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

Идеальной заменой хрупкому стеклу могло стать нечто твердое и прочное. За несколько лет до Второй мировой войны в Телефонных лабораториях Белла (в смутной надежде улучшить качество телефонной связи) инженеры проводили исследования так называемых полупроводников, но с началом войны проект был отправлен «на полку». В 1945 году Белл вернулся к этим разработкам и сформировал специальную группу во главе с Уильямом Брэдфордом Шокли.

Эта группа совершила прорыв, за который в 1956 году была удостоена Нобелевской премии по физике. Ученые обнаружили, что если в кристаллическую решетку полупроводника добавить примеси, то его атомная решетка либо получает дополнительные электроны, либо, в зависимости от примеси, теряет их, и вместо них остаются «дырки». При помещении такого кристалла в электрическое поле отрицательно заряженные электроны переходят на положительный электрод, то же самое делают и «дырки». В том или ином случае возникает однонаправленный ток, который можно использовать таким же образом, как и поток частиц в вакуумной трубке, в качестве усилителя или переключателя — эффект воспроизводится с той же скоростью, с которой включается магнитное поле, несколько тысяч раз в секунду. Новое устройство получило название «транзистор». Транзистор был подходящей заменой для вакуумной трубки — он состоял из цельного кристалла, был гораздо менее хрупким, работал дольше и намного быстрее. Первые транзисторы Шокли были сделаны из полупроводника германия. Поскольку германий достаточно редок в природе и ценится на вес золота, позже Шокли перешел на кремний, который используется в транзисторах и по сей день. На начальных этапах работы германий получали из цинковых руд, залегавших в том числе в районе штатов Миссури, Оклахома и Канзас.

Германий был открыт в 1886 году, как нетрудно догадаться, ученым из Германии, профессором аналитической и технической химии Фрайбергской горной академии Клеменсом Винклером. Он считался гением химической аналитики. Когда была обнаружена большая жила аргиродита, его попросили исследовать химический состав нового минерала. Винклер выяснил, что аргиродит на 74,7 % состоит из серебра, 17,1 % составляет сера, 0,66 % — оксид железа, 0,22 % — оксид цинка, 0,33 % — ртуть. Чем же были оставшиеся 7,01 %? После продолжительных химических опытов Винклер объявил об открытии нового минерала, германия, и вернулся к своим основным занятиям. На первом месте была разработка газовой бюретки, прообраза современного оборудования для контроля чистоты воздуха вокруг металлургических предприятий и других производств.

Газовая бюретка служила для анализа выбросов240 — 110, 197 из заводских труб, в ней содержалась жидкость, которая впитывала газ и меняла цвет в зависимости от его концентрации. Эта информация представляла интерес для промышленников, особенно для металлургов — она экономила их деньги. Дело в том, что в доменных печах для снижения количества окислов железа применялся моноксид углерода (угарный газ) и твердый углерод. С помощью газоаналитического оборудования можно было обнаружить присутствие неиспользованного угарного газа и пустить его в дело. Такая техника также помогала зафиксировать следы несгоревшего топливного газа, а также других веществ, пригодных для повторного ввода в рабочий цикл. Все эти меры способствовали усовершенствованию конструкции доменных печей и вытяжных труб. Газоаналитические приборы работали и в шахтах, где позволяли выявлять наличие ядовитых или взрывоопасных газов. Работа Винклера имела такое значение, что его стали называть «отцом газового анализа».

К счастью для нашего рассказа, зигзаг истории уводит нас прочь от столь приземленной химической темы. На самом деле Винклер больше всего интересовался кобальтом. Его отец служил управляющим на крупном кобальтовом производстве, и Винклер мальчишкой часто бывал у отца на работе. В то время кобальт наиболее широко применялся в химии красок (из него делали кобальтовую синь241 — 177), а еще шире — в производстве керамики и эмалей. Самую чистую кобальтовую синь производили в Бирмингеме, в Англии, и она пользовалась огромным спросом на фарфоровом заводе в Севре, под Парижем. Еще в XVIII веке своей посудой в неоклассическом стиле моду на синий цвет в керамике ввел Веджвуд242 — 124. Свой трудовой путь Веджвуд начал с ремонта голландского делфтского фарфора, который в свою очередь являлся не чем иным, как имитацией безумно дорогих и очень модных китайских изделий243 — 11, 291. Фарфор начали ввозить из Китая в начале XVII века, в то время там как раз был популярен бело-голубой орнамент.

