Текст книги "Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях"
Автор книги: Уолтер Гратцер
сообщить о нарушении
Текущая страница: 18 (всего у книги 33 страниц)
О Божественном лукавстве
Филипп Госсе (1810–1888), выдающийся биолог, блестящий популяризатор естественной истории и член Королевского общества, искренне пытался примириться с теорией Дарвина. Суровый человек строгих викторианских нравов, он не тратил времени на легкомысленные поступки и даже, как правило, на собственную семью. Вот запись из его дневника: “Привезли зеленую ласточку с Ямайки. Е. разродилась сыном”.
Как христианский фундаменталист и член аскетической секты, называемой Плимутским братством, Госсе был глубоко обеспокоен очевидными расхождениями между палеонтологическими свидетельствами и библейской хронологией. После долгих лет терзаний он нашел решение этой проблемы, а также и многих других, возникших в результате его разнообразных исследований, и в 1857 году опубликовал плоды своих раздумий в книге, которую назвал “Омфалос”, что с древнегреческого переводится как “Пуп” Госсе так назвал свою книгу, поскольку его чрезвычайно занимал вопрос, имелась ли сия анатомическая особенность у Адама, ведь он, в отличие от своих потомков, не был рожден женщиной. Суть теории Госсе сводилась к тому, что творение Господа должно было нести внешность пред-существующего. Таким образом, есть настоящее, или “диахроническое” время, а по воле Господа к нему добавилось иллюзорное, его поток и выносит нам останки доисторических существ, которые Госсе изучал с неподдельным интересом. О том, как отнеслись в обществе к этой книге, рассказывает сын Госсе Эдмунд, писатель-романист (и единственный ребенок ученого: лаконичная дневниковая запись, приведенная выше, зафиксировала именно его появление на свет):
Теория, к великому негодованию моего отца, была весьма поверхностно пересказана журналистами в таком примерно духе: Господь скрыл в камнях древние кости, чтобы подтолкнуть геологов к неверию. Если быть честными, сие неизбежно и со всей логической строгостью следовало из желания воспринять буквально миф о сотворении мира за семь дней. То есть каждый изъян в замкнутой картине мироздания следовало трактовать, имея в виду, что сотворенные сущности являют нам ложные свидетельства таких событий в прошлом, которые на самом деле никогда не происходили. Так, например, утверждалось, что у Адама при рождении определенно имелись зубы и волосы, как у вполне взрослых, проживших десятки лет человеческих особей, то есть он был сотворен взрослым сразу. Адам – хотя сэр Томас Браун и отрицал это – наверняка имел и пуп, хотя пуповина никогда не соединяла его с матерью.
Ни от одной книги, наверное, не ждали такого успеха по выходе в свет, как от этого фанатичного, непреклонного и чудного тома. Отец жил как в лихорадке – вот-вот его сногсшибательный труд выйдет из типографии! “Омфалос”, думал он, положит конец шумным научным спекуляциям, бросит геологию в надежные объятия Писания и заставит львов возлечь с агнцами. Пусть, допускал он, несогласие геологических фактов с первыми главами Книги Бытия будет все возрастать. В этом некого винить. Мой отец, и только он, владел разгадкой тайны, он один обладал ключом, который тихо отомкнет замок геологической головоломки. Великодушным жестом он протягивал его атеистам и христианам одновременно. Книга должна была стать универсальным лекарством, системой интеллектуальной терапии, способной исцелить от всех болезней века. Но что это? Атеисты и христиане дружно глянули на нее, посмеялись – и отбросили прочь.
Той унылой зимой, когда почтальоны начали приносить первые письма, немногочисленные и равнодушные, а также газеты с обзорами, многочисленными и презрительными, отец тщетно ждал одобрения от разных церквей, тщетно – одобрения ученого сообщества, тщетно – благодарность от “тысяч мыслящих людей”, которые, как он убедил себя, непременно на него посыплются. Сведения воедино откровений Писания и геологических выводов не принимал никто. Дарвин хранил молчание, юный Хаксли отозвался о книге пренебрежительно, и даже Чарльз Кингсли, от которого отец ждал самой высокой оценки, писал, что не может “отказаться от заработанных тяжелым и медленным трудом убеждений, накопившихся за двадцать пять лет занятий геологией, и поверить, что Господь запечатлел на камнях чудовищную и ненужную ложь”. Когда последовали все эти события, а другие, наоборот, не последовали, наши утренние чаепития сделались мрачными, гнетущими и холодными. Поэты зовут такое непроглядным мраком. Он сгущался день за днем – по мере того, как надежды и уверенность в себе растворялись в разреженных облаках разочарования. Отец не был к этому готов. Прежде он был любимцем публики и прессы, а теперь испытывал горечь страшного поражения.
