Глава 9. Охлаждающие

Возвращаясь из туалета на свое место, я миновал одну из больших овальных запасных дверей самолета; там был виден маленький иллюминатор и соблазнительно крупная красная ручка. В самолете я всегда испытываю странное желание открыть двери; не знаю даже почему. Если бы я это сделал, воздух в салоне вытянуло бы наружу вместе со мной и всяким, кто оказался бы в этот момент не пристегнутым к креслу. Пристегнутые остались бы на месте, но температура воздуха в салоне упала бы примерно до –50°C, и давление тоже снизилось бы, так что дышать стало бы очень и очень трудно. В этот момент, как нам известно из предполетного инструктажа по безопасности, из гнезд над головами пассажиров выпали бы кислородные маски.

В низком атмосферном давлении и заключается, разумеется, та причина, по которой мы летаем так высоко. Меньшая плотность воздуха обеспечивает меньшее сопротивление полету, что повышает топливную эффективность самолета и позволяет ему двигаться дальше. Однако полет на такой высоте ставит перед авиаконструкторами двоякую проблему: они должны найти способы сделать так, чтобы пассажиры не задохнулись и не замерзли. Обе задачи решены при помощи кондиционирования воздуха, в истории развития которого фигурируют самые опасные жидкости на планете.

Я вернулся на место и виновато улыбнулся Сьюзен. Одной этой улыбкой я рассчитывал сообщить ей, что мне жаль прерывать ее чтение и заставлять ее отстегивать страховочный ремень; мне неудобно вынуждать ее подниматься, поскольку при этом она невольно стряхивает на пол крошки с коленей, — хотя, разумеется, я не был при этом ни в чем виноват. Всё дело в том, как расположены сиденья в самолете, да и поход в туалет — совершенно естественное дело, даже если не было меня довольно долго.

Сьюзен поднялась с улыбкой, которая, казалось, говорила мне: «Сходить в туалет — это нормально, не беспокойтесь, пожалуйста». Она протиснулась в проход, а я пролез мимо нее обратно на свое место. Мы оба пристегнули ремни, самолет продолжал дергаться и раскачиваться. Турбулентность была вызвана изменениями в плотности воздуха, сквозь который мы пролетали; из-за погодных закономерностей внизу мы шли сквозь смесь воздуха низкой и высокой плотности. Попадая в карманы воздуха высокой плотности, самолет замедлялся из-за возросшего сопротивления. Затем, попадая в карманы низкой плотности, он внезапно рушился на несколько метров вниз, поскольку там снижается подъемная сила крыльев.

Но, несмотря на стремительные изменения давления за бортом, дышалось мне нормально; давление в салоне, хотя и ниже привычного для меня, было вполне стабильно. Поддерживалось оно благодаря кондиционированию воздуха — инженерной области настолько специализированной, что ей интересовался даже Эйнштейн в свое время. Он получил несколько патентов на изобретения в этой сфере, хотя его тогда больше интересовало спасение жизней на земле, чем обеспечение комфортного дыхания во время длительных перелетов.

Эйнштейн пытался решить такую проблему: в 1920-е недавно изобретенные холодильники набирали популярность, а ящики со льдом, которые играли роль домашних ледников и сотни лет использовались для охлаждения продуктов, постепенно исчезали из домов. Но первые холодильники были не особенно безопасными. Эйнштейн был потрясен, когда прочел в газете, что семья с несколькими детьми в Берлине отравилась, потому что потек радиатор холодильника. В то время в этих устройствах использовались три типа жидких хладагентов: метилхлорид, диоксид серы и аммиак. Все они токсичны. Однако были выбраны именно эти вещества, поскольку они имеют низкую температуру кипения.

