Тепловой луч
Еще одна широко распространенная легенда, связанная с Архимедом, повествует об уничтожении флота римского полководца Марцелла, атаковавшего Сиракузы. Согласно ей, Архимед использовал большие зеркала, отражающие солнечный свет, чтобы сжечь корабли противника. Данное изобретение известно как «тепловой луч», или «зажигательные зеркала Архимеда». Конечно, речь идет не более чем об очередной легенде, связанной с именем нашего героя, которых существует немало. Однако подобное явление иногда имеет место быть: вспомним, например, что не стоит оставлять кусок стекла на сухих листьях во избежание пожара. Отрицать же подлинность этого исторического анекдота можно на основании двух аргументов: отсутствие достоверных исторических источников и невозможность осуществить такое с научной точки зрения.
Первое соображение, заставляющее признать тепловой луч легендой, основано на исторических аргументах. У нас нет никаких свидетельств об этом событии в заслуживающих доверия
ЛУЧИ СМЕРТИ В КИНО И НА ТЕЛЕВИДЕНИИ
Кинематограф обессмертил Архимеда в нескольких фильмах. Так, этот ученый показан седобородым и глубоким стариком в полнометражной ленте «Кабирия» (1914) — одном из первых исторических приключенческих фильмов, прообразе жанра пеплум. Режиссер Джованни Пастроне (более известный под псевдонимом Пьеро Фоско) снял историю римской девочки по имени Кабирия, живущей в эпоху Второй Пунической войны. В картине показано, как Архимед наносит поражение римскому флоту с помощью зажигательных зеркал, что способствовало закреплению в массовом сознании легенды о «тепловом луче», известном также как луч смерти.
Кадр из фильма «Кабирия» с Энрико Джемелли в роли Архимеда.
Тепловой луч на телевидении
Не так давно, в 2006 году, тепловой луч стал «героем» научно-популярной телепрограммы «Разрушители мифов», в серии под названием «Архимедов луч смерти». В съемках потребовалась помощь группы студентов Массачусетского технологического института, которым в 2005 году удалось поджечь аналогичным образом лодку, хотя и при определенных особых условиях. «Охотники за мифами» Джейми Хайнеман и Адам Сэвидж повторили эксперимент в Сан-Франциско с уменьшенной моделью триремы. Заключение было следующим: подобное событие могло случиться только утром (сиракузское побережье смотрит на восток), при идеальных погодных условиях и если корабль стоит неподвижно очень долгое время. В результате поджог флота, описываемый в легенде, был признан маловероятным событием.
источниках: мы не находим упоминания о нем ни у Плутарха, ни у Тита Ливия, ни у Полибия. Если бы зажигательные зеркала упоминались в жизнеописании Марцелла или в другом историческом труде, то сомнений было бы меньше, но их отсутствие в исторических источниках заставляет относиться к этой легенде более скептически. Полибий родился через 12 лет после осады Сиракуз и явно слышал о ней свидетельства очевидцев, которые не колеблясь вставлял в свои книги. Однако никаких более-менее близких по времени к упомянутым событиям рассказов о зеркалах не сохранилось. Практически первый, кто рассказал о них,— Гален Пергамский, греческий врач II века, который в своем труде о темпераментах писал: «Архимед сжег вражеские корабли пирейей». Однако и это свидетельство ненадежно, потому что «пирейя» может обозначать как зеркала, так и любые другие зажигательные средства, например горящие стрелы. И только в VI веке можно найти текст, где явно говорится о данном эпизоде, а именно — в книге Анфимия из Тралл (ок. 474—?) «Необыкновенные машины». Анфимий вошел в историю как архитектор (вместе с Исидором Милетским) Софийского собора в Константинополе. В упомянутом труде он рассуждает о возможности зажигать определенные вещества с помощью отраженного света. Хотя он и допускает, что Архимеду удалось поджечь римские корабли, но приходит к выводу, что для этого ему пришлось бы воспользоваться огромными параболическими зеркалами.
Остальные упоминания о тепловом луче еще более поздние и касаются, в частности, такой фигуры, как Прокл, инженер византийского императора Анастасия I. Греческий историк Иоанн Зонара (XII век) рассказывает, что Проклу удалось таким образом поджечь флот Виталиана в Константинополе. Мы здесь не приводим различные источники того времени и более поздних эпох, где упоминается данная тема: в любом случае они вторичны.
Еще одно основание признать зажигательные зеркала легендой, как уже было сказано, — это соображения научные и технические. Многие ученые долгое время пытались доказать, что речь идет о мифе, но были и другие, склонные доверять рассказу о зеркалах. Французский философ и математик Декарт (1596-1650) в своей книге «Диоптрика» начисто отрицал возможность данного опыта. Он утверждал, что используемое для подобных целей зеркало должно иметь огромные размеры, а точность его изготовления должна быть невероятной.
