10 materiale minune

Titlul original al acestei cărți este­ STUFF MATTERS: The Strange Stories of the Marvelous Materials that Shape Our Man-made World de Mark Miodownik.

Copyright © 2013 Mark Miodownik.

Original English language edition first published by Penguin Books Ltd, London in 2014. The author has asserted moral rights. All rights reserved.

© Publica, 2017, pentru ediția în limba română Toate drepturile rezervate. Nicio parte din această carte nu poate fi reprodusă sau difuzată în orice formă sau prin orice mijloace, scris, foto sau video, exceptând cazul unor scurte citate sau recenzii, fără acordul scris din partea editorului.

Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României MIODOWNIK, MARK 10 materiale minune şi poveștile lor incredibile / Mark Miodownik ; trad.: Vasile Decu. - București : Publica, 2017 Conţine bibliografie ISBN 978-606-722-240-1 I. Decu, Vasile (trad.)

62

EDITORI: Cătălin Muraru, Silviu Dragomir DIRECTOR EXECUTIV: Bogdan Ungureanu DESIGN: Alexe Popescu REDACTOR: Mihaela Apetrei CORECTORI: Paula Rotaru, Elena Bițu DTP: Florin Teodoru

Pentru Ruby, Lazlo și cea mică

CUPRINS

Introducere ��������������������������������������������������������������������������������� 9 1. Invincibil ����������������������������������������������������������������������������� 23 2. De încredere ����������������������������������������������������������������������� 47 3. Esențial �������������������������������������������������������������������������������� 81 4. Delicioasă ������������������������������������������������������������������������� 105 5. Uimitoare �������������������������������������������������������������������������� 127 6. Imaginativ ������������������������������������������������������������������������ 151 7. Invizibilă ��������������������������������������������������������������������������� 189 8. Indestructibil ������������������������������������������������������������������� 213 9. Rafinat ������������������������������������������������������������������������������ 239 10. Nemuritoare �������������������������������������������������������������������� 257 11. Sinteză ������������������������������������������������������������������������������ 279 Mulțumiri ������������������������������������������������������������������������������� 297 Credite foto ����������������������������������������������������������������������������� 301 Lecturi suplimentare ����������������������������������������������������������� 303

8 M A R K M I O D OW N I K

I

În timp ce stăteam în metrou, cu sângele șiroind din ceea ce mai târziu am descoperit a fi o plagă înjunghiată de 13 cen‑ timetri lungime, mă gândeam serios la ce să fac. Era în mai 1985 și tocmai sărisem în tren, fix înainte de închiderea ușilor, scăpând astfel de atacatorul meu, care reușise însă să mă taie pe spate. Rana mă ustura ca o tăietură de hârtie foarte severă și nu știam cât de gravă era, dar, ca elev britanic ce mă găseam pe vremea aceea, rușinea a învins logica. Așa că, în loc să caut ajutor, am decis că cel mai bun lucru pe care îl puteam face era să mă așez pe scaunul din metrou și să mă duc acasă, ceea ce, în mod ciudat, am și făcut.

Ca să‑mi distrag atenția de la durere și de la sentimentul neplăcut al sângelui care mi se scurgea pe spate, am încercat să înțeleg ce anume se întâmplase. Atacatorul meu mă abor‑ dase pe peron, cerându‑mi bani. Când am dat din cap că nu, s‑a apropiat supărător de mult, m‑a privit fix și mi‑a spus că are un cuțit. Când mi‑a vorbit, câteva picături de salivă din gura lui mi‑au aterizat pe ochelari. I‑am urmărit privirea, care s‑a îndreptat către buzunarul hanoracului său albas‑ tru, în care își îndesase mâna. Am avut senzația că acolo, în umflătura buzunarului, era doar degetul arătător. Apoi mi‑a

9 1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

Introducere

M A R K M I O D OW N I K 10

venit în minte alt gând: chiar dacă ar fi avut un cuțit, ar fi fost prea mic ca să încapă în buzunarul ăla, deci nu avea cum să‑mi facă prea mult rău. Aveam și eu bricege și știam că i‑ar fi fost foarte greu, cu un astfel de cuțit, să străpungă rându‑ rile de haine cu care eram îmbrăcat: geaca de piele, de care eram foarte mândru, sacoul gri de lână al uniformei școlare, puloverul de nailon, cămașa albă din bumbac cu obligatoria cravată școlară în dungi, înnodată doar pe jumătate, și vesta de bumbac. Mi‑am făcut rapid un plan în minte: să‑l țin de vorbă și apoi să tâșnesc pe lângă el și să mă urc în tren chiar înainte să se închidă ușile. Vedeam deja trenul apropiindu‑se și eram sigur că nu va avea timp să reacționeze.

E amuzant că am avut dreptate măcar într‑o privință: nu avea un cuțit. Arma lui era o lamă de ras înfășurată în bandă adezivă. Această bucățică de oțel, de mărimea unui timbru, a tăiat prin cinci rânduri de haine, apoi prin epidermă și dermă, într‑o singură lovitură, fără nicio problemă. Când am văzut arma mai târziu, la secția de poliție, am fost fascinat. Mai văzusem lame de ras, desigur, dar acum mi‑am dat seama că nu le cunoșteam deloc. În perioada aceea tocmai începusem să mă bărbieresc și le văzusem doar în plasticul portocaliu și prietenos al aparatelor Bic, cu care mă simțeam în siguran‑ ță. În timp ce polițiștii mă întrebau despre armă, masa din‑ tre noi s‑a mișcat și, odată cu ea, și lama. În mișcarea aceea, a strălucit în lumina fluorescentă și am văzut clar că muchia ei era în continuare perfectă, neafectată de efortul din acea după‑amiază.

