Открытие кислорода: Джозеф Пристли, Карл Вильгельм Шееле, Антуан Лоран Лавуазье

Классический спор о приоритете открытия кислорода затрагивает имена сразу трех ученых, имеющих законное право претендовать на звание первооткрывателя. Это шведский химик Карл Вильгельм Шееле (1742–1786), английский священник Джозеф Пристли (1733–1804) и французский химик Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794).

Первым исследователем, получившим относительно чистую пробу кислорода, был шведский аптекарь Карл Вильгельм Шееле (1742–1786).

Он родился 9 декабря 1742 года в Штральзунде (Померания), тогда находившемся в Шведском королевстве. В детстве посещал частный пансион, учился в гимназии. Поступив в ученичество в аптеку Бауха в Гетеборге (1756), освоил основы фармации и лабораторной практики, усердно изучал (главным образом по ночам) труды химиков И. Кункеля, Н. Лемери, Г. Шталя. Обучение, по обычаям того времени, должно было длиться около десяти лет, но Карл Шееле уже через шесть лет успешно сдал экзамены и получил звание аптекаря.

В совершенстве овладев профессией, он перебирается в Стокгольм и приступает к самостоятельным научным изысканиям.

За свою карьеру Карлу Шееле довелось потрудиться в аптеках Стокгольма (1768–1769), Упсалы (1770–1774), Чепинга (1775–1786).

Работы и открытия Шееле охватывают всю химию того времени: учение о газах, химический анализ, химию минералов, начала органической химии (еще не ставшей самостоятельной наукой). Первая его работа была посвящена кислотам: винной, выделенной им в 1769 году из соли — «винного камня» (гидротартрата калия), и плавиковой (фтороводородной), выделенной из плавикового шпата — фторида кальция. В 1774 году, исследуя пиролюзит («черную магнезию»), Шееле доказал, что это соединение неизвестного металла, впоследствии названного марганцем. В этом же исследовании была открыта «тяжелая земля» — оксид бария. Действуя на «черную магнезию» соляной кислотой, Шееле открыл зеленоватый удушливый газ, который назвал «дефлогистированной соляной кислотой». Природа газа была позднее определена другими учеными, и его назвали хлором.

После переезда сначала в Упсалу (здесь Шееле тоже ждала большая аптека), а потом — в маленький и тихий городок Чепинг исследования пытливого аптекаря продолжились и дали поразительные результаты. Шведский химик оказался автором стольких открытий, что их хватило бы на добрый десяток ученых. Многие его открытия относились к получению и очистке кислот.

В 1775 году Шееле приготовил мышьяковую кислоту, в 1782–1783 гг. — синильную (циановодородную) кислоту, в период с 1776 по 1785 гг. — целый набор органических кислот: мочевую, щавелевую, молочную, лимонную, яблочную, галловую, а также глицерин.

Он показал, что молочная кислота, выделенная из кислого молока, отличается от аналогичной кислоты, полученной из других источников. Объяснение этому явлению было найдено спустя столетие, после открытия изомеров. Чрезвычайно интересен его метод получения синильной кислоты из угольного ангидрида, угля и аммиака. Этот опыт некоторые авторы рассматривают как первый органический синтез, проведенный за сорок лет до Фридриха Вёлера, немецкого химика, занимавшегося синтезом карбамида. В процессе получения синильной кислоты Шееле выделил краску, названную «берлинской лазурью».

Шееле первым получил и исследовал перманганат калия — всем известную «марганцовку», которая теперь широко применяется в химических экспериментах и в медицине, разработал способ получения фосфора из костей, открыл сероводород. Окислением молибденита получил «молибденовую землю», то есть молибденовый ангидрид. Обрабатывая кислотами минерал тунгстен, получил «тунгстеновую кислоту» — вольфрамовый ангидрид. Впоследствии минералоги назвали вольфрамит кальция в честь ученого шеелитом.

Наиболее значительный труд Карла Вильгельма Шееле — «Химический трактат о воздухе и огне» (Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer, 1777 г.). Эта книга описывает результаты его многочисленных экспериментов 1768–1773 гг. по исследованию газов и процессов горения. Из трактата видно, что Шееле — независимо от Пристли и Лавуазье и за два года до них — открыл кислород и подробно описал его свойства. При этом кислород он получал несколькими способами: прокаливанием оксида ртути (как это сделали Пристли и Лавуазье), нагреванием карбоната ртути и карбоната серебра и др. Несомненно, Шееле первым (в 1772 г.) «держал в руках» чистый кислород.

В Упсале химик начал изучать природу огня, что привело его к необходимости задуматься над тем, какое участие воздух принимает в горении. Ему уже было известно, что сто лет назад Роберт Бойль и другие ученые доказали, что свеча, уголь и любое другое горючее вещество или тело могут гореть только там, где достаточно много воздуха.

Воздух тогда считали элементом — однородным веществом, которое нельзя расщепить на более простые составные части. Шееле тоже сначала придерживался этого мнения. Но он стал проводить опыты с различными химическими веществами в герметически закрытых сосудах — и был вынужден изменить свои представления. Какие бы вещества ни пытался Шееле сжигать в закрытых сосудах, он всегда обнаруживал одно и то же явление: воздух, который находился в сосуде, обязательно уменьшался при горении на одну пятую часть, и по окончании опыта вода обязательно заполняла одну пятую часть объема колбы. И его озарила догадка: воздух не является однородным.

Далее он стал изучать разложение множества веществ нагреванием и получил газ, который поддерживал дыхание и горение. По некоторым данным, уже в 1771 году Карл Шееле при нагреве пиролюзита с концентрированной серной кислотой наблюдал выделение «виртольного воздуха» — кислорода.

Желая раскрыть загадку огня, Карл Шееле неожиданно обнаружил, что воздух — не элемент, а смесь двух газов, которые он назвал воздухом «огненным» и воздухом «негодным». Но тайна огня и полученного им «огненного» воздуха так и осталась для Шееле тайной. Виной всему была господствовавшая в те времена теория флогистона: считалось, что всякое вещество может гореть только в том случае, если в нем присутствует некая материя — флогистон, а горение представляет собой распад сложного горючего вещества на флогистон и другие составные части.

Карл Шееле и сам был сторонником этой теории, а потому объяснял, что «огненный воздух» имеет большое сродство («влечение») к флогистону, отчего и сгорает в нем так быстро, а «негодный» воздух не имеет влечения к флогистону, поэтому в нем и гаснет всякий огонь. Это было довольно правдоподобно, но оставалась одна загадка, которая казалась совершенно необъяснимой: куда уходит во время горения «огненный» воздух из закрытого сосуда? Наконец он придумал такое объяснение: когда сгорает какое-нибудь тело, говорил он, то выделяющийся из него флогистон соединяется с «огненным» воздухом, и это невидимое соединение настолько летуче, что оно незаметно просачивается сквозь стекло, как вода сквозь сито.

С флогистоном покончил другой великий химик XVIII века — француз Антуан Лавуазье. И сразу странное исчезновение «огненного воздуха» и многие другие непонятные явления потеряли всю загадочность.

Шееле действительно был первым исследователем, получившим относительно чистую пробу кислорода (1772). Однако он опубликовал свои результаты позже, чем это сделал Джозеф Пристли (в 1777 г.), поэтому формально не может считаться первооткрывателем кислорода. Впрочем, многие академические издания по химии отдают приоритет именно Карлу Вильгельму Шееле. Кроме того, ему принадлежит неоспоримый приоритет открытия других химических элементов — хлора, фтора, бария, молибдена и вольфрама.

Шееле не имел высшего образования и был рядовым аптекарем, тем не менее в 32 года его избрали членом Стокгольмской академии наук. Ему предлагали кафедру в Упсальском университете, работу в центре шведской горнометаллургической промышленности в Фалуне, кафедру в Берлинском университете, однако ученый отклонил все предложения, предпочитая заниматься своими опытами.

Годы упорного самоотверженного труда, к сожалению, подорвали здоровье этого поразительного человека — он прожил всего 44 года.

В истории химии с открытием цианистого водорода Шееле связан еще один миф: якобы первооткрыватель погиб в момент открытия. На самом деле Шееле впервые получил синильную кислоту из желтой кровяной соли в 1782 году, а умер через четыре года. Не подлежит сомнению, однако, что Шееле погубили органолептические методы исследования. В XVIII веке было принято пробовать на вкус продукты реакции, а Шееле, помимо цианидов, работал с соединениями ртути и мышьяка… Умер К. В. Шееле в Чепинге 21 мая 1786 г.

Вторым официально признанным претендентом на лавры первооткрывателя кислорода стал Джозеф Пристли (1733–1804), английский священник и химик.

Первого августа 1774 года Джозеф Пристли наблюдал выделение «нового воздуха» при нагревании ртутной окалины с помощью двояковыпуклой линзы без доступа воздуха. Это твердое вещество было известно еще алхимикам как жженая ртуть. На современном химическом языке это вещество называется оксидом ртути.

Получаемый при нагревании оксида ртути неизвестный газ Пристли выводил через трубку в сосуд, заполненный не водой, а ртутью: ученый ранее уже убедился, что вода слишком хорошо растворяет газы. В собранный газ Пристли из любопытства внес тлеющую свечу, и она вспыхнула необыкновенно ярко.

В 1774 году Пристли писал: «Я поместил под перевернутой банкой, погруженной в ртуть, немного порошка “меркуриус кальцинатус пер се” (оксид ртути). Затем я взял небольшое зажигательное стекло и направил лучи солнца прямо внутрь банки на порошок. Из порошка стал выделяться воздух, который вытеснил ртуть из банки. Я принялся изучать этот воздух. И меня удивило, даже взволновало до глубины души, что в этом воздухе свеча горит лучше и светлее, чем в обычной атмосфере».

Сам Пристли, будучи, как и Шееле, сторонником теории флогистона, тоже так и не смог объяснить суть процесса горения; он защищал свои представления даже после того, как Антуан Лавуазье обнародовал новую теорию горения.

Да, Пристли получил особый, неизвестный газ, в этом его сторонники правы. Но проба газа, полученного ученым, не была чистой, и если получение кислорода с примесями считать его открытием, тогда то же в принципе можно сказать обо всех тех, кто когда-либо заключал в сосуд воздух.

Кроме того, если Пристли считать первооткрывателем, то когда в таком случае было сделано открытие, тоже сложно судить. В 1774 году он считал, что получил закись азота, то есть разновидность газа, которую он уже знал, а через год — что полученный газ является дефлогистированным воздухом, но еще не кислородом.

Третий официальный претендент на звание первооткрывателя кислорода, французский химик Антуан Лавуазье (1743–1794), начал работу, которая привела его к открытию, сделанному уже после эксперимента Джозефа Пристли в 1774 году, и, возможно, благодаря намеку с его стороны. Из своих собственных опытов и предшествовавших опытов Пристли и Шееле Лавуазье уже знал, что с горючими веществами связывается лишь одна пятая часть воздуха, но природа этой части была ему неясна. Когда же Пристли в 1774 году сообщил ему об обнаружении «дефлогистированного воздуха», он сразу понял, что это и есть та самая часть воздуха, которая при горении соединяется с горючими веществами. Повторив опыты Пристли, Лавуазье понял, что атмосферный воздух состоит из смеси «жизненного» (кислород) и «удушливого» (азот) воздуха, и объяснил процесс горения соединением веществ с кислородом.

В начале 1775 года Лавуазье сообщил, что газ, получаемый после нагревания красной окиси ртути, представляет собой «воздух как таковой без изменений, за исключением того, что он оказывается более чистым, более пригодным для дыхания». К 1777 году, вероятно, не без второго намека Пристли, Лавуазье пришел к выводу, что это газ особой разновидности, один из основных компонентов, составляющих атмосферу. Правда, сам Пристли как сторонник теории флогистона с таким выводом никогда бы не согласился.

Таким образом, важнейшей фигурой в истории открытия кислорода все же следует считать Лавуазье, а не Шееле и Пристли. Они просто выделили новый газ — и только.

Исследования Антуана Лавуазье сыграли выдающуюся роль в развитии химии XVIII века. Речь идет прежде всего о создании им теории горения, ознаменовавшей отказ от теории флогистона, что кардинально отличает его работы от экспериментов Шееле и Пристли.

В борьбе со сторонниками теории флогистона у Лавуазье был замечательный союзник, который хорошо помогал ему в работе. Шееле и Пристли тоже имели такого союзника, но они не всегда пользовались его услугами и не придавали большого значения его советам. Главным помощником Лавуазье были… весы.

Приступая к какому-нибудь опыту, Лавуазье почти всегда тщательно взвешивал все вещества, которые должны были подвергнуться химическому превращению, а по окончании опыта снова взвешивал.

Как и Шееле, Лавуазье тоже пробовал сжигать фосфор в закрытой колбе. Но Лавуазье не задавался вопросом, куда исчезает пятая часть воздуха при горении, весы давали ему совершенно точный ответ. Перед тем как поместить кусок фосфора в колбу и поджечь, Лавуазье его взвесил. А когда фосфор сгорел, Лавуазье взвесил всю сухую фосфорную кислоту, оставшуюся в колбе. По теории флогистона, фосфорной кислоты должно было получиться меньше, чем было фосфора до горения, так как, сгорая, фосфор разрушался и терял флогистон. Если даже допустить, что флогистон вовсе не имеет веса, то фосфорная кислота должна весить ровно столько, сколько весил фосфор, из которого она получилась. Однако выяснилось, что белый иней, осевший на стенках колбы после горения, весит больше сгоревшего фосфора. Следовательно, та самая часть воздуха, которая якобы исчезла из колбы, в действительности вовсе не уходила из нее, а просто соединилась во время горения с фосфором. Из этого соединения и получилась фосфорная кислота (сейчас мы называем это вещество фосфорным ангидридом). Лавуазье понимал, что горение фосфора не исключение. Его опыты показали, что всякий раз, когда сгорает любое вещество или ржавеет металл, происходит то же самое.

Опыты по изучению горения веществ Лавуазье начал в 1772 году и к концу года представил в Академию результаты, которые считал важными. В прилагаемой им записке сообщалось, что при сгорании серы и фосфора вес продуктов горения становится больше, чем вес исходных веществ, за счет связывания воздуха, а вес свинцового глета (оксида свинца) при восстановлении до свинца уменьшается, при этом выделяется значительное количество воздуха.

В 1877 году ученый выступил со своей теорией горения на заседании Академии наук. Сделанные им выводы существенно ослабляли основы теории флогистона, а окончательное поражение ей было нанесено исследованиями состава воды. В 1783 году Лавуазье, повторив опыты Кавендиша по сжиганию «горючего» воздуха (водорода), сделал вывод, что «вода не есть простое тело», а является соединением водорода и кислорода. Ее можно разложить пропусканием водяного пара через раскаленный докрасна ружейный ствол. Последнее он доказал совместно с лейтенантом инженерных войск Ж. Менье.

Так кто же, в конце концов, является первооткрывателем кислорода? И когда он был открыт? Претензии Антуана Лавуазье на этот счет являются более убедительными и основательными, но они также оставляют почву для сомнений. Все дело в том, что подробное изучение свойств кислорода и его роли в процессах горения и образования окислов привело Лавуазье к выводу о том, что этот газ представляет собой кислотообразующее начало, что является неверным. В 1779 году Лавуазье даже ввел для кислорода название «oxygenium» (от греч. «окис» — кислый, и «геннао» — рождаю) — «рождающий кислоты».

С 1777 года и до конца своей жизни Лавуазье настаивал на том, что кислород представляет собой атомарный «элемент кислотности» и что кислород как газ образуется, только когда соединяется с «теплородом» («материей теплоты»). Понятие «элемент кислотности» было изгнано из химии только после 1810 года, а понятие теплорода умирало до 60-х годов XIX века.

Так что, строго говоря, то, о чем писал Лавуазье в своих статьях, начиная с 1777 года, было не столько открытием кислорода, сколько кислородной теорией горения.

Поэтому разумно все же называть авторами открытия всех троих — ведь без исследований Шееле и Пристли Лавуазье вряд ли пришел бы к своим революционным выводам. Или потратил бы на опыты слишком много времени.

 

Химическая связь атомов: Эдуард Франкленд, Арчибальд Скотт Купер, Фридрих Август Кекуле, Александр Бутлеров

Происхождение термина «валентность» представляется возможным отследить с 1425 года, когда его начали использовать в научных текстах в значении «экстракт», «препарат». Первое использование в современных понятийных границах зафиксировано в 1884 году.

В 1789 году Уильям Хиггинс опубликовал работу, в которой высказал предположение о существовании связей между мельчайшими частицами вещества, однако представление о химической связи атомов в молекуле, по сути, отсутствовало вплоть до середины XIX века. Собственно говоря, отсутствовало и само атомно-молекулярное учение, оно было лишь одной их гипотез, которую многие химики подвергали сомнению. Тем не менее уже тогда существовали химические формулы и уравнения, в той или иной мере отражавшие определенные превращения веществ. Что же это были за формулы и как их составляли, ведь атомы и молекулы еще считались чем-то потусторонним, недоступным для непосредственного изучения?

Основой для формулы вещества был его элементарный состав. Известно, например, что вода состоит из водорода и кислорода, причем их весовое отношение в воде — 1:8. Во всех соединениях, где обнаруживался водород, на его долю всегда приходился наименьший весовой «пай». Весовое содержание других элементов всегда было больше. Если вместо водорода в вещество вводился другой элемент, то «пайный» вес этого элемента также оказывался значительно большим, чем вес замещенного им водорода. «Пайный» вес водорода в воде был принят за единицу, а весовое количество любого другого элемента, способного соединяться с «паем» водорода в воде, стали выражать в этих единицах. Если в воде кислорода в восемь раз больше, чем водорода, значит, «пайный» вес кислорода равен 8.

Количество какого-либо другого элемента, соединяющееся с весовым «паем» водорода в воде или, что аналогично, с одним «паем» кислорода, равным 8, называли «пайным» (или эквивалентным) весом этого элемента. Закон простых кратных отношений был своего рода «квантовой теорией» химии XIX века: элементы соединяются друг с другом определенными порциями, что и приводит к их целочисленным весовым отношениям. Эквивалентные веса и были этими «квантами» (порциями), вступающими в химическое соединение.

Каждый элементарный «пай» обозначался символом соответствующего элемента — Н, О и т. п. В воде, по условию, на один «пай» водорода приходился один «пай» кислорода. Отсюда давняя формула воды — НО. Долгое время для углерода принимался «пайный» вес 6, и формула метана писалась в виде С2Н4. Сто с небольшим лет назад химические формулы многих веществ имели столь же странный и непривычный для нас вид (Н5 — сероводород, КО + НО — едкий калий и т. п.).

Не надо считать эти формулы абсурдными: определенную часть истинно химического смысла они все же отражали — элементарный состав вещества, весовое соотношение входящих в него элементов. Современному читателю легко заметить, что «пайные» веса углерода (6), кислорода (8), азота (7), серы (16) равны половине их атомных весов, принятых сегодня. Однако в то время истинный атомный вес определять не умели. Если элементы и называли «атомами», то лишь подразумевая под этим некоторое минимальное количество элемента, вступающее в химическое соединение.

Основой для дальнейшего движения вперед послужило развитие представлений о химической частице (молекуле) и окончательное принятие большинством химиков атомно-молекулярного учения. В связи с этим был сформулирован важнейший для химии вопрос: сколько атомов того или иного сорта способен присоединять к себе данный атом и является ли это число постоянным, характерным для рассматриваемого элемента?

Ответить на этот вопрос было бы не так трудно, если бы различные элементы всегда соединялись друг с другом только в строго постоянных отношениях. Однако сплошь и рядом эта столь желанная простота не обнаруживалась. К примеру, многие металлы образуют по два, а то и по три различных соединения с кислородом, а азот дает их целых пять. Это же свойство многие элементы проявляют и в соединениях с хлором, серой, водородом и т. д. В бесконечном множестве соединений углерода вообще с трудом можно отыскать закон кратных отношений: он соединяется с другими элементами в самых причудливых и далеко не всегда простых отношениях.

Но вот в 1849 году 23-летний английский химик Эдуард Франкленд открывает новый класс органических соединений, в которых атомы металла связаны с простейшими остатками органических молекул — радикалами (метилом, этилом и т. п.). Сначала он получил органические соединения цинка, затем — ртути, бора, олова, свинца. Новые соединения обладали удивительными, совершенно новыми свойствами и привлекли к себе общее внимание, к тому же число их быстро росло.

Уже в 1853 году Франкленд обнаружил одно любопытное явление. Он заметил, что каждый металл, для которого были известны соединения с органическими радикалами, образует только одно соединение этого типа. В летучих, то есть способных к перегонке металлоорганических соединениях, цинк и ртуть всегда соединяются только с двумя метальными радикалами, бор — с тремя, олово и свинец — с четырьмя. Сразу же возникла мысль, что именно эти числа характеризуют способность элементов к соединению друг с другом. Сопоставляя свои наблюдения с материалом, накопленным неорганической химией, Франкленд впервые выдвинул утверждение, что каждому элементу присуще лишь определенное количество «единиц сродства», при помощи которых атомы соединяются в молекулу.

Победа атомистического учения и определение точных атомных весов углерода и кислорода, выполненное Станислао Канниццаро в 1858 году, вскоре позволили придать более совершенную формулировку первоначальной мысли Франкленда. А именно: «Валентность — это свойство атомов одного элемента присоединять определенное число атомов других элементов. За единицу измерения валентности принята валентность водорода».

В 1858 году шотландский химик Арчибальд Скотт Купер своими исследованиями создал базу для формирования теории химического строения органических соединений. В этом году он публикует статью «О новой химической теории», в которой высказывает новые идеи о строении органических веществ. Идеи Купера развивали представления Эдуарда Франкленда о «соединительной силе» элементов. Купер использовал термины «сродство элементов» в значении «способность атомов элемента избирательно соединяться с атомами других элементов», а также «степень сродства» — собственно количественная мера сродства.

По Куперу, элементы обладают сродством к другим элементам, а соединения образуются в соответствии с этим сродством. Высшая степень сродства углерода равна 4, то есть на один атом углерода может приходиться до четырех атомов водорода, хлора и подобных элементов. Важным было утверждение Купера о способности атомов углерода соединяться друг с другом, образуя цепи. Для ряда веществ Купер также предложил формулы, в которых сродство атомов было показано черточками.

Однако, будучи теоретиком, при составлении своих формул Купер не опирался на их экспериментальное обоснование. Порядок соединения атомов он выводил из формальных умозрительных представлений о «единицах сродства» разных элементов. Вопрос об экспериментальном подтверждении правильности формул Купер даже не ставил. Поэтому, строго говоря, утверждения Купера нельзя считать теорией в современном значении этого слова.

Решающую роль в создании теории валентности сыграл Фридрих Август Кекуле. В 1857 году он показал, что углерод является четырехосновным (четырехатомным) элементом и его простейшим соединением является метан СН4. Уверенный в истинности своих представлений о валентности атомов, Кекуле ввел их в свой учебник органической химии: основность, по мнению автора, — фундаментальное свойство атома, такое же постоянное и неизменяемое, как и атомный вес.

Уже три года спустя, в сентябре 1861 года, в теорию валентности вносит важнейшие дополнения А. М. Бутлеров. Проведя четкое различие между свободным атомом и атомом, вступившим в соединение с другим, когда его сродство «связывается и переходит в новую форму», Бутлеров вводит представление о полноте использования сил сродства и о «напряжении сродства», то есть энергетической неэквивалентности связей, которая обусловлена взаимным влиянием атомов в молекуле. В результате этого взаимного влияния атомы, в зависимости от их структурного окружения, приобретают различное «химическое значение». Теория Бутлерова позволила дать объяснение многим экспериментальным фактам, касавшимся изомерии органических соединений и их реакционной способности.

Несомненным достоинством теории валентности явилась возможность наглядного изображения молекулы. В 1860-х годах появляются первые молекулярные модели.

Уже в 1864 году А. Браун предложил использовать структурные формулы в виде окружностей с помещенными в них символами элементов, соединенных линиями, обозначающими химическую связь между атомами; количество линий соответствовало валентности атома. В 1865 году А. фон Гофман продемонстрировал первые шаростержневые модели, в которых роль атомов играли крокетные шары, а в 1866-м в учебнике Кекуле появились рисунки стереохимических моделей, в которых атом углерода имел форму тетраэдра.

Первоначально за единицу валентности была принята валентность атома водорода. Валентность другого элемента при этом выражалась числом атомов водорода, которое присоединяет к себе или замещает один атом этого другого элемента. Таким образом, валентность такого рода называется валентностью в водородных соединениях или валентностью по водороду: например, в соединениях HCl, H2O, NH3, CH4 валентность хлора по водороду равна единице, кислорода — двум, азота — трем, углерода — четырем.

Валентность кислорода, как правило, равна двум. Поэтому, зная состав или формулу кислородного соединения того или иного элемента, можно определить его валентность как удвоенное число атомов кислорода, которое может присоединять один атом данного элемента. Валентность, определенная таким образом, называется валентностью элемента в кислородных соединениях или валентностью по кислороду: так, в соединениях K2O, CO, N2O3, SiO2, SO3 валентность по кислороду калия равна единице, углерода — двум, азота — трем, кремния — четырем, серы — шести.

У большинства элементов значения валентности в водородных и в кислородных соединениях различны: например, валентность серы по водороду равна двум (H2S), а по кислороду — шести (SO3). Известно, что большинство элементов проявляют в разных соединениях различную валентность (некоторые элементы могут не иметь ни гидридов, ни оксидов). Например, углерод образует с кислородом два оксида: монооксид углерода CO и диоксид углерода CO2. В монооксиде углерода валентность углерода равна двум, а в диоксиде — четырем (некоторые элементы способны образовывать также пероксиды). Из рассмотренных примеров следует, что охарактеризовать валентность элемента каким-нибудь одним числом и/или методом, как правило, нельзя.

С тех пор прошло более ста лет. За эти годы в химии произошло больше изменений, чем за предыдущие лет пятьсот. Существенно обновилось и содержание, которое раньше вкладывалось в представление о валентности. Теперь уже совершенно очевидно, что валентность тесно связана с электронным строением атомов. К тому же представляется вполне логичным, что максимально возможная валентность атома равна либо числу его внешних (валентных) электронов, которые он в принципе может отдать, либо числу свободных мест в его электронной оболочке, куда он может принять чужие электроны. Но даже с этими дополнениями определение валентности, данное Франклендом, остается все же удовлетворительным и достаточно полно отражающим современное содержание учения о валентности.

 

Открытие наркоза: Кроуфорд Лонг, Хэмфри Дэви, Гораций Хорас Уэллс, Уильям Томас Мортон, Федор Иноземцев, Николай Пирогов

Эта область открытий требует скорее пера драматурга, а не историка науки — настолько она полна драматизма. Кто из врачей первым мужественно прошел через все риски травли и настоящее преследование, все-таки успешно применив наркоз, сейчас установить едва ли возможно, поскольку применение анестезии, во избежание этих рисков, не афишировалось. Чем это грозило, можно представить уже по тому факту, что одного из хирургов даже вынудили покончить жизнь самоубийством.

Когда мы говорим о наркозе, что-то подсказывает, что с ним было примерно так же, как и с ванной Архимеда, и с яблоком Ньютона, то бишь он из категории «хорошо забытого старого». И действительно, наркоз применяли еще до нашей эры — во всяком случае, упоминания об успешном обезболивании встречаются в описаниях операций, сделанных врачами Древнего Китая, Греции, Рима. Правда, к сожалению, ни эффективный способ обезболивания, ни рецепты изготовления обезболивающих средств, ни описания их воздействия на организм до нас не дошли.

Первое из дошедших до нас описаний применения наркоза, достаточно подробное и научно обоснованное для своего времени, относится к 1540 году: обезболивающее действие диэтилового эфира было, судя по всему, не только описано, но и опробовано на практике выдающимся врачом XVI века Парацельсом. К сожалению, после смерти гениального доктора эта технология была забыта очень надолго. Следующий эксперимент по анестезии поставил английский физик и химик Хэмфри Дэви: в 1799 году он открыл обезболивающие свойства закиси азота, известной также как веселящий газ. Жаль только, что свои эксперименты, которые он ставил над собой, сэр Дэви также описал в веселящей манере, поэтому на должную научность они претендовать не могут. Врачи не обратили никакого внимания на эти записи, хотя химик настоятельно рекомендовал применять при операциях не только закись азота, но тот же диэтиловый эфир.

А вот студенты свое внимание на его опыты очень даже обратили — веселящий газ стал популярным средством вызвать у себя длительную эйфорию и «поймать кайф». Лишь один «особо умный» студент, обучавшийся в медицинской школе при университете Пенсильвании, Кроуфорд Лонг, увидел в предлагаемом методе перспективность использования эфира для анестезии. Однако о последствиях этого вывода чуть позже.

История открытия анэстетиков была бы, конечно, не полна, если бы в дело не вмешались дантисты. Американскому «зубнику» Горацию Хорасу Уэллсу очень мешали в работе стоны его пациентов, помимо того, что их, конечно же, было жалко. Поэтому он был весьма благодарен судьбе, когда оказался на публичной лекции Гарднера Колтона, посвященной свойствам соединений азота. В те времена, а произошло это в 1844 году, было принято, чтобы лекция сопровождалась демонстрацией с участием добровольцев из зала. Доктор Уэллс был поражен до глубины души, когда один из добровольцев, вдохнувший веселящий газ, стал так смеяться, что упал и сильно поранил ногу, но никакой боли не почувствовал.

Как настоящий врач, доктор Уэллс принялся испытывать наркоз веселящим газом на себе. И после того, как его помощник совершенно безболезненно удалил ему зуб, а также еще после нескольких экспериментов, Гораций Хорас Уэллс стал первым дантистом, применявшим в своей практике анестетик, что привело и к коммерческому эффекту: наплыв клиентов к нему существенно увеличился.

Но Уэллс все-таки не так стремился к коммерческой выгоде, как к обезболивающей революции во всем мире, поэтому добился возможности провести демонстрацию действия закиси азота в Гарвардском университете перед медиками из Бостона. К сожалению, благородное стремление привело его к катастрофе. И тут Уэллсу страшно не повезло: пациент, вызвавшийся в качестве добровольца, оказался настолько труслив, что начал кричать от воображаемой боли еще до того, как наркоз подействовал. В зале, среди прочих, присутствовали два знаменитых врача того времени — Уильям Морган и Чарльз Джексон. В результате демонстрация была сорвана — медики освистали Уэллса, а на следующий день газеты повесили доктору клеймо обманщика и шарлатана.

Этот провал не сломил Уэллса, доктор не остановился ни в своих исследованиях, ни в своей практике, попутно изучив анестетическое действие еще и хлороформа. Однако подмоченная репутация сделала свое дело: серьезная и корректная исследовательская работа, подытоженная в книге «История открытия применения закиси азота, эфира и других жидкостей при хирургических операциях», осталась незамеченной. Более того, клиенты стали уходить от доктора, который «опозорился в Бостоне», и постепенно Уэллс разорился. В 1847 году он продал практику и стал зарабатывать на жизнь продажей медикаментов. Однако и здесь ему не удалось добиться успеха. Через год сломленный Гораций Хорас Уэллс покончил жизнь самоубийством, вдохнув большую дозу хлороформа. Избавился, так сказать, от боли, называемой жизнью.

Эта трагическая история, ставшая следствием досадного стечения обстоятельств, к сожалению, получила широкую огласку, что отодвинуло повсеместное применение анестезии во врачебной практике на годы, заставив многих врачей быть более осторожными. Так, и Кроуфорд Лонг, независимо от Уэллса применивший при операции наркоз, достаточно долго никому не сообщал об этом.

Ко времени, когда разразился этот скандал, Лонг уже успешно оперировал с применением диэтилового эфира. Все операции прошли успешно, и коллеги стали советовать Лонгу рассказать о своем открытии. И тут случилась эта гарвардская демонстрация Уэллса. После нее Лонг, весьма разумный и осторожный человек, решил, что лучше помолчать.

А через два года анестезия была запатентована. В клинике Бостона хирург Уильям Томас Мортон, бывший помощник Уэллса, — который ушел от него за год до провала, решив, что это партнерство не приносит ему прибыли, — провел первую в мире публичную операцию с применением эфирного наркоза. Он удалил своему пациенту подчелюстную опухоль, и сделал это весьма успешно. После удачной операции в Бостоне эфирный наркоз стали применять во всех клиниках мира. Правда, патент Мортона был аннулирован. Доктора подвели его скрытность и осторожность. Он не опубликовал результаты экспериментов с эфиром, а в заявке на патент указал несуществующее вещество «летеон», и этот обман был раскрыт.

Слава не всегда достается тому, кому довелось на пути к всеобщему благу сложить свою голову. Официально первооткрывателем анестезии считается Лонг. Тридцатого марта, в свой профессиональный праздник, американские медики вспоминают Кроуфорда Уильямсона Лонга и его полезное открытие, а в городе Джефферсон, где практиковал скромный доктор, ему установлен памятник с надписью «Первый изобретатель обезболивания». Хотя годом, когда наркоз стали использовать повсеместно, считается все-таки 1846 год.

В России же, а именно в Риге, первая успешная операция с применением эфирного наркоза была проведена 7 февраля 1847 года профессором Федором Иноземцевым. Именно он, а не профессор Николай Пирогов (с которым, кстати, у Иноземцева были весьма натянутые отношения) ввел эфирный наркоз в практику российских врачей. Однако слава первого анестезиолога России, тем не менее, досталась Пирогову: он отлично освоил этот новый способ избавления от боли и уже к ноябрю того же года провел более 50 операций с применением эфирного наркоза. На счету Иноземцева к этому времени было всего 19 успешных операций под наркозом. Вероятно, все-таки и в «победе по очкам» может быть свой смысл.

 

Закон всемирного тяготения: Роберт Гук, Исаак Ньютон

Конечно, не возникает сомнений, что ученому следует заботиться о приоритете своих открытий. Без этого он может лишиться столь желанного звания первооткрывателя. Нечто подобное произошло со знаменитым ученым Робертом Гуком — приоритет открытия закона тяготения был признан не за ним, а за Ньютоном. Но отчасти в этом виноват сам Гук.

Знаменитая Британская Академия наук берет свое начало с Общества распространения физико-математических экспериментальных наук, официально признанного в 1662 году специальной грамотой Карла II и получившего, в соответствии с той же грамотой, звание «Королевское общество», а также герб с девизом Nullius in Verba («Ничто словами»). В первый состав сего уважаемого объединения входили 40 человек — все, кто помимо активного участия в работе Общества обязался вносить ежемесячные взносы в размере 40 фунтов стерлингов.

Первым президентом будущей Академии (как сказали бы сейчас, а на ту пору — «куратором») стал назначенный на эту должность молодой и амбициозный изобретатель Роберт Гук, которому на тот момент было всего 27 лет. Однако к этим годам он уже изобрел и построил воздушный насос, а после экспериментов с этим устройством открыл знаменитый закон газового состояния. Только сообщение об этом законе опубликовал не сам Гук, а Роберт Бойль в своей книге в 1660 году — видимо, поэтому открытие вошло во все школьные и университетские курсы физики под названием закона Бойля, точнее Бойля — Мариотта. И это несмотря на то, что Бойль ничего себе не присваивал, честно указав имя первооткрывателя. Эта история вполне достойна второй части нашей книги, где мы поговорим о законе Стиглера. А покамест вернемся к Гуку.

В возрасте 18 лет Р. Гук перебрался в Оксфорд — город энциклопедической науки, вполне отвечавшей как его характеру, так и запросам ума. Его вполне устраивало петь в церковном хоре, лишь бы быть поближе к знаниям. Оксфорд занял важное место в его жизни: здесь в 1654 году он стал работать ассистентом у Роберта Бойля, который был всего на 8 лет старше паренька. Ученые вскоре подружились и оставались верны своей дружбе до конца жизни. Гук оказался прирожденным экспериментатором, здесь для него открылось большое поле деятельности. Он много работал в области математики, механики, совершенствовался в естественных науках, изучал астрономию. Однако, несмотря на несомненные математические способности, его главные устремления направлялись все-таки в поле механики, и уже в 1655–1656 гг. в Оксфорде он приобретает широкую известность именно как механик и физик.

Как куратор экспериментальных работ в Королевском обществе (будущей Академии наук) он должен был еженедельно докладывать на заседаниях о новых научных достижениях в области естественных наук, сопровождая свои доклады демонстрацией экспериментов (и аккуратно делал это в течение 35 лет!). Информации о чужих достижениях не всегда хватало для полновесных докладов, так что Гук восполнял их отсутствие сообщениями о собственных. И поверьте, этому самородку было о чем рассказать!

Исключительно талантливый экспериментатор и конструктор научных приборов, этот ученый вел биологические, географические, геологические и физические исследования. Он изобрел основные метеорологические приборы, установил зависимость барометрического давления от состояния погоды, впервые оценил высоту атмосферы. Многие его изобретения вошли в золотой фонд науки и техники, но его изобретательская производительность была так высока, что он просто не успевал публиковать хотя бы краткие сообщения, удостоверяя свой приоритет. Ведь на следующей неделе предстояло демонстрировать на очередном заседании общества новые эксперименты, и все силы надо было отдать подготовке.

Первые 35 лет Королевское общество было, по сути, Робертом Гуком, который практически единолично наполнял содержанием его работу. Он был автором устава Общества, регулярно составлял планы исследований и программы работ, неустанно читал лекции и делал доклады о выдающихся достижениях в науке за истекший период. Лишь после смерти Гука И. Ньютон, на семь лет моложе его, согласился принять на себя обязанности президента Королевского общества, от чего постоянно отказывался при жизни своего великого соперника.

Гук имел самое прямое отношение к открытию другого всеобъемлющего закона физики — закона всемирного тяготения, сейчас связанного только с именем Ньютона. К концу жизни Гук сделал около 500 научных и технических открытий. Они составляют основу современной науки, но по разным причинам приписываются другим людям. К ним относятся, например, открытия клеточной структуры растений, красного пятна на поверхности Юпитера, волновой природы света. В силу особенностей характера и из-за чрезвычайно широкого круга интересов Гук многие свои открытия не доводил до конца и утрачивал приоритет, по поводу которого ему приходилось часто спорить с Ньютоном, Гюйгенсом и другими учеными. В конце концов такие потери и споры сделали его предельно замкнутым, сдержанным и неуживчивым. По существу, в современной классической физике Гук известен только как автор закона упругой деформации: сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации. Сам Роберт Гук в 1660 году формулировал свое открытие куда короче: «Каково удлинение, такова и сила».

История не слишком лояльно обошлась с этим человеком. Достаточно сказать, что он является единственным членом Королевского общества, портрет которого не сохранился, и мы располагаем только словесным описанием его облика.

А теперь давайте все-таки вернемся к закону всемирного тяготения. Для начала скажем, что никакого яблока не было: эту историю выдумала племянница Ньютона и рассказала ее биографу, а тот практически дословно повторил ее рассказ.

Роберт Гук был поистине великим исследователем, однако в замкнутом мирке ученых прослыл великим склочником, и не без оснований: даже своего друга, первого покровителя и наставника Роберта Бойля он однажды обвинил в том, что тот присвоил способы усовершенствования воздушного насоса, придуманные им, Гуком. Позднее Гуку за свои слова пришлось извиняться. Гук ополчился и на Гюйгенса, заявив, что великий физик украл у него идею часов со спиральной пружиной (чего тоже в действительности не было). Доходило до смешного: например, когда Ньютон представил Обществу придуманную им конструкцию секстанта, Гук тут же заявил, что изобрел такой прибор более 30 лет назад (хотя всем было известно, что он секстантов никогда не изготавливал).

Заметим, что это была далеко не первая стычка двух великих физиков. В 1675 году Ньютон прислал Королевскому обществу свой трактат с новыми исследованиями и рассуждениями о природе света. И Гук сразу же обвинил его в плагиате. Он заявил, будто все, что есть ценного в этой работе, уже было значительно ранее опубликовано в его, Гука, книге «Микрография». Позже он записал в своем дневнике: «Я показал, что господин Ньютон использовал мои гипотезы об импульсах и волнах».

Сэр Исаак Ньютон был тут же извещен об этих обвинениях секретарем Королевского общества. Надо признать, Ньютон сделал все, чтобы уладить конфликт. Он признал, что использовал некоторые идеи Гука. И это было чистой правдой, книга Гука «Микрография» была в числе настольных книг Ньютона. Сам Гук тут же остыл и принес Ньютону извинения, сказав, что «поторопился с выводами, не изучив досконально всей работы». Ученые помирились, и, что показательно, Ньютон до самой смерти Гука не публиковал своих работ по физике света: его знаменитая монография «Оптика» вышла лишь в 1704 году, через год после того, как Гука не стало.

Поэтому неудивительно, что ученые Англии воспринимали Гука как весьма своеобразную, скажем осторожно, личность, с которой лучше не связываться. И эта репутация в конце концов сыграла с ним злую шутку. Произошло это так: когда в 1686 (первый том) и в 1687 (второй том) годах вышла знаменитая работа Ньютона «Математические начала натуральной философии», где излагался закон всемирного тяготения, Гук сразу же заявил о том, что Ньютон присвоил себе его идеи. Ученому с репутацией завистника и скандалиста, разумеется, никто не поверил. И напрасно, потому что, по иронии судьбы, на этот раз правда была на стороне Гука.

Слава первооткрывателя закона тяготения, конечно же, навсегда закреплена за сэром Исааком, законы Ньютона, с которыми мы знакомимся в средних классах школы, вряд ли когда-нибудь станут называться как-то по-другому. Но может быть, хотя бы ради правды и восстановления справедливости, следовало бы провести исследования писем и дневников Роберта Гука, которые показали бы, что идею об универсальной силе тяготения Гук впервые высказал еще где-то в середине 1660-х годов. Позже она была изложена ученым в трактате «Попытка доказательства движения Земли», который был опубликован в 1674 году. Правда, сам закон был сформулирован им весьма туманно — Гук говорил лишь о том, что, возможно, сила, с которой одно тело притягивает другое, пропорциональна их массам.

Ясной формулировки (в том виде, в котором этот закон знаем мы) пришлось ждать шесть лет. Лишь в письме от 6 января 1680 года Ньютону Гук четко излагает закон всемирного тяготения, а заодно предлагает своему соратнику строго математически обосновать его, показав при этом связь с первым законом Кеплера для некруговых орбит. Эта просьба неслучайна: Гук прекрасно знал, что Ньютон более сведущ в математике, да и вообще в теории, в то время как сам Роберт Гук был сильным экспериментатором. Так что, как видим, яблоко тут совсем ни при чем — Ньютон получил формулировку закона уже в готовом виде.

Тут самое время еще раз вернуться назад и вспомнить другого великого ученого — Галлея. Да-да, того самого, охотника за знаменитой кометой. Так вот, Галлей наблюдал за кометой в ранние утренние часы в своей домашней обсерватории в Айлингтоне. И его наблюдения не подтвердили гипотезы «прямолинейного движения» небесной гостьи, существовавшей тогда. За счет чего же искривлялась ее траектория и какой она становилась?

Ньютон, к которому обратился с этим вопросом Галлей, сходу ответил, что орбитой кометы является эллипс, и в доказательство привел свои расчеты, которые прислал своему коллеге в конце 1684 года.

А вышеуказанный трактат Гука «Попытка доказательства движения Земли» был опубликован десятью годами ранее. И вот выдержка из него:

«Я изложу теперь систему мира, которая отличается во многих отношениях от до сих пор известных, но которая во всех отношениях согласуется с обычными законами механики. Она основана на трех предположениях. Первое заключается в том, что все без исключения небесные тела обладают способностью притяжения или тяжести, направленной к центрам, благодаря которой тела не только удерживают свои собственные части и препятствуют им улетучиваться в пространство, как это — мы видим — делает Земля, но, кроме того, они притягивают также все другие небесные тела, находящиеся в сфере их действия; следовательно, не только Солнце и Луна влияют на тело и движение Земли, как и Земля на них, но также Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн значительно влияют своей притягательной силой на движение Земли, точно так же, как Земля имеет значительное влияние на движение этих тел. Второе предположение заключается в том, что все тела, однажды приведенные в прямолинейное и равномерное движение, продолжают это движение по прямой линии до тех пор, пока какие-либо другие силы не отклонят и не обратят это движение в движение по кругу, эллипсу или другой более сложной кривой линии. Третье предположение — в том, что притягательные способности проявляются с большей силой по мере того, как тела, на которые они действуют, приближаются к центру, откуда силы исходят. Каковы же последовательные степени возрастания сил на различных расстояниях, я еще не проверил на опыте…» Это было сказано на десять (!) лет раньше.

Итак, попытаемся выяснить долю участия каждого ученого в открытии закона всемирного тяготения. Сводится ли все к тому, что Гук догадался и сформулировал, а Ньютон математически вычислил? Нет, это не совсем так. Именно Гуком был открыт и доказан математически закон всемирного тяготения (сам Гук называл его «закон обратных квадратов для центральной гравитационной силы»). Причем это обоснование было безупречным, а все уравнения Гука были правильными. Однако он обосновал справедливость этого закона только для тел, движущихся по круговым орбитам. Ньютон же, в свою очередь, предоставил уравнения, описывающие движения по эллиптическим орбитам, то есть доказал справедливость закона для реально движущихся небесных тел. Любопытно, что об этом его и просил сам Гук, сообщив перед тем результаты своих расчетов. Можно сказать, что Ньютон сделал важную часть работы, однако это вовсе не давало ему права заявлять, что закон всемирного тяготения — исключительно его рук (точнее, ума) дело.

Универсальность этого закона, его глубина и мощь настолько поражали разум, что даже у самого сэра Исаака он дал сбой в сторону тщеславия. Ньютон, поначалу всецело признававший соавторство, а зачастую и единоличное авторство Гука, с некоторых пор вдруг повсюду стал утверждать, что сделал это открытие раньше и независимо от Гука (тут-то и пригодилась легенда о яблоке, приведшем Ньютона в состояние прозрения). Возможно, подобное поведение Ньютона было вызвано появлением многочисленных памфлетов, в которых его в открытую называли плагиатором. Эти слова еще больше раздули конфликт, однако Королевское общество встало на сторону Ньютона, и в итоге был признан его приоритет. Выпады Гука проигнорировали — зачем, мол, слушать заведомого склочника.

А между тем тщательнейший анализ архивов Ньютона ни к чему не привел: каких-то документов, записок, расчетов, писем, подтверждающих его претензии на единоличное авторство великого закона, найдено так и не было. Более того, обнаружены письма, прямо свидетельствующие об обратном, — в них сэр Исаак признается, что действительно думал о тяготении, но сходу эта задачка ему не далась, и он ее забросил. А вернулся к ней лишь после того самого письма Роберта Г ука.

Получается, Ньютон действительно присвоил чужое открытие? На самом деле — не совсем: без той части расчетов, которую выполнил Ньютон, зависимость тяготения от массы тел нельзя было считать полностью доказанной. Другими словами, без работы сэра Исаака закон можно было рассматривать лишь как частный случай (к тому же идеальный, то есть не существующий в действительности), а не как общую закономерность. Логичным выходом из ситуации было бы признание того, что закон сформулировали два великих ученых (и, соответственно, называть его следовало бы законом всемирного тяготения Гука — Ньютона). Однако, к сожалению, этого до сих пор так и не произошло.

Один из выводов по результатам своего исследования научной деятельности Исаака Ньютона академик С. И. Вавилов сформулировал так: «Написать “Начала натуральной философии” в XVII веке никто, кроме Ньютона, не мог, но нельзя оспаривать, что программа, план “Начал” был впервые набросан Гуком».

Случившееся в истории о Роберте Г уке, Исааке Ньютоне и их претензиях на открытие закона всемирного тяготения можно назвать побочным эффектом феномена множественных открытий. Роберт Гук, блестящий ученый, невероятный гений, так и не получил заслуженных лавров основоположника современной физики. И хотя его имя не исчезло со страниц учебников совсем — о Гуке вспоминают всегда, когда говорят об открытии постоянства температуры таяния льда и кипения воды или о волнообразном распространении света и интерференции, — все же о том, что именно он первым догадался связать силу тяготения с массой тела, предпочитают не упоминать.

 

Теория относительности: Альберт Эйнштейн, Анри Пуанкаре, Хендрик Лоренц, Герман Минковский

В 1905 году в немецком научном журнале «Аннален дер физик» появилась небольшая статья объемом всего 30 печатных страниц «К электродинамике движущихся тел». Ее написал 26-летний Альберт Эйнштейн. В этом небольшом объеме была почти полностью изложена специальная теория относительности, вскоре сделавшая знаменитым молодого эксперта патентного бюро. В этом же году в том же журнале появилась статья «Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?», дополняющая первую.

Специальная теория относительности выросла из решения электродинамической проблемы движущихся тел, над которой начиная с середины XIX века работали многие физики. Они пытались доказать существование эфира — среды, в которой распространялись электромагнитные волны. Предполагалось, что эфир проникает через все тела, но в их движении участия не принимает. Строились различные модели светоносного эфира, выдвигались гипотезы относительно его свойств. Казалось, что неподвижный эфир может служить той абсолютно покоящейся системой отсчета, относительно которой рассматриваются «истинные» движения тел.

Согласно воззрениям Ньютона и его современников, во Вселенной существуют «нормальные часы», которые отсчитывают ход «абсолютного времени». Кроме того, существует «абсолютное движение», то есть перемещение тела из одного абсолютного места в другое абсолютное место. В течение двухсот лет эти принципы считались верными и незыблемыми. Ни один физик не подвергал их сомнению.

Первым, кто начал открыто их критиковать, был Эрнст Мах. Он начал научную карьеру на кафедре экспериментальной физики, имел в Австрии свою лабораторию. Мах проводил эксперименты со звуковыми волнами, изучал явление инерции. Он пытался опровергнуть понятия «абсолютное пространство», «абсолютное движение», «абсолютное время». Эйнштейн был знаком с работами Маха, и это знакомство сыграло не последнюю роль в его работе над теорией относительности.

В экспериментальной физике ньютоновские догмы также были поставлены под сомнение. Земля движется по своей орбите вокруг Солнца. В свою очередь, Солнечная система перемещается в мировом пространстве. Следовательно, если световой эфир покоится в «абсолютном пространстве», а небесные тела проходят через него, то их движение по отношению к эфиру должно вызывать заметный «эфирный ветер», который можно было бы обнаружить с помощью чувствительных оптических приборов.

Опыт по обнаружению «эфирного ветра» в 1881 году поставил американец Альберт Майкельсон. Он опирался на идею, высказанную Максвеллом двенадцатью годами ранее. Майкельсон рассуждал так: если земной шар движется сквозь абсолютно неподвижный эфир, то луч света, пущенный с поверхности Земли, при определенных условиях будет отнесен назад «эфирным ветром», который дует навстречу движению Земли. «Эфирный ветер» должен возникать только благодаря перемещению Земли относительно эфира.

Первая экспериментальная установка была построена и испытана Майкельсоном в Берлине, все приборы были смонтированы на каменной плите и могли поворачиваться как одно целое. Затем опыты были перенесены в Америку и выполнялись при участии близкого друга и сотрудника Майкельсона Эдуарда Морли. Ученые создали зеркальный интерферометр, который мог зарегистрировать даже самый слабый «эфирный ветер». Результаты всех опытов, проведенных и в 1881 и в 1887 годах, оказались отрицательными — никакой «эфирный ветер», даже самый слабый, зарегистрирован не был. Опыт Майкельсона и на сегодняшний день можно считать одним из самых выдающихся в истории физики. Сам Эйнштейн писал, что этот опыт имел огромное значение для рождения теории относительности.

Но не все физики были согласны с тем, что эфира не существует и что ньютоновы принципы должны быть отброшены навсегда. Голландский физик Хендрик Лоренц в 1895 в попытке «спасти» эфир высказал предположение, что быстро движущиеся тела испытывают сокращение. Еще до Лоренца, в 1891 году, ирландский физик Джордж Фицджеральд сделал подобное предположение, о чем Лоренц не знал. Лоренц и Фицджеральд писали, что все предметы «под давлением» эфира сплющиваются, укорачиваются. Укорачивается и плита, на которой расположены все приборы, и сами приборы. Укорачивается и земной шар, и люди, находящиеся на его поверхности, причем величина всех этих укорочений и сплющиваний есть характеристика, описывающая уравновешивающее действие «эфирного ветра». Ученые также вводили поправку на время распространения «эфирного ветра».

Хендрик Лоренц (1853–1928) вошел в историю физики как создатель электронной теории. Он сделал фундаментальное предположение — эфир в движении вещества участия не принимает. В 1892 году в заметке «Относительное движение Земли и эфира» Лоренц описывает способ согласования результатов опыта с теорией неподвижного эфира, заключающийся в предположении о сокращении размеров тел в направлении движения (сокращение Лоренца-Фицджеральда).

Развивая свои взгляды на примере оптических и электромагнитных явлений в движущихся телах, Лоренц, по существу, приближается к утверждению принципа относительности для электромагнитных явлений. Как мы знаем, в механике такой принцип был введен Галилеем. Он гласил, что никакими механическими опытами невозможно установить, покоится данная система или движется равномерно и прямолинейно. А Лоренц высказал предположение, что никакими мыслимыми опытами невозможно обнаружить относительное движение Земли и эфира.

В 1904 году Лоренц в статье «Электромагнитные явления в системе, движущейся со скоростью, меньшей скорости света» вывел формулы, связывающие между собой пространственные координаты и моменты времени в двух различных инерциальных системах отсчета (преобразования Лоренца).

В 1898 году один из выпусков широко известного тогда французского научного журнала открылся статьей Пуанкаре «Измерение времени». В ней автор анализировал такие простые, казалось бы, понятия, как равенство двух промежутков времени и соответствие между собой моментов времени в разных точках пространства.

