Помоги проекту - поделись книгой:
Все это говорит о том, что в начале и в середине XIX века появилось немало попыток найти основу для систематизации элементов. В частности, было сделано предположение, что редкие элементы «все более и более пополняют пробелы» между известными телами природы и это позволяет составить из этих тел «непрерывный ряд, в котором всякий элемент имел бы свое определенное место».
Правильно решить эту проблему удалось Менделееву.
Дмитрий Иванович Менделеев родился в Тобольске в семье директора гимназии и попечителя народных училищ И. П. Менделеева.
Осенью 1841 года, то есть в шесть лет, Дмитрий поступил в Тобольскую гимназию с условием, что останется в первом классе на два года, пока ему не исполнится восемь.
Через шесть лет умер отец Дмитрия, а еще через два года он окончил гимназию, и его мать, распродав имущество, вместе с детьми отправилась в Петербург. Ей очень хотелось, чтобы ее талантливый сын поступил в университет.
В 1850 году Менделеев-младший был зачислен студентом Главного педагогического института по физико-математическому факультету После получения высшего образования он с целью поправления здоровья уехал на юг, в Одессу Там он работал преподавателем математики, физики и естественных наук, а потом, в начале 1857 года, стал приват-доцентом Петербургского университета.
Защита докторской диссертации у Менделеева состоялась 31 января 1865 года. После защиты Менделеев был утвержден профессором кафедры технической химии Петербургского университета.Фигура Менделеева всегда была окружена всевозможными мифами.
Один из самых распространенных – якобы Менделеев сделал научное обоснование стандарта русской водки в 40 градусов. Связано это с тем, что тема его докторской диссертации звучала так: «Рассуждение о соединении спирта с водою».
Но к водке это не имело никакого отношения (работа была посвящена очень узкой научной проблематике, связанной с теорией растворов).
Принято считать, что свою периодическую таблицу элементов Менделеев увидел во сне, и ему оставалось лишь записать ее и обосновать. Конечно же, это такой же миф, как и пресловутое яблоко Ньютона. Сам Менделеев, кстати, этого сновидения не отрицал, однако рассказывал, что увидел свою таблицу после того, как не спал несколько ночей подряд, пытаясь изложить на бумаге уже сформировавшиеся в его мозгу представления.
Дмитрий Иванович говорил своему другу философу И. И. Лапшину, посетившему его незадолго перед открытием: «Все в голове сложилось, а выразить таблицей не могу».
Получается, что Менделеев работал как сумасшедший, три дня и три ночи не ложась спать. Доведя себя до крайней степени нервного истощения, он, как сейчас говорят, «отключился», и тут-то его и посетило «озарение». «Вижу во сне таблицу, – рассказывал он потом, – где элементы расставлены, как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги. И только впоследствии оказалась нужной в одном месте поправка».
Три дня и три ночи? Скорее всего и это – художественная метафора. На самом деле, согласно воспоминаниям помощницы и ученицы Дмитрия Ивановича О. Э. Озаровской, сам Менделеев, отвечая однажды на вопрос, как же он все-таки открыл периодическую систему, ответил: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел, и вдруг – готово».
Как видим, вся эта история с вещим сном лишь подтверждает тот факт, что люди, которые очень интенсивно размышляют над какой-либо проблемой, просто продолжают решать ее и во сне, только в этом случае к мыслительной работе подключается уже подсознание. Именно оно способно на такие величайшие научные «подвиги».
Кстати сказать, случаи, когда открытия «делались во сне», довольно широко известны. Достаточно вспомнить немецкого химика Фридриха-Августа Кекуле фон Штрадоница (1829–1896), во сне расшифровавшего формулу молекулы бензола, увидев ее в виде правильного шестиугольника. О большой роли сновидений в своих открытиях упоминал и знаменитый Альберт Эйнштейн.
Конечно же, открытие Менделеева было совершено им не случайно, и уж точно не во сне. Всему этому предшествовала огромная работа, основанная на сочетании знаний физической стороны исследуемого явления, математической интуиции и философского осмысления.
Менделеев тщательно изучил описание свойств известных элементов и их соединений. После этого он сделал картонные карточки и на каждую нанес название элемента, его атомный вес, формулы соединений и основные свойства. После этого он очень долго раскладывал эти карточки подобно пасьянсу, пытаясь как-то систематизировать химические элементы, расставив их в логическом порядке. Постепенно Менделеев понял, что с изменением атомного веса меняются и свойства элементов. А тем временем наступил февраль 1869 года. Получается, что к этому времени концепция уже была в голове ученого, ему оставалось лишь сделать финальное усилие, и оно было сделано его подсознанием.