Холодильники работают за счет перекачивания жидкостей по размещенной внутри них системе труб. Если температура в них выше температуры кипения этих жидкостей, они вскипают. Этот процесс требует притока энергии, необходимой для разрушения связей между молекулами в жидкости (ее называют теплотой фазового перехода), и тепло отнимается из воздуха внутри холодильника, тем самым охлаждая его. Именно этим объясняется необходимость использования жидкостей с низкой температурой кипения: они должны кипеть при температуре, которая обеспечивается внутри холодильника, около 5°C. Но чтобы жидкость была действительно пригодна для использования в холодильнике, вы должны иметь возможность превращать ее обратно в жидкость, сжимая при помощи насоса.

Чтобы сжать газ в жидкость, необходимо отнять у него всё скрытое тепло (ту же теплоту фазового перехода). По сути, его выжимают из газа. Это происходит на задней стенке холодильника. Вы слышите, когда работает компрессор: это тот самый шум, который время от времени издает ваш аппарат. Именно поэтому сзади он горячий — и именно поэтому вы не сможете охладить дом, открыв его дверцу; охлаждение при этом более чем компенсируется теплом, которое выработает сзади насос. Это будет наглядным проявлением первого закона термодинамики, который гласит: если мы охлаждаем что-то, отнимая у него энергию, то она должна куда-то пойти — она не может просто исчезнуть. В данном случае она уходит наружу с задней стороны холодильника.

Звучит это, возможно, просто: поставить насос в систему труб, содержащих жидкость, а затем добавить туда же клапан, который позволял бы ей превращаться в газ. Но на самом деле это сложная инженерная задача. Газ находится под давлением, его молекулы постоянно движутся, налетая изнутри на стенки труб. Везде, где трубы соединяются с насосом, возникают слабые места. При использовании неправильных материалов там постоянно возникают утечки из-за налетающих молекул расширяющегося и вырывающегося с силой газа. Материал просто не выдерживает нагрузки. Именно так происходило с холодильниками первых моделей. В середине ночи аммиак утекал из них и убивал целые семьи прямо в постелях.

Эйнштейн хотел сделать с этим что-нибудь, а поскольку работал он экспертом в патентном бюро, то неплохо разбирался в технических тонкостях механических и электрических машин. Он начал сотрудничать с физиком по имени Лео Силард, и они стали работать над изобретением холодильника нового типа, который был бы более безопасен для дома. Они хотели вообще избавиться от внешних насосов, а заодно и всех соединительных деталей, с ними связанных, и создать вместо этого систему без подвижных частей, которая будет менее подвержена отказам. С 1926 по 1933 г. Силард и Эйнштейн вместе разрабатывали различные способы превращения жидкостей в газы и обратно и пытались сконструировать работающий холодильник. Конечно, как мы только что обнаружили, жидкость при испарении и превращении в газ охлаждает всё вокруг себя. Обратный процесс всегда осуществлялся при помощи насоса, который вынуждал молекулы газа собираться и сжимал их в жидкость. Но должен был существовать и другой способ. У Силарда и Эйнштейна имелось множество идей. Они построили рабочие прототипы и подали заявки на несколько патентов. В одной из конструкций предполагалось использовать тепло, чтобы прогонять жидкий бутан по системе труб, где он смешивался с аммиаком, становясь при этом газом, и давал охлаждающий эффект. Затем этот газ соединяли с водой, которая поглощала аммиак и позволяла вновь прогнать бутан по трубам, продолжая процесс охлаждения. Во второй конструкции жидкий металл, первоначально ртуть, тек по системе труб, которую изобретатели заставляли вибрировать при помощи электромагнитных сил. Колебания работали как поршень в компрессоре, сжимающем газообразный хладагент в жидкость. По сути, охлаждение происходило за счет воздействия одной жидкости на другую, без всяких подвижных твердых частей. Как и в других конструкциях изобретателей, все рабочие жидкости герметично закупоривались в трубах и предположительно должны были быть безопаснее, чем использовавшиеся в то время модели.

Коммерческий интерес к прототипам Силарда и Эйнштейна имелся — шведская компания Electrolux купила один из их патентов, а немецкая Citogel работала с другим, — но время их партнерства истекало. В Германии уже набирала популярность нацистская партия, и евреям становилось всё труднее жить и работать в этой стране.