Он не мог понять, как это так получилось, что он оскорбил многих, хотя старался всех примирить.
Идея, что лукавый Бог намеренно дурачит человечество, странным образом возродилась век спустя. Отец Жорж Леметр (1894–1966) был не только католическим священником, но еще и весьма уважаемым физиком-теоретиком. Главной сферой его интересов была космология, и именно он первым явно оформил мысль о расширяющейся Вселенной, что впоследствии привело к возникновению теории Большого взрыва. Бельгиец Леметр начал преподавать в Университете Геттингена, где тогда учился Виктор Вайскопф, впоследствии – знаменитый австрийский физик (незадолго до начала Второй мировой войны он эмигрировал в Соединенные Штаты). На своих лекциях Леметр рассказывал про возраст Земли: он и другие ученые вывели его из количества в минералах некоторых изотопов, получающихся при распаде умеренно радиоактивных ядер.
Как сообщил нам отец Леметр, исследования такого рода показывали: возраст Земли – около 4,5 миллиарда лет.
Когда после этой беседы мы уселись с ним рядом, кто-то спросил, верит ли он Библии. Он заявил: “Да, каждое слово там – правда”. Но тогда, продолжили мы, как он может нам говорить, что Земле 4,5 миллиарда лет, если в Библии написано, что ей – 5800 лет? Леметр ответил (предполагаю, что с издевкой): “Тут нет противоречия” Мы почти закричали: “Как же так?” Он объяснил, что Господь сотворил Землю 5800 лет назад, со всеми радиоактивными веществами, ископаемыми и другими предметами, указывающими на более давние времена. Господь совершил это, чтобы озадачить человечество и испытать его веру в Священное Писание. Затем мы задали такой вопрос: “Почему же тогда вам так интересно выяснить возраст Земли, если это – не ее истинный возраст?” – “Только чтобы убедиться, что Господь не совершил ни единой ошибки”, – парировал он.
Отрывок про Филиппа Госсе взят из книги: Gosse Edmund, Father and Son: A Study of Two Temperaments (Heinemann, London, 1907). Воспоминания Виктора Вайскопфа – из книги: Weisskopf Victor, The Joy of Insight: Passions of a Physicist (Basic Books, New York, 1991,).
Планк, евреи и Гитлер
Макс Планк (1894–1966) – фигура трагическая. Когда Адольф Гитлер захватил власть в Германии, Планк был самым уважаемым и влиятельным ученым в стране. Именно он спровоцировал революцию в физике, открыв квантовый характер энергии любого излучения. Последний в династии католических пасторов, он вел аскетическую жизнь и умер почти в 90 лет. Планк дружил с Эйнштейном, и они вместе любили музицировать. Планк был очень одинок – любимые дочери-близнецы умерли в младенчестве, старший сын погиб в одном из сражений Первой мировой войны, а младший был казнен в последние недели Второй мировой в числе заговорщиков, замышлявших убийство Гитлера.
Когда Гитлер стал канцлером и ввел расовые законы, Планк был президентом Общества Кайзера Вильгельма[13]13
Теперь это Общество Макса Планка, немецкий эквивалент Академии наук.
