Kitobni o'qish: «Изобрели телеграф, затем айфон: гениальные идеи, изменившие мир»

© Стивен Джонсон, 2023

© ООО «Издательство АСТ», 2023

* * *

Посвящается Дину

Введение

Как прошёл ваш день?

Вы проснулись в комфортной прохладе или, может, в уютном тепле? Вы приняли душ под сильной, равномерной струёй воды? Удалось ли вам включить свет и беспрепятственно одеться в предрассветных сумерках? Вы смогли выпить молоко за обедом, невзирая на отсутствие коров в поле зрения? Вы сумели отвлечься от надоедливого брата или сестры, вставив в уши наушники?

Технологии и инновации в современном мире развиваются с головокружительной скоростью.

Похоже, день прошёл нормально. Ничего примечательного. Действительно, всё это выглядит непримечательным… до тех пор, пока однажды вы не задумаетесь, что температуру, свет, звук, воду – практически всё в своём окружении – вы можете регулировать сами.

Большинство людей, живущих в развитых странах, даже не задумываются о том, насколько им повезло обладать всеми необходимыми для жизни благами: питьевой водой, которая не заразит смертельно опасной бактериальной инфекцией; искусственным светом, продлевающим день; кондиционером, позволяющим комфортно жить в климате, который всего шестьдесят лет назад казался невыносимым. Но откуда же появилась эта роскошь? И кто сделал её возможной?

Фото молодожёнов, садящихся в машину, Лодзь, Польша, приблизительно 1938 год. Первоначально электромобили были разработаны в 1890-х годах.

Вообще-то… никто.

Никто конкретный.

Если вы стремитесь понять, каким образом гениальные идеи изменили наш мир, в первую очередь следует забыть о мифе, связанном с моментом прозрения. Уникальные изобретения появляются отнюдь не по той причине, что какой-то одинокий гений оказывается умнее всех остальных. Идеи по своей сути являются сетью, вмещающей мысли множества других людей. Мы обращаемся к средствам, метафорам, концепциям и научному пониманию нашего времени, после чего переделываем их в нечто новое. Если же необходимый фундамент отсутствует, вы не сможете совершить прорыв, каким бы гениальным человеком вы ни были.

Вся наша жизнь окружена и поддерживается целым кластером объектов и систем, работающих благодаря творчеству людей, пришедших в наш мир до нас. Изобретатели, любители и реформаторы безустанно трудились над проблемой и отказывались мириться с тем, что я люблю называть «мед-ленной догадкой», – идеей, приходящей в голову в течение десятилетий, а не секунд.

Эти обычные люди создавали необычные вещи.

Мастера и мечтатели – главные герои нашей истории (даже несмотря на то, что их гениальные идеи редко преображали мир в одночасье). В основном этих людей преследовали предчувствия. Их одолевали неясные, даже ошибочные мысли, намекающие на нечто большее. Именно совокупность идей в конечном счёте и привела к той технологической революции, с которой мы сталкиваемся в современном мире.

На горизонте Дубая (Объединенные Арабские Эмираты) нашему взору открываются невероятные небоскрёбы. Один из них – Бурдж-Халифа, самое высокое здание в мире, включающее в себя 1,8 миллиона футов стекла.

Чаще всего изобретения и научные открытия происходят комплексно в определённые моменты истории, когда несколько географически разбросанных исследователей независимо друг от друга натыкаются на одно и то же. Аккумуляторная батарея, телеграф, паровой двигатель и электронная музыкальная библиотека – всё это изобреталось несколькими людьми в течение нескольких лет. Учёным и исследователям удалось проследить сотни таких одновременных изобретений.

Инновации, о которых пойдёт речь в настоящей книге, относятся к повседневной жизни, а не к научной фантастике: стеклянная линза, кондиционер, звукозапись, чашка чистой водопроводной воды, наручные часы, лампочка. Такого рода историю стоит рассказать отчасти потому, что она позволяет взглянуть на мир свежим взглядом, не воспринимая его как должное. Другая причина, послужившая началом моей истории, заключается в следующем: изобретения прошлого положили начало более обширному спектру изменений в обществе, чем можно было ожидать.

Обычно инновации начинаются с попытки решить конкретную проблему. Однако бывает и так, что наряду с решением они вызывают и другие изменения, которые было невозможно предугадать. Всем нам нравится думать, будто мы принимаем решения и отвечаем за окружающий нас мир. Безусловно, изменения зачастую происходят благодаря сознательному планированию, а также действиям политических, военных лидеров, художников, учёных, изобретателей, протестных движений. Каждое из них способно сознательно привести к новой реальности. И всё же социальные преобразования не всегда являются прямым результатом сознательного выбора людей. В некоторых случаях идеи и инновации начинают жить собственной жизнью и вызывают изменения, которые не входили в планы создателей. Разве кто-то думал, что изобретение кондиционера изменит американскую политику, а печатный станок Гутенберга приведёт к созданию телескопов и микроскопов? Но именно таким маловероятным образом важные инновации и формируют наш мир.

