Таинственные лучи Рентгена

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

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

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

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

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

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

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

В 1901 году за открытие рентгеновских лучей ученому присудили самую первую Нобелевскую премию по физике, и несколько других физиков, также работавших с катодными лучами, получили повод сожалеть о том, что открытие сделано не ими. Фредерик Смит из Оксфорда однажды обнаружил, что фотопластинки, хранившиеся рядом с катодной трубкой, обычно засвечивались, и потому отодвинул их подальше, чтобы не тратить время на анализ причин. Но больше всех был расстроен Филипп Леннард (который позже станет нобелевским лауреатом за свои исследования излучения). Леннард не мог заставить себя даже произнести имя Рентгена вслух. Впрочем, он вообще оказался не в силах понять и принять те грандиозные открытия в теоретической физике, которые потрясли естествознание в первые два десятилетия XX века: так, он сделался яростным и непримиримым противником Эйнштейна и впоследствии убежденным нацистом.

Glasser Otto, Dr. Röntgen W.C., 2 nd edn (Charles C. Thomas, Springfield, III, 1958). Воспоминания Рудольфа Ладенбурга записаны и опубликованы Е.У. Кондоном в статье: 60 years of quantum physics'. History of Physics, ed. R. Weart Spencer and Phillips Melba (N. Y., American Institute of Physics, 1985).

 

Игры со сладким: открытие аспартама

Аспартам, или нутрасвит, уберег тучную часть человечества от многих и многих килограммов лишнего веса. Этот заменитель сахара лишен неприятного послевкусия (чем отличается от сахарина) и по всей видимости не имеет отрицательных побочных эффектов. Он был открыт благодаря чистой случайности, как, наверное, и все остальные заменители сахара, включая самый первый — сахарин. Сахарин был синтезирован в 1879 году в Балтиморском университете Джона Хопкинса неким Константином Фальбергом — студентом Айры Ремзена, одного из самых выдающихся американских химиков-органиков. Фальберг, удивленный сладковатым привкусом еды, которую он ел во время обеда, сообразил, что причина этого — наверняка одно из веществ, попавших ему на руки во время опытов. Этим веществом оказался амид ортосульфобензойной кислоты. Практичный студент запатентовал вещество и разбогател, только вот научного руководителя в патенте не упомянул. Простить Фальбергу эту оплошность Ремзен так и не смог.

Много лет спустя, в 1937-м, другой студент-экспериментатор, беззаботный американец с невообразимой сейчас привычкой курить в лаборатории, пытался синтезировать жаропонижающий препарат антипиретик; он затянулся сигаретой, оставленной на рабочем столе, и почувствовал, что та имеет сладковатый вкус. Так появились на свет подсластители на основе цикламатов. Еще один заменитель сахара, ацесульфам, впервые дал о себе знать, когда сотрудник лаборатории решил послюнить палец, перед тем как вынуть лист бумаги из стопки.

Джеймс Шлаттер работал химиком-органиком в лаборатории фармацевтической компании G.D. Searl, где занимался поиском лекарства от гастрита. Ему предстояло синтезировать пептид (цепочку аминокислот, связанных друг с другом, как в белке), отвечающий фрагменту гормона гасгрина. Вместе с коллегой он приготовил несложное соединение такого рода (метиловый эфир аспартилфенилаланина) и приступил к его очистке переосаждением — широко принятый метод в органической химии. Шел декабрь 1965-го. Вот как Шлаттер описывает, что случилось затем:

Когда я нагревал аспартам в колбе с метиловым спиртом, смесь, внезапно закипев, выплеснулась наружу. В результате немного порошка попало мне на пальцы. Чуть позже — лизнув пальцы, чтобы взять бумаги, — я обратил внимание на сильный и очень сладкий вкус. Сначала я подумал, что все дело в сахаре, которым мог запачкаться еще утром. Однако, как я вскоре сообразил, это было исключено, коль скоро в обед я все-таки мыл руки. Все обстоятельства указывали на емкость, куда я спрятал кристаллизовавшийся метиловый эфир аспартилфенилаланина. Решив, что дипептид вряд ли ядовит, я попробовал немного и убедился: это и есть вещество с моих пальцев.

Сейчас любой химик обязательно работает в перчатках, поэтому в наши дни это открытие вряд ли состоялось бы и человечество так никогда бы и не узнало про сладкий вкус дипептидов.

Но самое курьезное открытие заменителя сахара принадлежит иностранному студенту лондонского Королевского колледжа, который в 1976 году неправильно воспринял просьбу своего научного руководителя мистера Л. Хоуга. Профессора интересовала возможность использовать в промышленности синтетические производные сахарозы — обычного сахара из тростника или свеклы. Несколько таких производных уже были получены в лаборатории, и одним из них была трихлорсахароза (то есть сукралоза — сахароза, где три атома водорода замещены на хлор). Хоуг попросил Шашиканта Фадиса исследовать (to test) вещество, а студент, плохо знавший английский язык, понял просьбу учителя как “попробовать на вкус” (to taste), что немедленно и сделал. Сукралоза, как выяснилось, принадлежит к числу самых сладких веществ в мире, и в тысячекратно меньших концентрациях заменяет сахарозу.

Aspartame: Physiology and Biochemistry, ed. Stegink LD. and Filer LJ. (New York, Marcel Dekker, 1984).

 

Сернистые сигары Отто Штерна

Отто Штерн (1888–1969) называл себя “экспериментальным теоретиком”. Великий американский физик Исидор Раби видел в Штерне, с которым сотрудничал в молодости, сочетание всех черт идеального ученого сразу. Тот был гениален, скромен и великодушен и вдобавок отличался превосходным, как писал Раби, “хорошим” вкусом в исследованиях: он безошибочно находил ответы к задачам первостепенной важности, поражая остроумием, а его экспериментальные работы выделялись “стилем и умом”. Сначала Штерн решил посвятить себя теоретической физике и несколько лет проработал ассистентом у Альберта Эйнштейна, которому приходился родственником. Позже Штерн рассказывал, уже своему ассистенту, Отто Фришу, как они с Эйнштейном вместе ходили по борделям, поскольку это были тихие и спокойные места, где ничто не мешало говорить о физике. Одна из теоретических работ Штерна, которая ставила точку в давней нерешенной проблеме из области статистической механики, была опубликована во время Первой мировой войны с пометкой “Ломша, русская Польша” — это был грязный провинциальный городок, куда Штерна откомандировали стеречь метеостанцию, и избыток свободного времени он тратил на сверхсложные расчеты.

Позже, уже будучи профессором физической химии в Гамбурге, Штерн создал отдельный факультет и заставил своих сотрудников заниматься столь любимыми им атомными и молекулярными пучками — потоками атомов либо молекул, которые движутся по прямой в высоком вакууме и, как показал Штерн, дают возможность провести ряд фундаментальных измерений.

Метод Штерна заключался в том, чтобы приступать к эксперименту только после долгих размышлений. Как правило, он придумывал прибор, который поручал собрать своим ассистентам, студентам и лаборантам, и появлялся в лаборатории только тогда, когда прибор этот был готов: Штерн возникал на пороге, вслед за облаком сигарного дыма, и лично приступал к измерениям. Эксперимент заканчивался, статья выходила — и прибор разбирали, чтобы освободить место для следующего.

Штерн догадывался, что атомные пучки — удобный инструмент для обнаружения эффектов, предсказанных квантовой механикой, тогда только зародившейся и вызывавшей острые споры. Квантовая теория утверждала, что некоторые атомы — например, серебра — должны обладать магнитным моментом (и вести себя как магниты) из-за вращения одного-единственного электрона, который находится дальше всего от ядра. Замысел Штерна состоял в том, чтобы зафиксировать отклонение пучка атомов газообразного серебра, испаряющегося с поверхности серебряной проволоки, в сильном магнитном поле — так он надеялся измерить магнитный момент. Расхождение пучков при выключенном и включенном магнитном поле могло оказаться ничтожным, и оценить его наверняка будет трудно, если не невозможно, думал Штерн и решил обсудить перспективы опыта с коллегой, Вальтером Герлахом. “Может, нам все-таки стоит этим заняться? — спросил он и с готовностью сам себе ответил: — Ну так приступим!”

Герлах учел все технические трудности, но после ряда неудач засомневался, можно ли судить о расхождении по слабому налету серебра, едва заметному на поверхности стеклянной пластинки. Он отнес пластинку к Штерну — посоветоваться, и, пока двое физиков внимательно ее разглядывали, полоса налета толщиной в волос почернела и на глазах разделилась на две, между которыми остался узкий зазор. Как догадался Штерн, четким изображением они были обязаны дешевой сигаре, которую он курил: прежде хорошо обеспеченный, Штерн в тот момент испытывал некие финансовые затруднения и вынужден был отказаться от табака известных марок в пользу более дешевого, с высоким содержанием серы. Вот сера с его сигареты и превратила серебро в черный сульфид серебра. Но на этом история не закончилась: тщательное разглядывание показало, что след отклоненного пучка тоже расщеплен надвое, но уже с зазором толщиной в волос. Исчерпывающее объяснение появилось позже и разом изменило трактовку всей квантовой теории. Магнитный момент, определяемый (условно) скоростью вращения электрона, не бывает каким угодно: он квантован, то есть принимает только заданные значения (которые слегка отличаются друг от друга). Разные группы атомов с электронами в разных спиновых состояниях по-разному реагируют на магнитное поле, что и проявляется в расщеплении пучка. Этот результат считают моментом рождения “пространственного квантования”, новой и в то время поразительной области квантовой теории. Исидор Раби называл тот опыт “прославленным экспериментом Штерна — Герлаха”. Сам Штерн был обрадован не столько результатом, сколько тем, как он был получен.

В 1943 году за работы по атомным и молекулярным пучкам Отто Штерну вручили Нобелевскую премию. За 10 лет до этого он был изгнан из Германии и поселился в США. Там — и во время войны, и после — ему не удалось получить достаточного финансирования для своих научных проектов, и поэтому, не дожидаясь даже своего 60-летия, он ушел на пенсию и уехал в Калифорнию. Остаток дней Штерн посвятил радостям гастрономии и кино, к которым давно питал слабость. Он скончался 81-летним, в кинозале, куда пришел посмотреть новый фильм.

Воспоминания об Отто Штерне можно найти в книгах: Frisch Otto, What Little I remember (Cambridge University Press, Cambridge, 1979), S. Rigden John, Rabi: Scientist and Citizen (Basic Books, New York, 1987).

 

Мечников. Возвращение к жизни

Илья Мечников родился на Украине, а большую часть творческой жизни провел в Институте Пастера в Париже. Наблюдая за амебоподобными клетками, подбирающимися к инородному телу (шипу), воткнутому в прозрачную личинку морской звезды, он открыл явление фагоцитоза. Фагоциты в человеческом организме — это белые кровяные тела, первая линия защиты от захватчиков вроде бактерий, которых они поглощают и уничтожают. В последующие годы Мечников проникся идеей о том, что, когда мы начинаем стареть, наши собственные фагоциты подымают восстание, и все симптомы старения происходят от их разрушительного воздействия. Мечников верил, что этому способствуют шлаки, образующиеся в кишечнике, а от них, утверждал он, можно избавиться, помогая выжить и распространиться там полезным бактериям. Все, что нужно делать, — это пить литрами кефир или йогурт, которые обеспечат безбедное существование в кишечнике колониям Lactobacillus bulgaricus. Мечников следовал собственным советам, намереваясь отодвинуть приход старости, однако умер он далеко не старым — в 71 год.

Мечников страдал депрессией и дважды пытался покончить жизнь самоубийством. Его вторая жена Ольга в биографии мужа вспоминает, как наука спасала его от отчаяния. Однажды Мечников принял слишком большую дозу морфия, причем настолько большую, что та вызвала рвоту, а самого его просто обездвижила:

Он впал в своего рода спячку, в состояние сверхъестественного комфорта и абсолютного покоя; несмотря на такое коматозное состояние, он оставался в сознании и не испытывал страха смерти. Когда же он пришел в себя, им овладело чувство тревоги. Он сказал себе, что только смертельная болезнь может его спасти — либо завершившись смертью, либо пробудив в нем инстинкт жизни. Чтобы добиться своего, он принял горячую ванну и сразу же выбежал на мороз. Возвращаясь домой по мосту через Рейн, он внезапно заметил облако крылатых насекомых, вившихся вокруг фонаря. Это были Phryganidae, но издалека он принял их за Ephemeridae. Разглядывая насекомых, он тут же принялся размышлять: “Как применить к подобным созданиям теорию естественного отбора? Они ничего не едят и живут считаные часы, а потому не участвуют в борьбе за существование, и у них просто нет времени приспособиться к окружающей среде”.

Мысли его устремились к Науке, и он был спасен. Жизнь продолжалась!

(Мечникову не посчастливилось познакомиться с современной генетикой: возможность дожить до репродуктивного возраста дают мутации, обеспечивая насекомым, равно как и нам, эволюционные преимущества.)

Metchnikoff Olga, Life ofElie Metchnikoff 1845–1916 (Constable, London, 1921).

 

Болезненный ветер

Третьего декабря 1943 года, в 7.30 вечера, немецкие бомбардировщики возникли в небе над портом Бари, расположенным на кромке каблука итальянского “сапожка”. Их мишенью была гавань, где с кораблей сгружали продовольствие и боеприпасы для армий союзников, пытавшихся тогда прорваться в глубь Италии. Сирены, предупреждающие об авианалете, не сработали, так что укрыться успели немногие. Одна из бомб упала на палубу американского судна “Либерти”, доверху груженного взрывчаткой и, помимо нее, юо тоннами горчичного газа. Ни одна из сторон за всю войну так и не воспользовалась химическим оружием, но в то время противники были уверены, что рано или поздно это случится. И вот “Либерти” взорвался, и облако горчичного газа заволокло гавань. О газовой атаке оповестили, но, видимо, для многих слишком поздно. Среди врачей, отправившихся лечить пострадавших, оказался офицер-медик американской армии, доктор Корнелиус Роадс. Еще до войны он приобрел известность благодаря своим медицинским исследованиям.

Роадса поразило воздействие газа на организм: при его попадании в кровь число белых кровяных тел начинало расти, однако спустя несколько дней лимфоциты (от которых во многом зависит иммунный ответ организма), а вслед за ними и другие белые кровяные тела практически исчезали. Вскоре в крови появлялись незрелые клетки, свидетельствующие, что организм активно реагирует на перенесенный шок. Пациенты с легким отравлением выздоравливали за считаные дни или недели, а тяжелые больные либо гибли, либо приходили в себя после переливания крови. При этом, отметил Роадс, инфекции были редкостью даже у самых тяжелых пациентов, к тому же газ воздействовал лишь на их кровь, не нанеся вреда никаким другим тканям и органам. Возник вопрос, токсичен ли газ только для белых кровяных телец? И не пригодится ли он для лечения лейкемии — болезни, вызывающей перепроизводство этих клеток? Опыт Роадса лег в основу химиотерапии — нового метода в изучении и лечении рака. Спустя месяцы некий онколог из Чикаго уже использовал, и небезуспешно, азотистые иприты — горчичный газ и его производные — для лечения пациентов, страдавших лейкемией и лимфогранулематозом (болезнью Ходжкина).

Podolsky M.L, Cures out of Chaos (Amsterdam, Harwood, 1998).

 

Мария Кюри и Бессмертные

Открытие радия, за которое Марию и Пьера Кюри в 1903 году наградили Нобелевской премией (вместе с Анри Беккерелем), стало самым заметным событием во французской науке того времени. Мария Кюри, в девичестве Мария Склодовская, родилась в 1867 году в Польше, и потому ксенофобская правая пресса не упускала случая раздуть скандал вокруг ее имени. Так, например, темой множества газетных статей стал ее роман со знаменитым физиком Полем Ланжевеном (случилось это через много лет после гибели Пьера Кюри в дорожном происшествии). Жажда признания в неродной стране побудила Марию Кюри баллотироваться во Французскую академию наук. В этом ее поддерживали главные светила французской науки, включая величайшего из них — Анри Пуанкаре. Однако в те времена Академия состояла исключительно из мужчин и упорно отвергала всех претендентов-женщин.

Будучи одной из пяти академий, созданных еще в XVII веке при короле Людовике XIV, Академия наук погрязла в традициях и ритуалах.

В1911 году в ней состояли 68 человек, и со смертью одного из них образовалось вакантное место. Трижды в год пять академий собирались вместе на пленарное заседание, и по совпадению одно из таких заседаний последовало сразу же за выдвижением кандидатуры мадам Кюри. Возобновление вопроса о женском членстве вызвало оживление в прессе и в высшем обществе, поэтому на собрание явились сразу 163 академика — вдвое больше, чем обычно. Заседание началось с выступлений защитников мадам Кюри, потом сказали свое слово и ее противники. Президент Академии моральных и политических наук, заверив присутствовавших в том, что отцы-основатели Академии и не мыслили увидеть в своих рядах дам, предостерег коллег от страшной ошибки — “пробить брешь в единстве этого элитарного органа, Института Франции”. Речь его встретили бурными аплодисментами.

Пуанкаре возразил, что автономия отдельных академий — нерушимая традиция и что члены других академий не вправе вмешиваться в решения Академии наук. На это ответил некий юрист из Академии моральных и политических наук, заметивший, что избрание женщины в Институт Франции (в состав которого входят все пять академий) касается всех сразу. Последствия могут быть пугающими, ибо если институт начнет опрометчиво принимать в академики женщин, то почему бы одной из них когда-нибудь не стать его президентом?

После нескольких таких перепалок в аудитории стало шумно, все жаждали высказаться по столь животрепещущему вопросу. Тогда председатель попытался призвать публику к порядку и, чтобы удержать ситуацию под контролем, даже встал на президентский трон. В итоге члены Академии наук проголосовали за “сохранение незыблемых традиций Института” 85 голосами против 6о. Мнения в прессе, разумеется, разделились.

И это было только начало: спустя несколько дней комитет Академии наук собрался рассмотреть кандидатуру Марии Кюри за закрытыми дверями. Невзирая на уже проведенное голосование, ее включили в список рекомендованных первой, а за ней следовали еще шестеро запасных (но определенно достойных) кандидатов. Голосование членов Академии наук, предваряемое жестокими спорами, состоялось неделей позже. Был озвучен, и не впервые, закулисный аргумент, что все выдающиеся работы Марии Кюри были выполнены совместно с мужем, которому, вероятно, она только помогала, а после его смерти — с другими ассистентами-мужчинами, которые, вероятно, тоже были достойными учеными. Кроме того, разве мало ей было оказано почестей? И не пришла ли теперь очередь новых имен? Возникло целое движение за то, чтобы избрать кандидата из “запасных”, а именно инженера-электрика Эдуарда Бранли, за которым числился важный вклад в создание беспроволочного телеграфа. Крайне правая газета L’Action Française, славившаяся шовинизмом и ксенофобией, представила мадам Кюри как выдвиженку дрейфусаров-леворадикалов, стремящихся не допустить избрания в академики католика и чистокровного француза Бранли. Какие бы резоны ни двигали блистательными академиками, именно Бранли и стал в итоге их законно избранным коллегой.

История целиком изложена в отличной биографии: Quinn Susan, Curie Marie (Simon and Shuster, New York, 1995/

 

“Каждое целое число — его друг”. Харди и Рамануджан

Выдающийся индийский математик Сриниваса Айенгор Рамануджан (1887–1920) был “открыт” Г.Х. Харди, кембриджским профессором математики, всю свою жизнь посвятившим науке. (Свое кредо он изложил в книге “Апология математика”, вышедшей в 1940 году.)

Юношей Рамануджан жил с родителями в маленьком индийском городке. Однажды ему в руки попался английский учебник математики. Мальчик увлекся и начал изучать одну за другой самые разные области этой науки, записывая свои размышления в школьные тетради. Тетради эти он разослал нескольким британским математикам, но только Харди обратил на них внимание и понял, что столкнулся с неграмотным гением. Он оплатил из собственного кармана Рамануджану дорогу в Кембридж, а там стал его наставником и другом. Позже Харди писал, что оценивает свой вклад в работы весьма скромно (во всяком случае, куда скромнее, чем вклад Рамануджана), однако высочайших похвал заслуживает уже то, что он сумел одновременно найти общий язык как с Рамануджаном, так и с Литтлвудом, своим знаменитым кембриджским коллегой.

Рамануджана приняли и в стипендиаты Кембриджа, и в Королевское общество, но в Англии он чувствовал себя глубоко несчастным. Брамин по рождению и по убеждениям, он придерживался строгой диеты и отказывался от английской пищи, однако купить привычные, традиционные индийские продукты нигде не мог. В прохладных помещениях Тринити-колледжа Рамануджан согревался, только сидя у угольной печи. Он постоянно мерз и простужался. Вскоре у него развился туберкулез, математик часто попадал в больницы. Известна история о том, как Харди пришел навестить Рамануджана в лондонской больнице (здесь она приводится в пересказе Чарльза Перси Сноу, который хорошо знал Харди):

Харди приехал в Пугни, как было у него заведено, на такси, и пошел в комнату, где лежал Рамануджан. Харди всегда было трудно начать разговор, и он произнес первое, что пришло ему в голову: “Номером моего такси было 1729. По-моему, довольно непримечательное число”. Рамануджан тут же воскликнул: “Нет, Харди, нет! Вы не правы! Ведь это наименьшее число, которое можно двумя разными способами представить в виде суммы двух кубов”.

Так тот диалог записал сам Харди. Наверняка он ничего не сочинил. Харди был честнейшим из людей, и, кроме того, никто просто не смог бы подобное выдумать.

Такая феноменальная способность к вычислениям, похоже, у лучших математиков не редкость. Вот другой пример.

Кто-то попросил у Александра Кейга Эйткена, профессора Эдинбургского университета, поделить 4 на 47. Через 4 секунды он стал произносить по цифре в три четверти секунды: “Ноль, запятая, 08510638297842340425531914’'. Он остановился, минуту пообсуждал задачу и продолжил: “191489, — пятисекундная пауза, — 361702127659574468. Тут заканчивается период, следующий снова начнется с 085. Итак, если тут 46 знаков, то я прав”. Многим из нас этот человек покажется инопланетянином, особенно после такого заключительного комментария.

А вот пример иного рода. Лорд Кельвин (1834–1907), известный как физик, был также недюжинным математиком. В Кембридже ему досталось почетное второе место на итоговом конкурсе Школы математики (рассказывают, что утром после экзамена он отправил слугу узнать, кто в списках второй — и был обескуражен, услышав ответ: “Вы, сэр"). Его идеалом в науке был француз Жозеф Лиувилль. Однажды посреди своей лекции в Глазго Кельвин спросил студентов: “Знаете ли вы, что такое математик?” — и написал на доске уравнение:

“Математик, — сказал он, указывая на доску, — тот, кому вот это ясно, как дважды два четыре — вам. Лиувилль был математиком”.

Цитата про Харди и Рамануджана позаимствована из книги: Snow С.Р., Variety of Men (Macmillan, London, 196 7; Penguin Books, London, 1969), а пример обращения Эйткена с числами — из книги: Smith Anthony, The Mind (Viking, New York, 1984; Penguin Books, London, 1985). Отрывки про Кельвина — из биографии Томпсона: Sylvanus Р. The Life of William Thompson Lord Kelvin of Largs, Vol. 2 (Macmillan, London, 1910) и Bell E.T., Men of Mathematics (Gollancz, London, 193 7).

 

Похвала Гильберта

Давид Гильберт (1862–1943), прославленный немецкий математик, глава Математического института при Гёттингенском университете, собрал вокруг себя лучших математиков того времени. Когда нацисты пришли к власти, Гильберт, достигший уже весьма преклонного возраста, открыто возражал против увольнений своих коллег-евреев.

О рассеянности Гильберта ходили легенды. Один из его студентов приводил такой пример: как-то супруги Гильберт ждали гостей к ужину. Увидев галстук мужа, госпожа Гильберт попросила его надеть другой, менее отвратительный. Гильберт послушно пошел в свою комнату менять галстук. И вот уже и гости пришли, но Гильберт все не появлялся. Вскоре его обнаружили спящим в спальне. Сняв галстук, он совершил привычную последовательность действий, которая оканчивалась надеванием пижамы и кроватью.

В 20-х годах прошлого века один из самых блестящих студентов Гильберта написал статью, в которой пытался доказать гипотезу Римана — давний вызов математикам, озабоченным одним важным аспектом теории чисел. Студент показал работу Гильберту, который изучил ее внимательно и был искренне впечатлен глубиной доводов, но, к несчастью, обнаружил там ошибку, которую даже он сам не мог устранить. Год спустя студент умер. Гильберт попросил у убитых горем родителей разрешения произнести надгробную речь. В то время как родные и близкие под проливным дождем рыдали у могилы юноши, Гильберт начал свою речь. “Какая трагедия, — сказал он, — что столь даровитый молодой человек погиб прежде, чем представилась возможность доказать, на что он способен. Но, — продолжил Гильберт, — хотя в его доказательство римановской гипотезы и вкралась ошибка, возможно, к решению знаменитой задачи придут тем же путем, каким к нему двигался покойный. Действительно, — продолжил он с оживлением, — рассмотрим функцию комплексной переменной…”

Reid Constance, Hilbert (Copernicus, Springer-Verlag, New York, 1996J.

 

Раби встречает равного

Исидор Раби, в 1930-х годах глава физического факультета Колумбийского университета и лидер американских физиков, так описывал свою первую встречу с выдающимся физиком Джулианом Швингером. Шел 1935 год, и Раби был занят обдумыванием противоречивой статьи, только что опубликованной Эйнштейном, Подольским и Розеном. Одним парадоксом эта статья ставила под удар все основания квантовой теории.

Я читал статью, а мой способ читать статьи заключается в том, чтобы привести кого-нибудь из студентов и объяснить ему суть. Тогда таким студентом оказался некто Ллойд Мотц (ныне профессор астрономии Колумбийского университета). Мы немного поспорили, и вдруг Мотц заявляет, что один человек дожидается за дверью и спрашивает, можно ли его впустить. И тут он вводит этого ребенка". Швин-геру тогда было 16. Итак, я велел ему присесть где-нибудь, и он присел. Мотц и я продолжали спорить, и вдруг этот мальчик вмешивается и расставляет все по местам при помощи теоремы о полноте. Теорема о полноте — важная математическая теорема, часто используемая в квантовой теории. И тут я говорю: кто это, черт возьми, такой? Оказывается, второкурсник из Сити-колледжа, двоечник, который проваливает все свои экзамены — пусть и не по физике — короче, учится из рук вон плохо. Наша короткая беседа произвела на меня сильнейшее впечатление. Он уже к тому времени написал статью по квантовой электродинамике. Я спросил, хочет ли он перейти к нам, и он ответил: “Да”.

Раби — с большим трудом и благодаря рекомендательному письму от другого великого физика, Ганса Бете, добился, чтобы Швингера перевели в Колумбийский университет.

Позже Швингер стал одним из самых знаменитых физиков-теоретиков XX века. Во время Второй мировой войны он работал в лаборатории излучений в МIТ, Массачусетском технологическом институте, над созданием радара и другими задачами. Раби, который состоял там же заместителем директора, вспоминал о привычке Швингера работать ночью и спать днем:

В пять, когда все расходились, можно было встретить Швингера у порога. Мне как-то сказали, что люди имели обыкновение оставлять нерешенные задачи на столах или на доске — и обнаруживали, когда возвращались следующим утром, что Швин-гер уже все решил… Задачи, которые он решал, были на самом деле фантастическими. Дважды в неделю он делал доклад о своей текущей работе. Стоило Швингеру в чем-то продвинуться, парни по соседству — Дикке и Эд Перселл (два выдающихся физика-экспериментатора, известные в особенности своими работами по ядерному магнетизму) — тут же начинали изобретать с бешеной скоростью разные штуки.

В 1965 году Джулиан Швингер, уже профессор Гарварда, получил Нобелевскую премию, а заодно стал ходячей легендой — никто не мог, как он, вести теоретический спор прямо на лекции, не пользуясь при этом никакими записями.

В лаборатория излучений MIT родилось множество изобретений и открытий. К примеру, одно из них, радар, сыграло в победе над Германией и Японией куда большую роль, чем атомная бомба. Не менее важным достижением стал полостной магнетрон, собранный Джоном Рэндаллом и Гарри Бутом в Англии. Этот инструмент, устройство которого, казалось, не подчиняется никакой логике, был первым источником излучения высокой плотности в сантиметровом диапазоне, необходимым для воздушных и морских радаров. Его пучок мог поджечь сигарету и издалека заставить машины мигать фарами. Когда прибор привезли в MIT и представили на суд американской физической элиты, группа включала нескольких лучших ядерных физиков страны. Кое-что о высокочастотном излучении они знали по опыту работы над циклотроном, но магнетрон поначалу озадачил даже их.

“Это очень просто, — сказал Раби теоретикам, собравшимся за одним столом разглядывать детали разобранной лучевой трубки. — Это нечто вроде свистка”.

“Хорошо, Раби, — спросил Эдвард Кондон, — а как работает свисток?”

Удовлетворительного объяснения у Раби не нашлось.

Истории о Швингере и Раби позаимствованы из книги: Berstein Jeremy, Experiencing Science (Dutton, New York, 1978), а эпизод с магнетроном — из: J.Kevles Daniel, The Physicists: The History of a Scientific Community in Modem America (Harvard University Press, Cambridge Mass., 1971).

 

Бакленды опровергают чудо

Уильям Бакленд (1784–1856) был первым главой кафедры зоологии в Оксфорде. Его склонность к предельной эксцентричности передалась сыну, зоологу Фрэнсису Бакленду, автору “Курьезов естественной истории” и в течение нескольких лет инспектору лососевых промыслов. В семействе Бакленд было принято поедать, в порядке научного эксперимента, любое животное, которое им попадалось. Бакленд-сын договорился с лондонским зоопарком получать по куску от всякого существа, которое там погибнет. Гостям дома Баклендов приходилось не только мириться с выходками ручного осла и ему подобных питомцев, каких не ждешь встретить в гостиной, но и всегда быть готовыми к деликатесам вроде запеченной мыши или шинкованной дельфиньей головы. Бакленд-отец признавался, что ему не случалось есть ничего отвратительней жареного крота, пока он не попробовал тушеных трупных мух. Когда старый приятель, архиепископ Йоркский, показал ему забальзамированное сердце Людовика XVI, которое прелату продали в Париже в дни революции, Уильям Бакленд воскликнул, что прежде не ел королевских сердец, и, не дожидаясь возражений, выхватил его и проглотил!

Ничто в природе не казалось Баклендам чуждым. Когда местный священник (и заодно усердный натуралист) с восхищением принес Уильяму Бакленду откопанную им древнюю кость, тот подозвал семилетнего сына и спросил: “Фрэнки, как ты думаешь, что это?” Сын ответил без колебаний: “Позвонок ихтиозавра”. Миссис Бакленд также разделяла семейные увлечения. Разбуженная однажды словами мужа: “Я полагаю, милая, что следы хиротериума похожи на черепашьи”, она спустилась вместе с ним по лестнице и, пока муж ловил черепаху в саду, приготовила на кухне немного клейстера; и действительно, к радости обоих, отпечаток в клейстере практически совпал с древним следом из окаменелости.

Фрэнсис Бакленд вспоминал, как однажды он возвращался в Англию из Германии, где собирал красных слизней (себе ли на ужин или нет — история умалчивает). Вместе с ним в купе поезда ехал незнакомец. Оба задремали. Проснувшись, Бакленд не особенно удивился, увидев, как слизни медленно ползут по лысой макушке соседа. Не дожидаясь скандала, Бакленд предпочел сойти на ближайшей станции.

Однажды в Италии любознательным Баклендам показали пятно на полу церкви, выстроенной на месте казни какого-то святого. Каждое утро, объяснили им, кровь чудесным образом выступает на прежнем месте. Уильям тут же опустился на колени и дотронулся до пятна языком. “Это никакая не кровь”, — заявил он столпившимся вокруг. Не узнать вкуса мочи летучих мышей мог кто угодно, но только не он!

Burgess G.H.O., The Curious World of Francis Buckland (John Baker, London, 1967).

 

Термодинамика на скотном дворе

Вальтер Нернст (1864–1941) — выдающийся немецкий физик и физикохимик. Наиболее весомый вклад он внес в термодинамику (Нернст — автор третьего закона термодинамики) и электрохимию. В 1920 году он приобрел Цибелле, огромное поместье в Восточной Пруссии. Там, на нескольких тысячах акров земли, водились коровы и свиньи, имелся пруд с карпами, пшеничные поля и много чего еще. К занятиям фермерством Нернст подошел с характерным для него энтузиазмом.

Рассказывают, что как-то однажды, обходя владения зимой, Нернст заглянул в коровник и поразился — там было очень тепло. Он принялся расспрашивать, в чем дело, и услышал в ответ, что единственный источник тепла — сами коровы, или, строго говоря, метаболизм в их организме. Нернст был ошеломлен настолько, что немедленно решил продать коров. Все вырученные деньги он потратил, купив карпов: разумные люди, пояснил он, заводят таких животных, которые пребывают в термодинамическом равновесии с окружающей средой, а не отапливают за его, Нернста, деньги Вселенную. Поэтому вскоре все пруды поместья были забиты карпами, которые если и нагревали воду, то весьма незначительно.

Из книги: Mendelssohn Kurt, The World of Walther Nernst: The Rise and Fall of German Science (MacMillan, London, 1973).

 

Истории про Ньютона

Про сэра Исаака Ньютона существует множество легенд. В зрелые годы он был мрачным и мелочным, завидовал современникам и был одержим духом соперничества. В непрерывном споре с ганноверцем Готфридом Лейбницем по поводу того, кто первым придумал дифференциальное исчисление, его ожесточенность доходила порой до неприличия. Когда Лейбниц умер, Ньютон искренне радовался, что “бесповоротно поразил Лейбница в сердце”. Недаром Джон Флемстед (1646–1719), первый королевский астроном, однажды сказал: “Я уже мечтаю, чтобы Ньютон наконец-то помер”.

Единственной привязанностью Ньютона была его племянница, если не считать миниатюрной собаки по кличке Даймонд. (Когда собака опрокинула свечу и устроила пожар, уничтоживший книги и рукописи, Ньютон лишь воскликнул: “Ох, Даймонд, Даймонд, тебе не понять, что ты натворил”.)

Несмотря на невеселое детство без отца, маленький Ньютон развлекался как мог. Он склеивал фонарь из мятой бумаги и, вставив туда свечу, шел с ним в школу, если дело было зимним темным утром. По пути он находил какую-нибудь кошку и привязывал ей все это к хвосту. Народ пугался — люди думали, что перед ними комета, а кометы тогда считались предвестниками несчастий.

История о яблоке, свалившемся на него в Вулсторпе, может иметь под собой основания или, по крайней мере, исходить от самого Ньютона: большой его почитатель Вольтер услышал ее от племянницы ученого Кристины Кондуит. Во время работы Ньютон умел полностью отключаться от окружавшей его жизни. Рассказывают, что однажды его обнаружили на кухне перед кастрюлей кипятка, где варились часы, а сам Ньютон при этом сосредоточенно разглядывал зажатое в руке яйцо. Его племянник Хамфри в 1727 году, уже после смерти сэра Исаака, писал:

В тех нечастых случаях, когда он решался отобедать в зале (лондонского Тринити-колледжа), он поворачивал налево и выходил на улицу — а там, обнаружив оплошность, останавливался, и иногда, вместо того чтобы возвратиться в залу, отправлялся в свою комнату.

А вот что можно найти в дневниках Томаса Мора:

Расскажу анекдот о Ньютоне, показывающий его чрезмерную рассеянность. Однажды он пригласил друга (это был доктор Стакли) на ужин и тут же об этом забыл. И вот Стакли прибыл и обнаружил философа в задумчивости. Ужин принесли ему одному. Стакли (не желая отвлекать Ньютона) сидел и ел, а Ньютон, придя в себя, поглядел на пустые тарелки и произнес: “Надо же! Не будь передо мной явных доказательств, я был бы готов поклясться, что не ужинал”.

И сейчас, спустя более трех столетий, гениальность Ньютона продолжает вызывать благоговейный трепет и восхищение. Описывая главный его труд, Уильям Уивел, ученый Викторианской эпохи, заметил: “Читая Principia, мы ощущаем себя так, как если бы оказались в древнем арсенале, где хранится оружие воинов-гигантов, и не перестаем удивляться, каким должен был быть тот, кто мог этим воевать, тогда как мы едва способны лишь взвалить это на плечи”.

Марк Кац, польско-американский математик, различал два типа гениев: с одной стороны, есть “обычные гении” — это те, что устроены так же, как и мы с вами, только вот одарены на порядок больше, и, с другой стороны, “волшебники” — те, чье мышление мы в принципе понять не способны. “Волшебником” Кац считал Ричарда Фейнмана. Когда современника и соперника Фейнмана Мюррея Гелл-Манна спросили, как Фейнман решал задачи, тот ответил: “Дик делал вот так, — тут он изображал человека в глубокой задумчивости, обхватившего лоб руками, — а потом записывал ответ”. (Возможно, в его замечании была некая доля зависти.)

Лучший знаток биографии Ньютона Ричард Вест-фол писал:

Чем больше я им занимаюсь, тем больше Ньютон от меня удаляется. Мне повезло в разное время быть знакомым со множеством блестящих людей, чье интеллектуальное превосходство я без колебаний признаю. Но я не встречал пока никого, с кем не мог бы себя соизмерить — всегда можно сказать: я равен его половине, или его трети, или четверти, но всегда выйдет некая дробь. Мои исследования о Ньютоне окончательно убедили меня: соизмерять кого-либо с ним бесполезно. Для меня он сделался абсолютным Другим, одним из крохотной горсти высших гениев, придавших смысл понятию человеческого интеллекта; человеком, несводимым к критериям, по которым мы оцениваем себе подобных.

Две биографии Ньютона можно считать образцовыми: Westfall Richard, Never at Rest: A Biography of Isaac Newton (Cambridge University Press, Cambridge, 1980) и Hall Rupert, Isaac Newton: Adventurer in Thought (Cambridge University Press, Cambridge, 1992).

 

Резерфорд находит решение

Эрнест Резерфорд, впоследствии лорд Резерфорд Нельсон, родился в 1871 году в Новой Зеландии, на ферме, где разводили овец. “Всегда на гребне волны, о Резерфорд”, — приветствовал его один из современников. На счету Резерфорда — ряд замечательных открытий в атомной физике, которые сделали его одним из самым выдающихся физиков-экспериментаторов XX века. Физиолог А.В. Хилл вспоминал, как Резерфорд однажды без видимой причины произнес: “Я тут только что перечитывал свои старые статьи и, читая их, сказал себе: “Эрнест, мой мальчик, ты был чертовски умен”. Скромность не значилась в числе его добродетелей: Резерфорд был громогласным экстравертом, причем настолько добродушным, что никогда не навлекал на себя зависти или злобы.

Помимо прочих последствий, открытие радиоактивности разрешило загадку, которая не давала покоя Дарвину в последние десятилетия его жизни. Возраст Земли, определенный по окаменелостям, сильно превосходит время, за которое планета должна была остынуть, если ее температура в момент рождения совпадала с солнечной. Расчет, проведенный бесспорным авторитетом, физиком Викторианской эпохи Уильямом Томсоном, лордом Кельвином, как казалось, подрывал всю теорию Дарвина. Тут сказал свое слово Резерфорд: Солнце — гигантская атомная печь, а Земля переполнена радиоактивными элементами; энергии их распада хватает с избытком, чтобы устранить это противоречие.

В 1904 году Резерфорда пригласили прочесть лекцию о новых открытиях перед избранными слушателями, среди которых был и грозный лорд Кельвин, тогда уже достигший 80-летия. Его присутствие смутило Резерфорда. Вот, по его собственным словам, как он повел себя в этой деликатной ситуации:

К моему облегчению, Кельвин заснул, но едва я дошел до важного места, как обнаружил, что грозный старик сел, приоткрыл глаза и устремил на меня тяжелый взгляд. Тут меня неожиданно посетило вдохновение, и я произнес: “Лорд Кельвин ограничил возраст Земли в предположении, что новых источников энергии обнаружено не будет. Это пророческое высказывание относится к тому, о чем мы и будем говорить этим вечером, — к радию!” И вот вижу — старик уже глядит на меня без зла.

На самом деле Кельвин и два года спустя открыто сомневался, можно ли списать избыток энергии на радиоактивность. Другой великий физик, лорд Рэлей, предложил Кельвину пари на пять шиллингов, что не пройдет и полгода, как тот признает правоту Резерфорда. За это время Кельвин и вправду передумал, публично покаялся перед Британской ассоциацией содействия развитию науки — и выплатил Рэлею пять шиллингов.

Wiîson David, Rutherford: Simple Genius (Hodder and Stoughton, London, 1983;.

 

Как Ампер потерял решение задачи

Андре Мари Ампер (1775–1836) — известный французский ученый, чье имя увековечено в названии единицы силы тока. Явный вундеркинд, он, по рассказам, еще в раннем детстве запомнил наизусть все 20 томов “Энциклопедии” Дидро и Д’Аламбера. Задолго до изобретения эсперанто он самостоятельно выдумал искусственный язык с совершенно новыми словарем и синтаксисом.

Ампер обладал способностью глубоко сосредоточиться — свойственная многим гениям черта, которая, однако, часто выглядит как эксцентричная рассеянность. Размышляя о физических или математических задачах, Ампер вытаскивал из кармана огрызок мела и использовал в качестве доски любую подходящую поверхность. Как-то очередная мысль застала его врасплох во время прогулки по Парижу, и он принялся лихорадочно искать ту самую поверхность, где можно было бы выписать цепочку умозаключений. Под руку попался только задник экипажа-двуколки, который весьма скоро покрылся сетью уравнений. Когда рассуждения близились к развязке, Ампер с удивлением заметил, что доска удаляется, набирает скорость и исчезает вдали, унося с собой решение его задачи.

Томас Гоббс (1588–1679), будучи истинным философом, иногда баловался и более конкретными науками. К примеру, он сформулировал весьма остроумную (хотя и неверную) теорию распространения света. Однако математика его не интересовала, пока однажды, как сообщает Джон Обри в “Кратких жизнеописаниях”, он не наткнулся на раскрытый том Евклида, забытый кем-то в библиотеке. На странице нашлось утверждение, которое Гоббс сразу же счел невозможным. Читая далее, он перешел по ссылке к другому утверждению, а от того к следующему — и так далее, пока в конце концов не убедился, что исходное утверждение верно. “Это, — сообщает Обри, — заставило его полюбить геометрию, и я часто слышал заявления мистера Гоббса, что у того вошло в привычку чертить линии на собственных бедрах и на простынях, и там же делить и умножать”.

Следует признать, Гоббс великим математиком не был, но это не мешало ему оценивать свои способности слегка завышенно. Он сумел себя убедить, что решил задачу о квадратуре круга, в те времена еще занимавшую лучших математиков Европы, и рьяно вступил в препирательства на сей счет с высокомерным оксфордским профессором математики Джоном Валлисом. В бешенстве Гоббс обрушил всю силу своего красноречия как на Валлиса, так и на его коллегу из Оксфорда, Сета Уорда; сохранились записи его яростных филиппик. “Итак, следуйте своим путем, — наставлял он их, — бескультурные Попы, бесчеловечные Святые, мнимые Доктора Морали, равнобездарные Коллеги, вопиющие Иссахары, презреннейшие Образцы и Предатели Академии…” Эти слова, не вполне соответствовавшие истине, не принесли Гоббсу победы в том споре.

Известно множество других примеров, когда научные работы записывались на предметах, для этого не предназначенных. Замечательная математическая школа, выросшая, как казалось, на пустом месте в городе Львове (тогда, в 1920-х, принадлежавшем Польше), устраивала собрания в кофейне “Шкоцька” (“Шотландское кафе”). Кофейню выбрали из-за мраморных столешниц, которые как нельзя лучше подходили для карандашных заметок, а к концу напряженного дня все надписи без труда стирались.

А вот еще пример чрезмерной задумчивости — с участием Нильса Бора. В юности он и его брат Харальд, известный математик, были образцовыми спортсменами. Харальд выступал за футбольную сборную Дании и завоевал серебряную медаль на Олимпийских играх 1908 года. Нильс был вратарем футбольного клуба.

Из его ошибок на поле запомнился случай во время матча с немецким клубом, когда игра по большей части шла на немецкой половине поля. Внезапно, однако, “мяч закрутился у ворот датчан, и все ждали, что Нильс Бор выбежит и схватит его. Но, ко всеобщему удивлению, тот остался стоять на месте, сосредоточив все свое внимание на стойке ворот. Мяч наверняка влетел бы туда, не верни Бора в реальность окрик решительного зрителя. Его извинения после матча звучали удивительно: Бору пришла в голову математическая задача, которая его так увлекла, что пришлось прямо на стойке ворот делать выкладки”.

Е. Oesper Ralph, The Human Side of Scientists (University Publications, University of Cincinnati, Cincinnati, Ohio, 1975). Pais Abraham, Niels Bohr's Times (Oxford University Press, Oxford, 1991/ Hall Hellmann, Great Feuds in Science (Wiley, New York, 1998J.

 

Коты и догмы

Как и в театре, животные в бихевиористских экспериментах многое перенимают у своих дрессировщиков. Льюис Томас, ученый и эссеист, рассказывает о таком приводящем в замешательство эпизоде в одном из своих изящных очерков. Сначала он упоминает Умного Ганса, математически одаренную лошадь из Германии, которую ее хозяин, герр фон Остен, предъявлял публике, словно вундеркинда, в 1903 году. Животное выполняло расчеты в уме и отвечало на вопросы, ударяя копытом нужное число раз. Десятью годами ранее (или около того) о подобном феномене писали в Англии: лошадь по кличке Магомет умела сообщать время, когда ей показывали часы. Комиссия психологов, исследовав Умного Ганса, заключила, что лошадь-“математик” реагирует на малозаметные и, как согласились все, бессознательные движения хозяина, подсказывавшего понятливому животному, когда прекращать бить копытом.

А вот история Томаса о котах:

Мышление котов покрыто мраком. Это тайна за пределами человеческого понимания. Мы имеем дело с наименее человекоподобным из всех существ — и в то же время, с чем согласится любой владелец кота, с самым разумным. В 1979 году журнал Science опубликовал статью Б.Р. Мура и С. Стуттарда под заглавием “Доктор Гутри и Felis Domesticus (кошка домашняя. — Прим. перев.): заблуждения о котах”, блестящий рассказ об умении обмануть науку, свойственном этому виду. За 35 лет до этого Е.Р. Гутри и Дж. П. Хортон описали такой эксперимент: котов помещали в ящик-головоломку со стеклянной дверцей и учили выбираться наружу: достаточно было толкнуть тонкий вертикальный стержень, вмонтированный в переднюю часть ящика, — и дверца распахивалась. Исследователей удивило не то, что коты разгадывают головоломку, а то, что они прежде исполняют сложный ритуал со строго определенными движениями: трутся головой и спиной о торец коробки, ходят кругами и только потом толкают стержень. Эксперимент с тех пор считался классикой экспериментальной психологии, возбуждая даже догадки о суевериях у котов — мол, прежде чем открыть дверь, им требуется выполнить ряд магических действий.

Мур и Стуттард повторили эксперимент Гутри и наблюдали тот же комплекс действий, однако затем выяснилось, что проявляется он только тогда, когда в поле зрения кота находится человек. Если в комнате никого не было, кот ничего не делал и просто засыпал. Вид человека — вот и все, что заставляло животное проделывать сложную цепочку действий, с дверцами и стержнями либо без них. Никакого приобретенного поведенческого ритуала здесь не было — кот просто приветствовал человека.

Lewis Thomas, Late Night Thoughts (University Press, Oxford, 1984J.

 

А какой в этом толк?

Канцлер британского казначейства Уильям Гладстон, взглянув на опыты Майкла Фарадея, который демонстрировал только что открытое явление электромагнитной индукции, спросил ученого: “А какой в этом толк?” Последовал знаменитый ответ: “Не знаю, но когда-нибудь, сэр, вы сможете обложить это налогом”. (Согласно другой версии — или, может, это просто случилось в другой раз, — Фарадей парировал словами: “А какой толк в новорожденном?”)

Йёнс Якоб Берцелиус, один из отцов-основателей современной химии, наткнулся на такого рода непонимание в Швеции. Рассказывают, что слуга, которого Берцелиус нанял помогать ему в лаборатории, вынужден был объясняться с группой флегматичных стокгольмских бюргеров, которым хотелось знать, что же такое происходит в доме Берцелиуса. “Утром я роюсь в серванте и шкафах, чтобы принести хозяину самые разнообразные вещи: порошки, кристаллы, жидкости разнообразных цветов и запахов”, — рассказывал им слуга химика. “А потом?” — “Хозяин их разглядывает, берет ото всего понемногу и помещает в огромный горшок”. — “А потом?” — “Потом нагревает горшок и, когда содержимое большого горшка покипит час-другой, разливает все по меньшим горшкам”. — “А потом что он делает?” — “Потом он сливает все в одну большую бадью. Следующим утром я ее выношу и опорожняю над канавой”.

Е. Oesper Ralph, The Human Side of Scientists (University Publications, University of Cincinnati, Cincinnati, Ohio, 1975).

 

Разрывая цепи

Идея цепной реакции — процесса, который ускоряется за счет размножения активных частиц, — пришла в химию в 1913 году, а в физику 20 годами позже. Таким реакциям свойственно начинаться медленно, иногда с заметной задержкой, а заканчиваться взрывом. Самый известный пример — деление атомных ядер: атом урана-235 захватывает нейтрон, ядро распадается и высвобождает 2–3 новых нейтрона; те, в свою очередь, атакуют соседние ядра урана, и процесс деления стремительно набирает ход. В химии реакции с похожими свойствами были известны с конца XIX века и озадачивали даже таких светил, как Роберт Бунзен, знаменитый немецкий химик.

Физикохимик Макс Боденштейн провел в Германии обстоятельную работу по выяснению механизмов химических реакций. В 1913 году его заинтересовала реакция между водородом и хлором, инициируемая светом: за “подсветкой” следует задержка, потом реакция ускоряется и внезапно останавливается. Ассистент Боденштейна Вальтер Дюкс так описывает, что происходило. Когда они вдвоем обдумывали результаты эксперимента, Боденштейн расстегнул свою золотую цепочку от часов и неожиданно попросил Дюкса подержать ее за один конец, пока сам раскрутит другой. “Если мы придаем цепи импульс, — начал он размышлять вслух, — он распространится по всей длине, но, если зажать или выдернуть одно звено, движение прервется”. Дюкс спросил: “Значит, это происходит и с нашей реакцией?” — “Неплохая идея. Возможно, стоит назвать ее цепной; давайте это проверим”.

Идея быстро получила признание и начала всплывать в работах ученых, занимавшихся самыми разными областями химической кинетики, в особенности — образованием молекул высших полимеров, основы волокон и пластмасс.

После смерти Боденштейна в 1942 году Дюкс собирался выпросить у его семьи цепочку от часов, но оказалось, что в порыве патриотизма Боденштейн пожертвовал ее на военные нужды, а к часам прикрепил стальную. Тогда Дюкс изготовил ее копию из золота и передал в дар Университету Ганновера.

Лео Сцилард (1898–1964), странствующий физик из Венгрии, провел большую часть жизни в гостиничных номерах. Как правило, его имущество умещалось в двух чемоданах. Он покинул Берлин после прихода Гитлера к власти.

Позже он вспоминал:

Осенью 1933-го я жил в Лондоне и был занят поиском мест для коллег, лишившихся своих университетских постов с приходом нацистов. Однажды утром я прочел в газете статью про ежегодное собрание Британской ассоциации по развитию науки. Во время заседания, рассказывал репортер, Резерфорд заявил, что разговоры о промышленном использовании атомной энергии — полная чушь. Уверения экспертов в принципиальной невозможности чего-либо всегда меня забавляли. В тот день я прогуливался вдоль Саутгемптон-роу (в Блумсберри, где находилась гостиница Сциларда) и остановился у светофора. Я задумался — а вдруг Резерфорд действительно прав? Когда сигнал сменился на зеленый и я переходил улицу, мне в голову неожиданно пришла мысль: что, если найти такой элемент, который нейтроны могут расщепить и который, поглотив один нейтрон, испускал бы два? Если такого элемента собрать достаточно много, то он мог бы поддерживать цепную ядерную реакцию, а мы могли бы выделять энергию в промышленных масштабах и конструировать атомные бомбы. Эта мысль стала моей навязчивой идеей, она-то и привела меня в ядерную физику — область, с которой я прежде не имел дела.

Сцилард нашел себе в Лондоне лабораторию и попробовал проверить свою идею, однако ни один из элементов, которые он пытался бомбардировать нейтронами, вторичных нейтронов не давал. Сцилард тем не менее считал свою схему достаточно реалистичной и даже спустя несколько месяцев ее запатентовал. Во избежание огласки патент был оформлен на Адмиралтейство.

Примерно в то же время Сцилард пал жертвой невинной шутки, результат которой превзошел все ожидания шутников. Ими были двое молодых физиков — Карл Бош из Германии, и Р.В. Джонс, работавший тогда в Оксфорде. Джонс, представившись редактором Daily Express, позвонил Сци-ларду и спросил, может ли тот подтвердить, что изобрел радиоактивные лучи смерти. Сцилард буквально взорвался, потому как именно тогда получил наконец патент на цепную ядерную реакцию, и его панику по поводу утечки, пусть и искажающей факты, легко себе представить.

Понадобилось пять лет, чтобы мечты Сциларда стали реальностью: физик Лизе Майтнер (1878–1968) вместе с химиками Отто Ганом (1879–1968) и Фрицем Штрасманом (1902–1980) занималась в Берлине анализом продуктов ядерных превращений. Будучи еврейкой, Майтнер была вынуждена бежать из страны, не дожидаясь ареста. Найдя убежище в Швеции, она поддерживала со своим другом и коллегой Отто Ганом связь по почте. В декабре 1938 года к ней приехал в гости племянник и тоже физик Отто Фриш (1904–1979), который работал тогда в знаменитом институте Нильса Бора в Копенгагене. У племянника и тети вошло в привычку встречать Рождество вместе, но тот свой приезд Фриш описывает как самое запоминающееся событие в жизни.

За прошедший год был открыт целый ряд продуктов ядерных бомбардировок, которые иногда, как казалось, нарушали установленный ранее закон: столкновение элементарной частицы с ядром может разве что выбить оттуда альфа-частицу (идентичную ядру гелия-4) или бета-частицу (электрон); в результате получались по прогнозам и на практике ядра с зарядом (то есть атомным номером) на два меньше или на один больше, чем у ядра-родителя. Среди продуктов бомбардировки урана Ган и Штрасман обнаружили, как они полагали, изотопы радия. (Изотопы — это разновидности элемента, отличающиеся только числом нейтронов в ядре; поскольку число положительно заряженных протонов в ядре и, следовательно, отрицательно заряженных электронов снаружи у них одинаково, то изотопы с химической точки зрения идентичны.) Результат казался необъяснимым, поскольку у радия ядро меньше, чем у урана, и Лизе Майтнер предупредила Гана, что следует тщательно все проверить, прежде чем публиковать статью о необъяснимой аномалии.

Когда Отто Фриш впервые навестил тетю в Кунгэльве, маленьком шведском городке, где та отдыхала с друзьями, он обнаружил ее размышляющей над последним письмом Отто Гана. Вот как он описывает встречу:

Я собирался рассказать ей о новом эксперименте, который задумал, но она и не думала меня слушать; вместо этого она попросила меня прочесть письмо. Его содержание было настолько ошеломляющим, что я был вынужден отнестись к нему скептически. Ган и Штрасман выяснили, что три получившихся у них вещества не были радием с точки зрения химии; более того, оказалось затруднительно отделить их от бария, который, как обычно, они добавили, чтобы облегчить процедуру химического разделения. Они пришли к выводу, неохотно и с колебаниями, что это были изотопы бария (ядра которых вдвое меньше ядер урана).

Было ли это просто ошибкой? “Нет, — сказала Лизе Майтнер, — Ган для этого слишком хороший химик”. Но как мог барий получиться из урана? Никогда еще от ядер не отщепляли больших кусков, чем отдельные протоны и ядра гелия, а чтобы отщепить сразу много частиц, требовалось слишком много энергии. Также не представлялось возможным, что урановое ядро будет разрезано поперек. Ядро не похоже на хрупкий материал, какой режут и ломают; Георгий Гамов давно предположил, а Бор убедительно аргументировал, что ядро скорее похоже на каплю жидкости. Возможно, капля может превратиться в две капли более плавно: сначала вытянуться, потом сжаться посередине, а потом разорваться — но не сломаться напополам. Мы знали, что существует сильное взаимодействие, которое будет препятствовать такому процессу, подобно тому как поверхностное натяжение обычной жидкости мешает капле распасться на части. Но ядра отличаются от капель одной важной особенностью: они несут электрический заряд, а отталкивание зарядов противодействует поверхностному натяжению. На этом месте мы оба присели на поваленное дерево (разговор происходил во время нашей прогулки по заснеженному лесу, я был на лыжах, а Лизе Майтнер заявила, что справится и без них) и приступили к расчетам на обрывках бумаги. Заряд уранового ядра, как мы выяснили, и в самом деле достаточно велик, чтобы преодолеть силы поверхностного натяжения практически целиком, поэтому урановое ядро должно напоминать крайне шаткую, неустойчивую каплю, готовую разделиться от малейшего толчка — такого, как удар одного-единственного нейтрона.

Но была и другая проблема. После разделения капли будут удаляться друг от друга за счет взаимного электростатического отталкивания, получая высокую скорость и невероятно высокую энергию, в общей сложности порядка 200 МэВ. К счастью, Лизе Майтнер вспомнила эмпирическую формулу для вычисления масс ядер и вывела, что пара ядер, получающихся при распаде урана, будет легче его примерно на одну пятую массы протона. Далее, когда масса исчезает, по формуле Эйнштейна Е=mc2 возникает энергия, и одна пятая массы протона как раз соответствует 200 МэВ. Итак, источник энергии был скрыт здесь. Все сходилось!

Несколько дней спустя я отправился в Копенгаген в сильном волнении. Я догадался предъявить наши измышления — тогда это не казалось чем-то большим — Бору, которому предстояло вот-вот отбыть в США. У него для меня было всего несколько минут, но стоило мне начать рассказывать, как он ударил себя кулаком по голове и запричитал: “О, какими идиотами мы все были! Да, но это прекрасно! Именно так и должно быть! Вы с Лизе Майтнер уже написали статью?” — “Нет, — сказал я, — но как-нибудь обязательно опубликуем.” Бор пообещал никому не проговориться, пока статья не выйдет”. А потом он отправился встречать свой корабль.

Фриш спросил некоего американского биолога из лаборатории, как в биологии называется процесс, когда из одной клетки получаются две. “Деление”, — ответил тот, и так, стараниями Фриша, термин “деление ядер” появился на свет.

Laidler Keith, The World of Physical Chemistry (Oxford University Press, Oxford, 1993,); Szilard Leo, The Collected Works of Leo Szilard: Scientific papers, ed. Feld B.T. and Szilard G.W. (МГГ Press, Cambridge, Mass., 1972): и Frisch Otto, What Little I Remember (Cambridge University Press, Cambridge, 1979).

 

О жизни и смерти

Исидор Раби родился в Польше в 1898 году, рос в страшной бедности в Нью-Йорке и стал одним из величайших физиков мира. В 1944 году он получил Нобелевскую премию за открытие явления, которое сделало возможной ЯМР-спектроскопию, один из самых действенных способов, позволяющих изучить структуру молекул и создавать изображения живых тканей. Он основан на том, что (и в этом заключалось открытие) атомное ядро обладает магнитным моментом, как если бы оно было микроскопической намагниченной стрелкой.

Раби, который большую часть деятельной жизни провел в Колумбийском университете в Нью-Йорке, после присуждения Нобелевской премии стал государственным советником по вопросам науки. Он охладел к работе в лаборатории; однажды он отозвался о Нобелевской премии так: “Если только в вас нет тяги соревноваться, вряд ли после церемонии вы начнете работать энергичней. Это как с бостонской леди, которая заявила: “К чему мне путешествовать, если я уже здесь?” К тому же премия отвлекает вас от вашей области, поскольку открываются новые горизонты”.

Но, похоже, в глубине души Раби по-прежнему волновали вопросы научной истины. Как и Эйнштейн, он был озабочен физическим смыслом квантовой теории. Один из его учеников вспоминал, что мучило Раби, о чем он думал, когда ему шел девяностый год и он был уже практически при смерти:

Однажды, в декабре 1987-го, ко мне в Рокфеллеровский университет зашел коллега и сообщил, что он только что видел Раби и Раби хочет со мной поговорить. Я знал, где его искать — в Мемориал-госпитале Слоана-Кэтеринга: Раби лежал там, у него был рак в последней стадии. И вот я отправился в госпиталь, ожидая, что Раби приготовил для меня какое-нибудь последнее напутствие. Я застал Раби в хорошем расположении духа. О чем же он хотел поговорить? Об основаниях квантовой механики, которые, как он заявил, беспокоили его десятилетия назад и в эти последние недели тоже не давали покоя. Мы беседовали, может быть, полчаса. Потом я попрощался с ним — навсегда, 11 января 1989 года Раби не стало.