Mai târziu, țin minte că a trebuit să completez un formu‑ lar, avându‑i alături pe părinții mei, care așteptau cu nerăb‑ dare să termin, întrebându‑se de ce ezit. Îmi uitasem oare numele și adresa? De fapt, rămăsesem blocat cu privirea pe capsa din colțul hârtiei. Eram destul de sigur că și ea era făcută

11 1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

tot din oțel. Această banală bucată de metal argintiu găuri‑ se cu precizie hârtia. Am examinat și partea din spate. Cele două capete erau îndoite perfect unul lângă celălalt, ținând foile de hârtie ca într‑o îmbrățișare strânsă. Nici măcar un bijutier nu ar fi făcut o treabă mai bună. (Mai târziu am aflat că primul capsator a fost făcut manual pentru regele Louis al XV‑lea al Franței, fiecare capsă purtând emblema sa. Cine ar fi crezut despre capsatoare că au sânge nobil?) Am ară‑ tat‑o părinților mei, categorisind‑o drept „excelentă”, dar ei s‑au uitat unul la altul cu îngrijorare, crezând, fără îndoială, că am o cădere nervoasă. Și probabil că aveau dreptate. Cu siguranță că se petrecea ceva foarte ciudat. Lua naștere obsesia mea pentru materi‑ ale – începând cu oțelul. Brusc am devenit ultrasensibil față de prezența lui la tot pasul, lucru de care îți dai seama abia după ce începi să te uiți cu adevărat în jurul tău. L‑am văzut în vârful pixului pe care‑l foloseam pentru a completa for‑ mularul de la poliție; a zdrăngănit în cheile pe care le agita nervos tata; mai târziu, m‑a adăpostit și m‑a dus acasă, aco‑ perind mașina la exterior, într‑un strat subțire cât o carte poștală. În mod ciudat, am simțit că mașina noastră Mini, de obicei foarte gălăgioasă, s‑a purtat excelent în ziua aceea, de parcă materialul își cerea scuze pentru incidentul cu înjun‑ ghierea. Când am ajuns acasă, m‑am așezat lângă tata, la masa din bucătărie, și am mâncat în tăcere supa făcută de mama. Apoi m‑am oprit, pentru că mi‑am dat seama că am în gură o bucată de oțel. Am supt în mod conștient lingura din oțel inoxidabil cu care mâncam supa, apoi am scos‑o și i‑am studiat luciul atât de puternic, încât îmi puteam vedea în căușul ei chiar și fața distorsionată.

— Ce este asta? am întrebat, fluturând lingura spre tata. Și de ce nu are niciun gust?

M A R K M I O D OW N I K 12

Am băgat‑o înapoi în gură, ca să mai verific o dată, și am supt puternic.

Mi‑au venit apoi un milion de întrebări. De ce acest mate‑ rial face atâtea lucruri pentru noi, însă nu vorbim despre el aproape deloc? Este un personaj intim al vieții noastre – îl băgăm în gură, îl folosim ca să scăpăm de părul nedorit, con‑ ducem prin oraș în el – și ne este un prieten de nădejde, dar nu prea știm nimic despre el. De ce o lamă taie, dar o agrafă se îndoaie? De ce sunt metalele lucioase? Dar de ce este sticla transparentă? De ce urăște toată lumea betonul, dar iubim cu toții diamantul? Și de ce e ciocolata atât de gustoasă? De ce arată și de ce se comportă materialele așa cum o fac?

De la incidentul cu înjunghierea, mi‑am petrecut o parte covâr‑ șitoare din timpul meu având această obsesie față de materi‑ ale. Am studiat știința materialelor la Oxford University, am obținut un doctorat în aliajele pentru motoarele cu reacție și am lucrat ca cercetător al materialelor și inginer în unele dintre cele mai avansate laboratoare din lume. De‑a lungul timpului, fascinația mea față de materiale a continuat să creas‑ că – la fel și colecția mea de mostre extraordinare. Acestea se găsesc acum integrate într‑o uriașă bibliotecă a materialelor, construită împreună cu prietenii și colegii mei Zoe Laughlin și Martin Conreen. Unele sunt extrem de exotice, precum o buca‑ tă din aerogelul folosit de NASA, care, fiind 99,8% aer, pare un fum solid; altele sunt radioactive, precum sticla de uraniu pe care am descoperit‑o în fundul unui magazin de antichități din Australia; altele sunt mici, dar șocant de grele, precum lingou‑ rile de metal tungsten, extras cu mare dificultate din mineralul wolframit; altele sunt foarte familiare, dar cu secrete, pre‑ cum mostra de beton care se repară singur. Împreună, această colecție de peste 1 000 de materiale reprezintă ingredientele

13 1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

cu care ne‑am construit lumea, de la locuințe la haine, mașini sau artă. Colecția este găzduită acum la Institute of Making, de la University College London. Ai putea să reconstruiești civilizația noastră folosind conținutul acestei colecții – dar și s‑o distrugi. Însă există un depozit mult mai mare, care cuprinde peste un milion de materiale, cel mai mare din istorie, care crește cu o rată exponențială: însăși lumea creată de om. Uită‑te puțin la fotografia din pagina următoare. Mă înfățișează bând ceai pe acoperișul apartamentului meu. Este banală în majorita‑ tea privințelor, cu excepția faptului că, dacă te uiți cu atenție, vezi un catalog al materiei din care este construită întreaga noastră civilizație. Aceste lucruri sunt importante. Dacă scoți din această scenă betonul, sticla, textilele, metalul și restul materialelor, rămân în aer, dezbrăcat și tremurând. Ne place să ne considerăm ființe civilizate, dar civilizația noastră este, în cea mai mare parte, un cadou al bogăției noastre mate‑ riale. Fără aceste lucruri, ne‑am confrunta rapid cu aceeași luptă elementară pentru supraviețuire, ca animalele. Într‑o anumită măsură, deci, ceea ce ne permite să ne comportăm ca oameni sunt hainele noastre, locuințele noastre, orașele noastre, lucrurile noastre, pe care le animăm cu obiceiurile și limbajul nostru. (Acest lucru devine foarte clar dacă vizitezi o zonă lovită de vreun dezastru.) Astfel, lumea materială nu este doar o reprezentare a tehnologiei și a culturii noastre, este o parte din noi. Noi am inventat‑o, noi am construit‑o și, la schimb, ea ne face cine suntem azi.

Importanța fundamentală pe care o au pentru noi materi‑ alele este demonstrată și de numele pe care le‑am dat diver‑ selor stadii ale civilizației umane – Epoca de Piatră, Epoca Bronzului, Epoca Fierului –, fiecare eră nouă a existenței noastre fiind generată de câte un material nou. Oțelul a fost

M A R K M I O D OW N I K 14

materialul care a definit epoca victoriană, oferindu‑le ingi‑ nerilor libertatea de a‑și exprima visurile și de a crea poduri suspendate, calea ferată, motoarele cu aburi și vapoarele de

15 1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

linie. Marele inginer Isambard Kingdom Brunel l‑a folosit pentru a transforma peisajul, punând bazele modernității.

Secolul XX este considerat drept Epoca Siliciului, datorită progreselor din știința materialelor, care ne‑au adus cipul de siliciu și revoluția IT. Dar asta ignoră restul caleidoscopului de materiale noi care, în aceeași perioadă, au revoluționat și ele stilul modern de viață. Arhitecții au luat panourile de sticlă, produse în serie, și le‑au combinat cu structurile de oțel pentru a produce zgârie‑norii care au inventat un nou tip de viață urbană. Designerii de produs sau de modă au adoptat plasticul și ne‑au transformat locuințele și gardero‑ ba. Polimerii au fost folosiți pentru a produce celuloidul și au adus cea mai mare schimbare în cultura noastră vizuală din ultimele câteva mii de ani – cinematograful. Dezvoltarea aliajelor de aluminiu și a superaliajelor de nichel ne‑a permis să construim motoarele de avion și să zburăm ieftin, accele‑ rând astfel ciocnirea culturilor. Ceramica medicală și denta‑ ră ne‑a permis să ne reconstruim trupurile și să redefinim handicapurile și bătrânețea – și, așa cum sugerează și nume‑ le de „chirurgie plastică”, materialele sunt deseori esențiale pentru noile tratamente folosite pentru redarea unor apti‑ tudini fizice (protezele de șold) ori augmentarea trăsături‑ lor noastre (implanturile de silicon pentru mărirea sânilor).

Expozițiile Body Worlds, ale lui Gunther von Hagens, sunt și ele dovezi ale influenței culturale exercitate de noile bio‑ materiale, care ne invită să ne admirăm starea fizică atât în viață, cât și în moarte.

Această carte este pentru cei care vor să descifreze lumea materială pe care ne‑am construit‑o și să descopere de unde au apărut aceste materiale, cum funcționează ele și ce spun despre noi. Materialele în sine sunt adeseori surprinzător de obscure, în ciuda faptului că le găsim peste tot în jurul nostru.

M A R K M I O D OW N I K 16

La o primă vedere, ele își dezvăluie rareori trăsăturile defini‑ torii, camuflându‑se pe fundalul vieților noastre. Majoritatea metalelor sunt lucioase și gri; câți oameni pot deosebi alumi‑ niul de oțel? Diversele tipuri de lemn sunt clar diferite unul față de altul, dar câți oameni pot spune de ce? Plasticul este și mai derutant; cine știe diferența dintre polietilenă și polipro‑ pilenă? Dar, și mai important, ar trebui oare să ne pese?

Mie îmi pasă și vreau să‑ți spun de ce. Iar când subiectul acestei cărți este materia din care este făcut totul din jurul nostru, aș putea începe de oriunde. Din aceste două motive, am ales ca punct de pornire și inspirație pentru cuprinsul căr‑ ții o fotografie cu mine, stând pe acoperișul apartamentului.

Am ales zece materiale prezente în această fotografie, pen‑ tru a le spune poveștile. Pentru fiecare dintre ele, am încercat să descopăr nevoia care le‑a adus pe lume, să decodez știința din spatele lor, să împărtășesc încântarea privind abilitățile noastre tehnologice în conceperea lor, dar mai ales să încerc să explic de ce contează.

Pe parcurs, vom descoperi că, la fel ca în cazul oamenilor, diferențele reale dintre materiale sunt ascunse adânc sub suprafață, într‑o lume închisă majorității oamenilor, în lipsa unor echipamente științifice sofisticate. Deci, pentru a înțe‑ lege materialitatea, suntem nevoiți să părăsim scara umană a experiențelor și să mergem spre spațiul interior al materiale‑ lor. Abia la această scară microscopică descoperim de ce unele materiale miros, dar altele sunt inodore; de ce unele materia‑ le rezistă o mie de ani, dar altele se îngălbenesc și se sfărâmă la lumina soarelui; de ce sticla poate fi și antiglonț, în timp ce un pahar de vin se sparge la cea mai mică provocare. Călătoria în această lume microscopică ne dezvăluie știința din spatele alimentelor, al hainelor și gadgeturilor noastre, al bijuteriilor și, desigur, al corpurilor noastre.

17 1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

Dar, chiar dacă scara fizică a acestei lumi este mult mai mică decât a noastră, descoperim că viața ei este deseori sem‑ nificativ mai mare. Să luăm ca exemplu o bucată de pâine, care există la aceeași scară ca părul. Firele textile sunt structuri artificiale aflate la limita vizibilității noastre, dar care ne‑au permis să facem frânghii, pături, covoare și, cel mai impor‑ tant, haine. Textilele sunt printre primele materiale făcute de om. Când purtăm o pereche de blugi sau orice altă piesă de îmbrăcăminte, purtăm o structură țesută la nivel mini‑ atural, al cărei design este mai vechi decât complexul de la Stonehenge. Hainele ne‑au ținut de cald și ne‑au protejat de‑a lungul întregii noastre istorii înregistrate, păstrându‑ne și în ton cu moda. Dar ele reprezintă deopotrivă și o formă de „înaltă tehnologie”. În secolul XX am învățat cum să facem din textile costume spațiale suficient de rezistente pentru a‑i proteja pe astronauții care pășesc pe Lună; am făcut tex‑ tile solide pentru proteze de membre; iar dintr‑o perspectivă personală, eu sunt foarte fericit să menționez și crearea hai‑ nelor care protejează împotriva atacurilor cu obiecte tăioase, făcute dintr‑o fibră sintetică extrem de rezistentă, numită Kevlar. Această evoluție a tehnologiei materialelor de‑a lun‑ gul mileniilor este un subiect la care mă voi întoarce frecvent în această carte.

