10 Бесценное ничто

10

Бесценное ничто

На примере этого исторического путешествия мы увидим, как одно открытие, случившееся триста лет назад, приведет к рождению сразу трех совершенно разных изобретений недавнего прошлого: термостойкой керамики, гирокомпаса и топливного элемента. А эти три изобретения, в свою очередь, поспособствовали появлению на свет и четвертого — самого необычного транспортного средства в мире.

Мы начнем эту историю с середины XVII века. В это время Европа переживала бум развития горнодобывающей отрасли. Она могла бы переживать его еще сильнее, если бы не одна серьезная проблема. По какой-то непонятной причине насосы шахт отказывались поднимать воду выше, чем на десять метров (это были те самые старые дренажные системы, которые доставляли горнякам столько хлопот). Через каждые десять метров приходилось ставить новый насос — и так до самой поверхности. Если учесть, что некоторые шахты насчитывали не одну сотню метров в глубину, то это было хлопотным и дорогим удовольствием. Проблему довели до сведения ученых.

В 1639 году губернатор Генуи Джованни Бальяни рассказал своему другу Галилео Галилею^{168 — 129} о своей беде — у него не получалось поднять воду на холм по трубе при помощи насоса. Галилей поручил решение задачи своему ученику Еванджелисте Торричелли, который, в свою очередь, рассказал об этом римским друзьям. В 1641 году один из них, Гаспаро Берти, сконструировал сооружение, представлявшее собой трубу с водой, нижний конец которой был погружен в емкость, также наполненную водой, а верхний — перекрыт краном. Когда кран открывали, вода вытекала из трубы до тех пор, пока не достигала отметки примерно в десять метров над уровнем воды нижнего сосуда.

Торричелли повторил этот опыт со ртутью. Она имеет б?льшую плотность, а следовательно, для опыта был нужен гораздо меньший объем жидкости, да и конструкция получилась во много раз компактнее. Ртуть вела себя так же, как вода. Торричелли поделился новостью с теологом Мареном Мерсенном, водившим знакомство с доброй половиной всех ученых-любителей Европы. В результате 19 сентября 1648 года компания достойных мужей из французского города Клермон-Ферана, в том числе шурин знаменитого Блеза Паскаля^{169 — 272} (который тоже был в друзьях у Мерсенна), взобралась на ближайшую гору Пюи-де-Дом с трубкой ртути и тарелкой. Перед подъемом они повторили опыт Торричелли и Берти, ртуть опустилась на определенную высоту и остановилась. По мере подъема на гору ртуть опускалась все ниже и ниже, а когда экспериментаторы повернули обратно, ртуть начала подниматься снова. Это свидетельствовало о том, что давление толщи воздуха на поверхность ртути в тарелке мешало опускаться столбику ртути в трубке. По этой же причине вода в шахтах не поднималась выше, чем на десять метров — давления воздуха для удержания более высокого столба воды уже не хватало.

Загадка насосов в шахте была решена, но возникла другая. Трубка с ртутью была закрыта сверху. Когда экспериментаторы поднимались в гору, уровень ртути понижался и над жидкостью образовывалось пустое пространство. Оно не заполнялось воздухом — никакие пузырьки вверх по трубке не поднимались. Получалось, что это был вакуум^{170 — 220}. В доктрине церкви не было места вакууму, поскольку бог не мог допустить пустоты в природе. Разглагольствовать о таком открытии в католической стране было довольно опасно, так что изучение вакуума продолжилось к северу от Альп, в протестантских странах.

Однако несмотря на относительную свободу научной деятельности в Северной Европе, ощутимый эффект от открытия наших «скалолазов» человечество почувствует только два столетия спустя, после одного незабываемого шторма в Черном море. Это будет первым из звеньев той цепочки событий, которая тянется от открытия вакуума к трем изобретениям, упомянутым в начале главы.

Уровень ртутного столба менялся в зависимости от высоты подъема, а следовательно, с высотой менялось и давление воздуха. Ученые из Лондонского королевского общества в ходе экспериментов обратили внимание на то, что высота ртути меняется еще и в зависимости от погоды. Так был изобретен барометр^{171 — 269}. В начале XVIII века мало кто из настоящих джентльменов обходился без этого чудо-прибора, а уж естествоиспытателю не иметь его в хозяйстве было и вовсе стыдно. В 1720 году было установлено, что положение ртути на уровне тридцати одного дюйма (787 мм) соответствует ясной сухой погоде, а двадцати восьми (711 мм) — дождю и сильному шторму. Дамам рекомендовалось иметь под рукой барометр, чтобы, выходя из дома, не ошибиться с нарядом.

К началу XIX века накопился достаточный массив погодных наблюдений и было установлено, что в среднем дождь идет раз в двое суток, преимущественно по ночам, чаще всего осенью и реже — зимой, кроме того, раз в пять лет бывает засушливый год, а раз в десять лет, наоборот, выпадает чрезмерно большое количество осадков. Неудивительно, что вся эта аналитика имела прежде всего финансовую подоплеку — каждый год штормы уносили в пучину целые состояния в товарном эквиваленте, не говоря уже о тысячах жизней.

В 1835 году ученый Джеймс Поллард Эспи из Института Франклина в Филадельфии начал сбор данных о штормах восточного побережья США — от Канады до Мексиканского залива. Он направил сотни запросов морякам, смотрителям маяков^{172 — 285} и военным, через пять лет обобщил полученные сведения в виде карт развития и прохождения штормов и выяснил, что форма шторма всегда представляет собой овал либо круг. В 1839 году Эспи стал уже всемирно известным ученым, выступал с лекциями в Англии и Европе и опубликовал работу «Философия штормов». Интерес к погодным явлениям можно было сравнить с барометром в хорошую погоду — он показывал неуклонный рост.

Уже в 1843 году британская Комиссия по кораблекрушениям предписала каждому судну иметь на борту барометр. Первую погодную карту для суши составил в июле 1849 года морской офицер Глэйшер для газеты «Дэйли ньюс», вскоре она поступила в свободную продажу и стоила один пенс. Интерес к метеорологии рос по обе стороны Атлантического океана. Молодой лейтенант американского флота Мэтью Мори из Вашингтона свел воедино записи капитанских журналов о ветрах и течениях за девять лет и получил таким образом огромный массив данных, эквивалентный миллиону дней наблюдений. Неудивительно, что это событие убедило многих ученых собраться на международную конференцию по изучению погоды, которая состоялась в Брюсселе в 1853 году. Впрочем, никаких особенных результатов эта конференция не принесла.

Годом позже, во время Крымской войны^{173 — 150}, флот союзных держав стоял на якоре у Балаклавы. В него входили в основном транспортные суда, например корабль британского флота «Принц», самое большое паровое судно того времени, но были и военные, в том числе «Генрих IV» — гордость военно-морских сил Франции. После полудня 14 ноября поднялся шквалистый ветер и начался жестокий шторм, который к полуночи перерос в настоящий ураган. К утру все корабли затонули. На борту одного только «Принца» находилось семь тысяч тонн медикаментов и обуви, а также сорок тысяч зимних шинелей. Снабжение армии было сорвано, что обрекло сухопутные войска союзников на тяжелейшую зимовку. Ужасающие условия и высокая смертность солдат в Крыму попали в заголовки всех газет и стали причиной знаменитой миссии Флоренс Найтингейл^{174 — 101}, благодаря которой произошел радикальный пересмотр подходов как к военной, так и к гражданской медицине во всех странах мира.

Через несколько дней после урагана французский император Наполеон III отдал приказ провести расследование. Математик и астроном Урбен Леверье сопоставил двести пятьдесят сводок погоды из всех обсерваторий Европы за период с 11 по 16 ноября и в конце января 1859 года опубликовал отчет. Его результаты потрясли общественность — шторм можно было предсказать за сутки. Случись это — и флот был бы спасен. На следующий день после доклада Леверье Наполеон распорядился о создании телеграфной системы оповещения о стихийных бедствиях. Столь же быстро отреагировали британские официальные лица. По инициативе Министерства торговли была создана метеорологическая служба, которая летом 1860 года приступила к сбору данных с пятнадцати метеостанций на Британских островах и обмену сводками погоды с коллегами из других европейских стран.