[Закрыть] – организации, учрежденной кайзером и объединившей ряд институтов, деятельность которых охватывала все области науки. Отставки евреев, к числу которых принадлежали многие его друзья, привели Планка в отчаяние, и он оказался перед болезненным выбором. Открытый протест мог лишить его самого должности и влияния в академической среде, и потому он счел своим долгом (и совершил ошибку, как считали многие из его более принципиальных коллег и в особенности уволенные евреи) держаться тихо, пользоваться своим президентским постом и пытаться спасти то, что в германской физике еще можно было спасти. Эйнштейн, к примеру, так и не смог ему этого простить и никогда больше с Планком не общался. Однако в мае 1933-го, когда исход евреев только начинался, Планк добился приема у Гитлера и, видимо, попытался протестовать против увольнения лиц неарийской нации. 14 лет спустя он вспоминал эту беседу так:
Когда Гитлер захватил власть, я, как президент Общества Кайзера Вильгельма, был обязан выразить свое почтение фюреру. Я считал, что смогу воспользоваться этой возможностью, чтобы замолвить слово за одного из своих коллег-евреев, Фрица Габера, без которого было бы невозможно вести работы по превращению атмосферного азота в аммиак (это особенно пригодилось во время последней войны). (Габер, крещеный еврей и пылкий патриот, нобелевский лауреат и создатель химического оружия Первой мировой войны, был лишен всего своего имущества и выдворен из Германии). Гитлер отвечал так: “Я ничего не имею против евреев. Но евреи поголовно коммунисты, а коммунисты – мои враги, с которыми я воюю всю свою жизнь”. На мое замечание, что евреи бывают разными – и полезными для человечества, и бесполезными – и среди евреев первого типа есть семьи, где многие поколения принадлежали к высокой немецкой культуре, и что определенно их следует выделять среди прочих, он ответил: “Это неверно. Еврей есть еврей, все евреи держатся друг за друга, как репьи. Где появляется один еврей, там сразу скапливаются и другие евреи всех сортов. Следовало обязать самих евреев провести черту, разделяющую эти сорта. Они этого не сделали, и поэтому я буду обращаться одинаково со всеми евреями”. Тогда я сказал, что заставлять ценных евреев эмигрировать – значит вредить самим себе, поскольку их научный труд для нас весьма полезен, и иначе ими воспользуются другие страны. Гитлер отказался комментировать мои слова, скатился к общим местам и в конце концов заявил: “Говорят, что у меня иногда сдают нервы. Это клевета. У меня нервы из стали” Затем он сильно хлопнул себя по коленям, заговорил еще быстрей и вогнал себя в такой раж, что мне не оставалось ничего другого, как замолчать и уйти.
В правдивости воспоминаний Планка есть, однако, поводы сомневаться. Когда он их писал, а было это уже в 1947-м, ученому исполнилось 89 лет, и он уже был тяжело болен (через несколько месяцев он умер). События, которые пришлись на самый мучительный период его жизни, могли слегка перепутаться в его голове. Друзья ученого свидетельствуют, что сразу после визита к фюреру рассказ Планка об этом событии выглядел совсем иначе. Вызывает сомнения уже то, поднимал ли вообще Планк опасный вопрос о евреях. В любом случае, Гитлер был не в том настроении, чтобы слушать стареющего интеллектуала. Сохранились снимки, где несчастный Планк на заседании Прусской академии наук стоит на подиуме, сделанном в форме свастики. Собравшиеся наблюдали, как он медленно подымал правую руку, потом слегка опускал – но в конце концов обреченно вскидывал ее в нацистском приветствии.
Воспоминания Планка о встрече с Гитлером опубликованы в: Physikalische Blöatter, 3,143 (1947). Биографию Планка можно найти в книге: Heilbron J.L, The Dilemmas of an Upright Man (University of California Press, Berkeley, 1986).
Бабочка из Пекина
Феномену хаоса – точнее, возникновению структур из беспорядка – за последние годы успела отдать дань чуть ли не каждая область науки. Беспорядок в физических, биологических (и даже экономических) процессах всегда было принято рассматривать как вещь, не допускающую теоретического анализа. Соответственно, теоретики всегда обходили ее стороной. Турбулентность в жидкости была одним из видимых на практике проявлений беспорядка и создавала трудности инженерам и физиологам одновременно. Физиков всегда раздражали кажущиеся случайными переходы от “спокойного” (ламинарного) к “бурлящему” (турбулентному) течению воды в струе из-под крана. Идеи, стоящие за теорией хаоса, неясно брезжили еще давно, но рождение теории как таковой можно смело отнести к 1961 году, а местом ее рождения назвать МIТ – Массачусетский технологический институт.
Эдвард Лоренц учился на математика, но стал метеорологом. Его интересовали долгосрочные прогнозы погоды; довольно быстро Лоренц осознал, что с любой системой уравнений, которая описывает, как погода меняется со временем, можно работать, только имея под рукой высокоскоростной компьютер. Лоренц приобрел одну из первых ЭВМ, поступивших в продажу, и написал довольно сырую программу, симулятор погоды, в основу которой лег набор из 12 уравнений. Компьютер выдавал карты погоды одну за другой.
