Текст книги "100 знаменитых изобретений"

Календарь

Календарь настолько вошел в нашу жизнь, что мы порой не отдаем себе отчета, насколько велико его значение для человечества.

Календарь – это определенная система отсчета продолжительных промежутков времени с подразделением их на отдельные, более короткие периоды (годы, месяцы, недели, дни). Само слово «календарь» произошло от латинских слов caleo — провозглашать и calendarium — долговая книга.

Понятие времени появилось из наблюдения изменений, которым подвержены все окружающие нас материальные тела. А измерять промежутки времени стало возможным, сопоставляя эти изменения с периодически повторяющимися явлениями. В окружающем нас мире таких явлений несколько. Это смена дня и ночи, изменение фаз Луны и вращение Земли вокруг Солнца. Проблема заключается в том, что сутки (период вращения Земли вокруг своей оси), месяц (вращение Луны вокруг Земли) и год (вращение Земли вокруг Солнца) несоизмеримы друг с другом. То есть, большее нельзя поделить на меньшее без остатка. Поэтому необходимо было придумать систему, которая согласовывала бы все эти несоизмеримости и была простой и понятной для большинства людей. История решения этой проблемы – история календаря.

Попытки согласовать между собой сутки, месяц и год привели к появлению трех видов календарей. Лунные календари, согласовывающие течение суток и лунного месяца; солнечные, в которых приблизительно согласовываются сутки и год, а также лунно-солнечные, согласующие между собой все три единицы времени.

Сутки – единица времени, равная 24 часам. Но не все знают, что различаются звездные сутки, равные периоду вращения Земли относительно точки весеннего равноденствия, и солнечные сутки – период вращения Земли относительно Солнца. Продолжительность солнечных суток меняется от 24 часов 3 минут 36 секунд в середине сентября до 24 часов 4 минут 27 секунд в конце декабря. Поэтому приняты средние солнечные сутки, равные 24 часам 3 минутам 56,56 секунды звездного времени. Одна минута звездного времени равна 0,9972696 минуты среднего солнечного времени.

Месяц – промежуток времени, близкий к периоду обращения Луны вокруг Земли. Различают месяцы синодические, сидерические, тропические, аномалистические и драконические. Синодический – период смены лунных фаз. Сидерический – период, за который Луна совершает полный оборот вокруг Земли и занимает исходное положение относительно звезд. Тропический – это период возвращения Луны к одной и той же долготе. Аномалистический – промежуток времени между последовательными прохождениями Луны через перигей. Драконический – промежуток между последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел ее орбиты.

Год – промежуток времени, близкий по продолжительности к периоду обращения Земли вокруг Солнца. Определение его продолжительности еще в древности было одной из важнейших задач. Довольно точное значение этой величины было известно в Древнем Египте. Древнегреческий ученый Гиппарх определил год равным 365 ¹/₄ дня без 1/300 дня, что лишь на 6,5 мин отличается от современных значений года. Различают год звездный, тропический, аномалистический, драконический. Кроме того, есть юлианский и григорианский год. В лунных календарях год равен 12 или 13 синодическим месяцам.

В основе лунного календаря – промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны, то есть синодический месяц. В лунном месяце 29,5 суток. Для того чтобы в течение года начало каждого месяца совпадало с новолунием, нечетные (пустые) месяцы содержат 29, а четные (полные) – 30 суток. Лунный год содержит 354 суток, что на 11,25 суток короче солнечного года. Чтобы первый месяц каждого года приходился на новолуние, в определенные годы в последний месяц добавляют дополнительные сутки. Такие годы называются високосными.

Лунный год принят у народов, которые занимаются скотоводством, поскольку именно физиологические циклы у животных связаны с лунными фазами, происходящими в течение месяца. Люди видели Луну на небе примерно 28 суток, деля этот период на 4 фазы. Отсюда деление месяца на 4 недели. Хотя, например, в Византии вели счет «восьмидневками» так называемой торговой недели, семь дней которой были рабочими, восьмой – базарным. У вавилонян семь дней недели были связаны с планетами: воскресенье связывали с Солнцем, далее с Луной, Марсом, Меркурием, Юпитером, Венерой и Сатурном. День, управляемый Сатурном, – суббота – считался несчастливым. Поэтому в этот день старались воздерживаться от любых работ. Он стал называться шаббат – покой. Именно отсюда происходит и иудейский обычай воздерживаться от работы в субботу.

