В Сицилию Архимед вернулся уже вполне зрелым специалистом. Первые его труды были посвящены механике. Причем, пожалуй, впервые Архимед стал решать возникавшие перед ним задачи, используя совместно достижения разных областей знания. То есть, как сказали бы сегодня, он осуществлял комплексный подход к проблеме. Так, в своих математических работах Архимед нередко опирается на механику, он использует принцип рычага при решении ряда геометрических задач. Другими словами, получается, что Архимед был родоначальником математической физики или, вернее, физической математики.
Однако Архимед был не только теоретиком, но и практиком. Говорят, знаменитым он стал после того, как царь Гиерон, получив от мастера заказанную золотую корону, усомнился в честности ювелира. Ему показалось, что тот утаил часть золота, заменив его серебром. Но как выявить примесь в сплаве?
Гиерон вызвал своего придворного мудреца и велел ему решить задачу. Архимед денно и нощно размышлял о том, как решить задачу. Ход его размышлений был примерно таков. «Я могу взвесить корону и узнать ее вес, – рассуждал ученый. – Я могу взять брусок золота такого же веса и, замерив его длину, высоту и ширину, определить его объем. Если бы я знал объем короны, то мог бы точно сказать, содержит ли она примесь серебра, ведь оно немного легче золота. Но как определить объем предмета столь сложной формы?..»
Отчаявшись уж было найти решение, Архимед решил пойти в баню и, когда погрузился в ванну, обратил внимание, что уровень воды в ней поднялся. Он привстал – уровень воды опустился; снова сел – вода поднялась.
«Эврика! Я нашел!» – закричал Архимед и пустился, как был, голышом домой, чтобы проверить мелькнувшую идею на практике. Он вычислил объем короны по количеству вытесненной ею воды и уличил ювелира в мошенничестве.
Архимед предложил посылать лучи при помощи зеркал
Но главное для нас ныне не это. Архимед одновременно открыл закон, который носит его имя. Помните: «Если тело вперто в воду…» Ой, простите: «На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом».
И если случай с ванной – скорее всего, просто легенда, то закон Архимеда действует и поныне. Работают по сей день и другие открытия, изобретения древнегреческого мудреца. Им придумана и создана машина для поливки полей, работающая с помощью водоподъемного винта, разнообразные военные катапульты и баллисты для метания камней и дротиков. Ему приписывают и изобретение подъемной машины, с помощью которой Архимед одним движением руки спустил на воду огромный по тем временам корабль «Сирокосия», а затем придумал аналогичную машину для подъема из воды вражеских кораблей. Что послужило поводом для крылатого выражения, приписываемого ему же: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю!»
И наконец, премудрый Архимед, согласно легенде, сжег римские корабли, направив на них солнечные «зайчики» от множества зеркал. Но можно ли это сделать на самом деле? Чтобы ответить на этот вопрос, группа итальянских ученых провела любопытные математические расчеты и эксперименты.
С одной стороны, опыты подтвердили прозорливость Архимеда. Исследователи установили перед холщовым парусом, установленным в пустыне, 450 зеркал общей площадью около 20 кв. м. Поскольку каждое из зеркал с помощью отраженного излучения поднимало температуру паруса на полтора градуса, он действительно загорелся. Но то, что римский флот мог быть действительно подожжен с помощью зеркал, вызывало большие сомнения. Во-первых, хотя бронзовые зеркала были действительно обнаружены при раскопках в Сиракузах, однако их шлифовка была весьма несовершенной. Во-вторых, колеблющиеся массы воздуха между зеркалами и кораблями над водой существенно снижали бы нагревательную способность лучей. В-третьих, ученым пришлось ждать несколько минут, пока парус не загорелся. В летописях утверждается, что паруса и деревянные обшивки кораблей вспыхивали почти одновременно с потоками света, хлынувшими с берега.
Конечно, знаменитый грек мог иногда преувеличивать, но он все же не врал. И если пообещал сжечь вражеские корабли, то он их действительно сжег. Весь вопрос – как?
По мнению некоторых исследователей, система зеркал действительно существовала. Их свет слепил надвигающегося противника, и корабли на самом деле вспыхивали, как свечи. Но не «лазер» был тому причиной, а «греческий огонь» – зажигательная смесь из смолы, серы и селитры, еще неизвестная римлянам. «Зажигалки» метали из катапульт на городской стене – поразительно точно и эффективно. И вот это обстоятельство натолкнуло итальянских ученых на следующую гипотезу, которую они проверили экспериментами и расчетами.
По их утверждению, гигантские бронзовые диски, ослеплявшие врагов отраженным солнечным светом, служили своеобразными… «лазерными прицелами».
Загадка иерихонских труб
«…Народ воскликнул, и затрубили трубами… И обрушилась стена города до своего основания…» Так рассказывает Библия об одном из самых загадочных сражений прошлого – падении Иерихона. Но быть может, библейское сказание не более, чем сказка? Или очередное историческое заблуждение, поскольку стены разрушились совсем от иных причин?
