Изданный Мюллером в 1840 году «Справочник по физиологии» произвел большое впечатление на умы и заинтересовал всех вопросом, что же такое нервная система и как она работает. Своей фразой «Воля настраивает наши нервы, как клавиши пианино» Мюллер раздразнил фантазию своего ученика Германа фон Гельмгольца233 – 87 (хирурга, игравшего на фортепьяно целыми днями, но не любившего «романтическую» музыку). С 1856 года он написал серию работ на тему восприятия звука: как человек слышит и как работает его внутреннее ухо. Гельмгольца интересовало «чувствование» звука – распознавание тона, тембра и громкости, при помощи которого слушатель отличает один инструмент от другого.
Гельмгольц пришел к выводу, что внутреннее ухо имеет в своем строении «вибраторы», настроенные на различные частоты звука и возбуждающие соответствующие нервы, которые, в свою очередь, посылают в мозг определенные сигналы. Однажды во время занятий с вокалистом он обратил внимание, что если нота, которую выводил певец, звучала достаточно долго, в рояле вибрировала соответствующая этой ноте струна.
Гельмгольц продолжил опыты и попробовал выяснить, что происходит в ухе, когда звуки сочетаются. Он использовал камертон, который под действием электромагнита звучал в разных тональностях. Ученый пришел к выводу, что диссонанс неприятен человеческому слуху, поскольку близкие по тону ноты возбуждают в ухе соседние «вибраторы», что и доставляет дискомфорт. Все свои музыкальные эксперименты Гельмгольц изложил в специальной лекции, посвященной движению и восприятию звука, которая имела ошеломительный успех. Гельмгольц, в частности, утверждал, что ноты – это на самом деле целые аккорды, из которых человеческое ухо воспринимает только основную ноту.
В то время существовала другая сила, возбуждавшая необычайный интерес, электричество. Никто не знал, что это, и никто не знал, как оно движется. Перемещалось ли оно, как звук, волнами? Было известно, что электричество может действовать на расстоянии. В 80-х годах XVIII века Луиджи Гальвани234 – 99, 184, 216 с помощью электростатического генератора на расстоянии вызывал мышечные сокращения лягушки. Джозеф Генри наблюдал, как электрическая искра величиной в дюйм намагничивает иголки за десять метров. В 1879 году Дэвид Хьюз, учитель естественных наук из Кентукки, услышал, как динамик издает звуки во время искрения стоящего рядом генератора. Поэтому, когда Гельмгольц предложил одному из своих учеников Генриху Герцу избрать тему для диссертации, тот захотел исследовать перемещение электричества в пространстве. В 1887 году в Техническом колледже Карлсруэ он провел свою знаменитую демонстрацию распространения электричества.
Сначала он пропустил большую искру между двумя металлическими шарами. В полуметре от них лежал разомкнутый проволочный контур в виде прямоугольника, концы которого практически соприкасались. Когда возникала большая вспышка между шарами, в промежутке контура также появлялась маленькая искорка. С помощью цинковых рефлекторов Герц продемонстрировал, что электричество движется волнами, которые так же, как и световые, подвержены интерференции. Используя призмы из каменноугольной смолы, он показывал, что электрические волны преломляются подобно световым. Также он пропускал электрические волны через деревянную дверь. Позднее опыты показали, что при изменении частоты тока искра производит волны различной длины. Электричество и в самом деле вело себя как свет.
Демонстрация Герца имела последствия, которые никто никогда не смог бы предугадать. Причиной был побег богатой ирландской наследницы с ее любовником-итальянцем. У Энни Джемисон, дочери производителя ирландского виски, был прекрасный певческий голос, однако отец был против ее музыкальной карьеры. Чтобы отвлечь дочь от ее вздорных устремлений, магнат отправил ее в поездку по Италии, во время которой она познакомилась с еще одним горе-певцом, Джузеппе Маркони, и влюбилась в него. В конце концов они поженились и обосновались в деревушке на севере Италии, в окрестностях Болоньи. В 1974 году пара родила сына, которого нарекли Уильямом.
