Iš anglų kalbos vertė Jonas Čeponis

VIlnIus 2019

N e į p r a s t i pa s a k o j i m a i apie tai, i š k o s u da r y ta s m ū s ų pa s au l i s

mark miodownik

Įstabiosios medžiagos

leidinio bibliografinė informacija pateikiama lietuvos nacionalinės Martyno Mažvydo bibliotekos nacionalinės bibliografijos duomenų banke (nBDB).

Projektą finansuoja lietuvos kultūros taryba

Text copyright © Mark Miodownik 2013The author has asserted his moral rights. All rights reserved.© Vertimas į lietuvių kalbą, Jonas Čeponis, 2018© Viršelio dizainas, Robert Patrick Barry© leidykla VAGA, 2019

IsBn 978-5-415-02546-6

Versta išMark MiodownikStuff MattersOriginal English language edition first published by Penguin Books ltd, london.

Rubei, Laslui ir Aidai

Įvadas . 9

1. nepranokstamas . 23

2. patikimas . 47

3. fundamentalus . 79

4. gardus . 103

5. stebuklingas . 125

6. išmoningas . 149

7. nematomas . 187

8. tvirtas . 210

9. rafinuotas . 235

10. nemirtingas . 254

11. apibendrinant . 277

Padėkos . 292

Nuopelnai už iliustracijas . 295

Dar paskaityti . 295

turinys

įvadas

stovėjau vagone su kraujuojančia žaizda, kuri vėliau bus apibūdinta kaip 13 cm ilgio rėžis, padarytas aštriu įnagiu, ir svarsčiau, ką daryti. Buvo 1985-ųjų gegužė. Ką tik įšokau į londono metro traukinį, prieš pat užsitrenkiant durims, jos atitvėrė mane nuo užpuoliko, bet nesuspėjau išvengti jo pei-lio geležtės, kuri perrėžė man nugarą. Žaizda perštėjo kaip itin bjauriai įsipjovus popieriumi, ir visai nenumaniau, ar tai rimta, bet tuo metu buvau dar mokinukas ir sutrikęs visai pamečiau sveiką nuovoką. Tad, užuot ieškojęs pagalbos, nu-sprendžiau, kad geriausia bus atsisėsti ir važiuoti namo. Taigi taip keistai ir pasielgiau.

stengdamasis nukreipti savo dėmesį nuo skausmo ir ne-malonaus nugara varvančio kraujo pojūčio, pabandžiau išsi-aiškinti, kas gi ką tik įvyko. Perone prie manęs priėjo užpuo-likas ir pareikalavo pinigų. Kai papurčiau galvą, jis atsistojo grėsmingai arti manęs, įdėmiai mane nužvelgė ir pasakė, kad turi peilį. sulig tais žodžiais keli seilių lašai iš jo burnos užtiško man ant akinių. Pasekiau jo žvilgsnį žemyn į mėly-nos striukės kišenę, kur laikė įgrūdęs ranką. Instinktyviai nujaučiau, kad jis savo smiliumi tik imituoja smailų audinio iškilumą. Paskui mane smilktelėjo kita mintis: net jeigu jis ir turi peilį, tas toks mažas, kad niekaip smarkiai manęs nesu-

į s t a b i o s i o s m e d ž i a g o s10

žalos. Pats turėjau lenktinių peiliukų ir žinojau, kad su tokiu ginklu labai sunku pradurti kelis mano aprangos sluoksnius: odinės striukės, kuria labai didžiavausi, po ja pilko vilnonio mokyklinio bleizerio, nailoninio nertinio su V raidės pavi-dalo apykakle, baltų marškinių su privalomu perpus mazgu surištu dryžuotu mokykliniu kaklaraiščiu ir medvilninės liemenės. Greitai mintyse sumečiau planą: tegul tas bernas kalba, o paskui, beužsidarant durims, prasistumk pro jį į va-goną. Mačiau jau atvykstantį traukinį ir buvau tikras, kad tas tipas nespės sureaguoti.

Gana keista, likau teisus dėl vieno dalyko: jis iš tikrųjų neturėjo peilio. sužalojo mane skutimosi peiliuku, apvynio-tu lipniąja juostele. Tas mažutis plieno gabalėlis, ne ką di-desnis už pašto ženklą, vienu brūkštelėjimu visai nesunkiai perrėžė penkis mano drabužių sluoksnius, paskui odos epi-dermį ir dermą. Vėliau, policijos nuovadoje išvydęs tą ginklą, nustėrau. Žinoma, ir anksčiau buvau matęs skutimosi pei-liukų, bet dabar supratau, kad visai nieko apie juos nežinau. Tuo metu tik buvau pradėjęs skustis barzdą, mano matyti peiliukai būdavo patikimai įstatyti į plastikinį oranžinį sau-gaus skustuvo „Bic“ rėmelį. Kai policininkai mane klausinėjo apie tą ginklą, stalas tarp mūsų svyravo, o ant jo fluorescen-cinių šviestuvų atspindžiais blyksėjo skutimosi peiliukas, ir aiškiai mačiau, kad plieninis jo kraštas vis dar lygut lygutėlis, savo ankstesnio dienos darbo nepažeistas.

Pamenu, vėliau turėjau užpildyti kažkokį blanką, o mano tėvai sėdėjo šalia ir stebėjosi, kodėl dvejoju. Galbūt buvau užmiršęs savo pavardę ir adresą? Po teisybei, mano dėmesį

11

traukė kabė pirmo puslapio viršuje. Beveik buvau tikras, kad ta irgi plieninė. Tas iš pažiūros paprastas sidabriško metalo gabalėlis tvarkingai ir tiksliai pramušė popierių. Tyrinėjau kabę iš nugarėlės pusės. Du jos galai buvo patogiai užlenkti vienas į kitą ir tvirtai sukabinę laikė šūsnį popierių. Juvely-ras nebūtų geriau atlikęs tokio darbo. (Vėliau sužinojau, kad pirmas kabių segtuvas buvo pagamintas pagal specialų užsa-kymą Prancūzijos karaliui liudvikui XV, o kiekviena kabė paženklinta jo emblema. Kas būtų pagalvojęs, kad kabių segtuvai turi karališko kraujo?) Pareiškiau, kad ji „puiki“, ir pirštu parodžiau savo tėvams, o tie neramiai susižvalgė, be abejo, manydami, kad mane ištiko nervų priepuolis.