Нельзя не отметить, что изобретения нередко влекут за собой неоднозначные последствия. Вот вам пример: автомобили перемещают нас быстрее, чем лошади, но стоит ли скорость передвижения того воздействия, какое машины оказывают на окружающую среду? Мобильные телефоны обеспечивают почти мгновенный доступ к людям и информации, но как это влияет на живое общение, любые другие социальные навыки, совместное использование общественных мест и даже безопасность вождения?

Обращаю ваше внимание на несколько важных моментов: во-первых, речь в книге (как и в названии) идёт исключительно о североамериканцах и европейцах. История Китая, Индии, стран Ближнего Востока или Южной Америки отличалась бы от моего повествования, но была бы не менее интересной). Некоторые важные события – развитие научного метода и индустриализация – сначала произошли в Европе, а уже потом распространились по миру¹. (Причины их возникновения и роль Европы – это, безусловно, интересные вопросы, однако в книге я не пытаюсь дать на них ответы).

Второй момент: хотя в книге фигурируют несколько блестящих изобретательниц – первый в истории программист Ада Лавлейс и предпринимательница Энни Мюррей, – большинство историй уходят корнями во времена, когда женщинам всячески препятствовали строить карьеру в научной, изобретательской или предпринимательской областях. Именно по этой причине подавляющее большинство новаторов, о которых далее пойдёт речь, – мужчины. К счастью, за последние несколько десятилетий прогресс в области гендерного равенства облегчил женщинам путь к научным открытиям и созданию изменяющих мир устройств (хотя для того, чтобы достичь абсолютного равенства, предстоит ещё много работы). Вполне возможно, что лет через сорок историки, которые будут писать новую версию книги, при желании смогут рассказать только о женщинах-новаторах.

Мой рассказ – это взгляд в далёкое прошлое. Чаще всего мы смотрим на историю через призму повествований отдельных людей или наций, однако эти рамки слишком уж ограничены. История вершится на микроскопическом уровне атомов, на масштабном уровне глобального изменения климата и на всех промежуточных слоях. Чтобы правильно изложить историю, нам необходима структура, учитывающая каждый этап. Например, если мы хотим узнать, каким образом прозрачное стекло изменило современный мир, нам следует изучить субатомные свойства диоксида кремния, материала, из которого изготавливается стекло, а уже потом увеличить масштаб и рассмотреть влияние стекольной промышленности на город Венецию.

Я хочу показать вам, как эти, казалось бы, несвязанные между собой миры взаимосвязаны невоспетыми героями, чьи вопросы, любопытство и упорство привели к изобретениям и цепным реакциям, формирующим современный мир. Сюда относится всё: места, где мы живём; продукты, которые мы едим; предметы, которые мы производим и потребляем; способы информирования и виды развлекательной деятельности.

Другими словами: я хочу рассказать вам, как мы до всего этого додумались.

Округ Марин, Калифорния

Август 2017 г.

Стекло

Вроде бы нет ничего примечательного в том, что в пустыне под действием жара образовалось нечто горячее. Однако то, о чём сейчас пойдёт речь, было не просто горячим, а раскалённым, а его воздействие – колоссальным.

Примерно двадцать шесть миллионов лет назад в песках Ливийской пустыни под воздействием жара, который составлял не менее 1000 градусов по Фаренгейту (538 градусов по Цельсию), отдельные песчинки кварца расплавились, а затем спеклись вместе. Многие учёные полагают, что причиной тому послужило столкновение с кометой и последующий взрыв. Когда перегретые песчинки остыли ниже температуры плавления, огромная часть Ливийской пустыни покрылась слоем… стекла.

Эта пектораль, плоское нагрудное украшение, в Древнем Египте часто прямоугольной формы.

Около десяти тысяч лет назад, плюс-минус несколько тысячелетий, некий человек, путешествуя по пустыне, наткнулся на большой стеклянный осколок. Этот фрагмент путешествовал по рынкам и среди общественных кругов ранней цивилизации, пока не стал центральным элементом броши, сформированным в форме жука-скарабея. Целых четыре тысячи лет стекло пролежало нетронутым, пока в 1922 года археологи не обнаружили его в погребальной камере фараона Тутанхамона, в просторечии известного как король Тут.

Кварц (диоксид кремния) – химическое соединение, в изобилии распространённое на нашей планете. Более пятидесяти процентов земной коры состоит из элемента, который не играет практически никакой роли в естественном метаболизме углеродных форм жизни (таких как мы) или в технологиях, использующих ископаемое топливо и пластмассы. На протяжении эволюции люди не нашли большего применения диоксиду кремния по той причине, что его самые интересные свойства проявляются при температуре свыше 1000 градусов по Фаренгейту (538 градусов по Цельсию). Насколько вы знаете, достичь столь высоких температур на поверхности планеты без соответствующей технологии невозможно (эту технологию мы в конце концов изобрели, и она стала называться печью). Научившись генерировать экстремальное тепло в контролируемой среде, мы раскрыли молекулярный потенциал диоксида кремния и поняли, как создавать стекло. И вскоре наше представление о мире и о себе изменилось.