17 февраля (1 марта) 1869 года Менделеев отправил в типографию рукопись, в которой был изложен его «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». Уже через две недели он представил в Русское химическое общество статью «Соотношение свойств с атомным весом элементов».
Отметим, что сообщение об открытии Менделеева было сделано редактором «Журнала Русского химического общества» профессором Н. А. Меншуткиным (1842–1907). Сам Дмитрий Иванович на этом заседании не присутствовал, так как находился в командировке в Тверской губернии.
В конечном итоге, Менделеев составил несколько вариантов периодической системы и на ее основе исправил атомные веса некоторых известных элементов.
С этого момента все другие проблемы отошли для него на задний план. В частности, он забросил работу над учебником «Основы химии» (труд этот будет закончен лишь в 1871 году). Распределение элементов в составленной им таблице постоянно казалось ему несовершенным. Каждый раз что-то стояло не на своем месте, соответствующем свойствам отдельных элементов.
Д. И. Менделеев и его таблица
Закончилось все это тем, что Менделеев сумел предсказать существование нескольких до того неизвестных элементов и в одной из своих статей он даже подробно описал свойства трех из них: он назвал эти элементы
Казалось бы, титаническая работа была завершена. Однако осенью 1875 года Менделеев случайно натолкнулся на доклад француза Поля-Эмиля Лекока де Буабодрана (1838–1912), посвященный открытию нового элемента, названного им в честь Франции
И точно, более скрупулезные определения удельного веса галлия дали значение 5,94. Это вызвало настоящую сенсацию среди ученых, и имена Менделеева и Лекока де Буабодрана стали известны всему миру.
Вслед за этим ученые разных стран, вдохновленные первым подобным успехом, начали искать другие еще не открытые элементы, предсказанные Менделеевым.
И успехи не заставили себя очень долго ждать. В 1879 году шведский профессор-химик Ларс-Фредерик Нильсон (1840–1899) открыл новый элемент, полностью соответствовавший описанному Менделеевым
А в 1885 году немецкий химик Клеменс Винклер (1838–1904) открыл элемент
Это уже был настоящий триумф, и со всех концов мира стали поступать сообщения об избрании Менделеева почетным членом различных университетов и академий (всего он получил свыше 130 дипломов и почетных званий).
Еще одним прекрасным подтверждением менделеевского закона стала открытая в 1894–1898 гг. британским химиком сэром Уильямом Рамзаем (1852–1916) группа инертных, то есть отличающихся крайне низкой химической активностью, газов (аргон, гелий, неон, ксенон, криптон), давшая возможность включить в систему так называемую «нулевую» группу. Позднее, когда ксенон вступил в химическую реакцию и стал известен его высший фторид, в котором валентность ксенона равна восьми, инертные газы перенесли в VIII группу, а «нулевая» перестала существовать.
Сам Менделеев по этому поводу в своих «Основах химии» отмечал:«Писавши в 1871 году статью о приложении периодического закона к определению свойств еще неоткрытых элементов, я не думал, что доживу до оправдания этого следствия периодического закона, но действительность ответила иначе. Описаны были мною три элемента: экабор, экаалюминий и экасилиций, и не прошло 20 лет, как я имел уже величайшую радость видеть все три открытыми и получившими свои имена от тех трех стран, где найдены редкие минералы, их содержащие, и где сделано их открытие: галлия, скандия и германия. Лекока де Буабодрана, Нильсона и Винклера, их открывших, я, со своей стороны, считаю истинными укрепителями периодического закона. Без них он не был бы признан в такой мере, как это случилось ныне. В такой же мере я считаю Рамзая утвердителем справедливости периодического закона».
И все же, справедливости ради, возвращаясь к знаменитой таблице Менделеева, необходимо отметить, что у нее был еще один «автор». Его звали Юлиус-Лотар фон Мейер (1830–1895), и был он доктором медицины, занимавшимся вопросами теоретической и физической химии и преподававшим в университетах Бреслау, Карлсруэ и Тюбингена. В 1864 году на основании данных об атомных весах он предложил таблицу, показывающую соотношение атомных весов для нескольких характерных групп элементов. В таблице Мейера было 28 элементов, размещенных в шесть столбцов согласно их валентностям. Немецкий ученый намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное изменение атомной массы в рядах сходных элементов.
В 1870 году Мейер опубликовал еще одну работу, называвшуюся «Природа химических элементов как функция их атомных весов» и содержавшую новую таблицу, состоявшую уже из девяти вертикальных столбцов (сходные элементы располагались в горизонтальных рядах, а некоторые ячейки таблицы Мейер оставил незаполненными).
