Помоги проекту - поделись книгой:
Представьте, что толкаете тележку с ребенком в ней. Закон утверждает: если, не учитывая трения, толкнуть 75 фунтов тележки с ребенком так, чтобы она разогналась до пяти миль в час, то на разгон 150-фунтовой тележки с подростком до той же скорости пришлось
В наши дни мы записываем второй закон Ньютона так:
В третьем законе Ньютон утверждает, что общее количество движения во Вселенной не меняется. Оно может передаваться от тела к телу, но его ни отнять, ни прибавить. Суммарное количество движения, наличное во Вселенной, было от ее рождения и останется неизменным, пока существует Вселенная.
Важно отметить: согласно формулировке Ньютона, количество движения в одном направлении, сложенное с соответствующим движением в противоположном направлении, дает сумму движения, равную нулю. Таким образом, тело можно перевести из состояния покоя в движение, не нарушая третий закон Ньютона, если это движение скомпенсировано изменением движения второго тела в противоположном направлении. Ньютон формулирует это так:
Эта невинная с виду фраза сообщает нам, что, если пуля летит вперед, ружье сдает назад. Если конькобежка отталкивается ото льда лезвием конька, сама она поедет вперед. Если вы чихнете, исторгая воздух изо рта вперед, голова у вас откинется назад (со средним ускорением, втрое превышающим ускорение свободного падения, как сообщает нам журнал «Спайн»)[216]. А если космический корабль выбрасывает горячие газы из сопла, сам он ускоряется с импульсом, равным по величине, но противоположным относительно движения горячих газов, вытолкнутых в космический вакуум.
Законы Ньютона, представленные в «Принципах», не были просто абстракциями. Ньютон смог убедительно доказать, что этой малостью математических принципов можно описать бессчетное множество явлений действительности. Вот некоторые практические приложения: он показал, что сила тяготения создает наблюдаемые неравномерности в движении Луны; объяснил морские приливы; рассчитал скорость звука в воздухе; показал, что предварение равноденствий[217] – воздействие гравитационного притяжения Луны на экваториальную выпуклость Земли.
То были поразительные достижения, и мир, конечно, поразился. Но в некотором смысле еще больше потрясает, что Ньютон понимал: у его законов есть практические пределы применимости. Он, к примеру, знал, что, хотя его законы движения – в целом, отличное приближение наблюдаемого вокруг нас, они истинны в абсолютном смысле лишь в идеальном мире, где нет ни сопротивления воздуха, ни трения.
Величие гения Ньютона, как и Галилея, еще и в том, что он осознавал множество усложняющих факторов, существующих в нашей действительности, и мог абстрагироваться от них и явить изящество законов, действующих на более глубоком уровне.
Возьмем свободное падение: если предмет уронить, он начнет падать с ускорением, в полном соответствии с законом Ньютона, – но лишь поначалу. Далее, если только предмет не падает в вакууме, среда, в которой происходит падение, постепенно затормаживает ускорение. Это происходит оттого, что, чем быстрее предмет падает в среде, тем большее сопротивление испытывает, поскольку ежесекундно сталкивается с бо́льшим числом молекул среды, а также потому, что эти столкновения сильнее. В конце концов, по мере того, как падающий предмет набирает скорость, тяготение и сопротивление среды уравновешивают друг друга, и скорость предмета перестает расти.
Эту максимальную скорость мы теперь именуем равновесной. Равновесная скорость и время падения, необходимое, чтобы этой скорости достичь, зависит от формы и массы падающего тела, а также от свойств среды, в которой происходит падение. Предмет, падая в вакууме, набирает в скорости по 22 мили в час каждую секунду падения, а капля дождя, падающая в воздухе, перестает ускоряться, достигнув скорости в 15 миль в час; у пинг-понгового шарика равновесная скорость – 20, у шара для гольфа – 90, у шара для боулинга – 350 миль в час.
Ваша собственная равновесная скорость составляет примерно 125 миль в час, если вы раскинете руки-ноги в стороны, и около 200 миль в час – если свернетесь в плотный клубок. А если спрыгнете с очень большой высоты, где воздух разрежен, вам удастся достичь в падении скорости, превышающей скорость звука, а это 761 миля в час. Один австрияк-сорвиголова именно это в 2012 году и проделал – спрыгнул с воздушного шара на высоте 128000 футов и достиг скорости 843,6 миль в час (американец Ален Юстэс в 2014 году спрыгнул с еще большей высоты, но такой высокой скорости набрать не смог). Хотя Ньютон о свойствах воздуха, обусловливающих равновесную скорость, знал немного, во втором томе «Принципов» он представил теоретическую картину свободного падения, которую я только что описал.
Незадолго до рождения Ньютона философ и ученый Фрэнсис Бэкон [Бейкен] писал: «Изучение природы… [добилось] скудных успехов»[218]. Через несколько десятилетий после смерти Ньютона физик-священник Руджер Бошкович писал, напротив, что «если закон силы известен, а также известны положение, скорость и направление движения всех точек в любой момент времени»[219], возможно «предсказать все явления, непременно из этих движений вытекающие». Могучий ум, создавший предпосылки для такой перемены ветра между эпохами до и после себя, – Ньютонов, это он предложил настолько точные и глубокие разгадки главным научным шарадам своего времени, что сто лет получалось открывать что-то новое лишь в тех областях знания, которых сам Ньютон не касался.
