Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева - Сэм Кин

Позже Сегре стал известным историком науки (а также, между прочим, заядлым грибником). Он упомянул об ошибке с ядерным распадом в двух книгах, в обоих случаях лаконично выразив одну и ту же мысль: «Однако от нас ускользнула возможность деления, хотя Ида Ноддак специально обращала на нее наше внимание: она прислала нам статью, в которой недвусмысленно говорилось, что результаты можно интерпретировать как раскалывание тяжелого атома на две приблизительно равные части. Чем объяснить нашу слепоту, не вполне ясно»[71].

В качестве интересного исторического курьеза он также отметил, что ближе всего к открытию деления ядра подошли две женщины – Ида Ноддак и Ирен Жолио-Кюри, дочь Марии Кюри. Наконец, честь открытия деления ядер также принадлежит женщине, Лизе Мейтнер.

К сожалению, Сегре воспринял этот урок об отсутствии трансурановых элементов слишком буквально и вскоре сам оказался виновником настоящего «сольного скандала». Около 1940 года ученые предположили, что элементы, расположенные в периодической системе чуть дальше и чуть ближе урана, являются переходными металлами. В соответствии с их расчетами девяностый элемент относился к четвертому столбцу, а первый из элементов, не встречающихся в природе, – девяносто третий – оказывался в седьмом столбце, прямо под технецием. Но в сегодняшней таблице видно, что элементы, окружающие уран, отнюдь не являются переходными металлами. Они располагаются в самом низу таблицы прямо под редкоземельными элементами и в химических реакциях ведут себя именно как редкоземельные металлы, а не как технеций. Причина научной слепоты химиков вполне понятна. Несмотря на пиетет перед таблицей Менделеева, они не воспринимали периодический закон достаточно серьезно. Ученые полагали, что редкоземельные металлы представляют собой странное исключение и их причудливая химия нигде больше не проявляется. Но это не так: уран и другие элементы, расположенные рядом с ним, заполняют электронами f-оболочки, точно как редкоземельные металлы. Следовательно, эти элементы должны ответвляться от основной периодической системы на период ниже, чем редкоземельные металлы, и проявлять в химических реакциях примерно такие же свойства, как лантаноиды. Все просто, по крайней мере в ретроспективе. Через год после сенсационного открытия деления ядер один коллега Сегре, работавший с ним на одном этаже, вновь решил попробовать открыть девяносто третий элемент. Для этого он облучил немного урана в циклотроне. Считая (по описанным выше причинам), что этот элемент должен быть подобен технецию, он попросил Сегре о помощи. Действительно, ведь именно Сегре открыл технеций и разбирался в его химии лучше, чем кто-либо другой. Сегре был заядлым охотником за элементами и взялся за исследование образцов. Беря пример со своего наставника Ферми, умевшего мыслить очень быстро, Сегре заключил, что в результате деления получаются вещества, напоминающие редкоземельные элементы, но совсем не похожие на тяжелый аналог технеция. «Банальное деление ядер продолжается», – заявил Сегре и набросал статью с разочаровывающим названием «Безуспешный поиск трансурановых элементов».

Но тогда как Сегре решил просто работать дальше, тот самый коллега, Эдвин Макмиллан, заинтересовался его находкой. Все элементы при радиоактивном анализе ведут себя каким-то характерным образом, но «редкоземельные металлы» Сегре вели себя совершенно иначе, нежели другие редкоземельные элементы. Это был нонсенс. Поломав голову над этой проблемой, Макмиллан предположил, что, возможно, найденные элементы вели себя как редкоземельные металлы именно потому, что являются тяжелыми аналогами таких металлов и также располагаются в «ответвлении» от основной периодической системы. Поэтому Макмиллан с коллегой повторили облучение и химические анализы, уже без Сегре. Они практически сразу смогли открыть первый «запрещенный» в природе элемент – нептуний. Ирония судьбы слишком бросается в глаза, чтобы ее не заметить. Ведь, работая с Ферми, Сегре не догадался, что в результате деления ядер получаются трансурановые элементы. «Очевидно, не сделав никаких выводов из той ошибки, – вспоминал Гленн

Сиборг, – Сегре вновь не счел нужным внимательно провести химический анализ». Совершив практически противоположную ошибку, Сегре оказался слишком небрежен и не смог распознать в трансурановом нептунии продукт деления ядер.

