Алхимия и жизнь. Как люди и материалы меняли друг друга

После успешного внедрения стандартов частоты для радиопередатчиков Мэррисон придумал еще одно новшество. Вместо того чтобы использовать колебания кристалла для подачи четкого радиосигнала, он заставлял кристалл колебаться с определенной частотой и отмерял время, подсчитывая количество колебаний. Такой способ подсчета и стал «линейкой» [33] для времени. С этой мыслью Мэррисон заставил колебаться природный кварц. Придав кристаллу форму бублика, он сумел добиться колебательных движений вверх-вниз, как у мембраны барабана. Такой кварц колебался сто тысяч раз в секунду, и эти колебания подсчитывались для измерения времени. Это было возможно благодаря малоизвестному свойству кварца. Его «танец с электричеством» вызван странным феноменом – пьезоэлектричеством.

33

Warren A. Marrison, "Some Facts About Frequency Measurements," Bell Labs Record 6, no. 6, 386.

Пьезоэлектричество открыли Пьер и Жак Кюри в 1880 г., в Париже. Молодые, чуть за двадцать, они стремились сделать себе имя в чрезвычайно популярной сфере научных исследований – минералогии. В то время многие другие ученые выкапывали из земли камни, изучали их и классифицировали по цвету, прозрачности и количеству граней. Братья Кюри не хотели останавливаться на этом и изучали свойства камней в разных условиях. Пьера завораживала симметрия геометрических форм, особенно в минералах. Кварц не имеет простой симметрии других кристаллов – например, алмазов или соли. Грани на одной стороне кристалла кварца не соответствовали аналогичным граням на другой стороне. То есть структура атомов в кристалле не имела зеркальной симметрии, следовательно, могли проявиться такие физические свойства, которые обычно гасились такой симметрией. Зная об этом, они сделали то, что пробовал мало кто из минералогов: сжали кристалл, чтобы посмотреть, что произойдет. После нескольких поворотов ручки губки тисков сжались, и Пьер с Жаком обнаружили нечто странное. Удивительным образом на гранях кристалла вдруг появился небольшой электрический заряд. Братья Кюри обнаружили, что кварц является пьезоэлектриком.

Спустя несколько десятилетий Мэррисон вернулся к необычным свойствам кварца; он придал маленькому кристаллу форму бублика и подверг действию переменного тока. От этого кристалл завибрировал. Его колебания можно было сосчитать и использовать для измерения времени. Но, точно так же, как и желе в вазочке, заставить кварц вибрировать с нужной частотой было непросто.

К 1927 г. Мэррисону пришлось изучить все свойства кварца. Результаты пригодились на следующей стадии работы – при создании электрических сигналов, которыми от кварца можно было добиться стабильных колебаний. Вибрации окружали Мэррисона всю жизнь – в дрожании стен от проходивших поездов, в окружавшем его в юности жужжании пчел, даже в собственном звучном голосе; и он приручил вибрации в кристаллах, чтобы с их помощью измерять время. К концу 1927 г. Мэррисону удалось создать кварцевые часы. В них использовалось кварцевое кольцо толщиной в один дюйм (2,5 см) и диаметром в несколько дюймов. Часы произвели фурор, и теперь жители Нью-Йорка могли узнать точное время, набрав номер ME7–1212 [34] . Спустя примерно десятилетие желающие взглянуть на часы плотными рядами шли, почти не обращая внимания друг на друга, к витрине на углу Фултон-стрит, что на Манхэттене.

34

The World's Most Accurate Public Clock (pamphlet) (New York: American Telephone and Telegraph, 1941), 1. ATT.

К тому времени, как ньюйоркцы стали приходить к часам Мэррисона, представление о дробном сне осталось лишь в воспоминаниях. Произошел переход от природных и биологических ориентиров к определению времени по часам. До того, как жизнью стали управлять часы, обычай сегментированного сна существовал во всем мире и практиковался на нескольких континентах. И хотя в этих культурах спали по-разному, их объединяла традиция дробить сон на несколько частей. Так как дробный сон был повсеместным, возникает вопрос: насколько он соответствует природе человека? Антрополог Мэтью Вольф-Мейер, автор книги «Дремлющие массы» (The Slumbering Masses), утверждает, что люди – «единственный биологический вид [35] с консолидированным сном». Исследователи обнаружили, что люди, живущие в индустриализированных культурах и привыкшие строить жизнь по часам, могут вернуться к сегментированному сну. Психиатр Томас Вер в эксперименте Национальных институтов здравоохранения США ежедневно в течение месяца погружал семерых мужчин [36] в темноту на четырнадцать часов в день. К концу экспериментального периода участники опыта спали по четыре часа, а в перерывах между периодами сна находились в состоянии дремы. Некоторые исследователи и историки считают, что ряд современных расстройств сна, особенно таких, для которых характерно пробуждение в середине ночи и неспособность сразу заснуть, восходят к обычному когда-то дробному сну. Роджер Икирч, профессор истории в Политехническом университете Вирджинии и автор книги «На склоне дня» (At Day's Close), считает, что это может быть «отголоском мощного эха того древнего режима сна [37] ». Очевидно, в нашей дреме обнаруживает себя борьба между естественным временем и искусственным, на часах. Наше внутреннее ощущение, что пора спать, противоречит тому, что диктуют механические часы.

35

Мэтью Вольф-Мейер, интервью, взятое автором 2 мая 2016 г.

36

Thomas A. Wehr, "In Short Photoperiods, Human Sleep Is Biphasic," Journal of sleep research 1, no. 2 (1992), 103–107. 15

37

Икирч, телефонное интервью.

Казалось бы, мы должны спать лучше своих предков. Но от пятидесяти до семидесяти миллионов американцев страдают от расстройств сна или недосыпа [38] . Почти каждый восьмой американец, испытывающий проблемы со сном, прибегает к снотворным [39] . Каждому шестому диагностировали нарушение сна. Национальный фонд сна заклинает нас спать как минимум семь часов без перерыва, но большинству американцев удается только шесть. Причина плохого сна не в кроватях. «Условия для сна у нас сейчас лучше, чем когда-либо в истории [40] », – говорит историк Роджер Икирч. Кажется, плохой сон – это цена нашей неспособности жить без часов.

38

Bruce M. Altevogt and Harvey R. Colten, ed. Sleep Disorders and Sleep Deprivation: An Unmet Public Health Problem (Washington, DC: National Academies Press, 2006), 1.

39

Yinong Chong, Cheryl D Fryer, and Qiuping Gu, "Prescription Sleep Aid Use among Adults: United States, 2005–2010," NCHS Data Brief, no. 127 (2013): 1–8.

40

Икирч, телефонное интервью.

Сон – биологическая необходимость. В 1983 г. ученые наглядно доказали этот факт. Группа ученых во главе с Аланом Рехтшаффеном продемонстрировала в лабораторном эксперименте, как отсутствие сна сказывается на крысах [41] . В этом исследовании крысам не давали заснуть, что вызвало ряд медицинских проблем – от слабости и потери равновесия до снижения веса и отказа органов. Крысы умирали в промежутке между четырнадцатым и двадцать первым днем. А в человеческом организме отсутствие сна вызывает ухудшение деятельности мозга [42] , ожирение и психологические проблемы.

41

Allan Rechtschaffen et al., "Physiological Correlates of Prolonged Sleep Deprivation in Rats," Science 221, no. 4606 (1983): 182–184.

42

Michael A. Grandner et al., "Problems Associated with Short Sleep: Bridging the Gap between Laboratory and Epidemiological Studies," Sleep Medicine Reviews 14, no. 4 (2010): 239–247.

Культурные нормы также влияют на сон. В некоторых странах привычка вздремнуть, сиеста, полуденный перерыв, а также манера клевать носом на людях глубоко интегрированы в социальные обычаи. Американцы же переутомляются, но все равно отказываются тратить время на то, чтобы вздремнуть, – и все из-за нашего пуританского наследия. Для того чтобы общество считало нормальным, если человек выпадает из времени на короткий сон или отдых, у такого обычая должен появиться авторитетный поборник. И хотя вздремнуть любили и Эдисон, и Черчилль, и Эйнштейн, сонные работники предпочитают заправляться кофеином. Конечно же, решение поспать – это добровольный выбор. И он требует лучшего понимания наших отношений со временем.

На протяжении всей своей истории человечество стремилось создать как можно более точные часы, но где-то на пути к этой цели мы разучились спать. В основе нашей дилеммы со сном лежит культурное восприятие времени. Часы – это линейка. И много поколений людей пытались делать часы все точнее и точнее, чтобы мы могли координировать свои взаимодействия в течение дня. Впрочем, в погоне за точностью часов мы забыли о самом времени. Такая работа началась примерно тогда, когда вела свой бизнес Рут Бельвиль. В другой части Европы ее товар, то есть время, рассматривали под микроскопом.

Альберт и Луи

Единый хронометраж всегда требовался и в офисной работе, и в повседневных делах, но для крупнейшей отрасли тех дней – железных дорог – он становился насущной потребностью. Синхронизированные часы обеспечивали прибытие локомотивов точно по расписанию, что уменьшало количество аварий и гарантировало пассажирам безопасность.

В 1905 г. в патентное бюро швейцарского города Берн поступило немалое количество заявок на изобретения, связанные со способами синхронизации часов [43] , в частности для железных дорог. Чтобы воплотить идею в реальность, увлеченные делом изобретатели пытались понять, как установить одинаковое точное время на двух удаленных друг от друга часах. Решение этой задачи было вопросом жизни и смерти для пассажиров, а для изобретателя от этого зависело, будет ли он прозябать в безвестности или разбогатеет. Проверку надежности предлагаемых проектов поручили малоизвестному двадцатишестилетнему патентному эксперту, чья работа состояла в отсеивании заявок – он скрупулезно рассматривал, являются ли изобретения уникальными, хорошо ли продуманы и реально ли их воплощение [44] . Усилия служащего патентного бюро могли кануть в вечность, не будь его имя Альберт Эйнштейн.

43

Peter Galison, Einstein's Clocks and Poincare's Maps: Empires of Time (W. W. Norton, 2004), 248.

44

Питер Галисон, интервью, взятое автором по скайпу 2 мая 2016 г.

Эйнштейн был не по годам умным юношей, который не жаловал субординацию и дисциплину. Он предпочитал работать в одиночку, так что не слишком преуспел в учебе. Завершив образование с сертификатом преподавателя математики, он попытался получить должность в университете, но лучшим местом, которое ему удалось найти, оказалось патентное бюро. В среде обитателей академической башни из слоновой кости патентное бюро считалось местом для ученых-неудачников. Никто из коллег в Эйнштейне не видел Эйнштейна.

Однако скромная должность Эйнштейна в патентном бюро стала подарком для человечества, поскольку открывала ему простор для размышлений; его пытливому уму будто предоставили спортзал для регулярных упражнений, и гений Эйнштейна расцвел. В течение дня он работал над решением практических задач, а по ночам дома корпел над собственными теориями. Два независимых занятия шли на пользу одно другому и оттачивали его умение просто объяснять сложные вещи.

Измерение времени во всем мире всегда стимулировали железные дороги, и к 1905 г., когда Эйнштейн размышлял над этим вопросом, решающий шаг к окончательному переходу человечества от естественного времени к тому, что на часах, уже состоялся. Это произошло в США 18 ноября 1883 г. В тот день было два полудня. Колокола отзвонили двенадцать раз в церкви Св. Павла около Уолл-стрит в городе Нью-Йорке. А затем четырьмя минутами позже [45] раздалось еще двенадцать ударов. Это и был день, когда в США ввели стандартное время и часовые пояса, и время стали отсчитывать от среднего по Гринвичу в Англии. Колокола возвестили о кончине местного времени и рождении всемирной системы часовых поясов для всех взаимодействий.

45

"Time's Backward Flight," The New York Times, November 18, 1883, 3.