Как устроен мир на самом деле. Наше прошлое, настоящее и будущее глазами ученого

Но электричество неосязаемо, и мы не можем интуитивно понять его так же, как указанные выше виды топлива. Однако мы видим его проявления в виде статического электричества, искр, молний; мы способны почувствовать слабый ток, а ток, сила которого превышает 100 миллиампер, может стать смертельным. Обычные определения электричества невозможно понять на интуитивном уровне, и они требуют предварительного знакомства с такими терминами, как «электроны», «поток», «заряд» и «ток». Фейнман в своем первом томе знаменитых «Лекций по физике» дает достаточно поверхностное определение — «имеется энергия электрическая, связанная с притяжением и отталкиванием электрических зарядов», — но когда возвращается к этому вопросу во втором томе, подробно рассматривая механическую и электрическую энергию, а также постоянный ток, то уже прибегает к дифференциальному исчислению[50].

Для большинства наших современников мир состоит из черных ящиков, внутреннее устройство которых остается — в разной степени — загадкой для пользователей. Электричество можно рассматривать как вездесущий и всеобъемлющий черный ящик: многие люди довольно хорошо представляют, что является его источником (сгорание ископаемого топлива на большой тепловой электростанции, падение воды на гидроэлектростанции, солнечное излучение, поглощаемое фотоэлектрическими ячейками, расщепление урана в реакторе), и все извлекают пользу из результата (свет, тепло, движение), но лишь меньшинство полностью понимает, что происходит внутри генераторов, трансформаторов, линий электропередачи и устройств, которыми мы пользуемся.

Самое распространенное естественное проявление электричества — молния — является слишком мощным, слишком скоротечным (доли секунды) и слишком разрушительным для использования. Каждый из нас способен произвести крошечные порции статического электричества, потерев друг о друга соответствующие материалы, или пользоваться маленькими аккумуляторами, которые без подзарядки обеспечивают несколько часов работы фонарика или портативной электроники, но выработка электричества для массового коммерческого использования — это дорогостоящее и сложное дело. Не менее сложна и передача электричества от генерирующих мощностей до мест и регионов максимального использования — к городам, промышленным предприятиям и скоростному электротранспорту. Для нее требуются повышающие трансформаторы и обширная сеть высоковольтных линий электропередачи, а затем понижающие трансформаторы и низковольтные электрические сети, воздушные или подземные, для доставки к миллиардам потребителей.

Даже в нашу эпоху высокотехнологичных электронных чудес мы не можем позволить себе хранить электричество в масштабах, достаточных для удовлетворения потребностей среднего по размеру города (с населением 500 тысяч человек) в течение одной или двух недель или обеспечивать электроэнергией мегаполис (более 10 миллионов человек) даже полдня[51]. Но, несмотря на эти сложности, высокую стоимость и технические проблемы, мы пытались электрифицировать современную экономику, и движение к электрификации продолжится, поскольку эта форма энергии обладает множеством уникальных преимуществ. Самое очевидное заключается в том, что в месте конечного потребления она простая в использовании, чистая, а в большинстве случаев и чрезвычайно эффективная. Щелчком выключателя, нажатием кнопки или поворотом ручки термостата (сегодня зачастую достаточно жеста или голосовой команды) мы включаем освещение, электродвигатели, нагреватели и кондиционеры — ни громоздких запасов топлива, ни трудозатрат на переноску и складирование, ни опасности неполного сгорания (когда вырабатывается ядовитый угарный газ), ни необходимости чистки ламп, плит или котлов.

Электричество — наилучший вид энергии для освещения: у него нет конкурентов ни в частных домах, ни в общественных местах. Лишь немногие изобретения оказали такое влияние на современную цивилизацию, как возможность убрать ограничения светового дня и осветить темное время суток[52]. Все предыдущие альтернативы, от древних восковых свечей и масляных ламп до первых газовых и керосиновых светильников индустриальной эпохи, были ненадежными, дорогостоящими и в высшей степени неэффективными. Наиболее наглядным будет сравнение источников света с точки зрения их светоотдачи — способности испускать видимый свет, измеренной как отношение излучаемого светового потока (в люменах) к потребляемой мощности (в ваттах). Если принять светоотдачу свечи за 1, то светильники на каменноугольном газе первых лет индустриализации превосходили ее в 5–10 раз. До Первой мировой войны электрические лампочки с вольфрамовой нитью накаливания обеспечивали светоотдачу порядка 60. У современных люминесцентных ламп светоотдача в 500 раз выше, чем у свечи, а у натриевых ламп (используемых для уличного освещения) — в 1000 раз выше[53].