Восхождение человечества. Предисловие Ричарда Докинза Броновски Джейкоб

Глава 4. Скрытая структура

Лишь на огне кузнец чекан дарит

Куску железа, мудрый труд свершая,

И, золота огнем не расплавляя,

Высоких форм художник не творит,

И если Феникс прежде не сгорит,

То не воскреснет, — так вот, умирая,

Я льщусь мечтой ожить меж духов рая,

Кому ни смерть, ни время не вредит[5].

Микеланджело. Сонет 19

Опыты алхимиков с огнем пригодились для обустройства печи и кухонной плиты.

Парацельс

С огнем — четвертым веществом, названным древними греками одним из основных элементов, образующих Вселенную, у человека установилась тайная магическая связь. Пламя пугает всех животных, даже огненную саламандру. Современную физическую науку интенсивный процесс окисления интересует в качестве катализатора и необходимого условия возникновения новых структур, подчас невидимых. Несмотря на то что человечество пользуется этим источником жара и тепла уже несколько тысяч лет (например, при добыче соли и для получения металлов), нас, наблюдающих за тем, как искры и языки пламени заставляют закипеть воду, не покидает ощущение, что все может измениться самым непредсказуемым образом. У каждого человека подспудно сохранилась вера в сверхъестественную силу огня, которая превращает его в источник жизни и наказания за смертные грехи. О подобных качествах пламени рассказано во многих древних манускриптах и устных преданиях.

Теперь о веществе киноварь. Оно таково, что чем больше нагревается, тем изысканнее становятся его сублимации. Легко соединившись с ртутью, проходит ряд преобразований и вновь обращается в киноварь. Наблюдение за таким поведением вещества позволяет человеку наслаждаться идеей вечной жизни.

Описанным выше классическим экспериментом все средневековые алхимики (от Китая до Испании) внушали страх обывателям. Маг брал киноварь (ярко-алый минерал, представляющий собой сульфат ртути), помещал ее в мензурку и ставил сосуд на огонь. Под действием тепла испарялась сера и выделялась чистая ртуть, которая сбегалась в изысканные серебристо-белые жемчужины. Остывая, шарики вновь краснели. Алхимики утверждали, что ртуть вновь стала киноварью, чем приводили публику в восторг. Но это не так. Остывшая на открытом воздухе ртуть окисляется, и красный цвет (не алый!) свидетельствует о ходе этого процесса. Конечно, оксид ртути можно снова превратить в киноварь, если соединить окисленный металл с пруститом (мягкий минерал, который чаще называют красным серебром), нагреть эту смесь и дождаться завершения реакции замещения.

Эксперимент с киноварью и пруститом не имеет никакой практической пользы. Его проводили ради того, чтобы доказать, что Вселенная состоит из серы и ртути, — так объявили алхимики в начале 1500-х годов и, используя магическое воздействие огня, доказывали этот факт. Меня же интересует особая роль огня: он в обоих случаях становится не разрушающим началом, а мощным катализатором, без которого химические реакции разложения и замещения не прошли бы.

Я помню, как однажды во время нашего долгого разговора перед камином Олдос Хаксли, грея руки у огня, сказал: «Огонь — то, что превращает. Об этом говорится во многих легендах. Прежде всего, в мифе о птице Феникс, которая сжигает себя, чтобы снова и снова возродиться». Огонь — образ молодости и обновления крови, имеющей символические цвета рубина, киновари, красной охры и гематита, которыми люди разукрашивают свою одежду и окружающий их мир в торжественные дни. Согласно греческому мифу, Прометей принес людям огонь, чтобы подарить им жизнь и превратить их в полубогов. За этот поступок он был сурово наказан олимпийскими богами.

Сейчас мы предполагаем, что человек использует огонь около четырехсот тысяч лет: следы кострищ находят в пещерах Homo erectus и «пекинского человека». В каждой культуре огонь играл очень заметную роль. Люди научились его добывать. Единственное племя пигмеев, недавно обнаруженное в тропическом лесу на Андаманских островах к югу от Бирмы, не знало, как это делать, и тщательно оберегало очаги лесных пожаров от затухания.

Огонь использовали для того, чтобы согреться, отогнать хищников, сжечь корни деревьев, мешающих разрабатывать пашню, а также для решения бытовых вопросов (приготовить пищу, обогреть жилище, расколоть камни). Огромным шагом вперед на пути развития цивилизации стал навык плавления минералов и руд, обретенный человечеством в доисторические времена. В обиход человека вошел новый класс материалов — металлы. Это величайшее открытие сопоставимо с изобретением приматом каменного рубила. Физика — это нож, проникающий в суть природы, огонь, пылающий меч — это нож, проникающий под видимую структуру, в камень.

Ближневосточные оседлые племена первыми начали получать медь почти десять тысяч лет назад, но это были отдельные случаи, так как не существовало внятной технологии добычи руды и ее превращения в металл. Настоящее производство меди сформировалось около V века до н. э. в Персии и в Афганистане. Тогда медь получали из малахита: измельчали зеленый минерал, выкладывали его на камни и разводили под ними огонь. При нагреве кислород испарялся, и охряные потоки меди стекали в приготовленные под камнями формы. Люди легко опознали этот металл, потому что часто находили медную руду которая также легко поддавалась переплавке. По подобной технологии медь получали более двух тысяч лет.

Американские аборигены не слишком часто применяют медные изделия, поэтому пользуются такой технологией вплоть до сегодняшнего времени. Старый Свет увлекся производством металлических изделий — инструментов, посуды, украшений. Европейцам особенно нравилось, что легкий и мягкий, но достаточно прочный (по сравнению с камнем или деревом) материал легко обработать молотком, долотом, а испорченные или старые медные вещи можно переплавить и сделать из них новые. Однако податливость меди одновременно является ее недостатком. Сделанные из нее проволока или лист не держали форму. Причина кроется в строении металла: внутренние кристаллические слои, образованные регулярными сетками атомов, легко скользят от любого давления, удара или другого воздействия.

Конечно, шесть тысяч лет назад медных дел мастер размышлял иначе. Его волновала конкретная проблема: из меди не сделаешь предмет с острым краем. На короткое время восхождение человечества замерло перед следующим этапом: изготовлением твердого металла с режущей кромкой. Если открытие меди, скорее всего, — счастливый случай, то следующий шаг на пути восхождения человечества был парадоксальным и красивым.

