Тепло от света

Вильгельм Фридрих Гершель родился в 1738 году в Ганновере в семье музыканта. В возрасте 19 лет он отправился в Англию и вскоре стал композитором, дирижером, учителем музыки и органистом в церкви города Бат. К1766 году он всерьез увлекся астрономией и сконструировал свой первый телескоп-рефлектор. Ему пришлось собственноручно шлифовать зеркала из зеркальной бронзы — сплава олова с медью. Едва выдавалась свободная минутка между концертами, Гершель спешил к себе в мастерскую и трудился над зеркалами. Вскоре его телескоп пригласили посмотреть Невилла Маскелина, занимавшего в те годы пост королевского астронома. Сэр Невилл, внимательно изучив прибор, вынужден был признать, что тот превосходит все телескопы Лондона.

С помощью своего телескопа Гершель совершил ряд открытий: прежде всего он обнаружил новую планету — Уран. Он хотел назвать ее Георгиумом, в честь короля Георга III, но Королевское общество почему-то этому воспротивилось.

Слава Гершеля все росла, и наконец король пригласил его в Виндзорский замок на должность своего домашнего астронома. Двое ганноверцев быстро сдружились, и Георг III взял Гершеля под свое покровительство.

За свою жизнь Гершель собрал своими руками более 400 телескопов. Обозревая небо, он наткнулся на множество туманностей, относительно которых выдвинул гипотезу, что это скопления звезд (само собой, гипотеза впоследствии подтвердилась). У открытого им Урана Гершель нашел два спутника, а кроме того, наблюдал двойные звезды — то есть пары звезд, обращающиеся вокруг общего центра масс.

Много шуму наделало замечание Гершеля по поводу обычных звезд: благодаря первоклассным зеркалам, где оптические искажения (аберрации) сводились к минимуму, звезды он видел предельно четкими, круглыми и без расходящихся лучей вокруг. Это поразило достопочтенного Генри Кавендиша (1731–1810) — лучшего, наверное, экспериментатора той эпохи. (Невероятно стеснительный и эксцентричный холостяк, Кавендиш избегал всякого контакта с людьми и даже построил в доме вторую лестницу, чтобы случайно не столкнуться лицом к лицу со слугой).

Сэр Джон Гершель любил вспоминать услышанный им от отца анекдот на сей счет. В 1786 году, на званом ужине у мистера Обера (уважаемого астронома-любителя, построившего под Лондоном, в Дептфорде, частную обсерваторию и установившего там телескоп, который принято было называть “крепышом Шорта” (Short’s dumpy), и тот был не хуже многих других телескопов Англии), Гершеля усадили рядом с мистером Кавендишем, которого все считали самым неразговорчивым из людей. Какое-то время он действительно не произносил ни слова, затем неожиданно повернулся к соседу и произнес: “Говорят, вы видели звезды круглыми, доктор Гершель?”. — “Круглыми как пуговицы”, — отвечал тот. Повисла долгая пауза. В конце ужина Кавендиш разомкнул губы еще раз и с недоверием в голосе переспросил: “Круглыми как пуговицы?” — “Так точно, круглыми как пуговицы”, — повторил Гершель, и на этом разговор был окончен.

Большую часть жизни Гершеля его незамужняя сестра Каролина вела его хозяйство и помогала ему в наблюдениях, так что со временем и сама сделалась опытным астрономом. Король даже назначил ее астрономом-ассистентом с жалованьем в 50 фунтов в год. За ряд открытий, но прежде всего за редактирование и расширение знаменитого каталога небесных тел Джона Флемстеда в 1772 году ей присудили золотую медаль Королевского астрономического общества. (Тут можно добавить, что, когда в 1712 году великий труд Флемстеда, названный им “Небесной историей”, только появился на свет, разразился страшный скандал. Флемстед с маниакальным упрямством перепроверял все данные и ничему не позволял просочиться наружу из Гринвичской обсерватории, пока сам он не обдумает все как следует, — а это занимало годы. Однажды Исааку Ньютону срочно понадобились данные, которые он никак не мог получить из Гринвича. Тогда Ньютон обвинил Флемстеда в том, что тот удерживает информацию, тогда как государственная должность обязывает его выдавать ученым данные по первому требованию. В конце концов Ньютон разными ухищрениями получил то, что ему требовалось, и более того — добился опубликования всех данных Флемстеда. Раздосадованный Флемстед в запале назвал Ньютона вором и сжег 300 из 400 вышедших экземпляров.)

11 сентября 1800 года Уильям Гершель совершил самое замечательное из своих открытий, причем благодаря чистой случайности. Он задался вопросом, порождает ли свет теплоту и как на этом сказывается цвет. Луч солнечного света, проходящий сквозь узкое окно в затененной комнате, он пропустил сквозь призму, и “радуга” проецировалась на специальный экран. Перед каждой из полос определенного цвета Гершель установил термометр и стал ждать, когда тот покажет прирост температуры. Не дождавшись эффекта, он отправился обедать, а когда вернулся, то обнаружил, что Солнце с тех пор сместилось, так что термометр оказался уже за красной полосой на самом конце спектра. Однако, к его изумлению, температура все же поднялась. Гершель сразу понял, что источник тепла — излучение, которого он не видит. Так он открыл инфракрасное излучение — с его помощью тела передают тепло на расстояние.

В 1816 году Уильяма Гершеля произвели в рыцари, а в 1821-м, за год до смерти, избрали президентом Королевского астрономического общества. Его сын Джон, также впоследствии произведенный в рыцари, пошел по стопам отца — младший Гершель прославился прежде всего своими фотометрическими исследованиями, измерением количества света, приходящего от звезд.

См. биографию, написанную внучкой Гершеля: Lubbock С.A., The Hershel Chronicle: The Life Story of William Hershel and his Sister Caroline Hershel (Cambridge University press, Cambridge, 1933).

 

Высокая наука и чашка чая

Рональд Эймлер Фишер — один из создателей прикладной статистики. Он разработал методы, применяемые и сейчас для анализа биологических данных и планирования клинических испытаний.

Фишер родился в Лондоне в 1890 году. В 1910 году он устроился на работу на Ротемстед-скую экспериментальную станцию под Лондоном — и тогда и теперь это главный в стране центр аграрных исследований — а четырьмя годами раньше на станции появилась первая женщина специалист по водорослям, Мюриель Бристол. С ее приходом в Ротемстеде установилась традиция непременных послеполуденных чаепитий.

И вот как-то во время одного из таких чаепитий Фишер любезно протянул миссис Бристол чашку чая. Та неожиданно отказалась, заявив, что предпочитает, чтобы не молоко добавляли к чаю, а чай — к молоку. (Долгое время считалось, что такая манера выдает в человеке аристократа.) Фишер был изумлен: как она, будучи ученым, не понимает, что вкус от этого не меняется? Однако доктор Бристол настаивала, что уверенно отличает одно от другого. Фишер решил провести слепой тест. Вместе с Уильямом Роучем, химиком из той же лаборатории, он поставил проверочный эксперимент. Вопрос разрешился в пользу доктора Бристол: та действительно чувствовала разницу (хотя, насколько статистически достоверным был результат, не сообщается). Этот эпизод заставил Фишера задуматься о принципах статистических выводов, что в конце концов побудило его опубликовать в 1925 году блестящую работу, озаглавленную “Статистические методы для научных работников”.

Впоследствии Фишер вызвал всеобщее осуждение, отрицая причинно-следственную связь между курением и раком легких: он утверждал, что пристрастие к курению и предрасположенность к раку объясняются на генном уровне. Как выяснилось позже, выступления Фишера щедро оплачивала некая табачная компания.

Эпизод с чаем и молоком описан в статье: Mann George V., Chance Encounters, Perspectives in Biology and Medicine, 25, 316 (1982).

 

Медяк — другой

Рудольф Шёнхеймер (1898–1941) — немецкий биохимик, чьи заслуги перед наукой исключительны. Будучи евреем, он лишился работы в Германии перед началом Второй мировой войны и нашел убежище, как и многие другие ученые с похожей судьбой, в Америке, в Медицинской школе Колумбийского университета в Нью-Йорке. Глава биохимического факультета, Ганс Тэтчер Кларк, собрал у себя целую когорту блестящих ученых — хитроумных и владеющих множеством языков европейцев.

В первые послевоенные годы в химии физиологических процессов было сделано несколько важнейших открытий, и случилось это во многом благодаря открытию радиоизотопов; можно было сделать радиоактивными (и тем самым пометить) вещества, участвующие в метаболизме, и следить за их химическими превращениями в отдельной клетке или во всем организме. Однако тогда радиоизотопы были еще редкостью и стоили больших денег. Шёнхеймер намеревался ставить опыты с меченной изотопами мочевиной — конечным продуктом обмена веществ, который выделяют и животные, и человек. Главным авторитетом в деле разделения радиоизотопов был Гарольд Ури: он и согласился выдать Шёнхеймеру скромное количество нитрата аммония, обогащенного азотом-15 — изотопом, который составляет ничтожную долю в природном азоте (где преобладает азот-14). Препарат с изотопом Ури приготовил из обычного нитрата аммония — вещества, легко взрывающегося от детонации, — который незаконно провез в Нью-Йорк с завода в Нью-Джерси через Голландский туннель, забросив мешок на откидное сиденье своего спортивного автомобиля. Стеклянная ампула, которую он отдал Шёнхеймеру, содержала существенную часть мировых запасов очищенного изотопа 15N.

Превратить нитрат аммония в мочевину было задачей Девитта Штетгена, юного ассистента Шён-хеймера. Прежде всего Шёнхеймеру и Штеттену предстояло выбрать один из множества способов синтеза мочевины: та была первой органической молекулой, полученной в лаборатории из неорганического вещества (изоцианата аммония). Как водится, они начали с изучения библии химиков-синтетиков, справочника Бельштейна, и остановились на довольно простом, как могло показаться, методе: аммиак, выделенный из раствора нитрата аммония, пропускается сквозь расплавленный дифенилкарбонат. Реакция дает мочевину со юо-процентным выходом: в этом случае, решили они, ни единый микрограмм драгоценного 15N не пропадет даром. Штеттен приступил к эксперименту, но для начала проверил действенность метода на обычном нитрате аммония. Вот что из этого вышло:

К моей великой досаде, я увидел, что никакой реакции не идет вообще. Аммиак, пропускаемый сквозь расплав, выделялся в химически неизменном виде. Я перепробовал, как казалось, все правдоподобные поправки к методике, но безуспешно — и окончательно утвердился во мнении, что немецкий автор, описавший этот синтез, попросту лгал. Расстроившись, я рассказал обо всем Руди. “А когда, — спросил он, — был описан твой синтез?” — “В 1880 году”, — отвечал я. Тут в нем заговорил шовинист.

“В 1880 году, — парировал Руди, — немецким химикам не было нужды лгать”. Затем мы вместе дотошно изучили описание, и он заметил, что если я работаю с ничтожными количествами дифенилкарбоната, то в оригинале речь идет про килограммы реагентов. Внезапно он осклабился: “Вот когда я был аспирантом в лаборатории Томаса в Лейпциге, по стенам были развешаны покрытые пылью огромные медные реторты и прочие реакционные сосуды. Стекло в те дни не было таким прочным, как теперь. Реакции проводили с килограммами веществ, а когда требовался разогрев, эти килограммы закладывали в медные сосуды. Может быть, медь катализирует реакцию?” Ставя новый синтез, я это учел и добавил к дифенилкарбонату чуть-чуть меди. На химическом складе нашлось немного мелкодисперсного медного порошка, который, вероятно, предназначался для добавления в краску, когда требовалось придать ей металлический блеск. Щепотки металлической меди оказалось достаточно. Теперь аммиак и в самом деле поглощался без остатка дифенилкарбонатом и превращался в мочевину.

Синтез меченой мочевины был первым примером использования изотопа 15N. Этот эксперимент открыл новую главу в биохимии.

Со временем поведение Рудольфа Шёнхеймера становилось все более странным. Приступы глубокой подавленности следовали один за другим, и однажды ночью в 1941 году, на пике блестящей карьеры, он покончил с жизнью.