Груды сырого полупрозрачного минерального камня Rauchtopaz (Дымчатый кварц).

Созданные из стекла

В первом и втором веках во времена расцвета Римской империи из украшения стекло превратилось в передовую технологию. Именно тогда стеклоделы придумали способ, как производить более прочный и менее мутный материал, чем тот, из которого был создан скарабей короля Тута. В результате римские мастера начали превращать расплавленный кварц в сосуды для питья и хранения, а также в оконные стёкла.

Коллекция стеклянных бутылок, сохранившихся со времен Древнего Рима. Многие древние цивилизации умели изготавливать стеклянные изделия, однако они были матовыми и часто окрашенными.

Давайте перенесёмся на одно тысячелетие назад в богатый город Константинополь, нынешний Стамбул, Турция. Священная война, вызвавшая осаду и разрушение города в 1204 году, послужила одним из тех исторических толчков, что посылает импульсы влияния по всему миру. В результате небольшая община стеклоделов из Турции отправилась на запад через Средиземное море. Высадились они в Венецианской республике, процветающем городе на берегу Адриатического моря.

В тринадцатом веке Венеция являлась мировым центром коммерческой торговли. Турецкие стеклоделы, поселившиеся там и топившие пылающие жаром печи, создавали новые предметы роскоши, которые купцы продавали по всему миру.

В 1291 году, стремясь сохранить навыки работы стеклоделов и обеспечить общественную безопасность (учитывая, что стеклодувы случайно сожгли несколько кварталов), венецианское правительство выдворило турок на остров Мурано, на другую сторону Венецианской лагуны. В результате они создали то, что нынче мы называем «инновационным центром»: место, подобное Силиконовой долине, где процветают новые идеи и технологии.

В экономической науке это называется «эффектом информационного перелива». Соберите вместе группу людей, и идеи начнут естественным образом передаваться из уст в уста. Если взять в расчёт тот факт, что Мурано был густонаселённым местом, новые идеи о стеклоделии распространялись быстро. Кроме того, многие мастера приходились друг другу родственниками. Отсюда следует вывод, что успех Мурано был обусловлен не только обменом опыта, но и конкуренцией.

К 1300-м годам Мурано стал известен как остров стекла, а его богато украшенные вазы и другие изысканные изделия из стекла стали символами статуса во всей Западной Европе. Стеклодувы работают здесь и в настоящее время. Многие из них являются прямыми потомками семей, эмигрировавших из Турции.

Один из членов сообщества, муранский стеклодел Анджело Баровьер, совершил один из главных прорывов в области стекла. Прозрачность – вот что являлось его главной целью. Однажды, после многих лет проб и ошибок в работе с различными веществами, Баровьер сжёг солерос, привезённое из Сирии богатое минералами растение. Он извлёк минералы из пепла и добавил их в расплавленное стекло. Когда смесь остыла, получился необычный вид стекла: сквозь него можно было видеть! Так и родилось современное прозрачное стекло.

В наши дни мы считаем само собой разумеющимся, что стекло – это прозрачный материал. Мы настолько к нему привыкли, что даже не задумываемся о нём как о технологическом достижении. И всё же восемьсот лет назад способность создавать прозрачное стекло сделала Мурано одним из самых технологически развитых мест на планете, а прорыв Баровьера оказался гораздо более важным, чем он мог предположить.

Как мы теперь знаем, большинство материалов поглощают энергию света. Однако благодаря своему составу диоксид кремния свет не поглощает, а пропускает. Вот почему стекло прозрачно. Его также можно использовать для преломления, искажения и даже разрушения световых волн. Это свойство стекла оказалось даже более революционным, чем простая прозрачность.

Ясный взгляд

В двенадцатом и тринадцатом веках монахи в европейских монастырях трудились над религиозными манускриптами, искусно расписывая и разрисовывая страницы. Зачастую они работали при слабом свете свечей, поэтому многие из них начали использовать изогнутые куски стекла в качестве приспособления для чтения. Располагая стекло над страницей, монахи использовали его как громоздкую лупу.

Первые очки назывались «roidi da ogli», «диски для глаз». Благодаря их сходству с чечевицей (lentes на латыни), диски получили название «lenses» или линзы.

Никто точно не знает, когда и где это произошло, но в Северной Италии средневековые стеклоделы сделали ещё один шаг вперёд: они сформировали из стекла два небольших выпуклых диска, поместили каждый из них в оправу и соединили в верхней части. И вот они, первые в мире очки!

На протяжении нескольких поколений это хитроумное устройство использовалось исключительно монахами и учёными. В те времена подавляющее большинство людей были неграмотными, поэтому у них не было ежедневной необходимости расшифровывать крошечные символы в виде букв. Очки в ту эпоху считались редким и дорогим предметом роскоши.

Ход истории очков изменил немецкий мастер по металлу.

В 1440-х годах Иоганн Гутенберг изобрёл печатный станок, создав его по образцу деревянного винтового пресса, который использовался для давки винограда. Изготовив многоразовые металлические буквы (наборный шрифт), он начал печатать. Знаменитый печатный станок Гутенберга – отличный пример адаптации существующей технологии для получения совершенно новых результатов в совершенно другой области.