У геометра, решающего задачу, воображения не меньше, чем у поэта, хотя они и обращаются с предметом своего творчества по-разному: первый его расчленяет и анализирует, второй собирает и украшает. [...] Из всех великих людей древности, возможно, только Архимед заслуживает права быть поставленным в один ряд с Гомером.
Жан Батист ле Рон д’Аламбер (1717—1783), физик, математик, философ и астроном
Напротив, люди такого масштаба, как Галилео Галилей, Бонавентура Кавальери и Роджер Бэкон, высказывали доверие историческим сведениям. Вполне вероятно, что они находились под обаянием личности Архимеда, не учитывали технической и научной реальности. Классический пример — Жорж Луи Леклерк (1707-1788) граф де Бюффон, построивший систему зеркал, с помощью которых ему удалось поджечь кусок дерева, сконцентрировав на нем солнечные лучи. Речь идет о системе из 168 зеркал размером 16 х 25 см. Каждое из них необходимо было разворачивать отдельно, чтобы наводить лучи на мишень.
Однако устройство приходило в рабочее состояние далеко не сразу: требовалось потратить не менее получаса, плюс время на то, чтобы дерево загорелось.
Может быть, Архимед смог убедить Марцелла держать свои корабли как можно дольше в неподвижности? А еще он, наверное, был способен успокоить гладь моря, пока лучи наводятся на одну точку? Именно в этом и заключалась проблема, потому что зажечь дерево с помощью определенного типа отражателя возможно, но для этого нужны время и точность наводки. Каким гениальным ученым ни был Архимед, он не мог гарантировать ни одного из данных параметров.
СОЛНЕЧНЫЕ ПЕЧИ
Несмотря на серьезные доводы в пользу того, что тепловой луч Архимеда всего лишь легенда, научная идея, лежащая в основе этой легенды, сегодня успешно применяется на практике. Солнечная энергия может быть использована множеством способов, среди которых в данном случае нам наиболее интересен термический, то есть прямое применение тепла солнечных лучей. Это тепло может пойти на приготовление пищи, подогрев воды или для превращения его в механическую и в конечном счете электрическую энергию. Сущность трех приведенных выше применений одна и та же: концентрация солнечных лучей с помощью параболических отражательных систем (рисунки 1-3).
РИС. 1
Если поместить емкость с приготовляемой пищей в фокус параболического зеркала, то с помощью солнечного тепла можно будет готовить. В сущности, идея этой системы та же, что и у зажигательных зеркал Архимеда.
РИС. 2
В башенной технологии гелиостаты (подвижные зеркала), расположенные вокруг башни, концентрируют солнечные лучи на верхней ее части. Там они нагревают жидкость, которая, расширяясь, с помощью вращения турбины производит электричество.
В параболическо-цилиндрической технологии зеркала располагаются на поверхности параболического цилиндра; солнечный свет концентрируется на трубах, проходящих вдоль оси цилиндра. По этим трубам течет жидкость: испаряясь, она вращает турбины, которые превращают кинетическую энергию в электрическую.
Потерянный свет Архимеда
Различные источники цитируют «Катоптрику» — работу, написанную Архимедом и не дошедшую до наших дней. Хотя он глубоко изучил многие свойства параболы, однако нет никаких письменных свидетельств, которые подтверждали бы, что Архимед знал о свойствах параболических зеркал. Более того, ученые, верившие в дальнейшем легенде о зажигательных зеркалах, на самом деле никогда не говорили о параболическом зеркале, а только о группе зеркал, ориентированных так, чтобы отбрасывать солнечные лучи в одну точку. Надо отметить, что система подобных зеркал эквивалентна параболическому зеркалу, особенно если они ориентированы в соответствии с поверхностью параболоида (см. рисунок на стр. 132).
Один из наиболее надежных источников об утерянном трактате Архимеда — это высказывание греческого математика Теона Александрийского (335-405). В своих комментариях к «Альмагесту» Клавдия Птолемея он говорит:
«И падающие из него [глаза] на воздух лучи подвергаются преломлению и делают угол зрения больше, как и доказывает Архимед в «Катоптрике», говоря, что помещенные в воду предметы кажутся большими и тем больше, чем ниже они уходят».[1 Перевод И. Н. Веселовского.]
При наличии важных свидетельств существования трактата «Катоптрика» представляется возможным, что именно он и послужил источником легенды о тепловом луче. Как мы уже видели, для получения своих теоретических результатов Архимед проводил разнообразные эксперименты. Так что «Катоптрика», видимо, была математическим трудом, в котором использовались некоторые физические опыты. Возможно, друзья или близкие ученого знали об этих опытах, и слухи о них со временем послужили основой будущей легенды.