Как свидетельствуют историки, примерно с IV в. до н.э. армии греческих городов-государств и воевавшие с ними персидские цари в морских и сухопутных сражениях применяли зажигательные смеси. В их состав входили мелко раздробленный уголь, пакля, смола и нефть. Возможно, что уже в морской битве при Кицикосе в 678 г. н.э. византийцы применяли зажигательные смеси, в состав которых входила селитра{280}. Существует мнение, что зажигательные смеси могли содержать негашеную известь, которая воспламенялась на поверхности воды. Смесь, содержащую негашеную известь, по всей видимости, и называли «греческим огнем»{281}. В «Огненной книге» Марка Грека, написанной в 1250 г. в Константинополе, приводится рецепт приготовления «греческого огня». В его состав входили смола, сера, нефть, масла и поваренная соль. Рукописные копии этого труда содержат также рецепты изготовления пороха из 6 частей селитры, 2 частей угля, 1 части серы. Однако копии этого манускрипта в Европе стали известны после 1250 г.
В середине XIII в. появились труды арабских ученых, где описывались свойства нового соединения — селитры и ее охлаждающее действие. В конце XIII в. увидела свет книга Хасана ар-Раммайя с описаниями многих способов грубой и тонкой очистки природной селитры. В этом фолианте содержались также рецепты зажигательных смесей и пиротехнических составов для так называемых «китайских стрел» или «китайских огненных копий». Эти названия в определенном смысле справедливы, так как порох был открыт в Китае и секрет его изготовления попал в Европу через Индию и арабские государства. C незапамятных времен в Китае узнали те звуковые эффекты, которые производит бамбук, если его бросить в огонь. Давление горячего воздуха и пара внутри полых стеблей с громким треском разрывало их. В дни новогодних праздников треск разрывающегося бамбука отпугивал злых духов и расчищал дорогу наступающему году. Взрывать бамбук было любимой потехой китайцев и во времена Марко Поло, который в 1295 г. привез в Европу свой полный чудес отчет о загадочной «стране Китай».
Открытие дымного пороха считают одним из четырех величайших изобретений древнего Китая. В IX в. н.э. появилось некое новое вещество, специально предназначенное для создания шума. По всей видимости, открытие этой смеси произошло случайно. Средневековые китайские алхимики, в отличие от своих коллег из арабского мира и Западной Европы, не стремились к получению золота. Своей главной задачей они считали разгадку состава эликсира бессмертия{282}. На этом пути их внимание привлекали материалы с парадоксальными свойствами: золото — металл, который никогда не тускнеет; ртуть — жидкий металл; сера — камень, способный гореть, — не таят ли эти вещества секрет вечной молодости?
Главным компонентом «огненного зелья» стала селитра. В Китае ее можно было найти без труда — она выступала белой коркой на некоторых почвах. В местностях, где не хватало столовой соли, повара иногда использовали селитру, чтобы улучшить вкус блюд. Конечно, они замечали, как ярко вспыхивает огонь, если бросить в него щепотку этого белого порошка. Производство относительно чистой селитры было непременной частью обычного репертуара алхимиков, которые веками изучали ее свойства. Все алхимические трактаты эпохи Тан (618–907) упоминают о селитре и способах ее приготовления.
Давно знали китайские ученые и о горючих возможностях серы. Этот элемент — один из немногих, которые встречаются в природе в виде простого вещества. Третьим компонентом смеси стал древесный уголь, который издавна использовался как источник тепла. Селитра, сера и древесный уголь, вступая в сложное взаимодействие, вызывали к жизни магию «огненного зелья». Когда вспыхивал порох, газы выделялись мгновенно, а тепло, образующееся при реакции, заставляло их чрезвычайно расшириться. Стремительным расширением горячего газа и объясняются все эффекты «огненного зелья». В одном из отчетов средневековых китайских алхимиков указывалось, что при нагревании смеси селитры, древесного угля, серы и меда вырывается пламя, окутанное густыми клубами дыма{283}. Еще одной важной задачей было установить правильное соотношение, в котором надо смешать все три ингредиента. Путем долгих экспериментов был вычислен оптимальный состав дымного пороха: селитру, серу и уголь соединяли в массовых соотношениях 15:2:3. Конечно, химические механизмы этого процесса тогда еще не были известны — до открытия кислорода оставалась еще почти тысяча лет. Китайские алхимики разрабатывали теории, исходя из собственной концепции движущих сил мироздания, которая рассматривала мир как систему находящихся в равновесии противоположностей: инь — пассивное, холодное, женское начало и ян — активное, горячее, мужское.