Лоренц, как и многие другие, предполагал, что эволюция погоды детерминирована – то есть ее параметры, взятые в произвольный момент времени, однозначно определяют, какой будет погода в любой другой день, месяц и год; поэтому точность прогноза зависит только от точности параметров начального состояния. Компьютер Лоренца выдавал прогнозы в виде набора цифр, которые было несложно превратить в графику. Откровение пришло к нему в тот день, когда он решил тщательней присмотреться к результатам. Чтобы сэкономить время, Лоренц перезапустил программу, не дожидаясь, пока закончится очередной расчет, а сам отправился пить кофе.
Вернувшись, он с изумлением обнаружил, что новые результаты заметно отличаются от прежних. Затем он вспомнил, чем процедуры расчета отличались друг от друга. Второй раз он ввел данные с меньшей точностью, чем в первый; так, например, вместо параметра 0,506127, описывающего одну из особенностей погоды, он ввел просто 0,506.
Разница была меньше 1/5000 – и такая ничтожная величина, считал Лоренц, едва ли скажется на результате. 1/5000 приравнивалась к ничтожному дуновению воздуха.
У Лоренца имелись все основания решить, что компьютер ошибся. Вместо этого он углубился в наблюдения и заключил, что математический казус реален: какой бы малой ни были разница в исходных данных, результаты будут расходиться, пока короткое время спустя всякое сходство между ними не исчезнет окончательно. Вот что об этом пишет Джеймс Глейк в своей книге про хаос:
Математическое чутье подсказало Лоренцу (его коллеги начнут понимать это намного позже): здесь что-то не в порядке с философской точки зрения. Здравому смыслу угрожала опасность. Пусть уравнения и были жалкой пародией на описание погоды во всей ее полноте, Лоренц верил, что в них заложена суть поведения реальной атмосферы. В тот день он решил, что с долгосрочными прогнозами погоды следует покончить навсегда.
“Я понял, – заключает Лоренц, – что любая физическая система, которая ведет себя не периодично, непредсказуема”. Его выводы подтвердились, когда много лет спустя куда более мощные компьютеры запрограммировали на моделирование погоды. В новую программу было заложено уже не 12, а полмиллиона с лишним уравнений. Так родился “эффект бабочки”: если бабочка в Пекине пошевелит крыльями, этого будет достаточно, чтобы изменить погоду в Нью-Йорке месяц спустя.
Эдвард Лоренц, однако, на этом не остановился. Он открыл куда более простую систему уравнений, где расхождение результатов гарантировал принцип “существенной зависимости от начальных условий”. Интуиция подвела его к мысли, что сдвиг результатов, который становится заметен после многих циклов вычислений, должен повторяться и что в итоге должен получиться некий особый узор. Так и оказалось. Решения уравнения, если изобразить их кривыми в трехмерном пространстве, будут блуждать вокруг точек-фокусов, и это их поведение стали называть “аттрактором[14]14
В строгом математическом смысле аттрактор – это пара точек-фокусов, а не кривые вокруг них, которые обычно рисуют.
[Закрыть] Лоренца” Подобные изображения теперь очень популярны у дизайнеров. Так научное понятие хаоса появилось на свет, но Лоренц публиковал свои работы в метеорологических журналах, и понадобились годы, чтобы важность его наблюдений осознали и ученые, работающие в других областях науки. Это касается динамики приливов, течения жидкости по трубкам и капиллярам (в том числе по артериям и венам), биения сердца, колебания численности популяций у животных и много чего еще.
Глейк приводит слова одного физика: “Теория относительности устранила ньютоновскую иллюзию абсолютных пространства и времени; квантовая теория похоронила ньютоновскую мечту о контролируемом процессе измерения; а хаос кладет конец фантазиям Лапласа о детерминистской предсказуемости” Это куда более справедливо, чем замечание психиатра Эрнеста Джонса, утверждавшего, что человеческий дух пережил всего три тяжелых удара – от Галилея, Дарвина и Фрейда.
Замечательная книга Gleick James, Chaos – Making a New Science (Viking, New York, 1987; Heidelmann, London, 1988).
