Текст книги "Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях"
Автор книги: Уолтер Гратцер
сообщить о нарушении
Текущая страница: 29 (всего у книги 33 страниц)
Доказательство существования Бога
Авторство рассказа о встрече Дени Дидро (1713–1784) и Леонарда Эйлера (1707–1783) приписывают Огастесу де Моргану (1806–1871), английскому математику и писателю. Во многих популярных книжках о математике она излагается примерно так. Прославленный энциклопедист прибыл в Россию знакомить императорский двор со своими атеистическими воззрениями. Его трактат вызвал любопытство, граничащее с возмущением. Однажды ему сообщили, что Эйлер, которого тоже принимали при дворе императрицы Елизаветы, обладает алгебраическим доказательством бытия Божия – и охотно изложит его, если только Дидро будет при этом присутствовать. Философ с готовностью согласился. Позвали Эйлера, тот подошел к Дидро и торжественным тоном произнес: “Месье, а + bn/n = х, следовательно, Бог существует; отвечайте же!” Дидро, в математике не сведущий, был потрясен. Ошарашенный, он ретировался и немедленно отбыл во Францию, чем изрядно всех развеселил.
Несмотря на повсеместные упоминания, рассказ в лучшем случае неточен и ничуть не очерняет Дидро, человека исключительного ума и большой учености, который едва ли позволил бы так просто себя одурачить. Более того, он обучался математике и оставил в истории этой науки свой след, пусть и скромный. Корни этой истории следует искать в книге де Моргана, где тот ссылается на мемуары Д. Тибо, озаглавленные “Воспоминания о восьми годах жительства в Берлине” и изданные в 1804 году. За достоверность своего рассказа Тибо ручаться не готов, поскольку сам при встрече не присутствовал. Называются также время и место этой встречи (1774 год, Санкт-Петербург). Оппонентом Дидро, согласно Тибо, выступает безымянный “русский ученый, философ и математик, заслуженный член Академии” (имя Эйлера, похоже, без должных на то оснований вписал де Морган). Слова русского ученого де Морган передает, в общем, верно (хотя существуют и иные версии, где Дидро озадачивают другим уравнением). Дидро, раздраженный и оскорбленный нелепой выходкой, опасаясь, что столкнется еще со многими в том же духе, действительно покинул залу, а вскоре вернулся во Францию.
Анализ истории можно найти в статье Struick Dirk J., A story concerning Euler and Diderot, Isis, 31, 431,1939.
Тепло от света
Вильгельм Фридрих Гершель родился в 1738 году в Ганновере в семье музыканта. В возрасте 19 лет он отправился в Англию и вскоре стал композитором, дирижером, учителем музыки и органистом в церкви города Бат. К1766 году он всерьез увлекся астрономией и сконструировал свой первый телескоп-рефлектор. Ему пришлось собственноручно шлифовать зеркала из зеркальной бронзы – сплава олова с медью. Едва выдавалась свободная минутка между концертами, Гершель спешил к себе в мастерскую и трудился над зеркалами. Вскоре его телескоп пригласили посмотреть Невилла Маскелина, занимавшего в те годы пост королевского астронома. Сэр Невилл, внимательно изучив прибор, вынужден был признать, что тот превосходит все телескопы Лондона.
С помощью своего телескопа Гершель совершил ряд открытий: прежде всего он обнаружил новую планету – Уран. Он хотел назвать ее Георгиумом, в честь короля Георга III, но Королевское общество почему-то этому воспротивилось.
Слава Гершеля все росла, и наконец король пригласил его в Виндзорский замок на должность своего домашнего астронома. Двое ганноверцев[23]23
Король принадлежал к ганноверской династии, хоть и родился в Лондоне.
[Закрыть] быстро сдружились, и Георг III взял Гершеля под свое покровительство.
За свою жизнь Гершель собрал своими руками более 400 телескопов. Обозревая небо, он наткнулся на множество туманностей, относительно которых выдвинул гипотезу, что это скопления звезд (само собой, гипотеза впоследствии подтвердилась). У открытого им Урана Гершель нашел два спутника, а кроме того, наблюдал двойные звезды – то есть пары звезд, обращающиеся вокруг общего центра масс.