В исторической литературе бытует устойчивое заблуждение, что в Китае порох не использовали в военных целях, по крайней мере до нашествия монгольских завоевателей. Однако первые документы, подтверждающие применение взрывоопасной смеси в боевых условиях, относятся к самому началу X в. По всей видимости, первоначально порох использовали для создания «огненных стрел» — примитивных ракет. В этот период китайские военные применяли порох главным образом в качестве зажигательных и разрушительных средств. К XI в. были уже разработаны начиненные порохом бомбы и гранаты, которыми забрасывали вражеские войска с помощью катапульт. Свойства пороха как метательного взрывчатого вещества (пропеллентные свойства) стали использовать несколько позднее. Документ, в котором содержалось описание экспериментов с первой пушкой, представлявшей собой полый ствол бамбука, датируется 1132 г.
Металлические орудия (железные или бронзовые) в китайской армии династии Сун применили во время сражений с монгольскими ордами Хубилай-хана (внука Чингиз-хана) в 1268–1279 гг. Еще в 1257 г. некий китайский правительственный чиновник сетовал на то, что в сунских арсеналах отчаянно не хватает современного оружия, особенно железных бомб и огненных стрел. Однако эти предостережения не были услышаны. Хубилай-хан напал на сунский Китай и быстро обратил страну в придаток огромной Монгольской империи{284}.
Китайские воины отражают атаку врага с помощью «огненных стрел»
В XIII в. порох стал известен в арабском мире. Как свидетельствуют историки, уже в начале сороковых годов XIII столетия арабы знали о существовании селитры («китайского снега»), пороха и первых ракет («огненных стрел»){285}.
В книге по военному искусству арабского ученого Шемс-ад-Дина Мохаммеда, который жил в конце XIII — начале XIV вв., были описаны способы использования пороха для стрельбы{286}. Автор писал, что вначале в дуло орудия засыпали «пороховой заряд», а поверх него — слой «орехов» (вероятно, свинцовых шариков). При воспламенении пороха образующиеся газы с силой выбрасывали «орехи» из ствола пушки. Использование такого орудия создало предпосылки для очень быстрого развития артиллерии в Западной Европе. В 1273 г. некое подобие пороховой пушки применил военачальник Абу-Юсуф из династии Меринидов при осаде города Сиджильмасы.
К настоящему времени не существует какой-либо единой версии о путях проникновения пороха в Западную Европу. Вероятнее всего, постепенно через страны Ближнего Востока по Великому шелковому пути порох дошел до европейских стран{287}.
Первое письменное упоминание о порохе можно встретить в сочинении Роджера Бэкона (см. гл. 4, п. 4.3) «De Secretis Operibus Artis et Naturae», датируемом 1248 г. Спустя девятнадцать лет в своей книге «Великий труд» английский философ и алхимик подробно описал состав смеси, которую можно применять для изготовления фейерверков{288}. Основываясь на этих трудах, некоторые историки приписывают изобретение пороха именно Роджеру Бэкону.
По всей видимости, появление пороха в Европе нельзя расценивать как открытие, имеющее однозначное авторство и дату своего рождения. Скорее всего, порох следует считать плодом коллективного труда многих алхимиков того времени: примерно в одно и то же время он появился в разных городах Европы{289}. По свидетельству средневековых хронистов, в 1258 г. жители Кельна впервые в Европе использовали зажигательные составы. Изобретение пороха и применение его в военных целях способствовало появлению огнестрельного оружия: пушек, а затем ружей и пистолетов. Во Фрайбурге, где, согласно легенде, долгое время жил монах Бертольд Шварц, которого также некоторые авторы склонны считать европейским изобретателем пороха{290}, в 1300 г. была отлита первая пушка.
Европейские монархи стремились быстро перевести свои армии на новое, более мощное и смертоносное вооружение. Порох вынудил полководцев пересмотреть аксиомы военного дела, незыблемые в течение столетий. К концу XIII в. порох стал известен и в России, по всей видимости, от монгольских завоевателей.