Воспоминания взяты из книги Pais Abraham, The Genius of Science (Oxford University Press, Oxford, гооо).

 

Математический риск

Физик Георгий Гамов бежал в США из сталинской России. Говоря о том, что с ученым в эпоху политической нестабильности может приключиться все что угодно, он рассказывал такую историю:

Вот сюжет, который поведал мне один из моих друзей, Игорь Тамм (Тамм — лауреат Нобелевской премии по физике 1958 года). Однажды, когда город был занят красными, Тамм (в те времена профессор физики в Одессе) заехал в соседнюю деревню узнать, сколько цыплят можно выменять на полдюжины серебряных ложек — и как раз в это время деревню захватила одна из банд Махно. Увидев на нем городскую одежду, бандиты привели Тамма к атаману — бородатому мужику в высокой меховой шапке, у которого на груди сходились крест-накрест пулеметные ленты, а на поясе болталась пара ручных гранат.

— Сукин ты сын, коммунистический агитатор, ты зачем подрываешь мать-Украину? Будем тебя убивать.

— Вовсе нет, — ответил Тамм. — Я профессор Одесского университета и приехал сюда добыть хоть немного еды.

— Брехня! — воскликнул атаман. — Какой такой ты профессор?

— Я преподаю математику.

— Математику? — переспросил атаман. — Тогда найди мне оценку приближения ряда Макларена первыми n-членами. Решишь — выйдешь на свободу, нет — расстреляю.

Тамм не мог поверить своим ушам: задача относилась к довольно узкой области высшей математики. С дрожащими руками и под дулом винтовки он сумел-таки вывести решение и показал его атаману.

— Верно! — произнес атаман. — Теперь я вижу, что ты и вправду профессор. Ну что ж, ступай домой.

Кем был этот человек? Никто не знает. Если его не убили впоследствии, он вполне может преподавать сейчас высшую математику в каком-нибудь украинском университете.

Опасности продолжали подстерегать ученых и после революции. Физик-теоретик Марк Азбель, который после многих лет тюрьмы и преследований сумел укрыться в Израиле, делится другим примером:

Эту историю я знаю со слов профессора Повзнера, который преподавал в Военно-инженерной академии. Однажды он вошел в аудиторию, готовясь начать лекцию с обычного вступления о господстве русских в математике, а затем перейти собственно к математике. Но, к его ужасу, за минуту до того, как начать говорить, он заметил, что в аудитории присутствует генерал, глава Академии. Он подумал и решил, что лучше будет посвятить всю лекцию светилам русской математики. К счастью, он был невероятно одаренным человеком и умел быстро соображать — в считаные секунды он придумал чудесную лекцию о русской математике XII века. Он предавался полету фантазии целый час и остановился только за пять минут до звонка — спросить, есть ли вопросы. И заметил, что один из студентов тянет руку.

— Я вас слушаю…

— Вы так увлекательно рассказываете про русскую математику в Средние века. Не подскажете ли нам, в какие книги по этому поводу заглянуть? Я бы хотел получше ознакомиться с темой…

Не имея времени подумать, профессор немедленно ответил:

— Увы, это невозможно! Все архивы сгорели во времена татаро-монгольского ига!

Когда лекция закончилась, к лектору подошел генерал и спросил:

— Итак, профессор… Все архивы сгорели, верно?

Только тогда несчастный профессор осознал, что именно он произнес. Беззвучный вопрос повис в воздухе: если все доказательства русского господства в этой науке сгорели, как мог сам профессор что-нибудь знать о математике до нашествия? Он был на грани паники, когда неожиданно генерал тепло ему улыбнулся, развернулся и вышел. Этот высокопоставленный командир был человеком сообразительным и достойным; иначе профессору Повзнеру было бы не избежать крупных неприятностей.

Gamow George, My World Line (New York, Viking, 1970) и Azbel Mark Ya., Refusnik (Hamish Hamilton, London, 1982).

 

Фортуна улыбается ветчине

Фортуна, говорил Луи Пастер, улыбается только тем, кто к этому готов. Некий американский физик однажды увидел, что его дети роняют бутерброд на ковер все время маслом вверх, тем самым ставя под сомнение суровый закон природы, и не стал все списывать на статистическую аномалию. Проведя обстоятельное исследование, он нашел объяснение, совместимое с законами физики: дети смазывали хлеб маслом с обеих сторон. Случайных открытий в истории науки хватает с избытком — и это примеры редкого здравомыслия, когда результат эксперимента, на первый взгляд бесполезный, не игнорировали, а тщательно проверяли.

Разбить термометр в лаборатории считается у химиков-органиков серьезной неприятностью. Однажды Отто Бекманн (1853–1923), в конце XIX века работавший ассистентом у Вильгельма Оствальда, одного из самых влиятельных немецких химиков, сломал невероятно дорогой и невероятно длинный термометр, специально изготовленный стеклодувом для замеров температуры с точностью до сотых долей градуса. Бекманн сумел извлечь пользу и из этого — задумавшись, как сделать инструмент менее хрупким. Итогом стал бек-манновский термометр, знакомый всем химикам (по крайней мере, до наступления эры электронных приборов) — с коротким ртутным столбиком и ртутным резервуаром наверху, позволяющим регулировать объем ртути и, значит, подбирать нужный для конкретного опыта диапазон температур.

Но самым сенсационным последствием неаккуратного обращения с термометром стала революция в промышленности. Из продуктов возгонки каменноугольных смол были получены первые синтетические красители, которые легли в основу целой индустрии, связанной с именем блестящего химика-органика Адольфа фон Байера и двоих его последователей — Августа Вильгельма Гофмана и Уильяма Генри Перкина. Оба — родоначальники знаменитых английских химических школ.

Индиго с древнейших времен считалось чрезвычайно ценным красителем. В Индии, к примеру, растениям, из которых его добывают, было отведено два миллиона акров. Байер посвятил ему 20 лет жизни, определил его структуру и, употребив все свое мастерство, в 1883 году синтезировал его из несложных веществ. Однако это был сложный, многостадийный путь, который не годился для масштабного производства. Спустя десятилетие промышленный синтез из нафталина, продукта возгонки смол, организовали химики из гигантской баварской корпорации БАББ, но назвать цену доступной было по-прежнему нельзя. В 1896 году рядовой сотрудник ВАSF по фамилии Саппер нагревал нафталин с дымящей серной кислотой (смесью собственно кислоты и серного ангидрида), помешивая содержимое колбы термометром. Термометр неожиданно лопнул, а ртуть вытекла прямо в реакционную смесь — и тут ход реакции неожиданно изменился: нафталин начал превращаться во фталевый ангидрид, искомое промежуточное вещество на пути к индиго. Обнаружилось, что ртуть (или сульфат ртути, в который та превращается под воздействием серной кислоты) — катализатор прежде неизвестной реакции. Дешевый индиго от ВАSF появился на рынке уже в следующем году и привел к краху индийской индустрии.

История красителей вообще богата примерами случайных открытий. Возможно, первое из них случилось тогда, когда немецкий химик Фридлиб Фердинанд Рунге (1794–1867) попробовал предотвратить набеги собак в свой сад в пригороде Берлина, построив деревянный забор и покрасив его каменноугольным маслом (креозотом) для большей сохранности. Затем, чтобы отучить собак задирать лапу у забора, он посыпал все вокруг хлорной известью (смесью хлорида и гипохлорита кальция), распространявшей ядовитый запах хлора. Обходя забор на следующий день, он с удивлением заметил на белом порошке неровные голубые полосы — очевидно, они повторяли траектории струй собачьей мочи. Цвет заинтересовал Рунге, и он обнаружил, что этот голубой цвет — результат окисления гипохлоритом какого-то из веществ в составе каменноугольной смолы. Собаки всего-навсего добавили в реакционную смесь воды. Голубое вещество Рунге назвал кианолом. Спустя несколько лет Гофман доказал, что предшественником кианола в смоле был аминобензол (он же анилин), а сам кианол стал первым синтетическим прототипом красителя.

Другая случайность привела к открытию важного для многих органических синтезов промежуточного вещества — тиофена, содержащего серу циклического аналога бензола. Виктор Мейер (1848–1897), известный немецкий химик, показывал студентам в Университете Цюриха изящную качественную реакцию на бензол, придуманную Байером: образец, где бензол предположительно содержится, встряхивают с серной кислотой и кристаллом изатина (это последний предшественник индиго, если его синтезировать по схеме Байера). Считалось, что насыщенный синий цвет выдает присутствие бензола. Но тогда, на лекции в 1882-м, никакого синего цвета не получилось. Мейер был бы сбит с толку, когда бы не заметил, что обычную пробу бензола из каменноугольной смолы лаборант заменил очень чистым синтетическим образцом. Год спустя Мейер выделил примесь (ее в смоле оказалось меньше пол процента), которая и была причиной синей окраски. Так начиналась новая глава в истории органической химии.

Джон Рид, прежде чем стать зрелым ученым, работал сначала у Байера (на рубеже девятнадцатого и двадцатого столетий), а затем вместе с сэром Уильямом Джексоном Поупом в Кембридже и в итоге стал профессором химии в Университете Сент-Эндрюса. Он любил рассказывать о “невоспетом герое” стереохимии — ленивом лаборанте (или “лабораторном мальчике”, как тех часто называли). Химики безуспешно пробовали разделить оптически активные компоненты с помощью новой хитрости. Оптическая активность, то есть способность поворачивать плоскость поляризации света вправо или влево, свойственна молекулам с внутренней асимметрией — тем, которые нельзя совместить с собственным зеркальным отражением. Лабораторные опыты, в отличие от природных реакций, на выходе дают смесь обоих форм-антиподов такого вещества, и отделить одно от другого — задача, требующая редкой изобретательности. Способ Поупа заключался в том, чтобы ввести в смесь уже очищенный асимметричный реагент, который будет связываться с “левым” и “правым” по-разному, образуя кристаллы неодинаковой формы. Лаборант по ошибке забыл отмыть гору лабораторного стекла, после многих неудачных попыток кристаллизации покрытого липким налетом. Рид повторно потребовал смыть муть со стекла, но ассистент работал нехотя, и пока процедура длилась, взгляд Рида упал на белую крупицу среди грязи в одном из сосудов. Рассмотрев ее под лупой, Рид признал в крупице кристалл. Тогда, обрадовавшись, Рид бросил его в раствор смеси “левого” с “правым” — и тут частица сработала как зародыш кристаллизации, заставив выпадать в осадок только вещество своей формы.

Roberts Royston, Serendipity: Accidental Discovery in Science (Wiley, New York, 1989) и Read John, Humour and Humanism in Chemistry (G. Bell, London, 194 7).

 

Как угадать истинное призвание

То, что делают студенты в лаборатории, порождает множество бесценных историй. Вот что записал Джон Нельсон (1876–1965), почти полвека прослуживший профессором химии в Колумбийском университете в Нью-Йорке.

Как многие ученые его поколения, женщинам в лаборатории Нельсон не доверял, поэтому, когда одна юная выпускница женского колледжа пожелала заняться исследовательской работой под его руководством, Нельсон попросил ее продемонстрировать практические навыки в ходе простого лабораторного синтеза, выполняемого по инструкции из учебника. Девушке предстояло изготовить бромбензол из бензола и брома. Примерно через час Нельсон зашел в лабораторию и спросил, как обстоят дела. Было похоже, что не очень: реакция отказывалась идти так, как предсказывал учебник. Нельсон поглядел на прибор — то была колба, где энергично кипела жидкость, с обратным холодильником (это, по существу, охлаждаемая водой трубка, которая позволяет пару сконденсироваться в жидкость и стечь обратно). В колбе находился бензол. Однако, спросил Нельсон, а где же бром (который наверняка придал бы раствору желтоватый оттенок)? “В колбе, — был ответ, — он плавает в жидкости”. Нельсон внимательно присмотрелся и увидел твердую белую субстанцию, взболтанную в кипящем растворе. Оглядевшись по сторонам, он обнаружил банку с надписью: “Бром”, и дальнейшие расспросы стали не нужны: экзаменуемая всыпала в колбу белый упаковочный материал, не догадавшись заглянуть глубже и вытащить склянку с самим бромом. Нельсон тут же посоветовал девушке заняться другим делом.

Oesper Ralph Е., The Human Side of Scientists (University Publications, University of Cincinnati, Ohio, 1975).

 

Принцип Паули

Вольфганг Паули (1900–1958) — один из титанов, царивших в теоретической физике во времена ее расцвета в первые десятилетия XX века. Он прославился не только блестящим умом, но и неразборчивой грубостью или, точнее, бескомпромиссной прямотой. Коллеги называли его “бичом Божьим”. По словам Виктора Вайскопфа, который провел семестр ассистентом у Паули, можно было не опасаться задать профессору любой идиотский вопрос, поскольку Паули находил идиотскими все вопросы. Как-то, будучи еще студентом и пребывая в самом мирном настроении, Паули начал обсуждение только что окончившейся лекции Эйнштейна такими словами: “Знаете, то, что говорит Эйнштейн, не безнадежно глупо”. Вайскопф вспоминает, что случилось, когда он прибыл в Цюрих и заглянул к Паули в кабинет:

В конце концов он поднял голову и спросил: “Кто вы такой?” Я ответил: “Я Вайскопф. Вы пригласили меня быть вашим ассистентом”. На что Паули произнес: “Ну да. Я, конечно, хотел бы видеть на этом месте Бете, но он занят физикой твердого тела, которая мне не нравится, хотя я сам ее и создал”.

К счастью, Рудольф Пайерлс, который хорошо знал Паули, заранее предупредил Вайскопфа о некоторых специфических свойствах характера Паули. Затем у Паули с Вайскопфом состоялся недолгий спор, в ходе которого Вайскопф заметил, что рад заняться чем угодно, кроме как непонятным ему сомнительным подходом к теории относительности. Паули как раз размышлял над этой темой, но начал от нее уставать и потому согласился. Затем он продемонстрировал новый метод решения задачи и уже на следующей неделе поинтересовался, сильно ли Вайскопф в нем продвинулся. “Я показал ему свое решение, — вспоминает Вайскопф в своих мемуарах, — и он произнес: “И все-таки стоило взять Бете”. Несмотря ни на что, Вайскопф и Паули подружились. Про Пайерлса Паули отзывался так: “Он говорит так быстро, что пока успеешь понять, о чем речь, тот уже утверждает обратное”.

Паули, имя которого запечатлено в названии принципа Паули, известного еще и как “принцип запрета” (никакие два электрона в атоме не могут находиться в одном квантовом состоянии), прославился также благодаря Второму принципу Паули, гласящему, что приближение Паули грозит поломкой любому научному прибору или механическому устройству. Нагляднее всего этот принцип проявился во взрыве с катастрофическими последствиями на физическом отделении Бернского университета — оказалось, это печальное событие совпало с проездом через город поезда, который вез Паули домой в Цюрих. Сидя за рулем автомобиля и подбадриваемый собственной похвальбой, Паули вызывал у пассажиров такую панику, что многие отказывались садиться к нему в машину повторно. Его ученик и коллега Хендрик Казимир вспоминал, что в таких случаях Паули предлагал: “Давайте заключим сделку: вы не отзываетесь о моем вождении, а я — о ваших исследованиях”. В своих воспоминаниях Казимир воспроизводит также рассказ бельгийского физика Поля Розенфельда (которого сам Паули любил называть “хористом Папы Римского”) о Втором принципе Паули в действии:

Гайтлер, читая лекцию о гомополярных связях, неожиданно заставил Паули рассвирепеть: как выяснилось позже, Паули эта теория сильно не нравилась. Едва Гайтлер закончил, как Паули в сильном возбуждении оказался у доски и, расхаживая взад-вперед, начал нервно высказывать свое недовольство, при этом Гайтлер оставался сидеть на стуле на кромке кафедры. “На больших расстояниях, — объяснял Паули, — теория определенно неверна, поскольку существует Ван-дер-Ваальсово притяжение; на малых расстояниях, очевидно, она неверна целиком и полностью”. В этот момент, добравшись до края кафедры, противоположного тому, где сидел Гайтлер, Паули развернулся и пошел к Гайтлеру, угрожающе целясь в него куском мела. “И теперь, — провозгласил он по-немецки, — мы имеем утверждение, опирающееся на легковерие физиков, — теория, неверная на больших расстояниях и неверная на малых, все же качественно верна для промежуточного участка”. В этот момент он подошел к Гайтлеру почти вплотную. Тот стремительно наклонился назад, спинка стула с треском отломилась, и несчастный Гайт-лер опрокинулся на спину (к счастью, ничего себе серьезно не повредив).

Казимир, присутствовавший при этом, замечает, что первым, кто крикнул: “Эффект Паули”, был Георгий Гамов, и добавляет: “Иногда я задумываюсь, не мог ли Гамов, известный шутник, сделать что-нибудь со стулом заранее”.

Физик Джереми Бернстейн, самый живой и яркий из пишущих на тему физики и физиков, вспоминает в своих мемуарах об одном событии, случившемся с Паули в последний год его жизни:

Однажды Паули оказался вовлечен в странную затею своего бывшего сотрудника Вернера Гейзенберга, другого великого архитектора квантовой теории. Они заявили, что решили все нерешенные задачи теории элементарных частиц, и все свелось к одному уравнению. Когда оно попалось на глаза людям более уравновешенным, те заключили, что все это — химера. Для Паули развязка наступила во время лекции в Колумбийском университете, прочитанной в огромном лекционном зале лаборатории Пупина. Хотя и были попытки сохранить все в тайне, зал все равно был набит битком. Среди слушателей тут и там виднелись прежние, нынешние и будущие нобелевские лауреаты, включая Нильса Бора. Когда Паули закончил лекцию, к Бору обратились за комментарием. Тут и развернулась одна из самых необычных и завораживающих сцен, какие мне случалось видеть. Ключевым пунктом оценки Бора было то, что для фундаментальной теории концепция Паули безумна, но все же недостаточно безумна. Великие прорывы вроде теории относительности и квантовой механики кажутся на первый взгляд, особенно если быть в курсе всей прежней физики, безумными и в принципе противоречащими здравому смыслу. С другой стороны, теория Паули была просто причудливой — одиноким уравнением, которое глядит на тебя, как иероглиф. На реплику Бора Паули ответил, что его теория достаточно безумна.

И тут одновременно два столпа современной физики начали двигаться по общей круговой орбите вокруг длинного стола на кафедре. Каждый раз, когда Бор оказывался лицом к аудитории, он восклицал, что-теория недостаточно безумна, а Паули, поворачиваясь лицом к залу, отвечал, что достаточно. Для людей из другого мира — мира нефизиков — эта сцена выглядела бы весьма странной. Тогда обратились за комментарием к Фримену Дайсону, но он решил промолчать. Однако позже, в разговоре со мной, он отметил, что для него видеть подобное — это как наблюдать “за гибелью благородного животного”. Дайсон оказался провидцем. Несколько месяцев спустя, в 1958 году, Паули умер от внезапно обнаружившегося рака. Перед смертью он успел откреститься, в самых едких выражениях, от “теории Гейзенберга”, которую теперь иначе не называл. Можно только догадываться, был ли короткий роман Паули с этой теорией сигналом, что он уже тогда был серьезно болен.

Паули скончался, когда ему было всего 58 лет. Отдавал ли он себе отчет перед смертью в угасании своего воображения и интеллекта, неясно. Однако он жаловался одному из друзей: “Я знаю много. Я знаю слишком много. Я квантовый маразматик”. Паули, как говорилось выше, окончил дни в палате под номером 137 — это “магическое число” волновой теории, и такое совпадение его раздражало.

Weisskopf Victor, The Joy of Insight: Passions of a Physicist (Basic Books, New York, 1991). Casimir, Haphazard Reality: Haifa Century of Science (Harper and Row, London and New York, 1983). Bernstein Jeremy, The Life it Brings: One Physicist's Beginnings (Ticknor and Fields, New York, 1987).

 

Первая “эврика”

Архимед (287–212 до н. э.) — естествоиспытатель, изобретатель и математик — добился успеха во многих областях. Он был уроженцем Сиракуз и предположительно родственником тирана Гиерона II. Среди многих практических изобретений ученого — архимедов винт, устройство для орошения полей, сложный блок для подъема тяжестей и несколько боевых машин (среди них — знаменитые щиты-зеркала, при помощи которых был предположительно сожжен римский флот, готовившийся атаковать Сиракузы).

Одним из его математических развлечений стал “песочный калькулятор” — он заметно упростил вычисления, необходимые для подсчета числа песчинок на всем сицилийском побережье, а заодно позволил узнать, сколькими песчинками получится заполнить Вселенную, какой ее описывали космологические модели тех времен (вышло 1063).

Согласно Плутарху, он завещал поставить на своей могиле сферу, пересеченную цилиндром, и особо указать соотношение его частей внутри сферы и снаружи.

Плутарх, Ливий и Валерий Максим, хотя и расходятся в деталях, согласны в том, что Архимед встретил смерть от рук римского солдата после падения Сиракуз. Император распорядился обезоружить Архимеда и привести к себе, но ученый был настолько погружен в расчеты, что не отвлекся на похлопывание по плечу — и тогда разгневанный солдат взял, да и просто убил его.

Самая знаменитая история про Архимеда, принадлежащая неизвестному автору, дошла до нас благодаря римскому инженеру и архитектору Витрувию. По легенде, тиран Гиерон попросил Архимеда выяснить, из чистого ли золота сделана его корона, или же в металл подмешали серебро.

Весь в мыслях о задаче, Архимед пришел в купальню, и там, сидя в ванне, заметил: объем вылившейся воды равен объему, какой занимала погруженная в ванну часть тела. Это подтолкнуло его к решению, и он, не откладывая, обрадованный выскочил из ванны и побежал нагишом домой, по дороге громко выкрикивая, что нашел то, что искал, — или, как это звучало по-гречески, “эврика, эврика”.

Закон Архимеда, как его называют и теперь, гласит, что выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весу вытесненной им жидкости. Поэтому, если погрузить корону в воду, количество вытесненной воды даст нам объем металла; зная вес короны, можно рассчитать ее плотность и, следовательно, состав.

Ученые последующих эпох время от времени пытались воспроизвести изобретения Архимеда (чаще всего — зажигательные зеркала). Спор о том, можно ли было в действительности потопить так римский флот, длился веками, и свои мнения на этот счет успели высказать многие знаменитые ученые (включая Декарта, который в эту историю не верил). Но однажды, в 1747 году, ее наконец решил проверить опытным путем великий французский эрудит, граф де Бюффон. Устройство было установлено в Париже, в нынешнем Ботаническом саду (который тогда назывался Королевским садом, а Бюффон был как раз его директором). Около 150 вогнутых зеркал были закреплены на четырех деревянных рамах со специальными винтами, чтобы сфокусировать систему на деревянной дощечке, располагавшейся на расстоянии 50 метров. Огромная толпа наблюдала за тем, как солнце вышло из-за облаков и как несколько минут спустя над дощечкой поднялся дымок — утверждение было доказано. В тот же год, при всеобщем одобрении, Бюффон поджег таким способом несколько домов на глазах у короля, чем заслужил похвалы не только от Людовика XV, но еще и от Фридриха Великого, прусского короля и видного интеллектуала.

Источник историй об открытиях и изобретениях Архимеда — Vitruvius, De Architectura, Book IX, Chapter 3. Об экспериментах Бюффона можно прочесть в: Roger Jacques, Buffon: A Life in Natural History (Cornell University Press, Ithaca, New York, 1997).

 

Презрение лорда

Лорд Резерфорд, профессор физики в Кембридже, был весьма незаурядной личностью. Вот как однажды он отверг теорию, показавшуюся ему полной чепухой. Итак, рассказчик — Р.В. Джонс, место действия — Кларендонская лаборатория, Оксфорд.

Резерфорд только что внезапно приехал из Кембриджа, и каждая его лекция в Оксфорде была событием. В конце обычно оставалось время для вопросов, и Е.А. Милн (известный космолог и физик-теоретик) как-то спросил, что Резерфорд думает по поводу так называемого атома Тьютина. Доктор Тьютин критиковал модель Резерфорда (то есть планетарную систему с ядром из протонов и нейтронов в качестве Солнца и электронами, каждый из которых движется по орбите со своим радиусом) — поскольку, как известно каждому, в смеси из тяжелых и легких частиц тяжелые быстро уходят на периферию, в то время как легкие остаются поблизости к центру. Поэтому электронам место в центре атома, а протоны должны летать снаружи. Теория Тьютина получила известность благодаря Ф.В. Содди, профессору неорганической химии и автору термина “изотоп”, который рекомендовал статью Тьютина Химическому обществу. Однако там ее отказались публиковать, и Содди немедленно вышел из состава Общества, а затем специальным объявлением в журнале Nature оповестил коллег, что распродает имеющиеся у него тома Journal of Chemical Society.

Милн поинтересовался у Резерфорда, откуда тот знает, что Тьютин неправ, а он сам прав. Легко представить себе грузного Резерфорда, который навис над тщедушным Милном и проревел: “Когда вы видите слона и блоху, вы сразу знаете, кто прыгает — слон или блоха”.

Почти безошибочную интуицию Резерфорда во всем, что касалось элементарных частиц, можно проиллюстрировать еще и таким признанием М.Л. Олифанта, сделанным им в интервью 70 лет спустя:

В наших экспериментах мы бомбардировали мишени всем, чем только возможно, чтобы получить новые элементы. Задействовать тяжелый водород было логичным ходом, и, само собой, результаты оказались крайне интересными. Опыты с тяжелой водой привели к открытию гелия-3 и трития (первый — изотоп гелия, второй — водорода).

…Резерфорд в то время невероятно сильно повлиял и на меня, и на множество других людей в Кембридже. Он был моим научным отцом — во всех смыслах слова. Резерфорду не нравилось, когда его сотрудники проводят слишком много времени в лаборатории. По его мнению, переутомляться было глупо. Правда, сам Резерфорд с трудом мог отвлечься от научных задач. Однажды мы отправились домой, так и не разобравшись с результатами эксперимента. В три ночи у меня зазвонил телефон. Жена сообщила, что профессор хотел бы со мной поговорить. Резерфорд произнес: “Я тут догадался: частицы из ближнего диапазона — это гелий-3”. Я попросил у него обоснований, и тогда он взорвался: “Обоснования? Обоснования? Я это чувствую!”

Олифант (впоследствии сэр Марк Олифант) получил должность профессора физики в Бирмингеме, где создал выдающийся факультет: там, среди прочего, сконструировали основу сантиметровых радаров, полостный магнетрон. Затем Олифант вернулся к себе на родину в Австралию, где стал отцом-основателем Австралийского национального университета в Канберре. Один из его самых неудачных проектов — строительство ускорителя частиц, который не проработал ни дня и был в итоге заброшен. Из-за этого дорогостоящего провала прибор презрительно называли “Белым Олифантом” (“The White Oliphant”).

Первый отрывок взят из статьи Джонса (R.V. Jones) в сборнике The Making of Physicists, ed. Williamson R. (Adam Hilger, Bristol 1987/ Интервью Олифанта — из кн.: Hargittai I. and М., The Chemical Intelligencer, 6, 50 (2000).

 

Мученик науки

Плиний Старший, или Гай Плиний Второй — автор “Естественной истории”, самого полного обзора античных науки и учености. Жертва научного любопытства, он погиб во время извержения Везувия, уничтожившего в 79 году до н. э. Помпеи и Геркуланум. Его племянник, Плиний Младший, оставил нам красочное описание той страшной катастрофы. Дядя и племянник были тогда на мысе Мизено, с обратной стороны Неаполитанского залива. Плиний Старший командовал флотом, прибывшим незадолго до того в залив. Однажды его внимание привлекло большое и быстро растущее облако, которое постепенно сползало вниз по дымному столбу, ветвившемуся “как средиземноморский кедр”. “Мой дядя, видный ученый, — писал Плиний Младший, — просто не мог остаться в стороне". К источнику дыма он отправился на корабле. По дороге к Помпеям команду осыпал град горячего пепла и пемзы, но Плиний и не думал поворачивать назад: он приказал кормчему плыть прямо в сгущающуюся тьму, и ветер загнал судно на мель. Племянник продолжает:

Дядя решил выйти на берег. Нужно было понять, насколько безопасно плыть дальше. Однако море было по-прежнему бурным; все складывалось против. Рабы расстелили ему простыню, чтобы он мог лечь, и еще он выпил чашку или две холодной воды. Языки пламени и запах серы, который обычно подсказывает, что пламя близко, заставили всех прочих бежать. Пламя заставило встать и его. Он приподнялся, опираясь на двоих молодых рабов, но сразу же упал. Думаю, густой дым забил ему глотку и перекрыл пищевод, с рождения слабый и доставлявший ему одни неприятности. Когда два дня спустя тьма рассеялась и труп нашли, на нем не было ни единой царапины.

Источник: Pliny: A Selection of his Letters, trans. Creig Clarence (Cambridge University Press, London, 1978).

 

Мраморные столы и ведра с водой

В 1934 году физики пребывали в крайнем волнении по поводу трансмутации, или превращения одних элементов в другие. Было доказано, что ядра некоторых тяжелых атомов способны захватить летящий нейтрон и в итоге превратиться в новый, более тяжелый, изотоп. Энергия, переданная нейтроном ядру в момент столкновения, излучалась в виде гамма-лучей, которые и свидетельствовали, что реакция проходит успешно. Великий итальянский физик Энрико Ферми запустил целую программу исследований, чтобы выяснить, как ведут себя разные элементы при нейтронной бомбардировке. Радость от первых успехов в опытах с легким элементом (натрием) была омрачена странностями результата: гамма-излучение возникало с куда большей задержкой, чем позволяла теория. Нужно было более убедительное доказательство захвата нейтронов. Два молодых и талантливых ассистента Ферми, Эмилио Сегре и Эдуардо Амальди, решили, что справились с задачей, когда показали, что алюминий, следующий объект изучения, оказался способен не только захватывать нейтроны, но и образовывать при этом радиоактивный изотоп со временем жизни (измеренным по испусканию гамма-лучей) около 3 минут. Обрадованный Ферми сообщил об этом на конференции в Лондоне.

Однако затем Сегре, простудившись, решил провести несколько дней дома и оставил Амальди продолжать опыты в одиночку. К всеобщему разочарованию, тот не смог повторить прежние наблюдения. Ферми, крайне обозленный перспективой унизительного опровержения, выплеснул все недовольство на ассистентов, которые теперь раз за разом получали стабильно ошибочные и, как могло показаться, бессмысленные результаты. Тогда в лаборатории и появился новый сотрудник — молодой одаренный физик, Бруно Понтекорво. Знаменитым он стал 20 годами позже: располагая важной информацией о разработках ядерного оружия, он сбежал в Советский Союз. Понтекорво и Амальди принялись за калибровку процесса нейтронной активации, взяв серебро за эталон — было известно, что при захвате нейтрона оно дает относительно долгоживущий изотоп, за распадом которого удобно наблюдать. Но тут, к изумлению и даже ужасу экспериментаторов, выяснилось, что результат зависит от конкретного места, где ставят опыт. Вот как это описывает Амальди: “В темной комнате рядом со спектрометром стояло несколько деревянных столов, которые обладали волшебным свойством: облученное на них серебро приобретало куда большую активность, чем когда его облучали на мраморном столе в той же комнате”.

Аномалия требовала отдельного расследования. Поначалу решили оградить прибор от внешних воздействий заслоном из свинца. Но тут ассистентам Ферми пришлось уйти — принимать у студентов экзамены, и нетерпеливый Ферми решил продолжать эксперимент сам. О том, что случилось дальше, Ферми рассказал в письме своему будущему коллеге, знаменитому космологу Субраманьяму Чандрасекару:

Вот как я пришел, вероятно, к самому важному из моих открытий.

Мы весьма активно работали над индуцированной нейтронами радиоактивностью, однако результаты получались абсолютно бессмысленными. И тут вдруг меня посетила мысль: а что, если на пути у падающих нейтронов поставить кусок свинца? С огромным трудом мне удалось добыть аккуратно изготовленный образец для эксперимента. Однако что-то меня смущало, и я был рад любому поводу оттянуть эксперимент со свинцом. Когда, наконец, я все-таки собрался уже установить его куда следовало, я вдруг подумал: “Стоп, кусок свинца мне тут не нужен, а нужен кусок парафина”. Это случилось неожиданно, безо всякой видимой причины. Я тут же взял первый кусок парафина, какой попался под руку, и установил его там, где минуту назад хотел поставить свинец.

Ферми тут же получил резкий скачок вверх активности мишени. Он велел срочно созвать Сегре и остальных сотрудников в лабораторию, чтобы те увидели поразительный эффект своими глазами. Сегре решил, что счетчик радиоактивности просто сломался, и его потом долго убеждали, что он ошибается. Ужиная дома с женой (как он поступал всегда, что бы ни случилось с ним днем), Ферми размышлял: если эффект от парафина настолько велик, а еще активация зависит от того, на мраморном столе или на деревянном ставят опыт — то, возможно, нейтроны замедляются в столкновениях с ядрами водорода (то есть протонами, масса которых почти совпадает с массой нейтрона), а уж водорода в парафине или дереве хватает с избытком. И что, если — вопреки изначальному предположению — легче всего поглощаются медленные, а вовсе не быстрые нейтроны?

Ферми вернулся в лабораторию и вместе с ассистентами вынес источник нейтронов и серебряную мишень к пруду посреди институтского сада. Водород, содержавшийся в воде и в золотых рыбках, вел себя точно так же, как и водород в парафине. После были перепробованы и другие легкие элементы, которые тоже срабатывали, но неизменно хуже, чем водород, — тот при столкновении отбирал у нейтрона наибольшую часть импульса. Написанную вскоре статью отправили в лучший итальянский физический журнал. Так была открыта новая глава в истории атомной физики (и в истории теорий, которые в конце концов привели к созданию атомной бомбы). Знаменитый физик-теоретик Ганс Бете говорил, что поглощение медленных нейтронов могло бы остаться неоткрытым, не будь Италия столь богата мрамором — тут даже лабораторная мебель делается из этого дорогого камня.

Совсем недавно обнаружились новые детали. Два итальянских физика узнали, что человек, в 1934-м работавший смотрителем лаборатории, дожил до столетия Ферми, которое отмечали в 2001-м. По его воспоминаниям, уборщица Цеза-рина Марани ежедневно мыла мраморные полы в коридоре и как раз тогда оставила три ведра воды под лабораторной скамьей. Позже ассистенты Ферми их заметят, а влажный воздух над ведрами признают источником столь важного для эксперимента водорода.

История со всеми ее захватывающими деталями излагается в замечательной книге: Rhodes Richard, The Making of the Atomic Bomb (Simon & Schuster, New York, 1988J.

 

Пифагор, или Как сохранить целостность теории

Пифагор из Самоса (ум. в 510 году до н. э.), известный каждому школьнику своим квадратом гипотенузы, основал великую математическую школу, которая занималась как практическими, так и философскими вопросами. Пифагорейское братство состояло из боо энтузиастов, отрекшихся от мирских помыслов и посвятивших себя целиком наукам. У историков принято считать Пифагора смутной фигурой с неясной биографией (к примеру, некоторые полагают, что теорема Пифагора, скорее всего, принадлежит не легендарному Пифагору, а другому человеку с тем же именем). Тем не менее философ Порфирий спустя примерно 8оо лет после смерти ученого смог довольно подробно изложить его биографию. Многовековой славой Пифагор обязан не только математике, но и открытию законов музыки — численного соотношения интервалов гармонического ряда. Согласно легенде и по свидетельству Ямвлиха, одного из последователей Порфирия, дело было так.

Проходя мимо кузницы, Пифагор услышал звук молотов, которыми били по куску железа на наковальне — и все они, кроме одного, порождали гармоничные созвучия. Однако же он распознал в этих созвучиях октаву — если брать каждый пятый и каждый четвертый. Он осознал, что звук между четвертым и пятым (неполный четвертый, как он назовет его позже) сам является диссонансом, и все же дополняет собой величайшее созвучие из возможных.

Пифагор пошел дальше — он заметил, что интервалы между нотами, происходящими от ударов разных молотов, образуют пропорцию с тоном этих нот. Как предполагают, затем он принялся подвешивать тяжести на струнах из кишок и открыл, что то же отношение сохраняется между весом груза (или натяжением струны) и нотой, которую струна издает. А потом при помощи монохорда (это примитивный инструмент с одной струной) Пифагор продемонстрировал отношение между длиной струны и музыкальным интервалом, связав таким образом музыку с абстрактным миром чисел. Так он подтвердил свое учение, в котором утверждалось, что все явления в природе управляются законами математики.

Один из главных принципов системы Пифагора — рациональность всех числовых постоянных природы (таких, как число “пи”, отношение длины круга к его диаметру); иными словами, подобные числа должны выражаться отношением двух целых, да и Вселенная, во всех своих проявлениях, может быть описана с помощью только целых чисел и дробей.

И все же Пифагор был неправ. История гласит, что Гиппас, юный ученик Пифагора, искал рациональное выражение для квадратного корня из двух, когда вдруг ему пришло в голову доказательство, что такого быть не может — то есть корень из двух иррационален. Гиппас, скорее всего, был восхищен этим фундаментальным открытием, однако Пифагор не смог признать крушение своей картины мира и, не найдя аргументов против доводов Гиппаса, устранил проблему, приказав утопить юного математика. “Отец логики и математического метода, — заявляет Саймон Сингх, — насилие предпочел поражению в науке. Непризнание Пифагором иррациональных чисел — самая постыдная ошибка и величайшая трагедия всей греческой математики. Иррациональные числа были воскрешены только после смерти Пифагора”.

Справедливости ради стоит заметить, что иррациональные числа и сейчас подвергаются тяжелым испытаниям, которые устраивают им отдельные математики. Двое русских из Нью-Йорка, братья Чудновские, уже сосчитали восемь миллиардов десятичных знаков числа “пи” и в надежде найти повторяющуюся последовательность готовы дойти до триллиона.

Легкая в чтении и занимательная книга: Singh, Simon, Fermat’s Last Theorem (Fourth Estate, London, 1997).

 

Как найти высоту дома с помощью барометра

Как-то на экзамене по физике в Копенгагенском университете профессор спросил одного из студентов:

“Расскажите, как найти высоту небоскреба с помощью барометра”.

Молодой человек ответил так: “Нужно привязать к барометру длинную нить, затем спустить барометр с крыши небоскреба на землю. Длина нити плюс длина барометра дадут нам высоту здания”.

Этот оригинальный ответ настолько “обрадовал” экзаменатора, что студент ушел с экзамена с двойкой. Уверенный в своей правоте, он подал апелляцию, и тогда университет доверил разрешить конфликт независимому арбитру.

Арбитр постановил: ответ действительно правильный, но не свидетельствует о сколь-либо заметном знании физики.

Для окончательной определенности студента решили вызвать снова и предоставить ему шесть минут для устного ответа, который бы показал как минимум знакомство с основными законами физики. Пять минут студент просидел в молчании, сморщив в задумчивости лоб. Арбитр напомнил, что время истекает, на что юноша сказал, что у него есть несколько ответов, только вот он никак не решит, какой из них выбрать.

Когда ему посоветовали поторопиться, студент начал так:

“Во-первых, можно вылезти с барометром на крышу небоскреба, сбросить его оттуда и засечь время, за которое он долетит до земли. Высота здания выводится по формуле Н=о.5gt2, но барометра мы лишимся.

Или, — продолжал он, — если на улице солнечно, можно измерить высоту барометра, затем поставить его вертикально и измерить длину тени. Затем, зная длину тени небоскреба, из простой арифметической пропорции получить его высоту.

Но если вам хочется действовать строго по-научному, к барометру следует привязать короткую нить и раскачать его как маятник — сначала на земле, а потом на крыше небоскреба. Высота выводится из разности ускорений свободного падения, получаемых из уравнения Т=2ω(1 /g)1/2.

Или, если у небоскреба имеется пожарная лестница, проще всего будет подняться по ней, делая отметки с интервалом в длину барометра, а в конце перемножить одно на другое.

Или, если вам просто хочется поступить шаблонно и скучно, вы, разумеется, можете использовать барометр для оценки атмосферного давления на уровне крыши и на уровне земли, а потом перевести величину в миллибарах в футы и получить высоту.

Но, поскольку нас регулярно призывают проявлять независимость мышления и применять научный метод, безусловно, лучшим выходом будет постучаться в комнату вахтера и сказать ему: “Хотите прекрасный новый барометр? Я отдам его вам, как только вы сообщите мне высоту небоскреба”.

Студента звали Нильс Бор. Прошли годы, и он получил Нобелевскую премию по физике.

Бор определенно имел привычку задумываться, невероятно сосредоточившись, перед тем как выдать ответ на какой-нибудь вопрос. Вот как это описывает физик Джеймс Франк, которого цитирует Пайс:

Иногда он просто сидел с идиотским видом. Лицо теряло осмысленное выражение, руки свисали, и вы не могли знать наверняка, способен ли этот человек хотя бы видеть. В такие минуты его ничего не стоило принять за идиота. В нем не было ни капли жизни. Затем вы внезапно замечали, как по нему разливается сияние и пробегает искра, и вот он уже говорит: “Теперь я знаю!” Такая сосредоточенность завораживает… Вы не видели Бора в юности: иногда совершенно пустое лицо и полная бездвижность. Это было важным ингредиентом сосредоточенности. Я уверен, то же самое случалось в минуты глубоких раздумий с Ньютоном.

По мнению многих, Бор был самым глубоким мыслителем среди физиков-теоретиков. Однако, если он говорил, ему редко удавалось внятно донести мысли до слушателей. Его своеобразную манеру вести публичные лекции живее всего описывает Абрахам Пайс, друг и протеже Бора:

Главной причиной было то, что, говоря, он в то же время был весь в своих мыслях. Помню, как однажды, закончив излагать часть доказательства, Бор произнес: “И… и…”, замолчал на секунду и добавил: “Но…”, а потом продолжил. Между “и” и “но” он успел продумать следующий шаг. Тем не менее он просто забыл проговорить его вслух и поспешил дальше.

Вот еще одно описание Бора на лекции:

Величайшего из физиков, Нильса Бора, я впервые услышал в Эдинбурге. К концу сессии, посвященной основаниям квантовой механики, он встал и произнес некое чрезвычайно важное замечание. До этого момента я бесстыдно пробрался в первый ряд, поскольку не хотел упускать ни слова из того, что скажет этот великий человек, а меня предупреждали, что понять его непросто. (Позже, на международной конференции с синхронным переводом, я узнал, что когда Бор выступал на “английском”, то специальный синхронист переводил его речь на английский.) Несколько минут он говорил низким горловым голосом (который больше напоминал тихий шепот), отчеканивал каждое слово со страшной интонацией и время от времени размечал свою речь взмахами рук. Любой профан бы понял, что Бор говорит нечто чрезвычайно важное. Важность его слов не ускользнула и от меня, зато совершенно ускользнул смысл. Я не понял ни одной фразы целиком. Когда аплодисменты стихли, я спросил у соседа, Леона Розенфельда (физика родом из Бельгии, который знал французский, английский, немецкий, датский и “борский”, поскольку он работал главным ассистентом у Бора в Копенгагене): “Что же он сказал в своем заключении?” — “Он сказал, что сессия у нас была долгой и интересной, что каждый наверняка очень устал и что пришло время освежиться”.

Бор, разумеется, о своих коммуникативных трудностях не догадывался. Пайс вспоминает, что ученый был совершенно ошеломлен, когда кто-то из коллег на это мягко намекнул. “Только представь, — жаловался Бор Пайсу, — он думает, что я плохой лектор”.

Бора знали и уважали везде. Он был человеком невероятной нравственной смелости и интеллектуальной честности, но при этом полностью лишен тщеславия.

Когда Бор приехал в Физический институт Академии наук СССР, то на вопрос, как ему удалось создать первоклассную школу физиков, он ответил: “Наверное, потому, что я никогда не стеснялся признаться своим студентам, что я — дурак”.

Е.М. Лифшиц, переводя Бора, в этом месте ошибся, и в его редакции фраза прозвучала несколько иначе: “Наверное, потому, что я никогда не стеснялся признаться своим студентам, что они дураки”.

Реплика вызвала в аудитории оживление. Затем Лифшиц поправился и извинился за случайную оговорку. Однако П.Л. Капица, присутствовавший в зале, весьма глубокомысленно заметил, что это никакая не оговорка. Фраза точно отражала главное отличие школы Бора от школы Ландау, к которой принадлежал Е.М. Лифшиц.

Лев Давыдович Ландау — великий физик, известный своим высокомерием и политическим безрассудством. Многотомный учебник по теоретической физике Ландау и Лифшица был и остается библией для физиков. В 1930-х годах Ландау был арестован за политическую неблагонадежность и наверняка погиб бы в застенках, не вступись за него Капица. Острый на язык Ландау встретил равного в Вольфганге Паули: однажды продемонстрировав Паули свою работу, он с вызовом спросил, считает ли тот ее бессмыслицей. “Вовсе нет, вовсе нет, — отреагировал Паули. — У вас такая путаница в мыслях, что я просто не в состоянии разобраться, бессмысленны они или нет”.

Биография Бора в книге: Pais Abraham, Niels Bohr's Times (Oxford University Press, Oxford, 1991). Беспомощным слушателем лекции Бора оказался русско-французский физик Абрагам Анатоль (Abragam Anatole), автор книги Time Reversal: An Autobiography (Clarendon Press, Oxford, 1989). История про Бора и Лифшица приводится по русскому изданию “Физики шутят п (МИР, Москва, 1968).

 

Дальтонизм Дальтона

Джон Дальтон (1766–1844) — уроженец Манчестера, который в последние годы XVIII столетия нашел рациональное объяснение атомной теории строения вещества. Его выводы были основаны на кропотливых опытах по комбинированию весов простых веществ: он заключил, что атомы любого элемента не различаются между собой, а с атомами других элементов сочетаются в жестко заданных пропорциях.

Дальтон был квакером. Наверняка он шокировал скромно одетых единоверцев своим видом, когда появлялся на улице в пурпурной докторской мантии. Дело в том, что Дальтон страдал цветовой слепотой. Своим названием ему обязаны сама болезнь (дальтонизм) и те, кто ею больны (дальтоники). Вот как он обнаружил свой недостаток и его наследственную природу:

Я всегда придерживался мнения — хотя, может, и нечасто им делился, — что некоторые цвета названы необдуманно. Термин “розовый” (pink) в отношении гвоздики (гвоздика по-английски тоже pink) казался довольно разумным, но когда “розовый” заменяли “красным”, я считал это в высшей степени неверным. По моим понятиям, это должен был быть синий, так как розовый и синий кажутся мне очень близкими (розовый, о котором тут речь, должен быть скорее лиловым — Дальтон, судя по всему, был нечувствителен к красной составляющей цвета); тогда как между красным и розовым вряд ли есть хоть какая-то связь.

В ходе занятий науками меня особенно увлекла оптика, и я обстоятельно изучил теорию света и цвета прежде, чем узнал о каких-либо странностях моего зрения. Я, однако, уделял не слишком много внимания различению цветов на практике, в чем, как мне казалось, виновата запутанность их номенклатуры. Начиная с 1790 года занятия ботаникой вынудили меня относиться к цветам внимательней. С названиями “белый”, “желтый” и “зеленый” я освоился быстро. “Голубой”, “фиолетовый”, “розовый” и “малиновый” оказались хуже различимы; в соответствии с моей догадкой все они соответствовали “синему”. Часто я всерьез спрашивал кого-нибудь, розовый цветок перед нами или голубой, но обычно все думали, что я хочу над ними пошутить. Несмотря на это, меня так и не смогли убедить в необычности моего зрения, пока осенью 1792-го я случайно не увидел цветок Geranium zonale при свете свечи. Цветок был розовым, но мне он казался почти что небесно-голубым; будучи освещен свечой, он, однако, удивительно переменился — полностью лишившись всех оттенков синего, он стал тем, что я называю “красным” — этот цвет с синим решительно контрастирует. (По существу, это был черный или серый.) Не сомневаясь теперь, что смена цвета проявится одинаково для всех, я попросил нескольких своих друзей пронаблюдать за этим явлением со мной; больше всего меня удивило, когда все — за исключением брата, который увидел то же, что и я, — согласились, что цвет качественно не изменился по сравнению с дневным оттенком. Это наблюдение отчетливо показало, что мое зрение отлично от зрения всех остальных.

Истории Дальтоновой цветовой слепоты оставалось полтора века ждать своей разгадки. Гипотеза самого Дальтона состояла в том, что он видит мир сквозь синий фильтр — то есть его стекловидное тело (желеобразное вещество внутри глазного яблока) должно наверняка быть синим. Поэтому ученый распорядился, чтобы после его смерти его ассистент, Джозеф Рэнсом, извлек у трупа глаза и проверил догадку. Рэнсом так и поступил: он вскрыл одно из глазных яблок умершего учителя и вылил содержимое на смотровое стекло, однако стекловидное тело оказалось "совершенно прозрачным”. Затем он проделал отверстие во втором глазу и посмотрел сквозь него — убедиться, что красный и зеленый кажутся одним и тем же серым. Результат снова был отрицательным, и тогда Рэнсом заключил, что проблема спрятана в оптическом нерве, соединяющем сетчатку с мозгом.

Изуродованные глазные яблоки Дальтона поместили в склянку с веществом-консервантом и оставили на хранение Манчестерскому литературнофилософскому обществу. Они так и лежали там, пока в 1995 году группа физиологов из Кембриджа не попросила у Общества разрешения взять оттуда маленький фрагмент сетчатки, чтобы выделить из него ДНК и проанализировать гены (к тому моменту уже подробно описанные) колбочек сетчатки, ответственных за цветное зрение. (Пигмент каждого типа колбочек чувствителен к своим длинам волн — это соответствует трехкомпонентной теории цветовосприятия, выдвинутой в конце XVIII века доктором Томасом Юнгом.) Как показал анализ, Дальтон был “дейтанопом” (то есть его изъян был связан с пигментом, отвечающим за средние длины волн), а не “протанопом” с проблемами в коротковолновой области, каким его считал Томас Юнг. Знай Дальтон, что через много лет после его смерти ученые получат такой результат, он был бы безусловно доволен.

Размышления Дальтона можно найти в: Memoirs of the Manchester Literary and Philosophical Society, 5,28 (1798); отчет о генетике болезни Дальтона приводится в статье: Hunt D.M. et ah, Science 267, 984 (ms).

 

Маленький клещ из русской Сибири

Дэвид Кейлин, выдающийся биолог родом из России, большую часть своей творческой жизни провел в Кембридже. Кейлин сделал себе имя благодаря ранним исследованиям насекомых-паразитов, но прежде всего он известен работами по железосодержащим гемопротеинам. Следующий эпизод взят из воспоминаний Макса Перуца:

В 1931 году, когда Кейлин сменил Нутгалла на месте Квиковского профессора биологии, один старый преподаватель по имени Уорбуртон пожаловался ему, что его приняли на работу прежде, чем были учреждены университетские пенсии, и потому он, не имея законных оснований получать пособие, вынужден работать до смерти. Кейлину стало жалко престарелого профессора, и он отправился к университетскому казначею. Казначей, подумав, сказал, что ввиду преклонного возраста соискателя (Уорбуртону был уже за семьдесят) университет может позволить себе щедрость и назначить старому ученому пенсию. Разумеется, тогда трудно было предвидеть, что спустя 24 года Уорбуртон еще созовет нас всех на свой столетний юбилей. На том банкете он поделился с нами удивительной историей. На пике карьеры Уорбуртон считался главным в мире специалистом по клещам. Однажды в 20-е годы его студенты мирно обедали бутербродами с сыром, когда кто-то вдруг обнаружил в масле клеща. Насекомое тут же, разумеется, отнесли к Уорбуртону, и он безошибочно опознал сибирского клеща. Открытие это вызвало дипломатический скандал. Студенты покупали масло в магазине Saynbury's, не зная, откуда его привезли. Впечатленные детективными возможностями энтомологии, способной проследить маршрут масла до самой России, они рассказали про случай Кейлину, тот упомянул его в разговоре с членом парламента, приехавшим в гости, а последний все передал журналистам. Результатом стала передовица в одной из лондонских вечерних газет: “Болезнетворный клещ приехал с русским маслом”. Парламентариям задавали вопросы, а конные упряжки молочников, которые в то время еще развозили продукты лондонцам, были увешаны плакатами, заверяющими домохозяек, что русским маслом тут не торгуют. А скандал развивался. Советский посол позвонил министру иностранных дел с целью осудить кампанию по дискредитации сельскохозяйственного экспорта молодого советского государства. Газета “Правда” обвинила Уорбуртона в беззастенчивой лжи. Много лет спустя русские паразитологи, приехавшие в Институт Мольтено, упрекали Кейлина, что тот позволил себе стать инструментом антисоветской пропаганды, и отказывались верить, что Уорбуртон — просто отрешенный от мира исследователь, которому посчастливилось обнаружить забавный факт. Сам Уорбуртон, обеспеченный щедрой пенсией, спокойно жил в Гранчестере до самой смерти в возрасте 103 лет.

Perutz M.F., Keilin and the Molteno, in Selected Topics in the History of Biochemistry: Personal Recollections, V (Comprehensive Biochemistry V0I.40), ed. Semenza G.andJaenicke R (Elsevier Science, Amsterdam, 1997)’

 

Наука в тюремной камере

Физические ограничения скорее подстегивают, чем сводят на нет желание учиться и делать открытия. Космолог Стивен Хокинг, профессор математики в Кембридже (это место когда-то занимал Ньютон), тому убедительный пример. Вспомним также Соломона Лефшеца (1884–1972), великолепного американского тополога, который готовился стать инженером, но переключился на математику, когда авария в лаборатории лишила его обеих рук. Ученому сконструировали протезы-клешни, на которые всегда были надеты черные перчатки. В начале каждого рабочего дня студент вкладывал в одну из клешней новый кусок мела, чтобы вечером вынуть огрызок.

Тюрьма или сумасшедший дом едва ли самое подходящее место для научного творчества. И все-таки научными исследованиями занимались и в ссылках, и в лагерях военнопленных. Бывало, что узники одиночных камер умудрялись существенно обогатить человеческое знание. Французский математик Жан Виктор Понселе (1788–1867) — наверное, самый знаменитый среди ученых с такой трудной судьбой. Он, будучи офицером наполеоновского Корпуса военных инженеров, при отступлении из Москвы в 1812 году попал после неудачной перестрелки в плен и был отправлен в лагерь в Саратов. Там он провел примерно два года. Чтобы развлечься, он вспомнил о своем юношеском увлечении — математике. Особенно его интересовала геометрия. Понятное дело, в лагере нужных книг у него не было, и Понселе был вынужден восстанавливать по памяти все детали, начиная с самых основ, а потом он составил программу по исследованию проекций конических форм. Эта программа задала направление самым важным из его последующих работ, которыми он сразу после освобождения и занялся — продолжая при этом служить военным инженером, специалистом по фортификации. Уже в весьма преклонных годах он наконец опубликовал свой основополагающий труд, Applications d'analyse et de la geometrie (“Приложения анализа и геометрии”), первый том которой был назван “Саратовскими тетрадями”.

Другим примечательным узником был один из отцов-основателей геологической науки, Деодат-Гюи-Сильвен-Танкред-Грате де Доломье, именем которого названы доломиты. Доломье родился в 1750 году в семье французских военных и должен был стать военным сам, но вместо того вступил в религиозный Суверенный военный орден мальтийских рыцарей. Характер у него, похоже, был вспыльчивый, поскольку в 1768 году Доломье убил собрата-офицера на дуэли. Приговоренный к пожизненному заключению, он смог выйти на свободу только благодаря вмешательству Папы Римского. Великому магистру ордена не слишком понравился беспокойный адепт, и молодого мальтийца отправили в Мец, в военный гарнизон. Там у Доломье времени на учебу хватало с избытком, и когда под видом аптекарской работы он занялся науками, в особенности геологией, то довольно скоро стал членом-корреспондентом Академии наук.

В Меце Доломье повезло найти двоих влиятельных покровителей, герцога Рошфуко и принца Роана. Герцог поощрял интерес своего протеже к геологии, и уже скоро Доломье приступил к изучению скальных образований, базальтовых по преимуществу. Когда Роана назначили послом в Португалию, он взял Доломье с собой в качестве секретаря. Служба в посольстве, похоже, была не слишком утомительной, поскольку именно тогда Доломье провел самые важные из своих исследований. Он с радостью встретил весть о революции, однако огорчился, узнав о жестоком убийстве Рошфуко. Тем не менее Республика предложила Доломье место в Школе горного дела, где (не считая перерыва на наполеоновскую египетскую кампанию, в которой Доломье участвовал наравне с другими ведущими французскими учеными) он провел 15 лет, инспектируя шахты и занимаясь геологией. Спустя некоторое время он отправился в поход с наполеоновскими войсками освобождать Мальту от мальтийских рыцарей. На обратном пути его корабль был захвачен калабрийскими революционерами, которые, недолго думая, выдали пленника врагам — Мальтийскому ордену.

Доломье провел 21 месяц в одиночном заключении в Мессине, но даже в таких неблагоприятных обстоятельствах продолжал размышлять о науке. Когда в 1801 году он наконец вышел на свободу и вернулся в Париж, его встречали толпы людей, как и спасшегося из плена Араго (которого, правда, захватили совсем другие люди). За время, проведенное Доломье в тюрьме, его успели заочно избрать в совет Национального музея естественной истории в Париже. Перенесенные испытания подорвали здоровье ученого, и в том же, 1801 году он умер — кстати, ни разу за всю жизнь не нарушив обета безбрачия, данного при вступлении в орден.

Однако самым странным и трагичным примером жизни, проведенной в заточении, но наполненной научным творчеством, стоит считать случай математика Андре Блоха. Он родился в 1893 году в Безансоне. Кроме него, в доме росли еще два мальчика. К сожалению, родители Блоха умерли, когда дети были еще совсем маленький. Но несмотря на это, Андре и его младший брат Жорж, проявив незаурядные способности, оба прошли вступительный конкурс в парижскую Политехническую школу.

Их учебу прервала Первая мировая война. Попав на фронт, Жорж в бою потерял глаз, а Андре, служивший артиллерийским офицером, был ранен, когда под шквальным огнем бежал с наблюдательного поста. После недолгого пребывания в госпитале он в 1917-м получил бессрочный отпуск и вернулся к учебе в Политехнической школе.

В ноябре того же года во время семейного ужина в Париже он набросился с ножом на брата Жоржа и тетю с дядей и смертельно ранил всех троих. Затем с криками выбежал на улицу и легко позволил полиции себя арестовать. Дело, в которое оказались вовлечены два боевых офицера, решили не предавать огласке, но убийцу поместили в психиатрическую лечебницу Мезон-де-Кларентон, расположенную в пригороде Парижа. Там он и оставался до самой смерти, последовавшей в 1948 году.

Психиатру в Кларентоне Андре Блох искренне признался, что ему не оставалось другого выбора, кроме как устранить всю ветвь семьи, затронутую душевной болезнью. Законы евгеники, настаивал он, неумолимы, и поступить так, как он поступил, было его долгом. Блох искренне удивился эмоциональной реакции доктора. “Вы прекрасно знаете, — заявил он, — что моя философия построена на прагматизме и абсолютном рационализме. Я следовал примеру и принципам Гипатии, знаменитой женщины-математика из Александрии”. Свидетельств, что Гипатия выступала с такими радикальными заявлениями, разумеется, нет — равно как и доказательств, что Блох заработал себе психическое расстройство на войне. Однако во всем остальном он выглядел абсолютно здоровым, а в его кларентонской палате были написаны важные математические работы — в основном по алгебраическому анализу, теории чисел и геометрии, хотя он также опубликовал статью по математике приливов. Одна из статей писалась совместно с другим математиком, который пробыл в Кларентоне недолго.

Самые яркие результаты Блоха относятся к областям, которые тот целиком изучил сам, прежде чем наладить контакты — благодаря переписке и редким визитам к нему — с ведущими математиками того времени (поначалу они и не догадывались, что имеют дело с пациентом психбольницы). Заинтересовавшись экономической теорией, Блох направил несколько писем президенту Пуанкаре (родственнику знаменитого математика и физика Анри Пуанкаре) с предложениями по развитию экономики Франции. В дни немецкой оккупации он проявил образцовое благоразумие, скрыв свою еврейскую фамилию и публикуясь под двумя псевдонимами. История “математика из Кларентона”, как называл Блоха знаменитый французский психиатр, чрезвычайно похожа на историю хирурга из Кроуторна, героя книги Саймона Винчестера, которая вышла в 1999 году в издательстве Penguin Books. Книга так и называется: “Хирург из Кроуторна”. В ней рассказывается о докторе-параноике, убившем в конце XIX века невинного прохожего на лондонской улице и попавшем в сумасшедший дом, а потом с усердием и отрешенностью участвовавшем в создании первого Оксфордского словаря английского языка.

