Не трогай моих чертежей! История науки в знаменитых изображениях

Вот уже более десяти лет прошло с тех пор, как я активно переводил научно-популярные книги. Далеко не сразу в их титрах стала появляться моя фамилия, но в тот период меня это мало волновало. Я очень хотел научиться издательскому делу, в целом заниматься просвещением и иметь ранний доступ к максимально свежим научно-популярным книжкам. В тот период я уже не первый год сотрудничал с Дмитрием Гурским, который готовил в одной из своих ранних компаний «Ideanomix» макеты для крупных российских издательств, в частности, «ЭКСМО». Именно от него весной 2011 года я получил в перевод одну из самых необычных книг в моей практике. Написал её кембриджский профессор Джон Бэрроу (1952-2020), и в оригинале она называлась «Cosmic Imagery». Только в 2014 году переведённая книга вышла в издательстве «ЭКСМО» под названием «История науки в знаменитых изображениях».

Наверное, именно эта книга, настолько же эклектичная, насколько и богато иллюстрированная, предвосхитила мой интерес к Хабру, вернее, к той его части, которая впоследствии стала называться «Гиктаймс» (и вновь влилась в «Хабр»). Сегодня я расскажу о наиболее запомнившихся мне сюжетах из этой книги и о том, какой огромной ценностью обладали научные иллюстрации сотни и тысячи лет назад.

Основная фишка этой книги — красивые иллюстрации, видимо, именно ради них её и решили издавать на русском языке. Автор претендует на энциклопедичность и действительно затрагивает сюжеты из очень разных областей — астрономия, география, физика, живопись, геометрия (с топологией) и более обширная математика, семиотика, химия, архитектура. Он всё-таки постарался разделить свой труд на крупные смысловые части, которые я здесь перечислю.

Часть первая. Звёзды в твоих глазах

Посвящена астрономии, астрофизике, астрофотографии и в небольшой степени – изображению звёздного неба в живописи. Здесь стоит обратить внимание на

1. главу о диаграмме Герцшпрунга-Рассела, соотносящей возраст и светимость звёзд (с.33),

2. несколько глав о том, как астрономы постепенно научились различать галактики и туманности, в частности, о Крабовидной туманности (с. 40), галактике Андромеда (с. 44) и галактике Водоворот (с. 28),

3. главы о доплеровском эффекте и телескопе «Хаббл»,

4. главу о световых конусах (с. 92),

5. главу «Безволосые чёрные дыры» (с .103).

   

Часть вторая. Пространственные предубеждения

Здесь автор причудливым образом объединил географию, геологию, анатомию, палеонтологию, особое внимание уделил метеорологии и упомянул о зондах «Вояджер» и «Пионер» как о самых дальних рукотворных аппаратах, находящихся сейчас в космосе (им посвящена глава «Золотые диски человечества» на с. 126). Вот как выглядит пластинка с «Пионера», менее известная, чем золотые диски «Вояджеров».

Также заслуживают внимания главы «Война миров. Марсианские каналы» (с. 122), «Унесённые ветром. Метеорологические карты» (с. 146) и «Шаг вперёд. Следы в Лаэтоли» (с. 153). Именно в этом разделе находится глава «Тело как наглядное пособие. Везалий и строение человека» (с .159), которая выложена для предпросмотра на сайте проектов Дмитрия Зимина. К этой статье я вернусь ниже, а пока охарактеризую две оставшиеся части книги.

Часть третья. Живопись числами

Это наиболее сложная и научная часть книги, в основном посвящённая геометрии и развитию математического аппарата. Хабровчанину стоило бы прочитать её без пропусков, но я бы отметил главы о диаграммах Венна (с. 209), о фуллеренах как с геометрической, так и с химической, и с архитектурной точки зрения (с. 185), о треугольнике Паскаля (с. 204), о теореме четырёх красок (с. 270), о фракталах (с. 246) и отдельно о множестве Мандельброта (с. 250), о невозможных фигурах и апериодических мозаиках (обе эти темы непосредственно связаны с гением Роджера Пенроуза) (с. 255 и 259), о гиперкубах и попытках отображения четырёхмерных тел в трёхмерном пространстве (с. 243). Каким-то образом именно в этой части нашлось место главе об истории лондонского метрополитена и проектировании карт метро в целом (с. 270).

