Открытия и изобретения ХХ века. Энциклопедия

© Николай Яковлевич Надеждин, 2024

ISBN 978-5-0064-2686-3

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Открытия и изобретения ХХ века

Глава 1

На пороге великих открытий – итоги ХIХ века

Каждый век оставляет в истории человечества свой неповторимый след. Восемнадцатое столетие дало миру необычайно бурный расцвет науки и искусства. Поэтому XVIII век принято считать веком просвещения. Минувший XX век можно назвать веком технологий – поскольку именно в этом столетии остроумные изобретения превратились в миллионы замечательных устройств, транспортных средств и прочих важных и нужных вещей. Ну а XIX век принято именовать веком техники.

Век техники? Разве? Но в позапрошлом столетии не было автомобиля, самолёта, электроники. Не было ядерной физики, космологии, генетики. Не было ни одной современной технологии, без которых мы не представляем сегодня своей повседневной жизни. Да вот хотя бы… Просыпаемся мы утром под мелодичные звуки электронного будильника. Разогреваем завтрак в микроволновой печи. Вполглаза смотрим телевизионные новости. Затем торопимся на автобус, трамвай, поезд метро или заводим автомобиль. На службе включаем компьютер, на учёбе – в школе или институте – диктофон, маленький карманный компьютер или хотя бы достаём из портфеля автоматическую ручку… Ничего этого в XIX веке вроде бы не было.

Вот именно – вроде бы. На самом деле, было если ни всё, то очень многое. Будильники были, хотя и механические. Чернильная авторучка – была. Телевидение (представьте себе!) тоже было, и тоже механическое (о нём обязательно поговорим в отдельной главе). Были метро, трамваи и автобусы (на самом деле конка и омнибусы – общественный транспорт на конной тяге). Автомобиль появился тоже в позапрошлом веке (и даже существенно раньше, если вести отсчёт от паровых «самобеглых» экипажей). XIX век, действительно, был веком техники. И следующий, XX век в полной мере использовал открытия и изобретения века предыдущего, усовершенствовал их, вывел на новый уровень. Но базой были всё-таки открытия давнего прошлого, без которых бы ничего не было – ни автомобиля, ни самолёта, ни кино, ни компьютеров, ни полёта умных автоматических зондов-роботов на планету Марс.

Нам непременно следует отдать должное XIX веку и вспомнить основные достижения в области науки и техники того славного времени. Всего, конечно, мы охватить не сможем, а потому остановимся на самом любопытном и, возможно, на самом важном. Хотя… кто может сказать, что важней – открытия, скажем, в области неорганической химии или создание подводной лодки? И тем не менее…

Первым из важнейших изобретений XIX века можно назвать пароход. Его создал американец, ирландец по происхождению, Роберт Фултон (родился 14 ноября 1765 года в городке Литл-Бритен, названном позже его именем, умер в Нью-Йорке 24 февраля 1815 года). Особо отметим, что по профессии Фултон был художником и ювелиром – он занимался живописью по слоновой кости, рисовал портреты для медальонов и колец. Потом мы увидим, что множество изобретений позапрошлого века были сделаны именно художниками. Возможно, причина в том, что хороший художник видит больше и немного иначе, чем обычный человек.

В 21 год юный художник отправился в Европу на деньги, собранные американскими меценатами. Он поселился в Лондоне, но в ювелирном деле не преуспел. Потратив несколько лет на бесплодные поиски своего стиля в ремесле живописца, в 1794 году Фултон заинтересовался новейшим изобретением, будоражившим в те времена общественность – судном с паровым двигателем, приводящем в движение гребное весло.

Пароход конца XVIII века представлял собой крайне неэффективное средство передвижения. Громоздкий, тяжёлый и слабосильный паровой двигатель превращал речное судно в неповоротливую и тяжёлую на ходу баржу. Движитель в виде пары вёсел, приводимых паровым двигателем посредством системы рычагов, придавал судну настолько ничтожную скорость, что первые пароходы не справлялись с течением. Да и не суда это были вовсе, а всего лишь модели, технические казусы, большие механические игрушки.

Фултон предложил гребное колесо – целую систему вёсел, закреплённых на одном барабане, приводимом во вращение паровым двигателем. Упрощалась трансмиссия (система передачи силового момента с вала двигателя на движитель), многократно улучшалась эффективность парохода, как судна с механическим двигателем. Но для того, чтобы подкрепить своё изобретение практическим опытом, Фултону понадобилось ещё много лет. Его время ещё не пришло.

