Текст книги "Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях"
Автор книги: Уолтер Гратцер
сообщить о нарушении
Текущая страница: 25 (всего у книги 33 страниц)
Металл встает на крыло
Имя Людвига Монда (1839–1909) прочно ассоциируется с Имперским химическим трестом и с целым рядом химикотехнологических процессов. Монд – один из величайших химиков-прикладников. Будущие технологи, как он считал, сначала должны поработать химиками-исследователями – и сам Монд до эмиграции в Англию был сотрудником лаборатории Байера, а после эмиграции запустил образцовое химическое производство, где, следует отметить, с рабочими обращались довольно мягко. Монд самостоятельно разработал несколько особенно удачных промышленных процессов. Один из них – процесс синтеза аммиака, который внедрили на Сольвеевских содовых заводах, производивших важный химикат – карбонат натрия. Побочным продуктом производства аммиака был газ Монда, состоящий по преимуществу из водорода и окиси углерода: его применяли как бездымное топливо и для разогрева печей. Кроме того, Монд организовал завод по производству хлора, но с этим его предприятием возникали постоянные неприятности. В частности, никелевые задвижки, которые регулировали течение газа по трубам, покрывались черным налетом, со временем перекрывавшим весь поток.
Монд приобрел особняк под названием “Тополя” в Сен-Джонс-Вуде на севере Лондона, и там, на задворках конюшни, устроил себе небольшую лабораторию. Ею заправляли личный ассистент Монда, австрийский химик по имени Карл Лангер, и его юный помощник Фридрих Квинке. Монд отнес туда немного вредоносного черного налета, который, как было вскоре показано, состоял из углерода. Монд и Лангер быстро поняли, откуда он берется: если в лабораторных экспериментах для продувки системы от аммиака использовали чистый азот, то заводской азот содержал следы окиси углерода. Но что могла сделать окись углерода с таким химически устойчивым материалом, как чистый никель? Монд знал про никель всё: порошком этого металла он пользовался для очистки газа Монда. Газ смешивали с паром и пропускали над разогретым никелем, в результате вода и окись углерода вступали в реакцию, давая водород и двуокись углерода, и последняя поглощалась раствором щелочи. Что именно, желал знать Монд, делает в этой реакции никель? Какое промежуточное вещество образуется в процессе катализа?
Карл Лангер сконструировал простой аппарат для пропускания над разогретым никелем окиси углерода. Во избежание утечек весь газ, выходящий из стеклянной трубки, просто-напросто сжигался. К концу дня, когда Лангер уходил домой, Квинке поручалось прекратить нагрев катализатора, остановить поток газа, дождаться, пока пламя угаснет, а затем запереть лабораторию на ночь. Как-то вечером (случилось это в 1889 году) Квинке покинул лабораторию раньше обычного, так что отключать подогрев и перекрывать газовый кран пришлось Лангеру. Затем случилось поразительное: по мере того как аппарат остывал, бледно-голубое пламя окиси углерода становилось все ярче и внезапно окрасилось зеленым. Лангер, потрясенный увиденным, тут же позвал Монда, который, если верить воспоминаниям, выбежал из-за стола, прервав ужин с гостями, и в вечерней одежде ринулся в лабораторию. Двое химиков в немом удивлении стояли и смотрели на зеленое пламя.
Первой мыслью Монда было, что цвет выдает присутствие арсенида водорода, газообразного производного мышьяка, который, как ему было известно, окрашивает пламя зеленым. Он немедленно провел классическую пробу Марша на мышьяк и мышьяковистый водород (ею часто пользуются криминалисты): стеклянная пластинка в токе газа должна покрыться черным налетом. Налет и в самом деле появился, однако он ярко блестел и совсем не походил на мышьяк. Анализ показал, что это чистый никель. Однако тяжелые металлы нелетучи и, как думали тогда, газообразных соединений не образуют. Долгое время Монд противился выводам, к которым его подталкивали собственные наблюдения. Он даже решил, что в образцах никеля скрыт неизвестный прежде элемент. Однако в итоге газ удалось превратить в бесцветную жидкость, которая, замерзая, образовывала игольчатые кристаллы. Сейчас это вещество называют карбонилом никеля. Монду оставалось только поверить себе. То был первый из множества карбонилов металлов, открытых в ходе последовавших исследований. По словам лорда Кельвина, Монд приделал тяжелым металлам крылья. Превращение никеля в карбонил – эффективный способ извлечь его из руды. Первым эту технологию внедрил сам Монд на специально построенном заводе в Суонси.
