Как кусок свинца, оставляющий на поверхности линию, превратился в современный карандаш? Как округлый камень стал колесом? Как чья-то мечта обернулась летательным аппаратом? Процесс воплощения идей, изготовления и усовершенствования артефактов — это то, что сегодня называется инженерным методом. Ему, как уже упоминалось, и самому изобретательству столько же лет, сколько виду Homo sapiens (или по крайней мере Homo faber — человеку созидающему). В конкретных своих воплощениях процесс, подобно человеку, уникален и трудно поддается описанию. Но в смене этапов развития разных предметов есть общая закономерность, которую мы можем проследить, зная, как стилос превратился в карандаш, эскиз — во дворец, а стрела — в ракету. Это наблюдение было сделано еще Экклезиастом, который записал его, но, возможно, был не первым, кто заметил: «Что было, то и будет, и что творилось, то и будет твориться; и нет ничего нового под солнцем».

Любые древние, как цивилизация, явления или предметы часто ассоциируются с какой-либо профессией. Но лекарства появились раньше медицины, вера — раньше религии, конфликты старше юриспруденции, а вещи создавали задолго до того, как возникло понятие инженерного дела. Инженерия, так же как медицина, религия, юриспруденция или любая другая область деятельности, — это проявление человеческого разума, и то, чем занимаются современные инженеры, отличается от практик античных ремесленников лишь степенью самосознания, интенсивности, осторожности, эффективности, применяемым объемом научных знаний и вероятностью успеха работы со все более сложными процессами и устройствами. Мы понимаем, что такое здоровье, не будучи врачами, имеем понятие о справедливости, не обладая юридическим дипломом, и схватываем суть конструирования без инженерного образования. Современный инженер отличается от предков не какой-то особой технической интуицией, а наличием развитых возможностей и вспомогательных инструментов, которые и повышают, и минимизируют вероятность «взрыва нитроглицерина» в процессе изобретения писчего инструмента или перековывания орала в меч. Но даже в идее «как сложно устроен современный мир» нет ничего нового.

Нынешние артефакты появляются и вытесняют предшественников примерно так же, как это происходило в древние времена. Почитав Цицерона, легко убедиться в том, что современные подходы к задачам были бы понятны римлянам — архитекторам, инженерам или простым людям — ровно потому, что нам понятен ход мысли римлянина. В письме другу, советнику и доверенному лицу Аттику, который, по-видимому, не одобрял размер окон в загородном доме, куда он направлялся с визитом, Цицерон заметил, что критика окон за недостаточную ширину — это критика образования Кира, архитектора дома. Цицерон дал Аттику объяснение, подкрепленное геометрическими выкладками (похоже, к нему прилагалось что-то вроде схемы), вероятно, полученное от Кира и доказывающее, что размер окон оптимален для любования садом. Закончив объяснение, Цицерон продолжил: «Если ты найдешь в моем доме еще какой-нибудь объект для критики, у меня всегда найдутся столь же убедительные ответы, если только в действительности не окажется, что проблему можно устранить без особых затрат».

Идеальный проект подразумевает, что артефакт изготавливается и отделывается наилучшим образом в пределах доступного бюджета, с максимально эффективной тратой ресурсов, включающих время, энергию, усилия на дизайн, а также наличные деньги и материалы. На практике ограничения в деньгах и возможностях есть почти всегда, поэтому любой инженерный продукт можно подвергнуть критике: он никогда не будет стопроцентно эффективным, безукоризненно изготовленным, идеально прочным, абсолютно безопасным (если он вообще может быть безопасным, прочным и если его вообще можно изготовить) и при этом удовлетворительно выполняющим свою функцию.

