Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях - Уолтер Гратцер

Позже, уже будучи профессором физической химии в Гамбурге, Штерн создал отдельный факультет и заставил своих сотрудников заниматься столь любимыми им атомными и молекулярными пучками — потоками атомов либо молекул, которые движутся по прямой в высоком вакууме и, как показал Штерн, дают возможность провести ряд фундаментальных измерений.

Метод Штерна заключался в том, чтобы приступать к эксперименту только после долгих размышлений. Как правило, он придумывал прибор, который поручал собрать своим ассистентам, студентам и лаборантам, и появлялся в лаборатории только тогда, когда прибор этот был готов: Штерн возникал на пороге, вслед за облаком сигарного дыма, и лично приступал к измерениям. Эксперимент заканчивался, статья выходила — и прибор разбирали, чтобы освободить место для следующего.

Штерн догадывался, что атомные пучки — удобный инструмент для обнаружения эффектов, предсказанных квантовой механикой, тогда только зародившейся и вызывавшей острые споры. Квантовая теория утверждала, что некоторые атомы — например, серебра — должны обладать магнитным моментом (и вести себя как магниты) из-за вращения одного-единственного электрона, который находится дальше всего от ядра. Замысел Штерна состоял в том, чтобы зафиксировать отклонение пучка атомов газообразного серебра, испаряющегося с поверхности серебряной проволоки, в сильном магнитном поле — так он надеялся измерить магнитный момент. Расхождение пучков при выключенном и включенном магнитном поле могло оказаться ничтожным, и оценить его наверняка будет трудно, если не невозможно, думал Штерн и решил обсудить перспективы опыта с коллегой, Вальтером Герлахом. “Может, нам все-таки стоит этим заняться? — спросил он и с готовностью сам себе ответил: — Ну так приступим!”

Герлах учел все технические трудности, но после ряда неудач засомневался, можно ли судить о расхождении по слабому налету серебра, едва заметному на поверхности стеклянной пластинки. Он отнес пластинку к Штерну — посоветоваться, и, пока двое физиков внимательно ее разглядывали, полоса налета толщиной в волос почернела и на глазах разделилась на две, между которыми остался узкий зазор. Как догадался Штерн, четким изображением они были обязаны дешевой сигаре, которую он курил: прежде хорошо обеспеченный, Штерн в тот момент испытывал некие финансовые затруднения и вынужден был отказаться от табака известных марок в пользу более дешевого, с высоким содержанием серы. Вот сера с его сигареты и превратила серебро в черный сульфид серебра. Но на этом история не закончилась: тщательное разглядывание показало, что след отклоненного пучка тоже расщеплен надвое, но уже с зазором толщиной в волос. Исчерпывающее объяснение появилось позже и разом изменило трактовку всей квантовой теории. Магнитный момент, определяемый (условно) скоростью вращения электрона, не бывает каким угодно: он квантован, то есть принимает только заданные значения (которые слегка отличаются друг от друга). Разные группы атомов с электронами в разных спиновых состояниях по-разному реагируют на магнитное поле, что и проявляется в расщеплении пучка. Этот результат считают моментом рождения “пространственного квантования”, новой и в то время поразительной области квантовой теории. Исидор Раби называл тот опыт “прославленным экспериментом Штерна — Герлаха”. Сам Штерн был обрадован не столько результатом, сколько тем, как он был получен.

В 1943 году за работы по атомным и молекулярным пучкам Отто Штерну вручили Нобелевскую премию. За 10 лет до этого он был изгнан из Германии и поселился в США. Там — и во время войны, и после — ему не удалось получить достаточного финансирования для своих научных проектов, и поэтому, не дожидаясь даже своего 60-летия, он ушел на пенсию и уехал в Калифорнию. Остаток дней Штерн посвятил радостям гастрономии и кино, к которым давно питал слабость. Он скончался 81-летним, в кинозале, куда пришел посмотреть новый фильм.

Воспоминания об Отто Штерне можно найти в книгах: Frisch Otto, What Little I remember (Cambridge University Press, Cambridge, 1979), S. Rigden John, Rabi: Scientist and Citizen (Basic Books, New York, 1987).