Особо пристально за погодой следили на Оксфорд-стрит и Лондонской набережной. В последней четверти XIX века это был район проведения масштабных дорожных работ. К середине века население города быстро росло и жители активно передвигались по городу. Подтверждением тому служили двадцать четыре тонны лошадиного навоза, вывозимые ежедневно только с двух улиц — Оксфорд-стрит и Риджент-стрит. (С дотошностью, свойственной Викторианской эпохе, чиновники подсчитали, что в день лошади испражнялись там восемь тысяч раз.) Уборка этих нечистот, а также обычной грязи и обломков булыжной мостовой была делом дорогим и хлопотным. Золотую медаль стоимостью в тридцать гиней назначили в награду за новаторскую методику уборки лондонских мостовых. В 1844 году «Таймс» отчиталась о результате: «Количество мойщиков, от сорока до пятидесяти мужчин и мальчиков… ежедневно задействованных на уборке фекалий… доказывает, что эксперимент по приведению улиц в порядок можно признать удачным».

В 1847 году началось внедрение новой технологии дорожного покрытия, разработанной инженером Джоном Мак-Адамом. Новые дороги имели прочное твердое земляное основание, которое покрывалось слоем гранитной крошки или брусчатки. Такое дорожное полотно было намного легче мыть. Однако в 1855 году это преимущество обернулось головной болью для строителей новой лондонской канализации^175 — 23. Потоки грязной воды после мытья улиц и ливневые стоки, которые не уходили в землю сквозь новое непроницаемое дорожное покрытие, стали главным фактором при расчете пропускной способности новой системы. Вычисления производились с помощью данных метеорологов, в том числе французских коллег из Парижа и Лиона, где в то время уже пользовались плювиометрами для оценки угрозы наводнений.

Канализационные стоки подсчитывались и анализировались так же тщательно, как сегодня расход электроэнергии. Утром люди опустошали ванны, перед обедом нечистоты поступали в основном из кухонных моек, туалетов и хозяйственных раковин, а после обеда и вечером больше всего грязной воды приходило с кухонь во время готовки. Средний объем нечистот, ежедневно сливавшихся в лондонскую канализацию, составлял 430 645 кубометров. В пиковые часы нагрузка на канализацию колебалась в пределах восьми процентов.

Погода еще больше усложняла расчеты. В среднем, по данным метеорологов, двадцать один день в году количество осадков превышало шесть миллиметров. Обильные дожди продолжительностью несколько дней кряду грозили катастрофой старым канализационным коллекторам с пропускной способностью менее 0,07 кубометра (два с половиной кубических фута) в секунду. Объем воды в канализации во время ливня превышал показатель обычного дня в шесть раз. Еще одной большой бедой были протечки труб. Однако инженеры не сдавались, и в 1871 году строительство новой канализационной системы завершилось. Она обслуживала площадь более чем в двести пятьдесят квадратных километров, ее трубы протянулись на сотню километров под землей — за пределы города на восток, вниз по течению Темзы, где отходы сбрасывались в реку. Общая стоимость работ составляла заоблачную по тем временам сумму — четыре миллиона шестьсот тысяч фунтов стерлингов.

Такие расходы можно было позволить себе только в отчаянном случае, и надо признать, для отчаяния имелась причина. Это была холера^{176 — 194}. В промежуток между 1831 и 1866 годами эпидемии этой болезни охватывали Европу трижды, и только в Англии унесли жизни более ста тысяч человек. Холера вызывала панический страх — она поражала всех и всюду. Никто не был застрахован от заразы и никто не знал, как с ней справиться. Наверняка было известно одно: чистым и богатым холера предпочитает грязных и бедных. А уж кого-кого, а грязных и бедных в стране было много как никогда. Промышленные города переполняли бывшие сельские жители, переехавшие в город на работу. Они населяли забитые до отказа дома городских трущоб и обитали в нищете, чудовищной грязи и полной антисанитарии. Только каждый второй ребенок доживал до пяти лет, а из шести взрослых лишь один имел шанс отметить пятидесятилетие. С 1831 по 1841 год смертность от голода и болезней выросла втрое. Перед приходом холеры страна была близка к состоянию анархии.

