Английский ученый Дэвид Джоунс в течение многих лет вел «колонку Дедала» в журнале New Scientist, а затем – в журнале Nature. Дедал – герой одного из древнегреческих мифов. Этот миф рассказывает об искусном архитекторе и изобретателе Дедале, который по поручению царя Миноса построил лабиринт на Крите для чудовищного Минотавра. Когда же Дедалу пришлось бежать от Миноса, он сделал для себя и своего сына Икара крылья из перьев, скрепленных воском, на которых они и улетели с острова. По примеру Дедала Д.Джоунс тоже «изобретает» самые невероятные приборы, выдвигает не менее фантастические гипотезы, касающиеся самых разнообразных отраслей науки и техники. Самое интересное, что многие из этих идей стали темами серьезных исследований, а сам автор сообщает, что около 20% его идей были так или иначе реализованы (о некоторых из реализованных проектов говорится в «Комментариях Дедала»). Так что умная шутка тоже может найти практическое применение!

В 1985 г. издательство «Мир» выпустило книгу «Изобретения Дедала» (в переводе А.С.Доброславского под редакцией доктора химических наук В.В.Патрикеева). Книга состоит из 129 статей. С некоторыми из них, которые связаны с химией, мы и познакомим читателя, добавив при необходимости дополнительные сведения. Все примечания (если не указано иначе) – составителя сборника.

Вначале – выдержки из предисловия автора книги, в которой он объясняет, каким образом Дедал внедрял свои изобретения.

КОШМАР – это «компания по осуществлению широкомасштабных актуальных разработок», руководимая Дедалом. Компания была основана в 1967 г., т.е примерно через два года после появления на свет рубрики Дедала. Располагая такой «материально-технической базой», Дедал смог осуществить свои прожекты с поистине индустриальным размахом, и фирма КОШМАР стала покорять вершину за вершиной. Политика фирмы была сформулирована Дедалом в ее первом годовом отчете:

«Как известно, все наши крупнейшие научные открытия были сделаны в ходе работы над другими проблемами или же в результате случайных наблюдений. В связи с этим мы поощряем полную научную безответственность наших сотрудников, позволяя им перескакивать с одной задачи на другую, проводить нелепые эксперименты и т.д. Это не только создает в наших лабораториях творческую атмосферу, которой лишены другие, быть может, лучше оснащенные промышленные лаборатории, но и позволяет привлечь к работе наиболее талантливых сотрудников. Такая организация труда дает совершенно непредсказуемые результаты, представляющие большую ценность для нас и наших заказчиков... Своим успехом компания КОШМАР целиком обязана тому факту, что она существует для удовольствия и развлечения своих сотрудников.

За годы своего существования фирма упрочила свою репутацию. Журнал New Scientist получал вполне серьезные запросы о приобретении лицензий на изобретения фирмы КОШМАР; фирме даже угрожали судебным преследованием за нарушения в области патентного права! Если так будет продолжаться и дальше, то это значит, что фирма стоит на правильном пути.

Дэвид Джоунс»

Дедал нашел химическое объяснение глубокой некомпетентности многих государственных учреждений. Оказывается, она связана с непроизвольным выделением феромонов, влияющих на настроение окружающих. Так, субстанция страха может посеять панику в толпе (или натравить сторожевого пса на трусоватого почтальона). В такой атмосфере даже молодые и энергичные люди быстро теряют присутствие духа. Дедал выделил этот феромон – эликсир некомпетентности и безнадежности. А не было оно до сих пор известно лишь потому, что, случайно получая его, химики испытывали при этом приступ глубочайшей апатии. Фирма КОШМАР вскоре выпустит первую партию концентрата под торговой маркой «Потрясгаз» в качестве идеального «гуманного средства» для усмирения бушующей толпы. Вот выдержка из аннотации.

«Как естественное выделение человеческого организма, это вещество не может давать опасных побочных эффектов, а его запах будет едва заметным, хотя и невероятно удручающим. Попав под действие «потрясгаза», даже самые непоколебимые пошатнутся, обуреваемые сомнениями в своей способности справиться с той или иной задачей, которая сразу же покажется им немыслимо сложной и туманной. Приступ пораженческого настроения приведет к тому, что они сами начнут выделять феромоны, подавляющие волю. Фирма КОШМАР собирается выпустить также «потрясгаз» в аэрозольных баллончиках – лучшее средство против угонщиков самолетов (конечно, если пилот сам вовремя успеет надеть кислородную маску).

Возможности «потрясгаза», однако, несравненно шире. Поскольку этот феромон призван укрощать строптивых и тем самым поддерживать порядок на многосложной социальной лестнице, его можно использовать и для того, чтобы хитроумным способом извратить или подорвать этот порядок. Это будет находка для чиновников, стремящихся саботировать деятельность конкурирующих отделов и учреждений, для пылких Ромео, ищущих путь к сердцу надменных красавиц, для генералов, стремящихся ослабить боевой дух противника. Вообще, «потрясгаз» представляется идеальным оружием тайной войны. Страна, исподтишка окутанная облаком этого невидимого газа, станет совершать необъяснимые политические просчеты, пребывая под гнетом пораженческих настроений.»

Существует ли для этого газа противоядие? В ходе эволюции у человека, вероятно, выработались гормоны, нейтрализующие действие «потрясгаза». Максимальная их концентрация должна быть в крови самоуверенных, не знающих сомнений и колебаний людей. С этой целью фирма КОШМАР предлагает бесплатное медицинское обследование всем энергичным бизнесменам. Полученное противоядие «потрясгазу» можно будет использовать для оживления экономики и борьбы с депрессией. Однако Дедал понимает, что в условиях жестокой конкурентной борьбы раскрытие формулы «потрясгаза» приведет к тому, что каждый будет пытаться вывести из строя своих соперников и укрепить свои позиции. Поэтому фирма должна тщательно хранить секрет и использовать этот газ для борьбы со своими конкурентами.

