Kvant. Мошенники

Лалаянц И., Милованова А. Физика против мошенников //Квант. — 1991. — № 8. — С. 7-13.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Знаменитая туринская плащаница оказалась подделкой! Плащаница, погребальный покров, в который, как утверждали, было завернуто тело Иисуса Христа, более чем на тысячелетие «моложе» самого Христа.

В 1989 г. несовпадение во времени было доказано строго научно. Поэтому папа Иоанн Павел II, которому доложили результаты исследования, сказал: «Публикуйте». И через две недели сей прискорбный для церкви факт был опубликован в ведущем международном научном журнале «Nature» («Природа»).

Прежде всего напомним, в чем суть дела. Известно, что в Турине, на севере Италии, на протяжении вот уже многих веков хранится в особом серебряном ковчеге некая холстина длиной 4,3 метра и шириной 1,1 метра. На холстине имеется «отпечаток» тела бородатого человека, в котором видят изображение Христа. В свое время было осуществлено компьютерное моделирование, что позволило «выявить» трехмерные очертания лица и тела человека, лежащего с вытянутыми вдоль тела руками. Фотографии этого изображения в «негативе» обошли весь мир.

Надо сказать, что сам Ватикан начиная с XIV века подвергал сомнению аутентичность (подлинность) плащаницы (от слова «плащ»). Впервые она появилась около 1350 г. в поместье некоего Жофрея де Шарни, французского рыцаря-крестоносца, графское поместье которого было недалеко от Парижа. Легенда гласит, что в 1203 г. крестоносцы перед самым взятием Константинополя видели плащаницу в его окрестностях. Но граф унес с собой в могилу секрет обретения плащаницы.

В церковь поместья де,Шарни, где хранилась холстина, хлынул поток верующих и паломников, желавших причаститься реликвии. Их не смущал вопрос: где же находилась святыня в течение чуть ли не полутора тысячелетий и почему она не истрепалась за столь долгое время.

Несколько позже — уже во времена Возрождения — многие люди (особенно художники) стали обращать внимание на то, что на плащанице Христос с бородой. Дело в том, что все древнеримские источники показывают нам его... безбородым! Таким он изображен на стенах катакомб Рима, на мозаике Равеннского собора конца V века, на картине распятия, вырезанной из слоновой кости около 420 г.

Но наиболее интересна римская мозаика, случайно открытая при раскопках в английском поместье Хинтон Сент-Мэри в 1963 г. Это поместье находится в графстве Дорсет, лежащем к западу от Лондона: Безбородый Христос изображен в центре напольной мозаики в окружении четырех евангелистов — Матфея, Луки, Марка и Иоанна. Чтобы Христа не спутали с кем-нибудь другим, над его головой художник выложил знаменитое греческое «Хи Ро» — начальные буквы слова «Христос».

В 1389 г. епископ французского города Труа, что к востоку от Парижа, вверховьях Сены, писал папе Клименту IV, что плащаница является фальшивкой. Папа с ним полностью согласился. Тем не менее к 1578 г., благодаря стараниям герцога Савойского, плащаница оказывается в городе Турине (столице Савойи). Примерно в это время один итальянский художник написал картину, изображающую снятие Иисуса со креста, над которым ангел несет плащаницу с отпечатками его тела...

В настоящее время плащаница является собственностью Ватикана (с условием ее вечного хранения в Туринском соборе). С 1931 г., когда была сделана первая «негативная» фотография, началось научное исследование плащаницы. После войны, в 1951 г., была даже организована специальная Гильдия святой плащаницы, по инициативе которой в 1978 г. было проведено исследование холстины группой международных экспертов. Компьютер показал, чт.э в нее был завернут мужчина ростом около 180 см, причем весьма худой. Американский судебный эксперт Р. Баклин определил, что человек весил около 77 кг. Спектроскописты исследовали краску, с помощью которой на холст были нанесены отпечатки. Но проверить аутентичность ткани всеми этими методами оказалось невозможно. Необходима была точная датировка холстины.

Почему же ее не провели тогда? Ведь в распоряжении ученых уже был метод радиоуглеродного анализа, созданный американским химиком У. Либби, за что он был удостоен Нобелевской премии по химии за 1960 г. Метод, как и все гениальное, прост по своей идее и исполнению. Но в те годы для проведения анализа по этому методу требовалось сжечь довольно большой кусок холста, на что Ватикан сказал категорическое «нет» (для одного опыта тогда нужен был лоскут не меньше носового платка). В чем же суть метода?