Fiecare capitol prezintă nu doar un material nou, ci și un mod nou de a privi materialele – pe unele dintr‑o perspectivă esențial istorică, pe altele dintr‑o perspectivă ceva mai per‑ sonală; unele sunt ostentativ dramatice, altele au sobrietate științifică; unele se concentrează pe viața culturală a mate‑ rialului, altele, pe uimitoarele sale abilități tehnice. Toate capitolele sunt o combinație unică a acestor abordări, din sim‑ plul motiv că materialele și relațiile noastre cu ele sunt prea diverse pentru ca o singură perspectivă să li se potrivească

M A R K M I O D OW N I K 18

tuturor. Domeniul științei materialelor ne oferă cel mai puternic și mai coerent cadru pentru înțelegerea lor tehnică, dar materialele nu înseamnă numai știință, deoarece totul trebuie să fie construit din ceva, iar cei care le construiesc – artiștii, designerii, bucătarii, inginerii, tâmplarii, bijutierii, chirurgii și alții – au cu toții înțelegeri diferite ale aspectelor practice, emoționale și senzoriale ale materialelor cu care lucrează. Am încercat să surprind tocmai această diversitate a cunoașterii materialelor.

De exemplu, capitolul despre hârtie este compus dintr‑o serie de subcapitole nu doar pentru că hârtia are numeroase forme, ci și pentru că este folosită de aproape toată lumea într‑o multitudine de feluri. În schimb, capitolul despre bio‑ materiale este o călătorie în interiorul sinelui nostru mate‑ rial: trupurile noastre. Acesta este un teren care devine rapid Vestul Sălbatic al științei materialelor, cu materiale noi care deschid granițe bionice noi și care permit corpului să se reconstruiască cu ajutorul bioimplanturilor concepute pentru a se combina „inteligent” cu țesuturile și sângele nos‑ tru. Astfel de materiale au ramificații profunde în societate, deoarece promit să schimbe fundamental relația noastră cu noi înșine.

Pentru că totul este, la origine, creat din atomi, nu putem evita să vorbim despre regulile care îi guvernează, descrise de teoria numită mecanică cuantică. Asta înseamnă că, pe măsură ce intrăm în lumea atomică a lucrurilor extrem de mici, trebuie să abandonăm logica obișnuită, ca să discutăm despre funcții de undă și stări ale electronului. Un număr tot mai mare de materiale sunt concepute direct la această scară și pot îndeplini sarcini aparent imposibile. Cipurile de siliciu create folosind mecanica cuantică ne‑au adus deja era informațională. Celulele solare, create într‑un mod similar,

19 1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

au potențialul de a ne rezolva problemele energetice, folo‑ sind numai lumina soarelui. Dar nu am ajuns încă acolo, așa că depindem în continuare de petrol și cărbune. De ce? În această carte încerc să fac lumină asupra limitelor pe care sperăm să le atingem în acest domeniu, examinând una din‑ tre cele mai mari promisiuni ale momentului: grafenul.

Ideea centrală a științei materialelor este, deci, că schim‑ bările de la aceste scări invizibile se manifestă ca schimbări în comportamentul materialului la scară umană. Acesta este procesul pe care l‑au descoperit strămoșii noștri atunci când au început să facă materiale noi, precum bronzul sau oțelul, chiar dacă nu aveau microscoapele necesare pentru a vedea ce se întâmplă de fapt – o realizare uimitoare. De exemplu, atunci când lovești o bucată de metal, nu‑i schimbi doar forma, ci și structura interioară. Dacă îl lovești într‑un anumit fel, această structură se schimbă într‑un mod în care metalul devine mai tare. Strămoșii noștri știau asta din experiență, chiar dacă nu înțelegeau de ce. Această acumu‑ lare graduală de cunoștințe ne‑a adus din Epoca Pietrei în secolul XX, chiar și fără o înțelegere reală a structurii mate‑ rialelor. Importanța acestei înțelegeri empirice a materiale‑ lor, încapsulată în meșteșuguri precum fierăria, este valabilă și astăzi: cunoaștem aproape toate materialele din această carte cu mâinile, dar și cu mintea noastră.

Această relație senzorială și personală cu lucrurile din jurul nostru are consecințe fascinante. Iubim unele materi‑ ale în ciuda defectelor lor și le detestăm pe altele chiar dacă sunt mult mai practice. Ceramica, de exemplu. Este materi‑ alul bucătăriei: farfuriile, bolurile și ceștile noastre. Nicio locuință și niciun restaurant nu ar fi complete fără acest material. Îl folosim de când am inventat agricultura, acum

M A R K M I O D OW N I K 20

mii de ani, însă ceramica are vulnerabilități cronice la spăr‑ turi și fisuri, în cele mai nepotrivite momente. De ce nu am schimbat‑o pe materiale mai rezistente, precum plasticul ori metalul, pentru farfuriile și ceștile noastre? De ce am rămas blocați la ceramică, în ciuda deficiențelor sale mecanice?

Acest tip de întrebare este studiat de o mare diversitate de oameni de știință, de la arheologi și antropologi la designeri și artiști. Dar mai există o disciplină științifică dedicată în mod special investigării sistematice a interacțiunilor noas‑ tre cu materialele. Această disciplină, numită psihofizică, a făcut unele descoperiri foarte interesante. De exemplu, stu‑ diile privind „caracterul crocant” au arătat că sunetul creat de unele alimente este la fel de important pentru plăcerea noastră precum gustul lor. Asta i‑a inspirat pe unii bucătari să creeze feluri noi de mâncare, cu efecte sonore intenționa‑ te. Iar unii producători de chipsuri au sporit nu doar textu‑ ra crocantă a cartofilor, ci și „gălăgia” ambalajului. Explorez unele dintre aceste aspecte psihofizice în capitolul dedicat ciocolatei, unde arăt că ele au fost un factor major în inova‑ țiile apărute de‑a lungul secolelor.

Această carte nu se vrea nici pe departe un studiu exhaus‑ tiv al materialelor ori al relațiilor lor cu cultura umană, ci doar o colecție de instantanee ale modurilor în care ne influ‑ ențează viața și un argument că până și cele mai banale acti‑ vități, precum băutul unui ceai pe acoperiș, sunt bazate pe o mare complexitate materială. Nu trebuie să mergi într‑un muzeu ca să te minunezi de felul în care istoria și tehnologia au influențat cultura umană; efectele lor sunt peste tot în jurul nostru. Însă, în cea mai mare parte a timpului, le igno‑ răm. Suntem nevoiți să facem asta: am fi considerați nebuni dacă ne‑am petrece timpul mângâind betonul cu vârfurile

I

21 1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

degetelor, oftând impresionați. Dar există și momente potri‑ vite pentru o astfel de contemplare: episodul în care am fost tăiat pe peronul metroului a reprezentat pentru mine unul dintre acestea și sper că această carte îți poate oferi și ție o clipă de reflecție.

22 M A R K M I O D OW N I K

1

1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

23

Invincibil

M A R K M I O D OW N I K 24

Niciodată până atunci nu mai fusesem pus să semnez un contract de confiden‑ țialitate în toaleta unui bar, așa că m‑am bucurat după ce am descoperit că asta era tot ce voia Brian de la mine. Îl cunos‑ cusem doar cu o oră înainte. Ne aflam în Sheehan’s, un bar din Dun Laoghaire, nu departe de serviciul meu. Brian era un bărbat cu fața roșie, la vreo 60 de ani, care se sprijinea într‑o cârjă, din cauza picioru‑ lui său bolnav. Era ferchezuit, îmbrăcat la costum, și avea părul încărunțit, cu tonuri gălbui. Suda țigări Silk Cut. Imediat ce a aflat că sunt cercetător, a ghicit corect că voi fi interesat să‑i aud poveștile de viață din Londra anilor 1970, când s‑a aflat la locul și momentul potrivit să vândă cipuri de siliciu Intel 4004, pe care le importa în cutii de 12 000 de bucăți pentru o liră și le vindea apoi pe zece lire tinerei industrii IT. Când i‑am menți‑ onat că studiam aliaje de metal la Departamentul de Inginerie Mecanică al University College London, a devenit gânditor și a tăcut pentru prima dată în întâlnirea noastră. Am considerat că‑i un moment oportun să merg la toaletă.

Contractul de confidențialitate fusese scrijelit pe o buca‑ tă de hârtie pe care era clar că tocmai o rupsese din carnet.

Conținutul era scurt. Stipula că îmi va explica invenția sa, iar eu trebuia să‑i păstrez secretul. În schimb, el urma să‑mi plătească o liră irlandeză. L‑am rugat să‑mi spună mai multe, dar a făcut amuzat gestul pecetluirii buzelor. Nu înțelegeam însă de ce trebuia să avem această conversație într‑o cabină de toaletă. Peste umărul lui vedeam clienții barului intrând și ieșind de la closet. M‑am gândit chiar dacă nu cumva ar trebui să strig după ajutor. Brian s‑a căutat prin buzunarele gecii și a scos un pix, iar din blugi a apărut o bancnotă șifonată. Era foarte insistent.

Este ciudat că oțelul nu a fost înțeles de știință până în seco‑ lul XX. Înainte de asta, timp de mii de ani, turnarea oțelului era transmisă de‑a lungul generațiilor ca un meșteșug. Chiar și în secolul al XIX‑lea, când aveam o înțelegere teoretică impre‑ sionantă a astronomiei, fizicii și chimiei, fabricarea fierului și oțelului, pe care se baza Revoluția Industrială, era realizată în mod empiric – prin intuiții, observații atente și mult noroc. (Ar fi putut oare Brian să aibă așa un noroc și să fi descoperit un nou proces revoluționar pentru ascuțirea lamelor de ras? Am descoperit că nu eram pregătit să‑i neg cu totul această idee.)

25 1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

Am semnat hârtia pe peretele plin de mâzgălituri al toale‑ tei. A semnat și el, mi‑a dat lira, așa că aveam acum un docu‑ ment legal. Întorși la băuturile noastre de pe bar, l‑am ascultat pe Brian explicându‑mi că a inventat un aparat electric care ascuțea lamele de ras tocite. Asta urma să revoluționeze afa‑ cerea bărbieritului, mi‑a spus el, deoarece oamenii vor avea nevoie de o singură lamă de ras, toată viața. Cu o singură lovi‑ tură, urma să falimenteze această industrie de miliarde de dolari, să devină excepțional de bogat și să reducă din consu‑ mul bogățiilor minerale ale Pământului.

— Ce zici de asta? m‑a întrebat, sorbind triumfător din halba de bere.

I‑am aruncat o privire plină de neîncredere. Mai devreme sau mai târziu, fiecare cercetător este abordat de cineva care are o idee trăsnită pentru o invenție. În plus, lamele de ras erau un subiect sensibil pentru mine. M‑am simțit neplăcut și ca pe ace, în timp ce‑mi conștientizam tot mai mult cicatricea lungă de pe spate, rezultatul întâlnirii de pe peronul stației de metrou Hammersmith. Dar i‑am făcut semn să continue și am ascultat mai departe...

M A R K M I O D OW N I K 26

În Epoca Pietrei, metalul era extrem de rar și foarte pre‑ țuit, din moment ce singurele surse de pe planetă erau cuprul și aurul, care pot fi găsite în mod natural, deși destul de rar, în scoarța Pământului (spre deosebire de majoritatea meta‑ lelor, care trebuie extrase din minereuri). Exista și ceva fier, în cea mai mare parte căzut din cer, sub formă de meteoriți.

