После начала Гражданской войны в 1861 году военно-морской флот Юнионистов блокировал корабли южан, чтобы помешать торговле и подорвать экономику Конфедерации. Отсутствие кораблей означало отсутствие льда. Чтобы помочь в борьбе с возникшим ледяным голодом на американском юге, машины Карре контрабандой доставили из Франции в Джорджию, Луизиану и Техас. В то же время целая группа изобретателей работала над устройствами Карре, повышая их эффективность. Тогда же открылись несколько промышленных заводов по производству льда. К 1870 году, спустя два года после окончания войны, южные штаты производили больше искусственного льда, чем где-либо в мире.
Искусственное охлаждение превратилось в масштабную индустрию. Города, освобождённые от ограничений в ресурсах, переживали бурный рост. Благодаря богатому разнообразию продуктов многие люди стали более здоровыми и хорошо питались. Так искусственное охлаждение сформировало новую Америку.
Шоковая заморозка
Зимой 1916 года эксцентричный натуралист и предприниматель перевёз свою молодую семью в отдалённую тундру Лабрадора на севере Канады. Кларенс Бердсай провёл там несколько зим, открыв пушную компанию и написав научные отчёты для правительства США.
Зимняя температура на полуострове регулярно опускалась до 30 градусов по Фаренгейту (-1 градус Цельсия). Суровый климат означал, что зимнее меню обычно состояло из замороженной рыбы или «бревиса» – местного блюда из солёной трески и сухарей. (Хлеб варили и сдабривали маленькими жареными кусочками солёного свиного сала). Любое мясо или продукты, замороженные в тёплые месяцы, при размораживании всегда становились кашеобразными и безвкусными.
Вместе с местными инуитами Бердсай занялся подлёдным ловом, вырезая лунки в замёрзших озерах и забрасывая леску для ловли форели. При минусовой температуре воздуха рыба, вытащенная из озера, замерзала в считанные секунды. Но позже, когда форель размораживали, готовили и ставили на стол, она оказывалась гораздо вкуснее, чем улов в другие времена года. Бердсай стал одержим идеей выяснить причину.
Сначала он решил, что свежая рыба вкуснее лишь потому, что её поймали совсем недавно. Но чем глубже Бердсай погружался в исследования, тем больше он подозревал о наличие другого фактора. Зимний улов сохранял свой вкус в течение нескольких месяцев, в отличие от других замороженных продуктов. Приступив к экспериментам, он обнаружил, что овощи, замороженные глубокой зимой, намного вкуснее, чем те из них, что были заморожены поздней осенью или ранней весной. (В марте или ноябре на Лабрадоре было достаточно холодно для заморозки, но не так сильно, как в январе). Изучив продукты под микроскопом, Бердсай заметил поразительную разницу в кристаллах льда, образовавшихся в процессе заморозки: в безвкусных овощах кристаллы были значительно крупнее, и казалось, что они разрушали молекулярную структуру самой пищи.
Рабочий толкает тяжелую тележку с упакованными яйцами на холодильный склад, штат Нью-Джерси, апрель 1939 года.
В конце концов Бердсай понял, что дело заключалось не только в температуре, но и в скорости. В результате медленной заморозки водородные связи льда формировали более крупные кристаллические формы. Быстрая же заморозка образовывала мелкие кристаллы, которые наносили меньший ущерб продуктам. Это объясняет, почему пища, замороженная в январе, вкуснее, чем замороженная в марте: относительно тёплый воздух ранней весны означал, что пище требуется больше времени для замерзания. Инуиты-рыбаки веками пользовались этой технологией: они вытаскивали рыбу из воды и тут же её замораживали.
После приключений на Лабрадоре Бердсай и его семья возвращаются в Нью-Йорк. Кларенс устраивается на работу в рыболовную ассоциацию США и воочию убеждается, что рыба, поступающая из нью-йоркских гаваней, портится ещё до того, как попадает на рынок. В ходе экспериментов Бердсай продолжает делать записи и вскоре возвращается к своей идее об искусственном охлаждении. Он понял, что рынок замороженной продукции мог привести к колоссальному успеху. Однако потребовалось почти десять лет, чтобы его медленная догадка превратилась в нечто коммерчески жизнеспособное.