Представители среднего класса викторианской Англии понимали, что без решительных мер хаоса не избежать. Именно они инициировали строительство канализации, они создавали ассоциации по пропаганде гигиены и загородные детские школы, где так называемое «мускулистое христианство», физкультура и холодный душ должны были оградить их отпрысков от эпидемии. Они травили насекомых в трущобах и белили стены. Методистские священники устраивали молебны против холеры, росло число браков, местные власти через почтальонов распространяли специальные «антихолерные» конфеты, впервые была применена обязательная вакцинация. К 1875 году британский парламент принял в общей сложности двадцать девять законопроектов, направленных на борьбу с инфекцией, начиная с закона об общественном здравоохранении до мер по устранению источников заразы. Но самое главное — правительство отменило налог на мыло, так что в период с 1841 по 1861 год его продажи удвоились. Было роздано около ста сорока тысяч брошюр «О силе мыла и воды». Чистота и гигиена возводились теперь в ранг высших добродетелей.

Вся эта история была как нельзя кстати производителям керамики — благодаря упадку, антисанитарии и эпидемии перед ними открылись беспрецедентные возможности для развития бизнеса. Гончары, которые из поколения в поколение делали кружки-тоби[9], внезапно сказочно разбогатели на производстве керамических канализационных труб. Фирма Доултона приобрела известность благодаря керамическим кухонным раковинам и фарфоровым умывальным наборам, состоящим из кувшина и чаши. К новой канализации вскоре стали подключать жилые дома, и предметом вожделения стал ватерклозет. Людям Викторианской эпохи требовался туалет респектабельного вида, поэтому ватерклозеты делали из фарфора и украшали росписью. Изделия имели торжественные названия: «Магнолия», «Белая роза», «Ренессанс», «Барон», «Утреннее сияние» и «Унитас»[10]; для тех, кому важнее были санитарно-гигиенические качества, предназначались модели «Директо», «Пресипитас», «Инодоро», «Рапид» и «Делюдж»[11]. Унитаз в современном его виде, со смывом и овальным сиденьем, выпускался с 1884 года Джорджем Дженнингсом под маркой «Ваза на пьедестале».

Типичный образец викторианской гигиенической моды — умывальник с двумя раковинами производства компании Креппера. Цена такого сооружения была сопоставима с годовым жалованьем ассенизатора. В 1888 году появились богато иллюстрированные каталоги для заказа такой техники по почте

Одно из трех изобретений, которым посвящена эта глава, в конце концов появится на свет из-за типичной викторианской ипохондрии. В одной точке сойдутся технология отливки чугуна эпохи промышленной революции и специфические техники эмалевого производства, особо актуальные в новой химической промышленности Германии. Производители химикатов нуждались в специальных контейнерах, которые были бы устойчивы к воздействию агрессивных жидкостей. Именно поэтому немцы (лучшие химики того времени) превзошли всех в эмалировании. C 1840 года они производили кухонную посуду из чугуна с голубым^{177 — 241} эмалевым покрытием, которая завоюет популярность у европейцев и американских колонистов в конце века.

Одержимость гигиеной невероятно подхлестнула керамическую промышленность. К 1904 году не менее семидесяти немецких компаний выпускали чугунные ванны с покрытием из стекловидной эмали, практически не отличимые от современных. Технология была то того отточена, что эмалированию подвергались самые замысловатые формы. Расплавленный керамический материал, полученный в высокотемпературной печи, пропускали сквозь холодную воду, где вся масса расщеплялась на мелкие фрагменты, которые потом перемалывали в мелкий порошок. Затем порошок повторно расплавляли при температуре 542 градуса Цельсия в жидкую массу, и в нее погружали изделие или же наносили покрытие напылением. В конце поверхность обрабатывали стеклянным порошком для придания ей гладкости.

Второе из описываемых в этом эссе изобретений связано с физическими исследованиями с применением вакуума в XVII веке. Вакуум получали откачиванием воздуха из емкости. Первым это сделал Отто фон Герике, мэр города Магдебурга — в 1654 году он изобрел воздушный насос. Член Лондонского королевского общества Роберт Бойль пользовался усовершенствованным вариантом насоса, с помощью которого можно было повышать и понижать давление воздуха. В стеклянный сосуд Бойль помещал барометр и наблюдал, как по мере повышения давления в сосуде ртуть поднимается и сжимает запертый в трубке барометра воздух, а когда давление спадает, воздух выталкивает ртуть обратно. Это значило, что воздух был упругим и поддавался сжатию.

Новое свойство воздуха стали активно использовать. В 1653 году французский ученый Дени Папен изобрел пневмопочту — контейнер с письмом или грузом перемещался по трубе под действием сжатого воздуха. В 1785-м возникла идея поднимать затонувшие суда с помощью накачанных воздухом поплавков. Таким образом были подняты несколько кораблей, затонувших у Балаклавы^{178 — 150}. Тогда же появились и первые водолазы.

Известие об одном конкретном способе применения сжатого воздуха сильно помогло освоению Дальнего Запада США. В 1857 году началось строительство первого тоннеля под Альпами^{179 — 137} из Северной Италии в Савойю, которая в то время тоже была итальянской, поскольку принадлежала королю Сардинии. Тоннель должен был соединить железнодорожные системы Италии и Северной Европы и тем самым сэкономить время поездки из Парижа в Турин на восемнадцать часов, ускорить доставку грузов из Средиземноморья в страны по другую сторону Альп, увеличить поток туристов на итальянскую Ривьеру и, наконец, сократить маршрут путешествия из Индии в Британию.

Успех строителей этого тоннеля (он пролегал под горой Мон-Сенис и соединял города Мондан и Бардонеккья) вдохновил многих на еще более грандиозные планы. Одним прекрасным днем в американском городе Питтсбурге молодому человеку очень понравилась продавщица журналов и он купил у нее целую подписку. В первом же номере он прочитал о том, что в Монсенисском тоннеле впервые использовалась новинка — пневматические буры для горной породы, которые увеличили эффективность работы в двадцать раз.

Юношу звали Джордж Вестингауз. Как всякий американец, он прекрасно знал, с каким риском сопряжены поездки по железной дороге^{180 — 26, 74}. Каждый месяц в газетах появлялись статьи об очередной леденящей кровь катастрофе перегруженного грузового или, того хуже, пассажирского поезда по причине неудачного торможения на крутом склоне. В то время в каждом вагоне поезда ездил так называемый тормозной кондуктор, который в случае необходимости должен был вручную привести в действие тормоз, причем одновременно со своими коллегами в других вагонах. Знаменитый случай с Кейси Джонсом — типичный пример того, к каким последствиям приводили тогда аварии на железной дороге[12]. По поводу другого крушения один из журналистов того времени писал: «Еще один так называемый инцидент произошел на железной дороге «Эри». Десятки людей погибли и сгорели заживо, многие остались калеками на всю жизнь. Не видать нам безопасных путешествий, пока какого-нибудь благочестивого, богатого и всеми любимого железнодорожного начальника не вздернут за убийство».

Вестингауз сообразил, что проблему тормозов можно решить при помощи сжатого воздуха. В 1869 году он запатентовал пневматический железнодорожный тормоз, который в модифицированном виде используется и в современных поездах. В этой автоматической системе через весь состав проходит магистраль со сжатым воздухом, а каждый вагон оборудован запасным воздушным резервуаром. Давление воздуха удерживает в отведенном положении поршень тормозного цилиндра. Как только давление в этой системе падает, при штатном торможении или в случае аварии, поршень отпускается и приводит в действие тормозные колодки. Изобретение имело оглушительный успех. К 1876 году тормоза Вестингауза были установлены на 15 569 локомотивах и 14 055 вагонах. Остановочный путь оборудованного такой системой поезда весом сто три тонны на скорости сорок восемь километров в час составлял всего сто пятьдесят метров — в три раза короче, чем у поездов с тормозами прежнего образца.

Благодаря своему изобретению Вестингауз познакомился с одним гением из Хорватии, который каждую неделю надевал новый красно-черный галстук, использовал носовые платки только по одному разу и выбрасывал, ненавидел бильярдные шары и квартировал в гостиничном номере вместе с голубями. Однако к нему мы вернемся позже. Тормоза Вестингауза резко сократили вероятность крушений, и поезда стали ходить быстрее и чаще. Теперь было важно обеспечить должный контроль движения на железных дорогах. В 1880 году Вестингауз начал скупать патенты систем сигнализации, а в 1882 году в Питтсбурге основал компанию «Юнион сигнал энд свитчинг»^{181 — 26, 74}. Для передачи сигналов вдоль железнодорожной трассы он попробовал было использовать сжатый воздух, но трубы замерзали на морозе. Выходом из положения стало электричество — по задумке инженера, электрический ток приводил в действие клапан, и сигнал подавался сжатым воздухом.

