Новости Календарь

Древние нанотехнологии: как нас обогнали 2 тысячи лет назад

Древние нанотехнологии: как нас обогнали 2 тысячи лет назад

Мы убеждены, что находимся на пике технологической цивилизации. Но новейшие исследования показывают, что и наши далекие предки владели технологиями, которые мы до сих пор не можем разгадать. Правда, затем они очень быстро их утратили.

Группа итальянских исследователей под руководством Габриэля Мария Инго из Института наноструктурированных материалов (Италия) сообщила о первых успехах в изучении древней технологии золочения изделий. Технологии этой более 2 тысяч лет, и в течение Средневековья, как и многие другие, она оказалась утраченной. Сегодня уже трудно представить, как еще во времена первых римских императоров люди смогли создать технологию нанесения очень тонких металлических пленок, соизмеримых с теми, которые сейчас применяются в современной электронике. Но кое-что уже удалось понять.


Не все золотое, что блестит

Археологи довольно давно столкнулись с монетами и даже более сложными металлическими изделиями (статуэтки и кольца), которые выглядели как золотые, но на поверку оказались сделанными из гораздо более дешевых сплавов, дерева или керамики. Их покрытие при этом было исключительно качественным и прочным. Такие изделия мы можем сделать сейчас, применяя современные методы, но античные мастера не имели ни гальванических ванн, ни цианистых электролитов. Толщина покрытий составляла около 1 микрометра – это 0,001 миллиметра.

Античные, а затем и средневековые мастера применяли свое искусство в самых различных целях. Например, для того, чтобы защитить изделия из дешевых сплавов (такие, как статуэтки или панно) от влияния внешней среды. Монеты покрывались золотом с целью улучшения их внешнего вида в том числе по инициативе властей – таким образом удавалось избежать частой ситуации, когда стоимость самого металла монеты могла быть выше ее номинала. Золотили достаточно дешевые ювелирные украшения – поскольку всегда были люди, которые хотели выглядеть богаче, чем были на самом деле. И, разумеется, были фальшивомонетчики, которые впускали фальшивую позолоченную монету вместо золотой.

Было еще одно направление работы специалистов по золочению, которое развилось в более позднее время (или мы просто не знаем более ранних образцов, что тоже вполне вероятно), – это художественное золочение сложных контуров. Примером такого золочения стала поверхность алтаря Св. Амброджио (825).

Фрагмент алтаря Св. Амброджио (825), Милан

Видно, что отдельные элементы композиции покрыты позолотой, в то время как другие – серебром. Это не обычное золочение сусальным (тонкопленочным) золотом по деревянной подложке, здесь применена совсем другая технология, обеспечившая чрезвычайно прочное и красивое покрытие, которое не утратило своего внешнего вида за 1200 лет. Дело в том, что толщина листов сусального золота значительно больше даже сегодня, когда его производят с помощью роботизированных технологий.

Чтобы понять, как действовали древние специалисты, сегодня пришлось задействовать рентгеновскую фотоэлектронную и энергодисперсионную спектроскопии в сочетании со сканирующей электронной микроскопией. Обнаружилось, что мастера применяли ртуть, точнее, раствор золота в ртути, именуемый амальгамой. Однако, в отличие от известного нам «огневого золочения», когда на предмет наносилась амальгама, а затем выжигалась, здесь применялся какой-то иной метод нанесения тончайшей золотой пленки – скорее всего, нечто вроде клея, которым приклеивались сверхтонкие пластинки сусального золота. Но это лишь предположение, потому что до конца технология еще не раскрыта.

Современных исследователей из группы Габриэля Мария Инго удивляет, как такого уровня технологии могли достичь античные мастера без достоверных знаний о поведении материалов, которые стали известны лишь в последние пару столетий. То есть загадка не только в том, как делали это покрытие, но и в том, как мастера античности додумались до этого. Был ли это метод «проб и ошибок», или же они действовали научным методом, ставя эксперименты, фиксируя их. Версию о помощи инопланетян, по понятным причинам, итальянские исследователи не рассматривают. А вот то, что они могли использовать знания специалистов из смежных областей знаний, – можно принять как версию. Тем более что достижения были.


Компьютер Антикитера

Доказательством того, что древние металлурги могли использовать специальные приспособления, в том числе вычислительные, служит так называемый механизм Антикитера, который многие считают самым загадочным древним механизмом из всех, обнаруженных современными археологами. 

Он был поднят со дна Средиземного моря близ острова Антикитера ловцами губок еще в 1902 году, но что это такое – долгое время оставалось непонятным. И только в 1951 году Дерек Прайс высказал предположение, что это античное счетное устройство. Его возраст специалисты отнесли к первому веку до нашей эры.

К 1959 году Прайс опубликовал подробное описание устройства в журнале Scientific American, но потребовалось еще 12 лет, чтобы составить более полную схему устройства, которая содержала 32 шестерни. К этому времени экспедиция Жак-Ива Кусто обнаружила на останках затонувшего корабля, перевозившего таинственный механизм, монеты, которые позволили датировать катастрофу в период с 87 по 76 год нашей эры.

В настоящий момент уже построены работающие модели этого механизма, которые демонстрируются в Национальном археологическом музее в Афинах и в Американском музее компьютеров в штате Монтана, США. Изучение механизма Антикитера продолжается – ведется совместная работа Университета Кардиффа, Афинского национального музея и ряда других научных организаций. Продолжаются и археологические работы на месте кораблекрушения – в частности, 21 октября 2005 года было объявлено, что найдены некоторые недостающие части механизма.

Слева направо: сам механизм, его рентгеновский снимок, компьютерная модель

Ученые считают, что механизм Антикитера – это механический компьютер для расчета движения планет. Новейшие эксперименты показывают, что механизм, используя специальную шестеренку со смещенным центром вращения, был способен учитывать эллиптический характер орбиты Луны – за полторы тысячи лет до открытия Иоганна Кеплера.

И вновь загадка инженерии: чтобы создать такое точное устройство, которое по своей чистоте обработки деталей соизмеримо с механическими часами современности, требовались не только теоретические знания механики, но и поддерживать высочайшую культуру производства. Какие же инструменты были в распоряжении античных мастеров для производства столь точных шестеренок и валов?


Все дело в инструменте

Известно, что для обработки прочного, но хрупкого материала нельзя применять излишних усилий. Сам же инструмент желательно иметь с большим запасом прочности. Кремниевым рубилом можно тесать дерево или мягкий известняк – но вот твердый сланец, а тем более гранит или базальт, им обработать уже невозможно. 

Мягкая медь или даже бронза вряд ли помогут в обработке столь крепких пород. Одно дело – распилить гранитный блок так называемой штрипсовой пилой, когда под мягкое лезвие, например медное, подается кварцевый песок с водой. Другое – работа с криволинейными поверхностями.

Уникальными в этой связи являются вазочки, сделанные из магматической породы, именуемой диорит (часто залегает вместе с гранитами). Специалисты оценивают время их изготовления 3800–3100 годами до нашей эры, то есть им более пяти тысяч лет. Однако вазочки, подобные этой, несут на себе следы качественной обработки поверхности. Спустя тысячу лет после вазочек египтяне научились делать из диорита и сложные скульптуры. Непонятно, каким инструментом пользовались древние египтяне, не просто вытачивая тело вазы снаружи, но и аккуратно вынимая из нее материал, делая ее вполне тонкостенной. Никакие ударные методы не допустимы – диорит хоть и прочен, но хрупок.

Другим примером являются алебастровые вазы и тарелки. Под словом «алебастр» применительно к античности понимают кальцит, или – химически – карбонат кальция. Этот материал осадочного происхождения может быть самой причудливой окраски. Он достаточно легко обрабатывается металлическим инструментом, однако для достижения качественной обработки нужен инструмент из прочных материалов. Мы не знаем, что это было, но результат работ древних камнерезов дошел до нас в виде тарелок и ваз.



Диоритовая вазочка (3800–3100 годы до н. э.), алебастровое блюдо, алебастровая ваза (все не позже 2600 года до н. э.)

Эти изделия датируются эпохой третьей династии (фараона Джосера). Для специалиста по материалам или петрографа удивительно качество обработки поверхности и толщина стенок блюд и ваз, составляющая всего несколько миллиметров. Алебастр, он же кальцит, крайне хрупок, его легко разрушить при обработке, и тем не менее – сохранились вполне целые изделия с высоким качеством обработки поверхности. 


Разрушение цивилизации

Все эти примеры объединяет одно: мы не понимаем, как наши далекие предки создавали свои технологические приемы и передавали знания. Для того чтобы научиться обрабатывать бронзу необходимого качества, нужно ее обрабатывать. Никакого разового озарения недостаточно для создания технологии сверхтонкого золочения. Нельзя просто взять случайный предмет и начать им точить вазы из прочного камня. Это дело не одного поколения – очевидно, что знания копились от мастера к мастеру на протяжении десятков и сотен лет. Мы только можем догадываться, что знали и умели наши предки.

Однако крах Римской империи и наступление Средних веков положили конец долгому периоду человеческого поступательного развития. Многие технологии были утеряны, как в случае с золочением, – возможно, в IX веке ее уже знали единицы, а потом она забылась окончательно.

Примером того, как исчезают знания и понимание смысла их применения служит таинственная древнеегипетская трехлепестковая ваза принца Сабу, которую археологи относят к 3100–3000 годам до нашей эры. Она была обнаружена Вальтером Эмери в 1936 году примерно в 1,7 км к северу от пирамиды Джосера. Назначение этого странного предмета, напоминающего вентилятор или активный элемент миксера, до сих пор непонятно. Важно, что он изготовлен из хрупкого аспидного сланца по совершенно непонятной технологии (есть много гипотез, но нет общепринятой). Зачем нужно было такое сложное в изготовлении устройство – или это было просто модное дизайнерское украшение – непонятно.

Что это было? Вентилятор, миксер или модное дизайнерское украшение дома?

Древний Египет, переживая взлеты и падения, тем не менее смог много передать из своих знаний Древней Греции, а уже она – Великому Риму. Знания имели безусловную ценность, и это понимали все правители того времени – они повышали конкурентоспособность именно небольших образований, на уровне городов-полисов и маленьких государств.

Использовала эти знания и Римская империя, которая, однако, в III веке погрузилась в политико-экономический кризис. Этот кризис, именуемый «кризисом III века», формально не касался науки, но, по мнению ряда исследователей, по сути, был поражением многовековой классической цивилизации, как цивилизации городов. Политически это привело к подчинению интересов личности интересам государства, которое уже не было столь заинтересовано в прогрессе – скорее в консервации сложившейся ситуации. Итогами стагнации были падение Рима и наступление «темных веков».

Этот печальный опыт стоит помнить и сейчас – все наши блистательные технологии так же могут исчезнуть очень быстро, если мы придем тем или иным путем к ситуации, когда исчезнет потребность в конкуренции. Поэтому открытия ученых-археологов служат нам напоминанием о возможном будущем, которого, в общем, хотелось бы избежать.

Предыдущий материал

Электростанция в шляпке? Легко!

Следующий материал

Павел Дуров: «Настало время закрывать личную информацию»