Изобретатели мусульманского мира преобразовывали достижения предыдущих культур (Древней Месопотамии, Египта, Греции, Персии, Китая и Индии) и разрабатывали разные сложные устройства, предназначенные для измерения времени, перекачки воды и развлечений.
По данным издания Исламосфера, в популярных книгах по истории науки и техники фигурирует пробел, касающийся так называемых «темных веков» и охватывающий VI-XVII века. В таких трудах, рассматривая достижения цивилизации, например, развитие часового дела, после античного периода сразу же переходят к Европе Нового времени, а вклад неевропейских культур, таких как китайская, персидская, индийская и мусульманская не учитывается. Подобный подход нуждается в исправлении. В эпоху «золотого века» мусульманской цивилизации были созданы множество механизмов и устройств, вызывающих изумление и в наши дни. Мастера, создававшие их, руководствовались желанием творить «благие деяния» (амаль ас-салих), приносящие вознаграждение от Аллаха и несущие пользу людям.
Часы
Хотя определение времени было важно для всех культур, начиная с древних шумеров, с появлением ислама соответствующим технологиям был дан новый толчок. Это было связано с необходимостью для мусульман определять время пяти ежедневных молитв и направление на Каабу в Мекке из любой точки мира.
Самое раннее упоминание о распространении в мусульманском мире устройств, указывающих время, приводит аль-Джахиз (ум. 896) в своей знаменитой «Китаб аль-хайаван» («Книга о животных»). Он пишет: «Наши правители и ученые днем пользуются астролябией, а ночью – водяными часами».
Водяные часы
Лексика, используемая для описания деталей и названий водяных часов, позволяет предположить, что мусульмане, разрабатывая эти устройства, основывались на достижениях древних египтян, вавилонян, индийцев, персов и греков.
Некоторые из самых ранних описаний водяных часов доступны в книге андалузского инженера и ученого аль-Муради (XI в.) «Китаб аль-асрар фи натаидж аль-афкар» («Книга тайн о результатах идей»).
Часы мусульманского «золотого века» характеризовались сочетанием инженерного искусства и художественного оформления. Они не только показывали время, но и были роскошно украшены и издавали музыкальные звуки. Например, время обозначалось падением шарика в металлическую чашу, раскрытием окошек и занимательными движениями механического кукольного театра из человеческих фигурок, зверей и птиц. Подобные особенности породили оригинальные идеи и механизмы в виде распределительных валов, спусковых механизмов, сложных шестерен, систем управления и поршневых насосов.
В исторических источниках сохранились описания некоторых из таких устройств. Например, сообщается, что Харун ар-Рашид отправил в дар Карлу Великому водяные часы, которые стали первым подобным механизмом в Европе и вызвали всеобщее изумление. В воротах мечети Омейядов были установлены часы, получившие название Джейрун или часы Ридвана ас-Саати. Также сообщается, что в медресе Бу Инания в городе Фес Марокко имелись гигантские часы шириной 11 метров и высотой 12 метров, что делает их самыми большими в мусульманском мире на тот момент. Ибн аль-Хайсам (965-1039) в своей работе «Макала фи ‘амаль аль-бинкам» подробно описывает устройство, которое показывало не только часы, но и минуты.
Некоторые их таких механизмов сохранились. Например, в мечети Кайруана в Тунисе имеются часы с астролябией, созданные в XIII в., хотя они уже не работают.
Часы аль-Джазари
В «Китаб фи марифат аль-хиял аль-хандасийя» («Книга знаний об остроумных механических устройствах») знаменитого механика-изобретателя, математика и астронома аль-Джазари (1136-1206) содержатся описания разных поразительных механизмов. Среди них есть и часы. Самым грандиозным является устройство в виде замка, перед которым расположились фигуры музыкантов. Его работа сопровождалась сменой механических изображений и движений фигур, а также разными звуками. Часы со слоном имели вид этого животного, несущего на спине паланкин с наездниками. В другом похожем устройстве место слона занимала лодка. Еще одни водяные часы, описанные аль-Джазари, имеют вид переписчика, калям (инструмент для письма) в руках которого, подобно стрелке, указывает время.
