К сожалению, математический гений Джей Джея не означал, что у него золотые руки. Несмотря на невысокий рост, он был этаким викторианским слоном в посудной лавке[394]. Когда ученый навещал своих студентов в лаборатории, те морщились, если он предлагал помочь, и старались поскорее убрать с его пути хрупкие предметы. Они вздыхали с облегчением, когда Джей Джей садился на лабораторный табурет и начинал говорить. Дома было не лучше. Жена не разрешала ему пользоваться молотком[395].
Джей Джей нуждался в помощи в проведении экспериментов, и ее смог оказать его бывший ассистент-химик Эбенезер Эверетт. Хотя от имени Эбенезер и веет скаредностью[396], Эверетт был весьма привлекателен; лихой и усатый, он походил на ковбоя и немного сутулился, чтобы скрыть свой высокий рост. Об Эверетте мало что известно, кроме того, что он кропотливо и виртуозно изготавливал из обычного натриево-кальциевого стекла лабораторной посуды такие шедевры, которые впечатлили бы и мастеров-стеклодувов из Мурано. Лабораторные столы были заставлены его произведениями из стекла на деревянных подставках, и отовсюду торчали провода. Эверетт обеспечивал научные мускулы, подкрепляющие ум Джей Джея.
К концу 1896 г. Джей Джей вознамерился создать полосу препятствий для катодных лучей, чтобы наконец разрешить спор о волнах и частицах. Эверетт изготовил сложный стеклянный баллон с внутренними деталями, напоминающий модель корабля в бутылке. С одного его конца высовывались два штыря, подсоединенные к батарее, чтобы производить катодные лучи. Внутри стеклянного баллона катодные лучи разлетались во всех направлениях, как вода из шланга, и собирались в узкий пучок двумя прорезями, которые действовали как наконечник шланга. Затем этот пучок ударял о внутреннюю стенку стеклянного баллона, вызывая зеленое свечение.
Катодным лучам требовался вакуум. «Легче сказать, чем сделать»[397], – отмечал Джей Джей. Чтобы откачать воздух, Эверетт наполнял ртутью вертикальную трубку, которую подсоединял к стеклянному баллону стеклянной же перемычкой. Тяжелая жидкость опускалась, высасывая воздух из баллона через перемычку и создавая вакуум. Это иногда занимало большую часть дня, так что Эверетт начинал утром до прихода урагана в виде Джей Джея Томсона, который являлся в лабораторию после полудня.
Для этих опытов подходило только стекло. Медь не годилась, как и любой другой металл, потому что металл поглотил бы катодные лучи. Древесина или глина тоже не годились, так как они не герметичны. Прозрачный пластик тогда еще не был изобретен. Стекло могло удерживать вакуум; оно было прозрачным, не пропускало электричество и принимало любую угодную изобретателю форму. Но главное, стекло незаменимо в науке, поскольку позволяет ученым делать то, что они умеют лучше всего, – наблюдать, и как раз в этом Джей Джей был особенно силен.
Иногда Джей Джей жаловался коллегам на лабораторное стекло. «Мне казалось, что все стекло в этом месте заколдовано»[398], – говорил он. Для его изготовления еще не существовало рецептурных стандартов. Некоторые части стеклянной трубки содержали больше определенных ингредиентов, чем другие. Для создания приборов требовалось однородное по своему составу стекло, чтобы его разные части плавились при одной и той же температуре. И стекло говорило о качестве изделий только после многих часов использования. Иногда оно шепотом сообщало о проблеме: происходила маленькая утечка воздуха, а иногда во весь голос: раздавался взрыв. Стекло было капризным, и Эверетту приходилось ухаживать за ним, как за новорожденным.
Летом 1897 г.[399] Эверетт завершил работу над томсоновской полосой препятствий для катодных лучей. Он вставил две дополнительные металлические пластины и присоединил их к другой батарее, создавая электрическое поле, чтобы отклонять лучи. Когда Эверетт включил устройство, Джей Джей заметил, что катодные лучи двинулись вниз, к металлической пластине, соединенной с положительным концом батареи. Это говорило о том, что заряд катодных лучей отрицательный. Затем Эверетт поместил огромный магнит в форме подковы вокруг центра стеклянного баллона, и при включении Джей Джей заметил, что катодные лучи двинулись вверх, как стая птиц, подхваченная сильным порывом ветра. Проделав вычисления на случайных клочках бумаги, ученый смог прийти к выводу, что катодные лучи состоят из малых частиц с электрическим зарядом и этот заряд отрицательный. Он вычислил, что они меньше атома, и это были мельчайшие известные на тот момент частицы материи. Когда они с Эвереттом повторили эти эксперименты с разными металлическими пластинами и разными газами внутри баллона, Джей Джей убедился в существовании этих малых отрицательно заряженных частиц во всех материалах. Он назвал их «корпускулами», а позже они получили известность как электроны.