К началу 1920-х годов Бердсай разработал процесс быстрой заморозки при температуре -40 градусов по Фаренгейту (-4 по Цельсию). Вдохновлённый промышленным конвейером Генри Форда на заводе
Замороженные продукты вскоре расширили охват продовольственной сети. Рыбу, пойманную в Северной Атлантике, можно было съесть в Денвере или Далласе. Продукты, собранные летом, можно было употреблять спустя несколько месяцев. Можно было есть замороженный горох в январе и не ждать пять месяцев, пока вырастет свежий.
Эксперименты Бердсая оказались настолько многообещающими, что в 1929 году, за несколько месяцев до биржевого краха, который привёл к Великой депрессии,
Прохладная жизнь
В результате вышеперечисленных событий возникла целая экономика холода, а такие изобретатели как Фредерик Мак-Кинли Джонс внесли в неё важный вклад. В 1930-х годах Джонс разработал небольшую охлаждающую установку, которая крепилась на грузовик и сохраняла содержимое кузова в охлаждённом состоянии. После Второй мировой войны Мак-Кинли спроектировал холодильные контейнеры, которые можно было перемещать с поезда на корабль и с корабля на грузовик, что позволило усовершенствовать систему распределения продовольствия в Америке.
К 1950-м годам американцы приняли образ жизни, который в значительной степени определялся искусственным холодом: они покупали замороженные обеды в местных супермаркетах и складывали их в морозильные камеры новых холодильников
Внутри холодильника 1940-х годов есть небольшая морозильная камера. Скоропортящиеся продукты хранились рядом с морозильной камерой. В нижнем отсеке находилась холодильная установка, 1942 г.
Первый «аппарат для охлаждения воздуха» – то, что мы сейчас называем кондиционером, – был придуман Уиллисом Кэрриером в 1902 году. Его изобретение – это классическая история случайного открытия. Когда Кэрриер был молодым инженером, его наняли в бруклинскую типографию для решения возникшей проблемы: во влажные летние месяцы краска размазывалась в процессе печати. Изобретение, придуманное Кэрриером, не только удаляло влагу, но и охлаждало воздух. Кэрриер вдруг заметил, что сотрудники предпочитали обедать возле печатных станков!
Установка кондиционирования воздуха для всего здания Капитолия, июнь 1938 года. Это был долгожданный прогресс во время жаркого и влажного лета в Вашингтоне.
Тогда предприимчивый инженер начал разрабатывать устройства для регулировки влажности и температуры во внутренних помещениях. Спустя несколько лет Кэрриер создал компанию, сосредоточившуюся на промышленном использовании его технологии. И всё же Кэрриер был убеждён, что охлаждение воздуха должно приносить пользу не только промышленности, но и населению. А где можно чаще всего встретить публику? Конечно же, в кино – особенно летом. Вот только кто станет платить, чтобы сидеть в тёмном, душном, жарком зале с несколькими сотнями других потных тел? Естественно, киностудии хотели изменить ситуацию, а Кэрриер желал продемонстрировать, что его технология справится с задачей.
В День повиновения 1925 года Кэрриер представил свою экспериментальную систему кондиционирования воздуха в «Риволи», новом флагманском кинотеатре компании
В течение следующих двадцати с лишним лет большинство американцев сталкивались с кондиционерами только в крупных коммерческих помещениях, таких как кинотеатры, универмаги, гостиницы или офисные здания. Уиллис Кэрриер знал, что кондиционеры придут и в дома, но на тот момент существующие машины были слишком большими и дорогими для жилых помещений.
В 1930-х годах 80 миллионов американцев – 65 процентов всего населения – ходили в кино каждую неделю. Изобретение Кэрриера позволяло им приходить в жаркие летние месяцы, чтобы насладиться фильмом и «охладиться с помощью кондиционера».
