Людей всегда интересовало как само время и его природа, так и способы его точного исчисления. Конечно, самыми точными и надежными «часами» были небесные светила, но пользоваться ими удобно лишь для определения примерного времени суток. Да и то древнейшие часы – солнечные – нельзя было возить с собой из-за громоздкости (а как быть ночью или в облачную погоду?), водяные или песочные тоже были немаленькими, а часы, отмерявшие время по скорости сгорания, допустим, масла в лампе, слишком приблизительными, да и скорость сгорания разного масла была неодинакова. Так что изобретение полноценных механических часов стало огромным шагом в истории техники.

С их изобретением множеству людей стало доступно точное измерение времени.

Автоматические устройства знали и использовали и до появления часов, но они использовались или для забавы, или в религиозно-политических целях – например, чтобы с помощью «живой механической головы» произвести впечатление на послов соседнего государства.

Механические часы многое взяли от своих предшественников. Скажем, легендарный арабский халиф Гарун-аль-Рашид подарил императору франков Карлу Великому водяные часы с циферблатом и умели подавать сигналы каждый час. Если верить описаниям, то в полдень в корпусе часов открывались ворота и из них выезжали фигурки конных рыцарей.

Правда, надо заметить, что у многих ранних моделей часов стрелка была неподвижна, зато поворачивался сам циферблат.

Первые упоминания о часах датируются XIII – началом XIV века. Часы эти были башенными и имели колесные механизмы, которые приводил в движение вес опускающегося груза. Сходное устройство имели и часы с гирьками у кукушкой, которые не столь давно еще можно было встретить в отдельных домах.

Основу часового механизма составлял деревянный вал с намотанным на него пеньковым канатом. На свободном конце каната висела большая гиря – сначала каменная, впоследствии и металлическая. Она была достаточно тяжелой и благодаря этому постепенно опускалась вниз. При этом канат разматывался, поворачивая вал. На том же вале было большое зубчатое колесо. Оно было сцеплено с другими колесами, которые образовывали передаточный механизм. Это позволяло передать на механизм часов вращение вала.

Но этого было явно недостаточно: ведь если бы гиря просто свободно висела на канате, она очень быстро, с ускорением опустилась бы вниз – и все! И средневековые механики с честью вышли из положения, изобретя регулятор.

Документальных свидетельств о праве на изобретение такого рода история не сохранила, только легендарные. Но они достаточно убедительны и вполне могут быть правдой. Средневековые легенды приписывают изобретение регулятора в виде груза и спускового механизма-шпинделя монаху Герберту Аврилакскому, который знаменит также и тем, что впоследствии стал римским папой Сильвестром II. Достоверно известно, кстати, что он действительно интересовался часами всю свою сознательную жизнь и был создателем одним из первых (если не самых первых) башенных часов в Европе. Это были часы в городе Магдебург, и сделаны они были еще в 996 году. В принципе, это неудивительно. Ведь многие компоненты часов были известны еще с Античности. Впрочем, конкретно о магдебургских часах спорят, поскольку непонятно, были ли они водяными (как убеждено большинство историков техники) или все же механическими. Если он действительно изобрел то, что ему приписывают, он вполне мог создать и механические часы. Но почему тогда следующие появились лишь в XIII веке?..

Миниатюра XV в. с изображением механических часов

Конечно, наиболее ранние образцы устройств были очень несовершенны. Так, в них отсутствовал механизм заводки, и специальным служителям приходилось несколько раз в день с большим трудом поднимать тяжеленную гирю вверх, преодолевая сопротивление зубчатых колес. Нелегкий труд!

В 1288 году появились башенные часы в Вестминстерском аббатстве в Лондоне, а четыре года спустя – в храме в Кентербери.

В 1300 году часы заработали во Флоренции – о них, кстати, писал Данте, а 14 лет спустя – в Каннах. Насколько можно судить, все эти ранние механизмы были довольно простыми и имели только одну стрелку.