Полученный результат для современников Пуанкаре был весьма неожиданным: абсолютного времени и абсолютной одновременности в природе не существует. Лишь на основе условного соглашения можно считать равными длительности двух промежутков времени и одновременными два явления, происшедшие в разных точках пространства. Это было совершенно новое, неклассическое понимание времени и одновременности. Другое положение статьи 1898 года: Пуанкаре писал о постоянстве скорости распространения света во всех направлениях. Непосредственное участие Пуанкаре в создании теории относительности следует из его статей «Пространство и время», «Новая механика».

В конце XIX века уже были найдены преобразования пространственно-временных координат, составляющие основу теории относительности. Были получены также самые необычные следствия этой теории: о сокращении длин отрезков и расширении временных интервалов.

Осенью 1904 года Анри Пуанкаре также попытался «спасти» абсолютно неподвижный эфир. Он решил оформить вычисления Лоренца в виде относительно стройной теории, но «теория» осталась простой формальностью.

Еще во время учебы в школе в Аарау Эйнштейн проводил мысленный эксперимент: что мог бы видеть человек, движущийся за световой волной со скоростью света? О начале рассуждений сам Эйнштейн писал: «Необходимо было составить себе ясное представление о том, что означают в физике пространственные координаты и время некоторого события». Ученый начал с изучения понятия одновременности. Ньютоновская механика утверждает, что возможно распространение взаимодействий (то есть передача сигналов, информации) с бесконечной скоростью. А согласно теории Эйнштейна, скорость света, представляющая собой максимальную скорость передачи сигналов, все же конечна и притом имеет одну и ту же величину для всех наблюдателей — 300 000 км/с.

Поэтому понятие «абсолютной одновременности» лишено всякого физического смысла и применяться не может. Эйнштейн пришел к выводу, что относительна одновременность событий, разделенных пространственно. Причиной относительности одновременности является конечность скорости распространения сигналов.

Если невозможна «абсолютная одновременность», то не может существовать и «абсолютное время», одинаковое для всех систем отсчета. Каждая система отсчета имеет свое собственное «локальное время». Учение Эйнштейна о времени стало совершенно новым шагом в науке. Понятие «абсолютное время» было отброшено. Но так как время и движение теснейшим образом связаны между собой, то следовало устранить и ньютоновское понятие «абсолютного движения».

Первый и главный постулат теории Эйнштейна — принцип относительности — гласит, что во всех системах отсчета, движущихся по отношению друг к другу равномерно и прямолинейно, действуют одни и те же законы природы. Таким образом, принцип относительности классической механики экстраполируется на все процессы в природе, в том числе и электромагнитные. Если же необходим переход от одной системы отсчета к другой, то следует воспользоваться преобразованиями Лоренца. Эти уравнения Эйнштейн назвал так в знак глубокого уважения к трудам своего предшественника. А вот понятие «светового эфира» Эйнштейн упразднил, заменив его «электромагнитным полем».

Многие ученые очень болезненно отнеслись к такому повороту, они никак не могли смириться с тем, что эфира не существует. Даже великий голландец Лоренц до самой смерти верил в существование эфира.

Второй постулат Эйнштейна гласит, что скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета. Она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника светового сигнала. Скорость света — предельная скорость, ни один из процессов в природе не может иметь скорость большую, чем скорость света.

Из постоянства скорости света вытекают два знаменитых парадоксальных следствия: относительность расстояний и промежутков времени.

Относительность расстояний: расстояние не является абсолютной величиной, а зависит от скорости движения тела относительно данной системы отсчета. Размеры быстродвижущихся тел сокращаются по сравнению с размерами покоящихся тел. При приближении скорости тела к скорости света его размеры будут приближаться к нулю! Нечто похожее высказывал и Лоренц, пытаясь «спасти» эфир в опыте Майкельсона.

Относительность промежутков времени: ход часов в быстродвижущейся системе замедляется по сравнению с часами, находящимися в покоящейся системе отсчета относительно первой.

Эти эффекты физики называют релятивистскими, вкладывая в это тот смысл, что наблюдаются они при скоростях движения, близких к скорости света.

Что же произойдет, если на самом деле попытаться ускорить материальное тело до скорости, близкой к скорости света?

Теория относительности утверждает эквивалентность массы и энергии в соответствии с теперь уже знаменитой формулой: «Энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света».

Вначале увеличение энергии тела сопровождается едва уловимым увеличением массы и, следовательно, инерции тела. Поэтому становится чуть-чуть труднее ускорить его дальше. По мере же приближения к скорости света этот эффект становится все внушительнее, что делает преодоление скорости света невозможным.

В конце 30-х годов ХХ века формула Эйнштейна получила блестящее подтверждение в реакциях деления урана. При этом одна тысячная часть полной массы исчезала, чтобы вновь целиком обнаружиться в виде атомной энергии. Даже в обычных химических реакциях соблюдается эйнштейновское соотношение, только количество вещества, появляющегося или исчезающего во время реакции, меньше одной десятимиллиардной части всей массы, что весьма тяжело зафиксировать современными устройствами.

Подчеркнем, что в специальной теории относительности рассматривается равномерное движение, то есть движение с постоянной скоростью, при котором направление движения не изменяется. Если движение происходит с ускорением, обусловленным внешними силами, например гравитационным притяжением, — в таких случаях специальная теория относительности неприменима.

В 1908 году немецкий математик Герман Минковский, учивший Эйнштейна в Цюрихском политехникуме, создал для специальной теории относительности математический аппарат. В своем знаменитом докладе на съезде немецких естествоиспытателей и врачей 21 сентября 1908 года Минковский сообщал: «Представления о пространстве и времени, которые я собираюсь развить перед вами, выросли на почве экспериментальной физики. В этом заключается их сила. Они приведут к радикальным следствиям. Отныне пространство само по себе и время само по себе полностью уходят в царство теней, и лишь своего рода союз обоих этих понятий сохраняет самостоятельное существование». С тех пор «мир Минковского» стал неотъемлемой частью специальной теории относительности.

Как видим, приписывать создание специальной теории относительности одному человеку, пусть даже гению, не совсем корректно и, говоря по совести, совершенно непорядочно: Эйнштейн воспользовался разработками идей предшественников, чтобы сделать следующий шаг в науке. Но что было бы при отсутствии таких предшественников?

 

Дифференциальное и интегральное исчисления: Исаак Ньютон и Готфрид Лейбниц

География научных работ, в которых упоминаются имена Лейбница и Ньютона, достаточно широка. Ими были разработаны методы, с помощью которых любой человек, изучив небольшое число правил действия с символами, обозначающими операции дифференцирования и интегрирования, становится обладателем мощного математического аппарата. Этот аппарат широко используется в физике. Открыли математический анализ оба, и это привело к возникновению грандиозного спора о приоритете. О Ньютоне мы еще расскажем, а сейчас несколько слов о втором герое нашего рассказа.

Среди великих ученых прошлого Готфрид Вильгельм Лейбниц занимает одно из первых мест. Во множестве наук он оставил заметный след: он занимался логикой, юриспруденцией, историей и теологией, выдвинул ценные идеи в геологии, языкознании и психологии. Лейбниц — один из крупнейших философов Нового времени, стоящий в одном ряду с Декартом, Спинозой, Кантом, Гегелем. Начиная с ранних лет жизни в течение примерно полувека он был в центре всех интересов своего времени.

Колоссальные знания в области математики Лейбниц приобрел, как ни странно, методом самообразования. И закончил университет за три года. Обиженный отказом ученого совета университета присвоить ему степень доктора права (ему объяснили, что это связано с его юным возрастом), Лейбниц покинул Лейпциг. Так для молодого ученого началась жизнь, полная напряженного труда и далеких путешествий, во время которых молодой ученый несколько раз встречался с русским царем Петром I. От Петра Лейбниц получил титул тайного советника и пенсию в 2000 гульденов.

Всю свою сознательную жизнь он стремился выразить законы мышления в виде стройного математического аппарата. Для этого необходимо, считал Лейбниц, уметь обозначать любые понятия или идеи символами, комбинируя их в особые формулы, и сводить правила мышления к правилам в вычислениях, сделанных по этим символическим формулам. В 1684 году Лейбниц публикует первую работу по дифференциальному исчислению «Новый метод максимумов и минимумов», причем имя Ньютона в первой части даже не упоминается, а во второй заслуги Ньютона описаны не вполне отчетливо. Тогда Ньютон не обратил на это внимания. Его работы по анализу начали издаваться только с 1704 года.

Лейбниц писал: «То, что человек, сведущий в этом исчислении, может получить прямо в трех строках, другие ученейшие мужи принуждены были искать, следуя сложными обходными путями».

По мнению Бертрана Рассела, Лейбниц «был одним из выдающихся умов всех времен, но человеком он был неприятным». Многие биографы сходились во мнении, что он был скуп, хотя сам философ отрицал в себе корыстолюбие.

Во второй половине 1660-х годов молодой кембриджский математик Исаак Ньютон разработал общий метод, названный им методом флюксий, в области, известной нам ныне как математический анализ. Сам Ньютон не представлял всей важности своего исследования. В 1669 году сэр Исаак послал заказчику из Кембриджа довольно темный трактат, посвященный этому предмету; трактат закончен так и не был: Ньютона в это время больше интересовала возможность публикации в «Философских трудах Королевского общества» разработанной им теории оптики. В 1672 году в Париже появляется молодой германский дипломат Готфрид Лейбниц, получивший юридическое и философское образование. С математикой в то время Лейбниц был практически не знаком. Однако, будучи чрезвычайно честолюбивым человеком, он уже тогда обдумывал проект реформирования всей структуры науки (в том числе и математики) на базе универсальной логической символики. Уже на следующий год Лейбниц переезжает в Лондон в составе дипломатической миссии и быстро приобретает связи в научных кругах. За изобретение элементарной вычислительной машины Лейбница избирают членом Королевского общества.

Однако непомерные амбиции Лейбница и, в частности, присвоение им авторства алгебраической последовательности для квадратуры круга, уже опубликованной несколькими математиками, создают ему в ученых кругах скверную репутацию. Эта дурная слава помешала его назначению на пост в Коллеж де Франс в 1675 году. Тем не менее Лейбниц все же стал одним из участников корреспондентской сети Кембриджской ученой коллегии и начал обмениваться письмами с Ньютоном.

В 1676 году Ньютон пишет через Ольденбурга Лейбницу письмо, в котором передает много новых данных о разложении в ряды, сообщает и знаменитый бином (без доказательства); о методе бесконечно малых (то есть о дифференциальном исчислении), однако, в письме не говорится. Впрочем, в следующем письме к Ольденбургу от 24 октября 1676 года Ньютон говорит о новом методе и приводит результаты, достигнутые благодаря его применению. Понять из зашифрованного в письме описания сущность открытия было невозможно, детальное изложение метода скрыто еще более сложной шифровкой.

Лейбниц отвечает на загадки Ньютона письмом от 21 июня 1677 года, где достаточно ясно излагает основы дифференциального исчисления, отличающегося по существу от метода Ньютона (метода флюксий) только символикой. Ньютон на это письмо Лейбница не ответил. На этом переписка прервалась.

Одновременно, на основе циркулировавших в Европе английских математических идей, Лейбниц быстро разрабатывает собственную теорию, в которой использует более ясную нотацию, чем Ньютон. Закончив работу, Лейбниц описал ее Ньютону, но тот его аргументацию всерьез не принял. Возможно, Ньютон недооценил математические способности Лейбница, зная, что тот только начинает свою математическую карьеру.

Через некоторое время Лейбниц приступает к дипломатической службе при дворе германского герцога Брауншвейгского. В 1682 году в Лейпциге выходит первый в Германии специализированный ученый журнал Acta Eruditorum, основанный интеллектуалами из окружения Лейбница в противовес журналу Me'moires, издаваемому Французской академией наук, и «Философским трудам» английского Королевского общества. Получив контроль над изданием, не зависящим ни от английских, ни от французских влияний, Лейбниц публикует алгебраические последовательности, о которых писал в Лондоне, без ссылок на каких-либо предшественников. Несколько позже, в 1684 и 1686 годах, выходит краткое описание его математического анализа — при этом Лейбниц высказал предположение, что открывается новая эпоха в истории математики.

Предложенное Лейбницем изложение было крайне сжатым, но давало представление о программном значении метода. Краткой публикации оказалось достаточно, чтобы он обратил на себя внимание швейцарских математиков Якоба и Иоганна Бернулли (Якоб Бернулли занимал в то время пост профессора в Базеле), и вскоре новый метод математического анализа получает распространение в математических кругах континентальной Европы. Парижский аристократ маркиз Гийом Франсуа де Лопиталь (1661–1704) приглашает Иоганна Бернулли, чтобы тот обучил его методу Лейбница. К этой непростой истории мы еще вернемся во второй части нашей книги.

В 1696 году де Лопиталь публикует первый учебник по математическому анализу и становится лидером стремительно разраставшейся группы французских математиков.

На протяжении большей части этого времени Ньютон остается в тени. В эти годы Кембридж перестает быть интеллектуальным центром, и Ньютон оказывается изолированным от интеллектуальной жизни Лондона. Его репутация ученого начала возрождаться лишь после публикации «Начал» (1687 г.). Вскоре после этого Ньютон становится горячим защитником революции 1688 года. Он агитирует против католической реставрации и представляет Кембриджский университет в парламенте. В 1690 году, получив пост главы Монетного двора, Ньютон покидает Кембридж. В течение следующего десятилетия популярность Ньютона как первого интеллектуала Англии росла, и в 1703 году он стал пожизненным президентом Королевского общества.

В середине 1690-х годов националистически настроенные последователи Ньютона решили восстановить его первенство в создании математического анализа и начали кампанию против Лейбница. Под давлением этих людей Ньютон наконец публикует старую работу о методе флюксий в приложении к книге «Оптика»: в 1704 году и затем в 1711 году.

Лейбниц отвечает на нападки анонимной рецензией на ньютоновскую «Оптику», опубликовав ее в журнале Acta, который поддерживал его притязания на первенство. Вслед за тем в Acta анонимно было опубликовано письмо Иоганна Бернулли, в котором Ньютон обвинялся в плагиате. Лейбниц и Бернулли в своих публичных заявлениях проявляли сдержанность по отношению к Ньютону, но исподволь продолжали свои нападки. Возможно, в этом споре присутствовали и политические мотивы.

Представьте себе: Лейбниц и Ньютон — два ученых мужа первой величины — обвиняли друг друга в плагиате, искажали факты и анонимно публиковали якобы беспристрастные статьи в свою защиту! Их сторонники вели себя еще хуже.

Лейбниц не упускал ни одной возможности — ни организационной, ни политической, ни интеллектуальной — для утверждения своего приоритета. Однако нет никаких свидетельств того, что он занимался плагиатом, хотя, конечно, он старался как можно больше узнать о том, над чем работают ведущие интеллектуалы, и использовал плоды их работы в своих интересах. Ньютон же нисколько не заботился о том, чтобы сделать свой метод общедоступным. Избранная им символика служила лишь для его «внутреннего», личного потребления, и он ее строго не придерживался. При этом он считал, что открытие принадлежит ему навечно и достаточно того, что оно просто покоится в его голове. Ученый искренне полагал, что своевременная публикация не приносит никаких прав. Перед богом первооткрывателем всегда останется тот, кто открыл первым. Правда, Ньютон отчасти закрепил свои права письмом к Коллинзу в 1672 году, не указав самого метода, но приведя несколько примеров. Это письмо служило впоследствии опорным пунктом в споре Ньютона с Лейбницем.

Вернемся немного назад. В начале 1673 года Лейбниц в течение нескольких месяцев был в Лондоне и часто посещал секретаря Королевского общества Ольденбурга, который до известной степени был в курсе математических работ Ньютона. Из Лондона Лейбниц направился в Париж, где вместе с Гюйгенсом усиленно занялся математикой. В 1674 году Ольденбург сообщил Лейбницу о существовании нового общего метода Ньютона, сущность метода при этом, однако, не излагалась. В 1676 году Лейбниц снова был в Англии проездом и лично познакомился с Коллинзом. Впоследствии, в разгар спора, защитники прав Ньютона указывали, что Лейбниц мог узнать содержание работ Ньютона из рукописей, хранившихся у Коллинза в Королевском обществе.

Впрочем, шифровка Ньютона в письме к Лейбницу и, наоборот, открытое, ясное изложение метода Лейбницем в его ответе ставятся некоторыми историками в упрек Ньютону. Но этот упрек едва ли справедлив: обычай скрывать еще не вполне обработанные результаты научной работы в виде анаграмм или шифров был широко распространен. Надо отметить также, что Ньютон еще в первом издании «Начал» отозвался о работах Лейбница совершенно объективно. В знаменитом «Поучении» во второй книге «Начал» он по поводу метода флюксий пишет: «В письмах, которыми около десяти лет тому назад я обменивался с весьма искусным математиком Г. Лейбницем, я ему сообщал, что обладаю методом для определения максимумов и минимумов, проведения касательных и решения тому подобных вопросов, одинаково приложимых как для членов рациональных, так и для иррациональных, причем я метод скрыл, переставив буквы следующего предложения: “когда задано уравнение, содержащее любое число текущих количеств, найти флюксии и обратно”. Знаменитейший муж отвечал мне, что он также напал на такой метод, и сообщил мне свой метод, который оказался едва отличающимся от моего, и то только терминами и начертанием формул».

Естественно поставить вопрос, весьма существенный для понимания характера Ньютона: почему же он не опубликовал свой метод? Есть основания полагать, что математика в глазах Ньютона играла вспомогательную роль в физическом исследовании. К тому же Ньютон считал, что закрепил свои права в указанном письме к Лейбницу, так что само опубликование нового метода потеряло свою остроту — метод стал уже известным, все сводилось только к тому, чтобы гарантировать себе приоритет, в котором Ньютон не сомневался. Вообще, в это время Ньютон был необычайно спокоен по поводу своих прав на первенство.

Триумфальное шествие нового метода дифференциального исчисления под именем Лейбница начинает, однако, беспокоить национальную гордость английских патриотов. В 1695 году известный математик Уоллис пишет Ньютону: «Вы не заботитесь как следует о вашей чести и чести нации, удерживая столь долго ваши ценные открытия». Однако даже такие слова не подействовали на Ньютона: он по-прежнему молчал. Непосредственным зачинщиком распри Ньютона с Лейбницем стал переселившийся в Лондон женевский математик Фатио Дюилье. Обиженный на Лейбница по разным причинам, Фатио напечатал в 1699 году небольшую книгу, в которой между прочим не только подчеркнул, что Ньютон первый открыл новый метод, но сделал легкий намек на возможность плагиата со стороны Лейбница. Лейбниц отнесся к этому обвинению спокойно и указал, что не имеет никакого намерения вступать с Ньютоном в прения о первенстве: он исполнен к нему глубокого уважения и уверен, что и Ньютон не одобряет писаний Фатио.

Распря разгорелась снова в связи с появлением в 1704 году «Оптики» Ньютона, в которой автор дал наконец долгожданное печатное изложение своего метода. В безымянной, но написанной, очевидно, Лейбницем рецензии на «Оптику» в Acta Eruditorum при всех похвалах, расточаемых по адресу Ньютона, рецензент истолковывает выводы Ньютона в терминах дифференциального исчисления. Сам Ньютон, как он утверждал позднее, понял эту рецензию как прямое обвинение в плагиате. Спор возобновился с новой силой: один из самых ревностных учеников Ньютона Джон Кейль в работе «О законе центральных сил» в 1708 году поместил такой абзац: «Все это следует из столь знаменитого теперь метода флюксий, первым изобретателем которого был, без сомнения, сэр Исаак Ньютон, как в этом легко убедится каждый, кто прочтет его письма, опубликованные Уоллисом. То же исчисление опубликовано позднее Лейбницем в Acta Eruditorum, причем он только изменил название, вид и способ обозначений».

Замечательно, что почти все статьи в защиту Ньютона были написаны им самим и лишь опубликованы под именами его друзей. Обвинения Лейбница в плагиате стали звучать еще определеннее. И тут Лейбниц, как член Королевского общества, совершил ошибку, обратившись с жалобой на Кейля. Ньютон, будучи президентом общества, назначил для разбора дела «незаинтересованную» комиссию, «случайно» составленную из друзей Ньютона. Но и этого было мало: он сам пишет отчет комиссии и заставляет общество его опубликовать, официально обвиняя Лейбница в плагиате. Вдобавок к тому, чувствуя себя все еще неудовлетворенным, Ньютон анонимно публикует сжатый пересказ этого отчета в газете Королевского общества.

В середине 1713 года вышла книга, являющаяся результатом работы комиссии. В книге изложена уже известная нам переписка и приведено мотивированное решение комиссии, заканчивающееся следующей фразой: «По этим основаниям мы считаем Ньютона первым изобретателем и думаем, что Кейль, утверждая это, не сделал ничего несправедливого по отношению к Лейбницу». Лейбниц отвечал безымянным листком, где Ньютону бросался ряд упреков: напоминалась полемика Ньютона с Гуком, присваивание Ньютоном астрономических наблюдений Флемстида и пр. В спор вовлекались все новые ученики Ньютона — Кейль, Котс, Тэйлор и другие.

До 1714 года сам Ньютон старался оставаться в тени, но позднее ему пришлось вести полемику и от своего имени. Спор не закончился и даже после смерти Лейбница в 1716 году. Говорят, что Ньютон по поводу кончины своего противника заявил, что он получил большое удовлетворение от того, что ему удалось «разбить сердце Лейбница».

И все-таки где же правда?

Длительное изучение вопроса привело историков математики к выводу, что основы анализа бесконечно малых были открыты Ньютоном и Лейбницем независимо, причем несомненно, что открытие Ньютона сделано несколькими годами ранее. Но теория приобрела силу только после того, как Лейбницем было доказано, что дифференцирование и интегрирование — взаимно обратные операции. Об этом свойстве хорошо знал и Ньютон, но только Лейбниц увидел здесь ту замечательную возможность, которую открывает применение математического анализа. А в науке их имена стоят рядом — например, в названии формулы Ньютона — Лейбница.

 

Закон сохранения энергии: Роберт фон Майер и Джеймс Прескотт Джоуль

В 1838 году Роберт фон Майер, немецкий врач и естествоиспытатель, получил степень доктора медицины. В этом же году в качестве судового врача он на торговом корабле отправился в Батавию. До 1942 года это был главный город Нидерландской Индии на острове Ява, сейчас мы называем его Джакартой. Во время этого путешествия фон Майер сделал открытие, перевернувшее всю его жизнь.

В тропиках часть команды серьезно заболела, и фон Майер избрал одним из методов лечения популярное в те времена кровопускание.

На рейде в Батавии фон Майер произвел немало кровопусканий и заметил, что «кровь, выпускаемая из ручной вены, отличалась такой необыкновенной краснотой, что, судя по цвету, я мог бы думать, что попал на артерию». Отсюда он сделал вывод, что «температурная разница между собственным теплом организма и теплом окружающей среды должна находиться в количественном отношении с разницей в цвете обоих видов крови, то есть артериальной и венозной… Эта разница в цвете является выражением размера потребления кислорода или силы процесса сгорания, происходящего в организме. Это казалось невероятным, но так было не у одного, а у всех пациентов».

Другими словами, фон Майер пришел к заключению, что в тропиках, где жарко и для поддержания температуры тела нужно меньше энергии, не весь кислород отдается тканям — то есть окислительные процессы идут при значительно меньшем потреблении кислорода. Этот вывод стал результатом многих часов размышлений. Перед фон Майером встал вопрос: как изменится количество теплоты, выделяемое организмом при переработке пищи, если он при этом будет совершать работу? Если бы количество теплоты не изменилось, то из того же количества пищи можно было бы получать больше тепла путем перевода работы в тепло (например, через трение). Если же количество теплоты изменится, значит, работа и тепло должны быть каким-то образом связаны и между собой, и с процессом переработки пищи. Подобные рассуждения привели Майера к формулированию закона сохранения энергии в качественной форме: «Движение, теплота и, как мы намерены показать в дальнейшем, электричество представляют собой явления, которые могут быть сведены к единой силе, которые изменяются друг другом и переходят друг в друга по определенным законам». Это уже фактически была формулировка закона сохранения энергии.

Тому же фон Майеру принадлежит перенос закона сохранения энергии на астрономические тела: он утверждал, что тепло, которое поступает на Землю от Солнца, должно сопровождаться химическими превращениями или механической работой на самом Солнце: «Всеобщий закон природы, не допускающий никаких исключений, гласит, что для образования тепла необходима известная затрата. Эту затрату, как бы разнообразна она ни была, всегда можно свести к двум главным категориям, а именно: она сводится либо к химическому материалу, либо к механической работе». Автору этих слов не было в то время и тридцати. В письме к другу, психиатру Вильгельму Гризингеру, он писал, что для своего закона у него есть доказательство от противного — факт невозможности существования перепетуум мобиле, «вечного двигателя».

Фон Майер сформулировал свои выводы во вполне конструктивной для физиков того времени форме, однако, несмотря на это, ему так и не удалось опубликовать их в физических журналах. В ведущем на тот момент журнале Annalen der Physik und Chemie его статью отклонил главный редактор журнала Иоганн Поггендорф. Тот имел определенные основания достаточно негативно отнестись к работе Майера: высказанные в ней идеи были изложены еще довольно туманно.

Позже эта работа была обнародована в немецком фармакологическом журнале Annalen der Chemie und Pharmacie и в брошюре, изданной фон Майером за свой счет. Но на его статью в журнале не обращали внимания целых двадцать лет, вплоть до 1862 года, когда ее обнаружил немецкий физик и математик Рудольф Клаузиус.

В работе 1851 года «Замечания о механическом эквиваленте теплоты» фон Майер впервые пытался защитить свой приоритет. Он признал, что открытие сделано им случайно (и было связано с наблюдениями на Яве), но «оно все же моя собственность, и я не колеблюсь защищать свое право приоритета». Он ссылался на статью 1842 года, цитировал ее, приводил значение механического эквивалента теплоты, разъяснял собственные взгляды на воздействие и особенности того, что позднее назвали энергией.

То, что возможно получить тепло за счет выполнения механической работы, с убедительностью было установлено еще опытами Бенджамина Румфорда и Хэмфри Дэви, произведенными в конце XVIII века. Эти опыты свидетельствовали, что тепловая и механическая энергия — одно и то же. Что, вероятно, экспериментально можно найти механический эквивалент теплоты, то есть определить количество работы в механических единицах, эквивалентное тому же количеству теплоты в тепловых единицах.

Эксперименты, в которых за счет механической энергии создавалась теплота, следовали один за другим. Среди ученых, успешно занимавшихся этой проблемой, конечно, первым следует назвать английского физика Джеймса Джоуля. Он выбрал целью своей жизни доказательство того, что теплота — это форма энергии.

Страсть к науке выдающегося физика-экспериментатора была беспредельной. Даже во время медового месяца он находил время для измерения температуры воды у вершины и подножия живописного водопада, около которого они с молодой женой жили. Он делал это для того, чтобы убедиться, что разность значений температуры воды соответствует закону сохранения энергии.

В 1845 году Джоуль точно измерил количество теплоты, получаемое при преобразовании механической работы в тепловую энергию, и уточнил результат, полученный ранее фон Майером. Таким образом, именно усилиями фон Майера и Джоуля было сделано открытие, принесшее первое экспериментальное доказательство кинетического характера тепла — этой некогда загадочной и таинственной субстанции. Это открытие дало возможность подтвердить переход одного вида энергии в другой. Но вопрос о приоритетном споре в этой сфере закрыт не был. Кроме этих двух ученых был еще и третий!

С утверждением, что энергия может переходить из одного вида в другой, в 1847 году выступил Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц, которого тоже называют среди тех, кто открыл закон сохранения энергии. В отличие от своих предшественников, Гельмгольц смог связать закон сохранения энергии с невозможностью существования вечного двигателя. Все виды сил (позднее получившие название видов энергии) Гельмгольц свел к двум большим типам: живым силам движущихся тел (кинетической энергии в современном понимании) и силам напряжения (тому, что мы сейчас называем энергией потенциальной). Гельмгольц сформулировал закон сохранения этих сил в следующем виде: «Во всех случаях, когда происходит движение подвижных материальных точек под действием сил притяжения и отталкивания, величина которых зависит только от расстояния между точками, уменьшение силы напряжения всегда равно увеличению живой силы, и наоборот, увеличение первой приводит к уменьшению второй. Таким образом, всегда сумма живой силы и силы напряжения постоянна». Звучит, конечно, довольно туманно, но при желании все же разобраться можно.

Гельмгольц был одним из самых знаменитых физиков второй половины XIX столетия, общепризнанным лидером естественных наук. К тому же Гельмгольц неоднократно признавал приоритет фон Майера и Джоуля, подчеркивая, однако, что с работой фон Майера он знаком не был, а работы Джоуля знал недостаточно.

Что же касается фон Майера и Джоуля, то их спор о приоритете вскоре вышел за рамки чисто научного. В своих сообщениях фон Майер обращал внимание на то, что закон сохранения энергии, «а также численное выражение его, механический эквивалент теплоты, были почти одновременно опубликованы в Германии и Англии». Он указывает на исследования Джоуля и признает, что Джоуль «открыл безусловно самостоятельно» закон сохранения и превращения энергии и что «ему принадлежат многочисленные важные заслуги в деле дальнейшего обоснования и развития этого закона».

Фон Майер пишет: «Я убежден, что Джоуль сделал свое открытие о теплоте и силе, не зная моих работ, и признаю, что многочисленные заслуги этого известного физика внушили мне большое к нему уважение; тем не менее я полагаю, что могу с полным правом подтвердить: закон эквивалентности тепла и живой силы, с его численным выражением, опубликовал впервые я (в 1842 г.)». Однако в работах Джоуля и Гельмгольца имя фон Майера не встречается — ни в отчете Джоуля о превращениях энергии, опубликованном в журнале Парижской академии Comptes rendus («Доклады») в 1847 году, ни в упомянутой выше работе Гельмгольца «О сохранении силы», появившейся годом позже.

Но фон Майер не был склонен уступать свое право на приоритет. Спокойный тон его заявлений не может скрыть той глубокой душевной травмы, которая была нанесена ему «мелкой завистью цеховых ученых» и «невежеством окружающей среды». А его еще и обвинили в попытке присвоить чужие заслуги.

Последующая жизнь фон Майера была весьма непростой. В течение двух лет умерли двое из его троих детей. Местные ученые дразнили его, называя сумасшедшим философом. Его травили в газетах — скромного и честного ученого обвиняли в мании величия. Закончилось все тем, что в 1850 году фон Майер выбросился из окна своей спальни. Физически он пострадал не сильно, но последующие три года провел в психиатрической клинике.

И все же его спасли физика и самолюбие. Фон Майер нашел в себе силы ответить недругам уже упомянутой нами отдельной брошюрой Bemerhungen u" her das mechanische Aequivalent der Wa" rme («Замечания о механическом эквиваленте теплоты»), вышедшей в 1851 году. По словам Оствальда, «это сочинение было написано кровью Майера, что исчерпало его последние силы». Осенью у фон Майера обнаружилось воспаление мозга, после чего его поместили сначала в частную лечебницу, а затем в казенную психиатрическую больницу. Научную деятельность он смог возобновить лишь в 1862 году.

Последние годы жизни фон Майера все же несколько примирили его со светом, он смог вкусить заслуженной славы, пусть и не в полной мере. В 1871 году он получил медаль Лондонского королевского общества, позднее его наградила Французская академия наук. Фон Майер стал почетным доктором родного университета в Тюбингене.

Незадолго до его смерти в 1874 году вышло собрание его трудов по закону сохранения и превращения энергии под названием «Механика тепла». Фон Майер не был физиком, но смог представить обобщенное понимание закона сохранения, распространив его на явления жизни и космос. Именно это смущало и физиков, именно это рассматривалось научным сообществом как абстрактные метафизические размышления, не более. Куда понятнее для этого сообщества являлись эксперименты Джоуля или работы всемирно известного ученого, каким уже в то время был Гельмгольц. Никто не спорит — слава этих исследователей вполне заслужена, и сомневаться в ней было бы глупо. Однако «ученый мир» состоит не из одних великих деятелей науки.

 

Открытие Нептуна: Урбен Леверье и Джон Коуч Адамс

Как известно, планета Уран была открыта в 1781 году. Но вскоре в движении планетного тела обнаружились загадочные аномалии: она то «отставала» от расчетного положения, то опережала его, ее то не могли увидеть на ожидаемом месте, то она появлялась в определенной точке небосвода раньше, чем следовало по расчетам. Первым эти отклонения от расчетной траектории в 1783 году заметил петербургский академик Андрей Иванович Лексель. Изучив особенности движения Урана, Лексель предположил, что на него воздействует притяжение неизвестного космического тела, расположенного еще дальше.

В 1821 году были опубликованы таблицы положения Урана, рассчитанные на много лет вперед, а в 1832 в отчете Британской Ассоциации развития науки будущий королевский астроном Дж. Эйри указал, что за 11 лет разница в положении Урана достигла почти полминуты дуги, что слишком много для простой ошибки в расчетах. Вскоре после опубликования отчета Эйри получил от британского астронома-любителя, преподобного доктора Хасси, письмо, в котором тот предлагал поискать «заурановую» планету по ее возмущающему воздействию на Уран. По-видимому, это было первым предложением искать планету за Ураном. Эйри идею Хасси не одобрил, и поиски не были начаты.

В 1831 году, то есть за год до описанных событий, талантливый студент Дж. К. Адамс записал: «В начале этой недели появилась мысль заняться сразу же после получения степени исследованием аномалий в движении Урана, которые до сих пор не объяснены. Надо найти, могут ли они быть обусловлены влиянием находящейся за ним неоткрытой планеты, и, если возможно, определить хотя бы приблизительно элементы ее орбиты, что может привести к ее открытию».

Но приступить к решению этой задачи Адамс смог только через два года, а предварительные вычисления были закончены лишь к октябрю 1843 года. Он хотел показать их Эйри, однако встретиться с королевским астрономом ему не удалось. Адамсу пришлось вернуться в Кембридж, оставив для Эйри результаты проведенных расчетов. Отвечая на записку Адамса, Эйри задал вопрос об особенностях вычислений. Дело продолжало стоять на месте, поскольку Адамс не ответил на это письмо (этот ответ не найден до сих пор).

После записки к Эйри Адамс обратился к астроному-наблюдателю Джеймсу Челлису, и тот приступил к поискам в июле 1846 года. Но ему не повезло. Он неоднократно наблюдал планету в августе 1846 года, записывал ее координаты, но так и не удосужился сравнить результаты наблюдений, проведенных в разные дни. Челлис впоследствии объяснял это отсутствием в своей обсерватории точной звездной карты.

В то время точные звездные карты изготавливались в Берлинской обсерватории. Немецкие астрономы, экономя на почтовых расходах, рассылали свои звездные карты попарно, а к тому листу, на котором немцы через несколько месяцев обнаружили планету, еще не было пары, и карта имелась лишь в Берлинской обсерватории.

И все-таки Челлис лукавил: в период, когда он проводил наблюдения, новая планета проходила по соседнему участку неба, карта которого в Кембриджской обсерватории все-таки имелась, но он ею не воспользовался.

Адамс не публиковал расчетов, а сведения о его работе держались в секрете кембриджскими астрономами, и ему пришлось обратиться к обладателю самого крупного телескопа того времени в надежде, что в его мощный прибор удастся разглядеть диск новой планеты без кропотливой работы по сравнению положений сотен звезд.

Но увы, ему опять не повезло. Когда письмо пришло в Ливерпуль, у Ласселла была травма ноги, и он не мог дойти до телескопа. На следующий день он почувствовал себя лучше, попытался провести наблюдения, но не смог найти письма с координатами. Выяснилось, что горничная случайно выкинула его вместе с мусором. Ласселлу было настолько неудобно, что он так никогда и не рассказал Адамсу, почему не смог открыть новую планету.

Независимо от Адамса над проблемой «заурановой» планеты работал во Франции астроном-теоретик Урбен Леверье. Он служил в парижском Бюро долгот, возглавляемом великим французским астрономом Франсуа Араго. Именно Араго и заинтересовал молодого ученого поисками местоположения неизвестной планеты.

Неоценимую роль в расчетах Леверье сыграла публикация информации о наблюдениях Урана, проведенных датским астрономом Оле Ремером в 1706 году. Ремер был не только крупной величиной в мире астрономии (он ни много ни мало впервые измерил скорость света!), но также и мэром Копенгагена. Однако после его смерти судьба сыграла злую шутку с его архивом астрономических наблюдений. Даже созданная им хорошо экипированная пожарная команда не спасла его бумаги от уничтожения во время большого копенгагенского пожара 1728 года. Тогда пламя поглотило почти весь город — более 1700 домов, включая ратушу и университет. От обсерватории Ремера осталось только пепелище.

Но толика записей Ремера все же сохранилась. Там нашлись и наблюдения за планетой Уран, сделанные за 75 лет до ее открытия: в 1706 году в течение трех ночей Ремер фиксировал координаты Урана, считая его одной из звезд. Именно эти материалы и попали затем в Берлин, где их исследовал астроном Иоганн Галле. Обработка наблюдений Урана, выполненных Ремером, стала для Галле диссертационной работой. Публикацию ее в научном журнале Галле разослал европейским астрономам, которые занимались вычислениями планетных движений. Получил эту статью и Леверье.

Десятого ноября 1845 года Леверье представил Французской Академии наук результаты своего теоретического анализа движения Урана. Указав на расхождение между данными наблюдений и расчетов, он писал о существующем внешнем факторе, эти оценки были проведены в первой половине 1846 года. Ему помогло предположение, что неведомая планета движется в соответствии с правилом Тициуса — Боде и что орбита имеет очень малый наклон к плоскости эклиптики. Леверье примерно показал, где следует искать новую планету.

Получив второй трактат Леверье, королевский астроном Эйри обращает внимание на близкое совпадение результатов исследований Адамса и Леверье, относящихся к движению предполагаемой планеты. Но, как и ранее, он не торопится начать поиски и начинает хлопотать о них только в июле 1846 года.

Тем временем 31 августа 1846 года Леверье закончил еще одно исследование, получив в окончательном виде систему элементов орбиты искомой планеты и указав ее место на небе. Парижские астрономы не пожелали начать такие поиски, полагая, что невозможно вычислить расположение планеты, не зная о ней почти ничего. Леверье пишет немецкому астроному Галле, который уже один раз помог ему, найдя данные о наблюдениях Урана в архивах Ремера. Письмо было доставлено в Берлинскую обсерваторию 23 сентября 1846 года. По его получении Иоганн Г алле тут же отправился к профессору Иоганну Энке, директору обсерватории. Надежда на такие поиски была невелика — да и как можно было запланировать наблюдения неизвестного тела? Однако Леверье повезло: письмо пришло в Берлин в день 55-летнего юбилея директора обсерватории. Иоганн Энке собирался праздновать и в предстоящую ночь наблюдения отменил. Поэтому он и разрешил своему ассистенту Иоганну Галле выполнить просьбу парижского коллеги, хотя скептически заметил, что считает это занятие пустой тратой времени.

Живший при обсерватории немецкий студент Генрих д’Арре попросил разрешения участвовать в наблюдениях, на что Энке тоже согласился. Именно благодаря д’Арре наблюдения и стали успешными. Как только стемнело, Галле навел телескоп на участок неба с координатами, указанными в письме. Он искал заметный диск планеты — главное отличие от звезд. Подобного объекта в поле зрения телескопа не оказалось. А значит, для поиска планеты предстоит записать координаты множества звезд на этом участке неба и на следующий день повторить наблюдения: так можно было обнаружить объект, положение которого изменилось. Работа предстояла долгая и кропотливая.

Однако Генриху д’Арре пришла мысль воспользоваться подробной картой звездного неба. Такие карты для различных участков как раз и готовила в те годы Берлинская обсерватория. Он стал рыться в шкафах, и снова везение — карта была найдена! Это оказался самый свежий лист, только что отпечатанный и еще не разосланный в другие обсерватории. И вот Галле вновь смотрит в телескоп, произнося вслух координаты каждой звезды, а д’Арре сличает их с картой, отвечая: «Есть, есть…»

Спустя полчаса, в начале первого ночи, в башне обсерватории раздался радостный возглас: «Этой звезды нет на карте!» Расхождение с координатами, указанными Леверье, составило меньше одного градуса, но оно было!

Однако берлинские астрономы с сообщением об открытии торопиться не стали, нужно было абсолютно точно убедиться, что это планета, а не звезда. На следующую ночь было обнаружено, что за прошедшие сутки «звездоподобный» объект 8-й звездной величины сместился относительно неподвижных звезд. Вот теперь стало ясно, что планета, вычисленная Леверье, обнаружена!

Утром в Париж полетело письмо с радостной вестью и предложением назвать планету Янусом. Леверье поздравил коллег и предложил назвать новую планету Нептуном. Поначалу, однако, планету называли просто планетой Леверье. Но и сам по себе факт открытия стал событием: найдена еще одна, восьмая планета Солнечной системы. Причем не случайно найдена, а вычислена, и эти вычисления подтверждены наблюдением!

По указанным координатам новую планету наблюдают астрономы разных стран. Франция награждает и Леверье, и Г алле орденами Почетного легиона. Лондонское Королевское общество (Британская Академия наук) присуждает Леверье высшую награду — медаль Копли. Петербургская Академия наук избирает его почетным членом.

Но никто не подозревает, что в дело об открытии новой планеты вот-вот вмешаются астрономы из соседней Англии — и на бесспорный приоритет Леверье будет брошена тень.

Через полтора месяца после триумфального открытия Нептуна Англия заявила, что претендует на приоритет в открытии планеты. На собрании Королевского астрономического общества было объявлено, что Джон Адамс, астроном-теоретик из Кембриджа, еще осенью 1845 года (то есть за год до открытия Нептуна) вычислил положение новой планеты, о чем он сообщил краткой запиской королевскому астроному и директору Гринвичской обсерватории Джорджу Эйри.

Англичане, к их чести, начали с того, что попытались выяснить, почему Эйри не организовал поиски новой планеты (мы уже знаем, как это получилось). Впоследствии Джон Гершель, один из руководителей Королевского астрономического общества, выступал с пропагандой выполненных Адамсом вычислений, хотя они и не были опубликованы и не привели к открытию новой планеты. Кампания велась агрессивно, ее следы заметны до сих пор: во многих справочниках значится, что Нептун открыт по вычислениям, которые независимо друг от друга сделали Адамс и Леверье. Причем фамилия Адамса, как правило, стоит первой.

Сам же Адамс вел себя в высшей степени корректно. Он отказался и от дворянского титула, который ему хотела присвоить королева Виктория, и от должности в Гринвичской обсерватории, предпочтя остаться профессором геометрии в Кембридже. Несмотря на спор за приоритет открытия между Францией и Англией, который продолжался больше года, между Адамсом и Леверье установилось полное взаимопонимание, они оставались друзьями до конца жизни.

Показательно то, что рассчитанная Леверье и Адамсом орбита Нептуна очень быстро отклонялась от действительной орбиты планеты, и если бы поиски затянулись на несколько лет, то по этим вычислениям найти планету уже было бы нельзя.

В последующие годы Нептун был найден на более ранних звездных картах, датированных до его открытия. Однако самое раннее наблюдение, по-видимому, было сделано Галилео Галилеем в 1612 году: на зарисовках Юпитера и его спутников, сделанных рукой Галилея на рубеже 1612–1613 годов, значится звезда 8-й звездной величины, которой нет на современных звездных картах.

 

Открытие Хаумеа: группа Майкла Брауна и группа Хосе Ортиса

Малая планета Хаумеа была обнаружена одновременно двумя группами астрономов — из США и Испании. В группу ученых из США входили М. Браун, Д. Рабиновиц и Ч. Трухильо. Американские ученые обнаружили Хаумеа в 2004 году при анализе снимков, сделанных телескопом имени Самуэля Ошина в Паломарской обсерватории. Но руководитель группы ученых Майкл Браун, прежде чем обнародовать результаты исследований, решил сначала более подробно изучить найденную планету. Только в июле 2005 года им были собраны все необходимые документы для официального заявления об открытии. Однако из-за рождения дочери Браун перенес это событие на сентябрь 2005 года. Он собирался это сделать на Астрономическом совете, а в июле ограничился лишь единственной публикацией краткого доклада об открытии нового тела.

Группа испанских исследователей состояла из профессора Хосе Луиса Ортиса и молодого специалиста П. Сантоса-Санза. Испанцы обнаружили Хаумеа в июле 2005 года при изучении кадров ночного неба, сделанных мощным телескопом обсерватории Сьерра-Невада. Через несколько дней данное открытие подтвердилось в обсерватории Мальорки.

Испанцы незамедлительно объявили о своем открытии, и потому им присвоили звание официальных первооткрывателей карликовой планеты Хаумеа.

Как только М. Браун узнал об этом, он немедленно направил ранее подготовленные бумаги Ортису. Через некоторое время он начал связывать открытие Ортиса с утечкой информации со своего компьютера, который зафиксировал факт изучения материалов о Хаумеа каким-то лицом с территории Испании. Ученый обнаружил, что некто из Андалусского Центра астрономии просматривал материалы и снимки Хуамеа, сделанные его группой. Позднее Ортис признался, что действительно интересовался фактами, собранными Брауном, но лишь с целью сверки некоторых деталей.

При регистрации объекту присвоили номер 2003 EL61, где 2003 — год, в котором был сделан первый снимок. До официальной регистрации испанцы дали только что открытому телу код K40506A и негласное название «Санта» (его обнаружили сразу после католических рождественских праздников в 2004 году).

В 2006 году Хаумеа вместе с Эридой и Плутоном была внесена в список каталога малых планет, в котором она получила свой собственный номер — 136108.

Испанские ученые предложили назвать новую планету Атаэциной — именем языческой богини весны. Но этот вариант был отклонен в пользу Хаумеа — некогда на Гавайях так звали почитаемую покровительницу плодородия и деторождения. В 2008 году новая планета стала официально называться Хаумеа, она была классифицирована как пятая карликовая планета и четвертый плутоид.

Орбиту Хаумеа по старым фотоснимкам можно отследить до 1955 года. Орбита эта вытянутая с эксцентриситетом 0,1975 и углом наклона к плоскости эклиптики 28,2°. Большая полуось орбиты объекта равна 42,98 а.е. Минимальная дистанция, на которую Хаумеа способна «уйти» от звезды, — 34,49 а.е. Это означает, что все прежние доводы по поводу периодического попадания Хаумеа в зону орбиты Нептуна, не имеют под собой оснований.

Во время исследований, проводимых в 2012 году, карликовая планета Хаумеа находилась от нашей звезды на дистанции в 51,54 а.е. — вблизи афелия, преодоленного объектом еще в 1991–1992 годах. Сегодня Хаумеа идет на сближение со звездой.

Период, за который Хаумеа завершает полный круг вокруг Солнца, равен 281,8 года. Отсюда следует, что ближайшее прохождение перигелия можно ожидать не ранее 2133 года.

Уже при первых исследованиях М. Брауна, проводимых в 2005 году с помощью машины обсерватории Кека, стало ясно, что Хаумеа — непростой космический объект. Ученых сразу привлекло ее чересчур быстрое вращение — для наблюдателей форма объекта при этом подвергается значительным искажениям. К тому же у этой карликовой планеты отмечены сильные колебания яркости — не исключено, что поверхность Хаумеа весьма неоднородна. Или, что более вероятно, эти колебания вызваны искаженной формой планеты. В процессе моделирования ученые пришли к выводу, что форма Хаумеа максимально близка к форме эллипсоида Якоби. Другими словами, диаметр Хаумеа вдоль будет вдвое больше, чем поперек.

В 2007 году ученые обнародовали итоги вычислений диаметра и альбедо Хаумеа. Наблюдения осуществлялись с помощью космического телескопа Спитцера.

Выяснилось, что диаметр Хаумеа приблизительно равен 1150+250–100 км, масса объекта составляет почти 32 % от массы Плутона и 24 % от Эриды, плотность находится в пределах 2,6–3,34 г/см3. То есть плотность Хаумеа достаточно высока в сравнении с другими телами, причисляемыми к поясу Койпера.

Пока ученым не удалось выяснить наклон оси вращения Хаумеа по отношению к ее орбитальной плоскости, что делает пока что невозможным описание точной формы карликовой планеты.

Почти сразу же после обнаружения, в 2005 году, было проведено подробное исследование спектра Хаумеа, в ходе которого обнаружено, что строение и приблизительный химический состав верхних слоев Хаумеа подобны характеристикам поверхности Харона. Большая часть исследуемой планеты также покрыта зернистой структурой водяного льда. Однако спектр объекта сильно отличается от спектра чистого водяного льда по многим параметрам. В поверхности льда планеты присутствует масса особенностей, оправдывающих наличие в ней филлосиликатных пород циановодорода и каолинита. Также можно предполагать присутствие в составе карликовой планеты цианистого калия или углеродистых минералов: керита, вюрцилита и асфальтита.

Не исключено, что Хаумеа образовалась после сильного удара двух космических объектов. Вследствие столкновения, возможно, был выброшен также и материал, из которого образовались ее спутники.

Сразу после обнаружения Хаумеа группа ученых, работающая под началом Брауна, приступила к более подробным исследованиям посредством адаптивной оптики обсерватории Кека. Тогда они обнаружили и другой объект, обращающийся в зоне планеты, которому дали имя Рудольф. Через несколько месяцев был открыт второй спутник — Блитцен. В 2008 году спутникам присвоены официальные названия в честь дочерей богини Хаумеа — Хииака и Намака. Тогда же ученые установили диаметр Хииаки — 250 км, и Намаки — 110 км.

 

Изобретение наблюдательных труб: Галилео Галилей, Захарий Янсен, Ханс Липперсгей, Якоб Мециус

В 1610 году, через год после появления сочинения Кеплера о движении Марса, профессор математики Падуанского университета Галилео Галилей в книге «Звездный вестник» сообщил, что построил прибор, увеличивающий все предметы более чем в тридцать раз. Из его сообщения объемом всего в несколько страниц ученые узнали, что, воспользовавшись этим новым в истории прибором, он установил неслыханные факты. На Луне, вероятно, имеются моря и атмосфера, уж во всяком случае есть горы, превосходящие по высоте земные, и их высоту можно определять. Млечный Путь — не что иное, как скопление звезд, и то же самое можно сказать о туманных пятнах. Число неподвижных звезд намного превышает то, которое видно невооруженным глазом. Юпитер имеет четыре спутника.

Небольшая книга, по сути просто брошюра, сразу сделала Галилея знаменитостью. Он проехал со своим инструментом по главным городам Италии, чтобы показать всем желающим то, что видел сам. Позже он описал внешний вид Сатурна, установил существование фаз Венеры и пятен на Солнце.

Труба Галилея вызвала всеобщий восторг. Сам изобретатель упоминает, что он более месяца не отходил от своего детища и выбивался из сил, показывая его любопытным. По словам ученого, изобретение стоило ему многих трудов: он преодолел правила перспективы.

Если спросить любого старшеклассника, какой вклад внес Галилей в науку, то почти наверняка школьник ответит, что Галилей изобрел телескоп. Но это не так — Галилей не изобретал телескоп и даже не был первым наблюдателем. Он изобрел подзорную трубу и использовал ее для астрономических открытий.

Сообщая о своем открытии в венецианском сенате и описывая его пользу для республики, Галилей, однако, ни словом не упомянул о голландцах, придумавших «зрительную трубу». Более того, он объявил, что если республика пожелает, то он будет изготавливать подобные приборы исключительно для употребления моряков и венецианского войска. Но подзорные трубы в то время за вполне умеренную цену уже продавались в Голландии, а также парижскими мастерами по изготовлению очков.

В это время в Голландии работал Ханс Липперсгей, который был весьма искусным ювелиром и окулистом-оптиком. Главным профилем его мастерской были очки. Никакими учеными званиями этот господин не обладал, не преподавал и научной работы в прямом смысле слова не вел. Жил Липперсгей в конце XVI века в городе Мидделбурге, одном из наиболее значительных городов Нидерландов, центре стеклодувного дела. В 1581 году здесь открыли первую в Северных Нидерландах стеклодувную печь. Начиная с 1590 года в Мидделбурге стали распространяться новые итальянские технологии изготовления стекла. Их усовершенствование в конце концов и привело к созданию телескопа, хотя никаких новых физических принципов в Мидделбурге не изобретали.

По соседству с Липперсгеем жил некто Захарий Янсен, еще один оптик и ювелир. Он тоже имеет к нашей истории прямое отношение. Но об этом чуть позже, сейчас — о главном герое рассказа.

В то время, когда жили уже упомянутые господа, Генеральные Штаты Республики Семи Соединенных Провинций выпустили любопытный документ. Сейчас мы бы его назвали госзаказом на приборы и механизмы, необходимые бурно растущей промышленности, а особенно армии и флоту. В числе таких срочно необходимых к изобретению вещей был способ определения долготы на море и способ связи кораблей в эскадре в условиях низкой видимости — в тумане или ночью.

О том, насколько важными были эти задачи, красноречиво говорят цифры вознаграждения за их решение: в 1604 году испанский король Филипп III предлагал 100000 экю, несколько позже Людовик XIV, король Франции, был готов отдать 100000 французских ливров, а английский парламент — 20000 английских фунтов. Г енеральные Штаты Нидерландов в 1606 году назначили премию в 100000 гульденов за изобретение прибора или устройства, позволяющего лучше и четче видеть удаленные предметы. Естественно, задача и вознаграждение привлекли внимание многих ученых и любителей.

Двадцать шестого сентября 1608 года в Мидделбурге решение этой задачи было представлено комиссии Генеральных Штатов. Запомним эту дату! Между 2 и 6 октября при дворе Морица Оранского (фактического хозяина страны) в Гааге Липперсгей провел демонстрацию своего изобретения: он показал, что с башни в Гааге можно увидеть показания часов на башне церкви в Делфте на расстоянии примерно пятнадцати километров. При этом событии присутствовали многие дипломаты и государственные деятели, собравшиеся на переговоры о заключении Двенадцатилетнего перемирия. Потенциальное военное значение изобретения было очевидно. Липперсгей запросил финансовой помощи у Г енеральных Штатов и получил 900 гульденов на усовершенствование технологии и подготовку десяти специалистов для армии.