Cohen J.M., The Life of Ludwig Mond (Methuen, London, 1956).
Смерть математика
Абрахам де Муавр (1667–1754) – английский математик французского происхождения, был большим другом Ньютона. Он известен своими работами по теории вероятностей (первым осознал принципы распределения случайных величин), по теории комплексных чисел и тригонометрии. Вся его жизнь была связана с Англией. В 1754 году, в возрасте 87 лет, Муавр встретил достойную математика смерть:
Обстоятельства смерти Муавра представляют интерес для психологов. Незадолго до кончины он объявил, что каждый следующий день собирается спать на 10–15 минут больше. В один из дней время сна наконец превысило 23 часа. Муавр проснулся, заснул снова и проспал все 24 часа, а затем умер во сне.
Существует и другая версия этой истории. Согласно ей, Муавр точно предсказал день собственной смерти: он обнаружил, что продолжительность его сна стала увеличиваться в арифметической прогрессии, а затем легко вычислил, когда она достигнет 24 часов, и, как всегда, не ошибся.
Rouse Ball W.W., History of Mathematics (Macmillan, London, 1911).
Шокирующий эксперимент
Александр фон Гумбольдт (1769–1859) родился в семье прусских дворян. Детей в этой среде с рождения готовили к военной карьере. Однако у юного Александра развился необъяснимый (а с точки зрения его семьи – даже ненормальный) интерес к науке. Не испугавшись родительского гнева, он поступил во Фрейбургскую горную академию и вернулся в Пруссию инспектором шахт. Там он улучшил конструкцию безопасной горелки Гемфри Дэви и изобрел дыхательный аппарат для шахтеров. Вскоре его направили с дипломатической миссией в неспокойные страны Европы. Занятый столь важными делами, он все-таки нашел время и учредил Свободную королевскую горную школу, где шахтеры обучались геологии и другим дисциплинам. Однако главным, чему Гумбольдт собирался посвятить жизнь, была все же экспериментальная наука. Им владел всепоглощающий интерес к геологии и к таким феноменам, как магнитное поле Земли – а еще к “животному магнетизму”: на него произвела огромное впечатление работа Гальвани о подергивании лягушачьих мышц. Гумбольдт развил собственную теорию: причиной сокращений были не металлические электроды, решил он, – они просто усиливали некое врожденное свойство мышц. Он приступил к серии опытов с мускулами животных и растениями, а затем решил проверить свои догадки на себе:
Я вырастил на спине два волдыря, каждый размером с лошадиную уздечку, чтобы те покрывали соответственно трапециевидную и дельтовидную мышцы. Затем я улегся плашмя на живот. Когда волдыри были надрезаны и к ним подвели цинковый и серебряный электроды, я испытал острую боль, которая была настолько жестокой, что трапециевидный мускул заметно завибрировал; дрожь передалась в основание черепа и отозвалась в позвонках. Касание серебра вызвало три или четыре одиночных подергивания, которые я мог различить. О лягушках, помещенных ко мне на спину, наблюдатели сообщали, что те подпрыгнули.
К тому часу опыт сказался главным образом на моем правом плече. Плечо ощутимо болело, а обильно выступившая сукровица была красной и настолько едкой, что, стекая по спине, оставляла за собой язвы. Явление было столь необычным, что я решился его воспроизвести. На этот раз я прикладывал электроды к ране на моем левом плече, которая все еще была заполнена бесцветными водянистыми выделениями, и жестоко возбудил нервы. Чтобы вызвать такие же боль, красноту и язвы, потребовалось четыре минуты. После того как ее отмыли, моя спина еще долго выглядела как спина человека, которого прогнали сквозь строй.