Силард переехал в Британию, где он сделал изобретение, которому суждено было изменить ход истории — но не охлаждением ситуации, а наоборот, нагревом. Речь о принципе, стоящем за атомной бомбой: цепной ядерной реакции. Эйнштейн тем временем ездил по Европе, а всё более враждебная нацистская партия набирала власть. И Эйнштейн, и Силард в итоге оказались в Америке, где смогли продолжить сотрудничество, но к тому времени было уже слишком поздно. Ученые в США тоже работали над более безопасными конструкциями для холодильника, но они подошли к проблеме иначе: вместо того чтобы устранять из конструкции насосы, они попытались сделать рабочие жидкости безопаснее. В 1930 г. химик Томас Миджли изобрел жидкий фреон; его начали превозносить как безопасный и дешевый, и изобретения Эйнштейна и Силарда перестали представлять интерес для производителей холодильников. К несчастью, он оказался вовсе не безопасным, но выяснилось это лишь пятьдесят лет спустя, хотя Томас Миджли и раньше был известен созданием опасных жидкостей.

В 1920-е, работая в компании General Motors, Миджли открыл жидкость под названием тетраэтилсвинец. При добавлении в бензин он способствовал более полному сгоранию топлива и повышал эффективность двигателя. Работала добавка хорошо, но содержала высокотоксичный свинец. Экспериментируя с ним, Миджли отравился и сам. «После примерно года работы с органическим свинцом, — писал он в январе 1923 г., — я нахожу, что мои легкие пострадали и необходимо бросить всякую работу и обеспечить себя большим количеством свежего воздуха». Несмотря на очевидную опасность, он продолжал работу. Ему потребовалось много лет, на протяжении которых немало рабочих его предприятия пострадало от отравления свинцом; оно вызывало галлюцинации и приводило к смерти. В конце концов в 1924 г. Миджли устроил пресс-конференцию и продемонстрировал собравшимся безопасность тетраэтилсвинца. Он лил эту жидкость себе на руки и вдыхал ее испарения. У него вновь появились симптомы отравления, но это не остановило его от запуска тетраэтилсвинца в коммерческое производство.

Позже тетраэтилсвинец использовался по всему миру как присадка к бензину, но начиная с 1970-х от него стали отказываться, поскольку накопилось много данных о его токсичности (в Великобритании он был полностью запрещен только с 1 января 2000 г.). В результате содержание свинца в крови детей, например, резко упало, и это повлекло за собой серьезные социальные последствия. Была выявлена статистически значимая корреляция между масштабами использования этилированного топлива и количеством преступлений, связанных с применением насилия. Свинец действует как мощное нейродегенеративное вещество; ученые даже предполагают, что запрет на этилированный бензин привел к заметному росту коэффициента интеллекта городских жителей.

Но это всё происходило после того, как Миджли начал работать над проблемой создания безопасного холодильника. К концу 1920-х он нашел решение. Его команда сосредоточилась на углеводородах с малым молекулярным весом, таких как бутан, имеющих низкую температуру кипения. Недостатком этих веществ оказалось то, что все они были горючими и потенциально взрывоопасными и использовались в качестве топлива для зажигалок и газовых плиток.

Молекулярная структура хлорфторуглеродного соединения фреона

Атомы углерода в молекулах углеводорода заменили фтором и хлором, создав новое семейство химических веществ, получивших название хлорфторуглеродов (CFC). При этом ученые создали вещества, потенциально еще более опасные, чем те легкие углеводороды, с которых они начинали. При разложении эти новые вещества выделяли фторид водорода — чрезвычайно коррозионно-активное и токсичное вещество. Но команда Миджли считала, что процесс такого рода — разложение — очень маловероятен, потому что связь «фтор — углерод» очень сильна и жидкость должна была выйти инертной. Так и оказалось: хлорфторуглероды действительно химически инертны. Они представлялись идеальным химическим решением проблемы холодильного оборудования: случись протечка, они никого не убили бы. В этом смысле Миджли был прав, но CFC оказались небезопасными в другом отношении.