Благодаря Гутенбергу печатные книги стали не только относительно дешёвыми, но и портативными. Можно сказать, что всплеск грамотности во всех смыслах открыл людям глаза, поскольку огромное количество людей внезапно осознали, что они страдали дальнозоркостью и остро нуждались в очках.

Опубликованная в 1450-х годах библия Гутенберга стала первой крупной книгой, напечатанной наборным шрифтом. Том, представленный на фотографии, принадлежит Йельскому университету.

В течение ста лет после изобретения Гутенберга тысячи европейских мастеров по изготовлению очков не сидели без дела. Их бизнес неуклонно шёл в гору, поэтому очки быстро превратились в передовую технологию. Если не считать одежду, изобретённую во времена неолита, очки стали тем предметом, который на регулярной основе носили даже самые простые люди.

Европу наводняли не только линзы, но и идеи относительно их применения. Свойства диоксида кремния планировалось использовать не только для улучшения зрения, но и для того, чтобы взглянуть на вещи, выходящие за естественные пределы человеческого зрения.

Иоганн Гутенберг (справа) в гравировке 1881 года.

Линзы и улучшение качества жизни

В 1590-х годах в небольшом городке Мидделбург в Нидерландах отец и сын, Ханс и Захариас Янссен, экспериментировали с размещением двух линз на одной линии друг с другом, увеличивая таким образом наблюдаемые объекты.

Так на свет появился микроскоп.

Через семьдесят лет, используя это изобретение, британский учёный Роберт Гук сделал важнейшее открытие. Рассмотрев в микроскоп кору пробкового дерева, он заметил, что она состоит из множества маленьких пор. Так Роберт Гук идентифицировал один из фундаментальных строительных компонентов жизни – клетку. С того момента в науке и медицине началась настоящая революция.

Если микроскопу потребовалось почти три поколения, чтобы создать поистине преобразующую науку, другой инструмент со стеклянными линзами внёс изменения в довольно короткие сроки. Спустя двадцать лет после изобретения микроскопа группа голландских производителей линз изобрела телескоп. Случилось это примерно в одно и то же время. Когда итальянский учёный Галилео Галилей узнал о новом чудесном приборе, «позволяющем видеть далёкие вещи так, будто они находятся рядом», он изменил его конструкцию, чтобы достичь десятикратного увеличения. В январе 1610 года Галилей при помощи своего телескопа заметил, что вокруг Юпитера вращаются луны. Это был первый реальный вызов глубоко укоренившемуся убеждению, что все небесные тела обращались вокруг Земли.

Микроскоп Роберта Гука, 1665 год. Со временем микроскопы выявили невидимые колонии бактерий и вирусов, что в свою очередь привело к появлению современных вакцин и антибиотиков.

С помощью микроскопа Гук изучал блох, мух, дерево, листья и даже собственную замороженную мочу, а затем зарисовывал увиденное в новаторской книге «Микрография», опубликованной в 1665 году.

Несколько сотен лет спустя, в девятнадцатом и двадцатом веках, линзы продолжали оказывать на общество огромное влияние: они помогали фотографам фокусировать лучи света на специально обработанной бумаге с целью получения снимков; кинокамеры и проекторы использовали линзы для записи и показа первых «кинокартин». А позже, в начале 1940-х годов, когда изобретатели обнаружили, что люминофорный слой и попадающие на него электроны создают изображение, появился телевизор.

Вы только подумайте об основных компонентах современной жизни, берущих своё начало в прозрачном стекле: медицинские открытия, происходящие благодаря изучению клеток и микроорганизмов; фотографии, телевизионные передачи и фильмы-блокбастеры; лобовые стёкла автомобилей и самолётов; стеклянные небоскрёбы. Как изменился бы мир, если бы венецианцам не удалось изобрести прозрачное стекло? Или если бы диоксид кремния вообще не пропускал свет?

Портрет Галилео Галилея. Печатный станок Гутенберга помог учёным, таким как Галилей, распространять свои идеи. Однако работы Галилея противоречили учениям Римско-католической церкви, поэтому он оказался в тюрьме во Флоренции, Италия.

Все эти изобретения связаны с уникальной способностью стекла пропускать свет. И всё же стекло обладает ещё одним физическим свойством, которое не смогли использовать стеклодувы Мурано и изготовители линз эпохи Возрождения. Этот аспект стекла также изменит современную жизнь – как только его обнаружит человек с арбалетом.

Внимание, целься, огонь!

В 1880-х годах в лондонском Королевском научном колледже трудился физик Чарльз Вернон Бойс, который обладал даром к проектированию и созданию научных приборов. В 1887 году Бойс захотел создать тончайший слой стекла для измерения воздействия чрезвычайно малых сил на объекты. Его идея заключалась в использовании стеклянного волокна для создания измерительного инструмента. Но где же взять такое волокно?

Что ж, новая форма измерения почти всегда предполагает создание нового инструмента. Для своей разработки Бойс использовал необычный подход: он принёс в лабораторию арбалет, а для оружия создал лёгкие стрелы. Затем, используя сургуч, он прикрепил конец стеклянной палочки к стреле, накалил стекло до мягкого состояния и выстрелил!

