Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях
Шрифт:
— Я вас слушаю…
— Вы так увлекательно рассказываете про русскую математику в Средние века. Не подскажете ли нам, в какие книги по этому поводу заглянуть? Я бы хотел получше ознакомиться с темой…
Не имея времени подумать, профессор немедленно ответил:
— Увы, это невозможно! Все архивы сгорели во времена татаро-монгольского ига!
Когда лекция закончилась, к лектору подошел генерал и спросил:
— Итак, профессор… Все архивы сгорели, верно?
Только тогда несчастный профессор осознал, что именно он произнес. Беззвучный вопрос повис в воздухе: если все доказательства русского господства в этой науке сгорели, как мог сам профессор что-нибудь знать о математике до нашествия? Он был на грани паники, когда неожиданно генерал тепло ему улыбнулся, развернулся и вышел. Этот высокопоставленный командир был человеком сообразительным и достойным; иначе профессору Повзнеру было бы не избежать крупных неприятностей.
Gamow George, My World Line (New York, Viking, 1970)
Фортуна улыбается ветчине
Фортуна, говорил Луи Пастер, улыбается только тем, кто к этому готов. Некий американский физик однажды увидел, что его дети роняют бутерброд на ковер все время маслом вверх, тем самым ставя под сомнение суровый закон природы, и не стал все списывать на статистическую аномалию. Проведя обстоятельное исследование, он нашел объяснение, совместимое с законами физики: дети смазывали хлеб маслом с обеих сторон. Случайных открытий в истории науки хватает с избытком — и это примеры редкого здравомыслия, когда результат эксперимента, на первый взгляд бесполезный, не игнорировали, а тщательно проверяли.
Разбить термометр в лаборатории считается у химиков-органиков серьезной неприятностью. Однажды Отто Бекманн (1853–1923), в конце XIX века работавший ассистентом у Вильгельма Оствальда, одного из самых влиятельных немецких химиков, сломал невероятно дорогой и невероятно длинный термометр, специально изготовленный стеклодувом для замеров температуры с точностью до сотых долей градуса. Бекманн сумел извлечь пользу и из этого — задумавшись, как сделать инструмент менее хрупким. Итогом стал бек-манновский термометр, знакомый всем химикам (по крайней мере, до наступления эры электронных приборов) — с коротким ртутным столбиком и ртутным резервуаром наверху, позволяющим регулировать объем ртути и, значит, подбирать нужный для конкретного опыта диапазон температур.
Но самым сенсационным последствием неаккуратного обращения с термометром стала революция в промышленности. Из продуктов возгонки каменноугольных смол были получены первые синтетические красители, которые легли в основу целой индустрии, связанной с именем блестящего химика-органика Адольфа фон Байера и двоих его последователей — Августа Вильгельма Гофмана и Уильяма Генри Перкина. Оба — родоначальники знаменитых английских химических школ.
Индиго с древнейших времен считалось чрезвычайно ценным красителем. В Индии, к примеру, растениям, из которых его добывают, было отведено два миллиона акров. Байер посвятил ему 20 лет жизни, определил его структуру и, употребив все свое мастерство, в 1883 году синтезировал его из несложных веществ. Однако это был сложный, многостадийный путь, который не годился для масштабного производства. Спустя десятилетие промышленный синтез из нафталина, продукта возгонки смол, организовали химики из гигантской баварской корпорации БАББ, но назвать цену доступной было по-прежнему нельзя. В 1896 году рядовой сотрудник ВАSF по фамилии Саппер нагревал нафталин с дымящей серной кислотой (смесью собственно кислоты и серного ангидрида), помешивая содержимое колбы термометром. Термометр неожиданно лопнул, а ртуть вытекла прямо в реакционную смесь — и тут ход реакции неожиданно изменился: нафталин начал превращаться во фталевый ангидрид, искомое промежуточное вещество на пути к индиго. Обнаружилось, что ртуть (или сульфат ртути, в который та превращается под воздействием серной кислоты) — катализатор прежде неизвестной реакции. Дешевый индиго от ВАSF появился на рынке уже в следующем году и привел к краху индийской индустрии.
История красителей вообще богата примерами случайных открытий. Возможно, первое из них случилось тогда, когда немецкий химик Фридлиб Фердинанд Рунге (1794–1867) попробовал предотвратить набеги собак в свой сад в пригороде Берлина, построив деревянный забор и покрасив его каменноугольным маслом (креозотом) для большей сохранности. Затем, чтобы отучить собак задирать лапу у забора, он посыпал все вокруг хлорной известью (смесью хлорида и гипохлорита кальция), распространявшей ядовитый запах хлора. Обходя забор на следующий день, он с удивлением заметил на белом порошке неровные голубые полосы — очевидно, они повторяли траектории струй собачьей мочи. Цвет заинтересовал Рунге, и он обнаружил, что этот голубой цвет — результат окисления гипохлоритом какого-то из веществ в составе каменноугольной смолы. Собаки всего-навсего добавили в реакционную смесь воды. Голубое вещество Рунге назвал кианолом. Спустя несколько лет Гофман доказал, что предшественником кианола в смоле был аминобензол (он же анилин), а сам кианол стал первым синтетическим прототипом красителя.