В этом, вероятно, были виноваты вещества электродов – например, кислота, проникшая в кожу и под кожу. Продолжение эксперимента вызвало настолько пугающие повреждения, что присутствующий при этом врач вынужден был прервать опыты и промыть разорванную кожу теплым молоком. Чуть позже Гумбольдт спровоцировал у себя мучительные конвульсии, погрузив электроды в дыру, оставшуюся на месте вырванного зуба: он полагал, что столь решительная стимуляция нерва должна подавить боль.
В итоге молодой экспериментатор собрал результаты многочисленных физиологических опытов в книге, которую издал в 1797 году. Он ожидал бурной реакции. Но, увы, Алессандро Вольта, который относился с недоверием к идее животного электричества, показал, что для создания батареи живых тканей не требуется вовсе. Гумбольдт был просто убит этим известием. Горечь поражения навсегда осталась в его душе. Но он не унывал – переключился на ботанику и опубликовал книгу о немецкой растительности, имевшую большой успех. Но главное дело жизни ему еще только предстояло: он отправился в Южную Америку и пять лет жизни посвятил изучению этого континента, а затем описал ее фауну, флору и физическую географию так, как никому прежде не удавалось. Им было открыто Гумбольдтово течение в Тихом океане, и тогда же Гумбольдт выдвинул идею построить Панамский канал. В Эквадоре он взобрался на вулкан Чимборазо, к тому времени считавшийся самой высокой горой в мире, – этот подвиг сделал его героем в глазах всей просвещенной Европы. После 30 лет интенсивной научной работы и систематизации своих наблюдений Гумбольдт, уже 6о-летний, отправился в новую экспедицию – изучать Сибирь.
Последние годы жизни Гумбольдт провел в нужде, но продолжал интенсивно работать – писал (хотя так никогда и не завершил) фундаментальный труд “Космос”, где сводил воедино свои взгляды на природу и физику. Он умер, когда ему было 90 лет. В предсмертном бреду он все еще продолжал диктовать текст своего величественного трактата.
Жизни и трудам Гумбольдта посвящено множество исследований. Весьма доступно его биография изложена в книге: Botting Douglas, Humboldt and the Cosmos (Sphere Books, London, 1973).
Генетика и криминалистика
Эксцентричный гений Фрэнсис Гальтон (1822–1911) (кстати, двоюродный брат Чарльза Дарвина) утверждал, что на земле не найдется двоих разных людей с одинаковыми отпечатками пальцев и что отпечатки эти можно строго фиксировать и сравнивать. В середине XIX века научно подкованный правитель Британской Индии активно использовал отпечатки пальцев “для того, чтобы одни лица не выдавали себя за других, и для разрешения споров о личности мертвых” (а ввел эту практику местный чиновник сэр Уильям Гершель, сын одного знаменитого астронома и внук другого). В1905 году журнал Nature уже мог сообщить, что Скотленд-Ярд располагает картотекой в 80–90 тысяч отпечатков пальцев. Еще 80 лет работа с отпечатками оставалась ключевым методом криминалистики – пока в 1984 году открытие, сделанное в Университете Лейчестера, не породило методику, пришедшую ему на смену.
