмет, например пригодную для компаса тонкую иглу (если вы действительно начинаете на пустом месте, сначала почитайте в главе 6, как плавить металлы).

Компас покажет вам направление, а в сочетании с предварительно начерченным планом и ориентирами на местности также поможет установить ваше местонахождение. Но, быть может, существует более общая система определения адреса для любой точки Земли? И тут оказывается, что две основополагающие задачи, которым посвящена эта глава, — счисление времени и определение места — связаны гораздо теснее, чем вы могли подумать.

Чтобы определить свое положение на земле, первым делом нужно разработать систему, в которой любая точка на поверхности планеты получает уникальный адрес. Удобно сообщить, что озеро лежит в трех километрах к юго-востоку от города, но как описать, например, местоположение только что открытого острова или вообще положение судна посреди безбрежного океана? Хитрость в том, чтобы найти систему координат, естественную для самой земли.

Прокладывать маршрут по городу вроде Нью-Йорка с его упорядоченной квартальной планировкой относительно легко. Все авеню идут примерно на северо-восток, а улицы пересекают их строго под прямым углом, и большинство линейных объектов пронумерованы по порядку. Добраться в любую точку Манхэттена — не проблема: двигайся по авеню, пока не дойдешь до перекрестка с нужной улицей, а затем по улице до нужного дома. В центре Манхэттена адресом дома может служить просто упоминание улиц, на пересечении которых он стоит: 23-я улица и Седьмая авеню. А если бы люди договорились для удобства всегда ставить номер улицы впереди номера авеню, то для адреса понадобилось бы лишь два элемента: (23, 7) или (4, Бродвей). Такой адрес — гораздо больше, чем просто табличка на стене: это пара координат, точно задающая положение в городе. Читая знаки на перекрестках для определения своего местонахождения в матрице, вы тут же прокладываете путь к нужному месту, двигаясь вдоль или поперек сетки.

Такая же система координат есть и у целой планеты. Земля — почти правильный шар, ось вращения которого указывает Северный и Южный полюсы, а экватор — окружность, опоясывающая этот шар посередине. С учетом этой сферической геометрии есть смысл разделить поверхность линиями, отстоящими друг от друга не на равную длину, как улицы в условно идеальном городе, а на равный угол. Представьте себе, что вы стоите на Северном полюсе и чертите прямую линию строго на юг, вокруг планеты, до самого Южного полюса, затем поворачиваетесь на месте на 10° и чертите так же вторую линию, потом следующую, и так пока не совершите полный оборот в 360° и не замкнете круг. Далее переходим на экватор, уже прочерченный как пояс планеты, делящий ее на полушария, и представляем, будто двигаемся в сторону полюса, Северного, потом Южного, и через каждые 10° набрасываем уменьшающиеся в диаметре кольца под углом 90° к земной оси.

Линии, проведенные с севера на юг между полюсами, называются меридианами, а идущие с запада на восток и кольцами опоясывающие Землю севернее и южнее экватора — параллелями, первые и вторые пересекаются под прямым углом. И тогда около «пояса» Земли сетка параллелей и меридианов будет напоминать решетку авеню и улиц на плоской равнине Манхэттена, а с приближением к полюсам квадраты сетки будут все сильнее искажаться из-за округлости Земли. Как и в Нью-Йорке, нужно установить начальную точку, от которой будут отсчитываться эти координаты. Экватор — естественное начало отсчета для параллелей, но для меридианов нет подобной естественной нулевой линии: то, что мы используем в этой роли Гринвичский меридиан, проходящий через Лондон, — это просто исторически сложившаяся конвенциональная практика.

С помощью этой универсальной сетки можно обозначить свое местонахождение, в какой бы точке земли вы ни были: нужно только сообщить, на каком градусе к югу или северу от экватора вы находитесь — широту места — и на каком градусе к востоку или западу от нулевого меридиана — долготу. Мой смартфон показывает мне, что в данный момент я пишу эти строки на 51,56° с. ш., 0,09° з. д. (чуть севернее Лондона, неподалеку от Гринвича).

Таким образом, задача, которую мы поставили первоначально, — как найти путь из одной точки мира в другую, — аккуратно раскладывается на две половинки: как определить широту места и как определить долготу.

Широту установить довольно несложно: богато украшенное ночное небо дает более чем достаточно указаний. Полярная звезда, неподвижная ось кружащихся звездных дорожек, висит прямо над Северным полюсом Земли, и, значит, можно предположить, что угловое расстояние между наблюдателем и экватором равно углу между полюсом и горизонтом. Задача вычислить широту места сводится, таким образом, к определению высоты звезд над горизонтом.