По мнению специалистов, таблица Мейера 1870 года была в некоторых отношениях совершеннее первых вариантов таблицы Менделеева. При этом сам Дмитрий Иванович в одной из своих статей заявил, что таблица Мейера представляла собой только простое сопоставление элементов, на что Мейер отвечал, что его таблица «в существенном идентична данной Менделеевым». Д. И. Менделеев возмущенно писал:
«Господин Мейер раньше меня не имел в виду периодического закона, а после меня ничего нового к нему не прибавил».
Более того, согласно Менделееву, Мейер не стал развивать свое открытие и даже не сделал попыток на его основе дать предсказания свойств еще не открытых элементов. Свое мнение по этому вопросу Дмитрий Иванович сформулировал так:
«По праву творцом научной идеи должно того считать, кто понял не только философскую, но и практическую сторону дела, сумел так его поставить, что в новой истине все могли убедиться, и она стала всеобщим достоянием. Тогда только идея, как материя, не пропадет».
Тем не менее многие, особенно в Германии (это и понятно), считают именно Мейера первооткрывателем периодической системы.
Как бы то ни было, в 1882 году лондонское «Королевское общество» присудило золотые медали совместно Менделееву и Мейеру. Наградам сопутствовала формулировка: «За открытие периодических соотношений атомных весов».
Следует также упомянуть об английском химике Джоне Ньюлендсе (1837–1898). В 1864 году он тоже составил таблицу, в которой расположил все известные тогда элементы в порядке увеличения их атомных весов. Пронумеровав элементы (элементы, имевшие одинаковые веса, имели у него один и тот же номер), Ньюлендс сделал следующий вывод:
«Разность в номерах наименьшего члена группы и следующего за ним равна семи; иначе говоря, восьмой элемент, начиная с данного элемента, является своего рода повторением первого, подобно восьмой ноте октавы в музыке».
Через год Ньюлендс опубликовал новую таблицу, назвав ее «законом октав», который формулировался следующим образом:
«Номера аналогичных элементов, как правило, отличаются или на целое число семь, или на кратное семи; другими словами, члены одной и той же группы соотносятся друг с другом в том же отношении, как и крайние точки одной или больше октав в музыке».
После 1866 года Джон Ньюлендс больше не предпринимал попыток дальнейшей разработки своей систематики, тем не менее именно его в Англии считают тем, кто впервые высказал идею о периодичности изменения свойств элементов.
В любом случае, в 1887 году, через пять лет после Менделеева и Мейера, лондонское «Королевское общество» присудило свою медаль и ему. Награде сопутствовала формулировка: «За открытие периодического закона химических элементов». Дмитрий Иванович на это отреагировал следующей оценкой работы Ньюлендса:
«В этих трудах видны некоторые зародыши периодического закона».
И все же у знаменитого русского естествоиспытателя К. А. Тимирязева (1843–1920) мы читаем:
«Едва ли не самым выдающимся шагом вперед собственно химии явилась возможность естественной классификации элементов в периодическую систему (Ньюландс, Лотар Мейер и особенно Менделеев), дозволяющих рассматривать все свойства как функции их атомного веса».
Особенно Менделеев…
В конечном итоге, чтобы не путаться во взаимных претензиях, в большинстве химических сообществ западного мира периодическая таблица не носит имя первооткрывателя, а словосочетание «таблица Менделеева» существует только в России.
Сегодня у нас в стране имя Менделеева носит Российский химико-технологический университет. Именем Менделеева названа одна из станций московского метро, а также улицы в Москве, Санкт-Петербурге, Калининграде, Воронеже, Екатеринбурге, Владимире, Владивостоке, Липецке, Новосибирске, Туле, Уфе, Ярославле, Киеве, Харькове, Минске и других городах.
«Основы химии» при жизни ученого издавались в России восемь раз. Кроме того, они многократно выходили в переводах на английский, немецкий и французский языки. Заслуги Дмитрия Ивановича отмечались и за границей. Например, французский химик Анри-Луи ле Шателье (1850–1936) еще в 1926 году отмечал, что все учебники химии были написаны по одному образцу, и «заслуживает быть отмеченной лишь единственная попытка действительно отойти от классических традиций – это попытка Менделеева».
За свою жизнь Менделеев опубликовал более 500 фундаментальных работ по химии, физике, метрологии, воздухоплаванию, метеорологии, сельскому хозяйству, экономике и т. д. В 1899 году сам он написал:
«Сам удивляюсь, чего только я не делывал в своей научной жизни. И сделано, думаю, недурно».
