Из чего это сделано?

Еще один сравнительно мягкий металл – золото. Мягкий настолько, что обручальные кольца обычно делают из сплава, в противном случае они быстро покрываются царапинами. Совсем небольшая, всего в несколько процентов, добавка другого металла, например серебра или меди, не только меняет цвет золота: серебро отливает белизной, а медь красным, – но и придает ему твердость. Эта чувствительность металлов к малейшим примесям поистине завораживает. Вы спросите, куда же деваются атомы серебра в золотом сплаве. Ответ прост: они встраиваются на место атомов золота. Как раз эта замена в кристаллической решетке и делает золото тверже.

Сплавы практически всегда тверже чистых металлов по одной простой причине – атомы добавок (присадок) отличаются по размеру и химическим свойствам от атомов основного металла. Поэтому, встраиваясь в кристалл основного металла, они вызывают всевозможные механические и электрические деформации, затрудняющие перемещение дислокаций. В итоге металл твердеет, поскольку его кристаллам труднее менять форму. Таким образом, сплавы нужны, чтобы помешать движению дислокаций в кристаллах.

Сплав золота с серебром на уровне атомной структуры. Атомы серебра замещают часть атомов золота в кристаллической решетке

В природе атомные замены происходят и с другими кристаллами. Скажем, кристалл чистого оксида алюминия не имеет цвета, но примесь атомов железа придает ему голубоватый оттенок, и он превращается в драгоценный камень сапфир. А если оксид алюминия смешать с хромом, получится рубин.

Три века цивилизации: медный, бронзовый, железный – отражают постепенный переход к твердым сплавам. Медь – слабый металл, но он встречается в природе и легко плавится. Бронза – сплав меди с небольшим количеством олова, иногда мышьяка, – гораздо тверже меди. Итак, у вас есть медь, и вы представляете себе, что вы хотите из нее сделать. Немного усилий, и можно ковать оружие и бритвенные лезвия в десять раз прочнее и тверже медных. Но не все так просто. В естественной среде олово и мышьяк чрезвычайно редки. Торговые пути с таким трудом прокладывали именно затем, чтобы доставить олово из далеких Корнуолла или Афганистана в центры цивилизации на Ближнем Востоке.

Современные бритвенные лезвия тоже сделаны из сплава, но, как я объяснил Брайану, это сплав особый, он был загадкой для наших предков на протяжении многих тысячелетий. Сталь гораздо прочнее бронзы, а два ее компонента – железо и углерод – в изобилии присутствуют в земной коре. Практически любая горная порода содержит железо, а углерод входит в состав любого горючего материала. Но наши предки не понимали, что сталь – это сплав, что уголь не просто сгорает в кузнечном горне, но в процессе плавления отдает углерод, который проникает в кристаллы железа. Причем фокус удается только с железом – с медью, оловом или бронзой такого не происходит. Видимо, первобытным людям это казалось невероятной тайной. Лишь теперь, в свете квантовой механики, мы можем объяснить, в чем тут дело: углерод не замещает атомы железа в решетке, но как бы втискивается между ними, деформируя кристалл.

Но есть одна загвоздка. Если взять слишком большое количество углерода – скажем, 4 % вместо 1 %, – железо становится чрезвычайно хрупким и совершенно непригодным для изготовления инструментов и оружия. И это серьезная проблема, поскольку в пламени довольно много углерода. Стоит передержать железо, а тем более дать ему расплавиться, – в кристаллы попадет лишний углерод, и сплав станет очень хрупким. Меч из такой высокоуглеродистой стали сломается в бою.

Лишь в XX веке был до конца изучен процесс плавления металлов. До этого люди не понимали, почему сталь иногда получается качественной, а иногда нет. Работал метод проб и ошибок, и успешные способы передавались по наследству. Мастера хранили тайну как зеницу ока. Но если бы кто-то и украл рецепт стального сплава, он не смог бы воспроизвести все тонкости чужой технологии. В некоторых странах умели производить высококачественную сталь, и такие цивилизации процветали.

В 1961 году профессор Ричмонд из Оксфордского университета обнаружил тайник, вырытый римлянами в 89 году нашей эры. Там находилось 763 840 маленьких двухдюймовых гвоздей, 85 128 гвоздей средней длины, 25 088 длинных гвоздей и 1344 сверхдлинных шестнадцатидюймовых гвоздя. Клад, полный гвоздей вместо золота, огорчил бы кого угодно, только не профессора Ричмонда. «Зачем, – спросил он себя, – римские легионеры спрятали в земле семь тонн железа и стали?».

Римский легион под командованием Агриколы занимал местечко под названием Инктутил (Inchtuthil) в Шотландии. Он защищал дальние рубежи Римской империи от набегов диких, как считали римляне, племен – кельтов. Пять тысяч воинов стояли здесь гарнизоном в течение шести лет, но в конце концов оставили крепость. Приложив немалые усилия, они уничтожили все, что могло достаться врагу. Разбили сосуды с едой и питьем, дотла сожгли укрепления… Но в пепле еще оставались железные гвозди из крепостных стен – слишком ценный подарок для варваров. С помощью железа и стали были построены римские корабли и акведуки, из железа были выкованы римские мечи, а в конечном счете – и сама Римская империя. Оставить гвозди врагу было все равно, что подарить ему оружейный склад, поэтому, прежде чем отправиться на юг, римляне их закопали. Среди немногих стальных предметов, которые они забрали с собой (не считая оружия и доспехов), были, вероятно, и новацилы (novacili) – бритвенные лезвия, знак римской цивилизованности. Благодаря новацилам и ловким рукам брадобреев римляне отступали на юг со свежевыбритыми холеными лицами. Так они подчеркнули свою непохожесть на диких варваров, погнавших их прочь.

Загадка стали давала пищу для всевозможных поверий. Самое стойкое из них рассказывает на языке символов об объединении Британии и водворении в ней законного порядка после ухода римлян. Я имею в виду легендарный меч короля Артура – Экскалибур, которому приписывали волшебную силу. В сознании людей он ассоциировался с законным суверенитетом страны.

Легко понять, почему во времена хлипких мечей и почти беззащитных рыцарей добротная сталь в руках сильного воина означала победу цивилизации над хаосом. И так как выплавка стали превратилась в ритуал, полагали, что магия имеет к ней прямое отношение.

Особенно ярко это видно на примере Японии. Ковка самурайского меча занимала несколько недель и была частью религиозной церемонии. Амэ-но муракумо-но цуруги