ГРАЖДАНИН ГРАФ

Во второй половине XVIII века развитие науки в Англии в значительной степени зависело от покровитель­ства «сильных мира сего», субсидировавших отдельных ученых и поддерживавших Королевское общество. Мож­но, однако, назвать лишь одного пэра Англии, который в конце XVIII — начале XIX века внес собственными трудами вклад в английскую науку,— Чарлза, третьего графа Стэнхоупа.

Дед его был военным и политическим деятелем, пре­мьер-министром при короле Георге' I, отец—ученым чудаком. Получив образование в Утрехте и Женеве, Фи­липп, второй граф Стэнхоуп, проникся любовью к точ-. ным наукам, греческому языку и демократическим прин­ципам. Одевался он как простолюдин, париков не носил и палату лордов посещал крайне редко. Вероятно, по­этому однажды швейцар парламента, не узнав в заду­мавшемся прохожем графа Стэнхоупа, задержал его у входа словами: «Честный человек! Это место не для тебя!», на что граф^ ответил: «Мне очень жаль, что в этом доме нет места честным людям...»

- Чарлз, третяй. граф Стэнхоуп, сочетал в себе энергию политика и талант ученого. ,-,

По существовавшей в семье традиции Чарлза, родив­шегося 3 августа 1753 года, отдают в раннем детстве в аристократический Итон. После нескольких лет обуче­ния его наставник смог дать такую характеристику маль­чику: «Он очень сообразителен, хотя, как мне кажется, не получает удовольствия от книг. У него доброе сердце и превосходный характер. Я не встречал еще столь раз­витого в таком юном.возрасте .чувства чести».

В 1763 году, после смерти старшего брата, Чарлз становится виконтом Мооном и наследником графского титула, а в следующем году покидает Итон и вместе

76 "

с семьей переезжает в Женеву. Женевский «дух воль­ности и просвещения» оказал большое влияние на фор­мирование политических взглядов юноши.

18 лет риконт Моон получает премию шведской Ака­демии наук за работу о колебаниях маятника и вскоре избирается членом лондонского Королевского общества. В 1774 году семья возвращается в Англию, и в конце того же года Чарлз женится на Хестер Питт—сестре будущего премьер-министра Уильяма Питта-младшего. В течение последующих 15 лет—сначала в палате пред­ставителей, а затем в палате лордов * — Стэнхоуп энер­гично поддерживает своего выдающегося родственника. Что же касается выступлений и биллей самого Стэн­хоупа, то их отличает в первую очередь демократическая направленность: он, например, резко выступает против войны с американскими колонистами, против работор­говли, выдвигает предложения по демократизации выбо-ров,*парлам.ентским реформам и т. д.

Разрыв с Питтом произошел *в 1789 году. Причиной тому послужила Великая французская рсес;!юция, кото­рую Стэнхоуп с воодушевлением приветствсзал. Будучи председателем английского «Революционного общества», он послал от его имени в Париж поздравление по слу­чаю взятия Бастилии. В своем имении он велел выбро­сить все гобелены и сорвать семейный герб с ворот, а в парламенте страстно выступал против войны с рево­люционной Францией. Эти речи, которые высокий, очень худой и длиннолицый лорд произносил громовым голо­сом, послужили причиной многочисленных прозвищ, ко­торыми награждала его пресса: «Дон-Кихот нации», «Санкюлот Стэнхоуп», «Меньшинство в один голос» и т. д. Граф был объектом насмешек и издевательств со стороны английских карикатуристов. Иногда дело не ограничивалось карикатурами — несколько раз лон­донский дом Стэнхоупа поджигали, а сам он подвергал­ся вооруженному нападению. В 1795 году Стэнхоуп ушел из парламента, но первая же речь графа по возвраще­нию туда в- 1800 году была посвящена необходимости мира с Наполеоном (лишь один парламентарий поддер­жал «Дон-Кихота нации»):"

Стэнхоуп был одинок не только в парламентской борьбе, но и в личной жизни. Хестер Питт умерла 18 июля

* Чарлз Моон стал графом Стэнхоупом и членом палаты лордов Яосле смерти 7 марта 1786 года своего отца Филиппа Стэнхоупа.