Солнечный календарь использовался земледельцами, для которых важно было правильно определить время начала весеннего сева. Если бы они пользовались лунным календарем, то обнаружили бы, что день весеннего равноденствия, по которому начинали сев, приходится на разные дни лунного месяца. Солнечный календарь впервые появился в Древнем Египте. Год в нем состоял из 365 суток, что было короче действительного на 0,2422 суток. Его начало связывали с первым предутренним восходом звезды Сириус. У египтян было три годовых сезона: наводнение, посев, жатва. Каждый сезон состоял из четырех месяцев. Каждый месяц делился на три десятидневки (декады) или шесть пятидневок (пентад), всего 360 дней. Еще 5 дней добавлялись в честь богов Осириса, Гора, Сета, Исиды и Нефтиды.

Первоначально древнеримский календарь, состоявший из 295 дней, делился на 10 месяцев, названных по их порядковому номеру: первый – Примидилис, второй – Дуолилис и так далее до Десембера. Продолжительность года была связана с началом и завершением сельскохозяйственных работ.

В начале VII века до н. э. древнеримский царь Нума Помпилий провел реформу календаря, и к 10 месяцам были добавлены еще 2. Теперь продолжительность года составляла 354 дня. Для того чтобы он начинался в один и тот же сезон, вставлялись дополнительные дни. Первые четыре и вновь прибавленные 11-й и 12-й получили собственные названия. Мартиус был назван в честь бога войны Марса. Априлис – либо от слова aperire — раскрывать, либо от слова apricus — согретый Солнцем. Он посвящался Венере. Майус посвящался богине Земли Майе. Юниус – богине неба Юноне. Януарис, предпоследний месяц календаря, был посвящен богу Янусу – богу небес, или, по другой версии, богу входов и выходов. Считали, что он утром открывал врата Солнцу, а вечером закрывал. Последний месяц был посвящен богу подземного царства Фебрусу.

Еще в Древнем Египте вследствие несоответствия начала календарного года началу тропического начало календарного года отставало примерно на одни сутки за четыре года. Делались попытки внести исправления. Так, в 238 году до н. э. царь Евергет издал декрет, согласно которому раз в четыре года предписывалось после окончания дополнительных дней перед началом нового года отмечать праздник богов Евергета. Но эта реформа была осуществлена в Египте значительно позже. Она связана с именем Юлия Цезаря. Он пригласил в Рим александрийского астронома и математика Созигена. Последний разработал календарную реформу, которая была утверждена в 46 г. до н. э.

За начало года было принято 1 января. В новом календаре год насчитывал 365,25 дней. Каждый четвертый год должен был содержать 366 дней. Дополненный год назвали annus bissextus, откуда и произошло слово високосный. В юлианском календаре накапливается разница, равная примерно 1 суткам в 128 лет.

Наряду с календарем большое значение имеет точка отсчета летоисчисления. В разных странах была своя календарная эра. В Древней Греции отсчет велся от первой Олимпиады – 1 июля 776 г. до н. э.; в Древнем Риме от основания Рима – 21 апреля 753 г. до н. э.; начальной датой византийской эры было сотворение мира 1 сентября 5508 г. до н. э. и др.

В IV веке н. э. государственной религией Римской империи стало христианство. В 325 г. Никейский собор принял юлианский календарь и установил единые для всей империи христианские праздничные дни, в первую очередь праздник Пасхи. Был принят так называемый «пасхальный предел», который начинается в первый день, следующий за днем весеннего равноденствия и заканчивался 25 апреля. В связи с тем, что христианство стало господствующей религией в Западной Европе, было решено установить новую эру, начало которой связали с датой рождения Иисуса Христа. Монах Дионисий Малый вычислил эту дату. Но летоисчисление от Рождества Христова распространялось по миру очень медленно. Так, в России оно было введено указом Петра Первого только в 1700 г. взамен летоисчисления от сотворения мира. Новый год переместился с 1 сентября на 1 января.

В Средние века определение равноденствия 21 марта стало заметно не соответствовать реальному весеннему равноденствию. В XVI веке разница составила почти 10 суток. В 1581 г. указом Папы Римского Григория XIII была создана комиссия. Она приняла на рассмотрение календарь, разработанный в 1576 г. профессором Перуджийского университета Луиджи Лилио. 24 февраля Григорий XIII издал буллу о введении нового календаря. Счет дней передвигался на 10 суток вперед. Во избежание повторения ошибок, те года, чей номер заканчивается на 00, а число столетий не делится на 4 без остатка, не считаются високосными. Так високосными были 1600 и 2000 года, а 1700, 1800 и 1900-й содержали 365 дней.