19 мая 1686 года Королевское общество согласилось издать «Принципы», но только при условии, что Галлей оплатит печать. Тому оставалось лишь согласиться. Само Общество издателем не было. Оно взялось за это в 1685 году и погорело, опубликовав книгу «История рыб», которая, невзирая на увлекательное название, продавалась не бойко. Королевское общество до того истощило на это издание свои ресурсы, что далее не смогло даже выплачивать Галлею положенные ему как своему делопроизводителю пятьдесят фунтов в год – выдало плату экземплярами «Истории рыб». Галлей, короче говоря, принял условия Общества. Книга должна была увидеть свет на следующий год.
Оплатив издание, Галлей, по сути, стал издателем Ньютона. Он же был неформальным редактором и маркетологом «Принципов». Он разослал экземпляры «Принципов» всем ведущим философам и ученым того времени, и книга взяла Британию приступом. Слух о ней распространялся в кафе и интеллектуальных кругах по всей Европе.
Вскоре стало ясно, что Ньютон написал книгу, которой суждено преобразить человеческое мышление, самую влиятельную работу в истории науки.
Никто не был готов к труду такого широкого охвата и такой глубины. Три ведущих журнала с континента воспели ее в своих обзорах, в одном даже сообщалось, что это издание предлагает «совершеннейшую механику, какую только можно вообразить»[220]. Даже Джон Локк [Лок], величайший философ Просвещения, но не математик, «вознамерился освоить книгу». Все признали: Ньютону удалось наконец свергнуть вековую империю Аристотелевой качественной физики, и его работа теперь будет образцом, по которому следует заниматься наукой.
Если и были отрицательные отклики на «Принципы», они исходили в основном от недовольных, что ключевые мысли, представленные в них, рождены не одним Ньютоном – или не им первым. Немецкий философ и математик Готтфрид Вильгельм Лейбниц [Вильхельм Лайбниц], независимо от Ньютона, хоть и чуть позже, разработавший математический анализ, заявил, что Ньютон пытается присвоить себе право первоизобретателя. Еще как: ершистый Ньютон считал[221], что расшифровщик божественного знания на Земле может быть в единицу времени лишь один, и на сей раз это он, Ньютон. Меж тем Роберт Гук назвал «Принципы» «важнейшим открытием в природе с создания мира» – после чего обиженно заявил, что Ньютон украл у него значимую идею о законе обратных квадратов. У его заявления были некие доказательства: не исключено, что в основе своей это и впрямь идея Гука, хотя с математикой закона разобрался именно Ньютон.
Кто-то обвинил Ньютона и в поддержке сверхъестественных или «оккультных» сил, поскольку его сила тяготения действовала на расстоянии, и посредством ее массивные небесные тела могут влиять на удаленные предметы через космическую пустоту без всяких явных посредников этого влияния. Этот аспект Ньютоновой теории нарушал специальную теорию относительности Эйнштейна, которая утверждает невозможность перемещения быстрее скорости света. Эйнштейн за свои слова отвечал: он создал свою теорию всемирного тяготения – общую теорию относительности, которая смогла разобраться с неувязкой теории Ньютона и заместить эту теорию вообще. Однако современники Ньютона, критиковавшие представление о гравитации, действующей на расстоянии, ничего взамен предложить не могли, и им пришлось признать научную мощь Ньютоновых достижений.
Отклик Ньютона на критику[222] оказался теперь совсем иным, нежели на неприятие его работы по оптике в начале 1670-х. В те поры, запуганный Гуком и прочими, он удалился от мира и пресек бо́льшую часть своих связей. Теперь же, доведя исследование до завершенности, целиком сознавая великое значение своих достижений, он принял бой. Он встретил критиков шумной и яростной контратакой, продолжившейся в случаях оспаривания права на первенство вплоть до самой смерти Гука и Лейбница – и даже после. На упреки в оккультизме Ньютон ответил заявлением: «Эти принципы я считаю не оккультными Качествами… а общими Законами Природы… их истина видна нам в Явлениях, хоть их Причины пока не открыты»[223].
«Принципы» изменили жизнь Ньютона не только потому, что их признали великой вехой в интеллектуальной истории, но и оттого, что они вытолкнули ученого в поле общественного внимания, и слава, как выяснилось, ему понравилась. Он стал общительнее и на последующие двадцать лет отставил почти все свои радикальные исследования в теологии. Усилия в области алхимии он хоть и не прекратил совсем, но все же умерил.
Перемены начались в марте 1867 года, вскоре после завершения Ньютоном его великого труда. Став отважнее, чем когда-либо прежде, он ввязался в политическое противостояние между Кембриджским университетом и королем Яковом II. Король, пытавшийся обратить страну в католичество, попробовал надавить на университет, чтобы тот наделил одного монаха-бенедиктинца ученой степенью без надлежащих экзаменов и клятв Церкви Англии. Университет победил, а для Ньютона это стало поворотной точкой. Его участие в борьбе сделало его настолько значимой политической фигурой Кембриджа, что университетский сенат на заседании 1689 года проголосовал за делегирование Ньютона в Парламент.