Другая случайность привела к открытию важного для многих органических синтезов промежуточного вещества — тиофена, содержащего серу циклического аналога бензола. Виктор Мейер (1848–1897), известный немецкий химик, показывал студентам в Университете Цюриха изящную качественную реакцию на бензол, придуманную Байером: образец, где бензол предположительно содержится, встряхивают с серной кислотой и кристаллом изатина (это последний предшественник индиго, если его синтезировать по схеме Байера). Считалось, что насыщенный синий цвет выдает присутствие бензола. Но тогда, на лекции в 1882-м, никакого синего цвета не получилось. Мейер был бы сбит с толку, когда бы не заметил, что обычную пробу бензола из каменноугольной смолы лаборант заменил очень чистым синтетическим образцом. Год спустя Мейер выделил примесь (ее в смоле оказалось меньше пол процента), которая и была причиной синей окраски. Так начиналась новая глава в истории органической химии.
Джон Рид, прежде чем стать зрелым ученым, работал сначала у Байера (на рубеже девятнадцатого и двадцатого столетий), а затем вместе с сэром Уильямом Джексоном Поупом в Кембридже и в итоге стал профессором химии в Университете Сент-Эндрюса. Он любил рассказывать о “невоспетом герое” стереохимии — ленивом лаборанте (или “лабораторном мальчике”, как тех часто называли). Химики безуспешно пробовали разделить оптически активные компоненты с помощью новой хитрости. Оптическая активность, то есть способность поворачивать плоскость поляризации света вправо или влево, свойственна молекулам с внутренней асимметрией — тем, которые нельзя совместить с собственным зеркальным отражением. Лабораторные опыты, в отличие от природных реакций, на выходе дают смесь обоих форм-антиподов такого вещества, и отделить одно от другого — задача, требующая редкой изобретательности. Способ Поупа заключался в том, чтобы ввести в смесь уже очищенный асимметричный реагент, который будет связываться с “левым” и “правым” по-разному, образуя кристаллы неодинаковой формы. Лаборант по ошибке забыл отмыть гору лабораторного стекла, после многих неудачных попыток кристаллизации покрытого липким налетом. Рид повторно потребовал смыть муть со стекла, но ассистент работал нехотя, и пока процедура длилась, взгляд Рида упал на белую крупицу среди грязи в одном из сосудов. Рассмотрев ее под лупой, Рид признал в крупице кристалл. Тогда, обрадовавшись, Рид бросил его в раствор смеси “левого” с “правым” — и тут частица сработала как зародыш кристаллизации, заставив выпадать в осадок только вещество своей формы.
Roberts Royston, Serendipity: Accidental Discovery in Science (Wiley, New York,1989) и Read John, Humour and Humanism in Chemistry (G. Bell, London,194 7).
Как угадать истинное призвание
То, что делают студенты в лаборатории, порождает множество бесценных историй. Вот что записал Джон Нельсон (1876–1965), почти полвека прослуживший профессором химии в Колумбийском университете в Нью-Йорке.
Как многие ученые его поколения, женщинам в лаборатории Нельсон не доверял, поэтому, когда одна юная выпускница женского колледжа пожелала заняться исследовательской работой под его руководством, Нельсон попросил ее продемонстрировать практические навыки в ходе простого лабораторного синтеза, выполняемого по инструкции из учебника. Девушке предстояло изготовить бромбензол из бензола и брома. Примерно через час Нельсон зашел в лабораторию и спросил, как обстоят дела. Было похоже, что не очень: реакция отказывалась идти так, как предсказывал учебник. Нельсон поглядел на прибор — то была колба, где энергично кипела жидкость, с обратным холодильником (это, по существу, охлаждаемая водой трубка, которая позволяет пару сконденсироваться в жидкость и стечь обратно). В колбе находился бензол. Однако, спросил Нельсон, а где же бром (который наверняка придал бы раствору желтоватый оттенок)? “В колбе, — был ответ, — он плавает в жидкости”. Нельсон внимательно присмотрелся и увидел твердую белую субстанцию, взболтанную в кипящем растворе. Оглядевшись по сторонам, он обнаружил банку с надписью: “Бром”, и дальнейшие расспросы стали не нужны: экзаменуемая всыпала в колбу белый упаковочный материал, не догадавшись заглянуть глубже и вытащить склянку с самим бромом. Нельсон тут же посоветовал девушке заняться другим делом.
Oesper Ralph Е., The Human Side of Scientists (University Publications, University of Cincinnati, Ohio,1975).
Принцип Паули
Вольфганг Паули (1900–1958) — один из титанов, царивших в теоретической физике во времена ее расцвета в первые десятилетия XX века. Он прославился не только блестящим умом, но и неразборчивой грубостью или, точнее, бескомпромиссной прямотой. Коллеги называли его “бичом Божьим”. По словам Виктора Вайскопфа, который провел семестр ассистентом у Паули, можно было не опасаться задать профессору любой идиотский вопрос, поскольку Паули находил идиотскими все вопросы. Как-то, будучи еще студентом и пребывая в самом мирном настроении, Паули начал обсуждение только что окончившейся лекции Эйнштейна такими словами: “Знаете, то, что говорит Эйнштейн, не безнадежно глупо”. Вайскопф вспоминает, что случилось, когда он прибыл в Цюрих и заглянул к Паули в кабинет: