РЕЧЬ О ТЕОРИИ АРТИЛЛЕРИИ
РЕЧЬ О ТЕОРИИ АРТИЛЛЕРИИ
ПРОИЗНЕСЕННАЯ НА ЕЖЕГОДНОМ СОБРАНИИ КОРОЛЕВСКОГО ОБЩЕСТВА 30 НОЯБРЯ 1778 ГОДА
Сэром ДЖОНОМ ПРИНГЛОМ, баронетом.
ИЗДАНО ПО ИХ ПОРЯДКУ.
ЛОНДОН: НАПЕЧАТАНО ДЛЯ КОРОЛЕВСКОГО ОБЩЕСТВА. MDCCLXXVIII.
Господа,
Среди множества экспериментов, сообщенных обществу в течение истекшего года, ни один, казалось, не привлек столь пристального вашего внимания, как те, что содержатся в статье под заглавием: «Сила зажженного пороха и начальная скорость пушечных ядер, определенная экспериментами». Поэтому с величайшим удовольствием я сообщаю вам, что за выдающееся достоинство этого сообщения ваш Совет счел автора, мистера Чарльза Хаттона, достойным чести вручения ежегодной медали, учрежденной по завещанию сэра Годфри Копли, баронета, для пробуждения похвального состязания между людьми гения в проведении экспериментальных изысканий. Но, как и в прежние случаи, ныне ваш Совет, отказавшись от своего привилегированного права окончательного выбора, действовал лишь в качестве избранного числа лиц, уполномоченных вами для подготовки вопросов к вашему окончательному решению. Итак, от их имени я выступаю перед вами, чтобы вкратце изложить состояние теории артиллерии от ее зарождения до времени, когда было положено ее истинное основание, дабы доказать, сколь плодотворными могут оказаться эти эксперименты для совершенствования искусства, имеющего общественное значение, а также для продвижения естественного знания, каковое составляет великую цель вашего учреждения. И если по рассмотрении сего предмета вы составите не менее благоприятное мнение о труде мистера Хаттона, чем тот, которого придерживается ваш Совет, они искренне просят вас возвысить ценность этой награды, уполномочив вашего Президента вручить ее нашему остроумному собрату от вашего имени.
Артиллерия (в широком понимании этого термина) возникла задолго до изобретения пороха. Мы прослеживаем это искусство до глубочайшей древности, поскольку Священное Писание сообщает нам, что один из царей Иудеи за восемьсот лет до христианской эры воздвиг на башнях и стенах Иерусалима военные машины, изобретенные искусными людьми для метания стрел и больших камней с целью обороны этого города [1]. Позднее такие машины были известны грекам и римлянам под названиями баллиста, катапульта и другими, которые обладали поразительной мощью и по своему действию были не менее страшны, чем пушки и мортиры нового времени. Оказывается, баллиста была сконструирована так, чтобы обрушивать на неприятеля грады дротиков и стрел весьма крупного размера, в то время как катапульта или онагр (как она иначе называлась) предназначалась не только для этой цели, но и для метания камней огромного веса; я мог бы сказать — скал, поскольку некоторые из них, как сообщается, весили несколько сотен фунтов. Ничто не могло противостоять батареям, составленным из многочисленных орудий такого рода. И все же, если нас верно информируют, их единственный принцип движения заключался в упругости туго скрученных канатов, изготовленных из животного материала, который отличался исключительной прочностью и эластичностью. Эти воинственные орудия продолжали применяться не только во времена Римской империи, но вплоть до XII и XIII веков, как мы находим в истории; и поистине невероятно, чтобы они были полностью оставлены, пока порох и современная артиллерия, достигнув достаточной степени совершенства, не вытеснили их употребление. Весьма сведущий комментатор Полибия [2] придерживается мнения, что военное искусство скорее потеряло, чем приобрело от замены катапульты мортирой; но как бы ни решался этот вопрос в теории, вряд ли древние tormenta militaria когда-либо возродятся; напротив, все нации будут придерживаться артиллерийского искусства и изучать способы его усовершенствования, то есть они останутся верны системе артиллерии, в которой движущая сила зависит от экспансивной силы пороха или какого-либо иного вещества подобной природы.
При первом применении этого принципа к военным нуждам меньше всего думали о том, чтобы подкрепить столь эмпирическую практику научными правилами; ибо сколь ни были бы полезны в подобных делах древние механики, которые, подобные Архимеду, изобрели или усовершенствовали некоторые из баллистических машин, математикам тогда не причиталось никакой похвалы ни за открытие, ни за усовершенствование новой артиллерии. Фактически мы находим, что практика этого искусства существовала уже около 200 лет, прежде чем какой-либо геометр счел его предметом, допускающим теорию, или по крайней мере такую теорию, которая была бы основана на геометрии.
