Знание-сила, 2004 № 12 (930)

Марка Фуллера

Двенадцатого июля в Стэнфордском университете (Калифорния, США) состоялась презентация новой почтовой марки США, посвященной памяти выдающегося американца — Ричарда Бакминстера Фуллера.

Честь представления марки была доверена дочери Фуллера Аллегре Фуллер Снайдер и астронавту Эдвину Олдрину, участнику исторического полета на Луну космического корабля «Аполлон-11», второму (после Нила Армстронга) человеку, ступившему на поверхность другого небесного тела. Это выглядело весьма символично сейчас, когда в ближайшие десятилетия реальностью может стать не просто высадка людей на Луну и Марс, но и организация там долговременных обитаемых станций, многие идеи и конкретные разработки Фуллера заново привлекают к себе самое живое внимание. Он писал: «Я просто изобретаю, а потом жду, пока люди поймут, что они могут сделать с моими изобретениями».

Похоже, что в ближайшее время возможности людей использовать изобретения Фуллера существенно расширятся. Правда, он предпочитал называть свои изобретения артефактами, то есть как бы явлениями «второй природы». Под стать идеям Фуллера и рисунок марки, выполненный русским художником-эмигрантом «первой волны» Борисом Арцыбашевым (1899 — 1965) еще сорок лет назад для обложки специального выпуска журнала «TIME» от 10 января 1964 года. Рисунок этот напоминает не то сюрреалистическое полотно в стиле Дали, не то иллюстрацию к какому-то классическому научно-фантастическому роману эпохи между Уэллсом и Брэдбери.

Морко США посвященная Р. Бакминстеру Фуллеру, 2004 (художник — Б. Арцыбашев)

Формально выпуск новой марки был приурочен к 109-й годовщине рождения Фуллера и пятидесятилетию выдачи патента на его самый известный «артефакт» — так называемый геодезический купол (Geodesic Dome). На самом деле, идея марки, посвященной «Бакки» Фуллеру, одному из наиболее знаменитых американцев XX века, человеку, которого называли не просто одним из самых ярких и многоплановых мыслителей XX века, но даже американским Леонардо да Винчи, назревала уже давно. Как обычно, согласование вопроса потребовало нескольких лет усилий большого числа энтузиастов, почитателей и последователей Фуллера.

Контуры «геодезических куполов» изображены и на марке. По Фуллеру, «геодезический купол» — это сфера или ее сегменте несущей конструкцией, образованной решеткой из треугольных (или, в более общем случае, многоугольных) элементов. Такая структура позволяет перекрыть огромные площади без использования внутренних опор, обеспечивает максимальную прочность и жесткость при минимальных материальных затратах, причем с увеличением размера сооружения удельные затраты сокращаются.

В настоящее время в мире сооружено более трехсот тысяч «геодезических куполов», не считая игровых конструкций, которые можно часто видеть на детских площадках. К числу наиболее знаменитых относятся купол, установленный на Южном полюсе, великолепный «Климатрон» (оранжерея) в Ботаническом саду Сент-Луиса (штат Миссури, США), «Золотой купол» Американской выставки в Сокольниках в Москве в 1959 году, ажурный павильон США на Всемирной выставке в Монреале 1967 года высотой более 60 метров и диаметром 75 метров.

Один из проектов Фуллера предусматривал перекрытие огромным куполом всего «даунтауна» нью-йоркского Манхеттена; по прикидкам, стоимость сооружения купола должна была окупиться за несколько лет только за счет сокращения затрат на уборку снега. «Геодезические купола» достаточно дешевы, легки в сборке, на практике доказали способность выдерживать порывы ураганного ветра скоростью до 210 миль в час, в собранном виде легко перебрасываются по воздуху; их охотно используют в труднодоступных районах. По мнению многих ученых, первые складские и жилые сооружения на поверхности Луны, Марса должны будут сооружаться именно в виде «геодезических куполов». Эта конструкция часто служит основой и для радиотелескопов, крупномасштабных антенн, солнечных батарей и так далее — это тоже показано на марке. Принцип «геодезического купола» широко используется в современной архитектуре. Прямые цитаты из Фуллера можно найти во многих наимоднейших проектах.

Еще одним важным вкладом Фуллера в архитектуру и строительство явилась теория так называемых тенсегритных структур. В их основу заложено понятие, которое может быть приблизительно переведено как «напряженная целостность», когда элементы, подверженные сжатию, не соприкасаясь, формируют общую структуру, будучи соединены между собой тонкими, практически невидимыми растяжками, которые являются как бы носителями стягивающих, «синтропических» (направленных внутрь) сил. На этом принципе Фуллером был разработан проект телетрансляционной башни высотой 3736 метров для японской телевизионной компании — выше горы Фудзияма, при том что высота существующих сегодня телебашен не превышает 600 метров.

