Текст книги "Тайны великих открытий"

Автор книги: Александр Помогайбо

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 20 страниц)

А нужно ли в наших технических вузах на западный манер вводить гуманитарные курсы?

Вспомним Пуанкаре:

«Специальное эстетическое чувство играет роль решета, и этим объясняется, почему тот, кто лишен его, никогда не станет настоящим изобретателем».

Кроме того, "технарь" несколько лет работает с техникой, но затем он становится начальником, и ему приходится руководить людьми, налаживать связи, определять перспективы, прикидывать прибыль. Вот тут-то и нужна общая культура – а ее нет. Откуда же ей, родимой, взяться?

Видимо, именно поэтому в Германии студент учится не пять лет, как в России, а семь – разница за счет общеобразовательных дисциплин. Такая подготовка создает действительно культурную элиту. В немецкой школе существуют специальные уроки, призванные повышать культуру Существует и предмет Wirtschaftslehre, дающий экономические знания, и Orientirierungsschtufe, который помогает выбрать профессию и выявить собственные способности.

В Америке, Германии, Англии множество людей имеет звание "бакалавр искусств", но работают отнюдь не в сфере искусств. Так зачем им было учиться? Для той же культуры. Купите ли вы оборудование у человека в мятом пиджаке, неспособного связать пару слов и объяснить достоинства своей продукции, сидящего на фоне уродливых стендов? Разумеется, не купите – культура торгового представителя достаточно ярко говорит о культуре производства в данной стране. Вот и не покупают.

У американцев даже в общеобразовательных школах существуют уроки, способствующие повышению культуры. Это окупается – хорошим видом промышленных изделий, которые способны выдерживать конкуренцию на мировом рынке (а, значит, сохраняются рабочие места) и которые импортируются другими странами (что дает приток денежных средств). Искусства преподают и в итальянских школах – и, видимо, поэтому в Италию, где живописен буквально каждый уголок, везут свою валюту армии туристов со всего мира.

ВЕЛИКАЯ КНИГА

Когда я читал Пуанкаре, то иногда видел на полях заметки, сделанные дореволюционным алфавитом. Когда их читаешь, испытываешь необычное чувство – словно беседуешь с человеком, который жил столетие назад. Где он оказался потом – погиб при Брусиловском прорыве, проектировал вертолеты в Америке или строил «Нормандию» во Франции? Жаль, что он оставил на полях немного.

Так или иначе, он интересовался Пуанкаре и знал о методах активизации творческой деятельности, использовавшихся виднейшими учеными мира. Знал о том, о чем я чудом, случайно проведал лишь сейчас, на пороге XXI века. И о том, что в современной России для всех Песталоцци почти что тайна. Здесь мы отброшены назад минимум на век.

Но была еще одна книга, тоже старая, с потертыми страницами. Великая книга, ставшая основой научной мысли Запада. Ее тоже до революции знал в России каждый образованный человек. И эта книга тоже оказалась для нашего поколения за семью печатями – только потому, что этот великий человек пытался доказать бытие Бога.

Звали этого человека Рене Декарт.

Обычно творения философов довольно мало отражаются на науке, однако философские воззрения Р. Декарта дали толчок многим крупным прорывным исследованиям. К примеру. Паскаль, создатель вычислительной машины, утверждал, что следовал учению Декарта.

Так как же философское учение может стимулировать творчество?

В своей книге "Рассуждение о методе" Декарт выделяет следующие четыре правила, которые способствуют получению достоверных новых знаний.

" Первое: не принимать за истинное что бы то ни было, прежде чем не признал это несомненно истинным, т. е. старательно избегать поспешности и предубеждения и включать в свои рассуждения только то, что представляется моему уму так ясно и отчетливо, что никоим образом не может дать повод к сомнению.

Второе: делить каждую из рассматриваемых мною трудностей на столько частей, на сколько потребуется, чтобы лучше их разрешить.

Третье: руководить ходом своих мыслей, начиная с предметов простейших и легко познаваемых, и восходить мало-помалу, как по ступеням, до познания наиболее сложных, допуская существование порядка даже среди тех, которые в естественном порядке вещей не предшествуют друг другу.

И последнее: делать всюду настолько полные перечни и такие общие обзоры, чтобы быть уверенным, что ничто не пропущено".

Эти четыре принципа оказали столь большое влияние на мир, что следует остановиться на каждом из них подробно.