Воспоминания о Соломоне Лефшеце приводятся в популярной статье: Krantz, Steven G., Mathematical Intelligencer, 12, 32 (1990).

О жизни и трудах Жана Понселе см.: Taton Rene, Dictionary of Scientific Biography, ed. Gillespie C.C. (Scribner, New York, 1975J, о Деодате Доломье пишет Кеннет Л. Тейлор, тоже в DSB (1971). События трагической жизни Андре Блоха излагаются в захватывающей статье двух французских математиков: Cartan Henri (его отец, знаменитый Эли Картан, состоял с Блохом в переписке) and FerrandJacqueline, The Mathematical Intelligencer, 10,23 (19Щ.

 

Зима в Париже: Беккерель и открытие радиоактивности

Анри Беккерель (1852–1908) принадлежал к уважаемой научной династии: кафедру физики в Национальном музее естественной истории он возглавил после отца и деда, чтобы позже уступить ее сыну.

В 1896 году Беккерель был поглощен охотой за миражом. Как и всех физиков того времени, его потрясло до глубины души открытие рентгеновских лучей. Если катодные лучи, попадая в стекло, способны порождать вторичное излучение, то почему бы видимому свету не проделывать того же самого с флуоресцентным материалом? Чтобы проверить эту гипотезу, ошибочную от начала до конца, Беккерель в качестве флуоресцентного материала взял кристалл одного из соединений урана. К фотографической пластинке он прикрепил медный крест, спрятал то и другое под слоем черной бумаги, кристалл расположил сверху и выставил всю конструкцию на солнце. И тем не менее, когда пластинку проявили, на ней обнаружился потемневший участок, на котором можно было легко различить контуры креста.

Беккереля, казалось бы, должен был обрадовать результат, подтверждавший его теорию. Но все же, как положено честному экспериментатору, он решил повторить опыт. Стояли пасмурные февральские дни, солнца совсем не было, поэтому Беккерель оставил свою конструкцию на несколько суток в ящике стола. Люминесценция всегда слегка запаздывает (именно поэтому циферблаты часов светятся ночью, хотя побывали на солнце днем), и Беккерель решил проявить пластинку, ожидая найти слабое потемнение за счет остаточного эффекта. Английский физик сэр Уильям Крукс, посетивший тогда лабораторию французского собрата, писал, что после нескольких дней отвратительной погоды тот проявил пластинку, потому что “устал ждать (или благодаря бессознательному дару предвидения)”. Так или иначе, изображение, которое увидел Беккерель, не уступало в плотности потемнения первому образцу.

Беккерель догадался: что бы ни засвечивало пластинку, к солнечному свету это отношения не имеет — и начал перебирать другие соединения урана, которые давали похожий эффект. Так было со всеми, кроме одного: то был минерал, известный как урановая смолка; его действие было гораздо сильнее. Согласно новой гипотезе, минерал содержал вещество с большей радиоактивностью — так Пьер и Мария Кюри позже назовут это свойство. Вскоре Беккерель обнаружил: излучение легко заметить, если поместить образец вблизи электроскопа — простого инструмента, чувствительного к наведенному электрическому заряду. Излучение Беккереля заряжало металл-проводник в электроскопе, откуда следовало, что оно порождает ионы (заряженные частицы), проходя сквозь толщу воздуха. Беккерель так и понял суть своего открытия и оставался при твердом убеждении, что замеченное им явление — новая и необычная разновидность флуоресценции. Другими словами, результат испускания энергии (временно запасенной в молекуле) в форме видимого света. Кюри оставалось найти истинный источник излучения, а Резерфорду в Кембридже — выявить его природу.

Забавная историческая ремарка к открытию Беккереля: все успели забыть, что похожее наблюдение уже было сделано в Париже на сорок лет раньше.

Абель Ньепс де Сен-Виктор прославился своими нововведениями в фотографии, особенно изобретением альбуминовой печати. Интерес к химии и свойствам света привел его в лабораторию к заслуженному химику-органику Мишелю Эжену Шеврелю. Шеврель, глава Музея естественной истории, был заодно научным консультантом Мануфактуры гобеленов и в свое время заметно повлиял на взгляды Сера и школы пуантилистов. (Шеврель, кстати, мог бы похвастаться наиболее продолжительной в мире научной карьерой — он активно работал до самой смерти в возрасте 103 лет.) При поддержке Шевреля Ньепс провел исследование флуоресцентных и фосфоресцентных веществ, и в 1857 году сообщил буквально следующее: рисунок на картоне, выполненный нитратом урана, оставляет отпечаток на светочувствительной бумаге — примитивном прототипе фотопленки. Фокус с урановым рисунком срабатывал и в темноте, и на солнечном свету. Даже когда фотобумагу отодвигали на 3 сантиметра, все опять повторялось. После 1857-го появилось еще несколько сообщений об этом феномене, и они вызвали заметный интерес — в том числе и у отца Анри Беккереля, Эдмонда. Помнил ли Анри о Ньепсе к 1896 году, когда ставил свой знаменитый эксперимент? И если нет, возможно, все же поддался влиянию каких-то смутных воспоминаний, проявляя свою фотопластинку?

Открытие радиоактивности, как и открытие рентгеновских лучей, поначалу вызывало недоверие. Английский физиолог сэр Генри Дейл (1875–1968) вспоминал, как проходило специальное собрание Кембриджского клуба естественных наук, где почтенный Р.Дж. Стретт, сын знаменитого лорда Рэлея и сам по себе заметный физик, выступил с речью о наблюдениях Беккереля; его рассуждения заставили одного из студентов (в будущем — известного физика-теоретика) воскликнуть: “Но, Стретт, если эта история про Беккереля правда, то она нарушает закон сохранения энергии!” Своим замечанием он нащупал самое уязвимое место в теории. Только когда природа радиоактивности стала ясна (активный элемент превращается в инертный, возможно, после долгой цепочки превращений, пока вся радиоактивность не сойдет на нет), парадокс был устранен.

Fournier P. and J. “Hasard ou memoire dans la découverte de radioactivité”, Revue de l’Histoire des Sciences 52, 51 (1999). Dale H.H., British Medical Journal ii, 451 (1948J.

 

Шифр, который нельзя взломать

Немецкий физик Отто Фриш в начале Второй мировой войны оказался в английском городе Бирмингеме. Фриша тогда занимали два вопроса: первый — можно ли создать ядерную бомбу в ближайшее время, и второй — как не позволить немецкому правительству добраться до норвежских запасов тяжелой воды (оксида дейтерия), которая при разработке бомбы определенно понадобится. Для анализа ситуации был создан специальный комитет. Рассказ Фриша хорошо описывает царившее там напряжение.

Доклад, который Пайерлс (другой немецкий физик, также эмигрировавший в Англию и живший в то время в Бирмингеме) и я направили сэру Генри Тизарду по совету Олифанта, ускорил создание комитета. Во главе его встал сэр Джордж Томсон (сын Джозефа Томсона, первооткрывателя электрона). Он и дал комитету кодовое имя “Комитет Мод (Maud)”. Поводом к этому стала телеграмма от Нильса Бора, заканчивающаяся загадочными словами “AND TELL MAUD RAY KENT” (“И СКАЖИ МОД ЛУЧ КЕНТ”). Мы все были убеждены, что это шифровка — возможно, анаграмма, предупреждающая нас о чем-нибудь. Мы пробовали переставлять буквы разными способами и получали искаженные сообщения вроде таких: “РАДИЙ ВЗЯТ” (следовало думать, что нацистами), или “U И D РЕАГИРУЮТ” — это должно было означать, что уран вступает в цепную реакцию с тяжелой водой, соединением кислорода и тяжелого водорода, дейтерия, обозначаемого буквой D. (Фриш забывает добавить, что к анализу шифра подключили профессионала-криптоаналитика, который выдал ответ “MAKE UR DAY NT” (“ПРЕВРАТИ ДНЬ В НЧЬ”)). Разгадка появилась только после войны, когда мы узнали, что Мод Рэй (Maud Ray) из графства Кент (Kent) служила у Бора гувернанткой.

В 1939 году похожая путаница в Финляндии стала причиной ареста (и чуть не привела к гибели) французского математика Андре Вейля. Вместе с женой он въехал в страну в июне того года, собираясь посетить двоих друзей, финских математиков. 30 ноября Вейль (уже без жены — та отправилась в туристическую поездку на север) был арестован. В тот день началась русско-финская война, первые бомбы упали на Хельсинки, и Вейль посчитал разумным скрыться на время авианалетов за городом. А когда они закончились, он отправился обратно в гостиницу, но по пути, из-за близорукости не разглядев издалека солдат с зенитными пулеметами, подошел к ним и стал рассматривать их в упор. Одежда выдавала в нем иностранца, и, разумеется, он был арестован по подозрению в шпионаже в пользу Советского Союза.

В камере Вейль утешал себя тем, что Софуса Ли, знаменитого норвежского математика, попавшего в похожие обстоятельства, тоже арестовали за шпионаж, когда он прибыл в Париж во время Франкопрусской войны 1870 года. Следствие по делу Вейля обнаружило в его бумагах два письма от русского математика, одно из которых заканчивалось так: “Надеюсь, ваш знаменитый коллега М. Бурбаки продолжит присылать мне доказательства своей впечатляющей работы”. Дело в том, что Вейль, скорее всего, состоял в группе французских математиков, которые собирались в парижском кафе и публиковались под коллективным псевдонимом “Н. Бурбаки”. Подпись уточняла, что автор состоит в “Польдевской академии наук” (Польдевия — вымышленное государство, которое еще раньше придумала группа мистификаторов из парижской Высшей нормальной школы.)

Такое нагромождение чепухи не могло не показаться полиции подозрительным. Вейлю не удавалось связаться с пригласившими его в гости математиками, однако один из них, Рольф Неванлинна, был полковником запаса, и теперь его призвали в армию. По счастливой случайности однажды вечером на каком-то приеме он оказался за одним столом с главой хельсинкской полиции: тот простодушно сообщил, что завтра они собираются казнить шпиона, который почему-то знает Неванлинну. Полковнику Неванлинне стоило большого труда уговорить полицейского не расстреливать Вейля, а вместо этого довезти его до границы и выдворить из страны. Действовать так стражу порядка раньше не приходилось. Вейля доставили до границы в запечатанном купе и выпустили на шведской погранзаставе. Оттуда он сумел добраться до Англии, где его снова арестовали за уклонение от воинской повинности во Франции. Математика выдали французской полиции, так что следующие несколько месяцев он провел в тюрьме (там, кстати, приступ математического вдохновения подтолкнул Вейля к написанию очередной статьи), а потом предстал перед военным судом, после чего надолго облачился в военную форму.

История Комитета Мод изложена в книге мемуаров: Frisch Otto, What Little I Remember (Cambridge University Press, Cambridge, 1979); военные приключения Вейля описаны в его собственных воспоминаниях: Weil Andr\e, The Apprenticeship of a Mathematician (Birkh\..auser, Basel, 1992).

 

Двести скачущих монахов и явление дьявола

Открытие электричества в XVIII веке вызвало всеобщее восхищение и возбудило не только ученых, но и широкие массы, а заодно и шарлатанов. У публики появился вкус к зрелищным научным развлечениям. Поэтому, например, Стивен Грей, который в 1720 году представил свою работу о проводниках и изоляторах лондонскому Королевскому научному обществу, переключился на публичные опыты с живыми людьми. Чаще всего это были дети из приюта Чартерхаус. Он “хватал мальчишку, подвешивал его на шнурах из материала-изолятора, электрифицировал прикосновением натертого стекла, а затем извлекал искры из его носа”.

Такие забавы быстро вошли в моду, и скоро в обществе установилось мнение, что электрические разряды могут обладать врачебными свойствами и даже оживлять недавно умерших (как в романе Мэри Шелли “Франкенштейн”). Большие напряжения получали с помощью вращающихся стеклянных цилиндров. Голландец Питер ван Мушен-брук (1692–1761) изобрел знаменитую лейденскую банку, это был сосуд с водой, покрытый проводящим материалом снаружи и изнутри. Сквозь отверстие в пробке пропускали провод, которым затем касались заряженного объекта (например, натертой стеклянной палочки) — заряд стекал по проводу и накапливался в банке. Разряд у такой банки выходил довольно мощным. О том, что это изобретение — вещь опасная, все, разумеется, знали с тех пор, как сам Мушенбрук пережил удар тока.

Аббе Нолле, придворный электрик Людовика XV, нашел такому прибору применение в нескольких впечатляющих опытах. Грубый и самодовольный, позже он затеял бесконечную дискуссию с Бенджамином Франклином, обаятельным американцем, сделавшим блестящую карьеру при французском дворе и тем самым возбудившим в Нолле острую зависть.

Как-то король Людовик попросил Нолле продемонстрировать чудеса электричества. Дело происходило в 1746 году. И вот Нолле установил свой аппарат в Версале, в Большой галерее дворца. Затем туда препроводили 148 гвардейцев короля и велели им всем взяться за руки. Первому и последнему дали в руки по металлическому проводу, подведенному к прибору Нолле. Когда все было готово, накопленный заряд побежал по проводам, и все 148 гвардейцев одновременно подпрыгнули от удара током. Опыт повторили с группой монахов-картезианцев в Париже — их Нолле выстроил в 270-метровую цепь, соединив друг с другом кусками железной проволоки. Монахи, подобно гвардейцам, от тока тоже подпрыгнули все вместе, как если бы исполняли балетное па. “Их восклицания прозвучали одновременно, — пишет Нолле, — хотя и исходили из двух сотен ртов сразу”. Этот поразительный опыт позволил сделать вывод — 270 метров ток пробегает мгновенно! Понадобился еще век, чтобы Джеймс Клерк Максвелл установил: электричество распространяется со скоростью света.

Шесть лет спустя Бенджамин Франклин сумел “поймать молнию в небе” при помощи ключа, привязанного проводом к воздушному змею. Заняться электричеством Франклина подтолкнула статья в лондонском журнале Gentlemen's Magazine, которую он прочел с некоторым опозданием в Филадельфии. В статье шведского биолога Альбрехта фон Халлера был описан вариант опыта, проделанного Стивеном Греем, с мальчиком в качестве конденсатора. Ребенка теперь ставили на изолирующую подставку из смолы и заряжали от электрической машины. При приближении кого-либо к мальчику между ними проскакивала искра, и оба испытывали острый приступ боли. Франклин долго размышлял над применениями этого явления, провел несколько похожих опытов сам и вскоре задался вопросом, не напоминают ли такие разряды обычную молнию.

Его опыты с молнией оказались невероятно опасными. Целью самого известного из них было продемонстрировать устройство громоотвода. Эксперимент проходил в Марли-ле-Вилль под Парижем. По указанию Франклина установили длинную металлическую мачту, и, когда грозовые облака наконец собрались, ученый попросил местного сторожа, отставного солдата, коснуться мачты проводом, конец которого заранее погрузили в стеклянную бутылку. Раздался страшный треск, шипение — все увидели, как проскочила огромная искра, и почувствовали запах серы. Ошеломленный ветеран выронил бутылку и побежал искать деревенского священника, поскольку решил, что только что стал свидетелем пришествия дьявола. На следующий год профессор Санкт-Петербургского университета Георг Вильгельм Рихман повторил тот же опыт — он был уверен, что “в такие времена даже физик имеет шанс проявить силу духа”. К несчастью, его эксперимент закончился трагически — Рихман во время опыта погиб.

Практическая полезность открытия Франклина вскоре уже не вызывала сомнений, а потому он заслужил уважение Людовика XV и ненависть Аббе Нолле, который до прибытия Франклина в Париж был убежден, что американец — вымышленная фигура, придуманная его, Нолле, многочисленными врагами и завистниками.

Отрывок об опытах Нолле взят из книги: Clark Ronald, Benjamin Franklin: A Biography (Weidenfeld and Nicolson, London, 1983). Cm. также замечательную статью Heilbron J.L, “Franklin's Physics” in History of Physics, ed. W.Weart Spencer and Phillips Melba (American Institute of Physics, New York, 19 85).

 

Замороженная курица и смерть философа

Принято считать, что Фрэнсис Бэкон (1561–1626) первым сформулировал, что такое научный метод. Дабы осмыслить природу, прежде всего необходимо отказаться от предрассудков. Истину следует искать путем индуктивных логических обоснований, оставаясь скептиком и проверяя на опыте все возможные выводы. Пристрастие Бэкона к экспериментам и сыграло с ним в конце концов злую шутку.

Бэкон был хитроумным политиком и сумел получить дворянское звание — за заслуги перед британской короной, при этом он умудрился нажить множество врагов, чем, по крайней мере отчасти, обязан изучению законов природы. Позже Роберт Гук говорил, что так случилось из-за его, Бэкона, “бесцеремонного вмешательства в дела философии того времени”. Неудивительно, что в конце концов Бэкон впал в немилость; обвиненный в коррупции, он был снят со своих должностей и изгнан из Лондона. Когда король Яков умер, Карл I смягчил наказание и позволил Бэкону посещать столицу. В один из холодных снежных дней в марте 1626 года философ оказался в одном экипаже с королевским лекарем; разговор зашел о влиянии холода на сохранность пищи. Попутчики обсуждали, что лучше — хранить мясо во льду или в соли? В конце дискуссии они договорились поставить эксперимент в Хайгейте, в деревушке к северу от Лондона, которую они проезжали. И вот они остановились в Хайгейте, купили цыпленка у крестьянки, которая его тут же зарезала и выпотрошила. Тушку спорщики набили снегом, а потом снегом же обложили ее со всех сторон.

В итоге всех этих манипуляций Бэкон простудился. У него начался жар. Философа отвезли в находившийся неподалеку дом графа Арундела, который тогда был в Лондоне — он служил в Тауэре. Бэкона уложили в кровать. Постель, несмотря на манипуляции слуг с грелкой, оставалась влажной. Скорее всего, тогда Бэкон заболел воспалением легких. Перед самой смертью он написал прощальное письмо графу, где говорилось, что хотя он, Бэкон, и смертельно болен, но эксперимент с цыпленком “отлично удался”. Несколько часов спустя Бэкон, подлинный мученик науки, скончался.

Hesse Mary, in Dictionary of Scientific Biography, Voll, ed. C.C.Gillespie (Scribner, New York, 1970).

 

Ученая вражда

В наше время публичные ссоры между учеными — большая редкость; они, как правило, строят друг другу козни за закрытыми дверями, особенно тогда, когда принимаются решения о присуждении грантов. В прежние же времена ученый диспут мог стать темой газетной передовицы. Так, например, случилось с двумя знаменитостями XIX века, американскими палеонтологами Эдвардом Дринкером Коупом (1840–1897) и Отниэлем Чарльзом Маршем (1831–1899).

Конец девятнадцатого столетия был звездным часом охотников за костями; Коуп, профессор Пенсильванского университета, и Марш, профессор Йеля и президент Национальной академии наук, принадлежали к их числу. Всеобщее внимание их наука палеонтология привлекла к себе отчасти благодаря выходу в свет дарвиновского “Происхождения видов”, которое подтолкнуло ученых на поиски доказательств эволюции, а отчасти — найденным останкам динозавров. Между Коупом и Маршем, которые начинали как единомышленники, завязалась жестокая борьба. Причины ее неясны, но пылкость, с которой каждый говорил о “талантах" соперника, свидетельствует о силе разыгравшихся страстей. Один из коллег Коупа вспоминал: “В один из дней… он с лукавой улыбкой приоткрыл правый нижний ящик своего стола и сообщил: “Осборн, вот тут хранится накопившаяся у меня “маршиана”. В этих бумагах — все ошибки Марша, и рано или поздно меня все же уговорят их опубликовать”. Скандал получил огласку, в 1890 году о нем заговорили в прессе. Чего тут только не было! Обвинения в браконьерстве и открытой краже образцов, в плагиате и мошенничестве всех видов сыпались с обеих сторон. Вот несколько примеров далеко не джентльменского поведения обоих уважаемых профессоров.

Коуп обладал сверхъестественной зрительной памятью (которая, однако, не всегда приводила его к верным выводам: на рисунке, воспроизводящем вид плезиозавра, он разместил голову в неверном месте и был издевательски поправлен в статье Марша). Леонард Стейнегер, недавно умерший главный хранитель отделения морской биологии Национального музея США, рассказывал, как однажды он изучал забавную маленькую ящерицу, которую прислал из Нижней Калифорнии старый коллекционер Джон Ксантус. Стейнегер уже собирался составить первое описание экземпляра, поскольку ничего похожего прежде просто не попадалось, как тут в комнату вошел Коуп. Он разглядывал ящерицу считаные секунды, затем быстро надел пальто, отправился на телеграф и оттуда передал в American Naturalist безупречное описание животного, присвоив себе таким образом авторство открытия.

Оба профессора не только работали сами, но и нанимали других собирателей останков: те безжалостно уничтожали находки, если не успевали забрать их до прихода конкурентов.

Самюэль Гарман тоже занимался раскопками. В одно из своих путешествий он добрался до форта Ларами как раз в то время, когда Марш свез туда свои находки с целью переправить их дальше на восток. Ни Марш, ни Гарман не знали, что Коуп уже в городе. Остановиться было негде, и Гарман решил переночевать на вокзале.

И вот уже когда все спали, он услышал, как кто-то, стараясь не шуметь, пробирается в помещение. Неизвестный направился прямиком к дощатым ящикам с образцами Марша и стал внимательно их осматривать. Это продолжалось недолго, и посетитель ушел с пустыми руками. Утром появился Марш. Гарман рассказал, что произошло. Марш отозвался: “О, я предусмотрел такую возможность. Это был Коуп. Он любит делать описания по черепам, но все хорошие черепа, которые я раздобыл в этом сезоне, спрятаны в печи”. Довольный Марш подошел к печке, распахнул дверцу и извлек что-то вроде мешка с сокровищами. Хорошо зная конкурента, Марш не решился хранить свои находки там, где остановился сам, а предпочел спрятать их в более безопасном и укромном месте. Тщательно все упаковав, он сел в поезд и, довольный своей уловкой, уехал.

Из книги: Barbour Thomas, Naturalist at Large (Little, Brown, New York, 1943J; см. также: Wallace D.R., The Bone Hunters' Revenge (Houghton Mifflin, Boston and New York, 1999J и Heilman Hall, Great Feuds in Science (Wiley, New York, 1998).

 

Немногословный Дирак

Поль Адриен Морис Дирак (1902–1984) — один из титанов физики XX века. Он был профессором в Кембридже. Вольфганг Паули любил повторять: “Бога нет, и Дирак — пророк его”. Дирака ценили как физика-теоретика, способного на невероятные прозрения. Каждое его уравнение отличалось особым изяществом. Когда Эмилио Сегре и Энрико Ферми хвалились друг перед другом своими достижениями, Сегре озадачил коллегу таким заявлением: “Спорю, вы променяли бы все ваши работы на одну статью Дирака”. Ферми ненадолго задумался и ответил: “Пожалуй, вы правы”.

Дирак отличался крайней немногословностью. Его реплики в большинстве разговоров сводились к “да”, “нет” и “не знаю”. Широко известен такой случай: на обсуждении после семинара один из участников начал так: “Профессор Дирак, я не до конца понял ваш вывод…” Когда он закончил свой вопрос, наступило долгое молчание. В конце концов председатель семинара поинтересовался, будет ли Дирак отвечать на вопрос. “Это был не вопрос, — отозвался Дирак, — а утверждение”. Дирак не имел в виду намеренно нагрубить — просто так проявлялся конкретный характер его мышления. Астрофизик Деннис Скиама вспоминал, как в 1950 году, еще студентом, он зашел в кабинет Дирака. “Профессор Дирак, — возбужденно начал он, — я только что размышлял о том, как связано формирование звезд с космологическими вопросами, и мне пришла в голову одна мысль. Стоит мне вам об этом рассказать?” — “Нет”, — сказал Дирак.

Леопольд Инфельд, физик-теоретик из Польши, отправился на стажировку в Кембридж. Вот как прошла его первая встреча с Дираком:

Когда я пришел к Дираку впервые, я и понятия не имел, как трудно с ним общаться, поскольку не знал тогда никого, кто мог бы меня предупредить.

Поднявшись по узкой деревянной лесенке колледжа Сент-Джон, я постучался в дверь кабинета Дирака. Он молча открыл мне и приветливо указал на кресло. Я уселся и стал ждать, что Дирак начнет беседу. Но… молчание. Тогда начал я — с предупреждения, что плохо говорю по-английски. Улыбка и снова ничего в ответ. Мне пришлось продолжить:

“Я разговаривал с профессором Фаулером. Он сообщил, что мне предстоит работать с вами. Он предложил заняться эффектом внутренних превращений позитронов”.

Никакого отклика. Я подождал немного и задал прямой вопрос: “Не будете ли вы возражать, если я этим займусь?” — “Нет”.

Ну вот, я добился от Дирака хоть одного слова.

Тогда я начал излагать задачу и вытащил карандаш, чтобы написать формулу. Дирак молча встал и принес бумагу. Мой карандаш отказывался писать — Дирак достал свой и молча вручил мне. Я снова задал прямой вопрос и получил в ответ пять слов — чтобы их как следует переварить, понадобилось двое суток. Разговор был окончен. Тут я предпринял попытку продлить его хоть немного: “Не возражаете, если я буду время от времени вас беспокоить, когда столкнусь с трудностями?” — “Нет”.

Я вышел из комнаты удивленным и огорченным. Он ничего мне не запретил, и мне не следовало бы переживать, знай я то, что знал в Кембридже каждый. Если Дирак выглядел странным для англичан, то насколько странным он должен был показаться поляку, оттачивавшему язык в львовских кафе?

В 1931 году Дирак на год перешел на работу в Университет Висконсина. Там он дал интервью Раунди Колину для местного журнала.

Проводить здесь время — одно удовольствие

Мне рассказали, что новый сотрудник университета, появившийся здесь весной — математический физик или что-то в этом духе, — заткнет без труда за пояс сэра Исаака Ньютона, Эйнштейна и всех остальных. Узнав это, я решил немедленно отправиться к нему за интервью. Чего не сделаешь для читателей главного журнала штата, особенно если привык знакомить их со всякими важными шишками. Итак, его зовут Дирак, и он англичанин. От читает лекции умникам с физического и математического факультетов — ну и другим ребятам, которые забредают в аудиторию по ошибке.

На следующее утро я уже стучался в двери кабинета доктора Дирака в Стерлинг-Холле. Приятный голос сказал мне: “Войдите”. Тут важно заметить, что фраза “Войдите” была едва ли не самым длинной из всего, что доктор произнес за время интервью. Доктор определенно любитель предельно лаконичного общения. Это мне по нраву, болтливые парни меня только раздражают.

Доктор оказался высоким и молодо выглядящим джентльменом, а блеск в его глазах вызвал у меня откровенную симпатию. Его друзья в университете сообщили, что Дирак хороший парень и отличный участник совместных прогулок, важно только не упускать его в это время из виду.

Но вот что меня сразу озадачило: было не похоже, что он занят делом. Почему, спрашивается, когда я прихожу брать интервью у американского ученого такого уровня, мне сначала приходится час слоняться вокруг лаборатории? Только потом тот появляется с пухлым портфелем в руках и по ходу беседы все время выдергивает оттуда то черновики лекций, то доказательства, то перепечатки, то книги, то рукописи или что там еще может найтись в портфеле. Дирак вел себя иначе. Могло показаться, что он владеет всем временем мира, а самая тяжелая из его обязанностей — глядеть в окно. Если все англичане такие, то мне пора брать билет в Англию.

Затем наконец интервью началось.

— Профессор, — начал я, — вашу фамилию предваряют сразу несколько букв. Скрыт ли в них особый смысл?

— Нет, — ответил он.

— Вы предлагаете мне догадаться самому?

— Да, — ответил он.

— Будет ли верным написать, что П.А.М. — это Пуанкаре Алоизий Муссолини?

— Да, — ответил он.

— Прекрасно! — воскликнул я. — Мы уверенно движемся вперед. Теперь, доктор, не изложите ли вы мне вкратце суть ваших исследований?

— Нет, — ответил он.

— Хорошо, — продолжил я, — будет ли верным написать так: “Профессор Дирак с ходу решает все задачи математической физики, но не в состоянии предсказать, со сколькими очками завершит сезон “Крошка Рут”?

— Да, — ответил он.

— Что вам больше всего понравилось в Америке? — поинтересовался я.

— Картошка, — отозвался он.

От такой откровенности я вздрогнул! Это было для меня новостью.

Тут я несколько осмелел:

— Вы бываете в кино?

— Да, — ответил он.

— А когда были в последний раз? — решил уточнить я.

— В 1920-м… Может, еще в 1930-м.

— Вам нравятся комиксы в воскресной газете?

— Да. — В эту секунду на его лице появилось подобие улыбки.

— Это самое важное, доктор, — заметил я. — Получается, мы с вами во многом схожи — и куда в большей степени, чем я мог бы предположить. А теперь я хотел бы задать вам очень важный вопрос. Все говорят, что только вы и Эйнштейн — настоящие гении, и только вы способны понять его, а он — вас. Не буду спрашивать об этом напрямую: подозреваю, вы слишком скромны, чтобы с этим согласиться. Мой вопрос будет другим: попадался ли вам хоть кто-то, кого вы сами не в состоянии понять?

— Да, — ответил он.

— Ребята из университета будут рады это прочесть. Готовы ли вы сообщить мне, кто же это такой?

— Вейль, — сказал Дирак.

Вот тут-то интервью и подошло к концу: доктор извлек из кармана часы, а я тем временем увильнул и ринулся к двери. При расставании от меня не ускользнула его улыбка. Я-то знал, что все время, проведенное нами за разговором, он решал в голове какую-нибудь из задач, к которым остальным страшно даже подступиться. А если этот парень, Вейль, как-нибудь заедет к нам в город, непременно попробую понять, что он там рассказывает. Всякому, что ни говори, время от времени стоит проверять свою смекалку.

Вейль, о котором говорил Дирак, — немецкий математик Герман Вейль (1885–1955), после прихода Гитлера к власти бежавший из Германии в Принстон, где активно сотрудничал с Эйнштейном. Раунди не стал спрашивать Дирака, как он пришел к своим идеям, разом изменившим положение дел в физике, — а если бы и спросил, профессор дал бы свой стандартный ответ: он просто лежал на полу в кабинете, подняв ноги, чтобы кровь сильнее приливала к голове.

Вскоре после того, как Дирак получил кафедру в Кембридже, Нильс Бор поинтересовался у старейшего из британских физиков, Дж. Дж. Томсона, как тот оценивает выбор университета. Томсон отозвался притчей: человек заходит в зоомагазин купить попугая. Цена не важна, лишь бы говорил. За несколько дней попугай не произносит ни слова, и покупатель идет жаловаться продавцу. “Надо же, — говорит тот, — как же я мог так ошибиться! Думал, он оратор, а теперь вижу, что мыслитель”.

Дирака исчерпывающе характеризует известная история про встречу с писателем Е.М. Форстером. Форстер, к тому времени уже одинокий старик, по-прежнему жил в кембриджском Кингз-колледже. Друг Дирака как-то сильно удивился, застав его с “Поездкой в Индию” (знаменитый роман Форстера) в руках, и решил, что было бы полезно свести двоих неразговорчивых стариков вместе. Им организовали совместное чаепитие, и вот пришло время знакомиться. Наступила долгая пауза, а затем Дирак произнес: “Что случилось в пещере?” Форстер ответил: “Не знаю”. Оба погрузились в молчание и какое-то время спустя разошлись по домам. История забавная, но, если верить физику Рудольфу Пайерлсу, который был с Дираком близко знаком, все было не так. Как вспоминал Дирак, он спрашивал Форстера, был ли в пещере третий. Форстер заявил: “Нет”, а на вопрос: “Что случилось?” — ответил: “Ничего”. Впрочем, и воспоминания иногда лгут.

Еще Пайерлс рассказывает о том, как Дирак вел себя в обществе. Его жена Марджит (сестра венгерского физика Юджина Вигнера, которую Дирак представлял гостям словами: “Знакомы ли вы с сестрой Вигнера?”) однажды попыталась вывести студента из оцепенения, в которое того вгоняло присутствие молчащего Дирака. “Поль, — спросила она, — у тебя когда-нибудь были студенты?” Последовал мрачный ответ: “Был один, но он умер”.

Первая история позаимствована из замечательных мемуаров: Infeîd Leopoîd, Quest: Evolution of a Scientist (Gollancz, London, 1941). Интервью Раунди с Дираком — из Wisconsin State Journal31 April [sic!] 1931, и воспроизводится, в частности, в книге: Schweber 5.5., QCD and the Мап, Who Made It (Princeton University Press, Princeton, 1994). Воспоминания Рудольфа Пайерлса цитируются по книге Peierls, Rudolph, Bird of Passage (Princeton University Press, Princeton, 1985).

 

Искалеченный бульдогом

Публичное противостояние либеральных сил, возглавляемых “бульдогом Дарвина” Томасом Генри Хаксли, и сил реакции в лице оксфордского епископа-тори Сэмюэля Уильберфорса, более известного как Елейный Сэм, стало самым громким научным скандалом Викторианской эпохи. Спустя семь месяцев после выхода в свет “Происхождения видов” Чарльз Дарвин заболел и потому не появлялся на публике. Впрочем, переписка с друзьями — в особенности с Хаксли, Джозефом Хукером и сэром Джоном Луббоком — позволяла ему внимательно следить за развитием событий. Хаксли (1825–1895) был самым рьяным последователем Дарвина; он говорил, что идейная борьба действует на него, как джин на завязавшего алкоголика. Его противник, епископ, был совсем не глуп: он разбирался в математике и считался грамотным орнитологом, но в вопросах политики и религии оставался непреклонным — волна свободомыслия, серьезно всколыхнувшая англиканскую церковь, прошла мимо него.

Знаменитый диспут произошел в 1860-м, на ежегодном заседании Британской ассоциации содействия науке, которое в тот раз проводили в Оксфорде. В среду 27 июня выступал Ричард Оуэн, известный специалист по сравнительной анатомии и самый грозный из оппонентов Дарвина. Оуэн подверг сомнению аргументы в пользу происхождения человека от обезьяны, приведя новые анатомические данные из собственного исследования обезьяньего мозга. Хаксли коротко ответил с места. Дебаты с участием Уильберфорса назначили на вторую половину субботы. На ожесточенную дискуссию в новом Музее естественной истории собралось так много студентов и простых любопытных, что встречу перенесли из обычной аудитории в большую западную галерею, где собралось семьсот (или, как говорили, даже тысяча) слушателей — все проходы и подоконники были забиты людьми. Слева на помосте восседали Хукер, Луббок и сэр Бенджамин Броди, королевский хирург и президент Королевского общества; в центре сидел суровый председатель собрания, ботаник Дж. С. Хенслоу (который, кстати, приходился Хукеру отчимом). С противоположной стороны были места епископа Оксфордского и первого из выступавших, профессора Дж. У. Дрепера из Нью-Йорка.

Дрепер произнес долгую и утомительную речь, а затем Хенслоу открыл прения. Воспоминаний о том, что случилось дальше, не сохранилось — если не считать писем самих участников спора, которые во многом расходятся. Хаксли жаловался на усталость и, возможно, не проронил бы ни слова, не спровоцируй его заносчивость и дерзость Уиль-берфорса. Дискуссия началась с беспорядочных выкриков из зала. Преподобный Ричард Крессвелл из Уорчестерского колледжа заявил, что все гипотезы об эволюции человека скомпрометированы тем, что, как подметил еще Александр Поуп, “великий Гомер умер три тысячи лет назад”. Адмирал Фицрой, капитан судна “Бигль”, на борту которого Дарвин совершил свое знаменитое плавание, теперь просто сошел с ума и объявил работу Дарвина вздором. После еще нескольких таких выкриков пришло время говорить Уильберфорсу. Епископ встал со своего места и начал обличать Дарвина — речь его была гладкой, но довольно пустой. По словам Хукера, “Оксфордский Сэм с невероятным воодушевлением полчаса фонтанировал уродством, пустотой и ложью”. Аудитория была в восторге. Свои разглагольствования Уильберфорс неосмотрительно завершил такими словами:

— Если бы кто и решился считать обезьяну своим прапращуром, то осмелился бы он записать ее в прапращуры по материнской линии?

Тут, как говорят, Хаксли воскликнул:

— Сам Господь посылает его в мои руки! — и начал свою речь.

Вот как он сам вспоминает это выступление в письме другу, отправленном несколько месяцев спустя:

Уильберфорс действовал вульгарно, и я решил его наказать — отчасти из-за этого, а отчасти потому, что он напыщенно нес полную чушь. Я с большим вниманием слушал господина епископа, но не смог извлечь из его слов ни одного нового факта либо довода — за вычетом, разумеется, вопроса о моих личных предпочтениях в выборе предков. Само собой, я не использую такого рода аргументы, но, коль скоро господин епископ ими не пренебрег, возражение его преосвященству у меня было готово. “Итак, — сказал я, — раз меня ставят перед выбором, кого предпочесть — отвратительную обезьяну-пращура или же пращура-человека, от природы одаренного и влиятельного, но который все свои способности и влияние тратит только на то, чтобы сделать посмешищем строго научный спор, — то я, пожалуй, предпочту обезьяну”.

Подобное непочтение по отношению к князю церкви было невероятным, и, если слова Хаксли в действительности звучали так, то неудивительно, что они произвели сенсацию, а у благочестивой леди Брюстер (жены шотландского физика Дэвида Брюстера) вызвали обморок. Ну а Хаксли, разумеется, остался доволен произведенным эффектом.

По рядам пробежал различимый смешок, и остаток моей речи публика слушала с предельным вниманием. После меня весьма убедительно выступили Луббок и Хукер, так что совместными усилиями мы заткнули рот епископу и его сторонникам. Я был в хорошей форме и произнес то, что произнес, в наивысшей мере доброжелательно и учтиво. Спешу уверить вас в этом только ввиду разнообразных слухов: якобы я сказал, что, по мне, так лучше быть обезьяной, чем епископом.

В зале были все оксфордские профессора и еще несколько сотен человек — так что, кажется, епископ теперь подумает дважды, прежде чем ссориться с человеком науки.

Прочие свидетели запомнили эту сцену слегка иначе. Хаксли вовсе не казался спокойным (как утверждает он сам), а был “белым от ярости” и слишком возбужденным, чтобы следить за интонацией. Согласно письму Хукера, отправленному Дарвину вскоре после этих событий, Хаксли перетянул одеяло на себя, однако он не мог кричать в столь большой аудитории и уж тем более управлять ею; не ссылался на слабые места у Сэма и не излагал ничего так, чтобы заставить себя слушать. Но битва все же разгорелась. Леди Брюстер свалилась в обморок, и эмоции накалились еще более, когда выступали остальные.

Хукер явно считал героем дня себя, а не Хаксли:

Моя кровь вскипела, и… я поклялся, что нанесу удары Наиелейнейшему Сэму в бедра и ляжки, пусть даже сердце выскочит у меня изо рта, — я сообщил Президенту о своей готовности бросить вызов… Однако Сэм слегка ранил меня в правый локоть, и вот тогда я сокрушил его в пару приемов под гром аплодисментов — я подбросил его в воздух первым же ударом при помощи десятка слов, прозвучавших из его собственного поганого рта… Сэм заткнулся — ему нечем было крыть; собрание тут же разошлось, и на этом поле битвы после четырех часов сражения мы остались победителями. Хаксли, который вынес всю тяжесть предшествовавшего боя и который никогда прежде не хвалил меня публично, тут все-таки сказал, что это было восхитительно и что прежде он не знал, что я сделан из столь отменной стали. Меня поздравляли и благодарили чернейшие плащи и благороднейшие роды Оксфорда.

Как бы то ни было, все признают, что Наиелейнейший Сэм, как любил называть епископа Хукер, оказался посрамлен, а Дарвин, пусть и был со своими защитниками только мысленно, вышел победителем. Когда все уже закончилось, жена епископа Уорчестерского высказала свое мнение о теории эволюции: “Будем надеяться, что это неправда. Но даже если это и правда, будем надеяться, что она не станет широко известной”.

Замечательный рассказ о диспуте и об исторических обстоятельствах, в которых он случился, а также о его последствиях можно найти, например, в книгах: Desmond Adrian and Moore James, Darwin (Michael Joseph, London, 1991), Desmond Adrian, Huxley: The Devil’s Disciple (MichaelJoseph, London, 1994) и Clark Ronald W., The Huxleys (McGraw-Hill, New York, 1968).

 

Немезида из Нанси

Роберт Вуд (1888–1965), профессор физики в Университете Джона Хопкинса, основатель спектроскопии, писал стихи (сборник его стихов, вышедший под названием “Как отличить птиц от цветов”, переиздается и в наши дни), а также был еще известным шутником и мистификатором. Многие его эскапады стали легендами. Например, жителей Балтимора он пугал так: в дождливые дни плевал в лужи и незаметно подбрасывал туда кусок металлического натрия — в итоге плевок загорался ярко-желтым пламенем.

А вот другая история. В юности Вуд жил в Париже, в небольшом пансионе. Как-то постояльцы этого пансиона с удивлением заметили, что Вуд обильно посыпает каким-то белым порошком куриные кости, оставшиеся после ужина на тарелках. На следующий вечер, когда всем подали суп, Вуд принес с собой небольшую спиртовую горелку и уронил каплю супа в пламя. Красная вспышка вызвала у него улыбку удовлетворения: белый порошок, объяснил он соседям по столу, был хлоридом лития, а красный цвет пламени свидетельствует, что хлорид лития теперь в супе. Вуд подозревал, что хозяйка использует кости по второму разу — и теперь подозрение подтвердилось. Стоит, однако, заметить, что подобный сюжет рассказывают и про Георга фон Хевеси, пионера в области радиоактивных меток: как-то он пометил объедки радиоактивной солью и потом обнаружил радиоактивность супа при помощи счетчика Гейгера. Такой тест куда чувствительней, чем с литиевым пламенем. Впрочем, каждая наука подразумевает свою методику. (Знаменитый геохимик Виктор Мориц Гольдшмидт, собираясь бежать из нацистской Германии, запасся ампулой с цианидом калия; когда ампулой заинтересовался коллега с инженерного факультета, Гольдшмидт, по легенде, ответил, что цианид — это только для профессоров химии, а профессорам механики полагается иметь с собой веревку.)

В Париже Вуд устроил еще один розыгрыш. Он обнаружил, что домовладелица (или консьержка), которая жила этажом ниже, держит на балконе черепаху. Тогда Вуд приобрел выводок черепах разных размеров, а потом длинной палкой с крюком вытащил с балкона хозяйкиного питомца и подменил его черепахой чуть побольше. Каждый день он заменял черепаху следующей по размеру. Изумленная хозяйка рассказала Вуду про удивительную черепаху, и тогда он посоветовал ей проконсультироваться у известного университетского профессора, а попутно сообщить в газеты. Пресса, надо думать, охотно взялась наблюдать за расширяющейся черепахой, и тогда Вуд направил процесс в обратную сторону: животное уменьшалось столь же загадочно, как недавно росло. Догадался ли хоть кто-нибудь в Париже об истинных причинах феномена, не сообщается.

Вуд сделал много полезного в спектроскопии (в частности, разработал конструкцию спектрометра с длинным ходом лучей — туда он научил забираться своего кота, чтобы чистить прибор от паутины и пыли). Но чаще вспоминают его участие в одном из самых странных эпизодов в истории физики. Известный французский физик Рене Проспер Блондло открыл нечто, являющееся, по его мнению, новой формой электромагнитного излучения. Это нечто он назвал Ы-лучами в честь Нанси, своего родного города. Существование N-лучей было очевидно Блондло, его коллегам из Нанси и еще нескольким французским ученым, но в куда меньшей степени ученым из других точек мира. Позже было доказано, что Ы-лучи — вымысел, и воспринимать их способны только те, кто заранее в них поверил. Заблуждение было окончательно раскрыто Вудом, когда в 1903 году он навестил лабораторию Блондло в Университете Нанси. Вот весьма красноречивый рассказ Вуда о том, как ему удалось вывести на чистую воду неудачника Блондло:

Прочтя о его (Блондло) замечательных опытах, я решился повторить их, но ничего не добился, хотя и потратил на это целое утро. Согласно Блондло, такие лучи спонтанно испускают многие металлы. Детектором может служить лист бумаги, весьма слабо подсвеченный, поскольку — чудо из чудес — когда N-лучи касаются глаза, они усиливают его способность видеть объекты в полутемной комнате.

Масла в огонь подлили другие исследователи. Год не успел закончиться, а в Comtes Rendus (сборнике докладов, сделанных на сессиях Французской академии наук) вышли сразу двенадцать статей о N-лучах. Шарпентье, известный своими фантастическими экспериментами по гипнотизму, заявил, что N-лучи испускаются мускулами, нервными тканями и мозгом, и его невероятные утверждения появились в журнале Comtes, который поддерживал великий д'Арсонваль, главный специалист по электричеству и магнетизму во Франции.

Затем Блондло заявил, что сконструировал спектрограф с алюминиевыми линзами и призмой из того же материала, и обнаружил, что спектральные линии разделены темными интервалами — а это свидетельствует о существовании N-лучей с разной преломляемостью и разной длиной волны. Блондло измерил длины волн, а Жан Беккерель (сын Анри, первооткрывателя радиоактивности) заявил, что N-лучи можно передавать по проводам. К началу лета Блондло опубликовал двадцать статей, Шарпентье — тоже двадцать, а Жан Беккерель — десять, и все они касались свойств и источников N-лучей.

Ученые в других странах относились ко всему этому с откровенным скепсисом, однако Академия отметила работу Блондло присуждением премии Делаланда в 20 ооо франков и золотой медалью “за открытие N-лучей”.

В сентябре (1904 года) я отправился в Кембридж на собрание Британской ассоциации содействия развитию науки. После заседания несколько ученых остались обсудить, как быть с N-лучами. Профессор Рубенс из Берлина был наиболее выразителен в своем негодовании. Он чувствовал себя в особенности задетым, поскольку кайзер распорядился, чтобы именно он приехал в Потсдам и там продемонстрировал лучи. Две недели бесплодных попыток повторить опыт французов вынудили его со стыдом признаться кайзеру в собственном бессилии. Повернувшись ко мне, он сказал: “Профессор Вуд, не съездите ли вы в Нанси прямо сейчас — посмотреть на опыты, которые там ставят?” — “Да, да, — заговорили разом все англичане, — это хорошая мысль, поезжайте!” Я предложил съездить Рубенсу, поскольку это он оказался главной жертвой, но Рубенс ответил, что Блондло вел с ним весьма учтивую переписку и охотно откликался на просьбы предоставить дополнительные данные, так что выйдет некрасиво, если Рубенс вдруг приедет с инспекцией. “Кроме того, — добавил он, — вы американец, а американцам всё позволено…”

Итак, я поехал в Нанси, договорившись с Блондло встретиться рано вечером у него в лаборатории. Он не понимал английского, и я решил разговаривать с ним на немецком, чтобы тот не смущался обмениваться не предназначенными моему слуху репликами со своим ассистентом.

Сначала Блондло показал карточку, где светящейся краской были нарисованы несколько кругов.

Затем он включил газовую горелку и обратил мое внимание на то, что яркость увеличивается, когда И-лучи включены. Я отметил, что не вижу изменений. Блондло объяснил: это все потому, что мои глаза недостаточно чувствительны, и мое замечание ничего не доказывает. Тогда я предложил поступить так: время от времени я выставлял бы на пути лучей непрозрачный свинцовый экран, а он говорил бы, когда яркость карточки меняется. Почти все его ответы были ошибочными: Блондло сообщал о перемене яркости, когда я не совершал никаких движений вовсе — и это уже многое доказывало, но я пока помалкивал. Затем он продемонстрировал мне едва подсвеченные часы и попробовал убедить меня, что сможет разглядеть стрелки, если будет держать прямо над переносицей большой плоский напильник. Мой очередной вопрос был о том, могу ли я подержать напильник сам. Перед этим я заметил у Блондло на столе плоскую деревянную линейку (а дерево считалось одним из немногих веществ, которые никогда не испускают N-лучей). Блондло с этим согласился, и я, нащупав линейку в темноте, поднес ее к лицу экспериментатора. Ну да, разумеется, он без труда разглядел стрелки — и это тоже кое-что доказывало.

Однако решающая и самая впечатляющая проверка была впереди. Вместе с ассистентом, который уже поглядывал на меня враждебно, я зашел в комнату, где стоял спектрометр с алюминиевыми призмой и линзами. Окуляр прибору заменяла вертикальная нить, окрашенная люминесцентной краской, а специальная ручка (со шкалой и цифрами на ободе) позволяла перемещать ее вдоль участка, куда предположительно проецировался спектр N-лучей. Блондло уселся перед спектрографом и начал медленно поворачивать ручку. Предполагалось, что, пересекая невидимые линии спектра N-лучей, нить будет каждый раз вспыхивать. Подсветив шкалу небольшой красной лампой, Блондло зачитал мне цифры, соответствующие отдельным спектральным линиям. Такой эксперимент сумел убедить не одного скептика, поскольку измерения повторялись в их присутствии, и цифры все время получались одними и теми же. Я попросил приступить к замерам и, вытянув руку в темноте, приподнял алюминиевую призму спектрометра. Он в очередной раз повернул ручку и назвал те же цифры, что и прежде. Прежде чем включили свет, я успел вернуть призму на место, а Блондло сообщил ассистенту, что у него устали глаза. Ассистент тут же попросил у Блондло разрешения повторить для меня опыт. Пока свет не погас, я успел заметить, что призма весьма точно сориентирована на маленькой круглой подставке, так что углы приходятся как раз на обод металлического диска. Выключатель щелкнул, и в темноте я сделал несколько шагов в сторону призмы, и двигался подчеркнуто шумно, но призму на этот раз не трогал. Ассистент как ни в чем не бывало продолжил крутить рукоять, но вскоре, обращаясь к Блондло, торопливо пробормотал по-французски: “Я ничего не вижу, никакого спектра нет. Подозреваю, что американец что-то испортил”. Блондло тут же зажег газовую лампу, подошел к призме и тщательно ее оглядел, потом повернулся ко мне, однако я никак не отреагировал. На этом сеанс и закончился.

На следующее утро я отправил в Nature письмо с подробным описанием моих наблюдений, не упоминая, однако, последнюю хитрость, а лабораторию Блондло скромно назвал “одним из мест, где ставятся опыты с N-лучами”. Французский полупопулярный журнал La Revue Scientifique начал свое расследование, попросив ведущих французских ученых высказаться по поводу N-лучей. Было опубликовано около сорока писем, причем Блондло защищали только шестеро. В самом едком, за авторством Ле Беля (одного из основателей стереохимии), говорилось: “Какое же зрелище являет французская наука, если один из выдающихся ученых измеряет положение спектральных линий, в то время как призма покоится в кармане его американского коллеги!”

На ежегодном собрании Академии, где официально объявлялось, кому присуждена премия и медаль, было заявлено, что награда досталась Блондло “за совокупность достижений всей его жизни”.

Вмешательство Вуда в “дело об N-лучах" было определенно разгромным. С этих пор разговоры об N-лучах прекратились, однако сам Блондло так и не признал свои лучи иллюзией. Он преждевременно покинул университет и в одиночестве продолжал искать неуловимое излучение в своей домашней лаборатории.

Seabrook William, Dr. Wood: Modem Wizard of the Laboratory (Harcourt Brace, New York, 1941). Дальнейшие сведения об N-лучах следует искать в книге: Klotz Irving, Dealers Diamond and Merchants Feather: Tales from the Sciences (Birkh\..auser, Basel, 1986).

 

Мелодрама математика

У Эвариста Галуа, одного из гениев-математиков своей эпохи, была короткая и трагическая жизнь: его убили на дуэли в 1832 году, когда ему было всего двадцать лет. Галуа, неуступчивый, резкий, порывистый и несдержанный, покинул лучший французский университет и оказался на грани срыва. Причина его страданий заключалась в следующем: в семнадцать лет он направил в Академию наук работу о решении уравнений пятой степени (то есть таких, где неизвестная величина появляется в пятой степени — прежде способ их решать был неизвестен). Рецензентом его работы стал барон Коши, один из лидеров французского сообщества математиков. Он сумел разглядеть исключительное математическое дарование автора и посоветовал выдвинуть работу на соискание математической премии Академии. Галуа переписал статью и направил ее секретарю Академии Жозефу Фурье. Однако его работа не была удостоена ни премии, ни даже упоминания — Фурье умер прежде, чем успел передать рукопись дальше, и в результате ее просто потеряли. Следующая статья, направленная в Академию, была отвергнута одним из основателей статистического анализа Симоном Дени Пуассоном, на том основании, что была не вполне понятной и несколько недоработанной, причем Пуассон отметил: “К тому, чтобы понять доказательство, мы приложили все усилия”.

Из-за своих горячих республиканских убеждений (Галуа не раз публично заявлял, что убьет короля Луи-Филиппа) юный математик попал в тюрьму. Но вот причиной его гибели стала страстная любовь к Стефани Фелиции Потерин дю Мотель. У прекрасной дамы был жених Пешо д’Эрбенвиль. Дюма-отец лично наблюдал их ссору, случившуюся в ресторане.

Оскорбленный поклонник вызвал соперника на дуэль. В ночь перед дуэлью расстроенный Галуа попробовал перенести результаты своих математических изысканий на бумагу, чтобы те не пропали — на случай, если он погибнет. Вот как он выразил свои переживания в письме к другу:

Прошу моих друзей-патриотов не упрекать меня ни в чем, кроме как в гибели за мою страну. Я стану жертвой бесчестной кокетки и двоих простофиль при ней. Моя жизнь угаснет по вине банальной сплетни. О, зачем умирать из-за такой малости, по причине столь презренной? Я призываю Небеса в свидетели, что только принуждение и грубая сила толкают меня ответить на провокацию, какую я всеми средствами стремился предотвратить. Сожалею, что высказал столь опасную правду в лицо тем, кто не способен выслушать ее хладнокровно. Я унесу с собой в могилу незапятнанную, не тронутую ложью совесть патриота.

Но затем он добавляет:

Прощай! Мне было важно жить ради всеобщего блага. Прости тех, кто меня убил, они — честные люди.

Некоторые трактуют это в пользу версии, что на самом деле Галуа поссорился с единомышленником-республиканцем (чему есть и другие письменные свидетельства).

Той ночью Галуа выписывал свои уравнения неровным почерком, нервными каракулями и многое зачеркивал. На полях осталось: “некая женщина”, “Стефани”, и безнадежное — “у меня нет времени”. Ранним утром Галуа и его соперник, без секундантов и врача, встали с пистолетами в 25 шагах друг от друга. Галуа был ранен в живот и умер на следующий день в больнице от перитонита. Последними словами, адресованными сидящему у постели брату, были: “Не плачь — умирая в двадцать лет, я должен собрать все свое мужество”.

На его похороны в общем рву кладбища Монпарнас пришли 3 тысячи республиканцев. Все предрасполагало к волнениям. Полиция была наготове и даже устроила стычку с собравшимися на похоронах, многие из которых были убеждены, что Галуа стал жертвой заговора — то есть д'Эрбенвиль и Стефани были наняты правительством, чтобы изба-виться от математика-бунтаря.

Галуа завещал свои рукописи другу, Августу Шевалье, с таким вот пояснением:

Дорогой друг, я совершил несколько открытий в области анализа. Одно касается уравнений пятой степени, другое — целых функций.

В теории уравнений я исследовал условия их разрешимости в радикалах; так мне представилась возможность углубить теорию и описать все возможные преобразования уравнения, даже если оно и неразрешимо в радикалах. Все это можно найти в трех моих статьях…

Всю жизнь я осмеливался выдвигать предположения, в которых не был уверен. Однако то, что здесь написано, представлялось мне ясным уже год, инев моих интересах давать пищу для подозрений, что я ввожу теоремы, полным доказательством которых не располагаю.

Направь открытые письма Якоби и Гауссу (ведущим немецким математикам), чтобы они отозвались пусть и не об истинности, но о важности этих теорем. Потом, я надеюсь, кто-нибудь да сочтет нужным разобраться во всей этой путанице.

Крепко тебя обнимаю, Э. Галуа.

Путаница — верное слово для записанных наспех каракулей Галуа. Шевалье вместе с братом Галуа приложили все усилия, чтобы отредактировать беспорядочные черновики, и разослали их Якоби и Гауссу, как и просил Галуа. Ответ пришел только десять лет спустя, и не от Якоби с Гауссом, а от знаменитого соотечественника Галуа Жозефа Лиувилля (1809–1882). Как только записи оказались у Лиувилля, он распознал в них руку гения и после кропотливой расшифровки отослал в ведущий математический журнал Франции. Статью Лиу-вилль снабдил предисловием, где писал, что Галуа прежде недооценивали из-за его преувеличенной тяги к краткости. В заключении он признается:

Мое усердие было вознаграждено, и я испытал невероятное удовольствие, когда, заполнив небольшие пробелы, убедился в правильности метода, которым Галуа доказывает, в частности, эту изящную теорему.

После этого заслуги Галуа были наконец признаны.

Имеется множество описаний короткой и беспокойной жизни Галуа, а также его работ. Тем, кто хоть немного владеет математикой, самым доступным может показаться изложенное в книге: Singh Steven, Fermat's Last Theorem (Fourth Estate, London, 1997); Stewart Ian, Galois Theory (Chapman and Hall, London, 1972).

 

Бен Франклин успокаивает волны

Бенджамин Франклин (1706–1790) испытывал ненасытное любопытство ко всем областям науки. Особенно он интересовался тем, что получило позже название поверхностных явлений. Именно Франклин изобрел знаменитый фокус с потряхиванием тростью над бурлящим потоком — волны исчезали, и поверхность воды мгновенно становилась гладкой. Секрет фокуса состоял в том, что трость была полой и, когда ею трясли, из нее успевали вытечь несколько капель масла. Вот как Франклин придумал свой фокус..

В1757 году он плыл в Англию в качестве дипломатического представителя Ассамблеи штата Пенсильвания

.

И вот, находясь на борту одного из 96 кораблей, вышедших из Луисбурга (Новая Шотландия), я заметил, что два судна идут плавно, тогда как все остальные раскачивает сильный ветер. Заинтригованный этим явлением, я в конце концов указал на него капитану и спросил, что все это значит. “Думаю, — сказал он, — это коки только что слили жирную воду в шпигаты, и она слегка измазала борта у кораблей”. В его ответе ощущалось легкое презрение, с каким знатоки доносят до людей невежественных то, что всем остальным давно известно. По-моему, сам я поначалу пренебрег таким объяснением, хотя и не смог выдумать другого. Однако я все-таки решил проделать опыт по воздействию масла на воду, как только представится такая возможность.

Обещанный опыт был поставлен в Лондоне, в Круглом пруду парка Клапам-Коммон.

Проведя много времени в Клапаме, где есть большой общественный пруд, я заметил, что в одни дни он спокоен, а в другие ветер заставляет его бурлить. Захватив с собой графинчик масла, я пролил немного на воду — и увидел, как оно с поразительной быстротой распространяется по поверхности, однако сглаживания волн не произошло; дело в том, что масло я пролил с подветренной стороны пруда, где волны были наибольшими, и они прибили мое масло к берегу. Тогда я отправился к наветренной, где они (волны) только начинали формироваться, и тут масло, которого было не больше чайной ложки, установило абсолютный штиль на участке в несколько квадратных ярдов. Зона штиля удивительным образом расширялась и наконец достигла подветренной стороны, так что вся поверхность пруда площадью в пол-акра (2 тысячи квадратных метров. — Прим. перев.) сделалась ровной как зеркало!

Франклин проделал множество наблюдений этого и родственных явлений и вплотную подобрался к версии, истинность которой докажут много лет спустя — масло образует на воде пленку толщиной в одну молекулу.

За описанием жизни, научной работы и личности Франклина стоит обратиться к замечательной книге: Tanford Charles, Ben Franklin Stilled the Waves (Duke University Press, Durham, NC and London, 1989;.

 

Иногда и ошибки приносят пользу

Оставлять банки с реактивами без этикеток — значит оскорблять богов науки. Английский физиолог A.C. Паркс, известный исследователь рождаемости у людей и животных, рассказывает, как такой тяжкий проступок привел к открытию, коренным образом изменившему целое научное направление.