Естественно, с самого начала применения CFC время от времени вытекали из холодильников сзади. Но казалось, что главным следствием этого было просто прекращение работы аппарата: вещества никого не убивали. А поскольку в производстве они были очень дешевы, их внедрение вызвало громадный скачок спроса на холодильники. В 1948 г. всего 2% жителей Великобритании имели дома холодильник; к 1970-м они были почти у всех. Настоящее чудо. Мы прошли путь от страны, где все хранили продукты в погребах и ящиках со льдом, до места, где у каждого есть аппарат для охлаждения и хранения еды и напитков. В результате распределение свежей пищи кардинально улучшилось, а количество отходов рыбы, молочных продуктов, мяса и овощей столь же резко уменьшилось, и продукты подешевели. Появление доступного холодильного оборудования произвело настоящую революцию — и всё благодаря безобидным на первый взгляд хлорфторуглеродам.

Сидя в душном самолете, я и сам чувствовал необходимость немного охладиться. Я поиграл с соплом вентиляции над своим креслом, пытаясь получить из него хоть немного больше воздуха. Пластмассовая заслонка застряла, и мне пришлось подняться с кресла, чтобы ухватиться за нее покрепче. В конце концов мне удалось ее открыть, и из сопла на меня полился поток прохладного воздуха. Должно быть, вставая, я поднял с кресла некоторое количество пыли, потому что, опустившись обратно, я резко чихнул. Это был один из тех внезапных и неудержимых чихов, с которыми ничего невозможно сделать. Однако это серьезное нарушение самолетного этикета, особенно потому, что мне не удалось прикрыть рот локтем. Сидевшая передо мной женщина обернулась и внимательно посмотрела на меня сквозь щель между спинками сидений, продемонстрировав свое недовольство. Мужчина, стоявший в проходе, бросил на меня взгляд, полный неприкрытой ненависти. Мои попутчики, несомненно, решили, что у меня грипп, а то и похуже что-нибудь, и я сознательно сел в самолет больным, наверняка проигнорировав совет врача никуда пока не ездить. Мне кажется, таким грешит время от времени каждый из нас, и достоверно известно, что вирусы быстро распространяются на самолетах, потому что люди в них плотно набиваются в относительно небольшое пространство. Я чувствовал себя ужасно. И, что еще хуже, чих мой вышел слегка влажным; возможно, сидевшие впереди даже почувствовали капельку-другую. Сьюзен, конечно, имела больше всех причин обижаться на меня, но она ничего не сказала, целиком, кажется, погруженная в свою книгу. Я хотел извиниться, объяснить всем, что чихнул из-за пыли, которая, вероятно, поднялась в воздух, когда я опустился в кресло, — но не знал, как начать. Так что вместо этого я вытащил платок и вытер нос и виниловую обивку сиденья перед собой.

Системы кондиционирования воздуха — по сути холодильники для воздуха. В машине такая система прогоняет воздух из салона над медными трубками, содержащими хладагент, и за счет этого охлаждает. Прохладный воздух не может удержать в себе много молекул воды, вот почему на кондиционерах всегда образуются капельки (по этой же причине, когда воздух поднимается вверх и остывает, образуются облака). Следовательно, в качестве побочного действия система кондиционирования осушает воздух. В жарких и влажных странах кондиционер — часто единственное средство сделать путешествие в автомобиле, автобусе или поезде терпимым. Но на это уходит громадное количество энергии. В Сингапуре, например, на охлаждение тратится около 50% энергии, поставляемой в жилые дома и офисы. В США на весь транспортный сектор, включая поезда, самолеты, морские и речные суда, грузовые и легковые автомобили, приходится 25% энергопотребления страны, тогда как на обогрев и охлаждение зданий — почти 40%.

И точно так же, как холодильник сзади нагревается в результате охлаждения его внутреннего объема, кондиционер в машине или здании выпускает тепло обратно в окружающую среду, поднимая температуру воздуха снаружи. Суммарный эффект этого невелик, но в городах с плотной застройкой может быть заметным. Ученые из Университета штата Аризона доказали, что исключительно из-за кондиционирования воздуха средние ночные температуры в городах выросли более чем на 1°C. Да, на первый взгляд это немного, но не забывайте, что повышение средних температур в глобальном масштабе даже на 2°C вполне может привести к серьезным климатическим изменениям.

