Изобрели телеграф, затем айфон: гениальные идеи, изменившие мир

Внимание, целься, огонь!

В 1880-х годах в лондонском Королевском научном колледже трудился физик Чарльз Вернон Бойс, который обладал даром к проектированию и созданию научных приборов. В 1887 году Бойс захотел создать тончайший слой стекла для измерения воздействия чрезвычайно малых сил на объекты. Его идея заключалась в использовании стеклянного волокна для создания измерительного инструмента. Но где же взять такое волокно?

Что ж, новая форма измерения почти всегда предполагает создание нового инструмента. Для своей разработки Бойс использовал необычный подход: он принёс в лабораторию арбалет, а для оружия создал лёгкие стрелы. Затем, используя сургуч, он прикрепил конец стеклянной палочки к стреле, накалил стекло до мягкого состояния и выстрелил!

Стрела устремилась к цели, вырвав тонкую нить волокна из расплавленного стекла, всё ещё державшегося на арбалете. Одним из выстрелов Бойс создал нить почти в девяносто футов (27 метров). Что ещё удивительнее, стекловолокно оказалось таким же прочным, как и стальная нить того же размера.

На протяжении тысячелетий люди создавали предметы из стекла, потому что оно было красивым и прозрачным. При этом им ничего не оставалось, как мириться с его хрупкостью. Уверенный выстрел Бойса как бы намекнул на существование совершенно иного способа использования этого удивительного материала. Он понял, что стекло можно было сделать прочным.

В 1930-х годах началось массовое производство стекловолокна. После добавления пластиковой смолы появился совершенно новый строительный материал – файбергласс, или стеклопластик. Стеклопластик – прочный, гибкий и теперь уже повсеместно распространённый материал. Он используется для теплоизоляции, для изготовления одежды, досок для сёрфинга, яхт, шлемов, компьютерных плат – практически везде. Лопасти ветряных турбин, меняющие возможности альтернативной энергетики, тоже сделаны из стеклопластика, точно так же, как и фюзеляж A380 компании Airbus, самого большого коммерческого самолёта. Смесь алюминия и стеклопластика делает самолёт гораздо более износостойким, чем традиционный алюминий.

В течение первых десятилетий инноваций в области стекловолокна акцент на прочности в противовес прозрачности имел довольно важный смысл. Проводимость света через оконное стекло или линзу, казалось бы, и без того было полезным открытием. Зачем вообще было думать, как свет проходит через волокно размером не больше человеческого волоса? И тем не менее прозрачность стеклянных волокон сыграло на пользу, когда мы начали думать о свете как о способе кодирования цифровой информации.

Включите лазерный луч!

В 1970 году исследователи из компании Corning Glass Works, современного Мурано, разработали настолько необычайно прозрачный вид стекла, что даже огромные размеры не делали его матовым. (Если раньше мы могли создавать блоки размером с автобус, то сегодня нам доступно производство прозрачных блоков длиной в полмили). Учёные из Bell Labs взяли сверхпрозрачное стекло и пустили через него лазерные лучи, создавая оптические сигналы, которые соответствовали двоичному коду. (Двоичный код использует нули и единицы для представления букв, цифр или других символов в электронном устройстве. Этот язык используют в вычислительной технике и телекоммуникациях). Сочетание двух, казалось бы, несвязанных изобретений – концентрированного, упорядоченного света лазеров и сверхпрозрачного стекловолокна – стало известно как волоконная оптика. Использование волоконно-оптических кабелей гораздо эффективнее, чем передача электрических сигналов по медным кабелям, особенно на большие расстояния. Свет обеспечивает большую пропускную способность и гораздо меньше подвержен шумам и помехам, чем электрическая энергия. Магистраль глобальной сети построена из оптико-волоконных кабелей. Да, всё верно: Интернет сплетён из стеклянных нитей.

Вы только задумайтесь о культовом действии двадцать первого века: вы делаете селфи на телефон, после чего загружаете изображение в приложение, откуда оно попадает на телефоны и компьютеры других людей по всему миру. А теперь подумайте, каким образом стекло способствует этому событию. Мы делаем снимки посредством стеклянных линз, храним их на стеклопластиковых платах, передаём по всему миру, используя стеклянные кабели, и наслаждаемся снимками на стеклянных экранах. Вся эта цепочка – диоксид кремния. И на самом деле, связь между селфи и стеклом имеет долгую историю.

Я вижу, следовательно, я существую

До 1400 года европейские художники писали пейзажи, портреты королевских особ, религиозные сцены и многие другие сюжеты. Однако они никогда не рисовали сами себя. Автопортрет – стал прямым результатом очередного технологического прорыва в нашей способности работать со стеклом.