Стрела устремилась к цели, вырвав тонкую нить волокна из расплавленного стекла, всё ещё державшегося на арбалете. Одним из выстрелов Бойс создал нить почти в девяносто футов (27 метров). Что ещё удивительнее, стекловолокно оказалось таким же прочным, как и стальная нить того же размера.

На протяжении тысячелетий люди создавали предметы из стекла, потому что оно было красивым и прозрачным. При этом им ничего не оставалось, как мириться с его хрупкостью. Уверенный выстрел Бойса как бы намекнул на существование совершенно иного способа использования этого удивительного материала. Он понял, что стекло можно было сделать прочным.

В 1930-х годах началось массовое производство стекловолокна. После добавления пластиковой смолы появился совершенно новый строительный материал – файбергласс, или стеклопластик. Стеклопластик – прочный, гибкий и теперь уже повсеместно распространённый материал. Он используется для теплоизоляции, для изготовления одежды, досок для сёрфинга, яхт, шлемов, компьютерных плат – практически везде. Лопасти ветряных турбин, меняющие возможности альтернативной энергетики, тоже сделаны из стеклопластика, точно так же, как и фюзеляж A380 компании Airbus, самого большого коммерческого самолёта. Смесь алюминия и стеклопластика делает самолёт гораздо более износостойким, чем традиционный алюминий.

В течение первых десятилетий инноваций в области стекловолокна акцент на прочности в противовес прозрачности имел довольно важный смысл. Проводимость света через оконное стекло или линзу, казалось бы, и без того было полезным открытием. Зачем вообще было думать, как свет проходит через волокно размером не больше человеческого волоса? И тем не менее прозрачность стеклянных волокон сыграло на пользу, когда мы начали думать о свете как о способе кодирования цифровой информации.

Включите лазерный луч!

В 1970 году исследователи из компании Corning Glass Works, современного Мурано, разработали настолько необычайно прозрачный вид стекла, что даже огромные размеры не делали его матовым. (Если раньше мы могли создавать блоки размером с автобус, то сегодня нам доступно производство прозрачных блоков длиной в полмили). Учёные из Bell Labs взяли сверхпрозрачное стекло и пустили через него лазерные лучи, создавая оптические сигналы, которые соответствовали двоичному коду. (Двоичный код использует нули и единицы для представления букв, цифр или других символов в электронном устройстве. Этот язык используют в вычислительной технике и телекоммуникациях). Сочетание двух, казалось бы, несвязанных изобретений – концентрированного, упорядоченного света лазеров и сверхпрозрачного стекловолокна – стало известно как волоконная оптика. Использование волоконно-оптических кабелей гораздо эффективнее, чем передача электрических сигналов по медным кабелям, особенно на большие расстояния. Свет обеспечивает большую пропускную способность и гораздо меньше подвержен шумам и помехам, чем электрическая энергия. Магистраль глобальной сети построена из оптико-волоконных кабелей. Да, всё верно: Интернет сплетён из стеклянных нитей.

Вы только задумайтесь о культовом действии двадцать первого века: вы делаете селфи на телефон, после чего загружаете изображение в приложение, откуда оно попадает на телефоны и компьютеры других людей по всему миру. А теперь подумайте, каким образом стекло способствует этому событию. Мы делаем снимки посредством стеклянных линз, храним их на стеклопластиковых платах, передаём по всему миру, используя стеклянные кабели, и наслаждаемся снимками на стеклянных экранах. Вся эта цепочка – диоксид кремния. И на самом деле, связь между селфи и стеклом имеет долгую историю.

Я вижу, следовательно, я существую

До 1400 года европейские художники писали пейзажи, портреты королевских особ, религиозные сцены и многие другие сюжеты. Однако они никогда не рисовали сами себя. Автопортрет – стал прямым результатом очередного технологического прорыва в нашей способности работать со стеклом.

В качестве нововведения стеклоделы Мурано покрыли обратную сторону прозрачного стекла металлической смесью олова и ртути, чтобы создать блестящую и хорошо отражающую поверхность – зеркало. Зеркало превратилось в настоящее откровение. До появления зеркал большинство людей видели себя только в искажённом виде в воде или полированном металле. Они шли по жизни, не имея точного представления о самих себе. Представьте, если бы вы не были уверены в том, как на самом деле вы выглядите. Такова была реальность до изобретения точных зеркал.

Подобно тому, как стеклянная линза расширяла наши знания до звёзд и микроскопических клеток, стеклянные зеркала впервые показали нам самих себя. Зеркало оказало на общество глубокое влияние. Художники начали писать автопортреты, а также изобрели перспективу как формальный приём в изобразительном искусстве. Вскоре после этого в европейской культуре произошёл фундаментальный сдвиг в сторону индивидуальности. Увидев себя, люди начали считать себя центром по отношению к государству, закону, экономике, даже к своему богу. Ввиду нового взгляда законы всё больше ориентировались на человека, что привело к акценту на правах человека и индивидуальных свободах. Многие силы сошлись, чтобы сделать этот сдвиг возможным, и зеркальное стекло стало одной из них.

