/
Tags: журнал журнал домашняя лаборатория
Year: 2011
Text
ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ
f|P60PRT0PUR
ОКТЯБРЬ 2011
Д ОМАШ НЯЯ
ЛАБОРАТОРИЯ
Научно-прикладной
и образовательный
интернет-журнал
Адрес редакции:
domlab@inbox.com
Статьи для журнала
направлять , указывая в теме
письма «For journal».
Журнал содержит материалы
найденные в Интернет или
написанные для Интернет.
Журнал является полностью
некоммерческим. Никакие
гонорары авторам статей не
выплачиваются и никакие
оплаты за рекламу не
принимаются .
Явные рекламные объявления
не принимаются, но скрытая
реклама, содержащаяся в
статьях, допускается и даже
приветствуется.
Редакция занимается только
оформительской
деятельностью и никакой
ответственности за содержание статей
не несет.
Статьи редактируются, но
орфография статей является
делом их авторов.
При использовании
материалов этого журнала, ссылка
на него не является
обязательной , но желательной.
Никакие претензии за
невольный ущерб авторам,
заимствованных в Интернет
статей и произведений, не
принимаются. Произведенный
ущерб считается
компенсированным рекламой авторов и
их произведений.
По всем спорным вопросам
следует обращаться лично в
соответствующие учреждения провинции
Свободное государство (ЮАР).
При себе иметь, заверенные
местным нотариусом, копии всех
необходимых документов на
африкаанс, в том числе,
свидетельства о рождении, диплома об
образовании, справки с места
жительства, справки о здоровье
и справки об авторских правах
(в 2-х экземплярах).
ОКТЯБРЬ 2011
СОДЕРЖАНИЕ
История
Краткая история средневековья (окончание) 3
Мир многих миров 4 6
Геном человека (окончание) 122
Мертвое прошлое 179
До скорого! 219
Как почистить сканы книг 232
Изготовление реактивов (продолжение) 244
Автоматическая система управления 251
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Использование компьютерных моделей 256
Английский для химиков (продолжение) 262
Невероятный симбиоз 319
Ножевые и инструментальные стали 324
Фотогалерея 359
От редакции 360
НА ОБЛОЖКЕ
Где-то там наша Вселенная. Рисунок к статье «Мир
многих миров». Любая теория является только каким-то
приближением к истине. И теория Большого взрыва
тоже. С еще одной космологической теорией можно
ознакомиться в этой публикации.
История
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ СРЕДНЕВЕКОВЬЯ
Проспер Буассонад
БУРНЫЙ КОНЕЦ (ВЕК РЕВОЛЮЦИЙ)
ГЛАВА 1
Политические, общественные и демографические трудности позднего
Средневековья, зарождение национальной экономики (1340-1454).
В последнее столетие Средних веков - от начала и до конца Столетней войны -
в долгих и тяжелых родовых муках рождалась новая Европа. Повсюду, от Запада
до Востока, различные народы сталкивались один с другим и становились сильнее
от этой жестокой борьбы. На Востоке и Юго-востоке азиатское варварство снова
перешло в наступление на христианский мир и подчинило своей власти
значительную часть Восточной Европы. Гражданские и религиозные войны увеличивали
беспорядок и прибавляли свои бедствия к тем, которые были созданы конфликтами
между народами и расами. В это же время прежние политические и социальные
силы потеряли свою мощь. Церковь, развращенная богатством и ослабленная
ересями, эгоистично отгородилась от остального мира, смирилась с ролью паразита,
отказалась от роли авангарда христианского общества и перестала продвигать
экономику по пути прогресса1. Повсюду становилось заметнее, что феодализм все
больше утрачивает качества, необходимые в искусстве управления страной, и
способен лишь постоянно возрождать анархию и продлевать ее существование. Он
потерял свой престиж в битвах при Креси (134 6), Пуатье (1356), Никополе
(1396) и Азенкуре (1415) и в Гуситских войнах (1420-1433). Феодалы стали
всего лишь придворными аристократами, которые состояли на службе у правителей
своих стран и жили лишь за счет эксплуатации своих арендаторов или, что еще
хуже, за счет грабежа и разбоя.
Городская буржуазия, которая становилась все сильнее в Нидерландах и в
Центральной и Северной Италии в XIV в. ив Германии до конца XV в., имела больше
политического ума. Но муниципальные правительства уже были не в состоянии
обеспечить одинаковую безопасность всем различным социальным группам, которые
находились под их защитой. Более того, патриотизм по отношению к родной
коммуне был ослаблен социальной борьбой, которую теперь ничто не сдерживало.
Горизонт городской жизни сузился, и коммуны, которые в предыдущий период были
знаменосцами освобождения и прогресса, стали, в конце концов, сторонницами
партикуляризма и тирании в области экономики. Склонностью к охране своих
исключительных привилегий и монополий и к чрезмерному регулированию они
противостояли развитию новых, более крупных обществ.
Вместо умирающей старой феодальной экономики, и на более высоком уровне,
чем приходившая в упадок городская, была создана и стала развиваться
экономика национальная. Ее каркасом были монархические государства, в которые
постепенно превратились прежние местные суверенные владения. Неуверенно и медленно
нащупывая свой путь, государство под влиянием норм римского права и под
давлением необходимости осознавало, особенно на Западе, свои права и обязанности
по отношению к обществу. В Нидерландах, Франции, Италии, Испании, Англии, а
иногда и в других частях Европы верховные правители имели определенную
экономическую политику и проводили ее в жизнь не всегда последовательно, но с
каждым днем все более активно. Их власть и престиж часто зависели от того, как
они это делали. Итальянские правители, бургундские герцоги и некоторые
французские короли из династии Валуа, например Карл V, заслужили часть своей
популярности и завоевали часть своего могущества именно этими мерами. Целью
этой политики было увеличение богатства страны, расширение всех видов
коммерческих предприятий и удовлетворение нужд народа. Она должна была поддерживать
нужное соотношение между производством и потреблением, стимулировать первое и
обеспечивать потребности второго. Чтобы осуществить эти цели, королевская
власть пыталась создать централизованные учреждения, опираться на поддержку
среднего класса, подчинить себе церковь, феодальную аристократию и коммуны и
лишить их экономических привилегий или поставить под свой контроль. Она не
только пыталась поддержать или восстановить порядок и общественное спокойст-
На Руси православная церковь стала главной силой, способствовавшей сохранению
национального наследия, консолидации сил, разгрому монголо-татар на реке Воже (1378),
в грандиозной Куликовской битве (1380) и, в конечном счете, свержению ненавистного
ига (1480).
вие, создавая административный аппарат, суды, финансы и регулярные армии, но
и вмешивалась - когда с большим, когда с меньшим постоянством; иногда с более
удачными, иногда с менее удачными результатами - в организацию производства и
в отношения между трудовыми сословиями.
Эта власть оказывала поддержку освоению новых земель, работам по
строительству плотин и набережных и осушению земель и истреблению диких зверей,
примеры чему можно найти в истории Испании, Италии, Нидерландов, Франции и
Португалии. Она старалась сохранить воды, леса и иные природные богатства своих
стран с помощью законодательства, которое препятствовало их расточительной
эксплуатации, поощряла расчистку пустошей и привлекала переселенцев. В одних
случаях, например в Испании, она пыталась развить скотоводство, а в других -
выращивание высокоурожайных культур, например риса в Италии; и везде она
поощряла выращивание зерновых культур. В Нидерландах правители из Бургундского
герцогского дома создали благоприятные условия для развития промышленности в
сельской местности и защищали эту промышленность от не желавших относиться к
ней терпимо городов. Государи стран заботились о том, чтобы постоянно иметь в
сельских округах большой резерв рабочих рук и низкие цены, и потому
становились на сторону землевладельцев против сельскохозяйственных наемных рабочих,
отвечая на бегство и требования этих рабочих увеличением налогов и
принудительными мерами. Но в то же время они оказывали поддержку освобождению
крепостных (например, в Испании) и почти всюду принимали достойные похвалы меры
против восстановления крепостного права.
Повсюду королевские законы запрещали налагать арест на плуги и рабочий скот
крестьянина, а иногда также и на семена и еду, необходимую ему, чтобы жить.
Часто эти законы временно освобождали земледельцев от налогов, чтобы побудить
их к труду. Монархическое государство старалось обеспечить массы сельских
жителей защитой от злоупотреблений его собственных чиновников и, прежде всего,
от произвола прежних феодальных властей. Французский король Карл V (Мудрый)
даже пошел в этом отношении так далеко, что разрешил крестьянам бить тех
королевских чиновников, которые попытаются бесплатно пользоваться своим правом
забирать у них телеги и сено для государственных надобностей. В Чехии Карл
IV2 объявил, что все крестьяне, пострадавшие от несправедливых требований
своих сеньоров, могут жаловаться непосредственно ему, а он гарантирует им
защиту. Королевская власть стала наблюдать за тем, чтобы налоги и трудовые
повинности крестьян не были чрезмерными. Она разрешила сельским жителям
требовать у господ возврата воровски отнятых общинных земель и обращаться к
королевскому правосудию за помощью против злоупотреблений со стороны феодалов.
Однако при этом королевская власть заботливо следила за тем, чтобы
привилегированные слои общества сохранили свои основные права. Ее экономическая
политика вовсе не была революционной. Как правило, эти меры были робкими и
нерешительными: так сильно эта власть желала сохранить нечто вроде непрочного
равновесия между различными группами своих подданных - между любовью к
традициям и любовью к прогрессу.
Те же принципы были приняты для зарождавшейся национальной экономики в
области промышленности и коммерции. Увеличить ресурсы государства, повышая
производительность мастерских и оборот промышленных товаров, чтобы усилить
власть центральных органов государства над торговыми и трудящимися слоями
общества, но в то же время помогать деятельности этих слоев и давать им
привилегии - вот какими были истинные мотивы действий верховных правителей. В
большинстве стран такие государи брали на себя инициативу в реорганизации или
2 Король Чехии Карл I (р. 1316, король в 1346-1378 гг.), ставший также императором
Священной Римской империи под именем Карла IV.
создании промышленности, поддерживали добычу полезных ископаемых и
строительства металлургических предприятий. Они приглашали из других стран
предпринимателей и рабочих, которые могли бы развить в их государстве новые отрасли
промышленности - например, производство шелковых тканей во Франции, тонких
сукон в Англии и тканей из смеси шелка и шерсти в Италии. Под их
покровительством были созданы мастерские по изготовлению изделий из стекла и фарфора и,
в первую очередь, художественные промыслы и производство предметов роскоши в
итальянских государствах, во Франции, в Нидерландах и Чехии. Монархическое
государство не полностью отнимало контроль над промышленностью у более старых
общественных сил, особенно у городов, но все больше ставило признание уставов
ремесленных объединений и ввод в действие указов экономического характера в
зависимость от подчинения своей власти. Иногда, чтобы обойти запреты
злоупотреблявших своими монопольными правами корпораций, оно объявляло свободу
занятия профессией, то есть разрешало любому знающему свое дело ремесленнику
"благонадежно заниматься трудом или торговлей", как объявил французский
король Иоанн II Добрый в своем указе 1351 г. , а Ричард II Английский в указе
1394 г. Но в другое время, после кризисов, королевская власть, напротив,
поощряла создание привилегированных корпораций, чтобы создать условия для
возрождения производства. Она даже стала присваивать себе право разрешать
ремесленникам работать независимо, вне корпорации, выдавая им для этого
королевские патенты на звание мастера. Она взяла под свой контроль весь мир рабочих,
свободных ремесел и клятвенных корпораций, регулировала структуру их
организаций и требования их дисциплины, осуществляла верховный надзор за их
администрацией и полицией, навязывала им своих наместников, когда ей это было
нужно, и налагала на них налоговые и военные обязанности. Как представительница
общегосударственных интересов, эта власть принуждала промышленность и
торговлю соблюдать правила производства и продажи, при необходимости вмешивалась в
их дела и запрещала объединения мастеров, сговор между владельцами
предприятий и монополии, а также союзы и братства рабочих и устанавливала
фиксированные зарплаты и цены. Таким образом, возник своего рода неосознанный
государственный социализм, который с каждым днем становился все сильнее и
проявления которого позже, уже в современную эпоху, усилились в огромной степени.
Королевская власть заботилась о прогрессе торговли ничуть не меньше, чем о
прогрессе производства, и усердно укрепляла, с большим или меньшим успехом,
позиции обеих этих отраслей. С помощью привилегий она поощряла создание
коммерческих союзов, благодаря чему объединились, например, во Франции оптовые
торговцы тканями и купцы, приезжавшие на реку Луару, в Англии возникли союзы
торговцев основным товаром и купцов-авантюристов, а в Германии - Ганзейский
союз3. Разрываясь между аристократическими предрассудками и национальными
интересами, государи иногда запрещали, а иногда (как делали короли из династии
Валуа) разрешали дворянам заниматься торговлей. Как правило, они настолько
хорошо осознавали, как сильно торговое сословие, что часто брали его в
союзники своего правительства. Они словно пытались разглядеть в полумраке
очертания своей экономической политики, но видели их еще смутно. Они понимали, что
мощная кредитная система необходима, и все же иногда, отступая перед
народными предрассудками и устаревшими требованиями канонического законодательства,
запрещали дачу денег взаймы под проценты, которую путали с ростовщичеством, и
периодически принимали суровые меры против евреев и ломбардцев.
Иногда некоторые из них - например, Карл V Французский, английские Планта-
генеты и герцоги Бургундские - догадывались, какие большие преимущества дает
3 В Ганзейский союз входили города не только Германии, но и других стран - от Брюгге
на западе, Бергена на севере до Великого Новгорода на востоке.
стабильная денежная система, но порой уступали обманчивым соблазнам старых
представлений о налогах, и пытались заработать на обесценивании денег; Иоанн
II Добрый сделал это восемнадцать раз за один год. Как правило, они пытались
добиться, чтобы в стране была в ходу лишь одна система денежных единиц,
помешать вывозу драгоценных металлов и валюты из своей страны, регулировать обмен
валют и внести немного порядка в хаотичную феодальную экономику. Они также
пытались, главным образом во Франции и Англии, в приказном порядке ввести
единую систему мер и весов. Они видели, что им нужно поддерживать в хорошем
состоянии и улучшать дороги, и сделали прокладку и ремонт дорог одной из
главных функций и привилегий центральной власти. Они создавали благоприятные
условия для судоходства внутри своей страны и оказывали поддержку компаниям,
занимавшимся речными перевозками, искореняли выраставшие у феодальных
сеньоров , словно сорняки, налоги на подданных; в умах этих государей возник первый
Замысел государственных магистральных дорог, а в Италии, Германии и Франции в
конце Средних веков возникли даже государственная почтовая служба и служба
пассажирских перевозок.
Королевская политика в области коммерции, проводившаяся нерешительно и
неопытными людьми, была движением на ощупь между запретами, защитными мерами,
привилегиями и монополиями, с одной стороны, и свободной конкуренцией - с
другой.
Государственное вмешательство в механизм торговли оставалось ограниченным
настолько, что вызывало раздражение, непоследовательным и противоречивым, но
все же имело одно достоинство: оно способствовало созданию и процветанию
рынков и ярмарок, торговых и военных флотов, открывало для купцов иностранные
рынки с помощью торговых договоров, привлекало иностранных торговцев и дало
толчок развитию плодотворных коммерческих связей.
Однако в те годы, когда всю Европу охватил социально-политический кризис, к
которому добавился и сильный демографический кризис, национальная экономика
не смогла дать весь тот урожай, на который была способна. Причиной второго
кризиса - нехватки населения - были большие войны, которые обескровили
христианский мир, нападения разбойничьих банд и крайности религиозного
фанатизма. В разоренных областях голод случался чаще, чем когда-либо раньше.
Особенно страшную память оставили о себе голодные 1343 г. в Австрии и 1351, 1359 и
1418 гг. во Франции. В последний из них в Париже погибло от голода 100 тысяч
человек, по двадцать или даже тридцать несчастных парижан сразу умирали от
голода на мусорных кучах, и волки приходили и ели их трупы. Землетрясения
колебали почву, и одно из них в 1347-1348 гг. уничтожило тридцать малых
поселков в Каринтии4; а в Нидерландах море с удвоенной силой возобновило свои
губительные атаки. Но самым худшим из всего были опустошительные эпидемии
проказы и тифа; все эти недуги свирепствовали среди народа, уже ослабленного
нуждой и горем.
Самая знаменитая из этих эпидемий, получившая название Черная смерть, была
вызвана бубонной чумой, занесенной из Азии; эта болезнь опустошила по очереди
все страны Европы с 1348 по 1350 г. и унесла в могилу две трети населения
Центральной Италии; треть или половину, а в некоторых случаях две трети
жителей Ломбардии, Северной Испании, Франции, Англии, Нидерландов и Германии и
половину или треть жителей Скандинавских и восточноевропейских стран.
Особенно жестоко пострадали города. Венеция потеряла две трети населения, Болонья
четыре пятых, Флоренция от 80 до 100 тысяч человек, остров Мальорка 30 тысяч,
Нарбон 30 тысяч, Париж более 50 тысяч, Страсбург и Базель по 14 тысяч человек
каждый, Вена 40 тысяч. В Сарагосе каждый день умирало по 300 человек, в
Каринтия - федеральная земля на юге Австрии.
Авиньоне по 400, в Париже по 800, в Лондоне по 200. Болезнь наносила все
новые удары то в одной местности, то в другой. Девять раз она возникала в
Италии, где уничтожила 4 тысячи крестьян в 1399 г., четыре раза в Испании с 1381
по 1444 г., шесть раз во Франции с 1361 по 1436 г., и ее последнее
возвращение стоило жизни 5 тысячам парижан. Она пять раз приходила в Англию с 1361 по
1391 г. , и есть данные, что в 1382 г. она уничтожила пятую часть населения
этой страны, в том числе 11 тысяч жителей Йорка. С 1363 по 1391 г. чума снова
пронеслась по Германии и Польше, и за один год от нее умерли 30 тысяч человек
во Вроцлаве, 20 тысяч в Кракове и от половины до двух третей жителей Силезии.
Для Европы это было бедствие, сравнимое с последней мировой войной5, а
возможно , даже большее. Насколько можно подсчитать, от этой эпидемии умерло от
24 до 25 миллионов человек. Она привела к такой нехватке рабочих рук, какой
ни разу не было прежде, а эта нехватка вызвала целый ряд тяжелейших
экономических и социальных кризисов, которые продолжались половину столетия. Труд
был дезорганизован, и к беспорядку, вызванному великими переменами в
устройстве государств и в обществе, добавился беспорядок, вызванный уменьшением
человеческих ресурсов и производительной силы европейских народов.
ГЛАВА 2
Преобразование и прогресс европейской торговли и
промышленности в конце Средних веков.
Несмотря на эти кризисы и "болезни роста", европейская коммерция продолжала
развиваться в последнее столетие Средневековья, что шло на пользу главным
образом тем государствам, которые меньше всего задел удар чумы, и тем, которые
быстрее остальных поднялись из руин, оставленных войнами и эпидемиями. Именно
тогда зародилась та структура, согласно которой позже была организована
коммерция в современном обществе. Несмотря на глубоко укоренившиеся предрассудки
относительно коммерции и предпринимательства, нужды потребления и роскоши, а
также увеличение прибылей от коммерческих операций стали мощными стимулами
для торговых государств и областей - Италии, юга Франции, Восточной Испании и
Португалии, Нидерландов и Германии.
Крупная международная торговля становилась все жизнеспособнее и
инициативнее. Ее структура стала сложнее, она все больше освобождалась от оков
городской экономики и занималась по преимуществу оптовыми операциями и поставкой
товаров по заказу. Были организованы новые, более или менее многочисленные
союзы, во многих случаях по принципу долевого участия. Иногда их коммерческая
деятельность имела узкие рамки, иногда они занимались сразу несколькими
видами торговли, иногда - даже банковской деятельностью и валютными операциями.
Они пришли на смену прежним гильдиям, структура которых была слишком жесткой,
и не позволяла им перейти с уровня местных или региональных сделок на более
широкий простор. Такими были английские компании, шесть купеческих корпораций
Парижа, флорентийские arti maggiori и, в первую очередь, флорентийская
гильдия Калимала, французская федерация торговцев тканями, английские компании
торговцев основным товаром и купцов-авантюристов, ганзы транспортников и
экспортных торговцев Франции, Германии и Пруссии. Самое знаменитое из таких
объединений, немецкий Ганзейский союз, в 1360 г. охватывал 52 города, а с 1450
по 1500 г. - от 80 до 90 городов.
5 Автор, умерший в 1935 г., имеет в виду Первую мировую войну, в которой погибло
около 10 миллионов человек.
Под влиянием именно этих крупных торговцев, занимавшихся экспортной
торговлей или транспортными перевозками, был усовершенствован механизм торговых
операций. Стало больше источников информации о таких операциях - руководств и
трактатов о коммерции, валютных операциях и юриспруденции, а также путевых
заметок. Возникла двойная бухгалтерия и система торговых марок, которые можно
было предоставлять кому-то и передавать. Крупная буржуазия наняла себе на
службу целую армию писцов, носильщиков, курьеров, комиссионеров, переводчиков
и гонцов. Ее представители создавали на местах своих деловых встреч, то есть
на биржах, великолепные особняки: такие здания до сих пор существуют в Генуе,
Венеции, Пальме, Валенсии, Брюгге. Эти крупнейшие коммерсанты имели своих
представителей при дворах государей и свой собственный суд, который был
быстрее, чем обычный. Они разработали специальное купеческое право, которое
заняло место канонического права, и было ближе, чем оно, к гражданскому
законодательству.
Крупная буржуазия работала над тем, чтобы улучшить пути сообщения.
Благодаря ее заботам старые дороги были отремонтированы, и в XV в. их длина была
равна 25 тысячам километров в одной только Франции. Теперь Запад был хорошо
обеспечен дорогами, и сообщение со Средиземноморьем через альпийские перевалы
стало надежным и удобным. В XIV в. обозы с товарами добирались из Парижа в
Неаполь через перевал Мон-Сени всего За тридцать пять дней. В Италии,
Нидерландах, Франции и Южной Германии были созданы службы перевозок и почтовые
службы. Речное судоходство организовывали крупные транспортные компании,
которые углубляли и размечали буями русла рек и создавали речные порты. В
Ломбардии были изобретены первые шлюзы с затворами, и был открыт первый
судоходный канал, соединивший Балтийское море с Эльбой. По одной только Луаре за год
перевозились товары общей стоимостью 9 миллионов франков.
Война6, конечно, подорвала жизненные силы французских ярмарок, особенно в
Шампани. Но другие ярмарки продолжали процветать в Италии, Швейцарии,
Германии и Испании, но прежде всего во Флоренции, где каждый год совершались
сделки на общую сумму 15 или 16 миллионов франков, а также в Женеве, Франкфурте и
Брюгге. Несмотря на хаос в таможенной системе и на большое число
сохранявшихся при тогдашнем общественном строе старых исключительных прав, отношение к
колониям иностранных купцов было уважительное и благосклонное. Государства
заключали между собой коммерческие соглашения. Во всех цивилизованных странах
распространялся денежный уклад экономики, и было подсчитано, что в то время
от 15 до 40 процентов всех коммерческих операций совершалось в денежной форме
и что в XV в. общая сумма денег, находившихся в обращении на Западе, достигла
миллиарда франков. Анархия в системе денежных единиц уменьшалась по мере
того, как распространялось использование крупных металлических и международных
монет, флоринов и итальянских дукатов, которые чеканились по единому и
неизменному стандарту.
Теперь стало очень мало желающих взять заем под залог или на короткий срок
под очень большие проценты, и доминирование ломбардцев и евреев в этой
области стало близиться к концу, когда monts de piete7 и народные банки, возникшие
в Италии и Германии, проделали брешь в их монополии. Повсюду распространились
менее обременительные виды кредита - например, займы на основе сотрудничества
с ограниченной ответственностью или совместные займы, а также ссуда под
товары или под оборотные ценные бумаги. Переводной вексель стал гибким средством
6 Столетняя война 1337-1453 гг.
7 Благотворительные фонды, выдававшие займы нуждающимся горожанам в обмен на ценную
вещь и при этом под умеренные проценты. Начальный капитал для фонда жертвовали
богатые христиане (фонд должен был противостоять ростовщикам-евреям).
коммерческого оборота денег, что позволило купцам и банкирам выполнять
коммерческие операции, не перевозя с места на место слитки золота и серебра, и
сделать мобильной стоимость подлежащих обмену товаров. В Италии и Германии
коммерсанты получали кредиты по ставке от 4 до 10 процентов, тогда как евреи
и ломбардцы запрашивали от 20 до 86 процентов. Мощные итальянские банковские
компании - флорентийские, сиенские, луккские, венецианские, ломбардские, пье-
монтские и генуэзские - покрыли Европу сетью своих контор и широко
распространили уже очень развитую банковскую систему, деятельность которой далеко
не ограничивалась одними обменными операциями, а постоянно охватывала все
новые области - взыскание налогов, предоставление займов коллективным или
индивидуальным заемщикам на основе договора, депозитные операции, операции с
текущими счетами, оплата долгов, учет векселей. Испанские, немецкие,
французские и фламандские банкиры объединились в союзы, созданные по подобию уже
существовавших в Италии. Возникли даже первые государственные банки в Венеции,
Генуе, Барселоне, Страсбурге, Нюрнберге, Франкфурте, Гамбурге и Аугсбурге.
Банк Сан-Джорджо в Генуе — один из старейших в
Европе . Он находился в этом здании в XV веке. Сам дворец
(палаццо) был построен в 1260 г.
Торговля деньгами окончательно стала одной из жизненно необходимых отраслей
европейской экономики.
Увеличились масштабы морской торговли, несмотря на препятствия, которые
создавала ей таможенная система, и на сохранившиеся пережитки прежней
феодальной экономики. Было упорядочено применение репрессалий, созданы морские
суды или суды адмиралтейства, ограничена выдача каперских свидетельств. Была
сделана попытка искоренить пиратство там, где оно было исконно местным злом,
организовывались конвои из боевых кораблей для сопровождения торговых флотов.
По примеру итальянских городов, в том числе Венеции, которая тогда имела 3300
кораблей и на них 36 тысяч моряков, западные государства строили свои флоты.
Барселона и Балеарские Острова имели 660 кораблей и судов и 30 тысяч моряков,
а Франция одно время держала на море 200 больших военных кораблей с 20
тысячами матросов.
Теперь коммерсанты стран Запада начали открывать мир. Наука о мореплавании
стала более совершенной, использование компаса стало повсеместным, морская
картография сделала шаг вперед благодаря трудам венецианцев, генуэзцев и
каталонцев. На Западе стало известно об огромных ресурсах Московии8,
Центральной и Восточной Азии. Итальянцы посылали своих торговых агентов даже в
далекий Судан. Испанцы и нормандцы в XIV в. исследовали берега Африки и открыли
Канарские острова9. Португальцы в XV в. открыли Сенегал, Азорские острова и
острова Зеленого Мыса, Конго и побережье Гвинеи, моряки из Дьепа добрались до
Берега Слоновой Кости, а бретонцы до Ньюфаундленда10. Это уже было начало
того великого движения, которое позже открыло Западу чудеса Индии и Нового
Света .
Главным центром мировой коммерции оставалось Средиземноморье, а главное
место в ней занимала Италия. Венеция сменила Византию11 в роли величайшего в
мире склада товаров, и венецианцы считались "хозяевами золота всего
христианского мира". В начале XV в. они каждый год ввозили с Востока товары общей
стоимостью 10 миллионов золотых дукатов; больше трети этого импорта поступало
из Индии, и только в Египте венецианцы закупали товаров на сумму равную
миллиону фунтов. Следующие после них места занимали жители других итальянских
государств - Генуи и Флоренции, которые торговали на Черном море и в
Архипелаге12 , в Западной Азии и Северной Африке, получая от этой торговли огромную
прибыль13. Помимо этого они вели торговлю и со странами Запада, где в XIV и
XV вв. они создали множество торговых контор в Лионе, Париже, Руане, Лондоне,
Брюгге, Антверпене и многих других городах. Торговали они также и с
удаленными странами Центральной и Восточной Европы. Рядом с итальянцами испанцы и
португальцы готовились к той великой роли, которую они позже сыграли в эпоху
географических открытий. Барселона, Парма и Валенсия соперничали за
главенство в торговле на Средиземном море и в Африке. Каталонцы, кастильцы, баски и
португальцы основали фактории на всех побережьях Атлантики от Ла-Рошели до
Брюгге и Лондона, а также внутри континентальной Европы.
Франция, где коммерция была разрушена Столетней войной, отставала, но
начиная со времени правления Карла VIII к ней вернулась ее удивительная жизненная
сила. Эта страна восстановила коммерческие связи со всеми странами Европы и,
благодаря Жаку Керу14, возобновила торговлю с Левантом. Даже Англия, наконец,
пробудилась от сна и, предчувствуя свою судьбу великой торговой страны, после
долгого упорного труда создала торговый морской флот, оборудовала свои порты
в Лондоне, Бристоле, Гулле (Халле) и Ньюкасле и стала развивать торговлю со
своими владениями в континентальной Европе (после 1453 г. остался только
город Кале), а также с Нидерландами, Германией и северными государствами.
Русского государства.
9 Канарские острова, открытые еще в античное время (карфагенянами и др.), вторично
были открыты итальянскими экспедициями 1312 и 1341 гг.
10 Ньюфаундленда и других земель в Северо-Восточной Америке начиная с около 1000 г.
достигали скандинавы из Гренландии.
11 После погрома 1204 г., организованного Венецией.
12 Островах Эгейского моря.
13 Значительную роль в этой торговле играла торговля рабами, прежде всего
пленниками, захваченными татарами на Руси и в землях Великого княжества Литовского (бывших
древнерусских).
14 Французский коммерсант, финансист и видный государственный деятель XV в.,
советник короля Франции Карла VII.
Нидерланды и Германия стали оспаривать у Италии господство над миром
коммерции. Первая из этих двух стран, пользуясь своим выгодным положением на
перекрестке больших международных торговых путей, почти монополизировала
перевозку товаров между севером и югом и востоком и центром Европы. Брюгге, центр
всей этой деятельности, соперничал с Венецией по мощи бурлившей в нем
торговой жизни и по красоте Зданий; в 1435 г. 100 кораблей приходили в его порт
каждый день, и он ослеплял весь мир своим богатством и великолепием.
Антверпен, благодаря своим льготам и расширению Шельды, начал процветать, перетянул
к себе всю торговлю Брабанта, а с 1442 г. стал угрозой для главенства Брюгге;
на севере Нидерландов порты Мидделбург, Фиссинген, Роттердам и Амстердам
заняли место старых торговых гаваней Хардвика и Дордрехта, подготовив путь для
будущих "морских перевозчиков".
Германия, где коммерческая жизнь развилась довольно поздно, благодаря
своему врожденному упорству сумела завоевать видное место среди коммерческих
стран. Она привлекла значительную часть европейской торговли на свои
сухопутные дороги и большие реки. На Рейне союз 60 речных городов создал флот из 600
кораблей; рейнские купцы так же, как фламандцы, богатели за счет организации
перевозок. Так было в "золотом городе" Страсбурге, Франкфурте-на-Майне и, в
первую очередь, в Кельне. Дунайские города, благодаря торговым связям с
Востоком, Италией и Левантом, достигли такого процветания, какого никогда не
имели раньше. Ульм ежегодно получал от этой торговли доход в полмиллиона
флоринов; еще более активные Аугсбург и Нюрнберг "держали весь мир в руках", как
слишком восторженно заявляла немецкая поговорка.
На севере, востоке и западе Тевтонская ганза создала себе настоящую империю
и заставила Германию повернуться лицом к морской торговле. Этот союз был
основан в 1241 г. как добровольное объединение нескольких торговых городов
Нижней Германии, главным из которых был Любек, а через полтора века объединял
около ста городов в четырех округах, называвшихся "кварталы", от Судет до
Балтики и от Шельды до великих озер России. Эта могущественная федерация,
которая имела четыре столицы - Кельн, Брауншвейг, Любек и Данциг и в которую
входили все главные торговые города Нидерландов, Германии и Восточной Европы,
в том числе Амстердам, Бремен, Гамбург, Магдебург, Штеттин, Бреслау,
Кенигсберг и Рига15, была настоящим купеческим государством. В ней были свои
законодательные собрания и генеральные ассамблеи, которые принимали и
обнародовали свои указы и постановления (recessen), свои налоги, казна, суды и даже
герб. Она вела активную, иногда даже высокомерную дипломатию, заключала
коммерческие договоры и добилась того, что ее флаг стал известен и уважаем
всюду. Она основала в России, Скандинавии, Польше и Фландрии свои фактории -
настоящие крепости с гарнизонами, а также создала товарные склады, при которых
жили торговцы - члены федерации или служащие (например, в Бергене их было две
или три тысячи), которые подчинялись строжайшей дисциплине и были полны
своеобразного непреклонного купеческого патриотизма. Ее торговый флот, моряки
которого были прекрасно обучены, был военным флотом, корабли которого
обеспечивали безопасность караванов и беспощадно боролись с пиратством.
Ганза стала суровой школой, в которой Германия обучала своих матросов и
исследователей. Она установила мир на северных морях, основала там первые
большие порты и добилась преобладания единообразного коммерческого
законодательства. Она пыталась установить единую систему мер и регулировать деятельность
бирж. Но ее идеалом было нечто вроде экономического империализма, грубого и
эгоистического, который не считался с интересами более слабых народов и все-
А также Великий Новгород, один из главных городов Ганзы (в Новгороде имелась
контора Ганзы, помимо него - в Бергене, Брюгге и Лондоне.
гда был готов растоптать их законные права, а в Бергене, Новгороде и Лондоне
стал для них разновидностью тирании. В этих городах ганзейцы старались
монополизировать всю торговлю и уничтожить национальную коммерцию Скандинавии,
России и Англии, чем вызвали к себе ненависть, которую ничто не могло
погасить .
Так Западная Европа, продолжая свой прежний труд, развивала торговлю
повсюду - на суше и на море, добавила к ее средиземноморскому направлению еще два
- атлантическое и в северных морях - и этим предвосхитила ту новую структуру
великих торговых путей, которая окончательно сложилась в современную эпоху.
Кроме того, ближе к концу Средних веков началась новая промышленная
революция, вызванная прогрессом кредитных операций, торговли и потребления. Повсюду
наряду с продолжавшей действовать - и широко распространенной, особенно в
местностях, где преобладало натуральное хозяйство, - мелкой промышленностью,
продукция которой производилась на дому у работников или в больших поместьях,
распространялась мелкая городская промышленность с мастерскими, свободными
ремесленными союзами и клятвенными корпорациями. Она неоспоримо
господствовала во всей Европе, особенно на Западе.
Но крупная промышленность, которая в предыдущем периоде начала свои
завоевания, в эту новую эпоху продолжила их, и уже с большим успехом. Лучше
приспособленная к требованиям национальной и международной экономики, более
способная обеспечивать товарами крупные рынки, более прибыльная для ищущих
выгоды капиталистов, она шаг за шагом расширяла область своей деятельности -
начала с производства сукон, затем охватила рудники, потом металлургические
предприятия, гончарные мастерские, стекольные заводы, книгопечатные
типографии. Иногда она использовала уже существующие организации и нанимала на
службу рабочих-одиночек или ремесленников, объединенных в союзы и корпорации,
после чего начинала отдавать им приказы и регулировать их работу. Иногда ее
представители организовывали настоящие фабрики - такие, как ткацкая фабрика в
Амьене, где в 1371 г. работали 120 ткачей, или типография в Нюрнберге, на
которой в 1450 г. трудились 120 печатников. Под ее влиянием была создана новая
сельская промышленность, недоступная для правил и препятствий, созданных
городским правительством и системой гильдий. Крупные предприниматели помогали
этому процессу, потому что в сельской местности им было легче навязывать свои
условия, увеличивать или сокращать производство по своему желанию, и проще
уменьшить свои расходы, поскольку запросы у работавших на них крестьян были
меньше, Для крестьян же ремесло, даже если они занимались им лишь от случая к
случаю, стало занятием на то время, когда у них не было работы в поле, и
дополнительным источником средств к существованию, дававшим ощутимую прибавку к
их доходам. Вскоре сельская промышленность достигла процветания в большинстве
европейских стран; особенно она развилась в Нидерландах, Франции, Германии,
Англии и Чехии, под руководством крупных предпринимателей и купцов. Она
делила с городской промышленностью производство во многих отраслях, а иногда даже
переманивала к себе из городов производство шерстяных тканей и кружев, многие
металлургические отрасли, производство стеклянных изделий и бумаги, добычу
ископаемых и металлургическое производство, а городам оставила в основном
производство основных видов продовольствия и одежды, строительные отрасли и
производство предметов роскоши.
Промышленные технологии стали гораздо более специализированными и
совершенными. В достаточно большом числе отраслей, особенно в текстильной и суконной,
был достигнут значительный прогресс в специализации производства. Область
действия для изобретательных умов стала шире, и механизация производства
увеличила производительность человеческого труда. Сила воды уже до этого
преобразовала некоторые производственные операции, например дробление зерна и
переработку масличных культур (получение растительного масла). Теперь она все
чаще применялась для валяния сукон, дубления кож и изготовления различных
деревянных изделий, а также для изготовления бумаги. Эту же силу использовали
для откачки воды из соляных шахт и рудников, для поднятия на поверхность, с
помощью специальных механизмов, каменного угля и руд, их обогащения и
отмывания в кучах, для их сортировки на скользящих столах и измельчения в
дробилках. Вода приводила в движение молоты, которые формовали металл, и
шлифовальные камни, которые превращали его в инструменты. Тогда же люди научились
регулировать поток воздуха в кузнечных мехах и благодаря этому добились в своих
печах с верхним и нижним дутьем более высокой и постоянной температуры, что
позволяло производить больше металла. Они также научились лучше использовать
энергию растительного и ископаемого топлива в кузницах, на стекольных заводах
и в гончарных мастерских; в Штирии и Германии были построены первые доменные
печи, которые были гораздо мощнее прежних каталонских и шведских печей. В
соляной промышленности были созданы установки для выпаривания соли и
организована дистилляция. Это растущее применение механизмов и технических
нововведений и обеспечило промышленности последнего столетия Средних веков ее уже
упомянутое превосходство.
Запад продолжал усиливать свое промышленное господство над Востоком, и
этому не смог помешать даже временный упадок французской индустрии. Германия,
Нидерланды, Испания и даже новые области Запада соперничали между собой в
промышленной активности, особенно сильно в горнодобывающей, металлургической
и текстильной промышленности. Людям было уже недостаточно добывать золото,
промывая речной песок, и они взялись за разработку золотоносных жил в горных
породах Богемских гор (Рудные горы, Чешский лес и др.), Карпат, гор Каринтии
и Трансильвании. Из первых в этом перечне месторождений в течение 100 лет
было добыто золота на общую сумму 20 миллионов франков, а последние приносили
королю Венгрии 100 тысяч флоринов в год. И прежде всего повсюду возникли
серебряные рудники. Серебряную руду и свинцовую руду с примесью серебра
добывали в Италии, Франции, Швеции, Венгрии, Польше и, в первую очередь, в Эльзасе,
горах Гарца, Саксонии, Чехии и Тироля.
Шахтеры, работающие в шахте ок. 1482 г.
До открытия Перу и Мексики именно саксонские, чешские и тирольские рудники
снабжали Европу серебром, спрос на которое становился все больше. Рудники
Шварцвальда за 200 лет выдали металла на 40 миллионов франков, шахты во
Фрайберге и Аннаберге (Саксония) выдавали от 1300 до 20 тысяч килограммов
продукции в год, а рудник в Кутна-Горе, чешском Потоси, за три столетия выдал целых
2 миллиона килограммов. Во всех частях Запада, точнее, в самых счастливых
округах Италии, Франции и Нидерландов процветали каменоломни, где добывали
мрамор и известняк для построек.
В Италии, Испании, Португалии и, прежде всего, во Франции активно
использовалась морская соль, и лагуна Комаккьо16 поставляла на экспорт 40 тысяч
грузов соли в год. Солончаки Сентонжа, нижнего Пуату и Бретани обеспечивали
солью значительную часть Запада. От соляных шахт в горах Трансильвании короли
Богемии17 получали доход в 100 тысяч флоринов ежегодно, а от подобных же шахт
в Польше и Галиции Ягеллоны получали около 100 тысяч талеров.
Серебряный рудник в горах Шварцвальда (Schwarzwald - Черный лес)
на юге Германии, недалеко от Боденского озера, где до сих пор
продолжают добывать серебро.
Люди разыскивали и более активно разрабатывали железные рудники в Италии,
Бискайе, Франции и Германии, свинцовые рудники в Бретани, горах Гарца,
Девоншире и Корнуолле, медные рудники в Англии и в Германии, где шахты Мансфельда
выдавали от 8 тысяч до 30 тысяч хандредвейтов18 продукции в год. В Швеции с
1347 г. началась разработка Коппарберга, а в Венгрии добывались в шахтах медь
и сульфаты. В Корнуолле и Девоншире добывали все больше олова и все больше
его экспортировали, в основном в Антверпен, и доход от его продажи в этот
город достигал 2 миллионов франков. Оловянные рудники в саксонском Альтенберге
и богемском (чешском) Оберграупене19 повысили свою производительность в четы-
Валиди-Комаккьо к югу от устья реки По.
17 Имеются в виду короли Венгрии, которая при Матьяше Корвине (1458-1490) включала в
себя Трансильванию, Австрию, большую часть Штирии, Моравию, Силезию и Лаузиц.
18 1 хандредвейт = 50 кг.
19 Вблизи современного города Теплице у Рудных гор.
ре раза, в итоге они стали выдавать миллион тонн руды в год и соперничать с
рудниками Англии. В Польше добывали каламин20 и селитру, в Испании - ртуть, в
Тоскане и Римском (папском) государстве - квасцы. Жители Запада стали лучше
осознавать ценность каменного угля, и начались разработки его месторождений
вокруг Ньюкасла, Льежа, Ахена и Дортмунда. Были предприняты усилия для
подготовки к использованию в широких масштабах итальянских, французских, немецких
и чешских минеральных и горячих источников.
Средневековая кузница (Англия).
Прогресс в обработке металлов и в военном искусстве стал стимулом для
развития металлургии. С помощью доменных печей впервые стало возможно увеличить
производство чугуна, заставить плавильное производство работать непрерывно от
восьми до двадцати пяти недель в году и выплавлять чугун непосредственно в
печи. Германия, первая в горном деле, заняла первое место и в крупной
металлургической промышленности, а французские металлургические предприятия,
когда-то так процветавшие, теперь пришли в упадок. Было создано большое число
кузниц: они возникли в Италии и Северной Испании, в Геннегау, Намюрском
округе, в Льеже, в немецких и Скандинавских странах. Использование прокатного
стана и гидравлического молота преобразовало прокатку и ковку и облегчило
обработку металлов. В Германии и на востоке Франции стало больше Заводов по
отливке колоколов и пушек. Итальянские и немецкие литейщики достигли высокой
степени совершенства в изготовлении художественных изделий из чугуна и брон-
20 Кремнистая цинковая руда.
зы. Изготовление оружия и необходимых для войны материалов процветало в
итальянских, испанских, французских и немецких и льежских мастерских.
Нюрнберг был известен своими слесарными и скобяными изделиями, а также часами,
которые у местных мастеров получались лучше, чем у французских. Французы
изобрели медную проволоку, зато немцы возродили изготовление острых
инструментов , гвоздей и железной проволоки, оставив Италии почти полную монополию на
изготовление медалей и чеканку денег, а нидерландским мастерским в Динане,
Мехелене (Малине) и Дуэ21 - на изготовление изделий из меди и олова.
Текстильная промышленность обогащала в первую очередь Италию. В этой стране
изготовлением тонких или крашеных сукон на экспорт занимались в Неаполе,
Пизе, Сиене, но главным образом - во Флоренции, Милане и Венеции. Флоренция в
начале XV в. имела 300 мануфактур и 30 тысяч рабочих, в ней ткали 100 тысяч
штук материи в год, и 16 тысяч из них продавали в Леванте. Только одна из ее
купеческих компаний, Калимала, получала с продаж 300 тысяч золотых флоринов
дохода. В Миланской области на суконных мануфактурах 60 тысяч рабочих
изготавливали самые прекрасные тонкие сукна на своем полуострове. Мастерские
Каталонии, Балеарских Островов и Фландрии соперничали с итальянскими, а жители
острова Мальорка экспортировали каждый год сукна общей стоимостью 16 тысяч
флоринов. Война погубила большинство французских мастерских (немного
жизненных сил они сохранили только в Лангедоке, Берри, Бретани и Пикардии), но во
Фландрии и Брабанте XIV в. был временем наивысшего процветания тонкосуконных
мануфактур. Когда в XV в. этому производству стали угрожать повышение цен и
нехватка английской шерсти, его заменили другим - изготовлением тканей из
расчесанной шерсти, целиком или с примесью других волокон. Эти ткани на
английском языке получили название bayes and sayes (по-французски bourgetterie и
sayetterie), и их производство заняло место прежней умиравшей отрасли и стало
развиваться с изумительной быстротой от Пикардии до Нидерландов, спасая
города и сельские округа Фландрии и Брабанта от разорения. Германия же стала
изготавливать из своих местных грубых сортов шерсти сотни тысяч штук грубого
сукна, производство которого велось от Силезии и Вестфалии до Рейна. И
наконец, Англия создала в окрестностях Нориджа (Норуича) свою первую крупную
промышленность - производство тонких сукон и грубых тканей типа бобрик и
камвольных тканей, экспорт которых меньше чем за век вырос с 5 тысяч до более 80
тысяч штук.
Роскошь становилась доступнее, и это способствовало успехам шелкоткачества
в Италии, которая унаследовала от Византийской империи главенствующее
положение в этой отрасли. Из мастерских Сицилии, Калабрии и, главным образом, Лук-
ки, Сиены, Флоренции и Генуи, а также Венеции, в которой насчитывалось 3
тысячи рабочих этой отрасли, поступали шелковые нити, золотые и серебряные
ткани; вышитые материи, узорные парчовые ткани, сатины и бархаты, в которых
любили щеголять богачи. В Каталонии и Валенсии изготавливали легкие шелка.
Восточная Испания и Италия, несмотря на попытки Парижа, Цюриха и Базеля
соперничать с ними, сохранили нечто вроде монополии в этой прибыльной отрасли.
Изготовление тонких льняных тканей тоже было специальностью итальянцев;
этим занимались главным образом в Милане и Венеции. Белье среднего качества и
скатерти производили в Каталонии, Шампани, Лангедоке и Нормандии; парусину в
Бретани и испанской Галисии. На севере Франции и в Нидерландах изготавливали
те знаменитые ткани из льняных нитей, которые прославили Камбре, Мехелен,
Брюссель и Голландию. В сельских округах Германии производили грубые ткани из
льна и конопли; в Ульме производили от 20 до 60 тысяч штук такой ткани в год.
Началось производство новой разновидности тканей, которые делали из привозно-
21 Сейчас Дуэ во Франции.
го левантийского хлопка. Эта новая ткань получила название бумазея и была в
большой моде. Основными центрами ее производства были Милан и Венеция (где
этим занимались 16 тысяч ткачей), Каталония, а также два города в Германии -
Аугсбург и Ульм, где 6 тысяч ткачей производили 350 тысяч штук этой ткани.
Аррас в Артуа, Ауденарде и Турне во Фландрии, Брюссель и Энгиен (Анген22) в
Брабанте были всемирно известными центрами ковроткачества, которое из этих
городов распространилось в Париж, Венецию и Феррару. В этих городах
изготавливали также прекрасные кружева.
Венеция ежегодно получала более 100 тысяч дукатов дохода от экспорта своих
изделий из позолоченной кожи. Париж соперничал с Венецией в изготовлении
изделий из меха. В Италии было начато производство химической и
фармацевтической продукции, а также сладостей и сиропов по образцу тех, которые делали на
Востоке.
Французские, фламандские и немецкие краснодеревщики, итальянские,
каталонские и валенсийские гончары, итальянские инкрустаторы, венецианские и чешские
стекольные мастера соперничали один с другим в своем искусстве. Архитектура,
живопись, скульптура и ювелирное искусство в эти годы Раннего Возрождения
совершали чудеса, предвещавшие Возрождение XVI в. Бумажные фабрики начали
выпускать тот новый материал, на котором в начале XV в. картографы реализовали
плоды своего таланта, а переписчики рукописей упражнялись в усердии, пока не
возникла сначала ксилографическая печать с подвижными деревянными буквами,
появившаяся в Лиможе (1381) и Антверпене (1417), а затем книгопечатание
современного типа с применением металлических символов, которое изобрел
Гутенберг (1436-1450).
В этом средневековом обществе, которое теперь приближалось к своему концу,
промышленность развивала лихорадочную деятельность по всем направлениям,
умножая количество источников богатства и увеличивая силу трудовых классов.
ГЛАВА 3
Изменения в организационной структуре коммерческих и
промышленных сословий. - Городские революции и
прогресс городов в конце Средних веков.
В те дни, когда коммерция и промышленность совершали этот поворот на новый
курс, первоначальное единство коммерческих и промышленных сословий, уже
сильно подорванное в предшествующий период, было окончательно разрушено. Наверху
образовалось растущее меньшинство буржуа-капиталистов; в середине возникла
мелкая и средняя буржуазия, состоявшая из мастеров, объединенных в свободные
ремесленные союзы и корпорации, ниже находились рабочие, которые медленно
обособлялись от сословия мелких мастеров, а в самом низу наемные рабочие
крупной промышленности и присоединившееся к ним подкрепление в виде различных
случайных элементов, то есть новый городской пролетариат23.
Теперь капиталистическая буржуазия, малочисленная, но всемогущая в силу
своего богатства, была организованной и росла. В Базеле из 30 тысяч жителей
эти капиталисты составляли всего 4 процента. В Венеции, богатейшем городе За-
Анген сейчас находится в бельгийской провинции Эно.
23 Пролетарий (от лат. proletarius) - первоначально «гражданин, который служит
государству только тем, что имеет детей». Позднее, с XV в. пролетариат — социальный
класс, не обладающий правом собственности на средства производства, для которого
основным источником средств для жизни является продажа собственной рабочей силы.
пада, такими капиталистами были всего 2 тысячи патрициев, каждый из которых
обладал доходом от 200 до 500 тысяч франков. Но они держали в своих руках
основную часть богатства своих городов. Например, во Фрайбурге 37 горожан
владели 50 процентами всего движимого и недвижимого имущества, и потому больше
трети его жителей не имели никакого имущества. Буржуа-капиталисты были в
состоянии стать наравне с земельной аристократией и даже превзойти ее.
Флорентийский банкир купеческого происхождения Козимо де Медичи в 1440 г. оставил
после себя состояние размером в 225 тысяч золотых флоринов - больше, чем
имели французские удельные князья. Банкир из Лукки Дино Рапонди однажды ссудил
герцогу Бургундскому 2 миллиона франков, а знаменитый торговец дорогими
тканями Жак Кер, казначей короля Франции Карла VII, скопил капитал размером в 27
миллионов франков - правда, его богатство все же было меньше, чем у суперин-
тенданта Пьера Реми, который во времена Филиппа VI имел, как полагают,
состояние в 57 миллионов. Во второй половине XV в. купцы-капиталисты из
Нюрнберга и Аугсбурга "стоили" каждый от 3,5 до 5 миллионов франков; часть этих
денег была накоплена в первой половине того же века, когда некоторые из них
имели доходы от 10 до 15 тысяч флоринов; именно тогда возникла власть
буржуазных династий - Фуггеров, Баумгартнеров, Хохштеттеров и Херватов.
Своего успеха они добились благодаря деловым способностям, активности или
дерзости, а также предприимчивости, которая побуждала их старательно
выискивать любые возможные источники прибыли. Они накапливали деньги, сдавая в
аренду свою землю, завладели большинством городских домов, а в Венеции в 1420
г. суммарная стоимость всех жилых зданий составляла капитал примерно в 100
миллионов франков; они покупали земли и феодальные поместья в сельской
местности. Но в первую очередь их обогащали банковские, коммерческие и
промышленные предприятия. Через посредство своих союзов эти капиталисты были хозяевами
кредита и денег и даже начали выманивать сбережения у частных лиц, обещая
увеличить полученную сумму. Они монополизировали крупную международную
коммерцию, торговлю продовольственными продуктами и предметами роскоши, а также
Зерном, вином, скотом и пряностями. Они спекулировали необходимым для
промышленности сырьем и промышленными товарами, а также салом, поташом, дегтем,
деревом, шкурами, мехами, хлопком, шелком, шерстью и, кроме всего этого,
шерстяными, шелковыми и бумазейными тканями, покрывалами, дорогими видами тканей
и мылом. Они занимались разработкой рудников, создавали металлургические и
текстильные мануфактуры, и повсюду вложенный ими в дело капитал приносил
плоды.
Эти великие дельцы, мастера управления деньгами чувствовали себя
"гражданами мира" и не были привязаны к узким интересам какого-либо одного города.
Наоборот, они с радостью становились доверенными лицами королей и иных
правителей стран и были самыми лучшими помощниками абсолютной монархии, служа
которой они служили собственным интересам. Часто они окружали себя великолепием и
роскошью, перенимая образ жизни высшей аристократии. Венецианские патриции,
Жак Кер и семейство Портинари в Брюгге жили во дворцах или усадьбах, которые
были достойны князей и даже монархов. Они с гордостью выступали в качестве
меценатов и были в числе умных пропагандистов Возрождения. Но они нарушили
покой средневековой экономики и внесли в нее пагубные методы: безжалостную
спекуляцию, сговоры и монополии, даже картели, полнейшую неразборчивость в
средствах и презрение ко всем нравственным нормам. Их упрекали в том, что они
(как было сказано на заседании одного из немецких законодательных собраний)
"лишают мелкую торговлю и торговлю среднего размера всякой возможности
заработать", или в том, что они, как написал о Жаке Кере один его современник,
Родился в 1293, король в 1328-1350 гг., первый из династии Валуа.
"делают бедными тысячу достойных купцов, чтобы обогатить одного человека".
Своими уловками и неудачами, которые не причиняли никакого ущерба "их
богатству", они, как жаловался автор одного тогдашнего памфлета, разрушили весь
честный труд и всю честную торговлю. Они разрушили прежний гармоничный
общественный уклад городов, поколебав или уничтожив его тем, что сделали одной
видимостью защитные меры, выполнения которых он требовал. Они принудили
значительную часть населения, занятого в промышленности и торговле, подчиниться
их власти. В некоторых видах работ они стали настоящими диктаторами, и они
участвовали в создании и развитии тех грозных бедствий, которые неразрывно
связаны с наемным трудом и существованием того городского пролетариата,
который они оставили в наследство современному миру.
Борьба, сопровождавшая тогда рождение капиталистической буржуазии с ее
духом приобретательства, не была такой сильной, какой стала в последующие века;
но так было лишь благодаря той силе, которую многочисленность и объединение в
союзы давали мелкой и средней буржуазии. Это сословие, куда входили мелкие
городские собственники, основная масса чиновников и, в первую очередь,
торговцы и мастера-ремесленники, составляла наибольшую часть населения в
большинстве городов; например, в Базеле - 95 процентов жителей. Они
довольствовались скромным состоянием: в Германии XV в. буржуа из среднего класса часто
имели от 2 до 10 тысяч флоринов. В Базеле пятая часть населявших его буржуа
имела в среднем от 200 до 2 тысяч флоринов, а треть этих буржуа, в том числе
многие ремесленники, - от 30 до 200 флоринов. Во Франции буржуа этой
категории обычно давали дочерям приданое, стоившее от 500 до 2 тысяч франков. Этот
многочисленный слой общества состоял из людей не очень склонных к риску, но
часто имевших достаточно независимый характер. О нем очень заботилось
государство, которое часто делало его союзником в делах правления и поручало его
представителям значительную часть обязанностей по управлению городами, когда
допускало к участию в нем людей из народа.
По сути дела, именно этот слой населения вносил в общество драгоценные
свойства - жизнестойкость и стабильность. Его представители никогда даже на
мгновение не замедляли свой труд, и в мелкой коммерции и мелкой
промышленности каждую минуту возникали новые профессии. Во Франкфурте-на-Майне,
например, в XV в. было 191 ремесленных союзов, и только в металлургии таких союзов
было 18; в Ростоке подобных союзов было 180, в Вене и Базеле по 100. Даже в
тех городах, где, как казалось, полностью господствовала крупная
промышленность , например в Ипре, ей бросала вызов мелкая промышленность, в которой
было занято 48,4 процента рабочих, а на суконных мануфактурах 51,6 процента. В
подавляющем большинстве городов большинство жителей входили в объединения
рабочих мелкой промышленности; во Франкфурте, который может служить типичным
примером, эти союзы охватывали 84 процента работающего населения, а в крупной
промышленности работало только 14 процентов горожан.
Эта организация труда, которая обеспечивала трудовым слоям населения
независимость , достоинство и справедливые условия труда, оставалась преобладающей
и сохранила свои отличительные особенности. Мелкие ремесла господствовали
потому, что для них не были нужны ни большой капитал, ни дорогостоящие
инструменты, они давали производителю возможность самому пользоваться всеми плодами
собственного труда и до некоторой степени обеспечивали равенство в
распределении коллективной деятельности между ремесленниками. Большинство городского
трудящегося населения было объединено в свободные ремесленные союзы, которые
не требовали от вступающего ни создать шедевр, ни долгое время пробыть
учеником, и управлялись только с помощью простых правил, которые не мешали, а,
напротив, способствовали тому, чтобы продукция ремесленников была дешевой, а их
репутация хорошей. До середины XV в. крупные города, например, Бордо, Лион и
Нарбон, жили именно при таких порядках, и даже в городах, где существовали
клятвенные корпорации, свободные союзы могли объединять тружеников половины
всех профессий (как в Пуатье) или двух третей (как в Париже и Рене).
Тем не менее, в этот период все быстрее росло количество клятвенных, то
есть привилегированных корпораций. В одних случаях это считалось нужным,
чтобы стимулировать недостаточно активных тружеников, в других это был
подходящий способ регулировать промышленность и торговлю, научить рабочих дисциплине
или использовать их как источник налогов и солдат для правительства. Такие
корпорации в это время появились во Франции в Туре, Безансоне, Рене и многих
других городах, в Дуэ, Турне и большинстве городов Нидерландов, Англии,
Германии, Италии и Испании, а оттуда это движение распространилось на остальную
Европу. Во Франкфурте За 100 лет их количество увеличилось с 14 до 28, в Вене
с 50 до 68, в Лондоне с 48 до 60, а в Венеции с 59 до 162. Даже прежние
корпорации делились на части, давая начало новым клятвенным союзам. В некоторых
странах корпоративная структура получила такое широкое применение, что там
возникли корпорации скрипачей, слепых, нищих и даже бродяг и куртизанок.
Создавались федерации или союзы профессиональных объединений - такие, как,
например, базельский safran, объединявший 100 ремесленных союзов, братство
портных в графстве Гогенцоллерн или nations и liden нидерландских городов.
Даже в маленьких городках и поселках возникли привилегированные корпорации.
Клятвенные корпорации не полностью раздавили своей мощью свободные
ремесленные союзы, однако, в огромной степени расширили границы своего господства.
На некоторые стороны жизни общества этот режим продолжал оказывать то
полезное влияние, которое существовало в предыдущий период. Он внес свой вклад
в формирование традиций честности и профессионального мастерства,
стабильности и общественного равновесия в мире труда. Но в корпорациях быстро
развились те эгоизм, исключительность и даже мертвая рутина, которые, в конце
концов, пропитывают собой любое привилегированное сообщество. Из-за этого
монополия и регуляция в них достигли высочайшей степени, и увеличилось число
судебных разбирательств между соперничающими профессиональными объединениями.
Они ненавидели и преследовали любой независимый труд, чересчур педантично
учитывали в своих правилах каждую мелочь. Они создали свою следственную
полицию и стали чем-то вроде крепостей с привилегиями вместо стен и гарнизоном из
работодателей, которые были в союзах меньшинством. Опрометчивая политика
муниципальных и центральных властей давала корпорациям возможность под
различными фальшивыми предлогами увеличивать число предприятий, вредных для общих
интересов.
Позже положение дел еще ухудшилось: в мире труда начались разногласия. В
каждом центре богатые или могущественные корпорации старались подчинить себе
менее удачливые или менее сильные. Во Флоренции старшие гильдии (major arts)
стали угнетателями для средних (middle arts) и еще более для младших гильдий
(minor arts). В Лондоне двенадцать крупных "ливрейных" компаний, обладавшие
гербами, которые их члены имели право изображать на своей парадной одежде,
называвшейся ливрея, отделились от пятидесяти ремесленных союзов, не имевших
такого права. В Париже шесть купеческих объединений, в том числе союз
торговцев тканями и союз торговцев дорогими материями, превратились в аристократию,
а в Базеле то же самое сделали herrenzunfte - корпорации "господ". Даже
внутри каждой клятвенной корпорации старшие по возрасту мастера старались
сосредоточить управление корпорацией в своих руках и не допускать к власти
молодых. Например, в Лондоне 114 мастеров, известных как Ливрейная часть Компании
пивоваров, управляли 115 других.
Эти настроения, столь враждебные свободе и так отличавшиеся от духа
предыдущей эпохи, особенно ярко проявлялись в отношениях между мастерами и
рабочими мастерских или подмастерьями. Во многих ремесленных союзах рабочие были
лишены всех почетных прав и обязанностей и низведены до роли немых участников
собраний. И, что было еще хуже, им был закрыт путь к званию мастера, которое
его обладатели сделали своей собственностью. Оно могло быть передано от отца
к сыну, было доступно зятьям мастеров и богатым странствующим подмастерьям,
но недоступно для бедняков. По этой причине шедевр, то есть экзамен на
профессиональное мастерство, стал обязательным, а его условия сознательно делали
сложными. Все эти правила и еще одна дополнительная трудность - большой
вступительный взнос или обязанность устраивать дорогостоящие праздники - имели
своей целью не допускать к званию мастера основную массу рабочих. В Брюсселе
простого лудильщика попросили заплатить 300 флоринов за разрешение открыть
свою мастерскую. Этапы, которые соискатель должен был пройти, чтобы стать
мастером, становились все многочисленнее и длиннее, и стажировка в качестве
ученика подмастерья стала обязательной; иногда они продолжались целых
двенадцать лет, и этот срок сокращали только сыновьям мастеров. Подмастерья и
ученики сдавали экзамены, платили вступительные взносы и другие сборы, что
давало мастерам деспотическую власть над ними. Все соединилось для того, чтобы
удерживать массы рабочих в этом безвыходном положении ради пользы малого
числа привилегированных особ, которые получали вознаграждение за их труд. Только
в свободных ремесленных союзах и в нескольких корпорациях по-прежнему были
правилом жизнь коммуной, скромный размер предприятия и малое число
подмастерьев и учеников; там продолжали существовать прежние сердечные отношения и
равноправие членов союза. Но всюду, где монополистическая политика мастеров
одерживала победы, подмастерья вступали в конфликт с мастерами или
объединялись в отдельную общественную группу, интересы которой отличались от
интересов их нанимателей. Правила гильдий служили теперь только средством, чтобы
надеть на рабочих невыносимо тяжелое ярмо, - не разрешали им работать ни на
кого, кроме их хозяина, у которого они находились в жесткой зависимости, не
признавали за ними законного права ни на какую прибавку к зарплате (так,
например, произошло после эпидемии Черной смерти) и предоставляли им лишь
скромное место на собраниях в ремесленных союзах и даже в братствах.
Подмастерья, страдавшие сразу и от оскорбления их человеческого
достоинства, и от ущемления их интересов, решили, что их собственные корпорации,
соперничающие с гильдиями, станут для них гарантиями свободы, равенства и
справедливости, а также средством защиты, которую им больше не давал
привилегированный ремесленный союз. В последнее столетие Средних веков стали возникать
довольно многочисленные гильдии подмастерьев, которые во Франции получили
название compagnonnage25, а в Германии bruderschaf ten26. Эти союзы рабочих были
основаны и часто получали официальное признание под предлогом богоугодных
дел, благотворительности или профессионального обучения. Порой их создавали
без разрешения, и тогда это были тайные общества, где были в ходу загадочные
обряды. Они вырывались за пределы жестких рамок одного города и охватывали
целые области и страны, образовывали (например, в Рейнланде) настоящие
федерации и заключали между собой договоры о союзе и взаимопомощи.
Эти новые объединения облегчили для своих членов приобретение
профессиональных навыков, организуя их переезды из одного города в другой или из одной
страны в другую, а также учебные поездки по всей Франции или по всей
Германии , которые во второй из этих стран иногда продолжались целых пять лет. У
них повсюду были помощники, с которыми они переписывались, и они могли
обеспечить рабочих жильем и работой на справедливых условиях. При необходимости
они могли заставить мастеров заключать договоры на выгодных подмастерьям
условиях; иногда выгоды такого союза были доступны даже для женщин. Союзы под-
Товарищество .
26 Братства.
мастерьев имели своих чиновников, совет организации, членские взносы, казну,
праздники и пиры, даже свою полицию и тайные встречи членов союза, примерно
такие, как у "вольных каменщиков" - союзов строителей, которые стали
прародителями масонских лож, то есть с романтичными обрядами приема в союз, клятвами
и тайными знаками, посредством которых члены союза передавали друг другу
сообщения. Более того, члены этих союзов были нетерпимы к чужакам, считали себя
избранными и боролись против независимых рабочих (которых французы прозвали
"лисами" и "дикарями"), чтобы принудить их к вступлению в свой союз. Они
заявляли, что только они имеют право распределять подмастерьев по рабочим
местам, устанавливать условия работы и размер зарплаты. Таким образом, они
создали что-то вроде чернового варианта Первого рабочего интернационала, рядом с
которым существовало бесчисленное множество других местных групп, братств,
confreries, которые имели в основном религиозные задачи, но могли быть
использованы рабочими для организации взаимопомощи и обороны, хотя церковь и
государственная власть не одобряли это, а иногда и запрещали.
Некоторые из рабочих мелкой промышленности, несмотря на объединение
подмастерьев в организации, были вынуждены согласиться навсегда остаться
подчиненными, жили под управлением своих мастеров и принимали ту зарплату, которую им
навязывали правила гильдии или постановления городских властей. Эти люди
пополняли ряды городского пролетариата, но главным элементом этого класса все
же были наемные рабочие крупной промышленности.
Эти рабочие крупных предприятий теперь стали более многочисленными, чем в
предыдущую эпоху, и господство над ними крупных предпринимателей было
сильнее, чем когда-либо раньше. Предприниматель раздавал им заказы по своему
усмотрению, покупал изготовленную ими продукцию, платил им нищенскую зарплату,
которой хватало, только чтобы не умереть от голода, обязывал их брать часть
зарплаты натурой по произвольно установленным ценам и держал их в зависимости
от себя с помощью умело рассчитанной системы авансов, которая втягивала их в
долги и оставляла беззащитными перед кризисами перепроизводства и
безработицей. Поэтому такие пролетарии были людьми всегда неспокойными и недовольными;
это недовольство находило выход в забастовках или заключении союзов, которое
сопровождалось бойкотами, если оказывалось невозможно ни умиротворить рабочих
с помощью третейского суда, ни подавить их выступление силой. Поэтому же
происходили попытки восстаний и революций, которые не один раз приводили к
беспорядкам и кровопролитию в городах. Обычно пролетариат добивался лишь
кратковременного успеха, который к тому же был омрачен насилием, нетерпимостью и
тиранией. В конце концов, победа оставалась за теми силами, которые
традиционно защищали порядок и привилегии мастеров.
В это же время стали развиваться два присущих пролетариату зла -
бродяжничество и нищенство. Целые толпы недовольных своей жизнью рабочих перебирались
из одной страны в другую в поисках заработка. Именно так 20 тысяч рабочих из
Нормандии во время Столетней войны эмигрировали в Бретань, другие нормандские
рабочие добрались даже до Германии, множество фламандских рабочих пересекало
Ла-Манш или Рейн, а немецкие рабочие расходились по Италии, Франции и Англии.
В это же время преобразования в промышленности и становившаяся все сильнее,
как ни мешали этому правила гильдий, конкуренция со стороны женщин и сельских
жителей, которых предпочитали нанимать крупные предприниматели, а также
иностранцев , стали причинами кризисов занятости - длительных периодов
безработицы, породившей нищенство среди пролетариата. Толпы оставшихся без работы
рабочих и других несчастных бедняков наполняли беднейшие кварталы и предместья
городов в таком огромном количестве, что во Флоренции было 22 тысячи нищих,
или же шли из города в город, прося милостыню. Во Франции их называли quemans
или quaimans.
Так в средневековую жизнь в ее завершающие годы прокрались две силы, нару-
шившие ее равновесие, - капитализм вверху и пауперизм27 внизу; к счастью,
область их действия еще была ограниченна. Основная часть промышленных и
коммерческих слоев общества, за исключением капиталистической буржуазии, с одной
стороны, и пролетариата, с другой, жили в условиях более близких к достатку,
чем к бедности, - по меньшей мере, в тех странах, которые не страдали от
войны или других кризисов. У представителей средней и мелкой буржуазии часто
были небольшие состояния. Организация мелкой промышленности всегда
способствовала стабильности и гарантировала большинству ремесленников и мелких мастеров
некоторый достаток. Даже рабочие при таком строе продолжали получать пользу
от правил, которые защищали их от конкуренции, обеспечивали им право на труд
и оберегали от переутомления.
Более того, рабочие получили выгоду от всеобщего повышения зарплат - в
результате нехватки рабочих рук после великих эпидемий, - которому были
бессильны помешать все указы правительства. В Италии и Испании новые зарплаты
имели размер от двух до трех прежних. Средняя дневная зарплата итальянского
рабочего увеличилась от 0,41 до 1,54 франка. Власти Франции указом от 1350 г.
безуспешно попытались ограничить повышение зарплаты третьей частью ее прежней
величины и ограничить дневную зарплату строителей пределами от 16 до 32
денье, в зависимости от времени года - зимы или лета. Этот указ был таким
неудачным, что в Пуатье плотники, которые в 134 9 г. зарабатывали 2 су, стали в
1422 г. получать 5 су, в 1462 г. 6 су, а в Париже строитель в 1450 г. получал
эквивалент 4,6 франка - столько же, сколько наемный рабочий из того же союза
зарабатывал в середине XIX в. В Англии рабочие этой же профессии зарабатывали
в день 6 вместо 3 денье, а другие получали 5,5 вместо 3,5 денье. Торольд
Роджерс28 утверждает, что реальная зарплата английского рабочего тогда была
вдвое больше, чем в XII или XVII в. В Германии зарплаты в некоторых группах
профессий в течение XV в. поднялись с 13 до 25 денье, а лодочник на Рейне
зарабатывал в день целый флорин. В Вестфалии и Эльзасе номинальная и реальная
зарплата стали равны, то есть работнику в точности хватало его зарплаты,
чтобы оплатить расходы на жизнь.
Для мастеров и рабочих мелкой промышленности в большинстве стран
материальные условия жизни остались, по меньшей мере, комфортными. В Италии,
Нидерландах и Германии они даже были очень благоприятными: эти страны быстро
преодолевали последствия кризиса населения и экономически были более процветающими,
чем другие области Запада. Как и в предыдущий период, наемные рабочие крупной
промышленности жили в нищете, в лачугах и предместьях городов, мастера и
подмастерья мелкой торговли и промышленности были достаточно обеспеченными
людьми, и главная составная часть достатка - пища - у них, видимо, имелась если
не в изобилии, то в большом количестве, в особенности это касается Рейнланда,
Фландрии и Англии. Во Франкфурте в XV в. потребление мяса достигало величины
от 125 до 150 килограммов на человека в год - столько же, сколько в начале
XIX в. Один тогдашний путешественник отметил, что в Нидерландах и Англии "от
излишней еды и излишнего питья умирает больше людей, чем от мук голода". В
городах никогда не было большего количества праздников и кабачков, большего
пыла в азартных играх и большей моральной распущенности; во Флоренции и в
Венеции было от 12 до 14 тысяч проституток. Никогда городское население не было
Пауперизм (от латинского слова pauper - бедный) - есть явление массовой бедности;
под бедностью же разумеется такое состояние лица, когда оно не имеет самых
необходимых средств для поддержания своего существования.
28 Крупнейший историк-экономист Торольд Роджерс (1825—1890), профессор политической
экономии Оксфордского университета (одно время преподавал в Лондонском
университете) .
и более легким на подъем, более готовым к солидарности и благотворительности,
более склонным радушно принимать новые идеи, которые скрытно распространялись
среди масс в облике религиозной реформы. И никогда оно не осознавало так ясно
свои права и не действовало с такой дерзостью ума и силой характера, когда
желало отстоять эти права и добиться победы.
Мастера и рабочие различных профессий. XV в.
Последний из Средних веков - это в первую очередь и главным образом век
великих городских революций. Хотя в предыдущем периоде под давлением рабочих
общественный строй в городах Запада, как правило, претерпел изменения,
сделавшие его более демократичным, народ по-прежнему далеко не был
господствующим элементом городского населения. Иногда - как было в Германии - патрициату
удалось сохранить часть своей власти; иногда - например, во Фландрии -
демократия рабочих должна была разделить власть с буржуазией; иногда - например,
во Франции - буржуазный слой чиновников и купцов или мастеров главных ремесел
становился правящим слоем в городе; иногда - как было в Чехии - должности
чиновников в городах забирали в свои руки представители среднего класса не
местного происхождения29; иногда же, как было во Флоренции, крупная и мелкая
буржуазия объединялись и изгоняли пролетариат из городского правительства.
Низшие классы желали воспользоваться широкими привилегиями, которые имели
органы городской власти, облегчить себе бремя налогов и военных повинностей,
которые буржуазия предпочитала взваливать на их плечи, а не нести сама, и
помешать капиталистам и буржуа изменять условия труда по собственному желанию.
Поэтому низы поставили себе целью завоевать политическую власть. Правда, они
не всегда ограничивались тем, что требовали равноправия и справедливого суда
от коммунальной администрации; много раз они мечтали о синдикалистском
правительстве, классовом господстве, диктатуре пролетариата, которая бы
осуществлялась ради них за счет других слоев общества. Вот откуда жестокий, насильст-
То есть немцы.
венный и трагический характер большинства этих городских революций; некоторые
из них даже были всего лишь вспышками слепой народной ярости, вызванной
ненавистью или нищетой.
Повсюду, от Востока до Запада, во второй половине XIV в. поднимался этот
сильнейший революционный ураган. В Салониках (Фессалонике) в 1342-1352 гг.
моряки и ремесленники установили что-то вроде красного террора, который
принял форму резни и грабежей; и в течение десяти лет богачи (archontes),
землевладельцы, промышленники и духовенство жили под этим гнетом. В Италии
завязалась борьба между жирными и тощими, то есть между крупной буржуазией из
мастеров и капиталистов, с одной стороны, и плебеями (мелкими ремесленниками и
пролетариями) - с другой. В Королевстве обеих Сицилии королевская власть
прекратила эту борьбу тем, что закрыла ремесленникам доступ в городские
правительства . Но в Риме народный трибун, мечтатель Кола ди Риенци попытался
(1347) при поддержке народа свергнуть власть дворян-патрициев; а в Болонье
(1376) , Генуе (1339) и Сиене (1355-1370) народные массы пытались стать
полными хозяевами городских органов власти. Во Флоренции наемные рабочие крупной
индустрии, которых называли piccolini30 или poplani31, лишенные политических
прав, вначале объединились вокруг диктатора - французского авантюриста Готье
де Бриена, герцога Афинского (1342). Затем, когда их заставил пойти на
крайние меры закон от 1371 г. , лишивший их всякой надежды выплатить долги
предпринимателям, они организовали знаменитое восстание чомпи32. Под руководством
умного и энергичного чесальщика шерсти Микеле Ландо они заставили буржуазию
принять их в число официально признанных гильдий, называвшихся arti,
предоставить их представителям места в правительстве, освободить от юрисдикции
доверенных лиц крупных промышленников и провозгласить отсрочку на двенадцать
лет платежей по долгам для всех наемных рабочих. Но скоро восставших увлекли
за собой экстремисты, и рабочие провозгласили анархическую кровавую диктатуру
одного пролетариата, который они почтительно называли Божий народ. Этим они
вызвали к жизни реакцию, которая уничтожила пролетарскую революцию за
несколько недель (июль 1378 г.). Единственным результатом этих беспорядков было
то, что итальянская буржуазия бросилась в объятия просвещенных деспотов,
которые стали называться князьями и в XV в. установили мир в коммунах -
благодаря тому, что поработили их.
Но нигде в этих революционных чувствах не было такого мистического пыла,
такого стремления распространить свои идеи в других странах и такой
ожесточенности в борьбе за удовлетворение классовых требований трудящихся и за
диктатуру трудового народа, как в Нидерландах. Там сотни тысяч людей с
неукротимой энергией и выдающейся отвагой (которые были запятнаны отвратительными
крайностями) боролись против дворянства, духовенства и, в первую очередь,
против буржуазии за победу своих идеалов. Они мечтали об имущественном
равенстве всех людей и об уничтожении всякой иерархии и власти, кроме власти
людей, живущих трудом своих рук. Первый подобный опыт был уже осуществлен в Ип-
ре и Брюгге (в 1323 и 1328 гг.) во время жакерии в приморской Фландрии под
предводительством двух рабочих, Вильгельма (Гийома) де Декена и Якоба (Жака)
Пейта, которые объявили войну всем богачам и священникам и правили с помощью
террора, пока буржуазия, объединившись с дворянством, не разгромила
восставших возле Касселе (1328). Вторую попытку, более длительную и еще более
мощную, предпринял красноречивый и отважный трибун, сам принадлежавший к крупной
буржуазии, - торговец тканями Якоб ван Артевельде. Добившись союза между ра-
Малые люди.
Простолюдины.
Это слово означает "чесальщики шерсти".
бочими и частью буржуазии, он сумел осуществить свой план - установил
господство Гента во Фландрии при помощи английского короля (1338-1345). Но вскоре
его опередили в гонке за власть ткачи с их демократией, которым не терпелось
установить правление одного лишь рабочего класса. Их диктатура, начатая
восстанием, в котором Артевельде погиб, использовала как методы принудительные
займы, резню, конфискации и грабеж. Она настраивала рабочих против рабочих и
Заставила суконщиков (которые были побеждены 2 марта 1845 г.) выйти в бой
против ткачей. Кончилось это падением диктатуры (13 января 134 9 г.), против
которой объединились государи, дворяне, духовенство, крестьяне, буржуа и
мелкие ремесленники. Часть побежденных эмигрировала в Англию; остальные стали
готовить реванш, и сделали попытки вернуться к власти - одну в 1359 г. и
другую, главную, в 1378 г.
На этот раз рабочее движение в Генте едва не получило огромный отклик на
Западе, и гентские рабочие чуть было не развязали мировую революцию.
Руководители Гента старались установить чисто рабочую диктатуру, разорить и
уничтожить буржуазию и поднять подмастерьев против мастеров, наемных рабочих против
крупных предпринимателей, крестьян против феодалов и духовенства. Пишут, что
они замышляли истребить всю буржуазию, за исключением детей шести лет и
младше, и то же сделать с дворянством. Рабочие Гента, которые были хозяевами
Фландрии, под началом двух предводителей - Филиппа ван Артевельде и ткача
Акермана - четыре года заставляли дрожать от страха официальные
правительства. Этому кошмару положила конец битва при Розебеке в конце ноября 1382 г., в
которой погибло 2 6 тысяч пролетариев. Ни одно другое движение не достигало
такого размаха, но вспышки народных восстаний в Льеже в 1330 и 1343 гг., в
Лувене в 1340 г., в Брюсселе в 1359, 1366 и 1368 гг. и в Брюгге в 1359, 1366,
1367 гг. показывают, как упорно трудящиеся Нидерландов не желали расстаться с
надеждой на обновление общества. В XV в. территория этого движения понемногу
уменьшилась до Брюгге и двух главных центров, Гента и Льежа, и в этих городах
его окончательно подавила власть верховных правителей.
В остальной Европе, особенно на Западе, мечты трудящихся были не такими
дерзкими. Эти слои населения ограничивались тем, что с большим или меньшим
успехом требовали себе место в органах городской власти или пытались
реформировать структуру городского правительства. Например, в Германии ряд восстаний
- в Кельне (1396), Страсбурге (1346-1380), Регенсбурге, Вюрцбурге, Бамберге,
Ахене, Хальберштадте, Брауншвайге, Магдебурге, Любеке, Ростоке и Штеттине -
заставил буржуа-патрициев отказаться от монополии на власть и дать
гражданские должности представителям ремесленных союзов. В этих городах был по-
настоящему либеральный режим. В Испании же крупные буржуа - "почтенные
граждане" ее восточных городов Паламоса, Фигераса, Барселоны, Валенсии и Пальмы -
были вынуждены (после упорного сопротивления) смириться и поделиться властью
с ремесленниками (menestrals), в Кастилии ремесленное сословие не смогло
отвоевать гражданские должности у дворян и богатых буржуа. В Чехии и Польше,
Франции и Англии демократические городские правительства в большинстве
случаев пришли в упадок - так случилось в Париже, Реймсе, Руане, Вердене, Монпелье
и Ниме - или же лишь с трудом удерживали немногие из своих прежних
завоеваний, как было в Амьене и Лондоне.
К тому же коммерческим и промышленным сословиям обычно не удавалось дать
городам стабильные и беспристрастные учреждения власти. Рабочие-демократы или
буржуа-аристократы имели в своих душах только одно общее чувство -
муниципальный патриотизм, который часто побуждал ее с достойным восхищения усердием
хранить автономию, величие и славу их городов. Но повсюду, кроме тех городов,
где было установлено смешанное правительство, для администрации был
характерен кастовый эгоизм, совершенно противоположный чувству справедливости и
истинному равенству. Они добивались монопольного владения властью и должностями
то от имени буржуазии, то от имени народа. Их деспотическое правление в одних
случаях было направлено против богатой буржуазии, в других действовало во
вред ремесленникам и наемным рабочим. Сами рабочие, когда одерживали верх,
тоже не ограничивались подавлением буржуазии, но разрывали в клочья и друг
друга. Каждый класс во время своего правления учитывал одни только
собственные интересы, а потому старался руководить трудом и регулировать
производство, иногда распределяя богатства страны так, чтобы было выгодно именно ему. В
буржуазной и в пролетарской среде проявлялись одни и те же склонность к
интригам и жажда власти. Буржуа при распределении муниципальных должностей
часто давали богатству преимущество перед талантом, а пролетарии слепо верили
самым недостойным авантюристам и самым лживым демагогам. В Париже они
провозгласили своим вождем скорняка, в Генте уличного певца, а в Льеже мостильщика
улиц. Ни то, ни другое сословие, не умело поддерживать порядок и честность в
своих делах.
О том, чтобы преодолеть узость своих взглядов, порожденных прежней
городской экономикой, они тоже даже не думали. У них была лишь одна идеальная цель
- сохранить и расширить привилегии лишь одного их города и различных групп
его населения. Поэтому они были готовы защищать свои коммерческие и
промышленные монополии даже силой оружия. Брюгге объявил своим исключительным
правом торговлю шерстью и пряностями в Нидерландах, Гент - торговлю Зерном, а
Мехелен - солью и рыбой. Экономическое соперничество сталкивало в борьбе
Венецию и Геную, Брюгге и Слейс, Гент и Брюгге, Мехелен (Малин) и Антверпен,
Дордрехт и Амстердам, Париж и Руан. Иногда город стремился создать себе
только ему подвластную территорию - область его колониального или коммерческого
господства. Так Гент, Ипр и Брюгге поступили во Фландрии, Генуя в Лигурии,
Флоренция в Тоскане, Венеция в Ломбардии, а Барселона в Каталонии. Повсюду
города подчиняли себе соседние с ними сельские территории и старались
превратить живших там крестьян в своих послушных поставщиков, при этом запрещая им
заниматься какими бы то ни было ремеслами, оберегая права союзов городских
ремесленников.
Этим города открыли путь для власти верховных правителей, которая вторглась
в их жизнь, и занялась восстановлением порядка и социального равновесия в
городах , но для этого взяла их под более или менее строгий контроль. Однако и
эта новая власть, в свою очередь, спровоцировала новый ряд революционных
выступлений своей склонностью становиться на сторону богатых слоев городского
общества, насильственными изменениями налоговой политики городов и произволом
своих администраторов. Самыми знаменитыми из этих восстаний стали те, которые
произошли в крупных городах Франции и Нидерландов. В Париже в 1356 и 1358 гг.
восстание, вождем которого был богатый торговец тканями Этьен Марсель,
получило поддержку главным образом от торговой буржуазии и гильдий ремесленников,
которые оказали помощь в знаменитый день 22 февраля 1358 г. и под влиянием
которых были составлены некоторые статьи великого декрета о реформе, который
стал попыткой искоренить злоупотребления королевской администрации.
Через 22 года, в 1379-1382 гг. , новое восстание с центром в Париже
пронеслось, как смерч, от Лангедока до Пикардии, от Монпелье, Каркасона и Безье до
Орлеана, Санса, Шалона, Труа, Компьеня, Суасона, Лана, Руана, Амьена, Сен-
Кантена и Турне. Городские сословия, уставшие от деспотизма королевской
власти в налоговых и административных делах, снова атаковали центральную власть.
Это движение потерпело неудачу, ответом на него стало наступление на
политические привилегии ремесленных гильдий, а в некоторых городах, например в
Амьене, представители гильдий были уволены с главных муниципальных должностей. В
Безье сорок ткачей и из числа тех, кто работал сам, были повешены, а в Париже
и Руане власти сурово обошлись с гильдиями ремесленников. Третья попытка -
парижская революция 1438 г. - закончилась возвращением к власти рабочей демо-
кратии, на короткое время заключившей союз с буржуазией, и привела к новой
попытке административной реформы - Кабошьенскому ордонансу - указу, который
не дал ожидаемых результатов из-за гражданской войны и террора, вождями
которого были мясник Кабош33 и палач Капелюш (1413-1418). В итоге центральное
правительство одержало победу, и после этого буржуазия в городских коммунах
стала мудрее, а простолюдины-ремесленники - немного спокойнее, а потому им
было оставлено право определять направление городской политики. То же самое
произошло в Нидерландах, когда герцоги Бургундские подавили последние парти-
куляристские восстания в Генте (1431, 1436, 1448), Льеже и Динане (1408,
1466, 1468). Итак, Средние века приближались к концу, и в итоге городская
экономика везде, кроме Германии, исчезла, а национальная восторжествовала.
Восстание "майотенов" (молотобойцев) - народное восстание в
Париже в 1382 году, вызванное резким ухудшением положения
ремесленников и увеличением налогов. Гравюра из «Вигилий Карла VII».
Но, несмотря на революции и междоусобные конфликты, торговая и промышленная
экспансия была так сильна, что городская жизнь не только не пришла в упадок,
а, наоборот, наполнилась новой силой. На Востоке Константинополь, Фессалоника
(Салоники) и Афины сияли последним блеском своей славы. Франция, пострадавшая
от войн с Англией, все же имела большие и жизнеспособные города, в том числе
Париж (где в XV в. было 300 тысяч жителей), Лион, Бордо, Реймс, Руан и Амьен.
В Центральной Европе Прага имела около 100 тысяч граждан; общее число жителей
Лондона достигло 35 тысяч; Испания изобиловала маленькими городами,
Барселона, королева испанских городов, насчитывала 60 или даже 70 тысяч жителей, а
Валенсия и Пальма по количеству населения ненамного уступали ей.
Однако главными центрами городской жизни были, с одной стороны и в первую
очередь, Италия, где Венеция, имевшая 190 тысяч жителей, и Флоренция, в
которой их было 100 тысяч, лишь незначительно опережали Милан и Геную и были
первыми среди 120 других городов, больших и малых; а с другой - Нидерланды, где,
помимо Брюгге со 100 тысячами жителей, был Гент, видимо имевший их 80 тысяч,
и Ипр с 40 тысячами. Фландрия выглядела как "один большой город" - настолько
По его имени восставшие получили прозвище "кабошьены".
преобладало в ней городское население. В Брабанте горожане составляли не
менее четверти всех жителей. Это время стало золотым веком и для городских
республик Германии, из которых главными были Кельн с 40 тысячами жителей и целая
группа городов, где, как правило, насчитывалось от 5 до 20 тысяч человек
населения , - Базель, Страсбург, Аугсбург, Нюрнберг, Регенсбург, Вена, Констанц,
Шпейер (Шпайер), Трир, Франкфурт, Майнц, Магдебург, Эрфурт, Любек и Бреслау
(Вроцлав).
Констанц. Более двух тысячелетий назад на этом месте была
римская крепость Констанция, названная в честь полководца. В
средние века город, находившийся на пересечении важных торговых
путей, расцвёл и вырос. В 1414—1418 гг. Констанц стал местом
заседания Констанцского собора. В 1415 года в Констанце вместе со
своими трудами был сожжён чешский мыслитель Ян Гус.
Города, в первую очередь западные, охватила благородная страсть к
состязанию друг с другом. Они украшали себя великолепными памятниками, дарили себе
множество благотворительных учреждений, развивали образование всех уровней -
и больше, чем когда-либо до этого, растили в своих стенах литературу и науку,
благодаря чему сыграли видную роль в литературном и художественном
возрождении XIV и XV вв. Благодаря экономической активности буржуазного и рабочего
классов городская цивилизация перед тем, как угаснуть под давлением
национальной экономики и монархической власти, последний раз вспыхнула
великолепным блеском, который предвещал величественное сияние современной цивилизации.
ГЛАВА 4
Трудности колонизации и сельскохозяйственного производства. -
Изменения в распределении земельной собственности и в положении сельских
групп населения в конце Средних веков. - Крестьянские восстания.
Для сельского хозяйства конец Средних веков был временем резких контрастов.
Некоторые страны и области, например Восточная Римская империя, Богемия
(Чехия) и Венгрия, стали более бедными и менее населенными, другие же, например
Швеция, Ирландия и Шотландия, были не в состоянии выйти из бедности. Франция,
самая процветающая страна Запада, стала, по словам Петрарки (1360), "грудой
развалин". От Луары до Соммы не было ничего, кроме "невозделанных полей,
которые заросли ежевикой и кустарником", как сказал епископ Тома Базен в 1440
г., когда треть территории страны осталась необработанной. Но в других
странах и областях, которым повезло больше, землю продолжали использовать с
максимальной отдачей. В Италии было продолжено укрепление берегов реки По от
места ее слияния с рекой Ольо. Ряд болот (polesine, corregie) в Ломбардии и
Тоскане был превращен в обработанные польдеры, от каналов Навильо-Гранде и
Навильо-Интерне были проведены оросительные каналы и канавы, не считая
каналов Мартезана, Панарелло и Кьяро, и поля Ломбардии и Модены стали
плодородными. Такие же работы были проведены в Восточной Испании.
В Нидерландах продолжалась постройка сооружений для защиты от моря, которое
в 1377 и 1421 гг. поглотило девяносто поселков и увеличило залив Зейдер-Зе. В
конце XV в. были укреплены плотины и отвоевано 1100 квадратных километров
польдеров. От Вислы до Немана под покровительством Тевтонского ордена было
ускорено создание пашен - werder. В Венгрии при королях Анжуйской династии и
в Польше при Ягеллонах активно велась расчистка земель от леса, и то же
происходило на прибалтийских землях, занятых скандинавами. И наконец, на востоке
купцы из Новгорода и великорусские монахи и крестьяне из Московии
продвигались через болота и леса, выполняя великий труд по освоению финских и
татарских земель, который сделал Россию хозяйкой огромной территории между средним
течением Волги, Северным Ледовитым океаном и Обью34 (1363-1489) .
Народ предпочитал "поворачиваться лицом" к самым выгодным видам
производства, следовать за колебаниями спроса и изменениями ситуации на иностранных
рынках и действовать исходя из природных возможностей каждого края. Жители
приморских стран и областей северо-запада и севера Европы - норвежцы,
англичане, шотландцы, ганзейцы, нидерландцы - получали все больший доход от своих
рыбных промыслов, особенно от добычи сельди - главной пищи народа. В
Нидерландах этим были заняты 40 тысяч судов, к тому же эта страна извлекала пользу
из нового, изобретенного голландцем Виллемом Бейкельцоном (ум. 1397), способа
хранения этой любимой рыбы народных масс, который облегчал ее экспорт, -
упаковки сельдей в бочонки и бочки. От норвежского Нордкапа до испанской Галисии
моряки выслеживали и добывали китов, тюленей и, в первую очередь, треску,
которую они искали даже возле далекого Ньюфаундленда, далее давая Гольфстриму
нести к Европе их суда.
Англия постепенно лишалась своих лесов, но в это же время Нидерланды,
Италия и Испания, а также северные, восточные и центральные земли Европы
получали все больше пользы от своих лесных ресурсов. В Италии и Англии государи и
феодалы увеличивали число своих конных заводов. Разведение вьючных, боевых и
беговых лошадей процветало в местностях, богатых травяными лугами, и также
Западная Сибирь была подчинена только в 1582-1598 гг., но уже в 1639 г. русские
[москвитяне] вышли к Тихому океану.
процветало разведение крупного рогатого скота в альпийской зоне - такие
западные страны снабжали остальную Европу мясом, беконом и салом. В Нидерландах
был изобретен откорм скота репой и бобовыми растениями. Нехватка рабочих рук
после эпидемии Черной смерти в сочетании с тем, что для разведения овец
требовалось сравнительно мало труда и "небольшие расходы", с растущим спросом на
шерсть и высокими ценами на нее, привело к преимущественному развитию одной
из разновидностей пастбищного скотоводства, а именно овцеводства. В
большинстве европейских стран оно снова стало весьма распространенным, а в
Центральной Италии, Кампании, Кастилии и Верхнем Арагоне и, наконец, в Англии
овцеводство даже сильно потеснило выращивание зерновых. В Испании в XV в.
крупнейшее объединение овцеводов, которое называлось Места, сосредоточило в одних
своих руках 2 миллиона 694 тысяч из 10 миллионов овец, которых имели тогда
жители Пиренейского полуострова. В Англии крупные землевладельцы имели стада
овец численностью от 4 до 25 тысяч голов: этот вид сельского хозяйства
привлекал их тем, что был в десять, а то и в двенадцать раз доходнее, чем
выращивание Зерна. В 1400 г. англичане экспортировали 130 тысяч тюков тонкой
шерсти весом 364 фунта каждый, а это очень большая цифра, и стали хозяевами на
рынке шерсти, оттеснив с первого места испанцев.
Новые же страны, напротив, стали уделять больше внимания выращиванию зерна.
Пруссия, Польша и Венгрия именно в те годы вошли в число крупнейших
производителей зерна, встав в один ряд со старыми центрами его производства,
например с Францией. В Нидерландах и Англии, где применялись интенсивные методы
земледелия, фермерам удавалось получать урожай семь к одному вместо четырех к
одному. В богатых странах Запада стали развиваться плодоводство, цветоводство
и лесоводство; именно в те дни приобрели известность фламандские цветоводы и
мастера по выращиванию саженцев из Нюрнберга и Аугсбурга. Виноградарство,
проявлявшее тенденцию сосредотачиваться в отдельных местностях, развивалось в
Италии, Испании, Франции, Рейнланде и Венгрии. Итальянские и испанские вина
пришли на смену винам с византийского Востока (захваченного турками), а
французские сохраняли свою популярность. В начале XV в. Бордо по-прежнему
экспортировал от 28 до 30 тысяч бочек вина в год. Прогресс промышленности
способствовал выращиванию текстильных и красильных растений.
Падение производства в одной части Европы уравновешивалось его ростом в
другой ее части. Рост цен на продукцию сельского хозяйства был благоприятен
для развития земельной собственности в тех местностях, которые обладали
необходимыми преимуществами. Во Франции, страдавшей от войны, цена земли с 1325
по 1450 г. понизилась в два раза, а в Нормандии даже упала до необычно
низкого уровня - с 325 до 23 франков за гектар; но в государствах герцогов
Бургундских, а также в Италии, Англии, Нидерландах, Южной Германии и Восточной
Испании земля, наоборот, стала дороже.
Продолжался распад земельной собственности. Его можно сравнить с расколом
глыбы вдоль трещин, образовавшихся в предыдущий период. Коллективизм в
сельском хозяйстве окончательно исчез даже в германских странах. В большинстве
случаев единственными его следами были общинные земли, площадь которых по-
прежнему была большой в Скандинавских странах, Восточной и Центральной Европе
и гористых местностях Запада - таких, например, как Северная приальпийская
Италия, где общинам принадлежала шестая или седьмая часть всей территории, -
и даже на севере Испании. Земли повсюду были огорожены, и основная часть их
присвоена другими владельцами. Продолжали увеличиваться крупные земельные
владения государства, высшей аристократии и церкви. Государи повсюду
старались снова создать себе огромные личные владения. В Московии они требовали
себе три пятых всех земель, а в Молдавии и Валахии - всю землю страны. Во
Франции короли из династии Валуа, несмотря на свою щедрость, получали с
государственных земель доход в 4 миллиона ливров, а герцоги Бургундские получали
с земель своего государства 160 тысяч золотых экю. В Англии короли из
Йоркской династии в 1460 г. завладели пятой частью земель. Но эти суверены были
не в состоянии сохранить свою собственность целой и постоянно отрезали от нее
куски для церкви и аристократов.
Несмотря на принятые везде меры, чтобы помешать расширению действия права
мертвой руки, земельные владения церкви приобрели чудовищный размер, а потому
возбуждали аппетит алчных светских феодалов и вызывали у них желание
секуляризировать эти земли. В Королевстве обеих Сицилии, а также в Центральной и
Северной Италии духовенство в XV в. владело двумя третями, а иногда и
четырьмя пятыми земли; в Венецианском государстве земельный капитал духовенства
стоил 129 миллионов экю. В двух Кастилиях церковь, которой принадлежало от
трети до пятой части всей земли, имела доход в 10 миллионов дукатов. В
разоренной войной Франции церковь так успешно восстановила свои земельные
богатства, что за 50 лет они выросли с четверти до половины всей земли этой
страны, а доход, который церковь получала со своих земель, был больше, чем у
государства, а именно 5 миллионов турнейских ливров (100 миллионов франков).
Доход английского духовенства был в двенадцать раз больше, чем у английского
короля, и оно владело такой же частью земель страны, как французское. В
Германии, Скандинавских странах и Восточной Европе эта величина достигала трети,
половины или даже двух третей.
Меньшинство населения - крупные феодалы, бароны, землевладельцы, магнаты,
суверенные правители феодальных земель (landesherren) иногда имели огромные
поместья, которые они в Испании и Англии называли словом "государство"
(estados, estates). Иногда их земли состояли из многих частей, а иногда
представляли собой единое целое. В Италии один аристократ из рода Колонна в XV в.
имел 97 феодов и 150 тысяч вассалов; в Кастилии аристократ из рода Виллена
имел 30 тысяч арендаторов-цензитариев и доход в 100 тысяч дукатов; один из
герцогов Орлеанских имел доход в 540 тысяч ливров, а один из герцогов
Анжуйских - 400 тысяч; один из семейства де ла Тремуйль - 336 тысяч, один из Рога-
нов - 280 тысяч. В Англии лорд Кромвель получал со своих земельных владений
66 тысяч фунтов стерлингов, а каждый из немецких князей имел земли, дававшие
в среднем 240 тысяч марок дохода, то есть десятую часть того дохода, который
позже получал император Карл V. Но все они были только очень незначительным
меньшинством. Основная масса дворян в большинстве стран - исключений было
очень мало, и в их числе Англия - не занималась обработкой своих земель, а
отдавала свои поместья одно за другим в чужие руки, чтобы заплатить долги или
свести концы с концами.
Обычно их преемниками в этих случаях становились богатые буржуа, которые
трудились, чтобы составить себе состояние на земле с помощью договоров
копигольда , иначе называвшихся accensements, и освоения новых земель, а также
путем покупки. Они владели прекрасными фермами, которые были хорошо обеспечены
скотом, - такое хозяйство, например, было у канцлера д'Оржемана в Гонесе
(1358) . Иногда они даже соперничали с крупными феодалами: Жак Кер имел
двадцать пять поместий, а канцлер Николя Ролен был одним из крупнейших
землевладельцев Бургундии. Бладелен, казначей Филиппа II Доброго, употребил
значительную часть своего состояния на осушение польдеров. Средние и низшие слои
буржуазии и даже городские ремесленники, следуя примеру этих великих буржуа,
жаждали владеть землей и приобрели много земельных наделов; так же поступали
и коммуны. В итоге один торговец дорогими материями из Лондона в XV в.
оставил в наследство своим детям несколько сельских усадеб, а в Йорке повар,
кузнец и красильщик имели земельную собственность. Такие случаи были еще чаще во
Франции, в Нидерландах, Италии и Рейнланде, где среди горожан не было ни
одного человека, даже бедняка, который не мечтал бы о маленьком земельном
владении и деревенском доме.
Среди сельских слоев общества стран Запада тоже увеличивалось число мелких
землевладельцев, хотя в Восточной и Северной Европе, где раньше они были
очень многочисленны, их стало меньше. На западе Европы возникло сельское
третье сословие, которое иногда - как в Центральной и Северной Италии -
пользовалось поддержкой государственных властей, которые предоставляли ему
преимущественное право на покупку недворянских земель.
Во Франции крестьяне так жаждали владеть землей, что в XIV и XV вв. в
некоторых ее провинциях в 60 процентах случаев перехода земли от одного владельца
к другому новым хозяином становился крестьянин. В итоге крестьяне-
Землевладельцы взяли в свои руки пятую, а в некоторых местностях даже третью
часть земель этой страны. Правда, крестьяне могли создать только очень малые
по размеру земельные владения, а крестьяне-собственники, имевшие от 10 до 50
гектаров земли и несколько упряжек быков, в некоторых областях составляли не
больше шестой части всего крестьянского населения. В Англии эти свободные
крестьяне-землевладельцы, чьи веселые лица оживают для нас на страницах
сочинений Чосера35, жили в поместьях, средний размер которых равнялся 80 акрам,
которые давали им доход примерно 20 фунтов в год. В немецком Рейнланде мелкие
поместья собственников-крестьян имели размер не больше чем от 20 до 30 акров
каждое. Большинство мелких землевладельцев-крестьян имели лишь небольшой
доход, но и он постоянно был под угрозой из-за все большего дробления имений. В
Рейнланде, например, размер крестьянского земельного владения за
рассматриваемый период уменьшился на три четверти. Крестьянам приходилось употреблять
все свое упорство и всю бережливость, чтобы их маленькие сельские имения не
распались на части, и потому они все же укрепляли целостность своих владений
и расширяли их границы.
Основная масса сельского населения в то время состояла из арендаторов-
цензитариев, которые были не полными собственниками, а только бессрочными
пользователями земли. На западе Европы они завоевали себе свободу, и ее
больше никто не осмеливался ставить под сомнение. В Англии количество несвободных
крестьян едва достигало 1 процента всего крестьянства. Во Франции священным
правилом было, что каждый француз родился свободным. В Нидерландах эшевены36
Ипра гордо заявили, что они "никогда не слышали, чтобы при них говорили о
людях крепостного состояния или о крепостных по праву мертвой руки". Снова
оживился и стал распространенным натуральный обмен; так произошло, например, во
Франции после Столетней войны и во всех местностях, где на селе преобладала
старинная очень трудоемкая система неспециализированного смешанного
хозяйства . Свободные цензитарии или копигольдеры к концу Средних веков обрабатывали
в некоторых частях Франции пять шестых земли, а в Англии треть. Чаще всего им
удавалось добиться выгодных для себя условий договора, и потому он
обеспечивал этим людям, помимо различных гражданских свобод, большинство прав
истинного собственника, например, право отчуждения земли и право передачи ее по
наследству, а также ограничивал объем трудовых повинностей и размер выплат.
Но даже на Западе в обществе и экономике шли эволюционные процессы,
неблагоприятные для этих крестьян. С одной стороны, землевладельцы, духовенство,
феодалы и горожане, пользуясь смутными временами в жизни общества, пытались
увеличить обязанности своих арендаторов или взять назад гарантии и
привилегии, которые были предоставлены арендаторам раньше, - иногда владельцы земли
даже угрожали крестьянам, что вернут их в состояние вилланов или крепостных.
С другой стороны, владельцы земли лишали вилланов той стабильности, которой
всегда отличалась их жизнь. Дело в том, что все новые приемы ведения сельско-
Джефри Чосер - самый знаменитый английский поэт, жил во второй половине XXV в.
Члены городской управы.
го хозяйства - пастбищное скотоводство вместо смешанного хозяйства,
испольщина, или ведение хозяйства на арендованной на короткий срок земле, или ведение
хозяйства в поместье самим владельцем вместо прежней аренды земли крестьянами
(accensements) - делали присутствие долгосрочных арендаторов-цензитариев в
поместье менее необходимым. Скоро такие арендаторы стали просто вредны для
всех крупных землевладельцев, поскольку те желали увеличить свои доходы и
понизить стоимость труда. Поэтому были сделаны попытки изгнать их с наделов.
Любая возможность - временные трудности крестьян, их неспособность исполнять
условия договора, обнищание или уход с надела - использовались владельцем
земли для того, чтобы забрать надел обратно в свои руки. На всем Западе,
особенно в Англии, значительное число цензитариев и арендаторов копигольда были
таким способом лишены земли, которую обрабатывали, и пополнили ряды
сельскохозяйственных наемных рабочих или пролетариата.
В Западной Европе, где такое движение назад уже было невозможно из-за более
высокого уровня нравов и цивилизации, из крестьян-цензитариев образовались
новые слои общества: кто-то из них стал возделывать землю сам или на
партнерских условиях вместе с другими крестьянами, а кто-то пытался заработать себе
на жизнь продажей своего труда.
Обработка земли как коммерческое предприятие - по-французски это называлось
fermage, по-английски tenant-farming - стала спекулятивной операцией, и этим
делом активно занялись богатые буржуа, которые заключали договор на обработку
земель церкви и аристократии или становились администраторами fermes
generales - так по-французски назывались обширные поместья, принадлежавшие
частным лицам или корпорациям. Вскоре самая предприимчивая часть сельского
третьего сословия почувствовала, что эта система хозяйствования ей нравится,
и наряду с этими крупными фермерами по договору стало появляться все больше
мелких договорных фермеров, которые обрабатывали меньшие по площади поместья.
В Италии, Нидерландах, немецком Рейнланде, Англии и Франции, где эта практика
стала повсеместной в провинциях Парижского бассейна, в Шампани, Пикардии и
районе Орлеана, а также на востоке страны новый вид земельной аренды сделал
большой шаг вперед и применялся в двух формах - земледельческая аренда и
аренда скота (второй вид аренды назывался во Франции bail a cheptel, а в
Италии socida). Договор аренды второго типа заключался на один год или, иногда,
на сроки от трех до пяти лет. Договор аренды первого типа иногда был
пожизненным, в некоторых случаях его заключали с одним или несколькими поколениями
семьи арендатора, но возникла тенденция к заключению таких договоров на
меньшие сроки - 70 лет в Англии, от 30 до 50 во Франции и от 6 до 29 в Италии. В
одних случаях размер арендной платы, которую вносил фермер, был
фиксированным, в других этот размер изменялся в зависимости от производительности
фермы, а сумма была больше или меньше в зависимости от условий соглашения. В
Провансе плата по таким договорам составляла всего четвертую или даже восьмую
часть дохода с земли, а во многих других областях Франции равнялась 3,13 или
2,33 процента дохода. В Англии же, где с XV в. фермеры были в первую очередь
крупными скотоводами, эта цифра непрерывно увеличивалась, что обогащало и
землевладельцев, и арендаторов.
Кооперативное фермерство (mezzadria, colonat partiaire, metayage) в
некоторых областях распространилось еще шире, чем земельная аренда нового типа,
особенно в Италии, на юге и западе Франции, в Восточной Испании и Рейнланде.
Коллективный метод был доступнее для крестьян, не имевших капитала, а иногда
давал им заметные преимущества, если спрос на рабочие руки превышал их
предложение и было нужно распахать невозделанные или плохо возделанные земли. В
Провансе и Италии были испольщики (подобные французским metayers), которые
должны были платить за аренду только пятую, четвертую или десятую часть
продукции своего хозяйства или же вносить арендную плату, сумма которой изменя-
лась от года к году в зависимости от урожая. Но чаще арендаторы должны были
платить владельцу земли ровно половину доходов с нее, так что экономическая
зависимость от землевладельца у испольщика была гораздо сильнее, чем у
обычного арендатора земли нового типа, по-французски fermier. В Тоскане
испольщикам было запрещено покидать арендованную землю и переселяться в города, не
расплатившись вначале с долгами, и дисциплинарная власть владельца земли над
ними мало отличалась от той, которую раньше имели землевладельцы-феодалы над
свободными вилланами. Правда, исполыцик-metayer отдавал свою свободу в чужие
руки лишь на короткий срок - один год или, в некоторых случаях, на более
долгий, например в Провансе на десять лет. Но с другой стороны, он не имел ни
стабильного существования прежнего цензитария, ни привилегированного
положения независимого фермера.
Различные виды сельскохозяйственного наемного труда к концу Средних веков
распространились еще шире, чем аренда земли под обработку и испольщина-
metarytfge. Ряды свободных поденных рабочих, которые появились в предыдущем
периоде, пополнились за счет изгнанных с прежних мест цензитариев и крестьян,
у которых не было других средств к существованию, кроме продажи своего труда,
а также других земледельцев, таких как немецкие kossaten и английские
cotters, чьи крошечные наделы (иногда размером всего 3 или 4 акра) были
слишком малы, чтобы их прокормить. Нанимаясь поденно, по неделям или для
выполнения определенной работы, эти рабочие - brassiers, varlets, пахари, работники
в земледельческих хозяйствах (так их называли в различных странах) - часто
запрашивали за свои услуги высокую цену, когда рабочих рук становилось мало
после какой-нибудь большой эпидемии - например, после Черной смерти. Но, хотя
они были свободными, они все же подчинялись суровым правилам. В Италии,
Франции, Испании и Англии существовали драконовские законы, такие как уставы
итальянских городов, французский ордонанс 1350 г. и знаменитые английские
Статуты о пахарях (1350-1417), которые предусматривали наказание в виде
больших штрафов и даже заключения в тюрьму для всех, кто отказывался работать,
разрешали приводить их насильно, а иногда даже надевать на них цепи, если они
уходили с места работы, запрещали им переезжать на другое место жительства
или обучать сыновей ремеслу, а также фиксировали размер их заработной платы.
Теоретически наемные рабочие были свободными людьми, но это не помешало
государственной власти связать их по рукам и ногам железными законами, которые
она считала себя вправе навязать им, и из когтей этого законодательства им
удавалось вырваться, лишь когда срочная потребность в рабочей силе заставляла
работодателей капитулировать.
Прислуги, работавшей в домах и крестьянских хозяйствах, тоже стало больше.
Эти слуги, которых нанимали на месяц или на год, имели более прочное
положение и были защищены от безработицы и от повышения цен на товары первой
необходимости, поскольку хозяева предоставляли им одежду, еду и жилье. Но в те
времена свободу домашних слуг, хотя они и работали на основе добровольного
договора, очень сильно ограничивали авторитарные традиции прошлого, согласно
которым слуга должен был работать у хозяина до тех пор, пока не получит
разрешения уйти, а хозяин мог даже подвергать своих слуг телесным наказаниям.
И наконец, самые недисциплинированные и склонные к риску, а также наименее
способные к труду и наименее изобретательные элементы общества стали сельским
пролетариатом, подобным городскому пролетариату, и так же, как городские
пролетарии, часто делались бродягами и нищими. Средневековое общество оставило в
наследство современному миру эти два зла, которые потом стали еще сильнее, и
грозная проблема нищеты стала на селе такой же острой, как в городах.
Имело место даже настоящее движение назад - в редких случаях на западе
Европы и в огромном количестве случаев в ее центральной, северной и восточной
частях. Крепостное право, которое находилось в таком упадке, что, казалось,
вот-вот должно было исчезнуть, снова окрепло, когда стала ощущаться нехватка
рабочей силы. В тех менее населенных областях Западной Европы, где оно еще
существовало, понадобилось преодолеть огромные трудности, чтобы окончательно
уничтожить его. А на огромной части Европейского континента оно укрепилось и
стало распространяться на север и восток.
На западе крепостничество выжило в смягченной форме под названием права
мертвой руки, под действие которого подпадала земля крепостного, но не он
сам. Оно упрямо цеплялось за жизнь во Фриули, Монферрате, Пьемонте, Арагоне,
на Балеарских Островах и в Верхней Каталонии, в Лимузене, Шампани, Ниверне и
многих местностях на востоке Франции, а также в Люксембурге, Намюре, Дрен-
те37, Гельдерсе и за рекой Иссель; под его действием еще находился 1 процент
сельского населения Англии. В испанских государствах трудолюбивое
мусульманское население, которое называлось mudejares, а также евреи, которые в
предыдущем периоде (при правлении мусульман) имели значительные привилегии, теперь
были закрепощены.
Но в основном возрождение крепостного права происходило в остальной Европе,
где ему способствовал рост влияния феодальных сословий. На севере Германии, в
первую очередь в Померании, Мекленбурге и Бранденбурге, и даже в австрийских
38
землях, Штирии, Каринтии и Карниоле не только славянское население, но и
большое число вилланов (horigen) иного происхождения39 попало в крепостное
состояние (leibeigenschaft). Часто одного того, что человек жил на крепостной
земле, оказывалось достаточно, чтобы он потерял свободу. "Человек становится
крепостным даже от воздуха", - говорилось в немецкой пословице. Крестьяне,
которых таким путем превратили в крепостных, отняли у них старинные
утвержденные обычаями права и общинные земли, были доведены до того, что, как
говорилось в бранденбургской поговорке, желали долгой жизни лошадям помещика-
юнкера, чтобы он не захотел ездить верхом на своих арендаторах.
В Венгрии, Трансильвании, Польше и Дании сельское население, среди которого
когда-то преобладали свободные крестьяне, было закрепощено аристократами-
захватчиками. В Сербии, Румынии и Болгарии, а также в бывшей Восточной
Римской империи свобода крестьян была уничтожена подобным же образом, земледелец
этих стран уподобился византийскому paroikos и стал самым нищим и несчастным
крестьянином в Европе, предшественником турецкого rayah40.
Только в Московии требования, предъявляемые освоением новых земель, смогли
удержать сельских жителей в условиях подобных положению виллана или колона.
Русское крепостничество - современное изобретение. Но с другой стороны,
московиты, литовцы и поляки обращали в рабов всех своих пленных - язычников и
мусульман, финнов, татар или турок41. В это же время возродилась торговля
рабами на юге Европы, в Италии и Испании, и даже во французских провинциях,
расположенных на побережье Средиземного моря, которое иногда давало
землевладельцам значительное число полевых работников. В рабство продавали "басурма-
нов" - так называли иноверцев, в первую очередь мусульман42. На Мальорке та-
Провинция в Нидерландах.
38 Крайна в Словении.
39 Пришлые немцы.
40 Стадо, быдло по-турецки.
41 Автор передергивает. Пленных "сажали на землю", делая их, естественно, зависимыми
людьми. Со временем они, как правило, ассимилировались и становились в Литве
литовцами, а в России русскими.
42 Большое количество рабов продолжало поступать из Причерноморья, в основном из
генуэзской Кафы (Феодосии), в 1475 г. она была захвачена турками, продолжившими подлое
дело итальянцев, рабами здесь по-прежнему становились пленники, захваченные во время
набегов татар на русские и литовские (древнерусские) земли.
ких рабов было 20 тысяч - большое число, и в итальянских статутах сохранились
свидетельства о том, что в Сицилии, Тоскане, Венеции и Истрии рабский труд
много раз применяли, чтобы восполнить недостаток свободного труда.
Многочисленные кризисы, которыми был отмечен конец Средних веков, порождали
то анархию и нищету, то столкновения между владельцами земель и земледельцами
или между аристократами и крестьянами, которым угрожало закрепощение, и
вызвали в сельском мире такое лихорадочное движение, подобное тому, которое
тревожило города. Вторая половина XIV в. и, в меньшей степени, первая
половина XV в. были временем постоянных восстаний, причем обычно у восставших не
было ни какой-либо программы, ни единства, ни направления действий. Это были
просто анархические кровавые всплески боли и ненависти народа.
Таким было, в частности, знаменитое восстание французских крестьян,
"Жаков", как их прозвали дворяне, которые смеялись над ними, презирали их и
довели до отчаяния своим произволом. Весной 1358 г. , после того как разгром в
битве при Пуатье (1356) пошатнул престиж дворянства, крестьяне севера
Франции, Нормандии, Иль-де-Франс, Пикардии, Брие, Восточной Шампани и
окрестностей Суасона восстали под предводительством бывшего солдата Гийома Каля,
сожгли сотни замков, захватили, грабя и поджигая, а иногда и убивая, обширную
территорию и даже вызвали симпатию к себе у мелкой буржуазии Руана, Санлиса,
Амьена, Мо и самого Парижа (с 28 мая по 16 июня). Восставшие жестоко
обращались со всеми, у кого не было мозолей на руках, но, в конце концов, восстание
было жестоко подавлено. Англичане, которые в течение короткого времени были
хозяевами Западной Франции, грабили там сельские местности и вызвали в Мене,
Котантене и Нормандии крестьянские восстания, самое известное из которых
возглавлял крестьянин Кантепи (1424-1432), и залили землю этих областей кровью.
Жакерия в Мо (на реке Марне, в Бри).
Другие сельские революции имели более ясную и порой более социалистическую
направленность, чем французские. В Испании крепостные (pageses de remensa)
Верхней Каталонии с 1395 по 1479 г. три раза поднимались с оружием в руках
против своих угнетателей - дворян и духовенства и в итоге добились для себя
свободы благодаря вмешательству королевской власти. Крестьянам (foreros)
Мальорки повезло меньше. Несмотря на четыре восстания (1391-1477), самым
известным из которых руководил земледелец по имени Торт Баллестер, они не
смогли ни помешать буржуазии завладеть сельскими землями, ни добиться лучших
условий труда для цензитариев и поденных рабочих. Некоторые были убиты или
покинули свою страну, остальным пришлось покориться.
В Нидерландах крестьянское восстание в приморской Фландрии, которое
продолжалось с 1322 по 1328 г., уже имело все характерные признаки классовой войны.
Эту войну свободные крестьяне, находившиеся под угрозой закрепощения, повели
против дворян, и она сопровождалась неслыханным насилием с обеих сторон.
Сельские жители были побеждены, но все же сумели упрочить свою свободу. После
этого они стали поддерживать власть государя против городов, таким образом
усилив свое влияние, и добились права на существование для сельской
промышленности. Но дальше к востоку в области Льежа в 1458 г. произошло странное
восстание, участники которого, получившие название cluppelslagers, сделали
своим знаменем лемех крестьянского плуга и носили лемехи на своих шапках. Они
жаловались на злоупотребления феодального правосудия и на налоги.
Две самые необычные сельские революции - восстание английских земледельцев
и восстание крестьян в Чехии. Английское крестьянское восстание было вызвано
жестокими законами, которые обязывали земледельцев и ремесленников работать
за фиксированную плату и запрещали им менять род занятий. Пламя этого
восстания раздували своими проповедями священники-бедняки, последователи учения
Виклифа43. Джон Болл и Джек Строу, вилланы, недовольство которых вызвали
трудовые повинности, присоединились к этому движению, а правительство тем, что
ввело градуированный подушный налог, тяжелый для бедных слоев населения
(1377-1380), разожгло пламя грозной войны, которая заставила дрожать каждого
владельца собственности. Деревенский ремесленник и бывший солдат по имени Уот
Тайлер стал вождем восставших, и под его руководством они подняли против
властей все восточные и юго-восточные графства страны и даже часть ее севера.
Строу и Болл были теоретиками этой революции. Во имя Библии они проповедовали
захват имущества дворян, духовенства и буржуазии, отмену крепостного права и
всех общественных различий, равенство всех званий и общность имущества. Но на
деле восставшие не имели ни общей программы, ни единой линии поведения. В
одном месте они ограничивались тем, что отменяли трудовые повинности и
уничтожали ограды, а в другом позорили себя грабежом и анархическими действиями. На
короткое время они стали хозяевами Лондона и короля Ричарда II (13-14 июня
1880 г.), но поверили обещанию освободить крестьян особой хартией, сложили
оружие, и всего через несколько дней восстание было подавлено, а за этим
последовали кровавые репрессии. Королевская власть была удовлетворена тем, что
отменила вырванные у нее силой уступки, и ограничилась лишь тем, что казнила
вождей революции; но у нее не всегда хватало сил для того, чтобы остановить
слепую реакцию. Спокойствие установилось на 60 лет. Кроткое восстание
кентских крестьян во главе с авантюристом Джэком Кэдом (12 июня 1450 г.) не было
43 Джон Виклиф - знаменитый английский богослов и церковный реформатор. Считал, что
человек получает все, что имеет, как бы в аренду от Бога - как крестьянин землю от
феодала, и делал из этого выводы: церковь не должна владеть собственностью, а у
остальных людей собственность в идеале должна быть общей; грешник же не имеет права
ничем владеть.
таким мощным, как восстание 1380 г., хотя и вызвало сильные волнения в
Лондоне .
Уот Тайлер и Джон Болл во главе мятежников. Жан Фруасар. (14 60—80).
Еще более дерзким, гораздо более долгим и более широким по масштабу было
гуситское восстание, которое было частично религиозным, а частично
общественным движением. Под предлогом религиозной реформации, которую проповедовал Ян
Гус, и национального движения против немецкой аристократии чешские крестьяне,
объединившись с низшим слоем дворянства, под предводительством двух
знаменитых воинов, Яна Жижки (умер в 1424 г.) и Прокопа Большого (погиб в 1434 г.) ,
20 лет (1417-1437) господствовали в Центральной Европе44. Они ввели
пуританскую демократию и провозгласили равенство всех людей, освобождение сельских
областей от ярма феодализма и секуляризацию имущества духовенства. Но эта
демократия погубила себя сама тем, что попала под влияние крайне радикальной
секты таборитов, которые предписывали абсолютное уничтожение всех
общественных различий, будь это разница в богатстве, происхождении или уме, полную
эмансипацию женщин, отмену частной собственности, брака и семьи - по сути
дела, всю систему коммунизма. Гуситское восстание, покинутое местной буржуазией
и низшим дворянством, которые вначале поддерживали его, было разгромлено в
битве при Липанах, и его поражение расчистило путь для феодальной реакции и
крепостного права.
Оно породило сильнейшее волнение в сердце Европы. Это возбуждение
перекинулось на восток Франции, а также и главным образом в Германию, где произошли
неудачные восстания крестьян в Саксонии, Силезии, Бранденбурге, Рейнланде
(1432), а также в Каринтии, Штирии и далекой Трансильвании (1437). И наконец,
в Скандинавских странах свободные крестьяне Швеции в союзе с местным
дворянством и под предводительством Энгельбректсона успешно восстали против введе-
Не совсем верно. Армия таборитов начала громить интервентов в 1420 г., в 1427-
1432 гг. ходила в дальние походы за пределы Чехии, но в 1434 г. табориты были
разгромлены у Липан чашниками (умеренное крыло гуситов, прекратившее борьбу). Отдельные
отряды таборитов продолжали борьбу (Ян Рогач - до 1437 г.) . Табор был Захвачен
чашниками только в 1452 г.
ния в их стране крепостного права45 (14 3 4-14 3 6) и даже взяли в свои руки
бразды правления, но в Дании три крупных крестьянских восстания с 1340 по
1441 г. только сделали еще тяжелее ярмо, надетое немецкими аристократами на
датских крестьян, и те сначала были превращены в вилланов, а затем оказались
в жесточайшей крепостной зависимости.
Гуситы. Для них характерно использование деревянных повозок для
защиты строя. Также гуситы использовали огнестрельное оружие,
появившееся сравнительно недавно, в XIV веке. Применение такого
оружия сделало доспехи рыцарей неэффективными, а самих рыцарей
ненужными.
Таким образом, похоже, что в основной части Европы, в результате описанных
здесь социальных перемен, бедствий войны или эпидемий, положение сельских
слоев общества ухудшилось, в особенности на севере, в центре и на востоке
Европейского континента и даже в некоторых странах его западной части -
Шотландии , Ирландии, Наварре, Арагоне и, в первую очередь, во Франции. Большинство
французских провинций было разорено, население этой страны уменьшилось
наполовину, и даже Лангедок, находившийся далеко от театра военных действий,
потерял треть своего населения. Во времена Карла VII епископ Лизье описал
ужасающую нищету северных провинций, где истощенные, измученные крестьяне в
лохмотьях бродили среди заброшенных полей. Англичанин Фортескью в 1450 г. хва-
А также, и прежде всего, против датского господства и короля-иноземца Эрика
Померанского .
лился противоположностью между нищетой земледельцев в плодороднейшей стране
мира и благополучием крестьянства по другую сторону Ла-Манша.
Но в нескольких европейских странах положение в сельских областях было
лучше - например, в Чехии перед Гуситскими войнами и в Польше при Казимире
Великом46 и Ягеллонах. Однако наибольшего успеха в сохранении и увеличении своего
прежнего процветания добились в первую очередь Италия, Испания, Нидерланды,
Германия и Англия, где различные группы сельского населения, как правило,
жили в некотором достатке и с некоторым комфортом. Даже поденные рабочие
получили пользу от повышения зарплат, которые в Италии, а также во Франции,
Англии и Германии выросли в два или три раза. В Англии они требовали оплату
своего труда обязательно деньгами, и чтобы было только пять рабочих дней в
неделю. В рейнских и дунайских землях зарплата сельскохозяйственного рабочего за
один день была такой, что он мог купить на нее свинью или овцу, от 7 до 9
фунтов мяса или пару башмаков, а на деньги, которые зарабатывал за год слуга,
можно было купить быка или двенадцать овец. В Англии мелкие Землевладельцы-
крестьяне, которые назывались йомены или Франклины, и мелкие фермеры-
арендаторы часто имели доход от 70 до 80 фунтов в год и посылали своих
сыновей учиться в колледжи. Материальные условия жизни стали еще лучше - если не
в отношении домов и мебели в них, то хотя бы в одежде и особенно в пище,
которой сельские округа Англии, Фландрии и Рейнланда были богаты и даже
обильны.
Одним из самых ярких показателей процветания сельских округов было быстрое
восстановление прежней численности населения в этих счастливых странах. С
1450 по 1500 г. население Италии, этой "полной красоты приятной земли",
увеличилось с 9 до 11 миллионов человек, из которых треть жила в Королевстве
обеих Сицилии, больше трети в Верхней Италии и десятая часть в Тоскане.
Кастилия насчитывала 7,5 миллиона жителей, Каталония и Руссильон 300 тысяч, а
весь Пиренейский полуостров около 10 миллионов. Южные Нидерланды, увидев
которые все восхищались сказочным плодородием их земли и процветанием народа,
были домом для 2 миллионов человек, из которых половина жила во Фландрии и
Брабанте. В Англии снова было 2,5 миллиона жителей, как перед Черной смертью,
и ее крестьяне входили в число самых процветающих в западном мире. Чехия
потеряла в Гуситских войнах полмиллиона из 3 миллионов своих жителей, но
Германия в XV в. имела около 12 миллионов населения и в следующий раз достигла
такого процветания только через три с половиной столетия. Прогресс этой части
Запада позволил Западной Европе сохранить то экономическое главенство в
области сельского труда, которое она уже завоевала.
Именно в этом направлении уже в современную эпоху пошел дальше тот
эволюционный процесс, который понемногу коренным образом изменил судьбу трудящихся
слоев общества; зарождение и развитие этого процесса являются, возможно,
самыми важными событиями в истории Средних веков.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
История труда в Средние века началась с гораздо более мощного потрясения,
чем то, которым закончился этот период. Завершающий удар был лишь несчастным
46 Казимир IV Ягеллончик (1427-1492) - литовский великий князь (с 1440 г.) и
польский король (с 1447 г.), сын Владислава II Ягайло. Вел активную внешнюю политику -
отвоевал в 1454-14 66 гг. у Тевтонского ордена Восточное Поморье с Гданьском, его
старший сын Владислав стал королем Чехии (1471), а затем и Венгрии (14 90). Не смог
захватить Новгород и Псков - его опередил Иван III.
случаем в процессе роста, а первоначальный едва не остановил развитие
цивилизации. Вторжения варваров стали началом поистине великого бедствия. За 200
лет здание христианской Римской империи, где труд рос и процветал под защитой
порядка, на Западе было разрушено от крыши до фундамента, а на Востоке под
него был сделан опаснейший подкоп. Повсюду лежали развалины, анархия пришла
на смену порядку, а власть силы - на смену власти закона. Производство во
всех его формах остановилось, драгоценные богатства, накопленные предыдущими
поколениями, были утрачены, прогресс экономики и общества прекратился. Эти
варвары были только слепыми разрушителями, и их единственным полезным
влиянием было лишь то, что их действия вызвали спасительную реакцию у тех немногих
избранных, которые сохранили традиции и остатки цивилизации.
Эти немногие возобновили труд Рима на Востоке. Восточная Римская империя
стала для варваров преградой, которая долго оставалась неприступной, вернула
народ к земле, дала мощнейший импульс освоению новых земель, коммерции и
промышленности, снова открыла источники богатства, отменила рабство, прикрепила
людей к земле и снова разожгла едва тлевший до этого огонь в очаге
цивилизации. За четыре столетия она цивилизовала варварское население Восточной
Европы и стала учительницей Запада, который был отброшен на половину пути назад,
к варварству. Сам Запад выполнил задачу, которая не так широко известна, но
его труд принес много плодов - организовал первую сельскохозяйственную
колонизацию, которая расширила границы нового христианского мира до Эльбы и
равнинной Шотландии. Он старался возродить - в рамках натуральной и усадебной
экономики - экономическую деятельность, заменил рабство крепостным правом и
так же, как Восточная Римская империя, поселил основную массу населения в
крупных поместьях, где их существование было стабильным и относительно
безопасным. Но он был не в состоянии влить в торговлю, промышленное производство
и городскую экономику столько жизненных сил, сколько дала им его восточная
соперница.
Повсюду возникла аристократия, которая завладела основной частью земель, и
большая часть земли перешла от коллективных собственников к индивидуальным.