Много шуму наделало замечание Гершеля по поводу обычных звезд: благодаря первоклассным зеркалам, где оптические искажения (аберрации) сводились к минимуму, звезды он видел предельно четкими, круглыми и без расходящихся лучей вокруг. Это поразило достопочтенного Генри Кавендиша (1731–1810) – лучшего, наверное, экспериментатора той эпохи. (Невероятно стеснительный и эксцентричный холостяк, Кавендиш избегал всякого контакта с людьми и даже построил в доме вторую лестницу, чтобы случайно не столкнуться лицом к лицу со слугой).
Сэр Джон Гершель любил вспоминать услышанный им от отца анекдот на сей счет. В 1786 году, на званом ужине у мистера Обера (уважаемого астронома-любителя, построившего под Лондоном, в Дептфорде, частную обсерваторию и установившего там телескоп, который принято было называть “крепышом Шорта” (Short’s dumpy), и тот был не хуже многих других телескопов Англии), Гершеля усадили рядом с мистером Кавендишем, которого все считали самым неразговорчивым из людей. Какое-то время он действительно не произносил ни слова, затем неожиданно повернулся к соседу и произнес: “Говорят, вы видели звезды круглыми, доктор Гершель?”. – “Круглыми как пуговицы”, – отвечал тот. Повисла долгая пауза. В конце ужина Кавендиш разомкнул губы еще раз и с недоверием в голосе переспросил: “Круглыми как пуговицы?” – “Так точно, круглыми как пуговицы”, – повторил Гершель, и на этом разговор был окончен.
Большую часть жизни Гершеля его незамужняя сестра Каролина вела его хозяйство и помогала ему в наблюдениях, так что со временем и сама сделалась опытным астрономом. Король даже назначил ее астрономом-ассистентом с жалованьем в 50 фунтов в год. За ряд открытий, но прежде всего за редактирование и расширение знаменитого каталога небесных тел Джона Флемстеда в 1772 году ей присудили золотую медаль Королевского астрономического общества. (Тут можно добавить, что, когда в 1712 году великий труд Флемстеда, названный им “Небесной историей”, только появился на свет, разразился страшный скандал. Флемстед с маниакальным упрямством перепроверял все данные и ничему не позволял просочиться наружу из Гринвичской обсерватории, пока сам он не обдумает все как следует, – а это занимало годы. Однажды Исааку Ньютону срочно понадобились данные, которые он никак не мог получить из Гринвича. Тогда Ньютон обвинил Флемстеда в том, что тот удерживает информацию, тогда как государственная должность обязывает его выдавать ученым данные по первому требованию. В конце концов Ньютон разными ухищрениями получил то, что ему требовалось, и более того – добился опубликования всех данных Флемстеда. Раздосадованный Флемстед в запале назвал Ньютона вором и сжег 300 из 400 вышедших экземпляров.)
11 сентября 1800 года Уильям Гершель совершил самое замечательное из своих открытий, причем благодаря чистой случайности. Он задался вопросом, порождает ли свет теплоту и как на этом сказывается цвет. Луч солнечного света, проходящий сквозь узкое окно в затененной комнате, он пропустил сквозь призму, и “радуга” проецировалась на специальный экран. Перед каждой из полос определенного цвета Гершель установил термометр и стал ждать, когда тот покажет прирост температуры. Не дождавшись эффекта, он отправился обедать, а когда вернулся, то обнаружил, что Солнце с тех пор сместилось, так что термометр оказался уже за красной полосой на самом конце спектра. Однако, к его изумлению, температура все же поднялась. Гершель сразу понял, что источник тепла – излучение, которого он не видит. Так он открыл инфракрасное излучение – с его помощью тела передают тепло на расстояние.
В 1816 году Уильяма Гершеля произвели в рыцари, а в 1821-м, за год до смерти, избрали президентом Королевского астрономического общества. Его сын Джон, также впоследствии произведенный в рыцари, пошел по стопам отца – младший Гершель прославился прежде всего своими фотометрическими исследованиями, измерением количества света, приходящего от звезд.
См. биографию, написанную внучкой Гершеля: Lubbock С.A., The Hershel Chronicle: The Life Story of William Hershel and his Sister Caroline Hershel (Cambridge University press, Cambridge, 1933).
Высокая наука и чашка чая
Рональд Эймлер Фишер – один из создателей прикладной статистики. Он разработал методы, применяемые и сейчас для анализа биологических данных и планирования клинических испытаний.