Таким образом, задача сделать кондиционирование воздуха более энергоэффективным — глобальный вызов. И я говорю с гордостью, что внес в ее решение небольшой вклад. Для повышения эффективности охлаждающих систем тепло должно передаваться через металлические трубки быстро — именно поэтому в кондиционерах они медные. Медь, возможно, дорога, но очень хорошо проводит тепло. Однако в очень жаркий день в душном офисе при температуре снаружи под 40°C даже таких трубок подчас не хватает, чтобы обеспечить прохладу в помещении. И здесь решающую роль может сыграть то, как именно жидкий хладагент течет по трубкам.

Однородный поток, как вода, вытекающая из трубы, предсказуем, но скорость внутри него неодинакова. Как правило, внешняя часть, текущая ближе всего к стенкам трубы — и называемая также граничным слоем, — перемещается медленнее, чем внутренняя. Термическое взаимодействие между этими двумя слоями слабое, что снижает скорость, с которой тепло передается наружу. Система охлаждения гораздо эффективнее, если вы можете получить в трубах так называемый турбулентный поток. Это хаотичное состояние, жидкость бурлит и образует водовороты, тщательно при этом перемешиваясь. Один из способов получить турбулентный поток — повысить давление (полностью открыть кран, чтобы вода бурлила и вытекала из трубы хаотично), но на это уходит много энергии. Лучше, если мы сможем разрушить граничный слой, а этого можно добиться, нанеся на внутренние стенки медной трубки спиральные борозды, чтобы они постоянно перемешивали жидкость и тем самым разрушали однородный поток. Именно этот способ получения турбулентного потока стал общепринятым. Он позволяет охлаждающей жидкости более эффективно отнимать тепло и резко повышает эффективность кондиционирования воздуха без дополнительных затрат энергии. Гениально, правда?

Эту штуку изобрел не я. Эйнштейн, правда, ее тоже пропустил, так что я особенно не комплексую.

Система создания турбулентного потока была придумана в XX в., в то время, когда я только учился говорить, а Эйнштейн уже умер. Но к моменту, когда я пошел в школу, затем в университет, затем защитил докторскую диссертацию, в области кондиционирования воздуха ничего не изменилось. Энергоэффективность приобретала всё большее значение, и чувствовалась настоятельная необходимость в снижении стоимости изготовления медной трубки со спиральной внутренней нарезкой. Причем она была настолько настоятельная, что, когда я получил степень по сплавам для реактивных двигателей, профессор Брайан Дерби из Оксфордского университета попросил меня помочь ему в решении этой проблемы. Поскольку она не имела ничего общего со сплавами для реактивных двигателей, я, естественно, не знал, с чего начать.

Медные трубки со спиральной нарезкой производятся при помощи процесса, который во многом напоминает выдавливание зубной пасты из тюбика. Просто представьте, что вместо зубной пасты у вас в тюбике пуля диаметром чуть больше, чем у наконечника, и она не вылетает наружу, когда вы сдавливаете емкость. Вместо этого она медленно проталкивается сквозь носик, и трубка вокруг нее плывет, а медная стенка растягивается. Но поскольку на пуле есть спиральные борозды, по мере выдавливания она проворачивается и переносит свои нарезы на внутренние стенки трубки. Волшебство! Единственная проблема — то, что пулю необходимо делать, свинчивая болтами несколько деталей из сверхтвердого материала — карбида вольфрама, а давление внутри машины, выдавливающей медь, часто поднималось настолько, что болты не выдерживали, пуля разваливалась, и всё заканчивалось полным бардаком, разобраться в котором стоило не один миллион фунтов стерлингов.