На Востоке этой аристократии не удалось в полной мере получить политическую
власть, общественное влияние и экономическое главенство. На Западе она
сосредоточила в своих руках все виды власти и стала классом феодалов. Каста
священнослужителей и военных, которая спасла народ от опасности во время
последних вторжений в IX и X вв., принесла победу новой разновидности организации
труда - феодальной экономике, которая выросла, как из семени, из экономики
предыдущего периода и была во всех отношениях такой же угнетательской.
Феодалы провозгласили, что обеспечат народным массам защиту, и во имя этой защиты
приковали людей к земле или мастерским, объявили, что станут регулировать все
виды деятельности, распределяли плоды труда по своему усмотрению и надели на
народ тяжелое ярмо капризной тиранической власти, при этом, по обязанности,
обеспечивая им минимум материальных благ. Через два столетия христианский мир
вырвался из изоляции, в которой его удерживали тысячи местных правителей с их
узким кругозором, и границы феодальной экономики стали ломаться во всех
направлениях .
За этим последовала золотая пора Средневековья, один из прекраснейших
периодов в истории человеческого труда, которая продолжалась 250 лет (с XII по
XIV в.). Коммерческая деятельность возобновилась и усилилась в огромной
степени; то же произошло с индустриальным производством, и эти две отрасли дали
мощнейший толчок развитию движимой собственности и городской жизни. Трудовые
слои населения, жившие главным образом в городах, заставили работать
непреодолимую силу, свои революционные союзы и с их помощью добились и свободы, и
власти. Они защитили промышленное производство, словно прочной броней,
свободными ремесленными союзами и клятвенными корпорациями. Впервые миллионы ос-
вобожденных тружеников узнали, что такое грозная сила единства, добились
признания ценности своего труда для общества и достигли такого материального и
нравственного уровня, которого не знали их предки.
По их примеру и под давлением собственных новых потребностей сельские слои
общества, которые своим совместным трудом обеспечили успех одного из
величайших дел за всю историю человечества - земледельческой колонизации
христианской Европы, тоже добились освобождения и завоевали себе все те гражданские и
экономические свободы, которых они раньше были лишены. Они начали завоевывать
себе доступ к владению собственностью, улучшили свои жизненные условия и
часто достигали достатка и благополучия. Их привлекли в качестве участников к
работе местной администрации, и они поднялись выше в общественной иерархии. И
наконец, западная цивилизация, взяв на себя роль, которую ослабевший Восток
уже не мог исполнять47, преобразовала по своему подобию экономический и
общественный строй молодых стран Центральной, Северной и Восточной Европы - новых
провинций христианского мира.48
Но в последние 100 лет Средних веков прочности нового общественного
устройства, в котором труд процветал, стал угрожать кризис. Нации и государства
боролись между собой, вновь возникла анархия, и в этой обстановке общественных
беспорядков национальная экономика пользовалась наследством феодальной и
городской экономики. Ужасные природные бедствия, которые уничтожили половину
населения Европы, на короткое время создали нехватку рабочей силы.
Первоначальное единство городских слоев общества все больше разрушалось. Образование
и непрерывный прогресс капиталистической буржуазии, международной коммерции и
крупной промышленности ускорили развитие промышленного производства и
торговли, но породили грозные проблемы наемного труда и нищеты. Интересы мастеров-
ремесленников и интересы их подмастерьев разошлись, и из-за этого ремесленные
союзы стали противостоять один другому. В городах бушевала классовая война:
там происходили революции, целью которых где-то были реформы, которые бы
уничтожили злоупотребления властей, где-то захват власти, а где-то еще
установление нового общественного строя. Постепенно все эти революции угасли, и
центральная власть восстановила порядок. В части Европы повышение заработной
платы и увеличение богатства позволило народным массам, мелким мастерам и
рабочим сохранить или вернуть себе процветание, существовавшее в предыдущем
периоде .
В это время сельскохозяйственная колонизация прекратилась в некоторых
странах и областях, которые терзали война и анархия, но медленно продвигалась
вперед в остальных. Производственная деятельность иногда меняла русло и
направлялась по новым путям. Земля окончательно перешла во владение
государства , крупных землевладельцев, буржуазии, а небольшая ее часть - даже в руки
крестьян; класс феодалов тем временем беднел, а крестьяне-цензитарии стали
почти владельцами земли, получив часть прав на нее. Крепостное право отжило и
исчезло в самой цивилизованной части Европы, но снова возникло в других ее
частях. В сельской местности возник пролетариат, и появилась проблема нищеты.
Во многих местах вспыхнули крестьянские восстания - слепые бунты, вызванные
нищетой, или отчаянные попытки изменить общество; это были непоследовательные
и неэффективные проявления отчаяния сельских масс. Тем не менее, спокойствие
После разгрома Константинополя, учиненного западными варварами в ходе так
называемого 4-го Крестового похода в 1204 г.
48 Домонгольскую Русь, которая ориентировалась на Византию, западная цивилизация не
преобразовывала, а позже Русское государство развивалось самостоятельно, сражаясь с
представителями западной цивилизации - Швецией, Ливонским орденом, Польшей и Литвой
(одновременно отбиваясь от наследников Золотой Орды).
установилось снова. В некоторых более счастливых странах и областях Запада
сельские области процветали так же, как города. Но в большей части Европы на
общественном горизонте было темно, и мир труда жил в тревоге накануне новых
потрясений, которые уже в современную эпоху задержали приход трудящихся к
власти.
Однако основные контуры работы, которую осуществила средневековая
цивилизация , оставались неизменными с ее начала и до конца. За это тысячелетие две
трети земли Европы были колонизированы, ее население удвоилось,
сельскохозяйственное производство значительно увеличилось, индивидуальная собственность в
ее различных формах пришла на смену примитивной системе племенной,
деревенской и семейной собственности. Буржуазия и сельские слои общества сами стали
владельцами земельного капитала. Движимое имущество, благодаря усилению
торговли, снова стало развиваться и разошлось по рукам огромного множества
собственников . Но главнейшим фактом той эпохи, который делает ее незабываемой и
важной, было завоевание свободы городским и сельским населением.
Впервые народные массы перестали быть всего лишь "стадами" - без
собственных прав и своих мыслей. Они стали объединениями свободных людей, которые
гордились своей независимостью, осознавали ценность и достоинство своего
труда и благодаря работе своих умов могли, сотрудничая во всех областях -
политической, экономической и общественной, выполнять те задачи, на которые
аристократия считала способной только себя. Благодаря их стараниям не только
производительные силы общества увеличились в сто раз, но произошло
возрождение общества благодаря постоянному приливу новой сильной крови. Таким
образом, был лучше обеспечен социальный отбор. Именно благодаря преданности и
силе духа этих средневековых народных масс нации осознали себя единым целым:
именно они принесли победу национальному патриотизму, точно так же, как в
прошлом их предки были пламенными патриотами своего города или деревни.
Крестьянская девушка из Лотарингии49 своим мученичеством спасла первую из
великих наций, французскую, а ведь Франция стала самой блестящей обителью
цивилизации именно в Средние века. Эти люди стали солдатами первых армий
современных государств и оказались лучшими воинами, чем феодальное рыцарство. И самое
главное - именно они подготовили появление демократии и оставили в наследство
трудящимся массам свои инструменты власти - принципы свободы и объединения в
союзы. Труд, который люди когда-то презирали и недооценивали, стал властью,
мощнее которой нет в мире, и его социальная ценность признается со временем
все больше. Эта первостепенная по своему значению эволюция началась именно в
Средние века, и как раз это делает Средневековье, которое так часто неверно
понимали, и которое было так наполнено запутанной, но необыкновенно мощной
деятельностью, самым важным временем во всемирной истории труда перед
великими переменами, произошедшими в XVIII и XIX вв.
4 9 То есть Жанна д1Арк.
Ликбез
МИР МНОГИХ МИРОВ
ФИЗИКИ В ПОИСКАХ ИНЫХ ВСЕЛЕННЫХ
Александр Виленкин
ЧАСТЬ I. СОТВОРЕНИЕ МИРА
Глава 1.
Что взорвалось, как взорвалось и
что послужило причиной взрыва
С точки зрения инфляционной
космологии следует признать, что
Вселенная досталась нам задаром.
Алан Гут
Как-то раз в самый обычный зимний день 1980 года, около полудня, я сидел в
тесно набитой гарвардской аудитории, слушая самый поразительный доклад из
всех, что мне довелось посетить за много лет. Молодой физик из Стэнфорда Алан
Гут рассказывал о новой теории происхождения Вселенной. Раньше я не
встречался с Гутом, но знал о том, как неожиданно этот прежде никому не известный
ученый вдруг стал знаменитостью. Всего месяцем раньше он принадлежал к
кочевому племени "постдоков" — молодых исследователей, перебивающихся временными
контрактами в надежде однажды отличиться и осесть на постоянной работе в
каком-нибудь университете. Для Гута все складывалось не лучшим образом: в свои
32 года он был уже немного староват для этого молодого племени, и поток
контрактных предложений уже начинал потихоньку пересыхать. Вот тогда-то его и
осенила удачная мысль, переменившая все вокруг.
Гут оказался невысоким подвижным молодым человеком, за долгие годы "постдо-
ковских" скитаний ничуть не утратившим мальчишеского энтузиазма. Он сразу дал
понять, что не пытается опровергнуть теорию Большого взрыва. В этом не было
нужды. Позиции этой теории были очень сильны, а свидетельства в ее пользу —
очень убедительны.
Самый сильный аргумент — это расширение Вселенной, открытое в 1929 году
Эдвином Хабблом. Он обнаружил, что далекие галактики стремительно разлетаются
от нас. Если проследить движение галактик назад во времени, то в некоторый
момент в прошлом все они сливаются вместе1, что и говорит о взрывном
возникновении Вселенной.
Другим важным подтверждением Большого взрыва служит космическое
микроволновое излучение. Космос заполнен электромагнитными волнами примерно той же
частоты, что в обычных микроволновых печках. Интенсивность этого излучения
снижается по мере расширения Вселенной, так что мы сейчас наблюдаем лишь слабый
отсвет раскаленного первичного огненного шара.
Теория Большого взрыва служит космологам для изучения того, как этот
огненный шар расширялся и остывал, как возникали атомные ядра и как из
бесформенных газовых облаков возникали грандиозные спирали галактик. Результаты этих
исследований прекрасно согласовывались с астрономическими наблюдениями, и это
практически не оставляло сомнений в том, что теория развивается в правильном
направлении. Однако она описывала только последствия Большого взрыва и ничего
не говорила о нем самом — выражаясь словами самого Гута2, «что "взорвалось",
как "взорвалось" и что послужило причиной "взрыва"».
Вдобавок ко всему при ближайшем рассмотрении Большой взрыв выглядит весьма
странно. Вообразите себе булавку, стоящую на острие: малейший толчок — и она
упадет. Так же и с Большим взрывом. Окружающий нас огромный мир, полный
галактик, образуется только при том условии, что энергия первичного взрыва
выверена с немыслимой точностью. Ничтожное отклонение приводит к
космологической катастрофе: либо огненный шар коллапсирует под действием собственного
тяготения, либо Вселенная оказывается почти пустой.
Космология Большого взрыва просто постулирует, что огненный шар обладал
требуемыми свойствами. Среди физиков преобладало мнение, согласно которому
наука может описать, как развивалась Вселенная из заданной начальной
конфигурации, но попытки разобраться, почему все началось именно с этого конкретного
состояния, выходят за рамки физики. Вопросы, связанные с этим начальным
состоянием, считались "философией", что на языке физиков означает напрасную
трату времени. Впрочем, это мнение не делало Большой взрыв менее загадочным.
И вот теперь Гут рассказывал нам о том, что завесу тайны, окружающую
Большой взрыв, можно приподнять. Новая теория могла раскрыть его природу и обгьяс-
Экстраполяция является самым ошибочным методом исследования. - Ред.
2 Гут А.Х. Инфляционная Вселенная, Addison-Wesley, Reading, 1997, p. 2.
нить, почему первичный огненный шар был так тонко настроен. Аудитория
затихла . Все были заинтригованы.
Новая теория давала Большому взрыву необыкновенно простое объяснение:
Вселенная раздувалась отталкивающим тяготением! Ключевую роль в теории играла
гипотетическая сверхплотная материя с крайне необычными свойствами. Самым
необычным среди них было то, что она порождала мощное отталкивающее
гравитационное поле. Гут предположил, что в ранней Вселенной было некоторое количество
такой материи. Много ему не требовалось: достаточно было крошечного кусочка.
Рис. 1.1. Смотрите под ноги - может попасться кусочек
гравитационно отталкивающей материи.
Внутреннее гравитационное отталкивание заставило бы этот кусочек очень
быстро расширяться. Если бы он состоял из обычного вещества, его плотность
падала бы с расширением, но странная антигравитационная материя ведет себя
совсем по-другому: ее второе ключевое свойство состоит в неизменной плотности,
так что ее общая масса пропорциональна объему, который она занимает. По мере
роста размеров кусочка его масса увеличивается, так что его отталкивающая
гравитация становится все сильнее, и он все быстрее расширяется. Короткий
период такого ускоренного расширения, которое Гут назвал инфляцией, может
увеличить крошечный исходный кусочек до чудовищных размеров, превосходящих всю
наблюдаемую сегодня Вселенную.
Поразительный рост массы в ходе инфляции может на первый взгляд показаться
нарушением самого фундаментального закона природы — принципа сохранения
энергии. Согласно знаменитой формуле Эйнштейна Е = тс2 энергия пропорциональна
массе. (Здесь Е — энергия, т — масса, а с — скорость света.) Выходит, энергия
раздувающегося куска материи должна вырасти в колоссальное число раз, тогда
как закон сохранения энергии требует, чтобы она оставалась постоянной. Этот
парадокс исчезает, если учесть вклад в энергию, который дает гравитация. Уже
давно известно, что гравитационная энергия всегда отрицательна. Раньше это
казалось не столь уж важным, но теперь приобрело поистине космическое
значение . В то время как положительная энергия материи растет, его компенсирует
растущая отрицательная гравитационная энергия. Полная энергия остается
постоянной, как и требует закон сохранения.
Чтобы обеспечить период инфляции завершением, Гут ввел условие, что
гравитационно отталкивающаяся материя должна быть нестабильной. При распаде ее
энергия порождает горячий огненный шар элементарных частиц. Он продолжает по
инерции расширяться, но теперь уже состоит из обычной материи, его гравитация
становится притягивающей, и расширение постепенно замедляется. Момент распада
антигравитационной материи отмечает конец инфляции и в данной теории играет
роль Большого взрыва.
Красота этой идеи заключалась в том, что одним махом инфляция объясняла,
почему Вселенная столь велика, почему она расширяется, и почему вначале она
была такой горячей. Необъятная расширяющаяся Вселенная появилась практически
из ничего. Все, что было нужно, — это микроскопический кусочек гравитационно
отталкивающего материала. Гут честно признавал, что не знает, откуда взялся
этот кусочек, но отрицать его достижения было трудно. "Часто говорят, что
нельзя получить нечто из ничего, — говорил он, — но в конечном счете
Вселенная могла достаться нам даром".
Все это предполагает, что гравитационно отталкивающая материя действительно
существует. В ней не было недостатка у авторов научно-фантастических романов,
которые применяли ее во всевозможных летательных аппаратах — от боевых машин
до антигравитационных ботинок. Но могут ли профессиональные физики всерьез
рассматривать возможность отталкивающей силы гравитации? Могут, конечно. И
первым сделал это никто иной, как Альберт Эйнштейн.
Глава 2.
Взлет и падение
отталкивающей
гравитации
"Мы оседлали гравитацию!" — выпалил
Профессор и повалился на пол.
Из научно-фантастического романа3
Ткань
пространства
и времени
Эйнштейн создал две поразительно красивые теории, которые навсегда изменили
наши представления о пространстве, времени и гравитации. Первая из них,
получившая название специальной теории относительности, была опубликована в 1905
году, когда Эйнштейну было 26 лет, и по всем параметрам он мог считаться не-
3 J. Williams, R. Abrashkin, Danny Dunn and Anti-gravity Paint ("Дэнни Данн и
антигравитационная краска"), McGraw Hill, New York, 1957.
удачником. Его крайняя независимость и неаккуратное посещение занятий не
снискали ему симпатий профессуры Цюрихского Политехникума, где он получил свой
диплом. Когда пришло время искать работу, все выпускники его группы были
приняты в Политехникум ассистентами, а Эйнштейну не удалось получить никакой
научной должности. Он был счастлив, заняв благодаря содействию бывшего
одноклассника место клерка в патентном бюро. К плюсам этой работы надо отнести
то, что она была небезынтересна и оставляла массу времени для исследований и
других интеллектуальных занятий. Эйнштейн проводил вечера, обсуждая свои
мысли о физике с друзьями, куря трубку или читая Спинозу и Платона. Он также
играл струнные квинтеты в необычной компании из юриста, переплетчика, школьного
учителя и тюремного охранника. Никто из них не подозревал, что их вторая
скрипка знает нечто поразительное о природе пространства и времени.
Свою специальную теорию относительности Эйнштейн создал меньше чем за шесть
недель чрезвычайно интенсивной работы. Из нее следовало, что интервалы
пространства и времени сами по себе не имеют абсолютного смысла, но зависят от
состояния движения наблюдателя, который их измеряет. Если два наблюдателя
движутся друг относительно друга, каждый из них обнаружит, что часы второго
тикают медленнее, чем его собственные. Одновременность тоже относительна.
События, которые одновременны для одного наблюдателя, для другого могут
происходить в разное время. В повседневной жизни мы не замечаем таких эффектов,
поскольку при обычных скоростях они совершенно ничтожны. Но если
относительное движение наблюдателей происходит с околосветовой скоростью, результаты их
измерений могут очень сильно различаться. Но все же существует одна вещь, по
поводу которой все наблюдатели сойдутся между собой: свет всегда
распространяется с одной и той же скоростью — примерно 300 ООО километров в секунду4.
Скорость света — это абсолютный предел скорости во Вселенной. Когда вы
прикладываете силу к физическому объекту, он ускоряется. Его скорость растет, и
если вы будете продолжать прикладывать силу, он, в конце концов, подойдет к
скорости света. Эйнштейн показал, что по мере приближения к ней для ускорения
требовалось бы все больше и больше энергии, так что предела достичь
невозможно .
Пожалуй, наиболее известное следствие специальной теории относительности
выражено формулой Эйнштейна Е = тс2. Если нагреть предмет, его тепловая
энергия возрастет, а значит, его вес тоже должен увеличиться. Это может навести
на мысль, что перед взвешиванием лучше принять холодный душ. Но такая
хитрость , скорее всего, уменьшит наш вес не больше чем на несколько миллионных
долей грамма. Если пользоваться привычными единицами измерения, такими как
метры и секунды, коэффициент с2 для перевода энергии в массу оказывается
очень большим, и, чтобы существенно изменить массу макроскопического тела,
требуется громадное количество энергии. Физики часто пользуются другой
системой единиц, в которой с = 1, так что энергия просто равна массе и может
измеряться в килограммах5. Как правило, я буду следовать этой традиции, не делая
различий между энергией и массой.
Слово "специальная" в названии теории относительности указывает на то, что
она применима только к особым условиям, когда влияние гравитации
незначительно. Это ограничение сняла вторая теория Эйнштейна — общая теория
относительности, которая по сути является теорией гравитации.
Общая теория относительности выросла из простого наблюдения: движение тел
под действием гравитации не зависит от их массы, формы и любых других свойств
На самом деле это не проверено, такой опыт никогда не был поставлен. Постоянство скорости
света в вакууме принято как постулат. - Ред.
5 К примеру, время можно измерять в годах, а расстояние — в световых годах. (Световой год —
это расстояние, проходимое светом За год.) Тогда скорость света с = 1.
при условии, что всеми силами, кроме тяготения, можно пренебречь. Это было
обнаружено еще Галилеем, который убедительно обосновал этот тезис в своих
знаменитых "Диалогах". В то время вслед за Аристотелем принято было считать,
что более тяжелые тела падают быстрее. Действительно, арбуз падает быстрее
перышка, но Галилей понял, что различие возникает только из-за сопротивления
воздуха. По легенде, он сбрасывал камни разного веса с наклонной Пизанской
башни, желая удостовериться, что они достигнут земли одновременно. Однако в
действительности он экспериментировал с мраморными шарами, скатывая их по
наклонной плоскости, и обнаружил, что движение не зависит от массы. Он также
предложил теоретическое доказательство того, что Аристотель не может быть
прав. Предположим, говорит Галилей, что тяжелый камень падает быстрее, чем
легкий. Представьте теперь, что они соединены друг с другом очень легкой
струной. Как это повлияет на падение тяжелого камня? С одной стороны,
отстающий легкий камень должен заставить более тяжелый падать несколько медленнее,
чем прежде. С другой стороны, два камня, рассматриваемые вместе, массивнее
тяжелого камня, а значит, должны падать быстрее. Это противоречие показывает,
что аристотелевская теория непоследовательна.
Эйнштейн много размышлял над этим странным видом движения, полностью
независимым от самого движущегося объекта. Оно напоминало ему движение по
инерции: в отсутствие действующих на него сил тело движется по прямой с
постоянной скоростью независимо оттого, из чего оно сделано. В сущности, движение
тела в пространстве и времени — это свойство самих пространства и времени.
И тут оказались очень полезны идеи профессора Германа Минковского, чьи
лекции по математике Эйнштейн не слишком ценил в годы учебы. Сам Минковский
считал Эйнштейна лентяем и не ждал от него чего-то стоящего. К чести Минковского
следует отметить, что он быстро изменил свое мнение после знакомства со
статьей Эйнштейна 1905 года.
Минковский понял, что математические выкладки специальной теории
относительности становятся проще и красивее, если рассматривать пространство и
время не отдельно, а как единую сущность, называемую пространством-временем.
Точки в пространстве-времени — это события. Поэтому оно имеет четыре
измерения. Имея перед собой пространство-время целиком, вы знали бы все о прошлом,
настоящем и будущем Вселенной. История каждой частицы представляется линией в
пространстве-времени, которая указывает положение частицы в каждый момент
времени. Это так называемая мировая линия частицы. (Георгий Гамов, один из
создателей космологии Большого взрыва, назвал автобиографию "Моя мировая
линия" .)
Равномерное движение частиц в отсутствие гравитации представляется прямыми
линиями в пространстве-времени. Но гравитация заставляет частицы отклоняться
от этих простых траекторий, так что мировые линии перестают быть прямыми. Это
привело Эйнштейна к поистине удивительной гипотезе, что даже отклоняющиеся
частицы с искривленными мировыми линиями могут по-прежнему следовать самому
прямому возможному пути в пространстве-времени, но само оно должно быть
искривлено вблизи массивных тел. Тогда гравитация — не что иное, как кривизна
пространства-времени!
Искажение геометрии пространства-времени массивным телом можно
проиллюстрировать на примере тяжелого предмета, лежащего на горизонтально натянутом
резиновом листе (рис. 2.1). Поверхность резины искривляется вблизи предмета
подобно тому, как пространство-время искривляется вокруг гравитирующего тела.
Если вы попробуете сыграть в бильярд на этом резиновом листе, то обнаружите,
что шары отклоняются на искривленной поверхности, особенно когда проходят
вблизи больших масс. Эта аналогия не идеальна: она иллюстрирует только
искривление пространства, а не пространства-времени, но позволяет уловить суть
идеи.
Рис. 2.1. Массивное тело вызывает искривление пространства.
Больше трех лет поистине героических усилий потребовалось Эйнштейну, чтобы
облечь эти идеи в математическую форму. Уравнения новой теории, которую он
назвал общей теорией относительности, связывают геометрию пространства-
времени и материальное наполнение Вселенной. В случае медленных движений и не
очень сильных гравитационных полей эта теория повторяла закон тяготения
Ньютона, согласно которому тяготение обратно пропорционально квадрату
расстояния. Была также небольшая поправка к этому закону, совершенно ничтожная для
движения всех планет, кроме самого близкого к Солнцу Меркурия. Эта поправка
вызывала медленную прецессию, то есть смещение его орбиты. Астрономические
наблюдения действительно показывали едва заметную прецессию, которая в
ньютоновской теории оставалась необгьясненной, но находилась в идеальном согласии с
вычислениями Эйнштейна. Именно это дало ему уверенность в том, что теория
верна. "Я несколько дней был вне себя от восторга", — писал6 он своему другу
Паулю Эренфесту".
Рис. 2.2. Уравнения Эйнштейна, где Rab — тензор Риччи, получающийся
из тензора кривизны пространства-времени Rabcd посредством свёртки его
по паре индексов, R — скалярная кривизна, то есть свёрнутый тензор
Риччи, gab — метрический тензор, Л — космологическая постоянная, а Т^ь
представляет собой тензор энергии-импульса материи, (я — число пи, с
— скорость света в вакууме, G — гравитационная постоянная Ньютона).
В тензорной записи это одно уравнение, хотя в компонентах
представляет собой систему уравнений. В четырёхмерном пространстве-времени
эти уравнения равносильны 10 скалярным уравнениям.
R
6 Письмо Эйнштейна Эренфесту. Цит. По A. Pais. Subtle is the Lord (Oxford University Press,
Oxford, 1982).
Возможно, самая замечательная черта общей теории относительности — то, как
мало она требует экспериментальных предпосылок. Ключевой факт, который
Эйнштейн положил в основу своей теории, — то, что движение тел под действием
гравитации не зависит от их массы, — был известен уже Галилею. На этой
скромной основе он построил теорию, которая в соответствующем предельном случае
воспроизводила закон всемирного тяготения Ньютона и объясняла отклонение от
этого закона. Если задуматься, закон Ньютона в известном смысле произволен.
Он постулирует, что сила притяжения двух тел обратно пропорциональна второй
степени расстояния между ними, но не говорит почему. С равным успехом там
могла быть степень 4 или 2,03. В противоположность этому общая теория
относительности не оставляет свободы выбора. Представление гравитации как кривизны
пространства-времени с неизбежностью ведет к уравнениям Эйнштейна, а из них
вытекает закон обратных квадратов. В этом смысле теория относительности не
описывает, а объясняет гравитацию. Логика теории была столь убедительна, а ее
математическая структура столь красива, что Эйнштейн чувствовал: она просто
обязана быть верной. Обращаясь к своему старшему коллеге Арнольду Зоммерфель-
ду, он писал7: "Вы будете убеждены в правильности общей теории
относительности, как только изучите ее. Так что я не собираюсь защищать ее ни единым
словом" .
Тяготение
пустого
пространства
Когда общая теория гравитации была готова, Эйнштейн немедля применил ее ко
всей Вселенной. Его не интересовали тривиальные подробности вроде положения
конкретных звезд или планет. Вместо этого он стремился найти решение своих
уравнений, которое в общих чертах описало бы строение всей Вселенной как
единого целого.
В то время о распределении вещества во Вселенной мало что было известно,
поэтому Эйнштейну пришлось делать определенные допущения. Он выдвинул
простейшее предположение о том, что материя распределена в космосе в среднем
однородно. При этом, конечно, существуют локальные отклонения от однородности,
где концентрация звезд немного выше или ниже средней. Но в достаточно больших
масштабах, согласно предположению Эйнштейна, Вселенная с хорошей точностью
может считаться совершенно однородной. Это подразумевает, что наше положение
в космосе ни в малейшей степени не является выделенным: все места во
Вселенной более или менее одинаковы. Эйнштейн также предположил, что Вселенная в
среднем изотропна, то есть из любой точки она выглядит примерно одинаково во
всех направлениях.
И наконец, Эйнштейн предположил, что в среднем свойства Вселенной не
меняются во времени. Иными словами, Вселенная статична. Хотя у Эйнштейна было
мало наблюдательных подтверждений этого тезиса, картина вечной неизменной
Вселенной выглядела очень привлекательно.
Охарактеризовав искомую модель Вселенной, Эйнштейн мог теперь попытаться
найти решение своих уравнений, которое описывало бы мир с желаемыми
характеристиками. Однако ему не потребовалось много времени для того, чтобы
выяснить: теория не допускает подобных решений. Причина была очень проста: массы,
распределенные по Вселенной, отказывались оставаться в покое, а вместо этого
"хотели" упасть одна на другую под действием своего гравитационного
притяжения .
Это обстоятельство сильно озадачивало и сбивало с толку Эйнштейна. После
Письмо Эйнштейна Зоммерфельду, 8 февраля 1916 г.
года упорной работы он решил, что уравнения общей теории относительности
следует модифицировать так, чтобы они допускали существование статического мира.
Эйнштейн знал, что, не нарушая физических принципов теории, в его уравнения
можно включить дополнительный член. Эффект этого нового члена состоит в
наделении пустого пространства, то есть вакуума, ненулевой энергией натяжения.
Каждый кубический сантиметр пустого пространства получает фиксированное
количество энергии (а значит, и массу). Эйнштейн назвал эту постоянную плотность
энергии вакуума космологической постоянной8.
Математическая структура уравнений Эйнштейна диктует, что натяжение вакуума
в точности равно его плотности энергии и потому определяется той же
постоянной. Натяжение вакуума аналогично растяжению резиновой ленты, которая
сжимается, если ее отпустить. Натяжение противоположно давлению, которое
заставляет предметы расширяться подобно тому, как шарик раздувается под давлением
сжатого воздуха. То есть натяжение действует как отрицательное давление.
Если вакуум обладает энергией и натяжением, то как получается, что они не
оказывают никакого влияния на нас? Почему мы не видим, что пустое
пространство сжимается из-за собственного натяжения? Все дело в том, что не так-то
просто заметить постоянную энергию или натяжение. Если увеличить давление в
воздушном шарике, он раздуется. Но если на такую же величину увеличить давление
воздуха вокруг него, то никакого эффекта не будет. Энергия вакуума неуловима,
поскольку ее невозможно извлечь. Нельзя сжечь вакуум, нельзя использовать его
для работы автомобиля или фена: его энергия задана космологической постоянной
и не может уменьшаться. Выходит, что энергия и натяжение вакуума необнаружимы
— за исключением их гравитационного воздействия.
Как оказалось, гравитация вакуума скрывала большой сюрприз. Согласно общей
теории относительности, давление и натяжение дают вклад в силу тяготения
массивных тел. Если вы сжимаете предмет, его тяготение усиливается, если
растягиваете — ослабевает. Обычно этот эффект очень мал, но если удастся
растягивать предмет, не разрушая его, то в принципе можно ослабить его тяготение
вплоть до полной нейтрализации или даже отталкивания. Именно это имеет место
в случае вакуума. Отталкивающая гравитация натяжения вакуума значительно
превосходит гравитационное притяжение его же массы, что в целом приводит к
отталкиванию .
Это в точности то самое, что требовалось Эйнштейну для разрешения его
проблемы. Он мог подобрать значение космологической постоянной так, чтобы
притягивающая гравитация материи находилась в равновесии с отталкивающей
гравитацией вакуума, давая в итоге статическую вселенную. Из своих уравнений он
вывел, что баланс достигается, когда космологическая постоянная равна половине
плотности энергии вещества.
Поразительным следствием модифицированных уравнений было то, что
пространство статической вселенной должно быть искривленным и замыкаться само на себя
подобно поверхности сферы. Космический корабль, движущийся прямо вперед в
такой замкнутой вселенной, в конце концов, вернулся бы в исходную точку. Это
замкнутое пространство называется трехмерной сферой. Ее объем конечен, хотя у
нее нет границы.
Эйнштейн описал свою замкнутую модель Вселенной в статье, опубликованной в
1917 году. Он признавал, что у него нет наблюдательных подтверждений
ненулевого значения космологической постоянной. Единственной целью ее введения было
спасение статической картины мира. Более десяти лет спустя, когда расширение
Вселенной было уже открыто, Эйнштейн сожалел, что вообще выдвинул эту идею, и
Фактически Эйнштейн не дал никакого физического объяснения новому члену. Его современная
интерпретация как энергии вакуума и давления была предложена позднее бельгийским физиком
Жоржем Леметром.
называл ее величайшей ошибкой в свой жизни. После этого неудачного дебюта
отталкивающая гравитация почти на полвека исчезает из мейнстрима физических
исследований, но лишь для того, чтобы позднее вернуться с новыми силами.
Глава 3.
Творение и
его недостатки
Как ученый я просто не верю, что
Вселенная началась со взрыва.
Сэр Артур Эддингтон. Вселенные Фридмана.
В начале 1920-х годов вряд ли кто-то мог предположить, что замерзающий и
голодный Петроград станет одним из тех мест, где случится очередной прорыв в
космологии. Занятия в Петроградском университете едва возобновились после
шестилетнего перерыва, вызванного войной и революцией. В холодной аудитории
молодой профессор в очках читал лекции группе студентов, закутанных в шинели
и меховые шапки. Профессора звали Александр Фридман. Лекции его были
подготовлены тщательнейшим образом и подчеркнуто строги в математическом плане. В
своем курсе Фридман затрагивал широкий круг тем: от математики и метеорологии
— основных областей его специализации — до последнего увлечения молодого
ученого — общей теории относительности.
Он восхищался теорией Эйнштейна и погрузился в ее изучение со свойственным
ему энтузиазмом. "Я неуч, — часто говорил он10. — Я ничего не знаю. Я буду
еще меньше спать и не позволю себе никаких отвлечений, поскольку вся эта так
называемая жизнь — лишь бесполезная растрата времени". Он словно бы знал, что
у него в запасе всего несколько лет, а сделать предстоит еще много.
В совершенстве освоив математику общей теории относительности, Фридман
сконцентрировался на проблеме, которую считал центральной, — строении
Вселенной в целом. Из статей Эйнштейна он знал, что без космологической постоянной
теория не имеет статических решений, но хотел выяснить, какие варианты
решений все же возможны. И тут был совершен радикальный шаг, обессмертивший его
имя. Вслед За Эйнштейном Фридман предположил, что Вселенная однородна,
изотропна и замкнута, то есть имеет геометрию трехмерной сферы. Но он отбросил
статическую парадигму и позволил Вселенной двигаться. Радиус сферы и
плотность вещества могли теперь изменяться во времени. Отказавшись от требования
статичности, Фридман обнаружил, что уравнения Эйнштейна имеют решение. Они
описывают сферическую вселенную, которая начинается с точки, расширяется до
некоторого максимального размера, а потом вновь сжимается в точку. В началь-
ПоЗднее стало понятно, что эйнштейновская статическая космологическая модель неприемлема
даже чисто теоретически, поскольку равновесие притягивающей и отталкивающей гравитации в
этой модели является неустойчивым. Если по какой-то причине размеры вселенной Эйнштейна
немного увеличатся, плотность вещества уменьшится (поскольку вырастут расстояния между
галактиками) , тогда как плотность энергии вакуума останется неизменной, будучи Зафиксированной
космологической постоянной. Следовательно, отталкивающая гравитация вакуума станет теперь
сильнее притягивающей гравитации вещества и Заставит вселенную расширяться. Это приведет к
дальнейшему увеличению объема и еще большей разбалансировке притягивающих и отталкивающих
сил. Вселенная, таким образом, войдет в режим ускоряющегося расширения. Аналогично, если
размеры статической вселенной немного уменьшатся, притягивающая гравитация вещества победит
отталкивание вакуума, и вселенная сколлапсирует в точку. Согласно квантовой теории,
небольшие флуктуации размеров вселенной неизбежны, и поэтому вселенная Эйнштейна не может
оставаться в равновесии бесконечно долго.
10 Цит. по: Э.А. Тропп, В. Я. Френкель, А. Д. Чернин, "Александр Александрович Фридман", М. ,
"Наука", 1988, с. 133.
ный момент, который мы теперь называем Большим взрывом, все вещество
Вселенной упаковано в единственную точку, в которой плотность вещества бесконечна.
Она убывает, пока Вселенная расширяется, и растет, пока та сжимается обратно,
чтобы опять стать бесконечной в момент "большого схлопывания", когда
Вселенная вновь становится точкой.
Большой взрыв и "большое схлопывание" отмечают начало и конец Вселенной.
Из-за исчезающе малого размера и бесконечной плотности материи математические
величины, фигурирующие в уравнениях Эйнштейна, становятся неопределенными, а
пространство-время не может продолжаться за этими точками. Такие точки
называют сингулярностями пространства-времени.
Рис. 3.1. Расширяющаяся и вновь сжимающаяся Вселенная.
Двумерную сферическую вселенную можно представлять расширяющимся и
сжимающимся воздушным шаром (рис. 3.1). На его поверхности находятся галактики, и
по мере расширения шара расстояния между ними будут расти. Таким образом,
наблюдатель в любой галактике видит, что остальные галактики разбегаются.
Расширение постепенно замедляется гравитацией и, в конце концов,
останавливается, сменяясь сжатием. На фазе сжатия расстояния между галактиками будут
убывать, и все наблюдатели увидят, что галактики приближаются к ним.
Не имеет большого смысла спрашивать, куда расширяется Вселенная. Мы
изображаем вселенную воздушного шара расширяющейся в окружающее пространство, но
это не имеет никакого значения для ее обитателей. Они привязаны к поверхности
шара и не представляют себе третьего, радиального измерения. Подобным образом
для наблюдателя в замкнутой вселенной трехмерное сферическое пространство —
это все существующее пространство, и вне его ничего нет.
Вскоре после публикации этих результатов Фридман открыл другой класс
решений с иной геометрией. Вместо искривления "на себя" пространство в этих
решениях в определенном смысле искривляется "от себя", что приводит к бесконечным
(открытым) вселенным. Двумерным аналогом этого типа пространства является
поверхность седла (рис. 3.2).
И вновь Фридман обнаруживает, что расстояние, разделяющее любую пару
галактик в открытой вселенной, растет, начиная с нулевого значения в
сингулярности. Сначала расширение замедляется, но в данном случае гравитация
недостаточно сильна, чтобы обратить его вспять, и со временем галактики приближаются
к постоянной скорости удаления.
На границе между открытыми и закрытыми моделями находится вселенная с
плоской11, евклидовой геометрией. Она хоть и расширяется без ограничений, но
делает это как будто на пределе, так что скорость расширения становится со
временем все меньше и меньше.
Замкнутая, открытая и плоская Вселенная
12 • 1
12 1
Замкнутая Вселенная
Открытая Вселенная
Плоская Вселенная
Рис. 3.2. Виды решения уравнений Эйнштейна.
Замечательная особенность решений Фридмана состоит в том, что они
устанавливают простую связь между геометрией Вселенной и ее конечной судьбой. Если
Вселенная замкнутая, она должна вновь сколлапсировать, а если открытая или
плоская, то будет расширяться вечно12. В своих статьях Фридман не отдавал
предпочтения ни одной из моделей.
К сожалению, Фридман не увидел, как его работа стала основанием современной
космологии. Он умер от брюшного тифа в 1925 году в возрасте 37 лет. И хотя
его статьи были опубликованы в ведущем немецком физическом журнале, на них
почти не обратили внимания13. Они были извлечены из небытия лишь в 1930-х
годах, вслед за открытием Хабблом расширения Вселенной14.
Фридман не рассматривал случай плоской вселенной. Он был изучен Эйнштейном и де Ситтером в
1932 году.
12 Простая связь между геометрией и судьбой Вселенной сохраняется, только если считать
нулевой плотность энергии вакуума (космологическую постоянную). Подробнее об этом в главе 18.
13 Достойным внимания исключением была реакция Эйнштейна на работу Фридмана. Сначала Эйнштейн
думал, что Фридман ошибся, и написал короткую Заметку в журнал о том, что он считал ошибкой.
Однако менее чем через год, после беседы с другом Фридмана Юрием Крутковым, он отказался от
своих возражений. Крутков сообщил домой, что он победил в споре с Эйнштейном и что "честь
Петрограда спасена!" Но хотя Эйнштейн и согласился с математическими выкладками Фридмана, он
по-прежнему верил, что Вселенная статична, а работа Фридмана представляет лишь чисто
формальный интерес. В своей второй Заметке в журнале он писал, что "убедился в том, что
результаты г-на Фридмана корректны и ясны". В первоначальном черновике он добавил, что эти
результаты вряд ли могут иметь какое-то Значение для физики, но потом Зачеркнул данную фразу,
видимо , поняв, что она основана в большей мере на его философских предубеждениях, чем на
каких-то известных фактах.
14 Модель расширяющейся Вселенной была переоткрыта в 1927 году Жоржем Леметром. Как и работа
Фридмана, статья Леметра оставалась совершенно неизвестной вплоть до открытия Хаббла.
Момент творения
Что бы ни говорили решения Фридмана о будущем Вселенной, самая неожиданная
и интригующая их особенность — наличие начальной сингулярности, Большого
взрыва, где перестает работать математика общей теории относительности. В
сингулярности вещество сжимается до бесконечной плотности, и становится
невозможно распространить решение на более ранние моменты времени. Таким
образом, если воспринимать все буквально, Большой взрыв должен рассматриваться
как начало Вселенной. Было ли это сотворением мира? Возможно ли, чтобы целая
Вселенная началась с единственного события, случившегося конечное время
назад?
Для большинства физиков это было чересчур. Такой одномоментный старт
Вселенной выглядел как божественное вмешательство, которому, по их мнению, не
должно быть места в физической теории. Но хотя для многих ученых "начало
мира" было — и в большой мере остается — источником дискомфорта, оно дает и
некоторые преимущества. Оно помогает избавиться от возмутительных парадоксов,
которыми полна картина статической, вечной и неизменной Вселенной.
Для начала, вечность Вселенной, по-видимому, противоречит одному из самых
фундаментальных законов природы — второму началу термодинамики. Этот закон
гласит, что физические системы эволюционируют от более упорядоченных
состояний к менее упорядоченным. Если тщательно разложить бумаги по стопкам на
столе, и в окно неожиданно дунет порыв ветра, листы будут беспорядочно
разбросаны по полу. Но вы никогда не увидите, чтобы ветер поднял бумаги с пола и
сложил их аккуратными стопками на столе. Такое спонтанное уменьшение беспорядка
не является принципиально невозможным, но оно настолько маловероятно, что
увидеть подобное никогда не удается.
Математически степень беспорядка характеризуется величиной, называемой
энтропией, а второе начало термодинамики говорит, что энтропия изолированной
системы может только возрастать. Неуклонное возрастание беспорядка ведет, в
конце концов, к состоянию максимально возможной энтропии, которое называется
тепловым равновесием. В этом состоянии вся энергия упорядоченного движения
превращается в тепло, и по всей системе устанавливается одинаковая
температура .
На космические следствия второго начала термодинамики впервые указал
немецкий физик Герман фон Гельмгольц в середине XIX века. Он отметил, что вся
Вселенная может рассматриваться как изолированная система (поскольку по
отношению к Вселенной не существует ничего внешнего). А раз так, то к вселенной как
к целому применимо второе начало термодинамики, и она должна неотвратимо
приближаться к "тепловой смерти" — состоянию термодинамического равновесия. В
этом состоянии звезды умрут, и будут иметь одинаковую температуру с
окружающей средой, а все движения, кроме беспорядочной тепловой толкотни молекул,
остановятся.
Еще одно следствие второго начала термодинамики состоит в том, что если
Вселенная вечна, то она должна была уже достичь термодинамического
равновесия. И раз мы не находимся в состоянии максимальной энтропии, значит,
Вселенная не могла существовать всегда15.
Источник энергии Звезд не был известен во времена Гельмгольца, но теперь мы Знаем, что они
сжигают ядерное топливо, превращая водород в гелий, а Затем и в более тяжелые ядра. Это
необратимый процесс, сопровождаемый повышением энтропии, и в конце концов Звезды исчерпывают
свое ядерное топливо. Некоторые Звезды выключают свои ядерные двигатели без большой помпы и
потом постепенно остывают, другие взрываются, распыляя газ по межзвездному пространству и
оставляя после себя компактный остаток (нейтронную Звезду или черную дыру). Выброшенный газ
может повторно послужить для формирования нового поколения Звезд, но раньше или позже
поступления газа иссякнут, поскольку все большая его часть будет Заканчивать свой путь в компакт-
Гельмгольц не акцентировал этот второй вывод, а больше говорил о той части,
которая касалась "смерти" (надо сказать, что такие настроения во многом
поддерживались апокалиптической прозой конца XIX — начала XX века). Однако
другие физики, в том числе такие титаны, как Людвиг Больцман16, хорошо понимали
эту проблему. Больцман видел выход в статистической природе второго начала.
Даже если Вселенная действительно находится в состоянии максимального
беспорядка, он может неожиданно чисто случайно уменьшиться. Такие события,
называемые тепловыми флуктуациями, достаточно обычны в масштабе нескольких сотен
молекул, но становятся все более невероятными по мере увеличения масштабов.
Больцман предположил, что все наблюдаемое вокруг нас — это гигантская
тепловая флуктуация в совершенно беспорядочной Вселенной. Вероятность
возникновения такой флуктуации невыразимо мала. Однако даже невероятные вещи иногда
случаются, если ждать достаточно долго, и они обязательно произойдут, если у
вас в распоряжении бесконечное количество времени. Жизнь и наблюдатели могут
существовать только в упорядоченных частях Вселенной, и это объясняет, почему
нам повезло наблюдать столь неправдоподобно редкое событие17.
Трудность больцмановского решения состоит в том, что упорядоченная часть
Вселенной выглядит чрезмерно большой. Для существования наблюдателя хватило
бы превращения хаоса в порядок на масштабах, близких к размерам Солнечной
системы. Это было бы намного более вероятно, чем флуктуация размером в
миллиарды световых лет, необходимая для существования наблюдаемой нами Вселенной.
Другая проблема, имеющая более длинную предысторию, возникает, если
предположить, что Вселенная бесконечна, а звезды более или менее однородно
распределены по всему ее пространству. В этом случае, в каком бы направлении мы ни
взглянули на небо, луч зрения, в конце концов, неизбежно должен упираться в
звезду. А значит, все небо должно постоянно и ослепительно светиться. Встает
простой вопрос: почему ночью темно? Иоганн Кеплер в 1610 году первым обратил
внимание на эту проблему и пришел к заключению, что Вселенная не может быть
бесконечной.
Как проблема энтропии, так и парадокс ночного неба естественным образом
разрешаются, если возраст Вселенной конечен. Если она возникла лишь
определенное время назад и изначально пребывала в высокоупорядоченном состоянии (с
низкой энтропией), тогда сегодня мы наблюдаем деградацию от этого состояния к
хаосу и не должны удивляться, что состояние максимальной энтропии еще не
достигнуто. Парадокс ночного неба разрешается, поскольку во Вселенной конечного
возраста свету очень далеких звезд еще не хватило времени, чтобы дойти до
нас. Мы можем наблюдать лишь звезды, находящиеся в пределах радиуса
горизонта, равного расстоянию, пройденному светом за время, равное возрасту
Вселенной. Ясно, что число звезд в пределах этого радиуса конечно, даже если вся
Вселенная бесконечна.
После таких аргументов как может хоть кто-то верить, что Вселенная
существовала вечно? Но дело, конечно, в том, что идея возникновения космоса
конечное время назад тоже порождает проблемы, способные поставить в тупик. Если
Вселенная появилась в некоторый момент в прошлом, то чем определялись
начальные условия Большого взрыва? Почему Вселенная началась с однородного и
изотропного состояния? Ведь она могла возникнуть в любом другом. Должны ли мы
приписать этот выбор Творцу? Неудивительно, что физики не торопились бросать-
ных Звездных остатках. Спустя триллион лет галактики, вероятно, Значительно потускнеют.
Процесс постепенного угасания огней может порядком Затянуться, но одно ясно: Вселенная, какой
мы ее Знаем, не может существовать вечно.
16 Больцман установил связь между энтропией и беспорядком, прояснив тем самым смысл второго
начала термодинамики.
17 Идея больцмановских флуктуации — это, возможно, первый пример того, что позже стали
называть антропной аргументацией (см. главу 13).
ся в объятия космологии Большого взрыва и предприняли множество попыток
увильнуть от разрешения "проблемы начала".
Принимая неизбежное
Поначалу некоторые специалисты считали сингулярность Большого взрыва чисто
формальным следствием предположений о строгой однородности и изотропности,
которые Фридман использовал для решения уравнений Эйнштейна. Если в коллапси-
рующей Вселенной все галактики приближаются к нам по радиальным траекториям,
то неудивительно, что они столкнутся в одном большом схлопывании. Но если
движение галактик будет хоть немного отличаться от радиального, можно
предположить, что они пронесутся друг мимо друга и начнут снова разлетаться. В
таком случае сингулярности удастся избежать, а вслед за сжатием последует новое
расширение. Была надежда, что таким способом удастся построить осциллирующую
модель Вселенной без начала с чередующимися периодами расширения и сжатия.
Оказалось, однако, что притягивающая природа гравитации делает такой
сценарий невозможным. Британские физики Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг, тогда еще
аспиранты, доказали серию теорем, показывающих, что в очень широком диапазоне
условий космологической сингулярности избежать нельзя. Основные
предположения, использованные в этих доказательствах, состоят в том, что общая теория
относительности Эйнштейна верна и что материя во всей Вселенной обладает
положительными плотностью энергии и давлением. (Более строго: давление не
должно столь существенно уходить в отрицательные значения, чтобы гравитация
становилась отталкивающей.) Таким образом, пока мы держимся в рамках общей
теории относительности и не предполагаем существования экзотической
гравитационно отталкивающей материи, сингулярность будет при нас, а вопрос о начальных
условиях останется неразрешенным.
Самой известной попыткой избежать этой проблемы была, без сомнений, теория
стационарного состояния, выдвинутая в 1948 году в Кембриджском университете
британским астрофизиком Фредом Хойлом и двумя австрийскими эмигрантами
Германом Бонди и Томасом Голдом. Они настаивали, что в своих общих чертах
Вселенная всегда остается неизменной, так что во всех местах и во все времена она
выглядит более или менее одинаково. Может показаться, что этот взгляд
находится в резком противоречии с расширением Вселенной: если расстояния между
галактиками растут, как Вселенная может оставаться неизменной? Чтобы
компенсировать расширение, Хойл с друзьями постулировали, что вещество постоянно
создается из вакуума. Это вещество заполняет пустоты, открывающиеся между
удаляющимися галактиками, так что на их месте могут формироваться новые.
Кембриджские физики признавали, что у них нет подтверждений спонтанного рождения
материи, однако требуемый темп ее возникновения был столь низким — всего
несколько атомов на кубический сантиметр в столетие, — что нет и наблюдений,
свидетельствующих против него. Защищая свою теорию, они ссылались на то, что
непрерывное возникновение материи, по их мнению, было ничуть не более
сомнительным, чем одномоментное рождение всей материи в большом взрыве. Кстати,
сам термин "Большой взрыв" был придуман именно Хойлом, когда он высмеивал
конкурирующую теорию в популярном ток-шоу на радио "Би-Би-Си".
Впрочем, и теория стационарного состояния вскоре столкнулась с серьезными
трудностями. Самые далекие галактики видны такими, какими они были миллиарды
лет назад, поскольку столько времени нужно свету, чтобы добраться до нас.
Если верна теория стационарного состояния и Вселенная в то время была такой же,
как сегодня, тогда далекие галактики должны быть более или менее похожи на
те, что наблюдаются в наших окрестностях. Однако по мере накопления данных
становится все более очевидно, что находящиеся вдалеке галактики в
действительности совсем другие и показывают отчетливые признаки своей молодости. Они
меньше, имеют неправильные формы и населены очень яркими короткоживущими
Звездами. Многие из них являются мощными источниками радиоволн, что гораздо
реже встречается среди близких к нам галактик18. По-видимому, нет никакой
возможности объяснить эти наблюдения в рамках теории стационарного состояния.
Шерлок Холмс любил говорить19: "Отбросьте все невозможное; то, что
останется, и будет ответом, каким бы невероятным он ни казался". По мере того как
перспективы теории стационарного состояния становились все более туманными и
за отсутствием в поле зрения других жизнеспособных альтернатив, представления
стали меняться. Физики постепенно склонялись к картине эволюционирующей
Вселенной , начавшейся со взрыва.
Глава 4.
Современная история
сотворения мира
Элементы были приготовлены
быстрее, чем готовится утка с жареной
картошкой.
Георгий Гамов
Туннелиров ание
сквозь железный
занавес
Идея первичного огненного шара родилась в голове Георгия Гамова, очень
колоритного физика российского происхождения, с которым мы еще не раз
встретимся на этих страницах. Его коллега Леон Розенфельд (Leon Rosenfeld) писал, что
это был "славянский гигант с огненной шевелюрой, очень ярко говорящий по-
немецки; в действительности он был ярок во всем, даже в своей физике20". Еще
аспирантом Гамов прослушал фридмановский курс лекций по общей теории
относительности в 1923-1924 годах в Петрограде, так что знал о расширяющейся
вселенной , можно сказать, из первых рук. Он хотел вести исследования в области
космологии под руководством Фридмана, однако неожиданная смерть последнего не
позволила этим планам реализоваться. В итоге Гамову пришлось писать
диссертацию по динамике маятника — теме, которую он называл21 "в высшей степени
унылой" .
В 1928 году с подачи своего прежнего профессора Ореста Хвольсона Гамов
получил стипендию и провел лето в Германии, в Геттингенском университете. Это
было время, когда полным ходом шла разработка квантовой механики, и Геттинген
являлся одним из ведущих центров этих исследований. Физики пытались ухватить
суть новой теории и внести вклад в ее стремительное развитие. Дискуссии,
начинавшиеся днем в семинарских аудиториях, продолжались вечерами на улицах и в
кафе, и было трудно не заразиться этой волнующей атмосферой открытия. Гамов
решил исследовать, что может сказать квантовая механика о строении атомных
ядер, и очень быстро получил первые результаты. Он использовал так называемый
Первое убедительное свидетельство галактической эволюции было представлено в 1950-х годах
кембриджским астрономом Мартином Райлом (Martin Ryle). Он обнаружил, что несколько
миллиардов лет назад мощное радиоизлучение встречалось у галактик гораздо чаще, чем ныне.
19 Артур Конан Дойл, "Знак четырех", пер. М. Литвиновой.
20 Цит. по статье Р.Г. Стьюера (R.H. Stuewer) в сб. "Калейдоскоп науки" (The Kaleidoscope of
Science, ed. By E. Ullmann-Margalit, Reidel, Dordrecht, 1986, p. 147).
21 Описание жизни Гамова в этой главе основано по большей части на его неоконченной
автобиографии "Моя мировая линия" (My World Line, Viking Press, New York, 1970).
туннельный эффект — проникновение квантовой частицы через барьер — для
объяснения радиоактивного распада ядер. Его теория прекрасно согласовывалась с
экспериментальными данными.
Когда в конце лета пришло время возвращаться в Петроград (уже ставший
Ленинградом) , Гамов решил сделать остановку в Дании и посетить легендарного
Нильса Бора, одного из основоположников квантовой теории. Рассказ о работе по
радиоактивности (которая еще не была опубликована) произвел на Бора такое
впечатление, что он предложил Гамову место научного сотрудника в своем
институте в Копенгагене. Конечно, приглашение было с восторгом принято, и Гамов
продолжил работу в области ядерной физики, став вскоре признанным
авторитетом.
В 1930 году Гамова пригласили сделать большой доклад на конгрессе по
атомному ядру в Риме. Он уже готовился пересечь Европу на своем маленьком
мотоцикле, когда выяснил в советском посольстве, что его паспорт не подлежит
продлению и ему придется вернуться в Советский Союз, прежде чем ехать куда-либо
еще. Прибыв в Ленинград, Гамов сразу понял, что дела плохи. Сталинский режим
закручивал в стране гайки. Наука и искусство должны были соответствовать
официальной марксистской идеологии, и всякий, кого обвиняли в "буржуазных"
идеалистических взглядах, подвергался жестоким преследованиям. Квантовая механика
и теория относительности Эйнштейна были объявлены ненаучными и
противоречащими марксизму-ленинизму. Когда Гамов упомянул о квантовой физике на публичной
лекции, сотрудник органов прервал его выступление и распустил аудиторию.
Гамова предупредили, чтобы он не повторял таких ошибок. Еще до этого инцидента
ему было велено забыть о зарубежных поездках и не утруждать себя обращениями
за паспортом. Железный занавес плотно закрылся. Гамов понял со всей ясностью:
он должен любой ценой вырваться из Советского Союза.
Вместе со свой женой Любой, которая вышла за него вскоре после возвращения
в Ленинград, он готовился к побегу. План состоял в том, чтобы пересечь Черное
море и добраться в Турцию из Крыма. Идея эта кажется ребяческой, но они
намеревались проделать это на байдарке. У Гамовых был недельный запас провизии и
простой навигационный план: грести прямо на юг. Однако Черное море не зря
называют черным. Ранним утром, затемно, когда двое искателей приключений
отправились в путь, оно было идеально спокойным, но к вечеру ветер усилился, и
поднялась волна. Ночью им с колоссальным трудом удавалось удерживать лодку на
плаву. Признав свое поражение, они теперь стремились просто добраться до
берега, и когда на следующий день им это удалось, чувствовали себя
счастливчиками.
Когда летом 1933 года Гамову сообщили, что ему доверено представлять
Советский Союз на престижном Сольвеевском конгрессе по ядерной физике в Брюсселе,
это стало для ученого полной неожиданностью. Он был вне себя от восторга, но
не понимал, как это получилось. Все объяснилось после прибытия на конгресс.
Когда Гамов не появился в Риме, Нильс Бор забеспокоился и стал разыскивать
своего старого друга. Он попросил французского физика Поля Ланжевена, члена
Французской коммунистической партии, использовать свои связи, чтобы
организовать приезд Гамова на Сольвеевский конгресс. Однако Гамов был потрясен, когда
узнал, что Бор лично поручился Ланжевену за Гамова, пообещав, что тот
вернется в Советский Союз! В тот вечер за ужином Гамов оказался за столом рядом с
Марией Кюри, знаменитой первооткрывательницей радия и плутония, и рассказал
ей о невыносимой ситуации, в которую попал. Мадам Кюри близко знала Ланжевена
(ходили слухи, что даже очень близко); она сказала, что поговорит с ним.
После бессонной ночи и дня тревожного ожидания Гамов узнал от нее, что вопрос
улажен и он может не возвращаться. На следующий год он получил пост
профессора в университете Джорджа Вашингтона в Соединенных Штатах.
Первичный
огненный шар
Гамов понимал, что ранняя Вселенная была не только сверхплотной, но также и
очень горячей. Причина в том, что газы разогреваются, когда их сжимают, и
охлаждаются при расширении. (Велосипедисты говорят, что им это хорошо известно:
когда шины накачивают воздухом, они становятся теплыми.)
Чтобы понять, почему расширение вызывает остывание, рассмотрим газ,
заключенный в большой ящик. Молекулы газа можно представить в виде маленьких
шариков , которые отскакивают от стенок ящика. Вообразите теперь, что эти стенки
раздвигаются. Как повлияет их удаление на молекулы? Если вы на тренировке
бросите теннисный мяч в стену, он отлетит к вам с той же скоростью. Но
представьте на мгновение, что стена от вас удаляется. Скорость мяча относительно
стены будет тогда меньше, и он отскочит назад медленней, чем вы его бросили.
Аналогично и молекулы в расширяющемся ящике будут замедляться при каждом
отскоке от стены. Температура пропорциональна средней энергии молекул, и,
следовательно , в ходе этого процесса она будет убывать. Конечно, в расширяющейся
Вселенной нет движущихся стен, но частицы отскакивают друг от друга, и это
точно так же влияет на температуру. Увеличиваясь, Вселенная становится все
холоднее и холоднее. А значит, чем дальше мы отступаем в прошлое, тем горячее
она должна быть, если же продолжить экстраполяцию до самой сингулярности,
Вселенная становится бесконечно горячей.
При температурах свыше нескольких сотен градусов Кельвина22 связи,
удерживающие атомы в молекулах, уже не способны противостоять теплу, и молекулы
распадаются. Дальнейшее повышение температуры ведет к постепенному разрушению
атомов. Сначала, около 3 ООО градусов Кельвина, электроны отрываются от
атомных ядер23, затем, примерно при миллиарде градусов, ядра распадаются на
протоны и нейтроны (собирательно называемые нуклонами), и, наконец, с
приближением к триллиону градусов нуклоны разбиваются на свои элементарные составляю-
24
щие, называемые кварками .
Помимо частиц материи, из которых состоят атомы, первичный огненный шар
содержал также огромное количество квантов излучения — фотонов. Фотоны — это
пакеты электрической и магнитной энергии; из них состоит обычный видимый
свет. Движущиеся заряженные частицы испускают и поглощают фотоны, поэтому
довольно быстро устанавливается равновесие, при котором фотоны поглощаются в
том же темпе, что и излучаются. Чем выше температура, тем больше плотность
энергии фотонов в равновесии. Кажется, что рецепт горячего космического супа
выглядит очень просто: раздробите все на самые мелкие части, перемешайте и не
скупясь приправьте фотонами. Однако есть в нем и кое-что еще.
Чем дальше мы продвигаемся назад во времени, тем энергичнее становятся
частицы, тем теснее им и тем чаще они сталкиваются друг с другом. Чтобы понять
В шкале Кельвина, часто применяемой физиками, температуры измеряются в единицах
стоградусной шкалы начиная от абсолютного нуля (-273 градуса Цельсия). Для очень высоких температур,
о которых Здесь идет речь, разница между шкалами Цельсия и Кельвина несущественна.
23 Атомы состоят из маленьких положительно Заряженных ядер и отрицательно Заряженных
электронов, "обращающихся" вокруг них. (Я помещаю слово "обращающихся" в кавычки, поскольку в
атомах существенна квантовая неопределенность, так что вместо картины электронов, упорядочение
движущихся вдоль своих орбит, подобно планетам вокруг Солнца, более точным было бы рисовать
их "размазанными" вокруг этих орбит.) Ядра состоят из двух типов субатомных частиц:
протонов, несущих положительный электрический Заряд, и нейтронов, которые электрически
нейтральны. Химические свойства атома определяются исключительно числом электронов (которое равно
числу протонов, так что атомы электрически нейтральны).
24 Кварки потребовались теоретикам, чтобы свести концы с концами в Стандартной модели, по
своей сути они не могут быть обнаружены экспериментально, тем не менее, есть косвенные
свидетельства их реальности. - Ред.
состав огненного шара, надо знать, что случается при таких высокоэнергичных
соударениях. Сталкивать элементарные частицы — любимое занятие ученых,
специализирующихся на физике высоких энергий. Для этого строятся колоссальные
агрегаты, называемые ускорителями, где частицы разгоняют до чудовищных
энергий, позволяют им врезаться друг в друга и смотрят, что получится. Это
гораздо увлекательнее, чем наблюдать за столкновением бильярдных шаров, поскольку
частицы при столкновении часто меняют свой тип, как если бы красный и синий
шары при столкновении превращались в желтый и зеленый. Количество частиц
также подвержено изменениям: две исходные частицы могут породить фейерверк из
десятков новых, разлетающихся из точки столкновения. Подобные события
повсеместно происходили в первые мгновения после Большого взрыва.
В таких столкновениях нельзя точно предсказать, что должно случиться.
Существует множество возможных исходов, и физики, используя квантовую теорию,
вычисляют их вероятности. Но это все, что можно сделать: в квантовом мире нет
места определенности. Диапазон возможного ограничивается лишь несколькими
законами сохранения, которые строго соблюдаются. Например, законы сохранения
энергии и электрического заряда требуют, чтобы полная энергия и суммарный
заряд до и после столкновения были одинаковыми. Таким образом, любой процесс,
не запрещенный законами сохранения, разрешен и будет происходить с ненулевой
вероятностью. В ранней Вселенной частицы безостановочно сталкиваются друг с
другом, и огненный шар наполняется всеми типами частиц, какие только могут
быть созданы в этих столкновениях.
Для каждого типа частиц есть античастицы с такой же массой и
противоположным электрическим зарядом. Частицы и античастицы часто рождаются парами.
Например, два фотона с энергиями больше той, что соответствует массе электрона
(по формуле Е = тс2) , могут столкнуться и превратиться в электрон и его
античастицу, называемую позитроном. Обратный процесс называется аннигиляцией
пары: электрон и позитрон сталкиваются и превращаются в два фотона.
При температурах свыше 10 миллиардов градусов энергии частиц становятся
достаточными для порождения электрон-позитронных пар. Как результат, огненный
шар наполняется газом из электронов и позитронов, плотность которого примерно
равна плотности фотонного газа. При еще более высоких температурах появляются
все более тяжелые частицы. Физики занесли в свои реестры целый зоопарк
различных частиц с массами, распределенными в весьма широком диапазоне. На
верхнем конце этого диапазона располагаются W- и Z-частицы, которые в 300 ООО раз
массивнее электрона, и топ-кварк, у которого масса еще вдвое больше. Это
самые тяжелые частицы, полученные к сегодняшнему дню на ускорителях. Они
существуют в огненном шаре при температурах выше 3 ООО триллионов градусов. По
мере приближения к этим температурам наши знания о частицах становятся все
более приблизительными, а представления об устройстве первичного огненного
шара — все менее и менее надежными.
Уравнения Фридмана можно использовать для определения температуры и
плотности огненного шара в любой момент времени. Например, спустя одну секунду
после Большого взрыва температура составляет 10 миллиардов градусов, а
плотность — около 1 тонны на кубический сантиметр. Чтобы не повторять каждый раз
слова "после Большого взрыва", я буду использовать сокращение ПБВ. Самая
насыщенная событиями часть истории огненного шара, для которой характерна
быстрая смена поколений экзотических частиц, приходится как раз на первую секунду
его существования. W-, Z- и более тяжелые частицы широко распространены
только в первую 0,00000000001 секунды ПБВ. Мюоны — частицы, похожие на электроны,
но в 200 раз более тяжелые, — аннигилируют со своими античастицами около
0,0001 секунды. Примерно в то же время триплеты кварков соединяются вместе,
образуя нуклоны. Последними аннигилируют электрон-позитронные пары. Они
исчезают около 1 секунды ПБВ. Чтобы в наше время осталось некоторое количество
электронов и нуклонов, в тот период должен иметь место небольшой избыток
кварков по сравнению с антикварками и электронов по сравнению с
позитронами25 . По истечении первой секунды в составе космического супа остаются
нуклоны, электроны и фотоны26.
Алхимия Гамова
Частицы вроде кварков, W и Z не были известны во времена Гамова, он не
слыхал даже об электрон-позитронных парах. Больше всего его интересовала история
космоса после 1 секунды ПБВ. Еще в начале своей карьеры Гамов увлекся
проблемой происхождения атомов. В природе обнаруживается 92 различных типа атомов,
или химических элементов. Некоторые из них, такие как водород или гелий,
распространены очень широко, тогда как другие, например золото или уран,
встречаются крайне редко. Гамов хотел понять причину этого: чем определяется
распространенность элементов?
Алхимики пытались получить золото из более распространенных элементов, но,
как мы теперь знаем, есть весьма серьезные причины, не позволившие им достичь
успеха. Чтобы превратить один элемент в другой, надо научиться изменять
состав атомных ядер. Однако энергии частиц, необходимые для ядерных
трансформаций, в миллионы раз больше тех, что связаны с химическими реакциями, и
выходят далеко за пределы того, что было доступно алхимикам. Такие энергии
достигаются в водородной бомбе, но ни в каких естественных процессах на Земле они
не встречаются. Поэтому наблюдаемая нами сегодня распространенность элементов
в точности такова, как и 4,6 миллиарда лет назад27, в эпоху формирования
Солнечной системы.
Вопрос о происхождении элементов естественным образом наводит на мысль о
недрах звезд. Эти гигантские раскаленные газовые шары скрепляются силами
гравитации. Наше Солнце состоит в основном из водорода — простейшего элемента,
ядра которого представляют собой одиночные протоны. Температура в центральных
областях Солнца превышает 10 миллионов градусов — этого достаточно для
протекания ядерных реакций. Цепочка реакций преобразует водород в гелий с
выделением энергии, которая питает наше светило. Теория ядерных реакций,
происходящих в недрах Солнца, была разработана в конце 1930-х годов Гансом Бете,
физиком немецкого происхождения, который позднее получил за эту работу
Нобелевскую премию. Однако для объяснения распространенности элементов его теория
мало что давала. Производство гелия в звездах обеспечивает лишь малую долю от
его огромного количества, наблюдаемого во Вселенной. Другой загадкой было
присутствие дейтерия (тяжелого водорода), у которого очень хрупкие ядра. Они
быстро разрушаются в горячих звездных недрах, и было трудно понять, откуда
они вообще могли взяться.
Гамов придерживался мнения, что звезды попросту недостаточно горячи, чтобы
стать той кухней, в которой готовились элементы, — он считал, что придумал
идею получше: подходящей печью он считал саму Вселенную вскоре после Большого
взрыва. Для изучения ядерных процессов в горячей ранней Вселенной Гамов
обратился за помощью к двум молодым физикам — Ральфу Альферу и Роберту Херману.
25 Происхождение этого дисбаланса между веществом и антивеществом — один из активно
исследуемых вопросов в современной космологии. Ее обсуждение см. в книге А.Н. Guth, The Inflationary
Universe (Addison-Wesley, Reading, 1997).
26 Присутствуют также очень легкие слабо взаимодействующие частицы — нейтрино. Я их Здесь не
рассматриваю, поскольку они не важны для нашей истории.
27 Важное исключение составляют радиоактивные элементы, подобные урану, которые
самопроизвольно распадаются на более легкие. Атом урана превращается в свинец в среднем За 4,5
миллиарда лет, из-за чего количество урана постепенно уменьшается. В действительности наши лучшие
оценки возраста Земли получены путем измерения относительных количеств урана и свинца.
Они рассмотрели горячую смесь нуклонов, электронов и излучения, однородно
заполняющую Вселенную. Когда температура падает до 1 миллиарда градусов,
протоны и нейтроны могут соединиться, образуя ядра дейтерия (рис. 4.1) .
Последующие присоединения протонов и нейтронов быстро превращают дейтерий в гелий
(ядра которого содержат по два протона и нейтрона). Однако на этом
образование ядер фактически останавливается. Дело в том, что из-за некоторых
особенностей ядерных сил стабильных ядер, состоящих из пяти нуклонов, не
существует, а одновременное присоединение более чем одного нуклона крайне
маловероятно . Это так называемый пятинуклонный провал. Расчеты показывают, что около
23% нуклонов входят в состав ядер гелия, а почти все остальные остаются в
форме водорода. Образуется также небольшое количество дейтерия и лития28.
о ©0
Водород Дейтерий Тритий
00
Гелий-3 Гелий-4
Рис. 4.1. Простейшие атомные ядра. Протоны и нейтроны
обозначаются соответственно Р и N.
Современный анализ, опирающийся на самые последние данные о ядерных
реакциях и суперкомпьютерные модели, дает точные значения распространенности
элементов после того, как они покинули космическое горнило. То, насколько хорошо
результаты этих вычислений согласуются с астрономическими наблюдениями,
весьма впечатляет. Астрономы могут определять химический состав далеких объектов,
изучая спектр испущенного ими света. Теория горячего Большого взрыва твердо
предсказывает, что ни одна галактика во Вселенной не должна содержать меньше
двадцати трех процентов гелия: поскольку он производится в звездах, его
первоначальная распространенность может только возрастать. И действительно, ни
одной такой галактики до сих пор не обнаружено. Предсказанная
распространенность дейтерия — чуть меньше одной десятитысячной, лития — менее одной
миллиардной. Весьма примечательно, что столь сильно различающиеся значения
подтверждаются наблюдениями. Можно было бы сказать, что 23% гелия — это просто
счастливая догадка, но вероятность случайного совпадения целого набора чисел
крайне низка.
2В Более подробное обсуждение горячего огненного шара и образования элементов можно найти в
классическом бестселлере Стивена Вайнберга "Первые три минуты" (РХД, 2000) (Steven Weinberg,
The First Three Minutes, Bantam, New York, 1977).
Но как обстоят дела с тяжелыми элементами? Несмотря на все усилия, Гамов и
его команда не смогли найти мост через пятинуклонный провал. Тем временем по
другую сторону Атлантики главный защитник модели стационарного состояния Фред
Хойл разрабатывал альтернативную теорию происхождения элементов. Он знал, что
звезды, которые подобно нашему Солнцу пережигают водород в гелий,
недостаточно горячи для этой задачи. Но что происходит, когда звезда исчерпывает свой
водород? Тогда она больше не может противостоять собственной гравитации, ядро
звезды начинает сжиматься, а его плотность и температура возрастают. После
того как в центре температура достигает 100 миллионов градусов, открывается
новый канал ядерных реакций: три ядра гелия сливаются и образуют ядро
углерода . Когда весь гелий в центральной области израсходован, звезда сжимается
дальше, пока температура не поднимется настолько, чтобы запустить реакции
ядерного горения углерода. По мере развития этого процесса образуется
слоистая структура, в которой более тяжелые элементы находятся ближе к центру
(поскольку для их приготовления требуются более высокие температуры). В
звездах, подобных Солнцу, этот процесс не заходит слишком далеко, но в более
массивных светилах он проделывает весь путь вплоть до образования железа. За
этой точкой топлива для ядерного горения не остается. Не поддерживаемая
больше ядерными реакциями внутренняя часть ядра звезды коллапсирует, достигая
невероятной плотности и температуры около 10 миллиардов градусов. Это приводит
к гигантскому взрыву, называемому вспышкой сверхновой, при котором все
внешние слои, содержащие наработанные элементы, выбрасываются межзвездное
пространство . Элементы тяжелее железа образуются во время коллапса и взрыва
ядра . Обогащенный межзвездный газ служит сырьем для новых звезд и планетных
систем. Получавшаяся по расчетам Хойла и его сотрудников распространенность
тяжелых элементов хорошо согласовывалась с наблюдениями.
Хойл и Гамов разрабатывали свои идеи в 1940-х и 1950-х годах, и тогда их
теории рассматривались как две конкурирующие модели происхождения элементов.
Однако в итоге оказалось, что оба они были правы: легкие элементы
образовались преимущественно в ранней Вселенной, а тяжелые — в звездах. Почти все
известное вещество Вселенной находится в форме водорода и гелия, а на долю
тяжелых элементов приходится менее 2%. Но они, тем не менее, исключительно
важны для нашего существования: Земля, воздух и наши тела состоят в основном из
тяжелых элементов. Как писал кембриджский астрофизик Мартин Рис29, "Мы —
звездная пыль, пыль давно умерших звезд".
Космические микроволны
Процесс образования гелия начинается примерно через 3 минуты ПБВ и
завершается менее чем за минуту. Вселенная продолжает расширяться в чудовищном
темпе , а плотность и температура очень быстро падают. Но после насыщенных
событиями первых минут темп космической драмы замедляется. С частицами вещества
мало что происходит, наиболее значительные изменения касаются наполняющего
огненный шар излучения.
На микроскопическом, квантовом уровне излучение состоит из фотонов, однако
макроскопически его можно изображать состоящим из электромагнитных волн —
колеблющихся узоров электрической и магнитной энергии. Волны разной частоты
вызывают разные физические эффекты, и мы знаем их под разными названиями.
Видимому свету соответствует лишь узкая полоска во всем электромагнитном спектре.
Волны с более высокой частотой называют рентгеновским излучением, а еще более
высокочастотные — гамма-лучами. Двигаясь по частотам вниз, мы встретим
микроволны, а за ними радиоволны. Все они распространяются со скоростью света.
29 М.J. Rees, Before the Beginning ("До начала") , Addison-Wesley, Reading, 1997, p. 17) .
По мере убывания температуры огненного шара интенсивность излучения
снижается, а его частота постепенно сдвигается от гамма-лучей через рентгеновский
диапазон к видимому свету. Важное событие происходит примерно через 300 ООО
лет ПБВ, когда температура становится достаточно низкой, чтобы электроны и
ядра могли объединяться в атомы. До этого электромагнитные волны часто
рассеивались на заряженных электронах и ядрах. Однако с нейтральными атомами
излучение взаимодействует очень слабо, так что после образования атомов волны
начинают свободно распространяться по Вселенной, практически ни на чем не
рассеиваясь. Другими словами, Вселенная вдруг становится прозрачной для
света . Что случится после этого с космическим излучением? Ничего особенного,
кроме того, что частота электромагнитных волн и соответствующая ей
температура продолжат убывать по мере расширения Вселенной. В момент образования
нейтральных атомов температура излучения составляла 4 ООО градусов, немного
ниже, чем на поверхности Солнца. Если бы мы оказались там и смогли выдержать
столь нездоровые условия, то увидели бы Вселенную залитой ярко-оранжевым
светом. К моменту 600 ООО лет ПБВ мы заметили бы, что цвет сменился на красный.
Около одного миллиона лет излучение смещается за пределы видимого диапазона,
в инфракрасную часть спектра. Так что для нас Вселенная погрузилась бы в
полную темноту. Частота волн продолжает медленно уменьшаться, и к настоящему
времени, которое соответствует космическому возрасту около 14 миллиардов лет,
она опускается до микроволнового диапазона.
Эту историю космического огненного шара изучали молодые сотрудники Гамова
Альфер и Херман. Они проследили ее вплоть до настоящего времени и пришли к
удивительному выводу: мы должны быть окружены морем микроволн с температурой
около 5 градусов Кельвина.
Работа Альфера и Хермана была опубликована в 1948 году. Вы, верно,
подумаете, что она побудила большое число наблюдателей заняться поиском космических
микроволн. В самом деле, первичное излучение — это прямая улика, буквально
дымящееся ружье Большого взрыва, и его открытие должно было иметь
колоссальное значение. Вы можете подумать, что, когда это излучение было
зарегистрировано, за его предсказание была присуждена Нобелевская премия. Увы, на самом
деле события разворачивались иначе.
Дымящееся ружье
Может показаться странным, но предсказание космического излучения полностью
игнорировалось на протяжении двух десятилетий — до тех пор, пока его случайно
не открыли в 1965 году. Два радиоастронома Арно Пензиас и Роберт Вильсон,
работая в Bell Telephone Laboratories в штате Нью-Джерси, регистрировали
постоянный шум в своей высокочувствительной антенне. Шум характеризовался
температурой около 3 градусов Кельвина и не зависел от времени суток и точки, куда
была направлена антенна. В своей непреклонной решимости найти источник
проблемы Пензиас и Вильсон тщательнейшим образом исключили все возможные помехи,
которые им удалось придумать. Они даже выселили пару голубей, свивших гнездо
в антенне, и удалили то, что Пензиас называл "белым диэлектрическим
веществом" , которое они после себе оставили. Но ничто не помогало — источник шума
по-прежнему оставался загадочным.
Между тем в полусотне километров от них, в Принстонском университете,
группа физиков занималась сооружением собственного радиоприемного устройства.
Руководил работой Роберт Дикке, выдающийся физик, одинаково хорошо владевший
как теорией, так и экспериментом. Он понял, что от ранних горячих стадий в
истории Вселенной должно остаться послесвечение, и спроектировал антенну для
его поиска. Когда принстонская группа уже была готова начать свои измерения,
ее сотрудникам стало известно о затруднениях Пензиаса и Вильсона. Сразу стало
ясно, что надоедливый шум, который те так настойчиво пытались устранить, как
раз и является теми самыми космическими микроволнами, которые принстонцы еще
только надеялись зарегистрировать!
Чрезвычайно интересен вопрос, почему космическое излучение было открыто
случайно. Почему никто не прислушался к Альферу и Херману? Даже если в их
статье что-то было упущено, почему потребовалось более 15 лет, чтобы кто-то
другой пришел к тому же заключению? Ведь, в конце концов, это же было прямым
следствием гамовской теории горячего Большого взрыва.
Одной из причин, похоже, было то, что физики попросту не верили в
реальность ранней Вселенной. "Как часто бывает в физике, — писал нобелевский
лауреат Стивен Вайнберг30, — ошибка не в том, что мы слишком серьезно относимся
к своим теориям, а в том, что не воспринимаем их достаточно всерьез". Не в
пользу Георгия Гамова был, возможно, и его характер, слишком яркий для того,
чтобы к его обладателю внимательно прислушивались в научном сообществе.
Склонный к розыгрышам, сочинявший непечатные лимерики и часто сильно
выпивавший в баре, он явно не был типичным физиком. Наконец, в середине 1950-х ни
Гамов, ни Альфер с Херманом не занимались активно теорией Большого взрыва:
Гамов все больше интересовался биологией и выступил с важнейшей догадкой о
генетическом коде, в то время как Альфер с Херманом ушли из науки и занялись
бизнесом. Нельзя не задуматься о том, что отсутствие признания их работы,
вероятно, сыграло роль в этом решении. К середине 1960-х, когда Пензиас и
Вильсон возились со своей антенной, работа группы Гамова была почти забыта.
Пензиас и Вильсон измерили интенсивность излучения на одной частоте (на
которую была настроена их антенна), но теория предсказывала, что оно охватывает
целый диапазон частот, а его интенсивность должна следовать простой формуле,
выведенной Максом Планком еще на исходе XIX века. Это предсказание было
блистательно подтверждено в 1990 году спутниковым экспериментом СОВЕ (Cosmic
Microwave Background Explorer — Исследователь космического микроволнового
фона) , выявившим соответствие с формулой Планка с погрешностью менее одной
десятитысячной .
Открытие космического микроволнового излучения было, без сомнения,
эпохальным событием для космологии. Этот доступный непосредственному измерению
реликт первичного огненного шара придал ученым уверенности в том, что все это
им не приснилось, что Вселенная действительно имела горячее начало около 14
миллиардов лет назад. Пензиас и Вильсон получили в 1978 году Нобелевскую
премию "за открытие космического микроволнового излучения". За его теоретическое
предсказание никакой премии присуждено не было.
Несовершенство творения
Если бы вначале Вселенная была совершенно однородной, она оставалась бы
такой и в наши дни. Однородный разреженный газ, заполняющий Вселенную,
становился бы все менее плотным, мир вечно оставался бы во тьме, а космическое
излучение медленно сдвигалось бы в сторону все более низкочастотных радиоволн.
Но одного взгляда на ночное небо достаточно, чтобы убедиться: наша Вселенная
не столь безрадостна. Она залита сиянием звезд, которые разбросаны по
космосу, образуя иерархию структур. Элементарные единицы этой структуры —
галактики — содержат порядка 100 миллиардов звезд. Галактики группируются в
скопления, которые в свою очередь образуют сверхскопления, простирающиеся на
несколько сотен миллионов световых лет31 — всего в 100 раз меньше размеров на-
Steven Weinberg, The First Three Minutes, Bantam, New York, 1977, c. 123.
31 Световой год — это расстояние, проходимое светом За год. Оно составляет около 10
триллионов километров.
блюдаемой части Вселенной.
Космологи связывают происхождение всех этих величественных структур с
крошечными неоднородностями, существовавшими в первичном огненном шаре. Они
могли разрастись до размеров галактик вследствие так называемой гравитационной
неустойчивости. Допустим, что в некоторой области пространства плотность чуть
выше, чем в ее окружении. Тогда у нее будет более сильное тяготение, и она
притянет больше вещества, чем соседние области. В результате контраст
плотности будет увеличиваться, и первоначально почти однородное распределение
вещества станет превращаться в сильно неоднородное. Космологи считают, что именно
так образовались галактики, скопления и сверхскопления. Согласно этой теории,
первые галактики сформировались примерно через миллиард лет ПБВ. Звездный
свет залил Вселенную, и темная эпоха закончилась. Процесс формирования
галактик завершился не так уж давно — когда возраст Вселенной был около 10
миллиардов лет ("всего" четыре миллиарда лет назад).
Можно подумать, что эта история обречена оставаться легендой, поскольку в
те времена не было никого, кто мог бы ее подтвердить. Однако, как я уже
подчеркивал, мы видим далекие объекты такими, какими они были много лет назад,
когда был испущен регистрируемый нами сегодня свет. Так что, изучая более
далекие галактики, мы уходим назад во времени. Время движения света от самых
далеких галактик, доступных нашему наблюдению, составляет около 13 миллиардов
лет, так что мы видим их в то время, когда Вселенной был всего один миллиард
лет от роду. По сравнению с грандиозными спиралями, которые окружают нас
сейчас, те галактики маленькие и неправильные, что служит признаком их
молодости .
Рис. 4.2. Микроволновое небо, каким его увидел спутник WMAP.
Еще более ранние эпохи в истории Вселенной можно наблюдать благодаря
космическим микроволнам. Они распространяются без рассеяния почти 14 миллиардов
лет с того времени, когда Вселенная стала прозрачной для излучения. Области,
где эти волны испытали последнее рассеяние, удалены сейчас на расстояние 40
миллиардов световых лет32. (А не 14 миллиардов, как можно было бы подумать,
поскольку Вселенная продолжает расширяться.) Таким образом, микроволны
приходят к нам с поверхности гигантской сферы радиусом 40 миллиардов световых лет;
ее называют поверхностью последнего рассеяния. Излучение, испущенное из
областей с чуть более высокой плотностью, должно было преодолеть более сильное
Мы говорим, что электромагнитная волна рассеивается, когда она поглощается и переизлучает-
ся Заряженной частицей. Поэтому поверхность последнего рассеяния можно также описать как
поверхность , с которой было испущено космическое излучение.
тяготение и, приходя к нам, имеет чуть меньшую интенсивность. Как следствие,
более плотные области выглядят на микроволновом небе более тусклыми.
Составляя карту интенсивности излучения в разных направлениях неба, мы можем
получить изображение Вселенной в эпоху последнего рассеяния, когда ей было всего
300 ООО лет.
Впервые карту микроволнового неба построила команда эксперимента СОВЕ в
1992 году. Более подробная карта, которую получил 10 лет спустя спутник
WMAP33, представлена на рисунке 4.2. Темные оттенки соответствуют более
высокой интенсивности излучения, однако, разница между светлыми и темными пятнами
составляет всего несколько стотысячных. Это означает, что во время последнего
рассеяния Вселенная была почти идеально однородной. Все восхитительные
структуры, которые мы сегодня видим на небе, были закодированы в этой аморфной
ряби почти однородного космического фона.
Современная история
сотворения мира
На рисунке 4.3 представлена история сотворения мира, которую мы до сих пор
обсуждали. Эта история подтверждается многочисленными наблюдательными
данными, и нет особых оснований сомневаться в том, что в целом она верна. Ее
детали продолжают уточняться, а некоторые важные вопросы еще остаются открытыми.
Одна из важнейших неизвестных — природа темной материи, которая проявляет
себя гравитационным притяжением галактик и скоплений. Имеются веские основания
считать, что темная материя состоит не из нуклонов и электронов, а, скорее,
из каких-то еще не открытых частиц. От масс и взаимодействия этих частиц
зависят детали процесса формирования галактик, но не общая картина, очерченная
на рисунке 4.3 (вкладка, ниже).
Поистине удивительно, что мы можем наблюдать Вселенную такой, какой она
была 14 миллиардов лет назад, и точно описывать события, происходившие спустя
долю секунды после Большого взрыва. Это подводит нас невероятно близко к
моменту творения. Но что в действительности случилось в тот момент, как всегда,
остается загадкой. На самом деле при более близком знакомстве Большой взрыв
выглядит даже более странным, чем казался до сих пор.
Глава 5.
Инфляционная Вселенная
Можно противостоять вторжению
армии , но не идеи, чье время пришло.
Виктор Гюго
Космические пазлы
Представим, что однажды мы получаем из далекой галактики радиограмму,
гласящую: "Элвис жив". Мы направляем антенну на другую галактику и с удивлением
получаем точно такое же сообщение! Изрядно озадаченные, мы переводим антенну
с одной галактики на другую, но отовсюду получаем все то же послание. Один из
выводов, к которому мы придем, состоит в том, что мир полон фанатов Элвиса;
другой — что все они общаются между собой. Ведь как иначе им удалось бы
объявиться с одинаковыми сообщениями?
Зонд WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe — Зонд им. Уилкинсона для изучения
анизотропии микроволнового фона).
Рис. 4.3. Краткая история Вселенной.
Как ни глупо это может показаться, но такой пример весьма схож с той
ситуацией, в которой мы оказались, наблюдая Вселенную. Интенсивность
микроволнового излучения, приходящего к нам со всех сторон в небе, в высшей степени
постоянна, а значит, распределение плотности и температуры Вселенной в те
времена, когда испускалось это излучение, были исключительно однородными. Из
этого наблюдения вытекает наличие определенного взаимодействия между
излучающими областями, которое приводит к выравниванию плотностей и температур.
Парадокс, однако, в том, что для протекания подобных процессов с момента
Большого взрыва прошло слишком мало времени.
Корень проблемы связан с неспособностью физических взаимодействий
распространяться быстрее света34. Со времени Большого взрыва электромагнитные волны
удалились от мест, где они были испущены, на 40 миллиардов световых лет. Это
расстояние называют радиусом горизонта. Оно ставит предел тому, как далеко мы
можем видеть Вселенную, и задает максимальное расстояние, на котором могла
быть установлена связь. Космическое излучение, которое мы наблюдаем, было
испущено вскоре после Большого взрыва и приходит к нам с расстояний, примерно
равных радиусу горизонту. Рассмотрим теперь излучение, приходящее с двух
противоположных направлений на небе (рис. 5.1) . Области, где было испущено это
излучение, разделены сейчас удвоенным расстоянием до горизонта, а значит, они
никак не могли взаимодействовать. Тем более они не могли обмениваться теплом,
чтобы уравновесить свою температуру.
Рис. 5.1. Космическое излучение, приходящее с двух
противоположных направлений на небе, испущено в областях, которые ныне
разделены двойным расстоянием до горизонта.
В более ранние времена эти две области были ближе друг к другу, и может
показаться, что это помогло бы им прийти в равновесие. Но в действительности
раньше это было еще затруднительнее. Дело в том, что с удалением в прошлое
радиус горизонта сокращается быстрее, чем расстояние между областями. В
момент последнего рассеяния, когда испускалось излучение, наблюдаемая часть
Вселенной была разбита на тысячи целеньких областей, которые не могли
сообщаться друг с другом. Итак, мы приходим к выводу, что никакой физический
процесс не мог сделать огненный шар однородным, если бы он не был таким с самого
начала.
Эту загадочную особенность Большого взрыва часто называют проблемой
горизонта. Единственное объяснение удивительной однородности плотности и
температуры в ранней Вселенной состоит в том, что такой сделал новорожденную
Вселенную Большой взрыв. Логически такое "объяснение" совершенно правомерно. Физи-
Это на самом деле постулируется и экспериментально не доказано. - Ред.
ческие условия в сингулярности не определены, так что сразу после Большого
взрыва можно постулировать любое физическое состояние. Однако очень трудно
отделаться от чувства, что это совершенно ничего не объясняет.
Другая удивительная особенность Большого взрыва состоит в тонкой
сбалансированности вспышки, заставившей разбегаться частицы, и силы притяжения,
которая замедляет расширение. Если бы плотность материи во Вселенной была больше,
ее гравитационного притяжения хватило бы, чтобы остановить расширение и в
итоге заставить Вселенную вновь сколлапсировать35. При немного меньшей
плотности Вселенная расширяется бесконечно. Наблюдаемая плотность с точностью до
нескольких процентов равна критической, отвечающей пограничной линии между
этими двумя режимами. Это очень странно и требует объяснения.
Трудность связана с тем, что в ходе космической эволюции Вселенная
удаляется от критической плотности. Если, например, мы начинаем со значения на один
процент выше критического, то менее чем через минуту получим удвоенную
критическую плотность, а уже через три с небольшим минуты вселенная вновь сожмется
в точку. Аналогично, если начать с плотности, уступающей критической на один
процент, то через год она станет в 300 ООО раз ниже критической. Во вселенной
с такой низкой плотностью никогда не образуются звезды и галактики; в ней не
будет ничего, кроме крайне разреженного газа без каких-либо образований.
Чтобы спустя 14 миллиардов лет — то есть при нынешнем возрасте Вселенной — ее
плотность оставалась почти равной критической, начальное состояние должно
быть выверено с хирургической точностью. Вычисления показывают, что она не
должна отличаться больше чем на 1/100000000000000 долю процента.
Все это тесно соотносится с вопросом о геометрии Вселенной. Благодаря
Фридману мы знаем о связи между плотностью Вселенной и ее крупномасштабной
геометрией. Вселенная замкнута, если плотность выше критической, открыта — при
более низкой плотности и плоская, если плотность в точности равна
критической. Таким образом, вместо того чтобы спрашивать, почему плотность Вселенной
так близка к критической, можно с тем же успехом задаться вопросом, почему
геометрия пространства так близка к плоской. Поэтому часто говорят не о
загадке тонкой настройки, а о проблеме плоской геометрии Вселенной.
Проблемы горизонта и плоской геометрии были осознаны в 1960-х годах, но
почти не обсуждались, поскольку не было ровным счетом никаких идей, как за
них взяться. К ним нельзя подступиться, не сталкиваясь с куда большей
скрывающейся за ними загадкой: что же в действительности случилось в момент
Большого взрыва? Какова была природа силы, которая вызвала космическую вспышку и
заставила частицы разлетаться друг от друга? Поскольку почти за полвека на
этом направлении не было достигнуто никакого прогресса, физики стали
привыкать мысли, что это один из тех вопросов, которые не следует задавать,
поскольку либо они лежат за пределами физики, либо физика к ним еще не готова.
Так что когда Алан Гут в 1980 году совершил впечатляющий прорыв и предложил
способ одним махом справиться с несколькими неподатливыми космологическими
загадками, это оказалось полной неожиданностью36.
Гут выдвинул идею, согласно которой за раздувание Вселенной отвечает
отталкивающая гравитация. Он предположил, что ранняя Вселенная содержала очень
необычную материю, которая порождала мощные силы гравитационного отталкивания.
Если вы когда-нибудь попробуете прочесть лекцию о подобных идеях, лучше вам
А что если, гравитация создается не всей материей, а только ее некоторой частью, вокруг
которой и формируются Звезды и планеты. А что если не Вселенная разлетается, а «краснеют»
сами фотоны при прохождении межзвездной среды (разлет Вселенной вытекает из-за сдвига
наблюдаемого спектра в красную область - эффект Доплера) - Ред.
36 Все подробности пути Алана Гута к открытию инфляции описаны в его блестящей книге
"Инфляционная Вселенная: в поисках новой теории происхождения космоса" (The Inflationary Universe:
The Quest for a New Theory of Cosmic Origins, Addison-Wesley, Reading, 1997).
припасти в кармане кусок антигравитационного вещества или, по крайней мере,
подготовить очень хорошие аргументы в пользу его существования. К счастью для
Гута, он не изобретал никаких волшебных материалов. Ведущие теории
элементарных частиц уже наперебой предлагали их под названием ложного вакуума.
Ложный вакуум
"А ты можешь из ничего что-нибудь
сделать, дяденька?" — "Нет, дружок,
из ничего не выйдет ничего".
Шекспир, "Король Лир"
(пер. Т.Л. Щепкиной-Куперник)
Вакуум — это пустое пространство. Его часто используют как синоним слова
"ничто". Вот почему идея энергии вакуума показалась такой странной, когда ее
впервые выдвинул Эйнштейн. Однако под влиянием достижений теории элементарных
частиц за последние три десятилетия отношение физиков к вакууму коренным
образом поменялось. Исследования вакуума продолжаются, и чем больше мы узнаем о
нем, тем он кажется сложнее и удивительнее.
Согласно современным теориям элементарных частиц, вакуум — это физический
объект; он может быть заряжен энергией и может находиться в разнообразных
состояниях. В терминологии физиков эти состояния называют разными вакуумами.
Типы элементарных частиц, их массы и взаимодействия определяются лежащим в
основе вакуумом. Взаимосвязь между частицами и вакуумом подобна той, что
существует между звуковыми волнами и материалом, по которому они
распространяются. Вакуум, в котором мы живем, находится в наинизшем энергетическом
состоянии, его называют "истинным вакуумом37".
Физики собрали массу знаний о частицах, который населяют этот тип вакуума,
и силах, действующих между ними. Сильное ядерное взаимодействие, например,
связывает протоны и нейтроны в атомных ядрах, электромагнитные силы
удерживают электроны на их орбитах вокруг ядер, а слабое взаимодействие отвечает за
поведение неуловимых легких частиц, называемых нейтрино. В соответствии со
своими именами эти три взаимодействия обладают очень разной силой, причем
электромагнитное взаимодействие занимает промежуточное положение между
сильным и слабым.
Свойства элементарных частиц в других вакуумах могут быть совершенно иными.
Неизвестно, сколько существует разных вакуумов, но физика элементарных частиц
позволяет предположить, что их, вероятно, должно быть еще, по крайней мере,
два, причем обладающих большей симметрией и меньшим разнообразием частиц и
взаимодействий. Первый из них — это так называемый электрослабый вакуум, в
которое электромагнитное и слабое взаимодействия имеют одинаковую силу и
проявляются как составляющие одной объединенной силы. Электроны в этом вакууме
имеют нулевую массу и неотличимы от нейтрино. Они движутся со скоростью света
и не могут удерживаться внутри атомов. Неудивительно, что мы живем не в этом
типе вакуума.
Второй — это вакуум Великого объединения, в котором сливаются все три типа
взаимодействий между частицами. В этом высокосимметричном состоянии нейтрино,
электроны и кварки (из которых состоят протоны и нейтроны) становятся взаимо-
Вполне возможно, что наш вакуум не является самым низкоэнергетическим. Теория струн,
которая на сегодня является основным кандидатом на роль самой фундаментальной физической теории,
предполагает существование вакуумов с отрицательной энергией. Если они действительно
существуют , то наш вакуум спонтанно распадется с катастрофическими последствиями для всех
содержащихся в нем материальных объектов. Мы обсудим теорию струн в главе 15, а возможность распада
вакуума — в главе 18. А пока будем предполагать, что обитаем в истинном вакууме.
заменимыми. Если электрослабый вакуум почти наверняка существует, то вакуум
Великого объединения — гораздо более умозрительная конструкция. Теории
элементарных частиц, которые предсказывают его существование, привлекательны с
теоретической точки зрения, но задействуют чрезвычайно высокие энергии, а их
наблюдательные подтверждения немногочисленны и в основном носят косвенный
характер .
Каждый кубический сантиметр электрослабого вакуума содержит колоссальную
энергию и — согласно соотношению Эйнштейна между массой и энергией —
громадную массу, около десяти миллионов триллионов тонн (это примерно масса Луны).
Сталкиваясь с такими огромными числами, физики переходят на сокращенную
запись чисел, выражая их степенями десятки. Триллион — это единица, за которой
следует 12 нулей; его записывают как 1012. Десять миллионов триллионов — это
единица с 19 нулями; то есть плотность массы электрослабого вакуума
составляет 1019 тонн на кубический сантиметр. Для вакуума Великого объединения
плотность массы оказывается еще больше, причем чудовищно больше — в 1048 раз.
Излишне упоминать, что этот вакуум никогда не создавался в лаборатории: на это
потребовалось бы много больше энергии, чем доступно при современных
технологиях.
По сравнению с этими ошеломляющими величинами энергия обычного истинного
вакуума ничтожна. Долгое время считалось, что она в точности равна нулю,
однако недавние наблюдения указывают на то, что вакуум может обладать небольшой
положительной энергией, которая эквивалентна массе трех атомов водорода на
кубический метр. Значение этого открытия прояснится в главах 9, 12 и 14.
Высокоэнергичные вакуумы называют "ложными", поскольку, в отличие от
истинного вакуума, они неустойчивы. Спустя короткое время, обычно малую долю
секунды, ложный вакуум распадается, превращаясь в истинный, а его избыточная
энергия высвобождается в виде огненного шара из элементарных частиц. В
следующих главах мы гораздо подробнее рассмотрим процесс распада вакуума.
Если вакуум обладает энергией, то, согласно Эйнштейну, он должен иметь и
натяжение38. Но, как мы обсуждали в главе 2, натяжение создает отталкивающий
гравитационный эффект. В случае вакуума отталкивание в три раза сильнее, чем
гравитационное притяжение, вызванное его массой, так что в сумме получается
очень сильное отталкивание. Эйнштейн использовал эту антигравитацию вакуума,
чтобы уравновесить гравитационное притяжение обычной материи в своей
стационарной модели мира. Он обнаружил, что баланс достигается, когда плотность
массы материи в два раза превосходит вакуумную. Гут предложил другой план:
вместо уравновешивания Вселенной он хотел ее раздуть. Поэтому он позволил
отталкивающей гравитации ложного вакуума господствовать, не встречая
сопротивления .
Космическая инфляция
Что бы случилось, если бы в далеком прошлом пространство Вселенной
находилось в состоянии ложного вакуума? Если плотность материи в ту эпоху была
меньше, чем требуется для уравновешивания Вселенной, тогда доминировала бы
отталкивающая гравитация. Это вызвало бы расширение Вселенной, даже если бы
первоначально она не расширялась.
Этот вывод легко понять из простых энергетических соображений. Сила всегда действует на
физический объект в направлении уменьшения его энергии. (Точнее, потенциальной энергии,
которая представляет собой составляющую энергии, не связанную с движением.) Например, сила
гравитации тянет объекты вниз, в направлении убывания их энергии. (Гравитационная энергия
растет с высотой над Землей.) Для ложного вакуума энергия пропорциональна объему, который он
Занимает, и может быть уменьшена только сокращением объема. Поэтому должна существовать
сила , вызывающая сжатие вакуума. Эта сила и есть натяжение.
Чтобы сделать наши представления более определенными, будем считать, что
Вселенная замкнута. Тогда она раздувается подобно воздушному шару на рисунке
3.1. С ростом объема Вселенной материя разрежается, и ее плотность падает.
Однако плотность массы ложного вакуума является фиксированной константой; она
всегда остается одинаковой. Так что очень быстро плотность материи становится
пренебрежимо малой, мы остаемся с однородным расширяющимся морем ложного
вакуума .
Расширение вызывается натяжением ложного вакуума, превосходящим притяжение,
связанное с плотностью его массы. Поскольку ни одна из этих величин не
меняется со временем, темп расширения остается с высокой точностью постоянным.
Этот темп характеризуют пропорцией, в которой Вселенная расширяется за
единицу времени (скажем, за одну секунду). По смыслу эта величина очень похожа на
темп инфляции в экономике — процентное увеличение цен за год. В 1980 году,
когда Гут вел семинар в Гарварде, уровень инфляции в США составлял 14%. Если
бы это значение оставалось неизменным, цены удваивались бы каждые 5,3 года.
Аналогично, постоянный темп расширения Вселенной подразумевает, что
существует фиксированный интервал времени, на протяжении которого размер Вселенной
увеличивается вдвое.
Рис. 5.2. Они что-то замышляют... Алан Гут в цетре,
Стивен Хокинг в инвалидном кресле слева от него.
Рост, который характеризуется постоянным временем удвоения, называют
экспоненциальным. Известно, что он очень быстро приводит к гигантским числам. Если
сегодня кусок пиццы стоит 1 доллар, то через 10 циклов удвоения (53 года в
нашем примере) его цена составит 1024 доллара, а через 330 циклов достигнет
10100 долларов. Это колоссальное число, единица, за которой следует 100
нулей, имеет специальное название — гугол. Гут предложил использовать в
космологии термин инфляция для описания экспоненциального расширения Вселенной.
Время удвоения для вселенной, заполненной ложным вакуумом, невероятно
короткое . И чем выше энергия вакуума, тем оно короче. В случае электрослабого
вакуума вселенная расширится в гугол раз за одну тридцатую микросекунды, а в
присутствии вакуума Великого объединения это случится в 1026 раз быстрее. За
столь короткую долю секунды область размером с атом раздуется до размеров,
намного превосходящих всю наблюдаемую сегодня Вселенную.
Поскольку ложный вакуум нестабилен, он, в конце концов, распадается, и его
энергия зажигает огненный шар из частиц. Это событие обозначает конец
инфляции и начало обычной космологической эволюции. Тем самым, из крошечного
исходного зародыша мы получаем громадных размеров горячую расширяющуюся
Вселенную. А в качестве дополнительного бонуса в этом сценарии удивительным образом
исчезают проблемы горизонта и плоской геометрии, характерные для космологии
Большого взрыва.
Суть проблемы горизонта состоит в том, что расстояния между некоторыми
частями наблюдаемой Вселенной таковы, что они, по-видимому, всегда были больше
расстояния, пройденного светом с момента Большого взрыва. Это предполагает,
что они никогда не взаимодействовали друг с другом, а тогда трудно объяснить,
как они достигли почти точного равенства температур и плотностей. В
стандартной теории Большого взрыва путь, пройденный светом, растет пропорционально
возрасту Вселенной, тогда как расстояние между областями увеличивается
медленнее, поскольку космическое расширение замедляется гравитацией. Области,
которые не могут взаимодействовать сегодня, смогут влиять друг на друга в
будущем, когда свет покроет, наконец, разделяющее их расстояние. Но в прошлом
пройденное светом расстояние становится еще короче, чем надо, так что, если
области не могут взаимодействовать сегодня, они тем более не были способны к
этому раньше. Корень проблемы, таким образом, связан с притягивающей природой
гравитации, из-за которой расширение постепенно замедляется.
Однако во вселенной с ложным вакуумом гравитация отталкивающая, и вместо
того, чтобы замедлять расширение, она ускоряет его. При этом положение
меняется на противоположное: области, которые могут обмениваться световыми
сигналами, в будущем потеряют эту возможность. И, что более важно, те области,
которые сегодня недосягаемы друг для друга, должны были взаимодействовать в
прошлом. Проблема горизонта исчезает!
Проблема плоского пространства разрешается столь же легко. Оказывается, что
Вселенная удаляется от критической плотности, только если ее расширение
замедляется. В случае ускоренного инфляционного расширения все обстоит
наоборот: Вселенная приближается к критической плотности, а значит, становится
более плоской. Поскольку инфляция увеличивает Вселенную в колоссальное число
раз, нам видна лишь крошечная ее часть. Эта наблюдаемая область выглядит
плоской подобно нашей Земле, которая тоже кажется плоской, если смотреть на нее,
находясь вблизи поверхности.
Итак, короткий период инфляции делает Вселенную большой, горячей,
однородной и плоской, создавая как раз такие начальные условия, которые требуются
для стандартной космологии Большого взрыва.
Теория инфляции начала покорять мир. Что же касается самого Гута, то его
пребывание в статусе постдока закончилось. Он принял предложение от своей
альма-матер, Массачусетского технологического института, где и продолжает
работать поныне.
Это могло бы стать счастливым финалом для теории инфляции, если бы не одна
серьезная неприятность: теория не работала.
Глава 6.
Слишком хорошо,
чтобы быть ошибкой
Истина возникает из ошибки гораздо
охотнее, чем из беспорядка.
Фрэнсис Бэкон (1561-1626)
Проблема
изящного
выхода
Каждый физик знаком с тяжелым чувством, следующим за обнаружением фатальной
ошибки в красивой теории, придуманной несколько дней назад. Увы, такова
судьба большинства красивых теорий. Не обошла она и теорию инфляции. Как обычно,
дьявол таился в деталях. При более внимательном анализе выяснилось, что
ложный вакуум распадается не так гладко, как ожидалось.
Процесс распада вакуума похож на кипение воды. Посреди ложного вакуума
случайным образом появляются маленькие пузырьки вакуума истинного39 (рис. 6.1).
Внутренние области растущих пузырьков остаются пустыми, а вся энергия,
выделяющаяся при переходе ложного вакуума в истинный, сконцентрирована в
расширяющихся стенках пузырьков. Когда пузырьки сталкиваются и сливаются, их
стенки распадаются на элементарные частицы. Конечным результатом становится
истинный вакуум, заполненный плотной горячей материей.
Рис. 6.1. Маленькие пузырьки истинного вакуума
случайно возникают и расширяются. Пузырьки, которые
образовались раньше, вырастают до большего размера.
Именно так происходит, если пузырьки возникают в бешеном темпе и весь
процесс распада завершается меньше чем за один период удвоения. Это означает,
однако, что инфляция заканчивается слишком быстро, намного раньше, чем
вселенная становится однородной и плоской. Нас же интересует противоположный
случай, когда темп формирования пузырьков низкий, так что вселенная может
Надо ли упоминать, что это тоже теория, точно такая же, как теория Большого взрыва и
теория инфляции. - Ред.
расшириться во много раз, прежде чем пузыри начнут сталкиваться. Но, как
любил говорить швейцарский физик Пауль Эренфест, здесь-то лягушка и прыгает в
воду.
Трудность состоит в том, что пространство между пузырьками заполнено ложным
вакуумом, а значит, быстро расширяется. Пузырьки растут очень быстро, со
скоростью, близкой к скорости света, но это не сравнится с экспоненциальным
расширением ложного вакуума. Если пузырьки не столкнутся в течение одного
периода удвоения от момента возникновения, то в дальнейшем расстояние между ними
будет только расти, так что они уже никогда не столкнутся.
Выходит, инфляция может никогда не закончиться. Пузыри неограниченно растут
в размерах, а в промежутках между ними все продолжают появляться новые. В
результате замечательная однородность, порожденная инфляцией, полностью
разрушается. Отсутствие подходящего финала для инфляционного расширения стали
называть проблемой изящного выхода.
Гут осознал эту проблему спустя несколько месяцев после того, как
представил свою новую теорию публике. К тому времени его статья об инфляции еще не
была написана, причем по очень простой причине: Алан Гут — самый большой в
мире любитель откладывать дела на потом. (Я убедился в этом лично, работая с
ним в ряде исследовательских проектов.) Он, конечно, был разочарован,
обнаружив в теории серьезный прокол, однако продолжал считать, что идея слишком
удачна, чтобы быть ошибочной. Дописав наконец к августу 1980 года свою
статью40 , Гут закончил ее словами: "Я публикую эту статью в надежде, что она. . .
побудит других найти способ обойти нежелательные особенности инфляционного
сценария".
Скалярное поле
Чтобы разобраться в истоках проблемы, давайте подробнее обсудим ложный
вакуум. Процесс его распада был изучен гарвардским физиком Сиднеем Коулманом
(Sidney Coleman), который описал его в терминах так называемых скалярных
полей .
Поле — это количественная характеристика, имеющая определенное значение в
каждой точке пространства. Его значения могут меняться от точки к точке, а
также во времени. Простым примером поля является температура. Северный полюс,
мыс Кейп-Код, центр Солнца — все это точки Вселенной, имеющие определенную
температуру. Другой знакомый пример — магнитное поле. В дополнение к величине
оно обладает также и направлением. Мы не ощущаем магнитного поля, но его
присутствие обнаруживается, если взглянуть на компас. Стрелка указывает
направление поля, а его напряженность можно определить по тому, насколько сильно
оно действует на стрелку, заставляя принять это направление.
Поля, подобно температуре не имеющие направления, называются скалярными.
Они описываются одним числом: величиной. Скалярные поля играют важную роль в
физике элементарных частиц. Согласно современным теориям, пространство
Вселенной заполнено рядом скалярных полей, величины которых определяют энергию
вакуума, а также массы частиц и их взаимодействия. Другими словами, эти поля
задают вакуум, в котором мы живем. В настоящее время значения скалярных полей
соответствуют истинному вакууму, но в прошлом они могли быть иными.
Чтобы проиллюстрировать физику распада вакуума, рассмотрим единственное
скалярное поле и сконцентрируемся на том, как оно влияет на энергию вакуума.
Каждый кубический сантиметр пространства содержит энергию, которая зависит от
A. Guth, "The inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness
problems" ("Инфляционная Вселенная: возможное решение проблемы горизонта и плоской геометрии"),
Physical Review, vol. D23, p. 347 (1981).
величины поля. Точный характер зависимости пока неизвестен, однако в общих
чертах он напоминает холмистый ландшафт, как на рисунке 6.2, с максимумами на
одних значениях и минимумами на других. Поведение скалярного поля очень
похоже на поведение шарика, катящегося по поверхности с рельефом, подобным этому
энергетическому ландшафту. В зависимости от начального положения шарик
скатится в тот или иной энергетический минимум. Самый нижний минимум имеет почти
нулевую плотность энергии; он отвечает истинному вакууму. Более высокий
минимум соответствует высокоэнергичному ложному вакууму.
Плотность
энергии
Скалярное поле
Рис. 6.2. Энергетический ландшафт скалярного поля с
ложным и истинным вакуумом. Поле может туннелировать
сквозь барьер, разделяющий два вакуума.
Допустим, мы начинаем с ложного вакуума во всех точках пространства. Это
соответствует шарику, покоящемуся в верхнем минимуме. Он будет лежать там
очень долго, пока что-нибудь не подтолкнет его вверх, сообщив энергию,
необходимую для того, чтобы преодолеть барьер и попасть в нижний минимум. Однако,
согласно квантовой теории, объект может "туннелировать" сквозь энергетический
барьер. Когда вы наблюдаете такое событие, то видите, как шарик исчезает и
мгновенно материализуется по другую сторону барьера.
Квантовое туннелирование — вероятностный процесс. Нельзя точно предсказать,
когда оно произойдет, но можно вычислить вероятность, с которой оно случится
в заданный отрезок времени. Для макроскопических объектов вроде шарика
вероятность туннелирования чрезвычайно мала. Если, к примеру, вы хотите, чтобы
банка колы туннелировала к вам из торгового автомата, время ожидания намного
превысит современный возраст Вселенной. Однако в микроскопическом мире
элементарных частиц квантовое туннелирование распространено гораздо шире. Я уже
упоминал в главе 4, что Георгий Гамов использовал туннельный эффект для
объяснения распада радиоактивных атомных ядер. В случае ложного вакуума
вероятность того, что большая область пространства туннелирует в состояние
истинного вакуума, совершенно ничтожна. Туннелирование происходит в крошечных,
микроскопических областях, приводя к появлению маленьких участков истинного
вакуума . Это и есть процесс образования пузырьков, который обсуждался в преды-
дущей главе. Вероятность туннелирования может быть выше или ниже в
зависимости от формы энергетической функции. (Она выше для низких и узких
энергетических барьеров.)
Несмотря на сходство между туннелированием шарика и скалярного поля, между
ними есть важное различие. Мяч туннелирует между двумя разными точками в
пространстве, тогда как скалярное поле — между различными значениями поля в
одном и том же месте.
Из нашего анализа следует, что, если между двумя вакуумами имеется
энергетический барьер, распад вакуума может происходить только через квантовое тун-
нелирование. Его результатом становятся случайным образом разбросанные
пузырьки, которые никогда не сливаются, так что процесс распада никогда не
завершается. Но что случится, если мы удалим барьер?
Тише едешь —
дальше будешь
Молодой российский космолог Андрей Линде был первым, кто рассмотрел не
общепринятые модели скалярного поля без барьера между истинным и ложным
вакуумами.
Как и прежде, предположим, что все начинается с маленькой замкнутой
вселенной и скалярного поля в состоянии ложного вакуума. Если барьера нет, шарик,
представляющий попе, просто скатывается вниз в сторону истинного вакуума
(рис. 6.3) . Нет никаких пузырьков, а поле, катясь вниз, остается однородным
во всем пространстве. Достигнув нижней точки, оно начинает колебаться вверх и
вниз. Энергия этих колебаний быстро рассеивается, порождая огненный шар
частиц, а поле успокаивается на минимальной энергии.
Плотность
энергии
Скалярное поле
Рис. 6.3. Энергетический ландшафт без барьера.
Скалярное поле быстро скатывается к истинному вакууму.
Трудность, однако, состоит в том, что в отсутствие барьера поле будет
скатываться вниз очень быстро, и инфляция прекратится слишком рано. Понимая эту
опасность, Линде сделал принципиальный шаг: он предположил, что график
энергетической функции напоминает по форме холм с очень пологим склоном, как на
рисунке 6.4. Плоский участок наверху холма играет роль ложного вакуума. Если
поместить шарик где-то на этом участке, он начнет катиться крайне медленно.
При этом он будет оставаться практически на одной и той же высоте, поскольку
склон очень пологий. Теперь вспомните, что высота на рисунке соответствует
плотности энергии скалярного поля, а ее постоянство — все, что требуется для
поддержания неизменного темпа инфляции.
Плотность
энергии
Скалярное поле
Рис. 6.4. Энергетический ландшафт "сплющенного холма". Пока
скалярное поле медленно скатывается вниз, инфляция продолжается.
Ключевая идея Линде состояла в том, что вблизи вершины холма скалярное поле
катится очень медленно, и потому пройдет много времени, прежде чем оно
пересечет эту область. Между тем вселенная продолжает расширяться, колоссальным
образом вырастая в размерах. Попав на крутую часть энергетического склона,
поле начинает катиться быстрее, а достигнув, наконец, минимума, осциллирует и
расходует свою энергию на порождение горячей смеси частиц. В этот момент мы
получаем горячую расширяющуюся вселенную, которая к тому же является
однородной и почти плоской. Проблема изящного выхода решена!
Все, что нужно, — это скалярное поле, энергетическая функция которого имеет
функцию приплюснутого холма, как на рисунке 6.4. Вы может спросить: а как
скалярное поле в самом начале оказалось на вершине холма? Хороший вопрос.
Однако отложим его до главы 17.
Статья Линде появилась в феврале 1982 года, и ту же по сути идею независимо
опубликовали американские физики Андреас Олбрехт (Andreas Albrecht) и Пол
Стейнхардт (Paul Steinhardt). Теория инфляции была спасена.
Другой важный вопрос — действительно ли подобное скалярное поле существует
в природе. К сожалению, этого мы не знаем. Нет никаких прямых свидетельств
его существования. Скалярные поля, появляющиеся в простейших теориях
электрослабого взаимодействия и Великого объединения, обладают энергетическими
функциями, слишком крутыми для инфляционной теории. Однако существует класс так
называемых супер-симметричных теорий, включающих множество скалярных полей с
плоской энергетической функцией. Теория суперструн, которая на сегодня
является основным кандидатом на роль самой фундаментальной теории природы,
принадлежит как раз к этому классу. (Мы еще поговорим о суперструнах в главе
15.)
Рис. 6.5. Андрей Линде, выпускник МГУ 1971 года, с 1990
года — профессор физики Стэнфордского университета.
Наффилдовский
симпозиум
Следующий акт драмы развернулся в средневековом университетском Кембридже.
Летом 1982 года сюда по приглашению Стивена Хокинга съехались около тридцати
космологов со всего мира. Они собрались на трехнедельный симпозиум по очень
ранней Вселенной, который проводился на средства Фонда Наффилда. Я был очень
рад оказаться в числе его участников: Хокинг попросил меня сделать доклад о
моих последних работах по космическим струнам.
Я сразу влюбился в Кембридж. Поднимаясь рано утром, я прогуливался по
территории колледжа. Готические часовни, колокольни, аскетичные обнесенные
стенами дворики с идеально прямоугольными газонами и яркими пятнами цветов — все
это были остатки другого, более расположенного к созерцанию века. К девяти
часам я возвращался в наше время, ожидая в конференц-зале начала выступлений.
К счастью, в день было только по два доклада — один утром, другой после
обеда, — так что оставалась масса времени для неформальных дискуссий. Британская
кухня едва ли могла послужить гвоздем программы, но вот местное пиво — это
другое дело, так что я провел немало вечеров, разговаривая о физике и других
предметах за пинтой лагера.
Программа встречи была специально сориентирована на последние достижения
космологии, и теория инфляции закономерно оказалась в центре всеобщего
внимания. Проблема изящного выхода была уже снята с повестки дня, но оставались и
другие серьезные вопросы.
Инфляция и вправду делает вселенную плоской и однородной, но, возможно, она
слишком хорошо справляется со своей работой. В идеально однородной вселенной
никогда не возникло бы ни галактик, ни звезд. Как уже обсуждалось в главе 4,
галактики развиваются из небольших вариаций плотности. Происхождение этих
первичных неоднородностей, или возмущений плотности, стало центральным
вопросом симпозиума.
Незадолго до его начала Хокинг написал статью, в которой высказал очень
интересную идею. Согласно квантовой теории, эволюция всех физических систем не
полностью детерминирована, а подвержена непредсказуемым квантовым подергива-
ниям. Так что, скатываясь вниз, скалярное поле испытывает случайные толчки то
вперед, то назад. Направления этих толчков неодинаковы в разных областях
Вселенной, и в результате в разных местах скалярное поле не в точности
одновременно достигает подножия холма. В областях, где инфляция длилась чуть дольше,
плотность вещества оказывалась немного выше41. Идея Хокинга состояла в том,
что возникающие в результате этого небольшие неоднородности приведут к
образованию галактик и их скоплений. Его правота в этом вопросе означала бы, что
квантовые эффекты, обычно имеющие значение только на крошечных субатомных
масштабах, оказались бы причиной существования самых крупных образований во
Вселенной!
Естественно, Гут был очень взволнован такой возможностью. Ведь она не
только разрешала трудности теории, но и открывала заманчивую перспективу
проверить инфляцию наблюдениями. Возмущения плотности можно наблюдать посредством
космических микроволн, а затем сравнивать с предсказаниями теории. Это было
чрезвычайно важно!
Расчет плотности образующихся в ходе инфляции неоднородностей — технически
очень сложная задача. Статья Хокинга содержала очень мало подробностей, и ее
идеи было трудно развивать. Так что Гут объединил усилия с физиком корейского
происхождения Со-Янгом Пи (So-Young Pi) чтобы рассчитать возмущения,
используя метод, понятный им обоим. К моменту, когда Гут отправился на симпозиум,
работа была еще не вполне закончена, и он завершил вычисления в первые дни
пребывания в Кембридже. К его удивлению, полученный результат сильно
отличался от хокинговского. Оба они нашли, что возмущения зависят от формы
энергетического ландшафта скалярного поля, но эта зависимость получалась разной, и
результат Гута давал значительно большую величину возмущений.
Хокинг настаивал на своем результате. Когда Гут рассказывал мне об их
беседе за ланчем, он выглядел озадаченным. Он не был уверен в правильности своего
ответа и сказал, что собирается проверить несколько моментов в расчетах.
Дополнительную неразбериху вносило то, что была еще третья группа,
работавшая над той же проблемой. Пол Стейнхардт занимался расчетом неоднородностей в
сотрудничестве с двумя другими американскими космологами — Джимом Бардиным
(Jim Bardeen) и Майклом Тернером (Michael Turner). Они тоже были не согласны
с Хокингом, но их ответ был значительно меньше! Наконец, на симпозиуме
присутствовал еще и российский физик Алексей Старобинский, также приглашенный
выступить по вопросу о возмущениях плотности, однако он пока отмалчивался, и
никто не знал, какие он представит результаты.
Старобинский не был новичком в космологии. Среди прочего он был известен
тем, что придумал вариант инфляции примерно на год раньше Гута. Правда,
сделано это было по ошибке. Он полагал, что его модель позволит избавиться от
начальной сингулярности, что на самом деле было в ней невозможно. Однако он
не распознал, что она может решить проблемы горизонта и плоской геометрии.
Без этой ключевой идеи на модель в то время не обратили большого внимания, но
теперь она рассматривалась как реальная альтернатива42 моделям со скалярным
полем Линде, Олбрехта и Стейнхардта.
По расписанию Старобинский выступал первым. Стиль его доклада был типичен
для русской физической школы и восходил к одному из ее создателей,
нобелевскому лауреату Льву Ландау. На знаменитых еженедельных семинарах Ландау пред-
По окончании инфляции плотность вещества постоянно снижается вместе с расширением
Вселенной, а Значит, области пространства, которые поторопились Закончить инфляцию, будут уже
немного разреженными к тому времени, когда другие, более медлительные регионы, наконец,
Завершат инфляционное расширение.
42 Модель Старобинского основывается на модифицированных уравнениях гравитации Эйнштейна.
Данная модификация становится существенной только при очень высокой кривизне пространства-
времени . Величина этой кривизны играет в данной теории роль скалярного поля.
полагалось, что докладчик — идиот, и ему давался лишь крошечный шанс
объяснить другим свою позицию в самом начале выступления. Поэтому семинары
проводились главным образом "для Ландау" — именно его необходимо было убедить в
том, что докладчик знает, о чем говорит. При этом никого особо не беспокоило
то обстоятельство, что сказанное оставалось непонятным большинству других
собравшихся. Добавьте к этому русский акцент и сильное заикание, и вас уже не
удивит, что понять доклад Старобинского было непросто. И все же к моменту его
завершения одна вещь была ясна: он пришел к выводу, что неоднородности
окажутся крупными, как и в расчетах Гута.
На следующий день пришла очередь выступать Хокингу. Легендарный физик
страдает болезнью Лу Герига43 и с начала 1970-х годов прикован к инвалидному
креслу. Сегодня он общается при помощи голосового синтезатора, выбирая слова
одно за другим в меню на компьютерном экране. Когда проводился симпозиум, он
еще мог говорить, хотя и с трудом. Лекция Хокинга воспроизводила аргументацию
в его статье, но в конце был припасен сюрприз. Последний шаг вычислений
теперь был изменен, и результат согласовывался с тем, что получили Гут и Старо-
бинский! После разговора с Гутом и доклада Старобинского Хокинг, должно быть,
нашел ошибку в своих выкладках, хотя никогда не упоминал, что исправил ошибку
в своей статье или что его новый результат был получен с учетом работ
Старобинского и Гута.
Большинство дискуссий Наффилдовского симпозиума вертелось вокруг вопроса об
инфляции, и хотя новая теория будоражила умы, ее было заведомо многовато.
Доклады по другим темам, касающимся ранней Вселенной, дарили долгожданное
облегчение — это ощущение я постарался выразить в своей докладе, посвященном
космическим струнам. Струны — это линейно протяженные остатки горячей
высокоэнергичной эпохи ранней Вселенной. Они представляют собой тонкие трубки
ложного вакуума, существование которых предсказывается некоторыми моделями в
физике элементарных частиц. В моем докладе обсуждались образование струн и их
возможные астрофизические проявления. Доклад был хорошо принят, и теперь я
мог сесть, расслабиться и спокойно наблюдать последние рывки в гонке за
определением формы возмущений плотности.
Стейнхардт с друзьями все еще продолжали стоять на своем. Беспокоясь о
некоторых слабых местах в своих вычислениях, они продолжали интенсивно
работать, чтобы их прояснить. Однако ответ, который они получали, по-прежнему
оставался меньше исходного хокинговского результата.
Выступление Гута было запланировано на третью неделю симпозиума. Он
волновался, как бы Стейнхардт с компанией не поймали его врасплох, и потому при
любой возможности скрывался у себя в номере, чтобы перепроверить различные
моменты своих выкладок. Позже даже оказалось, что, готовясь к своему
выступлению , он пропустил состоявшийся на симпозиуме банкет.
Но, несмотря на растущее напряжение, битва так и не состоялась. За
несколько дней до своего доклада Стейнхардт и его сотрудники признали поражение. Они
нашли ошибки в использованных аппроксимациях, и после исправления их
результаты стали согласовываться с тем, к чему пришли другие участники
соревнования. Доклад Гута прошел очень гладко: он повторил свои ранее полученные
результаты. Таким образом, к концу симпозиума все четыре команды-участницы
пришли к полному консенсусу.
Однако последний сюрприз этой удивительной гонки стал известен уже после
завершения симпозиума. К своему полному смятению, бывшие участники состязаний
обнаружили, что проблема возмущений плотности, вызванных квантовыми флуктуа-
циями, над распутыванием которой они так тяжело трудились, уже была решена за
целый год до того, как они скрестили свои мечи в Кембридже. Решение опублико-
Официальное название Заболевания — боковой амиотрофический склероз.
вали двое российских ученых — Слава Муханов44 и Геннадий Чибисов — из
Физического института им. Лебедева в Москве. Они рассчитали возмущения45 для
инфляции по версии Старобинского, но выкладки были по сути такие же, как и в
модели скалярного поля. Читая русские физические журналы, частенько можно
откопать что-то интересное!
Рис. 6.6. Александр Виленкин46 окончил физический
факультет Харьковского университета в 1971 году.
Покинул СССР в 1976 году. С 1978 года профессор Tufts
University в Медфорде (США, штат Массачусетс).
Конечным итогом вычислений стала формула для амплитуды возмущений
плотности, порожденных квантовой дрожью скалярного поля в процессе скатывания вниз
в ходе инфляции. Эта амплитуда зависит от формы энергетического ландшафта, а
также от размеров области, в которой случается возмущение. Космические
структуры охватывают большой диапазон линейных масштабов. Характерные размеры
звезд много меньше, чем галактик, которые, в свою очередь, меньше скоплений
галактик. Амплитуда возмущений на этих колоссально различающихся масштабах
могла бы оказаться совсем разной. Однако полученная формула говорит, что все
возмущения почти в точности одинаковы. Между наименьшими и наибольшими
космическими структурами различия в амплитуде составляют не более 30%.
Это свойство масштабной независимости инфляционных возмущений нетрудно
понять . Квантовые флуктуации первоначально воздействуют на скалярное поле в
крошечной области пространства, но затем возникшее возмущение растягивается
до значительно больших размеров экспоненциальным расширением Вселенной. Воз-
Муханов ныне работает в Максимилиановском университете в Мюнхене.
45 В истинно русском стиле Муханов и Чибисов написали свою статью "для Ландау", приведя в ней
свой результат и минимум пояснений о том, как он был получен. Некоторые участники Наффилдов-
ского симпозиума считают, что в этих выкладках могли быть пропущены важные шаги, и поэтому
получение данного результата нельзя полностью отнести на счет Муханова и Чибисова. Я не буду
пытаться разрешить Здесь этот вопрос.
46 Фото автора было добавлено при редактировании, в исходной версии публикации его не было. -
Ред.
мущения, появившиеся раньше, подвергаются растяжению дольше и охватывают
большего размера области. Но их амплитуда задается исходными квантовыми флук-
туациями, которые почти одинаковы на всех представляющих интерес масштабах47.
Масштабную независимость возмущений плотности можно использовать для
предсказания вариаций по небу интенсивности космического микроволнового фона и, в
конечном счете, — для проверки идеи инфляции. Тем самым, спекулятивная
гипотеза о ранних моментах Вселенной превращается в проверяемую физическую
теорию. Однако потребовалось еще десятилетие, прежде чем космологическая
инфляция была подвергнута этой проверке.
Секрет
быстрого
успеха
На то, чтобы новая теория стала общепризнанной, обычно требуются годы, если
не десятилетия. Физики могут восхищаться красотой идеи, но признают ее лишь
тогда, когда предсказания теории подтверждаются экспериментами или
астрономическими наблюдениями. Это вдвойне верно в отношении космологии, где
наблюдателям всегда было тяжело угнаться за воображением теоретиков, и теория
Большого взрыва иллюстрирует это не хуже других. Статьи Александра Фридмана при
жизни оставались незамеченными, а работа Георгия Гамова едва ли не
игнорировалась на протяжении более чем десятилетия. Какой контраст со встречей,
оказанной теории инфляции!
Почти 40 работ по новой теории было опубликовано в течение года после
выхода первой статьи Гута. Еще через год их число выросло до 200 и оставалось на
уровне около 200 статей в год в течение всего следующего десятилетия.