Фишер родился в Лондоне в 1890 году. В 1910 году он устроился на работу на Ротемстед-скую экспериментальную станцию под Лондоном – и тогда и теперь это главный в стране центр аграрных исследований – а четырьмя годами раньше на станции появилась первая женщина специалист по водорослям, Мюриель Бристол. С ее приходом в Ротемстеде установилась традиция непременных послеполуденных чаепитий.
И вот как-то во время одного из таких чаепитий Фишер любезно протянул миссис Бристол чашку чая. Та неожиданно отказалась, заявив, что предпочитает, чтобы не молоко добавляли к чаю, а чай – к молоку. (Долгое время считалось, что такая манера выдает в человеке аристократа.) Фишер был изумлен: как она, будучи ученым, не понимает, что вкус от этого не меняется? Однако доктор Бристол настаивала, что уверенно отличает одно от другого. Фишер решил провести слепой тест. Вместе с Уильямом Роучем, химиком из той же лаборатории, он поставил проверочный эксперимент. Вопрос разрешился в пользу доктора Бристол: та действительно чувствовала разницу (хотя, насколько статистически достоверным был результат, не сообщается). Этот эпизод заставил Фишера задуматься о принципах статистических выводов, что в конце концов побудило его опубликовать в 1925 году блестящую работу, озаглавленную “Статистические методы для научных работников”.
Впоследствии Фишер вызвал всеобщее осуждение, отрицая причинно-следственную связь между курением и раком легких: он утверждал, что пристрастие к курению и предрасположенность к раку объясняются на генном уровне. Как выяснилось позже, выступления Фишера щедро оплачивала некая табачная компания.
Эпизод с чаем и молоком описан в статье: Mann George V., Chance Encounters, Perspectives in Biology and Medicine, 25, 316 (1982).
Медяк – другой
Рудольф Шёнхеймер (1898–1941) – немецкий биохимик, чьи заслуги перед наукой исключительны. Будучи евреем, он лишился работы в Германии перед началом Второй мировой войны и нашел убежище, как и многие другие ученые с похожей судьбой, в Америке, в Медицинской школе Колумбийского университета в Нью-Йорке. Глава биохимического факультета, Ганс Тэтчер Кларк, собрал у себя целую когорту блестящих ученых – хитроумных и владеющих множеством языков европейцев.
В первые послевоенные годы в химии физиологических процессов было сделано несколько важнейших открытий, и случилось это во многом благодаря открытию радиоизотопов; можно было сделать радиоактивными (и тем самым пометить) вещества, участвующие в метаболизме, и следить за их химическими превращениями в отдельной клетке или во всем организме. Однако тогда радиоизотопы были еще редкостью и стоили больших денег. Шёнхеймер намеревался ставить опыты с меченной изотопами мочевиной – конечным продуктом обмена веществ, который выделяют и животные, и человек. Главным авторитетом в деле разделения радиоизотопов был Гарольд Ури: он и согласился выдать Шёнхеймеру скромное количество нитрата аммония, обогащенного азотом-15 – изотопом, который составляет ничтожную долю в природном азоте (где преобладает азот-14). Препарат с изотопом Ури приготовил из обычного нитрата аммония – вещества, легко взрывающегося от детонации, – который незаконно провез в Нью-Йорк с завода в Нью-Джерси через Голландский туннель, забросив мешок на откидное сиденье своего спортивного автомобиля. Стеклянная ампула, которую он отдал Шёнхеймеру, содержала существенную часть мировых запасов очищенного изотопа 15N.
Превратить нитрат аммония в мочевину было задачей Девитта Штетгена, юного ассистента Шён-хеймера. Прежде всего Шёнхеймеру и Штеттену предстояло выбрать один из множества способов синтеза мочевины: та была первой органической молекулой, полученной в лаборатории из неорганического вещества (изоцианата аммония). Как водится, они начали с изучения библии химиков-синтетиков, справочника Бельштейна, и остановились на довольно простом, как могло показаться, методе: аммиак, выделенный из раствора нитрата аммония, пропускается сквозь расплавленный дифенилкарбонат. Реакция дает мочевину со юо-процентным выходом: в этом случае, решили они, ни единый микрограмм драгоценного 15N не пропадет даром. Штеттен приступил к эксперименту, но для начала проверил действенность метода на обычном нитрате аммония. Вот что из этого вышло:
К моей великой досаде, я увидел, что никакой реакции не идет вообще. Аммиак, пропускаемый сквозь расплав, выделялся в химически неизменном виде. Я перепробовал, как казалось, все правдоподобные поправки к методике, но безуспешно – и окончательно утвердился во мнении, что немецкий автор, описавший этот синтез, попросту лгал. Расстроившись, я рассказал обо всем Руди. “А когда, – спросил он, – был описан твой синтез?” – “В 1880 году”, – отвечал я. Тут в нем заговорил шовинист.