Девитт Штеттен излагает свою историю про синтез мочевины в книге: Perspectives in Biology and Medicine, 25, 354 (1982).

 

Ученые и шовинисты

Планета Уран, открытая Уильямом Гершелем в 1781 году, в XIX веке вдруг стала вызывать у астрономов беспокойство. Алексис Бувар обнаружил, что траектория ее движения по орбите отклоняется от предсказанного — хотя расчеты, основанные на законах Ньютона, учитывали и притяжение Солнца, и влияние других планет. Не вкралась ли ошибка в сами законы Ньютона? Или, возможно, на Уран влияет еще одна, неучтенная, планета?

Орбиту такой гипотетической планеты впервые попробовал вычислить в 1843 году юный Джон Коуч Адамс, недавний выпускник Кембриджа. Задача представлялась нелегкой, однако после трех лет упорной работы Адамс смог предъявить предварительные результаты. Когда Адамс решился показать их почтенному профессору Джеймсу Челлису, директору Кембриджской обсерватории (который единолично распоряжался тамошним телескопом и никого к нему не подпускал без веских оснований), тот от него просто отмахнулся, посоветовав обратиться к королевскому астроному сэру Джорджу Эйри. Сэр Джордж тоже не сильно помог: он сообщил Адамсу, что поиски новой планеты стоит начинать только после более детальных расчетов. На них у раздосадованного Адамса ушел еще год.

Тем временем Урбен Жан Жозеф Леверье (1811–1877) из парижской Политехнической школы проделал те же расчеты и в 1846 году опубликовал свои прогнозы относительно положения и вероятных размеров загадочной планеты. Пытаясь увлечь этой идеей французских звездочетов, Леверье тоже столкнулся с трудностями — его отправили к директору Берлинской обсерватории. Письмо Леверье пришло в Берлин 23 сентября, и той же ночью помощник директора обсерватории, Иоганн Готтфрид Галле, приступил к поискам. По счастливому стечению обстоятельств, как раз перед тем обсерватория получила недавно заказанную превосходную карту неба. Благодаря ей неуловимое небесное тело было найдено Галле всего за несколько часов. Взволнованный, он написал Леверье: “Планета, расположение которой Вы указали, действительно существует. В тот же день, когда я получил Ваше письмо, я обнаружил звезду восьмой величины, которой нет на превосходной Carta Horta XXГ.

Едва вышла статья Леверье, Эйри, вероятно, испытал угрызения совести и немедленно обратился к Челлису с просьбой начать поиски неизвестной планеты. Однако карта звездного неба, которая имелась у Челлиса, не могла сравниться с Carta Horta XXI. Только когда Галле сообщил о своих успехах, Адамс понял, что тоже видел новую планету.

Адамс, человек скромный и молчаливый, не выказывал зависти к удачливому конкуренту. Когда они с Леверье познакомились в Кембридже, он даже с ним подружился.

Открытие Нептуна — так назвали планету в парижском Бюро долгот, хотя Эйри и настаивал, чтобы, не нарушая традиции, планету назвали именем греческого бога Океана, а Галле предпочел бы Нептуну и Океану Януса, — стало сенсацией. Во-первых, законы Ньютона и модель планетарной системы Кеплера с триумфом продемонстрировали свою мощь. Но, что еще важнее, наблюдения эффектно подтвердили теоретический прогноз! Последнее поразило воображение как широкой публики, так и политиков, которым впервые представился шанс воочию убедиться в важности научных изысканий. Говорят, что именно тогда правительства европейских стран начали всерьез интересоваться наукой.

Сэр Джон Гершель, сын Уильяма Гершеля, написал популярную статью об открытии Нептуна для журнала The Athenaeum, где лестно отозвался о работе Адамса. В прессе заговорили об ущемленной национальной гордости. Однако расчеты Адамса так и не были опубликованы, и во Франции начали всерьез подозревать коварного англичанина в плагиате. Английские газеты в ответ обвинили французов, что те искажают истину и на самом деле это они воры — украли британское открытие. Леверье с горечью сетовал Эйри на то, что Гер-шель пытается лишить его права на первоклассное достижение: расчеты Леверье были точнее расчетов Адамса и при этом заняли вдвое меньше времени. Эйри отвечал примирительно:

Дорогой сэр, я получил ваше письмо от 16 числа (октября 1846 года), и мне жаль, что статья сэра Джона Гершеля так вас огорчила. Убежден, что сэр Джон Гершель тоже бы расстроился — этот добрейший человек щепетильнее всех, с кем я знаком, в своем стремлении быть справедливым ко всем и никого при этом не обидеть.

Последовали новые контробвинения и перепалки в том же духе, однако Адамс никогда и ни в чем не обвинял Леверье, равно как и Леверье — Адамса, поскольку и тот и другой признавали, что их расчеты были проделаны независимо друг от друга.

Впоследствии оба ученых удостоились множества почестей: Адамс стал следующим после Эйри королевским астрономом, а Леверье сменил Араго на посту директора Парижской обсерватории.

Об открытии Нептуна рассказывается во многих источниках; см., например: Hoyle Fred, Astronomy (Macdonald, London, 1962) и Leverington David, A History of Astronomy from 1890 to the Present (Springer, London, 1995J.

 

Поникшие уши кроликов

Льюис Томас — выдающийся ученый-медик. Многие годы он возглавлял Раковый центр Слоуна-Кеттеринга в Нью-Йорке. Томас широко известен своими яркими и изящными эссе о науке, медицине и вообще о жизни.

Одно из первых его приключений, связанных с наукой, случилось в 1936 году, когда он был еще только жаждущим славы студентом-медиком. Томаса заинтриговало так называемое явление Шварцмана. Ученый, именем которого оно названо, заметил, что, если кролику ввести подкожно бактериальный эндотоксин (то есть умеренно токсичную секрецию некоторых бактерий), возникнет небольшое местное воспаление; однако, если эту процедуру повторить, причем через промежуток времени от 18 до 24 часов, появятся обширные поражения кожи и кровоизлияния. При введении второй дозы токсина в вену ничего не происходило. Напротив, итоги двух внутривенных инъекций подряд были катастрофическими: все заканчивалось отказом почек.

Прочитав статью про реакцию Шварцмана (где были изображены почки кролика, пораженные некрозом), Томас пришел на семинар по медицинской патологии, который каждую неделю проходил в кабинете его профессора.

Не помню, о чем там говорили, однако помню, как, наклонившись, ударился головой о тяжелую стеклянную банку на полке с препаратами тканей и уронил ее на пол. Я подобрал ее, чтобы поставить на место, и обнаружил внутри пару человеческих почек с точно такими же повреждениями, как и у кроличьих почек на снимке, помещенном в статье о работах Шварцмана. Этикетка гласила, что почки принадлежат женщине, умершей от эклампсии (повышения давления при токсикозе во время беременности) в сочетании с серьезным бактериальным заражением.

Томас решил докопаться до сути странной аномалии, и вместе с коллегами потратил на ее изучение ю лет. Они так и не разобрались со всеми нюансами, однако выяснили, отчего перед гибелью ткани прекращается приток крови к ней, и показали, что главные виновники разрушительного процесса — белые кровяные тельца. Удаляя эти клетки из кровотока или подавляя свертывание крови, Томасу и его друзьям удавалось излечить кроликов от реакции Шварцмана. Однако в ходе своих исследований они наткнулись на другое интересное явление.

Нам пришло в голову, что выброс поврежденными клетками ткани протеолитического фермента (который атакует и расщепляет белки) может быть одной из причин разрыва микроскопических сосудов, и мы догадались, что такой фермент будет активней всего в кислой среде, которая, как было известно, характерна для обработанной [препаратом] кожи кролика. Недолго думая, мы ввели в кожу кролика немного папаина, растительного фермента-протеолитика из млечного сока папайи, и уже через час смогли наблюдать точно такой же геморрагический некроз, как и в случае местного эффекта Шварцмана.

Теперь, решили мы, ясно, что делать дальше. Следующим шагом было ввести папаин внутривенно, чтобы воспроизвести реакцию в общем случае — с отказом почек и всем прочим. Мы сделали это, и ничего не произошло. Животные по-прежнему пребывали в хорошей форме, были активны и голодны, а их почки работали как ни в чем не бывало. Тогда мы повторили опыт с различными дозами папаина, но результат был тот же. Однако теперь мы заметили, что кролики, хотя и абсолютно здоровы на вид, все же выглядят как-то иначе — и при этом довольно забавно. Их уши, вместо того чтобы торчать, как-то размягчились и спустя несколько часов обвисли, как у спаниелей. Впрочем, уже на следующий день они торчали снова.

Сколько времени ушло на выяснение истины, даже неловко говорить. Действие папаина на кроличьи уши я впервые наблюдал в 1947 году, и тогда же исследовал срезы деформированных ушей, но, не найдя никаких изменений в клетках, волокнистой соединительной ткани, хрящах и в прочих деталях уха, забросил это безнадежное дело. Каждые несколько месяцев я к нему возвращался, иногда — чтобы продемонстрировать невероятные изменения друзьям и коллегам, но объяснения не находилось. Только шесть лет спустя меня осенило, что если уши удерживаются в приподнятом состоянии хрящевыми пластинками, то наверняка именно с хрящевыми пластинками в поврежденных ушах что-то и случается. Я вернулся к этой теме и сравнил, сколько хрящевого матрикса у кроликов, подвергшихся действию папаина, и сколько — у нормальных кроликов, и сразу же нашел разгадку: хотя хрящевые клетки сами по себе казались совершенно здоровыми, но почти весь каркас (то есть матрикс) папаин уничтожил. Более того, это случилось и со всей остальной хрящевой тканью — включая трахею, бронхи и даже межпозвоночные диски. Отмечу в скобках, что спустя несколько лет после выхода моей статьи об этом хирурги-ортопеды стали прибегать к помощи папаина, чтобы избавляться от разорванных межпозвоночных дисков без хирургического вмешательства.

Томас признает, что применения его открытия в клинической практике этим и исчерпываются. При этом он вспоминает интервью, которое давал однажды двум социологам: узнав, что другой ученый тоже обнаружил это явление, но не стал с ним возиться дальше, они захотели выяснить, почему именно Томас (а не его соперник) довел дело до конца. Вскоре эти социологи опубликовали сложную статью на сей счет, однако Томас, который всеми силами пытался оправдать столь долгую возню с такой легкомысленной темой, признался в конце концов: главный мотив — то, что его очень позабавили поникшие кроличьи уши.

Thomas L, The Youngest Science. Notes of a Medicine Watcher (Oxford University Press, 1985)

 

Как рождаются мифы

Этот анекдот биологи с удовольствием рассказывают уже два десятилетия подряд — каждый раз приукрашивая и вводя все новых и новых действующих лиц.

Напечатан он, вероятно, был всего однажды.

Исследователь направил в некую лабораторию письмо с просьбой предоставить ему λ-фаг, который был там недавно идентифицирован. Вскоре ему пришел ответ с отказом — ученому давали понять, что его не считают за своего. Однако тот не отчаялся. Немного поразмыслив, он сообразил, что фаги такого рода “разлетаются по всей лаборатории”, и с изяществом добился своего, выведя культуру микроорганизмов из материала полученного письма. Конец истории окутан мраком, но стоит надеяться, что с тех пор в лаборатории, из которой было получено отказное письмо, стали проводить стерилизацию всех исходящих бумаг.

λ-фаг, на который здесь ссылаются, — это ДНК-содержащий бактериофаг, каким активно пользуются в генной инженерии, а корни анекдота восходят к розыгрышу, устроенному Сидни Бреннером, сотрудником знаменитой Лаборатории молекулярной биологии, который до сих пор остается одним из самых уважаемых авторитетов в этой области. Как все было на самом деле, он охотно рассказывает сам.

