Існує багато типів парових двигунів, але всі вони мають один спільний принцип. Ви спалюєте якесь паливо, приміром вугілля, та використовуєте отримане в результаті тепло для кип’ятіння води, що дає пару. Прибуваючи, пара штовхає поршень. Поршень рухається, і все, що до нього приєднане, рухається разом із ним. От ви й перетворили тепло на рух! У британських вугільних копальнях ХVІІІ століття поршень був приєднаний до насоса, що відкачував воду з дна шахтних стволів. Найдавніші двигуни були страшенно неефективними. Щоби відкачати навіть мізерну кількість води, доводилося спалювати величезний запас вугілля. Але в копальні вугілля було багато, причому під рукою, тому ніхто цим особливо не переймався.

У наступні десятиліття британські підприємці покращили ефективність парових двигунів, винесли їх із шахтних стволів та приєднали до ткацьких верстатів і лебідок. Це здійснило революцію в текстильному виробництві, дозволивши виробляти більші, ніж будь-коли раніше, обсяги дешевих тканин. В одну мить Британія стала світовою фабрикою. Але ще важливішим було те, що винесення парового двигуна з копальні зруйнувало важливі психологічні бар’єри. Якщо можна спалювати вугілля для роботи ткацьких верстатів, чому б не скористатися тим самим методом, аби зрушити, приміром, транспортні засоби?

У 1825 році один британський інженер приєднав паровий двигун до потяга з вагонетками, повними вугілля. І цей двигун протягнув вагонетки по залізних рейках усі двадцять кілометрів, що відділяли копальню від найближчої гавані. Це був перший паровий локомотив в історії. Так само, якщо пару можна використовувати для перевезення вугілля, то чому б не інших товарів також? Або навіть людей? 15 вересня 1830 року була відкрита перша комерційна залізниця, що з’єднала Ліверпуль із Манчестером. Потяги рухалися тією самою силою пари, яка раніше відкачувала воду та приводила в дію ткацькі верстати. Усього через двадцять років Британія мала вже десятки тисяч кілометрів залізничних колій.[100]

З того часу людьми заволоділа ідея, що машини та двигуни можна використовувати для перетворення одного типу енергії на інший. Будь-який тип енергії, будь-де у світі, можна пристосувати до будь-якої потреби, якщо лише винайти відповідну машину. Наприклад, коли фізики усвідомили, що величезна кількість енергії міститься в атомах, вони одразу почали думати про те, як можна вивільнити цю енергію та використовувати її для подачі електрики, руху підводних човнів та знищення цілих міст. Між тим, як китайські алхіміки винайшли порох, та моментом, коли турецькі гармати розтрощили стіни Константинополя, минуло шістсот років. Між тим же, як Ейнштейн визначив, що будь-яку масу можна перетворити на енергію (саме це означає формула E = mc2), та моментом, коли атомна бомба знищила Хіросіму та Нагасакі, а атомні електростанції повиростали по всій земній кулі як гриби після дощу, виявилося достатньо й сорока.

Іншим ключовим відкриттям став двигун внутрішнього згоряння, якому знадобилося лише трохи більше одного покоління, щоби здійснити революцію в людському транспорті та перетворити нафту на рідку політичну владу. До того нафта була відома тисячі років і використовувалась для захисту від води дахів та змащування осей. Ще століття тому ніхто й не думав, що вона буде корисною значно для більшої кількості речей. Сама ідея кровопролиття заради нафти тоді здалася б безглуздою. Війни велися за землю, золото, перець або рабів, але аж ніяк не за нафту.

Ще більш вражаючою була кар’єра електрики. Два століття тому електрика не відігравала в економіці жодної ролі та використовувалась, переважно, для таємничих наукових експериментів та дешевих магічних фокусів. А потім низка винаходів перетворила її на універсального джина в лампі. Варто нам сьогодні ткнути пальцем, і вона друкує книги та шиє одяг, зберігає свіжість продуктів та не дає танути морозиву, готує обіди та страчує злочинців, реєструє думки та записує посмішки, освітлює ночі та розважає нас безліччю телепередач. Мало хто розуміє, як електрика робить усі ці речі, але ще менше людей можуть уявити собі життя без неї.

Океан енергії

За своєю суттю Індустріальна революція була революцією в перетворенні енергії. Вона неодноразово продемонструвала, що кількість енергії у нашому розпорядженні безмежна. Або, точніше, що єдиною межею є наше незнання. Кожні кілька десятиліть ми відкриваємо нове джерело енергії, а отже, загальна сума енергії у нашому розпорядженні лише продовжує зростати.

Чому ж тоді так багато людей бояться, що енергія у нас закінчується? Чому вони попереджають про катастрофу, якщо ми вичерпаємо всі доступні запаси викопного палива? Зрозуміло, що світові не бракує енергії. Нам просто бракує знань, необхідних для її використання та перетворення для наших потреб. Кількість енергії, що зберігається в усьому викопному паливі на землі, не можна навіть порівняти з кількістю, яку щодня дає нам сонце, причому безкоштовно. До нас доходить лише крихітна частка сонячної енергії, але вона сягає 3 766 800 ексаджоулів енергії щороку (джоуль є одиницею енергії у метричній системі, достатньою для підняття невеликого яблука приблизно на метр угору; ексаджоуль складає мільярд мільярдів джоулів – а це збіса багато яблук).[101] Усі рослини світу вловлюють лише приблизно 3 тисячі цих сонячних ексаджоулів через процес фотосинтезу.[102] Вся людська діяльність та промисловість разом узята споживає приблизно 500 ексаджоулів щоріч, еквівалентно кількості енергії, яку Земля одержує від Сонця за якихось 90 хвилин.[103] І це тільки сонячна енергія. Крім неї, нас оточують інші невичерпні джерела, такі як атомна та гравітаційна енергія, остання з яких найбільше проявляється в силі океанських припливів, спричинюваних місячним тяжінням землі.

До Індустріальної революції людський ринок енергії майже повністю залежав від рослин. Люди жили поруч із запасами зеленої енергії, що виробляли 3 тисячі ексаджоулів на рік, та намагалися використовувати цю енергію як тільки могли. При цьому існувала чітка межа того, скільки вони могли викачати. Під час же Індустріальної революції ми прийшли до усвідомлення, що насправді живемо поруч із величезним океаном енергії, що виробляє мільярди й мільярди ексаджоулів потенційної енергії. Усе, що нам потрібно зробити, так це винайти для неї кращі насоси.

Вивчення проблем використання та перетворення енергії ефективно вирішило іншу проблему, що гальмувала економічне зростання, – нестачу сировини. Щойно люди навчились використовувати великі обсяги дешевої енергії, вони змогли розпочати експлуатацію раніше недоступних покладів сировини (наприклад, видобуток заліза на просторах Сибіру) або транспортування сировини зі значно віддалених місць (наприклад, постачання британських текстильних фабрик австралійською вовною). Одночасно наукові прориви дозволили людству винайти зовсім нові сировинні матеріали, такі як пластик, та відкрити раніше невідомі природні матеріали, такі як силікон та алюміній.

Хіміки відкрили алюміній ще у 1820-х, але відділити метал від його руди було надзвичайно складно та дорого. Десятками років алюміній був значно дорожчим за золото. У 1860-х імператор Франції Наполеон III наказував подавати алюмінієві столові прибори лише найвидатнішим його гостям. Менш важливим відвідувачам доводилося їсти менш престижними золотими ножами та виделками.[104] Але наприкінці ХІХ століття хіміки відкрили спосіб отримувати величезні обсяги дешевого алюмінію, й поточне світове виробництво цього металу сягнуло 30 мільйонів тонн на рік. Наполеон III дуже здивувався би, почувши, що нащадки його підданих використовують дешеву одноразову алюмінієву фольгу для загортання бутербродів та зберігання недоїдків.