Судя по всему, Ньютону в Парламенте было неинтересно, и слово он там взял лишь чтобы пожаловаться на сквозняки. Однако Лондон полюбил, и греться в лучах обожания многих ведущих интеллектуалов и финансистов, с которыми свел знакомство, ему тоже понравилось. В 1696 году, проведя тридцать пять лет в Кембридже, Ньютон оставил университетскую жизнь и переехал в столицу.
Ньютон променял престижнейший пост на относительно незначимый бюрократический в Лондоне: стал смотрителем Монетного двора. Но Лондон запал ему в душу, да и интеллектуальная мощь его, к тому времени уже сильно за пятьдесят, начала, как он сам чувствовал, оставлять. Более того, его стесняла университетская ставка. Когда-то она, может, и казалась ему щедрой, но смотрителем Монетного двора он стал получать гораздо больше – четыреста фунтов. Вероятно, осознавал он и то, что, как ведущий интеллектуал Англии, может, при соответствующих маневрах, сделаться управляющим Монетного двора – так в 1700 году и вышло. Его доход на этом посту составлял в среднем 1650 фунтов, примерно в семьдесят пять раз больше заработка обычного ремесленника, и, конечно, по сравнению с таким воздаянием его кембриджская ставка и впрямь смотрелась нищенски. В результате следующие двадцать семь лет он провел, как сливки Лондонского общества, – и премного этим был доволен.
Ньютон дорос до главенства в организации, издавшей его «магнум опус»: в 1703 году, после смерти Гука, Ньютона избрали президентом Королевского общества. Возраст и успех, тем не менее, его не смягчили. Он правил Обществом железной рукой[224], вплоть до вышвыривания членов Общества с заседаний, если они выказывали признаки «легкомыслия или неблагопристойности». Он все меньше желал делиться славой за свои открытия и укреплял свое положение, плетя разнообразные мстительные козни.
23 марта 1726 года Королевское общество записало у себя в журнале: «Президентское кресло в связи со смертью сэра Исаака Ньютона сего Дня не занято, и потому Заседание не состоялось»[225]. Ньютон умер несколькими днями раньше, в восемьдесят четыре года.
Ньютон знал о приближении смерти уже некоторое время – он страдал от тяжелого хронического воспаления легких. Маялся он и многими другими хворями, каких можно ожидать в жизни алхимика, анализ чьих волос века спустя показал концентрации свинца, мышьяка и сурьмы в четыре раза, а концентрацию ртути – в пятнадцать раз выше нормы[226]. Однако предсмертный диагноз Ньютона – камни в мочевом пузыре. Боль была сокрушительной.
Судьба Ньютона являет яркий контраст Галилеевой. За годы успеха ньютоновской науки противостояние Церкви новым веяниям в науке до того остыло, что даже католическим астрономам[227] в Италии дали право не только преподавать, но и развивать теорию Коперника – лишь бы они постоянно повторяли, как велено по закону талдычить про эволюцию школьным учителям в Канзасе, что «это просто теория». Меж тем в Англии стали очевидны возможности науки помочь промышленности и улучшить жизни людей. Наука развилась в целую культуру экспериментов и расчетов и превратилась в дело невероятно престижное – по крайней мере, в высших слоях общества. Более того, в преклонные годы Ньютона Европа вступила в такой период, когда противостояние власти сделалось частью европейской культуры – хоть в виде несогласия с античными деятелями вроде Аристотеля или Птолемея, хоть с религией и монархиями.
Нет лучше примера, показывающего разницу приема, полученного Галилеем и Ньютоном, нежели их погребения. Галилею разрешили тихую, семейную церемонию и упокоили в темном углу церкви, где он просил себя похоронить, а тело Ньютона выставили в Вестминстерском аббатстве и после похорон возвели там же громадный памятник, а его останки поместили в каменный саркофаг на пьедестале. На гробнице изобразили барельеф: несколько юношей держат инструменты, символизирующие величайшие открытия Ньютона, а на гробнице написано:
Жизни Ньютона и Галилея в сумме составили более 160 лет, и вместе они засвидетельствовали – и во многих отношениях инициировали – то, что фактически именуется научной революцией.
За свою долгую карьеру Ньютон смог сообщить нам много чего о нашей планете и Солнечной системе, применив сформулированные им законы движения и единственный закон силы, открытый им, – закон тяготения. Но его устремления сильно превзошли это знание. Он считал, что сила – фундаментальная причина любых изменений в природе, от химических реакций до отражения света в зеркале. Более того, он не сомневался, что когда-либо в будущем мы дозреем до понимания сил притяжения и отталкивания, которые действуют на малых расстояниях, между крошечными «частицами», составляющими материю, – такова была его версия извечного представления об атомах, – и его законы движения смогут объяснить все наблюдаемое во Вселенной.