Осенью 1948-го мои коллеги, доктор Одри Смит и мистер С. Поулдж (из Национального института медицинских исследований в Лондоне), пытались повторить чужой эксперимент — с помощью левулозы (фруктового сахара, который позже станут называть фруктозой) защитить птичьи сперматозоиды от разрушения при замораживании и разморозке. Особых успехов добиться не удалось, и в ожидании нового вдохновения растворы надолго отправили в холодильник. Через несколько месяцев работы возобновили. Результат снова был отрицательный — со всеми растворами, кроме одного, где подвижность птичьих сперматозоидов сохранялась неизменной после охлаждения до —79 °C. Этот весьма неожиданный результат указывал на химические изменения в составе левулозы, вызванные, вероятно, разросшейся за время хранения плесенью, которая, надо думать, и произвела неизвестное пока вещество с ошеломляющей способностью предохранять живые клетки от разрушения при заморозке и разморозке. Анализ, однако, не выявляет в загадочном растворе не только новых сахаров, но и сахара вообще. Тем не менее последующие биологические испытания показывают, что у сперматозоидов сохраняется не только подвижность, но и способность оплодотворять. Тогда, с некоторым беспокойством, немного оставшегося раствора (10–15 мл) отправляем на химический анализ нашему коллеге доктору Д. Эллиотту. Он сообщает: раствор содержит глицерин, воду и заметное количество белка! Тут мы понимаем: занимаясь морфологией сперматозоидов, мы применяли альбумин Майера — смесь глицерина и альбумина, какой пользуются гистологи, а поскольку опыты с альбумином и с левулозой ставились одновременно, реагенты оказались в одном холодильнике. Очевидно, склянки перепутали, хотя мы так и не выяснили, как именно это случилось. Анализ нового материала вскоре показал, что сам альбумин к защитному действию отношения не имеет, и нашей целью теперь было выяснить, как глицерин защищает живые клетки при низких температурах.

Сейчас такая неряшливость в постановке эксперимента вызвала бы оторопь. Применение глицерина, не замерзающего при -79 °C в качестве криопротектора, как выразились бы сейчас, стало началом новой эры в науке об искусственном оплодотворении и рождаемости — и все благодаря чистой безалаберности.

Это, конечно, не стоит считать оправданием профессиональных ошибок — они редко ведут к столь счастливому исходу. Вот что случилось в 2001 году. После эпидемии коровьего бешенства в Великобритании начали опасаться новых болезней, угрожающих человеку. Известно, что овцы подвержены почесухе — болезни, считающейся безвредной для человека. Однако ученые подозревают, что она способна спровоцировать BSE, губчатую энцефалопатию, уже опасную для людей. Возбудитель попадет в организм человека, если из скелета зараженной овцы приготовить корм для скота. Может ли видоизмененная почесуха, опасная для человека, как BSE, внезапно проявиться при таких условиях? Одной из государственных лабораторий было получено определить, нет ли в организме овец чего-либо, напоминающего BSE. Анализы приготовленной заранее пасты из мозга овец начались в 1987 году. За контрольный образец тогда взяли пасту из коровьего мозга. Три года спустя выяснилось, что образцы овечьего мозга были случайно загрязнены коровьими. Была ли это снова “путаница с этикетками”? Обвинения, заверения в невиновности и встречные обвинения к установлению истины так и не привели.

Рассказ A.C. Паркса приводится в: Proceedings of the y d International Conference on Animal Reproduction, Cambridge, 25–30 June 1956.

 

Любовь к энзимам

Артур Корнберг — один из великих биохимиков современности. В 1959-м ему вручили Нобелевскую премию за синтез ДНК (а лауреатом Нобелевской премии 2006 года стал его сын Роджер). Его подход к научным задачам всегда отличался тем, что Корнберг сначала выделял из биологических тканей чрезвычайно чистый материал, а затем привередливо, не пренебрегая ни единой деталью, изучал его. Свои мемуары он озаглавил так: “Во имя любви к энзимам”. Вот эпизод из этой книги, где Корнберг вспоминает своего учителя, испанского биохимика Северо Очоа и стажировку в его нью-йоркской лаборатории.

Очистка энзима была (и в некоторых случаях до сих пор остается) тяжелой работой, включающей длинную последовательность действий, в результате которых, например, часть смеси выпадает в осадок, а другая остается в растворе. Убедиться в присутствии энзима можно при помощи реакции, которую он катализирует в клетке: чем больше примесей уходит, тем выше активность в пересчете на единицу массы белка.

Теперь (дело происходило в декабре 1946-го) мы заканчивали масштабный препаративный эксперимент, исходным материалом которого были несколько сот голубиных печенок. Четверо из нас… потратили несколько недель работы, чтобы подобраться к последнему шагу: спиртом высадить осадок, который, как мы верили, основываясь на микропробах, и будет достаточно чистым энзимом. Оставалось только вписать несколько деталей в статью, которую мы уже подготовили к публикации.

Поздней ночью Очоа и я готовили раствор из итоговой фракции энзима, скопившейся в колбах центрифуги. Я только что слил раствор из последней колбы в мерный цилиндр, где находился весь запас энзима. Тут я задел одну из пустых колб, неудачно лежавшую на переполненном лабораторном столе. Колба толкнула другую, и, как это бывает с карточным домиком, в конце концов повалились все, включая мерный цилиндр с энзимом. Тот опрокинулся на пол, а весь бесценный материал разлился. Он был утрачен навсегда. Очоа пробовал как-то меня ободрить, однако я оставался безутешен. Прежде чем я добрался домой на метро через час, Очоа успел несколько раз мне позвонить, поскольку всерьез опасался за мою безопасность.

Вернувшись в лабораторию следующим утром, я обратил внимание на маточный раствор, оставшийся от последней фракции. Мне следовало его вылить, поскольку в наших опытах он не проявлял активности. Однако вместо этого я поставил раствор в холодильник остывать до —15 °C и тут заметил, что прежде прозрачная жидкость мутнеет. Собрав осадок, я растворил его и решил оценить активность. “Святой Толедо!” — воскликнул я. Эта фракция вела себя ровно так, как энзим, который мы рассчитывали получить, и была на порядки чище всех предыдущих фракций. Северо, привлеченный “святым Толедо”, тут же подбежал узнать, что вызвало мой восторг.

Зачем, спрашивается, я сохранил и проанализировал фракцию, которую мы считали неактивной? Потому что энтузиазм и оптимизм Очоа был заразителен. Он учил меня, что, если быть упорным, что-нибудь хорошее да случится. Я был уверен, что со мной это правило сработает так же, как и с ним.

Корнберг мог бы добавить, что тут сыграли роль еще его благоразумие и осторожность.

КогпЬетуг А.,]оита1 о/ВШо&са! СЬетхзЬу, 276, ю, 2001.

 

Полтергейст за стеной

Институт фундаментальных исследований в Принстоне в разное время давал приют многим знаменитым ученым — и, разумеется, Эйнштейну в том числе. За институтом закрепилась репутация чего-то рафинированного и бесконечно далекого от жизни: тут не было студентов, а общение со всем остальным научным миром сводилось к минимуму.

Вот зарисовка из жизни института; действующие лица — молодой физик Эндрю Ленард и Чжэньнин (Фрэнк) Янг, знаменитый теоретик, который разделил Нобелевскую премию по физике 1957 года со своим соотечественником Цзундао Ли, профессором Колумбийского университета в Нью-Йорке. (Когда стали известны имена лауреатов, хозяин маленького китайского ресторана поблизости, куда они приходили на ланч каждую неделю, вывесил табличку со словами “Обедайте здесь и получите Нобелевскую премию”.) Как правило, младшие сотрудники института редко общались со знаменитостями, которым полагалось их вдохновлять.

К счастью для Эндрю Ленарда, так случилось, что как-то в 1966 году к нему в дверь постучался Янг, которому захотелось поговорить. Янг собирался узнать, над чем Ленард работает, и тот рассказал ему о проблеме устойчивости вещества (это довольно сложный вопрос о том, почему вещество, составленное из атомов, которые сами почти целиком состоят из пустоты между разделенными громадными расстояниями элементарными частицами, осязаемо и стабильно). Янг заинтересовался. “Очень любопытно. Это либо банальная, либо весьма сложная задача”, — сказал он и отправился в свой кабинет (который находился как раз за следующей дверью). Скоро Ленард услышал стук за стеной. Он сообразил, что это Янг пишет мелом у себя на доске. Шум не прекращался — тук, тук, тук, — мел стучал себе по доске, и Ленард перестал обращать на него внимание. Но вдруг стук неожиданно оборвался, как если бы с несчастным ученым случился сердечный приступ. Воцарилась мертвая тишина.

Спустя несколько минут Янг просунул голову в двери кабинета Ленарда. “Это непросто”, — произнес он и исчез.

Реакция Янга напоминает реплику математика сэра Гарольда Джеффриса, оброненную им, когда он был консультантом Имперского химического треста. В один из его приездов физики компании обрисовали ему задачу, с которой, как они надеялись, он мог бы помочь им разобраться. Джеффрис терпеливо слушал, не произнося ни слова. Когда все уже было сказано, установилась гробовая тишина, и затем сэр Гарольд произнес: “Как славно, что это ваша проблема, а не моя” — и быстро удалился.

Regis Ed, Who Got Einstein’s Office (Simon and Schuster, London, 1988).

 

Тот, кто решает задачи

Фриман Дайсон, один из самых удивительных физиков-теоретиков и прикладных математиков нашего времени, как-то назвал себя “решателем задач”, имея в виду (с излишней скромностью), что его главное умение — не придумывать задачи, а решать их. (Еще он ярко и убедительно пишет о развитии науки и о будущем человечества как вида; Дайсон рисует широкими мазками. Он верит, например, что, окажись мы перед угрозой “тепловой смерти”, придется подумать о перемещении нашей планеты на более гостеприимную орбиту, а то и о скачке в параллельную Вселенную — если только она существует. По словам Дайсона, мысль, что мы заперты в одной-единственной Вселенной, вызывает у него клаустрофобию.)

В своих мемуарах Дайсон вспоминает об идиллических временах молодости, когда сразу после Второй мировой он оказался окружен патриархами американской теоретической физики. В 1948 году, когда его совместная с Гансом Бете работа в Корнуоллском университете подходила к концу, юного Дайсона пригласили в Институт фундаментальных исследований в Принстоне. Тем временем Бете уговорил его посетить ежегодную летнюю школу для физиков под патронажем Университета Мичигана в Анн-Арборе — пятинедельное собрание, где молодым физикам давали возможность послушать лекции светил науки, задать вопросы и даже вступить с ними в спор. За две недели до начала школы Дайсон встретил Ричарда Фейнмана, который сообщил ему, что направляется на машине в Альбукерк, штат Нью-Мексико, и позвал съездить с ним.

Четыре дня подряд Дайсон и Фейнман беседовали и спорили. Их философские взгляды на физику были взаимно противоположны: Дайсон верил в уравнения, Фейнман — в картину, которая может уложиться в голове; он обладал почти мистическим убеждением в единстве природы и физических законов — том единстве, которое Эйнштейн безуспешно искал последние годы своей жизни — тогда как Дайсон просто нуждался в теории, которая будет работать в отведенных ей пределах. Фейнман не доверял математике Дайсона, а Дайсон относился с подозрением к интуиции Фейнмана. Фейнман сформулировал интуитивную картину того, что позже станет известно как квантовая электродинамика — это правила, управляющие взаимодействием частиц, для которых были придуманы знаменитые фейнмановские диаграммы. Теперь они — привычный инструмент любого специалиста по элементарным частицам. С другой стороны, было известно, что Джулиан Швингер разработал детальную, но, как считало большинство заинтересованных физиков, абсолютно неподъемную математическую теорию таких процессов и собирался представить результаты в летней школе Анн-Арбора. И вот Дайсон прибыл в Анн-Арбор на автобусе фирмы “Грэйхаунд” и отправился слушать Швингера. После лекции он решил поспорить с мэтром. Швингер был дружелюбен.

Я мог говорить с ним как угодно долго, и из этого разговора лучше, чем из лекции, понял, из чего появилась его теория. На лекциях она выглядела ограненным бриллиантом, ярким и ослепительным. В приватной беседе теория предстала передо мной необработанной, какой ее видел сам Швингер, прежде чем приступить к огранке и полировке. Теперь я куда лучше мог разобраться в ходе его мыслей.

Я извел на вычисления сотни страниц, пытаясь решать простые задачи методом Швингера. К концу летней школы я почувствовал, что понимаю теорию Швингера как никто другой — за исключением, может быть, самого Швингера. Ради этого, пожалуй, стоило приезжать в Анн-Арбор.

Уезжая, Дайсон снова сел на автобус “Грэйхаунд” и продолжил свое путешествие на запад — с недолгими остановками в Юте и Калифорнии. Озарение пришло на обратном пути.

За три дня и три ночи безостановочной езды я добрался до Чикаго. Все это время мне было не с кем поговорить. Автобус слишком трясло, из-за чего читать я тоже не мог, так что оставалось сидеть и смотреть в окно. Мало-помалу я впал в необременительный ступор. Когда на третий день мы вяло ползли через Небраску, что-то определенно случилось. Я не думал о физике две недели подряд, а теперь физика вызвала своего рода взрыв у меня в сознании. Картинки Фейнмана и уравнения Швингера начали выстраиваться в голове так ясно, как никогда раньше. Впервые я мог свести их вместе. Час или два я складывал и перетасовывал отдельные детали. Наконец я понял, как именно они примыкают друг к другу. У меня не было ни карандаша, ни бумаги, но все было настолько очевидно, что мне больше не требовалось что-либо записывать. Фейнман и Швин-гер просто смотрели на одни и те же вещи с разных сторон. Соединив их методы, вы получаете квантовую электродинамику со швингеровской математической точностью и фейнмановской гибкостью. В конце концов возникнет теория “срединных территорий” (так Дайсон называл состояния вещества между крупномасштабным — вроде небесных тел, которыми управляет гравитация, — и микроскопическим: неуловимыми и короткоживущими субатомными частицами, встречающимися среди продуктов высокоэнергетических столкновений и в атомном ядре. Последними управляют так называемые сильные взаимодействия). Мне потрясающе повезло оказаться единственным человеком, который имел продолжительную беседу как со Швингером, так и с Фейнманом, и я действительно понял, чем занимается каждый из них. В час озарения я был особенно благодарен Гансу Бете, который сделал это возможным. Весь остаток дня, глядя на закат над прерией, я выстраивал в голове структуру будущей статьи, которую напишу, как только доберусь до Принстона.

Следующий рассказ о Дайсоне, математике-виртуозе, взят из мемуаров Джереми Бернштейна. Бернштейн пришел в Институт фундаментальных исследований молодым физиком-теоретиком в 1957 году и начал работать с Марвином Гольдбергером (известным под именем Мёрф), позднее — президентом Калифорнийского технологического института. В 1957 году Бернштейн и Гольдбергер как раз вступили в борьбу с задачей электромагнитных взаимодействий фундаментальных частиц.

Было, по меркам Института, раннее утро. Большинство сотрудников работало по ночам и не появлялось раньше полудня. Мерф явился в институт с отвратительного вида интегральным уравнением. Не важно, что это было — главное, что оно выглядело весьма неопрятно. Мерф разделил члены уравнения на две группы: одну обозначил G(x), что расшифровывалось как “хорошие (Good) по иксу”, а вторую — Н(х), что означало “ужасные (Horrible) по иксу”. Тут появился Дайсон с чашкой кофе в руках и принялся разглядывать наше уравнение. Мерф спросил: “Фримен, вам когда-то попадалось что-нибудь вроде этого?” Дайсон ответил, что нет, но, похоже, этим утром он был особенно в форме. Он переписал формулы и исчез. Примерно через двадцать минут он вернулся с решением. Позже его заново вывели другие люди, и уравнение носит их имя, однако тогда я увидел то, что показалось мне — и все еще кажется — невероятным колдовством. Год за годом я наблюдал, как Дайсон решает самые разные математические задачи, и до сих пор не могу себе представить, что значит думать с такой скоростью и такой математической четкостью. Кажется ли при этом, что все остальные заторможены? Такому нельзя научиться, по крайней мере я точно не смогу. Зато я достаточно обучен математике, чтобы радоваться каждый раз, когда такое происходит.

Bernstein Jeremy, The Life It Brings (Ticknor and Fields, New York, 1987). Мемуары Фримена Дайсона (Freeman Dyson) называются Disturbing the Universe (Harper and Row, New York, 1979).

 

Мост входит в резонанс

Хендрик Казимир, известный голландский физик и в течение многих лет глава исследовательского отделения компании Philips в Эйндховене, в молодости успел поработать в нескольких знаменитых европейских научных центрах. Особую привязанность он испытывал к Нильсу Бору — как, впрочем, и все, кто с Бором сотрудничал. Позже он вспоминал, какими лукавством и чувством юмора обладал знаменитый физик:

Рядом с Институтом Бора находился водоем — я затрудняюсь назвать его прудом или озером — трехкилометровой длины и 150–200 метров шириной, называвшийся Сортедамсе. Однажды Бор взял меня с собой на прогулку вокруг озера и повел на один из мостов, которых там было несколько. “Смотрите, — произнес он, — я покажу вам любопытный пример явления резонанса”. Парапет моста был устроен так: каменные столбики, метр двадцать высотой и на расстоянии метра три друг от друга, скреплялись у вершины прочными железными стержнями (или, скорее, трубками), уходящими в глубь камня. На полпути между столбиками в мост было вмуровано железное кольцо, а от него в обе стороны расходились две массивные цепи, каждую из которых особый хомут у вершины столба прикреплял к железному стержню. Бор дернул за звено неподалеку от бруска и оставил его раскачиваться, и тут, к моему удивлению, звено на другом конце цепи закачалось тоже. “Замечательный пример резонанса”, — сказал Бор. Я стоял потрясенный, и тут Бор внезапно рассмеялся. Разумеется, ни о каком резонансе не могло быть и речи: силы связывания были ничтожны, и колебания легко гасились. Просто Бор, одновременно с раскачиванием цепи, успел провернуть стержень, который, хотя и уходил в глубь столбиков, не был там закреплен — поэтому колебаться стали звенья на обоих концах сразу. Я слегка скис оттого, что сразу не послушался доводов своего здравого смысла, но Бор меня утешил тем, что на этот же трюк попался и Гейзенберг, и тут же прочел целую лекцию про резонанс.

В Институте Бора мост прозвали Резонансным Мостом. Казимир использовал этот рассказ, чтобы подчеркнуть не только юмор Бора, но еще и его практическую сообразительность. “В молодости, — пишет Казимир, — он сам ставил эксперименты на тему поверхностного натяжения, и построил большую часть приборов своими руками, а его понимание порядков физических величин распространялось на все масштабы — от атомного ядра до рутинных инженерных задач”.

Из: Casimir H.RB., Haphazard Reality: Half a Century of Science (Harper and Row, London and New York, 1983,).

 

Джекпот в игральном автомате

Порой самые неожиданные явления способны вдохновить мысль ученого. Удивительную историю рассказывает в своих воспоминаниях известный генетик Сальвадор Лурия (1912–1991). Покинув свою родную Италию из-за антисемитских законов Муссолини, он нашел прибежище в Университете Индианы, где занялся изучением генетики бактериофагов. Его исследования оказались весьма успешными, и Лурия вместе с небольшой группой других первопроходцев — среди которых были и его студент Джеймс Уотсон, и Макс Дельбрюк из Калифорнии — заложили основы молекулярной генетики в ее нынешнем виде.

Лурию занимала судьба бактерий, зараженных бактериофагом (это вирус, который атакует бактерию и размножается внутри нее до тех пор, пока его многочисленное потомство не разорвет клетку и не вырвется наружу искать новые жертвы); он заметил, что некоторые колонии бактерий в его чашках с агар-агаром, специальной питательной средой, способны пережить такую атаку. Эти бактерии наверняка мутировали, и вопрос состоял только в том, вызваны ли мутации действием бактериофагов или же они были внезапными и случайными, однако придали бактериям силу, позволившую устоять перед нападением вирусов, — резистивность.

Я бился над проблемой несколько месяцев — главным образом мысленно, но еще успел поставить множество экспериментов. Все было безрезультатно. В конце концов ответ явился в феврале 1943 года в невероятных обстоятельствах — на факультетской вечеринке в Университете Индианы, преподавателем которого я стал пару недель назад.

Когда музыка ненадолго утихла, я оказался у игрального автомата и стал наблюдать за коллегой, бросающим туда одну за одной десятицентовые монеты. Потеряв кучу времени, он внезапно что-то выиграл. Не будучи игроком, я стал убеждать его в неизбежности проигрыша, однако тут он сорвал джекпот — около трех долларов десятицентовиками, — презрительно взглянул на меня, развернулся и ушел. В эту минуту я задумался об истинной математике игральных автоматов; тут меня и осенило, что игральным автоматам и мутациям бактерий есть что позаимствовать друг у друга.

Идея, которая внезапно пришла Лурии в голову, заключалась в том, что джекпот невозможно предсказать — даже если знать, что в среднем он случается, скажем, раз в пятьдесят игр. По той же логике, если мутации, защищающие от фагов, случайность, то колонии резистентных бактерий будут возникать с непредсказуемой частотой. Потомки выживших, тоже резистентные, будут образовывать бурно растущие скопления колоний на пластинке с бактериальной культурой. Если же, наоборот, бактериофаги делают одних устойчивыми, а остальных убивают, то колонии будут разбросаны по пластинке случайным образом по законам статистики. Лурия заключает:

Мгновение, когда я осознал сходство между выигрышами в игральном автомате и скоплениями мутантов, было восхитительным. Я выбрался с вечеринки, как только представилась возможность (собственной машины у меня не было), а ранним утром следующего дня отправился к себе в лабораторию — комнату, которую я делил с двумя студентами и восемнадцатью кроликами. Свою идею я решил проверить опытным путем — с помощью набора одинаковых бактериальных культур, каждая из которых образовалась делением всего нескольких особей. Дождаться, пока культуры вырастут, в это воскресенье было особенно трудно. В Блумингтоне я почти никого не знал, так что просидел большую часть дня в библиотеке, не в состоянии сосредоточиться ни на одной книге. На следующий день, утром в понедельник, каждая культура насчитывала примерно по миллиарду бактерий. Теперь требовалось сосчитать фаг-резистентных бактерий в каждой. Культуры я смешал с фагами на отдельных пластинках. Мне снова предстояло прождать сутки — но сейчас я, по крайней мере, был загружен преподавательскими делами. Вторник был днем триумфа. В среднем я насчитал по десять резистентных колоний на культуру — кое-где был ноль, а кое-где, как я и надеялся, джекпот. Оставалось поставить контрольный опыт. Я взял множество отдельных культур и все смешал, а потом разбил смесь на маленькие порции и сосчитал резистентные колонии в каждой. Вышло как нельзя лучше: на этот раз общее число резистентных колоний было примерно тем же, но теперь числа для отдельных порций подчинялись случайному распределению — уже без джекпотов.

Так была выяснена причина спонтанных мутаций. Метод стал известен под названием “флуктуационный тест”. Он позволил вывести частоту спонтанных мутаций, а также внес ясность в вопрос о том, откуда берутся такие свойства, как устойчивость к антибиотикам.

Lurid Salvador, A Slot Machine, A Broken Test Tube (Harper and Row, New York, 1985).

 

Сбить Венеру

Вот выдержка из письма Роберта Оппенгеймера, руководившего в Лос-Аламосе атомным проектом, к Элеонор Рузвельт:

В преддверии испытаний первой атомной бомбы все в Лос-Аламосе были в напряжении. Помню, как однажды утром чуть ли не все участники проекта высыпали на улицу и уставились на яркое тело в небе — его разглядывали сквозь очки, бинокли и вообще все, что попалось под руку. Из Киртланд-Филда отрапортовали, что не располагают перехватчиками, которые позволили бы им приблизиться к объекту. Наш директор службы кадров был астрономом и просто мудрым человеком; в конце концов он явился ко мне в кабинет и спросил, когда мы наконец прекратим наши попытки сбить Венеру. Я рассказываю эту историю, только чтобы подчеркнуть, что даже группа ученых не застрахована от ошибок и паники.

Оппенгеймер (1904–1967) — замечательный физик-теоретик, прославившийся невероятным интеллектом. Рассказывают, что он был страшным человеком, пусть и не без привлекательных черт. Вот зарисовка Мартина Кэмена, дружившего с ним во времена своей докторантуры в Калифорнийском университете в Беркли:

Оппи, как его ласково называли, однажды захватил меня с собой на празднование Нового года в Нью-Йорке к Эстер Кэн, пианистке и сестре известного колумниста Херба Кэна. По пути Оппи вспомнил, что не уверен в адресе — зато уверен, что дом находится на Клэй-стрит и что его номер состоит из двух пар десятичных знаков, каждая из которых делится на семь без остатка, — 1428,2128,2821 или что-то в этом духе. Поэтому мы слонялись по Клэй-стрит, разглядывая таблички, пока наконец не увидели дом Эстер под номером 3528.

Rhodes Richard, The Making of the Atomic Bomb (Simon and Schuster, New York, 1986); Kamen Martin D., Radiant Science, Dark Politics (University of California Press, Berkeley, 1985).

 

Оживление мертвецов

Открытие электричества подтолкнуло некоторых биологов к мысли, что процессы внутри живых организмов как-то с ним связаны. Вот почему Луиджи Гальвани (1737–1798), профессор медицинской школы в Болонье, стал добиваться реакции на электрические импульсы от физиологического препарата — лягушачьих лапок с прикрепленными к ним седалищным нервом и частью позвоночного столба.

Во время такого опыта ассистент случайно коснулся нерва лезвием скальпеля и с удивлением заметил, что мышцы отозвались конвульсивными подергиваниями. Эффект, как оказалось, имел место лишь тогда, когда пальцы ассистента (надо думать, влажные) касались железных гвоздей, которыми лезвие крепилось к костяной ручке, и электрическая цепь между нервом и землей замыкалась. Затем Гальвани решил посмотреть на действие атмосферного электричества, которым Бенджамин Франклин и другие во время грозы заряжали лейденские банки. Гальвани развесил вдоль железной ограды в саду лягушачьи лапки на медных крючках и, к своему восхищению, смог лично наблюдать, как они подергиваются без видимой причины. (Возник слух, что истинным намерением Гальвани было приготовить суп из лягушачьих лапок для жены-инвалида, а знаменитое наблюдение — всего-навсего побочный продукт этой затеи; на самом же деле жена Гальвани, будучи дочерью знаменитого физиолога, наверняка просто участвовала в опытах мужа.) Гальвани пришел к заключению, что открыл “электрический флюид” — родственный, вероятно, источнику “животного магнетизма”, который Франц Антон Месмер (термин “месмеризм” образован от его имени) и другие пытались продемонстрировать во Франции.

В 1791 году Гальвани опубликовал свои наблюдения и их толкование под заглавием De Viribus Electricitas (“Об электрических силах”), после чего его слава быстро распространилась, к возмущению критически настроенных умов. Главным из них был профессор Университета Павии, физик-скептик Алессандро Вольта (1745–1827). Вольта повторил опыты Гальвани, однако догадался, что объяснения последнего абсурдны, а на самом деле электричество порождается сочетанием железа и меди, разделенных проводящим раствором в мускулах. Далее Вольта заметил, что биметаллическая пара способна порождать несильный электрический ток без какой бы то ни было подзарядки извне, и начал объединять такие пары в ряды, разделяя их кусками бумаги, вымоченной в соли. Это и есть вольтова батарея, которая вскоре попала в руки Хэмфри Дэви в Лондоне. С ее помощью Дэви осуществил электролиз воды (т. е. химическое разложение Н20 на газообразные водород и кислород, которые выделяются на электродах).

Гальвани — определенно человек с ограниченным воображением — так никогда и не отказался от веры в животное электричество. Он был озлоблен неприятием своей теории, смертью жены и политическими преследованиями, которые ему пришлось вынести (Гальвани решительно осуждал завоевание Наполеоном севера Италии, который, под названием Цизальпинской республики, сделался французской сатрапией). Зато его наверняка радовало то, что его идеи об электричестве энергично (пусть и в неверном направлении) продвигались его учеником и племянником Джованни Альдини. Альдини дошел до того, что стал подбирать свеже-отрубленные головы возле гильотины и вставлять электроды в мозг. Это, по его сообщениям, приводило к разным гримасам, подергиванию губ и распахиванию глаз. Вольта, со своей стороны, избегал подобной театральности и добился более широкого признания. Он предъявил свою батарею Французской академии наук в присутствии лично императора, а тот по достоинству оценил ее перспективы и наградил изобретателя золотой медалью. Имя Вольты увековечили в названии единицы напряжения, тогда как имя Гальвани — в названии гальванометра и, более того, в эмоционально окрашенном глаголе “гальванизировать”.

О Гальвани и Вольте пишут часто. Живое и краткое изложение можно найти в книге: Tanford Charles and Reynolds Jacqueline, The Scientific Traveler: A Guide to the People, Places and Institutions of Europe (Wiley, New York, 1992); дополнительные детали даны в работе Fulton J.F. and Cushing H., Annals of Science, 1, 593 (1936).

 

Вибрионы в Вене

Многие десятилетия подряд реакция агглютинации была краеугольным камнем лабораторной и клинической иммунологии. Методика такая: к взвеси неизвестных бактерий добавляют, к примеру, сыворотку, действующую на какой-нибудь известный вид. Если образуется осадок, который скапливается на дне пробирки, то вопрос, что это за бактерии, можно считать решенным. Культуры неизвестных бактерий следует определять при помощи набора сывороток, изготовленных из препаратов иммунных животных — таких как кролики или, реже, козы и лошади. Препарат из крови конкретного животного может служить стандартной сывороткой многие годы. Реакция была открыта в лаборатории Макса Грубера в Вене его студентом из Англии, Гербертом Эдвардом Даремом. Дарем вспоминает:

Тем памятным утром в ноябре 1894-го мы подготовили сыворотку и бактериальную культуру, которые нам выделил Пфайффер, к опыту по проверке его диагностической реакции in vivo. Профессор Грубер подозвал меня: “Дарем! Идите сюда и посмотрите!” Перед тем как сделать первые инъекции сыворотки и вибрионов (холерных бацилл), он поместил немного образца под микроскоп, и там агглютинацию можно было разглядеть. Несколько дней спустя мы приготовили наши смеси в небольших стерилизованных стеклянных банках; так вышло, что ни одна из них не была стерилизована как следует, и мне пришлось взять несколько стерильных пробирок; поместив туда культуру и сыворотку, я оставил их ненадолго постоять, а потом закричал сам: “Профессор! Идите сюда и посмотрите!” Как образуется осадок, можно было увидеть невооруженным глазом. Так появилось сразу два метода — микроскопический и макроскопический.

Агглютинацию в пробирке заметили только потому, что у Дарема не нашлось стандартной стерильной посуды. Право считаться первооткрывателем позже оспаривал немецкий бактериолог Ричард Пфайффер, который предоставил Дарему и Груберу материалы для прививок.

История излагается в книге Beveridge W.1 B., The Art of Scientific Investigation (Heinemann, London, i960).

 

Склока в лаборатории

Если сравнивать то, как разные открытия сказались на жизни и благополучии людей, то открытие инсулина было, возможно, самым ярким событием в истории современной науки. Вплоть до 1920-х диагноз “диабет” (который врачи обычно ставили, увидев пятна высохшего сахара на обуви или брюках пациента-мужчины) обещал раннюю и болезненную смерть. Ее можно было избежать разве что за счет жесткой диеты, не менее мучительной для большинства больных, чем сама болезнь.

История инсулина не обошлась без несчастий, злобы и обманов. Когда в 1923 году Нобелевскую премию присудили двум главным действующим лицам — Фредерику Бантингу (1891–1941) и Джону Маклеоду (1876–1935), это вызвало возмущение у тех, кто (не без оснований) считал, что их роль в открытии преуменьшена или забыта. Одним из возмущавшихся был Николае Паулеску, румынский физиолог, чьи наблюдения были решающими в отыскании связи между диабетом и дефицитом активного компонента поджелудочной железы. Он открыл, что повышенный уровень сахара в крови и моче собак, у которых диабет был искусственно вызван удалением поджелудочной железы, становился ниже, когда вытяжку из поджелудочной вводили животным обычной инъекцией. Паулеску пришлось отложить свои исследования на четыре года — по той причине, что в его страну в конце Первой мировой вторглись австро-венгерские войска. Когда же он вернулся к этой теме, то Бантинг, Маклеод, Бест и Коллип в Торонто уже вплотную подошли к разгадке.

Молодой немецкий врач Георг Цюльцер добился, похоже, потрясающего результата, вводя умирающему пациенту вытяжку поджелудочной — однако его работы также проводились в чрезвычайно неподходящих для этого условиях и были прерваны войной. Куда более известный немецкий физиолог, Оскар Минковский, считал претензии Цюльцера смехотворными: именно Минковский первым установил связь между сахаром и поджелудочной железой. Считают, что он догадался о присутствии сахара в моче собаки без поджелудочной (к тому же страдающей недержанием), когда заметил, что пятна на лабораторном полу собирают мух. В этой истории нет повода сомневаться хотя бы потому, что ее рассказывал знаменитый американский физиолог У.Б. Кэннон; однако сам Минковский всегда отрицал, что причина открытия — случайное стечение обстоятельств. Так или иначе, Минковский, которому научный руководитель поручил исследовать роль поджелудочной железы в расщеплении жиров, действительно диагностировал у собаки, которой удалили эту железу, сахарный диабет. На заявления Цюльцера Минковский отвечал, что ничуть не меньше сожалеет о его неудаче.

Окончательной победы добилась группа с факультета физиологии Торонтского университета, которую возглавлял Маклеод. Бантинг был вдохновителем исследований, а Маклеод сначала отнесся к затее с неприязнью, но потом стал ее активно поддерживать. Чарльз Бест, студент факультета, присоединился к ним в качестве ассистента Бантинга, а биохимик Джеймс Коллип был нанят для решения конкретной задачи — чтобы выделить из вытяжки поджелудочной железы неуловимое активное вещество. И Бест, и Коллип были твердо убеждены, что Нобелевскую премию следовало вручить и им, тогда как Бантинг, человек с непреклонными взглядами и характером параноика, считал результат по большей части своим и не упускал случая оговорить и принизить Маклеода. Часть грязи успела прилипнуть, поэтому часто и безосновательно утверждают, что вклад Маклеода в открытие был ничтожен и тот украл заслуженное признание у остальных. Дележ добычи, породивший так много обид, был, вероятно, справедливым, хотя многие и убеждены, что Бест был исключен из числа лауреатов незаслуженно (однако уже скоро был вознагражден множеством наград и почестей), в то время как Маклеод, к ярости Бантинга, излишне подчеркивал заслуги Кол липа. И действительно, Маклеод публично пообещал, что поделится с Коллипом половиной суммы премии; в письме другу он сообщает: “Думаю, я преуспел в том, чтобы убедить людей: его [Коллипа] вклад вовсе не был несоизмерим со вкладом Бантинга”. В свою очередь Бантинг заявил, что отдаст половину денег Бесту.

Самый яркий за все время охоты за инсулином инцидент произошел в январе 1922 года. Майкл Блисс, автор классического исследования по истории инсулина, описывает его как “одну из самых примечательных личных стычек в истории науки”. После ряда огорчительных неудач Коллип наконец сумел приготовить высокоактивный экстракт, который, вероятно, состоял в основном из чистого инсулина. (Совсем скоро он обнаружит, что не в состоянии приготовить его заново, и на повторение достигнутого понадобится еще больше времени.) Вот как Бантинг вспоминает знаменитую ссору двадцать лет спустя:

Худшее из наших столкновений случилось как-то вечером в конце января. Коллип становился все менее и менее общительным и в конце концов после недельного отсутствия в полшестого вечера возник на пороге нашей маленькой комнаты. Он остановился сразу за дверьми и произнес: “Коллеги, у меня получилось”.

Я повернулся и произнес: “Славно, поздравляю. И как же вы этого добились?”

Коллип ответил: “Вам я решил не сообщать”.

Его лицо побелело как мел, и он собрался уходить. Тогда я одной рукой схватил его за воротник плаща и, почти приподняв его, силой усадил на стул. Не помню всего, что тогда было сказано, — помню только, как заявил, что он, к счастью, намного тщедушней, иначе я “вытряс бы из него душу”. Он рассказал, что обсудил ситуацию с Маклеодом и что Маклеод одобрил его решение не сообщать нам, каким способом экстракт был очищен.

По версии Чарльза Беста, все выглядело несколько иначе:

Однажды вечером в январе или феврале 1922 года, когда я работал один в здании Медицинского центра, доктор Дж. Б. Коллип заглянул в небольшую комнату, где у нас с Баннингом стояли собачья клетка и разные химические приборы. Он сообщил мне, что покидает нашу группу и что намерен запатентовать на свое имя наши улучшения в процедуре подготовки экстракта поджелудочной железы. Такое развитие событий меня ошеломило, так что я настоятельно попросил подождать прихода Фреда Бантинга, а для большей уверенности, что он действительно дождется, я запер дверь, а сам уселся на стуле напротив нее. Бантинг вернулся в Медицинский центр очень нескоро. Наконец он появился в коридоре, ведущем в нашу комнату. Я передал ему слова Коллипа, и Бантинг весьма спокойно это выслушал — однако я не мог не почувствовать, как в нем накапливается ярость. О том, что за этим последовало, я умолчу. Бантинг был явно разгневан, поэтому Коллипу следует считать большой удачей, что он остался цел. Поскольку я опасался, что Бантинг совершит что-нибудь такое, о чем нам обоим потом придется горько сожалеть, мне пришлось удерживать его всеми средствами, какие только у меня имелись.

Майкл Блисс высказывает предположение, что Кол-лип и Маклеод были в большой обиде на Бантинга за выходки, которые он позволял себе последние несколько недель — возможно, Бантинг пытался преждевременно устроить клинические испытания неочищенного и потенциально опасного препарата, приготовленного им вместе с Бестом. Блисс пишет:

Я предполагаю, что Коллип и Маклеод едва ли были в состоянии руководить действиями Бантинга последние несколько недель, в частности из-за того, что попытка Бантинга приготовить вместе с Бестом экстракт для первых клинических испытаний подрывала сам дух командной работы. Похоже, Бантинг присвоил себе некоторые из усовершенствований, внесенных Коллипом в процедуру приготовления экстракта. Бантинг продемонстрировал им свое недоверие, и теперь у них не было оснований верить ему. Очистка экстракта была задачей Коллипа, а не Бантинга или Беста. Коллип и Маклеод могли решить, что Бантинг покушается на авторство Коллипа. Стоит тому докопаться до подробностей о процессе подготовки экстракта, и он припишет все заслуги себе. Вероятно, события и января (когда они только узнали о превышении Бантингом полномочий) подтолкнули их к убеждению, что Бантингу доверять не следует и что он попытается опередить прочих членов группы, подав заявку на патент. Паранойя столкнулась с паранойей. В результате Коллип и Маклеод решили не делиться с Бантингом и Бестом секретом приготовления эффективного экстракта для борьбы с диабетом.

Годы спустя Бантинг и Коллип помирились, и каждый из них признал вклад соперника в великое открытие. Так или иначе, в 1941 году Бантинг, который тогда состоял на службе у канадского правительства, провел последнюю ночь своей жизни в Монреале с Коллипом — а считаные часы спустя бомбардировщик, который должен был отвезти его в Англию, разбился, и все, кто находился на борту, погибли.

Увлекательное описание истории инсулина содержится в книге Bliss Michael The Discovery of Insulin (MacMillan, London, 19 87).

 

Ребенок — отец взрослого

Джереми Бернштайн в своем эссе “Детский сад науки” собрал воспоминания знаменитых физиков о своем детстве. Ученые рассказывают, как у них впервые проснулся интерес к миру чисел.

Когда великого теоретика Ганса Бете (в девяносто с лишним лет он все еще был озабочен проблемами теоретической физики, которую считал самым интересным из человеческих занятий) спросили, есть ли у него детские воспоминания о математике, тот ответил:

О да — и много. Числа занимали меня с самого раннего возраста. В пятилетнем возрасте на прогулке я задал матери такой вопрос: “Не странно ли, что когда ноль стоит в конце числа, это многое значит, а когда в начале, это не значит ничего?” А однажды, когда мне было примерно четыре года, профессор физиологии Ричард Эвальд, начальник моего отца, спросил: “Сколько будет 0,5 поделить на 2?" Я отвечал так: “Дорогой дядя Эвальд, этого я не знаю”, однако при следующей встрече подбежал к нему со словами “Дядя Эвальд, это будет 0,25м. Тогда я уже знал о десятичных дробях. В семилетнем возрасте я выучил степени и заполнил целую книгу степенями двойки и тройки.

Станислав Улам — польский математик (1909–1984), который большую часть активной жизни провел в Соединенных Штатах и чьи математические прозрения стали решающими при создании водородной бомбы. Следующая цитата позаимствована из его захватывающей автобиографии “Приключения математика”:

Я начал проявлять математическое любопытство весьма рано. В библиотеке моего отца имелась потрясающая серия немецких книг в мягкой обложке — серия называлась Reklam. Одной из книг была “Алгебра” Эйлера. Я заглянул в нее, когда мне было лет десять— одиннадцать, и книга показалась мне какой-то головоломкой. Символы выглядели как магические знаки. Мне не верилось, что когда-нибудь я смогу их понять. Это наверняка стимулировало мой интерес к математике. Я своими силами открыл способ решать квадратные уравнения. Помню, что мне это далось ценой невероятного сосредоточения и почти болезненного и не вполне осознанного усилия. А делал я вот что: дополнял выражения до полного квадрата в уме, без помощи карандаша или бумаги.

Отрывок ниже взят из биографии Энрико Ферми, написанной его другом, физиком Эмилио Сегре:

Ферми сообщил мне, что одним из главных интеллектуальных прорывов в его жизни была попытка понять — в десятилетнем возрасте! — как именно уравнение х2+у2=г2 определяет окружность. Наверняка кто-то сообщил ему этот факт, однако юный гений должен был осмыслить его сам.

То, что ю-летний ребенок открыл полярную систему координат, определенно следует считать фантастическим достижением.

А вот как Фриман Дайсон описывает Бернштайну одно из своих первых математических впечатлений:

Было время, когда меня укладывали спать в середине дня — точного возраста я не помню, однако мне наверняка не было и десяти. Однажды, собираясь заснуть, я принялся складывать числа — 1+1/2+1/4+1/8+… — и сообразил, что сумма сходится к двум. Другими словами, я сам, без всякой помощи, обнаружил существование сходящихся бесконечных рядов.

Бернштайн также замечает, что Эйнштейн, который был вечно недоволен своими математическими способностями, придумал доказательство теоремы Пифагора (“квадрат гипотенузы…”) в 12-летнем возрасте. Это открытие, однако, затмевает подвиг Пола Эрдёша, невероятно эксцентричного венгра, который каждую минуту, не потраченную на занятия математикой, считал потерянной; он мог перемножать в уме трехзначные числа в три года, оперировать квадратами и кубами в четыре, а к подростковому возрасту выдумал 37 доказательств теоремы Пифагора.

Все истории, приводимые выше, собраны в книге: Bernstein Jeremy, Cranks, Quarks and the Cosmos (Basic Books, New York, 1993,) — за исключением последней, которая рассказывается в биографии Эрдёша: Hoffman Paul, The Man Who Loved Only Numbers: The Story of Paul Erdos and the Search for Mathematical Truth (Fourth Estate, London, 1998).

 

Гук дразнит коллег

Современные ученые часто жалуются, что их коллеги недостаточно беспристрастны в патентных делах и в вопросах первенства, однако прежде все обстояло еще хуже. Натурфилософы эпохи Просвещения стремились обезопасить свои открытия, сводя к минимуму риск ошибиться публично: записи сразу же отправляли в архив (с указанием даты, когда они сделаны) либо зашифровывали. Роберт Гук, современник Исаака Ньютона, был блестящим эрудитом, другом архитектора Кристофера Рена (и не только его) и, к слову, сконструировал известный памятник на Паддинг-лейн в лондонском Сити (памятник указывает место, с которого начался Великий пожар 1666 года).

Гук невероятно ревностно относился к тому, что сейчас называют интеллектуальной собственностью, и не доверял современникам. Его имя носит закон, который гласит, что растяжение материала прямо пропорционально приложенной к нему силе. Гук, как известно, изобрел пружинные часы, и этим отчасти и объясняется его интерес к упругим свойствам материалов. В 1665 году Гук сформулировал суть своего открытия так: “Вот истинная теория упругости или пружин, и отдельное объяснение вытекающих из нее свойств объектов, в каких упругость можно наблюдать, а также способ измерения скоростей тел, приводимых такими объектами в движение: ceiiinosssttuu". Последнее слово — анаграмма, смысл которой Гук раскрыл через два года, когда уже был уверен в своих результатах и удовлетворен тем, что они применимы и к часовой пружине:

Прошло два года с тех пор, как я опубликовал нижеследующую теорию в виде анаграммы в конце моей книги с описанием гелиоскопов: ceiiinosssttuu, что значит Ut Tensio sic vis, — “отношение силы пружины к ее растяжению постоянно”. То есть если единица силы изгибает или растягивает пружину на единицу длины, то две единицы силы растянут ее на две, а три — на три, и так далее. Раз теория столь коротка, то и проверить ее весьма просто.

За описанием работ Гука и его ученых современников стоит обратиться к книге: Jardine Lisa, Ingenious Pursuits (Little, Brown, London, 1999/

 

Узнай соперника

Дж. Г. Крауфер (1899–1983) — научный журналист и популяризатор науки, который, похоже, за свою жизнь успел увидеться со всеми учеными мира, известными и не очень. В весьма интересных мемуарах он рассказывает о тех встречах, которые пришлись на время двух мировых войн. Нижеследующее, говорит он, может быть и позднейшей выдумкой, однако, как бы то ни было, верно по сути. Э.А. Милн (1896–1960), оксфордский математик и космолог, предложил свои услуги Военному министерству и получил в ответ текст, набранный под копирку: если понадобится, сообщалось в послании, за его услугами обратятся. Если вспомнить его свершения времен Первой мировой и приобретенную с тех пор известность, будет понятно, почему Милн был так взбешен столь неучтивым ответом. Пользуясь связями, он известил о своей обиде высшие министерские чины. Вскоре Милну пришло приглашение в министерство за подписью бригадного генерала. Милн с порога разразился гневным монологом. Как он сообщил генералу, который терпеливо слушал его разглагольствования, Военному министерству следовало бы знать, что эта война будет войной научной. Раз так, то не стоит ли министерству наилучшим образом распорядиться научным знанием и воспользоваться услугами именитых ученых?

Генерал дождался момента, когда Милн выдохся, и затем спросил: “Скажите, вас в университете награждали Адамсовской премией”. “Нет, — со злостью ответил Милн, — а при чем здесь это?” — “А вот меня награждали”, — сказал генерал.

Вот еще рассказ про недооцененного собеседника:

Однажды на базе “Экселент” (это военно-морской комплекс на берегу Портсмутской бухты) появились два рослых американских офицера. О том, как их зовут, в сопроводительной информации ничего не говорилось. Их представили Герберту Ричмонду, известному математику, который отвел их к нам в кабинет и начал объяснять им простейшим языком, чем мы занимаемся. Опыт научил его исходить из предположения; что гости-офицеры ничего в математике не смыслят, так что прежде всего он стремился избегать любых формул математического анализа. Американцы вежливо слушали и время от времени делали осмысленные замечания. Наконец Ричмонд мягко спросил: “Вероятно, вы знакомы с анализом?” Самый высокий из них, благовидный человек средних лет с хорошими манерами, слегка улыбнулся и согласился: “Да, мы с анализом знакомы”.

Ричмонд вздохнул с облегчением и сообщил, что в таком случае продолжит. Теперь он чуть глубже вдавался в суть, а комментарии американцев становились все содержательней. Спустя какое-то время Ричмонд решил поинтересоваться: “Вероятно, вы математики?” Высокий благовидный американец загадочно улыбнулся и сообщил: “Меня зовут Веблен”. Я сидел в четырех ярдах от них и ясно видел, как Ричмонд подпрыгнул на собственном стуле и стал нечленораздельно бормотать: “Ой-ой-ой”. Ричмонд и Освальд Веблен занимались одним и тем же разделом математики, и только что он полчаса потратил на то, чтобы объяснить этому человеку, не прибегая к анализу, как решаются дифференциальные уравнения.

Освальд Веблен (1880–1960), известный своими трудами в разных областях геометрии, позже стал директором Института фундаментальных исследований в Принстоне, где работал Эйнштейн.

Есть много примеров такого комического недопонимания. Глен Сиборг, которому в 1951 году вручили Нобелевскую премию по химии за работы, посвященные трансурановым элементам, был научным советником нескольких американских президентов подряд. Кульминацией его противостояния с сенатским комитетом стал риторический вопрос разозленного сенатора: “Что вы можете знать про плутоний?” Сиборгу пришлось ответить, что именно он открыл этот элемент.

Обе истории Дж. Г. Крауфера приводятся в его мемуарах: Crowther J.G., Fifty Years with Science (Barrie and Jenkins, London, 1970). Последний рассказ см. в книге: Seaborg Glenn, A Chemist in the White House: From the Manhattan Project to the End of the Cold War (American Chemical Society, Washington D.C., 1998).

 

Божественная искра вспыхивает ночью

Многих ученых посещала сверхъестественная вспышка откровения во время отдыха или на границе бодрствования и сна. Примечателен случай австрийского физиолога Отто Леви (1873–1961), профессора физиологии в университете Граца, которого прежде всего помнят за открытие механизма передачи нервного импульса. В 1936 году открытие это принесло ему Нобелевскую премию, которую он разделил со своим другом из Англии, Генри Дейлом. Центральной проблемой нейробиологии тех лет был вопрос о том, передаются ли нервные импульсы мускулам, работу которых они регулируют, с помощью химического вещества-посредника. К тому моменту Генри Дейл уже показал, что присутствующее в организме вещество, ацетилхолин, способно стимулировать нерв — скажем, замедлять биение сердца в точности так же, как при естественной стимуляции блуждающего нерва, управляющего сердечной мышцей.

Однажды вечером Леви задремал над книгой, но внезапно вскочил — с ясным чувством пережитого откровения ослепительной яркости. Леви схватил карандаш и бегло записал его суть. Однако, проснувшись на следующее утро, он не мог не только восстановить осенившую его мысль, но и разобраться в собственных записях. Весь день он просидел в лаборатории, тщетно надеясь, что вид знакомых приборов освежит его память, и безуспешно пытаясь понять написанное. Тем же вечером, укладываясь спать, Леви чувствовал себя невероятно подавленным, однако пару часов спустя он проснулся, потому что идея заново промелькнула в голове. В этот раз он перенес ее на бумагу с куда большей осторожностью.

На следующий день он отправился в лабораторию ставить один из самых простых, самых изящных и самых значимых экспериментов в истории биологии. В ходе этого эксперимента и было доказано, что у нервных импульсов есть химический посредник. Леви взял два лягушачьих сердца и погрузил в солевой раствор, чтобы те продолжали биться, затем стимулировал у одного блуждающий нерв, и биение прекратилось. Это сердце он извлек, а на его место поместил второе. К великому удовлетворению Леви, раствор подействовал на второе сердце так же, как стимуляция нерва — на первое: пульсирующий мускул замер. Это породило волну экспериментов, посвященных медиаторам нервного импульса, в лабораториях всего мира: теперь изучали не только связь между нервами, мускулами и железами, на которые те воздействуют, но и между самими элементами нервной системы.

Вещество, которым нерв после стимуляции обогащал солевой раствор вокруг сердца, теперь относят к нейротрансмиттерам. В опыте Леви нейротрансмиттером был, разумеется, ацетилхолин.

То, что изолированное сердце может биться часы подряд, тоже выяснилось совершенно случайно. Сидни Рингер (1835–1910), врач из больницы Лондонского университетского колледжа, в свободное время занимавшийся фармакологией, много лет проработал с сердцами лягушек. Эти сердца, помещенные в физиологический раствор, продолжали сокращаться еще полчаса после отсечения от лягушачьего тела. Как-то одно сердце вышло за рамки этого срока, и, казалось, собирается биться неопределенно долго. Рингер был в затруднении: сначала он решил, что эффект связан с сезонными особенностями физиологии амфибий, но затем обнаружил, что лаборант, которому поручили приготовить сердце к опыту на этот раз, вместо дистиллированной воды взял водопроводную. Вот что пишет Генри Дэви:

Как объяснял мне сам Филдер (тот самый нерадивый лаборант, я встретился с ним, когда он уже был далеко не молод), он просто не видел смысла терять время на дистилляцию воды для доктора Рингера — тот не почувствует разницы, если взять для солевого раствора воду прямо из-под крана.

Рингер поинтересовался у компании “Нью Ривер Хед”, тогда отвечавшей за водоснабжение северной части Лондона, какие ионы содержатся в их водопроводной воде; так удалось узнать об исключительной роли ионов кальция в физиологии. Раствор, используемый в физиологических опытах, до сих пор называют раствором Рингера.

Что касается Отто Леви, то он, будучи евреем, после аншлюса Австрии был вынужден бежать из страны и нашел убежище в Нью-Йорке, но перед этим был схвачен штурмовиками и брошен в тюрьму. Ожидая худшего и опасаясь за судьбу жены и детей, Леви прежде всего боялся, что результаты его последних опытов не подготовлены к печати и будут утеряны навсегда, если его расстреляют. Он сумел вкратце описать свою работу и подкупить тюремщика, чтобы тот отправил ее в научный журнал. Проделав это, он испытал “невероятное облегчение”. Леви не расстреляли: его влиятельный друг, сэр Генри Дейл, пригрозил бойкотом австрийским ученым, и семья Леви счастливо воссоединилась в Америке.

Леви был не единственным ученым-евреем, которого сэр Генри Дейл спас от гибели. В 1932 году, за год до прихода Гитлера к власти, Дейл приехал на конференцию в Германию, и пришел в восторг от доклада, посвященного веществу растительного происхождения под названием физостигмин. Это удивительное вещество, открытое Леви, заставляет нервную ткань выделять ацетилхолин. Докладчиком был некто Вильгельм Фельдберг, молодой физиолог. На следующий год еврея Фельдберга выгнали из Берлинского университета. Уже не надеясь найти подходящее место в Британии или в Америке, он все-таки, узнав, что в Берлин приехал представитель Рокфеллеровского фонда, поспешил с ним встретиться.

Он (представитель Рокфеллеровского фонда) был полон сочувствия, однако сказал мне примерно так: “Вы должны понимать, Фельдберг: уволено так много знаменитых ученых, которым мы обязаны помочь, что было бы нечестно давать какую-либо надежду на место в университете молодому человеку вроде вас. — И затем, скорее чтобы меня утешить, он продолжил: — Давайте я по крайней мере запишу ваше имя. Никто ведь ничего не знает наверняка”. Когда я записал свое имя, он поколебался и сказал: “Кажется, я о вас слышал. Давайте посмотрим”. Пролистав страницы своего дневника, он внезапно произнес, обрадовавшись: “Да вот же! У меня для вас известия от сэра Генри Дейла, которого я встретил в Лондоне недели две назад. Сэр Генри просил меня, если я вдруг встречу Фельдберга в Берлине, передать ему, что он, Дейл, будет рад предложить ему работу в Лондоне. Так что с вами все в порядке, — сказал он с теплотой в голосе. — Нашелся хоть один человек, о котором мне не придется больше беспокоиться”.

Фельдберг сделал впечатляющую карьеру в лондонском Медицинском исследовательском совете, и эта карьера прервалась только тогда, когда ученому исполнилось 89 лет, — по неудачному стечению обстоятельств и довольно нелепо. Фельдберг случайно совершил открытие: по неловкости уронил настольную лампу на брюхо кролика, которому только что ввели обезболивающее. От перегрева уровень сахара в кроличьей крови неожиданно поднялся. Фельдбергу выдали грант на исследование этого эффекта, который представлял некоторый научный интерес. Тем временем группа борцов за права животных, искавшая способ попасть к нему в лабораторию, такой способ нашла. Прикинувшись телевизионщиками, они получили разрешение снять в лаборатории репортаж об исследовательской работе. Фельдберг, которому помогал престарелый лаборант, уже не вполне контролировал себя, и перед камерами не смог правильно обезболить кролика, а потом вдобавок внезапно заснул как раз в тот момент, когда делал животному укол. Когда эти кадры появились в общенациональных газетах, разгорелся скандал. В итоге обиженный и расстроенный Фельдберг вынужден был уйти в отставку. На следующий год он умер.

О великом открытии Отто Леви рассказывается в книге: Cannon WB., The Way of Investigator (Norton, New York, 1945); воспоминания Вильгельма Фельдберга можно найти здесь: ed. Hodgkin A.Let al., The Pursuit of Nature: Informal Essays on the History of Physiology (Cambridge University Press, Cambridge, 1977).

 

По образу и подобию

Бенджамин Силлимэн — известный ученый первой половины XIX века, химик, профессор Йельского университета. Ниже он описывает происшествие, которое привело его в отчаяние. Ученый заказал дюжину реторт у местных мастеров. Целой реторты у него не было, и, чтобы дать представление о том, что именно ему нужно, он отослал с письмом два стеклянных обломка.

Наконец с мануфактуры Ист-Хаверфорд привезли дюжину моих реторт зеленого стекла: все были тщательно упакованными и совершенно целыми — за вычетом того, что у каждой было отломлено горлышко, в точности как у образца. Горлышки и шары были уложены в коробки так, как укладывают в гроб обезглавленных королей. Такой род “китайской подделки” позволил мне составить надлежащее представление о том, как обстоят дела с производством химического стекла в этой стране, по крайней мере в Коннектикуте: смею надеяться, подобная нелепость вряд ли приключилась бы в Филадельфии или в Бостоне.

Fulton J.F. and Thomson E.H., Benjamin Silliman: Pathfinder in American Science (Schuman, New York, 1947).

 

Как наука помогала выжить

Наукой продолжали заниматься — иногда всерьез, а иногда превращая ее в нелепую пародию на саму себя — и в лагерях смерти нацистской Германии, а некоторым ученым она даже спасла жизнь. Так, например, в Освенциме однажды было принято решение отобрать из числа узников химиков для работ на резиновом заводе Бунаверке, в отделении полимеризации. Среди таких узников оказался человек, которому предстояло стать большим писателем, автором книг о том, как даже в условиях концлагеря люди сохраняли честь и достоинство, — это был Примо Леви. Когда капо, заключенный, назначенный старостой барака, объявил, что немцы ищут химиков-добровольцев для работы в химической лаборатории, Леви, к тому моменту полумертвый от голода и усталости, тут же вышел вперед. Его отвели к герру инженеру Панвицу.

— Где вы родились? — Он обратился ко мне на вы, как велят правила вежливости. У инженера не было ни малейшего чувства юмора. И, будь он проклят, он не прикладывал ни малейшего усилия к тому, чтобы его немецкий можно было разобрать на слух.

— Я получил диплом с отличием в Турине в 1941-м. — И едва я произнес это, я ясно почувствовал, что мне не поверят — или, скорее, я уже не верил сам себе: было довольно бросить взгляд на мои грязные руки, усеянные язвами, на покрытые коркой грязи штаны каторжника. И все же я бакалавр Туринского университета, нет повода сомневаться в этом сейчас — мой мозг со всем его запасом знаний по органической химии, даже после столь долгого перерыва, снова готов думать! Кроме того, ощущение незамутненного счастья, то возбуждение, которое растеклось теплом по венам, — вот это, я понимал, и есть экзаменационная лихорадка, моя лихорадка по поводу моего экзамена, спонтанная мобилизация всех логических способностей и всех моих знаний. То, чему мои университетские приятели всегда так завидовали.

Экзамен проходит хорошо. Мне начинает казаться, что я становлюсь выше ростом. Теперь Пановиц спрашивает про тему моей дипломной работы. Мне предстоит совершить невероятное — извлечь со дна памяти цепочку ассоциаций, которая погребена так глубоко: с тем же успехом я мог бы попробовать вспомнить, чем я занимался несколько реинкарнаций назад.

Бог меня бережет. Мои бедные старые “Измерения диэлектрических постоянных” вызывают особенный интерес. Этот блондин-ариец, которому так уютно живется на свете, спрашивает, владею ли я английским, и дает в руки книгу Гаттермана, и даже это абсурдно и невероятно: как здесь, по эту сторону колючей проволоки, может быть Гаттерман — в точности такой же, по какому я учился на четвертом курсе у себя дома, в Италии!

Но вот все кончено: возбуждение, поддерживавшее меня на протяжении всей проверки, внезапно меня оставляет и, пустой и раздавленный, я разглядываю безупречную кожу его руки, которая пишет неразборчивыми буквами мою судьбу на белом листе.

Вот другой пример жизни, спасенной благодаря науке:

Поль Ланжевен рассказывал мне, как его дочь выжила в Освенциме. Это случилось благодаря офицеру-эсэсовцу, который был биологом и очень не хотел ехать на Восточный фронт. Он убедил немецких чиновников, что стоит попробовать выращивать каучуконосные деревья в Польше. Ему разрешили устроить в Освенциме лабораторию и разбить при ней сад. Себе в помощники он отобрал нескольких биологов из заключенных, которые обычно не задерживались в лагере дольше двух недель, — потом их отправляли в газовую камеру.

Одной из отобранных оказалась женщина-еврейка, биолог с серьезной репутацией. Когда просматривали список заключенных, обратили внимание на фамилию Ланжевен, вдобавок Элен Ланжевен призналась, что работала биологом. Дочь Ланжевена провела в лагере два года и — выжила, благо “садовникам” обеспечили чуть лучшие условия существования по сравнению с прочими.