Кстати, хотя наиболее простым и удобным регулятором является маятник, маятниковые часы начали появляться только во второй половине XVII века, а до того механики средневековья использовали коромысло, или билянец, подобное тому, которое используют в простейших весах. Несколько позже, в следующем столетии, была придумана система зубчатых колес, которая позволяла использовать в часовом механизме не одну стрелку, а две и даже три – как мы и поныне продолжаем делать. Именно в XVIII веке циферблат часов приобретает более или менее привычный нам сегодня вид (конечно, если не иметь в виду разного рода цифровые дисплеи).

Вообще каждый век привносил что-то новое в конструкцию часовых механизмов. Стали появляться совершенно невероятные на первый взгляд устройства, которые показывали не только время суток, но и годовое движение Солнца, фазу Луны, положение планет.

Несравненным шедевром можно считать знаменитые часы на Пражской ратуше. Глядя на них, видишь скорее произведение часового искусства, нежели просто сложный механизм. Каждый час над циферблатом часов перед боем курантов открываются два оконца и в них появляются фигурки двенадцати апостолов. Скелет, символизирующий Смерть (чрезвычайно распространенная в то время в Европе тема), поворачивает косу и песочные часы – дескать, конец неизбежен. С другой стороны циферблата фигура человека с кошельком в руках – он потряхивает им и напоминает нам, что время – деньги. Путник бьет посохом о землю, словно бы идет – от рождения до старости. Когда часы заканчивают отбивать время, появляется фигура петуха, и он трижды кукарекает. Наконец, в завершение всего этого действа появляется фигура Христа и благословляет всех зрителей на Староместской площади. Часы, к счастью, сохранились до наших дней и до сих пор производят неизгладимое впечатление. Представляете, сколь сложную конструкцию пришлось придумать чешским мастерам, чтобы все это работало как следует?

Во второй половине блистательного для науки и искусства Западной Европы XV века был изобретен пружинный механизм. Благодаря его открытию стало возможным изготовление часов значительно меньших размеров, в том числе и вполне миниатюрных. Пружину для них делали из гибкой, особым образом закаленной стальной ленты, которую наворачивали на вал. Внешний конец пружины цепляли за крючок в стенке корпуса, а внутренний крепили к валу. Пружина стремилась развернуться и тем самым вращала барабан и связанное с ним зубчатое колесо. Далее система таких зубчатых колес передавала движение на регулятор. Эта же схема сохраняется для механических часов и по сей день.

Отличился в часовом деле и прославленный голландский физик Христиан Гюйгенс. Ему принадлежит честь создания новых регуляторов для часов любого типа.

Именно он придумал, как создать маятник, который позволял бы обеспечить достаточную точность хода механизма.

Вообще, как и в истории о создании подзорной трубы, Гюйгенс лишь последовал за Галилеем: именно великий итальянец впервые придумал использовать в часовых механизмах маятник. Однако сам он в этом деле не преуспел, а его сын, продолживший дело отца, хранил все результаты в секрете. В результате часы-то он сделал, но к тому моменту уже появилась рациональная и вполне эффективная конструкция Гюйгенса, который ничего не знал об усилиях Галилея и сделал свои находки совершенно самостоятельно.

Это произошло в 1657 году. При этом голландскому ученому пришлось изобрести маятник особой конструкции, способный во время качания изменять свою длину и колебаться по особой кривой. Так Гюйгенс добился значительно большей точности, чем могли обеспечить привычные часы с механизмом-коромыслом. Часы Гюйгенса давали погрешность не более 10 секунд в сутки (между прочим, не всякие современные часы могут обеспечить такую точность), тогда как привычная старая конструкция давала разброс 15–60 минут. Почувствуйте, как говорится, разницу…

Гюйгенс и его современники внесли немалое количество других усовершенствований в конструкцию механических часов. На первый взгляд несущественные, они тем не менее сыграли значительную роль в том, чтобы это удивительное устройство для измерения времени приняло такой вид и стало работать с такой точностью, которую мы имеем сейчас, когда множество людей по-прежнему продолжает пользоваться им, невзирая на появление кварцевых часов, основанных на совсем другом принципе. Впрочем, едва ли будет преувеличением сказать, что и эталонные атомные часы, которые ныне используются для подстройки по ним самых точных сигналов, обязаны своими появлениям этим родившимся в Средние века механизмам.