Turbūt taip ir buvo. Tikrai, dėjosi kažkas labai keista. staiga mane užvaldė maniakiškas domėjimasis visokiomis medžiagomis – pradedant plienu. Ūmai įsijautrinau, kad jo esama kone visur, ir iš tikrųjų tai supranti tik tada, kai pradedi įsižiūrėti. Mačiau jį šratinuko galiuke, kai pildžiau policijos blanką; jis dzingsėjo priešais mane nuo tėčio rak-tų žiedo, kol tas nervindamasis laukė; vėliau tądien gaubė iš išorės namo mane gabenusio automobilio kėbulą ne stores-niu nei pašto atvirukas sluoksniu. Keista, jaučiau, kad mūsų plieninis „Mini“, paprastai toks triukšmingas, tądien elgėsi kuo geriausiai, tartum atsiprašinėdamas už incidentą, per kurį buvau padurtas. Kai parvažiavome namo, atsisėdau su tėčiu virtuvėje prie stalo ir abu tylomis valgėme mamytės pa-gamintą sriubą. Paskui sustingau, sumojęs, kad net ir aš tu-riu burnoje gabalą plieno. lėtai čiulpiau nerūdijančio plieno šaukštą, kuriuo valgiau sriubą, paskui išsiėmiau jį iš burnos

į v a d a s

į s t a b i o s i o s m e d ž i a g o s12

ir apžiūrėjau blizgų jo paviršių – tokį blizgų, kad išlenktume net mačiau iškreiptą savo atvaizdą.

– Iš ko jis padarytas? – paklausiau, pamodamas šaukštu į tėtį. – Ir kodėl neturi jokio skonio?

Įsidėjau jį vėl į burną pasitikrinti ir smarkiai pačiulpiau. Ir tada mane užplūdo milijonas klausimų. Kaipgi čia yra,

kad ši medžiaga tiek daug mums reiškia, o mes beveik nie-kada apie ją nekalbame? Artima mums kaip niekas kitas – dedamės ją į burną, naudojame šalindami nepageidaujamus plaukus, važinėjamės joje – tai mūsų ištikimiausia draugė, o mes nežinome, kokiu būdu veikia. Kodėl skutimosi gele-žėlė pjauna, o popieriaus sąvaržėlė lankstosi? Kodėl metalai spindi? Beje, kodėl stiklas permatomas? Kodėl visi, regis, ne-mėgsta betono, bet žavisi deimantu? Ir kas lemia, kad šoko-ladas toks skanus? Ir kodėl gi kiekviena medžiaga atrodo – ir yra – tokia skirtinga?

nuo to incidento, kai mane sužalojo, didžiumą savo laiko gyvenau apniktas minčių apie medžiagas. Oksfordo univer-sitete studijavau medžiagotyrą, įgijau mokslų daktaro laipsnį reaktyvinių variklių lydinių srityje ir dirbau kaip medžiagų specialistas ir inžinierius kai kuriose iš pažangiausių labo-ratorijų visame pasaulyje. Palaipsniui mano domėjimasis medžiagomis vis didėjo – kartu ir kolekcija nepaprastų jų pavyzdžių. Šie pavyzdžiai nūnai įtraukti į didžiulę medžiagų biblioteką, kurią sukūrėme kartu su mano draugais ir kole-gomis Zoja loflin (Zoe laughlin) ir Martinu Konrinu (Martin

Conreen). Kai kurios medžiagos nepaprastai egzotiškos, kaip

13

gabalėlis nAsA aerogelio, kuris, nors 99,8 procento sudary-tas iš oro, panašus į sustandėjusius dūmus; kai kurios radio-aktyvios, tarkime, urano stiklas, kurį aptikau vieno Austra-lijos antikvariato užkaboriuose; kitos mažos, bet absurdiškai sunkios, kaip metalinio volframo luitai, vargingai išgauti iš mineralo volframito; kai kurios tikrai pažįstamos, bet turi užslėptą paslaptį, kaip savaime atsigaminantis betonas. Kar-tu paėmus, ši biblioteka atspindi ingredientus, iš kurių suda-rytas mūsų pasaulis, pradedant namais, kuriuose gyvename, drabužiais ir baigiant mūsų mašinomis. Biblioteka dabar veikia ir visi jos turtai yra saugomi londono universitetinio koledžo (uCl) sandaros institute („Institute of Making“). Iš šios bibliotekos fondų galėtumėte atkurti mūsų civilizaciją – kaip ir ją sunaikinti.

Tačiau yra kur kas didesnė medžiagų biblioteka, turin-ti milijonus pavyzdžių, ji didžiausia iš kada nors žinotų ir auga eksponentiniu tempu: tai pats žmogaus sukurtas pasau-lis. Pasižiūrėkite į fotografiją kitame puslapyje. Joje matyti, kaip aš geriu arbatą ant savo buto stogo. Daugeliu atžvilgių fotografija niekuo neypatinga, išskyrus tai, kad, kai atidžiau įsižiūri, matai visą katalogą dalykų, iš kurių sudaryta mūsų civilizacija. Tie dalykai svarbūs. Pašalinkite iš vaizdo beto-ną, stiklą, tekstilės dirbinius, metalą, kitas medžiagas, ir bū-siu paliktas drebantis bei nuogas ore. Taigi mūsų drabužiai, namai, miestai, daiktai leidžia mums elgtis kaip žmonėms, o mes suteikiame jiems gyvybės savo papročiais ir kalba. (Tai taps labai aišku, jeigu kada nors apsilankysite stichinės katastrofos zonoje.) Taigi materialusis pasaulis yra ne tik

į v a d a s

15

mūsų technologijos ir kultūros paroda, bet ir mūsų pačių dalis. Mes jį išradome, sukūrėme, o tas pasaulis, savo ruožtu, kuria mus tokius, kokie esame.

Fundamentalią medžiagų svarbą akivaizdžiai parodo ci-vilizacijos etapų pavadinimai: akmens, bronzos ir geležies amžiai – kiekvieną naują žmonijos egzistencijos erą lėmė nauja medžiaga. Plienas buvo karalienės Viktorijos epochą apibūdinanti medžiaga, kuri inžinieriams suteikė visišką vaizduotės laisvę, kuriant kabamuosius tiltus, geležinkelius, garo mašinas ir keleivinius vandenynų lainerius. Didysis in-žinierius Isambardas Kingdomas Brunelis pasitelkęs plieną pakeitė pasaulio kraštovaizdį ir pasėjo modernizmo sėklas. XX amžius dažnai vadinamas silicio amžiumi: kilo tikras proveržis medžiagų moksle, kai į technologijas buvo įdiegtas silicio lustas ir įvyko informacijos revoliucija. Tačiau per tai galime nepamatyti didžiulės įvairovės kitų naujų medžiagų, kurios irgi tuo metu keitė šių laikų gyvenimą. Architektai ėmėsi masinės stiklo lakštų gamybos, juos suderino su plie-no konstrukcijomis ir pastatė dangoraižius, dėl kurių miesto gyvenimas įgijo visiškai naują pobūdį. Pramonės projektuo-tojai ir madų dizaineriai pradėjo naudoti plastiką, taip jie iš pagrindų pakeitė mūsų namus ir drabužius. Iš polimerų sukurta celiulioido juostelė sukėlė didžiausią per tūkstantį metų vizualinės kultūros perversmą – gimė kinas. Aliumi-nio lydinių ir nikelio superlydinių raida mus įgalino sukur-ti reaktyvinius variklius ir pigiai skraidyti, todėl pagreitino kultūrų sankirtą. Padedami medicinos ir dantų keramikos galime rekonstruoti savo kūnus ir iš naujo apibrėžti neįga-

į v a d a s

į s t a b i o s i o s m e d ž i a g o s16

lumo bei senėjimo sąvokas. Ir, kaip pats terminas „plastinė chirurgija“ leidžia suprasti, medžiagos dažnai būna pagrin-dinis elementas naujų gydymo metodų, kuriais siekiama at-kurti mūsų fizinius pajėgumus (klubo sąnario protezai) ar pagražinti išvaizdą (silikoniniai krūtų implantai). Giunterio fon Hagenso (Gunther von Hagens) parodos „Kūnų pasauliai“ („Body Worlds“) taip pat liudija apie naujų biologinių medžiagų kultūrinę įtaką ir kviečia mus susimąstyti apie savo kūniš-kumą – tiek gyvenime, tiek ir po mirties.

Ši knyga skirta tiems, kurie trokšta iššifruoti žmogaus su-kurtą materialųjį pasaulį ir išsiaiškinti, iš kur ateina visos tos medžiagos, kaip jos veikia ir ką apie mus byloja. Dažnai apie jas stebėtinai mažai žinome, nors jos mus visur supa. Iš pir-mo žvilgsnio jos retai atskleidžia savo išskirtinius bruožus ir dažnai susilieja su mūsų gyvenimo fonu. Daugelis metalų yra blizgantys ir pilki; kiekgi žmonių geba pastebėti skirtu-mą tarp aliuminio ir plieno? Įvairi mediena aiškiai skiriasi viena nuo kitos, bet kiek žmonių gali pasakyti kuo? Plastikas apskritai kelia sumaištį: kas žino, koks skirtumas tarp poli-etileno ir polipropileno? Bet galbūt dar svarbiau: kodėl kam nors tai turėtų rūpėti?

Man rūpi, ir noriu jums paaiškinti kodėl. Dar daugiau, kai kalbama apie medžiagas, iš kurių sudarytas visas pasau-lis, galima pradėti nuo bet kur. Taigi, dėl abiejų tų priežasčių, kaip pradžios tašką ir įkvėpimą šios knygos turiniui, aš pasi-rinkau savo nuotrauką ant daugiabučio stogo. Išskyriau de-šimt toje nuotraukoje matomų medžiagų, kad papasakočiau jų istoriją. Pasakodamas apie kiekvieną jų mėginu atskleisti

17

troškimus, lėmusius jų atsiradimą, pristatyti fone slypintį mokslą apie medžiagas, pasidžiaugti technologiniu žmonijos sumanumu, kad sugebėjome jas sukurti, bet užvis labiausiai stengiuosi paaiškinti, kodėl tai svarbu.

Pamatome, kad, kaip ir kalbant apie žmones, skirtumai tarp medžiagų slypi giliai po paviršiumi, daugeliui tai yra uždaras pasaulis, jeigu neturima prieigos prie įmantrios mokslinės įrangos. Jei norime suprasti materialumą, būtinai privalome atsitraukti nuo žmogiškosios patirties mastelio ir įsigilinti į slaptą medžiagų pasaulį. Būtent šiame mikrosko-piniame lygmenyje sužinome, kodėl kai kurios medžiagos turi kvapą, o kitos yra bekvapės; kodėl vienos medžiagos gali išsilaikyti tūkstančius metų, o kitos pagelsta ir sugūra nuo saulės; kaipgi yra, kad kai kurių stiklo rūšių nepramuša kul-kos, o štai vyno taurė suskyla į šukes nuo menkiausio stukte-lėjimo. Kelionė į šį mikroskopinį pasaulį atskleidžia už mūsų maisto, drabužių, visokių prietaisų, papuošalų ir, žinoma, už mūsų kūnų tūnantį mokslą.

Bet nors fizinis šio pasaulio mastelis gerokai mažesnis, sužinosime, kad laiko mastelio atžvilgiu jis dažnai daug di-desnis. Paimkime, pavyzdžiui, siūlą, kuris ne ką storesnis už plauką. siūlas – žmogaus rankų darbo darinys, vos matomas mūsų akims, tekstilė – viena iš anksčiausiai žmogaus su-kurtų medžiagų. Kai dėvime džinsus ar kokią kitą aprangos dalį, turime ant savęs miniatiūrinę austą struktūrą, kurios dizainas kur kas senesnis nei stounhendžo. Per visą rašyti-nę istoriją drabužiai mums teikė šilumą ir apsaugą, taip pat padėjo atrodyti madingiems. Bet jie – ir aukštosios technolo-

į v a d a s

į s t a b i o s i o s m e d ž i a g o s18

gijos dalykas. XX amžiuje iš ganėtinai tvirtos tekstilės išmo-kome gaminti kosminius skafandrus, kurie apsaugo astro-nautus Mėnulyje; pagaminome tvirtas tekstiles dirbtiniems sąnariams; ir iš asmeninės perspektyvos džiaugiuosi galė-damas atkreipti dėmesį, kad buvo sukurti dūriams atsparūs apatiniai iš labai tvirto sintetinio pluošto kevlaro. Medžiagų technologijų evoliucija per tūkstantmečius – tai tema, prie kurios aš šioje knygoje vis grįšiu.

Kiekviename naujame skyriuje pristatysiu ne tik kitą me-džiagą, bet ir kitokį požiūrį į ją. Vienuose pirmiausia išdės-tysiu istorinę perspektyvą, kituose – labiau asmeninę; kai kurie skyriai yra ryškiai sensacingo pobūdžio, kiti parašyti sausesniu moksliniu stiliumi; vienuose pabrėžiamas medžia-gos vaidmuo kultūriniame gyvenime, kitur – stulbinamos jų techninės galimybės. Visi skyriai – unikalus šių požiūrių mišinys, atsiradęs dėl paprastos priežasties: tos medžiagos ir mūsų santykiai su jomis yra pernelyg įvairūs, jog būtų gali-ma taikyti vienintelę traktuotę, kuri tiktų visoms. Mokslinė medžiagotyra suteikia galingiausius ir aiškiausius įrankius techniškai perprasti tas medžiagas, bet tai yra daugiau nei mokslas. Galų gale, juk viskas iš ko nors sudaryta, ir tie, ku-rie kuria dalykus, – menininkai, dizaineriai, virėjai, inžinie-riai, baldžiai, juvelyrai, chirurgai ir t. t.  – visi turi skirtingą supratimą apie praktines, emocines ir juslines jų naudojamų medžiagų savybes. Kaip tik šią žinių apie medžiagas įvairovę aš stengiausi atspindėti savo knygoje.

Pavyzdžiui, skyrių apie popierių sudaro virtinė trumpų įžvalgų – ne tik todėl, kad popierius būna įvairių pavidalų,

19

bet ir todėl, kad beveik visi jį naudoja daugybe įvairių būdų. Kita vertus, skyrius apie biomedžiagas – tai kelionė gilyn į mūsų materialiojo „aš“ tarpus, faktiškai, į mūsų organizmus. Tai teritorija, sparčiai tampanti medžiagotyros „laukiniais Vakarais“, kur naujos medžiagos atsiskleidžia visiškai nau-joje bionikos srityje, kuri leidžia mums atstatyti kūną su bioimplantais, o šie suprojektuoti taip, kad „protingai“ de-rintųsi su mūsų audiniais ir krauju. Tokios medžiagos turi gilias sąsajas su visuomeniniu gyvenimu, nes žada funda-mentaliai pakeisti mūsų santykį su pačiais savimi.

Kadangi viskas, galų gale, yra sudaryta iš atomų, nega-lime išvengti kalbos apie juos valdančius dėsnius, kuriuos aprašo teorija, žinoma kaip kvantinė mechanika. Vadinasi, įžengdami į atominių mažybių pasaulį privalome visiškai at-sisakyti sveiko proto ir pereiti prie kalbos apie bangų funk-cijas ir elektronų būvius. Šiame lygmenyje tartum iš nieko sukuriama vis daugiau medžiagų ir galima įgyvendinti tariamai neįmanomus tikslus. silicio lustai, sukurti naudo-jantis kvantine mechanika, jau atvedė į informacijos amžių. Panašiai suprojektuoti saulės baterijų elementai turi potenci-alo išspręsti energetines mūsų problemas naudojant tik sau-lės šviesą. Bet mes iki to dar nepriėjome ir tebesikliaujame nafta bei anglimis. Kodėl? Šioje knygoje mėginu įlieti šiek tiek šviesos apie ribas, kokias galime tikėtis pasiekti tirdami didžiąją naują šios srities viltį – grafeną.

svarbiausia mintis, slypinti už medžiagotyros mokslo, yra ta, kad pokyčiai šiuose nematomai mažuose lygmenyse pasi-reiškia kaip medžiagų savybių pokyčiai žmogaus gyvenime.

į v a d a s

į s t a b i o s i o s m e d ž i a g o s20

Kaip tik tokį procesą atsitiktinai atrado mūsų protėviai, kai sukūrė naujas medžiagas, tokias kaip bronza ir plienas, nors ir neturėjo mikroskopų, pro kuriuos būtų galėję pamatyti, ką daro, – tai stulbinamas pasiekimas. Pavyzdžiui, kai dau-žote metalo luitą, jūs keičiate ne tik jo pavidalą, bet ir vidinę struktūrą – metalas tampa tvirtesnis. Mūsų protėviai žinojo tai iš patirties, nors ir nenutuokė, kodėl taip atsitinka. Pa-laipsniui kaupiamos žinios perkėlė mus iš akmens amžiaus į dvidešimtąjį anksčiau, nei buvo suprasta ir bent kiek tikrai įvertinta medžiagų struktūra. To empirinio medžiagų su-pratimo, glūdinčio tokiuose amatuose, kaip kalvystė, svarba tebeišlieka: mes pažįstame beveik visas šioje knygoje sumi-nėtas medžiagas – tiek savo rankomis, tiek galvomis.