Поразительно, но нам удалось найти жидкость, которая решила эту проблему. Мы определили, что можно соединить две половинки пули из карбида вольфрама, превратив внутреннюю часть вещества в жидкость, но сохранив оболочку твердой. Своего рода сверхточная сварка. И, как во многих открытиях, если знаешь, в чем фокус, выполнить его несложно. Нам просто нужно было сжать две части вместе и поместить их в высокотемпературную печь. Благодаря этому жидкость образовывалась внутри вещества; она плавала между двумя твердыми деталями и соединяла их. После остывания получался цельный бесшовный объект из карбида вольфрама. Но это не означало, что изготовленные таким образом пули выдержат нагрузки при использовании. Так что я страшно нервничал, когда ехал на громадный завод медных трубок в Сент-Луисе в США, чтобы наблюдать за первым испытанием моего изобретения. Я знал, что, если пуля не выдержит, испытание обойдется компании в десятки тысяч долларов. Тем не менее должен с гордостью сказать: всё сработало, и мы подали документы на европейский патент «Метод соединения в жидкой фазе» (WO1999015294 A1).

Найти способы охлаждать эффективнее — это просто замечательно, но назревали и другие, более серьезные проблемы. На усовершенствование систем охлаждения была потрачена уйма сил, но никто тогда не задумывался о том, что произойдет, когда холодильники и кондиционеры начнут ломаться. Долгое время они после этого отправлялись прямиком на свалку, где ценные металлы из них извлекались для вторичного использования — сталь рамы и корпуса, медные трубки. Никто не собирал хлорфторуглероды; как только медные трубки разрезали, теплоносители быстро испарялись, запуская процесс охлаждения в последний раз по мере того, как жидкость улетучивалась в воздух. Никто не беспокоился о CFC: эти соединения без того использовались в качестве вытесняющего вещества во флаконах с лаком для волос и других одноразовых предметах. Предполагалось, что они инертны, так какой вред они могли принести? Считалось, что, став газом, они быстро и бесследно рассеиваются ветром. Именно так, кстати, и происходило. Но шли десятилетия, и эти газы проникли в стратосферу, где под действием ультрафиолетового излучения Солнца начали разлагаться на составляющие. А вот эти новые вещества уже могли причинить немало вреда.

Солнце излучает свет видимый и невидимый. Ультрафиолетовое излучение относится ко второй категории. Именно оно дает нам загар, а поскольку оно весьма энергично, то способно обжечь нас и делает это: продолжительное пребывание под таким светом может повредить ДНК, а со временем даже вызвать рак. Поэтому так важно пользоваться кремом от загара; задача этой жидкости — поглощать ультрафиолетовый свет прежде, чем он попадет на кожу. Но есть еще один барьер между вами и ультрафиолетовым светом, причем куда более эффективный: озоновый слой. Озон — как крем от загара для нашей планеты, и он почти не виден, когда работает. Строго говоря, наш самолет теперь летел сквозь озоновый слой, но, глядя в окно, вы об этом не узнаете.

Озон — вещество, родственное кислороду. Молекула кислорода, которым мы дышим, состоит из двух связанных атомов (O₂); молекула озона — из трех (O₃). Это вещество не слишком стабильно и весьма активно, так что после образования оно в чистом виде существует недолго. Кроме того, озон имеет характерный запах, который вы иногда чувствуете во время искрения — часть O₂ в воздухе, встречаясь с высокой энергией искры, превращается в O₃, и в результате реакции получается вещество с необычным острым запахом. В воздухе, которым мы дышим здесь, на твердой земле, озона немного, а вверху, в стратосфере, его достаточно для образования защитного слоя, который поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца. Но молекулы CFC, попадая в озоновый слой, распадаются после взаимодействия с высокоэнергетическими световыми лучами Солнца. В результате возникают очень активные молекулы, называемые свободными радикалами; они реагируют с озоном и снижают его концентрацию, тем самым истощая его слой.

