Теги: журнал домашняя лаборатория
Год: 2012
Текст
ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ
АПРЕЛЬ 2012
ДОМАШНЯЯ
ЛАБОРАТОРИЯ
Научно-прикладной
и образовательный
интернет-журнал
Адрес редакции:
domlab@inbox.com
Статьи для журнала
направлять , указывая в теме
письма «For journal».
Журнал содержит материалы
найденные в Интернет или
написанные для Интернет.
Журнал является полностью
некоммерческим. Никакие
гонорары авторам статей не
выплачиваются и никакие
оплаты за рекламу не
принимаются.
Явные рекламные объявления
не принимаются, но скрытая
реклама, содержащаяся в
статьях, допускается и даже
приветствуется.
Редакция занимается только
оформительской
деятельностью и никакой
ответственности за содержание статей
не несет.
Статьи редактируются, но
орфография статей является
делом их авторов.
использовании материа-
этого журнала, ссылка
При
лов
на него не является
обязательной , но желательной.
Никакие претензии за
невольный ущерб авторам,
заимствованных в Интернет
статей и произведений, не
принимаются. Произведенный
ущерб считается
компенсированным рекламой авторов и
их произведений.
По всем спорным вопросам
следует обращаться лично в
соответствующие учреждения провинции
Свободное государство (ЮАР).
При себе иметь, заверенные
местным нотариусом, копии всех
необходимых документов на
африкаанс, в том числе,
свидетельства о рождении, диплома об
образовании, справки с места
жительства, справки о здоровье
и справки об авторских правах
(в 2-х экземплярах).
СОДЕРЖАНИЕ
Краткая история физики
Кривая история открытий (продолжение)
Краткий курс биологии (продолжение)
Двенадцать дел Шерлока Холмса
Многокомпонентная модель обучения
Самодельные реактивы (продолжение)
АПРЕЛЬ 2012
История
3
91
Ликбез
173
Литпортал
247
Матпрактик^
346
Химичка
Инвертор для индукционного нагрева
Микроскоп Левенгука
Физические эффекты
Получение низких температур
Фотогалерея
Переписка
- 3
352
Техника
394
427
Справочнит
435
Разное
444
486
487
НА ОБЛОЖКЕ
В этом номере заключительная статья из цикла о
лабораторном инверторе. В этих статьях применение
инвертора ориентировано на задачи связанные с
индукционным нагревом и плавкой металлов, но этот инвертор
может быть использован и для других задач: генерации
неравновесной плазмы, ультразвука и т.п.
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ФИЗИКИ1
Кудрявцев П.С.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ФИЗИКИ
ГЛАВА ПЕРВАЯ.
ФИЗИКА ДРЕВНОСТИ
Зарождение
научных знаний
Человек добывал знания об окружающем его мире в суровой борьбе за существо-
1 Журнальный вариант, с сокращениями.
вание. В этой борьбе обособились от животного мира его далекие предки,
развились его руки и интеллект. От случайных и неосознанных применений палок и
камней для зашиты и добывания пиши он перешел к изготовлению орудий, сначала
в виде грубо и примитивно обработанных кусков камня, затем ко все более
совершенным каменным орудиям, к луку и стрелам, рыболовным снастям, охотничьим
ловушкам - этим первым программирующим устройствам. Величайшим завоеванием
человека было получение и использование огня. В этой занявшей тысячи и тысячи
лет эволюции формировалось сознание человека, развивалась речь, накапливались
знания и представления о мире, возникли первые антропоморфные объяснения
окружающих явлений, остатки которых сохранились и в нашем языке. Как и у
первобытного человека, у нас солнце «ходит», месяц «смотрит» и т.д.
Другого способа понять природу, как уподоблять ее себе, живому существу,
наделить ее чувствами и сознанием, У первобытного человека не было. Из этого
источника развились и научные знания, и религиозные представления.
В библейском мифе о сотворении мира, записанном уже в эпоху развитого
рабовладельческого общества, очень ярко выражены эти антропоморфные представления
о боге, который поступает подобно человеку-земледельцу; проводит
мелиоративные работы (отделил воду от земли), зажигает огонь («да будет свет»), создает
все окружающие вещи и после трудов отдыхает.
Наряду с этими фантастическими представлениями о природе человек обогащался
реальными знаниями о небесных светилах, растениях и животных, о движении и
силах, метеорологических явлениях и т.д. Накопленные знания и практические
навыки, передаваясь от поколения к поколению, образовывали первоначальный фон
будущей науки. По мере развития общества и общественного труда накапливались
предпосылки для создания устойчивой цивилизации. Решающую роль здесь сыграло
возникновение земледелия. Там, где сложились условия для получения устойчивых
урожаев на одном и том же месте и из года в год, создавались поселения,
города, а затем и государства.
Такие условия возникли в Северной Африке в долине Нила, ежегодные разливы
которого оставляли на полях плодородный ил, в двуречье между реками Тигр и
Евфрат, где уже в IV тысячелетии до н.э. стали складываться древнейшие
рабовладельческие государства, ставшие колыбелью современной науки. Система
орошаемого земледелия, добыча металла (меди) и его обработка, развитие техники и
изготовление орудий создали предпосылки для возникновения сложного
общественного организма с развитой экономикой. Общественные потребности привели к
появлению письменности: иероглифов в Египте, клинописи в Вавилонии, к
возникновению астрономических и математических знаний.
Сохранившиеся до наших дней великие пирамиды Египта свидетельствуют о том,
что уже в III тысячелетии до н.э. государство могло организовывать большие
массы людей, вести учет материалов, рабочей силы, затраченного труда. Для
этой цели необходимы были специальные люди, работники умственного труда.
Хозяйственные записи в Египте вели писцы, которым принадлежит заслуга фиксации
научных знаний своего времени. Известные памятники II тысячелетия: папирус
Ринда, хранящийся в Британском музее, и Московский папирус - содержат решение
различных задач, встречающихся в практике, математические вычисления,
вычисления площадей и объемов. В Московском папирусе дана формула для вычисления
объема усеченной пирамиды. Площадь круга египтяне вычислили, возводя в
квадрат восемь девятых диаметра, что дает достаточно хорошее приближенное
значение - 3,16.
Определение времени начала разлива Нила требовало тщательных
астрономических наблюдений. Египтяне разработали календарь, состоявший из двенадцати
месяцев по 30 дней и пяти дополнительных дней в году. Месяц был разделен на три
десятидневки, сутки - на двадцать четыре часа, двенадцать дневных, двенадцать
ночных. Поскольку продолжительность дня и ночи менялась со временем года, ве-
личина часа была не постоянной, а менялась со временем года.
Высокого уровня достигли вавилонская математика и астрономия. Вавилоняне
знали теорему Пифагора, вычисляли квадраты и квадратные корни, кубы и
кубичные корни, умели решать системы уравнений и квадратные уравнения. Им
принадлежит также разделение эклиптики на двенадцать созвездий зодиака.
Следует подчеркнуть, что математика египтян и вавилонян носила практический
характер и выросла из потребностей хозяйственной и строительной практики. По
мнению историков математики, вавилонская математика находилась на более
высоком научном уровне, чем египетская. Но в области геометрии египтяне ушли
дальше вавилонян.
Астрономия была первой из естественных наук, с которой началось развитие
естествознания. Для развития астрономии нужна была математика, а строительная
практика стимулировала развитие механики.
Бесспорно, грандиозные сооружения древних государств (храмы, крепости,
пирамиды, обелиски) требовали, по крайней мере, эмпирических знаний
строительной механики и статики. При строительных работах находили применение простые
машины: рычаги, катки, наклонные плоскости. Таким образом, практические
потребности вызвали к жизни начатки научных знаний арифметики, геометрии,
алгебры, астрономии, механики и других естественных наук.
Этими краткими замечаниями мы и ограничимся. Отметим в заключение, что
Значение начального периода в истории науки и культуры чрезвычайно велико. Не
случайно историки математики уделяют большое внимание египетской и
вавилонской математике. Здесь зародились начатки математических знаний, и, прежде
всего, сформировалась фундаментальная идея числа, и основные операции с
числами. Здесь были заложены основы геометрии. Здесь человек впервые описал
звездное небо, движения Солнца, Луны и планет, научился наблюдать небесные
светила и создал основы измерения времени, заложил основы алфавитного письма.
Особенно велико было значение письменности - основы науки и культуры.
Недаром Галилей в «Диалоге» воздал восторженную хвалу создателю письменности.
Начальный этап
античной науки
Несмотря на огромные заслуги науки Древнего Востока, подлинной родиной
современной науки стала Древняя Греция. Именно Здесь возникла теоретическая
наука, разрабатывающая научные представления о мире, не сводящиеся к сумме
практических рецептов, именно здесь развивался научный метод. Если египетский
или вавилонский писец, формулируя правило вычисления, писал: «поступай так»,
не поясняя, почему надо «поступать так», то греческий ученый требовал
доказательства. Основатель атомистики Демокрит высказал по этому поводу,
замечательные слова: «Найти одно научное доказательство для меня значит больше, чем
овладеть всем персидский Царством». Современная наука хорошо запомнила, кому
она обязана своим рождением. Об этом свидетельствует названия наук:
математика , механика, физика, биология, география и т. д, взятые из греческого языка
научные термины греческого происхождения (масса, атом, электрон, изотоп и
т.д.), употребление греческих букв в формулах и, наконец, имена греческих
ученых: Фалеса, Пифагора, Демокрита, Аристотеля, Архимеда, Евклида, Птолемея
и других, сохранившиеся в научной литературе.
Вавилонская и египетская наука, как было сказано, возникли из потребностей
практики. Что касается теоретического мышления египтян и вавилонян, то оно не
выходило за рамки анимизма и мифологии; монополия на объяснение тайн
принадлежала жрецам. Древние греки сумели возвыситься над этим уровнем и поставить
задачу понимания природы без привлечения таинственных, божественных сил,
такой , какова она есть.
В Древней Греции человеческий разум впервые осознал свою силу и люди стали
заниматься наукой не только потому, что это нужно, но и потому, что это
интересно , ощутили «радость познания», по выражению Аристотеля. Первые ученые
стали называться философами, т.е. «любителями мудрости», и в греческом
обществе возникла потребность в учителях мудрости, для удовлетворения которой
появилась профессия ученого и учителя.
Академия Платона и лицей Аристотеля были первыми в мире учебно-научными
учреждениями, предшественниками современной высшей школы. Постепенно в Древней
Греции появились специалисты и более узкого профиля: инженеры, врачи,
астрономы, математики, географы и историки, а также научные учреждения типа
Александрийского музея, предшественника современных научно-исследовательских
институтов . Вместе с тем здесь зародилась научная информация в виде научных
сочинений, лекций, диспутов и переписки ученых.
Итак, в Древней Греции возникли систематические научные исследования,
научное преподавание, появились специалисты-ученые и научная информация.
Древняя Греция стала родиной и истории науки. Сведения о многих научных
достижениях древнегреческих ученых нередко доходили до нас из текстов других
ученых и греческих историков науки.
Возникновение греческой науки обычно относят к эпохе расцвета городов в
Малой Азии (VII-VI вв. до н.э.) . Ионические города Милет и Эфес, острова
Средиземноморья, греческие колонии в Южной Италии - вот арена деятельности первых
греческих ученых.
Греческая наука зарождалась в обстановке интенсивной политической и
экономической жизни, бурных выступлений демоса (народа) против господства
аристократических родов; она возникла на торговых путях, идущих из стран Востока.
Динамическая социальная обстановка, быстрые общественные перемены рождали
представления об изменениях в окружающем мире. «Все течет!» - утверждал
философ Гераклит из Эфеса (около 530-470 гг. до н.э.). «Нельзя дважды войти в
одну и ту же реку».
Родоначальник греческой науки Фалес Милетский (около 624-547 гг. до н.э.) и
другие представители Ионийской школы: Анаксимандр (около 610-546 гг. до н.э.)
и Анаксимен (около 585-525 гг. до н.э.) - выдвинули идею о материальной
первооснове всех вещей, об их развитии из этой первоосновы. Так, Фалес считал,
что такой основой является вода, Анаксимандр - некое бесконечное и
неопределенное начало «алейрон», Анаксимен - воздух. Развивая эти воззрения, Гераклит
создал представление о мире как о вечно вспыхивающем и вечно угасающем огне.
«Мир, - утверждал Гераклит, - единый из всего, не создан никем из богов и
никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно
воспламеняющимся и закономерно угасающим...»
Таким образом, в противовес религиозным представлениям о сотворении мира
божественной силой из ничего первые греческие мыслители выдвинули идею
вечности и несотворимости мира, идею диалектического развития.
Почти одновременно с материалистическими представлениями ионийцев возникло
идеалистическое направление в философии, развитое Пифагором (около 580-500
гг. до н.э.) и его учениками. Личность Пифагора окутана туманом легенд, и
многие историки науки и философии считали самого Пифагора мифической
личностью. Однако именно о Пифагоре сохранилось достаточное количество сведений
биографического характера. Пифагор происходил из аристократического рода,
ведущего свою родословную от мифического Геракла. Уроженец острова Самос, он
принимал участие в политической борьбе аристократов и демократии на стороне
аристократии и вынужден был бежать в Италию, где основал тайный союз. В
политической борьбе союз был разгромлен, а Пифагор, по одним сведениям, был убит,
по другим - умер в новом изгнании. Однако пифагорейская школа продолжала
существовать и после смерти учителя. С ней связаны имена Филолая (конец V - на-
чало IV в. до н.э.), знаменитого философа Сократа и астронома Аристарха Са-
мосского, жившего в конце IV и первой половине III в. до нашей эры.
Влияние пифагорейской школы было весьма значительным, и в эпоху Галилея
учение о движении Земли именовалось «пифагорейским учением», философия и
идеология пифагорейцев была реакционной, идеалистической. Центральным пунктом
этой философии было учение о божественной роли чисел, которые, якобы,
управляют миром. Пифагорейцы, приписывая числам мистические свойства,
интерпретировали отдельные числа как совершенные символы: один - всеобщее первоначало,
два - начало противоположности, три - символ природы и т.д. Они полагали, что
любую вещь, любое явление мира можно выразить числами. Но так как они знали
только рациональные числа, то, по преданию, открытие несоизмеримости
диагонали квадрата с его стороной вызвало у них смятение.
Мистика чисел оказалась очень живучей. Она фигурирует в религиозных
воззрениях, в магии, астрологии, в идеалистических системах. Вместе с тем в идее
пифагорейцев о важности числовых отношений в природе имеется и рациональное
зерно: количественный анализ, математические соотношения сегодня составляют
основу научного описания природы. Первый пример такого описания дали сами
пифагорейцы, открыв, что длины струн, звучания которых дают гармонические
интервалы, относятся как простые целые числа (2:1, 3:2, 4:3). Важнейшей
заслугой пифагорейцев является представление о шарообразности Земли и о ее
движении.
Пифагорейцы выдвинули так называемую пироцентрическую систему, в которой
Земля, Солнце, Луна и планеты движутся вокруг центрального огня. Считая
десять священным числом, пифагорейцы ввели десять подвижных сфер, вращающихся
вокруг центрального огня. Так как древние знали лишь пять планет, кроме
Земли, то пифагорейцам для получения священного числа десять пришлось ввести
дополнительное небесное тело «противоземлю» (предвзятая догма приводила к
ложным гипотезам).
Таким образом, сферы Земли и противоземли, Солнца, Луны, пяти планет и
неподвижных звезд вращались вокруг центрального огня. Расстояния этих сфер от
центра, по учению пифагорейцев, подчиняются простым числовым соотношениям.
Вращающиеся сферы издают неслышимые гармонические звуки (музыка сфер).
В дальнейшем Аристарх Самосский выбросил центральный огонь и противоземлю
и, поместив в центре Вселенной Солнце, построил первую модель
гелиоцентрической системы. По-видимому, эта модель не была известна Копернику. В
посвящении к своей книге он ссылается на учение о движении сфер вокруг центрального
огня, изложенное пифагорейцем Филолаем.
Отметим, что наука Древней Греции с самого начала опиралась на знания,
добытые в странах Древнего Востока. Но также с самого начала проявились в этой
науке новые черты. Мыслитель Древней Греции стремился обсуждать проблему,
логически обосновать то или иное положение. Эта черта особенно ярко проявилась
в воззрениях последующих ученых: известных из истории философии элеатов,
атомистов и Аристотеля.
Таким образом, уже на первом этапе возникновения науки были поставлены
глубокие вопросы о строении и происхождении мира, о причине движения, о роли
количественных отношений в природе и т. д. Пытаясь ответить на эти вопросы,
ионийцы, пифагорейцы и элеаты положили начало теоретическому анализу природы,
разработке научной картины мира. В этих первых попытках много наивного,
фантастического , ложного, еще отсутствует проверка гипотез и представлений
опытом и математическим анализом. Но уже высказана четкая идея о вечности
материи, о развитии мира в силу естественных причин, построены первые модели
Вселенной. На смену религиозным и мифическим представлениям о возникновении и
строении мира пришла наука.
Возникновение
атомистики
Идея первичной материи (праматерии) ионийцев была очень привлекательной и
неоднократно в той или иной форме возрождалась в физике. Однако всякий раз
возникала трудность объяснения разнообразия вещей и происхождения изменений в
мире. Элеаты обошли эту трудность допущением однородности и неизменности
мира. Они, таким образом, сняли этот трудный вопрос и объяснили разнообразие
мира и движения иллюзией, вызванной обманом чувств. Однако такой ответ
находился в резком противоречии с повседневным опытом и не мог удержаться в
науке . По существу он был враждебен науке, по самой своей природе призванной
выдвигать вопросы и искать на них ответы.
Пытливое мышление древних греков отказалось от этой идеи элеатов, равно как
и от идеи праматерии, и выдвинуло концепцию элементов, из которых построена
Вселенная. Впервые эта концепция была выдвинута Эмпедоклом (около 4 90-430 гг.
до н.э.), жившим в городе Акраганте (Агригенте) на острове Сицилия, «Эмпе-
докл, - говорил греческий философ и историк науки Теофраст, - предполагает
четыре материальных элемента, а именно: огонь, воздух, воду и землю; эти
элементы, будучи вечными, изменяются по числу и величине путем соединения и
разделения. Существуют два начала в современном смысле этого слова, при помощи
которых элементы приводятся в движение; эти начала - Любовь и Вражда, ибо
элементы должны подвергаться двоякому движению, а именно: то соединению путем
Любви, то разделению путем Вражды».
Таким образом, все разнообразие вещей, по Эмпедоклу, обусловлено сочетанием
четырех различных элементов, а причиной изменения в природе является действие
притягательных и отталкивательных сил, которые у Эмпедокла носят названия -
Любовь и Вражда.
Чрезвычайно существенно, что Эмпедокл со всей ясностью утверждал всеобщее
начало сохранения. Его элементы вечны и неразрушимы: «они остаются сами
собой», «если бы они совсем погибли, и их не было бы более, как бы возникла
Вселенная? Откуда она бы явилась?» - спрашивает Эмпедокл. Они не могут и
исчезнуть, «нет пространства, не наполненного ими». Вечность элементов и,
следовательно, Вселенной обусловлена всеобщим началом сохранения: «Ничто не
может произойти из ничего, и никак не может то, что есть, уничтожиться». С
этого принципа Эмпедокла и начинается история законов сохранения, играющих такую
фундаментальную роль в современной физике.
С V в. до н.э. центр греческой науки переместился в Афины. Здесь появились
учителя мудрости - первые научные школы. В Афинах высокого уровня достигли
искусство, литература. В эпоху Перикла был создан знаменитый Акрополь,
великим скульптором Фидием воздвигнуты статуи, греческий драматург Софокл писал
трагедии, ставившиеся на сцене греческого театра, Аристофан сочинял комедии.
В Афины приезжали выдающиеся представители греческой науки. Здесь учил
математик Гиппократ, философ и физик Анаксагор (около 500-428 гг. до н.э.),
создавший учение о «семенах» всех вещей и движущем начале «нус» (дух),
сообщившем элементам материи вращательное движение, в результате которого
образовалась Земля и все вещи.
Анаксагор учил, что Луна, Солнце, планеты и звезды, которым египтяне и
греки приписывали божественную природу, являются раскаленными камнями.
За это смелое учение о материальности небесных светил он подвергся изгнанию
из Афин и окончил свою жизнь в Малой Азии.
Анаксагор был современником основателей атомистики Левкиппа и Демокрита
(около 460-370 гг. до н.э.).
Демокрит был родом из фракийского города Абдера. Сохранились сведения о
том, что он много путешествовал, был в Египте, Вавилоне, Персии, написал мно-
жество произведений по различным отраслям науки: математике, физике,
философии и др. Но его сочинения не дошли до нашего времени, и о них мы знаем
только из книг других авторов, по фрагментам, приведенным этими авторами. Тем не
менее, основные положения теории Демокрита воспроизводятся во многих
современных книгах по физике и философии почти одними и теми же словами. Вот эти
принципы Демокрита:
1. Из ничего не происходит ничего. Ничто существующее не может быть
разрушено. Все изменения происходят благодаря соединению и разложению частей.
2. Ничто не совершается случайно, но все совершается по какому-нибудь
основанию и с необходимостью.
3. Не существует ничего, кроме атомов и чистого пространства, все другое
только воззрение.
4. Атомы бесконечны по числу и бесконечно разнообразны по форме. В вечном
падении через бесконечное пространство большие, которые падают скорее,
ударяются о меньшие; возникающие из этого боковые движения и вихри
служат началом образования мира. Бесчисленные миры образуются и снова
исчезают одни рядом с другими и одни после других.
5. Различие между вещами происходит от различия их атомов в числе,
величине , форме и порядке; качественного различия между атомами не существует.
В атоме нет никаких «внутренних состояний»; они действуют друг на друга
только путем давления и удара.
6. Душа состоит из тонких, гладких и круглых атомов, подобных атомам огня.
Эти атомы наиболее подвижны, и движения их, проникающие в тело,
производят все жизненные явления.
Атомное учение, пройдя через века, выдержало ожесточенную борьбу с
идеализмом и поповщиной (еще Платон приказывал своим ученикам истреблять сочинения
Демокрита) и, развиваясь, стало основой всего современного естествознания.
В учении атомистов играет существенную роль принцип сохранения, который,
как мы видим, был уже у ионийцев. Новым моментом является допущение пустоты.
Ни у ионийцев, ни у пифагорейцев, ни у элеатов пустоте нет места. С точки
зрения элеатов, пустота - это небытие, а небытия нет, и его даже мыслить
нельзя. У пифагорейцев мировое пространство заполнено «пустым и холодным
эфиром». Эфир принимает и Анаксагор, с которым Демокрит встречался в Афинах, но,
по-видимому, во взглядах с ним решительно разошелся. В системе Демокрита нет
места для какого-то «разума», производящего движение частиц, движение атомов
вечно и не нуждается в особом начале. Движущиеся в пустом бесконечном
пространстве атомы, сталкиваясь друг с другом, производят все веши и
бесчисленные миры. Пустое бесконечное пространство Демокрита - это совершенно новый
элемент картины мира, и его появление вызвано успехами геометрии.
Сам Демокрит был крупным математиком. Одним из фундаментальных результатов
его математических работ было доказательство, что объем пирамиды равен одной
третьей объема призмы, а объем конуса - одной третьей объема цилиндра. В
математических доказательствах Демокрита огромную роль играла атомистика.
Атомами линии были точки, атомами поверхности - линии, атомами объемов - тонкие
листки.
Успехи геометрии шаг за шагом формировали представление о пустом
пространстве, лишенном каких-либо чувственно осязаемых свойств. Линии, поверхности,
геометрические тела становились абстрактными образами, чистой формой.
Пространство, свойства которого в дальнейшем описал Евклид, является чистой
протяженностью, лишенной материального содержания, и ареной движения атомов,
вместилищем всех тел природы. Согласно учению атомистов бесконечно пустого
пространства и атомов достаточно для описания разнообразных явлений мира, в
том, числе социальных и психических. Учение атомистов - монистическое учение,
по которому материя и движение - основы бытия.
Аристотель
Пелопоннесская война (431-404 гг. до н.э.) привела к упадку Афин и афинской
демократии. Происходили глубокие изменения и в идеологии. Материалистическая
система ионийцев и атомистов вытеснилась идеалистической философией Сократа
(469-399 гг. до н.э.) и его ученика Платона (427-347 гг. до н.э.). Появились
учителя беспринципной диалектики - софисты, на которых был большой спрос в
обострившейся политической борьбе внутри господствующего класса. Вместе с тем
развивалось искусство диалога, умение логически мыслить, повышался интерес к
строгим математическим доказательствам, философ Платон, основавший свою
школу, так называемую «Академию Платона», высоко ценил математику, хотя сам, не
был даровитым математиком. По преданию, над входом в Академию была надпись:
«Пусть не входит никто, не знающий математики». В трудах Платона содержался и
ряд интересных физических идей, однако, в историю науки он вошел по
преимуществу как философ-идеалист. Общество ощущало потребность в систематизированном
научном знании, и на долю ученика Платона, знаменитого мыслителя древности
Аристотеля выпала задача составить систематический свод научных знаний своего
времени.
Аристотель родился в 384 г. до н.э. в городе Стагире, в северо-восточной
области Греции. Город находился недалеко от границы с Македонией, и отец
Аристотеля Никомах был придворным врачом македонского царя Аминты II. Сын Аминты
Филипп, отец Александра Македонского, был другом детства Аристотеля,
впоследствии, будучи царем, он пригласил Аристотеля в наставники к своему сыну
Александру, будущему знаменитому полководцу.
Македония далеко уступала Афинам в экономическом и культурном развитии.
Афиняне презрительно называли македонцев варварами. Однако при Аминте и
особенно Филиппе Македония превратилась в грозную в военном отношении державу, а
политические распри в Афинах были искусно использованы Филиппом. Несмотря на
сопротивление антимакедонской партии, возглавляемой знаменитым оратором
Древней Греции Демосфеном, речи которого против Филиппа вошли в историю под
названием «филиппики», Афины не устояли в военном столкновении с Македонией. В
338 г. до н.э. в битве при Херонее греческие войска были разбиты
македонскими, а состоявшийся в следующем, 337 г. до н.э. Коринфский конгресс закрепил
гегемонию Македонии над Афинами и Грецией. Сам Филипп стал готовиться к
военному походу на Персию, но в 366 г. до н.э. был убит, и этот поход начался под
предводительством его сына Александра Македонского. Александр в результате
многолетних победоносных походов в Азию и Африку создал огромную империю,
подчинив Персию, Египет, среднеазиатские государства, дойдя со своими
войсками до Индии.
Наступала новая эпоха в развитии древнего мира.
Но эти события были еще впереди, когда восемнадцатилетний Аристотель прибыл
в Афины в Академию Платона. Однако Платона он там не Застал, тот был в
Сицилии. Академией руководил математик и астроном Евдокс Книдский (около 408-355
гг. до н.э.), впервые разработавший теорию движения планет вокруг Земли с
помощью систем вращающихся сфер.
Около двух лет Аристотель пробыл в Академии до встречи с ее основателем и
около двадцати лет вместе с Платоном до самой смерти своего учителя. После
смерти Платона Аристотель с 343 по 339 гг. до н.э. жил в столице Македонии
Пелле в качестве наставника Александра. В 336 г. до н.э. Аристотель вернулся
в Афины, где основал свой Лицей.
Александр Македонский умер во время походов в 323 г. до н.э. После его
смерти в Афинах взяла верх антимакедонская партия. Демосфен вернулся из
изгнания, а Аристотель был изгнан на остров Эвбею, где и умер осенью 322 г. до
н.э., пережив своего знаменитого ученика на один год. Но противники Македонии
торжествовали недолго. В год смерти Аристотеля антимакедонские силы были
разбиты, Демосфен покончил жизнь самоубийством. Так личная судьба Аристотеля
переплелась с бурным и напряженным периодом политической истории Древней
Греции . Научное наследие Аристотеля огромно. Оно образует полную энциклопедию
научных знаний своего времени. Правда, в его трудах мы не находим
математических и механических исследований. Аристотелю долгое время приписывалось
сочинение «Механические проблемы», однако, как выяснилось, оно написано после его
смерти, лицом, по-видимому, вышедшим из школы Аристотеля.
Аристотель положил основание и истории науки. В его «Метафизике» мы находим
мысли о возникновении науки и искусства, обзор и критический анализ
результатов работ его предшественников. О многих античных ученых мы знаем только по
сведениям, приводимым Аристотелем. Преемник Аристотеля по руководству Лицеем
Теофраст (Феофраст) был автором исторического сочинения «Мнения физиков», а
другой ученик Аристотеля - Евдем Родосский был первым историком математики.
Пожалуй, ни один ученый не оказывал такого длительного и глубокого влияния
на развитие человеческой мысли, как Аристотель. Его воззрения принимались за
истину в течение ряда столетий. В средневековых европейских университетах
естествознание излагалось по Аристотелю, которого называли предтечей Христа в
истолковании природы. Последователей Аристотеля именовали перипатетиками, от
греческого слова «перипатос» - место для прогулок (в этом месте находился
Лицей) .
Новому естествознанию пришлось вступить в борьбу с представителями
перипатетической философии, которые, превратив в догмат некоторые положения
Аристотеля, стали врагами научного прогресса. В теории Аристотеля были
высказывания, за которые ухватилась христианская церковь и объявила их каноническими
догмами. Поэтому борьба против учения Аристотеля была нелегким и опасным
делом. Противников Аристотеля легко можно было обвинить в выступлениях против
религии, против авторитета церкви, в ереси. Известно, как беспощадно
расправлялась церковь с еретиками.
Однако сам Аристотель был далеко не догматиком. Он не был и идеалистом, как
его учитель Платон. Он признавал объективное существование материального мира
и его познаваемость. Но одновременно он верил в существование богов,
противопоставлял земной и небесный миры, искал высшую цель природы и т.п. Все это
давало возможность церкви ухватиться за мертвое в философии Аристотеля и
отбросить все живое - его пытливые искания, его стихийную диалектику и многие
глубокие мысли, привлекающие к Аристотелю внимание мыслителей. Современная
физика нередко находит у Аристотеля интересные высказывания, звучащие весьма
актуально.
Аристотель был крестным отцом физической науки. Название его книги,
посвященной исследованию природы («физика»), стало названием физической науки. Сам
Аристотель в начале своей книги определяет цели и задачи этой науки следующим
образом: «Так как научное знание возникает при всех исследованиях, которые
простираются на начала, причины или элементы путем их познания (ведь мы тогда
уверены в познании всякой вещи, когда узнаем ее первые причины, первые начала
и разлагаем ее вплоть до элементов) , то ясно, что и в науке о природе надо
определить прежде всего то, что относится к началам2». Из этого высказывания
Аристотеля вытекает, что наука о природе должна исследовать «первые причины»
природы, ее «первые начала» и «элементы». Говоря современным языком, физика
должна изучать основные закономерности (первые причины) и принципы («первые
начала») природы и ее «элементы» («элементарные частицы») Таким образом,
физика является общей теорией природы, основанной на фундаментальных законах и
представлениях об основных элементах (частицах и полях в современной физике).
2 Аристотель, Физика. — М.: Соцэкгиз, 1936, с. 5.
Современный теоретик разделяет этот взгляд Аристотеля на задачи физики и
работает над построением такой всеобъемлющей теории природы.
Интересно замечание Аристотеля о пути познания природы: «Естественный путь
к этому (к познанию «начал» природы. - П. К.) идет от более известного и
явного для нас к более явному и известному с точки зрения природы вещей: ведь
не одно и то же, что известно для нас и прямо, само по себе. Поэтому
необходимо вести дело именно таким образом: от менее явного по природе, а для нас
более явного, к более явному и известному по природе3».
В свете истории науки это высказывание Аристотеля приобретает очень
глубокое значение. Люди воспринимают вещи сначала такими, какими они им
представляются («явными для нас»), а не такими, какими они являются сами по себе («по
природе»). Камень в обыденном представлении и камень в понимании современного
физика - разные вещи. Путь научного познания и лежит в направлении от
обычного чувственного созерцания, весьма далекого от понимания истинной природы
вещей, к более глубокому пониманию этой природы, весьма далекому от обычного
представления «по здравому смыслу». Так, Земля представлялась плоской и
неподвижной .
Открытие шарообразности Земли было крупным шагом в направлении познания к
«явному по природе» и «менее явному для нас». Открытие Коперника представляло
следующий шаг в том же направлении.
История науки подтверждает правильность высказывания Аристотеля о пути
познания природы: от более известного и явного для нас к более явному и
известному с точки зрения природы вещей.
Прежде чем изложить физическую картину мира по Аристотелю, остановимся на
его методе познания. В аристотелевской «Физике», в отличие от современного
учебника физики, мы не найдем ни математических формул, ни описаний опытов и
приборов. Аристотель приходит к тем или иным выводам путем рассуждений,
установления логических противоречий в выводах, следующих из тех или иных
предположений. Такой метод, метод диалектики и логики, был в большом ходу у древних
мыслителей. Сократ, выдвигая те или иные положения, ставил вопросы,
придумывал ответы, сопоставлял эти ответы и показывал логическую противоречивость
тех или иных ответов, кажущихся на первый взгляд очевидными. Тем самым он
доказывал их неправильность, абсурдность.
Диалог, дискуссия были основным методом Сократа и его ученика Платона,
сочинения которого прямо написаны в форме диалога, «Физика», «Метафизика» и
другие труды Аристотеля, хотя формально и не являются диалогами, носят следы
такого метода познания, и, несомненно, идеи Аристотеля вызревали в подобного
рода дискуссиях и беседах. Читать его «Физику» очень трудно, прежде всего,
потому, что мы не знаем этой первичной основы книги, нам нередко непонятно,
откуда берется то или иное положение, тогда как для Аристотеля и его учеников
это было совершенно ясным.
Громадная практика дискуссий, научных и политических, составляющих
привычную картину духовной и общественной жизни древнего греческого города,
послужила основным материалом для научных обобщений Аристотеля, и этот материал
нам в своей массе недоступен. Поэтому так многое у Аристотеля кажется
непонятным. Комментаторам Аристотеля во все времена было немало работы.
Так или иначе, метод эксперимента и математического анализа был отброшен
Аристотелем. Конечно, в эпоху рабовладения «ремесленное» искусство
экспериментаторов не пользовалось и не могло пользоваться уважением. Рабовладелец
ценил тонкую игру мысли, но к искусной работе рук он относился с
пренебрежением, что не мешало ему ценить достижения художников и архитекторов.
Аристотель был тонким наблюдателем и даже искусным экспериментатором, как это видно
3 Аристотель, Физика. — М.: Соцэкгиз, 1936, с. 5.
в особенности из его биологических работ. Но в своей «Физике» он не
апеллирует к опыту, полагаясь исключительно на силу логического анализа4.
Следует отметить, что Аристотель отличал вещи, существующие «по природе»,
от вещей, созданных искусственно. «По природе, мы говорим, существуют
животные и части их, растения и простые тела, как-то: земля, огонь, вода, воздух».
Вещи, существующие по природе, носят в самих себе «начало движения и покоя»,
в то время как тела, изготовленные искусственно, «не имеют в себе врожденного
стремления к изменению», а изменяются постольку, поскольку они состоят из
элементов природы.
Аристотелю вряд ли бы понравилось исследование природы с помощью комбинации
искусственных вещей. Эксперимент нарушает жизнь природы и искажает ее
познание . По тем же причинам Аристотель считал недопустимым применение математики
в исследовании природы. Математика, какой она была в Древней Греции, имела
дело с постоянными величинами и отношениями, природа же нечто движущееся,
непрерывно изменяющееся. Математика имеет дело с абстрактными, не материальными
понятиями, природа же конкретна, материальна. «Точность, именно
математическую точность, нужно требовать не во всех случаях, но лишь для предметов, у
которых нет материи. Таким образом, этот способ не подходит для науки о
природе, ибо природа во всех, можно сказать, случаях связана с материей».
Совершенно ясно, что при таких методологических предпосылках «Физика»
Аристотеля является скорее философским трактатом, чем руководством по
естествознанию. В ней Аристотель обсуждает общие понятия науки о природе: понятия
материи и движения, пространства и времени, разбирает действующие причины,
вопрос о существовании пустоты, о конечном и бесконечном, о первичных
качествах.