Мальчик с ума сходил по технике, и школьный учитель заинтересовал его электрическими опытами. В 1895 году Уильям Маркони соорудил искровой генератор Герца и подключил его к телеграфному ключу. Троекратными ударами ключа он выводил азбукой Морзе235 – 30, 114, 275 букву S (три точки). Выяснилось, что эти прерывистые электрические волны распространяются на целый километр, а если оборудование немного усовершенствовать, то и на два. Итальянские власти не проявили энтузиазма в отношении этого фокуса, и Уильям отправился в Англию (он был билингвом и ходил там в школу). После нескольких успешных демонстраций для британской почты ему удалось передать сигнал через Ла-Манш.
Маркони передал азбукой Морзе свой сигнал S из Англии на Ньюфаундленд (на расстояние три с половиной тысячи километров) при помощи подвешенных на воздушных змеях антенн 12 декабря 1901 года. Затем сигналы передавались с воздушных шаров, с корабля на берег, с аэропланов и даже с «Титаника» (как раз вовремя, чтобы спасти семьсот человек). В 1910 году такие сигналы использовали в охоте на известнейшего преступника того времени, женоубийцы Доктора Криппена. Все это время сигналы236 – 53, 299 Уильяма Маркони проходили все большее и большее расстояние, однажды долетев из Лондона до Буэнос-Айреса. Таким образом, электрические волны вели себя не совсем как световые – они повторяли искривление земной поверхности.
Портрет Маркони, опубликованный в «Иллюстрейтед Лондон ньюс» 1912 года (именно в этом году телеграмма с «Титаника» спасла жизнь 710 пассажиров). На картине показан один из ранних экспериментов Маркони с антенной в виде металлического листа, с помощью которой сигналы передавались лишь на небольшое расстояние
В 1902 году Оливер Хевисайд и А. Э. Кеннелли отметили, что в опытах Герца электрические волны отражались от цинковых зеркал, так что в небе может существовать нечто подобное гигантскому рефлектору. В 1925 году английский физик Эдуард Эпплтон с помощью новых передатчиков «Би-би-си» направил в небо несколько сигналов, чтобы посмотреть, когда и в каком виде они вернутся. Скорость распространения электрических волн (триста тысяч километров в секунду) подсказала ученому, что «рефлектор», чем бы он ни был, находится на высоте 96,5 километра. Позже американцы Грегори Брейт и Мерле Туве вычислили, что определенные частоты отражаются на еще большей высоте. Они повторяли эти опыты по всему миру и пришли к заключению, что отражение определенных частот зависит от времени суток, времени года и географического положения.
Кроме металлических рефлекторов, которые использовал Герц, мог существовать только один «рефлектор» радио-волн – ионизированные атомы, лишившиеся одного или нескольких электронов. Такие атомы приобретали положительный заряд и отражали электронные сигналы. Это теоретическое обоснование было подтверждено в 1910 году французским исследователем Теодором Вульфом. Взобравшись на Эйфелеву башню, на высоту триста метров, он продемонстрировал, что ионизация на вершине башни выше, чем на земле. В 1911–1912 годах австрийский физик Виктор Гесс сделал следующий шаг – он совершил несколько подъемов на аэростате до высоты 4900 метров и обнаружил, что чем выше он поднимался, тем выше была ионизация воздуха. Еще через год третий отчаянный исследователь поднялся на высоту 8500 метров. Ионизация на этой высоте оказалась в двенадцать раз выше, чем на уровне моря. Складывалось ощущение, будто ионизация представляет собой излучение, проникающее с неба. Это излучение назвали лучами Гесса.
Тем временем, Эпплтон отмечал, что иногда передаваемый сигнал как будто затухает. Это случалось, как правило, ночью и в периоды, когда на Солнце появлялись пятна. Было очевидно, что солнечное излучение выбивает электроны из атомов газа верхних слоев атмосферы и таким образом ионизирует их. А поскольку наиболее часто потери радиосигнала приходились на пики одиннадцатилетнего цикла солнечной активности, логично было предположить, что когда Солнце активно, оно бомбардирует Землю повышенными дозами излучения, что и вызывает нарушение радиопередачи.