Всем хорошо известно, что наша атмосфера постоянно бомбардируется частицами весьма высоких энергий. Попадая в ядра атомов, они выбивают из ядер нейтроны — частицы, не несущие заряда и по массе равные протонам, имеющим заряд +1.

Число протонов в атомном ядре равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Так, в ядре азота, стоящего в таблице на 7-м месте, содержится 7 протонов и 7 нейтронов (ядро \(~^{14}_7N\): 7 — порядковый номер, 14 — массовое число, т. е. общее число протонов и нейтронов).

Как уже говорилось, космические лучи выбивают из ядер нейтроны, обладающие достаточно высокой энергией. Поскольку нейтрон не имеет заряда, он довольно легко проникает в ядро азота, выбивая из него протон. Так получается новое ядро, в котором оказывается 8 нейтронов и всего 6 протонов.

Новое ядро имеет заряд 6 и массовое число 14, т. е. оно находится в клетке углерода.

Из-за несбалансированного количества протонов и нейтронов ядро изотопа углерода \(~^{14}_6C\) оказывается нестабильным (радиоактивным): в результате р-распада (испускания электрона и антинейтрино) оно снова превращается в \(~^{14}_7N\).

Радиоактивный углерод распадается очень медленно: половина ядер распадается примерно за время T_1/2 = 5600 лет (это время называют периодом полураспада). Можно было бы подумать, что за время 2T_1/2 = 11 200 лет распадутся все радиоактивные ядра. Но это, конечно, не так.

За последующие T_1/2 = 5600 лет распадется половина оставшихся ядер (т. е. останется четверть начального их количества), за последующие — половина этой четверти, и т. д. В компактном виде можно записать закон убывания числа радиоактивных ядер так (закон радиоактивного распада):

\(~N(t) = N_0 \cdot 2^{-\frac{t}{T_{1/2}}}.\)

Радиоактивный углерод — как и и обычный стабильный изотоп — окисляется кислородом воздуха до двуокиси СO₂, которая поглощается растениями в процессе фотосинтеза. Количество потребляемого растениями радиоактивного углерода чрезвычайно мало — не больше одного атома \(~^{14}_6C\) на триллион (10¹²) обычных атомов, поэтому не стоит бояться за наше здоровье.

Усвоенный в ходе фотосинтеза углерод идет на строительство огромных биомолекул целлюлозы, или клетчатки, входящей в состав травы, древесины, льна, хлопка и т. д. Травой питаются жвачные животные, от которых получают рога и копыта, кожу, из которой в древности чего только не делали. А кости и бивни слонов издревле ценились косторезами как прекрасный материал для поделок. И если вы определите количество оставшегося \(~^{14}_6C\) то тем самым вы — с определенной мерой погрешности — определите, когда был изготовлен тот или иной предмет.

Легко сказать «определите», когда мы не знаем, сколько \(~^{14}_6C\) было в древнем образце. Да, это в большинстве случаев ученым не известно, но есть некоторые «опорные» точки. Тот же Либби определил количество радиоактивного углерода в древнеегипетских предметах, время изготовления которых было точно известно по историческим документам и другим источникам (что позволило рассчитать первоначальное количество \(~^{14}_6C\). Кроме того, археологи и антропологи умеют примерно определять возраст по глубине залегания. Естественно, что чем древнее стоянка, тем глубже приходится копать. Так постепенно стало ясно, сколько примерно может содержаться радиоактивного углерода в образце того или иного времени. Недаром ученые говорят о дате с точностью ± (30 - 80) лет.

Одной из крупнейших побед нового метода физической датировки было разрешение загадки знаменитого «пилтдаунского человека». Он был назван по местечку Пилтдаун к югу от Лондона, где в 1912 году археолог-любитель Ч. Доусон нашел череп человека, умершего — как потом выяснилось — в середине XV века во время эпидемии чумы. Хитроумный А. Кейт приделал к черепу нижнюю челюсть орангутана с острова Борнео и объявил подделку «находкой века», «недостающим звеном» между человеком и обезьяной.