Во-первых, бактериофаг, который наделал столько шуму, назывался f2, а не λ (причем, в отличие от λ-бактериофага, содержал РНК, а не ДНК) и был найден в нью-йоркских сточных водах генетиком Нортоном Циндером. Услышав об этом, Бреннер собрался было попросить у удачливого коллеги образец микроорганизма, но потом раздумал: Циндер наверняка не поверит, если сказать, что Бреннеру бактериофаг нужен для исследования на тему “половых факторов” бактерии, а скорее решит, что Бреннер вторгается в зону его интересов, то есть хочет заняться репликацией РНК. Другим, разумеется, фаг был тоже нужен, и Бреннер распустил слух про “проращивание” письма Циндера, намекая, что уже это проделал. В действительности же Бреннер придумал обратное: заражать другим бактериофагом, Т1, письма конкурентам или занудам, обращающимся с надоедливыми запросами. Т1 — сильный и грубый захватчик, который выдерживает даже высушивание, а попав в лабораторию, способен добраться до всех чашек с культурами микробов и поразить их — и тогда все исследования, посвященные бактериофагам, остановятся.

Бреннеру, как бы там ни было, не пришлось “культивировать” ни одного письма: он решил, что своими силами отыщет РНК-бактериофагов в местной канализации.

Сейчас из генетически модифицированных бактерий изготавливают великое множество фармацевтических препаратов, и биотехнологические компании весьма ответственно подходят к стерилизации всего, что покидает лабораторию. Бреннер, к примеру, вспоминает, как разглядывал образец присланного ему дорогостоящего белка интерферона, извлеченного из генетически модифицированных бактерий, — а вдруг там осталась хоть одна живая бактерия, которую можно было бы посеять и вывести культуру, но увы, ничего такого в препарате не оказалось.

A.C. Faberge, ‘Open information and secrecy in research', in Perspectives in Biology and Medicine, 25, 263 (1982). См. также статью Brenner Sydney, , Bacteriophage tales’, Current Biology, 7, R736 (1997).

 

Гормоны Казимира Функа

Польского биохимика Казимира Функа (1884–1967) сейчас обычно вспоминают (если вообще вспоминают) за придуманное им слово “витамины”, однако он, несомненно, заслуживает большей славы. Карьера его начиналась в Варшаве, затем он эмигрировал во Францию, где работал на фармацевтическом концерне. Впоследствии он основал собственную лабораторию в пригороде Парижа с красивым названием Casa Biochemica (“Биохимический дом”) и там с 1928 по 1939 год занимался изучением гормонов. Он выделил мужской половой гормон из петушиных гонад, а вскоре сообщил о том, что следы гормонов присутствуют и в крови животных. Еще он искал (и нашел) гормоны в крови и моче беременных женщин, а также смог установить химические различия между мужскими и женскими гормонами. Его доклады об этих результатах на различных конференциях в США встречали с ощутимым недоверием.

Будучи человеком инициативным, Функ спровоцировал небольшой дипломатический скандал в 1936 году, во время итало-абиссинской войны. Из газет ему стало известно, что эфиопские повстанцы завели обычай кастрировать пленных итальянцев: вот, решил он, и идеальный источник биоматериала, который был так ему нужен, и попробовал договориться с эфиопскими властями о поставках отрезанных яичек. Итальянское правительство, узнав об этом, истолковало планы Функа как покушение на честь страны. Более того, у эфиопских племен, надо думать, нашлось другое применение ценным трофеям, и Функу ничего не досталось.

Перед началом Второй мировой войны Функ бежал в Соединенные Штаты, там он продолжил изучать гормоны — извлекая их миллиграммовые количества из сотен галлонов мочи и из других биоматериалов, и занимался этим до самой смерти.

Жизнь и труды Казимира Функа описаны в работе: Schulz Bernhard, Casimir Funk und der Vitaminbegriff (thesis, University of Düsseldorf, 1997 )-

 

Ученый мерзавец

И в среде ученых бывают негодяи. Были такие и в XX веке. Один из них, Эмиль Абдерхальден, родился в Швейцарии, но жил и работал в Германии. Абдерхальден был учеником Эмиля Фишера, великого химика-органика. Фишер в те времена занимался структурой белков и придумал способ синтезировать пептиды — цепочки из нескольких аминокислотных остатков, соединенных так же, как и в белках естественного происхождения. Но если в одном белке таких остатков, выстроенных в строгом порядке, сотни или даже тысячи (правда, с неизбежными повторами: природа использует всего 20 разных аминокислот), то во времена Фишера химики могли получать искусственно только короткие цепочки. Когда Абдерхальден, уйдя от профессора, обосновался в ветеринарной школе в Халле, область его интересов осталась прежней — белковые пептиды, которые он с помощниками синтезировал в огромном количестве. Чтобы извлечь хоть какую-то пользу из этих веществ, Абдерхальден попробовал заняться протеолитическими ферментами, которые расщепляют белки на мелкие фрагменты.

В1909 году Абдерхальден объявил об открытии, явно отдававшем фальсификацией: ученый уверял, что, когда в организм попадают чужеродные вещества, он тут же начинает вырабатывать новые ферменты, способные их разрушить. Ученым уже было известно о существовании антител, однако “защитные” ферменты Абдерхальдена к ним никакого отношения не имели. Вскоре Абдерхальден счел возможным вторгнуться в медицину. Теперь он провозгласил, что белки плода поступают в кровь беременных женщин, вызывая образование защитных ферментов. Это делало возможным ранний тест на беременность. Метод Абдерхальдена с энтузиазмом взяли на вооружение многие клинические лаборатории и вскоре подтвердили его действенность, однако сами ферменты, как выяснилось, были всего-навсего иллюзией. Возражения оппонентов привели Абдерхальдена в ярость и многих заставили замолчать — к тому времени Абдерхальден стал публичной и очень влиятельной фигурой в немецком научном сообществе.

Распространение теорий Абдерхальдена уже было не остановить: опухоли, нервные заболевания и другие болезни, как считалось теперь, вызывают появление защитных энзимов. Медицинские центры публиковали бессчетные статьи на эту тему, а нацистский антрополог Отмар Фрайхер фон Фер-шуер и его любимый ученик, печально известный Йозеф Менгеле, приступили к изучению защитных энзимов у представителей разных рас: образцы им доставлялись из подконтрольного Менгеле Освенцима. Только в 1947 году в Германии на конференции, посвященной защитным энзимам, выяснилось, что их существование по меньшей мере не доказано.

Абдерхальден умер в 1950 году, однако кое-где в Германии еще продолжали исследовать его ферменты, а сын Абдерхальдена сделался главным защитником дела отца.

Что за человек был Абдерхальден, можно понять из истории, рассказанной Джоном Эдсаллом, профессором Гарвардского университета. В 1920-х годах юный Эдсалл проработал несколько лет в кембриджской лаборатории Фредерика Гоуленда Хопкинса, одного из ведущих биохимиков того времени. Там он встретился с молодым английским биохимиком, вернувшимся из поездки в Германию, он, этот ученый, и поделился с ним впечатлениями о лаборатории Абдерхальдена. По прибытии в Халле он рассказал герру профессору о своих только что полученных в Кембридже результатах. “Когда опубликуете, герр доктор?” — спросил Абдерхальден, явно заинтересовавшись. Англичанин ответил, что скоро и черновик статьи уже готов. В тот день он собирался в путешествие в горы. Предупрежденный заранее о том, что все может случиться, он на всякий случай запер все свои бумаги в ящике стола, а для большей надежности повесил замок. Вернувшись, он обнаружил, что замок взломан, а рукопись исчезла. Расследование, затеянное англичанином, показало, что статья уже отправлена в печать практически без изменений — только список авторов теперь начинался с Абдерхальдена!

Постыдная карьера Абдерхальдена, и в особенности печальная история его воображаемых ферментов, изложена в статье: Deichmann Ute and Müller-Hill Benno, The fraud of Abderhalderis enzymes, Nature 393,109 (1998).

 

Исторический треск

В январе 1891 года сэр Уильям Прис, главный инженер британского почтового министерства, заявил в газетном интервью, что “в области беспроволочной телеграфии все возможное уже сделано” Прошло всего лишь десять лет, и на продуваемой всеми ветрами возвышенности на острове Ньюфаундленд Гульельмо Маркони поднес к уху телефонную трубку и услышал сквозь треск сигнал, переданный из бухты Польду в графстве Корнуолл. Передатчик и приемник разделяли 1800 миль (примерно 3 тысячи километров). В том своем интервью главный почтальон Англии Прис утверждал (и многие специалисты с ним соглашались), что связать два берега Атлантического океана радиоканалом — несбыточная мечта, поскольку “из-за кривизны Земли волны отправятся в космос” Прис, стоит заметить, к тому времени уже нажил себе сомнительную репутацию в деле предсказаний. После того как Александер Грейам Белл продемонстрировал свой первый телефон, Прис, присутствовавший при этом, выступил перед комитетом палаты общин и уверенно произнес: “Американцам это открытие нужно, а нам нет. У нас сколько угодно мальчишек-посыльных” (Американцы, напротив, проявляли хоть и осторожный, но оптимизм. “Наступит день, — провозгласил мэр Чикаго после того, как ему продемонстрировали возможности телефона, — когда такая вещь будет установлена в каждом городе”.

С другой стороны, некий техасский сенатор, услышав, что штат Мэн и Техас скоро смогут поговорить друг с другом, воскликнул: “Да что может Мэн сказать Техасу!”)

Молодому, но весьма амбициозному Маркони было тогда 27 лет. Его Англо-американская телеграфная компания, обосновавшаяся в здании старой больницы, едва справлялась с долгами. Окна его лаборатории выходили на гавань Сент-Джонса. У Маркони была цель — зарегистрировать трансатлантический сигнал, однако в целях конспирации он рассказывал всем, что испытывает систему предотвращения кораблекрушений и хочет всего-навсего связаться с пароходом “Люцинда” Этим он никого не удивил, поскольку в те времена передать сигнал на расстояние в сотню миль было уже обычным делом. 12 декабря, в четверг, разыгралась жестокая буря, однако Маркони решил продолжать работу и поднял антенну, прикрепленную к воздушному змею, на высоту 120 метров. Телефонную трубку он выбрал потому, что, как ему представлялось, человеческое ухо лучше любого другого приемника различит на фоне шума сигнал в форме слабых щелчков, которые, надеялся он, все-таки пробьются сквозь потрескивание. Впоследствии Маркони вспоминал:

Внезапно около половины первого прозвучали три отчетливых коротких щелчка, какие издает телеграфный ключ. Это означало, что сейчас нечто произойдет. Я стал сосредоточенно вслушиваться.

Ошибки быть не могло: три коротких отчетливых щелчка, отвечающие трем точкам (то есть букве Б в азбуке Морзе), прозвучали у меня в ухе несколько раз, однако я не мог считать себя удовлетворенным прежде, чем получу дополнительные доказательства.

Маркони передал трубку своему ассистенту Джорджу Кемпу, и он подтвердил, что слышит то же самое.

Теперь я мог быть уверен, что мои расчеты верны. Электрические волны, отправленные из Польду, пересекли Атлантический океан, невзирая на кривизну Земли (т. е. отразились от плотных слоев атмосферы), которую столь многие сомневающиеся считали неизбежным препятствием.

Когда о результатах объявили газеты, местные чиновники немедленно выдворили Маркони и его небольшую команду из города, поскольку Англо-американская телеграфная компания, заявили они, не уполномочена передавать или получать сигналы на их территории. Более того, воодушевление, которое вызвали успехи Маркони, разделяли далеко не все. Что позволяет ему с уверенностью говорить, что он зафиксировал именно оригинальные щелчки, а не какое-нибудь атмосферное явление? К числу скептиков принадлежали и Прис, и сэр Оливер Лодж (физик, открывший радиоволны независимо от Герца), а неучтивый Томас Эдисон назвал новость “газетной уткой” Однако вскоре стало ясно, что Маркони прав.

Прошло время, Маркони стал маркизом и — вступил в фашистскую партию.

Reade Leslie, Marconi and the Discovery of Wireless (Faber, London, 1963), Polly W.P., Marconi: A Biography (Constable, London, 1962).