Первая история — из книги: Levi Primo, If This is a Man (Penguin Books, London, 1979); вторая — из Crowther J.G., Fifty Yean of Science (Barrie and Jenkins, London, 1970).

 

Как травили Дж. Дж. Сильвестра

Джеймс Джозеф Сильвестр (1814–1897) — ученый, заслуживший себе место в истории науки благодаря блистательным математическим талантам и многогранности интересов. Он был отличным юристом, лингвистом и писателем, сочинил множество стихов и даже трактат “Искусство стихосложения” Сильвестр родился в бедной семье в еврейском районе Лондона, Ист-Энде, и говорил на кокни. Антисемитизм помешал ему сделать академическую карьеру в Англии, хотя он и был избран членом Королевского общества в возрасте двадцати с небольшим. Когда ему исполнилось 27 лет, он уплыл в Америку, где ему предстояло стать профессором математики в Университете Виргинии.

Его лекции отличались ясностью и живостью изложения, и студенты полюбили молодого преподавателя. Однако скоро антисемитизм поднял голову и здесь: местная церковная газета сетовала на то, что влияние еврея и, более того, англичанина, который, возможно, даже осуждает рабство, пагубно скажется на американской молодежи. На Сильвестра обрушились нападки и оскорбления со стороны неуспевающих студентов — в особенности двух братьев, которых тот высмеивал за невежество. Факультет малодушно отказался защитить профессора, опасаясь студенческого бунта. Развязка произошла, когда Сильвестру стали угрожать уже напрямую.

Сильвестр приобрел себе трость-шпагу. Она была с ним, когда однажды братья преградили ему путь, причем в руках у младшего была дубина.

Поблизости случайно оказался близкий друг доктора Дэбни, священника, он и рассказал эту историю. Итак, младший брат шагнул навстречу профессору и потребовал извинений, а потом ударил Сильвестра, сбив с него шляпу, и в довершение нанес сокрушительный удар дубиной по неприкрытой голове профессора.

Тогда Сильвестр извлек шпагу и сделал выпад, попав студенту в грудь прямо над сердцем. Тот с отчаянным ревом упал на руки брата, крича: “Я убит! Он меня убил!” Сильвестр поспешил скрыться и, оставив все свои книги, отправился в Нью-Йорк, а там забронировал место на корабле, отплывающем в Англию.

Между тем врач, которого вызвали к студенту, застал того в ужасном состоянии — юноша был смертельно бледен, весь в холодном поту, и шептал молитву, прощаясь с жизнью. Врач разрезал ему жилет и рубаху — и констатировал, что раны по сути нет! Удар пришелся на ребро, шпага по нему лишь скользнула и слегка поцарапала кожу.

Удостоверившись, что рана его не серьезней комариного укуса, умирающий встал, поправил рубаху, застегнул жилет и удалился, все еще нервно дрожа.

А Сильвестр тогда так и не уехал в Англию. Он остался в Нью-Йорке, где рассчитывал поработать в Колумбийском колледже (сейчас это Колумбийский университет). Однако совет Университета Виргинии отказался засвидетельствовать, что никакой вины за ним нет. Пробыв в Нью-Йорке безработным больше года, Сильвестр все-таки отправился в Лондон, где открыл юридическую практику. Джордж Халстед, который позже стал его студентом и почитателем — благо Сильвестр все же вернулся в Америку и преподавал потом в Университете Балтимора, — пишет так:

Пять статей, написанных Сильвестром в 1841 году, до отъезда в Виргинию, дают представление о самых великих его открытиях. Затем вся его творческая активность внезапно прекращается. Ни статьи, ни единого слова. Только в 1844-м раненая птица снова начинает робко щебетать, и понадобится еще десятилетие, прежде чем она запоет в полный голос.

Пусть Сильвестр и потратил бесцельно годы, которые у математиков считаются самыми продуктивными, но тем не менее американский философ Чарльз Сандерс Пирс отмечал, что с силой его логики “не могли сравниться удвоенные, а то и утроенные силы всех сынов человечества”. В поздние годы Сильвестр сделался предметом почитания в британских академических кругах, стал плодовитым писателем, а его публичные выступления пользовались большой популярностью.

История позаимствована из захватывающей статьи: Feuer Lewis S., The Mathematical Intelligencer, 9,13 (1987).

 

Тихий американец

Джон Бардин (1908–1991) дважды получил Нобелевскую премию по физике — в 1956-м и в 1972 году. Это был грузный, спокойный, слегка не уверенный в себе человек с мягким голосом. Студенты, посещавшие его лекции в Университете Иллинойса, называли его Шепчущим Джоном. Первую Нобелевскую премию он разделил с двумя коллегами из лабораторий компании ВеП — один, Уолтер Брэт-тайн, был его другом с детских лет, а другой, Уильям Шокли, руководил его подразделением. Бардин, который усвоил квантовую механику еще в студенческие годы в Принстоне, осознал, пытаясь разобраться с поведением полупроводников, что электрический ток будет испытывать возмущение на границе пары микроскопических участков кристалла. Такие границы встречаются в кристаллах, которые содержат примеси, и проведенный Барди-ном теоретический анализ показал, что плотность тока на таких участках будет меняться. Итогом его теоретических исследований и последующих экспериментов стало изобретение транзистора.

Жена Бардина вспоминала, как однажды в 1948-м ее муж приехал с работы, припарковал машину около дома и зашел на кухню, где она в это время готовила ужин. “Ты знаешь, — сказал он тихим, как обычно, голосом, — мы кое-что сегодня открыли” А однажды утром в 1956-м, когда он взбивал яйца на завтрак, по радио передали, что ему и его коллегам присуждена Нобелевская премия.

После вручения премии группа распалась: Шокли, понимая, насколько Бардин умнее и талантливее, явно ему завидовал, причем так, что даже запретил Бардину заниматься тем, что ему было интересно. (Позже Шокли станет печально известен своими яростными выступлениями в защиту евгеники и генетического детерминизма, а также превосходства белой расы. Следуя этим взглядам, он учредил банк спермы нобелевских лауреатов, дабы улучшать генофонд Америки.) В итоге Бардин ушел из компании и стал работать в Университете Иллинойса. Именно там, вместе с двумя своими студентами, он и нашел объяснение сверхпроводимости, которая 50 лет с момента открытия оставалась загадкой для теоретиков. Это принесло Бардину вторую Нобелевскую премию — которую он на этот раз разделил с парой молодых помощников. Вот как Бардин сообщил об открытии своему факультетскому коллеге, Чарльзу Слихтеру:

Бардин остановил меня в коридоре физического факультета Университета Иллинойса. Дело было утром, на следующий день после того, как Бардин, Купер и Шриффер окончательно сформулировали теорию БКШ (так, по именам ученых, эта теория вошла в науку). Было ясно, что ему есть о чем сказать, но он просто стоял на месте. Я молча ждал, и наконец он произнес: “Ну, мне кажется, мы объяснили сверхпроводимость” Хотя Бардин и был человеком стеснительным во многих отношениях, однако, если он понимал, что сделал нечто действительно важное, ему было необходимо с кем-то этим поделиться.

Бардин активно занимался наукой до самой смерти.

Кроме науки, единственным увлечением в его жизни был гольф. Слихтер рассказывает:

Однажды в гольф-клубе давний партнер по игре обратился к Бардину с вопросом: “Джон, я давно собирался спросить: а чем ты зарабатываешь на жизнь?” Вы можете такое представить? Думаю, будь у меня две Нобелевские премии, как у Джона, уж я бы нашел случай об этом обмолвиться.

Lubetkin Gloria В., Physics Today, 45, April, p. 23 (1992).

 

Как Бунзен и Кирхгоф нашли решение задачи, решения не имеющей

Роберт Бунзен (1811–1899) и Густав Кирхгоф (1824–1887) — две ослепительные вершины в истории химии. Памятником Бунзену можно считать всю спектроскопию. Знаменитую горелку, которую назвали его именем, Бунзен сконструировал с целью получить бледное, практически бесцветное пламя, в котором проще различать цвета спектра. Родившийся в Геттингене в 1811 году, в зрелые годы Бунзен был обожаемым всеми приветливым холостяком с привычкой к неряшеству: жена одного из его коллег по Гейдельбергскому университету как-то сказала, что хотела бы его поцеловать, но прежде его нужно отмыть. Кирхгоф, друг и коллега Бунзена, на равных участвовал во многих работах по спектральному анализу и внес вклад во многие другие области физической химии. Лаборатории Бунзена и Кирхгофа во Фридрихсбау, в здании физического факультета, располагались по соседству.

Начиналось все в конце XIX века — с имени Кирхгофа, нацарапанного на окне комнаты, которую сейчас отвели старшему ассистенту. Из этого окна открывается вид на долину Рейна, где лежит город Мангейм, и именно в эту сторону смотрели Бунзен и Кирхгоф однажды вечером: там бушевал пожар, и спектроскопический анализ пламени позволил им определить, что в горящих материалах присутствуют барий и стронций. Если же выглянуть из окна в другую сторону, взгляду откроются река Неккар и Хейлинген-берг, где по склонам петляет “философская тропа” — главная из множества тропинок на лесистых холмах вокруг города, и именно там двое друзей имели привычку совершать свои ежедневные прогулки. Бунзен говорил, что как раз во время таких прогулок к нему и приходят самые умные мысли. Одна из них была такой: “Если мы смогли узнать, что за вещества горят в Мангейме, то отчего бы не проделать этот трюк с Солнцем? Только вот все скажут, что мы сошли с ума” Что произошло потом, знает теперь весь мир, однако прекраснее всего, надо думать, была минута, когда Кирхгоф сказал: “Бунзен, а я уже сошел с ума”, и когда Бунзен, сообразив, что это значит, ответил: “И я тоже, Кирхгоф!”

Свет Солнца, пропущенный сквозь спектрограф (простой инструмент, где призма раскладывает свет в цвета радуги), как оказалось, прерывается множеством узких черных полос. В 1802 году английский химик Уильям Гайд Воластон (главный повод вспомнить о нем сегодня — большая двояковыпуклая лупа, с которой изображают Шерлока Холмса) с удивлением обнаружил семь таких “зазоров” в солнечном спектре, ю лет спустя Йозеф Фраунгофер из Германии, вооруженный куда лучшей оптикой, зафиксировал не менее 300 таких линий (потом их станут называть фраунгоферовыми). Как установили Бунзен и Кирхгоф, две самые известные фраунгоферовы линии в точности соответствуют тем линиям из желтой части спектра, которые дает натрий в пламени горелки. Затем они стали находить в спектре Солнца все новые и новые следы присутствия других элементов, и в конце концов их методика позволила открыть прежде неизвестный, но имеющийся в изобилии на Солнце элемент — благородный газ гелий.

Чтобы оценить значение этого случая и понять, что привело друзей-ученых в восторг, стоит вспомнить влиятельного философа и математика Огюста Конта, который несколькими годами раньше провозгласил, что вопрос о составе Солнца — один из тех, на которые наука ответить не сможет никогда. Открытие того, что Солнце (и, как установили позднее аналогичным способом, далекие звезды) состоит из тех же элементов, что и Земля, стало невероятно важным событием в истории науки.

Отрывок про Бунзена и Кирхгофа — из анонимной статьи в Nature, 65,587 (1902;.

 

Как смутить скептика

Логан Перселл Смит — не ученый, а писатель, зато он приходился шурином выдающемуся ученому Бертрану Расселу. В университетские годы он подружился с Бенджамином Джоветом, грозным главой Бэллиот-колледжа, который преподавал древнегреческий. Джовет имел твердые убеждения о назначении университетов. Он считал, что главное — это образовательный процесс, а научную работу полагал никому не нужной и не видел в ней никакого смысла. Его взгляды прекрасно иллюстрирует приводимая ниже беседа с Логаном Перселлом Смитом. В те времена все говорили об открытиях физиологов, о нервной системе и нервных импульсах: совсем недавно двумя немецкими нейрофизиологами был обнаружен коленный рефлекс, и ученые обсуждали рефлексы — их определяли как импульсы, приходящие в центральную нервную систему и отражаемые ею в направлении мускулов, чтобы спровоцировать непроизвольное движение.

Помню, мы с ним стояли тогда возле Мальверн-колледжа (вероятно, это было в 1885 году), и я нечаянно произнес слово, которое не следовало произносить. “Исследования! — повторил он за мной. — Единственное оправдание безделью, вот что это. Исследованиями не добились, и никогда не добьются ничего путного” На это скоропалительное суждение я попробовал возразить, на что Джо-вет немедленно отреагировал: он попросил, если мне известен хоть один стоящий результат, назвать его без промедления. Мои познания в этой сфере едва ли были глубоки, и, как бы то ни было, трудно выдать конкретный пример для общего суждения по первому требованию. Единственным, что пришло мне в голову, было недавнее открытие (о котором я прочел не помню где), что удар по коленной чашечке пациента заставляет того непроизвольно дернуть ногой, и сила “коленного рефлекса”, как его называют, позволяет судить о состоянии здоровья в целом.

“Не верю ни слову, — сказал мне на это Джовет. — Ударь-ка меня по колену”

Мне было весьма неловко действовать столь непочтительно, однако, когда грозный профессор настаивает, студенту остается повиноваться. Нога профессора отреагировала с поразившей меня силой, и тем самым, подозреваю, сильно пошатнула взгляды немолодого и уважаемого противника научных исследований.

Smith Logan Pearsall, Unforgotten Years: Reminiscences (Constable, London, 1938; Little Brown, Boston, 1939).

 

Хорошие выводы из плохого опыта

В 1930-х, во времена расцвета ядерной физики, все знали Эрнеста Орландо Лоуренса (1901–1958). Он построил в Университете Беркли в Калифорнии первый циклотрон — установку, способную разгонять заряженные частицы, заставляя их двигаться по спирали. Протоны достигали невероятно высоких скоростей, которых им хватало на то, чтобы, врезаясь в специальную мишень, дробить атомные ядра. Первый циклотрон был предшественником нынешних гигантских коллайдеров, которые занимают многокилометровые подземные туннели. У ученых имелись все основания подозревать (и эта гипотеза позже оказалась верна), что дейтероны — ядра недавно открытого тяжелого водорода, или дейтерия, которые вдобавок к протону содержат нейтрон, — окажутся куда более действенным инструментом разрушения других ядер. Лоуренса, соответственно, охватило желание заполучить хоть немного дейтерия, который получал (в форме тяжелой воды) его коллега с химического факультета Гильберт Н. Льюис.

Лоуренс донимал Льюиса вопросами, сколько тяжелой воды тот способен произвести, пока примерно I марта Льюис не предъявил ему целый миллилитр. Этого хватило бы для ускорителя, однако тут Льюис лишний раз продемонстрировал, что в физики его записывать не стоит. Озабоченный тем, не яд ли это, всей имевшейся тяжелой водой он напоил мышь. Мыши не сделалось ни хуже, ни лучше, зато Лоуренса чуть не хватил удар. “Это был, наверное, самый дорогой из всех коктейлей, которые доводилось пробовать не только мышам, но и людям”, — жаловался он.

Льюис все же полагал, что признаки отравления у мыши были. На самом деле тяжелая вода абсолютно безвредна. Намного позже, уже в послевоенные годы, радиоактивностью занялись биологи. Биологически активные соединения с радиоизотопами стали незаменимы в изучении физиологических реакций. (В основе метода лежит простой принцип: раз у всех изотопов элемента одинаковая электронная оболочка, то и в химическом отношении они одинаковы; поэтому порция радиоактивных молекул может служить меткой, позволяющей отследить путешествие вещества по организму.) Сейчас радиоактивные биохимические реактивы — рядовой инструмент исследователя, однако первое время они были доступны немногим.

Можно считать, что ядерная медицина как новая область науки возникла в университете Калифорнии, где искусственная радиоактивность была впервые использована в медицинских и биологических исследованиях. Глядя на молодых людей, которые работали с циклотроном, — они бомбардировали все новые мишени и измеряли радиоактивность счетчиками Гейгера и камерами Вильсона, — я быстро заразился духом тогда еще юной ядерной физики. О биологическом воздействии нейтронных пучков, которые генерировал циклотрон, тогда знали совсем немного, и это показалось мне важным моментом, с которого стоило начать.

Мы изготовили небольшой металлический цилиндр, куда умещалась крыса — ей предстояло испытать воздействие нейтронных пучков на себе, после того как цилиндр установят вблизи циклотрона. Когда крыса оказалась внутри, мы попросили персонал циклотрона включить его, а затем, две минуты спустя, выключить. Двухминутный срок выбрали наугад — у нас не было никаких данных, чтобы рассчитать дозу радиации, которая достанется животному. Как только время облучения истекло, мы забрались в узкий зазор между двумя 'D' (то есть полукруглыми электродами, сквозь которые проходит спиральная траектория ускоренных частиц) 37-дюймового циклотрона, вскрыли цилиндр и нашли крысу. Она была мертва. Все столпились вокруг поглядеть на крысу — так родилось в наших душах должное уважение к ядерному излучению. Сейчас, разумеется, меры по защите от радиации — обязательная часть любых ядерных исследований, но, я думаю, инцидент с крысой сыграл свою роль в том, что с радиацией в университете обращались предельно аккуратно. На самом деле, радиационных поражений не обнаружили даже у тех, кто работал с циклотроном в самом начале. Позже мы установили, что истинная причина смерти крысы — не радиация, а удушье. Впрочем, раз ошибка с воздухом для крысы так благотворно сказалась на разработке радиационной защиты, отчет о вскрытии животного особой огласке решили не предавать.

Писатель Джон X Лоуренс, однофамилец ученого, отмечает, что физики, гоняясь за результатами, с большой неохотой давали доступ биологам и врачам к своим установкам. Он допускает, что такое отношение могло усилиться после случая, когда он, Лоуренс, слишком близко подошел к циклотрону с зубоврачебным пинцетом, по забывчивости оставленным в кармане халата. Магнитное поле выдернуло пинцет из кармана, и тот в итоге застрял между D-образными электродами, где и пролежал три недели.

Первый отрывок — из книги: Davis Nuel Phar, Lawrence and Oppenheimer (Jonathan Cape, London, 1969); воспоминания Лоуренса цитируются no книге: Weber Robert L, Science With a Smile (Institute of Physics, Bristol and Philadeplphia, 1992).

 

Старые солдаты не умирают

Эрнест Резерфорд как-то заметил, что ученые (он, разумеется, имел в виду физиков) никогда не взрослеют, поскольку, не в пример менее удачливому большинству, у которого нет лабораторий для игр, сохраняют на всю жизнь детскую тягу к изучению реальности. Вот короткая история про шефа Резерфорда, Дж. Дж. Томсона, прославившегося многими открытиями, но прежде всего — открытием электрона. Когда в 1940-м 84-летний Томсон умер, немецкий теоретик Макс Борн (1882–1970), впоследствии — профессор физики Эдинбургского университета, написал в некрологе:

В 1906 году я приехал в Кембридж — туда меня привело желание увидеть Томсона…

Вернувшись в университет пятнадцать с лишним лет спустя, я встретил его сына (впоследствии — сэра Джорджа Пэджета Томсона, который тоже станет нобелевским лауреатом). Он отвел меня в Кавендиш-скую лабораторию. В подвальной комнате работал “Джи-Джи”, окруженный, как обычно, невероятной мешаниной приборов, стеклянных трубок и проводов. Меня представили: “Папа, вот твой студент — он учился у тебя много лет назад” Седая голова, склоненная над мерцающей вакуумной трубкой, на секунду приподнялась: “Как ваши дела? Кстати, посмотрите сюда — видите тут спектр?..” Атмосфера исследования поглотила нас сразу. Прошедшие годы, война и послевоенное время, которые разделяли этот день и день нашей первой встречи, больше не имели значения. Таким я застал Томсона в Кавендишской лаборатории — живым воплощением науки.

Стремление соревноваться было у Томсона в крови. Когда Фрэнсис Уильям Астон, создатель масс-спектрографа, инструмента для измерения веса атомов, пожаловался Резерфорду, что Томсон не верит в открытие очередного изотопа, Резерфорд ответил, что этому следует радоваться. Поверь Томсон в ваше открытие, пояснил он, “он бы увел его у вас из-под носу”.

Некролог Дж. Дж. Томсону за авторством Макса Борна опубликован в Nature, 146,356 (1940).

 

О важности регулярного питания

Как-то физиолог Эндрю Налбандов, сотрудник Университета Висконсина, в два часа ночи возвращался домой с вечеринки. Дело было в 1940-м. Дорога проходила мимо лаборатории, и, выглянув в окно машины, Налбандов с удивлением заметил, что в помещении, где держат животных, горит свет. Незадолго перед тем Налбандов взялся за неразрешимую задачу: он собирался выяснить назначение гипофиза (который, как мы знаем сейчас, производит семейство гормонов, контролирующих самые разные функции организма). Гипофиз, или питуитарная железа, расположен прямо под мозгом, и хирургу пробраться к нему довольно затруднительно. При попытках вырезать гипофиз у какого-нибудь животного, например курицы, подопытные гибли спустя считаные дни после операции, не давая ученым ни шанса узнать, как ведет себя лишенный гипофиза организм. Налбандов описывает свои затруднения так:

Не помогали ни замещающая терапия, ни прочие меры, и я почти готов был согласиться с A.C. Парксом и Р.Т. Хиллом (которые проделывали похожие операции в Англии), что куры после гипофизэктомии просто не способны выжить. Я сдался — решил прервать краткосрочные опыты и свернуть проект, — но вдруг 98 процентов из группы прооперированных животных сумели прожить три недели, а многие из них — и шесть месяцев. Единственное объяснение, которое пришло мне в голову, — это то, что мои хирургические навыки улучшились от частой практики. И тут, когда я был готов затеять долговременный эксперимент, куры вдруг начали умирать снова. Уже неделю спустя я нашел мертвыми обеих птиц, которых прооперировал недавно, и тех, которые прожили несколько месяцев. Это, безусловно, сводило на нет мысль о совершенстве моих хирургических навыков. Я продолжал работать, поскольку знал, что куры способны жить довольно долго при определенных условиях, которые, однако, оставались для меня загадкой. Тогда же случилась вторая волна удачных опытов с невысокой смертностью. Я тщательно проанализировал свой журнал операций (гипотеза про болезнь, как и многие другие, была изучена и отброшена), но так и не нашел никакого объяснения. Можете себе представить мое отчаяние! Как-то поздней ночью я возвращался домой с вечеринки и ехал по дороге мимо лаборатории. Было два часа ночи, однако в окнах комнаты с животными горел свет. Я решил, что причина этому — какой-нибудь забывчивый студент, поэтому остановил машину и погасил свет сам. Однако несколько ночей спустя я заметил, что свет снова горел всю ночь. При разбирательстве выяснилось, что сменный охранник, которому полагалось каждую полночь проверять, закрыты ли все окна и двери, имел привычку зажигать в этой комнате свет, чтобы ему было проще найти выход (выключатель не додумались разместить возле двери). Как оказалось, оба периода с низкой смертностью пришлись на дежурства этого охранника. Контрольные эксперименты доказали: куры без гипофиза, если держать их в темноте, умирали, а те, которых освещали лампой по два часа каждую ночь, могли жить сколько угодно. Причина была такой: поскольку в темноте птицы не едят, у них развивается гипогликемия (падение уровня сахара в крови), от которой сложно оправиться. Те же, которых подсвечивали, съедали достаточно для того, чтобы предотвратить гипогликемию. С тех пор мы могли продлевать жизнь в гипофизэктомированных птицах сколько угодно.

Так была открыта новая глава в изучении гормонов.

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

 

Случайная встреча

После того как Макса Борна, одного из отцов квантовой теории, выдворили с кафедры в Геттингене из-за расовых законов, принятых в 1933-м нацистским правительством, он нашел убежище в Эдинбурге. Путь к спасению ему открыла случайная встреча с Резерфордом.

В 1927-м Борн приехал на международный конгресс в Комо. Один из докладов показался ему скучным, и, дождавшись, когда начнут демонстрировать слайды, Борн воспользовался темнотой и выскользнул из аудитории. Осматривая коридор с намерением убедиться, что его бегства никто не заметил, он увидел человека, который тихо вышел из соседней двери и теперь точно так же оглядывался по сторонам. Это оказался Резерфорд, который, рассмеявшись, сказал Борну: “Вы тоже не можете этого вынести? Пойдемте к озеру!” Прогулка заняла весь остаток дня и положила начало их дружбе. В 1933 году Резерфорд пригласил Борна в Кембридж. Позже он переехал в Эдинбург. Эта история — пример того, как случай решал судьбы многих в те нелегкие времена.

Георгий Гамов рассказывал, что, когда Борн сошел с поезда в Кембридже, ему, уже травмированному немецкой действительностью, бросился в глаза плакат “Вот to be Hanged” (“Рожденный для казни” или “Борн должен быть повешен”). Встречавшим пришлось объяснять Борну, что это всего-навсего афиша спектакля, идущего в местном театре.

Bohr Niels: Memoirs ofWorking Relationship by Stephan Rozental (Christian Ejîers, Copenhagen, 1998).

 

Своенравная совесть Эддингтона

Первое время теорию относительности Эйнштейна (и общую, и специальную) никак нельзя было назвать общепринятой истиной. Одни ее противники не могли отказаться от представлений об эфире, гипотетической светоносной среде; других пугала мысль, что время — понятие относительное, а скорость света — максимально возможная. Среди самых стойких защитников Эйнштейна в этих непрекра-щающихся спорах был выдающийся английский астроном сэр Артур Эддингтон (1882–1944).

Эддингтон был болезненно стыдлив, но отнюдь не скромен. Его блистательный ученик Субраманьям Чандрасекар вспоминал мельком услышанный диалог Эддингтона с другим астрономом, Людвигом Зильберштейном. Зильберштейн мнил себя большим знатоком теории Эйнштейна и потому сделал Эддингтону комплимент, назвав того одним из трех человек в мире, которые эту теорию понимают. Эддингтон выглядел смущенным, и Зильберштейн дружески посоветовал ему отбросить ложную скромность — на что последовал ответ: “Дело вовсе не в этом. Просто я пытаюсь догадаться, кто же третий”. Помимо всего прочего, Эддингтон был квакером и пацифистом и потому весьма симпатизировал Эйнштейну, который не побоялся всеобщего осуждения, выступая против германского милитаризма с самого начала Первой мировой войны. В этом, возможно, и стоит искать причину, заставившую Эддингтона доказывать правоту Эйнштейна.

Эйнштейн страстно желал проверить экспериментально те предсказания, которые давала его теория (скорее для того, чтобы убедить скептиков, чем для собственного спокойствия, — сам он ни секунды не сомневался в своей правоте). Одно из предсказаний, допускающих проверку, заключалось в том, что гравитация искривляет свет; самый простой способ в этом убедиться — измерить видимое смещение звезды, достаточно близко подошедшей к солнечному диску. Эти звезды видны во время полных солнечных затмений, и одно из таких затмений ждали 29 мая 1919 года. Эддингтон настоял, чтобы Британия снарядила для наблюдений сразу две экспедиции — одну в бразильский Собраль, а другую (под руководством самого Эддингтона) — на остров Принсипи у западного побережья Африки.

Задача, однако, оказалась сложнее, чем думали. Великий Лаплас в начале XIX века и немецкий астроном Георг фон Зольднер немногим позже независимо предсказали, что свет, рассматриваемый как поток частиц, будет изгибаться гравитационным полем. (Работа Зольднера пылилась в архивах, пока ее не отыскал оппонент Эйнштейна Филипп Ленард, чьи антисемитизм и раздражение росли день за днем, и теперь он использовал Зольднера в борьбе со своим заклятым врагом.) Ньютонова механика предсказывала сдвиг на 0,875", а модель Эйнштейна — на 1,75" Впрочем, сдвиги такого порядка едва выбивались за рамки погрешности измерения самых точных приборов того времени. Могли ли телескопы в Собрале или на Принсипе с достоверностью отличить 0,9" от 1,8"? Эддингтон предполагал, что могли.

Самые благоприятные условия для наблюдений складывались в Бразилии. Лучший из телескопов, привезенных туда, выдавал среднее отклонение в 1,98" (то есть больше, чем требовала теория Эйнштейна), а на телескопе похуже получили о,86", неотличимое от прогнозов Ньютоновой механики. На острове Принсипи в самый неподходящий момент появились облака, и только на двух из шестнадцати пластинок, заснятых во время затмения, имелись изображения звезд — не слишком четкие, зато позволяющие сделать хоть какие-то замеры. По ним выходило, что среднее отклонение составляет 1,61" при стандартной ошибке в 0,3". Результаты представили на внеочередном собрании Королевского общества и Астрономического общества, созванном специально для этого 6 ноября 1919 года. Председательствовал сэр Дж. Дж. Томсон, президент Королевского общества. Королевский астроном сэр Фрэнк Дайсон выступил первым и сообщил вот что:

Астрографические пластинки (то есть фотографические пластинки, экспонированные на специальном телескопе) дают 0,97" для смещение на лимбе, если проводить калибровку по самим пластинкам, а равное — 1,40", если калибровать по контрольным пластинкам (то есть снимкам, сделанным на том же телескопе ночью). Однако лучшие пластинки показывают результат 1,98" — притом что Эйнштейн предсказывал смещение на лимбе в 1,75" На этих пластинках согласие между данными для отдельных звезд было наилучшим из возможных.

После тщательного анализа пластинок я готов заявить: нет сомнений, что предсказания Эйнштейна подтверждаются. Были получены ясные доказательства того, что свет искривляется в соответствии с Эйнштейновыми законами гравитации.

Дайсон ни словом не обмолвился о данных, полученных на Принсипи. Эддингтон, который выступал вслед за ним, результаты с Принсипи не отбраковал, и если забыть про показания менее совершенного телескопа из Собраля, то после усреднения оставшихся величин — избыточно высокой “бразильской” в 1,98" и не слишком точной “африканской” в 1,61" — получалось ровно то, что предсказывал Эйнштейн. Тут выступил профессор Зильберштейн: “Другая попытка проверить теорию относительности, основанная на красном смещении света далеких звезд, провалилась. Так почему стоит верить сомнительным данным по искривлению света, полученным на пределе точности приборов?” — спросил он. У Эддингтона не нашлось убедительного ответа. (С загадкой красного смещения справятся позже: оно возникает из-за сдвига в частоте колебаний излучения, испущенного движущимся объектом. Точным аналогом может служить снижение тона у свистка удаляющегося поезда.)

Вот воспоминания одного из участников экспедиции на Принсипи:

Когда нас познакомили с задачей, имелось три возможных сценария. Первый — никакого отклонения не будет вообще, то есть свет не подчиняется законам гравитации. Второй — случится “отклонение наполовину”: это будет означать, что притяжение все-таки действует на свет, как утверждал еще Ньютон, и ситуацию описывают простые ньютоновские законы. Третий — наконец произойдет “полное отклонение”, которое подтверждает правоту Эйнштейна в противовес Ньютону. Помню, как Дайсон разъяснял все это моему коллеге Коттингэму. “Если мы получим двойное отклонение — что это будет значить?” — спрашивал тот. “Тогда, — сказал Дайсон, — Эддингтон сойдет с ума, и вы отправитесь домой в одиночку”.

Не приходится сомневаться, что главной целью Эддингтона было восстановить согласие между немецкими и западными учеными, подпорченное патриотическим угаром Первой мировой войны.

Дело в том, что группа немецких светил (в которую Эйнштейн, разумеется, не входил) в 1914 году подписала так называемую Фульденскую декларацию, где со страны снималась вся ответственность за развязывание войны и подчеркивалось, что немецкие ученые поддерживают армию. Это и последующие события спровоцировали всплеск яростного шовинизма в научных журналах (таких как Nature) в Британии, Франции и США.

Выводы экспедиций привлекли к себе одобрительное внимание прессы: появился номер Times с заголовком “Революция в науке: идеи Ньютона отвергнуты”, а за Эйнштейном закрепилась репутация героя. Разумеется, во время последующих затмений тоже делались замеры, которые давали противоречивые и двусмысленные результаты, но пререкаться было уже поздно. И лучшие специалисты, и общественность сходились во мнении: теория относительности верна. Что касается Эддингтона, его время от времени мучила совесть, но разве что слегка. Впоследствии он признавался, что сомнения его посещали, однако в некрологе коллеге Дайсон писал:

Объявление результатов вызвало живой интерес у общества, и теория относительности, которая прежде была достоянием немногих специалистов, в одночасье стала известна всем. Более того, не обошлось без международного резонанса: эта история положила конец бойкоту немецкой науки. Став первыми в деле проверки и окончательного подтверждения теории, принадлежащей “врагу”, наша национальная Обсерватория вернула к жизни лучшую из научных традиций. Этот урок, вероятно, стоит усвоить всему остальному миру.

Чисто технически такой поступок был ошибкой, которая пуристу покажется более чем постыдной, — зато совершили ее из самых благородных побуждений.

Рассказ и цитаты позаимствованы из статьи: Earman J. and Glymour С., “Relativity and Eclipses”, Historical Studies in the Physical Sciences ii, 49 (1980,).

 

Трудная судьба Хаутерманса

Биография Фрица Хаутерманса — готовый сюжет для какого-нибудь романа. Немец по происхождению, он вырос и учился в Вене. Был физиком, который глубоко понимал квантовую теорию. Теоретическим изысканиям он предавался в венских кафе, и о его невероятном пристрастии к кофе ходили легенды. Заработав неплохую научную репутацию, он оказался в Геттингене, одной из столиц теоретической физики того времени. Хаутерманс был на четверть евреем, поэтому мог испытывать гордость за предков (“Когда ваши предки сидели на деревьях, — говорил он коллегам-арийцам, — мои уже подделывали банкноты”) и при этом не опасаться преследований по нацистским расовым законам. Кроме того, он был убежденным коммунистом и много лет подряд состоял в партии — что считалось ничуть не менее опасным, чем быть евреем. Из-за этого он и бежал в Англию, где едва не изобрел лазер (это устройство, позволяющее генерировать свет высокой интенсивности с фиксированной длиной волны, создадут в 1960-м). Впрочем, и жизнь в Англии не пришлась ему по вкусу: особенно ему досаждал запах вареной баранины. Он снова пустился в путь, на этот раз поддавшись своей давней мечте побывать в Советском Союзе. Очередным местом его работы стал Харьковский физико-технический институт, где тогда собралась плеяда блестящих физиков, среди которых был и великий Лев Ландау.

Сталинские репрессии не обошли институт стороной: как и многие из его советских собратьев, Хаутерманс был арестован и испытал на себе все прелести заключения в тюрьме НКВД. Попытки западных физиков за него заступиться остались без внимания. Хаутерманса обвинили в шпионаже в пользу Германии и подвергли жесточайшим пыткам. Выбор стоял между смертью и признанием вины, и Хаутерманс выдал своих немецких связных — точнее, оговорил неких Мессрса, Шарнхор-ста и Гнейзенау, многие годы как уже покойных немецких генералов, в честь которых были названы три военных корабля. Следователи не распознали обмана, зато друзья на свободе имели возможность догадаться, какими средствами от него добились показаний.

Хаутерманс наверняка умер бы в тюрьме, если бы не пакт Молотова — Риббентропа, неожиданно подписанный Германией и СССР в 1939 году. Когда Хаутерманса спросили, какое место ссылки он предпочитает, он назвал Англию. Однако советские власти отправили его в Германию — то есть прямо в руки гестапо. Но тут его спасло вмешательство бесстрашного Макса фон Лауэ, чье твердое и открытое противостояние нацистскому режиму выделяло его среди прочих лидеров немецкой науки. Выйдя из тюрьмы, Хаутерманс устроился на работу в пригороде Берлина — это была лаборатория, принадлежавшая известному физику, изобретателю и миллионеру Манфреду фон Арденну. За годы работы у него Хаутерманс несколько раз посещал своих прежних коллег на оккупированной немцами Украине — он был членом комиссии, учрежденной военно-морскими силами Германии, которая выясняла, какие исследования проводились в советских лабораториях. По возвращении он отправлял посылки с едой своим харьковским друзьям и вел опасную двойную игру по спасению евреев и других нелегалов.

Лаборатория фон Арденна участвовала в германском атомном проекте. Однажды оказавшись в Швейцарии, Хаутерманс направил в Англию телеграмму, которая поясняла, какой задачей заняты немецкие физики. В Берлине Хаутермансу предстояла своего рода очередная битва при Ватерлоо. Он имел привычку курить сигареты одну за одной (это в конце концов и стало причиной его смерти), а к 1945 году табак в Германии найти было нелегко. Поэтому он сблизился с Абрахамом Эсау, главным администратором атомного проекта, и убедил его, что македонский табак обогащен тяжелой водой, необходимой для изготовления бомбы. Мешок табака немедленно приобрели и прислали Хаутермансу — как материал военного назначения и экстренной надобности. Выкурив всё, Хаутерманс попросил добавки. К этому времени назрели первые подозрения, и ему пришлось ответить на ряд неприятных вопросов. Гестапо вынудило фон Арденна уволить Хаутерманса, и вскоре того арестовали. Лауэ снова, при поддержке других ведущих физиков, попытался вытащить из застенков своего беспутного друга. Хаутермансу разрешили переехать в физический институт в Геттингене. Спустя несколько месяцев война окончилась, и он наконец оказался в безопасности.

Хаутерманс проработал в Геттингене еще семь лет, переключившись на изучение естественной радиоактивности; однако тут его коснулись ограничения, введенные союзниками для ученых. Так, например, в лаборатории запрещалось использовать резисторы с сопротивлением больше 109 Ом. Обиженный Хаутерманс заявлял, что даже у обычного карандаша сопротивление выше. В 1962 году его позвали на физический факультет Бернского университета. Там он спланировал потрясающую программу исследований, однако уже через четыре года скончался в возрасте 63 лет от рака легких.

Отрывочные воспоминания о Хаутермансе и о его бурной научной биографии можно найти в книге мемуаров: Frisch Otto, What Little I Remember (Cambridge University Press, Cambridge, 1979J и еще в книге: Gamow George, My World Line (Viking Prress, New York, 1970), а также в автобиографии: Casimir Hendrik B.G., Haphazard Reality (Harper and Row, New York, 1983J. Любопытная биография Хаутерманса, написанная И.Б. Крипловичем, опубликована в Physics Today, 45, 29 (1992J.

 

Отшелушить и погибнуть

Впервые годы XX века диетологам стало ясно, что в нашей пище часто содержатся очень малые количества неких крайне важных для жизни веществ. Польский биохимик Казимир Функ назвал их витаминами, от слов vital (“жизненный”) и amine (“амин”). Это было ошибкой, поскольку, когда структуры некоторых витаминов удалось определить, они оказались никакими не аминами. Первым открыли вещество, которое сейчас известно как витамин B1, или тиамин, и открытие это случилось совершенно случайно.

Бери-бери — болезнь, от которой быстро умирают. Столетиями она истребляла целые народы и отдельные группы людей, а в конце XIX века эпидемия прокатилась по Голландской Восточной Индии. В 1886 году голландское правительство направило на расследование комиссию экспертов.

Двое ее членов были учеными — их звали Клеменс Винклер и Корнелис Пекельхаринг. Ученых сопровождал молодой армейский врач, Христиан Эйкман (1858–1930). В те времена господствовала микробная теория болезней, выдвинутая отцами — основателями микробиологии Луи Пастером и Робертом Кохом, и голландцы решили, что бери-бери вызывает микробная инфекция. Два года они бились над тем, чтобы выделить возбудителя болезни, и в конце концов пришли к выводу, что достигли желаемого. Винклер и Пекельхаринг вернулись домой, оставив Эйкмана доделывать опыты на месте. Тот работал в военном госпитале с цыплятами, пораженными, как казалось, тем же бери-бери, но все попытки заразить здоровых птиц биоматериалом больных или мертвых ни к чему не приводили, однако заболевали — сами — даже те, кого взяли в контрольную группу здоровыми, при этом анализы не выявляли у них ни бактерий, ни паразитов.

Эйкмана начали мучить подозрения, что и он, и его коллеги на ложном пути. И тут он случайно заметил: болезнь выкашивала птиц все лето, а осенью резко пошла на спад. Эйкман решил выяснить, что изменилось в условиях содержания птиц и узнал, что как раз в период перемен в госпиталь прибыл новый повар. Он отвечал за прокорм и цыплят, и людей, а поскольку ему не хотелось тратить на кур качественный рис, он закупил для них дешевый, шелушеный. Тогда Эйкман разделил цыплят на две группы: одну кормил шелушеным, другую нешелушеным рисом. Разгадка была найдена: первые быстро заболевали, однако поправлялись, когда им давали рисовую шелуху, а со вторыми вообще все было в порядке. Исследователь предположил, что шелушеный рис отравляет цыплят неизвестным токсическим веществом, а шелуха содержит противоядие. Правильный вывод сделал Пекельхаринг: в шелухе имеется “активный компонент”, который предотвращает болезнь. В 1912 году известный кембриджский биохимик Фредерик Гоуленд Хопкинс впервые выделил витамин. 17 лет спустя Хопкинс и Эйкман получат за свое открытие Нобелевскую премию.

Eijkman С., Nobel Prize Lectures in Physiology and Medicine, 1922–1944 (Elsevier, Amsterdam, 1965).

 

Табак и кванты

Хотя квантовая теория чрезвычайно важна для объяснения фотоэффекта (кстати, Нобелевской премией Эйнштейна наградили именно за это открытие), сам автор теории относительности никогда не мог принять неопределенностей, заложенных в нее. Эти его сомнения и выразились в знаменитой фразе “Бог не играет в кости”. “Если бы Вселенной управлял случай, — говорил Эйнштейн, — я предпочел бы быть крупье в казино, а не физиком”. Эйнштейн со своим эпистемологическим протестом был неодинок. В1913 году два будущих нобелевских лауреата, ассистент Эйнштейна Отто Штерн и Макс фон Лауэ, прогуливаясь по горе Утлиберг в окрестностях Цюриха, дали торжественную клятву (Вольфганг Паули с издевкой назвал ее “клятвой на Утли” — по аналогии с “клятвой на Рютли” Вильгельма Телля, которая привела к воссоединению швейцарских кантонов). В клятве физиков говорилось: “Если нелепица Бора в конце концов окажется верной, мы уйдем из физики” (Свое слово они, разумеется, не сдержали.)

Непрерывные попытки Нильса Бора (1885–1962) переубедить Эйнштейна (это тянулось десятилетиями) были похожи на то, как священники уговаривали еретиков спасти свою душу. Абрахам Пайс — друг, последователь и биограф Бора — вспоминает одну такую показательную их встречу в кабинете Бора:

Когда мы вошли, Бор пригласил меня сесть (“В любой системе координат мне нужна точка отсчета”), а сам вскоре начал в раздражении ходить вокруг длинного стола в центре комнаты. Затем он попросил меня записать несколько фраз, которые он, возможно, произнесет в процессе ходьбы. Стоит пояснить, что в подобных обстоятельствах Бор никогда не оперировал целыми предложениями. Обычно он цедил по слову и повторял это слово то с лаской, то с угрозой, пока не придумывал, чем продолжить. Это могло занять несколько минут. На сей раз он выбрал слово “Эйнштейн”. Он едва ли не вприпрыжку носился вокруг стола и повторял: “Эйнштейн… Эйнштейн…“ Незнакомому с Бором человеку это наверняка показалось бы забавным. Чуть позже он переместился к окну и выглянул туда, не переставая бормотать “Эйнштейн… Эйнштейн…”.

Тут дверь неслышно приоткрылась, и тихо, на цыпочках, вошел Эйнштейн.

Он приложил палец к губам, призывая меня помолчать, и заговорщицки улыбнулся. Несколько минут спустя он объяснил свое странное поведение. Врач запретил Эйнштейну покупать табак. Однако врач не запрещал ему табак красть, а как раз это он и собирался сделать сейчас. Все еще на цыпочках он прокрался к банке с табаком Бора — та находилась на столе, за которым я сидел. Тем временем Бор, ничего не замечая у своего окна, по-прежнему бормотал “Эйнштейн… Эйнштейн… Я был в полной растерянности, не зная, что предпринять, поскольку совершенно не представлял, что собирается предпринять Эйнштейн.

Затем Бор, отрывисто выдохнув: “Эйнштейн!” — повернулся. Так они и застыли, лицом к лицу, как если бы Бор поймал Эйншейна на месте преступления. Мало сказать, что на мгновение Бор лишился речи. Даже я, хотя и видел, как Эйнштейн вошел, на секунду испытал странное чувство. Минуту спустя зловещие чары рассеялись: Эйнштейн признался, в чем был его замысел, и мы еще долго оглушительно хохотали.

Pais Abraham, Niels Bohr’s Times (Oxford University Press, Oxford, 1991).

 

Сельский врач, столичный профессор и адреналин

История физиологии — и, разумеется, медицины — полна примеров смелых опытов на себе. Реже бесстрашные экспериментаторы делают невольными “подопытными кроликами” членов своей семьи. Эдвард Дженнер — сельский врач, который придумал прививки от оспы, — наверное, самый известный из людей, поступивших столь сомнительным образом. Вот еще пример безрассудного поступка, когда научное любопытство взяло верх над родительскими чувствами. В 1894-м этот поступок привел к решающему открытию в области физиологии:

Доктор Джордж Оливер, врач из Харрогейта, потратил свой зимний отпуск на опыты над домашними, в которых для клинических испытаний использовал самодельные приборы. В одном из таких опытов применялся инструмент для замера толщины лучевой артерии. Введя своему маленькому сыну (который заслуживает отдельного памятника) вытяжку из надпочечников (биоматериалами его снабжал местный мясник), Оливер решил, что наблюдает сжатие или, по версии других рассказчиков, расширение артерии. Как бы там ни было, он отправился в Лондон рассказать о своих результатах профессору физиологии Шаферу и застал того в лаборатории. Опыты были в самом разгаре — Шафер измерял кровяное давление у собаки. Профессор не поверил Оливеру, что, в общем, неудивительно, и был весьма раздосадован, что его отвлекли от работы. Однако Оливер никуда не спешил и настаивал только на том, чтобы вытяжку надпочечников (пузырек с нею он тут же извлек из кармана) ввели в его вену, когда профессор Шафер закончит свой опыт. Чтобы убедить настырного посетителя, что тот несет чушь, Шафер все же сделал укол — и с удивлением увидел, как ртуть в артериальном манометре ползет вверх, едва не выплескиваясь наружу.

Так было открыто невероятно активное вещество, которое образуется внутри определенного участка надпочечников. Теперь его называют адреналином.

Рассказ взят из лекции сэра Генри Дейл, Accident and Opportunism in Medical Research (British MedicalJournal, ii, 451 (1948).

 

Голос из прошлого

В конце жизни Андрей Сахаров, легендарный физик, отец советской водородной бомбы и убежденный диссидент, сообщил интервьюеру: “Знаете, что я люблю больше всего на свете? Реликтовое излучение — едва различимый след неясных космических процессов, которые завершились миллиарды лет назад”. Излучение это открыли (или, по крайней мере, предали этот факт огласке) в 1965 году, хотя предсказали его 20 годами раньше. Другой русский, физик-эмигрант Георгий Гамов (1904–1968), теоретически описал событие, которое сейчас называют Большим взрывом, — мгновение, когда Вселенная возникла из ничего. Эдвин Хаббл в калифорнийской обсерватории “Маунт Вильсон” обнаружил знаменитое красное смещение в свете далеких звезд, подсказавшее ему, что Вселенная расширяется. Отталкиваясь от скорости этого расширения, Гамов рассчитал, что происходило в первое мгновение, когда вся масса вещества, заполняющего Вселенную сейчас, вырвалась из исходной точки. Рождение вещества должно было сопровождаться потоком излучения, которое охватывало все вокруг. Пока Вселенная раздувалась, излучение уходило все дальше и дальше, теряя энергию, становясь более слабым.

Коллегам Гамова, Ральфу Альферу и Роберту Герману, оставалось вычислить, какая энергетическая плотность у излучения сейчас. Ответ был такой: 2,7 градуса Кельвина (инженеры и астрономы сопоставляют энергии и температуру идеального нагретого тела, которое излучало бы точно так же). Статья с результатами появилась не в астрономическом, а в физическом журнале и потому осталась без внимания. Джереми Бернстайн, который наиболее ярко запечатлел сей эпизод, списывает это на свойственную физикам нелюбовь к космологии, причины которой удачнее всего выразил Лев Ландау: “Космологи часто ошибаются, зато никогда не сомневаются”.

Перенесемся теперь в лаборатории компании Веll в Нью-Джерси. На протяжении десятилетий компания была одним из лучших мировых научных центров, где совершалось множество открытий и изобретений. А объяснялось это тем, что Веll нанимала лучших ученых и позволяла им самостоятельно выбирать темы исследований, пусть даже они и не имели на первый взгляд очевидного прикладного смысла. В 1929 году в лабораториях компании уже сделали открытие, невероятно важное для астрономов. Тогда инженеру Карлу Янскому поручили отследить источники помех в коротковолновом радиодиапазоне, чтобы понять, как с ними бороться. Янский построил чувствительную антенну на крыше лаборатории в Холмдейле и вскоре обнаружил: главный источник помех — ближние и дальние грозы, но есть еще один, интенсивность которого колеблется с периодом в сутки. Наконец, он выяснил, что “шипение” приходит из центра Млечного Пути, и в итоге нечаянно основал новую науку — радиоастрономию.

Ученые Веll углубляться в эту тему не стали, однако 30 лет спустя радиоинженеры переключились на спутниковую связь и сначала решили поэкспериментировать с отражением микроволновых сигналов (это излучение с длиной волны от сантиметра до метра) от метеошаров. Чтобы ловить отраженный сигнал, построили гигантскую антенну; с инженерами сумели договориться, что, когда антенна выполнит свою прямую задачу, ее смогут использовать для астрономических наблюдений. Заинтересованной стороной были два физика, Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Вычислив интенсивность фонового шума от всех известных источников в микроволновом диапазоне, Пензиас и Вильсон, к своему удивлению, обнаружили, что на самом деле антенна “шумит” куда сильней. Температура загадочного фона составляла примерно 2,7 градуса Кельвина. Физики испробовали все известные им способы устранить шум. Сначала выгнали голубей, устроивших внутри антенны гнездо, а также удалили оставшийся после них “белый диэлектрический осадок” Это не решило проблемы, а других источников шума не нашли: Нью-Йорк, расположенный поблизости, был ни при чем, равно как и эхо недавних атомных испытаний.

Пензиас и Вильсон чуть было не пришли в отчаяние, но тут вмешался случай. Как-то в 1964-м Пензиас болтал по телефону с приятелем-астрономом из Массачусетского технологического института. Тот поинтересовался, как у них продвигается работа. Пензиас поделился своей печальной историей, и тогда приятель-астроном вспомнил про разговор с коллегой из Института Карнеги в Питтсбурге. В Университете Джона Хопкинса в Балтиморе этот коллега попал на лекцию молодого астронома из Принстона по имени Джеймс Пиблз. Пиблз был аспирантом Роберта Дикке, который особенно интересовался предсказанным ранее микроволновым космическим излучением. Он не был знаком ни со статьей Гамова, ни со статьей Альфера и Германа, а прошел похожий путь самостоятельно и даже установил антенну на крыше своего факультета в Принстоне — просто чтобы узнать, что она способна зарегистрировать. (Как заметил один мудрый комментатор, “два месяца в лаборатории могут сэкономить час в библиотеке”.) Друг Пензиаса предположил, что ему и Дикке будет о чем поговорить.

Дикке и Пиблз быстро сообразили, что Пензиас и Вильсон напали на их добычу. Однако самих Пен-зиаса и Вильсона встреча не впечатлила, тем более что Вильсон учился космологии по Фреду Хойлу: этот британский астроном провозгласил теорию “стационарного состояния” и не признавал Большой взрыв. (К слову, само это название — Большой взрыв — Хойл придумал в порядке издевки над концепцией Гамова.) Так или иначе, в июле 1965 года обе группы опубликовали свои статьи в одном и том же журнале: Пензиас и Вильсон просто докладывали о своих наблюдениях, не делая никаких выводов, а Дикке с коллегами излагали теоретические основания, позволявшие отождествить открытое излучение как реликтовое. В1978 году нобелевские медали достались Пензиасу и Вильсону.

Однако, отмечает Джереми Бернстайн, свидетельства о реликтовом излучении на самом деле даже опередили теорию: в 1941 году астроном по имени Эндрю Маккелар измерял длины волн света, приходящего из некоего созвездия и свидетельствующего о наличии органического вещества дициана. Анализ спектра показал, что температура газа — 2,3 градуса Кельвина. В классической книге про молекулярные спектры другой нобелевский лауреат, Герхард Герцберг, отметил этот результат, заметив, однако, что его смысл неочевиден. Герцберг не читал статей Гамова, Альфера и Германа, где этот смысл растолковывался. С другой стороны, и они не читали книги Герцберга.

Из этой саги о реликтовом излучении, которое сейчас считают неопровержимым доказательством теории Большого взрыва, можно сделать такой вывод: ученые, пожалуй, слишком редко покидают свои уютные каморки.

Забавное описание этого эпизода и его предыстории имеется в книге: Bernstein Jeremy, Cranks, Quarks, and the Cosmos (Basic Books, New York, 1993/

 

Лживые камни горы Эйвельштадт

Знаменитый случай, о котором пойдет речь ниже, произошел в XVIII веке и заставил весь мир смеяться над одним немецким ученым из Университета Вюрцбурга. Доктор Иоганн Берингер не только служил там профессором, но и числился доверенным лицом архиепископа, при котором состоял личным врачом. Кроме того, Берингер был самоотверженным палеонтологом и владел впечатляющей коллекцией ископаемых останков. В 1725 году местные жители принесли ему целый набор находок, якобы обнаруженных вблизи городка на горе Эйвельштадт. Находки те были подделкой: на камнях легко угадывались контуры современных животных и растений, а также и другие изображения. Тем не менее у Берингера они вызвали искреннее восхищение, и в 1726-м он издал книгу с их описанием:

Обнаружились четкие изображения луны и солнца, звезд и комет с их пышными хвостами. И наконец, то, чем Высший разум вверг меня и коллег в священный трепет: превосходные таблички, где нацарапано — арабским, латинским и еврейским письмом — немеркнущее имя Иеговы.

Берингер решил сам продолжить поиски. Кончилось все тем, что он нашел камень, на котором было высечено его собственное имя. Оскорбившись, ученый муж затеял расследование; вскоре было установлено, что добровольцев-археологов наняли два его университетских коллеги — они находили Берингера невыносимо заносчивым и решили немного сбить с него спесь. Зная, что розыгрыш более чем удался, они, однако, пытались намекнуть своей жертве, что книгу публиковать не стоит, поскольку камни могут оказаться подделкой. Уверенный в своей непогрешимости, Берингер не понял их вполне очевидных намеков. Говорят, что остаток жизни он посвятил попыткам собрать все напечатанные экземпляры книги. Пройдет 200 лет, и этот его поступок повторит один польский профессор, издавший свою книгу по генетике незадолго перед тем, как коммунистические власти запретили эту науку, поддавшись обаянию бредовой доктрины российского шарлатана Лысенко.

Beringer Adam, The Lying Stones of DrJohann Bartholomew (University of California Press, Berkeley, 1963,).

 

Мышление математика

Джон (а для друзей — Джонни) фон Нейман принадлежал к замечательной группе венгерских физиков и математиков, уехавших из Будапешта вскоре после Первой мировой войны. Его интересы были невероятно широки: потрясает вклад этого человека в теоретическую физику и в математическую теорию, на которой основаны современные компьютеры, во многие области чистой математики, в теорию игр и даже в экономику. Он был одним из ключевых участников Манхэттенского проекта и многих других военных проектов США. Едва окончилась Вторая мировая война, он взял на себя руководство работами по созданию самого быстрого в мире компьютера в Принстоне: это был “Джониак”, по поводу которого фон Нейман как-то обмолвился: “Не знаю, насколько полезным он окажется на практике, но при любом раскладе возможность пропустить сквозь него сто миллионов раз за час мантру “Ом мани падме хум” (“О ты, цветок лотоса”) несомненно вызовет глубокое почтение в душах тибетцев. В этом он обгонит любой молитвенный барабан” Его друг и коллега Герман Голдстайн провозгласил, что фон Нейман не человек, а полубог, который “детально изучил людей и в совершенстве овладел искусством подражать им” Джон фон Нейман скончался в 1957 году в возрасте 53 лет.

Абрахам Пайс, который был на короткой ноге с большинством великих физиков того времени, пишет о фон Неймане:

За свою жизнь я встречал людей большего, чем Джонни, масштаба, но ни одного столь же яркого. Причем блистал он не только в математике, но еще был полиглотом и отлично разбирался в истории. Одной из самых замечательных особенностей его интеллекта была невероятная память.

Примеры того, как проявлялась эта черта, можно найти в воспоминаниях Германа Голдстайна:

Насколько я могу судить, фон Нейману было достаточно единожды прочесть книгу или статью, чтобы потом цитировать ее дословно. Более того, он мог проделывать это и годы спустя без всяких затруднений. Также он умел переводить на лету с языка оригинала на английский. При случае я решил убедиться в этом сам, поинтересовавшись, с каких слов начинается “Повесть о двух городах” Диккенса. Тут же, без промедления, он начал декламировать первую главу и остановился, только когда его попросили прерваться через десять — пятнадцать минут. (Фон Нейман не единственный из великих математиков мог похвастаться феноменальной памятью. Готфрид фон Лейбниц, живший на три века раньше, мог в старости рассказать наизусть всю “Энеиду”, которую не перечитывал с детства.) В другой раз я застал его читающим лекцию, которую он сочинил на немецком двадцать лет назад. При этом фон Нейман использовал в точности те же обозначения и символы, что и в оригинале. Немецкий был его родным языком, и, казалось, он даже думал на немецком, а затем молниеносно переводил мысли на английский. Мне часто приходилось наблюдать, как он пишет и время от времени просит подобрать английский эквивалент для того или иного немецкого слова.

Еще фон Нейман умел невероятно быстро и точно считать в уме. Вот отрывок из воспоминаний Голдстайна:

Как-то один превосходный математик заглянул ко мне в кабинет обсудить беспокоившую его задачу. После долгой и бесплодной беседы он заявил, что возьмет домой настольный калькулятор, чтобы тем же вечером обсчитать несколько частных случаев. На следующее утро он, усталый и осунувшийся, появился у меня снова и радостно заявил, что за ночь работы разобрал пять частных случаев возрастающей сложности, закончив работать только в полпятого утра.

Чуть позже в то утро фон Нейман неожиданно зашел поинтересоваться, как идут дела. Я немедленно свел его с коллегой-математиком, чтобы тот мог обсудить с ним свою задачу. Фон Нейман произнес: “Ну что же, давайте разберем несколько частных случаев” Мы согласились, предусмотрительно не сообщив ему про численный эксперимент, отнявший полночи. Затем фон Нейман поднял глаза к потолку и за пять минут просчитал в голове четыре случая из тех, что были тщательно обсчитаны нашим другом ночью. Когда Нейман подумал еще пять минут над пятым, самым сложным, случаем, коллега внезапно во всеуслышание огласил окончательный ответ. Фон Нейман был возмущен, но быстро вернулся к своим вычислениям в уме — вероятно, слегка ускорившись. Еще через пять минут он сказал: “Да, это верный ответ” Затем мой коллега скрылся, а фон Нейман потратил еще полчаса серьезных умственных усилий, чтобы понять, как кто-либо другой мог найти лучший путь к решению. В конце концов ему рассказали, как все было на самом деле, и к фон Нейману вернулась прежняя самоуверенность.

Цитаты приводятся по книгам: Pais Abraham, The Genius of Science (Oxford University Press, Oxford, zooo) и Goldstine Herman, The Computer (Princeton University Press, 1980).

 

Старая дыня

Адольф фон Байер (1835–1917) — выдающийся химик XIX века, один из основателей органической химии, области науки, где превосходство Германии неоспоримо. В1905 году Байер был награжден Нобелевской премией. Его лаборатория в Мюнхене была Меккой для талантливых химиков всего мира. Джон Рид, имевший счастье поработать у Байера, впоследствии профессор Абердинского университета, рассказал об этой лаборатории в своей книге “Юмор и гуманизм в химии”.

Посредством одного изящного хода, которым Байер был весьма горд (а именно, обработки амальгамой натрия в растворе бикарбоната натрия), дикетон превратили в циклогександиол-1,4. Впервые увидев кристаллы нового вещества, Байер торжественно снял свою шляпу!

Стоит пояснить, что черно-зеленая шляпа мастера — его неотъемлемый атрибут. Рассказывали, что в эфесе клинка Парацельса спрятана жизненная ртуть средневековых философов, а вот “старая дыня” (на немецком “дыня” обозначает котелок) Байера скрывала под собой один из лучших умов современной химии… С непокрытой головой Байер появлялся редко. Шеф снимал свою шляпу исключительно в моменты невероятного восторга или изумления.