Известно, что метан – очень сильный парниковый газ. И выделяется он не только из-под земли. Коровы, как и многие другие травоядные, вырабатывают в пищеварительном тракте значительное количество метана. А что было у травоядных динозавров? Дедал считает, что динозавры исчезли, когда содержание кислорода в воздухе достигло того уровня, при котором он, соединяясь с метаном в желудке динозавров, образовывал взрывоопасную смесь. И по всему Земному шару начались взрывы… А как же коровы? Очевидно, у них есть выработанный эволюцией защитный механизм освобождения от метана. Что же может извлечь из этого Дедал? Он отбирает самых продуктивных телят и кормит их клетчаткой (например, старыми газетами). В желудке клетчатка превращается в метан. Теперь нужно найти способ его поджечь – но без смертельного взрыва. В поисках естественного способа зажигания Дедал вспоминает о блуждающих огоньках на болотах. Они возникают в результате биологического разложения богатых фосфором органических остатков, при котором выделяется самовоспламеняющийся газ. Соответственно Дедал включает в рацион коров богатую фосфором рыбную муку.

Какова же конечная цель опытов? Дедал хочет вывести породу коров, способных издавать вместо мычания взрывоподобные звуки из глотки. Это, например, послужит защитой от хищных животных. Более того. Если при взрыве из глотки будет со смертоносной силой вылетать жвачка, то коровы Дедала станут первыми животными, обладающими «огнестрельным» защитным оружием. Такие суперкоровы смогут осваивать самые дикие джунгли. А эволюция может даже привести к появлению реактивных коров, хотя Дедал не уверен, что коровы способны двигаться задом наперед. Но не так ли когда-то появился (а потом вымер) огнедышащий дракон – Змей Горыныч?

Комментарий Дедала

Известные случаи с факирами-огнеглотателями подтверждают, что взрыв газа в небольшом объеме (во рту или в желудке) не приводит к серьезным травмам. Однако метан выделяется у коров не только при отрыжке. Известен случай с одним голландским ветеринаром. Чтобы исследовать выделяемые коровой газы, он вставил трубку с того конца коровы, где она не мычит, и чиркнул спичкой. Струя пламени попала сначала на охапку сена, затем огонь перекинулся на всю ферму, причинив убытки на 45 тыс. фунт. стерлингов. Корова же отделалась легким испугом.

* * *

В связи с суперкоровами Дедал вспомнил об артиллерийских способностях жука-бомбардира [1]. Дедал не может отделаться от мысли, что жуку-бомбардиру было предназначено создать в ходе эволюции автономный реактивный двигатель. Ведь жук использует пероксид водорода – топливо многих современных ракет. Но сможет ли жук летать в безвоздушном пространстве? Многие жуки действительно могут длительное время существовать при низких давлениях и в отсутствие кислорода, они также не боятся значительных перепадов температуры. К тому же для маленького легкого жучка вход в плотные слои атмосферы гораздо менее опасен, чем для многотонного космического корабля. Направленная селекция жуков позволит Дедалу вывести жуков, развивающих значительную реактивную тягу. Дедал также пытается развить в жуках паразитическую наклонность селиться на птицах, которые таким образом будут служить как бы первой ступенью при взлете. Остается проблема получения от них из космоса телеметрической передачи информации.

Комментарий Дедала

В своем письме в наш журнал проф. Дж.Ф.Аллен из университета в Сент-Эндрюс критиковал мою теорию космических жуков. Он утверждает, что даже органическая молекула должна разрушаться при входе в атмосферу, так что у жука нет никаких шансов. Я думаю, что эволюция вполне могла бы выработать для космических жуков подходящую защиту: вход в атмосферу по скользящей траектории с периодами радиационного охлаждения, использование внешнего скелета в качестве теплозащитного экрана, попадание в атмосферу внутри метеоритов и т.д. И если жуки, как предполагает Дедал, являются первичной формой жизни, из которой развились все остальные живые существа, то вполне понятно, почему их так много!

Известно, что лягушки в поисках воды могут мигрировать на десятки километров. При этом носы у них всегда влажные, так что почувствовать удаленный водоем практически невозможно. Да и в воздухе всегда есть влага. Тот факт, что лягушки из года в год посещают одни и те же водоемы и пренебрегают другими, навел Дедала на мысль, что они ориентируются по запаху какого-то вещества, присутствующего в воде прудов и озер. Произведя химический анализ воды из тех прудов, которые наиболее активно посещают лягушки, Дедал надеется выделить этот специфический химический индикатор воды в чистом виде. Он послужит неотразимой приманкой для лягушек, на радость натуралистам и французам – любителям лягушатины. Кроме того, отпадет сомнительная необходимость в искателях воды – «лозоходцах». Однако, предполагается, что флюиды, ощущаемые человеком, отличаются от тех, которые чувствуют лягушки, что потребует дополнительных исследований.

В помощь нашим органам чувств сконструированы различные приборы, например, телескопы, микрофоны и другие устройства, однако до сих пор никто не изобрел усилитель запахов. Стремясь восполнить этот досадный пробел, Дедал предлагает новую конструкцию – «Меганос» фирмы КОШМАР. Это несложное устройство напоминает хобот и присоединяется к носу человека. Засасываемый вентилятором окружающий воздух подается струей на бесконечную ленту, охлаждаемую до температуры жидкого воздуха, и все летучие вещества конденсируются на ней. Движущаяся лента проходит мимо нагревателя, где летучие вещества вновь испаряются и попадают в трубку, через которую подается воздух для дыхания. Поскольку объем воздуха, из которого сконденсированы пахучие вещества, в тысячи раз больше объема воздуха, поступающего для дыхания, концентрация этих веществ в воздухе, попадающем в нос человека, в тысячи раз выше, чем в окружающем воздухе. Столь огромное усиление откроет для человека совершенно новый мир запахов. Войдя в комнату, мы сразу по характерным для каждого индивидуума запахам узнаем, кто в ней находится, кто здесь был раньше и как долго. Тотчас можно будет определить, кто забыл закрыть кран и что притащила кошка с улицы в дом. Даже слабый запах перегретой электропроводки или течь в газовых трубах удастся быстро заметить и предотвратить несчастье.

Сложнее однако определить местонахождение источника запаха. Дедал предлагает использовать для этой цели двухканальный «Меганос», подключаемый раздельно к правой и левой ноздре. Это позволит создать доселе неизвестный эффект «стереозапаха», который поможет нам мгновенно определить источник самых слабых ароматов. Нет сомнений, что такое соединение собачьей остроты нюха с человеческим разумом создадут серьезную угрозу для преступников, которые не могут не оставить улик в виде запахов на месте преступления. Но, с другой стороны, и запах полиции будет слышен издалека...