 

Приключения Араго

Хотя французские революционеры и отрубили голову Антуану Лавуазье, провозгласив, что революция в ученых не нуждается, республика тем не менее все-таки признавала главенство разума и поощряла развитие наук. Одним из памятников ей стала метрическая система. Введенный тогда стандарт длины — метр — определили как стомиллионную долю расстояния от Северного полюса до экватора вдоль парижского меридиана.

В 1806 году Бюро долгот обязали измерить это расстояние с максимально возможной точностью. Был проведен ряд предварительных замеров: за основу расчетов взяли расстояние от Дюнкерка до Барселоны, благо сделанный начерно эталон для этого уже имелся в Париже. Однако требовалась еще большая точность; тогда измерили дистанцию до Балеарских островов, которые заметно южней Барселоны и через которые парижский меридиан проходит тоже. Исполнителями этого задания назначили Доминика Франсуа Жана Араго (1786–1853) и Жана Батиста Био (1774–1862); Араго тогда только исполнилось 20, а Био — 32.

Из-за большой удаленности увидеть из Барселоны вспышки света на островах не представлялось возможным. Поэтому <…> Био и Араго сначала выбрали для триангуляции вершины гор и точку в испанском прибрежном городе Дения, затем измерили расстояние оттуда до Ибицы и Форментеры и, наконец, до Майорки. На Ибице к их услугам была вершина горы Кампвей, а на Форментере — наивысшая точка острова Ла-Мола. В конце 1807 года Био вернулся в Париж, оставив Араго заканчивать замеры на Майорке. На вершине С’Эслоп соорудили хижину, где Араго и поселился в окружении инструментов, необходимых для заключительной серии наблюдений. Однако дальше события развивались совсем не по плану.

В июне 1808 года завязалась война между Францией и Испанией. Вскоре на Майорке заговорили о том, что костры на горе по ночам — это сигналы и что Араго, должно быть, французский шпион; решено было отправить на гору отряд солдат, чтобы те арестовали подозрительного француза. Слухи об этом дошли до Араго. Что произошло потом, он рассказывает в своих мемуарах: “Мы отправились в Пальму и по пути встретили военных, которые пришли меня искать. Никто меня не узнал, поскольку я владею местным наречием в совершенстве. Я посоветовал отряду следовать той же дорогой, а мы продолжили наш путь в город”. (Араго свободно разговаривал на диалекте каталанского, поскольку был уроженцем Французских Пиренеев — области Франции, где говорят по-каталански.) Скрыться, однако, ему удалось только на время: в конце концов Араго очутился в Бельверском замке, в камере с видом на Пальма-да-Майорка. Теперь это туристическая достопримечательность, а тогда замок был тюрьмой.

Сумев убедить чиновников, что он не шпион, Араго покинул остров и отправился в Алжир. Там он сел на корабль, направлявшийся в Марсель, но невезение просто преследовало несчастного физика: корабль захватили испанские пираты и повели его в Каталонию, где Араго снова попал в тюрьму. Огромными усилиями он добился освобождения и поплыл в Марсель. Теперь помешали уже не пираты, но погода — стоял декабрь 1808 года. Начались бури, корабль был вынужден прервать плавание и переждать зиму в небольшом алжирском порту. Араго ничего не оставалось, как отправиться в Алжир по суше. Тут его захватили в плен снова — на этот раз алжирцы, которые требовали, чтобы Франция расплатилась с ними за направленные туда грузы.

Проблема разрешилась в июле 1809 года, и после годовой одиссеи, полной опаснейших приключений, Араго прибыл во Францию, дабы наконец закончить свой научный отчет. Париж встретил его с ликованием. Работа Араго и Био подтвердила точность прежних измерений; эталон метра, изготовленный в итоге, отличался от своего прототипа всего на 0,02 процента.

Меридиан Араго и Био обозначен в Париже цепочкой дисков, вмурованных в тротуары. Оба ученых добились впечатляющих успехов в физике. Имя Био увековечено законами Био и Био-Савара. Именно Био поручили провести проверку знаменитого эксперимента Пастера по разделению оптических изомеров. Араго также принадлежат множество важных результатов в оптике: достаточно вспомнить диск Араго и призму Араго. Он отметился и в политике, успев побывать министром республики. Араго дружил с Жюлем Верном, который описал его приключения на Балеарских островах в одном из своих романов.

Жители Форментеры вымысел ценят больше, чем реальность: на Ла-Мола установлен памятник не Араго и не Био, а Жюлю Верну, который на Балеарских островах никогда не был.

Замечательная биография Араго: Dumas Maurice, Arago: La Jeunesse de la Science, 2nd edn. (Berlin, Paris, 1943); отрывок, приводимый выше, взят из превосходной статьи: Julian Cartwright, Nature 412, 683 (2001).

 

История хлорида лития, или Как превратить безумца в нормального человека

Из всех лекарств, открытых за последние 50 лет (или около того), больше всего пользы человечеству принес, пожалуй, хлорид лития. Вещество, весьма близкое по свойствам к хлориду натрия, обычной поваренной соли, принимают в больших количествах люди с клинической депрессией или близкими к ней расстройствами психики. Он дешев и практически лишен долговременных побочных эффектов, и при этом облегчил жизнь многим, уже, казалось бы, совсем отчаявшимся людям. А появился этот препарат благодаря причудливой цепи ошибочных рассуждений.

Доктор Джон Кейд, психиатр небольшого медицинского центра в Австралии, свято верил, что причина маниакальных психозов — некий токсин, но если это так, то он, как и многие другие известные токсины, должен непрерывно выводиться из организма; стало быть, его можно обнаружить в моче.

Гипотеза представлялась разумной, особенно в свете сообщений (впоследствии опровергнутых) об особом веществе, встречающемся в моче шизофреников. Кейд решил искать свой токсин, вводя мочу пациентов морским свинкам. Животные и в самом деле заболевали, однако то же самое происходило, когда им вводили мочу здоровых людей. Однако Кейд не сдавался. Он предпринял следующий забавный шаг — повторил свои опыты с чистой мочевиной. Это один из ключевых продуктов метаболизма, который составляет заметную часть от всех растворенных в моче веществ. Эффект оказался еще больше — свинки гибли уже при впрыскивании довольно разбавленной мочевины, предположительно от отказа почек. Было показано, что концентрация мочевины в моче пациентов и здоровых людей примерно одинакова.

Дальше из поступков исследователя исчезает всякая логика: теперь Кейд решил проверить, как действует на животных мочевая кислота. Это вещество, с точки зрения химии, состоит с мочевиной в отдаленном родстве и содержится в выделениях некоторых животных, в особенности птиц. Сама мочевая кислота нерастворима в воде. С другой стороны, Кейд заглянул в библиотеку и узнал, что в воде растворяется ее литиевая соль. Опыт он поставил прежде, чем подумал, зачем это ему нужно. Соль лития оказалась безвредной, причем она даже ослабила токсическое действие мочевины и оказала успокаивающее воздействие на возбужденных морских свинок. Теперь доктор Кейд спустился наконец с небес на землю: он спросил себя, не следует ли приписать благотворный эффект литию, а вовсе не мочевой кислоте? Раздобыв банку карбоната лития, он попробовал его на грызунах — вещество и вправду подействовало как успокоительное. Воодушевленный результатом, Кейд дал карбонат лития своему пациенту. И случилось чудо: больному, пребывавшему в состоянии глубокого сумасшествия, стало значительно лучше! Это конечно же не было клиническим испытанием препарата (на подобную процедуру у Кейда просто не нашлось бы средств), но все же Кейд написал статью и отправил ее в некий не очень известный журнал, и она была опубликована там в 1949 году. Пять лет спустя, роясь в библиотеке, эту статью обнаружил датский ученый Могенс Шоу. Шоу счел работу Кейда достойной того, чтобы довести ее до конца. В результате медицина получила новый замечательный препарат.

А в моче пациентов с маниакальным психозом так и не нашли никаких токсинов, и морские свинки доктора Кейда становились вялыми только из-за карбоната лития.

Kohn Alexander, Fortune of Failure: Missed Opportunities and Chance Discoveries in Science (Blackwell, Oxford, 1989).

 

Ученые дамы

Габриэль-Эмилия ле Тоннелье де Бретей, маркиза дю Шатле, родилась в 1706 году. Именно она первой познакомила французов с работами Исаака Ньютона, а перевод (с пояснениями) самой важной работы Ньютона, Ргіпсіріа (“Математические начала натуральной философии”) снискал ей репутацию серьезного ученого. В интеллектуальном мире Франции словно взорвалась бомба: уже скоро идея Ньютона, что планеты движутся под воздействием гравитационных сил, вытеснила теорию “элементарных вихрей” Декарта и радикально изменила направление математической мысли во Франции.

Мадам дю Шатле привела в восхищение Вольтера. Он полюбил ученую даму и обосновался в замке ее мужа, Шато де Сирей.

Мадам дю Шатле оказалась в центре всеобщего внимания в 1736 году, когда они с Вольтером вступили в борьбу за премию, учрежденную Академией наук. Прекрасная Эмилия написала “Диссертацию о природе и распространении пламени”. Для этого дю Шатле и Вольтер организовали в Сирее лабораторию, где взвешивали и сжигали самые разные материалы — в том числе металлы, дерево и овощи. Результаты были менее чем убедительны: одни предметы теряли вес, другие приобретали, и про “вес пламени” мало что можно было сказать. Впрочем, старания мадам дю Шатле жюри решило отметить особо: премия ей не досталась (ее разделили Леонард Эйлер и два менее достойных смертных), зато Академия в своем докладе похвально отозвалась о ее работе: “заявка под номером 6, — говорится там, — подана знатной дамой, маркизой дю Шатле”. Этого было достаточно, чтобы сделать ее публичной фигурой — и маркиза принялась покорять новые высоты. Говорили: “ Прочие читают романы, а она — Вергилия, Поупа и алгебру”. Способности маркизы к математике были исключительными. Вокруг с благоговейным трепетом шептались, что она умеет “перемножать в голове девятизначные числа”, и даже такой авторитетный ученый, как Ампер, называл ее гениальным геометром. Шато де Сирей сделался местом паломничества ведущих европейских ученых, а его завсегдатаев прозвали “эмильянцами”. Помимо перевода Principia и комментариев к нему, мадам дю Шатле опубликовала важную работу, озаглавленную “Основания физики”, — трактат, посвященный пространству, движению и энергии.

Само собой, ее не избрали в академики — Академия еще целый век будет оставаться мужским клубом, но это ничуть не умалило славы прекрасной маркизы. Восхищенные поклонники посвящали ей стихи, а Фридрих Великий, король Пруссии и покровитель Вольтера, называл ее Венерой-Ньютоном.

Жизнь прекрасной Эмилии закончилась трагически — в 42-летнем возрасте она забеременела, родила и умерла, как и сама опасалась, от родильной горячки. Еще при жизни (и особенно после смерти) она была объектом нападок известных держательниц салонов — мадам дю Деффан и мадам де Сталь, которые позволяли себе отпускать в ее адрес едкие и клеветнические замечания. Возмущенный Вольтер, который уже успел сочинить трогательную эпитафию своему другу (“Вселенная лишилась возвышенной Эмилии…”) ответил им “Посланием о клевете”.

Кроме мадам дю Шатле, в XVIII веке были и другие ученые дамы, достойные упоминания. Как математик Эмилия уступала в талантах своей современнице-итальянке Марии Гаэтане Агнези, родившейся в Милане в 1718 году. Вундеркинд, уже к девятилетнему возрасту она в совершенстве владела несколькими языками. Главным трудом ее жизни стал двухтомный трактат по математическому анализу La Insttuzione Analitiche (“Основания анализа”). Рассказывают, что часто, после раздумий над трудной задачей, по ночам она подымалась, шла как лунатик к столу, записывала решение и возвращалась в кровать, а утром уже не помнила ничего о случившемся. Свое почтение ей выражали лучшие ученые того времени, и Агнези была удостоена всевозможных почестей — в частности, приглашения от Папы Римского занять кафедру математики в Университете Болоньи, который считался лучшим в Италии (впрочем, Агнези не желала покидать Милан и ответила отказом). Ее работы так впечатлили членов Французской академии, что одному из ее руководителей было поручено написать ей послание, в котором признавались бы ее заслуги перед наукой. Кроме того, в письме том говорилось, что Агнези стоило бы избрать академиком, но, увы, женщин такой чести не удостаивают.