Radivoke Lajic, care locuiește în nordul Bosniei, cunoaște foarte bine aceste bucăți ciudate de metal care cad din cer. Între 2007 și 2008, casa lui a fost lovită de nu mai puțin de cinci meteoriți, un fapt atât de improbabil statistic, încât afirmația lui, că este vizat de extratereștri, devine aproape rezonabilă. Din 2008, când Lajic și‑a făcut publice bănuielile, casa lui a mai fost lovită de un meteorit. Cercetătorii care investighează aceste evenimente au confirmat că pietrele care‑i lovesc locuința sunt meteoriți reali și au început stu‑ diul câmpurilor magnetice din jurul casei, pentru a explica această frecvență extrem de neobișnuită.

Radivoke Lajic și cei cinci meteoriți care i‑au lovit casa începând cu 2007

27 1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

În absența cuprului, a aurului și a fierului din meteoriți, uneltele strămoșilor noștri din Epoca Pietrei erau făcute din silex, lemn sau os. Oricine a încercat vreodată să folosească astfel de instrumente știe cât de limitate sunt: dacă lovești o bucată de lemn, aceasta se desface în așchii, se crapă ori se rupe. La fel și piatra și osul. Metalele sunt fundamental dife‑ rite de aceste prime materiale, deoarece ele pot fi modelate în forme diferite: curg, sunt maleabile. Mai mult, devin mai rezistente atunci când le lovești; poți întări o lamă doar prin lovituri. Și poți inversa procesul foarte simplu, punând meta‑ lul în foc și încălzindu‑l, ceea ce‑l înmoaie. Primii oameni care au descoperit aceste proprietăți, în urmă cu 10 000 de ani, aveau acum la dispoziție un material care era aproape la fel de dur ca o piatră, dar se comporta ca un plastic și era reutilizabil aproape la infinit. Cu alte cuvinte, descoperiseră materialul perfect pentru unelte, în special cele de tăiere, precum topoa‑ rele, daltele și lamele.

Această abilitate a metalelor de a se transforma dintr‑un material dur într‑unul moale le‑a părut cu siguranță magi‑ că strămoșilor noștri. Tot o magie era și pentru Brian, după cum am descoperit curând. Mi‑a explicat că inventase acest aparat prin încercare și eroare, fără nicio înțelegere a fizicii și chimiei implicate, dar părea că reușise cumva. Ceea ce voia de la mine era să măsor ascuțimea lamelor înainte și după ce treceau prin proces. Doar această dovadă i‑ar fi permis să înceapă negocieri serioase cu producătorii de lame de ras.

I‑am explicat lui Brian că va fi nevoie de mai mult decât de câteva măsurători pentru ca aceste companii să‑l ia în serios.

Motivul este că metalele sunt făcute din cristale. O lamă de ras obișnuită conține miliarde de cristale, iar în fiecare din‑ tre acestea atomii sunt aranjați într‑un mod anume, într‑un model tridimensional aproape perfect.

M A R K M I O D OW N I K 28

Un cristal de metal precum cele din lama de ras Rândurile de puncte din imagine reprezintă atomi.

Legăturile dintre atomi îi țin pe aceștia la locul lor și oferă rezistență cristalelor. O lamă de ras se tocește deoarece numeroasele coliziuni cu firele de păr pe care le întâlneș‑ te forțează părți ale acestor cristale să se rearanjeze într‑o formă diferită, rupând și creând legături noi, producând astfel mici goluri pe marginea fină a lamei. Ascuțirea lamei printr‑un mecanism electronic, precum cel pe care‑l propu‑ nea el, ar trebui să inverseze acest proces. Cu alte cuvinte, ar trebui să mute atomii pentru a reconstrui structura distrusă.

Ca să fie luat în serios, Brian avea nevoie nu doar de dovezi ale unei astfel de reconstrucții a cristalelor, ci și de o expli‑ cație plauzibilă, la scară atomică, a funcționării mecanismu‑ lui. Căldura, produsă sau nu electronic, are de obicei un efect diferit de cel pe care‑l clama el: înmoaie cristalele de metal, după cum i‑am explicat. Brian știa asta, dar era extrem de sigur că mașinăria sa electronică nu încălzea lamele de ras.

Poate părea ciudat să te gândești că metalele sunt formate din cristale, pentru că, în general, ne imaginăm cristalul sub forma unei pietre prețioase transparente și multifațetate, precum diamantul ori smaraldul. Natura cristalină a metalelor

29

ne este ascunsă deoarece cristalele de metal sunt opace și, în majoritatea cazurilor, microscopice. Văzute printr‑un micro‑ scop electronic, cristalele dintr‑o bucată de metal arată ca un covor ciudat de dale de piatră, iar în interiorul acelor cristale sunt linii neregulate – dislocări. Acestea sunt defecte ale cris‑ talelor de metal și reprezintă deviații ale aranjamentului, altfel perfect, al atomilor – sunt dislocări atomice care nu ar trebui să fie acolo.

Ele sună a ceva rău, dar se dovedesc a fi foarte utile de fapt. Dislocările acestea sunt cele care fac din metale mate‑ riale atât de speciale pentru unelte, instrumente de tăiat și lame de ras, deoarece ele sunt cele care le permit cristalelor de metal să‑și schimbe forma.

Nu trebuie să folosești un ciocan pentru a vedea puterea dislocărilor. Când îndoi o agrafă, îndoi de fapt cristalele de metal. Dacă acestea nu s‑ar îndoi, agrafa ar fi casantă și s‑ar rupe ca o bucățică de lemn. Acest comportament plastic este obținut prin deplasarea dislocărilor în interiorul cristalului.

1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

Am desenat mai sus doar câteva dislocări pentru a le face ușor de văzut. Metalele normale au un număr uriaș de dislocări care se suprapun și se intersectează.

