Теперь паровые двигатели с ременными передачами вращали оборудование мельниц, бумагопрядильных фабрик, камнедробилок, прокатных станов, гончарных мастерских, лесопилок, литейных цехов (энергия пара приводила в действие мехи в доменных печах), пивоварен, маслобоек. Что же касается промышленной революции, то на фабрике паровых машин Уатта в Бирмингеме к 1795 году были внедрены все основные технологические приемы прогрессивного индустриального производства . Все было сделано для максимально быстрого выпуска стандартизированной продукции. Производственный процесс делился на этапы, которые выполнялись рабочими определенной квалификации, и, поскольку Уатт знал, сколько времени требуется на изготовление той или иной детали, действовала сдельная оплата труда.
Несмотря на то что Уатт на самом деле паровую машину не изобретал, он является автором многих технологических новшеств, без которых промышленная революция была бы невозможна. Еще одно изобретение Уатта не так хорошо известно, но оно имело столь же далеко идущие последствия, как и появление паровой машины. Много позже, в XX веке, оно привело к не менее фундаментальным изменениям, чем промышленная революция, и все благодаря тому, что ввело в обиход сажу. Этот материал открыл путь к исследованию самой природы жизни на Земле и вызвал революцию в биологии.
Эта революция в корне изменит нашу жизнь в XXI веке, а началось все с фабрики паровых машин Уатта и тех неудобств, которые ему причинял успех его предприятия. Дело было в городе Редруте, в Корнуолле (здешние владельцы шахт очень интересовались паровыми насосами Уатта, поскольку штреки шахт были проложены под морским дном, и их очень часто заливало), и Уатт был перегружен бумажной работой от многочисленных подрядов. В одном из писем другу он сетовал, что "исключительно сложно найти толковых управляющих". В 1780 году он нашел способ, как помочь горю - изобрел новый способ копирования чертежей, счетов, писем, а также любых других документов. (Предыдущая его попытка с двойным наконечником пера окончилась неудачей.) Патент носил название "Новый метод быстрого копирования писем и иных записей".
Суть изобретения заключалась в следующем. Документ писали (или чертили) на влажной бумаге особыми чернилами, в состав которых входил гуммиарабик и которые не высыхали около суток. В течение этого времени документ можно было копировать. К исходному документу прижимали чистый лист бумаги и с него переносили изображение на другой лист. Сначала метод не имел особого успеха. Банки воспротивились ему из-за боязни подделок , а бухгалтеры отмечали, что этот способ будет неудобен в условиях спешки или аврала. Однако за год Уатту удалось продать двести опытных образцов, а демонстрация изобретения в парламенте произвела на депутатов настолько неизгладимое впечатление, что они позабыли про законотворчество. Уже к 1785 году этот способ копирования получил широкое распространение.
В 1823 году американец Сайрес П. Далкин из Массачусетса усовершенствовал технологию, применив два материала, будущее значение которых сложно переоценить. Он покрыл оборотную сторону листа бумаги смесью из воска и углеродной сажи, получив прообраз копирки. Изобретение не получило широкого распространения вплоть до 1868 года, когда состоялся полет на воздушном шаре Либбиуса Рождерса , занимавшегося производством печенья. Это событие освещалось агентством Ассошиэйтед-пресс, и после полета у Роджерса взяли интервью в редакции местной газеты. Беседовавший с аэронавтом репортер пользовался копиркой Далкина. Увиденное настолько поразило Роджерса, что, забросив воздухоплавание и печенье, он основал предприятие по производству копировальной бумаги для деловых документов (книг заказов, ордеров и счетов). В 1873 году состоялась демонстрация продукции в компании "Ремингтон" , выпускавшей пишущие машины, и это было началом всеобщей популярности копировальной бумаги.
Парафиновый воск, который наряду с сажей составлял основу изменившего деловой мир изобретения, сначала получали из битумных сланцев. После того как в Пенсильвании в 1857 году обнаружили нефть , парафин стали производить методом дистилляции и использовать для освещения в качестве замены китовому жиру, который становился дефицитом по мере быстрого роста производства ламп. Парафиновый воск представлял собой охлажденный и затвердевший парафин. Кроме осветительных нужд, его также применяли для реставрации крошащегося обелиска "Игла Клеопатры" в Нью-Йорке.
Росту популярности парафина способствовало появление нового способа извлечения огня. На протяжении веков путешественники были вынуждены либо возить с собой тлеющие угли, либо находить где-то уже разведенный огонь. По мере развития транспорта люди стали передвигаться дальше и быстрее, и эти способы становились все менее удобными. К середине XIX века большую популярность приобрели фосфорные спички. На тот момент самой успешной их разновидностью были спички, изобретенные братьями Лундстрём из Швеции. В их "безопасных спичках" использовался красный фосфор вместо белого, который был в ходу до этого и имел неприятную особенность воспламеняться в самый неожиданный момент (кроме того, его производство было ядовитым). Чтобы поддержать горение спички после вспышки фосфорной головки, в деревянную палочку вводилось небольшое количество парафина.