Кажется справедливым проследить и почтить память изобретателей искусных искусств, которые дают материал для рассуждений в подобных случаях; и не только главных изобретателей, но даже тех, кто впервые обратил свои мысли к этому предмету; ибо, хотя такие люди могли не создать ничего совершенного, они все же могли подать идеи другим, обладающим менее изобретательным, но более исполнительным гением и которые без этих намеков никогда не сделали бы никакого заметного открытия. Я должен поэтому заметить, что итальянцы первыми вышли из тех густых облаков невежества и варварства, которые столь долго покрывали эту часть света. Они извлекли пользу из несчастной судьбы Константинополя; ибо, великодушно приняв ученых эмигрантов в то бедственное время, они были щедро вознаграждены их искусствами и науками и еще более обильно — их языком, благодаря которому получили возможность читать и переводить те древние рукописи, которые греки спасли от крушения своей страны. Искусство книгопечатания, утвердившееся вскоре после того, послужило средством быстрого распространения этих сокровищ знания и совпало по времени с падением Восточной империи, образовав эпоху для продвижения учености, не имеющую себе равных в анналах словесности.
Конец XV века и весь XVI век были главным образом посвящены итальянцами изучению и переводу старых греческих авторов. Возделывалась как геометрия древних греков, так и арифметика в числах и видах арабов, но обе оставались, так сказать, отдельными науками, не оказывающими помощи или в лучшем случае служащими лишь слабыми и неохотными вспомогательными средствами для школьной философии; и в самом деле, каким образом отвлеченные учения о числах и количествах могли быть приспособлены к сотрудничеству с системой, в которой не встречались ни законы движения, ни какие-либо свойства материи, кроме поверхностных и зачастую обманчивых? Гений греков, при всей его остроте и блеске, никогда не был должным образом направлен на истолкование природы и поистине не подходил (как провозгласил лорд Бэкон) для изучения, которое продвигается столь медленно и мучительно путем неоднократных и разнообразных экспериментов и наблюдений. Неудивительно поэтому, что смешанная математика, как ее называют, досталась современникам в состоянии, никоим образом не соответствующем изяществу и достоверности тех частей науки, которые были элементарными и чистыми, и что эти смешанные части оказались дефектными и ошибочными пропорционально (если я могу так выразиться) физическим соображениям, которые надлежало принять во внимание в исследовании. Несовершенство древних в отношении натурфилософии не осознавалось в то время; более того, в рассматриваемый нами период ученые были твердо убеждены в противном, а именно что все, что требовалось знать относительно законов природы и свойств материи, должно было быть взято либо напрямую, либо путем дедукции из физики Аристотеля. Лишь когда XVII век уже несколько продвигся вперед, люди науки начали прислушиваться к лорду Бэкону и Галилео Галилею, великим основателям экспериментальной и истинной философии.
Между тем в начале XVI века итальянцы, сколь ни были они тогда не подготовлены к вступлению в физико-математические изыскания [3], все же предприняли такую попытку и в особенности приняли во внимание теорию снарядов. Некоторые воображали, что тело, движимое с силой, подобно ядру, выпущенному из пушки, движется по прямой линии, пока сила не иссякнет, а затем падает по другой прямой линии перпендикулярно земле. На этом принципе, сколь бы абсурдным он ни был, мы находим одного из ранних авторов обосновывающим всю свою теорию артиллерии [4]; в то время как другие, расходясь с его гипотезой, признавали лишь прямую линию, по которой ядро двигалось некоторое время после вылета из орудия, и ту другую прямую линию, по которой оно падало на землю, но утверждали, что они соединены кривой линией и что эта кривая представляет собой сегмент круга. Никколо Тарталья из Брешии, математик первоклассного ранга в те дни и поныне прославленный своими усовершенствованиями в алгебре, почитается автором этого учения, не менее ошибочного, чем прежнее, и в подтверждение чего цитируются две его книги [5]. Я никогда не видел их; но из другой его работы, написанной специально на эту тему и переведенной на английский язык под заглавием «Беседы об искусстве стрельбы из больших и малых артиллерийских орудий» [6], я нахожу его утверждающим, вопреки мнению его современников, что ни одна часть траектории пушечного ядра не является прямой линией, хотя кривизна в первой части его полета столь мала, что на нее не нужно обращать внимания. Но Тарталья далек от предположения, что рассматриваемая линия имеет какое-либо отношение к параболе или к какой-либо правильной кривой. Похоже поэтому, что если этот математик сначала заблуждался настолько, что воображал некоторую часть пути снаряда прямой линией, то впоследствии он изменил свое мнение и был, пожалуй, одинок в том, к чему пришел в итоге.
