Конечно, для передачи звуковых сообщений необходимы еще такие компоненты, как микрофон, преобразующий звуковые колебания в кривые напряжения электроцепи передатчика, и наушники, транслирующие полученные электрические импульсы обратно в звук. Фактически микрофон и наушники — это одно и то же устройство. И там, и там есть мембрана, которая, вибрируя, создает звук или улавливает его, присоединенная к катушке, внутри которой находится магнит, так что в обоих устройствах наблюдаются те же явления электромагнетизма, которые лежат в основе электромотора и электрогенератора.
Более чувствительный вариант радиостанции можно собрать, применив пьезокристалл, обладающий занятным свойством создавать при деформации электрическое напряжение. Кристаллические наушники с такой чувствительностью нужны, чтобы расслышать исчезающе слабый сигнал с «кошачьего уса». В качестве пьезокристалла отлично подойдет виннокислый калий-натрий, он же сегнетова соль — по имени французского аптекаря, впервые получившего это вещество в XVII в. Приготовить эту соль можно, смешав горячие растворы кальцинированной соды и кислой винно-калиевой соли (известной под названием «винный камень»), кристаллы которой оседают на стенках бочек, где выдерживается вино.
Можно не сомневаться, что постапокалиптическое человечество быстро возродит радиосвязь с нуля — даже без сложных волновых уравнений и без производственной базы для выпуска тонких радиоприборов. Это уже было в недавней истории.
Во Вторую мировую войну солдаты в траншеях на переднем крае и военнопленные в лагерях, чтобы слушать сводки с фронтов и музыку, собирали приемники из подручных средств. В этих остроумных конструкциях использовался широкий набор материалов, приспособленных под радиодетали. Антенны забрасывали на деревья или маскировали под бельевые веревки, а иногда использовали в этой роли даже проволочные заграждения. Для заземления хорошо служили холодные водопроводные трубы в лагерных бараках. Дроссели изготавливали, наматывая проволоку на картонную трубку, а раздобытый где-то голый провод изолировали свечным воском или, как в японских лагерях, жидким тестом из муки и пальмового масла. Переменные конденсаторы для настройки сооружали из фольги, например от сигаретных пачек, прокладывая ее изолирующими слоями газеты; получившийся широкий и плоский колебательный контур для компактности сворачивали в трубку.
Наушники смастерить значительно труднее, поэтому их чаще просто снимали с разбитых машин. Примитивную замену собирали, наматывая проволоку на стальные гвозди, на конце приспосабливая магнит, а на проволоку сверху пристраивая крышку от консервной жестянки, чтобы она слегка вибрировала под действием принятого сигнала.
Но, пожалуй, самого остроумного подхода потребовало создание такого необходимого устройства, как выпрямитель, снимающий звуковые частоты с несущего сигнала. Кристаллов вроде железного колчедана или галенита на фронте было не достать, но оказалось, что заржавленные бритвенные лезвия и окисленные медные монетки тоже годятся. Лезвие втыкали в кусок дерева рядом с разогнутой английской булавкой. К острию булавки прочно крепили (например, туго приматывали проволокой) заточенный грифель, и за счет своей упругости булавка отлично служила «кошачьим усом», позволяя точно настроить примыкание грифеля к поверхности окисленного металла, чтобы чисто демодулировать сигнал.
Кристаллические радиоприемники (как и «ржавчинно-грифельные» детекторы) прекрасны своей простотой и не нуждаются в источнике электропитания, поскольку получают необходимую для работы энергию прямо из уловленных радиоволн. Но кристаллический детектор ненадежен, и звук такой приемник производит негромкий. Решает эту проблему и дает начало новой революционной технологии, имеющей самый широкий спектр применений, вакуумная трубка — близкий родственник другого убиквиста современной цивилизации, электрической лампочки.
Как и лампочка Эдисона, вакуумная трубка состоит из металлической нити накаливания, помещенной в стеклянную капсулу, но есть важное отличие в том, что вокруг нити выставлен металлический экран, а внутри капсулы почти абсолютный вакуум. С нити, раскаленной добела, электроны отрываются и образуют вокруг нее облако-заряд. Это явление называется «термоэлектронная эмиссия» и используется в рентгеновских аппаратах, люминесцентных лампах, старых телевизорах и компьютерных мониторах. Если экран заряжен более положительно, чем нить, высвободившиеся электроны притягиваются к нему, и в нем возникает ток. В обратную сторону ток пойти не может, потому что металлический экран не нагревается и не испускает электронов, следовательно, такого рода диод (прибор с двумя металлическими контактами или электродами) действует подобно клапану, пропуская ток лишь в одну сторону. Основанный на совсем иных физических процессах, этот термоэлектронный клапан выполняет те же функции, что и кристаллические детекторы, и его можно сразу использовать как демодулятор в радиоприемниках. А одно простое дополнение к конструкции дает нам важнейшую инновацию и целый спектр небывалых возможностей.
Если взять обычный вакуумный диод и поместить между нитью накаливания и экраном проволочную спираль или сетку, можно наблюдать кое-что фантастическое. Такое трехконтактное устройство называется триодом, и, варьируя напряжение, подаваемое на сетку, можно влиять на ток, возникающий между нитью и экраном. Подавая на сетку небольшое отрицательное напряжение, мы отклоняем траектории электронов, испущенных нитью и летящих к экрану. Усилив напряжение, мы еще больше разредим их поток — это как пережимать коктейльную соломинку, дозируя прохождение напитка. Но главное — триод дает возможность, варьируя напряжение на одном из контактов, управлять напряжением на другом. Гениальное применение этого свойства заключается в том, что микроскопическими колебаниями малого напряжения на контрольной сетке можно вызвать значительные вариации напряжения на выходе. Вы усилили входящий сигнал.
Триод делает то, чего не могут кристаллы: усиливает полученный сигнал так, что через динамики его слышно во всей комнате. Также триод позволяет получать электрические колебания строго заданной частоты, что идеально для узкополосного несущего сигнала, и без труда накладывать на этот сигнал звуковую модуляцию. Все это важнейшие функции для радиовещания, но не менее полезны вакуумные радиолампы и в роли переключателей, регулирующих направление тока много быстрее механических рубильников. Монтируя множество таких ламп в одну сеть, где они управляют друг другом, можно выполнять математические вычисления и даже собирать полностью программируемые электронно-вычислительные машины[41].
Глава 11Сложная химия
…Лично я не против, если культура общества потребления вдруг возьмет и — фьюить! — сгинет в одночасье, ведь все мы окажемся в одной лодке, ну и будем жить, ничего страшного, за курами ходить, феодалов чтить и все такое прочее. Но… если бы мы все копошились тут на земле в грязных обносках, разводя свиней в заброшенных кафешках «Баскин-Роббинс», и я вдруг взглянул бы на небо и увидел самолет — пусть там был бы всего только один-единственный человек — вот тут я бы точно свихнулся! Или все откатываются назад в дремучее средневековье — или никто!
В этой книге мы немало говорили о том, как без особых сложностей превращать одни вещества в другие. Хотя эти яркие метаморфозы могут сначала показаться волшебством, при некотором старании вы сможете разобраться в свойствах разных химических элементов, вывести закономерности их взаимодействия, научиться предвидеть ход и итог реакции и наконец обратить знания в силу и управлять сложными цепочками химических реакций, чтобы добиться нужного вам результата.
Далее в этой главе мы увидим, как относительно развитая цивилизация, потратившая на возрождение жизнь нескольких поколений и крепко утвердившаяся, сможет освоить более сложные промышленные процессы, необходимые для ее движения вперед, ведь примитивных методов, о которых мы говорили, обсуждая получение соды, на все не хватает. Но сначала поговорим о том, как можно с помощью электричества получить важнейшие для возрождения цивилизации сырьевые продукты и постичь поразительные законы, действующие в мире химических превращений.
Периодическая таблица и электролиз
Мы уже видели, как технологии генерации и распределения электроэнергии открывают широчайшее поле для решения множества задач, связанных с восстановлением цивилизации, и помогают наладить коммуникацию с далекими странами. Но первым практическим применением электричества в истории — и на первых порах перезагрузки оно также окажется бесценным — было расщепление веществ на простые составляющие, то есть электролиз.
Например, если пропустить ток через рассол (раствор хлорида натрия), то у отрицательного электрода жидкость закипит пузырями водорода от расщепившихся молекул воды, а у положительного — пузырями газообразного хлора. Водород можно использовать для наполнения летательных аппаратов и как сырье для процесса Габера — Боша (о котором мы поговорим дальше), хлор же входит в состав отбеливателей, применяемых в производстве бумаги и текстиля, о чем шла речь в главе 4. А если вы немного усовершенствуете схему, то сможете получить еще и гидроксид натрия (каустическую соду), образующуюся в электролите, которая, как мы видели, представляет собой удивительно полезную щелочь. Электролиз чистой воды (с небольшим добавлением каустической соды для усиления электропроводимости) даст вам водород и кислород.
Даже алюминий из скальной руды можно извлечь с помощью электролиза — из-за высокой химической активности его нельзя выплавить на угле или коксе. Алюминий — самый распространенный металл в земной коре и главная составляющая глины, материала, освоенного человеком в числе первых. И при этом до появления в конце 1880-х гг. метода плавки и электролиза его руды алюминий был слишком дорог для широкого применения[