Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени
Шрифт:
В октябре 1942 года нацистская Германия осуществила первый пуск ракеты Фау-2 с полигона Пенемюнде на Балтике. Полное название ракеты в переводе с немецкого означало «Оружие возмездия — 2» 43 — 119 . Она была четырнадцать метров в длину и полтора — в диаметре. Тяга составляла двадцать восемь тонн на взлете, горение топлива продолжалось чуть больше минуты, а скорость на момент прекращения горения составляла шесть тысяч километров в час на высоте около ста километров. В период с 1944 года до конца войны по Англии было выпущено более тысячи таких ракет. Первоначально Фау-2 обладала радиусом действия всего триста километров, но Гитлер мечтал о разработке новой модификации, способной долететь до Нью-Йорка. Поскольку продолжительность горения топлива для такого полета была бы намного больше, для решения этой задачи требовался графит. Графит
Открывает эту главу рассказ об индустриальной революции, начало которой положил Уатт. Получение графита стало ключом к началу еще одной революции. Эксперименты Брауна с вакуумными трубками в 1895 году были вызваны всеобщим ажиотажем вокруг рентгеновского излучения, ученые силились понять, что же собой представляют эти «икс-лучи». Сам Вильгельм Рентген, первооткрыватель этого феномена, полагал, что это световые волны очень высокой частоты. К сожалению, доказать это можно было единственным способом — проверить, вызывает ли рентгеновский луч, подобно лучу обычного света, интерференционную картину. Интерференция световых волн возникает в том случае, когда свет отражается от множества поверхностей сразу. Волны отраженного света в процессе дифракции сталкиваются и либо усиливают друг друга, либо гасятся, образуя характерный муаровый узор. Проблема заключалась в том, что для постановки эксперимента с рентгеновским излучением, которое обладает крайне малой длиной волны, в качестве отражающих поверхностей нужно было найти очень мелкие однородные объекты.
Запуск немецкой ракеты Фау-2 с платформы Пенемюнде. Четыре больших внешних аэродинамических руля крепились к направляющим газовым рулям из графита, расположенным прямо под соплом ракеты. После войны американцы изъяли около сотни ракет и перевезли на ракетный полигон «Белые пески» в штате Нью-Мексико. Эти трофеи стали ценным источником информации для разработки ракет-носителей американской лунной программы
Несколькими годами ранее французский геолог Рене Гаюи отметил, что кристаллы горных пород при раскалывании образуют фрагменты правильной формы, которая остается неизменной и при дальнейшем измельчении. Ученый предположил, что такое возможно при наличии у кристаллов упорядоченной структуры атомов, иначе говоря, кристаллической решетки. В 1912 году физик из Германии Макс фон Лауэ пришел к мысли, что если кристаллы действительно имеют в своей основе такие регулярные атомные структуры, то они могут выступать как бесконечно малые равномерно упорядоченные мишени для отражения рентгеновских лучей и с их помощью можно получить интерференционный узор. Гипотеза Лауэ подразумевала, что под действием рентгеновских лучей, падающих на кристалл, электроны станут испускать «вторичные» лучи, которые, в свою очередь, будут интерферировать друг с другом (если полагаться на предположение Рентгена о световой природе этих лучей). Лучшим кристаллом для такого эксперимента оказался графит, поскольку его электроны не так прочно связаны с атомом и могли хорошо отреагировать на попадание рентгеновских лучей.
Первый же эксперимент подтвердил правоту Лауэ. Рассеянные вторичные лучи развернулись вокруг центрального рентгеновского луча и экспонировали фотобумагу 44 — 191 . Постепенно вокруг оси основного луча сформировались вызванные дифракцией интерференционные узоры. Таким образом «икс-лучи» действительно оказались разновидностью световых волн. Однако самой захватывающей находкой было то, что узоры варьировались в зависимости от атомной структуры кристаллов. Впервые в истории появилась возможность недеструктивного исследования твердого вещества. Так был изобретен метод рентгеновской кристаллографии.
Именно с его помощью в 1952 году Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон смогли доказать трехмерную структуру молекулы протеина. Исследователи увидели, что она имеет форму двойной спирали, как и было ранее предсказано на основании расчетов. Полученная ими дифракционная модель подтвердила существование молекулы ДНК.