Бертольд Шварц. Гравюра конца XVI в.
Классическая пушка с зарядной камерой длиной в четыре диаметра ядра
Если в XIII в. выстрел из пушки был еще сенсацией, то уже в XIV–XV вв. пушки и ракеты начали производить в разных европейских странах. По мнению некоторых историков, первое широкомасштабное применение пушек, переломившее ход кровопролитного сражения, произошло во время Столетней войны в битве при Креси. В 1346 г. английский король Эдуард III с помощью нового оружия разгромил французскую армию, превышавшую по численности его войско{291}. Военное значение огнестрельного оружия росло вместе с его распространением по всему миру. По сравнению с катапультами — машинами для метания камней — и разнообразными стенобитными устройствами, известными еще со времен Древнего мира, огнестрельные орудия обладали гораздо большей разрушительной и убойной силой, значительной дальностью стрельбы и более высокой мобильностью.
В середине XV в. порох уже научились зернить, что отразилось и в его названии{292}. В XVI–XVII вв. появилось русское слово «порох», очевидно, связанное с порошком. То же мы видим и в других языках: в польском — proch, в английском — powder, в немецком — pulver. Зернение пороха привело к повышению его эффективности как метательного взрывчатого вещества и к дальнейшему усовершенствованию огнестрельного оружия.
Вообще первое известное европейское изображение ракеты и пусковой установки для нее относится к 1405 г. В 1410 г. появилась работа Жана Фруассара «Хроники» с описаниями ракет и пусковых устройств, в 1420 г. — «Энциклопедия военных инструментов» («Bellicorum Instrumentorum Liber») Джованни Фонтана, к которой прилагался альбом с зарисовками военных ракет. А первое зафиксированное применение боевых ракет в Европе произошло во время защиты Орлеана французскими войсками под предводительством Жанны д’Арк в 1429 г.
Страницы из книги Ж. Фруассара «Хроники»
Подобно колесу и компасу, порох помог человеку дойти до самого края света. C помощью огнестрельного оружия были покорены моря и континенты, разрушены цивилизации, уничтожены или порабощены целые народы. Испанские конкистадоры с поразительной легкостью завоевали два самых могучих государства Нового Света — империи инков и ацтеков. Армии правителей Куско и Теночитлана, вооруженные лишь стрелами, луками, копьями и мечами, были повержены не столько ядрами испанцев, сколько устрашающим пламенем и оглушительным грохотом, сопровождавшими применение огнестрельного оружия.
Развивающееся производство ружей и пушек требовало все больше механиков, техников, специалистов в области химии и физики. Увеличивалась и потребность в порохе, металле для пушек и ружей, в орудийных лафетах и другом воинском снаряжении и оборудовании. Совершенствование артиллерийской техники, необходимость прицельного огня орудий и изучение движения снарядов привели к возникновению баллистики как науки. Литейное «искусство» в XIII–XIV вв. уже было достаточно развито. Широкое распространение в это время уже получила отливка церковных колоколов. Изобретение пушек послужило новым стимулом для улучшения технологии литья металлов. Для орудийных стволов требовались специальные сплавы и совершенные методы обработки металлов — сверление, полировка и т.п. Это стимулировало развитие химических знаний и совершенствовало техническое мастерство литейщиков. Подобно печатному станку, порох способствовал рождению современной науки и подготовил промышленную революцию.
Переход к огнестрельному оружию привел к возникновению новых химических ремесел, основанных на приготовлении селитры и пороха. Первые пороховые заводы возникли в Германии: в Аугсбурге (1340), Лигнице (1344) и Шпандау (1348){293}. Одним из основных компонентов при изготовлении пороха являлась селитра. Сначала европейские государства импортировали селитру. (Венеция, через которую товар попадал в Европу, имела большие прибыли от этой торговли.) Однако уже в XV в. из-за растущего спроса на селитру многие европейские государства организовали ее производство из местного сырья. Поставщики селитры получали привилегии от властей.
