Техніка Стародавнього Риму

Римська культура широко поширилася в Європі та Середземномор'ї завдяки створенню ефективної структури управління, єдиної системи права, а також завдяки вмінням римських техніків та інженерів.

У римський час не з'явилося видатних винаходів у галузі сільського господарства, обробки металів, виготовлення кераміки і тканин, подібних тим, що були створені в епоху неоліту і в бронзовому столітті цивілізаціями Єгипту і Близького Сходу, проте римляни змогли розвинути і вдосконалити відомі їм технології. Грецький культурний простір східного Середземномор'я дав римським інженерам знання основ математичних, природничих та технічних наук, які дозволили їм докорінно поліпшити виробництво енергії, агротехніку, гірничу справу і металообробку, виготовлення скла, кераміки та тканин, транспортну справу, суднобудування, інфраструктуру, будівельну справу, масове виробництво товарів, зв'язок і торгівлю.

Хоча в період Римської імперії в деяких областях господарства були передумови до початку промислової революції, римське суспільство так і залишилося на доіндустріальному рівні: машини були практично не розвинені, використовувалася праця рабів. Наукові, економічні та соціальні причини такого шляху розвитку, що характеризується істориками як стагнація античної технології, є предметом подальшого техніко-історичного дослідження.

Писемні джерела з історії римської техніки значною мірою втрачено. Винятками є технічні твори таких авторів, як Вітрувій, а також трактати природного і технічного змісту, як наприклад, праці Плінія. Крім того, інформація про римську техніку і технології міститься в історичних і наукових текстах, а також у віршах римських поетів[1]. На відміну від історичної науки в цілому, для вивчення історії техніки більший інтерес часто представляють не письмові джерела, а збережені прилади, інструменти, засоби пересування та інші археологічні знахідки, а також античні зображення.

Аналіз і реконструкція римської техніки за допомогою археологічних знахідок ускладнюється тим, що поряд з каменем (який застосовувався, наприклад, при будівництві млинів і олійнь), залізом і бронзою для створення багатьох апаратів, використовувалися і недовговічні матеріали, такі як дерево. Тут дослідник часто змушений звертатися до зображеннями і описами римського часу, щоб відтворити образ деталей, що погано збереглися. Тим не менш, металеві прилади та інструменти в достатку трапляються дослідникам при розкопках римських міст і вілл. Завдяки цьому технології і механізми, що використовувалися римськими підприємствами (зокрема, млинами, ливарнчми та гончарними майстернями), нерідко можуть бути вивчені і відтворені в рамках експериментальної археології.

Реконструкція римського абака (Римо-німецький музей, Майнц)

Хоча вже в римський час були відомі позиційні системи числення, які були більш досконалими і нагадували сучасну десяткову систему, консервативні римляни воліли користуватися традиційною системою рахунку, в якій числа записувалися як послідовності повторюваних букв. Для практичних обчислень (зокрема, основних арифметичних дій) римська система числення не підходила. З цією метою використовувалася лічильна дошка (абак), за допомогою якої позначалися одиниці, десятки, сотні й інші розряди чисел. Таким чином, не тільки інженери та техніки, а й комерсанти, ремісники і ринкові торговці мали можливість легко робити елементарні обчислення. Для повсякденних (наприклад, торгових) обчислень римляни створили переносний варіант абака з бронзи, який легко поміщався в сумці і дозволяв за допомогою невеликих камінчиків (лат. calculi) виробляти не тільки основні арифметичні дії, а й обчислення з дробами. В принципі, абак можна було використовувати в рамках будь-якої системи числення. Особливий успіх римлян полягав у стандартизації неозорого числа можливих дробів, які могли знайти застосування у світі торгівлі — унція була приведена до єдиного значення.

У римському світі для монет, мір і ваг використовувалася дванадцядкова система, яка спочатку з'явилася в Єгипті і Вавилоні, була поширена по всьому Середземномор'ю і досягла Риму завдяки фінікійським купцям і грецьким колоністам Південної Італії. Поряд з вимірюванням ваги в унціях для цієї системи були характерні також дроби з знаменником 12, що спрощувало дії з дробами. Як «проміжна пам'ять» при множенні або розподілі великих чисел часто служили загнуті фаланги пальців рабів, які таким чином служили своїм господарям підручним засобом для фіксації чисел.

У той час як комерсанти, ремісники і техніки виробляли обчислення за допомогою унцій, в деяких областях були звичайними точніші міри ваги. Наприклад, у сфері точної механіки і при прокладці труб використовувався палець (лат. digitus), що становив 1/16 фута.

В інших областях римляни також демонстрували інтерес насамперед до практичного застосування математичних знань: так, вони знали наближене значення π ${\displaystyle {\tfrac {22}{7}}\approx 3{,}142857}$ і використовували його крім іншого для обчислення перерізів труб. Римські землеміри, незважаючи на просту конструкцію їх приладів, могли визначати кути, підйоми і нахили.

Лібурна з водяними колесами, що приводиться в рух биками (коноводне судно). Ілюстрація XV століття з видання римського трактату De Rebus Bellicis(IV ст. h. e.)