Так Вестингауз занялся передачей электричества. Главной проблемой в этом деле был постоянный ток. В 70-е годы XIX столетия электричество вырабатывалось при помощи якорного кольца, обвитого медной проволокой, которое вращалось между полюсами магнита, представлявшего собой железный брусок, также обвитый проволокой. В такой самовозбуждающейся динамической системе (отсюда термин «динамо-машина») вращение якоря вызывает ток в навитой на брусок проволоке, и брусок становится магнитом — возникает магнитное поле. Поскольку якорь во время вращения пересекает разнонаправленные силовые линии магнитного поля, его обмотка генерирует электрический ток то в одном, то в другом направлении. Для преобразования такого тока использовался выпрямитель, который поочередно снимал с обмотки разнонаправленный ток и подавал в выходную цепь постоянный однонаправленный ток.

Сложность заключалась в том, что постоянный ток низкого напряжения (например, для осветительных лампочек) можно было передавать по толстому и дорогому медному проводу всего на километр с небольшим, то есть с таким интервалом на линии электропередачи нужно было устанавливать дополнительные генераторы. Без выпрямителя генератор давал переменный ток, который при высоком напряжении передавался по тонкому проводнику на большое расстояние. Если бы напряжение (условно говоря, «давление») генерируемого тока можно было бы повысить посредством трансформатора, а в точке потребления снова понизить, то географические ограничения на передачу тока были бы сняты. Ток можно было генерировать не только при помощи катушек (они часто разрушались от быстрого вращения), но и с использованием магнитов. Таким образом, задача состояла в том, чтобы найти источник энергии для вращения магнитов с очень большой скоростью, которая необходима для генерирования тока высокого напряжения.

В 1888 году Вестингауз встретил того самого любителя голубей из Хорватии, Николу Теслу, который как раз придумал такой генератор переменного тока. Его идея была блестящей. Если на две или несколько наборов катушек подать ток в виде отдельных последовательных импульсов, ток в них будет не совпадать по фазе. При каждом импульсе тока образуется серия последовательных магнитных полей, которые и вращают магнит, причем теоретически с неограниченной скоростью. В 1895 году Вестингауз на основе изобретения Теслы спроектировал целую генерирующую систему, которая победила в конкурсе для электростанции на Ниагарском водопаде.

Генератор Теслы, как выяснилось, был именно тем, чего так ждали капитаны американского флота в начале Первой мировой войны. Технологии металлургии развивались, и Англия стала строить корабли нового типа — тяжелые линкоры, первым из которых был «Дредноут», спущенный на воду в 1906 году. Дредноуты — первые корабли, оснащенные паротурбинными двигателями, которые несли на борту только тяжелые орудия. Новым словом в оружейном деле стала конструкция ствола с внутренней навивкой из стального троса. Она позволяла удлинить ствол, что было важно для прицельной стрельбы новыми снарядами с медленногорящим порохом. Поршневые амортизаторы отката новых орудий гасили отдачу и облегчали перезарядку с казенной части, а бездымный порох не выдавал положение судна и не заслонял артиллеристам цель.

К 1917 году флот США располагал дредноутами «Делавэр», «Юта», «Южная Дакота», «Флорида», «Арканзас» и «Вайоминг» водоизмещением 226 тысяч тонн каждый, которые были оснащены носовыми и кормовыми 15-дюймовыми орудиями. Пушки стреляли 500-килограммовыми снарядами на расстояние свыше двадцати километров. Поскольку малейшее отклонение при такой дальности означало промах, критически важным фактором становилась точность наведения. К счастью, решение этой проблемы уже существовало и придумал его нью-йоркский инженер и предприниматель Элмер Сперри — он создал высокотехнологичный вариант одной известной детской игрушки^{182 — 120} и безуспешно пытался пристроить свое изобретение в цирк Барнума и Бэйли (для номера с канатоходцем и тележкой). Вскоре, в 1912 году, Сперри уже устанавливал свои «игрушки», весом в несколько тонн, на океанские корабли, в частности на итальянский круизный лайнер «Граф Савойский», который был одним из самых лучших кораблей своего времени по плавности хода.