Проще всего сделать это с помощью квадранта, изготовленного из подручных материалов. Вырежьте из картона или тонкой фанеры четверть круга и нанесите на ее криволинейное ребро шкалу от 0° дo 90°. На концах одного из прямых ребер поставьте штрихи, чтобы можно было соотнести с объектом наблюдений, а к вершине сектора подвесьте груз, чтобы, свободно свисая, он указывал угол на шкале. Пусть не особенно тонкий и точный, этот простой прибор, если навести его на Полярную звезду, определит вашу широту с погрешностью в несколько градусов, то есть покажет, насколько далеко вы от экватора, плюс-минус несколько сот километров.

Много более изящный и точный инструмент создан в середине XVIII в. и поныне широко применяется как аварийный навигационный прибор в случае отказа GPS и перебоев в электропитании. В секстанте используется одна шестая полного круга, откуда и его название, он действует по тому же принципу, что и квадрант, и появившийся позже октант, то есть измеряет угол между двумя объектами. Он с высокой точностью измеряет высоту Солнца, Полярной звезды и, в сущности, любой другой звезды над горизонтом, что весьма ценно для навигации. Конструкцию этого удивительного снаряда легко воссоздать, и как только ваша возрождающаяся цивилизация вновь освоит умение придавать форму металлу, обтачивать линзы и серебрить зеркала, вы будете готовы к изготовлению секстанта.

Рама секстанта — это сектор круга величиной 60°, вроде куска пиццы, поставленного вертикально, острием к небу. Вращающаяся стрелка, закрепленная на вершине рамы, свисая вниз, указывает угол на шкале, которая нанесена по внешнему ободу. Главный компонент секстанта — закрепленное на его переднем ребре полупрозрачное зеркало, сквозь которое наблюдатель может видеть. Другое зеркало, установленное под углом на шкиве стрелки, проецирует на полупрозрачное зеркало тот объект, на который нацелен прибор, таким образом накладывая один вид на другой.

Глядя в зрительную трубу, наклоните секстант, чтобы сравнять изображение с горизонтом в полупрозрачном зеркале. Двигайте стрелку, пока отражение Солнца или иной наблюдаемой вами звезды не «скрутится» вниз и не окажется прямо на линии горизонта (чтобы защитить глаза от яркого блеска, между зеркалами можно поместить кусочки темного стекла). Угловую высоту светила покажет стрелка на круговой шкале.


Составив заново карту звездного неба и таблицы расположения самых ярких звездных «маяков» в разные дни и часы, вы сможете определить свою широту по положению любого из этих светил, даже если Полярной звезды не видно. А составив таблицу полдневной высоты солнца для разных дат и широт, вы сможете в пути определять свою широту при помощи секстанта и календаря еще и днем. Для тех, кто умеет его читать, небо — удивительный многофункциональный инструмент, сообщающий и широту места, и время суток.

К сожалению, вторую координату, необходимую для описания местоположения объекта, — долготу — узнать совсем не так просто. Трудно определить по небу, насколько восточнее нулевого меридиана ты находишься, поскольку вращение Земли постоянно перемещает нас в этом направлении. Если продолжить аналгию с Нью-Йорком и выжать из нее все, моряки в XVII столетии легко сказали бы вам, на какой улице они находятся, но вот определить авеню было для них практически невозможно. Единственным выходом для них оставалось плавание по счислению — зная начальное положение и примерную скорость и надеясь, что неведомые течения не слишком снесут с курса, идти до широты, на которой не пройдешь мимо нужного места, а затем двигаться строго на восток или на запад по этой параллели, пока не достигнешь, при должной удаче, пункта назначения.

Земля вращается на восток, отчего солнце и звезды как будто движутся по небу. По положению солнца мы узнаем время дня (мы уже рассказали об устройстве солнечных часов), и, значит, задача определения долготы — то есть насколько далеко вы продвинулись вокруг Земли от нулевого меридиана — сводится к тому, чтобы установить разницу во времени суток между нулевым меридианом и тем местом, где вы находитесь. За 24 часа Земля поворачивается на 360°, так что разница в один час соответствует 15° долготы. И определение долготы, таким образом, — это измерение времени, переведенного в расстояние. Строго говоря, вам наверняка приходилось отчетливо почувствовать долготу на себе: современные скоростные авиалайнеры доставляют нас в далекие места, где время сильно разнится с привычным нам, быстрее, чем наш организм успевает к этому адаптироваться: до появления GPS навигационные приборы эксплуатировали то же явление, которым вызывается джетлаг!

Словом, чтобы найти вторую координату, необходимую для описания вашего местоположения, можно взять секстант и установить время дня в месте, где вы находитесь, а затем соотнести его с тем временем, какое в эту же минуту на нулевом меридиане. Вся беда, однако, в том, что об эталонном времени на нулевом меридиане нужно как-то сообщить в отдаленные области планеты.