“В 1880 году, – парировал Руди, – немецким химикам не было нужды лгать”. Затем мы вместе дотошно изучили описание, и он заметил, что если я работаю с ничтожными количествами дифенилкарбоната, то в оригинале речь идет про килограммы реагентов. Внезапно он осклабился: “Вот когда я был аспирантом в лаборатории Томаса в Лейпциге, по стенам были развешаны покрытые пылью огромные медные реторты и прочие реакционные сосуды. Стекло в те дни не было таким прочным, как теперь. Реакции проводили с килограммами веществ, а когда требовался разогрев, эти килограммы закладывали в медные сосуды. Может быть, медь катализирует реакцию?” Ставя новый синтез, я это учел и добавил к дифенилкарбонату чуть-чуть меди. На химическом складе нашлось немного мелкодисперсного медного порошка, который, вероятно, предназначался для добавления в краску, когда требовалось придать ей металлический блеск. Щепотки металлической меди оказалось достаточно. Теперь аммиак и в самом деле поглощался без остатка дифенилкарбонатом и превращался в мочевину.
Синтез меченой мочевины был первым примером использования изотопа 15N. Этот эксперимент открыл новую главу в биохимии.
Со временем поведение Рудольфа Шёнхеймера становилось все более странным. Приступы глубокой подавленности следовали один за другим, и однажды ночью в 1941 году, на пике блестящей карьеры, он покончил с жизнью.
Девитт Штеттен излагает свою историю про синтез мочевины в книге: Perspectives in Biology and Medicine, 25, 354 (1982).
Ученые и шовинисты
Планета Уран, открытая Уильямом Гершелем в 1781 году, в XIX веке вдруг стала вызывать у астрономов беспокойство. Алексис Бувар обнаружил, что траектория ее движения по орбите отклоняется от предсказанного – хотя расчеты, основанные на законах Ньютона, учитывали и притяжение Солнца, и влияние других планет. Не вкралась ли ошибка в сами законы Ньютона? Или, возможно, на Уран влияет еще одна, неучтенная, планета?
Орбиту такой гипотетической планеты впервые попробовал вычислить в 1843 году юный Джон Коуч Адамс, недавний выпускник Кембриджа. Задача представлялась нелегкой, однако после трех лет упорной работы Адамс смог предъявить предварительные результаты. Когда Адамс решился показать их почтенному профессору Джеймсу Челлису, директору Кембриджской обсерватории (который единолично распоряжался тамошним телескопом и никого к нему не подпускал без веских оснований), тот от него просто отмахнулся, посоветовав обратиться к королевскому астроному сэру Джорджу Эйри. Сэр Джордж тоже не сильно помог: он сообщил Адамсу, что поиски новой планеты стоит начинать только после более детальных расчетов. На них у раздосадованного Адамса ушел еще год.
Тем временем Урбен Жан Жозеф Леверье (1811–1877) из парижской Политехнической школы проделал те же расчеты и в 1846 году опубликовал свои прогнозы относительно положения и вероятных размеров загадочной планеты. Пытаясь увлечь этой идеей французских звездочетов, Леверье тоже столкнулся с трудностями – его отправили к директору Берлинской обсерватории. Письмо Леверье пришло в Берлин 23 сентября, и той же ночью помощник директора обсерватории, Иоганн Готтфрид Галле, приступил к поискам. По счастливому стечению обстоятельств, как раз перед тем обсерватория получила недавно заказанную превосходную карту неба. Благодаря ей неуловимое небесное тело было найдено Галле всего за несколько часов. Взволнованный, он написал Леверье: “Планета, расположение которой Вы указали, действительно существует. В тот же день, когда я получил Ваше письмо, я обнаружил звезду восьмой величины, которой нет на превосходной Carta Horta XXГ.