С современной точки зрения догадаться, что надо сделать, было достаточно просто. Мы слышали, что медь, как чистый металл, мягкая по своей природе. Одним из способов укрепления меди стала ковка, в процессе которой разбивались крупные кристаллы. Можно сделать вывод, что если добавить в кристаллы что-то песчаное, грани кристалла перестали бы скользить и металл стал бы твердым. Конечно, в масштабе крошечной структуры, которую я описываю, «что-то песчаное» — это другой вид атомов, которые заменили бы некоторые из атомов меди в кристаллах. Мы должны сделать сплав с более прочными кристаллами за счет того, что атомы в них будут неоднородными.

Конечно, я представил этот процесс с современной точки зрения, которая, кстати сказать, сложилась только в первой половине XIX века. Тогда мы установили, что особые свойства сплавов определяются их атомарной структурой. Древний медник пришел к подобному выводу совершенно иначе: он добавил к мягкой меди олово (еще более пластичный материал) и получил бронзу. Счастливый случай был предопределен тем, что месторождения медных и оловянных руд человек отыскал почти одновременно. Таким образом, он на практике осуществил открытие, от теоретического обоснования которого его отделяло несколько тысячелетий. Дело в том, что практически любой чистый металл слаб, поэтому его необходимо укреплять на атомарном уровне зернами другого металла, которые создадут в кристаллических решетках шероховатости и предотвратят скольжение внутренних слоев материала. Я очень постарался объяснить природу бронзы в научных терминах, потому что создание этого металла — потрясающее открытие, которое на много тысячелетий вперед определило развитие металлургии.

Наивысшего расцвета производство бронзы достигло в Китае. Вероятнее всего, дальневосточные мастера заимствовали секрет этого сплава на Ближнем Востоке, потому что бронзовые артефакты, найденные при раскопках, датируются 3800 годом до н. э. В Китайской империи применение бронзы обусловило развитие национальной цивилизации, которое, как мы предполагаем, достигло высшей точки в 1500 году до н. э., во времена правления династии Шан.

Структурно империя представляла собой группу феодальных владений, расположенных в долине Желтой реки (Хуанхэ). Правители из династии Шан одними из первых в мире сумели создать унитарное государство с уникальной национальной культурой, наукой и искусством. Особыми достижениями китайской цивилизации стали разработка керамики и каллиграфическая письменность. Поражающая своей тонкостью и красотой каллиграфия, включающая большое количество иероглифов, украшает многие изделия, сделанные более трех с половиной тысяч лет назад. Особенно подкупает внимание к деталям, рассматривать которые можно бесконечно.

Еще одним серьезным достижением китайских металлургов стало создание керамической формы для отливки бронзовых предметов. Каждая форма состояла из сердцевины для создания внутренних стенок предмета и полос с нанесенными на них орнаментами для внешней поверхности. В зазоры между сердцевиной и полосами заливали раскаленный металл. Современным исследователям удалось установить состав китайской бронзы. Надо сказать, что древние мастера очень строго соблюдали рецептуру загружая в котлы 85 % меди и 15 % олова. Из этого состава сделаны лучшие изделия, потому что он в три раза тверже и надежнее меди.

Из бронзы во времена правления династии Шан отливали предметы, предназначенные для религиозных церемоний. Они имели такое же религиозное значение, как и строившийся в то время в Европе Стоунхендж. С того времени бронза становится материалом для всего, как для нас сегодня — пластмасса. Она универсальна как для Европы, так и для Азии.

Умения мастеров времен династии Шан настолько вышли за рамки простого ремесленничества, что созданные в то время предметы мы не можем воспринимать как обычную кухонную утварь. Сосуды и чаши для еды и вина стали настоящими произведениями искусства, которое выросло спонтанно из технического совершенства мастера. Он управлял процессом, он владел материалом, он решал, какими будут форма и орнаменты на внешней поверхности. Красота, которую он создал, стала результатом его мастерства, помноженного на преданность делу и ремеслу.

Научная основа классических методов, изобретенных китайскими мастерами, очевидна. Открыв способность металлов плавиться под воздействием огня, они пришли к более тонкому выводу: надо расплавить два разных металла, соединить их и получить материал с новыми свойствами. Это правило действует и для меди, и для железа, потому что, независимо от физических характеристик, чистые металлы ведут себя одинаково. Железо изначально тоже использовали в чистом виде. Его находили в виде чугунных чушек, которые приносили на Землю метеориты, поэтому шумеры называли его «металлом, упавшим с небес». Когда изобрели плавление железных руд, металл сразу опознали, потому что уже использовали его. Однако некоторые народы, например индейцы Северной Америки, использовали метеоритный металл, но так и не научились плавить железные руды.

Извлечь железо из руды значительно сложнее, чем медь, поэтому процесс создания железа был более длительным. Первое свидетельство практического применения этого металла обнаружено в одной из египетских пирамид и датируется 2500 годом до н. э. Однако широко использовать железо начали хетты, жившие на побережье Черного моря около 1500 года до н. э. Удивительно, что это по времени совпадает с началом бронзового века в Китае и началом строительства Стоунхенджа.

Железо, как и медь, лучшие качества набирает в сплаве. Имя ему — сталь. После хеттов этот металл в течение пятисот лет выплавляли в Индии. Местные сталевары сумели составить несколько разных сплавов, добиваясь от металла все новых и новых свойств. Надо сказать, что каждый мастер хранил свой рецепт в тайне, поэтому сталь вплоть до Нового времени оставалась редким и крайне дорогим материалом. Ее использовали очень ограниченно. Каких-то двести лет назад металлургическое производство в Шеффилде было небольшим и кустарным, и квакер Бенджамин Гентсман вынужден был стать сталеваром и изобретателем нового (тигельного) способа получения стали, когда захотел получить упругую и долговечную пружину для придуманного им часового механизма.

Я снова предлагаю вам вернуться на Дальний Восток, чтобы увидеть, что местные жители умели не только искусно работать с бронзой. Японцы достигли совершенства в применении стали, научившись в VIII веке делать из нее легендарные мечи.

