Секрет изобретателя

ПОБЕДИТЕЛЬ ДРАКОНА

Неисчислимы пути, по которым приходят изобретения.

Где-то у Марка Твена я читал забавную сказку. Во владениях некоего короля поселился огнедышащий дракон. Дракон жил так, как положено сказочному дракону: по ночам выползал из пещеры, пожирал жителей, разорял города и деревни. Король тоже вел себя так, как положено сказочному королю. Он объявил международный конкурс, посулив руку дочери тому храбрецу, который убьет дракона.

Со всех концов света съезжались рыцари, закованные в железо. Они кидались в логово дракона с копьями наперевес и навсегда исчезали в пещере. Дракон не уставал жевать рыцарей в жесткой железной скорлупе. Королевна с отчаянием следила за исчезновением стольких женихов, она рисковала остаться старой девой. И вот является хилый рыцарь без всяких доспехов, в пенсне и с дорожным рюкзаком за плечами. Явился и мямлит, щуря близорукие глаза:

- Я, видите ли, тоже желал бы испытать свои силы в поединке с драконом.

И такой он был хилый и близорукий, что рыцари и дамы захихикали, а король пожал плечами, но согласие дал. Королевское слово крепко.

Собрались придворные поглядеть на смерть чудака. А чудак вынимает из мешка пожарную каску и огнетушитель и уверенным шагом идет к пещере.

Дракон зарычал, высунул голову, пламенем дохнул из пасти.

Но рыцарь проворно хлопнул оземь огнетушителем. Пенная струя ударила в огненную глотку. Дракон задымил и сдох. Закатили на радостях пир горой. Король подхватил героя под руку, потащил его к столу. Стали спрашивать, как он осилил дракона.

- Милостивые государи и государыни, - начал рыцарь, назидательно подняв палец, - я первый подошел к этой проблеме научно. Мои уважаемые коллеги и предшественники слепо бросались на чудовище, не разобравшись предварительно, с чем имеют дело. Я же поставил вначале лабораторные опыты. Пришлось построить специальный инкубатор и в лаборатории вывести из драконовых яиц маленьких драконят. Тщательно изучив их поведение, мне удалось выяснить, что жизненной силой дракона является огонь, и если его погасить, дракон погибнет. Теперь мне осталось только снять со стены огнетушитель... И вот дракон у ваших ног.

Я не помню сейчас, как кончается сказка, женился рыцарь на королевне или нет. Нас не это интересует.

Важно другое. Рыцарь наш - изобретатель. Он ведь изобрел оружие против драконов.

Тут Марк Твен шутливо описал один из путей, которыми изобретатель доходит до изобретения, Путь решения задачи - "в лоб". Изобретатель ставит задачу, проделывает в лаборатории опыты и постепенно, шаг за шагом, медленно, но верно добирается до правильного решения.

ПУНЦОВОЕ ИЗ ДЕГТЯ

Именно так в середине прошлого века было сделано важное изобретение в химии: способ искусственного получения пунцовой краски - ализарина.

Раньше ализарин находили в готовом виде - в корнях полевого растения морены. Химия в те времена была развита слабо. Кое-кто считал, что и вообще человеку не под силу искусственно делать естественные вещества, которые встречаются в природе.

- И не пытайтесь! - шептали некоторые, строя таинственное лицо. - Есть в природе такие вещи, которых никогда не освоить человеку. И у многих опускались руки.

Но красильщикам дела не было до каких бы то ни было тайн. Им нужна была краска, чтобы красить ткани. Они требовали ализарин наперебой и так взвинтили спрос, что растения морены стало нехватать. Краска страшно вздорожала, и химики начали добиваться получения ализарина искусственным путем.

Многие поломали на этом деле копья и все нападали на неразрешимые технические трудности. Наконец изобретатели добились своего: получили ализарин из каменноугольного дегтя. Пунцовое из дегтя! Как это пришло в голову?

Как они добрались от корней растеньица морены к черному каменноугольному дегтю?