Алек Джеффрис в то время интересовался эволюцией генов и предметом своих изысканий выбрал ген, кодирующий миоглобин (это белок, запасающий кислород в мышцах). Первое время он работал с миоглобином тюленей, у которых, как и у других водных млекопитающих, такого белка в организме особенно много. Следующий шаг состоял в том, чтобы сравнить тюлений “миоглобиновый” ген с человеческим. Джеффрис знал, что геном (то есть полная последовательность ДНК из всего набора хромосом) содержит длинные повторяющиеся последовательности нуклеотидов, у которых, как казалось, нет никакой функции. Это – продукт работы непредсказуемого биологического механизма, который время от времени, с интервалом в несколько поколений, изготовляет дубликаты избранных последовательностей и вставляет эти обрывки ДНК в хромосомы. Среди разнообразных повторяющихся участков ДНК встречаются “сверхизменчивые мини-сателлиты”, где последовательность из примерно 20 нуклеотидов повторяется много раз. Однако повторы не точны, хотя последовательности и включают характерный центральный участок – а именно ССССАССАХС, где X – это А, С, Т или G. Из-за того что те копируются случайным образом на протяжении жизни многих поколений, их число и точный вид разные у людей – представителей разных семейств и животных в разных популяциях.
Однажды в 1984 году Джеффрис, занимаясь анализом ДНК, кодирующей миоглобин, обнаружил в геле (то есть в желатиновой матрице, где фрагменты ДНК перемещаются в электрическом поле со скоростью, зависящей от их размера) целое множество мини-сателлитов. Это выглядело странным, пусть даже большая часть генов и содержит “мусорные” фрагменты ДНК, которые не принимаются во внимание при его считывании РНК, переносчиком генетической информации от ДНК к месту синтеза белков. При ближайшем рассмотрении он осознал, что образцы ДНК разных людей содержат весьма отличные друг от друга мини-сателлитные последовательности. Гениальный Джеффрис сразу понял, что это значит. Едва он опубликовал результаты, с ним тут же связались ученые из Министерства внутренних дел: в открытии они увидели надежный способ проверять, говорят ли правду иммигранты, заявляющие, что состоят в близком родстве с гражданином Великобритании (к разочарованию госслужащих, оказалось, что те действительно лгут редко).
Летом 1986 года в зарослях близ деревни Нарборо, что в 10 милях (16 километрах) от Лейчестера, было найдено тело 15-летней девочки. Ее изнасиловали и задушили. Расследование привело полицию к санитару Ричарду Бакленду, который признался в преступлении. Однако Бакленд отказывался признаться в весьма похожем изнасиловании и убийстве юной девушки в Нарборо, которое случилось тремя годами раньше. Всерьез задавшись целью раскрыть и это преступление, полиция, которая узнала о работах Джеффриса из прессы, явилась к нему в университет. Не поможет ли он им опознать в Бакленде убийцу первой жертвы? Получив образцы спермы из обоих тел и немного крови Бакленда, Джеффрис взялся за работу. ДНК из разных образцов спермы, размноженная при помощи полимеразной цепной реакции, оказалась одинаковой, но когда Джеффрис приступил к анализу ДНК белых кровяных телец крови, он пришел к выводу, что имеет дело с генетическим материалом другого человека. Выходило, что Бакленд никакой не убийца. Полиция отнеслась к результатам с недоверием и отправила образцы в криминалистическую лабораторию Министерства внутренних дел, где к тому времени уже освоили метод Джеффриса. Выводы были теми же, и Бакленда с неохотой выпустили на свободу. Несколько месяцев спустя у жителей Нарборо стали отбирать образцы крови. Из 5500 образцов ДНК ни один не совпадал с ДНК убийцы. Но однажды работник пекарни в Лейчестере донес: его коллега попросил другого работника сдать кровь вместо него. Полиция заинтересовалась этим и арестовала Колина Питчфорка, жителя Нарборо, который признался в обоих убийствах. На сей раз все образцы ДНК совпадали.
С тех пор к анализу на мини-сателлиты прибегали, чтобы уличить (или признать невиновными) подозреваемых в преступлении, чтобы установить отцовство или – в одном примечательном случае – чтобы убедиться в подлинности останков последнего русского царя и его семьи, извлеченных из шахты вблизи Екатеринбурга, где те были убиты. Самого Джеффриса в 1985 году попросили проанализировать кости Йозефа Менгеле, печально известного врача из Освенцима. Состарившийся беглец, как заявляли, утонул в Бразилии в 1979 году, однако, хотя идентификация по зубам и дала положительный результат, израильское правительство потребовало более веских доказательств: разве мастер ускользать не обманывал их все эти годы? Кости ко времени эксгумации пребывали в плачевном состоянии, и Джеффрис смог найти всего три неповрежденные клетки, откуда представлялось возможным извлечь ДНК. Полимеразной цепной реакции достаточно, чтобы изучить генетический “отпечаток пальцев”. Единственной проблемой было то, что сын доктора Менгеле, который жил в Германии, поначалу отказался помогать, но его удалось переубедить: если он будет упорствовать, сказали ему, то придется вскрыть все семейные могилы. Так израильтяне и весь остальной мир убедились в том, что Менгеле и вправду мертв (или, по крайней мере, что кости в могиле принадлежали отцу сына фрау Менгеле).
Хороший рассказ об открытии Алека Джеффриса можно найти в книге: Bodmer Water and McKie Robert, The Book of Man: The Quest to Discover Our Genetic Heritage (Little, Brown, London, 1994) и в книге: Ridley Matt, Genome: The Autobiography of a Species in 23 Chapters (Fourth Estate, London, 1999).
Пиво и мясо
Водной из своих пьес известный английский писатель XIX века Чарльз Кингсли воспевал радость, которую доставляют хорошее пиво и мясо. Великий немецкий химик-органик Юстус фон Либих (1803–1873) оставил след и в пивной, и в мясной индустрии.
Либих был человеком боевитым и вспыльчивым, но и практичным, и даже за его внезапными приступами великодушия всегда стоял точный расчет. Через школу Либиха в Гессенском университете, названную его конкурентом из Франции “зловонной ямой”, прошли многие светила химии следующего поколения. Вопреки обыкновению немецких профессоров той эпохи, Либих иногда позволял своим студентам публиковаться самостоятельно, поскольку, как он доверительно сообщал в письме другу, “если там и будет что хорошее, часть признания все равно достанется мне, а вот отвечать за ошибки мне не придется. Понимаешь?”
Когда он покинул Гессен, где провел самые плодотворные годы (отчасти потому, говорил он, что в этом маленьком и унылом городке его студенты могли развлечься только в лаборатории), Либих переключил внимание на биохимию, а в особенности на биохимические проблемы сельского хозяйства и пищевой промышленности. Он установил питательную ценность жиров, но ошибочно настаивал на том, что в почве усваивается только азот из аммиака, растворенного в дождевой воде; он также, вопреки очевидному, отрицал, что дрожжи – живые организмы, что привело к ссоре с Луи Пастером (это лишь один из многих его крестовых походов против французских химиков).
Либих никогда не упускал коммерческой выгоды. Так, например, стоило ему услышать, что вблизи уругвайских рудников водится невероятное обилие скота и животных убивают ради шкур, а большую часть мяса просто выбрасывают, он тут же разработал процесс превращения говядины в концентрированный бульон. Технология заключалась в том, чтобы пожарить и измельчить мясо, извлечь соки и сконцентрировать их в вакуумируе-мых сосудах. Экстракт, который изготовляла и продавала уругвайская компания Fray Bentos и который получил известность под названием “мясного экстракта Либиха”, был прототипом нынешних бульонных кубиков. Когда Либих попробовал проделать тот же трюк с кофе, итог были менее впечатляющ: при сушке окислялись важные масла, и в окисленном виде они придавали продукту неприятный вкус, причем большая часть сухого остатка от выпаривания не растворялась в воде. (Любители растворимого кофе получили сей напиток, когда были разработаны более совершенные методы экстракции. Сначала появился экстрактор Сокслета, названный по имени шведского химика, большого ценителя кофе: он не желал надолго отрываться от работы в лаборатории и мечтал о том, чтобы просто разводить концентрат кипятком. Потом – метод сушки сублимацией.)