Дмитрий Иванович Менделеев умер в Петербурге в 1907 году. Когда он придумывал свою таблицу, было известно лишь 63 химических элемента. В год смерти ученого был открыт
Интересно отметить, что по состоянию на 2010 год было известно уже 118 химических элементов, из них 94 было обнаружено в природе, а остальные 24 получены искусственно в результате ядерных реакций.
Рентгеновское излучение
В январе 1896 года весь мир накрыла волна газетных сообщений о сенсационном открытии профессора Вюрцбургского университета Вильгельма-Конрада Рентгена (1845–1923). В самом деле, казалось, не было газеты, которая бы не напечатала снимок кисти женской руки с обручальным кольцом на пальце. Этот снимок был сделан с помощью открытых Рентгеном лучей, которые тут же назвали рентгеновскими. А потом это открытие, как часто бывает, дало толчок новым исследованиям, что привело к открытию радиоактивности.
Немецкий физик Вильгельм-Конрад Рентген родился в Леннепе, небольшом городке близ Ремшейда в Пруссии, и был единственным ребенком в семье преуспевающего торговца текстильными товарами. В 1862 году он поступил в Утрехтскую техническую школу, но был исключен оттуда за то, что отказался назвать имя товарища, нарисовавшего непочтительную карикатуру на одного из преподавателей.
В 1865 году Рентгена зачислили студентом в Федеральный технологический институт в Цюрихе (он намеревался стать инженером-механиком). Через три года он получил диплом, а еще через год защитил докторскую диссертацию. После этого немецкий физик Август-Адольф Кундт (1839–1894) назначил Рентгена ассистентом в своей лаборатории в местном политехникуме.
Получив кафедру физики в Вюрцбургском университете (Бавария), Кундт взял с собой и своего ассистента. Потом они вместе перешли в Страсбургский университет, а в 1875 году Рентген стал профессором и сам начал читать курс теоретической физики. Одновременно с этим, работая в Страсбурге, Рентген завоевал себе репутацию сильного физика-экспериментатора.
До 1894 года Рентген преподавал физику, а потом его избрали ректором Вюрцбургского университета, и там он приступил к экспериментальным исследованиям электрического разряда в стеклянных вакуумных трубках.
Однажды вечером, а дело было 8 ноября 1895 года, Рентген, как обычно, находился в своей лаборатории, занимаясь изучением катодных лучей. Для этого он использовал трубку, изобретенную сэром Уильямом Круксом в 1879 году. Это был некий праобраз нынешних осциллографических трубок и кинескопов.
Около полуночи Рентген почувствовал страшную усталость и собрался уходить домой. Погасив свет, он начал закрывать дверь, как вдруг заметил в темноте какое-то светящееся пятно. Оказалось, это светился экран из синеродистого бария, стоявший примерно в двух метрах от трубки.
Но почему он светился, ведь солнце давно зашло, а электрический свет и катодная трубка были выключены? Более того, она была закрыта черным чехлом из плотного картона…
На всякий случай Рентген еще раз проверил катодную трубку и все понял: оказывается, он забыл ее выключить. Когда же он выключил трубку, тут же исчезло и свечение экрана. Он включил трубку снова – и свечение появилось вновь. Так значит, свечение вызывала катодная трубка! Но почему? Ведь катодные лучи должны были задерживаться картонным чехлом, как броней. И к тому же флуоресцирующий экран находился на расстоянии, намного превосходившем возможности короткодействующих катодных лучей. Так начиналось рождение великого открытия…
Придя в себя от первого изумления, Рентген с новыми силами принялся изучать обнаруженное явление и новые лучи, которые он назвал Х-лучами (икс-лучами), то есть неизвестными лучами. Оставив картонный футляр на трубке, чтобы катодные лучи были надежно закрыты, он с экраном в руках начал ходить по лаборатории. И оказалось, что полтора-два метра для этих неизвестных лучей – не преграда. Более того, они проникали и через толстую книгу, и через стекло… А потом рука ученого случайно оказалась на пути неизвестных лучей, и он увидел на экране силуэт ее костей. Как оказалось, кости и мягкие ткани по-разному пропускали Х-лучи.
Рентген потом написал:«Если держать между разрядной трубкой и экраном руку, то видны темные тени костей в слабых очертаниях тени самой руки».