Нельзя же думать, что составили они алфавитный список всех и всяких вещей и давай пробовать все подряд, по алфавиту:

Невозможно поверить, чтобы изобретатель набрел таким путем на нужный ему исходный материал.

Ведь одних химических веществ сейчас известно более полумиллиона.

В том и секрет успеха, что изобретатели и не стали вслепую толкаться из стороны в сторону. Они постарались найти дорогу повернее. Изобретатели не только знали химию, они еще и уважали математику. Изобретатели рассуждали так, как решают геометрическую задачу.

Предположим, задача решена - ализарин получен. Возьмем готовый ализарин из корней морены я изучим такие его химические реакции, которые, если их провести в обратном порядке, снова дадут ализарин. Скажем, реакция окисления и восстановления.

С помощью цинковой пыли удалось восстановить ализарин. Вышло удачно. Получилось хорошо известное вещество антрацен.

Его-то химики знали, как получать. Он легко получается из каменноугольного дегтя. Порядком повозившись в лаборатории, химики научились окислять антрацен и вскоре стали готовить ализарин на заводе.

Красильщики получили дешевую краску. Люди искусственно сделали, сложное естественное вещество, встречавшееся только в природе. Они лишний раз убедились в том, что нет для человека в мире непостижимых тайн, и еще крепче поверили в свою безграничную силу.

РАЗУМНОЕ ПЕРО

А бывает, что и без всяких опытов, чисто математическим путем приходят к неожиданным изобретениям. Любопытные обступают изобретателя и его чудодейственную машину, восхищаются, спрашивают: "Как вы додумались? Какой вы умный!"

- Это не я, - улыбается изобретатель, - это перо мое умное!

И правда, есть в истории открытия и изобретения, словно пойманные на кончик пера. Рассказать о них толком невозможно в этой простой книге. Ради намека на то, как они делаются, мы расскажем об одном открытии, сделанном при помощи математики.

Было время, когда такой запутанной, такой прихотливой представлялась игра электрических и магнитных сил, что охватить их причуды казалось не под силу человеческому воображению. Когда физик Максвелл задумал проникнуть в тайны их игры, он привлек на помощь воображению математику.

Он сумел уловить и представить себе начальную связь электрических и магнитных сил и перевести ее на язык математических уравнений. После этого стало возможным дать на время отдых воображению. Заключив явление в математические выкладки, Максвелл будто перестал о нем и думать. Он строчил формулу за формулой, беспокоясь только о том, чтобы не наврать в математике. Он, казалось, совсем оторвался от действительности и не видел ничего, кроме кончика своего пера.

Вот исписана кипа листов, завершилась громоздкая работа.

Максвелл бросает перо и разбирает заключительные выводы. Он стремится снова перевести на язык действительности все, что написано его пером.

Результаты многозначительны. Умное перо, стартовавшее от уравнений борьбы электрических сил, ни на шаг не отклоняясь от пути, предначертанного законами математики, прибежало к характерным уравнениям, которыми физики описывают волны.

Максвелл снова напрягает все свое воображение, силясь представить себе физические явления, которые изображаются этими, так необычными в мире электричества уравнениями.

И воображение рисует необычную картину. Силовые линии, линии электрических и магнитных сил, прочно связанные с током в проводнике, вдруг отрываются прочь, наперекор учебникам и трактатам, - отрываются и свободно летят в пространстве, расширяясь, словно водяные круги волн на воде. Только этот никем еще не виданный процесс могут изображать уравнения.

Электрические волны?! Их не существует в природе! Максвелл в сотый раз проверяет свои уравнения, и все явственней проступает картина. Вот значок "с" - это скорость волн. И нетрудно доказать, что равна она скорости света.

Столбики формул стоят незыблемо, как колонны монолитной каменной кладки, без единой трещины и изъяна. Ясный голос математики заглушает смутный протест воображения.