Аристотель признавал объективное существование материи, которая у него,
однако, является своеобразным «текучим» понятием. «Я называю, - говорит
Аристотель, - материей первый субстрат каждой вещи, из которого возникает какая-
нибудь вещь...» Так, материей статуи является мрамор, из которого она
сделана, материей дуба - желудь, из которого он развился, и т.д. «Текучесть»
понятия материи видна из того, что по отношению к мрамору, желудю и т.д. можно
поставить вопрос об их субстрате и, таким образом, прийти к какой-то
первичной субстанции - «первоматерии».
Существенным моментом в представлении Аристотеля о материи является то, что
она сама по себе служит только возможностью возникновения реальной вещи,
некоторым пассивным началом природы. Для того чтобы вещь стала реальностью, она
должна получить форму, которая превращает возможность в действительность.
Всякая вещь есть единство материи и формы, в природе происходят постоянные
переходы материи в форму, формы в материю. Отсюда возникает учение Аристотеля
о четырех действующих причинах:
1) материальной;
2) формальной;
3) производящей;
4) конечной.
Активная производящая причина есть движение, конечная - цель.
Учение о четырех причинах получило большое распространение в средние века,
став краеугольным камнем схоластики. Казалось, что именно в этом пункте и,
прежде всего, в концепции конечной цели Аристотель скатывается на позиции
идеализма. Природа у него действует подобно скульптору, который из глыбы
мрамора (материи) осуществляет свою цель, придавая этой глыбе форму статуи. От-
Аристотель утверждал, что у женщин меньше зубов, чем у мужчин. Хоть он и был
дважды женат, ему ни разу не пришло в голову проверить это утверждение, посмотрев во рту
у своей жены.
сюда недалеко и до признания «верховного скульптора» - бога, преследующего в
мироздании «высшую цель». Так это и понималось в эпоху средневековья.
Однако развитие науки заставило по-новому оценить идеи Аристотеля о материи
как о возможности и цели.
Материя как возможность неожиданно получила свое воплощение в
представлениях современной теоретической физики о виртуальных частицах и полях. Что же
касается концепции цели, т.е. программирования материальных процессов, то
представление Аристотеля о том, что желудь стремится осуществить цель -
превратиться в дуб, получило права гражданства в современной биологии. Согласно
современным представлениям, в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты)
запрограммировано будущее развитие биологического объекта.
Движение Аристотель понимает как общее изменение, как активное превращение
возможного в действительное. Механическое движение (греческое «фора», отсюда
одно из названий кинематики - «форономия ») - это только один из видов
движения, заключающийся в перемене места. Понятие «место» Аристотель разбирает
подробно. Оно и неразрывно связано с материальным телом (пространство,
лишенное материи, Аристотель категорически отвергает) и образуется из отношения
одного тела к другому Место, по Аристотелю, не что иное, как граница
объемлющего тела. Например, воздух, окружающий Землю, является местом Земли.
Время Аристотель связывает с движением, оно служит своеобразной мерой
движения , «числом движения». Наиболее простым Аристотель считает равномерное
круговое движение, «так как число его является самым известным». «Оттого и
время кажется движением сферы, что этим движением измеряются прочие движения
и время измеряется им же». Так астрономическая практика, давшая основу
измерения времени, отразилась в аристотелевской концепции времени.
В своей «физике» Аристотель подробно разбирает взгляды своих
предшественников - ионийцев, элеатов, Анаксагора, Левкиппа и Демокрита на первоначала
мира. Он критикует воззрения атомистов, признающих пустоту и бесчисленное
множество атомов и миров, так как, по его мнению, эта точка зрения приводит к
логическим противоречиям. Бесконечное мыслимо только в возможности
(«потенциальная бесконечность»), реальный мир конечен и ограничен и построен из
конечного числа элементов.
Понятие пустоты, по Аристотелю также ведет к противоречиям с
действительностью . Правильно подметив, что среда оказывает сопротивление движению и тем
большее, чем она плотнее, Аристотель приходит к выводу, что бесконечное
разреженное пустое пространство приводило бы к бесконечному движению. Это, по
его мнению, невозможно. В отсутствие сопротивления скорость тела была бы
бесконечной, что также невозможно. Любопытно, что другим аргументом против
пустоты является совершенно правильный вывод Аристотеля об одинаковой скорости
падения всех тел в пустоте, равно как и вывод о бесконечном инерциальном
движении. В реальных условиях движение конечно и тела падают с разной скоростью.
Аристотель полагает, что, чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает. Только
Галилей опроверг это мнение Аристотеля, подтвердив отвергнутое Аристотелем
утверждение, что в пустоте все тела падают одинаково. Он же впервые ввел
понятие о бесконечном инерциальном движении. Эйнштейн же аристотелевский
принцип невозможности бесконечно большой скорости совместил с допущением пустоты,
приняв в качестве предельной скорости скорость света в вакууме. Физическая
картина мира Аристотеля наряду с правильными и интересными мыслями содержит
неверные и реакционные положения. К таким утверждениям относится учение
Аристотеля о существовании абсолютного неподвижного центра мира (Земли), о
противоположности земного и небесного.
Все эти утверждения, как уже говорилось, были канонизированы церковью и
рассматривались в эпоху средневековья как абсолютная догма. Реальное земное
тело не могло стать принадлежностью вечного, неразрушимого небесного мира.
Земной мир построен из изменчивых и превратимых друг в друга элементов, в
нем происходит непрерывное изменение, разрушение и уничтожение. Четыре
основные противоположности: сухость и влажность, тепло и холод - в своих
сочетаниях дают начало четырем основным элементам мира: холодная и сухая Земля,
холодная и влажная вода, теплый и влажный воздух, теплый и сухой огонь. Эти
четыре элемента Аристотеля отличаются от аналогичных элементов Эмпедокла тем,
что они могут переходить друг в друга путем изменения первичных качеств. Это
учение Аристотеля стало теоретической базой алхимии.
В земном мире действуют также начала тяжести и легкости. Все тела в силу
этих качеств стремятся либо к центру мира, либо от центра вверх. Так, дерево
в воздухе стремится к центру, в воде же всплывает. Вертикальное падение или
стремление вверх, по Аристотелю, является естественным движением, присущим
телам в силу основных начал тяжести или легкости. Все прочие движения
насильственны и поддерживаются только внешними силами и воздействиями. Само по себе
тело придет в движение только в силу тяжести, во всех остальных случаях
должна действовать сила. Небесным телам присуще равномерное круговое вращение.
Круг вообще Аристотель считает за нечто чудесное и его чудесным свойством
объясняет и действие рычага.
Пустота, невесомость, по Аристотелю, неестественны, невозможны.
Аристотелевский физик - это человек, живущий в воздушной среде на неподвижной Земле,
в поле тяготения этой Земли и не мыслящий мир без этих атрибутов. В
соответствии с повседневными представлениями Аристотель принимает геоцентрическую
систему мира и концепцию ограниченной Вселенной, расслоенной на сферы
движения небесных светил.
Естествознанию предстояло пройти длительный путь поисков и борьбы, чтобы
прийти к иному миропониманию.
Атомистика в после-
аристотелевскую эпоху
Войны Александра Македонского изменили лицо древнего мира и привели в
соприкосновение греческую и восточную цивилизации. Из этого контакта возник
сплав культуры, играющий большую роль в мировой истории, и в частности в
возникновении и развитии христианства. На обломках распавшейся после смерти
Александра огромной империи возникли новые государства, новые центры
торговли, ремесла и культуры.
Полководцы Александр Селевк и Птолемей Лаг поделили между собой мир. Селевк
и его преемники (селевкиды) обосновались в Азии. Птолемей и его преемники - в
Африке. В этих государствах возникли новые центры экономической и культурной
жизни: Пергам, Антиохия, остров Родос в Азии, Александрия в Африке. Афины
превратились в провинцию, хотя пульс философской и научной жизни продолжал
еще биться и после смерти Аристотеля. Характер греческой науки и философии,
однако, претерпел существенные изменения.
В истории науки и культуры древнего мира начался новый период, получивший
название эллинистического (эллин - грек) и продолжавшийся от образования
эллинистических государств (конец IV - начало III в. до н.э.) до завоевания
Египта Римом (I в. до н.э.). С этого времени начинается третий период истории
науки - греко-римский. В течение этого периода эллинская языческая культура
уступает свои позиции новой, христианской культуре, вступившей в резкую
оппозицию к язычеству, ярким выражением которой является разгром знаменитой
Александрийской библиотеки и убийство женщины-астронома Гипатии (415 г. н.э.).
Борьба завершается длительным господством религиозной идеологии в духовной
жизни средневековья, подчинившей науку и культуру. Именно этим объясняется
тот факт, что замечательные достижения античной науки оказались в значитель-
ной степени забытыми, а подавляющее большинство трудов древних авторов -
утраченными .
С самого начала религия (не только христианская) была врагом науки и
свободной научной мысли. Следы этой вражды видны во всей истории науки, в том
числе и в науке древности. Римский поэт и философ Лукреций Кар (около 99-55
гг. до н.э.) в своей знаменитой поэме «О природе вещей», ставшей классическим
произведением научного естествознания, вдохновенно описал «тягостный гнет
религии», под которым «безобразно влачилась» жизнь людей и против которого
восстал греческий мыслитель, вступив в бесстрашную борьбу с религиозной
идеологией . Смелый мыслитель, воспетый Лукрецием в первой песне поэмы и изложению
учения которого посвящена вся эта поэма, - последний блестящий представитель
афинской науки и философии Эпикур5 (341-270 гг. до н.э.), развивший учение
Демокрита о природе.
В творчестве Эпикура уже ясно обозначились интересы новой эпохи. Ученого
занимали по преимуществу проблемы этики. Эти проблемы оживленно обсуждались в
эллинистическую и греко-римскую эпоху, и значительная часть этического и
философского наследия этого периода вошла в христианскую этику и философию.
Однако этика Эпикура была материалистической и земной («эпикурейство») и
вызвала злобную реакцию «отцов» церкви.
Учение Эпикура о природе основано на концепции атомов Демокрита, но
несколько отличается от демокритовского. Поразителен размах атомной теории.
Существованием атомов Эпикур, а за ним и Лукреций пытаются объяснить все
естественные, психические и социальные явления. Само представление об атомах
выводится из хорошо известных фактов. Так, белье сохнет потому, что под
действием солнца и ветра от него отрываются невидимые частицы воды, рука медной
статуи у городских ворот, к которой прикасаются в поцелуе губы входящих в
город, заметно тоньше по сравнению с другой рукой, так как при поцелуе губы
уносят частицы меди.
Атомы находятся в беспорядочном движении, и Лукреций рисует модель движения
атомов, уподобляя его движению пылинок в солнечном луче, ворвавшемся в темную
комнату. Это первая в истории науки картина молекулярного движения,
написанная древним автором. Само хаотическое движение атомов Эпикур объясняет иначе,
чем Демокрит, - он отступает от строгого детерминизма Демокрита. Эпикур не
признает различия в скорости падения малых и больших атомов; в пустом
пространстве все частицы движутся с одинаковой скоростью. Но в некоторые моменты
самопроизвольно возникают случайные небольшие отклонения той или иной частицы
от прямолинейного пути. Эти отклонения Эпикур считал необходимыми, чтобы
объяснить свободную волю людей, так что атомы как бы также обладают некоей
«свободой воли».
Эпикур и Лукреций считали, что одна необходимость не в состоянии объяснить
разнообразие явлений природы и особенности поведения людей и животных.
Следует допускать небольшие случайные отклонения атомов в неопределенных местах, в
неопределенные моменты времени («не в положенный срок и на месте, дотоль
неизвестном») . Так впервые в истории науки в научный анализ наряду с
необходимостью вводится случайность.
Основной принцип материалистической философии «из ничего ничего не бывает»
лежит в основе учения Эпикура-Лукреция:
За основанье тут мы берем положенье такое.
Из ничего не творится ничто по божественной воле.
Теория Эпикура изложена в поэтической форме в поэме Лукреция «О природе вещей»,
написанной в I в. до н.э. Эта поэма издана в русском переводе в серии «Классики
науки», основанной академиком СИ. Вавиловым, в двух томах. Том второй содержит научные
комментарии и отрывки из произведений самого Эпикура.
Лукреций прямо восстает против религиозного тезиса о сотворении мира из
ничего по божественной воле, он противопоставляет ему воззрение о вечных
превращениях неразрушимой материи:
Ты видишь отсюда,
Что из материи все вырастает своей и живет ей
Мир бесконечен в пространстве:
Нет никакого конца ни с одной стороны у Вселенной.
Где бы ты ни был, везде с того места, что ты занимаешь,
Все бесконечном она остается во всех направлениях
Этот бесконечный мир не имеет никакого центра.
Учение Аристотеля о естественном центре Вселенной атомисты отвергают.
Вместе с тем у Лукреция нет представления о шарообразности Земли. В этом
отношении он делает шаг назад по сравнению с Аристотелем. Трудно понять, как это
сочетается у него с представлением о множестве миров, с космогонической
концепцией о возникновении этих миров из сочетания атомов.
Уже из этого примера видно, что пути к истине далеко не прямолинейны,
научные познания не развиваются по непрерывно восходящей линии. Пифагорейцы
первыми приняли гипотезу о сферичности Земли, но даже у Анаксагора она плоская
лепешка.
В дальнейшем, в эллинистическую эпоху, предпринимаются первые научные
попытки определения радиуса Земли, но Лукреций, спустя два века после этих
попыток, вновь возвращается к плоской Земле и резко выступает против
представления об антиподах, против относительности верха и низа.
Однако эти ошибки не умаляют огромного исторического значения достижений
древних атомистов. Они ввели в науку плодотворную идею, прошедшую через века,
развившуюся в наши дни в могучую науку об атоме и атомном ядре. Они построили
первые научные теории явлений природы, основанные на идее атомов, и
современная кинетическая теория материи начинается с картины, нарисованной Лукрецием:
Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет проникает
В наши жилища и мрак прорезает своими лучами,
Множество маленьких тел в пустоте ты увидишь, которые
Мечутся взад и вперед в лучистом сиянии света;
Будто бы в вечной борьбе они бьются в сраженьях и битвах,
В схватке бросаются вдруг по отрядам, не зная покоя.
Или сходясь, или врозь беспрерывно опять разлетаясь.
Можешь из этого ты уяснить себе, как неустанно
Первоначала вещей6 в пустоте необъятной мятутся
Так о великих вещах помогают составить понятие
Малые вещи, пути намечая для их постиженья.
Эта модель мятущихся пылинок, нарисованная Лукрецием, аналогична
современной картине броуновского движения; видимое движение пылинок возникает от
невидимых толчков атомов:
Так, исходя от начал, движенье мало-помалу
Наших касается чувств, и становится видимым также
Нам и в пылинках оно, что движутся в солнечном свете,
Хоть не заметны толчки, от которых оно происходит.
6 Так Лукреций называет атомы (primordia rerum).
Гениальные догадки древних атомистов предопределили будущий успех атомной
теории материи.
Атомистика Эпикура-Лукреция продолжала линию научного развития доаристоте-
левского периода. В своей поэме Лукреций обсуждает воззрения Гераклита Эфес-
ского, Эмпедокла, Анаксагора, Демокрита, критически оценивая их и предлагая
эпикурейский вариант атомистики. Он примыкает к этой линии и по методу
диалектического рассуждения. Хотя Лукреций и не прибегает к диалогу,
полемический характер многих частей поэмы роднит его с диалектиками предшествующей
эпохи. Но атомистика послеаристотелевской эпохи носит и существенно новые
черты: она более конкретна, более «физична», чем теория Аристотеля и
атомистика Демокрита. Атомы Демокрита по существу чисто геометрические образы, они
характеризуются только формой и объемом. У Эпикура и Лукреция атомы обладают
весом, плотностью (твердостью) и, наконец, внутренней способностью к
самопроизвольным отклонениям от прямолинейного движения. Приведенная выше модель
движения атомов в пустоте показывает, как развилось конкретное физическое
мышление в послеаристотелевскую эпоху. Естествознание в эту эпоху стало
переходить из сферы отвлеченного, философского размышления о природе в сферу
конкретных фактов и явлений. В эллинистическую эпоху греческая математика,
механика и астрономия наряду с другими отраслями знаний достигли своего
наивысшего развития. Греческая наука перешла от рассмотрения мира в целом к
дифференцированному знанию, из единой науки выделились и развились отдельные науки,
естественные и гуманитарные.
В чем причина такого изменения характера науки? Основная причина
заключается в изменении исторических условий, в новых общественных потребностях.
Походы Александра Македонского требовали не только полководческого искусства, но
и конкретных знаний и умений. Войско сопровождали инженеры и строители. Со
времен Александра необычайно развилась военная и строительная техника.
Профессия инженера стала пользоваться общественным признанием и уважением.
Новые торговые, политические и экономические связи охватили огромную
территорию от Индии и Средней Азии до Пиренеев. Астрономия, география, а с ними и
естествознание в целом стали общественно необходимыми. Не случайно наследники
империи Александра проявляли большую заботу об ученых, создавали условия,
обеспечивающие им возможность спокойной научной работы. Уже первый Птолемей
привлекал в Александрию ученых, создавал библиотеку, при втором Птолемее
возникло знаменитое научное учреждение древнего мира - Александрийский музей.
Если Академия Платона и Лицей Аристотеля были предшественниками современных
университетов, в которых сочетается научная и педагогическая работа, то
Александрийский музей можно рассматривать как предшественник современных научно-
исследовательских институтов. К услугам ученых были библиотека, обсерватории,
коллекции, ученые получали полное содержание и могли не заботиться о
средствах к существованию. Все это обеспечивало ведущую роль Александрии в научном
прогрессе эллинистической эпохи, так что нередко эллинистический период в
истории науки называют Александрийским.
Почти каждый ученый эллинистической эпохи был связан с Александрией если не
личным контактом, то научной перепиской, которая в этот период получила
большое развитие. Знаменитый Архимед сообщал свои результаты в форме писем,
направленных из Сиракуз александрийским математикам. В Александрии жили и
работали крупные ученые: геометр Евклид, географ и математик Эратосфен, астрономы
Конон, Аристарх Самосский и позже Клавдий Птолемей. С Александрией были
связаны жившие на острове Родосе математик Аполлоний Пергский, астроном Гиппарх
и сиракузянин Архимед. В развитии науки особенно важную роль сыграли Евклид и
Архимед.
Евклид (жил в III в. до н.э.) подытожил и систематизировал математические
знания своих предшественников, из коих его учителем был знаменитый ученый Ев-
доке Книдский. «Начала» Евклида представляют собой изложение той геометрии,
которая известна и поныне под названием евклидовой геометрии. Она описывает
метрические свойства пространства, которое современная наука называет
евклидовым пространством. Евклидово пространство является ареной физических
явлений классической физики, основы которой были заложены Галилеем и Ньютоном.
Это пространство пустое, безграничное, изотропное, имеющее три измерения.
Евклид придал математическую определенность атомистической идее пустого
пространства, в котором движутся атомы. Простейшим геометрическим объектом у
Евклида является точка, которую он определяет как то, что не имеет частей.
Другими словами, точка - это неделимый атом пространства.
Бесконечность пространства характеризуется тремя постулатами:
• «От всякой точки до всякой точки можно провести прямую линию».
• «Ограниченную прямую можно непрерывно продолжить по прямой».
• «Из всякого центра и всяким раствором может быть описан круг».
Учение о параллельных и знаменитый пятый постулат («Если прямая, падающая
на две прямые, образует внутренние и по одну сторону углы, меньшие двух
прямых, то продолженные неограниченно эти две прямые встретятся с той стороны,
где углы меньше двух прямых») определяют свойства евклидова пространства и
его геометрию, отличную от неевклидовых геометрий.
Несколько позже Архимед дал еще одну характеристику евклидова пространства,
приняв следующее допущение: «Из всех линий, имеющих одни и те же концы,
прямая будет наименьшей». Прямая линия в евклидовой геометрии является
геодезической линией, т.е. линией, имеющей наименьшую длину. Евклидово пространство
является плоским.
Конечно, все эти особенности евклидова пространства были открыты не сразу,
а в результате многовековой работы научной мысли, но отправным пунктом этой
работы послужили «Начала» Евклида. Знание основ евклидовой геометрии является
ныне необходимым элементом общего образования во всем мире.
Евклид заложил основы геометрической оптики, изложенные им в сочинениях
«Оптика» и «Катоптрика». Основное понятие геометрической оптики -
прямолинейный световой луч. Евклид принимает, что световой луч исходит из глаза (теория
зрительных лучей), что для геометрических построений не имеет существенного
значения. Он знает закон отражения и фокусирующее действие вогнутого
сферического зеркала, хотя точного положения фокуса определить ещё не может. Во
всяком случае, в истории физики имя Евклида как основателя геометрической оптики
не заняло надлежащее место.
Архимед
Архимед родился в 287 г. до н.э. в Сиракузах, на острове Сицилия. Сицилия
была дальним западным форпостом греческой культуры. Здесь жил и умер Эмпе-
докл, сюда приезжал Платон осуществлять свои идеи об идеальной структуре
рабовладельческого государства, и еще в годы детства Архимеда эпирский царь
Пирр вел здесь войну с римлянами и карфагенянами, пытаясь создать новое
греческое государство. В этой войне отличился один из родственников Архимеда-
Гиерон, ставший в 270 г. до н.э. правителем Сиракуз. Отец Архимеда, астроном
Фидий, был одним из приближенных Гиерона, и это открыло ему возможность дать
сыну хорошее образование. Но Архимед не поехал в Афины, а отправился в
Александрию, где у него сложились дружеские отношения с астрономом Кононом,
математиком и географом Эратосфеном, с которыми он поддерживал в дальнейшем
научную переписку.
Архимед вернулся в Сицилию зрелым математиком, однако первые его труды были
посвящены механике. Интересно отметить, что Архимед в своих математических
работах нередко опирается на механику. Он использует принцип рычага при
решении ряда геометрических задач. Вообще говоря, Архимед был представителем
математической физики, вернее, физической математики.
Принцип рычага и учение о центре тяжести являются важнейшими (наряду с
законом Архимеда) научными достижениями Архимеда в области механики.
Архимед был не только математиком и механиком. Он был одним из крупнейших
инженеров своего времени, конструктором машин и механических аппаратов. Он
изобрел машину для поливки полей («улитку»), водоподъемный винт и особенно
успешно разрабатывал конструкции военных машин. Это был первый ученый,
уделявший много внимания и сил военным задачам. К этому его побуждало
политическое положение Сиракуз. Архимеду было 23 года, когда началась 1-я Пуническая
война между Римом и Карфагеном, и 69 лет, когда началась 2-я Пуническая
война, во время которой он и погиб (212 г. до н.э.).
В борьбе между Римом и Карфагеном вопрос об обладании Сицилией занимал
важное место. Оба могущественных государства прилагали немало усилий, чтобы
склонить на свою сторону Сиракузы. Гиерон и его преемники стремились всячески
сохранить независимость, но понимали, что военное столкновение с Римом
неизбежно, и готовились к грядущей тяжелой военной схватке. В оборонительных
планах Сиракуз военная техника занимала видное место, и инженерный гений
Архимеда сыграл при этом огромную роль.
Под руководством Архимеда сиракузяне построили множество машин различного
назначения. Когда римляне высадили в Сицилии сухопутное войско под
предводительством Аппия Клавдия, а под стенами Сиракуз появился римский флот под
командованием Марцелла, то наступила очередь Архимеда.
Предоставим слово греческому историку Плутарху, написавшему биографию
Марцелла: «При двойной атаке римлян (то есть, с суши и с моря. - П.К.) сиракузцы
онемели, пораженные ужасом. Что они могли противопоставить таким силам, такой
могущественной рати? Архимед пустил в ход свои машины. Сухопутная армия была
поражена градом метательных снарядов и громадных камней, бросаемых с великой
стремительностью. Ничто не могло противостоять их удару, они все низвергали
пред собой и вносили смятение в ряды. Что касается флота - то вдруг с высоты
стен бревна опускались на суда, вследствие своего веса и приданной скорости,
и топили их. То железные когти и клювы захватывали суда, поднимали их в
воздух носом вверх, кормою вниз и потом погружали в воду. А то суда приводились
во вращение и, кружась, попадали на подводные камни и утесы у подножия стен.
Большая часть находящихся на судах погибала под ударом. Всякую минуту видели
какое-нибудь судно поднятым в воздухе над морем. Страшное зрелище!...»
Попытка Марцелла противопоставить технике Архимеда римскую военную технику
потерпела крах. Архимед разбил громадными камнями осадную машину «самбуку», и
Марцеллу пришлось увести флот в безопасное место, дать приказ об отходе
сухопутной армии и перейти к длительной осаде. Архимед погиб вместе с родным
городом, убитый римским солдатом при взятии Сиракуз. Таким образом, Архимед
вошел в историю как один из первых ученых, работавших на войну, и как первая
жертва войны среди людей науки.
Остановимся на результатах его исследований в области физики. Основные
научные проблемы, выдвинутые развитием техники древнего мира, были в первую
очередь проблемами статики. Строительная и военная техника была теснейшим
образом связана с вопросами равновесия и подводила к выработке понятия центра
тяжести. В основе строительной и военной техники лежал рычаг. Рычаг позволял
поднимать большие тяжести, преодолевать значительные сопротивления,
затрачивая относительно небольшие усилия. Он и основанные на нем машины помогли
человеку «перехитрить» природу. Отсюда и пошло название «механика». Греческое
слово «механе» означало орудие, приспособление, осадную или театральную
машину, а также уловку, ухищрение.
В течение многих веков механика рассматривалась как наука о простых
статических машинах. Ее основой была теория рычага, изложенная Архимедом в
сочинении «О равновесии плоских фигур». В основе этой теории лежат следующие
постулаты:
1) Равные тяжести на равных длинах уравновешиваются, на неравных же длинах
не уравновешиваются, но перевешивают тяжести на большей длине.
2) Если при равновесии тяжестей на каких-нибудь длинах к одной из тяжестей
будет что-нибудь прибавлено, то они не будут уравновешиваться, но
перевесит та тяжесть, к которой было прибавлено.
3) Точно так же если от одной из тяжестей будет отнято что-нибудь, то они
не будут уравновешиваться, но перевесит та тяжесть, от которой не было
отнято.
Не подлежит сомнению, что постулаты проверены длительной технической
практикой, которая делает их «очевидными». Основываясь на этих постулатах,
Архимед доказывает следующие теоремы: «Соизмеримые величины уравновешиваются на
длинах, которые будут обратно пропорциональны тяжестям». И далее: «Если
величины будут несоизмеримы, то они точно так же уравновесятся на длинах, которые
обратно пропорциональны этим величинам». В этих предложениях содержится
первая точная формулировка закона рычага. При этом под «величинами» следует
понимать модули сил, действующих на рычаг.
Кроме закона рычага, в книге «О равновесии плоских фигур» содержатся
определения центров тяжести треугольника, параллелограмма, трапеции,
параболического сегмента, трапеции, боковые стороны которой являются дугами парабол.
Понятие центра тяжести предполагается известным, и в начале книги приводятся
постулаты о центрах тяжести (при совмещении конгруэнтных фигур центры тяжести
совмещаются; центры тяжести подобных фигур подобно же расположены; у фигур с
выпуклым периметром центр тяжести находится внутри фигуры). Само же
определение центра тяжести, данное Архимедом, встречается в сочинении Паппа
Александрийского, жившего в конце III в. н.э. Это определение гласит: «Центром
тяжести каждого тела является некоторая расположенная внутри его точка - такая,
что если за нее мысленно подвесить тело, то оно остается в покое и сохраняет
первоначальное положение». Чтобы прийти к этому определению, понадобился
длительный практический опыт, обобщением которого и явилась механика Архимеда.
Как мы уже говорили, Архимед использовал полученные им в механике
результаты для формулировки математических выводов. Так, он использует закон рычага
при вычислении площади параболического сегмента и объем шара. Эти вычисления
Архимеда являются начальным этапом интегрального исчисления.
Переходим теперь к знаменитому закону Архимеда. Этот закон изложен в
сочинении «О плавающих телах».
Сиракузы были портовым и судостроительным городом. Вопросы плавания тел
ежедневно решались практически, и выяснить их научные основы, несомненно,
казалось Архимеду актуальной задачей. Правда, существует легенда, что Архимед
пришел к своему закону, решая задачу, содержит ли золотая корона, заказанная
Гиероном мастеру, посторонние примеси или нет. Но задача, поставленная Гиеро-
ном, требовала знания объема короны и объема золота того же веса и,
собственно , закона Архимеда для своего решения не требовала.
Вероятно, мотивы работы Архимеда были все же более глубокими. Он разбирает
не только условия плавания тел, но и вопрос об устойчивости равновесия
плавающих тел различной геометрической формы. Научный гений Архимеда в этом
сочинении, оставшемся, по-видимому, незаконченным, проявляется с исключительной
силой. Полученные им результаты получили современную формулировку и
доказательство только в XIX в.
Сочинение Архимеда начинается описанием природы жидкости, которая, по
Архимеду, такова, «что из ее частиц, расположенных на одинаковом уровне и приле-
гающих друг к другу, менее сдавленные выталкиваются более сдавленными, и что
каждая из ее частиц сдавливается жидкостью, находящейся над ней, по отвесу».
Это определение позволяет Архимеду сформулировать основное положение:
«Поверхность всякой жидкости, установившейся неподвижно, будет иметь форму шара,
центр которого совпадает с центром Земли».
Таким образом, Архимед считает Землю шаром и поверхность тяжелой жидкости,
находящейся в равновесии в поле тяжести Земли, сферической. Он доказывает
далее, что тела одинакового удельного веса с жидкостью (он называет их «равно-
тяжелыми с жидкостью») погружаются настолько, что их поверхность совпадает с
поверхностью жидкости. Более легкое тело погружается настолько, что объем
жидкости, соответствующий погруженной части тела, имеет вес, равный весу
всего тела. Путем логических рассуждений Архимед приходит к предположениям,
содержащим формулировку его закона:
«VI. Тела более легкие, чем жидкость, опущенные в эту жидкость
насильственно, будут выталкиваться вверх с силой, равной тому весу, на который жидкость,
имеющая равный объем с телом, будет тяжелее этого тела».
«VII. Тела более тяжелые, чем жидкость, опущенные в эту жидкость, будут
погружаться, пока не дойдут до самого низа, и в жидкости станут легче на
величину веса жидкости в объеме, равном объему погруженного тела». В остальных
предложениях первой и второй книги Архимед разбирает условия равновесия тел,
плавающих в жидкости, причем тела имеют форму сферического или
параболического сегмента.
Как было уже сказано, выводы, полученные Архимедом, были подтверждены и
развиты математиками и механиками XIX в. , установившими такие понятия, как
«плоскость плавания», «поверхность сечений», «поверхность центров»,
«метацентр» . Основы гидростатики были заложены Архимедом и лишь в конце XVI и
первой половине XVII столетия были развиты Стевиным, Галилеем, Паскалем и
другими учеными.
Кроме математики и механики, Архимед занимался оптикой и астрономией.
Сохранилась легенда о том, что Архимед использовал в борьбе с римским флотом
вогнутые зеркала, поджигая корабли сфокусированными солнечными лучами.
Имеются сведения о том, что Архимедом было написано не дошедшее до нас большое
сочинение по оптике под названием «Катоптрика». Из дошедших до нас отрывков,
цитируемых древними авторами, видно, что Архимед хорошо знал зажигательные
действия вогнутых зеркал, проводил опыты по преломлению света, знал свойства
изображений в плоских, выпуклых и вогнутых зеркалах.
О занятиях Архимеда астрономией свидетельствуют рассказы о построенной им
астрономической сфере, захваченной Марцеллом как военный трофей, и сочинение
«Псаммит», в котором Архимед подсчитывает число песчинок во Вселенной. Сама
постановка задачи представляет большой исторический интерес: точное
естествознание впервые приступило к подсчетам космического масштаба, пользуясь
неудобной системой чисел. Результат, полученный Архимедом, выражается в
современных обозначениях числом 1063. Кроме того, в сочинении Архимеда впервые в
истории науки сопоставляются две системы мира; геоцентрическая и
гелиоцентрическая. Архимед указывает, что «большинство астрономов называют миром шар,
заключающийся между центрами Солнца и Земли».
Архимед сообщает далее, что Аристарх Самосский предполагает мир гораздо
большим. «Действительно, он предполагает, что неподвижные звезды и Солнце
находятся в покое, а Земля обращается вокруг Солнца по окружности круга,
расположенного посередине между Солнцем и неподвижными звездами...» Архимед
интерпретирует мысль Аристарха как равенство отношения размеров мира к размерам
Земли, отношению радиуса сферы неподвижных звезд к радиусу земной орбиты.
Таким образом, Архимед принимает мир хотя и очень большим, но конечным, что
позволяет ему довести свой расчет до конца.
Архимед - вершина научной мысли древнего мира. Последующие ученые - Герон
Александрийский (I-11 вв. до н.э.) , Папп Александрийский (III в н.э.) - мало
что прибавили к наследию Архимеда, и их труды по механике носят компилятивный
характер.
Со времен Герона и Паппа механику стали принимать как науку о простых
машинах , из которых основными считались пять; ворот, рычаг, блок, клин и винт.
Последние две машины основаны на свойствах наклонной плоскости, закон
действия которой не был известен ни самому Архимеду, ни последующим древним и
средневековым авторам.
Герон прославился как изобретатель остроумных автоматов и эолипила, первого
теплового двигателя, представляющего по своей сути модель первой паровой
турбины. Правда, эолипил Герона никакой полезной работы не производил и
оставался забавной игрушкой. Это показывает, что преждевременные открытия не
получают развития до тех пор, пока не созреют условия для их освоения и разработки.
История теплового двигателя началась только в XVII в. после открытия
атмосферного давления. Любопытно, что многие автоматы Герона по существу были
основаны на действии атмосферного давления, хотя сам Герон, конечно, никакого
представления о давлении воздуха не имел и действие широко применяемого им
сифона объяснял неразрывностью водяной струи.
Эолипил Герона.
Следует отметить также, что Герон Александрийский впервые обосновал закон
отражения света принципом наименьшего времени: световой луч отражается от
зеркала таким образом, что световой путь, соединяющий источник света, зеркало
и приемную точку, требует для своего прохождения наименьшего времени. Так
началась история важного для оптики вариационного принципа Ферма-Гамильтона...
Говоря об оптике древности, следует отметить, что древние ученые, в том
числе и Архимед, сделали ряд интересных наблюдений по преломлению света и
метеорологической оптике. Однако точный закон преломления им не был известен.
Великий астроном древнего мира Клавдий Птолемей, с удивительным искусством
разработавший теорию движения планет по геоцентрической системе мира,
производил довольно точные измерения углов падения и преломления света в воде, в
стекле. Однако из своих данных он не вывел закон преломления и считал угол
преломления пропорциональным углу падения. Такой формулировкой закона
преломления пользовался и Кеплер, да и сейчас в элементарных учебниках при выводах
формул линз, полагая углы падения небольшими (оптика «нулевых пучков»),
заменяют синусы углов самими углами.
Что касается оптических теорий древних, то в таком сложном и тонком
физическом явлении, как свет, было трудно нащупать правильный подход.
Теория зрительных лучей широко использовалась Евклидом, Архимедом и
Птолемеем. Атомисты выдвинули теорию «образов», отделяющихся от вещей и вызывающих
в глазу зрительные ощущения. Аристотель, выступая против теории зрительных
лучей, думал и о посредствующей среде, и в его неясной формулировке можно
усмотреть намек на волновую теорию. Цвета, по Аристотелю, обусловлены смешением
темного и светлого. Вообще физика Аристотеля широко оперирует с
противоположными качествами: тепло - холод, сухость - влажность, тьма - свет. Эта «физика
качеств» получила широкое распространение в эпоху средневековья.
ГЛАВА ВТОРАЯ.
ФИЗИКА СРЕДНЕВЕКОВЬЯ
Исторические замечания
Процесс распада рабовладельческого Римского государства и переход к
феодализму в Западной Европе происходили в сложной обстановке военных столкновений
и движений племен и народностей. Рухнувшая под напором «варварских» племен
Римская империя оказывала идеологическое воздействие на эти племена
сохранившейся в ней прочной и сильной организацией христианской церкви, сумевшей
быстро приспособиться к новым историческим условиям и превратившейся в
идеологический оплот феодализма. На Востоке, в Китае и Индии переход к феодализму
происходил раньше, чем в Западной Европе, и в своем экономическом и
культурном развитии эти страны обогнали ее, что сказалось также и на развитии науки.