Добыча селитры (из книги Л. Эркера, 1574 г.):
В — выпаривание раствора селитры; F-G — кристаллизация селитры из растворов
C XVII в. интенсивные и систематические поиски селитры в Европе привели к организации ее искусственных «месторождений». Стали создавать «селитряные сады» или «плантации». Делали это так: продукты жизнедеятельности (органические остатки) и останки животных смешивались с известковыми почвами, землей кладбищ, захоронений, отходов скотобоен, донными отложениями прудов и болотной жижей. Туда же добавляли известь, мусор, золу и отходы мыловарения. Затем эту смесь засыпали в ямы либо закладывали послойно в кучи и заливали навозной жижей. За счет процессов разложения в течение двух-трех лет в этих ямах или кучах образовывалась селитра. Выход готового продукта составлял примерно 1: 6, т.е. из 6 кг «селитряной земли» получался 1 кг селитры.
Само собой разумеется, что правители европейских государств были крайне заинтересованы в производстве селитры. Например, в Швеции крестьяне даже были обязаны частично выплачивать селитрой налоги. В Швейцарии производить селитру должны были скотоводческие хозяйства и даже монастыри ордена иоаннитов.
Однако наиболее развито производство селитры было во Франции и Саксонии. Французское правительство в XVIII в. вознаграждало всех, кто занимался производством селитры. В 1777 г. во Франции было создано специальное государственное предприятие по ее получению; великому химику А.Л. Лавуазье (см. гл. 6, п. 6.7) было поручено осуществлять надзор за производством селитры. Этот факт указывает на то, что к этому времени между наукой и производством уже установились достаточно прочные связи.
История производства селитры показывает, что уже с начала XIV в. химические знания были достаточными для того, чтобы в больших количествах изготавливать порох и азотную кислоту — вещества, которые оказались очень важными для развития цивилизации. Со временем способы получения селитры в значительной степени усовершенствовались, в результате чего резко вырос объем ее производства. Однако коренные технологические изменения этих и других важных промышленных процессов были осуществлены лишь в XIX в.
Лаборатория для определения качества селитры (из книги Л. Эркера «Описание всех известных минеральных руд»).
А — выщелачивание «селитряной земли», … С — весы, … F — выпаривание пробы с помощью свечи
Обогащенные селитрой земли выщелачивали, нередко с добавлением золы, поташа или сульфата калия. Затем соляной раствор упаривали в железных или медных котлах. Туда же добавляли щелочь, уксус или винный камень для предотвращения образования накипи. Когда раствор достигал определенной концентрации, его переливали в медные или деревянные чаны, где происходила завершающая стадия — кристаллизация селитры.
Поскольку пороховые заводы предъявляли высокие требования к чистоте селитры, ее приходилось перекристаллизовывать по нескольку раз до определенной степени чистоты, обесцвечивать с помощью угля и квасцов, а также очищать от примесей поваренной соли промыванием в холодной воде.
Распространение и развитие химических ремесел, связанных с изготовлением пороха, оказало большое влияние на совершенствование естественнонаучных знаний, философских систем и даже развитие цивилизации. Густав Фестер указывал, что применение огнестрельного оружия оказало «такое громадное влияние на совершенствование военной техники, которое можно сравнить лишь с влиянием на развитие человечества использования железа, начавшееся примерно за три тысячелетия до этого»{294}. Эту мысль поддерживал и Дж. Бернал, который считал, что изобретение пороха оказало гораздо большее влияние на развитие науки, чем на совершенствование военной техники. «Порох и пушки взорвали не только экономические и политические отношения мира Средневековья, — писал Дж. Бернал, — они также стали важнейшими факторами, которые разрушили средневековое мировоззрение». По мнению Дж. Мэйоу (см. гл. 6, п. 6.4), «селитра произвела такой же шум в философии, как и на полях сражений»{295}.
Селитра оказалась также веществом, очень важным для других химических ремесел. Изготовление селитры требовало коренного совершенствования методов разделения и очистки солей, при этом особенно важную роль играли процессы растворения и кристаллизации. Появление огня при горении пороха и без доступа воздуха натолкнуло средневековых ученых на новые представления о процессах горения. Складывалось мнение, что селитра содержит «воздух», необходимый для горения. Изучение «селитряного воздуха» сыграло впоследствии громадную роль в разработке важных положений химической науки (см. гл. 6, п. 6.4).