1780 года в возрасте 25 лет, а вторую жену графа—• Луизу Гренвилль — интересовали лишь светские развле­чения, а отнюдь не политические и научные увлечения мужа. Семьяпостетгеннр распалась: старший сын Стэн-хоупа бежал из дому на континент, чтобы подобно деду получить образование в' одном из европейских универси­тетов, два других против воли отца завербовались в ар-мнго. Разгневанный граф лишил сыновей наследства, но и это суровое наказание не удержало под крышей родительского дома трех дочерей. Дольше всех остава­лась с отцом старшая дочь, единственный человек в семье, понимавший отца; но и отга в начале 1800 года переехала в' дом своего дяди Уильяма Питта. После его смерти в 1806 году она получила щедрую пенсию от английского правительства и поселилась в уединен­ном женском монастыре в Ливане.

Умер Чарлз Стэихоуп 15 декабря 1816 года. «Я про­шу, чтобы меня похоронили как простого человека»,— писал он в завещании.

Если политические симпатии и взгляды Стэнхоупа на протяжении всей его жизни оставались неизменны­ми, то его научные интересы отнюдь не ограничивались одной областью. Среди изобретений Стэихоупа — линзы для микроскопов и: методы получения стереотипных ко­пий, способы защиты деревянных зданий от пожаров и ручной печатный пр-есс, монохорд для- настройки му­зыкальных инструментов и способ получения строитель­ного раствора особой крепости, одна из первых в мире логических машин * и новые конструкции шлюзов для каналов... Вместе с замечательным американским уче­ным и государственным деятелем Бенджаменом Франк­лином ** Стэихоуп принимал участие в опытах по экспе­риментальному определению наилучшей формы громо­отвода и опубликовал в 1779. году книгу «Принципы электричества». Будучи вице-президентом «Общества по улучшению кораблеЬтр-оения», он внес немало ценных

* Эта логическая машина, названная автором «демонстратором Стэнхоупа», предназначалась для решении не только традиционных, но и числовых силлогизмов.

** Б. Франклин был другом Филиппа Стэнхоупа. Граф ввел аме­риканского посла в высшее общество Англии и всячески способство­вал его-- переговорам с английским правительством по вопросам о статусе английских колоний в Америке..В свою очередь Франклин ре­комендовал отца и сына Стэнхоупов Философскому обществу Фила­дельфии, членами которого они были избраны в 1777 году.

предложений по совершенствованию .«конструкций судов, но, пожалуй, наиболее значительное научное достиже­ние графа—патент на первый в мире пароход,-изобре­тенный им независимо от американца Роберта Фултона. Стэнхоуп построил и успешно демонстрировал пароход водоизмещением в 200 тонн, но адмиралтейство откло­нило его предложение о строительстве «движимых си­лой пара судов» как «бесперспективное для флота Его Величества». В 1775, 1777 и 1780 годах Стэнхоуп изо­бретал счетные машины, которые под его руководством изготовлял известный лондонский механик Джеймс Бул-лок. Последняя машина была суммирующей и представ­ляла собой модификацию морлэндовской машины, две Другие были арифмометрами, то есть выполняли все четыре арифметических действия.

В счетной машине 1775 года использовался модифи­цированный валик Лейбница, ступеньки которого разде­лены по длине на отдельные зубья и представляют собой, таким образом, зубчатые рейки, состоящие из 1, 2, ... ,9 зубьев (рис. 39).

v

12 подобных валиков используются в устройстве ввода. Они устанавливаются на осях параллельно друг другу в специальной ка­ретке таким образом, что к вычислителю оказываются обращенными их торцевые части. К ним жестко крепятся цифровые колеса, прячем каждой цифре колеса соответствует рейка с таким же числом зубьев, находящаяся на диаметрально противоположной стороне валика (нулю соответствует гладкая поверхность валика).

Каретка устанавливается в -подвижной -раме. В процессе выпол­нения операций рама перемещается по поперечиым направляющим, расположенным в боковых стенках корпуса •машины, а зубчатые рей­ки на валиках входят в зацепление с зубчатыми колесами основного счетчика, находящимися яа оси, параллельной '«длине» машины. С каждым из 12 колес счетчика связан цифровой ролик, яа боковой поверхности -которого нанесены цифры от t) до 9.

Для сдвига предусмотрена возможяоеть смещения каретки по продольным направляющим. Благодаря насечкам -каретка фиксирует­ся пружинами в определенном 'положении в процессе получения данного кратного.

На правом конце рамы находится длиидый палец, -который при каждом ее перемещении •по направлению к •вычислителю .иоворач.и-вает на 1 зуб колесо младшего разряда вспомогательного счетчика, расположенного в передней части машины.