Во всех случаях, когда что-то подвергается критике и требует усовершенствований, типичный инженер, как и архитектор Цицерона, стремится улучшить проект или защитить его, приводя аргументы в пользу своего решения как оптимального, с учетом бывших у него в распоряжении ресурсов. Настоящий инженер сам признает желательность улучшений, которые возможны в рамках существующих технологий без чрезмерного удорожания продукта или слишком больших временных затрат. Появление денег, технологий, времени и материалов дает больше «воздуха» для работы, и тогда добросовестный специалист не противится критике, а воспринимает ее как полезную инициативу. А иногда критика привлекает внимание к риску, который оказывается слишком большим, чтобы пойти на него, даже при наличии неограниченных финансовых возможностей. История космического челнока «Челленджер» — хорошо известный пример, повлиявший на всеобщее восприятие факторов риска и затрат.

Представление об истории и практике инженерного дела зачастую связано с увеличением размеров и сложности машин, конструкций, инструментов, систем и процессов, которые становятся все более технически пугающими и понятными лишь специалистам. Вот примитивный мост, образованный упавшим деревом, превратился в конструкцию из стали и бетона, которая внезапно обрушивается из-за слишком интенсивного движения на автомагистрали. Телевидению и газетам гораздо проще сообщить нам число жертв, чем назвать причины крушения. Первоначальные отчеты о подобных происшествиях нередко включают противоречащие друг другу теории, которые ежедневно меняются по мере того, как разные инженеры высказывают свою точку зрения. В этих условиях вряд ли можно обвинять публику (а может быть, и средства массовой информации), когда они оставляют попытки понять то, в отношении чего нет единого мнения даже среди экспертов. А поскольку споры технического характера часто продолжаются в судах, суть проблемы становится все менее и менее очевидной. Таким образом укрепляется расхожее мнение о том, что творения инженеров непостижимы для всех, за исключением очень узкого круга самих инженеров.

Однако основополагающие идеи и фундаментальные принципы инженерного метода на деле не столь сложны, как некоторые результаты их применения. Не настолько трудны для понимания, как отдельные личности в среде инженеров-разработчиков и их руководителей. Легко почувствовать себя обескураженным, когда пытаешься понять принципы, рассматривая наиболее сложные примеры и проблемы. Но если мы уловим суть инженерного мышления в простых и наименее абстрактных проектах, нам будет легче подходить к чему-то настолько огромному и неизвестному, что даже трудно представить — не говоря уже о том, чтобы повертеть это в руках. «Тайны» инженерии скрыты и в знакомом, и в незнакомом, и в большом, и в малом, и во внешне простом, и в заведомо сложном. При более пристальном рассмотрении даже обычные, мелкие и незамысловатые предметы могут оказаться не менее заковыристыми, чем космический корабль или подвесной мост. Изучение обыденного способствует выявлению величественного. Едва ли не любой предмет можно использовать для того, чтобы приоткрыть дверь в мир инженерии и установить ее связи с искусством, бизнесом и прочими аспектами человеческой культуры.

В качестве примера возьмем историю карандаша. Хотя кусок свинца или угля, безусловно, можно было использовать для письма, такой примитивный инструмент легко раскритиковать. От продолжительного рисования неудобным кусочком может свести судорогой пальцы, и тогда пострадает качество рисунка, а возможно, и мысли. Относительная массивность инструмента будет скрывать от взгляда пишущего или рисующего то, что он делает, затрудняя выполнение тонкой работы. Линия, прочерчиваемая свинцом, окажется недостаточно темной, тогда как угольный след на бумаге, пергаменте и руках, наоборот, будет слишком жирным и грязным. Без сомнения, наши предки были столь же неутомимыми жалобщиками, как мы сами, и не ограничивали себя в критических замечаниях по поводу плачевного состояния письменных принадлежностей. «Ну когда уже придумают что-то получше угля или свинца!»

До недавнего времени письмо требовало основательной подготовки и было сопряжено с неудобствами. Тростниковые перья были известны еще в античные времена, а собственно перьевые — более тысячи лет. В обоих случаях кончики перьев надо было очинить, а в процессе — периодически обмакивать их в чернила, которые легко пролить и размазать. Атрибуты для письма птичьим пером включали не только само перо и чернила, но и перочинный нож, и какой-нибудь адсорбент, например мелкозернистый песок, который не давал чернилам растекаться и помогал быстрее сохнуть. На дюреровских портретах святого Иеронима, изображенного с птичьим пером, и Эразма Роттердамского — с тростниковым, показан процесс письма на наклонной поверхности, когда склянку с чернилами держат в руке или ставят неподалеку.