Недавние советские эксперименты по сварке металлов в открытом космосе навели Дедала на интересную мысль. В условиях земной атмосферы любые поверхности твердых тел покрыты адсорбционным слоем слабосвязанных молекул воды и различных газов. В космическом же вакууме эти молекулы испаряются и абсолютно чистые поверхности могут быть приведены в плотный контакт друг с другом на молекулярном уровне. Поскольку силы напряжения, действующие между молекулами твердых тел, очень велики (именно поэтому эти тела «твердые»), достаточно плотно сжать чистые поверхности, чтобы они намертво «прикреплялись». В первых космических аппаратах нередко случались отказы реле, подшипников и других элементов из-за самопроизвольного «сваривания» подвижных частей. Как-то раз Дедал наблюдал за работой мусорной машины, прессующей мусор в кузове, и понял, что мусор не соединяется в монолитную массу только потому, что поверхности отдельных предметов загрязнены. Вначале Дедал носился с идеей орбитального мусорного пресса, но затем поставил перед специалистами по композитным материалам фирмы КОШМАР задачу по созданию аппарата для вакуумной обработки мусора. Мусор поступает в зону высокого вакуума, где из него удаляются все газы и жидкости, так что каждый предмет становится абсолютно сухим и чистым. После этого весь мусор – битое стекло, обезвоженные окурки, сухие картофельные очистки и прочая дрянь – прессуется в вакууме под давлением, обеспечивающим пластичное течение и сваривание всей массы. Сломанный будильник сварится с перегоревшей лампочкой, диванная подушка соединится с консервной банкой, и в конечном счете получится прочная плита, о скромном происхождении которой можно будет лишь догадываться по сюрреалистическому узору на ее поверхности.

«Хламплиты» фирмы КОШМАР, несомненно, быстро завоюют популярность. Благодаря своей спайной микроструктуре они будут обладать огромной прочностью и упругостью, а их дешевизна и богато орнаментированная поверхность обеспечат им широкий сбыт. Отслужив же свое, такая плита вновь отправится на переработку.

Комментарий Дедала

В номере от 12 июля 1973 г. New Sientist сообщил, что сотрудники лаборатории фирмы «Уоррен спринг» разработали метод переработки металлического и пластмассового утиля в прочный, легкий и водостойкий материал, напоминающий древесностружечную плиту. Этот материал, прототипом которого, несомненно послужила «хламплита» фирмы КОШМАР, предназначен для изготовления тары, кровельных работ и т.д. Желаю новому материалу успеха!

Будучи человеком некурящим, Дедал терпеть не может, когда его обкуривают табачным дымом. В целях самозащиты он изобрел простой способ досадить курильщикам. Многие относительно безобидные вещества при высокой температуре выделяют ядовитые соединения. К таким веществам относятся фреоны, которые используются в качестве хладагентов в аэрозольных баллончиках [2]. Придуманное Дедалом средство против курильщиков – это аэрозоль, который незаметно распыляется, например, в пассажирском вагоне. Некурящие пассажиры ничего не заметят, но беспардонный курильщик будет затягиваться такой кошмарной смесью, что ему придется быстро выбросить свою сигарету. Это средство можно применять и в зале кинотеатра, и на борту авиалайнера.

Подобный принцип можно использовать и для борьбы с другими антиобщественными явлениями. Дедал, например, вспоминает антабус – лекарство, которое при приеме алкоголя вызывает жар, испарину и отвращение к спиртному. Нетрудно начинить антабусом какие-нибудь орешки, с помощью которых хозяйка сможет незаметно умерить пыл невоздержанных гостей. В этой же связи Дедал отмечает, что вкус пищи определяется ничтожными количествами определенных веществ. Дедал собирается изготовить пилюли из лишенных вкуса веществ, способных реагировать с отдушками в тортах и пирожных и придавать кондитерским изделиям неприятный вкус. Безвольный сладкоежка мог бы принять перед обедом такую пилюлю, и у него пропала бы всякая охота нарушить диету.

Иодная лампа накаливания – остроумнейшее изобретение с точки зрения химии. Как и во всех лампах накаливания, ее нить постепенно испаряется, однако пары вольфрама быстро реагируют с иодом, содержащимся внутри колбы. Получается иодистый вольфрам – соединение, которое разлагается при высокой температуре: таким образом, как только молекула иодида попадает на нить накала, на ней осаждается вольфрам. Дедал усматривает в этом изобретении ключ к разработке совершенно нового подхода к созданию самовосстанавливающихся механизмов. Дедал уже давно возмущается тем абсурдным фактом, что, скажем, автомобиль весом в целую тонну обрекается на сдачу в утиль только потому, что его движущиеся части чуть-чуть поизносились, потеряв какой-нибудь грамм металла. Теперь Дедал пытается применить принцип иодной лампы для предотвращения износа трущихся частей. В этой связи он вспоминает о процессе Монда, в котором для получения никеля используется реакция между никелем и окисью углерода, в результате чего получается летучий карбонил никеля. При высокой температуре карбонил разлагается, выделяя никель и окись углерода, которая вновь используется для повторного процесса. Дедал предлагает никелировать цилиндры и подшипники, а выхлопные газы пропускать через картер двигателя. Идея состоит в том, что по мере износа деталей частицы никеля уносятся маслом в картер, где никель реагирует с окисью углерода, содержащейся в выхлопном газе. Образующийся карбонил никеля, циркулируя вместе с маслом, попадает в подшипники и цилиндры двигателя. Сильнее всего разогреваются те поверхности, которые испытывают большее трение, и соответственно они в большей степени подвергаются износу – таким образом при разложении карбонила никель будет осаждаться именно там, где нужно. Автомобиль станет вечным!

Нет сомнения, что этот принцип нанесет смертельный удар по недальновидной системе запланированного износа, а конструкторы станут хорошенько думать, чтобы не запустить в производство какой-нибудь неуклюжий агрегат: ведь теперь ему суждено будет служить многие века.