Чудесным изобретением Сперри был гирокомпас. Он действовал по принципу детского волчка и состоял из диска ротора, вращающегося в трех плоскостях в кардановом подвесе. Вследствие инерции маховик всегда сохранял то положение, в котором был раскручен. Стальные корпуса новых военных кораблей делали использование обычного магнитного компаса невозможным, так что изобретение Сперри пришлось как нельзя более кстати. Благодаря мотору Теслы маховик гирокомпаса можно было поддерживать в раскрученном состоянии практически бесконечно.

Суда оснастили целой системой гирокомпасов, главный из которых обеспечивал точную работу всех остальных. На основе показаний гирокомпасов специальные прицеливающие устройства точно определяли взаимное расположение корабля и цели, указывая стрелкам направление огня. Гиростабилизаторы улавливали движения судна при качке и позволяли компенсировать положение орудий, таким образом, корабль даже в неспокойном море мог вести прицельный огонь. Из оборудованных такими приборами пушек моряки линкора «Южная Дакота» сбили все атаковавшие их самолеты.

Гирокомпас Сперри был вторым из трех изобретений этой главы, так или иначе вызванных открытием вакуума. Третьим изобретением мы обязаны тому, что исследования вакуума породили интерес к воздуху — ученые задались вопросом, что же такое воздух и почему он необходим для жизни. Дыхание живых организмов в любом его проявлении стало объектом пристального внимания членов Лондонского королевского общества. Одним из них был священник с кембриджским дипломом Стивен Гейлз, проживавший в Теддингтоне, пригороде Лондона. В 1709 году он получил пожизненную должность настоятеля прихода Святой Марии. Заботиться о хлебе насущном уже не требовалось, и все свободное время Гейлз посвящал своим научным увлечениям, а именно выяснению двух вопросов: как дышат растения и почему движутся мышцы. Он был убежден, что в основе обоих феноменов лежит циркуляция жидкостей в организме растения или животного, так что начал он с исследования растительных соков.

У себя в теплице он в течение десяти лет втыкал в различные части растений стеклянные трубки и наблюдал, как по ним поднимается сок и каким образом на этот процесс влияет смена дня и ночи и времен года, а также погодные условия. Гейлз замерял площадь листьев и диаметр стеблей, поливал растения точно отмеренным количеством воды и, запечатав горшок, через некоторое время взвешивал его, чтобы определить сколько воды потеряло растение в результате транспирации и испарения. С помощью стеклянной трубки с водой и ртутью он определял точное количество воды, которое потребляет растение. Самым интересным было давление растительного сока. В ходе одного из опытов Гейлз подсоединил стеклянную трубку к пеньку виноградной лозы и увидел, что сок поднялся по трубке аж на семь метров. Какая сила обеспечивала такое давление? Не та ли, что толкала кровь по сосудам животных и человека?

После ряда отвратительных опытов с сосудами оленей, лошадей, собак, кошек, грызунов и другой живности Гейлз высчитал, что если в сонную артерию человеку вставить стеклянную трубку, кровь поднимется по ней на 2,3 метра. Гейлз предполагал, что левый желудочек сердца человека имеет площадь поверхности около ста квадратных сантиметров, таким образом, чтобы поднять кровь на такую высоту, усилие сердца должно составлять 23,5 килограмма. По итогам исследований Гейлз опубликовал свою главную работу о кровяном давлении и способах его измерения^{183 — 277}, которая станет настольной книгой для врачей всех времен и народов. Что же касается работы мускулов, то тут его теория была ошибочной — давления в мелких капиллярах мышцы просто не достаточно для того, чтобы вызвать ее сокращение.

Через некоторое время поисками таинственной силы, сокращающей мышцы, занялся профессор анатомии Болонского университета Луиджи Гальвани. На дворе стоял 1780 год, и многие ученые полагали, что эта сила кроется не в кровяном давлении, а в неких невидимых поступающих из мозга флюидах, которые раздражают волокна и вызывают их сокращение. Если так, то, возможно, это недавно открытое чудо — электричество? Ведь электрический удар вызывает искры в глазах, кровотечение из носа, конвульсии и судорожные ужимки. Гальвани^{184 — 99, 216, 234} не верил в теорию о «флюидах, бегущих по нервам», так как даже если нерв перерезан, электричество все равно проходило через соседние участки. Однако у недавно обнаруженных электрических скатов электрический удар вызывали лишь некоторые участки тела. Таким образом, таинственная сила, какой бы она ни была, могла где-то концентрироваться, а следовательно, могла быть и направлена, например в мышцы.

Гальвани начал с опытов на лягушках жаркими грозовыми днями, какие не редкость в Болонье. Он брал лягушачьи лапки вместе с позвоночником, обнажал основные нервы, а затем подвергал воздействию электрического тока^{185 — 187}. Лапки дергались при разряде электрической машины или при ударе молнии, но только в том случае, если он дотрагивался до нерва животного скальпелем. Как объяснить это явление, Гальвани не знал.

Дни проходили за днями, грозы стали реже, и Гальвани уже почти наскучило это занятие, когда он случайно провел медным крюком, на котором висели лапки, по железной стойке, державшей всю конструкцию. Лапки дернулись. Он повторил опыт — результат был тот же. В 1791 году Гальвани выпустил обширную, но довольно путаную работу, написанную на латыни, в которой утверждал, что нашел источник силы, которая сокращает мышцы — электричество самих животных. Но чем объяснялся этот феномен и откуда бралось это электричество?

В полном соответствии с законами нашей паутины ответ на этот вопрос знал другой фанат электричества из Италии — Алессандро Вольта^{186 — 225}. Лягушка действительно была источником электрического тока, но только потому, что играла роль электролита. Взаимодействие соленой клеточной жидкости лягушки с двумя металлами — с медью и железом — послужило причиной возникновения электрического тока. Вольта повторил опыт другими средствами. Он налил в несколько чашек соленый раствор и соединил их попеременно цинковыми и медными проводами. В конце этой цепочки провода давали электрический ток. Затем он сделал более компактный вариант прибора — набор медных и цинковых дисков, которые были проложены размоченными в соленом растворе листами картона. Провода, подключенные к самому верхнему и самому нижнему из дисков в этой стопке (она получила название «Вольтов столб»), при соединении давали искру. Это была первая в мире электрическая батарея.

Пройдет еще полвека, прежде чем ученые поймут, что на самом деле происходило в соленом растворе — его молекулы забирали электроны у одного металла (анода) и переносили в другой металл (катод). Именно таким образом в растворе и возникал электрический ток. Беда только в том, что одна из металлических пластин в результате растворялась. В 1889 году немецкие ученые Монд и Лангер придумали, как избежать растворения металла и сделать долговечную работающую батарею. По иронии судьбы появление динамо-машины Теслы заглушило интерес к этой идее.

В наши дни благодаря технологии сжижения газов батарея вновь заняла подобающее ей место. Вместо дисков и проводов в раствор погружаются пористые электроды, на которые из емкостей со сжиженным газом подаются водород и кислород. Первый электрод абсорбирует атомы водорода, и они реагируют с раствором, образуя воду. При этом высвобождаются электроны, они поступают на электрод, и получается электрический ток. Вода и ток поступают во вторую часть батареи, на электроде которой абсорбированы атомы кислорода. В результате взаимодействия второго электрода с кислородом и водой образуются гидроксильные ионы, которые затем возвращаются к водородному электроду, замыкая таким образом цикл. На выходе эта система дает электрический ток и воду. Это последнее из трех изобретений, появившихся благодаря открытию вакуума, и называется оно топливный элемент.

Вместе с двумя другими — гироскопом и керамической плиткой — топливный элемент способствовал появлению четвертого изобретения. Для работы этой системы критически важно соблюдение нескольких условий. Во-первых, это автономное бесперебойное обеспечение водой и электричеством, во-вторых, точная ориентация в пространстве вне зависимости от магнитных или гравитационных полей, и наконец в-третьих — способность выдерживать температуру 1662 градуса Цельсия. За выполнение первой задачи отвечают топливные элементы. Система инерциальной навигации, оборудованная гироскопом, обеспечивает точность пилотирования на орбите и безошибочное приземление с одной единственной попытки. Керамическая броня из тридцати четырех тысяч плиток уберегает экипаж от огненного вихря при входе в плотные слои атмосферы. Нетрудно догадаться, что четвертое технологическое чудо — космический челнок шаттл.

Готовясь к своей непростой миссии, астронавты проходят невероятное количество тренировок, испытаний и тестов. Главное качество, которым должен обладать космический путешественник, — психологическая выносливость, то есть способность сохранить самообладание и не впасть в истерику в условиях тяжелейшего физического и эмоционального напряжения. Забавно, но наука о психике человека началась именно с истерии…