Фигурки из муранского стекла под струей горячего газа, изобразительное искусство ручной работы.

Стекло помогло создать современное самоощущение; теперь же оно помогает нам исследовать мир за пределами себя – с вершины вулкана.

Взгляд на вселенную

Мауна-Кеа, спящий вулкан на острове Гавайи, возвышается почти на четырнадцать тысяч футов (4267 метров) над уровнем моря и простирается почти на двадцать тысяч футов (6096 метров) к океанскому дну. Ландшафт на его вершине скалистый и бесплодный. Даже облака чаще всего формируются ниже пика, где воздух сухой и разрежённый. Учитывая тот факт, что на вершине вы находитесь настолько далеко от континентов, насколько это возможно, атмосфера Гавайев не нарушается турбулентностью солнечной энергии, отражающейся от крупных земельных массивов или же поглощаемой ими. Это означает, что на вершине практически самая стабильная атмосфера на планете. Именно по этой причине Мауна-Кеа является идеальным местом для наблюдения за звёздами.

На вершине Мауна-Кеа расположены тринадцать обсерваторий – массивные белые купола, разбросанные по красным скалам, словно сверкающий аванпост на далёкой планете. Один из куполов – обсерватория У. М. Кека, вмещающая самые большие и мощные оптические телескопы на Земле. Творя свою магию, телескопы-близнецы не полагаются на линзы. Чтобы уловить как можно больше света из отдалённых уголков Вселенной и узнать что-нибудь о звёздах и галактиках, потребовались бы линзы размером с пикап. При таких размерах стекло становится слишком тяжёлым и вносит неизбежные искажения в изображение. Поэтому учёные и инженеры Кека использовали другой инструмент для улавливания чрезвычайно слабых следов света: зеркало.

Каждый из телескопов имеет тридцать шесть шестиугольных зеркал, работающих как единая активная поверхность диаметром в тридцать три фута (10 метров). Входящий звёздный свет отражается от второго зеркала, затем фокусируется вниз и улавливается комплексом приборов, которые обрабатывают изображения и выводят на экран компьютера. Даже в тонкой, сверхстабильной атмосфере Мауна-Кеа небольшие возмущения могут размыть полученные изображения. Для коррекции зрения телескопов в обсерватории используется хитроумная система под названием «адаптивная оптика». Лазеры направляются в ночное небо, создавая искусственную звезду. Эта звезда служит точкой отсчёта, потому что учёные точно знают, как выглядел бы лазер без атмосферных искажений. Таким образом у них появляется возможность измерить любые искажения, сравнивая «идеальное» лазерное изображение и то, что регистрируют телескопы. На основе этой информации компьютеры генерируют инструкции, чтобы зеркала телескопа слегка отклонялись и подстраивались под точные искажения в небе над Мауна-Кеа в конкретную ночь. Это как если бы вы были дальнозорким и вдруг надели бы очки и смогли бы читать.

Обсерватория Кека на Мауна-Кеа.

Когда мы смотрим через зеркала телескопа, мы заглядываем в далёкое прошлое, потому как наблюдаемые объекты – галактики и сверхновые – могут находиться на расстоянии миллиардов световых лет от нас. И снова стекло расширило наше видение, не только до невидимого мира клеток и микроорганизмов или глобальной связи, но и до самых первых дней существования Вселенной. Стекло начиналось с безделушек и пустых сосудов. Однако несколько тысяч лет спустя, возвышаясь над облаками на вершине Мауна-Кеа, оно превратилось в настоящую машину времени.

В окружении кремния

Возможно, вы надели очки, чтобы чётко видеть текст этой книги. Или, быть может, вы смотрите на страницу, используя смартфон или планшет. Вероятно, вы работаете в режиме многозадачности, читая и одновременно просматривая видео на YouTube. Где бы вы ни находились и что бы вы ни делали, вокруг неизменно находятся сотни предметов, существование которых зависит от диоксида кремния: стекла в ваших окнах, объектив камеры телефона, экран компьютера, а также всё, что имеет микрочип или цифровые часы. Стекло изменило восприятие мира и расширило представления о человечестве. Отныне мы способны чётко видеть, смотреть на самих себя, наблюдать невидимое, заглядывать за пределы мира и делиться своими впечатлениями с другими. Ни один материал на Земле не имел настолько большого значения для концептуального прорыва, чем стекло.

Поликристаллический кремний высокой чистоты из фрайберга, Германия.

Холод

А теперь представьте, что вы превратились в одного из многих людей, живущих в тропическом климате в период до 1800-х годов. Как бы странно это ни звучало, но вам никогда в жизни не довелось бы столкнуться с чем-то очень холодным. И я говорю не только о снеге. Вы бы никогда не увидели даже кубика льда! А что ещё хуже – никакого мороженого!

Ледяной отель в Юккасъярви, Швеция. Отель перестраивается каждую зиму. Температура внутри держится на уровне 23 градусов по Фаренгейту (-5 градусов по Цельсию).

В холодных частях света люди испокон веков проделывали со льдом фантастические вещи. В современном мире, например, вы можете заселиться в отель, где температура в номере составляет всего десять градусов ниже нуля, и спать на ледяной кровати. Вы даже можете кататься на лыжах в пустыне! Однако не стоит забывать, что о возможностях льда в тёплом климате мы узнали всего несколько сотен лет назад. И началась эта революция с простого желания: ледяного напитка в жаркий летний день.

Тропический лёд

В самом начале лета 1834 года трёхмачтовый корабль «Мадагаскар» вошёл в порт Рио-де-Жанейро, Бразилия, перевозя на борту самый необычный груз: замёрзшее озеро Новой Англии.

Судно «Мадагаскар» и его экипаж находились на службе у предприимчивого и упорного бостонского бизнесмена по имени Фредерик Тюдор. Хотя большую часть своей взрослой жизни Тюдор слыл неудачником, он всё равно не отказывался от идеи относительно льда (даже несмотря на то, что это стоило ему рассудка, состояния и свободы). Его медленное упорство окупилось: Фредерик Тюдор стал известен как «Ледяной король».

Будучи обеспеченным и молодым бостонцем, Тюдор давно пользовался благами замёрзшей воды из пруда в Роквуде, его семейного загородного поместья. Помимо естественной красоты, лёд оказался чрезвычайно полезен в тех случаях, когда требовалось что-то охладить. Как и многие богатые семьи в северных регионах, Тюдоры хранили огромные девяностокилограммовые блоки льда в специальном погребе (ледохранилище). Когда наступали жаркие летние месяцы, владельцы ледохранилищ откалывали от этих блоков кусочки, чтобы освежить напитки, сделать мороженое или охладить воду в ванне во время жары.

Фредерик Тюдор знал из личного опыта, что большая глыба льда может пролежать до позднего лета, если держать её подальше от солнца. Это знание заронило семя идеи в его сознание, а путешествие в тропики его взрастило.

В 1801 году семнадцатилетний Фредерик и его старший брат Джон, страдавший от болезненного коленного недуга, отправились в путешествие на Карибы в надежде, что климат поможет Джону поправиться. План не оправдал ожиданий: в Гаване, Куба, братьев Тюдор настигла жаркая и влажная погода.

Вскоре они отплыли обратно в Соединенные Штаты, вот только летний зной никуда не делся. Всего через шесть месяцев Джон умер.

В гнетущей, неизбежной влажности тропиков Тюдор мечтал о прохладительном напитке, а заодно и о том, что перевозка льда с морозного севера в Вест-Индию могла сделать его богачом. Конечно, его идея казалась довольно радикальной, однако история мировой торговли показала, что на перевозке товара из одного места, где он в изобилии присутствовал, в другое, где его не хватало, можно было сколотить огромное состояние. Фредерик решил, что лёд идеально подходил под это уравнение: почти ничего не стоящий в Бостоне, он был бы бесценен на Карибах.

Невзирая на то, что спустя несколько бесцельных лет идея Фредерика Тюдора о торговле льдом так и оставалась догадкой, он всё равно от неё не отказывался. В конце концов он поделился своими мыслями со вторым братом, Уильямом. Кроме того, Фредерик начал делать записи в дневнике, который назвал «Дневником ледяного дома». Судя по записям, Фредрик Тюдор был в высшей степени уверен в своей схеме: «В стране, где в определённые времена года жара стоит невыносимая, – писал он, – лёд должен рассматриваться как самый главный предмет роскоши». Фредрик был абсолютно убеждён, что торговля льдом принесёт братьям Тюдорам настолько огромное состояние, что они не будут знать, как с ним справиться. (Уильям, в свою очередь, не питал столь явных надежд относительно перспектив плана своего брата).

Как бы то ни было, но Фредерик, похоже, меньше всего думал о том, как доставить лёд на Карибы в замёрзшем состоянии и что с ним делать по прибытии.

Какой бы бредовой ни казалась его идея, у Тюдора имелось достаточно средств, чтобы привести свой план в действие. Он мог позволить себе нанять корабль и погрузить туда бесконечный запас бесплатного льда, изготовленного матушкой-природой. В ноябре 1805 года он отправил своего брата и кузена на карибский остров Мартиника в Вест-Индии. Их задачей было обеспечить надлежащее хранение и найти местного покупателя, который захотел бы получить эксклюзивные права на продажу льда.

В ожидании вестей от посланников Тюдор купил за 4750 долларов парусное судно «фаворит» и начал заготовку льда к путешествию длиной около двух тысяч миль (3219 км). В феврале 1806 года Тюдор с полным трюмом роквудского льда отплыл от бостонской гавани. Вот что писала «Бостонская газета»: «Мы надеемся, что это не окажется скользкой спекуляцией».

Хотя трёхнедельное плавание было сопряжено с задержками ввиду плохих погодных условий, лёд всё же дошёл до Мартиники в удивительно хорошем состоянии. Однако на этом трудности не закончились. Проблема возникла оттуда, откуда Тюдор её совсем не ждал: жители острова не проявили никакого интереса к его экзотическим замороженным богатствам. Местные люди просто не знали, что с ним делать.