В 1582 году григорианский календарь был узаконен в Италии, Испании, Португалии, Бельгии, Франции, а также в католической Дании. В Советской России григорианский календарь был введен декретом Совнаркома только в 1918 году.

В странах, государственной религией которых является ислам, распространены, в основном, лунные календари. В каждом 30-летнем периоде этого календаря 19 лет насчитывают по 354 суток и 11 лет високосных по 355 суток. Летоисчисление ведется от 16 июля 622 года – даты переселения основателя ислама пророка Мухаммеда из Мекки в Медину. Эта дата называется хиджра (по-арабски – «переселение»). Праздничным днем у мусульман считается пятница.

Создатели лунно-солнечных календарей видели свою задачу в том, чтобы согласовать лунный и солнечный отсчеты времени. Они приняты, в частности, в Израиле и Иране. Современный израильский календарь пришел на смену лунному древнееврейскому календарю, число дней в котором равнялось 354. В новом календаре был введен дополнительный 13-й месяц, продолжительностью 30 дней. Он вставляется семь раз каждые 19 лет. Год с 13 месяцами считается високосным и называется «иббур». Летоисчисление еврейского календаря ведется от даты сотворение мира – 7 октября 3761 г. до н. э. До конца III в. до н. э. новый год начинался с весеннего месяца нисан. Затем начало года было передвинуто на осенний месяц тишри. Праздничным днем у евреев считается суббота.

В Иране кроме календаря лунной хиджры, принятого в других мусульманских государствах, и григорианского календаря распространен также календарь солнечной хиджры, также ведущий отсчет от 16 июля 622 года. Год начинается с момента нахождения Солнца в знаке Овна, что соответствует 20, 21 или 22 марта. Он содержит 365 или 366 дней. Високосные года располагают по следующей схеме: в каждом 33-летнем цикле 8 високосных лет, 7 из которых повторяются через каждые 4 года, а восьмой – через 5 лет. Неделя начинается с субботы. Официальный нерабочий день – пятница.

В странах Восточной и Юго-Восточной Азии, в частности Китае, Японии, Корее, Вьетнаме, Таиланде, принят 60-летний календарный цикл. Он представляет собой хронологическую систему, основанную на астрономических циклах Солнца, Земли, Луны, Юпитера и Сатурна. Наблюдая за движениями больших планет – Юпитера и Сатурна, астрономы Древнего Востока установили, что Юпитер совершает свой кругооборот примерно за 12 лет, Сатурн – примерно за 30 лет. За основу цикла было принято время двух оборотов Сатурна и пяти оборотов Юпитера.

Это соответствовало мировоззрению китайской натурфилософии: число пять являлось символом пяти элементов природы – дерева, огня, металла, воды, земли, которым соответствовали цвета синий или зеленый, красный, желтый, белый, черный. Поскольку в Китае и других странах Восточной Азии принят 12-летний животный цикл, каждому из годов соответствует животное: мышь (крыса), корова (бык), тигр, заяц (кот), дракон, змея, лошадь, овца, обезьяна, петух, собака, кабан. Таким образом, в 60-летнем цикле пять раз повторяются одни и те же животные. Для уточнения года внутри цикла используется цветовая символика.

Год в этом календаре начинается в новолуние, когда Солнце находится в знаке Водолея, то есть в период от 21 января до 20 февраля. Продолжительность года может составлять 353, 354, 355 или 383, 384, 385 суток.

Керамика

Слово «керамика» произошло от греческого χεραμιχη — гончарство.

Раньше керамикой называли все изделия из глины. В настоящее время керамикой называют изделия и материалы, полученные из глин и их смесей с различными добавками путем обжига при высоких температурах – от 700 °C и выше.

Достижение таких температур стало возможным благодаря появлению гончарного горна.

На Ближнем Востоке – в Вавилоне и Древнем Египте – для возведения построек стали применять обожженный кирпич. Там же стали изготавливать глазурованные глиняные изделия. Первые глазури представляли собой глину, тщательно растертую с поваренной солью. Позже в состав глазурей стали включать соду и окрашивающие добавки металлов.

В Месопотамии дома украшались орнаментированными плитками. В процессе их изготовления на слегка обожженный кирпич расплавленной черной стеклянной нитью наносился контур рисунка. Окаймленные нитью места заполнялись сухой глазурью, после чего кирпич подвергался вторичному обжигу. При этом глазурная масса остекловывалась и прочно связывалась с поверхностью кирпича.

