brot aus luft, или хлеб из воздуха. Точнее, «хлеб» из воздуха и довольно большого количества ископаемого топлива.
Прежде всего, нужен природный газ в качестве источника водорода, с которым азот связывается, образуя аммиак. Еще нужна энергия для создания крайне высокой температуры и давления. Габер открыл, что все это, да еще катализатор, необходимо, чтобы разорвать связи в атомах содержащегося в воздухе азота и «убедить» их связаться с водородом. Представьте жар как в печи для пиццы и давление как на двухкилометровой морской глубине. Для того чтобы создать такие условия в масштабе, достаточном для производства 160 миллионов тонн аммиака в год, большинство из которого идет на удобрения, процесс Габера — Боша сегодня поглощает более 1 процента всей энергии в мире[446]. Это очень большие выбросы углекислого газа, и проблема далеко не только экологическая. Лишь часть азота — вероятно, всего 15 процентов[447] — попадает из удобрений через урожай в желудки людей. Большая часть оказывается в воздухе или воде, что плохо по целому ряду причин. Такие соединения, как оксид азота, — мощные парниковые газы. Они загрязняют питьевую воду. Они вызывают кислотные дожди, которые закисляют почвы, выводя из равновесия экосистемы и угрожая биоразнообразию. Когда соединения азота попадают в реки, они стимулируют рост определенных организмов. В результате, например, в океане появляются «мертвые зоны», где цветущие у поверхности водоросли блокируют солнечный свет и убивают рыбу на глубине[448].
Процесс Габера — Боша — не единственная, но важная причина этих проблем, и от этого никуда не деться: по прогнозам, спрос на удобрения в грядущем столетии удвоится[449]. Ученые все еще не понимают в полной мере, как превращение такого количества стабильного, инертного азота из воздуха в различные высокореактивные химические соединения повлияет на окружающую среду в долгосрочной перспективе. Мы живем в условиях глобального эксперимента[450].
Один из его результатов уже очевиден: много еды для очень большого количества людей. Если посмотреть на график роста населения планеты, видно, как оно увеличилось именно тогда, когда начали широко применять удобрения Габера — Боша. Но это не единственная причина резкого роста урожаев: свою роль сыграли и новые сорта растений, например пшеницы и риса. Тем не менее, даже если представить, что во времена Фрица Габера были доступны лучшие методы ведения сельского хозяйства, Земля могла бы прокормить примерно четыре миллиарда человек[451]. В настоящее время население насчитывает около семи с половиной миллиардов, и, хотя темпы роста замедлились, он не прекращается.
Когда в 1909 году Фриц с триумфом продемонстрировал свой аммиачный процесс, Клара задумалась, стоят ли плоды гения мужа ее собственной жертвы. «То, чего Фриц достиг за эти восемь лет, — печально писала она подруге, — потеряла я»[452]. Она едва ли могла себе представить, к каким глобальным переменам приведет его работа: в одной колонке — пища для миллиардов новых человеческих душ, в другой — огромный дисбаланс, для решения которого потребуется еще больший гений.
Сам Габер ожидал совсем других последствий от своей работы. В молодости он перешел из иудаизма в христианство, и ему до боли хотелось, чтобы его признали немецким патриотом, каким он сам себя считал. Помимо применения хлора как химического оружия, Германии в Первой мировой войне помог и процесс Габера — Боша. Из аммиака можно делать не только удобрения, но и взрывчатые вещества. Из воздуха получается не только хлеб, но и бомбы. Однако когда в 1930-х годах к власти пришли нацисты, никакие заслуги не смогли перевесить еврейского происхождения. Лишенный работы и изгнанный из страны, Габер умер сломленным в швейцарской гостинице.
34. Радар
Кениец Самсон Камау сидел дома в Рифт-Валли и размышлял, когда можно будет вернуться к работе. Ему следовало быть в теплице на берегах озера Найваша и, как обычно, упаковывать розы для экспорта в Европу, но грузовые самолеты были прикованы к земле из-за того, что исландский вулкан Эйяфьядлайекюдль, не посоветовавшись с Самсоном, выбросил в атмосферу облако опасного пепла.
Никто не знал, сколько продлится задержка. Рабочие вроде Самсона опасались за свою работу, владельцам предприятий приходилось тоннами выбрасывать цветы, которые вяли в ящиках в аэропорту Найроби[453]. Полеты возобновились через несколько дней, но ситуация явно дала понять, насколько сильно от авиации зависит современная экономика, а не только 10 миллионов пассажиров, которые каждый день совершают авиарейсы[454]. В 2010 году Эйяфьядлайёкюдль уменьшил мировые показатели почти на 5 миллиардов долларов[455].