Интересное и до некоторой степени загадочное историческое явление произошло
на Аравийском полуострове в начале VII в. Там кочевые и полукочевые племена
объединились под знаменем новой религии - ислама, провозглашенной купцом
Мухаммедом, и в короткое время создали сильное воинственное государство,
завоевавшее Иран, страны Среднего Востока, Египет и проникшее в Европу на
Пиренейский полуостров. В истории науки и культуры арабы сыграли важную роль. Они
были связующим звеном между восточной и западной культурой, между античной и
средневековой наукой. В результате в период раннего средневековья (VII-XI
вв.) ведущую роль в развитии науки играл Восток. Лишь в более позднюю эпоху,
начиная с крестовых походов, оживляется европейская наука, возникают
университеты, появляются крупные ученые. Вместе с тем эта так называемая эпоха
развитого феодализма (XI-XV вв.) характеризуется интенсивным ростом
производительных сил, развитием ремесла и торговли, подготовившим почву для перехода к
новому способу производства - капиталистическому и новой экономической
формации - капитализму.
Разложение феодализма и переход к новым экономическим формам происходит с
конца XV в. примерно до первой половины XVII в. Этот период имел в истории
науки исключительно важное значение, поскольку именно в этот период возникло
новое опытное естествознание. Таким образом, история средневековой науки, в
том числе и физики, в соответствии с историей общества разбивается на три
хронологических отрезка:
1. Период развития науки на Востоке (VII-XI вв.).
2. Период развития европейской феодальной науки (XI-XV вв.).
3. Период возникновения опытного естествознания (конец XV - первая половина
XVII в.).
К рассмотрению этих периодов мы и переходим.
Достижения науки
средневекового Востока
Западная Европа в эпоху раннего средневековья представляла унылую картину.
Редкие деревушки и еще более редкие помещичьи усадьбы были отдельными
мирками, слабо связанными между собой, феодал получал все необходимое от своих
крепостных, съестные припасы, одежду, обувь, оружие. Не было городов,
подобных древнему Риму, Афинам, Александрии, оживленных гаваней, шумных рынков,
театров и цирков. Мир средневекового человека ограничивался узкими рамками
его деревушки и усадьбы. Немудрено, что и мировоззрение этого человека было
столь же ограниченным и сильно уступало мировоззрению образованного афинянина
или александрийца. Вся духовная жизнь средневековья, просвещение, искусство,
наука - была подчинена церкви.
Средневековый Восток был богаче и культурнее. Столица арабского халифата -
Багдад - была украшена роскошными дворцами халифа и его визирей, шумные
базары заполняла пестрая разноязычная толпа. Арабские купцы снаряжали караваны и
морские суда, в городах выделывались богатые ткани, ковалось замечательное
оружие, изготовлялись золотые и серебряные украшения. Восток славился
пряностями и сладостями, ароматическими веществами. Это был совсем другой мир, мир
роскоши и богатства, построенный на труде рабов и крепостных. В этом мире
могла найти приют и дать толчок новым знаниям гонимая христианской церковью
наука древности.
Широкая торговля давала богатый материал для математических задач, дальние
путешествия стимулировали развитие астрономических и географических знаний,
развитие ремесла способствовало развитию экспериментального искусства.
Поэтому новая математика, удобная для решения вычислительных задач, берет начало
на Востоке. Хорезмиец Абу Абдалла Мухаммед ибн Муса аль-ХореЗми (ок. 780 -
ок. 850), работавший в эпоху просвещенного халифа аль-Мамуна, был автором
арифметики и трактата по алгебре. Из арифметического трактата Европа
познакомилась с индийской позиционной системой чисел и употреблением нуля, арабскими
цифрами, арифметическими действиями с целыми числами и дробями.
Алгебраический трактат Хорезми дал имя новому разделу математики - алгебре («Аль-
Джабар»). В трактате Хорезми решаются линейные и квадратные уравнения.
Последующие за Хорезми ученые развили новые идеи, заимствовав их, в свою
очередь, у индийских математиков, и в XII в. в Европе уже появляются переводы
трактатов Хорезми и других восточных авторов. К началу научной революции
Коперника-Галилея новая нумерация, алгебра и тригонометрия были не только
освоены, но и развиты европейскими учеными.
Труды Аристотеля и Птолемея пришли на кафедры средневековых университетов
также в арабских переводах.
Однако задолго до арабов достижения античной науки стали известными в
странах Закавказья. Армения и Грузия еще в IV в. установили тесные экономические
и культурные связи с Византией. Христианство проникло в эти страны задолго до
крещения Руси. Уже в 301 г. христианство стало в Армении государственной
религией , идеологической опорой раннего феодализма. В V-VII вв. на армянский
язык были переведены труды Аристотеля, Платона и христианских богословов.
Знаменитый армянский ученый начала VII в. Анания Ширакаци путешествовал в
Византию, изучал математику и философию и, вернувшись на родину, основал шко-
лу, в которой преподавал математику, астрономию, географию. Им был составлен
армянский учебник арифметики, выпущен трактат по космографии. Этот трактат
свидетельствует о глубоком знании Ширакаци трудов греческого ученого
Аристотеля. В своем сочинении Ширакаци рассматривает и чисто астрономические
вопросы: пытается оценить расстояние до Солнца и Луны, составляет календарь,
свидетельствующий об основательном знании им движений Солнца и Луны и трудов
древних ученых по этому вопросу.
Ширакаци был разносторонним ученым, связавшим молодую армянскую науку с
античным наследием. К сожалению, роль закавказских ученых в развитии
естественнонаучных знаний и освоении античного наследия не исследована в достаточной
мере. Пример Ширакаци показывает, что Закавказье знало античную науку
непосредственно из первоисточника, от самих греков.
Арабы начали культивировать и экспериментальную науку. Мухаммед ибн Ахмед
аль-Бируни (Бируни) производил точные определения плотностей металлов и
других веществ с помощью изготовленного им «конического прибора». «Конический
прибор» Бируни представлял собой сосуд, суживающийся кверху и оканчивающийся
цилиндрической шейкой. Посредине шейки было проделано небольшое круглое
отверстие , к которому была припаяна изогнутая трубка соответствующего размера.
В сосуд наливали воду. Куски металла, плотность которого определялась,
опускали в сосуд, из которого через изогнутую трубку выливалась вода в объеме,
равном объему исследуемого металла. Шейка была достаточно узкой («шириной с
мизинец»), чтобы «подъем воды был заметен и при опускании того, что по объему
равно зерну проса». Сама же трубка после ряда опытов была заменена желобком,
чтобы вода по нему стекала без задержки. По измерениям Бируни плотность
золота, переведенная на современные единицы измерения, равна 19,5, ртути - 13,56.
При сравнении с современными данными результаты Бируни оказываются весьма
точными. К сожалению, они стали известны в Европе очень поздно. Русский
консул в Америке Н. Ханыков в 1857 г. нашел рукопись аль-ХаЗини под названием
«Книга о весах мудрости». В этой книге приведены извлечения из книги Бируни
«Об отношениях между металлами и драгоценными камнями в объеме», содержащие
описание прибора Бируни и полученные им результаты.
Сам аль-Хазини продолжал исследования, начатые Бируни, с помощью специально
сконструированных им весов, которые он назвал «весами мудрости».
Замечательны практические указания, приведенные Бируни о воде, применяемой
при определениях плотности. Он указывает на необходимость пользоваться водой
из одного и того же источника, в одних и тех же условиях «в связи с
воздействием на ее свойства четырех времен года и зависимостью ее от состояния
воздуха» . Таким образом, Бируни знал, что плотность воды зависит от содержания в
ней примесей и от температуры.
Конический прибор Бируни.
Бируни производил также точные астрономические и географические измерения.
Он определил угол наклона эклиптики к экватору и установил его вековые
изменения. Для 1020 г. его измерения дали значение 23°34'0" Современные
вычисления дают для 1020 г. значение 23°34'45". Во время путешествия в Индию Бируни
разработал метод определения радиуса Земли. По его измерениям, радиус Земли
оказался равным 1081,66 фарсаха, т.е. около 6490 км.
Бируни наблюдал и описал изменение цвета Луны при лунных затмениях, явление
солнечной короны при полных затмениях Солнца. Он высказал мысль о движении
Земли вокруг Солнца и считал геоцентрическую теорию весьма уязвимой. Им было
написано обширное сочинение об Индии и переведены на санскритский язык
«Начала» Евклида и «Альмагест» Птолемея.
Приведем краткие биографические сведения об этом выдающемся ученом
средневекового Востока. Бируни родился 4 сентября 973 г. в главном городе Хорезма
Кяте и вырос в среде ремесленников, к которой, возможно, принадлежали и его
родители. Тяга к знаниям у него появилась весьма рано, и он уже в юности был
тесно связан с научными кругами древнего Хорезма. По его собственному
свидетельству, в возрасте 21-22 лет он «производил астрономические измерения при
помощи круга, имевшего в диаметре 15 локтей, и других необходимых для этого
инструментов». В это время в Хорезме произошел государственный переворот,
плохо отразившийся на судьбе Бируни, который вынужден был уехать из Хорезма,
проведя на чужбине около десяти лет. По возвращении Бируни становится одним
из государственных деятелей Хорезма. Вероятно, в эти годы он проводил
измерения плотностей металлов и драгоценных камней. Тогда же он начинает обширную
переписку со знаменитым ученым древнего Хорезма Ибн Синой (Авиценной, 980-
1037) , с которым он обсуждает ряд естественнонаучных вопросов и физику
Аристотеля. Бируни резко критикует многие утверждения Аристотеля, тогда как Ибн
Сина выступает в роли защитника Аристотеля.
В 1017 г. властитель Хорасана и Афганистана Махмуд завоевал Хорезм, и
Бируни вместе с другими пленными был отправлен в Газни, где прожил 13 лет.
Несмотря на тяжелые условия, Бируни продолжал научную работу, написав ряд
трудов по географии и астрономии, в том числе и знаменитую «Индию».
К моменту окончания «Индии» положение Бируни изменилось. На престол взошел
сын Махмуда Масуд. Он благосклонно относился к Бируни и покровительствовал
ему. Ученый посвятил Масуду большое сочинение по астрономии и сферической
тригонометрии, известное под название «Канон Масуда». Им были написаны также
«Минералогия», «Книга о лечебных веществах». Умер Бируни 13 декабря 1048 г.
(по другим сведениям, в 1050 или 1051 г.) . По словам известного советского
востоковед И.Ю. Крачковского, Бируни был энциклопедистом, охватившим весь
круг современных ему наук, в первую очередь математико-физических и почти в
такой же мере естественноисторических.
Крупным физиком был современник Бируни египтянин Ибн аль-Хайсам (965-1039),
известный в Европе под именем Алхазена. Его основные исследования относятся к
оптике. Алхазен развивает научное наследие древних, производя собственные
эксперименты и конструируя для них приборы. Он разработал теорию зрения,
описал анатомическое строение глаза и высказал предположение, что приемником
изображения является хрусталик. Точка зрения Алхазена господствовала до XVII
в., когда было выяснено, что изображение появляется на сетчатке.
Отметим, что Алхазен был первым ученым, знавшим действие камеры-обскуры,
которую он использовал как астрономический прибор для получения изображения
Солнца и Луны. Алхазен рассматривал действие, плоских, сферических,
цилиндрических и конических зеркал. Он поставил задачу определения положения
отражающей точки цилиндрического зеркала по данным положениям источника света и
глаза . Математически задача Алхазена формулируется так: по данным двум внешним
точкам и окружности, расположенным в одной плоскости определить такую точку
окружности, чтобы прямые, соединяющие ее с заданными точками, образовывали
равные углы с радиусом, проведенным к искомой точке.
Задача сводится к уравнению четвертой степени. Алхазен решил ее
геометрически . В дальнейшем задачу Алхазена решали такие крупные ученые XVII в. , как
Гюйгенс и учитель Ньютона Барроу.
Алхазен занимался исследованием преломления света. Он разработал метод
измерения углов преломления и показал экспериментально, что угол преломления не
пропорционален углу падения. Хотя Алхазен не нашел точной формулировки закона
преломления, он существенно дополнил результаты Птолемея, показав, что
падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром,
восстановленным из точки падения луча. Алхазену было известно увеличивающее действие
плосковыпуклой линзы, понятие угла зрения, его зависимость от расстояния до
предмета. По продолжительности сумерек он определил высоту атмосферы, считая
ее однородной.
В этих предположениях результат получается неточным (до Алхазену, высота
атмосферы 52 000 шагов), но сам принцип определения является большим
достижением средневековой оптики.
«Книга оптики» Алхазена была переведена на латинский язык в XII в. Однако
считалось, что это сочинение - копия труда Птолемея. Только после того как
было найдено и опубликовано сочинение Птолемея, стало ясно, что оптика
Алхазена - это оригинальный труд, развивающий достижения древних ученых. То, что
Алхазен есть не кто иной, как арабский ученый Ибн аль-Хайсам, выяснилось
только в XIX в.
На примере Бируни и Алхазена мы видим, как развивалось экспериментальное
естествознание на Востоке. Вместе с такими изобретениями, как механические
часы, компас, порох, бумага, перенесенными в Европу арабами, и античным
наследием оно сыграло огромную роль в развитии европейской цивилизации.
Отметим, что у арабов дальнейшее развитие получила астрономия. Сооружались
обсерватории, велись наблюдения за небесными светилами. Мы говорили об
астрономических и геодезических измерениях Бируни. Крупным астрономом был внук
Знаменитого завоевателя Тимура Улугбек (1394-144 9). Он построил в Самарканде
обсерваторию, снабдил ее первоклассными по тому времени инструментами. Им
были составлены точный каталог звезд и таблица движения планет. Результаты
наблюдений, выполненных Улугбеком, характеризуют высокий уровень арабской
астрономии .
Астрономические исследования средневековых арабских ученых вместе с другими
достижениями арабской науки и техники становились позднее известными в Европе
и стимулировали развитие европейской астрономии.
Е вропейская
средневековая
наука
Восточные государства значительно опережали Европу в экономическом и
культурном развитии в течение эпохи раннего средневековья (VII-XI вв.) Если,
например, Бируни переводил Птолемея, определял радиус Земли, размышлял о
гелиоцентрической системе мира, то в Европе господствовали наивные представления о
Земле как о плоской лепешке, накрытой хрустальным колпаком и опоясанной
океаном.
Один из столпов католической церкви - блаженный Августин - объявил
представления об антиподах нелепостью, другой католический авторитет - фома Ак-
винский - провозгласил тезис: «философия - служанка богословия».
Однако уже с X в. начинают развиваться экономические и культурные связи
Европы и Востока. Большую роль в этом сыграли со второй половины XI в. знамени-
тые крестовые походы, доставившие европейцам новые сведения: экономические,
технические и культурные.
Происходящее в Европе развитие ремесла и торговли способствовало оживлению
экономики и культуры. Появляются первые университеты, сначала в Испании, где
уже арабами был организован университет в Кордове, затем в Италии, Париже и
Англии. Университет средневековой Европы существенно отличался от
современного университета, однако до нашего времени сохранились ученые степени доктора
и магистра, звания профессора и доцента, лекции как основная форма сообщения
знаний, факультеты как подразделения университета. Отмерла такая форма
обучения, как диспут, имевшая широкое распространение в средневековых
университетах, но научные дискуссии и семинары имеют большое значение и в современной
науке, и в высшей школе.
Лекция (буквально - чтение) в средневековом университете по необходимости
была основной формой сообщения знаний. Книг было мало, они были дороги, и
поэтому чтение и комментирование богословских и научных трудов являлось важной
формой информации.
Преподавание велось на латинском языке, равно как и богослужение в
католических храмах. До XVIII в. латинский язык был международным научным языком,
на нем писали Коперник, Ньютон и Ломоносов.
До сих пор в европейских университетах торжественные речи читаются, а
дипломы пишутся на латинском языке. На торжественных актах профессора
появляются в средневековых докторских мантиях и шапочках. Так современная наука
сохраняет память о первых университетах, возникновение которых явилось одной из
главных предпосылок научного прогресса.
Другой предпосылкой будущего расцвета науки послужило развитие техники.
Механические часы, очки, книгопечатание, производство бумаги сыграли огромную
роль в развитии естествознания. Немалую роль в развитии цивилизации сыграл
компас, история которого начинается в Древнем Китае, где в рукописи II в.
н.э. встречается указание на свойство намагниченной иглы указывать
направление. Уже в XI в. китайцам было известно магнитное склонение. Арабские
мореплаватели начиная с XII в. пользовались компасом. В Европу он проникает в
XII-ХШ вв.
О значении компаса в истории цивилизации свидетельствует тот факт, что
именно наличие компаса позволило Колумбу предпринять свое историческое
путешествие . «Компас - инструмент малый, но без него не была бы открыта Америка»,
- любил говорить известный советский ученый академик А.Н. Крылов. Отметим,
что Колумб был первым европейцем, обнаружившим склонение магнитной стрелки.
Третья предпосылка научного прогресса - ознакомление с античным научным
наследием. В XII в. появляются латинские переводы «Начал» Евклида, трудов
Архимеда, Птолемея и других греческих авторов. Тогда же появились переводы Хорез-
ми и Алхазена.
Основным фактором, определившим революционные изменения в развитии общества
и науки, было то, что внутри феодального общества вызревали новые
производительные силы, пришедшие в противоречие с феодальными производственными
отношениями и потребовавшие как новых форм общественного бытия, так и новой
науки. Пока же культивировавшаяся в университетах схоластическая наука
базировалась на антинаучном по самой сути принципе - истина уже открыта в священном
писании и в трудах богословских авторитетов (к которым причислялся и
приспособленный к нуждам церковного мировоззрения Аристотель), и долг ученых -
изучать и комментировать эту истину.
В этих условиях науке было трудно развиваться; свободная, самостоятельная
мысль беспощадно подавлялась. Эта эпоха вошла в историю науки как «период
застоя», как «темная ночь средневековья». Однако и в это время жили и работали
люди, возвышавшиеся над общим уровнем, искавшие новых путей познания. Таким
был, например, знаменитый монах Роджер Бэкон (1214-1294). Бэкон родился в
Англии в графстве Сомерсет, учился в Оксфордском и Парижском университетах, в
1250 г. вступил в монашеский орден францисканцев. В Оксфорде он занимался
научными исследованиями.
Независимость в мышлении навлекла на него обвинение в ереси, и он был
заключен в тюрьму. Освобожденный папой Климентом IV, он уехал во Францию, но
там вновь подвергся преследованиям и вышел из тюрьмы только глубоким стариком
в 1288 г. Бэкон считал, что ученый не должен сводить науку к толкованию
авторитетов. По его мнению, наука должна строиться на строгих аргументах и точном
опыте, доказывающем теоретические заключения. Бэкон резко выступал против
всеобщего увлечения книгами Аристотеля, вдобавок искаженными невежественными
переводчиками. В этом отношении он являлся прямым предшественником Галилея.
Бэкон не ограничивался указанием на большое значение опыта. Он неутомимо
экспериментировал и сам производил химические, оптические, физические
эксперименты и астрономические наблюдения.
Бэкон знал действие камеры-обскуры, увеличивающее действие выпуклых линз,
установил, что вогнутые зеркала фокусируют параллельные пучки в точку,
лежащую между центром и вершиной зеркала, предвидел возможность построения
оптических приборов. Он сделал шаг вперед в объяснении явления радуги, сравнивая
ее цвета с радужными цветами при преломлении света в хрустале, в каплях росы,
в водяных брызгах.
При этом он установил, что угол, образованный направлением падающего на
водяные капли луча с лучом, направленным от радуги в глаз, составляет 42°.
Младший современник Бэкона поляк Вителло (родился около 1230 г.) был
автором написанной в 70-х годах XIII в. книги по оптике «Перспектива». Он также
исследовал радугу и пришел к выводу, что она образуется от преломления лучей
в отдельных водяных каплях.
Ход светового луча в дождевой капле, приводящий к образованию радуги,
правильно описал умерший в 1311 г. монах Дитрих (Теодорих) Фрейбургский.
I
Камера-обскура, схема.
Таким образом, в ХШ в. радуга привлекала внимание многих исследователей.
Следует добавить, что в конце XIII в. были изобретены очки.
XIII век вообще характеризуется оживлением духовной жизни. В этом веке,
кроме Бэкона, жили и работали такие деятели, как знаменитый богослов Фома Ак-
винский, идеалистическая философия которого («томизм») имеет распространение
и в современной западной философии; Вильгельм Оккам, выступивший против
идеалистической теории о реальном существовании общих понятий; Роберт Большеголо-
вый, занимавшийся оптикой. Интересную фигуру представляет Петр Перегрин -
рыцарь Пьер из Марикура, написавший 8 августа 1269 г. в военном лагере
«Послание о магните» («Послание о магните Пьера де Марикур, по прозванию Перегрин,
к рыцарю Сигеру де Фукокур»).
В книге автор указывает, по каким признакам можно отобрать хороший
«магнитный камень», как распознать полюса магнита. Все эти практические указания
свидетельствуют о хорошем знании Марикуром естественных магнитов, о его
большом опыте в обращении с магнитом. Марикур дает инструкцию проведения опыта,
показывающего, что разноименные полюса магнита притягиваются, а одноименные -
отталкиваются.
Пьер де Марикур описывает подробно свойство плавающего магнита указывать на
север «к звезде, которую называют мореходной, оттого, что она находится около
полюса; но на самом деле он поворачивается не к упомянутой звезде, а к
полюсу...». Далее Перегрин указывает, что если целый продолговатый магнит AD
разломить на две части, то получится два магнита АВ и CD с двумя полюсами. Если
магниты сблизить, они соединятся в месте разлома ВС.
Во второй части своего послания Марикур описывает конструкцию магнитного
инструмента, «при помощи которого определяют на горизонте азимут Солнца, Луны
и любой звезды», а также проект вечного двигателя с магнитом. Сочинение Пьера
де Марикура представляет собой видную веху в ранней истории магнетизма. На
фоне рассказов о фантастических свойствах магнитного камня, которые были в
ходу даже спустя столетия после «Послания», сочинение Марикура выглядит как
первое серьезное экспериментальное исследование магнетизма, а сам Марикур -
как ученый-экспериментатор, строящий свои выводы на основе опытов. Роджер
Бэкон высоко ценил Марикура, называя его в своих сочинениях «магистр Петр» и
превознося его ученые заслуги. В «Послании» Марикур упоминает о своем не
дошедшем до нас сочинении «О действиях зеркала», свидетельствующем, что он
занимался не только магнетизмом, но и оптикой. Прозвище Марикура «Перегрин» -
странник - указывает на то, что он много путешествовал и, по-видимому, бывал
на Востоке.
В XIV в. начинается реакция. Усиливается со стороны церкви борьба с
«ересью» , вводится пытка. Было осуждено учение и сожжен труд Николая из Отрикура,
который, следуя атомистам, утверждал, что в мире нет ничего, кроме сочетания
и разделения атомов. Он был вынужден отречься от своего учения. Церковь
осудила также учение Вильгельма Оккама, который защищал возможность двух видов
познания - научного и божественного откровения - и требовал свободы для
научного познания. Тем не менее, и в XIV в. жизнь не стояла на месте.
Продолжается развитие техники, появляются башенные колесные часы в Париже, в Германии,
в Москве. В 1440 г. Иоганн Гуттенберг (1400-1468) изобретает книгопечатание
отдельными вырезными буквами. Наступала новая эпоха в развитии цивилизации и
науки.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ. БОРЬБА
ЗА ГЕЛИОЦЕНТРИЧЕСКУЮ СИСТЕМУ
Исторические замечания
С середины XV в. в экономическом, политическом и культурном развитии Европы
совершенно отчетливо выступают новые черты. Рост городов и отделение
ремесленного (промышленного) производства от сельского хозяйства разрушали
натуральное хозяйство, развивалась торговля, возрастало значение денег, появились
новые общественные силы: купцы, банкиры, богатые ремесленники (буржуазия).
Заинтересованная в росте производительности труда, буржуазия поощряла техни-
ческие и организационные усовершенствования производства, появились первые
мануфактуры, феодальные порядки мешали развитию промышленности и торговли,
буржуазия нуждалась в крепком государстве, противостоящем удельным
притязаниям феодалов, и в Европе начался процесс формирования национальных государств.
Одновременно усиливалось недовольство бесправных крестьянских и городских
масс, начиналась эпоха народных восстаний, направленных против власти
феодалов и притязаний богатых горожан. Принимая религиозную, идеологическую
окраску, эти восстания являлись выступлением и против духовной диктатуры церкви.
Началось широкое протестантское движение в Германии, Швейцарии, Англии,
Франции , сломившее диктатуру католицизма.
После крестовых походов и захвата Византии турками поиски путей к сказочным
богатствам Востока занимали умы предприимчивых европейцев, и прежде всего
обитателей Пиренеев, раньше всех соприкоснувшихся с восточной культурой. Под
эгидой испанского короля генуэзец Колумб предпринял смелый поход в Индию
Западным путем. Путешествие Колумба в 14 92 г. привело к открытию новых земель,
которые сам Колумб считал Индией. Позднейшие путешественники доказали, что
это Новая Земля, и назвали ее (по имени одного из путешественников Америго
Веспуччи7) Америкой.
В 1519-1522 гг. экспедиция фердинанда Магеллана совершила первое
кругосветное путешествие, доказав экспериментально шарообразность Земли и по существу
открыв ее как космическое тело. После Магеллана держаться устаревших
средневековых представлений о Земле стало невозможно. Магеллан открыл путь новому
пониманию Вселенной, и такое понимание было дано Николаем Коперником. Оно
подготовлялось не одними географическими открытиями. Уже в XV в. были люди,
провозгласившие новый подход к пониманию природы.
Начиная со второй половины XV столетия на историческую арену выходят
великие художники итальянского Возрождения: Микеланджело, Леонардо да Винчи,
Рафаэль и другие; религиозные реформаторы: Лютер и Кальвин; великие гуманисты:
Томас Мор, Эразм Роттердамский, Франсуа Рабле и другие; отважные
путешественники: Колумб, Васко да Гама, Магеллан и многие другие; ученые: Николай Кузан-
ский, Тарталья, Кардано, Рамус, Коммандино, Телезий, Гвидо Убальди, Порта.
Список имен можно было бы значительно расширить.
Леонардо да Винчи прожил беспокойную жизнь. Он родился вблизи небольшого
городка Винчи 14 апреля 1452 г., обучался живописи и ваянию у флорентийского
художника Вероккио. С 1472 по 1482 г. он жил и работал во Флоренции, затем
переехал в Милан, где создал свою знаменитую «Тайную вечерю». После захвата
Милана французами в 14 99 г. Леонардо вернулся во Флоренцию. Однако, не найдя
здесь благоприятных условий для осуществления своих замыслов, он в 1506 г.
вернулся в Милан. В 1512 г. сын миланского герцога Моро отобрал Милан у
французов, но обеспечить порядка не мог, и Леонардо уехал в Рим, где работал при
папском дворе. В Риме им была создана знаменитая «Джоконда». В 1516 г. по
приглашению французского короля он уехал во Францию, где и умер 2 мая 1519 г.
От Леонардо осталось большое количество заметок и проектов. Он записывал их
зеркальным письмом, перемежая записи прямым письмом. Многие слова он
записывал сокращенно и слитно с другими словами. Это очень затрудняло расшифровку
его рукописей. Их начали расшифровывать и издавать в XIX в. В 1881-1891 гг.
было издано шесть томов рукописного наследия Леонардо, которые были затем
переизданы .
Во время завоевания Италии Бонапарт вывез из Милана 13 рукописей Леонардо.
Анализ физико-математических рукописей был сделан профессором Вентури,
который доложил о них в 1797 г. в Национальном институте (французская Академия
Тогда бы она называлась Веспучией, ведь Америго Веспуччи не был царственной
особой. О происхождении этого названия спорят до сих пор.
наук в Париже). Вентури высоко оценил научное наследие Леонардо и считал, что
его надо «поставить во главе всех тех, кто в новое время занимался физико-
математическими науками, придерживаясь правильного метода». Вентури был
совершенно прав. Леонардо резко выступает против схоластического метода и
бесплодных богословских дискуссий, противопоставляя им знание, основанное на
опыте.
«Мне кажется, - пишет он, - что пусты и полны заблуждений те науки, которые
не порождены опытом - отцом всякой достоверности - и не завершаются в
наглядном опыте...» Он считает сомнительным то, «что восстает против ощущений,
каковы вопросы о сущности бога и души и тому подобное, по поводу которых всегда
спорят и сражаются». «Истинные науки, - продолжает Леонардо, - те, которые
опыт заставил пройти сквозь ощущения и наложил молчание на язык спорщиков».
Леонардо очень точно изложил основы метода нового естествознания: опыт и
математический анализ. «Все наше познание начинается с ощущений», - пишет он.
«Мудрость - есть дочь опыта». «Никакой достоверности нет в науках там, где
нельзя приложить ни одной из математических наук, и в том, что не имеет связи
с математикой».
Говоря специально о механике, Леонардо утверждает: «Механика есть рай
математических наук, посредством нее достигают математического плода».
Леонардо, таким образом, действительно является предшественником Галилея,
Декарта, Кеплера, Ньютона и других основателей современного естествознания.
Он одним из первых начал борьбу со схоластическим методом, провозгласил
основы нового метода и начал применять его к решению конкретных задач, в
частности к изучению движения. Вопреки Аристотелю, утверждающему, что движение
требует для своего сохранения силы, Леонардо писал: «Всякое движение стремится к
своему сохранению, или иначе: всякое движущееся тело всегда движется, пока
сохраняется в нем сила его двигателя». «Всякое движение будет продолжать путь
своего бега по прямой линии, пока в нем будет сохраняться природа насилия,
произведенного его двигателем».
Это еще не открытие инерции и не формулировка закона инерции, но уже и не
аристотелевский вывод из повседневных наблюдений. Леонардо живет в другое
время, существенно отличное от времени Аристотеля. Он знает порох, наблюдал
неоднократно полет снарядов и пуль, и число наблюдаемых движений,
продолжающихся и после действия толкающей силы, у него больше, чем у Аристотеля.
Поэтому он делает следующий шаг в понимании природы движения и фиксирует в
природе наличие инерции и инерционного движения, приписывая его сохранению
«природы насилия». «Насильственность, - записывает Леонардо, - слагается из
четырех вещей: тяжести, силы, движения и удара». И в этом утверждении отражается
механический опыт Леонардо.
«Сила есть причина движения, движение есть причина силы... Сила при
некоторых своих действиях, разрушаясь, переходит на то тело, которое мчится впереди
и при помощи движения рождает удар большей действенности, а после себя
оставляет разрушение, как это видно при движении ядра, гонимого силой бомбарды».
По мнению Леонардо, сила рождается двояким образом: «Во-первых, при
внезапном увеличении редкого тела в плотном; таково увеличение огня в бомбарде, -
не находя в ее полости достаточного вместилища для своего прироста, он бешено
мчится к более обширному пространству, гоня всякое препятствие,
противостоящее его стремлению». То же, по мнению Леонардо, производит течение воды и
ветер.
«Во-вторых, сила создается в телах согнутых и скрученных вопреки их
естественному состоянию - таковы самострел или другое подобное орудие, которое
неохотно дает себя согнуть и, будучи нагружено, стремится распрямиться; и лишь
только им дана свобода, они с бешенством гонят ту вещь, которая противилась
их бегу».
В записях Леонардо немало рассуждений о тяжести, легкости, силе как
«духовной способности» в духе средневековых схоластов. Но когда он размышляет над
конкретными вещами, над действием бомбард, самострелов, течением воды и
воздуха, у него возникают те идеи, которые в своем развитии приводят к основным
понятиям механики.
Механика Леонардо, Галилея и Ньютона обобщила новую практику артиллеристов,
конструкторов оружия, кораблестроителей, мореплавателей. В распоряжении
Аристотеля не было такого богатого механического опыта, и он, прекрасно понимая,
например, что в пустом однородном пространстве тело будет покоиться или вечно
двигаться, считал это невозможным в реальной среде.
Наблюдательность и острота физического мышления Леонардо позволили ему
сделать интересные наблюдения и сформулировать ряд положений и задач. Так, он
фиксирует важное свойство звуковых и водяных волн распространяться, не мешая
друг другу (принцип суперпозиции): «Хотя звуки, проникающие в этот воздух,
кругообразно расходятся от своей причины, тем не менее, круги,
распространяющиеся от различных исходных точек встречаются друг с другом... и проходя один
через другой, всегда сохраняя в качестве центра свою причину. Так как во всех
случаях движения вода имеет большое сходство с воздухом, я свяжу это ради
примера с выше приведенным положением. Я говорю: если бросишь одновременно
два камешка на некотором расстоянии друг от друга на гладкую и неподвижную
поверхность воды, то увидишь, как вокруг обоих мест удара возникают два
независимых друг от друга множества кругов, которые, растя, наконец, встретятся,
потом войдут одно в другое, пересекаясь друг с другом и всегда сохраняя в
качестве своего центра те места, куда камни ударились».
Вот еще одно важное наблюдение Леонардо: «Можно создать гармоничную музыку
из различных каскадов, как я видел у источника в Римини, - как я видел это 8
августа 1502 года».
Пройдет почти 200 лет, и аналогичное наблюдение запишет Гюйгенс. О нем
вспомнят в дискуссии о природе белого цвета в конце XIX в. , а о более раннем
наблюдении Леонардо забудут. Это вполне естественно. Шифрованные записи
Леонардо не вошли своевременно в жизнь науки, и его богатое научное наследие не
смогло послужить делу научного прогресса. Но то, что Леонардо жил, работал,
думал, имело огромное значение. Устои средневековой науки расшатывались, и
деятельность Леонардо, художника, инженера, мыслителя, помогала сокрушать
старое и создавать новое.
Научная
революция
Коперника
«Революционным актом, которым исследование природы заявило о своей
независимости и как бы повторило лютеровское сожжение папской буллы, было издание
бессмертного творения, в котором Коперник бросил - хотя и робко и, так
сказать, лишь на смертном одре - вызов церковному авторитету в вопросах природы.
Отсюда начинает свое летосчисление освобождение естествознания от теологии,
хотя выяснение между ними отдельных взаимных претензий затянулось до наших
дней и в иных головах далеко еще не завершилось даже и теперь8».
Геоцентрическое мировоззрение опиралось на длительный общечеловеческий
опыт. Человек пахал землю, строил города, не подозревая, что Земля с огромной
скоростью движется в мировом пространстве. Он ежедневно наблюдал восход и
заход Солнца, суточное движение звезд, которые вращались вокруг Земли самым яв-
Энгельс Ф. диалектика природы. — Маркс К. , Энгельс Ф. . Соч. , 2-е изд. , т. 20 с.
347.
ным образом. Гениальные догадки Аристарха Самосского и пифагорейцев о
движении Земли настолько противоречили этому повседневному опыту, что не смогли
оставить глубокого следа в сознании людей и, наоборот, только укрепляли
позиции сторонников геоцентризма. Вдобавок это укоренившееся мировоззрение было
освящено авторитетом церкви. В «Библии» описывалось, как полководец Иисус На-
вин приказал Солнцу: «Стой, Солнце!» И по воле бога Солнце остановилось и
стояло до тех пор, пока полководец не взял город. Это библейское сказание
выдвигалось как неопровержимый аргумент в пользу геоцентрического
мировоззрения.
Сторонникам нового мировоззрения необходимо было огромное мужество, чтобы
выступить против многовековой традиции. Такое выступление носило характер
подлинной революции в мировоззрении.
Николай Коперник, человек, сделавший этот революционный шаг, был сыном
своей эпохи, одним из ее титанов.
Николай Коперник, сын краковского купца, родился 19 февраля 1475 г. в
польском городе Торуне на Висле. Он учился сначала в Краковском университете,
затем в Болонье и Падуе, где изучал право и медицину. Одновременно Коперник с
большим увлечением занимался математикой и астрономией, проводил
астрономические наблюдения. После десятилетнего пребывания в Италии, получив в Ферраре
докторскую степень, Коперник вернулся на родину разносторонне образованным
ученым, с обширными познаниями в области математики, астрономии, права,
медицины, философии, греческих и новых языков. С 1512 г. он занимает должность
каноника во Фромборке, главном городе Вармии, руководя не только церковными,
но и хозяйственными, дипломатическими и военными делами своей епархии. Во
время войны с тевтонским орденом он руководил обороной Ольштыня, разрабатывал
проект монетной системы, реконструировал водопровод во Фромборке, лечил
больных, судил и т.п. В этих условиях он не прекращал научных занятий и
напряженно работал над своим трудом.