Повар знает, как лучше
Появлением метода радиоуглеродного датирования мы обязаны химику Уилларду Либби (1908–1980). Углерод, который присутствует во всех жизненно важных соединениях, содержит в небольших количествах радиоактивный изотоп. Когда организм гибнет, метаболизм прекращается, и окружающая среда больше не поставляет новые порции этих соединений; изотоп в них постепенно распадается. Поэтому, если измерить радиоактивность мертвого животного или растения, можно узнать, насколько давно это животное или растение умерло. Метод произвел переворот в археологии, а Либби в 1960 году стал лауреатом Нобелевской премии. Ниже – рассказ американского биохимика Дэниэла Кошленда, который в то время был его аспирантом:
Помню, как однажды в субботу Фрэнк Вестхеймер (известный химик, научный руководитель Кошленда) влетел в лабораторию и сказал: “Иди сюда немедленно. Мы тут совещаемся, и ты нам нужен”. Я послушно пошел в его кабинет и увидел там Билла Либби, Джорджа Велана, еще двух профессоров и кучку аспирантов. Проблема, которую Либби поставил перед нами, заключалась в следующем: Либби желал знать, как сжечь пингвина. Кто-то убедил его, что ему нужно получить современные образцы с достоверно известным углеродным составом и сравнить их с теми древними образцами, на которых он проверял свой метод углеродного датирования. То есть необходимо собрать животных с Южного полюса, с Северного полюса, с экватора и т. д.
Пингвина прислали из Антарктики, и нам предстояло решить, как превратить в СO2 весь углерод мяса, клюва, когтей и перьев. Группа начала с очевидных советов: дымящая серная кислота, царская водка (смесь соляной и азотной кислот), дымящая азотная кислота, хромовая смесь и т. д. Каждое предложение кто-нибудь забраковывал, ссылаясь на собственный опыт. В конце концов мы все в унынии разбрелись ужинать. Несколько дней спустя мне посчастливилось встретить Либби, и я поинтересовался, на чем он остановил свой выбор. Либби сказал, что химического решения не нашлось, зато он поделился проблемой с женой. Та, заметив, что все вещества любых живых организмов синтезируются из одного материала, посоветовала сварить пингвина и собрать жир, который, само собой, легко окислить до СO2. Мы последовали ее совету – и задача была решена. И сам ход наших мыслей, и обмен идеями между аспирантами и профессорами, который длился часами, – все это делало атмосферу научной жизни в Чикаго тех лет удивительно привлекательной.
Koshland D.E., Annual Reviews of Biochemistry, 65,1, (1996,).
Кухонная химия: открытие нитроцеллюлозы
Нитроцеллюлоза (основа бездымного пороха), в английском обиходе получившая название “ружейного хлопка” (gun-cotton), была открыта, как и озон, немецким химиком Кристианом Фридрихом Шёнбейном (1799–1868). В 1829 году его назначили профессором Базельского университета, но, как гласит легенда (правдивость которой под вопросом), открытие он совершил у себя дома, на кухне.
Университетская лаборатория ежедневно закрывалась на обед, и Шёнбейн, упрямый и нетерпеливый экспериментатор, иногда продолжал прерванный опыт дома. Рассказывают, что в один из таких дней колба, где он кипятил нитрующую смесь (раствор азотной кислоты в серной), взорвалась: едкая жидкость залила все, с чем обычно возилась на кухне жена ученого. Опасаясь ее гнева, он схватил первую же вещь, которая подвернулась под руку, чтобы вытереть пролитое. “Первой же вещью” оказался хлопчатый фартук жены, который она второпях постирала и повесила сушиться у плиты. Вспыхнуло бездымное пламя, и фартук бесследно исчез.
Хотя этот эпизод, вероятно, и пошатнул семейное спокойствие, он вскоре принес Шёнбейну удачу и славу. Его пригласили продемонстрировать новую взрывчатку в Вулвичском арсенале в Лондоне, и Шёнбейн не упустил случая презентовать королеве Виктории и принцу Альберту пару фазанов – первых в истории фазанов, которых застрелили из ружья, заряженного патронами с “ружейным хлопком”.
Brown G.I., The Big Bang: A History of Explosives (Sutton, Stroud, 1998J.