Максвелл пишет статью и отдает ее на суд ученых: если правильно то, что я положил в основу, то вот чего должны мы ожидать, в промежуточном ходе рассуждений я не сомневаюсь. Кто не согласен, пусть опровергает! Только лучше не занимайтесь опровержениями. Ставьте опыты. Ищите электрические волны. Они есть. Они вокруг нас. Ищите и отыщете!

Проходит почти двадцать лет, и ученые, поставив опыты, действительно открывают в природе электромагнитные волны, а еще через семь лет изобретатель Попов применяет их в технике. Предсказание чудесно сбывается, словно вязь математических значков на листках бумаги, - это шифр волшебного заклинания, которому подчиняется природа. И пусть попробует природа не подчиниться значкам, если математические законы это и есть самые строгие, самые неумолимые законы самой природы!

Как рычаг умножает силу мышц, так и математический метод умножает силу мозга. Но, конечно, надо уметь его применять, постоянно проверяя себя опытом, проверяя воображением, чтобы не оторваться насовсем от действительности.

Для умелого изобретателя математика - вторая голова.

Впрочем, кто теперь сомневается в могуществе математики, - теперь, когда все больше и больше появляется машин, построенных на основании одних вычислений, одних математических выводов, когда не только радиостанция, посылающая в эфир незримые волны, но и дизель, измазанный маслом, дизель, пышущий гарью и вонью, - все это изобретения, рожденные математикой, добыча разумного пера.

Бывало, что изобретатели ставили перед собой задачу и приходили к ее решению шаг за шагом, путем опытов и математических рассуждений.

Глава пятая ИЗОБРЕТЕНИЯ СО СТОРОНЫ

ЧУДЕСНОЕ ЛЕЗВИЕ

Говорят, что изобрести можно только в той области, которой занимаешься.

Да и в самом деле - разве может зубному врачу притти в голову новая деталь подводной лодки? Он, быть может, всю жизнь провел среди разинутых ртов и подводных лодок в глаза не видел. Другое дело, если бы этот врач попал во флот, стал бы плавать. Но тогда уже это был бы не просто врач, а подводник.

А пока он лечил зубы, он по своей части мог бы выдумать пломбу какую-нибудь, но уж никак не деталь подводной лодки.

Но вот, однако, если заглянуть в историю изобретений, то многое как будто противоречит этому, много найдется изобретателей, которые прославились не по своей специальности.

Изобрел человек нож. Чем больше нож режет, тем он острее.

Инструментальщики говорят:

- Этого быть не может. Всякий инструмент от работы тупится. Тупятся ножи, резцы, стамески... Каждый техник знает, что инструмент надо затачивать.

- Я не техник, - отвечает изобретатель, - я зоолог. Мне известно другое. Звери только и делают, что грызут, грызут, грызут... Но заметьте, у всех грызунов, молодых и старых, одинаково острые зубы. И зверье не носит своих зубов к точильщику...

Дело в том, что зуб грызуна состоит из слоев различной крепости. Более крепкий слой находится в сердцевине и со всех сторон обложен слоями помягче. Быстрее срабатываются наружные, мягкие, слои, крепкая сердцевина все время возвышается над ними, как горный пик, и зуб остается острым.

Так же устроен и мой, всегда острый нож. Он похож на слоеный пирог, составленный из тончайших листов стали различной крепости. В середине самая крепкая сталь, по бокам идут листы помягче. Пока ножом режут, он всегда остается острым, потому что неравномерно стачиваются слои. Только ржавчина может его притупить.

Так русский зоолог Игнатов изобрел лезвие, похожее на сказочный меч, который тупится только тогда, когда лежит в ножнах.

КАК СВАЛЯЛИ КНИГУ

Рассказывают старую историю про то, как изобрели бумагу. Изобрели ее будто бы в XI веке в одном итальянском монастыре. Одного буяна-монаха в наказание заперли в келье - пусть, мол, посидит, одумается, придет в себя. Но монах не хотел сидеть взаперти. Он считал, что терпит напраслину. Он ногами бил в дверь, кляня всех на свете. Никто не отзывался.

