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

Несмотря на то что железные дороги способствовали развитию страны и созданию новых городов — центров концентрации населения, — наибольшее влияние они оказали на грузовую отрасль. Эхо паровозных гудков оглашало просторы Америки, и километровой длины составы громыхали в ночи, снабжая промышленные города восточного побережья неистощимыми богатствами американского континента. Чтобы обеспечить безостановочную перевозку грузов через всю страну, железнодорожные компании заключали между собой союзы; всего было создано более сорока сквозных маршрутов. Это способствовало снижению тарифов и росту объемов грузоперевозок: с десяти миллиардов тонно-миль в 1865 году до семидесяти двух миллиардов в 1890 году. К 1876 году более восьмидесяти процентов всего зерна перевозилось по железной дороге, были созданы специальные вагоны для транспортировки скота, в середине 1870-х вагоны-рефрижераторы уже везли из Иллинойса свежую клубнику, а жители Нью-Йорка впервые за несколько десятилетий смогли снова попробовать свежее молоко.

Кроме всего прочего, железные дороги (особенно в Европе) невероятно способствовали мобильности. Люди находили себе спутников жизни в других городах, обновляя генофонд. Рост добычи угля (на выплавку чугуна для локомотивов и на растопку этих же самых локомотивов) привел к появлению большого количества сырья для производства угольного или светильного газа. Этот газ был побочным продуктом процесса коксования угля29 — 60, 103. Начало коммерческому применению этой технологии положил все тот же ассистент Уатта Уильям Мердок, придумавший планетарно-солнечную передачу и заставивший паровую машину крутить колесо. Газовое освещение позволило людям проводить больше времени за чтением, стимулировало развитие вечернего обучения и способствовало появлению большого числа образованных работающих женщин.

Экономики Запада, таким образом, имели в своем распоряжении сытых грамотных рабочих и клерков, источники сырья для заводов и фабрик, производивших товары, и торговцев, продавших эти товары, пользуясь железной дорогой. Для Соединенных Штатов единственным препятствием на пути к роли мировой сверхдержавы явилось отсутствие действенного способа связать эти ресурсы единой коммуникационной системой. Главную роль в решении этой проблемы опосредованно и совершенно непредсказуемым способом сыграли железные дороги. Зачастую для проезда составов, следующих в противоположных направлениях, использовалась всего одна колея (что послужило причиной ряда весьма эффектных лобовых столкновений). В 1851 году для организации движения был применен телеграф30 — 114, 235, 275 — поезд получал команду проезжать или ожидать своей очереди. Переход от передачи азбуки Морзе до передачи речи по телефону был уже вопросом времени. И важнейший шаг в развитии телефонной связи сделал Томас Эдисон31 — 41, 55, 104, который на заре своей карьеры работал именно железнодорожным телеграфистом.

Когда телефон вошел в повседневную жизнь, его главным недостатком была плохая слышимость — даже если говорящий на другом конце провода кричал в микрофон. Эдисон использовал для улучшения качества звука угольный порошок или дисперсную газовую сажу, тот самый материал, при помощи которого Сайрес Далкин делал копировальную бумагу. Сажа сама по себе не была открытием. Из всех известных материалов сажа обладала самыми мелкими частицами, и еще в Древнем Египте (а также в Индии и Китае) ее использовали в качестве черного пигмента для чернил и прообраза современной туши для ресниц. В древности ее получали из нагара масляных ламп и светильников, а в XIX веке основным источником дымного нагара выступало пламя светильного газа и каменноугольных смол, в том числе креозота32 — 65, 140.