Следующим шагом Рентгена стали фотопластинки: надо было обязательно закрепить увиденное на снимке. И вскоре ученому стало очевидно, что неизвестные лучи проходят сквозь исследуемый участок тела и переносят на пленку тени исследуемого предмета, причем кости выглядели на пленке темнее мягких тканей, а это значило, что можно было как будто «просвечивать» человека насквозь.
Любой другой на месте Рентгена немедленно опубликовал бы такое удивительное открытие. Но Рентген решил все держать в тайне, пока он сам детально не разберется с природой открытых им лучей. И напряженно работал в течение 50 дней, проверяя все предположения, которые только приходили ему в голову.
Познакомить своих коллег-ученых с проделанной работой он решился лишь перед самым Новым годом, 28 декабря 1895 года: он описал выполненные опыты, отпечатал статью «О новом роде лучей» в виде отдельной брошюры и разослал ее ведущим физикам Европы. К статье прилагался снимок женской кисти с обручальным кольцом на пальце. Это была рука молодой жены Рентгена Анны-Берты. Так она тоже вошла в историю.
В 1895 году Рентген писал:
«Мы обнаружили, что все тела прозрачны для этих лучей, хотя и в весьма различной степени».
Как показали опыты, Х-лучи проходили через книгу, через колоду игральных карт, через доски и т. д. Даже алюминиевая пластинка толщиной около 15 мм хоть и сильно ослабляла их, но не уничтожала полностью.
Рентген не мог, однако, обнаружить ни отражения, ни преломления этих удивительных лучей. Отрицательный результат дали и попытки отклонения лучей магнитным полем.
Сначала Рентген выдвинул следующую версию о возможной природе открытых им лучей:«Если поставить вопрос, чем, собственно, являются Х-лучи (катодными лучами они быть не могут), то, судя по их интенсивному химическому действию и флюоресценции, можно отнести их к ультрафиолетовому свету. Но в таком случае мы сейчас же сталкиваемся с серьезными препятствиями. Действительно, если Х-лучи представляют собой ультрафиолетовый свет, то этот свет должен иметь свойства:
а) при переходе из воздуха в воду, сероуглерод, алюминий, каменную соль, стекло, цинк и т. д. не испытывать никакого заметного преломления;
б) не испытывать сколько-нибудь заметного правильного отражения от указанных тел;
в) не поляризоваться всеми употребительными средствами;
г) поглощение его не зависит ни от каких свойств тела, кроме плотности.
Значит, нужно было бы принять, что эти ультрафиолетовые лучи ведут себя совсем иначе, чем известные до сих пор инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые лучи.
На это я не мог решиться и стал искать другое объяснение. Некоторое родство между новыми лучами и световыми лучами, по-видимому, существует. На это указывают теневые изображения, флюоресценция и химические действия, получающиеся при обоих видах лучей.
Давно известно, что, кроме поперечных световых колебаний, в эфире возможны и продольные колебания. Некоторые физики считают, что они должны существовать. Существование их, конечно, пока не доказано с очевидностью, и свойства их поэтому экспериментально еще не изучены.
Не должны ли новые лучи быть приписаны продольным колебаниям в эфире?
Я должен признаться, что все больше склоняюсь к этому мнению, и я позволяю себе высказать здесь это предположение, хотя знаю, конечно, что оно нуждается в дальнейших обоснованиях».
В конечном итоге Х-лучи в честь их открывателя стали называть
Открытие Рентгена вызвало огромный интерес в научном мире. Его опыты были повторены почти во всех лабораториях мира. В Москве их проводил выдающийся физик П. Н. Лебедев (1866–1912). В Петербурге с Х-лучами экспериментировал изобретатель радио А. С. Попов (1859–1906), демонстрируя их на публичных лекциях и получая различные рентгенограммы. В Кембридже сэр Джозеф-Джон Томсон (1856–1940) немедленно применил ионизирующее действие рентгеновских лучей для изучения прохождения электричества через газы. Его исследования в 1897 году привели к открытию электрона, за что в 1906 году он был удостоен Нобелевской премии по физике.
20 января 1896 года американские врачи с помощью рентгеновских лучей впервые увидели перелом руки человека.
При этом проблема природы этих лучей еще долго оставалась одной из важнейших в физике. Они вновь возбудили спор между сторонниками корпускулярной и волновой природы света, и ставилось множество экспериментов с целью решить проблему.
Что же касается самого Вильгельма-Конрада Рентгена, то он опубликовал еще две статьи об Х-лучах (в 1896 и 1897 годах), но затем его интересы переместились в другие области. Потеряв интерес к Х-лучам, Рентген говорил своим коллегам: «Я уже все написал, не тратьте зря время».В 1899 году Рентген стал директором Физического института при Мюнхенском университете. Уже находясь в столице Баварии, он узнал о том, что стал лауреатом Нобелевской премии по физике.