Ко всеобщему изумлению и разочарованию, в неполные 30 лет Мария Гаэтана Агнези прекратила занятия математикой и наукой вообще, полностью посвятив себя благотворительности. Агнези прожила долгую жизнь и умерла в своем родном городе Милане, когда ей было уже 81 год.

На протяжении многих веков математика, похоже, особенно притягивала интеллектуально одаренных женщин. Возможно, причина заключается в том, что для занятий этой наукой не требуется ничего, кроме карандаша и бумаги.

Первой женщиной-математиком, добившейся признания, была, вероятно, знаменитая Гипатия. Она родилась в Александрии примерно в 370 году н. э. и была убита там же в 415-м. Полагают, Гипатия еще в юности приобщилась к занятиям наукой, помогая в работе отцу, математику Теону Александрийскому. В своем родном городе она возглавляла философскую школу, и интеллектуалы из самых отдаленных мест приходили послушать ее высказывания о философии, математике и прочих науках. Один из ее учеников, Синезий, епископ Птолемаид-ский, писал ей письма (многие из них сохранились до наших дней), в которых просил совета по разным вопросам, например, как изготовить инструменты для научных опытов.

Веротерпимость Гипатии в конце концов ожесточила более набожных жителей Александрии, и ее растерзала толпа христиан. (Вслед за этим христиане отличились тем, что разрушили библиотеку в Серапеуме, где, вероятно, находилась большая часть рукописей Гипатии; ни одна из них не сохранилась.)

Краткое жизнеописание мадам дю Шатле имеется в книге: Esther Ehrman, Мте Du Chatelet: Scientist, Philosopher, and Feminist of the Enlightenment (Bear, Lemington Spa, 1986); подробности жизни мадам дю Шатле и Марии Гаэтаны Агнези следует искать в книге: Mozans H.J., Women in Science (Appleton, New York, 1913, существует репринт: МП Press, Cambridge, Mass., 1974). См. также статью: G.J. Tee, 'Pioneering women in mathematics', The Mathematical Intelligencer, 5,27,1983.

 

Золотой стандарт

О происхождении магнитного поля Земли ученые спорили еще в XVI веке.

Во время Второй мировой войны два выдающихся британских физика Эдвард Буллард и Патрик Блэкетт участвовали в разработке мер по предотвращению угроз, которые несли флоту союзников немецкие магнитные мины. В ходе этой работы они задумались о природе геомагнетизма. Когда война окончилась, оба вернулись в Кембридж и продолжили размышлять над этой проблемой.

Блэкетт был известнее и как теоретик, и как блестящий экспериментатор. В 1948 году он стал нобелевским лауреатом. Его биография весьма необычна: родившись в семье моряка, Блэкетт в 13 лет стал курсантом Военно-морских сил Великобритании и успел поучаствовать во многих сражениях Первой мировой войны. Потом его вместе с небольшой группой других молодых офицеров отправили на полгода в Кембридж: там Блэкетт проявил исключительные способности, особенно во всем, что касалось техники, — к примеру, разработал вспомогательное приспособление для корабельных орудий, которым стал пользовался весь британский флот. Как-то из любопытства Блэкетт решил посетить Кавендишскую лабораторию — просто посмотреть, что такое настоящая физическая лаборатория. Потрясенный увиденным, он ушел со службы и (уже вполне взрослым человеком) поступил в университет. Там он заинтересовался политикой. После войны симпатии к Советскому Союзу не позволили ему стать участником британского ядерного проекта, хотя он и принимал участие в Манхэттенском проекте Соединенных Штатов. В старости Блэкетт — к тому времени лорд Блэкетт Челси — заседал в палате лордов. Скончался выдающийся английский ученый в 1974 году.

Догадка Блэкетта, родившаяся в спорах с Буллардом, состояла в том, что геомагнетизм — следствие вращения Земли, поскольку на самом деле всякое массивное вращающееся тело должно порождать магнитное поле. Гипотеза эта обещала связать гравитацию с электромагнитными явлениями (а это делало ее вдвойне привлекательной) — а такая связь, по убеждению Эйнштейна, просто обязана была существовать. Блэкетт взялся зарегистрировать эффект в эксперименте с вращающимся немагнитным телом. Поскольку требовалось измерять гораздо меньшие магнитные поля, чем позволяла техника тех времен, Блэкетт разработал и сконструировал магнетометр с беспрецедентной чувствительностью. Университетская лаборатория для эксперимента не годилась: разнообразное оборудование создавало слишком сильные помехи, поэтому Блэкетт построил для своего прибора деревянное укрытие, скрепленное медными гвоздями, в поле рядом с радиообсерваторией Джодрелл-Бэнк (в графстве Чешир), которой руководил его приятель Бернард Лавелл. В своем деревянном укрытии Блэкетт установил бетонный блок с полостью в центре, покоящийся на подушке из мягкой резины, а в полости подвесил вращающееся тело. Благодаря его связям военных времен и тому обстоятельству, что страна ценила его заслуги, он сумел выпросить (на время) у Банка Англии достаточно золота, чтобы отлить из него цилиндр ю-сантиме-трового диаметра и весом более 15 килограммов.

Блэкетт проделал измерения, но вращающийся цилиндр не создал вокруг себя никакого магнитного поля. Теория, следовало заключить, неверна. Впрочем, с технической точки зрения опыт был поставлен превосходно, и благодаря ему появился, к примеру, способ узнать, содержатся ли магнетики в отдельном минерале. А это, в свою очередь, открыло новую главу в геофизике: если измерять у камней остаточную намагниченность, то можно проследить, как двигалась земная кора на протяжении целых эпох.

Идею о пластичности коры высказал еще в XIX веке Джордж Дарвин, сын Чарльза Дарвина, который из-за этого поссорился с главой викторианской физики — Уильямом Томсоном, лордом Кельвином. Дарвин-старший подбадривал Дарвина-младшего: “Ура внутренностям Земли, — писал он сыну, — и их тягучести, и Луне, и всем телам небесным, и сыну моему Джорджу”. Последствиями опыта Блэкетта, поставленного в шалаше рядом с обсерваторией Джодрелл-Бэнк, Чарльз Дарвин наверняка остался бы доволен.

Lowell Bernard, P.M.SBlackett: A Biographical Memoir (Royal Society, London, 1976); см. также: Wood Robert Muir, The Dark Side of the Earth (Allen and Unwin, London, 1985).

 

Пределы погрешности

Петр Леонидович Капица — русский физик, который сформировался как ученый в Кавендишской лаборатории, когда там еще царствовал Резерфорд. Капица прибыл в Кембридж совсем юношей: он только что окончил учебу в Москве и искал возможности поговорить с Резерфордом — для себя он уже решил, что будет работать у этого великого человека.

Резерфорд отказался рассматривать кандидатуру Капицы, так как в лаборатории и так уже было слишком много сотрудников. Внезапно юный русский спросил его: “Сколько у вас аспирантов?” — “Около тридцати”, — был ответ. Тогда Капица поинтересовался: “А какая обычно точность у ваших экспериментов?” — “Два-три процента”. Капица просиял: “Вот и славно! Еще один аспирант вполне укладывается в пределы погрешности, и никто ничего даже не заметит”.

Резерфорд ничего не смог возразить на столь остроумную просьбу. Вскоре Капица сделался его любимцем, он просто очаровал Резерфорда. Будучи штатным сотрудником Кавендишской лаборатории, Капица провел важные исследования по физике низких температур.

В 1934 году он, как обычно, поехал к семье в Россию. Обратно в Англию его уже не выпустили. Воззвания западных коллег и политиков к советскому правительству ничего не изменили. Капице заявили, что его долг — служить Советскому Союзу, а вовсе не Англии или международному сообществу, и организовали лабораторию в Москве. Резерфорд в конце концов признал свое поражение и отправил все оборудование Капицы в Москву.

Капица отличился тем, что в России решительно выступал в защиту своих коллег, которые вступали в конфликт со сталинским режимом, и, вероятно, многих из них спас от гибели в ГУЛАГе. Сталин явно питал слабость к этому смелому и решительному человеку, и оберегал его от коварного главы НКВД, Берии, который желал с ним расправиться. Тем не менее пять лет Капица провел под домашним арестом, занимаясь в меру возможностей наукой в лаборатории, которую соорудил своими силами в сарае и где ему помогал сын. Только в старости Капице разрешили выехать за границу, чтобы получить запоздалую Нобелевскую премию и заглянуть из сентиментальности в Кембридж.

История о первой встрече Резерфорда с Капицей рассказывается во многих источниках. Версия, изложенная здесь, позаимствована из книги: Badash Lawrence, Kapitza, Rutherford and the Kremlin (Yale University Press, New Haven and London, 1985).

 

Ученость и чванливость в одном флаконе

Сэмюэль Пьерпонт Лэнгли (1831–1906) — видный американский физик, который, однако, был чуть менее велик, чем считал сам. Профессор физики в Питтсбурге и директор Аллегенской обсерватории, Лэнгли прославился напыщенностью и чрезмерным самомнением в сочетании с непоколебимой верой в свою правоту. Вот что о нем вспоминает сэр Артур Шустер, профессор физики Манчестерского университета, который сам сделал много важного в науке, в особенности в области спектроскопии:

То, что Лэнгли изобрел болометр (прибор для измерения излучаемого тепла) и был первопроходцем в деле создания летательных аппаратов, — довольно серьезные заслуги, способные перевесить все недостатки, происходящие от раздутого чувства собственного достоинства и отягчаемые полным отсутствием чувства юмора. Впервые я встретил Лэнгли во время полного солнечного затмения в августе 1878 года, когда он устроил площадку для наблюдений на вершине пика Пайка, чтобы измерить, если представится возможность, тепловое излучение солнечной короны. К несчастью, его мучила горная болезнь, и Лэнгли вынужден был спуститься с вершины за день до затмения.

На следующий год Лэнгли посетил Англию и сообщил мне, что хотел бы познакомиться с Клерком Максвеллом. Я заверил его, что Максвелл тоже заинтересован в знакомстве, поскольку при мне весьма лестно отзывался о предложенном Лэнгли методе устранения “уравнения личности” (т. е. субъективность) из астрономических наблюдений. Как раз тогда Клерк Максвелл редактировал рукописи Кавендиша и педантично повторял всякий описанный там эксперимент. Особенно его заинтересовал метод, который Кавендиш придумал для оценки отношения силы двух токов: их предлагалось пропускать сквозь тело и сравнивать сжатие мускулов, происходящее в момент замыкания телом цепи. “Каждый сам себе гальванометр” — так сформулировал эту идею Максвелл. Когда Лэнгли приехал, я отвел его в комнату, где, опустив руки в ванны с водой, сквозь которые шел ток, стоял Максвелл в одной рубашке. Обрадованный тем, что опыт давал неожиданно точные результаты, он попытался убедить Лэнгли снять пиджак и испробовать все на себе. Для напыщенного и самодовольного Лэнгли это было уже слишком: не скрывая раздражения, он вышел из лаборатории, повернулся ко мне и произнес: “Когда английский ученый приезжает в Соединенные Штаты, мы обходимся с ним почтительней” Я объяснил, что будь у него хоть чуть-чуть больше терпения, а еще — и почтения к Максвеллу, ему бы у нас очень понравилось.

Лэнгли как экспериментатор заслуживает наивысших похвал, однако его теоретические работы оставляли желать лучшего, смущала и его излишняя самоуверенность. Как-то, отправляя ассистента повторно измерить так называемую солнечную постоянную (величина, выражающая совокупное излучение Солнца в некоторых единицах), Лэнгли напутствовал его так: ’’Помните, что чем ближе ваш результат будет к 3, тем лучшего я буду о вас мнения”. Кстати, уже давно показано, что солнечная постоянная совсем не равна трем.

