Пиксель. История одной точки

Первая Эпоха была временем огромных, но ужасно медленных компьютеров. Немногие счастливчики имели доступ к этим дорогостоящим монстрам. Этот период установил Центральную Догму компьютерной графики: воображаемый мир внутри компьютера описывается с помощью трехмерной евклидовой геометрии и ньютоновой физики. За ним наблюдает виртуальная камера, создающая проекцию своей точки обзора при помощи линейной перспективы Ренессанса для отображения на экране.

События Эпохи 2 я опишу примерно до 2000 года. Ее кульминацией стало появление на границе тысячелетий трех великих цифровых киностудий: Pixar, DreamWorks и Blue Sky. Их истории тесно переплетаются.

Я не думаю, что, прочитав эту книгу, вы сможете самостоятельно создать цифровое кино, но надеюсь, что поймете, как оно делается. Это примерно как уроки музыки в школе: освоив полный курс, вы вряд ли сочините сюиту для виолончели в духе Баха, но научитесь понимать, как устроена музыка, и еще сильнее полюбите творчество Баха. Понимание, как создается современный цифровой фильм, например «История игрушек», может иметь тот же эффект.

Как говорить о высоких технологиях

Исследуя историю технологий в ходе работы над этой книгой, я наметил три глобальные темы.

Тема 1. Условия для прогресса: идея, хаос и тиран. Для прогресса новой технологии необходимы свежая идея, разрушительный хаос, который создает потребность в идее и подстегивает ее развитие, и тиран или тирания, которые – часто неосознанно – защищают ее создателя или создателей, пока они воплощают идею.

Приведу один пример: у Жозефа Фурье возникла великолепная идея, что непрерывность – это музыка, то есть просто сумма волн разной амплитуды и разной длины. Хаос Французской революции привел его в Париж, а возвышение Наполеона обеспечило возможность заниматься наукой. Тиран Наполеон отправил Фурье в сельскую местность подальше от Парижа. В безопасном месте на протяжении долгих лет Фурье развил свою идею в волновую теорию, которая в итоге вернула его в Париж. Его идея повлияла на дальнейшее развитие науки и технологий, в том числе и Цифрового Света.

Тема 2. «Высокие» в выражении «высокие технологии» гарантирует, что их история не сводится к примитивному нарративу. Я неоднократно с ужасом обнаруживал, что почти всегда общепринятая история технологий полна ошибок. Дело не в отсутствии свидетельств того, как все обстояло на самом деле. Проблема, как мне кажется, заключается в нашей любви к простым историям, основанным на окончательном триумфе гениального творца после многочисленных испытаний и невзгод. Во многих университетах есть кафедры истории науки, но история технологий редко становится предметом научных исследований. В результате это направление захватывают страны, компании или частные лица, извлекающие выгоду из самовозвеличивания. Тираны склонны приписывать себе все достижения. В этой книге будет много таких примеров.

Чтобы не попасть в ловушку упрощенного повествования, я полагаюсь на генеалогию. Для истории каждой технологии я разработал семейное древо – графическую блок-схему для учета всех задействованных людей, мест, идей и машин. На ней сразу видно, кто, что и от кого получил (всеми правдами и неправдами) и как взаимодействовали участники процесса. Вряд ли при таком подходе найдется схема, где все происходит от одного человека. Ответвления одного древа переходят к другому, а затем к третьему. Мы наблюдаем, как они переплетаются, по-разному воздействуя на следующие поколения. Таким образом, каждая глава книги становится чем-то вроде расширенной подписи к блок-схеме, дополненной подробными биографиями вовлеченных людей и доступным изложением их идей.

Тема 3. Технологии возникают в результате взаимодействия различных видов творчества. Две классические ошибки, которые допускают, излагая историю высоких технологий, заключаются в противопоставлении ученых и инженеров, а также технической изобретательности искусства. Я называю первое противопоставление битвой между башней (из слоновой кости) и (химической) вонью. Теория отличается от практики, но в первой творчества не больше, чем во второй. Это просто разные виды творчества. Цифровой Свет был бы невозможен без математической концепции – идеи компьютера с хранимой в памяти программой – и инженерного чуда – физического воплощения закона Мура. Столь же пагубно убеждение, что деятели искусства занимаются творчеством, а технические специалисты – нет, или наоборот. В истории технологий мы постоянно обнаруживаем, что к настоящим прорывам приводит именно взаимодействие между одинаково творческими учеными инженерами и художниками.

Давайте начнем наше почти двухвековое путешествие примерно с того момента, когда была написана знаменитая картина Жака-Луи Давида – но портрет Наполеона нам встретится гораздо менее лестный.

Основы: три великие идеи

1. Частоты Фурье: музыка мира

В Академии наук восседал знаменитый Фурье, теперь уже давно забытый потомством.

    – Виктор Гюго. «Отверженные»

Вы знаете, кто такой Фурье?