Зрительная труба представляла собой цилиндр с двумя линзами — выпуклым объективом и вогнутым окуляром. Она предназначалась для командиров частей и капитанов кораблей на поле боя. Ее намеренно сделали, как специально подчеркивали сам мастер и принц Мориц, «прочной к лишениям и легкой по весу». Первая система давала увеличение всего в два раза, через некоторое время были изготовлены и более мощные приборы с сохранением все тех же принципиальных свойств — относительно небольшого веса и хорошей ударопрочности.

Кроме того, был выпущен официальный документ! Его обнаружил в 20-х годах XIX века в Государственном архиве в Гааге ван Свинден. На основании этого документа можно с уверенностью утверждать, что Липперсгей изобрел сначала монокулярную, а чуть позже, примерно в сентябре 1608 года, и бинокулярную зрительную трубу.

В 1608 году «голландские трубы» Липперсгея продавались на ярмарке во Франкфурте, а в декабре весть о них достигла Венеции.

Вот только за свое изобретение Липперсгей денег не получил… Только лично от принца Морица, которому не терпелось опробовать новинку, он получил заказ на шесть таких труб по цене 1000 гульденов. Лишь под давлением военной необходимости — в это время шла война с Испанией — Генеральные Штаты согласились выдать ему патент. И тут.

Уже 12 октября (то есть дней через десять после демонстрации Липперсгея) комиссии Г енеральных Штатов был представлен еще один прибор, выполненный практически аналогично не менее знаменитым и титулованным оптиком и к тому же соседом Липперсгея — упомянутым Захарием Янсеном. Труба Янсена была родной сестрой трубы Липперсгея, только самую малость мощнее — она увеличивала предметы в три раза.

Выходит, кто-то из них украл у другого зрительную трубу? Очень может быть. Расследование, затеянное комиссией Генеральных Штатов, быстро зашло в тупик — обе стороны предоставили доказательства собственных разработок и обзывали соседа всеми словами, которыми обычно обзывают соседей. Кем же был объявившийся конкурент Липперсгея?

Биография Янсена известна в основном по исследованиям, проведенным до Второй мировой войны, — весь архив Мидделбурга, содержавший сведения о Янсене, был уничтожен 17 мая 1940 года во время немецкой бомбардировки города. Захарий Янсен родился в Гааге около 1585 года. Его родители, Ханс и Мейкен Мартенс, предположительно происходили из Антверпена. Янсен вместе со своей сестрой воспитывался в Мидделбурге, где, получив образование, стал мастером по изготовлению очков. Двадцать третьего октября 1610 года в Мидделбурге он женился на Катарине де Хаене, в 1612 году родился их сын. Именно этот сын гораздо позже, во время расследования, подтвердил под присягой, что Липперсгей украл идею телескопа у его отца.

Комиссия, созданная для расследования лишь в 1655 году, пришла к любопытному заключению: «В связи с тем, что секрет изобретения стал общеизвестен, патента не давать, награды тоже, материалы использовать самим!» И тем сэкономила государству тысячи и десятки тысяч золотом.

Первая жена Янсена умерла в 1624 году, и он женился на вдове из Антверпена Анне Куже. В ноябре 1626 года он переехал в Амстердам, где, по всей видимости, и умер не позднее 1633 года. В 1613–1619 годах Янсен неоднократно представал перед судом по обвинению в фальшивомонетничестве. Чтобы избежать штрафов, он был вынужден бежать из Мидделбурга в соседний Арнемейден, но и там в 1619 году был отдан под суд: у него нашли несколько станков, на которых он штамповал фальшивые деньги. Янсену удалось избежать смертной казни только благодаря тому, что в дело на стороне ответчика был вовлечен глава Арнемейдена. Процесс был отсрочен, и Янсену удалось бежать. В конце концов дело закрыли, и в 1621 году Янсен вернулся в Мидделбург.

Изобретатели на невыдачу патентов отреагировали по-разному. Липперсгей остался в родном Мидделбурге и выбил себе большие заказы на изготовление труб. Ему выплатили премию и передали заказ на изготовление еще одного бинокля от короля Франции Генриха IV. Однако в «привилегиях», то есть в патентах, отказали обоим, поскольку, как указывалось в решении комиссии, и другие лица оказались знакомы с прибором. Тем самым выражалось сомнение в том, что именно главные претенденты являются авторами изобретения.

Янсен уехал в Германию, которая тогда была под испанской короной, и. занялся изготовлением тех же самых труб, но уже для армии вероятного противника. Трубы у обоих были вполне неплохи.

А что же Галилей? Вести о «голландской трубе» дошли и до него, в начале 1609 года он купил ее у Янсена и, вероятно, разобравшись в устройстве, усовершенствовал. Новое устройство получилось с трехкратным увеличением. Это была свинцовая труба с двумя линзами — плоскими с одной стороны, но изогнутыми с другой: дальняя для зрителя была выпуклой, а ближняя — вогнутой. Именно Галилей изобрел важнейшую деталь телескопа — укрепленный штатив. В нем труба удерживалась в нужном положении. Ведь малейшее смещение уже не давало возможности удержать изображение в поле зрения прибора. Позднее этот штатив был доработан до современной установки, позволяющей доворачивать телескоп, чтобы компенсировать движение Земли. Галилей, как он сам говорил, сразу понял, что основным элементом зрительной трубы должны быть два оптических стекла: одно выпуклое, другое вогнутое. Ученый начал шлифовать стекла, экспериментировать с ними и через некоторое время достиг успеха. Но, даже став опытным шлифовщиком, Г алилей получал лишь одно пригодное для дальнейшей работы стекло на шестьдесят негодных. Тем не менее через месяц после первого успеха ученый сделал подзорную трубу с десятикратным увеличением.

А само название «телескоп» появилось чуть позже. В 1611 году его предложил греческий математик Джованни Демизиани для одного из инструментов Галилея, показанного на банкете в Академии деи Линчеи.

Это было, когда Галилей демонстрировал изобретение венецианцам на крепостной башне Святого Марка. Зрители были потрясены: через трубу они видели корабли, плывущие в море, задолго до того, как могли различить их невооруженным глазом. Галилей подарил трубу Венецианской республике. Козимо Второй, великий герцог Тосканский, назначил Галилею пенсию как своему математику и философу, его пожизненно утвердили в должности профессора Падуанского университета, определив жалованье в 1000 скудо. В то время примерно столько же получали профессора медицины.

Но демонстрация прибора не самое главное — не она сделала трубу телескопом в том смысле, в каком мы сейчас понимаем это слово. Астрономическим прибором телескоп стал в тот момент, когда Г алилей направил свою трубу не на лагерь испанских войск под Делфтом и не на корабли гезов у Антверпена, а на Луну, Венеру, Юпитер, звезды… Постоянно совершенствуя свою трубу и улучшая линзы, Галилей добился 30-кратного увеличения, предельно возможного для технического устройства такой конструкции. Только после этого астрономические наблюдения стали возможны. Это произошло в конце 1609 года.

«Чтобы взглянуть в телескоп, — писал историк А. Х. Горфункель, — нужно было быть не только гениальным ученым, но ученым нового толка. Увидеть то, что увидел Галилей (и поверить своим глазам), мог только ученый, свободный от власти традиций и авторитета, с иным представлением о человеческом достоинстве, об индивидуальном праве на истину, добытую своими руками и своим умом, а не полученную из Божественного откровения и освященного веками текста».

Однако это еще не конец истории, даже не счастливое завершение дела. В 1612 году в Италии формируется антигалилеевская лига: Галилео уличают в плагиате. Джамбаттиста делла Порта оспаривает название трубы Галилея, утверждая, что в Италии он был не первым.

Более того, на изобретение телескопа претендовал и третий изобретатель, некто Якоб Мециус из городка Алмкар на севере Нидерландов. Вот что пишет Декарт в своей «Диоптрике»: «К стыду истории наших наук, столь замечательное изобретение было впервые сделано чисто опытным путем и притом благодаря случаю. Около тридцати лет тому назад Яков Мециус, “человек, никогда не изучавший наук”, но любивший устраивать зеркала и зажигательные стекла, имея для этого различной формы линзы, вздумал посмотреть через комбинацию выпуклого и вогнутого стекла, а затем так удачно установил их на двух концах трубы, что совершенно неожиданно получил первую зрительную трубу».

Так кто же изобрел телескоп? Французский врач Пьер Борель в 1655 году опубликовал книгу «Об истинном изобретателе телескопа». В ней были процитированы зафиксированные в судебном порядке слова Яна Янсена из города Мидделбурга в Голландии. Он свидетельствовал, что его отец Захарий Янсен изобрел микроскоп и короткую зрительную трубу еще в 1590 году, а Липперсгей и Мециус сделали свои копии, пользуясь его трубой как образцом. Обвинения Янсена трудно проверить, тем более что на тот момент сами обвиняемые уже умерли.

Г алилей же узнал о бинокле Липперсгея, отправленном в Париж Г енриху IV, в мае или июне 1609 года от Жака Боведера (Якова Бальдовера), своего корреспондента. Боведер предполагал, что и этот инструмент может быть полезен в астрономических исследованиях.

Третьего марта 1655 года городской совет Мидделбурга провел расследование по вопросу приоритета изобретения телескопа. Ни Янсена, ни Липперсгея к этому времени давно не было в живых. Два свидетеля, одним из которых стал сын Янсена, подтвердили, что Янсен был изобретателем первого телескопа, но трое других свидетелей указывали на приоритет Липперсгея. Совет также установил, что первые телескопы начали изготовлять в Мидделбурге примерно в 1605 году и достаточно быстро их научились делать многие мастера. То, что Липперсгею было отказано в лицензии, скорее всего, значит только одно: в это время существовало достаточно производителей.

Большинство исследователей, учитывая то, что Янсен некогда изготавливал фальшивые деньги, склонны все-таки считать изобретателем телескопа Липперсгея. В 2008 году Нидерланды отпраздновали 400-летие изобретения телескопа, причем честь изобретения они честно поделили между Янсеном и Липперсгеем.

Галилей тоже не получил патент. Однако исторически сложилось так, что именно с его именем связывают изобретение телескопа, а имя Липперсгея по большей части даже не упоминается в школьных учебниках.

Эта история, кроме вполне очевидного спора о приоритетах, является и косвенным подтверждением закона Стиглера, о котором будет рассказано далее.

 

Открытие гидростатического парадокса: Симон Стевин, Галилео Галилей, Блез Паскаль

Имя голландца Симона Стевина мало что говорит нашим современникам, исключение составляют разве что историки науки. Напомним несколько фактов, о которых, вообще говоря, не нужно забывать, когда мы заводим речь об истоках классических знаний.

Симон Стевин (1548–1620) стал известен прежде всего своей книгой De Thiende («Десятая»), изданной на фламандском и французском языках в 1585 году. Именно после нее в Европе началось широкое использование десятичных дробей. Десятичные индо-арабские цифры укоренились в Европе намного раньше, с XIII века, а вот дроби использовались либо натуральные, либо шестидесятеричные, либо масштабированные до целых чисел.

Трактат Стевина содержал практическое описание арифметики десятичных дробей, а также пылкую и хорошо аргументированную пропаганду полезности их применения, в частности в системах мер и монетном деле.

Десятичную запятую (в Англии — точку) еще не придумали, и Стевин для ясности указывал над каждой цифрой (или после нее) заключенный в кружок номер ее разряда, положительный для целой части, отрицательный для дробной.

Другая заслуга Стевина — разрыв с античной традицией и полное уравнение в правах иррациональных чисел. В своем трактате «Арифметика» он определил число как «меру количества некоей вещи» и провозгласил, что «единица делима», а следовательно, нет никаких нерациональных, неправильных и т. д. чисел. С некоторой осторожностью он использовал и отрицательные числа. Вслед за Оремом Стевин ввел дробные (хотя в данном случае — не десятичные) показатели степени.

В 1586 году он экспериментально доказал, что тела разных масс падают с одинаковым ускорением (часто этот результат связывают с экспериментами Галилея), и доказал закон равновесия тела на наклонной плоскости, исходя из невозможности вечного двигателя. Об этом мы поговорим в следующей главе нашей книги.

Стевин сформулировал правило векторного сложения сил — правда, только для частного случая перпендикулярных сил. В общем случае правило открыл Роберваль.

Около 1600 года Стевин продемонстрировал согражданам свое изобретение — сухопутную парусную яхту на колесах, и прокатил на ней принца вдоль побережья быстрее, чем на лошади.

Помимо всего перечисленного, Стевин писал труды по механике, геометрии, изобрел двойную бухгалтерскую регистрацию (дебет/кредит). В 1590 году он же составил таблицы, в которых было указано время наступления приливов в любом месте в зависимости от положения Луны. И, к слову, одним из первых поддержал гелиоцентрическую систему мира Коперника.

В общем, как видим, Симон Стевин был человеком как минимум весьма неординарным и всесторонне эрудированным. А теперь вернемся к вопросу гидростатического парадокса.

Труды Архимеда в XVI веке были почти забыты, а кем не забыты, тому малопонятны. Симон Стевин в работе «Принципы равновесия» (1586 г.) заново переоткрыл законы равновесия жидкостей, исходя из двух предположений. Первое из них связано с невозможностью вечного движения. Второе предположение Стевина состояло в том, что можно рассматривать отдельные части жидкости как «замороженные» (не изменяющие форму и не взаимодействующие с жидкостью) и находящиеся при этом в равновесии.

«Заморозим» таким образом объем жидкости в виде треугольной призмы. На его боковые грани действуют со стороны жидкости силы, равнодействующая которых равна нулю. Но для этого нужно, чтобы силы были пропорциональны длинам сторон треугольника, а значит, и площади тех сторон призмы, к которым они приложены. Так, методом мысленного эксперимента, был получен закон о независимости давления жидкости от направления. Вывод: сила, действующая на выделенный объем, зависит только от площади поверхности, к которой она приложена. А эта площадь пропорциональна длинам соответствующих сторон треугольника.

Так же, используя «замороженный» объем, Стевин вывел и закон Архимеда. Действительно, если частица жидкости находилась в равновесии со всей остальной жидкостью, то равновесие не нарушится, если на ее место будет помещена другая частица того же веса. Значит, тело, помещенное в воду, будет погружаться до тех пор, пока не опустится до слоя жидкости соответствующей плотности. И наоборот, тело, плотность которого меньше плотности воды, будет плавать на поверхности. Предположив обратное, мы получили бы вечное движение.

Из этого же закона выводилось правило о том, что давление в жидкости зависит только от глубины слоя и не зависит от формы сосуда. Для доказательства этого неочевидного предположения Стевин провел несколько экспериментов с сосудами различной формы. Все сосуды имели равные снизу отверстия, закрывавшиеся пластиной, соединенной нитью с весами. Вес пластины в этом случае пропорционален давлению воды на дно сосуда. Удивительный вывод о том, что в двух сосудах, содержащих разные объемы воды, давление на одном и том же уровне одинаково, полностью подтвердился экспериментально.

Гидростатике была посвящена и первая научная работа Галилея La bilancetta («Маленькие гидростатические весы»), 1586 г. В ней описываются рычажные весы, которые решают задачу Архимеда — с помощью двух взвешиваний (на воздухе и в воде) найти плотности тела относительно плотности воды. Для того чтобы найти плотность, тело сначала уравновешивали грузом, при этом плечи весов были равны. Затем тело погружали в воду, а груз сдвигали ближе к центру весов до тех пор, пока не наступало равновесие. При таком взвешивании расстояние, на которое нужно сдвинуть груз, обратно пропорционально плотности тела. Можно проградуировать коромысло весов, нанеся на него цифры или плотности известных тел, — и определение материала или сплава, из которого состоит тело, окажется совсем простой задачей.

В более поздних работах Галилей исследовал равновесие жидкости, находящейся в сообщающихся сосудах. При этом использовался тот же принцип возможных перемещений, который применял Архимед. Для объяснения того факта, что уровень жидкости одинаков в сообщающихся сосудах разного сечения, Галилей предполагал, что сила, необходимая для перемещения объема жидкости, пропорциональна ее весу и обратно пропорциональна сечению сосуда. Равновесие получается так же, как и в случае рычага.

Сочинение Блеза Паскаля «Трактат о равновесии жидкостей и весе массы воздуха, содержащий объяснение причин различных явлений природы, которые до сих пор не были достаточно известны, и в частности тех, которые приписывают боязни пустоты» было написано в 1651–1653 гг. и опубликовано после его смерти, в 1663 году. В этой работе Паскаль повторил эксперименты Стевина, заново открывая гидростатический парадокс. Дело в том, что Стевин публиковал труды на голландском языке и ознакомиться с ними большинство ученых не могли.

Паскаль закреплял на кронштейне сосуды различной формы, наполненные водой до одинакового уровня. Внизу сосуда находилось отверстие, закрытое поршнем. Поршень имел гидроизоляцию — был обмотан прядью — и мог легко перемещаться в отверстии, не пропуская воду. К середине поршня крепилась нитка, закрепленная другим концом на плече рычажных весов. Для различной формы сосудов поршень уравновешивался одним и тем же грузом, равным весу воды в цилиндрическом сосуде. «Мы увидим полное равновесие груза в сто фунтов с водой в тонкой трубке, которая весит всего одну унцию», — писал Паскаль об опыте с тонкой трубкой, в котором несоответствие массы груза и воды просто бросается в глаза.

Почему же так происходит? Объяснение можно дать с помощью принципа возможных перемещений, предложенного Архимедом. Для того чтобы поднять весь сосуд, нам нужно переместить его центр тяжести на некоторое расстояние. Для того же, чтобы поднять воду в сосуде с широким основанием и тонкой трубкой, столб воды нужно поднять на значительно большую высоту, поэтому уравновешивающий груз в этом случае больше.

Этому свойству жидкости Паскаль посвятил вторую серию экспериментов, описанных в «Трактате о равновесии». Те же опыты со взвешиванием воды в сосудах различной формы повторялись с замороженной водой. Паскаль показал, что, в отличие от воды, для уравновешивания льда нужен груз, равный его весу.

Следующая часть трактата содержала опыты с гидростатическими машинами. В ней Паскаль сформулировал и доказал закон гидравлического пресса: для уравновешивания гидравлического пресса нужно, чтобы вес грузов был пропорционален площади сечений колен гидравлического пресса.

В данном случае, безусловно, речь не идет о чистом споре о приоритетах — никто ни с кем и не спорил, однако соперничество в науке, как мы уже могли заметить, зачастую выдвигает в авторы открытий совсем не тех, кто был первым. Критерии, скажем честно, зачастую вообще не носят даже легких следов логики. К сожалению, это справедливо для почти всех областей человеческой жизни.

 

Исследование ускорения свободного падения: Галилео Галилей и Симон Стевин

Винченцо Вивиани, ученик Галилео Галилея, ставший биографом великого итальянца, писал, что в 1589 году Галилей провел эксперимент, сбросив два шара различной массы со знаменитой падающей башни в Пизе, чтобы продемонстрировать, что время падения не зависит от массы тела. С помощью этого эксперимента Галилей якобы обнаружил, что тела упали с одинаковым ускорением, опровергнув теорию Аристотеля, согласно которой скорость падения тел зависит от их массы. На тот момент, когда, по описанию Вивиани, Галилей проводил свой эксперимент, он еще не сформулировал окончательный вариант своего закона свободного падения.

Хотя история об экспериментах Галилея на Пизанской башне вошла в научный фольклор, в трудах самого Галилея об этих экспериментах нет ни слова, так что большинство историков науки склонны считать, что это был лишь мысленный эксперимент.

 

Ускорение свободного падения

Порой разделить с человечеством добрую творческую мысль мешает примитивный языковой барьер. Так, талантливый нидерландский математик и физик конца XVI века Симон Стевин, о котором мы говорили выше, уступил ряд своих ценных открытий другим ученым только из-за того, что публиковал результаты своих исследований исключительно на родном языке, который был почти не знаком мировой общественности. А сделал Стевин для науки немало.

В фундаментальном труде «Начала равновесия» этот прозорливый человек на целых два столетия раньше других наглядно продемонстрировал обреченность попыток создания разных конструкций вечного двигателя. Исходя из научно обоснованного им же принципа невозможности совершения в природе вечного движения, он вывел важные законы равновесия сил на наклонной плоскости. Задолго до фон Майера, Г ельмгольца и Джоуля он обосновал закон сохранения энергии — один из основополагающих в науке. Стевин впервые предложил решать практические задачи статики с использованием новой методики, в основу которой был положен принцип сложения сил, одновременно накладываемых на тело в разных направлениях. Эти силы он изобразил векторными линиями, которые много позднее вошли в научную практику. Но и в этом случае он сопроводил свои схемы пояснениями на нидерландском языке, что оставило их незамеченными для широкой ученой общественности.

Еще одна насмешка судьбы. Вспомним сейчас о мысленном (или, быть может, реальном) эксперименте Галилея на Пизанской башне. С этой башни Галилей якобы бросал вниз разные по массе физические тела, чтобы опровергнуть бытовавшее со времен Аристотеля неопровержимое утверждение о том, что скорость падения тел пропорциональна их массе. Этот научный вывод с легкой руки древнегреческого философа тысячелетиями принимался за чистую монету. Но если об опыте Галилея человечество широко осведомлено, то о предшествующем ему эксперименте Симона Стевина, тоже отважившегося посостязаться с Аристотелем, не знает почти никто.

Стевин за четверть столетия до Галилея тоже сбрасывал с высоты свинцовые шары разной тяжести, регистрируя время их падения по звукам ударов по доске. Вдобавок Стевин фиксировал, как они нагревались при ударах, чтобы вывести дополнительно тепловые закономерности, сопутствующие соприкосновению физических тел.

Недавно стало известно, что исследования Стевина по магнетизму Земли тоже были весьма плодотворны и по своему значению, пожалуй, вряд ли уступят работам знаменитого англичанина Уильяма Гилберта, пионера в этой области физики. Мыслительная деятельность этих двух гениальных ученых, живших по разные стороны Северного моря, действительно во многом одинакова. Но не одинаковы их судьбы. Если идеи Гилберта золотыми буквами вписаны в азбуку научных достижений, то идеи Стевина неоправданно забыты. А ведь их взгляды сходились не только в отношении природы магнетизма, они под одним углом зрения рассматривали и проблемы построения мироздания. Оба в опасное для инакомыслия время открыто признали гелиоцентрическую систему Коперника и разделили «космические» идеи Кеплера. Примечательно, что Гилберт при этом опять-таки почти не пострадал, а вот Стевин лишился места профессора в Лейденском университете, которое ему все прочили, а заодно и возможности публиковать свои научные труды.

О необыкновенно широком спектре работ, которые создал Стевин, мы уже говорили. С высокой долей вероятности можно предположить, что результаты опытов с шарами и доской были известны Галилею. Его эксперименты, как мысленные, так и проведенные в реальности, были не столько открытиями, сколько проверкой утверждений предшественников и коллег. Ведь это первый шаг любого исследования: если не получается так, как у другого автора, ученый должен задаться вопросом, почему именно.

Галилей следующими словами описывает знаменитый эксперимент в книге «О движении»:

«Представьте себе два предмета, один из которых тяжелее другого, соединенных веревкой друг с другом, и сбросьте эту связку с башни. Если мы предположим, что тяжелые предметы действительно падают быстрее, чем легкие, и наоборот, то легкий предмет должен будет замедлять падение тяжелого. Но поскольку рассматриваемая система в целом тяжелее, чем один тяжелый предмет, то она должна падать быстрее его. Таким образом мы приходим к противоречию, из которого следует, что изначальное предположение (тяжелые предметы падают быстрее легких) — неверно».

 

Опыты с качением тел по наклонной плоскости

Из-за несовершенства измерительного оборудования того времени свободное падение тел изучать было почти невозможно. В поисках способа уменьшения скорости движения Галилей заменил свободное падение качением по наклонной поверхности, где значительно меньше скорость и сопротивление воздуха. Было замечено, что со временем скорость движения растет — тела движутся с ускорением. Отсюда сделан вывод, что скорость и ускорение не зависят ни от массы, ни от материала шара.

Предположив, что произошло бы в случае свободного падения тел в вакууме, Галилей вывел следующие законы падения тел для идеального случая:

• все тела при падении движутся одинаково: начав падать одновременно, они движутся с одинаковой скоростью;

• движение происходит с постоянным ускорением.

Ученый также отметил: если соединить две наклонные поверхности так, чтобы, скатившись по одной из них, шар поднимался по другой, он поднимется на ту же высоту, с которой начал движение, независимо от угла наклона каждой из поверхностей.

Галилей проверил, что полученные им законы скатывания качественно не зависят от угла наклона плоскости, и, следовательно, их можно распространить на случай угла в 90°, то есть падения. Окончательный вывод Галилея: скорость падения нарастает пропорционально времени, а путь — пропорционально квадрату времени. Конечно, все эти закономерности, как описанные Стевином, так и подтвержденные Галилеем, относятся только к идеальным телам, идеальным плоскостям и отсутствию сопротивления воздуха и любой другой среды, в которых происходят описываемые события.

 

Большой звездный каталог: Исаак Ньютон и Джон Флемстид

Во второй половине XVII века Карл II Английский специальным указом велел королевскому астроному Джону Флемстиду «заняться с величайшим старанием и прилежанием исправлением таблиц движений на небесах и положений неподвижных звезд для усовершенствования искусства кораблевождения». Средств Флемстиду выдано не было, и ему пришлось заказывать и покупать инструменты для обсерватории на свои деньги. Несколько приборов ему передал неутомимый Роберт Гук. По результатам наблюдений Флемстид составил каталог положений примерно трех тысяч звезд. Ученый придавал большое значение тщательности обработки наблюдений и не торопился с публикацией каталога. А Исаак Ньютон в это же время был занят подготовкой к изданию своих «Начал». Ему для подтверждения теоретических расчетов были крайне необходимы результаты наблюдений движения Луны и угловые диаметры планет, полученные Флемстидом. Кроме того, Флемстид был первым, кто предсказал эллиптический характер кометных орбит, что также интересовало автора «Начал». Форма этих орбит была чрезвычайно важна для утверждения теории тяготения, подвергавшейся в Европе резкой критике.

Поначалу отношения Ньютона и Флемстида были достаточно добросердечными. Флемстид охотно передал запрошенные данные, и в 1694 году Ньютон с гордостью известил Флемстида, что сравнение расчетных и опытных данных показало их практическое совпадение. Но Флемстид не хотел оставаться в безвестности, в некоторых письмах он настоятельно просил Ньютона в случае использования наблюдений указать его, Флемстида, приоритет, подозревая в возможной краже не столько самого Ньютона, сколько Г аллея. Однако просьба эта могла быть истолкована и как недоверие к Ньютону. Тон писем Флемстида постепенно менялся. Он писал, например, следующее: «Я согласен, проволока дороже, чем золото, из которого она сделана. Я, однако, собирал это золото, очищал и промывал его и не смею думать, что Вы столь мало цените мою помощь только потому, что столь легко ее получили». Согласитесь, это уже слова человека обиженного.

Начало открытому конфликту положило письмо Флемстида, в котором он с извинениями сообщал, что обнаружил ряд систематических ошибок в части предоставленных Ньютону данных. Это вынудило Ньютона заново сделать расчеты, причем было поколеблено также и доверие к остальным данным. Ньютон, который терпеть не мог недобросовестности, был крайне раздражен и заподозрил, что ошибки были внесены Флемстидом осознанно.

В 1704 году Ньютон посетил Флемстида в обсерватории, тот к этому времени получил новые, уже точные данные наблюдений звездного неба. Ньютон попросил передать ему эти данные, а взамен был готов помочь в издании основного труда Флемстида — «Большого звездного каталога». Но Флемстид ответил, что сначала должен найти и исправить все возможные погрешности. Астроном тянул время по двум причинам: каталог был еще не вполне готов, а Ньютону он больше не доверял и боялся кражи своих наблюдений. Но Ньютон настоял на своем, и в 1706 году труды Флемстида стали публиковаться (всего было напечатано 400 экземпляров). При этом Флемстид потребовал, чтобы Ньютон не пользовался его данными до окончания печати. Однако Ньютону эти данные нужны были срочно, он пренебрег запретом и просто выписал нужные величины. Флемстид устроил Ньютону скандал, напряжение росло.

Печать книги шла крайне медленно. Из-за финансовых трудностей Флемстид не внес вовремя членский взнос и был исключен из Королевского общества. Новый удар нанесла королева, которая, вероятно, по ходатайству Ньютона, передала Королевскому обществу контрольные функции над обсерваторией. В конце концов Ньютон предъявил Флемстиду ультиматум: «Вы представили несовершенный каталог, в котором многого не хватает, Вы не дали положений звезд, которые были желательны, и я слышал, что печать сейчас остановилась из-за их непредоставления. Таким образом, от Вас ожидается следующее: или Вы пришлете конец Вашего каталога д-ру Арбетноту, или по крайней мере пришлете ему данные наблюдений, необходимые для окончания, с тем чтобы печатание могло продолжаться».

Ньютон также пригрозил, что дальнейшие задержки будут рассматриваться как прямое неподчинение приказу ее величества. В итоге ему удалось заполучить работу Флемстида и договориться о ее издании с Эдмондом Галлеем, смертельным врагом Флемстида. В марте 1710 года Флемстид, после неоднократных жалоб на несправедливость и козни врагов, все же передал в печать завершающие листы своего каталога, и в начале 1712 года вышел в свет первый том под названием «Небесная история». В нем были все данные, нужные Ньютону, и год спустя появилось переработанное издание его знаменитых «Начал» с гораздо более точными расчетами траектории движения Луны. Однако Флемстид передал дело в суд, и распространение украденной работы было запрещено. Ньютона такое решение разозлило, и, чтобы отомстить Флемстиду, в более поздних изданиях «Начал» он снимал все ссылки на его работы.

В ответ Флемстид сжег все нераспроданные 300 экземпляров каталога в своем камине (остатки до сих пор демонстрируют туристам, посещающим Гринвич) и стал готовить второе издание, уже сообразуясь с тем, что считал правильным он сам. В 1719 году он скончался, но в 1725 году усилиями жены и друзей замечательное издание, гордость английской астрономии, все-таки было опубликовано.

Ньютон бывал с Флемстидом груб и несправедлив, но и Флемстид отзывался о Ньютоне в весьма нелестных выражениях.

Преемником Флемстида в королевской обсерватории стал Галлей, который немедленно засекретил все результаты наблюдений во избежание кражи данных соперниками. У Ньютона до конфликта с Галлеем дело не дошло, но на заседаниях общества он неоднократно отчитывал Г аллея за нежелание поделиться необходимыми данными.

Исаака Ньютона, как мы уже неоднократно замечали, симпатичным человеком назвать было нельзя. Его натянутые отношения со многими учеными хорошо известны, последние годы своей жизни он провел в непрекращающихся спорах.

После издания книги «Математические начала», ставшей одной из самых знаменитых когда-либо написанных книг по физике, Ньютон стал вхож во все научные круги. Он был назначен президентом Королевского общества и стал первым ученым, посвященным в рыцарское звание. Больше всего Ньютон боялся критики своих сочинений. Опасаясь, что в его трудах могут найтись ошибки, он даже не послал экземпляр своих «Начал» Иоганну Бернулли — наиболее авторитетному математику и физику того времени. Имена весьма достойных коллег Ньютон демонстративно игнорировал и по отношению к ним часто был несправедлив.

Сколько бы раз ни выходила его книга «Математические начала натуральной философии» и сколько бы Ньютон на ней ни заработал, он, однако, не заплатил ни пенса ни издателю «Начал», ни Роджеру Котсу, проделавшему колоссальную работу по вычерчиванию многочисленных рисунков и выписыванию сложнейших формул, которыми просто усеяна рукопись.

Мало кому известно, что Ньютон около тридцати лет своей жизни отдал алхимии. Он искал философский камень, способный превратить любой металл в золото. В XIX веке случайно был найден сундук Ньютона с записями, ранее не известными исследователям. В 1936 году эти рукописи на аукционе «Сотбис» приобрела американская исследовательница Доббс. Она сумела прочесть некоторые из этих записей и выяснила, что Ньютон искал способы извлечения «ртути металлов».

Ньютон пережил два серьезных приступа безумия, в 1677 и 1693 годах, которые совпали с его алхимическими опытами. Современник Ньютона Христиан Гюйгенс в письме к Готфриду Лейбницу описывает один из таких приступов: «Не знаю, знакомы ли Вы со случаем, который произошел с достойным господином Ньютоном, а именно то, что его поразил приступ душевного расстройства, который длился восемнадцать месяцев, и лишь друзья вылечили его».

Если верить английскому математику Уистону, Ньютон был робок и подозрителен, а Флемстид пишет, что ему тот «всегда казался недоступным, гордым и жадным к похвалам» и что он «не мог выносить противоречия».

 

Метод решения кубических уравнений: Сципион дель Ферро, Джероламо Кардано, Никколо Тарталья

Важнейшими математическими достижениями XVI века были алгебраическое решение уравнений 3-й и 4-й степени и создание алгебраической символики. Новый этап развития алгебры зародился в Италии. В начале XVI века профессор математики Болонского университета Сципион дель Ферро (1465–1526) впервые нашел алгебраическое решение простейшего уравнения третьей степени с положительными коэффициентами. Это решение профессор держал в строгом секрете: о нем знали только два его ученика, в том числе некто Фиоре.

Знание некоего научного открытия в то время имело особое значение для жизни и карьеры его автора. В Италии того времени практиковались математические поединки-диспуты: на многолюдных собраниях противники предлагали друг другу задачи для решения их немедленно или в определенный срок. Побеждал тот, кто решал большее количество задач. Победитель награждался при этом не только назначенным денежным призом, но и возможностью занять университетскую кафедру или другую должность. А человек, потерпевший на диспуте поражение, часто терял занимаемое им место. В математических диспутах XVI века первое место занимала алгебра, названная «великим искусством», в отличие от арифметики, которую называли «малым искусством». Диспуты проходили в Болонском университете. Здесь в разное время работали ученые с мировым именем: Лука Пачоли, Николай Коперник, Галилео Галилей и другие.

Для участников алгебраических диспутов было исключительно важно обладать неизвестной еще для других формулой решения того или иного типа уравнений. Вот почему после внезапной смерти дель Ферро его ученик Фиоре, который не славился талантом математика, решил воспользоваться сообщенным ему секретом и вызвать на публичный диспут одного из виднейших математиков того времени — Никколо Тарталью (1499–1557).

Настоящая фамилия ученого была Фонтана. В детстве он получил тяжелую травму и стал заикаться. Прозвище Тарталья и означает «заика». Несмотря на тяжелые материальные условия, одаренный мальчик упорно овладевал математикой. Когда не было денег на покупку бумаги, он писал свои математические вычисления на заборах и камнях. Ко времени вызова на поединок со стороны Фиоре (1535 г.) Тарталья уже занимал кафедру математики в Вероне и имел славу первоклассного ученого.

Одной из самых актуальных проблем того времени было алгебраическое решение кубических уравнений «в радикалах», то есть успешные поиски общей формулы, выражающей корни любого уравнения третьей степени в зависимости от коэффициентов при помощи конечного числа алгебраических операций — сложения, вычитания, умножения, деления, возведения в степень и извлечения корней. Для уравнений второй степени такая формула была известна давно, а вот для уравнений третьей степени до описываемого времени ученые мира такой формулы найти не могли.

Получив вызов на диспут, Тарталья понял, что Фиоре обладает формулой для решения кубического уравнения, и при подготовке к диспуту все свое внимание сосредоточил на поисках своей формулы. Он работал днем и ночью, и эти труды не пропали даром. «Я приложил все свое рвение, усердие и математическое умение, чтобы найти этот алгоритм, и благодаря благосклонной судьбе мне удалось это сделать за 8 дней до срока», — позже писал он.

Диспут состоялся 20 февраля 1535 года. Тарталья в течение двух часов решил 30 задач, предложенных ему противником. Фиоре, который не смог решить ни одной из 30 предложенных ему задач, выбранных Тартальей из различных областей математики, признал себя побежденным. После диспута Тарталья прославился на всю Италию, но продолжал держать в секрете найденную им формулу — он собирался опубликовать ее в своем труде по алгебре.

В 1539 году к Тарталье обратился другой видный итальянский ученый, Джероламо Кардано (1501–1576). Он просил сообщить ему формулу для решения уравнения третьей степени, при этом клятвенно пообещав, что никому не раскроет тайну. Тарталья согласился открыть секрет, однако изложил его в стихотворной форме и лишь частично, таким образом замаскировав полное решение кубического уравнения.

Но три года спустя Кардано знакомится в Болонье с рукописями покойного профессора дель Ферро и получает полную ясность, а в 1545 году публикует знаменитый труд «О великом искусстве, или Об алгебраических вещах в одной книге», в котором впервые приводит решение уравнения и дает формулы корней. В этой книге содержится также алгебраическое решение уравнения четвертой степени — важнейшее открытие, сделанное одним из его учеников, Луиджи Феррари (1522–1565).

После выхода в свет книги Тарталья обвинил Кардано в нарушении данной им клятвы. «У меня, — писал Тарталья, — вероломно похитили лучшее украшение моего труда по алгебре».

Эти формулы по сей день носят имя Кардано, хотя следовало бы их называть формулами Ферро — Тарталья — Кардано.

О Кардано мы еще поговорим чуть позже, а сейчас следует упомянуть об уравнениях бо'льших степеней.

Кубическое уравнение не поддавалось решению математиков полторы тысячи лет, но стоило его решить, как буквально тут же было решено в общем виде и уравнение четвертой степени. Сделал это ученик Кардано — Луиджи Феррари. Оказалось, что для решения этого уравнения требуется «по пути» решить вспомогательное уравнение третьей степени.

А вот уравнение пятой степени ждало своего решения целых три столетия. Лишь в 1826 году норвежский математик Нильс Абель доказал, что не существует общей формулы для решения уравнений пятой степени, как и для уравнений более высоких степеней. Это открытие Абель сделал, когда ему было лишь 24 года, а прожил он всего 27 лет.

Эварист Г алуа, проживший всего 20 лет, продолжил исследования Абеля и определил, как по виду алгебраического уравнения узнать, решаемо ли оно. Метод, предложенный Галуа, положил начало фундаментальному разделу математики — теории групп. Погиб Галуа на дуэли, а в ночь перед смертью изложил на бумаге свои мысли о математике. Разобраться в этих записках и понять идеи Г алуа ученые смогли только спустя десятилетия.

Решение уравнения третьей степени сыграло свою роль позже, когда привело математиков к необходимости заняться комплексными числами.

 

Периодическая система химических элементов: Дмитрий Менделеев, Юлиус Лотар Мейер, Джон Ньюлендс

Эту поучительную историю следовало было бы начать с восхвалений в адрес Менделеева, наподобие следующего: со времени открытия периодического закона химических элементов прошло немало лет, но до сих пор никто не может сказать, когда будет до конца понято все глубочайшее содержание знаменитой «таблицы Менделеева».

Но, если быть честными, дело обстояло несколько иначе. Ведь научно-технический прогресс ставит перед учеными схожие задачи. Одни и те же разработки, конечно, чуть отличаясь, приводили если не к похожим выводам, то уж наверняка к похожим вопросам, которые неслучайно возникали в головах разных исследователей. Так было и с появлением периодического закона: накопление новых сведений о химических элементах к концу 60-х годов XIX века сделало очевидным их связь между собой и другими элементами, которая требовала объяснения. Уже было сформулировано понятие о валентности, то есть о способности атомов химических элементов образовывать конечное число химических связей с атомами других элементов, появились новые способы определения атомных масс, гипотеза о сложном строении атомов химических элементов английского химика Уильяма Праута (1785–1850). В 1815 году он предположил, что из самого легкого элемента (водорода) путем конденсации могут образовываться все остальные, а атомные массы всех элементов кратны массе атома водорода. Об этой гипотезе много спорили в научном сообществе, и после более точных определений атомных масс выяснилось, что целые числа в значениях атомной массы встречаются крайне редко.

Затем другой англичанин, Уильям Крукс (1832–1919), предположил, что все элементы, в том числе и водород, образованы путем уплотнения некоей гипотетической первичной материи — протила. Якобы из протила некогда состояла масса мира. Сначала он был однородный, а потом, с понижением температуры, дифференцировался, превратившись во все многообразие элементов (по Круксу, процесс этот был аналогичен эволюции растений и животных). При этом очень малый атомный вес протила, по мнению Крукса, делал возможным возникновение дробных величин в атомной массе.

В общем, в начале и в середине XIX века делалось немало попыток поиска основы для систематизации элементов. Было сделано и достаточно интересное предположение: редкие элементы все более и более пополняют пробелы между известными телами природы, что позволяет составить из этих тел непрерывный ряд, в котором всякий элемент имел бы свое определенное место. То есть определить некий закон, описывающий свойства химических элементов в зависимости от неких общих характеристик каждого из них. Решить эту задачу удалось Дмитрию Менделееву.

Дмитрий Иванович Менделеев родился в Тобольске в семье директора гимназии и попечителя народных училищ И. П. Менделеева. В 1850 году талантливый юноша был зачислен студентом физико-математического факультета Главного педагогического института. После получения высшего образования он уехал в Одессу, чтобы немного поправить здоровье. Там он работал преподавателем математики, физики и естественных наук, а в начале 1857 года стал приват-доцентом Петербургского университета.

Тридцать первого января 1865 года он защитил докторскую диссертацию, тема которой создала немало мифов. И только потому, что звучала она так: «Рассуждение о соединении спирта с водою». Но к водке, вопреки весьма популярной легенде, это не имело отношения — работа была посвящена очень узкой научной проблематике, связанной с теорией растворов.

После защиты Менделеев был утвержден профессором кафедры технической химии Петербургского университета.

Другой миф гласит, что периодическую таблицу элементов Менделеев увидел во сне, а когда проснулся, ему осталось ее только записать и обосновать. Сам Менделеев, кстати, от этого сновидения не отказывался, однако рассказывал, что увидел таблицу после того, как не спал несколько ночей подряд, пытаясь изложить на бумаге уже сформировавшиеся в его мозгу представления. Вот что он говорил своему другу, философу И. И. Лапшину, посетившему его незадолго перед открытием: «Все в голове сложилось, а выразить таблицей не могу».

Получается, что Менделеев работал как сумасшедший, дни и ночи, не ложась спать. Наконец его нервная система не выдержала, он уснул, и его посетило «озарение». «Вижу во сне таблицу, — рассказывал он потом, — где элементы расставлены, как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги. И только впоследствии оказалась нужной в одном месте поправка».

Собственно, эта история с вещим сном лишь подтверждает давно известное наблюдение: люди, которые интенсивно размышляют над какой-либо проблемой, просто продолжают решать ее и во сне, только в этом случае к мыслительной работе подключается подсознание. Именно оно зачастую открывает двери туда, куда разум, отягощенный стереотипами и постулатами, даже не решается постучаться.

Этот случай открытия в научном мире не единственный. Достаточно вспомнить немецкого химика Фридриха Августа Кекуле фон Штрадоница (1829–1896), который расшифровал формулу молекулы бензола во сне, где она предстала в виде правильного шестиугольника. О роли сновидений в своих открытиях упоминал и знаменитый Альберт Эйнштейн.

Открытия такой важности, как периодическая таблица химических элементов, случайными быть не могут. Конечно же, этому сновидению предшествовала огромная работа, основанная на сочетании знаний физической стороны исследуемого явления, математической и философской. Менделеев изучил описание свойств известных элементов и их соединений. После этого на карточки, вырезанные из картона, нанес название каждого элемента, его атомный вес, формулы соединений и основные свойства. Затем очень долго раскладывал эти карточки подобно пасьянсу, пытаясь систематизировать химические элементы, расставляя их в логическом порядке. Далеко не сразу Менделеев понял, что свойства элементов меняются именно с изменением атомного веса. То есть до самого сновидения концепция уже сложилась в голове ученого, ему оставалось лишь сделать финальное усилие, и это усилие совершило его подсознание.

Семнадцатого февраля (1 марта по новому стилю) 1869 года Менделеев отправил в типографию рукопись, в которой изложил свой «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». А через две недели представил в Русском химическом обществе статью «Соотношение свойств с атомным весом элементов».

Сообщение об открытии сделал редактор «Журнала Русского химического общества» профессор Н. А. Меншуткин (1842–1907) — сам Менделеев на этом заседании не присутствовал: он был в командировке в Тверской губернии.

Менделеев составил несколько вариантов периодической системы, на основе которой исправил атомные веса некоторых известных элементов. С этого момента все другие работы для него отходят на задний план. Он даже отложил работу над учебником «Основы химии» — этот труд был закончен лишь в 1871 году. Распределение элементов в составленной им таблице постоянно казалось ему несовершенным.

Эта долгая и кропотливая работа закончилась тем, что Менделеев сумел предсказать существование нескольких до того неизвестных элементов и в одной из своих статей даже подробно описал свойства трех из них: он назвал эти элементы экабором, экаалюминием и экакремнием. Так на свет появилась фундаментальная схема, которой до сих пор пользуются как школьники, так и ученые во всем мире.

Казалось бы, завершен титанический труд. Но осенью 1875 года Менделеев случайно натолкнулся на доклад французского ученого Поля Эмиля Лекока де Буабодрана (1838–1912), посвященный открытию нового элемента, названного им галлием. Французский химик указал удельный вес галлия — 4,7, что не совпадало с вычислениями Менделеева: вес экаалюминия был им определен как 5,9. И тогда Дмитрий Иванович написал во Францию, указав, что, судя по свойствам открытого Лекоком де Буабодраном галлия, это есть не что иное, как предсказанный им в 1869 году «экаалюминий». И оказался прав: более скрупулезные вычисления удельного веса галлия дали значение 5,94. Это вызвало настоящую сенсацию среди ученых, имена Менделеева и Лекока де Буабодрана стали известны всему миру.

Уже скоро периодическая таблица химических элементов получила новые подтверждения. В 1879 году шведский химик Ларс Фредерик Нильсон (1840–1899) открыл новый элемент, полностью соответствовавший описанному Менделеевым экабору. Нильсон назвал его скандием. А в 1885 году немецким химиком Клеменсом Винклером (1838–1904) был открыт элемент германий, идентичный менделеевскому экакремнию. За этим последовало открытие в 1894–1898 гг. британским химиком сэром Уильямом Рамзаем (1852–1916) группы инертных газов: аргона, гелия, неона, ксенона и криптона. Это дало возможность включить в систему так называемую «нулевую» группу. Позднее, когда ксенон вступил в химическую реакцию и стал известен его высший фторид, в котором валентность ксенона равна восьми, инертные газы перенесли в VIII группу, а нулевую упразднили.

Но и это еще не вся правда. У знаменитой периодической таблицы был еще один автор — Юлиус Лотар фон Мейер (1830–1895), доктор медицины, занимавшийся вопросами теоретической и физической химии и преподававший в университетах Бреслау, Карлсруэ и Тюбингена. В 1864 году на основании данных об атомном весе он предложил таблицу, связывающую соотношение атомных весов для нескольких характерных групп элементов. Таблица Мейера насчитывала 28 элементов, размещенных в шесть столбцов согласно валентности. Немецкий ученый намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерности изменения атомной массы в рядах сходных элементов. Позже, в 1870 году, Мейер опубликовал еще одну работу, названную им «Природа химических элементов как функция их атомных весов» и содержавшую новую таблицу, состоявшую уже из девяти вертикальных столбцов: элементы со сходными свойствами располагались в горизонтальных рядах, а некоторые ячейки таблицы Мейер оставил незаполненными.

Эта работа Мейера дала повод некоторым ученым даже утверждать что его система в некоторых отношениях совершеннее первых вариантов таблицы Менделеева. Сам Дмитрий Иванович в одной из своих статей заявил, что таблица Мейера представляла собой только простое сопоставление элементов, на что Мейер отвечал, что его таблица «в существенном идентична данной Менделеевым». Менделеев же писал: Мейер «раньше меня не имел в виду периодического закона, а после меня ничего нового к нему не прибавил». По словам Менделеева, Мейер не стал развивать свое открытие и не делал попыток на его основе дать предсказания свойств еще не открытых элементов. Тем не менее многие, особенно в Германии (это и понятно), считают именно Мейера первооткрывателем периодической системы. Как бы то ни было, в 1882 году Королевское общество присудило золотые медали совместно Менделееву и Мейеру. Наградам сопутствовала формулировка: «За открытие периодических соотношений атомных весов».

Однако для полноты картины следует упомянуть и об английском химике Джоне Ньюлендсе (1837–1898). В 1864 году он тоже составил таблицу, в которой расположил все известные тогда элементы в порядке увеличения их атомных весов. Пронумеровав элементы, Ньюлендс сделал следующий вывод: «Разность в номерах наименьшего члена группы и следующего за ним равна семи; иначе говоря, восьмой элемент, начиная с данного элемента, является своего рода повторением первого, подобно восьмой ноте октавы в музыке». Через год Ньюлендс опубликовал новую таблицу, назвав ее «законом октав». После 1866 года Джон Ньюлендс не предпринимал новых попыток разработки своей системы, тем не менее в Англии считают, что именно он впервые высказал идею о периодичности изменения свойств элементов. В 1887 году, через пять лет после награждения Менделеева и Мейера, Королевское общество присудило медаль и ему. Награде сопутствовала формулировка: «За открытие периодического закона химических элементов».

 

Взрывчатка: Антуан Лоран Лавуазье, Клод Луи Бертолле

Лавуазье и Бертолле — без сомнения, самые выдающиеся ученые-химики своего времени. И по праву считаются основателями современной химии, создателями принятой ныне химической номенклатуры. Именно они заложили фундамент научных теорий, а их работы послужили школой для химиков последующих поколений. К тому же эти двое были близкими друзьями и единомышленниками. Так что мы сейчас поговорим не о соперничестве в приоритетах, а просто о вкладе каждого в науку и о том, насколько заметно было их взаимное влияние.

Лавуазье наиболее значительный след в истории оставил как разработчик теории горения и взрывчатых веществ. А Бертолле вошел в историю как создатель теории химического равновесия и первооткрыватель многочисленных соединений.

Говоря об этих двух ученых, сложно представить более разные характеры и судьбы. Деловитость и житейская осмотрительность Лавуазье не помогли ему избежать плахи. Бертолле же отличало редкое бескорыстие и равнодушие к собственной выгоде — хотя в последние годы жизни он уже пользовался всеобщим преклонением, стал сенатором, графом, пэром и кавалером многих орденов.

Антуан Лоран Лавуазье родился в семье прокурора при Верховном суде, а семья являлась одной из богатейших во Франции. Не препятствуя воле отца, Лавуазье получил юридическое образование. Эти знания пригодились ему позже: он стал не только талантливым химиком, но и успешным дельцом.

Его главные черты — светлый ум и поразительная способность к напряженному систематическому труду — проявлялись во всем, за что бы он ни брался. Во время занятий правом Лавуазье одновременно изучал естественные науки, притом весьма успешно. После блестящего окончания университета в 1768 году Лавуазье был избран членом Академии наук. И в то же время он вступает в Генеральный откуп — компанию чрезвычайно богатых и влиятельных финансистов. Это оказало роковое влияние на дальнейшую судьбу Лавуазье: заработав себе миллионное состояние в Генеральном откупе, Лавуазье запятнал свою репутацию ученого, связавшись с людьми, вызывавшими всеобщую ненависть.

В 1769 году, на следующий год после избрания в Академию, Лавуазье представил в свет свою работу «О природе воды». Он провел блестящее гидрологическое исследование и высказал идею о точном взвешивании как об основном методе исследования. Поэтому дату опубликования работы и считают началом современной химии.

Последующие работы Лавуазье были посвящены теории горения и имели революционное значение для химии. Более десяти лет понадобилось ученому, чтобы разрушить теорию флогистона. Заметим, что в те годы ни об окислении, ни об окислах, ни о кислороде известно не было. Вспомним, каким нелегким путем шла тогда наука и как трое великих ученых открыли кислород, не совсем понимая, что это за газ. Благодаря исследованиям Лавуазье пришло понимание, что горение — это реакция присоединения кислорода, то есть окисления. Химия стала приобретать стройную и ясную систему: существуют элементы, у элементов есть окислы, окислам соответствуют кислоты, основания, соли.

В 1774 году Лавуазье публикует работу «Об обжиге олова в закрытых сосудах», в которой впервые был приведен количественный состав атмосферы и дано простое и однозначное объяснение роли кислорода в процессе окисления и горения. В эти же годы Лавуазье назвал процесс дыхания разновидностью окислительного процесса. В 1777 году в популярном научном журнале появляется статья «О горении вообще», а в 1783 году — «Размышления о флогистоне», которая окончательно разбила старые представления. Свои взгляды Лавуазье изложил в учебнике «Начальный курс химии».

В 1785 году Лавуазье возглавил Академию наук. Под его руководством она превратилась в авторитетнейшее и влиятельнейшее научное учреждение Франции. Вклад ученого во многие разделы химии переоценить невозможно.

Согласитесь, не зная, что такое горение, нельзя понять сущности взрыва. Но, помимо теории, нужно было заняться и чисто практическими вопросами изготовления пороха и взрывчатых веществ.

В 1775 году существовавший ранее Пороховой откуп был упразднен, и пороховое дело передано в руки государства. Лавуазье был назначен одним из руководителей вновь созданного Управления пороха и селитры. Взяв пороховое дело в свои руки, Лавуазье для его реорганизации использует свои таланты химика, инженера и финансиста. Вскоре производство пороха во Франции увеличивается почти вдвое. Кроме того, резко улучшается его качество. Без преувеличения можно сказать, что страна стала обладать лучшим в мире порохом.

Главным партнером и покупателем стали Соединенные Штаты. Бенджамин Франклин — первый посол США во Франции, знаменитый ученый, «покоритель молнии» — был близким другом Лавуазье, и эта дружба оказалась очень полезной для США, борющихся за независимость. Лавуазье отправил за океан опытных специалистов, обучавших американцев тайнам пороходелия: в Америку эмигрировали ученики Лавуазье, братья Дюпон де Немур, основавшие компанию по производству взрывчатых веществ. Специально для США Лавуазье было написано руководство «Искусство производства селитры».

