Электричество означает «современность», потому что оно, как говорит мой сын Майкл, математический и компьютерный гений, – основа всех современных компьютерных сетей. Мы живем в цифровом мире, который зависит от этих сетей. И все эти сети – телефонные, глобального позиционирования, резервные авиационные системы, светофоры (перечислять можно до бесконечности) – зависят от электричества.

Короче говоря, компьютерная сеть – это электрическая сеть, и наоборот. Если вам повезло быть подключенными к электрической сети, вы сможете добраться и до цифровой информационной сети.

Благодаря электричеству телеграф, изобретенный Сэмюэлем Морзе, дал возможность почти мгновенной связи между отдаленными точками. В 1866 году по дну Атлантики был проложен телеграфный кабель, так была создана первая непрерывная коммуникационная линия между Европой и Соединенными Штатами. Через десять лет Александр Грэм Белл заполучил патент на телефон. В отличие от телеграфа, которому требовались операторы, чтобы передавать и получать сообщения, телефоном мог пользоваться каждый, и телефонные аппараты начали связывать жилые дома и учреждения. Джеймс Глейк в своей книге «Информация» (Information, 2011) пишет, что телефон и телеграф «разорвали ткань общества и воссоединили ее заново, добавив переходы и перекрестки там, где раньше было пустое пространство». Телеграф и телефон, как поясняет Глейк, начали «впервые превращать человеческое общество в некий связанный организм», и эта связь оказалась возможна исключительно благодаря электричеству^[43].

Электричество – высший хищник в царстве энергии. Мы преобразуем множество первичных источников энергии – уголь, природный газ, нефть, биомассу, солнечный свет, ветер, воду и ядерные реакции – в электричество, которое является вторичной формой энергии. Другие источники вторичной энергии – бензин, который нужно рафинировать из сырой нефти, и водород, добываемый из природного газа (водород можно добывать и из воды, но расщепление молекул воды требует огромного количества энергии).

Мы конвертируем различные виды топлива в электричество потому, что оно – наиболее полезная форма энергии. Среди множества его замечательных качеств – отсутствие инерции. Это означает, что его не нужно нагревать. Оно дает максимальную мощность в доли секунды и может быть остановлено так же быстро. Электричество позволяет нам использовать движение электронов. Мы можем генерировать потоки электронов как из кинетической, так и из потенциальной энергии, и можем менять эти формы энергии местами^[44]. То есть можно конвертировать потенциальную энергию в кинетическую, и наоборот. Вот наглядный пример: электрическую энергию можно использовать для зарядки аккумулятора, в котором содержится химическая энергия. Затем мы можем использовать химическую энергию аккумулятора и конвертировать ее обратно в электрическую, например, чтобы сделать телефонный звонок или заказать пакет «Осмокота» через Amazon.

Электричество можно производить множеством различных способов, а использовать – еще большим. Однако у него есть существенные недостатки. Электричество очень привередливое. Его нужно потреблять практически в то же мгновение, как оно создается. Это отличает его от других форм энергии, таких как древесина, уголь, нефть и природный газ, которые относительно просто запасать и хранить. Разумеется, умеренное количество электричества тоже можно запасти. Аккумуляторы, которые обеспечивают энергией телефоны в наших карманах, содержат несколько ватт-часов электроэнергии. Этого скромного количества энергии достаточно, чтобы поболтать по телефону и проложить маршрут в навигаторе. Но экономически значимые запасы больших объемов электричества, чтобы обеспечить город энергией на сутки-другие, современные технологии пока предоставить не в состоянии. На самом деле, если вам каким-то образом удастся собрать в одном месте аккумуляторы всех автомобилей мира, полностью зарядить их и соединить в единую сеть, они смогут снабжать планету электричеством всего 30 минут.

Мы пока не можем запасать электричество в больших количествах, но возможность хранить относительно небольшие порции и манипулировать ими уже сильно изменила нашу жизнь. Батарейки поистине дали возможность поймать молнию в бутылку. Используя новейшие достижения химической и металлургической промышленности, компании всего мира производят потрясающе разнообразные батарейки – от тех, что используются в кардиостимуляторах, имплантируемых в организм человека, до ванадиевых проточных батарей, которые требуют тысячи литров жидких химикатов, располагающихся в гигантских баках.

Теперь, немного разобравшись, что такое электричество, нужно прояснить разницу между двумя терминами – энергией и мощностью. Их часто путают, но это не одно и то же. Энергия – это способность совершать работу. Она измеряется в джоулях (Дж), ватт-часах (Вт-ч) или в британских термальных единицах (БТЕ). Мощность – это скорость, с которой может совершаться работа. Она измеряется в ваттах (Вт) или лошадиных силах (л. с.). Формула для мощности проста: 1 джоуль в секунду равен 1 ватту. Выглядит это так:

1 Дж/сек = 1 Вт.

Другой способ понять эти термины: запомнить, что энергия – это количество, как литр нефти или тонна угля. Мощность – это скорость, то есть измерение потока энергии в определенный период времени. Для понимания различия между энергией и мощностью полезно вспомнить генератор, который снабжает энергией дом Вильфредо Роке и Айрис Ортис в баррио Антон Руис. Их прибор обладает мощностью в 4500 ватт, и это означает, что он может вырабатывать 4500 ватт, работая в полную силу. Если Вильфредо включит его на один час, генератор произведет 4500 ватт-часов (4,5 киловатт-часа) энергии.

И наконец, краткий взгляд на Международную систему единиц, или СИ (акроним от Système International), которая определяет символы для единиц и чисел, представляющих кратные и дольные части этих единиц. При разговоре о выработке и использовании электричества полезно запомнить несколько приставок системы СИ, в том числе такую последовательность: КМГТ.