К примеру, когда анализ подтвердил, что получен весьма важный диуксусный эфир циклогексан-диола-1,4, Байер снял свою шляпу в знак ликования и не произнес ни слова. Вскоре синтезировали первый дигидроксибензол (нагреванием дибром-циклогексана с хинолином): Байер в возбуждении бегал по лаборатории, размахивая “старой дыней” и восклицая: “Вот мы и получили первый терпен, основу всех терпенов!” (Терпен — класс важных природных веществ, из которых получают многие лекарства.) Так выглядела из-за кулис драматическая сцена, которой открывалась серия исследований мастера в области терпенов.

Пусть события такого рода не кажутся чем-то из ряда вон выходящим. Будучи сведенными вместе, они проливают свет на личность великого химика. Нет сомнений, к примеру, что шеф был весьма импульсивен. Однажды утром он ворвался в лабораторию, и, не зажигая сигары (что выдавало невероятную взволнованность), дважды приподнял “дыню” и провозгласил: “Господа (слушателей было двое — Кляйзен и Брюнинг)! Эмиль Фишер только что сообщил мне, что провел полный синтез глюкозы. Это означает, что органическая химия подходит к концу. Давайте заканчивать с терпенами: пусть остаются только грязные пятна (Schmieren)”. (Презрительным названием Schmierchemie (“химия грязных пятен”) химики-органики заклеймили физиологическую химию — то есть то, что сейчас называют биохимией.)

Байер предпочитал простые приборы, и появление в его лаборатории любого агрегата с намеком на сложность следовало обставлять предельно тактично. Однажды вечером туда тайком пронесли первые механические мешалки с водяным мотором. Утром следующего дня “дыня” застал их в действии. Какое-то время Байеру удавалось ничего не замечать, затем он с неохотой стал их разглядывать, без малейшего следа воодушевления на лице, затем последовало первое замечание, которого так жадно ждали: “И что, это работает?” — “Да, герр профессор, великолепно работает. Реакции восстановления вот-вот дойдут до конца”. В конце концов герр профессор так возбудился, что пошел на исключительные меры: он позвал фрау профессор (как было принято обращаться к женам профессоров). “Госпожа Лидия”, как ее звали в лаборатории, с немым обожанием уставилась на бодро постукивающий прибор, а затем произнесла незабываемые слова: “Это какой же майонез можно было бы приготовить!” Сколь многое, скажем мы, определяет точка зрения.

Этот день наверняка мог бы стать отправной точкой в истории кухонного комбайна.

Из обзора Джона Рида в Nature, 131, 294,1933.

 

Сильнодействующее средство

Химики из немецкой фармацевтической компании “Бёрингер и сын” искали препарат-вазоконстриктор, способный смягчить симптомы простуды. Такое вещество, способное проникать сквозь слизистую оболочку, после закапывания в нос заставило бы сжиматься тонкие сосуды, открывая дыхательные пути. Гельмут Стале синтезировал ряд похожих друг на друга веществ (химики-органики называют их производными имидазолина) и надеялся, что наконец попал в точку. Однажды в 1962 году образцы отправили доктору Вольфу, медицинскому директору компании. Секретарь доктора Вольфа, фрау Швандт, как раз тогда тяжело простудилась. Рассудив, что маленькая доза нового лекарства, которое считалось безвредным, не создаст особых проблем, она закапала немного разбавленного раствора себе в нос. Затем фрау Швандт зевнула и погрузилась в глубокий сон. Прошел день, а ее все никак не могли разбудить. Разгорелся скандал: прибывший врач пришел к выводу, что у подопытной резко упало давление. К счастью, лекарство не вызвало у фрау Швандт долговременных последствий и она все-таки проснулась. А препарат тот был выпущен на рынок под названием клонидин. Как выяснилось, он действует на периферическую нервную систему и потому стал применяться при лечении гипертонии и ряда других расстройств.

Есть, разумеется, бесчисленные примеры героических опытов физиологов, фармакологов и врачей на себе и на коллегах. Так, например, был открыт радикально новый способ лечения алкоголизма (едва ли такое придумали бы специально). Главный героем этой драмы был фармаколог Эрик Якобсен, директор исследовательского подразделения датского фармакологического концерна. События разворачивались во время Второй мировой войны.

У Якобсена с коллегами (лаборантов это тоже касалось) вошло в привычку испытывать на себе все новые вещества, синтезированные в медицинских целях. Как-то он и его друг Йенс Хальд заинтересовались мазью от чесотки дисульфирамом. Чесотку, как известно, вызывает клещ-паразит, распространившийся тогда по всей оккупированной Европе. Разузнав о препарате, Хальд решил, что тот поможет бороться и с паразитами кишечника. Опыты на кроликах обнадеживали: даже при больших дозах побочных эффектов замечено не было. Пройдя курс лечения дисульфирамом (в таблетках), Якобсен и Хальд заключили, что вещество, судя по всему, безвредно. Затем в один из дней Якобсен решил запить припасенный на обед бутерброд пивом: то и другое он употребил, сидя в библиотеке в компании коллег. К концу обеда он ощутил сильное опьянение и тошноту. Голова раскалывалась. Симптомы постепенно сошли на нет, и вскоре Якобсен решил, что здоров и готов продолжить работу. Гипотезу про пищевое отравление он отбросил сразу, потому что жена и дочь, которые на обед ели то же самое, чувствовали себя прекрасно. Несколько дней спустя Якобсен обедал в ресторане с управляющим компанией. Оба приобщились к живительной влаге, а затем Якобсен вернулся в лабораторию. Коллег его вид напугал: лицо невероятно раскраснелось. Голова снова раскалывалась, болезнь вернулась. В конце недели все повторилось снова.

В пятницу за дружеским обедом у сослуживца-фармаколога Якобсен глотнул пива и съел сандвич с тефтелями, приготовленный женой. Новый приступ заставил его отправиться домой раньше времени. Ему предстояло проехать несколько километров, и, петляя на велосипеде по узким улочкам Копенгагена, Якобсен задавался вопросом: неужели дело в тефтелях? Он поинтересовался у дочерей, что им досталось на обед. Тефтели, как и их отцу. С тефтелями все было в порядке, значит, они ни в чем не виноваты.

В один из дней Якобсен наткнулся в коридоре на Хальда, и они тут же принялись обсуждать итоги опыта с дисульфирамом. Как признался Хальд, он испытывал те же трудности, что и Якобсен. Подозрение пало на таблетки препарата. Вдвоем они предприняли более тщательное исследование, чтобы перепроверить свои выводы, Якобсен принял очередную порцию таблеток и ввел себе немного алкоголя внутривенно. Результат ошеломлял: кровяное давление у Якобсена упало скачком почти до нуля, и ученый едва не умер. Теперь было ясно: алкоголь реагирует с дисульфирамом или с продуктом его расщепления в организме, и продукт этой реакции высокотоксичен. Вскоре после пугающих опытов на себе Якобсен случайно встретился со старым другом, химиком, который сразу же заметил, что от Якобсена пахнет ацетальдегидом — ядовитым веществом, первым в цепочке продуктов окисления спирта. В нормальных обстоятельствах ацетальдегид быстро окисляется до уксусной кислоты (именно так из вина образуется уксус). Ацетальдегид и заявил о себе теми неприятными ощущениями, которые пришлось пережить Якобсену и Хальду.

Вскоре Якобсен прочел перед публикой лекцию, в которой рассказал о своих злоключениях с дисульфирамом. Он не знал, что среди слушателей есть журналист, и потому появление статьи об этом в ведущей копенгагенской газете уже на следующий день Якобсена искренне удивило. Там ее увидел психиатр, лечивший алкогольную зависимость средствами “терапии отвращения”, методики неприятной и редко когда успешной. Психиатр связался с Якобсеном, и скоро дисульфирам уже применяли (и применяют до сих пор) при лечении хронических алкоголиков. Дисульфурамовым препаратам Якобсен придумал коммерческое название Antabuse (что можно расшифровать как “противозависимость”).

Но, вероятно, самый знаменитый эксперимент над собой поставил биолог Джон Бертон Сандерс Холдейн, сделавший себе имя работами по физиологии, генетике и биохимии; не стоит также забывать про его математические таланты и блестящее знание античной литературы. Он, твердо верящий в коммунистические идеалы, был весьма несдержан и часто конфликтовал с академической элитой. Холдейн принадлежал к тем немногим, кому Первая мировая война пришлась по вкусу: возможность в ней поучаствовать казалась ему почетным правом. В отличие от большинства физиологов, он избегал опытов на животных, предпочитая опыты на людях и прежде всего на себе самом. Привычку так поступать он унаследовал от отца, Джона Скотта Холдейна, профессора физиологии в Оксфорде, прославившегося работами о воздействии на организм газов, скапливающихся в шахтах. Эти работы спасли немало жизней. Однажды Холдейн-старший сам вдыхал смесь кислорода с угарным газом до тех пор, пока молекулы этого газа не перепортили половину гемоглобина у него в крови. Этот опыт мог стоить физиологу жизни. Холдейн-младший сопровождал отца в шахты, будучи еще маленьким мальчиком: ему отводилась роль ученика, ассистента и, нередко, подопытного кролика. Вот его воспоминания об одном из таких путешествий. Сначала их с отцом спустили вниз в гигантской бадье, а потом им пришлось ползти через узкий лаз.

Наконец мы оказались там, где свод достигал 2,5 метра в высоту: взрослому было где распрямиться. Один из сопровождающих поднял свой “безопасный светильник” — он тут же наполнился голубым пламенем и с хлопком погас. Окажись вместо него свеча, взрыв был бы неизбежен и нас наверняка убило бы на месте. Тут пламя взрыва удержала внутри светильника проволочная сетка. Под сводом было полно метана — газа, который легче воздуха и потому собирается сверху. Прилегающий к полу слой воздуха опасности не представлял.

Чтобы показать, чем чревато вдыхание рудничного газа, отец велел мне подняться и прочесть речь Марка Антония из шекспировского “Юлия Цезаря” начиная со слов “О римляне, сограждане, друзья!” Скоро я начал задыхаться, и где-то на словах “Честный Брут” мои ноги подогнулись, и я свалился на пол, где, разумеется, с воздухом все было в порядке. Так я узнал, что рудничный газ легче воздуха и что вдыхать его опасно.

Отец Холдейна был консультантом Адмиралтейства, при нем были переписаны и правила безопасности под водой, и инструкции, как сбрасывать давление на поверхности. В 1908 году пятнадцатилетнему Холдейну-младшему разрешили участвовать в подводных испытаниях.

Случай представился, когда Джона Скотта Холдейна пригласили на испытания новой субмарины Адмиралтейства. Ему требовался помощник, и как-то он пожаловался домашним: корабль секретный, поэтому список кандидатов ограничен. Когда вопрос о помощнике стал беспокоить Холдейна всерьез, супруга спросила его: “Почему бы тебе не взять с собой Мальчика?” (так родные звали Холдейна-младшего). “Разве он уже достаточно взрослый? — возразил Джон Скотт Холдейн и повернулся к сыну: — Какая формула у натронной извести?” Холдейн-младший ответил правильно и некоторое время спустя совершил свое первое путешествие на подводной лодке.

Когда началась Первая мировая война, Холдейн-младший вступил в “Черный дозор” (легендарный шотландский полк, основанный в 1739 году) и в звании командира взвода отправился сражаться во Францию. Там он получил несколько ранений и устроил несколько безрассудных вылазок, не спросив разрешения командира.

В 1915-м первые газовые атаки застали британскую армию врасплох. Лорд-канцлер Холдейн телеграммой вызвал из Оксфорда своего брата, Холдейна-старшего, и тот немедленно отбыл во Францию. Там он обнаружил, что 90 тысяч противогазов, которые раздали солдатам, действуют совсем не так, как задумывалось. По его просьбе из Оксфорда приехал профессор Ч.Дж. Дуглас, а вслед за ним и Холдейн-младший ненадолго покинул окопы. Вместе с группой добровольцев трое ученых собрались в камере, куда закачали хлор. Холдейн-младший пишет:

Нам предстояло сравнить действие, которое оказывали на нас (в респираторах и без них) разные дозы газа. Газ резал глаза и при вдыхании вызывал удушье с кашлем. Именно поэтому требовалось участие подготовленных физиологов. Обычный солдат наверняка справится с желанием хватать воздух ртом и кашлять, когда в разгар битвы ощущает себя машиной убийства, но не в лаборатории в ходе опыта, когда ничто не отвлекает его от собственных переживаний. Опытный физиолог владеет собой лучше. Еще важно было выяснить, получится ли в респираторе работать или бегать. Поэтому в газовой камере имелось специальное колесо, которое полагалось крутить руками, кроме того, за стенами камеры нас ждали 45-метровые пробежки в респираторах.

Длительного ухудшения здоровья не последовало, продолжает Холдейн, поскольку все знали, когда стоит остановиться, но он “обнаружил у себя затрудненное дыхание и еще месяц с небольшим не мог бегать”. В таком состоянии Холдейн вернулся в свой полк и принял участие в битве при Фестуберте, где был дважды ранен. Его биограф высказывает предположение, что двухдневный эксперимент спас тысячи жизней и, возможно, предотвратил немедленный разгром.

Перед самым началом Второй мировой войны Холдейн снова отправился служить Родине. Новая подводная лодка “Тетис” утонула тогда во время испытаний в Мерси. Вместе с ней пошли ко дну 99 человек — моряков и штатских, и Холдейна пригласили расследовать неисправности в системе аварийной эвакуации судна. Последовал ряд опасных опытов, где изучалось длительное воздействие на человека высоких давлений и высоких концентраций углекислого газа. Опасность всегда привлекала Холдейна, работа приносила ему огромное удовольствие, и за это, наверное, можно простить некоторую демонстративность его поступков. Среди его ассистентов был молодой корабельный хирург, лейтенант Кеннетт Дуглас.

На моих глазах он не раз подвергал себя серьезной опасности, и все разговоры о том, что он рисуется перед зрителями, пусть в них и есть доля истины, совершенно несправедливы. Однажды он вдыхал кислород на глубине 30 метров (то есть под давлением в 4 атмосферы) в обложенном кусками льда бассейне. Довольно неосмотрительно он предложил мне, раз уж я его ассистент, испытать все на себе. В итоге мокрый замерзший профессор и молодой судовой врач в таком же состоянии заработали кислородное отравление одновременно, и только по счастливому стечению обстоятельств у меня не начались судороги, а Холдейн не утонул. Более того, конвульсии начались у Холдейна, которого я держал за руки, когда он в водолазном костюме сидел под водой, а я стоял на платформе чуть выше.

В результате благодаря Холдейну инструкцию о том, как следует покидать подводную лодку, переписали, а заодно серьезно усовершенствовали вооружение субмарин.

Другая тема — действие углекислого газа на организм — заинтересовала Холдейна намного раньше, чем он решился поставить опыт на себе. Для этого ему нужно было искусственно повысить кислотность, чтобы подавить выбросы углекислоты, вырабатываемой в процессе обмена веществ. Сначала он принял около 80 граммов питьевой соды. Чтобы кислотность выросла, он, конечно, не стал пить соляную кислоту, а вместо этого вызвал у себя нарушения кислотно-щелочного баланса, ежедневно принимая по 30 граммов хлористого аммония. Отравление кислотой вызвало проблемы с дыханием, которые продолжались еще несколько дней по окончании эксперимента. Итогом этих экспериментов стала разработка методов лечения детской болезни тетании (иногда смертельной), которую вызывает повышенная щелочность организма.

История клофелина рассказывается в работе: Stahle H., Chronicles of Drug Discovery, ed. Blindra E.S. and LednicerD. (Wiley, New York, 1982). Прочие опыты на себе описаны в книге: Altman Lawrence K., Who Goes First? (Random House, New York, 1987). Экспериментам отважного Холдейна-сына посвящена биография: Ronald Clark, J3 .S. (Hodderand Stoughton, London, 1968), откуда и позаимствованы приведенные выше цитаты; про эксперимент Холдейна с двуокисью углерода рассказывается в одном из его блестящих эссе о науке, опубликованных в Daily Worker и собранных под заглавием Possible Worlds (Chatto and Windus, London, 1927J (книга многократно переиздавалась).

 

Русская трагедия

В мрачные времена после Октябрьской революции советский режим вырастил новое поколение ученых — “крестьян” и “босяков” от науки, которые, трудясь в “лабораториях-бараках”, при помощи народной мудрости должны были развивать сельское хозяйство новой страны. В 1929 году Сталин дал ход разрушительной политике коллективизации деревни. Пренебрежение традиционными методами земледелия, а также засуха и глупость властей привели к страшному голоду. По некоторым оценкам, тогда погибло около 8 миллионов человек. Опасаясь скорого возмездия, в страхе за свою жизнь управленцы-аппаратчики запаниковали и потому были рады любому невежде и шарлатану, у которого найдется панацея для улучшения урожаев.

Украинский крестьянин Трофим Денисович Лысенко был среди этих шарлатанов самым жестоким и расчетливым и при этом лучше прочих умевшим располагать к себе людей. Втершись в доверие к Сталину, он два десятилетия подряд железной хваткой удерживал в руках не только сельское хозяйство, но и советскую биологию в целом. В частности, он объявил: все то, чем занимались тогда биологи других стран, а генетики в особенности, — буржуазнофашистское надувательство, которое следовало безжалостно искоренить. Биология в Советском Союзе пришла в упадок, целое поколение генетиков и лучшие ученые-практики были расстреляны или брошены в тюрьмы. Самым известным среди них был Николай Вавилов, главный агроном страны и, во времена возвышения Лысенко, президент Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук имени Ленина.

Все, кто знал Лысенко, сходились во мнении, что этот худой и угрюмый на вид человек — обладатель гипнотического обаяния, настойчивый и убедительный. Вот каким увидел автор статьи в “Правде” Лысенко на заре его карьеры и, очевидно, еще до того, как он овладел в совершенстве искусством демагогии:

Если судить о человеке по первому впечатлению, то от этого Лысенко остается ощущение зубной боли — дай бог ему здоровья. Унылого он вида человек. И на слово скупой, и лицом незначительный — только и помнится угрюмый глаз его, ползающий по земле с таким видом, будто, по крайней мере, собрался он кого-нибудь укокать. Один раз всего и улыбнулся этот босоногий ученый: это было при упоминании о полтавских вишневых варениках с сахаром и сметаной.

Вавилова арестовали во время экспедиции по сбору растений на Украине. Это случилось так:

Сначала Н.И. Вавилов со своими товарищами выехал в Киев. Из Киева на машине они проехали во Львов, из Львова — в Черновцы. Из Черновиц, собрав большую группу местных специалистов, на трех переполненных машинах поехали в предгорные районы для сбора и изучения растений. Одна машина не могла преодолеть трудности дороги, и ей пришлось вернуться. На обратном пути встретился легковой автомобиль, в котором находились люди в штатском.

“Куда поехали машины Вавилова? — спросил один из встречных. — Он нам срочно нужен” — “Дорога дальше плохая, — ответили из экспедиционного автомобиля, — возвращайтесь с нами в Черновцы, Вавилов должен вернуться к 6–7 часам вечера, и вы его так быстрее найдете” — “Нет, мы должны его найти именно сейчас, пришла телеграмма — его срочно вызывают в Москву”.

Вечером остальные участники экспедиции вернулись без Вавилова, его увезли так быстро, что он не смог даже взять свои вещи. Только уже поздно вечером трое в штатском приехали за ними. Сотрудник экспедиции начал развязывать мешки, сваленные в угол комнаты, чтобы найти среди них вавилов-ский мешок с вещами. Наконец он его нашел. Сверху в мешке был большой сноп растений полбы — полудикой местной пшеницы, найденной Вавиловым.

В Институте растениеводства впоследствии определили, что это был новый, ранее не известный ботаникам вид полбы. В последний день служения Родине — 6 августа 1940 года — Вавилов сделал свое последнее ботанико-географическое открытие. И хотя открытие не было большим, его уже не вычеркнешь из истории науки. И очень немногие ученые, читавшие небольшую статью Ф.Х. Бахтеева “Новый вид полбы, найденный Н.И. Вавиловым”, которую опубликовали в 1960 году в юбилейном сборнике, посвященном Н.И. Вавилову, могли догадаться, что дата находки — это тот день, о котором ученые всего мира будут всегда вспоминать с горечью и болью.

Два года спустя Вавилов погиб в тюрьме от голода и болезней. А влияние Лысенко тем временем все росло, и вскоре оно распространилось и на физику и химию. Химики пошатнулись, но физики держались стойко. Преемник Сталина, Хрущев, человек малообразованный, к мнению ученых не прислушивался. Химик Александр Несмеянов, президент Академии наук СССР, рассказывал, как они с Игорем Курчатовым, блестящим руководителем советского атомного проекта, безуспешно пытались переубедить главу государства:

Разговорились однажды мы с И.В. Курчатовым, который был тогда членом президиума Академии наук, о невыносимом положении в биологии, задавленной лженаукой. Решили напроситься на прием к Н.С. Хрущеву, чтобы поговорить на эту тему.

В кабинете у Н.С. Хрущева инициативу разговора захватил напористый Курчатов. Начал он не слишком удачно — с выгод, которые США получали от гибридных сортов кукурузы и которых мы лишаемся из-за предвзятого отношения к современной генетической науке. Я, сколько мог, поддакивал, а Н.С. Хрущев оживился, полез в письменный стол и достал тяжелые, толстые, более чем полуметровой длины кукурузные початки, погрозил ими и сказал: вот, дескать, какая у нас кукуруза, что вы мне рассказываете о сельском хозяйстве, в котором ни черта не понимаете. Ваше дело — физика и химия, а в биологию не лезьте. <…> Как ни пытались мы развить и варьировать тему о плачевном положении советской биологии, об ошибках Лысенко, наш собеседник явно скучал и почти нас не слушал…

На обратном пути я зашел к управляющему делами Совета министров, там меня застал звонок Хрущева: “Тов. Несмеянов, делайте что хотите, но Лысенко не трогайте — головы за него рубить будем!” На этом мы и расстались.

Этим история и кончилась, и я занялся другими делами. Я продолжал посещать заседания Совета министров, и [взаимодействия] было даже больше, чем прежде, но и больше неприятных ситуаций. Иногда это было ненамеренным, но в других случаях [трудно было ошибиться]: Хрущев намеревался вмешиваться в дела Академии под видом советов по улучшению ее деятельности. <…>

У меня все в большей мере начало складываться убеждение, что многие действия Н.С. Хрущева были продиктованы его убеждением в том, что дабы часы ходили, их почаще нужно встряхивать. Такое “трясение” в применении к Академии наук было единственно доступным Хрущеву способом управления этим организмом. Способ этот применялся все чаще. В конце 1960 г. был один из случаев применения этого способа. В реплике в мой адрес Хрущев упрекнул меня в каких-то недостатках в работе Академии, в частности в том, что Академия, мол, занимается исследованием каких-то мушек. (Хрущев имел в виду мушек-дрозофил, самый благодатный объект исследований в западной генетике. Лысенко считал это чрезвычайно забавным.) Я встал и к ужасу присутствующих там членов Политбюро заявил, что изучение этих мушек чрезвычайно важно для многих отраслей науки. Это было неслыханное до той поры открытое выступление (на людях!) против точки зрения Хрущева. Затем я сказал: “Несомненно, есть возможность сменить президента Академии, найти более подходящего для этой цели академика. Я уверен, например, что М.В. Келдыш лучше справился бы с этими обязанностями”. — “Я тоже так думаю”, — бросил Хрущев. Заседание продолжалось. <…> Дальше нам оставалось только ждать.

В сталинские времена такие речи были бы самоубийственны, однако Несмеянову они не причинили особого вреда. Что касается Лысенко, то, сместив Хрущева, его оставили без последнего всемогущего покровителя — и лишили всех званий и власти. Последние годы Лысенко провел в маленькой лаборатории сельскохозяйственного института, опозоренный и осыпаемый бранью (но при этом сожалел о судьбе многих своих жертв).

Медведев Жорес, Взлет и падение Лысенко: История биологической дискуссии в СССР, 1929–1966 (М.: Книга, 1993) [9] Автор ссылается на статью: Emiliya G. Perevalova, Chemical Intelligencer, 6, 32 (2000), где книга дана в отрывочном переводе.
. Воспоминания Несмеянова цитируются по книге: Несмеянов А.Я., На качелях XX века (М.: Наука, 1999).

 

Так устроен мир

Взойдя на английский трон, Георг I больше всего гордился тем, что в числе его подданных оказался Ньютон. С тех пор престиж государства все больше и больше определялся уровнем развития науки в стране. Прошли века, но политически грамотные манипуляторы от науки об этом не забывали.

Американские ученые во времена “холодной войны” в совершенстве освоили один прием: стоит забить тревогу, говоря об успехах Советов, — и им выделяют средства. Их советские коллеги тоже не упускали повода воспользоваться ситуацией. К примеру, дипломат Мелвин Прайс (глава подкомитета Конгресса по научно-исследовательским и опытноконструкторским работам [R@D]) так вспоминает беседу с советским физиком в Дубне:

Когда мы приехали в Дубну два года назад, руководитель Лаборатории обратился к нашей группе с просьбой объяснить, как нам выделяют деньги на строительство ускорителей. Мы рассказали нашему советскому коллеге про все формальности. Он сказал: “Это мне непонятно, — и добавил: — Зато понятно, что вам дают деньги, когда вы заявляете, что у русских уже есть синхротрон на ю миллиардов элек-тронвольт, а вам нужен синхротрон на 20 миллиардов электронвольт. Вот откуда у вас берутся деньги” Тогда я заметил: “Может быть, в этом что-то и есть, — и поинтересовался: — А как получаете деньги вы?” “Так вот и получаем”, — ответил он. Прайс пересказал этот диалог Джону Уильямсу, главе исследовательского отделения Комиссии по атомной энергии, и тот отозвался так: “Ну что ж, весьма правдивая история”.

Синхротрон — это прибор, который разгоняет протоны до огромных скоростей (более современное приложение — ускорять почти до скорости света электроны, которые затем генерируют излучение высокой плотности, востребованное во многих экспериментах из самых разных областей науки). Устройство выглядит как подземный круговой туннель в километры длиной. В те времена ускоритель в Дубне работал так неудачно, что физики его окрестили “Ускорителем памяти Сталина”.

Когда Роберт Вильсон, главный в Америке эксперт по созданию ускорителей, выступал перед сенатским комитетом, он нашел еще более веский довод финансирования. Чем, спросили его, поможет этот дорогостоящий проект защищать Соединенные Штаты? “Ничем, — ответил он, — но он сделает Соединенные Штаты достойными того, чтобы их защищали”.

Разговор Прайса и советских ученых приводится в книге: Greeberg Daniel S., The Politics of Pure Science (New American Library, New York, 1967).

 

Перетягивание каната в борьбе за нить жизни

Открытие структуры ДНК Фрэнсисом Криком и Джеймсом Уотсоном — один из самых драматичных эпизодов в истории науки. Еще драматичней он выглядит в красочном изложении самого Уотсона. В 1952 году 24-летний Уотсон был приглашенным сотрудником Кавендишской лаборатории в Кембридже. Экспериментальные данные, на которые Уотсону с Криком приходилось опираться, были скудны, и при этом оба ученых ясно понимали, что в своих исследованиях они неодиноки. Работе, которая велась в Королевском колледже Лондона, мешала взаимная неприязнь двух главных действующих лиц, Мориса Вилкинса и Розалинды Франклин; главных конкурентов, как казалось Уотсону, следовало искать в Калифорнии, где обосновался грозный Лайнус Полинг — по всеобщему мнению, лучший структурный химик в мире. По счастливой случайности соседом Уотсона по кабинету был сын Полинга Питер, аспирант Кавендишской лаборатории. Чаще всего, вспоминает Уотсон, разговор у них заходил о девушках, однако

…когда Питер одним декабрьским днем плавно вплыл в наш кабинет и закинул ноги на стол, ничего милого в его улыбке от уха до уха, расползшейся по лицу, не было. В руках он держал письмо из Штатов, которое забрал на почте по пути с обеда в Питерхаусе.

Письмо было от его отца. За обычными разглагольствованиями о семейных делах следовала новость, которой мы давно опасались: Лайнус располагает структурой ДНК. Про детали не было ни слова, так что с каждым разом, когда письмо переходило от Фрэнсиса ко мне и обратно, мы становились все грустнее. Фрэнсис принялся расхаживать туда-сюда по комнате, рассуждая вслух, что надеется невероятным интеллектуальным усилием восстановить то, до чего, возможно, додумался Лайнус. Раз Лайнус не сообщил нам правильного ответа, то наши заслуги признают равными, если только объявить об открытии одновременно.

Ничего стоящего так и не случилось, но какое-то время спустя мы поднялись попить чаю и рассказали Максу Перутцу и Джону Кендрю про письмо. Там мы заметили Брэгга (директора лаборатории), однако никто из нас не решился ему рассказать, что американцы, похоже, в очередной раз обставят английских исследователей. Пока мы поглощали шоколадные бисквиты, Джон пытался приободрить нас, уверяя, что Лайнус может и ошибаться. В конце концов, тот ни разу не видел картинок Мориса и Рози (фотоснимков рентгеновского рассеяния, полученных в Королевском колледже). Сердце, однако, подсказывало нам обратное.

И вот наступила развязка: в феврале Полинг дописал свою статью и направил копию в Кембридж. Уотсон от ожидания был уже на грани нервного срыва.

На самом деле, в Кембридж пришли два экземпляра: один сэру Лоуренсу (Брэггу), другой — Питеру. Первым импульсом Брэгга было отложить статью. Не зная, что Питер получил другой экземпляр, он долго колебался, прежде чем отнести свой в лабораторию Максу. Там ее мог увидеть Фрэнсис — и затеять новую охоту за дикими гусями. Согласно графику, насмешки Фрэнсиса предстояло выносить еще восемь месяцев. Разумеется, если тот завершит свою диссертацию в срок. Затем на год (если не больше) Крик отправится в бруклинское изгнание (в Политехнический институт, где ему предстояло работать), а тут воцарятся мир и спокойствие.

Пока сэр Лоуренс колебался, стоит ли отвлекать Фрэнсиса от его диссертации, Фрэнсис и я сосредоточенно изучали копию, которую после обеда принес нам Питер. Лицо Питера, когда он переступил порог, выдавало нечто важное, и у меня заныло в животе от предчувствия, что все потеряно. Видя, что ни Фрэнсис, ни я не в состоянии дальше ждать, Питер немедленно сообщил нам, что модель — трехцепочечная спираль с сахарно-фосфатной связью посередине. Это выглядело настолько похоже на наши прошлогодние изыскания, которые было решено прервать, что я сразу подумал: не осади нас Брэгг, мы уже прославились бы, сделав великое открытие. Не оставляя Фрэнсису ни шанса выпросить статью, я выудил ее из кармана куртки Питера и стал читать. Потратив меньше минуты на выводы и введение, вскоре добрался до рисунков с расположением ключевых атомов.

И сразу почувствовал: что-то тут не так…

Модель Полинга противоречила экспериментальным данным: Фрэнсис и Крик были с ними знакомы, а Полинг — нет. Что еще хуже, модель была неправильной с химической точки зрения. Считаные недели спустя Уотсон и Крик определили структуру ДНК. Их модель была убедительной до мельчайших деталей — сомнений в ее правильности практически не оставалось.

Случай, о котором говорит Уотсон, — когда американцы обставили английских ученых — связан с выяснением структуры полипептидной цепи, то есть структуры белка. Данные рентгеновского рассеяния говорили, что нерастворимый белок кератин (вещество волос, ногтей и наружного слоя кожи) обладает регулярной структурой, почти наверняка спиральной. Несколько лабораторий выдвигали предположения о том, какую форму может принимать эта упорядоченная структура. Брэгг, Перутц и Кендрю напечатали статью со своими гипотезами, которые, как вскоре выяснилось, были неверны.

Окончательную ясность внес Полинг. В 1948 году он в качестве приглашенного профессора работал в Оксфорде. В послевоенные годы университет был местом унылым и безрадостным. Полинг серьезно простудился и заразился синуситом, который приковал его к постели. “В этот день я впервые открыл детектив, — писал он позже, — я просто старался не чувствовать себя несчастным. На второй день было все то же самое. В конце концов такое положение дел меня утомило, и я подумал: “Почему бы мне не поразмышлять о структуре белков?” Взяв ручку, карандаш и бумагу, он набросал полипептидную цепь с линейной геометрией. Значительную часть своей жизни Полинг посвятил измерению и истолкованию длин химических связей между атомами углерода и азота, углерода и кислорода и т. д., а также углов между такими связями; поэтому для него не составило труда извлечь эти числа из своей обширной памяти. Нарисованную цепь он вырезал и завернул, а потом, принимая во внимание, что атомы углерода при азоте будут образовывать водородные связи (слабое, но важное взаимодействие второго порядка) с кислородными атомами других аминокислот в цепи, он попытался выстроить регулярную структуру.

Вскоре Полинг нашел спиральную конформацию, которая выглядела весьма убедительно; тогда он подозвал жену и попросил принести транспортир, чтобы измерить у спирали геометрические параметры. Чтобы структура повторяла себя, требовалось 18 аминокислотных остатков, и эти остатки образовывали пять витков спирали. От радости Полинг забыл о своих бедах. Об открытии своем он никому не рассказал, поскольку оно не слишком хорошо согласовывалось с экспериментом: уже интервалы между аминокислотными остатками, критические для всей теории величины, отличались от данных рентгеноструктурного анализа. Впрочем, сворачивая бумагу, Полинг в конце концов обнаружил знаменитую структуру, которую мы знаем под названием альфа-спирали. Брэгг с коллегами упустили ее, поскольку ограничили себя требованием, чтобы на каждый виток приходилось целое число аминокислотных остатков. Когда Полинг предъявил структуру с 18 остатками на 5 витков, кембриджская группа была потрясена.

Макс Перутц описывает свою реакцию на выход статьи Полинга — это случилось, когда он субботним утром копался в библиотеке. Перутца откровение Полинга поразило как удар молнии, в смятении он сел на велосипед и отправился домой обедать. Раздосадованный упущением и явным расхождением модели с рентгенограммами, он внезапно вспомнил свой визит к человеку, который эти рентгенограммы сделал, — Уильяму Эстбури из Лидса. И тут Перутц понял: конструкция прибора Эстбури просто не позволяла разглядеть пятно от рентгеновских лучей в том месте, где, согласно Паули, оно должно было быть.

В сумасшедшем оживлении я поехал обратно в лабораторию и отыскал лошадиный волос, который хранился в ящике. Закрепив его в гониометрической головке (это устройство для точного выставления углов) под углом в 31° относительно падающего рентгеновского пучка, я заменил плоскую пластинку, какой пользовался Эстбури, свернутой в цилиндр пленкой — она позволяла фиксировать все рассеянные лучи под брэгговыми углами (это углы между падающим и рассеянным рентгеновскими лучами, отвечающие разным симметриям переноса в структуре) до 85° Через пару часов, когда я проявил пленку, сердце мое готово было выскочить наружу. Как только я вынес пленку на свет, то обнаружил ярко выраженный сигнал, отвечающий расстоянию в 1,5 ангстрема — как раз той величине, что соответствовала а-спираль Полинга и Кори.

Утром в понедельник, когда Перутц появился перед своим начальником, сэром Лоуренсом Брэггом, на его лице можно было увидеть и досаду, и торжество. Когда Брэгг поинтересовался, как идея эксперимента пришла ему в голову, Перутц ответил, что всему виной их неумение увидеть то, что увидел Полинг, — это его и разозлило. Брэгг отреагировал фразой: “Лучше бы я разозлил вас раньше” Под таким заголовком и вышла книга Перутца, в которой он рассказывает эту историю.

Версия Джеймса Д. Уотсона истории об открытии ДНК изложена в его классической книге: James D. Watson, The Double Helix (Weidenfeld and Nicolson, London, 1968), а воспоминания Перутца — в книге: Max Perutz, I Wish I Made You Angry Earlier (Cold Spring Harbor Laboratory Press / Oxford University Press, Oxford, 1998). Cm. также интервью И. Харгиттаи с Лайнусом Полингом в Chemical Intelligencer, 4, 34 (1996).

 

Когда б мы знали, из какого сора…

Ричард Фейнман настаивал, что физика для него как игра: если задача бросает вызов его интеллекту или подстегивает его любопытство, приходится за нее взяться. Академическая карьера Фейнмана началась в Университете Корнелла в 1945 году: молодого профессора все время принимали за студента. Ниже он показывает, насколько непредсказуемые плоды могут давать исследования:

Спустя неделю после прибытия в Университет Корнелла я зашел в кафетерий. Там какой-то парень, дурачась, подбрасывал тарелку в воздух. Подымаясь в воздух, тарелка начинала колебаться. Я заметил, как красный медальон, — символ Корнелла, ходит в ней по кругу. Причем быстрее, чем тарелка колеблется.

Делать мне было нечего, так что я начал прикидывать, как движется вращающаяся тарелка. Я обнаружил, что, когда угол наклона невелик, медальон оборачивается вдвое быстрее, чем происходит колебание — два к одному. Это вытекало из сложного уравнения! Затем я подумал: “Нет ли способа получить это более фундаментальным способом, исходя из сил или из динамики. Почему тут именно два к одному?"

Не помню, как я это проделал, но в конце концов я вывел уравнение движения массивной частицы и понял, как должны быть сбалансированы ускорения, чтобы выходило два к одному.

До сих пор помню, как пришел к Гансу Бете и сказал ему: “Эй, Ганс! Я тут заметил кое-что интересное. Вот так движется тарелка, и вот почему получается два к одному…” — и показал ему ускорения.

Он произнес: “Фейнман, довольно интересно, но какое это имеет значение? Почему ты этим занялся?”

“Ха, — сказал я. — Да никакого значения. Просто я так развлекался”. Его реакция меня не огорчила: для себя я решил, что собираюсь получать от физики удовольствие и заниматься чем угодно, лишь бы это мне нравилось.

Я принялся выписывать уравнения колебаний. Затем задумался над тем, как — в рамках теории относительности — двигается электрон. Потом всплыло уравнение Дирака. Потом — квантовая электродинамика. И я осознал (а это случилось весьма скоро), что я “играю” — а по сути работаю — с той же старой задачкой, которая мне так нравилась и над которой я прекратил работать перед отъездом в Лос-Аламос (чтобы заняться атомной бомбой): это задачи вроде тех, которым посвящена моя диссертация; старые добрые чудесные штуки.

Тут не требовалось никаких усилий. С такими штуками легко играть. Ну как откупоривать бутылки: все вылетает без усилий. Я даже пытался этому сопротивляться! То, чем я был занят, не имело значения, но в конечном счете значение все же нашлось. Диаграммы и всякие разные вещи, за которые я получил Нобелевскую премию, произошли из баловства с подрагивающей тарелкой.

Так Фейнман добрался от подрагивающей тарелки до сложнейших проблем теоретической физики. Следует отметить, что до истории с тарелкой он не получал никакого удовольствия от своих научных занятий.

Фейнману не было равных среди теоретиков, но его стихийные дерзкие набеги в область экспериментальной науки не всегда были успешны. Его блестящий принстонский наставник Джон Арчибальд Уилер вспоминает, чем закончилось одно экспериментальное начинание, вызванное к жизни дискуссией о проблеме, кажущейся элементарной, но которая, однако, часто занимает умы самых серьезных физиков:

Вероятно, размышлять об общеизвестной машинке для полива газонов нас заставила задача по механике для студентов младших курсов. Устройство в форме свастики выбрасывает четыре струи воды. Отдача заставляет его крутиться. Не правда ли, сила отдачи приложена в той точке, где вода, которая до сих пор текла прямо, начинает двигаться поперек? Но представьте теперь, что машинка не поливает газон, а засасывает воду вовнутрь. Конечно же, говорили мы друг другу, направление течения меняется точно так же — и, следовательно, точно так же меняются силы реакции. Наверняка машинка будет крутиться и тогда, когда вода засасывается. Или все-таки нет? Или все-таки да? Нам с коллегами доставляло неслыханное удовольствие обсуждать этот вопрос с разных сторон. С каждым днем все больше и больше физиков неожиданно принимались спорить об этом в коридоре. Дискуссия становилась все ожесточенней. Теоретических доводов, которые могли бы хоть кого-нибудь переубедить, не находилось. Обстоятельства требовали эксперимента.

И тогда Фейнман изготовил миниатюрную 15-сантиметровую модель машинки для полива из стеклянных трубок и подвесил ее на гибких резиновых шлангах. Проверка показала, что в режиме полива машинка работает отлично. Затем он протащил всю хитроумную конструкцию сквозь горлышко большой оплетенной бутыли с водой. Бутыль он установил на полу циклотронной лаборатории, где имелся подходящий компрессор со сжатым воздухом. Сжатый воздух Фейнман пустил сквозь дополнительную дыру в пробке, которой закрывалась бутыль. Ура! В первые секунды можно было заметить легкое дрожание — вода тогда только начинала течь в обратном направлении сквозь машинку. Когда течение установилось, дрожание прекратилось. Давление воздуха увеличили — увеличился поток воды. Снова легкое дрожание в начале процедуры, и никакого эффекта секунды спустя. Давление увеличили еще раз. И еще раз. Ба-бах! Стеклянная емкость с грохотом взорвалась. Вся комната, где стоял циклотрон, оказалась засыпана осколками и залита водой. С этого дня Фейнмана в лабораторию больше не пускали.

Пришли ли физики из Принстона к какому-нибудь заключению по поводу гипотезы, которую Фейнман взялся проверять, Уилер не сообщает.

Первый отрывок взят из воспоминаний Фейнмана, собранных в книге: Surely You're Joking, Mr Feynman: Adventures of a Curious Character (Norton, New York, 1985);рассказ Уилера — из книги: u Most of the Good Stuff': Memories of Richard Feynman, ed. Laurie M. Brown and John S. Rigden (American Institute of Physics, New York, 1993,).

 

Флогистон предают огню

Антуана Лорана Лавуазье (1743–1794) принято считать основателем современной химии. Он ввел принцип точных измерений, особенно в том, что касалось взвешивания исходных веществ и продуктов реакции; именно столь последовательная приверженность количественному подходу в противовес простым наблюдениям позволила ему совершить большую часть его великих открытий. Лавуазье был человеком довольно тщеславным, а иногда и заносчивым, но при этом абсолютно честным в науке. Он, никогда не нуждавшийся, сумел найти себе жену не только умную и красивую, но и весьма богатую. Все складывалось в его жизни вполне благополучно, однако его служба в “Главном откупе”, организации, занимавшейся сбором налогов, в конце концов привела его на эшафот. В 1794 году, во время революционного террора, откупщика Лавуазье признали врагом народа и казнили.

Лавуазье не испытывал неловкости, пользуясь результатами чужих работ, и редко признавал заслуги современников. Несмотря на все это, именно он первым установил различие между простыми и сложными веществами и осознал значение кислорода (правда, это открытие одновременно с ним сделали англичанин Джозеф Пристли и швед Карл Вильгельм Шееле). Лавуазье назвал кислород греческим словом oxygen, которое расшифровывается как “порождающий кислоты” (неточный перевод укоренился в немецком языке: слово Sauerhoff обозначает “кислое вещество”). Лавуазье сформулировал закон сохранения вещества, и таким образом расквитался с теорией флогистона, царившей в тогдашней химии.

Флогистон был детищем немецкого ученого Георга-Эрнста Шталя. Так он назвал невесомый флюид, которым, как полагал ученый, пронизаны все горючие вещества: когда они горят, флогистон высвобождается в форме вихревого потока, он, собственно, и есть пламя. Соглашаясь со Шталем, Пристли — который до самой смерти оставался убежденным приверженцем теории флогистона — настаивал, что, когда вещества сжигают на воздухе, флогистон исчезает, оставляя после себя инертный остаток, не способный поддерживать горение или жизнь; этот газ (азот) он называл ”дефлогистированным воздухом”. Однако Лавуазье показал, что вещества, сжигаемые в атмосфере кислорода, на самом деле набирают вес предсказуемым образом, а некоторые (например, красная окись ртути) можно заставить отдать поглощенный кислород обратно. Свою победу над Пристли Лавуазье отметил пышным торжеством, состоявшимся в его парижском особняке, где собирались сливки общества:

Его тщеславие было раздуто до такой степени, что зачастую делало его посмешищем. Так, например, в 1789 году, вскоре после падения Бастилии, Лавуазье устроил показательный суд над теорией флогистона. Он созвал в гости множество известных персон и разыграл перед ними судебный процесс. Лавуазье и еще несколько человек заседали в судейских креслах, а обвинение зачитывал миловидный юноша, выступавший под именем Кислород. Защитник, весьма изможденный господин в годах, загримированный под Шталя, зачитал свою апелляцию. Затем суд вынес решение и приговорил теорию флогистона к смерти через сожжение, и тогда супруга Лавуазье, облаченная в белый хитон жрицы, бросила книгу Шталя в костер, словно исполняя некий обряд.

После этого курьезного эпизода Лавуазье прожил недолго. Когда к власти пришли якобинцы, его арестовали, провели расследование и отправили на гильотину. В приказе было написано: “Республика в ученых не нуждается” (впрочем, есть основания полагать, что это уже некий миф). Современник Лавуазье, математик Жозеф-Луи Лагранж, заметил, что “время требовало отсечь эту голову, но не хватит и века, чтобы произвести на свет другую такую” Свидетели казни ученого говорили, что Лавуазье держался достойно, а один из них заметил: “Не знаю, видел ли я последнюю и тщательно сыгранную роль актера, или же мои прежние суждения о нем были неверны и погиб действительно великий человек” Стоит добавить, что Лавуазье был не единственным ученым, ставшим жертвой революции. Известного астронома Жана Сильвена Байи, который первым вывел траектории спутников Юпитера, обвинили в том, что он причастен к разгону мирной демонстрации на Марсовом поле в 1791 году. Как старший депутат (депутат третьего сословия) тот, вероятно, и вправду нес ответственность за случившееся. Как бы там ни было, Байи отправили на гильотину. Еще одним ученым, погибшим во время революции, был математик маркиз де Кондорсе. Он был убит в тюрьме — его, вероятно, отравили, не дожидаясь казни. Погибли и многие другие ученые, но их имена не так известны.

Описание маскарада у Лавуазье взято из книги: Szabadvary Ferenz, History of Analytical Chemistry (Gordon and Breach, London, 1960); cm. также замечательную биографию Bernadette Bensaude-Vincent, Lavoisier (Flammarion, Paris, 1993,).

 

Компас с дефектом

Ганс Кристиан Эрстед (1777–1851), профессор из Копенгагенского университета, на одной из своих лекций поставил опыт, направивший развитие физики в новое русло. Эрстеда интересовал магнетизм, но он не разделял мнения своих коллег, полагавших, что магнетизм и электричество (флюиды, как назвал их Ампер) — явления разной природы. Напротив, считал он, это силы, порождаемые всеми веществами, и такие силы способны взаимодействовать друг с другом. Действительно, было известно, что компас на корабле, куда попала молния, иногда меняет полярность. Поразмышляв над этим, Эрстед задался вопросом: начнет ли отклоняться стрелка компаса вблизи тонкого провода, по которому течет ток?

Неясно, почему Эрстед решил проверить свою гипотезу прямо перед аудиторией — для начала он мог бы убедиться в ней сам. Впоследствии он признавался, что испытывал колебания. Благоразумие подсказывало: опыт может и не удаться, и он, Эрстед, будет выглядеть глупо. Тем не менее Эрстед решился действовать. Он пропускал ток по платиновому проводу до тех пор, пока тот не засветился. Компас лежал в точности под проводом, и, прежде чем он успел его сдвинуть, стрелка отклонилась. Эффект был мал и практически незаметен для слушателей, которые отреагировали вяло, однако сам Эрстед был изумлен. Отчего, думал он, ток вдоль оси иглы поворачивал ее в сторону? Как такое может быть?

Он размышлял три месяца, а потом отправился в лабораторию. Наконец, после ряда экспериментов, он понял, что электрический ток инициирует возникновение магнитной силы, и сформулировал известное правило: ток порождает магнитную силу, направленную перпендикулярно течению тока. Двенадцатью годами позднее Майкл Фарадей в Англии и Джозеф Генри в Америке обнаружили и обратную связь: меняющееся магнитное поле порождает электрический ток в проводящем контуре. Джеймсу Клерку Максвеллу оставалось только все это объяснить.

Статья Oersted Hans Cristian в словаре Dictionary of Scientific Biography, ed. C.C.Gillespie (Scribner; New York, 1980).

 

Освобождение огнем

Мириам Ротшильд, известный зоолог-самоучка, — автор замечательных книг о животных. В книге “Камбалы, блохи и кукушки” она рассказывает, как ей удалось закончить свои исследования об изрядно надоевших ей трематодах, микроскопических червях-паразитах.

Когда начиналась Вторая мировая война, Мириам Ротшильд состояла в штате морской биологической станции в Плимуте. Вызвавшись быть добровольным дежурным, который во время авианалетов подавал бы сигнал опасности, она предложила установить противовоздушное оружие прямо в лаборатории. Руководитель лаборатории отнесся к предложению сдержанно: во время этой войны не будут бомбить города, считал он, а даже если будут, то Плимут обойдут стороной, поскольку каждый знает, что цистерны с топливом пусты, порт здесь не особенно важный, а город в любом случае находится далеко от воздушных путей немецких самолетов. Само собой, авианалеты вскоре начались, и цистерны с топливом, которые вовсе не были пустыми, загорелись. Лабораторию тоже задело.

Когда стемнело, но еще оставалось немного света, чтобы хоть что-нибудь разглядеть, — искусственное освещение у нас, разумеется, не работало, — я, пошатываясь, отправилась в нашу комнату оценить разрушения. Моим глазам открылось невероятное зрелище. Дверь вынесло, комната выглядела пустой, если не считать груды мелких осколков стекла на полу и единственного выжившего обитателя, осторожно прокладывающего себе путь сквозь обломки, — это была ручная птица-травник.

Где все мои блокноты и рукописи? Где рисунки с подписями? Где все культуры промежуточных организмов, зараженные червями рыбы-бычки, сотни больных улиток? Где микроскопы, лабораторный микротом, камера-люцида (прибор для зарисовки образцов), предметные стекла, пробирки, стеллажи, банки? Все пропало. Семь лет работы пошли прахом!

Три дня я не чувствовала ничего, кроме боли в спине. Я была ошеломлена. Опустошена.

Немецкий разведывательный самолет скользнул над пылающими до сих пор цистернами, прорвался сквозь пелену дыма и ушел невредимым. Ждет ли нас прямо сейчас новый налет? Пожар определенно делал цель идеально различимой. Но ничего не происходило.

Следующим утром я обнаружила, что моя птица-травник умерла — от запоздалого шока или от внутренних повреждений, полученных при взрыве.

Наверное, она страдала перед смертью. Было так тяжко смотреть, как она тихо лежит среди осколков стекла — недвусмысленным укором всему человечеству. Я стояла и оплакивала птицу.

Но прошел день, и меня охватило чувство беспричинного возбуждения и легкости. Раньше, до этого страшного налета, я жила словно придаток к моим трематодам. У меня не было ассистентов, и я не могла позволить себе ни заболеть (хотя бы на день), ни каникул, ни выходных. Я должна была холить и лелеять все эти промежуточные формы, нянчиться со всеми этими улитками; пересчитывать, зарисовывать и описывать всех этих восхитительных, но столь недолгоживущих церкарий (личинок-паразитов); измерять все эти раковины; лелеять все эти гнезда, чтобы в них из яиц вывелись птенцы и чтобы эти птенцы выжили. Это означало 16-часо-вой рабочий день без перерывов.

А теперь все мои мучения закончились!

Я тут же упаковала чемоданы и уехала из Плимута, чтобы никогда не возвращаться туда. Я и понятия не имела, что вскоре цветущие поля и бабочки заменят мне плавающих церкарий и беспокойный Атлантический океан. Так немецкие военно-воздушные силы сделали меня свободной — хотя бы на некоторое время.

Creation to Chaos: Classic Writings in Science, ed. Bernard Dixon (Blackwell, Oxford, 1989).

 

Небольшое — это мало или много?

В 1930-е Лео Сцилард мучительно размышлял над тем, возможна ли цепная ядерная реакция и, как следствие, создание атомной бомбы. В 1939 году он встретился в Вашингтоне с Исидором Раби, и Раби рассказал Сциларду, что те же самые мысли посещали великого итальянского физика Энрико Ферми, который к тому времени тоже перебрался в Соединенные Штаты, и, однако, не изъявлял желания всерьез заниматься этим вопросом. Сцилард настаивал, что позвонить Ферми нужно непременно.

“Ферми не оказалось на месте, — вспоминал впоследствии Сцилард, — поэтому я попросил Раби поговорить с ним и предупредить, чтобы тот держал подобные вещи в тайне, поскольку весьма вероятно, что, если при делении урана нейтроны все же испускаются, это может привести к цепной реакции, а она — ключ к созданию атомной бомбы. Спустя пару дней я снова заглянул к Раби: ‘Бы разговаривали с Ферми?” — “Да, разговаривал” — “И что Ферми сказал?” — “Ферми сказал: это — безумие!”— “А почему он сказал “безумие”?” — “Ну, я не знаю, но он сейчас у себя, можете просто взять и спросить”. Мы отправились к Ферми, и Раби обратился к нему так: “Смотрите, Ферми, я вам передал, о чем размышляет Сцилард, и вы сказали “это — безумие”, а теперь Сцилард хочет знать, почему вы так сказали”. На это Ферми отвечал: “Ну, есть небольшая вероятность, что при делении урана образуются нейтроны, и в таком случае, разумеется, цепную реакцию можно провести”. Раби уточнил: “Что вы имеете в виду под “небольшой вероятностью”?” — и Ферми сказал: “Ну, десять процентов”. Раби возразил: “Десять процентов — вовсе не небольшая вероятность, когда речь о том, погибнем мы или нет. Если у меня пневмония и врач заявляет: есть небольшая вероятность, что я умру, и эта вероятность десять процентов — я определенно разволнуюсь”.

После этой встречи Сцилард осознал, насколько по-разному он и Ферми могут отнестись к одному и тому же научному факту. “Мы оба старались быть консерваторами, — позже вспоминал Сцилард. — Но Ферми считал: приуменьшать вероятность, что произойдет нечто новое, — это и есть консервативный поступок; для меня же консервативным поступком было предположить, что новая неприятность случится, и принять все необходимые предосторожности”.

Как мы знаем, вскоре всем стало ясно, что Сцилард был прав. Его биографы убеждены, что разница во взглядах Сциларда и Ферми отражает разницу их мировоззрений: “По сути, для Ферми наука и жизнь были тождественны, тогда как Сциларду наука казалась предметом приложения усилий, тесно переплетенным с политикой и личными амбициями” Ужиться вместе настолько разным людям было трудно. Когда, к примеру, Ферми стал руководителем проекта по сооружению первого атомного реактора, где предстояло проверять возможность цепных реакций, он часто подгонял своих рабочих, а однажды, не выдержав, сам закатал рукава и принялся затаскивать тяжелые графитовые блоки в здание. Сцилард же с отвращением относился к какому бы то ни было физическому труду, и его уговорить помочь рабочим не удалось. Ферми тогда сильно разозлился на Сциларда. Этот эпизод надолго их рассорил.

Lanouette W., Szillard В., Genius in the Shadows. A Biography of Leo Szillard (Scribner, New York, 1993)

 

Как Герц открыл радиоволны

В 1886 году Генрих Герц, чьим именем названа единица частоты (в Герцах измеряют, к примеру, число электромагнитных колебаний в секунду), был молодым профессором Университета Карлсруэ, тихой учебной заводи, где он вел курсы вроде метеорологии для агрономов. Располагая минимумом средств и не слишком веря в успех, он прилагал все усилия, чтобы в университете велись хоть какие-то научные исследования. Его самого занимало электромагнитное излучение и в особенности теория Максвелла. Летом 1886-го он женился, и в день его великого открытия, в ноябре того же года, жена Герца, весьма интересовавшаяся его работой, оказалась у него в лаборатории. Герц приспособил индукционную катушку, чтобы генерировать гигантские искры в зазоре между парой небольших сфер на концах металлических стержней. Это была довольно обычная установка для демонстрационных опытов, однако Герц внес в нее кое-какие усовершенствования: стержни были длиннее, а сферы на концах, служившие конденсаторами, где накапливался заряд, больше, чем обычно. Ширину зазора можно было варьировать, а реостат (проводник с переменным сопротивлением) регулировал разность потенциалов в зазоре. Доведя сопротивление реостата до нуля, чтобы вызвать разряд, Герц с удивлением заметил, что слабые искры не прекращают проскакивать. На скамье рядом с прибором лежала еще одна металлическая катушка с парой контактов, куда были насажены сферы, а между ними оставлен зазор для искрового разряда. Во время работы с индукционной катушкой Герц (или, может, его жена) заметили не только ослепительную вспышку между сферами того контура, который катушка подпитывала, но и едва различимые искры в катушке поодаль (которая не была никуда подключена). Ученому выпал редчайший шанс. Как впоследствии писал он сам, “невозможно было прийти к этому явлению, основываясь только на теории”.

Тогда Герц осознал, что странное и необъяснимое происшествие — знак чего-то нового. Совсем немного времени потребовалось, чтобы заключить, что контур-приемник реагировал именно на колебания тока в искровом промежутке первого контура, и измерить частоту колебаний с помощью простейшего стробоскопа — вращающегося зеркальца. Герц показал, что он наблюдал вовсе не явление индукции, как предполагал вначале: до катушки-детектора добиралось излучение, которому для этого приходилось пройти сквозь всю комнату. Длина волны излучения была невероятно большой, зато путешествовало оно со скоростью света. Так был открыт путь к радио и всему, что за ним последовало. До технологической революции, вызванной его открытием, Герц не дожил: вскоре он умер от заражения крови в возрасте 36 лет. Случилось это в Бонне — ученый переехал туда, поскольку ему предоставили более высокую должность в Боннском университете. Вот что Герц писал родителям незадолго до смерти:

Что бы со мной ни стряслось, не печальтесь. Наоборот, вам стоит слегка гордиться — ведь я из тех избранных, которым отведено прожить недолго и при этом ровно столько, сколько следует. Я не выбирал себе такую судьбу, но, раз она мне досталась, следует ею довольствоваться; и, если бы мне дали право выбирать, я, возможно, ее бы и выбрал.

Это напоминает слова Энрико Ферми, который умер — и тоже обидно рано — спустя 70 лет. “Столь ранняя смерть не слишком меня беспокоит, — заявлял Ферми, — поскольку большую часть того, на что я был способен, я сделал”.

Обнаружение радиоволн — пример синхронного открытия, какие часто встречаются в истории науки. Идеи носятся в воздухе. Англичанин Оливер Лодж наблюдал электромагнитное излучение в том же году, что и Герц. Однако вместо того, чтобы написать статью, он отправился покорять Альпы, собираясь по возвращении подготовить работу к печати.

Но было уже поздно: в Лондоне его поджидало известие о статье Герца. Удивительно, но, похоже, Лодж не слишком тогда расстроился.

Воспоминания сестры Генриха Герца: Hertz Johanna, Heinrich Hertz: Memoirs, Letters, Diaries (San Francisco Press, San Francisco, 1977); а также: Susskind Charles, Heinrich Hertz: A Short Life (San Francisco Press, San Francisco, 1995).

 

О Божественном лукавстве

Филипп Госсе (1810–1888), выдающийся биолог, блестящий популяризатор естественной истории и член Королевского общества, искренне пытался примириться с теорией Дарвина. Суровый человек строгих викторианских нравов, он не тратил времени на легкомысленные поступки и даже, как правило, на собственную семью. Вот запись из его дневника: “Привезли зеленую ласточку с Ямайки. Е. разродилась сыном”.

Как христианский фундаменталист и член аскетической секты, называемой Плимутским братством, Госсе был глубоко обеспокоен очевидными расхождениями между палеонтологическими свидетельствами и библейской хронологией. После долгих лет терзаний он нашел решение этой проблемы, а также и многих других, возникших в результате его разнообразных исследований, и в 1857 году опубликовал плоды своих раздумий в книге, которую назвал “Омфалос”, что с древнегреческого переводится как “Пуп” Госсе так назвал свою книгу, поскольку его чрезвычайно занимал вопрос, имелась ли сия анатомическая особенность у Адама, ведь он, в отличие от своих потомков, не был рожден женщиной. Суть теории Госсе сводилась к тому, что творение Господа должно было нести внешность пред-существующего. Таким образом, есть настоящее, или “диахроническое” время, а по воле Господа к нему добавилось иллюзорное, его поток и выносит нам останки доисторических существ, которые Госсе изучал с неподдельным интересом. О том, как отнеслись в обществе к этой книге, рассказывает сын Госсе Эдмунд, писатель-романист (и единственный ребенок ученого: лаконичная дневниковая запись, приведенная выше, зафиксировала именно его появление на свет):

Теория, к великому негодованию моего отца, была весьма поверхностно пересказана журналистами в таком примерно духе: Господь скрыл в камнях древние кости, чтобы подтолкнуть геологов к неверию. Если быть честными, сие неизбежно и со всей логической строгостью следовало из желания воспринять буквально миф о сотворении мира за семь дней. То есть каждый изъян в замкнутой картине мироздания следовало трактовать, имея в виду, что сотворенные сущности являют нам ложные свидетельства таких событий в прошлом, которые на самом деле никогда не происходили. Так, например, утверждалось, что у Адама при рождении определенно имелись зубы и волосы, как у вполне взрослых, проживших десятки лет человеческих особей, то есть он был сотворен взрослым сразу. Адам — хотя сэр Томас Браун и отрицал это — наверняка имел и пуп, хотя пуповина никогда не соединяла его с матерью.