Процесс ковки такого меча представлял собой ритуал. Причины этого для меня совершенно понятны. Если у вас нет письменности, нет химических формул, каким иным способом можно сохранить профессиональные секреты мастерства? На помощь приходит церемония, в которой точно зафиксирован каждый шаг.

Искусство изготовления меча становится своеобразным служением, базирующимся на преемственности. Старший мастер благословляет своего последователя, передает ему материалы, священный огонь и делает с ним меч, который будет служить ученику образцом, — своего рода обряд возложения рук. Человек, сделавший этот меч, получает титул «живого культурного памятника», формально присуждаемого ведущим мастерам древнего искусства японским правительством. Его зовут Гетсу. В формальном смысле он — прямой потомок мастера мечей Масамунэ, который довел технологию до совершенства в XIII веке — чтобы отогнать монголов, или же это легенда. Определенно, что монголы в это время часто пытались вторгнуться в Японию из Китая под командованием Хубилая, знаменитого внука Чингисхана.

Сталь вошла в обиход позже бронзы, потому что для изготовления сплава требуется заметно больше тепла — температура плавления железа составляет 1500 °C (на 500 °C выше, чем у меди). Кроме того, сталь чувствительнее бронзы к качеству и количеству добавок. Например, даже один лишний процент углерода ощутимо меняет свойства полученного материала.

По этим причинам необходимо точно контролировать количество добавленного к железу угля и внимательно следить за температурой, чтобы изделие отвечало строгим требованиям. Сталь для меча должна быть гибкой и жесткой одновременно. Этого невозможно достичь без многократной обработки. Значит, материал будут раз за разом ковать и складывать слои. Гетсу будет удваивать брусок пятнадцать раз, а количество обработанных слоев будет равняться 2¹⁵ (около 30 000). Каждый последующий слой прочно связан с предыдущим. Это как если бы мы пытались соединить гибкость резины с твердостью стекла. По сути, клинок представляет собой огромный сэндвич, сложенный из этих двух свойств.

На последнем этапе уже выкованный меч покрывают глиной. Она наносится неравномерно, потому что разные участки лезвия должны остывать каждый в своем режиме. Подготовленное таким способом изделие опускают в воду и остужают. Эту стадию не хронометрируют. Сигналом к тому, что процесс завершен, станет погасшее свечение разогретого металла. Дело в том, что по технологии перед ковкой металл разогревают до тех пор, пока он не наберет цвет «лучей восходящего солнца». Кстати сказать, для европейских сталеваров XVIII века цвет раскаленного металла также имел значение: в зависимости от того, для какого изделия она предназначалась, сталь разогревали до светло-палевого, фиолетового или синего сияния.

Кульминацией изготовления меча считается закалка, во время которой изделие затвердевает, а свойства металла закрепляются. Различные формы и размеры кристаллов получаются за счет разной степени охлаждения: крупные гладкие кристаллы в гибком центре меча, а маленькие зазубренные — на лезвии. Остывший и готовый к использованию меч должен сиять, словно лицевая сторона дорогого японского шелка. Но проверкой меча, его качества, проверкой научной теории становится практический вопрос: хорошо ли он служит? Может ли он рассечь человеческое тело так, как предписывают ритуалы? Традиционные разрезы обозначались точно, как разделка туши в кулинарной книге: «Разрез номер два — о-ё-дан». Сегодня вместо тела используют соломенное чучело. Но раньше оружие испытывали палачи, приводя в исполнение смертные приговоры.

Меч — оружие самурая. Искусно пользуясь им, эти японские воины смогли пережить бесконечные гражданские конфликты, которые не прекращались на островах с XII века. Кроме меча у каждого самурая была прекрасная экипировка: гибкая броня из стальных лент, роскошная и надежная упряжь для лошади, красивые стремена. И все же воин не был ремесленником — он не мог делать эти вещи своими руками. Он жил силой, иначе говоря, за счет тех, кого он защищал или грабил. Со временем самураи превратились в наемников, которые продавали свои услуги за золото.

Наше представление о том, как устроен мир, формировалось двумя путями. Первый — совершенствование технологий, позволяющих создавать необходимые материалы. Другой, связанный с алхимией, имел совершенно иной характер. Этот способ познания использовался мало, не применялся в повседневной жизни, основывался исключительно на изучении и наблюдении. Кроме того, алхимики прежде всего интересовались золотом — металлом, совершенно бесполезным с утилитарной точки зрения. Однако золото оказывает магическое воздействие на человеческое общество, поэтому я остановлюсь на некоторых свойствах драгоценного металла, чтобы описать те, что сделали его символом власти.

Во всем мире золото было и остается одинаково ценным металлом.

Во всем мире золото было и остается одинаково ценным металлом.

Греческое золото: моско ахейского царя. Со стены могилы в Микенах, XVI век до н. э.

Персидское золото: золотой динар времен Хосрова II Парвиза. Чеканились в Иране.

Перуанское золото: золотая пума, украшенная печатными изображениями двуглавых змей.

Африканское золото: литой золотой значок, который носили на шее короли народа ашанти, как знак власти. Представляет собой диск, украшенный концентрическими кругами, с пирамидой в центре. Гана, до 1874 года.

Современное золото: входной приемник на многозадачном калькуляторе «Конкорд». Эдинбург, XX век.

Коллекция артефактов, изготовленных из него, читается как хроника цивилизаций: эмалированные золотые четки из Англии XVI века, золотая греческая брошь в виде змеи, сделанная в 400 г. до н. э., абиссинская золотая корона абуны XVII века, древнеримский браслет в виде змеи, ритуальная персидская чаша времен династии Ахменидов, VI век до н. э., питьевая чаша персидского монарха, VIII век до н. э., перуанский доинковский праздничный золотой нож IX века…

Бенвенуто Челлини, автор «Сальеры», золотой, частично расцвеченной эмалями солонки с фигурами Цереры и Нептуна, изготовленной по заказу французского короля Франциска I, вспоминает, как покровитель воспринял его творение:

Когда я поставил свою работу перед королем, он буквально задохнулся от изумления и долго не отрывал от нее глаз. В конце концов он проговорил сквозь слезы: «Это в сто раз ближе к божественному промыслу, чем я мог предположить! Это чудо!»