Ныне понятно, что Ньютон был провидцем. Его прозрение того, что будет значить понимание сил, действующих между атомами, оказалось очень в точку. Но этому пониманию пришлось подождать 250 лет. А когда оно случилось, мы поняли, что законы, управляющие атомом, не вписываются в рамки построенной им физики. Зато они явят нам новый мир за пределами опыта наших чувств, новую действительность, которую люди могут увидеть лишь в воображении, действительность, чье устройство до того затейливо, что знаменитые законы Ньютона придется заменить целиком – новым набором законов, которые Ньютону показались бы чужеродными даже более, чем физика Аристотеля.
Глава 8
Из чего все сделано
Еще подростком я увлекся двумя отчетливо разными научными подходами к тайнам Вселенной. До меня постоянно долетали странные слухи о достижениях физиков, об их открытии квантовых законов, согласно которым я вроде как мог находиться в двух местах одновременно. Я сомневался, что в настоящей жизни такое и впрямь бывает, да и мест, где я бы хотел оказаться, было не так много. Но еще я слыхал и о более приземленных тайнах, которыми занимались химики, – устрашающих и опасных, но мало похожих на отмычку от Вселенной: они возбуждали во мне дух приключений и обещали наделить силами, каких дети обычно не имеют. Вскоре я уже смешивал аммиак с раствором йода, перхлорат калия с сахаром и цинковую пыль с нитратом и хлоридом аммония – и взрывал все подряд. Архимед говорил, дескать, дайте ему точку опоры, и он перевернет мир; я верил, что с помощью подходящей бытовой химии я его взорву. Вот она, сила постижения веществ вокруг нас.
Первые научные мыслители этого мира торили эти два пути изучения физического мира. Они задавались вопросом, что творит изменения, и разбирались, из чего все сделано и как состав предметов влияет на их свойства. Со временем Аристотель предложил план движения по обоим направлениям, но указанные им дороги оказались тупиковыми.
Ньютон и его предшественники прошли долгий путь к пониманию вопросов о переменах. Ньютон попытался понять и науку материи, но и близко не стал химиком столь же великим, каким был физиком. Загвоздка не в том, что ему не хватило интеллекта, и даже не в том, что он брел длинной тупиковой дорогой алхимии. Мешало ему вот что: хотя химия, наука о веществе, развивалась бок о бок с физикой, наукой о переменах, она совсем другого свойства. Она грязнее и сложнее, и заниматься ею настолько основательно, как Ньютон возился с изучением изменений, потребовало бы множества технических нововведений, большинство которых во времена Ньютона еще не были изобретены. И потому Ньютон оказался в безвыходном положении, а химии не хватало могучей фигуры, которая вывела бы эту дисциплину (а вместе с ней – и эту самую фигуру) к славе. Так что химия развивалась постепенно, а слава досталась нескольким первопроходцам разом.
История о том, как человечество разбиралось с составом всего, дорога моему сердцу, поскольку химия – моя первая любовь. Я вырос в маленькой двухэтажной квартире в Чикаго, где жили тесно, зато имелся большой подвал, в котором я, предоставленный сам себе, смог построить собственный Диснейленд – затейливую лабораторию, загроможденную полками со склянками, разноцветными порошками и бутылками с крепчайшими кислотами и щелочами.
Кое-какие реактивы приходилось покупать из-под полы или невольной помощью моих родителей («Вот был бы у меня галлон муравьиной кислоты, уж я б ту кошачью мочу от бетона-то оттер»). Нимало не чураясь хитрости, я понял, что, изучая химию, мог бы создавать клевые салюты, а попутно утолять любопытство, каким я пылал к окружающему миру. И, видимо, подобно Ньютону, я осознал, что у моего занятия есть масса преимуществ перед попытками обустраивать общение с людьми. Реактивы добывать проще, чем друзей, и когда мне хотелось играть с реактивами, они не говорили, что им нужно идти мыть голову или что-нибудь менее вежливое – типа, что не хотят водиться с чудиками. Впрочем, как это бывает со многими первыми любовями, мы с химией друг к другу охладели. Я начал флиртовать с другой дисциплиной – физикой. И вот тогда-то понял, что разница между разными отраслями науки – не только в том, что они отвечают на разные вопросы, но и в том, что вокруг них складываются разные культуры.
Разница между физикой и химией ярче всего проступала в совершаемых мною ошибках. Я довольно быстро понял, к примеру, что, если мои физические расчеты сводились в конце концов к уравнению «4 = 28», это означало, что я не открыл некую глубинную прежде не замеченную истину, а, скорее, сделал какую-то ошибку. Но ошибка эта безобидная, существовавшая только на бумаге. В физике подобные ляпы почти неизбежно приводили к безопасной, хоть и раздражающей математической белиберде. Химия – другое дело. Мои ошибки в химии венчались большими объемами дыма и огня, а также кислотным ожогам кожи, и оставляли рубцы, не сходившие десятилетиями.
Мой отец описывал разницу между физикой и химией по опыту своего общения со знакомцами, которые были ближе всего к практике этих дисциплин. «Физик» – точнее, математик – в концентрационном лагере, который объяснил отцу, как решить ту самую задачку, в обмен на хлеб. Человек, которого отец именовал «химиком», – из еврейского подполья[229], которого он встретил перед отправкой в Бухенвальд[230].
