Леонард Млодинов - Прямоходящие мыслители. Путь человека от обитания на деревьях до постижения миро устройства
Пропасть между физикой и химией также отражают происхождение и культуры обеих дисциплин. Физика началась с умозрительного теоретизирования
Фалеса, Пифагора и Аристотеля, а химия родилась в кладовках торговцев и темных подвалах алхимиков. Хотя практики в обеих областях были движимы горним желанием познавать, химия еще и коренится в дольнем – иногда в стремлении облегчить жизнь человеческую, иногда в жажде наживы. Есть в химии благородство – благородство стремления постигать и приручать материю, но всегда есть и потенциал больших барышей.
* * *Три закона движения, открытые Ньютоном, были в некотором смысле просты, хоть и прячутся от обычного взгляда во мгле трения, сопротивления воздуха и незримости силы тяготения. Химия, однако, не управляется набором постановлений, подобных Ньютоновой тройке универсальных законов движения. В химии все гораздо запутаннее: наш мир богат на ошарашивающее разнообразие веществ, и химии пришлось постепенно с ними всеми разбираться.
Первое открытие в химии было таким: некоторые вещества – «элементы» – базовые, а другие состоят из различных комбинаций элементов. Интуитивно это осознали еще греки. По Аристотелю, например, элемент есть «одно из тех тел, до которого можно разложить другие тела, а сам он разложен быть на составляющие не может»[229]. Называл он четыре элемента: земля, воздух, вода и огонь.
Очевидно, многие вещества состоят из других веществ. Соль плюс пресная вода равно соленая вода; железо плюс вода равно ржавчина; водка плюс вермут равно мартини. И наоборот: можно разложить многие вещества на составляющие путем нагревания. К примеру, если нагреть известняк, он разложится на негашеную известь и газ – диоксид углерода[230]. Сахар разлагается на углерод и воду. Подобные простенькие наблюдения, впрочем, ведут недалеко, поскольку не существует единого описания того, что именно происходит. Допустим, если нагревать воду, она превращается в газ, но этот газ химически не отличается от жидкости, это просто другое ее физическое состояние. Ртуть при нагревании тоже не распадается на составляющие – напротив, соединяется с незримым кислородом воздуха и образуется вещество, именуемое ртутной окалиной.
А есть еще горение. Представьте горящую древесину. При сжигании дерева получаются огонь и зола, но было бы ошибкой предполагать, что дерево состоит из огня и золы. Более того, в пику Аристотелеву описанию, огонь – вообще не вещество, а, скорее, свет и тепло, выделяющиеся, когда вещества претерпевают химические превращения. На самом же деле при горении дерева выделяются невидимые газы[231] – в основном, диоксид углерода и водяной пар, но вообще там более сотни разных газов, и у древних не было никаких приборов, которые позволили бы им эти газы собрать и уж тем более разделить или идентифицировать.
Такого рода трудности делали непосильным понимание, что именно сделано из двух или более веществ, а что – вещество простое. В результате этой путаницы многие ученые, подобно Аристотелю, ошибочно считали воду, огонь и другие фундаментальными элементами, но при этом не смогли опознать семь металлических простых веществ – ртуть, медь, железо, свинец, олово, золото и серебро, хотя те были ученым знакомы.
Так же, как рождение физики зависело от математических нововведений, рождение настоящей химии дожидалось определенных технических изобретений – оборудования для точного взвешивания веществ, для измерения тепла, поглощаемого или выделяемого в ходе реакций, для определения, кислота вещество или щелочь, для уловления, отделения и манипулирования газами, а также для определения температуры и давления. Лишь с разработкой этих приспособлений в XVII–XVIII веках химики смогли начать разбираться в запутанных прядях своего знания и развивать плодотворные методы представления химических реакций. Следует отдать должное человеческому упорству: даже и до всех этих технических усовершенствований люди, практиковавшие ремесла, зародившиеся в древних городах, собрали громадный массив знаний во множестве различных направлений этой области постижения – в окрашивании, парфюмерии, стекольном деле, металлургии и бальзамировании.