Испанцы разграбили Перу из-за золота, которое правители инков собирали так, как мы собираем марки, с жадностью Мидаса. Золото для алчности, золото для блеска, золото для восхищения, золото для почтения, золото для власти, золото для ритуальных жертвоприношений, золото, дарящее жизнь, золото для нежности, варварское золото, пробуждающее страсть золото…

Го Хунг, один из самых известных алхимиков Китая, писал: «Желтое золото не испортится, даже если плавить его сто раз». Из этих слов следует, что уже древние люди сознавали, что золото имеет уникальные физические свойства, по которым его можно определить на практике и описать в теории.

Нетрудно догадаться, что изделия из золота создавали художники, а не простые ремесленники. Однако важно понимать, что человек, готовивший металл к работе, также был больше чем простой техник. Он смотрел на золото с точки зрения науки. Технологический навык полезен, как и любое другое умение, но значимым его делает место в общей системе познания — то есть теория.

Люди потратили немало времени на то, чтобы понять природу золота. Прежде всего они искали ответ на вопрос: золото уникально или его можно получить из сплава других элементов? Они потратили огромное количество времени на эксперименты с этим драгоценным металлом. В начале XVII века Фрэнсис Бэкон так писал об этом:

Золото уникально. Оно имеет определенные характеристики: вес, плотность, несколько агрегатных состояний, простоту в обработке, невосприимчивость к ржавчине и ярко выраженный желтый цвет. Если человек получит металл со всеми этими свойствами, то можно поспорить, золото это или нет.

Из нескольких классических тестов чистоты золота наиболее надежным считается купелирование: чаша, наполненная костной золой, нагревается в печи до температуры плавления выше, чем требуется для чистого золота. В нее укладывают золото с примесями и расплавляют. (У золота низкая температура плавления, чуть больше 1000 °C, почти как у меди.) Шлаки, соединяясь с углеродами, образуют соли, которые оседают на дно или впитываются в стенки сосуда. После подобной обработки можно сливать в формы чистый металл.

Способность золота сопротивляться тому, что тогда называли распадом, а сегодня именуют химическим воздействием, была уникальной. Это качество позволяло легко определять драгоценный металл. Свойство золота не разрушаться под влиянием любой агрессивной среды сделало его символом вечной жизни.

Первое письменное упоминание алхимии относится к началу нашей эры и пришло из Китая. В тексте рассказывается, как создать золото и продлевать с его помощью жизнь. Живительная и очень важная связь! Запомним ее. Мы ценим золото за редкость и уникальные свойства, для алхимиков же его главной характеристикой была нетленность. В то время не было известно кислоты или щелочи, способной растворить золото. Это позволяло королевским ювелирам проверять приносимые монарху дары, такой способ был быстрее и проще купелирования.

Для большинства людей жизнь была короткой, одинокой, бедной, несчастной и жестокой. Обещанная алхимиками вечная и счастливая жизнь дарила людям надежду на избавление, поэтому для них эксперименты по созданию искусственного золота и поиски эликсира жизни слились воедино. В этом кроется еще один важный аспект символичности золота. Оно — знак бессмертия, оно — воплощение неподверженности тлену и в мире природы, и в мире людей.

По этой причине, когда алхимики трудились над превращением неблагородных металлов в золото, они стремились очистить в огне бренное от нетленного, чтобы извлечь из повседневности постоянство. Этот поиск превратился в бесконечную погоню за вечной молодостью, не прекращавшуюся ни на минуту: в каждое снадобье для борьбы со старостью входило золото. Кроме того, алхимики призывали своих покровителей пить из золотых кубков, чтобы продлить жизнь.

Алхимия — это нечто большее, чем сочетание механических приемов и смутной веры в колдовство. С самого начала она представляла собой отражение взаимоотношений между внешним миром и человеческой жизнью. Ее появление закономерно, так как в отсутствие четкого разграничения между веществом и процессом, веществом и действием алхимические элементы были также и аспектами человеческой личности — как древнегреческие элементы были одновременно четырьмя чертами, составлявшими человеческий темперамент. Это обязательно надо учитывать, потому что алхимия выросла из представлений эллинов о земле, огне, воздухе и воде, но в Средние века представила их в новом качестве.

В первую очередь алхимики стали искать сходство между микрокосмом человеческого тела и макрокосмом природы. Вулкан напоминал преувеличенную вспышку гнева, буря и ливень — приступ плача. Исходя из этих весьма поверхностных аналогий, алхимики заключили, что Вселенная и тело человека сделаны из одних и тех же материалов — ртути и серы.

Металл отвечал за плотность и постоянство, неметалл — за горючесть и способность к изменениям, слияниям и трансформациям. Всё материальное, в том числе человеческое тело, состоит из этих двух элементов: металлы растут в земле из ртути и серы, кости скелета — в утробе из яйцеклетки. Иначе говоря, аналогия была и остается основным способом изложения фактов, доказательством и символом любого явления, существа или вещества.

Тело человека и Вселенная сделаны из одинаковых материалов, принципов или элементов.

Анатомическая печь для диагностики заболевания по анализу мочи. — Парацельс. «Aurora Thesaurusque Philosophorum». Базель, 1577 год.

Парацельс. Три фигуры, символизирующие воздух, огонь и землю.

Кстати сказать, этот символизм остался в медицине. Мы до сих пор используем для обозначения женщин алхимический знак меди — Венеру, символизирующий мягкость, а для мужчин — знак железа Марс, который олицетворяет собой твердость.

Эта теория представляется сегодня ужасно наивной, основанной на мешанине из выдумок и неверных сопоставлений. Но нашим потомкам, которые будут жить через 500 лет, современная химия покажется детским лепетом. Каждая теория основана на какой-то аналогии, и каждый раз, когда на сцену выходит новое умопостроение, все предыдущие аналогии оказываются ложными. Доктрина любого времени помогает решить проблемы этого времени, опираясь на его знания. Например, до конца XV века медицина опиралась на древние верования, из которых следовало, что все лекарства должны быть изготовлены из растительного или животного сырья. Это был своего рода витализм, поскольку в то время люди не представляли, что человеческое тело состоит из обычных химических веществ. По этой причине все лечились преимущественно травами и снадобьями, приготовленными на их основе.

