Владимир Кессельман - На кого упало яблоко
В стране Серендипити
Однажды судьба стучится в дверь к каждому человеку, но чаще всего в это время мы сидим в соседнем кабачке и не слышим ее стука.
Марк ТвенВ восемнадцатом веке английский писатель и известный коллекционер фарфора Горацио Уолпол написал основанную на древнеперсидском эпосе сказку «Три принца из Серендипа», в которой герои, путешествуя, неожиданно делают различные открытия. Впервые в английском языке слово «Серендипити» всплыло 28 января 1754 года в частном письме Уолпола. Он определил его как «очень выразительное, характеризующее открытие, совершенное без предварительных действий». В дальнейшем это слово стало часто употребляться для обозначения случайных творческих находок. Один из проектов поиска разумной жизни во Вселенной так и называется «SERENDIP». А какими бывают серендипические открытия не в сказке, а в жизни?
Можно утверждать, что до появления экспериментального метода открытия делались случайным образом. Известно, что к середине XIV века довольно широкое распространение получили очки. Однако линзы, скорее всего, были случайным открытием средневековых ремесленников. В XVI веке появилась подзорная труба, но ее случайно создали мастера-ремесленники по изготовлению очков, а не ученые, так как оптические теории того времени не только не приводили к открытию трубы, а даже уводили от него. Удача посещает ученых очень по-разному, и нечаянное наблюдение может обернуться замечательным открытием. Впервые дефект цветового зрения описал английский химик Джон Дальтон после того, как случайно обнаружил, что сам страдает им, — однажды он надел вместо черной академической мантии малиновую. С тех пор цветовая слепота стала называться дальтонизмом.
Наверное, каждый ученый в своей жизни хоть раз сталкивался со «случайным» открытием. Причем, не только наблюдатели, но и теоретики. Вспомним, например, предсказание позитрона Дираком, который вовсе не думал о целом мире античастиц, выписывая свое знаменитое уравнение. Такое нередко бывает, когда при численных расчетах часто обнаруживается что-то, что в них не закладывалось.
А всегда ли мы способны замечать случайные, побочные результаты исследований, фиксировать их? Посмотрим, что дает нам история открытий.
«Эврика!»
Преданье старинное знает весь свет,
Как, тешась горячею ванной,
Открыл свой великий закон Архимед,
Связав его с выходкой странной.
Хрестоматийной стала легенда об открытии закона Архимеда. Это открытие, кажется, было совершенно случайным. Великий сиракузец изучал силы, действующие на тела, и среди них — силу тяжести. Согласно открытому им закону, на тело, погруженное в жидкость, действует сила, равная весу вытесненной им жидкости. Это открытие связано с легендой, передаваемой многими историками. Архимед родился в 287 году до н. э. в Сиракузах, на острове Сицилия. Сицилия в те времена была дальним западным форпостом греческой культуры. В годы детства Архимеда эпирский царь Пирр вел здесь войну с римлянами и карфагенянами, пытаясь создать новое греческое государство. В этой войне отличился один из родственников Архимеда — Гиерон, ставший в 270 году до н. э. правителем Сиракуз. Согласно легенде, Гиерон поручил Архимеду выяснить, сделана ли его корона целиком из золота, или же в нее подмешано серебро. Эта задача занимала Архимеда довольно долго, пока не помог случай в бане. Произошло то, что бывает всякий раз, когда любой человек, даже не ученый, садится в любую ванну, — вода в ней поднимается. Но то, на что обычно Архимед не обращал никакого внимания, вдруг заинтересовало его. И еще Архимед констатировал с удивлением, что в воде нога стала легче. Он понял, что эти явления дадут ему ключ к разгадке задачи. С криком «Эврика!» (нашел!) он выскочил из ванны, позабыв обо всем на свете. Настолько поразила его пришедшая в голову мысль. Анекдот занятный, но, переданный таким образом, он не совсем точен.
Римский архитектор Витрувий, сообщая о поразивших его открытиях разных ученых, приводит следующую историю: «Что касается Архимеда, то изо всех его многочисленных и разнообразных открытий то открытие, о котором я расскажу, представляется мне сделанным с безграничным остроумием. Во время своего царствования в Сиракузах Гиерон после благополучного окончания всех своих мероприятий дал обет пожертвовать в какой-то храм золотую корону бессмертным богам. Он условился с мастером о большой цене за работу и дал ему нужное по весу количество золота. В назначенный день мастер принес свою работу царю, который нашел ее отлично исполненной; после взвешивания корона оказалась соответствующей выданному весу золота. После этого был сделан донос, что из короны была взята часть золота и вместо него примешано такое же количество серебра. Гиерон разгневался на то, что его провели, и, не находя способа уличить это воровство, попросил Архимеда хорошенько подумать об этом. Тот, погруженный в думы по этому вопросу, как-то случайно пришел в баню и там, опустившись в ванну, заметил, что из нее вытекает такое количество воды, каков объем его тела, погруженного в ванну. Выяснив себе ценность этого факта, он, не долго думая, выскочил с радостью из ванны, пошел домой голым и громким голосом сообщал всем, что он нашел то, что искал. Он бежал и кричал одно и то же по-гречески: „Эврика, эврика!“ Затем, исходя из своего открытия, он, говорят, сделал два слитка, каждый такого же веса, какого была корона, один из золота, другой из серебра. Сделав это, он наполнил сосуд до самых краев и опустил в него серебряный слиток, и… соответственное ему количество воды вытекло. Вынув слиток, он долил в сосуд такое же количество воды… отмеряя вливаемую воду секстарием (0,547 л), чтобы, как прежде, сосуд был наполнен водой до самых краев. Так он нашел, какой вес серебра соответствует какому определенному объему воды. Произведя такое исследование, он таким же образом опустил золотой слиток и, добавив той же меркой вылившееся количество воды, нашел на основании меньшего количества секстантов воды, насколько меньший объем занимает слиток». Потом тем же методом был определен объем короны[6]. Она вытеснила воды больше, чем золотой слиток, и кража была доказана. Часто этот рассказ связывают с открытием закона Архимеда, хотя он касается способа определения объема тел неправильной формы.
Вообще, согласно описанию Витрувия, Архимед сделал больше того, что требовалось. Чтобы обнаружить примесь, достаточно было сравнить объем короны с объемом равного ей веса золота. Ныне задача, которую решал Архимед, по плечу даже школьнику. Удельный вес каждого из металлов есть в любом справочнике, определить удельный вес сплава совсем не трудно: взял образец, взвесил его, потом опустил в воду и определил объем вытесненной им жидкости, поделил первое число на второе и по соотношению удельных весов нашел долю каждого металла. Вот и вся премудрость. Но 2200 лет назад Архимед, выйдя после царской аудиенции, даже не знал, что такое удельный вес. Задача перед ним стояла в самом общем виде, и никаких конкретных путей ее решения он найти не мог. Но искал их. Так что случай пришелся как раз на то время, когда Архимед искал решение поставленной задачи, искал постоянно, не переставая думать об этом, когда занимался другими делами. И нашел решение!
Наблюдательная жена
Открытие Гальвани произошло довольно случайно. Он пишет: «Я разрезал и препарировал лягушку… и, имея в виду совершенно другое, поместил ее на стол, на котором находилась электрическая машина… при полном разобщении от кондуктора последней и на довольно большом расстоянии от него. Когда один из моих помощников острием скальпеля случайно очень легко коснулся внутренних бедренных нервов этой лягушки, то немедленно все мышцы конечностей начали так сокращаться, что казались впавшими в сильнейшие тонические судороги. Другой же из них, который помогал нам в опытах по электричеству, заметил, как ему казалось, что это удается тогда, когда из кондуктора машины извлекается искра… Удивленный новым явлением, он тотчас же обратил на него мое внимание, хотя я замышлял совсем другое и был поглощен своими мыслями. Тогда я зажегся невероятным усердием и страстным желанием исследовать это явление и вынести на свет то, что было в нем скрытого». Однако, согласно мнению большинства историков науки, случай явился в лице молодой жены Гальвани — Лючии Галеацци, дочери учителя Гальвани, которая крутила ручку электрофорной машины, в то время как ассистент препарировал лягушку. Лапка билась под скальпелем, и наблюдательная женщина заметила, что судороги случаются тогда, когда между шарами машины проскакивает искра. Она обратила внимание мужа на это совпадение, и революция в физике началась. Галантные болонцы всегда с удовольствием подчеркивают: не Гальвани, а его жена открыла «животное электричество».
