Задумывались ли вы когда-нибудь о том, какими материалами больше всего пользуется человек? Оглянитесь вокруг. Ваш дом возведен из кирпича, специальных строительных блоков или из бревен. В окна вставлены стекла. Мебель в вашей квартире деревянная. С потолка свисает стеклянная люстра. Итак — камень, дерево, стекло...
Но многоэтажные дома держатся на каркасе из сваренных между собой стальных балок; строительные блоки скрепляются друг с другом с помощью металлических деталей; бревна сбиваются толстыми железными гвоздями и стягиваются стальными скобами. Мебель гоже держится на гвоздях, только тонких, или же на шурупах. Окна имеют металлические петли и шпингалеты. Из металла сделаны цоколь и волоски лампы, которая ввертывается в люстру. И провода, по которым течет электрический ток, тоже металлические.
Из металла сделаны струны, звучащие в пианино, ложки, ножи и вилки, батареи центрального отопления, газовые трубы...
Все перечислили? Конечно же, нет. Кастрюли и сковородки, перья или шарики в ваших авторучках, детали телевизоров и радиоприемников, рама, руль и колеса вашего велосипеда и, наконец, пишущая машинка, на которой я печатаю эти строчки,— все это тоже из металла.
А ведь мы еще не вышли из комнаты. Если же поглядеть на улице... Впрочем, не стоит перечислять. Думаю, и так ясно, что самые важные материалы, которыми пользуется человек,— металлы. По сути, они и сформировали нашу цивилизацию. Ведь если бы все металлические вещи вдруг исчезли, на Земле снова наступил бы каменный век. Пришлось бы жить в пещерах, одеваться в шкуры... Вот почему одна из самых распространенных на Земле профессий — металлург, а одна из самых древних, самых интересных и до сих пор самых популярных наук — металлургия.
Но хотя вся жизнь человеческого общества зависит от металлов, до сих пор нам о них многое не известно. И прежде всего никто точно не знает, как человек впервые начал пользоваться металлами. Слишком давно это произошло. Самые древние дошедшие до нас письменные документы повествуют уже о примитивных мастерских, в которых выплавляли металлы и изготавливали из них изделия. Значит, человек овладел металлами раньше, чем изобрел письменность. Но как вообще металлы попали к человеку?
Много лет ученые пытаются разгадать эту загадку. Раскапывая древние поселения, археологи находят орудия труда и охоты, которыми пользовался человек в те далекие времена: ножи, топоры, скребки для шкур, наконечники стрел и копий, иглы, рыболовные крючки и многое другое. Каждой исторической эпохе соответствовал свой уровень изготовления этих орудий. Чем древнее поселения, тем грубее, примитивнее были изделия рук человека, тем тяжелее было ими работать. Значит, по орудиям, которыми пользовался человек, можно составить себе довольно верное представление об уровне развития общества. Так вот, самые древние изделия из металлов были найдены при раскопках поселений, существовавших около восьми тысяч лет назад.
До этого был камень. Именно из него древние люди делали ножи, топоры, наконечники стрел и копий. Разумеется, не каждый камень годился, а только твердый — кремень, нефрит, некоторые другие минералы. Сначала человек просто собирал подходящие камни — те, которые имели острые грани. Ими можно было срубить и обтесать сук, чтобы сделать дубинку, взрыхлить землю в поисках съедобных корней, отразить нападение хищного зверя. Но камней с хорошими острыми гранями совсем немного. Находить их было очень трудно. И тогда человек научился обтесывать камни, откалывать от них тонкие пластинки с острыми гранями. Так появились первые каменные ножи. Разумеется, срок их службы был невелик: хрупкие пластинки легко ломались, приходили в негодность. Но это не очень беспокоило людей, поскольку всегда можно было изготовить новые. К тому же человек делал из камня не только хрупкие ножи. Массивное каменное рубило служило достаточно долго, а привязанное к деревянной рукоятке, оно превращалось в топор — орудие, которое годится не только для охоты, но и для рубки и обтесывания деревьев, для постройки жилищ. Этот период в истории человеческого общества, когда основные орудия делались из камня, называется каменным веком. Он тянулся десятки тысяч лет.
Многие из вас видели в музеях первобытные каменные орудия. Вернее, то, что от них осталось,— стесанные, затупившиеся куски камня, уже негодные к употреблению. Человек бросал их там, где жил, и делал себе новые. Так постепенно в первобытных поселениях росли кучи каменных обломков, которые сейчас бережно собирают археологи. Глядя на них, трудно поверить, что именно они помогли человеку выжить в борьбе с враждебным окружающим его миром. Но нельзя забывать, что выглядели они раньше совсем не так, как сейчас. В создании каменных орудий человек в конце концов достиг большого совершенства. Обтесывая камень другим камнем, он придавал ему изящную и целесообразную форму. А чтобы ножи, топоры, рубила были острее и удобнее в работе, их шлифовали и полировали мокрым песком. Кроме того, уже в те времена человек заметил, что хорошо отполированное каменное орудие служит гораздо дольше. Разумеется, человек не понимал, отчего это происходит. Это поняли уже в наши дни на примере металлических изделий. Но вернемся к камню.