Ввиду начала Второй мировой войны замыслы Кэрриэра относительно охлождения жилых домов пришлось отложить, однако к концу 1940-х годов на рынке появились первые переносные кондиционеры, устанавливаемые в окна. На протяжении нескольких лет американцы устанавливали более миллиона кондиционеров в год. Устройство, которое раньше имело размеры, превышающие габариты бортового грузовика, теперь комфортно располагались в окнах гостиных и спален по всей стране.
Изобретение Кэрриера обеспечивало не только циркуляцию молекул воздуха и воды, но и циркуляцию
Масштабная миграция изменила политическую карту Америки. Рост населения Флориды, Техаса и Южной Калифорнии привёл к изменению состава избирательной коллегии (процесс, установленный Конституцией США и определяющий порядок избрания президента). Штаты с тёплым климатом получили двадцать девять голосов в период с 1940 по 1980 год, в то время как более холодные штаты Северо-Востока и Ржавого пояса (упадочная, некогда сильно индустриальная часть страны, простирающаяся от Великих озёр до верхней части Среднего Запада) потеряли тридцать один голос. В первой половине двадцатого века только два президента или вице-президента были выходцами из штатов Солнечного пояса. Но начиная с 1952 года, президентское кресло занимали кандидаты из Солнечного пояса, пока Барак Обама и Джо Байден не прервали эту серию в 2008 году. Политики и политические стратеги как Республиканской, так и Демократической партий прекрасно понимают, насколько важно для их кандидатов наладить контакт с избирателями из штатов Солнечного пояса.
То, что случилось в Соединенных Штатах, теперь происходит и в планетарном масштабе. Самые быстрорастущие мегаполисы располагаются преимущественно в тропическом климате: Ченнай, Бангкок, Манила, Джакарта, Карачи, Лагос, Дубай, Рио-де-Жанейро. По прогнозам, к 2025 году в этих городах будет проживать более миллиарда новых жителей. Само собой разумеется, что многие жители этих населённых пунктов не имеют кондиционеров в своих домах, по крайней мере, пока. Также на данный момент неясно, будут ли эти города экологически устойчивыми в долгосрочной перспективе, особенно те, которые расположены в пустынном климате. Но всё же способность контролировать температуру и влажность позволила городским центрам достичь статуса мегаполисов. (Не случайно крупнейшие города мира – Лондон, Париж, Нью-Йорк, Токио – до второй половины двадцатого века находились исключительно в умеренном климате). То, что мы наблюдаем сейчас, – это первая массовая миграция людей, ставшая возможной благодаря технике и долгой истории великих мыслителей, неустанно исследовавших возможности холода.
Температура в Дубае (Объединенные Арабские Эмираты) может достигать более 100 градусов по Фаренгейту (+38 градусов по Цельсию), однако на крытом горнолыжном склоне поддерживается прохладная температура (-2). Это стало возможным благодаря комбинации изоляции и искусственного охлаждения.
Звук
Вы можете вставить в уши наушники и слушать всё, что угодно вашей душе: музыку, подкасты, аудиокниги. Вы живёте в современном звуковом мире. А как бы вы отнеслись к тому, чтобы послушать очень далёкое, пещерное прошлое?
В начале 1990-х годов в пещерном комплексе в Арси-сюр-Кюр, Франция, была найдена невероятная коллекция древних рисунков. Стены пещеры изобиловали сотнями изображений бизонов, мамонтов, птиц, рыб и даже призрачным отпечатком детской руки. Археологические находки свидетельствуют о том, что на протяжении десятков тысяч лет неандертальцы и ранние современные люди использовали эти пещеры в качестве жилья и места для проведения церемоний. Радиоизотопное датирование – процесс, позволяющий определить возраст определённых геологических или органических веществ, – показало, что возраст изображений составляет тридцать тысяч лет.
Как правило, пещерные рисунки служат доказательством глубокой человеческой потребности представлять мир в образах. Но в последние годы появилась новая теория о первобытном использовании пещер, сосредоточенная не на изображениях, а на
Раскачаем пещеру!