Ни от одной книги, наверное, не ждали такого успеха по выходе в свет, как от этого фанатичного, непреклонного и чудного тома. Отец жил как в лихорадке — вот-вот его сногсшибательный труд выйдет из типографии! “Омфалос”, думал он, положит конец шумным научным спекуляциям, бросит геологию в надежные объятия Писания и заставит львов возлечь с агнцами. Пусть, допускал он, несогласие геологических фактов с первыми главами Книги Бытия будет все возрастать. В этом некого винить. Мой отец, и только он, владел разгадкой тайны, он один обладал ключом, который тихо отомкнет замок геологической головоломки. Великодушным жестом он протягивал его атеистам и христианам одновременно. Книга должна была стать универсальным лекарством, системой интеллектуальной терапии, способной исцелить от всех болезней века. Но что это? Атеисты и христиане дружно глянули на нее, посмеялись — и отбросили прочь.

Той унылой зимой, когда почтальоны начали приносить первые письма, немногочисленные и равнодушные, а также газеты с обзорами, многочисленными и презрительными, отец тщетно ждал одобрения от разных церквей, тщетно — одобрения ученого сообщества, тщетно — благодарность от “тысяч мыслящих людей”, которые, как он убедил себя, непременно на него посыплются. Сведения воедино откровений Писания и геологических выводов не принимал никто. Дарвин хранил молчание, юный Хаксли отозвался о книге пренебрежительно, и даже Чарльз Кингсли, от которого отец ждал самой высокой оценки, писал, что не может “отказаться от заработанных тяжелым и медленным трудом убеждений, накопившихся за двадцать пять лет занятий геологией, и поверить, что Господь запечатлел на камнях чудовищную и ненужную ложь”. Когда последовали все эти события, а другие, наоборот, не последовали, наши утренние чаепития сделались мрачными, гнетущими и холодными. Поэты зовут такое непроглядным мраком. Он сгущался день за днем — по мере того, как надежды и уверенность в себе растворялись в разреженных облаках разочарования. Отец не был к этому готов. Прежде он был любимцем публики и прессы, а теперь испытывал горечь страшного поражения.

Он не мог понять, как это так получилось, что он оскорбил многих, хотя старался всех примирить.

Идея, что лукавый Бог намеренно дурачит человечество, странным образом возродилась век спустя. Отец Жорж Леметр (1894–1966) был не только католическим священником, но еще и весьма уважаемым физиком-теоретиком. Главной сферой его интересов была космология, и именно он первым явно оформил мысль о расширяющейся Вселенной, что впоследствии привело к возникновению теории Большого взрыва. Бельгиец Леметр начал преподавать в Университете Геттингена, где тогда учился Виктор Вайскопф, впоследствии — знаменитый австрийский физик (незадолго до начала Второй мировой войны он эмигрировал в Соединенные Штаты). На своих лекциях Леметр рассказывал про возраст Земли: он и другие ученые вывели его из количества в минералах некоторых изотопов, получающихся при распаде умеренно радиоактивных ядер.

Как сообщил нам отец Леметр, исследования такого рода показывали: возраст Земли — около 4,5 миллиарда лет.

Когда после этой беседы мы уселись с ним рядом, кто-то спросил, верит ли он Библии. Он заявил: “Да, каждое слово там — правда”. Но тогда, продолжили мы, как он может нам говорить, что Земле 4,5 миллиарда лет, если в Библии написано, что ей — 5800 лет? Леметр ответил (предполагаю, что с издевкой): “Тут нет противоречия” Мы почти закричали: “Как же так?” Он объяснил, что Господь сотворил Землю 5800 лет назад, со всеми радиоактивными веществами, ископаемыми и другими предметами, указывающими на более давние времена. Господь совершил это, чтобы озадачить человечество и испытать его веру в Священное Писание. Затем мы задали такой вопрос: “Почему же тогда вам так интересно выяснить возраст Земли, если это — не ее истинный возраст?” — “Только чтобы убедиться, что Господь не совершил ни единой ошибки”, — парировал он.

Отрывок про Филиппа Госсе взят из книги: Gosse Edmund, Father and Son: A Study of Two Temperaments (Heinemann, London, 1907). Воспоминания Виктора Вайскопфа — из книги: Weisskopf Victor, The Joy of Insight: Passions of a Physicist (Basic Books, New York, 1991,).

 

Планк, евреи и Гитлер

Макс Планк (1894–1966) — фигура трагическая. Когда Адольф Гитлер захватил власть в Германии, Планк был самым уважаемым и влиятельным ученым в стране. Именно он спровоцировал революцию в физике, открыв квантовый характер энергии любого излучения. Последний в династии католических пасторов, он вел аскетическую жизнь и умер почти в 90 лет. Планк дружил с Эйнштейном, и они вместе любили музицировать. Планк был очень одинок — любимые дочери-близнецы умерли в младенчестве, старший сын погиб в одном из сражений Первой мировой войны, а младший был казнен в последние недели Второй мировой в числе заговорщиков, замышлявших убийство Гитлера.

Когда Гитлер стал канцлером и ввел расовые законы, Планк был президентом Общества Кайзера Вильгельма — организации, учрежденной кайзером и объединившей ряд институтов, деятельность которых охватывала все области науки. Отставки евреев, к числу которых принадлежали многие его друзья, привели Планка в отчаяние, и он оказался перед болезненным выбором. Открытый протест мог лишить его самого должности и влияния в академической среде, и потому он счел своим долгом (и совершил ошибку, как считали многие из его более принципиальных коллег и в особенности уволенные евреи) держаться тихо, пользоваться своим президентским постом и пытаться спасти то, что в германской физике еще можно было спасти. Эйнштейн, к примеру, так и не смог ему этого простить и никогда больше с Планком не общался. Однако в мае 1933-го, когда исход евреев только начинался, Планк добился приема у Гитлера и, видимо, попытался протестовать против увольнения лиц неарийской нации. 14 лет спустя он вспоминал эту беседу так:

Когда Гитлер захватил власть, я, как президент Общества Кайзера Вильгельма, был обязан выразить свое почтение фюреру. Я считал, что смогу воспользоваться этой возможностью, чтобы замолвить слово за одного из своих коллег-евреев, Фрица Габера, без которого было бы невозможно вести работы по превращению атмосферного азота в аммиак (это особенно пригодилось во время последней войны). (Габер, крещеный еврей и пылкий патриот, нобелевский лауреат и создатель химического оружия Первой мировой войны, был лишен всего своего имущества и выдворен из Германии). Гитлер отвечал так: “Я ничего не имею против евреев. Но евреи поголовно коммунисты, а коммунисты — мои враги, с которыми я воюю всю свою жизнь”. На мое замечание, что евреи бывают разными — и полезными для человечества, и бесполезными — и среди евреев первого типа есть семьи, где многие поколения принадлежали к высокой немецкой культуре, и что определенно их следует выделять среди прочих, он ответил: “Это неверно. Еврей есть еврей, все евреи держатся друг за друга, как репьи. Где появляется один еврей, там сразу скапливаются и другие евреи всех сортов. Следовало обязать самих евреев провести черту, разделяющую эти сорта. Они этого не сделали, и поэтому я буду обращаться одинаково со всеми евреями”. Тогда я сказал, что заставлять ценных евреев эмигрировать — значит вредить самим себе, поскольку их научный труд для нас весьма полезен, и иначе ими воспользуются другие страны. Гитлер отказался комментировать мои слова, скатился к общим местам и в конце концов заявил: “Говорят, что у меня иногда сдают нервы. Это клевета. У меня нервы из стали” Затем он сильно хлопнул себя по коленям, заговорил еще быстрей и вогнал себя в такой раж, что мне не оставалось ничего другого, как замолчать и уйти.

В правдивости воспоминаний Планка есть, однако, поводы сомневаться. Когда он их писал, а было это уже в 1947-м, ученому исполнилось 89 лет, и он уже был тяжело болен (через несколько месяцев он умер). События, которые пришлись на самый мучительный период его жизни, могли слегка перепутаться в его голове. Друзья ученого свидетельствуют, что сразу после визита к фюреру рассказ Планка об этом событии выглядел совсем иначе. Вызывает сомнения уже то, поднимал ли вообще Планк опасный вопрос о евреях. В любом случае, Гитлер был не в том настроении, чтобы слушать стареющего интеллектуала. Сохранились снимки, где несчастный Планк на заседании Прусской академии наук стоит на подиуме, сделанном в форме свастики. Собравшиеся наблюдали, как он медленно подымал правую руку, потом слегка опускал — но в конце концов обреченно вскидывал ее в нацистском приветствии.

Воспоминания Планка о встрече с Гитлером опубликованы в: Physikalische Blöatter, 3,143 (1947). Биографию Планка можно найти в книге: Heilbron J.L, The Dilemmas of an Upright Man (University of California Press, Berkeley, 1986).

 

Бабочка из Пекина

Феномену хаоса — точнее, возникновению структур из беспорядка — за последние годы успела отдать дань чуть ли не каждая область науки. Беспорядок в физических, биологических (и даже экономических) процессах всегда было принято рассматривать как вещь, не допускающую теоретического анализа. Соответственно, теоретики всегда обходили ее стороной. Турбулентность в жидкости была одним из видимых на практике проявлений беспорядка и создавала трудности инженерам и физиологам одновременно. Физиков всегда раздражали кажущиеся случайными переходы от “спокойного” (ламинарного) к “бурлящему” (турбулентному) течению воды в струе из-под крана. Идеи, стоящие за теорией хаоса, неясно брезжили еще давно, но рождение теории как таковой можно смело отнести к 1961 году, а местом ее рождения назвать МIТ — Массачусетский технологический институт.

Эдвард Лоренц учился на математика, но стал метеорологом. Его интересовали долгосрочные прогнозы погоды; довольно быстро Лоренц осознал, что с любой системой уравнений, которая описывает, как погода меняется со временем, можно работать, только имея под рукой высокоскоростной компьютер. Лоренц приобрел одну из первых ЭВМ, поступивших в продажу, и написал довольно сырую программу, симулятор погоды, в основу которой лег набор из 12 уравнений. Компьютер выдавал карты погоды одну за другой.

Лоренц, как и многие другие, предполагал, что эволюция погоды детерминирована — то есть ее параметры, взятые в произвольный момент времени, однозначно определяют, какой будет погода в любой другой день, месяц и год; поэтому точность прогноза зависит только от точности параметров начального состояния. Компьютер Лоренца выдавал прогнозы в виде набора цифр, которые было несложно превратить в графику. Откровение пришло к нему в тот день, когда он решил тщательней присмотреться к результатам. Чтобы сэкономить время, Лоренц перезапустил программу, не дожидаясь, пока закончится очередной расчет, а сам отправился пить кофе.

Вернувшись, он с изумлением обнаружил, что новые результаты заметно отличаются от прежних. Затем он вспомнил, чем процедуры расчета отличались друг от друга. Второй раз он ввел данные с меньшей точностью, чем в первый; так, например, вместо параметра 0,506127, описывающего одну из особенностей погоды, он ввел просто 0,506.

Разница была меньше 1/5000 — и такая ничтожная величина, считал Лоренц, едва ли скажется на результате. 1/5000 приравнивалась к ничтожному дуновению воздуха.

У Лоренца имелись все основания решить, что компьютер ошибся. Вместо этого он углубился в наблюдения и заключил, что математический казус реален: какой бы малой ни были разница в исходных данных, результаты будут расходиться, пока короткое время спустя всякое сходство между ними не исчезнет окончательно. Вот что об этом пишет Джеймс Глейк в своей книге про хаос:

Математическое чутье подсказало Лоренцу (его коллеги начнут понимать это намного позже): здесь что-то не в порядке с философской точки зрения. Здравому смыслу угрожала опасность. Пусть уравнения и были жалкой пародией на описание погоды во всей ее полноте, Лоренц верил, что в них заложена суть поведения реальной атмосферы. В тот день он решил, что с долгосрочными прогнозами погоды следует покончить навсегда.

“Я понял, — заключает Лоренц, — что любая физическая система, которая ведет себя не периодично, непредсказуема”. Его выводы подтвердились, когда много лет спустя куда более мощные компьютеры запрограммировали на моделирование погоды. В новую программу было заложено уже не 12, а полмиллиона с лишним уравнений. Так родился “эффект бабочки”: если бабочка в Пекине пошевелит крыльями, этого будет достаточно, чтобы изменить погоду в Нью-Йорке месяц спустя.

Эдвард Лоренц, однако, на этом не остановился. Он открыл куда более простую систему уравнений, где расхождение результатов гарантировал принцип “существенной зависимости от начальных условий”. Интуиция подвела его к мысли, что сдвиг результатов, который становится заметен после многих циклов вычислений, должен повторяться и что в итоге должен получиться некий особый узор. Так и оказалось. Решения уравнения, если изобразить их кривыми в трехмерном пространстве, будут блуждать вокруг точек-фокусов, и это их поведение стали называть “аттрактором Лоренца” Подобные изображения теперь очень популярны у дизайнеров. Так научное понятие хаоса появилось на свет, но Лоренц публиковал свои работы в метеорологических журналах, и понадобились годы, чтобы важность его наблюдений осознали и ученые, работающие в других областях науки. Это касается динамики приливов, течения жидкости по трубкам и капиллярам (в том числе по артериям и венам), биения сердца, колебания численности популяций у животных и много чего еще.

Глейк приводит слова одного физика: “Теория относительности устранила ньютоновскую иллюзию абсолютных пространства и времени; квантовая теория похоронила ньютоновскую мечту о контролируемом процессе измерения; а хаос кладет конец фантазиям Лапласа о детерминистской предсказуемости” Это куда более справедливо, чем замечание психиатра Эрнеста Джонса, утверждавшего, что человеческий дух пережил всего три тяжелых удара — от Галилея, Дарвина и Фрейда.

Замечательная книга Gleick James, Chaos — Making a New Science (Viking, New York, 1987; Heidelmann, London, 1988).

 

Повар знает, как лучше

Появлением метода радиоуглеродного датирования мы обязаны химику Уилларду Либби (1908–1980). Углерод, который присутствует во всех жизненно важных соединениях, содержит в небольших количествах радиоактивный изотоп. Когда организм гибнет, метаболизм прекращается, и окружающая среда больше не поставляет новые порции этих соединений; изотоп в них постепенно распадается. Поэтому, если измерить радиоактивность мертвого животного или растения, можно узнать, насколько давно это животное или растение умерло. Метод произвел переворот в археологии, а Либби в 1960 году стал лауреатом Нобелевской премии. Ниже — рассказ американского биохимика Дэниэла Кошленда, который в то время был его аспирантом:

Помню, как однажды в субботу Фрэнк Вестхеймер (известный химик, научный руководитель Кошленда) влетел в лабораторию и сказал: “Иди сюда немедленно. Мы тут совещаемся, и ты нам нужен”. Я послушно пошел в его кабинет и увидел там Билла Либби, Джорджа Велана, еще двух профессоров и кучку аспирантов. Проблема, которую Либби поставил перед нами, заключалась в следующем: Либби желал знать, как сжечь пингвина. Кто-то убедил его, что ему нужно получить современные образцы с достоверно известным углеродным составом и сравнить их с теми древними образцами, на которых он проверял свой метод углеродного датирования. То есть необходимо собрать животных с Южного полюса, с Северного полюса, с экватора и т. д.

Пингвина прислали из Антарктики, и нам предстояло решить, как превратить в СO2 весь углерод мяса, клюва, когтей и перьев. Группа начала с очевидных советов: дымящая серная кислота, царская водка (смесь соляной и азотной кислот), дымящая азотная кислота, хромовая смесь и т. д. Каждое предложение кто-нибудь забраковывал, ссылаясь на собственный опыт. В конце концов мы все в унынии разбрелись ужинать. Несколько дней спустя мне посчастливилось встретить Либби, и я поинтересовался, на чем он остановил свой выбор. Либби сказал, что химического решения не нашлось, зато он поделился проблемой с женой. Та, заметив, что все вещества любых живых организмов синтезируются из одного материала, посоветовала сварить пингвина и собрать жир, который, само собой, легко окислить до СO2. Мы последовали ее совету — и задача была решена. И сам ход наших мыслей, и обмен идеями между аспирантами и профессорами, который длился часами, — все это делало атмосферу научной жизни в Чикаго тех лет удивительно привлекательной.

Koshland D.E., Annual Reviews of Biochemistry, 65,1, (1996,).

 

Кухонная химия: открытие нитроцеллюлозы

Нитроцеллюлоза (основа бездымного пороха), в английском обиходе получившая название “ружейного хлопка” (gun-cotton), была открыта, как и озон, немецким химиком Кристианом Фридрихом Шёнбейном (1799–1868). В 1829 году его назначили профессором Базельского университета, но, как гласит легенда (правдивость которой под вопросом), открытие он совершил у себя дома, на кухне.

Университетская лаборатория ежедневно закрывалась на обед, и Шёнбейн, упрямый и нетерпеливый экспериментатор, иногда продолжал прерванный опыт дома. Рассказывают, что в один из таких дней колба, где он кипятил нитрующую смесь (раствор азотной кислоты в серной), взорвалась: едкая жидкость залила все, с чем обычно возилась на кухне жена ученого. Опасаясь ее гнева, он схватил первую же вещь, которая подвернулась под руку, чтобы вытереть пролитое. “Первой же вещью” оказался хлопчатый фартук жены, который она второпях постирала и повесила сушиться у плиты. Вспыхнуло бездымное пламя, и фартук бесследно исчез.

Хотя этот эпизод, вероятно, и пошатнул семейное спокойствие, он вскоре принес Шёнбейну удачу и славу. Его пригласили продемонстрировать новую взрывчатку в Вулвичском арсенале в Лондоне, и Шёнбейн не упустил случая презентовать королеве Виктории и принцу Альберту пару фазанов — первых в истории фазанов, которых застрелили из ружья, заряженного патронами с “ружейным хлопком”.

Brown G.I., The Big Bang: A History of Explosives (Sutton, Stroud, 1998J.

 

Живое ископаемое

За три дня до Рождества 1938 года хранительница крошечного Ист-Лондонского музея на восточном побережье Южной Африки готовила к выставке коллекцию ископаемых останков. Девушку звали Маржори Куртенэ-Латимер. Тем утром ее работу прервал телефонный звонок из гавани, где только что пришвартовался траулер, доверху набитый уловом, — имелись и акулы, и множество другой рыбы. Капитан траулера и прежде передавал самых разнообразных рыб в коллекцию музея. Куртенэ-Латимер еще не успела распорядиться запасами от предыдущих уловов, а выставку следовало подготовить до праздников. Поэтому нельзя сказать, чтобы ей особо хотелось возиться с новыми образцами. “Но тут я вспомнила, как все на “Ирвине” и “Джонсоне” были ко мне добры. Тем более приближалось Рождество. По крайней мере, мне следовало спуститься в порт — пожелать им того, чего обычно желают на праздник”.

Итак, мисс Куртенэ-Латимер взобралась на борт траулера и увидела на палубе груды рыбы, губок, водорослей и прочей мелочи. Поодаль от главной кучи виднелся странный голубой плавник. “Я разгребла кучу слизи и обнаружила самую красивую рыбу из всех, что мне доводилось видеть. В полтора метра длиной, розовая с синим, в редких белесых пятнах, она вся переливалась серебристо-сине-зеленой радугой. У рыбы, покрытой жесткой чешуей, были четыре похожих на лапы плавника и странный крохотный щенячий хвост. Она была невероятно красивой — походила на какое-то китайское украшение, но мне и в голову не приходило, что бы это могло быть” Так мисс Куртенэ-Латимер 6о лет спустя описывала свою первую встречу с латимерией. Капитан траулера тоже был поражен ее диковинным обликом: рыба вцепилась ему в руку, когда он разглядывал ее, не вынимая из сети. Поначалу он даже подумывал, а не выпустить ли ее обратно в море.

Мисс Куртенэ-Латимер пожелала заполучить ее в свой музей, но тут встал вопрос, как сохранить этот дар морей. Владелец местного ледника взять рыбу к себе не соглашался — из страха, что запах разложения, к тому моменту уже хорошо ощутимый, испортит воздух в его лавке. Сторож морга тоже отказался помочь. Химики города смогли найти совсем немного формалина, которого оказалось недостаточно; в конце концов, когда рыба начала истекать маслом, ее отнесли к таксидермисту. Мисс Куртенэ-Латимер была убеждена, что наткнулась на нечто выдающееся, и внезапно ее поразила мысль, на что это похоже: да это ископаемая рыба! Но такого просто не могло быть — мисс Куртенэ-Латимер ведь видела ее живой. Наконец она, зарисовав находку, отправила письмо своему знакомому, доктору Дж. Л.Б. Смиту, преподававшему химию в Университете Родса в Грэхемстауне, однако его истинное призвание была ихтиология. К сожалению, Смит тогда был в отъезде, и письмо попало к нему в руки только две недели спустя — когда сгнившие части тела рыбы (к разочарованию Смита и биологов всего мира) уже давно выбросили.

Смит, получив письмо мисс Куртенэ-Латимер, смотрел на рисунок и недоумевал. “Я не знал, — напишет он позже, — ни одной рыбы в наших водах или в других морях, похожей на эту, она напоминала ящерицу”.

И тут словно бомба взорвалась у меня в голове: за наброском и листом бумаги я увидел длинный ряд рыбообразных существ, которые мерцали как на экране: рыбы, которых больше нет; рыбы, которые жили в темной древности, а потом исчезли навсегда, и все, что от них осталось, дошло до нас в виде редких окаменелостей.

Когда Смит прибыл в Ист-Лондон, он поглядел на чучело рыбы, погладил его и, повернувшись к первооткрывательнице, заявил: “Милая, это открытие будет на устах у ученых всего мира”.

Рыбы, похожие на латимерий, появились в морских глубинах около 400 миллионов лет назад и незаметно дожили до наших дней. Смит назвал открытый вид Latimeria Chalumnae в честь Маржори Куртенэ-Латимер. Пошло пять лет, и в разгар Второй мировой войны обнаружилась еще одна особь. Получив известие об этом открытии с Коморских островов, Смит лично обратился к премьер-министру, доктору Малану, и тот тут же приказал самолету Южноафриканских военно-воздушных сил доставить рыбу, прежде чем она успеет сгнить.

История о латимерии отлично изложена в книге: Weinberg Samantha, A Fish Caught in Time: The Search for The Coelacanth (Fourth Estate, London, 1999), вдобавок имеются воспоминания самого Смита, которые относят к разряду научной классики: Smith J.LB., Old Fourlegs: The Story of the Coelecanth (Longmans, Green, London, 1956).

 

Звуки физики

Ричард Фейнман — один из немногих физиков после Эйнштейна, сумевших произвести впечатление на широкую публику. Тому причиной — две замечательные книги мемуаров и блестящее остроумие Фейнмана. Отрывки из первой его книги дают представление об этом гениальном ученом, о стиле его работы и стиле его жизни.

К разнообразным встречам и визитам Фейнман всегда относился беззаботно, и потому редко записывал адреса или телефонные номера. В 1957 году его пригласили на конференцию по гравитации в Университет Северной Каролины.

Мой самолет приземлился на день позже открытия конференции. Из здания аэропорта я вышел к стоянке такси и сказал диспетчеру:

— Мне нужно в Университет Северной Каролины.

— Какой из них вы имеете в виду? — попросил уточнить диспетчер. — Государственный университет Северной Каролины в Рэлее или Университет Северной Каролины в Чапел-Хилле?

Стоит ли говорить, что у меня не было ни единого соображения на сей счет?

— А где они находятся? — спросил я, рассчитывая, что, возможно, они друг от друга недалеко.

— Один в северном направлении, другой в южном, примерно на одинаковом расстоянии отсюда.

Со мной не было никаких бумаг, способных подсказать, куда мне надо, и никто, кроме меня, не приехал на конференцию с опозданием в сутки.

И тут у меня возникла идея.

— Послушайте, — сказал я диспетчеру, — конференция началась вчера, поэтому вчера тут должны были мелькать странные парни. Давайте-ка я вам их опишу: они, как бы это сказать, витают в облаках и болтают друг с другом, не обращая внимания, что творится вокруг, бормоча что-то вроде “Джи-мю-ню, джи-мю-ню”1.

Он засиял.

— Точно, — сказал он. — Вам нужен Чапел-Хилл. — Он жестом подозвал очередное такси: — Отвезите этого человека в университет в Чапел-Хилле.

Я сказал “спасибо” и поехал на конференцию.

Из книги Feynman Richard, Surely You're Joking Mr Feynman!

Adventures of a Curious Character (Norton, New York, 1985).

 

Ленточные черви, венерология и научная этика

Идея о самозарождении жизни стара как сама биология. Из века в век ожесточенные споры об этом то утихали, то разгорались. Примерно к XVII столетию эта идея взволновала и Церковь. Мысль о том, что живое могло внезапно возникнуть из неодушевленной материи, противоречила христианскому вероучению, гласящему, что Господь лично создал каждой твари по паре, чтобы эти пары размножались и гибли. Конец разногласиям на исходе XIX века положил Пастер, проверивший гипотезу экспериментально, но голоса протеста не утихали еще лет 50.

XIX век в биологии начался дискуссией о ленточных червях: здравый смысл подсказывал, что те зарождаются исключительно в кишках падали. Затем, в 1830-40-х, было показано, как яйца паразитов или сами паразиты могут передаваться от одного вида к другому. Наконец, в 1854 году дрезденский врач Фридрих Кюхенмейстер (1820–1890), глубоко религиозный человек, которого паразиты интересовали прежде всего как способ понять пути Господни, описал весь жизненный цикл ленточного червя. Его метод выглядел довольно мерзко.

Кюхенмейстер тогда занимался так называемыми пузырчатыми червями. Пузырчатых червей можно найти у коров, свиней и некоторых других животных. Названием эти существа обязаны пузырям, которыми себя обволакивают. Эти пузыри обнаруживали в мышцах животных, и они, казалось, ничуть не мешали своим хозяевам. При изучении под микроскопом в пузырчатых червях можно было разглядеть нечто похожее на голову ленточного червя. Кюхенмейстер извлек ленточных червей из мускулов особей разных видов, а затем скормил их другим животным, внутри которых после вскрытия, произведенного через определенное время, обнаружились, как и следовало ожидать, ленточные черви. Он также подозревал, что ленточные черви попадают в человеческий организм из свиного мяса; свидетельством тому была высокая заболеваемость в семьях местных торговцев свининой.

В 1855 году Кюхенмейстера посетила блестящая идея, как проверить эту гипотезу: он попросил разрешения поставить эксперимент на приговоренном к смерти преступнике. За несколько дней до казни этого человека Кюхенмейстер заметил (а времена, надо сказать, не предрасполагали к брезгливости), что в свинине, которую он ест на ужин, полно сварившихся ленточных червей. Он поспешил к мяснику и приобрел немного мяса с той же туши. Из мяса он извлек несколько ленточных червей и поместил их в остывающий суп и в кровяную колбасу, а затем предложил оба блюда приговоренному (обошлось без того, что сейчас называют информированным согласием). Приговоренный принял подношения, а три дня спустя попал в руки палача. Кюхенмейстер вскрыл тело, изучил внутренности и нашел молодых подрастающих ленточных червей, прикрепленных к стенкам кишечника. Спустя пять лет Кюхенмейстеру представился еще один шанс подтвердить свои выводы. На этот раз ему доверили приговоренного за четыре месяца до казни. Результат не мог не радовать: после вскрытия в кишках преступника обнаружился ленточный червь. в полтора метра длиной. Открытие, каким бы важным оно ни было, вызвало в сообществе биологов глубокое отвращение. Рецензент статьи, цитируя Вордсворта, назвал Кюхенмейстера “ботаником, который будет разглядывать цветочки и на могиле матери”.

Впрочем, другие ученые в поисках истины не жалели свои собственные тела, причем смело подвергали их еще большим издевательствам: к примеру, Джон Хантер, знаменитый шотландский анатом и хирург Георга III, в 1767 году ввел себе в пенис гной из язвы больного гонореей, чтобы установить, как именно передается болезнь. Хантеру не повезло: у пациента вдобавок к гонорее был сифилис, и ученый так и не выздоровел. Более того, он ошибочно заключил, что гонорея и сифилис — проявления одной болезни, и этим отбросил венерологию на много лет назад. Только столетие спустя ученые смогли обнаружить возбудителей венерических болезней, и для этого снова пришлось переступить через этические принципы. В 1885 году немецкий бактериолог Эрнест фон Бумм вывел культуру бактерий гонореи и для большей уверенности сделал прививку здоровой женщине. Четырьмя годами позже Альберт Нейссер из Бреслау в поисках спирохет, которые вызывают сифилис, ввел четырем здоровым людям выделения сифилитика. История эта вызвала бурю общественного негодования, а Нейссера осудили и оштрафовали.

Но и преступление Нейссера было менее гнусным, чем хладнокровный эксперимент по изучению сифилиса, поставленный в Алабаме и растянувшийся на 40 лет. Дело происходило уже в XX веке: большой группе пациентов, куда вошли исключительно негры (в южных штатах сифилис привыкли считать “негритянской болезнью”: утверждалось, что сифилис генетически избирателен) давали только плацебо, чтобы за развитием болезни можно было следить до самой смерти зараженных.

Открытия Фридриха Кюхенмейстера в деталях описаны в книге: Foster W.D., A History of Parasitology (Livingstone, Edinburgh, 1965); см. также Zimmer Carl, Parasite Rex: Inside the Bizarre World of Nature's Most Dangerous Creatures (The Free Press, New York, 2000). 3 a историей экспериментов на себе следует обратиться к книге: Altman Lawrence K., Who Goes First? (Random House, New York, 1987).

 

Математические обои

Софья Ковалевская — гениальный математик. Современные учебники упоминают ее имя в связи с теоремой Коши-Ковалевской о дифференциальных уравнениях. Кроме того, она внесла заметный вклад в механику и физику — в особенности в теорию прохождения света сквозь кристаллические твердые тела. А о жизни ее можно писать романы.

Софья Ковалевская родилась в 1850 году в семье русских дворян: ее отцом был генерал от артиллерии Корвин-Круковский. Математикой ее увлек дядя:

Главным образом он любил передавать то, что за свою долгую жизнь ему удалось изучить и перечитать. И вот в часы этих бесед, между прочим, мне впервые пришлось услышать о некоторых математических понятиях, которые произвели на меня особенно сильное впечатление. Дядя говорил о квадратуре круга, об асимптотах — прямых линиях, к которым кривая постоянно приближается, никогда их не достигая, и о многих других, совершенно не понятных для меня вещах, которые тем не менее представлялись мне чем-то таинственным и в то же время особенно привлекательным. Ко всему этому суждено было присоединиться следующей, чисто внешней, случайности, которая еще усилила то впечатление, которое производили на меня эти математические выражения.

Перед приездом нашим в деревню из Калуги весь дом отделывался заново. При этом были выписаны из Петербурга обои; однако не рассчитали вполне точно необходимое количество, так что на одну комнату обоев не хватило. Сперва хотели выписать для этого еще обоев из Петербурга, но, как часто в подобных случаях водится, по деревенской халатности и присущей вообще русским людям лени все откладывали в долгий ящик. А время между тем шло вперед, и пока собирались, судили да рядили, отделка всего дома была уже готова. Наконец, порешили, что из-за одного куска обоев не стоит хлопотать и посылать нарочного за 500 верст в столицу. Все комнаты в исправности, а детская пусть себе останется без обоев. Можно ее просто обклеить бумагою, благо на чердаке в палибинском доме имеется масса накопившейся за много лет газетной бумаги, лежащей там без всякого употребления.

Но по счастливой случайности вышло так, что в одной куче со старой газетной бумагой и другим ненужным хламом на чердаке оказались литографированные записи лекций по дифференциальному и интегральному исчислению академика Остроградского, которые некогда слушал мой отец, будучи еще совсем молоденьким офицером. Вот эти-то листы и пошли на обклейку моей детской. В это время мне было лет одиннадцать. Разглядывая как-то стены детской, я заметила, что там изображены некоторые вещи, про которые мне приходилось уже слышать от дяди. Будучи вообще наэлектризована его рассказами, я с особенным вниманием стала всматриваться в стены. Меня забавляло разглядывать эти пожелтевшие от времени листы, все испещренные какими-то иероглифами, смысл которых совершенно ускользал от меня, но которые, я это чувствовала, должны были означать что-нибудь очень умное и интересное, — я, бывало, по целым часам стояла перед стеною и все перечитывала там написанное. Должна сознаться, что в то время я ровно ничего из этого не понимала, но меня как будто что-то тянуло к этому занятию. Вследствие долгого рассматривания я многие места выучила наизусть, и некоторые формулы, просто своим внешним видом, врезались в мою память и оставили в ней по себе глубокий след. В особенности памятно мне, что на самое видное место стены попал лист, в котором объяснялись понятия о бесконечно малых величинах и о пределе. Насколько глубокое впечатление произвели на меня эти понятия, видно из того, что когда через несколько лет я в Петербурге брала уроки у А.Н. Страннолюбского, то он, объясняя мне эти самые понятия, удивился, как я скоро их себе усвоила, и сказал: “Вы так поняли, как будто знали это наперед”. И действительно, с формальной стороны, многое из этого было мне уже давно знакомо.

Отец Софьи, отмечала она в мемуарах, имел “сильное предубеждение против ученых женщин” и решил положить конец математическим занятиям дочери с ее наставником, тем более его знания все равно были довольно ограниченны.

Так как целый день я была под строгим надзором гувернантки, то мне приходилось пускать в дело хитрость. Идя спать, я клала книгу (“Курс алгебры” Бурдона, который ей добыл наставник) под подушку и затем, когда все засыпали, я при тусклом свете лампады или ночника зачитывалась по целым ночам.

Но тут снова помог счастливый случай: владелец поместья по соседству, господин Тыртов, был профессором физики. Однажды он принес в дом Софьи свой только что вышедший вводный курс физики. Девушка буквально вцепилась в книгу и вскоре наткнулась на тригонометрические функции, которые прежде не попадались ей на глаза. Она расстроилась, тем более что ее учитель помочь уже ничем не мог. Вступив в борьбу с тригонометрией один на один, вскоре она уяснила для себя, что же все-таки означает синус и как его вычислять. Когда она сообщила профессору Тыртову, что многое в его книге поняла, тот ей лишь снисходительно улыбнулся.

Когда я рассказала ему, каким путем я дошла до объяснения тригонометрических формул, то он совсем переменил тон. Он сейчас же отправился к моему отцу и горячо стал убеждать его в необходимости учить меня самым серьезным образом. При этом он сравнил меня с Паскалем.

Итогом стало своего рода соглашение о перемирии: сошлись на том, что учить ее будет уже упоминавшийся профессор Страннолюбский, математик из Морской академии в Санкт-Петербурге, который быстро распознал в ней математический талант.

Однако интересы Софьи не сводились к одной математике. Она была влюблена в литературу и (вместе с сестрой) сдружилась с Достоевским. Допускают, что Софья и ее сестра, за которой писатель одно время ухаживал, стали прототипами героинь романа “Идиот” Аглаи и Александры.

В 1868 году Софья вышла замуж за Владимира Ковалевского, которому предстояло стать профессором палеонтологии Санкт-Петербургского университета, и спустя несколько лет родила дочь. Замужество позволило ей бежать из удушливой атмосферы родительского дома и путешествовать. В 20-летнем возрасте она познакомилась с великим немецким математиком Карлом Вейерштрассом. В то время Вейерштрасс был стареющим холостяком и, вероятно, в известной степени женоненавистником. В ответ на просьбу Софьи о помощи он устроил ей экзамен: попросил решить ряд задач, причем весьма сложных. Профессор был уверен — русская наверняка с ними не справится, и он будет избавлен от нежеланной соискательницы. Но все обернулось иначе. Вейерштрасс быстро осознал, что перед ним — исключительный талант.

Вейерштрасс стал учителем, советником и другом Софьи. Под его руководством она смогла развить свои способности и вскоре уже представила в Геттингенский университет диссертацию на соискание докторской степени. Диссертация опиралась на три ее статьи — две по чистой математике и одну по теоретической астрономии. Затем она вернулась к мужу в Россию, и, как казалось, на долгие семь лет забросила математику — к отчаянию Вейерштрасса. По истечении этого времени она развелась с мужем и приняла приглашение уважаемого шведского математика Магнуса-Гёсты Миттаг-Леффлёра, которому Вейерштрасс поручил отыскать ее в России. В Стокгольме ее интерес к математике возродился. Ковалевская стала профессором математики — впервые такой пост заняла женщина. Только 17 годами позже подобного признания удостоилась Мария Кюри. Чтобы отвоевать эту позицию для Ковалевской, Миттаг-Леффлёру пришлось изрядно потрудиться. Большинство математиков страны поддерживало ее кандидатуру, но возражения имелись в другом лагере. Так, например, известный драматург Август Стринберг называл ее “чудовищем”, капризом природы. Но Ковалевская продолжала трудиться на благо науки, и за статью по механике (“О вращении твердого тела вокруг неподвижной точки”) была удостоена высоко ценимой премии от Французской академии наук, величину которой в тот раз даже удвоили — ввиду “крайне важной услуги”, какую эта работа оказала теоретической физике.

Тем временем Софья (или, как ее называли в Швеции, Соня) снова начала писать. Ее беспокойный характер опять заявил о себе, и, казалось, она вновь забросила математику, на этот раз ради второй своей страсти — литературы. В Стокгольме она опубликовала несколько рассказов, пьесу и ряд статей в шведских литературных журналах. Ковалевская была переполнена новыми замыслами, планировала новые книги, но всему этому сбыться не удалось. Зимой 1891-го Софья Ковалевская скончалась от плеврита. Ей исполнилось всего 41 год. Последние ее слова были: “Слишком много счастья”.

Цитаты приводятся по книге: Ковалевская С. В., Воспоминания и письма. Изд. [2-е], испр. М., 1961. Биография Ковалевской Софьи, The Little Sparrow: A Portrait of Sophia Kovalevsky by D.H.Kennedy (Ohio University Press, Athens, Ohio, 1983), равно как и глава, посвященная этой книге, в сборнике эссе: Bernstein Jeremy, Cranks, Quarks and the Cosmos (Basic Books, New York, 1993), а также некролог, опубликованный другом Софьи Ковалевской, князем, отважным ученым и анархистом Петром Кропоткиным, в Nature, 41,375(1891).

 

Устами поэтов

Печально известный венский психиатр Юлиус Вагаер-Яурегг (1857–1940) придумал один из самых пугающих методов лечения. Вагнер-Яурегг не разделял взгляды Фрейда, с которыми в Вене мало кто не соглашался, а был сторонником фармакологического вмешательства. Однажды ему показалось, что психическое состояние некоторых его беспокойных больных улучшилось после того, как те перенесли лихорадку. Это подтолкнуло его к гипотезе (которую позже признают неверной), что повышенная температура тела благотворно влияет на мозг. Эту весьма опасную теорию он решил проверить на своих пациентах, которых начал заражать стафилококком, стрептококком, а затем и туберкулезом. Итоги этих чудовищных опытов только укрепили его уверенность в выбранном пути, и он предпринял следующий шаг: ввел кровь больного малярией другому больному, сифилитику в прогрессирующем параличе. Пациент, с восторгом сообщал Вагнер-Яурегг, сразу пошел на поправку.

Метод вошел в моду; в 1927-м Вагнеру-Яуреггу присудили Нобелевскую премию. Такое лечение широко практиковали в 20-х и 30-х годах, и неясно, сколько пациентов от этого погибло. К счастью, в последующие десятилетия появились более действенные и менее опасные лекарства. Не исключено, Что пациентам принесла бы больше пользы проверенная терапия образца XIX века: резкое погружение в ледяную воду.

Энтузиазм Вагнера-Яурегга был подстегнут самым неожиданным образом:

В 1927 году великий Юлиус Вагнер-Яурегг отправился в Стокгольм, на церемонию вручения Нобелевской премии по медицине. Эта высокая награда была ему присуждена за открытие способа лечения душевнобольных, который заключался в том, чтобы повышать у больных температуру (для чего тех обычно заражали малярией). Когда поезд должен был вот-вот тронуться, в купе вошла дама и уселась напротив. Завязалась беседа, и тут выяснилось, что леди тоже направляется в Королевский дворец в Стокгольме, и тоже на вручение Нобелевской премии. Соседке психиатра полагалась премия по литературе: леди звали Грация Деледда, она была поэтессой с острова Сардиния и ее перу принадлежал роман о безумном молодом человеке, который однажды во время припадка упал в реку, простудился, заболел лихорадкой и таким образом излечился от душевной болезни.

История рассказывается в статье известного биохимика: Heyningen W.E.van, Trends in Biochemical Sciences, N177, August 1979.

 

Смертоносные паразиты

Водной из своих работ Людвиг Гросс, первооткрыватель вируса лейкемии, который не побоялся оспорить догму об отсутствии всякой связи между вирусами и раком, увлекательно рассказывает историю другого страшного заболевания — тифа. Гросс, врач в Нью-Йоркской больнице, занимался научными исследованиями в свободное от работы время. В молодости он был сотрудником Института Пастера в Париже и там в 1934 году познакомился с Шарлем Николем, лауреатом Нобелевской премии по медицине 1928 года. Тот доказал, что тиф переносят вши — что, впрочем, предполагали и раньше. В первые годы XX века Николь возглавлял Институт Пастера в Тунисе. В разгар эпидемии тифа его озадачил удивительный факт: горожане легко подхватывали болезнь и на улицах, и у себя дома, но ни один человек не заразился в больнице, которая была переполнена тифозными больными. Пациентов, попавших в госпиталь, разумеется, отмывали и переодевали в больничные робы. Николь заключил, что причина болезни кроется в грязной одежде — следовательно, виноваты вши. Он ввел обезьяне кровь тифозного больного, и, когда все признаки тифа были налицо, собрал с нее вшей и пересадил на другую обезьяну. Вскоре у той тоже начался тиф. Затем Николь показал, что сами вши, которые переносят инфекцию (очевидно, бактериальную), краснеют и гибнут. Болезнь, выяснил Николь, передается, когда их порошкообразные выделения попадают на кожу человека. Эффективную вакцину против тифа придумали только 30 лет спустя.

Гросс приводит еще одну историю, в которой нет поводов сомневаться. В 1936 году во Львове (тогда этот украинский город принадлежал Польше) он заглянул к доктору Рудольфу Вейглю. Вейгль изучал тиф и родственную ему болезнь, окопную лихорадку, еще с тех пор, когда во времена Первой мировой войны служил в военной бактериологической лаборатории.

Доктор Вейгль трудился в своей скромной лаборатории вместе с женой и несколькими ассистентами. Вот результаты его исследований. Нормальная здоровая вошь практически не содержит микробов. Вошь, проглотившая каплю крови больного тифом, краснеет и умирает спустя несколько недель. Во внутренностях зараженной вши размножаются риккет-сии (то есть бактерии Rikketsia prowazeki названные так в честь двоих американских ученых, Говарда Т. Риккетса и Станислава фон Провацека, которые умерли от подхваченного в лаборатории тифа), число которых в итоге измеряется миллионами. Эти миллионы живых риккетсий затем выводятся с экскрементами вши, невероятно заразным темным порошком. Доктор Вейгль передавал риккетсий от вши ко вше, приготовляя водную взвесь инфицированных внутренностей и вводя его здоровой вши миниатюрной клизмой (!). В ходе этих опытов несколько его сотрудников заразились тифом, но в конце концов выздоровели. Вшей следовало ежедневно подкармливать человеческой кровью. Доктор Вейгль с женой кормили вшей, рассаженных по коробкам, которые напоминали спичечный коробок, но отличались одной деталью: одну из сторон заменяла плотная решетка, сидя за которой вошь могла проколоть человеческую кожу и всосать кровь. Второй раз в жизни Вейгль заразился тифом именно тогда, когда пытался покормить зараженную вошь и позволил ей себя укусить. Из этого опыта он вывел, что тифом можно заболеть повторно, хотя вероятность этого ничтожно мала. Чтобы изготовить одну дозу вакцины, требовалось около юо вшей. Вскоре это число сумели уменьшить до 30. Тем не менее, когда понадобились большие порции вакцины, метод Вей-гля, весьма сложный и опасный для экспериментатора, вызывал большие затруднения.

Двумя годами позже американский ученый обнаружил, что риккетсий можно разводить в оплодотворенных куриных яйцах, а потом убивать и экстрагировать, и так производить вакцину без опасности заразиться.

О работе Вейгля вскоре стали рассказывать польским студентам-медикам, и это позволило полякам осуществить по крайней мере одну успешную операцию против немцев, когда спустя несколько лет их страну оккупировали гитлеровские войска. За время оккупации погибло более пяти миллионов поляков. Еще полмиллиона с лишним вывезли в Германию и в другие страны — эти несчастные были обречены на рабский труд.

Два варшавских молодых врача, Станислав Матулевич и Евгениус Лазовский, придумали уловку, которая спасла сотни их сограждан, живших неподалеку от Варшавы. Матулевич и Лазовский выяснили, что риккетсии вырабатывают точно такой же антиген, как и некоторые виды безвредных бактерий-протеев. Это означало, что антитела в крови больных тифом будут распознавать не только сами микробы тифа, но заодно и протеев. Поскольку заразиться протеями маловероятно, то подобная кросс-реактивность, как называют этот эффект медики, служит стандартным анализом на тиф: если белок крови потенциального больного вступает в реакцию (реакцию Вейля-Феликса) с лабораторными бактериями-протеями (иными словами, происходит агглютинация), значит, человек болен тифом.

Матулевич и Лазовский знали, что немцы испытывают ужас перед тифом — во время Первой мировой войны страшная болезнь опустошила страну и нанесла огромный ущерб армии. Недаром новоприбывших в концентрационные лагеря отправляли в карантин, чтобы предупредить вспышку тифа. Фашистские эскулапы не задумываясь убивали заключенных с малейшими его симптомами.

Только за одни сутки в Освенциме по этой причине уничтожили 746 человек.

Матулевичу пришло в голову, что у зараженного протеями реакция Вейля-Феликса будет положительной, и того примут за больного тифом. Первый опыт поставили на бежавшем из Германии работнике, который был готов пойти на смертельный риск, только бы не возвращаться обратно. Уловка сработала: образец крови отправили в немецкую государственную лабораторию и вскоре получили телеграмму, подтверждавшую заражение тифом. Тем временем оба доктора распространяли ложную эпидемию при помощи прививок. Гитлеровцы были готовы к таким попыткам обмана, как подмена образцов незараженной крови образцами зараженной, но тут, разумеется, немцы могли взять анализы сами, чтобы подтвердить диагноз. Узнать, что происходит, отправили старшего военного врача с двумя ассистентами, но врача поляки отвлекли водкой, имевшейся в изобилии, да так, что ему пришлось перепоручить инспекцию своим ассистентам. Им показали разваливающиеся дома, где, как предполагалось, лежат тифозные больные, и немцы сочли благоразумным не заглядывать внутрь. Для их удовлетворения поляки притащили старика, умиравшего от воспаления легких, и списали его плачевное состояние на тиф. Немцы были окончательно одурачены, и жители окрестных деревень благополучно избежали излишнего внимания с их стороны.

Gross Ludwik, Proceedings of National Academy of Sciences, USA, 93, io539 (1996), я за историей подлога с протеями следует обратиться к: J. D. С. Bennett and L Tysczczuk, British Medical Journal, 301,1471 (1990); см. также книгу: Dixon Bernard, Power Unseen: How Microbes Rule the World (Oxford University Press, Oxford, 1994).

 

Неприменимый принцип

Физик Р.В. Джонс рассказывает поучительную историю. Выйдя как-то из Кларендонской лаборатории Оксфорда, он увидел грязный стакан, полный воды.

В руках я как раз держал пистолет (это довольно необычное обстоятельство Джонс не поясняет). Не задумываясь, я выстрелил: стакан эффектно разлетелся, и это меня изумило. Я, разумеется (!), стрелял по стаканам и раньше, но они просто разбивались, а не разлетались на мелкие осколки. Следуя заповеди Резерфорда (вероятно, о том, чтобы тщательно проверять воспроизводимость результатов наблюдений), я еще раз проделал свой опыт, и все повторилось: особенностями своего поведения стакан был обязан воде. Годы спустя, после войны, мне пришлось читать лекцию перед большой аудиторией в Абердине: я преподавал им гидростатику. Начали с определений — что газ слабо сопротивляется сжатию, а жидкость сильно.

Я подумал, что определения стоит закрепить, повторив перед слушателями мои опыты с пистолетом, чтобы каждый мог взглянуть на них с такой точки зрения: стакан, который до попадания пули вмещал только воду, внезапно должен вместить еще и пулю. Он не может приспособиться к новому объему с той скоростью, с какой требуется, и потому разлетается.

Эксперимент получил в Абердине должную огласку, и особенно вдохновил местных инженеров, по пятницам устраивавших из сноса каких-нибудь сооружений целую церемонию. Одним из заданий, которое на них свалилось (хотя слово “свалиться”, как станет ясно, тут неуместно), было разрушение высокой заводской трубы на бумажном комбинате. Для процедур подобного рода существует много стандартных методов (один из старейших таков: вытаскивать по кирпичу с одной стороны кладки, заменяя каждый деревянной распоркой. Когда распорки займут больше половины окружности трубы, а высота деревянной, конструкции станет сопоставима с ее радиусом, внутри трубы разводят огонь. Дерево сгорает, и труба падает).

Инженеры, однако, решили на этот раз воспользоваться несжимаемостью воды. Эту идею подал им мой эксперимент. Инженеры решили, что сначала заткнут все дыры в основании трубы, затем закачают туда воду до отметки 2 метра или около того и, наконец, сымитируют попадание пули, подорвав под водой заряд взрывчатки. Коль скоро взрывы по субботам были в Абердине редкостью, затея собрала множество зрителей. Подожгли бикфордов шнур. Опыт был успешным настолько, что целиком провалился. Вот что произошло: как и в случае со стаканом, каждый кирпич, которого касалась вода, вылетел наружу, а изящно обрезанная снизу труба зависла в воздухе на двухметровой высоте. Вся конструкция затем опустилась в точности на старый фундамент, невредимая и в вертикальном положении, и этим вернула взрывателей к той задаче, которая стояла перед ними в самом начале.

Jones R.V., *Impotence and achievement in physics and technology\ Nature, 207,120 (1965J.

 

Послание из космоса

Львиной долей того, что известно нам об устройстве Вселенной, мы обязаны радиоастрономии. Огромные параболические тарелки-приемники, собирающие сигналы из пустоты, стали привычной деталью загородного пейзажа. И все они — результат случайного открытия, побочный продукт борьбы за выживание в первые годы Второй мировой войны. По правде говоря, примерно десятью годами раньше их появление предугадал некто Карл Янский — когда он, сотрудник американской компании Веll, искал причины атмосферных помех при радиосвязи. Янский обнаружил, что сила шумов заметно колеблется с периодом около суток, и интуиция подсказала ему, что этот период следует измерить с максимальной точностью. В итоге он сделал настоящее открытие: оказалось, что этот период — 23 часа 56 минут — совпадает с периодом обращения Земли по отношению к неподвижным звездам. Источник помех, следовательно, находится вне Солнечной системы и, похоже, спрятан где-то в Млечном Пути. Это смог подтвердить космолог-любитель Гроте Ребер — он специально построил параболический приемник в своем саду в Уитоне, штат Иллинойс, чтобы выяснить, откуда исходит обнаруженный Янским сигнал. Исследования эти тогда не заинтересовали астрономов, и еще десятилетие в космогонии ничего не менялось.

Но вот наступил 1942 год. Многие физики в то время занимались оборонными исследованиями. Среди них был и Дж. С. Хей. В его задачи входило улучшение работавшей со сбоями системы радаров Британской армии. Тогда английские ученые оказались вовлечены в особое состязание с немцами: кто искусней исказит чужой сигнал или помешает ему достигнуть адресата. Хей буквально загорелся этой работой.

Неплохая подготовка, сверхважный оборонный заказ и интригующие условия работы — все это подпитывало мой энтузиазм.

Весь 1941 год враги, из разу в раз все активней, пытались создать помехи нашим радарам. Военное министерство опасалось, как бы они не сделались окончательно бесполезными. 12 февраля 1942 года через Ла-Манш практически незамеченными прошли два немецких военных судна, “Шарнхорст” и “Гнейзенау”. Англичане обнаружили их только тогда, когда атаковать врага было уже поздно и бессмысленно. Вся операция сопровождалась помехами, наведенными с берегов Франции. Этот случай заставил военных чиновников серьезнее отнестись к борьбе с радио-помехами. Чтобы разобраться с такой нелегкой проблемой, они обратились за помощью к Армейской группе операционных исследований. Изучение помех трудно назвать самой интересной темой для исследований. Скорее, наоборот. Тем не менее на вызов следовало ответить, и я с готовностью принял предложение стать ответственным за анализ помех на армейских радарах, а также давать консультации по мерам противодействия. Вместе с офицерами мы составляли инструкции для операторов радаров и организовывали систему незамедлительных отчетов. Передвижную “помехонаблюдательную” лабораторию из стратегических соображений разместили на утесах Довера и укомплектовали членом моей группы. Мне отводилась особая роль — гражданского специалиста на ключевой позиции в армейской системе, а работа оказалась не только не скучной, но даже захватывающей: любой мой совет срочно рассматривали в специальной Противовоздушной комиссии и в самом Военном министерстве.

27 и 28 февраля 1942 года во множестве отчетов из самых разных областей страны одновременно сообщалось, что противовоздушные радары с рабочей длиной волны 4 и 8 метров днем испытали серьезные помехи и что невероятная интенсивность помех сделала дальнейшую работу радаров невозможной. К счастью, в тот момент не происходило никаких авианалетов, но тревогу все равно объявили всюду, где был замечен новый вид помех. Осознав, что направления максимальной интерференции, зафиксированные операторами, повторяли маршрут Солнца на небе, я немедленно позвонил в Королевскую обсерваторию в Гринвиче, чтобы узнать, не стряслось ли чего-нибудь экстраординарного с солнечной активностью. Мне сообщили, что хотя и шел всего второй год (если отсчитывать от минимума) одиннадцатилетнего солнечного цикла, но, однако, на Солнце появилось невероятно активное пятно, которое медленно пересекало солнечный диск, а 28 января оказалось на центральном меридиане. (Солнечные пятна путешествуют за счет вращения Солнца вокруг своей оси, они — сильные магниты, хотя Солнце в целом — слабый магнит.) Мне стало ясно, что Солнце должно излучать электромагнитные волны — ничем иным объяснить совпадение направлений нельзя — и что источник этих волн лежит в зоне активного пятна. Я знал, что магнетронные установки генерируют сантиметровые радиоволны (то излучение, которое, отражаясь от самолета, позволяет радару его заметить) за счет электронов, движущихся в килогауссовых магнитных полях. Тогда, размышлял я, почему бы зоне активного пятна — с ее огромными запасами энергии и умением испускать потоки частиц, таких как ионы и электроны, — в магнитном поле порядка ста гауссов не порождать метровое излучение?

Когда я написал статью с изложением деталей происшествия, мой начальник Б. Ф. Дж. Шёнланд вспомнил про открытие Янским галактического радиошума, но с этим открытием я прежде не был знаком. Поразительно, но некоторые радиофизики, занятые изучением ионосферы и проблем связи, отнеслись к моим выводам с недоверием. Им было трудно допустить, что такие мощные всплески активности остались незамеченными в прежние десятилетия, когда радиофизика уже вовсю развивалась.

Для относительного новичка в этой области было едва ли не наглостью представлять статью про явление большой мощности, связанное с радио, на Солнце.

У открытия мощного радиоизлучения со стороны Солнца было много общего с открытием Янского, который обнаружил радиошум в космосе. Оба были примерами наблюдений, сделанных с определенной целью, но указывающих на прежде неизвестное явление. В обоих случаях целью было изучить разновидности интерференции, ограничивавшие эффективность какой-нибудь системы.

Работам Хея и похожим результатам, полученным в лабораториях Bell независимо от него, но чуть позже, пришлось ждать публикации до конца войны. Хей предполагает, что в ошибке прежних исследователей, которым не удалось зафиксировать столь явное и заметное излучение Солнца в период появления активных пятен, которое, говорит он, “буквально кричало, чтобы его заметили”, виновата распространенная тогда догма: никто не слеп настолько, чтобы не увидеть очевидного. Один только астроном-любитель подобрался к этой теме вплотную в 1938 году.

HeyJ.S., The Evolution of Radio Astronomy (Elek Science, London, 1973^.

 

Шахматная доска императора

Легенды рассказывают, что некий китайский император спросил у одного мудреца, как вознаградить его за важную услугу. Мудрец назвал свою цену: дай мне обычного риса, а вот сколько? Положи два зерна на первую клетку шахматной доски, четыре на вторую, восемь на третью и так далее. Скромная просьба, подумал император, и с облегчением согласился. Однако он не знал, что такое геометрическая прогрессия — выполняя указания мудреца, весь урожай риса страны следовало уложить на одну-единственную клетку, причем задолго до последней, 64-й.

Тот же простой расчет (очевидный для каждого, кто хорошо знаком с числами), привел, вероятно, к одному из главных технологических достижений XX века и обеспечил Кэри Мюллису, блестящему американскому биологу, Нобелевскую премию (в 1993 г.). Вот как сам ученый вспоминает ослепительный момент, когда ему вдруг все стало ясно, — минуты, которые удается пережить очень немногим.

Пятничным вечером в конце весны 1983 года я ехал с подругой химиком на машине в Мендочино, Калифорния. Она спала. Каждые выходные я отправлялся на север в мой небольшой домик. Три часа за рулем. Мне нравилось водить по ночам: руки заняты, мысли свободны. Той ночью я размышлял о предложенном мною эксперименте по секвенированию.

Мюллис, сотрудник молодой биотехнологической компании Сеtus, долго вынашивал идею, которая должна была заметно облегчить расшифровку нуклеотидной последовательности ДНК. Длинные цепочки ДНК состоят из звеньев-нуклеотидов четырех типов — их обозначают буквами А.С.Т.G. Нуклеотидная последовательность — это тот порядок, в котором эти единицы выстраиваются в цепочку. Две нити знаменитой двойной спирали представляют последовательности, “дополняющие” друг друга: каждое А находится напротив Т в противоположной цепочке (и “привязано” к нему химически), а каждое С — напротив G. Для секвенирования применяют фермент, который копирует ДНК в процессе деления клетки. Чтобы заставить фермент (ДНК-полимеразу) двигаться вдоль цепи, нужен так называемый праймер. Это короткий фрагмент ДНК, специально синтезированный в лаборатории, и комплементарный, соответствующий, начальному участку той ДНК, которую собираются секвенировать. Мюллис рассуждал так: если взять два праймера, по одному на каждую нить двойной спирали (а разные нити, как известно, задают разные направления движения), то фермент будет перемещаться вдоль ДНК одновременно и вперед, и назад. Последовательности обеих нитей будут расшифровываться одновременно. Это будет дополнительной проверкой точности ответа, поскольку если последовательность одной нити известна, то последовательность другой легко воспроизвести (по принципу “дополнительности”). Впрочем, как оказалось, именно такая схема не работает:

Затем Мюллиса озарило: пусть энзим копирует сегмент с двумя праймерами на противоположных концах. Теперь предположим, что цепи свежевыделенной ДНК благополучно разделили (этого легко добиться нагреванием). Если в растворе хватает молекул праймера, фермент будет обрабатывать каждую новую нить. Из двух экземпляров получатся четыре, из четырех — восемь, и так далее. Загвоздка только в том, что при той температуре, при которой нити ДНК разделяются, фермент теряет активность, и каждый раз приходится добавлять новую его порцию. Эту трудность, впрочем, можно преодолеть, если взять фермент термофильной бактерии — из тех, что обитают в горячих источниках и содержат термостойкие белки. Мюллис продолжает:

Идея повторять процедуру раз за разом могла показаться до невозможного скучной. Однако я потратил много времени на написание компьютерных программ и был знаком с понятием рекурсивных циклов — математических процедур, которые снова и снова применяют к результатам последнего вычисления. Опыт подсказывал мне, какая сила скрыта в рекурсивных процессах с экспоненциальным ростом. Процедура репликации ДНК, которую я себе представил, должна была быть именно таким процессом. В восхищении я стал прокручивать у себя в голове степени двойки: 2, 4, 8, 16, 32… С трудом вспомнилось, что два в десятой степени — это что-то около юоо и что, следовательно, два в двадцатой примерно равно миллиону. Я остановил машину у поворота, откуда открывался вид на долину Андерсона. Из ящичка для перчаток я достал карандаш и бумагу. Нужно было проверить мои расчеты. Дженнифер, мой сонный пассажир, яростно возражала против такой задержки и против включенного света, но тут я заявил, что открыл нечто фантастическое. Не впе-чатлившись, она опять заснула. Я убедился, что два в двадцатой больше миллиона, и поехал дальше.