Алхимики ввели в медицину некоторые минералы. Например, соль они сделали осевым, третьим элементом, на котором держится Вселенная. Во время свирепствовавшего в Европе XVI века сифилиса врачи, пользуясь достижениями алхимиков, сумели разработать довольно характерное лекарство. До сегодняшнего дня мы не знаем, откуда пришло в Старый Свет это заболевание, — может, его привезли моряки, вернувшиеся из американской экспедиции Колумба, может, занесли монгольские завоеватели, может, просто раньше эту болезнь не классифицировали в качестве самостоятельного недуга. Лечение основывалось на самом действенном алхимическом металле — ртути. Человек, сделавший это лечение эффективным, направил развитие алхимии по новому пути, который привел к современной химии, открыв целый ряд новых ее течений — ятрохимии, биохимии, химии жизни. Человек этот жил в Европе, в швейцарском Базеле. На дворе стоял 1527 год.

В истории восхождения человечества существуют моменты, когда на авансцену из мира знаний, полного анонимов и темных теней, выходит яркая личность, заявляя: «Я, такой-то, принес вам новые знания». Так в начале XVI столетия среди алхимиков, врачей и философов выделилась фигура Филиппа Авреола Теофраста Бомбаста фон Гогенгейма. К счастью, он взял более лаконичный псевдоним: Парацельс, чтобы продемонстрировать свое неуважение к Цельсу и другим античным авторам, которых более тысячи лет не было среди живых, но чьи научные и медицинские трактаты, а также труды по искусству и в Средневековье считались кладезем мудрости и непреложной истиной.

Парацельс родился в пригороде Цюриха в 1493 году и, прожив короткую, но очень яркую жизнь, умер в Зальцбурге в 1541-м в возрасте сорока восьми лет. Он вечно бросал вызов академическому знанию. Например, он первым выделил профессиональную болезнь. В его биографии было немало трагикомических ситуаций, в которые он постоянно попадал, когда выступал против устаревших, на его взгляд, принципов врачевания. В голове Парацельса всегда рождалось множество идей, многие из которых были противоречивыми и дерзкими. В быту его отличали раблезианство, плутовство и невоздержанность во всем, что привлекало его внимание — хорошее вино, красивая женщина или хорошая драка. До недавнего времени за ним следовала слава шарлатана от науки. Но это было не так. Парацельс родился человеком, наделенным одновременно гениальностью и всеми человеческими слабостями и пороками.

У Парацельса было еще одно неоспоримое достоинство — он был личностью. На его примере мы можем увидеть, возможно впервые, как научное открытие совершается благодаря человеческой индивидуальности. Прежде всего он был практикующим врачом и поэтому прекрасно понимал: чтобы вылечить человека, требуется правильный диагноз, который должен уметь поставить каждый лекарь. Кстати, современники отмечают, что Парацельс был великолепным диагностом. В начале XVI века общение с больным строилось так: врач приходил к пациенту, сверял признаки недуга с описаниями, сделанными в древних книгах, назначал какие-то снадобья и процедуры и уходил, поручив лечение своему помощнику. Парацельс категорически отказался действовать таким способом, он писал: «Нельзя называться врачом и не заниматься лечебной практикой! От доктора, который не ведет своих больных, толку не больше, чем от идола, который не что иное, как раскрашенная обезьяна».

Подобные высказывания раздражали коллег Парацельса, но привлекали к нему внимание многих передовых людей Реформации. По этой причине он оказался в Базеле, центре развития естественных наук. Здесь же началась его великая, но трагичная карьера. В 1527 году у Иоганна Фробена — известного швейцарского книгоиздателя, протестанта и гуманиста — началось серьезное инфекционное заболевание ног. Ему грозила ампутация. Парацельс смог вылечить Фробена. Слава о врачебном искусстве необычного молодого эскулапа очень быстро распространилась по всей Европе. Вскоре Парацельс получил письмо от Эразма Роттердамского со словами благодарности: «Ты вызволил Фробена из преисподней. Для меня это очень важно, потому что я связан с ним почти половину своей жизни!»

Не случайно, что все это произошло в Базеле, в котором новые иконоборческие идеи, смелые догадки в медицине и химии появлялись на фоне Реформации. Именно здесь в 1517 году начал проповедовать Мартин Лютер, а Фробен печатал книги, среди которых были трактаты Эразма Роттердамского, где был представлен новый взгляд на окружающий мир. Гуманизм процветал в городе еще до Реформации. Центром его стал университет с давней демократической традицией, поэтому хотя некоторые доктора медицины недоверчиво косились на Парацельса, городской совет настоял на том, чтобы ему разрешили преподавать.

В Европе царило ощущение грядущих перемен, более значительных, чем религиозные реформы и политический переворот, к которым призывал Мартин Лютер. Наиболее значимым стал 1543 год, который ознаменовался выходом трех серьезных книг, заставивших европейцев пересмотреть многие устоявшиеся взгляды. Я имею в виду трактат Андреаса Визалия «О строении человеческого тела», текст которого сопровождали 250 анатомических рисунков, «Математику» и «Физику» Архимеда, впервые переведенные на латынь с греческого языка Вильгельмом из Мербеке, и книгу Николая Коперника «О вращении небесных тел», в которой он изложил свою гелиоцентрическую систему.

Эти три фундаментальных труда свершили то, что мы называем научной революцией.

Предвестником переворота была самоотверженная битва Парацельса с рутиной и устаревшими представлениями, которую он вел в Базеле. В 1527 году он на глазах у студентов бросил в костер древний медицинский трактат Авиценны, арабского последователя Аристотеля.

В этом костре, несомненно, было что-то символическое. Представьте себе: в самый разгар лета, когда в обогреве нет необходимости, алхимик разжигает костер, который является алхимическим элементом, при помощи которого можно проникнуть в структуру материи. Является ли огонь формой материи? Если принять такую точку зрения, то придется присвоить ему все невероятные свойства, например, что он легче, чем ничто. Через двести лет после Парацельса, в 1730 году, химики пытались доказать, что существуют некие флогистоны — огненная субстанция, которая улетучивается из горючего вещества при горении. Сегодня мы доказали, что их не существует, потому что огонь не является материалом, он больше, шире этой категории. Огонь представляет собой процесс преобразований и изменений, в результате которых материальные элементы соединяются в новых сочетаниях. Мы поняли природу химических процессов, усвоив, что огонь являет собой не что иное, как процесс.