Увлеченный исследованиями, Рентген не стал брать патент на свое открытие, подарив его всему человечеству. Кроме того, он отказался от почетной должности члена Академии наук и от дворянского звания.
В 1920 году, вскоре после смерти жены, Рентген вышел в отставку, а 10 февраля 1923 года умер от рака внутренних органов. Проводя свои опыты, он не думал, насколько вредно находиться под воздействием Х-лучей. Ученый умер от болезни, вызванной его же собственным открытием.
А тем временем, в 1905 году, английский физик Чарльз Баркла (1877–1944) – кстати, Нобелевский лауреат 1917 года по физике за исследование рентгеновских лучей – провел измерения этих рассеянных лучей, воспользовавшись их способностью разряжать наэлектризованные тела. Интенсивность лучей удавалось определить, измерив скорость, с которой под их действием разряжался электроскоп. Чарльз Баркла в своем блестящем эксперименте исследовал свойства рассеянного излучения, вызвав вторичное его рассеяние. Он нашел, что излучение, рассеянное на 90 градусов, не удавалось снова рассеять на 90 градусов. Это убедительно доказывало то, что рентгеновские лучи – поперечные волны. К сожалению, дальнейшая судьба Чарльза Баркла сложилась печально. После получения Нобелевской премии он изолировался от научного сообщества, игнорировал открытия своих коллег, считая, что его работы настолько совершенны, что не нуждаются в дальнейшем развитии. Известие о гибели на войне младшего сына добило ученого окончательно, и он умер в своем доме в Эдинбурге в октябре 1944 года.
Сторонники корпускулярной теории тоже не бездействовали. В частности, английский физик сэр Уильям-Генри Брэгг (1862–1942) считал свои данные доказательством того, что рентгеновские лучи представляют собой частицы, а не распространяющиеся волны. Он повторил наблюдения Рентгена и убедился в способности этих лучей разряжать заряженные тела.
Этому периоду явных противоречий (а результаты Чарльза Баркла и Уильяма-Генри Брэгга невозможно было согласовать друг с другом) в 1912 году положил конец один-единственный эксперимент, который был осуществлен благодаря счастливой комбинации идей и ученых. Этот эксперимент по праву может считаться одним из величайших открытий в физике.
Сначала молодой немецкий физик-аспирант Пауль Эвальд (1888–1985) обратился к известному физику-теоретику Максу фон Лауэ (1879–1960). Идея Эвальда, так заинтересовавшая Лауэ, заключалась в следующем: чтобы проверить, являются ли рентгеновские лучи волнами, нужно было провести дифракционный опыт. Однако любая изготовленная искусственно дифрагирующая система заведомо слишком груба. А вот кристалл (естественная дифракционная решетка) – другое дело. Так вот, будет ли происходить дифракция рентгеновских лучей на кристаллах?
Макс фон Лауэ не был сильным экспериментатором и нуждался в помощи. По этой причине он обратился за советом к основателю мюнхенской школы теоретической физики Арнольду Зоммерфельду (1868–1951), но тот не поддержал его, заявив, что тепловое движение должно сильно нарушать правильную структуру кристалла. Более того, Зоммерфельд не разрешил и одному из своих ассистентов, Вальтеру Фридриху (1883–1968), тратить время на подобные, как ему казалось, бессмысленные опыты. К счастью, Фридрих придерживался совершенно иной точки зрения, и он с помощью своего друга Пауля Книп-пинга (1883–1935) втайне все же провел эксперимент. Они выбрали кристалл сульфата меди (CuSO4) – эти белые кристаллы имелись в большинстве лабораторий – и собрали установку.
Первые эксперименты не дали результата. В них фотографическая пластинка располагалась между трубкой (источником рентгеновских лучей) и кристаллом, так как считалось, что кристалл должен действовать в качестве отражательной дифракционной решетки. Потом Пауль Книппинг предложил расположить фотопластинки со всех сторон вокруг кристалла. В результате на одной из пластинок, располагавшейся за кристаллом на пути пучка рентгеновских лучей, был обнаружен эффект, который так долго искали.
Таким образом, была открыта дифракция рентгеновских лучей на кристаллах. За это открытие в 1914 году Макс фон Лауэ, предсказавший это явление и опытным путем доказавший волновой характер ренгеновского излучения, был удостоен Нобелевской премии по физике. Отметим, что Пауль Книппинг в 1913 году получил степень доктора наук, а Вальтер Фридрих чуть позднее стал профессором во Фрайбургском, а потом в Берлинском университетах.
В 1913 году кристаллограф Г. В. Вульф (1863–1925) в России и Уильям-Генри Брэгг-отец со своим сыном Уильямом-Лоренсом Брэггом (1890–1971) в Англии повторили опыты Макса фон Лауэ с одним существенным изменением: они направили рентгеновские лучи на кристаллы под разными углами к их поверхности. Сравнение рентгеновских изображений, полученных при этом на фотопластинках, позволило исследователям точно определить расстояния между атомами в кристаллах. Брэгги за это в 1915 году были удостоены Нобелевской премии по физике, и при этом Брэгг-сын стал самым молодым нобелевским лауреатом по физике за всю историю этой премии.
Так были сделаны два фундаментальных научных открытия: рентгеновские лучи обладают такими же волновыми свойствами, как и световые лучи; с помощью рентгеновских лучей можно исследовать не только внутреннее строение человеческого тела, но и заглянуть в глубь кристаллов.В медицине с помощью рентгеновских лучей удалось узнать много нового о человеческих недугах, в частности, о переломах костей, об особенностях строения желудка, о расположении язв и опухолей и т. д.
Но, как известно, обычно желудок прозрачен для рентгеновских лучей. И тогда придумали кормить больных перед фотографированием суспензией из сернокислого бария (BaSO4), которую назвали «бариевой кашей». Сернокислый барий не является токсичным для организма веществом и значительно менее прозрачен для рентгеновских лучей, чем мускульные ткани или внутренние органы. В результате на рентгеновских снимках стали отлично видны любые сужения или расширения пищеварительных органов человека.
В конечном итоге, мощные источники рентгеновских лучей были найдены и вне пределов Земли. В конце 40-х годов XX века детекторы рентгеновских лучей на баллистических ракетах были подняты на высоту более 100 км, и они позволили зарегистрировать рентгеновское излучение, испускаемое при солнечных вспышках.
В 60-70-е годы были обнаружены другие рентгеновские источники. А нынешние каталоги, составленные на основе спутниковых наблюдений, включают уже тысячи космических источников рентгеновского излучения: остатки сверхновых звезд, центральная область (ядро) Галактики, другие галактики…
Таким образом, измеряя приходящие к Земле потоки рентгеновского излучения, астрономы получили возможность судить о явлениях, происходящих за многие миллиарды километров от нашей планеты. Возникла новая область науки – рентген-астрономия…«Случайное» открытие бактериолога Флеминга
Шотландский бактериолог Александр Флеминг (1881–1955) родился в графстве Эйршир в семье фермера. Он посещал маленькую сельскую школу, расположенную неподалеку, а позже Килмарнокскую академию. А потом, в 13-летнем возрасте, он вслед за старшими братьями отправился в Лондон, где работал клерком и посещал занятия в Политехническом институте.
Став постарше, Александр по совету старшего брата подал документы на национальный конкурс для поступления в медицинскую школу. На экзаменах он получил самые высокие баллы и стал стипендиатом медицинской школы при госпитале Святой Марии.
Будучи студентом, Флеминг попал под влияние знаменитого врача-иммунолога профессора Алмрота Райта (1861–1947), приехавшего в госпиталь Святой Марии в 1902 году. Он-то и стал его первым учителем.
Александр изучал хирургию и, выдержав экзамены, в 1906 году стал членом Королевского колледжа хирургов. Оставаясь работать в лаборатории патологии профессора Райта при госпитале Святой Марии, он в 1908 году получил степени магистра и бакалавра наук в Лондонском университете.
В то время врачи и бактериологи полагали, что дальнейший прогресс будет связан с попытками изменить, усилить или дополнить свойства иммунной системы. Открытие в 1909 году немецким врачом и химиком Паулем Эрлихом (1854–1915) препарата «606» (сальварсана – лекарства от сифилиса) лишь подтвердило эти предположения. Надо сказать, что основоположник химиотерапии Пауль Эрлих всю жизнь занимался поисками того, что он называл «магической пулей», которая могла бы находить в организме человека свою мишень – возбудитель болезни, и поражать ее одним «выстрелом».
Лаборатория профессора Райта одной из первых получила образцы сальварсана для проверки. В 1908 году Флеминг приступил к экспериментам с препаратом, используя его также в частной медицинской практике для лечения сифилиса. Прекрасно осознавая все проблемы, которые могли быть связаны с мышьякосодержащим сальварсаном, он, тем не менее, искренне верил в возможности химиотерапии.