Мой отец состоял в группе, планировавшей подрыв железной дороги, шедшей через их город, Ченстохову. Химик, рассказывал отец, мог пустить под откос поезд, применив взрывчатку, хитро установленную на рельсы, но ему для этого нужно было выбраться из гетто и добыть кое-какие исходные материалы, которые, как он утверждал, можно приобрести взятками и воровством. На это потребовалось несколько ходок, но из последней он так и не вернулся, и больше о нем ничего не слыхали.
Физик, по словам отца, был изящный тихий человек, нашедший прибежище от ужасов лагеря, как умел: скрывшись в мире своего же ума. Химик же был ковбоем и мечтателем с горящими глазами, он бросался в гущу событий и сломя голову – в бой с хаосом. В этом и состояла, по мнению отца, разница между химией и физикой.
Что правда, то правда: в отличие от первых физиков, первым химикам требовалось немало чистой физической смелости, ибо случайные взрывы были неизбежным риском их работы, равно как и отравления: химики, чтобы определять вещества, частенько пробовали их на вкус. Быть может, самый знаменитый из давних экспериментаторов – Карл Шееле. Шееле выжил, хоть и был первым химиком, выделившим страшно едкий и ядовитый газ хлор, и каким-то чудом сумел подробно описать вкус цианистого водорода, чрезвычайно ядовитого газа, и при этом не умер. Но в 1786 году сорокатрехлетнего Шееле все же добила болезнь, подозрительно похожая на тяжелое отравление ртутью[231].
Если же говорить о личном, разница между химиком и физиком для меня самого походила на разницу между отцом и мной. После исчезновения химика отец и четверо других заговорщиков продолжили осуществлять план расшатать рельсы с применением только подручных инструментов – «всяких отверток»[232], как он объяснил, – а не взрывчатки. Все пошло наперекосяк: один из подпольщиков запаниковал и привлек внимание оказавшихся неподалеку эсэсовцев. В итоге уцелеть удалось лишь моему отцу и еще одному диверсанту – они легли на рельсы и остались незамеченными: над ними прогромыхал длинный товарный состав. Я же, напротив, редко берусь за какое-нибудь значимое во внешнем мире дело, а только рассчитываю последствия событий при помощи уравнений и бумаги.
Пропасть между физикой и химией также отражают происхождение и культуры обеих дисциплин. Физика началась с умозрительного теоретизирования Фалеса, Пифагора и Аристотеля, а химия родилась в кладовках торговцев и темных подвалах алхимиков. Хотя практики в обеих областях были движимы горним желанием познавать, химия еще и коренится в дольнем – иногда в стремлении облегчить жизнь человеческую, иногда в жажде наживы. Есть в химии благородство – благородство стремления постигать и приручать материю, но всегда есть и потенциал больших барышей.
Три закона движения, открытые Ньютоном, были в некотором смысле просты, хоть и прячутся от обычного взгляда во мгле трения, сопротивления воздуха и незримости силы тяготения. Химия, однако, не управляется набором постановлений, подобных Ньютоновой тройке универсальных законов движения. В химии все гораздо запутаннее: наш мир богат на ошарашивающее разнообразие веществ, и химии пришлось постепенно с ними всеми разбираться.
Первое открытие в химии было таким: некоторые вещества – «элементы» – базовые, а другие состоят из различных комбинаций элементов. Интуитивно это осознали еще греки. По Аристотелю, например, элемент есть «одно из тех тел, до которого можно разложить другие тела, а сам он разложен быть на составляющие не может»[233]. Называл он четыре элемента: земля, воздух, вода и огонь.
Очевидно, многие вещества состоят из других веществ. Соль плюс пресная вода равно соленая вода; железо плюс вода равно ржавчина; водка плюс вермут равно мартини. И наоборот: можно разложить многие вещества на составляющие путем нагревания. К примеру, если нагреть известняк, он разложится на негашеную известь и газ – диоксид углерода[234]. Сахар разлагается на углерод и воду. Подобные простенькие наблюдения, впрочем, ведут недалеко, поскольку не существует единого описания того, что именно происходит. Допустим, если нагревать воду, она превращается в газ, но этот газ химически не отличается от жидкости, это просто другое ее физическое состояние. Ртуть при нагревании тоже не распадается на составляющие – напротив, соединяется с незримым кислородом воздуха и образуется вещество, именуемое ртутной окалиной.
А есть еще горение. Представьте горящую древесину. При сжигании дерева получаются огонь и зола, но было бы ошибкой предполагать, что дерево состоит из огня и золы. Более того, в пику Аристотелеву описанию, огонь – вообще не вещество, а, скорее, свет и тепло, выделяющиеся, когда вещества претерпевают химические превращения. На самом же деле при горении дерева выделяются невидимые газы[235] – в основном, диоксид углерода и водяной пар, но вообще там более сотни разных газов, и у древних не было никаких приборов, которые позволили бы им эти газы собрать и уж тем более разделить или идентифицировать.
Такого рода трудности делали непосильным понимание, что именно сделано из двух или более веществ, а что – вещество простое. В результате этой путаницы многие ученые, подобно Аристотелю, ошибочно считали воду, огонь и другие фундаментальными элементами, но при этом не смогли опознать семь металлических простых веществ – ртуть, медь, железо, свинец, олово, золото и серебро, хотя те были ученым знакомы.