В бессильной ярости монах разорвал на себе рубаху. Он зубами раздирал ее на куски. Он жевал ее, скрежеща зубами, и выплевывал в бешенстве на стол комочки жеваной ткани. Понемногу гнев остывал.

Тут монах заметил, что напакостил. Куча жвачки лежала на столе. Он сгреб в горсть эту кашу и шлепнул ее с размаху о кафельную печь. И завалился спать, обессилев.

Наутро дверь была попрежнему заперта. Было скучно. Монах слонялся по келье, ища занятие. Вдруг он увидел на печи какую-то сероватую нашлепку. Он отодрал ее прочь и нашел, что та сторона, что приклеилась к кафелю, гладкая, как пергамент. В келье были перо и чернила, и через несколько минут монах, закусив язык, прилежно вырисовывал на лепешке заглавные буквы.

Таким образом, рассказывают итальянские бумажники, буян-монах открыл секрет изготовления бумаги.

Не слишком правдоподобная история. Если принять ее на веру, то первая бумажная фабрика, пожалуй, представится так. Сидят люди, жуют рубашки и плюют в потолок. И по временам сдирают с потолка бумажные обои. Удивительно нелепая история. И все-таки ей верили. И переписывали из книги в книгу. Только лет восемьсот спустя, в конце прошлого века, доискались, как была изобретена бумага.

Изобрели ее не в XI веке, а гораздо раньше, может быть в I веке, и не итальянцы, а народы Средней Азии.

Среднеазиатские кочевники были замечательными мастерами валять войлок. Как им такими не быть! Льна не сеяли, хлопка не растили, шелковичного червя не разводили. Зато верблюжьей и овечьей шерсти - хоть завались. Вот и валяли из шерсти войлок, а уж из войлока делали все: одежду, палатки, кошму для кибиток. Войлок у кочевников - самый первый материал.

Из Китая в Среднюю Азию приходили книги. Кочевники вертели книги в руках, хвалили красивую китайскую работу. Работа чудесная! Книги написаны на бледном хрустящем шелке. Шелк покрыт гибкой сверкающей пленкой прозрачного лака, а по лаку цветной тушью письмена.

Вызывает хан своих мастеров и дает им нахлобучку:

- Только и умеете, что войлок валять! Смотрите, что делают китайцы... Какая прелесть!

- Не гневись, светлейший хан, - кланяются мастера. - Будь уверен - сделаем не хуже.

- Где уж вам! Молчите... Вам и ткани такой не выткать!..

Мастера спорить с ханом не стали. Был у них в головах собственный план: сделать книгу по-своему, по-особенному.

"Верно, - думают, - что ткани такой нам не выткать, но не совсем уж мы безрукий народ. Войлок умеем валять замечательно, и в этом деле никому нас не перещеголять. Сделаем книгу из войлока. Только как свалять тончайший войлок светлый и прочный, как шелковая ткань? Верблюжья шерсть тут не пойдет - груба".

На первых порах решили использовать тот же шелк. Набрали шелковых лоскутков и давай их толочь, растирать между камнями. Распушили на тончайшие волоконца. И потом все в воду. Мелкие волоконца всплывали на поверхность и сбивались, как пушинки одуванчика в сонном летнем пруду.

Они плавали на поверхности воды, как белая пленка. Эта пленка была будущим книжным листом. Ее надо было снять с воды, как снимают пену с супа, шумовкой какой-нибудь. Вместо шумовки взяли густое сито.

Вода сцедилась с сита, и на сетке осел слой тончайшего волокна. Его подсушили и легко отодрали от сита. Получился тонкий и прочный лист: крепко слиплись и переплелись тончайшие волоконца. Это был первый лист бумаги.

Из бумаги сделали книгу и писали на ней кисточкой из крысиных волос.

Неизвестно, понравилась ли хану книга. Может быть, и нет. Может, он остался при своем и считал, что у китайцев лучше. Кочевники были сплошь неграмотными, книги и бумага их не заботили.

Но китайцам бумажная книга очень понравилась. Китайцы мигом сообразили, какая важная вещь - бумага. Делать бумагу было много проще и дешевле шелковой ткани. Китайцы писали много книг, и бумага была им нужна позарез?

Вскоре кто-то из китайцев истер в большой ступе рыболовную сеть, и из нее сделали бумагу. Получилось еще дешевле.

А. в 105 году китаец Чай Лун докладывал императору Юан Кинг, что нашел способ делать бумагу из очесов льна, пакли, луба, молодого бамбука, тряпья, соломы, травы. Император остался очень довольным, а Чай Лун стал знаменитостью.

Не буян-монах и не сбухты-барахты придумал бумагу. Получили валяльщики книги, взглянули на них со стороны и начали делать бумагу по-своему, приложив к этому делу все свое высокое искусство.

ВСЕМОГУЩИЙ ВОЛЧОК

Кочевники потому изобрели бумагу, что сумели увидеть общее между войлоком и книжным листом. Большое дело уметь видеть общее, уметь различать из-за леса неважных подробностей общую суть вещей.

Именно суть, а не так: отобрали попарно корову и кресло, циркуль и курицу, рояль и фотографический штатив, отобрали и рады до слез - нашли общее!

Одно тут общее: число ног. У коровы и кресла - четыре, у курицы с циркулем - две, у штатива с роялем - три. Никого эти частности не интересуют!

Умению видеть общее учит людей наука, теория. Рассказывают, что Герой Социалистического Труда конструктор Шпитальный набрел на идею своего сверхпулемета, перелистывая книгу по астрономии. Среди чуждых уравнений, изображавших движения небесных светил, он увидел странно знакомую формулу движения воды в гидравлической турбине. Себе не веря, Шпигальный вчитался в текст и понял, что это уравнение движения в спиральной туманности.

Бездна отделяла турбину от чудовищного звездного облака, способного поглотить тысячи солнечных миров, но формулы выглядели на одно лицо. Формулы были законами движений, записанными математическими значками, и в них отразилось то общее, что было присуще движениям во всей нескончаемой вселенной. Общий закон управлял и водоворотом и туманностью, затерянной в б"дне неба.

Шпитальный взял карандаш и вывел этот закон, вывел обшую формулу поступательно-вращательного движения в природе. Оказалось, что той же формуле можно было бы подчинить и движение механизмов пулемета, о котором он в то время думал. И тогда получилось бы оружие невиданной скорострельности.

Шпитальный осуществил свою идею, и расчеты его оправдались. Механика неба воплотилась в механику пулемета.

Знание теории, знание общих законов природы помогает изобретателю на каждом шагу. Люди сами порою не знают, какое могущество скрывается в скромных математических уравнениях, и даже не представляют себе, к каким они приведут практическим результатам.

В прошлом столетии многие крупные ученые заинтересовались теорией волчка. Целыми днями сидели на корточках - волчки пускали: наблюдали, измеряли, соображали, подсчитывали. Только о волчке и думали, только о волчке и говорили.

- Ляжем костьми на этом месте, а разгадаем в конце концов секрет волчка! Почему неподвижный волчок вяло лежит на полу, а когда развертится, становится словно живой, словно впивается острием в пол и стоит так на острие, упрямый и неуклонный? Какие тут действуют силы?

Коллеги их увещевают:

- Как вам не стыдно заниматься подобной ерундой. Кому это нужно? Разрабатывали бы теорию корабля или другой какой нибудь полезной вещи. А то волчок. Игрушка! Все равно что играть в бирюльки!

Но ученые все-таки докопались до секретов волчка, изучили действующие в нем силы и написали об этом гору научных статей сплошь из одних математических уравнений.

Каждый удивился бы, кто увидел: столько математики и все о волчке!

- Разработана общая теория волчка, - поясняют ученые. - Установлены и записаны на языке математики общие законы для всех волчков, которые существуют и которые могут появиться в будущем.

Техники в этой теории раньше не разбирались. Но вот открыли артиллеристы, что остроносый удлиненный снаряд летит из пушки вдвое дальше, чем круглое ядро. Одна беда - кувыркается снаряд в воздухе. Как бы сделать так, чтобы он все время летел носом вперед и не кувыркался?

Сделали так, завертели снаряд, как волчок, и тогда он перестал уклоняться с пути. Полетели из пушек смертоносные волчки все, как один, точно в цель. И, конечно, артиллеристы кровно заинтересовались теорией волчка. Извлекли на свет громоздкие уравнения.

А тут приключился загадочный случай на море. Построили инженеры сверхскоростное военное судно. На маленьком суденышке установили мощную паровую турбину. Стремглав полетел корабль, едва касаясь воды. Стал рулевой делать разворот - не слушается судно руля. Крутят штурвал и туда и сюда - нет управления, да и только!

Строитель стоит на рубке, красный до корней волос. Позор! Неприятность!

Переделали руль - все бестолку. Словно сзади не руль; а собачий хвост. Нет управления, да и все тут!

- И не будет! - сказал один опытный инженер. В брюхе вашего судна вращается турбина - неуклонный, упрямый волчок. Потому так трудно свернуть корабль с пути!

Пришлось и судостроителям засесть за теорию волчка, Строить корабли сообразно с этой теорией.

Задались однажды вопросом: какая сила удерживает на ходу велосипед, не дает ему падать набок? Известно какая! У него колеса вертятся, как два волчка. Напишите уравнение волчка, - оно вам все объяснит.

Ходят статьи по рукам, и являются в головы блестящие изобретения. Может быть, не только велосипед, но и целый вагон можно пустить на двух колесах по одному рельсу, если упрятать внутрь массивный волчок? "Можно", отвечает теория. Так и сделали. Целый поезд катил по одному рельсу и не падал набок. Получилась однорельсовая железная дорога.

И если над пропастью протянуть стальной канат, то и над пропастью пронесется бесстрашный вагон, тихо покачиваясь, как канатная балерина.

Говорят, что магнитная стрелка все время показывает точно на север. На самом деле это не так. Спросите об этом любого капитана, и он расскажет вам, что магнитная стрелка все время гуляет при движении корабля, постоянно уклоняется в сторону. Ее отвлекают подземные залежи железа, ее раскачивают магнитные бури, пролетающие над землей. И моряк зачастую не может положиться только на компас.

Тут опять приходит на помощь чудесное свойство волчков, известное из теории. Маховики, пропеллеры, роторы турбин, все вращающиеся части машин, все волчки, какие только есть на земле, рвутся из своих втулок, чтобы стать в направлении Полярной звезды. Если тщательно сделать вращающийся волчок и дать ему свободу, то он безотрывно будет прикован к Полярной звезде и не будет менять своего направления, как бы ни поворачивался корабль.

На больших кораблях вращаются волчки, неустанно подгоняемые электричеством. Это гирокомпасы - на редкость хитроумные приборы.

Когда принялись проектировать гирокомпасы, формул стало нехватать. Пришлось дальше двигать теорию, выводить недостающие уравнения. Недавно инженеры сделали большое дело. Они изобрели автопилот, машину, которая сама ведет самолеты. Летчик может теперь отдыхать в полете. У него есть второй пилот - стальная машина без сердца и нервов, не знаюшая усталости. Он ей может передать управление в спокойную минуту.

Что это за машина? Волчок.

Волчки управляют самолетами.

В тиши лабораторий ученые стремятся проникнуть в тайну магнита. И оттуда доносятся слова: "волчок, волчок, волчок..." Тысячи инженеров изучают теперь теорию волчка, породившую столько изобретений. И советуют изучать другим, даже астрономам. Но астрономы и сами давно ее изучили. Ведь и вся наша земля - это огромный волчок.

Изобретения порою приходят со стороны. Из соседних областей науки и техники. Значит, надо учиться широко глядеть по сторонам, знать не только одно свое дело, быть широко образованным человеком.

Этому учит людей наука - теория.