Долгое время набор орудий был очень ограниченный. Собственно, древнейших каменных орудий было только два: скребок и рубило. Потом появился топор: рубило, привязанное к палке. Потом — ножи, копья, дротики, стрелы с наконечниками из твердого камня, шила, грузила, молотки, мотыги, долота... Развивалось и изготовление орудий из дерева, кости, морских раковин. Теперь уже далеко не каждый мастер мог сделать хороший каменный топор, или костяную иглу, или рыболовный крючок из раковины. А когда человек научился земледелию и от кочевого образа жизни перешел к оседлому, появились даже специальные мастерские по выделке каменных орудий. Их уже требовалось так много, что исходного материала стало не хватать. Приходилось уходить все дальше и дальше от селения, чтобы найти подходящие твердые камни. И в этих поисках человеку иногда попадались металлы — золото, серебро и медь, которые встречаются в природе в естественном, так называемом самородном состоянии. Изобретательные мастера начали использовать эти металлы, однако вовсе не для орудий труда.
Для этого они просто не годились. Золото и серебро — очень мягкие металлы. Они расплющиваются даже от слабого удара. Самородная медь потверже, но все равно гораздо мягче камня. Топор из нее затупится после нескольких минут работы. Поэтому металлы сначала пошли на украшения. Очевидно, человека привлекали их блеск и легкость обработки. Металлы можно было ковать, гнуть, расплющивать в тонкие пластинки. Вот люди и стали делать из них кольца, бусы, броши, обручи для рук и ног. В те далекие времена, как и сейчас, людей радовали красивые вещи. И не только красивые топоры, ножи, иглы. Людям хотелось иметь и просто украшения, то есть вещи, единственное назначение которых — красота. Пожалуй, даже в ту суровую эпоху это было важнее, чем сейчас.
Золото и серебро еще очень долго оставались металлами только для украшений. А вот самородная медь вскоре начала служить человеку и как материал для различных орудий. Топоров из нее, правда, не делали, но для ножей, рыболовных крючков, наконечников стрел и копий она подходила. Человек обнаружил у металла одно важнейшее свойство, которым не обладал камень — способность восстанавливать свою форму. Если ломался каменный нож, его приходилось просто выбрасывать. Если нож из меди тупился и гнулся, его можно было выпрямить, наточить и снова пустить в дело. Способность восстанавливать форму и обеспечила в конце концов металлам широкое распространение. И помог им в этом давний друг человека — огонь.
Сначала он служил защитой от диких зверей и обогревал в холодные вечера. Потом люди научились варить на огне пищу. Для этого понадобились сосуды, в которых можно кипятить воду. Их начали делать из глины. Вылепив кувшин или горшок, мастер обжигал его в пламени костра, чтобы придать крепость. Затем костер, в котором обжигали глиняные изделия, стали обносить камнями для защиты пламени от ветра. Получился примитивный обжиговый горн. Температура в нем была выше, чем в открытом костре, и глиняные изделия получались крепче.
Но среди камней, которыми ограждали костер, попадались и куски медной руды. В огне эта руда расплавлялась и превращалась в медь. Однако прошло достаточно много времени, прежде чем человек подметил эти превращения и стал специально загружать медную руду в костер, чтобы получить металл. Так родилась металлургия.
Теперь человеку не надо было искать редкие «гнезда» самородных металлов. К его услугам были обширные месторождения руды, из которых ее можно было черпать сотнями лет. К тому же и медь, выплавленная из руды, оказалась гораздо крепче самородной. Правда, орудия из нее все еще уступали каменным по крепости, зато изготовлять их было гораздо легче. Чтобы обтесать каменный топор, требуется очень много сил и времени. Не легко выковать топор и из куска холодной самородной меди. А вот когда призвали на помощь огонь, все стало гораздо легче и быстрее. Мастер раскалял кусок меди в костре, клал его на гладкий камень, ковал каменным молотом, и через десяток минут топор был готов. А затупился он или расплющился — опять его в огонь и на наковальню. Да ко всему еще оказалось, что из металла можно изготовлять такие изделия, какие из камня никак не получишь. Например, меч. Да он сломается после первого же удара! А если меч сделать потолще и покрепче, он станет настолько тяжел, что его не поднимет ни один богатырь. Медные же мечи оказались и легкими, и надежными в бою.
Также невозможно сделать каменный наконечник к сохе. Поэтому древнему человеку приходилось разрыхлять почву каменными мотыгами, а ими не подготовишь хорошо поле к севу. Только когда появилась соха с медным лемехом, земледелие стало полностью обеспечивать людей продуктами питания.
И все же чистая медь не была тем металлом, который позволил человеку покорить природу. Слишком все-таки она была мягка. Медные орудия быстро тупились, гнулись, выходили из строя. Гораздо прочнее оказалась бронза — сплав меди с оловом. Орудия из нее постепенно вытеснили медные. Бронзовый топор гораздо лучше рубил деревья и реже тупился. Бронзовый меч был куда надежнее в бою. Недаром следующий за каменным век получил название бронзового. Правда, это название не совсем точное, поскольку бронзовые орудия вовсе не вытеснили каменные.
В Древнем Египте медь, выплавленная из руды, была известна уже за пять тысяч лет до нашего летосчисления. Позже появилась бронза. Казалось бы, камню пришел конец. Однако человек по-прежнему пользовался каменными орудиями там, где нужна была большая твердость. Например, при постройке знаменитых египетских пирамид огромные каменные блоки обтесывались не только медными и бронзовыми долотами, но и нефритовыми рубилами. Нефрит был все-таки тверже бронзы да и стоил дешевле. Только с появлением дешевых изделий каменные орудия окончательно исчезли из обихода.
Существует предположение, что первое железо, которым начали пользоваться люди, досталось им... с неба. В метеоритах. Основано это предположение на названии железа у разных народов. Так, у древних египтян железо называлось «вааепере», что означает «родившееся на небе». Древние копты называли его «камнем неба». Но железные метеориты достаточно редки, вероятность их находок крайне мала. А тут ведь необходимо было не только найти метеорит, но и догадаться выковать из него изделие. Очевидно, все-таки железо пришло к людям, в основном, вполне земным путем. Оно хотя и редко, но все же встречается в самородном состоянии. А вернее всего, в те же горны, где выплавлялась медь, попадали кусочки железной руды, которые в огне превращались в железо. И мастера в конце концов догадались, что из этого темного вещества можно изготовить гораздо более крепкие ножи, топоры, мечи, чем из бронзы.
Достоверно одно: очень долгое время железа было так мало, что изделия из него ценились гораздо дороже золота. Среди сокровищ египетских пирамид, где золота очень много, ученые нашли несколько украшений из простого железа. Всего лишь несколько! Только очень богатые люди могли иметь железные кольца или броши. А один восточный деспот даже издал закон, под страхом смертной казни запрещающий всем, кроме него разумеется, носить железные украшения. Древнегреческий географ и историк Страбон писал, что в глубине Африки живут племена, которые за слиток железа дают десять слитков золота. В «Одиссее» Гомера рассказывается, что победителям в спортивных состязаниях вручали кусок золота и кусок железа — самые большие в те времена драгоценности.
Но железо недолго ценилось наравне с золотом. В конце концов люди нашли дешевые и производительные способы его изготовления — выплавку из руды в металлургических печах. После этого оно начало быстро падать в цене. И уже не украшения делали из него, а гораздо более прозаические и полезные вещи — топоры, лопаты, ножи, гвозди, мечи, кольчуги и т. д. На Земле наступил железный век. Продолжается он и до сих пор.
Мы уже говорили, что металлы сформировали нашу цивилизацию. На каждом этапе ее развития металлургия давала обществу все более совершенные орудия труда, с помощью которых человек покорял и преобразовывал природу, и все более грозное оружие. Это значение металлов отчетливо понимали уже в древности. Древнеримский историк Плиний-старший писал в своей «Естественной истории»: «Железные рудники доставляют человеку превосходнейшее и зловреднейшее орудие. Ибо этим орудием вспахиваем мы землю, сажаем кустарники, обрабатываем плодовые сады и, обрезывая дикие лозы с виноградом, понуждаем их каждый год молодеть. Этим орудием выстраиваем дома, разбиваем камни и употребляем железо на все подобные надобности. Но тем же самым железом производим битвы и грабежи и употребляем его не только вблизи, но и посылаем окрыленное вдаль, то из бойниц, то из мощных рук, то в виде оперенных стрел. Самое порочное, по моему мнению, ухищрение ума человеческого. Ибо, чтобы смерть поскорее постигла человека, сделали ее крылатою и железу придали перья. Того ради да будет вина приписана человеку, а не природе».
Превосходнейшее и зловреднейшее... Самое порочнейшее ухищрение ума человеческого... Какие противоречивые характеристики! И это все о железе — фундаменте цивилизации, как мы сейчас говорим. А ведь Плиния-старшего испугало совсем уж безобидное на наш взгляд оружие — мечи, копья и стрелы. Что бы он сказал, если бы увидел современные пушки и пулеметы, танки и крейсеры! Впрочем, в конце своей гневной тирады он делает совершенно правильный философский вывод — дело не в металлах, дело в том, как металлы используются. А это выбирает человек.
Впрочем, использование металлов зависит также и от их свойств. О различных металлах и их свойствах и рассказывает эта книга. О блестящей плеяде ученых, которые упорным трудом вырвали у металлов их секреты и заставили их служить человеку. А это очень нелегко — природа неохотно раскрывает свои тайны. Но работа продолжается. В научно-исследовательских институтах, в заводских лабораториях изо дня в день, из года в год трудятся ученые, проникая с помощью современной техники в глубь строения металлов, создавая новые материалы, до которых «не додумалась» природа. И об этом вы тоже узнаете, прочтя книгу.
