Марк Медовник

Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

© Mark Miodownik, 2013

© Перевод. В.Львов, 2015

© Издание на русском языке AST Publishers, 2016

Введение

Я стоял в вагоне и думал, что же теперь делать. Из раны – «колотой тринадцатисантиметровой», как ее позднее квалифицировали, – сочилась кровь. Был май 1985 года, я вскочил в вагон лондонской подземки, двери тут же захлопнулись перед носом у моего преследователя, но тот успел все же полоснуть меня по спине. Боль обожгла, как от пореза о кромку бумаги, и я понятия не имел, глубока ли рана. Я был типичным английским школьником, в котором застенчивость целиком затмевает здравый смысл. Сглупил и не стал обращаться за помощью, а просто сел на свободное место и поехал домой.

Чтобы отвлечься от боли и тревожных мыслей о бегущей по спине струйке крови, я попытался разобраться в том, что только что произошло. На платформе ко мне подошел парень и потребовал денег. В ответ я помотал головой, а он приблизился вплотную, посмотрел на меня в упор и прошипел, что в кармане у него нож. Брызги слюны попали мне на очки. Я опустил глаза. Чутье подсказывало, что оттопыренный карман синего анорака скрывает лишь его сжатую в кулак пятерню. Мелькнула еще мысль: если это и нож, то, должно быть, совсем маленький, раз поместился в кармане, и вряд ли он причинит серьезный вред. У меня бывали перочинные ножи, и я знал, что такой едва ли проткнет несколько слоев одежды: кожаную куртку, которой я очень гордился, серый школьный шерстяной блейзер, нейлоновый джемпер, белую хлопковую рубашку с обязательным форменным галстуком в полоску поверх нее и хлопковую майку. В голове быстро созрел план: поддерживать с ним разговор, а потом быстро вскочить в вагон перед самым закрытием дверей. Как раз в это время к платформе подходил поезд, и я был уверен, что грабитель не успеет среагировать.

Самое смешное, в одном я оказался прав: ножа у него на самом деле не было. Он ранил меня лезвием бритвы в обмотке из изоленты. Чирк – и крошечный, не больше почтовой марки, кусочек стали без труда прошел сквозь пять слоев одежды и два слоя кожи – эпидерму и дерму. Позже в полицейском участке я был заворожен орудием нападения. Разумеется, я и прежде видал бритвенные лезвия, но только теперь понял, что ничего о них не знаю. В то время я как раз начал бриться и встречал такие лезвия только в обрамлении симпатичной оранжевой пластмассы – в виде безопасной бритвы Bic. Когда полицейский допрашивал меня, стол между нами качнулся и лезвие сверкнуло в свете люминесцентной лампы. Я отчетливо увидел, что стальной край ничуть не затупился от недавней работы.

Помнится, потом пришлось заполнять какой-то бланк. Рядом сидели взволнованные родители и удивлялись, почему я мешкаю. Я что, забыл свое имя и адрес? По правде говоря, мое внимание привлекла скоба в самом верху страницы. Я был уверен, что она тоже из стали. Этот обычный на вид кусочек серебристого металла точно и аккуратно пронзал бумажные листы. Я посмотрел на скобку с другой стороны. Два ее кончика плотно прижимались к бумаге, удерживая всю стопку в крепких объятиях. Ювелир не сделал бы лучше. (Позже я узнал, что первый степлер был изготовлен вручную для французского короля Людовика ХV, причем каждую скобу помечали королевским гербом. Кто бы мог подумать, что у степлеров благородное происхождение?)«Тонкая работа», – сказал я. Родители с тревогой переглянулись, несомненно, решив, что у меня нервное расстройство.

Полагаю, так оно и было. Со мной творилось что-то странное. Я вдруг не на шутку увлекся материалами. Первой была сталь. Внезапно я стал замечать ее повсюду. Она посверкивала на кончике шариковой ручки, которой я заполнял полицейский бланк, позвякивала в связке ключей, которую отец от нетерпения машинально вертел в пальцах. Потом она укрыла меня и доставила домой – в машине с кузовом из стального листа не толще почтовой открытки. Удивительное дело, наш «мини», обычно ужасно шумный, в тот день вел себя паинькой, словно прося прощения за историю с бритвой. Дома я и отец сели за стол и молча стали уминать мамин суп. Вдруг до меня дошло, что я держу во рту еще один стальной предмет. Я медленно облизал его и внимательно осмотрел блестящую поверхность, в которой можно было узреть собственное кривое отражение.

– Из чего она сделана? – спросил я отца, постучав по ложке. – И почему у нее нет вкуса?

Я снова взял в рот ложку и усердно ее пососал.

И тут в голове закрутились вопросы… Как это может быть, что мы никогда не говорим о материале, который делает для нас так много? Он близок нам, как никто – мы кладем его в рот, избавляемся с его помощью от лишних волос, ездим в нем. Он наш самый верный друг, и все же мы не знаем, что это за штука. Почему лезвие бритвы режет, а скрепка гнется? Почему у металла блестящая поверхность? Почему, наконец, стекло прозрачно? Почему практически никому не нравится бетон, зато всем нравятся бриллианты? И почему у шоколада такой замечательный вкус? Почему материалы выглядят и ведут себя по-разному?

С того дня, как на меня напал грабитель с бритвой, я посвятил материалам уйму времени. Я изучал материаловедение в Оксфорде, защитил кандидатскую по сплавам для реактивных двигателей и работал инженером-материаловедом в передовых лабораториях мира. Материалы увлекали меня все больше, росла и моя коллекция необычных образцов. Ныне она входит в обширную библиотеку материалов, которую я основал вместе с друзьями и коллегами Зоей Лафлин и Мартином Конрином. Есть потрясающие экземпляры – например, аэрогель из НАСА, на 99,8 % состоящий из воздуха и потому похожий на затвердевший дым. Есть радиоактивные, вроде уранового стекла, которое я отыскал в укромном углу антикварной лавки в Австралии. Попадаются вещества, необычайно тяжелые при малых размерах, – таковы слитки вольфрама, старательно извлеченного из минерала вольфрамита. Некоторые привычные на первый взгляд материалы таят в себе сюрпризы: например, самовосстанавливающийся бетон. Всего мы собрали более тысячи образцов – кирпичиков, из которых создан мир людей: наши дома, одежда, машины и так далее, вплоть до произведений искусства. Сейчас библиотека находится в Институте созидания Университетского колледжа Лондона. Из ее фондов можно заново построить цивилизацию – или разрушить ее до основания.

Но есть библиотека еще грандиознее, из миллионов экземпляров. Она пополняется в геометрической прогрессии, это самая большая из известных библиотек – наш рукотворный мир. Взгляните на фотографию: здесь я пью чай на крыше своего дома.

В общем-то, ничего особенного, но, приглядевшись, можно различить нечто вроде каталога всего того, из чего сделана цивилизация. Эти материалы важны. Стоит убрать бетон, стекло, текстиль, металл и прочие материалы, и я останусь голышом в пустом пространстве. Нам нравится считать себя цивилизованными, но что, если цивилизацию нам подарили материалы? Без них мы бы очень быстро втянулись в примитивную борьбу за выживание, как это происходит у животных. Значит, в какой-то мере одежда, крыша над головой, городская инфраструктура – материя, одушевленная культурой и языком, – позволяет нам оставаться людьми (в зонах стихийных бедствий это особенно заметно). Иными словами, материальный мир – это не только зеркало техники и культуры, но и часть нас самих. Мы придумали и сотворили этот мир, а он, в свою очередь, делает нас такими, какие мы есть.

Неслучайно стадии цивилизации носят такие названия: каменный, бронзовый, железный век. С изобретением очередного материала наступала новая эра в истории человечества. Главным материалом Викторианской эпохи была сталь, воплотившая смелые фантазии инженеров о подвесных мостах, железных дорогах, паровых машинах и пассажирских лайнерах. Сталь позволила великому инженеру Изамбарду Кингдому Брюнелю изменить облик мира и посеять в нем семена современности. Успехи материаловедения привели к появлению кремниевой микросхемы и к информационной революции. Но не будем забывать о великом разнообразии других катализаторов современных революций. Из листового стекла массового производства и конструкционной стали архитекторы построили небоскребы, изменив стиль жизни горожан. Промышленные дизайнеры и художники-модельеры освоили пластмассу и преобразили наш быт и гардероб. Полимеры, основа целлулоидной пленки, совершили переворот в визуальной культуре целого тысячелетия – родился кинематограф. Без алюминиевых сплавов и никелевых сверхпрочных сплавов не было бы реактивных двигателей и дешевых перелетов, не скоро произошла бы встреча культур. Благодаря медицинской керамике тело можно подновить, и мы теперь совсем иначе смотрим на инвалидность и старение. Зачастую суть нового метода лечения именно в материале. Хирурги восстанавливают наши физические возможности (меняют тазобедренный сустав) или усиливают привлекательность (вставляют в грудь силиконовые имплантаты), но сам термин «пластическая хирургия» намекает, что без пластиков тут не обошлось. О влиянии новых биоматериалов на культуру можно судить по выставке «Тайны тела» Гюнтера фон Хагенса: нас приглашают к созерцанию своей телесности, живой и мертвой одновременно.

Эта книга для тех, кто хочет понять мир, созданный человеком, выяснить, откуда взялись все эти материалы, как они работают и что говорят о нас. Мы на удивление мало о них знаем, хотя они окружают нас повсюду. При первом знакомстве они редко раскрывают свои характерные свойства и часто теряются на общем фоне. Большинство металлов обладают блеском и серым цветом, но многие ли заметят разницу между алюминием и сталью? Виды древесины не спутаешь, но кто может описать различия? Пластмассы и вовсе сбивают с толку: как отличить полиэтилен от полипропилена? И тут мы подходим к самому главному: кого все это волнует?

Меня волнует, и я намерен объяснить, почему. А коль скоро мы ведем речь о материалах, из которых сделано все на свете, начать можно с чего угодно. Отправной точкой и вдохновляющей идеей мне послужит моя фотография на крыше. Я выбрал на фото десять материалов, о каждом я расскажу историю, попробую объяснить причину их появления в мире. Я знаю, что за этим стоит наука о материалах, и я восхищаюсь их техническим совершенством, но важнее всего, на мой взгляд, понять, что материалы значат для нас.

Суть материала, как и суть человека, лежит глубоко под поверхностью. Этот мир скрыт от людских глаз, не вооруженных научными инструментами. Чтобы познать материю, мы непременно должны забыть бытовой опыт и погрузиться во внутренний мир материалов. На этом микроскопическом уровне мы поймем, почему некоторые материалы пахнут, а другие лишены запаха; почему одни хранятся тысячу лет, а другие желтеют и крошатся на солнце; почему стекло бывает пуленепробиваемым и почему винный бокал разбивается вдребезги, стоит его слегка задеть. Путешествие в этот микроскопический мир открывает научную подоплеку таких обыденных вещей, как еда, одежда, технические приспособления и устройства, ювелирные изделия и, конечно же, наши тела.

Но если по своим размерам этот мир уступает нашему, то во временнóм отношении он зачастую значительно его превосходит. Возьмем, к примеру, обрывок нити толщиной не больше волоса. Нить – это искусственный объект на грани возможностей человеческого зрения. Из нити делают веревки, одеяла, ковры и, самое главное, одежду. Текстиль – один из первых материалов, созданных руками человека. Под видом джинсов или другой одежды мы носим на себе миниатюрную сетку, дизайн которой гораздо старше Стоунхенджа. Одежда согревала и защищала, а также была предметом моды на протяжении всей истории. Кроме того, она имеет непосредственное отношение к высоким технологиям. В XX веке люди научились изготавливать из текстиля космические скафандры, достаточно прочные, чтобы защитить астронавтов на Луне; изобрели твердый текстиль для искусственных конечностей; и, что особенно приятно, устойчивое к колющим ударам нижнее белье из высокопрочного синтетического волокна под названием кевлар. К эволюции технологий производства материалов, насчитывающей тысячи лет, я постоянно возвращаюсь в этой книге.

В каждой новой главе представлен не только новый материал, но и его новый аспект, будь это общеисторический взгляд или более личный рассказ, драматичное или научное повествование, с акцентом на культурное значение материала или на его поразительные технические возможности. Книга является уникальным сочетанием всех этих способов изложения по той простой причине, что материалы и наши взаимоотношения с ними слишком многогранны, чтобы их можно было описать лишь с какой-то одной точки зрения. Материаловедение дает наиболее глубокое и связное представление о технической стороне вопроса, но разве только наука имеет дело с материалами? В конце концов, все вокруг из чего-то сделано, и у любого творца, будь то художник, дизайнер, повар, инженер, мебельщик, ювелир или хирург, свое понимание материала, практическое, эмоциональное и чувственное. Эту широту взглядов я и попытался отразить в книге.

К примеру, глава о бумаге написана в жанре коротких зарисовок не только потому, что у бумаги столько разных видов, но и потому, что почти каждый из нас использует ее миллионом разных способов. Глава о биоматериалах представляет собой путешествие вглубь организма, нашего материального «я». Этот край стремительно превращается в «дикий Запад»: новые материалы открывают дорогу бионике, которой под силу создать новые органы из биоимплантатов, «умно» встроенных в плоть и кровь. Эти материалы оказывают глубокое влияние на социальную жизнь – они меняют отношение человека к самому себе.

Поскольку все в конечном счете состоит из атомов, нам не избежать разговора о правилах, которым они подчиняются и которые описывает теория под названием квантовая механика. Иными словами, добравшись до уровня атомных размеров, мы должны отказаться от повседневного опыта и перейти на язык волновых функций и электронных состояний. Именно он позволяет проектировать с нуля все больше материалов с уникальными свойствами. Им под силу, казалось бы, невыполнимые задачи. С кремниевых микросхем начался век информации. Другое творение квантовой механики – фотогальванические элементы – потенциально могут решить наши энергетические проблемы с помощью одного лишь солнечного света. Впрочем, до этого еще далеко, и мы пока что зависим от угля и нефти. Почему наши возможности ограниченны? На что мы можем надеяться? Я разбираю этот вопрос на примере нашей новой надежды – графена.

Итак, в основе науки о материалах лежит идея о том, что изменения на недоступных невооруженному глазу масштабах меняют свойства материалов на «человеческом» уровне. С этим нечаянно столкнулись наши предки, когда создали сталь и бронзу, но оценить до конца свое поразительное достижение не смогли за отсутствием у них микроскопов. Когда вы, к примеру, ударяете по куску металла, вы меняете не только его форму, но и внутреннюю структуру. Если вы ударите его определенным образом, структура изменится так, что металл станет крепче. Наши предки знали это по опыту, хотя и не понимали, почему так происходит. Постепенное накопление знаний привело человечество в XX век еще до того, как строение материалов было по-настоящему понято и изучено. Впрочем, опытное знание кузнецов и других ремесленников никуда не делось: почти все материалы из этой книги мы познаем не только головой, но и руками.

Эти чувственные, личные отношения с материалами проявляются очень интересно. Мы любим одни материалы, несмотря на их недостатки, и ненавидим другие, хотя они более практичны. Возьмем, к примеру, керамику. Мы используем ее за столом – из этого материала сделаны тарелки, миски, чашки. Ни один ресторан и ни одна домашняя кухня не обходятся без глиняной посуды. Мы пользуемся ею с тех пор, как много тысячелетий назад научились возделывать землю. Керамика то и дело норовит расколоться, треснуть и разбиться вдребезги в самый неподходящий момент. Почему же мы не заменим ее на более прочные пластик и металл? Почему мы так привязаны к керамике, несмотря на ее механические недостатки? Множество ученых разных специальностей, включая археологов и антропологов, а также дизайнеры и художники бьются над решением этой загадки. Но есть особая дисциплина, которая изучает действие материалов на органы чувств. В психофизике – так называется эта наука – сделано немало интересных открытий. Так, ученые исследовали «хрустящие» свойства пищевых продуктов и установили, что удовольствие от еды связано не только со вкусовым, но и со звуковым впечатлением. После этого повара стали готовить блюда с хрустящим эффектом, а у некоторых производителей картофельных чипсов захрустели громче не только ломтики, но и упаковка. В главе о шоколаде я расскажу о психофизических свойствах материалов и попробую доказать, что именно эти свойства вдохновляли изобретателей на протяжении веков.

Эта книга не является универсальным справочником о материалах и их взаимоотношениях с человеческой культурой. Это скорее фотоснимок. Взглянув на него, вы сразу поймете, что материалы оставляют след в нашей жизни и что самое безобидное действие, вроде чаепития на крыше, обладает сложной материальной глубиной. Не только в музее можно подивиться на культурные плоды истории и технического прогресса. Результаты этого влияния видны повсюду, но мы по большей части не обращаем на них никакого внимания. Так и надо – нас сочтут за сумасшедших, если мы станем часами с придыханием ощупывать бетонную поверхность стены. Но иногда над этим стоит поразмыслить. Так сделал я после случая в подземке. Вы же, я надеюсь, воспользуетесь моей книгой как поводом к размышлению.

1. Твердость

Впервые в жизни я подписывал договор о неразглашении в туалете паба. И когда выяснилось, что это все, о чем просит Брайан, с которым случай свел меня всего час назад, я испытал нечто вроде облегчения. Дело было в ирландском городке Дун-Лэаре, в пабе «Шихен», поблизости от места моей тогдашней работы. Брайану, хорошо одетому мужчине с красным лицом и редкими седыми волосами с желтоватым отливом, перевалило за шестьдесят. Из-за больной ноги он ходил с тростью. Курил сигарету за сигаретой. Как только Брайан узнал, что я ученый, то справедливо рассудил, что мне будет интересно послушать байки о его лондонском житье-бытье в семидесятые, когда он торговал кремниевыми микросхемами «Интел-4004». Он покупал их за границей оптом по фунту за штуку и продавал небольшими партиями юной компьютерной отрасли по десять фунтов за штуку. Как говорится, оказался в нужное время в нужном месте. Когда я сказал, что работаю с металлическими сплавами на факультете машиностроения Университетского колледжа в Дублине, он призадумался и умолк – впервые за время нашего знакомства. Я воспользовался паузой и пошел в туалет.

Договор о неразглашении был нацарапан на клочке бумаги, который он, видимо, только что вырвал из блокнота. Всего пара строк: Брайан рассказывает мне о своем изобретении, а я обязуюсь хранить тайну. За это он платит мне один ирландский фунт. На дальнейшие мои расспросы он лишь смешно провел пальцами по губам, как бы застегнув рот на молнию. Я не совсем понял, почему нужно вести этот разговор в кабинке туалета. Через его плечо я видел, как входят и выходят посетители паба. Может, следовало позвать на помощь? Порывшись в карманах пиджака, Брайан извлек оттуда шариковую ручку, а из заднего кармана брюк достал смятую фунтовую бумажку. Он был очень настойчив.

Я поставил подпись на клочке бумаги, прижав его к исчерканной стенке туалета. Брайан тоже подписал бумажку, дал мне один фунт, и бумажка превратилась в юридический документ. Вернувшись к барной стойке с недопитым элем, я стал слушать рассказ Брайана. Он изобрел электронное устройство для заточки бритвенных лезвий – настоящая революция, ведь отныне человеку в течение всей жизни довольно будет одного лезвия. Промышленность потеряет на этом миллионы и не выдержит конкуренции, а Брайан станет исключительно богатым человеком. К тому же это позволит сберечь запасы минералов на планете. «Ну, как вам моя идея?» – спросил он, с победоносным видом отхлебывая эль.

Я взглянул на него с недоверием. Любому ученому хоть раз в жизни попадались безумцы, рассказывающие о своих изобретениях. Кроме того, к бритвенным лезвиям у меня было особое отношение. Вспомнив про длинный шрам на спине – итог встречи на станции «Хаммерсмит», – я испытал неловкость и некоторое раздражение, но жестом просил его продолжать…

Странно, что наука, по существу, ничего не знала о стали вплоть до XX века. Ремесленники тысячелетиями передавали стальной секрет из поколения в поколение. Даже в XIX веке, когда ученые уже накопили серьезные теоретические познания в области астрономии, физики и химии, ключевое сырье промышленной революции – железо и сталь – получали опытным путем, уповая на интуицию, тщательные наблюдения и, в огромной степени, на удачу. (Неужели и Брайан случайно изобрел новую технологию? Эта мысль не давала мне покоя.)

В глубокой древности изделия из металла были редкостью и высоко ценились, поскольку в то время умели добывать только медь и золото: другие металлы, как правило, нужно извлекать из руды, в чистом виде они не встречаются. Существовало, правда, «упавшее с неба» железо – то есть осколки метеоритов. В Северной Боснии живет человек по имени Радивок Лажич, который знает все про странные куски металла, падающие с небес. В 2007–2008 годах на его дом упало не меньше пяти метеоритов. Простой случайностью это не объяснишь, и заявление Лажича, будто его преследуют инопланетяне, кажется весьма правдоподобным. Своими подозрениями он публично поделился в 2008 году, с тех пор в дом угодило еще одно небесное тело. Ученые подтвердили, что упавшие камни – действительно метеориты, и теперь изучают магнитное поле вокруг дома, чтобы хоть как-то обосновать его необычную притягательность для «падающих звезд».

Радивок Лажич и пять метеоритов, упавших на его дом, начиная с 2007 года

Когда наши далекие предки еще не знали ни меди, ни золота, ни метеоритного железа, они делали орудия труда из кремня, дерева и кости. Любой, кто хоть раз пытался что-нибудь сделать такими орудиями, знает, насколько они ограничивают возможности. Если ударить по деревяшке, она расколется, треснет или сломается. Так же обстоит дело с камнем или костью. Металлы принципиально отличаются от этих материалов: от удара молота они лишь меняют форму, поскольку обладают пластичностью и ковкостью. Мало того, от этих ударов они только крепчают. Можно закалить лезвие, просто ударив по нему кузнечным молотом. Этот процесс обратим: если поместить металл в огонь и раскалить его, он снова станет мягче. Первые люди, открывшие эти свойства металла десять тысяч лет назад, нашли материал твердый, как камень, но пластичный и почти что вечный. Иными словами, идеально подходящий для орудий труда, особенно режущих – топоров, резцов и бритв.

Должно быть, эта способность металлов превращаться из мягкого материала в твердый казалась нашим далеким предкам волшебной. Вскоре я узнал, что Брайану тоже так казалось. Он рассказал, что изобрел свое устройство методом проб и ошибок, не вникая в тонкости физических и химических процессов, и тем не менее затея его, похоже, удалась. Он хотел, чтобы я замерил остроту бритвенных лезвий до и после заточки. Без такого экспертного заключения он не мог начать серьезные деловые переговоры с компаниями – производителями бритв.

Я объяснил Брайану, что для того, чтобы его приняли всерьез, потребуется больше, чем несколько замеров. Дело в том, что металлы состоят из кристаллов. В обычном бритвенном лезвии их миллиарды, и в каждом таком кристалле атомы расположены особым образом, формируя почти идеальную трехмерную структуру.

Так выглядит кристалл металла, из которого изготовлено лезвие бритвы. Ряды точек изображают атомы

Сильные межатомные связи придают прочность кристаллам. Бритва притупляется, потому что многочисленные удары o волоски меняют взаимное расположение атомов, придают кристаллу другую форму, нарушают старые и создают новые связи, приводят к появлению крошечных вмятин и зазубрин на гладком острие. Отточить его по методу Брайана значило бы запустить обратный процесс – вернуть атомы на прежнее место и восстановить таким образом нарушенную структуру. Чтобы Брайана приняли всерьез, нужно не только доказать восстановление на уровне кристаллов, но еще и аргументированно объяснить механизм этого процесса на атомном уровне. Я сказал, что нагрев – неважно, от электричества или от иного источника, – обычно делает металл более мягким, что совсем не входит в планы Брайана. Ему это было известно, однако он категорически утверждал, что его электронное устройство не имеет к нагреву стальных лезвий никакого отношения. Наверное, странно думать, что металлы состоят из кристаллов, потому что под кристаллом мы обычно понимаем прозрачный, искусно ограненный драгоценный камень вроде бриллианта или изумруда. Кристаллическая структура металлов скрыта от наших глаз, так как металлические кристаллы непрозрачны и по большей части микроскопически малы. Если взглянуть на них в электронный микроскоп, мы увидим странную перекошенную мозаику, причем внутри кристаллов будут заметны волнистые линии. Это так называемые дислокации – дефекты, отклонения. Не будь их, кристаллическая решетка была бы идеальной. Это сбои в атомном порядке, которых не должно быть.

Для простоты я изобразил лишь несколько дислокаций. Таких дефектов у металлов, как правило, в избытке. Линии дислокаций пересекаются и перекрывают друг друга

Звучит невесело, но вообще-то эти недостатки нам на руку. Благодаря им из металлов получаются отличные инструменты, режущие детали и… бритвенные лезвия, поскольку дефекты позволяют менять форму кристаллов.

Чтобы ощутить силу дислокаций, не нужен кузнечный молот. Когда вы сгибаете скрепку для бумаги, на самом деле гнутся металлические кристаллы. Иначе скрепка была бы хрупкой и с треском ломалась бы, словно палочка. Пластичность металла объясняется сдвигом дислокаций внутри кристалла. Они переносят крупицы материала с одной стороны кристалла на другую, причем делают это со скоростью звука. Сгибая скрепку, вы заставляете приблизительно 100 000 000 000 000 дислокаций двигаться со скоростью в сотни километров в секунду. Хотя каждая дислокация переносит крошечный кусочек кристалла (фактически одну атомную плоскость), этого хватает, чтобы металл гнулся, как сверхпрочный пластик, а не трескался, подобно камню.

Температура плавления металла показывает, насколько тесна связь между атомами и насколько свободно могут перемещаться нарушенные фрагменты. У свинца низкая температура плавления, поэтому его дислокации удивительно легки на подъем, и за счет этого свинец на редкость мягкий металл. А вот медь плавится при более высокой температуре, поэтому она твердая. Нагрев позволяет дислокациям перемещаться и выстраиваться по-новому. В результате металлы становятся мягче.

Открытие металлов было важным событием первобытной истории, но оно не решило главной проблемы – вокруг имелось не так уж много металла. Можно было, конечно, подождать, пока он упадет с неба, но это требовало колоссального терпения (каждый год на поверхность Земли падает несколько килограммов метеоритного железа, и бо́льшая часть его исчезает в океане). Однако нашелся неизвестный герой, который положил конец каменному веку, открыв дверь в будущее материальное изобилие. Он обнаружил некий зеленоватый камень, который, если его бросить в огонь и обложить раскаленными углями, превратится в блестящий кусок металла. Этим зеленоватым камнем был малахит, а получавшимся металлом, разумеется, медь. Должно быть, это было самое ослепительное во всех смыслах открытие. Неожиданно люди поняли, что их окружают не мертвые камни, но таинственная субстанция со своей внутренней жизнью.

Подобные метаморфозы происходили лишь с небольшим числом камней. Недостаточно было найти камешек определенной породы – следовало еще тщательно соблюдать химические условия плавления. Но древние наверняка догадывались, что если камень так и остался камнем в самом жарком костре, то это камень с секретом. И были правы. Многие минералы сохраняли форму при нагревании, но прошло несколько тысячелетий, прежде чем понимание необходимых химических условий (нужно контролировать химические реакции между веществом камня и образующимися в пламени газами) привело к очередному прорыву в металлургии.

А пока, примерно с пятого тысячелетия до нашей эры, люди методом проб и ошибок оттачивали мастерство выплавки меди. Появление медных орудий труда привело к небывалому развитию техники. С них начались новые технологии. С помощью медных орудий строили города и первые великие цивилизации. Строительство египетских пирамид стало возможным благодаря массовому применению медных орудий труда. Каждую каменную глыбу для пирамиды вырубали в каменоломне и обтесывали вручную медными долотами. По подсчетам специалистов, в Древнем Египте было добыто около 10 000 тонн медной руды для изготовления 300 000 резцов – великое достижение, без которого громадная армия рабов никогда бы не построила пирамиды, потому что лишь металлу под силу справиться с камнем. Это при том, что медь далеко не лучший материал для обтесывания камней – она чересчур мягкая, медное долото быстро притупляется об известняк. Ученые подсчитали, что инструмент нуждался в заточке через каждые несколько ударов молотком, иначе от него не было проку. По той же причине медь не годится для бритвенных лезвий.

Еще один сравнительно мягкий металл – золото. Мягкий настолько, что обручальные кольца обычно делают из сплава, в противном случае они быстро покрываются царапинами. Совсем небольшая, всего в несколько процентов, добавка другого металла, например серебра или меди, не только меняет цвет золота: серебро отливает белизной, а медь красным, – но и придает ему твердость. Эта чувствительность металлов к малейшим примесям поистине завораживает. Вы спросите, куда же деваются атомы серебра в золотом сплаве. Ответ прост: они встраиваются на место атомов золота. Как раз эта замена в кристаллической решетке и делает золото тверже.

Сплавы практически всегда тверже чистых металлов по одной простой причине – атомы добавок (присадок) отличаются по размеру и химическим свойствам от атомов основного металла. Поэтому, встраиваясь в кристалл основного металла, они вызывают всевозможные механические и электрические деформации, затрудняющие перемещение дислокаций. В итоге металл твердеет, поскольку его кристаллам труднее менять форму. Таким образом, сплавы нужны, чтобы помешать движению дислокаций в кристаллах.

Сплав золота с серебром на уровне атомной структуры. Атомы серебра замещают часть атомов золота в кристаллической решетке

В природе атомные замены происходят и с другими кристаллами. Скажем, кристалл чистого оксида алюминия не имеет цвета, но примесь атомов железа придает ему голубоватый оттенок, и он превращается в драгоценный камень сапфир. А если оксид алюминия смешать с хромом, получится рубин.

Три века цивилизации: медный, бронзовый, железный – отражают постепенный переход к твердым сплавам. Медь – слабый металл, но он встречается в природе и легко плавится. Бронза – сплав меди с небольшим количеством олова, иногда мышьяка, – гораздо тверже меди. Итак, у вас есть медь, и вы представляете себе, что вы хотите из нее сделать. Немного усилий, и можно ковать оружие и бритвенные лезвия в десять раз прочнее и тверже медных. Но не все так просто. В естественной среде олово и мышьяк чрезвычайно редки. Торговые пути с таким трудом прокладывали именно затем, чтобы доставить олово из далеких Корнуолла или Афганистана в центры цивилизации на Ближнем Востоке.

Современные бритвенные лезвия тоже сделаны из сплава, но, как я объяснил Брайану, это сплав особый, он был загадкой для наших предков на протяжении многих тысячелетий. Сталь гораздо прочнее бронзы, а два ее компонента – железо и углерод – в изобилии присутствуют в земной коре. Практически любая горная порода содержит железо, а углерод входит в состав любого горючего материала. Но наши предки не понимали, что сталь – это сплав, что уголь не просто сгорает в кузнечном горне, но в процессе плавления отдает углерод, который проникает в кристаллы железа. Причем фокус удается только с железом – с медью, оловом или бронзой такого не происходит. Видимо, первобытным людям это казалось невероятной тайной. Лишь теперь, в свете квантовой механики, мы можем объяснить, в чем тут дело: углерод не замещает атомы железа в решетке, но как бы втискивается между ними, деформируя кристалл.

Но есть одна загвоздка. Если взять слишком большое количество углерода – скажем, 4 % вместо 1 %, – железо становится чрезвычайно хрупким и совершенно непригодным для изготовления инструментов и оружия. И это серьезная проблема, поскольку в пламени довольно много углерода. Стоит передержать железо, а тем более дать ему расплавиться, – в кристаллы попадет лишний углерод, и сплав станет очень хрупким. Меч из такой высокоуглеродистой стали сломается в бою.

Лишь в XX веке был до конца изучен процесс плавления металлов. До этого люди не понимали, почему сталь иногда получается качественной, а иногда нет. Работал метод проб и ошибок, и успешные способы передавались по наследству. Мастера хранили тайну как зеницу ока. Но если бы кто-то и украл рецепт стального сплава, он не смог бы воспроизвести все тонкости чужой технологии. В некоторых странах умели производить высококачественную сталь, и такие цивилизации процветали.

В 1961 году профессор Ричмонд из Оксфордского университета обнаружил тайник, вырытый римлянами в 89 году нашей эры. Там находилось 763 840 маленьких двухдюймовых гвоздей, 85 128 гвоздей средней длины, 25 088 длинных гвоздей и 1344 сверхдлинных шестнадцатидюймовых гвоздя. Клад, полный гвоздей вместо золота, огорчил бы кого угодно, только не профессора Ричмонда. «Зачем, – спросил он себя, – римские легионеры спрятали в земле семь тонн железа и стали?».

Римский легион под командованием Агриколы занимал местечко под названием Инктутил (Inchtuthil) в Шотландии. Он защищал дальние рубежи Римской империи от набегов диких, как считали римляне, племен – кельтов. Пять тысяч воинов стояли здесь гарнизоном в течение шести лет, но в конце концов оставили крепость. Приложив немалые усилия, они уничтожили все, что могло достаться врагу. Разбили сосуды с едой и питьем, дотла сожгли укрепления… Но в пепле еще оставались железные гвозди из крепостных стен – слишком ценный подарок для варваров. С помощью железа и стали были построены римские корабли и акведуки, из железа были выкованы римские мечи, а в конечном счете – и сама Римская империя. Оставить гвозди врагу было все равно, что подарить ему оружейный склад, поэтому, прежде чем отправиться на юг, римляне их закопали. Среди немногих стальных предметов, которые они забрали с собой (не считая оружия и доспехов), были, вероятно, и новацилы (novacili) – бритвенные лезвия, знак римской цивилизованности. Благодаря новацилам и ловким рукам брадобреев римляне отступали на юг со свежевыбритыми холеными лицами. Так они подчеркнули свою непохожесть на диких варваров, погнавших их прочь.

Загадка стали давала пищу для всевозможных поверий. Самое стойкое из них рассказывает на языке символов об объединении Британии и водворении в ней законного порядка после ухода римлян. Я имею в виду легендарный меч короля Артура – Экскалибур, которому приписывали волшебную силу. В сознании людей он ассоциировался с законным суверенитетом страны.

Легко понять, почему во времена хлипких мечей и почти беззащитных рыцарей добротная сталь в руках сильного воина означала победу цивилизации над хаосом. И так как выплавка стали превратилась в ритуал, полагали, что магия имеет к ней прямое отношение.

Особенно ярко это видно на примере Японии. Ковка самурайского меча занимала несколько недель и была частью религиозной церемонии. Амэ-но муракумо-но цуруги («небесный меч из кучевых облаков») – легендарное японское оружие, которым великий воин Ямато Такеру подчинил ветер и наголову разбил всех своих врагов. За всеми фантастическими историями и ритуалами стоит вполне здравая идея: бывают мечи в десятки раз тверже и острее прочих. К XV веку оружейная сталь, которую самураи ковали собственноручно, была лучшей в мире. Она держала первенство еще пять веков, пока в XX веке не появилась наука металлургия.

Самурайские мечи ковали из особого сорта стали тамахаганэ, это слово означает «алмазная сталь». Ее и сейчас получают из железной руды (или магнитного железняка, когда-то из него делали компасы), которая входит в состав черного вулканического тихоокеанского песка. Сталь выплавляют в огромном глиняном сосуде татара высотой и шириной более метра и длиной более трех с половиной метров, в котором сначала разжигают огонь (чтобы затвердела глина), а затем методично заполняют эту керамическую печку слоями черного песка и древесного угля. Процесс занимает около недели и требует неусыпного контроля: бригада из четырех-пяти человек следит, чтобы не падала температура, и раздувает пламя ручными мехами. В конце концов татару раскалывают, из пепла и остатков песка и угля вынимают слитки стали тамахаганэ. Эти комья обесцвеченного металла довольно невзрачны, но есть в них кое-что особенное, а именно разное содержание углерода – от очень низкого до очень высокого. Настоящий самурай умел отличить твердую, но хрупкую высокоуглеродистую сталь от крепкой, но сравнительно мягкой низкоуглеродистой стали на глаз, на ощупь и на слух (по звуку от удара). Слитки сортировали. Для средней части меча подходила только низкоуглеродистая сталь, которая придавала клинку невероятную крепость – он не ломался в бою. По краям меча наваривали высокоуглеродистую сталь, хрупкую, но очень твердую, пригодную для острейшей заточки. Мастера убивали сразу двух зайцев: обложив прочную низкоуглеродистую сталь высокоуглеродистой, получали мечи, способные выдерживать удары других мечей и на лету рубить головы врагам. В это было невозможно поверить.

Пока не началась Промышленная революция, никому не удавалось получить сталь прочнее и тверже самурайской. А когда это время наступило и в Европе началась большая стройка, для возведения железных дорог и мостов уже использовали чугун – его можно было производить в огромных количествах и разливать в формы. К сожалению, при определенных условиях он ломался и крошился. И эти условия возникали тем чаще, чем смелее была инженерная мысль.

Одна из самых страшных катастроф случилась в Шотландии в ночь на 29 декабря 1879 года. Чугунный железнодорожный мост через реку Тэй – самый длинный мост в мире – рухнул под порывом зимнего штормового ветра. Поезд с семьюдесятью пятью пассажирами упал в воду, унося жизни всех, кто в нем находился. Трагедия подтвердила догадки скептиков: чугун не годился для больших инженерных сооружений. Была необходима самурайская сталь, но только массового производства.

В один прекрасный день на заседании Британской ассоциации по распространению научных знаний некий инженер из Шеффилда объявил, что знает, как сделать такую сталь. Это был Генри Бессемер. Производство стали по методу Бессемера не требовало кропотливого труда самураев, однако давало тонны жидкой стали. Это была настоящая технологическая революция.

Так называемый бессемеровский процесс был гениально прост. В результате вдувания воздуха в расплавленное железо кислород вступал в реакцию с углеродом и вытеснял его в виде углекислого газа. Здесь инженеру пригодилось знание химии – производство стали было впервые поставлено на научные рельсы. Реакция между кислородом и углеродом была неожиданно мощной, так что выделялось огромное количество тепла, которое повышало температуру стали и поддерживало ее в жидком состоянии. Процесс был достаточно прост, чтобы внедрить его в промышленных масштабах.

Единственная проблема заключалась в том, что бессемеровский процесс не работал. Во всяком случае, так говорили те, кто пытался осуществить его на практике. Разгневанные фабриканты требовали вернуть им деньги. Незадолго до этого они купили у Бессемера лицензию и вложили немалые средства в оборудование, а в итоге получили хрупкое железо. Бессемер не знал, что им ответить. Он просто не мог взять в толк, почему успех был столь переменчив, и продолжал совершенствовать технологию.

Помог металлург Роберт Форестер Машет. Он предложил сначала удалять весь углерод из железа, а потом добавлять ровно один процент. Прежде, наоборот, содержание углерода снижали до одного процента, что с трудом удавалось, поскольку сталелитейные компании брали железо из разных источников. Метод сработал, и процесс плавки стал давать устойчивый результат.

Разумеется, когда Бессемер попытался заинтересовать мир новым, усовершенствованным процессом получения стали, его поначалу не слушали, полагая, что имеют дело с очередным обманом. Люди были твердо убеждены в том, что из жидкого железа нельзя получить сталь и что Бессемер самый настоящий мошенник. В итоге ему ничего не оставалось, как открыть собственный сталелитейный завод и начать производство качественной стали. Спустя несколько лет фирма «Генри Бессемер и компания» выплавляла сталь в таких объемах и по такой низкой стоимости, что Бессемер купил наконец лицензию и озолотился. Начался век машин.

Мог ли Брайан оказаться вторым Генри Бессемером? Что, если он набрел на открытие? И пусть Брайан не понимал его сути, а вдруг электрическое или магнитное поле действительно меняет структуру кристаллов на кромке бритвы? Сначала мы смеемся над мечтателями, а после краснеем от стыда – сколько уже было таких историй. Мало кто верил, что можно создать летающие аппараты тяжелее воздуха, а теперь все мы летаем самолетами. Появление телевизоров, мобильных телефонов, компьютеров сопровождалось насмешками и недоверием.

До XX века стальные лезвия и хирургические ножи были весьма дороги. Их делали вручную из высококачественной стали – она одна обеспечивала такую острую заточку, что можно было без усилий гладко сбривать на лице ненужные волосы. (Всякий, кто хоть раз пользовался тупым лезвием, слишком хорошо знает, какую острую боль причиняет малейшая заминка.) Поскольку от воды и воздуха сталь ржавеет, чистка лезвий притупляет их – влага буквально разъедает тонкий режущий край. По этой причине столетиями бритье начиналось с правки бритвы: лезвие точили, водя им взад-вперед по специальному кожаному ремню. Возможно, вы сочтете, что кожа чересчур мягкий материал для этого, и будете совершенно правы. Заточку производит мелкая керамическая пудра, которой обрабатывают ремень: раньше использовали крокус (оксид железа), но в наши дни в основном применяют алмазный порошок. Если водить стальным лезвием по такому ремню, чрезвычайно твердые алмазные песчинки будут стачивать крошечные частицы металла, выравнивая тончайшую режущую кромку.

Все изменилось, когда американский бизнесмен по имени Кинг Кэмп Жиллетт изготовил из дешевой бессемеровской стали первые одноразовые лезвия. Они предназначались для массового рынка. Идея была в том, что копеечное лезвие проще выбросить, чем заново точить. В 1903 году Жиллетт продал пятьдесят одну бритву и 168 лезвий. На следующий год он продал уже 90 884 бритвы и 123 648 лезвий. К 1915 году корпорация открыла заводы в США, Канаде, Англии, Франции и Германии, и количество проданных лезвий перевалило за семьдесят миллионов. Теперь не нужно было ходить к цирюльнику, в каждой ванной комнате имелся одноразовый бритвенный станок. Так обстоит дело и по сей день. Есть немало сторонников дедовских принципов в питании, но что-то никто не хочет стричься медными ножницами или бриться тупым лезвием.

Жиллетт все правильно рассчитал. Несомненно, одной из причин его успеха было то, что лезвия быстро портились. Если даже они не тупились от частого бритья, то они попросту ржавели. Однако на одноразовых станках история не закончилась. Новая идея лежала на поверхности, и для открытия нужен был только толчок.

В 1913 году, когда европейские страны усердно готовились к мировой войне, в одной из металлургических лабораторий Шеффилда Гарри Брирли искал новый улучшенный сплав для орудийных стволов. Он добавлял к стали разные элементы, отливал образцы и механически испытывал их на прочность. Брирли знал, что сталь – это сплав железа и углерода и что всевозможные примеси могут улучшить или разрушить ее свойства. Но никто в то время не знал, почему так происходит. Поэтому Брирли продолжал свои эксперименты: плавил сталь, добавлял к ней разные присадки и оценивал результат. Сегодня это был алюминий, завтра – никель.

Но все поиски были тщетны. Когда очередной образец оказывался недостаточно прочным, Брирли швырял его в угол. Примерно через месяц его настигло озарение. Проходя мимо кучи ржавого хлама, он заметил яркие блестки. Гарри мог не забивать себе голову и, например, отправиться вместо этого в паб. Он, однако, остановился, выудил из кучи хлама единственный не заржавевший образец и сразу же все понял. В руках у него был первый в мире слиток нержавеющей стали.

Случайно добавив нужное количество хрома и углерода, Брирли создал особую кристаллическую решетку, в которой атомы хрома и углерода были вставлены в кристаллы железа. От хрома сплав не стал прочнее, поэтому Брирли выбросил неудачный образец, но хром сделал кое-что поинтереснее. Обычно при контакте с воздухом и водой железо на поверхности стали вступает в реакцию с кислородом и образуется оксид железа – красно-оранжевый минерал, известный как ржавчина. Ее можно соскрести, но тогда для коррозии откроется новый слой стали. Это вечная проблема стальных изделий. Поэтому автомобили и мосты в обязательном порядке красят. Но присутствие хрома все меняет. Он, как услужливый гость, спешит впереди хозяев, атомов железа, навстречу кислороду и вступает с ним в контакт. Образуется оксид хрома, прозрачный и твердый, который плотно прилегает к поверхности стали, то есть не отслаивается, и к тому же совершенно незаметен. Это невидимое химическое защитное покрытие. Более того, науке теперь известно, что оно способно к регенерации; то есть если вы поцарапаете нержавеющую сталь и даже разрушите защитный слой, он самовосстановится.

Брирли попробовал сделать первые в мире ножи из нержавеющей стали, но тут же возникли трудности. Новый металл был все же недостаточно тверд, чтобы из него получилось острое лезвие, и такие ножи вскоре стали называть «нережущими». Собственно, как раз поэтому Брирли в свое время отверг этот сплав, чересчур мягкий для пушечных стволов. Как потом выяснилось, недостаток твердости в чем-то даже удобен. Скажем, из такой стали можно делать вещи сложной формы. Вот почему непременным атрибутом английской кухни стала раковина из нержавейки. Ничто ее не берет, она всегда сверкает; что в нее ни брось, все исчезнет в сливном отверстии. Нержавейка идеально подходит миру, где хотят избавиться от отходов как можно быстрее и проще, будь то жир, отбеливатель или кислота. Она потеснила привычные керамические мойки и сделала бы то же самое с унитазами, если бы мы этого захотели. Однако мы все же недостаточно доверяем этому материалу, чтобы избавляться с его помощью от самых интимных отходов.

Нержавеющая сталь – это метафора современной жизни. Сияющая, опрятная на вид, практически неуничтожимая и при этом весьма демократичная. Менее чем за сто лет она стала близка нам, как никакой другой металл, ведь мы каждый божий день кладем ее в рот. Потому что Брирли в конце концов получил из нержавейки столовые приборы – ножи, вилки и ложки. Прозрачный защитный слой оксида хрома делает ложки безвкусными: язык не касается металла, и слюна не вступает с ним в реакцию. Мы уже не знаем, какова ложка или вилка на вкус. Нержавеющая сталь часто используется в искусстве и архитектуре именно потому, что ее сияющая поверхность кажется неуязвимой. Скульптура Аниша Капура «Врата облаков» в Чикаго – яркое тому подтверждение. Мы видим себя в ней как в зеркале: современных, бесстрастных, победивших грязь и хаос. Мы представляем себя такими же непобедимыми, как нержавеющая сталь.

Получив прочную сталь, пригодную для столовых приборов, металлурги заодно подарили нам нержавеющую бритву. Мир не знал более тонкого лезвия. Оно изменило столь многие лица и тела! Мы приручили опасную бритву, но невольно произвели на свет любимое оружие уличной шпаны – дешевое, надежное, а главное, ультраострое, способное прорезать несколько слоев одежды из кожи, шерсти и хлопка, а также человеческую кожу, что лично мне было слишком хорошо известно…

Все это пронеслось в моей голове, пока мы с Брайаном говорили о его новой технологии заточки бритвенных лезвий из нержавейки. Поскольку эта сталь – твердая, прочная, пригодная к заточке – в последние тысячелетия создавалась, как правило, методом проб и ошибок, разве кто-нибудь, пусть и не имея надлежащего образования, не мог случайно изобрести новый способ? Мир материалов на микроскопическом уровне так велик и сложен, что пока мы изучили только ничтожную его часть.

Была уже ночь, когда мы вышли из паба. Брайан пожал мне руку и обещал звонить. Удаляясь шаткой походкой по Дублинской улице, освещенной желтым светом натриевых фонарей, он обернулся и пьяным голосом проорал: «Салют богу стали!» Полагаю, он имел в виду Гефеста, греческого бога металла, огня и вулканов, которого принято изображать кузнецом за наковальней. Гефест страдал физическими недостатками, тело его было изуродовано. Вполне возможно, сказалось отравление мышьяком, в те времена обычное среди кузнецов (мышьяк применяли при выплавке бронзы), оно вызывало хромоту и рак кожи. Я посмотрел на Брайана, ковылявшего прочь со своей тростью, вспомнил его красное лицо и в который раз задумался, кто же он такой на самом деле.

2. Разнообразие

Мы не мыслим своей жизни без бумаги и легко забываем, что бóльшую часть человеческой истории она была редким и дорогим материалом. Просыпаясь поутру, мы видим бумагу на стенах в виде фотографий, постеров, обоев, наконец. Мы идем в уборную и пользуемся там туалетной бумагой, отсутствие которой быстро вызывает личный кризис. На кухне мы находим бумагу в виде цветного картона. Из него сделаны коробки, в которых наши хлопья для завтрака поют свою шумную утреннюю песенку. Фруктовый сок и молоко хранятся в бумажных пакетах, покрытых изнутри воском. Чайные листья собраны в бумажный пакетик, чтобы удобно было погружать их в кипяток и вынимать из него, и фильтры в нашей кофемашине тоже сделаны из бумаги. После завтрака можно отправляться на очередную встречу с миром, но мы редко делаем это, не захватив с собой бумагу в форме денежных купюр, журналов и книг. Даже если мы выходим из дома без бумаги, она быстро у нас появляется в виде билетов на транспорт, газет, чека за купленный на ходу пирожок или сэндвич. Работа большинства людей связана с канцелярской рутиной. Несмотря на все разговоры о безбумажном документообороте, это так и не случилось и вряд ли случится в обозримом будущем, потому что слишком велико наше доверие к бумаге как хранительнице информации. Непременным атрибутом ланча являются бумажные салфетки, без которых немыслимы стандарты личной гигиены. В магазинах полным-полно бумажных этикеток, без которых мы бы не знали, что и по какой цене покупаем. Чтобы отвезти покупки домой, мы часто кладем их в бумажные пакеты. Дома мы иногда заворачиваем их в подарочную бумагу и прикладываем поздравительную открытку в бумажном конверте. Фотографии с вечеринки мы печатаем на фотобумаге – это наша материальная история. Перед сном мы читаем книги, сморкаемся в бумажные платочки и снова идем в туалет, чтобы еще раз интимно соприкоснуться с туалетной бумагой, прежде чем погрузиться в сладкий сон (или кошмарный, про мир без бумаги). Так что же это за материал, к которому ныне мы так привыкли?

Писчая бумага

Основные этапы бумажного производства (набросок из моей записной книжки)

Писчая бумага кажется ровной, гладкой, без разрывов, но это обман. Бумага – это пучки крошечных тонких волокон, похожие на снопы сена. Мы не можем пощупать эту сложную структуру, потому что она создана на микроскопическом уровне, недоступном нашему осязанию. Бумага нам кажется гладкой из-за уменьшения масштаба – так Земля из космоса кажется идеально круглой, вблизи же мы видим щедрую россыпь холмов, долин и гор.

Всякая бумага, за редким исключением, была когда-то деревом. Сила дерева заключена в микроскопических волокнах, скрепленных органическим клеем лигнином, – в целлюлозе. Эта чрезвычайно твердая и эластичная структура живет сотни лет. Извлечь из лигнина целлюлозные волокна – задача не из легких, все равно что удалить из волос прилипшую к ним жевательную резинку. В процессе делигнификации древесину измельчают, а затем варят в коктейле из химикатов при высокой температуре и давлении. Это приводит к разрыву химических связей внутри лигнина и высвобождению волокон целлюлозы. На выходе получается спутанный клубок волокон – пульпа, древесная масса. В сущности, это жидкая древесина, которая под микроскопом напоминает спагетти в очень водянистом соусе. Выложенная на ровную поверхность и высушенная, пульпа превращается в бумагу.

Пока что это грубая бурая заготовка. Чтобы сделать ее белой, гладкой и блестящей, требуется химическое отбеливание с добавлением белого порошка мелкого помола. Скажем, карбоната кальция в виде меловой пыли. Затем накладываются слои других веществ – они задержат чернила, которые иначе потекли бы. В идеале чернила просачиваются небольшими порциями сквозь бумагу и почти мгновенно высыхают, но какое-то количество окрашенных молекул застревает в целлюлозной сетке и оставляет на белом листе стойкие следы.

Важность писчей бумаги трудно переоценить. Этой сложнейшей технологии две тысячи лет, и от нас, конечно, скрыты все ее тонкости, иначе бы мы трепетали перед гениальной микроскопической структурой, вместо того чтобы просто писать на чистом листе все, что нам захочется.

Бумажный документ

Письмо моего дедушки Измара Медовника, отправленное в Министерство внутренних дел Великобритании в начале Второй мировой войны

В детстве меня увлекали рассказы дедушки о том, как он жил в Германии, когда началась Вторая мировая война. Теперь его уже нет на свете, а вместо него рассказывают оставленные им документы. Когда вы держите в руках настоящий кусочек истории, такой, как это письмо, вы испытываете ни с чем не сравнимые ощущения. Дедушка писал в британское Министерство внутренних дел. Опасаясь вторжения немецких войск в Бельгию, он пытался вызволить оттуда моего отца.

Бумага желтеет от времени по двум причинам. Если она изготовлена из дешевой низкосортной древесной массы, полученной механическим способом, в ней останется некоторое количество лигнина. Вступая на свету в реакцию с кислородом, лигнин образует хромофоры (то есть «носители цвета»), от которых бумага желтеет. Этот сорт идет на производство дешевой одноразовой продукции. Именно поэтому газеты быстро желтеют.

Раньше для улучшения текстуры бумаги ее покрывали сульфатом алюминия, который сейчас используется главным образом для очистки воды. В то время не учитывали, что такое покрытие создает кислую среду. Целлюлозные волокна вступали в реакцию с ионами водорода – бумага желтела и теряла прочность. В XIX и XX веках книги часто печатали на так называемой кислотной бумаге, и теперь их легко отличить на полках магазинов и библиотек по ярко-желтому цвету страниц. Так же, но медленнее, стареет и некислотная бумага.

В результате старения образуется большое число летучих (то есть легко испаряющихся) органических молекул. Отсюда особый запах старой бумаги и старых книг. Библиотеки всерьез изучают химию книжного аромата. Можно было бы определять по запаху состояние книг и сберечь таким образом немалую часть фонда. Хоть это и запах распада, многим тем не менее он кажется приятным.

Печально, что книги желтеют и разрушаются, и все же патина времени придает им, как и всем старинным вещам, подлинность и силу. Запах старой бумаги как портал в другой мир – сразу же переносит нас в прошлое.

В министерстве услышали просьбы моего деда. Вот результат: немецкое удостоверение личности с печатями иммиграционной службы, проставленными 4 декабря 1939 года, когда отец выезжал из Брюсселя. Ему было в то время девять лет; судя по фотографии, он совсем не осознавал опасности своего положения. Немцы вторглись в Бельгию в мае 1940 года.

Влияние фотобумаги на культуру трудно переоценить. Удостоверение личности благодаря ей превратилось в стандартную и надежную процедуру. В конечном счете фотобумага решает, как мы выглядим, больше того – кто мы есть на самом деле. Почти непререкаемый авторитет фотографии обусловлен, по всей видимости, ее объективной природой. Объективность заключена в самой фотобумаге, химические компоненты которой фиксируют светлые и темные участки лица автоматически, просто реагируя на отраженный свет. Полученный таким образом портрет считается совершенно беспристрастным.

Эта черно-белая фотокарточка моего отца была когда-то белым листом бумаги, покрытой прозрачным гелем с молекулами бромида и хлорида серебра. В 1939 году свет, отразившись от папиного лица, попал в объектив фотоаппарата, а затем на фотобумагу и превратил молекулы бромида и хлорида серебра в маленькие кристаллы металлического серебра, которые выглядят на бумаге серыми крапинками. Если бы бумагу извлекли из камеры в эту минуту, изображение не сохранилось бы, поскольку все белые, пустые участки подверглись бы воздействию света и мгновенная реакция оставила от фото сплошной черный фон. Чтобы этого не случилось, фотографию закрепили в темной комнате, то есть смыли специальным химическим веществом не подвергшееся реакции галоидное серебро, и в гелевом слое на поверхности бумаги остались только кристаллы серебра. После сушки и обработки получилось изображение моего папы, которое помогло именно ему, а не другому мальчику избежать концентрационных лагерей.

Мой отец жив и может сам рассказать об этом эпизоде, но придет время, и лишь фотография будет напоминать о нем. Это материальный факт истории, часть нашей коллективной памяти. Разумеется, фотографии не так объективны, как об этом принято думать, но ведь и память необъективна.

Книги

Переход от устной культуры, в которой знания передавались в форме рассказов, песен и мудрых речей, к культуре письменной, письменному слову веками сдерживался отсутствием подходящего писчего материала. Пользовались каменными и глиняными табличками, но их легко разбить, к тому же они слишком тяжелы и громоздки, чтобы носить их с собой. Дерево трескается и легко подвержено разного рода порче. Стен пещер на всех не хватает, и опять же с собой их не унесешь. Бумага, которая считается одним из четырех великих китайских изобретений, решила все эти проблемы; но лишь когда римляне заменили свитки кодексом, то есть книгой в нашем теперешнем понимании, этот материал полностью раскрыл свои возможности. Было это две тысячи лет назад, и до сих пор бумага остается главным носителем письменной речи. Примечательно, что именно бумага, материал куда более мягкий по сравнению с камнем или деревом, стала хранительницей слова. Тонкость оказалась огромным достоинством – тонкий лист не сломается, сколько бы вы его ни гнули. Однако, сложенная в стопку в виде книги, бумага становится твердой и несгибаемой – настоящий кусок дерева. Книга в твердом переплете – это крепость для слов на многие тысячелетия.

Совершенство так называемого кодекса – книги в виде стопки переплетенных листов, сброшюрованных под одним корешком и защищенной с обеих сторон обложкой, – а также причина, по которой кодекс вытеснил свиток, заключается в том, что он позволяет помещать письменный текст на обеих сторонах листа и делает возможным непрерывное чтение. В некоторых культурах для тех же целей использовался бесконечно длинный лист бумаги, сложенный «гармошкой». Преимущество кодекса с его отдельными страницами в том, что в одно и то же время над одной и той же книгой могут работать несколько переписчиков, а после изобретения печатного станка стало возможным создавать одновременно много экземпляров одной и той же книги. Как доказали биологи, быстрое копирование информации – наиболее эффективный способ ее сохранения.

Библия считается одной из первых книг, созданных в новом формате. Он облегчил жизнь проповедникам: зачем долго и утомительно раскатывать свиток, если можно, зная номер страницы, сразу найти нужный фрагмент. Это был своего рода прототип памяти прямого доступа, и он вполне еще может пережить цифровую эру.

Оберточная бумага

В основе своей обычная бумага – это мат из целлюлозного волокна

Бумага служит не только для хранения информации. В роли оберточного материала она отлично умеет ее утаивать. Чем были бы дни рождения без такой бумаги? Она как никакой другой материал умеет создавать приятное волнение и радостное предвкушение. Я получал подарки, завернутые в ткань или спрятанные в шкафу, но ничто не сравнится с магией бумажной обертки. По правде говоря, подарок не подарок, если он не завернут в бумагу. Именно бумага, сначала скрывая, а потом раскрывая предмет, превращает акт дарения и принятия подарка в ритуал, просто вещь – действительно в подарок. Дело не только в культурных ассоциациях. Сама природа назначила бумагу на эту роль.

Механические свойства бумаги позволяют складывать и сгибать ее, но в местах наибольшего усилия может лопнуть часть целлюлозных волокон. От этого образуется постоянный сгиб, однако неповрежденных волокон достаточно, чтобы не нарушалась цельность материала. В этом состоянии бумага в значительной степени сохраняет способность сопротивляться разрыву. Впрочем, ее можно легко и аккуратно разорвать по сгибу, если слегка надорвать в самом его начале. Удачная комбинация механических свойств позволяет придавать бумаге любую форму (так возникло искусство оригами). Редкий материал так же хорошо гнется. Фольга может образовать сгиб, но им сложнее управлять. Полимерная пленка, за исключением очень мягких, совсем не мнется, и в любом случае ей не хватает жесткости (и нарядности), какая требуется от хорошей подарочной упаковки. Именно способность образовывать сгибы, не теряя жесткости, делает бумагу уникальным оберточным материалом.

Своим хрустяще-свежим, нетронутым видом подарок, завернутый в бумагу, сообщает, что он новый и ценный. Пока подарок в пути, бумага надежно его защищает, но разорвать ее способен даже ребенок – в этом сила и слабость бумаги. Как только снимают обертку, мы за секунды переходим от незнания к ликованию. Подарок рождается, когда мы его разворачиваем, – у предмета внутри начинается новая жизнь.

Кассовый чек

Это чек из магазина «Маркс и Спенсер», куда я ходил за три дня до того, как родился мой сын Ласло, в 2011 году. У Руби, матери Ласло, была непростая беременность, отчасти из-за неодолимой тяги к пиву, которого она не могла себе позволить и поэтому требовала, чтобы я пил его вместо нее. Иногда тяга усиливалась настолько, что, как видно по чеку из магазина «Маркс и Спенсер», мне приходилось выпивать по три бутылки пива за вечер. При этом Руби следила за каждым моим глотком с вожделением, но чаще с укоризной в глазах.

Ласло чуть было не родился на две недели раньше, но по причинам, которым никто из нас не может дать удовлетворительного объяснения, он отказывался появляться на свет. После суток, проведенных в больнице, нас отправили домой и посоветовали Руби есть побольше острой приправы карри. Дескать, это заставит Ласло покинуть материнскую утробу. Спустя две недели мы немного подустали от острых ужинов, за которыми Руби посылала меня в магазин. Помню, больше всего мне нравилась индийская ароматная баранина в густом томатном соусе, щедро приправленная карри. В чеке можно увидеть, что в тот вечер я снова купил именно ее. По логике вещей острая диета должна была портить жизнь Ласло, но, по правде говоря, наша с Руби пищеварительная система пострадала от этого эксперимента куда больше. Ласло уже два года, и он, кстати, любит острое.

Несмотря на малоприятные воспоминания, связанные с этим чеком, я рад, что он сохранился. В нем, как в капсуле, заключена интимная информация особого рода, которая иначе затерялась бы. Ни фотография, ни даже личный дневник не удерживают эти мелочи жизни. Жаль, что чек вряд ли доживет до того времени, когда Ласло сможет его прочитать. Буквы и цифры заметно поблекли, потому что термобумага, на которой они отпечатаны, со временем портится. Дело в том, что в процессе печати на термобумагу не наносится добавочный слой чернил. Наоборот, чернила уже содержатся в бумаге в форме так называемой лейкокраски и кислоты. Для печати требуется лишь искра, чтобы нагреть бумагу. От реакции кислоты и красителя прозрачная краска превращается в темный пигмент. Благодаря этой хитрости в кассовых аппаратах никогда не кончаются чернила. Но со временем пигмент возвращается в исходное прозрачное состояние, поэтому чернильный отпечаток выцветает, унося с собой свидетельства наших ужинов с пивом и карри. Тем не менее «Маркс и Спенсер» усиленно призывает нас «сохранять чеки», что я и сделал.

Конверты

Расчет общего числа атомов на Земле, сделанный мною на оборотной стороне конверта. Результат (с точностью до порядка величины) – 200 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

Блестящая мысль, которая осеняет нас в автобусе или кафе, требует немедленных физических действий. Нужно срочно ее записать, пока мы ее не забыли. Но на чем? Письменный стол и записные книжки сейчас далеко. Вы шарите по карманам в поисках клочка бумаги и находите конверт (возможно, в нем счет за электричество). Годится! На обороте конверта хватит места, чтобы набросать идею. Именно так вы и делаете вслед за огромным количеством знаменитых ученых и инженеров, которые во все времена считали оборотную сторону конверта замечательной сценой для идей.

Физик Энрико Ферми известен не только тем, что ухитрялся записывать решение фундаментальных научных вопросов на обороте конверта, но и тем, что формализовал эту процедуру. Новый вид вычислений – научный эквивалент хайку – называется вычислением с точностью до порядка величины. Этот взгляд на вещи ценит превыше всего не точные, а доступные пониманию ответы, то есть такие, которые сообщают нечто важное о мире посредством информации, доступной даже в автобусе. Они должны быть точны до порядка величины, иными словами, правильны в пределах множителя двух или трех (то есть истинное значение может быть не меньше одной трети результата или больше его максимум втрое). Такие вычисления весьма приблизительны, но именно их использовал Ферми, а также другие ученые для демонстрации следующего парадокса. Число звезд и планет во Вселенной огромно, а значит, шансы на зарождение разумной жизни, равно как и вероятность нашей с нею встречи, весьма велики. Но поскольку мы до сих пор с ней не встретились, то выходит, что это безмерное множество доказывает чрезвычайную редкость разумной жизни во Вселенной.

В детстве меня настолько заворожили рассказы о том, как разные знаменитые ученые решали фундаментальные задачи на обороте почтовых конвертов, что у меня появилась привычка таскать с собой в школу старые конверты и решать на них школьные задачки. Это было своего рода интеллектуальное боевое искусство, для которого требовались только ручка да конверт. Оно помогло мне привести в порядок мысли, больше того – сдать вступительные экзамены в Оксфорд. Первый же вопрос по физике заставил меня улыбнуться: «Подсчитайте приблизительное количество атомов на Земле». Это была классическая задача для оборота конверта. Не помню уже, как я решил ее на экзамене. Мой сегодняшний вариант вычислений – на странице 47.

Туалетная бумага

Химическая формула туалетной бумаги, состоящей почти исключительно из волокон целлюлозы

Не устаю удивляться, зачем люди до сих пор подтираются бумагой, когда уже изобрели массу более гигиеничных и эффективных способов для этого самого вонючего и примитивного из наших действий.

Использование туалетной бумаги имеет множество косвенных следствий. Начнем с того, что, по оценке Национального географического общества, для подтирания задниц всех жителей Земли требуется ежедневно вырубать и перерабатывать на туалетную бумагу 27 000 деревьев, причем бумага используется только один раз и затем исчезает в канализационной трубе. Это ли не ужасный конец для столь многих тысяч деревьев? Однако существует еще более ужасный сценарий, когда туалетная бумага НЕ исчезает в унитазе. Так случилось со мной, когда я приехал в гости к брату в его квартиру на тридцать четвертом этаже дома на Манхэттене.

Существует особого рода страх, овладевающий вами в чужой квартире, когда вы не можете смыть свои какашки в унитаз. Когда отходы моей жизнедеятельности не пожелали исчезать в канализационной трубе, я накрыл их сверху добавочным слоем туалетной бумаги, уже догадываясь, что это плохая идея. Но я ничего не мог с собой поделать. Вся семья собралась у брата на Рождество, и туалету предстояло немало работы. Я помедлил около двери, решив спустить воду еще раз. К моему ужасу, вода стала прибывать. Она поднималась все выше и выше, пока не случилось то, чего я так боялся: дойдя до края унитаза, вода хлынула на пол шикарной современной квартиры. Тот факт, что квартира располагалась на высоте тридцать четвертого этажа, по-моему, только ухудшал ситуацию. Я уже видел, как все дерьмо с верхних этажей копится возле этого унитаза и с минуты на минуту ворвется в квартиру моего брата. Мысль абсурдная, но легко приходящая на ум, когда из унитаза потоком льется дерьмо. Экскременты и туалетная бумага закружились по кафельному полу, приближаясь ко мне.

Брат заблокировал меня в туалете, в котором теперь воняло, как в канализационной трубе, и принялся через узкую щель совать мне вантуз, швабру и тряпки. На тщательную уборку ушло, должно быть, несколько часов, которые показались мне днями. С тех самых пор меня всерьез интересуют альтернативные технологии подтирания задницы. В XXI веке мы, несомненно, покончим с туалетной бумагой и найдем новое решение этой насущнейшей из проблем.

Бумажные пакеты

Примеряя дорогую одежду, я всегда испытываю волнение особого рода. Костюм кажется чужим и на вид, и на ощупь. Как бы ни улыбались и одобрительно ни кивали продавцы, я никогда не бываю до конца уверен, стоит ли его покупать. Впрочем, соглашаясь на покупку, я получаю кое-что в награду, и это мне никогда не надоедает.

Сначала пакет появляется в плоском сложенном виде, но потом его бумажное дно и сложенные гармошкой стенки расправляются с великолепным громовым треском. И вот уже он красуется на прилавке, словно бабочка, только что сбросившая кокон, – элегантный, безупречный, изящный. Теперь, когда одежда бережно уложена в это спецхранилище и готова к отправке домой, я внезапно понимаю, что поступил правильно.

Такая бумага являет собой полную противоположность туалетной: стильный изысканный материал – легкий, жесткий и прочный. Впрочем, его прочность иллюзорна. Целлюлозные волокна, из которых состоит бумажный пакет, больше не склеены лигнином, как в те времена, когда они были частью дерева. Хотя водородные связи между волокнами, образованные на стадии высыхания, придают бумаге некоторую прочность, их приходится усиливать синтетическими клеящими веществами. Но и тогда это слабый материал, почти не сопротивляющийся действию воды. Подмоченные волокна теряют водородные связи, и бумажный пакет быстро приходит в негодность.

Однако прелесть бумажных пакетов, быть может, именно в их недолговечности. Дорогой одежде из легкой, деликатной ткани в самый раз путешествовать в хрупком бумажном пакете. Кроме того, у бумаги высокий культурный статус – она как-то связана в нашем сознании с искусным ремеслом, с тонким ручным трудом. Как и одежда, сшитая по индивидуальному заказу. Что касается бумаги, то это опять-таки иллюзия. Бумага является продуктом высокоразвитого промышленного производства, к тому же весьма затратного для окружающей среды. Известно, что в бумажный пакет вложено больше энергии, чем в пластиковый. Итак, бумажные пакеты – это наша слабость, наш каприз, потакание нашим желаниям, они созданы, чтобы усилить наш триумф. Когда вы приходите домой с покупками, они возвещают о победе громким шорохом и стуком о дверные косяки, и пока вы с трудом прокладываете себе путь по коридору, эти звуки наполняют вас радостным волнением и гордостью.

Глянец

То, какова бумага на вид и на ощупь, чрезвычайно важно, в этом секрет ее незаменимости. Достаточно изменить поверхностный слой, и грубый холст превращается в официальный бланк, состаренная бумага – в глянцевую. Без учета этих эстетических соображений нельзя построить успешный издательский бизнес.

Трансформация бумаги – предмет активных научных разработок. Доказано, что гладкость, блеск и вес бумаги сильно влияют на продажи определенного типа журналов, но вот жесткость, точнее легкость, с которой бумага образует сгиб, почему-то недооценивают. А ведь мятая бумага производит впечатление дешевой; в то же время слишком жесткая кажется чересчур важной, самодовольной. Жесткость контролируется добавлением мелкодисперсного порошка каолина или карбоната кальция. Благодаря добавкам бумага хуже впитывает влагу и чернила высыхают на ее поверхности, не проникая в глубь волокон; а еще от них зависит белизна бумаги. Эти порошки и связующие их с целлюлозными волокнами вещества образуют так называемую составную (композитную) матрицу. (Другой известный пример композитного материала – бетон, также состоящий из двух компонентов: цемента, который является матрицей или связующим веществом, и щебеночного наполнителя для придания жесткости.) Матрица определяет вес, прочность и жесткость бумаги.

Но не все так просто. Оказывается, чтобы произвести на нас впечатление, популярные глянцевые журналы должны быть одновременно жесткими и легкими, а такое сочетание превращает бумагу в режущий инструмент. Страницы настолько тонкие, что их края подобны лезвию бритвы. В большинстве случаев она гнется, но не режется. Однако если провести пальцами по срезу под определенным углом, можно пораниться. Эти порезы от бумаги чрезвычайно болезненны по не вполне понятным причинам. Возможно, это оттого, что на подушечках пальцев расположено много нервных окончаний, поэтому в них мы острее, чем в какой-либо иной части тела, чувствуем боль. Разумеется, игра стоит свеч. Наверное, именно так думают миллионы людей, еженедельно покупающих глянцевые журналы.

Билеты

Билет до Бхубанешвара, куда я отправился во время моего путешествия по Индии в 1989 году с Эммой Вестлейк и Джеки Хит

Если увеличить толщину листа до некоторого предела, он утратит гибкость. В конце концов он станет жестким настолько, что в вертикальном положении не согнется под собственным весом. В этом состоянии бумага принимает на себя новые культурные роли. Одна из них – разрешение на поездку. Автобусные, железнодорожные и авиабилеты по всему миру делаются из толстой бумаги под названием картон.

Все средства передвижения, придуманные человеком, обладают жесткой конструкцией. Возможно, отчасти и по этой причине жесткий картон стал символом путешествия. Сгибающийся автомобиль не только необычен, но и не сможет выполнять своего предназначения: если шасси недостаточно жесткое, то высокие нагрузки разрушат трансмиссию. Точно так же, если поезд слишком сильно изогнется на повороте, то сойдет с рельсов, а если крылья самолета слишком прогнутся под собственным весом, то перестанут обеспечивать подъемную силу. Поэтому конструирование поездов, самолетов и автомобилей требует чуть ли не фетишистской любви к жесткости.

Помимо жесткости, высокая плотность и прочность картона наделяет билет некой властью. В конце концов, билет – это что-то вроде временного паспорта, предоставляющего право проезда. В наши дни билеты проверяются как людьми, так и машинами, поэтому важно, чтобы билет был достаточно прочным и жестким – не гнулся и не мялся, когда его вертят в руках, суют в карманы и бумажники.

В мире путешествий царят жесткие и прочные машины, и картон отражает эти их свойства. Забавно, что чем легче и послушнее в управлении наземный транспорт и самолеты, тем тоньше билеты. Возможно, они вскоре и вовсе исчезнут, став частью нашей электронно-цифровой действительности.

Банкноты

Деньги наиболее соблазнительны в виде бумаги. Одно из самых больших удовольствий в жизни – ввести пин-код и получить из щели банкомата чудесные хрустящие купюры. При условии, что их достаточно, они служат пропуском везде и всюду, и такая свобода опьяняет. Изготовление этих бумажных листочков требует особых ухищрений, ведь они символизируют наше доверие ко всей экономической системе.

«Денежная» бумага обладает сложной защитой от подделок. Прежде всего, ее делают не из древесной целлюлозы, как обычно, а из хлопка. Поэтому банкнотам не страшны ни дождь, ни стирка в машине. Кроме прочности, хлопок придает бумаге еще одно замечательное свойство – характерный хрустящий звук.

Хруст бумажных денег чрезвычайно трудно подделать, используя древесное сырье. Именно особую структуру хлопковой бумаги распознают банкоматы и счетчики купюр. Люди тоже умеют распознавать подлинность денег на ощупь. Если она вызывает сомнения, то определить присутствие хлопка можно с помощью простого химического теста, как это делают во многих магазинах. Если провести йодовым фломастером по целлюлозной бумаге, йод вступает в реакцию с крахмалом, и на бумаге проступает черный пигмент. Хлопковая бумага не содержит крахмала, поэтому йод не оставит на ней никаких следов. Такие нехитрые способы позволяют магазину выявить фальшивки, состряпанные на цветном ксероксе.

Есть у бумажных денег и еще один секрет – водяные знаки: вдавленный в бумагу рисунок или орнамент, который можно увидеть только на просвет. Вопреки названию, это не водяной и не чернильный след. Благодаря легкому изменению плотности хлопка разные участки банкноты выглядят светлее или темнее, и получается орнамент или, например, как на банкнотах Великобритании, изображение головы монарха.

Бумажные деньги – исчезающий вид. В наши дни больше востребованы их электронные аналоги, и лишь малая часть расчетов осуществляется за наличные. Это, как правило, совсем небольшие суммы, и здесь электронные деньги скоро тоже заменят бумажные.

Электронная бумага

В качестве «чернил» в электронных «читалках» используются янус-частицы

Как только информацию стали записывать на бумаге, библиотеки превратились в главные хранилища знаний и мудрости нашей цивилизации. Эту роль они выполняли еще совсем недавно. Путь в университет для будущего студента лежал через крупную библиотеку, а доступ к местным книжным фондам считался одним из базовых прав личности в современном обществе. Цифровая революция резко изменила ситуацию. Теперь каждому через компьютер можно выдать весь комплект произведений, когда-либо написанных человечеством. Однако переход к цифровой книге встретил серьезные возражения. Речь шла не столько о доступности знаний, сколько об утрате чувственного удовольствия, которое приносит чтение бумажной книги.

Неожиданно, как это часто бывало в истории инженерной мысли, на помощь пришла уже известная технология, которую, однако, почти не использовали в массовом масштабе. Электронная бумага – это своего рода плоский экран с текстом, который можно читать как обычную бумажную книгу. Отличие в том, что электронной бумагой можно управлять цифровым способом, почти мгновенно вызывая текст на экран. В сочетании с компьютерной микросхемой электронная бумага может хранить и отображать миллионы книг.

В основе технологии – особые чернила в форме янус-частиц. Каждая такая окрашенная частица с одной стороны темная, а с другой светлая, с противоположными электрическими зарядами. Таким образом, пиксель электронной бумаги может быть темным или светлым в зависимости от значения электрического заряда. Янус-частицы названы в честь древнеримского бога входа и выхода, покровителя дверей и ворот, которого обычно изображают с двумя лицами. Так как с физической точки зрения янус-частицы – это чернила и нужно физически поворачивать их при смене текста, то нельзя переключить экран книжки с той же скоростью, что и жидкокристаллический дисплей смартфона или iPad, поэтому пока мы не можем смотреть на ней фильмы и прочую развлекательную дребедень. Наверное, для письменного слова такое приятное старомодное качество в самый раз.

Янус-частицы уподобили электронные книги традиционным бумажным – во всяком случае, буквы на странице выглядят очень похоже. Возможно, за цифрой будущее печатного слова. Однако вряд ли электронная бумага полностью вытеснит старые книги – ей не хватает бумажного запаха, шелеста страниц, которые можно потрогать, а ведь нас во многом привлекает именно эта совокупность ощущений. Мы любим книги, возможно, даже больше, чем тексты. Книга – еще одно определение человека, материальное воплощение его ценностей. Книги на полках и на столах – своего рода внутренний маркетинг: они напоминают нам, кто мы есть и кем хотим стать. Мы телесные существа, поэтому для нас естественно определять и выражать наши ценности через физические объекты, которые нам нравится не только читать, но и трогать, осязать и обонять.

Газеты

Есть в фотографии или заголовке что-то такое, что отличает газету от других форм подачи информации, что делает событие реальным. Возможно, все дело в неотменяемой реальности самой газеты. Это материальный объект, который переходит на сами новости. Сообщение можно подчеркнуть, выделить цветом, вырезать, приколоть к доске объявлений, хранить в альбоме для вырезок, в архивах библиотек. Новость становится артефактом, сохраненным во времени. Событие давным-давно прошло, стало историей, но продолжает жить как неоспоримый факт, поскольку оставило след в материальном мире, даже если само событие – ложь.

Новостные веб-сайты, наоборот, кажутся эфемерными. Хотя их тоже архивируют, в них отсутствует уникальный материальный компонент, на который можно было бы указать как на подтверждение содержащейся на них информации. Возникает впечатление, будто ими легко манипулировать и будто можно изменить таким образом саму историю. В то же время оперативное обновление ленты делает цифровые СМИ весьма привлекательными. Такой сайт идет в ногу с веком, а в наш век история видится куда менее незыблемой, чем в прежние времена. К тому же цифровые ресурсы потенциально более демократичны. Ведь если бумажной прессе нужны большие печатные станки, сеть распространителей, транспорт (автомобили, поезда и самолеты), магазины и, наконец, продавцы киосков, то электронной газете достаточно одного компьютера – с его помощью один человек может общаться с целым миром. К тому же для этого не надо вырубать деревья.

Отказ от бумажной печати преобразит не только общественный диалог, но и наши социальные привычки. Шелест газет перестанет быть частью воскресного полуденного досуга. Вы больше не постелите их под грязную обувь, не оставите лежать на скамейке в зале ожидания, не закроете ими пол во время ремонта, не завернете в них ценные вещи. Газету нельзя будет скомкать, чтобы разжечь с ее помощью огонь или метнуть бумажный шарик в ничего не подозревающих брата или сестру. Все эти действия в отдельности не так уж необходимы, но вместе они рисуют образ очень уютного, полезного и любимого материала, которого нам будет недоставать, по которому мы будем скучать.

Любовные письма

Письмо от моей любимой

Несмотря на победное шествие цифровых технологий, трудно поверить, что бумага как средство общения полностью исчезнет. Некоторые послания мы доверяем бумаге охотнее, чем любым другим посредникам. Желудок сжимается и одновременно сердце прыгает в груди лишь в одном случае – когда вы находите в почтовом ящике письмо от любимой. Можно часами ворковать по телефону, получать мгновенные нежные эсэмэски и милые электронные послания, но только предмет, к которому прикасалась ваша любимая, только бумага, хранящая сладостный запах ее кожи, – подлинная материя любви.

Письмо – это больше чем слова. Есть в нем некая надежность, весомость, которая должна успокоить неуверенных адресатов. Его можно читать и перечитывать снова и снова. Оно присутствует в вашей жизни как физический объект. Сама бумага все равно что кожа любимого человека, она пахнет его духами. Почерк – такое же отражение уникальности, как и отпечатки пальцев. Любовное письмо не подделка, не копия чужого текста.

Что же такого особенного в бумаге, почему ей можно доверить то, что иначе мы хранили бы в секрете? Оставшись наедине с собой, мы пишем слова любви, и здесь бумага оказывается очень кстати. Ведь что мы, по существу, делаем во время акта письма? Прикасаемся к бумаге, изливаем на нее поток мыслей, украшаем свою речь цветистыми оборотами, предаемся лирическим отступлениям, рисуем на полях – то есть выражаем свою индивидуальность, не скованные бездушной клавиатурой. Мы как будто пишем не чернилами, а кровью – искренне, от сердца. Буквы ложатся на бумагу, позволяя мыслям свободно течь.

Помимо всего прочего, любовные письма затрудняют разрыв отношений, ведь они, подобно фотографиям, навсегда запечатлевают наши чувства. Это жестоко по отношению к тому, чье сердце разбито. А для виновника расставания такие письма – жгучий упрек в неверности, заноза в душе на всю оставшуюся жизнь. Впрочем, бумага – углеродный материал и может вмиг избавить вас от подобных мук: нужна всего лишь спичка.

3. Надежность

Однажды весной 2009 года я вышел из дома купить хлеба. Завернув за угол, я увидел, что высотка Саутуорк-Тауэрс куда-то исчезла. Снесены все двадцать пять этажей классического офисного здания 1970-х годов. Я напряг мозги, пытаясь вспомнить, когда видел его в последний раз. Точно ли на прошлой неделе, по дороге в булочную? Мне стало не по себе: или я теряю память, или мы научились сносить здания как-то уж слишком быстро. Так или иначе, я почувствовал неуверенность. Башня мне всегда нравилась, там были модные одно время автоматические двери. И вот ее нет, а на улице и в моей жизни зияет огромная дыра, больше, чем я ожидал; все теперь выглядит по-другому. Я подошел к забору, который ярким пятном выделялся на фоне стройки.

Надпись на щите гласила, что здесь будет построено самое высокое здание в Европе – «Осколок». Гигантский стеклянный небоскреб на картинке возносился из руин СаутуоркТауэрс над станцией «Лондон-Бридж». Текст восхвалял концепцию нового здания, которое будет царить на лондонском горизонте ближайшие несколько десятилетий.

Я почувствовал раздражение и беспокойство. А вдруг этот гигантский стеклянный фаллос станет мишенью для террористов? Что, если он будет атакован, как Башни-близнецы, и рухнет, убив меня и мою семью? Я сверился с картами «Гугл» и утешил себя тем, что даже если 330-метровое здание опрокинется набок, оно не заденет мой дом. С натяжкой оно могло бы достать до «Таверны Шекспира», паба, куда я время от времени (но не так уж часто) заходил. «Но пыли все равно наглотаемся!» – ворчал я себе под нос, продолжая путь за хлебом в апокалиптическом настроении.

Следующие несколько лет я буду наблюдать, как строится огромный небоскреб возле моего дома. Глазам моим откроется необычайное зрелище, настоящий инженерный подвиг, но самое главное – я очень хорошо узнаю, что такое бетон.

Работа началась с рытья огромного котлована. Говоря «огромного», я имею в виду чудовищно огромного. Неделя за неделей я совмещал походы за хлебом с наблюдениями сквозь дыру в заборе за работой гигантских машин. Они выгребали землю, зарываясь все глубже и глубже, как будто что-то искали. Но выкапывали они всего лишь глину, нанесенную за сотни тысяч лет рекой Темзой. Это была та же вязкая, плотная глина, которую всегда использовали для обжига кирпичей при строительстве жилых и складских помещений в центре Лондона. Но для «Осколка» ее использовать не собирались.

В тот день, когда они извлекли всю глину, в котлован было залито семьсот полных грузовиков бетона под будущий фундамент. Теперь он держит на себе небоскреб о семидесяти двух этажах и не дает ему осесть в землю вместе со всеми его двадцатью тысячами обитателей. Огромный котлован заполнили бетоном, который укладывали слой за слоем, до тех пор, пока гигантская яма полностью не исчезла и на ее месте не возник подземный кафедральный собор из твердеющего бетона. Строители поработали на славу, хоть и очень спешили: по финансовым соображениям постройку башни начали до того, как фундамент окончательно застыл.

«Как вы думаете, когда высохнет бетон?» – спросил мужчина с собакой. Вместе со мной он глядел в дыру. «Понятия не имею», – солгал я.

Ложь была способом закончить разговор поскорее, и свою задачу она выполнила. Это была привычная ложь лондонца, который старается вежливо избегать бесед с незнакомцами. Особенно если не знает, как человек или его собака отнесется к неизбежной грубости правдивого ответа: бетон не высыхает. Все в точности наоборот: вода становится неотъемлемой частью бетона. Когда бетон затвердевает, он взаимодействует с водой, запуская цепочку химических реакций, в результате которых образуется сложнейшая микроструктура. С большим запасом скрытой влаги бетон не высыхает, а становится водонепроницаемым.

Схватывание бетона – интересный химический процесс, активным участником которого является измельченный камень. Причем подойдет не любой – чтобы сделать бетон, вам понадобится карбонат кальция, основной компонент известняка. Эта порода образована спрессованными за миллионы лет живыми организмами, слои которых затем перемешались под воздействием высокой температуры и давления, вызванных движением земной коры. Вам также понадобится порода, содержащая силикат (соединение, включающее кремний и кислород; составляет около 90 % земной коры); на эту роль вполне подойдет какая-нибудь глина. Но измельчение этих пород и смешивание их с водой само по себе еще не приведет к желаемому результату – получится всего лишь илистая грязь. Чтобы создать необходимый ингредиент, который вступит в реакцию с водой, нужно освободить химические элементы от имеющихся химических связей.

Это непросто. Связи весьма устойчивы – именно поэтому породы нелегко растворяются и не вступают в реакцию со многими веществами, а сохраняются в благоприятных и неблагоприятных климатических условиях многие миллионы лет. Фокус в том, чтобы нагреть их до экстремально высокой температуры, 1450 °C, которая намного превосходит температуру дровяного или угольного пламени, составляющую максимум 600–800 °C. Раскаленное пламя приобретает белый цвет, без малейшего желтого или красного оттенка, скорее оно отдает голубым и до того ослепительно, что на него страшно и почти больно смотреть.

При такой температуре порода распадается и формируется заново в виде группы соединений под названием силикаты кальция. Да, это целое семейство соединений, поскольку на результат влияет множество ничтожных примесей. Если вы хотите получить именно бетон, хороши породы, богатые алюминием и железом, но лишь взятые в правильных пропорциях. Как только все остынет, получится мелкий порошок серо-белого, лунного цвета. Поворошив его пальцами, вы ощутите шелковистую текстуру пепла – есть в этом ощущении что-то атавистическое, – но вскоре на коже появится сухость. Это особый материал со скучным именем «цемент».

Если добавить к порошку воды, он тут же впитает ее и потемнеет. Но вместо грязного месива, которое обычно образуется при разжижении тонко измельченной породы, цепочка химических реакций рождает гель – полутвердое зыбкое вещество. Желе, которое обычно подают на детских праздниках, – это тоже гель, как и многие зубные пасты. Гель не расплескивается, подобно жидкости, поскольку обладает внутренним каркасом. Если каркас желе состоит из желатина, то каркас цемента – из фибрилл гидрата силиката кальция. Фибриллы – это кристаллоподобные нитевидные отростки молекул кремния и кальция, растворенных в воде, напоминающие органические соединения (см. рисунок на стр. 69). Рост внутреннего каркаса и последующие химические реакции приводят к постоянному изменению геля внутри цемента.

Фибриллы силиката кальция, растущие внутри затвердевающего цемента

Отросшие фибриллы смыкаются, образуя химические связи и поглощая все больше и больше воды, пока масса не превратится из геля в твердое вещество. Фибриллы образуют связи не только между собой, но и с другими породами. Так цемент превращается в бетон. Цементом скрепляют кирпичи или каменные блоки при строительстве домов и памятников. В обоих случаях с ним не слишком церемонятся и просто загоняют в швы – это просто клей для наружных поверхностей. Когда он же он, смешанный с мелкими камешками в роли крошечных кирпичиков, превращается в бетон, то становится строительным материалом.

В любой химической реакции важны пропорции, в противном случае можно все испортить. Если добавить в цементный порошок слишком много воды, то часть ее не вступит в реакцию с силикатом кальция и будет накапливаться, ослабляя структуру бетона. При нехватке воды, наоборот, останется «бесхозным» некоторое количество цементного порошка, что также вредит структуре. Именно эти ошибки приводят, как правило, к порче бетона. Если вовремя ее не заметить, плохой бетон через много лет может стать причиной катастрофы. Гигантские разрушения во время землетрясения на Гаити в 2010 году объясняются стремлением к дешевизне строительства и применением некачественного бетона. Около 250 тысяч зданий рухнули, похоронив под собой более 300 тысяч человек и оставив без крова еще около миллиона. Хуже всего, что катастрофа на Гаити не является чем-то экстраординарным. Такие бетонные бомбы замедленного действия разбросаны по всему миру.

Проследить истоки ошибки весьма непросто, поскольку внешне бетон выглядит замечательно. При строительстве аэропорта имени Джона Ф. Кеннеди некий инженер-инспектор во время плановой проверки заметил, что бетон, который привозили на площадку после полудня, значительно уступал в прочности утренним поставкам. Инспектор исследовал возможные причины этого загадочного явления, но так и не нашел ответа, пока не проследил за одним из грузовиков. Выяснилось, что водитель имел привычку ровно в полдень делать перерыв на обед, и прежде чем уйти, поливал из шланга бетон в кузове, свято веря, что лишняя вода сохранит бетон в жидком состоянии.

Когда рыли котлован под фундамент «Осколка», инженеры обнаружили в нем остатки старинного бетона. Это был римский бетон, из которого частично состояли руины древних терм, обнаруженные при сносе магазинчика по соседству со зданием Саутуорк-Тауэрс (я частенько ходил в него за рыбой с картошкой-фри).

Руины римских терм, обнаруженные строителями «Осколка»

Римлянам повезло. Им не пришлось комбинировать измельченную породу так и этак, нагревая ее до белого каления, – они открыли месторождение готового природного цемента в местечке под названием Поццуоли недалеко от Неаполя.

Поццуоли в буквальном смысле дурно пахнет. Название произошло от латинского puteo – «воняю» (в древности это местечко называлось Путеолы). Пахнет здесь серой вулканических песков: миллионы лет земля принимала потоки лавы и пемзы, на ней оседал пепел силикатной породы, нагретой до сверхвысоких температур и выброшенной из жерла вулкана (что подозрительно напоминает изготовление цемента в наши дни). Римлянам оставалось лишь свыкнуться с запахом и добывать измельченную породу, нанесенную за миллионы лет. Этот цемент, сделанный самой природой, слегка отличается от современного портландцемента и для схватывания требует известковой добавки. Стоило римлянам догадаться об этом и для прочности добавить в цемент щебень, как в распоряжении человечества оказался уникальный строительный материал – бетон.

Дом, сложенный из кирпича, на вид привлекательней монолитного здания. Кирпич умещается на ладони, эта маленькая деталь придает всей постройке человеческое измерение. Совершенно не таков бетон: изначально он жидкий, поэтому бетонные здания отливают, получая сплошную конструкцию, без единого шва, от крыши до фундамента.

«Вам нужен фундамент – мы зальем вам фундамент. Вам нужны колонны – мы отольем вам колонны. Вам нужен пол – мы уложим вам пол. Удвоить размеры, закруглить линии? Нет проблем!» – таково кредо инженеров, работающих с бетоном. Главное – построить опалубку, тогда бетону можно придать любую форму. Кто бывал на стройплощадке, тот своими глазами видел, на что способен этот материал. Неделями я как зачарованный глядел через забор. Из фундамента рос дом – его отливали люди-муравьи. Измельченную породу и щебень свозили на площадку, где вода снова превращала их в монолитный камень. Есть своя философия в этой инженерной технике: сначала земная мантия выбрасывает куски породы и появляются горы, затем человек добывает камень из горных недр и, наконец, возводит новые, рукотворные горы по своему проекту – горы, в которых мы живем и работаем. Цикл завершается. Бетон исполняет самые смелые мечты инженеров. Как только римляне изобрели его, они сразу увидели преимущества бетонной инфраструктуры. Теперь они могли возводить порты где угодно, ведь бетон схватывался даже под водой. А чтобы не зависеть от местного камня и глины, строительное сырье везли по бетонным мостам. (В этом смысле бетон – идеальный материал для империй.) Впрочем, наиболее выдающееся произведение римской бетонной архитектуры находится в столице – это двухтысячелетний купол Пантеона, самый большой в мире купол из неармированного бетона.

Пантеон пережил падение Римской империи. А вот технология строительства из бетона не пережила. За следующую тысячу лет не появилось ни одного бетонного сооружения. Причина внезапной утраты технологии остается по сию пору тайной. Возможно, так как это было промышленное производство по своей сути, оно могло существовать только в промышленной империи. Оно не требовало уникальных ремесленных навыков, как труд каменотеса, или плотника, или жестянщика, его нельзя было передать по наследству, сделать семейным делом. Впрочем, у римского бетона, как бы ни был он хорош, имелся серьезный недостаток, о котором все знали, но исправить который так и не смогли.

Материалы можно разрушить двумя способами. К одному – пластичному – вы прибегаете, когда, к примеру, пытаетесь разорвать жевательную резинку. Это самовосстанавливающийся материал, поэтому он тянется, истончается посередине и лишь затем распадается на части. То же самое можно проделать с большинством металлов; правда, чтобы они тянулись, как жвачка, понадобится огромное количество энергии на перестановку атомных дислокаций. Металлы крепкие и прочны именно поэтому. Но можно разрушить материал по-другому – создав трещину. Так мы разбиваем стаканы и чашки, неспособные тянуться в ответ на разрывающее усилие. Этот недостаток (единственный в такого рода материалах) грозит им потерей цельности, и они дают трещину или раскалываются на части. Бетон тоже трескается, и это было большой проблемой для римских строителей.

Поэтому они использовали бетон в тех конструкциях, в которых он в большей степени подвергался сжатию, чем растяжению: в колоннах, куполах или фундаментах, где на него давил вес постройки. Сжатие не ослабляет бетон, даже если в нем, как в куполе двухтысячелетнего Пантеона, появляются трещины. Возможно, этот дефект возник в результате землетрясений или проседания почвы, но самой конструкции он не угрожает, поскольку на нее действует сила сжатия. Но если бы римляне строили из бетона перекрытия или балки, подверженные изгибу, они обнаружили бы, что малейшая трещина способна обрушить целое здание. Если материал начинает расходиться в стороны от трещины под действием собственного веса и веса всего сооружения, то конструкции не устоять. Чтобы максимально использовать потенциал бетона, как это делаем сегодня мы для строительства стен, перекрытий, мостов, туннелей и дамб, проблема требовалось решить эту проблему. И решение было найдено лишь в эпоху Промышленной революции, да и здесь помог случай.

Парижский садовник Жозеф Монье любил мастерить цветочные горшки. В 1867 году их делали только из глины. Иными словами, они были хрупкими и дорогими, особенно если вы питали страсть к тропическим растениям, потому что в этом случае требовались большие оранжерейные кадки. Бетон мог бы стать отличным выходом из положения. Использовать его и проще, и дешевле, чем глину, поскольку он не нуждается в обжиге. Однако бетонные кадки трескались так же часто, как и терракотовые.

Тогда Жозеф решил укрепить бетон стальными кольцами. Он не мог знать, что цемент отлично связывается со сталью. Вполне могло оказаться, что сталь в цементе ведет себя подобно растительному маслу в салате, независимо от прочих ингредиентов, как бы сама по себе. Но нет! Оказалось, что фибриллы силиката кальция прилипают не только к камню, но и к металлу.

По сути, бетон – это заменитель камня: его получают из камня, он похож на него по внешнему виду, составу и свойствам. А вот бетон, армированный сталью, совершенно другое дело – в природе не встречается подобного материала. Когда армированный бетон подвергается изгибу, внутренний стальной каркас поглощает усилие и препятствует образованию больших трещин. Эта комбинация – два в одном – превращает бетон из материала ограниченного применения в универсальный строительный материал всех времен.

И еще один секрет железобетона не мог знать изобретший его Жозеф Монье. Материалы не пребывают постоянно в одном и том же состоянии: они реагируют на воздействие окружающей среды, в особенности на изменения температуры. Большинство материалов расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Наши дома, мосты, дороги – все они по законам физики расширяются и сжимаются со сменой дня и ночи, будто дышат. Вот почему на стенах зданий и дорогах так много трещин. Если не учесть этого при проектировании, накопившееся напряжение может разрушить конструкцию. Если бы на месте Жозефа был инженер, он предположил бы, что бетон и металл, будучи совершенно разными материалами, станут расширяться и сжиматься в разной пропорции и рано или поздно разорвут друг друга; что в условиях летней жары или зимнего холода сталь вырвется из объятий бетона и кадки треснут. Но Жозеф был садовником, поэтому решился на эксперимент. К счастью, бетон и сталь имеют почти одинаковый коэффициент расширения, то есть практически одинаково расширяются и сжимаются с изменением температуры, – маленькое чудо, которое заметил не только Монье, но и англичанин по имени Уильям Уилкинсон, случайно открывший волшебную комбинацию за несколько лет до французского садовника. Настала эра железобетона.

Поезжайте в одну из многочисленных стран третьего мира и посмотрите, как живут миллионы бедняков: в лачугах из глины и дерева с листами гофрированной стали в качестве крыш. Эти жилища очень уязвимы перед стихией. На солнце в них невыносимо жарко, в дождь они протекают, их сметают бури, смывают наводнения, сносят бульдозеры по приказу полиции или властей. Чтобы построить жилище, которое укрыло бы от непогоды и прочих неприятностей, необходим материал не только прочный, но и жаростойкий, водонепроницаемый, способный выдержать любой натиск – природный или человеческий, а самое главное, доступный любому человеку во всем мире.

Железобетон – именно такой материал, самый дешевый в мире. К тому же бетонное строительство легко механизировать, а значит, еще больше удешевить. Один человек с бетономешалкой может построить фундамент и стены, полы и крышу за несколько недель. Монолитная конструкция запросто выдержит сотню лет в любых погодных условиях. Фундамент защитит ее от влаги, насекомых и плесени. Крепкие стены не рухнут, а оконные проемы не перекосятся. Такой дом требует минимального ухода. Черепицу не унесет ветром, поскольку никакой черепицы и нет; крыша представляет собой встроенный элемент здания. Можно выращивать на плоской крыше виноград, овощи, даже злаки – для термоизоляции и для пропитания. (Сады на крыше – привет садовнику-изобретателю Жозефу Монье. Не будь металлического каркаса, кругом высились бы одни купола, наподобие Пантеона.)

Работы по возведению «Осколка» продолжались, но подглядывать в дыру было уже необязательно. Говоря по правде, обзор оттуда теперь был наихудший: самое интересное происходило на верхних этажах растущей башни. Лучший вид открывался с крыши моего дома, и вскоре я привык подниматься туда по утрам с чашкой кофе и наблюдать за прогрессом на стройплощадке. Высоту башни я отмечал мелом на дымоходе. Она все росла и росла! В разгар строительных работ она прибавляла по этажу каждые несколько дней.

Дело в том, что бетон заливали постоянно. Его подвозили на грузовиках к подножию небоскреба и с помощью бетононасосов поднимали в опалубку на самом верху. А пока его накачивали, в эту форму размером с целый этаж устанавливали стальные прутья – будущий каркас бетонной башни. Как только укладывали очередное межэтажное перекрытие, его тут же использовали как опору для опалубки, которую поднимали этажом выше, чтобы залить в нее следующее перекрытие. Цикл повторялся снова и снова, и башня росла на глазах со скоростью, по моим подсчетам, три метра в день.

Меня поражало это бесконечное обновление. Так весной пробиваются почки на молодом побеге. Разумеется, всему есть пределы. Строители башни Бурдж-Халифа в Дубае, которая почти в три раза выше «Осколка», лишь с большим трудом закачали бетон на самый верх.

Но метод все равно замечательный. Успех бетонного строительства во многом связан с механизацией. Бетон отливают и формуют, из него быстро возводят огромные сооружения. И если на постройку средневековых соборов или Великой Китайской стены уходили десятилетия или даже столетия, то центральное ядро «Осколка», одного из самых высоких зданий в Европе, выросло меньше чем за полгода. Железобетон – материал изобретательных выдумщиков, мечтателей. Что бы делали без него инженеры «Осколка»? Из железобетона построена плотина Гувера, виадук Мийо и транспортная развязка «Спагетти-Джанкшн» близ Бирмингема.

Виадук Мийо (Франция), один из красивейших мостов в мире, построен из железобетона

В один прекрасный день «Осколок» перестал расти, а еще через несколько дней исчезла опалубка со всеми дополнительными приспособлениями. Осталась лишь серая бетонная башня высотой в семьдесят два этажа. Стены ее были бугристыми, в складках, словно кожа новорожденного. Внизу возобновилась работа. Башня едва заметно вибрировала на ветру; казалось, ей нечем больше заняться, кроме как наблюдать за копошащимися у ее подножия человечками-муравьями. Но так только казалось. На самом деле в глубине бетона шла напряженная работа: фибриллы гидросиликата кальция росли, переплетаясь между собой, скрепляя воедино камни и сталь. Башня становилась прочнее день ото дня. Хотя бетон схватывается уже через двадцать четыре часа, процесс образования внутренней структуры в этом искусственном камне занимает годы – к этому времени сооружение достигает максимальной прочности. Пока я пишу эти строки, бетонное ядро «Осколка» продолжает набирать силу и твердеть незаметно для глаз.

Небоскреб «Осколок» в процессе строительства

Достигнув максимальной прочности, бетонное здание примет на себя вес двадцати тысяч своих обитателей. А также тысяч письменных столов и стульев, прочей мебели, компьютеров, плюс еще тонны воды. Оно будет выполнять эту работу день за днем без видимого ущерба. Межэтажные перекрытия будут все так же тверды и нерушимы. Башня тысячелетиями будет безропотно терпеть работающих в ней людей и защищать их от непогоды. Если, конечно, постоянно следить за железобетоном, потому что, несмотря на репутацию практически безупречного стройматериала, он все же нуждается в присмотре. По сути, его уязвимость – оборотная сторона его прочности, она коренится в его структуре.

В обычных условиях сталь, которая используется для армирования бетона, ржавеет от влаги. Однако внутри бетона щелочная среда образует на поверхности стали защитный слой гидроксида железа. Со временем износ наряду с сезонными расширениями и сжатиями приводит к появлению в бетоне маленьких трещин, куда попадает вода: зимой она замерзает и увеличивается в объеме, разрывая материал изнутри. Любая каменная постройка подвержена разрушению этого типа. Подобным же образом происходит эрозия горных пород. Для защиты каменных и бетонных сооружений примерно раз в пятьдесят лет им необходим ремонт.

Но железобетону грозит еще более страшная беда. Если внутрь попадает большое количество воды, она разъедает стальную арматуру, ржавчина расползается, и возникают новые трещины, угрожающие всему стальному каркасу. Всего опаснее соленая вода, которая легко разрушает защитный слой из гидроксида железа и ускоряет ржавление стали. Железобетонные мосты и дороги в странах с холодным климатом регулярно подвергаются воздействию соли (ее используют для уборки снега и льда) и потому особенно уязвимы. Недавно выяснилось, что Хаммерсмитская эстакада в Лондоне поражена ржавчиной.

Учитывая, что, без преувеличения, половина всех сооружений в мире сделана из бетона, уход за ними требует огромных, все возрастающих усилий. Сложность еще и в том, что многие из них расположены в таких местах, где не хочется бывать особенно часто: скажем, Эресуннский мост, соединяющий Швецию и Данию, или ядро реактора атомной электростанции. Идеальным выходом для таких случаев было бы предоставить бетон собственным заботам, то есть создать самовосстанавливающийся материал. Такой бетон существует и успел уже показать себя в деле.

История самовосстанавливающегося бетона началась с поисков организмов, способных выживать в экстремальных условиях. На дне вулканических щелочных озер ученые обнаружили новый вид бактерий. Водородный показатель (рН) воды в этих озерах составляет 9–11, у человека такая вода вызвала бы ожог кожи. Ранее считалось, и не без оснований, что жизнь в подобных серных водоемах попросту невозможна. Однако при более пристальном рассмотрении выяснилось, что жизнь гораздо выносливее, чем мы думали. В этих адских условиях, по свидетельству ученых, обитают алкалифильные бактерии, один из видов которых – аэробные бактерии Вacillus pasteurii – выделяет минеральный кальцит, компонент бетона. Эти бактерии необычайно живучи и могут десятилетиями «дремать» внутри горной породы.

Наряду с модифицированным крахмалом, который служит им своего рода пищей, аэробные бактерии входят в состав самовосстанавливающегося бетона. В обычных условиях они «спят» в объятиях фибрилл гидросиликата кальция, откуда их вызволяет трещина. Почуяв влагу, они просыпаются и начинают искать пропитание. Крахмал обеспечивает рост и размножение бактерий. В процессе жизнедеятельности они выделяют минеральный кальцит – разновидность карбоната кальция. Соединяясь с бетоном, кальцит формирует минеральную структуру, которая стягивает края трещины, крепко склеивает ее, не позволяя ей разрастаться дальше.

Оказалось, что идея самовосстанавливающегося бетона работает не только в теории, но и на практике. Исследования доказали, что треснувшая конструкция из самовосстанавливающегося бетона восстанавливает 90 % прочности за счет деятельности бактерий. Сейчас ведутся разработки такого бетона для его дальнейшего применения в реальных инженерных сооружениях.

Другой вид «живого» бетона – водопроницаемый. Он обладает особой ячеистой структурой, в которой могут поселиться природные бактерии. Сквозь ячейки-поры проникает вода, это уменьшает потребность в дренаже, причем обитающие в толще бетона микроорганизмы очищают воду, разлагая нефтепродукты и прочие загрязняющие вещества.

Бетонная ткань

Существует также текстильный вариант бетона под названием бетонная ткань. Этот материал производят в рулонах. Стоит полить его водой, и он затвердеет в любой нужной вам форме. Хотя у этого материала огромный потенциал в области скульптуры, возможно, больше всего он пригодится в районах стихийных бедствий. Можно сбрасывать с вертолетов рулоны бетонной ткани и за считаные дни возводить лагеря, которые будут годами защищать людей от дождя, ветра и солнца на время восстановительных работ.

То, что происходило с «Осколком» дальше, не было триумфом бетона. Рабочие медленно, но верно заключали здание в оболочку из стали и стекла, наглухо закрывая бетонную сердцевину. Мне было ясно, зачем они это делают: они стыдились бетона, хотели спрятать его подальше от посторонних глаз.

Такое отношение к бетону разделяет большинство людей. Считается, что это отличный строительный материал для автодорожного моста или плотины гидроэлектростанции, но совсем не подходит для городских зданий. Бетон, выражающий дух свободы и независимости, как это было в 1960-е, когда центр искусств «Саут-Бэнк» вырос на берегу Темзы, сегодня совершенно немыслим.

Для бетона то были годы головокружительного успеха. Его смело пускали в ход, когда нужно было обновить центры городской жизни, построить новый, современный мир. Однако в какой-то момент его перестали ассоциировать с современностью, и люди решили, что это вовсе не материал будущего. Возможно, виноваты вездесущие многоуровневые парковки из второсортного бетона, или постоянные ограбления в разукрашенных граффити подземных переходах, или тотальная дегуманизация и отсутствие человеческого тепла в многоквартирных бетонных домах. Вот как бы мы описали бетон сегодня: необходимый, дешевый, функциональный, серый, тоскливый, бездушный, но, главное, уродливый.

Правда, однако, в том, что убогий дизайн убог независимо от материала. Сталь можно подать в хорошем или плохом дизайне, как и дерево, и кирпич, лишь к бетону намертво прилипло определение «уродливый». В эстетике бетона изначально нет ничего плохого. Достаточно взглянуть на Сиднейский оперный театр (его знаменитые оболочки-«скорлупки» сделаны из бетона) или на интерьер лондонского центра искусств «Барбикан», чтобы понять, что этот материал может послужить великой, невиданной доселе архитектуре (и он делает ее возможной). По сравнению с 1960-ми в этом смысле ничего не изменилось. Сам вид бетона стал неприемлем, поэтому бетонные поверхности обычно прячут. Бетон – это сердцевина и основа, но не услада для глаз.

Чтобы вновь придать ему эстетическую привлекательность, изобрели новые виды бетона. Одна из последних разработок – самоочищающийся бетон с частицами двуокиси титана. Они разбросаны по его поверхности, но настолько малы и прозрачны, что внешне такой бетон ничем не отличается от обычного. Однако, поглощая ультрафиолет солнечного света, они испускают ионы свободных радикалов, которые разрушают любую органическую грязь, попавшую на поверхность. Остатки смываются дождем или сдуваются ветром. Церковь Dives in Misericordia («Щедрый в милосердии») в Риме построена из самоочищающегося бетона.

Двуокись титана не только очищает бетон, но также снижает уровень оксида азота от автомобильных выхлопов, выполняя роль каталитического дожигателя выхлопных газов. Как показали исследования, это действительно работает, а значит, в будущем здания и автострады перестанут быть пассивными элементами городской среды: подобно растениям, они смогут очищать воздух.

Церковь Dives in Misericordia

Теперь, когда строительство «Осколка» завершено, все бетонные поверхности спрятаны под покровом материалов, более приятных для глаз. Но уродливая правда нашей жизни, как и правда «Осколка», состоит в том, что бетон буквально заложен в основание общества – наших городов, дорог, мостов, электростанций. Половина всех творений человеческих рук построена из бетона. Но мы хотим, чтобы он был спрятан внутри, как скелет; когда же бетон проступает наружу, мы испытываем отвращение. Может быть, это когда-нибудь изменится. Может быть, сейчас просто схлынула вторая волна бетонного бума. Первая пришлась на времена Рима и закончилась по непонятным причинам. Новый изысканный бетон, отвечающий самому утонченному вкусу, может снова завоевать нашу любовь и породить третью волну увлечения – на этот раз, например, «умным» бетоном с живыми бактериями, из которого будут построены живые, дышащие здания. И мы снова изменим свое отношение к самому надежному из материалов.

4. Вкус

Возьмите кусочек темного шоколада и положите в рот. На несколько мгновений вы ощутите, как твердые углы квадратика упираются в небо и язык, но полного вкуса еще нет – так, скорее предвкушение. Очень хочется надкусить шоколадку, но напрягите волю и постарайтесь этого не делать. Почувствуйте, что произойдет дальше: внезапно кусок размягчится, вобрав тепло вашего языка. Пока шоколад тает, можно заметить, как холодок тронет язык и сладость с легкой горчинкой наполнит рот. За этим последуют фруктовый и ореховый привкусы, а в конце – землистый, глинистый на задней стенке глотки. На одно блаженное мгновение вы станете рабом самого восхитительного из созданных на Земле материалов.

Шоколаду положено таять, как только он попадает в рот. Этот хитрый фокус – венец кропотливых трудов кулинаров и технологов в течение сотен лет. Поначалу думали создать модный напиток, способный заменить чай и кофе. Труды эти, впрочем, не приводили к должному результату до тех пор, пока производители шоколада не догадались, что горячий шоколад, приготовленный во рту, а не в кастрюльке, гораздо вкуснее и современнее и многим придется по душе: по сути, был создан твердый напиток. Шоколадная индустрия пошла в гору. Все благодаря тому, что шоколатье поняли строение кристаллов и принципы управления ими – если точнее, кристаллами какао-масла.

Какао-масло – это один из самых изысканных жиров в растительном мире, не уступающий оливковому маслу. В чистом виде оно похоже на высококачественное несоленое сливочное масло и является основой производства не только шоколада, но и роскошных кремов для лица и лосьонов. Пусть это не вызывает у вас отвращения – жиры всегда давали человеку гораздо больше, чем просто еду: свечи, мази, ламповое масло, мастика и мыло также состоят из жиров. Однако масло какао по многим причинам уникально. К примеру, оно тает при температуре, близкой к температуре тела. То есть его можно хранить в твердом состоянии, но при соприкосновении с телом оно плавится. Поэтому какао-масло – идеальный компонент для лосьонов. Кроме того, природные антиоксиданты предотвращают появление прогорклого привкуса, и масло годами не теряет в качестве (сравните со сливочным маслом, срок хранения которого исчисляется неделями). Этим пользуются не только производители косметики, но и кондитеры.

У какао-масла есть еще один секрет: жир образует кристаллы, которые придают плиткам шоколада механическую прочность. Основа масла какао – макромолекулы триглицерида, образующие кристаллы различными способами. Это немного напоминает укладывание вещей в багажник автомобиля: можно скомпоновать их по-разному, сэкономив больше или меньше места. Чем плотнее упакованы триглицериды, тем компактнее кристаллы жира какао. А чем плотнее последний, тем выше его точка плавления и тем он стабильнее и прочнее. Плотное какао сложнее всего в производстве.

Этот набросок иллюстрирует способы «упаковки» молекул триглицерида в кристаллы с различной структурой и плотностью

Кристаллы так называемых первого и второго типов мягкие и нестойкие. При любой возможности они трансформируются в более плотные кристаллы третьего и четвертого типов. Тем не менее они полезны при изготовлении шоколадной глазури, которой покрывают мороженое, – из-за низкой точки плавления (16 °C) она тает во рту, даже если под ней ледяное эскимо.

Кристаллы третьего и четвертого типов, мягкие и рассыпчатые, не издают характерного звука, когда их ломаешь. Вообще, ломкость помогает шоколатье удивлять любителей шоколада. Например, можно создать контрастную текстуру – мягкую начинку в твердой шоколадной оболочке. В то же время с точки зрения психофизики способность шоколадки ломаться с хрустом связана в нашей голове с идеей свежести, что усиливает удовольствие от ее поедания. Если когда-нибудь вожделенная шоколадка сразу таяла у вас во рту и прилипала к зубам, тогда вы знаете, как может огорчить отсутствие хруста. (Впрочем, справедливости ради нужно сказать, что и у подтаявшего шоколада есть поклонники.)

Поэтому производители стараются не использовать кристаллы последних двух типов. Проблема в том, что изготовить их проще всего: если растопить, а затем охладить немного шоколада, почти наверняка получится мягкая на ощупь, матовая, быстро тающая в руках субстанция. Со временем кристаллы третьего и четвертого типов превратятся в более стабильные кристаллы пятого типа, но в процессе трансформации выделится некоторое количество сахара и жира, которое осядет на поверхности в виде белого порошка – так называемого белого налета.

Шоколад, покрытый белым налетом из сахара и жира

К пятому типу относятся чрезвычайно плотные жировые кристаллы. У такого шоколада твердая глянцевая, словно отполированная поверхность, он приятно хрустит при разломе и тает исключительно во рту, так как плавится при более высокой температуре (34 °C), нежели шоколад с другой кристаллической структурой. Большинство шоколатье стараются получить именно пятый тип. Однако легче сказать, чем сделать. Такую структуру создают методом темперирования: приготовленную заранее кристаллическую затравку добавляют в шоколадную массу, когда последняя уже почти затвердела. Таким образом быстрорастущие кристаллы третьего и четвертого типов не успевают созреть – их опережают кристаллы пятого типа, уплотняющие жидкую массу.

Когда кусочек натурального темного шоколада подтаивает у вас во рту, это значит, что кристаллы пятого типа дрогнули, не удержав структуру. Если о них хорошо заботились, то они провели всю свою жизнь при температуре ниже 18 °C и лишь теперь попали в тепло. Ради этого мига они и были созданы, это их первое и последнее выступление. Как только кристаллы нагреваются до 34 °C, они плавятся.

Переход в жидкое состояние – так называемое «изменение агрегатного состояния» – сопровождается разрывом межатомных связей, которые препятствуют распаду молекул в кристаллах; теперь, в жидком состоянии, молекулы могут свободно перемещаться. Этот процесс требует энергии. Ее шоколад забирает у тела при переходе из твердого состояния в жидкое – в виде так называемой скрытой теплоты плавления. Вы чувствуете во рту приятный холодок, как от мятной конфетки. При потении наблюдается тот же эффект, но в этом случае не твердое становится жидким, а жидкость (пот) превращается в газ (необходимая скрытая теплота перехода забирается с поверхности кожи). То же самое происходит в жару с растениями.

Пока тает шоколад, вместе с прохладой во рту внезапно появляется густая теплая жидкость. Именно эта смесь противоречивых впечатлений создает уникальное ощущение горячего напитка во рту.

Далее происходит следующее: ингредиенты, прежде связанные жесткой матрицей какао-масла, получают доступ к вашим вкусовым рецепторам. Гранулы какао-бобов (какао-порошок), до этого заключенные в оболочку из твердого жира, вырываются на свободу. Темный шоколад обычно содержит 50 % масла какао и 20 % какао-порошка (именно это означает надпись на упаковке «70 % какао»). Остальные 30 % – почти исключительно сахар. Это очень много, все равно что положить в рот полную ложку сахара. И однако темный шоколад не кажется излишне сладким, а иногда он и вовсе не сладкий. Дело в том, что одновременно с высвобождением сахара в результате плавления масла из какао-порошка выделяются алкалоиды и фенольные соединения. Это молекулы кофеина и теобромина, невероятно горькие и терпкие на вкус. Они стимулируют вкусовые рецепторы, отвечающие за восприятие горького и кислого, и компенсируют сладость сахара. Первейшая задача шоколатье – уравновесить эти базовые ощущения и придать шоколаду законченный вкус. Добавка соли для усиления вкуса и другие эксперименты с шоколадом привели к тому, что теперь его используют в пикантных блюдах: например, мексиканское pollo con mole представляет собой куски курицы в соусе из темного шоколада.

Почему же у кулинарного шоколада иной вкус, нежели у шоколадной плитки? Несмотря на то, что рецепторы языка различают базовые вкусы: горький, сладкий, соленый, кислый и умами (мясной или бульонный), за большую часть вкусовых ощущений отвечает обоняние. Именно запах шоколада, в то время как вы его едите, создает комплексный вкус. Когда вы варите шоколадный соус, испаряется или разрушается множество ароматических молекул. То же самое происходит с чаем и кофе. Вот почему эти напитки хороши лишь несколько минут после приготовления, потом их запах рассеивается в воздухе. По той же причине, простудившись, мы теряем большую часть вкусовых ощущений – ведь обонятельные рецепторы закупорены слизью. «Горячий шоколад, приготовленный во рту» – гениальное изобретение именно потому, что ароматические молекулы до поры до времени спрятаны в какао-масле, пока вы не начинаете есть шоколадку: тогда масло выплескивает вам на язык и в нос коктейль из шестисот с лишним экзотических молекул.

Среди первых запахов, которые уловит ваш нос, будут фруктовые нотки молекул из семейства сложных эфиров. Эти же молекулы отвечают за ароматы зрелых вин, пива и, конечно же, фруктов. А вот в сырых какао-бобах сложные эфиры отсутствуют.

Ствол дерева какао, усыпанный плодами

Я знаю это, потому что однажды попробовал какао-боб, и это было ужасно: волокнистый, древесный, горький и невкусный; без всяких фруктовых ноток, ничего общего с шоколадом. Разумеется, это был мой первый и последний опыт. Чтобы превратить весьма экзотические на вид, но практически безвкусные бобы в шоколад, их подвергают обработке, состоящей из многих этапов. Столь многих, что поневоле задумаешься, как это вообще могло прийти кому-то в голову.

Деревья какао растут в тропическом климате. Плоды – большие мясистые стручки – напоминают кожистый дикий апельсин или дынную грушу. Стручки растут прямо на стволе, а не на ветке, отчего кажутся недоразвитыми, какими-то доисторическими. Можно запросто представить себе динозавров, которые пытаются их съесть (а потом выплевывают).

Внутри стручка находятся от тридцати до сорока мягких белых жирных миндалевидных семян размером с небольшую сливу. Впервые их увидев, я незамедлительно положил одно в рот и стал энергично разжевывать, но как только понял, каково оно на вкус, тут же выплюнул. Я спросил, действительно ли это плод какао, и получил утвердительный ответ. «Но на вкус он совсем не как шоколад!» – недовольно пробурчал я, обливаясь потом. В то время я помогал собирать плоды какао на плантации в Гондурасе, одновременно служа пищей москитам. Как ни велико было мое разочарование и дискомфорт, все же я осознал, что веду себя слишком капризно и, должно быть, похож на одного из обладателей золотого билета из книги «Чарли и шоколадная фабрика». Место действия тоже походило на литературный вымысел: небольшие узловатые деревья какао росли в тени бананов и кокосовых пальм, усыпанных плодами, а солнечный свет, просачиваясь сквозь листву, распадался на тысячу зеленых оттенков. То, что произошло дальше, точь-в-точь повторяло урок в школе шоколатье Вилли Вонки: с помощью мачете мы сре́зали какао-бобы, а затем сложили их в кучу на земле и оставили гнить.

Позже я выяснил, что это отнюдь не странный гондурасский обычай – именно так и делается шоколад. В течение двух недель в куче бобов происходит брожение (ферментация) с выделением тепла. Таким образом «убивают» семена, из которых иначе могут вырасти какаовые деревья. Но главное в этом процессе – химическое превращение грубого содержимого какао-бобов в предшественника шоколадного вкуса. Миновав эту стадию, не рассчитывайте, что получится что-то хотя бы отдаленно напоминающее шоколад.

Именно в процессе брожения, в результате химической реакции между спиртами и кислотами под действием энзимов, и образуются молекулы фруктовых кислот в какао-бобах. На исход этой, как и любой другой химической реакции, влияет множество факторов: пропорции ингредиентов, температура окружающей среды, наличие кислорода и многое другое. Это означает, что вкус шоколада зависит не только от разновидности и степени зрелости бобов, но и от способа их укладки в кучи, времени гниения, а также от погодных условий.

Мы редко слышим от производителей шоколада обо всех этих тонкостях – неудивительно, ведь их держат в секрете. Казалось бы, какао такой же товар, как и все остальные: это распространенный продукт, вроде сахара; им торгуют на мировых рынках; продовольственная промышленность зарабатывает на нем миллиарды долларов. Ни слова о том, что, как и в случае с кофе и чаем, различные сорта и технологии обработки бобов дают различные вкусы. Чтобы не прогадать при покупке бобов, производителю нужно досконально изучить эти нюансы и хранить свои знания в строжайшей тайне. Контроль качества подразумевает учет еще двух обстоятельств: изменчивости тропической погоды и периодических вспышек эпидемий. В общем и целом производство качественного шоколада требует огромной заботы и внимания. Вот почему хороший темный шоколад стоит дорого.

Впрочем, за эти деньги вы получаете не только изысканные фруктовые нотки от перебродивших эфиров, но и землистые, ореховые, чуть ли не мясные привкусы. Это результат обсушки и обжарки бобов после ферментации. В процессе обжарки бобы, как и зерна кофе, превращаются в мини-лаборатории, где происходит ряд химических реакций. Во-первых, при нагревании распадаются углеводы, включающие в основном молекулы сахара и крахмала. Так же ведет себя сахарный песок на сковороде: он карамелизуется. Только в нашем случае реакция протекает не на сковородке, а внутри какао-боба, окрашивая его в коричневый цвет и рождая волшебное многообразие орехово-карамельных ароматических молекул.

Причина, по которой молекулы сахара – в какао-бобе, на сковородке или где-либо еще – темнеют при нагревании, кроется в углероде. Сахар – это углевод, то есть состоит из атомов углерода, водорода и кислорода. При нагревании длинные молекулы распадаются на фрагменты. Некоторые малы настолько, что испаряются (вот откуда этот чудесный запах). Остаются, как правило, богатые углеродом и потому более крупные молекулы, обладающие так называемой двойной связью между атомами углерода. Эта химическая структура поглощает свет, который в небольших количествах придает карамелизованному сахару желтовато-коричневую окраску. Дальнейшая обжарка превращает часть сахара в чистый углерод (сплошные двойные связи), источник горелого вкуса и темно-коричневого цвета. В результате полной обжарки образуется уголь: весь сахар переходит в углерод и чернеет.

При более высоких температурах какао-бобы подвергаются реакции Майяра, которая также влияет на их цвет и вкус. Сахар при этом взаимодействует с белком. Если углеводы выполняют роль топлива, то белки́ – это рабочие лошадки в мире клеток, структурные молекулы, на которых держатся все внутриклеточные процессы, да и сама клетка. Семена (в форме орехов или бобов) должны включать целый набор белков для построения и дальнейшей работы молекулярного аппарата, поэтому в какао-бобах довольно много белка. Во время термической обработки (160 °C и выше) белки и углеводы вступают в реакцию Майяра и взаимодействуют с продуктами ферментации – кислотами и сложными эфирами. В результате появляется множество маленьких ароматических молекул. Не преувеличу, если скажу, что без реакции Майяра мир был бы довольно-таки пресным местом: никакой вам поджаристой хлебной корочки, овощей-фри и прочих вкусных ароматных блюд. Реакция Майяра придает шоколаду насыщенный ореховый вкус и смягчает его терпкость и горькость.

Измельчите перебродившие и обжаренные какао-бобы, залейте горячей водой – и вы получите оригинальный горячий шоколад по рецепту древних жителей Центральной Америки. Ольмеки и майя, которые первыми стали культивировать какао, готовили шоколад именно этим способом. Столетиями чоколатль считали священным напитком и афродизиаком. Какао-бобы даже использовали вместо валюты. В XVII веке рецептом завладели европейцы и привезли какао в Новый Свет. Новый напиток, который подавали в кофейнях, не выдержал, однако, конкуренции с чаем и кофе. Европейцев не предупредили, что название chocolatl означает «горькая вода», и хотя напиток подслащали наводнившим тогда рынок дешевым сахаром с рабовладельческих плантаций Африки и Южной Америки, все равно шоколад был зернистым, жирным и тяжелым питьем, ведь какао-бобы на 50 % состоят из масла. Таким он и оставался на протяжении двухсот лет: экзотический напиток, о котором все слышали, но который не очень-то любят.

Судьбу шоколада изменили новаторские производственные процессы. Сначала, в 1828 году, голландская шоколадная компания «Ван Хутен» изобрела шнековый пресс. Он измельчал какао-бобы, отделял масло от жмыха и отводил масло, после чего какао, свободное от лишнего жира, превращалось в порошок, гладкий, глянцевый и бархатистый. В таком виде какао стало основой популярного напитка и остается ею по сей день.

В один прекрасный день кого-то осенила неочевидная и гениальная мысль: почему бы снова не смешать очищенное какао-масло и размолотое в порошок твердое какао, добавить немного сахара и сотворить совершенный какао-боб? Такой, который захотелось бы сорвать с дерева? Боб, в котором сахар, масло, аромат и вкус шоколада смешаны в идеальной пропорции, боб из мира Вилли Вонки?

С этой идеей экспериментировали многие шоколатье в Бельгии, Голландии и Швейцарии, но слава производителя «жевательного шоколада» в виде шоколадных плиток досталась английской фирме «Фрай и сыновья».

Реклама шоколада «Фрайс», 1902 год

Когда очищенное какао-масло таяло на языке, оно освобождало какао-порошок и получался горячий шоколад во рту – совершенно уникальное ощущение. Меняя количество масла, какао-порошка или сахара, можно было создавать во рту разнообразные ощущения и удовлетворять самый взыскательный вкус. Антиоксиданты в составе какао-масла гарантировали шоколаду долгую жизнь (холодильников тогда не было), а значит, и коммерческий успех. Так родилась шоколадная индустрия.

Впрочем, кое-кому шоколад казался горьким, несмотря на 30 % сахара. Поэтому был введен новый ингредиент, совершенно изменивший вкус шоколада, – молоко. Оно заметно снижало терпкость, смягчало вкус и аромат какао, и в целом шоколад становился слаще. Первыми до этого додумались швейцарцы в XIX веке: они добавили в шоколад большое количество молочного порошка от «Нестле», в то время совсем юной компании. Свежее молоко в «Нестле» превращали в компактный, пригодный к перевозке товар, который долго не портился. Сочетание двух коммерческих продуктов длительного хранения побило все рекорды продаж.

В мире существует большое разнообразие молочных добавок, поэтому вкус шоколада в разных странах неодинаковый. Например, в США добавляют молоко, частично обезжиренное энзимами, поэтому американский шоколад противно отдает сыром. В Великобритании для придания нежного карамельного вкуса в шоколад кладут молоко, сгущенное с сахаром. В континентальной Европе все еще используют порошковое молоко, от этого шоколад приобретает свежий сливочный вкус и крупитчатую текстуру. Удивительно, что разные вкусы редко пересекают государственные границы. Несмотря на глобализацию, в каждом регионе предпочитают свой, однажды изобретенный сорт молочного шоколада.

Впрочем, у всех молочных добавок есть одно общее свойство: они практически полностью обезвожены. Жидкость удаляют потому, что гидрофильный какао-порошок при первой же возможности поглощает воду и отторгает жировую оболочку (вода и жир не растворяются друг в друге), превращаясь в комковатую жижу, напоминающую древний напиток индейцев майя. Если вы когда-нибудь готовили шоколадный соус и пробовали разбавить водой растопленный шоколад, то вы понимаете, о чем речь.

Множество людей, и я в том числе, не могут жить без шоколада. Дело не только в его вкусовых качествах, но и в том, что шоколад содержит психотропные вещества. Например, знакомый всем кофеин, который в небольшом количестве присутствует в какао-бобах и вместе с какао-порошком попадает в готовый продукт. Или теобромин, который, наряду с кофеином, обладает свойствами стимулятора и антиоксиданта. Теобромин чрезвычайно ядовит для собак – многие из них погибают, объевшись шоколада, особенно во время Пасхи и Рождества. На человека теобромин действует намного мягче: стимулирующий эффект дюжины плиток в день сопоставим всего с одной или двумя чашками крепкого кофе. Шоколад содержит также каннабиноиды – те самые химические вещества, что вызывают эйфорию во время курения марихуаны. Однако их процентное содержание ничтожно. Ученые, проведя слепую дегустацию, не нашли никаких доказательств того, что каннабиноиды хоть как-то объясняют тягу к шоколаду.

Возможно и другое, нехимическое объяснение. Ощущения, которые мы испытываем, когда едим шоколад, сами по себе могут вызывать нездоровое пристрастие. Шоколад не похож ни на один другой продукт. Когда он тает во рту, он неожиданно освобождает потрясающий сложный, сладкий и одновременно горьковатый коктейль вкусов в теплой густой жидкости. Это не просто вкус, это полноценное вкусовое переживание. Шоколад успокаивает и расслабляет, но в то же время возбуждает и, откровенно говоря, удовлетворяет не одно только чувство голода.

Некоторые говорят, что шоколадка слаще поцелуя. Ученые послушно проверили эту гипотезу. В 2007 году команда Дэвида Льюиса пригласила на эксперимент несколько страстно влюбленных пар. Подопытные целовались, потом ели шоколад – а в это время ученые отслеживали их мозговую и сердечную активность. Было обнаружено, что, хотя поцелуй учащал сердечный ритм, аналогичный эффект, вызванный шоколадкой, длился дольше. Также выяснилось, что, когда шоколад начинал таять, воздействие стимулов на все зоны мозга было гораздо более интенсивным и продолжительным, нежели при поцелуе.

Хотя эксперимент больше не повторяли, он укрепил доверие к гипотезе, согласно которой многие люди получают более приятные ощущения от шоколада, чем от поцелуя. Связь шоколада с необыкновенным чувственным удовольствием энергично продвигали компании-производители. Особенно преуспела британская «Кэдбери» со своей долгоиграющей рекламой шоколадных батончиков.

В первом ролике, который я видел, какая-то женщина нежилась в ванне. В то время я был ребенком и не связывал принятие ванны с каким-то неземным удовольствием. Процедура была исключительно утилитарной и, как правило, холодной, потому что обычно три моих старших брата принимали ванну до меня. Дело происходило в семидесятые годы, энергия стоила дорого, и горячая вода в нашем доме была дефицитом. Ванна радовала меня, лишь когда мама разрешала мне взять с собой игрушечные кораблики. У женщины в телевизоре никаких игрушек не было, зато у нее был шоколадный батончик. Каждый раз, когда она откусывала от него маленький кусочек, ее, казалось, накрывала приятная волна и, судя по всему, она испытывала величайшее наслаждение. Сам я никогда не чувствовал ничего подобного, тем более в ванне. Реклама произвела глубокое впечатление на меня и моих братьев. Но, как мы ни упрашивали маму позволить нам есть шоколад во время наших холодных купаний, все было без толку. Вместо этого она запретила нам смотреть рекламу. Запрет не имел особого смысла, ведь у нас не было телевизора и «Леди Шоколадный Батончик» мы могли посмотреть только в гостях у друзей. Лишь гораздо позднее я понял, что мама пыталась оградить нас вовсе не от шоколада.

Серию этих роликов (см. картинку ниже) впервые показали в конце пятидесятых, она все еще идет по телевизору. В ней неизменно присутствует девушка, расслабленно и с наслаждением вкушающая шоколадный батончик. Размер и форма шоколадки, а также двусмысленная манера поведения девушки вызвали волну негодования и беспокойства у телеаудитории несмотря на то, что нагота в рекламе лишь подразумевалось. Само же действие разыгрывалось в воображении зрителей. Судя по YouTube, самые первые выпуски были гораздо более двусмысленными, нежели современные. Однако, несмотря на цензуру, скрытый посыл не исчез и до сих пор будоражит общественность. Возможно, так проявляется истинная правда о шоколаде: для многих он лучше, чем секс.

Актриса Донна Эванс в рекламе шоколадных батончиков «Флейк», 1960 год

Среди стран с самым высоким потреблением шоколада лидирует Швейцария, следом идут Австрия, Ирландия, Германия и Норвегия. По сути, шестнадцать из двадцати позиций в этом списке занимают государства Северной Европы. (В Америке шоколад любят скорее в виде вкусовой добавки, нежели в виде плитки: больше половины респондентов заявили, что предпочитают шоколадные напитки, печенье и торты всем остальным видам шоколада.) Учитывая репутацию шоколада как заменителя секса, соблазнительно вывести из этого всевозможные культурные следствия, но есть и другое объяснение популярности шоколада в северных регионах, и связано оно с температурой.

Чтобы твердый шоколад легко стал жидким во рту, нужен довольно прохладный воздух снаружи. В слишком теплом климате шоколад либо растает еще на магазинной полке, либо его придется держать в холодильнике, но это убивает весь смысл: холодный шоколад проглатывается еще до того, как успевает растаять. (Возможно, поэтому жители тропиков – мезоамериканцы, изобретшие шоколад, употребляли его исключительно в виде напитка и даже не задумывались о твердой плитке.) Более того, если твердый шоколад оставить на солнце или в горячей машине – то есть при температуре выше 20 °C, это существенно изменит его структуру. Вы сразу же заметите характерный белый налет: жир и сахар проступят на поверхности в виде белесого кристаллического порошка, похожего на тонкую сеточку.

Благодаря высокому содержанию сахара и стимулирующему действию кофеина шоколад способен дарить не только чистое удовольствие. Как гласит рекламный слоган: «Шоколадный батончик „Марс“ поможет вам работать, отдыхать и играть». То же самое по-французски: Un coup de barre? Mars et ça repart! («Чувствуете себя разбитым? „Марс“ – и вы снова в строю!») или по-немецки: Nimm Mars, gib Gas («Возьми „Марс“, поддай газу!»). Поскольку в среднем один батончик содержит 50 % сахара и 30 % жира, он определенно служит источником энергии и постоянного бодрящего эффекта. По той же причине, впрочем, весьма сомнительна польза шоколадных диет для здоровья.

Первым делом стоит отметить, что масло какао – это насыщенный жир, связанный с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний. Впрочем, исследования показали, что организм, как правило, преобразует его в менее насыщенный и, как полагают, неопасный аналог. Между тем какао-порошок содержит чрезвычайно много антиоксидантов, и никто не знает наверняка, что они вытворяют с нашими органами. Тем не менее, как показал эксперимент, проведенный учеными из Гарвардского университета, регулярное употребление небольшого количества темного шоколада увеличивает продолжительность жизни (в сравнении с теми, кто вообще не употребляет шоколад). Почему – никто не знает; исследования продолжаются. Конечно, чрезмерная тяга к шоколаду – и, соответственно, прибавка в весе – сводит на нет любые положительные эффекты. Окончательный вердикт еще не вынесен, однако, если не считать излишнего потребления, ученые склоняются к тому, что шоколад не наносит вреда здоровью.

И хотя врачи пока что не рекомендуют его для школьного питания, шоколад входит в стандартный воинский рацион во многих странах: сахар придает энергию, кофеин и теобромин стимулируют работу мозга, жиры компенсируют энергетические затраты после экстремальных нагрузок, к тому же срок годности продукта составляет несколько лет. В конце концов (хоть это и очень спорно), шоколад снимает чувство сексуальной неудовлетворенности.

Лично я с большим удовольствием ем шоколад каждый день и каждый вечер. Виновата ли в том реклама батончиков «Кэдберри» и промывка мозгов или же психофизическая привязанность, а может быть, подавление сексуальности, навязанное североевропейским воспитанием, – не знаю. Я предпочел бы думать, что искренне ценю шоколад как одно из величайших инженерных творений. Совершенно точно он не менее значителен и сложен с технической точки зрения, чем бетон или сталь. Благодаря гениальной смекалке мы нашли способ превратить ни на что не годный, отвратительный на вкус орех – плод влажных тропических лесов – в холодный коричневый ломкий брусок, созданный лишь с одной целью: растаять во рту, наполнив его теплым горько-сладким вкусом и ароматом, и активировать в мозгу участки, отвечающие за удовольствие. Наука не знает слов или формул, чтобы описать эти ощущения. Я бы сказал, что такие определения как «материальная поэма», «сложный и прекрасный сонет» будут ближе всего к сути. Вот почему греческое название какао – theobroma – столь уместно. Оно означает «пища богов».

5. Волшебство

Однажды, дело было в 1998 году, я зашел в лабораторию как раз в тот момент, когда техник убирал с микроскопа образец материала. Заметив меня, он сказал: «Не уверен, что вам это можно видеть. Лучше бы поостеречься, иначе придется заполнять кипу бумаг». И он быстрым движением спрятал образец.

Я работал тогда в пустыне Нью-Мексико в принадлежащей правительству США в лаборатории ядерного оружия. Как гражданин Великобритании, я имел базовый допуск к информации и не мог посещать некоторые зоны лабораторного комплекса. Почти все, говоря по правде. Однако в тот день я находился в своей лаборатории, так что поведение лаборанта показалось мне весьма странным, – впрочем, я прекрасно понимал, что расспрашивать бесполезно. Это был конец девяностых – в национальных лабораториях США опасались китайского шпионажа. Только что был заключен под стражу американский гражданин китайского происхождения Вен Хо Ли, обвиненный в краже ядерных секретов для Китая. Со мной регулярно проводили инструктаж на тему безопасности, а на моих американских коллег наседали, требуя отчитываться о любом небанальном разговоре. Конечно, для меня, типичного британца с пытливым умом и искрометным чувством юмора, лишние вопросы могли иметь опасные последствия. И все же тот материал был настолько необычен, что, углядев за долю секунды лишь небольшой фрагмент, я понял, что уже никогда его не забуду.

Мы, исследовательская команда, привыкли вместе обедать в закусочных по соседству. Это значило, что, покинув безопасное пространство с кондиционированным воздухом, мы выходили в ослепительную пустыню и садились в машины, припаркованные на залитом солнцем асфальте. За проволочными заграждениями до самой военно-воздушной базы простирались рыжие пески, сплошь утыканные кактусами. Машины обволакивало жаркое марево, кругом не было ни пятнышка тени. Место казалось нереальным, особенно по контрасту с обычной житейской рутиной, частью которой была поездка в колонне других машин, нагретых немигающим солнцем чуть не до точки кипения, в техасско-мексиканский фастфуд. День за днем мы вели никчемные разговоры, блеклые от жары. День за днем мысль о загадочном материале все глубже въедалась в мозг. Я думал только о том, что же, черт возьми, это было. Поделиться своими догадками я не мог – и забыть поэтому не мог.

Я запомнил, что материал был прозрачным, но странно переливался, подобно голограмме на драгоценном камне: материал-призрак. Ничего похожего я раньше не видел. Я даже рискнул предположить, что его нашли в космическом корабле инопланетян. Спустя некоторое время я уже сомневался, а был ли он вообще. Потом в припадке паранойи подумал, что кто-то залез в мой мозг и внушил, что это был всего лишь плод воображения. Каждый раз по дороге в кафе и обратно я твердил себе: «Я действительно видел это». Почему-то я испытывал собственнические чувства по отношению к тому материалу. Беспокоился даже, не испортят ли его в лаборатории. Это был переломный момент, после которого я осознал, что мне придется уйти.

Второй раз я увидел его лишь через несколько лет. Я вернулся в Великобританию и возглавил группу исследователей, занимающихся материаловедением в Королевском колледже Лондона. Однажды, когда я сидел дома и сочинял поздравительную открытку для своего брата Дэна, по телевизору шел анонс новости об успешной миссии НАСА, в ходе которой 2 января 2004 года удалось собрать образцы космической пыли с кометы 81Р/Вильда. И тут в новостях показали МОЙ МАТЕРИАЛ! Не мой, разумеется, в прямом смысле этого слова, но тот самый, которым я так отчаянно желал завладеть. «Так он все-таки инопланетный!» – торжественно сообщил я своей пустой квартире и кинулся к компьютеру, чтобы узнать больше. Я решил, что ученые добывают этот материал в космосе. И ошибся.

Он оказался веществом под названием аэрогель. Я сделал неправильный вывод: аэрогель не добывали в космосе, а использовали для сбора космической пыли. Впрочем, я не оставил своих размышлений и продолжал копать информацию. В итоге я выяснил, что у аэрогеля земное, хотя и довольно темное происхождение. В тридцатые годы прошлого века его изобрел некто Сэмюел Кистлер, американский химик. Причем действительным предметом любопытства ученого было желе. То есть как это – желе?

Кистлер задался вопросом, что же такое желе, которое нельзя назвать ни жидким, ни твердым. В конечном счете он решил, что это жидкость, заключенная в твердой тюрьме с тончайшими, практически невидимыми сетками вместо решеток. В съедобном желе ячейки сетки состоят из длинных молекул желатина, который получают из белка коллагена, образующего прочнейшую соединительную ткань – сухожилия, хрящи и кожу. В воде молекулы желатина разбухают и соединяются в преграду, которая не дает жидкости вытекать. В общем, желе похоже на пузырь с водой, только воду удерживает не внешняя оболочка, а внутренняя структура.

Внутри каждой ячейки жидкость удерживается поверхностным натяжением – той самой силой, которая делает воду влажной на ощупь, образует капли и позволяет им липнуть к предметам. Силы поверхностного натяжения внутри ячеек достаточно велики, чтобы не дать воде вытечь из желе, но слишком слабы, чтобы совершенно ее обездвижить, – вот почему желе дрожит и вот почему оно так странно ведет себя во рту: желе почти на 100 % состоит из воды, и, как только оно нагревается до 35 °C, внутренние желатиновые сетки тают, высвобождая воду. Но простое объяснение – вода, пойманная в крепкие сети, – не устроило Сэмюела Кистлера. Он хотел знать, насколько целостна и самодостаточна желатиновая структура. Иными словами, если бы нашелся способ удалить всю воду, сможет ли этот внутренний каркас существовать сам по себе? Чтобы ответить на этот вопрос, Кистлер провел серию экспериментов, результаты которых опубликовал в 1931 году в статье «Сплошные пористые аэрогели и желе» в журнале Nature. Вот что он пишет в преамбуле:

«Непрерывность жидкости, пропитывающей желе, доказывают процессы диффузии, синерезиса и ультрафильтрации. Тот факт, что такая жидкость может быть заменена другой, причем совершенно иного рода, ясно свидетельствует о том, что гелевая структура способна существовать независимо от жидкости, в которую погружена».

Кистлер хочет сказать, что, согласно результатам экспериментов, жидкость в желе представляет собой единое целое, а не разделена на части, и может быть заменена другой жидкостью. По его мнению, это доказывает, что твердый внутренний каркас желе действительно может существовать сам по себе, независимо от жидкости. Он также использует более общий термин «гель» вместо «желе», относя свои выводы к целому ряду желеобразных материалов, занимающих место между безусловно твердыми и безусловно жидкими веществами: от геля для волос и крепкого куриного бульона до цемента, в котором внутренний каркас-сетку составляют фибриллы силиката кальция.

Кистлер отмечает, что еще никому не удавалось отделить жидкость в желе от внутреннего каркаса:

«Попытки удалить жидкость путем выпаривания приводили к столь сильной усадке, что влияние на структуру оказывалось слишком глубоким».

Иными словами, когда воду пытались выпарить из желе, то замечали, что внутренний каркас просто разваливается. Но, торжественно объявляет Кистлер далее, он и его сотрудники нашли верный способ:

«Мистер Чарльз Ленд и я при любезно оказанной нам профессором Дж. У. Макбейном помощи предприняли попытку проверить гипотезу о том, что жидкость в желе можно заместить газом с незначительным или полным отсутствием усадки. Наши усилия увенчались полным успехом».

Хитрость состояла в том, чтобы заменить жидкость газом, пока она еще остается внутри желе, и таким образом использовать давление газа для поддержания каркаса. Впрочем, поначалу они применяли не газ, а жидкий растворитель (спирт), который легче было контролировать. Существовал риск испарения растворителя, однако ученые нашли способ его избежать:

«Простое выпаривание неизбежно приведет к усадке. Тем не менее, если желе поместить в закрытый автоклав с избыточным количеством жидкости и поднять температуру выше критической, а давление поддерживать на уровне предельного давления парообразования либо выше, то кипения жидкости не происходит, а следовательно, не происходит и сжатия геля из-за действия капиллярных сил на его поверхности».

Автоклав – это просто резервуар высокого давления, который подлежит нагреву. Из-за повышения давления в автоклаве жидкость внутри желе не закипает даже при температуре выше точки кипения. Капиллярные силы, о которых говорит Кистлер, обусловлены поверхностным натяжением жидкости. Кистлер предполагает, что по мере постепенного превращения жидкости в пар те же силы, которые удерживают вместе компоненты желе, начинают его разрывать. Но когда температура становится выше так называемой критической температуры, то граница между газом и жидкостью исчезает – и то и другое приходит в состояние с одинаковой плотностью и строением, то есть жидкость превращается в газ, минуя разрушительную стадию кипения. Кистлер пишет:

«Когда температура станет выше критической, жидкость напрямую, без закипания, превратится в газ. Желе так и «не узна́ет», что жидкость внутри его сеток стала газом».

Это же гениально: под давлением в автоклаве вновь образованный газ не может покинуть желе, и внутренний каркас остается невредимым:

«Остается лишь выпустить газ, и мы получим сплошной аэрогель с неизмененным объемом».

Только теперь Кистлер позволяет газу медленно исчезнуть, не причинив вреда каркасу и не нарушив объем желе. Таким образом, он доказал свою гипотезу.

Внутренний каркас желе

Должно быть, это был миг глубочайшего удовлетворения. Но Кистлер на этом не остановился. Полученные каркасы были невероятно легкими и хрупкими и состояли почти сплошь из воздуха. Фактически они были пеной. Кистлер придумал желе с внутренним каркасом из диоксида кремния – главного компонента стекла. С помощью вышеописанного процесса он получил кварцевый аэрогель, самый легкий твердый материал в мире. Именно этот материал я мельком увидел в научной лаборатории в пустыне много лет назад.

Кварцевый аэрогель, самый легкий твердый материал в мире, на 99,8 % состоящий из воздуха

Не довольствуясь этим достижением, Кистлер создал еще ряд аэрогелей, которые перечислил в своей статье:

«Пока что нам удалось получить аэрогели на основе кварца, алюминия, тартрата никеля, оксида олова, оксида вольфрама, желатина, агара, нитроцеллюлозы, целлюлозы и яичного белка, и мы не видим причины, по которой этот список нельзя продолжать бесконечно».

Заметьте, несмотря на успех с аэрогелем из кварца, Кистлер не устоял перед соблазном использовать яичный белок. Пока весь мир взбивал омлеты и бисквитное тесто, он занялся кулинарией иного рода: готовил в автоклаве яичный аэрогель – легчайшую меренгу в мире.

Кварцевый аэрогель выглядит чрезвычайно странно. На темном фоне (см. фото) он кажется голубоватым, но на светлом фоне его почти не видно. Он даже более невидим, чем обычное стекло, хотя стекло прозрачнее. Проходя сквозь стекло, луч света немного смещается за счет преломления света в стекле (степень смещения луча света определяется коэффициентом преломления стекла). В случае с аэрогелем, поскольку в нем просто меньше вещества, свет практически не преломляется. По этой же причине на его поверхности нет и намека на отражение, причем из-за крайне низкой плотности края аэрогеля размыты и сам он выглядит каким-то не совсем твердым, что, конечно же, неверно. По структуре внутренний каркас геля напоминает мыльную пену, с одним важным отличием: в аэрогеле пустоты внутри «пузырьков» взаимосвязаны. В кварцевом аэрогеле так много пустот, что обычно он на 99,8 % состоит из воздуха, его плотность всего в три раза превышает плотность воздуха и он почти невесом.

В то же время на темном фоне кварцевый аэрогель имеет отчетливый голубоватый оттенок, хотя должен быть совершенно бесцветным, коль скоро сделан из прозрачного стекла. Многие годы ученые искали причину этого явления, и она оказалась не менее удивительной, чем сам материал.

Когда солнечный свет попадает в земную атмосферу, его частицы (кванты) сталкиваются с молекулами различных веществ (главным образом азота и кислорода) и отскакивают от них, подобно шарикам для пинг-понга. Это называется рассеянием, и когда вы смотрите на небо в ясный день, вы видите свет, частицы которого, прежде чем достичь ваших глаз, многократно изменили свой путь, отскакивая от молекул в атмосфере. Если бы весь свет рассеивался одинаково, небо казалось бы белым. Но свет с меньшей длиной волны (голубой) рассеивается сильнее, чем свет с большей (красный и желтый), поэтому у неба голубой цвет.

Такое рассеяние называется рэлеевским. Оно весьма слабое, и чтобы его увидеть, требуется огромное количество молекул газа. В небе их достаточно, а в обычной комнате – нет. Иными словами, отдельные маленькие фрагменты неба не выглядят голубыми, но вся атмосфера имеет именно такой цвет. Однако если небольшая порция воздуха замкнута внутри прозрачного материала с миллиардами крошечных внутренних граней, рэлеевского рассеяния хватит, чтобы изменить цвет любого луча, падающего снаружи. У кварцевого аэрогеля именно такая структура – вот почему он голубой. Аэрогель у вас на ладони – маленький кусочек неба.

Пористые аэрогели обладают рядом интересных свойств, самое замечательное из которых – термоизоляция, то есть способность защищать от высоких температур.

Кварцевый аэрогель защищает цветок от пламени бунзеновской горелки

Аэрогель – надежный термоизолятор: если подставить под него бунзеновскую горелку, цветок, лежащий сверху, останется свежим и благоуханным.

Двойное остекление хорошо защищает от холодов, потому что пустое пространство между рамами мешает теплопередаче. Представьте себе, что атомы стекла расположены подобно слушателям на рок-концерте – плотной пританцовывающей толпой. Чем громче музыка, тем энергичней танец, тем чаще люди сталкиваются друг с другом. То же происходит и со стеклом: по мере нагревания материала атомы двигаются все активней. Фактически температура материала – это степень энергичности, с которой движутся атомы. Однако пустое пространство между оконными рамами затрудняет передачу энергии от атомов одного стекла к атомам другого. Разумеется, процесс работает в обе стороны: двойные рамы сохраняют тепло внутри зданий на Крайнем Севере и, наоборот, не пускают тепло внутрь зданий в Дубае.

Двойное остекление весьма эффективно, но все же допускает утечку тепла. Всякому, кто живет в холодном или жарком климате, об этом красноречиво говорят счета за электричество. Можно ли с этим что-то сделать? Ну да, бывает еще тройное и даже четверное остекление, с дополнительным барьером из одного-двух стекол. Но у стекла высокая плотность, поэтому с каждой новой рамой окна становятся более тяжелыми, громоздкими и менее прозрачными. Другое дело – аэрогель. Его пористая структура эквивалентна миллиардам стекол и воздушных прослоек. И потому он превосходно изолирует тепло. Обнаружив это и другие замечательные свойства аэрогеля, Кистлер упомянул о них в последнем предложении своей статьи:

«Кроме того, что данные наблюдения представляют научную ценность, необычайно интересны также физические свойства новых материалов».

В самом деле, необычайно интересны. Кистлер открыл лучший в мире термоизолятор.

Научная общественность с восторгом встретила новое изобретение, но очень скоро об аэрогелях все забыли. В тридцатых годах прошлого века были дела поважнее, к тому же никто не знал наперед, что будет востребовано, а что – отброшено за ненадобностью спустя годы. В том же 1931 году, когда Кистлер объявил об изобретении аэрогелей, немецкий физик Эрнст Руска создал первый в мире электронный микроскоп. А журнал Nature опубликовал в одном номере с результатами Кистлера статью Уильяма Брэгга, материаловеда и лауреата Нобелевской премии, о находках в области дифракции электронов внутри кристаллов. Руска и Брэгг положили начало новому пониманию внутренней структуры материалов, придумав инструменты, с помощью которых можно было видеть и визуализировать ее. Появился новый тип микроскопа, принципиально иной, нежели изобретенный в XVII веке оптический. Глазам ученых открылся невиданный прежде сверхмалый мир. Вскоре материаловеды уже с интересом вглядывались в металлы, пластики, керамику и живые клетки, уясняя внутреннюю работу атомов и молекул. Это было увлекательное время. Мир материалов переживал бурное развитие, вскоре изобрели нейлон, алюминиевые сплавы, кремниевые микросхемы, стекловолокно и другие революционные новинки. Аэрогели затерялись на этом фоне, и о них никто не вспоминал.

Кроме одного человека – самого Кистлера. Он рассудил, что необычайная красота и исключительные термоизолирующие свойства каркасов желе непременно обеспечат им будущее. Хотя кварцевый аэрогель хрупкий и непрочный, как стекло, для своего мизерного веса он все же достаточно крепок, чтобы использовать его в промышленности. Итак, Кистлер запатентовал изобретение и продал лицензию на изготовление аэрогелей химической компании «Монсанто Корпорейшн». К 1948 году она уже выпускала продукт под названием «Сантогель» – кварцевый аэрогель в форме порошка.

Казалось, у «Сантогеля» блестящие перспективы – он мог бы стать лучшим в мире термоизолирующим материалом. Но, увы, он опередил свое время. Энергия дешевела и дешевела, а проблему глобального потепления тогда не принимали всерьез. Дорогой термоизолятор приносил компании одни убытки. Потерпев неудачу, в «Монсанто» нашли другое, весьма причудливое, применение новому продукту – в составе чернил и красок. Аэрогель рассеивал свет, оптически выравнивая окрашенную поверхность и придавая ей матовость. В конце концов его и вовсе разжаловали в загустители овечьих мазей от мушиных личинок и гели для напалмовых смесей. В 1960–70-х годах дешевые заменители отняли у аэрогеля и эту узкую нишу, в итоге «Монсанто» прекратила его производство. Кистлер умер в 1975 году, не дожив до того дня, когда его чудесный материал нашел свое место под солнцем.

Новое явление аэрогелей состоялось не благодаря коммерческому использованию, а потому что их уникальные свойства привлекли внимание специалистов по физике элементарных частиц, изучавших эффект Черенкова в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН). Черенковское излучение испускает субатомная частица при прохождении сквозь материал со скоростью, превышающей скорость света. Его обнаружение и анализ дает ключ к пониманию природы такой частицы и, следовательно, служит весьма экзотическим способом идентификации многочисленных невидимых частиц, с которыми имеют дело ученые. Аэрогель идеально подходит на роль материала, атакуемого элементарной частицей, поскольку фактически является твердой вариацией газа. В этом качестве он используется и по сей день, помогая физикам разгадывать тайны субатомного мира. Как только аэрогели очутились в научных лабораториях со сложным оборудованием, туманной миссией и большими бюджетами, их престиж опять вырос.

Тогда, в начале 1980-х, производство аэрогелей было по карману лишь очень богатым научным институтам. Таким, как ЦЕРН. Вскоре примеру европейского центра последовало Национальное управление по астронавтике и космонавтике США (НАСА). Кварцевый аэрогель впервые применили в космосе, для защиты оборудования от экстремальных температур, и здесь он подходил идеально, поскольку лучший в мире теплоизолятор почти невесом, что особенно важно, когда корабль вырывается из гравитационных объятий Земли. Это случилось в 1997 году при отправке к Марсу беспилотного аппарата Mars Pathfinder. С тех пор кварцевый аэрогель используют для изоляции на космических кораблях. Но как только ученые из НАСА поняли, что аэрогель способен путешествовать к другим планетам, ему нашли новое применение.

В ясную ночь можно увидеть, как небо пересекает яркий след падающей звезды. Долгое время считалось, что это метеориты на высокой скорости входят в земную атмосферу, нагреваются трением о воздух и, вспыхнув, сгорают. Считается также, что большая часть метеоритов – это космическая пыль, то есть обломки вещества, образовавшегося, наряду с кометами и астероидами, при возникновении Солнечной системы 4,5 миллиарда лет назад. Точное определение материалов в составе этих небесных тел помогло бы нам понять, как появилась Солнечная система, и объяснить химический состав Земли. Эта задача привлекает особый интерес уже много лет.

Анализ метеоритного вещества только раздразнил любопытство ученых: дело в том, что при прохождении сквозь земную атмосферу они подвергаются воздействию экстремально высоких температур. Поэтому люди из НАСА подумали, что было бы неплохо захватить некоторые из этих объектов еще там, в космосе, и доставить их на Землю в первозданном, нетронутом виде.

Однако у этого плана было уязвимое место. Дело в том, что космические объекты движутся с весьма высокой скоростью. Космическая пыль летит быстрее пули, нередко преодолевая 50 км в секунду, то есть 18 000 километров в час. Поймать такой объект непросто. Если вы, скажем, вздумаете собственным телом задержать пулю, то либо сила пули превысит прочность вашей кожи и пуля прошьет вас насквозь, либо вы наденете пуленепробиваемый жилет из высокопрочного материала, такого как кевлар, и пуля расплющится. В любом случае дело это рискованное. Но в принципе осуществимое. Когда бейсбольный или крикетный мяч ловят «мягким захватом», то стараются распределить, рассеять энергию мяча, а не бросают все силы на один мощный захват. Специалистам НАСА нужно было замедлить скорость космической пыли с 18 000 км в час практически до нуля, не повредив ни летательный аппарат, ни саму пыль. Идеально подошел бы материал со сверхнизкой плотностью, способный замедлить частицы пыли мягко и без повреждений на площади всего в несколько миллиметров; прозрачный, чтобы ученые могли сразу найти застрявшие в нем крошечные звездные пылинки.

И – о чудо! – такой материал нашелся. Более того, НАСА уже использовало его в космических полетах. Разумеется, это был кварцевый аэрогель. В основе его подвигов тот же самый механизм, который защищает каскадера во время съемок: тот падает с крыши на гору картонных коробок, и каждая, сминаясь под его весом, поглощает некоторое количество энергии удара. Чем больше коробок, тем лучше. Точно так же каждая из внутренних перегородок в пористом аэрогеле, сталкиваясь с частичкой пыли, поглощает крошечное количество энергии. В одном кубическом сантиметре содержится несколько миллиардов перегородок – этого достаточно, чтобы остановить пылинку, практически ее не повредив.

На способности аэрогеля бережно улавливать кометную пыль НАСА построило целый космический проект. 7 февраля 1999 года был произведен запуск аппарата Stardust, полностью оборудованного для полета через Солнечную систему и запрограммированного на сближение с кометой 81Р/Вильда. Аппарат должен был собрать межзвездную пыль в глубоком космосе, а также кометную пыль, что позволило бы специалистам НАСА изучить их материальный состав. С этой целью разработали специальное устройство, похожее на гигантскую теннисную ракетку, меж струн которой поместили аэрогель.

В течение лета и осени 2002 года в глубоком космосе, за миллионы километров от любой планеты, космический аппарат Stardust открывал люк и выставлял наружу свою гигантскую теннисную ракетку с аэрогелем. Это была одинокая игра в межзвездный теннис микроскопическими теннисными мячиками – останками давно погасших звезд, неиспользованными частичками нашей собственной Солнечной системы, до сих пор летающими в космическом пространстве. Stardust не мог оставаться в глубоком космосе слишком долго, так как должен был встретиться с кометой 81Р/Вильда, несущейся с дальних окраин Солнечной системы к ее центру (такой вояж комета совершает раз в 6,5 лет). Убрав аэрогелевую теннисную ракетку, космический аппарат поспешил на свидание с ней. Больше года он добирался до цели, и 2 января 2004 года встал на пути у кометы размером 5 километров в диаметре, облетающей вокруг Солнца. Затем, ловко сманеврировав и заняв положение в 237 километрах позади кометы, аппарат открыл люк, опять выставил аэрогелевую теннисную ракетку, на этот раз другой стороной, и впервые в истории приступил к сбору девственной кометной пыли.

Захватив ее в достаточном количестве, через два года Stardust вернулся на Землю. Приближаясь к нашей планете, он изменил курс и сбросил небольшую капсулу, которая под влиянием гравитации вошла в атмосферу со скоростью 12,9 километра в секунду – это самая высокая когда-либо зафиксированная скорость возвращения в плотные слои атмосферы, – став на какое-то время падающей звездой. Через пятнадцать секунд раскаленная капсула выпустила вспомогательный тормозной парашют. Спустя несколько минут, на высоте почти три километра над пустыней штата Юта, он был отброшен, и раскрылся основной парашют. Поисковые команды уже знали, где приземлится капсула, и отправились встречать ее. После семилетнего путешествия за четыре миллиарда километров капсула упала в пески пустыни штата Юта в 10:12 по Гринвичу в воскресенье 15 января 2006 года.

«Мы чувствуем себя родителями в ожидании ребенка, который уехал от нас юным и простодушным, а теперь возвращается с ответами на самые фундаментальные вопросы о нашей Солнечной системе», – сказал руководитель проекта Том Даксбери, сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, штат Калифорния.

Впрочем, ученые не имели ни малейшего понятия о том, будут ли у них ответы на какие-либо вопросы, пока не открыли капсулу и не начали изучать аэрогелевые образцы. Космическая пыль вполне могла обойти аэрогелевые ловушки, или же слишком резкое торможение при входе в атмосферу могло разрушить аэрогель, превратив его в никчемный порошок.

Микроскопические следы частиц кометы в аэрогеле (фото НАСА)

Ученые зря волновались. Как только капсулу доставили в лабораторию НАСА и вскрыли, выяснилось, что аэрогель почти в идеальном состоянии. На его поверхности были крошечные дырочки, оставленные, как потом оказалось, звездными пылинками. Аэрогель справился с задачей, которую мог выполнить только он один, – доставил на Землю чистые образцы пыли кометы, рожденной, когда нашей планеты еще не было на свете.

Еще много лет ученые из НАСА искали крошечные фрагменты пыли, застрявшие в аэрогеле. Работа продолжается по сей день. Эта пыль невидима невооруженным глазом, а исследование образцов под микроскопом занимает много времени. К участию в столь масштабном проекте НАСА даже привлекло волонтеров. Программа Stardust@Home учит их искать фрагменты космической пыли, просматривая на домашнем компьютере тысячи микроскопических изображений аэрогелевых образцов.

Работа уже принесла немало интересного. Любопытнее всего то, что большая часть фрагментов пыли с кометы 81Р/Вильда демонстрирует присутствие капелек богатого алюминием расплава. Совершенно непонятно, как эти химические соединения могли образоваться в комете, в ледяном космосе, ведь для этого требуется температура свыше 1200 °C. Считалось, что кометы – это замороженные породы, которые появились одновременно с Солнечной системой, поэтому новость, мягко говоря, стала большим сюрпризом. Похоже, результаты работы опровергают стандартную модель возникновения кометы, или же мы еще многого не знаем о том, как зарождалась наша Солнечная система.

Космический аппарат Stardust выполнил свою задачу и исчерпал запас топлива на борту. 24 марта 2011 года на расстоянии 312 миллионов километров от Земли он принял последнюю команду из НАСА о прекращении связи. Подтвердив получение команды, Stardust в последний раз дал отбой. Сейчас он, похожий на рукотворную комету, летит все дальше от нас в глубокий космос.

Теперь, когда миссия аппарата окончена, не постигнет ли аэрогель та же судьба? Неужели и он канет в Лету? Очень может быть. Хотя аэрогели – лучшие в мире термоизоляторы, они все же слишком дороги в производстве, и пока неясно, так ли уж нас заботит сохранение энергии, чтобы оценить их пользу для экономики. Ряд компаний продают аэрогели в качестве термоизоляторов, но пока продукт применяют лишь в экстремальных условиях, например при бурении скважин.

Возможно, по экологическим резонам энергия будет стоить все дороже. И на смену привычным стеклопакетам, вполне вероятно, придет гораздо более передовой стеклянный материал на основе аэрогелевых технологий. Темпы исследований и разработки новых аэрогелей ускоряются. Уже существуют технологии производства материалов не жестких и хрупких, как кварцевый аэрогель, но гибких и эластичных. Своей гибкостью икс-аэрогели обязаны химии: между жесткими внутренними перегородками вставлены молекулы полимера, действующие наподобие шарниров. Из икс-аэрогелей можно делать ткани, а также самые легкие и теплые в мире одеяла, способные заменить пуховые одеяла, спальные мешки и тому подобное. Благодаря их необычайной легкости из этих материалов можно шить прекрасную одежду и обувь для регионов с суровым климатом. Они даже могут заменить упругую подошву из пеноматериала в спортивных ботинках. Недавно была разработана целая группа электропроводных углеродных аэрогелей, а также сверхвпитывающие аэрогели, способные поглощать токсичные отходы и газы.

Так что в будущем аэрогели вполне могут стать частью повседневной реальности и помогут нам выжить в условиях менее комфортного и более изменчивого климата. Как материаловеду, мне приятно осознавать, что ученые могут предложить миру кое-что на случай глобального потепления, но все же не такого будущего я хочу для своих детей. В обществе, где все поставлено на поток, включая былые святыни – золото и бриллианты, хочется верить, найдется место материалу, который будут ценить исключительно за его красоту и высокое значение. Большинство людей никогда не смогут пощупать аэрогель, но те, кто держал его в руках, никогда его не забудут. Это уникальный опыт. Аэрогель почти невесом, его края настолько зыбки, что невозможно точно определить, где кончается материал и где начинается пустота. Прибавьте к этому призрачно-голубоватый цвет и ощущение, что у вас в руках кусочек неба. Похоже, аэрогели так влияют на нас, что мы ищем оправдания своему увлечению. Как таинственный гость на вечеринке, они вызывают желание подойти ближе, даже если нам нечего сказать. Эти материалы не должны пропасть бесследно, они способны служить не только преградой для субатомных частиц. Они заслуживают другого будущего и ценны сами по себе.

Чистое любопытство, изобретательность и дух сомнения сотворили аэрогель. Странно, мы говорим, что ценим творчество этого рода, однако награждаем успешных творцов золотом, серебром и бронзой. Но если и был когда-либо на свете материал, олицетворяющий способность человека, глядя в небо, размышлять о своем предназначении, превращать скалистую планету в изобильный и удивительный край, исследовать просторы Солнечной системы; если и был материал, говорящий о хрупкости человеческого существования, материал небесно-голубого цвета, – то это аэрогель.

6. Творчество

Пока я писал диссертацию в Оксфорде, я чуть не каждое утро ходил в кино. Просмотр фильма в одиночестве в темном пустом зале успокаивает ум, как ничто другое. Однажды случилось кое-что необычное: я вступил в яростный спор с незнакомцем в фойе. В тот день показывали «Бутч Кэссиди и Сандэнс Кид», классический вестерн с Полом Ньюманом и Робертом Редфордом в главных ролях. До начала фильма я встал в очередь, чтобы купить себе что-нибудь погрызть во время сеанса, и услышал, как мужчина позади меня сетовал: мол, кинотеатры потеряли былой шарм, теперь это просто магазины, которые набивают себе цену, продавая сладости втридорога. Про себя я отметил, что он тем не менее стоит в очереди за сладостями, которые, по его словам, так ненавидел. Однако эта неувязка не заставила меня пренебречь британской сдержанностью. Задело меня другое. «Почему их продают в пластиковых пакетах? В мое время это была бумага. Конфеты держали в банках, фасовали в бумажные кульки и продавали вразвес», – сказал мужчина. Я обернулся, сжимая в руках сияющий ярко-оранжевый пакетик с шоколадными конфетами, посмотрел ему в глаза и сказал с улыбкой: «Уж поверьте, в кино пластику самое место. Тем более на таком фильме». Возможно, мои слова прозвучали снисходительно – наверняка так и было, но что вы хотите от аспиранта, уверенного, что он знает все обо всем? К тому же мне очень хотелось защитить пластик, который так часто представляют в ложном свете.

Однако я не на того напал. Заядлый киноман обрушил на меня всю силу своего авторитета. Что за чушь я несу? Что я вообще знаю о кино в мои-то годы? Он застал золотой век кинематографа, только им жил и дышал. Звезды экрана, блики света, бархатные кресла, жужжание проектора – вот что такое было кино в его время. Он совсем не слушал, что я говорил, да и, честно говоря, имел на это полное право. При всей доказательной базе у меня просто не хватало слов, чтобы передать собеседнику смысл моих аргументов. Наконец мы вошли в полупустой зал и, разгоряченные спором, демонстративно уселись в противоположных углах. Когда свет погас, я выдохнул с облегчением.

Я часто думал о том позорном случае и размышлял, как можно было защитить пластик более умело. И пришел к выводу, что единственным способом донести до того человека мою мысль был язык кино, которое он так любил. Итак, представляю вашему вниманию сценарий, который разрешает проигранный мною спор насчет уместности пластиковых упаковок для сладостей на фильме «Бутч Кэссиди и Сандэнс Кид». Временами связь между этим наивным сочинением и тем спором в фойе неочевидна, поэтому каждую сцену я сопроводил комментариями.

СЦЕНА ПЕРВАЯ

МЕСТО ДЕЙСТВИЯ: САЛУН, САН-ФРАНЦИСКО, 1869 год.

Начало дня. Комната заставлена столами и стульями. Половину мест за столами занимают люди, которые играют в карты и выпивают. В углу без дела стоит пианино. Солнечный свет сочится сквозь разбитые ставни, дребезжащие на ветру. В воздухе клубится табачный дым. Посетители салуна – собрание простоватых парней, в основном безработных. Некоторые из них, бывшие шахтеры, приехали на Запад лет десять назад, привлеченные золотой лихорадкой, а потом, так и не став богачами, осели в городе. Другие, ветераны гражданской войны, а теперь наемники, ошиваются здесь в поисках работы. Компанию им составляют несколько женщин. В углу – дань последней моде: стол с пятнадцатью разноцветными бильярдными шарами для игры в пул. Играют БИЛЛ и его младший брат ИТАН. Билл – ковбой и беглый преступник, разыскиваемый за убийство в Огайо, – помалкивает, улыбаясь пустым ртом (лошадь оставила его без зубов). Вместе с братом, которого он убедил бежать, Билл приехал сюда по новой железной дороге.

ИТАН

(склоняясь над столом и приготовившись забить шар).

Голубой шар, угловая луза.

БИЛЛ

(прислонившись к противоположной стене, с кием в руках).

Да ну?

ИТАН

(забивает мяч в угловую лузу).

Так точно, сэр! Мне нравятся эти новые шары, чертовски нравятся!

БИЛЛ.

Да ну?

ИТАН.

Да уж. (Нарочито копируя аристократический выговор.) Они ведь для досужих людей, вроде нас с тобой, правда, Билл? Досужие люди, ха!

Итан продолжает загонять шары в лузы, комментируя каждое свое действие на светский манер и широко ухмыляясь Биллу в перерывах между ударами. Билл его не замечает, его внимание поглощено ссорой, которая разгорается за одним из карточных столов. Какой-то КРАСНОЛИЦЫЙ, новичок в здешних местах, изобличен в нечестной игре. Он стремительно вскакивает, но не может удержаться на ногах, задевает стул, и тот с грохотом падает. Окружающие смеются. Краснолицый до того пьян, что все его мысли ясно читаются у него на лице. Он опрокидывает карточный стол и идет к выходу, но тут его пальцы нашаривают ствол, который он незамедлительно наставляет на других игроков. Смешки прекращаются, и через несколько секунд в салуне все замирает. Один лишь Итан, стоя спиной к остальным, выстраивает траекторию какого-то уж совсем невероятного удара.

ИТАН

(по-прежнему с акцентом).

Голубой шар, и закроем счет!

В гробовой тишине он делает свой последний удар, но когда белый шар сталкивается с черным, происходит нечто странное. Яркая вспышка, громкий треск. Черный мяч не попадает в лузу, сбитый с пути небольшим взрывом.

Краснолицый, чье пьяное внимание постепенно переключалось на Итана, так пугается шума, что инстинктивно спускает курок и стреляет в сторону бильярдного стола, а затем выбегает из салуна.

Итан истекает кровью на полу. Белый шар наконец замирает, испуская дымок.

КОММЕНТАРИЙ К ПЕРВОЙ СЦЕНЕ

Бильярд появился в королевских замках Северной Европы в XV веке. По сути, это был комнатный вариант крокета. Вот почему у стола зеленый, как у травы, цвет. Промышленная революция удешевила производство бильярдных столов. Хозяева трактиров и баров, как и в наше время, видели в них источник прибыли – игра полюбилась новым городским беднякам.

В XIX веке бильярд стал технически более сложен. Прежде всего, на переднюю часть кия теперь приделывали наклейку из кожи и натирали ее мелом, чтобы кий не скользил при соприкосновении с шаром. Игрок теперь мог «подкрутить» шар для большей точности удара, – эту технику привезли в Америку английские моряки, и до сих пор такой удар называют английским. В 1840-х годах Чарльз Гудьир изобрел вулканизированный каучук, и у стола появились упругие резиновые вставки вдоль деревянных бортов – впервые стало возможным предсказать траекторию отскакивающего шара. С тех пор столы для бильярда мало изменились. Переход от игры с тремя-четырьмя шарами к более модному пулу (с пятнадцатью шарами) произошел в 1870-е годы в Америке. До этого шары делали из слоновой кости, и стоили они поэтому весьма дорого.

Слоновая кость обладает уникальными качествами: она достаточно прочная, чтобы выдерживать тысячи столкновений шаров без образования вмятин и сколов; достаточно плотная, чтобы не трескаться; ее можно обработать на станке и придать ей сферическую форму; как и многие органические материалы, ее можно окрасить в различные цвета. В те времена ей не было равных. Бешеная популярность новой разновидности бильярда в американских салунах грозила повышением цен на слоновую кость, но тогда игра многим стала бы не по карману. По всей стране в салунах испытывали шары из новых заменителей кости, например из пластмассы, и подчас такие шары вели себя очень странно. Пластмасса была материалом нового типа, и мой сценарий показывает, насколько сильно она отличалась от других материалов.

СЦЕНА ВТОРАЯ

МЕСТО ДЕЙСТВИЯ: САРАЙ ГДЕ-ТО В ДАУНТАУНЕ НЬЮ-ЙОРКА

Сарай служит лабораторией ДЖОНУ УЭСЛИ ХАЙАТУ, молодому сотруднику типографии, в свободные часы занятому химическими опытами. В двадцать восемь лет он уже имеет один патент; скоро ХАЙАТ изобретет первую промышленную пластмассу и войдет в историю. Входит ЛЕФФЕРТС, генерал в отставке, инвестор. Он уже оказал финансовую помощь молодому Томасу Эдисону и теперь интересуется мистером Хайатом. Высокий представительный мужчина, он пригибает голову, чтобы не удариться о низкую притолоку. Комната заставлена стеклянными сосудами и деревянными бочками, повсюду разбросана слоновая кость. Несмотря на распахнутые окна, в воздухе стоит крепкий запах растворителя.

ХАЙАТ.

Идея пришла мне в голову, когда я хотел сделать искусственные бильярдные шары. (Указывает на коробку с рядами бильярдных шаров в углу комнаты.)

ЛЕФФЕРТС

Бильярдные шары? Почему именно бильярдные шары?

ХАЙАТ.

Сейчас их делают из слоновой кости, но она слишком дорогая, а спрос так велик, что производители уже не справляются. Они дали объявление в «Нью-Йорк таймс»: тому, кто изобретет заменитель, обещана награда в десять тысяч долларов.

ЛЕФФЕРТС

Десять тысяч долларов! Черт побери, не может игрушка столько стоить!

Хайат отрывается от прибора, ищет что-то и вскоре находит приколотый к стене листок. Это пожелтевшая газетная вырезка из «Нью-Йорк таймс» с объявлением о награде.

Он протягивает ее Леффертсу.

ХАЙАТ.

Вот, убедитесь сами.

ЛЕФФЕРТС

(пробегает глазами текст, пуская дым из сигары).

«„Филан энд Коллендер“, крупнейший в Америке поставщик бильярдных шаров» – никогда о них не слышал…

(Продолжает читать, бормоча под нос отдельные слова, а затем вслух зачитывает отрывок.) «Мы предлагаем щедрое вознаграждение в десять тысяч долларов любому изобретателю, который сможет создать заменитель слоновой кости». Так-так, может ли это быть правдой?

ХАЙАТ

О, не беспокойтесь, все чистая правда. Я бьюсь над этой задачкой не один год и уже выслал им довольно много образцов. Пару месяцев назад они связались со мной и сказали, что отправили несколько свежих партий на пробу в салуны по всей стране.

ЛЕФФЕРТС

Так вы добились успеха?

ХАЙАТ

В общем, да… (Отводит глаза, подбирая слова.) Но есть одна проблема… Э-э-э… Давайте я покажу, как они у меня получились, и вы все поймете. По-настоящему, для этого я и привез вас сюда. Чтобы вы своими глазами увидели… (Заканчивает возню с оборудованием, достает из закрытого шкафа большой вакуумный сосуд – дюар – и выливает оттуда светлую жидкость в пробирку.)

ХАЙАТ

Вот он, ключ, и все это время он был у меня под носом!

ЛЕФФЕРТС

Что это?

ХАЙАТ

Препарат из нитроцеллюлозы и спирта.

ЛЕФФЕРТС

Нитроцеллюлоза… Я слышал о ней… Хм… да, но разве это не взрывчатка?!

Внезапно Леффертс краснеет, досадуя, что, как наивный дурак, приехал к сумасшедшему ученому и подвергает опасности свою жизнь. Он нервно вертит в руках сигару – во время гражданской войны генерал насмотрелся на случайные взрывы.

ХАЙАТ

(не обращая внимания на беспокойство генерала).

А, полагаю, вы имеете в виду нитроглицерин; да, вероятно, он немного похож по химическому составу, но нитроцеллюлоза в техническом отношении не является взрывчаткой. Возможно, она немного взрывоопасна и, несомненно, легко воспламеняется. Однако я крайне осторожен. (Поворачивается и с улыбкой смотрит на Леффертса. Но, увидев, что генерал все еще нервничает, продолжает объяснения.) Нитроглицерин состоит из азотированного глицерина. Это маслянистая бесцветная жидкость, побочный продукт мыловарения. Нужно просто смешать его с азотной кислотой. Вы правы – он весьма неустойчив и составляет основу динамита. Однако то, что у меня, – это нитроцеллюлоза. Ее дает смешение азотной кислоты и древесной целлюлозы. Если эту смесь высушить, получится огнеопасное вещество под названием порох. Могу вас заверить (снова поворачивается к Леффертсу), что в действительности он не взрывается. В жидком виде – а я использую ее в жидком виде под именем коллодия – она делает кое-что весьма интересное. Глядите.

Леффертс смотрит, как Хайат добавляет в пробирку несколько капель красных чернил и нитроцеллюлоза приобретает насыщенный алый цвет. Затем Хайат погружает в жидкость подвешенный на нитке деревянный шар и вынимает его. Шар покрывается слоем красивого глянцевого пластика, который быстро твердеет. Леффертс ошеломлен.

ЛЕФФЕРТС

Невероятно! Можно потрогать?

ХАЙАТ

(польщенно). Да! Э-э-э… Постойте-ка, нужно еще немного высушить. Но у меня есть другие, уже готовые.

ЛЕФФЕРТС

(поигрывает искусственными бильярдными шарами, постукивая ими друг о друга). Итак, загадку вы разгадали. Так за чем дело стало? Они все еще взрывоопасны?

Леффертс вынимает изо рта сигару и осторожно тычет ею в шар, который дымится и вспыхивает. Хайат ловко выхватывает горящий шар из рук Леффертса и выбрасывает в окно.

ХАЙАТ.

Что ж, да, они воспламеняются. Конечно, они еще далеки от совершенства. Вообще-то уже поступало несколько жалоб – при столкновении на высокой скорости шары загорались. Но настоящая беда в другом: при ударе шары издают неправильный звук.

ЛЕФФЕРТС.

Тьфу ты, да кого вообще заботит, какой звук они там издают?

ХАЙАТ

Ох, еще как заботит. Меня, к слову, тоже. Но я не об этом хотел поговорить. Вот. Взгляните на это. (Вынимает из ящика какой-то предмет и передает его генералу.)

ЛЕФФЕРТС

(некоторое время смотрит на предмет). Гребень из слоновой кости. И что?

ХАЙАТ

Это не слоновая кость! (Радостно улыбается.) Ха-ха! Я одурачил вас. Это новый материал из той же смеси, в которую я опускал деревянный шар. Но теперь уже и шар не нужен. Я могу делать из нитроцеллюлозы предметы целиком. Добавляете керосину, нефтяного растворителя – и вуаля! Называется пластификация. (Возбужденно роется в ящике стола.) Тут у меня расческа для волос, а вот щетка для зубов, а это… ожерелье… (Протягивает все это генералу.)

Леффертс какое-то время молчит, осматривая предметы из поддельной слоновой кости.

ЛЕФФЕРТС

(понизив голос). Спрос на слоновую кость большой?

ХАЙАТ

Большой. Очень.

ЛЕФФЕРТС

Что нужно, чтобы наладить производство этих… как вы их называете?

ХАЙАТ

Они из целлюлозы, поэтому я называю их целлулоидами. Как вам?

ЛЕФФЕРТС

Меня устроит любое название. Что вам нужно, чтобы наладить промышленное производство целлулоидов?

ХАЙАТ

Время и деньги.

КОММЕНТАРИЙ КО ВТОРОЙ СЦЕНЕ

Факты переданы в точности, хотя диалоги выдуманы. Сейчас трудно поверить, что фундаментальное химическое открытие можно совершить в сарае. Но конец позапрошлого столетия был началом золотого века химической промышленности. Развивалась наука химия, а изобретение новых материалов стало коммерчески выгодным предприятием. Легко было раздобыть дешевые химикаты, так как их продажи никто не регулировал. Многие изобретатели работали на дому или даже, как Гудьир, в долговой тюрьме. Как только вулканизированный каучук Гудьира проявил себя в деле, спрос на безопасные, удобные и эластичные материалы вырос еще больше.

Понятие «пластмасса» относится к широкому спектру органических материалов (в основе их лежат углеродные соединения), твердых и поддающихся формовке. Материал Гудьира тоже был в каком-то смысле пластмассой, однако настоящую революцию произвело изобретение полностью искусственного пластика. Джон Уэсли Хайат и его брат устроили в сарае лабораторию. Отчасти их энтузиазм был подогрет объявлением в New York Times, которое сулило десять тысяч долларов изобретателю нового материала для бильярдных шаров. Финансово Хайата поддержал синдикат инвесторов под началом Маршалла Леффертса, отставного генерала, прошедшего Гражданскую войну.

Химическое сходство между целлулоидом и целлюлозой (сырьем для изготовления бумаги). Оба соединения представляют собой цепочки шестиугольников, образованных атомами углерода, водорода и кислорода и соединенных одним атомом кислорода

Владельцы салунов жаловались на взрывы шаров с коллодиевым покрытием. Как выразился один из них: «Всякий раз, когда шары сталкивались, люди хватались за оружие». В наши дни шары для пула и снукера изготавливаются из пластмассы под названием фенольная смола, из целлулоида же производят только мячики для настольного тенниса.

СЦЕНА ТРЕТЬЯ

МЕСТО ДЕЙСТВИЯ: ПОХОРОННОЕ БЮРО В САН-ФРАНЦИСКО

На рабочем столе бальзамировщика – обнаженное тело Итана, одежда которого валяется на полу. Вокруг на скамьях еще несколько свежих трупов. Кровь капает из ран и собирается в лужицы. В воздухе крепкий настой химикалий мешается с приторным, более едким запахом разлагающегося тела. БИЛЛ наблюдает, как БАЛЬЗАМИРОВЩИК смывает кровь с тела Итана.

БИЛЛ

Скажите, сколько у меня еще времени?

БАЛЬЗАМИРОВЩИК

Чтобы привезти его родителей?

БИЛЛ кивает.

БАЛЬЗАМИРОВЩИК

Обычно все занимает три дня.

БИЛЛ

(сквозь зубы). Как насчет необычных обстоятельств?

БАЛЬЗАМИРОВЩИК

Что ж, у меня есть немного нового формальдегида. Достаточно, чтобы сохранить тело в приличном виде, но это дорого. Я могу сделать операцию дешевле, с мышьяком, но он будет выглядеть похуже.

Билл молчит, уставившись на мертвого брата.

БАЛЬЗАМИРОВЩИК

Я слышал, это случилось из-за новых бильярдных шаров, которые сделал тот парень из Нью-Йорка? Я читал в газете. Ученый и изобретатель – так о нем пишут. Вроде Эдисона, который придумал электрические лампочки, только неудачливый, по общему мнению.

БИЛЛ

Из Нью-Йорка? Богатый?

БАЛЬЗАМИРОВЩИК

Надо полагать, да.

Билл идет к дверям.

БАЛЬЗАМИРОВЩИК

Эй, куда это вы? А что прикажете делать с телом вашего брата?

КОММЕНТАРИЙ К ТРЕТЬЕЙ СЦЕНЕ

В 1869 году уже были известны основные принципы искусственного охлаждения, однако прошло целых полвека, прежде чем появились морозильные камеры. В жарких странах, когда кто-нибудь умирал, можно было поступить двумя способами: похоронить (кремировать) или забальзамировать тело. Для бальзамирования применяли спирт или особые растворы ядовитых веществ, например мышьяка, пока в 1867 году немецкий химик Август Вильгельм фон Гофман не открыл формальдегид. По сравнению с более ранними аналогами, формалин замечательно фиксировал ткани, так что мертвое тело выглядело почти как живое, и вскоре этот препарат стали предпочитать всем остальным. Ленин, Ататюрк, принцесса Диана – их тела сохранил формалин.

В наши дни уже применяется новая технология, а именно пластинация, разработанная Гюнтером фон Хагенсом. Суть ее в том, что тело освобождают от жидкостей и жиров (точнее, любых липидов) и с помощью вакуума замещают их силиконовым каучуком и эпоксидной смолой (универсальный материал, используемый в производстве красок, различных видов клея и эластичных изделий). Как и формалин, пластинация создает видимость живой плоти, но лишь потому, что за счет жесткой пластмассы телу можно придать естественные, живые позы. Выставка забальзамированных тел во всевозможных позах – «Тайны тела» (Körperwelten, нем.) – разъезжает по миру с 1995 года, ее посмотрели уже миллионы людей.

СЦЕНА ЧЕТВЕРТАЯ

ЗАЛ СУДА, НЬЮ-ЙОРК, НЕСКОЛЬКО ЛЕТ СПУСТЯ

АДВОКАТ интересуется патентными правами на новую целлулоидную пластмассу, которую компания Хайата использует в производстве всего на свете: от расчесок и зубных щеток до рукоятей столовых приборов и даже искусственных зубов, делая на этом огромные деньги. Нанял адвоката Дэниел Спилл, английский изобретатель, который утверждает, что годом ранее изобрел точно такой же материал – ксилонит. В первом ряду полупустого зала сидит генерал ЛЕФФЕРТС, инвестор Хайата, и внимательно слушает доводы обвинения.

АДВОКАТ

Вы говорите, что изобрели целлулоид, когда пытались создать материал-заменитель для… бильярдных шаров?

ХАЙАТ

Да, все верно. Целлулоид я использовал для имитации слоновой кости, которой покрывают деревянные шары. Однако я пришел к выводу, что, если бы можно было превратить покрытие в твердый материал, дерево бы уже не понадобилось. И я получил бы звук слоновой кости.

АДВОКАТ

Звук слоновой кости? Очень странная история, вы не находите?

ХАЙАТ

Сколько же можно объяснять! Любой игрок в бильярд скажет вам, что стук шаров – это часть удовольствия, без которого нет игры.

АДВОКАТ

Таким образом, вы отрицаете тот факт, что в 1869 году получили из Лондона сведения о материале под названием ксилонит, созданный в точности таким же преобразованием того же самого материала (сверяется со своими записями) – нитроцеллюлозы в практически идентичную твердую пластмассу с применением (снова сверяется с записями) камфоры в качестве растворителя? Именно камфора в конечном счете превращает коллодий в то, что вы называется целлулоидом, не так ли? И мы должны поверить, что все это чистая случайность?

ХАЙАТ

Нет! То есть да. Я все отрицаю. Все от начала до конца. (Багровеет от гнева.) Я открыл этот метод абсолютно самостоятельно.

АДВОКАТ

Сами вы открыли этот метод или нет, едва ли имеет значение, мистер Хайат. О чем вам хорошо известно. Имеет значение то, что существует ранее выданный патент, который защищает важнейший процесс, на котором построен ваш бизнес, и этот патент принадлежит моему клиенту, мистеру Дэниелу Спиллу, Лондон, Англия, которому вы не заплатили.

ХАЙАТ

Дэниел Спилл! Смешно! Какой же он изобретатель, он авантюрист, бизнесмен, да и то никудышный! Все свои идеи он черпает из трудов Александра Паркса, настоящего ученого, создателя паркезина. Спилл просто его копирует. А теперь он хочет нажиться на моем честном труде! (Поворачивается к судье, который сидит с отсутствующим видом.) Это безобразие, ваша честь.

АДВОКАТ

Таким образом, теперь мы должны поверить, что вы тем или иным путем были ознакомлены с работами Александра Паркса, но при этом ничего не слышали о работах мистера Дэниела Спилла?

ХАЙАТ

О каких работах? Его материал не работает! Если формально я не имею авторских прав на целлулоид, то тем более их не имеет и Спилл. Первую пластмассу получил именно Александр Паркс. В 1862 году. Все это знают. Паркс просто не нашел ей применения. А я нашел – не скопировал, как некоторые; нашел ценой труда и систематических экспериментов. (Опять поворачивается к судье, который явно скучает и то и дело вытаскивает из кармана часы.) Я просто хочу, чтобы финансовые паразиты не мешали мне работать!

ЛЕФФЕРТС до поры до времени весь внимание, но после того как Хайат признается, что ему известно о паркезине, ненадолго опускает глаза и что-то обдумывает, а затем встает и уходит.

КОММЕНТАРИЙ К ЧЕТВЕРТОЙ СЦЕНЕ

Несмотря на то, что похожие материалы существовали и раньше, целлулоид был признан первой коммерчески ценной пластмассой. На Международной выставке в 1862 году британский металлург, химик и изобретатель Александр Паркс предъявил весьма любопытную субстанцию растительного происхождения – твердую, прозрачную и пластичную. Он назвал ее паркезином. Паркс тоже бредил идеей превращения коллодия в пластмассу, но так и не смог подобрать растворитель, способный сделать нитроцеллюлозу пригодной к формовке. Хайат использовал для этого камфору, получаемую из древесной смолы с отвратительным запахом, – и трюк удался.

В это же время в Англии Дэниел Спилл повторил эксперимент Паркса, подал заявку на изобретение и запустил в производство точно такую же пластмассу, но уже под названием ксилонит. Хотя это начинание потерпело фиаско, Дэниел Спилл подал в суд на Хайата, заявив, что обладает приоритетным правом на использование камфоры в качестве растворителя. Согласно постановлению суда предприятие Хайата было закрыто. В итоге суд решил, что ни Спилл, ни Хайат не могут претендовать на изобретение нитроцеллюлозной пластмассы. Это открыло перед пластмассовой индустрией перспективы широкой конкуренции и инноваций.

СЦЕНА ПЯТАЯ

МЕСТО ДЕЙСТВИЯ: БУДУАР МАРИИ ЛУИЗЫ, БОУЛДЕР, КОЛОРАДО

МАРИЯ ЛУИЗА – преуспевающая владелица единственного в городе магазина. В продолжение всего разговора с БИЛЛОМ она сидит напротив зеркала и прихорашивается к вечеру – расчесывает волосы, подбирает украшения.

МАРИЯ ЛУИЗА

Ах, Билл, ты хочешь взять меня в жены только затем, чтобы прибрать к рукам мои денежки и снова разъезжать по миру. Я знаю, именно это ты и замышляешь.

БИЛЛ

В Нью-Йорке у меня дела с одним человеком. Я вернусь, как только мы все уладим.

МАРИЯ ЛУИЗА (смеется). Вот оно что! Ладно, если я выйду замуж, то я хочу по любви, Билл. Я хочу гулять, держась за руки. Я хочу взять дорожный экипаж и отправиться на пикник в сад, где ты будешь кормить меня виноградом… (Глупо хихикает, представив себе эту картинку.)

БИЛЛ

Пикник?

МАРИЯ ЛУИЗА

Да, Билл, пикник. Я хочу, чтобы меня уважали, и хочу быть свободной. Вот чего я хочу от брака. И еще я хочу, чтобы ты сходил к дантисту. Я ни за что не выйду замуж за беззубого, на этот счет у меня твердое мнение.

Мария Луиза примеряет бусы. Билл со злостью вскакивает, грубо вырывает украшения у нее из рук и швыряет в угол.

БИЛЛ

Какого черта ты трясешься над этим барахлом?

МАРИЯ ЛУИЗА

Билл, прекрати! Ты всегда становишься таким, когда мы говорим о серьезных вещах!

БИЛЛ

Это пластмасса, Мария Луиза, всего лишь пластмасса. Это не настоящие драгоценности, а ты не настоящая леди. Это фальшивые украшения для фальшивой души.

МАРИЯ ЛУИЗА

По крайней мере, у меня есть стремления, Билл, и четкие требования. Если ты хочешь, чтобы я серьезно обдумала твое предложение, ты знаешь теперь, что мне от тебя нужно…

КОММЕНТАРИЙ К ПЯТОЙ СЦЕНЕ

Бум целлулоида пришелся на семидесятые годы XIX века. Его выпускали во всех мыслимых и немыслимых формах, цветах и фактурах. Но главное, целлулоиду можно было придать сходство с дорогими материалами – слоновой костью, черным деревом, черепаховым панцирем и перламутром, и первые пластмассы предназначались именно для этого. Целлулоид был очень дешевым, поэтому продажа гребешков, бус и фальшивого жемчуга молодому среднему классу, который жаждал, но не мог позволить себе роскошной жизни, сулила большую выгоду коммерсантам.

СЦЕНА ШЕСТАЯ

МЕСТО ДЕЙСТВИЯ: КАБИНЕТ ДАНТИСТА

Простая комната в деревянном доме, с большим креслом посередине и несколькими столами с железными инструментами, разложенными в строгом порядке. Сертификат на стене сообщает, что в 1865 году Гарольд Клэй Болтон с успехом завершил обучение в Цинциннатской школе стоматологии. Из единственного окна открывается вид на поросшую кустарником местность. Середина лета. На улице жарко и влажно.

ДАНТИСТ

Сэр, пожалуйста, снимите рубашку, садитесь здесь и устраивайтесь поудобнее. (Указывает на кресло.)

БИЛЛ

(садится, но рубашку не снимает). Сколько это будет стоить?

ДАНТИСТ

Пока не знаю. В зависимости от того, чего вы хотите.

БИЛЛ

Я хочу зубы. Все просто.

ДАНТИСТ

Хорошо, сэр, однако мне нужно для начала осмотреть ваш рот, чтобы понять, какие именно искусственные зубы вам подойдут. Я боюсь, ваша рубашка может испачкаться, если вы ее не снимете.

БИЛЛ

Вы не будете ничего делать, просто посмотрите, верно?

ДАНТИСТ

Да, но…

БИЛЛ

Ну так смотрите уже.

ДАНТИСТ

Мне нужно снять слепок с вашей челюсти с помощью этого (показывает Биллу гипсовый порошок). Далее, смотря сколько зубов вам нужно, я могу взять либо резину, либо замечательный новый материал – во рту он ощущается на порядок лучше.

БИЛЛ

Меня это не волнует. Я просто хочу, чтобы эта штука хорошо служила.

ДАНТИСТ

О, целлулоид определенно хорош. Восхитительно легко принимает нужную форму и…

БИЛЛ

Что?!

ДАНТИСТ

Целлулоид. Это совсем новый современный материал, абсолютно безопасный и крепкий, если вы понимаете, o чем я. Он идеально подходит для наших целей. Обычно применяют… (Останавливается, видя, что Билл вскипает.) Сэр?.. Я что-то не так сказал?

БИЛЛ

Черт побери! Нигде не скрыться от этой гадости!

ДАНТИСТ

Но, сэр, пластмасса – это действительно лучший материал, почти не ощущается во рту… (Идет за Биллом в сторону двери.) Сэр, что случилось? Я не понимаю… (Кладет Биллу руку на плечо.)

Билл злобно скидывает руку, вынимает пистолет и наставляет дуло на дантиста.

БИЛЛ

Я скажу вам, что случилось: это вы виноваты! (Переводит дуло на инструменты и препараты.) Вы все!

КОММЕНТАРИЙ К ШЕСТОЙ СЦЕНЕ

Как ни странно, Хайат и в самом деле пытался построить целлулоидный бизнес на производстве искусственных зубов, но пластмасса была неподходящим для этого материалом: зубы теряли форму под воздействием тепла и сильно отдавали камфорой. Впрочем, у резиновых зубов был серный привкус, так что вряд ли они могли выиграть битву за потребителя. Обладателям искусственных зубов пришлось ждать XX века, когда изобрели акриловую пластмассу, причиняющую гораздо меньше неудобств, безвкусную и почти неощутимую.

СЦЕНА СЕДЬМАЯ

МЕСТО ДЕЙСТВИЯ: КАБИНЕТ ХАЙАТА, НЬЮ-ЙОРК

Джордж ИСТМЕН, производитель фотокамер, пришел на встречу с Хайатом в его кабинет – застекленный закуток на втором этаже целлулоидной фабрики.

ХАЙАТ.

…Уверен, мы сумеем изготовить корпус более светонепроницаемый, чем у ваших деревянных ящиков, и при этом цельный. В то же время он будет значительно легче металла.

ИСТМЕН

Я пришел сюда не для того, чтобы обсуждать камеры.

ХАЙАТ.

В самом деле?

ИСТМЕН

В самом деле. (Повернувшись спиной к Хайату, молча наблюдает за рабочими.) Насколько тонким можно сделать целлулоид?

ХАЙАТ

Вот вы о чем. Что же, я начинал с целлулоидных покрытий, если вам интересно.

ИСТМЕН

(Поворачивается к Хайату, очевидно обдумывая какое-то решение.) Что вы знаете о фотопластинках?

ХАЙАТ.

Практически ничего… Их делают из стекла, я прав?

ИСТМЕН

Да, верно, из стекла, покрытого светочувствительным гелем.

ХАЙАТ

Таким образом… Вы хотите использовать целлулоид вместо геля?

ИСТМЕН

(В глазах его мелькает озорство.) Я хочу использовать целлулоид вместо стекла.

ХАЙАТ

(Пытается понять.) Хм… небьющиеся фотопластинки?

ИСТМЕН

Вы представляете, сколько пластинок может взять с собой фотограф с учетом необходимого оборудования?

Хайат качает головой.

ИСТМЕН

Максимум десять, может быть пятнадцать. Нужно вьючное животное, чтобы носить всю эту тяжесть. На крайний случай слуга или даже двое слуг – дороговато, эдакая забава для богатых.

ХАЙАТ. Вы полагаете, фотопластинки из пластмассы приведут к удешевлению?

ИСТМЕН. Я хочу, чтобы фотография была доступна каждому. Хочу сделать камеру настолько дешевую и легкую, что можно будет брать ее на вечеринку в честь дня рождения, или на пикник, или в отпуск, или…

ХАЙАТ

На пляж!

ИСТМЕН

Именно! Фотоаппарат должен быть как можно компактнее и легче. Поэтому так важно избавиться от тяжелых стеклянных пластин. (Серьезно смотрит на Хайата.) Я придумал такой фотоаппарат. Секрет в том, чтобы нанести фотоэмульсию на длинную и гибкую пластинку. Тогда можно будет запечатлеть двадцать или даже тридцать изображений на пленке, накрученной на маленькую катушку. Я называю это камерой Kodak и уверен, каждый сможет позволить себе такую. Я подарю искусство фотографии всему миру!

ХАЙАТ

Что ж, это самая гибкая пластинка… У вас уже есть технология?

ИСТМЕН

Пока нет. Мы используем бумагу, но она не годится.

ХАЙАТ

И вы хотите вместо нее использовать целлулоид?

ИСТМЕН

Это возможно?

КОММЕНТАРИЙ К СЕДЬМОЙ СЦЕНЕ

Стекло, одновременно прозрачное и химически инертное, отлично подходило для фотопластинок. Однако они были тяжелыми, громоздкими и дорогими, поэтому профессиональные занятия фотографией могли позволить себе только богатые люди. Джордж Истмен придумал целлулоидную пленку в качестве замены фотопластинам – изобретение столь же революционное, как и портативные фотоаппараты Kodak. Заменив стекло гибкой пленкой, которую можно было сворачивать, он сделал камеры компактнее, легче и дешевле. Истмен подарил искусство фотографии массам. Недорогим портативным аппаратом можно было пользоваться ежедневно – таким образом Истмен открыл новый способ делиться семейными воспоминаниями. В наше время катушка с пленкой стала уже раритетом, ее сменили цифровые аналоги. Тем не менее изобретение целлулоидной фото– и кинопленки – поворотный момент в истории визуальной культуры.

СЦЕНА ВОСЬМАЯ

МЕСТО ДЕЙСТВИЯ: КАБИНЕТ ХАЙАТА, НЬЮ-ЙОРК, НЕСКОЛЬКО ЛЕТ СПУСТЯ.

На часах далеко за полночь. Нигде, кроме стеклянного закутка, не горит свет. ХАЙАТ колдует над странным аппаратом. Внезапно он слышит шум и поднимает глаза.

ХАЙАТ

Кто там? (Возвращается к работе, но шум раздается снова.) Кто там?.. Есть там кто-нибудь?.. Бетти, это ты?..

Медленно поворачивается дверная ручка, дверь отворяется. Сперва не видно никого, затем в проеме возникает силуэт БИЛЛА. Он пьян.

БИЛЛ

Так-так, посмотрите-ка, кто тут у нас.

ХАЙАТ

Вы кто? Ночной сторож? Пожалуйста, выйдите и больше не беспокойте меня.

БИЛЛ

Я не ночной сторож, но я стерегу. Тебя стерегу.

ХАЙАТ

Что вы имеете в виду? Выйдите! (Встает.) Вы слышите меня?

БИЛЛ

Ну уж нет. И нечего мне указывать. Это я должен указывать, если уж на то пошло. (Достает пистолет и берет на прицел Хайата.) Садись.

ХАЙАТ

Если вы пришли за деньгами, то их здесь нет. Все в банке. Деньги забирают отсюда каждый день.

БИЛЛ

Я сказал, сядь.

ХАЙАТ

Да кто же вы такой?

БИЛЛ

Ты убил моего брата, и я пришел вернуть должок. Справедливо? Поэтому я буду твоим… палачом.

ХАЙАТ

Да о чем вы говорите? Я в жизни никого не убивал. Это какая-то ошибка.

БИЛЛ

Нет тут никакой ошибки. Это ты сделал те шары, которые его убили. Долго я тебя выслеживал, считай, десять лет, как его застрелили… А теперь я здесь.

ХАЙАТ

Да, я что-то слышал. Кто-то играл в пул моими новыми шарами, и его застрелили. Но это вышло случайно. Это не моя вина, меня там не было!

БИЛЛ

Это твоя вина! Это все твоя вина! Заткнись! Я покончу со всей этой ерундой. (Показывает на фабрику.) Это против природы – вот почему умер мой брат. Ты шутишь с природой, всюду суешь свою идиотскую пластмассу, внушаешь им, что она такая же ценная, как слоновая кость, делаешь деньги на бабской страсти к побрякушкам, выставляешь всех дураками. Но только не меня. Меня так просто не обманешь этими вашими пластмассовыми зубами. Кто-то должен это остановить. И это буду я.

ХАЙАТ

Пожалуйста, пожалуйста, не убивайте меня! Пожалуйста. Выслушайте меня. Этот материал, пластмасса, которую вы ненавидите, даст вам и таким, как вы, очень много – гораздо больше, чем кому бы то ни было еще! Она обессмертит вас! Она уподобит вас богам – я знаю!

БИЛЛ

Что за чушь ты несешь?

ХАЙАТ

Проблема фотографической чувствительности решена! Движущиеся картинки, ты их разве не видел? Истории на серебристом экране. Герои вроде тебя, отважные ковбои, покорители Запада! В городах люди в очередь выстраиваются, чтобы на них посмотреть. И все благодаря этой чудесной прозрачной и гибкой пленке – она одна способна на такое! Вот как надо рассказывать истории. Смотри, у меня тут есть проектор. Я как раз собирался зарядить фильм. Давай я покажу тебе.

БИЛЛ

Нет, это все бред, это все…

За спиной у Билла кто-то зажигает свет, слышится шум шагов. Появляется НОЧНОЙ СТОРОЖ, он держит в руках фонарь.

НОЧНОЙ СТОРОЖ

Все в порядке, мистер Хайат? Я слышал крики.

Билл, убегая, толкает ночного сторожа. Тот роняет фонарь, пламя падает на бракованную кинопленку, и она мгновенно вспыхивает. Хайат и ночной сторож пытаются затушить пожар, но в коробках и на столах слишком много огнеопасного целлулоида. Они едва успевают выбраться и беспомощно наблюдают снаружи, как фабрику пожирает огонь.

КОММЕНТАРИЙ К ВОСЬМОЙ СЦЕНЕ

Катушки целлулоидной пленки дала жизнь кинематографу. Сама идея, что изображенный предмет можно «двигать», последовательно меняя картинки, известна не одну сотню лет, но пока не появился гибкий прозрачный материал, в реальности существовал лишь вращающийся барабан зоотропа. Все изменил целлулоид: серия фотоснимков запечатлевалась на пленке и быстро прокручивалась, создавая иллюзию движения. Теперь можно было показывать более длинную, чем на зоотропе, последовательность кадров, а также проецировать движущиеся образы на экран для большой аудитории в театре. Счастливая идея пришла в голову братьям Люмьер – и началась история кино.

Снимок печально знаменитой «Дикой банды» грабителей поездов и ее предводителя Бутча Кэссиди сделан в 1900 году в техасском Форт-Уэрте (на стр. справа). Их преступные деяния вполне отражают наши представления о Диком Западе тех времен – эпохе беззакония и насилия с одной стороны и технических прорывов (поезда, машины, самолеты и, конечно же, пластмасса) – с другой. Несомненно, «подвиги» банды забылись бы, если бы не фильм 1969 года с Полом Ньюманом в роли Бутча Кэссиди и Робертом Редфордом в роли Сандэнса Кида. Фильм был снят на целлулоидную кинопленку и, как и многие вестерны, обессмертил и овеял романтическим ореолом давно ушедший мир.

Пластмассы, появившиеся вслед за целлулоидом, – бакелит, нейлон, винил и силикон – обладали созидательной силой и оказали не меньшее влияние на культуру. Бакелит заменил дерево, когда первым телефонам, радиоприемникам и телевизорам понадобились корпуса из современного материала. Гладкий нейлон нашел применение в легкой промышленности, заменив шелк, из которого раньше делали чулки, и породил целое семейство тканей: лайкру, полиамид (поливинилхлорид), а также группу эластомеров, избавивших нас от мешковатой верхней одежды и спадающих брюк. С винилом связаны перемены в музыке – в том, как мы записываем ее и слушаем. Рокзвезды – дети виниловой эры. А силикон – что ж, силикон и пластическая хирургия превратили мечту в реальность.

Без пластмассы не было бы ни фильма «Бутч Кэссиди и Сандэнс Кид», ни камеры, ни вообще кино, а визуальная культура была бы совершенно другой. Поэтому, хоть я против засилья пластиковой упаковки, надеюсь, я доказал, что если и есть в мире место, где фантик из синтетики может чувствовать себя как дома, то это кинотеатр.

КОНЕЦ

7. Прозрачность

Путешествуя на машине по проселочным дорогам Андалузии в 2001 году, я подпал под чары оптического эффекта. Мой путь лежал через оливковую плантацию, которых много в этих краях. Мимо идеальными рядами проносились деревья, и я поймал себя на том, что слежу, как они мелькают одно за другим, словно кадры немого кино. Старые оливы как будто развлекали меня волшебными трюками, облегчали долгое путешествие по липкой жаре. Быстрые кадры с одинаковыми деревьями, тянувшимися бесконечными рядами, завораживали. Я переводил взгляд с дороги на деревья, потом снова на дорогу и опять на деревья, а потом я врезался в трактор.

До сих пор не понимаю, откуда он возник прямо у меня перед носом. Я ударил по тормозам, и меня отбросило с водительского сиденья на лобовое стекло. В память врезался момент удара, внезапный стоп-кадр, когда стекло вокруг меня покрылось трещинами. Непередаваемое ощущение. Было похоже, словно я врезался в стену из прозрачных кусочков имбирного печенья.

Песок – это множество микроскопических камешков, отколовшихся от скал под воздействием ветра, волн и других испытаний, выпадающих на долю камня. Вглядевшись в песчинки, можно увидеть, что по большей части они состоят из кристаллов диоксида кремния – то есть кварца. В мире существуют огромные запасы кварца, потому что его молекулы (SiO_2) – это продукт реакции двух самых распространенных элементов земной коры: кислорода и кремния. Кристалл кварца – это всего лишь регулярно расположенные молекулы кварца, точно так же как кристалл льда – это регулярно расположенные молекулы Н_2О, а железо – регулярно расположенные атомы железа.

При нагревании молекулы диоксида кремния получают энергию и вибрируют, однако до достижения определенной температуры они не смогут разорвать связи, удерживающие их вместе. Такова особенность любого твердого тела. При дальнейшем нагревании энергия вибраций достигнет критической величины – точки плавления, и тогда молекулы смогут разорвать связи и разлететься в беспорядке, став жидким диоксидом кремния. Молекулы воды делают то же самое, когда тают кристаллики льда. Но между водой и диоксидом кремния есть важное различие.

Если заморозить талую воду, ее молекулы, как все мы хорошо знаем, с легкостью опять превратятся в лед. Это происходит снова и снова: и лед, мешающий открыть морозилку, и снег, покрывающий горные вершины, – все это вода, повторно замороженная до состояния кристаллов. Симметричной структуре молекул воды снежинки обязаны изяществом своих узоров.

Воду можно нагревать и замораживать сколько угодно, и каждый раз кристаллы будут менять форму. С диоксидом кремния все иначе. Когда жидкий диоксид остывает, его молекулам очень сложно опять образовать кристалл, как будто они не могут припомнить, как это делается: какая молекула и куда должна встать, кто за кем следует. По мере остывания молекулы теряют энергию и, соответственно, подвижность: им все сложнее занять правильное место в кристаллической решетке. В результате образуется твердый материал с хаотичной молекулярной структурой жидкости – стекло.

Различие между кристаллом кварца и аморфным стеклом

Поскольку все, что нужно для создания стекла, – это невозможность сформировать кристалл, может показаться, что сделать стекло довольно легко. Но это не так. Разведите огонь в пустыне, пусть ветер раздует пламя – возможно, вам удастся раскалить песок так, что он расплавится в полупрозрачную вязкую жидкость, которая затвердеет после остывания и действительно станет стеклом. Но почти наверняка оно будет бурым, слоистым, со множеством твердых, нерасплавленных песчинок и вскоре рассыплется, снова обратясь в песок пустыни.

Трудностей тут две. Во-первых, минеральный состав большей части песка не позволяет сделать из него хорошее стекло: в химии бурый цвет считается тревожным знаком, подсказкой, что в материале полно мусора. Это как с красками: бессистемное смешение цветов дает нечто серо-бурое, грязь. Хотя некоторые добавки, так называемые флюсы, например карбонат натрия (сода), способствуют образованию качественного стекла, большинство примесей этому только мешает. Песок действительно состоит в основном из кварца, но ветром в него наносит много всякой всячины. И второе: даже если бы песок имел правильный химический состав, температура, необходимая для его плавления, составляет около 1200 °C, что гораздо выше температуры обычного пламени – 700–800 °C.

Впрочем, молния может выполнить работу огня. Удар молнии раскаляет место удара до температуры свыше 10 000 °C – более чем достаточно для плавления. В местах удара находят стеклянные стержни под названием фульгуриты. Эти причудливые обуглившиеся тела – точь-в-точь молнии, которые, говорят, швырял в порыве гнева скандинавский бог Тор. Само слово происходит от латинского fulgur, что значит «молния». Стеклянные стержни на удивление мало весят, поскольку они полые. Шершавые снаружи, они обладают гладкой внутренней поверхностью, которая получается за счет испарения песка в момент удара. Из дыры, пробитой молнией, горячий воздух устремляется вверх, а расплавленный песок выстилает стенки воздушной трубки. После этого жáра хватает лишь на то, чтобы сварить вместе остывшие песчинки и образовать шершавую оболочку.

Такие фульгуриты находят в Ливийской пустыне

Цвет фульгуритов зависит от состава песка; так, например, кварцевые стержни прозрачны. Попадаются и серо-черные фульгуриты. В длину эти образования могут достигать пятнадцати метров. Они весьма хрупки, поскольку в основном состоят из полурасплавленного песка. До недавнего времени они считались не более чем курьезом природы. Но, поскольку с самого начала в них попадают пузырьки воздуха, то древние фульгуриты могут сообщить ценные сведения о климате пустынь в далекие эпохи, а значит, пролить свет на глобальное потепление.

В Ливийской пустыне есть участок исключительно чистого, белого, почти беспримесного кварцевого песка. Если как следует поискать, здесь можно обнаружить редкую форму стекла, не уступающего в прозрачности современному и совсем не похожего на грязноватый и шершавый фульгурит. Из куска такого пустынного стекла сделана центральная часть украшения в виде жука-скарабея, найденного в гробнице Тутанхамона. Известно, что ливийское стекло не было изделием древних египтян, поскольку его возраст, по недавним подсчетам специалистов, составляет 26 миллионов лет. Единственный известный аналог был найден в 1942 году после испытаний ядерной бомбы «Тринити» на полигоне «Белые пески» в штате Невада. Поскольку 26 миллионов лет назад в Ливийской пустыне не взрывали никакой атомной бомбы, остается только предположить, что экстремально высокая температура, необходимая для образования оптически чистого стекла, стала следствием падения метеорита, сопровождавшегося гигантским выбросом энергии.

Нагрудное украшение со скарабеем, найденное на мумии Тутанхамона. Фигура жука выполнена из пустынного стекла

Но если нет под рукой метеорита или ядерной бомбы, как в таком случае получают стекло? То самое стекло, которое вставляют в очки и в окна, из которого сделаны стаканы?

Хотя египтяне и греки достигли успехов в производстве стекла, только римляне по-настоящему внедрили его в повседневную жизнь. Именно они открыли эффект флюса – в те времена это был углекислый натрий, природная разновидность карбоната натрия. Благодаря добавке изготовление прозрачного стекла не требовало нагрева до температуры плавления чистого кварца. Стекло производили лишь там, где имелось подходящее сырье и топливо для плавильных печей. Оттуда по разветвленным торговым путям стекло доставляли во все концы Римской империи, где мастера превращали его в полезные предметы. Ничего революционного в этом не было, так происходило и раньше, однако значительное удешевление стекла, согласно Плинию Старшему, сделало его доступным обычным гражданам. Пожалуй, наилучшим образом иллюстрируют римскую любовь к стеклу творческие решения стекольщиков. К примеру, они изобрели застекленное окно. До римлян окна были открыты ветру. Правда, на случай шквала и дождя существовали ставни и полотняные занавеси, но идея прозрачного материала, который мог бы защитить от непогоды, была поистине революционной. И хотя стеклышки в окнах с частыми свинцовыми перемычками были невелики по размеру (тогда не умели делать большие оконные стекла), однако именно с римлян пошло увлечение стеклом в архитектуре.

До появления прозрачного стекла зеркалом служила отполированная до блеска металлическая поверхность. Римляне догадались, что слой прозрачного стекла защитит металлическую поверхность от царапин и ржавчины, а заодно позволит уменьшить толщину металлической подложки до малой доли миллиметра. Это существенно удешевило зеркала и увеличило их долговечность, не говоря уже о четкости отражения. Почти все современные зеркала делают по тому же принципу.

Однако зеркала были не единственным римским нововведением. До нашей эры стекло плавили и разливали в специальные формы. Этого было достаточно для изготовления грубых предметов, однако изящество достигалось ценой непомерных усилий. Например, стоило большого труда залить густую вязкую массу в форму с узкой прорезью, чтобы получить тонкостенный бокал для вина. Римляне, однако, подметили, что при нагревании стекло обретает пластичность. Металлическими щипцами горячему стеклу можно было придать любую форму. Римляне даже умели вдувать воздух в раскаленное стекло. Остывая, оно превращалось в идеальный шар. Римские мастера выдували тончайшие, изысканнейшие бокалы, которых мир прежде не видывал.

Раньше сосуды для питья всегда были непрозрачными, их делали из металла, керамики или рога. Вино оценивали исключительно по вкусовым качествам. С изобретением бокала цвет, прозрачность и отсутствие примесей также стали важными характеристиками напитка. Мы привыкли видеть, что мы пьем, но римлянам это было в новинку. Прозрачные бокалы пришлись им по душе.

Вершина технической и культурной мысли своего времени, по сравнению с современными бокалами они, однако, все равно были слишком грубыми и несовершенными. Их главным недостатком были многочисленные мелкие пузырьки, которые не только портили впечатление, но и ослабляли материал. При любом механическом сотрясении – когда вы чокаетесь бокалом, или роняете его случайно на пол, или по другой причине – стекло поглощает силу удара, рассеивая ее между атомами, тем самым уменьшая нагрузку на каждый атом в отдельности. Атом, не выдержавший нагрузки, срывается со своего места, в кристалле возникает дефект. У атомов, оказавшихся вблизи дефекта или трещины, мало соседей, способных удержать их на месте и разделить с ними нагрузку. Такие одинокие атомы особенно рискуют сорваться. В разбивающемся стекле возникает цепная реакция: сила, оказавшаяся чрезмерной для одного атома, срывает его с места, а он тянет за собой соседа. Чем сильнее сотрясение, тем меньшего количества пузырьков и тем менее глубокой трещины достаточно для запуска цепной реакции. Иными словами, крупные пузырьки в стекле бокала означают, что он не выдержит серьезной механической нагрузки.

Чрезмерной хрупкостью стекла, возможно, объясняется долгое небрежение им после римлян, добившихся таких успехов в его изготовлении. Китайцы торговали римским стеклом и знали секрет его производства, но сами не развивали технологию. Это весьма удивляет, если вспомнить, что в искусстве обработки материалов китайцы опережали европейцев еще целое тысячелетие после того, как пала Римская империя. Китайцы были настоящими знатоками бумаги, древесины, керамики и металлов, но почти не интересовались стеклом.

В Западной Европе, напротив, мода на стеклянные бокалы заставляла ценить и почитать стекло, что в конце концов оказало глубокое влияние на культуру. В Европе, особенно в Северной, оконные стекла, пропускавшие свет, но не впускавшие внутрь дождь, ветер и холод, были слишком желанным предметом, чтобы не задуматься о технологии их производства. Однако поначалу умели делать лишь маленькие, довольно чистые и прочные, стеклышки – несколько таких стекол скрепляли свинцом, чтобы закрыть оконный проем целиком. Иногда их окрашивали цветной глазурью. Цветные витражи – признак богатства и утонченного вкуса – совершенно изменили архитектуру европейского собора. Со временем ремесленники – мастера по цветному стеклу – достигли такого же высокого положения в обществе, как и каменотесы. В Европе расцвело новое искусство остекления окон.

На Востоке пренебрежительное отношение к стеклу не менялось вплоть до XIX века. Все это время китайцы и японцы закрывали окна бумагой, которая исправно служила, но развитие архитектуры на Востоке пошло совсем иным путем, чем на Западе. Отсутствие стеклодувной технологии у этих народов означало, что, несмотря на всю их техническую грамотность, они не могли изобрести ни телескоп, ни микроскоп – два главных оптических инструмента, с которыми их познакомили западные миссионеры. Помешало ли это китайцам извлечь максимум пользы из своего технического превосходства и стать во главе научно-технической революции, как это произошло с европейскими странами в XVII веке, сказать невозможно. Но без телескопа точно не увидеть спутников Юпитера, не разглядеть планетоид Плутон, не сделать астрономических вычислений, которые лежат в основе современного понимания Вселенной. Без микроскопа глаз не различит бактерий; невозможно систематически изучать микромир, что крайне важно для развития медицины и инженерного дела.

Так откуда же у стекла это чудесное свойство – прозрачность? Каким образом свет проходит сквозь плотное, без внутренних разрывов, вещество, в то время как большинство других материалов его не пропускает? В конце концов, стекло состоит из тех же атомов, что и песок. Так почему же в песке они непрозрачны, а в стекле идеально прозрачны и способны преломлять свет?

Стекло состоит из атомов кремния и кислорода. В центре каждого атома находится ядро из протонов и нейтронов, окруженное разным количеством электронов. Размеры ядра и отдельных электронов ничтожны по сравнению с размером всего атома. Если бы атом был стадионом, то ядро было бы горошиной в центре поля, а электроны – песчинками на трибунах. Итак, любой атом – и, следовательно, любой материал – состоит в основном из пустоты. А это означает, что у света достаточно пространства, чтобы он мог проходить сквозь атом, не сталкиваясь ни с электронами, ни с ядром. Собственно, так и есть, поэтому в действительности вопрос должен звучать не «Почему стекло прозрачное?», а «Почему не все материалы прозрачны?».

На этом наброске видно, что атом по большей части состоит из пустоты

Если продолжить аналогию со стадионом, то внутри атома электронам позволено находиться лишь в определенных зонах трибун, как если бы почти все сиденья были демонтированы и осталось несколько рядов, предназначенных для электронов. Если какой-нибудь электрон хочет занять ряд получше, ему придется доплатить, и валютой в данном случае послужит энергия. Проходя через атом, свет несет с собой энергию, и если ее достаточно, электрон воспользуется ею для перемещения на другой ряд. При этом он поглотит свет, не пропуская его сквозь вещество.

В этом вся загвоздка. Энергии света должно быть ровно столько, сколько требуется электрону, чтобы переместиться на другой ряд. Если ее слишком мало (в верхнем ряду нет свободных мест, иначе говоря, для перемещения требуется больше энергии), то электрон не сдвинется с места и свет не будет поглощен. Идея того, что электроны не могут перемещаться между рядами (энергетическими уровнями), если количество энергии света не соответствует требуемой величине, лежит в основе теории, управляющей атомным миром, – квантовой механики. Расстояния между рядами соответствуют определенным порциям энергии – квантам, и они в стекле таковы, что для перемещения в свободный, более высокий ряд требуется гораздо большая порция энергии, чем та, которую можно получить, поглощая видимый свет. Следовательно, видимому свету недостает энергии, чтобы сдвинуть с места электрон, и ему не остается ничего иного, как пройти сквозь атом. Вот почему стекло прозрачно. С другой стороны, свет, обладающий высокой энергией, например ультрафиолетовое излучение, способен перемещать электроны на более высокий энергетический уровень, поэтому стекло для него непроницаемо. Поэтому нельзя загореть через стекло, ведь оно задерживает ультрафиолетовое излучение. У таких непрозрачных материалов, как дерево и камень, много «свободных мест» в рядах, поэтому они эффективно поглощают и видимый свет, и ультрафиолетовое излучение.

Свет, хоть и не поглощаемый стеклом, по мере движения через атомы теряет скорость и снова ее набирает, когда выходит с той стороны стекла. Если свет падает под углом, то разные части луча входят в стекло и выходят из него в разное время и с разной скоростью. Этими легкими различиями объясняется преломление света – эффект, используемый в оптических линзах: из-за кривизны стекла свет, попадающий на линзу в разных местах поверхности, преломляется под разными углами. Используя линзы с разной кривизной поверхности, мы можем увеличивать изображение с помощью телескопов и микроскопов, а также корректировать зрение с помощью очков.

Благодаря эффекту преломления свет сам по себе стал объектом эксперимента. За многие века стеклодувы, конечно, замечали, что, когда солнечный свет падает на стекло под определенным углом, на стене появляются маленькие радуги. Никто, однако, не смог бы объяснить причину этого явления – лишь констатировать очевидное: цвета радуги каким-то образом зарождаются в стекле. О том, что эта очевидность обманчива, первым догадался Исаак Ньютон в 1666 году. Тогда же он предложил собственное, правильное объяснение радуги.

Ньютон гениально подметил, что стеклянная призма не только превращает «белый» свет в радугу, но и, наоборот, радугу – в «белый» свет. Из этого он сделал вывод, что все цвета, полученные с помощью стекла, до этого уже содержались в самом свете. Луч солнца – это смешанный свет, который, проходя сквозь стекло, распадается на составляющие цвета. Кстати, с каплей воды на свету происходит то же самое, ведь и она прозрачна. Ньютон, таким образом, объяснил сразу все важнейшие свойства радуги – до него это никому не удавалось.

Эксперимент Ньютона продемонстрировал силу научной мысли и роль стекла как пособника в раскрытии тайн природы. Роль эта не сводилась к одной только оптике. Возможно, больше других научных дисциплин от появления стекла выиграла химия. Достаточно заглянуть в любую химическую лабораторию, чтобы в этом убедиться. Благодаря прозрачности и инертности стекло идеально подходит для смешивания химикатов и наблюдения за реакцией. До изобретения стеклянной пробирки использовались непрозрачные мензурки, поэтому трудно было увидеть ход реакции. С появлением стекла, особенно термостойкой марки «Пайрекс» (PYREX), химия как системная наука получила огромный импульс к развитию.

Пайрекс – это стекло с добавкой оксида бора, который, подобно диоксиду кремния, тяжело образует кристаллы и, что еще важнее, препятствует расширению стекла при нагревании и сжатию при охлаждении. Когда разные участки стекла находятся в разных температурных зонах, расширяясь и сжимаясь с разной скоростью, нарастающее напряжение вызывает трещины, и стекло в конце концов разлетается на куски. Если это происходит с сосудом с кипящей серной кислотой, дело может кончиться увечьем либо гибелью людей. Боросиликатному стеклу пайрекс не угрожают расширение и сжатие под влиянием нагревания и охлаждения, а также связанное с этими процессами напряжение. Химики могут нагревать и охлаждать препараты как угодно, думая только о науке, а не о потенциальной опасности термошока.

Также ученые могут гнуть стеклянные трубки и пробирки непосредственно в лаборатории с помощью одной лишь паяльной лампы, что значительно упрощает конструирование сложного химического оборудования, например дистилляционных и герметичных сосудов. Можно собирать газ, управлять давлением жидкости, отпускать на волю химические реакции. Химия до такой степени зависит от стеклянной посуды, что в штате любой химической лаборатории имеется стеклодув. Сколько лауреатов Нобелевских премий обязаны стеклу своими открытиями и сколько современных изобретений было зачато в стеклянной пробирке?

Является ли связь между стеклодувной технологией и научной революцией XVII века примером простого отношения причины и следствия, вопрос спорный. Вероятнее всего, стекло было необходимым условием, а не причиной этой революции. Но то, что стекла практически не знали на Востоке в течение тысячи лет, в то время как в Европе оно совершенно преобразило одну из самых драгоценных наших традиций, – это факт бесспорный.

Столетиями вино пили из стеклянных бокалов, а вот пиво вплоть до XIX века распивали, как правило, из непрозрачных глиняных, оловянных и деревянных кружек. Поскольку нельзя было увидеть цвет напитка, его вкусовые качества были гораздо важнее, нежели презентабельный внешний вид. Обычно оно представляло собой темно-коричневое мутное варево. Когда в 1840 году в Богемии (ныне Чешская Республика) появилась технология массового производства стекла, оно подешевело настолько, что каждый мог выпить пива из стеклянного стакана. Впервые пиво предстало глазам людей во всей своей красе, и многим не понравилось то, что они увидели: так называемое пиво верхового брожения было не таким, как современное, не только на вкус, но и по цвету и прозрачности. Не прошло и десяти лет, как в Пльзене создали новый сорт пива по методу низового брожения – лагер. Оно было светлее традиционного, чистое, золотистого цвета и пузырилось как шампанское. Это пиво услаждало не только вкус, но и взор, и с тех пор вошло в обычай пить лагер только из стеклянных кружек, как это и было задумано изначально. Увы, по иронии судьбы светлое пиво нередко разливают в металлические банки, так что единственный сорт пива, легко узнаваемый по внешнему виду, – это воплощенная непрозрачность, пиво старой, достеклянной эры, а именно «Гиннесс».

Разлив пива в стеклянную посуду имел еще один неожиданный побочный эффект. По данным британского правительства, ежегодно более пяти тысяч человек подвергаются нападениям преступников, вооруженных стаканами и бутылками, что обходится здравоохранению более чем в два миллиарда фунтов ежегодно. В пивных заведениях попробовали вводить пластик, такой же прозрачный и прочный, как стекло, но посетители его отвергли. Пить пиво из пластикового стаканчика совсем не то же самое, что из стеклянной кружки, и не только потому, что у пластика вкус другой, но и потому, что он хуже проводит тепло и поэтому теплее на ощупь, чем стекло, а это уменьшает удовольствие от распития ледяного пива. Пластик также гораздо мягче стекла, поэтому очень скоро стаканчики блекнут, покрываются царапинами и налетом. Не только пиво в них кажется менее прозрачным, но и сама посуда кажется менее чистой. Ведь прелесть яркого, сияющего стекла еще и в том, что оно всегда выглядит чистым, даже если на самом деле это не так. Мы все поддаемся обману, не желая лишний раз думать о том, что наш стакан побывал у кого-то во рту, возможно, всего лишь час назад. Твердый пластик, стойкий к царапинам, – одна из главных задач материаловедения. В самолетах, поездах и машинах могли бы появиться легкие окна, а в мобильных телефонах – легкие экраны, но сейчас это кажется недостижимым. Пока что найдено другое решение: не отказываться от стекла, но сделать его надежнее.

Такое стекло называется закаленным. Оно было изобретено в автомобильной индустрии, чтобы уменьшить травмы от осколков стекла при авариях. В научном смысле оно ведет свое происхождение от одной любопытной вещицы, придуманной в 1640 году, известной как капли принца Руперта. Это кусочки стекла в форме слезинок, которые выдерживают сильное давление на закругленном конце, но лопаются, стоит слегка повредить их «с хвоста». Сделать такие капли очень просто: нужно всего лишь бросить в воду кусочек расплавленного стекла. Резкое охлаждение приводит к механическому сжатию поверхностных слоев стекла, оставляя мало шанса царапинам, так как сжимающее напряжение все время стягивает их края. Закалка у стекла такая, что капля выдержит удар кувалдой, хоть в это и трудно поверить.

Однако, чтобы сохранить сжимающее напряжение на внешней поверхности стекла, законы физики требуют равного ему по силе обратного, растягивающего, напряжения внутри. Атомы в глубине капли напряжены до предела; их взаимное отталкивание так велико, что они в любой момент готовы взорваться. Если поверхностное сжатие хоть чуточку выйдет из равновесия – допустим, вы поцарапаете «хвост», – пойдет цепная реакция по всему стеклу: находящиеся под напряжением атомы тут же займут естественное положение, и капля рассыплется на мельчайшие осколки, достаточно острые, чтобы о них порезаться, но слишком крохотные, чтобы нанести серьезный вред. Чтобы лобовое стекло так же крошилось при ударе, ученым нужно было придумать способ охлаждения внешней поверхности со скоростью, достаточной для образования сжимающего напряжения, как в каплях принца Руперта. Новый материал спас множество жизней, потому что во время аварии неизменно рассыпался на миллионы осколков.

Со временем стекло стало еще более надежным. Лобовое стекло, в которое я врезался тогда в Испании, было безопасным стеклом последнего поколения, его называют многослойным. Хоть оно и разбилось вдребезги подобно каплям принца Руперта, ни одного осколка не выпало из него за все то время, что мы вместе с ним летели через капот машины и приземлялись на асфальт.

Это новейшее прочное стекло проложено слоем пластика – ламината, который склеивает осколки подобно клею. Пуленепробиваемое стекло, по сути, делается по той же технологии, но с несколькими слоями пластика внутри. Когда пуля разбивает внешний слой стекла, он поглощает часть энергии пули и затупляет ее кончик. Затем пуля проталкивает осколки сквозь слой пластика, вязкий словно патока, он распределяет воздействие удара на участок вокруг точки столкновения. Не успеет пуля пройти и эту преграду, как ее встречает очередной слой стекла, и процесс повторяется.

Чем больше слоев пластика и стекла, тем больше энергии может поглотить пуленепробиваемое стекло. Один слой ламината остановит пулю из пистолета девятого калибра, три слоя – пулю из «магнума» сорок четвертого калибра, а восемь слоев помешают автомату Калашникова убить вас. Конечно, от пуленепробиваемого лобового стекла мало проку, если через него нельзя ничего разглядеть, поэтому задача не столько в том, чтобы наращивать количество слоев, сколько в том, чтобы совместить коэффициенты преломления стекла и пластика (свет не должен слишком отклоняться по пути от слоя к слою).

Технически сложное производство многослойного небьющегося стекла весьма дорого, однако мы готовы платить высокую цену, чтобы пользоваться его преимуществами. Этот материал где только не встретишь: и в машинах, и на улицах современных городов, которые все больше и больше напоминают дворцы из стекла. Летом 2011 года во многих городах Британии прошли массовые волнения. В репортаже по телевизору мне бросилось в глаза, что, в отличие от беспорядков прежних лет, погромщикам не всегда удавалось разбить камнем витрину, потому что владельцы магазинов установили небьющееся стекло. Похоже, тенденция крепнет: стекло в витринах не только открывает товары для всеобщего обозрения, но и служит им защитой. Можно еще делать небьющиеся пивные кружки из многослойного стекла – надеюсь, что тогда со стеклянным оружием в барах и пабах будет покончено.

Современный город невозможно представить без стекла. С одной стороны, мы хотим, чтобы дома защищали нас от непогоды: в конце концов, для этого они и созданы. И все же при выборе нового жилья или места работы едва ли не первый вопрос, который мы задаем: а светло ли мне будет? В городах что ни день вырастает новое здание из стекла – ответ инженеров на наши противоречивые запросы: иметь защиту от ветра, холода и дождя, от насильников и воров и в то же время не сидеть в темноте. Многие проводят в четырех стенах большую часть жизни – светлой и приятной жизни благодаря стеклу. Стеклянные витрины означают, что мы ведем бизнес честно и открыто, – магазин без витрины едва ли вообще можно назвать магазином.

Стекло также помогает нам увидеть себя. Можно разглядывать свое отражение в сияющей металлической поверхности или в глади пруда, но в конечном счете большинство судит о себе по отражению в зеркале. Даже фотографии и видео делаются с помощью стеклянных линз.

Часто говорят, что на Земле почти не осталось неизученных мест. Обычно подразумевают наш, человеческий, мир. Но направьте увеличительное стекло на любую часть дома – вы обнаружите новый мир, который тоже можно исследовать. Посмотрите в мощный микроскоп – и откроется еще один мир, населенный фантастическими существами. Или же взгляните на небо через телескоп, и целая вселенная возможных миров предстанет перед вами. Муравьи строят города в муравьиных масштабах, микробы – в микромасштабах. Нет ничего особенного в «человеческом» масштабе, в наших городах и во всей нашей цивилизации, за исключением того, что у нас есть материал, позволяющий раздвинуть рамки и преодолеть собственный масштаб. Этот материал – стекло.

Однако мы его не очень-то любим и не торопимся петь ему дифирамбы, как пели дифирамбы деревянному полу или вокзалу с чугунными перекрытиями. Мы не гладим стеклопакет, восхищаясь тем, какой он на ощупь. Возможно, потому, что в чистом виде стекло – это ничем не примечательный, бесцветный и холодный материал. Люди не таковы. Они предпочитают иметь дело с цветным, затейливо обработанным, изысканным и даже кривым стеклом, при всей его непрактичности. Самое практичное стекло – то, из которого мы строим современные города: плоское, толстое и безупречно прозрачное, но оно же и наименее привлекательное и узнаваемое – и самое незаметное.

Несмотря на все свое огромное значение для истории и для частной жизни каждого из нас, стекло почему-то не заслужило нашей любви. Когда мы разбиваем оконное или ветровое стекло, мы пугаемся, досадуем, нам больно, как было со мной тогда в Испании, но мы не чувствуем, что разбили что-то действительно ценное. В подобных случаях мы беспокоимся о себе, а что касается стекла, то его легко заменить. Возможно, потому, что мы смотрим скорее сквозь него, чем на него, стекло не стало частью нашей системы ценностей. А то, из-за чего мы больше всего ценим стекло, преградило ему путь к нашему сердцу: оно инертно и невидимо не только в оптическом смысле, но и в культурном.

8. Постоянство

На первом уроке учитель рисования мистер Баррингтон рассказал нам, что все вокруг состоит из атомов. Абсолютно все. И если мы это поймем, то можем попробовать стать художниками. Класс затих. Мистер Баррингтон поинтересовался, есть ли у нас вопросы, но мы онемели от неожиданности, думая про себя, не ошиблись ли мы дверью. Учитель тем временем продолжил вводный урок. Взял карандаш и нарисовал идеальный круг на листе бумаги, приколотом к стене. Все оживились, по рядам пронесся вздох облегчения – значит, мы все-таки будем заниматься рисованием.

– Сейчас я перенес атомы карандашного грифеля на бумагу, – заметил учитель и произнес целую речь о замечательных свойствах графита как материала для художественного творчества. – Важно иметь в виду, – сказал он, – что, хотя алмаз считается высшей формой углерода, ему не дано выразить самую суть и, в отличие от графита, для настоящего искусства он не годится.

Остается лишь догадываться, что бы он подумал об инкрустированном бриллиантами черепе «За любовь Господа» стоимостью 50 миллионов фунтов стерлингов, произведении известного британского художника Дэмиена Херста.

Но, описывая отношения между двумя формами углерода, алмазом и графитом, как соперничество, он был совершенно прав. Борьба между темным, выразительным, практичным графитом и чистым, холодным, твердым, сверкающим алмазом идет с древнейших времен. Если говорить о культурной ценности, то алмаз давно победил, но все еще может измениться. Новое понимание структуры графита сделало из него сокровище.

Через тридцать лет после того, как я благодаря учителю рисования узнал, что такое графит, мы встретились с профессором Андреем Геймом, одним из крупнейших мировых специалистов по углероду, в его кабинете на третьем этаже на кафедре физики Манчестерского университета. Жаль, про него нельзя сказать, что он, подобно Баррингтону, выражал себя только с помощью графита. Когда он открыл ящик письменного стола, я увидел великое множество шариковых ручек и маркеров для белой лекторской доски. С сильным русским акцентом Андрей сказал:

– Идеального круга не существует, Марк.

Его слова привели меня в замешательство – понял ли он, о чем я только что рассказывал? Порывшись в ящике, он достал небольшой подарочный футляр из красной кожи и сказал:

– Взгляни на эту штуку, а я пока сварю кофе.

В футляре оказался диск из чистого золота размером с печенье, украшенный рельефным портретом какого-то мужчины. Взвесив тяжелый диск на ладони, я убедился, что он из металла. Металлический до безобразия. Ведь золото – это самый что ни на есть металл, всем металлам металл. Мужчиной, изображенным на медали, был Альфред Нобель; надпись гласила, что Андрей Гейм на пару с коллегой в 2010 году получил Нобелевскую премию в области физики за новаторскую работу о графене, двумерной версии графита, удивительном явлении в мире материалов. В ожидании Андрея и кофе я размышлял над его загадочным ответом. Возможно, он хотел сказать, что последние десять лет в своих исследованиях углерода ходил по кругу, но финиш все-таки не совпал со стартом.

Углерод – это легкий атом с шестью протонами и, как правило, шестью нейтронами в ядре. Иногда ядро содержит восемь нейтронов, но в такой форме, известной как углерод-14, атомное ядро нестабильно, и данный изотоп подвержен радиоактивному распаду. Поскольку скорость распада остается постоянной в течение долгого времени и эта форма углерода присутствует во многих материалах, измерение его относительного количества позволяет вычислить возраст материала. Метод, известный как радиоуглеродная датировка, осветил наше прошлое как никакой другой. С помощью этой формы углерода был определен настоящий возраст Стоунхенджа, Туринской плащаницы и свитков Мертвого моря.

Ядро в углероде играет второстепенную роль, если только речь не идет о радиоактивности. Что касается прочих свойств, то за них отвечают шесть электронов, защищающих ядро. Два из них спрятаны в глубине, рядом с ядром, и не участвуют в химической жизни атома – в его взаимодействиях с прочими элементами. Оставшиеся четыре образуют слой, максимально удаленный от центра, и являются активными. Именно эти четыре электрона отличают грифель в карандаше (графит) от бриллианта (алмаза) на обручальном кольце.

Самое простое, что делает атом углерода, – обменивается четырьмя активными электронами c другим атомом углерода. Образуются четыре химические связи, что решает проблему активных электронов: каждый из них находит пару в виде такого же электрона, но принадлежащего другому атому. Получившаяся кристаллическая структура обладает необычайной твердостью. Это и есть алмаз.

Кристаллическая структура алмаза

Самый крупный алмаз, известный на данный момент, находится в галактике Млечный Путь, в созвездии Змеи (в Хвосте Змеи), где он вращается вокруг пульсара PSR J1719–1438. Это целая планета в пять раз больше Земли. По сравнению с ней земные алмазы кажутся малюсенькими. Даже «Куллинан» – алмаз размером с футбольный мяч, самый крупный из когдалибо найденных. Он был добыт в Южной Африке и в 1907 году подарен королю Эдуарду VII ко дню его рождения. Ныне его части украшают королевские корону и скипетр. «Куллинан» созревал под землей на глубине примерно 300 км – миллиарды лет высокая температура и давление превращали большой кусок углеродной породы в огромный алмаз. Затем, вероятнее всего, извержением вулкана его вынесло к поверхности, там он спокойно лежал еще миллионы лет, пока его не нашли на глубине всего в милю под землей.

В детстве меня без конца водили по всяким национальным музеям, и во всех без исключения мне было скучно. Я старался делать то же, что и взрослые: ходить в задумчивом молчании или стоять в размышлении перед картиной или скульптурой, но все это никак на меня не действовало. Из этих посещений я ровным счетом ничего не вынес, как мне тогда казалось. Все изменилось, когда я попал в королевскую сокровищницу в лондонском Тауэре. Я был сражен, едва переступив порог этой пещеры Аладдина. Золото и драгоценности, казалось, говорили со мной на языке гораздо более глубинном и первобытном, нежели искусство. Меня охватило чувство, схожее с религиозным экстазом. Сейчас я не думаю, что упивался тогда видом богатства, – на самом деле так подействовала на меня встреча с чистой материальностью. Перед «Большой Звездой Африки» (так назвали самый крупный из бриллиантов, полученных после того, как «Куллинан» раскололи на несколько частей и огранили их) теснилась толпа. Мне хватило одного взгляда на этот бриллиант, чтобы не забыть его уже никогда, хоть я и видел его из-под руки великана в потной клетчатой рубашке, стоя за спиной у индианки, которая цокала от удивления языком. Присутствие дамы из Индии было очень кстати, потому что, как я узнал потом из отцовской энциклопедии, эта страна была единственным поставщиком алмазов вплоть до середины XVIII века, когда открыли месторождения в других частях света, самые крупные – в Южной Африке.

Практически любой алмаз – это монокристалл. В одном алмазе в среднем содержится миллион миллиардов миллиардов атомов (1 000 000 000 000 000 000 000 000), собранных в идеальную пирамиду. Благодаря такой структуре алмаз обладает замечательными свойствами. Электроны сидят в ней как влитые, что придает алмазу его легендарную твердость. Алмаз, кроме того, прозрачен, однако у него чрезвычайно высокая оптическая дисперсия, то есть он расщепляет световой пучок на отдельные цвета, вспыхивая радугой.

Сочетание необычайной твердости и блеска делает алмаз почти безупречным драгоценным камнем. Практически невозможно поцарапать его поверхность, поэтому он сохраняет совершенство огранки и искрящийся блеск в течение всей жизни своего владельца, да и жизни целой цивилизации: под дождем и под солнцем, продираясь вместе с хозяином сквозь джунгли или стирая белье вместе с хозяйкой. Уже в древности алмаз был известен как самый твердый материал на земле. Само слово «алмаз» происходит от греческого adamas, что значит «неизменный» или «несокрушимый».

Транспортировка «Куллинана» в Англию представляла немало трудностей, связанных с его охраной, поскольку газеты уже раструбили об открытии самого крупного необработанного алмаза. Владельцы не на шутку опасались знаменитых преступников вроде Адама Ворта, успевшего уже похитить целую партию алмазов, – прототипа заклятого врага Шерлока Холмса профессора Мориарти. Втайне был составлен и приведен в исполнение план, достойный самого Шерлока Холмса. Фальшивый алмаз отбыл в Британию пароходом под строжайшей охраной, между тем настоящий камень был отправлен почтой в ничем не примечательной коричневой картонной коробке. Уловка удалась еще по одной причине, точнее, из-за еще одного замечательного свойства алмаза: он очень легок, поскольку состоит из углерода. Едва ли «Куллинан» весил более полукилограмма.

Адам Ворт был такой не один. Пока богатые наперебой скупали крупные бриллианты, родилась новая преступная специализация – алмазный вор. Кража даже небольшого бриллианта, почти невесомого, но дорогого, обеспечивала безбедную жизнь, к тому же украденные бриллианты было практически невозможно отследить. (Чего никак нельзя сказать о золотой медали Андрея Гейма, будь она мной украдена. Переплавив ее в слиток, я бы заработал самое большее несколько тысяч фунтов.) Этот новый вид кражи драгоценностей перенял достоинства самого бриллианта – элегантность, изысканность и чистоту. В фильмах «Поймать вора» и «Розовая пантера» бриллианты играют роль принцессы, томящейся в жестоком плену. Честные граждане днем, ночью их спасители в исполнении таких кинозвезд, как Кэри Грант и Дэвид Нивен, превращаются в алмазных воров. В этих фильмах кража бриллиантов изображается благородным поступком. У похитителя бриллиантов легкая пружинистая походка; все, что ему нужно, – это облегающий черный костюм и хорошее знание старинных особняков с их запутанными коридорами, а также кодовых замков к сейфам, спрятанным за картинами. Ограбление банка или почтового поезда ради получения золота или наличных денег, напротив, предстает грязным преступлением, зачастую совершаемым жадными и жестокими людьми.

В отличие от золота, бриллианты, несмотря на их коммерческую ценность, никогда не были частью всемирной денежной системы. Они не представляют собой ликвидный финансовый инструмент, то есть их не так-то легко превратить в деньги. Крупные бриллианты не имеют иного применения, кроме как вызывать интерес, восхищение и, самое главное, демонстрировать статус хозяина. Вплоть до XX века бриллианты могли позволить себе только по-настоящему богатые люди. Однако растущее благосостояние европейского среднего класса привело к появлению нового привлекательного рынка для алмазодобытчиков. Компания «Де Бирс», которой в 1902 году принадлежало 90 % мирового производства бриллиантов, очутилась перед дилеммой: как удовлетворить большой спрос и при этом не обесценить драгоценный товар. Решить ее помогла продуманная рекламная кампания. Слоган «Бриллианты навсегда» внушал обществу идею того, что истинным выражением вечной любви может служить лишь обручальное кольцо с бриллиантом. Каждый, кто хотел убедить возлюбленную в подлинности своих чувств, должен был купить кольцо с бриллиантом – тем дороже, чем подлиннее чувства. Кампания эффектно стартовала, и в миллионах домов появились бриллианты. Ее кульминацией стал одноименный фильм о Джеймсе Бонде, в котором композитор Джон Барри и певица Ширли Бэсси воспели новую социальную роль бриллиантов – символа романтической любви.

Впрочем, бриллианты все же не вечны, во всяком случае на нашей планете. Есть более стабильная форма углерода – это родной брат алмаза графит. Поэтому все алмазы, включая «Большую Звезду Африки» в лондонском Тауэре, на самом деле медленно превращаются в графит. Удручающая новость для владельцев бриллиантов. Впрочем, их можно утешить: до появления первых признаков вырождения камня пройдут миллиарды лет.

Структура графита радикально отличается от алмазной. Слои атомов углерода в ней расположены шестиугольником. Каждый слой представляет собой чрезвычайно прочное и устойчивое образование с более крепкими, чем в алмазе, межатомными связями. Факт весьма удивительный, если вспомнить, что из рыхлого графита делают смазку и карандашные грифели.

Кристаллическая структура графита

Парадокс, возможно, объясняется тем, что у каждого атома углерода внутри графитового слоя имеется три соседа, с которыми он делит четыре своих электрона. В алмазной же структуре каждый атом углерода делит свои четыре электрона с четырьмя атомами. Отсюда иная электронная структура и более сильные химические связи внутри слоев графита по сравнению с алмазными. В то же время у атомов графита не остается электронов, чтобы образовать прочные связи между слоями. Слои скрепляет универсальный клей, совокупность слабых взаимодействий, вызванных флуктуациями в электрическом поле молекул, – силы Ван-дер-Ваальса. Это те самые силы, которые делают липким офисный пластилин (Blu-Tack). Поэтому, когда графит подвергается механическому давлению, первыми рвутся слабые связи Ван-дер-Ваальса, и графит становится очень мягким. Именно так «работает» карандаш: прижимая его к бумаге, вы разрываете эти связи, и слои графита соскальзывают на бумагу. Если бы не слабые связи между слоями, графит был бы прочнее алмаза. Этот факт послужил одной из отправных точек для Андрея Гейма и его команды.

Взгляните на темно-серый, с металлическим отливом, карандашный грифель. Тысячелетиями этот материал ошибочно принимали за разновидность свинца и называли плюмбаго, или черным свинцом. Путаница была вполне понятной, поскольку и графит, и свинец – это мягкие металлы (впрочем, графит сегодня считается полуметаллом). Рудники плюмбаго приобретали все большую ценность по мере того, как графиту находили новые сферы применения. Оказалось, например, что из него выходят отличные пушечные ядра и мушкетные пули. В XVII–XVIII веках в Англии материал так сильно вырос в цене, что воры приноровились рыть тайные ходы в рудники или же нанимались рабочими и скрытно выносили плюмбаго под одеждой. Дороговизна подстегивала этот промысел, пока в 1752 году парламент не принял закон, объявлявший кражу графита из рудников тяжким уголовным преступлением, наказуемым годом каторжных работ или семилетней ссылкой в Австралию. К 1800 году добыча графита стала настолько прибыльным предприятием, что повсюду у ворот рудников стояла вооруженная охрана.

Причина того, что у графита, в отличие от алмаза, металлическая природа, кроется все в той же шестиугольной атомной структуре. Как мы уже знаем, в структуре алмаза все четыре электрона каждого атома углерода связаны с такими же электронами других атомов. Таким образом, все атомы пространственной решетки крепко взаимосвязаны, и «свободных» электронов нет. Вот почему алмазы не проводят электричество, ведь в их структуре отсутствуют электроны, которые могли бы свободно перемещаться, производя электрический ток. В то же время в структуре графита внешние электроны не просто связаны с парными электронами соседнего атома, скорее они образуют море электронов внутри материала. Одним из последствий этого является электропроводность графита – ведь электроны в нем могут перемещаться подобно жидкости. Нить накаливания в электрических лампочках Эдисона была из графита: за счет высокой температуры плавления он под действием тока раскаляется добела, но не плавится, излучая сильный свет. И кроме того, бесчисленные электроны служат чем-то вроде электромагнитного батута для света – именно отраженный свет придает графиту свойственный металлам блеск. Впрочем, команда Андрея Гейма получила Нобелевскую премию не за это лаконичное объяснение металлических свойств графита, это было для нее лишь отправной точкой.

Углерод – основа жизни на Земле, любой ее формы, и хотя различные углеродные соединения на первый взгляд совсем не похожи на графит, им легко придать шестиугольную структуру путем сжигания. При сильном нагреве дерево превращается в уголь, кусок хлеба – в сгоревший тост; да и мы сами почернеем и обуглимся, если подвергнуть нас воздействию пламени. Ни один из этих процессов не приводит к образованию чистого блестящего графита, поскольку шестиугольные слои углерода перемешаны, а не плотно уложены в аккуратном порядке. Тем не менее существует огромное разнообразие черных сажистых материалов с общим свойством: все они содержат углерод в его наиболее стабильной форме – в форме шестиугольных слоев. Каменный уголь, очередная разновидность черного сажистого углерода, стал широко применяться в XIX веке. Шестиугольные пласты атомов в угле образуются не за счет нагрева, как в случае с подгоревшим тостом, но вследствие геологических процессов, миллионы лет воздействовавших на останки растительных организмов. Первоначально уголь – это форма торфа, которая под воздействием высокой температуры и давления трансформируется в лигнит (бурый уголь), потом в битуминозный уголь, в антрацит и, наконец, в графит. В процессе этих трансформаций уголь теряет летучие соединения азота, серы и кислорода, присутствующие в первоначальном растительном материале, постепенно превращаясь в почти чистый углерод. По мере формирования гексагональных слоев материал приобретает все более выраженный металлический блеск, особенно заметный на зеркальных черных гранях некоторых углей, например антрацита. Однако уголь редко является чистой формой углерода. Вот почему при горении он довольно неприятно пахнет.

Среди всех сортов наиболее ценится за внешний вид уголь из ископаемых остатков чилийской араукарии. Это твердая порода (ее можно резать и полировать до зеркального блеска) насыщенного черного цвета с чудесным глянцем. Иногда этот уголь называют черным янтарем, поскольку он обладает похожими трибоэлектрическими свойствами: рождает при трении статический заряд и топорщит волоски на теле. Чаще он встречается под именем «гагат». В Англии он вошел в моду в XIX веке благодаря королеве Виктории, которая в знак траура по супругу принцу Альберту всю жизнь носила черную одежду и гагатовые украшения. По всей империи спрос на гагаты был так велик, что население йоркширского городка Уитби, в котором Брэм Стоукер позднее написал свой готический шедевр, роман «Дракула», внезапно бросило топить печи местным гагатом и перешло на производство знаменитых траурных украшений. Мысль о том, что у алмаза есть нечто общее с углем или графитом, была чистой фантазией, пока химики его не нагрели. В 1772 году это сделал Антуан Лавуазье и обнаружил, что раскаленный докрасна алмаз горит и сгорает дотла. После него совсем ничего не остается, как если бы он растворился в воздухе. Удивительный эксперимент. Прочие драгоценные камни, такие как рубин и сапфир, оказались невосприимчивы к нагреву. Их нельзя было довести не то что до красного, но даже до белого каления. Они не горели. У алмаза же, короля драгоценных камней, обнаружилась ахиллесова пята. Душа поет, когда я думаю про следующий опыт Лавуазье, настолько это было красиво. Химик нагрел алмаз в вакууме, чтобы там, в отсутствие необходимого для реакции горения воздуха, достичь более высокой температуры. Это один из тех экспериментов, которые легче предложить, чем выполнить, что особенно верно для XVIII столетия, когда создать вакуум само по себе было нелегкой задачей. Результат поразил Антуана Лавуазье. Как и в прошлый раз, камень раскалился докрасна, однако в ходе начавшейся реакции превратился в чистейший графит. Так было доказано, что оба материала состоят из одного и того же вещества – углерода.

Вооруженный этим знанием Лавуазье и многие его коллеги в Европе задумались о том, как осуществить обратную реакцию – превращение графита в алмаз. Того, кто сделал бы это, ждало сказочное богатство. Гонка началась. Но цель оказалась труднодостижимой. Все материалы склонны меняться от менее устойчивых структур к более устойчивым, и, поскольку структура алмаза менее устойчива, чем у графита, необходимы запредельно высокие температура и давление, чтобы «уговорить» графит пойти в обратную сторону, то есть превратиться в алмаз. Такие условия существуют в глубинах земной коры, но даже в этом случае потребуются миллиарды лет, чтобы вырастить большой алмазный кристалл. Воспроизвести подобные условия в лаборатории чрезвычайно сложно. Попытки химиков одна за другой кончались провалом. Никто из этих ученых не разбогател в одночасье, что лишний раз подтверждало их неудачливость в лаборатории. Впрочем, подозревали, что кое-кто все же совершил подвиг и преобразовал графит в алмаз, а теперь втихомолку наживает состояние.

Как бы там ни было, но в 1953 году появилось достоверное документальное свидетельство подобной трансформации. Ныне производство искусственных алмазов стало по-настоящему крупным бизнесом, и все же настоящие, природные алмазы вне конкуренции. Причин тому несколько. Во-первых, несмотря на то, что изготовление небольших искусственных алмазов обходится дешевле, чем добыча соразмерных им природных камней, все же первые, как правило, имеют изъяны, в частности непрозрачные включения: ускоренный промышленный цикл приводит к дефектам, которые в свою очередь вызывают пигментацию. На деле искусственно выращивают по большей части не ювелирные, а технические алмазы: алмазной пылью покрывают буры и другие режущие инструменты – не ради красоты, но чтобы резать и обрабатывать гранит и прочие твердые материалы. Во-вторых, подлинность составляет большую долю в общей ценности алмаза. Когда вы предлагаете руку и сердце, важно, чтобы в обручальном кольце сиял бриллиант, рожденный в глубинах Земли миллиарды лет назад, пусть даже по физическим свойствам искусственный камень ни в чем ему не уступает. Наконец, в-третьих, если вы сверхрациональный субъект, которого не трогает природная история камня, то для вас искусственный бриллиант слишком дорогой способ украсить возлюбленную. Есть немало гораздо более дешевых суррогатов, которые своим ослепительным блеском обманут кого угодно, кроме разве настоящих знатоков бриллиантов. К таким суррогатам относятся кубические кристаллы циркония и даже стекло. Впрочем, природные алмазы потерпели новое поражение: выяснилось, что алмаз больше не является самым твердым из известных материалов. В 1967 году открыли третий способ организации атомов углерода, который позволял получить еще более твердое вещество. Основу его строения также составляют гексагональные слои графита, но в трехмерной модификации. Считается, что эта структура, под названием лонсдейлит, на 58 % тверже алмаза, хотя в природе она существует в столь малых количествах, что это трудно проверить. Первый образец нашли в метеорите Каньон-Дьябло – сильный жар и повышенное давление, возникшие при ударе о Землю, вызвали превращения графита. В мире не существует ни одного обручального кольца из лонсдейлита, поскольку падения метеоритов этого типа происходят чрезвычайно редко и производят на свет лишь крошечные кристаллы, но открытие третьей структуры углерода неизбежно подводило к вопросу о возможной четвертой структуре – в дополнение к уже известным кубической (алмаз), шестиугольной (каменный и древесный уголь, гагат, графит) и трехмерной шестиугольной (лонсдейлит). Вскоре, благодаря авиационной промышленности, список пополнился еще одной синтетической структурой.

Первые летательные аппараты делали из дерева, легкого и крепкого. Одним из самых быстрых самолетов Второй мировой войны был почти полностью деревянный истребитель-бомбардировщик «Москито». Однако деревянная конструкция, как правило, страдает недостатками, так что построить из дерева корпус летательного аппарата весьма сложно. А поскольку авиастроители не думали отказываться от своих честолюбивых планов, конструкторы переключились на легкий металл алюминий. Последний, однако, нельзя назвать сверхлегким, и в глубине души инженеры надеялись обрести еще более прочный и легкий материал. Казалось, в природе ничего подобного не существует, поэтому в 1963 году инженеры из британского Королевского авиационного управления в Фарнборо решили его изобрести.

Углеродное волокно, как назвали они свое детище, было получено из графита, сплетенного в тонкие нити, при этом ученые максимально использовали огромную прочность и жесткость шестиугольных слоев. Как всегда в случае с чистым графитом, структурная зависимость от сил Ван-дер-Ваальса делала его уязвимым. Впрочем, покрытие волокон эпоксидным клеем решило проблему. Так родился углепластик, новый композиционный материал на основе углеродного волокна.

Хотя в авиастроении он в конце концов вытеснил алюминий (новейший «Боинг-Дримлайнер» на 70 % состоит из углепластика), понадобилось немало времени, чтобы доказать полную пригодность этого материала для авиационной промышленности. Впрочем, производителям спортивного оборудования углепластик сразу понравился. Он настолько изменил эксплуатационные качества спортивных ракеток, что поклонники традиционных материалов вроде дерева и алюминия быстро оказались в проигрыше. Живо помню тот день, когда мой друг Джеймс появился на теннисном корте, размахивая углепластиковой ракеткой с характерным черным плетением из углеродного волокна. Перед игрой он дал мне пару раз испробовать ее невероятную легкость и в то же время силу, а потом забрал ее и одержал надо мной сокрушительную победу. Есть что-то обескураживающее в том, что противник играет ракеткой вдвое легче и вдвое мощнее твоей. «Ну, углепластик, держись!» – воскликнул я перед началом игры, но это не помогло. С новым материалом серьезные перемены пришли в те виды спорта, где требуются легкость и высокая мощность, – то есть практически во все. Круто изменился в 1990-е годы велосипедный спорт: появились велосипеды с более обтекаемыми контурами, в которых применялись конструкции из углеродного волокна. Пределом совершенства таких велосипедов стали, вероятно, те, на которых Крис Бордман и Грэм Обри пытались побить часовой рекорд в своем классическом поединке. В 1990 годы оба британских велосипедиста установили мировые рекорды, а потом обгоняли друг друга на все более навороченных велосипедах из углеволокна. В 1996 году Крис Бордман проехал за час 56,375 км – и навлек на себя гнев Международного союза велосипедистов, который немедленно запретил к использованию новые конструкции из углеволокна, опасаясь, что они изменят традиционный спорт раз и навсегда.

«Формула-1», напротив, совсем иначе отнеслась к новинке и постоянно вносила изменения в правила, способствуя дальнейшему усовершенствованию материала. Действительно, передовые технологии – неотъемлемая составляющая этого спорта, и успех достигается как мастерством гонщика, так и новаторскими решениями конструкторов. Даже в беге не обошлось без углеволокна. Все больше спортсменов-инвалидов пользуются транстибиальными протезами. В 2008 году Международная ассоциация легкоатлетических федераций пыталась помешать этим спортсменам выступать против здоровых на том основании, что углепластиковые протезы нижних конечностей дают им преимущество и это якобы несправедливо. Однако Спортивный арбитражный суд отменил запрет, и в 2011 году безногий южноафриканец Оскар Писториус участвовал вместе с обычными спортсменами в эстафете 4 400 м мирового чемпионата в ЮАР, и его команда завоевала серебро. Углеродное волокно может сыграть весомую роль в легкой атлетике, если только легкоатлетические федерации не выступят против, по примеру велосипедных.

Успех композитов на основе углеволокна окрылил инженеров, которые вынашивают теперь идею грандиознейшего из проектов. Достаточно ли новый материал прочен, чтобы осуществить давнюю мечту человечества – построить лифт в космос? Космический лифт, или, как его еще называют, небесная праща, лестница в небо, космический фуникулер, – это сооружение, которое должно связать точку на земном экваторе с расположенным прямо над ней спутником на геостационарной орбите. С таким лифтом космические путешествия в кратчайший срок стали бы доступны самым широким массам. Людей и грузы можно было бы с легкостью отправлять в космос при минимальных энергетических затратах. Идею лифта разработал в 1960 году советский инженер Юрий Арцутанов. Чтобы ее осуществить, понадобится трос длиной 36 000 км, который соединит спутник с кораблем, находящимся в океане в зоне экватора. Все исследования показывают, что идея технически осуществима, при условии, что трос выполнен из материала с чрезвычайно высоким отношением прочности к весу. Почему речь идет именно о весе? Дело в том, что трос должен в первую очередь выдерживать собственный вес, чтобы не лопнуть. При длине в 36 000 км понадобится материал настолько прочный, что сделанная из него нить сможет удержать слона. На практике, однако, даже самая прочная нить из углеволокна способна удержать лишь кота. Впрочем, это из-за того, что в ней полно дефектов. Теоретические расчеты убедительно доказывают, что прочность углеволокна, совершенно свободного от дефектов, была бы гораздо выше и даже превосходила бы прочность алмаза. Ученые начали изучать возможность создания такого материала.

Ключ к решению был найден с открытием четвертой углеродной структуры, которая, в свою очередь, обнаружилась в самом, казалось бы, неподходящем месте – в пламени свечи. В 1985 году профессор Харольд Крото и его научный коллектив пришли к выводу, что внутри пламени свечи атомы углерода волшебным образом самоорганизуются в группы ровно по шестьдесят штук, образуя макромолекулы углерода. Эти молекулы выглядели словно гигантские футбольные мячи и были названы бакиболами (или фуллеренами) в честь архитектора Бакминстера Фуллера, изобретателя геодезического купола тоже гексагональной структуры. За это открытие научный коллектив профессора Крото получил в 1996 году Нобелевскую премию в области химии, а также привлек всеобщее внимание к тому факту, что микроскопический мир может содержать большое разнообразие неизвестных нам до поры до времени углеродных структур.

Молекулярная структура фуллеренов

В считаные дни углерод стал одной из самых горячих тем в материаловедении, и вскоре появился новый вид углерода, из которого можно было сделать трубочки диаметром всего в несколько нанометров. При всей сложности молекулярной архитектуры эти углеродные нанотрубки обладали редкой способностью к самоорганизации. Без всякой посторонней помощи и высокотехнологичного оборудования они принимали самые замысловатые формы в свечном дыму. Это новое знание было сродни открытию бактерий: мир неожиданно оказался куда более непростым и причудливым местом, чем мы думали раньше. Не только живые организмы, как выяснилось, умеют самоорганизовываться в сложные структуры, но и неживые тоже! Всех охватило страстное желание творить и исследовать наномолекулы. Нанотехнология вошла в моду.

Молекулярная структура углеродных трубок

Углеродные нанотрубки похожи на миниатюрные углеродные волокна, только без слабых связей Ван-дер-Ваальса. Выяснилось, что у них самое высокое отношение прочности к весу среди материалов планеты. Значит, потенциально они достаточно прочны, чтобы построить из них космический лифт. Проблема решена? Не совсем. В длину углеродные нанотрубки имеют самое большее несколько сотен нанометров, в то время как их практическое применение требует длины в несколько метров. В настоящее время сотни исследовательских коллективов по всему миру работают над решением этой задачи. Но команда Андрея Гейма не принадлежит к их числу.

Андрей и его коллеги задались вопросом попроще: если все эти новые формы углерода основаны на гексагональной структуре графита, а графит заполняет слои гексагонального углерода, почему не считать сам графит чудесным материалом? Ответ: потому что эти слои слишком неплотно прилегают друг к другу, и это ослабляет материал. Тогда что будет, если взять лишь один слой гексагонального углерода? Какой выйдет материал?

…Когда Андрей Гейм вернулся с кофе на подносе, я все еще держал на ладони его золотую нобелевскую медаль, чувствуя себя слегка виноватым, хотя он сам дал мне ее посмотреть. Поставив поднос на стол, он забрал у меня медаль и протянул вместо нее кусок чистого графита из рудников графства Камбрия. Гейм сказал, что взял его прямо из шахты, расположенной, выражаясь географически, к северу от его кабинета в Манчестерском университете. Потом он показал, как его научно-исследовательская группа изготовила одинарный слой гексагонального углерода.

Андрей отрезал кусок липкой ленты, прижал к графиту, отдернул – на пленке остался тончайший блестящий металлический отпечаток. Он взял еще один отрезок ленты, прижал его к блестящему отпечатку на первом отрезке и отдернул. Теперь отпечаток разделился надвое. Повторив процедуру пять-шесть раз, Гейм получал все более тонкие слои графита. Наконец он объявил, что получил слой графита толщиной всего в один атом. Я посмотрел на отрезок скотча у него в руках. На нем было несколько темных смазанных пятнышек. Боясь упустить что-то важное, я присмотрелся внимательнее. «Разумеется, – улыбнулся Андрей, – его нельзя увидеть. Он слишком мал и поэтому невидим».

Я усиленно закивал, когда Гейм предложил пройти к микроскопу в соседнюю комнату, где можно было бы увидеть эти одноатомные слои графита.

Андрей и его коллега получили Нобелевскую премию не за то, что создали одинарный слой графита, а за то, что продемонстрировали исключительные, даже по меркам нанотехнологий, свойства этих слоев, которые заслужили собственное наименование – графен.

Начнем с того, что графен – это самый тонкий, прочный и жесткий материал в мире. Он проводит тепло быстрее, чем любой другой известный материал, и он проводит больше электроэнергии, быстрее и с меньшим сопротивлением, чем любой другой материал.

Молекулярная структура графена

Графен допускает туннельный эффект Клейна – необычное явление квантовой природы, при котором электроны внутри материала проходят сквозь барьеры, словно их вовсе нет. В общем, графен потенциально может стать электронной электростанцией и даже заменить кремниевые микросхемы – «сердце» компьютеров и устройств связи. Его необычайная тонкость, прозрачность, прочность и электронные характеристики могут пригодиться в сенсорных интерфейсах будущего, и не только экранах, к которым мы уже привыкли. Возможно, предметы целиком и даже здания будут чувствительны к прикосновениям. Но, вероятно, самый интригующий повод для похвалы графену – его двумерность. Это вовсе не означает, что у него нет толщины. Просто его нельзя сделать ни тоньше, ни толще, не изменив при этом его свойств, – это будет уже другой материал. Что и продемонстрировала команда Андрея: добавьте к графену еще один слой углерода, и он снова станет графитом; снимите один слой, и графен вовсе перестанет существовать.

Учитель рисования Баррингтон не знал этого, когда называл графит более высокой формой углерода, чем алмаз. В техническом смысле, однако, он был кругом прав. Также он был прав, говоря о важности атомной природы графита. Графен – это кирпичик толщиной в один атом, из которого построен графит. Это то, что вы оставляете на бумаге, когда рисуете карандашом. Графит можно использовать лишь как средство художественной выразительности, но его значение гораздо шире – этот материал и его скрученный вариант в виде нанотрубок станут важной частью нашего будущего мира на всех масштабных уровнях: от самого мелкого до самого крупного, от электроники до автомобилей, самолетов, ракет и даже (кто знает?) космических лифтов.

Померк ли алмаз перед графитом, породившим из себя графен? Победил ли графит, неожиданно для всех, в вековом поединке? Говорить окончательно еще рано, но для меня это факт сомнительный. Похоже, и вправду графен даст начало целой эпохе в строительстве. Ученые с инженерами уже сейчас влюблены в новый материал. Но это еще не гарантирует всеобщего признания. Возможно, алмазы уже не самые твердые и нерушимые в мире, и, как нам хорошо известно, они не вечны, однако для большинства людей они символизируют именно эти качества. Алмаз по-прежнему соединяет любящие сердца. Связь между бриллиантом и настоящей любовью, вероятно, возникла из-за рекламной кампании, но теперь она для нас совершенно реальна.

От графена, возможно, больше пользы, чем от алмаза, но он не сверкает, по сути он вообще невидим, неимоверно тонок и лишен объема. Кому захочется сравнивать свою любовь с таким материалом? Я думаю, пока рекламщики не освоят графен, кубические кристаллы углерода останутся лучшими друзьями девушек.

9. Утонченность

В январе 1962 года семья Медовников готовилась к свадьбе моего будущего отца Питера Медовника с его невестой Кэтлин. План церемонии был составлен, приглашения друзьям разосланы, советы насчет религиозной стороны брака между евреем и католичкой поступали нескончаемым потоком, нервы были напряжены до предела, свободная любовь то дозволялась, то не дозволялась, но с подарками для молодоженов давно уже было все решено. Одним из этих подарков был чайный сервиз из костяного фарфора.

Сервиз в большом деревянном ящике доставили из универмага «Харродз» в дом моих родителей. Как только чашки и блюдца появились на свет из опилочной перины, их тут же вымыли и поставили сушиться на полочку над раковиной. Оттуда они впервые взглянули на свой новый дом: пустую, зато просторную кухню в пригороде Лондона. Одна из чашек соскользнула с полки прямо на пол, однако вместо того чтобы разбиться, она, к вящей радости счастливой парочки, отскочила от линолеума. Те удивленно переглянулись, решив, что это хороший знак. Так оно и оказалось: чашки служили им всю их совместную жизнь. На фотографии, сделанной пятьдесят лет спустя, вы видите единственный выживший из того сервиза предмет.

Поначалу фарфоровым чашкам приходилось делить место в шкафу с деревянными чашками, которые привезла из Ирландии моя будущая мама. Должно быть, это приводило их в ужас. Разумеется, дерево, красивый природный материал, обладает особой грубоватой привлекательностью. Его простота и органичность притягательны для страстных поклонников сельской жизни. Однако же отстоять преимущества дерева в качестве сосуда для питья едва ли возможно. У такой посуды сильный деревянный привкус, и она быстро вбирает ароматические вещества, искажая вкус очередного напитка.

Металлические чашки в то время тоже болтались на кухне. По всей видимости, раньше они были частью походного набора и оказались на кухне только потому, что у молодоженов было нечем их заменить. Но для чаепития металл лишь немногим лучше дерева. Каждый день мы кладем в рот металлические столовые приборы, предпочитая металл другим материалам из-за его твердости и прочности, благодаря которой ложки и вилки тонкие и гладкие и при этом не гнутся и не ломаются. Что самое главное, по их блеску и гладкости можно безошибочно определить, насколько хорошо их помыли после того, как они побывали у кого-то во рту. Но металл слишком хорошо проводит тепло, чтобы использовать его для горячих напитков. Еще он издает громкий лязг – звук, который не очень-то гармонирует с изысканным вкусом и ароматом чая.

Когда родились мы с братьями, в хозяйстве прибавилось несколько пластиковых чашек. Как и большинство предметов, сделанных специально для детей, они разноцветные и очень прочные, что отлично подходит к тем напиткам, которые в них наливают, – фруктовым, более сладким, чем чай. Вообще-то ощущения от мягкого пластика во рту – тепло, комфорт и безопасность. Такие чашки выглядят забавно и мило, в них словно отражается само детство. Логично, если бы пластиковые стаканчики для сока, повзрослев, превращались в крепкие, твердые и изящные чайные чашки из керамики. Но, к сожалению, они умирают еще в юности – ультрафиолетовые лучи разрушают их изнутри. Каждый пикник стоит пластиковому стаканчику нескольких лет жизни. В конце концов они желтеют, становятся хрупкими, а затем разваливаются на части.

А вот фарфор невосприимчив к ультрафиолетовым лучам и воздействию химикатов. Кроме того, он, как никакой другой материал, не боится царапин. Масла, жиры и большинство красок просто отскакивают от него. Танины, содержащиеся в чае, и некоторые другие вещества все же прилипают к чашке, но их легко отчистить кислотой или отбеливателем. В результате фарфор долго выглядит как новый. На самом деле, если бы не трещина от кромки до ручки да не темный таниновый налет, эта фарфоровая чашка выглядела бы практически так же, как и пятьдесят лет назад. Не много найдется вещей, о которых можно сказать то же самое. Казалось бы, экономнее пить чай из бумажных стаканчиков, ведь бумага относится к перерабатываемым ресурсам. Однако необходимость воскового покрытия для защиты от влаги убивает это преимущество. Посмотрите на фарфор – вот где реальная экономия.

Если даже оставить в стороне практические соображения, общество клеймит позором любой материал для изготовления чайных чашек, кроме фарфора, будь то бумага, пластик, металл или еще что-то другое. Чаепитие означает гораздо большее, чем поглощение жидкости. Это социальный ритуал и торжество неких идеалов. Фарфоровые чашки – необходимая деталь этого ритуала, и, следовательно, должны присутствовать в любом цивилизованном доме.

История о том, как фарфор достиг столь высокого статуса, восходит к далеким временам, когда еще не было ни бумаги, ни пластика, ни стекла, ни даже металла. Когда-то кусок найденной на берегу реки глины уронили в костер и подметили, что там она изменилась до неузнаваемости. Глина не просто высохла, произошло что-то еще, из-за чего она превратилась в новый твердый и прочный материал, почти неотличимый от камня. Из него можно было делать сосуды для сбора и хранения зерна и воды, без которых земледелие и оседлая жизнь едва ли были возможны, равно как и цивилизация в том виде, в каком мы знаем ее сегодня. Примерно через десять тысяч лет эти сосуды стали тем, что мы называем горшками, а незатейливая керамика этого типа – «гончарными изделиями».

И все же эта первая керамика не во всем походила на камень. Она была хрупкой, ломкой, тусклой и пористой (на микроуровне поверхность ее была сплошь в дырах). Терракота и фаянс – современные родственники древней керамики. Они привлекают простотой изготовления, однако ужасно непрочны. Не раз бывало, что я ставил в духовку терракотовое блюдо (обычно я покупал их в отпуске), чтобы приготовить запеканку, а через час обнаруживал, что оно треснуло и подтекает. Казалось бы, духовка – самое безопасное место для керамики, ведь ее и делают в печи, однако терракота часто разрушается именно в духовке. Причина в том, что жидкость попадает в поры, расширяется при нагревании и превращается в пар. Из-за этого внутри поры образуются микротрещины, которые в конце концов соединяются, подобно речным притокам, и выходят на поверхность, что означает конец не только посуде, но зачастую и самому кушанью.

В отличие от металлов, пластика или стекла, керамику нельзя расплавить и вновь отлить в форме. Вернее, у нас просто нет такого материала, который смог бы выдержать температуру, необходимую, чтобы удержать подобную жидкость – расплавленную глину. Керамика создана из той же материи, что и горы, скалы и камни, которые в жидком состоянии – в виде лавы и магмы – заполняют недра Земли. Однако даже если бы лаву можно было извлечь и залить в форму, она никогда бы не стала прочной керамикой – по крайней мере, мы бы ее не узнали и чашка из нее бы не вышла. Вулканическая порода, пористая, с массой дефектов – вот что получилось бы. Так называемые магматические породы формируются миллионы лет в земной коре в условиях постоянного жара и высокого давления. Создание искусственного аналога подразумевает либо химическую реакцию (как в случае с цементом и бетоном), либо, как в гончарном деле, нагревание глины в печи, но не чтобы расплавить ее, а, наоборот, чтобы использовать преимущества весьма необычного свойства кристаллов.

Глина – это смесь стертых в пыль минералов и воды. Подобно песку, минеральная пыль является результатом разрушительного воздействия ветра и воды на горную породу, фактически это крошечные кристаллики. Глина часто откладывается в руслах рек: минералы, смытые дождями со склонов гор, оседают на дне в виде мягкой густой массы. Типы глины различаются в зависимости от минерального состава. Кристаллы терракоты, например, состоят из смеси кварца, глинозема (оксида алюминия) и оксида железа, который придает ей кирпичный цвет.

При нагревании первым делом испаряется жидкость – остается подобие песчаного замка из миниатюрных кристалликов с дырками на месте воды. Но при высокой температуре происходит нечто особенное: атомы перепрыгивают на соседний кристалл и обратно. Впрочем, не все возвращаются в исходную позицию, и постепенно между кристаллами выстраиваются своеобразные мостики из атомов. Когда количество таких мостиков достигает нескольких миллиардов, скопление кристаллов принимает вид единой сплошной массы.

Происходит это по той же причине, по которой два химических вещества вступают в реакцию: хотя электроны каждого атома внутри кристалликов образуют устойчивую химическую связь с соседями – они, так сказать, заняты, – однако по краям и на поверхности кристалла имеются незанятые «бесхозные» электроны, у которых нет пары, – своего рода свободные концы. По этой причине атомы кристалла стремятся занять положение внутри, а не снаружи. Можно и по-другому сказать: атомы, которые оказались на поверхности, непостоянны, свободны и склонны к перемене мест, едва им представится такая возможность.

Во время обжига керамики масса мелких кристаллов преобразуется в физически однородный материал

В холодных кристаллах у атомов, как правило, не хватает энергии сменить позицию. Однако при достаточно высокой температуре они способны к передвижению и начинают перегруппировку таким образом, чтобы как можно меньше атомов оказалось на поверхности кристалла; вследствие этого сама поверхность уменьшается. Они меняют форму кристалла, стягивая пустоты, чтобы плотнее прижаться друг к другу и сэкономить место. Медленно, но верно скопление крошечных кристаллов становится единой массой. Это не чудо, но это чудесно.

Все это, разумеется, лишь теория, однако химический состав некоторых видов глин значительно облегчает этот процесс. Преимущество терракотовой глины заключается в том, что ее легко добыть, а процессы трансформации происходят при относительно низких температурах – например, при температуре горения в обычном костре или простой дровяной печи. Это означает, что для создания терракотовых изделий требуется совсем немного технических познаний и умений. Целые города и поселки построены из этого материала – обычный кирпич, по сути, является терракотой. Однако терракотовая керамика страдает серьезным недостатком: она никогда не избавится от дырок и не станет по-настоящему плотной. Кирпичам это не вредит, им достаточно обладать средней крепостью – ведь с того момента, как их скрепляют бетоном, они не подвергаются ни резким температурным перепадам, ни сильным ударам. Однако для чашек или мисок с тонкими стенками это катастрофа, поскольку от них ждут выносливости перед любыми кухонными невзгодами. Но однажды их терпению приходит предел: слабый удар – и поры дают трещины, которые неумолимо растут.

Проблему хрупкости и пористости удалось решить восточным гончарам. Они догадались, что если обработать глиняное изделие особой золой, то во время обжига с внешней стороны горшка образуется стеклянное покрытие, глазурь, которая закрывает поры. Варьируя состав и распределение глазури, горшки можно было раскрашивать и декорировать. Так неожиданно был открыт не только способ защиты от влаги, но целый эстетический мир.

Сейчас нередко можно встретить глазурованные изделия из глины. И, конечно, ее много на моей кухне: симпатичная, легко отмываемая от грязи керамическая плитка покрывает часть стены вокруг раковины и столешницы. Ею облицованы ванные комнаты и туалеты. Узорчатая фигурная плитка, которой выложены полы, стены и даже целые здания, – характерный элемент архитектуры Ближнего и Среднего Востока и арабских стран.

Но хотя глазурь защищает обожженную глину от влаги, она не спасает внутреннюю пористую поверхность керамики, подверженную трещинам в первую очередь. Поэтому керамическая плитка в общем и целом остается весьма хрупкой, как и глазурованные терракотовые чашки и миски. Эту проблему также решили на Востоке, в Китае, попутно создав совершенно новый тип керамики.

Две тысячи лет назад гончары династии Хань стали примешивать к глине различные минералы, которые едва ли можно было найти в реке. Одной из таких добавок был белый минерал каолин. Почему решили использовать его, никто не знает. Возможно, из чисто познавательного интереса, а возможно, просто понравился цвет.

Несомненно, были испробованы все варианты смесей; в конце концов додумались смешать каолин и несколько ингредиентов, например кварц и полевой шпат. Получилась белая глина, которая при обжиге превращалась в красивую белую керамику. В отличие от других известных типов глины, с каолином в печи при нагреве до невероятной отметки в 1300 °C происходило нечто странное. Глина превращалась в твердую массу – белую керамику – с почти идеальной, гладкой, как вода, поверхностью. Это были простые в техническом исполнении предметы, но мир не видел красивее. К тому же они были прочнее любых других керамических изделий: чашки и миски из тончайшего, почти как бумага, материала были неуязвимы для трещин. Тонкие стенки пропускали свет. Это был фарфор. Прочность и одновременно легкость, изящество и необычайная гладкость – это сильное заявление. Вскоре фарфор стал атрибутом императорской династии, воплощением ее мощи, богатства и утонченного эстетического вкуса. Было у фарфора и другое значение: символ счастливого союза технического мастерства и художественной выразительности. Ведь чтобы смешать минералы в точной пропорции, а также построить высокотемпературные печи для обжига, нужны были глубокие познания и хорошие навыки. Изначально предмет гордости, фарфор со временем стал знаком отличия династии Хань, воплощением ее совершенства. С тех пор в китайской истории с каждой императорской династией связан особый вид императорского фарфора.

Правители выставляли керамику напоказ, украшая дворцы прекраснейшими вазами и церемониальными чашами. Но чтобы высокие гости могли по достоинству оценить прозрачность и легкость нового материала, они должны были не только видеть его, но и ощущать. Тут пригодилась чайная церемония. Подача гостю напитка в фарфоровой чашечке говорила не только о знакомстве хозяина с последними техническими достижениями, но также о его благородном воспитании. Со временем она превратилась в официальный ритуал.

Торговцы с Ближнего Востока и Запада сразу поняли, что китайскому фарфору цены нет, настолько он превосходил все другие виды керамики. Предметом экспорта стал не только сам фарфор, но и чайная церемония – посол китайской культуры во всем мире, везде принятый с восторгом. Европейцы в то время все еще пили из деревянных, оловянных, серебряных и глиняных чашек. Фарфор стал зримым доказательством того, как далеко вперед шагнули китайские технологии. Обладание фарфоровым чайным сервизом и возможность угощать гостей лучшим китайским чаем сразу же наделяли хозяина особым статусом. Торговля фарфором, или, иначе, белым золотом, или просто china, процветала.

В Европе многие понимали, что собственное производство фарфора сулит сказочные богатства. Но ни один человек не приблизился к этой цели, даже шпионы не смогли раздобыть секрет, ревниво оберегаемый китайцами. Европейский фарфор появился лишь спустя пятьсот лет, когда некто по имени Иоганн Фридрих Бёттгер был брошен в тюрьму приказом короля Саксонии, обещавшего ему жизнь в обмен на открытие фарфора.

Бёттгер был алхимиком. В 1704 году его принудили работать в крепости под началом коменданта фон Чирнгауза. Вместе они должны были систематически ставить опыты с минералами белого цвета. Поворот наметился, когда в местных краях обнаружили каолин. Как только печь раскалили до необходимой температуры, ученые открыли то, что было известно китайцам за тысячу лет до них.

Бёттгер не подавал чай в новых чашках. Факт создания фарфора он предпочел доказать иначе: вынув чашку из раскаленной добела печи, где она только что проходила обжиг при 1350 °C, и тут же утопив ее в ведре с водой. Большинство изделий из керамики немедленно растрескались бы от термического шока, глина и вовсе бы взорвалась. Однако сила и крепость фарфора были так велики, что он остался цел и невредим. Король щедро наградил Бёттгера и фон Чирнгауза, ведь изобретение фарфора должно было принести ему неслыханное богатство.

После этого ученые и гончары по всей Европе начали проводить опыты, чтобы разгадать тайну фарфора. Континент наводнили промышленные шпионы, однако прошло целых пятьдесят лет, прежде чем британцы вывели на рынок так называемый английский твердый фарфор, изготовленный из местных ингредиентов. Из этого материала был сделан тот самый чайный сервиз, подаренный моим родителям на свадьбу. В 1962 году, когда семья Медовников объявила о свадьбе, шахтеры Корнуолла, должно быть, отправились в путь, как делали каждое утро на протяжении двухсот лет, по холмам, поросшим папоротником, изрытым карьерами и облепленным водяными мельницами, к карьеру возле деревни Тревиско выкапывать редкую белую глину каолин. На севере в гранитном руднике другие шахтеры тем временем добывали слюду, полевой шпат и кварц. В графствах Стаффордшир, Чешир, Дербишир, Лестершир, Уорикшир, Вустершир и Шропшир пасли скотину, кости которой потом сожгли и смололи в муку. Все эти ингредиенты отправили в Сток-он-Трент в Стаффордшире, где однажды зимой был рожден чайный сервиз для моей семьи.

В это время года городок наверняка был окутан густым смогом от сотен кирпичных печей для обжига и сушки, сложенных в форме бутылок, – печей, которые сделали из Стокон-Трента родину британского гончарного производства. В те дни смог имел отчетливый серный и слабый кислотный запах. Возможно, как это было и в 1987 году, когда я там жил, облака висели до того низко, что дым из труб смешивался с ними и город казался нереальным, будто во сне. В фабричных цехах нагретый печами воздух был теплым, сухим и уютным. Тянулись ряды скамей и механических станков, за которыми мужчины и женщины трудились над всевозможными изделиями из керамики, в основном тарелками, чайными блюдцами и, конечно же, чашками. Работа кипела, все вокруг дышало усердием и сосредоточенностью. И все было вылеплено из одного вещества. Оно было главным ингредиентом и всюду оставляло свой отпечаток. На всем оседал белый порошок – смесь минералов и костяной золы.

Сам по себе он довольно невзрачный. В него добавили воду, и получилась глина с консистенцией как у сдобного теста, однако и она, похоже, мало на что годилась. Женщина на фабрике «Веджвуд» вручную разлила ее в формочки, как она делала всю свою жизнь. Потом руки мастера быстро придали тесту форму чашек на гончарном круге, а после чашки, хрупкие и влажные, совсем слабенькие, как недоношенные дети, поставили на поднос. Они могли бы высохнуть естественным путем, затем просесть, растрескаться и развалиться на части, как если бы были сделаны из обычной глины. Но вместо этого их быстро унесли в другую часть фабрики.

Там человек с большими грубыми пальцами и невероятной сноровкой быстро соорудил капсулу для обжига из огнеупорной глины (то есть способной выдержать высокие температуры и потому вместить другую глину во время обжига) и поставил в нее все чашки. Потом их аккуратно расставили по местам, чтобы они не соприкасались, и запечатали капсулу куском огнеупорной глины. Внутри капсулы с чашками, все еще влажными и непрочными, было темно, холодно и сыро.

На следующий день капсулу вместе с пятьюстами другими осторожно поместили в одну из бутылкообразных печей для обжига. Заполнив печь, ее запечатали герметичной крышкой и разожгли уголь. Защищенные капсулой от дыма и копоти, чашки сохранили первоначальную белизну и медленно высохли при постоянном нагреве в течение дня, пока из них не испарилась вся влага. И вот он, хрупкий миг рождения. Чашки совсем беспомощны и беззащитны – кучки цепляющихся друг за друга минеральных кристаллов, не связанные никакой клейкой субстанцией. Но капсула защищает их от мощного воздействия раскаленного воздуха и дыма, которое в противном случае разнесло бы чашки на куски.

Температура все выше, идет трансформация минеральных кристаллов. Атомы прыгают от одного кристалла к другому, образуя мостики и превращая всю внутреннюю структуру чашки в цельную твердую массу.

А когда температура поднимается еще выше, до 1300 °C, и печь раскаляется добела, приходит черед волшебству: некоторые атомы, снующие между кристаллами, превращаются в поток жидкого стекла. Сейчас они в основном твердые, но частично уже перешли в жидкое состояние. Жидкое стекло течет, словно кровь по венам. Оно заполняет мельчайшие поры между кристаллами и сплошь покрывает поверхность. Фарфоровые чашки, в отличие от чашек из большинства других видов керамики, знают, что такое свобода от изъянов.

Понадобилось два дня, чтобы печь для обжига остыла до такой степени, чтобы ее можно было открыть, однако чашки еще нельзя вынуть – они слишком горячи. Но целая команда крепких и сильных мужчин, черных от копоти, одетых в три слоя шерстяных толстовок и курток, все же вытаскивают их из печи. Несколько капсул во время обжига растрескались, открыв чашки дыму и огню, – весьма печальный конец. Однако будущие чашки семьи Медовников в целости и сохранности, надежно спрятаны в капсуле (утробе, если продолжать аналогию с младенцем). Эту капсулу вскрыли с большой осторожностью, и чашки появились на свет – полностью созревший твердый костяной фарфор, весьма необычный на вид. Их осмотрели на предмет дефектов, и затем – последняя проверка – каждая получила от мастера щелчок, словно новорожденный младенец – ободряющий шлепок по попе.

Звонкость – верный знак качества. Если внутри есть поры, которые в раскаленном добела состоянии не были заполнены жидким стеклом, они поглотят некоторое количество звука и не дадут ему резонировать. Такая чашка издает глухой звук. Но чашка без единой поры будет звенеть и звенеть. Звон известил мир о рождении чашек для семьи Медовников. Щелкните по терракотовой чашке, и вы практически ничего не услышите, в лучшем случае раздастся глухой звук. Но оттого что в моей фарфоровой чашке нет ни единой поры или какого-либо дефекта, она сохранила свою чудесную изящную форму, хотя выглядит тонкой и просвечивает, как бумага. Даже спустя пятьдесят лет в ее звоне слышатся сила и жизнестойкость.

Эти чашки в семье Медовников берегли для особых случаев. В них подавали чай, когда моя бабушка по материнской линии приехала из Ирландии посмотреть на новый дом своей дочки. Они были на столе, когда вся семья собралась, чтобы отпраздновать рождение первого сына четы Медовников Шона, и в 1977 году, когда соседей пригласили на серебряную свадьбу, а дядя Алан тайком пил водку из фарфоровой чашки и потом упал на клумбу. Их доставали на Рождество, когда дедушка Медовник от души чихнул над праздничным столом, ломившимся от кушаний. Поднялась такая суматоха, что одну из чашек смахнули со стола, и она разбилась. Они присутствовали на свадьбе каждого из сыновей, кроме Шона, который вместе с невестой с прыгнул с парашютом на Гавайях, и церемония прошла на пляже. Чашки были ценным подарком и видели только торжественную часть жизни Медовников. Их доставали, когда нужно было произвести впечатление. Они никогда не участвовали в повседневной жизни: в них не приносили чай в постель, или к садовой ограде, или мальчишкам, играющим в футбол. Эти домашние случаи – в компетенции обычных фаянсовых или глиняных кружек невысокого качества. У этих толстые стенки – тонкие из этого хрупкого материала не получатся. Дешевые, забавные, нестандартной формы и размера, они создавали ощущение домашнего уюта. Чай, который из них пьют, тоже дешевый и бодрящий. Рожденный в Китае, чай стал национальным напитком англичан. Впрочем, здесь у него другая роль, чем при дворе династии Хань, где нужно было демонстрировать богатство и утонченность. В Англии вместо заварки используют, как правило, чайные пакетики со смесью самых дешевых сортов. Нам нравится темно-коричневый насыщенный цвет напитка, который ассоциируется у нас с хорошим чаем. Но, по правде говоря, у нашей смеси более слабый вкус в сравнении с очищенными сортами. Мы пьем чай с молоком, чтобы сгладить горький привкус и почувствовать уют и теплоту в холодные дождливые дни. Это простой чай, без претензий на утонченность, особенно когда его пьют из кружки.

Фарфоровая чашка, из которой я пью чай у себя на крыше, – последняя из свадебного сервиза, подаренного моим родителям. С тех пор многое изменилось, и молодожены теперь не обязаны держать дома чайный сервиз, потому что об изысканности и благородстве больше не судят по хорошему фарфору и чаю. Фарфору пришлось заново доказывать свое право на место под солнцем, утверждая себя в качестве современного функционального материала. На свадьбу и сейчас дарят фарфор – обычно простые белые тарелки и даже кружки, симпатичные, но, что гораздо важнее, пригодные для мытья в посудомоечной машине.

Я знаю, что этот ежедневный чай из свадебной чашки семьи Медовников положит конец ее существованию. Каждый раз, когда чай наполняет ее, жар вызывает напряжение, что приводит к появлению трещин, в то время как тяжесть налитого чая разрывает еще несколько связей между атомами. Мало-помалу трещина расползается, съедая чашку изнутри, словно маленький червяк. Однажды она просто развалится на части. Возможно, не стоит использовать ее в быту, чтобы сохранить память о свадьбе моих родителей. Однако мне нравится думать, что всякий раз, когда я пью чай из этой чашки, я произношу тост во славу их любви, а для чего еще, собственно говоря, предназначена эта чашка?

10. Бессмертие

В семидесятые годы в Америке вышел научно-фантастический телесериал «Человек на шесть миллионов долларов». Действие фильма предваряет страшная катастрофа, в которой едва не погиб астронавт Стив Остин; врачи отваживаются на рискованную операцию, чтобы спасти ему жизнь и вернуть чувствительность. Требовалось не только восстановить функции организма, но и создать нового человека – «лучше, быстрее, сильнее» прежнего. Детали сложной хирургической операции, а также вживления бионических устройств, остались за кадром, все внимание в фильме сосредоточено на сверхчеловеческих способностях «переделанного» Стива Остина, который мог теперь невероятно быстро бегать, перепрыгивать высоченные заборы и чуять опасность за версту. Нам с братьями нравился этот сериал, и мы ему верили. Поэтому когда однажды я сломал ногу, неудачно спрыгнув с гимнастической лестницы, и меня повезли в больницу, я предвкушал необычайное приключение. Вместе со мной на заднее сиденье фиолетового «пежо-универсала» втиснулись трое моих братьев. Они наперебой повторяли своими писклявыми голосами: «Мы можем собрать его заново, он станет лучше, быстрее, сильнее…»

В приемной скорой помощи врач быстро и ловко осмотрел меня и поставил диагноз. Нога была действительно сломана, но врач заверил, что кость срастется сама. Я расстроился. Эти слова прозвучали жалкой отговоркой. Почему же они не хотят меня переделать? Я поговорил с мамой, и она тоже сказала, что кость, несмотря на ее твердость, способна зарастать.

Как объяснили врачи, под жесткой костной оболочкой скрывается мягкая сердцевина – немного похоже на ветку дерева. Еще они сказали, что на невидимом, микроскопическом уровне эта внутренняя часть состоит из пористой ячеистой ткани; клетки свободно двигаются, и поэтому кость ломается и заживает. Вот почему кости, как и мышцы, становятся то сильнее, то слабее в зависимости от нагрузки: их укрепляют прыжки и бег, но главным образом сама тяжесть тела. Еще мне рассказали про болезнь космонавтов, у которых истончаются кости, лишенные привычной нагрузки в условиях невесомости.

«Ты часом не из космоса?» – спросил кто-то, полагая, что удачно сострил. В ответ я лишь нахмурился.

Хотя костная ткань формируется непрерывно, требуется еще идеально совместить концы сломанной кости. По словам врачей, это означало, что ногу на несколько месяцев обездвижат – старый-престарый метод, к нему прибегали еще древние греки и египтяне, когда высоких технологий не было и в помине. Просто на ногу накладывали жесткую повязку.

Египтяне обертывали ногу льняным полотном, так же они поступали с покойниками, когда превращали их в мумии. Греки применяли хлопковую ткань, кору деревьев, воск и мед. Моя повязка была из гипса – турецкого изобретения XIX века. Медицинская гипсовая повязка – это своего рода гончарное изделие из обезвоженного минерального гипса, который в смеси с водой затвердевает не хуже цемента. Впрочем, гипс слишком хрупкий материал, чтобы использовать его в виде массы: такой через несколько дней просто растрескается и рассыплется на кусочки. Но если нанести его на марлевые бинты, он станет гораздо прочнее, волокна ткани скрепят его и не дадут трещинам расползтись. В таком виде гипс может неделями укрывать сломанную ногу плотным коконом. Главное преимущество такого метода перед египетским и греческим состоит в том, что мне, например, не пришлось безвылазно провести в постели три месяца, пока заживала нога. Гипсовая повязка достаточно жесткая и прочная, чтобы выдержать вес тела, не страшны ей и случайные удары во время ходьбы на костылях, так что кость срастается идеально. До изобретения гипса переломы конечностей часто приводили к пожизненной хромоте.

До сих пор помню, как мне положили влажный гипс на забинтованную ногу. Это было странное ощущение одновременно тепла (из-за реакции гипса с водой) и покалывания (как только бинты на коже начали затвердевать). Нога вдруг зачесалась, и стоило немалых усилий ее не трогать. Еще несколько месяцев зуд возникал снова и снова, обычно среди ночи, и я ничего не мог с этим поделать – почесать зудящее место под гипсовой повязкой было просто невозможно. Такова была цена, которую пришлось заплатить, по словам моей мамы, за перерождение в духе «Человека на шесть миллионов долларов». Я жалобно возразил, что никто меня не перерождал, – сам-то я просто мечтал об этом, но тело само себя вылечило, врачи ему только помогли. Я не стану быстрее, сильнее или лучше. Так навсегда и останусь неуклюжим слабаком. Тут мама велела мне закрыть рот, и правильно сделала.

С тех пор в моей жизни было немало серьезных травм и походов в больницу. Не то чтобы на мне живого места не осталось, но близко к тому. Я ломал ребра и пальцы, однажды разбил голову, прошел сквозь стеклянную дверь, повредил слизистую оболочку желудка, получил удар ножом в спину. И всякий раз мое тело само залечивало раны, хотя и под врачебным присмотром. Лишь дважды медикам понадобилось «подновлять» меня. Впервые это случилось уже довольно давно, однако проблема не исчезла и время от времени о себе напоминает.

Все началось с тупой боли во рту, которая через два дня превратилась в острую боль в одном конкретном зубе. От горячего она становилась нестерпимой, а в один прекрасный день, откусывая от сэндвича, я услышал жуткий хруст, от которого мурашки забегали по коже. Хуже всего было то, что страшный звук исходил у меня изо рта и сопровождался сильной болью, пронзившей, казалось, мой мозг. Я тут же потрогал языком ранку и, к своему ужасу, обнаружил острые обломки на месте когда-то крепкого гладкого зуба. Похоже, он сломался… Так и было. После этого я уже не мог ни есть, ни пить, поскольку обнажился нерв, сверхчувствительный к любым прикосновениям, – всякий раз меня пронзала непереносимая боль. Рот стал запретной зоной, я думал только о боли и о том, как от нее избавиться.

Древние египтяне и древние греки не умели лечить зубы. Наши предки жили с дырявыми зубами, мучаясь изо дня в день. Когда боль донимала слишком сильно, зуб просто выдергивали. Это делал щипцами местный кузнец или, если повезет, обученный врач. Позднее стали применять обезболивающие средства, такие как настойка опия.

В 1840 году изобрели новый сплав под названием «амальгама» (в него, как правило, входят серебро, олово и ртуть) – новое слово в медицине. Из-за наличия ртути в исходном виде амальгама при комнатной температуре представляет собой жидкий металл. Но когда ее смешивают с серебром и оловом, образуется твердый, износостойкий, прочный кристалл. Этот волшебный материал, пока он жидкий, можно влить в полость зуба и оставить там до полного затвердевания. Амальгама слегка расширяется, запечатывая дыру, и пломба накрепко связывается с тканями зуба. По твердости и долговечности пломбы из амальгамы намного превосходили старые – из олова и свинца, которые к тому же плавили при высокой температуре, чтобы влить в полость зуба, причиняя пациентам невыносимые страдания.

Через сто пятьдесят лет после того, как этот сплав впервые использовали для недорогого лечения зубов, мне поставили мою первую пломбу из амальгамы. Она держится до сих пор, и я могу провести языком по ее ровной гладкой поверхности. Пломба превратила меня из физически и умственно истощенного бедолаги в прежнего веселого здорового мальчишку, который порой, возможно, действовал на нервы окружающим. С того времени я поставил еще восемь пломб – первые четыре из амальгамы, остальные из композитной пластмассы. Эти композитные пломбы состоят из прочного прозрачного пластика и кварцевого порошка, который придает им жесткость и износостойкость, причем они гораздо лучше амальгамы подходят к цвету зубов. Эти пломбы тоже вливают в полость зуба. Как только материал заполняет отверстие, в рот вставляют маленькую ультрафиолетовую лампу, свет запускает химическую реакцию в пластике, и тот затвердевает почти мгновенно. Еще один современный метод – удаление и полная замена поврежденного зуба фарфоровой (или циркониевой) копией. Она прочнее композитной пломбы, и у нее более натуральный цвет. Без этих средств стоматологии у меня сейчас осталось бы совсем мало собственных зубов.

Еще один биоматериал, который и по сей день со мной, вживили в 1999 году, когда я работал в Нью-Мексико. Виной тому стала игра в футбол. Мяч был у моих ног, я сделал резкий поворот – и почувствовал острую боль в колене. При этом раздался отчетливый хлопок. Сама мысль о том, что, просто дернув коленом, я без видимых причин мог что-то разорвать внутри, кажется странной. Но именно так и произошло. Я порвал одну из связок, фиксирующих правый коленный сустав, а именно переднюю крестообразную связку.

Связки – это эластичные бинты в нашем теле. Вместе с мышцами, а также сухожилиями, которые соединяют мышцы со скелетом, они скрепляют суставы и придают упругость нашим движениям. Задача связок – сочленять кости. Они вязкоэластичны, то есть могут резко растянуться до предела и, если не ослабить усилие, так и останутся вытянутыми. Отчасти поэтому спортсмены делают упражнения на растяжку, когда хотят увеличить гибкость суставов, – они удлиняют связки. Но, несмотря на всю их важность для суставов, у связок слабое кровоснабжение, поэтому порванные связки практически невозможно восстановить. И мне пришлось заменить их, чтобы сустав снова заработал.

Хирургически это можно сделать по-разному. Врач сделал мне переднюю крестообразную связку из фрагмента моего собственного подколенного сухожилия и прикрутил ее к колену винтами, так что, если я опять вздумаю поиграть в футбол или покататься на лыжах, новая связка не выпадет из сустава.

Наши органы весьма разборчивы в отношении инородных тел и бо́льшую их часть отторгают. Титан – один из немногих металлов, которые не отторгаются нашим организмом. Более того, титан способен к остеоинтеграции, то есть образует прочные связи со скелетом. Это очень удобно, если вам нужно прикрепить часть подколенного сухожилия к кости – будьте уверены, соединение не ослабнет и не растянется со временем. Титановые винты служат мне верой и правдой уже больше десяти лет и благодаря замечательному сочетанию прочности и химической инертности (а ведь найдется не так уж много металлов, которые никогда не вступают в реакцию с организмом, даже нержавеющая сталь чувствительна к суровому внутреннему климату) они и сейчас должны быть как новые. Надежное покрытие из оксида титана предохраняет винты от порчи, и я определенно рассчитываю, что их запаса прочности хватит мне до конца жизни. Титан также способен выдерживать высокие температуры, так что, когда я умру и буду кремирован, опознать меня можно будет по титановым винтам. Надеюсь, когда они снова увидят божий свет, мои родственники отнесутся к ним с должным почтением, потому что без них я не мог бы делать многое из того, что люблю: бегать, играть с семьей в футбол, ходить в горы. Благодаря титановым винтам и моему хирургу я вновь обрел спортивную форму, за что я перед ними в неоплатном долгу.

Разумеется, я пока что не умер и хотел бы сохранять физическую силу и здоровье еще лет пятьдесят. Для этого мне, без сомнений, придется выдержать дальнейшую «переделку». Обзор современных технологий вселяет надежду. Нам пока еще далеко до «Человека на шесть миллионов долларов», но за последние сорок лет мы сделали ощутимый рывок.

Мои мама и дедушка на прогулке, 1982 год

Это фотография моего дедушки, который умер в девяносто восемь лет. До конца жизни он сохранял ясный ум и мог ходить, опираясь на палку. Не каждому так везет. И все же у него было немало проблем со здоровьем, да и ростом он стал заметно ниже. Неизбежно ли угасание, или же в будущем мы сможем победить главные возрастные изменения посредством перестройки организма? Позволят ли мне технологии, над которыми трудятся ученые-биомедики в своих лабораториях, дожить до девяноста восьми, и чтобы при этом я мог ходить, бегать и даже кататься на лыжах, не растеряв здоровья и подвижности нынешних сорока трех лет?

Что касается подвижности, следует отметить, что первым делом изнашиваются и выходят из строя не мышцы и даже не связки (вот тут мне чуть-чуть не повезло), а внутренние поверхности суставов. В этом отношении особо уязвимы сложно устроенные гибкие коленные и тазобедренные суставы, выдерживающие немалый вес тела. Впрочем, локтевые, плечевые и пальцевые суставы тоже изнашиваются и выходят из строя. Это механическое истирание приводит к хроническому недугу под названием остеоартрит. Другой вид артрита, ревматоидный, развивается из-за повреждения суставов иммунной системой и приводит к таким же последствиям. Разрушаются ли они сами, или это вы их калечите (в ДТП, во время занятий спортом), никакой отдых и иммобилизация не помогут, если не работают тазобедренные, коленные, локтевые или какие-либо еще суставы. В отличие от остальных костей, внутренняя поверхность сустава не способна к самозаживлению и самовосстановлению, поскольку она состоит не из костных клеток.

Замена тазобедренных суставов практикуется хирургами довольно давно. Первую попытку предприняли в 1891 году, взяв за основу слоновую кость. В наши дни чаще применяют титан и керамику. Успех отчасти объясняется простой анатомией бедра: это одинарный шарнир, на котором нога может вращаться как угодно (в том числе очень странным образом; если вы когда-нибудь занимались йогой, то поймете, о чем я). Придумали даже социальный ритуал, чтобы показать всевозможные движения бедрами, – танцы в стиле диско. Умеете крутить бедрами и одеваетесь по моде – тогда вы «крутой».

Тазобедренный сустав формируется еще в утробе матери – на верхнем конце бедренной кости появляется шарообразный нарост, в точности совпадающий с выемкой в тазу (вертлужной впадиной). В дальнейшем тазовая и бедренная кости растут с одинаковой скоростью и в любом возрасте идеально соответствуют друг другу. Поверхность у обеих костей (как, впрочем, и у любой другой) шероховатая, поэтому еще один слой ткани – хрящ – выстилает место стыка. Хрящ мягче кости, но гораздо тверже мышцы. Он образует гладкую прослойку между бедренной и тазовой костями, а также служит амортизатором. Связки, мышцы и сухожилия скрепляют сустав, ограничивают его подвижность, благодаря им округлый конец бедренной кости надежно удерживается в тазовой выемке во время бега, прыжков и, разумеется, джайва. При артрите суставный хрящ разрушается и заново уже не вырастает.

Поэтому, когда приходится менять сустав, головку бедренной кости ампутируют и ставят вместо нее титановый шарик. В тазу просверливают новую выемку по размеру протеза и кладут внутрь высокоплотный полиэтилен – он-то и выполняет роль хряща. Такой протез полностью восстанавливает подвижность ноги и служит десятки лет, пока полиэтилен не потеряет своих свойств – тогда вновь требуется замена. В последних моделях детали так хорошо пригнаны, что полиэтиленовая прокладка не нужна, но пока неясно, выигрывают ли они в долговечности, – не исключено, что прямой контакт металла с металлом или, в более современных протезах, керамики с керамикой ускорит износ. Как бы то ни было, операции по замене тазобедренных суставов сегодня в порядке вещей и уже вернули миллионам пожилых людей радость движения.

С заменой коленного сустава дело обстоит примерно так же – правда, коленный сустав сложнее устроен: это не одинарный шарнир, он отвечает не только за сгибание и разгибание, но и за скручивание. Как-нибудь в уличном кафе, глядя от нечего делать по сторонам, присмотритесь к прохожим. Они ходят «от колена», то есть выдвигают колено вперед, заносят его над местом, куда собираются шагнуть, затем опускают стопу, приноравливаясь к спускам и подъемам, то есть поворачивая ее под тем или иным углом, что требует сложной регулировки и перегруппировки коленного сустава. Бег – это еще более суровое испытание для наших коленей: ко всему прочему они сотрясаются от постоянных ударов стопы о землю. Попробуйте идти, не сгибая ноги в коленях, – вы сразу оцените важность этих суставов. Мне совсем не улыбается перспектива полной замены коленного и тазобедренного суставов в ближайшие десять-двадцать лет. Впрочем, если это единственный способ оставаться на ногах, я, конечно же, соглашусь на операцию. Однако десять лет – это большой срок для медицины и материаловедения. Ученые ищут способы восстановления поврежденной хрящевой ткани внутри суставов, и, возможно, их открытия спасут меня от скальпеля.

Хрящ – сложная живая материя. Подобно гелю, он обладает внутренним каркасом из волокон, по большей части коллагеновых. (Коллаген – молекулярный родственник желатина и основной белок в человеческом теле, он отвечает за упругость и прочность кожи и других тканей. Именно поэтому его часто указывают на этикетках кремов от морщин.) Однако, в отличие от гелевого, хрящевой каркас заключает в себе живые клетки – они формируют хрящ и поддерживают его в нормальном состоянии. Эти клетки называются хондробластами. Сейчас уже научились выращивать хондробласты из собственных стволовых клеток пациента. Однако простое введение этих клеток в сустав не приводит к восстановлению хряща, отчасти потому, что хондробласты не могут выжить вне коллагенового каркаса, без него они погибают. Это все равно что заселить Луну лондонцами – совершенно беспомощными без привычной городской инфраструктуры.

Временная конструкция внутри сустава, которая имитирует базовое строение хряща, – вот что нужно. Если ввести хондробласты в этот трехмерный каркас, или, иначе, подложку-носитель, то они будут расти, активно делиться, у них будет вдоволь времени и места, чтобы построить заново свою естественную среду обитания и нарастить хрящ. Несомненно, клетки либо сами поглотят каркас-подложку, либо его будут проектировать таким образом, что он сразу растворится, как только новые клетки закончат обустройство своей среды обитания, при этом готовый хрящ в колене или бедре не пострадает.

Идея восстановления хрящевой ткани на трехмерном клеточном каркасе может показаться надуманной, но такой способ действительно существует, и впервые его применил в 1960-х годах профессор Ларри Хенч. Некий полковник поставил перед ним задачу – найти способ восстановления костной ткани, чтобы врачам не пришлось ампутировать ноги солдатам, искалеченным на Вьетнамской войне: «Мы умеем спасать жизни, но не умеем спасать конечности. Нам нужны новые материалы, которые не отторгает организм». В поисках материала, идеально совместимого с костью, Хенч и его команда открыли гидроксиапатит, который при попадании в организм человека образует чрезвычайно прочную связь со скелетом. Хенч проводил опыты с разнообразными составами на основе гидроксиапатита. В итоге он обнаружил, что, если придать материалу форму стекла, тот обретает замечательные свойства. Биоактивное стекло имеет пористую структуру, то есть состоит из чрезвычайно узких каналов.

Клеточный каркас из биостекла с растущими внутри клетками

Костным клеткам, остеобластам, в новой среде было раздолье. Они размножались, образуя новую кость, и попутно разрушали, как бы разъедали, каркас из биостекла.

Биоинженерия достигла немалых успехов. Можно вырастить ткань для искусственных трансплантатов или восстановить с ее помощью живые кости черепа и лица. Но воссоздать кости более сложной структуры, выдерживающие большой вес, пока не получается, на это нужно время, к тому же трехмерному клеточному каркасу не под силу неизбежные перегрузки. Большие трехмерные структуры выращивают в лабораториях, а не в организме пациента. Клетки созревают в биореакторе, при той же температуре и влажности, что и внутри тела, и регулярно получают питательные вещества. Успех этой технологии открывает возможность полной замены органов. Первые шаги в этом направлении уже сделаны: ученые вырастили дыхательное горло в лабораторных условиях.

Помог тут случай с одним пациентом, которому из-за раковой опухоли требовалось удалить трахею. После операции он бы не смог дышать сам и до конца жизни зависел бы от аппарата искусственного дыхания. Первым делом больному сделали компьютерную томографию, просветив его рентгеновскими лучами. Обычно так выявляют раковые опухоли головного мозга и других органов. Однако на этот раз с помощью томографии построили трехмерное изображение трахеи. Затем его «распечатали» на 3D-принтере, новейшем чуде техники, которое позволяет создавать объекты на основе цифровой информации. По сути, он мало отличается от обычного принтера, только вместо мельчайших чернильных капель 3D-принтер выпускает слой за слоем микросгустки биоматериала, постепенно строя объект. Сегодня мы уже умеем печатать не только простейшие бытовые предметы вроде чашки и бутылки, но механические устройства, например дверные петли и даже двигатели. Для этого используют сотни различных материалов, включая металлы, стекло и пластик. А профессор Александр Сейфальян распечатал на 3D-принтере точную копию трахеи из материала, который он сам разработал вместе с сотрудниками, – нечто вроде инкубатора для стволовых клеток пациента. Взрослые стволовые клетки служат строительным материалом для тканей, и каждому типу клеток в организме соответствует особый тип стволовых клеток. Стволовые пары для остеобластов называются мезенхимными стволовыми клетками. Ученые насытили трехмерный клеточный каркас мезенхимными стволовыми клетками из костного мозга пациента и поместили в биореактор. Первоначальный биоматериал превратился в колонии разнообразных клеток, из которых возникли хрящи и другие ткани; а затем эта новая устойчивая живая среда поглотила трехмерный каркас. В итоге осталось то, что можно было назвать новой трахеей.

Технология хороша тем, что орган выращивают из собственных клеток пациента, поэтому он становится частью тела. Организм не отторгает трансплантат, и можно обойтись без иммунодепрессантов с их сильными побочными эффектами. (А значит, пациенту не грозят инфекции и паразиты – обычные спутники подавленного иммунитета.) Однако, чтобы лечение принесло пользу, организм должен снабжать трахею кровью, и пока неясно, можно ли наладить этот процесс. Клеточная среда должна быть стабильной, иначе трахея потеряет форму и человек не сможет нормально дышать.

Еще одна трудность – обеззараживание. Дело в том, что хрупкие полимеры, из которых состоит трехмерный каркас, не переносят обычной высокотемпературной стерилизации. Однако, несмотря на все эти трудности, 7 июля 2011 года был создан первый трансплантат из собственных стволовых клеток пациента.

Каркас трахеи, насыщенный стволовыми клетками, незадолго до пересадки. Работа профессора Сейфальяна и его команды

Успех профессора Сейфальяна ускорил производство нового поколения трехмерных каркасных материалов. Но трахея должна служить исправно, а залог ее долгой жизни – хорошее кровоснабжение. Однако трахея не управляет работой всего организма, эту функцию выполняют другие органы. Поэтому следующая задача – вырастить печень, почки, а может быть, даже сердце. Если отказывает один из этих главных органов, человеку требуется пересадка. Нужен здоровый донорский орган, биологически совместимый с тканями реципиента, и больному придется всю жизнь сидеть на таблетках, чтобы организм не отторг инородное тело. Но для большинства пациентов это последний шанс вернуть здоровье и силы, поэтому донорских органов всегда не хватает.

Постоянный дефицит донорских органов втройне опасен. Во-первых, пациентам, у которых не работают печень или почки, предстоит длительное и очень дорогое лечение, от которого они полностью зависят. Во-вторых, сердечники часто умирают, не дождавшись подходящего здорового органа. И в-третьих, растет спрос на черном рынке, а это значит, что бедняков, особенно в развивающихся странах, все чаще вынуждают продавать собственные органы. Подобная практика документально зафиксирована. Ученые из Мичиганского университета недавно провели исследование в Бангладеш: тридцать три опрошенных продавца почек не получили обещанных денег, и после операции их здоровье серьезно ухудшилось. Обычно донора переправляют в зарубежную частную клинику, где богатый пациент дожидается здорового органа. Там же происходит и трансплантация. Средняя стоимость почки составляет около 1200 долларов США.

Эти проблемы не исчезнут, пока мы не найдем альтернативу пересадке органов. Выращивание тканей из биоматериала на трехмерном клеточном каркасе – наиболее перспективная технология на данный момент. Конечно, труд предстоит немалый. Органы сложно устроены: чтобы они работали как надо, множество специализированных клеток вступают во взаимодействие. Например, печени и почкам недостаточно собственного кровяного запаса, должна быть налажена связь с главными артериями. Но самая острая проблема – это сердце, поскольку оно у нас одно; умрет сердце – умрем и мы. Уже существуют искусственные сердца, однако никто еще не смог прожить с таким сердцем больше года. Вполне вероятно, что в создании новых органов трехмерная печать будет играть ключевую роль. Зубные имплантаты уже делают на 3D-принтерах. Так, в 2012 году изготовили новую челюсть для восьмидесятитрехлетней женщины. Это была искусственная титановая кость, но скоро научатся печатать в 3D каркасный материал и насыщать его клетками, которые со временем превратятся в собственные зубы пациента.

Искусственная челюсть, напечатанная на 3D-принтере

Кажется, пора приступать к массовому производству жизненно важных органов – все готово для этого. Вполне допускаю, что и в девяносто восемь, с новым сердцем и еще парой-другой органов, я сохраню здоровье и хорошую физическую форму. Но буду ли я как «Человек на шесть миллионов долларов» – «лучше, сильнее, быстрее»?

Трудно сказать, но, пожалуй, ответ отрицательный. Мы ведь стареем не потому, что у нас дряхлые клетки, а потому, что вся клеточная система приходит в негодность. Это как испорченный телефон: каждое новое поколение клеток повторяет не совсем ту структуру, которую получает в наследство, и ошибка закрепляется. Моя кожа стареет не потому, что ее клеткам стукнуло сорок три; нет, они моложе, так как взрослые стволовые клетки все время порождают новые клетки взамен прежних. Я старею потому, что мало-помалу деградирует сама структура кожи и клетки, поколение за поколением, воспроизводят ее дефекты. Появляются пятна, утончения, морщины, и конца этому не видно.

То же можно сказать о сердечно-сосудистой системе. Болезни, связанные с системой кровообращения, являются главной причиной смерти в Великобритании – от них умирает почти треть англичан. Скорее всего, я умру от сердечного приступа или инсульта. То и другое, по сути, сбой сердечно-сосудистой системы, поддерживающей жизнь в моем теле, – сердца, легких, артерий и вен. Хирург может ее починить, заменив негодные детали донорскими органами или искусственно выращенными имплантатами, но он не может остановить износ всей системы в целом. Операция не омолодит девяностовосьмилетнюю сердечно-сосудистую систему, не убережет ее от новой поломки. А возможность замены всей сосудистой системы на нашем веку не предвидится.

И значит, несмотря на все успехи трансплантологии, структура взаимодействий между органами и тысячами других внутренних систем, от которых зависят наша жизнь и здоровье, с годами будет накапливать ошибки и выходить из строя. А мы будем стареть.

Конечно, когда преждевременно истекает срок службы какой-нибудь одной части тела, у нас в запасе есть радикальное средство – синтетические имплантаты. Но они не решают конечную проблему (если можно ее так назвать) – проблему смерти. Их задача – улучшить качество жизни. Так, вместо отрезанной конечности можно поставить робота: электромеханическое устройство принимает нервные сигналы от мозга и трансформирует их в шевеления искусственной кисти или ноги. Даже люди, полностью парализованные ниже шеи, могут управлять роботизированными конечностями – протез хотя бы отчасти возвращает им былую свободу движений. Новая технология доступна и тем, кто не может ходить в силу преклонного возраста.

Это другой тип будущего, отличный от того, который предлагает тканевая инженерия: царство бионики, в котором наши движения и физический контакт с миром все больше зависят от синтетических и электронных посредников. О таком будущем грезили создатели «Человека на шесть миллионов долларов», именно эта технология сделала героя «лучше, сильнее, быстрее». По нынешнему курсу те шесть миллионов составляют миллионов тридцать пять – цифра, конечно, взята с потолка, но технологии по продлению жизни действительно очень дороги. Чтобы дожить до ста лет здоровым и полным сил, придется выложить кучу денег. Нам или кому-то вместо нас? Станет ли эта технология предметом роскоши? Только ли богачи в свои девяносто восемь будут играть в теннис, тогда как остальным уготованы инвалидные кресла? Или же мы просто сможем дольше работать – вплоть до восьмидесяти или девяноста лет? Я бы предпочел последнее, но если это и правда будет стоит тридцать пять миллионов долларов, большинство людей никогда не сможет позволить себе такое будущее, сколько бы они ни вкалывали.

По всей вероятности, я доживу до девяноста восьми лет. Сгорблюсь ли я и стану вполовину меньше ростом, буду ходить медленно, с палочкой, как мой дед, или мой удел – резвиться с внуками на спортплощадке, – во многом зависит от успехов биомедицины, а также от состояния экономики. Впрочем, я очень надеюсь, что монотонные заклинания моих братьев: «Мы можем собрать его заново, он будет лучше, быстрее, сильнее…» когда-нибудь станут явью. Немножко бессмертия мне бы не повредило.

11. Эпилог

В этой книге я тщательно препарировал материальный мир. Я хотел показать, что материалы – это не просто разноцветные комки вещества, но еще и сгустки наших желаний и потребностей. Чтобы нам было где жить и во что одеваться, чтобы лакомиться шоколадом и смотреть кино, мы сделали замечательную вещь – проникли в сложную структуру материалов. Этот способ познания мира называется материаловедением, ему уже несколько тысяч лет, и он такое же человеческое достижение, как другие науки, музыка, изобразительное искусство, кинематограф, литература, о которых мы знаем гораздо больше. Эту последнюю главу я посвящаю языку материаловедения – с его помощью можно понять и описать сущность любого материала, а не только тех, которые мы подробно рассмотрели в этой книге.

Общий подход таков: материал не бывает цельным и однородным, это обман чувств. На самом деле материалы состоят из множества связанных между собой разнородных элементов, которые можно обнаружить на разных уровнях. Любой материал подобен матрешке – многочисленные структуры (почти все незаметны глазу) вложены одна в другую, идеально совпадая в пропорциях. Именно такая иерархическая архитектура делает каждый материал сложным и уникальным, в буквальном смысле делает и нас такими, какие мы есть.

Одной из наиболее фундаментальных материальных структур являются атомы, но важны и другие. Выше уровнем расположены дислокации, кристаллы, волокна, каркасы, гели и пены (ограничусь здесь структурами, о которых рассказывал, на самом деле их больше). Все это персонажи повести, и каждый вносит вклад в общий замысел. Есть в ней и главные герои, но понять до конца, почему материал ведет себя так или иначе, можно, лишь проследив за всеми участниками истории. Как мы уже видели, ложка из нержавеющей стали не имеет собственного вкуса, потому что атомы хрома внутри ее кристаллов вступают в реакцию с кислородом, компонентом воздуха, и образуют на поверхности невидимый защитный слой оксида хрома. Если поскрести по металлу, его не тронет ржавчина: защитный слой восстановится гораздо быстрее. Вот почему мы первое поколение, не ощущающее вкуса столовых приборов. Молекулярное объяснение в данном случае годится, но понимание других свойств нержавеющей стали требует рассмотрения всех ее структур.

Если мы посмотрим на материалы с этой точки зрения, то вскоре увидим, что все они обладают одинаковым набором внутренних структур. (Самый простой пример – все материалы состоят из атомов.) И выяснится, что у металлов много общего с пластмассами, у которых, в свою очередь, много общего с человеческой кожей, с шоколадом и прочими материалами. Чтобы зрительно представить связь между всеми материалами, взгляните на карту матрешковидного материального мира. Обычная карта изображает разные географические объекты в одном масштабе, а наша изображает один и тот же объект – показывает материал изнутри, в разных масштабах.

Начнем, пожалуй, с главного – с атомов. Они приблизительно в десять миллиардов раз меньше нас, поэтому человеческий глаз не различает атомные структуры. На Земле существует 94 природных типа атомов, при этом восемь из них составляют 98,8 % всей массы планеты: железо, кислород, кремний, магний, сера, никель, кальций и алюминий. Остальные, включая углерод, в техническом смысле лишь микроэлементы. Мы умеем превращать некоторые распространенные элементы в редкие, но для этого нужен ядерный реактор, причем стоимость процесса превышает затраты на разработку природного месторождения, да еще и приводит к образованию радиоактивных отходов. Вот почему в наш век золото все еще в цене. Если сложить все золото, когда-либо добытое человечеством, оно легко уместится внутри одного большого особняка. Тем не менее природная редкость некоторых полезных типов атомов, например неодима или платины, не такая большая проблема, поскольку свойства материала определяет не только атомный состав. Как мы уже знаем, разница между твердым прозрачным алмазом и мягким черным графитом не имеет никакого отношения к их атомному составу – оба материала состоят из одного и того же чистого элемента углерода. Коренное различие в их физических свойствах объясняется расположением атомов либо в виде куба, либо в виде слоев шестиугольных пластин. Эти структуры неслучайны – вы не можете создать любую, на свой выбор, – и подчиняются законам квантовой механики, которая трактует атомы не как сингулярные частицы, но как выражение многих волн вероятности. (Вот почему имеет смысл называть структурами как сами атомы, так и их упорядоченные скопления.) Некоторые из квантовых структур образуют свободные электроны, и тогда материал обладает электропроводностью. У графита именно такая структура, поэтому он проводит электричество. В алмазе точно такие же атомы, но в иной структуре не позволяют электронам свободно перемещаться внутри кристалла, поэтому алмазы не проводят электричество. Кстати, подобным же образом объясняется и их прозрачность.

Чудеса природы иллюстрируют тот факт, что даже с весьма ограниченным набором атомных ингредиентов можно создавать материалы с самыми разнообразными свойствами. Прекрасный пример тому – наши тела. Мы сделаны главным образом из углерода, водорода, кислорода и азота; легкие перестановки в молекулярной структуре элементов, щепотка минералов, таких как кальций и калий, дали широкий ассортимент биоматериалов, от волос до костей. Трудно переоценить философское и технологическое значение этой материаловедческой максимы: чтобы постичь сущность материального объекта, недостаточно знать его базовый химический состав. В конечном счете на ней стоит современный мир.

Следовательно, чтобы создать новый материал, мы должны соединить атомы. Если их наберется около сотни, получится так называемая наноструктура. «Нано» означает «одна миллиардная», этот мир населен телами примерно в миллиард раз меньше нас. Макромолекулы из десятков и сотен атомов образуют более крупные структуры, чем атомы. К этим структурам относятся физиологические белки и жиры; также наночастицы составляют основу пластиков, например нитроцеллюлозы, из которой делают целлулоид, и лигнина, который удаляют из древесины, прежде чем сделать из нее бумагу. Пористая наноструктура образует мелкодисперсную пену, такую как аэрогель. Все материалы, упомянутые в этой книге, проявляют свои характерные признаки на уровне наномолекул, и манипуляции именно с этой структурой существенно влияют на их свойства. Люди применяют нанотехнологии не одну тысячу лет, но косвенно – к примеру, при плавке металла. Когда кузнец ударяет молотом по куску железа, он меняет форму кристаллов, перемещая атомы в кристаллической решетке со скоростью звука. Разумеется, мы не видим этих наноразмерных превращений. На своем уровне мы замечаем лишь, как меняется форма металла. Для нас металл существует в виде цельного куска – вся замысловатая механика кристаллов открылась нам лишь недавно.

Нанотехнологии сегодня у всех на слуху, потому что теперь мы вооружены микроскопами и инструментами для прямого воздействия на эти мельчайшие скопления атомов и можем создать целый ряд новых наноструктур. Например, накопители света, которые сохраняют его в виде электричества, наноизлучатели и даже запахоуловители. Кажется, наши возможности безграничны, но самое интересное, что многие наноструктуры способны к самосборке. То есть материалы умеют сами себя создавать. Звучит пугающе, но на самом деле это полностью укладывается в законы физики. Ведь в чем принципиальная разница между мотором автомобиля и нанодвигателем? В нановерсии преобладают и очень ярко выражены электростатическая сила и поверхностное натяжение, которые удерживают частицы вместе, в то время как сила тяжести очень слаба. На автомобильный двигатель сильнее всего действует земная гравитация, растаскивающая детали двигателя в разные стороны. Можно сконструировать наномашины, которые будут собирать (и чинить) себя сами под действием электростатической силы и поверхностного натяжения. Подобная молекулярная машинерия по большей части уже присутствует в клетках, почему они и способны к самосборке, а вот мы на своем, человеческом, уровне нуждаемся в клее и мускулах.

Наноструктуры все же слишком малы. Чтобы увидеть или хотя бы почувствовать их, приходится собирать их и встраивать в микроскопические структуры, крупнее в десять-сто раз и тоже невидимые, – но с этими уже можно взаимодействовать. Речь идет о грандиозном технологическом достижении XX века – кремниевых микросхемах. Эти мельчайшие скопления кристаллов кремния и электропроводников приводят в движение электронную вселенную. Их миллиарды внутри множества окружающих нас электронных машин. Это они воспроизводят для нас музыку, фотографируют нас на отдыхе, стирают нашу одежду. Они являются искусственным эквивалентом нейронов мозга и по размеру сопоставимы с ядрами клеток человеческого тела. Как ни странно, в них отсутствуют мобильные составляющие, и для управления потоком информации они используют лишь электрические и магнитные свойства материалов.

Микрочипам соразмерны живые клетки, кристаллы железа, волокна целлюлозы и фибробетона. На этом же уровне мы находим еще один замечательный искусственный объект – шоколадную микроструктуру. Шесть видов кристаллической решетки какао-масла, с разной температурой плавления, образуют смешанную текстуру шоколада. В той же группе – кристаллы сахара и крупицы какао-порошка, содержащие молекулы шоколадного вкуса и аромата. Управляя данной микроструктурой, можно варьировать вкус и консистенцию шоколада – в этом, как правило, и заключается мастерство шоколатье.

На микроуровне материаловеды создают структуры, способные манипулировать светом. Так называемые метаматериалы обладают переменным коэффициентом преломления, то есть могут преломлять свет как угодно. Уже появились экраны невидимости с отрицательным коэффициентом преломления. Их устанавливают вокруг объекта: с какой стороны ни посмотри, он выглядит прозрачным.

Макроуровень объединяет атомные, нано– и микроструктуры. Это предел того, что человек может увидеть невооруженным глазом. Хороший пример такой структуры – сенсорный экран мобильного телефона. На вид он идеально гладкий и однородный, но стоит капнуть водой, и вы, как под увеличительным стеклом, увидите, что в действительности он состоит из крошечных зеленых, красных и синих точек. Всеми этими малюсенькими жидкими кристаллами можно управлять по отдельности и создавать доступные глазу комбинации, представляющие все цвета видимого спектра, при этом их можно включать и выключать достаточно быстро, чтобы смотреть кино в хорошем качестве. Другой пример полезных изменений на макроуровне – фарфор. Стеклянные и кристаллические структуры в его составе образуют прочный, гладкий и оптически динамичный материал.

Миниатюрный уровень – это сочетание атомных, нано-, микро– и макроструктур, видимое невооруженным глазом. Это масштаб нитки, волоска, иголки, линий шрифта, которым набраны слова, которые вы сейчас читаете. Если вы посмотрите на древесный срез или проведете по нему ладонью, вы увидите и почувствуете все эти структуры на миниатюрном уровне. Именно такое строение придает древесине особые осязательные характеристики: твердая, но не слишком жесткая, легкая, теплая. Миниатюрной структурой обладают веревки, покрывала, ковры и, самое главное, одежда. Прочность, эластичность, запах и тактильные свойства этих материалов – результат сочетания всех структур. Хлопковая нить внешне очень похожа на шелковую или кевларовую, но именно скрытые от глаз особенности их атомных, нано-, микро-, макро– и миниатюрных структур определяют разницу между плотной тканью, способной защитить от удара ножа, и гладким и приятным на ощупь атласом. Как раз на макроуровне мы задействуем осязание.

И вот мы подходим к человеческому уровню – венцу всех предыдущих. Здесь мы встречаем предметы, которые можно повертеть в руках, подцепить вилкой и положить в рот или в которых можно поселиться. Это масштаб скульптуры и живописи, кулинарии и сантехники, ювелирного искусства и архитектуры. Материалы на этом уровне узнаваемы – пластиковые трубы, тюбики масляной краски, камни, буханки хлеба, металлические замки. Опять они выглядят монолитными скоплениями вещества, но мы уже знаем, что это обман зрения. Однако, поскольку глубинные слои материи открываются глазу только при сильном увеличении, лишь в XX веке удалось обнаружить многоуровневую архитектуру материалов. Вот почему одинаковые на вид металлы ведут себя очень по-разному, вот почему одни пластмассы мягкие и эластичные, а другие жесткие и вот почему из песка можно построить небоскреб. Это одно из главных открытий в материаловедении, потому что очень многое объясняет.

Мы умеем создавать новые микроскопические структуры и новые материалы на их основе, но XXI век требует от нас большего: соединить искусственные структуры всех уровней в макроскопическом, соразмерном человеку объекте. Вроде бы хороший пример такой интеграции – смартфоны, сочетающие макромасштабный сенсорный экран с наномасштабной электроникой, но ведь можно вообразить систему, насквозь пронизанную связями, словно нервными импульсами. Если мы создадим такую структуру, тогда, возможно, в один прекрасный день целые комнаты, дома, а то и мосты будут генерировать энергию, направлять ее в нужное место, находить изъяны и самостоятельно их устранять. Фантастика, скажете вы, но не забывайте, что все это уже проделывает живая материя.

Поскольку структуры высшего уровня заключают в себе все предыдущие, то чем крупнее объект, тем сложнее он устроен. Такие сложные материи, как мир субатомных частиц и квантовая механика, на самом деле куда проще, чем, к примеру, петуния. Биологам и медикам это хорошо известно: обе науки всегда доверяли опыту и наблюдениям (и в меньшей степени – теории) именно потому, что предмет их изучения – крупные организмы – слишком сложны и слабо поддаются теоретическому описанию. Но, как показывает наша карта масштабов, живая материя в некотором смысле ничем не отличается от неживой. Кардинальная разница между ними состоит в том, что разные уровни живой материи теснее взаимосвязаны: живая материя без устали себя упорядочивает. Для этого она тянет коммуникации между разными этажами организма. Удар «человеческих» масштабов по неживой материи сказывается на разных уровнях, рождает отклик многих систем – неживая материя может помяться, разбиться, затвердеть, срезонировать. Что касается живой материи, то, заметив опасность, она может принять ответные меры: отпрянуть или приказать организму пуститься наутек. Очевидно, что живое ведет себя по-разному: ветка дерева в большинстве случаев пассивна, словно это неживая материя, а кошачья лапа реагирует весьма живо. Одна из самых больших загадок: что делает материю живой? Неужели связь между структурными уровнями и яркая ответная реакция – это все, что отличает живое от неживого? В подобном предположении нет ничего унизительного для живых существ, зато оно возвышает в наших глазах неживую материю, которая гораздо сложнее, чем кажется.

Несмотря на технический прогресс, материальный состав планеты пока что не претерпел существенных изменений. Есть живая природа, жизнь, и есть неживая – камни, здания, инструменты и т. д. Впрочем, чем больше мы узнаем о материи, тем больше размываются границы. Мы вступаем в новую материальную эру, в эру бионических людей – скоро каждый второй обзаведется органами, костями и даже мозгами из синтетики.

Впрочем, не только тело, искусственное или натуральное, делает нас людьми. Мы ведь живем и в нематериальном, духовном мире – в мире наших мыслей, эмоций, ощущений. Однако тело не вполне отделено от души и, как известно, оказывает на нее сильное влияние. Нам небезразлично, сидим ли мы на мягком диване или на жесткой табуретке. Это потому, что мы извлекаем из материалов не только пользу. Судя по археологическим находкам, как только люди изобрели орудия труда, они тут же принялись мастерить украшения, растирать краски, разрисовывать пещеры и шить одежду из шкур. Все это делалось из эстетических и культурных соображений и двигало технологии вперед на протяжении всей истории. У материалов есть социальное измерение, и мы выбираем их неслучайно. Они что-то значат для нас, они воплощают наши идеалы, и они многое говорят о нас самих.

Материальный мир соткан из смыслов, которые отчасти совпадают с пользой. Металл очень прочный и крепкий, не зря из него делают автомобили, но еще он вызывает ассоциации с надежностью и стойкостью, и конструкторы сознательно это используют. На языке промышленного дизайна металл – символ промышленной революции, с которой началась эра машин и массового транспорта. Не будь у нас металлургии и металлообработки, мы сами были бы другими. Нас восхищает этот материал, и всякий раз, когда мы садимся в поезд или автомобиль, кладем белье в стиральную машину или бреемся, мы доверяем нашей крепкой, надежной, сильной рабочей лошадке – металлу. Материальная культура – вещь непростая, потому что у нее долгая история. Некоторые не любят металл по той же причине, по которой другие им восхищаются, – например, из-за производственных ассоциаций. У материалов много смыслов, так что выбор эпитетов для заглавий в этой книге – лишь один из возможных. Это мое личное предпочтение, и в каждой главе я высказываю свой, личный взгляд, потому что отношения с материальным миром у нас у всех свои, личные.

Сознательно или подсознательно, мы все понимаем, о чем говорят материалы. Поскольку все на свете из чего-то сделано, у нас полна голова смыслов. Ими просто забрасывает нас окружающий мир. В деревне и в городе, в поезде и в самолете, в библиотеке и в торговом центре – они атакуют нас повсюду. Разумеется, дизайнеры и архитекторы сознательно манипулируют смыслами, чтобы одежда, продукты и дома нравились нам, чтобы ими хотелось обладать. Наше коллективное поведение придает силу смыслам и делает их всеобщими. Покупая одежду, мы покупаем образ человека, которым желаем, надеемся или обязаны стать (модные дизайнеры – большие доки по части смыслов). В любом уголке дома – в ванной, гостиной или спальне – обстановка должна отражать наши ценности. А другие люди навязывают нам свои ценности – на рабочем месте, на улице, в аэропорту. Вещи все время что-то отражают, усваивают, сообщают – постоянно перекраивают всемирную карту смыслов.

Однако это дорога двусторонним движением. К примеру, мы мечтаем о более прочных, мягких, водонепроницаемых и дышащих тканях – значит, нам нужно уяснить материальную структуру будущего сырья. Это движет вперед научную мысль, в том числе и материаловедение.

Таким образом, материалы в прямом смысле слова копируют нас, людей, и на всех структурных уровнях выражают наши потребности и желания.

Напоследок – еще раз моя фотография на крыше. Надеюсь, после прочтения этой книги вы посмотрите на нее иными глазами…

Слова благодарности

С юных лет общение с отцом питало мою любознательность. Он был ученым – человеком, который приносил домой бутылочки с кислотой и надписью «Опасно», проводил опыты в мастерской в подвале нашего дома, и еще он купил один из первых калькуляторов фирмы «Тексас Инструментс». У меня три брата: Шон, Арон и Дэн. В детстве мы познавали мир на ощупь: строили, копали, ломали, всюду совали свой нос. Все это происходило под маминым благосклонным взглядом. Она одобряла свежий воздух, еду и причесанные волосы. Мы с братьями облысели еще в молодости и потом уже не могли порадовать мать аккуратными прическами, зато все мы любим готовить, и это ее заслуга. Мне очень грустно, что в декабре 2012 года она умерла и никогда не увидит эту книгу напечатанной.

Всерьез изучать материалы я начал в Оксфордском университете на факультете материаловедения. В связи с этим хочу поблагодарить весь его профессорско-преподавательский состав и сотрудников, и особенно моих научных руководителей Джона Мартина, Криса Гросвенора, Альфреда Черезо, Брайана Дерби, Джорджа Смита, Адриана Саттона, Ангуса Вилкинсона и, конечно же, декана Питера Хирша. Я многому научился у Энди Годфри, с которым делил кабинет, когда был аспирантом.

В 1996 году я окончил Оксфорд, затем работал в США в Сандийских национальных лабораториях, потом в Университетском колледже Дублина на кафедре машиностроения, в Королевском колледже Лондона и, наконец, в Университетском колледже Лондона, где и тружусь по сей день. Многие люди научили меня важным вещам. Но этим людям я обязан особо: Элизабет Холм, Ричарду Лезару, Тони Роллетту, Дэвиду Сроловицу, Валу Рэндлу, Майку Эшби, Алану Карру, Дэвиду Брауни, Питеру Гудхью, Майку Клоуду, Самджиду Маннану, Патрику Мескиде, Крису Лоренцу, Вито Конте, Жозе Мунозу, Марку Литгою, Аосафу Афзалю, Сиан Эде, Ричарду Вентворту, Андреа Селле, Хэрри Витчелу, Бо Лотто, Квентину Куперу, Вивьен Пэрри, Рику Холлу, Алому Шаха, Гэйлу Кардью, Олимпии Браун, Энди Мармери, Хелен Мейнард-Кейсли, Дэну Кендалу, Анне Эванс Фрик, Дэвиду Дугану, Элис Джонс, Хелен Томас, Крису Солту, Натану Бадду, Дэвиду Бригзу, Ишбель Холл, Саре Коннер, Ким Шилингло, Эндрю Коэн, Мишелю Мартину, Брайану Кингу, Деборе Коэн, Шарон Бишоп, Кевину Дрейку и Энтони Финкльштейну.

Также я весьма ценю, что имел возможность сотрудничать с крупными организациями в проведении различных мероприятий и выставок и составлении программ о материалах. Я хотел бы выразить благодарность Научному фестивалю в городе Челтенхем, Лондонскому музею, галерее «Тейт Модерн», Музею Виктории и Альберта, центру искусств «Саутбанк», Королевскому научно-исследовательскому институту Великобритании, Королевской инженерной академии, научной радиостанции «Би-би-си 4», а также научному департаменту телеканала «Би-би-си».

Институт созидания Лондонского университетского колледжа – это особое место, мой интеллектуальный дом. И я хочу поблагодарить его команду за дружбу и поддержку при написании этой книги, а конкретнее таких людей, как Мартин Конрин, Элизабет Корбин, Элли Дони, Ричард Геймстер, Фил Хауз, Зоя Лафлин, Сара Вилкс и Сьюпинья Вонгшрирукша.

Хочу поблагодарить тех, кто просмотрел отдельные главы книги и высказал по ним замечания. Это Фил Пурнелл, Андреа Селла и Стив Прайс.

Есть и те, кто не только комментировал рукопись, пока она только оформлялась, но и поддерживал и вдохновлял меня на этом пути. Выражаю огромную благодарность моему большому другу Базу Бауму, моему дорогому отцу, моим братьям, невесткам, племяннице и племянникам, а также сотрудникам исследовательской рабочей группы Энрико Коуэна Перуджа 2012 года.

Эта книга никогда бы не появилась, если бы не дальновидность и поддержка моего литературного агента Питера Таллака и всей команды издательства «Пингвин/Викинг». Особенно я должен поблагодарить моего редактора Уилла Хамонда, который больше чем кто-либо вселял в меня уверенность в моих силах.

И наконец, заказ на эту книгу был получен накануне появления на свет моего сына Ласло. Он и его мать Руби – та творческая сила, которой наполнена каждая страница этой книги.

Что еще почитать

Грэй, Теодор. Элементы. Путеводитель по периодической таблице. М.: Corpus, 2013.

Келли, Джек. Порох. От алхимии до артиллерии: история вещества, которое изменило мир. М.: КоЛибри, 2005.

Кин, Сэм. Исчезающая ложка. М.: Эксмо, 2015.

Курлански, Марк. Всеобщая история соли. М.: КоЛибри, 2007.

Леви, Примо. Периодическая система. М., Текст, 2009.

Леенсон, Илья. Превращения вещества. Химия. М.: ОлмаМедиаГрупп, 2013.

Лекутер Пенни, Берресон, Джей. Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир. М.: Corpus, 2014.

Одноралов, Н.В. Скульптура и скульптурные материалы, М.: «Изобразительное искусство», 1982.

Петрянов-Соколов, И. Популярная библиотека химических элементов. М.: Наука, 1982.

Степан Тимошенко. История науки о сопротивлении материалов. С краткими сведениями из истории теории упругости и теории сооружений. М.: Либроком, 2009.

Philip Ball, Bright Earth: The Invention of Colour, Vintage (2008).

Rodney Cotterill, The Material World, CUP (2008).

Michael Faraday, The Chemical History of a Candle, OUP Oxford (2011).

Stephen Fenichell, Plastic: The Making of a Synthetic Century, HarperCollins (1996).

J. E. Gordon, New Science of Strong Materials: Or Why You Don’t Fall Through the Floor, Penguin (1991).

–, Structures: Or Why Things Don’t Fall Down, Penguin (1978).

Philip Howes and Zoe Laughlin, Material Matters: New Materials in Design, Black Dog Publishing (2012).

Chris Lefteri, Materials for Inspirational Design, Rotovision (2006).

Gerry Martin and Alan Macfarlane, The Glass Bathyscape: How Glass Changed the World, Profile Books (2002).

Harold McGee, McGee on Food and Cooking: An Encyclopedia of Kitchen Science, History and Culture, Hodder & Stoughton (2004).

Matilda McQuaid, Extreme Textiles: Designing for High Performance, Princeton Architectural Press (2005).

Cyril Stanley Smith, A Search for Structure: Selected Essays on Science, Art and History, MIT Press (1981).

Arthur Street and William Alexander, Metals in the Service of Man, Penguin (1999).

Content

Марк Медовник
Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

Введение

1. Твердость

2. Разнообразие

3. Надежность

4. Вкус

5. Волшебство

6. Творчество

7. Прозрачность

8. Постоянство

9. Утонченность

10. Бессмертие

11. Эпилог

Слова благодарности

Что еще почитать