В 1796 году Роберт Фултон изобретает целую транспортную систему – внутренние каналы, которые согласно проекту следует прорыть по всей суше (поначалу в Англии). Забегая вперёд, скажем, что транспортная система Фултона была построена и работала много десятилетий. В книге Ильи Ильфа и Евгения Петрова «Одноэтажная Америка» описывается завод Генри Форда в Детройте. Там есть эпизод, в котором описывается пыхтящий пароходик, тянущий баржу с деталями автомобилей (или другим грузом, это не столь важно) по внутреннему каналу завода. То есть водные каналы были прорыты и вовсю использовались в промышленности. А поначалу, в первой половине XIX века, каналы использовались и в качестве транспортных путей для доставки грузов и перевозки пассажиров. Только развитие железных дорог, а в XX веке и автомобильного транспорта, поставили точку на этой любопытной системе. Это была едва ли ни первая современная технология, вытесненная ещё более современными технологиями. Позже мы увидим, что этот процесс – вытеснения одних технологий другими – происходит постоянно и сегодня даже ускоряется (вспомним хотя бы плёночную фотографию, пишущую машинку и виниловые грампластинки).

Тем временем Фултон увлёкся ещё одной идеей. Он вознамерился построить подводную лодку. И… построил её! Первую подводную лодку в мире с механическим движителем. Переехав в 1797 году во Францию, Роберт Фултон обратился к правительству Франции с предложением своего проекта. Подводная лодка должна была стать секретным оружием против кораблей британского флота (а Фултон был гражданином США и особых моральных неудобств из-за того, что направил свои усилия против Англии, не испытывал). Экипаж судна должен был скрытно подвести лодку к борту военного корабля противника, закрепить мину, отойти на безопасное расстояние и взорвать заряд. Удивительно, но Наполеон отклонил проект, посчитав его «зверским» и «постыдным».

В 1800 году Фултон на собственные средства строит лодку и испытывает её на реке Сене. Испытания прошли вполне успешно. Французы дали разрешение на проведения боевых испытаний, в ходе которых подводная лодка Фултона попыталась подойти к двум английским кораблям. Но англичане легко уклонились от диверсии – лодка шла очень медленно и неглубоко, чтобы оставаться незаметной… Но это была первая в истории человечества подводная лодка. И называлась она… «Наутилус»! Удивительно, правда?

Ну, а первый колёсный пароход Фултона был построен в 1807 году. Он назывался очень просто – «Пароход». Это название вскоре стало именем нарицательным, хотя ещё долгое время пароходом называли паровоз. В том же 1807 году пароход был переименован в «Северный Речной Пароход», годом позже, после официальной регистрации, в «Северный Речной Пароход Клермонт». Пассажиры и журналисты переименовали его на свой лад и первый пароход стал просто «Клермонтом». Второе паровое судно Фултона «Новый Орлеан» было построено в 1811 году. А в 1812 году Фултон построил первый в мире военный пароход «Демологос» (по другим источникам «Фултон»). Это было уникальное даже по современным меркам судно – катамаран, гребное колесо которого было установлено между корпусами. Эпоха парового флота началась…

Вторым в нашем кратком списке великих изобретений значится паровоз. У паровоза два «отца» (как, впрочем, у всех значительных изобретений – путь от идеи до воплощения долог и тернист, а великие идеи редко приходят в голову только одному человеку). Считается, что создателем первого паровоза и железной дороги был англичанин Ричард Тревитик (годы жизни 1771—1883). В 1801 году он построил безрельсовую повозку с паровым двигателем, прообраз паровоза. Но тридцатью годами ранее француз Никола Жозеф Кюньо (годы жизни 1725—1804) создал паровую повозку, которую считают первым в мире паровым автомобилем. Эта повозка сохранилась до наших дней, её можно увидеть в парижском «Музее искусств и ремёсел». Так был ли Тревитик подлинным изобретателем? Тем не менее, именно англичанин впервые додумался установить паровую повозку на рельсы. В 1803 году он построил первый паровоз, установив его на зубчатые металлические полосы – рельсы. В феврале 1804 года этот паровоз перевёз по специально построенной в Южном Уэльсе, на горно-металлургическом предприятии, где работал Тревитик, кольцевой железной дороге длиной в 10 миль 70 пассажиров и 10 тонн груза. А в 1808 году новый паровоз Тревитика под затейливым названием «Поймай меня, кто сможет» курсировал по кольцевой трассе в Юстон-Роуд, Лондон. Конструкция получилась очень сырой. Слишком большой вес паровоза – 5 тонн – повреждал плоские рельсы. Короче, это была ещё не вполне железная дорога, а лишь её прототип. Приоритет возведения «настоящей» железной дороги принадлежит Джорджу Стефенсону (годы жизни 1781—1848). В 1814 году он построил свой первый паровоз, который был легче и мощней машины Тревитика. На этот раз сама железная дорога была построена из двух рельсов с сечением в виде перевёрнутого тавра, на которых паровоз и вагоны удерживались бортиками колёс.