Утром в понедельник Мюллис, переполняемый восторгом, рассказал коллегам из корпорации Сеtus о своем методе, которому уже выдумал название — полимеразная цепная реакция, или ПЦР. Однако они сохраняли упрямое безразличие — разумеется, только до тех пор, пока не было доказано, что метод работает.

Вот, по крайней мере, та версия, которой придерживается Мюллис, но она не очень хорошо согласуется с воспоминаниями остальных. Ошибки, которые Мюллис допускал, работая в лаборатории, равно как и его утомительная склонность все преувеличивать, не слишком располагали к нему коллег. То, что ему тогда не очень доверяли, отчасти объясняет, почему идея ПЦР, впервые изложенная на лабораторном семинаре, встретила такой холодный прием. Но была и еще причина: как отмечал один из тогдашних сослуживцев Мюллиса, самое смешное в истории с ПЦР — то, что метод родился вовсе не из размышлений над какой-нибудь конкретной проблемой. Он оказался полезным для скромных задач, которыми занимался Мюллис, однако потом нашлись и другие применения, и их становилось все больше. Метод превратил Cetus в одну из ведущих биотехнологических компаний Америки и кардинально изменил ситуацию в биологии, биотехнологиях, сельском хозяйстве и фармацевтической промышленности. Теперь каждая биологическая лаборатория располагает специальным автоматическим устройством для “размножения” ДНК методом ПЦР. ПЦР позволяет получить осязаемое количество ДНК из образцов, содержащих всего несколько ее молекул — вроде пятна крови или спермы. Большинство биологов так до сих пор и не может понять, почему эта мысль пришла в голову не им, а Мюллису.

Рассказ про открытие ПЦР, который в основном следует версии Мюллиса, в книге: Bodmer Walter and McKie Robert, The Book of Man: The Quest to Discover our Genetic Heritage (Little, Brown, London, 1994), однако более подробное и непредвзятое изложение следует искать в книге: Rabinow Paul, Making PCR: A Story of Biochemistry (University of Chicago Press, Chicago, 1996).

 

Если умирать, то не от скромности

Немецкий ученый-эрудит Иоганн Генрих Ламберт родился в 1728 году в семье эльзасских бедняков. Интересы Ламберта, который был почти что самоучкой, распространялись на физику, математику и химию. Поселившись в Берлине, он привлек к себе внимание Фридриха Великого, который осыпал его всевозможными милостями. Но Ламберт был ненасытен:

Ламберт был невероятно тщеславен, и о его тщеславии ходит множество анекдотов. Как повествует один из них, Ламберта очень беспокоило, что король слишком уж медлит с его назначением в члены Королевской академии наук. Один из его друзей, некто Ачард, попытался ободрить приятеля: он, Ачард, уверен, что король наверняка назначит Ламберта академиком, и очень скоро.

— Я вовсе не так нетерпелив, как думают, — отвечал Ламберт. — Но это дело не моей, а его репутации.

Дни его правления сильно падут в глазах потомков, если я не стану академиком.

Назначение вскоре состоялось, и король Фридрих Великий спросил у Ламберта на одном из приемов, в какой области науки тот лучше всего разбирается, на что Ламберт застенчиво ответил:

— Во всех из них!

— Так вы еще и превосходный математик? — поинтересовался король.

— Да, Ваше величество.

— Кто же был вашим наставником в науках?

— Я сам, Ваше величество.

— Это значит, что вы — второй Паскаль?

— По меньшей мере, Ваше величество, — отвечал Ламберт.

Едва Ламберт ушел, король немедленно заявил, что, кажется, назначил в академики большого дурака.

Король был все же слишком скоропалителен в своих выводах: достижения Ламберта ничтожными никак не назовешь. Его работы по геометрии занимают достойное место в истории математики, его вклад в астрономию весьма значителен, а важная формула, описывающая поглощение света, носит его имя — закон Ламберта-Бэра.

Цит. по книге: Szabadvary Ferenc, History of Analytical Chemistry (Gordon and Breach London, i960).

 

Маленькие зеленые человечки, которых не было

В 1967 году Джослин Белл, аспирантка Кембриджа, занималась под руководством астронома Эндрю Хьюиша квазарами. Эти весьма активные источники радиоволн и излучений иного рода, открытые в 1963 году, оставались (и в какой-то мере остаются сейчас) загадкой для ученых. Теперь принято считать, что квазары — черные дыры — объекты настолько тяжелые, что они “схлопываются” под влиянием собственного притяжения и, ввиду невероятной плотности своего вещества, не выпускают наружу никакое излучение — как и следует из общей теории относительности. А поскольку они выглядят точечными источниками излучения, то, как и звезды, мерцают из-за искажений, вносимых земной атмосферой, которая отклоняет лучи то в одну сторону, то в другую, пока те не достигнут наконец телескопа.

Хьюиш полагал, что из амплитуды “мерцания” радиоволн можно легко определить размеры наблюдаемого объекта. Чтобы измерять мерцания (то есть перепады интенсивности за доли секунды), он изготовил радиодетекторы и разбросал их по участку площадью в 1,6 гектара. Джослин Белл, которой доверили делать замеры, варьировала временные интервалы и однажды утром, глядя на ленту самописца, с изумлением обнаружила: некий квазар каждые 1,34 секунды посылает один и тот же короткий сигнал. Первая мысль, что пришла ей в голову, — вероятно, запись испорчена наводкой от каких-нибудь приборов; но затем Джослин осознала, что квазар с его странной периодичностью входит в поле зрения телескопа каждые 23 часа 56 минут — это период обращения Земли относительно звезд. Неужели какой-нибудь прибор, изготовленный — людьми, тоже строго следует 24-часовому рабочему циклу? Радиотелескопы никакого излучения не испускают. Что же тогда шлет импульсы из пустоты с невероятно точными интервалами (возможное отклонение не превышало одной десятимиллионной)? Наверняка это послание внеземной цивилизации! Источник, соответственно, назвали LGMi (аббревиатура от Little Green Men — “маленькие зеленые человечки”).

Увы, сей поразительный вывод опровергли уже через несколько дней. Продолжив свои поиски, Джослин Белл открыла еще три источника пульсирующего излучения в разных частях неба. Объяснение этому явлению придумали два других астронома, Томас Голд и Франко Пачини: пульсары, как их теперь называют — это вращающиеся нейтронные звезды (“мертвые” звезды невероятно малого, по космическим меркам, размера, состоящие из нейтронов, стянутых притяжением в сверхплотный комок, итог взрыва медленно остывающей звезды). При диаметре до ю километров они способны вращаться с периодом порядка секунды, “выстреливая” наружу излучением, напоминающим пучок света от маяка. Позже было показано, что вращение пульсара замедляется по мере его старения, и по уменьшению частоты вращения можно рассчитать, когда пульсар появился на свет. Любопытно, что возраст пульсара в одной из туманностей (а именно, Крабовидной) оценили примерно в тысячу лет, а сам взрыв (который называют вспышкой сверхновой) на месте Крабовидной туманности упомянут в записях китайских и японских астрономов за 1054 год.

Открытие первого пульсара обернулось для Энтони Хьюиша Нобелевской премией в 1974 году. Джослин Белл, которой принадлежат исходные наблюдения, премии не досталось. Многие астрономы — и Фред Хойл в том числе — сочли это форменным безобразием, хотя сама великодушная Джослин Белл их возмущения не разделяла.

История открытия пульсаров рассказывается во множестве книг. Хорошее объяснение и краткий ее пересказ можно найти в книге: Leverington David, A History of Astronomy from 1890 to the Present (Springer-Verlag, London, 1995).

 

Блеск грязи

Жизнь Александра Флеминга (1881–1955) обросла множеством легенд, появившихся еще при жизни ученого. Флеминг совершил два важных, но случайных открытия, причем со второго из них началась новая эпоха в медицине.

Большую часть деятельной жизни Флеминг провел в грязноватой лаборатории больницы Святой Марии рядом с лондонским железнодорожным вокзалом Паддингтон. Его начальником был грозный профессор, полковник сэр Элмрот Райт — прототип сэра Колензо Риджона в пьесе Бернарда Шоу “Дилемма врача”. Райт свято верил, что единственное средство от бактериальных инфекций (и от многих других медицинских проблем) — это иммунизация. Напротив, изучение химических воздействий на организм (которые, благодаря работам Пола Эрлиха из Германии, уже спасли многие жизни), не поощрялось. Райт царствовал над отделением прививок. Методы, одобряемые им, были традиционными и даже старомодными. В 1921 году Флеминг сделал свое первое открытие — обнаружил лизоцим, фермент, который растворяет клеточные стенки у некоторых видов бактерий. Спустя много лет В.Д. Элисон, в те времена — молодой сотрудник Флеминга, вспоминал:

С самого начала Флеминг издевался над моей излишней аккуратностью в лабораторных делах. В конце каждого рабочего дня я тщательно очищал свой стол — выбрасывал пробирки и стекла с ненужными бактериальными культурами. Флеминг же сохранял свои культуры <…> по две-три недели. Их скапливалось по сорок — пятьдесят, и в конце концов весь стол оказывался забит чашками Петри. Только потом он их выкидывал, но сначала вглядывался в каждую, проверяя, не стряслось ли там чего необычного. Последующие события показали, насколько был он прав. Будь Флеминг так же аккуратен, как и я, два его великих открытия не состоялись бы. Лизоцим и пенициллин так и не появились бы на свет.

Однажды вечером, собираясь выбрасывать свои культуры, он некоторое время разглядывал одну, потом показал ее мне и произнес: “Любопытно”. Это была одна из тех пластинок, на которые он поместил слизь из собственного носа, когда двумя неделями раньше подхватил простуду. Теперь всю пластинку покрывали золотисто-желтые колонии бактерий и безвредные примеси, обязанные своим происхождением воздуху и пыли из лаборатории — или тому, что могло задуть в окно вместе с воздухом Прэд-стрит. Замечательной особенностью этой пластинки являлось то, что рядом с комком носовой слизи бактерий не было совсем; затем следовала зона, где бактерии сумели вырасти, но сделались прозрачными, стеклянистыми и безжизненными на вид; после этого следовал участок, где имелись вполне разросшиеся, типичные непрозрачные колонии. Очевидно, нечто, содержавшееся в носовой слизи, помешало микробам расти рядом с комком, а за этой зоной убило уже выросшие бактерии.

Следующим шагом Флеминга было проверить действие носовой слизи на микробов, но на этот раз он приготовил желтую мутную взвесь микробов в соляном растворе и добавил туда немного носовой слизи. К нашему удивлению, мутная взвесь меньше чем за две минуты сделалась прозрачной как вода… Эти минуты был восхитительны: с них началось наше многолетнее исследование.

Флеминг, судя по всему, верил (и записал в свой лабораторный журнал), что бактерии взялись из его носа. Это куда менее вероятно, чем версия Элисона. Отсюда и возникла история о том, как капля из носа простуженного исследователя случайно приземлилась на пластинку с агар-агаром, в то время как ученый занимался культурой бактерий. Каким бы ни было происхождение бактерий на пластинке, та была помечена как A.F. (т. е. “принадлежит Флемингу”) coccus (род бактерий) и использовалась в экспериментах с загадочным реагентом-расщепителем. Элисон и Флеминг принялись пробовать и другие жидкости, присущие как животным, так и растениям, и обнаружили, что подобная активность — не редкость; ее демонстрируют и слезы, и яичный белок. Флеминг подозревал, что этот таинственный “фактор” может быть ферментом, но доказывать эту гипотезу не стал. Протеин лизоцим выделили в оксфордской лаборатории Говарда Флори. В клинической практике ему не нашлось применения: лизоцим почти мгновенно расщепляется в организме, да и микробы быстро приобретают к нему устойчивость.

Второе счастливое открытие Флеминга оказалось куда важней. Удивительно, но и оно было сделано благодаря капризу фортуны. Поначалу, однако, ему никто не придал особого значения, даже сам Флеминг. А случилось вот что. В начале 1928 года Флеминг переключился на исследование предполагаемой связи между болезнетворной силой (вирулентностью) некоторых разновидностей стафилококка и цветом колоний, которые те образуют на пластинках с агар-агаром. Вместе со своим аспирантом Д.М. Прайсом Флеминг собирал образцы всевозможных инфекций — карбункулов и фурункулов, абсцессов и кожных нарывов, а также болезней горла — и высеивал их на агар-агаре. Летом Прайса сменил другой аспирант, которому Флеминг доверил всю работу, а сам же отправился на ежегодные семейные торжества в Шотландию. Как обычно, он оставил стопку пластинок с культурами в углу лаборатории.

Вскоре после возвращения Флеминга, в начале сентября, Прайс заглянул в лабораторию спросить, как продвигаются дела. Флеминг, учтивый как никогда, отправился к емкости, где лежали выброшенные пластинки с культурами, погруженные в лизол — дезинфицирующее вещество, которым стерилизуют стеклянные пластинки, прежде чем отмыть их и использовать по второму кругу. Часть пластинок в стопке не была погружена в лизол и оставалась сухой, и именно их Флеминг и решил показать Прайсу. Протягивая очередную пластинку Прайсу, он вдруг заметил нечто, что ускользнуло от его внимания прежде. “Это забавно”, — пробормотал Флеминг, указывая на крохотный нарост плесени, который образовался на агар-агаре: бактериальные колонии вблизи него исчезли. Не была ли плесень еще одним источником лизоцима?

Флеминг показал пластинку нескольким своим коллегам, которые отнеслись к этому с одинаковым безразличием. Однако Флеминг решил пойти дальше. Он подобрал пятнышко плесени стерильным проволочным кольцом и вырастил его отдельно. Образцы культуры, как и прежде, подавляли рост стафилококков, но с некоторыми другими видами бактерий не справлялись. Флеминг отнес плесень к штатному микологу, и тот смог установить ее вид — это был Pénicillium rubrum. Проверке подвергли и многие другие виды плесени, но большая часть никакой антибактериальной активности не проявляла. Воодушевляло то, что исходная плесень оказалась не токсична: Флеминг заставил своего аспиранта съесть немного, и тот доложил, что она абсолютно безвредна, а по вкусу напоминает стильтонский сыр. Животные, которым ввели отфильтрованный экстракт плесени, тоже остались здоровы. Флеминг выдал немного все тому же аспиранту — тот страдал от хронической инфекции в пазухах носа — но результат был неубедительным.

Впоследствии интерес к экстракту плесени, теперь известному как пенициллин, возникал разве что время от времени, пока этой темой в 1938 году не занялся в Оксфорде Говард Флори. Еще раньше его заинтересовал лизоцим, и он пригласил Эрнста Чейна, биохимика-эмигранта, заняться изучением его свойств. Спустя некоторое время Флори и Чейн решили распространить свои исследования на более широкий круг природных бактерицидных соединений, которые, как они предполагали, в общем случае тоже будут белковыми. Им попалась статья Флеминга про пенициллин, опубликованная девятью годами раньше, и они сочли, что его экстракт плесени заслуживает внимания. Оба уверяли, что даже не задумывались о возможном медицинском применении препарата. “Полагаю, мысль о страдающем человечестве тогда едва ли могла прийти мне в голову, — настаивал Флори. — Это было просто занятным научным упражнением”.

Пенициллин, разумеется, оказался вовсе не белком, но Флори и Чейн, к которым присоединился другой способный биохимик, Норман Хитли, быстро продвигались в деле выделения чистого препарата. Первый образец чистого вещества испробовали на мышах, предварительно зараженных стрептококком. Всю субботнюю ночь Флори и Хитли сидели и смотрели, как контрольная группа мышей страдает от болезни, в то время как животные, получившие дозу пенициллина, радостно резвятся в своих клетках. Годы спустя Флори вспоминал: “Должен признаться, что мы были потрясены до глубины души, когда утром обнаружили мертвыми всех мышей, которым не дали лекарства, зато живыми — всех тех, кому ввели пенициллин”. Это, говорит он, казалось чудом. Первым человеком, испытавшим силу пенициллина, стал полицейский из Оксфорда, страдавший тяжелым сепсисом — он быстро пошел на поправку, но, к сожалению, умер, когда закончился небольшой запас лекарства.

В 1940 году авианалеты начали опустошать британские города, все понимали, что вскоре госпитали заполнят множество раненых, и среди них будут и солдаты, и гражданское население. После отступления из Дюнкерка замаячил призрак опасности: если гитлеровские войска вторгнутся на территорию Британии, культуры и экстракты могут достаться немцам. “В те дни, — вспоминает Норман Хитли, — каждый в лаборатории смазывал грибком подкладку своего пальто”, — чтобы восстановить образцы, когда вокруг будет безопасно.

Терапевтические перспективы пенициллина были теперь очевидны, однако необходимость синтезировать и хранить существенные количества материала создавала новые трудности. Чтобы поставить синтез на промышленные рельсы, требовалась помощь американцев, и Флори с Хитли отправились в США — разъезжая по Нью-Йорку с драгоценной плесенью в такси, они искали холодильник, чтобы спрятать образец, прежде чем 32-градусная жара ее убьет. Иначе производство будет просто не с чем запускать.

Прошло еще несколько месяцев, и пенициллин, став относительно общедоступным, совершил настоящую революцию в медицине.

История выделения пенициллина оксфордской группой — общего достижения блестящих химиков и биохимиков — рассказывается часто, однако хотя все трое — Флори, Флеминг и Чейн — и получили Нобелевскую премию одновременно, миф о том, что результат принадлежит одному Флемингу, еще окончательно не развеян. Флеминг, несомненно, талантливый экспериментатор, но он не дотягивает до уровня Флори. Сам Флеминг, похоже, никогда об этом не забывал. Его современник вспоминал:

Флеминг часто говорил мне, что не заслуживает Нобелевской премии, а я вынужден был с пеной у рта доказывать ему обратное. Он ничуть не актерствовал, он действительно так думал, по крайней мере в 1945-1946-м. В то же время он искренне признавался, что получает удовольствие от своей незаслуженной славы, и мне это в нем нравилось. Не знаю, вел ли он себя иначе с другими, но, пожелай он изображать из себя великого ученого при мне или В присутствии других коллег-ученых, он понял бы, что мы не больше впечатлены его заслугами, чем он сам.

Не до конца ясно, при каких обстоятельствах все бремя славы открывателя пенициллина свалилось на плечи Флеминга. Именно его имя, и ничье другое, стало ассоциироваться в массовом сознании с изобретением антибиотиков, что не могло не вызвать обиду у Флори и его коллег. Тут, конечно, приложила руку вторая жена Флеминга Амалия, однако авторитетный биограф Флеминга и Флори Гвин Макфарлейн возлагает вину за это в первую очередь на сэра Элмрота Райта, приписавшего открытие одному Флемингу (и, соответственно, отделению прививок больницы Святой Марии) в экстравагантном письме, направленном в редакцию газеты The Times; второй виновник — уважаемый декан Медицинской школы больницы Святой Марии Чарльз Макморан Вильсон, лорд Моран, стремившийся, чтобы львиная доля почестей досталась именно его учреждению.

Моран, прозванный коллегами Чарли-штопор (он славился своей поразительной изворотливостью), во время Второй мировой войны и после был личным врачом Уинстона Черчилля; особое осуждение он навлек на себя, когда опубликовал интимные подробности болезней Черчилля и тем самым нарушил принцип врачебной тайны. Возвращаясь в 1944 году с Тегеранской конференции, после исторической встречи со Сталиным и Рузвельтом, Черчилль заболел воспалением легких. Военный доктор в Каире, где лечился премьер-министр, настаивал на лечении пенициллином, но Моран, который наверняка пребывал в неведении относительно эффективности нового препарата, эту идею не поддержал; Черчилль принимал суль-фонамид и выздоровел. Однако позже пустили слух, который лукавый Моран опровергать не стал, что именно пенициллин чудесным образом спас Черчиллю жизнь. Несмотря на все усилия Морана, Нобелевский комитет все-таки вспомнил про заслуги Флори и Чейна.

Успех пенициллина подвиг ученых на поиски новых антибиотиков. Сейчас их открыто уже несколько тысяч, однако по большей части токсичных и вызывающих побочные эффекты. Поэтому, хоть они и приносят пользу исследователям, применения в клинической практике пока не находят.

К числу самых мощных антибиотиков относят цефалоспорины, открытые еще в 1945 году Джузеппе Бротцу, который тогда возглавлял кафедру бактериологии в университете Кальяри на острове Сардиния. Бротцу заметил, что море вокруг города, несмотря на сброс сточных вод, по необъяснимой причине не содержит болезнетворных бактерий. Бротцу уже читал про пенициллин и задался вопросом, не может ли какой-нибудь микроорганизм в этих сточных водах производить свой антибиотик. Бесстрашный профессор сам лично спустился к сточной трубе и взял пробы воды. Посев позволил обнаружить плесень, Cephalosporium acremonium, которая действительно выделяла вещество, действенное против некоторых видов патогенов. При испытании на пациентах со стафилококком оно показало умеренную эффективность.

Пробудить к нему интерес фармакологической промышленности Бротцу не удалось. Все ограничилось публикацией научных результатов в сардинском журнале. Этой публикацией Бротцу, разумеется, не смог оповестить весь мир о своем открытии. Но у него хватило ума послать копию статьи в британское представительство — доктору, который работал в Кальяри. В итоге статья добралась до Медицинского исследовательского совета в Лондоне, и вскоре Эдвард Абрахам и Гай Ньютон из Института Флори в Оксфорде принялись за обзор, посвященный плесени рода Cephalosporium. В результате из плесени того же рода, но другого, чем у Бротцу, вида выделили цефалоспорин-С, один из самых полезных антибиотиков: он годится для борьбы с целым рядом патогенов, в том числе и со стафилококком, выработавшим устойчивость к пенициллину.

Полное описание жизни и заслуг Александра Флеминга, на котором основано все вышеизложенное, дано в превосходной биографии: Macfarlane Gwyn, Alexander Fleming: The Man and the Myth (Chatto and Win dus, London, 1984); также см. его же образцовую биографию Говарда Флори. Об открытии других антибиотиков можно прочесть в увлекательной книге: Dixon Bernard, Power Unseen: How Microbes Rule the World (Oxford University Press, Oxford, 1994).

 

Уловка Хевеси

Когда после прихода Гитлера к власти в 1933 году вступили в силу расовые законы, физик и нобелевский лауреат Джеймс Франк (1882–1964) решил немедленно покинуть Германию, хотя его, как ветерана Первой мировой войны, эти законы в то время и не касались. Опасаясь, что его золотую нобелевскую медаль конфискуют, он передал ее своему копенгагенскому другу Нильсу Бору. Макс фон Лауэ (1879–1960), самый честный и смелый из немецких физиков, который остался в Берлине и все время, пока нацисты были у власти, преподавал запрещенную теорию относительности (причем Лауэ с удовольствием рассказывал Эйнштейну, как убеждал своих студентов, что оригинальные статьи были написаны на древнееврейском), испытывал те же опасения. Так Бор стал обладателем трех золотых медалей — Франка, Лауэ и своей собственной. Размышляя, что ему с ними делать, он решил посоветоваться с коллегой, Георгом фон Хевеси (венгерским физиком, первым применившим радиоактивные изотопы в биологии и медицине). Безнадежная ситуация, сошлись они во мнении, требует отчаянных мер. Вот, со слов Хевеси, что они решили:

Я обнаружил, что Бора тревожит медаль Макса фон Лауэ, которую тот отправил на хранение в Копенгаген. В гитлеровской империи такой поступок — вывезти золото из страны — тянул чуть ли не на расстрел. Имя Лауэ было выгравировано на медали, и если бы это обнаружили при вторжении, последствия для него были бы самыми плачевными. Я предложил закопать медаль, но Бору эта идея не понравилась, поскольку медаль могли с тем же успехом выкопать. Тогда я решил ее растворить. Когда оккупанты маршировали по улицам Копенгагена, я был занят тем, что растворял нобелевские медали Лауэ и Франка.

Так медали препоручили царской водке (смеси азотной и соляной кислот, которая растворяет золото, превращая его в нитрат). Уверенный, что Германия рано или поздно проиграет войну, и он сможет вернуться в любимый институт в любимом городе, Бор оставил банку с растворенными медалями на полке у себя в лаборатории. Вскоре Бор на рыбацкой лодке отправился в Швецию, а оттуда тайком вылетел в Англию.

Когда он в 1945 году вернулся в Копенгаген, банка, не замеченная захватчиками, оказалась на месте. Бор восстановил золото, а Нобелевский комитет согласился отлить из него заново две памятные медали.

Ученые, бежавшие из Германии в то время, выдумали множество других гениальных уловок, чтобы спасти хотя бы часть своего имущества в обход закона, запрещающего вывоз денег и ценностей из страны. Химик Германн Марк, к примеру, потратил все сбережения на платиновую проволоку, которую превратил в вешалки для одежды, и те счастливо избегли внимания подозрительных таможенников.

Hevesy Georg von, Adventures in Radioisotope Research, Vol. i (Pergamon, New York, 1962).

 

Кристальная ясность

Корпускулярно-волновой дуализм был, наверное, самым удивительным итогом понятийной революции, которая сотрясала физику первые три десятилетия XX века. Что фотоны — порции, или кванты, света — ведут себя в некоторых случаях как частицы, а во всех остальных — как волны, уже было известно, когда герцог Луи де Бройль высказал гипотезу, что это верно и в отношении остальных частиц — таких как электроны. Во время Первой мировой войны, сидя прямо под шпилем Эйфелевой башни в качестве метеоролога-наблюдателя, де Бройль имел достаточно времени, чтобы вывести уравнение, связывающее импульс частицы с длиной ее волны. Этому он посвятил свою докторскую диссертацию, которую направил в Парижский университет в 1924 году и которой обязан Нобелевской премией, присужденной ему пять лет спустя.

Критерием того, что мы имеем дело с волной, считается интерференция: если встречаются две волны, их общая интенсивность усиливается, когда максимумы накладываются друг на друга; и наоборот, они взаимно уничтожаются, если максимум одной совпадает с минимумом другой. Волны, отраженные от регулярной решетки, образованной объектами, которые разделяет дистанция порядка длины волны, образуют таю называемую дифракционную картину. На этом основана рентгеновская кристаллография, которая, исходя из дифракционной картины рентгеновских лучей, рассеянных на регулярной решетке атомов в кристалле, позволяет восстановить точное положение этих атомов в трехмерном пространстве. Волновую природу электронов доказал, более или менее случайно, Дж. П. Томсон (сын знаменитого “Джи-Джи”). Помимо Томсона, то же самое решили проделать — благодаря счастливому озарению — Клинтон Дэвиссон и Лестер Джермер, сотрудники нью-йоркской компании Western Electric.

Western Electric (позже компания Bell) погрязла в долгой и недешевой тяжбе с General Electric по поводу патента на вакуумную лампу. Western Electric приобрела патент у изобретателя Ли де Фореста, — предполагалось, что лампа пригодится для улучшения качества телефонной связи на больших расстояниях. Вопрос состоял в том, отличается ли существенным образом лампа Ли де Фореста от конструкции Ирвинга Ленгмюра, правами на которую владела General Electric, наша лампа, заявляли тамошние специалисты, настоящая вакуумная лампа, тогда как для работы лампы де Фореста требуется присутствие небольшого количества воздуха внутри. Дэвиссону поручили изучить, в соответствии с патентом, излучение электронов с горячей металлической мишени внутри вакуумной лампы при попадании туда пучка положительно заряженных частиц; однако прежде чем этим заняться, он наткнулся на новое явление. Если внести небольшие изменения, понял он, лампу можно использовать для бомбардировки мишени электронами, что, как было известно, вызывает испускание вторичных электронов со значительно меньшей энергией. И Дэвиссон обнаружил, что когда трубка работает в таком режиме, удается зарегистрировать также небольшое количество высокоэнергетических электронов, летящих от мишени назад. Это, осознал он, небольшая часть исходных электронов, отраженных мишенью.

При этом Дэвиссон помнил про эксперименты Резерфорда с альфа-частицами, которым физики обязаны столь удивительными знаниями об устройстве атома: когда альфа-частицами обстреливали тонкую металлическую фольгу, большая часть этих частиц проходила насквозь, а те немногие, которые врезались в ядра, отражались в точности обратно. Дэвиссона заинтересовало, несут ли отраженные электроны новую информацию о внутренних энергетических уровнях атомов мишени, и он убедил своих работодателей позволить ему изучить этот вопрос. Исследовать он собирался отражение электронов разными металлами.

Откровение явилось в 1925 году. Дэвиссон с ассистентом Джермером занимались своими экспериментами по электронной бомбардировке, и тут в лаборатории неожиданно взорвался сосуд с жидким воздухом. Взрыв разнес все вокруг, включая и их вакуумную лампу. Покрытие горячей мишени, сделанное из кристаллического никеля, оказалось на воздухе и вскоре покрылось пленкой оксида никеля. Дэвиссон и Джермер восстановили свою лампу, не меняя мишени, которую они, правда, прокалили в вакууме, чтобы избавиться от оксидного слоя, и снова приступили к своим опытам. Однако, когда они взялись анализировать распределение отраженных электронов в пространстве, результат был совершенно иным и довольно неожиданным: интенсивность потока отраженных электронов имела ярко выраженные максимумы под строго определенными углами относительно мишени. Озадаченные исследователи сломали трубку и принялись изучать ее поверхность. Прокаливание, как оказалось, превратило микроскопические кристаллы никеля в большие кристаллические пластинки. Электроны, отраженные кристаллической решеткой никеля, интерферировали, как положено волнам. Чтобы окончательно понять, что означают полученные результаты, Дэвиссону пришлось съездить на ежегодное собрание Британской ассоциации развития науки. Перед конференцией Дэвиссон уехал с женой в отпуск, и потому слегка опоздал к началу заседаний. Как же он был изумлен, услышав от одного из докладчиков, Макса Борна, рассказ про свои опыты с пластиной, которые тот приводил как доказательство существования электронных волн. Плывя на корабле домой, Дэвиссон размышлял о новой теории — волновой механике. Вернувшись в лабораторию, он и Джермер приступили к поискам пиков интенсивности там, где их предсказывала теория, и, наконец, после долгой работы, нашли их.

Дж. П. Томсон пришел к тем же результатам независимо и другим путем. В 1927 году он был профессором физики Абердинского университета. Вместе с коллегой он поставил эксперимент по бомбардировке тонкой металлической фольги, закрепленной в вакуумной трубке, электронным пучком. Неожиданно он обнаружил, что распределение интенсивностей у потока электронов, прошедших сквозь фольгу, представляет собой серию колец — в чем было сложно не распознать картину интерференции. Нобелевскую премию по физике 1937 года Томсон и Дэвиссон разделили поровну.

Davisson С. and Germer LH., Physical Review, 30, 705 (1927) и описание их работы: History of Physics, ed. Weart Spencer R. and Phillips Melba (American Institute of Physics, New York, 1985).

 

Небольшой коричневый пес

Во времена правления королевы Виктории в Британии возникло мощное движение против вивисекции, причем его представители обладали серьезным влиянием в обеих палатах парламента. К физиологам, таким как Клод Бернар и Шарль Рише во Франции, а также Мишель Фостер и Бурдон Сандерсон в Англии, любители животных испытывали острую ненависть. Не вызывало сомнений, что на живых животных ставили множество жестоких и зачастую ненужных опытов — особенно во Франции, где никакие законы этому не препятствовали. Величайший физиолог Клод Бернар сделался объектом жестоких нападок (даже со стороны членов собственной семьи), равно как и его учитель Франсуа Магенди (которому доставалось еще больше). Антививисекторы проникали на лекции Магенди, где тот показывал демонстрационные опыты, а затем описывали увиденные там ужасы, не жалея при этом красок и эпитетов. Член парламента Генри Лабушер вспоминает какофонию криков подопытных животных, которая ранила его слух в коридорах Медицинской школы в Париже, и реплику вахтера, который на его замечание отвечал: “А чего вы хотите? Наука…” Люди часто слышали, как Магенди кричал страдающей собаке, распластанной перед ним на столе: “Заткнись, несчастная тварь!”

В Великобритании Министерство внутренних дел издало специальный закон об использовании животных в научных целях. Кампания против вивисекции в парламенте и за его стенами была хорошо организована и профинансирована. Ее апогеем стало “дело о коричневой собаке” 1907 года. Эту историю затеяли две юные леди из Швеции, слушательницы Лондонской медицинской школы для женщин. Ранее они уже были потрясены опытами над животными, которые видели во Франции, а теперь с ужасом смотрели на то, что им показывали на лекциях по физиологии в Университетском колледже. Девушки уже через год забросили учебу, однако все это время они вели дневник, куда педантично записывали свои наблюдения. В апреле 1903 года они показали его Стивену Кольриджу, адвокату и уполномоченному Национального общества против вивисекции.

Внимание Кольриджа особо привлек один случай. Перед тем как животное принесли в анатомический театр, девушки успели рассмотреть его вблизи и обнаружили полузалеченные шрамы от операций, один из которых, на брюхе, был просто-напросто стянут зажимом. Акт о жестокости при обращении с животными запрещал использовать их более чем в одном эксперименте (хотя эксперимент мог включать две операции), а тут имелась коричневая собака, одетая в плотный намордник и привязанная к столу, которой Бейлис вскрыл шею, чтобы продемонстрировать слюнные железы. Животное, по свидетельству девушек, испытывало страдания, “жестокие и бессмысленные” Бейлис полчаса подряд пытался измерить давление слюны, и все это время собака пребывала в полном сознании. Более того, запаха обезболивающего не ощущалось.

Кольридж рассказал о сих вопиющих случаях, немного их приукрасив, при большом стечении негодующей публики. О его выступлении поведали газеты, и в палате общин прозвучали неизбежные вопросы. Бейлис, выставленный преступником, обратился к адвокату, который потребовал, чтобы Кольридж взял свои слова назад и принес извинения. Когда же Кольридж отказался, ему прислали повестку в суд. Процесс в мировом суде начался и ноября 1903 года. Галерея для публики была забита битком.

Первым из свидетелей выступал Эрнест Старлинг, профессор физиологии в Университетском колледже (заработавший известность совместной с Бейлисом работой по физиологии сердечной деятельности). Он показал, что действительно использовал в опытах коричневую собаку (по его словам, маленькую, а по словам Кольриджа — большую), на которой изучал расстройства поджелудочной железы (в числе которых и диабет). Он вскрыл ей брюхо и перевязал поджелудочный проток. Два месяца спустя, в день показательного опыта Бейлиса, он осмотрел внутренние органы, чтобы узнать о последствиях первой операции. Убедившись, что все идет как задумано, Старлинг передал анестезированное животное Бейлису для его демонстрационных опытов по изучению секреции.

Старлинг нарушил Акт о жестокости с животными, однако заявил в свою защиту, что поступил так только затем, чтобы не жертвовать жизнью еще одной собаки. Как уверял Бейлис — и это смогли подтвердить несколько студентов, присутствовавших на той лекции, — собака не мучалась, ее просто иногда сотрясали судороги. Будь иначе, Бейлис просто не смог бы сделать надрез. Собаке бережно вводили обезболивающее: сначала это был укол морфина, потом — стандартная смесь хлороформа, спирта и эфира, которая поступала в организм через трубку, протянутую под столом и уходящую в глубь собачьей трахеи. Очевидно, спрятанную конструкцию девушки-обвинительницы не разглядели. Опыт, имевший целью показать, что давление слюны не зависит от кровяного давления, провалился: у Бейлиса не получалось стимулировать электрическим током нерв, управляющий слюнными железами, и после получаса безуспешных попыток он сдался. Затем лаборант отнес собаку студенту по имени Генри Дейл, который извлек поджелудочную железу для последующего вскрытия, а саму собаку убил ударом ножа в сердце.

Адвокатом Бейлиса был Руфус Исаакс (впоследствии маркиз Редингский и вице-король Индии), который проделал изрядное количество дыр в версии защиты. Судья был подчеркнуто беспристрастен, но присяжным не составило труда разобраться, кто прав, кто виноват. Кольриджа обязали выплатить Бейлису 2000 фунтов стерлингов компенсации и еще 3000 на судебные издержки. 5000 фунтов 1903 года — это примерно 250 тысяч фунтов сейчас, но сторонники Кольриджа и его движения без труда собрали эту сумму. Бейлис продемонстрировал отменное чувство юмора, когда пожертвовал деньги колледжу на научные исследования. Возникший таким образом фонд существует и поныне, а средства его время от времени тратятся на покупку подопытных животных.

Не смирившись с проигрышем в суде, группа противников вивисекции во главе с Луизой аф-Хагеби — одной из тех шведок, с которых все и началось, — решила воздвигнуть памятник коричневой собаке, который символизировал бы их борьбу против жестокости в обращении с животными. Известному скульптору поручили изваять собаку в бронзе, воздвигнуть фонтан и заодно поставить рядом гранитную поилку для лошадей. Вначале затею дважды запрещали, но наконец отыскались податливые чиновники: лондонский Баттерси был в те времена районом пролетариев и социалистов, а среди его обитателей встречались политические активисты, симпатизировавшие движению против вивисекции. Даже в местной больнице старались избегать опытов над животными, и за ней закрепилось неофициальное название “Антививи” Фонтан в итоге установили в парке Баттерси. У его основания красовалась надпись:

В память о коричневом терьере, убитом в лабораториях Университетского колледжа в феврале 1903 года после двух месяцев страданий, когда он переходил из рук одного вивисектора в руки другого, пока смерть не принесла ему освобождения. Также в память о других 232 собаках (цифра завышена), замученных вивисекторами в том же месте в 1902 году. Мужи и жены Англии, доколе это будет продолжаться?

Статуя появилась 15 сентября 1906 года и сразу же вызвала ожесточенные споры. Однажды ночью на бронзовую собаку дерзко напала группа студентов. Злоумышленников поймала полиция, те предстали перед судом и, признав себя виновными в злонамеренном вандализме, были оштрафованы. Митинги протеста, шествия, беспорядки и аресты по всему Лондону продолжались еще два года. Бесконечная борьба утомила муниципальный совет Баттерси. Когда надежды на компромисс рухнули, причину волнений предложили просто убрать — и одной мартовской ночью 1910 года статуя тихо исчезла.

Вся история целиком рассказывается в книге: Mason Peter, The Brown Dog Affair (Two Sevens Publishing London, 199 j).

 

Ошибка мастера

Эрвина Шрёдингера (1887–1961) называли гением еще в первые годы его студенчества в Вене. Он — в ряду тех немногих физиков-теоретиков, которые в начале XX века свершили настоящую революцию в восприятии материи и Вселенной. Главное достижение Шрёдингера — волновая механика.

В 1927 году Планк освободил свое профессорское кресло в Берлинском университете, и Шрёдингер сменил его на этом месте. Тогда Берлинский университет был Меккой для физиков-теоретиков всего мира. Там Шрёдингер сдружится с Альбертом Эйнштейном. Эта дружба продлилась на десятилетия, хотя и с перерывами из-за бурных размолвок, и прервалась только за несколько лет до смерти Эйнштейна в 1955-м.

Однако не все в Шрёдингере было достойно восхищения. Физику, который доказал свое бесстрашие подвигами в ходе сражений австрийской армии в Великой войне, порой не хватало смелости и щепетильности в личной жизни.

В 1933 году, потрясенный бесчинствами нацистов, он (при посредничестве Фредерика Линдеманна) подыскал себе место в Оксфорде. Линдеманн многое сделал для создания Совета академической помощи, который помогал устроиться еврейским ученым, оставшимся в Германии без работы, однако однажды инициатива Шрёдингера, который евреем не был, его удивила. Он требовал отдать место своего ассистента Артуру Марчу, в то время профессору в Инсбруке. Все это сумели устроить, обеспечив заодно Шрёдингеру позицию в Магдален-колледже.

Однако вскоре обнаружилась истинная причина происходящего — оказывается, Шрёдингер воспылал страстью к жене Марча. Когда Линдеманн, довольно чопорный холостяк, прослышал об этом, то был крайне возмущен: выходит, Шрёдингеру нужен был не ассистент, а его жена! “Нам следует избавиться от этого хама”, — решительно заявил он коллегам. К всеобщему негодованию, Шрёдингер без сожалений оставил Оксфорд и его чопорных обитателей и уехал в свою родную Австрию, в Университет Граца. Вскоре последовал аншлюс — Австрию присоединили к Германии — и Шрёдингер, чьи политические взгляды ни для кого не были секретом, сделался персоной нон грата. И вот тут он и совершил самый постыдный поступок в своей жизни: написал открытое письмо руководству университета, в котором унизительно каялся во всех прежних ошибках, уверял, что воссоединение любимой страны с Германией вызывает в нем чувство восторга, и признавался в сладостном желании доверить свою жизнь фюреру. Письмо было напечатано во всех газетах.

Легко представить, как среагировали на него друзья Шрёдингера, например, Эйнштейн. Однако пользы Шрёдингеру оно не принесло (письму, очевидно, недоставало искренности): его лишили профессорского места и изгнали из университета.

Шрёдингер оказался в нелегком положении. И тут помощь пришла с неожиданной стороны. Имон де Валера, премьер-министр обретшей независимость Ирландии, вспомнив о своем юношеском увлечении математикой, теперь планировал основать в Дублине Институт фундаментальных исследований, а возглавить этот институт пригласил Шрёдингера, к тому времени уже лауреата Нобелевской премии. Он принял предложение и в 1939 году занял этот пост. И сам физик, и его семья были счастливы перебраться в Ирландию — кстати, там жизнелюб Шрёдингер имел не одну любовную интрижку и несколько лет прожил втроем с женой и со своей ирландской возлюбленной, которая даже родила ему ребенка. В те годы он опубликовал немного физических работ, зато именно в Дублине написал книгу “Что такое жизнь”, заставившую многих физиков сменить род занятий. И именно в Дублине он снова рассорился с Эйнштейном, с которым было помирился незадолго до того.

Шрёдингера, как и Эйнштейна, долго не оставляла идея единой теории поля — расширенной теории относительности, которая описывала бы и гравитационные, и электромагнитные взаимодействия — поскольку он испытывал почти мистическую веру в целостность природы. Шрёдингер вступил в оживленную переписку с Эйнштейном и, сообщив тому про один математический трюк, которым особо гордился, был рад прочесть в ответном послании про себя, что он “лукавый негодяй”.

Но тут Шрёдингер превзошел самого себя. Опьяненный собственными достижениями, он, уже мечтая о второй Нобелевской премии, в 1947 году представил статью со своими последними размышлениями на собрании Ирландской королевской академии. В зале присутствовал даже сам Валера.

Модель Шрёдингера основывалась на сформулированной им новой геометрии, примененной к релятивистскому пространству-времени; но в действительности все это оказалось весьма скромным уточнением теории, которую разрабатывали Эйнштейн и Артур Эддингтон и которая в итоге была признана Эйнштейном ошибочной. Ошибка Шрёдингера получила широкую огласку. Газета Irish Press сообщала, что “двадцать человек видели и слышали, как история делается у них на глазах: переворот в физике случился в лекционном зале Ирландской королевской академии, где вчера выступил доктор Эрвин Шрёдингер… Шрёдингер, — говорилось в статье, — растворился в снежном облаке на дороге, оседлав свой старенький велосипед прежде, чем ему успели задать уточняющие вопросы”, однако корреспондент смог встретиться с ним в его пригородном доме вблизи Дублина, и там узнал, что теория — невероятное обобщение, включающее теорию относительности Эйнштейна всего лишь как частный случай. Когда его спросили, уверен ли он в своих выводах, Шрёдингер отвечал: "Я убежден, что прав. Если же я ошибся, то буду выглядеть круглым дураком”. К сожалению, так в итоге и вышло.

Новости о случившемся вскоре добрались до Соединенных Штатов, a New York Times разослал копии статьи с просьбой прокомментировать ее Эйнштейну и другим ведущим ученым. Эйнштейн высказался сдержанно, но, по сути, его рецензия была разгромной.

Радио и газеты распространили ее по всему миру — вместе с замечанием Шрёдингера, кем он окажется, если будет неправ. Еще до того, как он познакомился с разгромным отзывом Эйнштейна на его статью, Шрёдингер отправил ему письмо с извинениями, где говорилось, что он вынужден раздувать значение своих исследований, чтобы улучшить положение (и в особенности, зарплату) в институте. Эйнштейн ответил ему резко, еще раз объяснив, почему он считает, что в его, Шрёдинге-ровой, теории нет ничего нового, и на этом переписка двух физиков прекратилась.

Еще сильней возмутил Эйнштейна отказ Шрёдингера от места в Дублине — это было явной с его стороны неблагодарностью. Шрёдингер вернулся на родину, в Австрию и возглавил кафедру физики в Венском университете. В Вене он и умер, осыпанный всеми почестями, какие только в его стране (и в Германии) были вообще возможны. Среди его бумаг биограф обнаружил папку, озаглавленную Die Einstein Schweinerei — последнее слово непереводимо, но означает что-то вроде грязного, позорного дела.

История и цитаты — из превосходной биографии Moore Walter, Schrödinger: Life and Thought (Cambridge University Press, Cambridge, 1989;.

 

Огненные шары Бюффона

Граф Жорж-Луи Леклерк де Бюффон (1707–1788) был невероятно талантливым человеком. Практически все, что он сделал для анатомии и классификации видов животных, остается актуальным и поныне, однако его интересы распространялись и на другие науки, а его 44-томная “Естественная история” долгое время оставалась непревзойденным памятником научной мысли.

Бюффон был богат, а потому имел возможность потакать своим прихотям. Его интеллектуальная смелость и самоуверенность часто заставляли его вступать в ненужные споры, например, с Томасом Джефферсоном и другими американскими учеными: Бюффон был убежден, что в Северной и Южной Америке эволюция происходит медленнее.

Бюффон полагал, что американский климат, сырой и нездоровый, мешал появлению новых видов и истреблял уже существующие. Чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить распространенные сейчас в Европе и Америке виды растений и животных (в число последних следовало включить и людей). Эти его взгляды поддерживали и другие ученые Франции — в особенности аббат Рейналь и Корнель де По. Последний писал, что Америка, ни много ни мало, залита “гнилостными и смертоносными водами”, над которыми вьется “туман из ядовитых солей” Насекомые и агрессивные рептилии огромны и омерзительны. Сифилис — американская болезнь, которая поражает и животных, и человека. Чтобы им заразиться, достаточно только вдохнуть тлетворный американский воздух. Джефферсон решился дать отпор всем этим галльским измышлениям и вступил в спор с Бюффоном, самым респектабельным из клеветников. Он собрал кожу и кости американского лося, рог и скелет оленя, рога карибу (представленные животные живут на американском континенте) — и отправил все это Бюффону в Париж. Джефферсон также составил сравнительное описание климата Виргинии и парижского климата, и сравнение было не в пользу Парижа. После встречи Джефферсон и Бюффон подружились, и Бюффон наконец заметил в одном из писем, что, вероятно, не во всем был прав. Джефферсон этим не удовлетворился и продолжал опровергать домыслы Бюффона до самой смерти.

Джефферсон вспоминал об одном эпизоде за обедом в Париже, который несколько лет спустя устроил Бенджамин Франклин для нескольких французов и множества оказавшихся там американцев. Приглашен был и аббат Рейналь, который начал, как обычно, проповедовать свою теорию неполноценности всего американского, в том числе и людей, и “был, как обычно, весьма красноречив”:

Тогда Франклин обратил внимание на то, какого роста гости и как они рассажены. “Святой отец, — сказал он, — давайте обратимся к факту. Мы тут наполовину американцы, наполовину французы, и так вышло, что американцы уселись с одной стороны стола, а наши французские друзья — с другой. Так пусть и те и другие встанут, а мы увидим, где природа склонна к вырождению” Так вышло, что его гостями из Америки были Кармайкл, Хармер, Хамфрис и другие — все отменного телосложения и в отличной форме. Те же, кто сидел с противоположной стороны, были все как на подбор низкорослыми, а сам святой отец выглядел буквально креветкой. Он парировал это доказательство, заявив, что исключения встречаются, и сам доктор Франклин среди таких исключений выглядит подозрительно.

На мировоззрение и образ мыслей Бюффона серьезно повлияли труды сэра Исаака Ньютона, которые он читал в оригинале на английском (но некоторые — на латыни). Многие годы Бюффона занимал вопрос о возрасте Земли. Подсчеты епископа Ушера (основанные на списке библейских патриархов — выходило, что планета возникла в 4004 году до нашей эры) он считал абсурдными. Согласно его теории, планеты были выброшены из недр Солнца после его столкновений с кометами: сгустки расплавленного вещества в пустоте сливались друг с другом, остывали и затвердевали. Теория делала содержательное предсказание: Землю, которая возникла из расплавленного сгустка, вращение вокруг оси должно было сделать сплюснутой. Открытие, что так все и обстоит, убедило Бюф-фона — он на верном пути.

Бюффон знал, с какой скоростью остывает раскаленный добела железный шар, и вычислил, что шару размером с Землю, чтобы остыть до нынешней температуры, потребуется как минимум 50 тысяч лет. Такой вывод, будучи недостаточно смелым, не удовлетворил его окончательно: имелись все основания полагать, что Земля остыла до своей нынешней температуры давным-давно.

Публикация итогов его размышлений вызвала у церковников бурю гнева: ведь такой сценарий противоречил не только епископу Ушеру, но и самой Книге Бытия! Бюффон был осужден клерикалами, хотя и с довольно мягкой формулировкой — Церковь к тому времени уже усвоила урок, преподанный ей Галилеем, — и был приглашен ответить на обвинения теологического факультета Сорбонны. К счастью, первый том “Естественной истории”, где излагались его доводы, не сожгли. Сошлись на том, что Бюффон откажется от своих выводов во втором томе, который только готовился к выходу. “Лучше быть смирным, чем повешенным”, — объяснял он впоследствии.

Работы Бюффона по вычислению возраста планеты приостановились на несколько лет. Время от времени, когда становилось известно о каком-нибудь новом открытии (например, о расчете, основанном на скорости, с которой отступает океан: в выводах содержалось удивительное утверждение, что Земле два миллиарда лет), он пытался к ним вернуться. Однажды ученым пришло в голову, что Земля нагревается изнутри: некий французский естествоиспытатель заявил, что на дне глубокой шахты теплее, чем на поверхности, а энергии солнечных лучей недостаточно, чтобы объяснить, почему летом так тепло. Тогда, вероятно, планета все еще охлаждается? Раз так, то оценить ее возраст снова представилось возможным.

Теперь Бюффон решил точно измерить скорость остывания железных шаров, а затем экстраполировать результат на размеры Земли. Первым делом он проверил гипотезу Ньютона, что скорость остывания железного шара прямо пропорциональна его диаметру. Для этого Бюффон измерил, сколько времени пройдет, прежде чем к шару, раскаленному изначально добела, можно будет притронуться рукой, и сколько еще времени у шара уйдет на охлаждение до комнатной температуры. Чтобы осуществить замеры, он нанял множество юных девушек, чья тонкая кожа была предельно чувствительна к разнице температур. После железа он перепробовал еще ряд материалов: сначала другие металлы, потом глину, мрамор, стекло и известняк — все они остывали быстрее металлов. Тогда он сделал поправку на то тепло, которое планета получала от Солнца, пока остывала. В конце концов он пришел к окончательному выводу: Земле 74 832 года. Из сопоставления температур в разные времена он вывел, когда могла зародиться жизнь и когда появились животные и, наконец, люди. Бюффон опубликовал свои результаты в книге, публика приняла её с большим интересом. Теологи снова возражали, но Бюффону, которому уже перевалило за 70, теперь было все равно. Он принес формальные извинения, однако публиковать опровержение упорно отказывался.

Однако очередное открытие заставило Бюффона разочароваться в своих оценках. Из анализа ископаемых следовало, что возраст планеты куда больше и составляет, возможно, миллионы лет. Никаких новых выводов он с тех пор не публиковал, но продолжал размышлять на эту тему до самой смерти. Страдая от почечных камней и испытывая постоянную боль, он тем не менее отказался от хирургического вмешательства. За его похоронным кортежем шли тысячи парижан, решивших отдать последние почести величайшему ученому Франции.

А споры о возрасте Земли то затухали, то разгорались в течение еще двух сотен лет, пока, наконец, открытие радиоактивности не устранило все противоречия.

Жизнеописание Бюффона можно найти в книге: Roger Jacques, Buffon: A Life in Natural History (Cornell University Press, Ithaca, NY, 1997); его исследования о возрасте Земли описаны в захватывающей работе: Martin Gorst, Aeons: The Search for the Beginning of Time (Fourth Estate, London, 2001), на которой большей частью и основывается этот рассказ. Про дискуссию Бюффона и Джефферсона см.: Martin Edward T., Thomas Jefferson: Scientist (Collier, New York, 1961).

 

Лагерная наука и радиоактивная зубная паста

Во время Первой мировой войны Джеймс Чедвик (1891–1974), которому предстояло получить Нобелевскую премию за открытие нейтрона, попал в плен. От скуки и отчаяния его спасали эксперименты в импровизированной лаборатории.

Чедвик родился в рабочей семье на севере Англии и все детство страдал от избыточной застенчивости. Однако школьный учитель сумел разглядеть его таланты, и юноше предоставили возможность поступить в Университет Манчестера. Там его заметил Эрнест Резерфорд, недавно назначенный профессором физики. Впоследствии, когда Резерфорд перебрался в Кембридж, Чедвик последовал за ним.

Одним из самых сообразительных ассистентов Резерфорда был Ганс Гейгер (именем которого назван счетчик Гейгера, используемый до сих пор детектор радиации). Когда Гейгер вернулся к себе на родину, в Германию, Чедвик договорился, что проживет у него в Берлине год. Этим годом был 1914-й. Неосмотрительные рекомендации туристического агентства, местного отделения конторы Кука, привели к тому, что Чедвику пришлось пять лет терпеть лишения во временном лагере для интернированных, который устроили на ипподроме Рулебен под Берлином. Со временем группа заключенных организовала научный кружок и, устав от чтения лекций друг другу, попросила у лагерного начальства, чтобы им отвели место под лабораторию. Осенью 1915-го пленным разрешили занять часть чердака конюшни. Температура на чердаке опускалась до — ю °С зимой, а в середине лета поднималась до 37˚С, но заключенные не сдавались. Лампы, наполненные животным жиром, давали им свет и немного тепла.

Реактивов было мало, а ядовитые вещества и вовсе попали под запрет. Однако Чедвик все же отыскал источник радиации: реклама зубной пасты, популярной в Германии в те времена, ставила радиоактивность ей в плюс. Пастой торговала компания Auer, а “активным компонентом” был предположительно побочный продукт от производства калильных сеток для газовых ламп, которыми компания славилась. Рекламные плакаты изображали девушку с сияющими зубами. Какими болезнями грозило употребление радиоактивной пасты, не сообщалось: в первые десятилетия после открытия радиоактивности все были уверены, что та только улучшает здоровье. В США тогда даже продавался в качестве тоника весьма радиоактивный напиток, сегодня ученые полагают, что он привел к смерти очень многих.

И вот Чедвик при посредничестве охранников приобрел внушительные запасы зубной пасты. Затем из оловянной фольги и дерева он сконструировал электроскоп, который позволял определять электрический заряд, и приступил к экспериментам. Источник радиоактивности в зубной пасте вел себя иначе, чем все знакомые Чедвику радиоизотопы (как оказалось позже, там содержался довольно опасный элемент — торий).

Еще год спустя лагерное начальство согласилось провести электричество, и для Чедвика открылись новые горизонты. Химик из группы рассказал ему про жидкие кристаллы, о которых тот прежде не имел представления, и Чедвик решил изучить их поведение в магнитном поле. Электромагнит он изготовил из куска железа и медной проволоки, которую принесли охранники, но прежде чем все было готово, в лагерь доставили очередной том ежегодных обзоров Британского химического общества — и Чедвик узнал, что проблема уже решена. К тому времени распорядители лагеря из числа немецких офицеров сделались весьма приветливы, и с их помощью, а также стараниями чиновника из организации помощи пленным и при поддержке Макса Планка, симпатизировавшего кружку, Чедвику с товарищами стало доступно куда больше материалов. Немецкий издатель прислал 200 с лишним книг, однако, к огорчению Чедвика, лондонское Министерство иностранных дел не разрешило передать в лагерь даже простейший учебник по неорганической химии — из опасений, что враги почерпнут оттуда какие-нибудь ценные сведения.

В 1917-м лабораторию переместили в помещение получше. Появились и более совершенные приборы — в том числе горелка, которая заправлялась прогоркшим маслом, для стеклодувного дела. Воздух туда задували ртом через специальный патрубок. Пользуясь ею и другими плодами смекалки, Чедвик со товарищи смогли соорудить устройство для изучения реакции хлора с окисью углерода; еще заключенные занялись загадочным явлением — ионизацией воздуха на поверхности фосфора. Значительными результатами лаборатория в Рулебенском лагере похвастаться не могла, однако люди были втянуты в работу, и это позволило Чедвику продвигать свои идеи и учиться у коллег. Лучшее, что он сделал — это приобщил к физике кадета из Военной академии в Вулвиче: это был Чарльз Д. Эллис, впоследствии самый ценный сотрудник Чедвика в Кембридже и соавтор (наряду с Чедвиком и Резерфордом) одной из классических работ, вошедших в историю физики. Важнее всего то, что Чедвик и Эллис были избавлены от опасностей страшной войны, которая унесла жизни многих их современников. К примеру, Генри Мозли, самый многообещающий из учеников Резерфорда, погиб от снайперской пули во время одного из сражений Первой мировой войны.

Чедвика, сделавшего блестящую карьеру в Кавендишевской лаборатории, назначили затем профессором физики в университете Ливерпуля, где ему удалось собрать вокруг себя весьма плодовитую группу исследователей. Во время Второй мировой он окажется среди ключевых участников Манхэттенского проекта. Тут он продемонстрировал неожиданные административные и дипломатические таланты, о которых прежде никто не подозревал. Впоследствии участие в создании атомной бомбы сильно его тяготило, и он даже признавался, что не может жить без снотворного.

Во время Второй мировой войны, через двадцать лет после перенесенных Чедвиком испытаний, французские военнопленные в немецком лагере в Эдельбахе (Офлаг XVII) организовали “университет”, имевший чуть больший успех, чем лаборатория Чедвика с коллегами. В “университете” было несколько геологов, которым, как сообщал журнал Nature, кое-что все же удалось:

Не ограничившись одними лекциями, геологи устроили тщательное обследование местности, обнесенной колючей проволокой (площадью всего в 400 квадратных метров). Ни один камень не был обделен вниманием. В лагере соорудили микроскоп и оборудовали его поляризационными фильтрами (необходимыми для изучения кристаллов) из отшлифованных покровных стекол. Тонкие срезы закрепляли на подложке с помощью скрипичной канифоли и пищевого жира. До возвращения во Францию пришлось отложить только классификацию некоторых видов шпата.

Результаты серьезно продвинули вперед геологическую науку. Они показали, как заключает статья, что кварц и ортоклаз весьма пластичны в тех условиях, в которых они сформировались, и что граниты, образовавшиеся в ходе превращений прочих минералов, легко могут быть интрузивными (магматическими). Значит, интрузивные граниты вовсе не обязательно когда-либо были жидкими.

Рита Леви-Монтальчини не была военнопленной. У нее была другая судьба. Принадлежа к огромной еврейской диаспоре Пьемонта, она вынуждена была скрываться от фашистских головорезов, претворявших в жизнь расовый манифест Муссолини. Надежно упрятанная в родительской квартире в Турине, Рита превратила кухню своей матери в лабораторию, куда, чтобы подбодрить ученицу, только изредка и ненадолго заглядывал ее бывший профессор (тоже еврей). Там и начались ее исследования по эмбриологии, ставшие делом всей ее жизни. Опытным материалом были оплодотворенные куриные яйца, купленные на ближайшей ферме. Когда очередной эксперимент по развитию эмбрионов подходил к концу, исследовательница делала из остатков яиц омлет. Поделиться своими результатами со всем миром Рита Леви-Монтальчини смогла только после капитуляции Италии. Потом Риту пригласили в Университет Вашингтона в Сент-Луисе, а исследования, проведенные там, привели ее в 1986 году в Стокгольм, где Рите Леви-Монтальчини вручили Нобелевскую премию.

Лагерная история Джеймса Чедвика рассказана в книге: Brown Andrew, The Neutron and the Bomb: A Biography of Sir James Chadwick (Oxford University Press; Oxford, 1997). “Университет" французских военнопленных упоминается в Nature, 163,967 (1949^). Рита Леви-Монтальчини описывает свою жизнь во время войны в книге: Levi-Montalcini Rita, In Praise of Imperfection: My Life and Work (Basic Books, New York, 1988).