Schuster Arthur, Nature 115,199 (1925).

 

Пастер и иммунизация

Вот как Луи Пастер (1822–1895) пришел к одному из главных принципов вакцинации. Этот случай блестяще иллюстрирует его максиму, которая гласит, что удача улыбается подготовленным умам.

В то время он изучал птичью холеру у кур. Уехав в отпуск, он прервал исследования, а вернувшись, проверил свои холерные культуры и обнаружил, что бактерии потеряли активность, то есть погибли: субкультуры (культуры, образованные высеиванием исходных в новой питательной среде) не развивались, а птицы, которых ими заражали, не проявляли признаков болезни. Пастер уже был готов начать все с новыми культурами, но тут, вместо того чтобы просто забыть о неудачном эксперименте, вдруг решил — что при этом им двигало, осталось непонятным ему самому, — ввести заново тем же птицам живые, активные бактерии. Один из его коллег пишет, что произошло затем:

Ко всеобщему изумлению — да и сам Пастер совсем не ожидал подобного успеха — практически все эти птицы пережили новую инфекцию, тогда как птицы из контрольной группы по истечении обычного инкубационного периода погибли.

В этом эксперименте был установлен принцип иммунизации ослабленными бактериями, что впоследствии оказалось невероятно важным в борьбе не только с холерой, но и с другими патогенами (в том числе и с вирусами).

Справедливости ради стоит добавить, что есть основания усомниться в достоверности этой истории, которая, вероятно, исходит от самого преданного из учеников Пастера, Эмиля Дюкло. По другим сведениям, пока Пастер был в отпуске, один из его младших коллег, Эмиль Ру, продолжал опыты с холерными бактериями и именно он разработал метод приготовления вакцины из ослабленных бактерий. Впоследствии и Дюкло, и Ру занимали кресло директора Института Пастера.

Beveridge W.IB., The Art of Scientific Investigation, 3rd edn (Heinemann, London, i960).

 

Искусство преподавать

Мало кто из великих ученых был еще и хорошим преподавателем. Невнятность публичных выступлений Нильса Бора вошла в легенды. Его друг Резерфорд блестяще говорил, однако когда дело доходило до алгебраических уравнений, начиналась полная неразбериха, при этом он не упускал случая пристыдить аудиторию: “Сидите тут олухи олухами, и никто не подскажет, где я ошибся”. Другим, более подкованным в теории, математические выкладки давались слишком легко, и ошарашенным студентам оставалось только смотреть, разинув рты, как преподаватель резво перепрыгивает от формулы к формуле, минуя промежуточные шаги доказательства.

Норберт Винер (1894–1964) — мечтатель, выдающийся математик, прославившийся пионерскими работами по кибернетике (кстати, само слово “кибернетика” придумал именно он). Он был профессором Массачусетского технологического института, где его невероятные математические и аналитические способности, тщеславие и рассеянность породили множество легенд. Однажды (и тому были свидетели) он доказывал перед студентами какое-то математическое утверждение, и, перескакивая с одной логической глыбы на другую, ничего не объяснял. Когда кто-то из сбитых с толку слушателей спросил Винера, не может ли он повторить все чуть медленней, тот любезно согласился, затем замер, молча и неподвижно, и, простояв так перед доской несколько минут, с довольной улыбкой добавил завершающий штрих к последней строке.

Сэр Джозеф (Джи-Джи) Томсон в мемуарах описывает лекции своего манчестерского преподавателя, Осборна Рейнольдса (1842–1912), видного физика и инженера (имя которого носит число Рейнольдса, характеристика течения жидкости):

Иногда он начисто забывал, что ему предстоит читать лекцию, и, прождав минут десять или около того, мы отправляли к нему вахтера. Он вваливался в аудиторию, снимая форменную шинель прямо в дверях, хватал со стола том Ранкина (стандартный учебник тех времен) и распахивал его, как казалось, на случайной странице. Тут ему на глаза попадалась та или иная формула, и он заявлял, что она неверна. Затем он выходил к доске, намереваясь это доказать. Повернувшись к нам спиной, он что-то писал мелом, разговаривал сам с собой и раз за разом стирал написанное, говоря, что и это неверно. Затем он начинал все сначала. Обычно к концу лекции он заканчивал писать какую-нибудь одну длинную строку, которую на этот раз не стирал, и заявлял, что Ранкин все же прав, и эта строка — тому доказательство. Пусть это и не приносило нам новых знаний, но выглядело весьма увлекательно: мы могли наблюдать, как невероятно острый ум борется с новой задачей.

Сэр Артур Шустер, другой выпускник Манчестерского университета, так вспоминает лекции Рейнольдса:

Зачастую предмет, которому Осборн Рейнольдс посвящал лекцию, слишком его увлекал, а это создавало известные трудности. Рассказывают про несколько таких курьезов — но прежде всего обращают внимание на то, как он из них выкарабкивался. Однажды он объяснял ученикам принцип действия логарифмической линейки; держа ее в руках, он в подробностях излагал каждый шаг, который следует проделать, желая перемножить пару чисел. “Возьмем для примера три и четыре, — произнес он, и после небольшой паузы продолжил: — А вот и результат: трижды четыре будет ii,8". Студенты заулыбались. “И это примерно то, что нам нужно”, — подытожил Рейнольдс.

Heims Steve J.,John von Neumann and Norbert Wiener: From Mathematics to the Technology of Life and Death (MIT Press, New York, 1980); Thomson Recollections and Reflections (GBell, London, 1936); Sir Arthur Schuster, Nature 115, 232 (1925).

 

Багровое облако

Заметную роль в гибели французского флота во время египетской кампании Наполеона сыграла морская блокада средиземных портов, устроенная британцами. Прежде всего у французов стали истощаться запасы нитрата калия (селитры, основного компонента пороха), который обычно доставляли морем в южные порты Франции. Получали это вещество, сбраживая (при помощи бактерий) содержимое североафриканских выгребных ям. (Во время Первой мировой войны примерно по тем же причинам нехватку селитры испытывала Германия, которая до того добывала ее в шахтах Чили. Тогда помог прославленный химик Фриц Габер, придумавший химический, а не биологический, способ “фиксации азота”.) Французы решили сбраживать собственные выгребные ямы, а также отходы скотных дворов, боен и наносной мусор с побережья. К этой важнейшей государственной задаче подключили химиков. Одним из них был Бернар Куртуа (1777–1838): он, однако, предпочел другой путь и попробовал добывать калийные соли из водорослей.

Он сжигал водоросли, промывал золу водой, а затем выпаривал раствор и экспериментировал с сухим остатком. Однажды в 1811 году, добавив туда серной кислоты, Куртуа увидел, как над разогретой реакционной смесью поднялись облака багрового дыма, который сконденсировался в блестящие черные кристаллы. Так Куртуа открыл йод. Обстоятельно изучать его свойства пришлось уже другим химикам, но сам Куртуа успел открыть еще и реакцию йода с аммиаком, продукт которой — трехйодистый азот, вещество, взрывающееся от малейшего прикосновения.

Открытие Куртуа, как оказалось, представляло особый интерес для медиков: еще в древности (упоминания имеются в китайских источниках двухтысячелетней давности) люди знали, что можно избавиться от симптомов зоба, сжигая водоросли или морские губки. В1820 году в Швейцарии раствором йода попробовали лечить больных, страдающих зобом, и хотя, конечно, не обошлось без побочных эффектов, некий успех несомненно присутствовал. Действенный способ обеспечивать организм йодом (в форме смеси с хлористым натрием) придумали впоследствии в Клевеленде, штат Огайо. К тому времени присутствие производных йода в щитовидной железе уже было доказано, причем вот каким способом: экспериментатор случайно пролил на извлеченную из тела железу немного концентрированной кислоты и увидел облако багрового дыма.

Emsley John, Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements (Oxford University Press, Oxford, 2001).

 

Дыра в желудке

Это удивительное происшествие, случившееся в первой половине XIX века, впервые дало возможность напрямую пронаблюдать за пищеварительными процессами в человеческом желудке, а воспользовался этой возможностью молодой американец, военный хирург и физиолог Уильям Бомон (1785–1853).

Господствовавшая в те времена система медицинского образования предполагала, что подающие надежды врачи совершенствуют свои умения не в медицинских школах, а в помощниках у практикующего терапевта или хирурга.

Бомону пришлось отправиться практиковаться в далекий форт в Массачусетс. Однажды утром его вызвали к жертве несчастного случая, который произошел у близлежащего пункта заготовки меха. Юного канадца с Крайнего Севера по имени Алексис Сент-Мартин ранили выстрелом из ружья в упор, и Бомон, когда прибыл, застал несчастного без сознания, в луже крови. Сам заряд, пыж и обрывки одежды пробили грудную клетку и желудок — в рану вполне мог уместиться человеческий кулак. Ко всеобщему изумлению, раненый выжил, но был, разумеется, слишком слаб, чтобы вернуться к работе. Распорядители пункта заготовки, в планы которых де входило поддерживать инвалида, решили отослать его домой, в Канаду. Бомон усомнился, что тот сможет пережить дорогу в две тысячи миль, и потому взял его к себе, “обихаживал, кормил, обеспечил крышей над головой, окружил всеми удобствами и ежедневно (а чаще — дважды в день) перевязывал его рану”. Сент-Мартин, окончательно поправившись, вернулся на прежнее место работать столяром. Однако на левой части его туловища по-прежнему оставалась дыра, ведущая в желудок. Бомон мог вводить ему лекарства таким способом, “каким ни одно лекарство прежде, от Сотворения мира и до наших дней, не поступало в человеческий организм. Я заливал лекарство через щель между ребрами в дыру в желудке”.

Время шло, и Бомон осознал, что дыра в животе Сент-Мартина (желудочный свищ) дает ему уникальный шанс подсмотреть, что там происходит внутри. “Можно было заливать туда воду через воронку, — писал он, — или закладывать еду ложкой, и вытягивать сифоном то и другое обратно. Я часто закладывал в дыру пищу, сырую и приготовленную, чтобы узнать, как долго та будет перевариваться. Однажды я заткнул отверстие тампоном из сырой говядины вместо ваты, и обнаружил, что менее чем за пять часов внутренняя его часть переварилась: остался только ровный срез — как если бы кусок отсекли ножом”.

Бомон опробовал действие желудочного сока (как внутри, так и вне желудка Сент-Мартина) на многих видах пищи, которую он сначала погружал туда, а некоторое время спустя извлекал и исследовал. Он изучал действие желчи на процесс пищеварения, а также проводил замеры температуры и кислотности внутри желудка.

В конце концов Сент-Мартину надоела роль “ходячего желудка” для опытов, и он сбежал от своего доктора. Впоследствии он устроился на работу в компанию Hudson Вау, женился и даже обзавелся двумя детьми.

Огорченный Бомон исколесил почти всю Америку, прежде чем нашел Сент-Мартина снова, и заплатил Сент-Мартину и его семейству внушительную сумму, чтобы те вернулись в Массачусетс. Еще несколько лет подряд непокорный подопытный сбегал и возвращался, но Бомон к тому времени уже располагал результатами 238 опытов. Теперь Сент-Мартин был ему не нужен. Бомон наконец издал свою книгу “Наблюдения и опыты над желудочным соком и физиология пищеварения”, а 14 лет спустя выпустил второе, дополненное, издание. Результаты его работы легли в основу исследований Клода Бернара и Ивана Петровича Павлова: оба создавали свищи в желудке у собак.

Алексис Сент-Мартин пережил своего спасителя на 28 лет и скончался в Канаде в 83-летнем возрасте.

Хороший рассказ об этом можно найти в книге: Robinson Victor, The Story of Medicine (Tudor, New York, 1931).