Иногда уникальность предмета затрудняет понимание его использования. Тюдор предполагал, что новинка в виде ледяных блоков будет свидетельствовать в его пользу, однако вместо этого на замороженную воду лишь смотрели пустыми глазами. Безразличие к торговле льдом не позволило Уильяму Тюдору найти эксклюзивного покупателя на груз. Хуже того, ему даже не удалось найти место для его хранения.

Инвестиции Тюдора таяли под тропической жарой с пугающей скоростью. Он расклеил по городу флаеры с инструкциями о том, как перевозить и сохранять лёд. Ему даже удалось произвести впечатление на нескольких местных жителей, приготовив мороженое – необычное лакомство в такой близости от экватора. И всё же продажи шли плохо. В своём дневнике Тюдор отметил, что эта тропическая неудача лишила его почти четырёх тысяч долларов. И тем не менее, несмотря на невезенье, он продолжал отправлять корабли со льдом на Карибы (хотя на островах мало кто ждал его груз). Тем временем состояние семьи рушилось, а кораблекрушения и эмбарго лишь ухудшали ситуацию. К 1813 году Фредерик разорился и оказался в долговой тюрьме.

Но даже тогда Тюдор не сдался. Его дом в Новой Англии давал ему преимущество помимо самого льда. В отличие от американского юга с его сахарными плантациями и хлопковыми полями, северо-восточные штаты были в значительной степени лишены природных ресурсов, которые можно было бы где-то продавать. Это означало, что корабли покидали бостонскую гавань без груза, направлялись в Вест-Индию, загружались ценным товаром и возвращались на богатые рынки восточного побережья Америки. Платить команде за плавание на пустом корабле – это фактически сжигать деньги. Любой груз был бы лучше, чем ничего, а это значит, что Тюдор мог выторговать более дешёвые тарифы и погрузить лёд на судно, которое в противном случае ушло бы пустым. Так он мог избежать расходов на покупку и содержание собственных судов.

Чикаго процветал благодаря железным дорогам и скотобойням, 1874 год. Но не менее верно и то, что этот город был построен благодаря льду!

Вся прелесть льда заключалась в том, что он был практически бесплатным. Тюдору приходилось платить только рабочим, чтобы те вырезали глыбы из замерзшего водоёма. Как раз в те времена Новая Англия производила ещё один продукт, который считался столь же бесполезным, что и лёд: опилки, основной отход лесопильных заводов. После нескольких лет экспериментов Тюдор обнаружил, что опилки являются прекрасным теплоизолятором. Глыбы льда, уложенные друг на друга и разделённые опилками, могли продержаться в замороженном состоянии почти в два раза дольше, чем незащищённый лёд. В этом и заключался гений бережливости Тюдора: он взял три вещи, которые рынок оценивал по нулевой цене, – лёд, опилки и пустой корабль, – и в итоге превратил их в прибыльный бизнес.

Получив ценный урок из своего первого, катастрофического путешествия на Мартинику, Тюдор испробовал несколько конструкций ледохранилищ в надежде изолировать груз от тропической жары. В конце концов он остановился на двойной изоляции. Так, с помощью воздуха между двумя каменными стенами, внутреннее пространство оставалось холодным.

Хотя Тюдор и не понимал молекулярную химию, он всё же заметил, что опилки и двойная изоляция вращались вокруг одного и того же принципа: лёд тает, забирая тепло из окружающей среды. Сам процесс происходит на внешней поверхности льда, и если поместить буфер между льдом и теплом, то можно замедлить таяние. Воздух является хорошим буфером, поскольку он плохо проводит тепло. Между стенками построенного Тюдором ледохранилища было достаточно воздуха, а опилки обеспечивали наличие воздушных карманов для сохранения изоляции.

К 1815 году Тюдор окончательно собрал ключевые части головоломки льда: заготовка, изоляция, транспортировка и хранение. Всё ещё преследуемый кредиторами, Фредрик начал осуществлять регулярные поставки в современное ледохранилище, построенное в Гаване, где постепенно рос аппетит к мороженому. Спустя пятнадцать лет после первоначальной догадки, торговля льдом наконец-то принесла Тюдору прибыль. К 1820-м годам он перевозил и хранил замороженную воду из Новой Англии по всему американскому югу. К 1830-м годам корабли Тюдора ходили в Бразилию и Бомбей, Индия.

Охлаждённые напитки стали неотъемлемой частью жизни в южных штатах. (Даже сегодня американцы гораздо чаще европейцев используют лёд в напитках, что является отдалённым наследием амбиций Тюдора). К 1850 году успех Тюдора вдохновил бесчисленных подражателей. Лишь за один год по всему миру было отправлено более ста тысяч тонн бостонского льда. К 1860 году на ежедневной основе лёд доставляли в два из трёх домов в Нью-Йорке. Когда в 1864 году Тюдор умер, он скопил состояние, которое в пересчёте на сегодняшние доллары оценивается более чем в двести миллионов.