В Китае кобальт впервые применили в эпоху династии Мин, именно тогда были созданы великолепнейшие образцы китайского фарфора. Искусство керамики развивалось в Китае на протяжении многих веков, уже во втором тысячелетии до нашей эры китайцам было известно глазурование. Во многом развитию этого ремесла способствовала традиция дарить подарки высшим сановникам. Известны случаи, когда императорский двор получал подарки по пятнадцать тысяч фарфоровых изделий. В XV веке столицей Минской династии был Нанкин, по соседству с которым располагалась знаменитая фарфоровая фабрика Цзиндечжень, где были впервые изготовлены изделия для императорского двора, окрашенные кобальтом. Именно кобальт давал знаменитый синий цвет минских ваз, его можно было наносить прямо на изделие перед глазурованием, а в процессе обжига краска не текла и не деформировалась. Устойчивость к высоким температурам позволяла художникам ничем не ограничивать свою фантазию и изображать сложные композиции, в которых фигурировали реальные или мифические животные, птицы, дети, рыбацкие лодки, пагоды, сады и мосты, даосские и буддистские символы и иероглифика.

В Китай кобальт завезли купцы с Великого шелкового пути244 — 90, грандиозного торгового маршрута, связывавшего Китай, Среднюю Азию и Сирию. Дорога была открыта в эпоху династии Хань в III веке до нашей эры для торговли с Римской империей. В Средние века каждое государство на Великом шелковом пути контролировало свой участок, патрулировало дороги, защищало караваны и взимало плату. На маршруте существовали заставы, где греческие, арабские, римские, индийские и персидские купцы выменивали товары у китайских купцов-кочевников, которые затем отправлялись обратно в Китай и перепродавали товар китайским купцам. К услугам кочевников прибегали потому, что гражданам Китая не разрешалось покидать страну и осквернять себя общением с варварами.

Пример использования кобальта в керамике китайцам показали персы, именно в Персии они «опосредованно» и открыли его (он даже носил название «магометанский синий»). Возможно, что произошло это в городе Кашан, где располагались шахты по добыче кобальта, который использовали местные гончары. Самая ранняя голубая кашанская посуда и керамическая плитка относятся к 1203 году. Примерно этому же соответствует начало вековой династии керамистов Хассана ибн Арабшаха, их богато украшенные изделия прославили кашанских мастеров на всю Персию. Возможно, именно они (обнаружив, что кобальт расплывается на глиняных изделиях, но стабилен на фарфоре) и надоумили китайцев расписывать свою посуду этой краской.

Типичной и наиболее знаменитой техникой использования кашанской голубой плитки было выкладывание ею изречений и стихов в мечетях. В других случаях это были звезды, шестиугольники и кресты, из которых выкладывали большие декоративные мозаичные панно. Такие панно с характерным рисунком, сложенным из мелких керамических плиточек, были во многих мечетях и дворцах. Пример этой техники и сейчас можно увидеть в мечети на площади Майдани-шах в Исфахане, похожий стиль присутствует и в дворцовом комплексе Альгамбра в испанской Гранаде.

Утонченную технологию выкладывания мозаики восточные керамисты переняли у греческих мастеров, которые в раннехристианский период отправлялись из Византии в Сирию, Палестину и Египет обучать своему искусству тамошних ремесленников. Несмотря на то что в той или иной форме мозаика существовала еще в Древнем Вавилоне за пять тысяч лет до нашей эры, а затем в Древней Греции и Риме, наивысшего расцвета они достигла в IV–V веках нашей эры, после того как император Константин признал христианство официальной религией Рима, христиане перестали прятаться и начался процесс их самоорганизации.

Возможно, для монументального и ослепительного украшения своих церквей, вскоре появившихся по всей территории Восточной Римской империи, христиане избрали именно мозаичную технику, поскольку ранее существовали в буквальном смысле в подполье. Мозаика отражала много света и прекрасно подходила для украшения темных и мрачных пещер с неровными стенами. Поверхность стены сначала зачищали и наносили толстый слой цементного раствора, чтобы сгладить неровности. Затем в еще сырую штукатурку вдавливали маленькие кусочки смальты. Обычно это были фрагменты квадратной или прямоугольной формы не больше двух сантиметров в ширину. Окрашивание смальты производилось оксидами металлов. Также применяли золотую и серебряную фольгу, ее прокладывали между стеклом и эмалевым основанием, которое часто окрашивали в красный цвет для придания глубины золотому цвету. Для улучшения отражающего эффекта кусочки смальты вставляли в стену под наклоном в тридцать градусов.