 

Как полезно бывать в библиотеке

Исидор Раби достиг научной зрелости в то время, когда в Германии активно развивалась новая область физики — волновая и квантовая механика. В1926 году, когда Раби заканчивал свою диссертацию в Колумбийском университете в Нью-Йорке, то тут, то там, вспоминал он, словно вспыхивали фейерверки новых идей. Эрвину Шрёдингеру только что удалось объединить свою волновую механику с квантовой механикой Вернера Гейзенберга — поначалу казалось, что эти две теории никак не связаны, однако, как в конце концов показал Шрёдингер, это были просто разные математические формулировки одного и того же принципа. Метод Гейзенберга требовал знания новой математики, тогда как метод Шрёдингера, пусть и весьма сложный, мог быть понят любым достаточно образованным физиком.

Раби, как и его старшему и более опытному приятелю Ральфу Кронигу, подход Шрёдингера был ближе, и они вместе решили посмотреть, что из него следует. Если Шрёдингер рассчитал разрешенные энергетические состояния только для атомов, то Раби и Крониг желали испробовать новый метод на молекулах. Первым делом они взялись за молекулы, которые (по геометрическим соображениям) относят к так называемым симметрическим волчкам. Они сформулировали свою задачу в терминах Шрёдингера и обнаружили, что имеют дело с уравнением, какое им прежде не встречалось, и не знают, как его решить. Трое коллег, к которым они обратились за помощью, признали свое бессилие.

Раби любил спрятаться от обременительной каждодневной рутины в таком безмятежном и умиротворяющем месте, как библиотека. Он очень много тогда работал — читал лекций (25 часов в неделю) в Городском колледже Нью-Йорка, дописывал диссертацию, следил за последними достижениями в квантовой механике и вместе с Кронигом бился над их общей квантовомеханической задачей. Как-то он все-таки вырвался из этой суеты и теперь сидел в библиотеке и читал ради собственного удовольствия труды Карла Густава Якоба Якоби, знаменитого немецкого математика XIX столетия. Раби листал страницу за страницей, и вдруг ему почудилось, что одно уравнение подпрыгнуло на бумаге. “Боже мой! — подумал он. — Да это же то, что нам нужно!” Кроме того, оказалось, Якоби отыскал способ его решения. Стоило им воспользоваться — и мы получили ответ нашей нерешаемой задачи.

В итоге было показано, что молекулам типа симметрического волчка доступны только некоторые из возможных энергетических состояний. Этот результат перевернул всю молекулярную спектроскопию.

Rigden John S., Rabi: Scientist and Citizen (Basic Books, New York, 1987).

 

Как сбить гончих со следа

Сверхпроводимость, это удивительное свойство некоторых материалов терять электрическое сопротивление при определенных (очень низких) температурах, была открыта в 1911 году в Нидерландах Хайке Каммерлинг-Оннесом, его даже прозвали “господин Абсолютный Нуль”. Каммерлинг-Оннес посвятил свою жизнь делу достижения низких температур и сумел сжижить гелий, точку кипения которого, как он обнаружил, от абсолютного нуля отделяют всего 4,2 градуса. Собственно абсолютный нуль, то есть температура, при которой движение молекул (в первом приближении) прекращается, — это -273,15 градуса Цельсия. Его обозначают как 0К (ноль градусов Кельвина) и от этой точки отсчитывают абсолютные температуры.

Камерлинг-Оннес и его студенты в Лейдене решили посмотреть, как меняются электрические свойства различных веществ при снижении температуры вплоть до точки кипения гелия. Ожидалось, что сопротивление металлов будет уменьшаться, но результат ошеломил всех: где-то вблизи точки кипения гелия сопротивление падало скачком до ничтожно малой величины, которую приборы даже не могли измерить! По сути, сопротивление металлов становилось нулевым, и при такой температуре ток мог бы циркулировать по замкнутому контуру вечно. Физики ломали голову над этим феноменом большую часть XX века. Чтобы объяснить его, понадобилось не одно десятилетие упорного труда. Заодно начались поиски материалов, которые будут вести себя как сверхпроводники при более высоких температурах: технологические возможности, которые замаячили перед физиками, кружили головы…

Теория сверхпроводимости подготовила почву для целенаправленных поисков. В 1985 году двое ученых из Швейцарии изготовили металл-оксидный керамический материал, который становился сверхпроводником при температуре ниже отметки в 35К. Публикация статьи с полученными результатами (которые в 1987 году принесли им Нобелевскую премию) спровоцировала бешеную гонку за материалами с еще более высокой критической температурой, и в гонку эту включились университетские и заводские лаборатории во всем мире. Всем ее участникам так хотелось прославиться, получить патент и разбогатеть!

Одним из самых решительных охотников за сверхпроводниками был Пол Чу, профессор физики в Университете Хьюстона. К1987 гсщу он со своими аспирантами уже изготовил и испытал огромное множество разных смесей. Наконец их старания увенчались успехом: найденный ими материал становится сверхпроводником уже при 90К. Это был заметный шаг вперед.

Но тут возникла серьезная проблема: как опубликовать результаты и при этом не раскрыть перед конкурентами секрет состава? Срочные сообщения у физиков принято отправлять в журнал Physical Review Letters. Как и у других уважаемых журналов, здесь была в ходу система “рецензирования равными” (peer-review): другими словами, перед публикацией статью оценивали редактор и два рецензента — специалисты в той же области. Но в физике сверхпроводимости работало не так много ученых уровня Чу, и с большой вероятностью они могли бы оказаться его конкурентами. В мире науки считается, что воспользоваться еще не опубликованной статьей в своих целях — верх непорядочности для рецензента. Но тут ставки были как никогда высоки, и Чу серьезно рисковал. Он позвонил редактору журнала и спросил позволения опубликовать свое сообщение без явного описания сверхпроводника. Редактор, как и следовало ожидать, ему отказал, поэтому в журнал отправилась статья с исчерпывающим (как можно было решить) описанием вещества, которую, разумеется, приняли к публикации. Через короткое время Чу провел пресс-конференцию, где объявил об открытии, не выдавая состав материала, а Университет Хьюстона тем временем готовил заявку на патент.

Сообщество физиков тут же охватило волнение, и в лабораториях по всему миру терялись в догадках, из чего же состоит материал Чу. Фотография в журнале Time изображала Чу с куском зеленоватого вещества в руках. Зеленый цвет мог означать, что в нем присутствует никель, но это был ложный след. Распространился слух, что загадочный компонент — иттербий (элемент из числа лантанидов, или “редких земель” — группы металлов с довольно похожими свойствами). Но, как оказалось, и он подходит не лучше никеля. В рукописи, отправленной Чу в журнал, фигурировали только химические символы элементов — Yb, Ва, Сu, — но не их названия (иттербий, барий и медь). Повторить результат Чу и его ассистентов было просто, вот только в лабораториях, где это попробовали сделать, никакой сверхпроводимости обнаружено не было.

Так на поверхность всплыла весьма постыдная история.

Своим названием иттербий обязан “деревне четырех элементов” — это Итгербю в Швеции, где в конце XVIII века нашли неизвестную прежде рудную жилу. Минерал, которому дали название “иттербит”, содержит, как выяснилось позже, целых четыре элемента: все чрезвычайно похожи друг на друга и принадлежат к семейству редкоземельных металлов. Их назвали иттербием, тербием, эрбием и иттрием. Символ иттрия — Y, а иттербия — Yb. В сверхпроводнике Чу содержался иттрий, а вовсе не иттербий, как можно было заключить из статьи. Когда возмущенные собратья-физики обвинили его в обмане, Чу заявил, что злого умысла в подмене не было. Просто-напросто его секретарша впечатала Yb вместо Y всюду, где упоминается элемент — случайность, и только. Более того, поскольку секретарша, перепечатывая статью, думала о чем-то своем, девичьем, а Чу не пришло в голову тщательно проверить рукопись, она ошиблась и в пропорции элементов. В последний день перед тем, как журнал должен был уйти в печать, Чу, просмотрев гранки, позвонил в редакцию, чтобы исправить опечатки. Кое-кто из физиков, когда их об этом спросили, признался, что на месте Чу тоже пошел бы на обман, чтобы защитить свои права на открытие. Другие были менее расположены к прощению. Но, однако, худшим из всего этого была утечка информации о неверном “рецепте” Чу: слухи о том, что иттрий подменили иттербием, разумеется, тоже разошлись еще до того, как статья вышла.

Кто был виноват в утечке — секретарша Чу или кто-нибудь из редакции Physical Review Letters, — так и осталось неизвестным, но мораль этой истории ясна: когда ставки высоки, люди охотно идут на сделку с совестью. Многим из охотников за высокотемпературной (пусть речь и шла про -183˚С) сверхпроводимостью пришлось потом испытать горькое разочарование: иттербий, как оказалось позже, тоже способен образовывать высокотемпературный сверхпроводник, если только приготовить смесь правильным образом. Но особенно расстроилась одна группа исследователей — дело в том, что этим ученым удалось синтезировать “сверхпроводник Чу”, но они не стали даже проверять его на сверхпроводимость, поскольку анализ структуры выявил ее гетерогенность, а это прежде считали признаком неудачного синтеза.

Kolata Gina, Yb or not Yb? That is the question, Science, 236, 663 (1987) и книга: Schechter Bruce, The Path of No Resistance: The Story of the Revolution in Superconductivity (Simon and Schuster, New York, 1989).

 

Для чего нужны философы

Когда-то люди верили: все, что можно получить из человеческого тела, обладает целительными свойствами, однако вряд ли кто-нибудь полагал, что ценными качествами характеризуются выделения из головы философа. Философ, о котором тут идет речь, — это Джереми Бентам, основатель лондонского Университетского колледжа, первого в своем роде оплота свободной мысли: те, кто в нем состоял, были освобождены от тирании Англиканской церкви, которой подчинялись старейшие университеты Англии. Когда в 1832 году Бентам скончался, его тело, согласно последней воле покойного, передали анатомам, и его мумифицированные останки до сих пор хранятся в ларце красного дерева в фойе колледжа, который иногда открывают для любопытных во время торжеств. Романист Томас Лав Пикок состоял в дружбе с Бентамом и, видно считая его незаурядной личностью, “без умолку рассказывал о нем всем и вся”.

Среди прочего он как-то поведал нижеследующую историю. Когда с телом мистера Бентама после его смерти проделывали разнообразные опыты, мистер Джеймс Милль (философ и отец философа-утилитариста Джона Стюарта Милля) зашел к мистеру Пикоку и сообщил: из головы мистера Бентама вытекло нечто вроде масла, которое практически не замерзает и которое, как ему подумалось, можно было бы использовать для смазывания хронометров, чтобы те могли работать где-нибудь за полярным кругом. “Чем меньше вы будете об этом говорить, — сказал Пикок, — тем лучше для вас. Если дело получит огласку, нам не поздоровится. Газеты и так уже пишут, что отличного медведя можно убить ради его жира, а вскоре они станут советовать убить отличного философа ради его масла”.

Mountsutart Elphinston Grant Duff, Notes from a Diary, Vols i and 2 (John Murray, London, 1897).

 

Уоллес и житель плоской Земли

Альфред Рассел Уоллес — самоотверженный натуралист, чья насыщенная событиями жизнь началась в 1823 году, а прервалась только в 1913-м, перед началом Первой мировой войны. В молодости он бесстрашно забирался в самые непролазные места планеты, от Саравака до Амазонки, без устали исследовал местную флору и фауну и много размышлял над законами видообразования. Однажды он подхватил малярию и, не имея сил даже пошевелиться, мучался от лихорадки. Именно тогда он и сформулировал для себя основные принципы естественного отбора.

Дарвин, который потратил на свое “Происхождение видов” (1859) годы труда, был поражен, обнаружив, что ключевые идеи его работы предугаданы в статье, отосланной Уоллесом в 1858 году из Малайзии. Дарвин допрашивал своих друзей: неужели они думают, что он, прочитав работу Уоллеса, теперь с триумфом опубликовал сжатое изложение своей работы, неужели они думают, что он украл идею у Уоллеса? Другу и соратнику геологу Чарльзу Лайелю он с горечью писал, что навсегда распрощался с “чувством торжества”. Послание Лайелю заканчивалось так: “Скорее я сожгу свою книгу, чем предоставлю ему или любому другому человеку повод считать, что я поступил низко” Однако Уоллес был человеком скромным: он признавал гениальность Дарвина и был рад соглашению, которого они вскоре достигли: сжатый конспект, или “набросок”, теории Дарвина будет зачитан вместе с работой Уоллеса на собрании Линне-евского общества в Лондоне. Уоллеса, по сути, устраивала роль “Луны при Солнце-Дарвине”.

По возвращении в Англию Уоллес принялся писать страстные статьи в защиту Дарвина и естественного отбора, а попутно заинтересовался множеством разнообразных вещей, в числе которых были спиритизм и френология (учение о связи особенностей строения черепа человека и его умственных и нравственных качеств). К 1870 году Уоллес, оказавшись в нужде, заключил чудовищное пари. В январе того года в популярном журнале Scientific Opinion появилось объявление некоего Джона Хэмпдена, который “предлагает пари от 50 до юо фунтов и бросает вызов всем философам, богословам и ученым-профессорам Соединенного Королевства, утверждающим, что Земля круглая и непрерывно вращается, — исходя из слов Писания, здравого смысла и фактов. Он признает, что пари проиграно, если оппонент предъявит ему выпуклые рельсы, канал или озеро” Хэмпден принадлежал к шумному сообществу адептов плоской Земли, которое существует и в наши дни (штаб-квартира нынешнего общества плоской Земли расположена в Калифорнии) — этих скептиков не убеждают ни кругосветные плавания, ни снимки нашей планеты, сделанные из космоса. Все это, настаивают они, показывает нам только границы диска или неглубокой чаши, внутри которой мы находимся.

Ободряемый Чарльзом Лайелем, который желал увидеть, как мракобесов окончательно сотрут в порошок, Уоллес принял пари. Ставки вручили независимому арбитру, редактору журнала The Field Джону Уолшу. Уоллес устроил свой показательный опыт на Бедфордском канале: два моста над ним разделял прямой участок длиной 6 миль (примерно ю километров). Чугунный парапет моста Уэлни, записал Уоллес, отделяют от воды 13 футов и з дюйма (4 метра), а высота старого Бедфордского моста чуть больше. К этому мосту Уоллес, в юности работавший землемером, прикрепил кусок белой ткани, на котором уровень парапета моста Уэлни был помечен черной краской. Все это происходило в присутствии Хэмпдена, арбитра и еще двух свидетелей. На полпути между мостами Уоллес установил столб с парой красных дисков — один на высоте черной линии и парапета, другой ровно на четыре фута (122 сантиметра) ниже.

На самом парапете Уоллес установил свой телескоп. Он высчитал, что из-за кривизны Земли верхний диск окажется выше линии, связывающей две опорные точки, на 5 футов и 6 дюймов (168 сантиметров), а атмосферная рефракция уменьшит эту величину примерно на фут (приблизительно на 30 сантиметров). Таким образом, будет казаться, что диск приподнят на 4 фута и 6 дюймов относительно положения, которое отвечает картине мира Хэмпдена. Поглядев в телескоп, мистер Уолш признал демонстрацию убедительной. Однако Хэмпден смотреть в телескоп отказался, заявив, что сама мысль об искривленной поверхности воды оскорбительна для здравого смысла. Уолш попытался его переубедить, но безуспешно, а затем опубликовал отчет в своем журнале и вручил 500 фунтов Уоллесу.

Разгневанный Хэмпден тогда напомнил о том пункте условия пари, где говорилось, что деньги победителю должны быть выплачены немедленно. Уолш пытался избежать ссоры с Хэмпденом и попробовал образумить его, прежде чем передавать деньги, однако после долгой тяжбы Уолша вынудили отобрать всю сумму у Уоллеса. Не удовлетворенный этим, Хэмпден стал во всеуслышание оскорблять и очернять несчастного Уоллеса и даже отправил его жене оскорбительное письмо с угрозами. Этого Уоллес уже ему не спустил — он вызвал Хэмпдена в мировой суд. Хэмпден, к тому моменту окончательно лишившийся рассудка, раскаиваться не собирался и пакостил Уоллесу еще 15 лет — причем трижды за это время оказывался в тюрьме. Уоллес досадовал, что затея стоила ему куда больших трат на судебные разбирательства, чем те 500 фунтов, которые он в конце концов все-таки получил. Только к концу жизни Уоллес смог обеспечить (благодаря доходам от книг) безбедное существование себе и своей семье.

Есть несколько биографий Уоллеса, где, в частности, излагается история с плоской Землей. Неплохой пример — Ellis William, Darwin’s Moon — A Biography of Alfred Russel Wallace (Blackie, London, 1966).

 

Рытвины на дороге к славе

Вернер Гейзенберг (1901–1976) принадлежит к небольшой кучке теоретиков, устроивших в первой половине прошлого века настоящую революцию в физике. Он придумал математическое обоснование квантовой механики, когда ему было всего 20 с небольшим. Его научный руководитель в Мюнхенском университете, Арнольд Зоммерфельд, распознал в Гейзенберге гения и всячески способствовал его научной карьере. Когда пришло время защищать диссертацию, тот уже успел разрешить ряд чудовищно трудных теоретических проблем, однако его успехи в лабораторных делах впечатляли куда меньше.

Между двумя светилами Мюнхенского университета, Зоммерфельдом и профессором экспериментальной физики Вильгельмом Вином, издавна установилась некоторая напряженность. Вин решительно осуждал отношение Зоммерфельда к подготовке аспирантов, которое проще всего передать фразой “Пусть все идет как идет”. Вин был весьма заслуженным ученым — в 1911 году он получил Нобелевскую премию за экспериментальное исследование излучения горячих тел, — однако, не будучи теоретиком, он с неодобрением наблюдал за развитием новых теорий, расшатывавших стройное здание классической физики. Перед аспирантом Гейзенбергом Вин поставил такую задачу: получить экспериментальный спектр ртути и описать линии, расщепляющиеся в магнитном поле (так называемый эффект Зеемана). Для этого Гейзенбергу выделили специальный прибор — интерферометр Фабри-Перо, инструмент для точного измерения длин световых волн. Как Гейзенберг утверждал впоследствии, он не знал, что можно воспользоваться оборудованием университетских мастерских, и пытался настроить прибор при помощи деревянных щепок от коробок с сигарами. Это вызвало гнев профессора, и Гейзенберг больше не скрывал, что предпочел бы заниматься исключительно теорией.

На устном экзамене на соискание докторской степени Гейзенберга ожидало возмездие. А как это было, он рассказал уже в конце жизни в интервью историку и философу науки Томасу Куну.

Сначала на экзамене все шло гладко, но затем вопросы начал задавать Вин:

Хотя и следовало этим озаботиться, но, увы, я не уточнил кое-какие важные детали, касающиеся моей экспериментальной задачи. На экзамене Вин спросил меня про разрешающую способность интерферометра Фабри-Перо… Этого я никогда не знал.

В ходе экзамена я попробовал, разумеется, вывести эту величину, но у меня было слишком мало времени. Вин разозлился и спросил про разрешающую способность микроскопа. Так как я не знал и этого, он поинтересовался разрешающей способностью телескопа, которую я тоже не знал.

Затем он потребовал рассказать, как работает свинцовая батарея. Тут я тоже был бессилен… Не знаю, намеревался ли он меня завалить, но, вероятно, потом у них с Зоммерфельдом состоялся непростой разговор.

То, как Гейзенберг выступил на экзамене, было, разумеется, чудовищным: на такие вопросы без труда ответил бы даже школьник, исправно посещающий уроки физики. Претендентам на докторскую степень в Германии тех лет выставляли общую оценку за их знания в области теоретической и экспериментальной физики, и поэтому Вину с Зоммерфельдом предстояло искать компромисс. В отчете Вина фигурировали такие выражения, как “бездна невежества”, тогда как Зоммерфельд отозвался о своем любимце как о “неповторимом гении”. Наивысшей оценкой была единица, а наинизшей — пятерка. Гейзенбергу поставили среднее арифметическое — тройку, минимальный проходной балл. История о том, как обошлись с Гейзенбергом на экзамене, изрядно повеселила физиков всего мира.

Враждебность Вина к Гейзенбергу не ослабла и спустя годы. В 1925 году, через два года после того памятного экзамена, Эрвин Шрёдингер выступал в Мюнхене с лекцией, где знакомил слушателей со своей волновой механикой; она, заявлял Шрёдин-гер, должна занять место квантовой механики Гейзенберга. В дискуссии, которая последовала за лекцией, Гейзенберг показал себя не в самом выгодном свете, и Вин, восхищаясь результатами Шрёдингера, грубо осудил “атомный мистицизм” Гейзенберга, и на этот раз даже Зоммерфельд ничего не сказал в защиту своего любимого ученика.

Гейзенберг, разумеется, в конце концов одержал победу, хотя без проблем не обошлось. Зоммерфельд хотел, чтобы Гейзенберг возглавил после него кафедру теоретической физики, и порекомендовал его кандидатуру университету. Однако когда нацисты пришли к власти, и Гейзенберг, и Зоммерфельд были объявлены “белыми евреями” — так называли арийцев, проповедовавших парадоксальные идеи новой физики, которая ассоциировалась с именами ученых-евреев — Эйнштейна, Паули и Борна. В те дни Ганс Бете, другой блестящий ученик Зоммерфельда (и тоже еврей), пришел на лекцию Зоммерфельда. Все начиналось как обычно: ученый поприветствовал собравшихся, а потом обернулся к доске. В полной тишине — вся аудитория замерла — Зоммерфельд увидел, что поперек доски кто-то нацарапал: “Проклятые жиды” В итоге кафедру Зоммерфельда передоверили партийным ничтожествам, и физика в университете медленно деградировала, пока туда годы спустя не вернулся Гейзенберг.

Во время войны Гейзенберг руководил немецким ядерным проектом. Его роль в работах по созданию немецкой атомной бомбы до сих пор вызывает дискуссии среди историков. В 1944 году Управление стратегических служб (на основе которого было создано ЦРУ) отправило агента по имени Мо Берг на лекцию Гейзенберга в Цюрихе (Швейцария, как известно, во время войны сохраняла нейтралитет). Берг был спортсменом, звездой бейсбола, знал немецкий (и еще несколько языков), а еще разбирался в физике. По содержанию лекции он должен был понять, сколь сильно продвинулась Германия в разработке атомной бомбы. В случае, если вывод оказался бы положительным, инструкция предписывала застрелить Гейзенберга. Берг просидел всю лекцию, сжимая пистолет в руке, но Гейзенберг благоразумно обошел эту тему стороной и таким образом счастливо избежал смерти.

Превосходная биография Гейзенберга — книга: Cassidy David C., Uncertainty: The Life and Science of Werner Heisenberg (Freeman, New York, 1991); см. также: Powers, Thomas, Heisenberg's War: The Secret History of the German Bomb (Jonathan Cape, London, 1993).

 

Уловка Гумбольдта

Жозеф Луи Гей-Люссак — блестящий французский химик, которого помнят прежде всего благодаря закону, описывающему соотношение объемов газов, вступающих в реакцию друг с другом. Закон серьезно повлиял на развитие атомной теории вещества. В работе Гей-Люссаку помогал юный Александр фон Гумбольдт. Для опытов им однажды потребовались специальные сосуды с тонкими стенками, которые следовало закупить в Германии. Врожденная изобретательность Гумбольдта подсказала ему способ обойти таможенные пошлины, которые в те времена были неоправданно высоки. Он попросил немецких стеклодувов запечатать горлышки сосудов и наклеить на контейнеры предупреждение: “Немецкий воздух, обращаться с осторожностью!” В инструкциях французских таможенных служащих о расценках на “немецкий воздух” ничего сказано не было, и груз беспрепятственно пропустили в страну. Гумбольдт и Гей-Люссак срезали горлышки запечатанных емкостей и приступили к опытам.

История рассказывается в книге: Hausen Josef, Was nicht in den Annalen stehl (Verlag Chemie, Weinheim, 1958).