Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени - Джеймс Бёрк

Именно текстильной промышленности мы должны сказать спасибо за идею кондиционирования воздуха. Сам этот термин был впервые использован фабрикантом Стюартом У. Крамером в докладе для Американской ассоциации производителей хлопковых тканей. Слово «кондиционирование» относилось не к качеству воздуха, а к состоянию, или кондиции, хлопкового волокна. Первым настоящим кондиционером в современном смысле этого слова можно считать устройство, предложенное в 1902 году инженером из Буффало Уиллисом Кэрриером. Принцип действия был следующим: воздух, нагнетаемый в помещение, проходил через катушки из медных трубок, внутри которых циркулировала холодная вода, и таким образом охлаждался. Температура в помещении регулировалась при помощи изменения температуры воды в медных трубках и скорости подачи воздуха.

Однако настоящий прорыв в регулировании температуры произойдет благодаря появлению новых материалов для термоизоляции. Первый шаг на пути их изобретения сделали создатели двух так называемых «стеклянных платьев». Одно из них сшили для испанской принцессы Эулалии, другое предназначалось звезде Бродвея Джорджии Кайван. Второе платье демонстрировалось на Всемирной выставке 1893 года в Чикаго109 — 42, 73, а сейчас выставлено в Музее искусств и ремесел в городе Толедо штата Огайо. Платья вызвали большой ажиотаж, хотя создавались, скорее, для рекламных целей и перспективы попасть в серийное производство и модные магазины не имели. Кроме всего прочего, они были страшно дороги в производстве. Ткань плелась из шелковых и стеклянных нитей и выглядела как сверкающий атлас. Изготовил ее Эдвард Драммонд Либби, владелец компании, выпускающей стекло. В 1903 году Либби и его управляющий Оуэнс создали новую фирму «Оуэнс боттл машин», а позже — один из крупнейших американских стекольных концернов «Оуэнс-Иллинойс».

Первая мировая война вывела производство стекла на принципиально новый уровень. Потребовалось огромное количество линз для биноклей, фотоаппаратов, прицелов и кинопроекторов. Ранее бóльшая часть оптики закупалась в Германии, так что с началом войны ее запасы стали быстро подходить к концу. В целях обеспечения обороноспособности страны Национальный научно-исследовательский совет США постановил наладить выпуск шести различных типов линз силами американских производителей. Ежедневно для военных нужд требовалось производить около пятисот килограммов линз. Производство стекла превратилось в масштабную и наукоемкую отрасль промышленности.

«Оуэнс-Иллинойс» и другой стекольный гигант, компания «Корнинг», начали сотрудничать в исследовательской сфере, и по окончании войны в производстве стекловолокна произошел значительный прогресс. Появились стеклянная пряжа, которую можно было использовать для электроизоляции и создания фильтрующей ткани, и стекловата — очень легкое изолирующее покрытие. Стекловолокно получали продавливанием жидкого стекла сквозь мелкие отверстия в платиновом плавильном сосуде, затем волокна скручивались в нить и наматывались на барабан. Из нитей можно было сделать шнуры или полотно, а затем расплавить, придав стеклу нужную форму. Во время Второй мировой войны стекловолокно использовали для производства немагнитных мин, сбрасываемых топливных баков для самолетов и различных видов термоизоляции.

После войны представители «Оуэнс-Иллинойс» пошли в народ и стали устраивать выездные презентации своей продукции. Например, они демонстрировали будильник в контейнере из стекловолокна, который не было слышно снаружи, или мороженое, не таявшее в таком контейнере, хотя рядом стояла разогретая плита, показывали трюк со спортсменом-тяжеловесом, который раскачивался на тонких лентах стекловолокна, или просто просили кого-нибудь из публики разбить стекловолокно кувалдой. Последнее, кстати, так никому и не удалось.

В 1951 году Чарльз Таунс сидел на скамейке в вашингтонском парке и коротал время перед встречей в Управлении исследовательских работ ВМС США. Он был физиком и занимался передачей радиосигнала в водной среде. Внезапно на него снизошло озарение, которое произведет переворот в применении стекловолокна: молекулы можно заставить колебаться и испускать микроволновое излучение. В лаборатории он провел опыт и установил, что под действием тепла или электричества молекулы аммиака вибрируют с частотой двести сорок миллиардов колебаний в секунду. Таунс предположил, что если возбужденные молекулы можно подвергнуть воздействию микроволнового излучения той же частоты, молекулы аммика также станут испускать микроволны с большей энергией и возбуждать другие молекулы аммиака, таким образом, произойдет своего рода цепная реакция.

В 1953 году Таунс получил когерентный поток микроволн в ходе процесса, который получил название усиление микроволн посредством вынужденного излучения, или мазер (англ. MASER — microwave amplification by stimulated emission of radiation). В 1960 году Теодор Майман продолжил исследования в этом направлении и использовал в экспериментах рубиновый цилиндр с параллельными основаниями, покрытыми серебром. Для «накачки» энергии применялась импульсная ксеноновая лампа. Прозрачная поверхность цилиндра пропускала свет, при помощи электромагнитов частота колебаний в рубине подстраивалась под частоту поступающего света, и в результате происходил выброс монохроматического микроволнового излучения. Посеребренные стенки цилиндра отражали излучение в обоих направлениях, его интенсивность росла, и в итоге возникал необыкновенно мощный когерентный луч света.

Этот процесс усиления интенсивности света стали называть усилением света посредством вынужденного излучения, или лазер (англ. LASER — light amplification by stimulated emission of radiation). Дальнейшие исследования в этой области показали, что более подходящим материалом для лазера является не рубин, а сверхчистое стекло, обработанное неодимом, редкоземельным металлом, который открыл еще Вельсбах и пытался использовать для своей калильной сетки. Неодимовые лазеры позднее применят для возбуждения молекул других материалов и получения еще более мощных лучей.

Во время первых запусков по программе «Аполлон» было установлено, что когерентность лазера настолько высока, что на расстоянии от Земли до Луны пучок расширяется всего на несколько футов. Сегодня луч лазера с одинаковой легкостью разрезает и сетчатку человеческого глаза, и сталь, а также используется для высокоточных измерений и передачи оцифрованных данных по оптоволоконным сетям. Лазерными эндоскопами освещают операционное поле в неинвазивной хирургии, лазер дробит камни в почках, не повреждая органы человеческого тела. Он строит голограммы, определяет даже самые незначительные примеси в газе110 — 197, 240, сканирует кору головного мозга, выявляет дефекты в материалах, помогает предотвращать лесные пожары и обнаруживать из космоса даже незначительные подвижки земной коры — предвестники землетрясений.

Одно из самых последних, весьма эффектных применений лазера можно было наблюдать во время военной операции в Персидском заливе. Так называемые «умные бомбы» сбрасывались с самолета и наводились на цель с точностью до миллиметра при помощи лазерного луча с самолета-наводчика. Горькая ирония состоит в том, что главу, начатую с рассказа о пряностях Ближнего Востока, мы заканчиваем бомбой, которую солдаты в шутку называют «маринованным огурчиком».

Умные бомбы — одна из новинок в арсенале сил быстрого реагирования, которые действуют в новом мире, преодолевшем холодную войну, где ключевую роль играет гибкость военного ответа. Так было испокон веков…

6

Быстрое реагирование

Успех в войне достается той армии, действия которой наиболее адекватны ситуации, способной быстро и вовремя сконцентрировать ресурсы и огневую мощь в заданной точке, а затем без задержек и потерь передислоцироваться для выполнения новой задачи. Быстрое реагирование было ключом к победе во все времена.

Среди первых видов оружия для ведения войны был лук. Парадоксально, но широкое применение такой его разновидности, как большой английский лук, вызвало череду событий, приведших к изобретению, без которого невозможна современная высокотехнологичная армия и без него мы не справились бы с событиями, произошедшими после окончания холодной войны.

Никто не знает, где именно возник большой лук, но первые упоминания в источниках указывают на Уэльс. Гиральд Камбрийский (также известный как Гиральд де Барри), священник и политический деятель XII–XIII веков оставил удивительные заметки о событиях того времени. В 1188 году Гиральд сопровождал епископа Кентеберийского Болдуина в его путешествии по Уэльсу в поддержку Третьего крестового похода. До нас дошло описание этой поездки, полное местных легенд и замечательных историй. Один из таких эпизодов случился при осаде замка Абергавенни: «Два воина бежали по мосту, чтобы укрыться в башне замка. Валлийские лучники стреляли по ним сзади, и две стрелы ударились в дубовые ворота башни с такой силой, что наконечники насквозь пронзили доски толщиной с руку и были оставлены там на память». Гиральд пишет, что сам видел эти стрелы, и в дополнение рассказывает о случае, когда лучник ранил в ногу английского солдата: стрела пробила латы, пронзила насквозь бедро, прошла сквозь седло и в довершение убила лошадь.