Три года спустя этот доклад попал в руки Отто Шотта, и в 1879 г. тот, в надежде избавиться от изнуряющего жара и грязи фабричного цеха, написал профессору письмо[364], вызвавшись предоставить ему разные виды стекла. Шотт разрабатывал систематический процесс производства стекла из разных химических ингредиентов в разных пропорциях, но у него не было доступа к лаборатории, чтобы провести научные эксперименты и выяснить, каковы их свойства. У Аббе был доступ к необходимым инструментам, но не было умения производить новые виды стекла. Вместе они были как инь и ян. Профессор Аббе хотел сотрудничать с человеком, не столь известным в мире науки, потому что ему нечего было терять. Отто готов был горы свернуть, так как для него это был отличный шанс. И он его не упустил.
Шотт отправил образцы стекла Аббе, но они не обладали нужными оптическими свойствами. Тем не менее между ними завязалась переписка, продлившаяся полтора года, и Шотт продолжал изготавливать стекло, комбинируя ингредиенты в разных пропорциях. Он мог делать более осмысленный выбор, чем ученые прошлого, потому что за двадцать лет до его экспериментов ученый из России Дмитрий Менделеев произвел в химии революцию эпохальным открытием периодической системы, где все существующие химические элементы организованы в таблицу и соседние по вертикали элементы имеют схожие свойства, как двоюродные братья и сестры. Используя периодическую систему, Шотт начал методично исследовать, как ведут себя разные составы стекла. Новые формулы, рассчитанные на основе таблицы Менделеева, позволяли Шотту делать более обоснованные предположения.
Шотт запланировал в 1880 г. изготавливать новые виды стекла, используя периодическую систему наподобие ресторанного меню и выбирая варианты из разных групп элементов – колонок, а иногда и из одной колонки[365], чтобы найти лучшие комбинации. Он начал с того, что добавил фосфор и бор. Осенью 1881 г. он сфокусировался на боре из буры, тетрабората натрия (который используется в моющих средствах), и обнаружил нечто многообещающее. Добавление борной кислоты в смесь создало новый тип материала – боросиликатное стекло, которое казалось безупречным. Шотт отправил его образцы профессору Аббе на проверку, с нетерпением ожидая результатов. И наступил день, когда Шотт получил от Аббе сообщение с поздравлениями. В датированном 7 октября 1881 г. письме Аббе писал: «Проблема, – так он называл наличие дефектов в оптическом стекле, – наконец решена»[366]. Профессор также пригласил Шотта приехать в Йену для демонстрации нового материала.
Продолжая совершенствовать рецептуру в течение следующего года, Отто Шотт осуществил свою тайную мечту. Аббе написал, что, по его мнению, Отто не стоит продолжать работу на стекольной фабрике, настаивая на том, чтобы тот работал в химической лаборатории в Йене. Шотт подготовился к отъезду.
В 1882 г. Отто Шотт переехал в Йену и в партнерстве с профессором Аббе и Карлом Цейсом (производителем микроскопов), с которым Аббе давно сотрудничал, открыл небольшое предприятие. Теперь опыты Шотта не ограничивались маленькими печками, где он мог создавать образцы объемом не больше чашки сахара. Его напоминающие огромные сосульки образцы были размером с шар для боулинга. В 1884 г. Шотт основал компанию Glastechnische Laboratorium Schott & Genossen для производства и продажи специализированного стекла. Первый каталог компании, опубликованный в 1886 г., содержал сорок четыре вида стекла, а к 1892 г. их стало семьдесят шесть[367].
Шотт разработал новые формулы для более качественных оптических линз, а потом еще и для термометров. В конце 1800-х гг. термометр в арсенале ученого был одним из немногих инструментов для контроля химической реакции. В то время химия знала только то, насколько можно нагреть что-то (температура), сколько это весит (масса), сколько места занимает (объем) и с какой силой давит на стенки емкости (давление). Многие ученые замечали, что показания их термометров завышены. Оказалось, что они не возвращались к исходному значению, когда остывали. Постоянный цикл нагревания-охлаждения, который проходили термометры, влиял на стекло таким образом, что головка термометра со ртутью деформировалась, заставляя ее ползти вверх. Это означало, что на последующие измерения температуры нельзя было полагаться. Изменив содержание бора, Шотт смог создать стекло, которое не деформировалось при нагревании, позволяя термометрам показывать точную температуру.