Принцип работы телефона основывался на вибрации металлической мембраны в микрофоне говорящего, которая вызывает изменение напряжения и силы тока в электромагните. На противоположном конце провода оно вызывало изменение магнитного поля, создаваемого другим электромагнитом, что в свою очередь приводило к колебаниям мембраны динамика, которая и воспроизводила звук33 — 51. Эдисон и его инвесторы из компании «Вестерн юнион» занимались вопросом улучшения слышимости телефона, и в 1877 году кто-то предположил, что сажа может быть чувствительна к электрическому заряду, а под давлением ее сопротивление изменяется. Эдисон приступил к опытам, прежде всего отделив передающую часть телефона Белла34 — 54 от приемника (раньше они помещались в одном корпусе, что вызывало помехи) и поместив спрессованный угольный порошок между мембраной и электромагнитом. Демонстрация в совете директоров «Вестерн юнион» произвела фурор. С тех пор капсюли с угольным порошком использовались на протяжении еще пятидесяти лет.

Благодаря появлению телефона в 80-е годы XIX века изменился облик городов — возникли пригороды (в современном смысле этого слова, то есть районы, жители которых работают в городе). Для выездов на природу издавна использовались конки, но, чтобы обосноваться за городом, жителям, а особенно бизнесменам, нужны были средства связи с городом — конторой или фабрикой. С появлением телефона такая возможность появилась. Кроме того, индустриализация вызвала стремительный рост цен на землю, и жить в большом доме в центре города стало накладно. Так или иначе, новый богатеющий средний класс предпочитал селиться подальше от рабочих, которые ютились в арендованных комнатушках рядом с фабриками.

Рост стоимости земли привел также к появлению небоскребов, и теперь архитектор или начальник стройки мог пообщаться с прорабом на верхнем этаже здания не при помощи посыльного или сигналов свистка, а по телефону. Вскоре из-за выросших цен на недвижимость мелкие розничные магазины стали перебираться в пригороды, их владельцы просто заказывали товар по телефону у городских оптовиков35 — 115.

К концу XIX века бурное заселение пригородов породило спрос на индивидуальные средства передвижения. Ответом стал автомобиль «Модель Т» Генри Форда36 — 166. В шинах автомобилей использовалась более прочная резина, изготовленная с добавлением сажи. Исследования, проведенные в 1904 году, показали, что сажа значительно увеличивает прочность резины37 — 67, 144, так как снижает интенсивность ее окисления.

И тут произошел один из тех крутых поворотов, которыми знаменита история: вместе сошлись и фосфаты, благодаря которым удалось накормить горожан, и электрический телефон, изменивший повседневную жизнь. Ответственность за эти события лежит на ученом, который не мог найти работу.

Уже некоторое время было известно, что, если пропустить электрический заряд через кусок металла в вакуумной трубке, возникает поток загадочных частиц38 — 52, 239, который получил название катодный луч (по названию электрода). Эти лучи можно было сфокусировать в пучок толщиной с карандаш, а затем при помощи магнитного поля направлять его в нужную сторону. Также демонстрировалось, что, если подставить под луч стекло, покрытое фосфором, оно будет светиться в месте падения луча.

Ученых заинтересовал этот феномен: они надеялись побольше узнать о поведении электричества в условиях, близких к вакууму. Однако никто всерьез не думал о каком-либо практическом применении катодных лучей. Конец XIX века ознаменовался открытием «волшебных икс-лучей»[2] 39 — 116, 226 и все увлеклись поисками другого излучения, которое могло бы производить в вакууме столь же удивительные эффекты.

И тут наступает тот самый драматический поворот. Немецкий физик Фердинанд Браун с горечью осознал, что тема его работы (излучение в вакуумных трубках), мягко говоря, переоценена. Все, что можно было сделать с трубками, токами, катодами и экранами, уже сделано. В 1896 году Браун решает изучить единственное неисследованное явление — сами катодные лучи. Несколькими годами ранее Генрих Герц доказал, что в электрическом токе переменно чередуются положительные и отрицательные циклы и характеристики тока можно описать частотой этих циклов в секунду. Тем не менее электрические циклы никто не наблюдал воочию. Браун предположил, что увидеть их можно при помощи катодных лучей. В перспективе это позволило бы отслеживать и контролировать стабильную частоту генерируемого тока. До сих пор возможностей для такого мониторинга не существовало.