Эта теория имела один необъяснимый изъян. Гесс и другие воздухоплаватели установили, что в высоких слоях атмосферы уровень ионизации постоянен днем и ночью. Таким образом, помимо Солнца, существовал другой источник постоянного ионизирующего излучения. В 1933 году инженер компании «Эй-ти энд ти» Карл Янский, который искал причину нарушений радиопередачи на новейших комфортабельных океанских лайнерах237 – 8, 15, обнаружил, что на определенных частотах постоянные помехи дает какое-то излучение, исходящее от всего Млечного Пути. Четыре года спустя никому неизвестный радиомеханик Грот Ребер из Иллинойса смастерил у себя во дворе антенну из мелкоячеистой сетки и с ее помощью сделал первую радиокарту неба. Выяснилось, что излучение шло из всей Вселенной. Так родилась радиоастрономия, а «лучи Гесса» стали «космическими лучами».
С одиннадцатилетним солнечным циклом была связана еще одна интересная особенность. В полном соответствии с ним, циклически изменялась погода. В начале 1930-х годов молодой американец Джон Мокли, преподаватель физики из колледжа Урсинус, решил проанализировать эту закономерность с экспериментальными данными в руках. Еще будучи студентом Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, Мокли каждое лето на каникулах работал в метеослужбе Национального бюро стандартов. Там он узнал, что несмотря на более чем столетнюю историю сбора данных прогнозов погоды в США, их никто никогда не анализировал. По мысли Мокли, эти цифры могли дать основу для долгосрочных погодных моделей, которые, возможно, помогли бы в предсказании засух, затяжных дождей или других разрушительных для экономики погодных феноменов.
На обработку такого массива данных ушло бы колоссальное количество времени, если бы не нашелся более быстрый способ для таких громоздких вычислений. В 1934 году Мокли приехал в Чикаго в Институт Бартольда, директор которого дружил с его отцом. Там он наблюдал работу физиков, занятых исследованием космического излучения. Для регистрации частиц физики использовали вакуумные трубки, которые очень быстро реагировали на поступающий сигнал и регистрировали до ста тысяч частиц в секунду. Этот метод, понял Мокли, можно приспособить для вычислений в прогнозировании погоды. Однако разразившаяся Вторая мировая война переключила его внимание на темы, весьма далекие от погоды.
В начале войны дела в военной промышленности союзников продвигались слишком уж хорошо. Проектно-конструкторские бюро разрабатывали новое оружие почти каждую неделю. Это были новые типы взрывчатки, новые винтовки, прицелы, боезаряды и многое другое. Новые технологии еще больше усложняли и без того непростой процесс выстрела, который зависит далеко не только от нажатия на курок.
При выстреле из любого оружия на точность попадания в цель влияет уму непостижимое множество факторов: тип оружия, тип патрона, тип метательного взрывчатого вещества, тип ствола, скорость сгорания взрывчатого вещества, тип капсюля, тип гильзы, давление газов в стволе, давление газов на выходе из ствола, сила отдачи, скорость пули, трение пули на выходе из ствола, состояние канала ствола, деформация ствола при взрыве, плотность воздуха, наличие пламегасителя, сопротивление воздуха при полете пули, ударные волны, вызванные пулей, трение пули о гильзу, форма пули, угол траектории, скорость вращения пули, масса пули, температура воздуха, направление и скорость ветра, влажность, сила тяжести, высота цели, тип цели, вид поражения и угол поражения. Кроме того, на большинство этих факторов влиял рельеф местности, где производилась стрельба, вращение Земли и положение Луны!
Учитывая все эти сложности, очевидно, что для правильного ведения огня требовался точный математический расчет. Данные предоставлялись в виде небольшого буклетика, который прилагался к каждой винтовке, автомату или орудию. В нем приводились таблицы с информацией о том, как ведет себя оружие при всех возможных условиях. Для оружия, производившегося в США, такие таблицы рассчитывались группой женщин-математиков в Баллистических лабораториях238 – 118 в Абердине, в штате Мэриленд.
Перед ними стояли нечеловеческие задачи. Для расчета одной типовой траектории требовалось произвести семьсот пятьдесят вычислений, а в каждую таблицу входило более трех тысяч траекторий. Женщинам, на вооружении которых были только механические калькуляторы, требовался месяц работы, чтобы рассчитать одну такую таблицу, а в 1944 году в лабораторию приходило по шесть новых запросов на расчеты в день. Чтобы оружие союзников успешно поражало цели, требовался более эффективный способ расчетов.