Казалось , будто люди бросили все, чем они занимались, и принялись работать над
инфляционной теорией.
С чем связан такой молниеносный успех? Отчасти его можно объяснить
социологическими причинами. Физики, занимающиеся элементарными частицами, только что
завершили разработку теорий сильного и электрослабого взаимодействий. И эта
небольшая армия неожиданно обнаружила, что ей нечем заняться. Все новые идеи
в физике частиц были связаны с чрезвычайно высокими энергиями. Не было
никакой надежды проверить эти теории на существующих ускорителях, и прогресс
застопорился. Единственным ускорителем, который мог разогнать частицы до
требуемых энергий, оказался Большой взрыв, и физики элементарных частиц все чаще
присматривались к космологии как к испытательному полигону для новых идей. В
начале 1980-х годов начался массовый переход из физики элементарных частиц в
космологию. Перешедшие были новичками в этой сфере и искали интересные задачи
для применения своих сил.
Именно на этом фоне Гут предложил свою идею инфляции и дал физикам в
точности то, что они искали. Особенно помогла незавершенность его теории. Когда вы
полностью решаете важную проблему, работа может вызывать восхищение, но
индустрию на ней не построишь. Инфляция, напротив, была лишь наброском теории с
многочисленными пробелами, которые предстояло заполнить. Она предлагала
множество задач для работы и самим ученым, и их аспирантам.
Однако помимо социологии продолжительная популярность инфляции связана с
привлекательностью и силой самой этой идеи. В каком-то смысле инфляция похожа
на дарвиновскую теорию эволюции. Обе теории предлагали объяснение того, что
По мере того как скалярное поле медленно скатывается вниз по энергетическому склону,
флуктуации становятся слабее, а вызываемые ими возмущения — меньше. Однако скатывание происходит
так медленно, что положение не успевает Значительно измениться За то время, пока
генерируются возмущения для всех доступных астрофизике масштабов.
прежде считалось необъяснимым. Сфера научного исследования, тем самым,
значительно расширялась. В обоих случаях объяснение было чрезвычайно
привлекательным, а убедительных альтернатив никто не предложил.
Другая параллель с Дарвином состоит в том, что в то время, когда Гут
предложил идею инфляции, она уже носилась в воздухе48. Главное достижение Гута
состояло в ясном понимании того, чем хороша инфляция, и, тем самым, в
создании мотивации для решения проблемы изящного выхода и других трудностей
инфляционного сценария.
Вселенная как
бесплатный обед
До сих пор мы предполагали, что начальной точкой инфляции была маленькая
замкнутая Вселенная со скалярным полем в состоянии ложного вакуума на вершине
энергетического холма. Но эти предположения не являются обязательными. Вместо
этого мы можем начать с небольшого кусочка ложного вакуума в бесконечной
вселенной. Такое начало тоже приводит к инфляции, но несколько неожиданным
способом .
Вспомните, ложный вакуум имеет огромное натяжение, которое вызывает его
отталкивающую гравитацию. Если он заполняет все пространство, то натяжение
повсюду одинаково и нет никаких физических проявлений, кроме гравитационных. Но
если он окружен истинным вакуумом, натяжение внутри не уравновешивается
никакой внешней силой и заставляет кусочек ложного вакуума сжиматься. Можно
подумать, что натяжению противостоит отталкивающая гравитация, но на самом деле
это не так.
Анализ, основанный на общей теории относительности Эйнштейна, показывает,
что гравитационное отталкивание является чисто внутренним. Так что, если вы
принесете кусочек ложного вакуума, чтобы продемонстрировать на лекции,
предметы не будут отталкиваться от него, как на рисунке 1.1. Вместо этого они
станут притягиваться. Снаружи от ложного вакуума сила гравитации проявляется
как обычное тяготение. Результат зависит от размеров кусочка.
Если он меньше некоторой критической величины, побеждает натяжение, и
кусочек съеживается, как растянутая резинка. Затем, после нескольких колебаний,
он распадается на элементарные частицы. Если размер больше критического,
побеждает отталкивающая гравитация, и тогда ложный вакуум начинает раздуваться.
В ходе этого процесса он искривляет пространство наподобие воздушного шарика.
Этот эффект проиллюстрирован на рисунке 6.7 для случая сферической области
ложного вакуума. Показано только два пространственных измерения, так что
сферическая граница области представлена окружностью. Натяжение влечет границу
внутрь, к центру сферы, и это приводит к уменьшению объема ложного вакуума.
Но это сокращение совершенно ничтожно по сравнению с экспоненциальным
расширением внутренней части.
Расширяющийся шар соединен с внешним пространством узкой "кротовой норой".
Снаружи она видна как черная дыра, и внешний наблюдатель никогда не сможет
подтвердить или опровергнуть, что внутри этой черной дыры скрывается огромная
раздувающаяся вселенная. Аналогично, наблюдатель, который появится внутри
раздувающейся вселенной-пузыря, увидит только крошечную часть всего
пространства и никогда не узнает, что его вселенная имеет границу, за которой имеется
другая большая вселенная.
Эраст Глинер, Старобинский и Линде в СССР, Кацухико Сато (Katsuhiko Sato) в Японии и
Роберт Брут (Robert Brout), Франсуа Энглер (Francois Englert) и Эдгар ГунЗиг (Edgard Gunzig) в
Бельгии — все они рассматривали возможность периода экспоненциального расширения в ранней
Вселенной. Сато был также в курсе проблемы изящного выхода.
Рис. 6.7. Раздувающийся шар ложного вакуума (темно-
красный) , соединенный с внешним пространством
"кротовой норой" и видимый извне как черная дыра.
Поскольку судьба сферы из ложного вакуума так радикально зависит от того,
превышает ли ее радиус критическое значение, важно знать, чему же оно равно.
Ответ зависит от плотности энергии вакуума: чем больше плотность энергии, тем
меньше критический радиус. Для электрослабого вакуума он составляет около 1
миллиметра, а для вакуума Великого объединения — в 10 триллионов раз меньше.
Это все, что нужно для создания Вселенной! Воистину, совершенно бесплатный
обед. Ну, или почти бесплатный...
ЧАСТЬ II. ВЕЧНАЯ ИНФЛЯЦИЯ
Глава 7.
Антигравитационный камень
Теория инфляции стала основной темой моей работы вскоре после того семинара
в Гарварде, где я впервые о ней услышал. Надо сказать, что если бы я был
более склонен к мистике, то мог бы заметить предзнаменования этого еще до
семинара Гута. Определенные указания на отталкивающую гравитацию были как раз в
той работе, которой я занимался в университете Тафтса.
Кампус Тафтса, стоящий на пологом склоне холма и окруженный тенистыми
вязами, наполнен атмосферой изящества и покоя. Поднимаясь по ступеням на холм, к
ядру кампуса, и проходя мимо укрытой ивами часовни в романском стиле, можно
заметить странный памятник. Большая гранитная плита поднимается вертикально
из земли подобно старинному надгробию. Надпись на ней гласит:
"Данный монумент воздвигнут Роджером У. Бэбсоном, основателем Фонда
исследований гравитации. Он призван напоминать студентам о прекрасном будущем,
когда будут открыты полуизоляторы, способные обуздать гравитацию как свободную
энергию и сократить число авиакатастроф".
Это пресловутый антигравитационный камень, знак моей судьбы.
Роджер Бэбсон, основатель Бэбсоновского колледжа, был живым свидетельством
того, как проницательность в управлении бизнесом может мирно уживаться с
самыми ненаучными идеями. Он утверждал, что, опираясь на законы механики
Ньютона, предсказал биржевой крах 1929 года и последовавшую за ним Великую
депрессию. С Ньютоновой помощью он сколотил огромное состояние и в благодарность
сэру Исааку выкупил помещение, служившее последним местом проживания Ньютона
в Лондоне, а также яблоню из потомства того знаменитого дерева, которое росло
возле родного дома Ньютона в Линкольншире. Согласно легенде, именно с него
упало яблоко, которое навело Ньютона на мысль о гравитации. И, как вы могли
догадаться, именно гравитация занимала центральное место во вселенной Бэбсо-
на.
Одержимость Бэбсона гравитацией восходит к временам его детства, когда его
сестра утонула в реке. Он винил в ее смерти гравитацию и решил освободить
человечество от ее фатального притяжения. В своей книге "Гравитация — наш враг
номер один" Бэбсон описывает преимущества, которые принес бы изолятор,
противодействующий гравитации. Он бы уменьшил вес самолетов и повысил их скорость;
его применение в подошвах обуви снизило бы вес при ходьбе. Знаменитый
изобретатель Томас Эдисон, с которым Бэбсон дружил всю жизнь, навел его на мысль,
что в коже птиц может содержаться некое антигравитационное вещество, и Бэбсон
немедленно приобрел коллекцию из пяти тысяч птичьих чучел. Неясно, что именно
он с ними потом делал, но, очевидно, это направление исследований не принесло
успеха.
К чести Бэбсона надо признать, что он действительно вкладывал деньги в то,
о чем говорил. Он сделал пожертвования нескольким университетам, включая
Тафтский, чтобы способствовать антигравитационным исследованиям. Единственным
условием этого гранта была установка в кампусе данного монумента с надписью.
Странное сооружение смущало администрацию Тафтса и послужило поводом для
многочисленных студенческих забав. Время от времени оно исчезает, а потом
появляется там, где его менее всего ожидают найти. Однажды оно преградило вход
попечительскому совету и президенту университета в день вручения дипломов. В
другой раз казалось, что камень действительно пропал, но чудесным образом он
объявился на своем месте спустя десять лет. Оказалось, что группа студентов
зарыла его где-то на территории кампуса, а затем выкопала и вернула на место
на юбилейной встрече выпускников. Одной только гравитации было явно не под
силу удержать камень на постаменте, так что, в конце концов, его закрепили в
земле при помощи цемента.
Поскольку мало кто из ученых станет утверждать, что ведет активные
исследования по антигравитации, получить деньги Бэбсона оказалось весьма непросто.
Не то чтобы никто этого не пробовал: президент университета Джин Мейер,
диетолог по специальности, безуспешно пыталась доказать, что потеря веса — это
антигравитация. После многих лет дискуссий и юридических доказательств деньги
наконец пошли на учреждение Института космологии Тафтса.
Как у любой уважающей себя академической организации, у нашего института
есть свой уникальный ритуал — церемония "инаугурации" получающих докторскую
степень по космологии. После защиты диссертации на голову новоиспеченного
доктора, стоящего на коленях перед антигравитационным камнем, роняют яблоко.
Оно падает из руки научного руководителя работы и должно быть съедено
новоиспеченным доктором.
К моменту учреждения Института космологии Бэбсон уже давно умер, а его Фонд
гравитационных исследований превратился в респектабельное учреждение,
выдающее гранты на исследования по гравитационной тематике. Никто, естественно, не
ждал, что космологи Тафтса станут изучать антигравитацию, но, как это ни
удивительно, они занялись именно этим. Большая часть исследований в институте
связана с ложным вакуумом и отталкивающей гравитацией, которую естественно
считать антигравитацией. Так что, я думаю, мистер Бэбсон не смог бы найти
лучшего применения своим деньгам. Даже несмотря на то, что мы так и не
преуспели в сокращении числа авиакатастроф.
Рис. 7.1. Директор Института космологии, профессор Александр Ви-
ленкин, роняет яблоко на голову свежеиспеченного доктора философии
Виталия Ванчурина возле «антигравитационного камня».
Глава 8.
Вечная инфляция
Вселенная за
горизонтом
Что лежит за нашим сегодняшним горизонтом? Этот вопрос занимал меня с самых
первых дней знакомства с инфляцией. Если нам видна лишь крошечная часть
Вселенной, то какова же ее общая картина — вроде того вида нашей планеты, что
открывается космическому путешественнику, когда его корабль удаляется от
Земли?
Теория возмущений плотности давала об этом некоторое представление. В
соответствии с нею рисунок распределения галактик в пространстве определяется
квантовыми флуктуациями, которые испытывало скалярное поле во время инфляции.
Этот процесс был случайным, и потому некоторые области такого же размера, как
наша, содержат больше галактик, а другие — меньше. Причина, по которой галак-
Я думаю, самый вероятный ответ на
вопрос о том, что было до инфляции, — еще
большая инфляция.
Алан Гут
тика Млечный Путь находится именно здесь, состоит в том, что скалярное поле в
этом месте едва заметно сдвинулось назад от состояния истинного вакуума и в
результате скатилось с энергетического холма чуть позже, чем в местах по
соседству. Это вызвало появление небольшого уплотнения, которое позднее
развилось в нашу галактику. Подобные же небольшие сгущения на однородном фоне
распределения плотности породили соседнюю с нами Туманность Андромеды и
бесчисленное множество других галактик как внутри нашего горизонта, так и за его
пределами. Это описание формирования структур предполагает, что самые далекие
части Вселенной более или менее похожи на то, что окружает нас здесь. Однако
у меня стало возникать подозрение, что в этой картине чего-то недостает.
Влияние квантовых флуктуации крайне невелико, поскольку они намного
уступают силе, тянущей скалярное поле вниз по склону энергетического холма. Вот
почему поле везде одновременно достигает нижней точки, и возникают лишь очень
небольшие возмущения плотности. Однако я задался вопросом: что случится, если
поле находится у вершины холма, где уклон очень маленький? Здесь оно будет
отдано на милость квантовых флуктуации, толкающих его случайным образом то в
одну, то в другую сторону. Вселенная, возникающая после инфляции, может в
результате оказаться куда менее упорядоченной и более разнообразной, чем
казалось на первый взгляд.
Для описания поведения скалярного поля у вершины холма мы используем
неполиткорректную, но весьма уместную аналогию. Позвольте представить вам
джентльмена, назовем его мистер Филд49, который слишком много выпил и теперь
пытается сохранить вертикальное положение. Он плохо контролирует свои ноги, не
представляет, куда направляется, и поэтому шагает то влево, то вправо
совершенно случайно. Мистер Филд начинает свою прогулку с вершины холма, как
показано на рисунке 8.1. Поскольку в среднем он одинаково часто шагает и вправо,
и влево, ему не удастся слишком быстро куда-то уйти. Но после большого числа
шагов он рано или поздно отойдет от вершины. Наконец, приблизившись к более
крутой части склона, он неизбежно поскользнется и закончит путь, скатываясь
вниз на пятой точке.
Скалярное поле во время инфляции ведет себя очень похоже. Оно бесцельно
блуждает вблизи вершины энергетического холма, пока не достигает крутого
склона; тогда оно "скатывается" вниз, чем и заканчивается инфляция. На
плоском участке вблизи вершины холма вариации поля вызываются квантовыми флуктуа-
циями и совершенно случайны, в то же время скатывание по склону происходит
упорядоченно и предсказуемо, и лишь слегка возмущается флуктуациями.
Интервалы времени между последовательными флуктуациями примерно равны инфляционному
времени удвоения. Это означает, что мистер Филд за такой период успевает
сделать лишь один шаг. Поскольку, блуждая по плоской вершине холма, он делает
много шагов, это означает, что ложный вакуум, прежде чем распасться, успевает
многократно удвоиться.
Конкретная последовательность шагов, приводящая мистера Филда с вершины
холма к его подножию, представляет одну из возможных историй скалярного поля.
Однако квантовые флуктуации, испытываемые полем, различаются от одной точки к
другой, и поэтому истории скалярного поля тоже будут различными. Каждая
флуктуация воздействует на небольшой участок пространства. Его размер примерно
равен расстоянию, проходимому светом за один интервал инфляционного удвоения;
мы будем называть этот размер "кикспэном50". Можно представить себе целую
От англ. field — "поле". — Примеч. перев.
50 Слово "кикспэн" (kickspan) образовано от англ. слов kick — "толчок" и span — "величина",
"амплитуда". Это максимальное расстояние, на котором возможна коммуникация в инфляционной
Вселенной. Оно равно критическому размеру кусочка ложного вакуума, необходимого для инфляции
(см. главу 6): 1 миллиметр для электрослабого вакуума и в 1013 раз меньше для вакуума
Великого объединения. Это расстояние играет роль горизонта в расширяющейся инфляционной Вселенной.
группу джентльменов в таком же состоянии, как мистер Филд, каждый из которых
представляет скалярное поле в некоторой точке пространства. Когда две точки
находятся в пределах кикспэна друг от друга, они испытывают одинаковые
квантовые флуктуации, так что соответствующие два джентльмена делают все шаги
синхронно, как пара чечеточников. Но точки быстро удаляются друг от друга из-
за инфляционного расширения Вселенной, и, когда расстояние между ними
превысит кикспэн, компания из пары джентльменов распадется, и они станут шагать
независимо. Как только это случится, значения скалярного поля в двух точках
начнут постепенно расходиться, а расстояние между ними продолжит стремительно
расти за счет инфляции.
Малость флуктуации плотности в наблюдаемой нами области пространства
говорит о том, что эта область лежала в пределах кикспэна, когда скалярное поле
уже вовсю катилось вниз с холма. Вот почему эффект квантовых флуктуации был
очень мал, а поле почти всюду достигло нижней точки почти одновременно. Но
если бы мы могли перемещаться на очень большие расстояния, много больше
горизонта, то увидели бы области, которые были в общей компании, когда поле еще
блуждало у вершины холма. Истории скалярного поля в таких областях могут
очень сильно отличаться от нашей, и я хотел узнать, как выглядит Вселенная на
таких сверхгигантских масштабах.
Представьте себе огромную толпу пьяных людей, которые начинают расходиться
с вершины холма. Каждый выпивоха представляет отдаленный регион Вселенной,
так что все они движутся независимо. Если плоская часть холма имеет
протяженность N шагов, то средний джентльмен пересечет ее, сделав N2 шагов. Примерно
половина сделает это быстрее, а другая половина — медленнее. Например, если
дистанция составляет 10 шагов, то в среднем потребуется 100 случайных шагов,
чтобы ее преодолеть. Так что после 100 шагов примерно половина толпы
достигнет своей конечной точки у подножья холма, а половина все еще будет
наслаждаться прогулкой. Еще через 100 шагов число гуляющих вновь уполовинится, и
так далее, пока последний из друзей не сверзится, наконец, вниз.
Рис. 8.1. Мистер Филд случайным образом блуждает по
плоской части холма.
Но теперь заметим, что между пьяницами и расширяющимися областями
пространства , которые они символизируют, есть важнейшее различие. Пока наш джентльмен
шатается у вершины холма, соответствующая область пространства подвергается
экспоненциальному инфляционному расширению. Поэтому число независимо
развивающихся областей быстро увеличивается, как если бы наши пьяные джентльмены
быстро размножались. По мере того как я размышлял об этом, картина постепенно
обретала форму.
Вечная инфляция
Инфляция в известном смысле похожа на размножение бактерий. Есть два
конкурирующих процесса: воспроизведение бактерий в результате деления и их
эпизодическое уничтожение антителами. Исход зависит от того, какой процесс
окажется эффективнее. Если бактерии уничтожаются быстрее, чем размножаются, все они
скоро умрут. Напротив, если размножение идет быстрее, бактерии быстро
размножатся (рис. 8.2).
Рис. 8.2. Число бактерий быстро растет, если они
размножаются быстрей, чем уничтожаются.
В случае инфляции два конкурирующих процесса — это распад ложного вакуума и
его "воспроизведение" в результате расширения инфлирующих областей.
Эффективность распада можно охарактеризовать периодом полураспада51 — временем, в
течение которого распадается половина ложного вакуума, если бы он не
расширялся. (В нашей аналогии со случайным блужданием это время, за которое число
гуляющих сокращается вдвое.) С другой стороны, эффективность воспроизведения
задается временем удвоения, за которое объем расширяющегося ложного вакуума
увеличивается в два раза. Объем ложного вакуума будет сокращаться, если
период полураспада короче времени удвоения, и расти — в противном случае.
Однако из обсуждения в предыдущих главах ясно, что период полураспада велик
Термин "период полураспада" происходит из ядерной физики, где он означает время, в течение
которого распадается половина атомов в образце радиоактивного вещества.
по сравнению с временем удвоения. Причина этого в том, что в моделях инфляции
энергетический холм весьма пологий, и нужно много шагов, чтобы его пересечь.
Поскольку каждый шаг случайного блуждания соответствует одному периоду
удвоения в ходе инфляции, период полураспада должен быть много больше времени
удвоения . Отсюда вытекает, что области ложного вакуума размножаются намного
быстрее , чем распадаются. А значит, во Вселенной в целом инфляция никогда не
заканчивается и рост объема инфлирующих областей продолжается беспредельно!
В этот самый момент какие-то отдаленные части Вселенной заполнены ложным
вакуумом и испытывают экспоненциальное инфляционное расширение. Но вместе с
тем постоянно возникают области, подобные нашей, где инфляция закончилась.
Они образуют "островные вселенные" в море инфляции52.
Из-за инфляции пространство между этими островами быстро расширяется,
создавая место для рождения все новых островных вселенных. Таким образом,
инфляция — это процесс, идущий вразнос, который остановился в наших окрестностях,
но продолжается в других частях Вселенной, заставляя ее расширяться в бешеном
темпе, постоянно выметывая новые островные вселенные, подобные нашей.
Энергия распада ложного вакуума зажигает горячий огненный шар из
элементарных частиц, запускает процесс образования гелия и все последующие события
стандартной космологии Большого взрыва. Таким образом, момент окончания
инфляции играет в этом сценарии роль Большого взрыва. Если их отождествить, то
нам уже не надо считать Большой взрыв одномоментным событием в нашем прошлом.
Множество таких взрывов отгремело до него в отдаленных частях Вселенной, и
бессчетное число других еще произойдет повсюду в будущем53.
Едва в голове у меня сложилась эта новая картина мира, я уже изнемогал от
желания поделиться ею с другими космологами. И кто бы мог лучше подойти на
роль моего первого конфидента, чем сам мистер Инфляция — Алан Гут, чей офис в
МТИ (Массачусетский технологический институт) был всего в двадцати минутах
езды от Тафтса? Так что я просто сел в машину и поехал в знаменитый институт
на встречу с Аланом.
МТИ занимает громадный комплекс сооружений, где я не раз безнадежно
терялся . Можно идти по коридору третьего этажа корпуса шесть и вдруг обнаружить,
что уже находишься на четвертом этаже корпуса шестнадцать. Я решил не
рисковать и выбрал простейший, хотя и самый длинный путь к цели — через главный
вход (выделяющийся рядом коринфских колонн и увенчанный сверху зеленым
куполом) . Пройдя весь Бесконечный Коридор и поднявшись на несколько лестничных
пролетов, я в итоге достиг офиса Гута.
Я рассказал Алану о случайном блуждании скалярного поля и о том, как
описать его математически. И тут, в самой середине описания моей новой
поразительной картины мира, я заметил, что Алан стал засыпать. Много лет спустя,
узнав его получше, я понял, что он вообще очень сонлив. Мы организовали
совместный семинар для космологов Бостона и окрестностей, и на каждом заседании
Алан мирно засыпал спустя несколько минут после начала доклада. Удивительным
образом, когда выступление заканчивалось, он просыпался и задавал самые
глубокие вопросы. Алан отрицал наличие у него каких бы то ни было
сверхъестественных способностей, но не все в это верили.
Оглядываясь назад, я понимаю, что должен был продолжать, но в то время, не
Зная о волшебной способности Алана, я быстро Закруглился. Другие коллеги в
Алан Гут называет эти острова "карманными вселенными". Однако Ленни Сасскинд (Lenny
Susskind) отметил, что это уничтожает всякую романтику. (Следует отметить, что в первой
половине прошлого века термином "островные вселенные" в научно-популярной литературе называли
галактики. — Примеч. перев.)
53 Во избежание путаницы с этого момента я буду пользоваться термином "Большой взрыв" для
обозначения конца инфляции, а начальное (или конечное) состояние с бесконечной кривизной и
плотностью буду называть сингулярностью.
своих отзывах тоже не проявляли энтузиазма. Физика — это наблюдательная
наука, говорили они, так что мы должны воздерживаться от утверждений, которые не
допускают проверки. Невозможно наблюдать ни другие большие взрывы, ни
отдаленные области, где продолжается инфляция. Все они лежат за нашим горизонтом,
и как нам убедиться в их реальном существовании? Я был сильно разочарован
таким холодным приемом и решил включить эту работу в качестве раздела в статью
по другой теме, посчитав, что она не заслуживает отдельной самостоятельной
публикации54.
Для объяснения идеи вечной инфляции в этой статье я использовал аналогию
прогулки пьяницы у вершины холма. Пару месяцев спустя мне пришло письмо от
редактора, в котором говорилось, что статья принята, за исключением того, что
обсуждение пьяниц "неприемлемо для такого солидного журнала как The Physical
Review", и я должен заменить его более подходящей аналогией. Я слышал, что
подобный инцидент произошел ранее с Сиднеем Коулманом. В его статье была
диаграмма, которая выглядела как кружок с волнистым хвостиком. Коулман называл
ее "диаграммой-головастиком". Как вы уже поняли, редактор счел и этот термин
неприемлемым. "О'кей, — ответил Коулман, — давайте назовем ее диаграммой-
сперматозоидом" . В итоге без дальнейших комментариев была принята исходная
версия статьи. Я прикинул возможность применить тактику Коулмана, но в итоге
отказался от нее — не хотелось ввязываться в драку.
Я не возвращался к теории вечной инфляции почти 10 лет. Если не считать
одного эпизода...
Мгновение вечности
Я переключился на работу, связанную с другими моими научными интересами, и
постепенно мне самому стало казаться странным, что я был так одержим
ненаблюдаемыми мирами. Но, по правде сказать, соблазн бросить взгляд за горизонт
Вселенной никуда не девался. В 1986 году, не в силах ему больше противиться,
мы с моим аспирантом Мукундой Арьялом (Mukunda Aryal) разработали
компьютерную модель вечной инфляционной Вселенной.
Мне трудно даются технологии, и я в жизни не написал ни единой строчки
программного кода. Но я очень хорошо понимаю, как "думают" компьютеры, и
руководил несколькими крупными вычислительными проектами моих аспирантов. Поскольку
я не мог проверять их код (а даже если б мог, не думаю, что это доставляло бы
мне хоть какое-то удовольствие), я всегда опасался скрытых ошибок, и
относился к получаемым результатам с большой осторожностью. Поэтому я заставил Му-
кунду выполнить множество проверок, запуская моделирование для тривиальных
случаев, где мы знали ответ заранее. Наконец, убедившись, что все работает
отлично, мы приступили к настоящей работе.
Моделирование началось с маленького участка ложного вакуума,
представленного светлым прямоугольником на экране компьютера. Спустя некоторое время стали
появляться первые темные островки истинного вакуума. По мере того как границы
этих островных вселенных продвигались в море инфляции, они быстро росли в
размерах. Однако инфлирующая область расширялась еще быстрее, так что
интервалы, разделяющие островные вселенные, увеличивались, а во вновь образованном
пространстве возникали новые островные вселенные55.
A. Vilenkin, "The birth of inflationary universes" ("Рождение инфляционных вселенных"),
Physical Review, vol. D27, p. 2848 (1983). Это статья о квантовой космологии; вечная
инфляция обсуждается в последнем разделе.
55 Экспоненциально раздувающаяся область быстро Заполнила бы компьютерный экран, Заставив нас
остановить моделирование. Мы справились с этой проблемой, используя расширяющуюся шкалу
расстояний , которая росла в том же темпе, что и область инфляции. Если пользоваться такой
растягивающейся линейкой, величина объема инфлирующего ложного вакуума не меняется во времени,
На картине, открывшейся после некоторого времени моделирования, были видны
крупные островные вселенные, окруженные меньшими, вокруг которых
располагались еще меньшие, и так далее. Это напоминало вид архипелага с самолета —
узор, который математики называют фрактальным. На рис. 8.3 показан результат
похожего, но более сложного моделирования, выполненного позднее моими
студентами Виталием Ванчуриным и Сергеем Виницким (Vitaly Vanchurin and Serge
Winitzki).
Рис. 8.3. Смоделированная на компьютере Вселенная с вечной
инфляцией. Островные вселенные (темные) на фоне инфляционно
раздувающегося ложного вакуума (светлого). Более крупные островные
вселенные — самые старые: у них было больше времени для роста.
Мы с Мукундой опубликовали результаты моделирования56 в европейском журнале
Physics Letters. Мое любопытство в отношении ненаблюдаемых вселенных теперь
было удовлетворено, и я переключился на другие работы. А данным вопросом тем
временем вплотную занялся Андрей Линде.
Хаотическая
инфляция Линде
Линде — настоящий герой инфляции, человек, который спас теорию посредством
изобретения приплюснутого энергетического холма для скалярного поля. С 1983
года он работал над идеей о том, что Вселенная начинается из состояния
первичного хаоса. Скалярное поле в этом состоянии беспорядочно меняется от точки
и он Занимает постоянную площадь на экране. В аналогии с экономической инфляцией, которую мы
использовали в главе 5, этот способ измерения соответствует выражению цен в "первоначальных
долларах", благодаря чему эффект инфляции исключается.
56М. Aryal and A. Vilenkin, "The fractal dimension of the inflationary universe"
("Фрактальная размерность инфляционной вселенной"), Physics Letters, vol. B199, p. 351 (1987).
к точке. В некоторых областях оно оказывается на вершине энергетического
холма, и в таких местах происходит инфляция.
Линде понял, что полю не обязательно стартовать в верхней точке
энергетического ландшафта. Оно может начинать скатываться вниз и с какой-то другой
точки на склоне. Фактически энергетический холм может и не иметь верхней точки,
вздымаясь вверх без ограничений (рис. 8.4). У такого лишенного вершины — так
сказать, топлес — холма есть дно — истинный вакуум, но нет определенного
места для ложного вакуума. Его роль может играть любая точка на склоне, куда
поле попало в исходном хаотическом состоянии, лишь бы это было достаточно
высоко чтобы обеспечить необходимое для инфляции время скатывания. Линде описал
эти идеи в статье, озаглавленной "Хаотическая инфляция".
Скалярное поле
Рис. 8.4. Скалярное поле скатывается со склона
"безверхого" энергетического холма.
Еще через несколько лет Линде изучил влияние квантовых флуктуации на
скалярное поле в данном сценарии. Неожиданно оказалось, что они тоже могут
приводить к вечной инфляции, несмотря даже на то, что у энергетического холма
нет плоской вершины.
Ключевое наблюдение Линде заключалось в том, что на больших высотах
квантовые флуктуации становятся сильнее и могут толкать поле вверх против сил,
тянущих его вниз по склону. Так что, если поле стартует высоко, оно не обращает
большого внимания на склон и совершает случайные блуждания, как если бы
находилось на вершине холма. Когда блуждания заносят его в низины энергетического
ландшафта квантовые флуктуации слабее, поле начинает упорядоченно катиться
вниз к состоянию истинного вакуума. Чтобы это случилось, требуется намного
больше времени, чем на инфляционное удвоение, так что расширяющиеся области
размножаются быстрее, чем распадаются, что опять же приводит к вечной
инфляции .
Здесь я должен остановиться и прояснить терминологическое недоразумение,
связанное с данной темой. Вечную инфляцию часто путают с хаотической, хотя
это совсем разные вещи. Название "хаотическая" указывает на случайность
начального состояния и не имеет никакого отношения к вечному характеру
инфляции. Линде показал, что хаотическая инфляция также может быть вечной, но этим
связь между теориями исчерпывается. Для ясности я в дальнейшем ограничусь
обсуждением первоначальной модели инфляции с приплюснутым энергетическим
холмом. Вечная инфляция на безверхом холме выглядит похожим образом.
Статья Линде о вечной инфляции вызвала не больше энтузиазма, чем моя, опуб-
ликованная тремя годами раньше57. Однако его реакция была иной. Он не сдавал
позиций, продолжал исследования по данному направлению и неоднократно
выступал с докладами о своих результатах. Тем не менее, физическое сообщество не
поддавалось его нажиму. Понадобилось почти двадцать лет, чтобы удача
повернулась лицом к вечной инфляции.
Глава 9.
Говорящие небеса
Когда в 1980 году Алан Гут предложил теорию инфляции, это была не более чем
спекулятивная гипотеза. Но к концу 1990-х она уже была близка к тому, чтобы
стать краеугольным камнем современной космологии. Появившиеся новые
наблюдения подтвердили предсказания теории, причем весьма неожиданным способом.
Возвращение
космологической
постоянной
Самое главное предсказание инфляции состоит в том, что наблюдаемая область
Вселенной должна быть плоской, то есть иметь евклидову геометрию. Вселенная в
целом вполне может быть сферической или иметь более сложную форму, но наш
горизонт охватывает лишь крошечную ее часть, и поэтому мы не можем отличить ее
геометрию от плоской. Как уже говорилось в главе 4, это утверждение
эквивалентно тому, что средняя плотность Вселенной должна быть с очень высокой
точностью равна критической.
В период появления теории инфляции астрономы относились к ее предсказаниям
весьма скептически. Обычное вещество, состоящее из протонов, нейтронов и
электронов, обеспечивает лишь несколько процентов от критической плотности.
Существует также намного большее количество так называемой темной материи,
состоящей из каких-то неизвестных частиц. В соответствии с ее названием
темную материю нельзя наблюдать непосредственно, но ее присутствие проявляется
гравитационным притяжением, действующим на видимые объекты. Наблюдения за
движением звезд и галактик говорят о том, что масса темной материи примерно в
десять раз больше массы обычной. И все-таки, даже если сложить оба этих вида
массы, во Вселенной набирается лишь около 30 процентов критической плотности,
до нужного значения не хватает еще 70 процентов.
Таковы были представления до 1998 года, когда две независимые
исследовательские группы объявили о поразительном открытии58. Они измерили яркость
взрывов сверхновых59 в далеких галактиках и использовали эти данные для уточ-
A.D. Linde, "Eternally existing self-reproducing chaotic inflationary universe" ("Вечно
существующая самовоспроизводящаяся хаотическая инфляционная вселенная"). Physics Letters,
vol. В175, p. 395 (1986). Термин "вечная инфляция" был введен Линде в этой статье.
58 Ускоренное расширение Вселенной было открыто Группой по сверхновым с большими красными
смещениями (High-Z Supernova Search Team) под руководством гарвардского астронома Роберта
Киршнера (Robert Kirshner) и Брайана Шмидта (Brian Schmidt) из обсерватории Сайдинг Спрингс
в Австралии, а также Проектом по сверхновым в космологии (Supernova Cosmology Project),
возглавляемым Солом Перлмуттером (Saul Perlmutter). Из первых рук об этом открытии можно
прочесть в остроумной книге Роберта Киршнера "Экстравагантная Вселенная: взрывающиеся Звезды,
темная энергия и ускоряющийся космос" (The Extravagant Universe: Exploding Stars, Dark
Energy, and the Accelerating Cosmos, Princeton University Press, Princeton, 2004).
59 Расстояние до сверхновой, которое определяется по ее видимому с Земли блеску, говорит о
том, как долго свет от нее шел к нам, а Значит, и о том, когда случился взрыв. Покраснение
света (доплеровское смещение) можно использовать для оценки скорости космологического
расширения в то время. Подробнее об этом см. главу 14.
нения истории космологического расширения. К своему огромному удивлению, они
обнаружили, что вместо замедления под действием гравитации скорость
расширения в действительности возрастает. Это открытие говорило о том, что Вселенная
заполнена некой гравитационно отталкивающей субстанцией. Простейшая
возможность состоит в том, что истинный вакуум, в котором мы обитаем, имеет
ненулевую плотность массы60. Как мы знаем, вакуум является гравитационно
отталкивающим, и если его плотность превышает половину плотности массы вещества,
суммарным результатом будет отталкивание.
Плотность массы истинного вакуума — это то, что Эйнштейн называл
космологической постоянной, идея, которую он сам объявил своей величайшей ошибкой. Она
была похоронена почти на 70 лет, но сегодня, похоже, не выглядит такой уж
неудачной. Как мы увидим далее, неожиданное возвращение космологической
постоянной привело к глубокому кризису в физике элементарных частиц. Однако для
теории инфляции это стало чрезвычайно благоприятным поворотом событий.
Плотность массы вакуума, оцененная по величине космологического ускорения,
составляет около 70 процентов критической плотности — в точности столько,
сколько требуется, чтобы сделать Вселенную плоской!
Этот вывод был позднее подтвержден наблюдениями космического микроволнового
излучения. Вместо того чтобы полагаться на фридмановскую связь между
геометрией Вселенной и ее плотностью, микроволновые наблюдения позволяют напрямую
определить геометрию пространства — по сути, путем измерения суммы углов ог-
Рис. 9.1. В сферической вселенной сумма углов
треугольника превышает 180 градусов.
В следующих главах будут упомянуты некоторые другие возможности. Многие физики склонны к
агностицизму в отношении причин космологического ускорения и говорят о нем как о "темной
энергии".
ромного узкого треугольника одна вершина которого находится на Земле, а две
другие — в точках испускания микроволн, приходящих к нам от двух близких
точек на небе. (Длинные стороны этих треугольников имеют сегодня протяженность
около 4 0 миллиардов световых лет.) В плоском пространстве, как известно еще
со школьных уроков геометрии, сумма углов должна составлять 180 градусов.
Большее значение суммы трех углов будет указывать на замкнутую Вселенную со
сферической геометрией (рис. 9.1), а меньшее — на открытую с седлообразной.
Микроволновые наблюдения показывают, что в действительности сумма углов очень
близка к значению, которое соответствует плоскому пространству. Эти
результаты можно выразить иначе, используя фридмановское соотношение между геометрией
и плотностью. Самые последние измерения в таком случае указывают на то, что
плотность Вселенной равна критической с точностью не хуже 2 процентов —
впечатляющий успех инфляционной космологии.
Образы
пылающего
прошлого
Другим триумфом инфляции было объяснение небольших возмущений плотности,
едва заметной ряби, которая позднее превратилась в галактики. Теория инфляции
дала четкое предсказание: величина возмущений должна быть примерно одинаковой
на всех астрофизических масштабах длины — от характерных межзвездных
расстояний (в несколько световых лет) и вплоть до размеров всей видимой Вселенной. К
началу 1990-х наблюдатели были готовы проверить это предсказание.
Как уже говорилось в главе 4, первичная рябь оставляет отпечаток в фоновом
космическом излучении. Это послесвечение Большого взрыва было испущено 13
миллиардов лет назад и сейчас приходит к нам со всех направлений на небе. С
самого открытия этого излучения в середине 1960-х годов космологи
догадывались, что в нем скрыт образ ранней Вселенной. Однако первичные неоднородности
были столь малы — всего одна стотысячная от средней интенсивности, — что
долгие годы оставались за пределами точности измерений, и наблюдался лишь
идеально однородный фон. Прорыв случился в 1992 году, когда был Запущен спутник
СОВЕ (Cosmic Background Explorer, "исследователь космического фона"). Он
построил полную карту неба, измерив излучение, приходящее со всех направлений,
и впервые смог различить едва заметные вариации его интенсивности.
Карта СОВЕ напоминает расфокусированную фотографию: на ней видны только
крупные особенности космического огненного шара, а более тонкие детали,
меньше примерно 7 градусов на небе, совершенно размыты. (Для сравнения: Луна
видна под углом полградуса.) За СОВЕ последовала серия других экспериментов все
возрастающей точности. Последним из них стала другая спутниковая миссия WMAP.
На изображении огненного шара, полученном WMAP (рис. 4.2), различимы детали
размером в 1/5 градуса, то есть оно в 30 раз более резкое, чем первоначальная
карта СОВЕ.
По мере сбора данных постепенно, шаг за шагом, проступала картина первичной
ряби. И, что поразительно, она оказывалась в полном согласии с предсказаниями
теории инфляции! Эти свидетельства ранней горячей эпохи оставались на небе
миллиарды лет, дожидаясь, пока их откроют и расшифруют. И вот теперь небеса
наконец заговорили.
В ближайшие годы инфляции предстоит пройти через серию новых наблюдательных
проверок. Физическая теория может подтверждаться экспериментом, но никогда не
может быть доказана. С другой стороны, одного твердо установленного факта
достаточно, чтобы ее опровергнуть. Например, инфляция предсказывает, что
плотность должна быть равна критической с точностью 1 к 100 000. Так что,
если будущий эксперимент обнаружит более значительное отклонение, инфляция ока-
жется в трудном положении .
Новое поколение миссий по исследованию микроволнового фона включает спутник
"Планк62", который еще более повысит разрешение изображения, а также наземную
обсерваторию QUIET, которая будет с высокой точностью измерять ориентацию
электрического поля (поляризацию) микроволн. Поляризационный узор
чувствителен к наличию гравитационных волн — крошечных вибраций геометрии
пространства-времени. Этот эффект может служить для проверки еще одного предсказания
инфляционной теории: мы должны быть погружены в гравитационно-волновое море с
очень широким спектром длин волн — от размеров меньше Солнечной системы и до
самых больших наблюдаемых масштабов63. Амплитуда этих волн определяется
энергией ложного вакуума — движущей силы инфляции. Чем выше энергия, тем больше
волны. Так что, если QUIET зарегистрирует гравитационные колебания, мы
получим возможность определить энергию ложного вакуума, вызывающего инфляционное
расширение64. Это стало бы важным шагом к пониманию инфляции и ее связи с
физикой микромира.
По мере поступления новых данных мои мысли все чаще обращались к
заброшенной идее вечной инфляции. Главным аргументом против нее было то, что она
рассматривает Вселенную за нашим горизонтом, которая недоступна для наблюдения.
Но если теория инфляции поддерживается данными в наблюдаемой части Вселенной,
не следует ли нам доверять и ее заключениям о регионах, которые мы не можем
наблюдать?
Если я брошу камень в черную дыру, то, используя теорию относительности,
смогу описать, как он падает к ее центру и как разрушается и испаряется под
действием колоссальных гравитационных сил. Все это невозможно наблюдать
снаружи, поскольку ни свет, ни какой-либо другой сигнал не может вырваться
изнутри черной дыры. И все же лишь немногие поставят под вопрос точность моего
описания. У нас есть все основания полагать, что теория относительности
действует внутри черных дыр точно так же, как и снаружи. То же самое можно
теперь сказать и про теорию инфляции. Надо попробовать извлечь из нее все, что
она может рассказать о величественном устройстве Вселенной, ее происхождении
и конечной судьбе.
Глава 10.
Бесконечные острова
Я бы и в ореховой скорлупе считал себя
властелином необъятного пространства.
Шекспир, "Гамлет"
(Пер. К.Р. (Константина Романова)
Если же, с другой стороны, наблюдения покажут, что плотность превышает критическую более
чем на одну стотысячную, следствием будет то, что Вселенная представляет собой относительно
небольшую трехмерную сферу, ненамного крупнее современного горизонта. Для инфляции это
создаст очень серьезные проблемы.
62 Он назван в честь первооткрывателя квантовой физики Макса Планка, который вывел формулу,
описывающую, как энергия теплового излучения распределена между волнами различной частоты.
Спутник был Запущен 14 мая 2009 года.
63 Происхождение гравитационных волн аналогично появлению возмущений плотности (см. главу 6).
Они порождаются квантовыми флуктуациями в ходе инфляции, амплитуда которых не Зависит от
линейного масштаба. Предсказание относительно гравитационных волн вытекает из работы Алексея
Старобинского, выполненной в 1980 году, еще до того, как Гут предложил идею инфляции.
64 QUIET начал работу в ноябре 2009 года. Он способен детектировать гравитационные волны,
порожденные инфляцией, но только если ложный вакуум имел энергетический масштаб Великого
объединения . Для не столь энергичного вакуума потребуются более чувствительные инструменты.
Будущее цивилизаций
Вопрос, заставивший меня думать о вечной инфляции, больше напоминает
научную фантастику, чем физику. Он касался будущего разумной жизни во Вселенной.
Отдаленные перспективы любой появившейся цивилизации выглядят довольно
мрачными. Даже если она избежит природных катастроф и самоуничтожения, она, в
конце концов, лишится энергии. Звезды рано или поздно умирают, и все
остальные источники энергии тоже исчерпываются. Но теперь вечная инфляция, похоже,
дает некоторую надежду.
Умрут звезды в наших космических окрестностях, но бесконечное число новых
Звезд появится в будущих больших взрывах бесконечной инфляции. Видимая нам
область — это лишь крошечная часть одного острова Вселенной, затерянного в
инфляционном море ложного вакуума (см. рис. 8.3). Посреди этого моря
постоянно возникают новые островные вселенные с мириадами новых звезд.
На самом деле образование звезд будет продолжаться всегда, даже внутри
нашей собственной островной вселенной. Ее границы все время наступают на
инфляционное море. Их неумолимое продвижение вызвано распадом ложного вакуума в
прилегающих инфляционных областях. Фактически эти границы — это области, где
Большой взрыв происходит прямо сейчас65. Вновь образовавшиеся вселенные
микроскопически малы, но с возрастом они безгранично растут. Центральные части
больших островов Вселенной очень стары. Они темны и пустынны: все Звезды
здесь давно умерли, а жизнь исчезла. Но области по краям островов совсем
молодые и должны быть полны сияющих звезд.
Высокоразвитая цивилизация может захотеть отправить миссию для колонизации
вновь образовавшихся звездных систем у границы своего острова. На худой
конец, они могут хотя бы послать сообщение новым цивилизациям, развивающимся
вблизи границы или в других островных вселенных. Те цивилизации могут, в свою
очередь, послать сообщения следующим, и так далее. Если мы пойдем по этому
пути, то можем стать ветвью вечно растущего "древа" цивилизаций, и наша
аккумулированная мудрость не будет полностью потеряна.
Эти сценарии предложил Андрей Линде в статье66 "Жизнь после инфляции", и
мне захотелось узнать, возможен ли хоть один из них в действительности, по
крайней мере, в принципе. Линде проанализировал различные аспекты этой
проблемы, но не пришел к какому-то определенному выводу. Тот факт, что где-то во
Вселенной звезды образовались позже, чем здесь, не означает, что мы можем
попасть туда За доступное время. С другой стороны, благодаря Эйнштейну мы
знаем, что понятия "раньше" и "позже" не абсолютны и могут зависеть наблюдателя.
Чтобы продвинуться в решении данной задачи, мне надо было понять структуру
пространства-времени вечно инфлирующей Вселенной.
Как говорилось в главе 2, пространство и время в теории относительности
объединены в четырехмерную сущность, называемую пространством-временем. Точка
в нем — это событие, имеющее определенное положение и время. Рассмотрим два
события, которые могли бы привлечь ваше внимание, — например, встречу
выпускников вашего класса здесь, на Земле, и межзвездный матч по суперболу,
запланированный через 3 года на альфе Центавра, удаленной от нас примерно на 4
световых года. Вопрос: можете ли вы успеть на оба эти мероприятия?
Ответ можно найти, вычислив так называемый пространственно-временной
интервал между двумя событиями. В пространстве-времени он играет роль, аналогичную
расстоянию между точками в пространстве. Его математическое определение
сейчас несущественно; зато важно, что интервалы могут быть двух типов: простран-
Напомним, что мы договорились отождествлять Большой взрыв с концом инфляции.
66A.D. Linde, "Life after inflation" ("Жизнь после инфляции"), Physics Letters, vol. B211, p.
29,1988.
ственно-подобные и времени-подобные. Интервал времени-подобен, если
материальный объект может добраться от одного события до другого, не нарушая
базового принципа теории относительности — невозможности двигаться быстрее
скорости света67. В этом случае все наблюдатели согласятся, какое из двух событий
произошло раньше, а какое — позже. Напротив, если добраться от одного события
до другого невозможно (то есть если это требует сверхсветовой скорости), —
интервал пространственно-подобный. Ни одно из этих двух событий не может быть
причиной другого. Эйнштейн показал, что временной порядок таких событий
зависит от наблюдателя и всегда можно найти наблюдателя, для которого они
происходят одновременно.
В нашем примере с альфой Центавра интервал оказывается пространственно-
подобным, так что вам придется выбрать какому событию отдать предпочтение.
Конечно, в данном случае нетрудно получить ответ, даже не вычисляя интервал.
За три года свет проходит путь в три световых года, а чтобы преодолеть четыре
— расстояние до альфы Центавра, — вам пришлось бы двигаться быстрее света. В
искривленном пространстве-времени вселенной с бесконечной инфляцией анализ
несколько усложняется, и вычислять интервал все-таки приходится.
ос
2
со
большой взрыв (начало времени
Инфляция
Рис. 10.1. Пространство-временная диаграмма островной
вселенной (вид извне).
Пространство-время островной вселенной схематически изображено на рисунке
10.1. Вертикальное направление соответствует времени, а горизонтальное —
одному из трех пространственных измерений; два других измерения опущены. Каждая
горизонтальная линия — это мгновенный снимок вселенной в некоторый момент
времени. Историю островной вселенной можно проследить, начиная с
горизонтальной пунктирной линии, помеченной "до", в нижней части рисунка и постепенно
двигаясь вверх. (Момент времени, соответствующий этой линии, относится к ин-
флирующей части пространства-времени, где островная вселенная еще не образо-
В плоском пространстве-времени квадрат интервала между двумя событиями определяется как
(разность во времени)2 - (расстояние в пространстве)2. За исключением Знака "минус" это очень
похоже на вычисление квадрата гипотенузы по теореме Пифагора. Для вычисления интервала
расстояния в пространстве и времени должны выражаться в совместимых единицах. Например, если
время измеряется в годах, то мерой длины должны быть световые годы. Интервал времени-
подобен, если его квадрат положителен, и пространственно-подобен, если отрицателен. Для
встречи класса и матча по суперболу, которые обсуждаются в тексте, разница во времени
составляет 3 года, а расстояние в пространстве — 4 световых года. Значит, квадрат интервала
будет 32 - 42 = -7. Поэтому интервал является пространственно-подобным.
валась.) Толстая сплошная линия, помеченная словами "Большой взрыв", — это
граница между островной вселенной и инфлирующей частью пространства-времени.
Точка, отмеченная темной галактикой, — это "здесь и сейчас", а светлыми
галактиками обозначены области, где условия похожи на те, что сегодня мы
наблюдаем вокруг себя. Горизонтальная пунктирная линия, помеченная сейчас",
изображает настоящее время. Она соответствует островной вселенной с пустынным
центральным регионом и областями звездообразования вблизи границ.
Несложный расчет показывает, что все Большие взрывы, расположенные вдоль
сплошной линии на рисунке, разделены пространственно-подобными интервалами.
Для меня это стало важнейшим наблюдением, которое позволило сформулировать
мой собственный ответ на вопрос о будущем цивилизаций. Оно также полностью
изменило мои представления об островных вселенных.
Пространственно-подобный тип интервалов говорит о невозможности попасть от
одного события Большого взрыва к какому-либо другому. Иными словами, вы не
можете держаться на краю островной вселенной, поскольку ее края раздвигаются
быстрее света. Выходит, мы никогда не сможем достичь берегов инфляционного
моря и погреться в лучах новых солнц, которые будут там рождены. И мы не
можем послать никакого сообщения будущим цивилизациям, которые разовьются
вокруг этих солнц, поскольку никакой сигнал не может распространяться быстрее
света. Печально, но вечная инфляция, похоже, не благоприятствует долгосрочным
перспективам человечества.
Возможно, вас удивляет сверхсветовое расширение островных вселенных,
поскольку оно выглядит противоречащим энштейновскому запрету на движение
быстрее света. Однако этот запрет весьма избирателен: он относится только к
движению материальных объектов (включая излучение, такое как цветовые или
гравитационные волны) друг относительно друга, тогда как границы островной
вселенной — это геометрические сущности, которые не обладают какой-либо массой или
энергией. Сверхсветовое расширение границ означает, что последовательные
Большие взрывы не могут быть причинно связаны между собой. Они не похожи на
домино, где падение одной костяшки вызывает падение следующей.
Распространение распада вакуума предопределяется рисунком скалярного поля, порожденным во
время инфляции. Поле меняется в пространстве очень плавно, и в результате
вакуум в соседних областях распадается почти одновременно. Вот почему Большие
взрывы следуют друг за другом в такой быстрой последовательности, а граница
расширяется столь стремительно.
Время
не имеет
значения
Признаюсь Тебе, Господи, я до сих
пор не знаю, что такое время.
Святой Августин
Но что же мы все-таки имеем в виду, говоря о том, что Большой взрыв у
границы островной вселенной случился позже, чем в ее центральной области? Раз
все интервалы между всеми событиями Большого взрыва пространственно-подобны,
значит, между наблюдателями будут разногласия по вопросу о том, какое из этих
событий случилось раньше, а какое позже. Кому из них мы должны верить? Сейчас
мы постараемся прояснить этот вопрос. Наш анализ может показаться довольно
запутанным, но его стоит проделать, поскольку он приведет нас к некоторым
далеко идущим выводам.
В качестве разминки рассмотрим сначала однородную вселенную, описываемую
одной из моделей Фридмана. В любой момент времени материя в ней однородно
распределена в пространстве. Может показаться, что это тривиально, но должны
определить, что значит "момент времени".
Когда космологи говорят о "моменте времени", они представляют себе огромное
число наблюдателей, снабженных часами и разбросанных по всей вселенной.
Каждый наблюдатель видит лишь небольшую область непосредственно вокруг себя, так
что для описания вселенной в целом необходимо все сообщество наблюдателей. Мы
можем считать себя одним из его членов. Наши часы сейчас показывают 14
миллиардов лет ПБВ68. "То же самое время" в другой части вселенной наступит, когда
на часах находящегося там наблюдателя появятся те же показания. Мы должны
решить теперь, как наблюдателям, находящимся за горизонтом друг друга,
синхронизировать свои часы.
В случае фридмановской вселенной ответ очевиден: в ней Большой взрыв — это
естественное начало времен, так что каждый наблюдатель должен отсчитывать
время от него69. При таком определении одновременности плотность материи,
измеренная всеми наблюдателями в одно и то же время, окажется одинаковой, а
значит, вселенная будет однородной.
В принципе допустимо рассматривать совокупность наблюдателей, чьи часы
выставлены по-разному. Например, мы можем сместить начало отсчета времени на
некоторую величину относительно Большого взрыва и сделать так, чтобы эта
величина менялась от одной области пространства к другой. Тогда вселенная будет
выглядеть очень сложной и неоднородной. Разумеется, никто в здравом уме не
станет использовать такое описание. Оно значительно усложняет анализ и
скрывает истинную природу фридмановской вселенной. Но не всегда все бывает так
просто.
Возвращаясь к вселенной с бесконечной инфляцией, рассмотрим сначала крупную
область, подобную той, что показана на рисунке 8.3, включающую как островные
вселенные, так и зоны, охваченные инфляцией. В такой области нельзя
естественным образом выбрать начало отсчета времени. Поэтому определение "момента
времени" становится в значительной мере произвольным, единственное условие
состоит в том, что все события "момента" должны быть разделены
пространственно-подобными интервалами. Если выбрать начальный момент достаточно рано,
когда вся область находится в состоянии ложного вакуума, в дальнейшем в ней,
как мы уже обсуждали в предыдущей главе, появятся и станут расширяться
островные вселенные. Однако порядок их появления, а также темп и формы,
приобретаемые ими по мере расширения, могут весьма сильно меняться в зависимости от
выбора начального момента.
Допустим теперь, что мы интересуемся одной конкретной островной вселенной и
хотим описать ее с точки зрения ее обитателей. Тогда ситуация оказывается
совершенно иной. Как и в случае фридмановской вселенной, существует
естественный выбор для начала времени. Все населяющие островную вселенную наблюдатели
могут отсчитывать его от Большого взрыва — каждый в своем месте. Другими
словами, Большой взрыв можно выбрать в качестве начального "момента времени".
Такой выбор ведет к новой, радикально отличающейся картине островной
вселенной. Чтобы различать описания большой области и отдельного острова,
договоримся называть их соответственно внешним (глобальным) видом и внутренним
(локальным) .
Внутренний вид островной вселенной представлен на рисунке 10.2. Как и
раньше, момент Большого взрыва изображен сплошной кривой, помеченной "Большой
Как и раньше, ПБВ означает "после Большого взрыва".
69 Состояние движения наблюдателя также влияет на показания его часов. Еще раз подчеркнем,
что во вселенной Фридмана существует естественный выбор: наблюдатели, которые покоятся по
отношению к галактикам (или частицам вещества) в местах своего размещения. Это так
называемые "сопутствующие наблюдатели".
взрыв". Плотность вещества во всех событиях на этой кривой практически
одинакова и определяется плотностью распадающегося ложного вакуума. Таким образом,
на локальном виде островная вселенная почти однородна. Настоящий момент
времени здесь представлен пунктирной линией, помеченной "сейчас", которая
совпадает с рядом галактик на рисунке. Все точки на этой линии характеризуются
одинаковой средней плотностью вещества и одинаковой концентрацией звезд —
такой же, как наблюдается вблизи нас. Но самое замечательное — с локальной
точки зрения островная вселенная бесконечна!
Большой взрыв
Инфляция
до
Рис. 10.2. Внутренний вид пространства-времени островной вселенной.
На глобальном виде островная вселенная растет по мере распространения
Большого взрыва по ее границам, и, если подождать достаточно долго, она станет
сколь угодно большой, однако с локальной точки зрения Большой взрыв случился
единомоментно, а островная вселенная была бесконечно велика с самого начала.
На рисунке 10.2 этой бесконечности соответствует тот факт, что сплошная линия
Большого взрыва нигде не заканчивается. Если продолжить эту кривую, то ее
отданные точки будут соответствовать все более поздним событиям Большого взрыва
с глобальной точки зрения и все более далеким областям в начальный момент — с
локальной. Бесконечность времени в рамках одного взгляда трансформируется в
бесконечность пространства в рамках другой.
Большая картина
Попробуем подвести краткие итоги. Если бы каким-то образом нам удалось
извне наблюдать Вселенную бесконечной инфляции, подобно тому как наблюдают
Землю из космоса, мы увидели бы множество вселенных, разбросанных по обширному
инфляционному морю ложного вакуума. В случае замкнутости Вселенной
открывшийся перед нами вид мог бы чем-то напоминать глобус с континентами и
архипелагами, окруженными океаном70. Этот глобус с ошеломительной скоростью
расширяется, островные вселенные тоже чрезвычайно быстро увеличиваются, а между ними
С той оговоркой, что Замкнутая Вселенная подобна трехмерной сфере, тогда как поверхность
Земли имеет только два измерения.
постоянно появляются крошечные новые острова и немедленно принимаются расти.
Число островных вселенных быстро умножается и становится бесконечным в
пределе бесконечного будущего.
Обитатели островных вселенных, подобно нам, видят совершенно иную картину.
Их вселенная не воспринимается ими как конечного размера остров. Она
представляется им самостоятельной бесконечной вселенной. Граница между их
вселенной и инфляционной частью пространства-времени — это Большой взрыв,
случившийся в определенный момент в прошлом. Мы не можем добраться до инфляционного
моря просто потому, что невозможно переместиться в прошлое.
Весьма примечательно, что "большая" Вселенная, содержащая все бесконечные
островные вселенные, может быть замкнутой и конечной. Кажущееся противоречие
разрешается, если принять во внимание, что понятие внутреннего времени в
островных вселенных отличается от "глобального" времени, которое надо
использовать для описания пространства-времени в целом. В глобальном времени внешние
части островных вселенных еще не образовались и завершат свое формирование
лишь в бесконечно отдаленном будущем, тогда как во внутреннем времени
островная вселенная возникает единомоментно. Структура пространства-времени
замкнутой Вселенной бесконечной инфляции изображена на рисунке 10.3.
Рис. 10.3. Пространство-время одномерной замкнутой
Вселенной с бесконечной инфляцией. Эта Вселенная
заполнена ложным вакуумом в начальный момент времени
(внизу рисунка) и содержит несколько островных
вселенных к моменту, соответствующему верхнему краю
диаграммы (белые пятна на сетке).
Неожиданная особенность островных вселенных, состоящая в том, что изнутри
они выглядят бесконечными, оказалась весьма важной: в дальнейшем она привела
меня к выводу, который, возможно, является самым поразительным следствием
вечной инфляции.
Глава 11.
Да здравствует король!
Не должны ли все вещи, которые могут
случиться, уже случиться, произойти,
быть совершены в прошлом?
Ф. Ницше
Кадакес
Первые проблески идеи появились у меня летом 2000 года. Как это часто
бывает , мне захотелось немедленно ими поделиться. Можно заслужить больше чести и
известности, если трудиться в одиночку, но работать в команде куда
увлекательней! И если вам повезло с коллегами, это занятие может доставит настоящую
радость. Так случилось, что наш городок посетил тогда мой старый друг Хауме
Гаррига (Jaume Garгiда). Стоило поделиться с ним, и он мгновенно ухватил мои
мысли.
Хауме общается в мягкой и тихой манере. Он мало говорит, но всегда
высказывает то, что думает. В этот раз он произнес: "Очень ликвидная идея". Не то
чтобы это было одобрением. Он имел в виду, что данная идея выглядит более
привлекательной для прессы, чем для физиков. Но я понял, что она зацепила
Хауме. Он уже готовился к отъезду в свою родную Каталонию, мы договорились
продолжить дискуссию в ходе моего визита Барселонский университет, где он
работал .
Рис. 11.1. Небольшая каталонская масиа. Понятно, что есть и
большие, но верхнюю башню сейчас строят невысокой - как-то
отпала необходимость отстреливаться от визитеров из других краев.
Спустя два месяца Хауме встречал нас с женой в барселонском аэропорту. Мы
прибыли на выходных, так что оставалось два дня до начала моего
"официального" визита. Я сгорал от нетерпения продолжить наши физические дискуссии, но
оказалось, что наша программа уже расписана. Вырулив на шоссе, Хауме сказал,
что мы едем на ферму его отца: "Они ждут нас к ужину". Мы преодолели горный
массив Монтсеррат, который неожиданно поднялся посреди плоского красноватого
ландшафта, и продолжили двигаться на север по зеленой холмистой сельской
местности. Где-то через час мы добрались до семейной фермы Гаррига.
Поразительно, что одна и та же семья обрабатывала эту землю более 750 лет.
Сельский дом оказался впечатляющим каталонским "масиа71", похожим на
небольшую крепость, увенчанную башней. Я совершенно расслабился и напрочь забыл о
физике.
Стол к ужину был накрыт в просторном зале, где собралась вся семья Гаррига.
Как почетного гостя меня усадили рядом с отцом, который развлекал нас
замечательными историями из истории своей земли, и следил, чтобы не пустовал мой
бокал с вином. Ближе к концу ужина он извинился и вышел из Зала. "Он пошел
звать коров домой", — объяснил Хауме. Коровы не нуждались в пастухе; им нужно
было просто дружеское напоминание.
После ужина старший брат Хауме повел нас по винтовой лестнице на вершину
башни. В неспокойные времена она была сторожевой. Если в поле зрения
появлялся враг, караульный мог факелом просигналить другим таким башням на соседних
фермах — и так вплоть до герцогского гарнизона в замке Кардона в пяти милях
отсюда. Мы смотрели в маленькие квадратные окошки башни — не видно ли какого-
нибудь злодея. Солнце опускалось за холмы. Вдали были только коровы, которые
сами шли с пастбища домой.
Утром мы покинули ферму и отправились к горам. Нашей целью была приморская
деревушка Кадакес, родина Сальвадора Дали. Моя жена восхищается его
творчеством и захотела посмотреть дом и деревню, где он провел большую часть своей
жизни. Каждый раз, когда мы бывали в Барселоне, она стремилась туда
выбраться , но, попав в университет, я неизменно погружался в физические дискуссии и
другие не менее важные дела, так что в итоге на поездку не оставалось
времени. Но на этот раз она настояла на своем: мы поедем в Кадакес прежде, чем в
Барселону.
Узкая дорога серпантином поднималась в горы, цепляясь за опасные склоны, а
затем, петляя, уходила вниз к утесам и уединенным бухтам Коста-Брава. Мы въе-
71 Традиционная каталонская каменная усадьба или ферма. — Примеч. перев.
Рис. 11.3. Дом-музей Сальвадора Дали в Кадакесе.
хали в деревню вскоре после полудня, когда солнце палило во всю свою
средиземноморскую силу. Белые домики Кадакеса скучились на склоне холма, поступая
к самой воде. Выше по склону расположилась церковь, сложенная из грубо
отесанного камня, аскетичная и красивая.
Рис. 11.2. "Порт-Альгер" (Кадакес) Сальвадора Дали.
Пожалуй его изыски в живописи сродни измышлизмам
физиков-теоретиков .
Наше посещение Дома Дали пошло не так, как планировалось. Джулия, жена
Хауме, которая в последнюю минуту решила нам присоединиться, взяла с собой дочь
Клару. Как только мы вошли в музей, Клара начала громко протестовать, так что
дамы пошли в музей, а мы с Хауме остались сидеть с ребенком. Вскоре мы уже
глубоко погрузились в обсуждение физических проблем. Когда наши жены
вернулись, музей уже закрывался. Так я и не посмотрел "Каса Дали" — Дом Дали, о
котором столько говорят.
Остаток дня мы провели, гуляя по узким, мощенным булыжником деревенским
улочкам Кадакеса. Мы с Хауме продолжали разговор, и новая картина Вселенной
постепенно обретала очертания. Она была странной и волнующей.
Ограниченный набор
возможностей
Наша беседа вертелась вокруг далеких областей Вселенной и того, насколько
сильно они могут отличаться от нашего местного космического окружения. По-
скольку каждая островная вселенная бесконечна с точки зрения ее обитателей,
она может быть разделена на бесконечное число областей такого же размера, как
наблюдаемая нами часть Вселенной. Для краткости мы назвали их "О-регионами".
Представьте себе бесконечное пространство, набитое гигантскими сферами
диаметром по 80 миллиардов световых лет. Каждая сфера — это О-регион. Сферы
расширяются вместе с вселенной, поэтому в прошлом они были меньшего размера. В
момент Большого взрыва, то есть в конце инфляции, все эти О-регионы выглядели
чрезвычайно похоже. Но в деталях они различались. Небольшие возмущения
плотности, порожденные случайными квантовыми флуктуациями в ходе инфляции,
отличаются от региона к региону. Поскольку эти возмущения усиливаются
гравитацией, макроскопические свойства О-регионов начинают расходиться. Ко времени
образования галактик О-регионы уже заметно различаются особенностями
распределения галактик, хотя статистически они все еще очень похожи друг на друга.
Позднее развитие жизни и разума, зависящее от случайных обстоятельств, вело к
дальнейшему расхождению свойств. Так что можно ожидать, что истории О-
регионов будут весьма сильно различаться.
Ключевым моментом является то, что количество различных конфигураций
материи в любом О-регионе — или, точнее говоря, в любой конечной системе —
ограничено. Может казаться, что произвольные малые изменения, которые можно
внести в систему, порождают бесконечное число возможности. Но это не так. Если я
подвину свой стул на 1 сантиметр, я изменю состояние всего О-региона. Я мог
бы подвинуть его на 0,9, 0,99, 0,999 и т.д. сантиметров — это бесконечная
последовательность возможных смещений, все ближе и ближе подходящая к 1
сантиметру. Проблема, однако, в том, что смещения слишком близкие по величине,
невозможно различить даже теоретически из-за квантово-механической
неопределенности .
В классической ньютоновской механике состояние физической системы можно
описать, указав положения и скорости всех составляющих ее частиц. Мы теперь
знаем, что такое описание можно использовать только для макроскопических,
массивных объектов, и даже тогда оно остается лишь приближенным. В квантовом
мире частицы в самой своей основе расплывчаты и не могут быть точно
локализованы.
Ядром квантовой физики является принцип неопределенности, открытый в 1927
году Вернером Гейзенбергом. Он гласит, что нельзя одновременно точно измерить
положение и скорость частицы. Чем точнее мы измеряем положение, тем больше
оказывается неопределенность скорости. Если положение измерено точно,
скорость оказывается совершенно неопределенной, и наоборот — если мы точно
измерим скорость, то не будем иметь никакого представления, где находится
частица .
Гейзенберг предложил следующее интуитивно понятное объяснение
неопределенности. Простейший способ выяснить положение частицы — посветить на нее.
Световые волны будут рассеиваться частицей во всех направлениях. Некоторые из
них будут замечены нашими глазами или измерительной аппаратурой, и мы увидим,
где находится частица. Ее изображение, полученное таким способом, не будет
идеально четким: детали размером меньше длины волны непременно окажутся
размытыми, так что положение нельзя будет измерить точнее, чем до длины волны.
Чтобы справиться с этим затруднением, нам придется использовать все более и
более коротковолновый свет, но здесь вступает в игру квантовая природа света.
Он состоит из фотонов, энергия которых обратно пропорциональна длине волны.
Когда частица освещается очень коротковолновым светом, она оказывается под
обстрелом очень энергичных фотонов. Под воздействием их ударов она испытывает
отдачу, отчего ее скорость изменяется. Эта отдача — источник
неопределенности: чем большей точности мы хотим достичь при измерении положения, тем более
коротковолновый свет мы должны использовать и тем сильнее будет его воздейст-
вие на наблюдаемую частицу.
Даже если мы не интересуемся скоростью частицы, рассуждения Гейзенберга
указывают, что для наращивания точности локализации частицы нам потребуется
все больше и больше энергии. В любой реальной физической системе с
ограниченной энергией точность определения положения тоже ограничена. Так что мы не
можем идеально точно указать положение частиц, а вынуждены использовать
крупнозернистое описание. Предположим, что объем нашего О-региона разделен на
кубические ячейки размером, скажем, 1 сантиметр каждая. Крупнозернистое
описание состояния заключается в указании клеток, занимаемых каждой частицей в
регионе. Более точное описание получится, если мы уменьшим размер клеток.
Однако для такого уточнения есть предел, поскольку энергетическая цена
локализации частиц в маленьких ячейках в конце концов превзойдет всю доступную
энергию О-региона.
Очевидно, что число способов, которыми можно распределить конечное число
частиц по конечному числу клеток, тоже конечно. Выходит, материя, наполняющая
наш О-регион, может находиться лишь в конечном числе различных состояний.
Очень грубо это число можно оценить как 10 в степени 1090, то есть единица,
за которой следует 1090 нулей — много больше, чем поместилось бы на страницах
этой книги. Это фантастически огромное число, но нам важно, что оно все же
конечное.
Пока все идет неплохо. Есть, правда, одно затруднение: далекие регионы
могут содержать больше материи и энергии чем наш. Редкие крупные квантовые
флуктуации во время инфляции иногда порождают сильно переуплотненные регионы
полные высокоэнергичных частиц. С ростом их энергии число возможных состояний
тоже возрастает. Но лишь до некоторого предела. Если вкачивать в регион все
больше и больше энергии, его гравитация станет усиливаться, и, в конечном
счете, он целиком превратится в черную дыру. Таким образом, гравитация ставит
абсолютный верхний предел числу возможных состояний региона данного размера
независимо от его наполнения.
Точное значение этого предела еще предстоит установить. Впервые о нем
заговорил Якоб Бекенштейн (Jacob Bekenstein) в 1980-х годах, а потом он появился
в работах по суперструнам Герард'та Хофта (Gerard't Hooft), Леонарда Сасскин-
да (Leonard Susskind) и других. В работе Бекенштейна предполагалось, что
максимальное число состояний в регионе зависит только от его границ. Для О-
региона72 получалось значение 10 в степени 10123 (1 с более чем гуголом
нулей !) .
Подсчет
историй
Но конечным является не только число различных состояний О-региона — то же
самое можно сказать и о числе его возможных историй.
История описывается цепочкой состояний в последовательные моменты времени.
Такие понятия, как история, по-видимому, очень сильно различаются в квантовой
и классической физике. В квантовом мире будущее не определяется однозначно
прошлым. Одни и те же начальные условия могут вести множеству разных исходов,
и мы можем подсчитывать лишь их вероятности. В результате диапазон
возможностей значительно расширяется. Но квантовая неопределенность вновь не
позволяет нам различить истории, которые слишком похожи одна на другую.
Квантовая частица, как правило, не имеет однозначно определенной истории.
Это ограничение неприложимо к областям, превосходящим размеры космического горизонта.
Предполагается, что на пределе оно применимо к О-региону, который по размерам совпадает с
горизонтом.
Это неудивительно, поскольку, как мы знаем, у нее нет и четко определенного
положения. Но неопределенность не означает, что мы просто не знаем, по какому
пути движется частица от своего источника к детектору. Ситуация куда
удивительнее : похоже, что частица следует одновременно по множеству различных
путей и все они вносят свой вклад в исход процесса.
Это шизофреническое поведение лучше всего иллюстрируется знаменитым двухще-
левым экспериментом (рис. 11.4) . Установка состоит из источника света и
фотопластинки, которая закрыта непрозрачным экраном с двумя узкими щелями. Свет
проникает через щели и создает изображение на пластинке. Эксперимент впервые
поставил в начале XIX века английский физик Томас Юнг. Он обнаружил, что
изображение складывается из чередующихся светлых и темных полосок. Свет от обеих
щелей падает на все точки фотопластинки. Но в одни места световые волны
приходят в фазе (гребни и впадины двух волн совпадают), усиливая друг друга,
тогда как в других местах они оказываются в противофазе (гребни одной волны
приходятся на впадины другой) и взаимно гасятся. Так узор из полосок
объясняется волноподобной природой света.
Удивительные вещи начинаются, когда мы уменьшаем интенсивность источника
света до такого уровня, что фотоны испускаются им поштучно — один за другим.
Каждый фотон оставляет пятнышко на фотопластинке. Сначала они располагаются
беспорядочно, но поразительно, что спустя некоторое время они складываются в
Рис. 11.4. Двухщелевой эксперимент.
узор, в точности совпадающий с полосками, которые получались раньше. Фотоны
попадают на экран по отдельности, поэтому те, что прошли через одну щель, не
могут взаимодействовать с теми, что прошли через другую. Но как тогда им
удается "усиливать" или "гасить" друг друга?
Чтобы глубже разобраться в вопросе, можно посмотреть, что случится, если
вынудить фотоны проходить через одну или через другую щель. Допустим, мы
выполняем эксперимент, открыв только одну щель, а затем на столько же времени
открываем другую, не меняя фотопластинку. Поскольку фотоны проходят через
установку по одному, это не должно внести изменений, и мы ожидаем получить тот
же узор. Верно? Нет. В этой модифицированной версии эксперимента никаких
полосок не наблюдается, а на снимке будут только очертания двух щелей.
Отсюда вытекает, что представление, будто фотон проходит через одну из
щелей , не обращая внимания на то, открыта ли другая, неверно. Когда открыты обе
щели, фотон каким-то образом "чувствует" две возможные истории, которым он
может следовать. Они совместно определяют вероятность того, что фотон попадет
в конкретное место на пластинке. Этот феномен называется квантовой
интерференцией между историями.
Квантовая интерференция редко проявляется столь наглядно, как в двухщелевом
эксперименте, но она влияет на поведение каждой частицы во Вселенной.
Двигаясь из одного места в другое, частицы "разнюхивают" множество различных
маршрутов , так что вместо четко определенного прошлого мы имеем запутанную сеть
интерферирующих историй.
Как тогда можно быть уверенным, что некоторое событие действительно имело
место? Как придать смысл понятию истории? Ответ вновь возвращает нас к
крупнозернистому описанию.
Как и прежде, разделим пространство на маленькие ячейки и зададим
крупнозернистое состояние системы (О-региона в нашем случае) путем указания
"адресов" ячеек для всех частиц. Крупнозернистая история задается
последовательностью таких состояний через равные интервалы времени, например, каждые две
секунды. Подчеркнем важный момент: эффект интерференции обычно силен только для
очень близких друг к другу историй. Если увеличивать размеры ячеек и
интервалы времени, то разные крупнозернистые истории станут все сильнее и сильнее
отличаться друг от друга, и в некоторый момент их интерференция окажется
совершенно ничтожной. После этого можно говорить об альтернативных историях
системы.
Формализм квантовой механики в терминах крупнозернистых историй был
относительно недавно, в 1990-х годах, разработан Робертом Гриффитсом, Роланом Омнэ,
Джеймсом Хартлом и Мюрреем Гелл-Манном (Robert Griffiths, Roland Omnes, James
Hartle and Murray Gell-Mann). Они обнаружили, в частности, что минимальный
размер ячеек, при котором еще можно говорить об определенности истории, как
правило, является микроскопическим, а минимальный интервал времени — это
крошечная доля секунды. Неудивительно, что в макроскопическом мире человеческого
опыта история представляется хорошо определенной.
Крупнозернистая история протекает за конечное число шагов, и любая
ограниченная во времени история должна состоять из конечного числа моментов. В
каждый момент система может находиться лишь в конечном числе состояний, а
значит , и число различных историй системы должно быть конечным.
Мы с Хауме, по-быстрому прикинув на обороте конверта, оценили число
возможных историй О-региона от Большого взрыва до наших дней. Как и следовало
ожидать, получилось еще одно "гуголплексное73" число: 10 в степени 10150.
Действительное количество квантовых состояний и историй О-региона не так важно, но
конечность их числа имеет важные последствия для нашей дискуссии.
73 От слова "гуголплекс" — названия числа 10 в степени 10100.
История
повторяется
Давайте рассмотрим ситуацию внимательнее. Она возникла как следствие теории
инфляции, согласно которой островные вселенные бесконечны внутри и каждая из
них содержит бесконечное множество О-регионов. Она также опирается на
квантовую механику, говорящую, что существует лишь конечное число историй, которые
могут реализоваться в любом О-регионе. Объединяя эти два утверждения, мы с
неизбежностью приходим к выводу, что каждая конкретная история должна
повторяться бесконечное число раз. Согласно квантовой механике, все, что строго не
запрещено законами сохранения, имеет ненулевую вероятность реализации, а
значит , наверняка случилось в бесконечном числе О-регионов!
Среди этих бесконечно повторяемых сценариев должны быть весьма странные
истории. Например, планета, похожая на нашу Землю, может вдруг сколлапсировать
в черную дыру. Или она может испустить колоссальный импульс излучения и
перейти на другую орбиту, значительно ближе к центральной звезде. Такие
происшествия чрезвычайно маловероятны, но это лишь означает, что придется
перебрать очень много О-регионов, прежде чем найдется такой, в котором это
случилось .
Удивительным следствием этой новой картины мира является существование
бесконечного числа миров, идентичных нашему. Да, дорогой читатель, десятки ваших
дублей держат сейчас в руках эту книгу. Они живут на планетах, в точности
таких же, как наша Земля со всеми ее горами, городами, деревьями и бабочками.
Эти земли обращаются вокруг точных копий Солнца, и каждое солнце принадлежит
огромной спиральной галактике — точной копии нашего Млечного Пути.
Как далеко находятся все эти земли, населенные нашими дублями? Мы знаем,
что материя, содержащаяся в нашем О-регионе, может находиться в 10 в степени
1090 различных состояний. Объем, содержащий, скажем, гуголплекс (10 в степени
10100) О-регионов, должен исчерпать все возможности. Такой объем будет иметь
поперечник порядка гуголплекса световых лет. На больших расстояниях О-
регионы, включая наш, будут повторяться.
Должны также существовать регионы, где истории немного отличаются от нашей,
со всеми возможными вариациями. Когда Юлий Цезарь со своими легионами стоял
на берегу реки Рубикон, он знал, что должен принять важнейшее решение.
Переход реки станет государственной изменой, и пути назад уже не будет. Со
словами "Jacta alea est!" — "Жребий брошен!" — он приказал войскам идти вперед. И
жребий действительно был брошен: на некоторых землях Цезарь стал римским
диктатором, а на других он был разбит, подвергнут пыткам и казнен как враг
государства. Конечно, на большинстве земель никогда не было человека по имени
Цезарь, а в большинстве мест Вселенной нет ничего похожего на нашу Землю,
поскольку существует гораздо больше других возможных вариантов развития помимо
простого повторения.
Весьма символично, что эта сюрреалистичная картина мира появилась в
городке, пропитанном духом Сальвадора Дали. Подобно живописи Дали, она смешивает
странные, кошмарные детали с привычной реальностью. И, тем не менее, это
прямое следствие инфляционной космологии. Мы с Хауме написали статью74 о новой
картине мира и представили ее в ведущий физический журнал The Physical
Review. Мы опасались, что статья будет отвергнута как "слишком философская",
но ее приняли без возражений. В дискуссионном разделе ближе к концу мы
писали :
"Существование О-регионов со всеми возможными историями, среди которых есть
74 J. Garriga and A. Vilenkin, "Many worlds in one" ("Много миров в одном"), Physical Review,
vol. D64, p. 043511 (2001).
идентичные или почти идентичные нашей, имеет ряд тревожных следствий. Если
только у вас появилась мысль о возможности какого-то страшного несчастья,
можете быть уверены, что оно уже случилось в каком-то из О-регионов. Если вы с
трудом избежали аварии, значит, в некоторых регионах с точно такой же
предшествующей историей вам не повезло. С другой стороны, некоторые читатели будут
рады узнать, что существует бесконечное число О-регионов, где Эл Гор стал
президентом75 и — да! — Элвис жив76".
Пресса отреагировала немедленно — как и предсказывал Хауме. На следующий
месяц в британском журнале New Scientist вышел обзор нашей статьи под
заголовком "Да здравствует король!"
Что еще нового?
Позднее мы выяснили, что у картины множества наших клонов, разбросанных по
Вселенной, есть предыстория. Знаменитый российский физик Андрей Сахаров
высказал подобную идею в своей Нобелевской лекции77 в 1975 году. Он говорил:
"В бесконечном пространстве должны существовать многие цивилизации, в том
числе более разумные, более "удачные", чем наша. Я отстаиваю также
космологическую гипотезу, согласно которой эволюция Вселенной повторяется в основных
своих чертах бесконечное число раз".
Кое-кто даже называл мысль, что в бесконечной Вселенной должно случиться
абсолютно все, самоочевидной. Это утверждение, однако, ложно. Рассмотрим,
например , последовательность нечетных чисел 1, 3, 5, 7, ... . Она бесконечна,
но нельзя говорить, что она содержит все возможные числа. Ведь в ней
отсутствуют все четные числа. Аналогично, бесконечность пространства сама по себе не
гарантирует, что все возможности реализуются где-то во Вселенной. Например,
по всему пространству могла бы бесконечно повторяться одна и та же галактика.
На этот момент указали78 южноафриканские физики Джордж Эллис (George Ellis)
и Дж. Брандрит (G. Brundrit). Они доказали, исходя из предположения о
бесконечности Вселенной, что в ней должно быть бесконечное число мест, очень
похожих на нашу Землю. (В своем анализе они опирались на классическую физику и
поэтому могли говорить только сходстве, но не об идентичности других земель и
нашей.) Они предположили вдобавок, что начальное состояние Вселенной
случайным образом меняется от одного О-региона к другому, так что в бесконечном
объеме исчерпываются все возможные их варианты. Таким образом, существование
наших клонов не самоочевидно, а опирается на предположения о пространственной
бесконечности и "исчерпывающей случайности" Вселенной.
Напротив, в случае бесконечной инфляции эти свойства не нужно вводить как
независимые предположения. Из самой теории вытекает, что островные вселенные
бесконечны и что начальные условия в момент Большого взрыва задаются
случайными квантовыми процессами во время инфляции. Существование клонов, таким
образом, является неизбежным следствием теории.
75 Мы писали статью в 2001 году, сразу после весьма спорных выборов в США, на которых Джордж
Буш обошел Эла Гора на очень небольшую величину.
76 Элвис Арон Пресли (англ. Elvis Aaron Presley; 1935 - 1977) - американский певец и актёр,
один из самых коммерчески успешных исполнителей популярной музыки XX века. С Элвисом Пресли
также ассоциируется устойчивое словосочетание «Король рок-н-ролла» (в Америке Зачастую
просто «Король» — англ. The King). Его смерть была довольно подозрительной (то ли от лекарств,
толи от наркотиков), вследствие полузасекреченного характера расследования существует также
множество других версий смерти наравне с популярной легендой, что певец до сих пор жив. -
Ред.
77 A.D. Sakharov, in Alarm and Hope (в сб. "Тревога и надежда") , eds. Yankelevich and А.
Friendly (Knopf, New York, 1978).
78 G.F.R. Ellis and G.B. Brundrit, Life in the infinite universe ("Жизнь в бесконечной
Вселенной") , Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, vol. 20, p. 37 (1979).
Значение
слова "быть"
Все зависит от значения слова "есть".
Билл Клинтон
Идея множества миров, или "параллельных" вселенных, обсуждалась также и в
совершенно ином контексте. Возможно, вы слышали о многомировой интерпретации
квантовой механики, которая утверждает, что Вселенная постоянно расщепляется
на множество копий самой себя так, что в разных копиях реализуются все
возможные исходы каждого квантового процесса. Несмотря на кажущееся сходство с
бесконечной инфляцией, это на самом деле совсем разные теории. Чтобы не
путать их, давайте совершим короткий экскурс в мир множества миров.
Квантовая механика — феноменально успешная теория. Она объясняет строение
атомов, электрические и тепловые свойства твердых тел, ядерные реакции и
сверхпроводимость. Физики безоговорочно доверяют ей, но при этом основания
данной теории на удивление темны, и дебаты об их интерпретации продолжаются
до сих пор.
Самым спорным является вопрос о природе квантово-механических вероятностей.
Так называемая копенгагенская интерпретация, разработанная Нильсом Бором и
его последователями, гласит, что квантовый мир принципиально непредсказуем.
Согласно Бору, бессмысленно спрашивать, где находится квантовая частица, пока
вы не произведете измерение, чтобы ее обнаружить. Вероятности всех возможных
исходов измерения можно вычислить, используя правила квантовой механики.
Частицы как будто никак не могут "решиться" и прыгают на определенное место в
самый последний момент, когда выполняется измерение.
Альтернативная интерпретация предложена Хью Эвереттом III в его докторской
диссертации, защищенной в 1950 году в Принстонском университете. Он
утверждал, что на самом деле реализуются все возможные исходы каждого квантового
события, но происходит это в разных, "параллельных" вселенных. При любом
измерении положения частицы Вселенная разветвляется на мириады копий, в которых
частица обнаруживается во всех возможных местах. Процесс ветвления полностью
детерминирован, но мы не знаем, с какой из ветвей будет связан наш опыт. В
результате исход нашего измерения по-прежнему остается вероятностным, причем
Эверетт показал, что все вероятности оказываются в точности такими же, как и
в копенгагенской интерпретации79.
Поскольку выбор интерпретации не влияет ни на какие результаты или
предсказания теории, большинство работающих физиков относятся к дискуссии об
основаниях квантовой механики как агностики и не тратят время на подобные вопросы.
По словам80 физика Исидора Раби (Isidor Rabi), занимающегося элементарными
частицами, "квантовая механика — это просто алгоритм. Используйте его. Он
работает, не беспокойтесь". Такой подход "заткнись и считай81" прекрасно
работает везде, кроме квантовой космологии, в которой квантовая механика
применяется к целой Вселенной. "Ортодоксальную" копенгагенскую интерпретацию,
требующую, чтобы внешний наблюдатель выполнял над системой процедуры измерения,
в этом случае невозможно даже сформулировать: нет никакого внешнего по
отношению к Вселенной наблюдателя. Космологи, таким образом, склонны предпочитать
многомировую картину.
Глубокое обсуждение многомировой интерпретации, стимулирующее ее дальнейшее осмысление,
можно найти в книге David Deutsch, The Fabric of Reality (Дэвид Дойч, "Ткань реальности"),
Penguin, New York, 1997.
80 Цитируется no: G. Edelman, Bright Air, Brilliant Fire: On the Matter of the Mind, Penguin,
New York, 1992, p. 216.
81 По выражению Дэвида Мермина (David Mermin), см. Physics Today, April 1989, p. 9.
Эверетт и некоторые его последователи настаивают, что все параллельные миры
в равной мере реальны, однако другие полагают, что это лишь возможные миры и
82
среди них только один реален . Эта дискуссия может оказаться простым спором
о терминах: когда говорят, что есть другая параллельная вселенная,
независимая от нашей, что в точности означает это утверждение? Как сказал президент
83
Клинтон по другому поводу , "все зависит от значения слова "есть".
Параллельные вселенные подобны параллельным прямым: у них нет общих точек. Каждая
из них развивается самостоятельно в отдельном пространстве и времени, которые
нигде не могут проникнуть в нашу Вселенную. Но как тогда мы можем сказать,
84
существуют они на самом деле или только как возможности ?
Я должен подчеркнуть, что все это никак не влияет на картину вечной
инфляции, описанную в начале этой главы. Если принимается многомировая
интерпретация, то существует ансамбль "параллельных" вечно инфлирующих вселенных,
каждая с бесконечным числом О-регионов. Новая картина мира приложима к каждой из
вселенных этого ансамбля.
Более того, в отличие от идеи параллельных миров другие О-регионы
безусловно реальны. Все они принадлежат общему пространству-времени, и, будь у нас в
запасе достаточный срок, мы даже смогли бы добраться до них и сравнить их
истории с нашей85.
Как выглядит Вселенная на очень больших расстояниях,
в областях, недоступных наблюдению? И есть ли предел
тому, как далеко мы можем заглянуть?
Эта точка Зрения близка к копенгагенской интерпретации, За тем исключением, что не
настаивает на присутствии внешнего наблюдателя.
83 ИЗ свидетельских показании президента Клинтона перед большим жюри 17 августа 1998 года.
84 Далее в главе 17 мы увидим, что в действительности есть серьезные основания верить в
существование совершенно не связанных вселенных.
85 Нашим возможностям путешествовать в другие О-регионы может помешать наблюдаемое ускорение
расширения Вселенной, вызванное постоянной энергией вакуума. В этом случае галактики других
О-регионов будут удаляться все быстрее и быстрее, и мы никогда не сможем их догнать.
Некоторые модели, однако, предсказывают, что энергия вакуума будет постепенно снижаться, как это
происходило в период инфляции. В таком случае не будет никаких принципиальных ограничений на
дальность путешествий.
Обходные пути
Без сомнения, многие читатели удивятся: неужели нам действительно надо
верить во всю эту чепуху с нашими клонами? Нет ли способа избежать столь
причудливых выводов? Если вы совершенно не способны смириться с мыслью, что ваш
двойник в далекой галактике является республиканцем (или, наоборот,
демократом) , и если вы готовы ухватиться за любую соломинку, чтобы этого избежать,
позвольте подбросить вам пару соломинок.
Прежде всего, есть вероятность, что теория инфляции неверна. Идея инфляции
очень убедительна и подтверждается наблюдениями, но, конечно, далеко не в той
мере, как, например, теория относительности Эйнштейна86.
Даже если наша Вселенная является продуктом инфляции, можно допустить, что
инфляция не вечна. Правда, это потребует довольно серьезных натяжек в теории.
Чтобы избежать вечной инфляции, энергетический ландшафт скалярного поля
должен быть специальным образом подогнан под наши требования87.
Ни одна из этих возможностей не выглядит привлекательно. Теория инфляции —
это самое лучшее из имеющихся у нас объяснений Большого взрыва. Если мы
примем эту теорию и не станем ее калечить, добавляя совершенно не обязательные и
произвольные свойства, у нас не будет иного выбора, кроме как признать
инфляцию бесконечной, со всеми вытекающими из этого последствиями, нравятся они
нам или нет.
Прощание с
уникальностью
В представлениях древних мы, люди, были центром Вселенной. Небо
располагалось не слишком далеко, и судьбы людей и царств можно было прочесть по
звездам и планетам на его бархатном своде. Наш уход с авансцены начался с трудов
Коперника и длился вплоть до конца прошлого столетия. Не только Земля не
является центром Солнечной системы, но и само Солнце — лишь рядовая звезда на
окраине довольно типичной галактики. И все же нас грела мысль, что на Земле
есть нечто совершенно особенное — что это единственная планета с данным
конкретным набором жизненных форм и что человеческая цивилизация с ее
искусством, культурой и историей уникальна во всей Вселенной. Можно было думать, что
эта единственность — достаточное основание, чтобы охранять нашу маленькую
планету, как драгоценное произведение искусства.
Теперь мы лишились и этой последней претензии на уникальность. В картине
мира, возникающей из теории вечной инфляции, Земля и наша цивилизация никак
не могут считаться уникальными. По бесконечным просторам космоса разбросано
бесчисленное множество идентичных цивилизаций. С этим понижением статуса
человечества до абсолютной космической ничтожности наш путь прочь от центра ми-
ровои сцены может считаться завершенным .
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Которая не очень то подтверждается наблюдениями. - Ред.
87 Плоская вершина холма, ответственная За вечную инфляцию, может быть Заменена крутым пиком.
В то же время пологий склон должен быть сохранен, поскольку без него инфляции не будет
вовсе. Такие ландшафты вряд ли могут появиться в физике элементарных частиц. Практически во
всех предложенных на сегодня моделях инфляция вечна.
88 Некоторые этические следствия новой картины мира обсуждаются в статье "Philosophical
implications of inflationary cosmology" ("Философские следствия инфляционной космологии"),
написанной мною в соавторстве с философом Джошуа Ноубом (Joshua Knobe) и моим коллегой по
Тафтсу Кеном Оламом (Ken Olum) , которая опубликована в марте 2006 года в The British Journal
of the Philosophy of Science.
Ликбез
ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА
В.3. Тарантул
КОМПЬЮТЕР ВМЕСТО ПРОБИРКИ
(геноинформатика)
Конечно, обдумывай «что»,
но еще больше обдумывай «как».
И. Гёте
Одной из особенностей, характерных для многих современных наук, включая и
генетику, заключается в активном использовании в ней передовых достижений
информационных технологий. Секвенирование генома человека и развитие такого
направления, как геномика, пришлось на то время, которое по праву называют
информационным. И все это произошло не случайно.
Многие ученые отмечают, что никогда еще в биологии не было такого положения
дел, как сейчас. Раньше у нас было мало фактов, но существовало огромное
количество гипотез, что соответствовало известному закону Мэрфи. Но теперь,
благодаря успехам в определении генома человека и ряда других организмов,
генетика из относительно бедной фактами превратилась в чрезвычайно богатую
информацией науку. Энциклопедия под названием «Геном человека», которую
«восстановили» из небытия на рубеже двух тысячелетий, содержит такой гигантский
объем информации, который просто невозможно переварить человеческому мозгу.
Издавать ее в печатном виде не имеет никакого смысла — ведь никто не в
состоянии ее прочесть и понять. И здесь на помощь человеку пришли компьютеры.
На этой основе появилось новое направление в науке биоинформатике —
компьютерная геномика, которая призвана с помощью математических методов понять и
осмыслить всю ту информацию, которая содержится в Энциклопедии человека.
В течение многих лет изучение генов и их функций основывалось на
экспериментах в системах in vivo (в живом) и in vitro (в пробирке). Лишь в 80-х
годах на помощь экспериментаторам пришло мощное дополнение — компьютер.
Появилось и свое латинское обозначение для этого подхода — in silico, то есть в
компьютере. Компьютеры были сконструированы еще в 60-е годы, но тогда они
были лишь вспомогательным средством для обработки и хранения ограниченного
объема данных. Техника постепенно совершенствовалась, и с конца 80-х началось
создание баз данных, в которых теперь хранится информация о миллионах
последовательностей нуклеотидов в ДНК и РНК и об огромном числе
последовательностей аминокислот в белках.
Однако вся эта огромная информация в значительной мере была бы бесполезной
без ее упорядочения и систематизации, подобно тому, как без инвентаризации
книг в гигантских книгохранилищах просто невозможно найти нужную нам книгу.
Компьютерная геномика стала заниматься тем же, чем до того занимались
классическая биохимия и молекулярная биология, но не с использованием пробирки, а с
помощью специальной компьютерной техники. Этот подход иногда называют «сухой»
биохимией.
Чем полезен компьютер
для изучения
генома человека?
Без компьютерных биоинформационных технологий (геноинформатики, или, в
более широком смысле, — биоинформатики) развитие геномных исследований вообще
едва ли было бы возможным. Даже трудно себе представить, как бы ученые смогли
собрать, классифицировать и разобраться с тем огромным объемом информации,
которая заключена в двухметровой молекуле ДНК.
Обратим внимание читателя лишь на некоторые основные информационные задачи,
которые необходимо было решать при изучении генома человека, а некоторые из
них еще предстоит решить. В первую очередь нужно отметить то обстоятельство,
что работа с геномами высших организмов, и особенно с геномом человека, — это
работа с огромными объемами информации. Один миллион п.н. ДНК эквивалентен
примерно 1 мегабайту (1 млн. байтов). Следовательно, для хранения в
компьютере только информации о последовательности генома человека требуется не менее
3 гигабайт. Одной из важнейших задач для реализации программы «Геном
человека» была организация процесса создания окончательного «текста», состоящего из
миллиарда слов, десятков тысяч предложений и огромного числа страниц,
собранных в 24 тома. Этот процесс с самого начала работ по программе «Геном
человека» был прекрасно организован. Данные по секвенированию, получаемые в разных
лабораториях мира, предварительно преобразовывались из аналоговых сигналов в
цифровые для того, чтобы их можно было обрабатывать на компьютере. В Центре
биомедицинских исследований Массачусетского технологического института в США
круглосуточно принимались вновь собранные данные, автоматически
регистрировались и архивировались. Все они сразу же автоматически привязывались к
определенным хромосомам человека. Далее, каждая вновь поступившая
последовательность нуклеотидов пересылалась по Интернету в GenBank — общедоступную базу
данных, обслуживаемую Национальным центром биотехнологической информации
(www.ncbi.nlm.nih.gov), а уже оттуда поступала в другие общедоступные базы
данных во всем мире. Организаторы программы старались предоставить доступ к
этим данным как можно быстрее и как можно большему числу пользователей.
Трудно себе даже представить, как без использования компьютеров можно было бы из
сотен тысяч «текстов», которые читались в отдельности разными исследователями
в разных лабораториях мира, собирать гигантскую единую «Энциклопедию
человека». Этот процесс напоминал собой сбор без предварительного рисунка
гигантского паззла, состоящего из сотен тысяч мелких фигур, сваленных в кучу.
Другая не менее сложная задача, решаемая геноинформатикой, — компьютерный
анализ ДНКовых текстов, что чрезвычайно важно для их правильного «прочтения».
Поиск генов в геноме человека затруднен тем, что в ДНК нет абсолютно четких
«знаков препинания», которые бы указывали на начало и конец генов-предложений
и других функционально значимых элементов. При этом методы классической
генетики имеют ограниченное применение для человека — ведь человек, в отличие от
мух или мышей, не может быть объектом генетических экспериментов. Основная
трудность при идентификации генов состоит в определении их экзон-интронной
структуры, т.е. определении кодирующих и некодирующих участков. И здесь на
помощь приходила и приходит геноинформатика. На основе статистического
анализа ученые научились с определенной долей вероятности устанавливать, к какому
участку генома относится та или иная изучаемая нуклеотидная
последовательность ДНК. Это схоже с ситуацией в газетном тексте. Вот наш глаз остановился
на фразе «от Парижа до Находки ОМСА — лучшие колготки», и сразу становится
понятным, что это реклама, а не текст статьи, так как подобное словосочетание
в обычных публицистических статьях практически никогда не встречается.
Примерно так же обстоит дело и с определенными сочетаниями нуклеотидов в ДНКовом
тексте. Выявлены определенные сочетания нуклеотидов, которые указывают на
принадлежность анализируемого фрагмента генетического текста к интрону или
экзону, кодирующему белок.
В настоящее время разработан комплекс программ распознавания разных
участков генома, которые позволяют с определенной вероятностью вычленять такие
функциональные участки в длинных последовательностях ДНК. Уже не вызывает
сомнения, что многое из того, что раньше делалось только с помощью специальных
сложных методов, сейчас можно осуществить с помощью вычислений. В частности,
любую секвенированную нуклеотидную последовательность ДНК можно попытаться
разметить и найти в ней границы, как самого гена, так и его регуляторных
последовательностей, не прибегая к помощи клонирования определенных
последовательностей ДНК, их секвенирования и анализа экспрессии генов, а всего лишь с
использованием специальных компьютерных программ. Компьютерные анализы уже
привели к расшифровке многих «предложений» ДНКового текста. Такого рода
работы, проводимые в нашей стране, зачастую не только не отстают, но даже
значительно опережают аналогичные исследования в других странах. Предсказание бе-
лок-кодирующих генов с помощью компьютерных алгоритмов (этот метод назван ab
initio) хорошо получается в случае относительно небольших геномов. Однако
применительно к геному человека этот подход не всегда срабатывает в полной
мере, т.к. гены человека часто устроены из маленьких экзонов и огромных
нитронов . Не отработаны также точные критерии для поиска не кодирующих белок
генов. В этом заключается причина, почему до сих пор мы не можем назвать
точное число генов в геноме человека, хотя он весь секвенирован.
Третья, не менее важная задача геноинформатики, касающаяся генома человека,
— создание книги под названием «Функционирующий геном». Информация о геноме
человека, накопленная сейчас в базах данных, касается в основном одного
аспекта организации геномной ДНК, а именно ее первичной структуры, то есть
последовательности нуклеотидов. Но для описания функциональных особенностей
геномов , например особенностей регуляции экспрессии содержащихся в них генов,
структуры и функции кодируемых ими белков и др. потребуются неимоверно
большие объемы информации. Например, оценено, что для описания пространственной
структуры лишь одного белка среднего размера (около 600 аминокислот)
требуется около 200 страниц текста. А число белков уже сейчас оценивается не менее,
чем в 500 000 (по некоторым расчетам оно достигает 1 млн.). Ясно поэтому, что
сведения о расшифрованных белках будут храниться в компьютерных библиотеках
сверхгигантского размера.
Обычно, чтобы экспериментально установить функцию того или иного вновь
обнаруженного гена или белка, требуются значительные усилия экспериментаторов и
весьма большие финансовые затраты. Использование компьютеров позволяет решать
многие вопросы без проведения специальных дорогостоящих и занимающих много
времени экспериментов. Ярким примером может служить обнаружение гена, мутация
в котором обуславливает преждевременное старение, происходящее при синдроме
Вернера (напомним, что пациенты с этим заболеванием уже в молодые годы
выглядят как дряхлые старики). С помощью Интернета и других современных средства
информатизации всего за восемь месяцев удалось «вычислить» соответствующий
ген. Для его обнаружения исследователям пришлось перебрать в базах данных
свыше миллиона пар нуклеотидов. Очевидно, что без помощи геноинформатики
этого события пришлось бы ждать еще несколько лет.
Другой пример — создание каталога всех имеющихся в геноме человека
ферментов, называемых протеинкиназами («кином»). В результате этого поиска было
выявлено 518 генов, кодирующих протеинкиназы, и, кроме того, 106 псевдогенов.
При этом 70 из обнаруженных генов ранее были совсем неизвестны. Выяснилось
также, что почти половина генов «кинома» располагается в участках генома,
связанных с различными заболеваниями человека.
Дешифровка последовательности белка с помощью компьютера напоминает работу
криптографов — из последовательности отдельных букв читается весь
биологический текст, и на основании этого выясняется, что это за белок, какова его
функция в организме. Впечатляющие результаты были получены, например,
австрийцем Айзенбергом. Используя дешифровальные методы анализа нескольких тысяч
белков, не проведя при этом ни одного эксперимента, он сразу предсказал
функции почти половины из них. Вспомним, что еще не так давно ученые иногда
тратили всю жизнь, чтобы определить структуру одного белка и познать его
функцию. С помощью новых подходов можно одновременно предсказать функцию большого
числа белков.
Для написания книги «Функционирующий геном» потребуется объединить вместе
огромную информацию о картине работы десятков тысяч генов в различных типах
клеток на разных стадиях развития и в разных физиологических состояниях,
данные о структуре и функции отдельных белков, кинетические параметры,
концентрации молекул, сведения о взаимодействии генов и генных продуктов, реакции
генома на экстремальные стимулы и различного рода патологические процессы.
Связь между генотипом и фенотипом, то есть между генами и их проявлением в
совокупности признаков и свойств организма, зачастую обусловлена сложным
взаимодействием множества различных генов, а также факторов окружающей среды.
По этой причине во многих случаях ее экспериментально пока не удается
однозначно установить. Слишком сложна Задача и слишком много исходных данных.
Такую ситуацию часто называют проблемой нелинейного картирования. Чтобы решить
эту проблему, био- и гено-информатике понадобятся новые значительно более
совершенные программы, еще более мощные компьютеры. В частности, для этой цели
в настоящее время предложено использовать так называемое генетическое
программирование . Гены в генетическом программировании рассматривают как аналоги
компьютерных программ. Из огромного объема имеющейся информации, связанной с
тем или иным фенотипом, строят многочисленные метаболические «деревья»,
соответствующие разным известным молекулярным взаимодействиям внутри клетки.
Затем для поиска наилучшей модели, описывающей определенный фенотип, с
«деревьями» осуществляют на компьютере различные операции, подобные мутациям и
рекомбинациям в геноме. Следующий этап — отбор тех из них, которые в наибольшей
мере соответствуют реальным данным. В конечном итоге все это позволяет
осуществлять прогностическое нелинейное картирование, то есть указать на
взаимосвязь между работой определенного набора генов и конкретного фенотипа. А
далее уже наступает очередь экспериментаторов, которые должны подтвердить или
опровергнуть данные, полученные с помощью генетического программирования.
Таким образом, генетическое программирование служит для исследователей некой
путеводной звездой. Несмотря на сложность задачи, ожидается, что она будет
решена не более чем через несколько десятков лет.
Однако нельзя переоценивать возможности современной биоинформатики, она еще
далеко не все может решить. Тем не менее, она выступает в качестве мощного
инструмента для первоначальной переработки огромной по объему информации,
содержащейся в ДНК. Биоинформатика дает для исследователей ценные данные и
делает их поиск целенаправленным. Такой поиск может быть продолжен в дальнейшем
с использованием других подходов, в частности, экспериментов на культурах
клеток или даже на целых животных. Например, как уже говорилось выше, функции
тех или других генов человека можно эффективно изучать на модели трансгенных
животных.
Кроме перечисленных выше, биоинформатика решает и множество других не менее
важных и сложных задач. Таковым являются разработка методов анализа
экспериментальной информации; компьютерное моделирование структурно-функциональной
организации (вторичной, третичной структуры) генетических макромолекул (ДНК,
РНК и белков), молекулярно-генетических процессов (репликации, транскрипции,
сплайсинга, трансляции) и молекулярных взаимодействий между генетическими
макромолекулами в генных сетях; исследование закономерностей молекулярной
эволюции генетических макромолекул, а также молекулярно-генетических систем.
Так, используемый в науке геногеографии картографический подход (о нем мы еще
поговорим ниже), позволяющий исследовать пространственное распространение по
нашей планете различных генетических признаков человека, долгие годы был
чрезвычайно трудоемким и отнимал у ученых очень много времени. Использование
компьютерных технологий принципиально изменило ситуацию, позволило
существенно облегчить эти рутинные процедуры, давая исследователю возможность
сосредоточиться непосредственно на вопросах творческого анализа географической
изменчивости популяционно-генетических характеристик.
Сравнительный анализ геномов с помощью компьютеров стал одним из наиболее
распространенных и эффективных методов изучения их структурно-функциональной
организации и эволюции. Об этом уже шла речь выше, когда рассказывалось о
функциональной геномике, коснемся мы его и в следующих разделах. Наиболее
важные участки генома относительно мало изменяются в процессе эволюции, и их
функции, установленные в экспериментах на мышах или мухах, зачастую
оказываются такими же и у человека. Экспериментальный поиск генов, которые сходны у
человека и животных, занимает недели и месяцы работы целой лаборатории. С
помощью созданных геноинформатикой эффективных алгоритмов поиска компьютеры
позволяют сделать это за считанные минуты. При наличии сходства
последовательностей ДНК геноинформатика, с определенной степенью точности, может
предсказать эволюцию геномов, функцию отдельных генов и др.
Биоинформатика способна также предсказать пространственную структуру белка
на основании данных по последовательности нуклеотидов в ДНК. Это чрезвычайно
важное обстоятельство, так как число известных первичных белковых структур
(последовательностей аминокислот), установленных по известным нуклеотидным
последовательностям ДНК, намного превосходит число экспериментально
подтвержденных пространственных белковых структур. И в этом направлении также
разработано большое число подходов. Один из наиболее эффективных — использование
информации о пространственной структуре белков, имеющих сходную первичную
структуру.
И, наконец, принципиально изменилось взаимодействие между учеными разных
стран. С помощью компьютера исследователи из многочисленных научных
лабораторий мира осуществляют обмен идеями, результаты их работ быстро появляются в
Интернете, там же ученые ищут интересующие их сведения, публикуемые
коллегами. Всемирная паутина позволяет специалистам не только обмениваться
сообщениями, но и за считанные минуты просматривать специализированные базы данных
международных центров, в то время как в обычной библиотеке без специальных
программ на это ушли бы дни и месяцы. Уж не говоря о том, что на такие полные
библиотеки пришлось бы в каждом научном учреждении тратить гигантские
средства. В России, под руководством профессора А.А. Александрова, создана большая
и весьма полезная база знаний, в которой любой желающий, имеющий доступ к
Интернету, может найти сведения обо всех аспектах, связанных с биологией
человека (сайт http://obi.img.ras.ru).
В значительной мере потенциал био- и геноинформатики определяется
техническими возможностями. Недавно появилось сообщение, что корпорация IBM продала
свой самый мощный в мире коммерческий компьютер компании NuTec Sciences,
которая будет использовать его в исследованиях генома человека.
Производительность этого компьютера составляет 7,5 трлн. операций в секунду. Он построен
на базе 5000 процессоров. И это один из важных путей совершенствования
геноинформатики .
Если заглянуть в материал, хранящийся в наиболее полном архиве PubMed, то
на конец 2002 года там можно найти свыше 10,5 тыс. научных публикаций, в
которых упоминаются слова «геном человека». Сейчас очень трудно уследить за
всей информацией, которая появляется ежедневно по данной проблеме. В этой
связи одним из перспективных путей развития биологии и генетики в XXI веке
сейчас считается создание полной компьютерной модели клетки. Только
сверхмощные компьютеры способны обеспечить хранение, систематизацию и переработку той
огромной фактической информации, которая накопилась учеными за последнее
столетие . Такие клеточные модели теоретически способны не только анализировать
существующие базы данных, но и предсказывать ученым пути поиска недостающих
звеньев. И здесь для биоинформатики еще предстоит работа на многие
десятилетия .
Геноинформатика — быстрый
путь от гена к лекарству
Один из впечатляющих результатов био- и геноинформатики — создание методов
и подходов для выявления новых узконаправленных лекарств на основании анализа
генов и пространственных структур кодируемых ими белков. Поиском лекарств
нового поколения сейчас активно заняты многочисленные фирмы. Приемы и методы
современной биоинформатики позволяют с помощью компьютерного моделирования
очень быстро проводить проверку огромного числа химических соединений (в
распоряжении исследователей сейчас имеется свыше 2 миллионов таких соединений) с
целью выбора тех из них, которые специфически действуют на различные белки-
мишени, участвующие в развитии определенных патологий у человека. Такой
анализ осуществляют с помощью специальных компьютерных программ на базе извест-
ных пространственных структур белков. Этот подход получил специальное
название «дизайн лекарств» (англ. drug-design) . Сначала идут от гена через мРНК к
белку, а затем к его сложной пространственной структуре. Далее путем
компьютерного анализа оценивается возможность целенаправленного взаимодействия
белков-мишеней с различными химическими компонентами и среди последних отбирают
такие, которые теоретически должны влиять тем или другим образом на мишени.
На заключительном этапе все-таки требуется помощь экспериментаторов: в
специальных опытах из небольшого уже числа отобранных теоретиками соединений
вычленяют окончательно такие, которые оказывают ожидаемое биохимическое и
физиологическое действие в живых системах.
Не вызывает сомнения, что в ближайшее время вместо всего нескольких сотен
белков-мишеней, на которые направлено действие лекарств сегодня,
биоинформатика на базе расшифрованного генома человека даст медицине десятки тысяч
новых мишеней. А затем будут подобраны новые направленные на них лекарственные
средства.
НЕМНОГО ФАКТОВ НА
ГРАНИ С ФАНТАСТИКОЙ
Компьютеры на основе ДНК
Молекула ДНК привлекла к себе внимание с разных, порой совершенно
неожиданных сторон. Так, когда выяснилось, что в молекуле ДНК может храниться намного
больше информации, чем в любом из микрочипов, заметный интерес вызвала
возможность использования ДНК для обработки информации и решения математических
задач.
Сама идея использовать ДНК для создания биокомпьютера возникла из сходства
между процессами, происходящими в природе при синтезе ДНК, и работой
вычислительных машин. Первые работы по созданию ДНК-компьютеров начались около 10
лет назад в Америке. Но сейчас уже в нескольких странах мира есть
лаборатории, где пытаются «скрестить» компьютер с живыми организмами. Ученые,
работающие над проблемой создания ДНК-компьютера, считают, что со временем он
составит сильную конкуренцию теперешним компьютерам, благодаря своей
сверхминиатюрности и сверхбыстродействию. Информационная емкость ДНК гораздо больше,
чем у любых современных носителей: в кубическом сантиметре ДНК содержится
больше информации, чем на триллионе CD-дисков. Вероятно, в будущем компьютер
на основе ДНК может работать и внутри человеческих клеток. В результате этого
он будет, например, отслеживать опасные для здоровья изменения в организме
человека, рекомендовать набор лекарственных средств для лечения патологий и
др. Все это пока еще далеко от реального воплощения. Тем не менее, уже
появились сообщения о создании первых нанокомпьютеров, в которых роль программ,
входных данных и результатов играют цепочки молекул ДНК, а роль символов —
составляющие их буквы (А, Т, Г и Ц) . Вместо обычного представления данных в
виде нулей и единиц и использования математических формул для решения задач,
вычисление с помощью ДНК использует данные, представленные в виде шаблонов
молекул ДНК. Специфические ферменты (рестриктазы и лигазы) действуют как
программные средства, обеспечивающие чтение, копирование и манипулирование
кодом.
Поскольку каждый «символ» в ДНК занимает 0,35 нанометра, то плотность
данных в цепочке составляет 18 мегабайт на дюйм, а если говорить о двумерном
расположении ДНК, — то более миллиона гигабайт на квадратный дюйм. Для
сравнения обычный винчестер содержит лишь около 7 гигабайтов на квадратый дюйм,
то есть в 100 ООО раз меньше.
Некоторыми учеными постулируется, что использование молекул ДНК станет
будущим компьютерной техники и придет на смену полупроводниковым микросхемам.
Однако исследования в этой области пока находятся в самом начале и их
перспектива до конца не ясна. По мнению журнала «Science», отметившего лучшие
достижения в мировой науке за 2001 год, возможности молекулярных компьютеров
станут реальностью именно с появлением нанопроводов, в тысячи раз более
тонких, чем проводники, используемые в современных микросхемах.
Мелодии
человеческого
генома
Имеют место и весьма экзотические подходы к проблеме генома человека.
Сообщалось, например, что японский ученый Нобуо Мунатака попытался записать ДНКо-
вый текст генома человека с помощью музыкальных нот. Он решил воспеть геном
человека, полагая, что музыка проще выражает формулу жизни, чем цифры и
символы. Изобретатель так прокомментировал свою попытку: «Тайны человеческой ДНК
действительно сложно понять простым людям. Сегодня медицина уже способна
определить предрасположенность человека ко многим заболеваниям, например, раку
или диабету. Почти всегда за это отвечают наши гены, теперь люди об этом
знают . Что такое генетическая карта человека, мы постарались показать музыкой».
Найденные в геноме основные группы генов человека Мунатака попытался
переложить на ноты. И в результате, как он утверждает, получились многометровые
партитуры. Они, по мнению автора, позволяют еще до рождения ребенка на стадии
эмбриона определить его предрасположенность к тем или иным серьезным
заболеваниям и даже предсказывать его умственные способности. Пока все это кажется
фантастикой или шуткой. Но кто знает, может быть, и композиторы внесут свой
вклад в разгадки тайн человеческого генома.
ВСЕ ПОЗНАЕТСЯ В СРАВНЕНИИ
(сравнительная геномика)
Между двумя представителями рода
человеческого сходства меньше, чем
между двумя различными животными.
Мишель де Монтень
То, что ново в себе, будет понято
только по аналогии со старым.
Ф. Бэкон
Как уже говорилось, сравнительный метод служит традиционным подходом в
старых классических областях биологии (анатомия, эмбриология, цитология). Так,
еще Дарвин свою точку зрения о происхождении человека обосновывал с помощью
сравнительно-эволюционного метода, указывающего на многочисленное сходство в
анатомии и физиологии человека и обезьян.
В последнее время сравнительный подход стал широко и весьма эффективно
использоваться в молекулярной биологии и генетике. Мощный толчок этому был дан
крупномасштабным секвенированием геномов. Появилось даже новое направление в
геномике — сравнительная геномика — сопоставление отдельных генов, групп
генов и целых локусов далеко эволюционно отстоящих организмов. Это
принципиально важное направление исследований позволяет по-новому решать ряд ключевых
вопросов. Рассмотрим некоторые из них.
В настоящее время человечество кроме своей собственной Энциклопедии
располагает подобными Энциклопедиями некоторых простейших организмов: кишечной
палочки, мухи дрозофилы, дрожжей и червя Caenoharbditis elegans, а также мыши —
и отдельными главами из Энциклопедий некоторых других высокоорганизованных
организмов (обезьяны, крысы). Сегодня параллельно с секвенированием генома
человека идет расшифровка еще около 1000 геномов других животных и растений.
ДНКовый текст во всех этих Энциклопедиях написан одними и теми же четырьмя
буквами, число которых у бактерий составляет миллионы, у птиц — сотни
миллионов и миллиарды у млекопитающих и человека. Поскольку все тексты написаны
одинаково, их удается сравнивать между собой. При этом выяснилось, что,
несмотря на огромные различия в размерах геномов, число генов (наиболее
значимых предложений в текстах) у разных видов организмов не сильно отличается. В
этой связи стали говорить даже о неком парадоксе, который получил специальное
название G-парадокса (первая буква англ. слова gene — ген). Сейчас этот
парадокс объясняют тем, что главное для организма все-таки не общее число генов,
а то, как они устроены и как регулируются, какова сложность взаимодействия
между продуктами разных генов. «У нас одинаковые гены с кошками и собаками,
но они по-разному регулируются», — заявил по этому поводу Крег Вентер, один
из главных героев секвенирования человеческого генома. Скорее всего, именно
устройство и регуляция работы генов уникальны для человека, делая его «венцом
природы». Короче говоря, если ген — это короткое предложение, то из сочетания
одних и тех же слов и предложений можно написать как умнейший трактат, так и
примитивные детские стишки. Кроме того, важно, как они будут читаться и
звучать .
Какими бы уникальными мы не казались сами себе, в нашей ДНК есть довольно
много сходства не только с обезьянами и мышами, но даже с маленьким червем С.
elegans и мухой дрозофилой. Можно удивляться, но у нас около 50% генов сходны
с таковыми у червя. У человека и мыши еще больше одинаковых генов, хотя в
эволюции человек и мышь разошлись уже около 100 миллионов лет назад. В геноме
человека на сегодняшний день обнаружено лишь около 300 генов, которых нет у
мыши, а общее их число примерно одинаковое. Таким образом, около 99% генов
человека соответствуют генам мыши, причем примерно 80% из них почти полностью
идентичны. Кроме того, до 90% генов, ответственных за возникновение различных
заболеваний, у человека и мыши сходны. Есть, разумеется, и небольшие
различия . Так, у мыши гораздо больше генов, отвечающих за обоняние.
Что же касается наших ближайших родственников, то здесь различия еще
меньше. Согласно последним данным, в целом геном человека отличается от генома
шимпанзе всего лишь максимум на 5%! Удивительно, но некоторые группы генов
(например, гены, ответственные за формирование тела организма) у человека
сродни аналогичным группам у биологических видов, возникших еще пятьсот —
шестьсот миллионов лет тому назад, во времена так называемого Кембрийского
биологического взрыва. Сейчас с нетерпением ожидается тот момент, когда будет
полностью секвенирован геном шимпанзе1. После этого в сравнительно геномике
должен начаться новый очень важный этап. В результате такого сравнения могут
быть обнаружены функционально важные мутации, специфические для человека как
вида, что в свою очередь откроет новые пути для медицины. Безусловно, эти
данные будут также способствовать более полному пониманию процесса эволюции
человека.
1 Шимпанзе считаются самыми близкими родственниками человека. Исходя из новейших
исследований , их генетическая база совпадает с человеческой на 98,7 %. Это позволяет
предполагать, что эволюционные пути человека и шимпанзе разошлись всего шесть
миллионов лет назад. Тем не менее, несмотря на схожесть генов, у человека и шимпанзе
они проявляют разную активность в разных органах тела.
Сравнения последовательностей ДНК человека с ДНК других организмов уже
оказалось очень плодотворным методом поиска новых функционально важных
последовательностей в геноме человека. Такой подход был использован и продолжает
использоваться для выявления у человека новых белок-кодирующих и не кодирующих
белок генов, а также для идентификации потенциальных регуляторных элементов и
выяснения механизмов функционировании разных генных наборов. Для этой цели
сейчас уже созданы специальные компьютерные программы, позволяющие
«вылавливать» в разных геномах эволюционно консервативные области. Все это
принципиально важно, поскольку, как уже подчеркивалось выше, мы не можем ставить
генетические эксперименты на человеке, но, благодаря сравнительному методу,
имеем возможность интерполировать на человека результаты, которые получаются
при молекулярно-генетических исследованиях, проводимых на животных.
Так, в силу подобия геномов даже муха дрозофила может быть использована для
более полного понимания функций тех или иных человеческих генов, в частности,
ответственных за некоторые заболеваний человека. Примером тому может служить
изучение гена dFMR-1 мухи, который имеет гомологию с соответствующим геном
человека, определяющим синдром ломкости Х-хромосомы — тяжелое наследственное
нейродегенеративное заболевание. Это исследование позволило заключить, что
причина синдрома скорее всего связана с нарушением механизма РНК-
интерференции, о котором мы уже говорили выше. И это серьезная «подсказка»
для ученых, решающих проблему синдрома ломкости Х-хромосомы у людей.
Важно отметить, что когда мы изучаем геном человека, то фактически мы
познаем весь живой мир. Геном человека устроен необычайно сложно. Геномы
животных и растений чаще всего значительно проще. Поэтому, когда мы узнаем
устройство сложного генома, нам будет очень легко от него перейти к изучению
простого. А это сулит революцию в таких областях, как ветеринария, селекция
растений и животных.
Сравнительная геномика дала ученым новый подход к пониманию вроде бы
навсегда скрытого во мраке веков процесса эволюции и его механизмов. Так,
например, проведенные сравнения геномов разных видов животных и человека показали
наличие определенных тенденций в эволюции. Одна из них заключается в
увеличении количества интронов в процессе эволюционного развития у человека, то есть
эволюция как бы сопряжена с «разбиением» генома на отдельные функционально
значимые фрагменты: на единицу длины ДНК приходится все меньше информации о
структуре белков и РНК (экзоны) и возникает все больше участков, не имеющих
пока ясного функционального значения (интроны). Проведенные исследования
позволяют считают, что природа совершенствовала млекопитающих не столько
посредством умножения разнообразия их генов, сколько путем постепенного
копирования, модификации и комбинации уже существующих генов, а также путем
изменения регуляции экспрессии генов. Специфика и разнообразие строения и
функционирования генетического аппарата велики даже среди эукариот. В то же время
существует множество общих принципов и механизмов, и результаты их изучения
на одних объектах часто с успехом могут переноситься на другие, включая и
человека .
Весьма интересные результаты были получены, в частности, при сравнении
распределения по хромосомам сходных последовательностей ДНК человека и других
животных. Приведем лишь один пример. Как уже указывалось, между геномами
человека и мыши имеется большое сходство. На рис. 37 изображено расположение в
разных хромосомах мыши сходных сегментов отдельных хромосом человека. Глядя
на этот рисунок, мы можем увидеть, что участки одних и тех же хромосом
человека распределены во множестве хромосом мыши. Это справедливо и наоборот. А
что это значит? Это говорит нам о тех путях, по которым шла эволюция
млекопитающих (ведь мышь и человек млекопитающие). Тщательно проанализировав
картину, изображенную на рис. 37, ученые установили, что на границах разных участ-
ков ДНК мыши, которые обнаруживаются в составе ДНК человека, содержатся
различные подвижные генетические элементы, тандемные повторы и другие «горячие
точки», по которым, вероятно, и шла перестройка (рекомбинация) в ходе
многовекового процесса эволюции животных организмов.
Рис. 37. Генетическое сходство (гомология) хромосом
человека (справа) и мыши (слева). Разными цветами и
номерами на хромосомах мыши отмечены нуклеотидные
последовательности человеческих хромосом, содержащие
сходный сегмент.
Сравнительная геномика показала, что гены, одинаковые по эволюционному
происхождению и выполняемой функции (гомологичные), часто оказываются
сцепленными с одними и теми же гомологичными генами у разных видов. На основании этого
предсказывают вероятный район локализации генов у одних видов, если известно,
с какими генами они сцеплены у других, т.е. проводят «сравнительное
картирование». Все это важно в связи с тем, что правила чисел и относительное
положение генов на хромосоме не всегда предопределяют законы их функционирования.
Так, белковый состав многих специализированных клеток мыши, крысы и человека
выглядит похожим, хотя сами гены разбросаны на хромосомах по-разному.
Итак, сравнительная геномика позволяет нам судить о механизмах и путях
эволюции геномов и даже на новом уровне воссоздавать классификацию всего
животного мира. Все это и есть предмет еще одного нового направления —
эволюционной геномики. Ее венцом должно стать создание определенной четкой системы
живых организмов, в некотором смысле подобной таблице Менделеева.
Благодаря использованию методов и подходов сравнительной и эволюционной
геномики уже получены сенсационные результаты, касающиеся такого сложного и
интересного вопроса, как происхождение человека и эволюция его генома.
Подробнее об этом и пойдет речь в следующей части.
ЧАСТЬ III. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА
КАК ПОЯВИЛСЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ГЕНОМ?
(происхождение человека)
Ничто в биологии не имеет смысла,
кроме как в свете эволюции.
Ф.Г. Добжанский
Если бы человека создал человек, он
устыдился бы плодов своего труда.
Марк Твен
Наверное, каждому из нас в детстве (или немного позднее) приходил в голову
вопрос о том, откуда он взялся. Далее ход мысли обычно таков: у меня есть
мама и папа, у них тоже были родители — мои бабушки и дедушки. У дедушек и
бабушек — прадедушки и прабабушки. И так далее, до бесконечности. Но
бесконечность трудно воспринять и понять. А хотелось бы, чтобы начатое рассуждение
имело какой-то логический конец. Ведь кто-то же должен быть первым в этом
длинном ряду наших предков, с кого-то когда-то ведь начался род человеческий?
Один ответ на этот вопрос дает Библия: род человеческий начался с Адама и
Евы. Другой ответ был дан свыше сотни лет назад Чарльзом Робертом Дарвиным
(1809-1882) в его эволюционной теории, согласно которой человечество
произошло от неких обезьяноподобных организмов. Кого-то вполне удовлетворяет первый
ответ, кого-то удивляет или шокирует второй. Но все это эмоции. А как на этот
вопрос отвечает современная генетическая наука, базирующаяся теперь на
обширных знаниях о структуре генома человека? Попытаемся в этом разобраться.
Если есть книга, то у нее должен быть и автор. Автор Энциклопедии под
названием «Геном человека» носит женское имя «Эволюция». Эволюция — от лат.
«развертывание» — историческое развитие природы. Она является демиургом всей
ныне существующей живой природы, включая и человека. В ходе эволюции
возникают новые виды организмов, а затем эти организмы адаптируются, т.е.
приспосабливаются к среде обитания, к изменениям условий внешней среды. В результате
эволюции постепенно повышается общий уровень организации живых существ: они
усложняются и совершенствуются2. По нашим человеческим понятиям творческая
деятельность эволюции протекала и протекает очень медленно. Но все познается
в сравнении. По космическим измерениям жизнь каждого из нас — это даже не
миллисекунды. И если посчитать в таком масштабе, то автор довольно плодовит.
И он может радоваться результату своего творчества — переиздание Энциклопедии
человека происходит постоянно на протяжении многих сотен веков, причем
гигантскими тиражами.
Дарвин оказался прав!
В 1739 шведский естествоиспытатель Карл Линней в своей Системе природы
(Systema Naturale) впервые классифицировал человека — Homo sapiens, человек
разумный — как одного из приматов. Лишь через 120 лет после этого появилась
книга Чарльза Дарвина «Происхождение человека и половой отбор», в которой он
2 Не обязательно. Так, например, некоторые черви (гельминты) при переходе к
паразитическому образу жизни в кишечнике млекопитающих (а они появились задолго до
последних) потеряли многие органы и сильно упростились, хотя и сохранили свой довольно
сложный геном.
обосновал вывод о том, что нашими прямыми предками являются высокоразвитые
человекообразные обезьяны. Он писал: «существует чрезвычайно близкое сходство
в общем строении тела, микроскопическом устройстве тканей, химическом составе
и конституции между человеком и высшими животными, в особенности
человекообразными обезьянами».
Психологически было сложно согласиться с такой родословной человека. Еще
при жизни Дарвина одна возмущенная девушка спросила его, правда ли, что и она
произошла от обезьяны. Ученому пришлось элегантно отшучиваться: «Конечно. Но...
от очаровательной обезьяны». Споры и раздоры по этому вопросу продолжаются
даже до сих пор. Хотя научная общественность в целом приняла положение
Дарвина как истину, до сих пор, по данным некоторых опросов, четверо из десяти
американцев считают маловероятным, что человек произошел от обезьяны3. В
России подобные опросы пока не производились.
На самом деле никто никогда и не утверждал, что мы произошли от обезьян,
которых видим сегодня в зоопарке. Речь идет о неких обезьяноподобных (а можно
сказать и о человекоподобных) организмах, положивших начало современным
обезьянам и человеку. После Дарвина на основе ископаемых свидетельств
большинство палеонтологов долгое время утверждали, что эволюционное разделение
человека и крупных человекообразных обезьян произошло свыше 25 млн. лет
назад, а люди современного типа сформировались из своих архаичных сородичей
(гоминид) за последний миллион лет. Однако эти представления существенно
изменились , когда за работу принялись молекулярные генетики.
Для исследования происхождения человека первоначально использовали
сравнение последовательностей ДНК человека и обезьян. Пока, к сожалению, геномы
обезьян еще расшифрованы далеко не полностью. Тем не менее, на основании
имеющихся данных оценено, что в среднем сходство геномов и количество сходных
генов у человека и человекообразных обезьян (шимпанзе) достигает 95-99%, у
человека и гиббона — 76%, у человека и макаки-резус — 66%. В то же время ДНК
шимпанзе и гориллы имеют между собой 97% сходства. Это говорит о том, что у
человека сходство с шимпанзе больше, чем у шимпанзе и гориллы. Используя
метод «молекулярных часов», ученым удалось доказать, что от гоминид, т.е.