После вступления Великобритании в Первую мировую войну Флеминг служил армейским врачом, участвуя в военных действиях во Франции. На его глазах многие раненые погибали от сепсиса, столбняка и гангрены. Пытаясь их спасти, хирурги применяли антисептики. Занимаясь исследованием ран, Флеминг доказал, что такие антисептики, как карболовая кислота (С6Н5ОН), в то время широко применявшаяся для обработки открытых ран, неэффективны, а иногда опасны – они убивает лейкоциты, создающие в организме защитный барьер, что способствует выживанию бактерий в тканях.
С этого времени Флеминг приступил к поискам вещества – «волшебной пули», по его выражению, – губительного для микробов, но безвредного для человеческого организма.
В 1922 году Флеминг сделал свое первое важное открытие: он абсолютно случайно обнаружил в тканях человека вещество
Сам термин
Как выяснилось, в больших количествах лизоцим содержится в слюне человека, и этим объясняются ее антибактериальные свойства. А еще он содержится в слезной жидкости, в носовой слизи и в грудном молоке. В последнем его концентрация весьма высока (около 400 мг/л) – это намного больше, чем в коровьем молоке.
Казалось бы, лизоцим – это и есть универсальный природный антисептик, но, к сожалению, обнаружилось, что он малоэффективен против наиболее патогенных микроорганизмов.
Коллега Флеминга, доктор Эллисон, так описал открытие лизоцима в своих воспоминаниях:«В 1922 году я поступил в госпиталь Святой Марии, чтобы работать в лаборатории с Флемингом. Он сразу же стал подшучивать над моей педантичной опрятностью. Каждый вечер я (…) выбрасывал все, что не могло больше пригодиться. Флеминг сказал, что я слишком аккуратен. Сам он сохранял свои культуры по две-три недели и, прежде чем уничтожить, внимательно их изучал, чтобы проверить, не произошло ли случайно какого-нибудь неожиданного и интересного явления. Дальнейшая история доказала, что он был прав и что, если бы он был таким же аккуратным, как я, он, скорее всего, не открыл бы ничего нового.
Как-то вечером, это было через несколько месяцев после того, как я стал работать в лаборатории, Флеминг отбирал ненужные чашки Петри [13] , которые уже стояли много дней. Взяв одну из них, он долго рассматривал культуру и, наконец, показал мне, сказав: “Вот это интересно!” Я посмотрел. Агар [14] покрылся большими желтыми колониями. Но поразительно было то, что обширный участок оставался чистым (…)
Флеминг объяснил, что на этой чашке он, когда был простужен, посеял слизь из собственного носа. Зона, где была нанесена слизь, не содержала никаких колоний, стала стерильной. Он тут же сделал вывод, что в слизи находилось вещество, которое или растворяло, или убивало находящиеся по соседству микробы (…)
Затем он проверил действие носовой слизи на кокки [15] , но уже не на чашке Петри, а в пробирке (…) и тут же испробовал действие слез в подобных же условиях. Капля слезы растворяла микроорганизмы в течение нескольких секунд. Это было поразительное и захватывающее явление.
После этого в течение нескольких недель мои и его слезы служили основным объектом исследования. Сколько лимонов пришлось нам купить, чтобы пролить такое количество слез! Мы срезали с лимона цедру, выжимали ее себе в глаза (…)
Посетители и посетительницы тоже вносили свой вклад. В газете госпиталя Святой Марии был помещен рисунок, на котором было изображено, как дети за несколько пенни давали лаборанту сечь себя, а второй лаборант в это время собирал слезы в сосуд с надписью: “антисептики”. Весь технический персонал лаборатории подвергался пытке лимоном (…)
Но наши слезы проливались не напрасно – опыты показали, что в них содержится вещество, способное растворять микробы».
Открытие Флеминга произвело впечатление. С одной стороны, своим значением, с другой – невероятным, практически случайным способом своего осуществления.
Газеты писали, что «гениальный растяпа однажды чихнул в чашку Петри и открыл лизоцим». Конечно же, подобные рассказы не могли оставить равнодушной падкую до сенсаций публику, и рассеянность ученого стала притчей во языцех. Даже многие его коллеги стали считать достижение Флеминга лишь счастливым стечением обстоятельств.
К сожалению, перспективы медицинского использования лизоцима оказались весьма ограниченными, так как он был хорош против безвредных бактерий и совершенно неэффективен против болезнетворных организмов. Тем не менее это открытие подтолкнуло Флеминга к тому, чтобы заняться поисками других антибактериальных препаратов, безвредных для человеческого организма.
Поделиться книгой: