Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени - Джеймс Бёрк

Окрашивая бактериальные культуры, Эрлих установил, что некоторые красители являются также ядом для паразитов. Когда он заметил, что метиленовый синий (который уже некоторое время использовался в медицине как обезболивающее при невралгии) окрашивает паразитов малярии, он попробовал его в качестве лекарства для нескольких пациентов, и они выздоровели. На основе этого эксперимента Эрлих сформулировал принцип адресного лечения или «серебряной пули», основы химиотерапии. Он заключался в применении препаратов, пагубно влияющих только на возбудителя болезни и не наносящих вреда остальному организму. Первой «серебряной пулей» Эрлиха стало средство против сифилиса, одно из важнейших лекарств в истории медицины — препарат сальварсан. Из-за него у Эрлиха возник конфликт с Русской православной церковью. Церковный синод считал, что сифилис есть наказание божье за грех прелюбодеяния и никакие мирские лекарства тут не уместны.

Метиленовый синий оказался самым удачным красителем из всех, которые перепробовал Эрлих. С его помощью можно было производить так называемое прижизненное окрашивание. Иными словами, он не наносил вреда живой ткани при непосредственном введении и, в отличие от многих других красителей, не концентрировался в месте введения, а распространялся по ткани. Такой прекрасный рабочий инструмент достался Эрлиху благодаря стараниям другого немца, Генриха Каро, который в составе группы ученых работал над получением красителей из дегтя195 — 62, 140. Успехи немцев в химии красок и химии вообще объяснялись разобщенностью немецких земель. Ученый мог получить патент на свое изобретение в своем княжестве, даже если аналогичный патент был уже зарегистрирован в другом районе страны. Кроме того, основные конкуренты на научном поприще, британские ученые, считали ниже своего джентльменского достоинства связываться с бизнесом и производством. (Боже упаси! Порядочный ученый должен был немедленно уйти в отставку и уехать к себе в деревню, если ему удавалось что-то заработать.) Неудивительно, что к концу XIX века немецкая химическая и фармацевтическая промышленность оставила далеко позади английскую.

Одним из новых предприятий в этой отрасли был концерн «Басф», директором которого в 1868 году и стал Каро. В 1859 году он вернулся на родину из Англии с англичанкой-женой и попал в коллектив к ученому, имя которого все мы помним по школьным урокам химии, — Роберту Бунзену196 — 105, 86. Именно в лаборатории Бунзена в Гейдельберге (в то время этот город был центром химических исследований) Каро и получил метиленовый синий. В то же самое время, в другом конце этой же лаборатории Бунзен и его коллега Кирхгоф работали над созданием прибора, благодаря которому наши современники могут заглянуть в сердце звезды. Речь идет о бунзеновской горелке.

Ранее, в 1846 году, Бунзен нашел применение газам197 — 110, 240 чугуноплавильных печей Англии и Германии, затем заинтересовался газами вообще, а в 1855-м придумал способ повысить температуру горения коксового газа путем смешения его с воздухом. Помимо высокой температуры, горелка Бунзена давала несветящееся пламя и представляла собой отличный инструмент для научной работы — если действию такого пламени подвергнуть любое вещество, видимая часть пламени будет результатом горения именно этого вещества.

Кирхгоф предположил, что если на горящее вещество направить интенсивный свет, то пламя поглотит свет, соответствующий длине волны света самого пламени (данного вещества). Если же свет, пропущенный через пламя, пропустить еще и через стеклянную призму, то на месте этих волн в спектре будут черные полосы. Так появилась спектроскопия198 — 86, 105, с ее помощью астрономы определяют состав Солнца и звезд по испускаемому ими свету.

Феномен, который лежит в основе спектроскопии, был открыт в 1810 году оптиком из Мюнхена Йозефом Фраунгофером. Он был сыном стекольщика, с детства умел делать зеркала и резать стекло и мечтал заняться изготовлением очков. Однажды на него рухнула его собственная мастерская, и он решил сменить сферу деятельности. Фраунгофер стал гравером и делал визитные карточки, но эта затея успехом не увенчалась. В 1804 году он снова занялся оптикой в одной из мюнхенских фирм. Идеей фикс Фраунгофера было оптически идеальное стекло, которого никому еще не удавалось создать. Несколько лет он и его коллега, француз Гинан, оттачивали технологию получения стекла без наплывов и дефектов — расплавленная стеклянная масса перемешивалась специальной полой трубкой из огнеупорной глины, нагретой до очень высокой температуры.