Едва вышла статья Леверье, Эйри, вероятно, испытал угрызения совести и немедленно обратился к Челлису с просьбой начать поиски неизвестной планеты. Однако карта звездного неба, которая имелась у Челлиса, не могла сравниться с Carta Horta XXI. Только когда Галле сообщил о своих успехах, Адамс понял, что тоже видел новую планету.
Адамс, человек скромный и молчаливый, не выказывал зависти к удачливому конкуренту. Когда они с Леверье познакомились в Кембридже, он даже с ним подружился.
Открытие Нептуна – так назвали планету в парижском Бюро долгот, хотя Эйри и настаивал, чтобы, не нарушая традиции, планету назвали именем греческого бога Океана, а Галле предпочел бы Нептуну и Океану Януса, – стало сенсацией. Во-первых, законы Ньютона и модель планетарной системы Кеплера с триумфом продемонстрировали свою мощь. Но, что еще важнее, наблюдения эффектно подтвердили теоретический прогноз! Последнее поразило воображение как широкой публики, так и политиков, которым впервые представился шанс воочию убедиться в важности научных изысканий. Говорят, что именно тогда правительства европейских стран начали всерьез интересоваться наукой.
Сэр Джон Гершель, сын Уильяма Гершеля, написал популярную статью об открытии Нептуна для журнала The Athenaeum, где лестно отозвался о работе Адамса. В прессе заговорили об ущемленной национальной гордости. Однако расчеты Адамса так и не были опубликованы, и во Франции начали всерьез подозревать коварного англичанина в плагиате. Английские газеты в ответ обвинили французов, что те искажают истину и на самом деле это они воры – украли британское открытие. Леверье с горечью сетовал Эйри на то, что Гер-шель пытается лишить его права на первоклассное достижение: расчеты Леверье были точнее расчетов Адамса и при этом заняли вдвое меньше времени. Эйри отвечал примирительно:
Дорогой сэр, я получил ваше письмо от 16 числа (октября 1846 года), и мне жаль, что статья сэра Джона Гершеля так вас огорчила. Убежден, что сэр Джон Гершель тоже бы расстроился – этот добрейший человек щепетильнее всех, с кем я знаком, в своем стремлении быть справедливым ко всем и никого при этом не обидеть.
Последовали новые контробвинения и перепалки в том же духе, однако Адамс никогда и ни в чем не обвинял Леверье, равно как и Леверье – Адамса, поскольку и тот и другой признавали, что их расчеты были проделаны независимо друг от друга.
Впоследствии оба ученых удостоились множества почестей: Адамс стал следующим после Эйри королевским астрономом, а Леверье сменил Араго на посту директора Парижской обсерватории.
Об открытии Нептуна рассказывается во многих источниках; см., например: Hoyle Fred, Astronomy (Macdonald, London, 1962) и Leverington David, A History of Astronomy from 1890 to the Present (Springer, London, 1995J.
Поникшие уши кроликов
Льюис Томас – выдающийся ученый-медик. Многие годы он возглавлял Раковый центр Слоуна-Кеттеринга в Нью-Йорке. Томас широко известен своими яркими и изящными эссе о науке, медицине и вообще о жизни.
Одно из первых его приключений, связанных с наукой, случилось в 1936 году, когда он был еще только жаждущим славы студентом-медиком. Томаса заинтриговало так называемое явление Шварцмана. Ученый, именем которого оно названо, заметил, что, если кролику ввести подкожно бактериальный эндотоксин (то есть умеренно токсичную секрецию некоторых бактерий), возникнет небольшое местное воспаление; однако, если эту процедуру повторить, причем через промежуток времени от 18 до 24 часов, появятся обширные поражения кожи и кровоизлияния. При введении второй дозы токсина в вену ничего не происходило. Напротив, итоги двух внутривенных инъекций подряд были катастрофическими: все заканчивалось отказом почек.
Прочитав статью про реакцию Шварцмана (где были изображены почки кролика, пораженные некрозом), Томас пришел на семинар по медицинской патологии, который каждую неделю проходил в кабинете его профессора.