M A R K M I O D OW N I K 30

Pe măsură ce se mută, ele transferă bucăți de material din‑ tr‑o parte în alta. Și fac asta cu viteza sunetului. Când îndoi o agrafă, provoci circa 100 000 000 000 000 de dislocări să se miște la viteze de sute de mii de metri pe secundă. Chiar dacă fiecare dintre ele mută o foarte mică bucățică de cristal (un singur plan atomic, de fapt), sunt suficient de multe pentru a le permite cristalelor să se comporte ca un plastic extrem de rezistent, și nu ca o piatră friabilă.

Punctul de topire al unui metal arată cât de strâns sunt legați atomii din metal și influențează și ușurința cu care se pot mișca dislocările. Plumbul are un punct scăzut de topi‑ re, deci dislocările se deplasează cu mare ușurință, făcându‑l un metal foarte moale. Cuprul are un punct de topire ceva mai ridicat, deci este mai rezistent. Încălzirea materialelor le permite dislocărilor să fie mobile și să se reorganizeze, unul dintre efecte fiind că metalele devin mai moi.

Descoperirea metalelor a fost un moment important în preistorie, dar nu a rezolvat o problemă fundamentală: metalul nu prea era de găsit. Desigur, o primă opțiune era să aștepți să cadă mai mult metal din cer, dar asta necesita o răbdare uriașă (pe suprafața Pământului cad anual câte‑ va kilograme, însă majoritatea nimeresc în oceane). Dar, la un moment dat, cineva a făcut descoperirea care a încheiat Epoca Pietrei și a deschis calea către o sursă aparent nelimi‑ tată a acestui material. Oamenii au descoperit că o anumită piatră verzuie, pusă pe o flacără foarte fierbinte și acoperită cu tăciuni arzători, se transformă într‑o bucată strălucitoa‑ re de metal. Această piatră verzuie era malahitul, iar meta‑ lul era, desigur, cuprul. Probabil că trebuie să fi fost cea mai uimitoare revelație. Brusc, oamenii nu mai erau înconjurați doar de roci moarte și inerte, ci de un material misterios, cu viață interioară.

31 1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

Au putut să aplice această transformare doar pe câteva tipuri de rocă, precum malahitul, deoarece procesul depin‑ de nu doar de identificarea pietrelor potrivite, ci și de con‑ trolarea atentă a condițiilor chimice ale focului. Dar sigur au bănuit că acele pietre în cazul cărora procesul nu funcționa și care se încăpățânau să rămână în formă de rocă indiferent cât de fierbinte era focul ascundeau și ele secrete. Și aveau drep‑ tate. Acesta este un proces care funcționează pentru multe minerale, chiar dacă vor trece mii de ani până la înțelegerea chimiei necesare (controlarea reacțiilor chimice dintre rocă și gazele create în foc) care a dus la următoarea nouă revolu‑ ție în turnarea metalelor. În tot acest timp, începând cam cu anul 5 000 î.e.n., oamenii au folosit sistemul încercare‑și‑eroare pentru a rafina proce‑ sul de producere a cuprului. Fabricarea uneltelor din cupru a inițiat o dezvoltare spectaculoasă a tehnologiei umane, fiind crucială în nașterea altor tehnologii, a orașelor și a primelor mari civilizații. Piramidele din Egipt sunt un exemplu a ceea ce a devenit posibil odată cu răspândirea uneltelor de cupru.

Fiecare bucată de piatră din fiecare piramidă a fost extra‑ să dintr‑o carieră și cioplită individual, manual, cu dalte de cupru. Se estimează că 10 000 de tone de minereu de cupru au fost excavate în Egiptul Antic pentru a crea cele 300 000 de dalte necesare. A fost o realizare uriașă, fără de care pira‑ midele nu ar fi putut fi construite, oricât de mulți sclavi ar fi fost folosiți, deoarece nu este practic să cioplești piatra fără unelte de metal. Este cu atât mai impresionant ținând cont că, pentru tăierea pietrei, cuprul nu este materialul ideal, deoarece nu este foarte dur. Sculptarea unei bucăți de calcar cu o daltă de cupru tocește rapid instrumentul de metal. Se estimează că daltele de cupru trebuiau ascuțite după câteva lovituri de ciocan, pentru a putea fi folosite în continuare.

M A R K M I O D OW N I K 32

Din același motiv, cuprul nu este un metal ideal pentru lame‑ le de ras.

Aurul este un alt metal relativ moale, de fapt atât de moale, încât inelele de aur sunt rareori fabricate doar din aur pur, deoarece s‑ar zgâria imediat. Dar dacă faci un aliaj, adăugând aurului și câteva procente de alte metale, precum argintul ori cuprul, nu‑i schimbi numai culoarea – argintul albește aurul, iar cuprul îi dă o nuanță roșiatică –, ci îl faci și mult mai rezis‑ tent. Această modificare a proprietăților metalelor prin adă‑ ugarea unor mici cantități de ingrediente diferite este ceea ce face atât de fascinantă studierea lor. În cazul aliajelor de aur, poate te întrebi unde ajung atomii de argint. Răspunsul este că stau în interiorul structurii cristalelor de aur, luând locul unui atom de aur, iar această substituție atomică din țesătura cristalului face metalul mai rezistent.

Aliajele tind să fie mai puternice decât metalele pure, dintr‑un motiv foarte simplu: atomii aliajelor au mărimi și proprietăți chimice diferite de cele ale atomilor‑gazdă, așa că, atunci când ajung în structura cristalelor metalului‑gaz‑ dă, provoacă tot felul de anomalii mecanice și electrice care generează un aspect esențial: îngreunează deplasarea dislo‑ cărilor. Iar dacă dislocările se deplasează greoi, atunci meta‑ lul este mai puternic, deoarece cristalele își modifică forma mai greu. Așadar, ingineria aliajelor reprezintă arta de a pre‑ veni deplasarea dislocărilor.

Aceste substituții ale atomilor au loc natural și în interio‑ rul altor cristale. Un cristal de oxid de aluminiu este incolor în stare pură, dar devine albastru atunci când conține impuri‑ tăți de atomi de fier: este vorba despre piatra prețioasă safir.

Același cristal de oxid de aluminiu care conține impurități de crom se numește rubin.