Фраунгофер калибровал оптическое стекло (кстати, он был первым, кто внедрил этот технологический этап) весьма оригинальным способом. Он смотрел сквозь него на пламя под определенным углом, и в линзе появлялась ровная тонкая линия желтого цвета, искривления которой выявляли малейшие аберрации. Как-то в 1814 году, проверяя очередное стекло, он решил посмотреть сквозь него не на пламя, а на Солнце и увидел не одну, а множество линий. Причем линии были черные. Со временем, когда он повторил этот опыт с разными источниками света, в том числе звездами и планетами, он насчитал в общей сложности 574 линии. Главной заботой Фраунгофера была чистота стекла, а не причины появления линий. Поэтому, когда он описал этот феномен в своей работе, технологические секреты изготовления линз он опустил, но зато про линии рассказал про всех подробностях. Через пятьдесят лет эти сведения помогут в работе Кирхгофу. Технологические решения Фраунгофера дали миру не только спектроскопию, но и первый высокоточный телескоп, с использованием которого астрономы смогли заглянуть за пределы Солнечной системы. Великий астроном Фридрих Бессель измерял расстояния до звезд именно при помощи телескопа с линзами Фраунгофера.

До середины XVIII века заглянуть на большое расстояние можно было только через очень тонкие линзы — качество стекла обычно было настолько низким, что в толстых линзах обязательно встречались дефекты. Тонкие линзы давали большое фокусное расстояние, и телескопы могли достигать в длину десятков метров199 — 131. Однако тонкое стекло решало главную проблему — оно позволяло избежать хроматических аберраций. Из-за рефракции в толстом стекле голубые лучи фокусируются ближе к линзе, чем красные. Поэтому, если наводить фокус по красным лучам, то звезда в окуляре телескопа будет иметь голубой размытый ореол, и наоборот.

Тем не менее в человеческом глазе, состоящем из множества линз, никаких аберраций не возникает. В 1758 году построить такую систему искусственно при помощи нескольких линз попытался инженер, сын лондонского ткача Джон Доллонд. Он сложил выпуклую линзу из кронгласа (она имела зеленый оттенок и подавляла красно-оранжевую кайму вокруг объекта) и вогнутую из флинтгласа, и аберрации линз взаимно компенсировались. При помощи таких линз в 1781 году Гершель открыл планету Уран.

Усовершенствование оптики открыло астрономам глаза на недостаточную точность инструментов наведения телескопов. Решению этой проблемы очень помогла свадьба дочери Доллонда Сары и инженера Джесси Рамсдена. Жених хорошо заработал на этом союзе — по условиям брачного договора он получил долю в патенте Доллонда на ахроматические линзы. Рамсдену принадлежит авторство прибора, в котором больше всего нуждался его тесть, да и другие ученые — инструмента для высокоточного наведения. В 1766 году Рамсден производил секстанты200 — 267 для военно-морского флота и освоил новую технологию нанесения разметки на шкалы. Разметка секстанта была кропотливым, долгим занятием, требовавшим скрупулезной точности — ведь малейшая ошибка в определении координат в море могла обернуться гибелью корабля. Рамсден придумал токарный станок для нарезки сверхтонкой резьбы. Перемещение алмазного резца по заготовке задавалось движением эталонного винта.

Изготовленный на таком станке винт крепился по касательной к круглой горизонтально расположенной пластине с мелкими зубцами и входил с ней в зацепление. Вращение винта вызывало поворот пластины на крайне малый угол. Механизм получил название машина для деления круга. С ее помощью можно было градуировать шкалы секстантов и телескопов вплоть до угловой секунды, благодаря этому инструменты, которые выпускал Рамсден, отличались высочайшей точностью.

Прецизионные весы отмеряли мельчайшие порции химических реактивов, высокоточные газометры измеряли плотность газа, а дилатометры отслеживали изменение размеров металлических брусков вследствие термического расширения или сжатия. Барометры Рамсдена были в десять раз точнее, чем предыдущие образцы, а вооруженный новым секстантом Кук смог картографировать побережье Новой Зеландии протяженностью около четырех тысяч километров меньше, чем за полгода, что было невиданным рекордом для того времени. Технология Рамсдена перевооружила инженерное дело и промышленность и подготовила страну к промышленной революции.