Не помню, о чем там говорили, однако помню, как, наклонившись, ударился головой о тяжелую стеклянную банку на полке с препаратами тканей и уронил ее на пол. Я подобрал ее, чтобы поставить на место, и обнаружил внутри пару человеческих почек с точно такими же повреждениями, как и у кроличьих почек на снимке, помещенном в статье о работах Шварцмана. Этикетка гласила, что почки принадлежат женщине, умершей от эклампсии (повышения давления при токсикозе во время беременности) в сочетании с серьезным бактериальным заражением.
Томас решил докопаться до сути странной аномалии, и вместе с коллегами потратил на ее изучение ю лет. Они так и не разобрались со всеми нюансами, однако выяснили, отчего перед гибелью ткани прекращается приток крови к ней, и показали, что главные виновники разрушительного процесса – белые кровяные тельца. Удаляя эти клетки из кровотока или подавляя свертывание крови, Томасу и его друзьям удавалось излечить кроликов от реакции Шварцмана. Однако в ходе своих исследований они наткнулись на другое интересное явление.
Нам пришло в голову, что выброс поврежденными клетками ткани протеолитического фермента (который атакует и расщепляет белки) может быть одной из причин разрыва микроскопических сосудов, и мы догадались, что такой фермент будет активней всего в кислой среде, которая, как было известно, характерна для обработанной [препаратом] кожи кролика. Недолго думая, мы ввели в кожу кролика немного папаина, растительного фермента-протеолитика из млечного сока папайи, и уже через час смогли наблюдать точно такой же геморрагический некроз, как и в случае местного эффекта Шварцмана.
Теперь, решили мы, ясно, что делать дальше. Следующим шагом было ввести папаин внутривенно, чтобы воспроизвести реакцию в общем случае – с отказом почек и всем прочим. Мы сделали это, и ничего не произошло. Животные по-прежнему пребывали в хорошей форме, были активны и голодны, а их почки работали как ни в чем не бывало. Тогда мы повторили опыт с различными дозами папаина, но результат был тот же. Однако теперь мы заметили, что кролики, хотя и абсолютно здоровы на вид, все же выглядят как-то иначе – и при этом довольно забавно. Их уши, вместо того чтобы торчать, как-то размягчились и спустя несколько часов обвисли, как у спаниелей. Впрочем, уже на следующий день они торчали снова.
Сколько времени ушло на выяснение истины, даже неловко говорить. Действие папаина на кроличьи уши я впервые наблюдал в 1947 году, и тогда же исследовал срезы деформированных ушей, но, не найдя никаких изменений в клетках, волокнистой соединительной ткани, хрящах и в прочих деталях уха, забросил это безнадежное дело. Каждые несколько месяцев я к нему возвращался, иногда – чтобы продемонстрировать невероятные изменения друзьям и коллегам, но объяснения не находилось. Только шесть лет спустя меня осенило, что если уши удерживаются в приподнятом состоянии хрящевыми пластинками, то наверняка именно с хрящевыми пластинками в поврежденных ушах что-то и случается. Я вернулся к этой теме и сравнил, сколько хрящевого матрикса у кроликов, подвергшихся действию папаина, и сколько – у нормальных кроликов, и сразу же нашел разгадку: хотя хрящевые клетки сами по себе казались совершенно здоровыми, но почти весь каркас (то есть матрикс) папаин уничтожил. Более того, это случилось и со всей остальной хрящевой тканью – включая трахею, бронхи и даже межпозвоночные диски. Отмечу в скобках, что спустя несколько лет после выхода моей статьи об этом хирурги-ортопеды стали прибегать к помощи папаина, чтобы избавляться от разорванных межпозвоночных дисков без хирургического вмешательства.
Томас признает, что применения его открытия в клинической практике этим и исчерпываются. При этом он вспоминает интервью, которое давал однажды двум социологам: узнав, что другой ученый тоже обнаружил это явление, но не стал с ним возиться дальше, они захотели выяснить, почему именно Томас (а не его соперник) довел дело до конца. Вскоре эти социологи опубликовали сложную статью на сей счет, однако Томас, который всеми силами пытался оправдать столь долгую возню с такой легкомысленной темой, признался в конце концов: главный мотив – то, что его очень позабавили поникшие кроличьи уши.
Thomas L, The Youngest Science. Notes of a Medicine Watcher (Oxford University Press, 1985)