Цивилизация с нуля. Что нужно знать и уметь, чтобы выжить после всемирной катастрофы [заметки]

Шрифт

Интервал

Перевод С. Степанова.

Маккарти К. Дорога. — М.: Азбука-Аттикус, 2014.

Подобные события, но в меньшем масштабе, случались в недавней истории: после распада Советского Союза в 1991 г. небольшая республика Молдова пережила паралич экономики, заставивший людей перейти к натуральному хозяйству и вернуться к технологиям из исторических музеев вроде ножной прялки, ручного ткацкого станка и маслобойки. — Здесь и далее, кроме особо оговоренных случаев, прим. авт.

Если по условиям задачи устранить вообще любые материальные фрагменты погибшей цивилизации, то эксперимент с возрождением человечества мог бы подарить нам руководство по развитию технической цивилизации на пустом месте — после провала сквозь пространственно-временную кротовую нору в палеолит, на 10 000 лет в прошлое, или после аварийной посадки на необитаемую, но дружелюбную подобную Земле планету. Идеальная робинзонада — оказаться не на пустынном островке посреди океана, а в пустом мире.

Может быть, наиболее ярко общество характеризуют великие памятники, искусство, музыка или иные культурные достижения, но любая цивилизация опирается на базовые вещи — такие основы, как производительное сельское хозяйство, очистка сточных вод и химический синтез. В центре внимания нашей книги — ключевые аспекты науки и техники, имеющие универсальную важность: законы физики истинны независимо от того, где (и когда) вы живете, и даже через 1000 лет первоочередные нужды человечества, удовлетворяемые путем применения технологий, будут те же, что и сейчас: еда, одежда, энергия, транспорт и пр. Искусство, литература, музыка — важная часть нашего культурного наследия, но без них перезагрузка цивилизации не затянется на лишних пять веков, и пережившие апокалипсис непременно найдут свои способы художественно выразить то, что будет для них важно.

Между прочим, некоторые долговременные последствия черной смерти оказались для общества благом: черные тучи великого мора окаймлены серебряным сиянием культуры. Образовавшийся дефицит рабочей силы позволил крестьянам, пережившим опустошение, ослабить зависимость от феодала, что приблизило конец деспотического феодального строя и приход гораздо более демократического общественного устройства и рыночно ориентированной экономики.

Матесон Р. Я — легенда. М.: Эксмо, 2010.

Перевод М. Шишмаревой и З. Журавской.

Но только очки для коррекции дальнозоркости: более распространенные вогнутые линзы для близоруких не собирают, а рассеивают солнечные лучи. Такую ошибку допустил в знаменитом романе «Повелитель мух» Уильям Голдинг: у него близорукий Хрюша разводит огонь с помощью очков.

Современные товары, как и упаковка, редко состоят из одного вида пластмассы. Например, тюбик зубной пасты прессуется из пяти слоев пластика разом: это линейный полиэтилен низкой плотности, модифицированный полиэтилен низкой плотности, этилвинилалкоголь, опять слой модифицированного полиэтилена низкой плотности и, наконец, линейный полиэтилен низкой плотности. (Занятно, что пластиковый тюбик сам выдавливается из патрубка, наподобие зубной пасты, которой его наполнят.) Поэтому сложные пластмассовые изделия практически не годятся для переработки, собирать имеет смысл только простейшие изделия, например ПЭТ-бутылки.

Перевод С. Бережкова (А. Н. Стругацкого).

Сейчас основное значение глагола «broadcast» — вещать, передавать по радио, телевидению. — Прим. ред.

Даже привычный нам оранжевый цвет моркови — результат селекции: в природе ее корни белые или фиолетовые. Оранжевый сорт вывели в XVII в. в Нидерландах в честь Вильгельма I, принца Оранского.

Даже в пределах Британии норфолкское четырехполье менее эффективно на тяжелых глинистых почвах севера и запада, исторически эти области специализируются на скотоводстве и промышленном производстве (на прибыли с которых закупают на юге зерно).

Благодаря описанным в этой главе завоеваниям аграрной революции XVI–XIX вв. Британия существенно увеличила производство продовольствия, одновременно снизив трудозатраты. Уменьшение доли людей, занятых крестьянским трудом, способствовало урбанизации. К 1850 г. в Британии доля занятых в сельском хозяйстве была самой низкой в мире: чтобы прокормить страну, работать на земле достаточно было одному из пятерых, к 1880 г. крестьянский труд требовал каждого седьмого, к 1910 г. — каждого одиннадцатого. Сегодня в развитых странах, где применяют искусственные удобрения, гербициды и пестициды, а также высокопроизводительные устройства типа зерноуборочного комбайна, один работающий на земле обеспечивает продовольствием около 50 человек.

Перевод В. Тихомирова.

В языке до сих пор сохранились свидетельства ценности соли в прежние эпохи. Например, римские легионеры получали деньги на покупку соли (salarium), от названия которых происходит современное английское слово salary (жалованье).

Исключение — традиционный способ приготовления маиса у коренных народов Мезоамерики. Кукурузу варят в щелочном растворе, бросая в воду гашеную известь или золу для «никстамализации» (от майяских слов, означающих золу и кукурузное тесто). Это не только улучшает вкус зерна, но и высвобождает витамин B_>3 для усвоения человеческим организмом. Пеллагра, болезнь, вызываемая недостатком B_>3, два века разила тех европейцев и североамериканцев, основу рациона которых составляла кукуруза: переняв у индейцев маис, они не переняли способ его приготовления.

В Северном полушарии полярные области суши гораздо обширнее, чем в южном. Ньюкасл-на-Тайне гораздо ближе к полюсу и, соответственно, зимой получает намного меньше света, чем любая точка Африки, Австралии и Южной Америки.

Шесть тысяч лет назад жители Южной Америки нашли способ «взрывать» зерна определенных сортов: сегодня на этой технологии живет обслуживающий кинотеатры рынок попкорна, на котором только в США обращаются миллиарды долларов.

Консервный нож появился только в 1860-х гг., через полвека после того, как французскую армию стали снабжать консервами в жестянках. Солдаты вскрывали их тесаками или штыками, и только когда консервы вошли в рацион гражданского населения, понадобились специальные открывалки.

Перевод Н. Гордеевой.

Качество топливных запасов экономисты оценивают, вычисляя соотношение полученной энергии к затраченной (EROEI). Этот коэффициент показывает, сколько полезной энергии можно получить с месторождения в отношении ко всей энергии, затраченной на добычу, обогащение и переработку. Например, первые освоенные месторождения нефти в Техасе в 1900-х гг. было легко разрабатывать, и EROEI у них составлял около 100 — они приносили в сто раз больше энергии, чем тратилось на ее добычу. В наши дни, когда мировые запасы нефти истощились и все бóльших усилий стоит добыча и переработка последних ее капель (чего стоят хлопоты с устройством морских буровых платформ), рентабельность энергии упала до 10.

Древесный уголь в ряде отношений превосходит каменный, он ни в коем случае не канул в историю. Например, Бразилия располагает большими запасами древесины, но скудными залежами каменного угля — по мере разрастания лесов в постапокалиптическом мире эта ситуация станет более повсеместной — и является крупнейшим на планете производителем древесного угля. Часть его сгорает в домнах при выплавке чугуна, который вывозится в США и другие страны, где превращается в сталь для машин и кухонной техники. Источником сырья для древесного угля служат в основном возобновляемые лесные насаждения, и, значит, таким способом можно получать «зеленую» сталь.

В наши дни керосиновые фонари и свечи воспринимаются как аварийная технология, надежные и легко хранимые средства на случай чрезвычайной ситуации, когда более сложные устройства перестанут работать. Однако старые технологии также служат для создания особой атмосферы: запряженный лошадьми катафалк на похоронах или свечное освещение на романтическом ужине. В этом смысле некоторые простые технологии никогда не устаревают: они живут, но меняют предназначение. Для наследников же постапокалиптической Земли они станут хорошей подмогой на первых порах.

ВНИМАНИЕ! Не применяйте для изготовления мыла алюминиевую посуду! Алюминий вступает в реакцию с сильными щелочами, выделяя взрывоопасный водород.

Перевод И. Полоцка, С. Борисова.