К 1980-м специалисты по атмосфере начали понимать, что действие CFC на озоновый слой Земли весьма существенно и вызывает громадные последствия. В 1985 г. ученые из Антарктического управления Великобритании сообщили, что в озоновом слое есть дыра, раскинувшаяся на 20 млн км² над Антарктикой, а вскоре после этого выяснилось, что по всему земному шару толщина озонового слоя уменьшается. Винить в этом следует в общем и целом хлорфторуглероды, поэтому так называемым Монреальским протоколом был введен запрет на их использование, который вступил в действие в 1989 г. Было запрещено использование CFC в рефрижераторном оборудовании, а также в химчистке, где они применялись вместо воды для чистки одежды. Несмотря на быструю реакцию мирового сообщества, CFC до сих пор используются, а в озоновом слое образовались новые дыры. В 2006 г. дыра площадью 2,5 млн км² была обнаружена над Тибетом, а в 2011 г. наблюдалась рекордная убыль озона над Арктикой; всё это позволяет предположить, что нам не удастся оправиться от последствий их применения по крайней мере до конца XXI в.

Но когда-то, в дни расцвета CFC, химики тратили много времени на исследование свойств веществ на основе углерода и фтора. Они открыли поразительное семейство веществ, получивших название перфторуглеродов, или полностью фторированных углеводородов (PFC). В отличие от CFC, молекулы PFC не содержат хлора — это жидкости из атомов углерода и фтора. Простейшие из них напоминают углеводороды, в которых все атомы углерода заменены атомами фтора.

Структура молекулы перфторуглерода

Фторные связи чрезвычайно сильны и потому очень стабильны, что делает PFC инертными. Вы можете безнаказанно макать в них почти что угодно, даже свой телефон, который продолжит работать, как будто ничего не случилось. Вы могли бы положить свой ноутбук в ведро PFC — иногда так и поступают, потому что эта жидкость охлаждает компьютер во время работы намного эффективнее, чем встроенные вентиляторы, что позволяет ему работать на значительно более высоких скоростях. Но еще чудеснее то, что PFC способны поглощать много кислорода — до 20% собственного объема, если быть точным, — а это значит, что они могут работать как искусственная кровь.

Заменители крови имеют долгую историю. Потеря крови — одна из главных причин смерти, а единственный способ добавить ее — переливание. Но первая попавшаяся кровь тут не подойдет. Человеческая кровь не одинаковая, она делится на группы; переливание может быть успешным, только если у пациентов они совпадают. Ученый Карл Ландштейнер открыл группы крови в самом начале XX в. и обозначил их A, B, O и AB. В 1930 г. за этот прорыв он был удостоен Нобелевской премии, а еще через десятилетие для лечения раненых Второй мировой войны были созданы первые в мире банки крови для переливания.

Но поскольку подбор крови для каждого конкретного пациента, даже с учетом существования банков, дело непростое, ученые долго занимались поисками надежной синтетической крови, которая избавила бы их от необходимости подбирать кровь по группам и сняла бы часть нагрузки с банков. В 1854 г. врачи пытались с некоторым успехом использовать для этой цели молоко, но идея так и не была принята медицинской системой в целом. Кое-кто пытался также использовать плазму крови животных, но выяснилось, что для человека она токсична. В 1883 г. была разработана субстанция под названием раствор Рингера — раствор солей натрия, калия и кальция, который используется и сегодня, но скорее как средство увеличения объема крови, чем как ее заменитель.

Только с появлением перфторуглеродов появилась настоящая вера в то, что действенную искусственную кровь и правда можно создать. В 1966 г. Леланд Кларк и Фрэнк Голлан — два ученых-медика из США — начали исследовать, что произойдет с грызунами, если они вдохнут жидкий PFC. Они обнаружили, что мыши сохраняют возможность дышать, даже будучи полностью погруженными в жидкий PFC, а затем, когда их вынут оттуда, возвращаются к дыханию воздухом, успешно переходя от рыбоподобного существования, когда они получали кислород из жидкого PFC, к жизни млекопитающих, при которой они берут кислород из воздуха. Это так называемое жидкостное дыхание, судя по всему, работает не только потому, что легкие подопытных животных могут получать кислород, растворенный в PFC, но и потому, что эта жидкость может поглощать весь углекислый газ, выдыхаемый мышами. Дальнейшие исследования показали, что мыши способны жить на жидкостном дыхании часами, и изучение этого процесса продолжилось. Ученые преследовали цель — понять, может ли человек дышать в жидкости. В 1990-е были проведены первые эксперименты на людях. Пациентов с заболеваниями легких переводили на жидкостное дыхание, причем жидкий PFC, который для этого использовали, был «заряжен» медикаментами, предназначенными для их легких. Судя по всему, эта терапия работает, хотя и не без побочных эффектов, по крайней мере пока.