Juslinis ir asmeninis santykis su medžiaga turi įdomias pasekmes. Kai kurias medžiagas, nepaisant jų trūkumų, mes mėgstame, kitų negalime pakęsti, net jei jos ir praktiškesnės. Pavyzdžiui, keramika. Tai medžiaga, vyraujanti ant mūsų pietų stalo: lėkštės, dubenėliai ir puodeliai. Jokie namai ar restoranas be šios medžiagos nebus galutinai sukomplektuo-ti. Keramiką naudojame nuo pat tada, kai prieš tūkstančius metų išradome žemės ūkį, ir vis dėlto keramika linkusi nuo-latos skilinėti, trūkinėti ir dužti pačiu netinkamiausiu metu. Kodėl jos nepakeitėme tvirtesnėmis medžiagomis, tokiomis kaip plastikas ar metalas, savo lėkštėms ir puodeliams ga-minti? Kodėl įstrigome su keramika, nepaisant jos trūkumų? Tokį klausimą nagrinėja didžiulė daugybė akademikų, tarp jų archeologai ir antropologai, taip pat dizaineriai ir meni-ninkai. Bet egzistuoja ir mokslinė disciplina, sistemingai

21

tyrinėjanti mūsų juslines sąveikas su medžiagomis. Pavyz-džiui, tiriant „traškumą“ išaiškėjo, kad kai kurių maisto rū-šių keliamas garsas toks pat svarbus, kad mums jos patiktų, kaip ir skonis. Tai įkvėpė kai kuriuos virtuvių šefus sukurti patiekalų su garsiniais efektais. O kai kurie bulvių traškučių gamintojai ne tik padidino savo traškučių traškumą, bet ir paties pakelio triukšmingumą. Psichofizinius medžiagų as-pektus aš nagrinėju skyriuje apie šokoladą ir parodau, kad tai buvo didžiausia per šimtmečius varomoji inovacijų jėga.

Ši knyga tikrai nepretenduoja į išsamią medžiagų ir jų santykio su žmonijos kultūra apžvalgą, tai veikiau momen-tinė nuotrauka to, kaip medžiagos veikia mūsų gyvenimus ir kaip net pati nekalčiausia veikla – arbatos gėrimas ant stogo – pasižymi sudėtingu materialiniu gilumu. nereikia eiti į muziejų ir stebėtis, kaip istorija ir technologija pavei-kė žmonijos kultūrą, – to pasekmės dabar visur aplink jus. Didžiumą laiko mes nekreipiame į jas dėmesio. Taip ir rei-kia: antraip, jeigu visąlaik braukytume pirštais betono sieną ir dūsautume, į mus žiūrėtų kaip į pamišėlius. Bet kartais tenka apie tai susimąstyti: taip man atsitiko po to, kai buvau užpultas metro stotyje, o jums, tikiuosi, užeis toks noras, kai perskaitysite šią knygą.

į v a d a s

Anksčiau manęs niekas niekada nėra prašęs pasirašyti su-tarties dėl neskelbtinų duomenų alinės tualete, tad man šiek tiek palengvėjo paaiškėjus, kad tik to Brajanas ir prašo. su Brajanu susipažinau vos prieš valandą Dan lerės „Šeri-dane“, netoliese tuometinės savo darbovietės. Brajanas buvo į septintą dešimtį įžengęs, kiek pliktelėjęs raudonskruostis,

1. nepranokstamas

plienas

į s t a b i o s i o s m e d ž i a g o s24

žilais su gelsvu atspalviu plaukais, dėl nesveikos kojos jis ramsčiavosi lazda ir vieną po kitos rūkė cigaretes „silk Cut“. sužinojęs, kad esu mokslininkas, Brajanas teisingai spėjo, jog man bus įdomu išgirsti apie jo gyvenimą londone aštun-tąjį praėjusio amžiaus dešimtmetį, kai atsidūręs tinkamoje vietoje ir tinkamu laiku prekiavo silicio lustais „Intel 4004“, kuriuos importavo dėžėse po 12 000 vienetų. Kiekvienas kai-navo svarą, ir Brajanas juos pardavinėjo besikuriančiai kom-piuterių pramonei nedidelėmis partijomis po 10 svarų už vienetą. Kai užsiminiau, kad Dublino universiteto koledžo Mechaninės inžinerijos katedroje tyrinėju metalų lydinius, jis mąsliai į mane pasižiūrėjo ir pirmą kartą nutilo. Pasinau-dojau šia akimirka kaip patogia proga patraukti į tualetą.

sutartis dėl neskelbtinų duomenų buvo pakeverzota ant popieriaus skiautės, kurią jis aiškiai ką tik išplėšė iš savo už-rašų knygutės. sutarties turinys buvo trumpas: pažymima, kad jis man paaiškins savo išradimą, bet aš privalau laikyti tai paslaptyje. Mainais už tai jis turės man sumokėti vieną airišką svarą. Paprašiau, kad papasakotų daugiau, bet jis tik komiškai pavaizdavo, kaip pirštu tartum užtrauktuku užve-ria savo lūpas. ne visai supratau, kodėl jam reikėjo pradėti šį pokalbį tualeto kabinoje. Per jo petį mačiau tolydžio į tualetą įeinančius ir iš jo išeinančius kitus alinės gėrovus. Pagalvo-jau, gal reikėtų šauktis pagalbos. Pasirausęs po švarko kiše-nes, Brajanas išsitraukė šratinuką. Iš jo džinsų išniro svaro banknotas. Vyras buvo labai atkaklus.

Prispaudęs popiergalį prie grafičiais išmargintos kabi-nos sienos, pasirašiau sutartį. Jis irgi pasirašė, padavė man

25

svarą, ir dokumentas įsiteisėjo. Kai sugrįžome į barą prie savo gėrimų, klausiausi Brajano aiškinimų, kaip jis išrado elektroninę mašinėlę atšipusiems skutimosi peiliukams galąsti. Tai sukels revoliuciją skutimosi versle, aiškino jis, nes žmonėms per savo gyvenimą reikės turėti tik vieną pei-liuką. Vienu mostu milijardų dolerių vertės pramonė bus išstumta iš veiklos, jis pats taps itin didelis turtuolis ir su-mažins Žemės mineralinių lobių eikvojimą. „Kaip jums mano mintis?“ – paklausė pergalingai gurkštelėjęs iš pintos talpos bokalo.

Įtariai jį nužvelgiau. Anksčiau ar vėliau kiekvienam mokslininkui tenka išklausyti vieną ar kitą keistuolį, apnik-tą kokio nors beprotiško išradimo idėjos. Be to, skutimosi peiliukai man jautri tema. Pajutau, kaip nesmagiai dilgčioja ilgas randas nugaroje – mano susidūrimo Hamersmito sto-ties perone pasekmė, – bet pamojau, kad kalbėtų toliau, ir klausiausi...

Keista, kad iki pat XX a. plienas liko nesuprastas mokslo. Iki tol tūkstančius metų plieno gamybos paslaptys buvo perduo-damos iš kartos į kartą kaip amatas. Dargi XIX šimtmetyje, kai jau turėjome įspūdingą astronomijos, fizikos ir chemijos supratimą, geležies ir plieno gamyba, kuri lėmė Pramonės revoliuciją, buvo grindžiama empirinėmis žiniomis – intu-ityviomis spėlionėmis, kruopščiais stebėjimais ir, didžia da-limi, sėkme. (nejaugi ir Brajanas didžia dalimi padedamas sėkmės paprasčiausiai tik per atsitiktinumą „pasimovė“ ant revoliucingai naujos skutimosi peiliukų galandimo techno-

n e p r a n o k s t a m a s

į s t a b i o s i o s m e d ž i a g o s26

logijos? sumojau, kad nesu visiškai pasirengęs atmesti tokios minties.)

Akmens amžiuje metalas buvo didelė retenybė, todėl la-bai vertintas, vienintelius jo šaltinius planetoje sudarė varis ir auksas, natūraliai, tegul ir nedažnai, pasitaikydavę Žemės plutoje (skirtingai nei kiti metalai, kurie turi būti išgaunami iš rūdų). Egzistavo ir šiek tiek geležies, daugiausia tai buvo iš dangaus nukritę meteoritai.

Radivokas lažičius (Radivoke lajic), gyvenantis šiaurinėje Bosnijoje, apie iš dangaus krintančius keistus metalo gaba-lus žino viską. Tarp 2007 ir 2008 metų į jo namą trenkėsi ne mažiau kaip penki meteoritai, o tai statistiškai taip didžiai neįtikėtina, kad tvirtinimas, jog į jį nusitaikę ateiviai iš kitų planetų, atrodo beveik pagrįstas.

nuo tada, kai 2008-aisiais lažičius viešai paskelbė apie savo įtarimus, į jo namą pataikė dar vienas meteoritas. Moks-lininkai patvirtino, kad tie ant jo namo krintantys akmenys iš tikrųjų yra meteoritai, ir dabar stebi magnetinius laukus aplinkui mėgindami paaiškinti itin neįprastą jų dažnį.

Jei vario, aukso ir meteoritų geležies aptikti nepavykda-vo, mūsų protėviai darbo įrankius akmens amžiuje gaminosi iš titnago, medžio ir kaulo. Kiekvienas, kada nors mėginęs su tokiais įrankiais ką nors pasigaminti, žino, kokių ribotų galimybių jie yra: jeigu trenki medgaliu, tas arba suaižėja, arba suskyla, arba sulūžta. Tas pat pasakytina ir apie akmenį arba kaulą. Metalai iš esmės skiriasi nuo minėtų medžiagų, nes juos galima smūgiais sutrankyti į formą – jie plastiški ir kalūs. ne vien tik tai: daužomi jie tvirtėja, galima užgrūdinti

27

geležtę paprasčiausiai plakant ją kūju. Ir tą procesą įmanoma pakreipti atvirkščia linkme: tereikia metalą panardinti į ugnį ir kaitinti, ir jis suminkštės. Pirmieji žmonės, prieš 10 000 metų išsiaiškinę šias savybes, surado medžiagą, kuri buvo beveik tokia pat kieta kaip akmuo, – bet plastiška – ir ku-rią buvo galima kone be galo vėl iš naujo panaudoti. Kitaip tariant, jie atrado puikią medžiagą darbo įrankiams, ypač pjaunamiesiems – kirviams, raižikliams ir skustuvams, – pasigaminti.

Tai, kad metalai geba transformuotis iš minkštos me-džiagos į kietą, mūsų protėviams turėjo atrodyti kažkokia magija. Magija ją laikė ir Brajanas, kaip netrukus sužinojau. Jis paaiškino, kad išrado savo prietaisą bandymų ir klaidų keliu, visai nesigilindamas į šiuo atveju tokias svarbias fizi-ką ir chemiją, tačiau, panašu, jam kažkokiu būdu pavyko. Štai ko jis iš manęs norėjo: kad įvertinčiau peiliukų aštrumą prieš juos pagalandant jo metodu ir po to. Tik šis įrodymas

Radivokas Lažičius ir penki meteoritai, nuo 2007 m. nukritę ant jo namo

n e p r a n o k s t a m a s

į s t a b i o s i o s m e d ž i a g o s28

leis jam pradėti rimtus verslo pokalbius su skutimosi peiliu-kus gaminančiomis bendrovėmis.

Paaiškinau Brajanui, kad prireiks daugiau nei kelių pa-tikrų, kol į jį bus pradėta rimtai žiūrėti. Mat metalai suda-ryti iš kristalų. Paprastame skutimosi peiliuke jų milijardai, o kiekvieno iš tų kristalų atomai išsidėstę labai savotiškai į beveik tobulą trimatę struktūrą.

Metalo kristalas – toks, kokie sudaro skutimosi peiliuką. Taškučių eilės vaizduoja atomus

Tarpatominiai ryšiai palaiko atomus vietoje ir kartu su-teikia kristalams tvirtumo. skutimosi peiliukas atšimpa, nes daugybė susidūrimų su plaukais priverčia kristalų daleles persitvarkyti į skirtingą pavidalą: susiformuoja nauji ryšiai ir išyra senieji. Šitaip lygiame skutimosi peiliuko krašte atsi-randa smulkučių įdubų. Iš naujo pagaląsti peiliuką, paveikus jį kažkokiu Brajano siūlomu elektroniniu metodu, – tai pa-kreipti šį procesą atvirkščia linkme, t. y. sugrąžinti atomus į ankstesnę vietą ir šitaip atstatyti išardytą struktūrą. Kad į Brajaną būtų žiūrima rimtai, reikėtų įrodyti ne tik kristalų atsistatymo galimybę, bet ir įtikinamai paaiškinti to vyks-mo mechanizmą atomų lygmeniu. Karštis, sukeltas elektra

29

ar kitaip, paprastai turi kitokį poveikį, nei tvirtina Brajanas, karštis minkština metalo kristalus, paaiškinau aš. Brajanas tai žinojo, bet ir toliau atkakliai laikėsi savo: atseit, jo elektro-ninė mašinėlė plieninių skutimosi peiliukų neįkaitina.