Мечников. Возвращение к жизни

Илья Мечников родился на Украине, а большую часть творческой жизни провел в Институте Пастера в Париже. Наблюдая за амебоподобными клетками, подбирающимися к инородному телу (шипу), воткнутому в прозрачную личинку морской звезды, он открыл явление фагоцитоза. Фагоциты в человеческом организме — это белые кровяные тела, первая линия защиты от захватчиков вроде бактерий, которых они поглощают и уничтожают. В последующие годы Мечников проникся идеей о том, что, когда мы начинаем стареть, наши собственные фагоциты подымают восстание, и все симптомы старения происходят от их разрушительного воздействия. Мечников верил, что этому способствуют шлаки, образующиеся в кишечнике, а от них, утверждал он, можно избавиться, помогая выжить и распространиться там полезным бактериям. Все, что нужно делать, — это пить литрами кефир или йогурт, которые обеспечат безбедное существование в кишечнике колониям Lactobacillus bulgaricus. Мечников следовал собственным советам, намереваясь отодвинуть приход старости, однако умер он далеко не старым — в 71 год.

Мечников страдал депрессией и дважды пытался покончить жизнь самоубийством. Его вторая жена Ольга в биографии мужа вспоминает, как наука спасала его от отчаяния. Однажды Мечников принял слишком большую дозу морфия, причем настолько большую, что та вызвала рвоту, а самого его просто обездвижила:

Он впал в своего рода спячку, в состояние сверхъестественного комфорта и абсолютного покоя; несмотря на такое коматозное состояние, он оставался в сознании и не испытывал страха смерти. Когда же он пришел в себя, им овладело чувство тревоги. Он сказал себе, что только смертельная болезнь может его спасти — либо завершившись смертью, либо пробудив в нем инстинкт жизни. Чтобы добиться своего, он принял горячую ванну и сразу же выбежал на мороз. Возвращаясь домой по мосту через Рейн, он внезапно заметил облако крылатых насекомых, вившихся вокруг фонаря. Это были Phryganidae, но издалека он принял их за Ephemeridae. Разглядывая насекомых, он тут же принялся размышлять: “Как применить к подобным созданиям теорию естественного отбора? Они ничего не едят и живут считаные часы, а потому не участвуют в борьбе за существование, и у них просто нет времени приспособиться к окружающей среде”.

Мысли его устремились к Науке, и он был спасен. Жизнь продолжалась!

(Мечникову не посчастливилось познакомиться с современной генетикой: возможность дожить до репродуктивного возраста дают мутации, обеспечивая насекомым, равно как и нам, эволюционные преимущества.)

Metchnikoff Olga, Life ofElie Metchnikoff 1845–1916 (Constable, London, 1921).

Болезненный ветер

Третьего декабря 1943 года, в 7.30 вечера, немецкие бомбардировщики возникли в небе над портом Бари, расположенным на кромке каблука итальянского “сапожка”. Их мишенью была гавань, где с кораблей сгружали продовольствие и боеприпасы для армий союзников, пытавшихся тогда прорваться в глубь Италии. Сирены, предупреждающие об авианалете, не сработали, так что укрыться успели немногие. Одна из бомб упала на палубу американского судна “Либерти”, доверху груженного взрывчаткой и, помимо нее, юо тоннами горчичного газа. Ни одна из сторон за всю войну так и не воспользовалась химическим оружием, но в то время противники были уверены, что рано или поздно это случится. И вот “Либерти” взорвался, и облако горчичного газа заволокло гавань. О газовой атаке оповестили, но, видимо, для многих слишком поздно. Среди врачей, отправившихся лечить пострадавших, оказался офицер-медик американской армии, доктор Корнелиус Роадс. Еще до войны он приобрел известность благодаря своим медицинским исследованиям.

Роадса поразило воздействие газа на организм: при его попадании в кровь число белых кровяных тел начинало расти, однако спустя несколько дней лимфоциты (от которых во многом зависит иммунный ответ организма), а вслед за ними и другие белые кровяные тела практически исчезали. Вскоре в крови появлялись незрелые клетки, свидетельствующие, что организм активно реагирует на перенесенный шок. Пациенты с легким отравлением выздоравливали за считаные дни или недели, а тяжелые больные либо гибли, либо приходили в себя после переливания крови. При этом, отметил Роадс, инфекции были редкостью даже у самых тяжелых пациентов, к тому же газ воздействовал лишь на их кровь, не нанеся вреда никаким другим тканям и органам. Возник вопрос, токсичен ли газ только для белых кровяных телец? И не пригодится ли он для лечения лейкемии — болезни, вызывающей перепроизводство этих клеток? Опыт Роадса лег в основу химиотерапии — нового метода в изучении и лечении рака. Спустя месяцы некий онколог из Чикаго уже использовал, и небезуспешно, азотистые иприты — горчичный газ и его производные — для лечения пациентов, страдавших лейкемией и лимфогранулематозом (болезнью Ходжкина).