В 1530 г. он изложил основные положения своей теории в рукописном сочинении
«Малый Комментарий». Сведения о новом учении дошли до папских кругов, и в
1536 г. кардинал Шонберг обратился к Копернику с письмом, в котором просил
прислать подробное изложение теории с таблицами для вычисления положения
планет . Однако первым адептом нового учения стал профессор математики Виттен-
бергского университета Георг Иоханн Ретик. Виттенберг был протестантским
городом, сам Ретик учился в Цюрихе, где жил и учил реформатор Цвингли, и, таким
образом, протестанты сыграли видную роль в распространении нового учения,
созданного католиком. В 1539 г. в Гданьске было напечатано подробное
изложение системы Коперника, сделанное Ретиком. Ретик настойчиво убеждал Коперника
опубликовать его работу и, в конце концов, получил рукопись для издания. Он
решил напечатать ее в Нюрнберге, где была большая типография. Весной 1542 г.
он приехал в Нюрнберг, чтобы лично проследить за печатанием. Не дождавшись
окончания работы, он поручил нюрнбергскому математику и лютеранскому
богослову Осиандеру довести дело до конца. Книга была показана Копернику, когда он
был тяжело болен, за несколько дней до его смерти, последовавшей 24 мая 1543
г. Великое творение Коперника начало свою бессмертную жизнь после смерти
своего создателя.
Коперник хорошо сознавал революционную силу своей теории, посягнувшей на
догмы, утвержденные авторитетом священного писания. Этим объясняются его
длительные колебания в вопросе об издании сочинения и его «предохранительное»
предисловие, с которым он обратился к папе Павлу III. В этом предисловии он
писал о своих колебаниях, ссылаясь на побуждения кардинала Шонберга и кульм-
ского епископа Гизе и на то, что учение о движении Земли высказывалось
древними: учеником Аристотеля Рикетом (Никетом у Коперника) Сиракузским,
пифагорейцами Филолаем и Экфантом и другими (Аристарха Коперник не упоминает).
Осиандер также хорошо понимал революционное значение теории Коперника и
снабдил книгу защитительным предисловием, носящим, однако, весьма опасный
характер. Осиандер объявил теорию Коперника математической гипотезой, служащей
лишь для удобства описания движения планет. Он указывал, что совершенно «нет
необходимости, чтобы эти гипотезы были верными или даже вероятными,
достаточно только одного, чтобы они давали сходящийся с наблюдениями способ
расчета...». Оперируя тем, верным для того времени, фактором, что «наука совсем не
Знает простых и глубоких причин видимых неравномерных движений», Осиандер
писал , что астроном прибегает к лучшей и легчайшей гипотезе, философ, вероятно,
потребует нечто более вероятное, но оба они без божественного откровения не в
состоянии что-либо открывать или что-либо нам передавать. Таким образом,
Осиандер в своей «защите» пошел настолько далеко, что отнял у науки право на
познание истины, предоставив ей право лишь изобретать гипотезы для удобного
описания действительности. Истина же доступна только божественному
откровению. Этим предисловием открылась длительная борьба между материалистическим и
идеалистическим пониманием природы научного познания. (Конечно, борьба
материалистического и идеалистического понимания природы познания велась и в
древности, и в Средние века. Предисловие Осиандера открыло новую страницу в
истории этой борьбы, появившись в момент зарождения нового естествознания.)
Сочинение Коперника «О вращениях небесных сфер» содержит шесть книг. На
титульном листе напечатано обращение к читателю, в котором автор указывает, что
в сочинении рассмотрены движения звезд и планет, «представленные на основании
как древних, так и современных наблюдений; развитые на новых и удивительных
теориях». Таким образом, обращение рекомендует книгу как «расписание»
движения планет, составленное как на основе наблюдений, так и на новых теориях.
В обращении к папе Павлу III Коперник критикует теорию эпициклов, не
согласующуюся достаточно хорошо с наблюдениями и не дающую целой картины
мироздания: «...Они (т.е. авторы геоцентрических теорий. - П.К.) не смогли
определить форму мира и точную соразмерность его частей. Таким образом, с ними
получилось то же самое, как если бы кто-нибудь набрал из различных мест руки,
ноги, голову и другие члены, нарисованные хотя и отлично, но не в масштабе
одного и того же тела; ввиду полного несоответствия друг с другом из них,
конечно , скорее составилось бы чудовище, а не человек». Коперник пишет, что он
«стал досадовать, что у философов не существует никакой более надежной теории
движений мирового механизма...». Сравнение системы мира с механизмом,
употребленное здесь Коперником, очень ярко выражает сущность его основной идеи:
построить простую модель солнечной системы, ее кинематический механизм. Такой
механизм он нашел, относя движения всех планет, в том числе и Земли, к
Солнцу. Этот шаг Коперника имел поистине революционное значение. Делая Землю
рядовым членом семейства планет, он порывал с аристотелевской и церковной
доктринами о противоположности земного и небесного, и с повседневными житейскими
представлениями.
Сделав один революционный шаг, Коперник был вынужден сделать и второй. Так
как движение Земли не отражается на видимой картине сферы неподвижных звезд,
он принял, что эта сфера чрезвычайно велика по сравнению с размерами орбиты
Земли. Расстояние Земли от центра мира «...будет несравненно малым, в
особенности по отношению к сфере неподвижных звезд», - утверждает Коперник. Сама
Вселенная бесконечно велика по сравнению с Землей: «... Небо неизмеримо велико
по сравнению с Землей и представляет бесконечно большую величину; по оценке
наших чувств Земля по отношению к небу, как точка к телу, а по величине, как
конечное к бесконечному». Но Коперник думает и об измеримости этой
бесконечности и сравнивает отношение Земли и Вселенной с отношением атома к телу.
Атомы неощутимы для чувств, несколько атомов не составляют видимого тела, «а
все же, - пишет Коперник, - эти частицы можно так умножить, что, наконец, их
будет достаточно для слияния в заметное тело».
Так новое учение о космосе обращает мысль его основателя к
материалистической атомистике. Оно неизбежно подводило также к представлению об
относительности движения, к физическому релятивизму. «Всякое представляющееся нам
изменение места происходит вследствие движения наблюдаемого предмета или
наблюдателя или, наконец, вследствие неодинаковости перемещений того и другого, так
как не может быть замечено движение тел, одинаково перемещающихся по
отношению к одному и тому же (я подразумеваю движение между наблюдателем и
наблюдаемым) ».
Вот когда в науке появляется эйнштейновский «наблюдатель»!
В другом месте Коперник, возвращаясь к вопросу об относительности движения,
пишет: «Так при движении корабля в тихую погоду все находящееся вне
представляется мореплавателям движущимся, как бы отражая движение корабля, а сами
наблюдатели, наоборот, считают себя в покое со всем с ними находящимся. Это же,
без сомнения, может происходить и при движении Земли, так что мы думаем,
будто вокруг нее вращается вся Вселенная».
Таким образом, кинематически движения наблюдателя и наблюдаемого
равноценны, любого из них можно считать неподвижным. Так же равноценны движения Земли
и Вселенной, и это объясняет вековую иллюзию неподвижности Земли. Но
астрономические и философские соображения заставляют Коперника считать неподвижность
Земли только иллюзией, а реальностью - ее движение вокруг Солнца. Позднее эти
идеи Коперника с особой основательностью разовьет Галилей, сформулировав
классический принцип относительности.
Правда истории заставляет нас в этом месте вспомнить предшественника
Коперника в учении об относительности движения и бесконечности Вселенной. Этим
предшественником был кардинал Николай Кузанский (Николай из Кузы, 1401-14 64),
итальянский ученый. Сочинения Кузанского были изданы уже после смерти в 1515
г., т.е. при жизни Коперника, и, вероятно, были ему известны. В одном из
сочинений мы читаем:
«...Для нас ясно, что Земля находится в движении, хотя нам этого и не
кажется, потому что мы замечаем движение по сравнению с чем-нибудь неподвижным.
Потому что если бы кто-нибудь сидел в лодке посредине реки, не зная, что вода
течет, и не видя берегов, то как бы он узнал, что лодка движется? И таким
образом, так как всякий, будет ли он находиться на Земле, или на Солнце, или на
другой какой звезде, полагает, что он находится в неподвижном центре, а что
все другое движется, то он назначил бы себе различные полюсы - одни, если бы
он был на Солнце, другие - на Земле, третьи - на Луне и так далее».
Космическое мышление Николая Кузанского представляет Вселенную бесконечной
и все ее точки равноправными точками отсчета. Коперник выбирает из множества
этих равноправных точек отсчета одну - Солнце, точнее, центр Солнца и строит
модель солнечной системы, представляя планеты движущимися вокруг Солнца по
круговым орбитам. Такая конкретная модель могла «работать» и могла быть
проверена практическими наблюдениями, философские идеи Николая Кузанского
Коперник перевел на язык фактов и чисел. Большая часть его книг содержит таблицы и
расчеты, относящиеся к той видимой части Вселенной, которую с древних времен
наблюдал и исследовал человек.
Джордано Бруно. Кеплер
Книга Коперника - и в этом заключается ее огромное стимулирующее значение -
поставила перед наукой ряд важных проблем. Перед астрономией она поставила
задачу проверить соответствие новой теории фактам. Надо было уточнить
наблюдения движения планет и выяснить, соответствуют ли эти наблюдения модели
Коперника. В случае расхождения возникала задача выяснения его причин: происхо-
дят ли они от неправильности самой теории или от того, что теория, верная в
своей основе, должна быть уточнена в деталях.
Решение этой задачи потребовало от астрономов больших усилий при тогдашнем
состоянии экспериментальных и математических средств астрономической науки.
Астрономы наблюдали светила невооруженным глазом, пользуясь визирами,
диоптрами, простыми угломерными инструментами невысокой точности. Для числовой
обработки результатов они не располагали не только счетными машинами, но и
обычной арифметической техникой, еще не известны были десятичные дроби и
логарифмы, которые появились только в начале XVII в. и не сразу вошли во
всеобщее употребление. Тогда же были созданы подзорные трубы и телескопы. Для
определения долгот астрономы не располагали точными часами. И астрономическая
наука, и навигационная практика нуждались в оптических приборах, в точных
часах, в новых вычислительных средствах. Этим и определялись задачи науки на
ближайшие десятилетия.
Теория Коперника нуждалась также и в физическом обосновании кинематической
схемы. Естественно возникал вопрос: что связывает «машину мира» в единое
целое, планеты с Солнцем, Землю с Луной? Каковы физические причины движения
вообще и движения планет в частности? Астрономия нуждалась в механике, и не в
той механике, которая была известна древним и по существу была статикой, а в
новой механике, в механике движения - динамике. Для развития этой новой
механики нужна была новая, динамичная математика.
Так из великого открытия Коперника возникла научная программа,
осуществление которой привело к возникновению экспериментального и математического
естествознания, в первую очередь механики и оптики.
Но помимо этих научных задач, приходилось решать и другую задачу:
преодоление установившихся традиций, освященных догматами церкви. Нужны были смелые
пропагандисты нового учения, способные распространить его, поколебать
окаменелые догмы. Теорию Коперника не признавали ведущие люди эпохи: церковный
реформатор Лютер, философ-материалист Френсис Бэкон, крупный астроном Тихо
Браге. К тому же к ней с самого начала ее зарождения настороженно
присматривалась католическая церковь. Обеспокоенная успехами протестантизма, она усилила
борьбу с инакомыслящими, укрепила инквизицию, беспощадно преследующую
«еретиков». Большую роль в «контрреформации» сыграл утвержденный в 1540 г. орден
иезуитов. Основанный испанским дворянином Игнатием Лойолой, он в короткое
время превратился в мощную разветвленную организацию. Иезуитские методы
борьбы и влияния на массы стали нарицательными, как символ беспринципной подлости
и хитрости. Иезуиты проникали всюду, вели интриги при дворах королей и
императоров , стремились взять под свой контроль науку и просвещение. Среди членов
ордена были и ученые и педагоги. Иезуиты и сыграли большую роль в борьбе с
системой Коперника.
Трудность борьбы за систему Коперника привела к тому, что новое учение
вошло в науку не сразу и осуществление научной программы, вытекающей из него,
затянулось на десятилетия. Борьба была длительной и кровавой. Навеки вошло в
историю имя мученика науки Джордано Бруно. Этот замечательный человек,
писатель, поэт, ученый, талантливый оратор и лектор, также был одним из тех
титанов , которых рождало это бурное время.
Он родился в 1548 г. в небольшом итальянском городе Нола, вблизи Неаполя, и
был при крещении назван Филиппе. Получив первоначальное образование в Неаполе
в учебном пансионе своего дяди, он в 16-летнем возрасте постригся в монахи
под именем Джордано, под которым и вошел в историю.
Молодой монах ревностно предавался научным и литературным занятиям: изучал
греческую науку и философию, труды арабских ученых и философов, сочинения
Фомы Аквинского и Николая Кузанского. Он написал сатирическую комедию
«Светильник», сатирический диалог «Ноев ковчег» (в форме диалога написаны все важней-
шие произведения Бруно), которые отнюдь не свидетельствовали о монашеских
умонастроениях Бруно.
Двадцати четырех лет Бруно становится священником в Кампанье. Здесь он
знакомится с сочинениями гуманистов и книгой Коперника. Его образ мыслей
вызывает подозрение членов монашеского ордена доминиканцев, к которому принадлежал
Бруно. На него был подан донос в Рим, и Бруно отправился туда, чтобы лично
Защищаться от выдвинутых обвинений. Однако в Риме он узнал, что после его
отъезда в монастыре были найдены новые изобличающие его материалы. Бруно
бежит в Геную. Начинается длительный период странствий.
Из Генуи Бруно перебрался в Венецию, затем в Милан, Турин, Шамбери, и,
наконец, покинув Италию, он едет в Женеву. Неукротимый дух полемиста заставил
его выступить против одного из протестантских философов Женевы, и обиженный
философ добился заключения Бруно в тюрьму. По освобождении из тюрьмы Бруно
покинул Швейцарию, сохранив навеки презрение к «глупой секте педантов», как
он называл кальвинистов.
После длительных скитаний он попадает в Тулузу, где становится профессором
Тулузского университета и в течение двух лет читает лекции, в которых резко
критикует учение Аристотеля. Это вызывает недовольство профессоров
университета, и Бруно покидает Тулузу и переезжает в Париж. В Париже Бруно приобрел
славу ученого, обладающего огромными познаниями и феноменальной памятью. Сам
король заинтересовался Бруно и просил посвятить его в тайны «Великого
Искусства». Это «Великое Искусство» представляло собой логическую машину,
изобретенную в XIII в. Раймондом Лулла. Машина состояла из нескольких движущихся
кругов, на которых были нанесены буквы, обозначающие отдельные логические
понятия. Движение кругов с различными скоростями приводило к различным
сочетаниям понятий. Бруно увлекся идеей Лулла, которую в последующие годы считали
несерьезной. Однако сегодня, в век логических машин, мы рассматриваем машину
Лулла как их предшественницу. Бруно написал о луллиевом искусстве ряд
сочинений , одно из которых посвятил королю Генриху III. Король в благодарность за
посвящение утвердил Бруно экстраординарным профессором Парижского
университета.
Но странствия ученого на этом не закончились. Из Парижа он едет в Оксфорд,
из Оксфорда в Лондон, из Лондона снова в Париж, из Парижа в Германию. Объехав
почти всю Германию и побывав в Цюрихе, Бруно в 1591 г. принял приглашение
венецианского дворянина Мочениго и прибыл в Венецию, навстречу своей
мученической кончине.
Годы странствий Бруно были годами напряженной, кипучей деятельности. Он
читает лекции, пишет книги, участвует в диспутах с выдающимися представителями
схоластической науки в Оксфорде, Париже и других университетах. Он развивает
величественное учение о множественности миров. Восторженно прославляя
Коперника, Бруно считает необходимым пойти дальше в развитии его теории.
В 1584 г. им были написаны диалоги «Пир на пепле», «О бесконечности
Вселенной и мирах», в которых он излагал свое учение о бесконечной Вселенной,
слагающейся из множества миров, подобных нашей солнечной системе. Бруно давал
высокую оценку Копернику, считая, что он стоит «много выше Птолемея, Гип-
парха и всех других, шедших по их следам». Бруно писал, что Копернику мы
обязаны освобождением от некоторых ложных предположений общей вульгарной
философии, если не сказать, от слепоты. Говоря об анонимном «сверхпредисловии» к
книге Коперника, он называл его автора «невежественным и самонадеянным
ослом», «глупцом», который «старается, чтобы другие не поглупели от учения
Коперника, а сам вносит в него, быть может, больше недостатков, чем в нем
имеется. . .».
Коперник у Бруно «заря», предвещающая восход солнца «истинной античной
философии» . Из его диалогов видно, что этой философией является философия Де-
мокрита и Эпикура, которую он развивает дальше, в противовес аристотелевской
концепции о конечной Вселенной, о противоположности земного и небесного, о
наличии абсолютно неподвижного центра Вселенной. Части и атомы Вселенной
«находятся в бесконечном течении и движении, испытывают бесконечные перемены как
по форме, так и по месту». Отсутствие покоя, вечное круговращение природы
Бруно выражает в стихотворении, начинающемся словами:
Покоя нет - все движется, вращаясь,
На небе иль под небом обретаясь,
И всякой вещи свойственно движенье,
Близка она от нас иль далека,
И тяжела она или легка.
Движение познается только по отношению к другим телам: «Так, люди,
находящиеся на середине моря на плывущем корабле, если они не знают, что вода
течет , и не видят берегов, не заметят движения корабля».
В учении о бесконечности Вселенной, об относительности движения и покоя
Бруно солидаризируется с Кузанским, имя которого с уважением неоднократно
упоминается на страницах его «Диалогов».
Сущность космической теории Бруно в сжатой форме выразил один из персонажей
его диалога «О бесконечности Вселенной и мирах»: «Я заключу следующим:
знаменитое общепринятое деление элементов и мировых тел есть сон, пустейшая
фантазия, которая не подтверждается ни природою, ни разумом, которая не может и не
должна быть. Достаточно знать, что существует бесконечное поле и непрерывное
пространство, которое охватывает все и проникает во все. В нем существуют
бесчисленные тела, подобные нашему, из которых ни одно не находится в большей
степени в центре Вселенной, чем другие, ибо Вселенная бесконечна, и поэтому
она не имеет ни центра, ни края; ими обладают лишь отдельные миры, которые
существуют во Вселенной в таком виде, как я уже говорил, в особенности там,
где существуют, как я доказал, некоторые определенные центры, каковы суть
Солнце и огни, вокруг которых вращаются все планеты, земли, воды, подобно
тому , как вокруг этого соседнего нам Солнца существуют эти семь планет. Также
мы доказали, что каждая из этих звезд или этих миров, вращаясь вокруг
собственного центра, кажется своим обитателям прочным и устойчивым миром, вокруг
которого вращаются звезды как вокруг центра Вселенной. Так что нет одного
только мира, одной только Земли, одного только Солнца, но существует столько
миров, сколько мы видим вокруг нас сверкающих светил, которые в не меньшей
степени заключаются в этом небе, в едином всеохватывающем месте, чем этот
мир, на котором мы обитаем».
Так на смену узкому и реакционному средневековому представлению о мире
пришло новое величественное мировоззрение, перед которым церковное учение о
земле и небе выглядело ничтожным и жалким. Нетрудно представить себе бешенство,
охватившее «князей церкви» при чтении смелых диалогов Бруно.
Мы оставили Бруно в тот момент, когда он принял приглашение венецианского
дворянина Мочениго и вернулся в Италию.
Мочениго пригласил Бруно, соблазнившись одной из его книг о «Великом
Искусстве» , думая, что Бруно владеет тайной делания золота и другими алхимическими
знаниями. Он пригласил его давать ему уроки в алхимическом искусстве,
предоставив за это кров и содержание. Понятно, что уроки Бруно разочаровали
Мочениго, а его свободные и широкие взгляды испугали тупоумного и злобного
венецианца. Бруно быстро понял свою ошибку, решил расстаться с Мочениго и вернуться
во Франкфурт. Но Мочениго опередил его. Он написал донос в инквизицию и
удерживал Бруно до того рокового дня 23 мая 1592 г. , когда Бруно был арестован
инквизицией. Более семи лет томился Бруно сначала в венецианской, а затем в
римской тюрьме, подвергаясь пыткам и истязаниям. 17 февраля 1600 г. он был
сожжен в Риме на площади Цветов (Кампо дель фиоре). Ныне на этом месте стоит
памятник Бруно.
В одном из своих стихотворений Бруно писал: «Храбро боролся я, думая, что
победа достижима. Но телу было отказано в силе, присущей духу, и злой рок
вместе с природою подавили мои стремления. Все же во мне было то, в чем мне
не откажут будущие века, и потомки скажут: страх смерти был чужд ему, силою
характера он обладал более, чем кто-либо, и ставил выше всех наслаждений в
жизни борьбу за истину. Силы мои были направлены на то, чтобы заслужить
признание будущего».
И Бруно заслужил благодарное признание потомков.
В год, когда начались странствия Бруно, шестилетний сын швабского солдата
начал посещать школу. Ничто не предвещало великой судьбы хилому, болезненному
мальчику, по существу брошенному своими родителями. Тем не менее, этот
мальчик стал великим астрономом, обессмертившим свое имя открытием законов
движения планет. Это был Иоганн Кеплер.
Кеплер родился 27 декабря 1571 г. в небольшом местечке вблизи швабского
города Вейля. Отец его, Генрих Кеплер, был Захудалым, разорившимся дворянином,
служившим простым солдатом. Г. Кеплер был женат на дочери деревенского
трактирщика. Брак был неудачным, родители часто ссорились, отец бросал семью, и
мальчик воспитывался у деда, который и поместил Кеплера в школу, когда ему
исполнилось шесть лет. Но к этому времени вернулись родители. Для поправки
своих материальных дел они решили открыть трактир и взяли мальчика
прислуживать посетителям. Так начался тяжелый жизненный путь будущего великого
ученого.
В конце концов, семья опять распалась, отец ушел в солдаты и не вернулся.
Слабый, болезненный мальчик (в четырехлетнем возрасте он перенес оспу) был
плохим помощником, и его решено было отдать в монастырскую школу, которую он
успешно окончил через два года. Оттуда он был переведен в духовную школу
высшего разряда и через три года, как способный ученик, был принят в Тюбинген-
скую семинарию, по окончании которой 11 августа 1591 г. был оставлен
стипендиатом Тюбингенской академии, впоследствии преобразованной в университет.
Перед Кеплером открылась дорога к богословской карьере. Протестантская церковь
должна была получить в лице его своего богослова. Но произошло иное.
Астрономию и математику в то время в Тюбингене преподавал выдающийся педагог Мест-
лин, хорошо знавший преподаваемые им науки, один из немногих в то время
приверженцев учения Коперника. Он разбудил в Кеплере интерес к астрономии,
познакомил его с книгой Коперника, и Кеплер сделался горячим сторонником нового
учения. С тех пор богословская карьера Кеплера кончилась. По окончании
академии в 1593 г. Кеплер получил блестящий аттестат, удостоверявший его
выдающиеся способности и знания, но к богословскому служению был признан непригодным
и был назначен преподавателем математики и философии в училище в Граце.
В Граце Кеплеру пришлось заниматься не только преподаванием, но и
составлением календарей, гороскопов и научной работой. На астрологию, которой ему
приходилось заниматься, он смотрел как на источник средств существования. По
его высказыванию, «астрология - дочь астрономии, хотя и незаконная, и должна
кормить свою мать, которая иначе умерла бы с голоду» Астроном Кеплер должен
был заниматься астрологией, помещать в свои календари астрономические и
метеорологические предсказания, иначе он умер бы с голоду. Кеплер к тому
времени женился, и его материальное положение было далеко не блестящим.
Уже в эти годы Кеплера занимала идея числовых соотношений между орбитами
планет. Число известных в то время планет, включая Землю, равнялось шести, и
задача отыскать простые числовые отношения между их расстояниями от Солнца
казалась вполне разрешимой. Кеплер, разделяя убеждение пифагорейцев, что
число «есть принадлежность всех вещей», пытался найти «числовую гармонию»
планетных сфер. Пробуя различные комбинации, Кеплер пришел к геометрической
схеме, согласно которой расстояние планет от Солнца находят следующим
геометрическим построением: вокруг ближайшей к Солнцу сферы Меркурия описывают
правильный восьмигранник, вокруг него - вторую сферу - сферу Венеры. Около этой
сферы описывают двадцатигранник, вокруг которого описывают третью сферу -
сферу Земли. Около сферы Земли описывают двенадцатигранник, вокруг него -
четвертую сферу - сферу Марса; далее описывают тетраэдр, и вокруг него -
сферу Юпитера; около сферы Юпитера описывают шестигранник, и вокруг него - сферу
Сатурна.
«Работая над этим, - писал Кеплер, - я твердо заучил расстояния и времена
обращения планет...» Это пригодилось ему в будущем. Кеплер на всю жизнь
сохранил теплое чувство к своему первому детищу, изданному в 1596 г. под
интригующим названием «Космографическая тайна». Он послал эту книгу знаменитому
датскому астроному Тихо Браге (1546-1601) и итальянскому астроному Галилею.
Тихо Браге - искусный и ревностный наблюдатель, к тому же не принявший
системы Коперника, холодно отнесся к основной идее Кеплера, которая действительно
не выдержала проверки временем, но оценил в Кеплере способного вычислителя и
пригласил его к себе в сотрудники. В Галилее же Кеплер приобрел соратника по
борьбе за новое мировоззрение, и во взаимной переписке оба великих ученых
черпали силы для этой нелегкой борьбы.
Между тем положение Кеплера осложнилось политическими событиями. В Штирии,
где находился Грац, усилилась католическая реакция, и протестанту Кеплеру
пришлось бежать в Венгрию. На сделанное ему предложение переменить веру он
ответил отказом. Через год правительство все же разрешило ему вернуться в
Грац при условии вести себя осторожнее. Кеплер вернулся, но увидел, что жизнь
в Граце становится невозможной. Тихо Браге, переехавший к тому времени в
Прагу, уговорил Кеплера приехать к нему. Кеплер принял это предложение и поехал
в Прагу. Тихо Браге был выдающимся астрономом, посвятившим астрономии все
свои силы и все свое состояние. В Дании в его распоряжении был остров, на
котором он создал целый астрономический городок, названный им Ураниенбургом. Не
поладив с приближенными молодого датского короля, Тихо расстался с
Ураниенбургом и уехал в Прагу, куда и приехал к нему Кеплер. Долго поработать с
Браге Кеплеру не пришлось, так как вскоре Тихо умер. Журналы его
тридцатипятилетних наблюдений попали в руки Кеплера, и он начал, не прекращая составления
гороскопов, обработку этого гигантского материала.
Прежде всего, Кеплер решил внести в результаты Тихо поправки на рефракцию.
Это заставило его изучать оптику, но он не ограничился простым изучением
трактата Вителло, а разработал самостоятельно целый ряд вопросов, написав
сочинение «Дополнения к Вителло». Здесь он дает теорию камеры-обскуры, излагает
свою теорию зрения, в которой исправляет ошибку Алхазена, показывая, что
изображение получается на сетчатке, а хрусталик действует как линза. Кеплер
правильно объяснил близорукость и дальнозоркость, а также способность глаза
видеть далекие и близкие предметы изменением кривизны хрусталика. Из
составленных им таблиц рефракции он определяет плотность воздуха относительно
плотности воды. «Созерцание природы научило меня, - писал Кеплер, - что наша
атмосфера состоит из вещества тяжелого». Вполне естественно, что еще до открытия
давления атмосферы Кеплер полагал, что рефракция зависит от состояния
атмосферы .
Эти замечательные результаты были получены Кеплером в самый разгар работы
над определением орбиты Марса. Вначале он, как и Коперник, считал орбиту
круговой. «Эта ошибка, - писал Кеплер, - была тем более вредной, что она
опиралась на единодушное мнение всех философов...»
Потом Кеплер понял, что орбита имеет форму овала, и, в конце концов, в
результате длительных вычислений он находит истинную форму орбиты: эллипс, в
фокусе которого расположено Солнце. При этом планета движется по эллипсу
неравномерно, быстрее, когда она ближе к Солнцу, и медленнее, когда дальше от
него, в соответствии с законом площадей. Все свои расчеты, критику теорий
Птолемея и Тихо, все ошибки и неудачи, свои переживания Кеплер изложил в
книге «Новая астрономия, или Небесная физика с комментариями на движение планеты
Марс по наблюдениям Тихо Браге», вышедшей в Праге в 1609 г.
Великое открытие Кеплера не принесло ему благополучия. Его продолжали
преследовать нужда и несчастья. В 1610 г. умерли его жена и сын, и он остался с
двумя детьми на руках. В этом же году он узнал об открытии Галилеем четырех
спутников Юпитера и изобретении зрительной трубы. Кеплер размышляет в связи с
этим о возможности открытия спутников и у других планет. По его мнению, у
Марса должно быть два спутника и шесть или восемь у Сатурна. Эти
предположения Кеплера оправдались впоследствии.
Мысль Кеплера опять обратилась к оптике, и в 1611 г. вышло его новое
сочинение по оптике - «Диоптрика». Здесь он описывает конструкцию телескопа
(труба Кеплера), рассматривает ход лучей в линзах и системах линз, приходит к
выводу о существовании полного внутреннего отражения при переходе света из
среды, оптически более плотной, в среду, оптически менее плотную, находит
фокусные расстояния стеклянных плосковыпуклой и двояковыпуклой линз.
Нужда заставила Кеплера уехать из Праги. Жалованье ему не платили, и в
поисках выхода из тяжелого положения он уехал в Линц, где занял место
преподавателя математики. Однако нужда и несчастья продолжали преследовать Кеплера.
В 1618 г. началась тридцатилетняя война, императорская казна была пуста, и
Кеплеру нечем было платить жалованье. В довершение всего ему пришлось ехать
на родину выручать свою мать, обвиненную в колдовстве и приговоренную к
сожжению на костре. С большим трудом Кеплеру удалось спасти мать, но по
возвращении в Линц его встретили грубыми оскорблениями, обзывая сыном колдуньи и
внуком ведьмы.
И все же в этих труднейших условиях мужественный ученый продолжал свое
великое дело. В 1619 г. вышло сочинение «Гармония Мира», в котором содержался
третий закон движения планет. Задача, поставленная им в начале научного пути,
была успешно решена.
Трудны были последние годы жизни ученого. Оставив место в Линце, он жил
случайными заработками, а в 1628 г. поступил на службу к известному
полководцу Валленштейну. Гороскопы Кеплера не удовлетворяли честолюбивого и грубого
полководца, и Кеплер вернулся в Линц. В хлопотах о получении не выплаченного
ему жалованья во время одной из поездок в Регенсбург он простудился, заболел
и умер 15 ноября 1630 г.
Бессмертным памятником его трудной жизни остались открытые им законы.
Галилей
Следующий решающий шаг в борьбе за систему Коперника и новое мировоззрение
был сделан Галилеем. Бруно рассматривал и развивал учение Коперника с
философских позиций, Кеплер привел систему Коперника в соответствие с последними
данными астрономии, Галилей же обосновал систему Коперника физически, и его
борьба за нее слилась с выработкой основ новой физики, пришедшей на смену
аристотелевской. Существенно, что непригодность аристотелевской физики была
осознана еще до Коперника. Великий художник эпохи Возрождения Леонардо да
Винчи уже ясно понимал, что наука должна строиться на опыте и на
математическом расчете, и сам проводил эксперименты, приходя к результатам,
предваряющим последующие выводы Галилея. Леонардо да Винчи пошел также против учения о
противоположности земного и небесного. Земля - такое же небесное тело, как и
Луна, и держится свободно в пространстве, окруженная своими элементами, как и
Луна. Но Леонардо не публиковал своих размышлений, они остались в его
записных книжках, записанные к тому же в зеркальном изображении. Поэтому
современники и потомки не могли воспользоваться его результатами.
Галилео Галилей родился 15 февраля 1564 г. в семье небогатого пизанского
дворянина. Пиза и Флоренция - города Тосканы, находившиеся в то время под
властью богатой фамилии Медичи. Галилей учился в Пизанском университете.
Сначала он изучал медицину, однако, впоследствии оставил медицинский факультет и
стал изучать математику и философию. Одаренный юноша обратил на себя
внимание . Уже в двадцатидвухлетнем возрасте он издает небольшое сочинение о
сконструированных им гидростатических весах. В 1589 г. его назначают профессором
Пизанского университета, где он читает лекции по математике и философии. Хотя
в эти годы он открыто не выступает против перипатетиков, представители
схоластики относятся к нему недоброжелательно. Это обстоятельство, равно как и
недостаточность получаемого им содержания, вынуждает Галилея принять
предложение правительства Венецианской республики занять место профессора
университета в Падуе.
В Падуе Галилей провел 18 лет, с 1592 по 1610 г., сделав здесь ряд
важнейших открытий, принесших ему мировую славу. Именно здесь он начал борьбу за
систему Коперника, в справедливость которой уверовал, вероятно, еще в Пизе,
но Защиту которой считал очень трудным делом. В 1597 г. он писал:
«К мнению Коперника я пришел много лет назад и, исходя из него, нашел
причины многих явлений природы, далеко не объяснимых с помощью обычных гипотез.
Написал многие соображения и опровержения противных аргументов, которые,
впрочем, опубликовать не решился, устрашенный судьбой учителя нашего
Коперника . У немногих стяжал он бессмертную славу и бесчисленным множеством - ибо
таково число глупцов - осмеян и освистан».
Понимая трудность борьбы, Галилей накапливал материал для предстоящей
схватки. Он размышлял над вопросами механики и астрономии, обсуждал научные
проблемы со своими друзьями, дожидаясь подходящего момента для начала
открытой борьбы. Такой момент представился к концу пребывания Галилея в Падуе.
В 1608 г. в Голландии была изобретена зрительная труба. Когда весть об этом
дошла до Галилея, он немедленно начал размышлять над возможной конструкцией
трубы и в течение года создал трубу, представляющую комбинацию выпуклой и
вогнутой линз. Венецианский сенат высоко оценил изобретение Галилея, его земная
польза была очевидной. Но Галилей был первым ученым, использовавшим трубу в
научных целях. Усовершенствовав трубу, он направил ее на небо и сразу
обнаружил несоответствие наблюдаемой картины схеме Аристотеля. Поверхность Луны
была неровной. Млечный Путь оказался состоящим из множества до того неизвестных
звезд. В начале января 1610 г. Галилей открывает спутники Юпитера - наглядную
модель системы Коперника, демонстрирующую, как планета со своими лунами
движется вокруг Солнца. Волнующий рассказ о своих открытиях Галилей назвал
«Звездный вестник». Он посвятил его, по тогдашнему обычаю, великому герцогу
Тосканскому Козимо II Медичи, подготовляя тем самым путь для возвращения в
Тоскану. Галилей считал, что Флоренция, где он будет находиться под
покровительством великого герцога, будет более подходящим местом для работы и
борьбы, чем Венеция, выдавшая инквизиции Бруно, и он принял приглашение герцога
переехать во Флоренцию.
С 1610 г. начинается новый, напряженный и драматический период в жизни
Галилея. Борьба, как он и предполагал, оказалась тяжелой. Сторонники старого не
только не сдавались перед лицом новых фактов, но и перешли в открытое
наступление . Учения Коперника и Галилея громили в церковных проповедях, объявили
несовместимыми со священным писанием. Галилей в письме от 14 декабря 1613 г.
своему ученику Кастелли резко возражал против привлечения священного писания
к научным спорам. Он писал: «...Разумно, полагаю, было бы, если бы никто не
дозволял себе прибегать к местам писания и некоторым образом насиловать их с
целью подтвердить то или иное научное заключение, которое позже вследствие
наблюдения и бесспорных аргументов придется, быть может, изменить в
противоположное. И кто возьмет на себя поставить предел человеческому духу? Кто
решится утверждать, что мы знаем все, что может быть познано в мире?».
г
П
ТРУБА ГАЛИ А ЕЯ
i
f
оьье кгив
го zi a
-4*——«J Л'-ПОДБИРАЕТСЯ
ЛИ АГРА УЛ
) nPHKAFMTh
{диафрагма
05-1OMKI
Зрительная труба Галилея.