Механические часы
Выдающийся турецкий ученый Таки ад-Дин ибн Маруф (1526-1585) в «Аль-кавакиб ад-дуррийя фи вадх аль-банкамат ад-даурийя» подробно рассматривает часы с пружинным приводом и механизмом будильника. Его часы также показывали положение солнца и луны, лунные фазы, время молитв и первый день месяца.
Устройства для подъема воды
В эпоху «золотого века» по всему мусульманскому миру были распространены механические устройства для подъема воды. Такие инженеры, как аль-Джазари и Таки ад-Дин, разработали оборудование, предназначенное для доставки воды непосредственно населению и расширения возможностей ведения сельского хозяйства. В трактате аль-Джазари устройствам для подъема воды посвящена отдельная глава.
Кривошипный водоподъемный механизм аль-Джазари
Подобный механизм, приводимый в движение животным, вращающим колесо, является одним из самых ранних устройств, преобразующим вращательное движение в возвратно-поступательное. Животное, двигаясь по круглой платформе, вращает его. Благодаря системе передач, вращательное движение вертикального вала преобразуется в возвратно-поступательное и заставляет ковш подниматься и опускаться. Вода через трубу в ручке ковша подается в трубопровод, по которому доставляется к месту назначения. Аль-Джазари создал и систему с несколькими ковшами, расположенными в шахматном порядке.
Третье водоподъемное устройство аль-Джазари
Как предполагается, третье устройство для подъема воды задумывалось как водный декоративный аттракцион. Оно состояло их двух частей. В верхней имелись основное колесо с закрепленной на нем длинной цепью ковшей и конструкция, изображающая стоящее на диске деревянное животное. Механизм, работающий благодаря водяной турбине и приводящий в движение систему передаточных колес, находился под водой. Сооружение располагалось на водоеме таким образом, что зрителям была видна только его верхняя часть, и они не могли понять, как оно приводится в действие. Скорее всего, устройство стояло в саду правителя, где не только служило декоративным элементом, но и подавало воду для орошения сада.
Насос двойного всасывания аль-Джазари
Этот двухцилиндровый насос с водяным приводом основан на принципе двойного действия. Он преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное и имеет две всасывающие трубы. Таким образом, его можно считать первым всасывающим (вакуумным) устройством такого рода. Насосы с ручным приводом античного периода имели вертикальные цилиндры и устанавливались прямо в воде, которая поступала в них через дисковые клапаны внизу цилиндров при всасывании. Поэтому они не могли располагаться выше уровня воды.
Шестицилиндровый водяной насос Таки ад-Дина
Этот насос, разработанный Таки ад-Дином ибн Маруфом в конце XVI века, является всасывающим и включает в себя детали, которые ассоциируются с современными технологиями, такими как распределительный вал, блок цилиндров, поршни и невозвратные клапаны.
Вертикальные ветряные мельницы
Вертикальные ветряные мельницы использовались по всей Центральной Азии, в таких странах, как Афганистан и Иран. Как сообщается, халиф Умар (да будет доволен им Аллах) попросил одного перса построить ветряную мельницу в Медине. В последующие периоды энергия ветра широко использовалась для помола зерна и подачи воды для орошения. В отличие от традиционного европейского дизайна, центральноазиатские ветряные мельницы имели вертикальные лопасти.
Механизмы братьев Бану Муса
Братья Бану Муса, выдающиеся персидские ученые IX века, создали удивительные устройства, такие как гидравлический орган, механизм для совершения омовения, фонтаны с меняющимися рисунками движения воды, автоматическую поилку и многое другое. В источниках описывается созданный ими автоматический флейтист.
Другие устройства, изобретенные или усовершенствованные мусульманскими учеными, включают механизмы, используемые при изготовлении бумаги, стекла и керамики, различные музыкальные, астрономические, медицинские, военные, сельскохозяйственные и алхимические инструменты. Разные механизмы применялись для таких целей, как ловля жемчуга, очистка колодцев, измельчение сахарного тростника, отжим растительных масел и т.п.