Этим поступком Парацельс как бы говорил: «Наука не может смотреть назад, в прошлое, — нет никакого золотого века». Однако потребовалось 250 лет, чтобы появился еще один ученый, который открыл новый элемент — кислород. Этот человек объяснил природу огня и вывел химию из темных времен Средневековья. Я говорю о Джозефе Пристли, физике, который никогда не изучал природу огня, а всю жизнь посвятил другому греческому элементу — бесцветному и неосязаемому воздуху.

Большинство сохранившихся вещей, принадлежавших Джозефу Пристли, хранится в Смитсоновском институте в Вашингтоне (округ Колумбия), который не имеет к ученому никакого отношения. Лаборатория Пристли должна быть в английском Бирмингеме — центре промышленной революции, где химик, физик, священник и философ написал самые великолепные свои работы. Но этого не случилось, потому что горожане, разъяренные сочувствием ученого идеям Французской революции, в 1791-м разорили дом и уничтожили его лабораторию.

Биография Пристли — еще один пример конфликта между новацией и традицией. В 1761 году, когда ему исполнилось 28 лет, его пригласили в одну из унитарианских академий в качестве преподавателя современных языков. В течение года Пристли с увлечением слушал лекции своего коллеги об электричестве, а затем обратился к химическим экспериментам. Кроме того, Пристли увлекли идеи американской и французской революций (он был воодушевлен речами Бенджамина Франклина). Если первого увлечения ученого никто не заметил, то другая страсть стала для него роковой: во вторую годовщину взятия Бастилии лояльные граждане ворвались в дом Пристли и разгромили все, что попалось им под руку, в том числе лабораторию, которая считалась лучшей в Европе. Пристли эмигрировал в Америку, но встретили его прохладно. Однако когда Томас Джефферсон стал президентом США, труды Пристли получили заслуженную оценку, потому что президент сказал ему: «Ваша жизнь — одна из немногих — входит в число ценных для человечества».

Я очень хотел бы сказать, что толпа, уничтожив дом Пристли, разрушила мечту красивого, милого и обаятельного человека. Однако в этом случае я погрешил бы против истины. Увы, Пристли был не более приятным в общении, чем Парацельс. Я подозреваю, что ученый отличался холодным, сварливым, чопорным пуританским нравом. Однако достижения на пути восхождения человечества отнюдь не всегда совершали обаятельные люди. Это были личности, наделенные двумя качествами: цельностью натуры и гениальностью. Пристли обладал и тем и другим.

Суть сделанного им открытия заключается в том, что воздух — это не отдельная субстанция, а смесь нескольких газов. Пристли выделил в их числе кислород и назвал дефлогистированным воздухом, который имеет важное значение в жизни животных. Пристли был великолепный экспериментатор, наделенный прозорливостью и чувством меры, поэтому провел исследование в несколько этапов. Сначала он 1 августа 1774 года получил чистый кислород и зажег свечу в заполненной им камере. Он был поражен тем, как ярко горел огонь, поэтому, не откладывая в долгий ящик, в октябре отправился в Париж к Лавуазье, чтобы рассказать о своем открытии. По возвращении домой он 8 марта 1775 года положил мышь в кислород. Затем, увидев, как хорошо это отразилось на животном, вдохнул газ сам. День-два спустя Пристли написал Франклину восхищенное письмо, в котором описал свое открытие, и добавил: «До сих пор только три живых существа — две мыши и я — имели честь дышать кислородом».

Пристли также обнаружил, что растения днем выделяют кислород, которым дышат живые существа. Следующие сто лет показали, насколько это важно, животные не возникли бы, если бы растения не производили кислород. В 1770-х годах об этом никто не догадывался.

Открытие кислорода по достоинству оценил Антуан Лавуазье (погибший во время Великой французской революции), с его ясным, революционным умом. Ученый повторил эксперименты Пристли, которые были почти карикатурой одного из классических тестов алхимиков, описанного в начале этой главы: Лавуазье положил в стеклянный сосуд красный оксид ртути, нагрел его при помощи зажигательного стекла и плотно укупорил сосуд (очень популярный тогда способ проведения реакции). Во время горения проявилась чистая ртуть, потому что кислород вернулся в газообразное состояние. Это был качественный анализ, то есть ученым удалось установить химический состав вещества. Лавуазье почти мгновенно догадался, как учесть количество элементов, участвовавших в реакции разложения.

Идея Лавуазье была красива и проста: провести алхимический эксперимент в прямом и обратном направлениях. Сначала провести реакцию окисления: поджечь ртуть (в это время металл активно поглощает кислород) и измерить объем кислорода до опыта и после него. Затем провести реакцию разложения: нагреть полученный на первом этапе оксид ртути, чтобы выгнать из него газ. После этого замерить количество выделенного оксидом кислорода. Невероятно, но объем газа, поглощенный ртутью в процессе окисления, оказался равен объему выделенного газа в ходе реакции разложения. Блестящий опыт Лавуазье показал, что оксид металла состоит на самом деле из двух элементов. Ученый доказал, что не существует никаких огненных эссенций, принципов и флогистонов. Оксид ртути, полученный под воздействием огня, — это соединение ртути и кислорода — двух самостоятельных химических элементов.

Мы смогли отойти от примитивных технологий первых медников и магических спекуляций алхимиков и продвинуться к самой продуктивной идее естественных наук — атомной теории строения материи. Почти невероятно. Но дорога — по раскаленным углям — была открыта. На этот путь смело ступил сын ткача из Камберленда Джон Дальтон, ставший одним из самых ярких естествоиспытателей первой половины XIX века.

После огня, серы и горящей ртути история восхождения человечества неизбежно устремилась к своей кульминации в холодный и влажный Манчестер. Здесь между 1803 и 1808 годами квакер и учитель Дальтон превратил смутное представление о химических соединениях, созданное гениальным Лавуазье, в точную теорию атомного строения материи. Первое десятилетие XIX века было очень продуктивным для химии — были открыты десять новых элементов. Правда, Дальтон этим не интересовался. Он был, откровенно говоря, несколько бесцветным человеком. (Он страдал цветовой слепотой и не отличал зеленый цвет от красного. Описанный им эффект называют дальтонизмом.)