Механизм передачи десятков довольно'сложен. С левой стороны каждого колеса основного счетчика есть длинный палец, который при переходе колеса от 9 к 0 поворачивает на 1 зуб другое •рясяюложен-ное под ним колесо. С каждым таким Колесом переноса связаяа трехлучевая звездочка, которая в свою очередь может поворачивать­ся пальцем, находящимся на особой оси переносов. Передача десят­ков происходит в два этапа: при повороте колеса младшего разряда

.79

от 9 к 0 один луч звёздочки входит между двумя зубьями колеса старшего разряда, но не поворачивает его. Это фаза подготовки переноса. Следующий" этап—фаза переноса—выполняется при сме­щении рамы. Кулачок, освобождающий из зацепления рейки валиков и колеса счетчика, одновременно вводит в зацепление с особой зуб­чатой рейкой, укрепленной под рамой, шестеренку, находящуюся на оси переносов. Во время вращения этой оси ее'палец наталкивается на другой луч звездочки и поворачивает ее, а следовательно, и ко­лесо старшего разряда. Для того чтобы переносы 'осуществлялись не одновременно, а последовательно, пальцы на оси переносов располо­жены вокруг нее по спирали.

В машине 1777 года поступательное движение рабо­чего органа заменено на более удобное вращательное (рис.40).

На главном валу (оси) машины последовательно расположены:

приводная ручка, приводное колесо с двумя группами зубьев, каж­дая из которых занимает примерно 'Л его окружности, и цилиндр, Состоящий из 9 круглых шайб, которые могут поворачиваться друг относительно друга. На боковой поверхности каждой шайбы выгра­вированы цифры от 1 до 9; эта шкала занимает '/4 окружности. Ря­дом с каждой цифрой—отверстие, в которое вставляется штифт, фиксирующий положение данной шайбы. Таким образом, 9 поворот­ных шайб образуют устройство ввода.

На противоположной шкале части боковой поверхности каждой шайбы — 9 зубьев, которые при вращении главного вала входят в зацепление с зубьями, колеса основного счетчика. Главный вал уста­новлен в рамках, которые позволяют ему одновременно с вращением смещаться в радиальном направлении. Это смещение управляется кулачком, расположенным на ободе приводного колеса. В течение примерно '/4 оборота цилиндр находится в своем, крайнем левом по­ложении, остальное время — в крайнем правом. Зацепление- зубьев на шайбах с зубьями основного счетчика может произойти лишь в крайнем левом положении цилиндра. В зависимости от положения каждой шайбы в секторе зацепления оказывается различное число зубьев, и, следовательно, на счетчик переносится каждый раз раз­личное число, установленное на шайбе.

На крайней правой шайбе находится длинный палец, который один раз за оборот зацепляется с колесом младшего разряда вспомо­гательного счетчика и поворачивает это колесо на 1 зуб.

На оси переносов, параллельной оси основного счетчика, распо­ложена шестеренка с 15 зубьями; сцепленная с зубьями приводного колеса, она делает два оборота за один цикл работы машины. В остальном механизм передачи десятков не отличается от описан­ного выше. Так же как и в машине 1775 года, устройство ввода сдвигается относительно основного счетчика и фиксируется на валу благодаря наличию на нем особых насечек.

Значение изобретений Стэнхоупа для развития счет­ной техники весьма велико;Он первым разделил на два этапа самую сложную машинную операцию—передачу десятков. Такое деление в счетных машинах второй

половины XIX и в XX веке стало общепринятым (это устраняло эффект «накопления сопротивления», о ко­тором мы говорили в предыдущей-главе). Кроме того, Стэнхоуп нашел удачное расположение элементов, вы­полняющих передачу, поместив длинные пальцы по спи­ральной линии на поверхности оси переносов. Эта идея была впоследствии использована конструкторами ариф­мометров с однеровским колесом, о которых речь будет идти ниже.

«ГОРДОСТЬ ВЮРТЕМБУРГА И СЛАВА ГЕРМАНИИ»

Почти одновременно с неистовым графом Стэнхоупом конструировал и изготовлял счетные машины тишайший швабский пастор Филипп Маттеус Ган. В истории вы­числительной техники имена Стэнхоупа и Гана нахо­дятся по соседству, но как различны были характеры и жизненные пути этих людей!

Прирожденный оппозиционер — и смиренный поддан­ный герцогов Вюртембургских; всесторонне образован­ный ученый — и самоучка-механик; богатый землевладе­лец — и скромный пастор, всю свою жизнь вынужден­ный заботиться о хлебе насущном...