В Древнем Египте появились глазурованные плитки с рельефным рисунком. Ими облицованы подземные камеры пирамиды Саккара. Позже такие плитки стали обычным строительным материалом – египтяне украшали ими стены своих жилищ.

Большое распространение получили изделия из керамики в Древней Греции. Наиболее известна керамическая посуда, разнообразная по форме, покрытая росписью на бытовые и мифологические темы. Кроме того, изготавливались статуэтки из терракоты – неглазурованной керамики с цветным пористым черепком.

В Древней Греции и Древнем Риме терракоту также применяли для изготовления черепицы и водопроводных труб.

В Древнем Риме широко использовался кирпич, из которого сооружались своды перекрытий, пролеты мостов и акведуки.

Римская парадная посуда оттискивалась в формах с рельефным орнаментом и покрывалась красным лаком. Рецепты приготовления прочных и устойчивых к кислотам красного и черного лаков – основных цветов в античной вазописи – были утрачены, поскольку в Византии лак был вытеснен ангобом, эмалью и глазурью.

Во всем мире издавна разрабатывались керамические материалы, отличающиеся составом керамической массы, приемами формовки и обжига, обработки и украшения поверхности.

Наиболее известным керамическим материалом для изготовления посуды является фарфор. Чтобы его получить, понадобились века кропотливой работы и многочисленных поисков.

Появлению фарфора в Китае во многом способствовали богатые залежи каолина – высококачественной белой глины. Особенно много таких залежей было в провинции Цзянси.

Во II–I тыс. до н. э. из каолина изготвавливалась посуда. Позже каолин стал сырьем для производства фарфоровидных изделий.

Для изготовления фарфора каолин необходимо перетереть с минералом, состоящим из полевого шпата и кварца. Позже этот минерал получил название «фарфоровый камень». Образованную смесь закапывали в землю на несколько десятилетий. Вылежавшаяся масса заворачивалась в полотно и долго отбивалась о каменные плиты. Благодаря такой обработке материал становился пластичным и пригодным для изготовления фарфора.

В VI–VII вв. китайским мастерам удалось получить «голубой, как небо после дождя, блестящий, как зеркало, тонкий, как бумага, звонкий, как гонг, гладкий и сияющий, как озеро в солнечный день» фарфор.

Сначала все фарфоровые изделия были чисто белыми. А в XIV веке их начали расписывать синей краской (солями кобальта) и ко второй половине XV века появился многоцветный фарфор.

Фарфор обжигали в специальных огнеупорных коробках в течение трех дней. После охлаждения получали твердые тонкие блестящие изделия. Центром производства фарфора стал город Цзинцжень. Здесь талантливые мастера создавали из фарфора вазы и чашки, фигурки фантастических драконов и невиданных птиц, разнообразных животных и рыб. В городе Нанкине была построена девятиярусная фарфоровая башня высотой в тридцать метров. На углах каждого этажа этой башни висело по восемьдесят колокольчиков, также сделанных из фарфора. При порывах ветра они издавали серебряный звон. В Китае фарфор называли «тсени» – в подражание звуку, издаваемому фарфоровым изделием при постукивании по нему твердым предметом.

Благодаря Марко Поло, привезшему из Китая много фарфоровых изделий, фарфор проник в Европу и стал очень популярным. Здесь он высоко ценился – наравне с золотом. Поскольку фарфоровые изделия поступали в основном из Индии и Персии, то персидское название материала «фегфур» постепенно трансформировалось в слово «фарфор».

Тайна изготовления фарфора была государственной тайной Китая и строго охранялась. За ее разглашение отрубали голову.

Но в конце XVI века француз д’Антрекол сумел все же узнать некоторые секреты производства фарфора. Ему удалось проникнуть в город Цзинцжень, куда иностранцам был запрещен въезд. Там француз увидел, что фарфор получают из белой глины – каолина, в который добавляют порошок циши (фарфорового камня). Он даже смог рассмотреть печи, в которых проводился обжиг фарфоровых изделий. Однако разгадать технологию производства д’Антреколу не удалось. Вернувшись в Европу, он написал книгу обо всем, что узнал и увидел. Но не зная состава каолина и циши, француз не смог полностью постичь тайну производства фарфора: это продолжало оставаться китайским секретом.

Последний шаг к ее разгадке сделал Иоган Бетгер из Тюрингии. Работая при дворе саксонского курфюрста Августа Сильного, он, по совету физика Э. Чирнхауза, занялся изучением состава фарфора. На разгадку тайны ушло шесть лет.