Комментарий Дедала

Не прошло и четырех лет, как предложенный мной принцип самовосстанавливающихся трущихся частей был изобретен специалистами, работающими в области смазочных материалов. В 1971 г. сотрудники научно-исследовательской корпорации «Мобил» сообщили о своих опытах по влиянию ряда добавок к смазке. В качестве одной из добавок использовался о,о-ди(неопентил)фосфородитиоат золота. Было обнаружено, что это вещество разлагается в точках наибольшего фрикционного нагрева, и образующаяся тонкая пленка металлического золота существенно ослабляет трение. Как пишут сами авторы, «золото преимущественно откладывается на том участке поверхности, который имеет наиболее высокую температуру». По существу возникает фрикционная пара сталь – золото, и пленка золота постоянно восстанавливается за счет осаждения металла из смазки. В правильно сбалансированной системе процесс самовосстановления продолжается, пока в смазке присутствует надлежащая добавка.

Конечно, золото – слишком дорогостоящая присадка к машинному маслу. Но справедливость предлагаемого принципа можно считать вполне доказанной. Интересно, не придумали ли инженеры фирмы «Мобил» более дешевую добавку к маслу, скажем, на основе свинца, или следующий ход опять за компанией КОШМАР?[3] Существует область, в которой применение этого принципа может поистине спасти тысячи жизней, – это медицинское протезирование. Например, протезы тазобедренных и других крупных суставов действуют очень хорошо, но вследствие износа и истирания трущихся поверхностей срок их службы ограничен 5 – 20 годами.

Размышляя о нейтронной бомбе, которая убивает людей, не уничтожая танки и другую боевую технику, Дедал задумался над возможностью создания оружия противоположного вида, которое бы уничтожало бронированные машины, оставляя людей невредимыми. В связи с этим Дедал вспомнил, что механические напряжения существенно понижают коррозионную устойчивость многих материалов. Молекулы, вызывающие коррозию, проникают в микротрещины на поверхности материала и вступают в реакцию на дне трещины, где механические напряжения наиболее значительны, и поэтому материал наименее стоек к коррозии. Совместное действие коррозии и механического напряжения углубляет трещину. Заметим теперь, что многие молекулы, вступая в химическую реакцию, заметно изменяются в объеме. Например, диаметр атома кислорода, вступившего в химическую связь с металлом, увеличивается почти вдвое. Химики фирмы КОШМАР заняты поисками газообразных веществ, молекулы которых при вступлении в реакцию увеличиваются в объеме особенно сильно. Попадая в поверхностную микротрещину и вступая на ее дне в реакцию, эти молекулы станут раздвигать края трещины – ведь нет такого материала, который мог бы противостоять силам молекулярного расширения. Это приведет к значительному усилению механических напряжений и, как следствие, к ускорению коррозии – так что подобные чрезмерно агрессивные вещества уничтожат материал, едва успев попасть на его поверхность. Каждое из боевых химических веществ класса «вдребезггаз» (торговая марка фирмы КОШМАР) вступает в реакцию только с определенным материалом (пластмассой или металлом) и совершенно безвредно для человека.

Это гуманное антиоружие коренным образом изменит характер военных действий. Будет интересно наблюдать действие «вдребезггаза», поражающего стальную броню и превращающего танки в груду ржавых обломков. Более экономичным, однако, окажется применение газа, избирательно поражающего, допустим, медные сплавы (большинство из которых, кстати, особенно подвержено коррозии под действием механических напряжений). Лишившись электронной начинки, военная техника замрет; латунные гильзы патронов и снарядов рассыплются в прах; исчезнут и знаки различия, и медные пуговицы, и пряжки ремней. Так битва прекратится сама собой.

Из записной книжки Дедала

Распространяясь в глубь твердого тела, трещина увеличивает его поверхность, но чтобы трещина распространялась дальше, необходимо поступление энергии. Если в твердом теле существуют механические напряжения, энергия поступает за счет ослабления структурных напряжений вблизи образующейся трещины. При небольших трещинах и умеренных напряжениях эта энергия, однако, недостаточна для распространения трещины; поэтому большинство конструкционных материалов в процессе нормальной эксплуатации не склонно к самопроизвольному растрескиванию. Предположим теперь, что мы привлекли дополнительный источник энергии, а именно энергию, выделяющуюся в процессе коррозии. Молекулярный слой (монослой), допустим, слой оксида, образуется на поверхности почти мгновенно. Достаточна ли выделяющаяся при этом энергия для разрушения материала?

Величина поверхностной энергии для большинства металлов имеет порядок 1 Дж/м², например, для железа – 1,7 Дж/м². Теплота, выделяющаяся в процессе коррозии железа, составляет 2,7 ^.10⁵ Дж/моль. Тогда количество теплоты, выделившейся при образовании монослоя ржавчины на 1 м² поверхности, равно 8,6 Дж/м², что в пять раз больше, чем необходимо для образования 1 м² свободной поверхности. Таким образом, если хотя бы пятую часть этой энергии удастся направить на образование трещины, то эта трещина будет самопроизвольно распространяться даже в ненагруженном металле. Если же быстрая коррозия захватывает металл глубже, чем на один атом (как это, скорее всего, и происходит), то с 1 м ² выделится еще больше энергии и на образование трещины придется отвести еще меньшую ее долю.

Плотность ржавчины Fe₂O₃•nH₂O равна 3000 кг/м³, тогда как плотность железа составляет 7900 кг/м³; при n = 1 объем за счет коррозии увеличивается более чем в четыре раза. Увеличение объема можно сделать еще более значительным, если кристаллизационную воду (nH₂O) заменить какой-то более крупной молекулой. Слои ржавчины на стенках трещины будут расти, пока не соприкоснутся; дальнейшая коррозия приведет к расклиниванию трещины. Таким образом, «вдребезггазом» для железа могут служить пары́ вещества, способного заменить кристаллизационную воду в ржавчине и значительно увеличить ее объем [4].

Чтобы избежать опасности азотного опьянения, подводники при погружении на большую глубину пользуются различными дыхательными смесями, которые позволяют спокойно работать в условиях, когда внешнее давление достигает десятков атмосфер. Дедал отмечает, что многие инертные газы имеют очень высокую плотность, причем с повышением давления плотность возрастает. По расчетам Дедала, при давлении 50 атм плотность самого тяжелого из устойчивых инертных газов – ксенона равна плотности воды, так что человек вполне может в нем плавать. При этом давлении содержание кислорода, необходимое для дыхания, составляет всего 0,5% – ощущения человека в такой среде одновременно напоминают погружение на глубину и свободное падение, но без риска утонуть и свернуть себе шею. Дедал предлагает соорудить огромные герметически закрытые куполы, снабдив их шлюзовыми и декомпрессионными камерами, и заполнить их сжатым ксеноном. Внутри такого купола человек сможет наконец-то удовлетворить свое врожденное стремление парить подобно птице. Вода легче сжатого ксенона и потому станет всплывать наверх; таким образом под сводом купола можно устроить озеро (заметьте, что брызги от брошенных в воду предметов полетят вниз!). Разница в плотности воды и сжатого ксенона настолько мала, что брызги и волны будут расходиться с восхитительной медлительностью.