Galbūt keista manyti, kad metalai sudaryti iš kristalų, nes kristalą mes įsivaizduojame kaip permatomą ir daugia-briaunį brangakmenį, tokį kaip deimantas ar smaragdas. Kristalinis metalų pobūdis nuo mūsų paslėptas, nes jų kris-talai neskaidrūs ir daugeliu atveju mikroskopiškai smul-kūs. Žiūrint pro elektroninį mikroskopą, kristalai metalo gabalėlyje atrodo kaip mozaika, o šių kristalų viduje drie-kiasi vingiuotos linijos – vadinamosios dislokacijos, metalų kristalų defektai, atspindintys nukrypimus nuo šiaip tobulo kristališko atomų išsidėstymo, – tai atominiai pertrūkiai, kurių neturėtų būti.

Šiame brėžinyje parodžiau tik kelias dislokacijas, kad jas būtų lengviau suprasti. Paprastai metalai turi daugybę

dislokacijų, kurios persidengia viena ant kitos ir susikerta

kristalo ribos

atomai

dislokacijos

Tai skamba nekaip, bet, pasirodo, tie pertrūkiai naudin-gi. Būtent dėl dislokacijų metalai ypač tinka įrankiams ga-minti – pjaunamiesiems jų kraštams ir galiausiai skutimosi

n e p r a n o k s t a m a s

į s t a b i o s i o s m e d ž i a g o s30

peiliukams, – nes kaip tik dislokacijos leidžia metalo krista-lams keisti pavidalą.

nereikia pasitelkti kūjo, kad sužinotume dislokacijų ga-lią. Kai sulenkiate popieriaus sąvaržėlę, iš tikrųjų lenkiasi metalų kristalai. Jeigu jie nesilankstytų, popieriaus sąvaržėlė būtų lūži ir triokštelėtų kaip pagaliukas. Tokia plastinė lai-kysena įmanoma dėl dislokacijų kristalo viduje. Judėdamos jos perkelia smulkius metalo trupinėlius iš vienos kristalo pusės į kitą. Ir tai atlieka garso greičiu. lenkdami popieriaus sąvaržėlę, sukeliate apie 100 000 000 000 000 dislokacijų, ju-dančių šimtais tūkstančių metrų per sekundę greičiu. nors kiekviena jų pajudina tik mažutėlę kristalo dalelę (faktiškai vieną atominę plokštumą), to pakanka, kad kristalai elgtųsi kaip nepaprastai tvirtas plastikas, o ne trupėtų kaip akmuo.

Metalo lydymosi temperatūra parodo, kaip tvirtai meta-lo atomai susikabinę, taip pat ji turi įtakos tam, ar lengvai dislokacijos juda. Švino lydymosi temperatūra žema, todėl dislokacijos juda visiškai lengvai, o tai lemia, kad šis metalas labai minkštas. Vario lydymosi temperatūra aukštesnė, ir va-ris yra tvirtesnis. Karštis leidžia dislokacijoms judėti ir persi-tvarkyti, o viena iš to proceso pasekmių – metalai minkštėja.

Metalų atradimas buvo svarbus priešistorinių laikų įvy-kis, bet neišsprendė pagrindinės problemos: metalo niekur nebuvo labai daug. Aišku, buvo galima laukti, kol jo nukris iš dangaus, bet tam reikia didžiulės kantrybės (kasmet ant Žemės paviršiaus nukrinta keli kilogramai, bet daugiausia į vandenynus). Tačiau kažkas kažkada padarė atradimą, kuris užbaigė akmens amžių ir atvėrė duris tartum neribotiems

31

materialiems ištekliams. Atrasta, kad vienas toks žalsvas akmuo, įmestas į labai karštą ugnį ir apdėtas iki raudonu-mo įkaitusiomis žarijomis, pavirsta blizgančiu metalo luitu. Šis žalsvas akmuo buvo malachitas, o metalas – žinoma, va-ris. Tai turėjęs būti itin netikėtas žilpinantis apsireiškimas. staiga žmonės suprato, kad juos supa ne negyvos, inertiš- kos uolienos, o paslaptingos, vidinį gyvenimą turinčios me-džiagos.

Žmonės galėjo atlikti tokias metamorfozes tik su kelio-mis ypatingomis akmenų rūšimis, tokiomis kaip malachitas, nes kad viskas eitųsi sėkmingai, reikėjo ne tik atpažinti tuos akmenis, bet ir kruopščiai laikytis cheminių ugnies sąlygų. Bet protėviai veikiausiai įtarė, kad tie akmenys, kurie nepa-veikūs, kurie atkakliai vis tiek lieka akmenys, nors ir kokia karšta ugnis būtų, turi užslėptų paslapčių. Ir žmonės buvo teisūs. Tai procesas, veiksmingas daugeliui metalų, nors pra-eis tūkstančiai metų, kol bus perprasta chemija, reikalinga valdyti chemines reakcijas tarp akmens ir ugnyje susidaran-čių dujų, kuri atves į kitą didelį proveržį – metalų lydymą.