Проблема разрешилась с появлением надежных хронометров, невосприимчивых к корабельной качке в бурном море и сохраняющих точность хода на протяжении нескольких месяцев, а то и лет плавания. Очевидно, что система с маятником и гирей для корабельных часов не годится и оба этих компонента заменила пружина. Для осциллятора подходит балансирная пружина, узкая полоса металла, закрученная в спираль вокруг оси махового колеса, качающегося, как маятник. Функция этого маховика — та же, что у маятника, но возвращающее усилие в конечной точке колебания обеспечивается не гравитацией, а натяжением пружины. Туго закрученная спираль, обладающая запасом энергии, также обеспечивает усилие, нужное для вращения зубчатых колес. Этот источник энергии значительно компактнее, чем опускающаяся гиря, но применение пружины ставит новую проблему, для решения которой понадобилось особое изобретение. Беда в том, что усилие раскручивающейся пружины изменяется: мощное вначале, оно убывает по мере ослабления пружины. Лучший способ урегулировать это усилие и, значит, упорядочить ход часов — прицепить свободный конец спиральной пружины к цепи, намотанной на конический барабан, так называемую фузею. Пружина раскручивается, и цепь сползает на все более широкие ярусы барабана, за счет чего увеличивается рычаг, и это компенсирует снижение крутящего момента.

Достаточно сложные часы, оборудованные механизмами автоматической компенсации перепадов влажности и температуры (эти параметры влияют на вязкость смазки и жесткость пружин) и разных других колебаний, — это чудесная машина, поистине волшебная клетка, в которой, словно джинн в бутылке, прочно заперто само время[56]. Но в ходе перезагрузки цивилизации после апокалипсиса перескочить сразу к этой технологии не получится: здесь тот случай, когда одного знания недостаточно. Дьявол, как часто бывает, в мельчайших деталях, и в процессе возрождения развитой цивилизации не всегда есть короткий путь или возможность перескочить через ступеньку. На то, чтобы сконструировать и изготовить корабельные часы нужной точности, одержимый этой идеей часовщик Джон Гаррисон потратил б?льшую часть жизни, и в ходе самоотверженного труда ему пришлось изобрести множество новых механизмов, включая подшипники качения, существенно снижающие трение, и биметаллическую пластину, препятствующую расширению пружины от нагрева.

Так нет ли иного решения? Очевидно, что, если катастрофу переживут достаточно надежные механические или цифровые часы, вам останется только верно задать местное время в начальной точке пути и взять такие часы с собой, а потом вынимать их, сравнивать их показания с астрономическим временем на месте (которое придется определять по-прежнему с помощью секстанта) и так узнавать долготу своего местопребывания. Но что, если исправных часов не останется?

В начале XVIII в. главная трудность была в том, что счислить время на месте было несложно, но вот узнать, находясь вдалеке, который час в этот момент на Гринвичском меридиане, возможности не было никакой. Решение Гаррисона состояло в том, чтобы брать в путешествие «копию» гринвичского времени, но не худшим выходом было бы как-то передавать сигналы точного гринвичского времени на все суда в океане. Было, например, безумное предложение организовать сеть кораблей-маяков, поставленных на якорь посреди океана, передающих друг другу звук выстрела сигнальной пушки, означающего наступление полудня в Лондоне. Но нам-то известен куда более практичный способ передачи сигналов на дальние расстояния: радио.

Возрождающееся после апокалипсиса человечество, перезагружая свой набор научных знаний и технологий, может найти иной способ транспланетарной навигации. Для него сооружение примитивных приемников (см. главу 10) может оказаться более простым выходом, чем перспектива воссоздавать тончайшую машинерию механических хронометров, да еще и со всеми ухищрениями для коррекции хода. (Конечно, все будет зависеть от того, до какой степени удастся возродить различные технологии прошлого: можно ли как-то сравнить сложность миниатюрных механизмов с их шестеренками и пружинками и электронных устройств?) Сигналы точного времени можно передавать по радио с меридиана, взятого за точку отсчета долготы, донося в самые дальние точки света с помощью наземных и корабельных ретрансляторов. В таком случае на ранних этапах перезагрузки обычной картиной будет качающийся на океанских волнах деревянный парусник, малоотличимый от средневековых судов, если бы не одна небольшая деталь: торчащий над главной мачтой металлический прут радиоантенны.

Яркое городское освещение и световое загрязнение среды в современном промышленно развитом мире многих из нас лишили близкого знакомства с небесной сферой. Но после апокалипсиса придется заново осваиваться с устройством небосвода и возвращать связь с природными ритмами Земли. Это не отвлеченная высоколобая астрономия: это знание поможет вам рассчитать время сельхозработ, чтобы не умереть с голоду, и с ним вы не заблудитесь ни в море, ни в пустыне.

Оглавление книги


Генерация: 0.367. Запросов К БД/Cache: 0 / 0