Это изумительное высказывание Галилея отражает главный дух науки,
несовместимый с любой догмой: неустанный поиск, неустанное движение познания. Вполне
понятно, что письмо Галилея Кастелли произвело огромное впечатление. Его
переписывали и изучали сторонники нового, его изучали и враги. С 1615 г. оно с
подчеркнутыми криминальными, по мнению церковников, местами и с доносом на
Галилея было направлено в Рим, в инквизицию. Теперь высшему церковному
судилищу надлежало высказать свое отношение к системе мира, которая по иронии
судьбы была открыта католическим священником. Надо было четко ответить на
основной вопрос: совместима ли система мира Коперника с учением церкви или
является ересью?
В конце 1615 г. Галилей, услыхав, что в Риме «хотят прийти к некоторому
решению» относительно системы Коперника, едет в Рим, чтобы защитить новое
учение и, как он хорошо понимал, самого себя от обвинения в ереси. По
сохранившимся свидетельствам современников, Галилей защищался с блеском. Так, в одном
из писем того времени мы читаем: «Вы испытали бы большое удовольствие, если
бы слышали Галилея рассуждающим в кружке 15-20 человек, наседающих на него то
в одном, то в другом доме. Он так уверен в своем деле, что всех их
высмеивает. И если он не убедит в справедливости своего мнения, то, во всяком случае,
докажет ничтожность аргументов, какими противники хотят повергнуть его на
землю».
Но блестящие аргументы производили на церковников противоположное действие,
они все больше убеждались в опасности для церковного мировоззрения системы
Коперника. 5 марта 1616 г. декретом учрежденной при инквизиции конгрегации
книга Коперника была запрещена, а учение о движении Земли было признано
противным священному писанию. 6 марта 1616 г. посланник герцога Тосканского
доносил герцогу:
«Вчера была созвана конгрегация, чтобы объявить мнение Коперника ложным и
еретичным. Коперник и другие авторы, о том писавшие, будут или подвергнуты
исправлению или запрещены. Лично Галилей, полагаю, не пострадает, если будет
достаточно благоразумен, чтобы хотеть и мыслить гак, как святая церковь хочет
и мыслит. Но он слишком горячится, безмерно страстен и слишком мало имеет
благоразумия, чтобы побороть себя».
Постановление конгрегации, понятно, не убедило Галилея, и он оставался
приверженцем системы Коперника, хотя, конечно, уже не мог ее проповедовать
открыто . Но, поскольку формально Галилею не запрещалось критиковать Птолемея и
Аристотеля, он продолжал разрушительную критику схоластической науки,
одновременно закладывая основы новой науки.
Еще будучи в Пизе, Галилей путем эксперимента опроверг учение
перипатетической физики о пропорциональности скорости падения тела силе тяжести.
Сброшенные со знаменитой наклонной башни шары, чугунный и деревянный, одинакового
размера упали почти одновременно, и Галилей с полным основанием приписал
различие в скорости сопротивлению воздуха.
Опыт Галилея имел огромное методологическое значение. Эксперименты с
падением тел проводил и Леонардо да Винчи. Но только Галилей ясно указал, что для
получения научных выводов из опыта необходимо устранить побочные
обстоятельства, мешающие получить ответ на заданный природе вопрос. Надо уметь видеть в
опыте главное и отвлечься от несущественных для данного явления фактов.
Поэтому Галилей, в отличие от Леонардо, брал тела одинаковой формы и
одинакового размера, чтобы сосредоточить внимание на главном - зависимости скорости
падения от силы тяжести, и добился успеха. Он отвлекся от бесчисленного
множества других обстоятельств: состояния погоды, состояния самого
экспериментатора, температуры, химического состава бросаемых тел и т.д. Чтобы эксперимент
имел научное значение, он должен быть поставлен так, как первый опыт Галилея.
Таким образом, простой опыт Галилея по существу явился подлинным началом
экспериментальной науки. Галилей повторял и варьировал его неоднократно. Он
изучал падение тел в лабораторных условиях, на наклонной плоскости, на маятнике,
искал точное количественное соотношение между скоростью и временем падения,
пройденным путем и временем падения и т. д. Результаты этих опытов и их
теоретический анализ послужили основой механики, обессмертив имя Галилея как
зачинателя нового естествознания. Работы Галилея по механике, астрономии,
сопротивлению материалов, акустике, оптике связаны в единое целое, подчинены
общей цели-утверждению новой науки и нового мировоззрения.
Спустя 14 лет после запрещения учения Коперника Галилей закончил рукопись
своего главного сочинения «Диалог о двух системах мира - Птолемеевой и Копер-
никовой» и повез ее в Рим, чтобы получить разрешение на публикацию. В Риме в
это время папский престол занял Урбан VIII, который в бытность свою
кардиналом хорошо относился к Галилею и даже посвятил ему латинские стихи. Галилей
рассчитывал на «смягчение климата». Действительно, главный цензор не возражал
против печатания книги, но предложил снабдить ее предисловием, в котором от-
мечалось бы, что теория Коперника является только гипотезой (такое
предисловие к книге Коперника было, как мы знаем, написано Осиандером). Галилей
написал такое предисловие. В нем он указал и на «спасительный декрет», осуждавший
систему Коперника, и на то, что в книге учение Коперника обсуждается как
гипотеза . При этом Галилей подчеркнул, что гипотеза Коперника стоит выше, «если
и не системы неподвижности Земли, то, по крайней мере, тех возражений, какие
делаются церковными перипатетиками».
В 1632 г. сочинение Галилея вышло из печати во Флоренции. Остро полемичная
книга написана в форме диалога, который ведут венецианцы Сагредо и Симпличио
и флорентиец Сальвиати.
Сальвиати и Сагредо - имена двух друзей Галилея. Это персонажи диалога, из
которых первый выражает взгляды самого Галилея, а второй им сочувствует.
Симпличио (по-итальянски означает «простак») защищает взгляды перипатетиков,
непрерывно апеллируя к авторитету Аристотеля и Птолемея. Враги Галилея
распустили слух, что под маской Симпличио выведен сам папа. Это, понятно, не
способствовало радушному отношению к книге со стороны последнего. Но независимо
от этого содержание книги не оставляло ни малейшего сомнения, на чьей стороне
автор, а блестящая аргументация произвела огромное впечатление не только в
Италии, но и за границей. Книга вызвала шум, сделалась подлинной сенсацией.
Система Коперника в этой книге получила всестороннее - физическое,
астрономическое и философское - обоснование, а концепции схоластиков был нанесен
сокрушительный удар, от которого они уже не могли оправиться.
В течение первого дня дискуссия касается общих философских вопросов,
рассматривается учение перипатетиков о противоположности земного и небесного, о
достоверности познания и его источнике, о трехмерности мира и т.д. Беседа
этого дня заканчивается гимном человеческому разуму и прославлением
письменности .
Беседа второго дня занимает центральное место в книге. В ней разбираются
аргументы против учения о движении Земли, которое якобы должно отразиться на
наблюдаемых нами явлениях, например: брошенный с башни камень должен упасть
не к подножию башни, а в сторону, противоположную движению Земли, облака и
птицы должны отставать от движущейся Земли и т.д. Для опровержения этих
аргументов и потребовалась новая механика.
Механика Аристотеля различала три вида движений: естественные,
насильственные и круговые. Естественным было движение к центру мира, к центру Земли.
Круговые движения были присущи небесным телам и, являясь идеальной формой
движения, соответствовали идеальному, вечному миру. Все прочие движения, в
том числе и равномерное прямолинейное, были насильственными и требовали силы.
Как только сила переставала действовать, движение прекращалось.
Опыт перемещения тел с небольшими скоростями, казалось, подтверждал эту
механику. Так, книга, лежащая на столе, не сдвинется с места, если ее не
подтолкнуть пальцем, по прекращении действия пальца движение книги прекращается.
Казалось, что полет стрелы не соответствует аристотелевской механике, но и
здесь был найден выход. Стрела со свистом разрезает воздух, освобождая перед
собой пространство, в которое устремляются образовавшиеся сзади стрелы массы
воздуха, своим давлением продолжающие насильственно гнать стрелу. Когда
давление прекращается, стрела падает. Таким объяснением удовлетворялись в
течение многих веков, пока не появилось огнестрельное оружие. Изучение полета
пуль и снарядов показывало, что ответ Аристотеля неудовлетворителен и дело
обстоит гораздо сложнее. Так, известный математик XVI столетия Николо Тарта-
лья (1500-1557) установил, что траектория полета снаряда не имеет изломов,
как это должно быть по теории перипатетиков, а является целиком
криволинейной. Он нашел также, что наибольшая дальность полета будет при стрельбе под
углом 45° к горизонту. Правда, Тарталья еще не мог отрешиться от перипатети-
ческих представлений и считал, что установленные им факты объясняются
смешением естественного и насильственного движений. Это, вообще говоря, правильно,
поскольку полет снаряда обусловлен инерционным движением («естественным», по
современным представлениям) и движением по вертикали («насильственным», по
современным представлениям, и «естественным», по Аристотелю).
Наибольшая дальность полета, если не принимать в расчет сопротивление
воздуха, достигается, действительно, при угле возвышения в 45°.
Другой итальянец - Бенедетти (1530-1590) - пошел дальше, введя
представление об «импето» («впечатлении»), сохраняющемся в теле, которому сообщена
скорость . Тело продолжает движение с сообщенной ему скоростью. Поэтому камень,
выпущенный пращой, продолжает движение по прямой линии.
Таким образом, практика уже подводила ученых к представлению об инерции, и
Галилей в «Диалоге» делает новый шаг в выработке этой важнейшей идеи
механики. Разбирая движение тела по наклонной плоскости в духе Галилеевского
метода, отвлекаясь от трения (плоскость и шар абсолютно твёрдые и гладкие), Саль-
виати подводит своих собеседников к выводу, что шар, скатывающийся по
плоскости ускоренно, будет подниматься по плоскости замедленно, если ему сообщить
начальною скорость. «Теперь скажите, - продолжает обсуждение Сальвиати, - что
будет с тем же телом на плоскости, которая ни вниз не опускается, ни вверх не
поднимается?» Из ответов собеседников выясняется, что тело будет равномерно
двигаться столько времени, «сколько хватит» такой плоскости. «Если, -
подытоживает Сальвиати, - длина ее будет бесконечна, то и движение будет
продолжаться вечно».
Современный учитель физики так же подводит учащихся к понятию инерции,
заставляя двигаться шар по гладкой горизонтальной поверхности, не задумываясь
над тем, что шар находится в поле тяготения и взаимодействует со столом, а
«не предоставлен самому себе», как этого требует закон инерции, физику мы
учим в тех же естественных условиях, в каких ее создавал Галилей.
Галилей не нашел полной и точной формулировки закона инерции, он не смог
оторваться от своей плоскости, не имеющей «ни спуска, ни подъема», и,
отождествив эту плоскость с поверхностью шара, считал, что движение по такой
идеальной сферической поверхности может продолжаться вечно. Однако важно другое,
что в путанице земных движений Галилей выявил свойство тел сохранять свою
скорость. Ядро, выпущенное из пушки, продолжает лететь с сообщенной ему
скоростью, одновременно падая с ускорением на Землю.
Галилей совершенно правильно применил закон инерции в конкретных примерах
и, что особенно важно, привлек этот закон к обоснованию системы Коперника.
Шар, сброшенный с башни, продолжает двигаться вместе с башней и поэтому
упадет к ее подножию. Птицы и облака продолжают двигаться вместе с Землей, как и
атмосфера. Поэтому мы и не замечаем движения Земли, и все явления происходят
на ней так, как если бы она была неподвижна. Галилей весьма наглядно
формулирует это картиной явлений в трюме корабля. Все движения в этом помещении:
падение капель из ведра, подвешенного к потолку, в сосуд с узким горлышком,
поставленный на полу, полет мух и бабочек, находящихся в трюме, плавание рыбок
в аквариуме, бросание мяча наблюдателем своему приятелю - тщательно
фиксируется наблюдателем. «Наблюдайте хорошенько за всем этим, - говорит Сальвиати,
- и заставьте привести в движение корабль с какой угодно быстротой. Если
движение будет равномерно, то вы не заметите ни малейшей перемены во всех
указанных действиях, и ни по одному из них не в состоянии будете судить,
движется ли корабль или стоит на месте».
В этом высказывании Сальвиати содержится важнейший физический принцип -
принцип относительности Галилея: никаким механическим опытом нельзя
установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно, движения в
обеих системах протекают совершенно одинаково.
Эйнштейн, развивший спустя 300 лет после Галилея теорию относительности,
назвал систему отсчета, центр которой находится в центре солнечной системы, а
оси направлены к неподвижным звездам, галилеевой. Эйнштейн утверждал, что все
системы отсчета, движущиеся равномерно и прямолинейно относительно
галилеевой, равноправны, а постоянная скорость системы отсчета не оказывает никакого
влияния на ход механических процессов.
Установление принципа относительности сняло главные возражения противников
Коперника.
В беседе третьего дня приводятся астрономические открытия, говорящие в
пользу Коперника и против Аристотеля: вид Луны в телескоп, солнечные пятна,
фазы Венеры, спутники Юпитера. Все это в разное время было открыто самим
Галилеем. Эти факты свидетельствуют в пользу теории Коперника, и Сагредо в
«Диалоге» совершенно правильно восклицает: «О, Николай Коперник. Как
обрадовался бы ты, видя, как подтверждена этими фактами твоя истина!»
Однако Галилею эти доказательства еще казались недостаточными, и он в
беседе четвертого дня излагал свою теорию приливов и отливов. Эта теория основана
на проявлении инерции. Галилей в пояснение ее приводит пример с баржей,
везущей воду: при торможении баржи вода устремляется к носу, при ускорении -
отступает к корме.
Явление описано Галилеем совершенно правильно и свидетельствует о его
наблюдательности . Правильна также мысль, что суточное вращение Земли должно
найти свое отражение в явлениях на земной поверхности (эти явления были
впоследствии открыты). Но сама теория приливов и отливов в том виде, в каком ее
дал Галилей, неверна. Он считал причиной приливов и отливов изменение
скорости воды, которая составляется из скорости вращения Земли и скорости ее
орбитального движения. Несмотря на неправильность своей теории, которая
противоречит установленному им принципу относительности, Галилей считал ее важнейшим
аргументом в защиту системы Коперника.
Богатое содержание «Диалога» далеко не исчерпывается изложенными здесь
примерами. Эта живая полнокровная книга хорошо отражает дух самого Галилея. С
какой язвительностью он говорит о своих противниках и их аргументах, «которые
я стыжусь повторять..., чтобы не налагать пятна на род человеческий». С
гневом и страстью он бичует слепое преклонение перед Аристотелем! Он говорит,
что Аристотеля надо изучать (кстати сказать, в «Диалоге» очень сильны следы
аристотелевской физики), но вместе с тем не одобряет, когда каждое слово
Аристотеля принимают на веру. Это злоупотребление ведет за собой вредное
последствие: «не заботятся убедиться в силе доказательств». «Разве недостойно
осмеяния, - продолжает Сальвиати, - когда на диспуте о каком-нибудь предмете,
подлежащем доказательству, вдруг кто-нибудь приведет цитату, часто
относящуюся совсем к другому предмету, и ею затыкают рот противнику. Если вы хотите
так продолжать в деле науки, то не называйтесь философами, зовитесь
историками, докторами зубрения. Кто никогда не философствует, не имеет право на
почетный титул философа».
Совершенно очевидно, что «доктора зубрения» не остались в долгу и начали
травлю Галилея. Вскоре после выхода книги Галилей пишет: «Из верного
источника слышу, что отцы-иезуиты наговорили решающей особе, что моя книга ужаснее и
для церкви пагубнее писания Лютера и Кальвина». Против Галилея по приказанию
папы возбуждается дело, и Галилея вызывают в Рим. Больной старик просит
отсрочки, инквизиция повторяет вызов с угрозой, что в случае нового отказа
Галилей будет доставлен в цепях под конвоем. В феврале 1633 г. Галилея на
носилках доставляют в Рим. Процесс Галилея продолжается с 12 апреля 1633 г,
когда его подвергли первому допросу, до 21 июня 1633 г., когда был вынесен
приговор. На следующий день 22 июня состоялось отречение Галилея по тексту,
заготовленному инквизицией.
Не все еще до конца ясно в процессе Галилея. Неизвестно точно, подвергался
ли Галилей пыткам, хотя в тексте приговора недвусмысленно сказано, что
Галилей подвергался «строгому испытанию», на котором «отвечал католически».
Прошло 350 лет со дня осуждения Галилея, а документы процесса полностью не
опубликованы. Но из опубликованных документов видно, что Галилей стойко
держался принятой им линии защиты: он не нарушал письменного распоряжения Бел-
лармина и систему Коперника обсуждал в «Диалоге» как одну из научных гипотез.
Поэтому инквизиция вынуждена была признать Галилея не еретиком (что
автоматически вело за собой сожжение на костре), а лишь «сильно заподозренным в
ереси». (Только в 1981 г., т.е. через 339 лет после смерти великого ученого,
католическая церковь вынуждена была реабилитировать его.)
Нередко приходится слышать и читать осуждение отречения Галилея и обвинение
его в трусости, в измене долгу ученого. Но любители мученических жертв
забывают, что Галилей своим хотя и унизительным, но формальным отречением спас
для науки, для человечества свое великое произведение «Беседы о двух новых
науках». Чтобы оценить значение этого произведения, достаточно сказать, что
оно открыло дорогу «Началам» Ньютона и заложило основы науки о сопротивлении
материалов. Что же касается научных убеждений Галилея, то они остались
неизменными . Об этом свидетельствует и посвящение к «Беседам», и сами «Беседы», и
сохранившиеся записи Галилея. Известная легенда о словах Галилея: «А все-таки
она вертится!» - неверная фактически, верна по существу9.
После отречения Галилей жил вблизи Флоренции в Арчетри под надзором
инквизиции . Силы его ослабли, он ослеп. Тем не менее, он продолжал работать. В
1638 г., т.е. через пять лет после процесса, вышло его главное произведение -
«Беседы о двух новых науках».
Семена, посеянные великим ученым, начали давать всходы еще при его жизни.
Ученики Галилея Торричелли и Вивиани, которым принадлежит честь открытия
атмосферного давления, стояли у гроба Галилея, скончавшегося 8 января 1642 г. ,
как бы символизируя несокрушимую силу науки.
ГЛАВА ЧЕТВЁРТАЯ.
ЭКСПЕРИМЕНТ И МАТЕМАТИКА
Бэкон и Декарт
К началу XVII столетия была подготовлена почва для быстрого развития
физики . Эта подготовка заключалась, прежде всего, в осознании того факта, что
преподающаяся в университетах физика не в состоянии была дать объяснение
новым явлениям, обнаруженным в результате технических и географических
открытий. Обращение к наследию античной науки позволило исправить ряд заблуждений
и восстановить в правах утраченные достижения, но этого было далеко не
достаточно для дальнейшего движения вперед. Самый метод опоры на авторитеты,
какими бы высокими они ни казались, был несостоятельным. Нельзя было пойти
дальше, не сломив слепое преклонение перед Аристотелем, царившее в университетах.
Коперник, Бруно, Галилей вынуждены были каждый по-своему вступить в борьбу с
аристотелевской традицией.
Это дело продолжали их современники и преемники.
Одним из современников Галилея, который особенно ясно осознал противоречие
старой науки новым открытиям и необходимость опоры на новую методологию, был
английский государственный деятель и философ Френсис Бэкон (1561-1626). Госу-
Подробнее о процессе и отречении Галилея смотрите в кн. : Кудрявцев П.С. История
физики. — М.: Учпедгиз, 1956. — Т.1.
дарственные дела, которые к тому же приходилось вершить в обстановке
назревающей революции, не помешали Бэкону размышлять о научном прогрессе. Он
задумал создать обширное сочинение под названием «Великое восстановление», из
которого, однако, успел написать только одну часть под названием «Новый
органон», вышедшую в 1620 г. В этом сочинении Бэкон указывает на неприглядное
состояние «обычных», т.е. университетских, наук, на их бесплодие, в то время
как в механических искусствах, т.е. технике, наблюдается интенсивное,
непрерывное развитие: «Они, как будто восприняв какое-то удивительное дуновение, с
каждым днем возрастают и совершенствуются». Это совершенствование
беспредельно: «Скорее прекратятся и изменятся желания людей, чем эти искусства дойдут
до предела своего совершенствования» Нам теперь видно, как глубоко прав был
Бэкон, говоря так. Технический прогресс его времени не шел ни в какое
сравнение с современным прогрессом техники, и все же Бэкон сумел увидеть в нем
тенденцию непрерывного и беспредельного совершенствования техники.
Установив и резко подчеркнув несоответствие практики и теории, Бэкон
указывает , что обращение к наследию древних не может устранить это несоответствие.
«Было бы постыдно для людей, - говорит Бэкон, - если бы границы умственного
мира оставались в тесных пределах того, что было открыто древними, тогда как
в наши времена неизмеримо расширились и приведены в известность пределы
материального мира, т.е. земель, морей, звезд».
Бэкон вскрывает причины плачевного состояния наук, важнейшими из которых,
по его мнению, являются неправильная цель и неправильный метод науки,
противодействие научному прогрессу, оказываемое богословием и схоластикой: «По
теперешнему положению дел условия для разговора о природе стали более жесткими
и опасными по причине учения и метода схоластов», - писал Бэкон, добавив, что
строптивая и колючая философия Аристотеля смешалась более чем следовало с
религией. Бэкон полагал, что цель науки заключается в наделении человеческой
жизни «новыми открытиями и благами», а не в бесполезных умствованиях
схоластов . Схоластика и схоластическое преподавание препятствуют научному
прогрессу: «В науках же и искусствах, как в рудниках, все должно шуметь новыми
работами и дальнейшим продвижением вперед».
Что же нужно сделать для этого? Для этого, по мнению Бэкона, надо помочь
науке правильным методом и правильной организацией. Человеческий ум, по
Бэкону, осаждают «призраки» свойственные человеческому разуму и являющиеся
источником заблуждения: ум склонен легко обобщать единичные факты и приходить к
выводам, не соответствующим действительности, он нелегко расстается со
сложившимися убеждениями, ему присуща некоторая инерция.
Он более активно реагирует на эффекты, на то, «что сразу и внезапно может
его поразить».
Далее, человек «скорее верит в истинность того, что предпочитает». Познанию
истины мешает также несовершенство чувств, благодаря которому «остаются
скрытыми тонкие перемещения частиц в телах». Все это обусловлено самой
человеческой природой и названо Бэконом «призраками Рода». «Призраки Пещеры»
обусловлены индивидуальными склонностями умов. Одни склонны к почитанию древности,
другие к восприятию нового и т.п. «Призраки Рынка» порождены обычным
словоупотреблением, общественным мнением. И, наконец, «призраки Театра»
обусловлены господствующими теориями, предвзятыми мнениями, суеверием. Из
существования таких «призраков», по Бэкону, и вытекают серьезные трудности мыслительной
работы, трудности познания природы Правильный метод должен помочь преодолению
этих «призраков», делу отыскания истины.
Бэкон разделяет ученых своего времени на два класса: эмпириков и
догматиков . Эмпирики, подобно муравьям, тащат в свою муравьиную кучу всевозможные
факты, догматики же, подобно пауку, ткут ткань из самих себя. Надо, по
Бэкону, в науке работать как пчела; извлекать материал из внешнего мира и перера-
батывать его рационально.
В основе метода Бэкона лежит опыт. Наука должна опираться на опыт, на
практику, строя из них выводы, «причины и аксиомы» методом индукции (наведения),
т.е. переходя от частных фактов к обобщениям. Эти обобщения вновь проверяются
опытом и практикой. «Наш путь и наш метод... состоит в следующем: мы
извлекаем не практику из практики и опыт из опытов (как эмпирики) , а причины и
аксиомы из практики и опытов и из причин и аксиом - снова практику и опыты, как
верные истолкователи природы». Научные истины проверяются, таким образом,
опытом и практикой и, в свою очередь, выводятся из них.
Индуктивный метод сыграл огромную роль в развитии естествознания. Долгое
время естественные науки: физику, химию, астрономию - называли индуктивными
науками, противопоставляя их гуманитарным наукам и чистой математике. Но уже
сам Бэкон считает, что индукция неполна и несовершенна без теоретического
анализа, без использования математики: «Лучше же всего продвигается вперед
естественное исследование, когда физическое завершается в математическом». Он
стоит на точке зрения атомистики, утверждая, что «каждое естественное
действие совершается при посредстве самых малых частиц».
Существенно, что Бэкон хорошо понимал необходимость финансирования науки и
организации научных учреждений. В своем неоконченном фантастическом
произведении «Новая Атлантида» он описывает такое учреждение - «Дом Соломона» - и
его огромное значение для рационально построенного общества.
И действительно, потребность научного развития вызвала к жизни новые
организации в виде научных обществ и академий. Первая такая академия -
флорентийская академия опыта - была организована в 1657 г. во Флоренции учениками и
последователями Галилея.
Флорентийские академики (их было всего девять) совместно ставили и
обсуждали опыты, описанные позднее в сборнике трудов академии, вышедшем в 1667 г. В
этом же году покровитель академии брат герцога Тосканского Леопольд Медичи по
требованию папских кругов вынужден был закрыть академию. Так церковь
уничтожила наследие Галилея, нанеся тем самым огромный вред итальянской науке,
уступившей лидерство в научном соревновании другим странам.
Еще раньше, чем во Флоренции, начиная с 1645 г., в Лондоне стал собираться
кружок любителей естественных наук. В Англии в те годы бушевала гражданская
война, участники кружка по мере развития революционных событий разделились:
одни остались в Лондоне, другие собирались в Оксфорде. После реставрации
кружок вновь начал собираться в Лондоне и оформился организационно, получив
формальный королевский статут 28 ноября 1660 г. как Лондонское Королевское
общество. Общество было основано «для преуспеяния экспериментальной философии»
под девизом «ничего на слово» и существует и поныне как высшее научное
учреждение Англии (Английская Академия наук).
Аналогичные собрания в сороковых годах проходили в Париже. Позднее министр
короля Людовика XIV Кольбер внес предложение об открытии Академии наук в
Париже, которая и была утверждена в 1666 г. Затем последовали организации
научных обществ и академий в других государствах. Петр I во время своего
путешествия по Европе знакомился с английским королевским обществом, президентом
которого в то время был Ньютон. Уже будучи императором, Петр I посетил Париж
и Парижскую Академию наук. Он хорошо понимал необходимость создания в России
высшего научного учреждения. Он вел длительные переговоры с учеными Европы об
организации академии и 28 января 1724 г. подписал указ об учреждении
Петербургской Академии наук. Она начала свою работу в 1725 г., уже после смерти
Петра, когда в Петербург приехали первые академики.
Научные общества и академии были новыми центрами наук, возникшими в
противовес старым университетам, все еще находившимся в плену схоластики. Однако
перемены коснулись и университетов, которые постепенно втягивались в научное
движение. Достаточно сказать, что в Кембриджском университете с 1669 по 1695
г. был профессором Исаак Ньютон.
Развитие науки потребовало развития научной информации. Обычными формами
такой информации были личное общение и переписка (и, конечно, книги). В эпоху
Галилея жил ученый монах Мерсенн (1588-1648), который известен своими
открытиями в акустике. Но главным делом его жизни была организация взаимной
научной информации ученых посредством переписки, которую он поддерживал со всеми
ведущими учеными своего времени, служа своеобразным центром связи между ними.
Мерсенна прозвали «человек-журнал». Но человека не стало, да и развитие науки
стало таким, что один гений не мог охватить всех научных новостей, и вместо
«человека-журнала» появились научные журналы. С 1665 г. начали выходить труды
Лондонского Королевского общества (Philosophical Transactions), затем труды
Парижской Академии наук. С 1682 г. в Лейпциге стал выходить научный журнал
«Acta Eruditorum». Научная периодика и поныне является основной формой
научной информации.
Таким образом, развитие науки подтверждало идеи Бэкона: опытное
естествознание стало фактом общественного сознания, и были созданы новые
организационные формы развития науки. Это, конечно, не означает, что наука развивалась
по предначертаниям Бэкона. Просто Бэкон, как передовой человек своего
времени, осознал значение науки для общественного прогресса, ее роль в развитии
техники, причины неудач схоластической университетской науки и правильно
понял роль опыта и практики в развитии естествознания. В XVII в. наука
становится признанной общественной силой, способной помогать развитию
общественного производства. Наука из служанки богословия превращается в самостоятельную
форму общественного сознания.
Таким образом, мы можем говорить о происшедшей в XVII в. научной революции,
в результате которой возникла классическая физика (и не только физика) в той
форме и с теми методами познания, какой мы ее сегодня знаем. Говоря о методе
познания, следует напомнить, что наряду с индуктивным в современной науке
находит широкое применение дедуктивный метод, когда из небольшого числа общих
принципов выводятся и прослеживаются в деталях частные следствия. Так,
классическая механика развивается из законов Ньютона или из вариационных
принципов динамики, макроскопическая электродинамика - из уравнений Максвелла и
т.д. Метод дедукции был обоснован вскоре после Бэкона французским философом
Рене Декартом (1596-1650) в книге «Рассуждение о методе», которая вышла в
свет в 1637 г.
Следует, однако, подчеркнуть, что было бы грубым упрощением считать Декарта
основателем дедуктивного метода, а Бэкона - основателем индуктивного. Оба
метода Зародились еще в Древней Греции, и Бэкон и Декарт лишь развили их
применительно к естествознанию. При этом ни Бэкон не отрицал значения дедукции, ни
Декарт не отрицал значения опыта и индукции. Научный метод основан на
диалектическом сочетании индукции и дедукции, и это понимали оба великих философа.
Но Бэкон подчеркивал ведущую роль опыта и индукции, Декарт же - логического
анализа и правильных умозаключений. Он полагал, что в основу этих
умозаключений должны был положены ясные и простые принципы и строгая логическая
последовательность выводов. Математика в методе Декарта играет первостепенную
роль.
Он писал: «Те длинные цепи выводов, сплошь простых и легких, которыми
обычно пользуются геометры, чтобы дойти до своих наиболее трудных доказательств,
дали мне повод представить себе, что и все вещи, которые могут стать
предметом знаний людей, находятся между собой в такой же последовательности. Таким
образом, если остерегаться принимать за истинное что-либо, что таковым не
является, и всегда наблюдать порядок, в каком следует выводить одно из другого,
то не может существовать истин ни столь отдаленных, чтобы они не были недос-
тижимы, ни столь сокровенных, чтобы нельзя было их раскрыть».
Таким образом, согласно Декарту, применяя метод геометров, т.е.
математиков , можно добиться в изучении природы огромных успехов. Для этого метода нет
недостижимых истин, «столь сокровенных, чтобы нельзя было их раскрыть». Эта
вера в мощь математического метода весьма характерна для Декарта, и он
особенно ценил Галилея за то, что тот «старается изучать вопросы с помощью
математического рассуждения».
Но основной проблемой физики XVII в. были законы движения. Как применить
математику к движению? И здесь Декарту принадлежит решающее открытие: он ввел
в математику переменные величины, установил соответствие между
геометрическими образами и алгебраическими уравнениями; Декарт положил начало
аналитической геометрии. Здесь он первые применил свой метод: «Приняв во внимание, что
среди всех, искавших истину в науках, только математикам удалось найти
некоторые доказательства, т.е. некоторые точные и очевидные соображения, я не
сомневался, что и мне следовало начать с того, что было ими обследовано»
Результатом такого начала явилась «геометрия», приложенная к «Рассуждению о
методе» . Другими приложениями являются «Диоптрика» и «Метеоры».
Когда идея или открытие назревает, она возникает почти одновременно в
нескольких головах. Так было и с идеей переменной величины. Галилей в своих
механических исследованиях хорошо понимал необходимость оперирования
переменными величинами. Идея мгновенной скорости, меняющейся от момента к моменту,
была им освоена во всей полноте. В «Диалоге» он описывает, как свободно
падающее тело проходит через все ступени скорости, начиная с нулевой. Собеседники
не сразу могут принять эту идею, им трудно понять, что падающее ядро обладает
вначале такой скоростью, что, сохранись она неизменной, ядро не достигло бы
Земли и за день. Сальвиати подхватывает эту мысль, усиливает ее. «Можете
сказать в год, в десять, в тысячу лет»
В «Беседах» обсуждение переменной скорости падающего тела занимает видное
место. Сагредо вновь возвращается к своей Мысли: «Надлежит признать, что для
промежутков времени, все более и более близких к моменту выхода тела из
состояния покоя, мы придем к столь медленному движению, что при сохранении
постоянства скорости тело не пройдет мили ни в час, ни в день, ни в год, ни
даже в тысячу лет; даже в большее время оно не продвинется и на толщину пальца
- явление, которое весьма трудно себе представить, особенно когда наши
чувства показывают, что тяжелое падающее тело сразу же приобретает большую
скорость». Сальвиати подробно разъясняет это обстоятельство и, в частности,
указывает , что при бросании тела вверх оно постоянно уменьшает свою скорость до
полной остановки. Симпличио возражает в духе апорий Зенона, что невозможно
исчерпать бесконечное количество степеней медленности и, таким образом,
брошенное вверх тело никогда не останавливается. Возражение Симпличио Сальвиати
парирует чрезвычайно сильно: «Это случилось бы, синьор Симпличио, если бы
тело двигалось с каждой степенью скорости некоторое определенное время, но оно
только проходит через эти степени, не задерживаясь более чем на мгновение, а
так как в каждом, даже самом малом, промежутке времени содержится множество
мгновений, то их число является достаточным для соответствия бесконечному
множеству степеней скорости».
Как видно из этого опыта, Галилей отчетливо представляет текучесть
переменной величины, которая проходит последовательно все значения и не
задерживается «более чем на мгновение». Мгновение - бесконечно малая величина, число
мгновений в небольшом промежутке времени бесконечно велико и взаимно
однозначно соответствует числу значений переменной величины. Галилей владеет
идеей взаимно однозначного соответствия бесконечных множеств. Это видно,
например, из его утверждения, что всех членов натурального ряда чисел «столько
же», сколько полных квадратов этих чисел.
Галилей независимо от Декарта пришел к идее представления переменной
величины линией. Этой идеей он пользовался для вывода закона пути
равноускоренного движения. Он разработал остроумный метод измерения конечной скорости
падающего тела по глубине ямки, оставленной в мягкой пластине упавшим телом.
Установив, что эта глубина пропорциональна высоте падения, Галилей пришел
сначала к ошибочному выводу, что скорость падающего тела пропорциональна
пройденному пути. Но он скоро понял свою ошибку и установил, что в
равноускоренном движении скорость пропорциональна времени. Изображая время отрезками
вертикальной прямой, он изображал скорость, полученную телом в конце данного
промежутка времени, отрезком перпендикуляра к оси времен, восстановленного в
конце соответствующего отрезка времени.
Таким образом, Галилей впервые изобразил зависимость скорости от времени
графически, и его график отличается от принятого ныне только тем, что время
мы откладываем теперь по горизонтальной оси, а скорость - по вертикальной,
что, конечно, совершенно несущественно. Путь, пройденный телом за данный
промежуток времени, Галилей определяет по графику, суммируя все отрезки
скорости, то есть находит площадь фигуры (в случае равномерного движения -
прямоугольника, в случае равноускоренного движения - прямоугольного треугольника),
образованной графиком скорости, осью времен и начальным и конечным отрезками
скорости. По существу он выполняет операцию интегрирования.
Ученики Галиаея Кавальери и Торричелли также внесли свой вклад в основание
теории бесконечно малых. Дело создания основ математики переменных величин
было завершено Ньютоном и Лейбницем.
Вернемся, однако, к Декарту. В 1644 г Декарт издал обширное сочинение под
названием «Начала философии». В него вошли части сочинения Декарта о мире
(космосе), которое он намеревался издать еще в 1633 г. Услышав об осуждении
Галилея, он отложил издание своего сочинения и только спустя одиннадцать лет
обнародовал его в расширенном и переработанном виде. В этом сочинении он
изложил грандиозную программу создания теории природы, руководствуясь своим
методологическим правилом брать за основу наиболее простые и ясные положения.
Еще в «Рассуждении о методе» Декарт подверг анализу всевозможные исходные
положения, сомневаясь в справедливости любого из них, в том числе и в положении
«Я существую». Однако в акте мышления сомнение невозможно, ибо наше сомнение
уже есть мысль. Отсюда знаменитое положение Декарта «Я мыслю, следовательно,
существую». Чтобы обезопасить свое учение от нападок церковников, Декарт
говорит о существовании бога и внешнего мира, созданного богом. Но обмануть
церковников не удается, они распознали материалистическую сущность системы
Декарта, и ученому под конец жизни пришлось искать убежища в Швеции, где он и
умер. Верный своему методу, Декарт ищет в материальном субстрате самое
основное и простое и находит его в протяженности.
Материя Декарта - это чистая протяженность, материальное пространство,
заполняющее всю безмерную длину, ширину и глубину Вселенной. Части материи
находятся в непрерывном движении, взаимодействуя друг с другом при контакте.
Взаимодействие материальных частиц подчиняется основным законам или
правилам. «Первое правило заключается в следующем: каждая частица материи в
отдельности продолжает находиться в одном и том же состоянии до тех пор, пока
столкновение с другими частицами не вынуждает ее изменить это состояние».
«В качестве второго правила я предполагаю следующее: если одно тело
сталкивается с другим, оно не может сообщить ему никакого другого движения, кроме
того, которое потеряет во время этого столкновения, как не может и отнять у
него больше, чем одновременно приобрести себе».
«В виде третьего правила я прибавлю, что хотя при движении тела его путь
чаще всего представляется в форме кривой линии и что хотя невозможно
произвести ни одного движения, которое не было бы в каком-либо виде круговым, тем не
менее, каждая из частиц тела по отдельности всегда стремится продолжать его
по прямой линии».
В этих «правилах» обычно усматривают формулировку закона инерции и закона
сохранения количества движения. В отличие от Галилея Декарт отвлекается от
действия тяготения, которое он, между прочим, также сводит к движению и
взаимодействию частиц, и упоминает о направлении инерционного движения по прямой.
Однако его формулировка еще отличается от ньютоновской, он говорит не о
состоянии равномерного и прямолинейного движения, а вообще о состоянии, не
разъясняя подробно содержания его термина.
Из всего содержания «Начал» видно, что состояние частей материи
характеризуется их величиной («количество материи»), формой, скоростью движения и
способностью изменять эту скорость под воздействием внешних частиц. Можно
отождествить эту способность с инерцией, и тогда в одном из писем Декарта мы
встречаем очень интересное утверждение: «Можно утверждать с достоверностью,
что камень неодинаково расположен к принятию нового движения или к увеличению
скорости, когда он движется очень скоро и когда он движется очень медленно».
Другими словами: Декарт утверждает, что инерция тела зависит от его
скорости. Известный русский физик Н.А. Умов, приводя в 1896 г. эту выдержку,
подчеркнул важность утверждения Декарта и высказал мысль, что при скоростях,
близких к скорости света, масса тела должна возрастать. Как известно, закон
возрастания массы со скоростью был установлен в теории относительности
Эйнштейном, а для электромагнитной инерции - Д.Д. Томсоном.
В письмах Декарта встречается формулировка закона инерции, уже почти
текстуально совпадающая с ньютоновской: «Полагаю, что природа движения такова,
что, если тело пришло в движение, уже этого достаточно, чтобы оно его
продолжало с той же скоростью и в направлении той же прямой линии, пока оно не
будет остановлено или отклонено какой-либо другой причиной».
Этот принцип сохранения скорости по модулю и направлению тем более
интересен у Декарта, что, по его представлению, пустоты в мире нет, и всякое
движение является циклическим: одна часть материи занимает место другой, эта -
предыдущей и т.д. В результате вся Вселенная пронизана вихревыми движениями
материи. Движение во Вселенной вечно, так же как и сама материя (хотя Декарт
и пишет о сотворении материи и движения богом, но в дальнейшем бог
устраняется и природа действует по собственным законам), и все явления в мире сводятся
к движениям частиц материи. Вначале эти движения были хаотическими и
беспорядочными, в результате этих движений частицы дробились и сортировались.
По Декарту, существуют три сорта частиц (три элемента): частицы земли,
воздуха (неба), огня. Наиболее крупные частицы - это частицы земли. Они
погружены в среду из частиц неба, в которые вкраплены также частицы огня, образующие
Солнце. Вихревые движения круглых подвижных частиц «неба» увлекают в своем
движении планеты, состоящие из элементов земли. Вся Вселенная разбита на
такие вихревые области, которые можно рассматривать как предшественники
современных галактик. Такова космогоническая гипотеза Декарта.
В физике Декарта нет места силам, тем более силам, действующим на
расстоянии через пустоту. Все явления мира сводятся к движениям и взаимодействию
соприкасающихся частиц. Такое физическое воззрение получило в истории науки
название картезианского, от латинского произношения имени Декарта - Картезий.
Картезианское воззрение сыграло огромную роль в эволюции физики и, хотя и в
сильно измененной форме, сохранилось до нашего времени. Все попытки построить
единую теорию поля и вещества по существу повторяют на новой основе попытку
Декарта построить физическую картину мира с непрерывной материей и
сохраняющимся механическим движением.
Первые успехи
экспериментальной
физики
Итак, примерно с сороковых годов XVI столетия до сороковых годов XVII
столетия (от Коперника до Галилея) происходил сложный революционный процесс
замены средневекового мировоззрения и науки новым мировоззрением и новой,
базирующейся на опыте и практике наукой. Была проделана большая работа по
обоснованию и укреплению гелиоцентрической системы мира (Коперник, Бруно, Кеплер,
Галилей), по критике перипатетической методологии и науки, по выработке
методологических основ новой науки (Бэкон, Галилей, Декарт). Успех этого
большого, необычайно важного для развития всей человеческой культуры и
общественного сознания дела определился в значительной мере достигнутыми конкретными
научными и практическими результатами. Новая наука и новое мировоззрение
доказывали свою правоту и силу делом, а не бесплодными словопрениями. XVII век
был веком победы научной революции.
Успехи экспериментального и математического метода обозначились прежде
всего в механике. Уже Леонардо да Винчи по-новому подошел к статическим и
динамическим задачам механики. XVI век был веком освоения античного наследства.
Коммандино (1509-1575) перевел труды Евклида, Архимеда, Герона, Паппа
Александрийского . Ученик Коммандино, покровитель и друг Галилея, Гвидо Убальдо
дель Монте (1545-1607) издал в 1577 г. сочинение по статике, в котором
изложил работы древних авторов и развил их, решая задачу равновесия косого
рычага, не зная, что эта задача была уже решена Леонардо. Гвидо Убальдо ввел в
науку термин «момент». Этот термин вообще широко использовался в XVI и начале
XVII в., в частности Галилеем, однако у Убальдо он наиболее подходит к
современному понятию «статический момент силы». Гвидо Убальдо показывает, что для
равновесия рычага важны значения сил и длины перпендикуляров, опущенных из
точки опоры на линии действия сил (грузов). Совокупность обоих факторов,
обусловливающих действие силы в рычаге, он называет моментом и формулирует
условие равновесия рычага в виде равенства моментов.
«Вечный двигатель» рассмотренный Симоном Стевиным.
Новый подход к статическим проблемам мы находим в классическом труде
«Начала статики» голландского инженера и математика Симона Стевина (1548-1620),
которому математика обязана введением десятичных дробей. Математический
подход у Стевина сочетается с опытом и технической практикой. На титульном листе
трактата Стевина нарисована наклонная плоскость, обвитая цепью, составленной
из соединенных вместе шаров. Надпись над рисунком гласит: «Чудо и не чудо».
Наклонная плоскость на рисунке изображена в виде прямоугольного треугольника
с горизонтальной гипотенузой. Часть цепи, обвивающая гипотенузу, имеет
большую длину и содержит большее число шаров, чем те ее участки, которые
прилегают к катетам. Большая часть имеет больший вес, поэтому, казалось бы, что вес
цепи, прилежащей к большему катету, перетянет, и цепь придет в движение. Но
так как картина распределения шаров при этом не меняется, то движение должно
продолжаться вечно. Вечное движение Стевин считает невозможным, поэтому он
полагает, что действие веса шаров на обоих катетах одинаково (нижняя часть
роли не играет, она совершенно симметрична). Отсюда он заключает, что сила,
скатывающая груз по наклонной плоскости, во столько же раз меньше веса груза,
во сколько раз высота плоскости меньше ее длины. Так была решена задача,
перед которой остановились Архимед, арабские и европейские механики.
Но Стевин пошел еще дальше. Он понял векторный характер силы и впервые
нашел правило геометрического сложения сил. Рассматривая равновесие цепи на
треугольнике, Стевин заключил, что если три силы параллельны сторонам
треугольника и их модули пропорциональны длинам этих сторон, то они
уравновешиваются. В сочинении Стевина содержится также принцип возможных перемещений в
применении к полиспасту: во сколько раз полиспаст дает выигрыш в силе, во
столько же раз проигрывает в пути, меньший груз проходит больший путь.
ш
If t°
ill hi
Полиспаст-блок.
Особенно важна часть трактата Стевина, посвященная гидростатике. Для
изучения условий равновесия тяжёлой жидкости Стевин пользуется принципом
отвердевания - равновесие не нарушится, если части уравновешенного тела получат
дополнительные связи, отвердеют. Поэтому, выделив мысленно в массе тяжелой
жидкости, находящейся в равновесии, произвольный объем, мы не нарушим этого
равновесия, считая жидкость в этом объеме отвердевшей. Тогда она представит
собой тело, вес которого равен весу воды в объеме этого тела. Поскольку тело
находится в равновесии, на него со стороны окружающей жидкости действует
сила, направленная вверх, равная его весу.
Так как окружающая тело жидкость остается неизменной, если это тело
заменить любым другим телом той же формы и объема, то она всегда действует на
тело с силой, равной весу жидкости в объеме тела.
Это изящное доказательство закона Архимеда вошло в учебники.
Стевин доказывает далее путем логических рассуждений и подтверждает
экспериментом, что весовое давление жидкости на дно сосуда определяется площадью
дна и высотой уровня жидкости и не зависит от формы сосуда. Значительно позже
этот гидростатический парадокс был открыт Паскалем, не знавшим сочинения Сте-
вина, написанного на мало распространенном голландском языке.
Как практик-кораблестроитель, Стевин рассматривает условия плавания тел,
подсчитывает давление жидкости на боковые стенки, решая вопросы, важные для
кораблестроения.
Таким образом, Стевин не только восстановил результаты Архимеда, но и
развил их. С него начинается новый этап в истории статики и гидростатики.
Почти одновременно со Стевином и независимо от него вопросы статики и
гидростатики решал Галилей. Он также нашел закон равновесия тел на наклонной
плоскости, которую вообще изучил очень подробно. Наклонная плоскость сыграла
важную роль в механических исследованиях Галилея. К этому мы еще вернемся при
обсуждении динамики Галилея.
Галилей восстановил в более простой и измененной форме архимедовское
доказательство закона рычага. Он обосновал его заново, опираясь по существу на
принцип возможных перемещений (с помощью этого не сформулированного им еще в
явной форме принципа Галилей обосновал и закон наклонной плоскости).
Обсуждению закона Архимеда и условий плавания тел посвящено вышедшее в 1612
г. сочинение Галилея «Рассуждения о телах, пребывающих в воде». И это
сочинение Галилея нераздельно связано с его борьбой за новое мировоззрение и новую
физику. Он писал: «Я решил написать настоящее рассуждение, в котором надеюсь
показать, что я часто расхожусь с Аристотелем во взглядах не по прихоти и не
потому, что я не читал его или не понял, но в силу убедительных
доказательств» . В этом сочинении он пишет и о своих новых исследованиях спутников
Юпитера, и об открытых им солнечных пятнах, наблюдая которые он вывел, что
Солнце медленно вращается вокруг своей оси.
Переходя к основной теме сочинения, Галилей полемизирует с перипатетиками,
считающими, что плавание тел определяется, прежде всего, формой тела.
Оригинален подход Галилея к обоснованию закона Архимеда и теории плавания тел. Он
рассматривает поведение тела в жидкости в ограниченном объеме и ставит вопрос
о весе жидкости способной удержать тело заданного веса. (Вопрос Галилея
обсуждался на страницах советских научно-популярных журналов Ему посвящались
страницы фундаментальных монографий по гидростатике и механике.)
Главная заслуга Галилея в обосновании динамики. К тому, что уже было
сказано по этому вопросу, нам остается добавить немногое, но это немногое имеет
существенное значение. Галилею принадлежит фундаментальное открытие
независимости ускорения свободного падения от массы тела, которое он нашел,
опровергая мнение Аристотеля, что скорость падения тел пропорциональна их массе.
Галилей показал, что эта скорость одинакова для всех тел, если отвлечься от
сопротивления воздуха, и пропорциональна времени падения, пройденный же в
свободном падении путь пропорционален квадрату времени.
Открыв законы равноускоренного движения, Галилей одновременно открыл закон
независимости действия силы. В самом деле, если сила тяжести, действуя на
покоящееся тело, сообщает ему за первую секунду определенную скорость, т.е.
изменяет скорость от нуля до некоторого конечного значения (9,8 м/с), то в
следующую секунду, действуя уже на движущееся тело, она изменит его скорость на
ту же самую величину и т.д. Это и отражается законом пропорциональности
скорости падения времени падения. Но Галилей не ограничился этим и, рассматривая
движение тела, брошенного горизонтально, настойчиво подчеркивал независимость
скорости падения от сообщенной телу при бросании горизонтальной скорости: «Не
замечательная ли вещь, - говорит Сагредо в «Диалоге», - что в то самое малое
время, которое требуется для вертикального падения на землю с высоты каких-
нибудь ста локтей, ядро, силою пороха выброшенное из пушки, пройдет
четыреста, тысячу, четыре тысячи, десять тысяч локтей, так что при всех
горизонтально направленных выстрелах останется в воздухе одинаковое время».
Галилей определяет и траекторию горизонтально брошенного тела. В «Диалоге»
он считает ее ошибочно дугой окружности. В «Беседах» он исправляет свою
ошибку и находит, что траектория движения тела параболическая.
Законы свободного падения Галилей проверяет на наклонной плоскости Он
устанавливает важный факт, что скорость падения не зависит от длины, а зависит
только от высоты наклонной плоскости. Далее он выясняет, что тело,
скатившееся по наклонной плоскости с определенной высоты, поднимется на ту же высоту в
отсутствие трения. Поэтому и маятник, отведенный в сторону, пройдя через
положение равновесия, поднимется на ту же высоту независимо от формы пути.
Таким образом, Галилей по существу открыл консервативный характер поля
тяготения. Что же касается времени падения, то оно в соответствии с законами
равноускоренного движения пропорционально корню квадратному из длины плоскости.
Сравнивая времена скатывания тела по дуге окружности и по стягивающей ее
хорде , Галилей находит, что тело скатывается быстрее по окружности Он полагает
также, что время скатывания не зависит от длины дуги, т.е. дуга окружности
изохронна. Это утверждение Галилея справедливо только для малых дуг, но оно
имело очень важное значение. Открытие изохронности колебаний кругового
маятника Галилей использовал для измерения промежутков времени и сконструировал
часы с маятником. Конструкцию своих часов он не успел опубликовать. Она была
опубликована после его смерти, когда маятниковые часы уже были запатентованы
Гюйгенсом.
Часы сконструированные Галилеем в 1641 г.
Изобретение маятниковых часов имело огромное научное и практическое
значение, и Галилей чутко понял значение своего открытия. Гюйгенс исправил ошибку
Галилея, показав, что изохронной является циклоида, и использовал в своих
часах циклоидальный маятник. Но теоретически правильный циклоидальный маятник
практически оказался неудобным, и практики перешли к галилеевскому, круговому
маятнику, который и поныне применяется в часах.
Еще при жизни Галилея Эванджелиста Торричелли (1608-1647) обратил на себя
его внимание своим сочинением, в котором решил задачу о движении тела,
брошенного с начальной скоростью под углом к горизонту. Торричелли определил
траекторию полета (она оказалась параболой), вычислил высоту и дальность
полета, показав, что при заданной начальной скорости наибольшая дальность
достигается при направлении скорости под углом 45° к горизонту. Торричелли
разработал метод построения касательной к параболе. Задача нахождения
касательных к кривым привела к возникновению дифференциального исчисления. Галилей
пригласил Торричелли к себе и сделал его своим учеником и преемником.
Имя Торричелли навсегда вошло в историю физики как имя человека, впервые
доказавшего существование атмосферного давления и получившего «торричеллиеву
пустоту». Еще Галилей сообщал о наблюдении флорентийских колодезников, что
вода не вытягивается насосом на высоту более некоторого определенного
значения, составляющего немного более 10 м. Галилей заключил отсюда, что
аристотелевская «боязнь пустоты» не превышает некоторого измеряемого значения.
Торричелли пошел дальше и показал, что в природе может существовать
пустота . Исходя из представления, что мы живем на дне воздушного океана,
оказывающего на нас давление, он предложил Вивиани (1622-1703) измерить это давление
с помощью запаянной трубки, заполненной ртутью. При опрокидывании трубки в
сосуд с ртутью ртуть из нее выливалась не полностью, а останавливалась на
некоторой высоте, так что в трубке над ртутью образовывалось пустое
пространство. Вес столба ртути измеряет давление атмосферы. Так был сконструирован
первый в мире барометр.
ртуть -
СХЕМАТИЧЕСКОЕ
устройство
РТУТНОГО БАРОМЕТРА
ft'
РТУТЬ
760 mw
♦ Vi
ДАВЛЕНИЕ
ВОЗДУХА
Ш\ [ш! Гш
Опыт Вивиани.
Открытие Торричелли вызвало огромный резонанс. Рухнула еще одна догма
перипатетической физики. Декарт сразу же предложил идею измерения атмосферного
давления на различных высотах. Эта идея была реализована французским
математиком, физиком и философом Паскалем. Блез Паскаль (1623-1662) - замечательный
математик, известный своими результатами в геометрии, теории числа, теории
вероятностей и т.д., вошел в историю физики как автор закона Паскаля о
всесторонней равномерной передаче давления жидкости, закона сообщающихся сосудов
и теории гидравлического пресса. В 1648 г. по просьбе Паскаля его
родственником был произведен опыт Торричелли у подножия и на вершине горы Пюи де Дом и
был установлен факт падения давления воздуха с высотой. Совершенно ясно, что
«боязнь пустоты», которую еще в 1644 г. признавал Паскаль, противоречила
этому результату, как и установленному еще Торричелли факту изменения высоты
ртутного столба в зависимости от состояния погоды. Из опыта Торричелли
родилась научная метеорология. Дальнейшее развитие открытия Торричелли привело к
изобретению воздушных насосов, открытию закона упругости газов и изобретению
паро-атмосферных машин, положившему начало развитию теплотехники. Итак,
достижения науки стали служить технике. Наряду с механикой стала развиваться
оптика. Здесь практика опередила теорию. Голландские мастера очков построили
первую оптическую трубу, не зная закона преломления света. Этого закона не
знали Галилей и Кеплер, хотя Кеплер правильно чертил ход лучей в линзах и
системах линз. Закон преломления нашел голландский математик Виллеброрд Снел-
лиус (1580-1626). Однако он его не опубликовал. Впервые опубликовал и
обосновал этот закон с помощью модели частиц, меняющих скорость движения при
переходе из одной среды в другую, Декарт в своей «Диоптрике» в 1637 г. Эта книга,
являющаяся одним из приложений к «Рассуждению о методе», характерна своей
связью с практикой. Декарт отправляется от практики изготовления оптических
стекол и зеркал и приходит к этой практике. Он ищет средства избежать
несовершенства стекол и зеркал, средства устранения сферической аберрации. С этой
целью он исследует различные формы отражающих и преломляющих поверхностей:
эллиптическую, параболическую и т.д.
Связь с практикой, с оптическим производством вообще характерна для оптики
XVII в. Крупнейшие ученые этой эпохи, начиная с Галилея, сами изготовляли
оптические приборы, обрабатывали поверхность стекол, изучали и совершенствовали
опыт практиков. Степень обработки поверхностей линз, изготовленных
Торричелли , была настолько совершенна, что современные исследователи предполагают,
что Торричелли владел интерференционным методом проверки качества
поверхностей. Голландский философ Спиноза добывал средства к существованию
изготовлением оптических стекол. Другой голландец - Левенгук - изготовлял превосходные
микроскопы и стал основателем микробиологии. Ньютон, современник Снеллиуса и
Левенгука, был изобретателем телескопа и собственноручно, с необыкновенным
терпением шлифуя и обрабатывая поверхности, изготовлял их. В оптике физика
шла рука об руку с техникой, и эта связь не порывается до настоящего времени.
Другим важным достижением Декарта в оптике была теория радуги. Он правильно
построил ход лучей в дождевой капле, указал, что первая, яркая дуга
получается после двукратного преломления и одного отражения в капле, вторая дуга -
после двукратного преломления и двукратного отражения. Открытое Кеплером
явление полного внутреннего отражения используется, таким образом, в
декартовской теории радуги. Однако причины радужных цветов Декарт не исследовал.
Предшественник Декарта в исследовании радуги, умерший в тюрьме инквизиции До-
минис воспроизвел цвета радуги в стеклянных шарах, заполненных водой (1611).
Начало исследования в области электричества и магнетизма было положено
книгой врача английской королевы Елизаветы Уильяма Гильберта (1540-1603) «О
магните , магнитных телах и о большом магните - Земле, новая физиология»,
вышедшей в 1600 г. Гильберт первый дал правильное объяснение поведению магнитной
стрелки в компасе. Ее конец не «влечется» к небесному полюсу (как думали до
Гильберта), а притягивается полюсами земного магнита. Стрелка находится под
воздействием земного магнетизма, магнитного поля земли, как объясняем мы
теперь.
Микроскоп Левенгука,
Гильберт подтвердил свою идею моделью земного магнита, выточив из
магнитного железняка шар, который он назвал «терреллой», т.е. «земелькой». Изготовив
маленькую стрелку, он демонстрировал ее наклонение и изменение угла
наклонения с широтой. Магнитное склонение на своей террелле Гильберт
продемонстрировать не мог, так как полюса его терреллы были для него и географическими
полюсами.
Далее Гильберт открыл усиление магнитного действия железным якорем, которое
правильно объяснил намагничением железа. Он установил, что намагничение
железа и стали происходит и на расстоянии от магнита (магнитная индукция).
Ему удалось намагнитить железные проволоки магнитным полем Земли. Гильберт
отметил, что сталь в отличие от железа сохраняет магнитные свойства после
удаления магнита. Он уточнил, наблюдение Перегрина, показав, что при
разламывании магнита всегда получаются магниты с двумя полюсами и, таким образом,
разделение двух магнитных полюсов невозможно.
Крупный шаг вперед сделал Гильберт и в изучении электрических явлений.
Экспериментируя с различными камнями и веществами, он установил, что, кроме
янтаря, свойство притягивать легкие предметы после натирания приобретает ряд
других тел (алмаз, сапфир, аметист, горный хрусталь, сера, смола и т.д.),
которые он назвал электрическими, т.е. подобными янтарю. Все прочие тела, в
первую очередь металлы, которые не обнаруживали такие свойства, Гильберт
назвал «неэлектрическими». Так в науку вошел термин «электричество», и так было
положено начало систематическому изучению электрических явлений. Гильберт
исследовал вопрос о сходстве магнитных и электрических явлений и пришел к
выводу, что эти явления глубоко различны и не связаны между собой. Этот вывод
держался в науке более двухсот лет, пока Эрстед не открыл магнитное поле
электрического тока.
«Я воздаю величайшую хвалу и завидую этому автору», - писал Галилей в
«Диалоге» о книге Гильберта. «Он кажется мне достойным величайшей похвалы также и
за много сделанных им новых и достоверных наблюдений, ... и я не сомневаюсь,
что с течением времени эта новая наука будет совершенствоваться путем новых
наблюдений и в особенности путем правильных и необходимых доказательств. Но
от этого не должна уменьшаться слава первого наблюдателя».
V
.'J
о
Г"
?
"sf
Ш
Т
ъ,
Термометр Галилея.
Нам осталось добавить несколько слов об изучении тепловых явлений. Теплота
и холод в аристотелевской физике были одними из первичных качеств и поэтому
дальнейшему анализу не подлежали. Конечно, представления о «степени нагрето-
сти» или холода существовали и раньше, люди отмечали и сильный холод, и
сильную жару. Но только в XVII в. начались попытки определения температуры более
объективными показателями, чем человеческие ощущения. Один из первых
термометров, точнее, термоскопов был изготовлен Галилеем. Исследования тепловых
явлений после смерти Галилея продолжали флорентийские академики. Появились
новые формы термометров. Ньютон изготовил термометр с льняным маслом.
Однако термометрия прочно встала на ноги только в XVIII в., когда научились
изготовлять термометры с постоянными точками. Во всяком случае, в эпоху
Галилея наметился научный подход к изучению тепловых явлений. Были сделаны и
первые попытки построить теорию теплоты. Интересно, что Бэкон решил применить
свой метод именно к исследованию теплоты.
Собрав большое количество сведений, в том числе и непроверенных фактов,
расположив их в придуманной им таблице «Положительных инстанций» и
«Отрицательных инстанций», он все же пришел к правильному выводу, что теплота
является формой движения мельчайших частиц.
ГЛАВА ПЯТАЯ.
ЗАВЕРШЕНИЕ БОРЬБЫ ЗА
ГЕЛИОЦЕНТРИЧЕКУЮ СИСТЕМУ
Дальнейшие успехи
экспериментальной физики
Церковь сожжением Бруно, запрещением учения Коперника и осуждением Галилея
рассчитывала запугать ученых и остановить распространение новых идей. Ей
действительно удалось кое-кого Запугать. Так, Декарт, закончивший свою
«Космогонию», услыхав об осуждении Галилея, отказался ее печатать. Но остановить
распространение нового научного движения не удалось. Следуя примеру Галилея,
ученые всех стран интенсивно занимались экспериментальными исследованиями и
развитием научных понятий, подготовляя тем самым почву для физического
обоснования системы Коперника, которое и было дано в конце XVII в. Ньютоном. Мы
рассмотрим здесь новые успехи экспериментальной физики, достигнутые после
Галилея .
При этом следует, прежде всего, отметить достижения, связанные с открытием
Торричелли. Перипатетики все еще упорно держались за старую «боязнь пустоты»
и придумывали всевозможные объяснения опыту Торричелли. Один из основателей
Лондонского Королевского общества - Роберт Бойль (1627-1691) - выдающийся
химик и экспериментатор, опровергая мнение перипатетиков, что ртуть в трубке
Торричелли удерживается невидимыми нитями, решил исследовать упругость
воздуха . Взяв и-образную трубку, запаянный конец которой был короче открытого, он
подливал в открытый конец ртуть, показывая, что ртутный столб уравновешивает
избыточную упругость сжатого воздуха. Помощник Бойля Тоунли, рассматривая
запись высот ртути в открытом и закрытом коленах, подметил обратную
пропорциональность между избыточной высотой ртутного столба и объемом воздуха в
закрытом колене. Бойль, тщательно исследовав эту закономерность при давлениях выше
и ниже атмосферного, установил закон, носящий ныне его имя. Свои опыты он
описал в сочинении «Защита доктрины, относящейся к упругости и весу воздуха»,
вышедшем в 1662 г.
Через 14 лет вышло сочинение французского аббата Мариотта (1620-1684) «Опыт
о природе воздуха», в котором Мариотт независимо от Бойля описал аналогичные
опыты, приведшие его к тому же выводу. История оказалась благожелательной к
Мариотту и, несмотря на очевидный приоритет Бойля, соединила его имя с именем
последнего Закон Бойля-Мариотта ныне известен каждому школьнику, хотя
правильнее его было бы назвать законом Бойля-Тоунли. Бойль неутомимо
экспериментировал. Его опытам с упругостью воздуха предшествовало изобретение
воздушного насоса. С помощью насоса он обнаружил понижение ртутного столба при
откачивании воздуха, более раннее закипание воды при пониженном давлении
(понижение точки кипения), прекращение действия сифона в вакууме и т.д. Эти опыты
были описаны в сочинении «Новые физико-механические опыты, касающиеся
упругости воздуха», вышедшем в 1660 г.
Вакуумный насос Бойля.
Через три года после проведения опытов с воздушным насосом и через год
после открытия газового Закона Бойль опубликовал работу «Опыты и рассуждения,
касающиеся цветов», где описывал интерференционные явления в тонких пленках
(мыльных и тонких стенках стеклянных шаров). Бойль отошел от
перипатетического представления о цветах как некоторых специфических качествах тел и
объяснил цвета количеством отраженного света.
Большие Заслуги Бойль имеет в химии. Его сочинение «Скептический химик»
рассматривается как начало новой, научной химии в противовес алхимии. Бойль
ввел новое понимание элемента, отличное от аристотелевского и алхимического.
Ему также принадлежит заслуга введения атомистики в химию. Вместе с тем Бойль
разделял многие ошибочные представления своего времени, и Ломоносов, проверяя
опыты Бойля, опроверг его утверждение об увеличении веса металлов при
обжигании. Произведя опыты с накаливанием металлов в запаянных сосудах, Ломоносов
установил, что общий вес металлов и сосуда остается неизменным и что «мнение
Роберта Бойля ложно». Этими опытами Ломоносов впервые установил закон
сохранения веса веществ при химических реакциях и предварил опыты Лавуазье, из ко-
торых вытекала правильная теория горения.
Воздушный насос - предшественник современных вакуумных насосов - был
сконструирован в пятидесятых годах XVII в. магдебургским бургомистром Отто Герике
(1602-1686), который, приняв доктрину о существовании пустоты, поставил своей
целью получение пустоты в достаточных количествах, чтобы можно было
экспериментировать с нею. Вначале он пытался получить пустоту откачиванием воды из
бочки, но это, понятно, не удалось, место воды немедленно занимал воздух.
Заменив бочку медным шаром и откачивая из него воздух насосом, Герике убедился,
что по мере разрежения поршень насоса с трудом вытягивался физически сильным
рабочим. Герике укрепил цилиндр насоса на треножнике, привинченном к полу, и
снабдил рукоятку поршневого штока рычагом. С этим насосом он провел ряд
эффектных опытов, иллюстрирующих огромную силу атмосферного давления, в том
числе и знаменитый опыт с магдебургскими полушариями, который он
демонстрировал перед членами рейхстага 8 мая 1654 г.
Полушария и насос Отто Герике.
Книга Герике «Новые магдебургские опыты о пустом пространстве» вышла в свет
в 1672 г. с замечательными иллюстрациями, изображающими различные опыты,
проведенные Герике. Книга с иллюстрациями давала яркое представление о силе
атмосферного давления, и мысль о возможности использования этой силы неизбежно
возникала у многих людей.
Герике был искусным экспериментатором. Он усовершенствовал барометр,
термометр, построил первую электрическую машину. Машина Герике представляла собой
шар из серы, вращающийся на железной оси. Вращающийся шар натирался рукой.
Герике впервые наблюдал электрическое отталкивание, электрическую проводи-
мость, незначительные электрические разряды, сопровождающиеся потрескиванием.
К сожалению, Герике не приводил в действие свою машину в темноте,
обнаруженное при этом свечение, несомненно, привлекло бы внимание его к электрическим
опытам.
Колокол с тарелкой для воздушного насоса был введен Христианом Гюйгенсом.
Гюйгенс же сконструировал ртутный манометр для измерения низких давлений.
Известный изобретатель парового котла (а также паровой машины) Дени Папен
(1647-1714) заменил в насосе кран клапаном. Первая пароатмосферная
водоподъемная машина была спроектирована в 1698 г. Севери. Оптика продолжала свое
дальнейшее развитие после Галилея и Декарта Ученик Галилея математик Кавалье-
ри (1598-1647) установил для двояковыпуклых и двояковогнутых линз
соотношение:
nfTAj 2i\2
R, F '
где Rl, и R2 - радиусы сферических поверхностей, ограничивающих линзы,
причем R2 - радиус поверхности, на которую падает пучок параллельных лучей,
формула Кавальери представляет собой частный случай выражения фокусного
расстояния линзы для п = 1,5. Общая формула линзы была получена Эдмундом Галлеем
(1656-1742) только в 1693 г.
Декартовское обоснование закона преломления подверг критике знаменитый
математик Пьер Ферма (1601-1665), который в противовес Декарту вывел закон
преломления на основе принципа наименьшего времени распространения света. Этот
принцип в истории физики сыграл большую роль. В 1648 г. чешский ученый Иохан-
нес Маркус Марци (1595-1667) описал явление призматических цветов. Он
поставил призму перед отверстием камеры-обскуры и получил на задней стороне камеры
спектр, который правильно объяснил тем, что каждому цвету соответствует своя
преломляющая способность. Он же показал, что отдельный монохроматический
участок в дальнейшем призмой не разлагается. Таким образом, Марци был
непосредственным предшественником оптических открытий Ньютона.
В 1665 г. вышло в свет сочинение ученого-иезуита Гримальди (1618-1663),
сыгравшее важную роль в истории оптики. В этом сочинении впервые описано
явление дифракции и высказано мнение о волновой природе света. В 1669 г.
датский ученый Эразм Бартолин (1625-1698) описал двойное лучепреломление в
исландском шпате. Другой датский ученый - Оле Рёмер (1644-1710), работавший в
Парижской обсерватории, составляя таблицы затмений спутников Юпитера,
обнаружил периодическое запаздывание этих затмений и объяснил их конечностью
скорости света. В это же время появилось на латинском языке сочинение Гюйгенса о
свете, исправленное автором и переизданное на французском языке в 1690 г.
«Трактат о свете» Гюйгенса вошел в историю науки как первое научное сочинение
по волновой оптике. В этом «Трактате» сформулирован принцип распространения
волны, известный ныне под названием принципа Гюйгенса; на основе этого
принципа выведены законы отражения и преломления света, развита теория двойного
лучепреломления в исландском шпате, исходя из представлений, что скорость
распространения света в кристалле в различных направлениях различна и поэтому
форма волновой поверхности будет не сферической, а эллипсоидальной.
Теория распространения и преломления света в одноосных кристаллах -
замечательное достижение оптики Гюйгенса. Гюйгенс описал также исчезновение одного
из двух лучей при прохождении их через второй кристалл при определенной
ориентировке его относительно первого. Таким образом, Гюйгенс был первым
физиком, установившим факт поляризации света.
Цветов Гюйгенс в своем трактате не рассматривает, равно как и дифракцию
света. Его трактат посвящен только обоснованию отражения и преломления
(включая и двойное преломление) с волновой точки зрения. Вероятно, это
обстоятельство было причиной того, что теория Гюйгенса, несмотря на поддержку ее в
XVIII в. Ломоносовым и Эйлером, не получила признания до тех пор, пока
Френель в начале XIX в. не воскресил волновую теорию на новой основе.
Христиан Гюйгенс, сын образованного голландского дворянина Константина
Гюйгенса, родился 14 апреля 1629 г. Отец преподал ему начала математики и
механики, но решил сделать сына юристом и, когда Христиан достиг
шестнадцатилетнего возраста, направил его изучать право в Лейденский университет. Занимаясь
в университете юридическими науками, Гюйгенс в то же время увлекался
математикой, механикой, астрономией, практической оптикой. Искусный мастер, он
самостоятельно шлифовал оптические стекла и усовершенствовал трубу, с помощью
которой открыл кольца и спутники Сатурна.
Кольца Сатурна были впервые замечены Галилеем в виде двух боковых
придатков, «поддерживающих» Сатурн. Но труба Галилея не обладала необходимой
разрешающей способностью и достаточным увеличением. Когда кольца стали видны как
тонкая линия, он их не заметил, и больше о них не упоминал. Гюйгенс, во всей
своей научной деятельности продолжавший дело Галилея, разгадал загадку
Сатурна и впервые описал его знаменитые кольца.
Одним из важнейших открытий Гюйгенса было изобретение часов с маятником. Он
запатентовал свое изобретение 16 июня 1657 г. и описал его в небольшом
сочинении, опубликованном в 1658 г. Теоретические основы своего изобретения
Гюйгенс изложил в сочинении «Маятниковые часы» («Horologium oscillatorium»),
вышедшем в 1673 г. В этом сочинении Гюйгенс устанавливает, что свойством
изохронности обладает циклоида, и разбирает математические свойства циклоиды.
Как уже говорилось, маятник Гюйгенса в отличие от галилеевского был
циклоидальным .
Исследуя криволинейное движение тяжелой точки, Гюйгенс, продолжая развивать
идеи, высказанные еще Галилеем, показывает, что тело при падении с некоторой
высоты по различным путям приобретает конечную скорость, не зависящую от
формы пути, а зависящую лишь от высоты падения, и может подняться на высоту,
равную (в отсутствие сопротивления) начальной высоте. Это положение,
выражающее по сути дела закон сохранения энергии для движения в поле тяжести,
Гюйгенс использует для теории физического маятника. Он находит выражение для
приведенной длины маятника, устанавливает понятие центра качания и его
свойства.
Формулу математического маятника для циклоидального движения и малых
колебаний кругового маятника он выражает следующим образом. «Время одного малого
колебания кругового маятника относится к времени падения по двойной длине
маятника, как окружность круга относится к диаметру, откуда следует:
Т = 2я/(1/д) - (в современных обозначениях).
Существенно, что Гюйгенс в конце своего сочинения дает ряд предложений (без
вывода) о центростремительной силе и устанавливает, что центростремительное
ускорение пропорционально квадрату скорости и обратно пропорционально радиусу
окружности. Этот результат подготовил ньютоновскую теорию движения тел под
действием центральных сил.
В 1663 г. Гюйгенс был избран членом Лондонского Королевского общества, а в
1666 г. членом только что организованной Парижской Академии наук. Гюйгенс жил
в Париже до 1681 г., когда после отмены Нантского эдикта он, как протестант,
вернулся на родину.
Будучи в Париже, он хорошо знал Рёмера и активно помогал ему в наблюдениях,
приведших к определению скорости света. Гюйгенс первый сообщил о результатах
Рёмера в своем трактате.
Заметим, что скорость света впервые попытался определить Галилей. Два
наблюдателя, снабженные фонарями с задвижками, располагались в темную ночь на
таком расстоянии друг от друга, на каком еще был виден свет фонаря. Когда
первый наблюдатель открывал задвижку, второй, увидев свет, открывал свою.
Конечно, этот эксперимент ничего не дал, хотя в принципе метод был
совершенно правилен.
Декарт считал, что свет распространяется мгновенно. Этот вывод он обосновал
тем, что конечная скорость света неизбежно должна приводить к искажению
положения небесных светил. Такая аберрация действительно была обнаружена Джеймсом
Брадлеем (1693-1762) в 1728 г. и дала новый метод определения скорости света.
По возвращении на родину Гюйгенс продолжал заниматься оптическими
проблемами и изготовлением оптических стекол. Он уделял внимание также
космологическим и математическим проблемам. Умер он 8 июля 1695 г. Из механических
исследований Гюйгенса, кроме теории маятника и центростремительной силы,
известна его теория удара упругих шаров, представленная им на конкурсную
задачу, объявленную Лондонским Королевским обществом в 1668 г. Теория удара
Гюйгенса опирается на закон сохранения живых сил, количество движения и принцип
относительности Галилея. Она была опубликована лишь после его смерти в 1703
г.
Ньютон
Достигнутые опытным естествознанием результаты получили завершение в
работах великого английского ученого Исаака Ньютона. Важнейшим научным
достижением Ньютона было создание теории движения планет и связанное с этим открытие
закона всемирного тяготения, положенного в основу физического обоснования
гелиоцентрической системы. Ньютон жил и работал в знаменательную историческую
эпоху, оказавшую огромное влияние на дальнейшее историческое развитие Англии
и не только Англии. В год рождения Ньютона началась английская революция, в
год поступления Ньютона в Кембридж началась реставрация. В 1688 г. произошла
так называемая «Славная революция», т.е. компромисс между борющимися за
власть буржуазией и дворянством. В ньютоновскую эпоху Англия сформировалась
как крупнейшая морская держава, сломившая морское могущество Испании и
Голландии и сделавшая решающий шаг в капиталистическом развитии.
Страна жила напряженной политической жизнью, в ней боролись сторонники
самых разнообразных политических идей - от приверженцев абсолютной монархии до
идеологов уравнительного коммунизма. Бесконечно разнообразны были религиозные
теории - от сторонников католицизма (папистов) и англиканской церкви до
крайних пуритан и атеистов. Наконец, это была эпоха расцвета опытной науки,
провозглашенной Бэконом, эпоха организации Лондонского Королевского общества,
эпоха Бойля, Гука, Галлея.
Ньютон родился 25 декабря 1642 г. старого стиля, т.е. 4 января 1643 г. по
новому стилю, в деревушке Вульсторп в графстве Линкольн (Линкольншир), в
семье деревенского фермера, умершего незадолго до его рождения. До
двенадцатилетнего возраста его воспитывала бабушка. В двенадцать лет Ньютона отдали в
городскую школу в Грантаме. По окончании школы он возвратился в родную
деревню . Из будущего ученого пытались сделать деревенского фермера. Но юноша не
обнаруживал склонности к сельскому хозяйству, и по совету дяди, воспитанника
Кембриджского университета, был отправлен обратно в Грантам для подготовки к
поступлению в университет.
По своей структуре университет представлял совокупность отдельных
колледжей, каждый из которых был нечто вроде самостоятельной общины. Члены этой
общины (феллоу) жили и работали в колледже, образуя замкнутую корпорацию, нечто
вроде монашеского ордена. Наиболее бедные члены этой общины - «сабсайзеры»,
не имевшие возможности платить за свое содержание, обязаны были прислуживать
членам колледжа. В качестве «сабсайзера» Ньютон был принят в колледж Святой
Троицы (Тринити-колледж) в 1661 г.
Одним из учителей Ньютона был профессор Исаак Барроу, занимавший Люкасов-
скую кафедру, названную так по имени человека, завещавшего средства на ее
содержание . Барроу читал лекции по оптике на весьма высоком для того времени
уровне (он, например, давал формулы линз для различных частных случаев), и
Ньютон с большим интересом и вниманием слушал своего учителя. С ним у Ньютона
установились тесные дружеские отношения, и Барроу стал видеть в одаренном
ученике своего преемника. Ньютон получил младшую ученую степень бакалавра,
затем в 1665 г. - степень магистра. В этом же году разразилась эпидемия чумы,
и Ньютон уехал из Кембриджа в деревню, откуда возвратился осенью 1668 г. В
деревне он много и напряженно работал, его будущие великие открытия созревали
в деревенском уединении. Немудрено, что через год, в 1669 г. , Барроу, решив
посвятить себя теологии, передал кафедру своему гениальному ученику. Ньютон
стал профессором Кембриджа.
Первая научная работа Ньютона относится к оптике. Еще в 1665 г. он начал
исследование призматических цветов. Результатом этого исследования явилось
убеждение, что никакими средствами нельзя добиться совершенства оптических
приборов с объективами из линз. По его мнению, хроматическая аберрация линз
неустранима. Поэтому Ньютон приходит к выводу, что в телескопе надо линзы
заменить сферическими зеркалами. В 1668 г. он построил первую миниатюрную
модель рефлектора. В 1671 г. Ньютон построил второй усовершенствованный
рефлектор, послуживший поводом к избранию его членом Королевского общества.
Рефлектор Ньютона.
Прочитанный Ньютоном мемуар об открытиях в оптике вовлек его в полемику с
Робертом Гуком (1635-1703), официальным экспериментатором Королевского
общества. Гук в докладе, представленном обществу в 1672 г. , ив книге
«Микрография» становится на точку зрения волновой теории и высказывает мысль о попе-
речности световых волн.
Гук описывает явления интерференции и дифракции света, но еще недостаточно
владеет языком волновой оптики, чтобы использовать эти явления для
подтверждения волновой теории, как это сделал через полтораста лет Френель. Гук
ревниво относился к вопросам приоритета и оспаривал его у Ньютона, как в оптике,
так и в механике. Раздраженный полемикой, Ньютон принял решение ничего не
публиковать по оптике до тех пор, пока жив Гук, и выполнил это решение. Кроме
первых двух оптических мемуаров, повлекших за собой полемику с Гуком, Ньютон
не публиковал ничего до 1704 г., когда была издана его «Оптика».
Вообще Ньютон очень неохотно печатался, возможно и потому, что почти каждая
публикация приводила к тяжелым спорам, в том числе и по вопросу приоритета. У
Ньютона оспаривали приоритет в изобретении рефлектора, в исследовании цветов
тонких пленок, в открытии закона тяготения и изобретении дифференциального и
интегрального исчисления, т.е. почти всего, что составляет славу Ньютона.
Удивительного в этом неприятном обстоятельстве, принесшем немало огорчений
Ньютону, ничего нет. Открытия, сделанные Ньютоном, «носились в воздухе», они
относились к актуальным научным проблемам того времени, над которыми
размышляло немало ученых, приходя с разных сторон к одинаковым или почти одинаковым
выводам. Механика, математика и оптика созрели для завершающих открытий, и
Ньютон выполнил эту завершающую работу с исчерпывающей полнотой и
гениальностью.
Современники чувствовали величие Ньютона, и все же для одних он остался
непонятным, а для других - равноправным членом «республики наук», по выражению
М.В. Ломоносова, с которым можно и должно было спорить, не стесняясь в
выражениях и обвинениях. Только на отдалении веков стал виден гений Ньютона,
возвысивший его над всеми современниками, и стало ясным величие его дела.
Но тягостная полемика с современниками приводила порой Ньютона к решению
ничего не публиковать.
Однако поставленные проблемы все же надо было решать. Над проблемой
движения планет размышляли многие современники Ньютона. Астроном Галлей понял, что
идея Гюйгенса о существовании центростремительной силы позволяет объяснить
динамику движения планет, и пытался ее разработать. В ходе работы он
встретился с большими трудностями и обратился за консультацией к Ньютону. Ньютон
показал ему рукопись, в которой проблема, волновавшая Галлея, была полностью
решена. Галлей стал настойчиво убеждать Ньютона опубликовать свой труд.
Ньютон долго не соглашался. Только с помощью влиятельных в Кембридже лиц Галлею
удалось сломить сопротивление Ньютона. Особенно смущала Ньютона третья часть
его труда, в которой речь шла о системе мира. «Третью часть я намерен теперь
устранить, - писал он, - философия - это такая наглая и сутяжная дама, что
иметь с ней дело - это все равно, что быть вовлеченным в судебную тяжбу». В
конце концов, знаменитые «Математические начала натуральной философии»
Ньютона вышли в свет в 1687 г., спустя 144 года после того, как Коперник
опубликовал свою систему мира. Эта система получила динамическое обоснование и стала
прочной научной теорией. Одновременно было завершено начатое Галилеем дело
создания новой механики. Три закона Ньютона завершают труды Галилея, Декарта,
Гюйгенса и других ученых по созданию классической механики и вместе с тем
создают прочную основу для плодотворного ее развития.
Как и предвидел Ньютон, его «Начала», несмотря на трудный и специальный
характер изложения, вызвали оживленную дискуссию в первую очередь с
картезианцами. Допущение абсолютно пустого пространства и гравитационных сил,
действующих на расстоянии через пустоту, породило философские споры. В них
оказались заинтересованными и церковники, связывающие эти допущения с таинством
евхаристии, при котором якобы происходит чудесное превращение хлеба и вина в
тело и кровь Христа. При подготовке второго издания «Начал» кембриджский
математик Коте, редактировавший это издание, усилил его антикартезианскую
направленность, снабдив его своим предисловием, носящим откровенно
теологический характер. Такой же характер носит и «Общее поучение», которым Ньютон
заключает второе издание книги. В нем он указывает на несостоятельность
картезианской вихревой концепции, описывает, как управляет миром господь бог. Уче-
ный и богослов причудливо переплетаются в поучении Ньютона, научные идеи
сочетаются в нем с теологическими бреднями.
Ньютон серьезно интересовался богословскими вопросами. Он был автором
«Толкования на книгу пророка Даниила», «Апокалипсиса» и «Хронологии». Его
религиозность была резко антикатолической, антипапистской, и такой же характер
носили его богословские книги. Если же добавить к этому, что Ньютон глубоко
интересовался алхимией и увлекался алхимическими опытами, то мы можем понять,
что он был сыном своего времени, когда наука еще глубоко увязала в теологии.
Ньютон был сыном своего времени и в отношении к политическим проблемам. Его
тревожила католическая и абсолютистская реакция, проявившаяся при Якове II
Стюарте, и он принимал активное участие в протесте Кембриджа против этих
тенденций .
С приходом к власти Вильгельма Оранского в 1688 г. Ньютон был избран
депутатом парламента от Кембриджа. Когда новое правительство стало испытывать
финансовый кризис от плохой чеканки обращающейся золотой монеты, которую можно
было опиливать и обрезать, делая ее неполноценной, Ньютон со своими друзьями
лордом Монтегю и философом Локком участвовал в обсуждении проекта финансовой
реформы. Назначенный Смотрителем Монетного двора, Ньютон в короткий срок
перечеканил монету, способствовав тем самым оздоровлению финансов страны.
В 1699 г. Ньютон был назначен директором Монетного двора и переехал в
Лондон. В 1703 г. он был избран президентом Королевского общества. Обеспеченный
материально, окруженный почетом и славой, Ньютон провел в Лондоне последние
годы своей жизни. Он умер 21 марта 1727 г., и прах его был торжественно
Захоронен в Вестминстерском аббатстве.
Научное наследие Ньютона сводится к трем основным областям: математике,
механике и астрономии, оптике. В математике Ньютон разделяет с немецким ученым
и философом Готфридом Вильгельмом Лейбницем (1646-1716) славу создателя
дифференциального и интегрального исчисления.
Мы уже видели, что потребность в создании новой математики, математики
переменных величин, была остро насущной. Эта математика постепенно создавалась
усилиями ученых различных стран, начиная с Кеплера, Галилея и Декарта.
Проблема квадратуры криволинейных площадей и проведение касательных к кривым,
проблема максимума и минимума успешно решались для отдельных случаев рядом
математиков и физиков. Но только Ньютон и Лейбниц разработали общий метод
решения таких задач. Ньютон назвал свой метод исчислением флюксий, именуя этим
термином то, что мы ныне подразумеваем под производной. Саму переменную
функцию Ньютон назвал флюентой (текущей), флюксии Ньютон обозначал буквами с
точкой наверху. О своем методе Ньютон сообщил в письме Лейбницу, переставив
буквы латинской фразы: «Дана флюента, найти флюксию и обратно». Он выписал с
соответствующим числовым коэффициентом те буквы, которые встречаются в этом
предложении. Зашифрованное таким образом предложение было разгадано
Лейбницем, который сообщил в ответ, что он сам владеет подобным же методом. Об этом
обмене письмами Ньютон сообщил в одном из примечаний к первому изданию
«Начал», указав, что метод Лейбница отличается от его собственного лишь
обозначениями. Лейбниц обозначал производные штрихами (у', у" и т.д.) или как
отношение дифференциалов (dy/dx).
Квадратуру Лейбниц обозначал удлиненной латинской буквой J, т.е.
современным знаком интеграла.
Обозначения, введенные Лейбницем, оказались весьма удобными и сохранились
до настоящего времени. Что же касается ньютоновских обозначений, то они
употребляются в физике для указания производных по времени.
Во втором и третьем изданиях «Начал», которые были выпущены при жизни
Ньютона , примечание о переписке с Лейбницем было снято. Причиной этому был спор
о приоритете, который разделил математиков того времени на два лагеря. При-
верженцы одного из них защищали приоритет Ньютона, сторонники другого -
Лейбница. Последующие исследования показали, что оба ученых пришли к великому
открытию независимо друг от друга.
Интересно, что в «Началах» Ньютон не пользуется своим методом, а доказывает
свои предложения геометрическим способом и с помощью метода предельных
отношений. Последний представляет собой дальнейшее развитие метода древних
атомистов («метода неделимых»). Ньютон в поучениях к первой книге «Начал»
подчеркивает это обстоятельство, разъясняя, что в его методе фигурируют не
«неделимые» конечно малые величины, «математические атомы», а бесконечно малые
величины, т.е. не у, х, a dy, dx. В его разъяснении заключаются современные
определения производных и интегралов:
dy _ 1- ьу
dx Jim bx ; ly^-lim £у,Дяг.
При обосновании метода пределов Ньютон апеллирует к механическим образам, к
представлению о конечной, предельной скорости движения. Так входили в науку
новые математические идеи, логическое обоснование которых потребовало усилий
многих поколений математиков, вплоть до нашего времени. Идея бесконечности
оказалась весьма коварной.
Но Ньютон избежал трудностей. Доказав вспомогательные геометрические леммы
методом пределов, он в дальнейшем все предложения доказывал в духе старых
геометров и логически безупречно. Однако эта безупречность достигалась за
счет громоздкости и сложности доказательств. Последующим математикам пришлось
выполнить работу по переводу механики на язык математического анализа.
В 1736 г. вышла «Механика, или Наука о движении, изложенная аналитически
Леонардом Эйлером, членом Петербургской Академии наук», в которой были
впервые написаны в дифференциальной форме уравнения механики и все математические
расчеты велись на языке анализа. В 1788 г., через 100 лет после «Начал»
Ньютона, вышла «Аналитическая механика» Лагранжа, в которой, как об этом с
гордостью сообщал сам автор, не было ни одного чертежа. Так за 100 лет
эволюционировали математические методы механики.
Роль математики в развитии физики огромна. Современная теоретическая физика
- сугубо математическая дисциплина, построенная на сложном математическом
аппарате. Начало такому развитию теоретической физики было положено Галилеем,
Декартом, Ньютоном и Лейбницем, выдающимися физиками и философами XVII
столетия, философия активно участвовала в развитии новой науки. Работа,
проделанная Бэконом, Декартом, Спинозой, Локком и другими философами XVII в.,
помогала развитию естествознания.
Естествоиспытатели и философы работали рука об руку над построением
фундамента новой науки и нового мировоззрения. Поэтому глубоко неправы те, кто
считает, что философия только мешала развитию науки, путаясь у ней в ногах и
навязывая ей чуждые догмы. Передовая философская мысль всегда расчищала
дорогу науке и, опираясь на достижения науки, сама развивалась и обогащалась.
Догматизм, некритическое высокомерие всегда были врагами и науки и философии.
Говоря о математических идеях Ньютона и соотношении философии и
естествознания, мы уже перешли тем самым к рассмотрению его знаменитых
«Математических начал натуральной философии. Термин «натуральная философия»
свидетельствовал о тесной связи науки и философии, которые, как и в эпоху возникновения
науки в Древней Греции, работали вместе. Но по существу он означал физику, и
в английских университетах физика еще долгое время называлась натуральной
философией. Так, в истории науки термин «физика» впервые был употреблен для
обозначения книги по философии природы, натуральной философии, а термин «на-
туральная философия» был использован для книги, излагающей основу
классической физики. Однако это забавное историческое обстоятельство имеет вполне
серьезный смысл: и Аристотель, и Ньютон смотрели на Задачи физики одинаково -
как на общую теорию природы. Различие, причем очень существенное, в их
взглядах заключалось в методе построения такой теории. Ньютон строил натуральную
философию, т.е. теорию природы, на математических и, конечно,
экспериментальных началах, тогда как Аристотель принципиально исключал математику и
эксперимент как метод познания природы. Победил метод Галилея-Ньютона, приведший
физику к тем колоссальным успехам, которые ныне видны каждому, даже человеку,
совершенно неискушенному в физике.
Прервем пока рассказ о «Началах» Ньютона и рассмотрим предварительно его
открытия в оптике. По свидетельству самого Ньютона, он еще в 1665 г. купил
призму, чтобы воспроизвести «знаменитое явление цветов». Призматический
спектр был в то время хорошо известен, а призмы изготовлялись на продажу.
Призматическими цветами занимались многие ученые, и Марци, например, понял,
что каждому цвету присуща своя преломляемость. Но Ньютон впервые исследовал
спектр всесторонне и глубоко, заложив основы научной спектроскопии.
Он правильно понял удлиненную форму спектра, установил со всей
определенностью факт различной преломляемости цветовых лучей, дальнейшую неразлагаемость
монохроматического пучка, выяснил влияние формы щели на чистоту спектра,
впервые применил метод скрещенных призм, короче, как было уже сказано,
заложил основы спектроскопии.
Получая призматический спектр, мы устанавливаем призму на угол наименьшего
отклонения, как это делал Ньютон, регулируем ширину щели, опираясь на его
наблюдения о влиянии форм и размеров отверстия на чистоту спектра, скрещиваем
спектральные аппараты при изучении аномальной дисперсии, как это сделал
впервые Ньютон, еще не знавший аномальной дисперсии.
Опыт Ньютона с солнечным спектром.
Основной результат своих спектроскопических исследований Ньютон
сформулировал так: «Всякий однородный свет имеет собственную окраску, отвечающую
степени его преломляемости, и такая окраска не может изменяться при отражениях и
преломлениях».
Таким образом, по Ньютону, у светового луча имеется объективная, неизменная
характеристика (цвет), которую он сохраняет при отражении и преломлении. В
другом месте Ньютон указывал, что эта характеристика не может быть изменена
какой-либо иной причиной, которую он мог наблюдать.
Ньютон не наблюдал отражения от движущегося зеркала, комбинационного
рассеяния, в которых проявляются изменения цветности луча.
Такие квантовые эффекты были обнаружены только в XX в. , и до тех пор вывод
Ньютона сохранил всю свою силу, как он сохраняет ее и сейчас во всех случаях,
когда не происходит энергетических превращений световых квантов.
Как уже упоминалось, из своих исследований Ньютон сделал важный
практический вывод о существовании хроматической аберрации, которую он ошибочно
считал неустранимой. Им (впрочем, не только им одним) были введены в астрономию
телескопы - рефлекторы.
Стеклянные зеркала таких рефлекторов Ньютон сам шлифовал с величайшим
терпением и искусством, подробно описывая в «Оптике» процедуру шлифовки. Ньютон
работал в оптике и как исследователь, и как практик. Чрезвычайно интересно,
что он думал связать с качественной характеристикой света и число,
соответствующее этой характеристике, осуществив первый интерференционный спектроскоп,
известный под названием «кольца Ньютона».
Получение «колец Ньютона».
Ньютон понял, что интерференционные цвета тонких пленок (интерференции
света он еще не знал, хотя хорошо понимал сущность волновых явлений)
определяются толщиной пленки. Это предположил еще раньше Гук, который запальчиво
обвинил Ньютона в плагиате. Но Гук не проверил свою гипотезу и не сделал из нее
конкретных выводов. Ньютон же разработал установку, в которой толщина
менялась по простому геометрическому закону, получил на этой установке цветные
кольца и открыл важный факт повторяемости цветов при изменении толщины на
определенную величину.
Другими словами, Ньютон был первым в мире, открывшим периодичность в
световых явлениях. Он установил, что для каждого цвета имеется своя длина, на
которую изменяется толщина воздушного клина, когда одно цветовое кольцо
заменяется другим того же цвета. Она соответствует четверти длины световой волны,
по волновым представлениям. Ньютон определил эту величину для всех основных
цветов спектра - от красного до фиолетового. Принимая во внимание, что
оттенки цвета распознать очень трудно и основные семь цветов: красный, оранжевый,
желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый - весьма неопределенные понятия,
следует признать, что Ньютон определил длину волны весьма точно. Лишь в
красной части спектра у него наблюдаются расхождения с современными данными.
Ньютон исследовал также явление дифракции и, описав достаточно точно
радужные полосы на внешних границах тени волоса, не заметил внутренней светлой
полосы. Не заметил он и фраунгоферовых линий в солнечном спектре, которые были
открыты значительно позже (в 1801 г.) Волластоном и вновь переоткрыты и
тщательно описаны Фраунгофером. Сыграли ли тут роль недостатки зрения Ньютона
или некоторая теоретическая предубежденность (один из «призраков» Бэкона),
сказать трудно, фактом остается то, что знаменитый наблюдатель не заметил
некоторых важных и интересных фактов. На каком же языке описывал Ньютон
открытую им периодичность, если в оптике он не пользовался языком волновой теории
и не прибегал к таким понятиям, как длина волны? Приведем его собственную
формулировку из «Оптики».
Предложение XII
«Каждый луч света при своем прохождении через любую преломляющую
поверхность приобретает некоторое преходящее строение или состояние, которое при
продвижении луча возвращается через равные интервалы и располагает луч при
каждом возвращении к легкому прохождению через ближайшую преломляющую
поверхность , между же возвращениями - к легкому отражению».
Таким образом, луч света попеременно через равные интервалы находится то в
фазе легкого прохождения (Ньютон вместо слова «фаза» употреблял термин
«приступ» - П.К.), то в фазе легкого отражения. Результат его, падения на
поверхность определяется тем, в какой фазе он падает - в фазе (или приступе)
легкого прохождения или, наоборот, легкого отражения. Эта идея дает ему
возможность описать опыт с кольцами и определить интервал между возвращениями в
одну и ту же фазу.
Явление периодичности света, с нашей точки зрения, означает, что в описании
его играют фундаментальную роль периодические функции, синусоидальные функции
времени, пространства, т.е. гармонические волны. Ньютон использовал для
описания открытого им явления образ волны, возбуждаемой в преломляющей среде
падением светового луча, подобно тому, как камень, брошенный в воду, возбуждает
в ней водяные волны. Эти волны, приводя в движение частицы преломляющего (или
отражающего) тела, распространяются в этой среде подобно звуку и движутся со
скоростью, большей скорости света, опережая луч.
Луч, падая на поверхность, либо движется в направлении фазы волны, и тогда
он проходит, либо его движение противоположно направлению волнового движения,
тогда он отражается. «Следовательно, - заключает Ньютон, - каждый луч
попеременно располагается или к легкому отражению или к легкому пропусканию каждым
колебанием, обгоняющим его».
Эта модель Ньютона, в которой сочетаются корпускулярные (световой луч) и
волновые представления (направляющая волна), предвосхищает будущие идеи де
Бройля о волне-пилоте, бегущей с фазовой скоростью, большей скорости частицы
и большей скорости света. Вообще на всем протяжении своих оптических
исследований, начиная с первых мемуаров и кончая «Оптикой», Ньютон постоянно
обсуждает две концепции света: корпускулярную и волновую. Волновая теория ему
кажется неспособной справиться с противостоящими ей огромными трудностями.
Во-первых, она не в состоянии объяснить прямолинейное распространение
света, волна должна огибать препятствия и загибаться внутрь геометрической тени.
Как мы знаем, это действительно и наблюдается. Но Ньютон не заметил светлой
полосы внутри тени волоса, а радужные внешние полосы он объяснил действием
краев на малых расстояниях. «Как только луч проходит мимо тела, он идет
дальше по прямой».
Гюйгенс объяснил образование геометрической тени тем, что боковые вторичные
волны, испускаемые точками волнового фронта, не имеют огибающей и поэтому
неэффективны. Но тем самым он отказался от описания дифракции, которая с
успехом была объяснена на основе его принципа Френелем через 130 лет. Гюйгенс
далее очень удачно объяснил двойное преломление в одноосном кристалле, но
остановился перед объяснением открытого им явления поляризации (употребляя
теперешний термин).
Ньютон в своей «Оптике» разбирает это явление и считает, что его можно объ-
яснить, исходя из представления присущей световому лучу полярности. Для волн
(имелись в виду продольные волны) о такой полярности говорить нельзя, и,
следовательно , волновая теория в этом пункте несостоятельна.
Во-вторых, волновая теория требует допущения среды, в которой
распространяется свет. «Против заполнения неба жидкими средами, - говорит Ньютон, - если
они только не чрезвычайно разрежены, возникает большое сомнение в связи с
правильными и весьма длительными движениями планет и комет по всякого рода
путям в небесном пространстве. Ибо отсюда ясно, что небесное пространство
лишено всякого заметного сопротивления, а следовательно, и всякой ощутимой
материи». «Если же ее (т.е. эту среду или материю. - П.К.) отбросить, то и
гипотезы о том, что свет состоит в давлении или движении, распространяющемся
через такую среду, отпадают вместе с нею».
Таким образом, Ньютон был первым строгим критиком волновой теории,
рассматривающей свет как механические волны в особой среде, которая со времени
Гюйгенса стала называться световым эфиром. Мысль же о том, что световые волны
могут быть другой, не механической природы, ему, конечно, в то время не могла
прийти в голову.
В связи с серьезными трудностями волновой теории Ньютон предлагает обсудить
другую концепцию природы света: «Не являются ли лучи света очень малыми
телами, испускаемыми светящимися веществами? Ибо такие тела будут проходить через
однородные среды без загибания в тень, соответственно природе лучей света.
Они могут иметь также различные свойства и способы сохранять эти свойства
неизменными при прохождении через различные среды, в чем заключается другое
условие лучей света. Прозрачные вещества действуют на лучи света на расстоянии,
преломляя, отражая и изгибая их, и взаимно лучи двигают части этих веществ на
расстоянии, нагревая их; это действие и противодействие на расстоянии очень
похожи на притягательную силу между телами».
Ньютон считает, следовательно, что свет может быть исследован с точки
зрения существования дальнодействующих сил. Свет по этой концепции мыслится
состоящим из частиц, своеобразных световых атомов, которые могут
взаимодействовать с частицами вещества. В «Началах» Ньютон доказывает, что частица,
вступая в плотную среду, ускоряется притяжением частиц этой среды. Если
тангенциальная составляющая скорости частицы при этом не меняется, то направление ее
движения можно определить по закону преломления:
Sin i _ с2
Sin r С] '
где Ci - скорость света в первой среде, Сг - во второй среде. При этом если
i > г, т.е. луч света идет из менее плотной среды в более плотную, то Сг >
Ci, - скорость света в воде или стекле больше, чем в воздухе.
К такому же выводу еще раньше пришел Декарт, но у него речь шла только о
механической модели, иллюстрирующей преломление, скорость же света он считал
бесконечной. Наоборот, у Гюйгенса закон преломления принимает вид:
Sin i С)
Sin r c2
и скорость света в воде меньше скорости света в воздухе.
Когда Фуко в 1850 г. показал, что скорость света в воде действительно
меньше, чем скорость света в воздухе, то это казалось решающим опровержением
корпускулярной теории. На самом деле обе концепции нашли свое место не только в
описании света, но и в описании материи на совершенно иной, не классической
основе. И Ньютон, как бы предвидя это обстоятельство, избегал высказываться
решительно в пользу той или иной концепции. Только его последователи приписы-
вали ему безоговорочную поддержку корпускулярной теории. Ньютон же, как в
оптике, так в вопросе о тяготении категорически подчеркивал, что он «не
измышляет гипотез», а предполагает оставаться на почве строго установленных фактов
и принципов.
При всем различии оптики Ньютона и Гюйгенса у них есть одна существенная
общая черта: оба они стремятся описать явление света в рамках механических
представлений. Механика лежала в основе физических и философских воззрений
XVII в. Декарт, Гюйгенс, Ньютон - все они пытались свести явления природы к
явлениям механики. «Было бы желательно вывести из начал механики и остальные
явления природы...» - писал Ньютон в предисловии к «Началам», и с этим
желанием солидаризировались современные ему физики и философы.
Механические явления были наиболее ясными и наглядными; в изучении этих
явлений физика достигла наибольших успехов, и механическое мировоззрение
явилось отражением этих успехов. Еще Декарт развивал механическую картину мира.
Ньютон заложил новые основы механического мировоззрения, после ожесточенной
борьбы вытеснившие картезианские. Эти основы были заложены в его
«Математических началах натуральной философии», к рассмотрению которых мы вновь
обращаемся.
В «Началах» содержатся определения основных понятий механики, формулировка
основных законов механики, известных ныне под именем законов Ньютона,
приложения законов механики к теории движения под действием центральных сил и к
решению других механических вопросов, обоснование закона всемирного
тяготения, открытого Ньютоном, и изложение системы мира, т.е. теории движения
планет и спутников на основе Закона тяготения. Таким образом, это первый в
истории науки систематический курс теоретической механики, включающий и небесную
механику. Отдельные результаты предшественников Ньютона, начиная с Галилея,
были обобщены и развиты Ньютоном в его гигантском труде. Ньютон завершил
работу предыдущих поколений и открыл путь последующим поколениям физиков и
механиков .
«Начала» открываются определением количества материи: «Количество материи
есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объему ее».
Русский переводчик «Начал» академик А.Н. Крылов вставил в скобках после
слов «количество материи» слово «масса», с тем, чтобы ослабить впечатление от
метафизического и неупотребительного в современных руководствах термина
Ньютона . Ньютон вдобавок выражает массу через плотность, определяемую в этих
руководствах как раз через массу и объем. Но термин «количество материи» и у
Декарта, и у Ньютона имеет вполне определенное содержание. Декарт считает
весь мир однородной материей и по большему или меньшему объему материи
определяет ее количество. Ньютон, подобно древним атомистам, считает реальными
атомы и пустоту. Количество однородных атомов и есть количество материи.
Очевидно, оно будет тем больше, чем больше взятый объем и чем плотнее
расположены атомы в этом объеме.
Чтобы не было никаких сомнений, Ньютон поясняет свое определение примерами
воздуха, порошка, снега, количество материи которых увеличивается, если их
сжать; «При этом, - добавляет Ньютон, - я не принимаю в расчет той среды,
если таковая существует, которая свободно проникает в промежуток между
частицами» .
Таким образом, определение количества материи у Ньютона опирается на
атомистику и соответствует определенному строю физического мышления. Самое же
главное, что эта величина доступна измерению. Количество материи определяется
по весу тела, оно пропорционально весу тела, «что мною найдено опытами над
маятниками, произведенными точнейшим образом...».
Тысячелетняя практика использования весов для измерения количества
вещества, массы вещества, обобщается Ньютоном и анализируется экспериментально. Он
наблюдал качания маятников одинаковых длин, но с разными грузами: свинцовым,
золотым, деревянным, ртутью и т.д. У всех этих маятников периоды совпадали.
Но еще Галилей показал, что движение маятника - это не свободное падение
его груза. Все тела в отсутствие сопротивления воздуха падают одинаково.
Ньютон проверил экспериментально утверждение Галилея, поместив в трубку перышко,
кусок свинца и пробку. Откачав из трубки воздух, он убедился, что различные
тела в безвоздушном пространстве падают с одинаковой скоростью, а маятники
качаются с одинаковым периодом независимо от веса груза.
Тем самым Ньютон подтвердил точным опытом независимость ускорения силы
тяжести от массы тела. Масса и вес строго пропорциональны друг другу. Эту
зависимость Ньютон использовал для практического измерения масс или количества
вещества.
Ньютон, открывший закон тяготения, ясно понимал, что вес - случайное,
переменное воздействие на тело, и поэтому считал необходимым установить и другую,
внутреннюю характеристику тела - инерцию. (В современных школьных учебниках
эту характеристику называют инертностью. Ньютон этого термина не знал и всюду
говорил об инерции.) Ей он посвящает третье определение своей книги:
«Врожденная сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой
всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе,
удерживает свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения». «Эта
сила, - добавляет Ньютон, - всегда пропорциональна массе и если отличается от
инерции массы, то разве только воззрением на нее».
Масса как мера инерции сохранилась в современных учебниках физики, и ее по-
прежнему, как и у Ньютона, измеряют с помощью весов. Там, где господствует
невесомость, массу можно измерять по инерции, и в этом смысле измерение
инерции есть самый общий способ измерения массы. Вместе с тем инерция и весомость
- это различные физические понятия. То, что они пропорциональны друг другу,
очень удобно для практических целей, но это совершенно необъяснимое явление.
Галилей и Ньютон установили этот факт. Ньютон широко использовал его для
измерения масс, физики последующих поколений также измеряли массы весами. Лишь
Эйнштейн выяснил глубокое значение этого факта.
Введя понятие массы, Ньютон дал точную, измеряемую механическую
характеристику тела. До Ньютона такой ясной характеристики не было, механика еще не
владела полностью этим фундаментальным понятием. Заслуга Ньютона состоит в
том, что он ввел во всеобщее употребление понятие массы и указал способы ее
измерения.
Ньютон ввел и второе фундаментальное понятие механики: количество движения,
определив его как меру движения, пропорциональную массе и скорости (II
определение «Начал»). Выражением «количество движения» пользовался еще и Декарт,
но он не понял векторного характера этой величины и, применяя ее к теории
удара, допустил грубые ошибки. Ньютон знал векторный характер скорости и,
пользуясь на практике своим определением, всегда учитывал направление
движения, формулируя правило параллелограмма скоростей.
Однако термин «количество движения», как показала история науки, был явно
неудачным. ( Это, однако, не помешало ему удержаться в науке вплоть до наших
дней, аналогично другому неудачному термину - «лошадиная сила». Сегодня
термин «количество движения» заменен термином «импульс».) Дело в том, что было
совершенно неясно, чем же измерять движение. Декарт предложил измерять его
произведением массы на скорость и высказал закон сохранения движения в форме
сохранения общего количества движения. За год до выхода «Начал», в 1686 г.,
Лейбниц опубликовал статью под заглавием «Краткое доказательство ошибки
достопамятного Декарта и других касательно закона природы, благодаря которому
бог желает сохранять всегда количество движения тем же». Лейбниц указывал,
что в явлениях природы сохраняется и другая мера движения. Так, если падающий
груз производит деформирующее действие (таким способом Галилей измерял
скорости падения), то это действие пропорционально высоте падения и,
следовательно, квадрату скорости, а так как оно к тому же пропорционально и массе
падающего тела, то движение, сообщенное деформированному телу, пропорционально
произведению массы на квадрат скорости.