Ответ разделит нас на две категории. Те, кто скажут «да», вероятно работают в сфере науки или технологий. Вполне возможно, что они на практике используют его великую идею прямо сейчас. Те, кто занимается искусством или гуманитарными науками, скорее всего, никогда не слышали о нем. И все же его идея прекрасна, элегантна и всеобъемлюща. И она изменила наш мир.

Но даже те, кто ответил утвердительно, вероятно, ничего не знают о нем как о человеке. Так что Виктор Гюго был прав. Потомки действительно забыли Фурье.

Мало кто знает, например, что Жозеф Фурье чуть не лишился головы во время Французской революции. Или что Наполеон Бонапарт взял его с собой в Египетский поход для участия в экспедиции, обнаружившей Розеттский камень. Или что он был наставником Жана-Франсуа Шампольона, который расшифровал древнеегипетскую письменность. Или что он первым начал изучение парникового эффекта. Или что он защищал одну из первых женщин-математиков Софи Жермен, когда считалось, что женщинам не пристало заниматься науками.

Как я упоминал во введении, технологические прорывы часто происходят, когда в той или иной степени присутствуют следующие ингредиенты: великая научная идея, своеобразный хаос и один или два тирана.

Фурье сформулировал свою великую идею, находясь в полном хаосе. Его тираном был Наполеон, который сначала возвысил его, а затем отправил в провинцию. Возвышение подтолкнуло Фурье задуматься над великой идеей. Изгнание дало ему время, чтобы ее проработать.

Его идея зародилась из крошечного научного зерна, из размышлений о теории теплопроводности. За два последующих столетия наработки Фурье расцвели тысячами технологических решений. Его идея лежит и в основе концепции пикселя.

Всё на свете музыка

Великая идея Фурье заключается в следующем: весь мир – это музыка, все состоит из волн.

Это музыкальное озарение привело к появлению радио, что, пожалуй, неудивительно. Оно же привело и к появлению телевидения. Фактически среди его многочисленных потомков – все медиатехнологии, все различные медиа, которые слились во время Великой цифровой конвергенции. Короче говоря, великая идея Фурье завоевала мир и породила все громы и молнии современных средств массовой информации.

Вообще, эта идея распространена гораздо шире и выходит далеко за пределы медиа. Едва ли найдется какая-либо отрасль науки и техники, не затронутая ею. Электричество и магнетизм, оптика, дифракция рентгеновских лучей, теория вероятностей, анализ землетрясений и квантовая механика… Список можно продолжать и продолжать. Не будет преувеличением сказать, что Фурье изменил наше понимание мира.

Имена Исаака Ньютона и Альберта Эйнштейна хорошо известны даже гуманитариям. Закон всемирного тяготения первого и теория относительности второго получили международное признание еще при их жизни. Но памяти о Фурье на протяжении последних 200 лет не давали угаснуть только физики и инженеры. Они знали о его заслугах и чествовали Фурье как отца-основателя почти всех современных технологий. Их достижения в различных отраслях демонстрировали величие и универсальность идеи Фурье о волновой природе мира.

Самому Фурье принадлежит только первый, но крайне важный шаг. Он первым сформулировал эту идею математически и проверил ее экспериментально. Хотя он посадил лишь семя теории, из которого взойдут тысячи решений во многих отраслях науки, сам же он взрастил только первый такой цветок – описание теплового потока в твердых телах.

Столь неромантичная специализация – веская причина для запоздалого признания. Он стал «знаменитым Фурье» из Академии наук благодаря своей теории теплопроводности. Звучит менее поэтично, чем идея Эйнштейна о том, что гравитация – это искривление пространства-времени.

И все же великая идея Фурье гораздо более фундаментальна для современного опыта, чем теории Эйнштейна. Она, констатирующая музыкальную природу мира, так же прекрасна, как и концепция искривления пространства-времени, а еще – более доступна для понимания. У нее нет причин прятаться под непроницаемым покровом высшей математики.

Пришло время изменить оценку, данную Виктором Гюго, и воздать должное как самому великому человеку, так и его великой идее. Вездесущая современная технология Цифрового Света – то, что нужно, чтобы наконец оценить по заслугам Жан-Батиста Жозефа Фурье.

Жажда бессмертия

Жан-Жозеф Фурье родился 21 марта 1768 года в семье портного, в древнем провинциальном городе Осер, расположенном примерно в ста милях к юго-востоку от Парижа. Ему не исполнилось и десяти лет, когда родители умерли, оставив сиротами пятнадцать своих детей. Во Франции витало предчувствие Революции, а на американском континенте уже год как существовала новая страна, и ее посол Бенджамин Франклин очаровал Париж енотовой шапкой и кокетливыми манерами.

Видимо, в сироте Фурье было что-то особенное, потому что добрые люди из Осера позаботились, чтобы талантливый ребенок получил хорошее образование. Его пристроили в школу, которой руководил Жозеф Палле, некогда обучавший музыке Жан-Жака Руссо. Увы, нет никаких свидетельств, обладал ли музыкальными талантами человек, открывший музыку мира.