Она означает кило-, мега-, гига- и тера-. Это приставки для единиц энергии и мощности, соответственно, тысячи, миллионы, миллиарды и триллионы. Вам встретятся обозначения мощности в киловаттах, мегаваттах, гигаваттах и тераваттах. Не пугайтесь. Чтобы понять смысл этих приставок, вспомните, что мы потребляем электричество в доме в масштабах киловатт. Фен для волос потребляет примерно 1800 ватт, или 1,8 киловатта. Потребность небольшого города в электричестве, скорее всего, будет измеряться в мегаваттах. Для крупного города речь будет идти о гигаваттах, а для страны – о тераваттах. Например, Соединенные Штаты получают энергию от электросетей, имеющих общую установленную генерирующую мощность около одного тераватта, или одного триллиона ватт^[45].

Все, на этом вводный курс заканчивается. Теперь, когда мы стали лучше представлять себе, что такое электричество, попробуем ответить на второй вопрос: почему оно обладает такой преобразующей силой?

2
Преобразующая сила электричества

Мы сделаем электричество настолько дешевым, что только богачи будут жечь свечи.

Томас Эдисон

Есть три причины, по которым электричество привело человечество к такому поразительному процветанию: освещение, мощность и плотность^[46]. Электричество сделало освещение дешевым, обильным и надежным, что фундаментально изменило и дневную, и ночную жизнь человека. Электричество обеспечивает мгновенный доступ к энергии, что преобразило все сферы нашей жизни – от производства до городского транспорта. И наконец, электричество, как никогда ранее, дает возможность концентрировать потоки энергии. Эти высококонцентрированные энергетические потоки повлияли на все – от этажности наших городов до производительности заводов, фабрик и микропроцессоров.

Посмотрим вначале на первую причину – освещение.

Электричество позволило нам избавиться от одного из наших древнейших врагов – темноты. На протяжении тысячелетий стоимость хорошо освещенных пространств в темное время суток была настолько велика, что только очень богатые люди могли себе это позволить. Это означало, что бедные обычно оставались во мраке, и все злые силы, которые обитали во тьме, могли победить исключительно мистика, жрецы и шаманы.

Если кто-то хотел читать или работать во мраке, выбор освещения был невелик: горящий очаг, факел, фонарь или свеча – для всех источников света надо было что-то сжигать.

На протяжении веков у людей после захода солнца не было иного выбора, кроме как укрываться по домам. В 1380 году во Франции был издан указ, согласно которому парижане вечером должны были покидать улицы, и «все дома должны быть заперты, а ключи сданы в магистратуру. Никто не имеет права входить или выходить из дома, не представив в магистратуру убедительную причину». Примерно в то же время в Англии каждый, кто появлялся на улице после наступления темноты, считался подозрительным и подлежал немедленному задержанию. В 1467 году там же был издан указ, согласно которому «любой, появившийся на улице вечером после девятого удара колокола без фонаря либо без веской причины, подлежит задержанию». Более того, как пишет Вольфганг Шифельбуш в книге Disenchanted Night («Расколдованная ночь»), «в больших городах, таких как Берлин и Вена, сходные ограничения оставались в силе еще в XIX веке»^[47].

Индустриализация освещения, то есть решающий прорыв, который резко снизил стоимость и повысил доступность света, произошла с начала 1800‐х годов. В населенных пунктах, в домах и на производствах начали использовать метан, извлекаемый из угля, который сначала применяли для уличных фонарей, а потом – и для освещения помещений. Известный как «городской газ», метан сыграл важную роль и в XIX, и в XX столетиях. Городской газ добывают, нагревая уголь до высокой температуры. Газ улавливают, помещают в хранилища, а потом доставляют по трубам (нередко протекающим) к потребителям. Газовое освещение быстро стало популярным, потому что оказалось дешевле фонарей и свечей. К 1822 году Лондон занимал лидирующее положение в мире по газовому освещению. Четыре компании в целом обслуживали 200 миль (322 километра) газопроводов. В последующие десятилетия муниципальные газовые системы получили широкое распространение в Британии, Франции и Германии. Но по мере расширения газового освещения росло и число жалоб. Согласно одному утверждению, газовое освещение «сжигает огромное количество кислорода и часто повышает температуру в закрытых комнатах до тропического уровня»^[48]. Эдгар Аллан По писал, что газовое освещение «абсолютно недопустимо в помещениях. Его резкий и неустойчивый свет раздражает». В 1878 году в одном британском руководстве по ведению домашнего хозяйства утверждалось, что «некоторые испытывают угнетающее и тошнотворное ощущение в комнате, свободно освещенной газом и плотно закрытой, как часто происходит в моменты, когда газ особенно требуется». Далее говорилось, что газовое освещение «в равной степени губительно для убранства помещений, поскольку картины, бумаги, потолки и занавески быстро становятся тусклыми и грязными»^[49].

У газового освещения были и другие недостатки. Каждый светильник нужно было каждый вечер зажигать вручную. Стеклянную оболочку, в которой находилась газовая горелка, нужно было регулярно чистить, потому что дым от горения давал темный осадок. Системы, по которым подавался газ, тоже представляли опасность. Городской газ часто хранился в наземных баллонах, которые назывались газометрами. В 1865 году в Лондоне взорвался один такой газометр. Погибли десять рабочих. После аварии газета Times написала, что газометры представляют собой опасность для жизни и здоровья: «Те, кто живет поблизости, и здания, расположенные рядом с ними, подвержены такому же риску, как если бы располагались на пороховой бочке»^[50].