Вспоминая о легендарных достижениях своего предтечи по части полетов, Дедал предполагает, что в основе общечеловеческого желания взлететь в воздух лежит наследственная память человечества о воспетом классиками подвиге.

Эта гипотеза также объясняет загадочное начало одного из малоизвестных вариантов поэмы Кольриджа:

        Построил в Ксеноду Кубла

        Чертог, ксенона полный храм...

(В дошедшем до нас варианте поэмы «Кублахан, или Видение во сне» английского поэта С.Т.Кольриджа (1772 – 1834) начальные строки звучат так:

        Построил в Занаду Кубла

        Чертог, земных соблазнов храм...

пер. В.Рогова. – Примеч. перев.)

Из записной книжки Дедала

Похоже, что ксенон – единственный газ, плотность которого может превышать плотность воды: в критической точке (при температуре 16,6^oС и давлении 58 атм) его плотность составляет 1154 кг/м³. Допустим, что при 25^oС и 50 атм ксенон находится в истинно газообразном состоянии, а его плотность равна плотности воды, т.е. 1000 кг/м³ . Можно ли дышать в такой среде? Чтобы концентрация кислорода (по массе) в ксеноне была равна содержанию кислорода в обычном воздухе, при 50 атм кислород должен составлять всего 0,5% объема смеси (Хе + О₂) – наличие столь незначительного количества кислорода вряд ли окажет сильное влияние на ее физические свойства. Вязкость ксенона при давлении 1 атм и температуре 20^oС лишь немного превышает вязкость воздуха; как известно, вязкость газа мало зависит от давления. Поэтому ксеноновой смесью будет дышать не труднее, чем обычной дыхательной смесью для глубоководного погружения, обладающей примерно той же вязкостью, что и воздух. В любом случае, даже если дыхание в подобных смесях затруднено, мы всегда имеем возможность слегка повысить концентрацию кислорода.

Любопытно также, что наш голос будет звучать в такой смеси очень «грубо» – в противоположность «голосу Буратино», который получается с помощью гелий-кислородной смеси. Дело в том, что скорость звука в гелии намного выше, чем в воздухе (970 и 331 м/с при 0^oС соответственно), а скорость звука в ксеноне намного меньше (169 м/с), чем в воздухе. Таким образом, голос в ксеноне станет ниже на целую октаву.

Комментарий Дедала

На поверку оказалось, что высказанные здесь предположения довольно нестандартны. Профессор Дж.Килстра дает захватывающее описание (Scientific American, Aug. 1968) опытов, в которых животные – а в одном случае и человек-доброволец – дышали насыщенными кислородом жидкостями (например, соленой водой). Основная проблема при этом возникает из-за высокой вязкости жидкостей (вязкость воды, к примеру, в 60 раз превышает вязкость воздуха) и соответственно низкой скорости диффузии растворенных газов, из-за чего эффективность дыхательного газообмена снижается и затрудняется вдох-выдох. В то же время при использовании для дыхания жидкостей отпадает необходимость в значительном повышении давления: для насыщения соленой воды кислородом в количестве, достаточном для дыхания, необходимо давление всего 5 атм, а некоторые фторуглеродные соединения содержат достаточное количество кислорода уже при атмосферном давлении.

Со смешанным чувством Дедал вспоминает свою неудавшуюся попытку сорвать унылый вечер органной музыки, подбросив кусок сухого льда в воздушные мехи органа. Диверсия основывалась на том простом соображении, что более тяжелый, чем воздух, углекислый газ, попадая в органные трубы, изменял бы высоту их звучания на незначительную, но меняющуюся величину, так что звучание инструмента стало бы похожим на завывание испорченного пружинного граммофона. В дальнейшем, размышляя над своей неудавшейся эскападой, Дедал решил поставить этот принцип на службу Евтерпе (музе мелодии). Прежде всего он усмотрел здесь принцип расширить диапазон человеческого голоса. Оперная дива, стоящая перед нотным пюпитром, в котором замаскирован миниатюрный газопровод, могла бы, вдыхая соответствующую газовую смесь, свободно переходить от глубочайших басов к фальцету. Дыхательные смеси на основе гелия и фреонов безвредны для человека, а их плотности изменяются в широком интервале. Однако из-за случайного сквозняка певица рискует пустить досадного «петуха», поэтому Дедал предпочел заняться конструированием музыкальных инструментов. Изобретенный им «пикнофон» внешне напоминает флейту, к которой от нескольких газовых баллонов протянуты шланги, оканчивающиеся тромбонными клапанами. Большое разнообразие используемых газов откроет для исполнителя широкий выбор тональностей и тембров звучания.

Еще более привлекательна идея соединить музыкальный инструмент с газовым хроматографом – прибором, разделяющем газы путем пропускания смеси сквозь трубку с сухим поглотителем. Пикнофон, подсоединенный к выходу газового хроматографа, будет проигрывать различные мелодии в зависимости от последовательности выходящих из хроматографа газов. Возможности этого замечательного аналога старинной музыкальной шкатулки зависят только от изобретательности химиков. Какая-нибудь фирма «Газовая гармония» могла бы выпускать баллончики с этикетками «Голубой Дунай», «Янки-дудл», «Родина, милая родина», что даст возможность прослушивать любимые мелодии на бытовых хроматопикнофонах.

Комментарий Дедала

Идея создания хроматопикнофона оказалась не такой новой, как я предполагал. Газовые хроматографы, регистрирующие изменение тона ультразвукового свистка, помещенного у выходного отверстия, были описаны еще в 60-х годах. Однако мои предложения по части музыкальных инструментов не остались без внимания. В 70-е годы по крайней мере на одном концерте был использован гелий для создания у солиста искусственного фальцета. В 1980 г. Д.Давенпорт и др. (Chemical Technology, Dec. 1980) описали пикнофон и указали, в какой последовательности нужно пропускать газы для исполнения звуков стандартной музыкальной гаммы.