* * *Бальзамирование возникло первым. В пространстве этого знания родословную химической науки можно отследить вплоть до Чатал-Гуюка, поскольку жители его хоть покойников и не бальзамировали, культуру отношения к смерти все же развили и за своими покойниками ухаживать начали. Во времена древнего Египта возросшее беспокойство о судьбе усопших привело к изобретению мумификации. Считалось, что успешная мумификация – залог счастливой загробной жизни; еще бы – ни единого недовольного клиента с жалобами. Следовательно, возник спрос на бальзамирующие вещества. Родилась новая индустрия, стремившаяся, перефразируя девиз компании «Дюпон», к лучшим вещам для лучшей загробной жизни – благодаря химии.
Миру всегда хватало мечтателей, и среди них были счастливые личности, воплотившие свою мечту, – или, по крайней мере, жившие стремлением к ней. Эти вторые необязательно признаны за талант или ученость, но неизбежно выделяются трудолюбием. Должно быть, египетские предприниматели и новаторы стремились разбогатеть, совершенствуя процесс бальзамирования, ибо вкладывали в эти попытки много времени и стараний. Со временем, путем многочисленных проб и ошибок, египетские бальзамировщики постепенно научились применять действенные сочетания солей натрия, смол ы, мирру и другие консерванты, с помощью которых можно было успешно предотвращать разложение трупов, и все эти открытия были сделаны без всякого знания происходящих химических процессов и причин распада человеческого тела.
Поскольку бальзамирование было ремеслом, а не наукой, с его открытиями обращались не как с теориями древних эйнштейнов, а, скорее, как с рецептами «Бейглы Братьев Айнстайн»[232]: их тщательно стерегли. А поскольку бальзамирование связано с покойниками и загробным миром, практиковавшие это искусство считались колдунами и чародеями. Со временем развились и другие скрытные профессии, копившие знания о минералах, маслах, вытяжках из цветов, растительных плодов и кореньев, о стекле и металлах. Здесь, в прото-химии, практикуемой людьми торговыми, – истоки таинственной и мистической культуры алхимии.
Умельцы в этих областях вместе собрали обширный массив особого, но разрозненного опыта. Этот пестрый набор ноу-хау наконец начал объединяться, когда Александр Великий основал в 331 году до н. э. в устье Нила египетскую столицу Александрию.
Александрия была роскошным городом, с изящными зданиями и улицами в сотню футов шириной. Через несколько десятилетий после основания греческий царь Египта Птолемей II возвел культурную жемчужину города – Мусейон. Мусейон, в отличие от современных музеев, не выставлял экспонаты, а предоставлял убежище сотне ученых и книжников, получавших государственные стипендии, бесплатное жилье и питавшихся с кухни Мусейона. Этот храм науки был оборудован исполинской библиотекой на полмиллиона свитков, обсерваторией, анатомическими лабораториями, садами, зоопарком и другими исследовательскими удобствами. Здесь размещался достославный центр постижения, живой, действующий памятник человеческому стремлению знать. То был первый в мире исследовательский институт, сыгравший ту же роль, что и позднее – европейские университеты, хотя, как ни печально, ему суждено было погибнуть в огне, в III веке н. э.
Александрия вскоре стала культурной Меккой, а всего за пару столетий – величайшим и знаменитейшим городом на белом свете. Здесь разнообразные теории материи и перемен в ней пересеклись с египетским химическим знанием. Эта встреча идей все изменила.
До вторжения греков египетское знание о свойствах веществ веками было исключительно практическим. Однако греческая физика предложила египетскому знанию теоретическую базу и контекст. В особенности Аристотелева теория материи объясняла, как вещества меняются и взаимодействуют. Теория Аристотеля, конечно, была заблуждением, однако вдохновила объединенный подход к науке о веществе.
Особенно влиятельной оказалась одна сторона Аристотелевой теории – его представление о преобразовании веществ. Возьмем процесс кипения. Аристотель считал, что у элемента воды есть два ключевых свойства: она влажная и холодная. Элемент воздух же он охарактеризовал как влажный и горячий. Кипение, на его взгляд, – это процесс, в котором элемент огонь преобразует холод в тепло и таким образом превращает воду в воздух. Египтяне, унюхав возможность заработать на этом представлении, превзошли самих себя и предположили: если воду можно превратить в воздух, можно ли какой-нибудь не очень ценный материал превратить в золото? Примерно как моя дочь Оливия, которая в ответ на сообщение, что можно получить доллар от зубной феи, если оставить зуб под подушкой, тут же уточнила: «А сколько мне причтется за обрезки ногтей?»
