Со временем стекло стало еще более надежным. Лобовое стекло, в которое я врезался тогда в Испании, было безопасным стеклом последнего поколения, его называют многослойным. Хоть оно и разбилось вдребезги подобно каплям принца Руперта, ни одного осколка не выпало из него за все то время, что мы вместе с ним летели через капот машины и приземлялись на асфальт.
Это новейшее прочное стекло проложено слоем пластика – ламината, который склеивает осколки подобно клею. Пуленепробиваемое стекло, по сути, делается по той же технологии, но с несколькими слоями пластика внутри. Когда пуля разбивает внешний слой стекла, он поглощает часть энергии пули и затупляет ее кончик. Затем пуля проталкивает осколки сквозь слой пластика, вязкий словно патока, он распределяет воздействие удара на участок вокруг точки столкновения. Не успеет пуля пройти и эту преграду, как ее встречает очередной слой стекла, и процесс повторяется.
Чем больше слоев пластика и стекла, тем больше энергии может поглотить пуленепробиваемое стекло. Один слой ламината остановит пулю из пистолета девятого калибра, три слоя – пулю из «магнума» сорок четвертого калибра, а восемь слоев помешают автомату Калашникова убить вас. Конечно, от пуленепробиваемого лобового стекла мало проку, если через него нельзя ничего разглядеть, поэтому задача не столько в том, чтобы наращивать количество слоев, сколько в том, чтобы совместить коэффициенты преломления стекла и пластика (свет не должен слишком отклоняться по пути от слоя к слою).
Технически сложное производство многослойного небьющегося стекла весьма дорого, однако мы готовы платить высокую цену, чтобы пользоваться его преимуществами. Этот материал где только не встретишь: и в машинах, и на улицах современных городов, которые все больше и больше напоминают дворцы из стекла. Летом 2011 года во многих городах Британии прошли массовые волнения. В репортаже по телевизору мне бросилось в глаза, что, в отличие от беспорядков прежних лет, погромщикам не всегда удавалось разбить камнем витрину, потому что владельцы магазинов установили небьющееся стекло. Похоже, тенденция крепнет: стекло в витринах не только открывает товары для всеобщего обозрения, но и служит им защитой. Можно еще делать небьющиеся пивные кружки из многослойного стекла – надеюсь, что тогда со стеклянным оружием в барах и пабах будет покончено.
Современный город невозможно представить без стекла. С одной стороны, мы хотим, чтобы дома защищали нас от непогоды: в конце концов, для этого они и созданы. И все же при выборе нового жилья или места работы едва ли не первый вопрос, который мы задаем: а светло ли мне будет? В городах что ни день вырастает новое здание из стекла – ответ инженеров на наши противоречивые запросы: иметь защиту от ветра, холода и дождя, от насильников и воров и в то же время не сидеть в темноте. Многие проводят в четырех стенах большую часть жизни – светлой и приятной жизни благодаря стеклу. Стеклянные витрины означают, что мы ведем бизнес честно и открыто, – магазин без витрины едва ли вообще можно назвать магазином.
Стекло также помогает нам увидеть себя. Можно разглядывать свое отражение в сияющей металлической поверхности или в глади пруда, но в конечном счете большинство судит о себе по отражению в зеркале. Даже фотографии и видео делаются с помощью стеклянных линз.
Часто говорят, что на Земле почти не осталось неизученных мест. Обычно подразумевают наш, человеческий, мир. Но направьте увеличительное стекло на любую часть дома – вы обнаружите новый мир, который тоже можно исследовать. Посмотрите в мощный микроскоп – и откроется еще один мир, населенный фантастическими существами. Или же взгляните на небо через телескоп, и целая вселенная возможных миров предстанет перед вами. Муравьи строят города в муравьиных масштабах, микробы – в микромасштабах. Нет ничего особенного в «человеческом» масштабе, в наших городах и во всей нашей цивилизации, за исключением того, что у нас есть материал, позволяющий раздвинуть рамки и преодолеть собственный масштаб. Этот материал – стекло.
Однако мы его не очень-то любим и не торопимся петь ему дифирамбы, как пели дифирамбы деревянному полу или вокзалу с чугунными перекрытиями. Мы не гладим стеклопакет, восхищаясь тем, какой он на ощупь. Возможно, потому, что в чистом виде стекло – это ничем не примечательный, бесцветный и холодный материал. Люди не таковы. Они предпочитают иметь дело с цветным, затейливо обработанным, изысканным и даже кривым стеклом, при всей его непрактичности. Самое практичное стекло – то, из которого мы строим современные города: плоское, толстое и безупречно прозрачное, но оно же и наименее привлекательное и узнаваемое – и самое незаметное.