Свой вклад в пивоваренное дело Либих внес в 1852 году. Благополучие двух ведущих пивоварен в Бёртоне-на-Тренте, Allsopps и Bass, грозили подорвать ужасные слухи – говорили, что пивовары, стремясь усилить горький привкус пива, добавляют туда стрихнин. Слух, по всей видимости, пустил французский химик-аналитик. Чтобы положить конец клевете, пивовары обратились к двоим самым знаменитым химикам Англии – Томасу Грэхему и Августу Вильгельму фон Гофману. Гофмана, недавнего ученика Либиха, переманил к себе и сделал первым профессором Королевского химического колледжа (впоследствии это заведение станет Королевской горной школой) принц Альберт, супруг королевы Виктории. Грэхем и Гофман сошлись в том, что пиво безвредно. Однако Гофман рекомендовал распорядителям Allsopps, чтобы придать мнению экспертов еще больше веса, обратиться к величайшему химику мира, барону (к тому моменту он уже был титулован) Юстусу фон Либиху.
За льстивое письмо, подтверждавшее превосходные качества английского пива, Либих получил немалую по тем временам сумму юо фунтов стерлингов. В письме к Гофману он признавался, что “главная проверка заключалась в том, что я с большим удовольствием выпил бутылку пива”. (Он, разумеется, всецело доверял анализу, проведенному его учеником.) Либих беззастенчиво последовал указаниям дирекции Allsopps, в каких словах ему следует расхваливать их продукт. Вскоре его отзыв появился на рекламных щитах и в газетах. Затем – что Гофман с Либихом наверняка предвидели – Bass, конкуренты Allsopps, обратились к ученому с похожей просьбой, и Либиху была заплачена неизвестная нам (но наверняка немалая) сумма.
К концу жизни характер Либиха, очевидно, смягчился. Он помирился со своими французскими оппонентами, прежде всего с Жаном Батистом Дюма, словесная дуэль с которым тянулась десятилетиями, и в 1867 году его пригласили в качестве почетного гостя на Всемирную выставку в Париже. В речи, произнесенной после торжественного обеда и адресованной жюри выставки, Либих вспоминал дни, проведенные в Париже, – в 1823 году, будучи еще совсем юным, он учился у великого химика Жозефа Луи Гей-Люссака. К тому времени Гей-Люссак уже успел стать химиком правительственного Комитета порохов и селитр, так что его лаборатория и квартира располагались в Арсенале. Александр фон Гумбольдт присутствовал на том заседании Академии наук, где Гей-Люссак представил работу Либиха о фульминатах. Доклад сопровождался демонстрацией опыта Либиха. Отважный Гей-Люссак перед тем в одиночку поднялся на воздушном шаре на высоту 23 тысячи футов (7 километров), побив тем самым рекорд Гумбольдта, который взобрался на вершину горы Чимборазо. Ученые прониклись друг к другу симпатией. Гумбольдт также сдружился в Германии с Либихом, и теперь убеждал Гей-Люссака допустить Либиха в свою лабораторию в Арсенале. У обоих химиков было много общего, а их интересы – к фульминатам у Либиха и к родственным цианистым соединениям у Гей-Люссака – идеально дополняли друг друга. В своей речи, произнесенной десятилетия спустя, Либих заверил слушателей, что те времена были счастливейшими в его жизни:
Никогда не смогу забыть лет, проведенных в лаборатории Гей-Люссака. Когда он заканчивал успешный анализ (а вы и без моих пояснений знаете, что приборы и методы, описанные в нашей совместной работе, были исключительно его рук делом), он говорил: “Теперь вам следует со мной танцевать, как танцевал я с Тенаром (Луи Тенар – учитель Гей-Люссака), когда нам случалось что-нибудь открыть новое”. И мы танцевали!
Эти события, как и многие другие, описаны в образцовой биографии Либиха: Brock William H., Justus von Liebeg: The Chemical Gatekeeper (Cambridge University Press, Cambridge, 1997).