Часть четвёртая. Разум превыше материи

Эта часть посвящена физике, химии, отчасти биологии и относительно банальна по сравнению с предыдущими частями, в особенности, с третьей. Тем не менее, здесь нашлось место лёгкому и понятному объяснению диаграмм Фейнмана (с. 324), упомянуты оптические опыты Ньютона (с. 287), структура молекулы ДНК (с. 309), рассказано о пузырьковых камерах (с .321) и напоследок — о самоорганизующихся системах (с. 349).

Книга о визуальной информации

Подобно многим героям своей энциклопедии, сэр Бэрроу попытался объять необъятное, но уже в эпоху Интернета, а не пергамента, свечи или лучины. На первый взгляд книга получилась эклектичной, салонной, поверхностной и откровенно подарочной, но она открывается с совершенно иной стороны, если прочитать её от корки до корки, в особенности так вдумчиво, как это сделал я. В книге не употребляется слово «инфографика» (интересно, не потому ли, что тогда я этого слова не знал?), но одна из центральных идей, проходящих через все статьи — насколько важно уметь понятно визуализировать научные концепции, как в виде графики, так и при необходимости в виде скульптуры. Наглядность — важнейшая часть естественных наук, в особенности при представлении абстракций либо феноменов, которые пока только формируются в воображении у учёного. Эта проблема остро стояла на протяжении большей части истории науки, когда даже копирование текстов сводилось к каторжному труду переписчиков, а точно скопировать иллюстрацию было сродни «повторению шедевра». Кстати, на с. 344 автор нашёл место для небольшой главы об истории ксерографии («Всё то же де жа вю. Ксерография»).

Например, в разделе «Империя Солнца» на с. 25, рассказывающей о формировании коперниковской картины мира приведена иллюстрация из книги «Новый Альмагест» (1551), на которой некто Джованни Риччоли сравнивает конфигурацию Солнечной системы в представлении Платона, Птолемея, Тихо Браге и Николая Коперника, а также приводит промежуточные варианты:

Ниже в этом же разделе Бэрроу упоминает о крупнейшем телескопе XIX века, который на собственные средства в 1845 году собрал Уильям Парсонс он же лорд Росс, который был не только богатым и образованным дворянином, но и страстным астрономом. Телескоп с диаметром зеркала 182 сантиметра был расположен в замке-обсерватории Бир-Касл, и там лорд Росс самостоятельно наблюдал и зарисовывал галактики, которые в то время ещё считались разновидностью туманностей. Вот как выглядит галактика М51 «Водоворот» в исполнении Росса и на снимке, сделанном с космического телескопа «Хаббл»:

Автор указывает, что рисунок Росса в своё время был настолько знаменит, что даже вдохновил Винсента Ван Гога на его культовую картину «Звёздная ночь»:

Кстати, обратите внимание на аналогичные спиральные контуры на картине Ван Гога «Ночная терраса кафе»:

Завершая рассказ об астрономической части книги, отмечу, что именно в ней я впервые прочитал об Эдварде Неовиусе, который в конце XIX века всерьёз изобретал универсальный язык для налаживания коммуникации с жителями Луны и Марса. Передавать сигналы требовалось из эквадорских Анд при помощи хитроумной системы прожекторов и зеркал. Об этом проекте я рассказывал в статье «Величайшая миссия нашего времени. Об Эдварде Неовиусе и его космической книге».  

На исходе Средневековья ситуация с иллюстрированием астрономических трудов была даже не так сложна, как с иллюстрированием анатомии. Как я упоминал выше, именно глава об анатомических иллюстрациях в исполнении врача Андреаса Везалия (1514-1564) выбрана для предпросмотра этой книги на сайте «Проекты Дмитрия Зимина». Везалий препарировал трупы, тщательно изучая человеческую мускулатуру и в 1543 году выпустил семитомник «De humani corporis fabrica libri septem» («О строении человеческого тела»):

Сложно поспорить с тем, что добыть неопознанное тело в XVI веке было гораздо проще, чем сегодня (например, имея доверительные связи с гробовщиками, разбойниками или палачами), но подобное тщательное изучение тел считалось греховным. Тем не менее, широко известна история о том, что Микеланджело Буонаротти вскрывал трупы для изучения анатомии, несмотря на связанные с этим репутационные риски. Микеланджело умер в один год с Везалием, но был гораздо старше анатома (родился в 1475 году). Поэтому книга Везалия определённо была очень актуальна и смела для своего времени. Везалий же рядом с анатомическими иллюстрациями поместил и изображение своего рабочего стола, одновременно жуткое и не оставляющее сомнений в его профессионализме:

Среди сюжетов из книги Бэрроу, непосредственно вдохновивших некоторые статьи из моего блога на Хабре, особенно выделяются этюды об апериодических мозаиках, невозможных фигурах и геометрических опытах Пенроуза. Вновь отсылаю вас к моей уже древней по меркам Хабра статье «Змей и дротик. Путь от михраба до квазикристаллов». В 1453 году неизвестные мусульманские геометры закончили возведение мечети в Исфахане, в михрабе которой им удалось максимально приблизиться к замощению плоскости апериодической мозаикой:

В математической части книги особняком стоит сюжет о нотном стане и его изобретателе Гвидо д’Ареццо, бенедиктинском монахе, жившем примерно в 991-1033 на севере Италии и, возможно, изгнанном из монастыря в городе Помпоза за своё вольнодумство, после чего он и обосновался в Ареццо. Нотный стан Гвидо – настоящая инфографика, где пять линеек прямо соотносятся с пятью пальцами, а сам рисунок сдобрен комментариями не хуже какого-нибудь исходного кода, который появится через тысячу лет:

Ранее в этом году я публиковал на Хабре статью о цистерцианских цифрах — другой причудливой знаковой системе, также изобретённой в католическом монастыре, но не выдержавшей конкуренции с индо-арабскими цифрами. Напротив, музыкальная нотация Гвидо прижилась на фоне широко распространённой в те времена «крюковой» записи, просуществовавшей в православных регионах ещё не менее 400 лет. Вот как выглядит приведённый Бэрроу образец средневековых нот, записанных по системе д’Ареццо:

Наконец, не могу не упомянуть ещё об одном выдающемся сюжете из книги Бэрроу — «Знак четырёх. Теорема о четырёх красках» (с. 265). На этой карте США проиллюстрирована эмпирически найденная истина о том, что карту любой сложности можно закрасить четырьмя цветами так, чтобы между участками одного цвета не было общих границ:

Как сообщает Бэрроу, эмпирически эту задачу впервые решил в начале 1850-х Фредерик Гутри, который смог раскрасить четырьмя цветами все графства Англии. После этого начались поиски формального доказательства данной теоремы, и над ней работали такие выдающиеся математики своего времени как Огастес де Морган (1806-1871) и Артур Кэли (1821-1895). Наконец, за задачу взялся знакомый Кэли, юрист и математик Артур Кемпе, в 1879 году отправивший в редакцию журнала «Nature» доказательство этой теоремы, признанное верным. Ошибка в построениях Кемпе была найдена только в 1890 году (оказалось, что по методу Кемпе для раскраски карты требуется не 4, а 5 красок). Вплоть до нашего времени эта теорема математически не доказана, но в 1976 году Кеннет Аппель и Вольфганг Хакен из университета Иллинойса проверили эту теорему на суперкомпьютере методом простого перебора — и машина подтвердила, что четырёх красок действительно достаточно для карты любого размера. Это был первый пример, на котором я убедился, что выводы искусственного интеллекта могут быть верны, но при этом непроверяемы иными средствами кроме как более мощным искусственным интеллектом. Кажется, о машинном обучении я узнал только через год-полтора после завершения этого перевода, но именно в период работы над книгой Бэрроу заинтересовался алгоритмами такого рода.

Заключение

Итак, у Джона Бэрроу получилась удивительно своеобразная энциклопедия о визуальном представлении информации. При всей хаотичности подобранных примеров, многие из которых достаточно тривиальны, а другие могут заинтересовать лишь типичного «британского учёного», книга прекрасно демонстрирует извилистый научный поиск и сбор информации по крупицам. Из её сюжетов понятно, что многие идеи гораздо проще обрисовать, чем описать. Знаменитая фраза, приписываемая Архимеду и вынесенная в заглавие этой статьи, после прочтения книги Бэрроу становится гораздо ощутимее и тяжелее. Мне эта книга помогла заново осознать ценность правильного рисунка на пепелище и теперь занимает достойное место между «Информацией» Джеймса Глика и «Изобретением науки» Дэвида Вуттона.