Молодая девушка из Помпей со стилосом и книжкой из навощенных табличек (pugillares)

Долгое время принципиальной альтернативой перу и чернилам вкупе с папирусом, пергаментом и веленью были металлический стилос и вощеная табличка. Латинское слово сodex (ствол дерева) стали использовать для наименования дощечек, покрытых воском, которые со временем превратились в современные книги. Поверхность таблички (из дерева, а позже и слоновой кости) покрывали воском, оставляя рамку: на воске можно было царапать надписи заостренным концом стилоса, а другой конец часто делали плоским или придавали ему какую-нибудь другую форму, удобную для разглаживания воска, чтобы вносить изменения в написанное или повторно использовать дощечку. Стилос одновременно с успехом выполнял роль ластика и карандаша. Некоторые ученые полагают, что Чосер писал «Кентерберийские рассказы» на вощеных дощечках, и лишь окончательный вариант записывал чернилами на велени или пергаменте. В «Рассказе пристава церковного суда» говорится об использовании таблички одним недобросовестным монахом, который стирал с нее предыдущие записи, так как не имел никакого намерения хранить записи о людях, которым обещал благосклонность церкви:

Томас Эстл, чей труд «Возникновение и развитие письма» был впервые издан в 1784 году, отмечал, что послания записывались на многочисленных дощечках, также известных как «записные книги», которые скреплялись веревкой с сургучной печатью. Происхождение выражения «распечатать письмо» связано с процессом взламывания печати, чтобы прочитать текст. Далее Эстл указывал, что в конце XVIII века, то есть при жизни автора, заметки делали на табличках из слоновой кости, «на которых можно было писать свинцовым карандашом». Главным объектом его интереса было то, что он называл «текстуальной экспертизой», которая использовалась для установления возраста и подлинности важных документов, особенно спорных, и неудивительно, что в качестве отступлений он приводит описания разных эксцессов. Эстл акцентирует внимание на размере и массе книжек из дерева и слоновой кости, упоминая, что «у Плавта говорится о семилетнем мальчике, который книжкой разбил голову учителю».

Также он заявляет, что заостренные «железные стилосы были опасным оружием и запрещались римлянами, а вместо них пользовались стилосами из слоновой кости», и иллюстрирует этот факт римскими хрониками насилия, связанными с применением стилосов, прилагавшихся к книжкам. На латыни книжки назывались pugillares (от pugillus — кулак, сжатая ладонь), вероятно потому, что самые небольшие можно было держать открытыми одной рукой, тогда как другая сжимала палочку. Эстл пишет и о Цезаре, проткнувшем стилосом руку Кассия «в присутствии всего сената», и о Калигуле, который намеревался учинить расправу над неким сенатором с помощью стилосов, и о мучениях, что «претерпел Кассиан от своих учеников, забивших его до смерти книжками и стилосами».

Несколько свинцовых и серебряных стилосов, один из которых встроен в циркуль

Металлические стилосы, используемые с мирными намерениями, могли оставлять бледные линии на многих поверхностях, и об этом было известно давно, но в Средние века ими наконец приспособились чертить на материалах, покрытых специальным мелообразным составом, что делало след более отчетливым; это особенно понравилось купцам и другим людям, которым требовались легкочитаемые записи. Альтернативы перу и чернилам продолжали появляться, и в некоторых самодеятельных школах стран третьего мира до сих пор используют аспидные доски, на которых пишут грифелем или мелом. Карандаши в виде палочек из грифельного сланца продавались в Америке вплоть до начала ХХ века, и некоторые из них, имевшие необычную форму, без сомнения, сохранились благодаря интересному дизайну и приятному виду этого серого минерала, на котором не остается следов времени. Хотя затачивание таких карандашей сопровождается звуками, о которых и вспоминать не хочется, они до сих пор продаются среди прочих безделушек у антикваров, которые обычно игнорируют деревянные карандаши того же возраста.