Использование фосфора имело еще один очень странный побочный эффект, из-за которого британцы приобрели дурную славу разорителей могил. Благодаря внедрению паровой машины Уатта и индустриализации, английские промышленные города развивались головокружительными темпами, а численность городского населения стремительно росла. Если в начале XIX века оно составляло треть населения Великобритании, а по итогам переписи 1851 года в стране впервые в мире был зафиксирован перевес в сторону городских жителей, то в конце века горожанами были уже около восьмидесяти процентов британцев. Типичный промышленный город Олдхэм в Ланкашире в 1801 году насчитывал двенадцать тысяч жителей, а в 1901 - уже сто сорок семь тысяч. Общее население страны за этот период утроилось.
Одной из причин такого роста было сокращение смертности, вызванное улучшением условий жизни, гигиены и состояния здоровья британцев , однако главным фактором стало улучшение качества питания и расширение рациона продуктов. Это стало возможным благодаря открытию немецкого химика Юстуса фон Либиха, который проводил опыты по сжиганию растений, чтобы выявить их химический состав. Либих полагал, что растения получают питательные вещества из почвы и воздуха. На собственные деньги в университете Гессена он организовал первую в мире настоящую химическую лабораторию, которая приобрела такую известность, что студенты съезжались в нее со всего света. Там он сформулировал свой знаменитый Закон минимума - открытие, имевшее грандиозные последствия. Согласно Либиху, для урожая сельскохозяйственной культуры наиболее значим тот питательный компонент, количество которого в данный момент минимально.
Один из ключевых выводов ученого - потребность всех растений в фосфорной кислоте. Наиболее простым путем ее получения была обработка серной кислотой измельченных костей. В Англии так хорошо освоили этот способ, что к 1870 году производили около сорока тысяч тонн фосфорной кислоты в год. Такой триумф дал Либиху повод обвинить англичан в том, что в попытке прокормить горожан они разоряют чужие могилы:
"Англия лишает другие страны источников плодородия. В своем рвении они уже перекопали поля сражений Лейпцига, Ватерлоо и Крыма, а из катакомб Сицилии вывезли скелеты нескольких поколений. Ежегодно, обкрадывая нас, они отправляют к своим берегам останки трех с половиной миллионов человек, а отходы сливают в море. Подобно вампиру Англия впилась в шею Европы - да что там, всего мира! - и пьет кровь других народов".
Если подобное разграбление могил и вправду имело место, то этому наверняка поспособствовал выход работы Либиха "Органическая химия в приложении к земледелию и физиологии". Книга имела огромный успех: она переиздавалась семнадцать раз, была переведена на восемь языков и превратила сельское хозяйство в отрасль науки. В ней Либих демонстрировал способ получения новых хорошо усваиваемых растениями удобрений путем обработки измельченных фосфорсодержащих минералов серной кислотой. Во всем мире резко увеличилась добыча апатитов, а в США производство удобрений вышло на новый уровень после открытия громадных запасов фосфорита в Южной Каролине, Джорджии и Флориде. Большая часть американских удобрений направлялась на табачные плантации.
Благодаря открытию Либиха во второй половине XIX века в странах Европы и Америки повысились урожаи, так необходимые для растущих промышленных городов. Оставалось только наладить систему транспортировки продовольственных товаров. Снова скажем "спасибо" Джеймсу Уатту, потому что на выручку пришли локомотивы на паровой тяге. Первый паровоз под названием "Ракета" был сконструирован Джорджем Стивенсоном для железнодорожного маршрута Манчестер - Ливерпуль в 1829 году. Изобретение встретили с недовольством: инвесторы не видели в нем перспективы для получения прибыли, к тому же считалось, что при скорости шестьдесят километров в час пассажиры будут задыхаться.
Это мелкое препятствие, однако, не смогло сдержать невероятный рост железнодорожного строительства в США . К 1838 году железные дороги были проложены во всех восточных штатах кроме Вермонта, а в 1850-м было налажено сообщение со штатами Кентукки и Огайо. По окончании Гражданской войны (в которой железные дороги сыграли ключевую роль) протяженность железных дорог составляла тридцать пять тысяч миль, а в 1890 году - уже сто шестьдесят четыре тысячи миль . Строительство приобрело беспрецедентный размах. Начиная с 1869 года, когда трансконтинентальная магистраль была проложена полностью, большинство железнодорожных компаний добавили к своим названиям слово "западная".
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 угля . 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 телеграф - 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 Эдисон , 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 креозота .
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 звук . 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 Белла 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 оптовиков .
К концу XIX века бурное заселение пригородов породило спрос на индивидуальные средства передвижения. Ответом стал автомобиль "Модель Т" Генри Форда . В шинах автомобилей использовалась более прочная резина, изготовленная с добавлением сажи. Исследования, проведенные в 1904 году, показали, что сажа значительно увеличивает прочность резины , 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 частиц , 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.