Реконструкція водяного млина по Вітрувію

У Римській імперії існувало п'ять джерел енергії: мускульна сила людей, тварин, енергія води (з часів Августа), паливо (дерево і деревне вугілля) і енергія вітру. Остання застосовувалася лише в мореплаванні, ймовірно, тому що напрямок вітру швидко змінюється, це вважалося перешкодою для створення механізмів. У виробництві не використовувалася і енергія пари, теоретично відома ще з елліністичних часів. Низький рівень механізації римської економіки не дозволяв розглядати освоєння нових джерел енергії і заміну ручної праці машинним як можливий крок до підвищення продуктивності.

Багато механізмів наводилися в рух фізичною силою людини — наприклад, гончарні круги або будівельні крани, часто переміщують важкі вантажі за допомогою ходових коліс. Правда, торгові судна були оснащені вітрилами для використання вітру, але військові кораблі, які повинні були маневрувати незалежно від вітру, поряд з вантажними суднами і човнами наводилися в рух командою веслярів. Транспортування вантажів у римських містах також здійснювали переважно носильники. Через велику кількість вузьких провулків найкращим засобом пересування для заможних громадян був паланкін.

Як і по всьому Середземномор'ю, в Римській державі використовувалася тяглова і підйомна сила тварин — насамперед волів, ослів і мулів, — які застосовувалися в сільському господарстві і як транспорт. Використання коней спочатку обмежувалося військовою сферою і стрибками, проте з часом збільшилася і їхня роль у транспорті.

Завдяки так званому «помпейському млину» (жорнам з киратом), який вперше використовував принцип обертального руху, вдалося замінити стомлюючу і монотонну працю людей застосуванням ослів і коней. Часто з цією метою використовувалися старі й знесилені тварини.

Римські джерела згадують використання гідравлічної енергії для подачі води за допомогою коліс, а також її застосування у водяних млинах. Вітрувій описує водяні колеса, які приводяться в рух течією річки (норії)[2]; вони являли собою нескладний механізм, в якому ведуче колесо слугувало одночасно й для підливу. Водяні млини були менш економічними — щоб передавати жорну енергію обертання, був потрібний відповідний механізм з зубчастими колесами.

У Римі було зведено безліч водяних млинів, що розташовувалися на схилі пагорба Янікул, поблизу Тибру, і отримували воду з акведука. У пізній Римській імперії у районі Арелата (Галлія) з'явився схожий комплекс з вісьмома водяними млинами на крутому схилі. Тут постійний приплив води також забезпечувався акведуками. Джерела епохи Меровінгів дозволяють зробити висновок, що водяні млини часто використовувалися в Галлії часів пізньої античності. Паладій рекомендував землевласникам будівництво таких млинів, щоб мати можливість молоти зерно без застосування мускульної сили людей і тварин[3].

Після того як під час навали готів у 537 році млини на Янікулі були зруйновані, за наказом візантійського полководця Велісарія на двох міцно пришвартованих кораблях були споруджені водяні млини. Сильна течія Тибру створювала ідеальні умови для використання таких корабельних млинів, і їх число почало швидко збільшуватися, щоб забезпечити потреби римського населення. Цей незвичайний різновид водяних млинів активно використовувався протягом усього середньовіччя; останні такі млини припинили свою роботу в Римі тільки на початку XIX століття.

Зображення водяного млина в Ієраполі. Млин був побудований у III ст. н. е. і є першою відомою машиною, в якій використовувалися колінчастий вал та шатуни

Крім помелу зерна, енергія води використовувалася в римський час також для розпилу кам'яних і мармурових блоків. Механічне розпилювання мармуру з використанням звичайного для водяних млинів обертального руху було неможливо; для цього було потрібно рух пилки взад-вперед. Перший достовірно відомий механізм трансмісії для цієї мети був частиною водяного млина в Гієраполі (кінець III ст. н. е.). Схожі кривошипно-шатунні механізми для передачі енергії, нехай і без зубчастої передачі, відомі завдяки археологічним розкопкам римських млинів VI ст. н. е. в Герас (Йорданія) і Ефесі (Туреччина). Вірш Авсонія «Мозелла» кінця IV ст. н. е. є письмовим свідченням, з якого відомо про існування водяних млинів для розпилювання мармуру поблизу Тріра. У творі Григорія Нісського того ж часу вказується на існування млинів для обробки мармуру в околицях Анатолії, тому можна припустити широке поширення таких млинів в пізній Римській імперії.

Паливом слугувало здебільшого дерево і деревне вугілля. Зрідка також використовувалося кам'яне вугілля, переважно в місцевостях, де поклади розташовувалися близько до поверхні і його видобуток практично не становив труднощів. Проте до цього викопного палива вдавалися лише в разі гострої нестачі дерева, бо його використання приводило в тому числі до розплавлення міді та погіршення якості мідних предметів.

Поряд з домашніми господарствами, які готували їжу на вогні, паливо потребували передусім ремісничі майстерні, в тому числі для виплавки руди, кування заліза і виготовлення кераміки і скла. Крім того, в епоху імперії активними споживачами палива стають терми, які використовували його для опалення з допомогою гіпокауста. Незважаючи на значну потребу в лісі, постійного лісового господарства не велося, і в багатьох областях ліс істотно постраждав або навіть був повністю вирубаний. Однак в античній Греції вже існували приватні маєтки, що спеціалізувалися на виробництві палива.

Римська олійна лампа з глини з отворами для ґнота (ліворуч) і оливкової олії

Система освітлення належить до тих галузей техніки, де римляни не винайшли практично нічого нового. Як джерела штучного світла використовувалися вогонь вогнища, соснові скіпки, смолоскипи, олійні лампи, рідше — свічки з сала або воску.

Для вуличного освітлення застосовувалися насамперед смолоскипи, що добре протистояли вітру. Поряд з ними були відомі і ліхтарі по типу сучасних штормових ламп зі стінками з тонких рогових пластинок, усередині яких запалювалася свічка. Такі ліхтарі були знайдені в Помпеях на тілах жертв виверження Везувію, які намагалися втекти з гинучого міста.

Найсильнішими джерелами світла в римську епоху були маяки, що розташовувалися в основному поблизу важливих морських портів. Вогонь таких маяків, що горів перед увігнутим дзеркалом, міг бути видно за десятки кілометрів, як у випадку з Фароського маяка в Олександрії.

Складніше було з освітленням приміщень. Був тільки один спосіб підсилити слабке світло ламп — збільшити кількість джерел світла, тому римляни використовували стоячі і висячі лампи, свічники, а також численні олійні лампади. На півдні Римської імперії для освітлення широко використовувалося оливкова олія, яка частково ввозилося і в північні провінції. Прості глиняні олійні лампи вироблялися масово і були доступні кожному, поряд з ними виготовлялися і бронзові лампи. У глиняних лампах був бічний отвір для ґнота, а олію можна було підливати через отвір в кришці. Олія зазвичай горіла без диму і могла давати світло як завгодно довго (за умови, що її вчасно підливали). Традиційними були споживаючі більше олії лампи з автоматичним підливом.

Менш практичні свічки зазвичай виготовлялися з згорнутої в рулон тканини, просоченої воском або жиром, і швидше згорали. Для їх закріплення використовувалися канделябри з шипами. Свічки застосовувалися передусім на півночі, де не росли маслинові дерева, які дають олію.

Всі без винятку античні суспільства були аграрними: переважна більшість населення становили жителі сільської місцевості, а сільське господарство було головною гілкою економіки. Багатство заможних римлян полягала насамперед у земельних володіннях, що давали високі доходи. Таким чином, більша частина податкових надходжень Римської імперії виходила з сільських регіонів.

Значна частина сільського населення Риму трудилася в основному для задоволення власних потреб. Натуральне господарство селян центральній Італії почало змінюватися тільки зі зростанням населення і розвитком міст. У менш населених регіонах без розвинених транспортних шляхів воно залишилося колишнім.

Постачання великих міст (наприклад, Риму, що нараховував в I столітті н. е. вже 800 000 жителів) можна було забезпечити тільки пристосуванням структури галузей до реальних умов, в ході якого маєтки, що лежать поблизу міста і на торгових шляхах, починали задовольняти зростаючий попит шляхом переорієнтації виробництва на ринок. Дуже часто це було пов'язано зі спеціалізацією на конкретних продуктах, таких як вино або оливкова олія (яку згодом стали використовувати і для освітлення). Тут з'являються зачатки поділу праці в сільському господарстві: основна маса сільськогосподарських робіт виконувалася рабами, а додаткова потреба в робочій силі в період збору врожаю відшкодовувалася за рахунок найму вільних дрібних селян і наймитів. На додаток до цього був необхідний імпорт продуктів з інших частин імперії, що забезпечував потреби Риму в зерні, олії та вині.

На відміну від дрібних селян, що зберігали старі способи роботи та інструменти, у великих маєтках існувала принципова потреба в інноваціях, як в удосконаленні вже відомих інструментів, так і в абсолютно новій техніці. Однак на практиці землевласники приділяли мало уваги технічних новинок. Їх пізнання в сільському господарстві часто були порівняно малі. Дійшли до нас праці римських агрономів, що також містять досить мало відомостей про сільськогосподарські знаряддя. Зокрема, Варрон та Колумелла, як і їхні грецькі колеги, приділяють основну увагу поводженню з рабами. Вирішальним фактором у продуктивності маєтків вважалося, як правило, не наявність аграрних знань і не застосування техніки, а використання рабів і нагляд за ними.

• Helmuth Schneider : Einführung in die antike Technikgeschichte. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1992 (нім.)

• Римський транспорт (англ.)
• Грецький і римський стан науки і техніки (англ.)
• Klaus Grewe: «Die Reliefdarstellung einer antiken Steinsägemaschine aus Hierapolis in Phrygien und ihre Bedeutung für die Technikgeschichte. Internationale Konferenz 13.−16. Juni 2007 in Istanbul», in: Bachmann, Martin (Hrsg.): Bautechnik im antiken und vorantiken Kleinasien, Byzas, Bd. 9, Istanbul 2009, ISBN 978-975-807-223-1, ст. 429—454