Леденец-новинка содержит сжатый углекислый газ в микропузырьках, заключенных внутри кристаллов сахара, и восхитительно потрескивает во рту, по мере того как при растворении сахара высвобождается газ. Дедал усматривает в этом далеко идущие возможности. Он указывает, что в очень маленьких пузырьках газ содержится под огромным давлением. Таким образом, вспенивая жидкость и затем вызывая ее затвердевание при повышенном давлении, можно получать твердые материалы с большим запасом внутренней энергии. Пеномыло КОШМАР энергично массирует влажную кожу благодаря тысячам крохотных взрывов микропузырьков. Этот процесс сопровождается характерным шипением, тональность которого можно заранее отрегулировать, подобрав надлежащий размер пузырьков. На этом же принципе основан ультразвуковой стиральный порошок, который поможет навсегда покончить со стиральными машинами, и зубная паста, не только прекрасно очищающая зубы, но и массирующая десны. Дедал также проводит опыты по насыщению кислородом мятного печенья (этот продукт предназначен для подводников: он избавит их от необходимости дышать, поскольку содержащийся в печенье кислород станет усваиваться непосредственно в пищеварительном тракте). К несчастью, образец печенья, содержащий ровно столько кислорода, сколько необходимо для его усвоения организмом, оказался взрывоопасным.

Другой отдел фирмы КОШМАР занимается разработкой вспененных под давлением поролонов для мягкой мебели. Зная, сколь опасны продукты сгорания пенополиуретана, Дедал насыщает поры нового пеноматериала газами, используемыми в современных огнетушителях. Как только во время пожара диван начнет плавиться, миллионы газовых пузырьков разорвутся – огонь погаснет, а сопровождающий это ужасный треск послужит сигналом тревоги. Более того, в доме, обставленном подобной мебелью, пожар вовсе не сможет возникнуть, так как горящая спичка или окурок погаснут, едва начав прожигать дыру в обивке.

Из записной книжки Дедала

При атмосферном давлении растворимость газов в жидкостях колеблется в пределах 0,005 – 0,1% по массе. Поскольку растворимость примерно пропорциональна давлению газа, при давлении 500 атм массовый процент растворенного газа достигнет 2,5 – 50%. Дополнительное количество газа может быть введено в жидкость в виде микропузырьков. Давление внутри пузырька превышает внешнее давление; в пузырьке диаметром 10^–8 м газ находится под давлением 200 атм.

Путем одновременного растворения газа в жидкости и насыщения ее пузырьками можно ввести в жидкость такое количество газа, которое будет, возможно, даже превосходить по массе количество растворителя. После этого жидкость подвергают затвердеванию. Очевидными кандидатами на роль растворителя можно считать расплавленные пластмассы и растопленный сахар; требуемое давление составляет несколько сот атмосфер. Заметим кстати, что сахар горюч; так что сахар, содержащий 30% (по массе) растворенного кислорода, может быть полностью усвоен организмом или сожжен без дополнительной затраты окислителя.

Комментарий Дедала

Конфета, о которой идет речь, называется «Звездная пыль». При ее изготовлении углекислый газ под давлением 40 атм растворяется в подогретом сахарном сиропе, после чего сироп затвердевает. Полученная карамель содержит примерно 2 см³/г СО₂ в виде примесей в кристаллической решетке и 4 см³/г в виде микропузырьков; именно микропузырьки создают эффект «шипучки».

Вполне реально также и взрывчатое вещество, в котором чистый кислород перемешан с горючим материалом. При строительстве Симплтонского тоннеля взрывчатку получали при погружении палочек древесного угля в жидкий кислород (оксиликвит). В этом случае, однако, высокая концентрация кислорода достигалась путем понижения температуры, а не за счет повышения давления.

С точки зрения химической технологии мытье посуды представляет собой чересчур неэкономичный процесс: чтобы смыть немного грязи, расходуется огромное количество воды. Еще более вопиющие примеры расточительности дают нам стирка и баня, а многие промышленные процессы и того хуже. Каждая частица грязи обволакивается слоем молекул моющего средства (детергента), который удерживает ее во взвешенном состоянии в жидкости, так что этот дорогостоящий продукт в конечном счете тоже идет в сливную трубу. В поисках мер экономии Дедал вспомнил о гальваностегии – методе нанесения металлических покрытий посредством электролитического осаждения металла на поверхность изделия. Точно так же, рассуждает Дедал, грязь из моющего раствора может осаждаться на соответствующем электроде. По мере того как электрод покрывается пленкой грязи, молекулы детергента станут освобождаться – таким образом, мы получим чистый пенистый раствор моющего средства, пригодный для повторного использования. На этом принципе Дедал создает «вечные» тазы для мыться посуды, «вечные» стиральные корыта и ванны. Грязь, попавшая в моющий раствор, удаляется методом гальваностегии, и одной зарядки стиральным порошком и чистой водой хватит навечно!

Более того, осаждение грязи на одном электроде может сопровождаться противоположным процессом – ее удалением с другого электрода. Дедал проектирует гигиеническую электрическую баню, где посетитель (выступающий в роли одного из электродов!) подвергается анодной очистке; грязь собирается на другом электроде, расположенном рядом со сливным отверстием. Электрическое удаление поверхностного загрязнения станет самым чистым из когда-либо существовавших способов мытья.

Фотохромные стекла, применяемые в солнцезащитных очках, обладают интересным свойством – они темнеют на свету. Под действием света хлористое серебро, введенное в состав стекла, разлагается, образуя непрозрачные зерна серебра. Эта реакция обратима – при низких уровнях освещенности стекло снова становится прозрачным; таким образом, это стекло автоматически регулирует свою прозрачность. В этой связи Дедал вспоминает основное правило маскировки: избегать контрастов. Многие животные, например, имеют темную спину и светлое брюхо, но, так как спина хорошо освещена, а брюхо остается в тени, их тональности практически сливаются. Фотохромные животные – лягушки и хамелеоны – приспособились еще лучше. Чтобы стать незаметными, они изменяют свою окраску. Но и они не способны варьировать окраску отдельных участков своего тела так, чтобы полностью слиться с окружающим фоном. Такой прием маскировки настолько эффективен, что природа, несомненно, им уже воспользовалась, – вполне возможно, что животным с таким камуфляжем до сих пор успешно удавалось избегать встречи с человеком.

Дедал пытается перенести этот принцип на человеческое общество. Он давно задумывался над тем, почему когда-то столь пышное мужское платье в викторианскую эпоху стало весьма унылым и до наших дней остается таковым, по крайней мере в повседневной и деловой жизни. По мнению Дедала, это объясняется стремлением людей не привлекать к себе особого внимания со стороны: эксцентрично или броско одетый субъект как бы напрашивается на неприятности. Так появились деловые костюмы и белые воротнички. Дедал же разрабатывает фотохромный костюм, не имеющий себе равных по неприметности. Освещенный светом, он темнеет, уменьшая свою отражательную способность; когда же на него падает мало света, он светлеет. Благодаря этому такой костюм будет казаться абсолютно однотонным. Глаз человека особенно чувствителен к контрастам. Так что фотохромный костюм, совершенно лишенный контрастности, будет практически незаметен и его обладатель не привлечет к себе ничьего внимания. Фотохромный крем для рук и лосьон для лица доведут камуфляж до совершенства. Дедал предвидит огромный спрос на свою фотохромную продукцию.

Комментарий Дедала

В фотохромном стекле происходит классическая фотографическая реакция: AgCl → Ag + Cl. В фотографической эмульсии атом хлора тут же необратимо связывается с желатином, а атом серебра становится центром проявления. В стекле же хлор не может отойти далеко от атома серебра, и поэтому реакция обратима. Равновесие реакции зависит от освещенности стекла.

Быстродействие галогеносеребряных стекол для солнцезащитных очков измеряется минутами. При такой скорости реакции изменение окраски фотохромного костюма не поспевало бы за изменениями освещенности, возникающими при движении. Но в более совершенных фотохромных системах – например, в стеклах очков для защиты глаз от вспышки, сопровождающей ядерный взрыв, – продолжительность реакции уменьшается до микросекунд. Системы с подобными свойствами прекрасно подошли бы для фотохромного костюма [5].

Представьте себе теперь комнату, стены, пол и потолок которой оклеены фотохромными обоями. Каким бы ярким ни было освещение, фотохромный объект, помещенный в эту комнату, окажется невидимым, поскольку между ним и фоном не будет контраста. Какой простор для иллюзионистов!

Дедал размышляет над тем фактом, что удаление хрусталика нередко приводит к значительному улучшению цветового зрения по сравнению с нормальным и даже позволяет видеть ультрафиолетовый свет. Это означает, что сетчатка глаза обладает чувствительностью в очень широком спектральном диапазоне, и только хрусталик не пропускает ИК- и УФ-излучения. В поисках способа сделать глаз прозрачным для ИК-излучения Дедал вспоминает о принципе лазерного гетеродинирования, с успехом примененного недавно в астрономических исследованиях.

Инфракрасное излучение астрономического объекта проходит через кристалл ниобата лития или тиоарсенида серебра, который одновременно облучается лазером, работающим в видимом диапазоне. В этих кристаллах происходит модуляция одного луча другим, и из них выходит видимый свет, промодулированный частотой ИК-излучения от астрономического источника. Это позволяет использовать для ИК-излучения обычные методы регистрации, применяемые для видимого света, а также получать заметное усиление сигнала.

Воодушевленные такими результатами, специалисты фирмы КОШМАР пытаются создать специальные очки на основе кристаллов ниобата лития. В них инфракрасное излучение станет видимым: самые обычные объекты предстанут в совершенно новых, немыслимых красках. Дело в том, что немногие химические соединения имеют видимую окраску; однако почти все вещества обладают специфическими спектральными характеристиками в ИК-диапазоне. Поэтому обладатель новых «инфраочков» получит способность различать химический состав по тонким оттенкам «инфрацвета». Соль, сахар, мел, мука будут иметь отчетливо различимую окраску; крепость джина и водки можно будет определять на глаз, так что разбавлять или подделывать продукты станет просто невозможно.

Гироскопы широко применяются в научных приборах, в системах навигации, стабилизации и т.п. К сожалению, при их изготовлении требуется исключительная точность, а в процессе работы они потребляют энергию. Дедал вспоминает, что в некоторых твердых телах (например, в камфоре) молекулы совершают вращательные движения. В нормальном состоянии, однако, половина молекул вращается в одну сторону, а другая половина – в другую, так что суммарный гироскопический момент их равен нулю. Но если скорость вращения обычного гироскопа составляет примерно 10⁴ об/мин, то молекулы при комнатной температуре совершают 10¹⁰ – 10¹¹ об/мин, так что «молекулярный гироскоп» – если бы его удалось создать – обладал бы исключительно хорошими характеристиками. По расчетам Дедала, вращательная энергия молекул в шарике камфоры массой 10 г равна энергии этого шарика, вращающегося со скоростью 145000 об/мин.

Вращение молекулы можно вызвать, подействовав на нее квантом инфракрасного излучения – на этом основана вся техника ИК-спектроскопии. Поэтому Дедал рассчитывает, что с помощью ИК-излучения надлежащей частоты ему удастся заставить вращаться молекулы в кристаллической решетке камфоры. В обычной ситуации половина молекул будет вращаться в одну сторону, а половина – в другую, но хитроумный Дедал собирается применить правополяризованное ИК-излучение. Под действием такого излучения молекулы будут вращаться в одну сторону, а кристалл в целом превратится в своеобразный «твердотельный гироскоп», обладающий удивительными свойствами. Подобно обычному гироскопу, такой кристалл будет яростно сопротивляться попыткам изменить его ориентацию. Если положить такие кристаллы на стол, они будут вертеться волчками; если потрясти склянку, в которую они насыпаны, оттуда послышатся скрипы и шорохи потревоженных молекул. Благодаря отсутствию трения, молекулы должны вращаться бесконечно долго; а если кристаллы расплавить, то получится ни на что не похожая гироскопическая жидкость с необычными свойствами. «Гирокамфора» станет идеальной основой для создания гирокомпасов и других приборов, поскольку это вещество неопределенно долго сохраняет вращательный момент и не требует затрат энергии в процессе эксплуатации. В виде многотонных блоков гирокамфору можно использовать для придания устойчивости судам [6]. Вполне реальными могут оказаться и такие замечательные штуки, как гиростабилизированные шляпы для фигуристов и канатоходцев или одноногие табуретки для малогабаритных квартир. А посылка с таким веществом приведет в недоумение работников почты.