Известно, что многие люди, испытывавшие необходимость в инструменте для письма, использовали очень неудобные средства, чтобы записать мысли; говорят, что шотландский поэт Роберт Бернс сочинил некоторые стихи, царапая слова алмазным перстнем на оконном стекле. Одни хозяева гостиниц негодовали, другие одобряли популярного поэта, и до наших дней в городе Стирлинге сохранилась гостиница, где постояльцам рассказывают, что Бернс как-то нацарапал стихотворение на одном из окон, и с гордостью сохраняют «комнаты Бернса», где его, как говорят, посетила муза.

Со временем, конечно, выяснится, что графит, из которого делают грифели простых карандашей, по химическому составу аналогичен алмазу и является не менее ценным веществом. Но когда-то этого не знали, и многие писатели на протяжении веков мечтали о том, чтобы сменить малоудобные письменные принадлежности на что-то столь же компактное, как перстень, но при этом гораздо более дешевое. Мечта сбылась с изобретением инструмента, который избавлял от необходимости писать жидкими чернилами и оставлял на обычной бумаге относительно четкий и неразмазывающийся след. Притом его можно было стереть, а сам инструмент носить с собой было сподручнее, чем навощенную дощечку или грифельную доску, не говоря уже об оконном стекле.

Нередко бывает достаточно хорошо сформулировать суть изъяна, присущего предмету, чтобы стал очевидным способ его исправления при изготовлении нового варианта или усовершенствовании старого. Если кусок свинца трудно держать в руке, следовательно, нужно изменить форму, и руке будет удобнее. Если кусок мешает человеку видеть то, что он пишет, значит, необходимо уменьшить размеры. Если просто уменьшить размеры, то может оказаться, что рука будет уставать еще сильнее. Может, стоит придать свинцу форму объекта с небольшим пишущим концом, но увеличенного в других частях, чтобы он комфортно лежал в руке? Действуя в соответствии со столь простыми инженерными наблюдениями, мастер мог придать куску свинца форму карандаша, чтобы добиться более тонких линий на рисовании и письме, или форму диска, который позволяет чертить линии и долго не тупится. Эти улучшения можно было выполнить без больших затрат, поэтому поставщики и изготовители протокарандашей не имели причин сопротивляться переменам, особенно в условиях свободной торговли, где вялая реакция производителя на недостатки собственного продукта означает захват рынка конкурентами, поспешившими предложить исправленную версию.

Что касается насыщенности следа, который оставляет кусок металла, то свинец остается свинцом, и линию не сделать более темной за счет простого изменения формы. Можно попробовать нагреть свинец или смешать его с другими веществами, пытаясь получить более яркий штрих, но для этого необходимы исследования и новые разработки (какими бы примитивными они ни казались применительно к данному случаю), а это повлечет непредвиденные расходы, которые могут не окупиться. Таким образом, конструктор стилоса мог ответить пользователю, что след нельзя сделать более темным без дополнительных затрат (если только не использовать крошащийся каменный уголь), поскольку в то время еще не был открыт материал, более пригодный для изготовления карандашей, нежели чистый свинец. И может быть, пытаясь оправдаться за несовершенство инструмента, конструктор напомнил бы критикам свинца о его замечательном качестве — легкости стирания обычными хлебными крошками.

Словом, гораздо проще было усовершенствовать форму свинцового куска, чем улучшить качество оставляемого им следа. Со временем, после размышлений, проб и ошибок, благодаря поискам и случайным открытиям появились сплавы свинца с другими металлами (оловом, висмутом, ртутью), которые писали лучше и к тому же меньше изнашивались и царапали писчую поверхность. Еще в XII веке немецкий монах Теофил писал о сплаве свинца и олова, который он использует вместе с линейкой и циркулем для вычерчивания проекта на деревянной доске. Соотношение свинца и олова в таких стилосах составляло предположительно два к одному, и их стали называть свинцовыми карандашами независимо от формы и точного состава. Но поскольку Теофил, по словам Сирила Стэнли Смита, был «первым в истории человеком, который записывал словами какие-либо технические подробности того, что он делал», то нелегко установить, как долго существовали изготовленные из свинцового сплава карандаши, до того как он впервые их описал.