Открытие молекулы ДНК подтолкнуло науку к новой, биологической, революции: генной терапии для лечения и предотвращения заболеваний, комбинированию генов для получения гибридных организмов, например помидоров с более насыщенным вкусом или морозоустойчивой клубники, или, возможно, даже «конструирования» новых видов животных. Уже сейчас идет работа по расшифровке генома человека [3] , своего рода библиотеки ДНК, заложенной
3
Международная научно-исследовательская программа «Геном человека» была успешно завершена в 2003 году, через семь лет после первого издания этой книги. Примеч. ред.
Ученые смогли увидеть дифракционную модель ДНК только потому, что отраженные от атомов рентгеновские лучи были зафиксированы на фотографии…
3
Фотофиниш
В великой паутине перемен многое взаимосвязано: одни ее элементы возникают благодаря тому, что существуют другие. На современных автогонках, например таких, как Серия Ле-Ман, момент финиша и поднятия клетчатого флажка фиксируется для истории фотографами и телевизионщиками. В данном случае принцип действия паутины проявляется в том, что машина, результат которой зафиксирован фотографами, именно фотоснимку обязана своей победой.
Технология получения снимков, которая включала зарядку в камеру пленки, фотографирование и сдачу пленки в мастерскую для проявки, впервые пришла на ум Джорджу Истману, американцу из города Рочестер в штате Нью-Йорк. В один из дней 1870 года начальство банка, в котором он, бросив школу, работал с четырнадцати лет, отказало ему в долгожданном повышении. Он уволился и на личные сбережения открыл свое дело — мастерскую под названием «Производство и продажа фотографических принадлежностей». В те времена фотодело было занятием хлопотным, сложным и затратным — фотографу приходилось возиться с негативами на стеклянных пластинах, ведрами химикатов и неуклюжими деревянными камерами. Когда же Истман закончил свои эксперименты и начал работу, девизом его фирмы стало: «Вы только нажимаете кнопку, остальное делаем мы».
В 1884 году, на начальных стадиях работы, «пленка» Истмана представляла собой рулончик бумаги с нанесенной на нее эмульсией бромистого серебра. Это не являлось открытием — еще в 1875 году данный метод применил изобретатель Леон Варнеке. Кассету экспонировали и проявляли, затем бумажную ленту накладывали на стекло лицевой стороной вниз, чтобы перенести на него изображение, а в конце убирали бумагу. Такой способ тоже был не нов, не принес он удачи и в этот раз — эмульсия пузырилась, бумага рвалась, а снимки получались нечеткими. Однако направление мысли было правильным.
Вскоре ответ нашелся. (Впрочем, есть мнение, что его нашел не Истман, а Ганнибал Гудвин, скромный епископальный священник из Нью-Арка; с его семьей адвокаты Истмана в конце концов утрясли этот вопрос за пять миллионов долларов.) Изобретение Гудвина-Истмана представляло собой полоску прозрачного гибкого негорючего материала. Благодаря своей инертности он идеально подходил для работы с фотохимикатами 45 — 108 . В 1895 году фирма Истмана начала выпуск кассет с такой пленкой для первого миниатюрного фотоаппарата, который можно было просто держать в руках, получившего название «Кодак». Эти камеры вывели фотографию на новый уровень — уровень простого любителя — и своей популярностью превратили маленькую фирму из двух человек в огромную компанию с фабриками по всему миру и штатом в тридцать тысяч сотрудников.
Чудесный материал, из которого Гудвин и Истман придумали делать пленку и который перевернул фотодело, появился благодаря шумихе, начавшейся в 1867 году со статьи в «Нью-Йорк таймс» об истреблении африканских слонов. Охотники-европейцы в Африке отстреливали слонов с устрашающей скоростью. Например, некий майор Роджерс прославился тем, что за всю свою охотничью карьеру убил больше двух тысяч животных. Такая бойня была вызвана возросшей популярностью слоновой кости в Европе и Америке — за тридцать лет ее потребление утроилось. К 1864 году в Англию ввозилось около миллиона фунтов слоновой кости в год, а если учесть, что бивень слона весил примерно шестьдесят фунтов (двадцать семь килограммов), то только Англия импортировала 8333 и 1/3 слона в год. Столь желанная слоновая кость шла на изготовление различных украшений и шаров для бильярда, наиболее популярного «салонного спорта». Качественные шары изготавливались из центральной части самых лучших бивней, без единой трещинки или пятнышка. Их тщательно отбирали — в работу шел только один бивень из пятидесяти — и выдерживали в течение двух лет. Неудивительно, что вести об исчезновении слонов в Африке были с унынием встречены европейскими и американскими бонвиванами.