* * *
Человечество умело пользоваться разнообразными источниками энергии и до промышленной революции. Люди жгли дерево, чтобы плавить металл, обогревать дома и печь хлеб. Парусные суда эксплуатировали силу ветра, чтобы плыть к далеким берегам, водяные мельницы перехватывали течение реки и заставляли его молоть зерно. Но у таких источников есть очевидные ограничения и изъяны. Не всюду растут деревья, ветер дует, когда ему вздумается, а не когда тебе нужно, от реки польза только тем, кто живет на берегу.
Еще большую проблему представляло неумение превращать один вид энергии в другой. Люди могли «оседлать» движение ветра и воды, заставить его двигать корабли и жернова, но с помощью этой энергии не получалось подогревать воду или плавить железо. И наоборот, тепловую энергию горящего дерева люди не умели направить на движение жернова. Человек располагал только одной машиной, способной к превращению энергии, — собственным телом. В естественном процессе метаболизма организмы людей и животных сжигают органическое топливо — пищу — и превращают высвобожденную энергию в мышечное движение. Люди и животные могли есть пшеницу и мясо, сжигать находящиеся в их составе углеводороды и жиры и использовать энергию, чтобы тащить повозку или пахать поле.
А поскольку тела людей и животных были единственными устройствами, способными превращать энергию, практически любая человеческая деятельность зависела от мускульной силы. Человеческие мускулы строили дома и сколачивали повозки, мышцы быка пахали поле, мышцы коня перевозили товары. Энергия, которой питались эти органические мускульные машины, происходила из одного-единственного источника — из растений. Растения же получают энергию от Солнца. В процессе фотосинтеза они накапливают солнечную энергию и «складируют» ее в органических соединениях. На протяжении почти всей истории все, что люди делали, они совершали за счет солнечной энергии, накопленной растениями и конвертированной в мускульную.
Соответственно, человеческая история подчинялась двум природным циклам: жизненному циклу растений и циклу солнечной энергии (день-ночь, зима-лето). Когда солнечного света недоставало и пшеница еще только зеленела, у людей было мало энергии. Амбары почти пусты, сборщики налогов уже выжали все, что могли, солдаты еле шевелятся, так что не до сражений, и цари соблюдают мир. Когда же солнце пригревало и созревала пшеница, крестьяне собирали урожай и наполняли амбары. Являлись за податью сборщики налогов. Солдаты принимались упражняться и точить мечи. Цари собирали советы и планировали походы. Все наполнялись энергией Солнца, полученной из пшеницы, риса или картофеля.
СЕКРЕТ РОДОМ С КУХНИ
Все эти долгие тысячелетия люди ежедневно видели ключ к величайшему открытию в области получения и превращения энергии — но не замечали его. А он был у них перед самым носом: каждый раз, когда хозяйка или слуга ставили на огонь чайник или горшок с картошкой, как только вода закипала, крышка чайника или горшка начинала прыгать. Тепло превращалось в движение. Но эти скачущие крышки казались лишь досадной помехой, особенно если забыть горшок на плите: вода выкипит. Быть может, неведомая миру служанка, оттирая плиту, восклицала: «Будь этот горшок побольше, он бы и карету с места сдвинул!» Но кто же слушает слова глупой служанки — да и у нее самой полно дел, некогда о локомотивах думать.
Первый опыт превращения тепловой энергии в движение — изобретение пороха в Китае в IX веке. Поначалу идея использовать порох для придачи ускорения снаряду никому и в голову не приходила, настолько это выглядело противоестественно. Столетиями порох использовался для забавы, в петардах. Но в конце концов — может, после того как некий специалист по петардам принялся дробить порох в ступе и при взрыве ему в лицо полетел пестик — появилось и огнестрельное оружие. От изобретения пороха до развития эффективной артиллерии прошло примерно 600 лет.
Но и тогда идея превратить тепло в движение казалась столь нелепой, что понадобилось еще 300 лет, чтобы люди придумали очередную машину, которая использовала тепло, чтобы приводить в движение механизмы. Новая технология зародилась на угольных шахтах Великобритании. По мере того как население острова росло, леса вырубали для «отопления» развивающейся экономики и освобождения места для домов и полей. Дров стало не хватать, вместо них научились использовать уголь. Многие угольные пласты находятся в заболоченных районах. Шахты заливало, и шахтеры не могли добраться до нижнего уровня. Эта проблема требовала решения, и около 1700 года оно было найдено: из британских шахт донесся неведомый прежде гул. Этот далекий гул стал предвестием промышленной революции: поначалу глухой, он становился с каждым десятилетием все громче, пока мир не погрузился в оглушительную какофонию, — гул паровых двигателей.
Существует много разновидностей паровых двигателей, но принцип у них один: сжигаемое топливо (например, уголь) выделяет тепло, за счет этого тепла доводится до кипения вода, и появляется пар. Пар, расширяясь, давит на клапан. Клапан сдвигается с места и заодно двигает все, что с ним соединено. Так тепло преображается в движение. В XVIII века английские инженеры подсоединили к клапану помпу, которая откачивала воду со дна шахты. Первые паровые двигатели были чудовищно неэффективными. Приходилось жечь горы угля, чтобы откачать хоть немного воды. Но угля в шахте полным-полно, а потому всех всё устраивало.
В следующие десятилетия английские предприниматели добились усовершенствования двигателя: извлекли его из шахты и подсоединили к ткацкому станку. Это преобразило текстильную отрасль, обеспечив возможность в огромных количествах производить дешевые ткани. В мгновение ока Англия сделалась главной мастерской мира. Но важнее другое: с выходом парового двигателя из шахты на поверхность рухнул психологический барьер. Если, сжигая уголь, удается привести в движение челнок, то ведь так можно привести в движение все, что угодно? Транспорт, например?
В 1825 году английский инженер подсоединил паровой двигатель к цепочке груженных углем вагонов. Паровоз протащил вагоны по рельсам почти 20 километров от шахты до ближайшего порта. Это был первый в истории поезд. Но если пар везет уголь, то повезет и другие товары. А почему не людей? 15 сентября 1830 года открылась первая коммерческая железная дорога из Ливерпуля в Манчестер. Поезда влекла та же сила пара, которая прежде откачивала воду и толкала челнок. Не прошло и двадцати лет, а протяженность железных дорог в Британии насчитывала уже многие десятки тысяч километров
[92].
Машины, двигатели, способные превращать один вид энергии в другой, завладели умами. Оказывается, любой вид энергии где бы то ни было можно использовать для наших нужд, если придумать правильный механизм извлечения и конвертации энергии.
Например, когда физики поняли, сколь невероятное количество энергии заключено в атоме, они тут же задались вопросом, как высвободить эту энергию и как ее использовать, чтобы получать электричество, управлять подводными лодками и стирать с лица земли города. С той поры, как китайские алхимики изобрели порох, и до того, как турецкие пушки обратили в прах стены Константинополя, прошло целых 600 лет — и всего сорок лет от доказательства Эйнштейном возможности превращения любой массы в энергию (именно это подразумевает формула E=mc2) до взрыва атомных бомб, уничтоживших Хиросиму и Нагасаки. Вскоре атомные электростанции стали появляться по всему земному шару.