Инструменты для письма, изготовленные из свинца или сплавов, продолжали значительно уступать по качеству линии перу и чернилам, но ими продолжали пользоваться еще в Средние века для разметки полей и линий на папирусе, пергаменте и бумаге, чтобы ровнее распологать рукописный текст и писать с равными межстрочными интервалами. Этот обычай стал менее распространенным приблизительно в начале XV века, поскольку позднее строки рукописей пошли вкривь и вкось. Но практика не была забыта полностью.

Эдвард Кокер, школьный учитель, живший в XVII веке, написал несколько книг, среди которых был первый английский учебник арифметики для коммерсантов. Это издание было столь известно, что выражение «как по Кокеру» стало синонимом точности. Но Кокер хотел, чтобы его читатели не только правильно вели бухгалтерские книги. Инструкции под заголовком «Как обращаться с ручкой» начинаются следующими словами: «Если перед вами книга, в которой надо делать записи, или лист бумаги, на котором надо писать, то их следует разлиновать с помощью графитового пера или циркуля…»

Использование разметочного циркуля, который слегка намечал на бумаге параллельные линии, помогало направлять руку пишущего, чтобы «верхняя и нижняя части каждой буквы располагались ровно». Но во времена, когда Кокер писал учебник, «черный свинец», или графит, едва пришел на смену свинцовому карандашу, и поэтому название «графитовый карандаш» еще не стало привычным. Однако след от него был настолько темнее привычного свинцового, настолько напоминал чернильный, что в английском языке новый инструмент стали называть не в честь карандаша, а в честь пера. Несмотря на способность оставлять темный след, для разметки его нужно было использовать со слабым нажимом, чтобы чертить не слишком явно, как «параллельные линии, наносимые оловянным стилосом или же перочинным ножом, чтобы они не казались черными» (такое указание содержалось в одном учебнике по письму XVI века). Разметочные линии не должны были отвлекать от текста, и прошло немало времени, прежде чем графит полностью вытеснил свинцовые карандаши и другие более примитивные инструменты для письма.

Хотя старинные свинцовые карандаши практически вышли из употребления, практика нанесения бледных линий для облегчения каллиграфического письма не исчезла. Карандаши в оправе и карандаши-палочки сосуществовали еще в XIX столетии, и один писатель вспоминал, что в 1820-х годах в северной части штата Нью-Йорк «гусиные перья использовались для копирования прописей, а свинцовые карандаши — для разлиновки; простые карандаши, хотя и были распространены, не являлись обязательным элементом школьной жизни». Свинцовые разметчики часто делали своими руками: мальчик вырезал сосновую заготовку и заливал туда расплавленный свинец, чтобы он приобрел форму топора или томагавка. Эти острые штуки носили в карманах, и они всегда были под рукой, чтобы разлиновать тетрадь для чистописания. Инструменты в форме топоров и томагавков нравились мальчикам школьного возраста и имели очевидное преимущество над свинцовыми стилосами с заостренным концом. Последние гнулись от усилия, которое требовалось приложить для прочерчивания линий, а разметчики с широкими плоскими краями лучше держали форму. Раньше люди знали об этом и придавали свинцовым карандашам для линовки форму заостренных дисков, plumbum. Древние римляне называли их также productal, что значило «обгонять», а древние греки использовали слово paragraphos, которое означало «писать рядом» и от которого произошло слово «параграф».

