Текст книги "Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени"

Автор книги: Джеймс Бёрк

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 24 страниц) [доступный отрывок для чтения: 9 страниц]

7
Самое время

Современные технологии пронизывают всю нашу жизнь настолько, что мы их даже не замечаем. При описании информационных систем, беспрепятственно взаимодействующих друг с другом, принято говорить о «прозрачности». Конструкторы стремятся сделать свои инновационные разработки такими удобными в использовании, чтобы мы и не догадывались, что они рядом. Пищевая пленка – самый характерный пример. Она повсюду, она нам необходима, ею легко пользоваться, и она прозрачна (в буквальном смысле этого слова). Как частенько бывает с техническими открытиями везде и во все времена, появилась она случайно.

Пластик привлек всеобщее внимание в начале Второй мировой войны. В этот период немецкие бомбардировщики наносили ночные удары по Англии так часто, как заблагорассудится ^{121  –  119} . Радиолокационные устройства раннего обнаружения были тогда весьма несовершенны, поэтому максимальное сопротивление, которое могли встретить немцы, – пара истребителей, спешно поднятых по тревоге. Обнаружение противника не отличалось скоростью и дальностью. К тому же радары, установленные на южном и восточном побережьях Англии, были длинноволновыми и им требовались большие антенны. А большая антенна – прекрасная мишень. Англичанам срочно требовался радар, который мог бы обходиться маленькой антенной, в противном случае война могла закончиться, едва начавшись.

Они не подозревали, что решение уже существовало и найдено оно было благодаря недоразумению, произошедшему 24 марта 1933 года в английской химической компании «Ай-си-ай». Дело в том, что химики использовали специальные стеклянные сосуды (которые они называли «бомбами») для изготовления красителей под большим давлением. Одна из «бомб» как-то взорвалась, и на горлышке образовался белый воскообразный налет. Впоследствии ситуация повторилась еще несколько раз. Наконец в 1935 году природа загадочного налета была определена. Он состоял из «полимерных» (от греческого «из многих частей») молекул и обладал водоотталкивающими и электроизолирующими свойствами. Материал назвали полиэтиленом и стали производить в виде пленки, технология изготовления которой по сути своей очень напоминает выдувание мыльных пузырей через проволочное колечко.

Полиэтилен начали делать еще до войны, но о том, что он может пригодиться для нужд противовоздушной обороны, никто не догадывался до тех пор, пока он не попал в руки ученых-атомщиков, которые искали хороший изолятор. Именно изолирующие свойства полиэтилена помогли британцам добиться существенных военных успехов благодаря новому высокочастотному радару ^{122  –  117} . Такой радар обладал более высоким разрешением, цель возвращала более точный сигнал, к тому же новые радарные установки были довольно компактны и могли устанавливаться на корабли и самолеты. В 1943 году английские ночные истребители, оснащенные новыми радарами, уже вовсю сбивали немецкие бомбардировщики, а корабли обнаруживали суда противника в ночном море. Подводный флот Третьего рейха стал нести большие потери, и исход битвы за Атлантику был предрешен.

Один из наиболее распространенных способов изготовления полиэтилена, как уже говорилось, напоминает выдувание пузырей. Пузыри получаются потому, что большие молекулы полиэтилена образуют длинные устойчивые и прочные цепочки. По этой причине в определенном состоянии он и ведет себя, как мыло, которое тоже может образовывать довольно устойчивую пленку. Ученый XIX века Джеймс Дьюар однажды поставил рекорд – его мыльный пузырь продержался три года.

Пластмасса и мыло ведут себя одинаково, поскольку оба эти вещества являются коллоидными – они легко проникают сквозь мембраны. В случае с мылом молекулы объединяются в большие группы, называемые мицеллами, – именно поэтому мыло обладает моющими свойствами. Молекулы мыла облепляют частицу грязи или жира и образуют мицеллу, делая частичку гидрофильной, она отрывается от ткани или кожи, приобретает сферическую форму и молекулы мыла не дают ей попасть обратно. Таким образом ткань становится чистой.