Ган родился 25 ноября 1739 года в деревне Шарнхау-зен близ Штутгарта, он был одним из восьми детей викария местного прихода. В детстве проявил склон­ность к живописи и астрономии. Найдя в библиотеке отца несколько астрономических руководств, он само­стоятельно изучил их и мог точно определить время восхода и захода солнца по положению звезд. Увле­чение живописью привело Гана к тяжелому заболева­нию: приготовляя краски и лаки, он отравился ядови­тыми парами и долго болел.

В возрасте 17 лет Ган покинул родительский дом, чтобы изучать теологию в Тюбингенском университете. Свой студенческий досуг он посвящал изучению мате­матики и механики. Не имея средств для приобретения книг, Ган вынужден был ночами переписывать их, а однажды, когда ему захотелось узнать устройство за­мысловатых часов, он на несколько месяцев обрек себя на хлеб и воду, пока не накопил сумму, необходимую для их приобретения.

Вскоре Ган влюбился «в одну молодую особу, бога­тую и из хорошей семьи». Желая получить ее руку, он решает стать знаменитым изобретателем. Урывая часы от сна и отдыха, он непрестанно конструирует то «инструмент для определения долготы в море», то «повозку, приводимую в движение паром», а то и... «веч­ный двигатель». Но все изобретения остались на бумаге из^за отсутствия средств дляих реализации. «И хотя,— как Пишет биограф Гана,— его труды не были возна­граждены успехом, на который он надеялся,^ он обязан этой страсти развитием благороднейших чувств и рожде­нию той высокой репутации, которая соответствовала его таланту».

В начале 60-х годов Ган закончил университет и получил место викария небольшого прихода в деревуш­ке Онстметтинген. Там несколько лет Ган работал над чертежами машины, воспроизводящей движение небес­ных тел. В 1764 году местный механик-самоучка изго­товил по ним деревянную астрономическую машину:

движение часового механизма передавалось на диск, на • котором солнце, луна и некоторые звезды «всходили» и «заходили» в течение всего года в строго определенное время; кроме того, солнце и луна проделывали свой путь по зодиаку и можно было наблюдать различные лунные фазы.

Вскоре Ган, которому помотали .братья и несколько часовых подмастерьев, сделал более точную астрономи­ческую машину, на этот раз металлическую, и преподнес ее в дар герцогу Вюртембуртскому.

Слава Гана—искуснейшего механика и изобретате­ля — разнеслась по всей Германии. Его работами восхи­щался Гёте, а писатель Лаватер писал О нем в своем «Физиогномическом фрагменте»: .«„.Исключительный вы­дающийся гений в механике, математике и астрономии. Он постоянно-изобретает, беспрестанно творит, с огром­ным терпением, преодолевающим все трудности, выпол­няет все задуманное до конца. Он создает миры и про­стодушно рад своей спокойной творческой силе...»

Герцог Вюртембургский, покровительствовавший Га­ну, предложил ему занять место профессора и библио­текаря в Людвигсбурге, но тот предпочел остаться сель­ским священником.

В конце 60-х годов Ган задумал новую астрономи­ческую машину, но' внезапно прервал работу над нею

и обратился к «счетным приборам»-. Впоследствии он писал: «Когда я был занят вычислениями над колесами астрономических часов, мне пришлось иметь дело. с громаднейшими дробями... так что эта работа могла на­нести ущерб моим прямым обязанностям. Тут я вспом­нил, что когда-то читал о Лейбнице, что он занимался изобретением арифметической машины... но удовлетво­рительного результата не достиг. У меня явилась мысль также поработать в этом направлении...»

Ган не предвидел всех трудностей новой работы. «Но позднее,— писал он в дневнике,— я ... убедился, что мне все казалось слишком легким, я думал, что машина будет готова через несколько недель... Однако когда машина была готова до класса тысяч, открылись новые обстоятельства...»

В течение нескольких лет, начиная с 1770 года, Ган упорно трудился н аду совершенствованием счетного меха­низма. К концу 1772 года у него уже было две машины, работавших вполне сносно. Одну из них он демон­стрировал в герцогской библиотеке Людвигсбурга импе­ратору Иосифу II. Однако эти машины не удовлетво­рили изобретателя, и он продолжал работу. «... Я должен был бы написать целую'книгу, чтобы рассказать о всех своих заботах и трудностях»,— отмечал Ган впослед­ствии. В мае 1773 года он показывает новую модель герцогу Вюртембургскому, но лишь 25 января 1774 года объявляет ему о действительно скором завершении счет­ной машины; впрочем, окончательный ее вариант он из­готовил лишь в 1778 году. Уступая просьбам друзей, он описал свою машину в журнале «Deutschen Merctir» в 1779 году.