Хотя свинцовые карандаши теперь исчезли, но в середине ХХ века, когда на партах в американских школах еще оставались углубления для чернильниц, а чистописанию учили по прописям, ученики продолжали пользоваться карандашом и линейкой для разлиновки, и делать это было необходимо, прежде чем обмакнуть перо в чернила. Еще недавно одним из первых навыков, который приобретали студенты инженерных факультетов на занятиях по черчению, было умение пользоваться свинцовым карандашом, чтобы наносить почти невидимые разметочные линии для письма печатными буквами. Даже в наши дни в наборы писчей бумаги иногда включают один разлинованный лист, чтобы следы от ручки не отпечатывались на следующем пустом листе и чтобы страница была исписана ровно. Как говорится в учебнике по чистописанию, изданном в Италии в 1540 году, «лист с черными линиями, или разлинованный подкладной лист» рекомендуется использовать на начальном этапе обучения, чтобы натренировать руку, пока человек не научится «писать очень хорошо и очень уверенно» даже в отсутствие ориентиров.

Хотя заведенный порядок всегда меняется медленно, улучшения в области приспособлений для письма не обязательно были связаны с открытием новых материалов лучшего качества. Задолго до того, как графит прославился своими пишущими свойствами, свинцовые карандаши претерпели ряд изменений в ответ на высказанную или ожидаемую критику, а то и повинуясь прихотям школьников. Некоторые стилосы делали в форме тонких стержней, с одного конца заостренных для письма, а с другого конца расплющенных для разлиновки. Таким образом отпадала потребность в специальном линовочном диске. Возможно, это усовершенствование возникло по аналогии со стилосом для вощенных дощечек или в связи с жалобами монахов на то, что им приходилось откладывать один кусок свинца, чтобы взять в руки другой, или из соображений экономии свинца. По аналогичным причинам в учебниках по черчению ХХ века рекомендуют по-разному затачивать карандаши с обеих сторон, чтобы в распоряжении инженера были грифели неодинаковой остроты.

По мере того как на смену стилосам из чистого свинца стали приходить палочки из сплавов, их изготовители, безусловно, стали выпускать карандаши с разными пропорциями материалов и разной степенью чистоты основных металлов, что, вероятно, зависело от наличия и качества местного сырья. У писателей и художников по-прежнему оставалось много возможностей для жалоб и споров об относительных достоинствах одного стилоса в сравнении с другим. Но в целом еще в древности стилос превратился в инструмент достаточно удобной формы, оставлявший хороший след, который, должно быть, выглядел особенно неплохо в глазах тех, кто никогда не видел современного карандаша. И как только рисовальные качества были доведены до максимума, усилия изобретателей сосредоточились на менее существенных деталях. Так, постепенно стилосы из свинцовых сплавов стали снабжать бумажными обертками — скорее всего, это стало экономичным решением проблемы пачкающихся пальцев. В самом деле, жалобы раздавались еще со времен Плиния Старшего. Когда этот римский ученый рассуждал в «Естественной истории» о популярности золота, то говорил следующее: «Еще одна более важная причина его ценности заключается в том, что оно чрезвычайно мало изнашивается от употребления, тогда как при использовании серебра, меди и свинца для прочерчивания линий с них сходит вещество, пачкающее руки». Обернутые в бумагу свинцовые карандаши были в ходу еще в XVIII столетии, а полностью вышли из употребления только в начале XX века.

При раскопках в Египте было найдено пять маленьких кусочков графита, которые датируются 1400 годом до нашей эры, — у них нечистый химический состав, и ученые полагают, что они использовались скорее как красящее вещество, нежели как инструмент для письма или рисования. Менее древние упоминания о графите, в основном, относятся к небольшим европейским запасам не слишком высокого качества. Почему же в конечном итоге графит вытеснил свинцовые сплавы и получил предпочтение как вещество, наиболее пригодное для сухого письма и рисования на неподготовленной поверхности? Это попросту связано с тем, что приблизительно в середине XVI века были найдены легкодобываемые обширные запасы этого материала, способного оставлять великолепный след. Пройдет еще не одно столетие, прежде чем будут исследованы его подлинные химические свойства, но вот его необыкновенные писчие качества были отмечены почти сразу после обнаружения залежей в окрестностях города Кесвик в графстве Камберленд, на северо-востоке Англии, в центре региона, который обычно называют Озерным краем. Непосредственных письменных свидетельств о находке не существует, но это событие, безусловно, наложило отпечаток на гуманитарные науки, изобретательство, искусство и на всю цивилизацию.