Немногим удается стать национальным героем, купаться в лучах славы и войти в высшее общество благодаря мылу, но Мишелю Эжену Шеврёлю повезло. Свой карьерный путь он начал будучи молодым химиком, живущим в Париже. Именно он и раскрыл механизм действия мыла. В 1811 году он изучал красители и источники их получения – растительные масла и смолы – и заинтересовался жирами, а следующим шагом пришел к открытию жирных кислот. В 1823 году он опубликовал свою главную работу, в которой утверждал, что мыло состоит только из жирных кислот и щелочи. Шеврёль привел список жирных кислот, которые подходят для сапонификации, и превратил производство мыла в целую науку. Поскольку жирные кислоты также могли использоваться и для производства свечей, он преуспел и в этой области. Отныне мир стал светлым, чистым и ароматным, а Шеврёль быстро заработал себе почет и славу. Когда, дожив до ста двух лет, он скончался, во Франции был объявлен национальный траур.

У Шеврёля был еще один повод для интереса к мылу. Он заведовал окрашиванием на фабрике братьев Гобелен ^{123  –  12} , к тому моменту уже широко известной. Краски при нанесении на ткань вели себя как мыло. Шеврёль добивался большей интенсивности и стойкости цвета. В ходе своих опытов он обратил внимание, что яркость цвета зависит не столько от интенсивности пигментации, сколько от цветов, расположенных рядом, и это соседство влияет на восприятие цвета. Шеврёль открыл закон симультантного контраста и создал замечательный инструмент – цветовой круг. На круговой шкале он разместил три основных цвета – красный, голубой и зеленый – и промежутки между ними заполнил цветовыми переходами, получив семьдесят два оттенка. Каждый из них варьировался по яркости добавлением черной и белой краски. Таким образом получилась хроматическая шкала из пятнадцати тысяч тонов, которой пользуются до сих пор.

Эксперименты с взаимовлиянием цвета были важны не только для текстильной отрасли, они до неузнаваемости изменили мир искусства, став толчком для французского «научного» импрессионизма. Сёра, Синьяк и Писарро использовали в своей живописи закон контраста, открытый Шеврёлем. Художники писали мелкими мазками контрастных цветов, располагая их рядом, что создавало у зрителя впечатление третьего цвета. Таким образом достигался характерный для их полотен эффект «дрожания» изображения. Возможно, самым ярким и значительный примером реализации теории Шеврёля является картина Сёра «Воскресный день на острове Гранд-Жатт».

Одна из причин увлечения Шеврёля цветом и контрастом – потребность в новых красках для гобеленов. Пятью годами ранее директор фабрики братьев Гобелен Франсуа Буше стал ярым поклонником китайского искусства. С середины XVIII века Францию охватила мода на искусство загадочного Востока, а китайские вещи ^{124  –  242} стали пределом мечтаний. Это увлечение дало толчок появлению нового типа сложных тканей, в которых для большего изящества и легкости использовались сочетания льняных, шерстяных, шелковых и хлопковых нитей. Такие ткани требовали большего разнообразия оттенков, потому-то Шеврёль и занялся своими экспериментами с цветовым кругом.

Мода на вещи из Китая стала настолько повальной, что по распоряжению правительства был открыт специальный филиал фабрики братьев Гобелен под названием Мастерская изделий в китайском стиле. Предприятие занималось изготовлением псевдокитайских и псевдояпонских предметов, в частности лакированной мебели, которая была особо желанной диковинкой. Такие поделки, с одной стороны, удовлетворяли покупательский спрос, а с другой – экономили и без того скудные запасы французского золота (китайцы принимали к оплате только драгоценные металлы) ^{125  –  95} .

Лакированную мебель с Востока впервые привез в Европу корабль Голландской Ост-Индской компании «Красный лев», это были девять лакированных сундучков из Японии. В скором времени благодаря огромному спросу цены на раритетный товар стремительно выросли, а потенциальных покупателей стало хоть отбавляй. В этой ситуации Голландская Ост-Индская компания была крайне заинтересована в новом пути на восток. Дело в том, что два традиционных маршрута – вокруг Африки и через Индийский океан и в обход мыса Горн и далее через Тихий океан – контролировались португальцами и испанцами соответственно.