Мы можем проследить, как авиация благодаря различным изобретениям, например реактивному двигателю или самолету, приобрела сегодня такое большое значение. Иногда, чтобы в полной мере раскрыть потенциал одного изобретения, требуются другие, и для авиационной отрасли такая история начинается с изобретения «луча смерти».
Точнее говоря, с попытки его изобрести. В 1935 году чиновники Министерства авиации Великобритании опасались, что страна отстает от нацистской Германии в технологической гонке вооружений. Их заинтересовала идея «луча смерти», поэтому они предложили награду в тысячу фунтов каждому, кто сможет убить овцу с расстояния в сотню шагов. До сих пор никто ее не получил. Следует ли финансировать более активные исследования? Возможно ли в принципе создание «луча смерти»? Неофициально они навели справки у Роберта Уотсона-Уотта с Радиоисследовательской станции, а тот задал абстрактный математический вопрос своему коллеге Скипу Уилкинсу.
«Предположим, просто предположим, — сказал Уотсон-Уотт Уилкинсу, — что в километре над землей находится четыре с половиной литра воды. Допустим, температура воды — 36,6 °C, и ее надо нагреть до 40. Какая потребуется мощность радиосигнала, если действовать с расстояния пяти километров?»
Скип Уилкинс не был дураком. Он знал, что 4,5 литра — это объем крови в организме взрослого человека, 36,6 — нормальная температура тела, а сорока градусов достаточно, чтобы вызвать смерть или как минимум потерю сознания. Если ты сидишь за штурвалом самолета, это, в сущности, одно и то же.
Уилкинс и Уотсон-Уотт поняли друг друга и быстро согласились, что «луч смерти» — безнадежная затея: потребуется слишком большая мощность. Однако они увидели в этом шанс. Ясно, что министерство хочет вложить в исследования некую сумму. Может быть, получится предложить им альтернативный вариант?
Уилкинс задумался. Может быть, подумал он, посылать радиоволны и по отражению определять положение приближающихся самолетов задолго до того, как их станет видно? Уотсон-Уотт набросал запрос в недавно образованный Комитет по научным исследованиям в области противовоздушной обороны Министерства авиации. Интересует ли их развитие такой идеи? Министерство заинтересовалось[456].
То, что описывал Скип Уилкинс, воплотилось в радар. Немцы, японцы и американцы тоже начали работать над этой идеей, но к 1940 году именно британцы совершили выдающийся прорыв, создав магнетрон с резонатором — радиолокационный передатчик, по мощности намного превосходивший предшественников. Однако истерзанным немецкими бомбардировками британским заводам сложно было запустить это устройство в производство, а вот американским — по силам.
Несколько месяцев руководство Великобритании обдумывало, как обменять магнетрон на американские секреты в других областях. Затем к власти пришел Уинстон Черчилль и решил, что отчаянные времена требуют отчаянных мер: Великобритания просто расскажет американцам, что у нее есть, и попросит о помощи.
В августе 1940 года физик из Уэльса по имени Эдди Боуэн совершил изматывающее путешествие с черной металлической коробкой, в которой находилась дюжина прототипов магнетронов. Сначала он нанял черный кэб для проезда по Лондону. Водитель не позволил взять громоздкий металлический ящик в салон, поэтому Боуэну оставалось надеяться, что он не упадет с багажника на крыше. Затем длинная поездка поездом в Ливерпуль в одном купе с загадочным внушительно одетым мужчиной военного вида, который всю дорогу игнорировал молодого ученого и тихо читал газету. Затем плавание через Атлантику: что, если судно атакует немецкая подлодка? Допустить, чтобы магнетроны попали в руки нацистов, было нельзя, поэтому в ящике просверлили два отверстия, чтобы он гарантированно затонул вместе с кораблем. Но все обошлось[457].
Магнетроны поразили американцев: их исследования отставали на годы. Президент Рузвельт одобрил выделение средств на новую лабораторию при Массачусетском технологическом институте, и — что поразительно для воюющей Америки — управляли там не военные, а гражданские. Была вовлечена промышленность, начали искать лучших американских ученых, которым предстояло присоединиться к Боуэну и его британским коллегам[458].
Rad Lab по любым параметрам стала несомненным успехом. Из нее вышло десять нобелевских лауреатов[459]. Разработанный там радар, выявляя самолеты и подводные лодки, помог выиграть войну[460]. Однако военная срочность в мирное время быстро сошла на нет. Очевидно, что радары нужны и в гражданской авиации, особенно учитывая темпы ее развития. В конце войны, в 1945 году, внутриамериканские авиалинии перевозили семь миллионов пассажиров, а к 1955 году — уже 38 миллионов