Несмотря на все свое огромное значение для истории и для частной жизни каждого из нас, стекло почему-то не заслужило нашей любви. Когда мы разбиваем оконное или ветровое стекло, мы пугаемся, досадуем, нам больно, как было со мной тогда в Испании, но мы не чувствуем, что разбили что-то действительно ценное. В подобных случаях мы беспокоимся о себе, а что касается стекла, то его легко заменить. Возможно, потому, что мы смотрим скорее сквозь него, чем на него, стекло не стало частью нашей системы ценностей. А то, из-за чего мы больше всего ценим стекло, преградило ему путь к нашему сердцу: оно инертно и невидимо не только в оптическом смысле, но и в культурном.
8. Постоянство
На первом уроке учитель рисования мистер Баррингтон рассказал нам, что все вокруг состоит из атомов. Абсолютно все. И если мы это поймем, то можем попробовать стать художниками. Класс затих. Мистер Баррингтон поинтересовался, есть ли у нас вопросы, но мы онемели от неожиданности, думая про себя, не ошиблись ли мы дверью. Учитель тем временем продолжил вводный урок. Взял карандаш и нарисовал идеальный круг на листе бумаги, приколотом к стене. Все оживились, по рядам пронесся вздох облегчения – значит, мы все-таки будем заниматься рисованием.
– Сейчас я перенес атомы карандашного грифеля на бумагу, – заметил учитель и произнес целую речь о замечательных свойствах графита как материала для художественного творчества. – Важно иметь в виду, – сказал он, – что, хотя алмаз считается высшей формой углерода, ему не дано выразить самую суть и, в отличие от графита, для настоящего искусства он не годится.
Остается лишь догадываться, что бы он подумал об инкрустированном бриллиантами черепе «За любовь Господа» стоимостью 50 миллионов фунтов стерлингов, произведении известного британского художника Дэмиена Херста.
Но, описывая отношения между двумя формами углерода, алмазом и графитом, как соперничество, он был совершенно прав. Борьба между темным, выразительным, практичным графитом и чистым, холодным, твердым, сверкающим алмазом идет с древнейших времен. Если говорить о культурной ценности, то алмаз давно победил, но все еще может измениться. Новое понимание структуры графита сделало из него сокровище.
Через тридцать лет после того, как я благодаря учителю рисования узнал, что такое графит, мы встретились с профессором Андреем Геймом, одним из крупнейших мировых специалистов по углероду, в его кабинете на третьем этаже на кафедре физики Манчестерского университета. Жаль, про него нельзя сказать, что он, подобно Баррингтону, выражал себя только с помощью графита. Когда он открыл ящик письменного стола, я увидел великое множество шариковых ручек и маркеров для белой лекторской доски. С сильным русским акцентом Андрей сказал:
– Идеального круга не существует, Марк.
Его слова привели меня в замешательство – понял ли он, о чем я только что рассказывал? Порывшись в ящике, он достал небольшой подарочный футляр из красной кожи и сказал:
– Взгляни на эту штуку, а я пока сварю кофе.
В футляре оказался диск из чистого золота размером с печенье, украшенный рельефным портретом какого-то мужчины. Взвесив тяжелый диск на ладони, я убедился, что он из металла. Металлический до безобразия. Ведь золото – это самый что ни на есть металл, всем металлам металл. Мужчиной, изображенным на медали, был Альфред Нобель; надпись гласила, что Андрей Гейм на пару с коллегой в 2010 году получил Нобелевскую премию в области физики за новаторскую работу о графене, двумерной версии графита, удивительном явлении в мире материалов. В ожидании Андрея и кофе я размышлял над его загадочным ответом. Возможно, он хотел сказать, что последние десять лет в своих исследованиях углерода ходил по кругу, но финиш все-таки не совпал со стартом.
Углерод – это легкий атом с шестью протонами и, как правило, шестью нейтронами в ядре. Иногда ядро содержит восемь нейтронов, но в такой форме, известной как углерод-14, атомное ядро нестабильно, и данный изотоп подвержен радиоактивному распаду. Поскольку скорость распада остается постоянной в течение долгого времени и эта форма углерода присутствует во многих материалах, измерение его относительного количества позволяет вычислить возраст материала. Метод, известный как радиоуглеродная датировка, осветил наше прошлое как никакой другой. С помощью этой формы углерода был определен настоящий возраст Стоунхенджа, Туринской плащаницы и свитков Мертвого моря.
Ядро в углероде играет второстепенную роль, если только речь не идет о радиоактивности. Что касается прочих свойств, то за них отвечают шесть электронов, защищающих ядро. Два из них спрятаны в глубине, рядом с ядром, и не участвуют в химической жизни атома – в его взаимодействиях с прочими элементами. Оставшиеся четыре образуют слой, максимально удаленный от центра, и являются активными. Именно эти четыре электрона отличают грифель в карандаше (графит) от бриллианта (алмаза) на обручальном кольце.