А что же Бертолле? Он не был уроженцем Франции — его предки эмигрировали оттуда во время религиозных войн. Однако можно назвать не так много имен тех, кто сделал для величия второй родины столько же, сколько этот выдающийся ученый. Он вошел в историю как создатель теорий химического равновесия и химического сродства, первооткрыватель многочисленных химических соединений, организатор науки и промышленности Франции.

Получив в Туринском университете степень доктора, Бертолле в 1772 году покидает Италию и переселяется в Париж. Молодой врач с увлечением занялся химическими исследованиями, которые быстро принесли ему славу, и в 1780 году он уже получил кресло в Академии наук.

Долгие годы Бертолле был научным противником Лавуазье, но первым нашел в себе мужество признать собственные заблуждения. Шестого августа 1785 года он публично заявил, что «успехи физики и химии сделали гипотезу о флогистоне и неудовлетворительной, и ненужной». С этого времени начинается дружба двух ученых, приведшая к многочисленным плодотворным результатам. Вместе с Лавуазье и Гитоном де Морво Бертолле разработал основы современной химической терминологии. Вместе с Лавуазье он основал в 1789 году один из первых в мире научных журналов — «Анналы химии», издающийся и в наше время. Вместе с Лавуазье он совершенствовал и пороховое дело.

Наверняка каждый слышал о бертолетовой соли. В 1786 году Бертолле, пропуская хлор через горячий раствор щелочи, получил соль, названную впоследствии его именем. Способность новой соли к окислению других веществ была замечена довольно быстро (бертолетова соль и поныне считается одним из сильнейших окислителей), и Бертолле решил использовать ее при изготовлении пороха вместо селитры. Первые опыты оказались настолько успешными, что было решено изготовить крупную партию нового пороха.

Опыты с хлоратными взрывчатыми веществами продолжались более столетия. Бертолетова соль — такой сильный окислитель, что ее смесь с обыкновенным керосином является опаснейшим взрывчатым веществом. В середине прошлого века было даже испытано вещество, состоящее из бертолетовой соли и. сахара. Эта сладкая смесь имела взрывчатую силу большую, чем обыкновенный порох.

Бертолетова соль чувствительна к трению, неустойчива, при хранении выделяет хлор и кислород. Все это не только снижает качество пороха и повышает его опасность, но и приводит к разъеданию и порче оружия. Однако в силу простоты и дешевизны хлоратных взрывчатых веществ они применяются до сих пор. Бертолетова соль обязательно входит, вместе с гремучей ртутью, в воспламенительные составы капсюлей для огнестрельного оружия.

Тем временем во Франции назревал другой взрыв — взрыв народного гнева против феодального угнетения. Обстановка накалялась с каждым днем. В ночь с 12 на 13 июля 1789 года директор Управления пороха и селитры Лавуазье распорядился тайно переправить запасы пороха из Арсенала в более надежное место — Бастилию. А еще через сутки состоялся ее исторический штурм, с которого началась Великая французская революция.

Революция дала мощный толчок научному и техническому творчеству, раскрепостила народ Франции в политическом отношении. Сразу же была проведена реформа образования и созданы новые высшие школы, музеи, библиотеки. Это время ознаменовалось введением метрической системы, значение которой для человечества трудно переоценить. Лавуазье принимал активное участие во всех этих преобразованиях, взяв на себя руководство реформой мер и весов. Ранее он уже показал себя как смелый революционер в науке и оказался весьма уверенным либералом в политике.

Введение единой метрической системы было актом не столько технической, сколько политической революции. В 1795 году эта работа была завершена, и на платиновом эталоне метра была выгравирована надпись: «На все времена всем народам». Талейран по этому поводу заметил: «Завершилось предприятие, результаты которого должны будут в один прекрасный день стать достоянием всего мира».

Еще во время работы над метрической системой Лавуазье почувствовал, что тучи над его головой сгущаются. Начались нападки на Академию наук. Депутаты Конвента во всеуслышание заявляли о бесполезности ее существования и требовали ее ликвидации. Лавуазье же в глазах народа был прежде всего откупщик, все остальное казалось неважным, многие даже не знали о его великих открытиях. И в жизни ученого наступил переломный момент.

Восьмого августа 1793 года Академия была распущена. Посвятивший ей всю свою жизнь Лавуазье до последнего дня боролся за ее сохранение и восстановление, подчеркивая всю важность науки и научных учреждений для процветания и мощи государства. В доказательство он приводил неоспоримые факты из прошлых заслуг Академии, события, ставшие историческими, но не добился ничего. Напротив, 23 декабря 1793 года Лавуазье и некоторые другие ученые, разделявшие его взгляды, были исключены из Комиссии мер и весов как люди, «не заслуживающие доверия по недостатку республиканской доблести и ненависти к королям».

Следствие продолжалось несколько месяцев, после чего 8 мая 1794 года Лавуазье предстал перед трибуналом, был осужден и приговорен к смертной казни. Лагранж, когда ему сообщили о казни, с горечью заметил: «Достаточно было всего лишь одного мгновения, чтобы отрубить эту голову, но потребуется, вероятно, целое столетие, чтобы породить ей подобную».

Судьба Бертолле в это время складывалась совершенно иначе: он полностью принял революцию и продолжал работать на благо науки, причем совершенно бескорыстно.

В 1789 году Бертолле открыл новый метод быстрого и дешевого беления тканей при помощи хлора. Своим открытием он произвел настоящий переворот в легкой промышленности. Бертолле не думал о своей выгоде, хотя ему предлагали огромные суммы. Его, казалось, совершенно не волновало, что за свое изобретение он мог бы получить десятки миллионов, и он продолжал работать в этой области. Следующим этапом стала организация крашения тканей. Монография Бертолле на эту тему десятки лет была настольной книгой красильщиков, принеся им большие прибыли, но сам Бертолле ничего на этом не заработал.

Далее, вместе с Гаспаром Монжем, творцом начертательной геометрии, крупнейшим математиком, механиком и металлургом, Бертолле осуществил глубокие изменения в технологии выплавки металлов, нашел способ долгого хранения пресной воды в трюмах кораблей, за что ему до сих пор обязано человечество спасением жизней многих выдающихся мореплавателей. Бертолле и Монж стали основателями Политехнической школы, одного из лучших высших учебных заведений Франции, и первыми ее профессорами.

Но для Франции настали тяжелые времена. Весь 1793 год шла изнурительная война и с внешним, и с внутренним врагом — против революционной Франции объединились Англия, Австрия, Пруссия, Голландия, Испания, Сардиния, Неаполь.

С гибелью средиземноморского флота прекратилось поступление селитры из Индии. Франция оказалась в кольце блокады с моря и суши. Поступлений готового пороха также не было. Предстояло либо любой ценой получить селитру и обороняться, либо сдаться на милость победителей.

К сбору селитры правительством было привлечено все свободное от военной службы население, включая выдающихся ученых Франции. Среди них оказался и Бертолле, которому было поручено, совместно с Монжем, возглавить работы по физике, химии и механике в лаборатории Меллона.

Бертолле организовал работу в подведомственных ему областях по изысканию новых типов и методов производства пороха. Исследования не давались ученому легко, приходилось расплачиваться жизнями за каждую новую неудачу. И Бертолле был среди первых, кто рисковал собой.

Гитон де Морво и Жан-Антуан Шапталь, друзья Бертолле, встали во главе сбора селитры и производства пороха. Декреты и воззвания поддерживались энергичными действиями. Во все департаменты были разосланы составленные Шапталем и Гитоном де Морво инструкции по изготовлению селитры. Котлы и другое нужное оборудование изымались у владельцев и передавались для выпаривания селитры. В селитряницы превращались даже храмы. Все это вместе взятое дало наконец свои плоды: за одиннадцать месяцев было получено двадцать два миллиона фунтов селитры.

Усилия не прошли даром, и наступление Франция встретила во всеоружии, враг был отброшен за пределы республики.

После революции Клод Бертолле прожил еще долгую и счастливую жизнь. Им были открыты фундаментальные законы химии, организовано промышленное производство соды. Он провел множество исследований совместно с Монжем, Лапласом, Араго, Г ей-Люссаком. Его ожидали всеобщий почет и даже преклонение, звания сенатора, графа, пэра, кавалера многих орденов, научные путешествия в Италию и Египет. До конца своих дней этот выдающийся ученый оставался бескорыстным, честным и открытым человеком.

 

Предсказание существования кварков: Мюррей Гелл-Манн, Джордж Цвейг, Юваль Нееман

Сначала ученый мир признал, что существуют мельчайшие неделимые частицы вещества, которые назвали атомами. Потом стало известно, что атом, в свою очередь, может быть поделен на структурные единицы: электроны, протоны, ядра. Однажды В. И. Ленин пафосно заявил: «Электрон так же неисчерпаем, как атом, природа бесконечна». И почти сразу же, по меркам историческим, стало ясно, что тут он не совсем прав. Электрон точно так же, как нейтрино и кварк, считается элементарной или фундаментальной частицей.

Но в некогда неделимом атоме различают и другие элементарные частицы, так называемые «составные» — протоны и нейтроны. Кроме того, признано, что огромное множество адронов — элементарных частиц, имеющих внутреннюю структуру (их известно более 350, включая античастицы), — состоят из двух или трех кварков.

Кварки (их шесть) участвуют во всех видах фундаментальных взаимодействий и наряду с лептонами и переносчиками этих взаимодействий образуют самый глубинный слой материи. Современная Стандартная модель теории элементарных частиц немыслима без кварков.

За экспериментальное подтверждение кварковой структуры адронов в 1990 году Дж. Фридману, Г. Кендаллу, Р. Тейлору присуждена Нобелевская премия. В то же время теоретикам — Мюррею Г елл-Манну и Ювалю Нееману, а также Джорджу Цвейгу, которые независимо друг от друга эту модель сформулировали, — премия присуждена не была. Вне признания Нобелевского комитета по физике оказалось одно из самых выдающихся теоретических открытий ХХ века, заслуживающее войти в десятку наивысших достижений не только физической науки.

В 1961 году Гелл-Манн и израильский физик Юваль Нееман (который тогда работал в Лондонском университете в Англии), каждый самостоятельно, нашли способ расположения адронов в соответствии с их свойствами (массой, зарядом и т. д.) в виде модели, которую Гелл-Манн назвал «восьмеричным путем»: частицы в ней объединялись в октеты. Этот метод напоминает принцип, в соответствии с которым еще в 1860-х годах Дмитрий Менделеев объединил химические элементы в систему. Таблица химических элементов Менделеева работала при условии наличия в ней нескольких пробелов, соответствовавших еще неоткрытым элементам. «Восьмеричный путь» тоже мог быть составлен только при наличии в некоторых октетах пробелов, соответствующих еще не открытым частицам. И точно так же, как и в случае с периодической таблицей, обнаруженные впоследствии частицы проявили свойства, позволившие поместить их именно в те места, которые до той поры оставались пустыми. За эту и еще одну работу по классификации элементарных частиц в 1969 году Г елл-Манн получил Нобелевскую премию по физике, но вот что удивительно — Нобелевский комитет почему-то никак не отметил Неемана.

Порядок химических элементов в периодической таблице объясняется, конечно же, неделимостью атомов. Свойства же атомов определяются количеством и природой частиц, из которых они образованы: электронов, протонов и нейтронов. Поэтому совершенно естественно было предположить, что порядок в классификации «восьмеричного пути» объясняется тем, что адроны тоже представляют собой сочетания нескольких действительно элементарных частиц. Однако физики настолько привыкли считать протоны и нейтроны неделимыми, что прошло немало времени, прежде чем в их умах смогла прижиться мысль о том, что «неделимые» вполне могут оказаться сложными.

Великий вклад в физику Ричарда Фейнмана заключается именно в том, что он допустил подобное. Однако Фейнман вступил на эту стезю не первым, в начале 1960-х он заканчивал свою работу по гравитации и все больше времени тратил на лекции для студентов.

Первые шаги к представлению о сложной структуре адронов сделали в 1962 году Нееман (который тогда работал в Израильском комитете по атомной энергии) и его коллега Хаим Гольдберг-Офир. Они написали статью о том, что, возможно, каждый барион состоит из трех еще более фундаментальных частиц, и отправили ее в журнал Il Nuovo Cimento, где она едва не была потеряна, но потом найдена и в январе 1963 года опубликована. Статья не привлекла к себе особого внимания, частично потому, что сам «восьмеричный путь» еще не стал общепринятым, а частично потому, что, как признал сам Нееман, «она оказалась достаточно поверхностной. Авторы проработали теорию с математической точки зрения, начав с восьмеричного пути, но так и не решили, считать ли элементарные составляющие реальными частицами или абстрактными полями, которые не материализуются в частицы».

Таких проблем не было у другого ученого — Джорджа Цвейга, аспиранта Калифорнийского технологического института. Цвейг родился в 1937 году в Москве, но еще ребенком переехал в Соединенные Штаты и в 1959 году получил степень бакалавра по математике в Мичиганском университете. Свою карьеру ученого он начал в Калтехе, выбрав профилирующей областью исследований экспериментальную физику частиц, но, промучившись три года с одним не поддающимся проведению экспериментом на ускорителе, решил, что эксперименты не для него, и перешел в теоретическую физику, попав под номинальное руководство Ричарда Фейнмана, но в действительности в основном работал самостоятельно.

Цвейг был покорен красотой и простотой «восьмеричного пути» и быстро понял, что модель, образованную октетами, можно было бы объяснить, если бы мезоны и барионы состояли из пар и триплетов элементарных объектов, которые он назвал «тузами». С самого начала Цвейг считал их реальными частицами, а не абстрактными полями, и его ничуть не смущало, что для действия подобной схемы каждый из его «тузов» должен был иметь заряд, составляющий только долю заряда электрона: 2/3 или 1/3, если заряд электрона принять за 1.

Хотя Цвейг и описал свои идеи в научных работах, они вызвали такую яростную критику, что в первоначальном виде его статьи так и не были опубликованы. В 1963 году во время короткого пребывания в ЦЕРНе Цвейг подготовил две статьи, которые передавались из рук в руки в виде «препринтов». Позже он вспоминал:

«Опубликовать отчет о работе в ЦЕРНе в желаемом мной виде было настолько сложно, что я в конце концов оставил все попытки. Когда физический факультет ведущего университета рассматривал возможность принять меня на работу, один из самых уважаемых представителей теоретической физики не позволил сделать это, заявив на общем собрании преподавателей факультета, что “модель тузов” — это работа шарлатана».

Более того, вскоре работа Цвейга оказалась в тени труда Гелл-Манна, который совершенно независимо развивал ту же идею в Калтехе. Однако Гелл-Манн вел себя куда более осторожно и прокладывал тропинку посередине между уверенностью Цвейга в реальности «тузов» и отказом Неемана и Гольдберга-Офира от «фундаментальных составляющих» как от «абстрактных полей». Как и Цвейг, Гелл-Манн дал своим элементарным объектам имя, назвав их «кварками», и при этом, в отличие от израильтян, был совершенно уверен в их реальности. В статье, опубликованной в 1964 году в Physics Letters, Гелл-Манн писал:

«Забавно думать о том, как повели бы себя кварки, будь они физическими частицами с конечной массой (а не чисто математическими объектами, коими они являлись бы в пределе бесконечной массы)… поиск стабильных кварков с зарядом -1/3 или +2/3 и/или стабильных дикварков с зарядом -2/3, +1/3 или +4/3 на ускорителях, создающих максимально высокую энергию, помог бы нам окончательно убедиться в несуществовании реальных кварков!»

Это был поразительно непрямой путь введения в физику великой новой идеи — и о его выборе Гелл-Манн будет жалеть всю жизнь. Можно лишь сожалеть о том, что Цвейг находился не в Калтехе, когда развивал свою «теорию тузов». Окажись он в Пасадене, ему, быть может, представился бы шанс обсудить эту идею с Фейнманом, а руководство Калтеха почти наверняка настояло бы на совместной публикации с Гелл-Манном, как в том случае, когда Фейнман с Гелл-Манном были вынуждены заключить плодотворный, хоть и недолгий союз, работая над теорией слабого взаимодействия. Совместная работа Г елл-Манна и Цвейга, менее осторожная, чем статья Гелл-Манна, но не вызывающая пренебрежения, которое породили публикации Цвейга, и к тому же одобренная Фейнманом, вполне могла бы вызвать гораздо больший интерес в 1964 году, чем это удалось каждому из них в отдельности.

В действительности же прошло немало времени, прежде чем физики убедились, что внутри адронов что-то происходит, и назвали эти частицы именем, которое придумал все-таки Гелл-Манн, а не Цвейг. Гелл-Манн вспоминал, что выбрал такое название просто как бессмысленное слово, пришедшее ему на ум, и только позже осознал его связь с отрывком из книги Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану», где говорится о «трех кварках для мистера Марка». Гелл-Манн рассказывал, что несколько раз перечитывал «Поминки по Финнегану», поэтому подобная ассоциация вполне могла запечатлеться в его подсознании.

Надо сказать, что большинство ученых считало кварковую модель безумием. Даже Гелл-Манн был уверен в ней лишь наполовину, а единственный человек, который прикладывал все силы, чтобы протолкнуть ее, в результате своих усилий испортил себе все перспективы дальнейшей карьеры. Г елл-Манн продолжал развивать свою идею (с меньшими ограничениями), но, поскольку эксперименты, проводящиеся на ускорителях высоких энергий, так и не выявили никаких свидетельств существования свободных частиц с дробным зарядом, многим физикам крайне сложно было поверить в реальность кварков.

К тому моменту карьера Гелл-Манна как мыслителя подходила к концу. Он родился в 1929 году, выполнил свою лучшую работу примерно между 1954 и 1964 гг. (в возрасте между 25 и 35 годами), в 1967 году был назначен профессором теоретической физики фонда Р. А. Милликена в Калтехе, а в 1969 году получил Нобелевскую премию, после чего успокоился, превратившись в старого мудрого представителя научного сообщества: после сорока лет он уже ничего особенного в науку не внес.

Физики чрезвычайно слабо верили в кварковую модель — в 1969 году, когда Гелл-Манну присудили Нобелевскую премию, в списке его заслуг упоминание об этой модели вообще отсутствовало. Упоминалась лишь его ранняя работа по классификации элементарных частиц и их взаимодействий, то есть премию он получил за «восьмеричный путь» и теорию слабых взаимодействий.

Итак, Нобелевскую премию за предсказание существования кварков так никто и не получил, несмотря на то, что Джером Фридман, Генри Кендалл и Ричард Тейлор разделили премию 1990 года за экспериментальное подтверждение существования кварков! Сам Ричард Фейнман номинировал Гелл-Манна и Цвейга. То же делали и другие физики в 1990-е годы. У Нобелевского комитета еще есть время исправить свою оплошность, но вот воспользуется ли он этой возможностью?

 

Эволюционная теория: Чарльз Дарвин, Альфред Рассел Уоллес, Карл Рулье

Уже стало привычным, что теорию эволюции живых существ называют «теорией Дарвина», по фамилии ее создателя — Чарльза Роберта Дарвина. Однако в Западной Европе и в США ее именуют по-другому: «теория Дарвина — Уоллеса».

Кто такой этот Уоллес и почему его имя ставят рядом с именем великого исследователя? Альфред Рассел Уоллес родился на 12 лет позже Дарвина и на 31 год пережил его. Он был натуралистом, зоологом, антропологом и основателем зоогеографии, в позапрошлом столетии его известность в научном мире не уступала популярности Дарвина.

Но соавтором Дарвина Уоллес не был. Сейчас это принято называть «независимой формулировкой». Альфред Рассел Уоллес на основе самостоятельных наблюдений пришел к тем же выводам, что и Дарвин. Причем примерно в то же время. И это поставило Дарвина перед весьма сложным выбором.

Чарльз Дарвин, по отзывам современников, был весьма ленив, чрезвычайно пунктуален и педантичен. Возможно, именно поэтому он и писал свой главный труд так долго: с 1837 по 1859 год. Кроме того, Дарвин был на редкость неорганизованным человеком — постоянно все терял, забывал, путал. А к тому же отличался некоторой мнительностью и неуверенностью в себе — по воспоминаниям друзей, он мог многократно читать им какой-нибудь отрывок из своего труда и даже после множества восторженных отзывов все равно сомневался в том, удачно ли изложил свои мысли.

Однако, что важно для ученого, Дарвин был необычайно аккуратен во всем, что касалось фактических доказательств. В сочетании с мнительностью это свойство дало интересный эффект — ему все время казалось, что доказательств не хватает. Поэтому он изучал все новые и новые факты из разных областей биологии, геологии и географии, что в конечном итоге и задержало его труд.

Свои первые соображения о естественном отборе и происхождении видов Дарвин записал в дневнике еще в 1837 году. Позже упомянул об этом уже в работе 1845 года, но поверхностно. В сокращенном варианте теория эволюции была изложена им в 1855 году в письме к американскому ботанику А. Грею, однако тогда Дарвин не захотел ее публиковать. И только после многочисленных бесед с друзьями и переписки с учеными того времени сэр Чарльз приступил к работе над обширной монографией о происхождении видов путем естественного отбора — на этот раз уже именно для опубликования. Произошло это в 1856 году.

Восемнадцатого июня 1858 года Дарвин получает письмо от малоизвестного исследователя Уоллеса. В послании излагалась. теория эволюции путем естественного отбора. Причем Уоллес, обращаясь к Дарвину как к уважаемому и авторитетному ученому, просил его представить эту работу на ближайшее заседание Линнеевского общества в Лондоне. А это означало, что монография будет сразу же опубликована и теория Уоллеса станет известной в научных кругах.

Дарвин высоко оценил работу коллеги и поразился тому, насколько совпадают версии его и Уоллеса. «Какое поразительное совпадение! — писал об этом великий ученый своему другу геологу Чарльзу Лайелю. — Если бы Уоллес видел мою магистерскую диссертацию 1842 года, я бы сказал, что он не мог сделать лучшего резюме для нее». Но в то же время Дарвин как ученый очутился перед самым непростым выбором в своей жизни. Ведь если он выполнит просьбу, то именно Уоллес окажется первооткрывателем естественного отбора и все лавры создателя теории эволюции достанутся ему. А монография, в которую он вложил столько сил, станет никому не нужна.

Итак, логичнее было бы не посылать работу Уоллеса на это заседание. Или, по крайней мере, послать после публикации своей монографии. А такая возможность у сэра Чарльза была, о письме Уоллеса никто не знал. Но если бы Дарвин так поступил, он потерял бы право называть себя честным человеком.

Некоторое время Дарвин раздумывал над тем, как ему следует поступить в данной ситуации. Не придумав ничего путного, решил посоветоваться с друзьями — Чарльзом Лайелем и Джозефом Гуккером. Те посоветовали ему быстрее закончить свой труд и представить на заседании общества, которое должно было состояться первого июля, обе работы одновременно.

Сэр Чарльз так и поступил, попросив к тому же секретаря Линнеевского общества о том, чтобы работа Уоллеса была зачитана первой. Более того, он послал на заседание свой сокращенный вариант теории эволюции — тот, что изложил Грею в 1855 году. Таким образом Дарвин хотел максимально уравнять шансы и не дать своей версии ни одного преимущества.

Согласимся, это был и весьма благородный, и весьма смелый поступок. Дарвин рисковал многим: очень вероятным был вариант, что после заседания на слуху у всего сообщества ученых останется имя Уоллеса, а на его работу никто не обратит внимания. Тем не менее он не мог поступить иначе — честное имя было для него важнее славы первооткрывателя. И это как раз и вызывает искреннее восхищение — мало кто из ученых поступил бы так же, как Дарвин.

Пикантности ситуации придает тот факт, что на заседании общества и та и другая работы были признаны весьма интересными и достойными внимания. Сам же Уоллес, ознакомившись с сообщением Дарвина и восхитившись его более четкой аргументацией, заявил, что и не думал напрашиваться в соавторы или оспаривать приоритет, который безоговорочно должен быть признан за Дарвином. Растроганный сэр Чарльз написал тогда, что будет счастлив, если Уоллес разрешит ему в будущей монографии сослаться на его труд. Уоллес, конечно же, разрешил, отметив, что это для него великая честь.

В дальнейшем ученые временами не сходились друг с другом в различных аспектах: Уоллес, например, не считал убедительной версию Дарвина о происхождении человека от обезьяноподобных предков. Но оба всегда относились друг к другу с уважением. Дарвин весьма высоко ценил работы Уоллеса по зоогеографии и способствовал их популяризации. Уоллес продвигал монографию Дарвина по теории эволюции (вышедшую в 1859 году), подчеркивая приоритет сэра Чарльза. Кстати, именно Уоллес является автором термина «дарвинизм».

Но, разумеется, широкая общественность не осталась в стороне: теория была настолько смелой и логичной, что после смерти обоих ученых неблагодарные потомки неоднократно предпринимали попытки обвинить Дарвина в плагиате! Будто бы он, получив письмо Уоллеса, нарочно медлил две недели, чтобы пересмотреть в свете идей коллеги свою точку зрения, которая к тому времени была якобы слабо аргументированной. Однако историки науки, занимающиеся изучением наследия Дарвина, всегда называли эти нападки безосновательными, обращая внимание на то, что работа, представленная на памятное заседание Линнеевского общества, мало чем отличалась от той версии, которая была изложена ранее в письме к Грею. Кроме того, Дарвин не воспользовался ни одним из фактических доказательств, приведенных Уоллесом.

Эта история — редкий пример, когда честь ученого становится для него выше приоритета в открытии. Однако был еще один ученый, который имел основания претендовать на этот приоритет. Теория могла бы стать известной на несколько лет раньше. И автором ее в таком случае считался бы другой человек — Карл Францевич Рулье. Но косность и невежество властей Российской империи помещали блестящему ученому и талантливому педагогу осуществить свои замыслы.

Карл Рулье родился в 1814 году в Нижнем Новгороде. После обучения в пансионе поступил в Медико-хирургическую академию, которую окончил с отличием. Потом несколько лет служил врачом в Ряжском драгунском полку. Однако медицина не привлекала молодого человека — его больше интересовали зоология и геология. В 1837 году он принимает предложение президента Московской медико-хирургической академии стать репетитором при этом учебном заведении. В том же году Рулье защищает докторскую диссертацию и получает право преподавать студентам Академии естественные науки — ботанику, зоологию и минералогию.

Рулье оказался блестящим преподавателем, студенты его обожали. Все, кто слышал его лекции, отзывались о них как о чем-то неординарном. Карл Францевич не просто пересказывал студентам программу курса, изложенную в пособиях, — он постоянно устраивал дискуссии, иллюстрировал лекции примерами из собственных исследований. А в 1840 году он был приглашен в Московский государственный университет. Через два года его утверждают профессором кафедры зоологии, что позволило ему не только работать со студентами, но и заниматься исследованиями.

Карл Францевич вел активную научную деятельность: с начала 1840-х годов вместе со своими учениками проводил геологическое и палеонтологическое обследование Подмосковья, результатом которого стала книга «О животных Московской губернии» (1845 г). Но этим его интересы не ограничивались — Рулье изучал взаимосвязь живых существ с окружающей средой, сезонные явления в живой природе, предлагал проекты по акклиматизации в России разных полезных для человека животных и растений, описывал новые виды и составлял весьма ценные коллекции.

Важно отметить, что Рулье был не только выдающимся ученым и преподавателем, но и популяризатором науки. Он читал публичные лекции, на которые собиралась московская молодежь. Великий физиолог, первооткрыватель безусловных рефлексов И. М. Сеченов, который посещал их в студенческие годы, писал: «Тогда восторги были обращены в сторону профессора зоологии Рулье, который любил философствовать на лекциях и читал очень красноречиво».

Кроме того, Карл Францевич несколько лет возглавлял Московское общество испытателей природы, основал первый в России регулярный научный журнал «Вестник естественных наук», чьим главным редактором оставался до самой смерти. В этом журнале публиковались статьи по самым различным дисциплинам — биологии, геологии, медицине, физике и химии. Напечататься в нем считалось весьма почетно, это означало признание работы всем научным сообществом. Иностранные ученые давали «Вестнику» самые высокие оценки.

С 1847 года в прессе появились статьи, которые иначе как нападками назвать сложно. Ученого обвиняли в развращении молодежи, пропаганде вольнодумства и атеизма. Поначалу Рулье не обращал на это внимания, однако от него как от репетитора стали отказываться многие аристократы, чьих детей он обучал естественным наукам. А для Карла Францевича, который, в отличие от наследника большого состояния Чарльза Дарвина, жил лишь на университетскую зарплату, это было серьезным ударом.

Будучи ученым до мозга костей, Карл Рулье, несмотря ни на что, продолжал свой научный поиск. Результатом этой работы стало то, что Рулье, по сути, предварил открытия Чарльза Дарвина. Обобщив и сопоставив палеонтологические данные с собственными наблюдениями, он понял, что все живые существа вынуждены постоянно приспосабливаться к условиям окружающей среды для того, чтобы выжить и оставить потомство. Именно в результате таких приспособлений и появляются новые виды.

Это была в чистом виде теория эволюции, сформулированная Рулье на несколько лет раньше Дарвина и Уоллеса — еще в середине XIX века. Сам термин «естественный отбор» он не употреблял, однако достаточно точно описал механизм его действия. Все свои открытия Рулье изложил в книге «Жизнь животных по отношению ко внешним условиям», которую закончил в 1852 году.

Теорию Рулье, как это неоднократно бывало в России, «зарубило» правительство. Перед тем как ее обнародовать, Карл Францевич предварил ее выход статьей с кратким изложением. Эта работа, называвшаяся «О первом появлении растений и животных на земле», была опубликована в газете «Московские ведомости» в начале 1852 года. После ознакомления со статьей (а также с множеством доносов, где описывались лекции Карла Францевича) министр народного просвещения князь П. А. Ширинский-Шихматов отправил циркулярное письмо попечителю Московского учебного округа В. И. Назимову, в котором требовал приостановить преподавательскую деятельность «безбожного профессора».

И с этого момента началась настоящая травля. Выпуск книги был отложен. Ректор и декан Московского университета получили предписание о «строгом и неупустительном наблюдении за университетскими лекциями» Рулье. Попечителю Московского учебного округа генералу В. И. Назимову было предложено «обращать особое внимание на преподавание этого профессора, посещая неожиданно и выслушивая внимательно его лекции». За «опасным» профессором был установлен негласный надзор, его статьи не принимались в газеты, а на лекциях стали появляться тайные агенты, неустанно записывающие каждое слово Рулье. Весной 1858 года, после четырех лет жесточайшей травли и бесплодных попыток отстоять свою правоту, Карл Францевич скончался от инсульта во время прогулки. Ему было всего 44 года. Многие из его работ остались неопубликованными и дошли до нас лишь благодаря стараниям учеников. А книга, которую он считал своей главной работой, оставалась в списках запрещенных еще до середины 60-х годов XIX века. После она смогла увидеть свет, но было уже поздно — через год после смерти Карла Францевича весь мир узнал о теории эволюции путем естественного отбора из работ Чарльза Дарвина и Альфреда Уоллеса.

Возможно, идеи действительно носятся в воздухе. Но как же важно не мешать талантливым людям их улавливать и развивать!

 

Молекула ДНК: Фридрих Мишер, Фрэнсис Крик, Джеймс Д. Уотсон, Розалинд Франклин, Эрвин Чаргафф, Освальд Эвери, Лайнус Полинг

Чаще всего с молекулой дезоксирибонуклеиновой кислоты связывают имена английских биологов Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика, открывших в 1953 году ее структуру. Однако само соединение было открыто не ими, имя же первооткрывателя упоминается далеко не в каждом справочнике или учебнике.

В 1869 году ДНК открыл молодой швейцарский врач Фридрих Мишер, работавший тогда в Германии. Он изучал химический состав клеток животных и в качестве материала исследования выбрал лейкоциты, используя смывы с гнойных повязок. И в процессе работы понял, что кроме белков в лейкоцитах присутствует какое-то загадочное соединение. Оно выпадало в осадок в виде белых хлопьев или нитей при подкислении раствора и снова растворялось при его подщелачивании. Рассматривая препарат лейкоцитов под микроскопом, ученый обнаружил, что после отмывания лейкоцитов с бинтов разбавленной соляной кислотой от них остаются одни ядра. И сделал вывод: неизвестное соединение содержится в ядрах клеток. Мишер назвал его нуклеином, от латинского nucleus — «ядро».

О клеточном ядре в те годы почти ничего известно не было. Всего тремя годами ранее, в 1866-ом, Эрнст Геккель выдвинул гипотезу, что ядро ответственно за передачу наследственных признаков. Желая подробнее изучить нуклеин, Мишер разработал процедуру его выделения и очистки. Обработав осадок ферментами, он убедился, что это не белковое соединение — ферменты оказались неспособны разложить нуклеин. Он не растворялся в эфире и других органических растворителях, то есть не был жировым веществом. Химический анализ был тогда крайне трудоемким, медленным и не очень точным, но Мишер провел его и убедился, что нуклеин состоит из углерода, кислорода, водорода, азота и большого количества фосфора. В то время органические молекулы с фосфором в их составе практически не были известны. Все это убедило Мишера в том, что он открыл какой-то новый класс внутриклеточных соединений.

О своем открытии он счел уместным уведомить своего учителя, одного из родоначальников такой области науки, как биохимия, — Феликса Гоппе-Зейлера, издававшего журнал «Медико-химические исследования». А тот решил проверить столь необычное сообщение в своей лаборатории. Проверка заняла целый год, и Мишер уже опасался, что кто-нибудь вместо него откроет тот же нуклеин и опубликует результаты первым. Однако статья вышла в очередном номере журнала за 1871 год и сопровождалась двумя статьями самого Гоппе-Зейлера и его сотрудника: они подтверждали свойства нуклеина.

По возвращении в Швейцарию Мишер принял предложение стать завкафедрой физиологии университета в Базеле и продолжил свои исследования уже на примере моло'к лососевых рыб, которые и сейчас используются для массового получения ДНК. Рейн, протекающий через Базель, в те времена был полон лососей, Мишер сам ловил их сотнями для своих исследований.

В 1874 году он пишет очередную статью об обнаружении нуклеина в молоках. Мишеру уже стало ясно, что это вещество явно связано с процессом оплодотворения, но он отверг мысль о том, что в нуклеине может быть закодирована наследственная информация: соединение казалось ему простоватым для хранения всего разнообразия наследственных признаков. Методы анализа XIX века не позволяли найти существенных различий между нуклеином человека и лосося.

Еще при жизни Мишера нуклеин переименовали в «нуклеиновую кислоту», что очень раздражало первооткрывателя. Мишер скончался от туберкулеза в 1895 году. Почти полвека после его смерти считалось, что молекула ДНК, состоящая всего из четырех типов блоков, слишком проста для хранения наследственной информации, и на эту роль выдвигали гораздо более разнообразные белки.

Исследования нуклеиновой кислоты продолжались. Интересны, например, работы Освальда Эвери, которые он проводил в больнице Университета Рокфеллера в Нью-Йорке. Эвери известен как один из соавторов эксперимента Эвери, Маклеода и Маккарти.

В течение многих лет считалось, что генетическая информация содержится в белках. Эвери, Маклеод и Маккарти изучали явление наследственности. В ходе экспериментов была изучена возможность передачи генов между бактериями при помощи различных органических соединений, выделенных из них. После обработки экстрактов бактерий протеазами и дезоксирибонуклеазами (ферментами, разрушающими ДНК), было показано, что именно ДНК является носителем генетического материала.

Эксперименты Эвери, Маклеода и Маккарти в значительной степени направили исследования Уотсона и Крика по установлению структуры ДНК и привели к рождению современной молекулярной биологии.

Нобелевский лауреат Джошуа Ледерберг утверждал, что Эвери с сотрудниками обеспечили платформу для современных исследований ДНК и в основном сделали молекулярную революцию в генетике и биомедицинских науках. Лауреат Нобелевской премии Арне Тиселиус писал, что Эвери является самым достойным ученым, не получившим Нобелевской премии за свои исследования.

А Эрвин Чаргафф с 1935 года проводил свои исследования в Колумбийском университете в Нью-Йорке. Главным направлением его научной деятельности было изучение химического состава и структуры нуклеиновых кислот. Чаргафф определил количественное отношение азотистых оснований, входящих в их состав. В 1950–1953 годах им было показано, что общее количество адениновых остатков в каждой молекуле ДНК равно количеству тиминовых остатков, а количество гуаниновых остатков — количеству цитозиновых. Правила Чаргаффа использовали Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон при определении структуры ДНК в виде двойной спирали. Также Чаргафф доказал, что ДНК обладает видовой специфичностью, и отверг гипотезы о существовании многих разновидностей ДНК. Эрвин Чаргафф был первым, кто начал исследовать денатурацию ДНК. Кроме того, он занимался исследованием свертывания крови, изучал липиды, липопротеины и метаболизм аминокислот.

Следующий этап в исследовании ДНК датируется 1953 годом. И связан он с известными именами Фрэнсиса Крика, Джеймса Уотсона и малоизвестным именем Розалинд Франклин.

В первой половине 1953 года вышла осторожная публикация работы двух исследователей в журнале Nature (Molecular structure of nucleic acids // Nature. 1953). Статья заканчивалась предположением о том, что открытие структуры ДНК может объяснить механизмы копирования генетического материала.

К пятидесятым годам было проведено достаточно исследований, о которых мы уже упомянули. Уже было известно, что ДНК — большая молекула, которая состоит из тысяч соединенных между собой в линию маленьких молекул четырех видов — нуклеотидов. Также ученые знали, что именно ДНК отвечает за хранение и передачу по наследству генетической информации, похожей на текст, написанный алфавитом из четырех букв. Неизвестными оставались пространственная структура этой молекулы и механизмы, по которым ДНК передается по наследству от клетки к клетке и от организма к организму.

В 1948 году Лайнус Полинг открыл пространственную структуру других макромолекул — белков. Прикованный нефритом к постели, Полинг несколько часов складывал бумагу, с помощью которой он пытался смоделировать конфигурацию белковой молекулы, и создал модель структуры, названной «альфа-спиралью».

По воспоминаниям Уотсона, после этого открытия в их лаборатории была популярна гипотеза о спиральном строении ДНК. Уотсон и Крик сотрудничали с ведущими специалистами по рентгеноструктурному анализу, а Крик умел практически безошибочно обнаруживать признаки спирали на снимках, полученных этим способом.

Полинг тоже считал, что ДНК — спираль, причем, состоящая из трех нитей. Однако он не мог объяснить ни природу такой структуры, ни механизмы самоудвоения ДНК для передачи дочерним клеткам.

Открытие двуспиральной структуры произошло после того, как Морис Уилкинс тайно показал Уотсону и Крику рентгеновский снимок молекулы ДНК, сделанный его сотрудницей Розалинд Франклин. На этом снимке они четко узнали признаки спирали и направились в лабораторию, чтобы проверить все на объемной модели.

В лаборатории выяснилось, что мастерская не поставила необходимые для стереомодели металлические пластины, и Уотсон вырезал из картона четыре вида макетов нуклеотидов — гуанина, цитозина, тимина и аденина — и стал раскладывать их на столе. Он сразу обнаружил, что аденин соединяется с тимином, а гуанин — с цитозином по принципу «ключ-замок». Стало ясно, что таким образом две нити спирали ДНК соединяются между собой, то есть напротив тимина из одной нити всегда будет находиться аденин из другой и ничто иное.

Такое расположение позволило объяснить механизмы копирования ДНК: две нити спирали расходятся, и к каждой из них пристраивается из нуклеотидов точная копия ее бывшей «партнерши» по спирали. И происходит это по такому же принципу, как с негатива в фотографии печатают позитив.

Судьба Розалинд Франклин сложилась печально. Уилкинс называл свою подчиненную исключительно «синим чулком» и находился с ней в постоянном конфликте. Хоть Франклин и не поддерживала гипотезу о спиральном строении ДНК, именно ее снимки сыграли решающую роль в открытии Уотсона и Крика. Возможно, Полинг удостоился бы четвертой Нобелевской премии, если бы мог увидеть эти снимки раньше, чем британские исследователи. До премии, которую получили Уилкинс, Уотсон и Крик, Розалинд не дожила. Она скончалась от рака в 1958 году.

Открытие пространственной структуры ДНК совершило революцию в мире науки и повлекло за собой целый ряд новых открытий, без которых нельзя представить не только современную науку, но и современную жизнь в целом.

В 60-х годах ХХ века предположение Уотсона и Крика о механизме репликации (удвоения) ДНК полностью подтвердилось. Кроме того, было показано, что в этом процессе принимает участие специальный белок — ДНК-полимераза.

Примерно в то же время было совершено другое важное открытие — генетический код. Как теперь уже хорошо известно, ДНК содержит в себе информацию обо всем, что передается по наследству, в том числе о линейной структуре каждого белка в организме. Белки, как и ДНК, представляют собой длинные молекулярные цепочки из аминокислот. Этих аминокислот 20. Соответственно, было неясно, каким образом «язык» ДНК, состоящий из четырехбуквенного алфавита, переводится на «язык» белков, где используется 20 «букв».

Оказалось, что сочетание из трех нуклеотидов ДНК четко соответствует одной из 20 аминокислот. И таким образом «написанное» на ДНК однозначно переводится в белок.

В 70-х годах появились еще два важнейших метода, основанных на открытии Уотсона и Крика: секвенирование и получение рекомбинатной ДНК. Секвенирование позволяет «прочитать» последовательность нуклеотидов в ДНК. Именно на этом методе основана вся программа «Г еном человека».

Получение рекомбинантной ДНК иначе называют молекулярным клонированием. Суть этого метода такова: в молекулу ДНК встраивают фрагмент, содержащий определенный ген. Таким образом, например, получают бактерии, которые содержат ген человеческого инсулина. Инсулин, полученный таким способом, называется рекомбинатным. Этим же методом созданы все «генетически модифицированные продукты».

Как ни парадоксально, репродуктивное клонирование появилось раньше, чем была открыта структура ДНК. Понятно, что сейчас ученые, проводящие такие эксперименты, активно используют результаты открытия Уотсона и Крика, но изначально метод не базировался на нем.

Открытие структуры ДНК, которое слишком часто называют «открытием Уотсона и Крика», стало основой множества научных исследований, включая знаменитый проект «Г еном человека», молекула ДНК оставила след в современной живописи, кинематографе, архитектуре.

На примере этой истории мы еще раз убедились, что даже самые великие открытия не появляются на пустом месте — многим из них предшествуют годы кропотливых исследований. И кто больше заслуживает нобелевки, предшественники или последователи, еще вопрос. Ведь не будь предшественников, откуда было бы взяться последователям?

 

Открытие лимфатической системы: Улоф Рудбек, Томас Бартолин

Как и во всех рассказах, связанных с историей исследования живой природы, нам придется начать издалека. Еще древнегреческий врач Эрасистрат (III в. до н. э.) заметил, что у коз, приносимых в жертву, из некоторых сосудов течет не кровь, а беловатая жидкость наподобие молока. В античные времена такие сосуды именовали млечными путями. А в 1563 году итальянский анатом Бартоломео Евстахий впервые выделил самый крупный, грудной, говоря словами древних, «млечный путь», а выражаясь языком современной науки, лимфатический проток. Конечно, не вызывает сомнений, что античные жертвенные животные, наряду с кровью, источали лимфу.

Профессор Гаспаре Азелли (1581–1626) из Павии обнаружил, что «млечная» жидкость скапливается в особых узлах и переносится по сосудам в печень. Это открытие было встречено с недоверием, и даже автор учения о кровообращении, знаменитый английский врач Уильям Гарвей (1578–1657), продолжал отождествлять лимфатические сосуды с венами.

Функции лимфатических сосудов оставались неясными достаточно долгое время. Одним из первых ученых, доказавших, что нарушение циркуляции лимфы приводит к отекам, был швед Улоф Рудбек Старший (1630–1702). Обогащению знаний о лимфатической системе способствовало изобретение микроскопа: с помощью нового прибора немецкий анатом Иоганн Либеркюн в 1745 году обнаружил в ворсинках кишечника истоки лимфы — капилляры. Позже выяснилось, что по лимфатической системе могут распространяться микробы и опухолевые клетки.

В нормальных условиях лимфатические капилляры обеспечивают дренаж тканей, накапливают жидкую часть крови и продукты обмена веществ. Еще одно звено лимфатической системы — лимфоузлы. В ответ на развитие местного воспалительного процесса они увеличиваются почти мгновенно. Это явление настолько поражало эскулапов прошлого, что припухшие лимфоузлы они считали органами выделения, которые вытягивают мокроту из внутренних органов.

С лимфатической системой тесно связана иммунная система, в работе которой участвуют тимус, селезенка, костный мозг, аппендикс, лимфатические узлы, а также просто скопления лимфоидных клеток — преимущественно лимфоцитов — в органах с полостями. Вдоль тонкого кишечника расположены так называемые пейеровы бляшки, состоящие из лимфоидных узелков. Иммунная система, призванная обеспечить защиту от нежелательных внешних воздействий, крайне уязвима, а поскольку с возрастом лимфоидные элементы заменяются жировыми, у пожилых людей сопротивляемость инфекциям резко снижается.

Одна из составляющих иммунной системы — костный мозг — является одновременно и важнейшим кроветворным органом. В древности его признавали «местопребыванием живучести» и наделяли поистине фантастическими свойствами. В первые годы жизни человека костный мозг имеет красную окраску и активно вырабатывает стволовые клетки крови. Но постепенно становится желтым и теряет активность. Пожелтение происходит из-за появления значительного количества жира.

Главный орган, регулирующий функции иммунной системы, — тимус, или вилочковая железа, называется так из-за того, что состоит из двух соединенных между собой долей, напоминающих старинную двузубую вилку. Железа расположена за верхним отделом грудины. Лет с двенадцати она начинает уменьшаться в размерах и в старости превращается в комок жировой ткани.

Попадая в тимус, образующиеся в костном мозге стволовые клетки крови превращаются в иммунокомпетентные Т-лимфоциты («Т» означает принадлежность к тимусу). Эти защитные клетки «бросаются» на все инородные тела, потенциально способные причинить вред организму. Две небные миндалины представляют собой скопления диффузной лимфоидной ткани. Их роль особенно велика в защите детского организма от внешних инфекций. В настоящее время показания к удалению миндалин весьма сужены: доказано, что этот орган, помимо иммунной функции, участвует в процессах кроветворения.

Сто лет назад врачи, как мы видели даже в кино, без колебаний удаляли аппендикс. Сегодня доказано, что он также является частью иммунной системы, хотя ощутимое снижение функциональности внутренних органов при его отсутствии пока не замечено.

Следует отметить и еще один загадочный орган нашей иммунной системы — селезенку, которая ответственна за иммунный контроль крови. Это огромный фильтр в пределах большого круга кровообращения. За минуту селезенка прогоняет 100–200 мл крови. До сих пор, однако, ее функции изучены недостаточно.

Сам собой напрашивается вывод: хотя человек может жить без тимуса, селезенки и аппендикса, эти органы, наряду с костным мозгом и лимфатическими сосудами, значительно повышают защитные свойства организма.

Улоф Рудбек, в 1653 году открывший лимфатические сосуды, был доцентом ботаники в Уппсальском университете, где основал ботанический сад, а затем — профессором анатомии и ректором университета. Он оставил после себя большую работу по ботанике, с иллюстрациями, гравюрами на дереве, для чего сделал 11000 рисунков растений. Семья Рудбек была признана в ученой среде, одним из известных потомков стал Альфред Нобель.

Как мы уже упомянули, Рудбек стал одним из первых ученых, изучавших лимфатические узлы. В Швеции он считается первооткрывателем лимфатической системы человека: весной 1652 года Улоф Рудбек представил результаты своей работы при дворе королевы Кристины, однако не опубликовал их до конца 1653 года, и датчанин Томас Бартолин опередил его, успев опубликовать аналогичное исследование раньше. Исследования лимфатической системы примерно в это же время также проводились Гаспаро Азелли и Жаном Пеке.

Работа Рудбека была поддержана королевой. В одном из зданий университета, Густавиануме, он разместил целый анатомический театр под куполом. В театре проводились занятия со студентами. Купол до сих пор существует и относится к наиболее известным достопримечательностям Уппсалы.

Другой же видный исследователь лимфатической системы, Томас Бартолин, поступил в университет Копенгагена в 1634 году, решив посвятить себя изучению теологии. Через три года, благодаря стипендии от короля Кристиана IV, он смог посетить университеты Европы: Парижский, Базельский, Лейденский, в Монпелье и Падуе. Это путешествие резко изменило его планы — он решил стать врачом. Тогда же Бартолин заинтересовался теорией кровообращения английского медика Уильяма Гарвея.

Учась в Лейдене, он под руководством своего куратора Иоганна де Валя переиздал анатомический атлас своего отца, снабдив необходимыми уточнениями. При этом он использовал открытия Гарвея и итальянского анатома Гаспаре Азелли, описавшего «млечные сосуды» тонкой кишки собаки, входящие в лимфатическую систему. В этот период он открыл грудной лимфатические проток, собирающий лимфу с большей части тела. Узнав от брата об открытии французским анатомом Жаном Пеке грудного протока у собак, Бартолин решил найти его и у людей, что и было сделано им в ходе вскрытия тел двух преступников, которых король «пожертвовал» для этой цели.

Важнейшим вкладом Бартолина в физиологию считается открытие лимфатической системы как целостной и отделенной от других систем организма, что описано в его работе 1654 года.

Хронология публикаций по этой теме в полной мере демонстрирует, что приоритет здесь искать затруднительно, а доказать принадлежность открытия практически невозможно. Итак:

• в декабре 1652 года Томас Бартолин опубликовал первое полное описание лимфатической системы человека;

• в 1651 году Жан Пеке отметил наличие такой системы у животных, а открытие грудного канала (thoracic duct) и его перехода в вены сделало Пеке первым человеком, правильно описавшим ток лимфатической жидкости в кровь;

• в 1653 году исследование лимфатической системы человека было опубликовано Улофом Рудбеком. Мы уже знаем, что Рудбек представил свои выводы при дворе королевы Швеции Кристины в апреле-мае 1652 года, еще до Бартолина, но откладывал публикацию их до 1653 года (то есть они вышли уже после работ Бартолина).

 

Переливание крови: Ричард Лоуэр, Жан-Батист Дени

Следующее открытие, сыгравшее решающую роль в спасении человеческих жизней, — это переливание крови. 350 лет назад во Франции было проведено первое успешное переливание крови человеку от животного. Однако история этого эксперимента построена на крови и в прямом, и в переносном смысле: за ней стоит противостояние вечных соперниц — Англии и Франции.

Дело в том, что пролитие крови издревле связывалось с магией и сакральными обрядами, а не с медициной. Во многих культурах кровью пытались купить милость богов. К примеру, ацтеки верили, что боги питаются жертвенной кровью и что солнце встает и заходит только благодаря тому, что кровожадные боги вовремя получают соответствующую жертву. Овидий в «Метаморфозах» описывает, как Медея возвратила молодость своему тестю, заменив кровь в его венах на некий эликсир. Считалось, что и обрести бессмертие можно, искупавшись в крови девственниц. Крови также отводится важное место в Библии, причем и в Ветхом, и в Новом Заветах: «кровь Христа» в христианстве имеет символическое значение.

В общем, исторически переливание крови было связано скорее с мистикой и обрядами жертвоприношения и не носило научного характера. Во всяком случае неизвестно, действительно ли в конце XV века Папе Иннокентию VIII переливали кровь, или он просто ее пил.

Лишь к XVII веку настроения в обществе стали меняться в спасительную для человеческого здоровья сторону. Соперничество ученых Франции и Англии во многих сферах науки перерастало в ожесточенную борьбу, та же участь постигла и медицину.

Первыми преуспели в этом плане представители Туманного Альбиона: Уильям Гарвей в 1628 году открыл большой круг кровообращения. Йоханнес Колле, профессор Университета Падуи, практически сразу же заявил о возможности практического применения переливания крови. Позднее, в 1680 году, идея эта была поддержана флорентийским врачом Франческо Фолли. Практически сразу после открытия циркуляции крови были предприняты попытки переливания, но они были неудачными.

Эстафету Уильяма Гарвея приняли тоже англичане — Ричард Лоуэр и Роберт Бойль. Хотя история запомнила лишь первого исследователя: Лоуэр успешно провел эксперименты по переливанию крови на собаках. Печатное же упоминание переливания крови от животного животному относится к 1666 году: описывается, как Лоуэр успешно провел опыт перед Королевским обществом. Эти же результаты были опубликованы в 1667 году в Journal des Savants.

Лоуэр продолжил свои исследования, поставив целью успешное переливание крови животного человеку. В 1667 году Лоуэр упоминал о том, что некий Жан-Батист Дени делает аналогичные опыты во Франции. Тот был молодым врачом в большом медицинском штате при короле Людовике XIV. В начале 1667 года вместе со вторым хирургом он начал собственные эксперименты по переливанию крови от животного животному, избрав в качестве подопытных собак.

Птянадцатое июня 1667 года стало днем «большого поворота». Дени попросили вылечить 15-летнего мальчика, долгое время страдавшего лихорадкой. Как отмечал французский исследователь, мыслительные способности, память, жизнерадостность и ловкость в движениях — «все было ухудшено болезнью». Сначала мальчику пустили кровь, а затем перелили кровь (9 унций!) из сонной артерии ягненка. Как писал Дени, изменение состояния пациента в лучшую сторону было «поразительным», и единственным побочным эффектом оказалось ощущение жара в руке.

Второе переливание Дени сделал 45-летнему мужчине, и при этом было использовано 20 унций крови ягнят. Дени заявил, что после этого пациент почувствовал себя лучше. Отчет француза был представлен Королевскому обществу в июле 1667 года и опубликован в Англии через несколько месяцев.