Никто не может точно сказать, куда заведет нас эта странная технология, но если PFC действительно станут нам необходимы, потребуется всерьез заняться вопросом, какой вред они могут нанести окружающей среде. Человечеству удалось избежать катастрофической потери озонового слоя, запретив жидкие CFC и заменив их составами, менее вредоносными для окружающей среды. Сегодня функции теплоносителя в вашем холодильнике, скорее всего, выполняет бутан. Это легковоспламеняющаяся жидкость, и если сзади у вашего холодильника возникнет течь, это может быть опасно. Но бутан все равно безвреднее жидкостей, которые использовали во времена Эйнштейна, и намного лучше для планеты. Защищающий нас от солнечного света озоновый слой слишком драгоценен, чтобы разрушать его хлорфторуглеродами.

Но хотя риск использования бутана в холодильниках, возможно, и невелик, он слишком серьезен с точки зрения авиаконструкторов. Сейчас жидкие хладагенты в системах кондиционирования в самолетах не используются. Воздух буквально засасывается снаружи и после серии циклов сжатия и расширения используется для охлаждения салона — в конце концов, снаружи очень свежо. Недостаток этого метода в том, что, когда самолет стоит на земле, система кондиционирования в нем работает не слишком хорошо, потому что воздух внизу теплее. Вот почему в дополнение ко всем прочим удовольствиям долгого сидения в самолете при задержке рейса, когда лайнер стоит на полосе, ожидая взлета, и вы в нем заперты, в салоне может быть невыносимо жарко и душно.

Но система кондиционирования воздуха в самолете не только регулирует температуру и влажность; она также должна поддерживать давление воздуха в салоне. На высоте 12 000 м в воздухе недостаточно кислорода для того, чтобы человек мог легко дышать — а то и вообще хоть как-то. Поэтому давление воздуха внутри салона должно быть намного выше, чем снаружи. В результате обшивка фюзеляжа оказывается, по сути, в тех же условиях по нагрузке и напряжению, что и воздушный шар; под действием внутреннего давления самолет раздувается. Это может привести к возникновению трещин. Чтобы минимизировать вероятность их появления, система кондиционирования воздуха устанавливает компромисс: давление внутри такое, чтобы люди могли нормально дышать, но недостаточно высокое для того, чтобы обшивка подвергалась ненужному напряжению. Когда же самолет опускается, системы кондиционирования накачивают в салон больше воздуха, уравновешивая давление внутри и снаружи. Вот почему у вас закладывает уши.

Самолеты не имеют на борту жидкого кислорода «на всякий случай». В случае разгерметизации и падения давления в салоне маски, которые выпадут из ящика сверху, снабдят вас кислородом, полученным при помощи химического генератора. Такие устройства производят газообразный кислород путем химической реакции, что позволяет им быть очень компактными и легкими, а это очень важно для любого устройства на борту авиалайнера. Лично мне ни разу не пришлось использовать кислородные маски, и меня всегда поражает, насколько хорошо эти системы спрятаны. Я поднялся и принялся рассматривал шкафчики над головами, в которых находятся маски. Я пытался понять, как эта система работает, когда один из бортпроводников настойчиво наклонился ко мне и передал какую-то карточку. Сначала я очень удивился, но затем понял, что мы, должно быть, подлетаем к Сан-Франциско. Пора заполнять таможенную декларацию. Для этого нужна еще одна жидкость — чернила.