Открытие Джей Джея изменило мир, но ничего подобного он не мог предугадать. Этот маленький и странный человек обнаружил маленький и странный электрон, распахнув дверь в науке и расширив понимание материи. Открытие электрона дало нам подсказки о том, как образуются галактики, звезды, атомы, а обмен электронами между атомами в химических связях объяснил, как горячая материя Большого взрыва в итоге превратилась в нас. Это открытие выявило базовый кирпичик технологии. Вместе с электроном ученые поймут работу электрических цепей, статического электричества, пьезоэлектричества, магнитов, генераторов и транзисторов. Вместе со знаниями об электроне пришел расцвет технологий и общества.
Когда Джей Джей Томсон был ребенком, не существовало многих изобретений, которые мы сегодня принимаем как должное. Не было «ни машины, ни самолета, ни электрической лампочки, ни телефона, ни радио»[400]. Но обнаруженные им в стеклянном сосуде электроны, движение которых создает электрический ток, дадут энергию всем этим машинам, а также более поздним изобретениям, таким как компьютер, мобильный телефон и интернет. Каким бы умным ни был Джей Джей, он никогда бы не смог предсказать, что эта абстрактная наука получит практическое применение. Но она его получила, и многократно. С его открытием человечество вошло в новый век – электронный. Но ни одна из этих технологий не существовала бы, если бы нельзя было посмотреть на электроны в действии. Наш современный мир стал возможен благодаря старинному, известному с древности материалу – стеклу.
Вид с улицы на лондонскую больницу, где Флеминг открыл пенициллин. Его лаборатория располагалась со стороны улицы за вторым окном над круглой табличкой в центре фото
Внутри лаборатории Александра Флеминга в больнице Св. Марии в Лондоне[401]
Александр Флеминг сидит возле микроскопа. Фото сделано примерно в то время, когда он открыл пенициллин
Та самая чашка Петри, в которой Флеминг обнаружил плесень – источник пенициллина
Немецкий химик Отто Шотт, который изобрел боросиликатное стекло, широко использующееся в наши дни в научных лабораториях[402]
Эрнест Аббе, немецкий ученый, который работал вместе с Шоттом над улучшением качества стеклянных линз и посуды для научных целей
Микроскопы со значком JENA высоко ценились за высококачественные линзы, сделанные в Германии
Джесси и Бесси Литтлтоны способствовали появлению пирекса. Бесси хотела получить небьющуюся форму для готовки. Ее муж, специалист по физике стекла в компании Corning, приносил домой стеклянные формы, а она их испытывала[403]
Блюдо из пирекса было таким прочным благодаря своим ингредиентам, в особенности химическому элементу бору[404]
В мерный стакан из пирекса можно было наливать горячие жидкости и даже кислоты, потому что он был изготовлен из новой разновидности стекла[405]
Сэр Дж. Дж. Томсон изучает свою стеклянную трубку в лаборатории Кембриджского университета[406]
Эбенезер Эверетт, умелый техник, который воплощал идеи Дж. Дж. Томсона
Трубка из лабораторного стекла, изготовленная Эбенезером Эвереттом, позволила Дж. Дж. Томсону наблюдать поведение катодного луча и открыть электрон
8Думать
Как создание простейших телефонных коммутаторов не только привело к появлению кремниевых чипов для компьютеров, но и перепрограммировало наш мозг.
Огугленные
Финеас Гейдж должен был умереть. Страшный несчастный случай произошел после обеда в самую заурядную среду, 13 сентября 1848 г., на строительной площадке недалеко от Зеленых гор, что в штате Вермонт. Гейдж, симпатичный двадцатипятилетний бригадир железнодорожного пути, тупым концом трамбовочного лома уплотнял порох в отверстии для направленного взрыва, как уже делал сотни раз. Однако в этот роковой день Гейдж отвлекся. Держа в руках штырь, напоминающий по форме гигантскую швейную иглу, он задел камень и высек искру. Взорвавшийся порох запустил штырь метровой длины Гейджу прямо в лицо: подобно копью, он пронзил его голову под левой щекой[407], прошел за левым глазом, затем через мозг – и вылетел насквозь через точку на черепе сразу за линией роста волос, с лязгом приземлившись метрах в двадцати позади него. Тринадцатифунтовый (около 6 кг) железный прут с острым концом толщиной с карандаш и тупым концом диаметром с серебряный доллар еще летел вверх, когда Гейдж тяжело повалился на землю. Спустя пару мгновений неподвижное тело Гейджа вернулось к жизни, подобно Лазарю, и вскоре он уже рассказывал о произошедшем и даже сам смог забраться в экипаж для получения медицинской помощи, а все это время кровь текла из отверстий в его голове и на лице.