Реакцию британских научных кругов можно описать следующим образом: какой-то француз не только закончил эксперимент, по всей видимости, раньше их соотечественника, но еще и опубликовал результаты в британском журнале Phylosophical Transactions!

Причиной вспыхнувшего скандала называют слишком активную деятельность редактора журнала и секретаря сообщества Генри Ольденбурга. Он отличался пристрастием к написанию объемных писем ученым во всем мире, где предлагал им опубликовать результаты экспериментов в своем журнале. В то время была в разгаре вторая англо-голландская война. Переписку Ольденбурга сочли подозрительной, и редактора обвинили в государственной измене. А пока он ожидал суда в лондонском Тауэре, издатель журнала пропустил рукопись Дени в печать, даже не обратив внимания на научную ценность эксперимента. Когда Ольденбурга наконец признали невиновным, его целью стало уничтожение статьи Дени. Однако копии все же уцелели, и победа осталась за французами.

Дальнейшая карьера Дени сложилась неудачно. В 1668 году он провел серию трансфузий 34-летнему мужчине. После третьего переливания пациент умер. По описанию опыта ясно, что причиной стала гемолитическая реакция из-за межвидовой несовместимости крови человека и животного. Сейчас уже известно, что при переливании большого объема «неправильной» крови у больного происходит распад эритроцитов, что и приводит к летальному исходу. Дени этого знать не мог, а вдова умершего пациента не оценила благих намерений доктора и подала на него в суд. Дени был признан виновным. Было также принято решение, что в будущем переливания должны проводиться только с разрешения члена медицинского факультета Парижа. Такое разрешение получено не было: сотрудники факультета не одобряли саму идею процедуры. А в 1678 году французский парламент издал указ о том, что проведение экспериментов с переливанием крови — преступление. После этого и в Англии ученые стали воздерживаться от подобных опытов. Увенчал историю в 1679 году запрет Папы Римского.

Однако этой истории суждено было завершиться реваншем англичан, хоть и со значительным перерывом после Дени. В XIX веке британский акушер Джеймс Бланделл стал первым ученым, опубликовавшим статью об успешном переливании крови от человека человеку. В 1818 году он спас жизнь одной из своих пациенток, перелив ей кровь мужа. В течение XIX века его опыт использовался другими врачами, однако, несмотря на явный прогресс, процент неудачных переливаний оставался очень высоким, и процедура считалась крайне рискованным методом.

В 1900 году австрийский врач Карл Ландштейнер открыл первые три группы крови — A, В и С. Вскоре к списку была добавлена и четвертая — AB. Эти открытия дали мощный толчок исследованиям в области перекрестной совместимости крови, и в 1907 году в Нью-Йорке было произведено первое переливание крови больному от здорового человека, с предварительной проверкой их крови на совместимость. Врач Рубен Оттенберг, производивший переливание, со временем обратил внимание на универсальную пригодность I (А) группы крови.

Первая и в особенности Вторая мировые войны привели к тому, что трансфузия крови стала рутинной процедурой. Данные, полученные в результате опытов по переливанию, помогли понять иммунологические основы отторжения органов при трансплантации.

Впоследствии переливание крови сыграло и печальную роль — в изучении вирусов иммунодефицита и гепатита С.

 

Вакцина против полиомиелита: Хилари Копровски, Джонас Солк, Альберт Сэйбин

Детский паралич, полиомиелит, видимо, был распространен и в Древнем Египте, и в Вавилоне. Возбудитель этой страшной болезни, которая вызывала ужас у людей еще три тысячелетия назад, был открыт только в 1913 году К. Левадити, работавшим в течение 60 лет в Пастеровском институте в Париже. Левадити был одним из первых исследователей, вырастивших вирусы на живых клетках, в частности вирус полиомиелита — в пробирке на клетках спинномозгового ганглия обезьяны. Выяснилось, что полиомиелит — тяжелое вирусное заболевание, вызываемое несколькими типами вирусов. Для профилактики грозного недуга следовало создать безопасную вакцину. Однако добиться успеха ученым удалось только после открытия Дж. Эндерса и Ф. Роббинса, которые в 1949 году научно доказали, что вирус полиомиелита можно выращивать в культуре тканей (были использованы клетки почек обезьян).

В 1954 году американский ученый Дж. Солк изготовил вакцину на основе инактивированного формалином вируса, выращенного на клетках обезьяньей почки. Появление вакцины было восторженно встречено во всех странах мира — ведь это страшное заболевание продолжало угрожать человечеству, будучи широко распространено и давая тяжкие осложнения. До 1954 года в США после заболевания полиомиелитом 10–15 тыс. детей на всю жизнь оставались инвалидами. Не отставали в этой печальной статистике и другие страны мира. Поэтому неудивительно, что, когда 12 апреля 1954 года в Мичиганском университете было официально представлено открытие Дж. Солка, на улицы высыпали толпы народа.

Дж. Солк проверил безопасность вакцины на себе и добровольцах. Ими стали студенты, пожелавшие принять участие в этом важном эксперименте, кроме того, Солк сделал прививки трем своим сыновьям. Вакцина была проверена и передана в органы здравоохранения США. Массовое производство вакцины Солка было поручено шести крупным фирмам.

Однако в ночь с 26 на 27 апреля 1954 года Департамент здравоохранения США получил телеграмму — в одном из штатов сразу 6 школьников умерли вскоре после прививки Солка. В последующие дни подобные телеграммы стали поступать из других штатов. 46 привитых вакциной Солка детей заболели тяжелой паралитической формой полиомиелита. Медицинскую общественность охватило волнение. Люди с ужасом ждали сообщений о новых жертвах. Пресса, радио, телевидение стали называть вчерашнего героя Дж. Солка «подлым преступником». Прививки были приостановлены, а Департамент здравоохранения США распорядился о начале судебного расследования.

Это расследование быстро установило, что виновата не вакцина сама по себе, а небрежность специалистов фармацевтической фирмы «Катер». Сотрудники фирмы, нарушив метод Солка, приготовили недоброкачественную вакцину, содержащую живой вирус. Таким образом, вместо убитого вируса детям вводилась вирулентная культура. После суда и установления причины несчастья с Дж. Солка и его вакцины были сняты все обвинения. Ученые восстановили истину и доверие к вакцине, массовые прививки продолжились и принесли большую пользу.

Однако произошедшая трагедия диктовала целесообразность новых поисков. Вакцинация сделала огромный шаг вперед, когда в практику были введены вакцины, использующие не ослабленные формалином агрессивные вирусы, а измененные живые вирусы. Такой «укрощенный» штамм, не вызывающий паралича и создающий мощный иммунитет, был выделен американским исследователем Альбертом Сэйбином. Он испробовал вакцину на себе, своих сотрудниках, а затем и на дочерях.

Конечно, его исследования полиомиелита начались намного раньше. Еще в 1940 году он доказал, что полиовирусы (возбудители полиомиелита) попадают в человеческий организм через пищеварительный тракт, а не только воздушно-капельным способом, через дыхательные пути, как полагали ранее. А в 1953 году Сэйбин приступает к завершающему этапу исследований — созданию собственно вакцины. Ученый пошел путем, отличным от исследований Джонаса Солка, к этому времени уже создавшего свою вакцину. Сэйбин полагал, что иммунный эффект вакцины Солка может быть существенно повышен за счет введения ее в организм через рот, а не при помощи инъекции. В 1957 году, спустя 2 года после начала широкого применения вакцины Солка, Сэйбин завершил работы. Не ограничившись успешными опытами на обезьянах, ученый испытал вакцину на самом себе, а затем на многочисленных добровольцах.

Одновременно с Сэйбином вакциной против полиомиелита, которую можно принимать внутрь, занялся и Хилари Копровски. Он также считал, что, в отличие от вакцин, получаемых из убитого вируса, которые нужно вводить при помощи инъекции, вакцины из ослабленного вируса можно принимать внутрь как микстуру, что дешевле и проще инъекций. При этом подобные вакцины сохраняют очень высокую эффективность, хотя все же и более опасны.

Разработанная Копровски вакцина от полиомиелита получила широкое распространение по всему миру. Хилари Копровски является членом Американской национальной академии наук, Нью-Йоркской академии наук, Польской академии наук и Российской академии медицинских наук. В 1997 году он был удостоен высшей гражданской награды Франции — ордена Почетного легиона. Впоследствии Копровски со своими сотрудниками начал заниматься получением вакцины против вируса оспы в растениях, чтобы вакцину можно было вводить, просто съев лист, например, капусты.

Почти стопроцентная эффективность пероральных вакцин была подтверждена в СССР, где в 1959 году ею были вакцинированы более 6 миллионов детей и взрослых. Также пероральная противополиомиелитная вакцина успешно прошла испытания в Чили, Нидерландах, Японии, Мексике, Швеции. В 1961 году было разрешено ее широкое применение в США и в ряде других стран. Вскоре вакцина Сэйбина почти повсеместно пришла на смену вакцине Солка, в результате чего полиомиелит практически исчез с медико-географических карт большинства стран мира.

На основе штаммов, выделенных А. Сэйбином, русские ученые А. А. Смородинцев и М. П. Чумаков в 1956–1958 годах изготовили вакцину в виде сиропа и конфет-драже, а в Москве в 1955 году был создан Институт полиомиелита, директором которого стал тот же М. П. Чумаков. Он организовал производство живой полиомиелитной вакцины, внедрение которой в практику привело к ликвидации вспышек полиомиелита в целом ряде стран.

 

Северный полюс: Фредерик Кук, Роберт Пири

Этот спор продолжается уже более ста лет, но и по сей день историки науки не пришли к единому мнению: кто же все-таки открыл Северный полюс? Официально приоритет принадлежит Роберту Пири. Однако многие считают, что на год раньше это удалось Фредерику Куку, а завистливый Пири просто оклеветал своего конкурента. Самое печальное, что ему поверили.

Если спросить у знатоков географии, кто первый побывал на Южном полюсе, то все они хором ответят — Руаль Амундсен, и было это 14 декабря 1911 года. А вот на вопрос, кто же открыл Северный полюс нашей планеты, столь однозначного ответа мы не услышим.

Никто не станет спорить с тем, что Роберт Эдвин Пири, контр-адмирал ВМС США, был одним из виднейших исследователей Арктики, совершившим множество экспедиций. Тем не менее в его биографии имеется весьма интересный факт. В 1911 году, когда постановлением Конгресса США он был возведен в звание контр-адмирала и удостоен правительственной пенсии, в официальном документе о покорении Северного полюса не было сказано ни слова. Неужели правительство США официально не признало того, что полюс открыл именно Пири? Это выглядит странно — ведь американцы частенько приписывают своим соотечественникам всевозможные достижения, включая мнимые. А в этом случае, выходит, они не признали реальных заслуг! Уже это наводит на мысль, что с экспедицией Пири было что-то нечисто.

Еще один интересный нюанс состоит в том, что люди, знающие Пири, характеризовали его не только как отважного путешественника и талантливого исследователя, но и как редкостного склочника. Этот человек постоянно пытался оспорить чье-либо достижение. Даже со знаменитым Фритьофом Нансеном Пири умудрился поссориться, доказывая, что именно он, Роберт Пири, а вовсе не известный норвежский исследователь Арктики первым пересек Гренландию (приоритет Нансена, который сделал это в 1888 году — на семь лет раньше Пири, — сомнению не подлежит).

А вот о Фредерике Куке такого сказать нельзя. Впервые Арктику Кук посетил как врач экспедиции Пири. Тогда отношения между исследователями были весьма дружескими. Кроме того, члены экспедиции описывали Кука как человека дружелюбного, общительного и всегда готового прийти на помощь. Как-то раз Пири спас своего доктора от смерти: после того как Кука и его напарника засыпало снегом, Пири, откопав обоих, целую ночь согревал полузамерзшего Фредерика.

К слову, по окончании той экспедиции произошел неприятный инцидент. Кук изучал быт и обычаи коренных народов Арктики и после возвращения в США стал выступать с публичными лекциями, где рассказывал о жизни эскимосов. Когда Пири узнал об этом, он в категоричной форме потребовал от компаньона прекращения этих лекций. Должно быть, ему не нравилось, что кто-то может знать об Арктике больше его.

После той экспедиции Кук совершил еще несколько путешествий. Он обследовал Аляску, первым взошел на гору Мак-Кинли (самую высокую вершину США), побывал в Антарктиде, подружился с Амундсеном. А в 1908 году Кук вместе с двумя проводниками-эскимосами добрался до Северного полюса, о чем официально объявил, вернувшись в Копенгаген.

Однако до этого Кук допустил одну ошибку: вернувшись с полюса в Гренландию, он остановился отдохнуть в том же поселке, где Пири готовился к покорению «края света». Фердинанд рассказал о путешествии приятелю Гарри Уитни и отправился дальше, оставив в поселке часть своих записей. Уитни же по простоте душевной все передал Роберту Пири. Потом Куку не удалось получить свои бумаги обратно, записи таинственным образом исчезли. Уже тогда многие подозревали, что это таинственное исчезновение было делом рук завистливого Пири.

Известно, что, готовясь к покорению полюса, Пири не терял времени зря — он и его ассистент Боруп устроили настоящий допрос эскимосам Авеле и Этукишуке, сопровождавшим Кука к полюсу. Формально все было логично: у кого же еще уточнять самую короткую дорогу? Но протокол этого допроса отсутствует в официальном отчете Пири, и это очень подозрительно, тем более что сама беседа шла на датском, которым все участники владели очень плохо. Поэтому проводивший дознание Боруп формулировал вопросы так, чтобы ответить можно было только «да» или «нет». Очевидно, что при таком подходе выяснить кратчайшую дорогу невозможно.

Протокол того допроса пригодился Куку уже после того, как он достиг полюса и благополучно вернулся. Тринадцатого сентября 1909 года Пири впервые выступает с нападками на Кука, к тому времени официально признанного первооткрывателем Северного полюса. Сторонники Пири распространили заявление, в котором указывалось: допрошенные эскимосы показали, что все время пути Пири и они были вместе. Кук пытался протестовать, однако не мог доказать свой приоритет — ведь из протокола исчезли именно те записи, в которых было описано пребывание его группы на полюсе.

Чувствуя себя на высоте положения, Пири прибег к настоящей травле, газеты все чаще стали писать о Куке как об обманщике. Неудивительно, что постепенно и ученые стали сомневаться в правдивости заявлений Кука. В итоге в декабре того же года специальная комиссия Копенгагенского университета, изучив оставшиеся материалы Кука, заявила, что в них не представлено наблюдений, однозначно свидетельствующих о достижении Северного полюса. Таким образом слава первооткрывателя перешла к Роберту Пири, несмотря даже на то, что Кука поддерживали и Руаль Амундсен, и Фритьоф Нансен, и знаменитый исследователь Арктики Отто Свердруп!

Следует заметить, что Кук выдержал этот удар судьбы с поразительным хладнокровием, обвинения в мошенничестве его не сломили. Книги Кука о покорении полюса пользовались большой популярностью, он до конца жизни выступал с лекциями об Арктике и совершил еще несколько путешествий — теперь уже в Восточную Азию, а потом решил заняться разведкой нефтяных месторождений в США.

В отличие от своего конкурента, Пири после звездной экспедиции больше не покидал США. Он тихо жил в своем доме до самой смерти, случившейся в 1920 году, избегая показываться на людях. Некоторые утверждали, что его мучила совесть за клевету.

Кук пережил своего конкурента на 20 лет и до конца дней пытался восстановить приоритет в открытии полюса. Лишь во второй половине ХХ века многие исследователи, проанализировав сохранившиеся записи Кука, пришли к выводу, что на полюсе он все-таки побывал.

Впрочем, заслуги Пири тоже преуменьшать не следует, несмотря на откровенно нечистоплотные способы ведения научных дискуссий. Говорят, сам Кук, услышав о том, что Пири достиг полюса, заметил: «Могу сказать, что не испытываю ни ревности, ни сожаления… Славы хватит на двоих». Такие слова мог произнести лишь человек, которому важна не слава, а сам факт открытия.

Так могла бы и закончится эта история, если бы в руки педантичных исследователей не попали дневниковые записи самого Роберта Пири. Те самые, которые он вел во время экспедиции на полюс в 1909 году. 80 лет человечество преклонялось перед Пири, восхищаясь его героизмом в покорении земель, на которые никогда не ступала нога человека. Еще бы — после нескольких переходов через Гренландию на собачьих упряжках добраться до макушки Земли! Сколько книг и статей было опубликовано в честь знаменитого полярника и его отважного броска на полюс, сколько дифирамбов пропето в его честь!

И вот выясняется, что герой в действительности никогда на Северном полюсе не был, до него Пири, оказывается, следовало преодолеть еще 195 не пройденных километров. Так кому же мы обязаны сенсацией о покорении полюса Робертом Пири?

Забавно, но самому Пири! Ошибиться в расчете своего местоположения он не мог. Более того, Роберт прекрасно понимал, что затея не удалась, но сознательно пошел на обман, вероломно присвоив себе приоритет великого географического открытия. Каким же образом ему удалось так легко обвести вокруг пальца историков, журналистов, американский Конгресс да и весь мир?

Оказывается, ему просто поверили на слово. И верили бы по сию пору, если бы он не допустил промашки, забыв дополнить свой личный дневник вымышленными фактами. Треть дневника осталась чистой, само достижение Северного полюса оказалось в нем не описанным, в то время как предшествующие записи регистрировали события самые незначительные.

Именно эти незаполненные страницы и вызвали первые сомнения у географов, решивших подвергнуть критическому осмыслению все архивные документы экспедиции. Когда же были обнаружены навигационные ошибки и искажения в отчетах, особенно в характеризующих последние участки маршрута, подозрение, что Пири просто смошенничал, подтвердилось полностью. В подлоге убеждали и оставленные прежде без внимания доказательства этой фальсификации, давно приведенные Фредериком Куком. Он-то, пожалуй, лучше всех был осведомлен обо всех тонкостях арктического похода и сразу же распознал искусную игру конкурента.

Свидетельства были настолько явными, что даже Национальное географическое общество США, спонсировавшее экспедицию Пири и, вполне понятно, долгие годы защищавшее свою и его честь, в конце концов вынуждено было капитулировать, признав полную несостоятельность версии своего подзащитного.

А значит, все-таки первым был именно Кук!

В истории о покорении Северного полюса есть еще один великий обман, он связан с именем американского летчика Ричарда Бэрда. Именно за Бэрдом закреплена честь пионерского перелета через Северный полюс, который 9 мая 1926 года он якобы совершил на трехмоторном «Фоккере». Отважный американец считался первым из жителей планеты, кто пересек полюс. Героизм Бэрда воспевался в самых патетических и возвышенных тонах. По масштабности и размаху его популярность и прижизненную славу можно сравнить только с триумфом первого космонавта Земли Юрия Гагарина.

Прославленного национального героя почти два десятка лет (с 1928 по 1947 год) неизменно включали в состав американских антарктических экспедиций, назначая их руководителем. Он дослужился до высокого адмиральского чина, его именем были названы американская станция, расположенная в 660 километрах от побережья Западной Антарктиды, и знаменитый Американский Центр полярных изысканий.

По иронии судьбы, именно в этом Центре на основании неопровержимых улик и была полностью дезавуирована общепризнанная легенда о Бэрде как первооткрывателе Северного полюса. После рассмотрения всех документов приоритет был отдан великому норвежцу Руалю Амундсену, который 12 мая 1926 года, то есть на три дня позже, на дирижабле «Норвегия» действительно пролетел над полюсом и, таким образом, покорил ледяные просторы. Что же это были за уличающие Бэрда в обмане факты, ставшие достоянием человечества лишь через 70 лет после его мнимого подвига? И где они так долго скрывались?

Оказывается, Бэрда тоже подвел дневник. К архивистам Центра бортовой журнал Бэрда попал в руки в 1996 году и сразу поразил их обилием самых противоречивых записей. В нем были обнаружены и тщательно сделанные подчистки, которые с помощью современных технических средств были легко выявлены. Сотрудникам архива удалось также расшифровать записи разговоров Бэрда со вторым пилотом во время их воздушной экспедиции. Из-за сильного шумового фона они были плохо различимы и потому до недавнего времени оставались для человечества неизвестными. Но в 90-х годах благодаря качественной звукотехнике могли быть прослушаны целиком. Попутно выяснилось, что часть записей была намеренно попорчена все тем же «героическим лечиком». Эти фрагменты фиксировали диалог, касающийся утечки масла из центрального двигателя. Из-за этой утечки экипаж и развернул самолет обратно, не добравшись до заветной цели: Бэрд изменил курс примерно за 250 километров от Северного полюса — расстояние, на которое пришлось бы затратить еще два часа полетного времени.

 

Открытие картофеля: Уолтер Рэли, Фрэнсис Дрейк, Антуан Огюст Пармантье

История многих привычных вещей, самых тривиальных с нынешней точки зрения, полна приключений, которые не уступают головоломным триллерам. Так было и с картошкой и ее извилистым путем к нашему столу.

Все началось давно, более четырех сотен лет назад. Два испанских пирата, Франсиско Писарро и Диего де Альмагро, отправились в сказочную неведомую страну Перу. Испанцы грезили о стране инков, надеясь овладеть ее богатствами. На пиратское судно тайно пробрался юный искатель приключений — тринадцатилетний мальчик Педро Сьеса де Леон.

Путешественники увидели в Перу много нового и необычного, но особенно поразило их, что все население питалось какими-то странными подземными плодами. Это были клубни невзрачного на вид растения «папа». По ночам индейцы замораживали клубни, а днем сушили их на солнце. Высушенный продукт, «чунио», они употребляли в пищу.

Множество памятников свидетельствуют о том, что картофель был известен в Перу с незапамятных времен. В погребениях и могильниках индейцев обнаружены вазы, имеющие форму одной или двух соединенных между собой картофелин. В захоронениях найдены и остатки растений, и даже «чунио».

Педро Сеьса де Леон, попав в удивительную страну, все запоминал и аккуратно записывал. Спустя двадцать с лишним лет, в 1553 году, в Севилье вышла его книга «Хроника Перу». Так европейцы впервые узнали о картофеле. Вот что писал сам Педро: «Папа — это особый род земляных орехов. Будучи сварены, они становятся мягкими, как печеный каштан. Они покрыты кожурой не толще кожуры трюфеля».

С этого начались приключения и «похождения» картофеля в землях Старого Света. Нельзя сказать, что европейцам картофель сразу же пришелся по душе, мало кто знал тогда в Европе, какую пользу может принести людям скромный выходец из страны инков.

Лишь спустя некоторое время в Европе узнали вкус вареного и печеного картофеля. Из Испании диковинные клубни попали в Италию. Здесь за некоторое сходство с трюфелями картофель назвали «тартуфолью». В Англию картошка попала в конце XVI века, ее завез адмирал Уолтер Рэли.

Однако многие признавали картофель только как корм для свиней. Когда прусский король Фридрих II издал указ о разведении картофеля в Германии, драгуны насильно заставляли крестьян сажать его.

Время шло, и постепенно новая культура завоевала признание. Поначалу картофель чаще разводили как лекарственное растение: в конце XVI века во Вроцлаве этим занимался почти каждый аптекарь. Спустя некоторое время многие уже стали бороться за честь его разведения. Венгерский барон Аппель Капосканий даже доказал, что он первый вывел картофель в Венгрии, за что получил право изобразить на своем фамильном гербе. картофельные клубни.

Весьма любопытна история картофеля во Франции, куда он попал во времена правления Людовика XVI. Французы дали картофелю свое название — «пом де тэрр», «земляное яблоко». Французами «яблоки» сначала были встречены весьма недружелюбно. Даже знаменитая «Большая энциклопедия» писала, что картофель — это грубая пища, годная только для нетребовательных желудков. Однако нашелся человек, который смог оценить картофель по заслугам. Это был парижский аптекарь Антуан Огюст Пармантье.

В 1771 году Пармантье писал: «Среди бесчисленного множества растений, которые покрывают поверхность суши и водную поверхность земного шара, нет, быть может, ни одного, которое с большим правом заслуживало бы внимания добрых граждан».

Энтузиаст-аптекарь был неутомим в своем стремлении распространить у себя на родине новую полезную культуру. Рассказывают, что как-то раз Пармантье удалось уговорить короля отведать одно из блюд, приготовленных им из картофеля. Блюдо понравилось королю, и вскоре в высших кругах французского общества распространилась своего рода мода на картофель.

Но Пармантье хотел, чтобы и простой народ оценил новое растение, с этой целью он пошел на маленькую хитрость. Выхлопотав себе небольшой участок земли под Парижем, Пармантье посадил на нем картофель, а чтобы вызвать интерес населения к этому диковинному растению, выставлял днем чуть ли не целый отряд солдат для охраны. Ночью стража уходила, и каждый мог свободно войти на огород. Нашлось немало любителей, которые решили проверить, что так ревностно охраняет чудак-аптекарь. Люди приходили ночью, тайком брали клубни и сажали их у себя, чего и добивался Пармантье. Очень скоро французские крестьяне полюбили новую культуру.

К сожалению, потомство не всегда справедливо оценивает заслуги людей. Памятник, украшенный фризом с картофельными клубнями и хвалебной надписью, был установлен не в честь Пармантье, а в честь английского адмирала Фрэнсиса Дрейка (1540–1596), командовавшего пиратскими кораблями. Без должных на то оснований считалось, что он первый развел картофель в Европе. И все-таки почему же именно он, пират и британский дворянин?

В 1586 году, после битвы в Карибском море с испанцами, Дрейк зашел в расположенный на северном побережье Колумбии город Картахену, чтобы пополнить запасы воды и провизии. Именно там на его корабль и попал картофель, а вместе с ним и табак. По дороге домой Дрейк сделал еще одну остановку — на острове Роанок, неподалеку от побережья Вирджинии. На острове жила небольшая английская колония, основанная при поддержке сэра Уолтера Рэли, однако к этому времени колонисты были уже сыты по горло приключениями и заморской экзотикой и упросили Дрейка доставить их домой. Таким образом, картофель на самом деле прибыл в Англию на одном корабле с людьми Рэли, но заслуга самого Рэли в этом, скажем честно, была невелика.

Как бы то ни было, простой люд сохранил благодарную память о Пармантье: каждый год на его могиле на парижском кладбище Пер-Лашез цветут кусты картофеля.

Между прочим, питательную ценность картофеля отрицали еще в XIX веке. В настольном справочнике французских сельских хозяек «Образцовый садовод и огородник» составитель раздела о картофеле писал в насмешливом тоне: «Из картофеля выпекали хлеб, который богатые люди находили превосходным, делали савойские бисквиты и пирожные, готовили всевозможные рагу и после этого заявляли: “Бедняк должен быть доволен подобной пищей”».

Но есть и другие версии появления картофеля в Старом Свете. Даже некоторые англичане теперь признают, что Фрэнсис Дрейк не мог завезти картофель в Европу: его корабли никогда не подходили к берегам Южной Америки. Поэтому утверждается, что картофель из Вирджинии в Англию впервые привез какой-то другой человек.

Возможно, таким человеком мог быть монах Иероним Кордан. Возможно, именно он в 1580 году опустил на землю Испании первую корзину с неведомым овощем, которому предстояло покорить больше народов, чем самому великому полководцу.

А вот в Северную Америку картофель был завезен, как ни странно, ирландскими переселенцами, прихватившими с собой свой уже традиционный продукт питания.

Пожалуй, ни одна огородная культура не связана с таким количеством легенд, как картофель. И ни один продукт с таким трудом не завоевывал себе право попасть в каждый дом.

 

Радио: Джагадиш Боше, Реджинальд Фессенден, Ландель де

Мура, Александр Попов, Гульельмо Маркони, Никола Тесла, Генрих Герц, Оливер Лодж

Появлению и развитию радиосвязи, как и многим другим ныне широко используемым средствам связи, предшествовал целый ряд открытий и изобретений. Конечно, эти ученые еще не думали о прикладном использовании своих открытий, Однако без фундаментальных исследований современных средств связи просто не было бы.

В 1820 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что протекающий в проводнике электрический ток отклоняет стрелку магнитного компаса. Таким образом было экспериментально подтверждено, что между электричеством и магнетизмом существует связь. После этого французский физик и математик Андре-Мари Ампер для определения направления отклонения магнитной стрелки током предложил «правило правой руки». Затем Ампер открыл закон взаимодействия двух проводников с током и математически выразил силу этого взаимодействия (закон Ампера).

В 1831 году английский физик и химик Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию и стал основоположником учения об электромагнитном поле.

Следующим значительным событием для дальнейшего изобретения радио стала «азбука Морзе». Это случилось в 1838 году, когда американец Сэмюэл Финли Бриз Морзе обнародовал свой телеграфный код. А в 1844 году Альфред Вейл, компаньон Морзе, изобрел простой механический телеграфный ключ для передачи азбукой Морзе, который в несколько усовершенствованном виде будет широко использоваться радиооператорами на протяжении многих десятилетий. Азбука Морзе первоначально использовалась для проводной телеграфии, а с изобретением радио стала применяться и для радиотелеграфии. На протяжении всей последовавшей за этим истории радиосвязь с помощью азбуки Морзе оставалась и остается одним из самых распространенных видов связи. Поначалу она была почти единственным видом любительской радиосвязи.

И конечно же, радио не было бы без открытия электромагнитных волн. В середине XIX века шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл предсказал их существование и в 1864 году математически описал идеи Фарадея в виде уравнений (уравнения Максвелла).

Широкое использование проводной телеграфной связи требовало определенного международного регулирования, и 17 мая 1865 года был подписан первый Международный телеграфный договор, учрежденный Международным телеграфным союзом, ставшим в будущем одним из прародителей современного Международного союза электросвязи.

Но передача информации по проводам виделась довольно громоздкой и дорогостоящей. В середине XIX века ученые и изобретатели начали задумываться о возможности беспроводной связи. Одним из них был американец Мэлон Лумис, который в 1866 году провел первые эксперименты по беспроводной телеграфии, пока что без свидетелей. Через два года он повторяет свои эксперименты перед представителями Конгресса США и в 1872 году получает американский патент на беспроводный телеграф. Однако в дальнейшем изобретение Лумиса практического применения не нашло.

Но изобретение радио приближалось — таково было веление времени. В 1883 году американский изобретатель Томас Эдисон открыл эмиссию электронов нити накала, нагретой до высокой температуры в вакууме под воздействием протекающего через нее тока. Это открытие станет основой функционирования всех электровакуумных приборов.

В 1886 году немецкий физик Генрих Рудольф Герц изобрел передатчик (вибратор Герца) и приемник (резонатор Герца) электромагнитных волн и на практике доказал, что электромагнитные волны существуют и теория Максвелла верна. Герц принимал радиоволны своего передатчика на расстоянии около 20 метров. О результатах экспериментов мир узнал в декабре 1888 года, после заседания Берлинской Академии наук. Герц сделал величайшее открытие и был в шаге от изобретения практической радиосвязи.

В 1890 году француз Эдуард Бранли создает усовершенствованный когерер, который станет неотъемлемой частью первых радиоприемников, пригодных для радиосвязи.

В 1893 году американец хорватского происхождения Никола Тесла одним из первых публично демонстрирует свою систему беспроводной связи.

В 1893–1894 годах бразилец Роберто Ландель де Мура проводит эксперименты по беспроводному телеграфированию, но не сообщает о них до 1900 года. В 1894 году англичанин Оливер Джозеф Лодж и индиец Джагадиш Чандра Боше показывают использование радиоволн на практике, а в 1895 году россиянин Александр Попов и итальянец Гульельмо Маркони проводят свою демонстрацию радиосвязи.

Именно Попова и Маркони чаще всего называют изобретателями радио: они впервые нашли практическое применение радиосвязи.

Так пришла эпоха радиолюбителей, для наступления которой пригодились еще несколько изобретений и публикаций. В январе 1898 года англичанин Лесли Миллер обнародовал свою работу «Моделист-конструктор и любитель-электрик» — первое описание, как было сказано, «простого в построении передатчика и приемника для слушателя-любителя». В том же году один из первых в мире радиолюбителей англичанин Мид Деннис установил трассу радиосвязи между Дартфордом и Лондоном, а «Журнал новейших открытий и изобретений» (Санкт-Петербург) опубликовал описание «Домашнего устройства для опытов телеграфирования без проводов». Эта любительская радиостанция обеспечивала связь на расстоянии 25 метров. К сожалению, имя автора конструкции в истории не сохранилось.

В следующем, 1899 году научный журнал Scientific American напечатал обширную статью, обсуждающую результаты экспериментов Маркони, а июльский номер журнала American Electrician™™ же года описал конструкцию антенны Маркони и необходимого радиооборудования. Эти две статьи и работа Миллера вызвали интерес не только у профессионалов, старавшихся применить изобретение радиосвязи, но и у любителей. В ранние годы развития радиосвязи профессионалы и любители использовали искровые передатчики. Они были широкополосными, спектр излучаемого радиосигнала расширялся до нескольких сотен килогерц. Использовались простые неусиливающие детекторные приемники, обычно на основе когереров. Позже когереры уступили место более чувствительным галеновым детекторам. Устройства настройки первых радиостанций были примитивными или вовсе отсутствовали.

Хотя первые радиостанции были не слишком эффективны, их передатчики были способны перекрывать значительные расстояния при условии достаточно высокой мощности прибора: профессиональное оборудование того времени использовало передатчики мощностью до 5 кВт, которые перекрывали расстояние в 800 км. Радиолюбителям обычно приходилось довольствоваться радиосвязью на значительно меньших расстояниях.

Конечно, сеансы радиосвязи еще не были повсеместным и привычным явлением. Да и к получению материальной выгоды от своей деятельности радиолюбители не стремились. После публикации в журналах различных конструкций аппаратуры радиосвязи многие радиолюбители-экспериментаторы построили собственные радиопередатчики и радиоприемники. Регламентирование радиосвязи еще не осуществлялось, так что точное число любительских радиостанций того времени назвать сложно. По некоторым оценкам, число «крупных» любительских радиостанций, способных проводить радиосвязь на расстояниях свыше 15 км, было примерно 600 единиц, в то время как число «мелких» радиостанций, излучавших в пределах 1–3 км, было в пять раз больше — около 3000 единиц. Радиостанции усовершенствовались в США, Великобритании, Европе.

Эксперименты с радиотелефонией стали проводиться в самом начале ХХ века. Пионером в этой области стал американец канадского происхождения Реджинальд Обри Фессенден, свой первый эксперимент он поставил в 1900 году, а в 1906 году успешно передал в эфир радиовещательную программу: музыку и рекламные объявления. Его передачу принимали на детекторные приемники. Но еще несколько лет радиолюбители использовали практически только радиотелеграфный режим работы: прием и передача на искровом оборудовании были затруднительны.

Как бы там ни было, прогресс в этой области набирал свои обороты. В декабре 1901 года Гульельмо Маркони проводит свой знаменитый эксперимент по передаче радиосигнала через Атлантический океан (на расстояние в 3360 км). Это стало настоящей революцией. После эксперимента Маркони началось широкое внедрение радиосвязи для военных и коммерческих целей.

Следующим этапом революции в области радиосвязи стало открытие, совершенное в 1902 году. Англичанин Оливер Хевисайд предсказал существование высоко над поверхностью Земли ионизированного слоя, который должен отражать радиоволны. В будущем произойдет экспериментальное доказательство этой гипотезы. Распространение радиоволн за счет отражения от слоев ионосферы сделает возможными дальние сеансы радиосвязи, и немаловажную роль в изучении этого феномена сыграют именно радиолюбители.

В том же 1902 году американский изобретатель-самоучка Горас Мартин изобретает полуавтоматический телеграфный ключ — прообраз будущих электронных телеграфных ключей, которые широко применяли и продолжают применять вместо простого механического телеграфного ключа.

Широкое распространение радиосвязи стало требовать международного регулирования, ради которого в 1903 году была созвана первая Берлинская международная конференция по беспроводному телеграфу.

Берлинская конференция придала новый импульс усовершенствованию радио. В 1904 году англичанин Джон Амброз Флеминг разработал первый вакуумный диод (лампа Флеминга) для применения его в качестве детектора в радиоприемниках. А через два года американец Ли де Форест ввел в лампу Флеминга третий элемент (сетку) — так появился первый вакуумный триод (аудион Фореста). Установка в электрическую цепь аудиона Фореста могла усилить сигнал в 5 раз. Но изобретение де Фореста оставалось дорогим, требовало больших затрат энергии и при всем при этом имело все-таки малый коэффициент усиления.

Третьего ноября 1906 года на второй по счету Берлинской конференции был подписан международный договор, который в последующем станет прародителем современного ITU. На этой же конференции вместо термина «беспроводный» вводится новый термин — «радио».

С 1908 года начинает выходить специализированный журнал Modern Electrics (впоследствии Electrical Experimenter). Это издание сыграло большую роль в популяризации радиолюбительства. В том же году, к слову, выходит в свет и первый радиолюбительский справочник — Wireless Telegraph Construction for Amateurs («Конструирование беспроводного телеграфа для любителей»).

Как видим, радио развивалось стремительно, людей, увлекающихся связью на расстоянии и собственно радио, становилось все больше. Это привело к созданию в январе 1909 года в Нью-Йорке первого радиолюбительского клуба — «Юниорского клуба беспроводной связи», который в 1911 году стал называться «Радиоклубом Америки». В 1910 году учреждается первое в мире национальное радиолюбительское общество — «Институт беспроводной связи Австралии», а весной 1911 года основан первый британский радиоклуб — «Клуб беспроводной связи Великобритании». В 1911 году число любительских радиостанций составляло уже около десяти тысяч в одних только Штатах, почти столько же в Великобритании и, вероятно, не меньше во всех других странах вместе взятых.

Кроме уже упомянутых, нельзя оставить без внимания и такие события в развитии радиосвязи:

1837 г. — немецкий физик и астроном Карл Август фон Штайнхайль, исследуя свойства двухпроводного телеграфного аппарата, установил, что можно использовать только один провод для телеграфной коммуникации. Это привело его к предположению, что можно избавиться от проводов вообще и передавать сигналы телеграфа через землю, без соединяющих станции проводов.

1854 г. — шотландец Джеймс Боумен Линдси получил патент для системы беспроводной телеграфии через воду.

1859 г. — немецкий физик Беренд Феддерсен экспериментально доказал, что разряды лейденских банок запускают эфирные колебательные процессы.

1872 г. — Уильяму Генри Варду 30 апреля выдан патент США с формулировкой «Усовершенствования для того, чтобы собрать электричество и телеграфировать». Согласно патенту «электрический слой в атмосфере» мог передавать сигналы, как телеграфный провод.

30 июля 1872 г. — Мэлон Лумис получил патент США на беспроводную связь. Президент США Грант подписал закон о финансировании опытов Лумиса, однако оно так и не было открыто. Никаких достоверных данных о характере экспериментов Лумиса не сохранилось, как и чертежей его аппаратов. Патент же детального описания устройств, использованных Лумисом, не содержал.

1878–1879 гг. — английский и американский изобретатель Дэвид Эдвард Хьюз при работе с индукционной катушкой показал возможность обнаружить сигналы на расстоянии более чем несколько сотен ярдов. Свое открытие он продемонстрировал Королевскому обществу в 1880 году, однако коллеги убедили его, что речь идет лишь об индукции. В конце октября 1879 года Дэвид Хьюз пришел к выводу, что из передающей схемы можно и вовсе убрать индукционную катушку, поскольку установил, что любая электрическая искра обусловливает звук в телефоне. Поместив передатчик и приемник в разные комнаты, Хьюз уже не соединял приборы. Только к приемнику на расстоянии 6 футов от передатчика был подсоединен провод, служивший антенной. К слову, одна из первых антенн фигурировала еще в опытах Луиджи Гальвани (1737–1798), в которых детектором служил свежий препарат лягушки.

Март 1882 г. — профессор физики Тафтского университета (Бостон, США) Амос Долбер получил американский патент на беспроводный телеграф. Он обнаружил, что можно использовать в качестве проводника землю и что если разорвать провод между передатчиком и приемником, то связь все равно будет, хотя и с потерей качества звука. Ученый утверждал, что добился передачи сигналов на расстояние 13 миль.

1883 г. — ирландский профессор Джордж Фрэнсис Фицджеральд предложил использовать эфирные колебания в качестве источника максвелловских волн. Однако он не представлял, как эти волны зарегистрировать, а потому ограничился чистой теорией.

1888 г. — во время Большой снежной бури 1888 года в США Эдисон применил беспроводную связь, чтобы послать и получить сообщения от поездов, занесенных снегом. Это стало, по всей видимости, первым успешным использованием беспроводной телеграфии для спасения людей.

1885–1892 гг. — фермер из Кентукки, США, Натан Стабблфилд изобрел устройство, основанное на звуковой частотной индукции. Для передачи сигнала использовалась звуковая проводимость земли, а не радиочастота.

1890 г. — российский ученый Яков Оттонович Наркевич-Иодко применил для регистрации грозовых разрядов прибор, имевший основные компоненты радиоприемных устройств — антенну, заземление и телефонную трубку. Аппарат позволял регистрировать электрические разряды в атмосфере на расстоянии до 100 км.

1891–1892 гг. — главный инженер британского почтового ведомства Уильям Прис успешно экспериментировал с индукционной передачей сигналов азбукой Морзе между прибрежными приемно-передающими станциями (в том числе через Бристольский залив), разнесенными на несколько километров (до 5 км).

1892 г. — англичанин Уильям Крукс впервые системно описал принципы передачи информации с помощью электромагнитных волн.

1893 г. — Тесла патентует радиопередатчик и изобретает мачтовую антенну, с помощью которой в 1895 году передает радиосигналы на расстояние 30 миль.

1894 г. — Гульельмо Маркони под влиянием идей профессора Аугусто Риги, высказанных в некрологе Генриху Герцу, начинает эксперименты в области радиотелеграфии (первоначально — с помощью вибратора Герца и когерера Бранли). Однако никаких письменных свидетельств того времени, которые могли бы подтвердить эти опыты Маркони, не имеется.

Ноябрь 1894 г. — публичная демонстрация опытов по беспроводной передаче сигнала в миллиметровом диапазоне сэром Джагадишем Чандра Боше в ратуше города Калькутты. Кроме того, Боше изобрел ртутный когерер, не требующий при работе физического встряхивания.

1895 г. — английский физик Эрнест Резерфорд опубликовал результаты своих экспериментов по детектированию радиоволн на расстоянии в три четверти мили от их источника. Для приема радиоволн Резерфорд дополнил резонатор Герца катушкой из тонкой проволоки с намагниченной стальной иглой внутри. Под действием радиоволновых импульсов игла размагничивалась, что и показывал магнитометр.

Весна 1895 г. — Маркони добивается передачи радиосигнала на несколько сотен метров.

Сентябрь 1895 г. — по некоторым утверждениям, Попов присоединил к приемнику телеграфный аппарат и получил телеграфную запись принимаемых радиосигналов. Однако никаких документальных свидетельств об опытах Попова с радиотелеграфией до декабря 1897 г. (то есть до опубликования патента и сообщений об успешных опытах Маркони) обнародовано не было.

2 июня 1896 г. — Маркони подает заявку на патент, а 2 сентября того же года демонстрирует свое изобретение на равнине Солсбери, передавая радиограммы на расстояние 3 км.

1897 г. — французский предприниматель Эжен Дюкрете строит экспериментальный приемник беспроводной телеграфии по чертежам, предоставленным А. С. Поповым.

24 апреля 1897 г. — Попов на заседании Русского физико-химического общества, используя вибратор Герца и приемник собственной конструкции, передает на расстояние 250 м первую в России радиограмму: «Генрих Герц».

2 июля 1897 г. — Маркони получает британский патент с формулировкой «Усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов в передающем аппарате». В общих чертах приемник Маркони воспроизводил приемник Попова (с некоторыми усовершенствованиями), а его передатчик — вибратор Герца, усовершенствованный Риги. Принципиально новым было то, что приемник изначально подключался к телеграфному аппарату, а передатчик соединялся с ключом Морзе, что и сделало возможным радиотелеграфическую связь. Еще Маркони использовал антенны одинаковой длины для приемника и передатчика, что позволило резко повысить мощность передатчика, а детектор Маркони был гораздо чувствительнее детектора Попова, что признавал и сам Попов.

Январь 1898 г. — первое практическое применение радио: Маркони передает сообщения журналистов из Уэльса о смертельной болезни Уильяма Гладстона.

1898 г. — Маркони открывает первый в Великобритании «завод беспроводного телеграфа» — в Челмсфорде, на заводе работали 50 человек.

Конец 1898 г. — Эжен Дюкрете в Париже приступает к мелкосерийному выпуску приемников системы Попова.

1898 г. — присуждение А. С. Попову премии Русского технического общества «за изобретение приемника электромагнитных колебаний и приборов для телеграфирования без проводов».

3 марта 1899 г. — радиосвязь была успешно использована в морской спасательной операции: с помощью радиотелеграфа спасены команда и пассажиры потерпевшего кораблекрушение парохода Mathens.

Май 1899 г. — помощники Попова П. Н. Рыбкин и Д. С. Троицкий обнаружили детекторный эффект когерера. На основании этого эффекта Попов модернизировал свой приемник для приема сигналов на головные телефоны оператора и запатентовал как «телефонный приемник депеш».

1900 г. — радиосвязь была успешно использована в морской спасательной операции в России. По инструкциям Попова была изготовлена радиостанция на острове Готланд, у которого сел на мель броненосец береговой обороны «Генерал-адмирал Апраксин». Радиотелеграфные сообщения на радиостанцию острова Готланд приходили с находящейся в 25 милях передающей станции Российской военно-морской базы в Котке, которая телеграфной линией была связана с Адмиралтейством Санкт-Петербурга. Приборы, использовавшиеся в спасательной операции, были изготовлены в мастерских Эжена Дюкрете. В результате обмена радиограммами ледоколом «Ермак» были также спасены финские рыбаки с оторванной льдины в Финском заливе.

1900 г. — Маркони получает патент на систему настройки радио, а работы Попова отмечены Большой золотой медалью и дипломом на Международной электротехнической выставке в Париже.

1905 г. — Маркони получает патент на направленную передачу сигналов.

1906 г. — Реджинальд Фессенден и Ли де Форест обнаруживают возможность амплитудной модуляции радиосигнала низкочастотным сигналом, что позволило передавать в эфире человеческую речь.

1909 г. — присуждение Маркони и Ф. Брауну Нобелевской премии по физике «в знак признания их заслуг в развитии беспроволочной телеграфии».

Как видим, вопрос о том, кто же изобрел радио первым, следует забыть: без обмена идеями и развития науки и техники никакое изобретение невозможно, а споры о приоритете зачастую как минимум некорректны.

 

Электронное телевидение: Фило Т. Фарнсуорт, Владимир Зворыкин, Борис Розинг, Пауль Нипков

По мнению историков, на первенство в создании телевидения претендуют Россия, США, Германия, Франция и некоторые другие страны. Но, как и с изобретением радио, истина в том, что телевидение как электротехническая отрасль, состоящая из множества технически сложных устройств, создавалось на основе множества научных разработок с использованием не меньшего количества изобретений.

Идея передачи изображения на расстояние с помощью электричества появилась задолго до открытия радио. Главным препятствием же было отсутствие возможности преобразовать свет. Но в 1873 году во время прокладки подводного кабеля была обнаружена способность селена изменять электрическое сопротивление под воздействием света. Это явление позволило за несколько лет до открытия фотоэлектрических законов и создания Г. Герцем, В. Гальваксом и А. Столетовым первых фотоэлементов перейти к созданию устройств «дальновидения», основанных на принципе преобразования света в электрические сигналы.

В 1870—1880-х годах почти одновременно несколько ученых пытались создать устройства, которые могли бы передавать изображение на расстояние по проводам: Дж. Кери (США, 1870 г.), М. Сенлек (Франция, 1877 г.), А. ди Пайву (Португалия, 1878 г.), У. Айртон и Д. Перри (Англия, 1877 г.), К. Перозино (Италия, 1879 г.), П. Бахметьев (Россия, 1880). В большинстве случаев создать действующие образцы ученым не удалось — развитие техники этого еще не позволяло. Только американский изобретатель Дж. Кери в 1870 году создал первый проект «искусственного глаза» — еще до того, как в 1875 году А. Белл запатентовал телефон.

В 1888–1890 годах профессор Московского университета А. Г. Столетов открыл законы фотоэлектрической эмиссии. К концу века уже появились кинематограф и радиотелеграф.

Свежие открытия в науке позволили перейти на новый уровень инженерных разработок дальновидения. В этой работе принимали участие уже десятки и сотни исследователей. Каждый день регистрировались новые патенты, иногда параллельные исследования приводили к результатам с разницей всего в несколько дней.

В начале нашего рассказа обратимся к истории Российской империи. Борис Львович Розинг, физик, профессор Технологического института и Константиновского артиллерийского училища, приступил к работе над проектом «электрического телескопа» (так он назвал свою систему дальновидения) еще в 1902 году. Этот «телескоп» принципиально отличался от устройств, предлагаемых другими исследователями. В предшествующих устройствах использовались газоразрядные трубки, а Розинг использовал электровакуумную лучевую трубку — электронное устройство, которое, видоизменяясь, до недавнего времени и составляло основу телевизионной техники. В 1911 году Розинг смог продемонстрировать свое устройство в действии. А в проведении экспериментов Розингу помогал студент Санкт-Петербургского технологического института Владимир Зворыкин, будущий автор фундаментальных изобретений в области электронного телевидения.

 

Механическое телевидение

Первая мировая война прервала исследования в области телевидения — армиям в огромных количествах требовались радиостанции. После войны же было достаточно быстро налажено производство бытовых радиоприемников, что позволило уже на новой технологической базе развивать телевидение.

Исследователи активно приступили к дальнейшим опытам по разработке дальновидения. Одними из первых представили свои проекты немец Д. Михайи («телегор» в 1918 году) и американец Ч. Дженкинс («устройство» в 1923-м). Правда, их приборы могли демонстрировать только размытые статичные картинки, и все-таки это уже были действующие системы.

Главной проблемой был способ разложения и преобразования изображения в электрические сигналы. Исследователи пытались использовать два способа — электронного разложения и механического. Второй вариант, с точки зрения практической реализации, был проще, поэтому стал основой для механического телевидения 1920—1930-х годов. А основой для реализации идей механического телевидения стал «диск Нипкова».

Систему последовательного сканирования изображения с помощью диска, в котором по спирали вырезаны прямоугольные отверстия, предложил студент Берлинского университета Пауль Нипков. В рождественские каникулы 1883 года, когда эта идея пришла ему в голову, он в качестве экспериментального устройства использовал крышку журнального столика, в которой высверлил множество отверстий, располагавшихся последовательно и на равных расстояниях от края к центру этого круга. Такая конструкция позволяла последовательно разложить изображение на элементы и передать от объектива к фотоэлементам. Установив такое устройство на приемники, изображение можно было восстановить. Потратив все имеющиеся у него деньги, в 1884 году Нипков подал заявку на патент.

В Германии именно Нипкова считают создателем телевидения. В 1935 году первая общественная телестанция была названа в его честь — Fernsehsender Paul Nipkow. Сам Пауль впервые увидел воплощение своего изобретения лишь в 1928 году на радиотехнической выставке в Берлине.

Уже в 1926 году в Англии лондонская радиотехническая фирма-лаборатория Джона Бэрда создала электромеханическое устройство, позволяющее зрителям принимать изображение с разверткой в 30 строк и частотой кадров 12,5 в секунду. В 1928 году Бэрд осуществил трансантлантическую передачу, а в 1931 — прямую трансляцию с Эпстомских скачек.

В 1927 году американская фирма «Белл телефон» построила малострочную электромеханическую систему (50 строк, 17 кадров в секунду) и провела с ее помощью первую опытную передачу из Нью-Йорка в Вашингтон. И наконец в 1929 году на международной радиовыставке в Берлине немецкий изобретатель Г. Кравинкель продемонстрировал устройство дальновидения, которое, как и первые две системы, работало на принципе механической развертки изображения (30 строк, 12,5 кадра в секунду). Правда, все эти устройства были рассчитаны только для индивидуального пользования: размеры экранов были меньше спичечного коробка.

Советская наука также разрабатывала механическое дальновидение. Лев Термен в 1926 году создал систему с разверткой в 32x64 строки, через несколько лет планировалось создать даже аппарат с разверткой в 100 строк.

К концу 1920-х годов высокий уровень промышленного производства в Европе и США позволил перейти от отдельных опытных передач изображения на расстояние к организации регулярного телевизионного вещания с помощью малострочных электромеханических устройств.

В начале 1930 года та же английская лаборатория Дж. Бэрда впервые в мире смогла организовать звуковые передачи с помощью малострочных электромеханических систем дальновидения. Рядом с лондонской телестудией, расположенной в Бруклин-парке, находились две радиостанции: по каналам одной передавалось только изображение, по другой — человеческая речь. Компания Бэрда вела телевизионное вещание два раза в неделю по три часа, позже была введена и дневная передача. Передачи этой студии представляли собой простейшие звуковые фильмы и прямые выступления политических деятелей, ученых, актеров. Качество изображения, по нынешним временам, было неважным, но все-таки разглядеть что-то было можно. Там, где зритель не мог разобрать картинку, ему на помощь приходил звук.

Казалось, что до массового распространения телевидения осталось совсем немного, через несколько лет телеприемники станут такими же обычными приборами, как и радиоприемники, тем более что в то время их объединяли в одно устройство.

В это время к производству телевизионной передающей и приемной аппаратуры, а также к организации телевещания подключаются крупные фирмы: «Белл», «Радиокорпорация Америки» (RCA), «Вестингауз» — в США, «Телефункен» и «Фернзее» — в Германии, «Маркони» и «Граммофонная компания» — в Англии.

В том же 1930-м году начинает регулярное вещание немецкое малострочное дальновидение. В распоряжении его специалистов имелась телевизионная студия под Берлином и радиостанция в самом городе. Передачи из Берлина велись два раза в неделю по часу. Демонстрировались немые документальные и художественные фильмы, специально снятые для телевидения или смонтированные из фильмотечных материалов кинематографа. Чуть позже подобные малострочные электромеханические телестудии начали работать в США, Италии и Франции.