В 1942 году несколько женщин из лаборатории были отправлены на курсы в Электротехническую школу Мура в Филадельфии, где преподавал Джон Мокли (одна из девушек-математиков вышла в итоге за него замуж). Мокли пришло в голову, что этому арифметическому безумию, возможно, удалось бы положить конец с помощью некой машины, которая могла бы прибавлять, отнимать, умножать и делить, а затем сохранять результаты в памяти для дальнейших вычислений. Ключевой функцией было сохранение в память, поскольку большинство ошибок в расчетах случалось именно на этапе извлечения заранее подсчитанных данных для следующей стадии вычислений. Машина, которую задумал Мокли, должна была работать очень быстро. Он уже использовал подобное устройство в своих расчетах погоды. Это были вакуумные трубки ученых-физиков, которые могли регистрировать попадание ста тысяч космических частиц в секунду.
В 1942 году он направил военному начальству меморандум с победоносным заголовком «Использование высокоскоростных вакуумных трубок для математических расчетов», но начальство проигнорировало документ или попросту потеряло его. В 1943-м запрос был подан повторно, и на этот раз его приняли к рассмотрению. Проект стартовал, и вместе с Мокли за него взялся его коллега Джон Преспер Эккерт. Результатом стал Электронный числовой интегратор и калькулятор (ЭНИАК[18]), впервые пущенный в действие в школе Мура в 1946 году, увы, слишком поздно, чтобы помочь вычислениям для нужд фронта.
Машина обошлась в восемьсот тысяч долларов и имела гигантские размеры: тридцать метров в длину, три метра в высоту и метр в глубину. В ее основе было около восемнадцати тысяч вакуумных трубок, а потребляла она 174 киловатта. Ходила шутка, что, когда включался ЭНИАК, огни Филадельфии меркли.
Процедура включения аппарата перед каждым вычислением была трудоемкой и долгой, поэтому операторы прозвали его «адской машиной». Однако сколь ни громоздким был ЭНИАК, он повлияет на жизнь каждого человека на Земле. А пока – нудные подробности. В конструкции применялись вакуумные трубки, сгруппированные по десять штук, группы соответствовали единицам, десяткам, сотням и так далее. На группы подавались электронные импульсы. В каждой группе определенное число импульсов включало такое же количество трубок. То есть четыре импульса в «единицы» включало четыре трубки, а два импульса в «десятки» – две. Таким образом в память заносилось число 24. Чтобы прибавить к нему 15, нужно было включить еще одну трубку в «десятках» и еще пять в «единицах». Для получения итоговой суммы трубки выключались и подсчитывалось число импульсов для полного их обнуления. В нашем случае это три импульса в «десятках» и девять в «единицах», то есть 39. Время прохождения каждого импульса составляло 0,02 миллисекунды.
Описание звучит сложно, однако ЭНИАК в течение дня мог обсчитать столько данных, сколько одна сотрудница абердинской лаборатории обрабатывала за год. В честь женщин-математиков, на смену которым пришел аппарат, его назвали по описанию их должности в штатном расписании – компьютер. Первая его задача изменит мир – это будет математическое моделирование детонации первой водородной бомбы. Вычисления длились несколько месяцев, и в результате 1 ноября 1952 года маленький остров атолла Эневейтак в Тихом океане превратился в пар. Началось все это, как мы помним, с сельскохозяйственных затей Джетро Талла. Орало было перековано в меч.
В гораздо большей степени мир изменило малюсенькое устройство, изобретенное потому, что хрупкие вакуумные трубки ЭНИАКа оставляли желать много лучшего…
Новая гармония
Иногда события в паутине перемен проходят путь, описывающий полный круг. Один из таких путей начался с открытия, в котором встретились все признаки идеальной технологии: она должна быть вездесущей, ориентированной на пользователя и восприниматься как нечто само собой разумеющееся.
В 1940-е годы самой большой опасностью для экипажей самолетов Б-29 были не снаряды вражеских зениток, рвущиеся вокруг, а маленькие вакуумные трубки, отвечавшие за полет самолета и его курс. На борту Б-29, как и на многих образцах военной техники того времени, были тысячи таких трубок, и если бы хоть одна из них вышла из строя, то мало никому не показалось бы. Беда заключалась в том, что от этих трубок зависело все электрооборудование, они выступали в качестве выключателей и усилителей для обогревателей, инструментов, радиоаппаратуры и двигателей.