«Геодезические купола» и «тенсегритные конструкции» явились лишь частным случаем применения геометрической теории многогранников, которые были любимым объектом исследований Фуллера. Не случайно на рисунке Арцыбашева голова Фуллера представлена в виде гигантского «геодезического купола». Само слово «геодезия», как известно, обозначает науку об измерениях на земной поверхности и ее отображении на картах. И идея «геодезических куполов» явилась как бы побочным результатом интереса Фуллера к картографии, к переносу соотношения контуров с сфероидальной поверхности земного глобуса на плоскость карты с минимальными искажениями. Эта проблема с давних времен занимала картографов, мореплавателей, путешественников. Используемые и по сегодня картографические проекции (цилиндрическая равноугольная проекция Меркатора, азимутальные, конические и поликонические проекции) дают существенное искажение в соотношении размеров, контуров и площадей при изображении Земли в целом. В качестве примера достаточно посмотреть на любую карту мира, используемую в странах Северного полушария: Австралия на ней выглядит заметно меньше Гренландии или, по крайней мере, равновеликой ей. В действительности же, площадь Австралии больше площади Гренландии более чем в три раза. Устранение этого искажения неизбежно приводит к появлению других, например в соотношении плошадей приэкваториальных и приполярных зон.

В 1942 году Фуллер получил первый в истории патент на способ переноса с минимальными искажениями полного изображения с шаровидной поверхности на плоскость. Идея оказалась достаточно простой, можно сказать — классически простой, и могла бы быть предложена и в эпоху Возрождения. Согласно исходной идее Фуллера, глобус представляется в виде правильного многогранника, одного из пяти платоновских простых тел, а именно в виде икосаэдра, то есть двадцатигранника с гранями в виде правильных, равносторонних треугольников. Эти грани затем разворачиваются на плоскости, давая изображение всей поверхности в целом (на рисунке). Основным недостатком такого изображения является его неориентированность и невозможность наложить на него привычную координационную сетку; искажаются, превращаясь в ломаные, геодезические линии кратчайшего расстояния между точками на поверхности. Именно поэтому столь невелика была вероятность изобретения подобной картографической проекции в прошлом, когда от карты требовалась в первую очередь возможность ее использования для конкретных задач навигации — на море, на суше или в воздухе. Проекция Фуллера преследует иные цели — она дает возможность «глобального» обозрения поверхности Земли с близким к истинному изображением архипелага суши, позволяет лучше представить глобальную циркуляцию океанских и воздушных течений. Именно такое изображение Земли позволило Фуллеру сформировать, а затем и обосновать гипотезу о вероятных кругосветных путешествиях древних, корабли которых подгонялись морскими и воздушными течениями.

Поверхность Земли, разложенная на плоскости с соблюдением масштабов и размеров всех ее элементов, 1942

Вслед за Платоном и Эйлером Фуллер увлекся общей теорией многогранников. Результатом этой работы явилось появление своего рода их «периодической таблицы». Через теорию многогранников Фуллер, в частности, обосновывал и периодичность таблицы элементов Менделеева, связывая ее «восьмеричную» структуру с октаэдром и его производными формами.

Фуллеровская карта Земли появилась под фирменной маркой Dymaxion World Мар, где ключевое слово Dymaxion расшифровывается как сокращение формулы «максимальная динамическая напряженность» — имеется в виду максимальное использование внутренних резервов, совмещение различных функций. Под той же маркой еще в 1930-е годы Фуллер предложил конструкцию многоместного трехколесного автомобиля-амфибии с выдвижными крыльями и реактивным движителем, который мог бы также и летать, как самолет. Были изготовлены три натурные модели такого автомобиля (его также можно увидеть на марке). Находившиеся в то время в распоряжении Фуллера конструктивные материалы не позволяли реализовать в полной мере идеи, заложенные в конструкцию этого автомобиля, — он не мог летать и был оснащен обычным двигателем внутреннего сгорания. Тем не менее результаты, показанные при испытаниях натурной модели, были достаточно впечатляющи; машина с П пассажирами развивала скорость до 120 миль в час с расходом бензина 1 галлон на 30 миль и высокой маневренностью — возможностью полного разворота на дистанции длины корпуса (около 6 метров).

Среди изобретений (или артефактов) Фуллера есть и менее масштабные и амбициозные. Так, например, он придумал форсунку, распыляющую воду до консистенции тумана; при использовании такой форсунки в душе расход воды составляет меньше литра за десть минут.

Сам Фуллер считал свои конкретные научные и инженерные достижения лишь побочным результатом движения к решению глобальной задачи наиболее эффективного использования человеком пространства, времени и материалов.