В 1825 году в строй вступила первая в мире железная дорога общего пользования – между английскими городами Дарлингтон и Стоктон. А в 1829 году Стефенсон построил, наверное, самый выдающийся паровоз за всю историю железнодорожного транспорта, лёгкую, мощную, необычайно скоростную для своего времени «Ракету».

В 1836 году в США начало работу Патентное бюро, в функции которого входила регистрация изобретений и открытий с целью защиты авторских прав изобретателей. Самый первый патент был выдан американцу Джону Рагглзу на паровозное колесо. Это изобретение используется до сих пор.

Настало время поговорить о другом величайшем изобретении позапрошлого века – о телеграфе. Его создателем считается Сэмюэл Финли Бриз Морзе (родился 27 апреля 1791 в городе Чарлстон, США, умер 2 апреля 1872 в Нью-Йорке), живописец, причём, успешный и достаточно известный – Морзе создал Национальную академию рисунка, созданную им же, и долгие годы (с 1826, по 1845) её возглавлял, состоял профессором живописи и скульптуры в Нью-йоркском университете. И, вообще, Морзе был хорошим художником. Однако, мы его помним, как изобретателя телеграфного аппарата и знаменитого кода – азбуки Морзе.

И всё же мы говорим – «считается создателем». Дело в том, что способ использовать электрический ток и провода для связи искали и другие изобретатели. Но Морзе первому удалось создать работающую систему и привнести в телеграф ряд важных усовершенствований. Сама идея (согласно легенде) телеграфа пришла в голову Морзе на корабле, когда он в 1832 году возвращался из Европы в Америку. До Морзе дошла весть об изобретении электромагнита, и он подумал о том, что неплохо бы каким-то образом использовать электромагнит для связи. Вроде бы тогда же (за три года до первого испытания самого телеграфа!) Морзе подумал и о том, что телеграфную линию можно проложить по дну океана, соединив таким образом Европу и Америку. Эту идею воплотил в жизнь американский предприниматель, торговец бумагой и (вы не поверите!) художник Сайрус Филд.

Телеграф Морзе устроен очень просто. Передающая станция – это телеграфный ключ с парой контактов, замыкающих и размыкающих электрическую цепь с включённой в неё батареей питания. Принимающая станция – электромагнит с укреплённым к сердечнику грифелем. При замыкании цепи телеграфным ключом на обмотку принимающего электромагнита поступает электрический ток, сердечник притягивается к обмотке электромагнита и прижимает пишущий узел (грифель) к бумажной ленте, протягиваемой пружинным механизмом. Таким образом передаётся сообщение – в виде чёрточек грифеля на поверхности бумажной ленты.

Принципиальных изобретений Морзе в области телеграфной связи два – изобретение специального кода для передачи сообщений и релейная линия связи. Азбука Морзе – система точек (коротких чёрточек) и линий – была изобретена им в 1837 году, но вовсе не с первого раза. Но в конце концов, именно азбука Морзе превратила телеграф из технической игрушки в работающую, очень надёжную систему оперативной связи.

Релейная линия – это длинная электрическая цепь, состоящая из изолированных друг от друга автономных участков, оборудованных реле – электромагнитами с группой замыкающих контактов. Внедрение реле в телеграфную линию позволило создавать линии связи любой длины. Дело в том, что в медных проводах электрический ток очень быстро затухает. Несколько километров – вот максимальная дальность устойчивой связи по паре обычных проводов. В релейной линии ток от основной батареи проходит через замкнутые контакты передающего ключа, достигает обмотки электромагнита принимающей станции и притягивает сердечник. Но сердечник не связан с грифелем, а замыкает пару контактов другой, промежуточной цепи, снабжённой собственной батареей питания. Ток достигает второго промежуточного реле, которое замыкает цепь следующего реле и так далее. Кроме устойчивой связи, релейная линия обладает ещё и повышенной надёжностью. При обрыве проводов (а они прокладывались по воздуху, на деревянных столбах) повреждается только какой-либо промежуточный участок линии, а не вся телеграфная сеть. Определить повреждённый участок проще, чем найти повреждение длинной линии. Кроме того, релейной телеграфной линии не нужны мощные источники питания.

В полной мере с недостатками безрелейной линии связи столкнулся Сайрус Филд, у которого не было возможности устроить релейные развязки на дне океана. В результате шесть тысяч километров кабеля было проложено в виде одной непрерывной электрической цепи. Электрический сигнал быстро затухал, с передающей стороны (из Англии в США) пришлось увеличивать напряжение питания. И кабель попросту сгорел. И так происходило неоднократно. Однако, кабель через Атлантику был всё-таки проложен и даже работал – ещё в XIX веке…

Есть изобретения, которые в буквальном смысле меняют лик планеты, сам образ жизни человечества. К таким изобретениям смело можно отнести автомобиль – средство транспорта, приводимого в движение тепловым двигателем.

Первый автомобиль – повозка Кюньо (не исключено, что подобные повозки создавались и до него) – имел паровой двигатель. Логично предположить, что и первый мотоцикл тоже был паровым. Он был создан в 1869 году французами – братьями Пьером и Эрнестом Мишо. Это был велосипед, над задним колесом которого был установлен небольшой одноцилиндровый паровой двигатель. Крутящий момент передавался со шкива двигателя на заднее колесо велосипеда кожаным ремнём. Двигатель, который был объединён с паровым котлом, был установлен прямо под сиденьем. Конструкция выглядит несколько… монструозной, но она работала. И это был самый настоящий мотоцикл.

Кстати, вместе с новым типом транспортного средства братья Мишо изобрели и новый вид трансмиссии – ременную передачу. Ремень до сих пор используется в мотоциклах, а именно – в великолепных американских машинах «Харлей-Дэвидсон», едва ли ни самых известных в мире «чопперах» (тяжёлых шоссейных мотоциклах, для которых характерна высокая мощность двигателя и особая комфортная посадка водителя).

Но главное изобретение в области транспорта было сделано раньше. В 1860 году французский изобретатель Этьен Ленуар (годы жизни 1822—1900) построил первый в мире двигатель внутреннего сгорания, работающий по двухтактному циклу и вполне пригодный для практического использования. В двигателе Ленуара жидкое или газообразное топливо, смешанное с воздухом в пропорции, допускающей взрывообразное сгорание, поступало в камеру сгорания, воспламенялось, расширяющиеся газы толкали поршень вниз, а тот приводил во вращение коленчатый вал. Во время ходя вниз поршень открывал сначала выпускные окна в стенке цилиндра, через которые наружу выпускались отработавшие газы, затем во время обратного хода вверх, поршень открывал впускное окно, через которое впускал в камеру сгорания новую порцию газо-воздушной смеси. Цикл повторялся.

В 1867 году на Всемирной Парижской выставке мир увидел двигатель нового типа – четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания, построенный немецким изобретателем Николаусом Августом Отто (родился 10 июня 1832 года в Хольцхаузене, сегодня территория Германии, умер 26 января 1891года в Кельне). Это был рабочий образец, который, впрочем, практической ценности ещё не имел. У двигателя не было газораспределительного механизма – впрыск топливовоздушной смеси и выпуск отработавших газов не был согласован, а клапаны удерживались пружинами и открывались разрежением, создаваемым поршнем. Но в 1876 году Отто представил усовершенствованный вариант двигателя, уже с вполне работоспособным газораспределительным механизмом. Этот двигатель принёс изобретателю (между прочим, мелкому бакалейщику, не получившему ровно никакого образования) всемирную славу и немалые доходы. Благодаря помощи немецкого промышленника Лангена, Отто довёл свой двигатель до промышленного образца и за десять последующих десяти лет продал более тридцати тысяч экземпляров своего мотора.

Между прочим, некоторое время изобретателем двигателя внутреннего сгорания признавали француза Бо де Роша, которому удалось первому запатентовать идею. Но в отличие от Отто, Бош так и не воплотил свою задумку в металле… Если раскрыть любой немецкий технический журнал, посвящённый автомобилям или мотоциклам, то в таблице технических характеристик нового автомобиля мы непременно увидим указание на то, что в машине установлен «двигатель Отто». Это дань уважения великому изобретателю, усилиями которого мир, в конце концов, и получил автомобиль.

А дата и место появления первого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания до сих пор вызывает споры. Мы лишь деликатно скажем, что один из первых автомобилей в мире построил немец Карл Бенц (годы жизни 1844—1929). Трёхколёсный «Моторваген» был создан в 1885 году и сохранился до нашего времени – он хранится в автомобильном музее в Мюнхене. Второй автомобиль (или… «один из вторых»? ) в 1886 году построил другой немецкий изобретатель – Готлиб Вильгельм Даймлер (годы жизни 1834—1900), будущий партнёр Бенца. А годом раньше Даймлер и его тогдашний коллега Вильгельм Майбах (годы жизни 1846—1929) создали первый в мире мотоцикл с четырёхтактным двигателем Отто.

Встретив на дороге современный «Мерседес», подумайте о том, что это прямой потомок двух самых первых в истории человечества автомобилей. И очень достойный, следует признать, потомок…

Далее – пунктиром. Что дал нам XIX век?

Пластмассы – искусственные материалы, которых не существует в природе. Первым искусственным материалом стал ксилонит. Этот полимер был получен в 50-е годы XIX века английским химиком Паркесом из смеси нитроцеллюлозы (обработанной нитрирующим раствором клетчатки растений), спирта, камфоры и касторового масла. В 1870 году американец Хайетт усовершенствовал состав ксилонита и получил целлулоид, пластичный искусственный материал, который с 1872 года начал производится промышленным способом. Целлулоид быстро распространился по всему миру и использовался для производства расчесок, игрушек, жестких воротничков, первого полимерного (так называемого «пластического») стекла. Позже целлулоидная пленка была использована в фотографии, а затем и в кинематографии в качестве прозрачной подложки для светочувствительных материалов.

Бумага из целлюлозы. До изобретения в начале XIX столетия немцем Келлером процесса приготовления однородной органической массы из древесного сырья, подвергнутого очистке от смол и других примесей вывариванием, бумагу производили из старого тряпья. Волокна ткани размачивали, измельчали, раскатывали, прессовали и высушивали, получая листы бумаги. Использование вместо вторичного сырья целлюлозы – бумага изготовлялась из древесных волокон по той же технологии – удешевило сам процесс. Более того, целлюлозную массу можно получить из любого волокнистого материала, включая и бумажную макулатуру. Использование макулатуры позволяет экономить древесину, поскольку на изготовление одной тонны бумаги уходит четыре кубометра древесины.

Новая технология производства бумаги многократно удешевило печатное производство – появилась офсетная печатная машина, в разных странах стали выпускаться массовые газеты, резко увеличились тиражи издаваемых книг. Таким образом, одна технология потянула за собой другие. И бумага из древесины самым удивительным образом сказалась на развитии системы образования, наук, средств массовой информации…

Нет, невозможно охватить все изобретения позапрошлого века в одной главе. Это невыполнимая, немыслимая задача. Фотография – от первых опытов Нисефора Ньепса и Луи Дагера, до создания Джорджем Истменом в 1888 году первой в мире массовой фотокамеры. Да, да, в 1888 году в США, а затем и в других странах появились первые фотолаборатории для обработки любительских фотоснимков, а сама фотография стала увлечением миллионов.

Изобретение телевидения. В 1884 году (!) 24-летний (!!) немецкий изобретатель Пауль Нипков (годы жизни 1860—1940) осуществил первую передачу движущегося изображения по однопроводному каналу связи при помощи вращающегося диска со спиральными отверстиями. Этот диск впоследствии был назван «диском Нипкова». Принцип действия телевидения Нипкова (он назвал его «электрическим телескопом») заключается в том, что при вращении диска происходит построчное сканирование изображения. Луч, проходящий через отверстия диска засвечивает фотоэлемент серией последовательных импульсов. Поскольку отверстия расположены по спирали, картинка считывается по горизонтали – точка за точкой, образуя строку. При этом первое отверстие спирали считывает первую строку картинки, второе отверстие – вторую строку, третье – третью. Сложенные вместе строки образуют полный кадр. В приемнике происходит обратное преобразование электрического сигнала. Принятый приемником и усиленный сигнал подается на неоновую лампу и управляет яркостью ее свечения. Перед лампой располагается второй диск Нипкова. При вращении диска глаз видит не весь кадр сразу, а только ту строку, которая высвечивается через проходящее в данный момент отверстие. Благодаря инерционности зрения, отдельные элементы строки сливаются в строку, а отдельные строки – в целое изображение.

Добавим, что механическое телевидение не замерло на стадии теоретических разработок и лабораторных опытов. В 30-е годы XX века и вплоть до начала Второй мировой войны в СССР велись регулярные телепередачи в этой системе телевидения. То есть механическое телевидение некоторое время сосуществовало с более прогрессивным электронным…

Дирижабли, нарезное огнестрельное оружие, телефон, фонограф, лифт, небоскребы… Но тут наступил XX век. И открылась новая страница истории, которой и посвящена эта книга.

Глава 2