Пресс-служба Управления мусульман Узбекистана
В массовом сознании история физики часто выглядит как прямой мост от античной Греции к европейскому Возрождению. При этом эпохе Золотого века ислама нередко отводят лишь роль «хранителя и переводчика» древних текстов. Однако именно мусульманские ученые совершили глубокую реорганизацию античного наследия. Одним из ярких примеров такой работы стало оформление теоретической дисциплины под названием ‘ильм аль-аскаль — буквально «наука о тяжестях», передает Исламосфера.
Разделение механики: теория и практика
В эпоху Золотого века ислама высокого развития достигла механика, однако в средневековой мусульманской классификации наук она не рассматривалась как единая прикладная дисциплина. Ученые четко разделяли ее на два независимых, но взаимодополняющих направления: «науку об искусных приемах» (‘ильм аль-хийаль), под которой подразумевали прикладную или инженерную механику, включающую создание автоматов, водяных часов, сифонов и военных машин, и «науку о тяжестях» (‘ильм аль-аскаль), представлявшую собой теоретическую статику и динамику. Последняя изучала общие законы равновесия, понятие веса и движение тел под действием силы тяжести. Знаменитый мыслитель аль-Фараби (X век) в своем фундаментальном трактате «О классификации наук» выделил «науку о тяжестях» в отдельный важнейший раздел математических и физических знаний, и позже это разделение поддерживали другие ученые, включая выдающегося философа Ибн Баджу (XII век).
Предмет изучения: на стыке геометрии и динамики
Согласно трудам аль-Фараби и его последователей, ‘ильм аль-аскаль исследовала две ключевые проблемы. Первая – это теория взвешивания и равновесия, включающая математический анализ тяжестей, принципы работы равноплечих весов и неравноплечих безменов. А вторая – теория движения под действием тяжести, т.е. исследование того, как движутся тяжелые тела, какие силы приводят их в движение и по каким законам работают механизмы, поднимающие грузы.
Античная физика (в частности, труды Архимеда) рассматривала статику изолированно — как чисто геометрическую задачу о центрах тяжести в состоянии покоя. Мусульманские же ученые сделали важный шаг: они объединили геометрию Архимеда с подходом Аристотеля. Они начали исследовать условия равновесия через призму движения и действующих сил. Это заложило прочный фундамент для будущей классической механики Нового времени.
Главные новаторы и их труды
В развитии «науки о тяжестях» выделяются три ключевые фигуры. Выдающийся математик IX века Сабит ибн Курра написал «Трактат о карастуне» (неравноплечих весах-безменах), в котором математически вывел закон рычага и дал теоретическое обоснование работе весов с подвижной гирей. В XI–XII веках математик и астроном аль-Асфизари обобщил наследие предшественников и внес значительный вклад в систематизацию теории весов и механизмов для поднятия тяжестей. Вершиной же средневековой гидростатики и механики стал колоссальный труд ученого XII века из Мерва аль-Хазини «Книга весов мудрости». Он внес фундаментальный вклад в понимание природы веса: основываясь на геоцентрической картине мира, ученый говорил о «центре Вселенной» (в современных формулировках — геометрический центр земного шара), к которому устремляются все тяжелые предметы. Аль-Хазини первым в истории физики выдвинул гипотезу, что вес тела не является постоянной величиной, а меняется в зависимости от его удаления от этого центра, а также привел в трактате сложнейшие таблицы плотности металлов и спроектировал «весы мудрости» — прибор высокой точности для определения чистоты сплавов.
Наследие ‘ильм аль-аскаль
Главная заслуга ‘ильм аль-аскаль заключается в том, что она отделила теоретические проблемы равновесия от задач прикладной механики, и сделала статику самостоятельным разделом физики, а не просто дополнением к геометрии.
Сочетание геометрических доказательств с эмпирическими опытами превратило саму ‘ильм аль-аскаль из набора практических правил в строгую академическую дисциплину. Более того, эти наработки сформировали фундамент для европейской науки: доказано, что именно арабские тексты по ‘ильм аль-аскаль, переведенные на латынь, легли в основу средневековой европейской науки о весах (scientia de ponderibus), которую в XIII веке развивал математик Иордан Неморарий. Опыт мусульманских физиков демонстрирует, что исламская научная традиция обладала мощнейшей теоретической школой, которая во многом предопределила контуры современной физической науки.
Пресс-служба Управления мусульман Узбекистана