Голландцы нуждались в альтернативном и по возможности более коротком пути. С конца XV века мореплаватели пытались пройти северо-западным маршрутом (например, Кэбот, чья попытка окончилась неудачей) через воды к северу от Канады и Аляски к Тихому океану. Все были убеждены в том, что такой путь существует и что он проходим – просто никто никогда не заходил так далеко на север и не сталкивался с полярными льдами, которые делают такое путешествие крайне сложным, если не невозможным. Англичанин Генри Гудзон решил попытать счастья. Он был знаком с Джоном Смитом (и его историей с Покахонтас) и, вероятно, решил, что описанные Смитом Великие озера и есть Тихий океан. В 1607 году, когда он, будучи в Голландии, получил предложение Голландской Ост-Индской компании возглавить экспедицию и найти северный маршрут, долго уговаривать его не пришлось.

Разделка кита и срезание китового жира (гравюра 1574 года). В 1619 году голландцы основали на Шпицбергене постоянно действующую китобойную базу, которую прозвали городом ворвани. В сезон там трудилось до тысячи человек и стояло до двадцати китобойных судов. Благодаря дешевым кредитам своих банков голландцы долгое время были лидерами китобойного промысла

Гудзон доплыл до Гренландии, затем до Шпицбергена, затем снова до Гренландии. Всякий раз, когда он пытался продвинуться севернее, он упирался в полярные льды и в конце концов повернул обратно. Однако он сделал другое открытие – вокруг Шпицбергена водилось множество китов. В 1619 году голландцы организовали в этом районе, на острове Амстердам [6]6
  Не следует путать с о-вом Амстердам в Индийском океане. Примеч. перев.


[Закрыть]китобойный промысел ^{126  –  61} . В то время кит был самой прибыльной добычей из всего, что плавало в море (если не считать испанских галеонов). Из китового уса делали щетки, рукоятки, сита, мешковину, арбалеты, днища кроватей, детали карет, рамы для диванов, а также «косточки» корсетов, плоеных воротников и платьев. Из китового жира получали свечи и мыло, также его использовали в качестве топлива для ламп. Китобойный промысел приносил пятьсот процентов прибыли, так что вскоре благодаря дешевым кредитам своих банков голландцы вышли в лидеры отрасли в Атлантике. Северные киты представляли собой очень выгодную добычу – они обитали в холодных водах и имели толстый слой подкожного жира. В течение трех веков киты были важной доходной статьей голландской экономики. Так или иначе, Гудзон сплавал не зря.

Человеком, который убедил Гудзона в том, что северный маршрут проходим, был Петер Планциус. Планциус являлся самым ярым сторонником создания Голландской Ост-Индской компании и поиска северного пути в Азию, и к его мнению прислушивались, поскольку он был одним из лучших учеников великого картографа Меркатора. В свою очередь Меркатор обрел свою всемирную известность потому, что его труды публиковал самый знаменитый издатель того времени Кристоф Плантен ^{127  –  204} .

В Антверпене у Плантена была типография с двадцатью двумя печатными станками (она и сейчас там), а также побочный бизнес: торговля французским бельем, вином, кожей и зеркалами. Все это он продавал через посредников в самые разные страны – от Швеции до Алжира. Однако своим богатством Плантен обязан священным книгам, испанскому королю Филиппу II и Тридентскому собору. В середине XVI века под влиянием идей Лютера верующие толпами переходили из католичества в протестантскую веру. В 1656 году в Риме решили принять ответные меры и созвали церковный собор в итальянском городе Триденте (современный Тренто). Собор продлился несколько десятилетий и принял четыре основополагающих решения: усилить пропаганду средствами искусства (это направление известно сейчас как барокко); наделить орден Иезуитов полномочиями для борьбы с инакомыслием и учреждения школ в Европе; стандартизировать богослужебные тексты. Последнее, но не менее важное решение, которое было принято собором, касалось создания индекса запрещенных книг.