O kol kas, maždaug nuo 5000 m. pr. Kr., bandymais ir klaidomis buvo gludinamas vario išgavimo procesas. Varinių įrankių gamyba paskatino įspūdingą žmonijos technologijos vystymąsi, kuris prisidėjo ir prie kitų technologijų, miestų ir pirmų didžiųjų civilizacijų atsiradimo. Egipto piramidės – pavyzdys to, kas tapo įmanoma, turint pakankamai varinių įrankių. Kiekvienas akmens blokas kiekvienoje piramidėje buvo išgautas kasykloje ir atskirai, rankiniu būdu, iškaltas variniais kaltais. Apytiksliai suskaičiuota, kad visame seno-

n e p r a n o k s t a m a s

į s t a b i o s i o s m e d ž i a g o s32

vės Egipte buvo iškasta 10 000 tonų vario rūdos, reikalingos 300 000 kaltų pagaminti. Tai buvo milžiniškas laimėjimas, be kurio piramidės nebūtų buvusios pastatytos, kad ir kiek tam būtų panaudota vergų, nes kalti akmenis be metalo įrankių nepraktiška. Viskas tampa dar įspūdingiau, atsižvelgiant į tai, kad varis – ne ideali medžiaga akmeniui skaldyti, nes ne-labai kieta. skaptuojant kalkakmenio luitą variniu kaltu, šis greitai atšimpa. Varinius kaltus tekdavo galąsti kas keli smū-giai kūju, kad iš jų būtų bent kiek naudos. Dėl tos pačios prie-žasties varis ne itin tinka ir skutimosi peiliukams gaminti.

Auksas – kitas, palyginti, minkštas metalas, toks minkš-tas, kad žiedai retai gaminami iš gryno aukso, nes greitai susibraižo. Bet jeigu sulydysite auksą su keliais procentais kokio nors kito metalo, sidabro ar vario, ne tik pakeisite auk-so spalvą – nuo sidabro jis tampa blyškesnis, o nuo vario – rausvesnis, bet ir padarysite jį kur kas kietesnį. Būtent dėl galimybės kaitalioti metalų savybes, pridedant labai mažus kiekius kitų ingredientų, ir yra labai įdomu tirti metalus. Kalbant apie aukso lydinius, galėtumėte nustebti, kur atsidu-ria sidabro atomai. Atsakymas toks: jie tūno aukso kristalo struktūros viduje, užėmę aukso atomo vietą, ir kaip tik šis atomų apsikeitimas kristalinėje aukso grotelėje daro jį tvir-tesnį.

lydiniai dažnai esti tvirtesni nei grynieji metalai dėl vie-nos paprastos priežasties: lydinio atomai yra skirtingo dy-džio ir cheminio pobūdžio nei metalo šeimininko atomai, tad tūnodami šeimininko kristalo viduje jie sukelia visokius mechaninius ir elektrinius sutrikimus, kurie prisideda prie

33

dar vieno esminio dalyko: apsunkina dislokacijų judėjimą. Jeigu dislokacijoms sunkiau judėti, metalas tampa tvirtesnis, nes jo kristalams sunkiau keisti pavidalą. Taigi lydiniai su-manyti, kad būtų sutrukdytas dislokacijų judėjimas.

Atomų apsikeitimai natūraliai pasitaiko ir kitų kristalų viduje. Jeigu yra grynas, aliuminio oksido kristalas bus be-spalvis, bet pamėlsta „užterštas“ geležies atomais – tą brang-akmenį vadiname safyru. O rubinas yra aliuminio oksido kristalas, „užterštas“ chromo atomais.

Trys civilizacijos amžiai – vario, bronzos ir geležies – at-spindi vis tvirtesnių lydinių seką. Varis – silpnas metalas, bet natūraliai pasitaikantis gamtoje ir lengvai lydomas. Bron-za – vario lydinys su nedideliu kiekiu alavo arba kartais arse-no, ji gerokai tvirtesnė už varį. Jeigu turėjai vario ir žinojai, ką reikia daryti, įdėjęs labai nedaug papildomų pastangų, galėjai pasigaminti dešimt kartų nei variniai tvirtesnius ir kietesnius ginklus. Tik bėda, kad alavas ir arsenas gamtoje nepaprastai reti. Kaip tik dėl tos priežasties bronzos amžiuje išsirutuliojo sudėtingi maršrutai, kuriais alavas iš tokių vietų

Iki atomų padidintas aukso, sulydyto su sidabru, vaizdas: matyti, kaip sidabro atomai kristale pakeičia kai kuriuos aukso atomus

aukso atomai

sidabro atomai

n e p r a n o k s t a m a s

į s t a b i o s i o s m e d ž i a g o s34

kaip Kornvalis ir Afganistanas buvo gabenamas į civilizaci-jos centrus Vidurio Rytuose.

Šiuolaikiniai skutimosi peiliukai irgi pagaminti iš lydi-nio, bet, kaip paaiškinau Brajanui, iš labai ypatingos lydi-nio rūšies, kurios egzistavimas glumino mūsų protėvius tūkstančius metų. Plienas – geležies ir anglies lydinys, dar tvirtesnis už bronzą, o jo sudedamosios dalys Žemėje kur kas gausesnės: kone iš kiekvieno akmens galime išgauti šiek tiek geležies, o anglis įeina į bet kurio degaus kuro sudėtį. Bet mūsų protėviai nesuprato, kad plienas yra lydinys, kad akmens ar medžio anglys – ne tik kuras, kuriuo galima šil-dytis ir performuoti geležį, bet kad šio vyksmo metu anglies gali patekti į geležies kristalus. lydant varį, alavą ar bron-zą, šitaip nenutinka, anglis taip veikia tik geležį. Tikriausiai tais laikais tai buvo didžiausia mįslė, ir tik dabar, turėdami kvantinės mechanikos žinių, galime teisingai paaiškinti, ko-dėl taip dedasi (pliene anglis neužima geležies atomo vietos kristale, bet geba įsisprausti tarp geležies atomų ir taip ištem-pia kristalą).

Yra dar viena problema: jeigu geležis sulydoma su per di-deliu kiekiu anglies, jeigu joje, pavyzdžiui, yra keturi, o ne vienas procentas anglies, ji tampa itin trapi ir iš esmės netin-kama įrankiams ir ginklams. Tai didelė kliūtis, nes aplinkui liepsnoje gana daug anglies. Palikite geležį liepsnoje per ilgai arba leiskite jai suskystėti, ir į metalo kristalus įsiskverbęs didžiulis kiekis anglies atomų padarys lydinį trapų. Kardai, pagaminti iš plieno, turinčio gausiai anglies prisotintos gele-žies, mūšyje lūžta.