В основе его подхода к ее решению лежат идеи «замкнутых производственных циклов» и «экотехнологий». Он был активным сторонником энергетики, основанной на альтернативных и возобновляемых энергоресурах, сокращения энергоемкости производств, многоцелевого использования их продуктов, повторной переработки отходов. Фуллер ввел в науку идею «эфемеризации технологий» — повышения эффективности при одновременном снижении энерго- и материалоемкости путем замещения материальных ресурсов, изначально заложенных в проект, «информационным содержанием». Фуллер был глубоко убежден, что уже существующие на сегодняшний день технологии способны обеспечить полное удовлетворение жизненных потребностей всего человечества, всего населения Земли, как если бы она была космическим кораблем, летящим в межзвездном пространстве. Одна из самых известных книг Фуллера так и называется — «Инструкция по эксплуатации Земли как космического корабля».

Фуллер писал о себе: «Во время работы я никогда не руководствуюсь соображениями эстетического характера. Однако, если законченная работа не красива, то это означает, что она никуда не годится». Фуллер входил в десятку американцев с самым высоким «коэффициентом интеллекта» IQ — наряду с ученым, писателем- фантастом и популяризатором науки Айзеком Азимовым и другими выдающимися лицами.

Помимо разработки теории сооружений, метода решения инженерных задач, Фуллер также занимался общими закономерностями мыслительного процесса, теории познания, научного прогресса. Его соображения на эту тему были изложены им в книгах под названием «Синергетика» и «Синергетика 2». Сам термин «синергетика» (от греческого — совместное действие, сотрудничество), введенный в оборот, кажется, не Фуллером, но получивший распространение, пожалуй, главным образом благодаря его работам, хотя и используется очень широко в научной, научно-технической и научно-популярной литературе XX века, практически не имеет однозначной расшифровки и многими авторами трактуется в разных смыслах. Термин этот делает акцент на согласованности взаимодействия частей при образовании обшей структуры и относится к поведению этой структуры или системы в целом, которое невозможно предсказать на основе анализа ее частей, или подсистем.

Сам Фуллер расшифровывал этот термин в названии одной иэ статей как «исследование геометрии мышления». Одним из главных препятствий на пути прогресса он считал «одномерность мышления», «одномерность развития». Он писал: «На своих передовых рубежах наука открыла, что все известные случаи биологического вымирания были вызваны избытком специализации, избирательной концентрацией немногих генов за счет общей адаптации... Между тем человечество лишилось всеобъемлющей способности понимать. Специализация питает чувства изоляции, тщетности и смятения в индивидах, которые в результате перекладывают на других ответственность за мысли и сознательные действия... Только полный переход от сужающейся специализации ко все более всеохватному и утонченному всечеловеческому мышлению — с учетом всех факторов, необходимых для продолжения жизни на борту космического корабля Земля, — может повернуть вспять курс человека на самоуничтожение в тот критический момент, когда еще сохраняется возможность возврата».

Ричард Бакминстер Фуллер (впрочем, он недолюбливал свое «первое» имя, сокращал его до одной буквы и предпочитал, чтобы его называли Бакки) родился 12 июля 1895 года в Милтоне, штат Массачусетс, в «интеллигентной семье», если пользоваться привычными для нас категориями. По семейной традиции, в четырех предшествующих поколениях сыновья кончали Гарвард, и, естественно, Бакки тоже должен был пойти туда учиться, но был исключен из университета (даже дважды) ввиду полного отсутствия интереса к академической науке. Он так и не получил законченного образования. Чтобы «выбить дурь из головы» юноши, его отправили работать на фабрику в Канаду, а затем он был призван на службу во флот. Там, на флоте, впервые проявились изобретательские наклонности Фуллера. Как он писал впоследствии, его научили «мыслить глобально и действовать по месту». В процессе прохождения службы Фуллер успел еще жениться на Анне Хьюлетт. Они прожили вместе 66 лет и умерли чуть ли не в один день.

По окончании войны Фуллер попытал удачи в строительном бизнесе тестя, экспериментируя с применением кирпича без строительного раствора, но потерпел неудачу. К 1927 году он окончательно обанкротился и был на грани самоубийства: умерла после долгой болезни первая дочь, его репутация как бизнесмена была разрушена, жена со второй, новорожденной дочерью оставались без средств к существованию, сам он осознавал, что становится алкоголиком. Этот кризис привел Фуллера к решению совершить не суицид, а, как он писал, «эгоцид» — забыть о собственном маленьком «я» и «экспериментально продемонстрировать возможности одного человека изменить мир, опираясь только на собственный разум». Впоследствии он называл себя подопытной морской свинкой по имени Б — Бакки (Guinea Pig В), и его последующая биография стала историей его изобретений и книг, стремления доказать, что самые фантастические идеи могут оказаться вполне реалистичны. В ходе этого «эксперимента» протяженностью в 56 лет он получил 25 патентов США, написал и опубликовал 28 книг, совершил 57 кругосветных путешествий, пропагандируя свои идеи, получил 47 почетных ученых званий, кучу престижных премий и наград, включая Золотые медали Американского института архитектуры, Национального института искусств и словесности, а также Королевского института архитектуры Великобритании.