Именно издание богослужебных книг принесло Плантену богатство. Вдохновленный решениями собора Филипп II не только заказал сорок тысяч экземпляров нового издания церковного служебника, но и согласился на предложение Плантена выпустить принципиально новое «научное» издание Библии. В 1568 году под бдительным присмотром королевского представителя Ариаса Монтано работа началась. Заняла она одиннадцать лет и имела последствия, намного более серьезные, нежели переиздание Библии. «Научный» подход заключался в создании справочного аппарата, например приложений о деньгах и монетах, упомянутых в писании, генеалогии пророков, медицине в Иудее, арамейских мерах и весах, словарях и грамматике библейских языков, а также флоре, фауне и географии Святой Земли.

Карта мира Герарда Меркатора 1569 года, одна из самых знаменитых карт в истории географии. На ней впервые были отмечены меридианы и параллели, что облегчало прокладку курса мореплавателям. Примечательно, как Меркатор представлял себе «северо-западный проход» между Атлантикой и Тихим океаном (вверху слева)

Для этой работы Плантен набрал целый штат экспертов, которые по окончании работы, набравшись книгоиздательского опыта, стали основоположниками самостоятельных научных дисциплин. Этот побочный эффект в конечном итоге привел к научной революции, которая началась, когда сподвижники Плантена стали применять полученные знания и опыт к анализу греческих и латинских текстов по ботанике, медицине и картографии.

Что же касается индекса запрещенных книг, то, по иронии судьбы, одной из первых в списке значилась работа, написанная по поручению самой же католической церкви. Дело было вот в чем. В силу того, что в то время была принята аристотелевская модель устройства мироздания, согласно которой в центре Вселенной находится Земля, дни Пасхи (которые определяются с учетом взаимного расположения Солнца и Луны) были рассчитаны неверно. А поскольку соблюдение церковных праздников являлось необходимым условием спасения души, ошибку надлежало исправить. Церковь поручила это польскому астроному Николаю Копернику ^{128  –  246} . Однако по теории Коперника выходило, что Земля, как и другие планеты, вращалась вокруг Солнца. Это было недопустимо с библейской точки зрения, поэтому книга Коперника, вышедшая в 1523 году, попала под запрет.

В 1610 году еще большую сумятицу в ряды теологов внес итальянский математик Галилео Галилей ^{129  –  168} . Он зарисовал то, что разглядел через волшебную подзорную трубу, придуманную в 1608 году скромным голландским мастером Хансом Липперсгеем ^{130  –  158 ,  247} (и отвергнутую его патроном принцем Нассау Морисом, которому для военных целей нужен был бинокль). В 1609 году телескопы уже изготавливали в Лондоне и Париже. Узнав об этом, Галилей сделал свой телескоп и начал заниматься поистине крамольными делами. К примеру, он разглядел горы на Луне и пятна на Солнце (церковь в те времена утверждала, что небесные тела суть гладкие сферы). Хуже того, он увидел спутники, вращающиеся вокруг Юпитера (тогда как считалось, что все на свете вращается вокруг Земли). В конце концов он усугубил свое злодеяние тем, что пронаблюдал прохождение Венеры на фоне Солнца, а это явление подтверждало гелиоцентричность Солнечной системы. Труд Галилея, озаглавленный «Звездный вестник», произвел сенсацию.

В 1611 году Галилей приехал в Рим, чтобы продемонстрировать ордену иезуитов свои изыскания. Он был принят благосклонно, и вскоре Римский колледж (научная штаб-квартира ордена) стал центром астрономических исследований. Тем не менее идеи Галилея шли вразрез с церковной доктриной. По совету иезуитов Рим временно приостанавливает выход его новой книги «Диалог о двух системах мира» под тем предлогом, что церковные догматы нужно привести в соответствие с новыми открытиями. Однако Галилей был непреклонен и издал книгу, проигнорировав мнение церкви. За свое упрямство он поплатился пожизненным домашним заточением и запретом на публикации.

