Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Хелфанд Дэвид

Картины были проданы на аукционе в Германии в начале 1990-х годов, и их подлинность была подтверждена историками искусства. В некоторых торгах участвовал аукционный дом Christie’s, что повысило доверие к работам. Комик Стив Мартин купил одно из произведений художника Генриха Кампендонка за 850 тысяч долларов.

Жена Бельтракки придумала хитрую историю о происхождении картин, решив убедить всех в том, что ее дедушка, Вернер Йегерс, купил их в начале XX века у немецкого еврейского арт-дилера искусства Альфреда Флехтхайма, чей бизнес забрали нацисты в 1930-х годах. Ходили слухи, что Йегерс спрятал свою коллекцию в горной пещере недалеко от Кёльна, чтобы ее не украли или не уничтожили нацисты (считавшие произведения того периода «дегенеративными»). На самом деле Йегерс ни разу в жизни не купил ни одного произведения искусства, хотя

Бельтракки зашли настолько далеко, что сделали фотоснимки в старинной одежде с висящими на фоне поддельными картинами.

Другая картина Кампендонка, проданная на аукционе Lempertz в Кёльне в 2008 году за 2,5 миллиона долларов, помогла раскрыть мошенничество, когда новый владелец изучил ее с помощью рентгеновского излучения, индуцированного протонами (PIXE). PIXE – еще один полностью неразрушающий метод, основанный на преимуществах уникального «отпечатка пальца», который характерен для каждого атома в наборе определенных длин волн, создаваемых переходами его электронов. При помощи ускорителя PIXE создает пучок протонов с энергией (обычно достигающей нескольких миллионов электронвольт), достаточной для ионизации атомов картины, которая происходит вследствие того, что один из электронов, расположенных ближе всего к центру, насильно срывается со своей орбиты. В ответ внешние электроны каскадом спускаются вниз, заполняя дырку и излучая волны определенной длины, уникальные для каждого элемента. Хотя можно добиться этого и другим путем, осветив картину достаточно энергичными рентгеновскими фотонами (это так называемая рентгеновская флуоресценция), метод PIXE лучше в том плане, что позволяет непрерывно менять энергию излучения и таким образом выбирать глубину, на которую проникнут протоны (благодаря чему получается исследовать различные слои краски, а также определять размеры холста и толщину наложенного лака). Кроме того, можно сфокусировать луч, чтобы осветить определенные микроскопические участки произведения искусства; стандартные размеры луча настолько малы, что составляют всего 0,2 мм (в несколько раз больше ширины человеческого волоса).

Исследование картины Кампендонка, проведенное при помощи PIXE, показало, что в ней содержалось значительное количество Титана, входящего в состав «титановых белил» – пигмента, впервые произведенного спустя семь лет после предположительного создания картины, и тем самым это позволило классифицировать ее как однозначную подделку. При этом сам метод не оказывает на картину совершенно никакого влияния – конечно, если не принимать во внимание ее стоимость.

Применение PIXE

Фальсификаторов интересуют и объемные артефакты. Например, в Китае высоко ценятся нефритовые изделия, найденные в древних гробницах. После тысяч лет соприкосновения с почвой и водой белый нефрит покрывается люминесцентной патиной, известной в Китае как «белая куриная кость». Такой вид придают и современным подделкам, для чего их замачивают либо в соляной (HCl), либо в серной кислоте (H₂SO₄), после чего остается явный избыток Хлора или Серы, легко выявляемый при помощи сканирования по методу PIXE. Скажем, в то время как в древних нефритовых артефактах концентрация Хлора составляет от 0,01 до 0,036 %, в современных подделках она в десять раз выше – от 0,1 до 0,36 %⁷.

Анализ PIXE чрезвычайно чувствителен к едва уловимым химическим изменениям, поэтому к его помощи прибегали во многих областях искусства и археологии. Одно из самых замечательных его применений – попытка расположить в хронологическом порядке недатированные заметки и рисунки Галилея, связанные с развитием его теории движения. Желая оценить точный состав чернил в датированных письмах и финансовых документах и сравнить его с составом на недатированных страницах заметок Галилея о физике движения, группа итальянцев сопоставила соотношения элементов (Цинк/Железо, Медь/Железо, Цинк/Медь, Железо/Свинец) и сумела сгруппировать документы по едва заметным изменениям в содержимом чернильницы Галилея, тем самым во многом углубив наши знания об одном из важнейших творцов современной науки⁸.

