Уолтер Гратцер - Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях
Мерцала, как оказалось, буква, нарисованная фосфоресцентной краской. Рентген знал, что преодолеть даже полметра воздуха вне трубки катодные лучи неспособны. Значит, сквозь картон проходит какое-то вторичное излучение. Рентген поставил на его пути игральную карту, потом целую колоду — но и то и другое оказалось для излучения прозрачным. Даже книга отбрасывала на флуоресцентный экран всего-навсего слабую тень. Но когда ученый заменил прежние преграды небольшим куском свинца, рядом с его тенью Рентген с удивлением заметил контуры собственных пальцев и внутри них — очертания костей.
Рентген, без сомнения, мгновенно осознал, что совершил открытие, которое всколыхнет ровную поверхность физики XIX века. Примерно в то же время профессор Филипп фон Жоли советовал студенту Максу Планку, в будущем великому теоретику, сменить род занятий, так как с устройством вещества ученые уже почти что разобрались до конца.
В этот же исторический вечер Рентген установил, что излучение, названное им “икс-лучами”[2], возникает там, где катодные лучи сталкиваются со стенками трубки. Выяснилось также, что новые лучи, в отличие от катодных, не отклоняются магнитным полем — значит, они лишены электрического заряда.
Еще несколько недель Рентгена редко видели вне лаборатории. Все это время он получал изображения самых разных предметов, включая, к ужасу подопытной, руку собственной жены: на снимке были отчетливо видны контуры колец и структура костей. Первый отчет, напечатанный в самом начале следующего года, стал сенсацией. Лорд Кельвин, один из крупнейших физиков того времени, считал статью розыгрышем, пока его не переубедили опыты, проведенные в других лабораториях мира. За несколько лет вышли тысячи статей, посвященных ретгеновским лучам. Довольно скоро их возможности осознали медики. Опасности, связанные с лучами, тоже выявились довольно быстро, и в игру вступили коммерсанты: одна английская фирма выпустила “рентгенозащитное” белье.
Для самого Рентгена открытые им лучи были причиной острого дискомфорта: он был свято предан классической физике, а то обстоятельство, что новое явление не вписывалось в классический миропорядок, очень расстраивало ученого. Самый заметный из его учеников, Рудольф Ладенбург, который позже стал профессором Принстонского университета, оказался в Вюрцбурге спустя несколько лет после истории с лучами, и Рентген поручил ему задачу по теории вязкости. Скорость падения шара в жидкости определяется ее вязкостью — по уравнению, выведенному в середине XIX века кембриджским ученым Стоксом. Рентгена же интересовало, что будет, если заключить шар и жидкость в узкую трубку, где неизбежно вязкое трение о стенки. Ради эксперимента специальную трубку провели через все этажи здания, от крыши до фундамента, и наполнили касторовым маслом. Если верить Ладенбургу, ничто не могло доставить Рентгену большего удовольствия, чем наблюдать за спуском шара в точно рассчитанный срок.
В 1901 году за открытие рентгеновских лучей ученому присудили самую первую Нобелевскую премию по физике, и несколько других физиков, также работавших с катодными лучами, получили повод сожалеть о том, что открытие сделано не ими. Фредерик Смит из Оксфорда однажды обнаружил, что фотопластинки, хранившиеся рядом с катодной трубкой, обычно засвечивались, и потому отодвинул их подальше, чтобы не тратить время на анализ причин. Но больше всех был расстроен Филипп Леннард (который позже станет нобелевским лауреатом за свои исследования излучения). Леннард не мог заставить себя даже произнести имя Рентгена вслух. Впрочем, он вообще оказался не в силах понять и принять те грандиозные открытия в теоретической физике, которые потрясли естествознание в первые два десятилетия XX века: так, он сделался яростным и непримиримым противником Эйнштейна и впоследствии убежденным нацистом.
Glasser Otto, Dr. Röntgen W.C., 2nd edn (Charles C. Thomas, Springfield, III, 1958). Воспоминания Рудольфа Ладенбурга записаны и опубликованы Е.У. Кондоном в статье: 60 years of quantum physics'. History of Physics, ed. R. Weart Spencer and Phillips Melba (N. Y., American Institute of Physics, 1985).
Игры со сладким: открытие аспартама
Аспартам, или нутрасвит, уберег тучную часть человечества от многих и многих килограммов лишнего веса. Этот заменитель сахара лишен неприятного послевкусия (чем отличается от сахарина) и по всей видимости не имеет отрицательных побочных эффектов. Он был открыт благодаря чистой случайности, как, наверное, и все остальные заменители сахара, включая самый первый — сахарин. Сахарин был синтезирован в 1879 году в Балтиморском университете Джона Хопкинса неким Константином Фальбергом — студентом Айры Ремзена, одного из самых выдающихся американских химиков-органиков. Фальберг, удивленный сладковатым привкусом еды, которую он ел во время обеда, сообразил, что причина этого — наверняка одно из веществ, попавших ему на руки во время опытов. Этим веществом оказался амид ортосульфобензойной кислоты. Практичный студент запатентовал вещество и разбогател, только вот научного руководителя в патенте не упомянул. Простить Фальбергу эту оплошность Ремзен так и не смог.