Парадоксально, но человеком, который усовершенствовал телескоп и увидел намного больше Галилея, был иезуит по имени Кристоф Шайнер, преподававший математику и иврит в университете Ингольштадта. Он также наблюдал пятна на Солнце и полагал, что это маленькие планеты. В отличие от телескопа Галилея, который был всего фут в длину, имел одну вогнутую и одну выпуклую линзу и довольно слабое увеличение (в окуляре помещалась половина диска Луны), прибор Шайнера был совершеннее. Шайнер использовал сильную выпуклую линзу в окуляре и более слабую на конце трубы. Фокусное расстояние телескопа составляло шестьдесят сантиметров, он давал четкое, хотя и перевернутое изображение. По мере увеличения фокусного расстояния усиливалось оптическое увеличение телескопа – практически до бесконечности. В результате появились приборы ^{131  –  199} длиной до пятидесяти метров, подвешенные на блоках и канатах. Несмотря на то что такие махины колыхались от малейшего дуновения ветра, именно они в XVII веке позволили астрономам увидеть лýны ^{132  –  84 ,  252} и кольца Сатурна, «каналы» на Марсе (их обнаружил Шайнер) и пояса Юпитера. Один французский астроном планировал даже построить телескоп длиной в триста метров, чтобы искать на поверхности Луны животных.

Новые телескопы сделали безопаснее морские путешествия. Астрономы (например, француз Кассини) зафиксировали точное положение спутников Юпитера в определенные часы и внесли уточнения в навигационные звездные таблицы. В путешествии такие таблицы служили для определения положения тел на небосводе в определенное время, которое затем сопоставляли с положением этих же светил в это же время в исходной точке. Разница в данных показывала, как далеко на запад или восток продвинулось судно. Для таких наблюдений была крайне важна точность – поскольку Земля оборачивается вокруг оси со скоростью пятнадцать морских миль в минуту, погрешность всего в одну угловую минуту означала ошибку величиной в эти самые пятнадцать миль. В условиях плохой видимости в море корабль мог запросто промахнуться мимо цели.

Еще больше осложнила дело экспедиция французов в район Кайенны в экваториальной области Южной Америки. Астрономы заметили, что там маятник их напольных часов колеблется с меньшей амплитудой, чем в родном Париже. Ученые сделали вывод, что вес маятника на экваторе меньше, а если это было действительно так, значит Земля – не является идеальной сферой, поскольку на идеальной сфере сила тяжести должна быть постоянной в любой точке. Изменившееся поведение маятника и его меньший вес они объясняли теорией, согласно которой поверхность планеты опиралась на колонны, сходящиеся к центру, в районе экватора эти колонны были менее плотными и создавали меньшее притяжение. А чем меньше плотность колонн, тем они выше. Это значило, что диаметр Земли на экваторе больше, чем на полюсах.

Сторонники традиционных представлений о правильной форме Земли не могли принять такой аргументации, и закипели споры. Ньютон и англичане придерживались теории, что Земля имеет форму сплюснутого у полюсов сфероида, французские же ученые не разделяли этого мнения. Вопрос имел не только академический интерес – если представления о Земле, как о правильной сфере, ошибочны, то ошибочны и карты, а следовательно, навигация по таким картам не точна и даже опасна. Масла в огонь подлил случай, когда по пути из Гибралтара из-за неточных карт в тумане у островов Силли разбились все корабли адмирала Клаудсли Шовелла ^{133  –  283} . Тогда погибли две тысячи человек, включая самого адмирала.

Оставался только один способ разрешить спор (а заодно и проблему с картами) – требовалось установить, какому расстоянию соответствует градус на экваторе и градус на дальнем севере. В 1736 году французский ученый ла Кондамин отравился в Перу, а годом позже группа во главе с Мопертюи отбыла в Лапландию. Методика Мопертюи состояла в следующем: высчитав с максимальной точностью местоположение по звездам в первом пункте в определенное время суток, он двигался на север до тех пор, пока положение одной из звезд в это время суток не менялось на градус, и замерял пройденное расстояние.

Задача только кажется простой, на практике же процесс был сопряжен с массой трудностей, и прежде всего была необходима высочайшая точность измерений. Перед экспедицией он отправился в Лондон (технологическую Мекку того времени) и приобрел трехметровый телескоп с высокоточным микрометровым винтом и тончайшей визирной сеткой из серебряных нитей. Чтобы компенсировать перепады температур во время путешествия, телескоп был установлен на пружинное основание. Еще Мопертюи обзавелся маятниковыми часами самой последней модели.