В вакуумной трубке от горячего элемента накаливания239 – 38, 52 к металлической пластинке-основанию шел поток частиц. Он усиливал слабый электрический заряд (радиосигнал или ток от батарей). К сожалению, стеклянные вакуумные трубки легко бились, нити накаливания были подвержены коррозии и рвались, нарушалась герметичность трубок. Все это могло привести к неисправности переключателей, в которых были установлены трубки, а как следствие – и к поломке всего агрегата (двигателя или радиостанции). Кроме того, для разогрева вакуумных трубок требовалось время, что представляло собой еще один недостаток. Даже несколько секунд задержки имели огромное значение, если трубки служили, например, усилителями в судовом оборудовании для предупреждения торпедного удара. Неудивительно, что активно велись поиски более надежной и быстродействующей альтернативы вакуумным трубкам.
Идеальной заменой хрупкому стеклу могло стать нечто твердое и прочное. За несколько лет до Второй мировой войны в Телефонных лабораториях Белла (в смутной надежде улучшить качество телефонной связи) инженеры проводили исследования так называемых полупроводников, но с началом войны проект был отправлен «на полку». В 1945 году Белл вернулся к этим разработкам и сформировал специальную группу во главе с Уильямом Брэдфордом Шокли.
Эта группа совершила прорыв, за который в 1956 году была удостоена Нобелевской премии по физике. Ученые обнаружили, что если в кристаллическую решетку полупроводника добавить примеси, то его атомная решетка либо получает дополнительные электроны, либо, в зависимости от примеси, теряет их, и вместо них остаются «дырки». При помещении такого кристалла в электрическое поле отрицательно заряженные электроны переходят на положительный электрод, то же самое делают и «дырки». В том или ином случае возникает однонаправленный ток, который можно использовать таким же образом, как и поток частиц в вакуумной трубке, в качестве усилителя или переключателя – эффект воспроизводится с той же скоростью, с которой включается магнитное поле, несколько тысяч раз в секунду. Новое устройство получило название «транзистор». Транзистор был подходящей заменой для вакуумной трубки – он состоял из цельного кристалла, был гораздо менее хрупким, работал дольше и намного быстрее. Первые транзисторы Шокли были сделаны из полупроводника германия. Поскольку германий достаточно редок в природе и ценится на вес золота, позже Шокли перешел на кремний, который используется в транзисторах и по сей день. На начальных этапах работы германий получали из цинковых руд, залегавших в том числе в районе штатов Миссури, Оклахома и Канзас.
Германий был открыт в 1886 году, как нетрудно догадаться, ученым из Германии, профессором аналитической и технической химии Фрайбергской горной академии Клеменсом Винклером. Он считался гением химической аналитики. Когда была обнаружена большая жила аргиродита, его попросили исследовать химический состав нового минерала. Винклер выяснил, что аргиродит на 74,7 % состоит из серебра, 17,1 % составляет сера, 0,66 % – оксид железа, 0,22 % – оксид цинка, 0,33 % – ртуть. Чем же были оставшиеся 7,01 %? После продолжительных химических опытов Винклер объявил об открытии нового минерала, германия, и вернулся к своим основным занятиям. На первом месте была разработка газовой бюретки, прообраза современного оборудования для контроля чистоты воздуха вокруг металлургических предприятий и других производств.
Газовая бюретка служила для анализа выбросов240 – 110, 197 из заводских труб, в ней содержалась жидкость, которая впитывала газ и меняла цвет в зависимости от его концентрации. Эта информация представляла интерес для промышленников, особенно для металлургов – она экономила их деньги. Дело в том, что в доменных печах для снижения количества окислов железа применялся моноксид углерода (угарный газ) и твердый углерод. С помощью газоаналитического оборудования можно было обнаружить присутствие неиспользованного угарного газа и пустить его в дело. Такая техника также помогала зафиксировать следы несгоревшего топливного газа, а также других веществ, пригодных для повторного ввода в рабочий цикл. Все эти меры способствовали усовершенствованию конструкции доменных печей и вытяжных труб. Газоаналитические приборы работали и в шахтах, где позволяли выявлять наличие ядовитых или взрывоопасных газов. Работа Винклера имела такое значение, что его стали называть «отцом газового анализа».