Так же, как рождение физики зависело от математических нововведений, рождение настоящей химии дожидалось определенных технических изобретений – оборудования для точного взвешивания веществ, для измерения тепла, поглощаемого или выделяемого в ходе реакций, для определения, кислота вещество или щелочь, для уловления, отделения и манипулирования газами, а также для определения температуры и давления. Лишь с разработкой этих приспособлений в XVII–XVIII веках химики смогли начать разбираться в запутанных прядях своего знания и развивать плодотворные методы представления химических реакций. Следует отдать должное человеческому упорству: даже и до всех этих технических усовершенствований люди, практиковавшие ремесла, зародившиеся в древних городах, собрали громадный массив знаний во множестве различных направлений этой области постижения – в окрашивании, парфюмерии, стекольном деле, металлургии и бальзамировании.
Бальзамирование возникло первым. В пространстве этого знания родословную химической науки можно отследить вплоть до Чатал-Гуюка, поскольку жители его хоть покойников и не бальзамировали, культуру отношения к смерти все же развили и за своими покойниками ухаживать начали. Во времена древнего Египта возросшее беспокойство о судьбе усопших привело к изобретению мумификации. Считалось, что успешная мумификация – залог счастливой загробной жизни; еще бы – ни единого недовольного клиента с жалобами. Следовательно, возник спрос на бальзамирующие вещества. Родилась новая индустрия, стремившаяся, перефразируя девиз компании «Дюпон», к лучшим вещам для лучшей загробной жизни – благодаря химии.
Миру всегда хватало мечтателей, и среди них были счастливые личности, воплотившие свою мечту, – или, по крайней мере, жившие стремлением к ней. Эти вторые необязательно признаны за талант или ученость, но неизбежно выделяются трудолюбием. Должно быть, египетские предприниматели и новаторы стремились разбогатеть, совершенствуя процесс бальзамирования, ибо вкладывали в эти попытки много времени и стараний. Со временем, путем многочисленных проб и ошибок, египетские бальзамировщики постепенно научились применять действенные сочетания солей натрия, смолы, мирру и другие консерванты, с помощью которых можно было успешно предотвращать разложение трупов, и все эти открытия были сделаны без всякого знания происходящих химических процессов и причин распада человеческого тела.
Поскольку бальзамирование было ремеслом, а не наукой, с его открытиями обращались не как с теориями древних эйнштейнов, а, скорее, как с рецептами «Бейглы Братьев Айнстайн»[236]: их тщательно стерегли. А поскольку бальзамирование связано с покойниками и загробным миром, практиковавшие это искусство считались колдунами и чародеями. Со временем развились и другие скрытные профессии, копившие знания о минералах, маслах, вытяжках из цветов, растительных плодов и кореньев, о стекле и металлах. Здесь, в прото-химии, практикуемой людьми торговыми, – истоки таинственной и мистической культуры алхимии.
Умельцы в этих областях вместе собрали обширный массив особого, но разрозненного опыта. Этот пестрый набор ноу-хау наконец начал объединяться, когда Александр Великий основал в 331 году до н. э. в устье Нила египетскую столицу Александрию.
Александрия была роскошным городом, с изящными зданиями и улицами в сотню футов шириной. Через несколько десятилетий после основания греческий царь Египта Птолемей II возвел культурную жемчужину города – Мусейон. Мусейон, в отличие от современных музеев, не выставлял экспонаты, а предоставлял убежище сотне ученых и книжников, получавших государственные стипендии, бесплатное жилье и питавшихся с кухни Мусейона. Этот храм науки был оборудован исполинской библиотекой на полмиллиона свитков, обсерваторией, анатомическими лабораториями, садами, зоопарком и другими исследовательскими удобствами. Здесь размещался достославный центр постижения, живой, действующий памятник человеческому стремлению знать. То был первый в мире исследовательский институт, сыгравший ту же роль, что и позднее – европейские университеты, хотя, как ни печально, ему суждено было погибнуть в огне, в III веке н. э.
Александрия вскоре стала культурной Меккой, а всего за пару столетий – величайшим и знаменитейшим городом на белом свете. Здесь разнообразные теории материи и перемен в ней пересеклись с египетским химическим знанием. Эта встреча идей все изменила.
До вторжения греков египетское знание о свойствах веществ веками было исключительно практическим. Однако греческая физика предложила египетскому знанию теоретическую базу и контекст. В особенности Аристотелева теория материи объясняла, как вещества меняются и взаимодействуют. Теория Аристотеля, конечно, была заблуждением, однако вдохновила объединенный подход к науке о веществе.
Особенно влиятельной оказалась одна сторона Аристотелевой теории – его представление о преобразовании веществ. Возьмем процесс кипения. Аристотель считал, что у элемента воды есть два ключевых свойства: она влажная и холодная. Элемент воздух же он охарактеризовал как влажный и горячий. Кипение, на его взгляд, – это процесс, в котором элемент огонь преобразует холод в тепло и таким образом превращает воду в воздух. Египтяне, унюхав возможность заработать на этом представлении, превзошли самих себя и предположили: если воду можно превратить в воздух, можно ли какой-нибудь не очень ценный материал превратить в золото? Примерно как моя дочь Оливия, которая в ответ на сообщение, что можно получить доллар от зубной феи, если оставить зуб под подушкой, тут же уточнила: «А сколько мне причтется за обрезки ногтей?»