Дальтон жил размеренной жизнью. Каждый четверг после обеда он отправлялся играть в кегли. По пути он жадно вдыхал воздух Манчестера, наполненный туманом, озоном и метаном. Будучи человеком, лишенным поэтического чувства, он не наслаждался им, а задавал себе конкретные вопросы: какие элементы входят в воздушную смесь? Вода состоит из кислорода и водорода, почему их определенные количества всегда производят определенное количество воды? Почему когда образуется углекислый газ, когда образуется метан, соотношения масс константны?

В течение всего лета 1803 года Дальтон искал ответы на эти вопросы. Ближе к осени он написал: «Изыскания в области массы элементарных частиц, насколько я знаю, — вещь совершенно новая. Я все последнее время с замечательным успехом занят поиском ответа на этот вопрос». Он догадался, что ответ следует искать в древнегреческой атомистической теории, потому что по сути она верна. Однако для Дальтона атом перестал быть простой абстракцией. Он вполне осязаем, он имеет массу. Атомы одного элемента (Дальтон называет их элементарными частицами) одинаковы, но при этом отличаются от атомов другого вещества. Разница также вполне материальна — она заключается в массе. «Я должен предположить, что существует значительное количество того, что правильнее всего назвать элементарными частицами, которые никогда не преобразуются друг в друга».

В 1805 году Дальтон публикует первую работу, в которой излагает концепцию атомистической теории и объясняет, почему он пришел к таким выводам. Например, если взять один атом углерода, то для получения его двуокиси, которую чаще называют углекислым газом, нам потребуются два атома кислорода.

Если образовать воду из двух атомов кислорода, соединив каждый с необходимым количеством водорода, мы получим одну молекулу воды из одного атома кислорода и одну молекулу воды из другого.

Посмотрим так: масса кислорода, который производит одну молекулу углекислого газа, при соединении с водородом произведет две молекулы воды. Теперь представим, что в смеси нет кислорода. Что мы получим? Тогда мы получаем болотный газ,или метан, в котором углерод соединяется с водородом. Таким образом, при удалении двух атомов кислорода из одной молекулы диоксида углерода и по одному атому из двух молекул воды образуется нужное количество водорода и углерода, чтобы получить метан.

В основе комбинации атомов различных химических элементов лежит постоянство массы каждого из них.

В основе современной атомной теории лежит точная арифметика атомов. Это первый серьезный и глубокий вывод, который вырос из многочисленных размышлений алхимиков о золоте и меди и достиг кульминации в размышлениях Дальтона.

Другой урок, преподнесенный Дальтоном, — эффективность научного подхода. Дальтон был последовательным и убежденным педантом. За пятьдесят семь лет работы в Манчестере в качестве учителя и метеоролога он не пропустил ни одной страницы в метеорологическом дневнике, монотонно записывая все показатели, даже если погода не менялась. С такой же настойчивостью он искал ответы на свои почти детские вопросы, которые задавал, наблюдая за воздухом Манчестера. В этом суть научного подхода — поставьте себе дерзкий вопрос, и он приведет вас к дельному ответу.

Глава 5. Музыка сфер

Математика во многих отношениях является самой сложной и утонченной наукой, по крайней мере мне как математику так кажется. Поэтому я нахожу особое удовольствие в том, что рассказываю о прогрессе в математике как части человеческого знания. Есть некоторые идеи, которые должен включать каждый рассказ о математике: логическая идея доказательства, эмпирическая идея о точности законов природы (и в частности пространства), возникновение понятия операций и переход от статического описания мира к динамическому. Этому и посвящена настоящая глава.

Начну с того, что даже у примитивных народов есть система исчисления. Конечно, они не всегда умеют считать дальше четырех, но они знают, что если к двум предметам прибавить два точно таких же, в сумме получается четыре, — и так будет всегда. С этого фундаментального правила начинается построение многих числовых систем, как правило, существующих в письменном виде и основанных на одних и тех же принципах. Вавилоняне, майя и народ Индии, например, независимо друг от друга изобрели по существу одинаковый способ записи больших чисел в виде последовательности цифр, который мы активно используем в современной жизни.

Таким образом, нет ни места, ни времени, про которые я мог бы определенно заявить: «Арифметика появилась здесь и сейчас». В каждой культуре люди начинали считать и говорить одновременно, поэтому арифметика, как и язык, началась в доисторическое время. Но математика в нашем понимании, оперирующая цифрами, — совершенно иное дело. И чтобы отыскать корни этой легенды, я отправляюсь в морской поход к острову Самос.

В доисторические времена Самос был центром поклонения Гере — Царице Небесной, законной (и очень ревнивой) супруге Зевса. Сохранившийся до наших дней храм Геры, называемый иногда Гераионом, датируется VI веком до н. э., построил его тиран Поликрат. На этом же острове в 580 году до н. э. родился первый гений человечества и основатель греческой математики Пифагор. Из-за разногласий с Поликритом он вынужден был покинуть остров, но, по легенде, долго скрывался от гнева правителя в горах. Доверчивым туристам сегодня с удовольствием показывают маленькую белую пещеру, в которой якобы жил Пифагор.

Самос — волшебный остров, его воздух исполнен морем, зеленью и музыкой. Для меня Самос — остров Просперо из шекспировской «Бури», берег, где ученый стал волшебником. Вероятнее всего, Пифагор казался волшебником своим последователям, поскольку учил, что природой управляют числа. Он говорил, что в природе есть гармония, в основе разнообразия лежит единство, и у него есть язык: числа — это язык природы.

Пифагор нашел основное соотношение между музыкальной гармонией и математикой. История этого дошла до нас только легендой, как народная сказка, но суть его остается точной. Звук, или основной тон, образует вибрация одной натянутой струны. Звуки, которые звучат гармонично с ним, получаются, если разделить струну на равное количество частей: точно на две части, точно на три части, точно на четыре части и т. д. Если точка, где вибрация меньше всего, не попадает на одну из этих точек, звук дисгармоничен.

Таким образом, сдвигая «точку невибрации» по струне, мы распознаем звуки, которые гармоничны. Итак, прижатая на середине струна дает нам обертон, который на октаву выше основного тона. Переместившись еще на 1/3 длины струны, поднимитесь на квинту выше, еще на 1/4 — на кварту и одновременно отдалитесь на две октавы от основного тона. Поднимитесь еще на 1/5 (правда, Пифагор этого сделать не предлагал) — получите звучание терции.

Пифагор доказал, что аккорды, которые звучат гармонично — для западного уха, — соответствуют точному делению струны на целые числа. Пифагорейцам открытие показалось настоящим колдовством: настолько было удивительным и убедительным согласие между природой и числами. На базе обертоновой структуры звука они вместе пришли к выводу, что все законы природы строятся на этом же принципе.

«Слепой арфист». Египет, 1579–1293 годы до н. э.

Например, чтобы вычислить орбиты небесных тел, которые, по их мнению, вращались вокруг Земли, надо связать их с музыкальными интервалами. Иначе говоря, греки утверждали, что все закономерности природы музыкальны, а движения небесных тел они назвали музыкой сфер.

Эти идеи сделали Пифагора провидческой фигурой в философии, почти религиозным лидером, последователи которого образовали тайную секту, возможно, носившую революционный характер. Большинство пифагорейцев были рабами, поэтому их очень утешала доктрина о переселении душ, которая дарила им надежду на счастливую жизнь после смерти.

Я начал разговор с языка цифр, то есть с арифметики, затем перешел к геометрии, когда привел пример описания движения небесных тел. Переход был сделан не случайно. С точки зрения изучения форм мы следуем за природой, она дарит нам образы: кристалл, волна, овал, человеческое тело. Для описания пропорций мы опять же обращаемся к языку чисел. Пионером в этой области был гениальный Пифагор, так что, следуя его логике, я выбрал те математические дисциплины, основы которых он заложил.

Пифагор доказал, что мир звуков подчиняется последовательности целых простых чисел. Он доказывал, что и визуальный мир подчиняется тому же математическому принципу. Это заявление было поразительным! Я смотрю на чудесный красочный пейзаж Греции, на великолепие ее диких природных форм, орфических лощин и бескрайнего моря. Я спрашиваю себя: как за этой дикой красотой хаоса можно увидеть строгую числовую структуру?

Поиск ответа на мой вопрос заставляет вернуться к проблеме исходных констант, отобранных в соответствии с нашим восприятием природных законов, иначе говоря, мы должны определиться с набором эмпирических универсалий. Окружающий мир базируется на двух принципах: вертикали (силе тяжести) и линии горизонта, расположенной к ней под прямым углом. Можно свободно передвигать значения горизонтали или вертикали, не опасаясь, что пропадет прямой угол, который формируют эти две оси. Более того, я могу повернуть угол вокруг каждой из линий, все равно через четыре поворота я вернусь к прямому углу, образованному вектором силы тяжести и линией горизонта.

В визуальном плане, в вертикальной картинке, которую видит наш глаз, прямой угол определяется четырехкратным поворотом. Такое же правило действует для горизонтального мира, в котором мы передвигаемся. Представьте себе плоский мир, нанесенный на карту и сориентированный по компасу. Вот я смотрю через пролив с острова Самос на Малую Азию, прямо на юг. Я использую плашку в виде прямоугольного треугольника как указатель и направлю его вершину на юг, чтобы иметь возможность сделать четыре поворота вокруг оси. Каждый раз я буду поворачивать указатель на 90°, чтобы получить после первого поворота направление на запад, после второго — на север, после третьего — на восток, после четвертого — снова на юг. То есть, совершив оборот на 360°, вершина треугольника вновь будет указывать на Малую Азию, откуда я начал движение.

По этому принципу создан не только окружающий нас мир природы, его соблюдают все строители от доисторических времен до наших дней: вавилоняне учитывали его, когда обустраивали висячие сады, египтяне закладывали его в основу проектов, которые создавали до возведения пирамид. То есть уже в древних культурах на практическом уровне было знание, что есть плотничий (прямоугольный) треугольник, в котором правят соотношения между числами. Вавилонские строители, вероятнее всего, уже с 2000 года до н. э. знали множество формул, индейцы и египтяне — несколько меньше. Египтяне, как кажется, почти всегда использовали треугольник с соотношениями сторон 3:4:5. Однако только в 550 году до н. э. Пифагор перевел это знание из мира эмпирики в мир того, что сегодня мы называем доказательством. То есть он задал вопрос: «Каким образом цифры, образующие этот плотничий треугольник, следуют из того факта, что прямой угол — это то, что можно повернуть четыре раза так, чтобы он указал в ту же сторону?»

Доказательство Пифагора, должно быть, выглядело следующим образом (оно заметно отличается от того, которое приведено в современных школьных учебниках). Четыре высшие точки — юг, запад, север, восток — треугольников, которые образуют крест компаса, — это углы квадрата. Я сдвигаю четыре треугольника таким образом, чтобы длинная сторона каждого заканчивалась на высшей точке соседнего. Теперь я построил квадрат по самой длинной стороне прямоугольных треугольников — по гипотенузе. Чтобы понять, что является частью замкнутой области, а что нет, я заполню маленький внутренний квадрат дополнительной плиткой. (Я использую плитки, поскольку многие узоры в Древнем Риме и на Востоке основаны на этом типе связи между математическим соотношением и размышлениями о природе.)

Теперь у нас есть квадрат на гипотенузе, и мы, конечно, можем это вычислить из квадратов катетов. Но так мы не увидим естественную структуру и сущность фигуры. Нам не нужны вычисления. Просто сыграем в детскую игру, и это откроет перед нами больше любых вычислений. Переместим два треугольника на новые позиции. Подвинем треугольник, указывающий на юг, так, чтобы его гипотенуза была рядом с гипотенузой треугольника, указывающего на север. И переместим треугольник, указывающий на восток, так, чтобы его гипотенуза была рядом с гипотенузой треугольника, указывающего на запад.

Теперь мы создали L-образную фигуру с той же площадью (естественно, ведь она составлена из тех же кусочков), чьи стороны в то же время — катеты прямоугольного треугольника. Теперь я положу делитель, который отделил конец L от верхней палочки. Очевидно, что конец — это квадрат катета треугольника, а вертикальная часть L — это квадрат гипотенузы.

Пифагор доказал общую теорему: не только для египетского треугольника 3:4:5 или любого из вавилонских треугольников, а для каждого треугольника с прямым углом. Он доказал, что квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов, в том и только в том случае, если треугольник содержит прямой угол. Например, стороны 3:4:5 образуют прямоугольный треугольник потому, что:

5²=5x5=25=16+9=4x4+3x3=4²+З²