Самое простое, что делает атом углерода, – обменивается четырьмя активными электронами c другим атомом углерода. Образуются четыре химические связи, что решает проблему активных электронов: каждый из них находит пару в виде такого же электрона, но принадлежащего другому атому. Получившаяся кристаллическая структура обладает необычайной твердостью. Это и есть алмаз.
Кристаллическая структура алмаза
Самый крупный алмаз, известный на данный момент, находится в галактике Млечный Путь, в созвездии Змеи (в Хвосте Змеи), где он вращается вокруг пульсара PSR J1719–1438. Это целая планета в пять раз больше Земли. По сравнению с ней земные алмазы кажутся малюсенькими. Даже «Куллинан» – алмаз размером с футбольный мяч, самый крупный из когдалибо найденных. Он был добыт в Южной Африке и в 1907 году подарен королю Эдуарду VII ко дню его рождения. Ныне его части украшают королевские корону и скипетр. «Куллинан» созревал под землей на глубине примерно 300 км – миллиарды лет высокая температура и давление превращали большой кусок углеродной породы в огромный алмаз. Затем, вероятнее всего, извержением вулкана его вынесло к поверхности, там он спокойно лежал еще миллионы лет, пока его не нашли на глубине всего в милю под землей.
В детстве меня без конца водили по всяким национальным музеям, и во всех без исключения мне было скучно. Я старался делать то же, что и взрослые: ходить в задумчивом молчании или стоять в размышлении перед картиной или скульптурой, но все это никак на меня не действовало. Из этих посещений я ровным счетом ничего не вынес, как мне тогда казалось. Все изменилось, когда я попал в королевскую сокровищницу в лондонском Тауэре. Я был сражен, едва переступив порог этой пещеры Аладдина. Золото и драгоценности, казалось, говорили со мной на языке гораздо более глубинном и первобытном, нежели искусство. Меня охватило чувство, схожее с религиозным экстазом. Сейчас я не думаю, что упивался тогда видом богатства, – на самом деле так подействовала на меня встреча с чистой материальностью. Перед «Большой Звездой Африки» (так назвали самый крупный из бриллиантов, полученных после того, как «Куллинан» раскололи на несколько частей и огранили их) теснилась толпа. Мне хватило одного взгляда на этот бриллиант, чтобы не забыть его уже никогда, хоть я и видел его из-под руки великана в потной клетчатой рубашке, стоя за спиной у индианки, которая цокала от удивления языком. Присутствие дамы из Индии было очень кстати, потому что, как я узнал потом из отцовской энциклопедии, эта страна была единственным поставщиком алмазов вплоть до середины XVIII века, когда открыли месторождения в других частях света, самые крупные – в Южной Африке.
Практически любой алмаз – это монокристалл. В одном алмазе в среднем содержится миллион миллиардов миллиардов атомов (1 000 000 000 000 000 000 000 000), собранных в идеальную пирамиду. Благодаря такой структуре алмаз обладает замечательными свойствами. Электроны сидят в ней как влитые, что придает алмазу его легендарную твердость. Алмаз, кроме того, прозрачен, однако у него чрезвычайно высокая оптическая дисперсия, то есть он расщепляет световой пучок на отдельные цвета, вспыхивая радугой.
Сочетание необычайной твердости и блеска делает алмаз почти безупречным драгоценным камнем. Практически невозможно поцарапать его поверхность, поэтому он сохраняет совершенство огранки и искрящийся блеск в течение всей жизни своего владельца, да и жизни целой цивилизации: под дождем и под солнцем, продираясь вместе с хозяином сквозь джунгли или стирая белье вместе с хозяйкой. Уже в древности алмаз был известен как самый твердый материал на земле. Само слово «алмаз» происходит от греческого adamas, что значит «неизменный» или «несокрушимый».
Транспортировка «Куллинана» в Англию представляла немало трудностей, связанных с его охраной, поскольку газеты уже раструбили об открытии самого крупного необработанного алмаза. Владельцы не на шутку опасались знаменитых преступников вроде Адама Ворта, успевшего уже похитить целую партию алмазов, – прототипа заклятого врага Шерлока Холмса профессора Мориарти. Втайне был составлен и приведен в исполнение план, достойный самого Шерлока Холмса. Фальшивый алмаз отбыл в Британию пароходом под строжайшей охраной, между тем настоящий камень был отправлен почтой в ничем не примечательной коричневой картонной коробке. Уловка удалась еще по одной причине, точнее, из-за еще одного замечательного свойства алмаза: он очень легок, поскольку состоит из углерода. Едва ли «Куллинан» весил более полукилограмма.