Египтяне заметили, что золото, подобно Аристотелевым главным элементам, имеет некоторые ключевые свойства: это металл, мягкий, желтый. Золото само по себе всеми этими качествами располагает, однако они в разных сочетаниях встречаются у многих веществ. Можно ли найти способ, как передавать между веществами их свойства? В особенности, если кипение – процесс, в котором применение огня позволяет изменить физические свойства воды и превратить ее в воздух, вероятно, существует похожий процесс, посредством которого можно трансмутировать сочетание металлических, мягких и желтых веществ в золото.
В результате таких рассуждений к 200 году до н. э. из первых намеков[237] на подлинное химическое знание, смешанных с представлениями из греческой философии и старой прото-химией бальзамирования, металлургии и других практических умений, родился объединенный подход к исследованию химических изменений. Так родилась алхимия, ее главной целью стало производство золота, а позднее – «эликсира жизни», дарующего вечную молодость.
Историки спорят, когда именно прорезалась наука химия, но химия – не люцерна, и потому дата ее прорезывания – скорее вопрос личного мнения, нежели точный факт. Одно, впрочем, бесспорно: алхимия служила полезному делу – и химия, когда бы ни достигла своего современного вида, есть наука, выросшая из искусств и мистицизма этого древнего предмета.
Первый рывок от алхимической волшбы к научным методам произошел благодаря одному из довольно странных персонажей в истории человеческой мысли. Родившегося в деревушке на территории современной Швейцарии двадцатиоднолетнего Теофраста Бомбаста фон Гогенгейма [Хоэнхайма] (1493–1541) отец отправил изучать металлургию и алхимию, но тот решил учиться медицине и занялся этой профессией. Тогда же, еще до тридцати, он взял себе имя Парацельс, что означает «превзошедший Цельса», римского врача I века н. э. Поскольку труды Цельса были в XVI веке очень популярны, Парацельс, сменив прозвище, сумел из человека по имени Бомбаст сделаться тем, кто это качество воплощает[238]. Но дело не только в напыщенности: Парацельс шумно презирал бытовавший в те времена подход к медицине. Ученый продемонстрировал свое презрение довольно картинно: на традиционных студенческих посиделках летом у костра Парацельс швырнул в огонь, вместе с несколькими горстями серы, медицинские труды почтенного греческого врача Галена.
Неприязнь Парацельса к Галену была того же рода, что и у Галилея и Ньютона – к Аристотелю: его труды обесценились наблюдениями и опытом позднейших практиков. Парацельс, в частности, считал, что традиционное представление о болезни как о неравновесии загадочных телесных жидкостей под названием «гуморы» не выдерживает проверки временем. Сам он был убежден, что болезни возникают из-за внешних агентов, а с ними нужно разбираться, пользуя больного подобающими лекарствами.
Именно поиск этих самых «подобающих лекарств» и привел Парацельса к попытке трансформировать алхимию. Попытка принесла щедрые плоды, среди них – открытие новых веществ, в том числе солей металлов и минеральных кислот, но Парацельс желал оставить поиск золота и сосредоточиться на цели поважнее – создать вещества, какие есть в лаборатории человеческого тела и могут лечить те или иные заболевания. Что не менее важно, Парацельс стремился реформировать алхимические методы, в те времена – неточные и небрежные. Парацельс сам был не только книгочеем, но и знатоком торговли, и потому придумал для обновленной алхимии свежее название. Заместив арабский префикс «ал» (определенный артикль) на греческое слово, означающее «медицина» – иатро, он составил слово «иатрохимия»[239]. Не слишком удобное для произношения, вероятно, поэтому оно вскоре усохло до краткого «химия».
Соображения Парацельса позднее повлияют и на великого Исаака Ньютона, и на его соперника Лейбница, и оба они помогут двинуть алхимию к новому ее образу – науке химии. Но хотя Парацельс и был пылким борцом за собственный новый подход к науке, действенность его личных уговоров оказалась подпорчена качествами его характера. Он бывал изрядно неприятен – под словом «неприятен» я подразумеваю «вел себя, как буйнопомешанный».
Парацельс не носил бороды, был довольно женоподобен и не интересовался сексом, однако если бы в Олимпийских играх давали золотые медали в кутеже, Парацельс выиграл бы платину. Большую часть времени он пил, и один его современник отмечал, что жил Парацельс «как свинья». Продвижением себя самого он тоже занимался не слишком деликатно и склонен был бросаться заявлениями типа: «Все университеты и все старые писаки, вместе взятые, таланта имеют меньше, чем моя задница»[240]. А еще ему нравилось бесить влиятельные круги, временами – просто так. К примеру, когда его назначили лектором в Университете Базеля, он явился на первую лекцию в кожаном лабораторном фартуке, а не в положенной академической мантии, говорил на швейцарском немецком, а не на приличествующей латыни, а после объявления, что сейчас он продемонстрирует величайшую тайну медицины, показал всем судок с фекалиями.