Сотрудничая с Аббе, Отто Шотт разработал много разновидностей стекла. Один вид не деформировался при нагревании, благодаря чему термометры точно измеряли температуру. Другой обладал лучшими оптическими свойствами и идеально подходил для научных приборов – телескопов и микроскопов. И, наконец, еще один не растворялся в воде, кислоте и прочих жидкостях, благодаря чему годился для лабораторных экспериментов. Основой его изобретений стал бор, но в каждом новом виде стекла Шотта он играл разные роли[368]. Он производил варианты с низким, средним и высоким содержанием бора, подобно тому как шеф-повар готовит соусы разной остроты, добавляя в них то совсем чуть-чуть перца, то среднее количество, то совсем много. Чтобы получить стекло с усовершенствованными оптическими свойствами, к оконному стеклу добавляли небольшое количество бора, чтобы оно лучше преломляло свет. Для стекла, которое не деформируется при нагревании, требовалось много бора. Бор крепко держит другие атомы стабильными химическими связями, будто тугими пружинами, из-за чего получившееся стекло сопротивляется расширению при нагревании, в отличие от других разновидностей. И, наконец, для стекла, неуязвимого для опасных химикатов вроде кислот, содержание бора снижали до среднего уровня. Бор любит связываться с другими атомами, но в кислотах эти связи слабые. Так что некоторое количество бора убирали, заменяя другими составляющими. Взаимодействуя, все эти ингредиенты стабилизировали стекло в агрессивных условиях.
Вскоре продукция Шотта стала самой популярной среди ученых всего мира, и Германия теперь была основным поставщиком стекол для микроскопов, телескопов и лабораторной посуды (химических стаканов, колб и пробирок). Каждый ученый хотел заполучить оптические приборы с надписью JENA. Казалось, что у других производителей стекла не было шансов выйти на этот рынок. В одной компании на севере штата Нью-Йорк поняли, что их единственная возможность – обратиться к науке.
В начале ХХ в. американские производители хотели разработать альтернативу немецкому стеклу из Йены. Но разгадать формулу йенского боросиликатного стекла было непросто. Американцы знали, что бор являлся ключевым ингредиентом, но полная рецептура оставалась загадкой. Отто Шотт в статьях для специалистов перечислял факторы, позволяющие стеклу сохранять устойчивость к высоким температурам и большим перепадам температуры, но мало кто в индустрии мог на практике воплотить теорию из статей Шотта. Одна американская компания, Corning Glass Works из Корнинга, штат Нью-Йорк, знала, что для достижения успеха их рабочие в цехах нуждаются в помощи со стороны ученых.
Компания Corning Glass Works была семейным предприятием, которое переместилось из нью-йоркского Бруклина в Корнинг в 1868 г., чтобы по каналу транспортировать из Филадельфии товары и уголь для плавильных печей. Большую часть их продукции составляли декоративное стекло и столовая посуда, а потом еще и выдувное стекло ручной работы для ламп Эдисона. Они понимали: чтобы конкурировать с йенским стеклом, требовалась научная основа для новых товаров. Компания Corning начала отходить от рецептов изготовления стекла, которые передавались из поколения в поколение, и стала применять научный подход. Прежде всего руководство сказало рабочим, чтобы они записывали состав смеси на случай, если понадобится произвести дополнительную партию. В Corning также внедрили необычную практику для стекольной фабрики того времени – наняли ученых[369].
С 1908 г. химики стали постоянными сотрудниками Corning, и эти вложения оказались мудрым решением. Чтобы выделиться на фоне других производителей стекла и конкурировать с немцами, компании Corning требовались технические специалисты. Ученые Corning знали, что бор – ключевой ингредиент в этих инновационных разновидностях, и путем проб и ошибок все-таки смогли создать тип боросиликатного стекла, который назвали Nonex (cокращение от NON-Expanding – «нерасширяющееся» стекло). Увы, но Corning не могла проникнуть с ним на рынок лабораторной посуды. Их первые результаты не могли тягаться с йенским стеклом, на отработку технологии которого ушло пятнадцать лет. К тому же на немецкое стекло действовали низкие налоговые тарифы, так как изделия из него относились к категории образовательных товаров. Покупатели не видели смысла выбирать отечественное стекло, учитывая, что цена более качественного немецкого была не столь уж высока. Руководство Corning вынуждено было найти внутренний рынок для своего боросиликатного стекла и ради спасения компании от разорения обратилось к самой прибыльной отрасли в стране – железнодорожной.
В начале XX в. щупальца железных дорог дотянулись до самых отдаленных уголков страны. Уничтожая пространство своей скоростью, железная дорога сжала и время. Но скорость имела свою цену[370]. Чем быстрее становились поезда, тем больше происходило несчастных случаев и столкновений, и возникла потребность улучшить сигнальную систему для обеспечения безопасности. Сигналы на путях сообщали поездам о необходимости остановиться при помощи света дуговой лампы за красным стеклом. Но в дождливые или снежные дни аварии происходили чаще. Помимо сложных погодных условий, свою лепту в рост аварийности внесла хрупкость стекла.