Фуллер скончался в 1983 году, но наибольшего почета его имя было удостоено уже после его смерти. В 1985 году было совершено сенсационное открытие: в отложениях, относящихся к периоду в 250 миллионов лет назад, был обнаружен углерод в молекулярном состоянии, принципиально отличном от ранее известных структур фафита и алмаза. Обнаруженные молекулы представляли собой замкнутые полые сфероидальные структуры, поверхность которых образуется атомами углерода, конфигурированными в правильные пяти- и шестиугольники наподобие «геодезических куполов» Фуллера. В честь Фуллера такие образования первоначально были названы бакминстерфуллеренами, затем название было сокращено до бакиболов (то есть «мячиков Бакки»), а окончательно привилось название таких молекул — фуллерены и веществ, состоящих из таких молекул, — фуллериты.

Интерьер «клеточной системы», собранной из панелей Фуллера

Во внутренних полостях ископаемых фуллеренов были найдены изотопы инертных газов, позволившие сделать заключение о том, что порядка 250 миллионов лет назад Земля испытала столкновение с гигантским метеоритом, спровоцировавшее множественные извержения вулканов и приведшее к гибели порядка 96 процентов всего животного и растительного мира, населявшего Землю в то время, — гораздо более масштабную катастрофу чем та, что случилась в конце мелового периода и привела к гибели динозавров.

К началу 1990-х годов был разработан метод искусственного получения фуллеренов путем лазерного испарения графита в пульсирующей струе гелия. В 1996 году трое химиков из США и Великобритании — Роберт Керл, сэр Харольд Крото и Ричард Смолли — были удостоены Нобелевской премии по химии за открытие, разработку методов получения и исследование фуллеренов. В приветственной речи Нобелевского комитета это открытие по значимости сравнивалось не более не менее как с открытием Америки Колумбом.

Дело в том, что фуллерены, а также открытые несколько позже так называемые нанотрубки — кластеры, состоящие из атомов углерода, в форме полых трубок диаметром в несколько ангстрем и длиной, в тысячи раз превышающей диаметр, а также так называемые стручки — нанотрубки, заполненные фуллеренами, открывают возможности получения совершенно невероятных электрических, механических, оптических, магнитных и прочих эффектов. Сами по себе фуллериты могут достичь твердости более высокой, чем у алмаза, на основе нанотрубок могут создаваться сверхпрочные волокна, позволяющие, например, осуществить идею «космического лифта» — постоянной связи между поверхностью Земли и геостационарными спутниками и доставки на них грузов без использования ракет. Но еще более важны изменения свойств веществ на базе фуллеренов и нанотрубок при внедрении в них атомов других элементов. На этой основе реально планируется достижение эффекта так называемой высокотемпературной сверхпроводимости — при температурах на десятки и даже сотню градусов выше абсолютного нуля, создание заломи наюших сред со сверхвысокой плотностью хранения информации — до 1012 бит/см² (вместо современных 107-108 бит/см²) и компактных аккумуляторных батарей емкостью в несколько раз большей, чем у лучших современных образцов, и так далее. Создаются фуллеренные полимеры, а также неорганические фуллерены из атомов кремния.

Как было сказано выше, Р. Бакминстер Фуллер так и не получил законченного высшего образования, что не помешало ему во второй половине жизни вернуться в Гарвард, но уже профессором... поэзии. Фуллер считал себя не только архитектором, инженером, строителем, философом, математиком, историком, картографом, но и поэтом. Он охотно цитировал Редьярда Киплинга и Огдена Нэша, выпустил несколько томиков собственных стихов.

Стихотворные упражнения Фуллера еще раз наглядно демонстрируют очевидные таланты этого очень американского инженера, мыслителя и художника (пусть даже в переносном смысле этого слова) и выявляют еще какие-то черты, по-видимому, не раскрывшиеся полностью в его творчестве как изобретателя, архитектора, математика...

Автор — доктор технических наук. Ныне проживает в Маугтин Вью, Калифорния, США. А. Лейзерович — автор знаменитой в свое время публикации «Жирафа? Нет, миф!», с которой началась рубрика «Академия веселых наук».