Несомненно, как ученый Сегре был в ярости от собственной недальновидности. Но как историк науки он мог оценить последствия этого открытия. В 1951 году Макмиллан получил за свою работу Нобелевскую премию по химии. Но за открытие трансурановых элементов Шведская академия наградила Ферми; чтобы не признавать ошибку, Нобелевский комитет решил наградить Макмиллана лишь за «открытия в области химии трансурановых элементов» (курсив автора). Впрочем, поскольку Макмиллан открыл нептуний благодаря аккуратному и безошибочному химическому подходу, эту формулировку можно не считать неуважительной.

Конечно, Сегре оказался слишком самоуверенным, но его ошибки не идут ни в какое сравнение с промахами другого гения, который также работал в Калифорнии, но несколько южнее. Этим гением был Лайнус Полинг.

Получив в 1925 году степень доктора философии, Полинг согласился на полуторагодичную стажировку в Германии, которая была в те годы научным центром мира. Сегодня языком международного общения среди ученых является английский, но в начале прошлого века такую роль играл немецкий язык. Но благодаря тем знаниям по квантовой механике, которые Полинг смог приобрести в Европе, еще не достигнув тридцати лет, американская химия вскоре коренным образом превзошла немецкую. Сам же Полинг через много лет оказался на обложке журнала Time.

Достижение Полинга заключается в том, что ему удалось описать, как именно квантовая механика управляет химическими связями между атомами. Он проанализировал силу, длину, угол каждой химической связи. Полинга можно сравнить с Леонардо да Винчи, который впервые стал рисовать людей, верно подмечая мельчайшие анатомические детали. Поскольку химия, в сущности – это дисциплина, изучающая, как создаются и разрываются межатомные связи, Полинг практически в одиночку модернизировал целую область науки. Он абсолютно по праву заслужил один из величайших научных комплиментов, полученный от одного из коллег: «Полинг доказал, что химию можно понимать, а не только вызубривать» (курсив автора).

После этого триумфа Полинг продолжал заниматься основами химии. Вскоре он определил, почему все снежинки шестиугольные: дело в том, что шестиугольную структуру имеют сами кристаллы льда. В то же время Полингу явно не терпелось вырваться за пределы простейшей физической химии. Например, в ходе одного из своих исследований он определил, почему серповидно-клеточная анемия смертельна для человека. Дело в том, что молекулы гемоглобина в эритроцитах больного имеют неправильную форму и не могут связываться с кислородом. Это исследование гемоглобина замечательно тем, что оно впервые позволило выявить в качестве причины заболевания аномальную молекулу[72]. Работа Полинга полностью перевернула представление врачей о медицине. Позже, в 1948 году, Полинг сильно заболел гриппом и, проводя целые дни в постели, пришел к мысли, которая помогла совершить революцию в молекулярной биологии. Он решил показать, как молекулы белков могут образовывать длинные цилиндры, которые называются альфа-спиралями. Функционирование белка в значительной степени определяется формой его молекул, и Полинг был первым, кто смог определить, как отдельные фрагменты белка «узнают», какая форма молекулы является «правильной».

Во всех этих случаях Полинга по-настоящему интересовало (кроме очевидной пользы для медицины) лишь то, как почти по волшебству у вещества возникают новые свойства, когда маленькие «глупые» атомы самостоятельно укладываются в большие структуры. Самая захватывающая сторона проблемы заключалась в том, что в молекулярной химии часть порой нисколько не напоминает целое. Например, вы никогда не догадались бы (если бы не увидели этого сами), что атомы углерода, кислорода и азота могут объединяться в аминокислоты. Аналогично, сложно себе представить, как аминокислоты сочленяются, образуя белки, а белки, в свою очередь, управляют жизнедеятельностью всех живых организмов. Эта работа, связанная с изучением атомных систем, была даже сложнее, чем синтез новых элементов. Но такой прыжок в невероятную сложность также повышал вероятность неверных интерпретаций и ошибок. В долгосрочной перспективе легкий успех Полинга с открытием альфа-спиралей оказался еще одной иронией судьбы: ведь если бы Полинг не запутался с другой спиральной молекулой, ДНК, то, несомненно, навечно остался бы в пятерке величайших ученых всех времен и народов.