В качестве нововведения стеклоделы Мурано покрыли обратную сторону прозрачного стекла металлической смесью олова и ртути, чтобы создать блестящую и хорошо отражающую поверхность – зеркало. Зеркало превратилось в настоящее откровение. До появления зеркал большинство людей видели себя только в искажённом виде в воде или полированном металле. Они шли по жизни, не имея точного представления о самих себе. Представьте, если бы вы не были уверены в том, как на самом деле вы выглядите. Такова была реальность до изобретения точных зеркал.

Подобно тому, как стеклянная линза расширяла наши знания до звёзд и микроскопических клеток, стеклянные зеркала впервые показали нам самих себя. Зеркало оказало на общество глубокое влияние. Художники начали писать автопортреты, а также изобрели перспективу как формальный приём в изобразительном искусстве. Вскоре после этого в европейской культуре произошёл фундаментальный сдвиг в сторону индивидуальности. Увидев себя, люди начали считать себя центром по отношению к государству, закону, экономике, даже к своему богу. Ввиду нового взгляда законы всё больше ориентировались на человека, что привело к акценту на правах человека и индивидуальных свободах. Многие силы сошлись, чтобы сделать этот сдвиг возможным, и зеркальное стекло стало одной из них.

Фигурки из муранского стекла под струей горячего газа, изобразительное искусство ручной работы.

Стекло помогло создать современное самоощущение; теперь же оно помогает нам исследовать мир за пределами себя – с вершины вулкана.

Взгляд на вселенную

Мауна-Кеа, спящий вулкан на острове Гавайи, возвышается почти на четырнадцать тысяч футов (4267 метров) над уровнем моря и простирается почти на двадцать тысяч футов (6096 метров) к океанскому дну. Ландшафт на его вершине скалистый и бесплодный. Даже облака чаще всего формируются ниже пика, где воздух сухой и разрежённый. Учитывая тот факт, что на вершине вы находитесь настолько далеко от континентов, насколько это возможно, атмосфера Гавайев не нарушается турбулентностью солнечной энергии, отражающейся от крупных земельных массивов или же поглощаемой ими. Это означает, что на вершине практически самая стабильная атмосфера на планете. Именно по этой причине Мауна-Кеа является идеальным местом для наблюдения за звёздами.

На вершине Мауна-Кеа расположены тринадцать обсерваторий – массивные белые купола, разбросанные по красным скалам, словно сверкающий аванпост на далёкой планете. Один из куполов – обсерватория У. М. Кека, вмещающая самые большие и мощные оптические телескопы на Земле. Творя свою магию, телескопы-близнецы не полагаются на линзы. Чтобы уловить как можно больше света из отдалённых уголков Вселенной и узнать что-нибудь о звёздах и галактиках, потребовались бы линзы размером с пикап. При таких размерах стекло становится слишком тяжёлым и вносит неизбежные искажения в изображение. Поэтому учёные и инженеры Кека использовали другой инструмент для улавливания чрезвычайно слабых следов света: зеркало.

Каждый из телескопов имеет тридцать шесть шестиугольных зеркал, работающих как единая активная поверхность диаметром в тридцать три фута (10 метров). Входящий звёздный свет отражается от второго зеркала, затем фокусируется вниз и улавливается комплексом приборов, которые обрабатывают изображения и выводят на экран компьютера. Даже в тонкой, сверхстабильной атмосфере Мауна-Кеа небольшие возмущения могут размыть полученные изображения. Для коррекции зрения телескопов в обсерватории используется хитроумная система под названием «адаптивная оптика». Лазеры направляются в ночное небо, создавая искусственную звезду. Эта звезда служит точкой отсчёта, потому что учёные точно знают, как выглядел бы лазер без атмосферных искажений. Таким образом у них появляется возможность измерить любые искажения, сравнивая «идеальное» лазерное изображение и то, что регистрируют телескопы. На основе этой информации компьютеры генерируют инструкции, чтобы зеркала телескопа слегка отклонялись и подстраивались под точные искажения в небе над Мауна-Кеа в конкретную ночь. Это как если бы вы были дальнозорким и вдруг надели бы очки и смогли бы читать.

Обсерватория Кека на Мауна-Кеа.

Когда мы смотрим через зеркала телескопа, мы заглядываем в далёкое прошлое, потому как наблюдаемые объекты – галактики и сверхновые – могут находиться на расстоянии миллиардов световых лет от нас. И снова стекло расширило наше видение, не только до невидимого мира клеток и микроорганизмов или глобальной связи, но и до самых первых дней существования Вселенной. Стекло начиналось с безделушек и пустых сосудов. Однако несколько тысяч лет спустя, возвышаясь над облаками на вершине Мауна-Кеа, оно превратилось в настоящую машину времени.