Спустя несколько лет после обнаружения наскальных рисунков в Арси-сюр-Кюр, Егор Резникофф, профессор Парижского университета и всемирно известный специалист в области старинной музыки, начал изучать эхо и реверберацию, создаваемые в разных частях пещерного комплекса. И вот что он выяснил: неандертальское искусство сосредотачивалось в особых местах, причём некоторые из самых витиеватых и чётких изображений находились на глубине более одного километра. Резникофф определил, что картины последовательно размещались в наиболее акустически интересных частях пещеры, где реверберация была более глубокой. То есть если вы издадите громкий звук, стоя под изображениями палеолитических животных в дальнем конце пещер, вы услышите семь отчётливых отголосков собственного голоса. Реверберация длится почти пять секунд после того, как голосовые связки перестают вибрировать.
Согласно теории Резникоффа, неандертальские общины собирались для ритуалов возле нарисованных ими изображений. Они напевали, используя эхо пещеры с целью магического усиления звуков. Если профессор прав, тогда получается, что первые люди экспериментировали с примитивной формой аудиотехники, усиливая самый пьянящий из звуков – человеческий голос.
Стремление улучшить, а потом и воспроизвести человеческий голос со временем проложит путь к целому ряду прорывов в области коммуникаций, вычислений, политики и искусства.
Хотя голосовые технологии развились в полную силу лишь в конце XIX века, но стоило им появиться, как они изменили практически всё. И началась история отнюдь не с усиления. Первый большой прорыв, связанный с одержимостью человеческим голосом, произошёл с простого акта его записи.
Стенография звуковых волн
Запись человеческого голоса стала возможной после двух ключевых событий, одно из которых произошло в физике, а другое – в анатомии. Приблизительно с 1500 года учёные работали над предположением, что звук распространяется в виде невидимых волн. К восемнадцатому веку в подробных книгах по анатомии было представлено строение человеческого уха, а также описано, каким образом звуковые волны проходят через слуховой проход и вызывают вибрации в барабанной перепонке. В 1850-х годах парижский типограф Эдуард-Леон Скотт де Мартенвиль случайно наткнулся на одну из тех книг и в результате загорелся интересом к биологии и физике звука.
Скотт де Мартенвиль изучал стенографию – способ письма посредством особых знаков и целого ряда сокращений, дающий возможность быстро записывать устную речь. В то время стенография являлась самой передовой формой технологии записи голоса; ни одна другая система не фиксировала устную речь с такой же точностью и скоростью. Когда Скотт посмотрел на подробные иллюстрации внутреннего уха, у него зародилась догадка: а что если процесс расшифровки человеческого голоса можно автоматизировать? Что было бы, если бы вместо человека, записывающего слова, появилось бы устройство, фиксирующее звуковые волны?
Скотт приступил к работе над устройством, пропускающим звуковые волны через рогообразный аппарат с пергаментной мембраной на конце. Волны вызывали вибрации в пергаменте, которые, в свою очередь, передавались на иглу, сделанную из жёсткой щетины свиньи. В результате игла оставляла полоски на странице, покрытой чёрной сажей от масляных ламп. Своё изобретение Скотт назвал «фоноавтографом».
Сегодня нам кажется очевидным, что звукозаписывающее устройство должно включать в себя функцию, позволяющую
Эдуард-Леон Скотт де Мартенвиль запатентовал фоноавтограф в марте 1857 года, за двадцать лет до того, как Томас Эдисон изобрёл фонограф.
В некотором смысле Скотт вовсе не пытался изобрести устройство для записи звука. Он хотел изобрести идеальный способ транскрипции. Вот только для того, чтобы её прочитать, нужно было выучить совершенно новый язык. К сожалению, наш нейронный инструментарий не включает в себя способность читать звуковые волны. Чтобы декодировать записанное аудио, нам пришлось бы преобразовать его обратно в звук и расшифровать посредством барабанной перепонки, а не сетчатки глаза.
Меня слышно?
В 1872 году другой изобретатель изменил первоначальный проект Скотта, включив в него ухо, взятое от трупа. В ходе своих изысканий он нашёл способ улавливать и передавать звук человеческого голоса по уже существовавшим телеграфным проводам. Этим изобретателем был Александр Грэхем Белл, который прославился благодаря телефону.
До появления телефона люди чаще всего общались друг с другом посредством почтовой службы, поэтому изобретение Белла произвело настоящую революцию. Телефон сократил огромные расстояния между нами и сблизил мир, даже несмотря на то, что первая трансатлантическая линия, по которой обычные граждане могли звонить из Северной Америки в Европу и наоборот, была проложена ещё только в 1956 году. Эта система могла обслуживать всего лишь двадцать четыре одновременных звонка. Вот такая пропускная способность для объединённого населения в несколько сотен миллионов человек на двух континентах: два десятка одновременных межатлантических разговоров.
Невидимое становится слышимым
Вероятно, самым значимым наследием телефона стала инновационная организация, выросшая на его основе:
Александр Грэм Белл (1847–1922), пишет за своим столом в своем кабинете в Вашингтоне, 1913. Белл считал, что телефон будут использовать с целью трансляции живой музыки. По его задумке оркестр должен был выступать на одном конце линии, а слушатели – наслаждаться музыкой через телефонный динамик. Точно так же, как и Эдисон со своим фонографом, Белл предполагал, что телефонное устройство станет средством коммуникации. Он верил, что люди будут отправлять звуковые письма, записанные на восковом цилиндре фонографа. Что ж, конечный результат этих двух легендарных изобретателей оказался полной противоположностью первоначальных идей.
Когда человек говорил в трубку, звуковые волны превращались в электрические импульсы, а потом, уже на другом конце, снова становились звуковыми волнами.
С появлением телефона мы переступили важнейший порог в истории технологии: компонент физического мира, в данном случае звук, был представлен в виде электрической энергии. Преобразуясь в электрическую энергию, звуковые волны смогли преодолевать огромные расстояния с поразительной скоростью. Вот только назвать этот процесс безошибочным было нельзя. Перемещаясь из города в город по медным проводам, электрические импульсы подвергались затуханию, потере сигнала и шуму. Усилители, как мы позже увидим, помогали бороться с проблемой и улучшали сигналы по мере их прохождения. И всё же главной целью считался чистый сигнал, не ухудшающийся по мере прохождения импульсов по телефонной сети. Интересно, что путь, который в конечном итоге привёл к этой цели, начался с другой задачи: не сделать звучание голосов чистым, а сохранить переговоры
Кто звонит?
Во время Второй мировой войны легендарный британский математик Алан Тьюринг и А. Б. Кларк из
Впервые о возможностях цифрового программирования узнали викторианский изобретатель Чарльз Бэббидж и его соратница Ада Лавлейс. В 1830-х годах Бэббидж создал устройство под названием «Аналитическая машина», которую многие считают первым программируемым компьютером. А вот Лавлейс, будучи блестящим математиком в эпоху, когда молодым женщинам активно препятствовали изучать дисциплины, где традиционно главенствовали мужчины (такие как математика и естественные науки), написала для этой машины первые строки кода! (Сегодня многие представители технологического сообщества отмечают день рождения Ады Лавлейс 10 декабря как напоминание о том, что первым программистом была женщина).
Лондон, Великобритания, июнь 2018 г. Машина Бэббиджа – прародительница современных компьютеров. Механический аналоговый компьютер хранится в Лондонском музее науки.
Лавлейс сделала ещё один важный вклад в цифровой мир, напрямую связанный с SIGSALY и её наследием. В заметках, сопровождавших её первые компьютерные программы, она высказала радикальную идею: компьютеры могут быть полезны не только для вычисления, но и для творческой работы. Она представила будущее, где «аналитическая машина сможет сочинять музыкальные произведения любой степени сложности и протяжённости». Идея, что гигантский калькулятор можно использовать для создания музыки, казалась абсурдной большинству коллег Лавлейс. И всё же она оказалась права.
