Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях

На этой стадии, как ни печально констатировать, эксперимент был прерван: частично из-за ужасных запахов, но главным образом потому, что Поупа ждал новый и более заманчивый проект.

Read, John, Humour and Humanism in Chemistry (George Bell London,194 7).

Сны Кекуле

Август Кекуле фон Страдониц, один из основателей структурной органической химии, родился в Дармштадте в 1829 году. После гимназии он поступил в Гессенский университет, где обучался вместе с Юстусом фон Либихом — самым великим из химиков-органиков. Затем последовала учеба во Франции и Англии. Позже Кекуле возглавил кафедру химии в Университете Гента, а затем, в 1865-м, переехал в Бонн, где и провел остаток жизни. Историки науки часто вспоминают Кекуле в связи с его знаменитыми снами — однажды ночью его посетили два озарения, существенно повлиявшие на развитие химии.

Впервые это случилось в Лондоне. Кекуле, снимавший жилье в Клапаме, лондонском пригороде, обычно проводил вечера за беседами с другом, немецким химиком Гуго Мюллером. Обсуждали химию: речь чаще всего шла о структуре молекул, особенно занимавшей Кекуле, — как в молекуле расположены атомы и как может случиться, что два вещества, обладая одинаковым составом (скажем, 5 атомов углерода и 12 атомов водорода), все же различаются. После одного из таких разговоров Кекуле отправился домой последним омнибусом. Был теплый летний вечер, и ученый выбрал кресло на крыше повозки. То, что затем произошло, много лет спустя он описывал так:

Я впал в задумчивость, и вот атомы замельтешили передо мной. Всякий раз, когда эти миниатюрные создания являлись мне, они быстро двигались. Однако теперь я заметил, что часто два небольших атома объединяются в пару, эту пару захватывает больший атом, а еще большие удерживают три или даже четыре меньших, и все это вертится в головокружительном танце. Я увидел, как большие атомы складываются в цепь, увлекая за собой меньшие, но только если те оказываются на самом конце цепи.

Кекуле, разбуженный выкриком извозчика “Клапам-роуд!”, возвратился к себе в комнату и провел остаток ночи за набрасыванием формул, из которых впоследствии выросла его структурная теория. Было уже известно, что валентность атома углерода равна четырем — другими словами, атом углерода в сложных веществах способен удерживать четыре других атома. Отсюда и следовало, что та же молекула С ₅Н ₁₂— пентан из приведенного выше примера — существует в трех формах, в группе СН ₃атом углерода связан с тремя атомами водорода, а в группе СН ₂— с двумя:

Похожее озарение посетило Кекуле и в Генте. На этот раз предметом его размышлений была молекула бензола, С ₆Н ₆. Ее можно назвать прообразом всех ароматических соединений — класса, к которому принадлежит львиная доля и природных и синтетических веществ, наиболее интересных химикам. Снова выдержка из мемуаров:

Я сидел и писал учебник, но работа продвигалась плохо: мои мысли были не здесь. В конце концов я развернул кресло к камину и задремал. Атомы снова заплясали у меня перед глазами, только на сей раз небольшие группы скромно держались на периферии. Мой мысленный взор, обостренный частыми видениями такого рода, теперь мог различать большие структуры во всем разнообразии их форм: длинные ряды, пригнанные вплотную друг к другу и при этом по-змеиному сдваивающиеся и вьющиеся. Но что это? Одна из змей ухватила свой собственный хвост и издевательски закружилась передо мной. Я очнулся словно от вспышки молнии — и снова потратил остаток ночи, работая над тем, что вытекало из моей догадки.

Догадка, разумеется, заключалась в том, что бензол — циклическая молекула, где шесть углеродных атомов образуют шестиугольник, к каждому углу которого прикреплен атом водорода. Адольф фон Байер, великий химик-органик, как-то заметил, что променял бы достижения всей своей жизни на одно это озарение Кекуле. Неудивительно, что в кекулевских змеях тут же — а то были времена расцвета фрейдизма — нашли сексуальный подтекст: и действительно, профессор жил один в холостяцкой квартире, в разлуке с женой, с которой встречался очень редко. Но что тогда только не толковали с точки зрения теории Фрейда!

Benfey О.Т., Journal of Chemical Education,35, 21 (1958).