 

Координация против секретности

В 1920-х годах в Советском Союзе сосредоточились на развитии радио. Но когда в Европе и США стали активно демонстрироваться системы телевидения, это подстегнуло и советских функционеров и ученых. Партия большевиков не могла упустить такой потенциально важный инструмент пропаганды, как телевидение. В конце 1929 — начале 1930 годов почти половина выпускников радиотехнических кафедр вузов страны была мобилизована на создание телевизионной техники. Более десяти исследовательских групп работало в лабораториях при институтах и заводах.

Особенностью научного поиска в Советском Союзе была координация и параллельная работа по нескольким направлениям: одновременно шли разработки электронных систем дальновидения и создание малострочных электромеханических устройств. Каждая тема делилась на несколько принципиальных задач. Такая форма организации научных исследований была вполне передовой, однако недостаточные координация и научный обмен, а самое главное — всеобъемлющая секретность раз за разом приводили к изобретению уже давно кем-то открытого «велосипеда».

И все-таки результаты были получены достаточно быстро. В 1930 году московский Всесоюзный электротехнический институт (ВЭИ) предложил систему механического телевидения. В 1931 своя система появилась в лаборатории радиозавода им. Коминтерна в Ленинграде, в 1932-м — на заводе им. Козицкого, в 1933 году — в Томске (Политехнический институт), в Одессе (Институт электротехнической связи). В большинстве случаев качество изображения было невысоким, поэтому прием телевизионной передачи из Германии 2 апреля 1931 года произвел ошеломляющее впечатление.

Это был короткометражный фильм. Зрители увидели танцующую пару. В конце киноленты партнер после танца закуривал, а девушка на прощание махала ему платочком. «Танцующая пара из Берлина» стала событием в истории малострочного телевидения.

Но к середине 1930-х все чаще раздавались голоса, признающие механическое телевидение тупиковой ветвью развития. Ведь даже первые системы электронного телевидения давали в 10 раз большее число строк развертки. К 1937 году во всем мире телевещатели уже перешли от механического телевидения к электронному.

 

Телевизионщик и ядерщик

Еще одним претендентом на звание «отца телевидения» от Германии был Манфред фон Арденне: в августе 1931 года в рамках Берлинской радиовыставки на стенде фирмы Loewe он продемонстрировал полностью электронную систему телевидения на основе датчика бегущего луча с разверткой на 90 строк. Впоследствии система с разверткой в 180 строк, разработанная Арденне, использовалась в телевизионном центре Нипкова для телетрансляций Берлинской Олимпиады 1936 года.

С 15 января 1936 года берлинский телецентр показывает передачи со стандартом 180 строк ежедневно с 20.00 до 22.00, а во время Игр, проходивших в Берлине в августе 1936 года, объем прямых трансляций возрастает до 8 часов в сутки. В 25 пунктах Берлина работали просмотровые залы, сообщалось, что за Олимпиадой по телевизору следили в общей сложности 150 тыс. человек. Кроме того, Игры можно было увидеть и в Гамбурге, куда был проложен кабель.

После Второй мировой Арденне, как и многие немецкие ученые, «добровольно» отправился на 10 лет в СССР, работать над восстановлением народного хозяйства. Правда, к этому времени от телевидения он уже отошел и занимался ядерной программой, за что, кстати, получил две Сталинские премии — в 1947 и 1953 годах.

 

Советский ученый

В СССР создателем телевидения считался Семен Катаев, который получил патент на электронное телевидение на полтора месяца раньше Владимира Зворыкина. Правда, Зворыкин безуспешно пытался запатентовать свое изобретение еще с 1923 года.

В 1931 году Катаев всего два года как закончил Бауманское военно-техническое училище и работал во Всероссийском электротехническом институте. В 1944 году Катаев становится одним из авторов телевизионного стандарта в 625 строк, который после войны постепенно превращается в мировой стандарт (кроме США, где еще долго действовал стандарт 525 строк).

 

На службе у корпорации

Но более популярным, чем Катаев, претендентом на «отцовство» стал российский эмигрант, американский изобретатель Владимир Зворыкин.

Владимир Козьмич Зворыкин родился в 1888 году в городе Муроме в семье одного из богатейших купцов России. Во Владимире рано проявился интерес к технике, поэтому отец поддержал его в стремлении учиться на инженера. В 1906–1912 годах Зворыкин учился в Санкт-Петербургском технологическом институте, где под руководством Бориса Розинга принимал участие в создании первой действующей в России телевизионной системы. Владимир продолжил обучение во Франции в 1912–1914 годах в Коллеж де Франс под руководством Поля Ланжевена, ученика Пьера Кюри и научного руководителя Луи де Бройля, нобелевских лауреатов 1903 и 1929 гг. соответственно.

С началом Первой мировой войны Зворыкин вернулся в Россию и служил в войсках связи. Во время Гражданской войны он становится экономическим эмиссаром Колчака в США, так ему удается избежать гибели и покинуть Россию. В 1920 году компания Westinghouse Electric решает, кроме развития радио, заняться и телевидением и создает исследовательскую лабораторию, руководителем которой становится Владимир Зворыкин.

К 1923 году Зворыкину удается разработать проект телевизионной установки с использованием электронной трубки. В декабре он подает первую заявку на патент, которую отказываются принимать, потому что, по мнению патентных поверенных, предложенную им систему фотоэлектрического преобразования видимого изображения в электрические импульсы осуществить практически невозможно. И действительно, осуществить демонстрацию своего устройства исследователю удалось только через восемь лет, после продолжительной работы над усовершенствованием своей электронной системы. В ходе этой работы Зворыкин создал множество передовых разработок и уже в 1925 году подал заявку на патент по цветному телевидению.

В 1929 году Зворыкин разработал принципиально новую высоковакуумную электронно-лучевую трубку для использования в телевизионных приемниках, названную им кинескопом. Спустя два года ему удается решить основные проблемы, связанные с изготовлением электронной передающей трубки — «иконоскопа», после чего создать действующую систему.

К этому времени Владимир Зворыкин перешел в другую компанию: ему предложил работу конкурент «Вестингауза» — компания RCA.

Союз Зворыкина и RCA, крупнейшей в то время IT-корпорации под руководством Дэвида Сарнова, сыграл важную роль в развитии телевидения во всем мире. Зворыкин получил от Сарнова лучшую лабораторию в мире, финансовую мощь и промышленное производство компании RCA. А компания получила практически готовую систему электронного телевидения — работающий образец был создан уже через год. Благодаря этому сотрудничеству RCA и Зворыкин стали признанными «родителями» электронного телевидения во всем мире, хотя и в других странах создавались различные элементы электронного телевидения. После войны компания RCA стала лидером телевизионной индустрии — производила более половины всех американских телевизоров.

Тем временем в США начались баталии между Фарнсуортом и RCA за первенство в патентах на электронное телевидение. Это соперничество, происходившее не только в зале суда, но и на научных конференциях, позволило ознакомить научное сообщество с передовыми разработками двух выдающихся исследователей.

В 1936 году британская ВВС начала вещание на оборудовании, созданном компанией «Маркони» по патентам Фарнсуорта и RCA. Немецкая компания Telefunken с помощью патентов RCA создала к Олимпийским играм 1936 года Берлинский телецентр.

Для закрепления позиций RCA Зворыкин выступил на конференции Американского общества радиоинженеров 26 июня 1933 г с докладом «Иконоскоп — современный вариант электрического глаза». В этом докладе ученый раскрыл технические секреты системы электронного телевидения, до тех пор не публиковавшиеся в печати. В 1933–1934 годах Зворыкин совершает поездку в Европу и СССР с демонстрацией своей системы. В 1934 году Фарнсуорт также отправляется в Европу для демонстрации своих достижений.

 

Побеждая корпорацию

Американский изобретатель Фило Фарнсуорт считается в США «изобретателем телевидения», поскольку первым получил патент на изобретение электронной трубки для телевизора.

Фарнсуорт родился в семье мормонов в 1906 году. Фило еще в школе выделялся своими изобретениями. Так, в ходе патентных расследований о первенстве в изобретении электронного телевидения его школьный учитель Джастин Толман рассказал о рисунке электронной трубки, который Фило сделал еще в 14 лет.

Когда Фило исполнилось 16 лет, ему пришлось бросить учебу в университете и идти работать, чтобы прокормить семью. Однако достижения в электронном телевидении Фарнсуорта становятся известны, его начинают поддерживать спонсоры. В том же 1922 году он подает заявку на патент по электронной трубке (основному устройству современного телевидения), а в 1928 году ему удается продемонстрировать для прессы свое устройство в действии.

В 1929 году Дэвид Сарнов предложил Фарнсуорту 100000 долларов за патент при условии, что он станет сотрудником RCA. Фарнсуорт отказался. Тогда Сарнов предложил Владимиру Зворыкину перейти в RCA.

В 1930 году Зворыкин побывал в лаборатории Фарнсуорта и был так впечатлен его устройством, что захотел воспроизвести образец в своей лаборатории. По другой версии, Сарнов первоначально предлагал работу именно Зворыкину, а Фарнсуорту он предложил сотрудничество только в 1931 году, после того как о нем рассказал Зворыкин.

Сарнов долго боролся за первенство в патентах, используя все ресурсы и адвокатов компании, и первое время ему удавалось отстоять первенство Зворыкина, но в 1938 году суд окончательно установил приоритет Фарнсуорта.

В 1934 году Фарнсуорт демонстрирует свое детище в Европе. На тот момент в Старом Свете были распространены различные схемы механического телевидения, так что европейские изобретатели скептически восприняли разработки молодого американского ученого. Так продолжалось, пока они сами не увидели демонстрационную установку Фарнсуорта. После демонстрации Джон Бэрд создал с Фарнсуортом совместное предприятие и стал продвигать электронную систему, заплатив 50000 долларов за патенты.

Одновременно Фарнсуорт продолжал изобретать и другие устройства. Так, в 1936 году появился способ стерилизации молока с помощью электромагнитного излучения. В 1950-х, работая уже в компании ITT, он разрабатывал различные радиолокационные устройства, инфракрасный телескоп. Именно Фило придумал «круговую развертку» — дисплей радиолокатора, используемый в управлении воздушным движением и военной радиолокации.

Несмотря на то, что у Фарнсуорта было более 300 различных патентов уже в 1960-е годы, его имя стали постепенно забывать. Только благодаря усилиям жены Фарнсуорт был признан одним из величайших ученых мира. В 1999 году журнал «Тайм» включил его в число «Ста самых важных людей века».

 

Проигрывая корпорации

Еще одним американским изобретателем, претендующим на отцовство для телевидения, следует назвать Чарльза Дженкинса. Дженкинс продемонстрировал свой «радиовизор» в 1926 году, немного отстав от Джона Бэрда, но «Нью-Йорк таймс» все равно назвала его «отцом телевидения».

В 1928 году Дженкинс запускает W3XK — первую телестанцию в США, вещавшую 5 часов в день. А в 1929-м открывает вторую станцию в Джерси, создав таким образом первую в мире телесеть.

Поначалу Дженкинсу сопутствовал успех. Его «радиовизор» получил хорошие отзывы в прессе, и ему даже удалось получить инвестиции в 10 млн долларов. Остался один шаг: получить коммерческую лицензию на вещание в Комиссии по делам радиовещания, чтобы легально привлечь рекламодателей.

И здесь на пути Дженкинса встали Дэвид Сарнов и всемогущая RCA. Сарнов считал, что механическое телевидение — тупиковый путь, поэтому ему было невыгодно, чтобы будущие потребители испортили себе впечатление от телевидения из-за недостаточного качества механических телевизионных систем. К тому же в это время радиоотрасль разрасталась за счет многомиллионных контрактов, а заправляла в этой области именно RCA со своей сетью NBC. Сарнов начал в прессе кампанию против механического телевидения и стал оказывать давление на Комиссию по связи, чтобы она не давала коммерческую лицензию Дженкинсу.

Дженкинс так и не получил коммерческую лицензию, ему даже запретили рекламировать свои «радиовизоры», и через несколько лет компания Дженкинса обанкротилась.

Так кого же считать «отцом телевидения»? Зворыкина (1931), Фарнсуорта (1928), Катаева (1931), Арденне (1931) — создателей электронных систем телевидения, или Бэрда (1926) и Дженкинса (1926), создавших успешные механические устройства? А может, Пауля Нипкова, еще в 1883 году придумавшего механическую систему сканирования изображения? А еще можно вспомнить Уиллоуби Смита, который обнаружил изменения электрического сопротивления селена под воздействием света еще в 1873 году. И здесь, пожалуй, лучше согласиться с Фило Фарнсуортом, который в 1957 году сказал: «Существуют тысячи патентов, важных для телевидения».

 

Телефон: Иоганн Филипп Рейс, Антонио Меуччи, Александр Белл, Элиша Грей

Споры, кто же был «отцом» телефона, во многом похожи на истории с изобретением радио и телевидения. Не будь развивающейся промышленности и целой когорты исследователей, ни один из изобретателей не смог бы претендовать на это весьма почетное «отцовство».

Необходимость передавать важные новости на большие расстояния появилась у людей еще в далекой древности. С этой целью использовали цепь глашатаев, находящихся на расстоянии нескольких сот метров друг от друга, чтобы каждый мог услышать, что кричит ему сосед. С изобретением рупора новости могли передаваться на значительно большее расстояние, да и слышимость стала намного лучше. В 1579 году Дж. делла Порта предложил использовать в качестве переговорного устройства трубы и проложить в стране целую сеть таких громкоговорителей. Идея акустической связи с помощью труб получила реальное распространение лишь после того, как физиком Био были проведены исследования по распространению звука по трубам на большие расстояния. В результате он выдвинул идею создания нового средства связи. Чтобы увеличить дальность связи и повысить ее надежность, в 1900 году Фрайтаг предложил наполнять трубы светильным газом. Кстати, связь между капитанским мостиком и машинным отделением на кораблях и сегодня осуществляется по трубам.

Первым, кто употребил слово «телефон», оказался Шарль Бурсель. В 1854 году он опубликовал диссертацию, где описал принцип действия устройства, но до практического применения дело не дошло. Идея использовать электричество, чтобы передавать звуки на большие расстояния, принадлежит американцу Ч. Пейджу, а первое устройство, которое могло передавать музыкальные тона, изобрел в 1861 году немецкий физик Иоганн Филипп Рейс. Он и назвал его уже известным словом telephon.

Еще студентом Рейс интересовался вопросом передачи и воспроизведения звуков с помощью гальванического тока. В 1860 году он возвращается к исследованию органов слуха человека, которым занимался раньше, и пытается воспроизвести происходящие при этом процессы. После изготовления десятка устройств он создает наконец «искусственное ухо» — оно было копией ушной раковины, выполненной из дуба, вход в раковину закрывала эластичная мембрана. На ней изобретатель укрепил молоточек с наковальней из платиновой пластинки. После того как устройство было готово, он соединил его с источником тока и электромагнитным приемником.

Позже он напишет, что изобрел аппарат, который может «переносить с помощью гальванического тока любые тона на любое расстояние». Однако аппарат был еще далек от совершенства, некоторые слова передавались отчетливо, но зачастую передача прерывалась без видимых причин. Причины ненадежной работы аппарата сумел объяснить Гельмгольц, доказав, что для отчетливого воспроизведения звука важна не только частота, но и тембр.

Идея передачи звукового сигнала на расстояние пришла в голову и уроженцу Флоренции Антонио Меуччи. В середине XIX века он пришел к выводу, что звуковые вибрации можно превращать в электрические сигналы и передавать на расстояние с помощью проводов. Но создать телефонный аппарат Меуччи смог только в 1860 году, когда уже жил в Америке. В то время Меуччи испытывал финансовые затруднения. Поэтому после публикации в газете сообщения о том, что им изобретен «телектрофон» — звук, бегущий по проводам, Меуччи продал за небольшую плату все свои разработки компании «Вестерн Юнион», которая пообещала ему дальнейшее сотрудничество.

Только в 1871 году Меуччи подал заявку на свое изобретение, но из-за финансовых проблем не смог завершить его регистрацию. Компания «Вестерн Юнион» также долгое время не проявляла интереса к устройству, а в 1874 году и вовсе заявила, что все документы утеряны. В 1876 году Меуччи узнал из газет, что патент на изобретение телефона выдан Александру Беллу. Только в начале XXI века нижняя палата Конгресса США приняла резолюцию о необходимости признать заслугу Меуччи в изобретении телефона.

Первый в мире телефон, предназначенный для передачи речи, изобрел Александр Белл. Он участвовал в конкурсе на решение проблемы уплотнения телеграфных цепей и попутно открыл эффект телефонирования. Четырнадцатого февраля 1876 года он подал заявку в патентное бюро на свое изобретение. И в тот же день в Чикаго, всего двумя часами позже, аналогичную заявку подал Элиша Грей, также участвовавший в конкурсе на решение проблемы уплотнения телеграфных цепей. Этих двух часов разницы хватило, чтобы патент получил Белл, а не Грей.

Надо признать, в телефоне Белла было много недостатков. Трубка служила как для передачи, так и для приема речи, операции осуществлялись по очереди, в телефоне не было звонка, вызов происходил через трубку при помощи свистка, дальность связи оказалась небольшой, а дальность действия линии не превышала 500 метров. Но несмотря на эти недочеты, его телефон был революционным открытием и дал заметный толчок развитию телефонной связи. В дальнейшем многие изобретатели совершенствовали первый телефон, мечтая сделать реальностью домашние проводные телефоны.

Усовершенствованию телефонной связи способствовало открытие Д. Юза, названное микрофонным эффектом. В 1877 году Юз изготовил телефонный передатчик, который назвал микрофоном. Это был угольный стерженек, вставленный в углубление угольных колодок. В точках касания стержня с колодками контактное сопротивление менялось в соответствии со звуковыми колебаниями. Изобретение микрофона дало возможность включать в сеть более сильные источники тока и создавать разветвленные телефонные линии.

Заметный вклад в развитие телефонной связи внес и Томас Эдисон — в 1877–1978 годах он изобрел угольный микрофон с угольным порошком. Это изобретение проработало вплоть до 1980 года, а в некоторых местах сохранилось и по сей день.

Но один проводной телефон еще ничего не означает, для того чтобы можно было звонить в пределах города, необходима телефонная станция. Первая такая станция была построена в городе Нью-Хейвен (США) в 1878 году, следующая появилась в Париже в 1879 году, а в 1881-м — в Москве, Петербурге, Одессе, Берлине, Риге и Варшаве. Благодаря этим станциям первые проводные телефонные аппараты могли соединиться друг с другом и выполнять свою основную функцию — передавать человеческую речь на довольно большие расстояния. На первых телефонных станциях два телефона соединяла телефонистка. Но в 1879 году трое американских изобретателей — М. Д. и Т. Э. Кеннеди и Т. И. Мак-Тай разработали автоматический коммутатор: аппарат просто осуществлял соединение телефонов в процессе набора номера.

С этого момента был дан толчок усовершенствованию номерных телефонов. В конце XIX и начале XX веков во всем мире начался телефонный бум, шло повсеместное строительство телефонных станций и междугородних линий, самыми длинными из которых были Москва — Петербург (660 км), Париж — Лондон (498 км) и Париж — Брюссель (320 км). На начало 1910 года во всем мире было уже не менее 10000 телефонных станций, которые обслуживали более 10 млн телефонов.

Но что же с приоритетом? Давайте вернемся в наше время. Не так давно, в 2008 году, журналист Сет Шульман опубликовал книгу The Telephone Gambit: Chasing Alexander Graham Bell’s 5есге/(«Телефонный гамбит: В погоне за секретом Александра Грэхема Белла»), в которой утверждает, что ему удалось найти веские доказательства того, что телефон все-таки изобрел Грей. При этом Шульман ссылается на лабораторный дневник Белла, который в 1999 году был переведен в цифровой формат и стал доступен широкому кругу исследователей. До этого момента доступ к записям Белла был закрыт по требованию его наследников.

Из лабораторного дневника, указывает автор книги, следует, что идея изобретения, на которое Белл получил патент, появилась в записях изобретателя лишь за 12 дней до того, как он отправил заявку на устройство. До этого момента Белл безуспешно пытался реализовать совершенно другой принцип передачи звуков по проводам.

В заявке Белла на патент, говорится в книге, приводится иллюстрация, на которой изображен человек, пользующийся аппаратом, ставшим известным как телефон. Эта же картинка с незначительными отличиями, указывает Шульман, фигурировала в пакете документов на изобретение, направленном Греем.

Субъективными доказательствами того, что Белл позаимствовал идею телефона у Грея, продолжает журналист, могут служить мемуары современников изобретателей. Один из мемуаристов рассказывает, что Белл сильно нервничал, когда ему пришлось демонстрировать изобретение в присутствии Грея. Несмотря на то, что патент достался ему, Белл почти не принимал участия в создании первых телефонов, над которыми работала компания, носящая его имя. Кроме того, Белл отказался давать показания на судебном процессе, в ходе которого Грей пытался доказать свое право на изобретение.

Но есть и более правдивая история, лишь частично касающаяся приоритета на изобретение телефона. Хотя, возможно, она затрагивает приоритеты на многие иные изобретения и открытия.

Как уже говорилось, центрами, из которых осуществлялось соединение абонентов, стали телефонные станции, где сидели телефонистки. По просьбе звонящего они вставляли штекер в соответствующее гнездо, соединяя Иванова с Петровым и Смита с Брауном. Для работы в таких сетях телефоны, естественно, не имели номеронабирателей — достаточно было снять трубку и позвать «барышню». Однако, как в технике чаще всего и бывает, вскоре появилась автоматическая система, готовая взять работу телефонисток на себя. В 1888 году в Америке была изобретена автоматическая телефонная станция под названием autophone. Принцип «автофона» заключался в отказе от ручной коммутации силами телефонисток в пользу автоматики. О причинах появления таких систем ходит немало мифов.

Миф первый — телефонистки ошибались. Это стопроцентный миф, ошибались они крайне редко.

Миф второй — телефонистки работали медленно. Это тоже миф: работали они очень быстро. Средний промежуток времени между тем, как звонящий называл фамилию абонента, с которым хотел поговорить, и звонком телефона у вызываемого абонента составлял 8 секунд! Это меньше, чем соединение в сотовой связи!

Миф третий — телефонистки хотели за свою работу слишком много денег и стали невыгодны. Это тоже неправда: на первых порах автоматическая телефонная связь была гораздо дороже ручной.

Так почему же телефонную связь автоматизировали, а телефонисток со станций убрали? Все очень просто: телефонистки подслушивали разговоры, и благодаря их подкупу получило небывалое распространение явление, которое сегодня принято называть «промышленным шпионажем». По регламенту своей работы «барышни» обязаны были в течение разговора подключаться к линии, выясняя, не освободилась ли она. Но время этого «прослушивания», а также то, что после работы сотрудницы телефонной станции делали с этой информацией, проконтролировать было невозможно.

Так что телефон в его первоначальном виде и номерной телефон — можно сказать, два разных аппарата, сходные лишь своей функцией переносить голос на расстояние. А раз так, то Кеннеди с Мак-Таем причастны к изобретению телефона в его современном виде не меньше, чем Белл и Грей.

 

Магнитно-резонансная томография (МРТ): Пол Лотербур, Питер Мэнсфилд, Реймонд Дамадьян

Для начала: что такое МРТ? Ответ может показаться весьма тяжелым для понимания.

По своей сути и по самому известному и исчерпывающему определению, магнитно-резонансная томография (МРТ) — способ получения медицинских изображений для исследования внутренних органов и тканей с использованием ядерного магнитного резонанса. Этот способ основан на измерении электромагнитного отклика атомных ядер, чаще всего ядер атомов водорода, а именно: на возбуждении их определенным сочетанием электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряженности.

Для того чтобы понять, что такое МРТ, придется заглянуть в историю. Как каждое изобретение, томография прошла долгую историю усовершенствований, пока не стала такой, какой мы ее знаем сегодня. Каждое из этих изобретений и усовершенствований сейчас кажется настолько естественным, что не приходится и задумываться о том, когда, где и при каких обстоятельствах они появились.

И все-таки история открытия МРТ весьма неоднозначна. Удивительно уже то, что в разных источниках совершенно разные люди будут названы первооткрывателями и изобретателями.

В СССР считалось, что томография родилась уже после открытия Евгением Завойским в 1944 году явления парамагнитного резонанса, независимо от подобного открытия Феликсом Блохом и Эдвардом Парселлом в 1946 году. Другая точка зрения: в открытии МРТ как метода заслуги Ф. Блоха из Стенфордского университета и Э. Парселла из Гарвардского чрезвычайно велики. В 1952 году оба были удостоены Нобелевской премии по физике «за развитие новых методов для точных ядерных магнитных измерений и связанные с этим открытия». Итак, снова споры за приоритет между разными учеными и даже странами. И споры, согласитесь, имеющие под собой основания.

В СССР способ и устройство для томографии предложил в 1960 году В. А. Иванов, но официальным годом рождения изобретения принято считать 1973-й. Именно тогда профессор химии и радиологии из Нью-Йоркского университета Стони Брук (он же Пол Лотербур) опубликовал в журнале Nature знаменитую статью «Создание изображения с помощью индуцированного локального взаимодействия; примеры на основе магнитного резонанса». Статья была о трехмерных изображениях объектов, полученных по спектрам протонного магнитного резонанса воды этих объектов. Эта работа легла в основу метода магнитной резонансной томографии (МРТ) и стала фундаментом для дальнейших исследований.

Последователем Лотербура стал профессор Ноттингемского университета Питер Мэнсфилд. Он усовершенствовал математические алгоритмы получения изображения. Оба ученых были удостоены Нобелевской премии в 2003 году в области физиологии и медицины за решающий вклад в изобретение и развитие метода магнитно-резонансной томографии.

В 1975 году, одновременно с исследованиями Мэнсфилда и Лотербура, Ричард Эрнст создал теорию о магнитно-резонансной томографии, осуществляемой с использованием фазового и частотного кодирования — метода, используемого до сих пор. И только в 1980 году Эдельштейн с сотрудниками, применив этот метод, продемонстрировали изображение человеческого тела. Понадобилось всего пять минут для получения картинки, а к 1986 году это время было снижено до пяти секунд без потери качества снимка. Удивительно, но сами изобретатели считали, что для середины 1980-х это не такое уж и большое достижение.

Самые первые томографы для исследования тела человека появились в клиниках в 1980–1981 годах, сегодня же томография, которая поначалу обозначалась аббревиатурой ЯМР (ядерно-магнитный резонанс), стала целой областью медицины.

Однако список изобретателей МРТ был бы неполным без упоминания имени американского ученого, доктора Реймонда Дамадьяна. В 1960 году Дамадьян получил степень доктора Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке. Свою научную деятельность он посвятил исследованию онкологических заболеваний. Через одиннадцать лет были опубликованы результаты его исследований: здоровые ткани и опухоли по-разному реагируют на ЯМР — частота релаксационного излучения ядер у них неодинакова. Такой вывод Реймонд сделал после проведенных опытов на крысах, у которых впервые в истории смог диагностировать рак. В 1972 году ученый предложил провести сканирование человеческого тела с помощью ЯМР и подал заявку на патент «Аппарат и метод для обнаружения рака в тканях». Однако получил его только спустя два года. В 1977 году он принял решение испробовать магнитно-резонансную томографию (МРТ) на человеке.

Для начала Дамадьян применил новый метод на себе, только этот опыт оказался неудачным: для успешного исхода эксперимента вес Реймонда оказался чересчур большим. Спустя некоторое время изобретение было опробовано на его ассистенте — тогда ученый и получил первые долгожданные изображения реакции человеческих тканей на ЯМР. Изобретение Дамадьяна было признано одним из самых больших прорывов в диагностической медицине. В 1978 году он основал корпорацию по производству магнитно-резонансных сканеров, и спустя два года был выпущен первый коммерческий сканер МРТ. Изобретение ученого получило такую популярность, что его начали не только копировать, но и пытаться усовершенствовать.

Как мы уже убедились, Нобелевская премия далеко не всегда достается настоящему изобретателю, даже несмотря на всемирное признание заслуг. Дамадьян был удостоен множества престижных наград и премий, однако Нобелевская премия досталась не ему. Скандал случился в 2003 году. Премия в области медицины была вручена Питеру Мэнсфилду и Полу Лотербуру за их открытия, связанные с МРТ (вернее, за нововведения, основанные на открытии Дамадьяна). Однако в списке лауреатов имени самого Реймонда не было, что вызвало резонанс в научных кругах. Позже группа активистов, назвавшихся «друзьями Реймонда Дамадьяна», публично опротестовала отказ в присуждении Нобелевской премии Дамадьяну в статье «Постыдная ошибка, которая должна быть исправлена», опубликованной в знаменитых изданиях New York Times, Washington Post, Los Angeles Times, Stockholm's Dagens Nyheter. Но и это не помогло, Нобелевский комитет по сей день своего решения не изменил.

 

Лампа накаливания: Томас Эдисон, Джозеф Свен, Павел Яблочков

Судьба самой обыкновенной электрической лампочки не менее примечательна. Началась она в 1802 году в Санкт-Петербурге. Тогда профессор физики Василий Владимирович Петров пропустил электрический ток по двум стержням из древесного угля. Между ними дугой перекинулось пламя. Как ни странно, возможность использовать дугу для освещения менее всего заинтересовала ученого. Он обратил внимание на температуру пламени — в ней плавились металлы. Спустя 80 лет это свойство использует другой ученый, Бенардос, для сварки металлов.

Открытие Петрова осталось незамеченным. А спустя 10 лет электрическую дугу получил в своем эксперименте англичанин Хэмфри Дэви. Однако до появления лампы накаливания оставалось еще более полувека.

Чтобы использовать электрическую дугу для освещения, было необходимо решить три задачи:

• концы угольков, между которыми вспыхивала дуга, в ее пламени быстро сгорали. Расстояние между ними увеличивалось, и дуга гасла. А значит, необходимо было найти способ поддерживать пламя не несколько минут, а сотни часов, то есть создать удобный для пользования электрический светильник;

• был необходим надежный и экономичный источник тока. Существовавшие гальванические батареи были громоздки, и на их изготовление уходило много дорогого цинка.

• требовался способ «дробить электрическую энергию», попросту говоря, использовать вырабатываемый машиной ток для нескольких светильников, установленных в разных местах.

Основной вклад в создание лампы накаливания внесли люди, по странному капризу судьбы родившиеся в 1847 году: Павел Яблочков, Александр Лодыгин и Томас Алва Эдисон. В истории с лампой накаливания есть и другие имена, и, конечно, мы об этих людях не забудем. Благодаря открытию Фарадеем эффекта возникновения электрического тока в изолированном проводе при его движении в магнитном поле, были построены первые генераторы электрического тока — динамо-машины.

Первым отличился будущий обладатель Ломоносовской премии от Петербургской Академии наук Александр Лодыгин. Он тоже начал опыты с электрической дугой, но очень быстро от них отказался, увидев, что раскаленные концы угольных стержней светят ярче, чем сама дуга. Изобретатель пришел к выводу, что дуга не нужна, и начал опыты с разными материалами, накаляя их током. Эксперименты с проволокой из различных металлов ничего не дали — проволока светилась несколько минут, а затем перегорала. И Лодыгин вернулся к углю, только брал не толстые угольные стержни, а тонкие. Угольный стерженек помещался между двумя медными держателями в стеклянный шар, и по нему пропускался электрический ток. Уголь стал давать свет довольно яркий, хотя и желтоватый, стержень выдерживал примерно полчаса.

Тогда Лодыгин прибег к очень простому, на первый взгляд, решению. Для того чтобы стержень не сгорал, изобретатель поставил в лампу два стержня. Сперва накалялся только один и быстро сгорал, поглощая весь кислород в лампе, после этого начинал светиться второй. Поскольку кислорода оставалось очень мало, он светил примерно два часа. Теперь нужно было выкачать воздух из лампочки и исключить его просачивание внутрь. Для этого нижний конец лампы Александр Николаевич погружал в масляную ванну, через которую от источника тока к лампе шли провода. Вскоре и от этого способа пришлось отказаться, была сделана лампочка, в которой можно было менять угольные стержни после сгорания. Основные неудобства возникали из-за необходимости откачивать воздух.

Пришло время продемонстрировать свое изобретение на публике, что и было сделано летом 1873 года, когда товариществом «Лодыгин и компания» был организован вечер, где были показаны фонарь для освещения комнаты, сигнальный фонарь для железных дорог, подводный фонарь и уличный. Каждый из них мог зажигаться и гаситься отдельно от остальных. Академия наук присвоила Лодыгину Ломоносовскую премию за то, что его изобретение приводит к «полезным, важным и новым практическим применениям».

Почти одновременно собственную конструкцию лампы разрабатывал Яблочков. Работая на Курской железной дороге, Павел Николаевич предложил поставить на паровозе поезда Александра II электрический фонарь для освещения пути. Он представлял собой два угольных стержня, между которыми вспыхивала электрическая дуга. По мере сгорания стержней их сближал механический регулятор. Ток давала гальваническая батарея. Молодому изобретателю пришлось две ночи напролет провести на паровозе, беспрестанно подправляя регулятор.

Первая лампа, удобная в практическом применении, была изготовлена им в мастерской Бреге, куда он поступил на работу, уйдя со службы в России и перебравшись в Париж. Изобретателя занимала одна проблема: как построить лампу, не нуждающуюся в регуляторе? Решение оказалось простым: вместо того чтобы располагать стержни один против другого, их надо было поставить параллельно, разделив прослойкой тугоплавкого вещества, не проводящего электрический ток. Тогда угли будут сгорать равномерно, а прокладка будет играть ту же роль, что и воск в свече. Для прослойки между электродами Яблочков выбрал каолин — белую глину, из которой делают фарфор.

Наконец в 1876 году, через месяц после этого озарения, такая лампочка накаливания была сконструирована, и Яблочков получил на нее патент. Свою «электрическую свечу» он помещал в стеклянный шар, а для ее зажигания использовал простое устройство: стержни сверху соединялись тонкой угольной нитью. Когда пускали ток, нить раскалялась, быстро сгорала, и между стержнями вспыхивала дуга.

Это произвело фурор во всей Европе. Лампочка пользовалась невероятным спросом. Магазины, театры, улицы Парижа были освещены «свечами Яблочкова». В Лондоне ими осветили набережную Темзы и корабельные доки. Яблочков стал одним из самых популярных людей в Париже. Газеты называли его изобретение «русским светом». А после грандиозного успеха «свечи Яблочкова» на Парижской выставке 1878 года, которую посетило много русских, ею заинтересовались и в России.

Между двумя русскими изобретателями электрической лампы завязался творческий спор о путях развития электрического освещения. Яблочков считал, что отказ от дуги — ошибка Лодыгина и лампочки накаливания не смогут быть прочными и экономичными. Лодыгин же, в свою очередь, упорно совершенствовал свою лампочку накаливания. Надо сказать, у «свечи Яблочкова» был один недостаток — слишком сильный свет, который она давала, не менее 300 свечей. И при этом излучала столько тепла, что в небольшой комнате было невозможно дышать. Поэтому «свечами Яблочкова» пользовались для освещения улиц и больших помещений: театров, заводских цехов, морских портов.

Теперь мы переходим к самой загадочной части истории: почему именно Томас Эдисон считается изобретателем лампы накаливания?

Во второй половине 1870-х годов идея электрического освещения с помощью проводников, накаливаемых электрическим током, была уже не нова. Многие ученые, инженеры и изобретатели проводили исследования и эксперименты в этом направлении, им были ясно видны большие перспективы практического применения электрических ламп накаливания. И не удивительно поэтому, что во многих странах нашлись свои изобретатели первой лампы накаливания: в Великобритании — Свен, в России — Лодыгин, в Германии — Гебель, в США — Эдисон. Так почему же тогда в общественном сознании практически всего человечества утвердилось устойчивое мнение, что изобретателем лампы накаливания является именно Томас Эдисон?

Это тем более удивительно, если учесть, что в самой Америке уже в начале 1880-х годов было несколько изобретателей, а также представлявших их компаний, стремящихся занять лидирующие позиции на еще только зарождающемся и весьма перспективном рынке электрического освещения.

В то время централизованных электрических сетей не существовало и лампочки сами по себе были не нужны. Поэтому обычно предлагалось комплексное решение проблемы освещения здания (например, большого магазина) или нескольких помещений, которое включало в себя практически все оборудование и материалы, начиная от электрических генераторов и заканчивая лампочками накаливания. А ведь еще не было практически никакой соединительной электрической арматуры, все элементы ее еще предстояло изобрести и организовать их производство. Не говоря уже о нормах, нормативах, правилах эксплуатации и техники безопасности, которые также еще не были выработаны.

Первого января 1880 года в Менло-Парке (США) Томас Эдисон провел первую публичную демонстрацию электрического освещения. Чуть больше, чем через год, выходит книга, в которой автор делает обзор мирового состояния этого направления электротехники. К 1881 году в США уже существовало несколько предложений по генераторам, которые можно было использовать для целей электрического освещения. А какие известные даже для современного человека фигурируют имена: Сименс, Максим, Эдисон!

Обзор ламп накаливания, сделанный Эдисоном, включал в себя лампы Starr и King, Лодыгина, Кона и Козлова, Булыгина, Сойера, Эдисона и Максима, в которых углерод защищен от атмосферы, а также те, в которых он горит в воздухе, — Ренье и Ведермана. Из первых только последние три считались практичными лампами, лампы же Максима во всех существенных деталях дублировали изобретение Эдисона.

Русский след в электрическом освещении с помощью ламп накаливания невозможно было не заметить, тем более что уже через год после демонстрации изобретения Эдисона в США появляются еще как минимум две лампы накаливания: Сойера и Максима, то есть там напряженно работали над этим вопросом и не знать состояние дел в своей области просто не могли.

К этому можно добавить, что лампы накаливания Сойера и Мэна были запатентованы раньше лампы Эдисона, и по этим патентам с 1886 года производила лампочки компания Thomson-Houston Electric Company, а после 1892 года — компания Джорджа Вестингауза, вплоть до окончания срока действия патентов Эдисона в 1897 году.

Сейчас самое время упомянуть имя британского изобретателя и оружейника американского происхождения Хайрема Стивенса Максима, который также сыграл важную роль в становлении электрического освещения. Максим совместно с Уильямсоном и другими еще в 1877 году основал компанию The United States Electric Lighting Company, занимавшуюся электрическим освещением, правда, в основном с использованием дуговых ламп. После появления в 1880 году ламп Эдисона Максим быстро перестроился и уже в 1881 году на выставке в Париже успешно продемонстрировал несколько моделей динамо-машин и свои лампы накаливания.

Максим был вполне в состоянии так быстро представить свое изобретение, в частности, потому что в начале 1880 года он нанял Людвига Бема — стеклодува Эдисона из Менло-Парка. Патентных споров с Эдисоном ему избежать не удалось, однако лампы оказались очень удачными и производились в течение нескольких лет, даже после того, как Максим в 1881 году переехал в Англию и практически перестал заниматься электричеством, сосредоточившись на своем главном изобретении — пулемете.

Компании Уильяма Сойера The Sawyer & Man Electric Co. и Хайрема Максима просуществовали относительно недолго. После бурного начального этапа развития электрического освещения в первой половине 1880-х годов, когда в этот сегмент рынка устремились множество игроков, началась череда слияний и поглощений, и, как это нередко случается, даже основоположники пали под натиском более успешных конкурентов.

Одними из таких удачливых конкурентов были профессора Элиу Томсон и Эдвин Хьюстон, которые в конце 1870-х годов начали целую серию экспериментов по усовершенствованию существующих дуговых ламп и динамо-машин. В 1880 году, после того как к ним обратилась группа бизнесменов из Новой Британии, Томсон и Хьюстон согласились на образование компании, которая стала заниматься коммерческим производством систем освещения (обеих ламп — дуговых и накаливания), причем на основании собственных патентов.

К 1890 году, в результате всех этих конфликтов интересов и их объединения, Эдисон, Томсон с Хьюстоном и Вестингауз образовали так называемую «Большую Тройку» (Big 3) американской осветительной индустрии. Однако на этом слияния не закончились. В 1892 году известный американский банкир и финансист Джон Пирпонт Морган инициировал слияние Edison General Electric Company и Thomson-Houston Electric Company, в результате чего образовалась знаменитая General Electric.

Исчезновение имени Эдисона из названия компании, у истоков которой он стоял, весьма символично. К тому времени Томас Эдисон вчистую проиграл Вестингаузу спор о том, какой ток, постоянный или переменный, стоит использовать.

Известно, что Эдисон был приверженцем постоянного тока, однако уже к концу 1880-х годов стало ясно, что перспектив у этого вида тока, в случае его широкого промышленного производства и передачи на большие расстояния, практически нет. Эдисон же продолжал с большим упорством продвигать свои системы постоянного тока, хотя на него некоторое время работали два молодых гения: 28-летний Никола Тесла и 22-летний Михаил Доливо-Добровольский — приверженцы переменного тока и будущие изобретатели, соответственно, двухфазного и трехфазного двигателей переменного тока.

Не добившись взаимопонимания с Эдисоном, Доливо-Добровольский переехал в Г ерманию к Сименсу, а Тесла в 1888 году перебежал к его основному конкуренту — Вестингаузу. В том же году в лаборатории Вестингауза был изобретен электросчетчик переменного тока, после чего исход схватки был уже предрешен.

Что же получается:

• лампу накаливания придумал не Эдисон;

• не был он первым и в практическом применении и производстве этих ламп, хотя первым сделал это производство массовым;

• битву с основным конкурентом за продвижение своей системы освещения перед началом массового его применения Эдисон проиграл;

• вольфрамовую нить компания General Electric внедряла уже без участия великого изобретателя.

Тем не менее практически весь мир называет простую лампу накаливания именно лампочкой Эдисона. Не Свена, не Лодыгина, не Максима. почему?

Заслуга Эдисона прежде всего в том, что он изобрел и создал надсистему для этой лампы и поставил ее производство на поток, к тому же сильно снизив стоимость одной лампы. Он придумал для лампы винтовой цоколь и патрон, изобрел предохранители, выключатели, первый счетчик энергии. Именно с лампочки Эдисона электрическое освещение стало действительно массовым, придя в дома простых людей.

Массовое производство лампочек — несомненно, большая заслуга Эдисона. Первоначально он продавал свои лампы ниже себестоимости, по цене 1 доллар 25 центов. Но путем внедрения механизации в производственные процессы ему удалось настолько снизить себестоимость, что через три года при продаже по 22 цента за штуку каждая лампа приносила прибыль в три цента, и новые доходы компенсировали все предыдущие потери.

Винтовой цоколь для электрических лампочек, придуманный Эдисоном, до сих пор является одним из общепринятых мировых стандартов. Все остальное оборудование и необходимые аксессуары также были разработаны командой Эдисона, практически ничего этого раньше не существовало.

Главной заслугой Эдисона стало то, что он первый создал практически осуществимую, а потому и широко распространившуюся систему электрического освещения лампами накаливания с прочной, обладающей высоким сопротивлением нитью накала, с высоким и устойчивым вакуумом и с возможностью подведения электрического тока к огромному количеству независимых друг от друга и от расстояния точек освещения.

Обратимся к статье «Очерк развития ламп накаливания» из энциклопедии «Промышленность и техника», изданной в начале ХХ века и написанной практически современниками и Эдисона, и Свена, и остальных «соперников» на поле борьбы за приоритет. Вот что мы можем прочесть в этом очерке:

«Осенью 1879 года неожиданно выдвинулся в этой области изобретений Томас Эдисон и довел до практического завершения ее производство. До этого времени Эдисон придерживался металлических проволок в качестве накаливаемого тела, но когда увидел результаты изобретений Сойера и Мана, то вступил на верный путь и благодаря своей выдающейся гениальности изобретателя сумел за несколько недель привести лампу накаливания в полную пригодность для практического применения.

Сначала он заменил ломкий бумажный уголек лучшим, приготовляемым из обугленных бамбуковых волокон, и вместе с тем нашел, что накаливаемому телу следует придавать возможно большее сопротивление, чтобы, увеличивая напряжение, уменьшить силу тока, необходимую для накаливания.

В том же году Эдисону удалось устроить первую практическую установку освещения накаливанием (на пароходе “Колумбия” со 115 лампами), после чего подобные установки стали быстро распространяться.

В Европе начали интересоваться лампами накаливания в 1880 году, а познакомились с ними вполне только тогда, когда Эдисон доказал на деле их преимущества на Электрической выставке в Париже (в 1881 г.). С этого времени освещение накаливанием стало быстро распространяться».

Вероятно, в этом и кроется ответ на вопрос «Почему лампа Эдисона?» — хотя все же не следует забывать имена тех, кто не меньше энергии и сил отдал изобретению такого удобного и практичного предмета, как электрическая лампочка.

 

Паровоз: Джордж Стефенсон, Ричард Тревитик, Мирон и Ефим Черепановы

Человек давно задумывался о том, как использовать движущую силу пара. Идея применения пара для нужд транспорта возникла еще в XVII в. Первыми практическими пробами были попытки приспособить паровые двигатели к обыкновенным повозкам или телегам. Такие повозки были рассчитаны на движение по гладкой дороге без рельсов.

В 1763 году французский инженер Коньо построил первую паровую повозку. Эта машина работала всего 12–15 минут. В 1769 году Коньо построил более совершенную повозку, но, когда ее пустили по улицам Парижа, оказалось, что управлять ею невозможно.

В 1787 году американец Эванс изобрел еще одну паровую повозку, столь же несовершенную.

В 1780-х годах к проблеме пробовал подступиться Уильям Мердок, ученик и помощник Джеймса Уатта. Он построил паровую повозку с двигателем конструкции своего учителя. Мердок создал целый ряд интересных моделей, но сделать практически пригодную машину ему также не удалось.

До конца XVIII века ни одна из попыток использовать силу пара для целей передвижения так и не оказалась успешной. Дело было не только в совсем не простых технических задачах. Внедрению пара чрезвычайно мешало косное, предвзятое отношение большей части общества к самой идее искусственно увеличить скорость передвижения человека.

С точки зрения церковной морали, это был грех. Изобретатели, дескать, пытались внести некоторые «улучшения» и «исправления» в божественный промысел, который определил человеку ходить на двух ногах или в крайнем случае прибегать к услугам лошадей. Всякий другой способ передвижения рассматривался церковниками как «нечестивая попытка улучшить творение Творца», а люди, занимавшиеся таким предосудительным делом, объявлялись пособниками дьявола.

Если учесть, что церковь пользовалась огромным влиянием в Англии и до известной степени формировала общественное мнение, то понятно, что техникам и механикам, посягавшим вместе с «врагом рода человеческого» на «божественное установление», приходилось очень тяжело в благочестивом английском обществе конца XVIII века.

Уильям Мердок претерпел немало гонений от своих сограждан. Он построил небольшую трехколесную тележку и однажды ночью испытал ее на одной из малопроезжих дорог. Когда вода в котле паровой машины закипела, тележка неожиданно для изобретателя сама понеслась по дороге, причем развила такую скорость, что изобретатель был не в состоянии ее догнать. В это время по улице проходил местный священник. Увидев летящий навстречу ему светящийся и свистящий предмет, священник решил, что на него несется сам дьявол. Он поднял крик, на который сбежался народ.

Подошедший изобретатель пытался разъяснить тайну своего «черта», но никто его не слушал. Тележку мгновенно разломали, а создатель едва спасся бегством от разъяренной толпы. С этих пор за Мердоком прочно закрепилась репутация человека, знающегося с нечистой силой. Всякий богобоязненный невежда считал своим долгом из всех сил вредить Мердоку. Не раз сограждане ломали его модели, мешали проводить опыты, восстанавливали против него друзей, отпугивали от изобретателя почти всех знакомых. Подобная же судьба постигла и других изобретателей.

Однако развивающееся производство настойчиво требовало реконструкции транспортных средств. В начале XIX в. во многих странах велись работы над созданием парового автомобиля (тогда называвшегося «паровой телегой»).

Интересные опыты провел чешский механик Иосиф Божек (1782–1832). В 1815 году он построил паровую тележку и успешно ее испытал. Но в 1817 году попытки повторить опыты с более мощной машиной хороших результатов не дали. Заметим, что проблема создания парового автомобиля так и не была решена. Автомобиль был создан только на базе двигателя внутреннего сгорания.

Многие изобретатели в ту эпоху пытались построить локомотив, двигающийся по рельсам. Большое значение для создания железнодорожного транспорта имели работы шотландского инженера и механика Ричарда Тревитика (1771–1833): он первым пришел к идее передвижения паровых локомотивов по специально устроенным рельсовым путям. В 1803 году Тревитик сконструировал паровоз для рельсового пути, а в феврале 1804 года провел его первое испытание.

Это важное событие в истории транспортной техники описывалось в одной английской газете: «Позавчера состоялось долгожданное испытание новоизобретенной паровой машины мистера Тревитика. Испытание превзошло, ко всеобщему изумлению, все, что ожидали от него наиболее ярые сторонники. В данном случае. машина была употреблена для перевозки до 10 тонн полосового железа на расстояние свыше 9 миль; необходимо при этом отметить, что тяжесть груза быстро возросла с 10 до 15 тонн благодаря тому, что не менее 70 человек взобралось на повозку. Подталкиваемые непобедимым любопытством, они жаждали прокатиться, пользуясь первым успехом изобретателя. Машина совершила свое путешествие без пополнения котла водой и свободно передвигалась со скоростью 5 миль в час.»

Впоследствии Тревитику удалось добиться еще большей скорости, к тому же паровоз тянул поезд из пяти вагонеток, общим весом около 25 т. Повозка Тревитика стала первой рельсовой паровой машиной в мире. Она имела один горизонтально расположенный паровой цилиндр, движение поршня передавалось ведущим колесам при помощи кривошипно-шатунного механизма и системы зубчатых колес. Чтобы облегчить прохождение шатуна через мертвые точки, Тревитик применил маховое колесо. Весил паровоз 6 тонн. Котел имел цилиндрическую форму и обратную жаровую трубу, сама топка была устроена в передней части паровоза.

Большим затруднением при первых опытах с паровозом явился рельсовый путь: состоявший из хрупких чугунных рельсов, он не был приспособлен для передвижения настолько тяжелого локомотива. Рельсы просто ломались под такой тяжестью, что вызывало частые задержки. В конце концов этот паровоз пришлось снять с рельсов, стало ясно, что машина требует доработки. Через три года упорной работы над усовершенствованием паровоза и рельсового пути Тревитик построил первую в мире кольцевую дорогу в Лондоне. У постройки этой были две простые цели: популяризация изобретения и получение финансовой поддержки.

Современные Тревитику газеты так описывали эту железную дорогу: «Наиболее удивительный вид транспорта, когда-либо изобретенный, представляет собой паровую машину на четырех колесах, устроенную таким образом, что она свободно и без всякой посторонней помощи мчится по кругу со скоростью 15–20 миль в час. При этом весит она 8 тонн и на ближайших скачках в Нью-Маркете будет состязаться с тремя лошадьми в беге в течение 24 часов, взяв старт одновременно с ними.»

Несколько позже Тревитик открыл для всеобщего пользования небольшую кольцевую железную дорогу вблизи одного из лондонских скверов. Всякий мог осмотреть и паровоз, и прицепленные к нему вагончики. Кольцевая дорога работала несколько недель, затем рельсы лопнули и паровоз опрокинулся. Тревитик, затративший на постройку дороги все свои средства, был вынужден прекратить дальнейшие работы.

Однако идея машины на паровом двигателе не покидала исследователей, над созданием новых паровозов продолжали работать другие изобретатели. За период с 1803 по 1814 год появилось много весьма разнообразных моделей рельсовых паровозов. В это время в Англии над созданием различных моделей работали изобретатели Бленкинсоп, Меррей, братья Чемпей, Брентон, Хедли и др.

В 1814 году сконструировал и испытал свой первый паровоз Джордж Стефенсон (1781–1848). Он в основном и решил проблему создания парового железнодорожного транспорта.

Стефенсон вышел из рабочей среды. Его отец и дед работали на угольных шахтах близ Ньюкасла. Сам Стефенсон в молодости также работал в угольных копях. Самоучка, он с большим упорством изучал механику, физику и другие науки. Параллельно с учением изобретал различные машины и механизмы.

Свой первый паровоз Стефенсон назвал «Блюхер» — в честь победителя Наполеона при Ватерлоо. Конструкция «Блюхера» повторяла многие решения для паровозов, к которым пришли изобретатели ранее. Первый паровоз Стефенсона был очень тяжел, медленно двигался, работал малопроизводительно, но бесперебойно. За этой конструкцией последовала вторая, потом следующие. До 1825 года он построил около 16 различных моделей, упорно добиваясь наиболее приемлемой конструкции. Не обошел Стефенсон вниманием и совершенствование рельсового полотна.

До 1825 года паровозы использовались главным образом на маленьких частных дорогах, обычно обслуживающих нужды рудников или фабричных предприятий. Появление более совершенных конструкций стимулировало строительство новых железнодорожных линий. В 1818 году была построена железнодорожная линия протяженностью 61 км между Стоктоном и Дарлингтоном, предназначенная для перевозки угля. В 1825 году Стоктон-Дарлингтонская линия была открыта для публики. На современников это произвело колоссальное впечатление.

Новая железная дорога быстро показала преимущества парового транспорта. Популярность железнодорожных перевозок в Англии росла, многочисленные изобретатели работали над созданием и совершенствованием новых видов локомотивов, а в 1829 году был объявлен конкурс на создание лучшего паровоза. Стефенсон представил на конкурс свою новую машину — знаменитую «Ракету». Мощность «Ракеты» составляла 13 л. с. «Бой паровозов», как называли этот конкурс, закончился победой «Ракеты», которая свободно тянула поезд весом в 17 т со скоростью до 21 км/ч. Скорость паровоза с одним пассажирским вагоном и 36 пассажирами составила 38 км/ч.