Уже в 1913 г., сравнив на рентгене плотность костей черепа и челюсти, ученые подвергли сомнению справедливость этого заявления, но их никто не послушал (т. е. уже в самом начале с помощью физического метода можно было бы разоблачить подделку, а вместе с нею и главного подделывателя, который в 1939 г. открыл «памятник» на месте находки). Когда в 1953 г. Кейту сказали, что пилтдаунский человек подделка, он ответил, что знает. К сожалению, все подумали, что он имел в виду отчет о раскрытии подделки, опубликованный в лондонской «Тайме»...

Очень часто изделия, открытые археологами, настолько ценны, что никто не осмеливается подвергать их радиоуглеродному анализу, а попросту говоря сжигать. Но не менее часто на месте находок удается обнаружить угли костров, по которым и определяют возраст захоронения, очага жилищ и т. д. Совсем недавно так было датировано первое групповое захоронение кроманьонцев в чешской области Моравии. Возраст находки оказался равным 28 тысячам лет! А неподалеку от Моравии в австрийском Гальгенберге ученые раскопали фигурку женщины, которую древний художник вырезал из стеатита, или мыльного камня. Возраст фигурки — 27 тысяч лет.

Радиоуглеродный анализ помог определить возраст этого мусульманского коврика — VII век н. э.

Сегодня разрешающая способность радиоуглеродного анализа резко возросла благодаря применению компьютеров и «кооперированию» его с другими более тонкими и точными физическими методами. Речь идет о масс-спектрометрии, которая позволяет «напрямую» подсчитывать количество атомов \(~^{14}_6C\). Помимо повышения точности анализа, новый метод позволяет резко уменьшить объем и массу образца, по которому определяют возраст.

Метод заключается в отделении атома \(~^{14}_6C\) от остальной массы углерода в образце. Для этого все атомы углерода — как стабильного природного, так и радиоактивного — подвергаются ионизации, после чего они разгоняются в ускорителе до энергии примерно 10 МэВ (10 миллионов электронвольт). Далее все атомы «прогоняют» сквозь магнитное поле, в котором более легкие атомы \(~^{12}_6C\) и \(~^{13}_6C\) отклоняются в большей степени, нежели тяжелые \(~^{14}_6C\). Остается только подсчитать количество атомов \(~^{14}_6C\) на финише (на нем окажутся только эти атомы).

Метод масс-спектрометрии позволил не только в 1000 раз уменьшить необходимую для анализа массу образца, но и отодвинуть датировку в более далекое прошлое. Дело в том, что число радиоактивных распадов \(~^{14}_6C\) при старом методе определялось как число сцинтилляций, или вспышек молекул флюоресцирующего вещества, которые усиливались фотоумножителями и подсчитывались компьютером. При таком довольно грубом методе требовалось не меньше 10 тысяч атомов \(~^{14}_6C\), содержащихся в 1 - 5 г чистого углерода (соответственно в 25 - 1000 г образца). Для масс-спектрометра же требуется всего 0,5 - 5 мг углерода!

Резко снизились требования и к радиоактивности углерода. В образцах старше 37 - 40 тысяч лет радиоактивность не отличалась от фоновой, которая существует благодаря космическому излучению и современному радиоактивному загрязнению. Сегодня, как уже говорилось, определяется не радиоактивность как таковая, а всего лишь число атомов \(~^{14}_6C\), что гораздо легче и точнее. Неудивительно поэтому, что когда в Ватикане изложили все эти соображения, было получено разрешение на проведение анализа ткани плащаницы.

Анализ проводился в трех лабораториях: Цюриха, Оксфорда и Аризонского университета в г. Туксоне. Для контроля были взяты кусочки тканей, возраст которых известен. Это ткань священных одеяний, хранящихся ныне в часовне Жана Базилика во французском городке Вар, а также ткань, в которую обернуты мощи одного из исламских пророков.

Результаты анализов, проведенных в этих трех лабораториях, определили время изготовления одеяний: начало XIII века и XI - XII века, что соответствует историческим данным. Затем ученые приступили к датировке ткани плащаницы и определили ее возраст: между 1262 и 1384 гг. Таким образом, плащаница оказалась более чем на тысячу лет «моложе», нежели предполагалось. По этому поводу представитель Ватикана кардинал Анастасио Баллестреро заявил: «Я не вижу причин, по которым церковь могла бы оспаривать результаты исследования и подвергать их сомнению». А американский физик Д. Донахью добавил, что ткань плащаницы могла быть соткана намного позже того, когда для нее был выращен лен, из которого она сделана, но это позже, а не раньше, поэтому плащаница может быть только еще моложе, но никак не старше.

М. Таит, который со стороны Британского музея координировал усилия всех трех лабораторий, сказал, что «поражает удивительное совпадение результатов разных групп». Таким образом, король умер! Но у этой фразы есть и продолжение: да здравствует король! Средства массовой информации с удивлением отметили, что количество паломников после опубликования результатов ученых резко возросло! Нескончаемые очереди в кафедральный собор Джованни Баттиста — так итальянцы на свой лад называют Иоанна Крестителя, крестившего в святых водах Иордана самого Христа,— поражают воображение, поскольку «там» от очередей давно отвыкли. Люди отстаивают долгие часы к ковчегу, чтобы лишний раз убедиться, что плащаница на месте и ей не нанесено никакого ущерба.

Стол рыцарей Круглого стола легендарного короля Артура, оказавшийся на полтысячелетия «моложе» самих рыцарей.

Ну а что же теперь ученые говорят об изображении некоего тела, подлинность которого на холстине никем не отрицается? В 1979 г. У. Макрон из Чикагского университета провел анализ частицы краски, с помощью которой сделан этот «рисунок». Оказалось, что она ничем не отличается от самой обычной... ржавчины! которая химически представляет собой, как известно, окись железа, широко применявшуюся средневековыми художниками.

Талантливость изображения, его стиль, а также прекрасное знание анатомии позволяют предположить, что автор его — сам великий Леонардо из города Винчи, умерший в 1519 г., т. е. в самом начале XVI века. Хочется надеяться, что будущие поколения ученых сумеют раскрыть окончательно тайну туринской плащаницы. Как — трудно пока сказать. Но так же трудно было всего лишь несколько лет тому назад предполагать, что сегодня мы будем знать точный ее возраст.

Подделкам в мире искусств нет числа. Совсем недавно Британский музей провел очередную (!) выставку знаменитых подделок произведений искусства самых разных времен и цивилизаций. На ней была представлена вавилонская клинописная табличка II тысячелетия до н. э., сделанная под третье тысячелетие! Забавно, что на этой поддельной табличке имеется древнешумерская надпись, которая гласит: «Подделывателю сего документа Энки забьет все каналы слизью!» Если учесть, что Энки был великим божеством, то проклятье действительно было грозным.

Сегодня в распоряжении искусствоведов и музейных работников имеется множество физических методов для определения подделок, не соответствующих тому времени, на которое они «рассчитаны». При освещении, например, поверхности художественного изделия ультрафиолетовыми лучами она начинает флюоресцировать. Съемка такой светящейся поверхности, особенно с помощью микроскопа, позволяет выявить множество деталей, которые не видны невооруженным глазом. А инфракрасные лучи позволяют «видеть» и то, что скрыто под красочным слоем. То же можно сказать и о съемке в рентгеновских лучах. Рентген позволил увидеть под «Юдифью» Тициана портрет испанского короля Карла V.

Есть в распоряжении ученых и так называемый активационный анализ. Он заключается в активации ядер атомов металла с помощью быстрых нейтронов. Отдавая затем полученную энергию, ядра формируют специфический спектр, по которому можно отличить, например, свинец от титана. Оказывается, в старину художники грунтовали холст свинцовыми белилами, сегодня же они для этого используют титан. Известно, что титановые белила стали выпускаться в 20-х годах нашего столетия.

А вот знаменитая краска «берлинская лазурь» появилась в конце XVIII в. На упоминавшейся уже выставке в Британском музее висел один из «Боттичелли», созданный после первой мировой войны. Настоящий Сандро Боттичелли, живший в 1445 - 1510 гг., никак не мог рисовать с помощью берлинской лазури, обнаруженной при исследовании хламиды Богородицы на «его» картине.

Сейчас крупнейшие музеи мира, в том числе Британский, Лувр, нью-йоркский Метрополитен, а также музей Пибоди в Гарварде, что неподалеку от Бостона в США, обзаводятся компактными ускорителями протонов и ионов. В подземелье Лувра установлен ускоритель, построенный в США и обошедшийся министерству культуры Франции в 1,6 млн. долларов. Он используется для идентификации произведений искусства, а также в решении проблемы их сохранности.

Так в музее Пибоди выявили «современную» костяную пластинку, резьба на которой изображала мамонта. Эта пластинка появилась в музее в 1889 г. и произвела в свое время самую настоящую сенсацию, поскольку «свидетельствовала» о том, что на территории нынешних США некогда водились эти мохнатые родственники слонов. Теперь все встало на свое место: мамонты в Новом Свете не водились, что давно утверждали зоологи и палеонтологи.

Не надо думать, что физические методы используются в искуствоведении только для разоблачения подделок. Нет, с их помощью осуществляются и «реабилитации». Речь, в частности, идет о новом методе ПИРЭ, или протон-индуцированной рентгеновской эмиссии.

В чем суть этого метода?

Если разогнанные в ускорителе протоны сфокусировать в тонкий пучок диаметром 0,5 - 1 мм (энергия пучка до 4,5 МэВ) и направить на поверхность, например, рукописи, то протоны начинают возбуждать атомы металлов, входящих в состав краски или чернил. За сохранность древних документов можно не волноваться: энергия облучения не превышает энергию 100-ваттной лампочки, освещающей книгу с расстояния полуметра!

Возбужденные атомы испускают рентгеновские лучи, которые регистрируются чувствительными детекторами. Затем сигналы от детекторов подаются в компьютер для анализа.

С помощью метода ПИРЭ была не так давно «прочитана» 42-строчная Библия, отпечатанная в типографии Гутенберга, находящаяся в библиотеке Гарвардского университета.

Выяснилось, что Гутенберг использовал для своей типографской краски большие количества свинца и меди. Помощники Гутенберга по типографии смешивали новые порции краски буквально каждый день. Библия состояла из нескольких тетрадей. Ежедневно печаталось до шести тетрадей одновременно. Поначалу Библию печатали в 40 строк, но затем перешли на 42 строки. Переносы не допускались — на весь текст было допущено всего два переноса слов! После того как первый лист отпечатывали с обеих сторон, начинали печатать 2-й и 120-й и т. д. Это и позволяло вести работу над шестью тетрадями одновременно, хотя и требовало очень точного соблюдения «технологии», раскрытой с помощью метода ПИРЭ. В лаборатории, где проводилась экспертиза Библии Гутенберга, проходил практику и специалист из Лувра. Музей хочет исследовать 36-строчную Библию Гутенберга, которая отпечатана раньше 42-строчной и хранится в Национальной библиотеке Франции.

С помощью ПИРЭ удалось «реабилитировать» и известную «карту Винланда». Винландом — «Страной винограда» — норманны называли в своих сагах некую далекую землю, лежавшую за Гренландией, богатую диким виноградом. Ее будто бы открыл легендарный Эрик Рыжий, считающийся сегодня первооткрывателем Америки.

Карта Винланда вошла в научный обиход в начале 60-х годов нашего столетия. Ученых поразило удивительно точное изображение Гренландии, мало чем отличающееся от современного. Считалось, что подобной точности картографии просто было невозможно добиться во времена отважных викингов.

В 1974 г. карта была объявлена подделкой на основании анализов, проведенных группой ученых Чикагского университета. Анализы показали высокое содержание окислов титана в чернилах, которые использовались для нанесения линий на карте.

И вот ПИРЭ доказал, что по крайней мере треть линий, а то и больше нанесена на карте чернилами, содержание титана в которых не превышает «норму», т. е. тот минимум, который можно считать естественной примесью. В других линиях титан и вовсе отсутствовал! Значит ли это, что была доказана подлинность карты? Да нет, просто было показано, что для чернил не использовали окислов титана, т. е. чернила не современные. Но ведь кто-то мог изготовить чернила и по средневековым рецептам. Пока физика доказать полную аутентичность карты не может. Вот если бы она позволила построить машину времени...

Все, конечно, помнят великолепную книгу Марка Твена «Янки при дворе короля Артура» и рыцарей Круглого стола. Много лет в большом холле кафедрального собора в английском городе Винчестер на стене висит огромный — больше шести метров в диаметре — круглый стол, вернее его столешница. Туристы из разных стран восхищались ее разноцветными секторами и большим красно-желтым цветком в самом центре. К сожалению, сегодня почитателей старины и благородных рыцарей ждет разочарование: радиоуглеродный анализ показал, что дерево, из которого была сделана столешница, росло в Англии всего лишь на полтысячи лет позже того времени, когда жил и творил легендарный король Артур...

Так вот физика помогает нам сегодня разгадывать вечные загадки волнующего искусства. Жизнь коротка, искусство вечно, говорили древние.