К счастью для нашего рассказа, зигзаг истории уводит нас прочь от столь приземленной химической темы. На самом деле Винклер больше всего интересовался кобальтом. Его отец служил управляющим на крупном кобальтовом производстве, и Винклер мальчишкой часто бывал у отца на работе. В то время кобальт наиболее широко применялся в химии красок (из него делали кобальтовую синь241 – 177), а еще шире – в производстве керамики и эмалей. Самую чистую кобальтовую синь производили в Бирмингеме, в Англии, и она пользовалась огромным спросом на фарфоровом заводе в Севре, под Парижем. Еще в XVIII веке своей посудой в неоклассическом стиле моду на синий цвет в керамике ввел Веджвуд242 – 124. Свой трудовой путь Веджвуд начал с ремонта голландского делфтского фарфора, который в свою очередь являлся не чем иным, как имитацией безумно дорогих и очень модных китайских изделий243 – 11, 291. Фарфор начали ввозить из Китая в начале XVII века, в то время там как раз был популярен бело-голубой орнамент.
В Китае кобальт впервые применили в эпоху династии Мин, именно тогда были созданы великолепнейшие образцы китайского фарфора. Искусство керамики развивалось в Китае на протяжении многих веков, уже во втором тысячелетии до нашей эры китайцам было известно глазурование. Во многом развитию этого ремесла способствовала традиция дарить подарки высшим сановникам. Известны случаи, когда императорский двор получал подарки по пятнадцать тысяч фарфоровых изделий. В XV веке столицей Минской династии был Нанкин, по соседству с которым располагалась знаменитая фарфоровая фабрика Цзиндечжень, где были впервые изготовлены изделия для императорского двора, окрашенные кобальтом. Именно кобальт давал знаменитый синий цвет минских ваз, его можно было наносить прямо на изделие перед глазурованием, а в процессе обжига краска не текла и не деформировалась. Устойчивость к высоким температурам позволяла художникам ничем не ограничивать свою фантазию и изображать сложные композиции, в которых фигурировали реальные или мифические животные, птицы, дети, рыбацкие лодки, пагоды, сады и мосты, даосские и буддистские символы и иероглифика.
В Китай кобальт завезли купцы с Великого шелкового пути244 – 90, грандиозного торгового маршрута, связывавшего Китай, Среднюю Азию и Сирию. Дорога была открыта в эпоху династии Хань в III веке до нашей эры для торговли с Римской империей. В Средние века каждое государство на Великом шелковом пути контролировало свой участок, патрулировало дороги, защищало караваны и взимало плату. На маршруте существовали заставы, где греческие, арабские, римские, индийские и персидские купцы выменивали товары у китайских купцов-кочевников, которые затем отправлялись обратно в Китай и перепродавали товар китайским купцам. К услугам кочевников прибегали потому, что гражданам Китая не разрешалось покидать страну и осквернять себя общением с варварами.
Пример использования кобальта в керамике китайцам показали персы, именно в Персии они «опосредованно» и открыли его (он даже носил название «магометанский синий»). Возможно, что произошло это в городе Кашан, где располагались шахты по добыче кобальта, который использовали местные гончары. Самая ранняя голубая кашанская посуда и керамическая плитка относятся к 1203 году. Примерно этому же соответствует начало вековой династии керамистов Хассана ибн Арабшаха, их богато украшенные изделия прославили кашанских мастеров на всю Персию. Возможно, именно они (обнаружив, что кобальт расплывается на глиняных изделиях, но стабилен на фарфоре) и надоумили китайцев расписывать свою посуду этой краской.
Типичной и наиболее знаменитой техникой использования кашанской голубой плитки было выкладывание ею изречений и стихов в мечетях. В других случаях это были звезды, шестиугольники и кресты, из которых выкладывали большие декоративные мозаичные панно. Такие панно с характерным рисунком, сложенным из мелких керамических плиточек, были во многих мечетях и дворцах. Пример этой техники и сейчас можно увидеть в мечети на площади Майдани-шах в Исфахане, похожий стиль присутствует и в дворцовом комплексе Альгамбра в испанской Гранаде.