Подобные выходки привели к тому же результату, какой случился бы и ныне: он оттолкнул своих врачебных и ученых коллег, однако стал популярен среди студентов. И все же, когда Парацельс говорил, люди слушали, поскольку многие его лекарства и впрямь помогали. Например, обнаружив, что опиаты гораздо лучше растворимы в спирте, чем в воде, он создал опийный раствор, который назвал «лауданумом», оказавшийся очень действенным против боли.
Однако лучшим двигателем идей Парацельса оказалась, похоже, экономика. Возможности новых химических снадобий от болезней увеличивали доход, общественное положение и популярность аптек, что создало спрос на знания в этой области. Расплодились учебники и медицинские занятия, и они, в полном согласии с желанием Парацельса, стали и точнее, и унифицированнее – благодаря переходу понятийного и методического аппарата алхимии на язык химии. К началу 1600-х годов, хоть многие по-прежнему и практиковали старую алхимию, новый Парацельсов стиль алхимии – химия – тоже набирал популярности.
Подобно мёртонцам-математикам, Парацельс стал переходной фигурой: он помог преобразовать свой предмет и заложил примитивный фундамент для тех, кто будет развивать эту практику вслед за ним. Масштабы влияния Парацельса и на старый, и на новый мир химии делаются ясны из его собственной жизни: он хоть и критиковал традиционную алхимию, сам же в ней и плескался. Всю свою жизнь он ставил эксперименты, нацеленные на создание золота, а однажды даже объявил, что получил и выпил эликсир жизни и дальше будет жить вечно.
Увы, в сентябре 1541 года, когда Парацельс находился в заведении под названием «Трактир Белая Лошадь» в венском Зальцбурге, Бог поймал его на блефе. Парацельс шел ночью по темной узкой улице к себе и либо неудачно упал, либо его избили головорезы, нанятые местными врачами, с которыми он ссорился, – выбирайте версию на свой вкус. Обе истории вели к одному концу: Парацельсову. Он скончался от увечий несколько дней спустя, в сорок семь лет. Говорят, при смерти выглядел гораздо дряхлее своих лет – из-за вечных загулов и пития. Проживи он еще полтора года, мог бы застать издание великой работы Коперника
Через полтора века после смерти Парацельса начался период, как мы убедились, в котором первопроходцы Кеплер, Галилей и Ньютон, развивая начатое в трудах постарше, создали новый подход к астрономии и физике. Со временем качественные теории мироздания, управляемого метафизическими принципами, уступили место представлениям об измеримой, подчиняющейся неизменным законам Вселенной, которую можно оценивать количественно. А подход к знанию, основанный на книжном авторитете и метафизических доводах, заменила убежденность, что нам необходимо постигать законы природы путем наблюдения и эксперимента и формулировать эти законы на языке математики.
Как и в физике, интеллектуальная трудность, с которой столкнулось новое поколение химиков, не сводилась к разработке методов строгого рассуждения и экспериментирования – нужно было отринуть философию и представления прошлого. Чтобы набраться зрелости, новой химии требовалось и учесть уроки Парацельса, и низвести с трона тупиковые теории Аристотеля – только не теории движения, которыми занимались Ньютон и другие физики и математики, а теории материи.
Прежде чем сложить головоломку, необходимо разобраться с ее фрагментами, а в головоломке природы фрагменты – это химические элементы. Пока люди верили, что все состоит из земли, воздуха, огня и воды – или в пределах какой-нибудь подобной схемы, – их понимание материальных тел основывалось на выдумках, а способность создавать новые полезные вещества по-прежнему ограничивалась методом проб и ошибок, без возможности какого-либо настоящего понимания. Так сложилось, что в новой интеллектуальной атмосфере XVII века, покуда Галилей и Ньютон окончательно изгоняли Аристотеля из физики и заменяли его представления на теорию, основанную на наблюдении и эксперименте, один из тех, чья работа по оптике помогла вдохновить Ньютона, взялся изгонять Аристотеля из химии. Речь об ирландце Роберте Бойле, сыне первого графа Коркского[242].
Один путь посвятить себя жизни в науке – добыть университетскую должность. Другой – быть непристойно богатым. В отличие от университетских про-фессоров-первопроходцев физики, многие герои юной химии были людьми со средствами, кои во времена, когда лаборатории оставались редкостью, могли себе позволить создать свою собственную. Роберт Бойль [Бойл] был сыном графа не просто богатого, а, возможно, богатейшего во всей Великобритании.
Про мать Бойля известно немногое – помимо того, что она вышла замуж в семнадцать лет и за последующие двадцать три года выносила пятнадцать детей, после чего упала замертво от чахотки, что к тому времени в ее судьбе, вероятно, было облегчением. Роберт был ее четырнадцатым ребенком и седьмым сыном. Граф, похоже, больше любил делать детей, чем их растить, а потому вскоре после рождения их всех отправляли под опеку нянь, затем – в пансионы и колледжи или же за рубеж, учиться у частных преподавателей.
Поделиться книгой: