Из чего это сделано?
Марк Медовник
Профессор Лондонского университета Марк Медовник сделал почти невозможную вещь – написал не только доступную, но и остроумную книгу о самых разных материалах – своего рода «Занимательное материаловедение». Рассказ о новых химических соединениях, вдумчивый сравнительный анализ винных бокалов, сталь самурайских мечей, композитные материалы для трансплантации, бетонные конструкции суперсовременных аэропортов – обо всем этом автор пишет с блеском и глубоким знанием предмета. Книга «Из чего это сделано» – превосходный образец популярной науки высочайшего уровня, настоящая находка для любознательного читателя.
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 временном 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 бо?льшая 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 большую 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.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (https://www.litres.ru/book/mark-medovnik/iz-chego-eto-sdelano-18826734/chitat-onlayn/) на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.