Судя по многочисленным примерам, можно подумать, что в те дни люди науки были настолько далеки от самостоятельной постановки экспериментов, что даже закрывали глаза на то, что случайность представляла их взорам. Ибо всякий, кто следил за блуждающим выстрелом стрелы, полетом камня из пращи или обращал внимание на струю воды, бьющую из носика цистерны, мог убедиться, что путь каждого снаряда представляет собой непрерывную кривую, как бы мало он ни знал в остальном о свойствах оной.
Но если бы наблюдения философов зашли так далеко, они все еще оставались бы далеки от истины. Они могли бы заметить сходство между траекторией этих движущихся тел и параболой и заключить по аналогии, что все снаряды описывают эту кривую в воздухе; однако они никогда не смогли бы воплотить свои догадки математическим доказательством, предварительно не узнав закон ускорения падающих тел — открытие, оставленное для следующего века и для Галилео Галилея [7], одного из величайших его украшений.
Именно он впервые исследовал воздействие тяжести на падающие тела и на этом основании доказал, что все снаряды будут двигаться по параболе в несопротивляющейся среде. И поскольку он мало учитывал сопротивление воздуха, свойства которого тогда были несовершенно известны, он доказал, что ядро, выпущенное горизонтально, опишет в своем полете половину параболы; когда же орудие имело возвышение над горизонтом, ядро описывало целую параболу, при условии его падения на плоскость батареи. Тем же методом рассуждения он показал, что каковы бы ни были дальности полета брошенного тела или возвышения орудия, ядро все равно вычертит эту кривую линию большей или меньшей амплитуды к моменту своего спуска до уровня места, откуда оно исшло.
До сих пор шел Галилей, ограничивая свои движения горизонтальной плоскостью батареи; однако Торричелли, его ученик, вскоре после этого продвинул теорию дальше, проследив полет ядра до его падения, независимо от того, находилось ли это место выше или ниже плоскости; и снова обнаружил с помощью геометрических выкладок, что оно летит по параболе большей или меньшей амплитуды в зависимости от угла возвышения орудия и силы пороха.
Разнообразными и многочисленными были споры в Италии о законах движения вообще и особенно о законах снарядов — от времени, когда математики начали это исследование, до публикации диалогов Галилея на эту тему (промежуток более чем в сто лет); но с того периода его доказательства показались столь очевидными, что всякие споры прекратились, и каждый человек науки убедился, что все снаряды движутся по той траектории, которую он открыл. Ибо что касается сопротивления воздуха, которое он не оставил без внимания (поскольку сам Галилей был первым, по крайней мере из новых, кто выдвинул понятие о весе воздуха и давлении атмосферы), то эту жидкость почитали столь тонкой и податливой, что были уверены: она не может произвести никакого заметного, по крайней мере существенного, отклонения от этой кривой. Получив этот принцип от Галилея, они считали себя вправе, опираясь на столь авторитетного автора, не опасаться по этой причине какого-либо возражения, которое он сам же выдвинул, но и устранил. «Среди тех снарядов, — говорит он, — которыми мы пользуемся, если они тяжелы по составу и имеют круглую форму; более того, если они легче и имеют цилиндрическую форму, подобно стрелам, пускаемым из луков, их траектория или путь не будут заметно отклоняться от кривой параболы» [8].
Итак, теория артиллерии казалась здесь заложенной на самом прочном основании. И продвинувшись столь далеко, итальянцы, казалось, распрощались с предметом и передали его другим нациям, чье большее могущество или большее честолюбие с большей вероятностью побудили бы их воспользоваться совершенством военного искусства, нежели их учителям. У нас были основания ожидать, что соседнее государство, стремящееся к развитию искусств и наук вообще, не преминет уделить особое внимание тем из них, которые представляются наиболее полезными для его величия. Соответственно, мы находим, что наше сестринское общество из этого королевства просуществовало не так уж много лет, когда искусный член этого славного Корпуса, не сомневаясь в надежности галилеева принципа в отношении снарядов, в 1677 году предложил академии в качестве задачи для усовершенствования артиллерии: как навести орудие (скажем, мортиру) так, чтобы ядро упало туда, куда желательно; или, выражаясь обычным языком, поразить цель при заданной силе пороха [9]. Эта мысль встретила всеобщее одобрение, и академия была настолько далека от того, чтобы поднимать какие-либо трудности насчет препятствий, которые воздух может чинить движущемуся в нем с такою скоростью телу, что мы не находим, будто проведение экспериментов в этом направлении рассматривалось ими как существенный шаг к решению; напротив, их главные геометры незамедлительно принялись решать задачу в том виде, в каком она была им объявлена, — кто используя один метод, кто другой, и все на основе предположения о движении снаряда по линии параболы. Но господин Блондель, который был автором этого предложения и более других изучал данный вопрос, сочинил объемистый труд на эту тему, изданный им несколько лет спустя [10] под заглавием «L’Art de jetter les Bombes» («Искусство метания бомб») — сочинение, весьма прославленное в то время и пользовавшееся немалым спросом еще долго после, поскольку оно содержало помимо его собственных труды нескольких других членов этого общества выдающегося достоинства. При стольких и столь авторитетных участниках создания этого труда неудивительно, что ученые по всей Европе утвердились благодаря ему в галилеевой теории; тем более что господин Блондель устранил единственное возражение, которое, как они полагали, могло быть сделано против нее, а именно сопротивление воздуха, которое он позаботился упомянуть особо и опровергнуть так, чтобы убедить читателя, будто замедление, проистекающее от этой причины, столь незначительно, что им можно пренебречь в практике.
Эта иллюзия относительно слабого сопротивления или отсутствия сопротивления воздуха для быстро движущихся в нем тел была столь распространена в конце прошлого века и в начале нынешнего, что в истории Королевской академии за 1707 год мы находим их достойного и весьма искусного секретаря, отметившего совместные труды столь многих способных математиков, участвовавших в издании Блонделя, и осмелившегося заявить, что не похоже, будто для практики искусства [артиллерии] тогда чего-либо недоставало, кроме разве что усовершенствования инструментов для наведения пушки или мортиры... но что геометрия выполнила свою роль, так сказать, в отношении практики и т. д. [11]
Но дабы не было у нас намерения перечислять несовершенства других, дабы возвыситься за счет сравнения. Беспристрастие требует от нас не только признать, что в этой стране по обсуждаемому вопросу мы не превзошли наших соседей, но и простодушно сознаться в том, что мы, напротив, были к этому, пожалуй, более склонны. Ибо за несколько лет до появления труда Блонделя [12] один из наших собственных артиллеристов, Андерсон (лицо выдающееся в своей профессии), опубликовал трактат под заглавие «Подлинное употребление и эффекты пушки», в котором автор настойчиво отстаивает галилееву теорию; и мы не слыхали, чтобы ему когда-либо возражали у нас, хотя он и брался отвечать всем, кто стал бы выдвигать против нее возражения. Более того, когда впоследствии ему представилась возможность провести эксперименты с дальностями полета бомб и по тем испытаниям он убедился, что их полет происходит не по параболе, он был настолько далек от того, чтобы приписывать отклонение от этой фигуры сопротивлению воздуха, что прибег к гипотезе, противной всем законам движения, дабы спасти видимость и примирить эти эксперименты со своим прежним учением [13].
И разве доктор Галлей, столь долго бывший украшением этого общества, не представил в 1686 году статью, которую он называет «Речь о тяжести», где при рассуждении о движении снарядов говорит, что, сознавая отклонение от параболической кривой, кое может быть вызвано сопротивлением воздуха, он проделал некоторые эксперименты даже с пушечными ядрами для оценки силы этого сопротивления; однако заключает, что для крупных металлических ядер, вес которых во много тысяч раз превышал вес воздуха и сила коих весьма велика по сравнению с поверхностью, каковой они на оный давят, это противодействие было неощутимо. И далее: «Хотя для малых и легких ядер противодействие воздуха должно и обязано приниматься во внимание, при стрельбе большими и тяжелыми бомбами требуется делать весьма малую поправку; и таким образом сии правила [а именно те, что основаны на принципе Галилея] могут применяться на практике во всех отношениях так, будто это препятствие [сопротивление воздуха] абсолютно устранено» [14]. Подобные заключения, которые ныне мы находим ошибочными, тем менее ожидались от столь выдающейся персоны, поскольку они свидетельствовали о чрезмерной спешке в завершении теории, предназначенной для сиюминутного применения.