Ключевым шагом, воплотившим провидческую идею Лавлейс в реальность, стало осмысление звука в терминах цифрового кода. Для SIGSALY это означало взять военное сообщение и преобразовать его в серию нулей и единиц так, чтобы на принимающей стороне её можно было преобразовать в разборчивую речь. Изначально всё это делалось для того, чтобы сохранить военную тайну, поскольку передавать цифровые образцы в безопасном режиме оказалось гораздо проще. Любой, кто искал традиционный аналоговый сигнал, слышал лишь взрыв цифрового шума. (SIGSALY получил прозвище «Зелёный шершень», потому как шум напоминал жужжание насекомого в заставке популярного радиошоу). Даже несмотря на то, что немцы сумели перехватить и записать многочасовые передачи SIGSALY, они так и не смогли их интерпретировать.
Систему SIGSALY ввели в эксплуатацию 15 июля 1943 года, однако поистине разрушительная сила исходила от другой её мощной возможности: цифровые копии можно было дублировать. При наличии соответствующего оборудования цифровые образцы звука можно было передавать и копировать с доскональной точностью, а также манипулировать ими для создания новых видов музыки. Блестящее предсказание Лавлейс оправдалось благодаря цифровой революции в области звука. Как только мы начали делать цифровые копии песен, фильмов и телепередач, а также использовать компьютеры и синтезаторы для записи и создания новых форм электронной музыки, развлекательный бизнес заметно преобразился. Многие изменения в современных СМИ – переосмысление музыкального бизнеса, начавшееся с сервисов совместного доступа, влияние
Портрет Ады Лавлейс, нарисованный чернилами.
Телеграф + телефон = радио?
Цифровые образцы SIGSALY продолжили свой путь благодаря другому прорыву в области коммуникаций, сделанному компанией
Одним из специалистов стал Ли де Форест, блестящий и эксцентричный изобретатель. Работая в домашней лаборатории в Чикаго, де Форест мечтал объединить беспроводной телеграф Маркони с телефоном Белла. Он начал серию экспериментов с искровым передатчиком – устройством, создающим яркий, однотонный импульс электромагнитной энергии, который может быть обнаружен антеннами на дальнем расстоянии (что идеально подходило для передачи азбуки Морзе). Однажды, когда де Форест запускал серию импульсов, он вдруг заметил, что в комнате произошло нечто необычное: каждый раз, когда он создавал искру, пламя в лампе вело себя странно. Каким-то образом электромагнитный импульс усиливал яркость. И вот тогда этот мерцающий свет навёл его на мысль: а что если использовать газ для усиления слабого радиоприёма? Быть может, даже получится сделать его настолько сильным, чтобы передавать слова, а не только стаккато импульсов азбуки Морзе?
Маркони перед своим приемным устройством для беспроводной телеграфии, гравированная иллюстрация, 1910 год.
После нескольких лет проб и ошибок де Форест остановился на газонаполненной лампе, содержащей три точно сконструированных электрода, предназначенных для усиления входящих беспроводных сигналов. Своё изобретение он назвал аудионом. Аудион был достаточно мощным, чтобы передавать разборчивые сигналы. В 1910 году де Форест использовал радиоустройство, оснащённое аудионом, для первой в истории передачи человеческого голоса с корабля на берег. Но на этом де Форест не остановился, потому как преследовал гораздо более амбициозные цели в отношении своего устройства. Изобретатель представлял себе мир, где беспроводная технология могла бы использоваться не только для военных и деловых коммуникаций, но и для массового удовольствия – в частности для того, чтобы сделать его любимую оперу доступной каждому.
13 января 1910 года во время представления оперы «Тоска» в нью-йоркской Метрополитен-опера, де Форест подключил телефонный микрофон к передатчику на крыше в надежде создать первую прямую общественную радиопередачу. Он пригласил полчища репортёров и VIP-персон послушать его на радиоприёмниках, разбросанных по всему городу. Сигнал был ужасным. В результате газета «Нью-Йорк Таймс» объявила эту авантюру «катастрофой». Прокурор США даже подал на де Фореста в суд за мошенничество, обвинив его в том, что он преувеличил значение своего устройства. Нуждаясь в деньгах для оплаты судебных расходов, де Форест продал патент аудиона по выгодной цене компании разработок
Джазовый прорыв