ПЕРВОЕ ПРАВИЛО ДЕКАРТА

Первый принцип гласит:

«Не принимать за истинное что бы то ни было, прежде чем не признал это несомненно истинным, т. е. старательно избегать поспешности и предубеждения и включать в свои рассуждения только то, что представляется моему уму так ясно и отчетливо, что никоим образом не может дать повод к сомнению».

Этот принцип не так прост, как может показаться на первый взгляд. Мы собственными глазами видим, что Солнце вращается вокруг Земли, что Земля – плоская. Человечество веками не сомневалось в этих истинах. Потом все же кто-то усомнился. Сначала в своих органах чувств – отражают ли они реальную картину. Аристотель высказал мысль, что органы чувств говорят нам правду, – это мы сами делаем ошибочные заключения. В самом деле, что человек видит глазами на самом деле? Что Земля и Солнце движутся относительно друг друга – и ТОЛЬКО это, из разницы же масштабов наш собственный разум делает неверный вывод, что это Солнце восходит над Землей. Вот в кажущихся естественными выводах разума и следует усомниться.

"Для исследования истины необходимо хоть раз в жизни усомниться насколько возможно во всех вещах", – говорил Декарт.

Принцип "универсального сомнения" Декарта сыграл революционизирующую роль в науке. До Декарта в науке господствовала концепция преподобного Августина, ставившая во главу угла веру. Существовали религиозные догматы – и из них богословы выводили свои истины. Декарт начал критически проверять общепринятые, установившиеся представления, и многие из базовых понятий науки его времени действительно оказались ложными. Распознать эту ложность мешал некритический подход.

Вооруженные универсальным сомнением Декарта, французы наизобретали, наверное, все на свете. Вот далеко не полный список важнейших изобретений свободолюбивого галльского гения: Жаккар – перфокарта, Папен – пароход с гребными колесами, Кюньо – паровой экипаж (фактически, первый автомобиль), Монгольфье – воздушный шар, Жиффар – дирижабль, Плантэ – электроаккумулятор, Ленуар – двигатель внутреннего сгорания, Ламберт – аппарат на подводных крыльях, Шапп – оптический телеграф, Лессажу – электрический телеграф, Бранли – когерер, Грамм – электрогенератор, Дюпре – линия электропередачи, Ньепс и Дагер – фотопроцесс, братья Люмьер – кино, Вьель – бездымный порах, Сент-Клер Девиль – технологический процесс по производству алюминия, Бреге и Реше – первый поднявшийся в воздухвертолет.

Список же более мелких изобретений можно составлять почти бесконечно.

Следует упомянуть, однако, о поправке Декарта Паскалем: "универсальное сомнение" во всем – кроме основных моральных ценностей. Француз Паскаль, основоположник вычислительной техники, словно видел отрицающих все и вся немецких и русских нигилистов XIX века – и их потомков..

Конечно, принцип сомнения может относиться не только к науке. Леонардо да Винчи считал:

«Тот живописец, который не сомневается, не многого и достигает. Когда произведение превосходит суждение творца, то такой художник немногого достигает, а когда суждение превосходит произведение, то это произведение никогда не перестает совершенствоваться…».

Некоторые свои картины великий мастер создавал многие месяцы, совершенствуя их и переделывая. При написании "Моны Лизы" на полотно было положено, как полагают, до ста слоев красок. Результатом столь кропотливого труда стало самое лучшее произведение искусств всех времен. "Портрет удался – по словам Визари, это была "точная копия натуры". Но Леонардо превзошел возможности портретной живописи и сделал из своей модели не просто женщину, а Женщину с большой буквы" (Роберт Уоллэйс, "Мир Леонардо").

На свете существует великое множество вещей, которые давно отжили свой век. Сейчас они мешают, выглядят нелепо, но живут благодаря традиции, благодаря тому, что никто не посмотрел на них критически – а нужны ли они?

Вы видите на дороге светофор. В солнечный день сквозь красный светофильтр свет лампы почти не виден. Светофоры возникли на британских железных дорогах для регулирования движения в ночное время. В Британии с ее постоянными дождями светофоры прижились и на автодорогах, но в местностях с континентальным климатом и частыми солнечными днями куда лучше убрать ворующий свет светофильтр и использовать какие-либо геометрические фигуры.

Около вас тормозит машина. Устройство тормоза – тоже нелепость. Под педаль тормоза может попасть гаечный ключ – да и какой угодно предмет. Куда лучше тормоз, скажем, в виде цилиндра, который утопает в пол.

Вы спускаетесь в метро. Опять нелепости. Две станции Арбатские. Две станции Смоленские. И эти нелепости сохраняются – мешая людям – только потому, что никто не решается поломать существующую традицию.

А может, все-таки следует поломать?

ВТОРОЕ ПРАВИЛО ДЕКАРТА

Второе правило Декарта, как мы помним, звучит так:

«Делить каждую из рассматриваемых мною трудностей на столько частей, на сколько потребуется, чтобы лучше их разрешить».

Подобное "деление" принято называть "анализом". Анализировать можно как объект исследования, так и саму задачу.

Простое деление объекта на составляющие его части (или некоего класса на подклассы) относится к так называемому "логическому делению". Существует еще и так называемое "аналитическое деление", когда объекты рассматриваются с точки зрения их подчиненности, вхождения в класс более общих понятий.

Что практически дает искусство анализа?

Из школьных учебников мы знаем, что летательный аппарат Можайского поднялся в воздух раньше самолета братьев Райт.

То, что Россия не стала первопроходцем в авиации, учебники обычно объясняют косностью царских чиновников, которые не поддержали изобретателя. Да, чиновники поддержали изобретателя в меньшей мере, чем следовало, но все же дело не только в чиновниках.

Крылья аппарата Можайского имели угол атаки 15 градусов, тогда как угол атаки должен составлять примерно 2 градуса; из-за этого даже при куда более мощных моторах, чем те, что были использованы, самолет самостоятельно оторваться от земли был неспособен.

Неверна была и конструкция: как только аэроплан соскользнул с платформы, ничем не скомпенсированное вращение центрального винта увело аппарат в сторону, а неэффективная система управления не дала пилоту возможности выровнять самолет. Самолет врезался в забор, летчик пострадал.

Самолет Можайского просто не был в состоянии проложить человечеству дорогу в небо.

Эти двери приоткрыл Отто Лилиенталь, предложивший (и испытавший) изогнутую форму крыла. Первыми же, создавшими самолет, "само-лет", то есть аппарат, действительно способный самостоятельно летать, стали именно братья Райт.

Почему же это им удалось? Потому что, помимо наблюдательности и таланта экспериментаторов, они обладали превосходным искусством анализа – они, в частности, умели разлагать задачу на подзадачи.

Взявшись за дело, братья в первую очередь сформулировали, какие условия являются самыми необходимыми длясоздания аппарата тяжелее воздуха. Таких условий, по их мнению, было три: 1) легкий двигатель; 2) гладкая округлая форма поверхности аппарата, легко обтекаемая воздухом, которая уравновешивала бы вес двигателя и человека: 3) система управления движением такой машины в воздухе.

За формулировкой задач последовала долгая экспериментальная работа.

Первой подверглась исследованию "форма, которая уравновешивала бы вес", то есть имела бы подъемную силу. Братья испытали 200 (!) моделей крыльев в аэродинамической трубе, специально изготовленной ими из ящика для крахмала. Эксперименты показали, что существовавшие в те времена представления о подъемной силе крыльев неверны. Передний край крыла не должен быть острым, как считалось, к тому же эффективным оказалось крыло лишь с небольшой кривизной.

Изучив вопрос, Райты приступили к созданию "системы управления движением". Вначале они запускали модели самолета, управляя рулями при помощи канатов. Вес пилота восполняла тяжелая железная цепь. Столкнувшись с такой проблемой, как штопор, они решили, что хвост должен быть подвижен, чтобы противодействовать повороту машины вокруг вертикальной оси. Поскольку модель оказалась не очень устойчивой, Райты, подсмотрев, что птицы изгибают кончики крыльев, протянули от люльки авиатора веревки к краю крыльев, чтобы можно было изогнуть крыло, по желанию опуская одну сторону и поднимая другую (это был прообраз современных элеронов).

И, наконец, третья задача – "легкий мотор". Поскольку мотора с приемлемым отношением тяги к весу не существовало, братья с помощью механика разработали свой. Два таких мотора компенсировали вращение винтов друг друга, и самолет не уходил в сторону. Именно на аппарат с двумя двигателями Райты и подали в 1903 году заявку – однако их приоритет был признан лишь в 1942-м.

