Льюис Дартнелл - Цивилизация с нуля. Что нужно знать и уметь, чтобы выжить после всемирной катастрофы

Незаменимым материалом для окон стекло стало благодаря своему главному свойству: конечно, прозрачности. Это само по себе редкое свойство для материи. Но качеств, какими не может похвастать ни одно другое вещество, у стекла целый набор. И значит, оно бесконечно важно для науки: именно стекло позволяет нам изучать явления природы, замеряя различные их характеристики, на основе чего создаются все более совершенные прикладные технологии. Например, принцип действия барометра и термометра, первых научных инструментов, состоит в показе меняющегося уровня жидкости в трубке. Эти колебания невозможно было бы увидеть, не будь у нас такого прозрачного, но твердого материала, как стекло.

Для микроскопических исследований образцы материала также выкладывают на предметное стекло — твердую основу, пропускающую свет. Стекло — прочный материал и годится для изготовления герметичных сосудов, в которых можно создавать вакуум. Вакуумные трубки нужны для генерации рентгеновских лучей (см. главу 7), и они сделали возможным открытие электронов и других элементарных частиц. Без герметичных колб не будет гореть ни лампочка накаливания, ни люминесцентный свет: в них создается специальная газовая среда, а стекло пропускает свет вовне.

Кроме того, что оно прозрачно, жаростойко и достаточно прочно, чтобы из него можно было лить тонкостенные сосуды, стекло химически инертно. На этом так или иначе основаны все виды химических исследований. Из стекла можно отлить или выдуть любую лабораторную посуду: пробирки, колбы, мензурки, бюретки, пипетки, трубки, испарители, дефлегматоры, газовые шприцы, реторты и предметные стеклышки. Трудно представить, как вообще могла бы развиваться химия, не будь у нас этого материала, одновременно инертного и прозрачного, который позволяет нам видеть ход реакции, а сам в нее не вступает.

Но, наверное, главное свойство стекла состоит в том, что с его помощью можно управлять и манипулировать светом. Оно не только позволяет сохранять малые фрагменты природы, чтобы изучать их в лаборатории, но и усиливает наше зрение.

Римляне, хорошо умевшие делать стекло, заметили, что стеклянный шар как будто бы увеличивает расположенные позади него предметы. Но они так и не сделали следующего концептуального шага и не перешли к вытачиванию из слитков стекла выпуклых блинов — линз. Линза использует закон преломления: луч света, проходя из одной прозрачной среды в другую, преломляется. Это видно, если сунуть в пруд прямую палку: она как будто ломается под водой. Иллюзия объясняется тем, что лучи света у поверхности пруда, на границе воздуха и воды, преломляются. Стекло, обточенное особым образом, в виде шайбы с выгнутыми (параболическими) поверхностями, позволяет преломлять проходящие сквозь него лучи определенным образом. Луч, идущий ближе к внешнему краю линзы, перенаправляется прямо в ее центр, потому что падает на поверхность стекла под широким углом; луч, проходящий ближе к центру, искривляется на меньший угол, а лучи, бьющие прямо в центр линзы, падают перпендикулярно поверхности и потому не преломляются. Все траектории проходят через одну точку — фокус. В этом секрет увеличительного стекла.

Первым оптическим прибором были очки, изобретенные около 1285 г. в Италии. У них были выпуклые линзы, корректирующие дальнозоркость, которая с годами развивается у многих людей, когда глаза с трудом фокусируются на предметах, отстоящих недалеко от наблюдателя. Коррекция близорукости требует вогнутых линз, а точно обточить стекло «в обратную сторону» — чтобы две поверхности прогибались внутрь, к центру — задача потруднее.

Настоящий переворот произошел, когда люди поняли, что если линза зрительно увеличивает расположенный позади нее предмет, то, подобрав несколько линз в особом сочетании, можно видеть на большие расстояния — в этом принцип устройства телескопа. Этот прибор впервые начали применять моряки, но очень скоро его направили в звездное небо, и началась великая революция в осмыслении космоса и нашего места во Вселенной. Вместе с тем стекло позволяет увеличить мельчайшие предметы, и без микроскопа абсолютно немыслимо изучение микробиологии, создание микробной теории, проникновение в структуру кристаллов и минералов и совершенствование металлургии.

Стекло, одно из первых искусственных веществ, синтезированное человечеством более 5500 лет назад, позволило нам исследовать природу и создавать новые технологии: от первых очков для чтения до космического телескопа «Хаббл». Из шести инструментов, без которых была бы немыслима научная революция XVII в. и которые очень пригодятся для возрождения цивилизации в постапокалиптическом мире, — маятниковых часов, термометра, барометра, телескопа, микроскопа и вакуумного колпака с насосом, — пять (кроме маятниковых часов) построены на уникальном сочетании свойств, присущих стеклу.