Таинственные лучи Рентгена

Вильгельм Конрад Рентген, выдающийся физик-экспериментатор, в 1883 году, в возрасте 43 лет, был назначен профессором и одновременно главой физического института при Университете Вюрцбурга в Баварии. Место это к тому моменту выглядело тихой заводью, однако Рентген, даже несмотря на привычку работать самостоятельно, оказался замечательным руководителем и превратил институт из посредственного в весьма неплохой научный центр. Ученого тогда особенно интересовало электромагнитное излучение, и он взялся разрешить спорный и крайне актуальный тогда вопрос: чем именно — частицами или волнами — являются недавно открытые виды излучений. В частности, отрицательно заряженные катодные лучи. Вот как он пришел к своему открытию, одному из самых поразительных в истории физики.

Вечером в пятницу, 8 ноября 1895 года, Рентген работал один в собственной лаборатории. Чтобы увидеть траектории катодных лучей, сгенерированных в вакуумной трубке, Рентген перегородил им путь флуоресцентным экраном. Разглядеть бледное зеленоватое свечение экрана в тех местах, куда попадали лучи, было трудно, поэтому ученый потушил свет во всем помещении. Катодную трубку пришлось обернуть черным картоном, чтобы не мешали вспышки искровых разрядов, за счет которых и возникали лучи. В темноте Рентген заметил мерцающее пятно света невдалеке от приборов. Возможно, свет пробивался через шторы — но ученый ничего такого не обнаружил.

Мерцала, как оказалось, буква, нарисованная фосфоресцентной краской. Рентген знал, что преодолеть даже полметра воздуха вне трубки катодные лучи неспособны. Значит, сквозь картон проходит какое-то вторичное излучение. Рентген поставил на его пути игральную карту, потом целую колоду — но и то и другое оказалось для излучения прозрачным. Даже книга отбрасывала на флуоресцентный экран всего-навсего слабую тень. Но когда ученый заменил прежние преграды небольшим куском свинца, рядом с его тенью Рентген с удивлением заметил контуры собственных пальцев и внутри них — очертания костей.

Рентген, без сомнения, мгновенно осознал, что совершил открытие, которое всколыхнет ровную поверхность физики XIX века. Примерно в то же время профессор Филипп фон Жоли советовал студенту Максу Планку, в будущем великому теоретику, сменить род занятий, так как с устройством вещества ученые уже почти что разобрались до конца.

В этот же исторический вечер Рентген установил, что излучение, названное им “икс-лучами” ^[2], возникает там, где катодные лучи сталкиваются со стенками трубки. Выяснилось также, что новые лучи, в отличие от катодных, не отклоняются магнитным полем — значит, они лишены электрического заряда.

Еще несколько недель Рентгена редко видели вне лаборатории. Все это время он получал изображения самых разных предметов, включая, к ужасу подопытной, руку собственной жены: на снимке были отчетливо видны контуры колец и структура костей. Первый отчет, напечатанный в самом начале следующего года, стал сенсацией. Лорд Кельвин, один из крупнейших физиков того времени, считал статью розыгрышем, пока его не переубедили опыты, проведенные в других лабораториях мира. За несколько лет вышли тысячи статей, посвященных ретгеновским лучам. Довольно скоро их возможности осознали медики. Опасности, связанные с лучами, тоже выявились довольно быстро, и в игру вступили коммерсанты: одна английская фирма выпустила “рентгенозащитное” белье.

Для самого Рентгена открытые им лучи были причиной острого дискомфорта: он был свято предан классической физике, а то обстоятельство, что новое явление не вписывалось в классический миропорядок, очень расстраивало ученого. Самый заметный из его учеников, Рудольф Ладенбург, который позже стал профессором Принстонского университета, оказался в Вюрцбурге спустя несколько лет после истории с лучами, и Рентген поручил ему задачу по теории вязкости. Скорость падения шара в жидкости определяется ее вязкостью — по уравнению, выведенному в середине XIX века кембриджским ученым Стоксом. Рентгена же интересовало, что будет, если заключить шар и жидкость в узкую трубку, где неизбежно вязкое трение о стенки. Ради эксперимента специальную трубку провели через все этажи здания, от крыши до фундамента, и наполнили касторовым маслом. Если верить Ладенбургу, ничто не могло доставить Рентгену большего удовольствия, чем наблюдать за спуском шара в точно рассчитанный срок.