Из записной книжки Дедала

Существует немало кристаллов, у которых молекулы могут свободно вращаться в узлах решетки: камфора, четырехбромистый углерод, пентаэритрол. Нам нужна молекула, чтобы ее можно было раскрутить с помощью электромагнитного излучения. Для начала можно взять камфору. Следует ожидать, что при комнатной температуре камфора должна иметь резкий пик поглощения на длине волны около 2 мм; если мы будем возбуждать молекулы на этой частоте правополяризованным ИК-излучением [7], то молекулы станут поглощать «правополяризованные» кванты. При возвращении на нижележащий уровень, однако, молекулы будут испускать либо правополяризованные, либо левополяризованные кванты. Поэтому после достаточно длительного облучения образца правополяризованным излучением все молекулы начнут в конце концов вращаться в одну сторону. Можно поступить и по-другому: взять образец при очень низкой температуре, когда вращение молекул практически отсутствует, и нагревать его до комнатной температуры правополяризованным ИК-излучением – тогда все молекулы будут вращаться в одну сторону.

Количество вращательной энергии, которую может накопить кристалл камфоры, равно 1/2RT Дж/моль. Тогда образец вещества массой 10 г будет обладать энергией 82 Дж. Чтобы шарик такой массы имел ту же кинетическую энергию, он должен вращаться с угловой скоростью 145000 об/мин! Таким образом, «молекулярный гироскоп» способен запасти гораздо большую энергию вращения, чем обычный маховик.

Атмосферные выбросы из заводских труб содержат как твердые частицы, так и вредные газы, например, сернистый газ и оксиды азота. Чтобы дым рассеивался возможно выше и на большей площади, в настоящее время стараются строить как можно более высокие трубы. А чтобы забрасывать отходы еще выше, недавно изобрели трубу, пускающую дымовые кольца. Раздумывая над идеей использования общеизвестной детской забавы (пускания мыльных пузырей) в гигантских масштабах, Дедал проектирует заводскую трубу, которая будет выдувать огромные мыльные пузыри, наполненные дымом. Он уверен, что подходящую жидкость для таких пузырей можно приготовить на основе водорастворимых вязкоэластичных полимеров. Исполинские мыльные пузыри – мыльные «монгольфьеры», – лопаясь на многокилометровой высоте, будут выпускать свое содержимое в высокие слои атмосферы. Впрочем, если с умом подойти к процессам, происходящим внутри пузыря, то можно предотвратить даже это загрязнение атмосферы. Известно, что серный и сернистый газы нейтрализуются известняком или мелом. Эти вещества нетрудно ввести в виде тонкой суспензии в жидкость, из которой выдуваются пузыри. При небольшом избытке щелочи реакция нейтрализации в долгоживущем пузыре успеет пройти до конца. В конечном счете мы получим мыльный пузырь, заполненный чистым нейтральным газом; лишь в нижней его части образуется «кирпич» из сажи и твердых продуктов реакции, который упадет на землю, когда пузырь лопнет. Так что живописное зрелище сверкающих шаров, поднимающихся над промышленными районами, будет омрачено мыслью о том, что где-то с неба на землю упадет такое же количество «кирпичей». Придется поэтому организовывать специальные отряды, которые с помощью лазера станут сбивать пузыри над пустырями, болотами и оврагами.

В пестроте животного мира наблюдается загадочный пробел: нет ни одного зверя с зеленой шерстью. Такая защитная окраска была бы чрезвычайно полезна для пастбищных животных, однако природа, похоже, не в силах справиться с подобной задачей. Поэтому Дедал изыскивает способ изменения масти животных. Биологи уже высказывали предположение, что повторная линька (например, у змей) является дополнительным механизмом удаления отбросов из организма. Дедал заключил, что для выведения из организма людей и животных вредных металлов служат также ногти, волосы или шерсть. Дедал предлагает стимулировать активность биохимических механизмов отторжения металлов у овец, постепенно увеличивая дозу небезвредных, но зато создающих яркую окраску соединений металлов: кобальта (розовый), меди (синий), никеля (зеленый) и т.п. Анализы покажут, какое соединение наиболее эффективно накапливается в шерсти. Таким образом мы создадим не только зеленых овец (равно как коров и лошадей) с прекрасным камуфляжем, но и получим натуральную пряжу яркой расцветки. Более того, изменяя дозу металла в процессе роста шерсти, мы вырастим овцу с многоцветным муаровым мехом – идеальным сырьем для мохеровых свитеров, твидовых тканей и других изделий с нежными переходами цвета. Сейчас Дедал занимается разработкой металлоорганических соединений, которые, поступая в организм животного вместе с пищей, будут откладываться в шерсти. Это позволит производить естественным путем смешанные натурально-синтетические волокна, столь популярные в наши дни [8].

Из записной книжки Дедала

В случае удачи такие соединения, попадая в организм с пищей, будут затем поступать в шерсть животных. Благодаря высокой окрашивающей способности органических красителей для создания яркой окраски потребуются микроскопические дозы вещества, которые могут оказаться безвредными для организма. Поскольку нам ничто не мешает вводить красящую добавку по своему выбору, мы сможем вывести зеленых, красных и даже оранжево-флуоресцирующих овец (последних будет очень легко отыскивать в снежных сугробах).

Какова же будет расцветка животных? Вряд ли шерсть у овец растет равномерно; скорее всего, одни части тела обрастают быстрее, другие медленнее, а временами рост шерсти прекращается (именно так растут волосы у человека). Поэтому там, где шерсть растет медленно, концентрация красителя будет значительно выше, чем в быстро обрастающих частях тела, – таким образом выявится скрытый рисунок. Если части с различной скоростью роста шерсти невелики и хаотически перемешаны, то появится муаровый узор; возможно также, что шкура станет просто пятнистой. Во всяком случае, после того как закономерности роста шерсти будут изучены, можно будет вводить в организм животного различные красители по заранее разработанному плану, целенаправленно создавая великолепные многоцветные экземпляры. Но как отнесутся к этому сами животные?