Затем Фурье там же, в Осере, поступил в Королевскую военную школу (на всю Францию насчитывалось всего 11 отделений этой школы). В этом ему снова помогли местные жители. В военных школах упор делался на естествознание и математику. Фурье особенно – даже маниакально – увлекала математика.

В 13 лет он собирал свечные огарки, чтобы после отбоя освещать шкаф-чулан, где до рассвета просиживал над математическими книгами. Душное и холодное убежище подорвало его здоровье на всю оставшуюся жизнь. Возможно, именно этот шкаф пробудил в нем особый интерес к проблеме теплопроводности.

Ночные самостоятельные занятия при свечах вскоре принесли плоды. Он получил школьную награду по математике, что стало началом его научной карьеры и в конечном итоге обессмертило его имя. Также он получил поощрение в области риторики, что подтолкнуло его к участию в политической жизни и заставило рано осознать свою смертность. Ораторские таланты чуть не погубили его прежде, чем успели развиться математические способности.

Сначала опасность не выглядела очевидной. Дальнейшее обучение в военной школе подразумевало армейскую карьеру, но Фурье так и не стал военнослужащим. Он был слишком слаб здоровьем и увлечен математикой. Поэтому, завершив обучение, Фурье нашел прибежище в церкви. Он стал послушником в аббатстве Святого Бенедикта на Луаре и преподавал математику другим послушникам. Тогда же он принял церковное имя Жан-Батист, которое использовал и в дальнейшем.

Фурье удалился в монастырь накануне Французской революции. Несколько сохранившихся писем показывают, что он смутно осознавал происходящее и в целом оставался к нему равнодушен. Гораздо сильнее Фурье беспокоился о своей будущей славе и недавно законченном сочинении по алгебре. «Вчера мне исполнился 21 год, – с горечью писал он в марте 1789 года. – В этом возрасте у Ньютона уже были претензии на бессмертие».

В сентябре он пишет еще одно письмо, где оплакивает судьбу своего алгебраического сочинения. Между двумя этими письмами началась Великая французская революция. Но в сентябрьском письме нет никаких упоминаний о ее бурных событиях.

Тем не менее после этого личный мир Фурье начал меняться. В декабре он представил перед Академией наук в Париже доклад об «алгебраических уравнениях» – вероятно, то самое сочинение, о судьбе которого он так сильно беспокоился.

Он покинул аббатство, так и не принеся обетов. Впрочем, вскоре революционное правительство вообще подавило монашеские ордена.

И все же следующие три года Фурье не проявлял революционного пыла. Вместо этого он преподавал математику в Осере. Он даже не подписал петицию революционного Народного общества Осера к Национальному конвенту в Париже с требованием суда над королем Людовиком XVI.

Однако в начале 1793 года, всего через месяц после казни монарха, мы уже слышим голос Гражданина Фурье.

Блаженством было быть живым к тому рассвету,
Но молодым быть было настоящим раем.

    – Уильям Вордсворт. «Прелюдия» (пер. Т. Становой)

Заря Французской революции, как известно, привела Вордсворта в восторг, и молодой Фурье, хотя и принял ее запоздало, испытывал похожие чувства. Свои ощущения он выразил менее искусно, чем поэт: «Можно представить себе ту возвышенную надежду, которая появилась у нас на установление правительства, свободного от королей и попов». Но страсть его была столь же сильна: «Я немедленно влюбился в это дело, по моему мнению, величайшее и прекраснейшее из всех, за которые бралась какая-либо нация».

Фурье быстро перешел от восторженных слов к непосредственному участию в политике. В феврале 1793 года он выступил с пламенной дебютной речью перед революционной коммуной в Осере, предложив план по набору местных рекрутов для армии Республики. Народное общество поддержало идею Фурье и пригласило его присоединиться к Комитету революционного надзора. Пламя Террора разгоралось все сильнее: десятки тысяч врагов государства расстались с жизнью на гильотине. Фурье благоразумно принял «приглашение».

Но наивный Фурье – совсем новичок – сразу совершил ошибку, поскольку выбрал максимально неудачное время для прихода в политику. Его блестящие способности к риторике вскоре привели к серьезным неприятностям. Он неблагоразумно использовал свое красноречие, чтобы спасти от казни трех жителей Орлеана. Неблагоразумие заключалось в том, что их включил в список своих врагов Робеспьер, управлявший машиной Террора.

Революционеры тут же освободили Фурье от всех полномочий за пределами Осера. Разочарованный, что не смог послужить делу Республики, он отправился в Париж и добился встречи с самим Робеспьером, чтобы оправдаться. Смелый поступок привел к обратному результату. Попытки помочь орлеанским узникам обеспечили ему место в списке главных врагов Робеспьера. В соответствии с извращенной логикой Революции и несмотря на протесты поддерживавших его граждан Осера, Фурье стал жертвой того самого Террора, которому пытался служить. 17 июля 1794 года его арестовали и бросили в тюрьму. Фактически это означало смертный приговор.