33

Erele civilizației umane, de la Epoca Cuprului la Epoca Bron­ zului și Epoca Fierului, reprezintă o succesiune de aliaje din ce în ce mai puternice. Cuprul este un metal slab, dar este ușor de găsit în natură și ușor de turnat. Bronzul este un aliaj de cupru care conține și mici cantități de staniu sau, uneori, arsenic, fiind mult mai rezistent decât cuprul. Deci, dacă aveai cupru și știai ce să faci, cu foarte puțin efort suplimentar puteai crea arme și lame de zece ori mai puternice și mai dure decât cuprul. Singura problemă era că staniul și arsenicul sunt extrem de rare. Din acest motiv, în Epoca Bronzului au apă‑ rut rute foarte complicate de comerț care aduceau staniul din locuri precum Cornwall ori Afganistan către centrele civili‑ zațiilor din Orientul Mijlociu.

Lamele de ras moderne sunt și ele făcute din acest aliaj, dar, așa cum i‑am explicat și lui Brian, este vorba despre un aliaj foarte special, a cărui existență i‑a nedumerit pe stră‑ moșii noștri timp de mii de ani. Oțelul, aliajul din fier și car‑ bon, este și mai puternic decât bronzul, iar ingredientele sale se găsesc din plin: aproape orice bucată de piatră conți‑ ne ceva fier, iar carbonul este prezent în orice material care arde. Strămoșii noștri nu și‑au dat seama că oțelul este un

1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

Un aliaj de aur cu argint la scară atomică, arătând felul în care atomii de argint înlocuiesc unii atomi de aur în structura cristalului.

M A R K M I O D OW N I K 34

aliaj – carbonul, sub forma cărbunilor, nu era numai un com‑ bustibil folosit pentru încălzire ori pentru turnarea fierului, ci intra în interiorul cristalelor de fier, în timpul încălzirii metalului. Carbonul nu se combină cu cuprul în timpul tur‑ nării, nici cu staniul sau bronzul, ci doar cu fierul. Trebuie să fi fost ceva incredibil de misterios – și doar acum, înarmați cu știința mecanicii cuantice, putem explica de ce se întâm‑ plă așa (carbonul din oțel nu ia locul atomilor de fier din cristale, ci se poate strecura între atomii de fier, creând un cristal mai compact).

Mai exista o problemă. Dacă fierul este combinat cu prea mult carbon – dacă, de exemplu, conține 4% carbon în loc de 1% carbon –, atunci devine extrem de casabil, practic inutil pentru unelte și arme. Acesta este un obstacol major, fiindcă în miezul flăcării se găsește mult carbon. Dacă lași fierul în foc prea mult timp ori îi permiți să devină lichid, atunci cris‑ talele de metal sunt invadate de o cantitate uriașă de car‑ bon, făcând aliajul foarte friabil. Săbiile făcute din acest oțel bogat în carbon se rupeau în bătălie.

Până în secolul XX, când am putut explica, în cele din urmă, procesul din spatele aliajelor, nimeni nu înțelegea de ce unele tehnici de turnare a oțelului funcționau, iar altele nu. Erau procese de încercare‑și‑eroare, iar cele care func‑ ționau erau transmise către noua generație, fiind conside‑ rate deseori secrete meșteșugărești. Dar chiar dacă le fura cineva, erau atât de complicate, încât șansele de succes în reproducerea procesului inițial de turnare a oțelului erau foarte mici. Unele tradiții metalurgice din anumite culturi au devenit celebre pentru oțelul lor de foarte bună calitate, iar astfel de civilizații au înflorit. În 1961, profesorul Richmond, de la Oxford University, a descoperit o groapă săpată de romani în anul 89 î.e.n., care

35 1 0 M AT E R I A L E M I N U N E

conținea 763 840 de cuie de cinci centimetri lungime, 85 128 de cuie medii, 25 088 de cuie mari și 1 344 de cuie foarte mari, de 40 de centimetri lungime. Comoara ascunsă era compusă din fier și oțel, nu din aur, iar majoritatea oamenilor ar fi fost dezamăgiți. Nu și profesorul Richmond. De ce oare, s‑a între‑ bat el, ar îngropa o legiune romană șapte tone de fier și oțel?

Legiunea ocupase avanposturile armatei lui Agricola într‑un loc numit Inchtuthil, în Scoția. Aici se afla marginea Imperiului Roman, iar misiunea lor era să‑i protejeze granița de ceea ce considerau a fi triburile sălbatice care o amenințau: celții. Legiunea de 5 000 de oameni ocupase regiunea timp de șase ani înainte să se retragă, abandonându‑și fortăreața. Au depus eforturi mari să nu lase în urma lor nimic din ce le‑ar fi fost de ajutor dușmanilor. Au spart toate vasele de băuturi și alimente și au incendiat fortul, făcându‑l una cu pămân‑ tul. Dar nu s‑au mulțumit doar cu atât. În cenușă rămăseseră cuiele care ținuseră fortul în picioare, mult prea valoroase pentru a fi lăsate triburilor care‑i izgoniseră. Fierul și oțe‑ lul erau materialele care le‑au permis romanilor să constru‑ iască apeducte, nave și săbii; care i‑au ajutat să construiască un imperiu. Dacă le‑ar fi lăsat dușmanilor aceste cuie, ar fi fost ca și cum le‑ar fi lăsat o grămadă de arme, așa că le‑au îngropat înainte de a se retrage spre sud. În afară de arme și armuri, printre puținele obiecte mici de oțel pe care pro‑ babil le‑au luat cu ei era și novacili, un obiect care sintetiza viața civilizată: lama de ras romană. Aceste novacili și băr‑ bierii care le mânuiau le‑au permis romanilor să se retragă proaspăt bărbieriți, cu fețe îngrijite, deosebindu‑se astfel de hoardele barbare care‑i alungaseră.

Aerul mistic ce învăluia fabricarea oțelului a generat numeroase mituri, iar unificarea Britaniei și reinstaurarea ordinii în perioada de după retragerea romanilor au fost