«Ракета» оставалась наиболее совершенным локомотивом того времени. Изобретатель приспособил к паровозу только что появившийся тогда трубчатый котел, который дал возможность значительно увеличить скорость. «Ракета» была построена с учетом всех достижений паровозостроения своего времени и явилась своеобразным итогом начального периода совершенствования парового транспорта.

Началась эра проведения железнодорожных линий. В 1830 году в Англии для пассажирского движения была открыта железная дорога между Ливерпулем и Манчестером протяженностью в 45 км. В этом же году в США была построена первая железнодорожная линия Чарльстон — Огаста длиной в 64 км. В 1832 году проведена железная дорога во Франции, в 1835-м — в Бельгии и Германии, а в 1837-м — в России и Австрии.

Первый паровоз в России был собран на Нижнетагильском заводе на Урале в августе 1834 года замечательными русскими механиками Ефимом Алексеевичем Черепановым (1774–1842) и его сыном Мироном Ефимовичем Черепановым (1803–1849). Паровоз Черепановых мог тянуть состав весом в 3,3 т со скоростью от 13 до 16 км/ч. Для увеличения парообразования Черепановы установили дымогарный котел с бо'льшим количеством трубок, чем в паровозе Стефенсона, и применили специальный механизм обратного хода. Вслед за первым паровозом Черепановы в 1835 году построили второй, более мощный. «Горный журнал» в июле 1835 года писал, что второй паровоз Черепановых «может возить за собой до 1000 пудов груза».

Однако замечательные машины Черепановых для развития железнодорожного транспорта использованы не были. Судьба их во многом повторила судьбу паровой машины Ползунова. В 1834 году в Россию приехал австрийский профессор Герстнер. Он сумел добиться от царя привилегии на строительство железной дороги между Петербургом и Царским Селом протяженностью в 27 км. Эта железная дорога была открыта в 1837 году.

К середине XIX в. темпы сооружения железных дорог общего пользования с паровой тягой возрастают достаточно быстро. С 1840 по 1870 год протяженность железных дорог во всем мире увеличилась в 14 раз.

Как видим, и в истории изобретения паровоза та же картина — без роста промышленности невозможно изобретение сложных механизмов, а именно научно-технический прогресс вынуждает многих изобретателей из разных стран, решая одни и те же задачи, создавать принципиально новые машины и механизмы. Так что говорить о приоритете зачастую неуместно.

 

Полеты: Джордж Кейли, Н. А. Телешов, Уильям Хенсон, А. Ф. Можайский, Уилбур и Орвилл Райты

О полетах с помощью специального устройства задумывался еще в XVI веке великий творец Леонардо да Винчи, однако первый управляемый полет был официально зарегистрирован лишь в начале ХХ века, в 1903 году, и осуществили его братья Райт.

Попытки сооружения летательного аппарата, способного поднять человека в воздух, были сделаны еще в конце XVIII века. История изобретения летательного аппарата берет начало в Англии, когда этим вопросом всерьез занялся сэр Джордж Кейли. Он издал несколько трудов, в которых подробно изложил принцип создания и функционирования прототипа современного самолета.

Свою работу изобретатель начал с наблюдения за птицами, он посвятил немало времени измерениям скорости полета птиц и размаха крыльев. Эти данные впоследствии стали основой публикаций, положивших начало развитию авиации.

В своих первых проектах Кейли представлял самолет как лодку с хвостовым оперением сзади и парой весел на носу. Конструкция должна была приводиться в движение с помощью весел, которые передавали бы вращение на крестообразный хвостовик в конце судна.

Изобретателем авиации в современном ее понимании стал еще один англичанин — Уильям Хенсон. Именно он в 1842 году получил заказ на разработку проекта летательного аппарата. Предложенный Хенсоном проект «парового воздушного экипажа» описывал все основные элементы винтомоторного самолета. В качестве устройства, приводящего конструкцию в движение, авиаконструктор предлагал использовать винт. Многие идеи, предложенные Хенсоном, в дальнейшем были развиты до работающих моделей и применялись в ранних моделях самолетов.

Российский изобретатель Н. А. Телешов запатентовал проект сооружения целой «системы воздухоплавания». Его концепция летательного аппарата также включала паровую машину и воздушный винт. Спустя несколько лет ученый предложил идею создания реактивного самолета, усовершенствовав собственный проект. Особенностью проектов Телешова была мысль о возможности перевозки пассажиров в закрытом фюзеляже.

Несмотря на то, что разработка конструкции летательного аппарата велась многими учеными еще в середине XIX века, изобретение самолета приписывают братьям Райт, чей аэроплан совершил кратковременный полет в 1903 году.

Но не все согласны с тем, что братья были первыми. Бразилец Альберто Сантос-Дюмон сконструировал, собственноручно построил и сам же испытал первый в мире прототип дирижабля в 1901 году. Тогда и было доказано, что полеты действительно возможны.

По еще одной версии, первенство в изобретении первого рабочего летательного аппарата следует присвоить российскому авиаконструктору А. Ф. Можайскому, чье имя навсегда останется в истории авиации. Споры о том, кто изобрел и кто создал самолет, ведутся до сих пор.

 

Работа братьев Райт

Братья Райт не стали первыми создателями самолета. Более того, первенство в неуправляемом полете человека также принадлежит не им. Тем не менее они смогли доказать самое главное: человек способен создать летательный аппарат и самостоятельно управлять им.

Заслуга Уилбура и Орвилла Райтов в том, что они первыми осуществили управляемый полет на летательном аппарате, пусть и короткий, но благодаря ему мечта о возможности осуществления пассажирских перевозок по воздуху, собственно, и зажила своей жизнью, став целью многих инженеров и изобретателей.

Авторству братьев принадлежит идея о трехосевом вращении летательного аппарата: именно за счет этого осуществлялось управление их самолетом и поддержание равновесия первой громоздкой конструкции.

Все ученые ломали головы над установкой более мощных двигателей для поднятия самолета в воздух, братья же сосредоточились на принципиальной возможности и осуществлении управления летательным аппаратом. Окончательному результату предшествовал ряд экспериментов с аэродинамической трубой, послуживших основой для разработки крыльев и пропеллеров аэроплана.

Первый планер с двигателем, построенный братьями, получил название «Флаер-1». Он был изготовлен из ели — этот материал отличается легкостью и надежностью. Устройство приводилось в движение бензиновым двигателем.

Заметим, что двигатель для «Флаера-1» был изготовлен механиком Чарли Тейлором, особенностью конструкции стал небольшой вес. Для этого механик использовал дуралюмин, чаще называемый дюралем.

Первый успешный полет братья выполнили 17 декабря 1903 года. Самолет поднялся на несколько метров и пролетел около 40 метров за 12 секунд. Затем последовали повторные испытания, в результате которых длительность и высота полета увеличились.

 

Сантос-Дюмон и его «14-бис»

Альберто Сантос-Дюмон известен не только как конструктор и испытатель воздушных шаров, но также иногда указывается как создатель первого в мире управляемого летательного аппарата. Правда, ему принадлежит изобретение не самолета, а управляемого дирижабля, оснащенного дополнительным приводным двигателем.

В 1906 году изобретение Сантоса-Дюмона, названное им «14-бис», было поднято в воздух и пролетело более 60 метров. Высота, на которую изобретатель поднял летательный аппарат, составила порядка 2,5 метров. Спустя месяц Альберто Сантос-Дюмон совершил полет на расстояние в 220 метров, причем на этом же аппарате, установив в результате первый рекорд по дальности перелета.

Особенностью «14-бис» было то, что конструкция смогла взлететь самостоятельно. Братьям Райт добиться этого не удалось, их самолет поднялся в воздух с посторонней помощью. Именно этот нюанс стал основополагающим в спорах о том, кого же следует считать создателем первого самолета.

После «14-бис» авиаконструктор всерьез занялся разработкой моноплана, и вскоре мир увидел «Демуазель». Альберто Сантос-Дюмон никогда не останавливался на достигнутом и не хранил свои изобретения в тайне. Конструкциями своих летательных аппаратов изобретатель охотно делился с тематическими изданиями.

 

Летательный аппарат Можайского

Проект своего летательного аппарата Можайский представил на рассмотрение еще в 1876 году, но столкнулся с непониманием чиновников военного министерства, и средств на продолжение исследований ему не выделили.

Несмотря на это, ученый продолжил разработки, вкладывая собственные средства: из-за этого строительство прототипа самолета Можайского затянулось на долгие годы.

Самолет был построен лишь в 1882 году. Первые испытания закончились катастрофой, но свидетели были единодушны в том, что летательный аппарат все же поднялся на некоторое расстояние от земли прежде, чем потерпел крушение.

Так как документальных подтверждений полета нет, утверждать, что Можайский был первым человеком, совершившим полет на самолете, нельзя, однако разработки ученого послужили основой для развития авиации.

 

Так кто же был первым?

Несмотря на многочисленные споры, о том, в каком году был изобретен летательный аппарат, первый официально зарегистрированный полет принадлежит братьям Райт. Поэтому именно американцы считаются «отцами» самолета.

Говоря по чести, сравнивать вклады в развитие авиации братьев Райт, Сантос-Дюмона и Можайского нецелесообразно, да и невозможно по сути. Первый самолет Можайского был построен за 20 лет до первого управляемого полета, к тому же конструктор использовал совершенно другой принцип.

Сантос-Дюмон также не может считаться первым, кто осуществил полет, однако изобретатель применил принципиально новый подход к сооружению летательного аппарата. Вероятно, благодаря этому его устройство и поднялось в воздух самостоятельно.

Помимо первого управляемого полета, братья Райт внесли весьма значимый вклад в развитие авиации: они первыми предложили принципиально новый подход к расчетам и конструированию пропеллера и крыльев летательного аппарата.

Нет смысла спорить, кто из этих ученых стал первым, потому что все они внесли огромный вклад в развитие авиации. Без их работ и исследований не было бы современного авиалайнера.

 

До полета братьев Райт

О работах сэра Джорджа Кейли мы уже упоминали. С него, видимо, и следует вести историю управляемых полетов на аппаратах тяжелее воздуха. Но до братьев Райт были и другие исследователи этого вопроса — без них, возможно, Райты так никогда и не увидели бы земли под крыльями своего «Флаера».

В 1848 году Джон Стрингфеллоу в Англии осуществил успешный испытательный полет модели с паровым двигателем. Эта модель была беспилотной.

В 1868 году француз Жан-Мари Ле Бри на своем планере «Альбатрос» совершил полет, при котором поднялся над землей с помощью конной тяги. Сообщалось, что Ле Бри удалось взлететь на целых 100 метров и преодолеть расстояние в 200 метров.

В 1874 году Феликс дю Тампль в Бресте (Франция) построил «Моноплан» — крупный самолет из алюминия с размахом крыльев 13 метров и весом 80 кг (без пилота). Было произведено несколько испытаний, планер стартовал с трамплина, полет продолжался короткое время, но дю Тампль благополучно возвратился.

Следующим пионером в авиации можно назвать Фрэнсиса Герберта Венхэма. Совершив ряд попыток построить беспилотный планер, он обнаружил, что подъемная сила больше действует на переднюю часть крыла, из чего заключил, что длинные и тонкие крылья будут эффективнее, чем те, что напоминают крылья летучей мыши и обычно используются его коллегами. Сегодня эта характеристика известна как относительное удлинение крыла. Он представил свои исследования недавно созданному Королевскому аэронавигационному обществу Великобритании в 1866 году и решил получить практическое подтверждение, для чего через пять лет построил первую в мире аэродинамическую трубу. Члены Общества испытали аэродинамическую трубу и определили, что изогнутые крылья обладают значительно лучшими характеристиками подъема, чем вытекало из исследований Кейли, в которых была описана практическая возможность сооружения аппаратов тяжелее воздуха.

Главным в исследованиях 1880-х было строительство первых действительно практически пригодных к эксплуатации планеров. Основной вклад внесли три человека: Отто Лилиенталь, Перси Пильчер и Октав Шанют. А один из первых планеров был построен Джоном Монтгомери. Исследователь поднял его в воздух 28 августа 1883 года недалеко от Сан-Диего. Дельтаплан же был сконструирован Вильгельмом Крессом в 1877 году.

Немец Отто Лилиенталь повторил опыты Венхэма и в 1874 году значительно развил их, после чего в 1889 году опубликовал исследования Венхэма. Он также сконструировал ряд лучших для своего времени планеров и в 1891 году уже мог совершать полеты на 25 метров и более. Лилиенталь строго документировал свои работы, включая фотографии, и считается одним из пионеров авиации. Он также продвигал концепцию «подпрыгнуть прежде, чем полететь», считая, что надо начинать с планеров, чтобы на практике поднять их в воздух, вместо того чтобы просто разрабатывать на бумаге тяжелую машину с двигателем, надеясь, что она будет работать. Его тип летательного аппарата сегодня известен как ручной планер. Ко времени своей смерти в 1896 году он совершил 2500 полетов на разных аппаратах. Во время последнего порыв ветра сломал крыло его планера. Лилиенталь упал с высоты около 17 м, получив перелом позвоночника, и на следующий день скончался. Последними его словами были: «Жертвы должны быть принесены».

Продолжил дело Лилиенталя Октав Шанют. Летом 1896 года несколько его аппаратов совершили серию полетов на Миллер Бич, Индиана, после чего исследователь сделал вывод, что наиболее удачной конструкцией будет биплан. Так же, как и Лилиенталь, он документировал всю свою работу, вел переписку со многими энтузиастами от авиации со всего мира. Шанют особое внимание уделял решению проблемы естественной стабильности летательного аппарата в полете. Основной задачей было достижение продольной стабильности.

До конца XIX века было совершено еще немало попыток сконструировать надежную модель, оснащенную двигателями, однако большинство этих усилий было обречено на неудачу, так как они разрабатывались любителями, которые не имели полного понимания проблем, изучаемых Лилиенталем и Шанютом.

Француз Клемент Адер успешно запустил «Эол», оснащенный паровой машиной, совершив короткий 50-метровый полет недалеко от Парижа в 1890 году. После этого испытания он немедленно начал большой проект, который занял 5 лет. Однако этот аппарат оказался слишком тяжел и был едва способен оторваться от земли.

Сэр Хайрем Стивенс Максим, уже упоминавшийся нами, изучил ряд проектов в Англии, после чего сконструировал огромный аппарат весом 3175 кг с размахом крыльев 32 м, оснащенный двумя модернизированными облегченными паровыми двигателями мощностью 180 л. с. каждый. Максим построил этот летательный аппарат для изучения основных проблем конструкции и двигателей, но не управления, и, понимая, что полет будет опасным, он испытывал его на специально построенном для этого рельсовом пути длиной 550 м. После большого числа испытательных пробегов, прошедших без эксцессов, 31 июля 1894 года была начата серия пробегов при увеличивающейся мощности двигателей. Первые два оказались успешными, аппарат «летел» на рельсах. Когда же были запущены три котла на полную мощность, то после достижения скорости 68 км/ч через 180 м машина взлетела настолько резко, что столкнулась с верхним рельсом, сделанным специально для ограничения высоты полета, и разбилась. Средства заканчивались, и до 1900-х годов изобретатель продолжить свою работу не мог, однако впоследствии проводил испытания меньших аппаратов на бензиновых двигателях.

На Туманном Альбионе конструкторы тоже не бездействовали. В Великобритании попытка создания летательного аппарата тяжелее воздуха была предпринята другим пионером авиации, Перси Пильчером. Пильчер построил несколько рабочих планеров, на которых успешно летал в середине-конце 1890-х годов. А в 1899 году создал опытный образец самолета с двигателями, который, как показало значительно более позднее исследование, был способен к полету. Однако Пильчер умер после несчастного случая прежде, чем смог проверить это на практике, и его разработки были забыты на многие годы.

Таким образом, история совершения управляемого полета на аппаратах тяжелее воздуха еще раз демонстрирует уже доказанную истину: без предшественников не было бы последователей, без определенного уровня развития техники все попытки сооружения летательных аппаратов так и остались бы мысленными экспериментами.

 

Конвейер: Эли Уитни, Генри Форд

Кто изобрел конвейер? При ответе на этот вопрос чаще всего упоминают имя знаменитого американского промышленника Генри Форда. Но верно ли это утверждение? Попробуем разобраться.

Как ни странно, правильность ответа зависит от того, что понимать под термином «конвейер». Разве не конвейером было то, что организовал еще в конце XVIII века американский предприниматель Эли Уитни? В стране шли приготовления к войне, и правительство готово было выдать весьма выгодный срочный заказ на производство стрелкового оружия. Никто, однако, не брался поставить столь большое количество мушкетов в весьма сжатые сроки. Все дело было в том, что мушкет, как и большинство механизмов того времени, был изделием штучным: от начала и до конца его изготавливал один мастер. Причем два экземпляра, сделанные им, незначительно, но все же отличались друг от друга. Понятно, что мушкеты двух разных оружейников отличались уже весьма существенно. К тому же штучное производство было делом небыстрым и требовало немалого числа квалифицированных специалистов.

В 1798 году Эли Уитни нашел решение всех этих проблем. Были изготовлены шаблоны каждой детали мушкета, и приглашенные Уитни мастера делали только по одной детали оружия, но в точном соответствии с образцом. Теперь сборщик, стоявший последним в технологической цепочке, мог взять из ящика любое дуло, любой приклад, любой спусковой механизм — и все они подходили друг к другу. Так можно ли назвать то, что сделал Эли Уитни, конвейером? Если подразумевать под конвейером ленту транспортера, то нет. Но как технологический процесс конвейерное производство уже было создано!

Теперь поговорим именно о ленте транспортера, то есть механизме, который свел к минимуму перемещения рабочих, доставляя объект прямо на рабочее место. Такой конвейер впервые использовали в отрасли, весьма далекой от автомобилестроения. К тому же на этой линии осуществлялся не монтаж, а наоборот, демонтаж конструкции. Причем конструкцией было вовсе не творение рук человеческих. Для того, чтобы понять, о чем идет речь, следует мысленно совершить путешествие на знаменитые бойни Чикаго. Здесь Густав Смит организовал крупнейший мясной концерн, перерабатывающий за час до 1200 животных. Что же обеспечило столь высокую производительность труда? Конвейерная разделочная линия!

Туша животного двигалась на транспортере мимо мясников, стоящих по обе стороны от нее. Каждый из них повторял только одно движение, отсекая от каждой туши кусок мяса, от одной и той же ее части. В конце технологической цепочки оставался голый скелет, который, впрочем, тоже шел на переработку — из него делали костную муку. Недаром фраза Смита «я использую у свиньи все, кроме поросячьего визга» стала крылатой. Кстати, конвейер использовался не только на разделочной линии. Консервирование и упаковка мяса тоже производились на движущейся ленте.

Через двадцать восемь лет после открытия этой технологии, в 1903 году, предприятие Смита посетил высокий мужчина с усами щеточкой. Он не обращал внимания ни на жуткий запах, ни на поистине адские условия производства, его взгляд был прикован к тушам, движущимся по наклонному рельсу под действием силы тяжести. Туши сами подползали под ножи то одного, то другого раздельщика.

Восторженного экскурсанта звали Г енри Форд, ему было 40 лет, и он уже собрал в дровяном сарае свой первый автомобиль. Собрал, как все машиностроители того времени, — кустарным способом. Автомобили, как и мушкеты, о которых мы уже говорили, были штучными изделиями. Деталь от одного не подходила другому. Любой ремонт, требующий замены агрегата, превращался в настоящую техническую головоломку. Дальнейший прогресс автомобилестроения был невозможен без стандартизации узлов и механизмов.

Решение этой задачи связано в истории техники с именем основателя компании «Кадиллак» Генри Лиланда. Именно его усилиями фирма первой среди машиностроителей добилась полной идентичности деталей автомобилей одной серии. В 1908 году, чтобы продемонстрировать взаимозаменяемость деталей, лондонский дилер «Кадиллака» Фредерик Беннет решился на необычный эксперимент. Из партии в восемь одноцилиндровых автомобилей серии «А» были случайным образом отобраны три экземпляра. Их перегнали на трек Бруклэндс и провели на высокой скорости по трассе, совершив несколько кругов на каждом. После этого тестового испытания все три «Кадиллака» были отогнаны в гараж и разобраны на части — по 721 детали. Все эти 2163 детали перемешали и 90 из них изъяли, заменив аналогичными со склада Беннета. Когда все три автомобиля снова собрали, изумлению публики не было предела: они не только завелись, но прошли 500 миль по треку с максимальной скоростью 54,4 км/ч!

Это было поистине чудом, и «Кадиллак» получил специальную премию автомобилестроителей за достижение небывалых высот в стандартизации.

Следующим шагом на пути к созданию конвейерной сборочной линии в машиностроении стало изобретение, появившееся в 1903 году в компании «Олдсмобиль». На заводе в Детройте, отстроенном после пожара, была задействована новая сборочная линия. Детали и узлы будущего автомобиля перемещались на ней от одного рабочего места к другому на специальных тележках. Этот прообраз конвейера позволил увеличить выпуск автомобилей с 400 до 5000 в год.

Создавая конвейерное производство, Генри Форд взял на вооружение весь накопленный до него опыт. В результате легендарная модель «Т» изготавливалась на конвейерной линии за два часа и стоила менее 400 долларов! С 1913 по 1929 год половину всех продаваемых в США автомобилей составляли «Форды».

Результат потрясающий, но, согласитесь, вряд ли он дает право назвать Генри Форда единоличным изобретателем конвейера!

См.: Промышленность и техника. Энциклопедия промышленных знаний. — Том 3: Электричество. — С.-Петербург, 1904.

 

Ошибочно названные открытия

Этот закон называется «Теория ошибочной идентификации», и гласит он, что ни одно открытие не носит имя того ученого, который его сделал.

Что интересно — получается, если закон Стиглера справедлив, то сама его формулировка утверждает, что выведен он был не Стиглером. Объясняя, что название закона принадлежит великому социологу Роберту Мертону, Стиглер отмечает, что закон подтверждается даже его собственным примером, то есть применим и к самому себе.

Но чем же объясняется закон Стиглера? Можно начать с посылки Мертона: «Все научные открытия совершаются не в одиночку». Тогда действительно возможно, что любое открытие неизбежно получает имя в честь не того из многочисленных открывателей. Но на этом банальном наблюдении закон Стиглера не останавливается. Возьмем, к примеру, теорему Пифагора. Пифагор не только не был одним из открывателей, теорема эта была известна до него, а доказана после него. Пифагор не знал даже о ее геометрическом значении.

Оказывается, что такая ошибка в наименовании отнюдь не редкость. Вот несколько примеров.

Бактерия сальмонелла, являющаяся причиной острых кишечных инфекций человека и животных, была открыта в 1885 году Теобальдом Смитом, сотрудником лаборатории Даниэля Салмона, известного в XIX веке специалиста по ветеринарии. Сальмон никакого отношения к этой работе не имел, однако все лавры достались ему.

Проказа, описанная еще в Библии, получила в XIX веке официальное название болезни Гансена по имени норвежского врача Герхарда Хансена, который выделил бактерию Mycobacterium 1ергаев 1873 году, но никаких доказательств того, что именно она является причиной проказы, не привел. Это сделал позже, в 1880 году, Альберт Нейссер.

Формула Кардано. О запутанной истории формулы решения кубических уравнений мы уже поговорили. А еще о двух, уже не математических, а чисто технических решениях, связанных с этим именем, разговор впереди.

Теорема Безу. Вполне возможно, что ее впервые сформулировал Исаак Ньютон в 1665 году. Суть доказательства была представлена Колином Маклореном (примерно в 1720 г.) и Леонардом Эйлером, а также Этьеном Безу (уже в 1750 г.). Однако «доказательство» Безу было неверным. Первое же исчерпывающее доказательство принадлежит Жоржу-Анри Альфану (1870 г.).

Правило Крамера. Оно названо в честь Габриэля Крамера (1704–1752), который опубликовал это правило в своей работе 1750 года Introduction 'a I’analyse des lignes courbes alge'briques («Введение в анализ алгебраических кривых»). Только Колин Маклорен также опубликовал данный метод в своем Treatise of Algebra («Трактате по алгебре») в 1748 году и, вероятно, знал о нем еще в 1729 году.

Ряд Маклорена. Ряд Маклорена назван в честь Колина Маклорена, профессора в Эдинбурге, который опубликовал этот частный случай ряда Тейлора в 1742 году, но никогда не утверждал, что открыл его.

Теорема Стокса. Она названа в честь сэра Джорджа Габриэля Стокса (1819–1903), хотя первая известная формулировка теоремы принадлежит Уильяму Томсону (лорду Кельвину) и приведена в его письме Стоксу. Теорема получила свое имя благодаря привычке Стокса спрашивать ее на экзаменах в Кембридже, а в 1854 году он попросил своих студентов доказать теорему на экзамене. Правда, неизвестно, был ли кто-либо в состоянии это сделать.

В общем, похоже, что Стиглер прав: никогда нельзя утверждать, что если открытие имеет персональное наименование (например, Пифагоровы тройки или Америка), то оно совпадает с именем первооткрывателя. Скорее, верно обратное: это всегда имя какого-то другого человека. Америка же не называется Колумбией, хотя открыл ее Колумб.

Изобретение имеет свой алгоритм: гений, навязчивая идея, интуитивная прозорливость и собственно озарение. Сочетание этих четырех составляющих временами бывает самым неожиданным. Г ений в науке не тот, кто делает то, что не может сделать никто другой. Г ений — это тот, кто сделал то, что пытались сделать другие. То есть не уникальный, а просто самый эффективный носитель озарения.

 

Закон Кулона. А Кулона ли?

Вероятно, этот вопрос может показаться анекдотичным. «Кто открыл закон Кулона?» Конечно, Кулон! Но мы не зря вспомнили об этом законе именно в связи с законом Стиглера. И вот почему.

Закон Кулона изучал, конечно, каждый школьник. Но вряд ли в школе рассказывали, какое искусство наблюдателя и экспериментатора пришлось проявить исследователю. С помощью изобретенных им крутильных весов французский физик Шарль Огюстен де Кулон измерял силу взаимодействия между электрическими зарядами. О том, насколько эта задача была непроста, какую высокую точность требовалось обеспечивать, вполне однозначно свидетельствует следующий факт: подвешенная на тонкой шелковой нити стрелка так тонко реагировала на все воздействия, что приходилось защищать ее не только от самых слабых воздушных потоков, но даже от приближения наблюдателя (на стрелке и на теле человека всегда существуют минимальные электрические заряды, и их взаимодействие может сказаться на ходе эксперимента по исследованию сил взаимодействия).

Итак, вспомним школьную физику: Кулон установил две закономерности. Первая: сила взаимодействия между точечными зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эта сила будет силой отталкивания, если заряды одноименные, и силой притяжения, если заряды разноименные. Второе: Кулон ввел понятие количества электричества и определил, что сила взаимодействия между зарядами пропорциональна их величине. Закон Кулона не зря является фундаментальным законом природы — он прост по форме, но глубок по содержанию. Для истории физики эксперименты Кулона с крутильными весами имели важнейшее значение еще и потому, что они дали в руки ученым метод определения единицы электрического заряда через величины, используемые в механике и достаточно легко подлежащие измерению, а именно: через силу и расстояние. Это позволило проводить количественные измерения электрических явлений.

Однако после работ Кулона проходит почти сто лет, и в 1877 году Джеймс Максвелл, другой великий физик, публикует статью о неизвестных работах Г енри Кавендиша, британского физика и химика, в области электричества. Максвеллу как первому директору Кавендишской лаборатории в Кембридже, построенной на средства потомков Кавендиша, был предоставлен для ознакомления архив покойного ученого. И вот в этом архиве Максвелл и обнаруживает полностью готовую к публикации рукопись Кавендиша, в которой выведен закон, аналогичный закону Кулона. Экспериментальные доказательства в опыте Кавендиша существенно отличаются от опыта Кулона, при этом метод был более прост и доказательства более точны, чем у Кулона. Кавендиш во время выполнения эксперимента исходил из того, что на полом металлическом проводнике только тогда весь электрический заряд может распределиться по наружной поверхности, когда эти заряды отталкиваются друг от друга по закону квадрата расстояния.

Даты на рукописи Кавендиша нет, но Максвелл счел ее выполненной, во всяком случае, не позднее 1775 года. То есть по меньшей мере на десять лет раньше, чем Кулон открыл тот же самый закон. Как же случилось, что работа Кавендиша целых сто лет оставалась никому не известной? Как могло произойти, что такой крупный ученый, как Кавендиш (многие его называли «Ньютоном современной химии»), пренебрег публикацией работы по электричеству, которую, конечно, он не мог не считать весьма значительной?

История, вероятно, никогда не найдет ответа на этот вопрос, но самое правдоподобное, что Кавендиш просто позабыл отправить ее в печать. Это объяснение кажется невероятным: казалось бы, его коллеги-ученые, должны были бы знать об этих экспериментах и напомнить ему о них. Но здесь вскрывается особенность характера Кавендиша. Генри был английским лордом и занимался физикой и химией в качестве хобби, выражаясь современным языком.

А еще он был человеком с большими странностями. Нелюдимый Кавендиш мало говорил и смущался, когда к нему обращались незнакомцы. Лабораторией для опасных экспериментов с электричеством ему служили конюшни отца. Но спустя какое-то время он превращает в лаборатории большую часть громадного родительского дома. Лишенный прав на немалое семейное богатство, он внезапно получает огромное состояние от своего дяди. Однако дельцом Кавендиш не стал, а промотать полученное наследство попросту бы не успел. К тому же ему было тогда уже за сорок — образ жизни и привычки его давно сформировались, и менять их он не хотел. Словно сошедший со страниц учебника о настоящем джентльмене, он был педантичен во всем. В течение всей жизни выходил на прогулку в одно и то же время дня. Решив, что не желает встречаться ни с кем из знакомых лондонцев, он усвоил обыкновение ходить только посередине мостовой: уклоняться от лошадей было легче, чем от навязчивого человеческого общения. Кавендиш вел тихий и уединенный образ жизни. Со служанками общался только записками и не заводил личных отношений вне семьи. Женская прислуга в родительском доме Кавендишей не рисковала попадаться ему на глаза: за этим мог последовать отказ от места. Один из источников утверждает, что Кавендиш, возвращаясь домой, часто пользовался черным ходом — так он избегал встреч со своей экономкой.

Круг его общения ограничивался только клубом Королевского общества, члены которого обедали вместе. Кавендиш редко пропускал эти встречи и пользовался исключительным уважением со стороны современников. Но лишь немногие из завсегдатаев клуба знали, как звучит его голос: заговаривал он только тогда, когда мог сообщить нечто из ряда вон выходящее. За сорок лет его шляпа ни разу не переменила своего места на полке в клубном гардеробе. Раз в году, в один и тот же день и час, к нему приходил портной. Молча снимал мерку и исчезал. Никаких вопросов о материале и фасоне нового платья портной не задавал, да и незачем было: костюм мог быть только копией прежнего с минимальной поправкой на изменение параметров хозяина с возрастом и на сезон. Таким образом Кавендиш просто раз и навсегда уничтожил еще один повод для вздорных раздумий и отвлекающей болтовни.

Ученый был совершенно безразличен к окружающему миру и никогда не интересовался происходящими в нем событиями — даже такими значительными, как французская революция или наполеоновские войны, именно в это время охватившие Европу. Он был воплощением научной сосредоточенности. И в глазах современников это сделало его неисправимым чудаком. Только с друзьями по науке он становился разговорчивым и охотно делился своими обширными познаниями.

После того как он получил в наследство немалое состояние, изменения претерпел только бюджет его физической лаборатории в старом герцогском доме: Кавендиш теперь смог позволить себе самые дорогостоящие опыты. А это, в свою очередь, сделало его занятия наукой еще более углубленными. Французский физик Жан Био в похвальном слове Кавендишу сказал так: «Он был самым богатым из ученых и, вероятно, самым ученым из богачей». Кавендиш владел колоссальными средствами и тратил немалые доходы на научные опыты и поддержку молодых ученых, не забывая, как в свое время нуждался в подобной поддержке.

Итак, примерно за одиннадцать лет до Кулона Кавендиш открыл закон взаимодействия, однако его не опубликовал. Оливер Хевисайд, известный математик, инженер и физик, ученый-самоучка, говорил, что это грех — и грех непростительный, стоивший Кавендишу славы первооткрывателя.

На этом рассказ об истории открытия закона Кулона можно было бы и закончить, если бы не. Если бы не нашелся еще один исследователь — Дж. Робайсон (1739–1805). Учитывая погрешности измерений, Робайсон сделал вывод: «Действие между сферами в точности пропорционально обратному квадрату расстояния между их центрами». Робайсон обосновывал свои эксперименты на идее о том, что взаимодействующие заряды можно считать точечными, когда размеры сфер, на которых они локализованы, много меньше расстояния между центрами сфер. Установка, с помощью которой англичанин проводил измерения, описана в его фундаментальном труде «Система механической философии». Сочинение издано уже после его смерти, в 1822 году.

Но. основной закон электростатики не носит имя Робайсона, как вполне могло бы быть, по простой причине: в это время уже получили повсеместное распространение труды Кулона.

 

Колумб и открытие Америки

Мы все привыкли к тому, что «Америку открыл Христофор Колумб». Осенью 1492 года этот выходец из генуэзской семьи, будучи во главе экспедиции, одобренной королем Испании, достиг островов у побережья Американского континента. Считается, что сам Колумб искал западный путь в Японию и Индию и был уверен, что достиг своей цели. На самом же деле помимо воли стал первооткрывателем нового материка, по крайней мере, в истории эта слава оставлена именно за ним. Но следует знать, что Колумб был далеко не первым европейцем, ступившим на берег Америки. Были те, что опередили его по меньшей мере на несколько столетий. О том, куда на самом деле плыл Колумб и знал ли он о Новом Свете, мы еще поговорим. А сейчас — о предшественниках.

В поисках правды мы вынуждены перенестись в Скандинавию, а точнее — в Норвегию. Еще в X веке, во времена правления норвежского короля Харальда Прекрасноволосого, некий Торвальд Асвальдсон был изгнан из страны вместе с семьей. Торвальд отличался буйным нравом и в одном из конфликтов убил своего соперника, за что и был сурово наказан. Вместе с отцом в изгнание в Исландию отправился и сын Торвальда Эйрик. От родителя ему достался скверный характер, благодаря которому он в точности повторил проступок отца — в возрасте примерно 30 лет Эйрик совершил убийство. Впрочем, Торвальда сын превзошел, поскольку расправился сразу с двумя недругами.

Видимо, власти тогдашней Исландии были даже не прекрасноволосыми, а добросердечными, ибо приговор иноземному убийце вынесли относительно мягкий — трехлетнее изгнание. Проблема, однако, состояла в том, что Исландия на тот момент считалась у скандинавов «концом света», и деваться Эйрику было некуда: какое может быть изгнание с конца света?

Было, пожалуй, только одно мыслимое направление: если забраться на вершину одной из гор на западе Исландии (только в ясную погоду!), то можно было увидеть неведомую землю по ту сторону океана. Эйрик Рыжий (такое прозвище он получил за цвет волос и бороды) решил направиться туда. В устных преданиях сохранилась информация, что и раньше туда кое-кто плавал, однако это уже больше походит на легенды. В 982 году Эйрик с семьей, слугами и скотом отплыл к загадочной земле. Столкнувшись у ее берегов с плавучими льдами, он, тем не менее, сумел высадиться на берег.

О том, каким застал остров Эйрик Рыжий, ученые спорят по сей день. Как бы то ни было, сам он назвал его «зеленой землей» — Гренландией. Благополучно отбыв свой срок ссылки и не найдя на острове более ни одной живой души, Эйрик с семейством вернулся в Исландию.

Здесь он начал агитировать викингов переселяться на открытый им остров и сумел убедить немало людей. Правда, если верить сагам, из 30 кораблей новых поселенцев до Гренландии добралось лишь 14, однако первое крупное поселение европейцев на острове было создано. Современные исследования подтвердили — первые поселения викингов в Гренландии появились примерно около 1000 года, то есть в то время, когда совершал свои путешествия Эйрик Рыжий.

Справившись со своей, если можно так назвать, миссией, Эйрик ушел на покой и умер в селении Братталид примерно в 1003 году.

Однако его сыновья Торвальд, Торстейн и Лейф Эрикссон пошли по стопам отца и продолжили поиски новых земель.

В 999 году последнему пришлось наведаться за провизией на свою историческую родину — в Норвегию. Там 29-летний викинг, бывший до того времени язычником, принял крещение, причем крестил его сам король Норвегии Олаф I Трюггвасон по прозвищу Воронья Кость. Воодушевленный Лейф, отплывая из Норвегии, увез с собой и христианского епископа, собираясь крестить всех жителей поселения в Гренландии. Это ему почти удалось — наотрез отказался принять новую веру только его отец Эйрик Рыжий.

На обратном пути Лейфу довелось уже не убивать, а спасать иноплеменников, и благодарные исландцы за спасение при кораблекрушении дали ему прозвище Счастливый. В Гренландии Лейф побеседовал с одним норвежцем, который поведал ему, что далеко в море на западе ему удалось разглядеть очертания новой неизвестной земли. Лейф Счастливый решил: если отец, отправившийся к очертаниям неизведанной земли, добился успеха, то чем он хуже?

Сказано — сделано. Примерно в 1000 году Лейф на одном корабле с командой из 35 человек начал свое путешествие на запад. Лейф Счастливый оправдал свое прозвище — он обнаружил огромную землю, изучая которую, даже выделил три региона: Хеллуланд, Маркланд и Винланд. Как считают историки, Хеллуланд — это, вероятнее всего, Баффинова Земля, нынешний канадский остров. В начале XXI века исследователи обнаружили на этом острове следы становища европейцев, которое датировали примерно 1000 годом или даже ранее. В Хеллуланде викинги столкнулись с эскимосами, но интереса друг к другу они не проявили. Лейфу и его соратникам Хеллуланд показался слишком негостеприимным, и они двинулись дальше.

Дальше по курсу был Маркланд, то бишь наверняка полуостров Лабрадор. Его викинги также сочли неподходящим для заселения. Зато здесь были леса, а древесина весьма ценилась викингами. Впоследствии в Маркланд совершались экспедиции для добычи леса.

И только Винланд (археологи вычислили, что это Ньюфаундленд), что в переводе означает «виноградная страна», показался Лейфу пригодным для становища. Здесь было основано сразу два поселения викингов. Лейф Эрикссон Счастливый благополучно провел зимовку на вновь открытой земле и вернулся в Гренландию с грузом древесины и винограда. А вот его брат Торвальд, который решил повторить его успех, отправившись в Винланд со своей командой, вступил в конфликт с аборигенами и в результате погиб.

Поселения в Винланде просуществовали несколько лет, но с индейцами викинги ужиться не смогли, а планов масштабного уничтожения местного населения, чтобы закрепиться на новых землях, у Лейфа Счастливого не было. И этим викинги принципиально отличались от испанцев, появившихся в Америке 500 лет спустя. Впрочем, за лесом викинги, по некоторым данным, могли плавать в Америку вплоть до 1300 года. Лейф Эрикссон Счастливый возглавлял поселение викингов в Гренландии примерно до 1020 года, а после его смерти управление перешло к его сыну Торкелю.

До середины XIX века к скандинавским сагам о Винланде относились исключительно как к сказкам. Однако позже некоторые историки, серьезно изучив саги, предположили, что истинными первооткрывателями Америки были именно викинги. Интересно, что, судя по тем же сагам, не лишено оснований предположение, что европейцы могли появиться в Америке еще на несколько сотен лет раньше. Более того, сегодня археологи работают над проверкой гипотезы о том, что еще в 1300 году до нашей эры Америку могла посещать экспедиция из Китая.

Однако Лейфа Счастливого все же можно смело считать первооткрывателем Америки.

 

Джеймс Кук и открытие Австралии

Большинство людей почему-то верит в миф, что Австралия была открыта в конце XVIII века Джеймсом Куком, которого тут же съели немало огорченные этим фактом аборигены. Но это совсем не так. Во-первых, Кук погиб на Гавайских островах, а во-вторых, Австралия была открыта гораздо раньше — в ней бывали даже древние египтяне! Но обо всем по порядку.

В Древней Греции бытовало мнение, что в океане должен существовать неведомый южный материк. Птолемей, активно продвигая эту мысль, нарисовал материк на карте. Позже неведомой земле придумали подходящее название — Terra australis incognita, — то есть «неведомая южная земля», и под этим красивым именем она много лет фигурировала на картах, будоража умы мореплавателей.

Многие из них пытались найти манящую Terra australis, но все поиски были напрасными. Исследователи и путешественники, отправлявшиеся на поиски нового континента, чаще погибали во время штормов или от стычек с аборигенами. Но те, что вернулись, привозили с собой просоленные карты, на которых дрожащей рукой были нанесены новые земли, острова, архипелаги. Однако Terra australis найдена так и не была. Лишь на карте 1542 года появились западные очертания материка под названием Великой Явы.

В Средние века интерес к еще неоткрытому южному материку не угасал. Наука считала, что в Тихом океане просто обязан находиться огромный материк, иначе Земля опрокинулась бы под несбалансированной тяжестью Европы, Азии и Африки.

Многие царствующие особы проявляли интерес к южному материку, ведь там обязательно должны были найтись несметные сокровища. Однако, несмотря на коронованных покровителей экспедиций, все попытки найти Terra australis incognita заканчивались неудачей.

В начале XVII века положение стало меняться. В 1606 году испанец Луис де Торрес вернулся на родину и рассказал, что видел «большой южный материк». Он прошел вдоль Новой Гвинеи по проливу, позже получившему его имя. В том же году Ост-Индская компания отправила для исследования Новой Гвинеи экспедицию под руководством голландца Виллема Янсзона. Корабли Янсзона шли на такой скорости, что проскочили мимо нанесенного на карту Торресова пролива. Так Янсзон оказался у берегов Австралии. Он долго принимал эти берега за Новую Гвинею, вероятно, поэтому слава первооткрывателя Австралии за ним и не закрепилась. Позже эту землю назвали Новой Голландией — никто не поверил, что это и была Terra australis incognita.

В Европе открытие Янсзона отклика почти не нашло. Ведь он не привез рассказов об алмазах, золотых россыпях, огромных жемчужинах и прочих удивительных сокровищах. Докладные записки и карты путешествия долгое время хранились в архивах, мир о Янсзоне почти не знал.

Однако совсем недавно у берегов материка была сделана сенсационная находка: теперь наверняка нужно будет переписывать учебники истории. В 2002 году около австралийского острова Фрейзер были обнаружены обломки корабля, занесенные толстым слоем песка. Исследования показали, что этот корабль принадлежал испанцам или португальцам и прибыл он к берегам Австралии примерно в 1570 году. Другими словами, за несколько десятилетий до Янсзона!

Недавно в списке первооткрывателей Австралии появилось еще одно имя. Австралийский журналист Питер Трикетт выпустил книгу, в которой пишет, что еще в 1522 году Австралию посетил португальский мореплаватель Кристовао де Мендонса. Трикетт нашел в букинистической лавке подлинные карты начала XVI века, на которых нанесены точные и подробные изображения восточного побережья Австралии с пояснениями на португальском языке. Журналист полагает, что карты были составлены после путешествия Кристовао де Мендонсы в 1522 году.

Но, несмотря на эти открытия, первооткрывателем Австралии все равно считается Джеймс Кук. Британское географическое общество в 1768 году, то есть более чем на 200 лет позже, отправило экспедицию во главе с ним к берегам Таити. Исследователям предстояло вести астрономические наблюдения за Венерой, и отдельным поручением были поиски Terra australis incognita.

В апреле 1770 года Кук достиг берегов Австралии. Исследователь прошел вдоль всего восточного побережья, назвал его Новым Южным Уэльсом и объявил собственностью британской короны. Вскоре он наткнулся на Большой Барьерный риф и потерпел здесь крушение, но в 1771 году вернулся в Англию победителем — неведомая Terra australis incognita была обнаружена! Однако мифических сокровищ тогда не нашли, и Британская империя решила сделать континент страшной заокеанской тюрьмой.

Новый материк заселялся достаточно быстро, однако в первые десятилетия освоения бывшей неведомой земли поселенцам было не до ее многочисленных загадок. Хотя в Австралии загадок было с излишком.

Первые из них были обнаружены во время экспедиции английского географа Джорджа Грея. Он исследовал западное и южное побережья материка и на берегах реки Гленелгу наткнулся на любопытную пещеру — на ее стенах были высечены изображения человеческих фигур. К изумлению исследователя, эти фигуры были совершенно не похожи на аборигенов — странные одежды, орлиные носы, четкие профили.

Правда, в XIX веке находка Грея особого впечатления не произвела, и лишь в XX веке записи о ней заинтересовали ученых. К тому же в 1931 году были найдены наскальные изображения, достаточно похожие на описанные Греем и совершенно не напоминавшие искусство аборигенов. Спустя год около озера Маккай археологи нашли несколько глубоких каменных колодцев. Австралийские аборигены не могли построить такое сооружение даже в XX веке, а колодцы имели все признаки весьма древних построек.

Каждое десятилетие приносило новые загадочные находки. Сенсацией стала монета, найденная одним фермером глубоко в земле. К потрясению археологов, выяснилось, что монета похожа на древнеегипетскую, эпохи Среднего царства! Позже был найден камешек, идентичный фигуркам египетских священных жуков-скарабеев.

Все эти находки дали английскому профессору-антропологу Графтону Эллиоту Смиту основания предполагать, что в незапамятные времена в Австралии побывали египтяне. Эту версию подтверждает и странный обычай некоторых местных племен — они мумифицируют трупы. Кроме того, недавно выяснилось, что для бальзамирования некоторых египетских мумий применялось эвкалиптовое масло. Известно, что эти деревья росли только на северо-востоке Австралии и были перевезены в Европу даже после Кука.

Все эти находки позволили дать ответ на давнюю загадку, беспокоившую умы египтологов: почему на стенах нескольких египетских храмов изображены люди, не похожие ни на один из покоренных египтянами народов. Вероятно, это были жители загадочной Terra australis incognita, честь открытия которой теперь с достаточной степенью уверенности можно передать древним египтянам.

Впрочем, сторонники теории палеоконтактов продолжают считать, что и австралийские наскальные изображения и древнеегипетские рисунки изображают неких неведомых богов.

 

Кардано: его вал, подвес и кубическое уравнение

К странности личностей ученых и исследователей нам не привыкать: талант не может не выделяться из общей массы. Одним из таких талантов был Джероламо Кардано — сгусток противоречий, клубок запутаннейших проблем. Как и у многих других ученых, у него были враги и почитатели. Ему нередко противостояли и совершенно никчемные личности, и выдающиеся ученые, но самым большим искусом для него являлся он сам. Несмотря на откровенные дневники, личность этого человека во многом остается загадкой.

Никто не станет спорить, что Кардано был сыном своего века. С одной стороны, он скептически воспринимал многие постулаты христианской религии, но свято верил в астрологию, в силу амулетов и метопоскопию10. С другой стороны, невероятно суеверный, до мнительности, он упорно искал «естественные» объяснения всему необычному.

Опытнейший врач-практик Кардано мог выдать вот такой рецепт: «Для того чтобы вылечить перемежающуюся лихорадку, нужно смешать мочу, выделенную больным в течение приступа, с мукой и вылить этот раствор на дорогу; если голодная собака вылижет эту смесь, то лихорадка перейдет к ней и больной выздоровеет».

Математик, сумевший сформулировать начала теории вероятностей, включая предварительную формулировку закона больших чисел, Кардано порой удивляет нас своими нелепостями: «Из коровьего навоза родятся 252 таракана, из которых 14 будут раздавлены, 27 умрут, будучи перевернутыми, 22 будут жить в щели, 80 выйдут прогуляться во двор, 42 укроются под виноградной лозой возле двери, а остальные отправятся в путешествие».

Некоторые биографы великого миланца объясняют противоречия в характере и образе мыслей Кардано его неустойчивой психикой и излишним легковерием. Наиболее диковинные из его утверждений мы находим в письменных свидетельствах других авторов, непроверенных слухах и молве. Как личность и ученый Кардано принадлежал одновременно к двум эпохам: время «магической философии» истекало, наступали времена буржуазного индивидуализма и веры в могущество математического доказательства.

Конечно же, людям, привыкшим придерживаться общепризнанных канонов мышления и поведения, было не понять этих странностей и чудачеств. Жак Клод Марголэн, исследователь творчества Кардано, писал: «Этот человек сделал все, чтобы замести следы, даже написав свою удивительную автобиографию, из которой не совсем ясно, чем же следует восхищаться: его ли циничным реализмом, философской ли отвагой, фантазиями, столь обильно примешанными к его повествованию, математико-генеалогическими отступлениями, мстительным гневом, призывами к состраданию, — и из которой, в конечном счете, никак не следует, что она не является плодом воображения».

Безусловно, жить в обществе себе подобных внешне и совершенно не подобных внутренне Кардано было нелегко. Он будто бы жалуется: «Из-за противоречий между моей душой и моей природой меня не понимали даже те, с кем я сталкивался наиболее часто». Отделенные десятилетиями, а то и столетиями авторы, упоминавшие о нем, порой видели в его личности предрасположенность к душевным заболеваниям и якобы психическую неполноценность.

На другом же полюсе мы находим мнения психиатров, утверждающих, что Кардано был абсолютно нормальным человеком, а определенные аномалии в его поведении проявлялись лишь в последние годы жизни и были вызваны одиночеством, чувством вины перед близкими и страхом смерти. Словом, всем тем, что свойственно старикам. Лейбниц называл Кардано «великим человеком, несмотря на все его недостатки».

Любопытно, как же объясняют свое поведение сами «странные таланты». Вот какую замечательную характеристику Кардано дал себе сам: «Я взял своей эмблемой ласточку, ибо считал ее во многих отношениях олицетворяющей мой собственный нрав и привычки: она не причиняет людям никакого вреда, не избегает жить в соседстве с бедными, постоянно обитает среди людей и, тем не менее, никогда не делается ручной. живет семейной жизнью, но сохраняет свободу движений и не держится в стае, услаждает пением хозяина дома и не выносит неволи».

Но что же его великие открытия и изобретения? Послушаем всезнающую Википедию: «Подвес получил свое название по имени Джероламо Кардано (1501–1576), который не только не изобрел его, но даже и не претендовал на авторство: он просто описал устройство в своей знаменитой книге De subtilitate rerum («Хитроумное устройство вещей», 1550 г.)».

Подвес был впервые изобретен греческим инженером Филоном Византийским в III в. до н. э. В одном из трудов Филон описывает восьмигранную чернильницу с отверстиями на каждой стороне. Можно было перевернуть восьмигранник любой стороной кверху, но чернила не проливались. Секрет заключался в том, что чернильница находилась в центре хитроумно установленных концентрических металлических колец и сохраняла устойчивость независимо от положения. Оригинальный текст Филона «Пневматика», описывающий это применение подвеса, существует в более позднем арабском переводе, сделанном багдадским халифом аль-Мамуном (786–833).

После античности подвес был широко известен в мусульманском мире. В IX веке, через 1100 лет после изобретения, устройство пришло в Европу, и благодаря тем же арабам. А еще через 800 лет Роберт Гук и другие изобретатели стали применять используемый в подвесе принцип не для стабилизации центрального элемента, а для приложения внешних сил. Этому западному изобретению дали название универсального шарнира. Именно оно легло в основу механизма силовой передачи современных автомобилей.

Интересно, пришло ли это изобретение к китайцам от греков или стало их собственным достижением, но упоминание о подвесе в китайской литературе относится к 140 году до н. э. Предполагаемым его изобретателем считается Фан Фэн. Подвес Фан Фэна применялся в масляных лампах: лампадка крепилась на кольцах, скрепленных в двух противоположных точках, что позволяло ей всегда сохранять вертикальное положение. Принцип устройства вскоре был забыт.

В сочинении «Всесторонние записки западной столицы», изданном в 189 году, сообщается, что создателем «курительницы для постели» с применением особого подвеса был Дин Хуань. После этого подвес стал применяться во многих устройствах. Начиная с эпохи Сун с его помощью крепилось сиденье императора на паланкине, что позволяло сидеть вертикально, даже если носильщики наклоняли паланкин. В XVIII в. китайские матросы с помощью подобного подвеса крепили компас.

Мы уже говорили о методе решения кубических уравнений и о спорах приоритета вокруг этого метода. Осталось рассказать только о том, что было до Тартальи, дель Ферро и, собственно, Кардано, который к этому решению, как становится ясно, имел, в общем-то, косвенное отношение.

Кубические уравнения были известны и в Древнем Вавилоне, и древним грекам, китайцам, индийцам, египтянам. Найдены клинописные таблички Старовавилонского периода (ХХ — XVI вв. до н. э.), содержащие таблицы вычисления кубов и кубических корней. Вавилоняне могли использовать эти таблицы для решения кубических уравнений, хотя не существует свидетельств, что они это делали.

Задача удвоения куба использует простейшее и наиболее старое из кубических уравнений. Еще древние египтяне не верили, что существует такое решение. А в V в. до н. э. Гиппократ свел эту задачу к нахождению двух средних пропорциональных между одним отрезком и другим, вдвое большим, но не смог решить ее с помощью циркуля и линейки, что в его время было весьма распространенным методом доказательств, однако непригодным в данном случае.

В III в. н. э. древнегреческий математик Диофант нашел целые и рациональные решения для некоторых кубических уравнений с двумя неизвестными (диофантовых уравнений). Считается, что Гиппократ, Менехм и Архимед подошли достаточно близко к решению задачи об удвоении куба с помощью конических сечений, хотя некоторые историки считают неизвестным, думали ли греки о кубических уравнениях или просто о задачах, которые могут привести к кубическим уравнениям.

Методы решения таких уравнений можно найти и в китайском математическом трактате «Математика в девяти книгах», составленном около II ст. до н. э. и прокомментированном китайским математиком Лю Хуэем в третьем столетии.

В VII веке, во времена династии Тан, астроном и математик Ван Сяотун в своем математическом трактате «Ци гу суань цзин» изложил и решил 25 кубических уравнений.

В XI веке персидский поэт и математик Омар Хайям (1048–1131) достиг существенного прогресса в теории кубических уравнений. В ранних работах, посвященных этой теме, он указал, что кубическое уравнение может иметь более одного решения, и утверждал, что с помощью циркуля и линейки уравнение решено быть не может. В более позднем труде, «Трактате о демонстрации задач алгебры», он описал полную классификацию кубических уравнений с их общими геометрическими решениями, использующими пересечения конических сечений.

В XII столетии индийский математик Бхаскара II делал неоднократные попытки решения таких уравнений и нашел несколько частных случаев решения.

В том же столетии персидский математик Шараф ад-Дин (1135–1213) написал «Трактат об уравнениях», в котором рассмотрел восемь типов кубических уравнений с положительными решениями и пять типов, положительных решений не имеющих. Леонардо Пизанский, известный также как Фибоначчи (1170–1250), умел находить положительные решения кубических уравнений с высокой точностью. От точных решений, полученных нынешними методами, решения Фибоначчи отличаются только на три триллионных.

Мы еще много раз столкнемся с подобным: имя некоего явления и закона присвоено не тому человеку, который и в самом деле это явление открыл, а тому, кто просто его описал. Закон Стиглера, похоже, исключений не имеет.

 

История математики и закон Стиглера на ярких примерах Кто придумал правило Лопиталя

Любому студенту математического вуза, да и технического тоже, наверняка знакомы имя Лопиталя и его знаменитые правила для вычисления пределов. Это правило названо в честь французского математика XVII века Гийома Франсуа Антуана, маркиза де Лопиталя (1661–1704), который в 1692 году написал Analyse des infiniment petits pour I’intelligence des lignes courbes, первую книгу по дифференциальному исчислению. Книга состоит из десяти разделов. Девятый раздел, среди прочего, включает в себя то, что сейчас называется правилом Лопиталя.

Работа в свое время имела большой успех и в XVIII веке несколько раз переиздавалась. Во введении автор признает свой долг перед Готфридом Лейбницем и Иоганном Бернулли, говоря, что «свободно использовал их открытия». Лопиталь утверждает, что роль Лейбница в анализе близка к роли Ньютона, но он предпочитает пользоваться концепцией первого, «поскольку его изложение более простое и прямое». О Бернулли, однако, он не сказал больше ни слова, упомянув только, что тот является профессором в Гронингене.

Так кто же был Иоганн Бернулли и почему маркиз де Лопиталь считал себя его должником?

Десятый ребенок в семье Бернулли, Иоганн изучал медицину в университете Базеля. Уроки же математики ему давал старший брат Якоб, с которым он вскоре сравнялся в знаниях. В 1691 году Иоганн принял участие в своей первой математической дуэли — решении задачи о выводе уравнения цепной линии. Младший брат Якоба решил задачу столь быстро, что потряс своих современников.

В Париже Иоганн Бернулли знакомится с маркизом де Лопиталем, в то время одним из наиболее выдающихся французских математиков. Лопиталь, в свою очередь, был поражен талантом молодого Бернулли и его мастерством владения дифференциальным и интегральным исчислениями, которые описал другой великий математик, Готфрид Вильгельм Лейбниц. Лопиталь, сознавая свое незнание, за приличное вознаграждение нанимает Иоганна, чтобы тот открыл ему тайны нового исчисления. Вскоре Иоганн был вынужден вернуться в Базель, но обещал никому не говорить о занятиях с маркизом. Уроки продолжались, но теперь по переписке.

Бернулли воспользовался возможностью скопировать письма: у него возникла идея подготовить и опубликовать курс анализа. Но ученик опередил учителя. Используя уроки Иоганна, Лопиталь публикует в 1696 году первую работу по дифференциальному исчислению Analyse des infiniment petits, pour l ’intelligence des lignes courbes («Анализ бесконечно малых для исследования кривых линий»).

Иоганн, как и обещал маркизу, молчал и не требовал признания своего авторства. Но в частном порядке посетовал, что открытия Лопиталя являются наглым плагиатом. Вот его слова из письма к Лейбницу в 1698 году: «.за исключением нескольких страниц, все остальное он получил от меня в письменной форме [.] Его главное достоинство в том, что он упорядочил и аккуратно изложил по-французски все, что я беспорядочно писал для него, частично на французском языке и частично на латыни». Только после смерти маркиза в 1704 году Бернулли несколько возместил утраченное, опубликовав многие результаты, в частности и правило Лопиталя.

Но Иоганну повредила его репутация смутьяна. Он ожесточенно соперничал и со своим братом и учителем Якобом, и с собственным сыном Даниилом, которому тоже преподавал. Он также активно участвовал в полемике Ньютона и Лейбница, связанной с приоритетом открытия дифференциального исчисления, и был на стороне Лейбница. А вот научная репутация маркиза была безупречна. Претензии Иоганна не привели ни к чему и вскоре были забыты.

Первые признаки того, что претензии Иоганна могут быть справедливыми, появились в 1922 году: в библиотеке Базеля нашли экземпляр курса Иоганна Ca'lculo diferencial («Дифференциальное исчисление»), который никогда не был опубликован. Его сравнение с книгой Лопиталя подтверждает горькие слова из письма.

Впрочем, окончательно определенность появилась только в 1955 году — тогда была обнаружена первая переписка между Бернулли и Лопиталем. Затем нашлось и необычное предложение, которое 17 марта 1694 года маркиз де Лопиталь сделал Иоганну Бернулли:

«Я Вам с удовольствием предоставлю содержание в 300 ливров, начиная с 1 января этого года, и пришлю Вам 200 ливров за первую часть года, за обзоры, которые Вы отправили, и дам еще 150 ливров за вторую половину этого года, так будет и дальше. Я обещаю, что эти суммы в ближайшее время увеличатся, так как я понимаю, что они скромные, и я это сделаю, как только мои дела прояснятся. Я не так неразумен, чтобы претендовать на все Ваше время, но прошу иногда уделять несколько часов, чтобы ответить на мои вопросы и чтобы сообщить мне о своих открытиях с условием не рассказывать о них другим. Также сообщаю, что не буду посылать Вариньону или другим копии этих записей, поскольку мне это не нравится. Ответьте мне на это».

Ответ Бернулли не сохранился, но вполне логично, что он согласился на сделку, — ему тогда было всего 24 года, и он был безработным. В последующих письмах Бернулли отвечал маркизу на его вопросы. Одно из них и содержит «правило Лопиталя». Даже примеры, приведенные Бернулли, практически идентичны тем, что были включены в работу маркиза. Правда, истины ради следует признать, что Лопиталь исправил некоторые ошибки, допущенные Бернулли.

Иоганн Бернулли умер в возрасте 80 лет. В его большое математическое наследие лишь немногие включают то, что сегодня мы называем правилом Лопиталя.

 

Остроградский и Гаусс История одного интеграла

Формула (теорема) Гаусса — Остроградского — это математическая формула, выражающая поток непрерывно дифференцируемого векторного поля через замкнутую поверхность интегралом от дивергенции этого поля по объему, ограниченному этой поверхностью. Формула применяется для преобразования объемного интеграла в интеграл по замкнутой поверхности. Впервые теорема была сформулирована Лагранжем в 1762 г.

Общий метод преобразования тройного интеграла к поверхностному впервые показал Карл Фридрих Гаусс (1813 и 1830 гг.) на примере задач электродинамики.

В 1826 году М. В. Остроградский вывел формулу в общем виде, представив ее в виде теоремы, опубликованной в 1831 году. Обобщение формулы для нескольких измерений М. В. Остроградский опубликовал в 1834 году. Эта формула обычно называется «теоремой о дивергенции», иногда — формулой Гаусса или «формулой (теоремой) Гаусса — Остроградского».

Справедливость наполовину восторжествовала. В этом частном случае.

 

Комета Галлея: две тысячи лет наблюдений

Кометы — пожалуй, самые экзотические тела солнечной системы. Охота за ними давно уже стала довольно распространенным увлечением среди астрономов-любителей. Не последнюю роль здесь играет то, что неизвестная комета получает имя ее первооткрывателя. К настоящему времени зарегистрировано больше 2 тыс. комет. Источником комет считается облако Оорта, окружающее Солнце на расстоянии порядка 100 тыс. астрономических единиц (1 а. е. = 149 600 000 км).

Большая часть этих небесных тел, однажды пролетев вблизи Солнца, никогда больше назад не возвращается. Другие же, захваченные гравитацией Солнца и планет, переходят на эллиптические орбиты и становятся периодическими. Кометы принято делить на долгопериодические (с периодом обращения больше 200 лет) и короткопериодические, их всего около 150.

Около 100 короткопериодичесих комет являлись на памяти человечества к Солнцу неоднократно. Яркие кометы, которые невооруженным глазом легко найти на небе, появляются раз в 15–20 лет. Кометы с очень малым периодом обращения, меньше 20 лет, — их еще иногда называют кометами Юпитера — недолговечны.

Ядра комет представляют собой глыбы неправильной формы, образованные в основном изо льда и замерзших газов — метана и аммиака, размером порядка 10 км. При появлении вблизи Солнца ядро начинает испаряться, что приводит к появлению украшений кометы, так называемой комы, которая может быть по размерам сравнима с диаметром Солнца, и кометного хвоста, длина которого может превышать расстояние от Земли до Солнца. Это же явление и служит главной причиной гибели комет: чем чаще пролетает комета вблизи Солнца, тем меньше ее время жизни (оно может составлять всего несколько сот оборотов).

Кометы наблюдались с древних времен. В античности, следуя Аристотелю, считали, что кометы представляют собой атмосферные явления. Только в 1577 году Тихо Браге удалось доказать, что расстояние до комет превышает расстояние до Луны. Однако до открытия закона всемирного тяготения Ньютоном астрономы не могли объяснить странное поведение периодических гостий — их внезапные появления и исчезновения. К тому же гелиоцентрическая система Коперника (1543 г.) с трудом пробивала себе дорогу. В этом плане интересна изворотливость в изложении мысли, проявленная Галилео Галилеем в произведении «Пробирщик» (1623 г.). Галилео тогда находился под присмотром инквизиции, но все же смог написать: «Так как приписываемое Земле движение, которое я в качестве благочестивого католика считаю совершенно ложным и не соответствующим истине, прекрасно объясняет массу различных явлений, то я полагаю, что при всей своей ложности оно до некоторой степени объясняет явления комет».

Исаак Ньютон утверждал, что кометы также должны подчиняться закону всемирного тяготения — ведь они обычные небесные тела. Он предположил, что эти тела движутся по параболическим орбитам, и показал, как по трем наблюдениям можно определить параметры такой орбиты. Ньютон применил метод расчета к кометам, наблюдавшимся в 1680 и в 1682 годах, — их путь на небе полностью совпал с вычисленным по новой теории.

Дальнейшее исследование комет связано с именем друга Ньютона — Эдмунда Г аллея.

Как удалось установить, человечество неоднократно сталкивалось с кометой Галлея. Примерно каждые 77 лет она появлялась на небе, и эти появления были зафиксированы в многочисленных летописях, на картинах, гобеленах, в литературных произведениях.

История кометы Галлея, теряющаяся в глубине веков, уже 300 лет интересует астрономов. За это время были изучены европейские, китайские, японские, вьетнамские хроники, русские летописи, накоплен богатый исторический материал о появлении комет, из которого путем тщательного и скрупулезного анализа удалось выделить то, что относится к комете Галлея. Кометная астрономия не знает ни одной периодической кометы, для которой удалось бы в хрониках найти до ее открытия хотя бы одно упоминание. И только комета Г аллея удостоилась этой чести, ее история, ее движение с большой точностью теперь прослежены в прошлое не на одну, не на две, а более чем на две тысячи лет!

Эдмунд Галлей (1656–1742) — английский астроном, один из руководителей обсерватории в Гринвиче, математик, востоковед, геофизик, инженер, мореплаватель, переводчик, издатель, дипломат. Он жил в бурную, богатую научными и общественно-политическими событиями эпоху. Был другом Ньютона, который, открыв закон всемирного тяготения, считал, что кометы движутся вокруг Солнца по параболическим орбитам в соответствии с этим законом. Ньютон опубликовал методику расчета этих орбит, и, используя эту методику, Г аллей рассчитал орбиты для большого числа комет, появление которых было зафиксировано к тому времени, то есть наблюдавшихся в промежутке с 1337 по 1698 год. По результатам работы в 1705 году Галлей опубликовал «Обзор кометной астрономии». Эта работа, как пишет он сам, стала «плодом обширного и утомительного труда».

В результате расчетов выяснилось, что орбиты трех комет, появлявшихся соответственно в 1531, 1607 и 1682 годах, весьма схожи между собой. О существовании периодических комет в то время никто еще не подозревал. Галлей вычислял орбиты, предполагая, что кометы движутся по очень вытянутым эллипсам, близким к параболам. Из этого можно было сделать два вывода: либо допустить, что в пространстве по параболическим орбитам, очень близким друг к другу, движутся три кометы, что является чрезвычайно маловероятным совпадением, либо предположить, что это появление одной и той же кометы. И Г аллей делает чрезвычайно смелое, необычное для того времени предположение.

«Довольно многое заставляет меня думать, — пишет он, — что комета 1531 года, которую наблюдал Аппиан, тождественна комете 1607 года, описанной Кеплером и Лонгомонтаном, а также той, которую я сам наблюдал в 1682 году: все элементы сходятся в точности, а разность периодов не столь велика, чтобы ее нельзя было приписать каким-нибудь физическим причинам». Определив среднюю величину периода для этой кометы, Галлей нашел, что она должна вернуться к перигелию либо в конце 1758-го, либо в начале 1759 года. Удостовериться в этом ему не удалось — он умер в 1742 году.

Вся последующая история кометы Галлея и ее появление в 1759 году связаны с именем Алекси Клеро (1713–1765), одного из самых выдающихся математиков Франции, в 25 лет ставшего академиком.

По предложению Жозефа Лаланда (1732–1807), члена Парижской Академии наук, Клеро первоначально собирался, руководствуясь идеей Галлея, учесть влияние Юпитера лишь на небольшой части орбиты кометы, в то время, когда оба тела близки друг к другу. Позже было обнаружено, что точное решение задачи невозможно без учета влияния Сатурна, масса которого лишь в три раза меньше массы Юпитера. Объем задачи и связанные с нею трудности, казалось, превосходили человеческие силы.

В процессе этого труда Клеро разработал первый математический метод численного исследования движения кометы в поле тяготения Солнца с учетом возмущений от двух больших планет — Юпитера и Сатурна. Для помощи в проведении вычислений Клеро обратился к Лаланду, обладавшему большим опытом вычислений, который, в свою очередь, привлек к этой работе Николь-Рейн Лепот, урожденную Этабль де Лабрийер (1723–1788).

Благодаря самоотверженному и героическому труду этого замечательного трио гигантская по своим масштабам работа была закончена вовремя. Правда, в течение полугода все трое работали, не щадя здоровья и сил и не считаясь со временем, все отдавая вычислениям.

Пришел, наконец, долгожданный 1758 год. Все астрономы мира жаждали получить подтверждение предположения, высказанного Галлеем. Честь первого наблюдения кометы выпала на долю немецкого астронома-любителя Палича. В рождественскую ночь 1758 года ему посчастливилось поймать эту комету в объектив своего небольшого телескопа. Это был первый случай удачного поиска кометы астрономом-любителем. А также первый успех в использовании телескопа для поиска комет.

Таким образом, был установлен факт существования короткопериодических комет, которые, подобно Венере, Юпитеру, Земле и другим планетам, являются членами Солнечной системы, движущимися в космическом пространстве вокруг Солнца под действием его притяжения. Впоследствии комета появлялась и приближалась к Солнцу в 1835, 1910 и 1986 годах.

В память о заслугах Галлея комета стала носить его имя. Однако ни имени Клеро, ни имени Лаланда, подтвердивших теоретические построения Галлея, сейчас никто, кроме историков науки, не помнит.

 

Пояс Койпера: странное предположение

В 1992 году астроном Дэвид Джевитт за пределами Солнечной системы обнаружил объект, названный 1992 QBi. В течение следующих пяти лет он засвидетельствовал наличие еще 40–50 подобных объектов. К середине 2016 года число таких объектов составило уже 2 тыс. Область их обитания получила название «пояс Койпера».

Пояс Койпера — это регион в Солнечной системе, который начинается за Нептуном, а где он заканчивается, ученые не знают по сей день. Нам неизвестно, что происходит на наружном крае пояса Койпера и где он находится, но мы знаем, что он очень далеко: некоторые объекты пояса Койпера, уже открытые, имеют весьма необычные орбиты.

Никто не предсказывал обнаружение пояса Койпера. Никто не написал работу, в которой бы говорилось: «Ищите здесь объекты такой-то яркости, такого-то размера и в таком-то количестве». Были только предположения. Самое известное из них — это предположение Джерарда Койпера, американского астронома голландского происхождения. В 1951 году он написал статью, в которой удивлялся: странно, что Солнечная система заканчивается на Плутоне, возможно, она продолжается и за ним. Для современных читателей это звучит достаточно разумно.

Койпер также сказал: «Если бы на границе Солнечной системы были малые объекты, гравитация Плутона (который мы считаем таким же массивным небесным телом, как Земля) давным-давно дестабилизировала бы их орбиты и эта область пространства была бы пуста».

Однако Койпер заблуждался по поводу Плутона: он не так массивен, содержит лишь 0,2 % массы Земли и не оказывает описанного Койпером влияния на окружающие небесные тела. Ирония состоит в том, что Койпер не предположил существования того, что впоследствии стало называться поясом Койпера. Он предположил, что его там нет. Что это, как не яркий пример закона Стиглера?

Были ученые и до Койпера, которые выдвигали, в общем, сходные предположения. Одно из них было сделано во время Второй мировой войны Кеннетом Эджвортом. В своей статье он написал: «Возможно, существуют какие-то небесные тела на краю Солнечной системы, слишком тусклые, чтобы мы могли их видеть (он назвал их кластерами), и, возможно, они относятся к кометам». Во многом это заявление походило на катрены Нострадамуса, которому в XVI веке удалось предсказать Вторую мировую войну и убийство президента Кеннеди: если вы пишете что-то расплывчатое, вы оставляете для будущих поколений простор для предположений. Кто-то из потомков может решить, что вы знали, о чем говорили, хотя на самом деле это было не так.

Когда в 1986 году начались поиски пояса Койпера, компьютеры были такими слабыми, что не могли в полном объеме отразить динамику Солнечной системы. Нужно было работать с приблизительными цифрами, которые складывались аналитически, а это очень сложно. В то время проявлялся большой интерес к тому, откуда приходят короткопериодические кометы, потому что их предполагаемый источник — облако Оорта — еще не был найден.

В 1980 году уругвайский астроном Хулио Фернандес предположил, что за Нептуном может располагаться область, откуда приходят короткопериодические кометы. Эта статья уже была похожа на научное предположение. В отличие от работ Койпера и Эджворта, она кажется убедительной в ретроспективе. Но она не мотивировала ученых на поиски, став просто еще одной статьей.

В астрономии почти ничего не открывается на основе предположений и почти все важное открывается случайно. Теории часто создаются, чтобы описать новые явления, которые поддаются наблюдениям. Редко бывает так, что выдвинутая гипотеза подтверждается наблюдениями. Но уже в 1985 году предположение, что на границах Солнечной системы пусто, казалось достаточно странным. За Сатурном были Уран, Нептун и Плутон — три объекта. При этом внутренняя часть Солнечной системы полна разных объектов: астероидов, комет, других планет. Странным было такое положение: почему Солнечная система должна быть пустой с краю и полной объектов внутри? Вот эта странность и заставила ученых проводить исследования экстрасатурного пространства. Они не думали о поясе Койпера за Нептуном, исследование было нацелено на то, чтобы найти что-то за Сатурном. Тем более что сам Койпер утверждал, что никакого пояса Койпера нет.

Годами шли исследования и поиски «медленных объектов». И годами не находилось ничего интересного. За это время было найдено еще много объектов внутри Солнечной системы, но не за Сатурном, а искали именно там. Вплоть до 1992 года не было обнаружено ничего интереснее случайных астероидов. И тут вдруг — неизвестный объект! И найден не просто за орбитой Сатурна — далеко за пределами известного региона Солнечной системы. Это был самый далекий объект, который когда-либо наблюдался в Солнечной системе.

После обнаружения 1992 QB1, как уже говорилось, были обнаружены и другие объекты — целых 2 тыс. Это очень много.

Это был он, тот самый пояс Койпера, которого «не могло быть» на границах Солнечной системы.

Более поздние исследования увязали объекты пояса Койпера и миграцию планет. По сути, теперь Солнечная система представляется уже сложной динамической структурой. Кроме того, Нептун воздействует на пояс Койпера своим гравитационным полем. Также было доказано, что Плутон — это просто один из немаленьких объектов того же пояса Койпера, ибо было установлено распределение размеров и масс в поясе. И сейчас уже известно, что это только верхушка айсберга: в поясе Койпера около 100 тыс. объектов диаметром больше сотни километров и 1 млрд объектов больше одного километра. Просто поразительно, что вплоть до недавнего времени о них ничего не было известно.

Исследования пояса Койпера продолжает большая группа ученых. Его первооткрыватель — Дэвид Джевитт. Однако сама эта грандиозная даже по космическим масштабам область названа именем человека, который отрицал ее существование!

 

Открытия Ньютона: Рене Декарт, Галилео Галилей, Роберт Гук, Иоганн Кеплер

В литературе можно найти самые разные оценки Ньютона как человека. Мы уже писали о том, насколько неоднозначной фигурой был Исаак Ньютон. Со временем, по мере публикации его обширных архивов, эти оценки только становятся еще более отрицательными. Если биографы ХГХ в. склонны к панегирикам в стиле «вся его жизнь была длительным размышлением», то его современный биограф Ф. Мануэль рисует портрет злобного человека с патологически деформированной психикой.

Поворотным для этого великого ученого и очень тяжелого человека стал 1688 год, когда Ньютона избрали в английский парламент и он на два года уехал из Кембриджа в Лондон. Вернувшись, Исаак Ньютон уже не обращался к научным занятиям. Возможно, из-за тяжелого психологического заболевания не очень ясного характера. Может быть, оно было вызвано переутомлением, накопленным в течение предыдущих лет, этого никто не знает.

Биографию Ньютона мы в общем плане уже излагали выше. Как отмечалось, Ньютон, при жизни считавшийся современниками величайшим и гениальным ученым, постоянно отказывался от предлагавшегося ему поста президента Королевского общества и дал свое согласие на избрание только в 1703 году, сразу же после смерти Гука. Одним из первых его действий на этом посту было уничтожение всех инструментов, бумаг и портретов умершего, и именно по этой причине Королевское общество располагает портретами всех своих членов, кроме одного.

Иногда пути открытий и изобретений к обществу крайне извилисты. Мало кто знает, например, что работы Ньютона в области тяготения стали известны в Европе благодаря Вольтеру, который в последние годы жизни посетил Англию и, вернувшись на материк, пропагандировал новый закон, произведший на него большое впечатление. Он же поведал миру и о знаменитом яблоке, якобы упавшем на голову Ньютона и послужившем поводом к открытию, о котором ему рассказала любимая племянница Ньютона, в семье которой тот жил последние двадцать лет. В связи с этим злой Вольтер ворчал, что своей популярностью и карьерой Ньютон обязан вовсе не научным трудам, а красоте племянницы.

Вернемся же к трем законам Ньютона, которые, как считается, стали фундаментом всей классической механики (они были изложены, как мы помним, в капитальном труде «Математические начала натуральной философии»). Но перед тем вспомним еще раз слова С. И. Вавилова, которые уже приводили в этой книге: «…в ХVII веке никто, кроме Ньютона, этих открытий сделать не мог, но нельзя оспаривать, что программа, план “Начал” был впервые набросаны Гуком».

Итак, первый закон гласит: физическое тело остается в покое или прямолинейно и равномерно движется с постоянной скоростью, если на него не действует никакая сила, то есть если телу не мешать, оно движется по инерции. Инерционные системы иначе называются «галилеевскими», потому что закон инерции — так еще называют первый закон Ньютона — открыл Галилей. Мы уже знаем, что он скатывал по наклонной плоскости шары и убедился: если шару не препятствовать, то, скатившись с некоторым ускорением, шар будет выходить на горизонтальную поверхность и далее катиться по прямой, не меняя уже приобретенной скорости.

Г алилею, правда, так и не удалось сформулировать этот закон. Нигде в своих сочинениях он не написал, что шар будет катиться бесконечно долго, равномерно и прямолинейно. Более того, он считал, что рано или поздно это движение перейдет в круговое, ведь для итальянского физика «инерционным» движением было аристотелевское движение по кругу. Впрочем, сам термин «инерция» был введен не Г алилеем, а Кеплером.

Кеплер думал, что физическое тело активно, а не пассивно сопротивляется действующей на него внешней силе. Другими словами, он представлял себе некую инерционную силу, внутренне присущую телу. Но кто же тогда открыл первый закон?

Авторство следует отдать Рене Декарту. Именно в декартовых «Началах» (1644 г.), а вовсе не в ньютоновых (1686 г.), мы находим чеканную формулировку: «Всякая вещь пребывает в том состоянии, в каком она находится, пока его что-либо не изменит». Правда, этот закон французский мыслитель трактовал шире, чем это предполагается первым законом Ньютона. Декарт писал: «Если некоторая частица материи квадратная, она пребывает квадратной, пока не явится извне нечто, изменяющее ее форму».

Эта формулировка демонстрирует, что Декарт отчетливо понимал суть закона инерции. Но если он сформулировал первый закон, то кто сформулировал второй?

Тоже Декарт! В его трактовке этот закон звучал так: «Всякое движущееся тело стремится продолжить свое движение по прямой». Декарту важно было этим законом подчеркнуть именно прямолинейность движения, хотя она прямо не вытекает из предыдущего закона. В разъяснениях ко второму закону Декарт ссылается на эксперимент с камнем, выпущенным из пращи. Камень раскручивается по окружности, и, казалось бы, если выпустить его из пращи, он продолжит совершать круговые движения. Но это не подтверждается в опыте, говорит Декарт. В точке пространства, где камень высвобождается из пращи, он начинает двигаться по касательной к окружности. Согласитесь, вложенное во второй закон содержание в определенном смысле продолжает логику первого закона.

Но если так, то, возможно, Декарту принадлежит и третий закон? Ответ положительный: да, принадлежит. Он звучит так: «Если движущееся тело встречает другое, более сильное тело, оно ничего не теряет в своем движении; если же оно встречает более слабое, которое оно может подвинуть, то оно теряет столько движения, сколько сообщает». Конечно, привычная нам формулировка третьего закона намного проще и иллюстративнее: сила действия равна силе противодействия; обе силы направлены по одной прямой в противоположные стороны. В формулировке же декартовского закона не ясен сам термин «сильное тело».

Выходит, если открытие первых двух законов движения физических тел следует все же отдать Декарту, то третий закон — целиком заслуга Ньютона?

Но увы. Третий закон в формулировке Ньютона не имеет той общности, на которую должен претендовать физический закон. Он касается двух сил, направленных в противоположные стороны, то есть мы имеем дело с частным случаем сложения двух векторных величин. Но силы могут быть направлены под углом друг к другу, и тогда следует воспользоваться общим правилом сложения векторных величин, а именно правилом параллелограмма, которое было известно еще Архимеду. Ньютону пришлось к своему третьему закону приписать целых шесть следствий, первое из которых касалось именно правила параллелограмма. Однако правило параллелограмма не является следствием третьего закона (или аксиомы, как назвал его сам Ньютон), а вот из правила параллелограмма путем логических рассуждений можно прийти к третьему закону!

Зададимся теперь вопросом: если у Декарта третий закон плох, у Ньютона — чуть менее плох, то, возможно, был какой-то другой ученый, давший исчерпывающую формулировку?

Тут мы в который раз ступаем на зыбкую почву споров о приоритете. Хотя все же истина превыше всего. С точки зрения логики, первые два закона Ньютона правильнее было бы объединить в один, как это сделал предшественник и во многом соперник Ньютона Роберт Гук. Этот объединенный закон звучал бы примерно так: если на тело действует сила, оно приобретает соответствующее ускорение; если такая сила отсутствует, то тело сохраняет свое инерционное состояние (то есть либо остается в покое, либо равномерно, прямолинейно и бесконечно долго движется в пространстве). А то, что Ньютон не совсем удачно сформулировал в качестве третьего закона механики, лучше было бы заменить законом сохранения количества движения. О нем прекрасно был осведомлен Декарт, хотя он и не сумел правильно им воспользоваться для описания всех возможных случаев соударения упругих тел. Ньютон сформулировал закон сохранения количества движения в качестве своего третьего следствия, которое тоже логически не вытекало из его третьего закона движения.

О том, какими были приключения закона всемирного тяготения, сказано достаточно. Теперь перейдем к следующему достижению Ньютона — формулировке теории света. И здесь нас ждет интереснейший факт: теорию света Ньютон не создавал. Просто в молодости он читал «Лекции по оптике», которые оставлял ему куратор Исаак Барроу. Потом он ставил эксперименты и писал работы на эту тему, но тот же Роберт Гук каждый раз находил в его выкладках множество поводов для серьезной критики. В отличие от Ньютона, в постановке опытов Гуку не было равных. В вопросах оптики он намного опережал Ньютона. Недаром публикацию своего основного труда по этой тематике, «Оптики» (1704 г.), Ньютон откладывал до самой кончины Гука.

Историки науки твердят, что Ньютон пропускал луч через небольшое отверстие в темную комнату. Луч падал на призму, за которой стоял экран. Исследуя появившийся на экране спектр, Ньютон пришел к выводу, что белый свет состоит из цветных лучей, которые, преломляясь в призме, отклоняются в разной степени. Ньютон измерил преломление лучей различных частей спектра. Для этого он пропускал через отверстие в экране лучи одного цвета так, чтобы они падали на призму. Оказалось, что наименьшим показателем преломления обладает красный цвет, а по направлению к фиолетовому концу спектра этот показатель возрастает.

На самом деле это утверждение, скажем осторожно, несколько грешит против истины. Возможно, подобные опыты Ньютон и производил. Но неужели до Ньютона никто в целом мире не видел радуги и не знал, что солнечный луч, пропущенный через призму, разлагается на цветной пучок света, соответствующий различным углам преломления? Конечно, измерялись и углы преломления красных и фиолетовых лучей. Все это проделывали многие естествоиспытатели задолго до Ньютона.

Но сам факт разложения белого света еще не составляет теории, поэтому, видимо, никому из предшественников Ньютона, скажем, в Древней Греции, и не пришло в голову выдать свое наблюдение за открытие: это тривиальные вещи, еще домохозяйки засмеяли бы. Но только не члены благородного Королевского общества Ее Величества. Ньютон не знал главного: что представляет собой свет — то ли это волны эфира, то ли частицы, движущиеся в пустоте. Он постоянно колебался; у него, в отличие от того же Гука, не было определенного представления об эфире: то он думал, подобно Декарту, что свет — это какой-то сильно разреженный газ, то приписывал ему спиритические качества, изображая неким божественным духом, который якобы вызвал движение Вселенной. К слову, серьезные ответы на вопросы и о природе света, и о том, что он собой представляет, дали через много лет после Ньютона.

Нам осталось только вспомнить преинтереснейшую историю, связанную с математикой, чтобы увидеть во всей своеобразной красоте «гений Ньютона». Речь идет о дифференциальном и интегральном исчислении. Мы уже любовались этой историей, когда говорили о великих спорах о приоритете. Сейчас всего несколькими фразами просто вспомним об этом.

Конечно, Лейбниц возмущался не просто так. Ньютон, как и в эпизоде с Гуком, просто обокрал Лейбница. Последний доверился ему, посчитав его порядочным человеком, а тот в ответ на это доверие бессовестно обманул его, объявив себя единоличным владельцем интеллектуальной собственности. Мало того что Ньютон присвоил чужое, так он еще и плохо разобрался в том, что присвоил себе: о дифференциалах Ньютон писал с ошибками, плохо понимая этот предмет, а интегралами вообще почти не занимался. Но кроме дифференциалов, известен еще бином Ньютона и вычислительный метод, приписываемый знаменитому английскому гению. Может быть, хотя бы эти разработки все-таки достойны того, чтобы прославить имя великого физика и естествоиспытателя?

Не совсем так. Вернее, совсем не так. Просто имя Ньютона прилепилось ко всему, что всеми правдами и неправдами попало в его «Начала». К сожалению, Ньютон не был настоящим ученым. Он брал ото всех понемногу, внося элементы спекуляции, которые очень нравились философам, но были ошибочны с точки зрения рациональной науки. Тому примеров предостаточно.

Третья книга Ньютона, «О системе мира». Вот что стало ее первым предложением: «Центр системы мира находится в покое», а потом: «Это признается всеми, ибо одни принимают находящейся и покоящейся в этом центре Землю, другие — Солнце». Это же противоречит элементарному физическому факту, о котором знал уже Архимед. Центр тяжести Солнечной системы будет менять свое положение (здесь имеется в виду именно это понятие) в зависимости от положения планет. Если Юпитер и Сатурн находятся в оппозиции, центр будет занимать одно положение в пространстве; если произойдет их соединение, центр переместится в другое место. Таким образом, центр системы мира никогда покоиться не будет!

Другим примером его ошибочного понимания физической картины мира может служить движение Луны. Для описания ее сложного хода вокруг Земли Ньютон принял объяснение Галлея, который ввел для орбиты Луны птолемеевский эпицикл. Это отступление от рациональной механики ставило крест на законе всемирного тяготения, который Ньютон якобы открыл.

А теперь еще раз вернемся к «Началам», которые Ньютон писал по конспекту Роберта Гука. Ньютон, сдав рукопись в печать в апреле 1686 года, о Гуке в ней вообще не упомянул. Галлей был другом и Ньютона, и Гука и знал предысторию открытия закона всемирного тяготения. Он убедил Ньютона сделать ссылку на Гука, и Ньютон в конце концов ее сделал, но в весьма оригинальной форме. Он написал, что идея об обратной пропорциональности силы притяжения квадрату расстояния принадлежит, помимо него самого, также Галлею (на его деньги печаталась книга), Рену (президенту Королевского общества) и Гуку. Галлей и Рен особого отношения к закону не имели, но против упоминания своих имен возражать не стали. Апелляции же Гука остались неудовлетворенными.

При переписке с Галлеем, отвечая на его настоятельную просьбу упомянуть имя Гука, Ньютон разглагольствует о различии физиков (к которым он причислял Гука) и математиков (к которым он относил себя): «Математики, которые все открывают, все устанавливают и все доказывают, должны довольствоваться ролью сухих вычислителей и чернорабочих. Другой же, который ничего не может доказать, а только на все претендует и все хватает на лету, уносит всю славу как своих предшественников, так и своих последователей. И вот я должен признать теперь, что я все получил от него и что я сам только подсчитал, доказал и выполнил всю работу вьючного животного по изобретениям этого великого человека». В другом месте: «Гук имеет лишь отдаленное представление о всемирном тяготении, основанное лишь на догадке. Одно дело изобретать гипотезы, другое — доказывать их. Гук имеет не большее право на закон обратных квадратов, чем Кеплер имеет право на закон эллипсов: догадки не считаются, а доказательств у Кеплера не было». Как видим, светоч науки отказывал в авторстве не только Гуку, но и Кеплеру, который вывел три закона на основе обобщения и обработки прямых экспериментальных измерений.

Одним словом, Исаака Ньютона нельзя считать основоположником классической механики. Он не открывал «трех законов Ньютона» и всемирный закон тяготения, не разрабатывал теорию света и интегрально-дифференциальное исчисление. Его единственное, но небесспорное достижение — его «Начала», где он собрал все упомянутые теории и гипотезы, не упомянув, правда, имен их авторов.

Исаака Ньютона и его «открытия» можно назвать классическим подтверждением закона Стиглера.

 

Что связало Бойля и Мариотта

Каждому школьнику известен закон Бойля — Мариотта. Но мало кто знает, кто же в действительности первым его открыл. Роберт Бойль — этот таинственный философ-алхимик, опубликовавший в 1662 году труд «Защита доктрины, обнимающей дух и вес воздуха» и обосновавший свои аргументы серией гениальных и прекрасных экспериментов? Или Эдм Мариотт — его именем упорно называют этот закон французы. Причем англичане утверждают, что Мариотт не только нагло присвоил идеи Бойля, но и украл его аппарат. Попытаемся не вмешиваться в споры, а спокойно во всем разобраться.

Роберт Бойль после смерти отца возвращается в Англию и вступает во владение значительным состоянием. Это позволило ему устроить в своем имении Столбридже прекрасную лабораторию, где в конце 1645 года он приступил к исследованиям по физике и химии. Похоже, не только Кавендиш был склонен искать ответы на мировые загадки в стенах собственного дома.

Под влиянием работ Торричелли по изучению атмосферного давления Бойль начал заниматься исследованиями свойств воздуха. Он брал трубки U-образной формы с разной длиной колен, короткое было запаяно, а длинное открыто. Заливая в длинное колено ртуть, Бойль «запирал» воздух в коротком колене. Так он смог выяснить, что если изменять количество ртути в длинном колене, то изменится объем воздуха в коротком.

У Бойля был ученик, молодой человек по имени Тоунли — Бойль обучал его основам физики и математики. Именно Тоунли, изучая таблицу опытов Бойля, заметил, что объемы сжимаемого воздуха пропорциональны высоте давящего на воздух столбика ртути. Это позволило самому Бойлю увидеть собственные опыты с новой стороны. Столбик ртути — это своеобразный поршень, сжимающий воздух, вес столбика соответствует давлению. Поэтому пропорция в табличных данных означает зависимость между величиной давления и объема газа. Так было получено знаменитое соотношение, которое знает теперь каждый школьник. Это соотношение Бойль подтвердил множеством опытов с давлением больше и меньше атмосферного. То есть была установлена закономерность: объем газа обратно пропорционален его давлению. Произошло это в 1662 году. А двумя годами ранее, в 1660 году, Бойль опубликовал трактат «Новые физико-механические эксперименты, относящиеся к упругости воздуха и его эффектов. Произведены по большей части на новой пневматической машине».

В этом труде соотношение между давлением и объемом воздуха в количественном отношении еще не было выяснено, но в нем был описан воздушный насос, изобретенный Бойлем и позволивший провести многочисленные эксперименты и получить результат, вошедший в физику под названием закона Бойля: давление постоянной массы газа при постоянной температуре обратно пропорционально занимаемому им объему.

Труд Роберта Бойля вскоре после его выхода из печати подвергся резкой критике. Профессор физики Льежского университета Франциск Лин (1595–1675) возражал против существования вакуума, утверждая, что все пространство заполнено некой тонкой материей, которую он назвал «фуникулюс». По его мнению, эта тонкая материя и заставляет погруженные в нее тела действовать против своей природы: ртуть не опускаться, как это следовало бы, а подниматься вверх по трубке.

В 1662 году Бойль написал своим оппонентам ответ, названный «Прибавлением к работе 1660 года» и озаглавленный «Защита доктрины, относящейся к упругости и весу воздуха», изложив установленный закон. Однако Бойль не претендовал на его авторство. Наоборот, он подчеркивал, что Роберт Гук уже в 1660 году, а возможно, и ранее уже знал об этом соотношении.

Роберт Гук сначала был помощником химика Виллиса, а потом и самого Роберта Бойля. Он-то и изготовил вышеупомянутый насос, принимая активнейшее участие в трехлетнем цикле упомянутых экспериментов. Чтобы полностью быть справедливым, Бойль сообщал и о Ричарде Тоунли, работавшем, по его словам, над проблемой соотношения между давлением воздуха и его объемом. Бойль указывает, что Ричард Тоунли после прочтения первого издания сочинения учителя «Новые физико-механические эксперименты касательно упругости воздуха» высказал гипотезу, что «давление и протяжение обратно пропорциональны друг другу». К тому же, по словам Бойля, Гук, услышав от него о гипотезе Тоунли, признавался, что уже год назад произвел подобные эксперименты и пришел к положительным результатам. Бойль писал также, что в этом направлении работал и лорд Броункер, но не получил никаких результатов.

Почему же все-таки закон получил имя Бойля, а не Гука, хотя сам Бойль признал авторство последнего? Вероятно, это произошло потому, что опубликован он был в книге, на которой стояло имя Бойля, хотя, ссылаясь на Гука, он не претендовал даже на соавторство. Нечто подобное мы наблюдали в другой публикации, на которой стояло имя Исаака Ньютона.

Ну а при чем же тут Эдм Мариотт? Он провел исследования, аналогичные исследованиям Бойля, результаты которых опубликовал в 1676 году в работе «Речь о природе воздуха». Здесь, наряду с другими опытами, описывались и эксперименты по изучению зависимости между давлением воздуха и занимаемым объемом. При этом он пришел к тем же выводам, что и Бойль, и вывел закон, который французы, естественно, назвали законом Мариотта. Сам Мариотт в книге ни словом не упоминает о своем предшественнике, словно ему совершенно неизвестны работы Бойля. Между тем эти работы были известны достаточно широко, они публиковались на латинском и английском языках.

Впрочем, Мариотт не впервые забыл упомянуть своих предшественников: аналогично в 1673 году в труде о соударениях он ни словом не упомянул о работе Гюйгенса, позаимствовав у последнего не только методику эксперимента, но и основы теории.

Добавим, что по тщательности проведенных экспериментов Эдм Мариотт значительно уступает Бойлю. Последний измерил высоты ртутного столба с точностью до шестнадцатых долей дюйма, сопоставил реально наблюдаемые значения с вычислениями и указал на неизбежную погрешность в измерениях. Мариотт же измерил высоты ртутного столба в дюймах и ограничился сообщением, что опытные данные строго согласуются с расчетными. Осторожный и критически настроенный Бойль называет открытый им закон только «гипотезой», требующей экспериментального подтверждения, а Мариотт сходу провозглашает его законом или правилом природы.

Иногда, и это весьма прискорбно, в курсах физики ошибочно утверждается, будто Мариотт «уточнил» исследования Бойля, что совершенно не соответствует действительности. Однако следует признать: именно Мариотт предсказал различные применения закона. Из них наиболее значительным было определение высоты места по данным барометра. История оказалась благожелательной к Мариотту и, несмотря на очевидный приоритет, соединила его имя с именем Бойля. Закон Бойля — Мариотта ныне известен каждому школьнику, хотя правильнее все же было бы его назвать законом Бойля — Тоунли — Гука.

 

Швейная машинка Зингера

Сейчас во многих семьях есть швейная машина, ранее, в советские времена, она была практически в каждом доме. Но почему же именно «Зингер»?

Конечно, появилась машинка совсем недавно. Сначала было шило, которым древние женщины сшивали шкуры, потом крючок, позже появилась игла с ушком.

Прародительница современной швейной машины была изобретена неизвестным голландцем в XIV веке, использовалась она для пошива парусов в мастерских — машина приводилась в действие колесом и стачивала длинные полотна.

Идея усовершенствования машины и облегчения шитья витала в воздухе давно. Первый проект был предложен в конце XV века Леонардо да Винчи, но так и остался невоплощенным.

Относительно компактная швейная машинка появилась ко второй половине XVIII века, ее изобрел Карл Дрез, а в 1755 году немец Карл Вейзенталь получил патент на швейную машину, копирующую шитье вручную. В 1790 году англичанин Томас Сент создал швейную машину для пошива сапог. Машина имела ручной привод, заготовки сапог относительно иглы перемещались руками.

Бартелеми Тимонье был первым, кто получил заказ от правительства Франции на массовый выпуск машинки. Он наладил производство, но портные, боясь остаться без работы, разгромили его завод. Тимонье умер в нищете.

Изобретение, свершившее революцию в швейном деле, принадлежит австрийцу Йозефу Мадерспергеру. В 1814 году он изобрел и запатентовал иглу с ушком в острие и представил свою первую швейную машину, которая имитировала движение человеческой руки при шитье, а в 1839 предложил машину, которая имитировала процесс ткачества и выполняла цепной стежок.

Американец Уолтер Хант, автор такой же швейной иглы в США (1834 г.), так и не удосужился получить патент. Он мучился угрызениями совести, считая, что швейная машинка оставит без куска хлеба тысячи швей.

Только в 1845 году американскому механику Элиасу Хоу удалось сконструировать первую практически применимую в массовом производстве машину, дававшую двойную строчку и делавшую 300 стежков в минуту. И хотя патент на изобретение был приобретен в Англии, родиной швейной машины по праву считается Америка.

Коренное изменение в конструкции машин произошло в 1850 году, когда сразу три изобретателя — Вильсон, Гиббс и Зингер — запатентовали новые конструкции. Наиболее удачной оказалась машина Зингера с так называемым «качающимся челноком».

Исаак Меррит Зингер не был изобретателем швейной машинки, но значительно усовершенствовал существовавшие в то время модели. Швейная машинка «Зингер» произвела революцию в быту, изменила технологию пошива одежды.

Первую половину жизни Зингер был не слишком удачливым актером и автором малоизвестных машин для бурения горных пород. Несмотря на прибыль от изобретений, он то и дело скатывался на грань нищеты. В конце концов Зингер решил устроиться в фирму по продаже швейных машинок Элиаса Хоу.

Оборудование, изобретенное Хоу, часто выходило из строя. Да и сам процесс пошива одежды действовал портнихам на нервы: надо было долго учиться, как заправлять нить, из-за плохого натяжения она то и дело запутывались и обрывалась.

Зингер решил довести изобретение Хоу до ума. Он раздобыл 40 долларов для покупки машинки и занялся переработкой ее конструкции. Талантливому изобретателю понадобилось всего 10 дней — он отладил регулировку натяжения нити, расположил челнок горизонтально, снабдил машинку ножным приводом и предложил столик-доску, чтобы швее было удобнее раскладывать ткань. Эти конструктивные доработки сделали процесс эффективным и удобным.

В 1851 году Зингер запатентовал свое детище. Об этом быстро узнал Хоу и подал в суд. Суд пытался принудить Зингера платить с каждой проданной машинки по 5 долларов ее законному изобретателю, но тот сумел выкрутиться и не платил Хоу ни цента.

У Зингера не было денег на открытие завода, но он быстро нашел партнера: совместно с юристом Эдуардом Кларком в 1854 году основал предприятие в Нью-Джерси. Первые модели швейных машин стоили 100 долларов — в те времена это была просто чудовищная сумма. Поэтому долгое время партнеры испытывали проблемы со сбытом: потенциальные покупатели, мужчины, считали, что женщины могут шить как шили, а самих женщин никто не спрашивал.

И тогда Зингеру пришлось стать изобретателем еще и в экономических областях. Он разработал ряд успешных торговых стратегий:

• первым придумал продавать товар в рассрочку;

• снабдил свое изобретение инструкцией — становилось проще наладить работу механизма;

• изобрел систему франчайзинга;

• предложил удачную систему гарантийного ремонта и послепродажного сервиса;

• первым взял на работу наемного директора.

Кроме всего перечисленного, он придумал безошибочный рекламный ход. Представители фирмы раздавали листовки с рекламой в храмах и театрах. Красивые девушки демонстрировали, как пользоваться швейной машинкой, на ярмарках и торговых площадях. Швейная машинка «Зингер» становилась все более популярной.

Конвейерное производство позволило снизить затраты на изготовление: машинка стоила уже десять долларов, теперь она становилась вполне доступной для семей со средним достатком. Уже в 1858 году все компаньоны фирмы получали 500 % чистого дохода. А когда в Глазго (Великобритания) открылся новый завод, предприятие стало транснациональным.

Постепенно оборудование совершенствовалось: появилось устройство для вышивания и починки чулок, а также возможность шить броню для лошадей, брезент и обувь. Зингер стал миллионером.

В 1875 году он умер. Но бизнес продолжал процветать: во многих странах мира открывались заводы по производству его швейных машинок.

В России машинки появились в XIX веке и стоили безумных денег, позволить их себе могли только очень обеспеченные люди. В советское время невеста, имевшая машинку «Зингер» в приданом, считалась очень богатой.

Так что в данном случае в названии все-таки есть некоторый резон, пусть даже оно относится не к автору изобретения, а к талантливому менеджеру.

 

Салат «Оливье»: русский салат, майонез и колбаса «Докторская»

Расскажем еще одну забавную историю — о самой, казалось бы, тривиальной вещи, а точнее, о блюде — салате, без которого не мыслится как минимум новогодний стол. Знаменитый салат появился в 60-х годах XIX века благодаря талантливому повару Люсьену Оливье, перебравшемуся из Франции в Россию. Он стал владельцем знаменитого московского ресторана «Эрмитаж» на Трубной площади. Место славилось европейским шиком и русской услужливостью — официанты были одеты как трактирные половые, но униформа шилась из дорогой ткани. Публика захаживала соответствующая, а кухня считалась одной из самых знаменитых в столице.

О салате «Оливье» ходила такая слава, что даже В. А. Гиляровский в своей знаменитой книге «Москва и москвичи» просто не смог обойти вниманием «Эрмитаж»: он рассказал об этом заведении в очерке «На Трубе» (так в те времена называлась в народе Трубная площадь). О знаменитом французе и его салате Гиляровский написал так: «Считалось особым шиком, когда обеды готовил повар-француз Оливье, еще тогда прославившийся изобретенным им салатом, без которого обед не обед и тайну которого не открывал».

Забавно, но, говорят, Оливье изобрел свой салат со злости. А дело было так. Первоначально француз придумал для своего ресторана вовсе не салат, а блюдо под названием «Майонез из дичи». Для него отваривали филе рябчиков и куропаток, резали, выкладывали на блюдо вперемежку с кубиками желе из бульона. Рядом изящно располагали вареные раковые шейки и ломтики языка, политые соусом провансаль. А в центре возвышалась горка картофеля с маринованными корнишонами, украшенная ломтиками крутых яиц. По замыслу Оливье, центральная горка предназначалась не для еды, а лишь для красоты, как элемент декора.

Вскоре Оливье увидел, что многие русские невежи поданный на стол «Майонез из дичи» перемешивают ложкой, как кашу, разрушая тщательно продуманный дизайн, затем раскладывают по своим тарелкам и с удовольствием едят эту «варварскую смесь». Таким образом, изначальная кулинарная идея Оливье была опошлена практически сразу, и созданное им кулинарное произведение фактически перешло в другой жанр.

Тот легендарный, самый первый «Майонез из дичи», прародитель нашего салата «Оливье», так и умер, не выдержав натиска варварских привычек клиентов, для которых ценность блюда как обильной пищи и, что немаловажно, удобной закуски «под водочку» явно доминировала над его эстетикой.

Оливье долго ходил обиженным, а потом, как бы в насмешку, стал выражать свое негодование по отношению к такому кощунству, уже намеренно смешивая все ингредиенты и поливая их соусом. Так фактически и появилось знакомое нам оливье, хоть пока еще и в более усложненном виде.

Немало загадок оставил нам коварный повар. Предусмотренный в рецепте соус кабуль (или «соя кабуль») — это некая пряная приправа. Судя по всему, собственно соя здесь ни при чем. Есть как минимум три различных взгляда на то, что же это такое. Кто-то говорит, что на кабуль похож томатный соус «Южный», который готовили в московских ресторанах. Кто-то считает, что это смесь из жгучего перца, уксуса и бульона. Есть и другой вариант: пассированная на сливочном масле мука, в которую добавили бульон, тертый хрен, сливки и соль. Словом, сложностей в понимании рецептуры немало. Но при желании можно провести серию экспериментов, ведь, даже если заменить рябчика на цыпленка, а раковые шейки на креветки, все равно получится вкусно.

Салат стал главной приманкой «Эрмитажа», а его рецепт был тайной, которую Оливье унес с собой в могилу.

Грянула революция и изменила жизнь огромной страны. Известно, что одной из задач революционного движения была программа избавления советского народа от всевозможных буржуазных пережитков. И, конечно же, от такой блажи, как эстетика: людям было не до гармоничных сочетаний вкусов салатных ингредиентов. Вот поэтому почти на 50 лет об оливье забыли, а потом он вдруг стал появляться в хрустальной салатнице в центре новогодних столов как символ достатка: вкусный, всеми любимый, но до безобразия упрощенный вариант некогда легендарного салата, которым лакомился цвет московской публики, — с колбасой, жутко дефицитными майонезом и зеленым горошком.

Во Франции и Турции разные упрощенные варианты этого салата, появившиеся в эмигрантской среде после 1917 года, до сих пор называются «Русский салат» и весьма популярны. Позднее эти рецепты положили начало знаменитому «Советскому оливье».

Рецепт настоящего (почти во всем) салата был восстановлен в 1904 году по памяти одним из гурманов — завсегдатаев ресторации.

Вот он, состав настоящего (будем надеяться) салата «Оливье»:

• мясо двух отварных рябчиков;

• один отварной телячий язык;

• около 100 г черной паюсной икры (черной зернистой икрой лучше не заменять — можно испортить весь салат);

• 200 г свежего салата;

• 25 отварных раков или 1 банка омаров;

• полбанки очень мелких маринованных огурчиков (пикулей);

• полбанки «соя кабуль»;

• два покрошенных свежих огурца;

• 80 г каперсов;

• 5 мелко нарубленных яиц, сваренных вкрутую.

Заправить соусом провансаль, который должен быть приготовлен на французском уксусе, двух свежих яичных желтках и фунте (400 г) прованского оливкового масла.

Основная тайна изумительного вкуса салата заключалась в небольшом количестве неких приправ, которые Оливье лично в тайной комнате вводил в свой майонез. Именно состав этих приправ и не удалось достоверно восстановить. Ну, а остальные входившие в салат продукты были у всех на виду, так что особого секрета не представляли.

Согласитесь, что знаменитый салат является одной из ярчайших иллюстраций закона Стиглера: то, что придумал Люсьен Оливье, давным-давно никто не видел, а имена создателей нынешнего праздничного блюда (и многих его вариантов) так и остались неизвестными.

Исследование черт лица и предсказание по ним и по складкам лба будущей жизни и судьбы человека, также угадывание мыслей.