В 1709 г. Бетгер вынул из печи две чашечки, которые были такие же тонкие, прозрачные и звонкие при ударе, как и привезенные из Китая, но красного цвета. В 1710 г. по приказу курфюрста Августа в Мейсене был построен первый в Европе фарфоровый завод. Первые изделия этого завода легко узнать по характерной красной окраске.

Бетгер продолжал работать над тем, как сделать свой фарфор белым. На помощь ему пришел случай. Однажды на его одежду попала пудра с парика. Счищая ее, Бетгер скатал небольшой шарик. Пудра очень напоминала глину. Оказалось, что это каолин. Добавив в него полевой шпат и кварц (именно его называли в Китае фарфоровым камнем), Бетгер получил фарфор, полностью сходный с тем, что привозили из Китая. Стремясь сохранить тайну, Август приказал бросить Бетгера в тюрьму, где тот и умер.

На мейсенском заводе продолжали изготавливать посуду, подсвечники, люстры и тончайшие статуэтки. В 20-е годы XIX века живописная мастерская мейсенского завода, руководимая И. Г. Герольдом, изготовила замечательные краски для росписи по фарфору.

Несмотря на смерть Бетгера, скрыть секрет производства фарфора не удалось. Сначала в Вене, Берлине, а затем во многих других европейских городах открывались фарфоровые заводы, развивалось фарфоровое производство.

В России фарфор стал известен со II-й половины XV века, после путешествия Афанасия Никитина «за три моря». Фарфоровые изделия были предметом роскоши и не выходили за пределы царского дворца.

Петр I положил начало длительным поискам секрета производства фарфора. Делались попытки выведать секрет производства фарфора в Китае и Саксонии. Однако закончились они безуспешно.

Разгадкой тайны производства фарфора занялись купцы Гребенщиковы: Афанасий Кириллович с тремя сыновьями. В 1724 году они открыли первую в России фаянсовую фабрику, работавшую на основе гжельских глин. Создать производство российского фарфора, не уступавшего китайскому и саксонскому, удалось Д. И. Виноградову.

До появления фарфора в Европе большой популярностью пользовались изделия из фаянса – мелкопористой керамики белого цвета, как правило, покрытой глазурью. Свое название она получила от итальянского города Фаэнца. Производить керамическую посуду в Фаэнце начали в 1142 году. Здесь делали кувшины и пиалы, сосуды для хранения вина и оливкового масла. Производство разрасталось, искусство мастеров росло.

XVI век стал «золотым» веком фаянсовой керамики. По примеру Фаэнцы было открыто производство фаянса во Франции и Нидерландах. Но посуда из Фаэнцы была непревзойденной. Тарелки и кувшины, вазы и чашки делались с ажурными краями, придающими изделиям элегантную утонченность.

Со временем фаянсу стало трудно конкурировать с фарфором, изделия из которого все в больших и больших количествах поступали на европейские рынки с Востока. В XVIII веке производство фаянса почти прекратилось.

Но в XIX веке английские керамисты усовершенствовали производство фаянса, и он вновь распространился по всей Европе. Теперь это был английский фаянс. Вслед за Англией фаянс высокого качества стали производить Франция и Германия. И если раньше с целью сбыта фаянсовые изделия обрабатывали под фарфор, то теперь уже фарфоровые изделия стали обрабатывать под фаянс.

С развитием науки и техники применение керамики вышло за сугубо бытовые рамки.

В 1837 году, изучая взаимодействие веществ с электрическим полем, английский физик Фарадей предложил новый термин – «диэлектрик». Под этим словом он подразумевал такие вещества, которые имеют большое электрическое сопротивление (больше чем 1·10⁸ ом на см).

После этого керамика получила широчайшее применение и прочно заняла свое место среди диэлектриков.

Керамика, использующаяся как диэлектрик, получила название «сегнетоэлектрическая керамика», или «сегнетокерамика». Сейчас из нее делают конденсаторы высокой емкости, терморезисторы и термисторы.

Схожей по составу с сегнетокерамикой является пирокерамика. Она используется для производства инфракрасных детекторов и устройств тепловидения.

Изделия из пьезокерамики служат для преобразования механической энергии в электрическую. Это зажигалки для газовых плит, звуковые генераторы, гидролокаторы, ультразвуковые сверла и многое другое.

Сейчас слово «керамика» охватывает широкий спектр материалов, которые изготавливаются не только спеканием, но и горячим прессованием, формованием методом взрыва, литьем в парафиновые формы. Современная керамика – это посуда и произведения искусства, трубы и радиодетали, автомобильные двигатели и детали космических кораблей, краски и многое другое.