Археологические исследования уже нашего времени выявили удивительные факты. Город-крепость Иерихон действительно существовал в Палестине, на территории современной Иордании в промежутке между седьмым и вторым тысячелетием до н. э. Остатки былых укреплений были найдены современными археологами. Причем, по мнению некоторых исследователей, стены города действительно были разрушены в короткий срок, а вовсе не пали жертвой времени и стихий…
Это открытие и подтолкнуло ученых к исследованию загадки феномена «иерихонских труб». Неужели можно создать некие устройства, от акустических колебаний которых не спасут и самые толстые стены?
Долгое время загадка оставалась неразрешенной. Да, громкие звуки действительно плохо действуют на людей. Во времена Средневековья, говорят, даже существовала такая жестокая и мучительная казнь: человека сажали под колокол, и гром меди постепенно убивал беднягу. Да, каждое сооружение имеет свою собственную частоту колебаний. И если на той же частоте возбудить колебания от постороннего источника, то может наступить резонанс – колебания сооружения самопроизвольно будут становиться все сильнее, пока оно не разрушится. Хрестоматийным стал исторический анекдот о роте солдат, которая, шагая в ногу, протопала по мосту, и тот рухнул…
Но чем дальше продолжались исследования, тем убежденней становилось мнение исследователей о том, что еще большие разрушения, чем гром и грохот, могут нанести звуки… неслышимые. Дело в том, что мы с вами собственными ушами слышим лишь часть акустических колебаний – примерно от 20 герц до 20 килогерц. Звуки ниже и выше этого диапазона наши барабанные перепонки не воспринимают, хотя они и существуют. Звуки ниже 20 герц стали называть инфразвуками, а выше 20 000 герц – ультразвуками.
В технике и медицине ныне чаще используют ультразвуки. Но это не значит, что и об инфразвуках ничего не известно.
Одним из первых на инфразвуки обратил внимание «чародей эксперимента» – знаменитый американский физик Роберт Вуд. В 1901 году он по просьбе своего приятеля, театрального режиссера, создал трубу с очень низким голосом. Когда Вуд задействовал ее в одном лондонском театре, надеясь, как и режиссер, вызвать этими звуками у зрителей чувство тревоги, необходимое по ходу спектакля, людей обуял самый натуральный ужас. Многие в панике бежали со спектакля.
Остатки иерихонских стен до сих пор напоминают о библейском предании
Театральный эксперимент пришлось прекратить. Но это вовсе не значит, что об опыте Вуда тут же и забыли. Изобретатели попытались найти военное применение инфразвуку. Так, скажем, в апреле 1945 года союзники обнаружили установку чудовищных размеров на полигоне в Хиллерслебене. Оказалось, что это излучатель сверхнизких звуков, созданный в Третьем рейхе. Акустические эксперименты решено было продолжить. Тем более что у союзников были и собственные мотивы для ведения дальнейших работ.
Например, от рабочих одного из заводов на юге Франции стали поступать жалобы на странные недомогания. Проработав несколько часов в цехе, многие чувствовали головную боль, тревогу, у кого-то даже шла кровь из носа… Выявить причину явления администрация завода поручила профессору В. Гавро. Тот провел серию исследований и понял, что причиной всему – вентилятор, с помощью которого проветривался цех. Оказалось, что лопасти его при вращении, кроме всего прочего, производили акустические колебания частотой около 7 герц. Эти инфразвуковые волны и стали причиной недомогания рабочих.
Обнаружив необычное явление, ученые принялись и дальше исследовать его. Для этого понадобилось воспроизвести инфразвук в лаборатории. В лаборатории Гавро был построен гигантский свисток, напоминающий многократно увеличенный полицейский. Сам профессор признавался, что не решается включить свою установку на полную мощность в 2 кВт из опасений разрушить здание лаборатории. Уже при излучаемой мощности в 100 Вт люди стремглав бежали вон, а стены и потолок покрывались трещинами.
Позднейшие опыты французского ученого подтвердили печальную славу сверхнизких колебаний. Люди, облучаемые инфразвуком, впадают в панику, страдают от сильной головной боли, теряют рассудок. При частоте 7 Гц наступает резонанс всего организма: «в пляс» пускаются желудок, сердце, легкие. Бывает, что мощные звуки разрывают даже кровеносные сосуды. И 2 кВт ведь не предел…
Не обошли вниманием подобные случаи и наши исследователи. Еще в 30-е годы ХХ века академика В.В. Шулейкина заинтересовала такая загадка. Когда в Северном Ледовитом океане на корабле «Таймыр» работала советская научная экспедиция, многие ее участники жаловались на сильную боль в ушах, которая появлялась при запуске шаров-зондов в верхние слои атмосферы. При «прослушивании точно таких же шаров в Москве ничего подобного не наблюдалось. Шары вели себя вполне мирно. Значит, виновато море? Догадку академика подтвердили опыты на Черноморском побережье.