Только определив задачи и проведя соответствующие исследования, братья Райт смогли поднять свой аэроплан в воздух. За ними последовало все человечество….

В связи с Можайским и Райтами уместно вспомнить историю "космической гонки", которую, долго лидируя, СССР проиграл в самом конце – в полете на Луну. Проиграл именно из-за "недекартовского мышления". Первый экземпляр ракеты Н-1, которая должна была доставить советских космонавтов на Луну, был установлен на стартовой площадке 7 мая 1968 года, задолго до высадки на Луне американцев. Однако в этом экземпляре нашли дефекты, и его пришлось отправить на доработку. После доработки состоялся пуск, но произошла авария. Второй и третий экземпляры Н-1 тоже потерпели крушение.

Почему же удался лунный проект у фон Брауна? Вот что пишет один из разработчиков Н-1 И. Афанасьев:

"Начальник отдела испытаний проекта «Сатурн-5»– «Аполлон» К. Мюллер (занимавшийся реактивным двигателем еще в фирме «Юнкерс»– А.П.) смог доказать, что для успешного решения задачи существует только один путь: полная наземная отработка всех систем во всех возможных штатных и нештатных ситуациях. Он костьми лёг на то, чтобы 2/3 отпущенных на проект средств вложить в создание стендов для отработки, и добился положительного результата: фактически все пуски "Сатурна-5" оказались успешными.

У нас такого человека, к сожалению, не нашлось".

Откуда такому человеку было взяться, если в СССР не преподавали научную не только методологию Декарта, но и методы анализа вообще!

А вот о Германии этого сказать было нельзя. В этой стране анализ был частью гимназической программы по логике и университетского курса. Но сказать только это – не сказать ничего. ВСЯ немецкая школа – и высшая, и общеобразовательная – после реформатора немецкой системы образования Гербарта учила анализу и синтезу.

После войны немецких ракетчиков вывезли в США, где они создавали ракеты для ВМФ. Когда американские ученые, занимавшиеся космическими исследованиями, потерпели неудачи с запусками ракет, Д. Кеннеди перепоручил "космическую гонку" немецкой группе. Фон Браун сначала обогнал американцев, осуществив успешные запуски, а затем и русских, посадив "Аполлон" на Луне.

Выше мы привели пример ЛОГИЧЕСКОГО деления – когда задача разделяется на несколько разных подзадач. При АНАЛИТИЧЕСКОМ делении в задаче нужно найти условия ее решения (то есть задача трансформируется в более частную), затем – условия решения этой подзадачи, затем следующей – и так дальше, как в матрешке.

Примером аналитического деления задачи может служить алгоритм одной из проблем, решенной Лапласом.

В XVII веке была популярна теория Бюффона и Бальи, гласящая, что Земля стремительно замерзает. Многих эта перспектива приводила в ужас. Лаплас решил проверить, верно ли это утверждение. Он рассудил, что раз тела сжимаются от холода, то по законам механики скорость вращения Земли должна увеличиваться. Следовательно, земные сутки должны становиться короче и короче, а это значит, что дуги, проходимые Луной в каждые сутки в различные столетия, должны уменьшаться.

Лаплас обратился к астрономическим записям греков и арабов и сравнил их с данными своего времени. Сравнение позволило сделать вывод, что средняя температура Земли за две тысячи лет не изменилась даже на одну сотую градуса по Цельсию. Земляне могут не беспокоится за свою судьбу.

В 1943 году несколько британских бомбардировщиков «Москито» нанесли огромный ущерб району Рура, разрушив речные плотины. Это означает, что британское командование, хорошо владело искусством аналитического деления задачи. Само собой разумеется, мы не знаем, как готовилась эта операция, но можем предположить, что поначалу планировалось послать для уничтожения плотин большой отряд тяжелых бомбардировщиков «Ланкастер». Однако тихоходным бомбардировщикам потребовалось бы истребительное прикрытие – что было невозможно из-за невысокой дальности «Спитфайров».

Вместо тяжелых бомбардировщиков можно было послать скоростные легкие бомбардировщики "Москито". Предположим, что кто-нибудь из офицеров английского штаба возразил, что "Москито" не подходят для бомбардировки плотины из-за своей малой бомбовой нагрузки – 454 кг.

Да, нагрузка мала, но это не значит, что надо отказаться от задачи. Может, следует попытаться ее видоизменить? "Как 454 кг бомб могут разрушить гигантскую массу бетона? В конце концов, на плотину давит груз воды. Может, от бомб по бетону пойдут трещины, и вода довершит остальное?"

Задавшись этим вопросом, офицер штаба спрашивает специалистов – может ли плотина разрушиться от трещин? Эксперты отвечают, что это зависит от того, какие трещины. А от 454 кг взрывчатки? Может, но при условии, что взрывчатка создаст трещины на обращенной к воде стороне плотины. Давление внутри трещины создаст силу, которая может опрокинуть дамбу. Но чтобы трещины возникли, нужно чтобы взрывчатка была расположена непосредственно на поверхности.

Теперь следует решить задачу уже в следующем виде – как заставить бомбы сработать не от удара о воду, а лишь когда они достигнут бетонного дна? Этот вопрос прост даже для генералов – надо использовать бомбы замедленного действия.

Разрушение плотин на реках Моне и Эдер нанесло серьезный удар по немецкой экономике.

Декартовское «деление» можно применить не только для решения задачи, но и при исследовании объектов.

Не в силах найти причину приливов и отливов, древние в отчаянии назвали этот вопрос "могилой человеческого любопытства". В самом деле, подъем приливной волны можно было бы объяснить притяжением Луны – но почему, когда Луна уходит на противоположную сторону Земли, вода снова поднимается?

Пытаясь найти решение этой загадки, Ньютон создал модель, в которой разбил Землю на три "единичных элемента": собственно Землю, в которой находится основная масса, и на два моря: одно – со стороны Луны, другое – с противоположной. К Луне сильнее всего притягивается первое море, затем – центр Земли, слабее всего – второе море. Когда Луна появляется над поверхностью, она притягивает первое море, и мы воспринимаем это как приливную волну. Когда Луна скрывается за горизонтом, она притягивает сильнее второе море, слабее – центр Земли и хуже всего – первое море. Эта-то относительная разница притяжений центра Земли и первого моря и воспринимается нами как вторая приливная волна.

Исследуя свойства света, Ньютон использовал "единичный элемент" – узкий лучик, пробивающийся сквозь отверстие в оконной ставне. Ньютон пропустил лучик через призму и получил спектр. Этот эксперимент проводили и до Ньютона, но английский физик сделал еще один шаг. Он принял каждый лучик спектра за единичный и поставил на его пути еще одну призму. Этот эксперимент показал, что дальше цвета не разлагаются, они лишь отклоняются, каждый цвет – на строго определенный угол. Из этого Ньютон сделал вывод, что составляющие спектра луча дневного света являются первичными цветами, для каждого из которых существует свой, строго определенный, показатель преломления.

Отметим этот прием особо – взяв "единичный элемент" и разделив его призмой, Ньютон попытался разделить то, что получилось, еще раз. Таким образом, он использовал так называемое "многоступенчатое деление".

Деление использовал не только Декарт, но и другие философы.

Что делал Сократ в поисках точного определения? Рассматривая предмет, он "делил" объект по его функционированию в разных обстоятельствах, чтобы его собеседник провел "синтез" – то есть вычленил бы из всех применений неизменное и существенно важное для данного объекта – и отразил это неизменное и важное в своем определении.

Заметим, что в поиске определений у Сократа неизменно участвует аналог – поскольку синтез осуществляется не случайно, а по одинаковому во всех проявлениях объекта элементу.

Анализ и синтез буквально окружают нашу жизнь.

Что делает автор любой книги, создавая свое произведение? Он делит свою идею на логические единицы и формулирует их в отдельных предложениях. Что делает читатель? Пробегая глазами предложение за предложением, осуществляет синтез. Конец абзаца – конец синтеза одной идеи и начало нового синтеза.

При этом происходит и синтез нового знания со старым, его "ассимиляция". Эта ассимиляция может доставлять эстетическое удовольствие не меньшее, чем картина или музыка. "Ничего не может быть приятнее умения ассимилировать новое со старым, разоблачать загадочность не-обычного и связывать его с обычным. Победоносное ассимилирование нового со старым есть типичная черта всякого интеллектуального удовольствия. Жажда такого ассимилирования и составляет научную любознательность", – писал Джемс, комментируя творческую работу Ч. Дарвина. К этому можно добавить, что и анализ, т. е. разложение сложного и непонятного явления на простые понятные элементы, тоже способен доставить "интеллектуальное удовольствие".