Утонченную технологию выкладывания мозаики восточные керамисты переняли у греческих мастеров, которые в раннехристианский период отправлялись из Византии в Сирию, Палестину и Египет обучать своему искусству тамошних ремесленников. Несмотря на то что в той или иной форме мозаика существовала еще в Древнем Вавилоне за пять тысяч лет до нашей эры, а затем в Древней Греции и Риме, наивысшего расцвета они достигла в IV–V веках нашей эры, после того как император Константин признал христианство официальной религией Рима, христиане перестали прятаться и начался процесс их самоорганизации.
Возможно, для монументального и ослепительного украшения своих церквей, вскоре появившихся по всей территории Восточной Римской империи, христиане избрали именно мозаичную технику, поскольку ранее существовали в буквальном смысле в подполье. Мозаика отражала много света и прекрасно подходила для украшения темных и мрачных пещер с неровными стенами. Поверхность стены сначала зачищали и наносили толстый слой цементного раствора, чтобы сгладить неровности. Затем в еще сырую штукатурку вдавливали маленькие кусочки смальты. Обычно это были фрагменты квадратной или прямоугольной формы не больше двух сантиметров в ширину. Окрашивание смальты производилось оксидами металлов. Также применяли золотую и серебряную фольгу, ее прокладывали между стеклом и эмалевым основанием, которое часто окрашивали в красный цвет для придания глубины золотому цвету. Для улучшения отражающего эффекта кусочки смальты вставляли в стену под наклоном в тридцать градусов.
Отдельные цвета мозаичных фрагментов далеки от изысканности, но, если смотреть с большого расстояния и оценивать масштаб, мозаики производят потрясающий эффект. Некоторые из наиболее величественных произведений V–VI веков сохранились в Равенне, городе, где располагалась резиденция византийского наместника в Италии. Мозаика мавзолея Галлы Плацидии – с библейскими сюжетами, богато украшенная изображениями растений, животных и птиц, – считается прекраснейшим произведением раннехристианского искусства. Рядом с мавзолеем расположена церковь Сан-Витале с мозаиками во всем их монументальном величии. Они посвящены церемонии освящения церкви в присутствии императора Юстиниана и императрицы Феодоры.
Одна из наиболее интересных мозаик, сохранившихся до наших дней, находится в Риме, рядом со Святой лестницей на Латеранской площади. Интересна она с политической точки зрения. В открытой апсиде XVIII века расположена мозаика, которая была выставлена здесь папой Бенедиктом XIV в 1743 году, а перед этим в течение столетия реставрировалась три раза. Произведение датировано IX веком и заслужило такое почтение и заботу папы неспроста. Все дело в сюжете. С одной стороны арки изображен Христос на троне, вручающий Святому Петру ключи, а императору Константину – знамя как знак принятия императором христианства. С другой стороны – Святой Петр вручает мантию папе Льву III и флаг Карлу Великому. Мозаика изображает соглашение между папой и Карлом при коронации последнего в день рождества 800 года, закрепляющее главенство духовной власти папства над светской властью.
Чтобы понять значение мозаики, необходимо упомянуть о документе, известном в истории как «Константинов дар». Речь идет о бумаге в три тысячи слов, адресованной папе Сильвестру I и подписанной императором Константином. По легенде, император заразился проказой, а затем чудесным образом излечился, приняв христианство. В благодарность за это чудо и был сделан «Дар». Какими бы ни были причины, но согласно этому документу папы получали беспрецедентную власть над всей христианской церковью. Кроме того, римские священники приравнивались к дворянству, а церковь получала в дар провинции и города Италии, Ломбардии, Венеции и Истрии. Когда все было сказано и сделано, оказалось, что папа стоит во главе всей Западной Римской империи. Таким образом, он имел полное право короновать Карла Великого как своего духовного вассала.
Неудивительно, что «Дар» на протяжении веков был основополагающим инструментом власти католической церкви, цитировался десятью папами и рассматривался как прецедентный случай всеми средневековыми законниками и богословами. Все это происходило несмотря на то, что документ представлял собой не более чем неуклюжую подделку. По всей видимости, его написал один из папских советников около 750 года, когда Рим отделялся от Византии, и, сближаясь с могущественными франкскими королями, хотел установить над ними контроль.