представителей родословной линии человека, человек и шимпанзе разошлись чуть
более чем 5 млн. лет назад, в то время как горилла отошла от общей ветви более
7 млн. лет назад (рис. 38) . По различиям между полностью известными нуклео-
тидными последовательностями митДНК людей и шимпанзе было вычислено время
первого разделения групп предков ныне живущих людей, которое произошло 180-
200 тыс. лет назад. Это дата наиболее древней мутации в митДНК, которую
генетики смогли распознать.
Таким образом, современные исследования подтверждают обоснованность
заключения Дарвина о нашем происхождении от древних человекоподобных обезьян (типа
современных шимпанзе, но не самих шимпанзе) и позволяют довольно точно
оценить время, когда это произошло.
Как же все-таки сформировался новый вид, получивший латинское название Homo
sapiens? Ведь налицо разительный парадокс: по ДНК мы отличаемся от
существующих шимпанзе не более, чем на 5%, а по анатомии, по склонности к разным забо-
3 Остальные уверены в «божественном» происхождении» человека. Ну, если человек
создан «по образу и подобию божию» как утверждает Библия, то вряд ли строение бога
можно считать совершенным. Взять хотя бы нашу необходимость много есть и часто
испражняться. Руки, приспособленные для лазания по деревьям. Ноги, приспособленные для
ходьбы. Задницу, приспособленную для сидения. Странные были представления о боге у
полудиких семитских кочевников, которым мы обязаны фольклору, отобранному для
формирования Библии. А длинный пенис богу зачем? Или он потом был приделан, после
создания Евы?
леваниям и по образу жизни отличия огромны. В чем заключаются те различия
между геномом человека и геномом наиболее близкой к нему по ряду параметров из
ныне живущих обезьян — шимпанзе? Обо всем этом мы пока знаем немного, хотя в
результате секвенирования генома и изучения функций генов человека уже кое-
что начинает проясняться.
Рис. 38. Филогенетическое древо человека и высших обезьян
(числами показана мощность удвоений сегментов генома на каждой ветви
(от начала до следующего ветвления) в миллионах пар нуклеотидов,
появившихся в результате такого удвоения.).
Наибольшее отличие между геномами человека и шимпанзе заключается в разном
числе хромосом в диплоидном наборе (23 пары у человека и 24 пары у шимпанзе).
Большинство пар хромосом кажутся сходными у этих двух организмов. Но вот
хромосома 2 человека произошла, скорее всего, в результате слияния двух разных
хромосом обезьяны.
Кроме того, человеческая хромосома 9 больше гомологичной хромосомы
шимпанзе, а хромосома 12 у человека короче, чем у обезьян. Установлено также, что
различие, существующее между геномами человека и шимпанзе, не одинаково для
всех хромосом этих двух организмов: наибольшее между Y-хромосомами, а
наименьшее между X-хромосомами. На хромосомах 1 и 18 человека имеются большие
инверсии по сравнению с соответствующими хромосомами шимпанзе. Большое
количество различий обусловлено специфическими мутациями ДНК в районах, богатых
ГЦ-парами нуклеотидов. По базовому замещению различия между ДНК человека и
шимпанзе составляет около 1,4%, однако по инсерциям и делециям разница
достигает 4%. Интересно, что в целом полиморфизм генома в популяции шимпанзе суще-
ственно выше, чем в человеческой популяции.
Существует несколько гипотез, пытающихся объяснить феномен происхождения
человека от обезьяноподобных предков. Одни исследователи считают, что
расхождение в эволюции (дивергенция) двух ветвей — человека и шимпанзе — произошла
за счет специфического изменения в регуляции генов. Другие склонны думать,
что это есть результат мутаций, приводящих к потере функции некоторых генов,
и в этом свете называют современного человека «дегенеративной обезьяной».
Существует также мнение, что имеется особый «ген человека», т.е. ген, который
миллионы лет назад претерпел некую судьбоносную мутацию, благодаря чему
наделил человека речью; этот ген следует искать на половых хромосомах. Так, у
всех млекопитающих вплоть до обезьян на женской половой Х-хромосоме имеется
одинаковый кусок ДНК размером примерно в 4 млн. п.н., но только у
современного человека этот участок ДНК скопировался также на мужскую Y-хромосому.
Однако все это лишь предположения. Окончательного ответа мы пока не имеем.
Хотя еще многое остается неясным, мы начинаем понимать, что в своей
эволюции человек достигал новшеств не с помощью каких-то особых способов, а с
использованием в основном тех же путей и стратегий, что и все другие организмы.
Не зря ведь говорят, что наиболее простой и дешевый способ изобрести что-то
новое — это взять уже имеющееся открытие или изобретение и подогнать их под
новые задачи.
При формировании современного человека активно происходила существенная
перестройка генома, осуществлялась новая комбинаторика предсуществующих генных
экзонов, что в конечном итоге приводило к образованию коллекций новых генов
из имевшихся «старых». В результате этого полный набор белков (протеом),
кодируемых геномом человека, более сложен, чем у других организмов. Еще один
путь, использованный человеком в ходе эволюции, — это создание не просто
семейств родственных генов (о них мы говорили ранее), а неких суперсемейств,
состоящих из сотен, а иногда и тысяч родственных генов. Такие суперсемейства
составляют в геноме человека более 60% всех генных семейств. Это указывает на
то, что огромную роль в эволюции человека сыграло умножение генов путем их
удвоения (дупликации) и последующего частичного расхождения (дивергенции).
Примерами таких семейств генов могут служить семейство генов
иммуноглобулинов, семейство кератиновых генов и многие другие. И всему этому есть
определенный смысл в связи с особенностями развития и существования человека. В
конечном итоге, в геноме размножалось в основном то, что нужно человеку. А вот
то, что не нужно, наоборот, сокращалось. Так, с удивлением было обнаружено,
что некоторые семейства генов содержат меньше членов в геноме человека по
сравнению с геномами другими млекопитающими. В частности, у человека в два
раза меньше генов семейства рецепторов обоняния. Это связано, скорее всего, с
тем, что обоняние весьма важно для других позвоночных, а существование
человека в меньшей мере зависит от этого чувства. Для человека намного важнее
зрение, а не нюх. Несмотря на небольшое среднее различие в геномах человека и
шимпанзе, становится очевидным, что оно может быть весьма неодинаковым для
разных типов генов, в частности, для тех, которые работают в печени, и тех,
которые выражают свою активность в мозгу.
Существенные различия обнаружены также в том, что в геноме человека много
вставленных в него чужеродных элементов — ретровирусов, а вот у обезьян их
как раз очень мало. Выше уже говорилось о том, что ретровирусы обладают
способностью изменять «святая святых» живой материи — генетический аппарат
клетки-хозяина. ДНК, синтезированная на вирусной РНК, внедряется в геном клетки,
поставляя туда как бы «лжепрограмму» (провирус), которая затем передается по
наследству. В результате этого происходит гораздо более сильное изменение
генома, чем это возможно при «нормальной» эволюционной изменчивости. Академик
Е.Д. Свердлов предложил гипотезу, согласно которой превращение обезьяны в че-
ловека в значительной мере связано именно с ретровирусами, вмешавшимися на
каком-то этапе истории в эволюционный процесс.
Таким образом, в процессе формирования человека как вида и его эволюции
происходили заметные изменения в геноме, обусловленные различными мутациями в
нем. Однако должны существовать определенные пределы или ограничения этой
вариабельности. Понятно, что они не могут быть очень большими, в ином случае
это уже несовместимо с жизнью. И действительно, как уже говорилось, у всех
ныне живущих людей генетические тексты очень похожи. Два любых человека,
кроме однояйцовых близнецов, различаются всего лишь одной буквой-нуклеотидом из
1000. За 200 000 лет, прошедших после возникновения человека как нового вида,
различия между геномами разных людей едва достигли 0,1%. «Изменения, которые
произошли в процессе эволюции с человеком, гораздо меньше, чем у других
животных» , — делает вывод Эрик Ландер из Массачусетского технологического
института .
Пока это собственно и все. Несмотря на все новое знание, которое пришло к
нам в геномную эру, еще остается много нерешенных вопросов, касающихся
происхождения и эволюции человека. Однако теперь после расшифровки генома человека
появилась надежда на наше скорое понимание, по крайней мере, некоторых из
них.
Поиск родственников
по останкам
(палеогеномика)
Если в начале были человекоподобные обезьяны, то кто был после них?
Сохранилось ли какие-нибудь достоверные исторические источники об этом?
Современные люди, при всей генетической близости друг к другу, весьма
отличаются по своим физическим и умственным характеристикам. Человеческий рост
колеблется от 120 см у пигмеев до 215 см у народа масаи; цвет кожи, благодаря
различному содержанию меланина, — от черного до белого. Очень разнятся черты
лица. Объем мозга варьирует от 800 до 2000 кубических сантиметров. С кем же
сравнивать этот разноликий образ человека?
Единственное, чем ученые располагают, — это ископаемые останки.
Классическая палеонтология — наука о животных и растениях прошлых геологических эпох
— уже давно изучает ранние этапы эволюции жизни по ископаемым остаткам. Но
обычно через много веков от организма остается лишь минерализованный скелет.
Традиционные способы, используемые палеонтологией для исследования, в
конечном итоге дают весьма ограниченные результаты. Но вот за останки принялись
молекулярные генетики. И в результате этого родилось целое новое направление
в геномике — палеогеномика.
Мы уже говорили об останках царской семьи и о том, что из них удалось
выделить митДНК, с помощью которой и идентифицировали убиенных. Но в данном
случае речь шла об останках, возраст которых менее 100 лет. А что же должно
произойти с митДНК в останках, пролежавших в земле тысячи и даже сотни тысяч
лет? Как показывают современные теоретические расчеты и конкретные
исследования, наиболее вероятное время «выживания» фрагментов митДНК составляет 30-100
тысяч лет. Фрагменты ядерной ДНК, вероятно, могут быть получены из таких
останков, как зубы и кости, возраст которых достигает 10 тысяч лет. Значит,
примерно на такой период вглубь веков мы и сможем погрузиться с помощью
анализа ДНКовых текстов.
Первый успех пришел к ученым еще в 1985 г., когда было осуществлено
клонирование и определение нуклеотидной последовательности ДНК, выделенной из
древней египетской мумии. Чуть позднее была показана возможность анализа
митДНК из очень древних образцов при исследовании мозга человека давностью
7000 лет. В дальнейшем изучали митДНК из отдельных давно вымерших видов
животных: сумчатого волка, термита в янтаре, мамонта, пещерного медведя и др. В
конечном итоге подошла очередь для анализа древних останков человека.
Долгое время считалось, что останки самого близкого родственника человека
были обнаружены в 1856 г. в местечке Неандерталь (Германия), отсюда
обнаруженный предок получил название неандерталец. Неандертальцы населяли Европу и
Западную Азию в период от 300 тыс. до 28 тыс. лет назад. На основе
морфологического сравнения неандертальцев с человеком современного типа было
предложено три гипотезы:
• неандертальцы — прямые предки человека;
• они внесли некоторый генетический вклад в генофонд Homo sapiens;
• они представляли независимую ветвь, которую полностью вытеснил человек
современного типа.
Для решения вопроса о месте неандертальцев на эволюционном древе и его
родстве с человеком было проведено изучение митДНК, выделенных из обнаруженных
останков. Конечно же, ядерная ДНК у них за несколько десятков тысяч лет
сильно испортилась, развалилась на миллионы коротких фрагментов. По этой причине
проще было работать именно с митДНК, которая, как уже говорилось, исходно
имеет маленький размер, и в каждой клетке содержится до 100 копий такой ДНК,
а не две копии, как в случае ядерной ДНК. ДНК выделяли с огромными
предосторожностями, в условиях высочайшей стерильности — ученые работали в
специальной одежде, напоминающей скафандры, для того чтобы предотвратить даже
малейшее случайное загрязнение исследуемых образцов какой-нибудь посторонней ДНК
из современных организмов. С помощью полимеразной цепной реакции (о ней мы
уже говорили) «размножили» те кусочки ДНК, которые сохранились. Они оказались
очень короткими (не более 20 нуклеотидов). Тем не менее, по ним все-таки
удалось «реставрировать» исходную последовательность нуклеотидов в митДНК
неандертальца . А далее сравнили эту последовательность и последовательность
митДНК современного человека. Различия оказались столь существенными, что это
дало основание сделать вывод — неандертальцы составляли совершенно
самостоятельный, хотя и родственный человеку вид. А раз это отдельные виды, то
скрещивание их было невозможно — и, следовательно, в геноме человека, скорее
всего , нет генов, полученных напрямую от неандертальцев.
Позднее в пещере Мезмайской на Северном Кавказе российские антропологи
нашли кости еще одного неандертальца. Его останки были точно датированы
радиоуглеродным методом — им 29 тыс. лет. Доступные для анализа нуклеотидной
последовательности ДНК этого ископаемого на 3,5% отличались от более раннего
«дюссельдорфца». Тем не менее, оба неандертальца принадлежали к одному
генетическому древу, которое явно отличается от древа современного человека.
По различиям в нуклеотидных последовательностях митДНК было приблизительно
оценено время расхождения ветвей неандертальца и современного человека. Оно
составляет от 500 до 690 тыс. лет. Таким образом, сейчас считается твердо
установленным, что неандертальцы — это не наши прародители, а просто тупиковая
ветвь эволюции.
К сожалению, пока по найденным к настоящему времени останкам так и не
удалось найти нашего далекого прямого предка. Согласно современным
представлениям, мы начинаемся, скорее всего, с кроманьонцев, но остается загадкой, так ли
это и кто был до них. Ответ на этот вопрос пока скрыт в глубине веков.
Итак, несмотря на значительные успехи в расшифровке генома человека и в
генетическом анализе ископаемых останков, к сожалению, поиск наших предков по
останкам пока не дал окончательного ответа. Возможно, эти останки еще
предстоит найти.
Существенно более интересные результаты были получены палеогеномикой при
анализе ДНК мумий. Это направление исследований часто называют «генетикой
мумий» . Приведем несколько примеров. Так, анализ ДНК останков людей из древних
поселений в различных частях Америки свидетельствует о том, что заселение
Америки происходило не тремя волнами миграций, как считалось ранее, а в
результате одной большой миграции, которая и привела к появлению современного
человека на этом континенте.
Другой пример. Учеными были проанализированы образцы ДНК из сотни мумий,
найденных на севере Чили, возраст которых около 1000-1500 лет. Неожиданно в
них был обнаружен специфический вариант вируса, вызывающего такое
заболевание , как лейкоз. В результате проведенных исследований была показана
однотипность вируса, содержащегося в чилийских мумиях и у современных японцев. Эти
данные позволили авторам сделать вывод о том, что переселенцы из Азии,
монголоиды, одновременно попали в Японию и в Южную Америку около 10 000 лет назад.
Результатами такого рода исследований ДНКовых текстов древних популяций
могут стать принципиально новые данные о структуре, внутри- и межпопуляционных
связях, этногенезе, миграциях популяций человека и об эволюции человека как
вида. Однако пока «генетика мумий», как всякая новая наука, несмотря на свою
высокую информативность, ставит больше вопросов, чем дает ответов.
После обезьян были
«Адам» и «Ева»
Разгадка вопроса о происхождении человека в конечном итоге оказалась
спрятанной в самом геноме человека. Не зря же некоторые ученые называют ДНК
«величайшим археологическим ископаемым всех времен». Природой, как бы специально
для молекулярных генетиков, в ДНК человека заложены два особых, можно сказать
исторических, источника: один в ядерном геноме, другой в митохондриальном.
Это может вызывать удивление у непосвященного читателя, но для генетиков
ничего неожиданного в этом, в общем-то, не было.
Первый из этих ДНКовых текстов — митДНК. Как уже говорилось, митДНК
наследуется только от матери, а митДНК отца в ходе формирования зародыша бесследно
исчезает. Следовательно, митДНК позволяет исследовать эволюцию человека по
материнской линии. Каждый из нас получил митохондрии от своей матери, она —
от своей, а та — от своей и так далее. Выстраивается линия родства —
генетическая генеалогия, позволяющая ученым заглянуть в весьма отдаленное прошлое.
Кроме того, митДНК накапливает мутации, как ранее сказано, с постоянной
скоростью. Это означает, что митДНК ведет себя, как «часы» (за это ее и назвали
«митохондриальными часами»), по которым можно довольно строго отсчитывать
время, отделяющее нас от предков.
Другой специфический текст содержится в ДНК мужской Y-хромосомы. С его
помощью можно прослеживать отцовскую линию эволюции. Мужчина получает Y-
хромосому от отца, через него от деда, от прадеда и т. д. , и так по мужской
линии практически бесконечно, вплоть до тех наших очень далеких предков. И
здесь также работают специфические «часы», определяющие возраст Y-хромосомы.
А теперь, вкратце, расскажем о том, что удалось «раскрыть» с помощью этих
двух особых ДНКовых текстов.
Как уже говорилось, первоначально генетиками были расшифрованы значительно
более простые последовательности нуклеотидов в митДНК. Вскоре выяснилось, что
мутации в митДНК накапливаются относительно быстро, но при этом с довольно
постоянной скоростью. Поскольку многие из них не затрагивают непосредственно
функции митохондрий, они фактически нейтральны и естественный отбор их не
отсеивает . Следовательно, нуклеотидные последовательности митДНК — это быстро
идущие «молекулярные часы» (напомним, что о принципе работы «молекулярных
часов» мы уже говорили выше). Важно также, что митДНК не способна к рекомбина-
ции. Таким образом, единожды возникшая в ней мутация может быть затем легко
прослежена у всех ее потомков. В материнских линиях родства наибольшее
сходство наблюдается между родными братьями и сестрами, поскольку мутации в их
митДНК накапливались лишь в течение одного поколения. Затем степень родства
снижается шаг за шагом от двоюродных родственников, происходящих от бабушки
по материнской линии, до троюродных с общей прабабушкой по этой же линии и
т.д. Чем дальше по генеалогическому древу, тем шире круг родственников с
материнской стороны, и так вплоть до того, когда к нему будут принадлежать все
современники.
Эти рассуждения и привели к представлению о том, что митДНК всех живших и
живущих ныне людей происходит в конечном итоге от одной женщины-предка.
Поскольку библейскую праматерь человеческого рода звали Ева, то женщину-предка
предложили назвать — «генетическая Ева». Проследив с помощью анализа митДНК
генетическую эволюцию рода человеческого по материнской линии, американец
Уилсон определил, когда и где жила прародительница всего нынешнего населения
Земли. «Митохондриальные часы» показали, что она жила приблизительно 200
тысяч лет назад, а место ее существования — северо-восточная Африка. (Позднее
некоторые исследователи, соглашаясь с африканским происхождением «Евы»,
оценили ее возраст несколько иначе — в 150 тыс. лет). Автор открытия, которое
явилось мировой сенсацией, стал «крестным отцом» нашей прародительницы, он то
и назвал ее «митохондриальной Евой». Все современные люди, будь то англичане,
китайцы, немцы, русские или индейцы, произошли именно от нее. Конечно,
понятие «генетическая Ева» или «митохондриальная Ева» довольно условное, но для
понимания эволюции человека весьма полезное. Скорее всего, «генетическая Ева»
не представляла собой одну единственную женщину-прародительницу. В
действительности их, по-видимому, было довольно много (возможно, несколько сотен).
Но если у каких-то древних женщин не рождались девочки, то материнская линия
родства на этом обрывалась. В то же время у других женщин рождалось много
девочек , и эти линии продолжались. В популяции древних женщин между ними не
было существенных отличий, но в результате цепи случайных событий до наших дней
дожили потомки одной единственной «генетической Евы». Не следует считать, что
митохондрии этой женщины имели какие-либо преимущества перед другими, все это
стало, скорее всего, результатом простой игры случая, по которой при прочих
равных шансах кто-то непременно, в конце концов, должен выиграть. По
независимым оценкам нескольких групп генетиков, размер популяции, к которой
принадлежала африканская «Ева», составлял в то время около 10-30 тыс. человек.
Иногда говорят, что ей (той единственной, «Еве») повезло. Может быть да, может
быть нет, но сама она об этом ни тогда, ни теперь ничего нам сказать не
может .
Если была Ева, то должен быть и Адам, который по библейскому сказанию был
первым человеком и отцом рода человеческого. В вопросе о «генетическом Адаме»
решающее слово оказалось за другим специальным ДНКовым текстом. Это —
последовательность нуклеотидов Y-хромосомы, определяющей мужской пол. Как уже
говорилось, от других хромосом она отличается тем, что передается в
человеческой популяции только по мужской линии. Другое важное свойство этой хромосомы
— отсутствие в ней, как и в митДНК, рекомбинаций при передаче по наследству.
На сегодняшний день мы значительно меньше знаем о «генетическом Адаме»,
поскольку его генетический маркер — Y-хромосома — значительно более сложен во
всех отношениях, чем митДНК — генетический маркер «Евы». Кроме того,
оказалось, что Y-хромосома служит важным источником эволюционных инноваций у
человека, с ней связано большое число мутаций, лежащих в основе эволюции и
приводящих к весьма значительным изменениям генома человека. Иногда шутят: стоящая
на двух ногах женская Х-хромосома оказалась значительно менее склонной к
мутациям, чем одноногая мужская Y-хромосома. Но в каждой шутке есть доля прав-
ды. Именно мужчины несут ответственность за множество мутаций,
накапливающихся в человеческом геноме. Некоторые полагают, что в этом есть определенный
смысл: мужчина — двигатель прогресса, он идет вперед и изменяется
соответственно условиям жизни, а женщина — хранительница рода, она должна быть более
постоянной и устойчивой.
В ряде лабораторий мира провели сравнение нуклеотидных последовательностей
Y-хромосомы разных современных популяций человека с целью построения
достоверных отцовских линий родства, ведущих к единственному предку —
генетическому праотцу человечества — «генетическому Адаму». И те данные, которые уже
имеются в нашем распоряжении, указывают нам, что «генетический Адам»
происходит из Африки, где он существовал около 200 тысяч лет назад, то есть там же и
примерно в то же время, как и «генетическая Ева». В результате все ныне
живущие на Земле люди являются прямыми потомками по мужской линии одной небольшой
популяции мужчин, существовавшей в те давние времена. Таким образом, условные
«Адам» и «Ева», скорее всего, действительно существовали на нашей планете в
те древние времена, и от них-то, по всей видимости, и произошел весь род
человеческий .
Дополнительное подтверждение всем этим фактам неожиданно пришло от давно
забытой науки френологии, занимающейся изучением черепов человека, которой
когда-то увлекался уже упоминавшийся двоюродный брат Ч. Дарвина Ф. Гальтон.
Американские палеоантропологи Стрингер и Райт исследовали черепные кости
останков самых ранних европейцев и обнаружили, что эти черепа не различаются,
как сейчас, в зависимости от географии, а сходны друг с другом и очень
подобны по характеристикам черепным костям людей, живших в Африке и нынешнем
Израиле 120 тысяч лет тому назад. Это стало еще одним подтверждением
генетических данных об исходе современного типа человека из Африки.
Оцененное молекулярно-генетическими методами совпадение, как по времени,
так и по месту прародителя и прародительницы, сильно воодушевило
исследователей и придало им большой оптимизм. Работа в этом направлении интенсивно
продолжается, но она далека от завершения. Остается еще много вопросов. Так,
казалось бы, само собой разумеется, что наши дальние африканские прародители
должны были бы быть похожи на современных жителей этого континента. Однако
некоторые новые исследования указывают на то, что первые люди, появившиеся в
Африке, были по своему виду ближе к монголоидам. Вероятно, в ближайшее время
после дополнительных крупномасштабных исследований геномов разных популяций
человека появятся более точные сведения обо всем этом.
Итак, на основании анализа генетических текстов сегодня можно считать
практически доказанным, что у человечества имеются весьма немногочисленные
генетические прародительницы и праотцы. Эти генетические «Адам» и «Ева» жили
скорее всего в Африке 150-200 тысяч лет назад. И их генетический материал до сих
пор присутствует в каждом из нас. Конечно, речь идет не о библейских Адаме и
Еве, а о вполне конкретных мужчинах и женщинах, потомками которых являемся мы
все, ныне живущие на Земле люди. Человек современного типа, скорее всего,
возник первоначально в одном месте. Учитывая небольшое различие между
геномами разных современных людей, подсчитали, что исходная популяция наших предков
состояла максимум из 10000 особей. За сотни тысяч лет, прошедшие после
«Адама» и «Евы», в ДНКовом тексте их потомков постоянно появлялись все новые и
новые мутации, в том числе и такие важные, которые определяли процесс
эволюционного формирования человека (антропогенез) и обеспечили превращение наших
человекоподобных предков в современных людей. Вывод об африканском
происхождении человека подтверждается и некоторыми другими фактами, в частности,
данными, полученными при изучении языка бушменов, населяющих Южную и Восточную
Африку. Их язык содержит специфические щелкающие звуки, обособленно стоящие в
системе языков народов мира. У бушменов в митДНК обнаружена наиболее древняя
мутация, которая появилась после возникновения человека как обособленного
вида. Кроме того, у тех же бушменов и в Y-хромосоме выявлена мутация, которая
имеется у обезьян, но отсутствует в популяциях других людей. Предполагают,
что эта мутация возникла еще до эволюционного разделения человека и шимпанзе.
Итак, казалось бы, совершенно противоположные мысли и идеи относительно
происхождения человека слились воедино. Обезьяноподобные существа все-таки
оставила свой крупный след в этом процессе. Но далее были и «Адам» и «Ева».
От них-то в конечном результате и пошел род человеческий! Однако это совсем
не те библейские Адам и Ева. Вновь полученные генетические данные весьма
существенно расходятся с православной христианской версией, согласно которой
это событие произошло в 5508 году до н.э. (то есть всего около 7500 лет
назад) , а Адам и Ева были тогда единственными людьми на земле. Здесь нет
совпадения с данными эволюционной геномики ни по времени, ни по месту, ни по
числу, ни по истокам (что важнее всего в этом извечном вопросе).
Исследования полиморфизма геномов, проводимые с целью изучения
происхождения и эволюции человека, дают новые аналогии между ДНКовым текстом человека и
его языком. Так, мы говорили выше на основании анализа ДНКового текста
человека о существовании генетических праотца и праматери всего рода
человеческого. Сравнительно-историческое изучение разных индоевропейских языков выявило
в них регулярное соответствие между звуками, словами и формами. И в этой
связи сейчас предполагается, что все эти языки являются потомками одного
исчезнувшего древнего языка, из которого они произошли — праязыка.
ИСТОРИЯ С ГЕОГРАФИЕЙ,
ЗАПИСАННАЯ В НАШЕМ ГЕНОМЕ
(этногеномика)
В каждом человеке есть что-то от
всех людей.
Георг Кристоф Лихтенберг
В сей мир едва ли снова попадем,
Своих друзей вторично не найдем.
Лови же миг! Ведь он не повторится,
Как ты и сам не повторишься в нем.
Омар Хайям
Итак, по современным молекулярно-генетическим оценкам человек как
биологический вид существует на Земле где-то около 200 тыс. лет. Что же с ним
происходило в течение прошедшего периода? Как он распространился по всей планете?
Как возникли разные расы и разные народы? Ответить на все эти вопросы до
недавнего времени казалось практически невозможно. Думали, что из глубины 2000
веков не сохранилось никаких достоверных исторических источников.
Ранее об эволюции и истории человечества судили главным образом только на
основании древних культурных исторических находок, анатомических исследований
ископаемых останков и сравнительной анатомии, физиологии и эмбриологии
современных людей и обезьян. Первые достоверные сведения о деяниях человеческих
дают только археологические источники — декоративные деревянные и костяные
предметы, записи погребальных обрядов на стенах пирамид, которые относятся
примерно ко времени лишь за 25-26 тыс. лет до новой эры. Ясно, что и до этого
времени что-то было (не мог же человек, только появившись на свет как вид,
сразу начать писать разные тексты и украшать красивыми предметами свой быт),
но вот что было до того — это долгое время оставалось совершенно непонятным.
Согласно сведениям догеномного времени, на Земле миллионы лет длился
«каменный век», который закончился около 10 ООО лет назад. В этом веке и
появился человек. Считается, что культура стала развиваться в каменном веке с
появлением кроманьонцев (40-50 тыс. лет назад). После этого начался недолгий
«новый каменный век», который назвали «неолит» (ок. 8-3 тысячелетия до н.э.). В
этот период стало развиваться земледелие и скотоводство. 5000-6000 лет назад
наступил «медный век», потом «бронзовый век», а за ним «железный», которому
чуть более 3000 лет. Но все это самые общие сведения, которые могут быть еще
подкорректированы. Что говорить, даже историю Руси мы знаем более или менее
достоверно только начиная с середины IX века нашей эры! Как же проникнуть
взором на глубину 2000 веков? Долгое время это казалось совершенно
невозможным.
Однако теперь после секвенирования генома человека и появления новых
методов исследования ДНК ситуация существенно изменилась. Неожиданно для всех
выяснилось, что вся длинная история человечества записана в геноме ныне
здравствующих людей!
Ее просто надо уметь читать.
Академик Л.Л. Киселев считает, что «многие спорные вопросы истории
цивилизаций будут, скорее всего, решены не историками, а геномоведами. Например,
уже сейчас ясно (хотя эти работы начались совсем недавно), что происхождение
и миграцию народов легче всего будет проследить по геномным маркерам, которые
дают количественную и однозначную информацию».
Историки растерянно разводят руками перед объективными фактами,
предоставляемыми геномикой, которые касаются вопросов происхождения человека,
возникновения наций и новых государств, миграций целых народов и их деяний на нашей
планете. Что значат на этом фоне, например, попытки создать «Новую
хронологию», предпринятые академиком А. Т. Фоменко? Они похожи на усилия Герострата
увековечить свое имя в истории. Только лишь благодаря геномике в ближайшие
годы, безусловно, будут внесены существенные коррективы и в историю
человечества, и в теорию эволюции живой материи. Всеми этими весьма неоднозначными
проблемами теперь занимается новое направление в геномике — этногеномика.
Взяв на себя весь большой груз ответственности, она начала на новом уровне и
принципиально новыми методами описывать становление человека как
биологического вида в целом, генетические особенности отдельных народов и рас, а также
восстанавливать историю их формирования. Частично мы уже говорили о
достижениях этногеномики в таком чрезвычайно тонком и принципиальном вопросе, как
установление «генетического Адама» и «генетической Евы». Это, конечно же,
большое и неоспоримое достижение ученых-этногеномиков, но оно не стало
единственным. Продолжим этот разговор.
Прежде всего, поговорим о способах «прочтения» истории человечества,
основанных не на исторических источниках и археологических раскопках (которым
ученые-историки часто не доверяют, спорят с ними, создают вокруг этого целые
новые теории), а лишь на ДНКовых текстах человеческого генома, содержащихся в
каждом из нас. Теперь все споры из области логических рассуждений на базе
разрозненных исторических фактов перемещается в область точных
экспериментальных данных, хотя, конечно же, прежде надо будет научиться грамотно читать
эти нетленные тексты.
После полного секвенирования генома человека появилась возможность изучать
более детально историю рода человеческого по таким генетическим изменениям в
нем, как мутации и перестройки, которые иногда называют «конструктивными
новинками» , спонтанно возникающими время от времени у отдельных особей. Как уже
говорилось, такие новинки — результат безостановочного накопления случайных
мутаций в геноме. Понятно, что эти изменения должны быть невелики, чтобы не
привести к патологии или гибели организма. Этому есть и определенная
литературная аналогия: если кто-то пытается усовершенствовать классический
литературный текст, внося только корректорскую правку (расстановку запятых или
исправление ошибок в словах), результат будет скорее положительным, но когда
кто-то попытается сделать существенные изменения, это почти во всех случаях
испортит оригинальный текст.
«Конструктивные новинки» в геноме послужили основой для «прочтения»
человеческой истории. Скорость изменения генов за счет точечных мутаций невелика,
но настолько устойчива на протяжении долгих периодов времени, что ее можно
использовать для датировки ответвления разных ветвей от общего ствола. Чем
дальше родство, тем больше различий в генетических текстах (на этом основаны
уже упоминавшиеся «молекулярные часы»). То есть, число различий в
последовательностях ДНК двух организмов примерно пропорционально времени, прошедшему с
момента дивергенции (расхождения) этих организмов от общего предшественника.
На этом и базируется построение генеалогического (родословного) древа
человечества .
Ранее генеалогические корни и древа люди искали, долго роясь в старинных
документах, большинство которых, как правило, плохо сохранилось в течение
веков , а порой и вообще не сохранилось.
Сотни тысяч лет, прошедшие с момента возникновения первых людей, погребли
много тайн, раскрыть которые теперь уже казалось никогда невозможным. Да что
говорить. В России, например, ведением родословных в основном занимались лишь
в некоторых знатных дворянских семьях. Причем первые родословные росписи
появились только в конце XV века. Но в большинстве же своем этот период
отличался удивительным невежеством. Меткую характеристику ему дал в свое время
писатель И.С. Аксаков. По его словам, жители России «большей частью о предках
своих ничего не знают, преданий рода не уважают, семейной старины не помнят».
Что же говорить в этой ситуации о родословной всего человечества, которая
простирается назад на двести тысяч лет, если мы и своих ближайших предков
(прабабушек и прадедушек) плохо знаем, а чаще не знаем вообще? Где же найти
такие древние первоисточники? Казалось, что все это пропало во мраке веков. И
вдруг ситуация резко изменилась. Стало очевидным, что главный свидетель всех
многовековых событий в истории человечества — ДНК самого человека — не
горящий и не тонущий фолиант. Как же ДНКовый текст помогает создавать
генеалогические древа человечества?
Лишь в последние годы выяснилось, что молекулярная генеалогия (иногда ее
называют архегеномикой) может стать важнейшим средством для связи людей по
принципу «семейного древа». Дело в том, что на земле не существовало и не
может существовать людей с абсолютно одинаковым геномом. С другой стороны, мы
наследуем ДНК от своих родителей, и каждый конкретный человек несет в себе
генетическую информацию о своих предках. Процесс наследования ДНК повторялся
из поколения в поколение независимо ни от чего, и по этой причине все люди на
планете несут (хотят они того лично или нет) информацию о том, как они
связаны в прошлом друг с другом. Все это означает, что наша ДНК подобна некой
«летописи» , которая может быть использована как для того, чтобы различить людей,
так и для выявления членов одной семьи, одного рода и одной популяции.
Рассмотрим типичную картину возникновения некой новой популяции людей. В
результате каких-то причин небольшая группа людей, часто родственников,
отселяется (изолируется) от остальных. Весьма вероятно, что, по крайней мере, у
одного человека из этой группы имеется какой-то необычный вариант мужской
половой Y-хромосомы, ДНКовый текст которой отличается от остальных одним нук-
леотидом в определенном положении. Как уже говорилось, Y-хромосому получают
от отца только вновь родившиеся мальчики. Она при этом ни с чем не
перемешивается и, оставаясь неизменной, передается по мужской линии из поколения в
поколение: от отца к сыну, к внуку и так далее. По сути дела в данном случае
Y-хромосома служит чем-то вроде «фамилии», она указывает на принадлежность
человека к данному роду и его происхождение. Только, в отличие от обычной
фамилии, эту «фамилию», записанную в ДНКовом тексте Y-хромосомы, практически
нельзя поменять, от нее нельзя отречься, как нельзя отречься от своих
генетических предков и потомков, несущих в себе ту же самую Y-хромосому. В течение
многих лет численность изолировавшейся группы людей растет, растет и число
потомков человека с такой редкой мутацией (хотя, возможно, их доля и не
возрастает) . Но по истечении определенного времени в Y-хромосоме, которая
маркирована этой мутацией, начинают накапливаться мутации и в других местах
(например, в таких ее нестабильных участках, как микросателлитные повторы).
Анализ происходящих изменений с помощью «молекулярных часов» позволяет
определить, когда во времени разошлись разные ветви. Сравнивая ДНК отдельных людей,
можно судить об общности их происхождения или родственных связях. Закон один:
чем больше различий, тем дальше родство. Вот так по ДНК одной Y-хромосомы
можно изучить историю ее потомков, т.е. реконструировать генеалогические
древа человечества. Такие реконструкции ДНКовых тектов привели в конечном итоге
к более ясному пониманию картин распространения человечества по планете и
возникновению разных рас и народов.
Волны миграций
человека по планете
Считается, что существенную роль в эволюции и распространении всех видов
организмов по земле, в том числе и человека, играли циклические изменения
климата, происходившие на нашей планете с интервалом в десятки тысяч лет. В
периоды похолодания зоны обитания и численность животных сокращались, а в
периоды потепления численность и разнообразие живых форм повышались, и разные
виды расселялись на пригодные для жизни территории — из Африки в Азию и
Европу. Всему этому удалось найти подтверждение при анализе геномов современных
людей. Все новые и новые генетические данные постепенно проясняют более
детально картину заселения людьми разных континентов, возникновения в разных
регионах земли новых человеческих общностей. Хроника покорения человеком
нашей планеты постепенно восстанавливается по многочисленным генетическим
«уликам» (в первую очередь по снипсам).
Обследование митДНК и ДНК, содержащейся в Y-хромосоме, большого числа людей
из различных районов мира привело к обнаружению свыше двух сотен полиморфных
участков-маркеров, по которым в конечном итоге и шло сравнение. Совокупность
изменений в маркерах отразила «молекулярную историю» миграции человека. В
конечном итоге было выделено около двух десятков «пунктов назначения» движения
миграционных волн, что позволило построить генеалогическое древо рода
человеческого . Этому в значительной мере способствовало наличие уникальных групп
маркеров, характерных для определенных географически и исторически
изолированных популяций людей (таких, например, как Исландия и Япония).
В целом современные представления о процессе миграции человеческой
популяции по Земле, полученные в результате анализа многочисленных снипсов в Y-
хромосоме и митДНК, отражены на рис. 39.
Разные расы и народы возникли после разделения некой относительно
однородной предковой популяции. В каждой из групп людей независимо произошли свои,
весьма характерные для них мутации. Сравнительный анализ митДНК разных
популяций ныне живущих людей позволил заключить, что в каменном веке предковая
популяция разделилась по крайней мере на три группы, давшие начало
африканской, монголоидной и европеоидной расам. Исследования этногенетиков указывают
на отсутствие каких-либо генетических основ деления людей на расы. Люди, при-
надлежащие к разным расам, имеют очень маленькие различия в геномах. Тем не
менее, эти небольшие, но весьма специфические различия между отдельными
линиями митДНК могут служить указанием на монголоидное или европеоидное
происхождение .
Рис. 39. Пути и время миграции человека на Земле, установленные
по генетическим маркерам. Стрелки — направление миграции, на
стрелках обозначены времена миграции.
Согласно данным этногеномики, около 60-130 тыс. лет назад произошел выход
человека из Африки в Азию. Первые переселенцы из Африки достигли Переднего
Востока и около 60 ООО лет назад заселили почти весь азиатский континент. 40-
60 тыс. лет назад человек уже освоил земли Австралии, Америки и Европы.
По частотам древних типов мутаций в нуклеотидных последовательностях митДНК
и ДНК Y-хромосом в разных европейских популяций человека удалось
реконструировать несколько волн миграций людей в Старом Свете. Установлено, что первые
переселенцы из Азии появились в Европе 40-50 тыс. лет назад в эпоху
палеолита. Линии митДНК, попавшие в Европу с первой волной переселения, составляют
сейчас значительную часть митДНК людей, населяющих территории от северозапада
Европы до Уральских гор. По митДНК определено, что у 80% европейцев было, по
крайней мере, семь матерей-основателей и десять мужчин-предков. По данным
англичанина Брайана Сайкса, приведенным в его книге «Семь дочерей Евы», все
современные европейцы являются потомками семи дочерей «генетической Евы».
Другие 27 женщин стали прародительницами всего остального населения Земли. И
одна из них должна быть вашей прапрапра... прабабушкой. Вывод относительно числа
мужчин-предков европейского населения был сделан большим интернациональным
коллективом ученых, включающим и исследователей из России (во главе с
профессором С.А. Лимборской), в результате масштабного анализа Y-хромосомы. В
генофонде большинства европейских мужчин были обнаружены всего десять типов этой
половой хромосомы. Таким образом, основная часть европейцев (около 80%) имеет
прародителей, переселившихся в Европу из Центральной Азии или с Ближнего
Востока еще в каменном веке (т.е. около 40 тысяч лет назад).
Конечно, утверждение о десяти праотцах и семи праматерях современных
европейцев не следует понимать буквально. Во-первых, их было, безусловно,
значительно больше (но оценить общее число пока трудно). Во-вторых, они, вероятно,
вообще жили в разные эпохи. Ученые лишь утверждают, что среди всех людей,
живших 40 тысяч лет назад, очень немногие имели вероятность оставить прямых
потомков, доживших до наших дней. Элементарная статистика предсказывает (и об
этом мы уже говорили), что чем больше поколений пройдет, тем меньше
вероятность того, что конкретный род, обладающий определенной Y-хромосомой,
сохранится. Ведь на протяжении многих поколений в одних семьях рождалось несколько
мальчиков, а в других — ни одного. Результатом этого стало то, что один род
(и одна разновидность Y-хромосомы) навсегда исчезал, а какой-то другой род
(совершенно случайно) давал более многочисленное потомство. В конечном итоге
неизбежно должен наступить момент, когда в конкретной популяции исчезнут все
исходные фамилии, кроме одной. Похожий процесс можно наблюдать, например, в
небольших изолированных поселениях, где все жители могут носить одну фамилию.
Что же еще прочли генетики в Энциклопедии человека? Согласно современным
генетическим данным, в начале последнего ледникового периода (около 24 тыс.
лет назад) потомки древних людей, пришедших в Европу из Азии, нашли прибежища
в разных уголках Европы. В результате этого образовались три изолированные
эволюционные ветви: первая на территории нынешней Испании, вторая — на
территории Украины, третья — на Балканах. Наиболее уникальной по генетическим
характеристикам популяцией оказались баски. Сейчас считается, что они являются
единственными современными представителями древнейших жителей Европы —
кроманьонцев . Интересно, что выводы генетиков подтверждаются и некоторыми
данными лингвистов, свидетельствующими об уникальности языка басков. В дальнейшем,
примерно 16 тысяч лет назад, когда произошло таяние льдов, племена
расселились по всей Европе: испанские племена двинулись на северо-восток, украинские
— в Восточную Европу, а балканские так и остались в Центральной Европе.
Вторая волна переселения народов в Европу соответствует продвижению
неолитических земледельческих народов из мест зарождения земледелия (район
Месопотамии) на север и запад Европы. В этом генетическая оценка совпала с
археологическими данными: процесс, скорее всего, произошел во время неолита, примерно
7-9 тыс. лет назад. Вот эти то переселенцы и добавили европейцам-мужчинам
недостающие 20% генофонда (напомним, что 80% генофонда было получено еще в
каменном веке). Наконец, еще одна волна миграции, которая соответствует
экспансии греческой культуры, произошла в I тысячелетии до нашей эры. Как раз перед
этим Моисей, согласно преданиям, вывел еврейский народ из Египта, а потом 40
лет водил его по пустыне.
Ученые продолжают изучать детали миграционных процессов, происходивших в
истории человечества. И постепенно выяснилось еще много интереснейших фактов,
которые удалось установить только благодаря исследованиям ДНК человека. Так,
было определено, что полинезийцы, скорее всего, открыли Америку задолго до
Колумба. К такому выводу пришли ученые в результате сравнения ДНК коренных
жителей Самоа с ДНК индейских племен Южной Америки. В генетике людей, живущих
за шесть тысяч километров друг от друга, обнаружилось заметное сходство.
Вероятно, около 500 года новой эры мореплаватели из южной части Тихого океана,
передвигаясь на парусных суденышках, достигли Америки. Какое-то время
полинезийцы поддерживали торговые отношения с коренным населением континента.
Подкрепляет эту теорию следующий негенетический факт: уже около 1000 года новой
эры в Полинезии появляется батат, хотя этот клубнеплод был «официально»
открыт лишь пять столетий спустя, когда в Америке побывал Колумб.
Так откуда же в конечном итоге пришли люди в Америку? И на этот вопрос уже
получены первые ответы. Согласно данным анализа ДНК современных людей,
прародителями первоамериканцев являются предки из Южной Сибири. Обнаружены
многочисленные следы, оставленные в Y-хромосоме, связывающие население Америки с
их отдаленными предками, жившими в районе Байкала. Сложнее обстоит пока дело
с предками по женской линии. Но, так или иначе, генетики уже дали
существенную подсказку, где искать истоки американизма — на территории современной
России. (Теперь у американских индейцев имеются «веские» основания
претендовать на нашу Сибирь как на свою историческую родину!).
Исследуя мутации, которые проникли в ДНК Y-хромосомы, ученые могут оценить,
насколько мужчины из двух этнических групп отдалены (в генетическом смысле)
от нашего общего предка. Некоторые из полученных этим способом результатов
оказались весьма удивительными. Например, выяснилось, что уэльсцы и англичане
генетически почти не связаны между собой. (Может быть, в этом и кроется
причина постоянных противоречий между ними). При этом только уэльсцы оказались
истинными потомками бриттов4 (древних жителей Британии), а современные
англичане оказались генетически наиболее близки к жителям Нидерландов, где ранее
предположительно они и проживали.
Проведенные исследования ДНК дали много и других любопытных результатов.
Так, всегда считалось, что путешествия есть прерогатива мужского пола.
Однако, как показали анализы митДНК и ДНК Y-хромосом, женщины в те далекие
времена мигрировали гораздо интенсивнее, чем мужчины. Этот факт можно объяснить,
по-видимому, тем, что для большинства разнообразных человеческих сообществ
всегда был характерен уход женщин после замужества в дом мужа5. Таким
образом, миграции женщин, связанные с браком, вероятно, оставили в геноме
человечества не меньший, а, может быть, более заметный след, чем, скажем, исход
евреев из Египта или все военные походы Александра Македонского.
Итак, без всяких археологических находок и исторических источников, а
только лишь по ДНКовым текстам, содержащимся в ядерном и митохондриальном геноме
современных людей, генетикам удается восстановить историю появления первых
людей на Земле, описать пути их миграции, отследить глубокие родственные
связи между разными расами, народами и нациями. Отсюда следует важный вывод:
природа сохранила в нашей ДНК единственный достоверный сотневековый
летописный текст.
Генетические ландшафты
(геногеография)
Анализ нуклеотидных последовательностей геномов позволяет разными методами
оценивать степень родства между разными популяциями ныне живущих людей.
Осуществляют это, например, по специальным картам, на которые нанесена
информация о распределении частот вариаций сотен вариантов (аллелей) генов в разных
регионах Земли. Такие карты называют иногда «генетическими ландшафтами», а
сам подход — геногеографией. Слово география по-гречески обозначает
«землеописание». Описывать территорию можно по разным критериям. Так, рельеф земной
поверхности описывает физическая география, размещение государств на земле —
экономическая, территориальное распространение языков — лингвическая.
География генома изучает и описывает территориальное распространение различного
рода структурных особенностей генома индивидуумов. Сам термин геногеография был
предложен российским ученым А.С. Серебровским в 1928 году задолго до
появления программы «Геном человека». Тогда же было введено понятие «генофонд»,
обозначающее совокупность генов у особей популяции, занимающей отдельную
административную или национальную территорию. Однако начало геногеографии было
положено по сути дела еще раньше, благодаря работам Н.И. Вавилова по изучению
географических закономерностей в распределении генов культурных растений и
выявлению генетических центров их происхождения. Уже тогда пришло понимание
того, что эволюционный процесс, до того рассматриваемый лишь во времени,
необходимо изучать и как географический процесс возникновения разнообразия
генов в определенных центрах с последующим распространением их по периферии.
Современная геногеография основывается на изучении и сравнении полиморфизма
4 Бритты - кельтский народ, англы и саксы - германские народы.
5 А также захватом и продажей рабынь.
генома человека в разных популяциях людей. С помощью построения генетических
карт она позволяет определять генетические расстояния между разными
существующими на нашей планете группами людей и на этом основании вычислять время
их разделения в ходе эволюции, то есть позволяет воспроизводить сюжеты из
истории человечества. Картографический метод исследования в геногеографии
создает специальные карты, которые отражают результаты генетических процессов,
возникающих в ходе формирования и развития народонаселения и их
взаимодействия со специфической географической средой обитания. На рис. 40 в качестве
примера приведена одна из таких карт.
Рис. 40. Карта географической изменчивости в населении Старого
Света частоты гена CCR5-A326, который обуславливает устойчивость
людей к инфицированию вирусом иммунодефицита человека. Цветовой
переход соответствует изменению значений частоты. Карта выявляет
четкую клинальную изменчивость: падение частоты мутации от
Северной Европы (выше 15 %) к югу и востоку. Так, если в Европе в
целом частота мутации превышает 5 %, то в Африке южнее Сахары и
Восточной Азии мутация отсутствует.
Это интересное направление исследований сейчас интенсивно развивается во
всем мире и особенно бурно в многонациональной России с ее многочисленными
этническими группами. Чем, например, отличаются башкиры от славян? А монголы
от турок? Удмурты от грузин? То, что они говорят на разных языках, знают все.
А вот каковы ДНКовые различия между ними? Оказывается, что, хотя различия в
геномах представителей разных этнических групп чрезвычайно незначительны, они
абсолютно достоверны. Поэтому можно в ДНК выделить определенный «рисунок»
последовательности нуклеотидов, который будет говорить о том, что этот человек
6 CCR5-A32 — мутация гена CCR5. CCR5-A32 представляет собой делецию 32 пар
оснований. Предполагается, что эта мутация возникла примерно две с половиной тысячи лет
назад и со временем распространилась в Европе. Делеция части гена CCR5 приводит к
невозможности присоединения вируса ВИЧ к Т-клетке. В гетерозиготном состоянии эта
мутация сильно уменьшает шанс инфицирования клетки ВИЧ, в гомозиготном, по-видимому,
приводит к полной невозможности инфицирования ВИЧ. Распространение мутации в Европе,
особенно в Северной Европе может быть связана со средневековыми пандемиями «чёрной
смерти», так как эта мутация повышает сопротивляемость организма чумной палочке.
— башкир, а этот — татарин. На базе этих фактов российские ученые показали,
например, что русские, и в целом славяне, очень близки к западноевропейцам,
но очень далеки, например, от монголов и китайцев. Это не соответствует
существовавшим долгое время подозрениям, что после татаро-монгольского ига
русские как нация могли сильно «загрязниться». По нашей ДНК этого совсем не
видно. Среди русских, населяющих центральные области Европейской части нашей
страны (Рязанской, Курской и Калужской областей), 97-98% материнских линий
являются европеоидными, и лишь 2-3% составляют монголоидные. В Волго-
Уральском регионе столкнулись две волны расселения: европеоидная и
монголоидная. Следы этого также хранят наши геномы. Согласно записанным в них
«преданиям», у всех современных народов, населяющих этот район, кроме башкир, по
материнской линии преобладает европеоидный тип. Но по мере продвижения с
запада на восток происходит уменьшение численности европеоидов и увеличение
монголоидов.
Европеоидные линии преобладают и у народов финно-угорской языковой группы
(мари, удмурты, коми), и у тюрко-говорящих народов, проживающих в этом
регионе. Так, 85% татар по материнской линии европеоидные, а таковых чувашей аж
90%. Монголоидные линии составляют 65% только у их восточных соседей, башкир.
Это означает, что современная граница расселения европеоидов и монголоидов
географически проходит примерно по Уралу, а популяционно-генетическая — между
башкирами, обитающими по обе стороны Уральского хребта, и их западными
соседями — татарами. Интересно, что наблюдаемая картина далеко не всегда
коррелирует с языком этих народов.
Благодаря геногеографическому изучению генофонда порой обнаруживаются
поразительно интересные факты. Так выяснилось, что славяне близки по материнской
линии к нашим западным соседям: немцам и угро-финнам7. Весьма принципиальны
генетические исследования, которые проливают свет на извечный вопрос о
родстве евреев и арабов. Анализ генетического материала Y-хромосом у мужчин в этих
популяциях позволил заключить, что, несмотря на теперешние различия, у
арабов , евреев, сирийцев, палестинцев и ливанцев был единый предок, живший в
Средней Азии примерно четыре тысячи лет назад. Не зря, видимо, в библейских
преданиях речь идет об Аврааме, родоначальнике евреев и арабов, а в
мусульманской мифологии говорится об Ибрахиме — общем праотце этих двух народов.
К огромному сожалению, пока что эти объективные генетические данные
(нередко совпадающие с мифами и легендами) реально очень мало чем помогли в вопросе
взаимоотношений рас и народов. Зачастую одно государство идет войной на
другое, где живут их почти генетические братья. Возьмите хотя бы постоянные
войны между англичанами и ирландцами, французами и немцами, хорватами и сербами,
евреями и палестинцами. Одумайтесь, братья!
Продолжая рассказ о достижениях современной этногеномики и геногеографии
человека, следует привести еще один недавний, но очень показательный пример.
Английский исследователь Б. Сайке (Sykes) решил просто так, наудачу,
проверить ДНКовые тексты микросателлитов Y-хромосомы своих многочисленных
однофамильцев . Для этого, не мудрствуя лукаво, он просто использовал имевшиеся под
рукой телефонные справочники г. Йорка и графств Чешира и Ланкашира. (Хотя
выбор Сайкса был вообще-то совершенно случаен, комментаторы в дальнейшем
отметили, что он у них ассоциирует с некоторыми историческими фактами — с войной
между династиями Ланкастеров и Йорков, известной как война Алой и Белой роз,
и со знаменитым чеширским котом. Но дело совсем не в этих ассоциациях.) Сайке
Угро-финские племена проживали также на территории современной Европейской части
России и были ассимилированы славянами при заселении этой территории. Генетическое
родство с немцами могло появиться вследствие ассимиляции последними славянского
населения проживающего на территории современной Германии, например, пруссов.
получил результат, который поразил даже его самого (не говоря уж о многих
других ученых): почти у половины случайно отобранных однофамильцев имелось
полное сходство в снипсах ДНК. Это однозначно указывает на то, что все они
произошли, скорее всего, от единого предка. Ученый даже не мог себе
представить, что у него такое огромное число родственников. Это значит, что 700 лет
назад, когда в Англии появились фамилии, род Sykes был локализован на одной
площади. Дальнейшие исследования показали аналогичную пропорцию и для других
имен. А ведь и у нас с вами ситуация, по-видимому, во многих случаях именно
такая же.
По результатам исследований, проведенных Сайксом, удалось сделать еще один
очень любопытный вывод: супружеская измена, и как следствие этого
невозможность для ребенка узнать своего истинного отца, не так распространены, как
теоретически предполагалось. Ранее вероятность этого оценивалась в 5-10
процентов , работа по роду Sykes дала цифру всего около 1 процента.
Сегодня уже любой желающий может проследить свое происхождение, как по
отцовской, так и по материнской линям. Для этого в Англии существует
специальная фирма Family Tree DNA (www.familytreedna.com). Чтобы удовлетворить свое
любопытство, достаточно заплатить 150 фунтов и прислать несколько капель
собственной крови. Взамен вы получите расшифровку определенного фрагмента ДНК,
полную информацию о вашей прародительнице и карту, обозначающую ваше место на
генеалогическом древе человечества. Многие уже этим воспользовались, в
результате чего обзавелись новыми многочисленными родственниками.
Информация, содержащаяся в Энциклопедии человека, порой удивительным
образом совпадает с известными преданиями и легендами. Например, одно из древних
преданий гласит, что все монголы произошли от трех матерей. И анализ митДНК,
наследующейся только по материнской линии, показал, что большая часть
населения Монголии по генетическим характеристикам очень четко разделяется на три
группы. Возможно, здесь имеет место просто случайное совпадение, но подобного
рода результаты воодушевляют ученых на все новые и новые крупномасштабные
исследования .
Во всём этом просматривается еще одна аналогия между ДНКовым текстом и
языком человека. Из лингвистики известно, что развитие языка как средства
общения людей регулируется двумя противоборствующими процессами: дивергенцией
(расхождением, дифференциацией) и конвергенцией (схождением, интеграцией).
Первый из них происходит при распаде некогда единого языкового коллектива и
ведет к накоплению языковых различий, проявляющихся в образовании диалектов.
Напротив, в случае объединения племен (например, при формировании
государства) неизбежно начинается интеграция диалектов. Оба этих процесса происходят и
при эволюции генома. Они хорошо просматриваются при анализе геномов разных
популяций человека. Диалекты в языке — это снипсы и полиморфизм генов в
геноме . В ходе эволюции в геномах изолированных групп людей накапливаются разные
снипсы, происходит дивергенция геномов. При объединении этих групп в их
геномах появляются сходные полиморфизмы-диалекты. Более того, лингвистическая
география уже давно оперирует диалектными картами, весьма схожими с геногео-
графическими картами.
Итак, сейчас стало окончательно ясно, что человечество получило в свое
распоряжение надежный и воспроизводимый метод «генохронологии». Конечно, все это
чрезвычайно интересно не только для генетиков, историков и политиков, но и
для обычного читателя. Здесь кроется ключ к решению многих проблем, таких,
как поиск причин различных наследственных заболеваний, индивидуальной
восприимчивости к лекарствам, выяснению роли мутантных генов во взаимодействии
организма человека со средой обитания и многих других. Такой подход связывает
геномику с историей, лингвистикой, токсикологией, археологией,
палеонтологией , этнографией.
ЗАКОНЧЕНА ЛИ
ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕЛОВЕКА?
Кто не идет вперед, тот идет назад:
стоячего положения нет.
В. Г. Белинский
Уже самый факт происхождения человека
из животного царства обуславливает
собой то, что человек никогда не
освободится полностью от свойств, присущих
животному, и, следовательно, речь может
идти только о различной степени
животности или человечности.
Ф. Энгельс
Подавляющее большинство из нас безусловно ответит на вопрос, поставленный в
заголовке, положительно и будет отвергать любую возможность естественной и
тем более искусственной эволюции человека. В первую очередь, это люди
верующие, согласно мировоззрению которых, они были созданы творцом в качестве
венца и в таковом качестве в дальнейшем улучшении или развитии совершенно не
нуждаются. Во-вторых, это люди, которые, даже не будучи религиозными, считают
себя тем же венцом творения, просто потому, что человек объективно
представляет собой самое высокоразвитое существо на планете. Вообще-то средний
человек никогда даже не задумывается над такой проблемой, в его подсознании
просто преобладает чувство довольства собой. Удивление и непонимание вызывают
даже те, кто стремятся как-то развить свои умственные способности, поскольку
это требует значительных усилий. В романе «Подросток» Ф. Достоевский устами
своего героя Версилова выразил важную мысль: «А, и ты иногда страдаешь, что
мысль не пошла в слова! Это благородное страдание, мой друг, и дается лишь
избранным; дурак всегда доволен тем, что сказал».
По мнению многих антропологов, человек как вид практически не
эволюционирует уже на протяжении 30 тысяч лет. Вместе с тем окружающая среда, экология,
питание и образ жизни человека все время меняются. И это неизбежно на нем
отражается. Например, отмечаются некоторые микроэволюционные изменения
человека, такие, как грациализация скелета и редукция зубов. Общеизвестно, что
всего за последние 200 лет средний рост европейцев увеличился на 30 см. В наше
время изобилие жирной пищи поставило человечество еще перед одной проблемой —
избыточным весом. Сейчас мы увеличиваемся не в росте, а в объеме. Так,
согласно статистике, в 1980 году средний вес мужчин составлял 73,7 кг, женщин —
62,2. В 2000 году эти цифры составили соответственно 81,6 и 68,8 кг. Ученые
считают, что все чаще встречающийся у населения многих стран избыточный вес
принесет человечеству новые болезни и страдания.
Следует также иметь в виду, что в нашу эпоху генофонд человечества
испытывает все увеличивающуюся нагрузку в виде радиационного, химического и
электромагнитного загрязнения среды обитания, что влечет за собой увеличение
количества мутаций, связанных с развитием различных патологий, в частности,
опухолевых заболеваний. Ситуация меняется и в связи началом массового
применения технологии генной инженерии и искусственных манипуляций со структурой
ДНК. Совершенно очевидно, что от модификации ДНК модельных животных
организмов до ее направленного изменения у человека, передающегося по наследству, не
так много шагов. Следует также учитывать скрытую возможность влияния средств
массовой информации и глобальной сети Internet на психическую сферу человека.
Таким образом, не подлежит сомнению, что эволюция человека как вида будет
происходить и далее (хотя, естественно, очень медленно). Во-первых, нельзя
отменить законы генетики. Как бы мы не хотели, но мутации будут время от
времени возникать в нашем геноме (особенно в связи с ростом популяции и
нарушением экологии). Естественный отбор в обществе происходил, и будет
продолжаться независимо от нашего желания, одобрения или гневного возражения. Другое
дело, что это не тот искусственный отбор, который осуществляли, например,
спартанцы. В современном мире значение мускульной силы приобрело
второстепенное значение. Но отбор на интеллект как фактор самостоятельного выживания,
отбор на здоровое тело и дух будет продолжаться. И это несмотря на огромные
достижения, как в области медицины, так и в социальной защите населения.
Человеку еще предстоит многое сделать для своего собственного будущего, для
раскрытия своих истинных возможностей. До сих пор мы мечтали о том, как мы
изменим окружающую действительность, и мало думали о том, как бы нам изменить
самих себя. Однако закон эволюции требует от нас сознательного роста,
преобразования своей собственной природы. И созданная учеными-генетиками
Энциклопедия человека должна стать важным подспорьем в этом архиважном деле.
Некоторые представления о диапазоне способностей и возможностей
современного человека, определяемых геномом в сочетании с внешними условиями, дают
любопытные факты, собранные в хорошо известной Книге рекордов Гиннесса.
Вот отдельные из них:
• Наш современник Бханданта Висичара (Бирма) способен прочесть наизусть 16
ООО страниц буддийских текстов.
• Китаянка Гу Янлинь обладает способностью помнить наизусть 15 ООО номеров
телефонов города Харбина.
• Американка Барбара Мур за 19 дней исполнила по памяти 1852 песни от
начала и до конца.
• Самым высоким мужчиной на Земле был американец Роберт Першинг Уодлоу
(США) — 2 метра и 72 сантиметра.
• Самой высокой женщиной была Сен Чунлинь (Китай). Ее рост достигал 2
метров 4 8 сантиметров.
• Самым маленьким мужчиной считается Гал Мохаммед из Нью-Дели (Индия). Его
рост составляет 57 сантиметров, а вес — 17 килограмм.
• Самой маленькой женщиной была голландка Полин Мастере. Рост ее едва
достигал 61 сантиметров.
• Самым толстым мужчиной был Джонс Бровер Миннок из Бейнбридж-Айленда
(штат Вашингтон, США) . Его рост составлял 1метр 85 сантиметров, а вес
достигал более 635 килограмм.
• Самой толстой женщиной была Розали Брэдфорд (США). Ее максимальный вес
составлял 544 килограмма.
• Самым худым мужчиной был Хопкинс Хопкинс (Великобритания). В 7 лет Хоп-
кинс весил 8,6 килограмм. А к моменту смерти его вес составлял всего 6
килограмм.
• Самой худой женщиной была Лючия Сарате (Мексика) . В 17 лет она была
лилипуткой, которая при росте 67 сантиметров весила всего лишь 2,13
килограмма .
• Самую длинную шею имеют женщины из племени падаунг, наибольшая из них —
4 0 сантиметров.
• Самую большую грудь имел Роберт Эрл Хьюс из США. Ширина его груди
составляла 3 метра 15 сантиметров.
• Самые большие бицепсы имеет Дэнис Сестер из Блуминпона (штат Миннесота,
США). Его правый бицепс в расслабленном состоянии составляет 77,8 санти-
метра.
• И, наконец, последний рекорд: За пять секунд выпил кружку пива (1,42
литра) англичанин Питер Додсвелл.
Вот таков он, многоликий современный ЧЕЛОВЕК!
ЧАСТЬ IV. ЧТО ДЕНЬ ГРЯДУЩИЙ НАМ ГОТОВИТ?
Сделай первый шаг и ты поймешь,
что все не так страшно.
Сенека
В настоящее время, отвечая на вопрос, поставленный в заголовке этой части,
мы можем воспользоваться словами из известной оперы. Сегодня наш «взор
напрасно ловит» полное понимание того, что нам даст в будущем Энциклопедия
человека, к чему приведут дальнейшие успехи молекулярных генетиков. Тем не
менее, некоторые тенденции, надежды и сопутствующие им опасения уже можно
высказать сейчас.
ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА
КАК ОБЪЕКТ
ИСКУССТВЕННЫХ
МАНИПУЛЯЦИЙ
В связи с секвенированием генома человека и впечатляющими результатами,
достигнутыми при работе с геномами лабораторных и сельскохозяйственных
животных, с неизбежностью встал вопрос об искусственном вмешательстве в геном
человека . Сегодня, когда мы стали многое знать о геноме человека, наступило
время подумать и об использовании этих знаний в практических целях. В первую
очередь речь идет о лечении различных наследственных заболеваний человека.
Выше уже говорилось о первых успехах генной терапии, проводимой на уровне
соматических клеток, и о тех ограничениях, которые сопровождают этот подход.
Теперь ученые начинают думать и о других возможностях.
Огромное количество экспериментов, проведенных на трансгенных мышах и
других лабораторных животных объектах, показало, что различные сходные с
человеком патологии могут быть успешно преодолены у них с помощью искусственного
внедрения в генетический аппарат половых клеток новых генов или исправления в
половых клетках имеющихся «больных» генов. Список таких промоделированных на
животных заболеваний весьма широк: серповидноклеточная анемия, диабет, нейро-
дегенеративные нарушения, разные виды рака, дефекты иммунной системы и др.
Однако для человека этот подход пока неприемлем по целому ряду причин. В
первую очередь это связано с непредсказуемостью тех последствий, которые могут
быть вызваны такого рода манипуляциями с геномом. Не меньшую роль играют
здесь и морально-этические проблемы, на которых мы подробнее остановимся в
следующей главе.
Другой путь для лечения различных патологий человека, который сейчас широко
обсуждается, — это использование так называемых стволовых клеток человека.
Эти клетки имеются как у эмбрионов на самых начальных этапах развития (их
называют эмбриональными стволовыми клетками), так и в разных органах уже
взрослого организма. В процессе жизни стволовые клетки служат постоянным
источником все новых и новых специализированных клеток организма (клеток крови,
печени, почек, мозга и др.). На модели лабораторных животных уже показана
высокая эффективность использования таких клеток для лечения целого ряда болез-
ней, сходных с заболеваниями человека. Например, ученые вводили здоровые
стволовые клетки в мозг мышей с дефектом, передающимся генетическим путем.
Стволовые клетки перемещались туда, где нужно было восстановить погибшие
клетки, там они развивались, приобретали необходимый вид и успешно работали,
исправляя природный дефект.
Сейчас уже активно обсуждаются подходы к генетическим манипуляциям со
стволовыми клетками человека, их «лечению» на генетическом уровне и последующему
пересаживанию таких искусственно «излеченных» клеток человеку для преодоления
ряда тяжелых заболеваний, таких, как болезнь Альцгеймера, инсульт, рассеянный
склероз и других врожденных и приобретенных патологий.
Однако неоевгеники справедливо утверждают, что лечение генно-инженерными
методами уже родившегося человека с дефектной наследственностью не в
состоянии исправить дефектные гены в его половых клетках и, следовательно, спасение
таких индивидуумов от судьбы, уготованной им естественным отбором, позволит
им передавать дефектные гены своему потомству, что неминуемо будет приводить
к прогрессирующему ухудшению человеческого генофонда. По этой причине
предлагается осуществлять замену дефектного гена непосредственно в половых клетках
или клетках самых ранних человеческих эмбрионов. В этом случае от
наследственной болезни будет избавлен не только сам больной пациент, но и все его
будущие потомки. Но вот тут-то и возникает главная проблема.
Действительно, для принципиального решения вопроса о наследственной болезни
потребуются манипуляции с половыми клетками человека или с эмбрионами ранних
стадий развития. Однако такое вмешательство может не пройти бесследно.
Вылечивая определенные заболевания, мы можем параллельно создать такие
непредсказуемые изменения в геноме, которые потенциально будут в отдаленном будущем
иметь более серьезные негативные последствия, чем те, которые несут
конкретные генетические дефекты. Одно дело трансгенные мыши и даже трансгенная
обезьяна, совсем другое — трансгенный человек. Важно и то, что подобного рода
манипуляции проводятся на уровне половых клеток и ранних эмбрионов, когда еще
нет индивидуума как такового. А, родившись, трансгенный человек может и
предъявить иск его непрошеным «целителям».
Еще более серьезная проблема, возникшая на рубеже двух тысячелетий, которая
имеет отношение к искусственным манипуляциям с геномом человека, —
клонирование людей. Эта проблема появилась в связи с успешной апробацией процедуры
клонирования на различных лабораторных и сельскохозяйственных животных. К
началу 2002 года было клонировано большое число мышей, 50 овец, 78 телят, 6
поросят и даже две обезьяны. И вот теперь подходит очередь человека.
Эта проблема имеет широкий резонанс в обществе, вокруг нее возник большой
ажиотаж, появилось множество различных сенсационных сообщений. (Например,
сообщалось, что некоторые американцы собираются «клонировать» Иисуса Христа8,
используя образец ДНК, полученный из одной христианской реликвии, которая,
как считается, содержит частичку тела Иисуса.)
Дебаты о клонировании идут на разных уровнях: от обывателя на кухне до
парламентов разных стран и даже Совета объединенной Европы. Но, что удивительно,
далеко не все спорящие имеют четкое представление, как осуществляется
процедура клонирования, в чем ее суть, к чему она может привести. Зачастую
преобладают эмоции и обычная отрицательная реакция на все новое. Так, в свое время
отрицали пересадку органов, затем боролись с искусственным оплодотворением в
пробирке, пренатальной диагностикой и др. Теперь все это осталось позади.
Общество приняло многое из того, что разработали ученые. В мире ежедневно
пересаживается людям сотни чужих органов, ежедневно рождаются тысячи людей, зача-
Ну, если он является богом, то мог бы сделать это и сам. А зачем нужен второй
Христос, у нас и с первым проблем хватает?
тых в пробирках. И никакой трагедии для человечества нет. Теперь главный
раздражитель — клонирование людей.
Имеются мнения, что придумал метод клонирования еще в 40-х годах советский
биолог Георгий Викторович Лопашев. А в 50-е годы американские эмбриологи
Брике и Кинг «переоткрыли» этот метод. В конце 60-х гг. английский биолог Д.
Гёрдон опубликовал работу, в которой описал опыты с ядрами, выделенными из
клеток кишечного эпителия, почек, кожи и легкого уже взрослых шпорцевых
лягушек. Сначала он уничтожал ультрафиолетом ядра икринок, а затем подсаживал в
них ядра, выделенные из разных клеток головастиков. Работа была очень тонкая
и кропотливая, большая часть полученных таким образом икринок погибала, и
лишь совсем маленькая их доля (около 2,5%) развивалась в головастиков.
Взрослых лягушек получить таким образом не удавалось. Тем не менее, это был
определенный успех, и результаты этих опытов Д. Гёрдона уже давно попали во
многие учебники и руководства по биологии.
Собственно с тех пор и начались разговоры о клонировании млекопитающих,
включая человека. Упрощенная схема этой процедуры приведена на рис. 41.
Завершилась вся эта длинная история в 1997 году, когда в лаборатории Вильмата в
Шотландии появилась на свет овечка по имени Долли. В этом случае ученые пошли
чуть-чуть другим путем: они не трансплантировали ядро, а сливали соматическую
и половую клетки.
Донор тканевых
клеток
и\\
Клетки содержатся
в условиях,
сдерживающих рост и ЯД00
деление удаляется
Эмбрион растёт
е течение 7 дней
/ '.V;;' 1/1,0:^1
Рождается
клонированное
животное
Ядро ВВОДИТСЯ
в «пустую»
яйцеклетку
Эмбрион вживляется
суррогатной матери
Ядро
Ж удаляется
Донор неоплодотео
ренных яйцеклеток
Рис. 41. Общая схема процедуры клонирования любых животных
организмов (включая человека) с помощью пересадки ядер взрослых
соматических клеток в женскую половую клетку (яйцеклетку).
Для полной ясности следует отметить что, уже давно точные генетические
копии организмов (клоны) получает на своих шести сотках любой огородник,
размножая картошку клубнями или смородину отводками. Подавляющее большинство
растений способно размножаться вегетативным способом, и ни у кого этот факт
не вызывает удивления — он слишком для нас привычен, чтобы стать поводом для
сенсаций. Но вот теперь дошла очередь до человека. Ясно, что сегодня
клонирование человека вполне осуществимо с помощью имеющихся технологий и, может
быть, оно технически не сложнее, чем клонирование какой-нибудь овцы. Но здесь
главенствует этический вопрос.
В дальнейшем ситуация будет развиваться непредсказуемо. Однако следует
помнить, о чем мы уже говорили раньше, — очень многое в биологии человека
зависит от окружающей среды. И это одна из основных причин, почему полное
клонирование человека невозможно. Можно создать человека, который будет выглядеть,
как ваш близнец. Однако вероятность того, что у него будет такой же характер
и такие же интересы, как и у вас, весьма мала. Клоны никогда не будут
полностью идентичны своим прародителям.
Даже овца Долли не есть точная копия овцы, клетки которой использовали для
ее клонирования, так как она росла и развивалась совсем в другом окружении, в
матке другой суррогатной овцы. Любой клонируемый организм не наследует гены
митДНК своего «родителя», он будет нести митохондриальный геном того
организма, который предоставил для клонирования свою яйцеклетку. Клонированного
ребенка, вероятно, можно будет назвать «запоздалым» генетическим близнецом
своего «родителя», однако содержащим множество (причем совершенно
непредсказуемых) отличий.
Поэтому надежды на то, что с помощью генетической инженерии можно создавать
и клонировать людей с определенными свойствами (Гегеля, Моцарта, Шварцнегера
или Гитлера) пока явно не оправдываются. А ведь многие сторонники глубоко
внутри лелеяли надежду чуть ли не на личное бессмертие, на панацею от всех
бед и напастей человечества. Кто-то уже собирался нести в лабораторию свои
собственные клетки или бережно сохраненные кусочки тканей умерших
родственников... Дело дошло до того, что группа американских бизнесменов заявила о своем
новом проекте: они собираются клонировать вампира графа Дракулу. Для этого
они хотят выкопать останки Влада Дракулы9, который жил в XV веке в Трансиль-
вании. Именно этот человек стал прототипом героя известного романа Брэма
Стокера «Дракула». Нет предела человеческим желаниям и мечтам!
Таким образом, самое большое препятствие на пути к клонированию человека —
вовсе не техническая подготовленность к эксперименту, а неопределенность
результата и недостаточная оценка опасностей, таящихся в этой процедуре. Ясно,
что клонирование опасно прежде всего тем, что может привести к определенному
обеднению генетического фонда человека, повторяя дефекты генома и не давая
при этом ему никаких новых качеств. Много неожиданных проблем может
возникнуть с появлением человеческих уродцев как результата манипулирования с
клетками эмбрионов, с преждевременным старением клонов, с онкологией, с
иммунологией и др. Профессор Жан Доссе, лауреат Нобелевской премии по физиологии и
медицине (1980 г.), предупреждает: «В области генетики человека неразумное
использование новых технологий может привести к катастрофическим
последствиям» .
Так что давайте посмотрим на все это в реальной плоскости. Первое, на что
хотелось бы обратить внимание, это то, что клонируемый человек, как и любой
зачатый естественным путем, сначала должен пройти все стадии нормального
эмбрионального развития. В результате через 9 месяцев он появится на свет из
утробы женщины, согласившейся принять в себя генетически модифицированную
яйцеклетку (суррогатная мать). Потом пройдут долгие годы, пока новорожденный
станет тем, что мы от него ждем. Если мы, например, пытаемся клонировать ка-
Влад III, также известный как Влад Цепеш и Влад Дракула (1431—1476) — господарь
Валахии в 1448, 1456—1462 и 1476, пил кровь своих подданных и врагов не в прямом
смысле, а в переносном. Он прославился необычайной жестокостью, пытками и казнями.
Прозвище «Цепеш» («Колосажатель») получил за увлечение этим видом казни. Прозвище
Дракул (Дракон) Влад унаследовал от отца, состоявшего (с 1431 г) в элитном рыцарском
ордене Дракона, созданном императором Сигизмундом в 1408 году.
кую-то выдающеюся личность, то придется ждать очень долго, пока станет ясно,
что результат достигнут или не реализовался. В реальности — скорее всего нет.
Дело в том, что «близнец» в скорее всего вырастет внешне только внешне очень
похожим на образец. Но на протяжении многих лет жизни генетической копии не
возможно воспроизвести все те условия, которые сопутствовали в течение жизни
его образца. На своеобразие психической деятельности человека, по современным
данным, геном оказывает воздействие, которое оценивается максимум на 50%. А
вот другие 50% зависят от очень многого, но не от генома. Здесь вносят свой
вклад и окружение, и воспитание, и образование, и сопутствующие заболевания,
и даже просто питание. Мы не зря выше говорили об однояйцовых близнецах — они
нам демонстрируют результаты клонирования, которое осуществляет сама природа.
Вернитесь к соответствующему разделу и вспомните о результатах многолетних
исследований близнецов в генетике. По словам К. Вентера, можно создать
человека, который будет выглядеть как ваш близнец, однако вероятность того, что у
него будет такой же характер, такие же способности и такие же интересы, как и
у вас, «близка к нулю». Ксерокопировать людей невозможно.
Далее. Никто особо не задумывается над тем, что у новорожденной «копии» с
самого рождения не будет родителей в полном смысле этого слова. Точнее,
конечно , он будет, но, в отличие от других, только один. Условным «родителем»
служит донор клеточного ядра: условный «папа», если родился мальчик, или
условная «мама», если родилась девочка. Сегодня клонирование себя могут себе
позволить только очень состоятельные люди, которые, как правило, уже прожили
свой век. Их генетическая копия с большой вероятностью большую часть жизни
проведет без того человека, который решился на свое клонирование. Есть ли
уверенность, что эта копия будет благодарной своим создателям, которые не
пожалели сотни тысяч долларов на это? Не осудит ли она их, когда подрастет, не
начнет ли она из чувства противоречия жить совершенно по другим правилам,
нежели те, которыми руководствовалась ее исходная «матрица»? Предположим,
родитель был великим спортсменом, а копия оказалась страшно ленивой или склонной
к «богемной жизни» или к философствованию. Таков может быть совершенно не
прогнозируемый результат «создателя». Поэтому надежды на то, что с помощью
современных подходов можно создавать людей с определенными свойствами, пока
явно не оправдываются. А ведь некоторые уже надеялись чуть ли не на личное
бессмертие.
Не менее важными, а может быть, даже более важными, чем перечисленные выше,
являются другие проблемы, связанные с клонированием человека. Технология
клонирования отработана пока лишь только на животных (единичные указания на
клонирование эмбрионов человека можно не принимать во внимание, и даже если
появятся сообщения о клонировании одного-двух людей, это еще не решение
вопроса) . Дело в том, что даже с животными не все ясно. Не накоплено достаточно
данных, чтобы исключить, что клонированные организмы могут иметь такие
свойства, которые порой мало совместимы с нормальной жизнью, такие, например, как
укороченное время жизни (ускоренное старение), предрасположенность к развитию
у них различных патологий, включая нейродегенеративные заболевания, рак и
иммунологические расстройства.
Известно, что при клонировании животных часто возникают многочисленные
уродцы, организмы, несущие различные патологии. Что же будут делать с такими
«дефектными» копиями, которые с неизбежностью появятся на свет, особенно на
начальных этапах клонирования человека? Задумываются ли об этом те, кто
планирует или уже приступил к этому? Все вышесказанное однозначно указывает на
то, что сегодня никто не имеет никакого морального права заниматься
клонированием людей.
Однако следует понимать, что прогресс в науке продолжается, и ничто и никто
не может его остановить. И, видимо, не в столь уж отдаленном будущем мы с ва-
ми будем свидетелями рождения первого человеческого клона . Хочется
надеяться лишь, что это реально произойдет только после всестороннего изучения
возможных негативных последствий такого эксперимента, а не в результате действий
какого-нибудь авантюриста, движимого или славой Герострата, или огромными
деньгами. В перспективе можно ожидать, что клонирование поможет отдельным
семейным парам, в которых кто-нибудь из родителей страдает тяжелыми
генетическими болезнями, а особенно если больны оба родителя. Так, если ген,
определяющий какую-либо патологию, содержится в хромосомах отца, то при
клонировании в яйцеклетку матери можно пересаживать ядро ее собственной соматической
клетки, — и тогда появится ребенок, лишенный опасных отцовских генов, который
будет копией матери. Если дефектный ген содержится в хромосомах матери, то в
ее яйцеклетку можно пересадить ядро соматической клетки отца — появится
здоровый ребенок — копия отца.
Тем не менее, думается, что сегодня на повестке дня стоит не клонирование
человека как целого организма (репродуктивное клонирование), а клонирование
его отдельных клеток. Последняя процедура получила специальное название —
терапевтическое клонирование. Суть этого перспективного направления вот в чем.
У эмбрионов на ранних стадиях развития имеются уже упоминавшиеся
эмбриональные стволовые клетки. Кроме того, практически во всех органах взрослого
организма наряду с хорошо дифференцированными клетками, составляющими основную
массу этого органа, в очень незначительном количестве присутствуют
специальные стволовые клетки. Стволовые клетки в условиях in vitro под «руководством»
экспериментатора могут быть превращены в любые другие типы клеток, имеющихся
у взрослого организма. Далее они могут быть перенесены в тот или иной
пораженный орган и способствовать восстановлению его функций. Являясь
собственными клетками организма (т.е. иммунологически идентичными), искусственно
перенесенные клетки не будут отторгаться. Теоретически все это относительно
просто , но до реальной широкой практики дело пока не дошло.
Ясно, что кроме чисто научных проблем и опасений, существуют и
многочисленные морально-этические проблемы, связанные как с геномом человека вообще, так
и с искусственными манипуляциями с ним, и с клонированием человека. Теперь и
поговорим об этом подробнее.
ЭТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
(Этика + Генетика = ГенЭтика)
Если существуют два или более способа
сделать что-либо, причем использование
одного из этих способов ведет к
катастрофе, то кто-нибудь изберет именно этот
способ.
Закон Мэрфи
То, что полезно по своей природе и
сущности, нельзя отвергать из-за какого-то
зла, наличествующего в нем побочно.
Ибн-Рушд (Аверроэс)
Успехи, достигнутые в результате успешного осуществления проекта «Генома
человека», породили не одни только радужные ожидания, но одновременно и обос-
В начале 2003 года уже было объявлено, правда, без всяких научных доказательств,
о появлении на свет первой клонированной девочки — Евы.
нованную большую тревогу, как ученых, так и широкой международной
общественности. Об этом сейчас много пишут в газетах и солидных научных журналах,
проводят дискуссии на радио и телевидении. Какие же высказываются опасения,
почему звучат сомнения в важности достижений генетиков в изучении генома
человека, какие этические соображения высказываются против искусственных
манипуляций с геномом человека? Что же такое «игры с ДНК человека» — путь к
«эликсиру жизни» или все же «подарок дьявола» и «мина замедленного действия»?
Частично обо всем этом уже говорилось выше. Продолжим этот разговор.
Сначала несколько слов об этике вообще. Этот термин впервые употреблялся
Аристотелем (правда, тогда он имел несколько иной смысл, чем сегодня). Сейчас
этические нормы иногда формулируют известными словами В. Маяковского «что
такое хорошо, а что такое плохо», что понятно даже детям. Мы соблюдаем эти
нормы, если поступаем в нашей жизни так, чтобы хорошего было побольше, а плохого
— поменьше. Существенно, что этот моральный принцип всегда довлел над наукой
и медициной. У человека, в отличие от животных, этика базируется на тех или
иных идеологических доктринах. Ранее, и в какой-то мере сейчас, в этом
принимала участие этика религиозная. Этическая регламентация медицинской
деятельности известна со времен Гиппократа. Когда мы жили по «моральному кодексу
строителей коммунизма», то и тогда присутствовала определенная строгая этика,
обязательная к исполнению всеми членами общества. Существует также этика,
которая устанавливается по взаимной договоренности людей или человеческих
общностей: как им вести себя по отношению друг к другу. Она была сформулирована
еще в XVIII веке Жан-Жаком Руссо в его трактате «Общественный договор», где
расписывалось, как люди договариваются, чтобы друг другу поменьше вредить и
побольше оказывать пользы, стараясь при этом обеспечить и себе максимум
пользы, но не во вред другим. Все мы живем в едином сообществе, никто не может
сказать: остановите землю — я сойду. А коли так, то этические нормы должны
быть общими для всего человечества.
Сегодня биоэтику определяют как «свод принципов и норм, действующих на
основе традиционных духовных ценностей в области здоровья и здравоохранения и
регулирующих в этой сфере взаимоотношения государства с обществом, семьей и
личностью, а также взаимоотношения медицинского работника и пациента в связи
с медицинским вмешательством». Сохраняет свою актуальность тезис Гиппократа
«не вреди», означающий, что этично применять к какому-либо лицу только те
воздействия, которые не принесут вреда ему и его потомкам.
По-видимому, впервые по крупному человечество столкнулось с этической
проблемой в науке при создании атомной бомбы. Этот пример, наверное, еще долго
будет приводиться как иллюстрация разных возможностей использования одного и
того же научного достижения. Организаторы проекта «Геном человека» учли это
обстоятельство с самого начала. По их инициативе было развернуто широкое
изучение социально-этических проблем, которые могут возникнуть в связи с
проникновением научной мысли в сокровеннейшую тайну человека — его генетический
аппарат. Биоэтика была подключена ко всем вопросам, которые могли возникнуть в
связи с полным секвенированием генома человека. И, что существенно, на это в
проекте «Геном человека» были сразу выделены значительные средства.
Еще в 1883 году вездесущим англичанином (антропологом, психологом и
основоположником биометрии) Ф. Гальтоном был предложен новый термин «евгеника»,
которому было дано следующее определение: «Изучение подлежащих общественному
контролю влияний, могущих улучшить или ухудшить как физические, так и
умственные качества грядущих поколений». Наиболее ярко евгенестические
представления начала прошлого века отражены в знаменитом письме Мюллера11. Но непред-
Имеется в виду письмо направленное И. Сталину в 1936 году (в самом начале гонений
на генетику) американским генетиком Германом Джозеф Мёллером, который работал в Со-
виденные последствия таких соблазнов тогда пугали многих. Так, эти опасения
нашли метафорическое отражение в романе М. Булгакова «Собачье сердце».
Профессор Преображенский, создавший Шарикова, горестно восклицает: «...я заботился
совсем о другом, об евгенике, об улучшении человеческой породы... Вот, что
получается, когда исследователи, вместо того, чтобы идти ощупью и параллельно с
природой, форсируют вопрос и приподымают завесу: на, получай Шарикова и ешь
его с кашей... Зачем надо искусственно фабриковать Спиноз, когда любая баба
может родить его когда угодно».
Но теперь ясно, что евгеника в свое время стала одним из стимулов
зарождения и развития генетики человека и ее важной части — медицинской генетики.
Поставленные евгеникой цели — освободить геном человека от вредных
наследственных мутаций и обогатить его ценными для физического и умственного развития
генами — остаются актуальными и сегодня. Однако для этого только теперь
наступило время. Сейчас можно провести параллель между ранними евгеническими
соблазнами и реальными возможностями манипулировать с генетическим аппаратом
человека, появившимися в самом конце предыдущего века.
Между тем до сих пор решение этических проблем, связанных с геномными
исследованиями, порой напоминает прогулку по острию ножа. Дело в том, что еще
до недавнего времени слова «геном», «гены», «ДНК» вызывали ассоциации лишь с
фундаментальными исследованиями заумных «очкариков», ученых-генетиков. Мало
кто мог подумать, что все это станет для нас серьезнейшей проблемой, которая
будет обсуждаться на уровне президентов и парламентов. Но теперь поняли, что
так же, как в свое время при изучении атома, исследования генома человека
могут принести как колоссальную пользу, так и огромный вред для человечества.
Стало абсолютно очевидным, что молекулярная генетика способна спасти людей от
сотен ранее неизлечимых болезней, имеющих наследственную и приобретенную
природу. В то же время теперь возникла серьезная проблема — необходимость
учитывать предотвращение даже малейшей возможности того, чтобы искусственное
вмешательство в геном человека не привело человечество к генетическим «хироси-
мам» и «чернобылям».
Очевидно, что для лечения человека вполне приемлемы и новые лекарства,
разработанные на основе знания о структуре генома, и методы генной терапии на
уровне соматических клеток, и современные способы диагностики. Все это не
вызывает особых споров. Тем не менее, новое знание и новые возможности породили
достаточно большое число новых этических проблем. Остановимся на некоторых из
них.
Так, для многих наследственных заболеваний еще нет эффективных способов
лечения. Но вот, предположим, врачи диагностировали у человека серьезную
патологию, ведущую к смерти, которая может произойти лишь через 20 или даже 40
лет (а может и не произойти). Что делать в этой ситуации? Надо ли или не надо
информировать больного человека об этом? Это один из главных вопросов,
стоящих перед медико-генетическим консультированием уже много лет, но
однозначного ответа на который нет и сегодня. Другая проблема, хотя пока еще несколько
отдаленная, связана с тем, кто и как может распорядиться информацией о геноме
конкретного человека, и не существует ли потенциальной опасности
распространения персональной информации без разрешения тех, кого она касается. Дело со
всей очевидностью идет к тому, что вскоре каждый из нас будет иметь свой
личный генетический паспорт. Некоторые фирмы уже дают рекламу на изготовления
таких паспортов (правда, цена их сегодня пока еще очень велика — около 800
тыс. долларов за один паспорт). Это, конечно, чрезвычайно важно во многих
случаях для сохранения нашего здоровья и порой даже для предотвращения
преждевременной смерти. Но с появлением генетического паспорта можно ожидать и
ветском Союзе с 1933 по 1937 г.
возникновения новых морально-этических проблем. У всех нас есть какие-то не
очень хорошие гены. Так, считается, что каждый человек несет от 5 до 10
«плохих» генов, которые могут при определенных обстоятельствах привести к
появлению некоторых заболеваний у нас самих или у наших детей — если именно эти
гены достанутся им. Генетик М. Кабак из Калифорнийского университета
утверждает: «Мы все — мутанты, все генетически дефектны». Самому человеку и лечащему
его врачу полезно было бы об этом знать, чтобы быть предупрежденным об
опасности того или иного заболевания и определить выбор наиболее радикального
способа профилактики и лечения. Но очевидно, что эта информация может иметь и
немалую коммерческую ценность, которая может быть использована против самого
человека. В этой связи и возникает вопрос: кто может иметь доступ к этой
информации? Как она должна храниться и кем использоваться? Подобная информация
в нашем несовершенном обществе сможет стать предметом торговли и шантажа.
Понятно, что, например, различные страховые компании будут стремиться любыми
способами узнать о генетической предрасположенности клиента к каким-либо
болезням, а после получения соответствующей информации станут требовать от него
повышенной платы за страховку. Безусловно, генетический паспорт заинтересует
и работодателей. Они, учитывая генетические данные, могут отказывать в найме
на работу, поскольку при некой известной генетической конституции
определенная работа теоретически может повысить риск возникновения того или иного
заболевания. Приведем в качестве примера историю с бывшим Президентом США
Рональдом Рейганом. Его президентство оставило полезный вклад в экономику
страны (вспомним термин рейгономика). Но после выхода на пенсию Рейган был
поражен тяжелой формой болезни Альцгеймера. Оказалось, что у него и членов его
семьи имеется наследственная мутация, которая и привела к развитию этого
заболевания. А теперь давайте ответим на вопрос: был бы Р. Рейган выбран
Президентом США, если бы в те далекие годы могли диагностировать такую мутацию и
эта информация стала бы достоянием широкой американской общественности перед
выборами?
Так что высказанные выше опасения совсем не умозрительны и не беспочвенны.
Мы уже имеем пример из современной истории, как генетическое тестирование
обернулась скорее злом, чем благом. Речь идет о проведенной в начале 70-х
годов в США правительственной программе по выявлению носителей мутантного гло-
бинового гена, обуславливающего такое неприятное заболевание, как серповид-
ноклеточная анемия. Мутация, приводящая к этой патологии, распространена в
основном в малярийных районах Африки и ряде других жарких стран. Само
Заболевание связанно с присутствием в эритроцитах ненормального варианта белка
гемоглобина, в результате чего эритроциты крови приобретают специфическую
«серповидную» форму, а у больного развивается тяжелая анемия, иногда приводящая к
смерти. В 1972 году в рамках борьбы с малярией на паспортизацию людей было
истрачено свыше 100 млн. долларов. Методика выявления носителей этого гена к
тому времени уже была разработана, она оказалась довольно простой, наличие
мутантного гена можно было определить с помощью анализа одной капли крови.
Программа генетического обследования на выявление носителей гена серповиднок-
леточной анемии была проведена среди американцев африканского происхождения и
поначалу получила бурное общественное одобрение. Однако вскоре после этого
начались неожиданные серьезные осложнения. Выяснилось (хотя думать об этом
надо было раньше), что общество не знает, как распорядиться результатами
этого широкомасштабного обследования. Во-первых, людей, абсолютно здоровых, но
несущих ген серповидноклеточной анемии, стали считать больными, а у самих
этих людей возник комплекс неполноценности и даже вины. Во-вторых, возникли
сложности с медицинскими страховыми компаниями. В-третьих, появились новые
формы сегрегации — отказ в приеме на работу на основании геномной
диагностики. В частности, авиакомпании перестали принимать к себе носителей мутантного
глобинового гена, поскольку, как они посчитали, существует риск обострения
заболевания и распада эритроцитов при снижении давления кислорода на большой
высоте.
Естественно, не хотелось бы и в третьем тысячелетии вновь наступать на одни
и те же грабли. По этой причине, чтобы в будущем избежать негативного
развития событий, различные специалисты уже сейчас интенсивно трудятся над
выработкой необходимой законодательной базы. В настоящее время, чтобы уберечь
человека от дискриминации, удалось выработать ряд этических и правовых норм,
которые должны если не предотвратить полностью, то, по крайней мере,
существенно нейтрализовать негативные последствия. Основная из них заключается в
том, что информация о генах определенного индивидуума не может быть передана
третьим лицам без его ведома. Даже если кто-то захочет использовать ее для
исследовательских целей, он прежде должен будет проинформировать об этом
конкретного человека и получить его согласие. В частности, Конгресс США уже
принял ряд законов, запрещающих возможные злоупотребления в этой области.
Конфиденциальность наследственной информации каждого человека считается одним из
неотъемлемых прав личности.
Однако в некоторых конкретных обстоятельствах эти на первый взгляд
совершенно разумные нормы также могут породить серьезные конфликты интересов.
Приведем такой пример. У некого индивидуума выявлено определенное отклонение в
генетическом аппарате, которое в скором времени может привести к развитию у
него очень серьезного заболевания. Эта информация может быть в буквальном
смысле жизненно важной для его близких и родственников, в частности при
вступлении такого индивидуума в брак. Должны ли родные и близкие люди открывать
друг другу сведения, содержащиеся в своем генетическом паспорте? Здесь
сколько «за», столько и «против». К сожалению, до сих пор все эти проблемы пока не
решены.
Или другой интересный пример. В 2002 году появилось сообщение об
идентификации «гена преступности». 85% процентов мальчиков, у которых один из генов
содержал определенную мутацию, оказывались склонными к антиобщественному
поведению во взрослой жизни. В этой связи британский Совет по биоэтике пришел к
выводу, что судьи должны иметь возможность изучать генетическую структуру
обвиняемых перед вынесением приговора, а генетическая предрасположенность
человека к антиобщественному поведению должна быть для суда таким же фактором,
как психиатрическое освидетельствование. По мнению экспертов Совета,
выявление генетической предрасположенности к преступлению даст возможность
назначить человеку определенное лечение, вместо того, чтобы отправить его на
многие годы в тюремную камеру. Но это мнение не бесспорно. Ясно, что генетика не
должна стать поводом для безоговорочного оправдания подсудимых.
Остается сложной и проблема собственности на информацию о геноме человека
вообще, о патентовании вновь выявляемых генов человека. По этому вопросу уже
прошли жаркие дебаты между учеными, финансируемыми частным капиталом и
поддерживаемыми государством, и даже между разными странами (в частности, между
США и Европой, между Европейским Союзом и Советом Европы). Одни настаивают:
генетическая информация, коль скоро она была кем-то расшифрована, то есть
открыта вновь, должна быть собственностью осуществившего эту расшифровку
исследователя и защищаться патентом. Каждый, кто захочет воспользоваться ею,
обязан за это платить; патентная защита интеллектуального вклада тех, кто
расшифровывает гены, станет мощным стимулом для дальнейшего прогресса
исследований. Однако их оппоненты настаивают на другом: генетическая информация
создана самой природой, и ее собственником скорее следует считать того, в чьих
генах она содержалась, чем того, кто ее «прочел»; патентование генов ограничит
доступ ученых к информации и тем самым не ускорит, а затормозит исследования.
Пока и по этой проблеме общепризнанной точки зрения нет.
Особняком стоит вопрос о клонировании человека. Выше мы подробно
рассматривали эту проблему. Здесь кратко остановимся только на некоторых связанных с
ней морально-этических аспектах. Уже говорилось о том, что существующий на
сегодняшний день метод пока еще нельзя считать абсолютно безопасным. Многое
еще остается неясным. Так, нет ответов на вопросы, как скажется на клонах
влияние так называемого генетического импринтинга (разного проявления у
потомков одних и тех же генов, но произошедших от отца или матери) , как будет
происходить старение такого организма и его клеток, как отразятся на клонах
возможные мутации в ядрах клеток-доноров, как клонирование скажется на
здоровье, на склонности к различным заболеваниям, в частности, к раку. Тем не
менее , целый ряд ученых заявляли и заявляют, что они готовы или даже уже
приступили к клонированию людей. Такие безответственные заявления вызвали массу
протестов в обществе. Срочно были приняты меры на государственных уровнях.
Клонирование человека было запрещено во всех цивилизованных странах. Сейчас в
Японии экспериментаторам за эксперименты по клонированию человека и создание
химероподобных существ (скрещивание генов человека с животными) грозит от 3
до 7 лет тюрьмы. В Германии наказание — 5 лет, во Франции — до 20. В США
нарушителю моратория обеспечены 10 лет заключения и миллион долларов штрафа. В
России в 2002 году также введен мораторий на 5 лет на клонирование людей.
Однако надо понимать, что все это не может остановить начавшийся процесс.
Всегда найдутся (например, в странах второго мира, или на необитаемом
острове, или, в конце концов, на корабле в мировом океане) авантюристы, которые за
большие деньги клонируют все-таки определенного богатого и очень амбициозного
человека, или его погибшего, но сильно любимого ребенка, или какую-нибудь
выдающуюся личность прошлого. И это, по-видимому, неизбежно. Несмотря на все
возражения, протесты и запреты клонирование человека произойдет в самое
ближайшее время. Безусловно, уже мы с вами будем свидетелями этого события и
невольными наблюдателями за реальными его последствиями.
Сторонники клонирования часто задают саркастический вопрос: если запрещаем
клонирование людей, может быть, одновременно нужно запретить и рождение
естественных близнецов? Но это, конечно же, не вопрос, а попытка подмены понятий.
Более существенен другой вопрос: являются ли все клетки человека его
неотъемлемой собственностью, с которой он может делать что угодно, вплоть до
выращивания из них собственных копий, а вот другим без его разрешения ничего делать
с его клетками не разрешено? Если ответить утвердительно на последний вопрос,
то многие люди могли бы подать иски на лаборатории и клиники, где в
экспериментах используются различные клетки их самих или клетки их родственников
или, наконец, абортивный материал. Один из примеров тому — раковые клетки
HeLa, которые были получены из карциномы шейки матки некой Хелены, американки
африканского происхождения, скончавшейся в далеких 50-х годах XX в. в США. С
тех пор в десятках биологических и медицинских институтов мира проделаны
сотни тысяч опытов на этих клетках, что происходило без всякого согласия на то
ее самой и ее родственников.
Так как же все-таки можно ответить сегодня на вопрос: следует ли
клонировать человека? Конечно, научный прогресс не остановить. Не так давно многих
возмущали «дети из пробирки», трансплантация органов, а раньше крайне
удивляли самолет, кинематограф, телевидение, лазер и др. Наверное, все равно
настанет время, когда, по крайней мере, данные, полученные в области клонирования
людей или на основе его принципов, войдут в повседневную жизнь. Хотелось бы
только, чтобы общественное мнение базировалось не на поверхностных
представлениях о них, а на глубоком знании предмета и было направлено на благо как
сегодняшнего человека, так и будущих поколений.
Пока вокруг клонирования и манипуляций с эмбриональными стволовыми клетками
человека идут научные дискуссии, в США было принято чисто фарисейское реше-
ние. Президент разрешил финансирование из бюджета США исследований на основе
использования уже существующих стволовых клеточных линий человека, поскольку
эмбрионы, из которых были созданы существующие стволовые клеточные линии, уже
уничтожены и не способны далее развиваться в человеческие существа и,
следовательно, грех человекоубийства не будет довлеть над исследователями. Европа
в целом пока не поддержала это начинание, хотя нельзя думать, что это
навсегда.
Считается, что проблема клонирования, хотя и привлекает к себе большое
внимание, в реальности пока не входит даже в сотню наиболее важных проблем
человечества. Значительно более актуальна борьба с дефектной наследственностью.
Как уже говорилось выше, уже найдены гены, связанные со множеством патологий
человека, с помощью современных генно-инженерных методов и генной терапии уже
возможно лечение ряда наследственных и приобретенных заболеваний. С точки
зрения медицинской, да и просто человеческой этики, нельзя оставить без
помощи медицины страдающего, особенно когда для этого имеются соответствующие
подходы и средства. Но все эти используемые в настоящее время подходы,
средства и методы направлены на соматические клетки нашего тела. Половые
(зародышевые) клетки (сперматозоиды и яйцеклетки) по современным этическим и
правовым нормам не могут быть объектом вмешательства, так как воздействие на
зародышевые клетки в том или ином виде может сказываться на потомстве.
Последствия таких вмешательств могут обнаружиться лишь в череде поколений, и есть
риск того, что эти последствия окажутся чрезвычайно опасными. Таким образом,
современная генная терапия направлена только на соматические клетки. Однако,
что чрезвычайно важно, при этом в половых клетках «излеченных» пациентов
дефектные гены сохраняются! В результате спасения таких индивидуумов от судьбы,
уготованной им естественным отбором, т.е. в конечном итоге от смерти, они в
дальнейшем смогут передавать аномальные гены своему потомству.
Это неминуемо будет приводить к прогрессирующему ухудшению человеческого
генофонда. Вот еще одна этическая дилемма, которая стоит перед человечеством.
Некоторые ученые полагают, что ее решение заключается в поиске подходов к
безопасному «лечению» половых клеток человека. Но здесь мы вновь оказываемся
в очень спорной и наиболее пугающей области возможного применения тех знаний,
которыми вооружает нас современная генетика. Речь идет о таком вмешательстве
в геном, которое направлено на то, что когда-то именовалось улучшением
человеческой породы, или евгеникой.
В настоящее время, благодаря успешной реализации проекта «Геном человека»,
произошло определенное оживление интереса к евгеническим идеям. Все чаще и
чаще евгенические подходы и принципы рассматриваются как возможный выход из
надвигающейся на нас генетической катастрофы — безнадежного ухудшения
качества «генетического материала» — генофонда человека. Однако в отличие от своих
предшественников нынешние приверженцы евгеники больше уповают на
совершенствование отдельных индивидов, чем больших социальных групп.
Колоссальные достижения в познании структуры генетического аппарата
человека и, в не столь уж далекой перспективе, возникновение подходов к
направленному его изменению с новой остротой ставят вечные вопросы: что же такое
человек, насколько пластична или, напротив, консервативна его генетическая
природа, что можно и что нельзя насильственно менять в нем, какова биологическая
опасность искусственных геномных манипуляций для вида гомо сапиенс, не станет
ли теперь реальностью целенаправленное изменение человеческой расы, о котором
мечтали евгеники? Пока реальных предпосылок к этому не видно, хотя
теоретически такую возможность исключить нельзя. При решении подобных вопросов нам
приходится полагаться не только на знания, которые открывает наука, но и на
то, что мы, люди, считаем морально дозволенным в воздействии на человеческий
геном. Думается, что человечеству хватит мудрости и здравого смысла, чтобы
обратить в свою пользу результаты, достигнутые в изучении генома человека.
Один из главных действующих лиц в геномном проекте Крег Вентер считает, что
для полного определения функций всех генов может потребоваться около ста лет,
а до тех пор о заметных направленных изменениях в геноме говорить не
приходится. Но такая оценка не может успокаивать, так как ненаправленные
изменения, в том числе и вредные, теоретически и практически могут быть
осуществлены уже сейчас.
Существуют также опасения относительно того, не могут ли новые данные о
геноме человека быть использованы для создания биологического оружия нового
типа, например, опасного только для некоторых популяций или рас? Вопрос вполне
правомерный, и пока на него нет однозначного ответа. Вместе с тем, имеющиеся
данные о различиях в структуре геномов разных популяций людей указывают пока
на отсутствие возможности появления такого оружия. Ряд ученых считает, что
гораздо большую опасность для человечества могут представлять данные по
определению структур ДНКовых текстов многочисленных болезнетворных бактерий и
вирусов. Тем не менее, в этих случаях подобный вопрос почему-то практически не
возникает.
В нашей стране все перечисленные выше проблемы имеют свою специфику. У нас
генетика долгое время пробивала себе законное место под солнцем. Да и вообще
вся естественная наука, не связанная напрямую с военной проблематикой,
большую часть XX века не была у нас в почете. Однако времена постепенно меняются
и генетику не только признали как науку, но и стали ориентироваться на ее
достижения.
Сегодня сохраняется насущная потребность в разработке международно-
признанных этических норм, которые бы регулировали искусственное
вмешательство в геном человека. Сейчас этим активно занимаются такие международные
организации, как Совет Европы, ЮНЕСКО, ВОЗ. Попыткой установить эти нормы служит
Всемирная декларация «О геноме человека и правах человека», разработанная
Международным комитетом ЮНЕСКО по биоэтике и принятая Генеральной конференцией
ЮНЕСКО в 1997году.
Из Всемирной декларации
о геноме человека
и правах человека
Исследования генома человека открывают широкие перспективы в области
улучшения здоровья и процветания каждого человека и всего человечества в целом.
Применение генетических исследований должно, однако, регулироваться
надлежащим образом для защиты от евгенической практики, которая идет вразрез с
человеческим достоинством и правами человека.
Результаты исследования генома человека ни в коем случае не должны быть
использованы в военных или агрессивных целях...
Геном человека есть составная часть общего достояния человечества.
Геном каждого человека представляет его особую генетическую
индивидуальность .
Личность человека не может быть сведена только лишь к его генетическим
характеристикам. Каждый имеет право на уважение его прав и достоинств вне
зависимости от этих характеристик...
В области биологических и генетических исследований защита личности будет
гарантировать неприкосновенность человечества как вида, а также уважение
достоинства , свободы и прав каждого из его членов.
Каждый имеет право извлекать пользу из достижений биологии и генетики...
Никакие достижения в области биологии и генетики не должны превалировать
над уважением человеческого достоинства и прав человека...
Никакое воздействие на геном человека (в научных ли, терапевтических или
диагностических целях) не может быть предпринято без строгой предварительной
оценки возможных последствий, а также без предварительного свободного
согласия заинтересованного лица...
Никто не может быть подвергнут дискриминации на основании генетических
характеристик...
Генетические данные, связанные с конкретным человеком, хранящиеся или
обрабатывающиеся в исследовательских или любых других целях, должны быть защищены
от третьих лиц.
Каждый человек имеет право на справедливую компенсацию ущерба, явившегося
прямым результатом воздействия на его геном.
Государства обеспечивают интеллектуальные и материальные условия,
благоприятствующие исследованию генома человека настолько, насколько это исследование
способствует продвижению в познании, облегчению страданий, улучшению здоровья
и процветанию человека и человечества в целом.
Исследования в биологии и генетике влекут за собой особую ответственность,
требуют от ученых тщательности, осторожности и интеллектуальной честности.
Государства должны гарантировать действенную помощь гражданам, семьям и
группам населения, нетрудоспособным или подверженным болезням из-за аномалий
генетического характера.
ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОГНОЗЫ
Мы не можем вырвать ни одной страницы
из нашей жизни, хотя легко можем
бросить в огонь саму книгу.
Ж. Санд
Давно уже существовало мнение, что XXI век станет веком биологии. Сегодня
по сути дела сбывается предсказание великого физика современности Нильса
Бора, который в 50-х годах прошлого века неоднократно заявлял, что в ближайшем
будущем наиболее интенсивное проникновение в тайны природы станет
прерогативой не физики, а именно биологии. Среди наук, занимающихся биологическими
проблемами, наиболее продуктивной оказывается молекулярная генетика.
На рубеже тысячелетий, на основе успехов по определению структуры генома
человека и многих других организмов, возникло совершенно новое направление
молекулярной генетики — геномика, изучающая не отдельные гены, а целые
геномы, их функциональную значимость как единого целого. Выше мы уже ознакомились
с тем, как геномика охватила многие сферы деятельности человека, она уже
вторглась в медицину, этнографию, лингвистику, антропологию и другие области
гуманитарного знания. Появились специальные ответвления: медицинская
геномика, этногеномика, палеогеномика, геноинформатика, генотоксикология и др. В
последние годы из геномики выросло еще одно важное направление — протеомика,
которая занялась по сути дела инвентаризацией всех белков клетки, анализом их
функции и взаимодействия друг с другом. Ясно, что задачи, стоящие перед про-
теомикой, на несколько порядков сложнее, чем у структурной геномики.
Сугубо научная, хотя и имеющая большой выход в практику, задача —
определение структуры генома человека — приобрела теперь яркую мировоззренческую
окраску. Уже давно многие генетики считали, что «гены решают все», а человек
пусть очень сложная, но всего лишь машина; у других эта точка зрения вызывала
субъективный внутренний протест.
Если в человеке все запрограммировано генетически, то, подправив
генетическую программу, можно будет выводить людей с любыми заданными свойствами. Не-
ужели кто-то (и.о. Господа Бога на земле?) может по своему разумению
использовать эту информацию и создавать, например, идеального инженера, идеального
фермера или идеального солдата? Но на другой чаше весов было понимание того,
что прогресс науки остановить нельзя, на базе нового знания можно избавить
человечество от наследственных заболеваний, которых известно уже около
четырех тысяч, найти принципиально новые способы лечения многочисленных
приобретенных заболеваний, продлить жизнь человека и многое другое. И в этой
непростой ситуации ведущие государства мира в лице своих правительств сделали
выбор — приняли решение поддержать ученых, берущихся осуществить грандиозный по
масштабам труд по расшифровке генома человека. В результате этого проблема
определения структуры генома человека была практически решена. Но теперь
предстоит сделать новый более грандиозный шаг — превратить полученную
огромную и дорогостоящую информацию в реально действующий в пользу человечества
механизм.
Геномика с самого начала была направлена не только на теоретические
изыскания, но, главным образом, на практическое использование этих достижений на
благо человека. Собственно, это и предполагали организаторы программы «Геном
человека», когда затевали свой беспрецедентный по земным масштабам проект.
В самом начале работ по этой программе существовали опасения, что ее
реализация приведет к «индустриализация» биологии, к утрате ее творческого
потенциала . Однако теперь уже ясно, что огромная творческая работа исследователей
по созданию сложнейшей технологии для массированного секвенирования генома
человека имеет универсальное значение, ее идеи и методы применимы для решения
большого числа биологических проблем, далеко отстоящих от собственно генома
человека. Это, прежде всего, разработка методов создания радиационных
гибридов (коллекций клеток, в которых удалены разные небольшие фрагменты
хромосом) , конструирование новых векторных систем (искусственные дрожжевые
хромосомы, бактериальные и фаговые векторы, позволяющие размножить огромные по
размерам фрагменты ДНК человека), появление принципиально новых компьютерных
программ и многое другое. Вновь созданная приборная база и методология теперь
успешно применяется к любым геномам, от вирусов и бактерий до
сельскохозяйственных растений и животных.
Следует также иметь в виду, что когда мы изучаем геном человека, то
фактически при этом мы одновременно познаем весь живой мир. Геном человека устроен
в целом существенно сложнее, чем геномы многих животных и растений. Поэтому,
когда мы узнаем устройство сложного генома, нам будет значительно легче
перейти к изучению более простых геномов. А это уже сулит революцию в таких
областях, как ветеринария, селекция растений и животных. Ясно, что когда у нас
будет каталог всех генов человека, то по аналогии находить гены животных и
растений будет намного проще.
Геном человека — неиссякаемый родник для многих поколений исследователей. У
специалистов захватывает дух от масштаба и потенциального значения
результатов , ожидаемых на основе развития геномики. Что можно ожидать от геномных
исследований в ближайшее будущее? Вот как сформулировал прогноз на ближайшие 40
лет Ф. Коллинз, один из руководителей программы «Геном человека» (США.) .
2010 год
• Генетическое тестирование, профилактические меры, снижающие риск
заболеваний, и генная терапия до 25 наследственных заболеваний. Медсестры
начинают выполнять медико-генетические процедуры.
• Широко доступна преимплантационная диагностика, яростно обсуждаются
ограничения в применении данного метода.
• В США приняты законы для предотвращения генетической дискриминации и
соблюдения конфиденциальности.
• Не всем доступны практические приложения геномики, особенно в
развивающихся странах.
2020 год
• На рынке появляются лекарства от диабета, гипертонии и других
заболеваний, разработанные на основе геномной информации.
• Терапия рака, прицельно направленная на свойства раковых клеток.
• Фармакогеномика становится общепринятым подходом для создания многих
лекарств . Изменение способа диагностики психических заболеваний, появление
новых способов их лечения, изменение отношения общества к таким
заболеваниям .
• Демонстрация безопасности генотерапии на уровне зародышевых клеток при
помощи технологии гомологичной рекомбинации.
2030 год
• Определение последовательности нуклеотидов всего генома отдельного
индивида станет обычной процедурой, стоимость которой не будет превышать
1000 $.
• Каталогизированы гены, участвующие в процессе старения.
• Проводятся клинические испытания по увеличению максимальной
продолжительности жизни человека.
• Лабораторные эксперименты на человеческих клетках заменены
экспериментами на компьютерных моделях.
• Активизируются массовые движения противников передовых технологий в США
и других странах.
2040 год
• Все общепринятые меры здравоохранения основаны на геномике.
• Определяется предрасположенность к большинству заболеваний (при/до
рождения) .
• Доступна эффективная профилактическая медицина с учетом особенностей
индивида. Болезни детектируются на ранних стадиях путем молекулярного
мониторинга .
• Для большинства заболеваний доступна генная терапия.
• Замена лекарств продуктами генов, вырабатываемыми организмом при ответе
на терапию. Средняя продолжительность жизни достигнет 90 лет благодаря
социоэкономическим мерам. Проходят серьезные дебаты о возможности
человека контролировать собственную эволюцию.
• Неравенство в мире сохраняется, создавая напряженность на международном
уровне.
Жизнь, безусловно, может внести существенные коррективы в эти грандиозные
прогнозы. Но в целом приведенные выше прогнозы, безусловно, будут
реализованы, хотя, вероятно, с неким сдвигом в годах.
ЭПИЛОГ
Пока в России в последнее десятилетие прошлого века все «перестраивали» и
«переосмысливали», низвергали «идолов» и создавали «калифов на час»,
пересматривали свою историю, слушали «советы» кашпировских и чумаков, ломали
промышленность и уничтожали науку, весь цивилизованный мир продолжал в это самое
время двигаться вперед. Мы отрицали истины, а другие постигали их. Можно еще
два тысячелетия выяснять вопрос, есть ли Бог или его нет, а вот отражающие
близкую к абсолютной истину данные о том, как устроен наш геном, благодаря
целенаправленным усилиям ученых многих стран (наше участие, к сожалению, было
минимальным) удалось получить всего лишь чуть более чем за 10 лет. В
результате этих усилий в начале XXI века все мы являемся свидетелями начального
этапа глобальной генетической революции.
Происходящие изменения в мировой науке столь фундаментальны и
многочисленны, что порой трудны для полного понимания и осознания даже самими учеными.
Еще когда программа «Геном человека» только начиналась, многим было очевидно,
что одно секвенирование ДНК не может решить все проблемы человека, но то, что
оно, бесспорно, станет краеугольным камнем в разрешении многих проблем
человечества, практически ни у кого не вызывало сомнения ни тогда, ни сейчас.
Было ясно также, что это скажется на прогрессе не только молекулярной генетики,
но и всей биологии в целом, а также на множестве других наук. Так оно в
конечном итоге и оказалось.
Программа «Геном человека» по сути дела стала мощным «локомотивом», к
которому оказались прицепленными еще сотни разных «вагонов». Главные из них —
геномы многих не изученных ранее организмов. В конце 2002 года сообщено о
завершении секвенирования генома мыши. Сейчас на очереди секвенирования стоят
уже геномы собаки, коровы, пчелы и других важных и полезных животных
организмов . Дошло дело и до растений. Уже определена полная последовательность
нуклеотидов генома риса. Технология секвенирования теперь настолько
усовершенствована, что здесь не должно быть никаких особых проблем. В конечном итоге все
это сулит нам огромные возможности, которые в полной мере даже трудно сегодня
представить.
Другие «вагоны» — это созданные вновь современные технологии, прогресс в
смежных дисциплинах, появление новых научных направлений (геномика, протеоми-
ка, транскриптомика) и многое другое. Проникновение в тайны, хранящиеся в
геноме, уже началось, но происходит оно медленно, намного медленнее, чем нам
хотелось бы сегодня. Однако только на этой основе могут появиться в будущем
новые реальные и эффективные средства, которые улучшат качество нашей жизни,
укрепят наше здоровье и расширят границы долгой полноценной творческой жизни
человека.
Все это можно сравнить с феноменом, возникшим во время правления президента
Р. Рейгана, когда он сильно увеличил военный бюджет США на пресловутую
программу СОИ. Несмотря на то, что все цели программы СОИ заведомо не могли быть
решены, в нее были вложены огромные средства. И это привело к экономическому
«чуду» в США, плодами которого пользовались еще целое десятилетие. Был
ликвидирован назревавший экономический кризис, достигнут огромный прогресс в
различных технологиях. Результаты этого способствовали развитию многих других,
не связанных с военными целями областей промышленности и науки. И когда
некоторые скептики говорят: «Почему так много денег вкладывают в изучение
человеческого генома?», они не учитывают того, что новая информация и новые
технологии уже широко используются не только молекулярными генетиками,
занимающимися человеком, но и медиками, этнографами, палеонтологами, селекционерами,
ветеринарами, токсикологами, многими другими исследователями живой природы.
Все было сделано человеком на пользу человека и ради человека. Хочется
надеяться, что читатель хотя бы частично сможет все это понять и в достаточной
мере оценить.
Существует предание, что древнегреческий философ Платон две с половиной
тысячи лет назад охарактеризовал человека как «двуногое без перьев». Тогда его
современник Диоген взял да и изготовил наглядное пособие — ощипанного петуха,
чем пристыдил Платона. Много веков спустя герой «Записок из подполья» Ф.
Достоевского делает сходное (возможно, вычитанное у Платона), но вроде бы более
глубокое философское заключение: «... лучшее определение человека — это:
существо на двух ногах и неблагодарное». Правда, и для этого определения есть
наглядное пособие — тот же петух, но не ощипанный. Еще одна формулировка
принадлежит греческому философу Эпиктету: «Что такое человек? — Душонка с телом
— ходячий труп». Вот так он всех нас оценил!
Но теперь понятно, что истинное определение человека, его сущности может
быть получено только после полного секвенирования его генома, детального
выяснения функций всех его элементов и их взаимодействия с различными
компонентами клетки, а также сложных взаимосвязей всех клеток организма друг с
другом. Огромная роль в этом будет принадлежать функциональной геномике и, в
особенности, психогеномике. Мы, к сожалению, не имеем еще полного ответа на
многие вопросы. Как говорили древние греки, знания представляют собой радиус
круга, а незнание — длину окружности. В отношении человека и его генома
радиус существенно вырос после определения структуры ДНК, но вместе с тем еще
больше выросла длина окружности — наше незнание о его работе и о
функционировании клетки в целом.
Морально-этические проблемы, возникшие в последние годы в связи с бурным
развитием молекулярной генетики человека, также весьма сложны. В новом
тысячелетии международные юристы должны быть не менее, если не сказать более
продуктивными , чем ученые. И способность человечества дать достойный ответ на
все возникающие вопросы в соответствующих нормах международного права —
задача настолько же сложная, насколько сложна наука, ее поставившая.
Уинстон Черчилль сказал во время Второй мировой войны крылатую фразу: «Это
— конец начала». Академик Л. Киселев использовал ее для отражения нынешней
ситуации с геномом человека. Сегодня начинается самое главное и, без
сомнения, самое интересное — изучение тончайших механизмов работы генома человека,
огромного числа генов и разнообразных генных сетей, всех сложных
взаимодействий многочисленных соединений и процессов в клетке, что в конечном итоге
должно привести к нашему полному пониманию функционирования клетки и сущности
живого. Магистральный путь современной молекулярной генетики и геномики — от
имеющейся в распоряжении ученых частичной Энциклопедии человека к созданию
полноценной Книги жизни.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕРМИНЫ
Аденин — пуриновое основание, комплементарное тимину (в ДНК) и урацилу (в
РНК), входящее в состав ДНК и РНК.
Аллель — одно из возможных структурных состояний гена.
Альтернативный сплайсинг — форма сплайсинга РНК-предшественника, которая
обеспечивает кодирование одним геном нескольких отличающихся по структуре
полипептидов .
Аминокислота — мономерная единица («строительный блок») белков.
Амплификация — процесс образования (умножения) дополнительных копий
определенных участков ДНК.
Анеуплоидия — присутствие в геноме числа хромосом, не равного типичному для
данного вида организма.
Антионкоген — ген, препятствующий развитию рака.
Апоптоз (от греч. опадание листвы) — запрограммированная в геноме клеточная
гибель.
Бактериофаг — вирус, инфицирующий бактерии.
Вектор — самореплицирующаяся молекула ДНК (например, плазмида),
используемая в генной инженерии для переноса генов из организма-донора в организм-
реципиент .
Вырожденность генетического кода — возможность кодирования одной
аминокислоты несколькими кодонами мРНК.
Гаплотип — комбинация аллелей на одной хромосоме диплоидного организма.
Ген (от греч. genos — происхождение) — это физическая (определенный участок
ДНК) и функциональная (кодирует белок или РНК) единица наследственности.
Важнейшее свойство генов — сочетание их высокой устойчивости в ряду поколений со
способностью к наследуемым изменениям (мутациям), служащим основой
изменчивости организмов, дающей материал для естественного отбора.
Ген-кандидат — структурный ген в геноме человека, мутация в котором
предположительно является причиной конкретного наследственного заболевания.
Генетика (от греч. genos — происхождение) — наука, изучающая механизмы и
закономерности наследственности и изменчивости организмов. Основы генетики
Заложены Г. Менделем (1822-1884), открывшим законы наследственности.
Генетическая информация — программа свойств организма, получаемая от
предков и заложенная в наследственных структурах в виде генетического кода.
Генетическая информация определяет морфологическое строение, рост, развитие,
обмен веществ, психический склад, предрасположенность к заболеваниям и
генетические пороки организма.
Генетические карты — схема относительного расположения генов в хромосомах,
позволяющая предсказывать характер наследования изучаемых признаков
организмов . Один конец хромосомы принимается за нулевой и от него отсчитывается
расстояние в специальных единицах (морганидах).
Генетический код — свойственная живым организмам единая система записи
наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде
последовательности нуклеотидов. Каждый нуклеотид обозначается заглавной буквой, с которой
начинается название азотистого основания, входящего в его состав: А — аденин,
Г — гуанин, Ц — цитозин, Т — тимин (в ДНК) или У — урацил (в мРНК) .
Реализация генетического кода в клетке происходит в два этапа: транскрипция (синтез
мРНК) и трансляция (синтез белка).
Генетическое картирование — составление схем, в которых гены расположены в
линейном порядке с указанием относительных расстояний между ними.
Генная инженерия — практика целенаправленного изменения генетических
программ клеток с целью придания исходным формам организмов новых свойств или
создания принципиально новых форм организмов. Основной метод генной инженерии
состоит в извлечении из клеток организма гена или группы генов, соединении их
с определенными молекулами нуклеиновых кислот и внедрении полученных
гибридных молекул в клетки другого организма.
Генная терапия ex vivo — введение гена в изолированные клетки больного с
последующей их пересадкой назад в больной организм с целью излечения.
Генная терапия in vivo — введение гена непосредственно в ткань или орган
больного организма с целью устранения патологии.
Геном — ДНК, содержащаяся в гаплоидном наборе хромосом клетки определенного
вида организма. В расширенном виде под геномом понимается вся наследственная
система клетки.
Геномная дактилоскопия — идентификация личности на основе молекулярного
анализа гипервариабельных участков генома.
Генотип (от греч. genos — происхождение + typos — отпечаток) — совокупность
всех наследственных свойств особи. Генотип — наследственная основа организма.
Генофонд (от греч. genos — происхождение + лат. fondus — основание) —
совокупность генов, которые имеются у особей популяции, группы популяций или
вида, занимающих определенную административную или национальную территорию.
Гены «домашнего хозяйства» — набор основных структурных генов,
обеспечивающих жизнедеятельность клетки.
Гибридизация — отжиг двух комплементарных полинуклеотидных цепей с
образованием ДНК/ДНК-или ДНК/РНК-гибридов.
Гомозиготность — наличие идентичных аллелей на обеих хромосомах.
Гомополимерная нуклеотидная последовательность — последовательность,
состоящая из одного вида нуклеотидов.
Гуанин — пуриновое основание, комплементарное цитозину, входящее в состав
ДНК и РНК.
Дактилоскопия (от греч. daktylos — палец + skopeo — смотрю) — определение
личности по отпечаткам пальцев. Генная дактилоскопия — определение личности
на основании анализа структуры ДНК.
Дезоксирибоза — пятиуглеродный моносахарид, входящий в состав ДНК.
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — высокополимерное природное
соединение, содержащееся в ядрах клеток всех живых организмов, носитель генетической
информации. Отдельные участки ДНК соответствуют определенным генам. ДНК точно
воспроизводится при делении клеток, что обеспечивает в ряду поколений клеток
и организмов передачу наследственных признаков и специфических форм обмена
веществ.
Дивергенция (от лат. divergo — отклоняюсь, отхожу) — процесс расхождения
признаков организмов в ходе эволюции. Применительно к генам — изменение
структуры двух генов, произошедших в результате дупликации (удвоения).
Доминантный признак (от лат. dominans — господствующий) — преобладающий
признак, проявляющийся в потомстве у гетерозиготных особей.
Диплоид — организм, клетки которого содержат два гомологичных набора
хромосом.
Длинные концевые повторы (ДКП) — прямые повторяющиеся нуклеотидные
последовательности на концах ДНК-копии генома ретровирусов.
Зигота (от греч. zygote — спаренная) — клетка, образующаяся при слиянии
двух гамет (половых клеток) — женской (яйцеклетки) и мужской (сперматозоида).
Содержит диплоидный (двойной) набор хромосом.
Евгеника — раннее направление в генетике, занимавшееся наследственным
здоровьем человека и путями его сохранения и улучшения.
Избыточная ДНК — ДНК, не кодирующая белки и не несущая иных известных
функций .
Импринтинг — генетическая зависимость эффективности работы гена от того,
каким родителем он передан.
Интрон — некодирующая область, расположенная внутри гена. Интрон вырезается
в процессе сплайсинга при образовании мРНК из первичного РНК-транскрипта.
Канцероген — вещество, способствующее возникновению злокачественных
опухолей .
Картирование — локализация элементов генома на генетической карте.
Клонирование — система генно-инженерных методов для получения и размножения
отдельных фрагментов из молекулы ДНК. Применительно к организмам — получение
генетически идентичных копий.
Кодон — дискретная единица генетического кода, состоящая из трех
последовательно расположенных нуклеотидов в молекуле ДНК или РНК. Из 64 кодонов 61
кодирует определенные аминокислоты, а 3 стоп-кодона определяют окончание
синтеза полипептидной цепи. Последовательность кодонов в гене определяет
последовательность аминокислот в полипептидной цепи белка, кодируемого этим геном.
Комплементарные нуклеотидные последовательности — полинуклеотидные
последовательности, которые взаимодействуют между собой в соответствии с правилами
спаривания оснований: аденин (А) образует пару с тимином (Т) (или урацилом
(У) в РНК), гуанин (Г) — с цитозином (Ц).
Конвергенция (от лат. convergo — приближаюсь, схожусь) — процесс появления
сходных признаков организмов в ходе эволюции.
Контиг — набор перекрывающихся фрагментов ДНК одного локуса.
Кроссинговер — обмен равными участками гомологичных конгьюгирующих хромосом,
происходящий в профазе первого мейоза и приводящий к перераспределению в них
генов. Внешним проявлением кроссинговера являются хиазы. Кроссинговер — один
из механизмов наследственной изменчивости.
Лигаза — бактериальный фермент, осуществляющий соединение двух линейных
фрагментов нуклеиновых кислот.
Локус — участок хромосомы, в котором содержится определенная нуклеотидная
последовательность.
Метилирование ДНК — химическая модификация ДНК, заключающаяся в
присоединении метильной группы (СН3) к цитозину.
Митоз — основной способ деления клетки, обеспечивающий строго равномерное
распределение хромосом в дочерних клетках.
Мишень — в широком смысле биологический объект (ткань, молекула, ген,
белок, клетка), который интересует исследователя.
Мобильные генетические элементы — элементы генома, топография и количество
которых может варьировать у разных индивидуумов одного вида.
Моносомия — потеря в геноме одной из двух гомологичных хромосом.
Морганида — единица расстояния между двумя генами в одной группе сцепления,
характеризующаяся частотой кроссинговера в 1%. Чем больше расстояние между
генами, тем меньше сила сцепления между ними.
Мутантный ген — ген, в котором произошли перестройки или нарушения порядка
расположения нуклеотидов. Различают доминантные и рецессивные мутантные гены.
Мутация (от лат. mutatio — изменение) — наследственное изменение генома.
Мутация — основа наследственной изменчивости в живой природе. По характеру
возникновения различают естественные и искусственные мутации. По
генетическому проявлению различают доминантные и рецессивные мутации. Мутации бывают:
генные, хромосомные, генеративные (в половых клетках), внеядерные (цитоплаз-
матические) и т. д. Термин «мутация» предложил голландский ученый Г. де Фриз.
Нокаут гена — искусственная направленная модификация гена, приводящая к его
полной инактивации.
Нуклеосома — дисковидная структура, являющаяся элементарной единицей
упаковки ДНК в хромосомах.
Нуклеотид — химическое соединение, состоящие из остатков азотистого
основания, углевода и фосфора, входит в состав нуклеиновых кислот (буква в
генетическом алфавите).
Обратная транскриптаза — РНК-зависимая ДНК-полимераЗа, использующая
молекулу РНК для синтеза комплементарной ДНК (кДНК).
Онкоген — ген, мутации в котором способствуют возникновению злокачественной
опухоли.
Органелла — внутриклеточная структура (клеточный «орган»), обеспечивающая
выполнение специфических функций. У человека известно более 10 органелл.
Палиндром (от греч. palin dromo — снова бегу) — участок ДНК, обе цепи
которого обладают одинаковой последовательностью нуклеотидов при прочитывании в
разном направлении.
Плазмида — внехромосомная кольцевая ДНК, способная к автономной репликации
и содержащая генетические маркеры.
Половые клетки — яйцеклетка и сперматозоид.
Половые хромосомы — хромосомы, по которым мужской пол отличается от
женского . Две хромосомы X определяет определяют женский пол, половые хромосомы
мужского организма разные: X и Y. Поскольку все сперматозоиды образуются путем
мейотического деления клеток, половина их несет Х-хромосомы, а половина — Y-
хромосомы. Вероятность получения мужского и женского пола одинакова.
Полипептид — линейный полимер, состоящий из аминокислот, соединенных друг с
другом пептидными связями (белковая молекула).
Провирус — форма существования вируса, когда его геном интегрирован с
геномом клетки-хозяина.
Промотор — участок молекулы ДНК, с которым связывается фермент РНК-
полимераза, после чего начинается синтез РНК с области, расположенной за ним.
Протеомика — наука о совокупном наборе белков клетки.
Псевдоген — дефектная копия нормального гена.
Рекомбинантная ДНК — молекула ДНК, полученная в результате объединения с
помощью методов генной инженерии чужеродных фрагментов ДНК в составе вектора.
Репарация — процесс, обеспечивающий исправление повреждений в ДНК.
Репликация — процесс самовоспроизведения молекул нуклеиновых кислот,
обеспечивающий передачу по наследству точных копий генетической информации.
Репликон — автономная единица репликации.
Рестриктаза — бактериальный фермент, расщепляющий ДНК в строго определенных
по последовательности нуклеотидов участках.
Ретровирусы — группа РНК-содержащих вирусов, способных кодировать обратную
транскриптазу.
Рецессивный признак (от лат. recessus — отступление) — признак, который
передается по наследству, но подавляется, не проявляясь у гетерозиготных
потомков , полученных при скрещивании.
Рибоза — пятиуглеродный моносахарид, входящий в состав РНК.
Рибонуклеиновые кислоты — тип нуклеиновых кислот; высокомолекулярные
органические соединения, состоящие из четырех нуклеотидов (аденин, гуанин, цито-
зин, урацил) и сахара рибозы. В клетках всех живых организмов РНК участвуют в
реализации генетической информации. У многих РНК-содержащих вирусов РНК —
вещество наследственности. Некоторые РНК (рибозимы) обладают активностью
ферментов . Различают три основных вида РНК:
- мРНК — матричные или информационные РНК;
- тРНК — транспортные РНК;
- рРНК — рибосомные РНК.
Риборегуляторы — не кодирующие белок РНК, которые принимают участие в
регуляции транскрипции ДНК и трансляции мРНК, модулировании функций белков и их
распределения в клетке.
Рибосома — органелла клетки, состоящая из белка и рибосомной РНК,
осуществляющая снтез белка (трансляцию) в клетке.
Рибозим — РНК-катализатор.
РНК-интерференция — избирательное подавление работы гена с помощью короткой
двунитевой РНК, имеющей с ним гомологию.
РНК-полимераза — фермент, осуществляющий синтез РНК по матрице ДНК (иногда
по матрице РНК).
Сайленсер — регуляторный элемент, ослабляющий работу гена.
Секвенирование — определение нуклеотидной последовательности молекулы
нуклеиновой кислоты.
Симбиоз — сосуществование разных организмов, при котором каждый из них
выполняет свои функции. Часто такое сосуществование взаимовыгодно.
Соматическая клетка — любая неполовая клетка многоклеточного организма.
Сперматозоид — мужская половая клетка человека и других животных.
Сперматозоид содержит гаплоидный (единичный) набор хромосом. Сперматозоид большинства
организмов имеет головку, шейку и хвостик (жгутик), с помощью которого он
передвигается .
Сплайсеосома — РНК-белковый комплекс, осуществляющий сплайсинг.
Сплайсинг — процесс превращения первичной молекулы РНК, образующейся при
транскрипции гена, в зрелую молекулу РНК, выполняющую свою функцию за счет
удаления из нее последовательностей, транскрибированных с интронов.
Стартовый кодон — триплет АУГ в мРНК, кодирующий аминокислоту метионин, с
которого начинается образование полипептидной (белковой) цепи в процессе
трансляции мРНК.
Стволовые клетки — митотически активные соматические клетки, в результате
деления которых происходит замещение погибших клеток в многоклеточном
организме. Пример: стволовые клетки костного мозга, дифференциирующиеся в разные
типы клеток циркулирующей крови.
Структурный ген — ген, кодирующий синтез полипептидной цепи (белка).
Сцепление генов — связь между генами, которые расположены в одной
хромосоме . Сцепление генов приводит к совместной передаче потомству групп генов
(групп сцепления) в тех же комбинациях аллелей, в каких они были у
родительских форм.
Сцепленное наследование — совместное наследование генов, локализованных в
одной хромосоме.
Теломера — (от греч. telos — конец, цель) комплекс, образуемый концевым
участоком хромосомы с различными специфическими белками.
Тимин — пиримидиновое основание, входящее в состав ДНК.
Трансгеноз — искусственный перенос чужеродных генов в целые организмы.
Транскрипция — биосинтез РНК на матрице ДНК, осуществляющийся в клетках
организма ферментами, называемыми РНК-полимераЗами. Транскрипция — первый этап
реализации генетического кода, в ходе которого последовательность нуклеотидов
ДНК переписывается в нуклеотидную последовательность РНК.
Трансляция — биосинтез полипептидных цепей белков, идущий в клетках путем
считывания генетической информации, записанной в виде последовательности
нуклеотидов в молекулах матричных РНК. Трансляция — второй этап реализации
генетического кода.
Транспозаза — фермент, участвующий в процессе перемещения в геноме
(транспозиции) подвижных генетических элементов.
Транспозон — подвижный генетический элемент.
Трансформация — перенос генетической информации в бактериальные клетки при
помощи изолированной ДНК с участием или без участия плазмид.
Трисомия — присутствие в диплоидном геноме трех гомологичных хромосом.
Урацил — пиримидиновое основание, входящее в состав РНК.
Фактор транскрипции — белок, помогающий ферменту РНК-полимеразе пройти все
этапы транскрипции и обеспечивающий избирательность этого процесса.
Факультативные элементы — элементы генома, присутствие которых у отдельных
индивидуумов не является строго обязательным.
Хромосома — структура, расположенная в клеточном ядре, состоящая из ДНК,
гистонов и негистоновых белков и способная к самовоспроизведению с
сохранением структурно-функциональной индивидуальности.
Центромера — внутренний участок хромосомы, в котором происходит
присоединение нити веретена, обеспечивающее при делении клетки движение хромосом к
центру деления при митозе.
Цитогенетика — раздел генетики, исследующий явления наследственности и
изменчивости организмов в связи с их клеточными структурами и прежде всего
хромосомами .
Цитозин — одно из четырех азотистых оснований, входящих в состав ДНК и РНК.
Экзоны — фрагменты гена, кодирующие белок.
Экспрессия — работа, функционирование гена.
Электропорация — перенос генов в клетки с помощью воздействия на клетки
электрическими импульсами.
Элементы генома — дискретные участки ДНК, отличающиеся по функциональным
признакам или по последовательности нуклеотидов.
Энхансер — регуляторный элемент, усиливающий транскрипцию гена.
Эпигеномика (от греч. epi — рядом, около) — наука о генетических эффектах,
не связанных непосредственно с генетическим текстом, а обусловленных внегене-
тическими эффектами (например, метилированием ДНК).
Этногеномика — наука, изучающая генофонд населения на основе анализа
геномного разнообразия.
Эукариоты — организмы, в клетках которых имеется ядро, где содержатся
хромосомы (животные, растения, грибы, некоторые водоросли).
Фенотип (от греч. phaino — являю + typos — отпечаток) — совокупность всех
внутренних и внешних признаков и свойств особи, сформировавшихся на базе
генотипа в процессе ее индивидуального развития (онтогенеза). Фенотип — вариант
нормы реакции организма на действие внешних условий. При относительно
одинаковых генотипах в определенных пределах возможны многие варианты фенотипов.
Ядро — органелла клетки, в которой в форме хромосом содержится геном.
Яйцеклетка — женская половая клетка, которая образуется в яичнике и имеет
гаплоидный (единичный) набор хромосом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Баранов B.C., Баранова Е.В., Иващенко Т.Э., Асеев М.В. Геном человека и
гены «предрасположенности». СПб.: Интермедика, 2000.
2. Бочков Н.П. Клиническая генетика. М.: ГЭОТАР-МЕД, 2001.
3. Всеобщая декларация «О геноме человека и правах человека». ЮНЕСКО, 1997.
4. Газарян К.Г., Тарантул В.З. Геном эукариот. М.: МГУ, 1983.
5. Гвоздев В.А. Подвижная ДНК эукариот. Ч. 1: Структура, механизмы
перемещения и роль подвижных элементов в поддержании целостности хромосом
//Соросовский образовательный журнал. 1998. № 8. С. 8-21.
6. Гвоздев В.А. Регуляция активности генов, обусловленная химической
модификацией (метилированием) ДНК //Соросовский образовательный журнал.
1999. № 10. С. 11-17.
7. Генная терапия — медицине будущего, обзорные материалы. М.: ВИНИТИ РАН,
2000.
8. Генофонд и геногеография народонаселения: В 5 т. СПб.: Наука, 2001.
9. Гершензон СМ., Бужиевская Т.И. Евгеника: 100 лет спустя //Человек.
1996. № 1.
Ю.Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. М.: Мир, 2002.
11.Голубовский М. Геном человека и соблазны детерминизма //Вестник. 2001. №
6.
12.Докинз Р. Эгоистичный ген. М.: Мир, 1993.
13.Дымшиц Г.М. Сюрпризы митохондриального генома //Природа. 2002. № 6. С.
54-61.
14.Зеленин А.В. Генная терапия на границе третьего тысячелетия //Вестник
Российской академии наук. 2001. Т. 71. № 5. С. 387-395.
15.Иванов В.И. Геном человека — медицине //Природа. 1998. № 10.
16.Киселев Л.Л. Геном человека и биология XXI века //Вестник Российской
академии наук. 2000. Т. 70. № 5. С. 412-424.
17.Корочкин Л.И. Онтогенез, эволюция и гены //Природа. 2002. № 7.
18.Лимборская С.А., Хуснутдинова Э.К., Балановская Е.В. Этногеномика и
геногеография народов Восточной Европы. М.: Наука, 2002.
19.Пальцев М.А. Молекулярная медицина и прогресс фундаментальных наук
//Вестник Российской академии наук. 2002. Т. 72. № 1. С. 13-21.
20.Патрушев Л.И. Экспрессия генов. М.: Мир, 2000.
21.Проблемы и перспективы молекулярной генетики: Сборник трудов ИМГ РАН.
М.: Наука, 2003.
22.Рогаев Е.И., Боринская С.А. Гены и поведение //Химия и жизнь. 2000. № 3.
С. 20-25.
23.Свердлов Е.Д. Френсис Крик в его прогнозе на 2000 год был почти абсолют-
но прав //Биоорганическая химия. 2000. Т. 26. № 10. С. 761-766.
24.Скулачев В.П. Старение организма — частный случай феноптоза //Соровский
образовательный журнал. 2001. № 10. С. 7-11.
25.Сойфер В.Н. Международный проект «Геном человека» //Соровский
образовательный журнал. 1998. №12. С. 4-11.
26.Спирин А.С. Современная биология и биологическая безопасность //Человек.
1998. № 5.
27.Угрюмов М.В., Ермаков А. С, Попов А.П., Жданов Р. И. Генная и генно-
клеточная терапия и нейродегенеративные заболевания //Вопросы
медицинской химии. 2000. № 3.
28.Франк-Каменецкий М.Д. Самая главная молекула. М.: Наука, 1983.
29.Хесин Р.Б. Непостоянство генома. М.: Наука, 1984.
30.Чемерис А.В., Ахунов Э.Д., Вахитов В.А. Секвенирование ДНК. М. : Наука,
1999.
31.Янковский Н.К., Боринская С. А. Геном человека: Нити судьбы //Химия и
жизнь. 1998. № 4. С. 26-30.
Литпортал
МЕРТВОЕ ПРОШЛОЕ
Айзек Азимов
Арнольд Поттерли, доктор философии, преподавал древнюю историю. Занятие,
казалось бы, самое безобидное. И мир претерпел неслыханные перемены именно
потому, что Арнольд Поттерли выглядел совершенно так, как должен выглядеть
профессор, преподающий древнюю историю.
Обладай профессор Поттерли массивным квадратным подбородком, сверкающими
глазами, орлиным носом и широкими плечами, Тэддиус Эремен, заведующий отделом
хроноскопии, несомненно, принял бы надлежащие меры.
Но Тэддиус Эремен видел перед собой только тихого человечка с курносым
носом-пуговкой между выцветшими голубыми глазами, грустно глядевшими на
заведующего отделом хроноскопии, - короче говоря, он видел перед собой щуплого,
аккуратно одетого историка, который от редеющих каштановых волос на макушке
до тщательно вычищенных башмаков, довершавших респектабельный старомодный
костюм, казалось, был помечен штампом "разбавленное молоко".
- Чем могу быть вам полезен, профессор Поттерли? - любезно осведомился
Эремен .
И профессор Поттерли ответил негромким голосом, который отлично
гармонировал с его наружностью:
- Мистер Эремен, я пришел к вам, потому что вы глава всей хроноскопии.
Эремен улыбнулся.
- Ну, это не совсем точно. Я ответствен перед Всемирным комиссаром научных
исследований, а он в свою очередь - перед Генеральным секретарем ООН. А они
оба, разумеется, ответственны перед суверенными народами Земли.
Профессор Поттерли покачал головой.
- Они не интересуются хроноскопией. Я пришел к вам, сэр, потому что вот уже
два года я пытаюсь получить разрешение на обзор времени - то есть на
хроноскопию - в связи с моими изысканиями по истории древнего Карфагена. Однако
получить разрешение мне не удалось. Дотацию на исследования мне дали в самом
законном порядке. Моя интеллектуальная работа протекает в полном соответствии
с правилами, и все же...
- Разумеется, о нарушении правил и речи быть не может, - перебил его Эремен
еще более любезным тоном, перебирая тонкие репродукционные листки в папке с
фамилией Поттерли. Эти листки были получены с Мультивака, чей обширный
аналогический мозг содержал весь архив отдела. После окончания беседы листки можно
будет уничтожить, а в случае необходимости репродуцировать вновь за какие-
нибудь две-три минуты.
Эремен просматривал листки, а в его ушах продолжал звучать тихий,
монотонный голос профессора Поттерли:
- Мне следует объяснить, что проблема, над которой я работаю, имеет
огромное значение. Карфаген знаменовал высший расцвет античной коммерции. Карфаген
доримской эпохи во многом можно сравнить с доатомной Америкой. По крайней
мере, в том отношении, что он придавал огромное значение ремеслу, коммерции и
вообще деловой деятельности. Карфагеняне были самыми отважными мореходами и
открывателями новых земель до викингов и в этом отношении намного
превосходили хваленых греков. Истинная история Карфагена была бы очень поучительной.
Однако до сих пор все, что нам известно о нем, извлекалось из письменных
памятников его злейших врагов - греков и римлян. Карфаген ничего не написал в
собственную защиту, или эти труды не сохранились. И вот карфагеняне вошли в
историю как кучка архизлодеев, и, возможно, без всякого к тому основания.
Обзор времени облегчил бы установление истины.
И так далее и тому подобное.
Продолжая проглядывать репродукционные листки, Эремен заметил:
- Поймите, профессор Поттерли, хроноскопия, или обзор времени, как вы
предпочитаете ее называть, процесс весьма трудный.
Профессор Поттерли, недовольный, что его перебили, нахмурился и сказал:
- Я ведь прошу только сделать отдельный обзор определенных эпох и мест,
которые я укажу. Эремен вздохнул.
- Даже несколько обзоров, даже один... Это же невероятно тонкое искусство.
Скажем, наводка на фокус, получение на экране искомой сцены, удержание ее на
экране. А синхронизация звука, которая требует абсолютно независимой цепи!
- Но ведь проблема, над которой я работаю, достаточно важна, чтобы
оправдать значительную затрату усилий.
- Разумеется, сэр! Несомненно, - сразу ответил Эремен (отрицать важность
чьей-то темы было бы непростительной грубостью) . - Но поймите, даже самый
простой обзор требует длительной подготовки. Список тех, кому необходимо
воспользоваться хроноскопом, огромен, а очередь к Мультиваку, снабжающему нас
необходимыми предварительными данными, еще больше.
- Но неужели ничего нельзя сделать? - расстроено спросил Поттерли. - Ведь
уже два года...
- Вопрос первоочередности, сэр. Мне очень жаль... Может быть, сигарету?
Историк вздрогнул, его глаза внезапно расширились, и он отпрянул от
протянутой ему пачки. Эремен удивленно отодвинул ее, хотел было сам достать
сигарету, но передумал.
Когда он убрал пачку, Поттерли вздохнул с откровенным облегчением и сказал:
- А нельзя ли как-нибудь пересмотреть список и поставить меня на самый
ранний срок, какой только возможен? Право, не знаю, как объяснить...
Эремен улыбнулся. Некоторые его посетители на этой стадии предлагали
деньги, что, конечно, тоже не приносило им никакой пользы.
- Первоочередность тем устанавливает счетно-вычислительная машина, -
объяснил он. - Самовольно менять ее решения я не имею права.
Поттерли встал. Он был очень небольшого роста - от силы пять с половиной
футов.
- В таком случае всего хорошего, сэр, - сухо сказал он.
- Всего хорошего, профессор Поттерли, и, поверьте, я искренне сожалею.
Он протянул руку, и Поттерли вяло ее пожал.
Едва историк вышел, как Эремен позвонил секретарше и, когда она появилась,
вручил ей папку.
- Это можно уничтожить, - сказал он.
Оставшись один, он с горечью улыбнулся. Еще одна услуга из тех, которые он
уже четверть века оказывает человечеству. Услуга через отказ. Ну, во всяком
случае, с этим чудаком затруднений не было. В иных случаях приходилось
оказывать давление по месту работы, а иногда и отбирать, дотации. Через пять минут
Эремен уже забыл про профессора Поттерли, а когда он впоследствии вспоминал
этот день, то неизменно приходил к выводу, что никакие дурные предчувствия
его не томили.
В течение первого года после того, как его впервые постигло это
разочарование, Арнольд Поттерли испытывал... только разочарование. Однако на втором
году из этого разочарования родилась мысль, которая сперва напугала его, а
потом увлекла. Воплотить эту мысль в дело ему мешали два обстоятельства, но к
ним не относился тот несомненный факт, что такие действия были бы вопиющим
нарушением этики.
Мешала ему, во-первых, еще не угасшая надежда, что власти, в конце концов,
дадут необходимое разрешение. Но теперь, после беседы с Эременом, эта надежда
окончательно угасла.
Вторым препятствием была даже не надежда, а горькое сознание собственной
беспомощности. Он не был физиком и не знал ни одного физика, к которому мог
бы обратиться за помощью. На физическом факультете его университета работали
люди, избалованные дотациями и поглощенные своей специальностью. В лучшем
случае они просто не стали бы его слушать, а в худшем доложили бы начальству
о его интеллектуальной анархии, а тогда его, пожалуй, вообще лишили бы
дотации на изучение Карфагена, от которой зависело все.
Пойти на такой риск он не мог. Но, с другой стороны, продолжать
исследования он мог бы только с помощью хроноскопии. Без нее и дотация лишалась
всякого смысла.
За неделю до свидания с Эременом перед Поттерли, хотя тогда он этого не
осознал, открылась возможность преодолеть второе препятствие. Это произошло
на одном из традиционных факультетских чаепитий. Поттерли неизменно являлся
на такие официальные сборища, потому что видел в этом свою обязанность, а к
своим обязанностям он относился серьезно. Однако, исполнив этот долг, он уже
не считал нужным поддерживать светский разговор или знакомиться с новыми
людьми. Всегда воздержанный, он выпивал не больше двух рюмок, обменивался
двумя-тремя фразами с деканом или заведующими кафедрами, сухо улыбался
остальным и уходил домой, как только мог раньше.
И на этом последнем чаепитии он при обычных обстоятельствах не обратил бы
ни малейшего внимания на молодого человека, который одиноко стоял в углу. Ему
бы и в голову не пришло заговорить с этим молодым человеком. Но сложное сте-
чение обстоятельств заставило его на этот раз поступить наперекор своим
привычкам .
Утром за завтраком миссис Поттерли грустно сказала, что ей опять снилась
Лорель, но на этот раз взрослая Лорель, хотя лицо ее оставалось лицом той
трехлетней девочки, которая была их дочерью. Поттерли не перебивал жену. В
давние времена он пытался бороться с этими ее настроениями, когда она бывала
способна думать только о прошлом и о смерти. Ни сны, ни разговоры не вернут
им Лорель. И все же, если Кэролайн Поттерли так легче, пусть она грезит и
разговаривает.
Однако, отправившись на утреннюю лекцию, Поттерли вдруг обнаружил, что на
этот раз нелепые мысли Кэролайн как-то подействовали на него. Взрослая
Лорель! Прошло уже почти двадцать лет со дня ее смерти - смерти их
единственного ребенка и тогда, и во веки веков. И все это время, вспоминая ее, он
вспоминал трехлетнюю девочку.
Но теперь он подумал: будь она жива сейчас, ей было бы не три года, а почти
двадцать три!
И против своей воли он пытался вообразить, как Лорель постепенно
становилась бы старше, пока, наконец, ей не исполнилось бы двадцать три года. Это
ему не удалось.
И все же он пытался: Лорель красит губы, за Лорель ухаживают, Лорель...
выходит замуж!
Вот почему, когда он увидел, как этот молодой человек застенчиво стоит в
стороне от равнодушно снующей вокруг группы преподавателей, ему пришла в
голову мысль, достойная Дон Кихота: ведь такой вот мальчишка мог жениться на
Лорель! А может быть, даже и этот самый мальчишка...
Ведь Лорель могла бы познакомиться с ним - здесь, в университете, или как-
нибудь вечером у себя дома, если бы они пригласили этого молодого человека в
гости. Они могли бы понравиться друг другу. Лорель, несомненно, была бы
хорошенькой, а этот юноша даже красив - смуглое, худое, сосредоточенное лицо,
уверенные легкие движения.
Эти сны наяву внезапно рассеялись. Однако Поттерли поймал себя на глупом
ощущении, что молодой человек уже не посторонний ему, а как бы его возможный
зять в стране того, что могло бы быть. И вдруг заметил, что уже подошел к
юноше. Это был почти самогипноз. Он протянул руку.
- Я Арнольд Поттерли с исторического факультета. Если не ошибаюсь, вы здесь
недавно?
Молодой человек, по-видимому, удивился и неловко перехватил рюмку левой
рукой, чтобы освободить правую.
- Меня зовут Джонас Фостер, сэр, - сказал он, пожимая руку Поттерли, - я
преподаватель физики. Я в университете недавно - первый семестр.
Поттерли кивнул.
- Желаю вам здесь счастья и больших успехов!
На этом тогда все и кончилось. Поттерли опомнился, смутился и отошел. Он
быстро оглянулся, но иллюзия родственной связи полностью рассеялась.
Действительность вновь вступила в свои права, и он рассердился на себя за то, что
поддался нелепым рассказам жены про Лорель.
Однако неделю спустя, в тот момент, когда Эремен что-то втолковывал ему,
Поттерли вдруг вспомнил про молодого человека. Преподаватель физики! Молодой
преподаватель! Неужели в ту минуту он оглох? Неужели произошло короткое
замыкание где-то между ухом и мозгом? Или сработала подсознательная самоцензура,
так как в ближайшем будущем ему предстояло свидание с заведующим отделом
хроноскопии?
Свидание это оказалось бесполезным, но воспоминание о молодом человеке, с
которым он обменялся парой ничего не значащих фраз, помешало Поттерли настаи-
вать на своей просьбе. Ему даже захотелось поскорее уйти.
И, возвращаясь в скоростном вертолете в университет, Поттерли чуть не
пожалел, что никогда не был суеверным человеком. Ведь тогда он мог бы утешиться
мыслью, что это случайное, ненужное знакомство в действительности было делом
рук всеведущей и целеустремленной Судьбы.
Джонас Фостер неплохо знал академическую жизнь. Одна только долгая
изнурительная борьба за первую ученую степень сделала бы ветераном кого угодно, а
ему ведь потом был поручен курс лекций, и это окончательно его отполировало.
Однако теперь он стал "преподавателем Джонасом Фостером". Впереди его ждало
профессорское звание. И поэтому его отношение к университетским профессорам
стало иным.
Во-первых, его дальнейшее повышение зависело от того, отдадут ли они ему
свои голоса, а во-вторых, он пробыл на кафедре так недолго, что еще не знал,
кто именно из ее членов близок с деканом или даже с ректором. Роль
искушенного университетского политика его не привлекала, и он был даже убежден, что
интриган из него получится самый посредственный, но какой смысл лягать самого
себя, чтобы доказать себе же эту истину?
Вот почему Фостер согласился выслушать этого тихого историка, в котором,
тем не менее, чувствовалось какое-то непонятное напряжение, вместо того чтобы
тут же оборвать его и указать ему на дверь. Во всяком случае, именно таково
было его первое намерение.
Он хорошо помнил Поттерли. Ведь это Поттерли подошел к нему на
факультетском чаепитии (жуткая процедура!). Старичок посмотрел на него остекленевшими
глазами, выдавил из себя две неловкие фразы, а потом как-то сразу опомнился и
быстро отошел.
Тогда Фостера это позабавило, но теперь...
А вдруг Поттерли подошел к нему не случайно, вдруг он искал этого
знакомства, а вернее, старался внушить ему мысль, что он, Поттерли, - чудак,
эксцентричный старик, но вполне безобидный? И вот теперь пришел проверить
лояльность Фостера, нащупать неортодоксальные убеждения. Разумеется, его
проверяли, прежде чем назначить на это место. И все же...
Возможно, конечно, что Поттерли вполне искренен, возможно, он действительно
не понимает, что делает. А может быть, превосходно понимает; может быть, он
попросту опасный провокатор. Пробормотав: "Ну что ж...", Фостер, чтобы
выиграть время, вытащил пачку сигарет: сейчас он предложил сигарету Поттерли,
даст ему огонька, закурит сам - и проделает все это очень медленно, чтобы
выиграть время.
Однако Поттерли воскликнул:
- Ради бога, доктор Фостер, уберите сигареты!
- Простите, сэр, - с недоумением сказал Фостер.
- Что вы! Просить извинения следует мне. Но я не выношу запаха табачного
дыма. Идиосинкразия. Еще раз прошу извинения.
Он заметно побледнел, и Фостер поспешил убрать сигареты.
Страдая от невозможности закурить, Фостер решил выйти из положения самым
простым образом.
- Я очень польщен, что вы обратились ко мне за советом, профессор Поттерли,
но дело в том, что я не занимаюсь нейтриникой. В этой области я не
профессионал. С моей стороны неуместно даже высказать какое-либо мнение, и, откровенно
говоря, я предпочел бы, чтобы вы не расспрашивали меня об этом.
Чопорное лицо историка стало суровым.
- Я не понял ваших слов о том, что вы не занимаетесь нейтриникой. Вы ведь
пока ничем не занимаетесь. Вам еще не дали никакой дотации, не так ли?
- Это же мой первый семестр.
- Я знаю. Вероятно, вы даже еще не подали заявку на дотацию?
Фостер слегка улыбнулся. За три месяца, проведенных в университете, он так
и не сумел привести свою заявку о дотации на научно-исследовательскую работу
в мало-мальски приличный вид - ее нельзя было даже вручить для доработки
профессиональному писателю при науке, не говоря уже о том, чтобы прямо подать в
Комиссию по делам науки. (К счастью, заведующий его кафедрой отнесся к этому
вполне терпимо. "Не торопитесь, Фостер, - сказал он, - поразмыслите над
темой , убедитесь, что хорошо знаете свой путь и то, куда он приведет. Ведь едва
вы получите дотацию, как тем самым официально закрепите за собой область
вашей специализации и, на радость или на горе, не расстанетесь с ней до конца
вашей академической карьеры". Этот совет был достаточно банален, однако
банальность нередко обладает достоинством истины, и Фостеру это было известно.)
- По образованию и по склонности, доктор Поттерли, я гравитоник с уклоном в
малую гравитику. Так я охарактеризовал себя, когда подавал заявление на
факультет . Официально это пока еще не моя область специализации, но именно ее я
собираюсь выбрать. Только ее! А нейтриникой я вообще не занимался.
- Почему? - немедленно спросил Поттерли.
Фостер с недоумением посмотрел на него. Такие бесцеремонные расспросы о
чужом профессиональном статусе, естественно, вызывали раздражение. И он ответил
уже менее любезным тоном:
- Там, где я учился, курса нейтриники не читали.
- Бог мой, где же вы учились?
- В Массачусетсом технологическом институте, - невозмутимо ответил Фостер.
- И там не преподают нейтринику?
- Нет. - Фостер почувствовал, что краснеет, и начал оправдываться: - Это же
очень узкая тема, не имеющая особого значения. Хроноскопия, пожалуй, обладает
некоторой ценностью, но другого практического применения у нейтриники нет, а
сама по себе хроноскопия - это тупик.
Историк бросил на него возбужденный взгляд.
- Скажите мне только одно: вы можете назвать специалиста по нейтринике?
- Нет, не могу, - грубо ответил Фостер.
- Ну, в таком случае вы, может быть, знаете учебное заведение, где
преподают нейтринику.
- Нет, не знаю.
Поттерли улыбнулся кривой невеселой улыбкой.
Фостеру эта улыбка не понравилась, она показалась ему оскорбительной, и он
настолько рассердился, что даже сказал:
- Позволю себе заметить, сэр, что вы переступаете границы.
- Что?
- Я говорю, что вам, историку, интересоваться какой-либо областью физики,
интересоваться профессионально - это...- Он умолк, не решаясь все-таки
произнести последнее слово вслух.
- Неэтично?
- Вот именно, профессор Поттерли.
- Меня толкают на это результаты моих исследований, - сказал Поттерли
напряженным шепотом.
- В таком случае вам следует обратиться в Комиссию по делам науки. Если
комиссия разрешит...
- Я уже обращался туда, но безрезультатно.
- Тогда вы, разумеется, должны прекратить эти исследования.
Фостер чувствовал, что говорит, как самодовольный педант, гордящийся своей
добропорядочностью, но не мог же он допустить, чтобы этот человек
спровоцировал его на проявление интеллектуальной анархии! Он ведь только начинает свою
научную карьеру и не имеет права рисковать по-глупому.
Но, очевидно, его слова задели Поттерли. Без всякого предупреждения историк
разразился бурей слов, каждое из которых свидетельствовало о полной
безответственности .
- Ученые, - сказал он, - могут считаться свободными только в том случае,
если они свободно следуют своему свободному любопытству. Наука, - сказал он,
- силой загнанная в заранее определенную колею теми, в чьих руках
сосредоточены деньги и власть, становится рабской и неминуемо загнивает. Никто, -
сказал он, - не имеет права распоряжаться интеллектуальными интересами других.
Фостер слушал его с большим недоверием. Ничего нового в этом потоке слов
для него не было: студенты любили шокировать своих преподавателей подобными
рассуждениями, да и он сам позволил себе поразвлечься таким способом. Вообще
каждый человек, изучавший историю науки, прекрасно знал, что в старину многие
придерживались подобных взглядов. И все же Фостеру казалось странным, почти
противоестественным, что современный ученый может проповедовать столь дикую
чепуху! Никому бы и в голову не пришло организовать производственный процесс
так, чтобы каждый рабочий занимался чем хотел и когда хотел, и никто не
осмелится повести корабль, руководствуясь противоречивыми мнениями каждого
отдельного члена команды. Все считают бесспорным, что и на заводе, и на корабле
должно существовать какое-то одно центральное руководство. Так почему же то,
что идет на пользу заводу и кораблю, вдруг может оказаться вредным для науки?
Можно, конечно, возразить, что человеческий интеллект обладает качественным
отличием от корабля или завода, однако история научно-исследовательских
изысканий доказывала обратное.
Быть может, в дни, когда наука была юной и вся или почти вся совокупность
человеческих знаний оказывалась доступной индивидуальному человеческому уму,
- быть может, в те дни она и не нуждалась в руководстве. Слепое блуждание по
обширнейшим областям неведомого порой случайно приводило к удивительным
открытиям .
Однако по мере накопления знаний приходилось изучать и суммировать все
больше и больше уже известных фактов, для того чтобы путешествие в неведомое
оказалось плодотворным. Ученым пришлось специализироваться. Исследователь уже
нуждался в услугах библиотеки, которую сам собрать не мог, а также в
приборах, которые сам купить был не в состоянии. Индивидуальный исследователь все
больше и больше уступал место группе исследователей, а потом и научно-
техническому институту.
Фонды, необходимые для научных исследований, с каждым годом увеличивались,
а приборы и инструменты становились все более многочисленными. Где сейчас
найдется на Земле настолько захудалый колледж, что в нем не окажется хотя бы
одного ядерного микрореактора или хотя бы одной трехступенчатой счетно-
вычислительной машины?
Субсидирование научных исследований оказалось не по плечу отдельным частным
лицам уже много веков назад. К 1940 году только государство, ведущие отрасли
промышленности и наиболее крупные университеты и научные центры имели
возможность выделять достаточные средства на научную работу в широких масштабах.
К 1960 году даже крупнейшие университеты уже полностью существовали лишь на
государственные дотации, а научные центры держались только на налоговых
льготах и средствах, собиравшихся по подписке. К 2000 году промышленные
объединения стали частью всемирного правительства, и с тех пор финансирование научно-
исследовательской работы, а значит, и общее руководство ею, естественно,
сосредоточились в руках специального государственного органа.
Все сложилось само собой и очень удачно. Каждая отрасль науки была точно
приспособлена к нуждам общества, а работы, проводившиеся в различных ее
областях, умело координировались. Материальный прогресс, которым была
ознаменована последняя половина века, достаточно убедительно свидетельствовал о том,
что наука отнюдь не загнивает.
Фостер попытался изложить хоть малую часть этих соображений своему
собеседнику, но Поттерли нетерпеливо перебил его:
- Вы, как попугай, повторяете измышления официальной пропаганды. У вас же
под самым носом пример, начисто опровергающий официальную точку зрения. Вы
верите мне?
- Откровенно говоря, нет.
- Ну, а почему же вы утверждаете, что обзор времени - это тупик? Почему
нейтриника не имеет никакого значения? Вы это утверждаете. Вы утверждаете это
категорически. А ведь вы ее не изучали. По вашим же словам, вы не имеете о
ней ни малейшего представления. Ее даже не преподавали в вашем учебном
заведении. . .
- Но разве это не является прямым доказательством ее бесполезности?
- А, понимаю! Ее не преподают, потому что она бесполезна. А бесполезна она
потому, что ее не преподают. Вам нравится такая логика?
Фостер растерялся.
- Но так говорится в книгах...
- Вот именно. В книгах говорится, что нейтриника не имеет никакого
значения. Ваши профессора говорят вам это, почерпнув свои сведения из книг. А в
книгах это утверждается потому, что их пишут профессора. Но кто утверждал
это, опираясь на собственные знания и опыт? Кто ведет исследовательскую
работу в этой области? Вам это известно?
- По-моему, этот спор бесплоден, профессор Поттерли, - сказал Фостер. - А
мне необходимо закончить работу...
- Еще минутку! Я хотел бы обратить ваше внимание на одну вещь. Как она вам
покажется? Я утверждаю, что правительство активно препятствует работам в
области нейтриники и хроноскопии. Оно препятствует практическому применению
хроноскопии.
- Не может быть!
- Почему же? Это вполне в его силах. То самое централизованное руководство
наукой, о котором вы говорили. Если правительство отказывает в фондах какой-
либо отрасли науки, эта отрасль гибнет. Так оно уничтожило нейтринику. Оно
имело возможность это сделать, и оно это сделало.
- Но зачем?
- Не Знаю. И хочу, чтобы вы это выяснили. Я бы и сам попробовал, но у меня
нет специальных знаний. Я пришел к вам потому, что вы молоды и только
завершили свое образование. Неужели артерии вашего интеллекта уже поддались
склерозу? Неужели в вас не осталось ни любознательности, ни любопытства? Неужели
вам не хочется просто знать? Находить ответы на загадки?
Говоря это, историк впивался взглядом в лицо Фостера. Их носы почти
соприкасались , но Фостер до того растерялся, что даже не догадался отступить на
шаг.
Ему, разумеется, следовало бы попросту указать Поттерли на дверь. Или даже
самому вышвырнуть его.
Удерживало его отнюдь не уважение к возрасту и положение историка. И, уж
конечно, Поттерли его ни в чем не убедил. Нет, в нем вдруг заговорила былая
студенческая гордость.
В самом деле, почему в МТИ не читался курс нейтриники? И, кстати, насколько
он помнил, в институтской библиотеке не было ни единой книги по нейтринике.
Во всяком случае, он ни разу не видел там ничего подобного.
Фостер невольно задумался.
И это его погубило.
Кэролайн Поттерли когда-то была очень привлекательна. И даже теперь в от-
дельных случаях - на званых обедах, например, или на университетских приемах
- ей удавалось отчаянным усилием воли возродить частицу этой
привлекательности .
В обычной же обстановке она "обмякала". Именно это слово она употребляла,
когда ее охватывало отвращение к себе. С возрастом она располнела, но не
только этим объяснялась ее дряблость. Казалось, будто ее мышцы совсем
расслабли, так что она еле волочила ноги, когда шла, под глазами набухли мешки,
а щеки обвисали тяжелыми складками. Даже ее седеющие волосы казались не
просто прямыми, но бесконечно усталыми. Они не вились как будто только потому,
что тупо подчинились силе земного тяготения.
Кэролайн Поттерли поглядела в зеркало и решила, что сегодня она выглядит
особенно скверно - и ей не нужно было догадываться о причине.
Все тот же сон про Лорель. Такой странный - Лорель вдруг стала взрослой. С
тех пор Кэролайн не находила себе места. И все-таки напрасно она рассказала
об этом Арнольду. Он ничего не сказал - он давно уже ничего не говорит в
подобных случаях, - но все-таки это дурно на него повлияло. Несколько дней
после ее рассказа он был особенно сдержан. Возможно, он действительно готовился
к этому важному разговору с высокопоставленным чиновником (он все время
твердил, что не ждет от их беседы ничего хорошего) , но возможно также, что все
дело было в ее сне.
Уж лучше бы он, как раньше, резко прикрикнул на нее: "Перестань думать о
прошлом, Кэролайн! Разговорами ее не вернешь, да и сны помогут не больше".
Им обоим было тяжело тогда. Невыносимо тяжело. Ее постоянно терзало
ощущение неискупимой вины: в тот вечер ее не было дома! Если бы она не ушла, если
бы она не отправилась за совершенно ненужными покупками, их было бы тогда
двое. И вдвоем они бы спасли Лорель.
А бедному Арнольду это не удалось. Он сделал все, что мог, и чуть было сам
не погиб. Из горящего дома он выбежал, шатаясь, обнаженный, задыхающийся,
полуослепший от жара и дыма - с мертвой Лорель на руках.
С тех пор длится этот кошмар, никогда до конца не рассеиваясь.
Арнольд постепенно замкнулся в себе. Он говорил теперь тихим голосом,
держался мягко и спокойно - и сквозь эту оболочку ничто не вырывалось наружу, ни
одной вспышки молнии. Он стал педантичным и поборол свои дурные привычки:
бросил курить и перестал ругаться в минуты волнения. Он добился дотации на
составление новой истории Карфагена, и все подчинил этой цели.
Сначала она пыталась помогать ему: подбирала литературу, перепечатывала его
заметки, микрофильмировала их. А потом вдруг все оборвалось.
Как-то вечером она внезапно вскочила из-за письменного стола и едва успела
добежать до ванной, как у нее началась мучительная рвота. Муж бросился за
ней, растерянный и перепуганный.
- Кэролайн, что с тобой?
Он дал ей выпить коньяку, и она постепенно пришла в себя.
- Это правда? То, что они делали?
- Кто?
- Карфагеняне.
Он с недоумением посмотрел на нее, и она кое-как, обиняком, попыталась
объяснить ему, в чем дело. Говорить об этом прямо у нее не было сил.
Карфагеняне, по-видимому, поклонялись Молоху - медному, полому внутри
идолу, в животе которого была устроена печь. Когда городу грозила опасность,
перед идолом собирались жрецы и народ, и после надлежащих церемоний и
песнопений опытные руки умело швыряли в печь живых младенцев.
Перед жертвоприношением им давали сладости, чтобы действенность его не
ослабела из-за испуганных воплей, оскорбляющих слух бога. Затем раздавался
грохот барабанов, заглушавший предсмертные крики детей, - на это требовалось не-
сколько секунд. При церемонии присутствовали родители, которым было положено
радоваться: ведь такая жертва угодна богам...
Арнольд Поттерли угрюмо нахмурился. Все это гнуснейшая ложь, сказал он,
выдуманная врагами Карфагена. Ему следовало бы предупредить ее заранее. История
знает немало примеров такой пропагандистской лжи. Греки утверждали, будто
древние евреи в своей святая святых поклонялись ослиной голове. Римляне
говорили, будто первые христиане были человеконенавистниками и приносили в
катакомбах в жертву детей язычников.
- Так, значит, они этого не делали? - спросила Кэролайн.
- Я убежден, что нет. Хотя у первобытных финикийцев и могло быть что-нибудь
подобное. Человеческие жертвоприношения не редкость в первобытных культурах.
Но культуру Карфагена в дни его расцвета никак нельзя назвать первобытной.
Человеческие жертвоприношения часто перерождаются в определенные
символические ритуалы, вроде обрезания. Греки и римляне по невежеству или по злобе
могли истолковать символическую карфагенскую церемонию как подлинное
жертвоприношение .
- Ты в этом уверен?
- Пока еще нет, Кэролайн. Но когда у меня накопится достаточно материала, я
попрошу разрешения применить хроноскопию, и это даст возможность разрешить
вопрос раз и навсегда.
- Хроноскопию?
- Обзор времени. Можно будет настроиться на древний Карфаген в период
серьезного национального кризиса, например на 202 год до нашей эры, год высадки
Сципиона Африканского, и посмотреть собственными глазами, что происходило. И
ты увидишь, что я был прав.
Он ласково погладил ее по руке и ободряюще улыбнулся, но ей вот уже две
недели каждую ночь снилась Лорель, и она больше не помогала мужу в его работе
над историей Карфагена. И он не обращался к ней за помощью.
А теперь она собиралась с силами, готовясь к его возвращению. Он позвонил
ей днем, как только вернулся в город, сказал, что видел главу отдела, и что
все кончилось, как он и ожидал. Значит - неудачей... И все же в его голосе не
проскользнула так много говорящая ей нота отчаяния, а его лицо на телеэкране
казалось совсем спокойным. Ему нужно побывать еще в одном месте, объяснил он.
Значит, Арнольд вернется домой поздно. Но это не имело ни малейшего
значения. Оба они не придерживались определенных часов еды и были совершенно
равнодушны к тому, когда именно банки извлекались из морозильника, и даже -
какие именно банки, и когда приводился в действие саморазогреватель.
Однако когда Поттерли вернулся домой, Кэролайн невольно удивилась. Вел он
себя как будто совершенно нормально: поцеловал ее и улыбнулся, снял шляпу и
спросил, не случилось ли чего-нибудь за время его отсутствия. Все было почти
так же, как всегда. Почти.
Однако Кэролайн научилась подмечать мелочи, а он выполнял привычный ритуал
с какой-то торопливостью. И этого оказалось достаточно для ее тренированного
глаза: Арнольд был чем-то взволнован.
- Что произошло? - спросила она. Поттерли сказал:
- Послезавтра у нас к обеду будет гость, Кэролайн. Ты не против?
- Не-ет. Кто-нибудь из знакомых?
- Ты его не знаешь. Молодой преподаватель. Он тут недавно. Я с ним
разговаривал сегодня.
Внезапно он повернулся к жене, подхватил ее за локти и несколько секунд
продержал так, а потом вдруг смущенно отпустил, словно стыдясь проявления
своих чувств.
- С каким трудом я пробился сквозь его скорлупу, - сказал он. - Подумать
только! Ужасно, ужасно, как все мы склонились под ярмо, и с какой нежностью
относимся к собственной сбруе.
Миссис Поттерли не совсем поняла, что он имел в виду, но она не зря в
течение года наблюдала, как под его спокойствием нарастал бунт, как мало-помалу
он начинал все смелее критиковать правительство. И она сказала:
- Надеюсь, ты был с ним осмотрителен?
- Как так - осмотрителен? Он обещал заняться для меня нейтриникой.
"Нейтриника" была для миссис Поттерли всего лишь звонкой бессмыслицей,
однако она не сомневалась, что к истории это, во всяком случае, никакого
касательства не имеет.
- Арнольд, - тихо произнесла она. - Зачем ты это делаешь? Ты лишишься
своего места. Это же...
- Это же интеллектуальный анархизм, дорогая моя, - перебил он. - Вот
выражение, которое ты искала. Прекрасно, значит, я анархист. Если государство не
позволяет мне продолжать мои исследования, я продолжу их на свой собственный
страх и риск, а когда я проложу путь, за мной последуют другие... А если и не
последуют, какая разница? Карфаген - вот что важно! И расширение человеческих
познаний, а не ты и не я.
- Но ты же не знаешь этого молодого человека! Что, если он агент комиссара
по делам науки?
- Вряд ли. И я готов рискнуть. - Сжав правую руку в кулак, Поттерли
легонько потер им левую ладонь. - Он теперь на моей стороне. В этом я уверен. Хочет
он того или не хочет, но это так. Я умею распознавать интеллектуальное
любопытство в глазах, в лице, в поведении, а это смертельное заболевание для
прирученного ученого. Даже в наше время выбить такое любопытство из индивида
оказывается не так-то просто, а молодежь особенно легко заражается... И
почему, черт возьми, мы должны перед чем-то останавливаться? Нет, мы построим
собственный хроноскоп, и пусть государство отправляется к...
Он внезапно умолк, покачал головой и отвернулся.
- Будем надеяться, что все кончится хорошо, - сказала миссис Поттерли, в
беспомощном ужасе чувствуя, что все кончится очень плохо и придется забыть о
дальнейшей карьере мужа и об обеспеченной старости.
Только она из них всех томилась предчувствием беды. И, конечно, совсем не
той беды.
Джонас Фостер явился в дом Поттерли, расположенный за пределами
университетского городка, с опозданием на полчаса. До самого конца он не был уверен,
что пойдет. Затем в последний момент он почувствовал, что не может нарушить
правила вежливости, не явившись на обед, как обещал, и даже не предупредив
хозяев заранее. А кроме того, его разбирало любопытство.
Обед тянулся бесконечно. Фостер ел без всякого аппетита. Миссис Поттерли
была рассеянна и молчалива - она только однажды вышла из своего транса, чтобы
спросить, женат ли он, и, узнав, что нет, неодобрительно хмыкнула. Профессор
Поттерли задавал ему нейтральные вопросы о его академической карьере и
чопорно кивал головой.
Трудно было придумать что-нибудь более пресное, тягучее и нудное.
Фостер подумал: "Он кажется таким безвредным..."
Последние два дня Фостер изучал труды профессора Поттерли. Разумеется,
между делом, почти исподтишка. Ему не слишком-то хотелось показываться в
Библиотеке социальных наук. Правда, история принадлежала к числу смежных дисциплин,
а широкая публика нередко развлекалась чтением исторических трудов - иногда
даже в образовательных целях.
Однако физик - это все-таки не "широкая публика". Стоит Фостеру заняться
чтением исторической литературы, и его сочтут чудаком - это ясно, как закон
относительности, а там заведующий кафедрой, пожалуй, задумается, насколько
его новый преподаватель "подходит для них".
Вот почему Фостер действовал крайне осторожно. Он сидел в самых уединенных
нишах, а входя и выходя, старался низко опускать голову.
Он выяснил, что профессор Поттерли написал три книги и несколько десятков
статей о государствах древнего Средиземноморья, причем все статьи последних
лет (напечатанные в "Историческом вестнике") были посвящены доримскому
Карфагену и написаны в весьма сочувственном тоне.
Это, во всяком случае, подтверждало объяснения историка, и подозрения
Фостера несколько рассеялись... И все же он чувствовал, что правильнее и
благоразумнее всего было бы отказаться наотрез с самого начала.
Ученому вредно излишнее любопытство, думал он, сердясь на себя. Оно чревато
опасностями.
Когда обед закончился, Поттерли провел гостя к себе в кабинет, и Фостер в
изумлении остановился на пороге: стены были буквально скрыты книгами.
И не только микропленочными! Разумеется, здесь были и такие, но их число
значительно уступало печатным книгам - книгам, напечатанным на бумаге! Просто
не верилось, что существует столько старинных книг, еще годных для
употребления .
И Фостеру стало не по себе. С какой стати человеку вдруг понадобилось
держать дома столько книг? Ведь все они наверняка есть в университетской
библиотеке или, на худой конец, в Библиотеке конгресса - нужно только
побеспокоиться и заказать микрофильм.
Домашняя библиотека отдавала чем-то недозволенным. Она была пропитана духом
интеллектуальной анархии. Но, как ни странно, именно это последнее
соображение успокоило Фостера.
Уж лучше пусть Поттерли будет подлинным анархистом, чем провокатором.
И с этой минуты время помчалось на всех парах, принося с собой много
удивительного .
- Видите ли, - начал Поттерли ясным, невозмутимым голосом, - я попробовал
отыскать кого-нибудь, кто пользовался бы в своей работе хроноскопией.
Разумеется, задавать такой вопрос прямо я не мог - это значило бы предпринять
самочинные изыскания.
- Конечно, - сухо заметил Фостер, удивляясь про себя, что подобное
пустячное соображение могло остановить его собеседника.
- Я наводил справки косвенно...
И он их наводил! Фостер был потрясен объемом переписки, посвященной мелким
спорным вопросам культуры древнего Средиземноморья, в процессе которой
профессору Поттерли удавалось добиться от своих корреспондентов случайных
упоминаний, вроде: "Разумеется, ни разу не воспользовавшись хроноскопией..." или
"Ожидая ответа на мою просьбу применить хроноскоп, на что в настоящий момент
вряд ли можно рассчитывать...".
- И я адресовал эти вопросы отнюдь не наугад, - объяснил Поттерли. -
Институт хроноскопии издает ежемесячный бюллетень, в котором печатаются
исторические сведения, полученные путем обзора времени. Обычно бюллетень включает
одно- два таких сообщения. Меня сразу поразила тривиальность сведений, добытых
таким образом, их незначительность. Так почему же подобные изыскания
считаются первоочередными, а мое исследование нет? Тогда я начал писать тем, кто,
скорее всего, мог заниматься работами, упоминавшимися в бюллетене. И, как я
вам только что показал, никто из этих ученых не пользовался хроноскопом. Ну а
теперь давайте рассмотрим все по пунктам...
Наконец Фостер, у которого голова шла кругом от множества свидетельств,
трудолюбиво собранных Поттерли, растерянно спросил:
- Но для чего же все это делается?
- Не знаю, - ответил Поттерли. - Но у меня есть своя теория. Когда Стербин-
ский изобрел хроноскоп - как видите, это мне известно, - о его изобретении
много писали. Затем правительство конфисковало аппарат и решило прекратить
дальнейшие исследования в этой области и воспрепятствовать дальнейшему
использованию уже готового хроноскопа. Но в этом случае людям непременно
захотелось бы узнать, почему он не используется. Любопытство - ужасный порок,
доктор Фостер.
Физик внутренне согласился с ним.
- Так вообразите, - продолжал Поттерли, - насколько умнее было бы сделать
вид, будто хроноскоп используется. Прибор потерял бы всякий элемент
таинственности и перестал бы служить предлогом для законного любопытства или
приманкой для любопытства противозаконного.
- Но вы-то полюбопытствовали, - заметил Фостер. Поттерли, казалось,
смутился .
- Со мной дело обстоит иначе, - сердито сказал он. - Моя работа
действительно важна, а их проволочки и отказы граничат с издевательством, и я не
намерен с этим мириться.
"Почти мания преследования помимо всего прочего", - уныло подумал Фостер.
И, тем не менее, историк, страдал он манией величия или нет, сумел кое-что
обнаружить: Фостер не мог уже больше отрицать, что с нейтриникой дело обстоит
как-то странно.
Но чего добивается Поттерли? Это по-прежнему тревожило Фостера. Если
Поттерли затеял все это не для того, чтобы проверить этические принципы Фостера,
так чего же он все-таки добивается?
Фостер старался рассуждать логично. Если интеллектуальный анархист,
страдающий легкой формой мании преследования, хочет воспользоваться хроноскопом и
твердо верит, что власти предержащие сознательно ему препятствуют, что он
предпримет ?
"Будь я на его месте, - подумал он, - что сделал бы я?"
Он сказал размеренным тоном:
- Но, может быть, хроноскопа вообще не существует.
Поттерли вздрогнул. Его неизменное спокойствие чуть не разлетелось
вдребезги. На мгновение Фостер уловил в его взгляде нечто менее всего похожее на
спокойствие.
Однако историк все же не утратил власти над собой. Он сказал:
- О нет! Хроноскоп, несомненно, должен существовать.
- Но почему? Вы видели его? А я? Может быть, именно этим все и объясняется?
Может быть, они вовсе не прячут имеющийся у них хроноскоп, а его у них вовсе
нет?
- Но ведь Стербинский действительно жил! Он же построил хроноскоп! Это
факты.
- Так говорится в книгах, - холодно возразил Фостер.
- Послушайте! - Поттерли забылся настолько, что схватил Фостера за рукав. -
Мне необходим хроноскоп. Я должен его получить. И не говорите мне, что его
вообще нет. Нам просто нужно разобраться в нейтринике настолько, чтобы...
Поттерли вдруг умолк.
Фостер выдернул свой рукав из его пальцев. Он знал, как собирался историк
докончить эту фразу, и докончил ее сам:
- ...чтобы самим его построить?
Поттерли насупился, словно ему не хотелось говорить об этом прямо, но все
же отозвался:
- А почему бы и нет?
- Потому что об этом не может быть и речи, - отрезал Фостер. - Если то, что
я читал, соответствует истине, значит, Стербинскому потребовалось двадцать
лет, чтобы построить свой аппарат, и двадцать миллионов в разного рода
дотациях. И вы полагаете, что нам с вами удастся проделать то же нелегально?
Предположим даже, у нас было бы время (а его у нас нет) и я мог бы почерпнуть
достаточно сведений из книг (в чем сомневаюсь), - где мы раздобыли бы
оборудование и деньги? Ведь хроноскоп, как утверждают, занимает пятиэтажное
здание ! Поймите же это, наконец!
- Так вы отказываетесь помочь мне?
- Ну, вот что: у меня есть возможность кое-что выяснить...
- Какая возможность? - тотчас осведомился Поттерли.
- Неважно. Но мне, может быть, удастся узнать достаточно, чтобы сказать
вам, правда ли, что правительство сознательно не допускает работы с
хроноскопом. Я могу либо подтвердить собранные вами данные, либо доказать их
ошибочность. Не берусь судить, что это вам даст как в том, так и в другом случае,
но это все, что я могу сделать. Это мой предел.
И вот, наконец, Поттерли проводил своего гостя. Он досадовал на самого
себя. Проявить такую неосторожность - позволить мальчишке, догадаться, что он
думает о собственном хроноскопе! Это было преждевременно.
Но как смел этот молокосос предположить, что хроноскопа вовсе не
существует?
Он должен существовать! Должен! Какой же смысл отрицать это?
И почему нельзя построить еще один? За пятьдесят лет, истекших со смерти
Стербинского, наука ушла далеко вперед. Нужно только узнать основные
принципы.
И пусть этим займется Фостер. Пусть он думает, что ограничится какими-то
крохами. Если он не увлечется, то даже этот шаг явится достаточно серьезным
проступком, который вынудит его продолжать. В крайнем случае придется
прибегнуть к шантажу.
Поттерли помахал уходящему гостю и посмотрел на небо. Начинал накрапывать
дождь.
Да-да! Пусть шантаж, если другого способа не будет, но он добьется своего!
Фостер вел машину по угрюмой городской окраине, не замечая дождя.
Конечно, он дурак, но остановиться теперь он уже не в состоянии. Ему
необходимо узнать, в чем же тут дело. Проклятое любопытство, ругал он себя. И
все-таки он должен узнать!
Однако в своих розысках он ограничится дядей Ральфом. И Фостер дал себе
страшную клятву, что больше ничего предпринимать не станет. Таким образом,
против него нельзя будет найти явных улик. Дядя Ральф - сама
осмотрительность .
В глубине души он немного стыдился дяди Ральфа. И не сказал про него
Поттерли отчасти из осторожности, а отчасти и потому, что опасался увидеть
поднятые брови и неизбежную ироническую улыбочку. Профессиональные писатели при
науке считались людьми не слишком солидными, достойными лишь снисходительного
презрения. Тот факт, что в среднем они зарабатывали больше настоящих ученых,
разумеется, ничуть не улучшал положения.
И все-таки в определенных ситуациях иметь такого родственника весьма
полезно. Ведь писатели не получали настоящего образования и не были обязаны
специализироваться. В результате хороший писатель при науке был сведущ
практически во всех вопросах... А дядя Ральф, подумал Фостер, безусловно, принадлежит
к одним из лучших.
Ральф Ниммо не имел специализированного университетского диплома и гордился
этим.
"Специализированный диплом, - объяснил он как-то Джонасу Фостеру, в дни,
когда оба они были значительно моложе, - это первый шаг по пути к гибели. Че-
ловеку жалко не воспользоваться полученной привилегией, и вот он уже готовит
магистерскую, а затем и докторскую диссертацию. И, в конце концов, ты
оказываешься глубочайшим невеждой во всех областях знания, кроме крохотного
кусочка выеденного яйца.
С другой стороны, если ты будешь оберегать свой ум и не загромождать его
единообразными сведениями, пока не достигнешь зрелости, а вместо этого
тренировать его в логическом мышлении и снабжать широкими представлениями, то ты
получишь в свое распоряжение могучее орудие и сможешь стать писателем при
науке".
Первое задание Ниммо выполнил в двадцатипятилетнем возрасте, всего лишь
через три месяца после того, как получил право на самостоятельную работу. Ему
была поручена пухлая рукопись, язык которой даже самый квалифицированный
читатель мог бы постигнуть только после тщательного изучения и вдохновенных
догадок. Ниммо разъял ее на составные части и воссоздал заново (после пяти
длительных и выматывающих душу бесед с авторами - биофизиками по специальности),
придав ее языку емкость и точность, а также до блеска отполировав стиль.
"И что тут такого? - снисходительно спрашивал он племянника, который
парировал его нападки на специализацию насмешками в адрес тех, кто предпочитает
цепляться за бахрому науки. - Бахрома тоже важна. Твои ученые писать не
умеют . И не обязаны уметь. Никто же не требует, чтобы они были шахматистами-
гроссмейстерами или скрипачами-виртуозами, так с какой стати требовать, чтобы
они владели даром слова? Почему бы не предоставить эту область специалистам?
Бог мой, Джонас! Почитай, что писали твои собратья сто лет назад. Не обращай
внимания на то, что научная сторона устарела, а некоторые выражения больше не
употребляются. Просто почитай и попробуй понять, о чем там говорится. И ты
убедишься, что это безнадежно дилетантское зубодробительное крошево. Целые
страницы печатались зря, и многие статьи поражают своей ненужностью или
неубедительностью , а то и тем и другим".
"Но вы же не добьетесь признания, дядя Ральф, - спорил юный Фостер (на
пороге своей университетской карьеры он был полон самых радужных надежд и
иллюзий) . - А ведь из вас мог бы выйти потрясающий ученый!"
"Ну, признания мне более чем достаточно, - ответил Ниммо, - можешь мне
поверить . Конечно, какой-нибудь биохимик или стратометеоролог смотрит на меня
сверху вниз, но зато прекрасно мне платят. Знаешь, что происходит, когда
какой-нибудь ведущий химик узнает, что комиссия урезала его ежегодную дотацию
на обработку материала? Да он будет драться за то, чтобы иметь средства
платить мне или кому-нибудь вроде меня, куда яростнее, чем добиваться нового ио-
нографа".
Он улыбнулся, и Фостер улыбнулся ему в ответ. По правде говоря, он гордился
своим круглолицым толстеющим дядюшкой с короткими толстыми пальцами и
оголенной макушкой, которую тот, движимый тщеславием, тщетно старался скрыть под
жиденькими прядями волос, зачесанных с висков. И то же тщеславие заставляло
его одеваться так, что он вечно вызывал мысль о неплотно уложенном стоге, так
как неряшество было его фирменной маркой. Да, Фостер, хоть и стыдился своего
дяди, очень гордился им.
Но на этот раз, войдя в захламленную квартиру дядюшки, Фостер менее всего
был склонен обмениваться улыбками. С того времени он постарел на девять лет,
как, впрочем, и дядя Ральф. И в течение этих девяти лет дядя Ральф продолжал
полировать статьи и книги, посвященные самым различным вопросам науки, и
каждая из них оставила что-то в его обширной памяти.
Ниммо с наслаждением ел виноград без косточек, бросая в рот ягоду за
ягодой. Он тут же кинул гроздь Фостеру, который в последнюю секунду успел-таки
ее поймать, а затем наклонился и принялся подбирать с пола упавшие
виноградинки .
- Пусть их валяются. Не хлопочи, - равнодушно заметил Ниммо. - Раз в неделю
кто-то является сюда для уборки. Что случилось? Не получается заявка на
дотацию?
- У меня до этого никак не доходят руки.
- Да? Поторопись, мой милый. Может быть, ты ждешь, чтобы за нее взялся я?
- Вы мне не по карману, дядя Ральф.
- Ну, брось! Это же дело семейное. Предоставь мне исключительное право на
популярное издание, и мы обойдемся без денег.
Фостер кивнул.
- Идет! Если, конечно, вы не шутите.
- Договорились.
Разумеется, в этом был известный риск, но Фостер достаточно хорошо знал,
как высока квалификация Ниммо, и понимал, что сделка может оказаться
выгодной. Умело сыграв на интересе публики к первобытному человеку, или к новой
хирургической методике, или к любой отрасли космонавтики, можно было весьма
выгодно продать статью любому массовому издательству или студии.
Например, именно Ниммо написал рассчитанную на сугубо научные круги серию
статей Брайса и сотрудников, которая детально освещала вопрос об особенностях
структуры двух вирусов рака, причем потребовал за эти статьи предельно
мизерную плату - всего полторы тысячи долларов при условии, что ему будет
предоставлено исключительное право на популярные издания. Затем он обработал ту же
тему, придав ей более драматическую форму, для стереовидения, и получил
единовременно двадцать тысяч долларов плюс проценты с каждой передачи, которые
продолжали поступать еще и теперь, пять лет спустя.
Фостер без обиняков приступил к делу:
- Что вы знаете о нейтринике, дядя Ральф?
- О нейтринике? - Ниммо изумленно вытаращил маленькие глазки. - С каких пор
ты занимаешься нейтриникой? Мне почему-то казалось, что ты выбрал
псевдогравитационную оптику.
- Правильно. А о нейтринике я просто навожу справки.
- Опасное занятие! Ты переходишь демаркационную линию. Это тебе известно?
- Ну, не думаю, чтобы вы сообщили в комиссию, что я интересуюсь чем-то
посторонним .
- Может быть, и следует сообщить, пока ты еще не натворил серьезных бед.
Любопытство - профессиональная болезнь ученых, нередко приводящая к роковому
исходу. Я-то видел, как она протекает. Какой-нибудь ученый работает себе
тихонько над своей проблемой, но вот любопытство уводит его далеко в сторону,
и, глядишь, собственная работа уже настолько запущена, что на следующий год
его дотация не возобновляется. Я мог бы назвать столько...
- Меня интересует только одно, - перебил Фостер. - Много ли материалов по
нейтринике проходило через ваши руки за последнее время?
Ниммо откинулся на спинку кресла, задумчиво посасывая виноградину.
- Никаких. И не только за последнее время, но и вообще. Насколько я помню,
мне ни разу не приходилось обрабатывать материалы, связанные с нейтриникой.
- Как же так? - Фостер искренне изумился. - Кому в таком случае их
поручают?
- Право, не знаю, - задумчиво ответил Ниммо. - На наших ежегодных
конференциях, насколько помнится, об этом никогда не говорилось. По-моему, в области
нейтриники фундаментальных работ не ведется.
- А почему?
- Ну-ну, не рычи на меня. Я же ни в чем не виноват. Я бы сказал...
- Следовательно, вы твердо не знаете? - нетерпеливо перебил его Фостер.
- Ну-у-у... Я могу сказать тебе, что именно я знаю о нейтринике. Нейтриника
- это наука об использовании движения нейтрино и связанных с этим сил...
- Ну, разумеется. А электроника - наука о применении движения электронов и
связанных с этим сил, а псевдогравитика - наука о применении полей
искусственной гравитации. Я пришел к вам не для этого. Больше вам ничего не
известно?
- А, кроме того, - невозмутимо докончил дядюшка, - нейтриника лежит в
основе обзора времени. Но больше мне действительно ничего не известно.
Фостер откинулся на спинку стула и принялся с ожесточением массировать
худую щеку. Он испытывал злость и разочарование. Сам того не сознавая, он
пришел сюда в надежде, что Ниммо сообщит ему самые последние данные, укажет на
наиболее интересные аспекты современной нейтриники и он получит возможность
вернуться к Поттерли и доказать историку, что тот ошибся, что его факты -
чистейшее недоразумение, а выводы из них неверны.
И тогда он мог бы спокойно вернуться к своей работе.
Но теперь...
Он сердито убеждал себя: "Хорошо, пусть в этой области не ведется больших
исследований. Это же еще не означает сознательной обструкции. А что, если
нейтриника - бесплодная наука? Может быть, так оно и есть. Я же не знаю. И
Поттерли не знает. Зачем расходовать интеллектуальные ресурсы человечества на
погоню за пустотой? А возможно, работа засекречена по какой-то вполне
законной причине. Может быть ..."
Беда заключалась в том, что он хотел знать правду и теперь уже не может
махнуть на все рукой. Не может - и конец!
- Существует ли какое-нибудь пособие по нейтринике, дядя Ральф? Что-нибудь
простое и ясное? Какой-нибудь элементарный курс?
Ниммо задумался, тяжко вздыхая, так что его толстые щеки задергались.
- Ты задаешь сумасшедшие вопросы. Единственное пособие, о котором я слышал,
было написано Стербинскими еще кем-то. Сам я его не видел, но один раз мне
попалось упоминание о нем... Да, да, Стербинский и Ламарр. Теперь я вспомнил.
- Тот самый Стербинский, который изобрел хроноскоп?
- По-моему, да. Значит, книга должна быть хорошей.
- Существует ли какое-нибудь переиздание? Ведь Стербинский умер пятьдесят
лет назад. Ниммо только пожал плечами.
- Вы не могли бы узнать?
Несколько минут длилась тишина, и только кресло Ниммо ритмически
поскрипывало - писатель беспокойно ерзал на сиденье. Затем он медленно произнес:
- Может быть, ты все-таки объяснишь мне, в чем дело?
- Не могу. Но вы мне поможете, дядя Ральф? Достанете экземпляр этой книги?
- Разумеется, все, что я знаю о псевдогравитике, я знаю от тебя и должен
как-то доказать свою благодарность. Вот что, я помогу тебе, но с одним
условием.
- С каким же?
Лицо писателя вдруг стало очень серьезным.
- С условием, что ты будешь осторожен, Джонас. Чем бы ты ни занимался, ясно
одно - это не имеет никакого отношения к твоей работе. Не губи свою карьеру
только потому, что тебя заинтересовала проблема, которая тебе не была
поручена, которая тебя вообще не касается. Договорились?
Фостер кивнул, но он не слышал, что говорил ему дядя. Его мысль бешено
работала .
Ровно через неделю кругленькая фигура Ральфа Ниммо осторожно проскользнула
в двухкомнатную квартиру Джонаса Фостера в университетском городке.
- Я кое-что достал, - хриплым шепотом сказал писатель.
- Что? - Фостер сразу оживился.
- Экземпляр Стербинского и Ламарра. - И Ниммо извлек книгу из-под своего
широкого пальто, вернее, показал ее уголок.
Фостер почти машинально оглянулся, проверяя, хорошо ли закрыта дверь и
плотно ли занавешены окна, а затем протянул руку.
Футляр потрескался от старости, а когда Фостер извлек пленку, он увидел,
что она выцвела и стала очень хрупкой.
- И это все? - довольно грубо спросил он.
- В таких случаях следует говорить "спасибо", мой милый. - Ниммо, крякнув,
опустился в кресло и извлек из кармана яблоко.
Спасибо, спасибо. Только пленка такая старая...
И тебе еще очень повезло, что ты можешь получить хотя бы такую. Я пробовал
Заказать микрокопию в Библиотеке конгресса. Ничего не получилось. Эта книга
выдается только по особому разрешению.
- Как же вам удалось ее достать?
- Я ее украл. - Ниммо сочно Захрустел яблоком. - Из нью-йоркской публички.
- Как?
- А очень просто. Как ты понимаешь, у меня есть доступ к полкам. Ну, я и
улучил минуту, когда никто на меня не смотрел, перешагнул через барьер,
отыскал ее и унес. Персонал там очень доверчив. Да и хватятся-то они пропажи
разве что через несколько лет... Только ты уж лучше никому не показывай ее,
племянничек.
Фостер посмотрел на катушку с пленкой так, словно она могла сию минуту
взорваться .
Ниммо бросил огрызок в пепельницу и вытащил второе яблоко.
- А знаешь, странно: ничего новее этого в нейтринике не появилось. Ни
единой монографии, ни единой статьи или хотя бы краткого отчета. Абсолютно
ничего со времени изобретения хроноскопа.
- Угу, - рассеянно ответил Фостер.
Теперь Фостер по вечерам работал в подвале у Поттерли. Его собственная
квартира в университетском городке была слишком опасна. И эта вечерняя работа
настолько его захватила, что он совсем махнул рукой на свою заявку для
получения дотации. Сначала это его тревожило, но вскоре он перестал даже
тревожиться .
Первое время он просто вновь и вновь читал в аппарате пленку. Потом начал
думать, и тогда случалось, что пленка, заложенная в карманный проектор,
долгое время прокручивалась впустую.
Иногда к нему в подвал спускался Поттерли и долго сидел, внимательно глядя
на него, словно ожидая, что мыслительные процессы овеществятся и он сможет
зримо наблюдать весь их сложный ход. Он не мешал бы Фостеру, если бы только
позволил ему курить и не говорил так много.
Правда, говоря сам, он не требовал ответа. Он, казалось, тихо произносил
монолог и даже не ждал, что его будут слушать. Скорее всего, это было для
него разрядкой.
Карфаген, вечно Карфаген!
Карфаген, Нью-Йорк древнего Средиземноморья. Карфаген, коммерческая империя
и властелин морей. Карфаген, бывший всем тем, на что Сиракузы и Александрия
только претендовали. Карфаген, оклеветанный своими врагами и не сказавший ни
слова в свою защиту.
Рим нанес ему поражение и вытеснил его из Сицилии и Сардинии. Но Карфаген с
лихвой возместил свои потери, покорив Испанию и взрастив Ганнибала,
шестнадцать лет державшего Рим в страхе.
В конце концов, Карфаген потерпел второе поражение, смирился с судьбой и
кое-как наладил жизнь на жалких остатках былой территории - и так преуспел в
этом, что завистливый Рим поспешил навязать ему третью войну. И тогда
Карфаген, у которого не оставалось ничего, кроме упорства и рук его граждан, начал
ковать оружие и два года отчаянно сопротивлялся Риму, пока, наконец, война не
кончилась полным разрушением города, и жители предпочитали бросаться в пламя,
пожиравшее их дома, лишь бы не попасть в плен.
- Неужели люди стали бы так отчаянно защищать город и образ жизни,
действительно настолько скверные, какими рисовали их античные писатели? Ни один
римский полководец не мог сравниться с Ганнибалом, и его солдаты были абсолютно
ему преданы. Даже самые ожесточенные враги хвалили Ганнибала. А ведь он был
карфагенянином! Очень модно утверждать, будто он был не типичным
карфагенянином, неизмеримо превосходившим своих сограждан, бриллиантом, брошенным в
мусорную кучу. Но почему же в таком случае он хранил столь нерушимую верность
Карфагену до самой своей смерти после долголетнего изгнания? Ну конечно, все
эти россказни о Молохе...
Фостер не всегда прислушивался к бормотанию историка, но порой голос
Поттерли все же проникал в его сознание, и страшный рассказ о принесении детей в
жертву вызывал у него физическую тошноту.
Однако Поттерли продолжал с неколебимым убеждением:
- И все-таки это ложь. Утка, пущенная греками и римлянами свыше двух с
половиной тысяч лет назад. У них у самих были рабы, казни на кресте, пытки и
гладиаторские бои. Их никак не назовешь святыми. Эта басня про Молоха в более
позднюю эпоху получила бы название военной пропаганды, беспардонной лжи. Я
могу доказать, что это была ложь. Я могу это и богом клянусь, что докажу. . .
Докажу... - И он увлеченно повторял и повторял это обещание.
Миссис Поттерли также спускалась в подвал, но гораздо реже, обычно по
вторникам и четвергам, когда профессор читал лекции вечером и возвращался домой
поздно.
Она тихонько сидела в углу, не произнося ни слова. Ее глаза ничего не
выражали, лицо как-то все обвисало, и вид у нее был рассеянный и отсутствующий.
Когда она пришла в первый раз, Фостер неловко намекнул, что ей лучше было
бы уйти.
- Я вам мешаю? - спросила она глухо.
- Нет, что вы, - раздраженно солгал Фостер. - Я только потому... потому...
- И он не сумел закончить фразы.
Миссис Поттерли кивнула, словно принимая приглашение остаться. Затем она
открыла рабочий мешочек, который принесла с собой, вынула моток витроновых
полосок и принялась сплетать их с помощью пары изящно мелькающих тонких
четырехгранных деполяризаторов, подсоединенных тонкими проволочками к батарейке,
так что казалось, будто она держит в руке большого паука.
Как-то вечером она сказала негромко:
- Моя дочь Лорель - ваша ровесница. Фостер вздрогнул - так неожиданно она
заговорила. Он пробормотал:
- Я и не знал, что у вас есть дочь, миссис Поттерли.
- Она умерла много лет назад.
Ее умелые движения превращали витрон в рукав какой-то одежды - какой
именно , Фостер еще не мог отгадать. Ему оставалось только глупо пробормотать:
- Я очень сожалею.
- Она мне часто снится, - со вздохом сказала миссис Поттерли и подняла на
него рассеянные голубые глаза.
Фостер вздрогнул и отвел взгляд.
В следующий раз она спросила, осторожно отклеивая полоску витрона,
прилипшую к ее платью:
- А что, собственно, это означает - обзор времени? Ее слова нарушили
чрезвычайно сложный ход мысли, и Фостер почти огрызнулся:
- Спросите у профессора Поттерли.
- Я пробовала. Да, да, пробовала. Но, по-моему, его раздражает моя непонят-
ливость. И он почти все время называет это хроноскопией. Что, действительно
можно видеть образы прошлого, как в стереовизоре? Или аппарат пробивает
маленькие дырочки, как эта ваша счетная машинка?
Фостер с отвращением посмотрел на свою портативную счетную машинку.
Работала она неплохо, но каждую операцию приходилось проводить вручную, и ответы
выдавались в закодированном виде. Эх, если бы он мог воспользоваться
университетскими машинами... Пустые мечты! И так уж, наверное, окружающие
недоумевают, почему он теперь каждый вечер уносит свою машинку из кабинета домой. Он
ответил:
- Я лично никогда не видел хроноскопа, но, кажется, он дает возможность
видеть образы и слышать звуки.
- Можно услышать, как люди разговаривают?
- Кажется, да... - И, не выдержав, он продолжал в отчаянии: - Послушайте,
миссис Поттерли, вам же здесь, должно быть, невероятно скучно! Я понимаю, вам
неприятно бросать гостя в одиночестве, но, право же, миссис Поттерли, не
считайте себя обязанной...
- Я не считаю себя обязанной, - сказала она. - Я сижу здесь и жду.
- Ждете? Чего?
- Я подслушала, о чем вы говорили в тот первый вечер, - невозмутимо
ответила она, - когда вы в первый раз разговаривали с Арнольдом. Я подслушивала у
дверей.
- Да? - сказал он.
- Я знаю, что так поступать не следовало бы, но меня очень тревожил
Арнольд. Я подозревала, что он намерен заняться чем-то, чем он не имеет права
заниматься. И я хотела все узнать. А потом, когда я услышала... - Она умолкла
и, наклонив голову, стала внимательно рассматривать витроновое плетение.
- Услышали что, миссис Поттерли?
- Что вы не хотите строить хроноскоп.
- Конечно, не хочу.
- Я подумала, что вы, может быть, передумаете. Фостер бросил на нее
свирепый взгляд.
- Так, значит, вы приходите сюда, надеясь, что я построю хроноскоп,
рассчитывая, что я его построю?
- Да, да, доктор Фостер. Я так хочу, чтобы вы его построили!
С ее лица словно упало мохнатое покрывало - оно вдруг приобрело мягкую
четкость очертаний, щеки порозовели, глаза оживились, а голос почти зазвенел от
волнения.
- Как это было бы чудесно! - шепнула она. - Вновь ожили бы люди из прошлого
- фараоны, короли и... и просто люди. Я очень надеюсь, что вы построите
хроноскоп , доктор Фостер. Очень...
Миссис Поттерли умолкла, словно не выдержав напряжения собственных слов, и
даже не заметила, что витроновые полоски соскользнули с ее колен на пол. Она
вскочила и бросилась вверх по лестнице, а Фостер следил за неуклюже
движущейся фигурой в полной растерянности.
Теперь Фостер почти не спал по утрам, напряженно и мучительно думая. Это
напоминало какое-то несварение мысли.
Его заявка на дотацию, в конце концов, отправилась к Ральфу Ниммо. Он
больше на нее не рассчитывал и только подумал тупо: "Одобрения я не получу".
В таком случае не миновать скандала на кафедре, и возможно, в конце
академического года его не утвердят в занимаемой должности.
Но Фостера это почти не трогало. Сейчас для него существовал нейтрино,
нейтрино , только нейтрино! След частицы прихотливо извивался и уводил его все
дальше по неведомым путям, неизвестным даже Стербинскому и Ламарру. Он
позвонил Ниммо.
- Дядя Ральф, мне кое-что нужно. Я звоню не из городка. Лицо Ниммо на
экране , как всегда, излучало добродушие, но голос был отрывист.
- Я знаю, что тебе нужно: пройти курс по ясному формулированию собственных
мыслей. Я совсем измотался, пытаясь привести твою заявку в божеский вид. Если
ты звонишь из-за нее...
- Нет, не из-за нее, - нетерпеливо замотал головой Фостер. - Мне нужно вот
что... - Он быстро нацарапал на листке бумаги несколько слов и поднес листок
к приемнику.
Ниммо испустил короткий вопль.
- Ты что, думаешь, мои возможности ничем не ограничены?
- Это вы можете достать, дядя, можете! Ниммо еще раз прочел список,
беззвучно шевеля пухлыми губами и все больше хмурясь.
- И что получится, когда ты соберешь все это воедино? - спросил он.
Фостер только покачал головой.
- Что бы из этого ни получилось, исключительное право на популярное издание
будет принадлежать вам, как всегда. Только, пожалуйста, пока больше меня ни о
чем не расспрашивайте.
- Видишь ли, я не умею творить чудеса.
- Ну, а на этот раз сотворите! Обязательно! Вы же писатель, а не ученый.
Вам не приходится ни перед кем отчитываться. У вас есть связи, друзья.
Наверно, они согласятся на минутку отвернуться, чтобы ваш следующий публикационный
срок мог сослужить им службу?
- Твоя вера, племянничек, меня умиляет. Я попытаюсь.
Попытка Ниммо увенчалась полным успехом. Как-то вечером, заняв у приятеля
машину, он привез материалы и оборудование. Вместе с Фостером они втащили их
в дом, громко пыхтя, как люди, не привыкшие к физическому труду.
Когда Ниммо ушел, в подвал спустился Поттерли и спросил:
- Для чего это все?
Фостер откинул прядь со лба и принялся осторожно растирать ушибленную руку.
- Мне нужно провести несколько простых экспериментов, - ответил он.
- Правда? - Глаза историка вспыхнули от волнения.
Фостер почувствовал, что его безбожно эксплуатируют. Словно кто-то ухватил
его за нос и повел по опасной тропинке, а он, хоть и ясно видел зиявшую
впереди пропасть, продвигался охотно и решительно. И хуже всего было то, что его
нос сжимали его же собственные пальцы.
И все это заварил Поттерли. А сейчас Поттерли стоит в дверях и торжествует.
Но принудил себя идти по этой дорожке он сам.
Фостер сказал злобно:
- С этих пор, Поттерли, я хотел бы, чтобы сюда никто не входил. Я не могу
работать, когда вы и ваша жена то и дело врываетесь сюда и мешаете мне.
Он подумал: "Пусть-ка обидится и выгонит меня отсюда. Пусть сам все и
кончает" .
Однако в глубине души он отлично понимал, что с его изгнанием не кончится
ровно ничего.
Но до этого не дошло. Поттерли, казалось, вовсе не обиделся. Кроткое
выражение его лица не изменилось.
- Ну, конечно, доктор Фостер, вам никто не будет мешать.
Фостер угрюмо посмотрел ему вслед. Значит, он и дальше пойдет по тропе,
самым гнусным образом радуясь этому и ненавидя себя за свою радость.
Теперь он ночевал у Поттерли на раскладушке все в том же подвале и проводил
там все свое свободное время.
Примерно в это время ему сообщили, что его заявка (отшлифованная Ниммо)
получила одобрение. Об этом ему сказал сам заведующий кафедрой и поздравил его.
Фостер посмотрел на него невидящими глазами и промямлил:
- Прекрасно... Я очень рад.
Но эти слова прозвучали так неубедительно, что профессор нахмурился и молча
повернулся к нему спиной.
А Фостер тут же забыл об этом эпизоде. Это был пустяк, не заслуживающий
внимания. Ему надо было думать о другом, о самом важном: в этот вечер
предстояло решающее испытание.
Вечер, и еще вечер, и еще - вот, измученный, вне себя от волнения, он
позвал Поттерли. Поттерли спустился по лестнице и взглянул на самодельные
приборы. Он сказал обычным мягким тоном:
- Расход электричества очень повысился. Меня смущает не денежная сторона
вопроса, а то, что городские власти могут заинтересоваться причиной. Нельзя
ли что-нибудь сделать?
Вечер был жаркий, но на Поттерли была рубашка с крахмальным воротничком и
пиджак. Фостер, работавший в одной рубашке, поднял на него покрасневшие глаза
и хрипло сказал:
- Об этом можно больше не беспокоиться, профессор Поттерли. Но я позвал вас
сюда, чтобы сказать вам кое-что. Хроноскоп построить можно. Небольшой,
правда , но можно.
Поттерли ухватился за перила. Его ноги подкосились, и он с трудом
прошептал :
- Его можно построить здесь?
- Да, здесь, в вашем подвале, - устало ответил Фостер.
- Боже мой, но вы же говорили...
- Я не знаю, что я говорил! - раздраженно крикнул Фостер. - Я сказал, что
это сделать невозможно. Но тогда я ничего не знал. Даже Стербинский ничего не
знал.
Поттерли покачал головой.
- Вы уверены? Вы не ошибаетесь, доктор Фостер? Я не вынесу, если...
- Я не ошибаюсь, - ответил Фостер. - Черт побери, сэр! Если бы можно было
обойтись одной теорией, то обозреватель времени был бы построен более ста лет
назад, когда только открыли нейтрино. Беда заключалась в том, что первые его
исследователи видели в нем только таинственную частицу без массы и заряда,
которую невозможно обнаружить. Она служила только для бухгалтерии - для того
чтобы спасти уравнение энергия-масса.
Он подумал, что Поттерли, пожалуй, его не понимает, но ему было все равно.
Он должен высказаться, должен как-то привести в порядок свои непослушные
мысли. .. А, кроме того, ему нужно было подготовиться к тому, что он скажет
Поттерли после. И Фостер продолжал:
- Стербинский первым открыл, что нейтрино прорывается сквозь барьер,
разделяющий пространство и время, что эта частица движется не только в
пространстве, но и во времени, и Стербинский первым разработал методику остановки
нейтрино . Он изобрел аппарат, записывающий движение нейтрино, и научился
интерпретировать след, оставляемый потоком нейтрино. Естественно, что этот поток
отклонялся и менял направление под влиянием всех тех материальных тел, через
которые он проходил в своем движении во времени. И эти отклонения можно было
проанализировать и превратить в образы того, что послужило причиной
отклонения. Так стал возможен обзор времени. Этот способ дает возможность улавливать
даже вибрацию воздуха и превращать ее в звук.
Но Поттерли его не слушал.
- Да, да, - сказал он. - Но когда вы сможете построить хроноскоп?
- Погодите! - потребовал Фостер. - Все зависит от того, как улавливать и
анализировать поток нейтрино. Метод Стербинского был крайне сложным и
окольным, он требовал чудовищного количества энергии. Но я изучал
псевдогравитацию, профессор Поттерли, науку об искусственных гравитационных полях. Я спе-
циализировался на изучении поведения света в подобных полях. Это новая наука.
Стербинский о ней ничего не знал. Иначе он - как и любой другой человек -
легко нашел бы гораздо более надежный и эффективный метод улавливания
нейтрино с помощью псевдогравитационного поля. Если бы я прежде хоть немного
сталкивался с нейтриникой, я сразу это понял бы. Поттерли заметно приободрился.
- Я так и знал, - сказал он. - Хотя правительство и прекратило дальнейшие
работы в области нейтриники, оно не могло воспрепятствовать тому, чтобы в
других областях науки совершались открытия, как-то связанные с нейтриникой.
Вот оно - централизованное руководство наукой! Я сообразил это давным-давно,
доктор Фостер, задолго до того, как вы появились в университете.
- С чем вас и поздравляю, - огрызнулся Фостер. - Но надо учитывать одно...
- Ах, все это неважно! Ответьте же мне, будьте так добры, когда вы можете
изготовить хроноскоп?
- Я же и стараюсь вам объяснить, профессор Поттерли: хроноскоп вам
совершенно не нужен.
("Ну, вот и это сказано", - подумал Фостер.)
Поттерли медленно спустился со ступенек и остановился в двух шагах от
Фостера .
- То есть как? Почему он мне не нужен?
- Вы не увидите Карфагена. Я обязан вас предупредить. Именно потому я и
позвал вас. Карфагена вы никогда не увидите.
Поттерли покачал головой.
- О нет, вы ошибаетесь. Когда у нас будет хроноскоп, его надо будет
настроить как следует...
- Нет, профессор, дело не в настройке. На поток нейтрино, как и на все
элементарные частицы, влияет фактор случайности, то, что мы называем принципом
неопределенности. При записи и интерпретации потока фактор случайности
проявляется как затуманивание, или шум, по выражению радиоспециалистов. Чем дальше
в прошлое вы проникаете, тем сильнее затуманивание, тем выше уровень помех.
Через некоторое время помехи забивают изображение. Вам понятно?
- Надо увеличить мощность, - сказал Поттерли безжизненным голосом.
- Это не поможет. Когда помехи смазывают детали, увеличение этих деталей
увеличивает и помехи. Ведь как ни увеличивай засвеченную пленку, ничего
увидеть не удастся. Не так ли? Постарайтесь это понять. Физическая природа
Вселенной ставит на пути исследователей непреодолимые барьеры. Хаотическое
тепловое движение молекул воздуха определяет порог звуковой чувствительности
любого прибора. Длина световой или электронной волны определяет минимальные
размеры предмета, который мы можем увидеть посредством приборов. То же
наблюдается и в хроноскопии. Обозревать время можно только до определенного
предела .
- До какого же? До какого? Фостер перевел дух и ответил:
- Максимально - сто двадцать пять лет.
- Но ведь в ежемесячном бюллетене Института хроноскопии указываются
события, относящиеся почти исключительно к древней истории! - Профессор хрипло
засмеялся. - Значит, вы ошибаетесь. Правительство располагает сведениями,
восходящими к трехтысячному году до нашей эры.
- С каких это пор вы стали верить сообщениям правительства? - презрительно
спросил Фостер. - Не вы ли доказывали, что правительство лжет, и еще ни один
историк не пользовался хроноскопом? Так неужели вы теперь не понимаете, в чем
здесь причина? Хроноскоп мог бы пригодиться только ученому, занимающемуся
новейшей историей. Ни один хроноскоп, ни при каких условиях, не в состоянии
заглянуть дальше 1920 года.
- Вы ошибаетесь. Вы не можете знать всего, - упрямо твердил Поттерли.
- Однако истина не станет приспосабливаться к вашим желаниям! Взгляните
правде в глаза: правительство стремится только к одному - продолжить обман.
- Но зачем?
- Этого я не знаю.
Курносый нос Поттерли дернулся, глаза налились кровью. Он сказал умоляюще:
- Это же только теория, доктор Фостер. Попробуйте построить хроноскоп.
Постройте и испытайте его.
Неожиданно Фостер злобно схватил Поттерли за плечи.
- А вы думаете, что я его не построил? Вы думаете, что я сказал бы вам
подобную вещь, не проверив своего вывода всеми возможными способами? Я построил
хроноскоп. Он вокруг вас. Глядите!
Пятно стало более четким и распалось на черно-белый узор. Люди! Как в
тумане . Лица смазаны. Вместо рук и ног - дрожащие полоски. Промелькнул старинный
наземный автомобиль, очень нечеткий - и все же, несомненно, одна из тех
машин, в которых применялись двигатели внутреннего сгорания, работавшие на
бензине .
- Примерно середина двадцатого века, - сказал Фостер. - Сконструировать
звукоприемник я пока еще не могу. Со временем можно будет получить и звук. Но
как бы то ни было, середина двадцатого века - это практически предел.
Поверьте мне, лучшей фокусировки добиться невозможно.
- Постройте большой аппарат, более мощный, - сказал Поттерли. -
Усовершенствуйте его питание.
- Да послушайте же! Принцип неопределенности обойти невозможно, так же как
невозможно поселиться на Солнце. Всему есть свой физический предел.
- Вы лжете, я вам не верю! Я...
Его перебил новый голос, пронзительный и настойчивый:
- Арнольд! Доктор Фостер!
Физик сразу обернулся. Поттерли замер и через несколько секунд сказал, не
повернув головы:
- В чем дело, Кэролайн? Пожалуйста, не мешай нам.
- Нет! - Миссис Поттерли торопливо спускалась по лестнице. - Я все слышала.
Вы так кричали. У вас правда есть обозреватель времени, доктор Фостер, здесь,
в нашем подвале?
- Да, миссис Поттерли. Примерно. Хотя аппарат и не очень хорош. Я еще не
могу получить звука, а изображение чертовски смазанное. Но аппарат все-таки
работает.
Миссис Поттерли прижала к груди стиснутые руки.
- Замечательно! Как замечательно!
- Ничего замечательного, - рявкнул Поттерли. - Этот молокосос не может
заглянуть дальше чем...
- Послушайте... - начал Фостер, выйдя из себя.
- Погодите! - воскликнула миссис Поттерли. - Послушайте меня. Арнольд,
разве ты не понимаешь, что аппарат работает на двадцать лет назад и, значит, мы
можем вновь увидеть Лорель? К чему нам Карфаген и всякая древность? Мы же
можем увидеть Лорель! Она оживет для нас! Оставьте аппарат здесь, доктор
Фостер. Покажите нам, как с ним обращаться.
Фостер переводил взгляд с миссис Поттерли на ее мужа. Лицо профессора
побелело, и его голос, по-прежнему тихий и ровный, утратил обычную
невозмутимость .
- Идиотка!
Кэролайн растерянно ахнула.
- Арнольд, как ты можешь!
- Я сказал, что ты идиотка. Что ты увидишь? Прошлое. Мертвое прошлое.
Лорель будет повторять только то, что она делала прежде. Ты не увидишь ничего,
кроме того, что ты уже видела. Значит, ты хочешь вновь и вновь переживать од-
ни и те же три года, следя за младенцем, который никогда не вырастет, сколько
бы ты ни смотрела?
Казалось, его голос вот-вот сорвется. Профессор подошел к жене, схватил ее
за плечо и грубо дернул.
- Ты понимаешь, чем это может тебе грозить, если ты попробуешь сделать это?
Тебя заберут, потому что ты сойдешь с ума. Да, сойдешь с ума. Неужели ты
хочешь попасть в приют для душевнобольных? Чтобы тебя заперли, подвергли
психической проверке?
Миссис Поттерли вырвалась из его рук. От прежней кроткой рассеянности не
осталось и следа. Она мгновенно превратилась в разъяренную фурию.
- Я хочу увидеть мою девочку, Арнольд. Она спрятана в этой машине, и она
мне нужна!
- Ее нет в машине. Только образ. Пойми же, наконец! Образ! Иллюзия, а не
реальность.
- Мне нужна моя дочь! Слышишь? - Она набросилась на мужа с кулаками, и ее
голос перешел в визг. - Мне нужна моя дочь!
Историк, вскрикнув, отступил перед обезумевшей женщиной. Фостер кинулся
между ними, но тут миссис Поттерли, бурно зарыдав, упала на пол.
Поттерли обернулся, озираясь, как затравленный зверь. Внезапно резким
движением он вырвал из подставки какой-то стержень и отскочил, прежде чем
Фостер, оглушенный всем происходящим, успел его остановить.
- Назад, - прохрипел Поттерли, - или я вас убью! Слышите?
Он размахнулся, и Фостер отступил.
Поттерли с яростью набросился на аппаратуру. Раздался звон бьющегося
стекла, и Фостер замер на месте, тупо наблюдая за историком.
Наконец ярость Поттерли угасла, и он остановился среди хаоса обломков,
сжимая в руке согнувшийся стержень.
- Убирайтесь, - сказал он Фостеру сдавленным шепотом, - и не смейте
возвращаться. Если вы потратили на это свои деньги, пришлите мне счет, и я заплачу.
Я заплачу вдвойне.
Фостер пожал плечами, взял свою куртку и направился к лестнице. До него
доносились громкие рыдания миссис Поттерли. На площадке он оглянулся и увидел,
что доктор Поттерли склонился над женой и на его лице написано мучительное
страдание.
Два дня спустя, когда занятия кончились и Фостер устало осматривал свой
кабинет, проверяя, не забыл ли он еще каких-нибудь материалов, относящихся к
его одобренной теме, на пороге открытой двери вновь появился профессор
Поттерли .
Историк был одет с обычной тщательностью. Он поднял руку - этот жест был
слишком неопределенен для приветствия и слишком краток для просьбы. Фостер
смотрел на своего нежданного гостя ледяным взглядом.
- Я подождал пяти часов, чтобы вы... - сказал Поттерли. - Разрешите войти?
Фостер кивнул. Поттерли продолжал:
- Мне, конечно, следует извиниться за мое поведение. Меня постигло страшное
разочарование, я не владел собой, но, тем не менее, оно было непростительным.
- Я принимаю ваши извинения, - отозвался Фостер. - Это все?
- Если не ошибаюсь, вам звонила моя жена?
- Да.
- У нее непрерывная истерика. Она сказала мне, что звонила вам, но я не
знал, можно ли поверить...
- Да, она мне звонила.
- Не могли бы вы сказать мне... Будьте так добры, скажите, что ей было
нужно?
- Ей был нужен хроноскоп. Она сказала, что у нее есть собственные деньги и
она готова заплатить.
- А вы... что-нибудь обещали?
- Я сказал, что я не приборостроитель.
- Прекрасно. - Поттерли с облегчением вздохнул. - Будьте добры, не
отвечайте на ее звонки. Она не... не вполне...
- Послушайте, профессор Поттерли, - сказал Фостер, - я не намерен
вмешиваться в супружеские споры, но вы должны твердо усвоить: хроноскоп может
построить любой человек. Стоит только приобрести несколько деталей, которые
продаются в магазинах оборудования, и его можно построить в любой домашней
мастерской. Во всяком случае, ту его часть, которая связана с телевидением.
- Но ведь об этом же никто не знает, кроме вас. Ведь никто же еще до этого
не додумался!
- Я не собираюсь держать это в секрете.
- Но вы же не можете опубликовать свое открытие. Вы сделали его нелегально.
- Это больше не имеет значения, профессор Поттерли. Если я потеряю мою
дотацию, значит, я ее потеряю. Если университет будет недоволен, я уйду. Все
это просто не имеет значения.
- Нет, нет, вы не должны!
- До сих пор, - заметил Фостер, - вас не слишком заботило, что я рискую
лишиться дотации и места. Так почему же вы вдруг принимаете это так близко к
сердцу? А теперь разрешите, я вам кое-что объясню. Когда вы пришли ко мне
впервые, я верил в строго централизованную научную работу, другими словами, в
существующее положение вещей.
Вас, профессор Поттерли, я считал интеллектуальным анархистом, и притом
весьма опасным. Однако случилось так, что я сам за последние месяцы
превратился в анархиста и при этом сумел добиться великолепных результатов. Добился
я их не потому, что я блестящий ученый. Вовсе нет. Просто научной работой
руководили сверху, и остались пробелы, которые может восполнить кто угодно,
лишь бы он догадался взглянуть в правильном направлении. И это случилось бы
уже давно, если бы государство активно этому не препятствовало. Поймите меня
правильно: я по-прежнему убежден, что организованная научная работа полезна.
Я вовсе не сторонник возвращения к полной анархии. Но должен существовать
какой-то средний путь, научные исследования должны сохранять определенную
гибкость . Ученым следует разрешить удовлетворять свою любознательность, хотя бы
в свободное время.
Поттерли сел и сказал вкрадчиво:
- Давайте обсудим это, Фостер. Я понимаю ваш идеализм. Вы молоды, вам
хочется получить луну с неба. Но вы не должны губить себя из-за каких-то
фантастических представлений о том, как следует вести научную работу. Я втянул вас
в это. Вся ответственность лежит на мне. Я горько упрекаю себя за собственную
неосторожность. Я слишком поддался своим эмоциям. Интерес к Карфагену
настолько меня ослепил, что я поступил как последний идиот.
- Вы хотите сказать, что полностью отказались от своих убеждений за
последние два дня? - перебил его Фостер. - Карфаген - это пустяк? Как и то, что
правительство препятствует научной работе?
- Даже последний идиот, вроде меня, может кое-что уразуметь, Фостер. Жена
кое-чему меня научила. Теперь я знаю, почему правительство практически
запретило нейтринику. Два дня назад я этого не понимал, а теперь понимаю и
одобряю. Вы же сами видели, как подействовало на мою жену известие, что у нас в
подвале стоит хроноскоп. Я мечтал о хроноскопе как о приборе для научных
исследований. Для нее же он стал бы только средством истерического наслаждения,
возможностью вновь пережить собственное давно исчезнувшее прошлое. А
настоящих исследователей, Фостер, слишком мало. Мы затеряемся среди таких людей,
как моя жена. Если бы государство разрешило хроноскопию, оно тем самым
сделало бы явным прошлое всех нас до единого. Лица, занимающие ответственные
должности, стали бы жертвой шантажа и незаконного нажима - ведь кто на Земле
может похвастаться абсолютно незапятнанным прошлым? Так, вся государственная
система рассыпалась бы в прах.
Фостер облизнул губы и ответил:
- Возможно, что и так. Возможно, что в глазах правительства его действия
оправданны. Но, как бы то ни было, здесь задет важнейший принцип. Кто знает,
какие еще достижения науки остались неосуществленными только потому, что
ученых силой загоняют на узенькие тропки? Если хроноскоп станет кошмаром для
кучки политиканов, то эту цену им придется заплатить. Люди должны понять, что
науку нельзя обрекать на рабство, и трудно придумать более эффективный способ
открыть им глаза, чем сделать мое изобретение достоянием гласности, легальным
или нелегальным путем - все равно...
На лбу Поттерли блестели капельки пота, но голос его был по-прежнему ровен.
- О нет, речь идет не просто о кучке политиканов, доктор Фостер. Не думайте
этого. Хроноскоп станет и моим кошмаром. Моя жена с этих пор будет жить
только нашей умершей дочерью. Она совершенно утратит ощущение действительности и
сойдет с ума, вновь и вновь переживая одни и те же сцены. И таким хроноскоп
станет не только для меня. Разве мало людей, подобных ей? Люди будут искать
своих умерших родителей или собственную юность. Весь мир станет жить в
прошлом. Это будет повальное безумие.
- Соображения нравственного порядка ничего не решают, - ответил Фостер. -
Человечество умудрялось искажать практически каждое научное достижение, какие
только знала история. Человечеству пора научиться предохранять себя от этого.
Что же касается хроноскопа, то любителям возвращаться к мертвому прошлому
вскоре надоест это занятие. Они застигнут своих возлюбленных родителей за
какими-нибудь неблаговидными делишками, и это поубавит их энтузиазм. Впрочем,
все это мелочи. Меня же интересует важнейший принцип.
- К черту ваш принцип! - воскликнул Поттерли. - Попробуйте подумать не
только о принципах, но и о людях. Как вы не понимаете, что моя жена захочет
увидеть пожар, который убил нашу девочку. Это неизбежно, я ее знаю. Она будет
впивать каждую подробность, пытаясь помешать ему. Она будет вновь и вновь
переживать этот пожар, каждый раз надеясь, что он не вспыхнет. Сколько раз вы
хотите убить Лорель? - голос историка внезапно осип.
И Фостер вдруг понял.
Чего вы на самом деле боитесь, профессор Поттерли? Что может узнать ваша
жена? Что произошло в ночь пожара?
Историк закрыл лицо руками, и его плечи задергались от беззвучных рыданий.
Фостер смущенно отвернулся и уставилси в окно.
Через несколько минут Поттерли произнес:
- Я давно отучил себя вспоминать об этом. Кэролайн отправилась за
покупками , а я остался с Лорель. Вечером я заглянул в детскую проверить, не сползло
ли с девочки одеяло. У меня в руках была сигарета. В те дни я курил. Я,
несомненно, погасил ее, прежде чем бросить в пепельницу на комоде, - я всегда
следил за этим. Девочка спокойно спала. Я вернулся в гостиную и задремал
перед телевизором. Я проснулся, задыхаясь от дыма, среди пламени. Как начался
пожар, я не знаю.
- Но вы подозреваете, что причиной его была сигарета, не так ли? - спросил
Фостер. - Сигарета, которую на этот раз вы забыли погасить?
- Не знаю. Я пытался спасти девочку, но она умерла, прежде чем я успел
вынести ее из дома.
- И, наверное, вы никогда не рассказывали своей жене об этой сигарете?
Поттерли покачал головой.
- Но все это время я помнил о ней.
- А теперь, с помощью хроноскопа, ваша жена узнает все. Но вдруг дело было
не в сигарете? Может быть, вы ее все-таки погасили? Разве это невозможно?
Редкие слезы уже высохли на лице Поттерли. Покрасневшие глаза стали почти
нормальными.
- Я не имею права рисковать, - сказал он. - Но ведь дело не только во мне,
Фостер. Для большинства людей прошлое таит в себе ужасы. Спасите же от них
человечество.
Фостер молча расхаживал по комнате. Теперь он понял, чем объяснялось
страстное, иррациональное желание Поттерли во что бы то ни стало возвеличить
карфагенян, обожествить их, а главное, опровергнуть рассказ об огненных
жертвоприношениях Молоху. Снимая с них жуткое обвинение в детоубийстве посредством
огня, он тем самым символически очищал себя от той же вины.
И вот пожар, благодаря которому историк стал причиной создания хроноскопа,
теперь обрекал его же на гибель. Фостер грустно поглядел на старика.
- Я понимаю вас, профессор Поттерли, но это важнее личных чувств. Я обязан
сорвать удавку с горла науки.
- Другими словами, вам нужны слава и деньги, которые обещает такое
открытие ! - в бешенстве крикнул Поттерли.
- Оно может и не принести никакого богатства. Однако и это соображение,
вероятно, играет не последнюю роль. Я ведь всего только человек.
- Значит, вы отказываетесь утаить свое открытие?
- Наотрез.
- Ну, в таком случае... - Историк вскочил и свирепо уставился на Фостера, и
тот на мгновение испугался.
Поттерли был старше его, меньше ростом, слабее и, по-видимому, безоружен,
но все же... Фостер сказал:
- Если вы намерены убить меня или совершить еще какую-нибудь глупость в том
же роде, то учтите, что все мои материалы находятся в сейфе и в случае моего
исчезновения или смерти попадут в надлежащие руки.
- Не говорите ерунды, - сказал Поттерли и выбежал из комнаты.
Фостер поспешно закрыл за ним дверь, сел и задумался. Глупейшая ситуация.
Конечно, никаких материалов в сейфе у него не было. При обычных
обстоятельствах подобная мелодраматическая ерунда никогда не пришла бы ему в голову. Но
обстоятельства были необычными.
И чувствуя себя еще более глупо, он целый час записывал формулы применения
псевдогравитационной оптики к хроноскопии и набрасывал общую схему приборов.
Кончив, он запечатал все в конверт, на котором написал адрес Ральфа Ниммо.
Всю ночь он проворочался с боку на бок, а утром, по дороге в университет,
занес конверт в банк и отдал соответствующее распоряжение контролеру, который
предложил ему подписать разрешение на вскрытие сейфа в случае его смерти.
После этого Фостер позвонил дяде, сердито отказавшись объяснить, что именно
в нем содержится.
Никогда в жизни он еще не чувствовал себя в таком глупом положении.
Следующие две ночи Фостер почти не спал, пытаясь найти решение весьма
практической задачи - каким способом опубликовать материал, благодаря вопиющему
нарушению этики. Журнал "Сообщения псевдогравитационного общества", который
был знаком ему лучше других, разумеется, отвергнет любую статью, лишенную
магического примечания: "Исследование, изложенное в этой статье, оказалось
возможным благодаря дотации No... Комиссии по делам науки при ООН". И,
несомненно, так же поступит "Физический журнал".
Конечно, всегда имеется возможность обратиться к второстепенным журналам,
которые в погоне за сенсацией не стали бы слишком придираться к источнику
статьи, но для этого требовалось совершить небольшую финансовую операцию,
крайне для него неприятную. В конце концов, он решил оплатить издание
небольшой брошюры, предназначенной для распространения среди ученых. В этом случае
можно будет даже пожертвовать тонкостями стиля ради быстроты и обойтись без
услуг писателя. Придется поискать надежного типографа. Впрочем, дядя Ральф,
наверное, сможет ему кого-нибудь порекомендовать.
Он направлялся к своему кабинету, тревожно раздумывая, стоит ли медлить, и
собираясь с духом, чтобы позвонить Ральфу по служебному телефону и тем самым
отрезать себе пути к отступлению. Он был так поглощен этими мрачными
размышлениями, что, только сняв пальто и подойдя к своему письменному столу,
заметил, наконец, что в кабинете он не один.
На него смотрели профессор Поттерли и какой-то незнакомец.
Фостер смерил их удивленным взглядом.
- В чем дело?
- Мне очень жаль, - сказал Поттерли, - но я вынужден был найти способ
остановить вас.
Фостер продолжал недоуменно смотреть на него.
- О чем вы говорите? Неизвестный человек сказал:
- По-видимому, я должен представиться. - И улыбнулся, показав крупные,
слегка неровные зубы. - Мое имя Тэддиус Эремен, заведующий отделом
хроноскопии. Я пришел побеседовать с вами относительно сведений, которые мне сообщил
профессор Арнольд Поттерли и которые подтверждены нашими собственными
источниками .
- Я взял всю вину на себя, доктор Фостер, - поспешно сказал Поттерли. - Я
рассказал, что именно я толкнул вас против вашей воли на неэтичный поступок.
Я готов принять на себя всю полноту ответственности и понести наказание. Мне
бы не хотелось ничем вам повредить, но появления хроноскопии допускать
нельзя .
Эремен кивнул.
- Он действительно взял всю вину на себя, доктор Фостер. Но дальнейшее от
него не зависит.
- Ах, вот как! - сказал Фостер. - Так что ж вы собираетесь предпринять?
Внести меня в черный список и лишить права на получение дотации?
- Я могу это сделать, - ответил Эремен.
- Приказать университету уволить меня?
- И это я тоже могу.
- Ну ладно, валяйте! Считайте, что это уже сделано. Я уйду из кабинета
теперь же, вместе с вами, а за книгами пришлю позднее. Если вы требуете, я могу
вообще оставить книги здесь. Теперь все?
- Не совсем, - ответил Эремен. - Вы должны дать обязательство прекратить
дальнейшие работы в области хроноскопии, не публиковать сведений о ваших
открытиях в этом на правлении и, разумеется, не собирать хроноскопов. Вы
навсегда останетесь под наблюдением, которое помешает вам нарушить это обещание.
- Ну а если я откажусь дать такое обещание? Как вы меня заставите?
Занимаясь не тем, чем я должен заниматься, я, возможно, нарушаю этику, но это же не
преступление.
- Когда речь идет о хроноскопе, мой юный друг, - терпеливо объяснил Эремен,
- это именно преступление. Если понадобится, вас посадят в тюрьму, и
навсегда.
- Но почему? - вскричал Фостер. - Чем хроноскопия так замечательна?
- Как бы то ни было, - продолжал Эремен, - мы не можем допустить дальнейших
исследований в этой области. Моя работа в основном сводится именно к тому,
чтобы препятствовать им. И я намерен выполнить свой служебный долг. К
несчастью, ни я, ни сотрудники моего отдела не подозревали, что оптические свойст-
ва псевдогравитационных полей имеют столь прямое отношение к хроноскопии.
Одно очко в пользу всеобщего невежества, но с этих пор научная работа будет
регулироваться соответствующим образом и в этом направлении.
- Ничего не выйдет, - ответил Фостер. - Найдется еще какой-нибудь смежный
принцип, не известный ни вам, ни мне. Все области в науке тесно связаны между
собой. Это единое целое. Если вам нужно остановить какой-то один ее процесс,
вы вынуждены будете остановить их все.
- Несомненно, это справедливо, - сказал Эремен, - но только теоретически.
На практике же нам прекрасно удавалось в течение пятидесяти лет удерживать
хроноскопию на уровне первых открытий Стербинского. И, вовремя остановив вас,
доктор Фостер, мы надеемся и впредь справляться с этой проблемой не менее
успешно. Должен вам заметить, что на грани катастрофы мы сейчас оказались
потому, что я имел неосторожность судить о профессоре Поттерли по его внешности.
Он повернулся к историку и поднял брови, словно посмеиваясь над собой.
- Боюсь, сэр, во время нашей первой беседы я счел вас всего лишь
обыкновенным профессором истории. Будь я более добросовестным и проверь вас
повнимательнее, этого не случилось бы.
- Но кому-то разрешается пользоваться государственным хроноскопом? -
отрывисто спросил Фостер.
- Вне нашего отдела - никому и ни под каким предлогом. Я говорю об этом
только потому, что вы, как я вижу, уже сами об этом догадались. Но должен
предостеречь вас, что оглашение этого факта будет уже не нарушением этики, а
уголовным преступлением.
- И ваш хроноскоп проникает не дальше ста двадцати пяти лет, не так ли?
- Вот именно.
- Значит, ваш бюллетень и сообщения о хроноскопировании античности -
сплошное надувательство? Эремен невозмутимо ответил:
- Собранные вами данные доказывают это с достаточной неопровержимостью. Тем
не менее, я готов подтвердить ваши слова. Этот ежемесячник - надувательство.
- В таком случае, - заявил Фостер, - я не намерен давать обещания скрывать
то, что мне известно о хроноскопии. Если вы решили меня арестовать, что ж,
это ваше право. Моей защитительной речи на суде будет достаточно, чтобы раз и
навсегда сокрушить вредоносный карточный домик руководства наукой. Руководить
наукой - это одно, а тормозить ее и лишать человечество ее достижений - это
совсем другое.
- Боюсь, вы не вполне понимаете положение, доктор Фостер, - сказал Эремен.
- В случае отказа сотрудничать с нами вы отправитесь в тюрьму немедленно. И к
вам не будет допущен адвокат. Вам не будет предъявлено обвинение. Вас не
будут судить. Вы просто останетесь в тюрьме.
- Ну, нет, - ответил Фостер. - Вы стараетесь меня запугать. Сейчас ведь не
двадцатый век.
За дверью кабинета раздался шум, послышался топот и визгливый вопль,
который показался Фостеру знакомым. Заскрежетал замок, дверь распахнулась, и в
комнату влетел клубок из трех тел.
В тот же момент один из боровшихся поднял свой бластер и изо всех сил
ударил противника по голове. Послышался глухой стон, и тот, кого ударили, весь
обмяк.
- Дядя Ральф! - крикнул Фостер.
- Посадите его в это кресло, - нахмурившись, приказал Эремен, - и принесите
воды.
Ральф Ниммо, осторожно потирая затылок, заметил с легкой брезгливостью:
- Право же, Эремен, прибегать к физическому насилию слишком поздно.
- А вы все-таки ворвались сюда, Ниммо, - ответил Эремен. - Ну, тем хуже для
вас.
- Вы знакомы? - спросил Фостер.
- Я уже имел дело с этим человеком, - вздохнул Ниммо, продолжая потирать
затылок. - Уж если он явился к тебе собственной персоной, племянничек,
значит , беды тебе не миновать.
- И вам тоже, - сердито сказал Эремен. - Мне известно, что доктор Фостер
консультировался у вас относительно литературы по нейтринике.
Ниммо было нахмурился, но тут же вздрогнул от боли и поспешил разгладить
морщины на лбу.
- Вот как? - сказал он. - А что еще вам про меня известно?
- В ближайшее время мы узнаем о вас все. А пока достаточно и этого. Зачем
вы сюда явились?
- Дражайший доктор Эремен, - сказал Ниммо, к которому отчасти вернулась его
обычная легкомысленная манера держаться. - Позавчера мой осел племянник
позвонил мне. Он поместил какие-то таинственные документы...
- Молчите, не говорите ему ничего! - воскликнул Фостер. Эремен холодно
взглянул на молодого физика.
- Нам все известно, доктор Фостер. Ваш сейф вскрыт, и его содержимое
конфисковано .
- Но откуда вы узнали... - Фостер умолк, задохнувшись от ярости и
разочарования .
- Как бы то ни было, - продолжал Ниммо, - я решил, что кольцо вокруг него
уже замыкается, и, приняв кое-какие меры, явился сюда, намереваясь убедить
его бросить заниматься тем, чем он занимается. Ради этого ему не стоило
губить свою карьеру.
Из этого следует, что вы знали, чем он занимается? - спросил Эремен.
Он мне ничего не рассказывал, - ответил Ниммо, - но я же писатель при науке
с чертовски большим опытом! Я ведь знаю, почем фунт электронов. Мой
племянничек специализируется по псевдогравитационной оптике и сам же, втолковал мне
ее основные принципы. Он уговорил меня достать ему учебник по нейтринике, и,
прежде чем отдать ему пленку, я сам быстренько ее просмотрел. А помножить два
на два я умею. Он попросил меня достать ему определенное физическое
оборудование, что также о многом говорило. Думаю, я не ошибусь, сказав, что мой
племянник построил полупортативный хроноскоп малой мощности. - Да или... Да?
- Да. - Эремен задумчиво достал сигарету, не обратив ни малейшего внимания
на то, что профессор Поттерли, который наблюдал за происходящим как во сне,
со стоном отшатнулся от белой трубочки. - Еще одна моя ошибка. Мне следует
подать в отставку. Я должен был бы присматривать и за вами, Ниммо, а не
заниматься исключительно Поттерли и Фостером. Правда, у меня было мало времени.
Вы сами благополучно сюда явились. Но это не может служить мне оправданием.
Вы арестованы, Ниммо.
- За что? - возмущенно спросил писатель.
- За нелегальные научные исследования.
- Я их не вел. И к тому же я не принадлежу к категории зарегистрированных
ученых и, значит, подобное определение ко мне не подходит. Да и в любом
случае это не уголовное преступление.
- Бесполезно, дядя Ральф, - свирепо перебил его Фостер. - Этот бюрократ
вводит собственные законы.
- Например? - спросил Ниммо.
- Например, пожизненное заключение без суда.
- Чушь! - воскликнул Ниммо. - Сейчас же не двадца...
- Я уже это говорил, - пояснил Фостер. - Ему все равно.
- И все-таки это чушь. - Ниммо уже кричал. - Слушайте, Эремен! К вашему
сведению, у меня и у моего племянника есть родственники, которые поддерживают
с нами связь. Да и у профессора, наверное, тоже. Вам не удастся убрать нас
без шума. Начнется расследование, и разразится скандал. Сейчас не двадцатый
век, что бы вы ни говорили. Так что не пробуйте нас Запугать.
Сигарета в пальцах Эремена лопнула, и он с яростью отшвырнул ее в сторону.
- Черт возьми! Не знаю, что и делать, - сказал он. - Впервые встречаюсь с
подобным случаем... Ну, вот что: вы, трое идиотов, не имеете ни малейшего
представления, что именно вы затеяли. Вы ничего не понимаете. Будете вы меня
слушать?
- Отчего же, - мрачно сказал Ниммо.
(Фостер молчал, крепко сжав губы. Глаза его сердито сверкали. Руки Поттерли
извивались, как две змеи.)
- Для вас прошлое - мертвое прошлое, - сказал Эремен. - Если вы обсуждали
этот вопрос, также, наверное, пустили в ход это выражение. Мертвое прошлое!
Если бы вы знали, сколько раз я слышал эти два слова, то вам бы они тоже
стали поперек глотки. Когда люди думают о прошлом, они считают его мертвым,
давно прошедшим, исчезнувшим навсегда. И мы стараемся укрепить их в этом мнении.
Сообщая об обзоре времени, мы каждый раз называли давно прошедшее столетие,
хотя вам, господа, известно, что заглянуть в прошлое больше чем на сто лет
вообще невозможно. И всем это кажется естественным. Прошлое для широкой
публики означает Грецию, Рим, Карфаген, Египет каменный век. Чем мертвее, тем
лучше. Но вы-то знаете, что пределом является столетие. Так что же в таком
случае для вас прошлое? Ваша юность. Ваша первая любовь. Ваша покойная мать.
Двадцать лет назад. Тридцать лет назад. Пятьдесят лет назад. Чем мертвее, тем
лучше... Но когда же все-таки начинается прошлое?
Он задохнулся от гнева. Его слушатели не сводили с него завороженных глаз,
а Ниммо беспокойно заерзал в кресле
- Ну, так когда же оно начинается? - сказал Эремен. - Год назад, пять минут
назад? Секунду назад? Разве не очевидно, что прошлое начинается сразу за
настоящим. Мертвое прошлое - это лишь другое название живого настоящего. Если
вы наведете хроноскоп на одну сотую долю секунды тому назад? Ведь вы же
будете наблюдать прошлое! Ну как, проясняется?
- Черт побери! - сказал Ниммо.
- Черт побери! - передразнил Эремен. - После того как Поттерли пришел ко
мне позавчера вечером, каким образом, по-вашему, я собрал сведения о вас
обоих? Да с помощью хроноскопа! Просмотрев все важнейшие моменты по самую
последнюю секунду.
- И таким образом вы узнали про сейф? - спросил Фостер.
- И про все остальное. А теперь скажите, что, по-вашему, произойдет, если
мы допустим, чтобы про домашний хроноскоп узнала широкая публика? Разумеется,
сперва люди начнут с обзора своей юности, захотят увидеть вновь своих
родителей и прочее, но вскоре они сообразят, какие потенциальные возможности таятся
в этом аппарате. Домашняя хозяйка забудет про свою бедную покойную мамочку и
примется следить, что делает ее соседка дома, а ее супруг у себя в конторе.
Делец будет шпионить за своим конкурентом, хозяин - за своими служащими.
Личная жизнь станет невозможной. Подслушивание по телефону, наблюдение через
замочную скважину покажутся детскими игрушками по сравнению с этим. Публика
будет любоваться каждой минутой жизни кинозвезд, и никому не удастся укрыться
от любопытных глаз. Даже темнота не явится спасением, потому что хроноскоп
можно настроить на инфракрасные лучи и человеческие тела будут видны
благодаря излучаемому ими теплу. Разумеется, это будут только смутные силуэты на
черном фоне. Но пикантность от этого только возрастет... Техники,
обслуживающие хроноскоп, проделывают подобные эксперименты, несмотря на все запрещения.
Ниммо сказал, словно борясь с тошнотой:
- Но ведь можно же запретить частное пользование...
- Конечно, можно. Но что толку? - яростно набросился на него Эремен. - Уда-
стся ли вам с помощью законов уничтожить пьянство, курение, разврат или
сплетни? А такая смесь грязного любопытства и щекотания нервов окажется куда
более сильной приманкой, чем все это. Да ведь за тысячу лет нам не удалось
покончить даже с употреблением наркотиков! А вы говорите о том, чтобы в
законодательном порядке запретить аппарат, который позволит наблюдать за кем
угодно и когда угодно, аппарат, который можно построить у себя дома!
- Я ничего не опубликую! - внезапно воскликнул Фостер.
Поттерли сказал с рыданием в голосе:
- Мы все будем молчать. Я глубоко сожалею... Но тут его перебил Ниммо:
- Вы сказали, что не проверили меня хроноскопом, Эремен?
- У меня не было времени, - устало ответил Эремен. - События в хроноскопе
занимают столько же времени, сколько в реальной жизни. Этот процесс нельзя
ускорить, как, например, прокручивание пленки в микрофильме. Нам понадобились
целые сутки, чтобы установить наиболее важные моменты в деятельности Поттерли
и Фостера за последние шесть месяцев. Ни на что другое у нас не хватило
времени. Но и этого было достаточно.
- Нет, - сказал Ниммо.
- Что вы хотите этим сказать? - Лицо Эремена исказилось от мучительной
тревоги.
- Я же объяснил вам, что мой племянник Джонас позвонил мне и сообщил, что
спрятал в сейф важнейшие материалы. Он вел себя так, словно ему грозила
опасность. Он же мой племянник, черт побери! Я должен был как-то ему помочь. На
это потребовалось время. А потом я пришел сюда, чтобы рассказать ему о том,
что сделал. Я же сказал вам, когда ваш охранник хлопнул меня по голове, что
принял кое-какие меры.
- Что?! Ради бога...
- Я всего только послал подробное сообщение о портативном хроноскопе в
десяток периодических изданий, которые меня печатают.
Ни слова, ни звука. Ни вздоха. У них уже не осталось сил.
- Да не глядите на меня так! - воскликнул Ниммо. - Неужели вы не можете
понять , как обстояло дело! Право популярного издания принадлежало мне. Джонас
не будет этого отрицать. Я знал, что легальным путем он не сможет
опубликовать свои материалы ни в одном научном журнале. Мне было ясно, что он
собирается издать свои материалы нелегально, и для этого поместил их в сейф. Я
решил сразу опубликовать детали, чтобы вся ответственность пала на меня. Его
карьера была бы спасена. А если бы меня лишили права обрабатывать научные
материалы, я все равно был бы обеспечен до конца своих дней, так как только я
мог бы писать о хроноскопии. Я знал, что Джонас рассердится, но собирался все
ему объяснить, а доходы поделить пополам... Да не глядите же на меня так!
Откуда я знал...
- Никто ничего не знал, - с горечью сказал Эремен, - однако вы все считали
само собой разумеющимся, что правительство состоит из глупых бюрократов,
злобных тиранов, запрещающих научные изыскания ради собственного
удовольствия. Вам и в голову не пришло, что мы по мере наших сил старались оградить
человечество от катастрофы.
- Да не тратьте же время на пустые разговоры! - вскричал Поттерли. - Пусть
он назовет тех, кому сообщил...
- Слишком поздно, - ответил Ниммо, пожимая плечами. - В их распоряжении
было больше суток. За это время новость успела распространиться. Мои издатели,
несомненно, обратились к различным физикам, чтобы проверить материалы, прежде
чем подписать их в печать, ну а те, конечно, сообщили об этом открытии всем
остальным. А стоит физику соединить нейтринику и псевдогравитику, как
создание домашнего хроноскопа станет очевидным. До конца недели, по меньшей мере,
пятьсот человек будут знать, как собрать портативный хроноскоп, и проверить
их всех невозможно. - Пухлые щеки Ниммо вдруг обвисли. - По-моему, не
существует способа загнать грибовидное облако в симпатичный блестящий шар из урана.
Эремен встал.
- Конечно, мы попробуем, Поттерли, но я согласен с Ниммо. Слишком поздно. Я
не знаю, в каком мире мы будем жить с этих пор, но наш прежний мир уничтожен
безвозвратно. До сих пор каждый обычай, каждая привычка, каждая крохотная
деталь жизни опиралась на тот факт, что человек может остаться наедине с собой,
но теперь это кончилось.
Он поклонился им с изысканной любезностью.
Вы втроем создали новый мир. Поздравляю вас. Счастливо плескаться в
аквариуме! И вам, и мне, и всем. И пусть каждый из вас во веки веков горит в
адском огне. Арест отменяется.
=================================== ПОДВАЛ ==================================
ЭКСПЕРИМЕНТ OPERA СООБЩАЕТ О НАБЛЮДЕНИИ
СВЕРХСВЕТОВОЙ СКОРОСТИ НЕЙТРИНО
Игорь Иванов
В пятницу 23 сентября в архиве электронных препринтов появилась статья кол-
лаборации OPERA, посвященная прямому измерению скорости движения нейтрино.
Результаты звучат сенсационно: скорость нейтрино оказалась слегка — но
статистически достоверно! — больше скорости света. Статья коллаборации содержит
анализ разнообразных источников погрешностей и неопределенностей, однако
реакция подавляющего большинства физиков остается очень скептической, прежде
всего потому, что такой результат не согласуется с другими экспериментальными
данными по свойствам нейтрино.
Подробности
эксперимента
Идея эксперимента очень проста. Нейтринный пучок рождается в ЦЕРНе, летит
сквозь Землю в итальянскую лабораторию Гран-Сассо и проходит там сквозь
специальный нейтринный детектор OPERA (рис. 1). Нейтрино очень слабо
взаимодействуют с веществом, но из-за того, что их поток из ЦЕРНа очень велик,
некоторые нейтрино всё же сталкиваются с атомами внутри детектора. Там они
порождают каскад заряженных частиц и тем самым оставляют в детекторе свой сигнал.
Нейтрино в ЦЕРНе рождаются не непрерывно, а «всплесками», и если мы знаем
момент рождения нейтрино и момент его поглощения в детекторе, а также
расстояние между двумя лабораториями, мы можем вычислить скорость движения нейтрино.
Расстояние между источником и детектором по прямой составляет примерно 730
км и измерено оно с точностью 20 см (точное расстояние между реперными
точками составляет 730 534,61 ± 0,20 метров). Правда, процесс, приводящий к
рождению нейтрино, вовсе не локализован с такой точностью. В ЦЕРНе пучок протонов
высокой энергии вылетает из ускорителя SPS, сбрасывается на графитовую мишень
и порождает в ней вторичные частицы, в том числе мезоны. Они по-прежнему
летят вперед с околосветовой скоростью и на лету распадаются на мюоны с
испусканием нейтрино. Мюоны тоже распадаются и порождают дополнительные нейтрино.
Затем все частицы, кроме нейтрино, поглощаются в толще вещества, а те
беспрепятственно долетают до места детектирования.
Рис. 1. Прохождение пучка нейтрино.
Весь каскад, приводящий к появлению нейтринного пучка, может растянуться на
сотни метров. Однако поскольку все частицы в этом сгустке летят вперед с
околосветовой скоростью, для времени детектирования нет практически никакой
разницы, родилось нейтрино сразу или через километр пути (однако имеет большое
значение, когда именно тот исходный протон, который привел к рождению данного
нейтрино, вылетел из ускорителя). В результате рожденные нейтрино по большому
счету просто повторяют профиль исходного протонного пучка. Поэтому ключевым
параметром здесь является именно временной профиль пучка протонов, вылетающих
из ускорителя, в особенности — точное положение его переднего и заднего
фронтов, а этот профиль измеряется с хорошим временным разрешением (см. рис. 2).
Рис. 2. Типичный профиль интенсивности протонного пучка,
вылетающего из ускорителя SPS. Справа показана наносекундная
структура пучка. Время на этом графике «течет» слева направо.
Каждый сеанс сброса протонного пучка на мишень (по-английски такой сеанс
называется spill, «выплеск») длится примерно 10 микросекунд и приводит к
рождению огромного числа нейтрино. Однако практически все они пролетают Землю (и
детектор) насквозь без взаимодействия. В тех же редких случаях, когда
детектор всё-таки регистрирует нейтрино, невозможно сказать, в какой именно момент
в течение 10-микросекундного интервала оно было испущено. Анализ можно
провести лишь статистически, то есть накопить много случаев детектирования
нейтрино и построить их распределение по временам относительно момента начала
отсчета для каждого сеанса. В детекторе за начало отсчета принимается тот
момент времени, когда условный сигнал, движущийся со скоростью света и
излученный ровно в момент переднего фронта протонного пучка, достигает детектора.
Точное измерение этого момента стало возможно благодаря синхронизации часов в
двух лабораториях с точностью в несколько наносекунд.
На рис. 3 показан пример такого распределения. Черные точки — это реальные
нейтринные данные, зарегистрированные детектором и просуммированные по
большому числу сеансов. Красная кривая показывает условный «опорный» сигнал,
который двигался бы со скоростью света. Видно, что данные начинаются примерно
на 1048,5 не раньше опорного сигнала. Это, впрочем, еще не означает, что
нейтрино действительно на микросекунду опережает свет, а является лишь поводом
для того, чтобы тщательно перемерить все длины кабелей, скорости срабатывания
аппаратуры, времена задержки электроники и так далее. Эта перепроверка была
выполнена, и оказалось, что она смещает «опорный» момент на 988 не. Таким
образом, получается, что нейтринный сигнал действительно обгоняет опорный, но
лишь примерно на 60 наносекунд. В пересчете на скорость нейтрино это отвечает
превышению скорости света примерно на 0,0025%.
First extraction
Рис. 3. Распределение моментов регистрации нейтрино относительно
условного начала отсчета. По горизонтальной оси показано время в
наносекундах, по вертикальной — количество нейтринных событий с
такой задержкой по времени. Красная линия показывает
гипотетический «опорный» сигнал.
Погрешность этого измерения была оценена авторами анализа в 10 наносекунд,
что включает в себя и статистическую, и систематическую погрешности. Таким
образом, авторы утверждают, что они «видят» сверхсветовое движение нейтрино
на уровне статистической достоверности в шесть стандартных отклонений.
Отличие результатов от ожиданий на шесть стандартных отклонений уже
достаточно велико и называется в физике элементарных частиц громким словом
«открытие». Однако надо правильно понимать это число: оно лишь означает, что
вероятность статистической флуктуации в данных очень мала, но не говорит о том,
насколько надежна методика обработки данных и насколько хорошо физики учли
все инструментальные погрешности. В конце концов, в физике элементарных
частиц имеется немало примеров, когда необычные сигналы с исключительно большой
статистической достоверностью не подтверждались другими экспериментами.
Чему противоречат
сверхсветовые нейтрино?
Вопреки широко распространенному мнению, специальная теория относительности
не запрещает само по себе существование частиц, движущихся со сверхсветовой
скоростью. Однако для таких частиц (их обобщенно называют «тахионы») скорость
света тоже является пределом, но только снизу — они не могут двигаться
медленнее нее. При этом зависимость энергии частиц от скорости получается
обратной: чем больше энергия, тем ближе скорость тахионов к скорости света.
Гораздо более серьезные проблемы начинаются в квантовой теории поля. Эта
теория приходит на смену квантовой механике, когда речь идет про квантовые
частицы с большими энергиями. В этой теории частицы — это не точки, а,
условно говоря, сгустки материального поля, и рассматривать их отдельно от поля
нельзя. Оказывается, что тахионы понижают энергию поля, а значит, делают
вакуум нестабильным. Пустоте тогда выгоднее спонтанно рассыпаться на огромное
число этих частиц, и потому рассматривать движение одного тахиона в обычном
пустом пространстве просто бессмысленно. Можно сказать, что тахион — это не
частица, а нестабильность вакуума.
В случае тахионов-фермионов ситуация несколько сложнее, но и там тоже
возникают сравнимые трудности, мешающие созданию самосогласованной тахионной
квантовой теории поля, включающей обычную теорию относительности.
Впрочем, это тоже не последнее слово в теории. Так же, как экспериментаторы
измеряют всё, что поддается измерению, теоретики тоже проверяют все возможные
гипотетические модели, которые не противоречат имеющимся данным. В частности,
существуют теории, в которых допускается небольшое, не замеченное пока
отклонение от постулатов теории относительности — например, скорость света сама по
себе может быть переменной величиной. Прямой экспериментальной поддержки у
таких теорий пока нет, но они пока и не закрыты.
Под этой краткой зарисовкой теоретических возможностей можно подвести такой
итог: несмотря на то что в некоторых теоретических моделях движение со
сверхсветовой скоростью возможно, они остаются исключительно гипотетическими
конструкциями. Все имеющиеся на сегодня экспериментальные данные описываются
стандартными теориями без сверхсветового движения. Поэтому если бы оно
достоверно подтвердилось хоть для каких-нибудь частиц, квантовую теорию поля
пришлось бы кардинально переделывать.
Стоит ли считать результат OPERA в этом смысле «первой ласточкой»? Пока
нет. Пожалуй, самым главным поводом для скепсиса остается тот факт, что
результат OPERA не согласуется с другими экспериментальными данными по
нейтрино .
Во-первых, во время знаменитой вспышки сверхновой SN1987A были
зарегистрированы и нейтрино, которые пришли за несколько часов до светового импульса.
Это не означает, что нейтрино шли быстрее света, а лишь отражает тот факт,
что нейтрино излучаются на более раннем этапе коллапса ядра при вспышке
сверхновой, чем свет. Однако раз нейтрино и свет, проведя в пути 170 тысяч
лет, не разошлись более, чем на несколько часов, значит, скорости у них очень
близки и различаются не более чем на миллиардные доли. Эксперимент же OPERA
показывает в тысячи раз более сильное расхождение.
Тут, конечно, можно сказать, что нейтрино, рождающиеся при вспышках
сверхновых, и нейтрино из ЦЕРНа сильно различаются по энергии (несколько десятков
МэВ в сверхновых и 10-40 ГэВ в описываемом эксперименте), а скорость нейтрино
меняется в зависимости от энергии. Но это изменение в данном случае работает
в «неправильную» сторону: ведь чем выше энергия тахионов, тем ближе их
скорость должна быть к скорости света. Конечно, и тут можно придумать какую-то
модификацию тахионной теории, в которой эта зависимость была бы совсем
другой, но в таком случае придется уже обсуждать «дважды-гипотетическую» модель.
Далее, из множества экспериментальных данных по нейтринным осцилляциям,
полученным за последние годы, следует, что массы всех нейтрино отличаются друг
от друга лишь на доли электронвольта. Если результат OPERA воспринимать как
проявление сверхсветового движения нейтрино, то тогда величина квадрата массы
хотя бы одного нейтрино будет порядка -(100 МэВ)2 (отрицательный квадрат
массы — это и есть математическое проявление того, что частица считается
тахионом) . Тогда придется признать, что все сорта нейтрино — тахионы и обладают
примерно такой массой. С другой стороны, прямое измерение массы нейтрино в
бета-распаде ядер трития показывает, что масса нейтрино (по модулю) не должна
превышать 2 электронвольта. Иными словами, все эти данные согласовать друг с
другом не удастся.
Вывод отсюда можно сделать такой: заявленный результат коллаборации OPERA
трудно вместить в какие-либо, даже в самые экзотические теоретические модели.
Что дальше?
Во всех больших коллаборациях в физике элементарных частиц нормальной
практикой является ситуация, когда каждый конкретный анализ выполняется небольшой
группой участников, и лишь затем результаты выносятся на общее обсуждение. В
данном случае, по-видимому, этот этап был слишком кратким, в результате чего
далеко не все участники коллаборации согласились подставить свою подпись под
статьей (полный список насчитывает 216 участников эксперимента, а у препринта
имеется лишь 174 автора). Поэтому в ближайшее время, по всей видимости,
внутри коллаборации будет проведено множество дополнительных проверок, и только
после этого статья будет послана в печать.
Конечно, сейчас можно ожидать и поток теоретических статей с разнообразными
экзотическими объяснениями этого результата. Однако пока заявленный результат
не будет надежно перепроверен, считать его полноправным открытием нельзя.
И СНОВА: НАСКОЛЬКО ВОЗМОЖНО ПУТЕШЕСТВИЕ ВО ВРЕМЕНИ?
Дмитрий Целиков
Казалось бы, от путешествий во времени можно просто отмахнуться:
фантастика , мол. Действительно, машину времени, описанную Гербертом Уэллсом в конце
XIX века, ещё никто не создал, но давайте не будем сдаваться: наука горазда
на разные открытия.
Путешествия во времени не опровергаются общей теории относительности. Она
предсказывает, что время течёт медленнее при сильной гравитации, так что,
если совсем уж огрублять, живя в бунгало, вы стареете не так быстро, как на
верхнем этаже небоскрёба. Получается, чтобы сделать машину времени, надо
просто подключиться к двум областям, где время течёт с разной скоростью.
Пусть одним таким регионом будет Земля, а другим — место в непосредственной
близости от чёрной дыры с её ужасающей силой тяжести. Представим себе, что
понедельничным утром мы и там и там включили часы. Когда на Земле наступит
пятница, возле чёрной дыры будет ещё среда. Таким образом, если бы вы смогли
в мгновение ока попасть туда, то переместились бы из пятницы на два дня
назад . Вуаля!
Можно ли совершить такое путешествие? В принципе да. Согласно квантовой
теории, ткань пространства-времени представляет собой клубок крошечных
переходов сквозь пространство и время — так называемых кротовых нор. Считанные
шаги по такому туннелю — и вы возникаете в нескольких световых годах от Земли
на другой стороне Галактики или же в будущем, а то и в прошлом. Вполне
возможно, что «призрачные» частицы под названием нейтрино регулярно проделывают
такой трюк.
Человек, правда, отличается от нейтрино. К тому же прежде, чем такие
путешествия станут реальностью, придётся решить ряд практических задач. В
частности, надо связать времена и места пунктов отправления и прибытия. Затем
предстоит раздуть кротовую нору до макроскопических размеров и найти способ
держать вход и выход открытыми. Надо заметить, подобные образования неизлечимо
нестабильны и могут захлопнуться в любой момент. Чтобы держать их открытыми,
нужно где-то взять гипотетический тип материи с отталкивающей силой тяжести.
Наука пока не знает о существовании такой экзотики. Зато она знает, что для
создания квантового туннеля около метра в диаметре придётся использовать
энергию, производимую всеми звёздами Млечного Пути за год.
Даже если в один прекрасный день удастся решить все эти проблемы, такая
машина времени не сможет отправить нас в прошлое. Посмотреть на динозавров
можно только в одном случае — если инопланетяне оставили на Земле машину времени
по крайней мере 65 млн. лет назад.
Зато, как только у нас появится машина времени, нас смогут посещать
представители будущих цивилизаций. Но как же «эффект бабочки»? Оказывается, у
квантовой физики и на это есть ответ.
Учёные не первый год пытаются «телепортировать» частицы путём передачи
информации о них. В январе с. г. Сет Ллойд из Массачусетского технологического
института (США) и Эфраим Стейнберг из Университета Торонто (Канада) показали,
что это возможно не только в пространстве, но и во времени. Как известно,
квантовые состояния частиц меняются при попытке их измерить; а что если их
измерить в будущем?
В ходе экспериментов с фотонами выяснилось, что путешествие во времени
уважает причинно-следственные отношения. Исследователи заставляли фотоны
путешествовать назад во времени, а затем меняли их поляризацию. Иными словами,
фотон как будто возвращался в прошлое, чтобы убить своего дедушку, то есть
самого себя с первоначальной поляризацией.
Так вот, из-за особенностей квантовых измерений всегда не получалось что-то
одно из двух: не удавалось либо путешествие во времени, либо изменение
поляризации .
Законы физики, похоже, самым решительным образом стоят за здравый смысл.
Тем не менее, дверь в другое время остаётся открытой.
Литпортал
ДО СКОРОГО!
Генри Каттнер, Кэтрин Л. Мур
Старый Енси, пожалуй, самый подлый человечишка во всем мире. Свет не видел
более наглого, закоренелого, тупого, отпетого, гнусного негодяя. То, что с
ним случилось, напомнило мне фразу, услышанную однажды от другого малого, -
много воды с тех пор утекло. Я уж позабыл, как звали того малого, кажется
Людовик, а может, и Тамерлан; но он как-то сказал, что, мол, хорошо бы у всего
мира была только одна голова, тогда ее легко было бы снести с плеч.
Беда Енси в том, что он дошел до ручки: считает, что весь мир ополчился
против него, и разрази меня гром, если он не прав. С этим Енси настали
хлопотные времена даже для нас, Хогбенов.
Енси то типичный мерзавец. Вообще вся семейка Тарбеллов не сахар, но Енси
даже родню довел до белого каления. Он живет в однокомнатной хибарке на
задворках у Тарбеллов и никого к себе не подпускает, разве только позволит
всунуть продукты в полукруглую дырку, выпиленную в двери.
Лет десять назад делали новое межевание, что ли, и вышло так, что из-за
какой-то юридической заковыки Енси должен был заново подтвердить свои права на
землю. Для этого ему надо было прожить на своем участке с год. Примерно в те
же дни он поругался с женой, выехал за пределы участка и сказал, что,
дескать, пусть земля достается государству, пропади все пропадом, зато он
проучит всю семью. Он знал, что жена пропускает иногда рюмочку-другую на деньги,
вырученные от продажи репы, и трясется, как бы государство не отняло землицу.
Оказалось, эта земля вообще никому не нужна. Она вся в буграх и завалена
камнями, но жена Енси страшно переживала и упрашивала мужа вернуться, а ему
характер не позволял.
В хибарке Енси Тарбелл обходился без элементарных удобств, но он ведь тупи-
ца и к тому же пакостник. Вскорости миссис Тарбелл померла: она кидалась
камнями в хибарку из-за бугра, а один камень ударил в бугор и рикошетом попал ей
в голову. Остались восемь Тарбеллов-сыновей да сам Енси. Но и тогда Енси с
места не сдвинулся.
Может, там бы он и жил, пока не превратился бы в мощи и не вознесся на
небо, но только его сыновья затеяли с нами склоку. Мы долго терпели - ведь они
не могли нам повредить. Но вот гостивший у нас дядя Лес разнервничался и
заявил , что устал перепелом взлетать под небеса всякий раз, как в кустах хлопнет
ружье. Шкура-то у него после ран быстро заживает, но он уверял, что страдает
головокружениями оттого, что на высоте двух-трех миль воздух разреженный.
Так или иначе, травля все продолжалась, и никто из нас от нее не страдал,
что особенно бесило восьмерых братьев Тарбеллов. И однажды на ночь глядя они
гурьбой вломились в наш дом с оружием в руках. А нам скандалы были ни к чему.
Дядя Лем - он близнец дяди Леса, но только родился намного позже - давно
впал в зимнюю спячку где-то в дупле, так что его все это не касалось. Но вот
малыша, дай ему бог здоровья, стало трудновато таскать взад-вперед, ведь ему
уже исполнилось четыреста лет и он для своего возраста довольно крупный
ребенок - пудов восемь будет.
Мы все могли попрятаться или уйти на время в долину, в Пайпервилл, но ведь
в мезонине у нас дедуля, да и к прохвессору, которого держим в бутылке, я
привязался. Не хотелось его оставлять - ведь в суматохе бутылка чего доброго,
разобьется, если восьмеро братьев Тарбеллов налижутся как следует.
Прохвессор славный, хоть в голове у него винтика не хватает. Все твердит,
что мы мутанты (ну и словечко!), и треплет языком про каких-то своих
знакомых, которых называет хромосомами. Они как будто попали, по словам прохвессо-
ра, под жесткое излучение и народили потомков, не то доминантную мутацию, не
то Хогбенов, но я вечно это путаю с заговором круглоголовых - было такое у
нас в Старом свете. Ясное дело, не в НАСТОЯЩЕМ Старом свете, тот давно
Затонул .
И вот, раз уж дедуля велел нам молчать в тряпочку, мы дожидались, пока
восьмеро братьев Тарбеллов высадят дверь, а потом все сделались невидимыми, в
том числе и малыш. И стали ждать, чтобы все прошло стороной, но не тут-то
было .
Побродив по дому и вдоволь натешась, восьмеро братьев Тарбеллов спустились
в подвал. Это было хуже, потому что застигло нас врасплох. Малыш-то стал
невидимым и цистерна, где мы его держим, тоже, но ведь цистерна не может
тягаться с нами проворством.
Один из восьмерки Тарбеллов со всего размаху налетел на цистерну и как
следует расшиб голень. Ну и ругался же он! Нехорошо, когда ребенок слышит такие
слова, но в ругани наш дедуля кому угодно даст сто очков вперед, так что я-то
ничему новому не научился.
Он, значит, ругался на чем свет стоит, прыгал на одной ноге, и вдруг ни с
того ни с сего дробовик выстрелил. Там, верно, курок на волоске держался.
Выстрел разбудил малыша, тот перепугался и завопил. Такого вопля я еще не
слыхал , а ведь мне приходилось видеть, как мужчины бледнеют и начинают трястись,
когда малыш орет. Наш прохвессор как-то сказал, что малыш издает инфразвуки.
Надо же!
В общем, семеро братьев Тарбеллов из восьми тут же отдали богу душу, даже
пикнуть не успели. Восьмой только начинал спускаться вниз по ступенькам; он
затрясся мелкой дрожью, повернулся - и наутек. У него, верно, голова пошла
кругом, и он не соображал, куда бежит. Окончательно сдрейфив, он очутился в
мезонине и наткнулся прямехонько на дедулю.
И вот ведь грех: дедуля до того увлекся, поучая нас уму-разуму, что сам
напрочь забыл стать невидимым. По-моему, один лишь взгляд, брошенный на дедулю,
прикончил восьмого Тарбелла. Бедняга повалился на пол, мертвый, как доска.
Ума не приложу, с чего бы это, хоть и должен признать, что в те дни дедуля
выглядел не лучшим образом. Он поправлялся после болезни.
- Ты не пострадал, дедуля? - спросил я, слегка встряхнув его. Он меня отче-
хвостил.
- А я-то причем, - возразил я.
- Кровь христова! - воскликнул он, разъяренный. - И этот сброд, эти
лицемерные олухи вышли из моих чресел! Положи меня обратно, юный негодяй.
Я снова уложил его на дерюжную подстилку, он поворочался с боку на бок и
закрыл глаза. Потом объявил, что хочет вздремнуть, и пусть его не будят,
разве что настанет судный день. При этом он нисколько не шутил.
Пришлось нам самим поломать головы над тем, как теперь быть. Мамуля
сказала, что мы не виноваты, в наших силах только погрузить восьмерых братьев Тар-
беллов в тачку и отвести их домой, что я и исполнил. Только в пути я
застеснялся , потому что не мог придумать, как бы повежливее рассказать о
случившемся . Да и мамуля наказывала сообщить эту весть осторожно. "Даже хорек способен
чувствовать", - повторяла она.
Тачку с братьями Тарбеллами я оставил в кустах, сам поднялся на бугор и
увидел Енси: он грелся на солнышке, книгу читал. Я стал медленно
прохаживаться перед ним, насвистывая "Янки-Дудль". Енси не обращал на меня внимания.
Енси - маленький, мерзкий, грязный человечишка с раздвоенной бородой. Рост
в нем метра полтора, не больше. На усах налипла табачная жвачка, но, может, я
несправедлив к Енси, считая его простым неряхой. Говорят, у него привычка
плевать себе в бороду, чтобы на нее садились мухи: он их ловит и обрывает им
крылышки.
Енси, не глядя, поднял камень и швырнул его, чуть не угодив мне в голову.
- Заткни пасть и убирайся, - сказал он.
- Воля ваша, мистер Енси, - ответил я с облегчением и совсем было собрался.
Но тут же вспомнил, что мамуля, чего доброго, отхлещет меня кнутом, если я не
выполню ее наказа, тихонько сделал круг, зашел Енси за спину и заглянул ему
через плечо - посмотреть, что он там читает. Потом я еще капельку
передвинулся и встал с ним лицом к лицу.
Он захихикал себе в бороду.
- Красивая у вас картинка, мистер Енси, - заметил я.
Он все хихикал и, видно, на радостях подобрел.
- Уж это точно! - сказал он и хлопнул себя кулаком по костлявому Заду. - Ну
и ну! С одного взгляда захмелеешь!
Он читал не книгу. Это был журнал (такие продаются у нас в Пайпервилле) ,
раскрытый на картинке. Художник, который ее сделал, умеет рисовать. Правда,
не так здорово, как тот художник, с которым я когда-то водился в Англии. Того
звали Крукшенк или Крукбек, если не ошибаюсь.
Так или иначе, у Енси тоже была стоящая картинка. На ней были нарисованы
люди, много-много людей, все на одно лицо и выходят из большой машины,
которая - мне сразу стало ясно - ни за что не будет работать. Но все люди были
одинаковые, как горошины в стручке. Еще там красное пучеглазое чудовище
хватало девушку - уж не знаю зачем. Красивая картинка.
- Хорошо бы такое случилось в жизни, - сказал Енси.
- Это не так уж трудно, - объяснил я. - Но вот эта штука неправильно
устроена. Нужен только умывальник да кое-какой металлический лом.
- А?
- Вот эта штука, - повторил я. - Аппарат, что превращает одного парня в
целую толпу людей. Он неправильно устроен.
- Ты, надо понимать, умеешь лучше? - окрысился он.
- Приходилось когда-то, - ответил я. - Не помню, что там папуля задумал, но
он был обязан одному человеку, по имени Кадм. Кадму срочно потребовалось
много воинов, папуля устроил так, что Кадм мог разделиться на целый полк солдат.
Подумаешь! Я и сам так умею.
- Да что ты там бормочешь? - удивился Енси. - Ты не туда смотришь. Я-то
говорю об этом красном чудище. Видишь, что оно собирается сделать? Откусить
этой красотке голову, вот что. Видишь, какие у него клыки? Хе-хе-хе. Жаль,
что я сам не это чудище. Уж я бы тьму народу сожрал.
- Вы бы ведь не стали жрать свою плоть и кровь, бьюсь об заклад, - сказал
я, почуяв способ сообщить весть осторожно.
- Биться об заклад грешно, - провозгласил он. - Всегда плати долги, никого
не бойся и не держи пари. Азартные игры - грех. Я никогда не бился об заклад
и всегда платил долги. - Он умолк, почесал в баках и вздохнул. - Все, кроме
одного, - прибавил он хмуро.
- Что же это за долг?
- Да задолжал я одному малому. Беда только, с тех пор никак не могу его
разыскать . Лет тридцать тому будет. Я тогда, помню, налакался вдрызг и сел в
поезд. Наверное, еще и ограбил кого-нибудь, потому что у меня оказалась пачка
денег - коню пасть заткнуть хватило бы. Как поразмыслить, этого-то я и не
пробовал. Вы держите лошадей?
- Нет, сэр, - ответил я. - Но мы говорили о вашей плоти и крови.
- Помолчи, - оборвал меня старый Енси. - Так вот, и повеселился же я! - он
слизнул жвачку с усов. - Слыхал о таком городе - Нью-Йорк? Речь там у людей
такая, что слов не разберешь. Там-то я и повстречал этого малого. Частенько я
жалею, что потерял его из виду. Честному человеку, вроде меня, противно
умирать, не разделавшись с долгами.
- У ваших восьмерых сыновей были долги? - спросил я.
Он покосился на меня, хлопнул себя по тощей ноге и кивнул.
- Теперь понимаю, - говорит. - Ты сын Хогбенов?
- Он самый. Сонк Хогбен.
- Как же, слыхал про Хогбенов. Все вы колдуны, точно?
- Нет, сэр.
- Уж я что Знаю, то Знаю. Мне о вас все уши прожужжали. Нечистая сила, вот
вы кто. Убирайся-ка отсюда подобру-поздорову, живо!
- Я-то уже иду. Хочу только сказать, что, к сожалению, вы бы не могли
сожрать свою плоть и кровь, даже если бы стали таким чудищем, как на картинке.
- Интересно, кто бы мне помешал!
- Никто, - говорю, - но все они уже в раю.
Тут старый Енси расхихикался. Наконец, переведя дух, он сказал:
- Ну, нет! Эти ничтожества попали прямой наводкой в ад, и поделом им. Как
это произошло?
- Несчастный случай, - говорю. - Семерых, если можно так выразиться, уложил
малыш, а восьмого - дедуля. Мы не желали вам зла.
- Да и не причинили, - опять захихикал Енси.
- Мамуля шлет извинения и спрашивает, что делать с останками. Я должен
отвести тачку домой.
- Увози их. Мне они не нужны. Туда им и дорога, - отмахнулся Енси. Я сказал
"ладно" и собрался в путь. Но тут он заорал, что передумал. Велел свалить
трупы с тачки. Насколько я понял из его слов (разобрал я немного, потому что
Енси заглушал себя хохотом), он намерен был попинать их ногами.
Я сделал, как велено, вернулся домой и все рассказал мамуле за ужином -
были бобы, треска и домашняя настойка. Еще мамуля напекла кукурузных лепешек.
Ох, и вкуснотища! Я откинулся на спинку стула, рассудив, что заслужил отдых,
и задумался, а внутри у меня стало тепло и приятно. Я старался представить,
что чуйствует боб в моем желудке. Но боб, наверно, вовсе бесчуйственный.
Не прошло и получаса, как во дворе завизжала свинья, как будто ей ногой
наподдали, и кто-то постучался в дверь. Это был Енси. Не успел он войти, как
выудил из штанов цветной носовой платок и давай шмыгать носом. Я посмотрел на
мамулю круглыми глазами. Ума, мол, не приложу, в чем дело. Папуля с дядей
Лесом пили маисовую водку и сыпали шуточками в углу. Сразу видно было, что им
хорошо: стол между ними так и трясся. Ни папуля, ни дядя не притрагивались к
столу, но он все равно ходил ходуном - старался наступить то папуле, то дяде
на ногу. Папуля с дядей раскачивали стол мысленно. Это у них такая игра.
Решать пришлось мамуле, и она пригласила старого Енси посидеть, отведать
бобов. Он только всхлипнул.
- Что-нибудь не так, сосед? - вежливо спросила мамуля.
- Еще бы, - ответил Енси, шмыгая носом. - Я совсем старик.
- Это уж точно, - согласилась мамуля. - Может, и помоложе Сонка, но все
равно на вид вы дряхлый старик.
- А? - вытаращился на нее Енси. - Сонка? Да Сонку от силы семнадцать, хоть
они здоровый вымахал.
Мамуля смутилась.
- Разве я сказала Сонк? - быстро поправилась она. - Я имела в виду дедушку
Сонка. Его тоже Зовут Сонк.
Дедулю зовут вовсе не Сонк, он и сам не помнит своего настоящего имени. Как
его только не называли в старину: пророком Илией, и по-всякому. Я даже не
уверен, что в Атлантиде, откуда дедуля родом, вообще были в ходу имена. По-
моему, там людей называли цифрами. Впрочем, неважно.
Старый Енси, значит, все шмыгал носом, стонал и охал, прикидывался, - мол,
мы убили восьмерых его сыновей и теперь он один-одинешенек на свете. Правда,
получасом раньше его это не трогало, я ему так и выложил. Но он заявил, что
не понял тогда, о чем это я толкую, и приказал мне заткнуться.
- У меня семья могла быть еще больше, - сказал он. - Было еще двое ребят,
Зебб и Робби, да я их как-то пристрелил. Косо на меня посмотрели. Но все
равно, вы, Хогбены, не имели права убивать моих ребятишек.
- Мы не нарочно, - ответила мамуля. - Просто несчастный случай вышел. Мы
будем рады хоть как-нибудь возместить вам ущерб.
- На это-то я и рассчитывал, - говорит старый Енси. - Вам уже не
отвертеться после всего, что вы натворили. Даже если моих ребят убил малыш, как
уверяет Сонк, а ведь он у вас враль. Тут в другом дело: я рассудил, что все вы,
Хогбены, должны держать ответ. Но, пожалуй, мы будем квиты, если вы окажете
мне одну услугу. Худой мир лучше доброй ссоры.
- Все что угодно, - сказала мамуля, - лишь бы это было в наших силах.
- Сущая безделица, - заявляет старый Енси. - Пусть меня на время превратят
в целую толпу.
- Да ты что, Медеи наслушался? - вмешался папуля, спьяну не сообразив, что
к чему. - Ты ей не верь. Это она с Пелеем злую шутку сыграла. Когда его
зарубили, он так и остался мертвым: вовсе не помолодел, как она ему сулила.
- Чего? - Енси вынул из кармана старый журнал и сразу раскрыл его на
красивой картинке. - Вот это самое. Сонк говорит, что вы так умеете. Да и все
кругом знают, что вы, Хогбены, колдуны. Сонк сказал, вы как-то устроили такое
одному голодранцу.
- Он, верно, о Кадме, - говорю.
Енси помахал журналом. Я заметил, что глаза у него стали масленые.
- Тут все видно, - сказал он с надеждой. - Человек входит в эту штуковину,
а потом только знай выходит оттуда десятками, снова и снова. Колдовство. Уж
я-то про вас, Хогбенов, все знаю. Может, вы и дурачили городских, но меня вам
не одурачить. Все вы до одного колдуны.
- Какое там, - вставил папуля из своего угла. - Мы уже давно не колдуем.
- Колдуны, - упорствовал Енси. - Я слыхал всякие истории. Даже видал, как
он, - и в дядю Леса пальцем тычет, - летает по воздуху. Если это не
колдовство, то я уж ума не приложу, что тогда колдовство.
- Неужели? - спрашиваю. - Нет ничего проще. Это когда берут чуточку...
Но мамуля велела мне придержать язык.
- Сонк говорит, вы умеете, - продолжал Енси. - А я сидел и листал этот
журнал , картинки смотрел. Пришла мне в голову хорошая мысль. Спору нет, всякий
знает, что колдун может находиться в двух местах сразу. А может он находиться
сразу в трех местах?
- Где два, там и три, - сказала мамуля. - Да только никаких колдунов нет.
Точь-в-точь как эта самая хваленая наука. О которой кругом твердят. Все
досужие люди из головы выдумывают. На самом деле так не бывает.
- Так вот, - заключил Енси, откладывая журнал, - где двое или трое, там и
целое скопище. Кстати, сколько всего народу на земле?
- Два миллиарда двести пятьдесят миллионов девятьсот пятьдесят девять тысяч
девятьсот шешнадцать, - говорю.
- Тогда...
- Стойте, - говорю, - теперь два миллиарда двести пятьдесят миллионов
девятьсот пятьдесят девять тысяч девятьсот семнадцать. Славный ребеночек,
оторва .
- Мальчик или девочка? - полюбопытствовала мамуля.
- Мальчик, - говорю.
- Так пусть я окажусь сразу в двух миллиардах и сколько-то там еще местах
сразу. Мне бы хоть на полминутки. Я не жадный. Да и хватит этого.
- Хватит на что? - поинтересовалась мамуля.
Енси хитренько посмотрел на меня исподлобья.
- Есть у меня забота, - ответил он. - Хочу разыскать того малого. Только
вот беда: не знаю, можно ли его теперь найти. Времени уж прошло порядком. Но
мне это позарез нужно. Мне земля пухом не будет, если я не рассчитаюсь со
всеми долгами, а я тридцать лет, как хожу у того малого в должниках. Надо
снять с души грех.
- Это страсть как благородно с вашей стороны, сосед, - похвалила мамуля.
Енси шмыгнул носом и высморкался в рукав.
- Тяжкая будет работа, - сказал он. - Уж очень долго я ее откладывал на
потом. Я-то собирался при случае отправить восьмерых моих ребят на поиски того
малого, так что, сами понимаете, я вконец расстроился, когда эти никудышники
вдруг сгинули ни с того ни с сего. Как мне теперь искать того малого?
Мамуля с озабоченным видом пододвинула Енси кувшин.
- Ух, ты! - сказал он, хлебнув здоровенную порцию. - На вкус - прямо адов
огонь. Ух, ты! - налил себе по новой, перевел дух и хмуро глянул на мамулю.
- Если человек хочет спилить дерево, а сосед сломал его пилу, то сосед, я
полагаю, должен отдать ему взамен свою. Разве не так?
- Конечно, так, - согласилась мамуля. - Только у нас нет восьми сыновей,
которых можно было бы отдать взамен.
- У вас есть кое-что получше, - сказал Енси. - Злая черная магия, вот что у
вас есть. Я не говорю ни да, ни нет. Дело ваше. Но, по-моему, раз уж вы убили
этих бездельников и теперь мои планы летят кувырком, вы должны хоть как-то
мне помочь. Пусть я только найду того малого и рассчитаюсь с ним, больше мне
ничего не надо. Так вот, разве не святая правда, что вы можете размножить
меня, превратить в целую толпу моих двойников?
- Да, наверно, правда, - подтвердила мамуля.
- А разве не правда, что вы можете устроить, чтобы каждый из этих
прохвостов двигался так быстро, что увидел бы всех людей во всем мире?
- Это пустяк, - говорю.
- Уж тогда бы, - сказал Енси, - я бы запросто разыскал того малого и выдал
бы ему все, что причитается. - Он шмыгнул носом. - Я честный человек. Не хочу
помирать, пока не расплачусь с долгами. Черт меня побери, если я согласен
гореть в преисподней, как вы, грешники.
- Да полно, - сморщилась мамуля. - Пожалуй, сосед, мы вас выручим, - если
вы это так близко к сердцу принимаете. Да, сэр, мы все сделаем так, как вам
хочется.
Енси заметно приободрился.
- Ей-богу? - спросил он. Честное слово? Поклянитесь.
Мамуля как-то странно на него посмотрела, но Енси снова вытащил платок, так
что нервы у нее не выдержали, и она дала торжественную клятву. Енси
повеселел .
- А долго надо произносить заклинание? - спрашивает.
- Никаких заклинаний, - говорю. - Я же объяснял, нужен только металлолом да
умывальник. Это недолго.
- Я скоро вернусь. - Енси хихикнул и выбежал, хохоча уже во всю глотку. Во
дворе он захотел пнуть ногой цыпленка, промазал и захохотал пуще прежнего.
Видно, хорошо у него стало на душе.
- Иди же, смастери ему машинку, пусть стоит наготове, - сказала мамуля. -
Пошевеливайся.
- Ладно, мамуля, - говорю, а сам застыл на месте, думаю. Мамуля взяла в
руки метлу.
- Знаешь, мамуля...
- Ну?
- Нет, ничего. - Я увернулся от метлы и ушел, а сам все старался
разобраться, что же меня грызет. Что-то грызло, а что, я никак не мог понять. Душа не
лежала мастерить машинку, хотя ничего зазорного в ней не было.
Я, однако, отошел за сарай и занялся делом. Минут десять потратил - правда,
не очень спешил. Потом вернулся домой с машинкой и сказал "готово". Папуля
велел мне заткнуться.
Что ж, я уселся и стал разглядывать машинку, а на душе у меня кошки
скребли. Загвоздка была в Енси. Наконец я заметил, что он позабыл свой журнал, и
начал читать рассказ под картинкой - думал, может, пойму что-нибудь. Как бы
не так.
В рассказе описывались какие-то чудные горцы, они будто бы умели летать.
Это-то не фокус, непонятно было, всерьез ли писатель все говорит или шутит.
По-моему, люди и так смешные, незачем выводить их еще смешнее, чем в жизни.
Кроме того, к серьезным вещам надо относиться серьезно. По словам прохвес-
сора, очень многие верят в эту самую науку и принимают ее всерьез. У него-то
всегда глаза разгораются, стоит ему завести речь о науке. Одно хорошо было в
рассказе: там не упоминались девчонки. От девчонок мне становится как-то не
по себе.
Толку от моих мыслей все равно не было, поэтому я спустился в подвал
поиграть с малышом. Цистерна ему становится тесна. Он мне обрадовался. Замигал
всеми четырьмя глазками по очереди. Хорошенький такой.
Но что-то в том журнале я вычитал, и теперь оно не давало мне покоя. По
телу у меня мурашки бегали, как давным-давно в Лондоне, перед пожаром. Тогда
еще многие вымерли от страшной болезни.
Тут я вспомнил, как дедуля рассказывал, что его точно так же кинуло в
дрожь, перед тем как Атлантиду затопило. Правда, дедуля умеет предвидеть
будущее, хоть в этом нет ничего хорошего, потому что оно то и дело меняется. Я
еще не умею предвидеть. Для этого надо вырасти. Но я нутром чуял что-то
неладное , пусть даже ничего пока не случилось.
Я совсем было решился разбудить дедулю, так встревожился. Но тут у себя над
головой я услышал шум. Поднялся в кухню, а там Енси распивает кукурузный
самогон (мамуля поднесла). Только я увидел старого хрыча, как у меня опять
появилось дурное предчувствие.
Енси сказал: "ух ты", поставил кувшин и спросил, готовы ли мы. Я показал на
свою машинку и ответил, что вот она, как она ему нравится.
- Только и всего? - удивился Енси. - А сатану вы не призовете?
- Незачем, - отрезал дядя Лес. - И тебя одного хватит, галоша ты
проспиртованная .
Енси был страшно доволен.
- Уж я таков, - откликнулся он. - Скользкий, как галоша, и насквозь
проспиртован. А как она действует?
- Да просто делает из одного тебя много-много Енси, вот и все, - ответил я.
До сих пор папуля сидел тихо, но тут он, должно быть, подключился к мозгу
какого-нибудь прохвессора, потому что вдруг понес дикую чушь. Сам-то он
длинных слов сроду не знал.
Я тоже век бы их не знал, от них даже самые простые вещи запутываются.
- Человеческий организм, - заговорил папуля важно-преважно, - представляет
собой электромагнитное устройство, мозг и тело испускают определенные лучи.
Если изменить полярность на противоположную, то каждая ваша единица, Енси,
автоматически притянется к каждому из ныне живущих людей, ибо
противоположности притягиваются. Но прежде вы войдете в аппарат Сонка и вас раздробят...
- Но-но! - взвыл Енси.
- ...на базовые электронные матрицы, которые затем можно копировать до
бесконечности, точно так же как можно сделать миллионы идентичных копий одного и
того же портрета - негативы вместо позитивов. Поскольку для электромагнитных
волн земные расстояния ничтожны, каждую копию мгновенно притянет каждый из
остальных жителей Земли, - продолжал папуля как заведенный. - Но два тела не
могут иметь одни и те же координаты в пространстве-времени, поэтому каждую
Енси-копию отбросит на расстояние полуметра от каждого человека.
Енси беспокойно огляделся по сторонам.
- Вы забыли очертить магический пятиугольник, - сказал он. - В жизни не
слыхал такого заклинания. Вы ведь вроде не собирались звать сатану?
То ли потому, что Енси и впрямь похож был на сатану, то ли еще по какой
причине, но только невмоготу мне стало терпеть - так скребло на душе.
Разбудил я дедулю. Про себя, конечно, ну, и малыш подсобил - никто ничего не
заметил. Тотчас же в мезонине что-то заколыхалось: это дедуля проснулся и
приподнялся в постели. Я и глазом моргнуть не успел, как он давай нас распекать на
все корки.
Брань-то слышали все, кроме Енси. Папуля бросил выпендриваться и закрыл
рот.
- Олухи царя небесного! - гремел разъяренный дедуля. - Тунеядцы! Да будет
вам ведомо: мне снились дурные сны, и надлежит ли тому удивляться? В
хорошенькую ты влип историю, Сонк. Чутья у тебя нет, что ли? Неужто не понял, что
замышляет этот медоточивый проходимец? Берись-ка за ум, Сонк, да поскорее, а
не то ты и после совершеннолетия останешься сосунком. - Потом он прибавил
что-то на санскрите. Дедуля прожил такой долгий век, что иногда путает языки.
- Полно, дедуля, - мысленно сказала мамуля, - что такого натворил Сонк?
- Все вы хороши! - завопил дедуля. - Как можно не сопоставить причину со
следствием? Сонк, вспомни, что узрел ты в том бульварном журнальчике. С чего
это Енси изменил намерения, когда чести в нем не больше, чем в старой сводне?
Ты хочешь, чтобы мир обезлюдел раньше времени? Спроси-ка Енси, что у него в
кармане штанов, черт бы тебя побрал!
- Мистер Енси, - спрашиваю, - что у вас в кармане штанов?
- А? - он запустил лапу в карман и вытащил оттуда здоровенный ржавый
гаечный ключ. - Ты об этом? Я его подобрал возле сарая. - А у самого морда
хитрая-прехитрая .
- Зачем он вам? - быстро спросила мамуля.
Енси нехорошо так на нас посмотрел.
- Не стану скрывать, - говорит. - Я намерен трахнуть по макушке всех и
каждого , до последнего человека в мире, и вы обещали мне помочь.
- Господи помилуй, - только и сказала мамуля.
- Вот так! - прыснул Енси. - Когда вы меня заколдуете, я окажусь везде, где
есть хоть кто-нибудь еще, и буду стоять у человека за спиной. Уж тут-то я
наверняка расквитаюсь. Один человек непременно будет тот малый, что мне нужен,
и он получит с меня должок.
- Какой малый? - спрашиваю. - Про которого вы рассказывали? Которого
встретили в Нью-Йорке? Я думал, вы ему деньги задолжали.
- Ничего такого я не говорил, - огрызнулся Енси. - Долг есть долг, будь то
деньги или затрещина. Пусть не воображает, что мне можно безнаказанно
наступить на мозоль, тридцать там лет или не тридцать.
- Он вам наступил на мозоль? - удивилась мамуля. - Только и всего?
- Ну да. Я тогда надравшись был, но помню, что спустился по каким-то
ступенькам под землю, а там поезда сновали в оба конца.
- Вы были пьяны.
- Это точно, - согласился Енси. - Не может же быть, что под землей и
вправду ходят поезда! Но тот малый мне не приснился, и как он мне на мозоль
наступил - тоже, это ясно как божий день. До сих пор палец ноет. Ох, и разозлился
я тогда. Народу было столько, что с места не сдвинуться, и я даже не
разглядел толком того малого, который наступил мне на ногу.
Я было замахнулся палкой, но он был уже далеко. Так я и не знаю, какой он
из себя. Может, он вообще женщина, но это неважно. Ни за что не помру, пока
не уплачу все долги и не рассчитаюсь со всеми, кто поступил со мной по-
свински. Я в жизни не спускал обидчику, а обижали меня почти все, знакомые и
незнакомые.
Совсем взбеленился Енси. Он продолжал, не переводя духа:
- Вот я и подумал, что все равно не знаю, кто мне наступил на мозоль, так
уж лучше бить наверняка, никого не обойти, ни одного мужчины, ни одной
женщины, ни одного ребенка.
- Легче на поворотах, - одернул я его. - Тридцать лет назад нынешние дети
еще не родились, и вы это сами знаете.
- А мне все едино, - буркнул Енси. - Я вот думал-думал, и пришла мне в
голову страшная мысль: вдруг тот малый взял да и помер? Тридцать лет - срок
немалый. Но потом я прикинул, что даже если и помер, мог ведь он сначала
жениться и обзавестись детьми. Если не суждено расквитаться с ним самим, я хоть
с детьми его расквитаюсь. Грехи отцов... Это из священного писания. Дам раза
всем людям мира - тут уж не ошибусь.
- Хогбенам вы не дадите, - заявила мамуля. - Никто из нас не ездил в Нью-
Йорк с тех пор, как вас еще на свете не было. То есть я хочу сказать, что мы
там вообще не бывали. Так что нас вы сюда не впутывайте. А может, лучше
возьмете миллион долларов? Или хотите стать молодым, или еще что-нибудь? Мы можем
вам устроить, только откажитесь от своей злой затеи.
- И не подумаю, - ответил упрямый Енси. - Вы дали честное слово, что
поможете .
- Мы не обязаны выполнять такое обещание, - начала мамуля, но тут дедуля с
мезонина вмешался.
- Слово Хогбена свято, - сказал он. - На том стоим. Надо выполнить то, что
мы обещали этому психу. Но только то, что обещали, больше у нас нет перед ним
никаких обязательств.
- Ага! - сказал я, смекнув, что к чему. - В таком случае... Мистер Енси, а
что именно мы вам обещали, слово в слово?
Он повертел гаечный ключ у меня перед носом.
- Вы превратите меня ровно в стольких людей, сколько жителей на земле, и я
встану рядом с каждым из них. Вы дали честное слово, что поможете мне. Не
пытайтесь увильнуть.
- Да я и не пытаюсь, - говорю. - Надо только внести ясность, чтобы вы были
довольны и ничему не удивлялись. Но есть одно условие. Рост у вас будет
такой, как у человека, с которым вы стоите рядом.
- Чего?
- Это я устрою Запросто. Когда вы войдете в машинку, в мире появятся два
миллиарда двести пятьдесят миллионов девятьсот пятьдесят девять тысяч
девятьсот семнадцать Енси. Теперь представьте, что один из этих Енси очутится рядом
с двухметровым верзилой. Это будет не очень-то приятно, как по-вашему?
- Тогда пусть я буду трехметровый, - говорит Енси.
- Нет уж. Какого роста тот, кого навещает Енси, такого роста будет и сам
Енси. Если вы навестили малыша ростом с полметра, в вас тоже будет только
полметра. Надо по справедливости. Соглашайтесь, иначе все отменяется. И еще
одно - сила у вас будет такая же, как у вашего противника.
Он, видно, понял, что я не шучу. Прикинул на руку гаечный ключ.
- Как я вернусь? - спрашивает.
- Это уж наша Забота, - говорю. - Даю вам пять секунд. Хватит, чтобы
опустить гаечный ключ, правда?
- Маловато.
- Если вы задержитесь, кто-нибудь успеет дать вам сдачи.
- И верно, - сквозь корку грязи стало заметно, что Енси побледнел. - Пяти
секунд с лихвой хватит.
- Значит, если мы это сделаем, вы будете довольны? Жаловаться не прибежите?
Он помахал гаечным ключом и засмеялся.
- Ничего лучшего не надо, - говорит. - Ох, и размозжу я им голову. Хе-хе-
хе.
- Ну, становитесь сюда, - скомандовал я и показал, куда именно. - Хотя
погодите. Лучше я сам сперва попробую, выясню, все ли в исправности.
Мамуля хотела было возразить, но тут ни с того ни с сего в мезонине дедуля
зашелся хохотом. Наверное, опять заглянул в будущее.
Я взял полено из ящика, что стоял у плиты, и подмигнул Енси.
- Приготовьтесь, - сказал я. - Как только вернусь, вы в ту же минуту сюда
войдете.
Я вошел в машинку, и она сработала как по маслу. Я и глазом моргнуть не
успел, как меня расщепило на два миллиарда двести пятьдесят миллионов девятьсот
пятьдесят девять тысяч девятьсот шешнадцать Сонков Хогбенов.
Одного, конечно, не хватило, потому что я пропустил Енси, и, конечно, Хог-
бены ни в одной переписи населения не значатся.
Но вот я очутился перед всеми жителями всего мира, кроме семьи Хогбенов и
самого Енси. Это был отчаянный поступок.
Никогда я не думал, что на свете столько разных физиономий! Я увидел людей
всех цветов кожи, с бакенбардами и без, одетых и в чем мать родила, ужасно
длинных и самых что ни есть коротышек, да еще половину я увидел при свете
солнца, а половину - в темноте. У меня прямо голова кругом пошла.
Какой-то миг мне казалось, что я узнаю кое-кого из Пайпервилла, включая
шерифа, но тот слился с дамой в бусах, которая целилась в кенгуру, а дама
превратилась в мужчину, разодетого в пух и прах, - он толкал речугу где-то в
огромном зале.
Ну и кружилась же у меня голова.
Я взял себя в руки, да и самое время было, потому что все уже успели меня
заметить. Им-то, ясное дело, показалось, что я с неба свалился, мгновенно
вырос перед ними, и. . . В общем, было с вами такое, чтобы два миллиарда двести
пятьдесят миллионов девятьсот пятьдесят девять тысяч девятьсот шешнадцать
человек уставились вам прямо в глаза? Это просто тихий ужас. У меня из головы
вылетело, что я задумал. Только я вроде будто слышал дедулин голос - дедуля
велел пошевеливаться.
Вот я сунул полено, которое держал (только теперь это было два миллиарда
двести пятьдесят миллионов девятьсот пятьдесят девять тысяч девятьсот
шешнадцать поленьев) , в столько же рук, а сам его выпустил. Некоторые люди тоже
сразу выпустили полено из рук, но большинство вцепились в него, ожидая, что
будет дальше. Тогда я стал припоминать речь, которую собрался произнести, -
сказать, чтобы люди ударили первыми, не дожидаясь, пока Енси взмахнет гаечным
ключом.
Но уж очень я засмущался. Чудно как-то было. Все люди мира смотрели на меня
в упор, и я стал такой стеснительный, что рта не мог раскрыть. В довершение
всего дедуля завопил, что у меня осталась ровно секунда, так что о речи уже
мечтать не приходилось. Ровно через секунду я вернусь в нашу кухню, а там
старый Енси уже рвется в машинку и размахивает гаечным ключом. А я никого не
предупредил. Только и успел, что каждому дал по полену.
Боже, как они на меня глазели! Словно я нагишом стою. У них аж глаза на лоб
полезли. И только я начал истончаться по краям, на манер блина, как я... Даже
не знаю, что на меня нашло. Не иначе, как от смущения. Может, и не стоило так
делать, но...
Я это сделал!
И тут же снова очутился в кухне. В мезонине дедуля помирал со смеху. По-
моему , у старого хрыча странное чуйство юмора. Но у меня не было времени с
ним объясняться, потому что Енси шмыгнул мимо меня - и в машинку. Он
растворился в воздухе, также как и я. Как и я, он расщепился в столько же людей,
сколько в мире жителей, и стоял теперь перед всеми нами.
Мамуля, папуля и дядя Лес глядели на меня очень строго. Я заерзал на месте.
- Все устроилось, - сказал я. - Если у человека хватает подлости бить
маленьких детей по голове, он заслуживает того, что... - я остановился и
посмотрел на машинку, - ...что получил, - закончил я, когда Енси опять появился
с ясного неба. Более разъяренной гадюки я еще в жизни не видал. Ну и ну!
По-моему, почти все население мира приложило руку к мистеру Енси. Так ему и
не пришлось замахнуться гаечным ключом. Весь мир нанес удар первым.
Уж поверьте мне, вид у Енси был самый что ни на есть жалкий.
Но голоса Енси не потерял. Он так орал, что слышно было за целую милю. Он
кричал, что его надули. Пусть ему дадут попробовать еще разок, но только
теперь он прихватит с собой ружье и финку. В конце концов, мамуле надоело
слушать, она ухватила Енси за шиворот и так встряхнула, что у него зубы
застучали .
- Ибо сказано в священном писании! - возгласила она исступленно. - Слушай,
ты, паршивец, плевок политурный! В Библии сказано - око За око, так ведь? Мы
сдержали слово, и никто нас ни в чем не упрекнет.
- Воистину, точно, - поддакнул дедуля с мезонина.
- Ступайте-ка лучше домой и полечитесь арникой, - сказала мамуля, еще раз
встряхнув Енси. - И чтобы вашей ноги тут не было, а то малыша на вас
напустим.
- Но я же не расквитался! - бушевал Енси.
- Вы, по-моему, никогда не расквитаетесь, - ввернул я. - Просто жизни не
хватит, чтобы расквитаться со всем миром, мистер Енси.
Постепенно до Енси все дошло, и его как громом поразило. Он побагровел,
точно борщ, крякнул и ну ругаться. Дядя Лес потянулся за кочергой, но в этом
не было нужды.
- Весь чертов мир меня обидел! - хныкал Енси, обхватив голову руками. - Со
свету сживают! Какого дьявола они стукнули первыми? Тут что-то не так!
- Заткнитесь. - Я вдруг понял, что беда вовсе не прошла стороной, как я еще
недавно думал. - Ну-ка, из Пайпервилла ничего не слышно?
Даже Енси унялся, когда мы стали прислушиваться.
- Ничего не слыхать, - сказала мамуля.
- Сонк прав, - вступил в разговор дедуля. - Это-то и плохо.
Тут все сообразили, в чем дело, - все, кроме Енси. Потому что теперь в Пай-
первилле должна была бы подняться страшная кутерьма. Не забывайте, мы с Енси
посетили весь мир, а значит, и Пайпервилл; люди не могут спокойно относиться
к таким выходкам. Уж хоть какие-нибудь крики должны быть.
- Что это вы все стоите, как истуканы? - разревелся Енси. - Помогите мне
сквитаться!
Я не обратил на него внимания. Подошел к машинке и внимательно ее осмотрел.
Через минуту я понял, что в ней не все в порядке. Наверное, дедуля понял это
так же быстро, как и я. Надо было слышать, как он смеялся. Надеюсь, смех
пошел ему на пользу. Ох, и особливое же чуйство юмора у почтенного старикана.
- Я тут немножко маху дал с этой машинкой, мамуля, - признался я. - Вот
отчего в Пайпервилле так тихо.
- Истинно так, клянусь богом, - выговорил дедуля сквозь смех. - Сонку
следует искать убежище. Смываться надо, сынок, ничего не попишешь.
- Ты нашалил, Сонк? - спросила мамуля.
- Все "ля-ля-ля" да "ля-ля-ля"! - завизжал Енси. - Я требую того, что мне
по праву положено! Я желаю знать, что сделал Сонк такого, отчего все люди
мира трахнули меня по голове? Неспроста это! Я таки не успел...
- Оставьте вы ребенка в покое, мистер Енси, - обозлилась мамуля. - Мы свое
обещание выполнили, и хватит. Убирайтесь-ка прочь отсюда и остыньте, а не то
еще ляпнете что-нибудь такое, о чем сами потом пожалеете.
Папуля мигнул дяде Лесу, и, прежде чем Енси облаял мамулю в ответ, стол
подогнул ножки, будто в них колени были, и тихонько шмыгнул Енси за спину.
Папуля сказал дяде Лесу: "раз, два - взяли", стол распрямил ножки и дал Енси
такого пинка, что тот отлетел к самой двери.
Последним, что мы услышали, были вопли Енси, когда он кубарем катился с
холма. Так он прокувыркался полпути к Пайпервиллу, как я узнал позже. А когда
добрался до Пайпервилла, то стал глушить людей гаечным ключом по голове.
Решил поставить на своем, не мытьем, так катаньем.
Его упрятали за решетку, чтоб пришел в себя, и он, наверно, очухался,
потому что, в конце концов, вернулся в свою хибарку. Говорят, он ничего не
делает , только знай сидит себе да шевелит губами - прикидывает, как бы ему свести
счеты с целым миром. Навряд ли ему это удастся.
Впрочем, тогда мне было не до Енси. У меня своих забот хватало. Только
папуля с дядей Лесом поставили стол на место, как в меня снова вцепилась
мамуля .
- Объясни, что случилось, Сонк, - потребовала она. - Я боюсь, не нашкодил
ли ты, когда сам был в машинке. Помни, сын, ты - Хогбен. Ты должен хорошо
себя вести, особенно, если на тебя смотрит весь мир. Ты не опозорил нас перед
человечеством, а, Сонк?
Дедуля опять засмеялся.
- Да нет пока, - сказал он. Теперь я услышал, как внизу, в подвале, у
малыша в горле булькнуло, и понял, что он тоже в курсе. Просто удивительно.
Никогда не знаешь, что еще ждать от малыша. Значит, он тоже умеет заглядывать в
будущее.
- Мамуля, я только немножко маху дал, - говорю. - Со всяким может
случиться. Я собрал машинку так, что расщепить-то она меня расщепила, но отправила в
будущее, в ту неделю. Поэтому в Пайпервилле еще не поднялся тарарам.
- Вот те на! - сказала мамуля. - Дитя, до чего ты небрежен!
- Прости, мамуля, - говорю. - Вся беда в том, что в Пайпервилле меня многие
знают. Я уж лучше дам деру в лес, отыщу себе дупло побольше. На той неделе
оно мне пригодится.
- Сонк, - сказала мамуля. - Ты ведь набедокурил. Рано или поздно я сама все
узнаю, так что лучше признавайся сейчас.
А, думаю, была не была, ведь она права. Вот я и выложил ей всю правду, да и
вам могу. Так или иначе, вы на той неделе узнаете. Это просто доказывает, что
от всего не убережешься. Ровно через неделю весь мир здорово удивится, когда
я свалюсь как будто с неба, вручу всем по полену, а потом отступлю на шаг и
плюну прямо в глаза.
По-моему, два миллиарда двести пятьдесят миллионов девятьсот пятьдесят
девять тысяч девятьсот шешнадцать - это все население Земли!
Все население!
По моим подсчетам, на той неделе.
До скорого!
Технологии
V
ч
КАК ПОЧИСТИТЬ СКАНЫ КНИГ
Ivan Storogev
В статье описана очистка сканов книг непосредственно после
сканирования, перед дальнейшей обработкой. Речь будет идти только
о черно-белых книгах (текст и штриховые рисунки). Способы
обработки сканов - ScanKromsator и другие.
А зачем?
После сканирования книги её предполагается выкладывать в сеть или хранить у
себя на диске. Есть, по крайней мере, два способа представления информации со
сканированной книги:
1) Можно распознать сканы в программе OCR, например FineReader (FR).
Если качество оригинала хорошее, например распечатка на лазернике с
размером шрифта 12pt, то FR прекрасно распознает её без всяких дополнительных мер.
Но вот если распознавать нужно старую книжку, на желтой неровной бумаге,
грязную и т.п.... Тут предварительная очистка резко повысит качество
распознавания , а это значит, что гораздо меньше труда и времени уйдет на вычитку,
т.е. ручное исправление ошибок. Надо сказать, что встроенные в FR средства
очистки картинки довольно примитивные, так что с плохими, зашумленными скана-
ми он справляется неважно.
2) Можно хранить нераспознанной, в виде растровой картинки, в том или ином
формате: DJVU, PDF, TIFF.
Здесь предварительная очистка ещё уместнее. Во-первых, очищенный скан
гораздо приятнее и не так утомительно читать. Во-вторых, что ещё важнее, после
очистки сканы гораздо, в десятки раз, лучше сжимаются в любой формат. Дело в
том, что случайные точки на изображении (шум) практически не сжимаемы,
особенно когда их много.
Для очистки изображений применяется много различных методов и программ,
порой стоимостью в тысячи и десятки тысяч долларов. Я опишу простой и доступный
способ, особенно ценный тем, что руками придется работать только с одной
страницей книги, остальные можно обработать автоматически, основываясь на
сохраненных параметрах.
до того после
1-Й ЭТАП.
СКАНИРОВАНИЕ
Сканировать книгу нужно обязательно в режиме grayscale (серый). Обратите
внимание: сканировать в режиме b/w (черно-белый) нельзя! В режиме b/w
возможности дальнейший обработки, по крайней мере этим способом, будут
ограничены.
Можно сканировать в true image (полноцвет), но это сильно замедлит
обработку, увеличит объем файлов, а особенного выигрыша не даст. Исключение
составляют случаи, когда на страницах есть цветные пятна грязи, тут работа с цветом
может сильно помочь.
Некоторые сканеры позволяют выбрать один из цветовых каналов (красный,
зеленый, синий), который будет использоваться при сканировании в серый, есть и
другие настройки и их также можно покрутить. Но не увлекайтесь, большая часть
функций сканера - просто обработка картинки драйвером. То же самое можно
сделать в фотошопе, только гораздо лучше.
Попробуйте разные варианты, выбирать нужно тот, где изображение
контрастнее, буквы выглядят более четкими. Если при этом мелких шумов (например, из-
за фактуры бумаги) будет в разумных пределах больше - это неважно, уберем
потом.
Наоборот, если на бумаге есть крупные, размером в 2-3 буквы и больше,
пятна, то нужно постараться подобрать настройки сканера так, чтобы эти пятна
были бледными, по сравнению с буквами, пусть и ценой менее контрастных, по
сравнению с другими вариантами букв.
Проще говоря, настраивайте сканер так:
1) Если крупных пятен нет, то главное сделать четкими буквы, а на шум
особенно не глядеть.
2) Если крупные пятна есть, то главное их прибить, даже если буквы будут не
такие уж четкие.
В том и другом случае нужно не перебарщивать, руководствуясь опытом и
здравым смыслом.
Если вы пользуетесь для сканирования FR, то уберите в опциях сканирования
«Очистить изображение», «Устранить искажение строк», «Делить развороты». Всё
это вы сделаете потом, когда почистите сканы и втяните их обратно в FR. На
этом этапе любая обработка изображения в FR только замедлит сканирование и
ухудшит чистку изображения в более подходящих программах.
О выборе
разрешения
скана
Обычно книжки с текстом сканируют с разрешением 300 dpi. Это подходящее
значение для чистого текста, приличного качества полиграфии и не слишком
мелкого шрифта, короче для очередного бестселлера типа: "Глухой против Слепого".
Но в этом случае и чистка изображения не требуется. При зашумленном
изображении, мелком шрифте, нужно сканировать с разрешением 600 dpi. Это сильно
облегчит очистку и качество окончательного файла, если вы не будете
распознавать книгу, а сохраните в виде сжатого растра. Не беспокойтесь о величине
окончательного файла. Хорошо почищенная книга с разрешением 600 dpi при
сжатии в DJVU дает файл немногим больших размеров, чем с разрешением 300 dpi.
Растровая форма хранения книг особенно часто применяется для книг с
формулами. В этом случае сканирование с разрешением 600 dpi обязательно, иначе
трудно будет разобрать индексы в формулах, отличить похожие буквы, например со
и w. А ведь в математике нередки вложенные индексы (индекс индекса). Там при
сканировании с разрешением 300 dpi вообще трудно что-либо разобрать, тем
более распечатать. Вот смотрите:
Буквы i и j на картинке слева трудно отличить друг от друга. А ведь это не
скан, а печать в файл. При сканировании всё будет гораздо хуже - маленькая
точка на бумаге и всё, и 2 балла на экзамене!
Таким образом:
• Сканировать для наших целей нужно с разрешением 600 dpi!
• В крайнем случае, 400 dpi.
Теперь нужно выбрать образцовую страницу для настройки программ обработки,
чтобы остальные обработать автоматически, в пакетном режиме. Выберите самую
обычную, типовую страницу, может быть слегка более грязную, чем в среднем.
Посмотрите все отсканенные страницы книги, может быть некоторые нужно пере-
сканить.
Все сильно загрязненные, искаженные, с более мелким шрифтом, чем остальные,
с очень крупными пятнами, с рисунками на всю или почти всю страницу и т.п.
сразу положите в отдельную папку. Их проще обработать отдельно, по одной.
Обычно таких немного.
Дальше приступим к обработке сканов последовательно в программе
NeatImagePro+, потом в PhotoShop'е. Начнем с первой.
2-ЭТАП.
NeatlmagePro
Нам понадобится программа NeatImagePro+ (N1+), у неё множество уникальных
возможностей, например, с её помощью можно делать замечательные "гламурные"
картинки обнаженной натуры. Вот её сайт: neatimage.com. Но нам туда не надо,
там её свободно не раздают. К счастью, у Вас есть я, а у нас всех Рапидшара1:
Neat Image Pro+ Edition v5.О.5.О
пароль:))))))
Это не самая последняя версия, зато с лекарством и вполне рабочая.
N1+ работает следующим образом: выделяется характерный участок картинки с
шумом, но без полезного изображения. Программа этот участок оценивает и
"вычитает" шум из всей картинки.
Я заключил «вычитает» в кавычки потому, что на самом деле не "вычитает", а
умножает, и не картинку на шум, а их двухмерные спектральные представления.
Да и не умножает, если в школьном смысле... Но мы в эти дебри не полезем.
Главное окно программы организовано в виде вкладок.
1) Вкладка: Input Image
Про то, как загрузить файл в программу, я рассказывать не буду, замечу
лишь, что N1+ не желает открывать 8-битный TIFF, если он сохранен, например
из PhotoShop'а как индексированный 8-битный с палитрой, но нормально
открывает, если TIFF сохранить как grayscale.
2) Вкладка: Device Noise Profile
На этом этапе мы должны выбрать участок скана, где нет букв и рисунков, но
есть характерные шумы. Обратите внимание: темные полосы около корешка или на
краях тоже не должны попасть в наш выбор. На выделенный участок показывает
стрелка на Рис. 1:
Рис. 1.
Ссылка отсутствует, используйте поиск.
После того, как мы выделим подходящий участок, надо щелкнуть по кнопке
"Rough NoiseAnalyzer" на левой панели, на Рис.1 подсвечена желтым. Некоторое
время наблюдаем за синей полоской... и на левой панели, под упомянутой кнопкой,
появятся дополнительные настройки (Рис. 2).
ии
Grayscale |
*0Ч +0% -о* *оч ♦о* *о% *о% *ох *оч
rrrrrrrrr
^ Auto
e-tune
*% Auto complete
^\ high+mid+low+very low freq
Рис. 2.
Проще всего нажать на кнопочку "Auto fine-tune" (подсвечена желтым), и
перейти к вкладке 3.
3) Вкладка: Noise Filter Settings
Здесь мы настроим фильтр так, чтобы сделать максимально четкими буквы и
убить шумы. Перед настройкой фильтра нужно выделить участок подходящий
участок с полезным изображением и увеличить его на весь экран. При выборе
участка нужно руководствоваться следующими соображениями:
1) Брать нужно, по возможности, максимально зашумленный участок;
2) Одновременно этот участок должен с наиболее мелким деталями полезного
изображения, например с мелким шрифтом.
Поскольку мы обрабатываем не фотографию любимой кошки, а текст, то
естественность изображения нас не волнует. Главное, чтобы буквы были почетче, а
шума поменьше. Поэтому смело двигаем движки на левой половине панели и смотрим,
что получается. Обращайте внимание на мелкие детали букв: хвостики, например,
сравнивайте "С" и "G"; внутренние участки букв, например, в верхней части
строчной "е".
Описывать действие каждого движка я не буду, проще пробовать и смотреть.
На картинке (Рис. 3) изображен результат обработки, а положение движков и
чекбоксов можно взять за точку отсчета при собственных экспериментах. В
основном играйте движками в "Noise reduction Amounts", особенно движок "Y";
"Sharpening Settings". Эти участки левой панели на рисунке подсвечены желтым.
Когда результат вам понравится, подвигайте прямоугольник Preview по всему
изображению, чтоб прикинуть, как оно будет выглядеть в разных местах. Если
все хорошо, сохраните полученный профиль фильтрации, он будет использован для
пакетной обработки остальных страниц.
Рис. 3.
4) Вкладка: Output Image
Здесь вы можете нажать на Apply и посмотреть, что получилось. А если вы
уверены, что настроили N1+ хорошо, то сразу переходите к пакетной обработке
остальных страниц. Просто нажмите Esc, и вы попадете в окно пакетного
обработчика .
5) Окно пакетного обработчика
File -> Bath, добавляете нужные страницы (не забудьте в "Filter Presets"
пометить "Use specified preset" и выбрать сохраненный прежде, при настройке
по образцовой странице пресет. Наконец можно запустить процесс обработки. Он
долгий, поэтому запустите его на ночь, или, наоборот, с утра, перед уходом на
работу.
Дальше нужно продолжить чистку в Фотошопе.
ФИЛОСОФСКОЕ
ОТСТУПЛЕНИЕ
Да, я знаю, что надо не грузить общими рассуждениями, а говорить конкретно.
Но любое дело лучше делать осмысленно. Осмысление же требует хотя бы самого
общего представления о сути предмета. Поэтому, пожалуйста, прочтите
последующие несколько абзацев не спеша, вдумчиво. Может быть они будут Вам полезны
не только в деле очистки сканов книг. Возможно, Вам покажутся общеизвестными
высказанные там мысли, но, как показывает опыт общения, это не так.
Если скучно читать неконкретные вещи, то можно сразу перейти к
Photoshop:Curves, всё, что там написано, можно понять и не читая этот раздел.
Итак, пару слов о шуме (помехе) , (полезном) сигнале и фильтрации, в самом
общем плане, безотносительно к обработке изображения.
Сигнал
Имеется в виду полезный сигнал. Сигнал - это то, что нам нужно...
Это исчерпывающее определение. Например, сигналом может быть часть картинки
- изображение текста в примере, который мы разбираем. Или голос исполнителя в
музыкальном клипе. Или правда в речах политика, если она там есть. И всё, что
угодно.
Шум
А шум, помеха, это то, что нам не нужно. Например, фон текста на картинке
(фактура бумаги, пятна, следы грязи на стекле сканера). Или звучание
музыкальных инструментов в музыкальном клипе, если мы хотим выделить голос
исполнителя . Или вся речь политика, если правды там нет.
Фильтрация
Фильтрация - это процесс разделения сигнала и шума. Это может быть некое
электронное или механическое устройство, компьютерная программа. Разум
слушателя, если речь идет о словах политика...
Для того, чтобы фильтрация была осуществима, сигнал и шум хоть в чем-то, но
должны отличаться, т.е. мы должны найти параметры, свойства, по которым
отличаются шум/сигнал и увеличить это различие.
Вернемся к сканам книги. На краях и переплета после сканирования часто
бывают черные полосы. Это тоже шум. От полезного сигнала, изображения текста,
он отличается расположением в двумерном пространстве изображения страницы,
поэтому отделить его легко руками и относительно легко автоматически. Стоит,
однако, неплотно прижать толстую книгу при сканировании и черная полоса будет
пересекаться с текстом. И всё, выделить текст в этом месте методами обработки
изображения станет невозможно. Но если речь идет всего о 1-2 буквах в начале
(конце) строки, мозг, почти на 100% восстановит недостающие буквы. Вдь ткет
очн избтчн, при удални гленх всё ещ мжно пнть о чм рчь. Однако фильтрация и
восстановление будет идти не изображения, а текста как последовательности
букв и слов, с учетом их смысла, семантики.
Программа Neatlmage, описанная выше, использует другой критерий различения
шума и сигнала - разницу в двумерных спектрах сигнала и шума. Обратите
внимание: указывать где шум, а где сигнал нам пришлось самостоятельно. В иных
случаях шум и сигнал могут поменяются местами. Например, криминалисту может быть
задан вопрос: "Где взята бумага, на которой написана жуткая записка?". И
фактура бумаги была бы полезным сигналом, а изображение текста - шумом. Далее в
статье будет описана работа с фильтром Фотошопа - Smart Blur. Там
используются другие критерии разделения сигнала и шума.
Вывод
Нужно обязательно понимать, по какому критерию происходит разделение
сигнала и шума в используемых вами процедурах фильтрации. Тогда можно будет
выработать более эффективный метод обработки.
Ведь если мы по очереди применим несколько фильтров с разными критериями
фильтрации, то результат будет хороший. Если же фильтры обрабатывают по одно-
му и тому же критерию, то с какого-то момента, улучшения не будет, а то и
начнется ухудшение разделения.
PHOTOSHOP: CURVES
Здесь описана работа с Фотошопом, но подобный инструмент есть в любом
достаточно мощном растровом редакторе: Gimp, Corel Photopaint, PaintShop Pro и
др. Алгоритмы у всех одинаковы. Важно лишь наличие у редактора режима
пакетной обработки.
Итак, инструмент Curves. Что, собственно, мы им сделаем? Это очень просто:
разделим шум и полезное изображение по критерию яркости. Всё, что будет белее
некоторого порога, станет максимально белым. Соответственно всё, что будет
темнее некоторого порога, будет совершенно черным. Все наши усилия будут
направлены как раз на установление этих порогов так, чтобы фон попал в белое, а
текст - в черное. Имейте в виду, если после предыдущих этапов обработки на
изображении есть участки шума более темные, чем наиболее светлые участки
текста , то Curves их не только не удалит, а наоборот - подчеркнет.
Вызываем Curves (Меню: Image -> Adjustments -> Curves или просто Ctrl-M).
На Рис. 4 стрелками указаны две пипетки: "Уровень черного" и "Уровень
белого". Орудуя ими по очереди мы и подгоним пороги так, чтобы текст было
побольше , а шума поменьше. Серая пипетка нам не нужна. Кнопка в правом нижнем углу
(подсвечена желтым) увеличивает окошко или делает его компактным.
3
С*'
Concert
(.cue.
уровень, чериог.д
15 Рте/
Input.
уровень белого
Рис. 4.
Перед вызовом Curves нужно увеличить изображение на весь экран так, чтобы
были целиком видны 3-4 буквы. Обязательно должна попасть точка и запятая,
буквы с мелкими деталями. Лучше выберите сильно зашумленный участок там, где
шум более темный. По возможности выберите участок с мелким шрифтом, например,
текст сноски внизу страницы.
Теперь по очереди, чередую пипетки, щелкайте на белой - на участках с шу-
мом, черной - на полезных участках картинки, на буквах.
Когда будете работать пипетками, контролируйте следующие критерии, они
выбраны с учетом характерных ошибок FineReader'а:
• точка
и запятая
должны отличаться;
• белый участок внутри букв "е", "о", "R" и т.п. не должен быть залит
черным;
• мелкие детали букв должны быть различимы, например хвостик у курсивной
"а", она не должна превращатся в "о";
• следите за "коромыслом" у буквы "й", точкой над "i" и другими подобными
элементами букв;
• обратите внимание на верхние (и нижние) индексы, например значки и
цифры, указывающие на сноску;
• мелкие разрывы в вертикальных участках широких букв - "м", "ш" - не
страшны;
• в горизонтальных/наклонных участках букв "н", "и", "п" разрывов быть не
должно. FR немедленно начинает их путать;
На рисунках 5-9 показаны скриншоты последовательной настройки уровней
белого и черного. Пипетка выделена овалом. Розовым - черная, желтым - белая.
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8
Рис. 9
Когда настроите Curves, сохраните профиль: "Save...". Он будет использован
потом, при пакетной обработке остальных страниц.
Вот что получилось:
Рис. 10
В начале статьи я говорил о том, как влияет очистка изображения на степень
сжатия. Посмотрите, как последовательно уменьшаются размеры картинок от 5-й
до 10-й. С 8806 байт до 1376. Это хорошая иллюстрация к упомянутому
утверждению.
Теперь надо записать Action, чтобы автоматически обработать Фотошопом
остальные страницы. В нем будет всего две команды:
1) Curves, с ранее сохраненным профилем;
2) Image -> Mode -> Bitmap...
Выскочит окошко Bi tmap.
В строке "Resolution" оставьте как есть - 600 dpi.
В строке "Metod" выберите "50% Threshold".
Можно сначала попробовать Threshold отдельно, до записи скрипта, чтобы
посмотреть, что получилось. Если вам покажется лучше другой уровень Threshold,
не 50%, вставьте его в Action отдельной командой, сразу после Curves.
Запускать пакетную обработку в Фотошопе, надеюсь, все умеют? Если нет, то у
Фотошопа есть Help...
PHOTOSHOP: SMART BLUR
Вы найдете этот фильтр в меню Filter -> Blur -> Smart Blur.
Smart Blur переводится как "умное сглаживание". В научной литературе для
таких фильтров обычно применяют название адаптивный - adaptive blur, adaptive
thresholding и т.п. Аналогичные фильтры есть и в других программах обработки
изображения. Ищите названия со словами adaptive, denoiser и т.п. В Paint Shop
Pro v.9.1 схожий фильтр называется Edge Preserving Smooth (Размытие с защитой
краев).
Для того, чтобы понять работу фильтра Smart Blur, немного расскажу что
делает просто Blur. Blur переводится как "сглаживание" или "размазывание".
Действительно, все фильтры группы Blur выравнивают значения яркости близлежащих
точек, как бы размазывая изображение. При этом мелкие детали изображения
могут совсем исчезнуть, а резкие переходы на границах крупных деталей делаются
размытыми. То есть получается, что убивая шум (мелкие детали), обычный,
"тупой", Blur попутно портит, размазывает и крупные детали, т.е. полезную,
нужную нам часть изображения. Похоже на утюг, который выглаживает складки
изображения , но и пуговицы прихватывает.
Фильтры Blur - просто, не Smart - есть в Фотошопе во многих вариантах. В
меню Filter имеется целое подменю Blur. Фильтр Blur относится к локальным
фильтрам.
Как работают локальные фильтры? Компьютер обрабатывает всё точки изображе-
ния по очереди. Для каждой точки вычисляется новое значение, исходя из старых
значений самой точки и её ближайших соседей. Это можно представить как
окошко, порядка 3x3 - 9x9 точек, которое скользит по изображению. Для вычисления
нового значения используется некая функция, определяющая какой вклад внесет в
новое Значение точки её старое значение, и старые значения каждого из
соседей. Разным фильтрам (Blur, Sharpen, High Pass) соответствуют разные функции.
Именно потому, что для вычислений используют только ближайшие окрестности
точки, такие фильтры и называют локальными.
Для перечисленных фильтров вид функции и коэффициенты не меняются от точки
к точке, поэтому степень сглаживания не зависит от участка изображения. От
того и портится вместе с шумами полезное изображение. Smart Blur меняет
степень сглаживания в зависимости от характера текущей части изображения.
Участки с небольшими деталями и плавными изменениями яркости фильтр размазывает
сильно, а на участках с крупными деталями, большими и резкими перепадами
яркости их размазывание гораздо меньше, т.е. Smart Blur приспосабливается к
изображению, потому и называется адаптивным (адаптация - приспособление).
Пользоваться Smart Blur просто - всего два параметра:
1) Radius - радиус окошка просмотра.
2) Threshold - влияет на обработку краев крупных деталей изображения.
Начните со значений Radius 12-16, Threshold 35-45. Эти значения можно
менять в широких пределах. Не забудьте поставить Quality в High, a Mode в
Normal.
Как видим, фильтр Smart Blur достаточно мощное средство очистки изображения
от шумов.
Рис. 11. Применение фильтра Smart Blur: а - оригинальное
изображение; б - изображение после применения фильтра со следующими
значениями параметров: Radius = 1,5 пиксела, Threshold = 15 пикселов,
Quality - High, Mode - Normal.
После обработки фильтром Smart Blur отправляемся к Curves.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
N1+ и Smart Blur используют разные подходы к удалению шума. N1+ требуется
образец шума, который она "вычитает" из всего изображения, т.е. это
глобальный фильтр. Smart Blur работает локально, при этом шумом считается любая
мелкая (по размерам и изменению яркости) неоднородность изображения. N1+ лучше
использовать, когда все изображение зашумлено более-менее равномерно
одинаковым шумом. Например, это может быть фактура бумаги, специфический шум именно
этого экземпляра/модели сканера, фотокамеры и т.п. Smart Blur не требует
никакой информации о шуме. Эти фильтры можно применять последовательно или
использовать в конкретном случае только один из них. Если вы будете применять
оба фильтра помните: сначало нужно обработать картинку NI+, а потом Smart
Blur. Не наоборот! Почему именно так, надеюсь, очевидно.
Имейте ввиду, N1+ это вообще-то целая программа, а не отдельный фильтр. На
самом деле в ней используется более сложная обработка, чем я тут написал, в
частности можно усиливать края деталей изображения, управлять размытием и.д.
Кроме Neat Image Рго+ есть и другие программы/плагины к фотошопу со схожими
возможностями. Особенно рекомендую Noise Ninja и Noiseware Professional Plug-
in for PS. He обязательно работать в Фотошопе. У других растровых графических
редакторах, например Paint Shop Pro v.9.1, возможности, в части чистки ска-
нов , не хуже.
Химичка
ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕАКТИВОВ
СОЛИ МЕДИ
Меди гидроксокарбонат
Гидроксокарбонат меди(II), основной карбонат меди CuC03 •Си(ОН)2, почти
полностью составляет минерал малахит. Темно или светло-зеленые кристаллы.
Свойства
При температуре 150°С устойчив, а при 200°С разлагается на оксид меди, воду
и углекислый газ и становится чёрным:
(CuOH)2C03 = 2СиО + С02 + Н20
Характерна растворимость в кислотах с выделением углекислого газа, а также
в аммиаке, который окрашивается при этом в красивый голубой цвет.
С глубокой древности известен способ получения из малахита свободной меди.
В условиях неполного сгорания угля, при котором образуется угарный газ,
происходит реакция:
Получение
2CuS04 + 4NaHC03 = CuC03*Cu (ОН) 2 + 2Na2S04 + 3C02 + Н20
В фарфоровой ступке равномерно растирают и смешивают 125 г сухой соли
CuS04*5H20 (медного купороса) и 95 г сухой пищевой соды. Полученную смесь
вносят небольшими порциями при быстром перемешивании в 1 л кипящей воды,
находящейся в стакане ёмкостью 2л. В результате выделения углекислого газа
раствор вспенивается. Очередную порцию смеси вносят лишь после того, как
поверхность воды освободиться от пены. В конце реакции смесь кипятят 10-15 мин.
Получается быстро оседающая суспензия основной углекислой меди.
После отстаивания осадок промывают водой, декантацией сливают воду с осадка
до отрицательной реакции промывных вод на сульфат ионы (проба с хлоридом
бария) , затем отсасывают на воронке Бюхнера. Препарат сушат сначала между
листами фильтровальной бумаги, затем при 80-100°С.
Выход 48-50 г.
Применение
Гидроксокарбонат меди используют для получения других соединений меди; для
приготовления синих и зеленых минеральных красок, а также в пиротехнике.
Меди дигидроксодикарбонат
Меди дигидроксодикарбонат (медная лазурь, горная синь) Си3 (ОН) 2 (С03) 2 или
2CuC03'Cu (ОН) 2, синие кристаллы. В природе — минерал азурит.
Температура разложения > 220 °С - разлагается на оксид меди, воду и
углекислый газ. Практически не растворим в воде, горячей водой разлагается.
2СО + (СиОН)2С03 = ЗС02 + 2 Си + Н20.
Свойства
Получение
Получается аналогично гидроксокарбонату меди, но в зависимости от
температуры и концентраций реагентов.
Применение
Свойства
В обычных условиях довольно устойчив, практически нерастворим в воде.
Температура разложения 1100 °С. Разлагается:
4 СиО - 2Си20 + 02
Оксид меди(II) реагирует с кислотами с образованием соответствующих солей
меди(II) и воды:
CuO + 2HN03 - Cu(N03)2 + Н20.
При сплавлении СиО со щелочами образуются купраты:
CuO + 2КОН - К2Си02 + Н20.
Оксид меди(II) может быть восстановлен до металлической меди при помощи
аммиака, монооксидом углерода или водородом:
Н2 + СиО ->• Си + Н20.
Получение
CuS04 + 2NaOH = CuO + Na2S04 + H20
Растворяют 500 г медного купороса (CuS04*5H20) в 2 л воды, нагревают до
кипения, и если раствор мутный - фильтруют. В кипящий раствор тонкой струйкой
осторожно приливают отстоявшийся раствор 180 г гидроксида натрия (или
соответствующее количество гидроксида калия) в 900 мл воды и кипятят смесь 20-
40мин. Выпавший вначале осадок основных солей и гидроксид меди постепенно
переходит в черный оксид меди и довольно быстро оседает.
Жидкость сливают с осадка, осадок промывают вначале нашатырным спиртом, а
затем декантацией водой до полного отсутствия сульфат ионов и щелочи (проба с
фенолфталеином). Затем осадок отсасывают на воронке Бюхнера. Сушат 1-2 часа
при температуре 110-120°С (получая химически высокоактивный по отношению к
кислотам влажный порошок) или при 300°С (малоактивный по отношению к кислотам
порошок).
Оксид меди можно получить путем прокаливания карбонатов меди при
температуре выше 300°С в течение нескольких часов (1-3):
CuC03*Cu(OH)2 = 2CuO + С02 + Н20
Компонент пиротехнических составов. Азурит применяется для получения Си,
изготовления синей краски.
Меди оксид (II)
Оксид меди(II), окись меди СиО — основный оксид двухвалентной меди.
Кристаллы чёрного цвета. В природе встречается в виде минерала тенорита (мелако-
нита) чёрного цвета.
Применение
Свойства
Нерастворим в воде и этаноле. Плавится без разложения при 1242 °С.
Получение
2CuS04 + 4NaOH + C6Hi206 = Cu20 + 2Na2S04 + 2H20 + C6Hi207
Растворяют 120 г гидроксида натрия (или соответствующее количество гидро-
ксида калия) в 480 мл горячей воды. После отстаивания, если раствор мутен -
его фильтруют через двойной фильтр.
Растворяют 190 г медного купороса (CuS04*5H20) в 1100 мл горячей воды и
добавляют прозрачный раствор 48 г глюкозы (продаётся в аптеке, при отсутствии
чистой глюкозы можно заменить таблетками "аскорбиновая кислота с глюкозой"
пересчитав ее на содержание глюкозы) в 32 мл воды. Смесь не должно быть
мутной, в противном случае раствор фильтруют.
К прозрачному раствору медного купороса с глюкозой, нагретому до 32-35°С
(желательно точно соблюсти температурный режим), быстро при интенсивном
перемешивании, приливают приготовленный раствор гидроксида натрия, имеющий
температуру 20-25°С. Поддерживают температуру 32-35°С. Через 1 час осаждение
закиси меди заканчивается, на что указывает обесцвечивание раствора (с синей
окраски на бесцветную). Осадок промывают декантацией сначала нашатырным
спиртом, а затем дистиллированной водой до полного отсутствия сульфат ионов
(проба с хлоридом бария) и щелочи (проба с фенолфталеином). Затем осадок
отсасывают на воронке Бюхнера. Сушат при комнатной температуре.
CuO используют при производстве стекла и эмалей для придания им зелёной и
синей окраски. Кроме того, оксид меди применяют в производстве медно-
рубинового стекла.
В лабораториях применяют для обнаружения восстановительных свойств веществ.
Вещество восстанавливает оксид до металлической меди, при этом цвет
становится розовым.
Оксид меди (I)
Оксид меди(I) (гемиоксид меди, оксид димеди, устар. закись меди) —
химическое вещество с формулой СигО. Соединение меди с кислородом, амфотерный
оксид. Кристаллическое вещество коричнево-красного цвета. В природе встречается
в виде минерала куприта.
Применение
Оксид меди(1) применяется как пигмент для окрашивания стекла, керамики,
глазурей; как компонент красок, зашз>щающих подводную часть судна от
обрастания ; в качестве фунгицида.
Обладает полупроводниковыми свойствами, в прошлом применялся для
изготовления некоторых полупроводниковых приборов.
Меди хлорид (I)
Хлорид меди(1), медь хлористая или однохлористая — бинарное химическое
соединение CuCl, медная соль хлороводородной кислоты.
Представляет собой белый или зеленоватый порошок. Зеленоватую окраску
придают примеси хлорида меди(II).
В природе монохлорид меди встречается в виде редкого минерала нантокит (по
названию села Нантоко, Чили), который благодаря подмеси атакамита часто
окрашен в зеленый цвет.
Свойства
При нагревании кристаллы синеют. При температуре 408 °С CuCl переходит в из
кубической сингонии в гексагональную модификацию.
Монохлорид меди плавится и кипит без разложения. В парах молекулы полностью
ассоциированы (димеры с незначительной примесью тримеров), поэтому формулу
вещества иногда записывают как CU2CI2.
Температура плавления 426 °С. Температура кипения 14 90 °С.
Монохлорид меди плохо растворим в воде (0,062% при 20 °С), но хорошо в
растворах хлоридов щелочных металлов и соляной кислоте. Так в насыщенном
растворе NaCl растворимость CuCl составляет 8% при 40 °С и 15% при 90 °С. Водный
раствор аммиака растворяет CuCl с образованием бесцветного комплексного
соединения [Си (NH3) 2] С1.
Устойчив в сухом воздухе, но окисляется и гидролизуется во влажном воздухе
с образованием основных хлоридов двухвалентной меди.
Получение
A) 2CuS04 + 2NaCl + Na2S03 + Н20 = 2CuCl + 2Na2S04 + H2S04
Раствор 250 г медного купороса (CuS04*5H20) и 125 г хлорида натрия (пищевая
соль) в 900 мл воды нагревают и фильтруют. В фильтрат вносят отфильтрованный
раствор 240 г сульфита натрия (Na2S03) (можно заменить бисульфитом натрия) в
530 мл воды и нагревают до получения светло-голубого раствора. Выпадающий
осадок CuCl отфильтровывают. Полученный осадок размешивают в воронке с 40 мл
2%-ной соляной кислоты снова фильтруют на воронке Бюхнера, такую промывку
повторяют до полного удаления сульфат ионов (проба с хлоридом бария). Затем
осадок промывают несколько раз этиловым спиртом, помещают тонким слоем в
фарфоровую чашку и сушат (под тягой) при 100°С, часто перемешивая стеклянным или
медным шпателем.
B) CuS04 + 2NaCl + Си = 2СиС1 + Na2S04
Растворяют 240 г медного купороса (CuS04*5H20) и 480 г хлорида натрия
(пищевая соль) в 2 л воды при 70°С и в раствор подвешивают марлевый мешочек с
240 г свежеосажденной меди (или заместо мешочка можно подвесить куски тонкого
медного провода в виде спирали и очищенного от изоляции, чтобы вся жидкость
была ими пронизана. Однако в этом случае реакция длится несколько часов.).
Через 10 мин жидкость обесцвечивается. Раствор быстро фильтруют в стеклянную
бутыль, содержащую 5 л воды и 20 мл соляной кислоты (пл. 1,19) , при этом
сразу же выделяется белый осадок CuCl. Реакционную смесь выдерживают 2 ч, затем
жидкость декантируют и осадок быстро отсасывают на воронке с полотняным
фильтром.
Полученный осадок размешивают в воронке с 40 мл 2%-ной соляной кислоты.
Снова фильтруют на воронке Бюхнера, такую промывку повторяют до полного
удаления сульфат ионов (проба с хлоридом бария). Затем осадок промывают
несколько раз этиловым спиртом, помещают тонким слоем в фарфоровую чашку и сушат
(под тягой) при 100°С, часто перемешивая стеклянным или медным шпателем.
С) Можно однохлористую медь получить взаимодействием закиси меди с соляной
кислотой путем длительного кипячения в атмосфере азота или другого инертного
газа, для предотвращения окисления одновалентной меди в двувалентную:
Cu20 + 2НС1 = 2СиС1 + Н20
Применение
• Монохлорид меди — промежуточный продукт при производстве меди.
• Поглотитель газов при очистке ацетилена, а также СО в газовом анализе.
• Катализатор в органическом синтезе, например, при окислительном
хлорировании метана или этилена, в производстве акрилонитрила.
• Антиоксидант для растворов целлюлозы.
Монохлорид меди, как и все соединения меди, токсичен.
Меди сульфат (II)
Сульфат меди(II), медь сернокислая CUSO4 — белые кристаллы, хорошо
растворимые в воде. Однако из водных растворов, а также на воздухе хотя бы с
незначительным содержанием влаги кристаллизуется голубой пентагидрат CUSO4 • 5Н20 —
медный купорос. Благодаря этому свойству сульфат меди(II) иногда используется
в качестве индикатора влажности помещения.
В природе изредка встречается минерал халькантит, состав которого близок к
CuS04 • 5Н20.
Свойства
При нагревании последовательно отщепляет две молекулы воды, переходя в три-
гидрат CUSO4 • ЗН20 (этот процесс, то есть выветривание, частично идёт и просто
на воздухе), затем в моногидрат (110°) CuS04*H20, и выше 258 °С образуется
безводная соль. Термическое разложение становится заметным выше 650 °С:
2CuS04 - 2CuO + 2S02 + 02
Растворимость в воде 31,6 г/100 мл при 20°С. Растворимость сульфата
меди (II) по мере роста температуры проходит через плоский максимум
О 50 100 150 200 250 300*С
Окрашивает огонь в зелёный цвет.
Получение
В лаборатории можно получить действием концентрированной серной кислотой на
медь при нагревании:
Си + 2H2S04 - CuS04 + S02 + 2Н20
Температура не должна превышать 60 градусов Цельсия так как образуется
побочный продукт:
5Си + 4H2S04 - 3CuS04 + Cu2S + 2Н20
Применение
Сульфат меди(II) наиболее важная соль меди, часто служит исходным сырьём
для получения других соединений.
Безводный сульфат меди можно использовать как индикатор влажности, с его
помощью в лаборатории проводят осушку этанола и некоторых других веществ.
Наибольшее количество непосредственно применяемого CuS04 расходуется на
борьбу с вредителями в сельском хозяйстве, в составе бордосской смеси с
известковым молоком — от грибковых заболеваний и виноградной тли.
В строительстве водный раствор сульфата меди применяется для нейтрализации
последствий протечек, ликвидации пятен ржавчины, а также для удаления
выделений солей («высолов») с кирпичных, бетонных и оштукатуренных поверхностей; а
также как средство для предотвращения гниения древесины.
Также он применяется для изготовления минеральных красок, в медицине, как
один из компонентов электролитических ванн для меднения и т.п., и как часть
прядильных растворов в производстве ацетатного волокна.
В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е519
(консервант).
В пунктах скупки лома цветных металлов раствор медного купороса применяется
для выявления цинка, марганца и магния в алюминиевых сплавах и нержавейке.
При выявлении этих металлов появляются красные пятна.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ КОМПЛЕКСОМ1
Для автоматизации лабораторного оборудования2 удобно использовать IBM-
совместимые персональные компьютеры (п.к.), связь которых с периферийными
устройствами, несмотря на отсутствие специального порта ввода/вывода,
нетрудно организовать через параллельный порт принтера по стандарту Centronics [1].
На рисунке показана аппаратная реализация автоматической системы на базе
такого п.к., позволяющей управлять работой одновременно трех лабораторных
установок [2-4 ] .
Входящий в схему аналого-цифровой преобразователь (а.ц.п.) имеет следующие
характеристики: чувствительность (шаг дискретизации) >0.05% (12 разрядов),
линейность (в конечной точке шкалы) >0.03%, время преобразования < 30 мкс. Он
построен на основе распространенного 12-разрядного ц.а.п. К594ПА1 и регистра
последовательных приближений [5]. Применение быстродействующих операционного
усилителя и компаратора позволило, несмотря на превышение допустимых пределов
функционирования по частоте, добиться его надежной и устойчивой работы с вре-
1 Авторы: В.Б. Борисов, А.А. Хубатхузин, М.В. Неглядеев, М.М. Якобсон, Г.Х. Мухамед-
зянов. Многовато будет для такой небольшой схемы.
2 Данная схема в принципе может быть использована для построения контроллера крейта,
речь о котором шла в статье «Меморандум электронщикам» - см. «Домашняя лаборатория»
№1 за 2011 г.
менем преобразования -27 мкс и построить 8-каналь-ный а.ц.п. с
характеристиками, полностью соответствующими плате ввода/вывода PCL711S.
Для удобства и наглядности рассмотрим работу схемы на примере запуска и
управления экспериментальной установкой по измерению вязкости и плотности
жидкостей [2]. Вывод измерительного узла на требуемую температуру
осуществляется следующим образом. Сначала включается термостат марки U-10 сигналом Е1.
На языке QBasic (простейший вариант) это будет выглядеть таким образом:
• OUT &h378,l (вывод на шину данных номера периферийного устройства)
• OUT &h380,2 (выбор DC1 сигналом S2).
Адреса параллельного порта, назначение его шин, цоколевка и способы чтения
и записи через них подробно рассмотрены в [1] и одинаковы для всех типов IBM-
совместимых компьютеров.
В результате выполнения этих команд у дешифратора DC1 активизируется выход
Е1, срабатывает триггер и через реле (для развязки цепей питания) посредством
тиристора термостат подключается к сети (триггер, реле, тиристор и термостат
на схеме не показаны). Мультиплексировав шину управления (S1-S3) и увеличив
количество дешифраторов, нетрудно аналогичным образом организовать управление
256 внешними устройствами.
Следующий шаг - запись байта или слова в задатчик регулятора температуры
термостата, соответствующего заданной температуре. Запись производится
примерно так же, как и в предыдущем случае:
• OUT &h378,&hFF (вывод на шину данных байта информации (FF))
• OUT &h380,l (запись FF в RG1 сигналом S1)
• OUT &h380,0 (хранение информации в RG1)
• OUT &h378,2 (выбор устройства, в которое записывается байт информации с
шины R0-R7)
• OUT &h378,0 (хранение в RG задатчика температуры (на схеме не показан)).
Далее компьютер переходит к обслуживанию других устройств или возобновляет
выполнение текущей программы.
При наступлении момента, когда периферийное устройство готово выдать или
принять новую информацию от п.к. (например, термостат выходит на стационарный
режим или наступает аварийная ситуация), оно выдает запрос на обслуживание, в
результате чего на выходе приоритетного шифратора PRCD активизируется выход G
(готовность периферийного устройства).
При сканировании внешних устройств п. к. посредством DC2 активизирует
драйвер BD1, подключая к шине состояния приоритетный шифратор PRCD. После
поступления запроса G определяется код устройства, запросившего прерывание, и
происходит переход к подпрограмме, обслуживающей это устройство. Если в ней
предусмотрена запись информации, п.к. в соответствии с кодом устройства
подключает к а.ц.п. соответствующий ему канал 8-канального аналогового ключа SWM
(число каналов может быть легко увеличено) . А.ц.п. запускается сигналом F6.
Во время преобразования (поразрядного уравновешивания) п.к. постоянно
опрашивает порт 379h по линии В4 для определения момента готовности а.ц.п. к выдаче
данных (конец преобразования).
ft
о
С
00
СО
Цепь
DO
Dl
D2
D3
D4
D5
D6
D7
DO
Dl
D2
D3
D4
D5_
D6_
D7
ERROR
SLCT
PE
ACK
BUSY
BO
Bl
B2
B3
B4
STROBE
SLCT IN
1N1T
SI
S2
S3
Запись информации
DO
~D1
D2
D3_
D4
~DS
D6
~Ы
SI
RG1
RO
Rl
R2
R3
R4
R5
R6
R7
Управление
16
DO
Dl
Dl
D3
52
CI
DC]
EO
EI
E2
E3
E4
E5
E6
E7
EH
E9
EH)
Ell
El 2
E13
E14
El 5
Контроль состояния
К внешним
устройствам
Fl
PRCD
А/,
DO
Dl
D2
D3
S3
JTI
DC2
FO
F15
F2
QO
Ql
Q2
Q3
F3
Dl
0
i
2
3
E
BD1
BD2
DO
0
1
2
3
Ф
DO
0
1
2
3
Ф
BO
Bl
B2
B3
BO
Bl
B2
B3
Q4
Q5
Q6
Q7
F4
Q8
09
Q10
Qii
F5
Dl
0
1
2
3
E
Dl
0
1
2
3
£
BD3
BD4
DO
0
1
2
3
DO
0
1
2
3
Ф
BO
Bl
B2
B3
BO
Bl
B3
Принципиальная схема автоматической системы управления. Ml
К555ИР22, М2,МЗ - К155ИДЗ, М4 - К155ИВ1, М5,М6 - К555АП5, М7,М8 -
К590КН8, М9 - К574УД1, М10 - К521САЗ, МП - К594ПА1, М12 - К155ИР17.
Считывание 12-битового слова информации через 4-разрядную шину состояния
(379h) осуществляется посредством поочередного подключения к ней драйверов
BD2-BD4. Следует отметить, что применение шинных драйверов более
целесообразно, чем мультиплексоров [1], так как ведет к упрощению схемы (необходимость
использования логического элемента 2И отпадает).
Для достижения указанной производительности считывание информации с а.ц.п.
лучше программировать на языке Assembler, отличающемся максимальным
быстродействием. Преобразование трех полубайтов информации в 12-битовое слово также
удобно осуществлять на Assembler, но можно использовать и другие языки
высокого уровня. Ниже приводится фрагмент программы на Turbo-Assembler 2.0,
обеспечивающий запись тысячи 12-битовых слов информации в реальном масштабе
времени.
• mov сх, 1000; количество записываемых 12-битовых слов
• mov di, 0; задание начального значения индекса
• start: mov al, 4; создание прямоугольного импульса запуска а.ц.п.
• mov dx, 378h; выбор порта
• out dx, al; формирование фронта импульса
• pause; макроопределение, задающее длительность паузы (для микросхем
серии т.т.л. ~1 мкс)
• mov al, 0
• out dx, al; формирование спада импульса
• mov dx, 379h; выбор порта
• check: in al, dx; считывание информации о состоянии а.ц.п.
• стар al, 10000111b; проверка готовности а.ц.п. к выдаче информации (конец
преобразования)
• j па check; при готовности продолжить программу
• mov al, 3; выбор драйвера BD4
• record; считывание и запись информации с драйвера BD4
• mov al, 2; выбор драйвера BD3
• record; считывание и запись информации с драйвера BD3
• mov al, 1; выбор драйвера BD2
• record; считывание и запись информации с драйвера BD2
• loop start; возврат на метку start, если сх > 0
• record macro; макроопределение записи в память
• mov dx, 378h; выбор порта
• out dx, al; включение драйвера
• mov dx, 379h; выбор порта
• in al, dx; считывание информации с драйвера
• mov memory[di], а1запись в память информации
• inc di; увеличить значение индексного регистра
• endm; конец макроопределения record
Скорость обмена информацией на элементной базе серии т.т.л. в цифровом виде
до 1 Мбайт/с, частота преобразования аналогового сигнала 37 кГц.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Драневич В.А. , Пятигорский Г.Л., Суворова Е.А. и др. // ПТЭ. 1996. № 5.
С. 74.
2. Борисов В.Б., Сагдеев Д.И., Мухамедзянов Г.Х. // ПТЭ. 1994. № 3. С. 167.
3. Борисов В.Б. // ПТЭ. 1995. № 3. С. 166.
4. Assael M.J., Papadaki М., Dix М. // Int. J. Thermophys. 1991. V. 12. №2.
P. 231.
5. Заярный В.П. // ПТЭ. 1995. № 6. С. 175.
Матпрактикум
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ
ПРИ ИЗУЧЕНИИ МАТЕМАТИКИ, ФИЗИКИ И ИНФОРМАТИКИ
Р.В. Майер, Н.С. Касимова, Е.А. Сунцова, Т.А. Сусекова
Использование компьютерных моделей при изучении того или иного вопроса
позволяет сформировать наглядные образы исследуемых объектов на качественно
более высоком уровне, существенно расширяет круг учебных задач, стимулирует
развитие творческих способностей. Рассмотрим несколько задач по математике,
физике и информатике, требующие применения компьютерных моделей. Предлагаемые
нами компьютерные программы написаны в среде Borland Pascal 7.0 [1].
Компьют ерное
моделирование
абстрактных машин
Поста и Тьюринга
Нами были разработаны несколько вариантов несложных программ, позволяющих
промоделировать функционирование машин Поста и Тьюринга [2] при решении
целого ряда задач: сложение, вычитание, умножение и деление целых чисел,
преобразование последовательности символов по заданному правилу и т.д.
Задача 1
Машина Поста состоит из ленты, разбитой на ячейки, и каретки, которая может
считывать содержимое обозреваемой ячейки, стирать метки и ставить метки.
Создайте компьютерную модель машины Поста, увеличивающей целое число на 2.
Программа, моделирующая работу машины Поста, приведена ниже.
uses crt, dos; const N=35; t=100;
var z, lenta: string; a, kom : array [1..N] of string; {Borland Pascal 7.0}
k, kk : array [1..N] of integer; x, p, i, ii : integer; Label ml, m2;
Procedure Programma;
Begin x: =3; lenta: ='VWWW ' ;
kom[l]:='right'; k[l]:=2; kom[2]:='if'; k[2]:=3; kk[2]:=l;
kom[3]:='metka'; k[3]:=4; kom[4]:='right'; k[4]:=5;
kom[5] : = 'metka'; k[5]:=6; kom[6] : ='stop'; k[6]:=0;
end;
Procedure Pechat;
begin writeln; p:=p+l; For i:=l to N do write(a[i],' '); writeln('| ',p,' ');
For i:=l to x-1 do write('--'); write('M');
delay(200);
end;
BEGIN clrscr; Programma;
For i:=l to N do begin a[i]:=copy(lenta,i,1); end;
Pechat; ii:=l; m2: If Keypressed then goto ml;
If kom[ii]='stop' then goto ml;
If kom[ii]='left' then begin x:=x-l; Pechat; ii:=k[ii]; goto m2; end;
If kom[ii]='right' then begin x:=x+l; Pechat; ii:=k[ii]; goto m2; end;
If kom[ii]='erase' then begin a[x]:='-'; Pechat; ii:=k[ii]; goto m2; end;
If kom [ii ] = 'metka ' then begin a[x]: = 'V; Pechat; ii:=k[ii]; goto m2 ; end;
If kom[ii]='if then begin z:=a[x];
If z='-' then ii:=k[ii] else ii:=kk[ii]; goto m2; end; writeln;
writeln('ОШИБКА В СТРОКЕ', ii) ;
ml: writeln; writeln('КОНЕЦ РАБОТЫ');
Repeat until KeyPressed;
END.
Задача 2
На ленте машины Тьюринга - последовательность _АВВААВАВ . Головка
расположена напротив левого символа. Напишите программу, которая группирует
символы "А" в правой части строки, а вместо них ставит звездочки.
Состояние ленты машины Тьюринга Задается так: с =
/I I I Д I I ГЭ I I ГЭ I |Д I IA1 I ГЭ I 1Д1 I ГЭ I f f f f f f f f f f f I \ •
V r"-rDrDr"-r"-rDr •"•/J-> / / / / / / I r •
Положение головки определяется переменной m, исходное состояние машины
Тьюринга - переменной q. Программа для машины Тьюринга записывается в виде
последовательности команд, представленных в общепринятом формате: "(Состояние
ql) (Читаю символ si) => (Новое состояние q2) (Напечатать символ si)
(Сместить головку вправо (R), влево (L) или остановиться (S))".
Один из вариантов решения задачи приведен ниже.
uses crt, graph;
type c=array[1..15] of string;
const a : c= ('_','A','B','B','A','A','B','A','B','_','_','_','_','_','_') ;
N=50; { Borland Pascal 7.0 }
var i,k,m,s,flag : integer; xl,x2,x4,x5,x6,q: string;
kom : array[l..N] of string; Label ml;
BEGIN clrscr; m:=l; q:= '1';
kom[l]:='1_>1_R'; kom[2]:='2_>3|R'; kom[3]:='3_>4AL'; kom[4]:= '4_>1_R';
kom[5]:='1A>2*R'; kom[6]:='2A>2AR'; kom[7]:='3A>3AR'; kom[8]:='4A>4AL';
kom[9]:='1BXLBR'; kom[10]:='2B>2BR'; kom[ll]:='4B>4BL'; kom[12]:='1*>1*R';
kom[13]:='2*>2*R'; kom[14]:='4*>4*L'; kom[15]:='1|>1|S'; kom[16]:='2|>3|R';
kom [17] : =' 4 I >4 I L' ;
Repeat flag:=0; s:=s+l;
For i:=l to N do begin xl:=copy(kom[i],1,1); x2:=copy(kom[i],2,1) ;
x4:=copy(kom[i],4,1); x5:=copy(kom[i],5,1); x6:=copy(kom[i],6,1);
If (flag=0)and(xl=q)and(x2=a[m]) then begin q:=x4; a[m]:=x5;
If x6='R' then m:=m+l; If x6='L' then m:=m-l;
If x6='S' then goto ml; flag:=l; end;
end; ml: k:=k+l;
For i:=l to 15 do write(a[i],' ');
writelnC ',q,' k=',k); delay(1000);
For i:=l to m-1 do write('=='); write('l'); writeln;
until x6='S'; Readkey;
END.
Компьют ерное
моделирование
нейросетей
При изучении теоретических основ информатики [2] и проблемы создания
искусственного интеллекта полезно промоделировать анализируемую одно-, двух- и
трехслойную нейросеть на компьютере, решить задачи связанные с распознаванием
образов и классификацией объектов.
Задача 3
Промоделируйте персептрон (двухслойную нейросеть) с 8 входами (сенсорами),
4 ассоциативными элементами и 2 реагирующими элементами (рис. 1). При
предъявлении объектов о[1]={11110000}, о[2]={00001111}, о[3]={00111100},
о[4]={11000011} на выходах персептрона должны появиться сигналы y[l,j]={00},
y[2,j]={01}, y[3,j]={10}, y[4,j]={ll}.
Программа, моделирующая работу такой нейросети, представлена ниже.
uses dos, crt;
type Neiron 8 = record { Borland Pascal 7.0 }
w : array[1..8]of real; h: real; end;
Neiron_4 = record
v : array[1..4]of real; h: real; end;
const Ne8: array[1..4]of Neiron_8=((w: (1,1,1,1,-1,-1,-1,-1) ; h: 2.5),
(w:(-1,-1,-1,-1, 1,1,1,1); h: 2.5), (w:(-1,-1,1,1,1,1,-1,-1); h: 2.5),
(w: (1,1,-1,-1,-1,-1,1,1) ; h: 2.5));
Ne4: array[1..2]of Neiron_4=((v: (-1,0,1,1) ; h: 0.5), (v: (-1,1,0,1) ; h: 0.5));
objekt: array[1..4,1..8]of integer =((1,1,1,1,0,0,0,0), (0,0,0,0,1,1,1,1),
(0,0,1,1,1,1,0,0), (1,1,0,0,0,0,1,1));
var i,j,k,o,zl,z2 : integer; S: real; x: array[1..8]of integer; y:
array[1..4]of integer;
Function Neiron8(j:integer; a:array of integer):integer;
begin S:=0; For i:=l to 8 do S:=S+Ne8[j].w[i]*objekt[o,i];
If S>Ne8[j].h then Neiron8:=l else Neiron8:=0;
end;
Function Neiron4(j: integer; a :array of integer):integer;
begin S:=0; For i:=l to 4 do S:=S+Ne4[j].v[i]*y[i];
If S>Ne4[j].h then Neiron4:=l else Neiron4:=0;
end;
BEGIN clrscr;
For o:=l to 4 do begin у[1]:=Neiron8(1,objekt[o,i]);
у[2]:=Neiron8(2,objekt[o,i]) ;
у[3]:=Neiron8(3,objekt[o,i]); у[4]:=Neiron8(4,objekt[o,i]);
zl:=Neiron4(l,y[k]); z2:=Neiron4(2,y[k]);
For i:=l to 8 do write(objekt[o,i],' ');
For j:=l to 4 do write(' : ',y[j],' ');
writeln(' I ' ,zl,' ' ,z2) ;
end; Readkey;
END.
Рис. 1. Двуслойная нейросеть (8 входов, 2 выхода)
Решение вариационных
задач на компьютере
Нами разработаны программы, осуществляющие решение следующих задач: расчет
формы мыльной пленки, нахождение формы неоднородной цепи (нити) в поле
тяжести, расчет формы длинной и упругой пластины, находящейся в поле тяжести,
траектории распространения светового луча, в неоднородной среде. В качестве
примера рассмотрим следующую задачу.
Задача 4
Имеется неоднородная цепь, ее концы закреплены. К заданной точке цепи
привязана невесомая нить, которая перекинута через неподвижный блок и привязана
к грузу известной массы Mi. К другому звену цепи подвешен груз массы М2.
Найти форму цепи.
Заменим цепь совокупностью материальных точек, соединенных пружинами
большой жесткостью к и длиной Ь. Пусть блок имеет небольшие размеры и его
координаты равны X и Y, а перекинутая через него нить привязана к i-ой материальной
точке с координатами х± и у±. При расчете потенциальной энергии системы
следует учесть потенциальную энергию грузов Mi и М2. Программа работает так:
случайным образом на небольшие величины изменяются координаты звеньев цепи,
вычисляется потенциальная энергия системы, определяется положение системы,
при которой потенциальная энергия минимальна. Для решения требуется несколько
минут, получающийся результат на рис. 2.
Рис. 2. Результат расчета формы неоднородной цепи с грузами.
{$N+} uses dos, crt, graph;
const N=80; b=5; k=200; g=10; pi=3.1415;
var U,U0,U1,xl,yl,1,dU,S,mm: real; { Borland Pascal 7.0 }
i,j,t,r,Gd,Gm: integer; Energiya: string; x,y,m: array [1..N] of single;
Procedure Energy;
var i: integer;
begin U:=0; For i:=2 to N do begin 1:=sqrt(sqr(x[i]-x[i-l])+sqr(y[i]-y[i-1]));
If l>b then dU:=k*sqr(1-b)/2; U:=U+dU+m[i]*g*y[i]; end;
S:=sqrt(sqr(x[40]-200)+sqr(y[40]-20)); U:=U+mm*g*S;
end;
BEGIN Randomize; Gd:= Detect; InitGraph(Gd, Gm, 'c:\bp\bgi');
For i:=l to N do begin x[i]:=6*i; y[i]:=-i;
If i<40 then m[i]:=2 else m[i]:=4; m[20]:=30; end; mm:=25;
Repeat inc(t); For i:=2 to N-l do begin
xl:=x[i]; yl:=y[i]; Energy; U0:=U; x[i]:=x[i]+random(100)/25-2;
y[i]:=y[i]+random(100)/25-2; Energy; U1:=U;
If U1XJ0 then begin x[i]:=xl; y[i]:=yl; end; end; Energy; Str(U,Energiya);
If t mod 500=1 then begin cleardevice;
For i:=l to N-l do begin If i<40 then r:=l else r:=4;
circle(10+round(x[i]),150-round(y[i]),2); circle(10+round(x[i]),150-round(y[i]),r);
line(10+round(x[i]),150-round(y[i]),10+round(x[i+1]),150-round(y[i+1]));
end;
line(10+round(x[40]),150-round(y[40]),200,20); OuttextXY(10,450,Energiya);
end;
until KeyPressed; CloseGraph;
END.
Как показала практика, использование рассмотренных выше компьютерных
моделей на занятиях способствует более глубокому пониманию изучаемых вопросов,
повышению интереса студентов к предмету, развитию умения программировать.
ЛИТЕРАТУРА
1. Попов В.Б. Turbo Pascal для школьников: Учеб. пособие / В.Б. Попов. -
М.: Финансы и статистика, 2001. - 528 с.
2. Стариченко Б. Е. Теоретические основы информатики: Учебное пособие для
вузов / Б.Е. Стариченко. - М.: Горячая линия - Телеком, 2003. - 312 с.
Английский
АНГЛИЙСКИЙ ДЛЯ химиков
А.Л. ПУМПЯНСКИЙ
(продолжение)
РОЛЬ СОЮЗОВ
and, or, but
При анализе и переводе английских предложений следует уделять особое
внимание сочинительным союзам and, or, и противительному союзу but.
Дело в том, что эти союзы (а также запятая) ставятся между однородными чле-
нами предложения. При этом отдельные элементы предложения обычно
подразумеваются и требуют соответствующего выявления. Например, когда используется
глагол to be, он обычно не повторяется, несмотря на то, что подчас выполняет
совершенно различные грамматические функции; при повторном введении инфинитива
часто не повторяется частица to; при повторении герундия, стоящего после
предлога, предлог обычно опускается и т.д.
Следовательно, обнаружив and, or, but (или запятую) , надо помнить об их
«коварстве» и обязательно посмотреть, что стоит до них — это позволит
обнаружить отсутствующие лексические и грамматические элементы и выявить логическое
развитие мысли, изложенной в предложении. Делается это следующим образом.
The regular method for cyclizing the ketoester VI consists in removing the
ester group by hydrolysis, reducing the ketone and effecting a cyclodehydra-
tion of the alcohol.
На первый взгляд может показаться, что инговые формы — reducing и effecting
— надо переводить деепричастиями «восстанавливая» и «осуществляя». Это не
так. По запятой и союзу and выясняем, что это не инговые формы, а герундий
после предлога in, по аналогии с in removing. Предлог in в обоих случаях
подразумевается. Теперь легко сделать правильный перевод:
The regular method for cyclizing the ketoester VI consists in removing the
ester group by hydrolysis, reducing the ketone and effecting a cyclodehydra-
tion of the alcohol.
«Обычный метод циклизации кетоэфира VI заключается в удалении эфирной
группы гидролизом, (в) восстановлении кетона и (в) осуществлении
циклодегидратации спирта».
The second class gives dimolecular and polymolecular products but no mono-
molecular products.
Обратите внимание, после союза and перед существительным стоит
отрицательная частица по. Поскольку в английском предложении может быть только одно
отрицание, то в этом случае надо найти глагол-сказуемое и перевести его
отрицательной формой. Но где же в этом предложении глагол? Мы ведь уже выяснили,
что сказуемое находится в начале предложения; зная это, переводим:
The second class gives dimolecular and polymolecular products but no mono-
molecular products.
«Второй класс дает бимолекулярные и полимолекулярные продукты, но не дает
мономолекулярных продуктов».
The hydrocarbon n-heptacontane has been synthesized and found to have the
melting point 105° and to be distillable in high vacuum.
Это предложение интересно тем, что мы встречаемся дважды с союзом and.
После первого and опущено подлежащее и часть сказуемого — has been, а после
второго — has been found. Тгперь ясно, что to be distillable — это инфинитив
в обороте «подлежащее с инфинитивом», поскольку он сочетается с глаголом-
характеристикой «находить». Отсюда перевод:
The hydrocarbon n-heptacontane has been synthesized and found to have the
melting point 105° and to be distillable in high vacuum.
«Был синтезирован углеводород н-гептаконтан и найдено, что он имеет точку
плавления 105° и способен перегоняться в высоком вакууме».
Compared with succinic and glutaric anhydrides this compound showed a
diminished solubility and ability to cristallise.
He зная роли союзов and, or, but, можно прийти к ошибочному выводу, что
«это соединение легко кристаллизуется». Но, восстановив перед ability
прилагательное diminished, мы переведем правильно:
Compared with succinic and glutaric anhydrides this compound showed a
diminished solubility and ability to cristallise.
«По сравнению с янтарным и глутаровым ангидридами это соединение имело
пониженную растворимость и пониженную способность кристаллизоваться».
Активное владение правилом анализа and, or, but оказывает большую помощь
при переводе характерных для английского языка предложений, в которых
одновременно встречаются страдательный и действительный залоги. Например:
The trisaccharide fraction was partly hydrolyzed with acid and gave rise to
five disaccharide compounds.
«Трисахаридную фракцию частично гидролизовали кислотой и эта фракция дала
пять дисахаридных соединений».
В английском языке часто употребляются существительные в общем падеже в
качестве определения других существительных. Это явление необычно для русского
языка и поэтому вызывает трудности при переводе. Запомните следующее: если
после артикля стоит ряд существительных, то только последнее будет тем
существительным, к которому относится артикль (определяемым словом) и перевод
надо начинать с него. Все остальные слова, стоящие перед ним, будут
определениями и переводятся после него. Например:
An integrated absorption area value based on all methyl groups is
reasonably good.
«Величина общей площади поглощения всех метильных групп является достаточно
точной».
Перевод становится еще сложнее, когда между отдельными определениями стоят
союзы and, or, but (или запятая) , поскольку в таком случае эти определения
часто воспринимаются как существительные в общем падеже.
Например, предложение:
We use oxygen, hydrogen, and nitrogen reactions
означает не «Мы применяем кислородные, водородные и азотные реакции», а «Мы
применяем реакции кислорода, водорода и азота».
А теперь рассмотрим специфику перевода предложений, в состав которых входит
наречие-характеристика и существительное-характеристика.
НАРЕЧИЕ-ХАРАКТЕРИСТИКА
Как и соответствующие им глаголы-характеристики, эти наречия только
характеризуют отношение автора к описываемому факту или событию и могут
употребляться в предложениях, аналогичных безличным предложениям с глаголом-
характеристикой или их эквивалентам в обороте «подлежащее с инфинитивом».
These interpretations are admittedly conjectural.
«Считают, что эти толкования являются предположительными».
This is, announcedly, a very powerful reagent.
«Как сообщают, это очень сильный реагент».
Dibromohydrin VI conceivably could be produced as an intermediate.
«Можно предположить, что в качестве промежуточного соединения образовался
дибромгидрин VI».
Silica hydrogel, reportedly, was prepared by combination of dilute sodium
silicate and sulfuric acid in wooden tanks.
«Как сообщалось, силикагель готовили, смешивая в деревянных емкостях
разбавленный силикат натрия и серную кислоту».
СУЩЕ С ТВИТЕ ЛЬНОЕ-ХАРАКТЕ РИСТИКА
По аналогии с глаголами-характеристиками и наречиями-характеристиками в
английской научной и технической литературе можно также встретить
существительные-характеристики с последующими as + инговая форма, или с as и
пропущенными being. Например:
The most which can be derived from the infra-red spectrum is the identifica
tion of the skeleton X-C-X as being correlated with the appearance of a
medium intensity absorption band near 1950 cm-1.
Поскольку между существительным-характеристикой identification и as +
инговая форма стоит существительное the skeleton Х-С-Х, такое сочетание можно
четко перевести по аналогии с переводом оборота «дополнение с as + инговая
форма», формула которого, как известно, близка к данному сочетанию, а именно:
«глагол-характеристика + дополнение (существительное или местоимение) as + +
инговая форма». Отсюда получаем перевод:
The most which can be derived from the infra-red spectrum is the identifica
tion of the skeleton X-C-X as being correlated with the appearance of a
medium intensity absorption band near 1950 cm"1.
«Самое большое, о чем можно судить по инфракрасному спектру, это указание
на то, что скелет Х-С-Х связан с появлением полосы поглощения средней
интенсивности около 1950 см-1».
The recent recognition of phosphonitrilic compounds as (being) «aromatic»
systems has stimulated research.
В примерах такого типа нередко опускается being. Наличие существительного-
характеристики и as позволяет восстановить опущенную форму и дать правильный
перевод:
The recent recognition of phosphonitrilic compounds as (being) «aromatic»
systems has stimulated research.
«Недавно установленный факт, что фосфонитрильные соединения являются
«ароматическими» системами, стимулировал исследования».
АБСОЛЮТНЫЙ
ПРИЧАСТНЫЙ
ОБОРОТ
Абсолютный причастный оборот представляет собой своеобразное развернутое
обстоятельство; поэтому он может находиться как до, так и после «костяка»
предложения. Этот оборот содержит инговую форму (причастие), собственное
подлежащее , но не имеет личной формы глагола. Исходя из таких соображений, можно
вывести следующую формулу абсолютного причастного оборота:
подлежащее (I) + инговая форма глагола (II) + отсутствие личной формы
глагола (III) + главное предложение, находящееся до или после оборота (IV).
Например:
The experiment having been carried out we went home.
The experiment (I) + having been carried out (II) + (III) + we went home
(IV) .
«После того как был закончен опыт, мы пошли домой».
Особенность абсолютного причастного оборота состоит в том, что «обстоятель-
ственность» в этом случае выражается не словами (как в русском языке), а
особой грамматической формой. Как видно из перевода, в русском языке этот оборот
соответствует целому обстоятельственному предложению со своим подлежащим,
сказуемым (личной формой глагола) и обстоятельственным словом (союзом).
Англичанин, исходя из грамматической структуры оборота, как бы
«домысливает» одно из обстоятельственных слов: причем, а, и; так как, потому что,
поскольку; хотя, если; когда, после того как, при этом; где. Мы же, обнаружив
абсолютный причастный оборот, должны как бы «вытянуть» из него один из
вышеприведенных союзов и перевести причастие личной формой глагола (сказуемым).
Выбор союза диктуется контекстом. Например:
The temperature being 100° water boiled quickly.
«Так как температура была 100°, вода быстро закипела».
но:
The temperature being 10° water boiled quickly.
«Хотя температура была 10°, вода быстро закипела».
Наиболее распространенная ошибка при переводе английского оборота состоит в
том, что его смешивают с причастием в функции определения. Этой ошибки легко
избежать, запомнив следующее правило: если данная инговая форма представляет
собой причастие в функции определения, то в предложении должна быть личная
форма глагола; если же таковая отсутствует, то это значит, что перед нами —
абсолютный причастный оборот. Сравните:
The reaction taking place was found to be very strong.
«Нашли, что протекающая реакция — очень энергичная».
Здесь taking place является причастием в функции определения к
существительному reaction. Но:
The reaction taking place we could not leave the room.
«Когда шла реакция, мы не могли выйти из комнаты».
Здесь taking place входит в состав абсолютного причастного оборота, так как
в предложении нет личной формы глагола.
В заключение этой темы проанализируйте несколько приведенных ниже
предложений. Пользуясь формулой, обратите внимание на то, что абсолютный причастный
оборот часто стоит после главного предложения, и нередко отделяется от него
Запятой:
Polarisation effect being neglected, the distance of the lines joining
centers of the attracting dipoles have the following values...
«Если пренебречь эффектом поляризации, то расстояние между линиями,
соединяющими центры притягивающих диполей, будет выражаться в следующих
значениях ...»
The diastereoisomers of these compounds are designated by the prefixes L-
allo and D-allo, the letter denoting the configuration of the a-carbon atom.
«Диастереоизомеры этих соединений обозначаются приставками L-алло, и D-
алло, причем буква указывает конфигурацию а-углеродного атома».
Обратите внимание и на то, что абсолютный причастный оборот иногда
заключается в скобки:
The good solvating medium provides stabilisation of a transition state
similar to «a» (charge being created).
«Хорошо сольватирующая среда обеспечивает стабилизацию переходного
состояния, аналогичного состоянию «а» (при этом возникает заряд)».
Теперь рассмотрим специфику перевода некоторых предложений по прошлой теме.
• The equilibrium initial stress is seen to be markedly affected.
Помимо оборота «подлежащее с инфинтивом», в этом предложении содержится
глагол to affect, который имеет значения «влиять на (что-либо)»,
«воздействовать на (что-либо)». Если после to be affected отсутствует указание на
«действующее лицо» (вводимое предлогом by), то можно рекомендовать переводить эту
конструкцию значением «изменяться». Поэтому наше предложение переводится
следующим образом:
The equilibrium initial stress is seen to be markedly affected.
«Видно, что начальное равновесное напряжение заметно изменилось».
• The new procedure enabled us to overcome the above difficulties. Again
there took place an unexpected drop in the demand for this product.
Мы уже знаем, что определенный артикль the часто выступает в лексическом
значении «этот». Мы знаем также, что procedure в химической литературе
означает не «процедура», а «методика», «метод», «процесс», «пропись». Наконец, мы
познакомились со словами, устанавливающими логические связи между отдельными
предложениями и целыми абзацами, причем в их числе мы указали на вводное
слово again.
Это слово хорошо известно в значении «снова». Однако очень часто такой
перевод совершенно не подходит по контексту и поэтому надо использовать другие
значения — «с другой стороны», «и в этом случае», «в свою очередь», «кроме
того»; конкретное значение зависит от характера логической связи между двумя
предложениями. В данном случае переводим:
The new procedure enabled us to overcome the above difficulties. Again
there took place an unexpected drop in the demand for this product.
«Эта новая методика позволила нам преодолеть указанные трудности. С другой
стороны, произошло неожиданное падение спроса на этот продукт».
Приведем примеры с другими значениями слова again:
The motion of a valency electron in its orbital is again equivalent to the
flow of a current in the locus of its motion.
«И в этом случае движение валентного электрона по его орбите эквивалентно
току электрических зарядов по траектории его движения».
Access is given to passage Q by two horizontal channels K, each of which is
again connected to two passages U.
«Доступ в проход Q обеспечивается двумя горизонтальными каналами К, каждый
из которых, в свою очередь, связан с двумя проходами и».
• We obtained a complex product which was to be expected.
Для правильного перевода этого предложения надо знать следующее:
а) местоимение which, помимо хорошо известного значения «который», нередко
выступает в значении «что»;
б) глагол to be с последующим инфинитивом смыслового глагола имеет
модальное значение.
Отсюда перевод этого предложения:
We obtained a complex product which was to be expected.
«Мы получили сложный продукт, что и следовало ожидать».
• Polyesters and polyamides are spinned from melts. The latter are more
polar.
Неправильный перевод:
«Полиэфиры и полиамиды прядутся из расплавов. Последние более полярны».
Из такого перевода получается, что расплавы более полярны. Но более полярны
чем что? Непонятно! Да и не может быть понятно, так как в английском тексте
указывается, что полиамиды (а не расплавы) более полярны, чем полиэфиры. Дело
в том, что the former и the latter (вместе или по отдельности) употребляются
в английском тексте в тех случаях, когда нужно заменить упомянутые ранее
существительные. При этом the former заменяет первое, a the latter — второе из
них. Отсюда правильный перевод:
Polyesters and polyamides are spinned from melts. The latter are more
polar .
«Полиэфиры и полиамиды прядутся из расплавов. Полиамиды более полярны».
• The reaction started at a temperature over 100-150.
Неправильный перевод:
«Реакция началась при температуре выше 100—150°».
Если, пользуясь этим переводом, начать работать, то можно и взорваться...
Экспериментатор спокойно ждет, пока температура превысит 150°, а реакция...
уже идет. Over — очень важное «псевдопростое» слово. Помимо хорошо известных
значений «над», «свыше», оно часто выступает в значениях «на протяжении» «от
... до». Поэтому наше предложение означает:
The reaction started at a temperature over 100-150.
«Реакция началась в температурном интервале 100—150°».
• These compounds were previously assigned the following structure.
Хорошо известно значение слов previous, previously (предварительный,
предварительно) . Однако чаще всего их следует переводить как «прежний», «предше-
ствующий», «ранее». Разница между «ранее» и «предварительно» существенна!
Наше предложение почти всегда означает:
These compounds were previously assigned the following structure.
«Ранее этим соединениям приписывалась следующая структура».
НЕМНОГО ПРАКТИКИ
#138 МРМ; 2,5-DIME THOXY-4-(n)-PROPOXYAMPHE TAMINE
SYNTHESIS: То a solution of 68 g 2,5-dimethoxybenzaldehyde in 250 mL
glacial acetic acid that had been warmed to 25 deg С and well stirred, there was
added, dropwise, 86 g of a 40% peracetic acid solution (in acetic acid). The
reaction was exothermic, and the rate of addition was dictated by the need to
maintain the internal temperature within a few degrees of 28 deg C. External
cooling was used as needed. The addition took 1 h, and when the reaction had
clearly been completed (there was no further temperature rise) the entire
reaction mixture was added to 3 volumes of H20. The excess acid was
neutralized with solid К2СОз. The dark solution was extracted with 3x100 mL Et20,
the extracts pooled, and stripped of solvent under vacuum to give 59 g of
crude 2,4-dimethoxyphenyl formate. This was suspended in 200 mL 10% NaOH,
and the mixture heated on the steam bath for 1 h. On cooling, the reaction
mixture was washed with 2x200 mL methylene chloride, acidified with HC1, and
extracted with 3x200 mL CH2CI2. The extracts were pooled and the solvent
removed under vacuum. There remained as residue, 47.4 g 2,5-dimethoxyphenol
which was deep amber in color, but clear and fluid. It was homogenous by GC
and completely correct by NMR. It was used without further purification.
To a solution of 3.08 g 2,5-dimethoxyphenol in 20 g MeOH, there was added a
solution of 1.26 g flaked KOH in 20 g hot MeOH. There was then added 2.46 g
n-propyl bromide, and the mixture held at reflux for 2 h on the steam bath.