С помощью этого инструментария Мопертюи установил, что один градус в Лапландии длиннее одного градуса во Франции, а вернувшаяся в 1738 году перуанская экспедиция поведала, что на экваторе градус и того короче. Англичане оказались правы. Пришло время чертить новые карты.

У англичан был еще один повод для радости: приборы, которые сослужили в Лапландии такую хорошую службу, изготовил выдающийся мастер Джордж Грэм. Славу ему принесло усовершенствование спускового механизма маятниковых часов. Часы приводились в движение весом груза, который подвешивался на шнур или цепь. Груз медленно опускался и вращал ходовую шестерню, которую с равными промежутками времени стопорил анкерный механизм. Он представлял собой выгнутую вверх металлическую дугу с двумя зубцами (они называются палетами) с каждой стороны шестерни. К этой дуге и крепился маятник. С каждым колебанием маятника одна из палет по очереди входила в зацепление с шестерней, а вторая отклонялась. В тот момент цикла маятника, когда зубчатое колесо шестерни было свободно, оно проворачивалось под действием груза. Когда маятник отклонялся в обратную сторону, в зацепление входила вторая палета, а первая высвобождалась.

Для поборников точности измерений большую проблему представлял тот факт, что маятник мог иногда колебаться неравномерно. Когда это случалось, анкерный спусковой механизм давал сбои, что приводило к отставанию часов. Это было совершенно неприемлемо для астрономических наблюдений, где даже незначительная погрешность во времени означала ошибку в расчетах.

Этот недостаток анкерного механизма Грэм и устранил. Все, что он сделал, – добился того, чтобы во время неравномерных колебаний маятника палеты не задерживали равномерного хода шестерни. Нововведение называлось «ход с покоем». Суть его была в форме палет. Когда шестерня проворачивалась, ее зубец упирался в плоскую поверхность палеты и колесо фиксировалось. При очередном колебании маятника вторая, изогнутая, поверхность с другой стороны палеты подталкивала зубец шестерни. Таким образом шестерня надежно фиксировалась. Стрелки часов двигались равномерно с постоянной скоростью, что делало их намного более точным механизмом и весьма помогло Мопертюи в его работе.

Усовершенствованный часовой механизм повлиял на отношение к точному времени во всех сферах жизни, которое в том числе сказалось на управлении городским хозяйством и органах власти в быстрорастущих промышленных городах XIX века. В новых зданиях ратуш и муниципалитетов часто устраивались башни с часами. Это породило новую проблему. В механизме скапливался помет летучих мышей, смазка, сдобренная пылью и грязью, на стрелках часов собирался снег и намерзала наледь. Все это мешало исправной работе шестерен, палет и маятника и, естественно, сказывалось на точности хода.

Проблема приобрела государственную важность во время строительства часовой башни британского парламента. Сама башня еще не была завершена, а часовой механизм уже объявили самым совершенным и точным в Британии (и, естественно, во всем мире). Механизм доработал юрист Эдмунд Беккет Денисон (позже получивший титул лорда Гримшоу). Он избавился от жесткого скрепления маятника и палет. В конструкции Денисона маятник в своем возвратно-поступательном движении поочередно толкал два рычага с независимо поворачивающейся палетой на каждом. Когда рычаг отклонялся, палета высвобождала один из трех зубцов пусковой шестерни, шестерня под весом груза проворачивалась до тех пор, пока другой ее зубец не упирался во вторую палету. При движении маятника в обратном направлении таким же образом отклонялась и вторая палета. Механизм действовал безотказно, поскольку, когда маятник отклонялся от рычага, палета под действием силы тяжести возвращалась в исходное положение, где стопорила шестерню на следующем цикле.

Благодаря изобретению Денисона часовой механизм Биг-Бена идет настолько точно, что его сигналы, которые сейчас передаются по радио и телевидению, стали своего рода эталоном времени и неотъемлемым элементом британской культуры. Звон Биг-Бена так же ненавязчиво вошел в быт британцев, как и прозрачная пластиковая пленка, с которой мы начали это путешествие.

Часы были одним из первых механизмов в истории человечества, которые собирались из взаимозаменяемых деталей. В XIX столетии американские часовщики учились на опыте оружейников…