Больше 100 лет семья врача, придумавшего акушерские щипцы, хранила изобретение в тайне, чтобы получать доход, пользуясь преимуществом перед другими акушерами. Чтобы сохранить секрет, щипцы вносили в комнату роженицы в футляре и вынимали не раньше, чем удалятся все посторонние, а роженице завяжут глаза.

Одно из первых в истории клинических испытаний лекарства провели в 1747 г. на больных цингой, чтобы показать, что плоды цитрусовых содержат вещество, предупреждающее эту болезнь.

В 1681 г. Антоний ван Левенгук, применив такой инструмент, стал первым в истории человеком, увидевшим микроорганизмы. Заболев расстройством кишечника, Левенгук не преминул изучить под микроскопом образец собственного жидкого стула. И увидел «крохотных существ, весьма изящно движущихся», «немного вытянутые, а их живот… усажен бесчисленными лапками». Увиденные Левенгуком организмы мы сегодня относим к простейшим, это гиардии, распространенный возбудитель диареи. Вскоре после этого Левенгук обнаружил микробы в каплях воды и бактерии, кишащие в экскрементах и гнилых зубах. А рассматривая собственное семя, увидел оживленно извивающиеся сперматозоиды, без которых невозможно половое размножение животных (Левенгук особо оговаривал, что получил образцы материала «без всяких греховных ухищрений» и что это были «излишки, которыми наделила меня природа в моих супружеских отношениях»).

Предположение о существовании невидимых мелких организмов высказывалось задолго до того, как появился первый микроскоп. В 36 г. до н. э. римский ученый Марк Теренций Варрон писал, что «вокруг плодятся не видимые глазом мельчайшие существа, которые, плавая в воздухе, попадают в нутро человека через нос и рот и вызывают тяжелые болезни». История могла бы пойти совсем иным путем, если бы Варрон додумался для подтверждения своей догадки сделать примитивный микроскоп из стеклянного шарика. Представьте себе, скольких эпидемий и страданий избегло бы человечество, если бы микробная теория возникла до Рождества Христова.

К концу XIX в. ветряные мельницы достигли высокого уровня инженерной сложности, их ориентацией управлял центробежный регулятор (два тяжелых шара на рычагах), который автоматически изменяет зазор между жерновами в зависимости от скорости ветра. Сегодня мы этот механизм ассоциируем прежде всего с паровозом, где он управляет клапанами, впуская пар высокого давления в поршень, если тот вращается слишком быстро, но фактически Джеймс Уатт целиком заимствовал эту схему у ветряных мельниц.

Если у вас в зубах есть пломбы старого типа, можете пронаблюдать это явление у себя во рту. Пожуйте кусок алюминиевой фольги, и этот кусок металла прореагирует с ртутно-серебряной смесью пломбы, причем электролитом послужит ваша же слюна. Однако ставить этот опыт нужно с осторожностью, потому что возникающий электрический ток поступит прямиком к нервным окончаниям в пломбированном зубе!

Название для блока из соединенных гальванических элементов пришло из языка военных: позиция из нескольких тяжелых орудий именуется артиллерийской батареей.

Пример подобного технологического регресса, когда коллапс механизации вызвал возвращение к тягловому скоту, можно найти в недавней истории. В начале 1960-х гг. после кубинской революции и превращения Кубы в сателлита СССР сельское хозяйство в стране преобразилось за счет поставок техники из СССР и стран Восточной Европы. Однако в 1989 г. социалистический блок рухнул, и коммунистическая Куба внезапно лишилась поставок углеводородного топлива и оборудования. Ее постигла полная остановка транспортной системы, механизированного сельского хозяйства и производства удобрений и агрохимикатов. Пришлось срочно возродить поголовье скота; чтобы заменить 40 000 тракторов, государство развернуло экстренную программу по разведению и подготовке к работе тяглового скота. Чтобы поля не запустели, Куба меньше чем за десять лет довела поголовье быков почти до 400 000 и возродила конское поголовье.

Вопреки распространенному мнению, равновесие движущемуся велосипеду, особенно на небольших скоростях, обеспечивает не только и не столько гироскопический эффект вращающихся колес.

Занятно, но и для современных электрокаров максимальный запас хода составляет примерно те же 150 км: технические усовершенствования батарей и электромоторов полностью нивелированы увеличением размера и веса машин, так что водители электромобилей и сегодня страдают от «батарейной тревоги».

Перевод К. Бальмонта.

Почему китайцы, придумавшие бумагу за 1000 лет до того, как она получила распространение в Европе, и печатавшие текст, вырезанный на деревянных блоках, не сделали еще один шаг к набору из подвижных литер, придуманному Гутенбергом? Причина, возможно, кроется в коренном различии между европейской и восточной письменностью. На Западе для письма используется небольшой набор букв, которые, сочетаясь в разной последовательности, передают звучание слов, китайский же письменный текст составляется из несравнимо большего числа сложных составных иероглифов, каждый из которых обозначает понятие или предмет. Комбинировать из немногих букв проще, и это способствовало появлению станка с подвижными литерами.

Предполагая делать в будущем новые оттиски текста, например переиздания важного научного сочинения, можно избавить себя от лишних хлопот и повторного составления набора из тысяч литер, сохранив макет страницы. Сами литеры слишком ценны, чтобы их можно было оставить в раме в виде готового набора, но можно сделать с набора гипсовую отливку и использовать ее как форму для выплавки из металла матрицы на целую страницу текста. Таково оригинальное значение слова «стереотип». Другое название стереотипной пластины — клише, — судя по всему, изображает звук, сопровождающий отливку, а использовать клише — значит обратиться к стереотипным блокам часто переиздаваемого текста.

Современная электроника пошла дальше и вместо энергоемких вакуумных ламп сегодня использует свойства полупроводниковых материалов: место демодуляторов с термоэлектронными клапанами заняли твердотельные диоды, а кремниевые транзисторы воспроизводят процессы, выполнявшиеся триодами. Квинтэссенция миниатюризации — смартфон в моем кармане — содержит миллиарды транзисторов, каждый из которых функционально идентичен тепло мерцающей вакуумной радиолампе.

Перевод Наталии Роговской.

Во второй половине XIX в. французский император Наполеон III устроил обед с алюминиевыми столовыми приборами, подав их вместо серебра, чтобы впечатлить самых почетных гостей. Причудливым образом это был одновременно самый распространенный и самый драгоценный металл на планете. Но с появлением подходящего флюса и началом промышленной выплавки методом электролиза алюминий от великолепия королевских обедов скатился к бесчестью пивных банок, миллионами выбрасываемых в мусор.

Начиная с 1930-х гг. ученые шли на шаг впереди природы, заполняя добавочные ряды внизу таблицы элементами, не существующими на Земле, но создаваемыми искусственно. Их атомные ядра настолько перегружены протонами и нейтронами и потому нестабильны, что почти немедленно распадаются, порождая всплеск радиации. Таким образом, человечество научилось не только создавать новые материалы — стекло из песка или сплавы различных металлов — или небывалые молекулы вроде органических полимеров и пластмасс, но и видоизменять сами химические элементы, воплотив в жизнь мечту алхимиков. При должном усердии цивилизация, которая пойдет по нашим стопам, тоже сможет этого достичь.

С помощью фотокамеры даже спустя миллионы лет после апокалипсиса можно будет показать, как выглядела предшествующая техническая цивилизация. На снимке ночного неба в области небесного экватора (90° к оси мира: см. главу 12), сделанном с выдержкой 1–2 минуты, все звезды из-за вращения Земли выглядят как плавно изогнутые штрихи. Но, разглядывая снимок, вы обнаружите кое-что весьма любопытное: вспышки света, которые нисколько не размазались. Эти объекты, как будто прибитые к небу, движутся ровно с той же скоростью, с какой вращается наша планета. Это рукотворные космические объекты, геостационарные спутники, опоясывающие Землю по экватору на такой высоте, чтобы период их обращения составлял ровно сутки, поэтому каждый такой спутник висит над одной и той же точкой земной поверхности и служит надежным ретранслятором связи. Орбиты геостационарных спутников стабильны, и еще долгое время после того, как наши города и другие творения человека рассыплются в пыль и уйдут в землю, эти объекты останутся памятником технической цивилизации, висящим в пустоте космоса и обнаруживаемым осведомленным наблюдателем.

Поскольку мы заговорили о химии серебра, стоит упомянуть еще одно его важное применение: для изготовления зеркал — предмета, не только угождающего тщеславию, но и незаменимого в роли важнейшего элемента мощных телескопов и навигационных секстантов. Щелочной раствор аммиака (см. главу 5) смешивают с нитратом серебра и небольшим объемом сахара и выливают на оборотную сторону чистой стеклянной пластины. Сахар восстанавливает серебро до металлической формы, и тем самым прямо на поверхность стекла наносится тонкий блестящий слой металла.

Согласно современной химической номенклатуре, морская соль (хлорид натрия) и кальцинированная сода (карбонат натрия) — соли одного и того же основания, гидроксида натрия, в обиходе называемого каустической содой.

В начале XIX в. токсичные отходы просто вывозились на свалку: груды черного пепла, нерастворимого сернистого кальция, громоздились на полях, окружающих фабрики по производству соды, а из фабричных труб поднимались в небо клубы хлороводорода, губившего окрестную растительность. В 1863 г. английский парламент принял Закон о щелочах, запретивший выбрасывать хлороводород в атмосферу: это был первый в новой истории закон, охраняющий чистоту воздуха. В ответ производители соды стали собирать этот водорастворимый газ, распыляя воду в дымовых трубах, и сливать образовавшуюся соляную кислоту в ближайшие реки, ловко обходя закон и загрязняя уже не воздух, а воду!

Параллельные улицы прямоугольно спланированного Манхэттена проложены под углом 30° к направлению на небесный север, и дважды в год (в конце мая и в середине июля) Манхэттен превращается в гигантский обитаемый Стоунхендж, где солнце опускается за горизонт точно посередине каждой из похожих на ущелья улиц.

Если вам нужно это доказать, есть способ продемонстрировать, что перемещение солнца по дневному небу и вращение звездного полога ночью вызваны не их собственным, а нашим движением. Подвесьте груз на длинной бечевке в помещении, защищенном от ветра, и аккуратно раскачайте его в одной плоскости, не допуская боковых отклонений. Мнимая линия, прочерчиваемая этим «маятником Фуко» по поверхности земли в течение суток, будет как бы поворачиваться на оси. Но маятник висит свободно, и никакая сила не вынуждает его отклоняться: на самом деле он качается в одном направлении, а вот Земля под ним сдвигается.

Механические часы впервые стали применяться в конце XIII в. в монастырях: бой этих часов призывал братию на молитву. В сущности, основная конструкция механических часов сложилась на 100 с лишним лет раньше появления циферблата и стрелок (вернее, стрелки, поскольку минутная появилась спустя три века после часовой): первые механические хронометры не умели показывать время, это были хитроумные автоматы для битья в колокола (и английское слово clock, «часы», происходит от кельтского названия колокола).

Любые часы — это, в сущности, прибор для подсчета колебаний какого-то равномерного процесса с наглядным отображением счета. Современные часы работают по тому же принципу, только они используют физические явления с более точным ритмом и гораздо быстрее протекающие: электронные часы подсчитывают электрические колебания кварцевого генератора, а атомные часы — сверхвысокочастотные колебания облака цезия.

Хотя на самом деле день будет немного длиннее, так как утром и вечером из-за преломления солнечного света в атмосфере бывает период сумерек.

Как можно доказать, что Земля обращается вокруг Солнца, а не наоборот (и, таким образом, лучшее место в центральной ложе Солнечной системы досталось не нам)? Для этого нужны всего лишь достаточно точные часы. Понаблюдав несколько ночей, вы заметите, что любая выбранная вами звезда каждый раз появляется на небе почти ровно на четыре минуты позже, чем прошлой ночью. Если бы Земля висела на одном месте и только вращалась вокруг своей оси, как юла, звезды бы являлись нашему взору каждую ночь в одно и то же время. Но в действительности положение Земли относительно звезд понемногу меняется, поэтому ей каждый раз нужно совершить чуть больше вращения, чтобы показать нам тот же вид ночного неба, что и вчера. Четыре минуты — это 1/365 часть суток: Земля покрыла еще один дневной переход на своем пути вокруг светила.

Вообще-то из наблюдений, собранных в первые десятилетия перезагрузки, вы увидите, что при 365-дневном календаре такие астрономические события постепенно сдвигаются на более поздние дни. Это подскажет вам, что год продолжается не ровно 365 дней, а чуть дольше. (Если задуматься, нет причин ожидать, что период обращения планеты вокруг Солнца будет без остатка кратен времени ее оборота вокруг собственной оси.) За 1460 лет выбранная вами веха пройдет вспять весь годовой круг и случится ровно в тот же день, с которого ее начали наблюдать. Так что относительно звездного задника Земля за 1460 лет накручивает 365 дополнительных суток. То есть каждый год набегает дополнительная четверть суток, которую нужно как-то учесть, иначе календарь станет неточным, разойдется с реальной сменой сезонов. Поэтому в 46 г. до н. э. Юлий Цезарь скорректировал календарь и ввел високосный год, чтобы календарные даты не расходились с природными.

На больших гидрографических судах нередко было по несколько хронометров, чтобы усреднить погрешность и всегда иметь в запасе исправный прибор. В 1831 г. бриг «Бигль» вышел в плавание с не более и не менее чем 22 хронометрами на борту: чтобы точно определять местоположение заморских земель (в том числе Галапагосских островов, наблюдение дикой природы которых вдохновило Чарльза Дарвина на создание его революционной теории).

Перевод А. Сергеева.

Не сомневаюсь, многие читатели этой книги удивлены тем, что не встретили здесь тем, которые считают важными. Я постарался по возможности включить сюда все знания, которые я полагаю безусловно необходимыми для перезагрузки цивилизации. Исправно функционирующую цивилизацию технологий можно воссоздать, не знакомясь с эволюционной теорией и ничего не зная о других планетах Солнечной системы, но нельзя это сделать, не умея эффективно удобрять поля или получать щелочи. Вместе с тем я с огромной охотой прочту ваши послания на сайт The-Knowledge.org о том, какое знание именно вам кажется безусловно необходимым для восстановления цивилизации из руин и почему.

Едва ли не единственными, кто не принял в полной мере метрическую систему, остаются США и Великобритания, где поныне в ходу устаревшие меры: мили на дорожных знаках и на спидометрах, пинты, которыми измеряют объем напитков в ресторанах и пабах. Причина, по которой Наполеон, созывая для стимуляции повсеместного внедрения метрической системы конгресс 1798 г., обошел англоговорящие страны, была в том, что совсем незадолго до того англичане в битве при Абукире потопили французский флот, — так что их на вечеринку не пригласили.

На самом деле исторически рассуждение двигалось иным путем: в XVII в. ученые предложили использовать в качестве эталона длины маятник с полупериодом в секунду. Именно поэтому слово «метр» означает еще и ритм в поэзии и музыке. Предложение, однако, отвергли, остановившись на альтернативном — вывести эталон из соотношений размеров Земли, — потому что на ритм маятника влияет локальная динамика гравитационного поля.

Строго говоря, процесс кипения зависит от ряда внешних факторов — например, на образование пузырьков влияет гладкость стенок сосуда, поэтому более постоянным и надежным стандартом служит температура насыщенного облака водяного пара при атмосферном давлении.

Математика — одна из тем, не затронутых нами сколько-нибудь глубоко. Вычисления, безусловно, необходимы для инженерного дела и конструирования, также математика служит языком, на котором формулируются физические законы, но для объяснения общих научных принципов, охваченных в этой книге, она не нужна.

Еще от автора Льюис Дартнелл

Льюис Дартнелл

Происхождение. Как Земля создала нас

Мы часто рассуждаем о роли личности в истории, о революциях и изобретениях, но редко задумываемся о том, какую роль в биографии нашего вида сыграла естественная среда: климат, рельеф, биоразнообразие. Так, Льюис Дартнелл утверждает, что эволюцию человека в Восточной Африке подталкивали геологические процессы, демократия в Древней Греции зародилась благодаря обилию горных ландшафтов, а поведение избирателей в Соединенных Штатах до сих пор определяют границы древнего моря. Автор убежден, что история человечества – это история Земли, тектонических процессов, изменения климата, океанских и воздушных течений. Как связаны Гималаи, орбита Земли и образование Британских островов? Это станет ясно, если заглянуть в прошлое планеты, отстоящее от сегодняшнего дня на миллиарды лет.