Адам Ворт был такой не один. Пока богатые наперебой скупали крупные бриллианты, родилась новая преступная специализация – алмазный вор. Кража даже небольшого бриллианта, почти невесомого, но дорогого, обеспечивала безбедную жизнь, к тому же украденные бриллианты было практически невозможно отследить. (Чего никак нельзя сказать о золотой медали Андрея Гейма, будь она мной украдена. Переплавив ее в слиток, я бы заработал самое большее несколько тысяч фунтов.) Этот новый вид кражи драгоценностей перенял достоинства самого бриллианта – элегантность, изысканность и чистоту. В фильмах «Поймать вора» и «Розовая пантера» бриллианты играют роль принцессы, томящейся в жестоком плену. Честные граждане днем, ночью их спасители в исполнении таких кинозвезд, как Кэри Грант и Дэвид Нивен, превращаются в алмазных воров. В этих фильмах кража бриллиантов изображается благородным поступком. У похитителя бриллиантов легкая пружинистая походка; все, что ему нужно, – это облегающий черный костюм и хорошее знание старинных особняков с их запутанными коридорами, а также кодовых замков к сейфам, спрятанным за картинами. Ограбление банка или почтового поезда ради получения золота или наличных денег, напротив, предстает грязным преступлением, зачастую совершаемым жадными и жестокими людьми.
В отличие от золота, бриллианты, несмотря на их коммерческую ценность, никогда не были частью всемирной денежной системы. Они не представляют собой ликвидный финансовый инструмент, то есть их не так-то легко превратить в деньги. Крупные бриллианты не имеют иного применения, кроме как вызывать интерес, восхищение и, самое главное, демонстрировать статус хозяина. Вплоть до XX века бриллианты могли позволить себе только по-настоящему богатые люди. Однако растущее благосостояние европейского среднего класса привело к появлению нового привлекательного рынка для алмазодобытчиков. Компания «Де Бирс», которой в 1902 году принадлежало 90 % мирового производства бриллиантов, очутилась перед дилеммой: как удовлетворить большой спрос и при этом не обесценить драгоценный товар. Решить ее помогла продуманная рекламная кампания. Слоган «Бриллианты навсегда» внушал обществу идею того, что истинным выражением вечной любви может служить лишь обручальное кольцо с бриллиантом. Каждый, кто хотел убедить возлюбленную в подлинности своих чувств, должен был купить кольцо с бриллиантом – тем дороже, чем подлиннее чувства. Кампания эффектно стартовала, и в миллионах домов появились бриллианты. Ее кульминацией стал одноименный фильм о Джеймсе Бонде, в котором композитор Джон Барри и певица Ширли Бэсси воспели новую социальную роль бриллиантов – символа романтической любви.
Впрочем, бриллианты все же не вечны, во всяком случае на нашей планете. Есть более стабильная форма углерода – это родной брат алмаза графит. Поэтому все алмазы, включая «Большую Звезду Африки» в лондонском Тауэре, на самом деле медленно превращаются в графит. Удручающая новость для владельцев бриллиантов. Впрочем, их можно утешить: до появления первых признаков вырождения камня пройдут миллиарды лет.
Структура графита радикально отличается от алмазной. Слои атомов углерода в ней расположены шестиугольником. Каждый слой представляет собой чрезвычайно прочное и устойчивое образование с более крепкими, чем в алмазе, межатомными связями. Факт весьма удивительный, если вспомнить, что из рыхлого графита делают смазку и карандашные грифели.
Кристаллическая структура графита
Парадокс, возможно, объясняется тем, что у каждого атома углерода внутри графитового слоя имеется три соседа, с которыми он делит четыре своих электрона. В алмазной же структуре каждый атом углерода делит свои четыре электрона с четырьмя атомами. Отсюда иная электронная структура и более сильные химические связи внутри слоев графита по сравнению с алмазными. В то же время у атомов графита не остается электронов, чтобы образовать прочные связи между слоями. Слои скрепляет универсальный клей, совокупность слабых взаимодействий, вызванных флуктуациями в электрическом поле молекул, – силы Ван-дер-Ваальса. Это те самые силы, которые делают липким офисный пластилин (Blu-Tack). Поэтому, когда графит подвергается механическому давлению, первыми рвутся слабые связи Ван-дер-Ваальса, и графит становится очень мягким. Именно так «работает» карандаш: прижимая его к бумаге, вы разрываете эти связи, и слои графита соскальзывают на бумагу. Если бы не слабые связи между слоями, графит был бы прочнее алмаза. Этот факт послужил одной из отправных точек для Андрея Гейма и его команды.