Дуглас Сейлер из Berkeley SETI провёл необычный эксперимент, чтобы воссоздать древнюю загадку. Он приобрёл папирус и тростниковые перья в Египте, а также традиционную ламповую сажу (чёрную тушь) из Японии. Затем он заплатил школьникам, чтобы те написали на папирусе отрывки из «Звёздных войн», Библии и цитату из научно-фантастического телесериала 1960-х годов «За гранью возможного».
После завершения работы Сейлер, аффилированный исследователь Berkeley SETI, свернул папирус, поместил его в герметичный контейнер, поставил в высокотемпературную печь и обжигал до полной карбонизации. Эксперимент воспроизводил катастрофу, произошедшую почти 2000 лет назад в Геркулануме — древнеримском городе в Италии. Когда в 79 году н. э. произошло извержение Везувия, вулканический пепел накрыл город и превратил более тысячи папирусных свитков в местной библиотеке в хрупкие обугленные остатки. То же извержение погребло и соседние Помпеи.
Однако разрушение привело и к необычной форме сохранности. Коллекция Геркуланума — единственная известная нетронутая библиотека, дошедшая с античности, и она потенциально хранит произведения, которые иначе исчезли бы из истории. Сейлер хотел выяснить, можно ли извлечь текст из этих обугленных свитков, не разворачивая их физически, поскольку такая попытка может превратить хрупкий папирус в чёрную пыль. Его идея основывалась на химии чернил: если в древних чернилах содержался свинец, этот металл мог поглощать рентгеновские лучи значительно сильнее, чем окружающий карбонизированный папирус. Тогда компьютер мог бы использовать полученные сканы, чтобы виртуально распрямить плотно свёрнутые листы и проявить скрытый текст.
В статье, опубликованной 16 сентября в журнале PLOS ONE, Сейлер и его коллеги, включая нескольких экспертов из Беркли, сообщают, что эта стратегия работает на их экспериментальных свитках. Даже крайне малые количества свинца делали письменные знаки обнаружимыми с помощью рентгеновской томографии, также называемой рентгеновской КТ. Свинец поглощал до 25 раз больше рентгеновских лучей, чем обгоревший папирус вокруг, благодаря чему текст становился заметно ярче. «Если в чернилах есть свинец, вы получите огромный чёртов сигнал, так что действительно нужно искать свитки со свинцом, — сказал Сейлер. — У них возникают проблемы с чтением многих из них из-за низкого контраста углеродных чернил на углеродной бумаге. Мы относительно уверены, что если они начнут искать свинец или позволят нам искать свинец, это поможет всему процессу. Это Святой Грааль».
Исследователи также обнаружили, что сравнительно недорогой портативный сканер рентгеновской флуоресценции может легко выявлять чернила на основе свинца в обгоревшем свитке. Это даёт простой способ сначала проверить древние свитки и определить, какие из них наиболее перспективны для более детальной рентгеновской КТ-съёмки. На данный момент лишь небольшая часть обугленных свитков из Геркуланума была виртуально развёрнута и расшифрована. Ни один из них предварительно не проверялся на наличие свинца в чернилах. Систематический поиск чернил на основе свинца по всей коллекции ещё не проводился, однако как минимум один исследователь ранее обнаружил свинец в чернилах фрагмента, оставшегося от ранних попыток физически раскрыть свитки.
Многие такие попытки начались после обнаружения свитков в 1752 году и часто заканчивались катастрофически. Попытки развернуть карбонизированные рулоны нередко превращали их в груды пепла, что в итоге заставило итальянские власти запретить эту практику. Каждый свиток, который удалось успешно раскрыть физически, содержал текст, ранее неизвестный учёным. Многие из этих текстов принадлежали Филодему — эпикурейскому философу, жившему в Геркулануме примерно за век до извержения Везувия. Сегодня сохранившаяся библиотека насчитывает около 1800 свитков и фрагментов, хранящихся в коллекциях Италии, Франции и Англии. «Почти всё из античности было уничтожено, — сказал Сейлер. — Осталось очень мало, кроме папирусов из сухого климата или некоторых произведений, переписанных писцами и дошедших до нас. Но некоторые свитки из Геркуланума — не копии. Это книги прямо из древнего мира, застывшие во времени. Они действительно из римских интеллектуальных кругов».
Для учёных, изучающих древнюю письменность, потенциальная значимость этого трудно переоценить. «Ценность этого проекта практически невозможно измерить, — сказала аспирантка Беркли по археологии Ли Паккард-Грамс, консультировавшая проект как папиролог. — На кону самое большое в истории греческой литературы». Паккард-Грамс давно увлечена цивилизациями Древней Греции и Рима, а также бесчисленными произведениями литературы, философии и науки, исчезнувшими до того, как писцы успели сделать сохранившиеся копии. Сейчас она переводит греческие и египетские тексты на древних папирусах в Центре папирусов Тебтуниса в библиотеке Бэнкрофт Калифорнийского университета в Беркли. В отличие от свитков из Геркуланума, эти документы сохранились благодаря сухим пескам Египта.
Среди коллекции есть фрагменты, написанные человеком по имени Дионисий, работавшим школьным учителем и писцом по найму. Его сохранившиеся заметки фиксируют обычные моменты повседневной жизни, включая записи о том, сколько он тратил на еду для своих детей у канала. «Именно это привлекло меня в папирологии — возможность читать слова древних людей не через библиотечную книгу или копию эпохи Возрождения, а действительно сесть и знать, что кто-то написал это письмо кому-то, своему отцу или вроде того, — сказала она. — Это автографная история — не просто из книги, а из того, что они на самом деле писали». Экспертиза Паккард-Грамс оказалась особенно полезной для проекта Сейлера, поскольку она изучала химический состав чернил на египетских папирусах в коллекции Беркли.
Традиционные чернила обычно изготавливались из сажи, воды и связующего вещества, такого как гуммиарабик. Паккард-Грамс надеется, что тонкие различия в химии чернил могут действовать как подписи, помогая исследователям различать отдельных писателей. Металлы, добавленные в чернила намеренно или случайно, могут сделать этот химический отпечаток ещё полезнее. Папирусы Тебтуниса включают фрагменты, датируемые от 300 года до н. э. до 300 года н. э. Они были раскопаны для Калифорнийского университета в Беркли 126 лет назад на месте древнего города Тебтунис. Используя портативный сканер рентгеновской флуоресценции, Паккард-Грамс обнаружила, что некоторые из этих документов содержат чернила со свинцом и/или медью. Образцы с этими металлами, как правило, были написаны после первого века н. э. Это открытие повышает вероятность того, что по крайней мере некоторые свитки Геркуланума также могут содержать обнаружимые металлы в чернилах.
«Если мы знаем, что в папирусах Геркуланума есть свинец — в некоторых есть, в некоторых нет, — то при КТ-сканировании они могут сканировать с чувствительностью к элементу свинец, и мы сможем увидеть, где находятся чернила, — сказала она. — По мере развёртывания можно гораздо чётче картировать буквы». Чтобы проверить идею в контролируемых условиях, Сейлер привлёк retired (вышедших на пенсию) химиков Беркли Дэвида Краймера и Елену Краймер, бывшего руководителя Микроаналитической лаборатории Колледжа химии. С их помощью он смешал тщательно отмеренные количества нитрата свинца с ламповой сажей, создав чернила с несколькими разными концентрациями свинца. Затем Сейлер попросил детей друзей написать отрывки на свежем папирусе традиционными тростниковыми перьями и приготовленными чернилами. Паккард-Грамс и Джесси Оберт из Археологического исследовательского центра просканировали только что написанные свитки, чтобы подтвердить наличие свинца.
Следующим шагом было сделать современные свитки похожими на древние карбонизированные. Сейлер поместил их в полугерметичный стальной контейнер с очень малым количеством кислорода и нагрел в высокотемпературной печи в своей домашней лаборатории. Через контакты в Лаборатории космических наук он связался с Джейком ЛаМанной, физиком из Центра нейтронных исследований Национального института стандартов и технологий в Гейтерсберге, штат Мэриленд. ЛаМанна использовал лабораторный рентгеновский источник центра, чтобы получить трёхмерную КТ-съёмку обгоревшего свитка. «Это первый свиток, который я когда-либо делал, — сказал он. — Я не склонен отказываться от интересных проектов». ЛаМанна соорудил импровизированную подставку, чтобы удерживать хрупкий свиток при вращении в рентгеновском пучке. Тысячи отдельных срезов изображения были записаны и объединены компьютером в трёхмерную реконструкцию.
Разница между чернилами со свинцом и окружающим папирусом оказалась поразительной. Поскольку свинец поглощает гораздо больше рентгеновских лучей, буквы выглядели как яркие отметины на более тёмном карбонизированном материале, подобно более светлым участкам на недоэкспонированном чёрно-белом негативе. Сканы успешно обнаружили чернила с содержанием всего 25 микрограммов свинца на квадратный сантиметр как с помощью рентгеновской КТ, так и с помощью рентгеновской флуоресценции. «Если посмотреть на изображения, буквы засветились, как рождественская ёлка», — сказал Сейлер. Ещё один элемент головоломки пришёл из неожиданного источника. Майкл Сайрус Догерти, тогда постдокторант в NIST, разработал программное обеспечение для цифрового развёртывания КТ-сканов «желейных рулетов» внутри литий-ионных батарей. ЛаМанна задумался, можно ли адаптировать тот же подход к папирусному свитку.
«Он воодушевился, убежал с данными и через пару дней, после всего пары небольших правок в своей программе, вернулся с примерами развёрнутого свитка, — сказал ЛаМанна. — Ему просто нужно было подправить код, чтобы следовать неравномерной и меняющейся толщине по длине свитка». Усилия по цифровому восстановлению текста из свитков Геркуланума продвигаются уже много лет. В 2009 году Брент Силс из Университета Кентукки стал первым исследователем, сделавшим микрокомпьютерную томографию свитка Геркуланума, принадлежащего Институту Франции. В 2015 году он продемонстрировал успешное цифровое развёртывание обгоревшего свитка, найденного в синагоге, сгоревшей около 600 года н. э. Опираясь на эти достижения, Силс и группа венчурных капиталистов с разрешения Италии запустили в 2023 году «Вызов Везувия».
Конкурс предлагал главный приз в 700 000 долларов первому, кто сможет расшифровать четыре отрывка, содержащих не менее 140 символов каждый, из двух свитков Геркуланума, отсканированных с помощью рентгеновской КТ. Всего через пять месяцев два исследователя, работавшие независимо, смогли определить первое слово: πορφύραc, греческое слово, означающее «пурпурный». Искусственный интеллект сыграл центральную роль в этом открытии. В 2024 году та же команда использовала ИИ, чтобы восстановить 15 полных колонок из свитка, принадлежащего Институту Франции, что составило менее одной десятой всего документа. Вновь читаемый текст оказался эпикурейским философским произведением, посвящённым восприятию и удовольствию. В 2026 году ИИ обеспечил ещё один прорыв. Команда Силса расшифровала сохранившиеся части свитка Геркуланума, известного как PHerc. 1667, который был почти уничтожен при более ранней попытке физически раскрыть его. Текст, по-видимому, обсуждает философию древнегреческих стоиков. Он может датироваться II или III веком до н. э., что потенциально делает его одним из самых старых свитков в коллекции Геркуланума.
Эти успехи зависели от цифрового развёртывания КТ-сканов и последующего использования машинного обучения для обнаружения чрезвычайно тонких изменений текстуры или формы, связанных с древними чернилами. Сигнал может быть исключительно слабым, потому что обычные углеродные чернила и карбонизированный папирус могут выглядеть очень похоже для рентгеновских лучей. Свинец мог бы изменить это уравнение. ЛаМанна оценивает, что чернила на основе свинца могут выглядеть до 25 раз ярче папируса на рентгеновских КТ-изображениях. Сейлер надеется, что исследователи будут использовать рентгеновскую флуоресценцию для проверки большей части сохранившейся коллекции Геркуланума. Свитки, в которых обнаружен свинец, можно будет затем Prioritize (расставить по приоритету) для КТ-сканирования, что потенциально позволит восстановить гораздо больше текстов и продолжить работу Силса и его коллабораторов.
«Что я хотел бы увидеть и что хотел бы сделать — это гораздо более строгое исследование концентраций чернил или того, что в чернилах, не только свинца, — сказал ЛаМанна. — И посмотреть, как далеко мы сможем продвинуть это в создании обучающих наборов данных, чтобы действительно сделать более надёжные алгоритмы для чтения настоящих свитков». Реплики дают ещё одно крупное преимущество. Исследователи могут совершенствовать методы сканирования и компьютерные алгоритмы на расходных моделях, а не экспериментировать напрямую с бесценными древними артеф