Отличительной чертой машины Гана является, во-первых, круглая форма конструкции и, во-вторых, нали­чие в ней ступенчатых валиков Лейбница, которые изо­бретатель расположил вдоль боковой стороны машины. Каждый валик оканчивается стерженьком с десятью делениями, выступающими над верхней .крышкой. Стер­женьки (вместе с валиком) можно перемещать в верти­кальном-направлении на любое число делений—от О до 9, устанавливая таким образом 12-разрядное слагае­мое (или множимое) (рис. 41).

Ступенчатые валики зацепляются с колесами основного счетаика, которые расположены на 12 вертикальных осях. На ^а^кдой оси, до» верх крышки машины укреплена круглая эмалированная пластинка

с двумя рядами (кольцами) цифр. Внешний ряд цифр (от 0 до 9) —' черного цвета, внутренний ряд (от 9 до 0) — красного. Черные циф­ры используются при сложении и умножении, красные — при вычи­тании и делении. Пластинки располагаются по дуге, имея над собой плоскую стрелку с вырезом, через который видны считываемые циф­ры. За основным счетчиком размещены оси вспомогательного счет­чика. Его шкалы имеют один ряд цифр. Центральную часть маши­ны занимает неподвижный круг с ручкой, которая придает машине вид яофемолки, и .стрелкой-указателем. Поворотом ручки число пе­реносится с устройства ввода (ступенчатых валиков) на основной счетчик. При этом вспомогательный счетчик регистрирует число обо­ротов ручки. Сдвиг множимого осуществляется-следуюшим образом:

освобождают защелку на наружном краю машины и поворачивают подвижное кольцо с основным и вспомогательным счетчиками до тех пор, пока стрелка-указатель не укажет нужный разряд вспомогатель­ного счетчика; затем защелку закрывают и поворачивают ручку столько раз, сколько единиц стоит в соответствующем разряде мно­жителя.

Круглую форму конструкции Ган, по-видимому, за. имствовал у Лейпольда, описавшего машину собствен­ного изобретения в книге, вышедшей в 1727 году в Лейп­циге (там же в самых общих чертах сообщается и о машине Лейбница). Однако совершенно неясно, знал ли Ган о ступенчатом валике или пришел к этой мысли са­мостоятельно. Во всяком случае, ни из книги Лейполь­да, ни из других описаний -машины Лейбница он не мог почерпнуть сведений об этом элементе арифмо­метра.

Статья Гана в «Deutschen Mercur» побудила капи­тан-инженера и строителя Иоганна Гельфрайха Мюлле­ра (1746—1830) из Дармштадта в 1783 году сконструи­ровать свою счетную машину и заказать ее изготовле­ние часовому мастеру в Гисене.

14-разрядную машину Мюллера (рис. 43) отличали от машины Гана некоторые усовершенствования. Так, Мюллер заменил цифровые стержни, которые переме­щались вверх и вниз по окружности машины, вращаю­щимися дисками с цифрами на боковой поверхности. Он также включил в механизм звоночек, который зве­нел, когда вычислитель допускал определенные ошибки. (Эту идею использовал впоследствии в своей аналити­ческой машине Чарлз Бэббидж).

Ган снисходительно отнесся к появлению в печати описаний мюллеровской машины. «Если она .совершает то, на что способна моя, то это в достаточной степени свидетельствует о знаниях господина Мюллера в области механики, хотя у него и было лучшее руководство в

виде описания моего изобретения, чем у меня — в опи­сании машины Лейбница».

Счетная машина 1778 года была последней работой Гана в этой области. Затем он вновь обратился к часо­вым механизмам и астрономическим приборам, «тру­дясь с привычным жаром, пока 2 мая 1790 года его не настигла смерть».

«Сегодня в Эхтердинге хоронят человека, который был гордостью Вюртембурга и славой Германии. Это Филипп Маттеус Ган, тамошний священник,— писал в своей «Хронике» поэт, органист и публицист Шубарт.— Величие его ума доказывают его изобретения в области механики, ни одно из них не было подражанием... Будь ^/ он британцем, его имя гремело бы по всему миру. Но он был лишь смиренным швабом, и открытия его ума были спрятаны под пеленой строжайшей скромности. Он был великим механиком...»