Рисунок 7.1. Продолжительное доминирование человеческого труда, медленное распространение машин, приводимых в движение ветром и водой, и быстрый рост использования двигателей и турбин после 1800 года – три наиболее заметных вехи в истории первичных движителей. Примерные доли оценены и рассчитаны с помощью широкого набора источников, процитированных в этой книге
Заметная дихотомия характеризовала использование человеческого труда во всех древних цивилизациях. По контрасту с его массовым применением для выполнения исключительно сложных задач в капитальном строительстве, ни одна старая высокая культура, базировалась ли она на рабстве, барщине или на свободном труде, никогда не предпринимала шагов по крупномасштабному производству товаров. Атомизация производства оставалась нормой (Christ 1984). В Китае времен династиии Хань было разработано некоторое количество методов, которые потенциально могли использоваться в массовом производстве. Возможно, наиболее замечательно, что тогда удалось усовершенствовать литье железа, создав технологию, практически идентичную той, что применяется сейчас для изготовления большого количества одинаковых металлических предметов во время одной-единственной плавки (Ниа 1983). Но самая большая из найденных плавильная печь того времени была всего 3 метра в ширину и менее 8 метров в длину. За пределами Европы и Северной Америки сравнительно маломасштабные ремесленные мануфактуры оставались нормой до XX века. Отсутствие дешевого наземного транспорта было очевидно главным фактором, мешающим массовому производству.
Затраты на дистрибуции за пределы сравнительно малого радиуса превзошли бы любую экономию от масштаба, которую могло бы обеспечить централизованное производство. Многие древние строительные проекты не требовали на самом деле экстраординарно больших вложений человеческого труда. Несколько сотен или несколько тысяч работников на основе сезонной занятости, то есть работающих лишь от двух до пяти месяцев каждый год, могли возвести громадные религиозные или защитные сооружения, выкопать длинные каналы для орошения и транспорта, построить протяженные дамбы за период в 20–50 лет. Но многие удивительные проекты потребовали куда больших сроков: например, ирригационный комплекс Кала Вева на Цейлоне создавался около 1400 лет (Leach 1959), а постепенное возведение и ремонт Великой Китайской стены растянулось на еще больший период (Waldron 1990). И столетие или два вовсе не было исключительно долгим временем для постройки кафедрального собора.
Рисунок 7.2. Средняя мощность единицы традиционного первичного движителя оставалась ограниченной даже после появления более крупных водяных колес в начале современной эпохи. Изменения начались лишь после изобретения паровых машин в XIX веке. Максимальные пределы начерчены по материалам источников, посвященных первичным движителям
Первые неодушевленные первичные движители начали значительно влиять на жизнь в некоторых частях Европы и Азии только около 200 н. э. (водяные мельницы) и 900 н. э. (ветряные мельницы). Постепенное усовершенствование этих устройств позволило использовать их для выполнения и ускорения многих тяжелых, повторяющихся задач, но замена одушевленного труда была медленной и неравномерной (рис. 7.2). В любом случае, водяные и ветряные мельницы почти не могли облегчить полевые работы, разве что с их помощью удавалось качать воду. Именно по этой причине приблизительные оценки для Англии (Fouquet 2008) показывают, что усилия человека и животных составляли в 1500 году около 85 % от всей мощности, в 1800-м – все еще 87 % (когда вода и ветер обеспечивали около 12 %), но только 27 % в 1900 году; к этому времени пар занял свое место в промышленности. Но даже в эпоху паровых машин одушевленный труд оставался незаменимым при извлечении и распределении ископаемого топлива и в бесчисленных производственных задачах; ну а в сельском хозяйстве он доминировал на протяжении всего XIX века.
Но задолго до того, как максимальная мощность работающих животных увеличилась в три раза (более сильные лошади и совершенная упряжь), водяные мельницы стали самыми мощными первичными движителями. Их последующее развитие было медленным: первое увеличение максимальной эффективности в десять раз потребовало около 1000 лет, второе – около 800. Пиковая мощность на единицу в результате превысила мощность паровой машины конца XIX века, а доминирование водяных мельниц закончилось только с появлением двигателей внутреннего сгорания и паровых турбин. Оба эти изобретения были представлены в 1880 годах, но лидерство захватили только в 1920-х, и остаются ведущими первичными движителями, как стационарными, так и мобильными, в начале XXI века.
Примечание 7.1. Устойчивость одушевленного труда
В Америке лошади, мулы и волы помогли освоить большую часть ныне культивируемой земли во время распашки обширных травянистых пространств в США. Великие Равнины, канадские прерии, бразильский cerrado и аргентинская пампа были освоены в последние десятилетия века девятнадцатого и в самом начале двадцатого. Только к 1963 году, когда мощность американских тракторов более чем в 12 раз превзошла рекордный показатель всех животных в 1920-м, министерство сельского хозяйства США перестало считать тягловую рабочую силу. В период позднего императорского и раннего республиканского Китая вклад ветряных, водяных мельниц и пара оставался пренебрежимо малым по сравнению с вкладом человеческого труда, чья агрегированная мощность значительно превосходила ту, которую выдавали тягловые животные. Лучшие оценки показывают, что даже к 1970 году человеческий труд в Китае давал около 200 ПДж полезной энергии, и это по сравнению с чуть более 90 ПДж, которые приходились на тягловых животных (Smil 1976).
Доминирование человеческих мускулов ограничивало мощность наиболее широко распространенных рабочих единиц до 60-100 Вт постоянного (на протяжении дня) полезного труда. Это значит, что во всех обстоятельствах, кроме нескольких исключений, высочайшая концентрация мощности под единым командованием (от сотен до тысяч работников на стройках) давала не более 10-100 тысяч ватт постоянной мощности, хотя пиковые усилия могли превосходить это значение в разы. Архитектор или строитель каналов традиционной эпохи, таким образом, контролировал потоки энергии, эквивалентные тому, что сегодня выдает единственный двигатель, приводящий в движение небольшую землеройную машину.
Несмотря на некоторые важные континентальные и региональные различия, типичные уровни потребления топлива и превалирующие способы использования первичных движителей в высоких культурах древности были практически идентичными. Если и существовало общество, которое можно выделить в качестве исключения по причине значительных отличий в потреблении топлива и развитии первичных движителей, то это Китай эпохи Хань (207 до н. э. – 220 н. э.). Инновации, возникшие в его пределах, появились по всему миру столетия, а иногда и тысячелетия спустя. Наиболее значительные достижения ханьского Китая – использование угля при производстве железа, бурение с целью добычи природного газа, изготовление стали из чугуна, широкое распространение отвальных железных плугов, начало использования хомутов и применение многотрубной сеялки. Позже почти тысячелетие не случалось так, чтобы скопление подобных достижений возникло в краткий период времени.