Много лет спустя, в 1937-м, другой студент-экспериментатор, беззаботный американец с невообразимой сейчас привычкой курить в лаборатории, пытался синтезировать жаропонижающий препарат антипиретик; он затянулся сигаретой, оставленной на рабочем столе, и почувствовал, что та имеет сладковатый вкус. Так появились на свет подсластители на основе цикламатов. Еще один заменитель сахара, ацесульфам, впервые дал о себе знать, когда сотрудник лаборатории решил послюнить палец, перед тем как вынуть лист бумаги из стопки.
Джеймс Шлаттер работал химиком-органиком в лаборатории фармацевтической компании G.D. Searl, где занимался поиском лекарства от гастрита. Ему предстояло синтезировать пептид (цепочку аминокислот, связанных друг с другом, как в белке), отвечающий фрагменту гормона гасгрина. Вместе с коллегой он приготовил несложное соединение такого рода (метиловый эфир аспартилфенилаланина) и приступил к его очистке переосаждением — широко принятый метод в органической химии. Шел декабрь 1965-го. Вот как Шлаттер описывает, что случилось затем:
Когда я нагревал аспартам в колбе с метиловым спиртом, смесь, внезапно закипев, выплеснулась наружу. В результате немного порошка попало мне на пальцы. Чуть позже — лизнув пальцы, чтобы взять бумаги, — я обратил внимание на сильный и очень сладкий вкус. Сначала я подумал, что все дело в сахаре, которым мог запачкаться еще утром. Однако, как я вскоре сообразил, это было исключено, коль скоро в обед я все-таки мыл руки. Все обстоятельства указывали на емкость, куда я спрятал кристаллизовавшийся метиловый эфир аспартилфенилаланина. Решив, что дипептид вряд ли ядовит, я попробовал немного и убедился: это и есть вещество с моих пальцев.
Сейчас любой химик обязательно работает в перчатках, поэтому в наши дни это открытие вряд ли состоялось бы и человечество так никогда бы и не узнало про сладкий вкус дипептидов.
Но самое курьезное открытие заменителя сахара принадлежит иностранному студенту лондонского Королевского колледжа, который в 1976 году неправильно воспринял просьбу своего научного руководителя мистера Л. Хоуга. Профессора интересовала возможность использовать в промышленности синтетические производные сахарозы — обычного сахара из тростника или свеклы. Несколько таких производных уже были получены в лаборатории, и одним из них была трихлорсахароза (то есть сукралоза — сахароза, где три атома водорода замещены на хлор). Хоуг попросил Шашиканта Фадиса исследовать (to test) вещество, а студент, плохо знавший английский язык, понял просьбу учителя как “попробовать на вкус” (to taste), что немедленно и сделал. Сукралоза, как выяснилось, принадлежит к числу самых сладких веществ в мире, и в тысячекратно меньших концентрациях заменяет сахарозу.
Aspartame: Physiology and Biochemistry, ed. Stegink LD. and Filer LJ. (New York, Marcel Dekker, 1984).
Сернистые сигары Отто Штерна
Отто Штерн (1888–1969) называл себя “экспериментальным теоретиком”. Великий американский физик Исидор Раби видел в Штерне, с которым сотрудничал в молодости, сочетание всех черт идеального ученого сразу. Тот был гениален, скромен и великодушен и вдобавок отличался превосходным, как писал Раби, “хорошим” вкусом в исследованиях: он безошибочно находил ответы к задачам первостепенной важности, поражая остроумием, а его экспериментальные работы выделялись “стилем и умом”. Сначала Штерн решил посвятить себя теоретической физике и несколько лет проработал ассистентом у Альберта Эйнштейна, которому приходился родственником. Позже Штерн рассказывал, уже своему ассистенту, Отто Фришу, как они с Эйнштейном вместе ходили по борделям, поскольку это были тихие и спокойные места, где ничто не мешало говорить о физике. Одна из теоретических работ Штерна, которая ставила точку в давней нерешенной проблеме из области статистической механики, была опубликована во время Первой мировой войны с пометкой “Ломша, русская Польша” — это был грязный провинциальный городок, куда Штерна откомандировали стеречь метеостанцию, и избыток свободного времени он тратил на сверхсложные расчеты.