"Сложное сделать простым, простое сделать привычным, привычное сделать приятным", – писал К. Станиславский.

Процесс познания человеком окружающего мира – это тоже анализ и синтез: разложение неизвестного на части, опознавание каждой части с помощью аналогов и синтез уже опознанного в новое единство – в теорию, учение, формулировку: Такому методу познания учат в школах – к сожалению, не в наших.

Немецкая школа – со времен А. Дистервега и И. Гербарта – основывается во многом именно на анализе и синтезе.

Чему учил реформатор немецкой школы Гербарт?

1. Ясности. Детей учат выделять изучаемый предмет из окружающих предметов. На этом этапе используется анализ – разложение сложного объекта на составные части.

2. Ассоциациям. Это значит, что к полученным в результате анализа частям явления подбираются уже знакомые аналоги.

3. Системе. Этот принцип означает установление связей между понятиями, формулирование общих законов. Другими словами, ученик учится извлекать закономерности, осуществлять синтез.

4. Методу. В первую очередь это означает искусство применения полученных знаний на практике.

Заметим, что Гербарт не создал нечто совершенно оригинальное – он, скорее, подытожил немецкий педагогический опыт, в значительной мере основанный на немецком научном наследии, в том числе и философском. Анализ и синтез – это из философии, философии еще древних греков. XIX век стал подлинным триумфом немцев в химии в первую очередь именно потому, что эта наука требует скрупулезного анализа и умелых обобщений. Одним из величайших химиков всех времен всегда будет считаться "отец органической химии" Ю. Либих – человек, создавший неорганические удобрения и тем самым спасший быстро растущее население Европы от массового голода. Имена немецких химиков Г. Гесса и К. Клауса заслуживают, чтобы их особо помнили и чтили в России – эти академики были учителями основоположников русской химии А.А. Воскресенского и Н.Н. Зимина.

Перед Первой мировой войной больше половины всех химических предприятий мира принадлежали немцам – и именно поэтому Германия решилась ввязаться в мировую войну Война была намечена на 1915 год (по данным русской разведки, сообщенным Колчаком на допросе), выстрел в Сараеве сорвал планомерную подготовку, но если бы этого не произошло, мир сейчас мог бы быть иным.

Мы привыкли, что анализ и синтез – это философские понятия. Однако у немцев они были настоящим оружием.

Хотя оружием они были и у кое-кого в России.

В 1884 году французскому инженеру Полю Вьелю удалось найти способ получения бездымного пороха. Это не демаскировало позицию стрелка и устраняло нагар на стволах, следовательно – уменьшало износ. Естественно, Франция своим секретом ни с кем не делилась. Однако русскому химику Д.И. Менделееву удалось этот секрет разгадать, а при помощи хорошо проведенного анализа даже создать лучший порох. Существует легенда, что Менделеев якобы раскрыл секрет пороха, изучив статистические сведения о грузах, перевозимых к одному из французских пороховых заводов. Однако на самом деле в подобных ухищрениях не было нужды, поскольку в связи с политическим сближением России и Франции знаменитый русский профессор был принят во Франции с большими почестями и ему даже был предоставлен небольшой образец пороха, весом всего в два грамма. Этого ничтожного количества Д.И. Менделееву оказалось достаточно, чтобы выяснить точный состав пороха Вьеля. Любопытно, что немцам, раздобывшим "косвенным путем" несколько килограммов пороха, успеха добиться не удалось.

Но на разгадке тайны пороха великий химик не остановился. Его удивляло, что по взрывчатым веществам не было сделано теоретических обобщений, которые позволили бы найти оптимальный состав пороха. Существовал целый ряд взрывчатых веществ, созданных Абелем, Дьюаром, Бертло, Собреро, Мунро и Шимозой, выпускались порох Максима, порох Вьеля, баллистит Нобеля, кордит Абеля и Дьюара; каждый изобретатель рекламировал свое творение, но никто из них не мог научно доказать, что его взрывчатое вещество действительно является самым лучшим.

И потому Менделеев решил сделать обобщение сам. Но для этого обобщения (то есть синтеза) требовалось предварительно провести детальный анализ.

Подробности его работы для нас очень важны, поскольку позволяют понять научный метод ученого.

Прежде всего Менделеев поставил своей целью создание идеального взрывчатого вещества. Этот этап можно назвать ЭТАПОМ ТОЧНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕЛИ. Научный анализ должен начинаться именно с этого.

Вторым этапом был АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ. Исходным материалом являлось взрывчатое вещество, способное при воздействии внешней причины быстро превращаться в газ. Взрывчатое вещество тем мощнее, чем больше отношение объема вещества к объему газов, образующихся при таком превращении. Чтобы оценить силу взрывчатых веществ, Менделеев предложил характеристику "V 1000", за которую принимался объем газов, образующихся при превращении тысячи весовых частей взрывчатого вещества (этап ЧИСЛЕННОЙ ОЦЕНКИ; тоже важное условие научного анализа).

Далее Менделеев определил граничные условия для взрывчатых веществ: при их превращении должны выделяться только газы, не разрушающие материала орудия (ЭТАП ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ). А это сводит количество элементов, пригодных для порохов, до четырех: водород, азот, кислород и углерод (ЭТАП ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА).

Далее снова последовал ЭТАП ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ. Менделеев определил верхний теоретический предел для химических взрывчатых веществ. Самым сильным из них был бы полимер водорода – если бы он мог существовать. Для него "V 1000" было бы равно рекордно большой величине – 1000. Для азота же такой полимер был бы гораздо слабее – его "V 1000" составляет всего 71,4.

Далее Менделеев приступил к изучению различных смесей из выбранных четырех элементов – ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ. Самым простым из соединений является соединение азота с водородом; азотистоводородная кислота является сильной взрывчаткой, ее "V 1000" равно 93, а ее аммиачная соль еще сильнее: "V 1000" = 133,3. Однако они разлагаются не постепенно, а всей массой, детонируют, что приводит к появлению дыма. Свойством же гореть более-менее медленно обладают лишь смеси, содержащие одновременно "горящие" (водород, углерод) и "сжигающие" (кислород) элементы.

Далее русский химик обратился к ЧИСЛЕННОЙ ОЦЕНКЕ. Он определил, что в каких бы сочетаниях ни комбинировались эти элементы, "V 1000" их соединений должен лежать в диапазоне от 71,4 до 111,1. Последовательно рассматривая затем каждое из соединений, Менделеев рассчитал характеристики каждого из них, выделив из них целое семейство материалов, которые впоследствии и в самом деле оказались хорошими взрывчатками.

Произведя это весьма подробное исследование, Менделеев стал изучать порох Вьеля. Надо заметить, Вьель лишь усовершенствовал материал, полученный в 1846 году германским химиком К. Шенбейном, который обработал обычную вату смесью серной и азотной кислот. При сильном ударе это вещество – его назвали пироксилином – производило взрыв, однако попытки изготовить из него порох окончились неудачей. Пироксилин оказался бризантным – дробящим – взрывчатым веществом; он сгорал с детонацией и дымом.

Многочисленные исследования выявили причину негодности пироксилина в качестве пороха. Выяснилось, что при нитрировании клетчатки – ваты или других растительных волокон – получается неоднородный продукт. В разных местах нитроклетчатка содержит разное количество азота – а только большое его содержание и дает собственно пироксилин.

Французский инженер Вьель поместил бризантный пироксилин в спиртоэфирную смесь. В ней нитроклетчатка с малым содержанием азота превращалась в коллодий (являющийся хорошим клеем) – на собственно пироксилин смесь не действовала. Высушив такую массу, можно было получить материал, в которой пироксилин был равномерно смешан с коллодием. Такое вещество горело по поверхности, без детонации, выделяя прозрачные газы.

Открытие Вьеля было сделано методом проб и ошибок. Что касается Шенбейна, то он открыл пироксилин совсем случайно, пролив на стол азотную кислоту и вытерев ее фартуком своей жены. Менделеев же подошел к вопросу с научной точки зрения. Свое исследование он начал с определения конечной цели: как вместо механической смеси коллодия и пироксилина получить химически однородную клетчатку? За этим последовал химический анализ процесса нитрирования. Когда состоящая из углерода, кислорода и водорода клетчатка присоединяет нитрогруппы азотной кислоты, образуя нитроклетчатку, выделяется вода. Постепенно разбавляя азотную кислоту, она приводит к неполному нитрированию клетчатки. Как нейтрализовать эту "вредную функцию" воды? Следует как-то поглотить эту воду еще в момент образования. Химический анализ привел к выводу – необходима серная кислота, которая поглощает воду и образует гидрат – химическое соединение серной кислоты и воды.