Неразрушающие методы невероятно обогащают сферу истории искусства, поскольку дают нам возможность напрямую обратиться к атомам и молекулам, из которых оно состоит, благодаря чему мы можем установить происхождение произведений, обнаружить подделки, а также представить, при помощи каких техник создавался тот или иной шедевр, и установить время его возникновения. Подобный подход к священным текстам и артефактам, а также к архитектурным и художественным творениям как исторических, так и доисторических времен позволит расширить границы нашего «атомного воссоздания» человеческих стремлений – и проникнуть в эпохи, предшествующие возникновению современной цивилизации.

Глава 8

Углеродные часы: установление дат

«Радиоуглеродное датирование предполагает, что ранний Коран древнее Мухаммеда»¹. Этот заголовок мелькал по всему миру летом 2015 года, рождая ужас в мусульманском мире, интерес среди историков и раздражение во мне. Эта история – не пример мошеннических уловок, подобных тем, какие мы раскрывали в предыдущей главе, а просто следствие вопиюще плохого написания заголовков в сочетании с одной из моих любимых мозолей – неумением считать. Однако этот инцидент позволит нам показать в действии очень важную технику датирования, о которой мы будем часто говорить в последующих главах и которая, таким образом, представляет собой следующий шаг в нашем стремлении превратить атомы в безупречных историков.

Датирование пергамента

В начале 2015 года в библиотеке Бирмингемского университета были найдены несколько листов Корана, в том числе части 18, 19 и 20-й сур (глав). Они находились внутри другой древней копии Корана, приобретенной в 1920-х годах. Лаборатория Оксфордского университета, располагавшая радиоуглеродным ускорителем, использовала крошечный фрагмент пергамента из этих фолиантов и обнаружила, что они созданы в период, охватывающий время с 568 по 645 год нашей эры. Поскольку пророк Мухаммед жил с 570 по 632 год, автор заголовка, ориентированный на кликбейт, счел оправданным написать: «Радиоуглеродное датирование предполагает, что ранний Коран древнее Мухаммеда», таким образом «предполагая», что эта версия исламского священного текста могла появиться прежде пророка, получившего ее в откровении. Это антинаучное «предположение» – и ниже я объясню почему. Но сначала давайте посмотрим, как можно однозначно датировать документ возрастом в четырнадцать веков с точностью до нескольких десятилетий.

Как описано в главе 6, ¹⁴C представляет собой радиоактивный изотоп Углерода, претерпевающий бета-распад до ¹⁴N. Период его полураспада составляет 5730 лет (неопределенность периода полураспада – менее 1 %). Поскольку в основе всех живых существ на Земле лежат молекулы, содержащие Углерод, они в ходе своей жизни постоянно поглощают этот атом из окружающей среды (растения впитывают CO₂ из воздуха, животные поедают растения или других травоядных). В главе 10 мы подробнее поговорим о том факте, что ¹⁴С тяжелее гораздо более распространенного ¹²С, поэтому растения неохотно усваивают его при построении своих молекул, но тем не менее в них неизбежно содержится некоторая доля более тяжелого изотопа.

Как только растение или животное умирает, оно перестает поглощать Углерод из окружающей среды. Два стабильных изотопа, ¹²C и ¹³C, остаются неизменными, но ¹⁴C всегда распадается, и если не ввести его из внешнего источника, его количество медленно, но верно уменьшается по сравнению с его стабильными собратьями. Через 5730 лет (один период полураспада) соотношение ¹⁴C/¹²C составит половину того, каким оно было при жизни существа. Как указано в главе 6, количество атомов N, оставшихся после определенного периода времени T с момента смерти N(T), устанавливается количеством окружающих атомов на момент смерти N(T = 0), умноженным на дробь ( 1/2 ), возведенную в степень T/t _1/2 :