This was quenched in 5 volumes H20, made strongly basic with 10% NaOH, and
extracted with 3x100 mL CH2CI2. Removal of the solvent from the pooled
extracts left 2.0 g of 1,4-dimethoxy-2-(n) -propoxybenzene as a clear, amber
oil. The IR spectrum was appropriate, no phenol was present, and this
residue was used in the following reaction without further purification or
characterization .
A mixture of 3.5 g N-methylformanilide and 4.0 g POCI3 was held at room
temperature for 0.5 h producing a deep red color. To this there was added
2.0 g 1,4-dimethoxy-2-(n) -propoxybenzene, and the mixture was held on the
steam bath for 1.75 h. It was then poured over 400 mL shaved ice, and
vigorous stirring was maintained until the dark complex had completely broken up.
This aqueous mixture was allowed to stand overnight, and the crude aldehyde
solids that had formed were removed by filtration, water washed, and sucked
as dry as possible. This 2.0 g damp material was crystallized from 20 mL
boiling MeOH giving, after filtering and drying to constant weight, 1.4 g
2,5-dimethoxy-4-(n)-propoxybenzaldehyde as reddish-tan solids, with a mp of
97-98 deg C. To the methanolic mother liquors of this crystallization there
was added a gram of malononitrile and a few drops of triethylamine. The
eventual addition of a little H20 encouraged the separation of crystals which
were removed, and had a mp of 150-152 deg C. Recrystallization from toluene
gave gold-colored crystals of the benzalmalononitrile with a mp of 153.5-155
deg C, but the melt remained slightly cloudy.
To a solution of 1.4 g 2,5-dimethoxy-4-(n)-propoxybenzaldehyde and 0.65 g
nitroethane in 4.4 g glacial acetic acid there was added 0.4 g anhydrous
ammonium acetate, and the mixture was heated on the steam bath for 5 h. The
addition of a modest amount of H20 and scratching with a glass rod produced
crystal seed. The reaction was diluted with about 5 mL H20, seeded, and
allowed to stand at room temperature overnight. There was generated a
crystalline product which was removed by filtration and air dried. There was thus
obtained 0.6 g 1-(2,5-dimethoxy-4-(n)-propoxyphenyl)-2-nitropropene as
yellow-orange crystals, with a mp of 83-84 deg C. The addition of H20 to the
mother liquors provided an additional 0.3 g of an orange solid which proved
to be largely unreacted starting aldehyde.
To a stirred, warm suspension of 0.5 g LAH in 20 mL anhydrous Et20 under a
He atmosphere, there was added 0.6 g 1-(2,5-dimethoxy-4-(n)-propoxyphenyl)-2-
nitropropene dissolved in a little anhydrous Et20. The mixture was heated
and stirred for a few h, and the excess hydride decomposed with 30 mL 1.5 N
H2S04. The two layers were separated, and 15 g potassium sodium tartrate was
dissolved in the aqueous fraction. Aqueous NaOH was then added until the pH
was >9, and this was then extracted with 3x50 mL CH2C12. Removal of the
solvent under vacuum gave 0.7 g of an amber oil that was dissolved in anhydrous
Et20 and saturated with anhydrous HC1 gas. No crystals formed, and so the
ether was removed under vacuum, leaving a residue that set up to crystals
that were then no longer soluble in ether. They were, however, very soluble
in chloroform. These were ground under dry Et20, removed by filtration, and
air dried giving 0.35 g 2,5-dimethoxy-4-(n)-propoxyamphetamine hydrochloride
(MPM) with a mp of 123 - 125 deg C.
DOSAGE: 30 mg or more.
DURATION: probably short.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 15 mg) This is just barely threshold. A
marginal intoxication at best. This level is producing less response that the
11 mg. trial of MEM, so the propoxy is off in potency. At four and a half
hours I am out of whatever little there was.
(with 30 mg) By the mid-second hour, I am at a valid plus one. I cannot
identify the nature Q with eyes closed it would be lost, as it would also be
if I were watching a play or movie. It would have been interesting to see
where it could have gone. Seventh hour, completely clear.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: The 4-propoxy homologue of TMA-2 and MEM is
clearly less active, and this has discouraged me from putting too much more
effort in this direction. Three additional materials of this pattern were
prepared and either shown to be even less active, or simply were not assayed
at all. These are the 4-isopropoxy isomer (MIPM), the (n)-butoxy homologue
(MBM), and the (n)-amyl homologue (MAM). They scarcely warrant separate
recipes as they were all made in a manner similar to this one describing MPM.
For the preparation of MIPM, the above phenol, 2,5-dimethoxyphenol was iso-
propylated with isopropyl bromide in methanolic KOH giving 2,5-dimethoxy-l-
(i)-propoxybenzene as an oil. This formed the benzaldehyde with the standard
Vilsmeier conditions, which melted at 77-78 deg С from hexane and which gave
a yellow malononitrile derivative melting at 171.5-173 deg C. The nitrosty-
rene, from nitroethane in acetic acid was orange colored and melted at 100-
101 deg С from either methanol or hexane. This was reduced with lithium
aluminum hydride in ether to give 2,5-dimethoxy-4-(i)-propoxyamphetamine
hydrochloride (MIPM). The properties of the isolated salt were strange (soluble
in acetone but not in water) and the microanalysis was low in the carbon
value. The molecular structure had a pleasant appeal to it, with a complete
reflection symmetry shown by the atoms of the amphetamine side chain and the
isopropoxy side chain. But the nature of the actual product in hand had no
appeal at all, and no assay was ever started.
For the preparation of MBM, the starting phenol was alkylated to 2-(n)-
butoxy-1,4-dimethoxybenzene in methanolic KOH with n-butyl bromide. The ben-
zaldehyde melted at 79.5-81 deg С from methanol, and formed a malononitrile
derivative that had a melting point of 134.5-135 C. The nitrostyrene from
the aldehyde and nitroethane in acetic acid crystallized from methanol with a
mp of 71-72 deg C. Lithium aluminum hydride reduction in ether gave the
ether-insoluble chloroform-soluble product 4-(n)-butoxy-2,5-
dimethoxyamphetamine hydrochloride (MBM) with a melting point of 128-130 deg
C. This product met all tests for structural integrity, and assays were
started. At levels of up to 12.0 milligrams, there were no effects noted.
As to the preparation of MAM, the exact same sequence was used, except for
the employment of n-amyl bromide. The benzaldehyde crystallized from
methanol with a mp of 79-80 deg C, and formed a malononitrile derivative which was
bright yellow and melted at 103-104 deg C. The nitrostyrene, when pure,
melted at 57-58.5 deg С but proved very difficult to separate from the
aldehyde. The final product, 4-(n)-amyl-2,5-dimethoxyamphetamine hydrochloride
(MAM) was obtained by lithium aluminum hydride reduction in ether and melted
at 125-127 deg C. It was assayed at up to 16 milligrams, at which level
there was noted a heaviness in the chest and head at the 2-hour point, but no
cardiovascular disturbance and no mydriasis. This was called an inactive
level, and no higher one has yet been tried.
#139 ORTHO-DOT; 4,5-DIMETHOXY-2-METHYLTHIOAMPHETAMINE
SYNTHESIS: To 26.4 g veratrol that was being magnetically stirred without
any solvent, there was added 50 g chlorosulfonic acid a bit at a time over
the course of 20 min. The reaction was exothermic, and evolved considerable
HC1. The deeply colored mixture that resulted was poured over 400 mL crushed
ice and when all had thawed, it was extracted with 2x150 mL CH2CI2. Removal
of the solvent under vacuum gave a residue that set up as a crystalline mass.
The weight of the crude 3,4-dimethoxybenzenesulfonyl chloride was 37.1 g and
it had a mp of 63-66 deg C. Recrystallization raised this to 72-73 deg C.
Reaction with ammonium hydroxide gave the sulfonamide as colorless needles
from EtOH, with a mp of 132-133 deg C.
The finely pulverized 3,4-dimethoxybenzenesulfonyl chloride (33 g) was
added to 900 mL of crushed ice in a 2 L round-bottomed flask equipped with a
heating mantle and reflux condenser. There was then added 55 mL concentrated
H2SO4 and, with vigorous mechanical stirring, there was added 50 g of zinc
dust in small portions. This mixture was heated until a vigorous reaction
ensued and refluxing was continued for 1.5 h. After cooling to room
temperature and decantation from unreacted metallic zinc, the aqueous phase was
extracted with 3x150 mL Et20. The pooled extracts were washed once with
saturated brine and the solvent was removed under vacuum. The residue was
distilled to give 20.8 g of 3,4-dimethoxythiophenol boiling at 86-88 deg С at
0.4 mm/Hg.
A solution of 10 g 3,4-dimethoxythiophenol in 50 mL absolute EtOH was
protected from the air by an atmosphere of N2. There was added a solution of 5
g 85% KOH in 80 mL EtOH. This was followed by the addition of 6 mL methyl
iodide, and the mixture was held at reflux for 30 min. This was poured into
200 mL H20 and extracted with 3x50 mL Et20. The pooled extracts were washed
once with aqueous sodium hydrosulfite, then the organic solvent was removed
under vacuum. The residue was distilled to give 10.3 g of 3,4-
dimethoxythioanisole with a bp of 94-95 deg С at 0.4 mm/Hg. The product was
a colorless oil that crystallized on standing. Its mp was 31-32 deg C.
To a mixture of 15 g POCI3 and 14 g N-methylf ormanilide that had been
warmed briefly on the steam bath there was added 8.2 g of 3,4-
dimethoxythioanisole, the exothermic reaction was heated on the steam bath
for an additional 20 min, and then poured into 200 mL H20. Stirring was
continued until the insolubles had become completely loose and granular. These
were removed by filtration, washed with H20, sucked as dry as possible, and
then recrystallized from 100 mL boiling EtOH. The product, 4,5-dimethoxy-2-
(methylthio)benzaldehyde, was an off-white solid, weighing 8.05 g and having
a mp of 112-113 deg C. Anal. (Ci0Hi2O3S) C,H.
A solution of 2.0 g 4,5-dimethoxy-2-(methylthio)benzaldehyde in 8 mL nitro-
ethane was treated with 0.45 g anhydrous ammonium acetate and heated on the
steam bath for 4.5 h. Removal of the excess solvent under vacuum gave a red
residue which was dissolved in 5 mL boiling MeOH. There was the spontaneous
formation of a crystalline product which was recrystallized from 25 mL
boiling MeOH to give, after cooling, filtering and air drying, 1.85 g of l-(4,5-
dimethoxy-2-methylthiophenyl)-2-nitropropene as bright orange crystals with a
mp of 104-105 deg C. Anal. (Ci2Hi5N04S) C,H,N.
A suspension of 1.3 g LAH in 50 mL anhydrous THF was placed under an inert
atmosphere and stirred magnetically. When this had been brought to reflux
conditions, there was added, dropwise, 1.65 g of 1-(4,5-dimethoxy-2-
methylthiophenyl)-2-nitropropene in 20 mL THF. The reaction mixture was
maintained at reflux for 18 h. After being brought back to room temperature,
the excess hydride was destroyed by the addition of 1.3 mL H20 in 10 mL THF.
There was then added 1.3 mL of 3N NaOH followed by an additional 3.9 mL H20.
The loose, inorganic salts were removed by filtration, and the filter cake
washed with additional 20 mL THF. The combined filtrate and washes were
stripped of solvent under vacuum yielding a light yellow oil as a residue.
This was dissolved in 20 mL IPA, neutralized with 0.9 mL concentrated HC1,
and diluted with 200 mL anhydrous Et20. There was thus formed 1.20 g of 4,5-
dimethoxy-2-methylthioamphetamine hydrochloride (ORTHO-DOT) as a pale yellow
crystalline product. This melted at 218-219.5 deg C, and recrystallization
from EtOH yielded a white product and increased the mp to 222-223 deg С with
decomposition Anal. (Ci2H20ClNO2S) C,H,N.
DOSAGE: greater than 25 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 25 mg) Vague awareness, with the feeling of an
impending something. Light food sat uncomfortably. By the late afternoon
there was absolutely nothing. Threshold at best.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: This material, ORTHO-DOT, can be looked at as
the sulfur homologue of TMA-2 with the sulfur atom located in place of the
oxygen at the 2-position of the molecule. At what level this compound might
show activity is completely unknown, but wherever that might be, it is at a
dosage greater than that for the PARA-DOT isomer, ALEPH-1 (or ALEPH) , which
was fully active at 10 milligrams (ALEPH can be looked at as TMA-2 with the
sulfur atom located in place of the oxygen at the 4-position of the
molecule) . A lot of variations are easily makable based on this structure, but
why bother? ALEPH is the much more appealing candidate for structural
manipulation .
#140 P; PROSCALINE; 3,5-DIMETHOXY-4-(n)-PROPOXYPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A solution of 5.8 g of homosyringonitrile (see under E for its
synthesis), 100 mg decyltriethylammonium iodide, and 10 g n-propyl bromide in
50 mL anhydrous acetone was treated with 6.9 g finely powdered anhydrous
К2СОз and held at reflux for 10 h. An additional 5 g of n-propyl bromide was
added to the mixture, and the refluxing continued for another 48 h. The
mixture was filtered, the solids washed with acetone, and the combined filtrate
and washes stripped of solvent under vacuum. The residue was suspended in
acidified H20, and extracted 3x175 mL CH2CI2. The pooled extracts were washed
with 2x50 mL 5% NaOH, once with dilute HC1 (which lightened the color of the
extract) and then stripped of solvent under vacuum giving 9.0 g of a deep
yellow oil. This was distilled at 132-142 deg С at 0.3 mm/Hg to yield 4.8 g
of 3,5-dimethoxy-4-(n)-propoxyphenylacetonitrile as a clear yellow oil.
Anal. (C13H17NO3) С H N.
A solution of 4.7 g 3,5-dimethoxy-4-(n)-propoxyphenylacetonitrile in 20 mL
THF was treated with 2.4 g powdered sodium borohydride. To this well-stirred
suspension there was added, dropwise, 1.5 mL trifluoroacetic acid. There was
a vigorous gas evolution from the exothermic reaction. Stirring was
continued for 1 h, then all was poured into 300 mL H20. This was acidified
cautiously with dilute H2SO4, and washed with 2x75 mL CH2CI2. The aqueous phase
was made basic with dilute NaOH, extracted with 2x75 mL CH2CI2, the extracts
pooled, and the solvent removed under vacuum. The residue was distilled at
115-125 deg С at 0.3 mm/Hg to give 1.5 mL of a colorless oil which upon
dissolving in 5 mL IPA, neutralizing with 27 drops concentrated HC1, and
dilution with 25 mL anhydrous Et20 yielded 1.5 g 3,5-dimethoxy-4-(n) -
propoxyphenethy1amine hydrochloride (P) as spectacular white crystals. The
catalytic hydrogenation process for reducing the nitrile (see under E) also
succeeded with this material. The mp was 170-172 deg C. Anal. (C13H22CINO3)
C,H,N.
DOSAGE: 30 - 60 mg.
DURATION: 8 - 12 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 30 mg) Proscaline dulled my sense of pain and
made the other senses really sharp. Everything felt really soft, and clean
and clear. I could feel every hair my hand was touching. I felt so relaxed
and at ease. I know that under the appropriate circumstances, this material
would lead to uninhibited eroticism.
(with 35 mg) The whole experiment was very quiet. There was no nystagmus,
no anorexia, and insignificant visuals with the eyes closed. I was restless
with a bit of tremor for the first couple of hours, and then became drowsy.
Would I do this again? Probably not. It doesn't seem to offer anything
except speculation about the nature of the high. The high was pleasant, but
quite uneventful.
(with 40 mg) For me there was a deep feeling of peace and contentment. The
euphoria grows in intensity for several hours and remains for the rest of the
day making this one of the most enjoyable experiences I have ever had. It
was marvel-ous talking and joking with the others. However, I was a little
disappointed that there was no enhanced clarity and no deep realizations.
There was not a problem to be found. There were no motivations to discuss
anything serious. If I had any objection, it would be with the name, not the
pharmacology.
(with 60 mg) The development of the intoxication was complete in a couple
of hours. I feel that there is more physical effect than mental, in that
there is considerable irritability. This should probably be the maximum
dose. Despite feeling quite drunk, my thinking seems straight. The effects
were already waning by the fifth hour, but sleep was not possible until after
the twelth hour. There was no hangover the next day.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: There is a very early report describing the
human use of proscaline tucked away in the Czechoslovakian literature that
describes experiments at up to 80 milligrams. At these dosages, there were
reported some difficulty with dreams, and the residual effects were still
apparent even after 12 hours.
The amphetamine homologue of proscaline, 3,5-dimethoxy-4-(n)-propoxy-
amphetamine is an unexplored compound. Its synthesis could not be achieved in
parallel to the description given for P. Rather, the propylation of syrin-
galdehyde to give 3,5-dimethoxy-4-(n)-propoxybenzaldehyde, followed by
coupling with nitroethane and the reduction of the formed nitrostyrene with
lithium aluminum hydride would be the logical process. Following the
reasoning given under E, the initials for this base would be 3C-P, and I would
guess it would be active, and a psychedelic, in the 20 to 40 milligram range.
#141 PE; PHENESCALINE; 3,5-DIMETHOXY-4-PHENETHYLOXYPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: To a solution of 5.8 g homosyringonitrile (see under E for its
preparation) in 50 mL of acetone containing 100 mg decyltriethylammonium
iodide, there was added 14.8 g beta-phenethylbromide and 6.9 g of finely
powdered anhydrous K2CO3. The greenish mixture was refluxed for 3 days, with
two additional 4 g batches of anhydrous К2СОз being added at 24 h intervals.
After addition to aqueous base, the product was extracted with CH2C12, the
pooled extracts were washed with dilute base (the organic phase remained a
deep purple color) and then finally with dilute HC1 (the organic phase became
a pale yellow). The solvent was removed giving 15.6 g crude 3,5-dimethoxy-4-
phenethyloxyphenylacetonitrile which distilled at 165-185 deg С at 0.3 mm/Hg
to yield 3,5-dimethoxy-4-phenethyloxyphenylacetonitrile as a reddish viscous
oil weighing 8.1 g. Anal. (Ci8Hi9N03) C,H.
A solution of 7.9 g of distilled 3,5-dimethoxy-4-phenethyloxyphenylace-
tonitrile in 15 mL dry THF was added to a 0 deg С solution of AH prepared
from a vigorously stirred solution of 4.6 g LAH in 160 ml THF which had been
treated, at 0 deg С with 3.6 mL 100% H2SO4 under an atmosphere of He. The
gelatinaceous reaction mixture was brought to a brief reflux on the steam
bath, then cooled again. It was treated with 5 mL IPA which destroyed the
unreacted hydride, followed by sufficient 15% NaOH to give loose, white
filterable solids. These were removed by filtration and washed with THF. The
filtrate and the washes were combined and, after removal of the solvent under
vacuum, there remained 7.8 g of the product as a crude base which
crystallized spontaneously. Distillation of this product at 170-180 deg С at 0.35
mm/Hg gave 5.1 g white solids, with a mp of 85-86 deg С from hexane. This
base was dissolved in 20 mL warm IPA and treated with 1.6 mL concentrated
HC1. To the resulting clear solution, there was added 75 mL anhydrous Et20
which gave, after a few moments of stirring, a spontaneous crystallization of
3,5-di-methoxy-4-phenethyloxyphenethy1amine hydrochloride (PE) as beautiful
white crystals. The weight was 5.4 g after air drying, and the mp was 151-
152 deg C. Anal. (Ci8H24ClN03) C,H.
DOSAGE: greater than 150 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 150 mg) At most, there was a bare threshold
over the course of the afternoon. A vague unreal feeling, as if I had not
had quite enough sleep last night. By late afternoon, even this had
disappeared and I was left with an uncertainty that anything at all had occurred.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: There is not much there, so there is not much to
make commentary on. This response is called a "threshhold" effect, and
cannot be used to predict with any confidence just what level (if any) would
produce psychological effects.
A similar chain on the 4-position, but with one less carbon atom, deserves
special comment. Rather than a phenethyloxy group, this would be benzyloxy
group (which in this day and age of Chemical Abstracts purity should probably
be called a phenylmethoxy group). If one were to follow the naming
philosophy of Rproscaline equals P and buscaline equals BS convention, one would
call it 4-benzescaline, and give it the code name BZ. The nomenclature
purist would probably call the compound PM (for phenylmescaline or, more likely
phenylmethoxydimethoxyphenethy 1 amine) , since the term BZ is awkward and
misleading. It is a code name that has been given to a potent CNS agent known
as quinuclidin-3-yl benzilate, which is a chemical and biological warfare
(CBW) incapacitating agent currently being stored by the military to the
extent of 20,000 pounds. And, BZ has also recently become the jargon name
given to benzodiazepine receptors. They have been called the BZ-receptors.
However, let's be awkward and misleading, and call this benzyloxy-base BZ.
For one thing, the three-carbon analogue 3C-BZ has already been described in
its own recipe using this code. And the 4-fluoroanalogue of it, 3C-FBZ, is
also mentioned there. And BZ has already been described synthetically,
having been made in exactly the procedure given for escaline, except that the
reduction of the nitrile was not done by catalytic hydrogenation but rather
by sodium borohydride in the presence of cobalt chloride. It has been shown
to be a effective serotonin agonist, and may warrant human experimentation.
The serotonin activity suggests that it might be active at the same levels
found for proscaline.
All of this says very little about PE. But then, there is very little to
say about PE except that it may be active at very high levels, and I am not
sure just how to get there safely.
#142 PEA; PHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: This compound has been made industrially by a number of routes,
the motant being the reduction of benzyl cyanide and the decarboxylation of
phenylanaline. It is offered in the catalogs of all the major chemical
supply houses for a few pennies per gram. It is a very strong base with a fishy
smell, and rapidly forms a solid carbonate salt upon exposure to the air. It
is a natural biochemical in both plants and animals.
DOSAGE: greater than 1600 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 200, 400, 800 and 1600 mg) No effects,
(with 500 mg) No effects,
(with 800 and 1600 mg) No effects,
(with 25 and 50 mg i.v.) RNo effects.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: Here is the chemical that is central to this
entire book. This is the structural point of departure for every compound that
is discussed here. It is the RPS in PIHKAL. It is without activity in man!
Certainly not for the lack of trying, as some of the dosage trials that are
tucked away in the literature (as abstracted in the "Qualitative Comments"
given above) are pretty heavy duty. Actually, I truly doubt that all of the
experimenters used exactly that phrase, "No effects," but it is patently
obvious that no effects were found. It happened to be the phrase I had used in
my own notes.
This, the simplest of all phenethy 1 amines, has always been the darling of
the psychopharmacologists in that it is structurally clean, it is naturally
present in various human fluids and tissues, and because of its close
chemical relationship to amphetamine and to the neurotransmitters. These facts
continuously encourage theories that involve PEA in mental illness. Its
levels in urine may be decreased in people diagnosed as being depressed. Its
levels may be increased in people diagnosed as being paranoid schizophrenics.
Maybe it is also increased in people under extreme stress. The human trials
were initially an attempt to provoke some psychological change, and indeed
some clinicians have reported intense headaches generated in depressives
following PEA administration. But then, others have seen nothing. The studies
evolved into searches for metabolic difference that might be of some
diagnostic value. And even here, the jury is still out.
Phenethylamine is found throughout nature, in both plants and animals. It
is the end product of phenylalanine in the putrefaction of tissue. One of its
most popularized occurrences has been as a major component of chocolate, and
it has hit the Sunday Supplements as the love-sickness chemical. Those
falling out of love are compulsive chocolate eaters, trying to replenish and
repair the body's loss of this compound Q or so the myth goes. But this amine
is voraciously metabolized to the apparently inactive compound phenylacetic
acid, and to some tyramine as well. Both of these products are also normal
components in the body. And, as a wry side-comment, phenylacetic acid is a
major precursor in the illicit synthesis of amphetamine and methamphetamine.
Phenethylamine is intrinsically a stimulant, although it doesn't last long
enough to express this property. In other words, it is rapidly and
completely destroyed in the human body. It is only when a number of substituent
groups are placed here or there on the molecule that this metabolic fate is
avoided and pharmacological activity becomes apparent.
To a large measure, this book has emphasized the "phenyl" end of the
phenethylamine molecule, and the "what," the "where," and the "how many" of
the substituent groups involved. There is a broad variety of chemical groups
that can be attached to the benzene ring, at one or more of the five
available positions, and in an unending number of combinations. And, in any given
molecule, the greater the number of substituents on the benzene ring, the
greater the likelihood that there will be psychedelic action rather that
stimulant action.
But what can be said about the "ethylamine" end of the phenethyl amine
molecule? This is the veritable backbone that holds everything together, and
simple changes here can produce new prototypes that can serve as starting
points for the substituent game on the benzene ring. Thus, just as there is
a "family" of compounds based on the foundation of phenethylamine itself,
there is an equally varied and rich "families" of other compounds that might
be based on some phenethylamine with a small modification to its backbone.
So, for the moment, leave the aromatic ring alone, and let us explore
simple changes in the ethylamine chain itself. And the simplest structural
unit of change is a single carbon atom, called the methyl group. Where can
it be placed?
The adding of a methyl group adjacent to the amine produces phenylisopro-
pylamine, or amphetamine. This has been exploited already as one of the
richest families of psychedelic drugs; and over half of the recipes in Book
II are specifically for amphetamine analogues with various substituents on
the aromatic ring. The further methylation of amphetamine with yet another
methyl group, this time on the nitrogen atom, yields methamphetamine. Here
the track record with various substituents on the aromatic ring is not nearly
as good. Many have been explored and, with one exception, the quality and
potency of human activity is down. But the one exception, the N-methyl
analogue of MDA, proved to be the most remarkable MDMA.
The placement of the methyl group between the two carbons (so to speak)
produces a cyclopropyl system. The simplest example is 2-
phenylcycloprору 1 amine, a drug with the generic name of tranylcypromine and
the trade name Parnate. It is a mono-amine oxidase inhibitor and has been
marketed as an antidepressant, but the compound is also a mild stimulant
causing insomnia, restlessness and photophobia. Substitutions on the benzene
ring of this system have not been too promising. The DOM analogue, 2,5-
dimethoxy-4-methyltranylcypromine is active in man, and is discussed in its
own recipe under DMCPA. The inactive mescaline analogue TMT is also
mentioned there.
The dropping of one carbon from the phenethy1amine chain gives a benzyl
amine, basically an inactive nucleus. Two families deserve mention, however.
The phencylidine area, phenylcyclohexylpiperidine or PCP, is represented by a
number of benzyl amines. Ketamine is also a benzyl amine. These are all
analgesics and anesthetics with central properties far removed from the
stimulant area, and are not really part of this book. There is a benzyl amine
that is a pure stimulant, which has been closely compared to amphetamine in
its action This is benzylpiperazine, a base that is active in the 20 to 100
milligram range, but which has an acceptability similar to amphetamine. If
this is a valid stimulant, I think that much magic might be found in and
around compounds such as (1) the MDMA analogue, N-(3,4-
methylenedioxybenzyl)piperazine (or its N-methyl-counterpart N-(3,4-
methylenedioxybenzyl)-N'-methylpiperazine) or (2) the DOM analogue, 2,5-
dimethoxy-4-methylbenzylpiperazine. The benzyl amine that results by the
relocation of the amine group of MDA from the beta-carbon atom to the alpha-
carbon atom is known, and is active. It, and its N-methyl homologue, are
described and discussed in the commentary under MDA. Dropping another carbon
atom gives a yet shorter chain (no carbons at all!) and this is to be found
in the phenylpiperazine analogue 3-trifluoromethylphenylpiperazine. I have
been told that this base is an active hallucinogen as the dihydrobromide salt
at 50 milligrams sublingually, or at 15 milligrams intravenously in man. The
corresponding 3-chloro analogue at 20 to 40 milligrams orally in man or at 8
milligrams intravenously, led to panic attacks in some 10% of the
experimental subjects, but not to any observed psychedelic or stimulant responses.
What happens if you extend the chain to a third carbon? The parent system
is called the phenyl-(n)-propylamine, and the parent chain structure, either
as the primary amine or as its alpha-methyl counterpart, represents compounds
that are inactive as stimulants. The DOM-analogues have been made and are, at
least in the rabbit rectal hyperthermia assay, uninteresting. A commercially
available fine chemical known as piperonylacetone has been offered as either
of two materials. One, correctly called 3,4-methylenedioxyphenylacetone or
3,4-methylenedioxybenzyl methyl ketone, gives rise upon reductive amination
to MDA (using ammonia) or MDMA (using methylamine). This is an aromatic
compound with a three-carbon side-chain and the amine-nitrogen on the beta-
carbon. The other so-called piperonylacetone is really 3,4-
methylenedioxybenzylacetone, an aromatic compound with a four-carbon side-
chain. It produces, on reductive amination with ammonia or methylamine, the
corresponding alpha-methyl-(n)-propylamines, with a four-carbon side-chain
and the amine-nitrogen on the gamma-carbon. They are completely unexplored
in man and so it is not known whether they are or are not psychedelic. As
possible mis-synthesized products, they may appear quite unintentionally and
must be evaluated as totally new materials. The gamma-amine analogue of MDA,
a methylenedioxy substituted three carbon side-chain with the amine-nitrogen
on the gamma carbon, has indeed been made and evaluated, and is discussed
under MDA. The extension of the chain of mescaline to three atoms, by the
inclusion of an oxygen atom, has produced two compounds that have also been
assayed. They are mentioned in the recipe for mescaline.
The chain that reaches out to the amine group can be tied back in again to
the ring, with a second chain. There are 2-aminobenzoindanes which are phen-
ethylamines with a one-carbon link tying the alpha-position of the chain back
to the aromatic ring. And there are 2-aminotetralines which are phenethyla-
mines which have a two-carbon link tying the alpha-position of the chain back
to the aromatic ring. Both unsubstituted ring systems are known and both are
fair stimulants. Both systems have been modified with the DOM substituent
patterns (called DOM-AI and DOM-AT respectively) , but neither of these has
been tried in man. And the analogues with the MDA substitution pattern are
discussed elsewhere in this book.
And there is one more obvious remaining methylation pattern. What about
phenethylamine or amphetamine compounds with two methyl groups on the
nitrogen? The parent amphetamine example, N,N-dimethylamphetamine, has received
much notoriety lately in that it has become a scheduled drug in the United
States. Ephedrine is a major precursor in the illicit synthesis of
methamphetamine, and with the increased law-enforcement attention being paid to
this process, there has been increasing promotion of the unrestricted
homologue, N-methylephedrine, to the methamphetamine chemist. This starting
material gives rise to N,N-dimethylamphetamine which is a material of dubious
stimulant properties. A number of N,N-dimethylamphetamine derivatives, with
"psychedelic" ring substituents, have been explored as iodinated brain-flow
indicators, and they are explicitly named within the appropriate recipes.
But none of them have shown any psychedelic action.
This is as good a place as any to discuss two or three simple compounds,
phenethylamines, with only one substituent on the benzene ring. The 2-carbon
analog of 4-MA, is 4-methoxyphenethylamine, or MPEA. This is a kissing
cousin to DMPEA, of such fame in the search for a urine factor that could be
related to schizophrenia. And the end results of the search for this
compound in the urine of mentally ill patients are as controversial as they were
for DMPEA. There has been no confirmed relationship to the diagnosis. And
efforts to see if it is centrally active were failures Q at dosages of up to
400 milligrams in man, there was no activity. The 4-chloro-analogue is 4-
chlorophenethylamine (4-C1-PEA) and it has actually been pushed up to even
higher levels (to 500 milligrams dosage, orally) and it is also without
activity. A passing bit of charming trivia. A positional isomer of MPEA is 3-
methoxyphenethy1amine (3-MPEA) and, although there are no reported human
trials with this, it has been graced with an Edgewood Arsenal code number, vis.,
EA-1302.
#143 PROPYNYL; 3,5-DIMETHOXY-4-(2-PROPYNYLOXY)PHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: To a solution of 5.8 g homosyringonitrile (see under E for its
preparation) in 50 mL acetone containing 100 mg decyltriethylammonium iodide,
there was added 12 g of an 80% solution of propargyl bromide in toluene and
6.9 g of finely powdered anhydrous К2СОз. This mixture was held at reflux on
the steam bath for 12 h, after which the solvent was removed under vacuum.
The residues were added to 0.5 L H20, acidified, and extracted with 3x75 mL
CH2CI2. The extracts were pooled, washed with 5% NaOH, and then with dilute
HC1 which discharged the deep color. Removal of the organic solvent under
vacuum yielded 6.6 g of crude product. This was distilled at 138-148 deg С
at 0.25 mm/Hg, yielding 4.3 g 3,5-dimethoxy-4-(2-propynyloxy)phenylaceto-
nitrile which spontaneously crystallized. A small sample from MeOH had a mp
of 94-95 deg C. Anal. (C13H13NO3) C,H.
A suspension of 2.8 g LAH in 70 mL anhydrous THF was cooled to 0 deg С with
good stirring under He, and treated with 2.0 g 100% H2S04. To this, a
solution of 4.2 g 3,5-dimethoxy-4-(2-propynyloxy)phenylacetonitrile in 30 mL
anhydrous THF was added very slowly. After the addition had been completed,
the reaction mixture was held at reflux on the steam bath for 0.5 h, cooled
to room temperature, treated with IPA to decompose the excess hydride, and
finally with 15% NaOH to convert the solids to a white filterable mass. The
solids were separated by filtration, the filter cake was washed with THF, and
the filtrate and washes were pooled. After removal of the solvent, the
residue was added to 100 mL dilute H2SO4, and washed with 3x75 mL CH2CI2. The
aqueous phase was made basic with dilute NaOH, and the product extracted with
2x75 mL CH2CI2. After removal of the solvent under vacuum, the residue was
distilled at 125-155 deg С at 0.3 mm/Hg to provide 2.4 g of a light amber
viscous liquid. This was dissolved in 10 mL IPA, acidified with concentrated
HC1 until a droplet produced a red color on dampened, external universal pH
paper, and then diluted with 40 mL anhydrous Et20 with good stirring. After
a short delay, 3,5-dimethoxy-4-(2-propynyloxy)phenethy1amine hydrochloride
(PROPYNYL) spontaneously crystallized. The product was removed by
filtration, washed first with an IPA/Et20 mixture, and finally with Et20. The
yield was 3.0 g of white needles.
DOSAGE: 80 mg or more.
DURATION: 8 - 12 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 55 mg) I have cold feet Q literally Q I don't
mean that in the spiritual or adventurous sense. But also I am somewhat
physically fuzzy. I feel that if I were in public my behavior would be such
that someone would notice me. Everything was OK without any question at the
ninth hour. I could walk abroad again.
(with 80 mg) There is a body load. The flow of people around me all day
has demanded my attention, and when I had purposefully retreated to be by
myself, there was no particular reward as to visuals or anything with eyes
closed, either. Sleep was easy at midnight (the twelth hour of the
experiment) but the morning was sluggish, and on recalling the day, I am not sure
of the events that had taken place. Higher might be all right, but watch the
status of the body. There certainly wasn't that much mental stuff.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: No experiments have been performed that describe
the action of this drug at full level. This compound does not seem to have
the magic that would encourage exploration at higher levels.
#144 SB; SYMBESCALINE; 3,5-DIETHOXY-4-METHOXYPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A solution of 15 g 1,3-diethoxybenzene and 15 mL of N,N,N',N'-
tetramethylethylenediamine in 200 mL anhydrous Et20 was placed in a He
atmosphere, magnetically stirred, and cooled to 0 deg С with an ice bath. Over
the course of 10 min there was added 63 mL of a 1.6 M solution of butyl-
lithium in hexane, which produced a fine white precipitate. After an
additional 15 min stirring, 20 mL of tributyl borate was added which dissolved
the precipitate. The stirring was continued for an additional 15 min. The
reaction was quenched by the addition of 50 mL of a concentrated aqueous
solution of ammonium sulfate. The resulting "cottage cheese" mass was
transferred to a beaker, treated with an additional 300 mL of the ammonium sulfate
solution, and allowed to stir until the solids had dispersed to a fine
texture. The organic phase was separated and the aqueous phase extracted with
2x100 mL Et20. The organic phases were combined, evaporated under vacuum,
and the off-white residue dissolved in 100 mL MeOH. This cloudy solution was
cooled (ice bath) and, with stirring, 20 mL of 35% hydrogen peroxide was
added portionwise, . The reaction was allowed to continue stirring for 15
min, and then with the addition of 600 mL H20, crystalline solids were
formed. These were removed, washed with H20, and upon drying yielded 15.4 g
of 2,6-diethoxyphenol with a mp of 79.5-81.5 deg C. Efforts to diethylate
pyrogallol produced mixtures of 2,6-diethoxyphenol and the isomer, 2,3-
diethoxyphenol, and these proved difficult to separate. The pure 2,3-isomer
was synthesized from ortho-diethoxybenzene by the process used above, and the
product was an oil. Both phenols yielded crystalline 3,5-dinitrobenzoates.
This derivative of 2,6-diethoxyphenol, upon recrystallization from CH3CN had
a mp of 161-162 deg C. The derivative from 2,3-diethoxyphenol, also upon re-
crystallization from CH3CN, melted at 167-168 deg C. The mixed mp was
appropriately depressed (mp 137-140 deg C).
A solution of 7.6 g 2,6-diethoxyphenol in 40 mL MeOH was treated with 4.9 g
of a 40% aqueous solution of dimethylamine followed by 3.6 g of a 40% aqueous
solution of formaldehyde. The mixture was heated 1 h on the steam bath, and
all volatiles were removed under vacuum. The residual dark oil was dissolved
in 36 mL IPA and 10.3 g of methyl iodide was added. There was spontaneous
heating, and the deposition of fine white solids. After standing for 10 min,
these were removed by filtration, and the filter cake washed with more IPA.
The crude product was freed from solvent (air dried weight, 1.7 g) and
dissolved in 7 mL hot H20. To this hot solution there was added 1.7 g sodium
cyanide which slowly discharged the color and again deposited flocculant
white solids. After cooling, these were removed by filtration, washed with
H20, and after thorough drying the isolated 3,5-diethoxy-4-
hydroxyphenylacetonitrile weighed 0.5 g and had a mp of 107.5-108.5 deg C.
Anal. (Ci2Hi5N03) C,H.
To a solution of 2.1 g 3,5-diethoxy-4-hydroxyphenylacetonitrile in 20 mL
anhydrous acetone, there was added 30 mg triethyldecylammonium iodide, 4.6 g
methyl iodide, and finally 2.3 g powdered anhydrous K2C03. This mixture was
held at reflux for 5 h. The reaction mixture was quenched with 200 mL
acidified H20 and extracted with 3x75 mL CH2C12. The extracts were pooled, washed
with 2x75 mL 5% NaOH, and finally once with dilute HC1. The solvent was
removed under vacuum, and the residue distilled at 110-115 deg С at 0.3 mm/Hg
to provide 3,5-diethoxy-4-methoxyphenylacetonitrile as a solid. This weighed
1.3 g and had a mp of 58-59 deg C. Anal. (Ci3Hi7N03) C,H.
To 30 mL of a 1 M solution LAH in THF that had been cooled to 0 deg С with
vigorous stirring, under a He atmosphere, there was added dropwise 0.78 mL of
100% H2SO4. When the addition was complete, there was added dropwise a
solution of 1.3 g of 3,5-diethoxy-4-methoxyphenylacetonitrile in 10 mL anhydrous
THF. The reaction mixture was brought to room temperature and stirred an
additional 10 min, then refluxed on a steam bath for 1.5 h. After cooling to
room temperature the excess hydride was destroyed by the addition of about 2
mL IPA, followed by sufficient 15% NaOH to make the reaction basic to
external pH paper and to render the aluminum oxides white and filterable. These
were removed by filtration, the filter cake was washed with IPA, then the
filtrate and washes were combined. The solvents were removed under vacuum
and the residue dissolved in dilute H2SO4. This was washed with 2x75 mL
CH2CI2, the aqueous phase made basic with 5% NaOH, and extracted with 3x75 mL
CH2CI2. The extracts were pooled, the solvent removed under vacuum, and the
residue distilled at 120-140 deg С at 0.3 mm/Hg to yield 0.9 g of a white
oil. This was dissolved in 4 mL of IPA and neutralized with concentrated HC1
to an end-point determined by damp external pH paper. There was the immediate
formation of solids which were removed by filtration and washed first with
IPA and then with Et20. This provided 1.0 g of 3,5-diethoxy-4-
methoxyphenethy1amine hydrochloride (SB) as white crystals, with a mp of 186-
187 deg C. Anal. (C13H22CINO3) C,H.
DOSAGE: above 240 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 120 mg) There were no effects. Sleep that
evening was strange, however, and I was fully awake at 4:00 AM, alert, and
mentally restless. And there was a strange outburst of anger in the mid-
morning. Might these be related to the material the previous day?
(with 240 mg) There was a slight chill that reminded me that I had taken
symbescaline a half hour earlier. There was what might be called a vague
threshold for about three hours, then nothing more. This material had a
Godawful taste that lingers in the mouth far too long. If ever again, it will
be in a gelatin capsule.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: It must be concluded that SB is "probably" not
active. There was no convincing evidence for much effect at levels that
would clearly be active for mescaline. This is the kind of result that puts
some potentially ambiguous numbers in the literature. One cannot say that it
is inactive, for there might well be something at 400 or 800 or 1200
milligrams. But since it has been tried only up to 240 milligrams, I have used
the phrase that the activity is greater than 240 milligrams. This will be
interpreted by some people as saying that it is active, but only at dosages
higher than 240 milligrams. What is meant, is that there was no activity
observed at the highest level tried, and so if it is active, the active dose
will be greater than 240 milligrams, and so the potency will be less than
that of mescaline. However you phrase it, someone will misinterpret it.
#145 ТА; 2,3,4,5-ТЕTRAMETHOXYAMPHETAMINE
SYNTHESIS: To a solution of 50 g 2,3,4-trimethoxybenzaldehyde in 157 mL
glacial acetic acid which was well stirred and preheated to 25 deg С there
was added 55.6 g 40% peracetic acid in acetic acid. The rate of addition was
adjusted to allow the evolved heat of the exothermic reaction to be removed
by an external ice bath at a rate that kept the internal temperature within a
degree of 25 deg C. When the addition was complete and there was no more
heat being evolved, the reaction mixture was diluted with 3 volumes of H20,
and neutralized with solid K2CO3. All was extracted with 3x250 mL Et20, and
the removal of the solvent from the pooled extracts under vacuum gave 42 g of
residue that appeared to be mainly phenol, with a little formate and
aldehyde. This was dissolved in 200 mL of 10% NaOH, allowed to stand for 2 h at
ambient temperature, washed with 2x75 mL CH2CI2, acidified with HC1, and
extracted with 3x100 mL Et20. The pooled extracts were washed with saturated
NaHC03, and the solvent removed to give 34.7 g of 2,3,4-trimethoxyphenol as
an amber oil which was used without further purification. The infra-red
spectrum showed no carbonyl group, of either the formate or the starting
aldehyde .
A solution of 11.4 g flaked KOH in 100 g EtOH was treated with 33.3 g
2,3,4-trimethoxyphenol and 21.9 g allyl bromide. The mixture was held at
reflux for 1.5 h, then poured into 5 volumes of H20, made basic with the
addition of 25% NaOH, and extracted with 3x200 mL CH2CI2. Removal of the solvent
from the pooled extracts gave about 40 g of a crude 2,3,4-trimethoxy-l-
allyloxybenzene that clearly had unreacted allyl bromide as a contaminant.
A 39 g sample of crude 2,3,4-trimethoxy-l-allyloxybenzene in a round-
bottomed flask with an immersion thermometer was heated with a soft flame.
At 225 deg С there was a light effervescence and at 240 deg С an exothermic
reaction set in that raised the temperature immediately to 265 deg C. It was
held there for 5 min, and then the reaction was allowed to cool to room
temperature. GC and IR analysis showed the starting ether to be gone, and that
the product was largely 2,3,4-trimethoxy-6-allylphenol. It weighed 34.4 g.
To a solution of 9.4 g KOH in 100 mL MeOH, there was added 33.3 g of 2,3,4-
trimethoxy-6-allylphenol and 21.2 g methyl iodide and the mixture was held on
the steam bath for 2 h. This was poured into aqueous base, and extracted
with 3x100 mL CH2CI2. Removal of the solvent from the pooled extracts gave
30 g of an amber oil residue that was distilled at 100-125 deg С at 0.5 mm/Hg
to provide 23.3 g of nearly colorless 2,3,4,5-tetramethoxyallylbenzene.
The total distillation fraction, 23.3 g 2,3,4,5-tetramethoxyallylbenzene,
was dissolved in a solution of 25 g flaked KOH in 25 mL EtOH and heated at
100 deg С for 24 h. The reaction mixture was poured into 500 mL H20, and
extracted with 2x100 mL CH2CI2. The aqueous phase was saved. The pooled
organic extracts were stripped of solvent under vacuum to give 13.8 g of a
fluid oil that was surprising pure 2,3,4,5-tetramethoxypropenylbenzene by
both GC and NMR analysis. The basic aqueous phase was acidified, extracted
with 2x100 mL CH2CI2, and the solvent stripped to give 7.5 g of an oil that
was phenolic, totally propenyl (as opposed to allyl), and by infra-red the
phenolic hydroxyl group was adjacent to the olefin chain. This crude 2-
hydroxy-3,4,5-trimethoxypropenylbenzene was methylated with methyl iodide in
alcoholic KOH to give an additional 5.6 g of the target 2,3,4,5-
tetramethoxypropenylbenzene. This was identical to the original isolate
above. The distilled material had an index of refraction, nD24 = 1.5409.
A well stirred solution of 17.9 g 2,3,4,5-tetramethoxypropenylbenzene in 80
mL distilled acetone was treated with 6.9 g pyridine, and cooled to 0 deg С
with an external ice bath. There was then added 14 g tetranitromethane over
the course of a 0.5 min, and the reaction was quenched by the addition of a
solution of 4.6 g KOH in 80 mL H20. As the reaction mixture stood, there was
a slow deposition of yellow crystals, but beware, this is not the product.
This solid weighed 4.0 g and was the potassium salt of trinitromethane. This
isolate was dried and sealed in a small vial. After a few days standing, it
detonated spontaneously. The filtrate was extracted with 3x75 mL CH2CI2, and
the removal of the solvent from these extracts gave a residue of 20.8 g of
crude 2-nitro-l-(2,3,4,5-tetramethoxyphenyl)propene which did not
crystallize .
A solution was made of 20.3 g of the crude
2-nitro-l-(2,3,4,5-tetramethoxyphenyl ) propene in 200 mL anhydrous Et20, and this was filtered to remove some
2.7 g of insoluble material which appeared to be the potassium salt of trini-
tromethane by infra-red analysis. A suspension of 14 g LAH in 1 L anhydrous
Et20 was stirred, placed under an inert atmosphere, and brought up to a
gentle reflux. The above clarified ether solution of the propene was added over
the course of 1 h, and the mixture was held at reflux for 24 h. After
cooling, the excess hydride was destroyed by the cautious addition of 1 L 1.5 N
H2SO4 (initially a drop or two at a time) and when the two phases were
complete clear, they were separated. The aqueous phase was treated with 350 g
potassium sodium tartrate, and brought to a pH >9 with base. This was
extracted with 3x150 mL CH2CI2, and the removal of the solvent from the pooled
extracts gave a residue that was dissolved in 200 mL anhydrous Et20, and
saturated with anhydrous HC1 gas. An Et20-insoluble oil was deposited and,
after repeated scratching with fresh Et20, finally gave a granular white
solid. This product was recrystallized from acetic anhydride, giving white
crystals that were removed by filtration, Et20 washed, and air dried. The
yield of 2,3,4,5-tetramethoxyamphetamine hydrochloride (ТА) was 1.9 g and had
a mp of 135.5-136.5 deg C.
DOSAGE: probably above 50 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 30 mg) Definite threshold. There was eye
dilation, and some unusual humor Q a completely wild day with chi-square
calculations on the PDP-7 that were on the edge of bad taste. But I was definitely
baseline in the afternoon during the Motor Vehicle Department interactions.
(with 35 mg) I had some gastric upset, but nonetheless there was a distinct
intoxication. The next morning I had a foul headache.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: This is pretty thin stuff from which to go out
into a world that is populated by pharmacological sharks and stake out claims
as to psychedelic potency. The structure of this molecule has everything
going for it. It is an overlay of TMA (active) and TMA-2 (even more active) so
it is completely reasonable that it should be doing something at a rational
dosage. But that dosage might well be in the many tens of milligrams.
Tens of milligrams. Now there is a truly wishy-washy phrase. There is an
art to the assignment of an exact number or, as is sometimes desperately
needed, a fuzzy number, to a collection of things. In my youth (somewhere
way back yonder in the early part of the century) I had been taught rules of
grammer that were unquestionably expected of any well-educated person. If
you used a Latin stem, you used a Latin prefix. And if you used a Greek
stem, you used a Greek prefix. Consider a collection of things with simple
geometric sides (a side is a latus in Latin). One would speak of a one-sided
object as being unilateral, and a bilateral object has two sides. A
trilateral, and quadrilateral, and way up there to multilateral objects, are
referred to as having three or four or a lot of sides, respectively. Just the
opposite occurs with geometric objects with faces. A face is a hedra in
Greek, so one really should use the Greek structure. If one has just one
face, one has a monohedron, a dihedron has two faces, and there are
trihedron, tetrahedron, and polyhedron for things that have three, four, or a lot
of faces. Actually, the prefix "poly" swings both ways. It was initially a
Greek term, but as was the fate of many Greek words, it wandered its way from
East to West, and ended up as a Latin term as well.
But back to the problem of how to refer to something that is more than one
or two, but not as much as a lot? If you know exactly how many, you should
use the proper prefix. But what if you don't know how many? There are terms
such as "some." And there is "several." There is a "few" and a "number of"
and "numerous" and "a hand full." One desperately looks for a term that is a
collective, but which carries the meaning of an undefined number. There are
English gems such as a pride of lions and a host of daffodils. But without a
specific animal or plant of reference, one must have a target collective that
is appropriate, to let the term "many" or "few" imply the proper size. There
were many hundreds of persons (a few thousands of persons) at the rally.
Several dozen hunters (a few score hunters) were gathered at the lake. A
wonderful prefix is "oligo" which means a few, not a lot, and it means that I
am not sure just how many are meant. Say, for example, that you have
synthesized something in a biochemical mixture that contains three or four
peptides. Di-and tri- and tetrapeptides are exact terms, but they do not
describe what you have done. Polypeptide is way too big. However, an
oligopeptide means that there are a few peptide units, I'm not sure how many.
This may well be the most accurate description of just what you have.
I love the British modesty that is shown by hiding a person's physical
weight by referring to it with the dimension known as the stone. This is, as
I remember, something like 14 pounds. So, if stones were the weight
equivalent of 10 milligrams, the activity of ТА would be several stone. And since
the synthetic intermediate l-allyl-2,3,4,5-tetramethoxybenzene is one of the
ten essential oils, the amination step from our hypothetical reaction in the
human liver would make ТА one of the so-called Ten Essential Amphetamines.
#146 3-TASB; 3-THIOASYMBESCALINE;
4-E THOXY-3-E THYLTHIO-5-ME THOXYPHENE THYLAMINE
SYNTHESIS: Without any solvent, there was combined 21.7 g of solid 5-
bromovanillin and 11.4 mL cyclohexylamine. There was the immediate
generation of a yellow color and the evolution of heat. The largely solid mass was
ground up under 50 mL of boiling IPA to an apparently homogeneous yellow
solid which was removed by filtration and washed with IPA. There was thus
obtained about 27 g of 3-bromo-N-cyclohexyl-4-hydroxy-5-methoxybenzylideni-
mine with a mp of 229-231 deg С and which proved to be insoluble in most
solvents (EtOH, CH2CI2, acetone) . A solution in dilute NaOH was unstable with
the immediate deposition of opalescent white solids of the phenol sodium
salt. A small scale recrystallization from boiling cyclohexanone yielded a
fine yellow solid with a lowered mp (210-215 deg C) . Anal. (Ci4Hi8BrN02) C,H.
A solution of 32.5 g 3-bromo-N-cyclohexyl-4-hydroxy-5-methoxybenzylidenimine
in 60 mL of hot DMF was cooled to near room temperature, treated with 24.5 g
ethyl iodide and followed by 14.0 g of flake KOH. This mixture was held at
reflux for 1 h, cooled, and added to 1 L H20. Additional base was added and
the product was extracted with 3x150 mL CH2CI2. These pooled extracts were
washed with dilute NaOH, then with H20, and finally the solvent was removed
under vacuum. The crude amber-colored residue was distilled. The fraction
coming over at 118-135 deg С at 0.4 mm/Hg weighed 8.7 g, spontaneously
crystallized, and proved to be 3-bromo-4-ethoxy-5-methoxybenzaldehyde, melting at
59-60 deg С after recrystallization from MeOH. Anal. (СюНцВгОз) C,H. The
fraction that came over at 135-155 deg С at 0.2 mm/Hg weighed 10.5 g and also
solidified in the receiver. This product was 3-bromo-N-cyclohexyl-4-ethoxy-
5-methoxybenzylidenimine which, upon recrystallization from two volumes MeOH,
was a white crystalline material with a mp of 60-61 deg C. Anal.
(Ci6H22BrN02) C,H. The two materials have identical mps, but can be easily
distinguished by their infra-red spectra. The aldehyde has a carbonyl
stretch at 1692 cm-1, and the Schiff base a C=N stretch at 1641 cm-1.
A solution of 20.5 g 3-bromo-N-cyclohexyl-4-ethoxy-5-methoxybenzylidenimine
in about 300 mL anhydrous Et20 was placed in a He atmosphere, well stirred,
and cooled in an external dry ice acetone bath to -80 deg C. There was then
added 50 mL of 1.6 N butyllithium in hexane. The mixture became yellow and
very viscous with the generation of solids. These loosened up with
continuing stirring. This was followed by the addition of 10.7 g diethyldisulfide.
The reaction became extremely viscous again, and stirring was continued while
the reaction was allowed to warm to room temperature. After an additional
0.5 h stirring, the reaction mixture was added to 800 mL of dilute HC1. The
Et20 phase was separated and the solvent removed under vacuum. The residue
was returned to the original aqueous phase, and the entire mixture heated on
the steam bath for 2 h. The bright yellow color faded and there was the
formation of a yellowish phase on the surface of the H20. The aqueous solution
was cooled to room temperature, extracted with 3x100 mL CH2C12, the extracts
pooled, washed first with dilute HC1, then with saturated brine, and the
solvent removed under vacuum. The residue was an amber oil weighing 20.4 g, and
was distilled at 130-140 deg С at 0.3 mm/Hg to yield 12.9 g of 4-ethoxy-3-
ethylthio-5-methoxybenzaldehyde as a straw colored oil that did not
crystallize. Anal. (Ci2Hi603S) C,H.
A solution of 1.0 g 4-ethoxy-3-ethylthio-5-methoxybenzaldehyde in 20 g
nitromethane was treated with about 0.2 g of anhydrous ammonium acetate and
heated on the steam bath. TLC analysis showed that the aldehyde was
substantially gone within 20 min and that, in addition to the expected
nitrostyrene, there were four scrudge products (see the discussion of scrudge
in the extensions and commentary section under 3-TSB). Removal of the excess
nitromethane under vacuum gave an orange oil which was diluted with 5 mL cold
MeOH but which could not be induced to crystallize. A seed was obtained by
using a preparative TLC plate (20x20 cm) and removing the fastest moving spot
(development was with CH2C12) . Placing this in the above MeOH solution of
the crude nitrostyrene allowed crystallization to occur. After filtering and
washing with MeOH, 0.20 g of fine yellow crystals were obtained which melted
at 75-77 deg C. Recrystallization from MeOH gave a bad recovery of yellow
crystals of 4-ethoxy-3-ethylthio-5-methoxy-beta-nitrostyrene that now melted
at 78.5-79 deg C. Anal. (C13H17NO4S) C,H. This route was discarded in favor
of the Wittig reaction described below.
A mixture of 27 g methyltriphenylphosphonium bromide in 150 mL anhydrous
THF was placed under a He atmosphere, well stirred, and cooled to 0 deg С
with an external ice water bath. There was then slowly added 50 mL of 1.6 N
butyllithium in hexane which resulted in the initial generation of solids
that largely redissolved by the completion of the addition of the butyl-
lithium and after allowing the mixture to return to room temperature. There
was then added 11.7 g of 4-ethoxy-3-ethylthio-5-methoxybenzaldehyde without
any solvent. There was the immediate formation of an unstirrable solid,
which partially broke up into a gum that still wouldn't stir. This was moved
about, as well as possible, with a glass rod, and then all was added to 400
mL H20. The two phases were separated and the lower, aqueous, phase
extracted with 2x75 mL of petroleum ether. The organic fractions were combined
and the solvents removed under vacuum to give the crude 4-ethoxy-3-ethylthio-
5-methoxystyrene as a pale yellow fluid liquid.
A solution of 10 mL of borane-methyl sulfide complex (10 M BH3 in methyl
sulfide) in 75 mL THF was placed in a He atmosphere, cooled to 0 deg C,
treated with 21 mL of 2-methylbutene, and stirred for 1 h while returning to
room temperature. This was added directly to the crude 4-ethoxy-3-ethylthio-
5-methoxystyrene. The slightly exothermic reaction was allowed to stir for 1
h, and then the excess borane was destroyed with a few mL of MeOH (in the
absence of air to avoid the formation of the dialkylboric acid) . There was
then added 19 g of elemental iodine followed, over the course of about 10
min, by a solution of 4 g NaOH in 50 mL hot MeOH. The color did not fade.
Addition of another 4 mL 25% NaOH lightened the color a bit, but it remained
pretty ugly. This was added to 500 mL H20 containing 5 g sodium thiosulfate
and extracted with 3x100 mL petroleum ether. The extracts were pooled, and
the solvent removed under vacuum to provide crude 1-(4-ethoxy-3-ethylthio-5-
methoxyphenyl)-2-iodoethane as a residue.
To this crude 1-(4-ethoxy-3-ethylthio-5-methoxyphenyl)-2-iodoethane there
was added a solution of 20 g potassium phthalimide in 150 mL anhydrous DMF,
and all was held at reflux overnight. After adding to 500 mL of dilute NaOH,
some 1.4 g of a white solid was generated and removed by filtration. The
aqueous filtrate was extracted with 2x75 mL Et20. These extracts were
combined, washed with dilute HC1, and the solvent removed under vacuum providing
23.6 g of a terpene-smelling amber oil. This was stripped of all volatiles
by heating to 170 deg С at 0.4 mm/Hg providing 5.4 g of a sticky brown
residue. This consisted largely of the desired phthalimide. The solids proved
to be a purer form of 1-(4-ethoxy-3-ethylthio-5-methoxy)-2-phthaiimidoethane
and was recrystallized from a very small amount of MeOH to give fine white
crystals with a mp of 107.5-108.5 deg C. Anal. (C2iH23N04S) C,H. The white
solids and the brown impure phthalimide were separately converted to the
final product, 3-TASB.
A solution of 1.2 g of the crystalline 1-(4-ethoxy-3-ethylthio-5-
methoxyphenyl)-2-phthaiimidoethane in 40 mL of warm n-butanol was treated
with 3 mL of 66% hydrazine, and the mixture was heated on the steam bath for
40 min. The reaction mixture was added to 800 mL dilute H2S04. The solids
were removed by filtration, and the filtrate was washed with 2x75 mL CH2C12.
The aqueous phase was made basic with 25% NaOH, extracted with 3x75 mL
CH2C12, and the solvent from these pooled extracts removed under vacuum
yielding 6.2 g of a residue that was obviously rich in butanol. This residue
was distilled at 138-144 C. at 0.3 mm/Hg to give 0.6 g of a colorless oil.
This was dissolved in 2.4 mL IPA, neutralized with concentrated HC1, and
diluted with 25 mL anhydrous Et20. The solution remained clear for about 10
seconds, and then deposited white crystals. These were removed by
filtration, washed with additional Et20, and air dried to give 0.4 g 4-ethoxy-3-
ethylthio-5-methoxyphenethylamine hydrochloride (3-TASB) with a mp of 140-141
deg C. Anal. (C13H22CINO2S) C,H. The amber-colored impure phthalimide,
following the same procedure, provided another 0.9 g of the hydrochloride salt
with a mp of 138-139 deg C.
DOSAGE: about 160 mg.
DURATION: 10 - 18 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 120 mg) This is no more than a plus one, and it
didn't really get there until about the third hour. By a couple of hours
later, I feel that the mental effects are pretty much dissipated, but there
is some real physical residue. Up with some caution.
(with 160 mg) The taste is completely foul. During the first couple of
hours, there was a conscious effort to avoid nausea. Then I noticed that
people's faces looked like marvelous parodies of themselves and that there
was considerable time slowing. There was no desire to eat at all. Between
the eighth and twelth hour, the mental things drifted away, but the body was
still wound up. Sleep was impossible until about 3:00 AM (the 18th hour of
the experiment) and even the next day I was extremely active, anorexic,
alert, excited, and plagued with occasional diarrhea. This is certainly a
potent stimulant. The next night I felt the tensions drop, and finally got
an honest and easy sleep. There is a lot of adrenergic push to this
material .
EXTENSIONS AND COMMENTARY: No pharmacological agent has an action that is
pure this or pure that. Some pain-killing narcotics can produce reverie and
some sedatives can produce paranoia. And just as surely, some psychedelics
can produce stimulation. With 3-TASB we may be seeing the shift from sensory
effects over to out-and-out stimulation. It would be an interesting challenge
to take these polyethylated phenethy1amines and assay them strictly for their
amphetamine-like action. Sadly, the potencies are by and large so low, that
the human animal can't be used, and any sub-human experimental animal would
not enable the psychedelic part of the equation to be acknowledged. If an
order of magnitude of increased potency could be bought by some minor
structural change, this question could be addressed. Maybe as the three-carbon
amphetamine homologs, or as the 2,4,5- or 2,4,6- substitution patterns,
rather than the 3,4,5-pattern used in this set.
#147 4-TASB; 4-THIOASYMBESCALINE;
3-E THOXY-4-E THYLTHIO-5-ME THOXYPHENE THYLAMINE
SYNTHESIS: A solution of 20.5 g N,N,N',N'-tetramethy1ethylenediamine and
22.3 g of 3-ethoxyanisole was made in 100 mL hexane under a He atmosphere
with good stirring. There was added 125 mL 1.6 M butyllithium in hexane,
which formed a white granular precipitate. This was cooled in an ice bath,
and there was added 24.4 g of diethyldisulfide which produced an exothermic
reaction and changed the precipitate to a creamy phase. After being held for
a few min at reflux temperature, the reaction mixture was added to 500 mL
dilute H2S04 which produced two clear phases. The hexane phase was separated,
and the aqueous phase extracted with 2x75 mL methylcyclopentane. The organ-
ics were combined, and the solvents removed under vacuum. There was obtained
a residue which was distilled under a vacuum. At 0.3 mm/Hg the fraction
boiling at 95-105 deg С was a yellow liquid weighing 28.5 g which was largely
3-ethoxy-2-(ethylthio)anisole which seemed to be reasonably pure chromato-
graphically. It was used as such in the bromination step below.
To a stirred solution of 15.0 g of 3-ethoxy-2-(ethyl thio) anisole in 100 mL
CH2CI2 there was added 12 g elemental bromine dissolved in 25 mL CH2CI2.
There was the copious evolution of HBr. After stirring at ambient
temperature for 3 h, the dark solution was added to 300 mL H20 containing sodium di-
thionite. Shaking immediately discharged the residual bromine color, and the
organic phase was separated, The aqueous phase was extracted once with 100 mL
CH2CI2, the pooled extracts washed with dilute base, and then the solvent was
removed under vacuum to give a light brown oil. This wet product was
distilled at 112-122 deg С at 0.3 mm/Hg to yield 4-bromo (and/or 6-bromo)-3-
ethoxy-2-(ethylthio)anisole as a light orange oil. This was used in the
following benzyne step without separation into its components.
To a solution of 36 mL diisoprору1amine in 150 mL anhydrous THF under a He
atmosphere, and which had been cooled to -10 deg С with an external ice/MeOH
bath, there was added 105 mL of a 1.6 M solution of butylithium in hexane.
There was then added 5.1 mL of dry CH3CN followed by the dropwise addition of
15.0 g 4-bromo-(and/or 6-bromo)-3-ethoxy-2-(ethylthio)anisole diluted with a
little anhydrous THF. There was an immediate development of a dark red-brown
color. The reaction was warmed to room temperature and stirred for 0.5 h.
This was then poured into 600 mL of dilute H2SO4. The organic phase was
separated, and the aqueous fraction extracted with 2x50 mL CH2CI2. These
extracts were pooled and the solvent removed under vacuum. The residue was a
dark oil and quite complex as seen by thin layer chromatography. This
material was distilled at 0.3 mm/Hg yielding two fractions The first boiled
at 112-125 deg С and weighed 3.9 g. It was largely starting bromo compound
with a little nitrile, and was discarded. The second fraction distilled at
130-175 deg С and also weighed 3.9 g. This fraction was rich in the product
3-ethoxy-4-ethylthio-5-methoxyphenylacetonitrile, but it also contained
several additional components as seen by thin layer chromatographic analysis.
On standing for two months, a small amount of solid was laid down which
weighed 0.5 g after cleanup with hexane. But even it consisted of three
components by TLC, none of them the desired nitrile. The crude fraction was
used for the final step without further purification or microanalysis.
A solution of LAH in anhydrous THF under N2 (15 mL of a 1.0 M solution) was
cooled to 0 deg С and vigorously stirred. There was added, dropwise, 0.40 mL
100% H2SO4, followed by about 3 g of the crude 3-ethoxy-4-ethylthio-5-
methoxyphenylacetonitrile diluted with a little anhydrous THF. The reaction
mixture was stirred until it came to room temperature, and then held at
reflux on the steam bath for 2 h. After cooling to room temperature, there was
added IPA to destroy the excess hydride (there was quite a bit of it) and
then 15% NaOH to bring the reaction to a basic pH and convert the aluminum
oxide to a loose, white, filterable consistency. This was removed by
filtration, and washed first with THF followed by IPA. The filtrate and washes
were stripped of solvent under vacuum, the residue added to 100 mL dilute
H2SO4. This was washed with 2x75 mL CH2CI2, made basic with 25% NaOH, and
extracted with 2x50 mL CH2CI2. After combining, the solvent was removed under
vacuum providing a residue that was distilled. A fraction boiling at 122-140
deg С at 0.3 mm/Hg weighed 1.0 g and was a colorless oil. This was dissolved
in 10 mL of IPA, and neutralized with 20 drops of concentrated HC1 and
diluted, with stirring, with 40 mL anhydrous Et20. There was the slow
formation of a fine white crystalline salt, which was removed by filtration,
washed with Et20, and air dried. The product 3-ethoxy-4-ethylthio-5-
methoxyphenethy 1 amine hydrochloride (4-TASB) , weighed 0.5 g, and had a mp
139-140 deg C. Gas chromatographic analysis by capillary column
chromatography of the free base (in butyl acetate solution on silica SE-54) showed a
single peak at a reasonable retention time, verifying isomeric purity of the
product. Anal. (C13H22CINO2S) C,H.
DOSAGE: 60 - 100 mg.
DURATION: 10 - 15 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 60 mg) The compound has a petroleum-refinery
type taste. There was a looseness of the bowels as I got into it. Here we
have another of these 'What is it' or 'What isn't it' compounds. Somehow I
seemed to have to push the erotic, the visual, the whole psychedelic shmeer,
to document that this was indeed effective. I am not impressed.
(with 100 mg) There were some trivial physical problems during the early
stages of this experiment. But there was fantasy stuff to music, and some
jumpy stuff to music. Is there a neurological hyperreflexia? I was able to
sleep at the 12 hour point but I felt quite irritable. I am agitated. I am
twitchy. This has been very intense, and I am not completely comfortable
yet. Let's wait for a while.
(with 100 mg) Music was lovely during the experiment, but pictures were not
particularly exciting. I had feelings that my nerve-endings were raw and
active. There was water retention. There was heartbeat wrongness, and
respiration wrongness. During my attempts to sleep, my eyes-closed fantasies
became extremely negative. I could actually feel the continuous electrical
impulses travelling between my nerve endings. Disturbing. There was
continuous erotic arousability, and this seemed to be part of the same over-
sensitivity of the nervous system; orgasm didn't soothe or smooth out the
feeling of vulnerability. This is a very threatening material. DO NOT
REPEAT.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: Again, another drug with more physical problems
than psychic virtue, but with no obvious structural feature to hang it all
onto. Some day this will all make sense!
#148 5-TASB; 5-THIOASYMBESCALINE; 3,4-DIETHOXY-5-METHYLTHIOPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A solution of 11.5 g 3-bromo-N-cyclohexyl-4,5-diethoxybenzy-
lidinimine (see under ASB for its preparation) in 150 mL anhydrous Et20 was
placed in a He atmosphere, well stirred, and cooled in an external dry
ice/acetone bath to -80 deg C. There was light formation of fine crystals.
There was then added 25 mL of 1.6 N butyllithium in hexane and the mixture
stirred for 15 min. This was followed by the addition of 4.3 mL dimethyldi-
sulfide over the course of 20 min, during which time the solution became
increasingly cloudy and then thinned out again. The mixture was allowed to
come to room temperature over the course of an additional h, and then added
to 400 mL of dilute HC1. There was the generation of a lot of yellow solids,
and the Et20 phase was almost colorless. This was separated, the solvent
removed under vacuum, and the residue combined with the original aqueous phase.
This phase was then heated on the steam bath for 2 h. The aqueous solution
was cooled to room temperature, extracted with 3x100 mL CH2CI2, the extracts
pooled, washed with H20, and the solvent removed under vacuum to yield 9.4 g
of an amber oil which spontaneously crystallized. This was distilled at 125-
132 deg С at 0.2 mm/Hg to yield 7.1 g of 3,4-diethoxy-5-(methylthio)benzal-
dehyde as a white oil that spontaneously crystallized. The crude product had
a mp of 73-74 deg С that actually decreased to 72-73 deg С after recrystalli-
zation from MeOH. Anal. (Ci2Hi603S) C,H.
A solution of 16.2 g methyltriphenylphosphonium bromide in 200 mL anhydrous
THF was placed under a He atmosphere, well stirred, and cooled to 0 deg С
with an external ice water bath. There was then added 30 mL of 1.6 N butyl-
lithium in hexane which resulted in the generation of a clear yellow
solution. The reaction mixture was brought up to room temperature, and 7.0 g
3,4-diethoxy-5-(methylthio)benzaldehyde in 50 mL THF was added dropwise,
dispelling the color, and the mixture was held at reflux on the steam bath for 1
h. The reaction was quenched in 800 mL H20, the top hexane layer separated,
and the aqueous phase extracted with 2x75 mL of petroleum ether. The organic
fractions were combined and the solvents removed under vacuum to give 12.0 g
of the crude 3,4-diethoxy-5-methylthiostyrene as a pale amber-colored oil.
A solution of 6.0 mL of borane-methyl sulfide complex (10 M BH3 in methyl
sulfide) in 45 mL THF was placed in a He atmosphere, cooled to 0 deg C,
treated with 12.6 g of 2-methylbutene, and stirred for 1 h while returning to
room temperature. To this there was added a solution of the impure 3,4-
diethoxy-5-methylthiostyrene in 25 mL THF. This was stirred for 1 h during
which time the color deepened to a dark yellow. The excess borane was
destroyed with about 2 mL MeOH (all this still in the absence of air). There
was then added 11.4 g elemental iodine followed by a solution of 2.4 g NaOH
in 30 mL of boiling MeOH, added over the course of 10 min. This was followed
by sufficient 25% NaOH to discharge the residual iodine color (about 4 mL was
required). The reaction mixture was added to 500 mL water, and sodium
hydrosulfite was added to discharge the remaining iodine color (about 4 g) .
This was extracted with 3x100 mL petroleum ether, the extracts pooled, and
the solvent removed under vacuum to provide 25.9 g of crude 1-(3,4-diethoxy-
5-methylthiophenyl)-2-iodoethane as a pale yellow fluid oil. Thin layer
chromatographic analysis of this material on silica gel plates (using a 90:10
mixture of CH2Cl2/methylcyclopentane as solvent) showed largely the iodo-
product (Rf 0.9) with no visible starting aldehyde (Rf 0.7).
To this crude 1-(3,4-diethoxy-5-methylthiophenyl)-2-iodoethane there was
added a solution of 12 g potassium phthalimide in 90 mL anhydrous DMF, and
all was held at reflux in a heating mantle. The reaction progress was
followed by TLC, and at 1.5 h it was substantially complete. After adding to
500 mL 5% NaOH, the organic phase was separated, and the aqueous phase was
extracted with 2x75 mL Et20. The organic fractions were combined, and the
solvent removed under vacuum providing 19.3 g of an amber oil. The residual
volatiles were removed by distillation up to 170 deg С at 0.2 mm/Hg. The
distillate weighed 7.0 g and contained little if any phthalimide by TLC. The
pot residue was a viscous amber oil, and also weighed 7.0 g. About half of
this was employed in the following hydrolysis step, and the rest was rubbed
under an equal volume of MeOH providing 1-(3,4-diethoxy-5-methylthiophenyl)-
2-phthaiimidoethane as a white solid. A small sample was recrystallized from
an equal volume of MeOH to give white crystals with a mp of 79.5-81 deg C.
Re-recrystallization from MeOH produced an analytical sample with a mp of 83-
84 deg C. Anal. (C21H23NO4S) C,H.
A solution of 3.2 g of the impure 1-(3,4-diethoxy-5-methylthiophenyl)-2-
phthaiimidoethane in 150 mL of n-butanol there was added 20 mL of 66%
hydrazine, and the mixture was heated on the steam bath for 2 h. This was added
to 600 mL of dilute H2SO4, and the two layers were separated. The butanol
layer was extracted with 2x100 mL dilute H2SO4. These extracts were added to
the original aqueous phase, and this was washed with 3x75 mL CH2CI2. This was
then made basic with 5% NaOH, extracted with 3x75 mL CH2CI2, and the solvent
from these pooled extracts removed under vacuum. The residue (which weighed
9.7 g and contained much butanol) was distilled at 140-145 deg С at 0.3 mm/Hg
to give 0.7 g of a colorless oil. This was dissolved in 3.0 mL IPA,
neutralized with concentrated HC1, and diluted with 12 mL anhydrous Et20 to give a
solution that immediately crystallized to provide white crystals of 3,4-
diethoxy-5-methylthiophenethylamine hydrochloride (5-TASB). These weighed
0.7 g after washing with Et20 and drying to constant weight. The mp was 182-
183 deg C, and an analytical sample was dried at 100 deg С for 24 h. Anal.
(C13H22CINO2S) C,H.
DOSAGE: about 160 mg.
DURATION: about 8 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 120 mg) Maybe there is something at about hour
5. My talking with innocent people had hints of strangeness. And there was
the slightest suggestion of some physical effect. Call it an overall (+).
(with 160 mg) I am immediately warm at the extremities. An awareness grows
upon me for a couple of hours. I am a little light-headed, and I feel that
there is more physical than there is mental, and it is not all entirely nice.
I am slightly hyperreflexive, and there is a touch of diarrhea. I am happy
that I held this at 160 milligrams. I am mentally flat at the eighth hour,
although there are some physical residues. The effects are real, but I don't
want to go higher. Some trace physical memory seems to stay with me as a
constant companion.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: There is a ponderousness about adding a couple
of ethyl groups and a sulfur that seems to say, Rno fun. 5-TASB has something
going for it (but not much) and 3-TASB is quite a bit more peppy and,
actually, 4-TASB has quite a bit of life. But there is a sense of "why bother?"
There were a couple of bouts of light-headedness, but there was no unexpected
excitement discovered in this methodical study. No surprises. Keep the
chain lengths down.
#149 ТВ; 4-THIOBUSCALINE; 3,5-DIMETHOXY-4-(n)-BUTYLTHIOPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A solution was made of 12.1 g N,N,N',N'-tetramethy1ethylene-
diamine and 13.8 g of 1,3-dimethoxybenzene in 200 mL 30-60 deg С petroleum
ether. This was stirred vigorously under a He atmosphere and cooled to 0 deg
С with an external ice bath. There was added 66 mL of 1.6 M butyl lithium in
hexane which produced a white granular precipitate. The reaction mixture was
brought up to room temperature for a few minutes, and then cooled again to 0
deg C. There was then added 18.7 g of di-(n)-butyl disulfide (this reagent
was quite yellow, but was used without any purification) which changed the
granular precipitate to a strange salmon color. Stirring was continued while
the reaction mixture was brought up to room temperature and finally up to
reflux. The reaction mixture was then added to 600 mL of dilute H2SO4. The
two phases were separated, and the aqueous phase extracted with 2x75 mL Et20.
The organic phases were combined and the solvent removed under vacuum. The
residue weighed 33.0 g and was a dark yellow oil. Efforts to remove this
color by reductive extraction of a CH2CI2 solution with aqueous sodium hydro-
sulfite were futile. The residue was distilled at 0.3 mm/Hg to give two
fractions. The first boiled at 95-115 deg C, weighed 4.1 g and was largely
recovered dibutyl disulfide. The product 2-(n)-butylthio-1,3-
dimethoxybenzene boiled at 115-135 deg С and weighed 19.5 g. It was a pale
amber oil that could not be induced to crystallize. Anal. (Ci2Hi802S) C,H.
To a stirred solution of 19.5 g of 2-(n)-butylthio-1,3-dimethoxybenzene in
75 mL CH2CI2 there was added 14.5 g elemental bromine dissolved in 75 mL
CH2CI2. The evolution of HBr was evident, but the reaction was not
exothermic. The reaction was allowed to stir for 1 h and then heated briefly to a
reflux on the steam bath. It was then washed with H20 containing sodium hy-
drosulfite which discharged the residual color. After washing with saturated
brine, the solvent was removed under vacuum leaving 26.0 g of a pale amber
oil. This was distilled at 120-140 deg С at 0.4 mm/Hg yielding 4-bromo-2-
(n)-butylthio-1,3-dimethoxybenzene as a yellow-orange oil. It could not be
crystallized. Anal. (Ci2Hi7Br02S) C,H.
To a solution of 11.5 mL diisopropylamine in 50 mL hexane that was stirred
under N2 there was added 50 mL of 1.6 M butyllithium. After 15 min stirring,
the reaction mixture became very viscous, and it was diluted with 150 mL
anhydrous THF. After cooling in an ice bath there was added 2.0 mL CH3CN
followed in 1 min with 6.0 g of 4-bromo-2-(n) -butylthio-1,3-dimethoxyanisole a
bit at a time over the course of 1 min. There was the immediate formation of
a deep red color. After stirring for 0.5 h, the mixture was poured into
dilute H2S04. The organic layer was separated, and the aqueous layer extracted
with 3x75 mL CH2CI2. These extracts were pooled, dried with anhydrous K2CO3,
and the solvent was removed under vacuum. The residue was distilled at 0.25
mm/Hg and yielded two fractions. The first fraction boiled at 125-145 deg C,
weighed 0.8 g and was discarded. The second fraction came over at 145-175 deg
С as a light yellow oil and weighed 2.2 g. This product, 4-(n)-butylthio-
3,5-dimethoxyphenylacetonitrile, was reduced as such without further
purification or analysis.
A solution of LAH under N2 (20 mL of a 1 M solution in anhydrous THF) was
cooled to 0 deg С and vigorously stirred. There was added, dropwise, 0.53 mL
100% H2SO4 , followed by 2.0 g 4-(n)-butylthio-3,5-dimethoxyphenylacetonitrile
in 10 mL anhydrous THF. The reaction mixture was stirred at 0 deg С for a
few min, then brought to room temperature for 1 h, and finally to a reflux
for 1 h on the steam bath. After cooling back to room temperature, there was
added IPA (to destroy the excess hydride) followed by 10% NaOH which brought
the reaction to a basic pH and converted the aluminum oxides to a loose,
white, filterable consistency. These were removed by filtration, and washed
with THF and IPA. The filtrate and washes were stripped of solvent under
vacuum, the residue was suspended in 150 mL of dilute NaOH and extracted with
3x100 CH2CI2. These extracts were pooled and extracted with 2x75 mL dilute
H2SO4. Emulsions required that a considerable additional quantity of H20 be
added. The aqueous phase was made basic, and extracted with 2x100 mL CH2CI2.
After combining these extracts, the solvent was removed under vacuum
providing a residue that was distilled. The product distilled at 138-168 deg С at
0.4 mm/Hg as a white oil weighing 0.7 g. This was dissolved in a small
amount of IPA, neutralized with concentrated HC1 and, with continuous
stirring, diluted with several volumes of anhydrous Et20. After filtering, Et20
washing, and air drying, 4-(n)-butylthio-3,5-dimethoxyphenethylamine
hydrochloride (ТВ) was obtained, weighed 0.6 g, and had a mp of 154-155 deg C.
Anal. (C14H24CINO2S) C,H.
DOSAGE: 60 - 120 mg.
DURATION: about 8 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 35 mg) I was aware of something at about an
hour, and it developed into a benign and beautiful experience which never
quite popped into anything psychedelic. At the fifth hour there was a
distinct drop, and I made what might be thought of as a foolish effort to
rekindle the state with an additional 20 milligrams but it was too little and too
late. There was no regeneration of anything additional.
(with 60 mg) A very subtle threshold, probably, and six hours into it there
seems to have been little if any effect. My memory of it is not that certain
and now I am not sure that there had been anything at all.
(with 80 mg) I am vaguely aware of something. The body discomfort may
reflect the use of sardines in tomato sauce for lunch, but still things are not
quite right. Five hours into it I am still in a wonderful place spiritually,
but there seem to be some dark edges. I might be neurologically sensitive to
this.
(with 120 mg) The course of the action of this is extremely clear. The
development was from 5 PM to 7 PM [the experiment started at 4 PM] and by 10 PM
I was dropping and by midnight I went to bed and slept well. Food was not
too interesting, and a glass of wine before sleeping produced no noticeable
effect. This was an uneventful experience that never really made it off the
ground. It was pleasant, but certainly not psychedelic.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: There is a term "dose-dependent" in
pharmacology. When there is a complex action produced by a drug, then each of the
components of this mixture of effects should be expected to become more
intense following a bigger dose of the drug. This is certainly true with most
of the actions of psychoactive drugs.
As to the psychedelic aspects of some drugs, there can be visual effects,
eyes-open (edge-ripples or colors or retinal games) or eyes-closed (images of
the elaborately decorated doors of the mosque, or of an orchestra floating
suspended by its music) or fantasy (you are moving beyond the confines of
your body and invading someone else's space). The same applies to tactile
enhancement, to the anaesthetic component, to the depth of insight realized
from a drug. The more the drug, as a rule, the more the effect, up to the
point that new and disruptive effects are realized. This latter is called
toxicity.
As to the stimulant component, the same is true. The person gets wired up,
and there is no sleep because there is no hiding from a cascade of images and
meanings, and the body lies there unwilling to yield guard since both the
pounding heart and the interpretive psyche are demanding attention. These
aspects also intensify with increasingly higher doses.
But an exception to this is the euphoria-producing aspect of a drug. One
sees with increasing doses a continuing "threshold" that makes you aware,
that fluffs the senses, but which seems not, at any level, to take over or to
command the ship. It is truly a catalytic on or off. You are or you are not.
In the "Tomso" effect, this action is produced by alcohol. There is disin-
hibition with alcohol which allows a central intoxication from the drug TOMSO
regardless of the amount of drug used (see under TOMSO) . One sees again,
here with ТВ, the case of a perpetual series of "thresholds." Never the
psychedelic or the stimulant action that increases with increased dose. Always
the simple and ephemeral catalyst of euphoria without substance and without
body. It is a compound that can never be pinned and labeled in the butterfly
collection since it defies an accepted classification.
This action was seen first with the compound called ARIADNE and when it was
called an anti-depressant, it proved to be commercially interesting. It is
fully possible that ТВ would be of value to certain depressed people in
exactly the same way.
#150 3-TE; 3-THIOESCALINE; 4-ETHOXY-5-METHOXY-3-METHYLTHIOPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A solution of 10.4 g of 3-bromo-N-cyclohexyl-4-ethoxy-5-
methoxybenzylidenimine (see under 3-TASB for its preparation) in 125 mL
anhydrous Et20, in a He atmosphere, was cooled with an external dry ice acetone
bath to -80 deg С with good stirring. To this clear pale yellow solution
there was added 25 mL 1.6 M butyllithium in hexane (about a 25% excess) which
produced a fine white precipitate over the following 15 min. There was then
added 4.2 g dimethyl disulfide. At the half-addition point, the generated
solids became so heavy that stirring became difficult, but towards the end of
the addition the reaction thinned out again and became quite loose. The dry
ice bath was removed and the reaction allowed to come to room temperature,
which again allowed the formation of a heavy solid phase while warming and,
again, a loose and easily stirred mixture when finally at room temperature.
All was added to 400 mL H20 which had been strongly acidified with HC1. The
two phases were separated, and the aqueous phase (which contained a small
amount of yellow oily matter insoluble in either phase) was heated on the
steam bath for 0.75 h. On cooling, the oily component set to a yellow solid,
which was removed by filtration and washed with H20. This crude product, 5.9
g of yellow solid, was distilled 115-125 deg С at 0.3 mm/Hg to give 4.9 g of
4-ethoxy-3-methoxy-5-(methylthio)benzaldehyde as a pale yellow solid that had
a mp of 43-45 deg C. Recrystallization from MeOH gave a mp of 47-48 deg C.
Anal. (C11H14O3S) C,H. This product can also be prepared from the anion of 3-
thiosyringaldehyde (mp 141-143 deg С as crystals from MeOH) by reaction with
ethyl iodide in the presence of phase-transfer catalyst, but the yield is
quite poor.
To a solution of 4.4 g 4-ethoxy-5-methoxy-3-(methylthio)benzaldehyde in 75
mL nitromethane, there was added 0.5 g anhydrous ammonium acetate and the
mixture was heated on the steam bath for 80 min. Care must be taken in the
length of time, and there must be frequent TLC montoring, as there is a rapid
scrudge buildup (see under 3-TSB for a discussion of scrudge). The reaction
mixture was stripped of nitromethane under vacuum, and the residual deep-
yellow oil was dissolved in 20 mL of boiling MeOH. This was decanted from a
small amount of insoluble matter and, upon cooling, deposited bright yellow
crystals of 4-ethoxy-5-methoxy-3-methylthio-beta-nitrostyrene. This was
removed by filtration and, after washing with cold MeOH and air drying, weighed
2.4 g. The mp was ambiguous. The above crude material melted at 92-93 deg
C, which is probably too high! Earlier samples which melted in the low 80's
appeared to have a mp, after repeated recrystallization from MeOH, of 87-88
deg C. This latter was the property of the analytical sample. Anal.
(C12H15NO4S) C,H. The mp of the TLC low-moving component is always quite
high, and might have been a factor in the assignment of this physical
property.
AH was prepared in the usual manner from a suspension of 2.0 g LAH in 75 mL
anhydrous THF, cooled to 0 deg C, well stirred in an inert atmosphere of He,
and treated with 1.33 mL of 100% H2SO4 added dropwise. There was added,
dropwise and over the course of 10 min, a solution of 2.4 g 4-ethoxy-5-
methoxy-3-methylthio-beta-nitrostyrene in 15 mL anhydrous THF. The reaction
was exothermic, and was heated on the steam bath at reflux for an additional
10 min. After cooling again, there was added enough IPA to decompose the
excess hydride and sufficient 10% NaOH to convert the aluminum oxide solids
to a white, easily filterable mass. This was filtered, the filter cake
washed with additional IPA, the filtrate and washes combined, and the solvent
removed under vacuum. This was dissolved in 100 mL of dilute H2SO4 which was
washed with 2x50 mL CH2CI2. The aqueous phase was made basic with NaOH,
extracted with 2x50 mL CH2CI2, and the extracts pooled and the solvent
removed under vacuum to yield a residue of a colorless oil. This distilled
at 118-122 deg С at 0.4 mm/Hg producing 1.9 g of a colorless oil. This was
dissolved in 10 mL IPA, neutralized with 30 drops of concentrated HC1 and,
with good stirring, diluted with 20 mL anhydrous Et20. The product 4-ethoxy-
5-methoxy-3-methylthiophenethylamine hydrochloride (3-TE) was removed by
filtration, washed with Et20, and air dried to provide a white solid that
weighed 1.0 g and melted at about 180 deg C. Anal. (Ci2H2oClN02S) C,H.
DOSAGE: 60 - 80 mg.
DURATION: 8 - 12 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 60 mg) There may well be time slowing. I
noticed that the voices on the radio seemed to be of a deeper pitch. And with
music there is a most easy flight of fantasy. I tried to keep a logical
conversation going on the telephone, but I am pretty sure there were problems.
I found myself down sooner than I would have liked.
(with 70 mg) I found myself in a good, rich place, and thoroughly enjoyed
my introspection. I didn't want to talk and interact, and that seemed just
fine with everyone else. Several of the others seemed restless, but I lay
back and let them do their thing. My appetite was fine towards the end, and
I might have actually overeaten. I was able to drive home that evening, but
there seemed to be some slight residual something after waking in the
morning. I would certainly repeat without hesitation.
(with 80 mg) Art interpretation and imagery with music are remarkable.
This material touches on the psychedelic Q rather than just being stoned.
The body is higher than the mind, but where the mind is makes it all OK.
It's worth the cost. My getting to sleep was easy that evening, but sleep
was not too restful and there was something strange about it.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: There is a good lesson to be learned in the
attempts to predict the potency of 3-TE before it was actually explored. All
pharmacological prediction follows pretty much a single mechanism. Find
things that are close in some way, and arrange them in a manner that allows
comparison. A relates to В in this way, and A relates to С in that way, and
since D incorporates both this and that of each, it will probably be such-
and-such. The Roman square.
Here is the square with the horizontal arrow adding a sulfur in the 3-
position and the vertical arrow adding an ethyl group in place of a methyl
group at the 4-position:
Mescaline x 3.5 3-TM
200-400 mg > 60-100 mg
I I
1x6 I
V V
Escaline 3-TE "x20"
40-60 mg > = 10-20 mg
and one would predict a potency of some 20x that of mescaline, or something
in the range of 15 mg.
Here is an equally likely square, based on the horizontal arrow relocating
a sulfur from the 4-position to the 3-position, and the vertical arrow again
adding an ethyl group in place of a methyl group in the 4-position:
Thiomescaline
20-30 mg
I
I x 1
V
Thioescaline
20-30 mg
x 0.3
3-Thiomescaline
-> 60-100 mg
I
I
V
3-TE "0.3"
-> = 60-100 mg
and one would predict a potency of some one third of that of thiomescaline,
or something in the range of 80 milligrams.
This latter square gave a prediction that was very close to the observed
potency, but it would be careless, and probably wrong, to assume that the
latter relationships had any more significance than the former ones. As one
accumulates the potencies of many compounds it is tempting to draw complex
relationships such as these, and to be seduced into believing that they must
explain things. And, especially, beware the multivariable power of the
computer which can explore monstrous numbers of variables at breakneck speeds,
and spew forth fantastic correlations with marvelous ease.
But nothing can ever substitute for the simple art of tasting something
new.
#151 ТЕ; 4-ТЕ; 4-THIOESCALINE; 3,5-DIMETHOXY-4-ETHYLTHIOPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A solution was made of 45.2 g N,N,N',N'-tetramethylethylenedia-
mine and 41.4 g of 1,3-dimethoxybenzene in 300 mL hexane. This was stirred
vigorously under a He atmosphere and cooled to 0 deg С with an external ice
bath. There was added 225 mL of 1.6 M butyllithium in hexane which produced a
white granular precipitate. The reaction mixture was stirred for 15 min.
There was then added 38 mL of diethyl disulfide which changed the granular
precipitate to a creamy character. Stirring was continued for an additional
5 min, then the reaction mixture was poured into 1 L of dilute H2SO4. The
two phases were separated, and the aqueous phase extracted with 2x150 mL
Et20. The organic phases were combined, and the solvent removed under vacuum
to provide 60 g of 2-ethylthio-l, 3-dimethoxybenzene as an off-white oil that
spontaneously crystallized. It was distilled nonetheless, boiling at 85-96
deg С at 0.4 mm/Hg. This distillate can be recrystallized from hexane to
form long needles with a mp of 45-4 6 deg C. Anal. (C10H14O2S) C,H.
To a stirred solution of 60 g of 2-ethylthio-l,3-dimethoxybenzene in 300 mL
CH2CI2 there was added 49 g elemental bromine dissolved in 100 mL CH2CI2. The
reaction was not exothermic, and it was allowed to stir for 2 h. The
reaction mixture was washed with H20, then with aqueous NaOH, and finally with
H20 that contained sodium hydrosulfite. The solvent was removed under vacuum
leaving 84 g of an amber oil as residue. This was distilled at 105-115 deg С
at 0.15 mm/Hg yielding 73.3 g of 4-bromo-2-ethylthio-l,3-dimethoxybenzene as
a light yellow oil. Anal. (CnHi5Br02S) C,H.
To a solution of 27 mL diisopropylamine in 150 mL anhydrous THF that was
stirred under a N2 atmosphere and cooled to -10 deg С with an external
ice/MeOH bath, there was added in sequence 83 mL of 1.6 M butyllithium in
hexane, 4.4 mL of dry CH3CN over the course of 5 min, and finally 12.1 g of
4-bromo-2-ethylthio-l,3-dimethoxybenzene which had been dissolved in 20 mL
THF (also added over the course of 5 min) . The color progressed from yellow
to orange to deep red-brown. Stirring was continued for 10 min, and then the
reaction mixture was poured into 300 mL dilute H2SO4. The organic layer was
separated, and was washed with more dilute H2S04. The aqueous phases were
combined, and extracted with 2x100 mL CH2CI2. These extracts were pooled
with the original organic phase, and the solvents removed under vacuum. The
residue was distilled into two fractions at 0.3 mm/Hg. The first fraction
boiled at 95-115 deg С and weighed 4.9 g. It was made up of several
components, but it contained little nitrile material and was discarded. The
second fraction came over at 145->200 deg С and weighed 2.9 g. By thin layer
chromatography this fraction was largely 3,5-dimethoxy-4-
ethylthiophenylacetonitrile, and was used as such in the following reduction.
A suspension of 1.25 g LAH in 50 mL anhydrous THF under N2 was cooled to 0
deg С and vigorously stirred. There was added, dropwise, 0.8 mL 100% H2S04,
followed by 2.7 g 3,5-dimethoxy-4-ethylthiophenylacetonitrile, neat, over the
course of 5 min. The reaction mixture was stirred at 0 deg С for a few min,
then brought to a reflux for 15 min on the steam bath. After cooling back to
room temperature, there was added 15 mL IPA to destroy the excess hydride and
10% NaOH to bring the reaction to a basic pH and convert the aluminum oxide
to a loose, white, filterable consistency. This was removed by filtration,
and washed with 50 mL portions of IPA. The filtrate and washes were stripped
of solvent under vacuum, and the residue suspended between 50 mL CH2CI2 and
50 mL dil. H2SO4. The organic phase was separated, and extracted with 2x50
mL dilute H2SO4. The original aqueous phase and these two extracts were
combined, made basic with aqueous NaOH, and extracted with 3x50 mL CH2CI2.
These extracts were stripped of solvent under vacuum. The residue was
distilled at 112-135 deg С at 0.2 mm/Hg to give 1.1 g of a slightly yellow
viscous liquid. This was dissolved in 4 mL IPA, neutralized with 14 drops of
concentrated HC1 and, with continuous stirring, diluted with 10 mL anhydrous
Et20. The product was removed by filtration, washed with Et20, and air dried
to give 1.0 g of 3,5-dimethoxy-4-ethylthiophenethylamine hydrochloride (ТЕ)
as white crystals with some solvent of crystallization. The crude mp of 101-
106 deg С was only slightly improved by recrystallization from CH3CN (mp 106-
109 deg C). But upon fusion and resolidification, the melting point was 167-
168 deg С and this sample was further dried by heating at 100 deg С for 24 h
before analysis. Anal. (Ci2H2oClN02S) C,H.
DOSAGE: 20 - 30 mg.
DURATION: 9 - 12 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 20 mg) I feel it in my ovaries. It is very
sensuous. This is total energy, and I am aware of my every membrane. This
has been a marvelous experience, very beautiful, joyous, and sensuous. But
maybe the dose is a little too high as there is too much body tingling. I am
jangly.
(with 20 mg) The predominant characteristic was the feeling of clean
burning, pure energy, a long-lasting clear-headedness and clarity of thought, and
an ease of talking and sharing. I did not have a strong feeling of Presence,
but more a wonderful feeling of converting energy into action. I found that
my initial look inwards was always a look of fear, and I wondered if this
might not be the same feeling that others express as excitement. They were
certainly of the same nature, they arose at the same point on the fringe of
the unknown, and they point to a basic difference in attitude. The
excitement is for the new, and is based on trust. The fear is a return to the
past, and is defensive, with reluctance to reexperience past pain. The
aftermath of this experience was the most profound of any that I have had in a
long time. For the following week, I found myself on a new level of
functioning, very energetic and very much in the flow of life and free of mental
distractions. I have become a great deal more aware of the traps of
meditation, and how you can build walls around yourself and around certain
concepts, if you are not careful.
(with 22 mg) Totally developed at 2 hours, to a +++. No clearing of the
sinuses, so it is not a decongestant. There is a lot of visual activity. In
the group there is good communication, and a lot of laughter.
(with 25 mg) There is a disconnection, there is complex depth without
definition. Without music, this is almost negative, as I can find no definition.
But talking gives me some structure. And I got into some pretty
extraordinary conversations. About President Hoover, Omni magazine, the colors of
spices, and a couple of personal relatives. This is extra-good for ideas and
talking. It is indeed a clean experience, and superb for communication.
(with 30 mg) I was at a plus three for certainly three hours. There were
some visuals, some eyes-closed fantasy, but little imagery. Somehow I could
at no time interlock with music. It seemed always to get in the way. Sexual
activity is an excellent way to relieve the muscular tension and the body's
heaviness. There was little hunger and I ate lightly, and I felt somehow
depleted. Sleep OK at the twelth hour. The AM was fine, but on retrospect the
experience was overall strangely cloudy, not negative, but there was not
enough mental to balance the physical.
(with 30 mg) My alert was in 40 minutes, and I was completely developed by
2 hours. There was a large measure of erotic fantasy, but the body load was
also quite heavy. I had a slight cloak effect, where I was over-energized
but somehow under a blanket of quietness. I would certainly repeat this, but
at maybe 25 milligrams.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: Although the ethyl group (of the ethylthio on
the 4-position) is just one carbon atom longer than the methyl group (of TM)
that small change already produces hints and indicators of some physical
toxicity. The propyl compound (see TP) is still of similar potency, but appears
to be yet more difficult, physically. The butyl homolog never made it off the
ground at all as a psychedelic, but the physical difficulties seem less as
well. All that was left to come through was the euphoria. If this 4-
position sulfur analogue series of mescaline is ever to be more carefully
explored, it must almost certainly be with the shortest possible chain (TM, as
a psychedelic) or with long, long chains (the four-carbon chain of the butyl
group in ТВ), as a feel-good compound.
#152 2-TIM; 2-THIOISOMESCALINE; 3,4-DIMETHOXY-2-METHYLTHIOPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A short foreword to the synthetic portion is needed. First,
although the required thioanisole, 2,3-dimethoxythioanisole, is now
commercially available, it is of the utmost importance that it be free of the
impurity, veratrole. I know that the material presently available from Aldrich
Chemical Company is satisfactory, as I have had a hand in making it. But, if
veratrole is present, there are very difficult separations encountered during
these preparations. And secondly, the synthesis of 2-TIM and 4-TIM requires
a separation of isomers. The first intermediates are common to both. They
will be presented here, under this recipe for 2-TIM.
A solution of 150 mL of 1.6 M butyllithium in hexane under N2 was
vigorously stirred and diluted with 150 mL petroleum ether (30-60 deg C) and then
cooled with an external ice bath to 0 deg C. The addition of 26.7 g of
veratrole produced a flocculant white precipitate. Next, there was added a
solution of 23.2 g of N,N,N' ,N'-tetramethy 1 ethylenediamine in 100 mL anhydrous
Et20 and the stirred reaction mixture was allowed to come to room
temperature. The subsequent addition of 20.7 g of dimethyl disulfide over the
course of several min produced an exothermic response, and this was allowed
to stir for an additional 30 min. There was then added 10 mL EtOH followed
by 250 mL of 5% NaOH. The organic phase was washed first with 150 mL 5%
NaOH, followed by 2x100 mL portions of 5% dilute HC1. The removal of solvent
and bulb-to-bulb distillation of the residue provided 2,3-
dimethoxythioanisole boiling at 72-80 deg С at 0.4 mm/Hg as a white oil.
This product contained some 20% unreacted veratrole as a contaminant and the
isolation of subsequent products from this impure material was
extraordinarily difficult. The effort needed for careful purification at this point was
completely justified. The product could be obtained in a pure state by
distillation at 0.1 mm/Hg through a 6 cm Vigreaux column with collection of
several fractions. Those that distilled at 84-87 deg С were pure 2,3-
dimethoxythioanisole. An analytical sample can be obtained by cooling a
concentrated MeOH solution in dry ice, filtering the generated crystals, and
washing with cold MeOH. This product melts at 36.5-37 deg C. Anal.
(C9H12O2S) C,H,S. The pi crate can be formed by treatment with a saturated
EtOH solution of picric acid. It formed orange crystals with a mp of 73-78
deg C. Anal. (C15H15N3O9S) N.
To 18 mL of POCI3 there was added 25 mL N-methylf ormanilide and the
solution allowed to stand at room temperature for 0.5 h, until the color had
developed to a rich claret. There was then added 25.0 g of 2,3-
dimethoxythioanisole and the mixture heated on the steam bath for 2.5 h. This
was added to 500 mL H20 and stirred at ambient temperature for 2 h. The
product was extracted with 4x150 mL CH2CI2, the extracts combined, and the
solvent removed under vacuum. The residue was distilled through a Vigreaux
column under vacuum (0.1 mm/Hg) with the fraction boiling at 125-135 deg С
being richest in aldehydes, as determined by GC analysis. If the starting
2,3-dimethoxythioanisole contains appreciable veratrole as a contaminant,
then this aldehyde fraction contains three components. There is present both
2,3-dimethoxy-4-(methylthio)benzaldehyde and 3,4-dimethoxy-2-
(methylthio)benzaldehyde (the two desired precursors to 4-TIM and 2-TIM,
respectively), but also present is 3,4-dimethoxybenzaldehyde from the
veratrole contamination. The weight of this fraction was 11.9 g and was a
white oil free of starting thioether.
Although efforts to separate this mixture were not effective, one of the
aldehydes could be isolated in small yield by derivative formation. This was
too wasteful to be of preparative value, but it did allow the generation of
seed that was of great value in the later separation of the mixed nitrostyre-
nes that were prepared. If a 1 g portion of this mixture was fused with 0.6
g p-anisidiine over an open flame and then cooled, the melt set up as a
solid. Triturating under MeOH gave a yellow solid (0.45 g, mp 77-80 deg C)
which on recrystallization from hexane appeared to be a single one of the
three possible Schiff's bases that could theoretically be prepared. It had a
mp of 80-81 deg C. Anal. (Ci7Hi9N03S) C,H. Hydrolysis with hot 3 N HC1 freed
the benzaldehyde which was isolated by quenching in H2O and extraction with
CH2CI2. The extracts were stripped of solvent under vacuum and the residue
distilled bulb-to-bulb under vacuum to give white crystals of 3,4-dimethoxy-
2-(methylthio)benzaldehyde (the 2-TIM aldehyde) with a mp of 23-24 deg С. A
micro-scale conversion of this to the corresponding nitrostyrene provided the
seed that was effectively used in the large scale preparation described
below.
A solution of 9.0 g of a mixture of
3,4-dimethoxy-2-(methylthio)benzaldehyde and 2,3-dimethoxy-4-(methylthio)benzaldehyde in 50 mL of nitromethane
was treated with 1.5 g anhydrous ammonium acetate and held at reflux for 5 h.
The excess nitromethane was removed under vacuum to yield 10.4 g of a dark
orange oil which, upon dissolving in 40 mL hot MeOH and being allowed to cool
and slowly evaporate at ambient temperatures, provided dark colored crystals.
Filtration (save the mother liquors!) and recrystallization from 40 mL MeOH
provided 6.3 g of a yellow crystalline solid. A second recrystallization
from 50 mL MeOH gave 5.0 g of lemon yellow plates 3,4-dimethoxy-2-methylthio-
beta-nitrostyrene with a mp of 102-103.5 deg C. An analytical sample, from
IPA, had a mp of 103-104 deg С and a single spot on TLC with CHC13, with an
Rf of 0.54. Anal. (CnHi3N04S) C,H. When there had been veratrole left as a
contaminant in the original 2,3-dimethoxythioanisole, the nitrostyrene that
was isolated by this method had, after recrystallization, a mp of 93-95 deg
C. This substance acted as a single compound through a number of
recrystallization trials, but on TLC analysis always gave two components (silica gel,
chloroform) with Rf's of 0.54 and 0.47. It proved to be a mixture of 3,4-
dimethoxy-2-methylthio-beta-nitrostyrene and 3,4-dimethoxy-beta-nitro-styrene
in an exact molecular ratio of 2:1. This latter nitrostyrene is the precursor
to DMPEA, q.v. Anal. (C32H37N3Oi2S2) C,H. The mother liquor above is the
source of the 4-TIM nitrostyrene, and its isolation is described in the
recipe for 4-TIM.
A solution of 4.2 g LAH in 70 mL anhydrous THF was cooled to 0 deg С under
He and with sti rring. There was added, dropwise, 2.8 mL of 100% H2SO4,
followed by 4.4 g of 3,4-dimethoxy-2-(methylthio)-beta-nitrostyrene dissolved in
25 mL THF. Stirring was continued for a few min as the reaction returned to
room temperature, and then it was heated to a reflux for 10 min on the steam
bath. The reaction was cooled again, and 25% NaOH was added dropwise until a
white granular precipitate was obtained. This was removed by filtration, and
the filter cake was washed with 2x50 mL Et20. The filtrate was extracted
into 100 mL dilute H2SO4 which was, in turn, made basic again and extracted
with 2x100 mL CH2CI2. The extracts were pooled, and the solvent removed
under vacuum to give a residue of crude product. This was distilled from 100-
115 deg С at 0.3 mm/Hg yielding 3.2 g of a clear white oil. This was
dissolved in 25 mL IPA, neutralized with 23 drops of concentrated HC1, and
diluted with 75 mL anhydrous Et20. There was a deposition of beautiful white
platelets of 3,4-dimethoxy-2-methylthiophenethylamine hydrochloride (2-TIM)
which were removed by filtration, washed with ether, and air dried. This
hydrochloride salt contained a quarter mole of H20 of crystallization. The mp
was 183-184 deg C. Anal. (CnHi8ClN02Sal/4 H20) C,H,N.
DOSAGE: greater than 240 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 160 mg) There was perhaps some awareness in an
hour or so, but in another hour there was absolutely nothing. A small amount
of wine in the evening was quite intoxicating.
(with 240 mg) No effects of any kind.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: The problems that might be associated with the
making of the three amphetamines that correspond to 2-TIM, 3-TIM and 4-TIM
might very well prove quite exciting. These would be the three thio
analogues of TMA-3; vis, 3,4-dimethoxy-2-methylthioamphetamine, 2,4-dimethoxy-3-
methylthioamphetamine, and 2,3-dimethoxy-4-thioamphetamine. The first
challenge would be to name them. Using the 2C-3C convention, they would be the
3C analogs of trivially named 2-carbon compounds, namely 3C-2-TIM, 3C-3-TIM
and 3C-4-TIM. Using the thio convention (the number before the T is the
position of the sulfur atom), they would be 2-T-TMA-3, 3-T-TMA-3 and 4-T-TMA-3.
The second challenge would be their actual synthesis. The information gained
from the separation of the 2-carbon nitrostyrenes and that most remarkable
mixed-nitrostyrene thing that acted as a single pure material, would not be
usable. But it is intriguing to speculate if there might be some parallel
problems in the 3-carbon world. It seems almost certain that none of the
compounds would be pharmacologically active, so the incentive would be the
challenge of the chemistry. Some day, maybe.
#153 3-TIM; 3-THIOMESCALINE; 2,4-DIMETHOXY-3-METHYLTHIOPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A mixture of 3.1 g P0C13 2.8 g N-methylformanilide was heated on
a steam bath until it was a deep claret color (about 5 min) . To this there
was then added 3.0 g of 2,6-dimethoxythioanisole (see under 4-TM for its
preparation), and heating was continued for 30 min. The reaction mixture was
then added to 75 mL H20 and stirred overnight. The dark oily mixture was
extracted with 3x75 mL СН2С1г, the extracts pooled, and the solvent removed
under vacuum. The residue was extracted with 3x20 mL boiling hexane, each
extract being poured off from the insoluble residue. Pooling and cooling these
extracts yielded 1.5 g of 2,4-dimethoxy-3-(methylthio)benzaldehyde as an off-
white crystalline solid with a mp of 67-69 deg C. Recrystallization from
either MeOH or cyclohexane tightened the mp, but lowered it to 67-68 deg С and
66-67 deg C, resp. Anal. (Ci0Hi2O3S) C,H.
To a solution of 1.3 g 2,4-dimethoxy-3- (methyl thio) benzaldehyde in 60 mL
nitromethane there was added 0.3 g anhydrous ammonium acetate and the mixture
was heated at reflux for 3 h. The hot solution was decanted from a little
insoluble material, and the excess nitromethane was removed under vacuum.
The residue dissolved in 10 mL hot MeOH. On cooling, yellow crystals of 2,4-
dimethoxy-3-methylthio-beta-nitrostyrene were obtained which were removed by
filtration and air-dried, and weighed 0.9 g. The mp was 130-133 deg С and
could be improved to 136-137 deg С following recrystallization from MeOH (10
g/g) . Anal. (CnHi3N04S) C,H.
A well-stirred solution of 0.6 g LAH in 10 mL anhydrous THF was cooled to 0
deg С under He. There was added, dropwise, 0.4 mL of 100% H2S04, followed by
0.6 g of 2,4-dimethoxy-3-methylthio-beta-nitrostyrene dissolved in a little
THF. Stirring was continued for a few min as the reaction returned to room
temperature, and then it was heated to a reflux for 5 min on the steam bath.
The reaction was cooled again, and 25% NaOH was added dropwise until a white
granular precipitate was obtained. This was removed by filtration, and the
filter cake was washed with 2x25 mL Et20. The filtrate was extracted into 25
mL dilute H2S04 which was, in turn, made basic again and extracted with 2x25
mL CH2C12. The extracts were pooled, and the solvent removed under vacuum to
give a residue of crude product. This was distilled from 120-140 deg С at
0.3 mm/Hg yielding 0.25 g of a clear white oil. This was dissolved in 5 mL
IPA, neutralized with about 3 drops of concentrated HC1, and diluted with 15
mL anhydrous Et20. Scratching with a glass rod instigated crystallization of
bright white solids which were filtered, washed with Et20, and air dried.
The weight of 2,4-dimethoxy-3-methylthiophenethylamine hydrochloride (3-TIM)
was 0.2 g and the mp was 204-206 deg С with decomposition. This
hydrochloride appeared to be a hemihydrate. Anal. (CnHi8ClN02Sal/2 H20) C,H,N.
DOSAGE: greater than 240 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 240 mg) Briefly I thought that there might have
been an alert at the 2 to 3 hour point, but I now think it was nothing.
During the following day I had a mild stomach upset off and on, but I can't
believe that it was connected with 3-TIM.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: Isomescaline itself is not active, but there is
no way of knowing just how "non-active" it really is. If it were to be
active just beyond the levels assayed, then the introduction of a sulfur into
the molecule in place of an oxygen could have increased the potency to where
it might have some effect. The absence of any activity from this TIM, and the
other two TIMs, might well suggest that isomescaline is really very "non-
active," if that makes sense!
#154 4-TIM; 4-THIOISOMESCALINE;
2,3-DIMETHOXY-4-METHYLTHIOPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: The mother liquors from the initial crystallization of the 2-TIM
nitrostyrene (see under 2-TIM) was the source and raw material for all 4-TIM
chemistry. Once the bulk of the 2-TIM nitrostyrene has been removed, these
mother liquors could be processed to give the 4-TIM nitrostyrene. The easier
procedure was to evaporate these mother liquors to a residue under vacuum,
and hope for a spontaneous crystallization. If this failed, flash
chromatography could be used. For reference purposes, the three nitrostyrenes involved
in the 2-TIM/4-TIM problem movedon silica gel TLC with CHC13 solvent in the
following manner: 2,3-dimethoxy-4-methylthio-beta-nitrostyrene (leading to 4-
TIM) , Rf = 0.61; 3,4-dimethoxy-2-methylthio-beta-nitrostyrene (leading to 2-
TIM), Rf = 0.54; and 3,4-dimethoxy-beta-nitrostyrene (leading to DMPEA), Rf =
0.47. For flash chromatography, a small portion of the residue from the
mother liquor was dissolved in CHC13, and placed on a silica gel column.
CHCI3 was used as the eluding solvent. The first material breaking through
from the column was the 4-TIM nitrostyrene and on evaporation of this
fraction, seed was obtained as gold-colored crystals that had a mp of 71-73 deg
C. This, when added to the residues from the described 2-TIM synthesis
nitrostyrenes, started the crystallization process. The gummy solid that was
produced was triturated under MeOH, and the crystals so revealed were removed
by filtration. Recrystallization from 10 mL MeOH gave 1.9 g of solids. A
second recrystallization from 5 mL MeOH provided 0.7 g of pumpkin-colored
crystals of 2,3-dimethoxy-4-methylthio-beta-nitrostyrene with a mp of 70-71
deg С.
A solution of 1.2 g LAH in 20 mL anhydrous THF was cooled to 0 deg С under
He and stirred. There was added, dropwise, 0.8 mL of 100% H2SO4, followed by
0.9 g of 2,3-dimethoxy-4-methylthio-beta-nitrostyrene dissolved in 20 mL THF.
Stirring was continued for a few min as the reaction returned to room
temperature, and then it was heated to a reflux for 5 min on the steam bath.
The reaction was cooled again, EtOAc was added to destroy the excess hydride,
followed by 25% NaOH added dropwise until a white granular precipitate was
obtained. This was removed by filtration, and the filter cake was washed
with 2x35 mL Et20. The filtrate was extracted into 50 mL dilute H2SO4 which
was washed with Et20 and, in turn, made basic again and extracted with 2x50
mL CH2CI2 • The extracts were pooled, and the solvent removed under vacuum to
give a residue of crude product. This distilled cleanly from 100-115 deg С
at 0.3 mm/Hg yielding 0.45 g of a clear white oil. This was dissolved in 6
mL IPA, neutralized with 5 drops of concentrated HC1, and diluted with 25 mL
anhydrous Et20. There was a deposition of white solids which were removed by
filtration, washed with Et20, and air dried. The 2,3-dimethoxy-4-
methylthiophenethylamine hydrochloride so obtained (4-TIM) weighed 0.3 g and
contained a molecule of H20 of crystallization. The mp was 212-213 deg C.
Anal. (CiiHi8ClN02SaH20) C,H,N.
DOSAGE: greater than 160 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 160 mg) Everything seemed normal. Pulse was
under 80, there was nothing with eyes-closed, my appetite was normal. The
compound was completely inactive.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: There has been much noise made about the
effectiveness of an unusual substitution group at the 4-position of the pheneth-
ylamine molecule. Here is a methylthio group at this position, and it is an
inactive compound. I was just a little bit surprised.
#155 3-TM; 3-THIOMESCALINE; 3,4-DIMETHOXY-5-METHYLTHIOPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: To an ice cold and well stirred solution of 15 g vanillin and 20
g sodium thiocyanate in 150 mL acetic acid there was added, dropwise over the
course of 15 min, a solution of 16 g elemental bromine in 40 mL acetic acid.
This was followed by the addition of 30 mL of 5% HC1 and 300 mL EtOH, and
stirring was continued for an additional 30 min. The mixture was heated to
its boiling point, and filtered while hot. The mother liquor was diluted
with an equal volume of H2O, which initiated the crystallization of crude 5-
formyl-7-methoxy-2-oxo-l,3-benzoxathiole as a flocculant yellow solid. On
filtration and air-drying, this weighed 12.5 g. After recrystallization from
EtOH, the product was white and had a mp of 164 deg С sharp.
A suspension of 12.5 g of crude 5-formyl-7-methoxy-2-oxo-l,3-benzoxathiole
in 100 mL MeOH containing 28.4 g methyl iodide was treated with a solution of
12 g NaOH in 100 mL warm MeOH. The mixture was held at reflux for 1 h and
then the solvents were removed under vacuum. A solution of 14.2 g methyl
iodide in 100 mL DMSO was added and the mixture stirred for 1 h. An additional
2.4 g of NaOH and 16 g methyl iodide were added, and the stirring was
continued for another 2 h. The reaction mixture was poured into 800 mL H20,
acidified with HC1, and extracted with 3x75 mL CH2CI2. The pooled extracts were
washed with 5% NaOH, then water, and the solvent removed under vacuum.
Distillation at 110-130 deg С at 0.4 mm/Hg gave 0.9 g 3,4-dimethoxy-5-
(methylthio)benzaldehyde which had a mp of 57-58 deg С after crystallization
from EtOH. Anal. (Ci0Hi2O3S) C,H.
A solution of 0.9 g 3,4-dimethoxy-5-(methylthio)benzaldehyde in 100 mL
nitromethane containing 0.5 g anhydrous ammonium acetate was held at reflux for
4 h. The excess nitromethane was removed under vacuum, and the deep brown
residue was dissolved in 4 mL hot MeOH. On cooling, the yellow crystals were
removed by filtration, washed with cold MeOH and air dried yielding 0.4 g
yellow crystals of 3,4-dimethoxy-5-methoxy-beta-nitrostyrene, with a mp of
119.5-120.5 deg С after recrystallization from EtOH. Anal. (CnHi3N04S) C,H.
To a solution of 1.0 g LAH in 25 mL anhydrous THF under He, cooled to 0 deg
С and vigorously stirred, there was added, dropwise, 0.7 mL of 100% H2S04,
followed by a solution of 0.7 g 3,4-dimethoxy-5-methylthio-beta-nitrostyrene
in 10 mL anhydrous THF. The mixture was brought briefly to a reflux, cooled
again, and the excess hydride destroyed with H20 in THF, followed by the
dropwise addition of 15% NaOH until the solids became white and granular.
The solids were removed by filtration, the filter cake washed with THF, the
mother liquor and filtrates combined, diluted with an equal volume of Et20,
and extracted with 2x40 mL dilute H2S04. The aqueous extracts were combined,
washed with Et20, made basic with aqueous NaOH, and extracted with 2x50 mL
CH2C12. The solvent was removed from these extracts and the residue
distilled to provide 0.4 g of a white oil boiling at 124-130 deg С at 0.2 mm/Hg.
This oil was dissolved in 8 mL IPA, neutralized with concentrated HC1, and
diluted with 30 mL anhydrous Et20. The white crystalline product was the
monohydrate of 3,4-dimethoxy-5-methylthiophenethylamine hydrochloride (3-TM)
which melted at 167-168 deg С and weighed 0.29 g. Anal. (CnHi8ClN02SaH20)
C,H,N.
DOSAGE: 60 - 100 mg.
DURATION: 8 - 12 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 80 mg) I went into the experience with the
question of whether it (3-TM) might be a writing aid. I found a considerable
color enhancement (this was at the one hour point) and there seems to be no
problem in writing physical words. But there is no urge to, as there are no
new things. This is progressing into something more complex and there is an
interesting shielding effect. I still have the desire to write and I sense
that many things are going on underneath, but my conscious control suppresses
their availability. It is now the third hour. Music. I would like to try
this material at 100 milligrams. Now awareness seems much more pointed. I
have need to build a writing table. This material is physically relaxing,
insisting repose, but with conflicting energy. Seated in a chair, but I seem
unable to find a comfortable position in order to write.
"Pine trees seem a good place
To start. Notwithstanding this table
Of pine, unfinished, unruled,
The pulp upon which we reveal
The unnerved thoughts.
How casual we are at discarding
Our feelings, a rubble we
Leave behind for the living.
Who among us can absorb
The spiritual load we see as
What others carry."
This material is not poetic, I should say, does not enhance poetry, prose
is much more comfortable. I think I should let the experience develop
further. It is now the fifth hour. There is something of a violence
(emotional) suppressed in all of us, a socially repressed vision of oneself in a
direct conflict with oneself. The music has a lot to do with this material.
And it changes with time. In the first part there is sublimity, peaceful-
ness, mild intoxication. And a lot more tension in the part that followed
the four hour point. There the territories seem much better defined, with
the benign shielding of the first half largely dissipated. I have developed
a slightly irritated view of myself, probably wanting once again to regain
the serenity.
(with 80 mg) Delightful day. Not insight depth but persistent feeling of
pleasant good humor. It is good-natured and very verbal. Everyone talked and
the instinct was to express and comment on everything. There were no visuals
during the first three to four hours Q with the eyes open one could barely
detect the intoxication. Eyes closed Q quiet lovely window, no images. About
+2. And then someone brought in a radio with music on, into the room. There
was a tremendous eruption of closed-eyes visual images and fantasy. Bright
colors, funny, rich and elaborate. Marvelous. I was suddenly at +3. Next
day, no hangover. Pleasant feeling persisted.
(with 100 mg) I found the day had two halves. The first few hours were
characterized by occasional defensiveness (paranoia) and irritability. In
interpersonal interactions there was a guardedness, due to a feeling of
vulnerability. I went off by myself, and with eyes closed, there was rich
imagery and color synthesis to musical imput. And then things smoothed out,
and I could express an easy flow of ideas and concepts without always
watching my step. And then all too soon, the intensity of the experience began
fading away.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: The amphetamine which would correspond with this
base would be 3,4-dimethoxy-5-methylthioamphetamine (3-T-TMA) and should be
an active compound. Its synthesis should be straightforward from the
benzaldehyde described above, employing nitroethane rather than nitromethane. It
is apparently an unknown compound.
#156 TM; 4-TM; 4-THIOMESCALINE;
3,5-DIMETHOXY-4-METHYLTHIOPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A solution of 24.2 g N,N,N',N'-tetramethy1ethylenediamine and
27.6 g of 1,3-dimethoxybenzene was dissolved in 400 mL anhydrous hexane.
This was stirred vigorously under a N2 atmosphere and cooled to 0 deg С with
an external ice bath. There was added 125 mL of 2.0 M butyllithium in
hexane. The stirred reaction mixture became yellow and sludgy, and was briefly
warmed back to room temperature to allow easy stirring. After cooling again
to 0 deg C, there was added 18.8 g of dimethyl disulfide which converted the
viscous yellow phase to a loose white solid. Stirring was continued while
the reaction mixture was brought up to room temperature, and then all was
added to 2 L of dilute H2SO4. There was the immediate formation of a white
cystalline solid which was removed by filtration, sucked relatively free of
water, and recrystallized from 50 mL of boiling MeOH. There was thus
obtained 18.9 g of 2,6-dimethoxythioanisole as white crystals with a mp of 81-
82 deg C. Extraction of the aqueous filtrate with 2x50 mL CH2CI2 and removal
of the solvent under vacuum gave a residue which, when combined with the
mother liquors from the MeOH crystallization, afforded an additional 3.3 g
product with a mp 77-79 deg C.
To a stirred solution of 18.9 g of 2,6-dimethoxythioanisole in 200 mL
CH2CI2 there was added 16 g elemental bromine dissolved in 75 mL CH2CI2. The
initial dark red color gradually faded to a pale yellow color and there was a
copious evolution of HBr. The solvent was removed under vacuum leaving 27.5
g of a pale yellow residual oil. This was distilled at 118-121 deg С at 0.25
mm/Hg to yield 3-bromo-2,6-dimethoxythioanisole as a white oil weighing 25.3
g. Crystallization from hexane provided white crystals with a mp of 30-30.5
deg C. Anal. (C9HnBr02S) C,H.
To a solution of 19.3 g diisopropylamine in 150 mL anhydrous THF that was
stirred under a N2 atmosphere and cooled to -10 deg С with an external
ice/MeOH bath, there was added in sequence 83 mL of 1.6 M butyllithium in
hexane, 4.4 mL of dry CH3CN, and 11.6 g of 3-bromo-2,6-dimethoxythioanisole
(which had been dissolved in a little anhydrous THF). The turbid reaction
mixture gradually developed color, initially yellow and progressively
becoming orange and finally a deep red brown. Stirring was maintained for a total
of 20 min, and then the reaction mixture was poured into 1 L H20 that
containing 10 mL concentrated H2SO4. This was extracted with 3x75 mL CH2CI2,
these extracts pooled, washed with dilute H2S04 followed by saturated brine,
and the solvent was removed under vacuum yielding 8.7 g of a viscous oil as a
residue. This was distilled at 0.11 mm/Hg yielded two fractions. The first
boiled at 115-125 deg С and weighed 3.8 g. This material set to an oily
crystalline mass which was filtered, washed with cold MeOH and then recrys-
tallized from MeOH. The white solids had a mp of 60-63 deg С and were not
the desired product. This material has not yet been identified. The second
fraction came over at 150-180 deg C, weighed 1.8 g and spontaneously
crystallized. It was triturated under cold MeOH and filtered yielding, after air
drying, 1.1 g 3,5-dimethoxy-4- methylthiophenylacetonitrile, which had a mp
of 95-96.5 deg C. Anal. (CnHi3N02S) C,H.
A suspension of 1.0 g LAH in 40 mL anhydrous THF under N2 was cooled to 0
deg С and vigorously stirred. There was added, dropwise, 0.7 mL 100% H2SO4,
followed by 1.2 g 3,5-dimethoxy-4 -methyl thiophenylacetoni trile in 10 mL
anhydrous THF. The reaction mixture was stirred at 0 deg С for a few min,
then brought to room temperature for 1 h, and finally to a reflux for 30 min
on the steam bath. After cooling to room temperature, there was added 1 mL
H20 in 5 mL THF to destroy the excess hydride, followed by 3 mL of 15% NaOH
to bring the reaction to a basic pH, and finally 2 mL H20 which converted the
aluminum oxide to a loose, white, filterable consistency. This was removed
by filtration, and washed with THF. The filtrate and washes were stripped of
solvent under vacuum, the residue was dissolved in 200 mL CH2CI2, and this
was extracted with 3x100 mL diute H2SO4. These extracts were pooled, washed
with CH2C12, made basic with 25% NaOH, and extracted with 3x100 mL CH2C12.
After combining, the solvent was removed under vacuum providing 1.2 g of a
colorless oil as a residue. This was distilled at 122-132 deg С at 0.05
mm/Hg to give a colorless oil. This was dissolved in 8 mL of IPA,
neutralized with concentrated HC1 and, with continuous stirring, diluted with
100 mL anhydrous Et20. The product was removed by filtration, washed with
Et20, and air dried to give 0.95 g. 3,5-dimethoxy-4-methylthiophenethylamine
hydrochloride (4-TM) as spectacular white crystals with a mp of 193-194 deg
C. Anal. (CnHi8ClN02S) C,H.
DOSAGE: 20
- 40 mg.
DURATION: 10 - 15 h.
QUANTITATIVE COMMENTS: (with 25 mg) I was first aware of any effects as I
was sitting in back of the house on a big fluffy pillow. The sun was warm
and the grass tall and green, but I felt strange inside. There was distinct
uterine cramping, and I could not find a comfortable position for sitting.
The others had gone out to the garden leaving me here. It seemed that
walking might relieve the physical discomfort, so I went to find them. Walking
was easy, but I was a little light-headed and I had to watch my steps with
care. They were not there (we had passed on opposite sides of the house) and
I returned in some haste to my warm nest behind the house to find my pillow
gone. A strange detail, but it perhaps gave me the flavor for my day. The
pillow was for me. It was gone. My place was gone. Therefore I am gone. I
am dead and yet I can see and think. The small touch of panic at finding
myself dead dispelled any internal concerns and I ran inside to find the
others; they had brought my pillow in. I was alive again, but the entire day
balanced between the alive unreality and the illusion that I was something
removed and merely watching the surrounding alive unreality. Everything that
happened was completely unlikely.
Like the soup scene. We decided that some hot soup would be welcome, and
so R. brought out three cans of Campbell soup for the three of us. But one
was cream mushroom, one asparagus, and one tomato. The discussion as to how
to use two cans only, which two, without mixing, and even how to decide to
decide was totally beyond any of us. The situation was hopelessly unresolv-
able, hilariously funny, and distinctly schizophrenic.
Or like the kite scene. We were returning from a short walk to the back of
the property, and I spotted a red thing in the parking area. It had not been
there before. None of us could identify it from this distance, and we
speculated wildly as to what it was, as we came closer. And at the last approach,
we found that there was loose string everywhere about the driveway, all part
of a downed kite. The red object had apparently fallen from the sky, right
here in front of the garage. There had been no sounds of voices of kite-
flyers, and there was no one to be seen in any direction. And then one of us
spotted a sheet of paper, torn to the center where there was a small hole,
and it was flattened up against the kite. There was a message. Apparently
whoever had been flying it had put a message on the string, and let the wind
take it up to the kite itself. I reached for the sheet of paper, and removed
it. Nothing on either side. The message was that there was no message.
Exactly out of Marshall McLuhan. Completely appropriate for this particular
day.
That evening we were to be picked up by my friends for dinner. Choosing
what to wear, how to dress myself, how to adjust my persona to fit other
people, all this was chaotic. Somehow the dinner succeeded, but I was able to
flip in and out of the immediate company easily, but not completely
voluntarily. Sleep was com-fortable that night, and I feel that the entire day had
been very intense, not too much fun, but somehow quite rewarding.
(with 30 mg) At the one and a half hour point, I was reminded more than
anything of LSD, with a distinct feeling of standing just a few feet to the
right of ordinary reality. There has been a mild tremor ever since the first
effects were evident, but it doesn't bother me except to make my handwriting
uncertain. I would not want to double this level. Suddenly the concept of
my 5:30's swept over me. I had a penetrating view of myself as a person who
had become invested in a pattern of behavior that I had succumbed to, to come
home and complete my day with a transition from the work-world to the home-
world, by changing the inside clock at 5:30. My wife had been my 5:30 for
nearly 30 years and this had been my tacit agreement with her. Never
questioned, never challenged, and certainly never violated. And with her death,
I have found myself imposing this same 5:30-ness on myself, as some form of
an emasculating pattern that is comfortable and stable. No, it is not
comfortable, it is simply the course of the least thought and the least
disruption. If I were to meet someone else, would I have such a negative image of
myself that I would expect her to become my 5:30 so as not to have to disrupt
these tired and comfortable patterns? That would be completely unfair to
this other person. And I can see where it is completely destructive to me.
No new person should ever have to play my wife's old role. I need never
again play my old role. And I won't.
(with 30 mg) At 2:20 PM I ingested 30 mg of TM. It had a mildly alkaloid
taste. Since the afternoon was warm, I took a two mile walk with the dog,
and with my two companions K.T. and T.T., both also with 30 mg. We talked
without any difficulty even after the onset of the first signs of effect.
The major emotional and physical effects came on very gradually and quite
pleasantly as we sat in the patio. But soon we all grew chilled, and put on
more clothing. Nothing really helped the inward chill, and we were to
discover that it stayed with us throughout the ex-perience. At 3:30 we went
inside where the room temperature was set at 70 degrees, and we all lay down.
I launched into an engrossing, somewhat chaotic and erotic reverie, that
followed no linear progression, but which lasted perhaps an hour. The ease of
talking surprised me; the content was cogent and I felt myself to be
articulate. It dawned on me after about two hours had gone by, that the height of
the experiment had already passed without any real exhilaration on my part.
But my companions suggested that my expectations from the past had been
misleading me and, as time went on, they proved to be correct. The clarity and
the continued ability to talk, especially with K.T. on a personally difficult
topic, were for me the particular genius of this material. When I went
inward, which I could do without effort, the sensations were neutral in affect
but restful in some way. But coming out was entirely lucid and pleasant. I
soon found that I preferred this. I enjoyed a light supper at 8:30 and found
the dropoff gentle, and the conversation most amiable until we separated at
1:00 AM. Sleep did not come until 3:00 AM and then only after 10 mg Librium
to quell the active mental processes. The next day I awoke around 8:30 AM
feeling languid but cheerful.
(with 40 mg) For quite a while there was some physical concern. Not actual
nausea but a generalized uneasiness, with a distinct body tremor. There was
little urine produced (500 mL in 18 hours), and I felt the need to search out
fluids. There was mild intestinal cramping. I found that my thoughts were
able to go in several directions at once, but since they stayed nowhere long
enough to structure anything, this was more annoying than constructive. I
saw this as a reality shell about me like a Möbius strip, continuous,
yet with no consistent side being presented. I was reminded of a similar
place with DOB, some few years ago. While lying down with eyes closed, I
found the imagery to be very impressive, but my thought processes were quite
convoluted and disjointed. Some were most interesting, and some were ugly.
I cannot see this as a party drug.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: The dosage range has been broadened to include
the 20 milligram level, in that several subjects found that even with that
small amount there was difficulty in walking and in keeping one's
equilibrium. Walking was described as a floating procedure, and one could tilt to
one side or the other if care was not taken. Anorexia was occasionally
noted, and most people commented on some degree of anesthesia to touch.
All in all, this drug evoked a mixed bag of responses. The most startling
and unexpected property was the dramatic increase in potency over the parent
prototype, mescaline. The substitution of a sulfur atom for an oxygen atom
increased the power of the drug some ten-fold, without any apparent decrease
in complexity of action. As there were many materials that were outgrowths
of mescaline with the studies of ethyl this and diethyl that, each and all of
these would be interesting candidates for synthesis with this or that oxygen
atom replaced with sulfur. Most of these have been made, and many of them
have proven to be interesting.
What is meaning of the phrase, "sulfur-for-oxygen replacement?" Let me try
to explain it for non-chemists.
One of the most exciting bits of architecture in science is the Periodic
Table. The principles of electrons and orbitals and different counts of
protons in a nucleus gets to be a complex story to try to explain the grid-like
structure of the arrangements of atoms. It is easier to simply give the
music. And this melody goes: As you look across a row, elements are simple in
their binding arrangements on the left, become more complex towards the
center where they kind of change polarity, and then get progressively simple
again but with the opposite charge as you approach the right-hand side.
And when you look at a column from top to bottom, the bonding complexity
stays pretty much the same but the atom gets more and more massive as you go
down the column.
The combinations of atoms from the Periodic Table, by and large, is the
province of the inorganic chemist. Take one of this, and two of that, and
the combination is called a salt, or a complex, or an adduct, and probably
has interesting colors, and may even be found in nature as part of a rock
somewhere, or coming out of the vent of a volcano.
But if one were to look at just four elements, three in the middle right of
the first row, namely carbon, nitrogen and oxygen, and the one up there at
the top and the lightest of all, hydrogen, you would find quite a different
story. These can be combined in an infinity of ways since there can be
dozens of atoms hooked to one-another; this is the territory of the organic
chemist, and this is the chemistry of life. With a few exceptions, every
molecule within the body, and the food that maintains the body, and the drugs
that affect the body, are made up of a bunch of carbons, and an occasional
oxygen or two, usually a nitrogen somewhere, and all the remaining loose ends
satisfied with hydrogen atoms.
Almost every drug that is to be found in this book is nothing more than a
different arrangement of atoms of these four elements.
This compound, thiomescaline, is a byway that takes advantage of one of
those vertical columns. Directly below the element oxygen, there is found
sulfur, which has much the same binding complexity, but is twice as massive.
The prototype of all the phenethylamine drugs being discussed in this book is
mescaline, a very simple compound containing these basic four elements of
life and pharmacology; it contains eleven carbon atoms, three oxygen atoms,
one nitrogen atom, and there are a total of seventeen hydrogen atoms required
to balance the books. One of the oxygen atoms holds a central position, and
the other two are reflections of one another and cannot be distinguished
chemically. The structure of thiomescaline is generated by plucking out that
central oxygen atom of mescaline, and putting a sulfur atom back in its
place. The definition of the term "thio" is quite simple Q it means a sul-
fur-in-place-of-an-oxygen, with everything else left alone. It is a little
awe-inspiring to think that every oxy anything can have a thio something as a
spatially similar analogue. And there are a lot of oxy things in the body
and in the medicine cabinet. A number of them are discussed in this book.
#157 TMA; 3,4,5-TRIMETHOXYAMPHETAMINE
SYNTHESIS: To a solution of 39.2 g 3,4,5-trimethoxybenzaldehyde in 30 mL
warm EtOH there was added 15.7 g nitroethane followed by 1.5 mL n-butylamine.
The reaction mixture was allowed to stand at 40 deg С for 7 days. With
cooling and scratching, fine yellow needles were obtained which, after removal by
filtration and air drying, weighed 48 g. Recrystallization from EtOH gave 2-
nitro-1-(3,4,5-trimethoxyphenyl)propene as yellow crystals with a mp of 94-95
deg C. Anal. (C12H15NO5) C,H,N. Alternatively, a solution of 20 g of the
aldehyde in 75 mL nitroethane was treated with 4 g anhydrous ammonium acetate
and heated on the steam bath until a deep red color had been generated.
Removal of the excess solvent/reagent under vacuum gave a red oil which was
dissolved in an equal volume of boiling MeOH. On cooling, yellow crystals of
the nitropropene separated. Recrystallization from MeOH gave, after air
drying to constant weight, 13.0 g with the same mp.
Under an inert atmosphere, 38 g LAH was wetted with 100 mL anhydrous Et20,
and then suspended in 1 L dry THF. This was brought up to a gentle reflux,
and there was added, slowly, a solution of 43.7 g 2-nitro-l-(3,4,5-
trimethoxyphenyl)propene in 160 mL THF. Refluxing was continued for 36 h,
and then the reaction mixture was cooled with an external ice bath. The
excess hydride was destroyed by the cautious addition of 38 mL H20, and this
was followed by 38 mL 15% NaOH, and finally another 114 mL H20. The
inorganic salts which should have ended up as a loose, granular, easily
filterable mass, looked rather like library paste, but they were filtered
nonetheless. Washing with THF was attempted, but it was not efficient. The combined
filtrate and washes were stripped of solvent under vacuum giving 31.5 g of
the crude base as an amber oil. This was dissolved in 140 mL IPA,
neutralized with concentrated HC1 (15 mL was required), and diluted with 650 mL
anhydrous Et20. There was an initial oily phase which on continued stirring
changed to pale pink solids. These were finely ground under CH3CN to give
15.2 g of 3,4,5-trimethoxyamphetamine hydrochloride (TMA) as white crystals
that melted at 195-211 deg C. All aluminum salts from everywhere were
dissolved in dilute HC1, and 1 Kg of potassium sodium tartrate was added. There
as added 25% NaOH allowed the pH to bring the pH to >9 without the precipita-
tion of basic alumina. Extraction of this phase with CH2CI2 was followed by
removal of the solvent and salt formation as described above, allowed the
isolation of an additional 6.4 g TMA. The product prepared in this manner
contains some 10-15% 3,5-dimethoxy-4-hydroxyamphetamine as an impurity. A
solution of 20 g of the TMA made in this manner in 200 mL 5% NaOH was
extracted with 2x200 mL CH2CI2. The pooled extracts were washed with 4x100 mL
5% NaOH, and the aqueous washes were pooled with the original base phase. The
organic phase was stripped of its CH2CI2 under vacuum to give an oil that was
dissolved in 40 mL IPA, neutralized with concentrated HC1, and diluted with
400 mL anhydrous Et20. There was the immediate formation of spectacular
white crystals of pure 3,4,5-trimethoxyamphetamine hydrochloride, weighing
15.4 g and having a mp of 220-221 deg C. The aqueous phase was brought to
neutrality, treated with 10 g potassium di-hydrogen phosphate, brought to pH
9.0 with the careful addition of NaOH, and extracted with 5x100 mL CH2CI2.
Evaporation of the solvent under vacuum gave an oil that spontaneously
crystallized. This product, 3,5-dimethoxy-4-hydroxyamphetamine could be further
purified by sublimation at 130 deg С at 0.2 mm/Hg. It was a white
crystalline solid that slowly discolored in the air. The literature describes a
picrate salt with a mp of 225 deg С from EtOH.
DOSAGE: 100 - 250 mg.
DURATION: 6 - 8 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 135 mg) I had no nausea, although I always
vomit with mescaline. Somehow my personality was divided and exposed, and
this allowed me to understand my psychic structure more clearly. But maybe
others could look in there, too. The psychiatric use of this drug would be
interesting to pursue. It is not completely pleasant, maybe because of this
personal intimacy.
(with 140 mg) There were not the color changes of mescaline there, but
certainly a good humor and an over-appreciation of jokes. The images behind the
eyes were remarkable and tied in with the music, and I became annoyed at
other people's conversations that got in the way. I was out of it in eight
hours. I would equate this to 300 or 350 milligrams of mescaline and I
rather think that I would prefer the latter.
(with 225 mg) There was quite a bit of nausea in the first hour. Then I
found myself becoming emotionally quite volatile, sometimes gentle and
peaceful, sometimes irritable and pugnacious. It was a day to be connected in one
way or another with music. I was reading Bernstein's 'Joy of Music' and every
phrase was audible to me. On the radio, Rachmaninoff's 2nd piano concerto on
the radio put me in an eyes-closed foetal position and I was totally involved
with the structure of the music. I was suspended, inverted, held by fine
filigreed strands of the music which had been woven from the arpeggios and
knotted with the chords. The commercials that followed were irritating, and
the next piece, Slaughter on Fifth Avenue, made me quite violent. I was told
that I had a, 'Don't cross me if you know what is good for you,' look to me.
I easily crushed a rose, although it had been a thing of beauty.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: TMA was the very first totally synthetic
psychedelic phenethy1amine that was found to be active in man, for which there had
been any attempt to describe such drug effects in any detail. This was the
report of research done in Canada, and it appeared in 1955, six years before
my own report on the material. There was an earlier report on TMPEA which is
mentioned in the appropriate recipe, but there were few details given. Also
there had been interest in reports that adrenalin that had become old and
discolored seemed to elicit central effects in man. The oxidation products
were identified as the deeply colored indolic compound adrenochrome and the
colorless analogue adrenolutin. The controversy that these reports created
just sort of died away, and the adrenochrome family has never been accepted
as being psychedelic. No one in the scientific community today is looking in
and about the area, and at present this is considered as an interesting
historical footnote. But, in any case, they are not phenethylamines and so not
part of this book.
The Canadian studies with TMA involved the use of a stroboscope as a tool
for the induction of visual phenomena. These experiments used levels in the
50-150 milligram range, and generally employed pre-treatment with Dramamine
for the successful prevention of nausea. There was reported giddiness and
light-headedness, and some remarkable flash-induced visualizations. With
higher levels, the visual syntheses are present without external stimulation.
But there is a thread of negativity that seems to pervade the experience at
these higher levels, and the appearance of a publication that emphasized the
possible antisocial nature to TMA seemed to discourage further medical
exploration. Military interest was maintained however, apparently, as TMA became
a part of the chemical warfare studies where it was referred to with the code
name EA-1319. It had been used in human trials with psychiatric patients,
but no details of these experiments have been published.
The presence of a potentially active impurity in TMA deserves some comment.
In the Canadian work, the material used was described as melting at 219-220
deg C, which is the property given for the impurity-free material above. If
this was the actual material used in those studies, this impurity (3,5-
dimethoxy-4-hydroxyamphetamine) was probably not present. The Army studies
use a material of unreported melting point. In my own studies, the lower
melting product was used. There is an intriguing and unanswered question:
what contribution did this phenolic component make to the nature of the
observed effects of TMA? Assays on the isolated contaminant could answer that,
but they have not yet been made.
There is an old saying that has gotten many people into trouble: "If one is
good, then two is better." And if a statement of the measure of worth of a
compound can be made from its potency, then TMA is a step in the right
direction. And this was a chemically simple direction to follow further. Looking
at mescaline as a compound with no carbons on its side-chain, and TMA as a
mescaline molecule with one carbon on its side chain, then what about a
compound with two carbons there, or three, or nine carbons?
Using this pattern of naming, TMA can be seen as alpha-methylmescaline, or
AMM. And the two carbon homologue would be alpha-ethyl mescaline, or AEM.
Its proper name is 2-amino-l-(3,4,5-trimethoxyphenyl)butane. It and its
several higher homologues are discussed in a separate recipe entry called AEM
(#1) .
A final comment. But maybe a long one! Elsewhere, I have made comparisons
between myristicin and MMDA, and between safrole and MDA. And here there is a
similar parallel between elemicin and TMA. What are these relationships
between the essential oils and the amphetamines? In a word, there are some ten
essential oils that have a three carbon chain, and each lacks only a molecule
of ammonia to become an amphetamine. So, maybe these essential oils, or
"almost" amphetamines, can serve as an index for the corresponding real
amphetamine counterparts. I had originally called this family the "natural"
amphetamines, but my son suggested calling them the "essential" amphetamines,
and I like that. At the time that I had synthesized TMA, back there in the
'50s, I had the impulse to explore this body of Essential Amphetamines. As
the old folk-wisdom says: "Nature is trying to tell us something."
One of the banes of the archivist is having to choose one pattern of
organization over another. The book store owned by a language scholar will
have the German poets and playwrights and novelists here, and the French ones
over there. Next door, the book store is run by a letters scholar, and the
poetry of the world is here, and the plays of the world are there, regardless
of the language of origin. The same obtains with spices, and essential oils,
and amphetamines. The spice cabinet is a rich source of chemical treasures,
each source plant containing a host of corn-pounds, some of which are true
essential oils. And the next spice from the next plant has some of the same
components and some new ones. Does one organize by plant (spice or herb) or
by essential oil (amphetamine)? Let's do it by the ring substitution pattern
of the amphetamine, and gather the spices and oils as a secondary collection.
(1) The 4-methoxy pattern. The pivotal essential oil is 4-allylanisole, or
methyl chavicol, or estragole (called esdragol in the old literature). This
allyl compound is found in turpentine, anise, fennel, bay, tarragon, and
basil. Its smell is light, and reminiscent of fennel. The propenyl analogue
is called anethole, or anise camphor, and it is found in both anise and
camphor. It is a waxy solid, and has a very intense smell of anise or fennel.
At low concentrations, it is sweet, as in magnolia blossoms, where it is also
found. The drinks that turn cloudy with water dilution (Pernod-like
liqueurs, and ouzo and roki), are heavy with it, since it was the natural
flavoring in the original absinthe. That drink was very popular in the last
century, as an intoxicant which produced an altered state of consciousness
beyond that which could be ascribed to alcohol alone. It contained wormwood,
which proved to be neurologically damaging. The flavorings, such as
anethole, are still big things in synthetic liqueurs such as vermouth. Old
anethole, when exposed to air and light, gets thick and sticky and yellowish,
and becomes quite disagreeable to taste. Maybe it is polymerizing, or maybe
oxidizing to stuff that dimerizes. Whatever. These changes are why old
spices in the cabinet are best discarded. And adding ammonia to any of these
natural product oils produces, in principle, 4-methoxyamphetamine, 4-MA.
(2) The 3,4-dimethoxy pattern. The main actor here is methyleugenol, or 4-
allyl-1,2-dimethoxybenzene. This is located in almost every item in the
spice cabinet. It is in citronella, bay (which is laurel, which is myrtle),
pimiento, allspice, pepper, tree-tea oil, and on and on. It has a faint
smell of cloves, and when dilute is immediately mistaken for carnations. The
propenyl analogue is, not unreasonably, methylisoeugenol, a bit more scarce,
and seems to always be that little minor peak in any essential oil analysis.
The compounds missing that methyl group on the 4-oxygen are famous. The
allyl material is eugenol, 4-allylguaiacol, and it is in cinnamon, nutmeg,
cloves, sassafras and myrrh. You taste it and it burns. You smell it and
think immediately of cloves. And its property as an anesthetic, in the form
of a clove, is well known in the folk-treatment of toothaches. Actually,
flowers of clove (the gillyflower, like the carnation) are the small, pointy
things that decorate baked hams and, when stuck into apples, make pomander
balls. This anesthetic property has recently led to a drug abuse fad, called
clove cigarettes. Very strong, very flavorful, and very corrosive things
from Southeast Asia. The eugenol that is present numbs the throat, and allows
many strong cigarettes to be smoked without pain. The propenyl analogue is
isoeugenol, with a smell that is subtle but very long lasting, used more in
soaps and perfumes than in foods. The amine addition to the methyleugenol
world produces 3,4-dimethoxyamphetamine, or 3,4-DMA. The isomer with the
other methyl group missing is chavibetol (3-hydroxy-4-methoxyallylbenzene)
and is found in the pepper leaf that is used with betel nut. A couple of
positional rearrangement isomers of methyleugenol are known in the plant
world. The 2,4-isomer is called osmorrhizole, and the conjugated form is
isoosmorrhizole or nothosmyrnol; both are found in carrot-like vegetables.
They, with ammonia, would give 2,4-DMA. And the 3,5-dimethoxyallylbenzene
isomer from artemisia (a pungent herb commonly called mugwort) and from sage,
would give rise to 3,5-DMA. This is an unexplored isomer which would be both
an antidote for opium as well as a stimulant, if the classical reputation of
mugwort is transferred to the amphetamine.
(3) The 3,4-methylenedioxy pattern. One of the most famous essential oils
is safrole, or 4-allyl-l,2-methylenedioxybenzene. This is the mainstay of
sassafras oil, and it and its conjugated isomer isosafrole have a smell that
is immediately familiar: root beer! These are among the most widely
distributed essential oils, being present in most of the spices, including the
heavies such as cinnamon and nutmeg. I am not aware of the 2,3-isomer ever
having been found in nature. Adding ammonia to either would give MDA. (4) The
3-methoxy-4,5-methylenedioxy pattern. The parent compound is myristicin, 5-
allyl-l-methoxy-2,3-methylenedioxybenzene, and the source of this is nutmeg
(or the botanically parallel material, mace) . The nutmeg is the seed of the
tree Myristica fragrans and mace is the fibrous covering of the seed. The
two spices are virtually identical as to their chemical composition.
Myristicin and the conjugated isomer isomyristicin are also found in parsley oil,
and in dill. This was the oil that was actually shown to be converted to
MMDA by the addition of ammonia by passage through an in vitro liver
preparation. So here is the major justification for the equation between the
essential oils and the Essential Amphetamines. Care must be taken to make an
exact distinction between myristicin (this essential oil) and myristin (the
fat) which is really trimyristin or glyceryl trimyristate from nutmeg and
coconut. This is the fat from myristic acid, the C-14 fatty acid, and these
two similar names are often interchanged even in the scientific literature.
(5) The 2-methoxy-3,4-methylenedioxy pattern. This is the second of the
three natural methoxy methylenedioxy orientations. Croweacin is 2-methoxy-
3,4-methylenedioxyallylbenzene, and it takes its name from the binomial for
the plant Eriostemon crowei from the worlds of rue and the citrus plants. It
corresponds to the essential amphetamine MMDA-3a. This oil is found in
plants of the Family Rutaceae. My memories of this area of botany are of
Ruta graveolens, the common rue, whose small leaves smelled to me, for all
the world, like cat urine. This plant has always fascinated me because of a
most remarkable recipe that I was given by a very, very conservative fellow-
club member, one evening, after rehearsal. He told me of a formula that had
provided him with the most complete relief from arthritic pain he had ever
known. It was a native decoction he had learned of many years eariler, when
he was traveling in Mexico. One took equal quantities of three plants, Ruta
graveolens (or our common rue), Rosmarinus officinalis (better known as
rosemary) , and Cannabis sativa (which is recognized in many households simply as
marijuana). Three plants all known in folklore, rue as a symbol for
repentance, rosemary as a symbol of remembrance, and pot, well, I guess it is a
symbol of a lot of things to a lot of people. Anyway, equal quantities of
these three plants are allowed to soak in a large quantity of rubbing alcohol
for a few weeks. Then the alcoholic extracts are clarified, and allowed to
evaporate in the open air to a thick sludge. This then was rubbed on the
skin, where the arthritis was troublesome, and always rubbed in the direction
of the extremity. It was not into, but onto the body that it was applied.
All this from a very conservative Republican friend!
The methoxy-methylenedioxy pattern is also found in nature with the 2,4,5-
orientation pattern. The allyl-2,4,5-isomer is called asaricin. It, and its
propenyl-isomer, carpacin, are from the Carpano tree which grows in the
Solomon Islands. All these plants are used in folk medicine. These two systems,
the 2,3,4- and the 2,4,5-orientations, potentially give rise, with ammonia,
to MMDA-3a and MMDA-2 .
(6) The 3,4,5-trimethoxy pattern. Elemicin is the well studied essential
oil, 5-allyl-l, 2,3-trimethoxybenzene, primarily from the oil of elemi . It
is, like myristicin, a component of the Oil of Nutmeg, but it is also found
in several of the Oils of Camphor, and in the resin of the Pili in the
Philippines. This tree is the source of the Oil of Elemi. I had found a trace
component in nutmeg many years ago that proved to be 5-methoxyeugenol, or
elemicin without the 4-methyl group; it is also present in the magnolia
plant. The aldehyde that corresponds to this is syringaldehyde, and its
prefix has been spun into many natural products. Any natural product with a sy-
ring somewhere in it has a hydroxy between two methoxys. The amphetamine
base from elemicin or isoelemicin would be TMA, the topic of this very
recipe .
(7) The 2,4,5-trimethoxy pattern. There is an essential oil called asarone
that is 2,4,5-trimethoxy-l-propenylbenzene. It is the trans- or alpha-
isomer, and the cis-isomer is known as beta-asarone. It is the isomerization
analogue of the much more rare 1-allyl-2,4,5-trimethoxybenzene, gamma-
asarone, or euasarone, or sekishone. Asarone is the major component of Oil
of Calamus obtained from the rhizomes of Acorus calamus, the common Sweet
Flag that grows wild on the edges of swamps throughout North America, Europe,
and Asia. It has been used as a flavoring of liqueurs and, as almost every
other plant known to man, has been used as a medicine. In fact, in Manitoba
this plant was called Rat-root by the Cree Indians in the Lake Winnipeg area
known as New Iceland, and Indian-root by the Icelandic pioneers. It was used
externally for the treatment of wounds, and internally for most illnesses.
There apparently is no report of central effects. The corresponding pro-
panone, acoramone (or 2,4,5-trimethoxyphenylacetone), is also present in Oil
of Calamus. The styrene that corresponds to asarone is found in a number of
plants, and is surprisingly toxic to brine shrimp. The older literature
describes an allyl-trimethoxy benzene called calamol, but it has never been
pinned down as to structure. The isolation of gamma-asarone or euasarone
from Oil of Xixin (from wild ginger) has given rise to a potential problem of
nomenclature. One of the Genus names associated with wild ginger is Asia-
sarum which looks very much like the name asarone, which comes from the Genus
Acorus. And a second Genus of medical plants also called wild ginger is
simply called Asarum. There is an Asarum forbesi from central China, and it is
known to give a pleasant smell to the body. And there is Asarum seiboldi
which is largely from Korea and Manchuria. It has many medical uses,
including the treatment of deafness, epilepsy, and rheumatism. The amphetamine
that would arise from this natural treasure chest is TMA-2.
(8) The 2,5-dimethoxy-3,4-methylenedioxy pattern. The parent allyl benzene
is apiole (with a final "e") or parsley camphor, and it is the major
component of parsley seed oil. Its conjugated isomer is called isoapiole, and
they are valuable as the chemical precurors to the amination product, DMMDA.
Whereas both of these essential oils are white solids, there is a green oily
liquid that had been broadly used years ago in medicine, called green, or
liquid apiol (without the final "e"). It comes from the seeds of parsley by
ether extraction, and when the chlorophyll has been removed, it is known as
yellow apiol. With the fats removed by saponification and distillation, the
old term for the medicine was apiolin. I would assume that any of these
would give rise to white, crystalline apiole on careful distillation, but I
have never tried to do it. The commercial Oil of Parsley is so readily
available.
(9) The 2,3-dimethoxy-4,5-methylenedioxy pattern. The second of the three
tetraoxygenated essential oils is l-allyl-2,3-dimethoxy-4,5-
methylenedioxybenzene, commonly called dillapiole and it comes, not
surprisingly, from the oils of any of the several dill plants around the world. It
is a thick, almost colorless liquid, but its isomerization product, isodil-
lapiole, is a white crystalline product which melts sharply. This, by the
theoretical addition of ammonia, gives DMMDA-2.
(10) The tetramethoxy pattern. The third and last of the tetra-oxygenated
essential oils, is l-allyl-2,3,4,5-tetramethoxybenzene. This is present as a
minor component in the oil of parsley, but it is much more easily obtained by
synthesis. It, and its iso-compound, and the amination product, are
discussed under the last of theTen Essential Amphetamines, ТА.
One must remember that the term "essential" has nothing to do with the
meaning of needed, or required. The word's origin is essence, something with
an odor or smell. Thus, the essential oils are those oils that have a
fragrance, and the Essential Amphetamines are those compounds that can, in
principle, be made from them by the addition of ammonia in the body.
There were a few interesting experimental trials that were based on these
natural oils. Methoxyeugenol was assayed up to a 10 milligram level, and
asarone at up to a 70 milligram level, and neither had any effects at all.
And, in an attempt to challenge the "oil-to-amphetamine" concept, I made up a
mixture of 1 part MDA, 2 parts TMA and 5 parts MMDA. A total of 100
milligrams of this combination (which I had named the "Pseunut Cocktail" for
pseudo-nutmeg) should be equivalent to the safrole, elemicin and myristicin
that would be in 5 grams of nutmeg. And 100 milligrams indeed produced quite
a sparkle and considerable eye-dilation. But then, I have never taken 5
grams of nutmeg, so I cannot make any comparisons.
Юмор
НЕВЕРОЯТНЫЙ СИМБИОЗ
Yodli
В сберкассе было душно и полно людей. Я стоял в длинной очереди с
квитанцией в руке, зажатый между потной старушкой и дряхлым старичком. Я ужасно не
люблю такие очереди в сберкассы, но жена заставила меня срочно проплатить
коммунальные услуги. Оттягивать проплату не хотелось, а то еще газ отключат.
Я бессмысленно шарил глазами по скучным плакатам на стенах и вдруг мой взгляд
зацепился за знакомый силует.
- Веник, ты что ли? - крикнул я через три головы вперед, присматриваясь к
белобрысому затылку. Три головы сразу злобно повернулись на меня, как бы
давая понять: "А вот хрен мы тебя вперед пропустим". Но пропускать не пришлось.
Веник сразу меня узнал и, бросившись назад, принялся радостно колотить по
плечу:
- О! Валдис! Здорово! А ты чего здесь? Жена заслала? - Веник разглядывал
меня с разных сторон, - Меня вот, тоже погнала за телефон заплатить. Уже
полчаса стою, жарко, блин, хоть бы окна пооткрывали.
Вениамина я не видел со школы. Лет двадцать назад он сидел перед моей
партой и я, юный хулиган, всегда любил щелкать его больно по ушам линейкой. Он
лишь вжимал голову в плечи и прикрывался ладошками. Тем не менее, мы дружили.
- А ты, я слышал, большим человеком стал, - я шутливо подергал его за ухо,
- по телику тебя показывают, в газетах пишут. Интернет весь кипит. Прямо сим-
вол нации. Слышал, тебя на какую то премию номинируют.
- На Нобелевскую, - скромно ответил Веник. Старушки насторожились и
подвинулись ближе. Старичок перестал сморкаться в платок. - Только вернулся из
Стокгольма. А в ноябре еду в Копенгаген. Лишь нобелевский комитет не знает по
какой категории меня пустить: математика или литература.
- Нобелевский лауреат? - я тихонько присвистнул. Три головы спереди
отчаянно страдали от того, что у них не растут на затылке глаза. Одна старушка
украдкой перекрестилась. - Ну, по информационным технологиям, я понимаю - ты в
школе все олимпийские медали собрал. Еще бы, мама - математик. Но по
литературе ... ты меня поражаешь. Ты ж двух слов не мог связать на уроке русского.
- А я их и не связываю до сих пор. - хихикнул Веник, - компьютер связывает.
Программу я создал какой до меня еще не было и вряд ли будет.
- Ты гонишь, Веник, - я недоверчиво покосился на старичка, как бы ища
поддержки . Старичок опять стал выдувать сопли из носа. - Такие программы каждый
день тысячами пишутся. Вон, в сети любую качай...
- Это не простая программа, - спокойно ответил Вениамин, - она сама пишет
книги. Гениальные книги. Захватывающие детективы, слезные мелодрамы,
юмористические рассказы... народные эпосы... да что хочешь. Причем, каждое
произведение имеет абсолютно законченный вид, четко выстроенную сюжетную линию и
насыщено психологически продуманными персонажами. Шедевры. Если хочешь -
объясню . Все равно еще час стоять.
- Ну давай, - недоверчиво протянул я повнимательнее присматриваясь к
Вениамину . Может он умом тронулся, хер его знает. Двадцать лет прошло...
Началось все просто, - произнес Вениамин, и уши на трех головах безуспешно
пытались развернуться в обратную сторону. Старичок перестал сморкаться, и
очередь притихла. - Еще в девяностые обратился ко мне доморощенный поэт с
необычной просьбой: сотворить програмку, которая сама пишет стихи. Ну, я ее
быстро сотряпал, там ничего особенного: рифму подбирай да в пятистопный ямб
складывай. Смысла, правда, в стихах не было никакого, а ему и не надо было
поначалу. Мол, модно сейчас такую муть гнать. Но меня то, как специалиста,
задело. Стихи есть, а смысла нет. Плохая программа, неудачная. Начал я над
смыслом работать. Полезли из компьютера трехстрочные хокку: смысл намечается,
но рифма отсутствует. Ладно, думаю, плевать на рифму. Надо над внутренним
программным движком работать. Взял за основу алгоритм генератора роста.
Генератор роста - это и оказался ключ к успеху. Принцип какой: вводишь в
программу любой набор слов. Примерно с дюжину. Ну, для большого произведения можно
двадцать-тридцать. Причем, это может быть любая абракадабра. Например: Охота,
Зима, Шурупы, Витя, Бограч, Моцарт, Ракетница, Инистоте железо, Кузнец,
Антенна, Роланд, Титан, Свадьба, Желтая кукуруза. Эти слова и являются
контрольными точками векторного роста будущего произведения. Затем вбиваю жанр,
ну-у-у,.. к примеру, «черный юмор». Остается указать количество печатных
знаков и все: ровно через восемь часов готов абсолютный шедевр. Можно читать и
ухахатываться. Программа все делает сама.
- А почему именно восемь часов?, - спрашиваю я несколько охреневший, так и
не поняв принципа работы алгоритма. - Почему не шесть или двадцать? И как она
все в логический сюжет завязывает? Это ж компьютер, Веня, он думать не
умеет. . .
- Оказалось, что умеет. Я внедрил искусственный интеллект, - невозмутимо
ответил Вениамин. - Вся очередь тихо охнула, и некоторые перестали потеть. -
Все очень просто: вначале в программу внедряется персонаж. К примеру,
милиционер. . . или нет, лучше безработный инженер. Хотя, тут от жанра зависит.
Если хочешь на выходе получить слезоточивую трагедию, то лучше внедрить
престарелого доцента-историка с какой то неизлечимой болезнью, если искрометная
комедия , то нужен здоровый интеллигент, желательно женатый, с двумя детьми. И
главное без болячек, больные, шутить не могут... Выставляешь ему IQ по
максимуму, закидываешь с десяток каких угодно слов, указываешь жанр, объем текста,
даешь команду "ПИШИ!" и, вуаля, через четыре часа имеешь базовый сюжет. Тут
главное на первом этапе удачно внедренный персонаж подобрать и деликатно,
чтобы не спугнуть, слить ему базовый набор ключевых слов. Затем компьютер
перезагружается и при повторном запуске к нему подключается "редакторская
ферма". Тут наступает второй, очень важный этап - структурный анализ,
многоразовая перепрочитка и фильтрация сырого материала. В конце на стерильный текст
накладываются шумы, помехи, орфографические ошибки и нелепые словосочетания.
Все как у людей. Утром запись на диск и все - очередной литературный шедевр
готов. Можно нести в издательство.
- Чушь собачья, Вениамин, как может твой компьютерный милиционер... нет,
лучше безработный инженер связать глупую белиберду в законченное
произведение, пронизанное невероятным сюжетом? - спросил я и вся очередь уставилась на
Веника.
- Тут чуть сложнее, но я объясню, - Вениамин почесал голову. Я тоже почесал
голову, затем голову почесал старичок и вся очередь принялась чесаться.
Есть процедурные карты, векторы роста, генераторы сюжета и фабульные пушки.
Если наглядно, то возьмем яблоню. Корневая система - внедренный персонаж. Он
гонит по стволу питательную водичку. Ствол - фабула произведения. Ветви -
хитроумный сюжет, листочки - всякие изворотливые словосочетания, а яблочки -
вкусная, сочная концовка. Базовые слова определяют главных персонажей и
являются узловыми точками роста, жанр - изгибы ветвей, в смысле, развитие сюжета,
ну, а количество печатных знаков - размер самого деревца. Связь между
персонажами обеспечивают фабульные пушки, кстати, мне за них премию и дают..., так
вот, они расставлены по ключевым словам и ведут постоянный информационный
отстрел по всем узловым точкам и векторным линиям. Отраженная информация
суммируется, анализируется и выстраивается в некий логический ряд. Чем больше
число отражений, тем чище сюжет. При значении "единица" вылазит некий абсурд
наподобие Кафки. На "десятке" - тоскливый бубнеж напичканный скучными
подробностями. Типа, научная беллетристика. Оптимальный вариант - "тройка",
"четверка". Над алгоритмом пришлось долго попотеть, зато результат - закачаешься...
Пока что лучше получается с черным юмором - как раз удачно один объект
внедрил . Разведенный нотариус. Строчит фельетоны днем и ночью, не спит, не
ест. . . Боюсь, как бы не загнулся. А то раньше был у меня один таксист. Тоже
на юморе сидел, но быстро спился. Все не найду времени его перекодировать...
А вот с детективами не складывается: в третьей главе уже сыщики идут по следу
убийцы, а убитый, гад, пьет чай в соседней комнате до пятой главы. Это я
поначалу одного мента неудачно внедрил с шестью классами образования. Надо
будет его в жанр сценических коллизий перенести.
- Я вроде начинаю понимать... Слушай, Вениамин, ты реально - гений. К тому
же, это действительно просто. Если вдумчиво разобраться - тщательная
проработка алгоритма, фабульные пушки, отраженный ряд... невероятный симбиоз. Я
потрясен.
Вокруг нас уже собрался кружок пенсионеров и кассирша, высунув голову в
окошко, внимательно слушала.
- Но второй этап - самый интересный, - увлеченно продолжал Веник, - он то и
забрал у меня почти все ресурсы. После получения стерильного материала
компьютер автоматически перезагружается и в действие вступает "редакторская
ферма" .
В обычной жизни как: творение вбрасывается в массы и долго ожидается
результат . Потом - правка, то да се... На это годы уходят... А у меня часы. На
"редактор-ферме" у меня создан виртуальный сетевой мир. Ну, типа интернет,
только модифицированный под писательский уклон. Там создано несколько десят-
ков литературных сайтов со своими бот-админами, бот-модерами и бот-юзерами.
Каждому прописан свой IQ, рейтинг и даже есть аватары... Система вбрасывает
на форум стерильный объект и начинается энергичное обсуждение, ну там, каждый
компьютерный бот выдает свое мнение. Чтобы обсуждение шло живее, я создал
парочку троль-ботов. Они шастают по форумам и треплют всем нервы. И хотя их
изредка банят, от них, кстати, большая польза. Особенно они любят зависать на
таких ресурсах как "Белый Кот" и "Снусмумрик". От "Графоманов" много пользы,
но у них тролли слабые, надо им подкинуть парочку. Очень хорош оказался "ЯП-
лакалЪ". Я там настроил систему оценок "плюс-минус" - очень удобно оказалось.
Сразу результат на лицо, система быстро данные шерстит. Только им вечно надо
"клубничку" вбрасывать, а то зачахнут быстро. Для ботов с IQ ниже тридцати
создан раздел "фотожаба". Это для массовки больше. Ну, там еще "Стульчик",
"Ганза", "Батискаф" для общего колорита и прочие... Короче, я замутил целый
иллюзорный мир, в котором идет непрерывная генерация идей и проработка
сюжетных вариантов. Бот-юзеры выдают результаты, затем система все суммирует, идет
корректировка сюжета и вбрасывается повторно на порталы. Так, за пару часов
несколько сот раз. Это называется пошаговый мультитест. Затем из сотни
вариантов отбирается лучший, набравший наибольшее количество баллов и готовится к
фильтрации и спецэффектам. Дальше я уже говорил: набрасываются на текст
всякие колоритные шуры-муры и, пожалуйста - на утро готовое произведение.
- И что, кто-то читал? - спросил я ошарашено и все посмотрели на меня, -
кто-то видел твои произведения?
Старичок и пенсионерки перевели взгляд опять на Веника.
- Видел, - просто ответил Веник. - Правда, поначалу верить не хотели. Я как
первую книжку создал, сразу в Союз Писателей. Положил им на стол, мол,
читайте . Но председатель ухмыльнулся так криво и книжечку в портфельчик небрежно
забросил, мол, у нас тут таких графоманов - полстраны. А потом оказалось, что
книжку мою его жена обнаружила..., ну взяла в руки перед сном полистать...
Сначала весело смеялась и даже хохотала. Ближе к полуночи хохот перешел в
истерический плач, и она судорожно рыдала на плече у председателя всю ночь. К
утру он ее успокоил и она замолчала, но потом чуть не бросилась из окна. Он
еле успел ее за халат ухватить. Словом, пришлось ее в санаторий отправить,
нервное расстройство лечить. А я там ничего особенного в исходных данных и не
Забил, так: Море, Сахарный тростник, Белый песок, Хуанита, Синее небо, Дон
Педро, Корабль, Революция, Сиротский дом, Несчастная любовь... Жанр -
мелодрама. Надо самому почитать, че она там такое узрела... Да, так вот,
председатель этот писательский тоже решил прочитать книжку. Закрылся в кабинете и
прочитал за день. Потом, говорят, снял со стен кабинета все свои почетные
грамоты и порвал удостоверение Союза Писателей. Его к жене в санаторий увезли
коллеги.
Комиссию сразу собрали..., правда на комиссию я им другую книжку принес, а
то еще вся контора умом тронется. Некому будет шедевры показывать. Сошлепал
им за ночь исторический роман про русско-японскую войну. Как раз времена их
молодости. Старцы читали и слезами обливались. Потом все дружно заявили, что
живой человек такого написать не в состоянии и что все, кто был на такое
способен, лежат в земле уже лет сто. Пригласили специалистов из Центра
Информационных Технологий. Те пару страниц пролистали и заявили, что компьютер такое
не может выдать. Это творение живого человека. Крик поднялся, до драки
дошло ... Когда успокоились, я им разжевал что к чему. Долго не верили, конечно,
но когда я на следующее утро принес им свежее собрание сочинений про Великую
Отечественную Войну. В восьми томах. С ними же в главных действующих лицах.
Тогда поверили. Ну, пришлось скорую вызывать некоторым, но это так, мелочи. В
общем, собрали все материалы и в Швецию. Нобелевский комитет глянул - да,
невероятный симбиоз науки и искусства. Теперь вот, в ноябре надо ехать за пре-
мией.
Вениамин замолчал и обвел глазами присутствующих. Вокруг нас стояли кружком
пенсионеры с открытыми ртами и держали в руках квитанции. Кассирша вытирала
слезы. Старичок икнул.
-Да-а-а, - протянул я восхищенно, - горжусь, Веник, что ты мой
одноклассник. - Просто безмерно и невероятно горд.
Все зааплодировали.
- Да че уж там, - скромно махнул рукой Вениамин, - мы же старые друзья...
Ладно, пойду я, надо новый шедевр создавать. Кстати, ... ты это, звони, что
ли... А еще лучше пиши. Да, да..., ПИШИ, - Веник ткнул мне в руку визитку и
похлопал по плечу.
- Ну, давай, старина, удачи, - я легонько дернул Веника за ухо.
Вениамин исчез, а я принялся закладывать визитку в портмоне. Она была чуть
крупнее обычного и не влезала в кармашек. "Вот чудак, - подумал я поднося
визитку к глазам, - и визитки у него чудные".
На желтоватой бумаге отчетливо виднелись серые буквы:
"Ключевой текст: Сберкасса, Очередь, Пенсионеры, Абракадабра, Симбиоз,
Сопливый старичок, ЯПлакалЪ, Нобелевский комитет, Редакторская ферма, Фабульная
Пушка, Союз Писателей.
Жанр: Юмор, философия, абсурд.
Объем: пару тысяч печатных знаков."
- От ведь, падла!!! - взревел я и хотел было в гневе порвать визитку. Но не
успел. Компьютер перезагрузился и вскоре в работу вступил иллюзорный анализ.
Разное
НОЖЕВЫЕ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
Состав. Пириенко И.В.
Сталь
Сталь характеризуется химическим составом сплава (процентным содержанием
добавок к железу) и термической обработкой (закалка и отпуск). Иногда
материал лезвия композитный - ламинированная сталь (бутерброд из трех слоев стали
разных марок) или так называемая дамасская (бутерброд из сотен слоев).
Если говорить примитивно, то сталь - это сплав железа с углеродом. Если
углерода слишком много, то получается чугун. Если слишком мало, то это
называется железо (жесть). Все, что посередине - можно назвать сталью. Ее различные
типы определяются не только и не столько пропорциями железа и углерода,
сколько легированием различными добавками1 и примесями, которые придают стали
различные свойства. Основные компоненты стали помимо железа - углерод (С) и
В малых количествах - модификаторы (улучшают структуру стали), от 1,5% -
легирующие элементы.
хром (Cr). Первый придает стали крепкость и хрупкость. Для ножевых сталей
содержание углерода не должно быть меньше 0.5%, оптимальным содержанием
называют 1%, 1.25% делает сталь слишком хрупкой (добавки хрома, молибдена, ванадия
могут нейтрализовать углерод и сделать сталь крепче). Булатные стали содержат
более 1.5-2 % углерода, крепкость таких сталей достигается особой ковкой,
формирующей особую микроструктуру металла и их не закаливают. Остальные
элементы, либо являются балластными, поскольку всегда входят в состав руды, либо
добавляются для придания особых свойств стали. Ниже приведены типы стальных
сплавов, которые содержат следующие основные компоненты:
• Углерод: Присутствует во всех типах сталей как основной элемент,
придающий твердость и жесткость. Чаще всего ожидаем от стали содержания
углерода более 0,5%
• Хром: придает сплаву износостойкость, способность к закаливанию, и, что
самое важное, устойчивость к коррозии. Сталь с содержанием не менее 13%
хрома принято называть "нержавеющей". Хотя, несмотря на это
наименование , любая сталь может корродировать, если за ней не ухаживают должным
образом.
• Марганец: важный элемент сплава, придает металлу зернистую структуру, и
способствует прочности клинка, а также жесткости и износостойкости.
Используется при улучшении стали в процессе проката и ковки (так называема
"раскисленная сталь"). Присутствует во всех ножевых стальных сплавах, за
исключением типов А-2, L-6, и СРМ 420V.
• Молибден: твердоплавкий элемент, предотвращает ломкость и хрупкость
клинка, придает стойкость к нагреву. Присутствует во многих сплавах. Так
называемые "закаливаемые на воздухе" стали содержат не менее 1%
молибдена2, который делает возможным такой типа закалки.
• Никель: используется для твердости и устойчивости к коррозии, а также
для вязкости сплава3. Присутствует в сталях L-6, а также в AUS-6 и в AUS-
8.
• Кремний: используется для крепости4 клинка. Также как и марганец,
используется при ковке клинка
• Вольфрам: придает лезвию износостойкость5. При сочетании с хромом или
молибденом, вольфрам делает сталь "быстрорежущей". Такая сталь марки М-2
имеет наибольшее содержание вольфрама. Также применяется при
изготовлении танковой брони.
• Ванадий: способствует износостойкости и прочности. Твердоплавкий элемент
повышенной твердости, который необходим при изготовлении мелкозернистой
стали. Многие сплавы содержат ванадий, но наибольшее его содержание - в
марках М-2, Vascowear, а также СРМ T440V и 420V (в порядке убывания
содержания ванадия). Сталь BG-42 отличается от стали ATS-34 в основном
добавлением ванадия.
• Азот: На рынке появляются стали в которые с помощью особой технологии
добавляется Азот (N).
• Балластные элементы: Балластные элементы - Сера (S) и Фосфор (Р) их
содержание иногда допускается но не больше указанного, в принципе их
вообще быть не должно
2 По другим источникам молибден добавляет стали ударную вязкость и твердость, а
никель только твердость.
3 По некоторым источникам добавляет не только твердость, но и вязкость. Другие
добавки придают либо твердость и хрупкость, либо ударную вязкость и пластичность.
4 Придает клинку упругость.
5 Твердость, стойкость к выгоранию под воздействием высоких температур.
Какая сталь
самая лучшая?
Вопрос как говорится интересный. Прямого ответа на него нет. В Сети мнений
много, но где реклама а где правда различить невозможно. Опять же многое
зависит от закалки и прекрасную сталь можно изуродовать плохой термообработкой.
Мое личное предпочтение - композитные лезвия сочетающие плюсы разных сталей -
ламинированная сталь от Helle с твердой, но хрупкой серединой и мягкими но
вязкими боковыми слоями. Боковые слои защищают центральный упрощают заточку,
поскольку стачиваются легче. Такие лезвия поэтому называют иногда
самозатачивающимися, однако, к моему большому сожалению, это лишь красивый миф. Есть
еще ламинированные лезвия у серии ножей серии Северное сияние Fallknivena и
Танто San Mai от ColdSteel, но я их не пробовал. Другое мое предпочтение
зонная закалка, когда лезвие сильно закаляется только по режущей кромке и слабо
закаляется по остальной плоскости - финка Пелтонена обработанная таким
образом.
Сталь
Свойства
Состав
Производитель
Применение
12С27 -
Sandvic
Stainless
Нерж. Делается из
высококачественной
шведской руды
С=0.6
Сг=14-14.5
Мп=0.35
Si=0.35
Sandvic
(Швеция)
Ka-Bar Next
Generation
13С26
С=0.65
Мп=0.65
Si=0.4
Сг=13.0
19С27 -
Sandvic
С=0.95
Мп=0.65
Si=0.4
Сг=13.5
UHB20C/1870
С=1.0
Mn=0.4
Р=0.02
Si=0.3
S=0.015
Uddeholm
(Швеция)
компонент дамасских
лезвий
UHB Elmax
Порошковая
С=1.7
Mn=0.3
Сг=17
Si=0.4
Мо=1
Va=3
UHB17VA
Клапаны
компрессоров
С=0.85
Сг=0.54
Мп=0.55
Р=0.02
Si=0.3
S=0.02
V=0 .2
Uddeholm
(Швеция)
Lauri, компонент
ламинированных
лезвий
PMC 27
С=0.6
Cr=13.5
Mn=0.5
Si=0.5
44OA X55
CrMol4
Нерж. Стандартные
нержавеющие стали
для ножей. А -
более нержавеющая, С-
более незатупляемая
и В - между ними.
Криогенная
обработка значительно
улучшает свойства
С=0.65-0.75
Сг=16-18
Мп=1.0
Мо=0.75
Р=0.04
Si=l
S=0.03
Sog
440 В Х90
CrMoV18
С=0.75-0.95
Сг=16-18
Мп=1.0
Мо=0.75
Р=0.04
Si=l
S=0.03
Randall
440 С Х105
CrMol7
С=0.95-1.2
Сг=16-18
Мп=1.0
Мо=0.75
Р=0.04
Si=1.0
S=0.03
Busse, Sog
ATS 34
Самая модная
нержавеющая сталь на
сегодня, все же 400
серия более
устойчива к коррозии
C=l.05
Сг=14
Мп=0.4
Мо=4
Р=0.03
Si=0.35
S=0.02
Hitachi
(Япония)
Busse, Sog,
Японский аналог CM-154
CM 154
C=l.05
Сг=14
Мп=0.5
Мо=4
Si=0.3
Crucible
Metals
(США)
Американский аналог
ATS 34
RWL 34
С=1.05
Сг=14
Мп=0.5
Мо=4.0
Si=0.5
V=0 .2
Soderfor
s
(Швеция)
Шведский аналог ATS
34
Marss 500
Нерж.
С=0.52
Сг=14.5
Мп=0.6
Р=0.025
Si=0.4
S=0.01
Uddeholm
(Швеция)
Lauri
01 90 MnV8
Инстр. масляной
закалки сильноржавею-
щая, хорошо куется,
отличная незатуп-
ляемость и
крепость .
C=0.85-l
Сг=0.4-0.6
Мп=1-1.4
Ni=0.3
Si=0.5
V=0 .3
Randall
Wl
Инстр. водной
закалки , большинство
напильников сделано
из W1
С=0.7-1.5
Сг=0.15
Мп=0.1-0.4
Мо=0.1
Ni=0.2
Si=0.1-0.4
W=0 .5
V=0.1
A2
Инстр. воздушной
закалки, хорошая
незатупляемость,
отличная крепость,
невозможна зонная
закалка
0=0.95-1.05
Cr=4.75-5.5
Mn=l
Mo=0.9-1.4
Ni=0.3
Si=0.5
V=0.15-0.5
Busse Fallkniven
D2 X155
CrMol2 1
Инстр.
Полунержавеющая , отличная
незатупляемость
приемлемая
крепкость .
C=l.55
Cr=ll.50
V=0.90
Mn=0.35
Mo=0.80
Si=0.45
США
Busse, KaBar
M2
Инстр.
высокоскоростная, используется
в сверлах и фрезах,
хорошая
незатупляемость и крепкость
0=0.95-1.05
Cr=3.75-4.5
Mn=0.15-0.4
Mo=4.75-6.5
Ni=0.3
Si=0.2-0.45
W=5-6.75
V=2.25-2.75
Benchmade
W2
Инстр. водной
закалки, хорошая
незатупляемость и
крепкость
0=0.85-1.5
Cr=0.15
Mn=0.1-0.4
Mo=0.1
Ni=0.2
Si=0.1-0.4
W=0.15
V=0.15-0.35
L6
Используется для
пил, очень крепкая,
прекрасная
незатупляемость , хорошо
куется, но сильно-
ржавеющая
0=0.65-0.75
Cr=0.6-1.2
Mn=0.25-0.8
Mo=0.5
Ni=1.25-2
Si=0.5
V=0.2-0.3
1095
Высокоуглеродная
"стандартная"
высокоуглеродная для
ножей, очень
хорошая
незатупляемость , приемлемая
крепость
0=0.90-1.03
Mn=0.30-0.50
P=0.04
S=0.05
KaBar, Ontario
Knife Co.
5160
Высокоуглеродная,
пружинная сталь с
добавкой хрома
хорошая незатупляе-
мость, превосходная
крепкость,
используется для
производства мечей
С=0.56-0.64
Сг=0.7-0.9
Мп=0.75-1
Р=0.035
Si=0.15-0.3
52100
0=0.98-1.10
Мп=.25-.45
Сг=1.30-1.60
420 Х40
Crl3
Нерж. Мягкая сталь
не очень хорошо
держит заточку, но
нержавеющая и
дешевая
С=0.15
Сг=12-14
Мп=1
Р=0.04
Si=l
S=0.03
Buck
420
MODIFIED
420 НС
(high
carbon)
Нерж. Относительно
дешевая и удобная в
производстве, при
криогенной
обработке сопоставима по
свойствам с 4 4 0А
или даже 440В
0=0.4-0.5
Cr=12-14
Mn=0.8
Mo=0.6
P=0.05
Si=l
S=0.02
V=0.18
Cold Steel, Kershaw
425
MODIFIED
Нерж.
0=0.4-0.54
Cr=13.5-15
Mn=0.5
Mo=0.6-1
P=0.035
Si=0.8
S=0.03
V=0.1
Buck
440XH
Нерж.
0=1.6
Cr=16
Mn=0.5
Mo=0.8
Ni=0.35
Si=0.4
V=0.45
AUS-6
Нерж.
0=0.55-0.65
Cr=13-14.5
Mn=l
Ni=0.4 9
P=0.04
Si=l
S=0.03
Япония
Японский аналог
44OA, Sog
AUS-8
Нерж.
0=0.70-0.75
Сг=13-14.5
Мп=0.5
Мо=0.10-0.30
Ni=0.4 9
Р=0.04
Si=l
S=0.03
V=0.10-0.26
Япония
Cold Steel,
Японский аналог 440В
AUS-10
Нерж.
0=0.95-1.10
Cr=13-14.5
Mn=0.5
Mo=0.1-0.31
Ni=0.4 9
P=0.04
Si=l
S=0.03
V=0.10-0.27
Япония
Японский аналог
440С
AUS-118
Нерж.
0=0.9-0.95
Cr=17-18
Mn=0.5
Mo=1.3-1.5
P=0.04
Si=0.5
S=0.03
V=0.10-0.25
Япония
CRKT
GIN-1
Нерж.
C=0.9
Cr=15.5
Mn=0.6
Mo=0.3
P=0.02
Si=0.37
S=0.03
ATS-55
Нерж.
C=l
Cr=14
Co=0.4
Cu=0.2
Mn=0.5
Mo=0.6
Si=0.40
VG-10
Нерж.
0=0.95-1.05
Cr=14.5-15.5
Co=1.30-1.50
Mn=0.5
Mo=0.9-1.2
P=0.03
Si=0.6
V=0.10-0.30
Fallkniven
BG-42
Нерж.
С=1.15
Сг=14.5
Мп=0.5
Мо=4
Si=0.3
V=l .2
Sog
MBS-26
Нерж.
C=0.85-l
Сг=13-15
Мп=0.3-0.6
Мо=0.15-0.25
Р=0.04
Si=0.65
S=0.01
MRS-30
Нерж.
С=1.12
Сг=14
Мп=0.5
Мо=0.6
Si=l
V=0.25
CPM 420-V
Порошковая Нерж.
Говорят что, из-за
высокого содержания
углерода
формируется неоднородная
структура на
микроскопическом уровне
работающая как
микропила .
С=2.3
Сг=14
Мп=1
V=9
США
CPM 10V
Порошковая
С=2.45
Сг=5.25
Мп=0.5
Мо=1.3
Si=0.9
S=0.07
V=9.75
США
CPM 3V
Порошковая
С=0 .8
Cr=7.5
Мо=1.3
V=2.75
США
CPM 440 V
Порошковая
Суперуглеродистая
С=2.15
Cr=17
Mn=0.4
Mo=0.4
Si=0.4
V=5.5
США
CPM S30V
Порошковая
C=1.45
Cr=14
Mo=2
V=4
N=0.2
HITACHI
SHIROGAMI 1
Белая сталь или
белая бумага - белый
ярлык
С=1.3
Мп=0.2
Р=0.025
Si=0.1
S=0.04
Япония
HITACHI
AOGAMI 1
Голубая сталь или
голубая бумага
голубой ярлык
C=l .3
Mn=0.2
Р=0.025
Si=0.1
S=0.04
Cr=0.2-0.5%
W=l-1.5%
Япония
VASCOWEAR
Очень редкая сталь
уже не выпускается
C=1.12
Cr=7.75
Mn=0.3
Mo=l.6
SK-5
см. W1
C=0.8-0.9
Si=0.35
Mn=0.50
Ni=0.25
Cr=0.30
Cu=0.25
Японский
аналог
Wl
Sog
X15-TN
Супер нержавеющая
C=0.4
Cr=15.5
Mo=2
V=0 .3
N=0.2
Aubert &
Duval
(Франция)
Особый техпроцесс с
применением азота.
Boker
Silver
Steel
C=l.l-1.2
Si=0.1-0.25
Cr=0.4-0.5
S=0.035
Mn=0.3-0.4
P=0.035
Peter
Stub
Limited
(Германия)
Kainuun
Bohler
К510/ DIN
115 CrV 3
(Silver
Steel)
C=1.18
Cr=0.7
V=0.1
Bohler
(Германия)
Hankala
Steel for
core layer
in Helle
Blades
C=0.67
Si=0.7
S=0.002
P=0.19
Mn=0.44
Ni=0.28
Cr=0.28
Mo=0.52.
Норвегия
INFI
Совершенно незатуп-
ляемая, процесс
термообработки
секрет фирмы
C=0.5
Va=0.36
Cr=8.25
Co=0.95
Ni=0.74
Mo=l.3
N=0.11
STRATCOR
Busse Combat
17-7 PH
Для ножей
подводного плавания
С=0.09
Сг=17
Мп=0.5
Ni=7
Si=0.3
S=0.002
Р=0.02
Al=1.25
Buck
Н-1
С=0.12
Сг=14.2
Мп=1
Мо=1
Ni=6.8
Р=0.015
Si=3.5
S=0.03
N=0.1
ZDP-189
С=3
Сг=20
Cowry-X
С=3
Сг=20
Мо=1
V=0 .3
Daido,
Japan
Cowry-Y
С=1.2
Сг=14
Мо=3
V=l
Daido,
Japan
N690
Для ножей для
подводного плавания
С=1.07
Сг=17
Со=1.5
Мо=1.1
Va=0.1
Bohler,
Austria
Benchade, Extreme
Ratio
SGPS (Super
Gold Powder
Steel)
Новая сталь для
центрального слоя
ламинированных
лезвий
С=1.4
Сг=15
Si=0.5
Мо=2.8
Мп=0.4
S=0.03
Р=0.03
V=2 .0
Япония
Falkniven U2
95x18
Сталь коррозионно-
стойкая
обыкновенная
С=0.9-1
Si<0.8
Мп<0.8
Ni<0.6
S<0.025
Р<0.03
Сг=17-19
ТК0.2
Cu<0.3
Россия
Х12
Сталь
инструментальная штамповая
С=2-2.2
Si=0.1-0.4
Mn=0.15-0.45
NK0.35
S<0.03
Р<0.03
Сг=11.5-13
Мо<0.2
W<0 .2
V<0.15
Ti<0.03
Cu<0.3
Россия
Х12ВМ
Сталь
инструментальная штамповая
С=2-2.2
Si=0.1-0.4
Mn=0.15-0.45
Ni<0.35
S<0.03
P<0.03
Cr=ll-12.5
Mo=0.6-0.9
W=0.5-0.8
V=0.15-0.3
Cu<0.3
Россия
9ХФ
C=0.8-0.9
Si=0.1-0.4
Mn=0.3-0.6
Ni до 0.35
S до 0.03
P до 0.03
Cr=0.4-0.7
V=0.15-0.3
Си до 0.3
Р18
Быстрорез
C=0.73-0.83
Si<0.5
Mn<0.5
Ni<0.4
S<0.03
P<0.03
Cr=3.8-4.4
Mo<l
W=17-18.5
V=l-1.4
Co<0.5
Россия
Р6М5
Быстрорез
С=0.82-0.9
SK0.5
Mn<0.5
Ni<0.4
S<0.025
P<0.03
Cr=3.8-4.4
Mo=4.8-5.3
W=5.5-6.5
V=l.7-2.1
Co<0.5
Россия
65Г
Рессорная
0=0.62-0.7
Si=0.17-0.37
Mn=0.9-1.2
Ni до 0.25
S до 0.035
P до 0.035
Cr до 0.25
Си до 0.2
ШХ15
Подшипниковая
0=0.95-1.05
Si=0.17-0.37
Mn=0.2-0.4
Ni<0.3
S<0.02
P<0.027
Cr=1.3-1.65
Cu<0.25
Россия
Х45 CrMoV15
0=0.45
Mn=l
Si=l
Cr=15
Mo=0.5
XI10 CrMoVl
0=1.1
Mn=l
Si=l
Cr=15
Mo=0.5
Va=0.12
1.4034
0=0.4-0.5
Cr=12-15
Ni=0.3
1.4109
0=0.55-06
Cr=13-15
Mn=l
Mo=0.5-0.6
Si=l
1.4110
0=0.6-0.75
Cr=16-18
Mn=l
Mo=0.75
Si=l
1.4111
C=l.l
Cr=15
Mn=l
Mo=0.5
Si=l
Va=0.12
1.4112
C=0 . 9
Cr=18
Mn=l
Mo=l
Si=l
Va=0.1
1.4116
0=0.42-0.55
Cr=13.8-15
Mn=l
Mo=0.45-0.60
Si=l
Va=0.10-0.15
1.4125
C=l.05
Cr=17
Mn=l
Mo=0.6
Si=l
1.2379
C=l.55
Cr=12
Mn=0.3
Mo=0.7
Si=0.25
Va=l
1.2842
C=0.9
Cr=0.35
Mn=2
Si=0.25
Va=0.1
Твердость стали измеряется Роквелами. Хорошие серийные ножи бывают от 54 до
58. С 57 до 62 делают ножи мастера вручную.
Высокоуглеродные стали (почти без добавок) - 1050, 1075, 1084, 1095. Стали
с небольшим содержанием добавок - 4130, 5160, L2, L3, L6. Высокоскоростные
стали (инструментальные хорошо держат закалку при нагреве) с большим
содержанием ванадия - М2. Инструментальные стали масляной закалки - 01, 5160, L6,
50100, 52100, Инструментальные стали воздушной закалки - А2, D2. Сталь для
ковки, водяной закалки - Wl, W2, W4. Нержавеющие стали воздушной закалки -
420, 425, 440, ATS-34, BG-42, 154СМ, CPM440V.
На сегодняшний день изготовителю предлагается множество материалов, из
которых он может делать ножи. Мы не можем рассмотреть в этой главе все
материалы, но достаточно сказать, что они делятся на группы от современных (титан,
G-10, углепластик) до древних (макумэ и дамасская сталь). Учтите, что
материалы, как и все остальное, приходят и уходят. Латунь и мельхиор одно время
были очень популярны при изготовлении деталей холодного оружия, но сейчас
используются значительно реже. Во времена американского ренессанса 80-х годов
XX века ножи ручной работы с клинками из дамасской стали были очень редкими,
а сейчас они стали основным товаром, выполненным профессионально и
качественно, наряду с практичными недорогими ножами. Ниже по группам рассматриваются
некоторые материалы, доступные сегодня.
Дамасская
сталь
Правильнее ее называть "узорчатой сталью", изготовленной методом кузнечной
сварки. Дамасская сталь, в основном, используется при производстве ножей
ручной работы, клинки которых делают многократной проковкой пакета из различных
марок стали, пока не достигают эффекта тонких слоев. Современные промышленные
способы производства предлагают несколько очень интересных вариантов
дамасской стали, созданных с использованием методов порошковой металлургии.
Дамасская сталь может быть сделана в виде мозаики с большим разнообразием
графических эффектов на поверхности. После полировки поверхности клинка сталь
протравливают, обычно в хлориде железа, чтобы рисунок из чередующихся слоев
проявился четче. Дамасская сталь легка в шлифовке, заточке и полировке, ее
несложно термообработать или протравить, но, на мой взгляд, производство
клинков из нее достаточно трудоемко и затратно. Поэтому этот материал чаще
используется на ножах для коллекционирования.
Wootz (Вутц, булат)
Эта сталь, мало распространенная сегодня, с точки зрения технологии не
является дамасской сталью, так как производится отличным от нее способом.
Рисунок, который выводится в процессе травления, частично создается в тигле и
частично в процессе ковки и термообработки. В американской периодике можно
встретить и другое ее название - "истинный дамасск".
УГЛЕРОДИСТЫЕ
СТАЛЬНЫЕ СПЛАВЫ
Чаще всего лезвия ножей из такой стали кованные. Нержавеющая сталь также
может коваться, но это очень тяжело. Также добавим, что углеродистая сталь
может быть по выбору закалена либо отпущена для придания лезвию твердости
режущей кромки и при этом упругости. Нержавейка не может быть так просто
обработана по своему усмотрению. Конечно, углеродистая сталь гораздо более быстро
корродирует, чем нержавеющая. Также она часто немного проигрывает нержавеющей
по многим параметрам. Тем не менее, ниже приведенные марки углеродистых
сталей бывают очень хороши, особенно при должной закалке.
По обозначениям системы AISI, стали с номерами 10хх - углеродистые, а
остальные номера являются легированными сплавами. Например, серия маркировок
50хх будет сталями с хромом.
По системе SAE, стали с буквенными индексами (например, А-2, W-2) являются
инструментальными.
Также существует классификация ASM, но она гораздо реже встречается и
используется, и здесь ей не будет уделено внимания.
Чаще всего, последние цифры обозначения стали близки к содержанию в ней
углерода. Так, в стали 1095, скорее всего, примерно 0,95% углерода, в стали
52100 - около одного процента, в стали 5160 - около 0,6%.
0-1
Очень популярный тип стали у кузнецов, имеет репутацию "великодушной, снис-
ходительной". Отличная сталь, которая отлично воспринимает и держит воронение
лезвия, и при этом очень прочная. Однако, она быстро ржавеет. Сталь 0-1
используется в ножах Randall, как это делает и Mad Dog.
W-2
Вполне твердая и хорошо держащая заточку сталь, благодаря содержанию 0,2%
ванадия. Большинство напильников сделано из марки W-1, которая является той
же W-2, но без содержания ванадия.
Серия номеров,
начинающихся с "10"
Большая часть марок, номера которых начинается с десятки, создана
специально для изготовления ножей, однако сталь 1095 используется в ножевых лезвиях
наиболее часто. Если выстроить по порядку марки, начиная с 1095 и до 1050, в
общем можно сказать, что при убывании номера убывает количество углерода в
стали, она хуже держит заточку лезвия и становится более вязкой. Поэтому чаще
всего марки 1060 и 1050 используются для изготовления мечей. Для ножей 1095
считается "стандартной" маркой углеродистой стали, не самой дорогой и при
этом с хорошими качествами. Также эта марка обладает достаточной жесткостью и
очень хорошо держит заточку, но при этом легко ржавеет. Это простая марка
стали, содержащая, кроме железа, еще один-два элемента - около 0,95 углерода
и иногда около 0,4% марганца. Различные kabars часто используют марку 1095 в
черненым покрытием.
Carbon V
Эта торговое наименование марки стали, принадлежащее компании Cold Steel.
Она не ограничивается одной какой-то определенной сталью, а обозначает весь
подобный тип сплавов, используемых этой компанией. Маркировка имеет
дополнительные индексы для отличия конкретной марки сплава. По свойствам Карбон-Ви -
это нечто среднее между 0-1 и 1095, и при этом ржавеет примерно как 0-1.
Ходят слухи, что Карбон-Ви - это на самом деле 0-1 (что на самом деле вряд ли
правда) или просто 1095. Многочисленные инсайдеры от металлургии настойчиво
утверждают, что это 0170-6. Некоторые испытания ("искровые пробы") показали
близость к 50100-В. Между 50100-Би и 0170-6 практически нет разницы (это
фактически одна и та же сталь) , так что действительно похоже, что к ним можно
приравнять и Carbon V.
0170-6/50100-В
Существуют различные обозначения для одной и той же марки стали - 0170-6
(по классификации металлургов) и 50100-В (по классификации AISI). Это хороший
хромо-ванадиевый стальной сплав, который отчасти похож на 0-1, но гораздо
менее дорогой. Колдстиловский Карбон-Ви, возможно, является этой же маркой
стали. 50100 - это та же сталь 52100 с примерно третью ее хрома, а приставка "-
В" в маркировке 50100-В указывает на то, что эта сталь была изготовлена с
использованием ванадия и является хромо-ванадиевым стальным сплавом.
А-2
Это отличная самозакаливающаяся инструментальная сталь, известная своей
прочностью и удерживанием режущих свойств кромки. Самозакаливание не позволя-
ет дополнительно закаливать/отпускать ее.
Эти инструментальные стали не слишком устойчивы к действию коррозии. Они
хорошо держат заточку, но редко встречаются на рынке. Ее выдающаяся прочность
делает ее самым часто используемым материалом для боевых ножей.
L-6
Вообще это марка сталей для ленточных пил, очень прочная и хорошо держащая
заточку. Это, как и 0-1, очень податливая для ковки сталь. Это одна из лучших
сталей для изготовления ножей, особенно там, где требуется прочность.
М-2
Так называемая "высокоскоростная" сталь, сохраняет свои свойства (и
химический состав) даже при очень высоких температурах, и поэтому используется в
промышленности при работах с резкой при сверхвысоких температурах. Также
прекрасно держит заточку. Достаточно прочная сталь, однако не в той степени, как
другие марки, описанные в этом разделе; однако, в любом случае прочнее
нержавеющей стали, и гораздо лучше сохраняет режущие качества, но при этом легко
ржавеет. Компания Benchmade начала использовать сталь М-2 в одном из
вариантов AFCK.
5160
Эта марка стали очень популярна у кузнецов, особенно сейчас, и принадлежит
к классу профессиональных высококачественных сталей. По существу, это простая
по составу пружинящая сталь с добавлением хрома для лучшей закаливаемости.
Хорошо держит заточку, но известна в основном благодаря своей выдающейся
прочности (как L-6). Часто используется для изготовления мечей благодаря
своей прочности, а также является материалом для изготовления особо твердых
ножей .
52100
Это шарикоподшипниковая марка стали, и также часто используется для ковки.
Похожа на марку 5160 (однако содержит около одного процента углерода, тогда
как 5160 - около 0,6%), но лучше держит заточку. При этом она не такая
прочная, как 5160, и чаще используется для изготовления охотничьих ножей, а также
других ножей, которые должны обладать немного меньшей прочностью, чем
сделанные из стали 5160, в пользу лучшего сохранения остроты лезвия.
D-2
Более редкой сегодня в складных ножах является сталь марки D-2. Эта "штам-
повая" сталь, которая обладает замечательной износостойкостью и прочностью,
классифицируется как частично устойчивая к действию коррозии, т.е. не
являющаяся нержавеющей, так как в ее состав входит только 11% хрома. Сталь D-2
иногда называют "полу-нержавеющей". Это самая стойкая к коррозии сталь из
всех углеродных, и при этом отлично держит заточку кромки лезвия. Но она
менее прочная, чем другие стали этого раздела, и при этом не поддается
окончательной полировке.
Ее сложнее шлифовать, чем другие марки стали и непросто ее затачивать. Мой
собственный опыт использования этих марок стали свидетельствует о том, что
при покупке проката на заводе он имеет низкий класс чистоты обработки поверх-
ности, поэтому вам необходимо покупать сталь большей толщины, а затем
фрезеровать или шлифовать поверхность. На сегодняшний день я не уверен, что
достоинства этих сталей перевешивают их недостатки.
Vascowear
Очень редкая марка стали, с высоким содержанием ванадия. Слишком тяжелая в
обработке, но очень износостойкая марка. В производстве практически не
встречается .
НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ
Помните, что любая сталь может ржаветь. Но так называемые "нержавеющие"
стали благодаря добавке не менее 13% хрома, имеют значительную стойкость к
коррозии. При этом следует обратить внимание, что одного процентного
содержания хрома еще недостаточно для признания стали относящейся к разряду
"нержавеющих". В ножевой промышленности де-факто принят стандарт в 13% хрома, но
справочник по металлам ASM говорит, что вполне достаточно "более 10%"; другие
источники устанавливают свои количественные границы. Добавим, что легирующие
элементы подвержены сильному влиянию содержания хрома; более низкая доля
хрома с правильно подобранными другими примесями могут дать тот же самый эффект
"нержавейки".
420
Более низкое содержание углерода (менее полупроцента), чем в 440-х марках,
делают эту сталь слишком мягкой и плохо держащей заточку. Благодаря своей
высокой коррозионной стойкости часто применяется для изготовления ножей для
подводников. Часто используется для очень недорогих ножей; кроме
использования в условиях соленой воды, слишком мягкая для изготовления функционального
лезвия. Из нее делают дешевые ножи, произведенные в Юго-Восточной Азии. Также
ее (разновидность 420-ая) используют и европейские и американские
производители (например, Magnum) невысокой ценовой категории.
440А - 440В - 440С
Содержание углерода (и твердость соответственно) этого типа нержавеющей
стали возрастает от А (0,75%) к В (0,9%) до С (до 1,2%) . Сталь 440С -
отличная высокотехнологичная нержавеющая сталь, обычно твердостью 56-58 единиц.
Все три типа 440-й стали хорошо сопротивляются коррозии, причем 440А - лучше
всего и 440С - наименьшим образом из этих трех. В ножах SOG Seal 2000
используется сталь 44 0А, Рендел (Randell) использует сталь 440В для своих
нержавеющих ножей. Марка 44ОС распространена повсеместно и общепризнана как вторая
основная ножевая нержавеющая сталь (первой основной считают все же ATS-34).
Если Ваш нож маркирован "440", это, скорее всего, наименее дорогая сталь 440А
- если производитель использовал более дорогую 440С, он непременно это
укажет. По общим ощущениям, сталь 440А (и ей подобные) достаточно хороша для
повседневного использования, особенно когда она качественно закалена (ходят
много хороших отзывов о закалке стали 440А фирмой SOG). Версию 440В можно
назвать промежуточным вариантом, а сталь 440С - лучшая из трех.
425М - 12С27
Обе марки стали очень похожи на 44OA. 425М (около полупроцента углерода)
используется фирмой Buck при изготовлении ножей; сталь 12С27 (около 0,6%
углерода) считается традиционной скандинавской и используется для изготовления
финских ножей "пукко", а также норвежских ножей.
AUS-6 - AUS-8 - AUS-10
Это японские марки нержавеющей стали, сравнимые с маркой 44OA (сталь AUS-6,
содержит 0,65% углерода) и со сталью 440В (AUS-8, 0,75% углерода), а также с
440С (AUS-10, 1.1% углерода). Сталь AUS-6 используется компанией А1 Маг;
компания Cold Steel использует AUS-8, что сделало эту марку стали довольно
популярной. Хотя колдстиловекая закалка такой стали и не держит заточку так же
хорошо, как ATS-34, но она немного мягче и, возможно, чуть прочнее. AUS-10
содержит углерода почти столько же, сколько 44ОС, но несколько меньше хрома,
поэтому немного хуже сопротивляется коррозии но, возможно, немного тверже.
Все эти три типа стали содержат примесь ванадия (который отсутствует во всей
440й серии), что добавляет металлу износостойкости.
GIN-1 (G-2)
Сталь, имеющая чуть меньше углерода и молибдена, но чуть больше хрома, чем
ATS-34, и используется известной компанией Spyderco. Просто очень хорошая
нержавеющая сталь.
ATS-34 - 154-СМ
Это нержавеющая инструментальная сталь, используемая в различных областях,
является японским эквивалентом марки стали 154-СМ. Первоначально она была
создана для подшипников качения, работающих в тяжелых условиях, но
впоследствии , благодаря ряду свойств, стала использоваться и в изготовлении клинков. В
настоящий момент является самой высокотехнологичной сталью. 154-СМ - это
маркировка подлинного американского варианта стали, который довольно долгое
время не производился и в настоящее время не используется, хотя сейчас ходят
новости о том, что эта сталь снова может быть задействована. Это сталь с
высокой коррозионной стойкостью, износостойкая и прочная. ATS-34 требует
специальной термообработки. Закаливается в криогенных средах, что увеличивает
прочность и твердость клинка. Это, возможно, наиболее популярная марка стали
на сегодняшний момент для производства ножей ручной работы, так как с ней
удобно работать. Она получила распространение и в ножевой промышленности
после своего дебюта в модели фирмы "Spyderco С -15". Сталь ATS-34 - разработка
компании Хитачи (Hitachi), которая уж слишком похожа на сталь 154-СМ. Это
сталь высочайшего качества, с нормальной твердостью около 60 единиц, очень
хорошо держит заточку и при этом достаточно прочная, несмотря на такую
твердость. Не так хорошо противостоит коррозии, как сталь 400-х марок. Многие
традиционные производители используют сталь TS-34 - такие, как компания
Spyderco (в своих ножах высшей категории) и Benchmade.
ATS-55
Эта сталь очень похожа на ATS-34, но без содержания молибдена и с добавкой
некоторых других присадок. Про эту сталь не так много известно, но, судя по
всему, она обладает такой же способностью к сохранению остроты режущей
кромки, как и ATS-34, но при этом более твердая. Так как молибден - дорогое
вещество, используемое для "высокоскоростных" лезвий, а ножам не всегда нужны
такие свойства, то замена молибдена, будем надеяться, сильно уменьшит стоимость
стали, и при этом сохранит свойства ATS-34. Эта сталь часто используется в
ножах фирмы Spyderco.
BG-42
BG-42 - это нечто, похожее на ATS-34, с двумя основными отличиями. Там в
два раза больше магния, и 1,2% ванадия (которого в ATS-34 вообще нет),
благодаря чему сталь вполне может держать заточку даже лучше, чем ATS-34.
СРМ T440V - СРМ T420V
Эти две стали великолепно держат заточку (лучше ATS-34), но при этом тяжело
затачиваются первый раз. В обеих сталях высокое содержание ванадия. Компания
Spyderco изготавливает как минимум одну модель из СРМ T440V. В зависимости от
закалки, ожидается более тяжелая работа по затачиванию таких лезвий, при этом
не стоит ожидать такой же прочности, как у ATS-34. Вариант 420V - это сталь
компании СРМ, аналог стали 440V, с меньшим содержанием хрома и удвоенной
долей ванадия, более износостойкая и, возможно, более прочная, чем 440V.
400-х серия
Компания Cold Steel, прежде чем начать использовать AUS-8, продавала многие
свои изделия под маркировкой "400 Series Stainless". Другие производители
ножей также иногда используют этот термин. На самом деле обычно под этим
термином скрывается недорогая сталь 44OA, хотя ничто не ограничивает компанию в
использовании любой другой стали марки 4хх, например, 420 или 425М, и
называть это "сталь 400-сотой серии".
РУССКИЕ НОЖЕВЫЕ СТАЛИ
Так как для изготовления клинков наиболее часто применяют инструментальные
(в том числе и коррозионно-стойкие) и близкие к ним подшипниковые и рессорно-
пружинные стали, попробую остановиться на них поподробнее. При этом буду
придерживаться классификации, принятой для инструментальных сталей (для сталей
другого целевого назначения буду делать комментарии).
Углеродистые стали
Стали типа наших У7-У16 и буржуйской 1095. Сюда же можно отнести
легированные марганцем стали (в том числе и любимую многими 65Г) . Весьма популярны,
но, на мой взгляд, недостатков намного больше, чем плюсов. В первую очередь,
хотя это многих удивит, низкая прочность и ударная вязкость (без ковки и/или
термоциклической обработки). Во вторых, как это опять же не удивительно,
сложность термообработки - в первую очередь узкий интервал закалочных
температур (особенно, для доэвтектоидных и эвтектоидных сталей) - стоит чуть
перегреть - пиши пропало. В третьих - низкая износостойкость, несмотря на высокие
достижимые значения получаемой твердости. Низкая закаливаемость и прокаливае-
мость, высокая деформация при закалке. Низкая стабильность свойств. Ржавеют
опять же. Все вышесказанное не относится к ножам Мастеров - в их исполнении
углеродка может быть очень неплоха.
А теперь попробую поподробнее.
Инструментальные углеродистые стали в соответствии с ГОСТ 1435-90 маркируют
буквой «У» и числом, указывающим среднее содержание углерода в десятых долях
процента. Для изготовления инструмента применяют качественные стали марок У7—
У13 и высококачественные стали марок У7А-У13А, а так же стали, легированные
марганцем.
По структуре стали подразделяются на эвтектоидные (У7-У8) и заэвтектоидные
(У9-У16) По механическим свойствам и назначению углеродистые стали
подразделяются на:
• стали повышенной вязкости (У7-У9) для изготовления инструмента с высокой
режущей способностью, подвергающегося ударным нагрузкам (зубила, кернеры
и т.д.). К этой же группе можно отнести рессорно-пружинные стали типа
60-75Г.
• стали высокой твердости (У10-У13) для изготовления режущего инструмента,
не подвергающегося ударным нагрузкам (напильники, шаберы и т. д.) . Сталь
У16 применяется в основном для изготовления износостойких втулок.
Твердость окончательно термически обработанного инструмента из углеродистых
сталей обычно лежит в интервале 57-63 HRC3, а прочность при изгибе составляет
1800-2700 МПа. Стали требуют аккуратного шлифования из-за возможности
образования прижогов и мягких пятен. После шлифования желателен низкий отпуск.
Свойства углеродистых сталей могут быть заметно улучшены термоциклической и
термомеханической обработкой. В некоторых случаях будет уместной зонная
закалка . Перспективных сталей в этой группе не предвидится.
Легированные стали
В данном пункте будут рассмотрены только низко- и среднелегированные стали.
Эти стали подразделяются на стали неглубокой и глубокой прокаливаемости. По
назначению - инструментальные и подшипниковые (сталь ШХ4 близка к стали X,
ШХ15 - к стали XI).
Из наиболее популярных хочется отметить
• X (ШХ4)
• XI (ШХ15)
• 9ХФ (90ХФМ)
• 11ХФ (ИХ)
• 13Х
• ХВГ (ХСВГ, ХСВГФ)
• В2Ф и ХВ4Ф (ХВ5)
Из перспективных сталей - возможно, стали типа ХВ4Ф, при замене в структуре
стали карбида вольфрама на карбид ванадия или ниобия.
Полутеплостойкие стали
Как правило, высокоуглеродистые стали, легированные хромом, молибденом,
ванадием, иногда вольфрамом. В этой группе рассмотрим только стали, обычно
обрабатываемые на первичную твердость. Некоторые стали этого типа производятся
по порошковой технологии. По назначению - как правило штамповые стали. На мой
взгляд, это одна из наиболее интересных групп для изготовления клинков.
Традиционно их делят по износостойкости на стали повышенной и высокой
износостойкости. Кроме того, они традиционно делятся на 2 группы - 6%Сг и 12%Сг
6% Сг - типичные представители 85Х6НФТ и Х6ВФ (близки к буржуйской А2)
хорошее сочетание прочности, износостойкости и ударной вязкости. Еще лучшим
комплексом свойств обладают высокованадиевые стали типа Х6Ф4М (близка к
буржуйской А7) .
12% Сг - ну, самый типичный представитель - Х12МФ (D2) . Износостойкость
примерно в 2 раза выше, чем у Х6ВФ, ударная вязкость в 2 раза меньше (можно
заметно повысить термообработкой). Х12Ф1 - примерно посередине между Х12МФ и
Х6ВФ.
Есть высокоуглеродистые стали типа Х12 и Х12ВМ (Х12В, Х12ВМФ) -
износостойкость несколько выше, чем у Х12МФ, прочность и вязкость - заметно ниже.
Есть высокованадиевые стали типа Х12Ф4М - износостойкость выше, чем у
высокоуглеродистых сталей при прочности и вязкости, сопоставимых с Х12МФ.
Отдельную группу составляют стали типа ХЗФ8, ХЗФ12 или Х1М2Ф12.
Из наиболее перспективных - Х6Ф4М и Х12Ф4М (Х12ФЗМ, Х12МФ4). Эти стали,
особенно Х6Ф4М, могут быть интересны и для любителей булата. Вполне возможно,
будут интересны азотсодержащие стали этого типа.
Быстрорежущие стали
Как правило, стали, легированные хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием.
Наиболее распространенные марки:
• Р18
• Р12
• Р9
• Р6М5 (10Р6М5, Р6АМ5)
• Р6М5ФЗ (Р6М5Ф4)
• Р2М8 (11Р2М8)
• Р8МЗ
• Р12ФЗ
• Р14Ф4
• Р9Ф5
• Р6М4К5
• 11Р2М8К5 (11Р2М8К8)
• 11РЗАМЗФ2
И еще около 100 марок.
Исторически наиболее популярна Р6М5 (М2). При правильной термообработке
сталь с неплохим комплексом свойств. Но, все же, уступает высокованадиевым
сталям предыдущей группы. В последнее время на эксклюзивных моделях
появляются и другие быстрорезы, как правило, высокованадиевые порошковые.
Интегральное мнение - стали весьма неплохи, но тот же (и даже более высокий) уровень
свойств можно получить на сталях попроще и с более простой термообработкой.
Кстати, по термообработке - для использования для клинков ножей большинство
быстрорезов можно обрабатывать на первичную твердость - в результате, как
правило, несколько ниже твердость, больше остаточного аустенита, и несколько
(иногда в 2 раза) больше ударная вязкость. В случае обработки на вторичную
твердость рекомендуют несколько (на 10-40 °С) понизить температуру закалки.
Возможно, будет иметь смысл оставить некоторое количество аустенита
(например, снизить температуру 3-го отпуска до 400-450 градусов.) Снизив
температуру первого отпуска до 400-450 градусов и заметно увеличив его длительность
можно получить лучшее распределение карбидов, и, следовательно, прочность и
вязкость. Некоторые резервы есть в комплексном модифицировании (В + Zr + Nb +
РЗМ) и применении методов порошковой металлугии.
Из новых интересных марок - молибденовые стили типа 11М5Ф, 11М7ФЮС, бе-
вольфрамовые стали типа 65Х6МЗФЗБС (ЭП973), 65Х6М2ФЗБ (ЭП972), 9Х6Ф2АРСТГ
(ЭК15), 95Х6МЗФЗСТ,ш (ЭК80), 9Х4МЗФ2АГСТ (ЭК42).
Отдельную группу составляют стали с интерметаллидным или карбидным и интер-
металлидным упрочнением.
Стали с высоким
сопротивлением
пластической
деформации
Как правило, это стали обрабатываемые на вторичную твердость (подобно быст-
рорезам). Основное применение - инструмент для холодной деформации,
теплостойкие подшипники, детали топливной аппаратуры. Типичные представители -
6Х6ВЗМФС, 6Х4М2ФС, 8Х4В2МФС2, 11Х4В2МФЗС2.
Некоторые из них (особенно 6Х6ВЗМФС и 6Х4М2ФС) могут быть весьма интересны
для изготовления ножей, ориентированных на рубку.
К этому же классу могут быть отнесены некоторые стали, которые могут
применяться как быстрорежущие, но в основном применяются, как стали с высоким
сопротивлением пластической деформации, например: 17Х5ВЗМФ5С2 МП, Р0М2СФ10 МП
(СРМ 10V), 17М6Ф5Б (МП).
Коррозионностойкие стали
Тут нам есть мало чего предложить...
• 95X18 (440В)
• Х18МФ (110Х18М (ШД) 440С)
• Х13М (Х14М)
• 65X13 (420J),
• 50Х14МФ,
• 90Х18МФ...
Есть еще правда ЭП766 (95Х13МЗКЗБ2Ф).
Мартенситно-стареющие
инструментальные стали
По назначению - быстрорежущие, штамповые и с высоким сопротивлением
пластической деформации. Для клинков могут применятся и некоторые конструкционные
мартенситно-стареющие стали, в певую очередь нержавеющие высокопрочные и
сверхпрочные. Из наиболее типичных представителей - ЭП853 (03Х11Н10М2Т2). До
сих пор ни в России, ни в мире нет заметного интереса к этой очень интересной
группе сталей... Притом, что некоторые из них обладают уникальными
характеристиками. Недостатки - высокая стоимость, малая доступность, сложная
термообработка, низкая (очень относительно) стойкость по абразивным материалам.
Из наиболее интересных и перспективных сталей - сплавы типа ЭКЗ (Н7К13М17Т)
и стали с карбидным и интерметаллидным упрочнением типа УИ155.
Приблизительная таблица соответствия сталей
США
Германия (DIN
Bezeichn./Werkst.Nr.)
Россия
Япония
Швеция
Sandvik
420
X21Crl3
3X13
SUS420J1
6C27
420/425
modified
X45CrMoV15/l.4034
4X13
SUS420J2
10C29
440А
X55CrMol4/1.4110
65X13
AUS6
I2C27
440В
X89CrMoV18.1/L4112
9X18
AUS8. GIN-1, MBS-26, MVS-8
13C26
440С
X105CrMol7/l.4125
95Х18Ш
AUS10, SUS440C. MRS-30
19C27
154СМ,
BG-42
XI 10 CrMoV15/l.4111
-
ATS-34. ATS-55. VG-10.
AUS-10
RWL 34
ВАЖНОСТЬ ЗАКАЛКИ СТАЛИ
Химический состав стали определяет ее потенциал быть исключительным лезвием
- насколько этот потенциал реализуется зависит исключительно от термической
обработки. Без закалки это не сталь, а сплав. Прекрасная сталь, но
незакаленная - мягкая, как обычное железо; или перекаленная сталь подобна стеклу
чрезвычайно острая, но хрупкая, и колется при малейших нагрузках. Например, сталь
AUS-8 заточку не держит при закалке до твердости менее 56 Роквела, очень
хороша при 57 Роквела, и совсем хрупка при 60 Роквела. Иногда можно прочитать
про тот или иной оригинальный способ закалки. Это, скорее всего, реликт
кустарного производства - "секрет" передаваемый из поколения в поколение.
Например, англичанин Томми (не знаю реальное это имя или просто его так назвали,
поскольку он англичанин) более полутораста лет назад научил финнов закалять
сталь в масле, и они следуют этой технологии до сих пор. Дело в том что для
каждой стали существует свой известный способ охлаждения: воздушный,
масляный, криогенный... Это определяется природой сплава, и определением лучшего
способа охлаждения занимаются металлургические лаборатории, вооруженные
электронными микроскопами, спектрометрами, термометрами и т.п.
Также существуют таблицы отпуска сталей, где указано, до какой температуры
ее разогревать после закалки, чтобы получить нужную твердость по Роквелу.
Поэтому маловероятно, что используя масляную закалку для стали, которая
нуждается в воздушной, можно было бы получить хороший результат. Разве что варить
свою сталь - чем практически никто не занимается. Я знаю только про Роселли в
Финляндии и мастеров Гильдии Оружейников в России. Они, правда,
экспериментируют с булатом - супервысокоуглеродными сплавами, для которых, как я понял,
закалка не нужна и даже вредна. Каинуун делает ножи из "серебряной стали" и
закаливают в масле, как научил их Томми. С другой стороны, закалка с
охлаждением с помощью криогеники до -130 °С повышает износостойкость 440 стали
приблизительно на 120%, эффективная твердость увеличивается на 10-15%.
Закалка даже на плохой стали может привести к тому, что такой клинок
окажется лучше, чем клинок из лучшей стали, но с худшей по качеству закалкой.
Плохая термическая обработка может привести к тому, что лезвие из нержавеющей
стали потеряет свою устойчивость к коррозии, либо упругая сталь станет
хрупкой, и так далее. К сожалению, из всех трех самых главных свойства лезвия
(профиль клинка, тип стали и тип закалки), закалку нельзя оценить визуально.
Как результат этого, на нее зачастую не обращают внимания, уделяя ее лишь
форме клинка и типу стали.
Вывод 1: Таким образом, сталь сама по себе не делает нож хорошим, к
сожалению определить, как хорошо лезвие обработано невозможно без интенсивного
использования. Поэтому лучше довериться авторитетной фирме или мастеру, чем
химическому составу стали.
Вывод 2: Хороший нож из полосы хорошей стали путем просто обточки получить
без закалки невозможно. Более того, при сильном нагреве, сопутствующем
обточке на станке, сталь может потерять свои свойства, если она не специальная
инструментальная - высокоскоростная, точнее это зависит от режима отпуска для
этой стали.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ
(кроме стали)
Кобальт-Стеллит 6К
Это гибкий материал с очень высокой износостойкостью, чаще всего устойчив к
коррозии. Стеллит 6К - это сплав кобальта.
Стеллит/Талонит
Кобальтовый хромовольфрамовый сплав. Интересный материал для клинков ножей,
так как не содержит железа, а следовательно, с технической точки зрения, это
не сталь. Стеллит - это литой суперсплав кобальта с добавками хрома,
вольфрама и молибдена, в необходимой пропорции. Его очень сложно резать и шлифовать,
зато он вообще не ржавеет и держит заточку вечно (конечно, не вечно, но очень
долго). Некоторые самоотверженные изготовители ножей используют стеллит, но
достаточно редко, так как с ним тяжело работать.
Титан
Новейшие титановые сплавы могут обладать твердостью до 50 единиц, и это
позволяет использовать их для изготовления режущих деталей. Титан потрясающе
устойчив к коррозии, а также не намагничивается. Широко используется в
дорогих ножах для подводников благодаря тому, что военные морские десантники
использует его для работы с минами, детонирующими при приближении металла.
Также титан используется в ножах выживания. Тигрис (Tygrys) производит ножи со
стальной сердцевиной, закрытой слоями титана.
Керамика
Лезвие на некоторых ножах действительно делают керамическими. Чаще всего
эти клинки очень хрупкие и не могут быть заточены самостоятельно. Однако, они
хорошо держат заводскую Заточку. Такие ножи делают компании Бёкер (Boker) и
Куошира (Куосега). Кевин МакКланг (Kevin McClung) недавно выпустил
композитный нож с использованием керамики - гораздо более прочный, чем другие
керамические ножи, и вполне подходящий для большинства обычных работ, а также
возможный к заточке в домашних условиях, и при этом неплохо держит заточку.
Обыденное представление о керамике заключается в том, что она легко бьется и
сложна в заточке. Иногда я делаю керамические клинки, но этот материал
требует гранильного оборудования, алмазных инструментов и фундаментальных знаний
теории работы с камнями. Это очень тяжелое производство. Лезвие будет держать
заточку неограниченно долго, но керамика не такая упругая, как любая из марок
стали. Материал, который я использую, YTZAP (Иттриевый поликристаллический
титанциркониевый ангидрид с окисью алюминия) более пластичен, чем я думал
раньше. Я считаю, что у керамики есть будущее, но скорее всего не в
производстве авторских ножей и не сегодня.
ФАКТЫ РОССЫПЬЮ
• Сталь ножей кованных из полотна пилы возможно L6.
• UHB17VA предназначена для клапанов воздушных компрессоров - т.е. хорошо
держит поверхность при постоянных нагрузках, хорошо закаливается до
заданной твердости и держит ее.
• 0-1 и W-2 сильно ржавеют, и ножей из них делать не стоит.
• D-2 прекрасно держит заточку, но слишком хрупка для рубки.
• А-2 особо хороша для рубки - боевых и полевых ножей.
• 44OA обычно именуется хирургической сталью. Очень хорошая устойчивость к
коррозии - используется в ножах для аквалангистов.
• 440В лучше, чем 44OA за счет большего содержания углерода, но реже
используется.
У 440С хорошая устойчивость к коррозии и хорошо держит заточку.
Используется в ножах для аквалангистов. Заметно превосходит 440А и 440В,
поэтому пользуется большей популярностью.
G-2 немного лучше AUS-8, но ее сложно достать и ею мало пользуются.
ATS-34 самая лучшая сталь из нержавеющих и лучше многих
высокоуглеродных, но закаливание стоит в десять раз больше, чем для ее близких
аналогов GIN-2, ATS-55 или AUS-8.
154-СМ более хрупка, чем ATS-34 и с большей вероятностью будет крошиться
на острие.
VG-10 такая же, как и ATS-34 в удержании заточки, и такая же
нержавеющая .
BG-42 такая же как ATS-34, но содержит ванадий. Дороже чем ATS-34.
Сталь М2 - инструментальная сталь для режущих инструментов, работающих
на больших скоростях - основные применения сверла и фрезы. М2 успешно
Закаливается до твердости 62HRC без появления хрупкости.
X15TN изготавливается французской фирмой Aubert & Duval. Для
производства используется редкий техпроцесс с использованием азота: очень высокая
сопротивляемость коррозии. Стойкость режущей кромки как у 44OA.
Максимальная эффективная HRC - 58 .
При условии правильной термообработки CPM440V лучше держит заточку чем
AUS-10 и менее хрупка, кроме того, СРМ440 меньше ржавеет.
AUS-10 по составу (за исключением наличия ванадия и чуть меньшего
содержания молибдена) близка к распространенной стали 440С, да и по
эксплуатационным характеристикам вроде тоже.
Damasteel - дамасская сталь полученная методом порошковой металлургии,
т.е. конструкция (не сплав!), полученная путем термомеханического
соединения двух разных сталей.
420 sub-zero quenched Cold Steel - на самом деле это 420НС (420
Modified), которая в результате криогенной обработки при закалке
становится равной по характеристикам стали 44OA - не более (хотя некоторые
эксперты говорят о равенстве 440В).
Общая тенденция в ножевой индустрии - переходить от 440А к 420НС с
криогенной обработкой. Причины:
1. меньшая стоимость 420НС
2. 20НС лучше поддается механической обработке
3. 440А перестала выпускаться в виде брусков удобной формы для
изготовления длинномерных ножей
Carbon V - это не марка стали, а зарегистрированное ColdSteel название.
Поэтому в разные периоды под названием Carbon V продавались разные стали
- отсюда и разница в результатах лабораторных исследований состава и др.
тестов. В настоящее время под маркой Carbon V продается вполне хорошая
высокоуглеродистая сталь 0170-6 (она же 50100-В).
Ножи Roselli помеченные как Carbon изготавливаются из высокоуглеродистой
стали W75, производимой ThyssenKrupp эффективная твердость закалки 59-
62HRC.
С UHC много неясного. Скорее всего, это модифицированная
высокоуглеродистая сталь с минимумом (или полным отсутствием) добавок, наподобие 1095.
Далее с помощью специализированного техпроцесса содержание углерода в
стали поднимают. Возможный вариант - переплавляют сталь вместе с
материалом-источником углерода в герметично закрытом сосуде (вроде
древнеиндийского метода получения сверхтвердой стали). Достигаемая для UHC эф-
фективная твердость закалки 64-66HRC. Единственное, не верится в то, что
эта сталь не хрупкая.
• AUS-8 превосходит ATS-34 (она же 154СМ) по ударной прочности.
Сейчас все высококачественные стали получают с помощью различных способов
рафинирования. Наиболее часто используют электрошлаковый переплав и различные
способы вакуумного переплава (ВД, ВИ...). Для лучшей дегазации применяют
продувку аргоном. Для лучшего удаления серы и фосфора (а в некоторых случаях и
углерода) используют кислородное рафинирование. Наиболее высококачественные
стали выплавляют, используя несколько методов одновременно или
последовательно. При одинаковом формальном составе стали, сталь разных плавок может
заметно отличатся по свойствам. Причиной тому могут стать различные примеси,
иногда очень заметно влияющие на состояние границ зерен (например 0.002% Sb или
Bi могут сделать из стали стекло) и применяемые модификаторы.
Первичный размер зерна и распределение карбидов зависят от состава стали,
ее модифицирования и условий охлаждения слитка (температура заливки, масса и
размеры слитка, характер формы).
Именно поэтому высококачественные стали отливают в слитки малой массы, что
обеспечивает лучшую первичную структуру стали. Хотя, при выборе оптимального
размера слитка надо иметь в виду её дальнейшую судьбу - то есть, на какой
профиль сталь будет прокатана. То есть на свойства стали в прокате влияют как
первоначальная структура стали, так и степень деформации (ее характер) и
разумеется , термообработка.
Если размер зерна стали, как правило, формируется в результате
окончательной термобработке (при последней закалке), хотя, в той или иной степени
наследуется первоначальная структура, то с распределением карбидов все намного
сложнее. Его можно улучшить термообработкой (в зависимости от типа карбида
можно применять разные методы) и используя пластическую деформацию. Самый
радикальный способ - использование методов порошковой металлургии.
СРАВНЕНИЕ РЕЖУЩИХ
СВОЙСТВ НЕКОТОРЫХ СТАЛЕЙ
Пользуясь ножом, вы можете совершать два разных действия: рубить (строгать)
и резать. Рубить (строгать) - это движение поперёк лезвия, а резать - вдоль.
Очень часто даже создатели ножей не делают различия между этими действиями и
напрасно. Когда вы рубите сучок, то проверяется твердость, прочность ножа,
которые зависят от состава стали и её закалки, а, разрезая спелый помидор, вы
проверяете структуру, а это производная от технологии создания ножа, т.е. как
и из чего, он сделан: Дамаска, булата или обычной стали. Поскольку эти
характеристики: твердость и структура достигаются разными путями, то часто они
входят в противоречие друг с другом. Вот простой пример: берём сталь У-8
(серебрянку) и делаем из прутка два изделия - зубило и нож. Зубило закаливаем:
650-680 °С - и в холодную воду. Мы получим самое мелкое Зерно и максимальную
твердость. Нож, закалённый при таком же режиме, во-первых - хрупкий, во-
вторых - плохо режет - слишком мелкое зерно. Лучше сделать закалку 720-760 °С
-ив масло с t = 60-200 °С, отпуск в этом же масле и охлаждение в воде. Мы
не получим максимальной твердости, но упругость и режущие свойства будут
выше . Второй пример: легирующие добавки хрома, ванадия и вольфрама увеличивают
твердость, прочность и упругость стали и резко снижают её режущие свойства.
Так нож, откованный из хромованалиевой пружины, не режет вообще, он скользит,
как конёк по льду, но не цепляется за поверхность. Быстрорежущие стали (HSS)
с высоким содержанием вольфрама (9-18%) тоже режут плохо - они строгают, они
твёрдые, но против помидора или войлока - слабы. Я считаю, что есть три
структуры, в которых можно добиться хороших режущих показателей - это булат,
Дамаск и сталь СРМ - продукт порошковой металлургии, хотя понятно, что при
одинаковых рабочих характеристиках, они будут обладать разным рисунком,
твёрдостью, упругостью и прочностью. По-моему, возможности сталей СРМ ограничены
слишком высоким легированием (иногда только хрома 26%).
Условия
тестирования
Все лезвия затачивались мной, угол заточки 18-25°. Набор камней и оселков
был один. После заточки рубилась мягкая кость - рог марала. Если кромка
деформировалась, то угол заточки увеличивался, пока лезвие не проходило это
испытание с честью. После испытания на твердость проверялись режущие качества.
Был взят плотный войлок, сечением 20x20 мм. На лезвии отмечался промежуток в
70 мм, и войлок резался поперёк в одно движение от метки до пятки клинка с
небольшим давлением.
Как только нож начинал скользить и не перерезал войлок в одно движение -
тестирование прекращалось, и данные заносились в таблицу. Очень быстро
выяснилось , что на самом деле угол заточки, твёрдость лезвия и доводочные камни
играют незначительную роль - важна была только структура кромки лезвия и
плотность войлока, его состав. Поэтому желающие и любопытные могут повторить
эти опыты. Результаты будут отличаться от данных здесь, но соотношение
количества резов ножей из разных сталей останется таким же.
Легендарные
стали
прошлых лет
Опасная бритва "Труд Вача" (сталь 13Х; 12Х; С=1,3%; хром~1%)
7
Пила по металлу (сталь Р9; У = 0,9%)
8
Клапан дизеля (25X1,5 Н3,5 /35X12/ 30X15 НГС/40Х15)
15-20
Шток от нефтяного насоса (высоколегированная сталь 8X15 ВСМФ4,
коррозийно-кислотоустойчивая)
24
Подшипниковая сталь ШХ-15; ШХ-13 (С=0,95-1,05%; хром=1,3-1,5%)
Напильник (сталь У12А, С=1,2%), кован мной, раскован вдоль, закалка в
масле
32
Узбекский нож* (сделан в Узбекистане), сталь ШХ-15, кованая, но не
закалённая
65
Плоская рессора, кована мной, (сталь 65Г)
60
Рессора из буксы вагона, кована мной, (сталь 60ГС2)
70
Напильник, кован мной, отожжён, осажен с торца, закалка в воде
* Рубить кость не имело смысла: лезвие загнулось бы.
Современные стали
Сталь 40X13
20
Сталь 65X13
22
95X18 (закалка: 850°С, масло), кована мной
30
110X18 (закалка: 850°С, масло), кована мной
55
Р6 М5 (кованая, осажена в 5 раз, закалка: 850°С, вода)
65
Х12 ФМ (Х12 Ф1, Х12 Ф2, Х12 ФЗ) HRC = 64 ед. (лезвие от рубанков,
штампованная, закалка заводская)
24
55X7; 6X6; 8X6; 4X9; (кованы мной)
22-26
Сталь ЭИ - 107 (состав: С=0,4; Cr=10%; Mn+Si=2%
18
У15А (осаженная в 40 раз)
135
Р6М5 (осаженная в 30 раз)
120
ШХ15 (осаженная в 10 раз)
90
Зарубежные стали
Yasugi Hitachi "Blue paper" steel №2, Japan, (C=l,2%), (кована мной)
CPM 420, (C=2,3%), Germani, (кована мной)
90
WST 35 PM (C=2,6%), Germani, (кована мной)
100
RWL 34 (C=l,2%), Germani, ( кована мной)
K.J.Ericsson, stainless (штампованный нож), Mora, Sweden
30
K.J. Ericsson, highcarboon (штампованный нож), Mora, Sweden
40
Helle, highcarboon, laminated (штампованный нож), Sweden
40
Напильник, "Orion", Швейцария (кован мной)
100
Опасная бритва "Sheffield", made in G.B.
10
Торсированный Дамаск "Boker, Sollingen,Stainless" (кован мной)
20
Randall, made in U.S.A., stainless (нож)
20
Asprey, made in G.B., stainless (нож)
Нож для микротомных срезов для микроскопов (Австрия), С=1,2% (кован
мной)
95
Dentch stainless steel, ATS-34, состав: C=0,9%; Cr=15%; Mo=3%;
S=0,004%; Ph=0,005%
90
Экзотика
Булат А. Каменского, кован мной, 2000 год (рисунок: сеть из ромбов, а
в ней - водоросли)
45
Булат А. Каменского, кован автором, 1996 год (рисунок: 6-ти угольные
пчелиные соты)
40
Булат*, кован Вс. Сосковым, 2003 год
55
Булат**, кован Л. Архангельским
100
Дамаск, работа К. Долматова (4 экз.)
40-48
Дамаск, работа И. Куликова, 2001 год
40
Дамаск нерж. С. Грачёва. Кован мной, волна на кромке.
65
Дамаск Л. Архангельского. Кован мной.
14
Дамаск И. Пампухи (Нижний Новгород). Кован мной.
55
Дамаск из ржавой стали. Кован мной ( 2.400 слоев, волна на кромке).
70
Дамаск А. Дабакян. Кован мной (150 слоев, ст.3 + напильник + рессора)
60
Дамаск. Кован мной (30.000 слоев, напильник + чугун.опилки).
30
Дамаск. Кован Базалаем-внуком, 1900 год (21 слой, напильник по
кромке)
60
Дамаск. Кован мной (1.800 слоев, ст.45 (арматурный пруток) + чугун,
опилки)
30
Дамаск. Кован мной (4.000 слоев, железо XVIII в. + сталь(Австрия))
40
Дамаск. Кован мной (6.400 слоев, PGM5 + 55 х 7 (нерж.))
30
Дамаск. Кован мной (3.000 слоев. Состав 40%ШХ-15(С=1,0% Сг=1,5%)+
40%ХФ-4 (С=1,1-1,3% ; Сг=0,6-1,0% ; W=l,5-3%) + 20% железа
60
"Волновая" сталь. Автор - Прокопенков Геннадий (сталь Х12ФМ, кованая
автором).
50
* на кости крошился при любых углах заточки, испытывался с L = 25°
** на кости не испытывался по желанию владельца
Хочу ещё раз объяснить, что эти цифры не абсолютные, а относительные - они
показывают только соотношение между режущими свойствами некоторых сталей.
Лезвия точились не до "идеала", а до того момента, когда они с хрипом и
шипом, но уверенно режут бумагу, а испытание прекращалось, когда лезвие бумагу
не резало. Этот узкий промежуток взят только для экономии времени и войлока.
Даже при таких условиях времени потрачено - два года и войлочных ковриков
куплено на сотню у.е. К примеру, свой кухонный нож "Mora 2000", K.J. Ericsson,
stainless" я испытывал дважды. Один раз в обычном порядке, а второй раз я его
заточил до того предела, который могу достичь; и во втором случае он сделал -
90 резов (в первом - 30), но было потрачено вдвое больше времени на заточку,
втрое - не испытание, втрое больше войлока изрезано и траты эти излишни при
эксперименте. По-видимому, любое лезвие из таблицы способно сделать втрое
больше резов, но здесь идёт речь не о каком-то абсолюте, а только о
соотношении сталей между собой. Единственное могу заметить, что если при испытании
разница составляет 10 резов, то в реальной жизни это ощущается как в 2 раза.
Поэтому 30 резов и 100 резов - это две большие разницы. Также я не пытался
выставить оценку авторским работам - моей целью было выяснение "что есть что"
в мире сталей, выявление общих закономерностей. Работа будет продолжаться,
таблица - заполняться, но выводы кое-какие можно сделать. Легенда о высоких
режущих свойствах Дамаска - это легенда. Режут стали, которые входят в его
состав, а не швы между ними. Поэтому, все свойства Дамаска: прочность,
твёрдость и рез - это среднеарифметическое, но не сумма. Это можно вывести
умозрительно: к примеру, мы взяли ШХ-15, как режущую сталь, а 65Г, как упругую -
это вовсе не значит, что полученный дамаск будет резать, как ШХ-15 и будет
упругим, как 65Г. Ведь и ту и другую сталь мы разбавили, ухудшив тем самым её
основные свойства. Это правило будет действовать, сколько бы слоев мы ни
намешали: от 2 до 1.000.000. Так, например, стандартный композит: Ст. 3 +
напильник + рессора - даёт рисунок с небогатым набором цветов - от
светлосерого до темно-серого, и от 40 до 55 резов по войлоку. Рабочая сталь в этом
наборе одна: 65Г (рессора), она сама по себе даёт 70 резов и упругая. Всё
остальное добавлено для цвета, но резко ухудшает её (65Г) свойства.
Единственным видом Дамаска, свойства которого будут являться суммой всех свойств,
входящих в его состав, будет дамаск без рисунка. То есть, стали в нём не
перемешаны между собой: режущая сталь идёт по кромке, а упругая - по обуху. Эта
конструкция может иметь от 2 до 9 полос, сути дела это не меняет. На кромке
может быть дамаск из режущих сталей или одной стали, но хорошо перемешанной
(как в японских мечах), а на щеках может быть декоративный дамаск из никеля и
хрома - это принципиально тоже ничего не меняет. Я хочу донести простую идею:
не мешать в кучу стали по принципу: "а вдруг что-нибудь выйдет этакое" -
этакое не получится, сказок не бывает, к сожалению. Как ведёт себя сталь
отдельно, так же она ведёт себя и в Дамаске - нового в этой смеси не рождается.
Поэтому, если сталь неизвестна, её нет в моих таблицах - исследуйте её.
Нетрудно сделать один эталонный нож из ШХ-15, а с ним сравнивать неизвестные стали.
К примеру, не испытана У16А, - думаю, что она не режущая, т.е. продолжает
линию У12А, У13А, но ведь проверить-то надо. Покупать полосу У16А на "Клинке" -
деньги на ветер. Так на весеннем "Клинке" 2004 г. у господина Петрика было
куплено изделие из якобы У16А, спектрограф показал, что это 12X5. Возможно,
мастер просто купил полосу, поверив на слово. Плохо режут современные булаты,
имеющие в составе даже 0=1,9%. Поскольку в любой стали определяющим является
структура, а не состав, то присутствие углерода в любых количествах ещё ни о
чём не говорит. Вот список сталей, которые дают 60-90 резов по войлоку: У7А;
У8А; У10А; ШХ-15; Р6М5; ШХ-13; 9ХС; 9ХФМ. В них содержание углерода от 0,7 %
до 1,05%, но хорошая структура, поэтому дамаск, составленный из них, будет
резать. А вот стали, которые дают 7-30 резов: У-12; У-13; Х12ФМ; 12Х; 13Х.
Углерода в них от 1,2% до 1,7%, но добавлять их в дамаск - ошибка. Ведь тот
же напильник добавляют в дамаск по двум причинам: для повышения процента
углерода (улучшения рабочих свойств) и для контраста. Увы, происходит ухудшение
свойств, а контраст можно достичь и другим путём. Вот, к примеру, дамаск,
составленный из 3-х режущих сталей: ЩХ-15; 9ХС и 65Г (как прослойка между
ними) . Дамаск полирован и 10 сек. проявлен в железном купоросе: ослепительно
белые полированные линии хрома на тёмном фоне, который не однороден, а
состоит из чёрных, коричневых и синих полос. Дамаск упруг и режет, как рессора -
70 резов, что втрое больше, чем у лучших дамасков типа: рессора + напильник.
Данный дамаск не режет, как ШХ-15, поскольку объём ШХ-15 = 25% и закалка
велась по 65Г, (т.е. нагрев под закалку на 200 °С меньше) иначе всё рассыпалось
бы. Но, по крайней мере, рессора разбавлена лучшей сталью, а не напильником.
ШХ-15 свою задачу выполнила - дала линии хрома. Как ни странно, дамаск из
одной стали тоже даёт очень контрастный рисунок. Рисунок невероятно контрастен,
пришлось делать анализ и оказалось, что вся цепь, включая заклёпки, сделана
из одного металла. Тогда, для подтверждения этого факта, я сделал дамаск из
арматурного прутка, правда, с присыпкой чугунных опилок по швам. И этот
Дамаск оказался ярким и контрастным. Поэтому, лучше думать о рабочих свойствах
Дамаска, смешивая стали, а рисунок будет присутствовать всегда. Всё это
сказано о Дамаске, имеющем узор. Будь это дикий; турецкий; штемпельный или
какой-либо ещё. Любой узор на поверхности - это срезанный слой и зародыш
будущей трещины. Любая смесь сталей на кромке режет хуже, или так же, как лучшая
сталь из этой смеси. Механическое увеличение количества слоев не даёт
приращение качества реза. Один опыт отражён в таблицах. Лезвие, откованное из
напильника, дало, приблизительно, 30 резов и дамаск из напильника в 30.000
слоев тоже дал 30 резов. Кроме этого я провёл такой опыт: взял полосу Дамаска в
400 слоев, весом 1.6 кг (производство И.Ю. Пампухи) , и начал её сваривать,
иногда отрезая кусочек для испытаний. В результате получилось 4 лезвия по 50
г, остальные 1,4 кг пошли на окалину. Лезвия имели: 3.000 слоев, 30.000
слоев, 300.000 слоев и последнее лезвие - 4 млн. 800 тыс. слоев. Хорошими
режущими свойствами обладал только первоначальный вариант в 400 слоев, далее шло
ухудшение. Сваривал только флюсом, нарезая полосу на 5-10 кусков. Т.е. слоев
было много, а сварок мало. Приращение качества идёт при другом процессе. Если
полосу перегибать каждый раз пополам и засыпать чугунными опилками, т.е.
сварок много, а увеличение количества слоев идёт очень медленно. Одновременно
идёт науглероживание За счёт чугуна. Путь не перспективный и трудоёмкий. Угар
составляет 50-75%. Значит, лучший по качествам дамаск, в котором результат
равен сумме составляющих его сталей, это: режущая сталь по кромке, пружина по
обуху и узор на щеках. Такая конструкция будет резать, рубить и быть красивой
(при хорошем подборе всех составляющих), но, как ни крути, по прочности будет
уступать творениям Е. Самсонова. Это выводы о Дамаске.
Теперь о сталях. Из углеродистых сталей фаворитом оказался швейцарский
напильник, естественно не просто фрезерованный, а прокованный. 100 резов по
войлоку, кость рубит любую, при толщине в 4 мм, не деформируется при нагрузке
в 80 кг, т.е. пружинит. В общем-то, не удивительно, если вспомнить, что ни
один ювелир не пользуется нашими напильниками, которые лысеют с первого
движения. А швейцарские напильники работают по 15-20 лет. Примерно такие же
результаты дала продукция Германии и Австрии. Не Зря амузгинские мастера
(Дагестан) в дамаск вставляли шеффилдовские напильники. Из легированных сталей
наилучшей оказалась Р6М5 (хорошо прокованная!). Вязкая, упругая, не критичная
в закалке. После протравливания даёт красивый булатный узор, кость рубит
любую, режет очень хорошо, как углеродистая. Парадокс, что более углеродистые
стали, типа 110X18 или Х12ФМ уступают Р6М5 многократно по рабочим параметрам,
ослепляя только своим блеском. В общем, нет Дамаска равного Р6М5, хотя своего
прямого назначения она не выполняет. Поясняю - это сталь для свёрл по
металлу, но металл она не сверлит, в отличие от предшественницы Р18. Но, как
оказалось , её можно использовать в ножевом производстве; самостоятельно или
прилепив щёчки из нержавеющего Дамаска. Просто в дамаск Р6 тоже замешивается, но
с падением рабочих качеств. Стали СРМ отлично режут, не ржавеют, хрупки,
рисунком не обладают. Если хорошо вывести геометрию клинка (не тоньше и не
толще, чтобы не ломался, но резал), то это идеальный нож для охоты и рыбалки. С
выводами пока всё.
Два года назад начал сравнивать режущие свойства дамасков, булатов, сталей
в полной уверенности, что сталь хуже всех, всё затмевал образ микропилы,
присущий булату и Дамаску. Чисто умозрительная идея, которую никто не
подтверждал и не опровергал. Статью и таблицы начал писать и заполнять одновременно,
тоже два года назад. Когда факты стали опровергать теорию, то следовал
фактам, поэтому статья начинается "во здравие", а заканчивается "за упокой". Но
переписывать не стал, пусть отражает эволюцию мысли. Работу оцениваю очень
просто - я сэкономил время тому фанатику Дамаска, который уверен, что вся
суть в смешении разных сталей, правильной пропорции их, количестве слоев или
в чугуне между слоями. Утверждаю, что это не так: свойства Дамаска, как
результата всей этой работы, будут среднеарифметическими от свойств
компонентов. Вот ещё одно логическое доказательство. Представьте, что сварены две
полоски: пусть это будут рессора и напильник. Эту конструкцию закалили и
заточили. На одну сторону заточили - режет рессора и даёт 70 резов. На другую
сторону заточили - режет напильник и даёт 30 резов. Посередине заточили (по
шву) - вообще не режет. Отжигаем этот дамаск, перегибаем посередине на
толщину полоски, вот так:
Закаливаем, затачиваем, получаем дамаск с соотношением сталей 1:1. Как он
будет резать? Очень просто (70+30):2=50. Шов будет только вредить. Вот и вся
суть Дамаска в отношении режущих свойств. Можете сделать 1.000.000 слоев -
резать будет так же, как эта полоска (если пропорция 1:1) . Если кому-то не
жаль своего времени, пусть опровергает. Т.е. надо получить дамаск, который
режет лучше, чем лучшая по резу сталь из составляющих его, и чтобы чётким
было объяснение: надо сделать 3.000 слоев за 7 сварок, после 3-й сварки торси-
ровать по часовой стрелке, а после 5-й - против часовой и тогда получается
чудо. Мой совет: если дамаск делается из сталей, и важно качество, а не
только рисунок, то стали надо подбирать не по цвету, или углероду, а по
прочности, твёрдости и режущим свойствам. Сталь Р6М5 я похвалил за её совокупность
свойств. Лидером по резу она не является: ШХ-15 режет в 4 раза лучше, а 65Г -
в 2 раза, но по прочности я даю ей 100 ед. , по твердости 90 и по резу 60. К
тому же она имеет широкий ковочный диапазон: от 1.000 °С до 550 °С и
совершенно некритична к закалке, то есть очень удобная сталь. Ржавеет слабо, а
после протравки обладает красивым рисунком, правда мелким (рельеф мартенсита).
Возможно, высокие качества этой стали обусловлены правильным легированием,
т.е. и лигатуры сколько надо и подбор её хороший. Ведь если легирование менее
процента, то свойства стали меняются мало, а если более 15%, то сталь может
превратиться в нечто противоположное. Пример: сталь Гатфилда. Отмечу, что
Р6М5 я трижды сдавал на анализы, будучи не уверен, что это такое и убедился,
что разброс легирования в процентах очень велик: даже содержание вольфрама
колебалось от 4,5% до 6,5%; возможно это укладывается в ГОСТ, но отличие в
качестве будет несомненно. К сожалению, от разброса параметров одной марки
стали никуда не деться, если её выплавляют разными способами (мартеновским,
бессемеровским, конверторным, электродуговым) и качество плавки сильно
зависит от дня недели. Это еще белее утверждает в мысли, что для Дамаска надо
брать хорошие, дорогие стали, выплавляемые электродуговым методом.
Ещё раз о перепутывании слоев на кромке. На это надо обращать внимание,
если мало слоев и если в составе есть плохо режущие стали. Сами посчитайте:
диаметр закругления острия = 5 микрон. Толщина острия перед закалкой, если
лезвие проковано, равна приблизительно 3 мм. Так вот, если в Дамаске 3.000
слоев, то на режущую кромку придётся 5 слоев - это уже достаточно и
перепутывать ничего не надо. Ну, а если в Дамаске до 500 слоев, да ещё и фрезеровано,
а не проковано, то по кромке гуляют 1 -2 слоя. Дамаск СВ. Грачёва имеет 4 0
слоев, и не все стали хорошо режущие, поэтому ясно, что путать слои надо.
Дамаск из сталей предсказуем и не интересен. В горне ничего с этими сталями не
происходит, поскольку в них все вакансии заполнены лигатурой. А вот с чистым
железом в горне с древесным углём и в восстановительном пламени происходят
интересные вещи. К примеру, взял я кричное железо XI века (состав: С=0,08%,
S=0,14%), и провёл 15 сварок. Получился состав: С=0,45%; S=0,08%, т.е. идёт
науглероживание и выгорание серы. Ничего нового - это в любом учебнике
описано. Правда, не написаны пределы этого процесса, так что тема Дамаска не
закрыта и не мной закроется. "Червяк такой длинный, а жизнь такая короткая", -
так сказал один биолог, всю жизнь потративший на изучение дождевого червя.
Истоки некоторых
элитных сталей
Ясуки хаганэ (группа элитных японских сталей) используется большинством
производителей ножей в Японии. Они еще называются YSS (Yasuki Speciality
Steel). Кроме этого используются тамохогане (сталь для самурайских мечей),
Шведская сталь, сталь Феникс из Британии и пр. - но редко только в особых
случаях. Можно сказать, что японские кузнецы по всей Японии исключительно
используют Ясуки. Это сталь производиться исключительно Hitachi Metals, Ltd
(подразделение Хитачи) - фабрикой Ясуги. Предшественник Hitachi Metals
Unpaku Steel Company основанная на базе производства Ясуги в 1891. Основатели
производства обладали секретом технологии Вакоу (японская сталь) с помощью
которой производилась сталь для мечей и другого оружия из элитного железного
песка из Изумо. Фабрика Ясуги была поглощена Хитачи и стала называться
Hitachi Metals, Ltd в 1967.Таким образом, производство Ясуги - старейшее
производство в составе Хитачи.
Земля Изумо провинции Шимане с производством Ясуги было известно с древних
времен как место где изготовляется античная сталь тамахагане. Тамахагане
изготовляется из железного песка высочайшей чистоты - "Маса", который добывают
в горах или речных размывах. Метод которым добывают железный песок называется
"канна нагаши" использует течение реки и тяжесть железа - примитивный метод,
тем не менее, позволяющий опытному мастеру намывать много песка.
Кроме того, богатые лесные ресурсы гор оборачиваются хорошим источником
древесного угля необходимого для производства железа. Тамахогане в Изумо
производиться с помощью "метод производства стали Татара" ставшего хорошо
известным благодаря фильму "Принцесса Мононоке". Тамахогане из Изумо очень
качественное и распространяется по всей Японии как сталь для режущего
инструмента, в том числе, и для самурайских мечей. До периода Эдо 80% стали в
Японии было из Изумо. Когда же современные сталелитейные технологии,
выплавляющие сталь из железной руды в доменных печах пришли Японию, распространенные
повсеместно "татара кузницы" очень быстро исчезли. Однако тамахогоне в Изумо
просуществовало до начала 1900 годов. Hitachi Metals поглотившая Unpaku Steel
Company унаследовала процесс вакоу использующий песок "Маса" используя и по
сей день преимущества географического положения.
Однако производство Ясуго не стояло на месте и разработало аналогичные та-
тара бескислородные методы производства стали, и без использования древесного
угля. Кроме того, они разработали множество современных методов сталеплавле-
ния. Например, Электро Шлаковая Переплавка (Electro-Slag Remelting) была
изобретена в СССР (сейчас это Украина) во время Холодной Войны. С ее помощью
можно производить сталь мелкой структуры (fine solidification structure of
steel) без использования вакуумного процесса. Ясуго вторыми после СССР и
первыми в Западном мире стали использовать этот метод. Это было секретом.
Русские , конечно, знали об этом факте.
Из-за своего высокого качества стали ясуки сейчас считаются лучшими для
ножей, автомобилестроения, бритвенных лезвий, лопаток реактивных турбин и
металлообрабатывающих инструментов. ATS-34, SLD (D2) считается самыми лучшими
для элитных ножей по всему миру. Джиманджи - одна из самых известных сталей
для бритвенных лезвий.
Высокоуглеродные стали Тамахогане, Широгами, Аогами считаются лучшими для
профессиональных резчиков по дереву и поваров в Японии. Они известны тем, что
их микроструктура улучшается со временем в процессе использования. Конечно,
свойства ножей зависят от мастера кузнеца, который использует эту сталь для
производства режущего инструмента.
Широгами (Shiго Kami - белая бумага) - белая сталь или Ясуки №1 С 1-1.2%,
Si 0.1-0.2%, Мп 0.2-0.3%. Аогами (Ао Kami - голубая бумага) - голубая сталь
или Ясуки №2 С 1-1.2%, Si 0.1-0.2%, Мп 0.2-0.3%, Сг 0.2-0.5%, W 1-1.5%.
Обычно закаляются до 62-64HRC.
Голубая сталь легче в термообработке - японские мастера смотрят на цвет
раскаленной стали, определяя таким образом температуру, и с голубой сложнее
ошибиться, поскольку границы какого-то там температурного диапазона шире.
Татара метод - 15 тонн железного песка и 15 тонн древесного угля загружают
в глиняную печь и жгут три дня и три ночи. Потом ломают печь и изымают Керу -
огромный слиток стали весом около 2.5 тонн, получающейся на дне печи.
Остывшую Керу разбивают на куски, которые потом разделяют на три сорта Тамахагане,
Букера и Керазуки и пр. Букера и Керазуми идут на изготовление ножей,
инструментов и сельскохозяйственного инвентаря и требуют термообработки и повторной
закалки.
Татара метод использовался повсеместно с эры Эдо вплоть до начала эры Меид-
жи, и более 80% стали в Японии производилось в округе Чугоку. Во время эры
Меиджи в Японию из-за рубежа пришли современные более эффективные методы
производства стали, и Татара метод из-за своей неэффективности резко потерял
популярность и совсем исчез в эру Таишо.
Производиться сталь стала компанией основанной в Ясуги Сити с
использованием современных технологий. Сейчас она известна в Японии и за рубежом как
сталь Ясуки.
Однако поскольку только тамахагане может использоваться для изготовления
настоящих самурайских мечей, и эта сталь может быть произведена только с
помощью Татар метода - Татар производство и печи были восстановлено в 1977 году
в городе Ёкота Японской Ассоциацией Сохранения Искусства и Мечей. С тех
времен всего по несколько раз в год выплавляется сталь по этой методике.
СОВМЕСТИМОСТЬ
МЕТАЛЛОВ
Самодеятельному строителю необходимо знать, что не все металлы можно
соединять, создавая какие-либо конструкции. Некоторые металлы при контакте
образуют так называемые электрические пары, которые в месте контакта очень быстро
разрушаются. Совместимость металлов приведена в табл. (С - совместимы, Н - не
совместимы, П - можно паять).
Алюминий
Бронза
люминий
Латунь
Медь
Никель
Олово
Припой
ПОС
Сталь
нелегир .
Хром
Цинк
Алюминий
С
Н
С
Н
Н
Н
Н
Н
С
Н
С
Бронза
Н
С
Н
С
С
С
П
П
Н
С
Н
Дюралюминий
С
Н
С
Н
Н
Н
Н
Н
С
Н
С
Латунь
Н
С
Н
С
С
С
П
П
Н
С
Н
Медь
Н
С
Н
С
С
С
П
П
Н
С
Н
Никель
Н
С
Н
С
С
С
П
П
С
С
С
Олово
Н
П
Н
П
П
П
С
С
С
Н
С
Припой ПОС
Н
П
Н
П
П
П
С
С
С
Н
С
Сталь
нелегир.
С
Н
С
Н
Н
С
С
С
С
С
С
Хром
Н
С
Н
С
С
С
Н
Н
С
С
с
Цинк
С
Н
С
Н
Н
С
С
С
С
с
с
ОТ РЕДАКЦИИ
На этом месте могут быть размещены
бесплатно ваши объявления о
конференциях , симпозиумах, семинарах и т.п.
Присылайте заблаговременно.