Эту величину Лейбниц позже назвал «живой силой», отличая ее от «мертвой
силы» , силы давления неподвижного груза.
Что величина mv2 сохраняется, было ясно еще Гюйгенсу, который опирался на
закон сохранения величины mv2 в своей теории упругого удара и в теории
маятника. Этот же факт хорошо Знал и Ньютон, дополняя выводы Гюйгенса
установлением теоремы живых сил для движения под действием центральной силы. Эту
теорему Ньютон доказывал геометрически, изображая графически зависимость силы от
пути, пройденного движущейся точкой. Он доказывал, что квадрат скорости
движения будет пропорционален площади кривой, ограниченной графиком силы, осью
расстояния, начальной и конечной ординатой (начальной и конечной скоростью),
т. е.
v*~far)dr,
где f(r) - модуль действующей силы. И, тем не менее, Ньютон принимает в
качестве «количества движения» величину mv. К этому его вынуждает динамика.
Ньютон вводит в науку важное понятие силы. Контактные силы: мышечные усилия,
удар, давление - хорошо известны из практики, и их введение в науку
оправдано. Но Ньютон дает новое определение силы (определение IV «Начал») как
действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или
равномерного прямолинейного движения. Такое действие может быть произведено не только
при контакте, но и на расстоянии некоторым силовым центром. Действие,
производимое силовым центром, Ньютон называет центростремительной силой
(независимо от того, притягивается или отталкивается тело от центра) и определяет ее
следующим образом (определение V «Начал»): «Центростремительная сила есть та,
с которой тела к некоторой точке как к центру отовсюду притягиваются, гонятся
или, как бы то ни было, стремятся».
Центростремительная сила определяется, во-первых, мощностью или
интенсивностью самого силового центра (например, массой Земли или Солнца, магнитной
массой полюса магнита и т. д.). Эту мощность Ньютон называет абсолютной
величиной центростремительной силы.
Во-вторых, она определяется ускорением, получаемым телом под действием
силы. Это ускорение Ньютон называет ускорительной величиной центростремительной
силы.
В-третьих, она определяется изменением количества движения за единицу
времени. Эту скорость изменения количества движения Ньютон называет движущей
величиной центростремительной силы.
Эти три фактора, определяющие действие центростремительной силы, которые
Ньютон ясно отличает друг от друга, и поныне являются основными
характеристиками силового поля. То, что Ньютон называет абсолютной величиной
центростремительной силы, мы называем зарядом (электрическим, магнитным, гравитационным
и т.д.). В XIX в. говорили о «массах» (электрических, магнитных,
гравитационных) .
Ньютоновская «ускорительная величина» центростремительной силы - это
современная напряженность силового поля, а движущая величина центростремительной
силы называется в настоящее время пондеромоторной силой.
Из этих определений центростремительной силы (определения V-VIII) видно,
что Ньютон хорошо представлял картину силового поля вокруг «источника ее
(т.е. силы. - П.К.) распространения из центра в окружающее ее пространство» и
выработал точные характеристики, с помощью которых описывают это поле и
поныне. Важнейшую роль в этих характеристиках играет скорость изменения
количества движения тела. Ньютон понял фундаментальное значение понятия количества
движения для динамики: быстротой изменения этой величины определяется
действие силы, и поэтому положил ее в основу всей динамики. Развитие науки
подтвердило правильность выбора, сделанного Ньютоном, и современная наука лишь
перестала употреблять его термин «количество движения», заменив его коротким
словом «импульс». Количество движения Ньютона - это динамическая
характеристика движения.
Что же касается лейбницевской «живой силы», то она, как мы теперь знаем,
является энергетической характеристикой движения и равна кинетической энергии
~mv2 движущейся точки.
Обе меры необходимы и полезны и с успехом «работают» в современной науке.
Но до установления закона сохранения и превращения энергии такая двузначность
«меры движения» вызывала путаницу и разногласие, физики разделились на
сторонников Декарта и сторонников Лейбница в отношении меры движения, и шумные
споры между ними не утихали.
Еще в 1758 г. Ломоносов писал - «...Самые первые начала механики, а тем
самым и физики, еще спорны и что наиболее выдающиеся ученые нашего века не
могут прийти к соглашению о них. Самый явный пример этого - мера сил движения,
которую одни принимают в простом, другие - в двойном отношении скорости».
В 1743 г. вышла «Динамика» французского энциклопедиста Жана Даламбера
(1717-1783). Даламбер разъясняет в предисловии к своему сочинению
эквивалентность двух мер. Когда тело, обладающее некоторой скоростью, начинает
тормозиться под действием силы, то выбор меры исчезнувшего движения определяется
постановкой задачи. Если нам дано время торможения, то тормозящая сила
определяется количеством движения mv. Если же нам дан путь торможения, то она
находится из (mv2) /2
Этим простым замечанием Даламбер охладил разгоряченные головы, и споры о
двух мерах движения мало-помалу затихли. Но, повторяем, истинная суть двух
мер движения выяснилась только в результате открытия закона сохранения
энергии.
Итак, Ньютон ввел в механику фундаментальные понятия: массы, силы,
количества движения (импульса). Но для построения механики нужно было ещё одно
важное понятие: система отсчета. Разговор о движении беспредметен, если не
указана система отсчета. Ньютон хорошо понимал это обстоятельство, поэтому он
заключает раздел определений «Поучением», в котором останавливается на
понятиях пространства и времени.
Ньютону был известен принцип относительности Галилея, который он
сформулировал в виде одного из основных следствий законов механики: «Относительные
движения друг по отношению к другу тел, заключенных в каком-либо
пространстве, одинаковы, покоится ли это пространство или движется равномерно и
прямолинейно без вращения». В другом месте Ньютон утверждает: «Может оказаться,
что в действительности не существует покоящегося тела, к которому можно было
бы относить места и движения прочих», и, таким образом, он считает, что
наблюдаемые нами движения относительны и абсолютного движения не существует. Но
он знает также, что ускоренное движение системы отсчета проявляется
динамически, вызывая явление инерции.
Так, поверхность воды во вращающемся ведре будет не плоскостью, а
параболоидом вращения. Поэтому Ньютон принимает, что в природе существует
абсолютный покой, абсолютно неподвижная система отсчета. Это пустое однородное
неподвижное пространство атомистов и Евклида - чистое вместилище всех вещей.
Существенно, что наряду с абсолютным пространством Ньютон признает и абсолют-
ное время, текущее само по себе, безотносительно к каким-либо процессам. Вот
как он определяет абсолютное и относительное время и пространство.
«I. Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей
сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и
иначе называется длительностью.
Относительное, кажущееся, или обыденное, время есть или точная, или
изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя, совершаемая при посредстве какого-либо
движения мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо
истинного математического времени, как-то: час, день, месяц, год.
Наше измерение времени как несовершенное, повседневное (от зари до зари),
так и точное, астрономическое дает нам относительное, или обыденное, время,
основанное на наблюдаемых нами движениях. Эти движения, даже вращение Земли,
могут быть не вполне равномерными, в то время как истинное математическое
время течет само по себе абсолютно равномерно. Постигая относительное время,
конструируя все более и более точные часы, мы имеем в виду недостижимый
идеал , истинное, абсолютное время».
«II. Абсолютное пространство по самой своей сущности безотносительно к чему
бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным.
Относительное есть его мера или какая-либо ограниченная подвижная часть,
которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых
тел и которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное: так,
например, протяжение пространства подземного воздуха или надземного,
определяемых по их положению относительно Земли...»
«III. Место есть часть пространства, занимаемого телом, и по отношению к
пространству бывает или абсолютным, или относительным...»
«IV. Абсолютное движение есть перемещение тела из одного абсолютного его
места в другое, относительное - из относительного в относительное же».
Задача натуральной философии, по Ньютону, и состоит в том, чтобы распознать
истинные, абсолютные движения и изучать их законы. Хотя на практике мы
познаем кажущиеся относительные движения, мы можем по ним находить истинные
движения и их причины. В качестве примера Ньютон приводит свой знаменитый опыт с
вращающимся ведром. Если подвесить ведро с водой на веревке к потолку и,
закрутив предварительно веревку, отпустить сосуд, предоставив веревке
возможность раскручиваться, то стенки ведра начинают вращаться вместе с веревкой.
Вода же сразу не увлекается движением, и ее поверхность сначала плоская, т.е.
вода находится в сильном относительном вращении по отношению к ведру, и это
относительное вращение не сказывается на ее состоянии. По мере вовлечения
воды во вращение поверхность ее деформируется. Наибольшая деформация будет
наблюдаться, когда скорость вращения воды относительно стенок ведра будет равна
нулю. В этот момент абсолютное движение воды будет наибольшим. Ньютон
заключает отсюда и возможность обнаружения вращательного движения в абсолютном
пустом пространстве. Ускорение в механике Ньютона носит абсолютный характер.
Концепция абсолютного пространства-времени, оторванного от материальных тел
и реальных процессов, - метафизична. Не случайно Ньютон связывает свои
представления об абсолютном пространстве с божеством. Один из современников
Ньютона в своем дневнике писал, что Ньютон, подготовляя новое издание «Оптики»,
предлагал включить в него вопрос: «Чем наполнено пространство, свободное от
тел?» Ньютон считал, что оно наполнено богом. Бог, по Ньютону, присутствует
как в пространстве, свободном от тел, так и там, где имеются тела.
Спрашивается: при чем же Здесь физика? Почему до Эйнштейна физики не
критиковали божество - метафизическую концепцию абсолютного, пустого,
неподвижного, однородного пространства, а молчаливо соглашались с ней? Потому, что эта
математическая абстракция хорошо соответствовала принципам евклидовой
геометрии.
Эти евклидовы представления настолько укоренились в умах людей, что
геометрия Лобачевского казалась нелепостью даже для его современников - ученых-
академиков .
Что же касается бога, то хорошо известно, что верующий человек может
припутать бога к любому обстоятельству, и нет ничего удивительного в том, что
религиозный Ньютон считал пространство «чувствилищем бога». Важно, что основой
классической физики были законы, установленные Ньютоном для движения тел в
абсолютном евклидовом пространстве.
По принципу относительности это пространство представлялось любой системой
отсчета, в которой не проявляется ощутимым образом действие инерционных сил.
Приведем формулировку законов Ньютона в том виде, в каком они были
сформулированы им самим (латынь), и в переводе на русский язык, сделанном
академиком А.Н. Крыловым.
Axiomata sive leges motus
Lex I
Corpus omne perseverare in statu suo
quiescendi vel movendi uniformiter in
directum, nisi quatenus illud a
viribus impressis cogitur statum suum
mutare.
Lex II
Mutationem motus proportionalem esse
vi motrici impressae, et fieri
secundum lineam rectam qua vis ilia
imprimitur.
Lex III
Actioni contrariam semper et aequalem
esse reactionem: sive corporum duorum
actio-nes in se mutuo semper esse
aequales et in partes contrarias
dirigi.
Аксиомы или законы движения
Закон I
Всякое тело продолжает удерживаться в
своем состоянии покоя или
равномерного и прямолинейного движения, пока и
поскольку оно не понуждается
приложенными силами изменить это
состояние.
Закон II
Изменение количества движения
пропорционально приложенной движущей силе и
происходит по направлению той прямой,
по которой эта сила действует.
Закон III
Действию всегда есть равное и
противоположное противодействие, иначе
взаимодействия двух тел друг на друга
между собой равны и направлены в
противоположные стороны.
«Математические начала натуральной философии» - книга, вошедшая в золотой
фонд науки. Законы Ньютона в течение веков заучивались в авторской
формулировке . Так, в одном из русских учебников физики для гимназии законы Ньютона
даны в оригинальной латинской формулировке без перевода. Этот учебник вышел в
1915 г., т.е. всего за два года до Октябрьской революции, спустя два года
после создания квантовой модели атома Бора и спустя десять лет после создания
Эйнштейном специальной теории относительности. Как видим, еще в то время
считалось обязательным для учащихся гимназий знание подлинного текста законов
Ньютона. Так было почти во всех школах мира. Поколения людей воспитывались на
законах Ньютона, которые казались незыблемым фундаментом научного познания
природы. Имея в виду их огромное историческое значение, мы и привели выше их
точную авторскую формулировку.
Законы Ньютона комментировались и разъяснялись неоднократно, поэтому мы
останавливаться на них не будем. Подчеркнем только, как это делает и сам
Ньютон, роль третьего закона. Здесь впервые в механике Ньютона появляется слово
«взаимодействие». Сила - это взаимодействие между телами.
Из математического выражения силы и третьего закона Ньютон выводит закон
сохранения импульса для замкнутой системы и закон сохранения движения центра
тяжести: «... По отношению к центру тяжести системы нескольких тел имеет место
тот же самый закон сохранения состояния покоя или равномерного и
прямолинейного движения, как и для одного тела. Таким образом, поступательное
количество движения отдельного ли тела или системы тел надо всегда рассчитывать по
движению центра тяжести их».
Так как по второму закону действие силы определяется только изменением
количества движения тела и не зависит от наличия других сил или состояния
движения тел, то Ньютон в качестве следствия закона формулирует принцип
суперпозиции в виде правила параллелограмма сил. Тем самым он мимоходом дополняет и
статику, обосновывая действие рычага, наклонной плоскости и других
статических машин.
Чтобы яснее себе представить вклад, внесенный Ньютоном в развитие механики,
сопоставим три его закона с тремя законами, данными Гюйгенсом в его сочинении
«Маятниковые часы», вышедшем за 14 лет до «Начал». Гюйгенс называет свои
законы не аксиомами, как Ньютон, а гипотезами и формулирует их следующим
образом:
«I. Если бы веса не было, и воздух не сопротивлялся движению тел, то каждое
из них продолжало бы достигнутое движение прямолинейно и с постоянной
скоростью.
II. Однако благодаря действию веса, причину которого мы не рассматриваем,
случается, что тела производят сложное движение, составленное из равномерного
движения в том или ином направлении, и из движения, вызванного весом и
направленного по вертикали вниз.
III. Эти два движения можно рассматривать отдельно, и каждое из них не
влияет на другое». Как видим, гипотезы Гюйгенса значительно ближе к
принципам, сформулированным Галилеем в 1638 г., чем к аксиомам Ньютона.
Стержнем ньютоновской динамики является понятие силы, а основная задача
динамики сводится к установлению закона силы из данного движения и, обратно,
определению закона движения тел по данной силе. Так, из законов Кеплера
Ньютон вывел существование силы, направленной к Солнцу и обратно
пропорциональной квадрату расстояния планет от Солнца. Тем самым Ньютон решил задачу
физического обоснования системы Коперника. Одновременно он открыл существование в
природе силы, которая обусловливает притяжение тел, в том числе и Луны к
Земле, и притяжение самой Земли, как и других планет, к Солнцу, т.е. силу
всемирного тяготения.
Еще Кеплер, размышляя над природой силы, заставляющей двигаться планеты
вокруг Солнца, пришел к выводу, что они увлекаются Солнцем. Солнце, вращаясь
вокруг своей оси, увлекает за собой планеты, подобно тому, как водоворот
кружит попавшие в него тела. Кеплера не смущало то обстоятельство, что планеты
имеют разные периоды обращения вокруг Солнца. В то же время Кеплер
предполагал, что причина взаимного притяжения тел подобна притяжению магнитом куска
железа. Такой силой Кеплер объяснил приливы, приписывая их притяжению вод
океана Луной. Два камня, изолированные во Вселенной от влияния всех других
тел, по Кеплеру, «стремились бы соединиться друг с другом, подобно двум
магнитам» .
Несмотря на фантастичность многих рассуждений Кеплера, он сделал важный шаг
в сторону отхода от аристотелевской концепции тяготения как естественного
стремления всех тел к центру мира. Декарт в своих космогонических теориях
окончательно порывает с этой концепцией и считает тяготение результатом
вихревых движений мировой материи. Гюйгенс, разделяя позицию Декарта,
иллюстрирует природу тяготения опытом с вращающейся жидкостью, в которой взвешены
частицы. Отброшенные сначала к стенкам сосуда, они потом устремляются к
центру. Это явление наблюдал каждый, помешивающий чай в стакане; по окончании
помешивания частички устремляются к центру по дну стакана. Поведение частиц
чая в стакане объяснил Эйнштейн в одной из своих заметок, по-видимому, не
подозревая, что касается вопроса, поднятого Гюйгенсом для объяснения природы
тяготения.
Но вихревая концепция тяготения, хотя и давала красивую модель, не помогала
точному описанию движения небесных светил.
С течением времени выкристаллизовалась идея силы, с которой Солнце
действует на планеты и планеты на своих спутников. Так, один из членов флорентийской
Академии опыта - Борелли (1608-1679), разбирая в 1666 г. теорию движения
спутников Юпитера, писал: «Предположим, что планета стремится к Солнцу и в то
же время своим круговым движением удаляется от этого центрального тела,
лежащего в середине круга. Если обе эти противоположные силы равны между собой,
то они должны уравновеситься - планета не будет в состоянии ни приблизиться к
Солнцу, ни отойти от него дальше известных пределов и в таком равновесии
будет продолжать свое обращение около Солнца».
Борелли не знал, что в это же время молодой Ньютон уже рассчитал
математически эту идею и описал движение Луны вокруг Земли. Затем, в 1673 г., Гюйгенс
дал закон центростремительной силы, а в следующем, 1674 г. Гук набросал схему
картины мира, в которой «все небесные тела имеют притяжение, или силу
тяготения , к своему центру». Закон зависимости этой силы от расстояния до центра
Гук определить еще не сумел.
Только Ньютон облек все эти сырые, незавершенные идеи в точную форму
математического закона. Гипотеза, что силовой центр действует с силой, обратно
пропорциональной квадрату расстояния от него, вполне естественна и по
существу высказана Ньютоном еще в его оптическом мемуаре 1675 г. Как освещение,
создаваемое точечным источником, убывает обратно пропорционально квадрату
расстояния от источника, так и действие силового центра, распространяясь на
все большую и большую поверхность, ослабевает обратно пропорционально
квадрату расстояния от центра. Эта гипотеза подсказывалась геометрией. Поэтому,
размышляя о движении Луны, Ньютон сделал предположение, что Луна падает на
Землю, как и камень, но с ускорением, во столько раз меньшим ускорения
падения камня, во сколько раз квадрат земного радиуса меньше квадрата расстояния
от центра Луны до центра Земли.
«Луна тяготеет к Земле и силою тяготения постоянно отклоняется от
прямолинейного движения и удерживается на своей орбите».
Это предположение, сформулированное им в «Началах», Ньютон подтверждает
расчетами. Пользуясь формулой центростремительного ускорения, данной
Гюйгенсом, и астрономическими и геодезическими данными, Ньютон показывает, что
центростремительное ускорение Луны в 3600 раз меньше ускорения падения камня. А
так как расстояние от центра Земли до центра Луны в среднем в 60 раз больше
радиуса Земли, то можно предположить, что Луна также притягивается к Земле,
как и камень, но сила притяжения убывает обратно пропорционально квадрату
расстояния. «Сила, с которою Луна удерживается на своей орбите, направлена к
Земле и обратно пропорциональна квадратам расстояний мест до центра Земли».
Из законов Кеплера Ньютон сделал важный вывод: «Силы, которыми главные
планеты постоянно отклоняются от прямолинейного движения и удерживаются на своих
орбитах, направлены к Солнцу и обратно пропорциональны квадратам расстояний
до центра его».
В «Поучении» к предложениям о законе притяжения Луны к Земле и планет к
Солнцу Ньютон указывает, что если бы вокруг Земли вращалось несколько лун, то
все бы они двигались под действием аналогичной силы и их движение подчинялось
бы законам Кеплера. «Если бы наинизшая из этих лун была малой и почти что
касалась бы вершин высочайших гор, то центростремительная сила, которою она
удерживалась бы на своей орбите, равнялась бы приблизительно силе тяжести на
вершине этих гор; если бы этот спутничек лишить его поступательного движения
по орбите, то вследствие отсутствия центробежной силы, от которой он
продолжал оставаться на своей орбите, он под действием предыдущей стал бы падать на
Землю и притом с такой же скоростью, с какою на вершинах этих гор падают
тяжелые тела...»
Это рассуждение Ньютона показывает, какой огромный шаг сделала человеческая
мысль в познании мироздания. Еще живы перипатетические традиции, над учением
Коперника тяготеет запрещение церкви, а Ньютон уже разбирает динамику
искусственных спутников Земли («спутничков»). Его мысленный эксперимент
реализовали советские ученые, запустив 4 октября 1957 г. первый в мире искусственный
спутник Земли.
От Земли и Луны Ньютон обращается к планетам. Он приходит к выводу, что
тяготение существует на всех планетах, и по третьему закону «Юпитер тяготеет ко
всем своим спутникам, Сатурн к своим, Земля к Луне, Солнце ко всем главным
планетам». При этом «тяготение, направляющееся к любой из планет, обратно
пропорционально квадрату расстояний мест до центра ее». Такая формулировка, в
которой вместо «тел» фигурирует «место», свидетельствует, что Ньютон, говоря
о тяготении, имеет в виду то, что мы сегодня называем полем тяготения. Поле
тяготения определяется массой планеты: «Все тела тяготеют к каждой отдельной
планете, и веса тел на всякой планете при одинаковых расстояниях от ее центра
пропорциональны массам этих планет».
Этим предложением Ньютон наносит решающий удар перипатетической концепции
веса как естественного стремления тел к центру мироздания, находящемуся в
центре Земли. Каждая планета создает свое поле тяготения, и «природа тяжести
на других планетах такова же, как и на Земле». Особенно важен факт
независимости времени падения тяжелых тел от массы, установленный Галилеем. Ньютон
считал необходимым проверить этот факт «точнейшим образом» по «равенству
времени качаний маятников». «Я произвел такое испытание, - пишет Ньютон, - для
золота, серебра, свинца, стекла, песка, обыкновенной соли, дерева, воды,
пшеницы. Я заготовил две круглые деревянные кадочки, равные между собою; одну из
них я заполнил деревом, в другой же я поместил такой же точно груз из золота
(насколько мог точно) - в центре качаний. Кадочки, подвешенные на равных
нитях 11 футов длиной, образовали два маятника, совершенно одинаковые по весу,
форме и сопротивлению воздуха; будучи помещены рядом, они при равных качаниях
шли взад и вперед вместе в продолжение весьма долгого времени...
Следовательно, количество вещества в золоте относилось к количеству вещества в дереве,
как действие движущей силы на все золото к ее действию на все дерево, т.е.
как вес одного к весу другого. То же самое было и для прочих тел. Для тел
одинакового веса разность количеств веществ (масс), даже меньшая одной
тысячной доли полной массы, могла бы быть с ясностью обнаружена этими опытами»
Ньютон понял важность точного установления факта пропорциональности массы и
веса. После открытия им закона тяготения масса становится характеристикой не
только инертности тел, но и их гравитации. Опыты Ньютона показали, что
гравитационная и инертная массы равны с точностью до 0,001. Последующие
эксперименты доказали это равенство с еще более высокой степенью точности. Этот факт
положен Эйнштейном в основу его теории тяготения. Он, как видим, сыграл
фундаментальную роль и в открытии закона тяготения.
«Тяготение существует ко всем телам вообще и пропорционально массе каждого
из них» (предложение VII).
«...Тяготение ко всей планете происходит и слагается из тяготений к
отдельным частям ее...» (следствие 1).
«Тяготение к отдельным равным частицам тел обратно пропорционально
квадратам расстояний мест до частиц» (следствие 2).
Так формулирует Ньютон свой знаменитый закон, который мы ныне выражаем ком-
пактной формулой;
ч
Этим законом Ньютон дал точную динамическую основу системе Коперника и всей
небесной механике, которая, развиваясь на этой основе, добилась огромных
успехов . Выражение «астрономическая точность» стало синонимом непревзойденной
точности научного предвидения. Открытие в XIX в. планеты Нептун Леверье и
Адамсом «на кончике пера» явилось потрясающим триумфом теории Ньютона.
Сегодняшние достижения космонавтики, выведшие человека в космос, представляют
новый блестящий успех ньютоновской теории. Закон всемирного тяготения
подтвердился в этих достижениях с поразительной точностью.
Закон тяготения породил и длительные философские дискуссии, переходящие в
богословские. В физике это были дискуссии о природе действия на расстоянии,
споры между сторонниками Ньютона и Декарта. Они начались еще при жизни
Ньютона. Когда в 1713 г. вышло второе издание «Начал», то редактор этого издания,
молодой кембриджский астроном Роджер Коте постарался придать новому изданию
воинствующий антикартезианский и антиматериалистический характер. Он снабдил
издание своим обширным предисловием, излагающим методологические основы того
направления, которое получило в истории науки название ньютоновского.
В своем предисловии Коте указывал на три основных методологических
направления в современной ему науке: берущее свое начало от Аристотеля
перипатетическое , картезианское и ньютоновское. Лет через сорок после Котса Ломоносов
также соединит эти три направления, предупреждая, чтобы его самого «за
Аристотеля, Картезия и Ньютона не почитали», утверждая тем самым не только
оригинальность и самобытность своего научного мышления, но и наличие в
современной ему науке трех главных направлений, названных им по именам лидеров.
Может возникнуть сомнение в живучести перипатетической концепции «скрытых
качеств» и вообще схоластической традиции. Однако уходящая в прошлое
перипатетическая методология далеко еще не сошла с арены во времена Ньютона и
Ломоносова . Ломоносов справедливо усматривал в идее теплорода «элементарный огонь
Аристотеля», а «скрытые качества» существовали еще и в физике XIX в.
Коте в своем предисловии быстро расправляется с перипатетиками, заверяя,
что они «в сущности ничему не учат», и сосредоточивает весь огонь своей
критики на картезианцах, которых обвиняет в том, что они «предаются фантазиям»,
придумывая всевозможные неощутимые жидкости и скрытые движения. Изложив
основные положения теории Ньютона, согласно которой «Земля и Солнце и все
небесные тела, сопровождающие Солнце, взаимно притягиваются» и «отдельные
мельчайшие частицы обладают... притягательными силами, пропорциональными их
массам» и обратно пропорциональными квадратам расстояний, Коте указывает, что
эта теория («философия») строится на наблюдении и опыте, а не на произвольных
гипотезах. Тем самым она обладает преимуществом по сравнению с картезианской
теорией, так как основана на опыте и согласуется с опытом же. Гипотетический
элемент, по мнению Котса, из нее исключается начисто. Но остается все-таки
основной вопрос: что такое тяготение и вообще центральная сила, действующая
на расстоянии? Не являются ли они такими же скрытыми качествами, как и
скрытые качества перипатетиков?
Коте возражает: «Тяготение не есть скрытая причина движения небесных тел,
ибо явления показывают, что эта причина существует на самом деле» - и тут же
переходит в наступление: «Правильнее признать, что к скрытым причинам
прибегают те, кто законы этих движений приписывает неведомо каким вихрям некоторой
чисто воображаемой материи, совершенно не постижимой чувствами».
Вопрос о причине тяготения не имеет смысла. «Причины идут неразрывной цепью
от сложнейших к простейшим, и когда достигли до причины самой простой, то да-
лее идти некуда». Такой «самой простой» причиной и является тяготение, точный
закон которого найден Ньютоном. Тем не менее, Коте считает необходимым
посвятить немало места в своем предисловии опровержению концепции эфира и его
вихревых движений. Коте справедливо указывает, что «присутствие этого эфира
ничем не проявляется», но он не ограничивается этим научным аргументом, а бьет
наотмашь, говоря, что картезианцев «надо причислять к отребью того
нечестивого стада, которое думает, что мир управляется роком, а не провидением, и что
материя в силу своей собственной необходимости всегда и везде существовала,
что она бесконечна и вечна». В этом гвоздь вопроса. Пустое пространство,
дальнодействующие силы и первичный толчок (начальные условия) устраивали
богословов , стремление же последовательных материалистов «найти истинные начала
физики и истинные законы природы единственно силою своего ума» означает, «что
философия должна основываться на безбожии». «Ради таких людей, - сердито
замечает Коте, - не стоит портить философию». Что же касается редактируемого им
сочинения Ньютона, то Коте утверждает в качестве конечного вывода; «Поэтому
превосходнейшее сочинение Ньютона представляет вернейшую защиту против
нападок безбожников, и нигде не найти лучшего оружия против нечестивой шайки, как
в этом колчане».
Ради этого вывода и было написано большое предисловие Котса, с
благословения и при активной поддержке начальника Тринити-колледжа епископа Бентли, уже
использовавшего, как на это указывалось в предисловии Котса, в своих
выступлениях против атеистов теорию Ньютона.
Какова же была позиция самого Ньютона? Ньютон не скрывал своего
отрицательного отношения к гипотезам. И в «Оптике» и в «Началах» он предупреждал
читателя о своем намерении не прибегать к гипотезам и высказывался по поводу
гипотез совершенно определенно: «Гипотезам... метафизическим, механическим,
скрытым свойствам, не место в экспериментальной философии». Знаменитое
hupotheses non fingo («гипотез не измышляю») Ньютона кратко и точно выражает
его отношение к гипотезам, и в этом пункте он полностью солидарен с Котсом.
Однако, несмотря на такое категорическое заявление, он и в «Началах» и
особенно в «Оптике» неоднократно выдвигает и обсуждает гипотезу. Ведь уже сама
его знаменитая концепция абсолютного пространства, не постигаемого чувствами,
является гипотезой и притом явно метафизического характера. Более того, в
предисловии к первому изданию «Начал» он выдвигает в качестве основной
программы физики задачу построения механической теории природы. При этом он
исходит из гипотезы, что явления природы «обусловливаются некоторыми силами, с
которыми частицы тел, вследствие причин, покуда неизвестных, или стремятся
друг к другу и сцепляются в правильные фигуры, или же взаимно отталкиваются и
удаляются друг от друга»
Картина мира, рисуемая в этом программном высказывании, основана на атомной
гипотезе и представлении о неизвестных еще межатомных притягательных и оттал-
кивательных силах. Что же касается самих дальнодействующих центральных сил,
математическую характеристику которых Ньютон изложил тщательно и подробно, то
он подчеркивал, что эта характеристика только математическая и она вовсе не
означает, что ею определяются «физические причины происхождения таких сил»
или что силовым центрам («которые суть математические точки») приписываются
«физические силы», формулируя понятия, характеризующие центростремительные
силы, Ньютон подчеркивал: «Эти понятия должно рассматривать как
математические, ибо я еще не обсуждаю физических причин и места нахождения сил».
Заканчивая «Начала», Ньютон пишет «общее поучение» в духе Котса, начиная
его словами: «Гипотеза вихрей подавляется многими трудностями», и более
кратко, чем Коте, но с большей точностью излагает суть своей теории, которая
хорошо согласуется с наблюдениями, в то время как картезианская вихревая теория
им противоречит. В духе Котса Ньютон приходит к выводу, что «такое изящнейшее
соединение Солнца, планет и комет не могло произойти иначе, как по намерению
и по власти могущественного и премудрого существа». Таким образом, вопреки
своему намерению «не измышлять гипотез», Ньютон вводит гипотезу бога и
подробно обсуждает ее, заканчивая свой богословский экскурс утверждением, что
рассуждения о боге «на основании совершающихся явлений, конечно, относятся к
предмету натуральной философии». Итак, картезианским гипотезам «не место в
натуральной философии», богословским же и Коте и Ньютон охотно предоставляют
страницы «натуральной философии». В этом пункте они солидарны.
Но заканчивается это антикартезианское богословское «общее поучение»
совершенно неожиданно: «Теперь следовало бы кое-что добавить о некотором тончайшем
эфире, проникающем все сплошные тела и в них содержащемся, коего силою и
действиями частицы тел при весьма малых расстояниях взаимно притягиваются, а при
соприкосновении сцепляются, наэлектризованные тела действуют на большие
расстояния, как отталкивая, так и притягивая близкие малые тела, свет
испускается, отражается, преломляется, уклоняется и нагревает тела, возбуждается
всякое чувствование, заставляющее члены животных двигаться по желанию,
передаваясь именно колебаниями этого эфира от внешних органов чувств мозгу и от мозга
мускулам. Но это не может быть изложено вкратце, к тому же нет и достаточного
запаса опытов, коими законы действия этого эфира были бы точно определены и
показаны».
Физик в Ньютоне побеждает теолога, и он заканчивает свое творение наброском
грандиозной программы физики эфира, объясняющей свойства тел, электрические,
оптические и физиолого-психические явления совершенно в духе
материалистической концепции Декарта.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
КРИВАЯ ИСТОРИЯ ОТКРЫТИИ
С.Г. Бернатосян
(продолжение)
От редакции
Мы долго не решались дать дорогу этому материалу - уж больно
он смахивает на «желтую прессу». Но и отмахнуться от него так
просто нельзя - приводимые в нем сведения могут оказаться
достаточно верными, хотя может быть и не всегда правильно
интерпретируемыми . В конце концов, мы решили сопроводить каждую
статейку выдержками из Википедии, выделив их цветом. Наши
читатели достаточно разумны и образованы (иначе они бы не
читали этот журнал), и вполне могут разобраться сами - где
истина , а где ее искажение.
ПЛАГИАТСТВО
НАВЫВОРОТ
К каким только последствиям не приводил вывернутый наизнанку взгляд учёного
на самого себя и свои идеи. Необходимая самокритичность, перерастая в
неоправданное самоедство, многих доводила до того, что они сами отказывались от
своих достижений. Но потеря веры в собственные потенциальные возможности, как
и завышенная самооценка, по результату равнозначны, и кроме урона что
личности, что науке ничего принести не могут. Попросту говоря, мудрость полна
сомнениями, а невежественность — самомнениями. И не найдя тут "золотой
середины" творцу никогда не найти в науке "золотого зерна". Для успешного научного
творчества доля сомнений в правильности пути и степень уверенности в его
выборе должны находиться в состоянии стойкого равновесия, чтобы не оказать
медвежью услугу в решении важной научно-технической задачи. Какой бы
превосходной способностью к генерированию идей не обладал человек, он не может
добиться чего-то значительного, если не будет способен на известный риск, побоится
открыто защищать свои убеждения, выступать против признанных научных догм и
теорий, не отдаст себя во власть парения мысли и интуиции вопреки
существующим логическим запретам и предрассудкам. Конечно, в этом случае легче
"наломать дров" и подвергнуть себя опасности пойти по ложному следу. Но риск
есть риск.
За свою короткую жизнь, трагически оборвавшуюся во время военных действий в
Дарданеллах в период первой мировой войны, английский физик Генри Мозли успел
совершить переворот в науке не один раз. По крайней мере, два его открытия
можно отнести к явно выдающимся достижениям научной мысли нашего столетия.
Разрабатывая основы рентгеновской спектроскопии, незадолго до войны Мозли,
один из любимых учеников Э. Резерфорда, в процессе своих исследований
наткнулся на интересную закономерность, указывающую на чёткую связь частоты
линий спектра излучения разных химических элементов с занимаемым ими местом в
периодической системе Менделеева. Поэтому Мозли посчитал, что разумнее
элементы в таблице расположить не в порядке чередования их атомных весов, а
исходя из порядкового номера, образуемого количеством электронов, которые
совершают обороты вокруг всё более утяжеляющегося ядра в атоме.
Совершив важное открытие, Мозли тем не менее решил, что сам он ничего особо
выдающегося не сделал, а только развил исследования, начатые физиком Антониу-
сом Ван ден Бруком. Это не было широким жестом со стороны Мозли. Он
действительно увидел в работах нидерландца то, что тот в них не вкладывал, и поэтому
автоматически передал ему свой приоритет. Мозли даже не успел опубликовать
свои выводы, за него это сделали друзья после внезапной гибели молодого
одарённого физика. Они же возвели его (уже посмертно) на один из самых высоких
пьедесталов, на который он не решался подняться при жизни. Крупнейший физик
Нильс Бор136 был просто в восторге от его трудов. "Работу Мозли по её важности
и значению можно поставить в один ряд с открытием периодической системы, —
утверждал он. — В некотором отношении она даже более фундаментальна". Жаль,
Нильс Хенрик Давид Бор (дат. Niels Henrik David Bohr; 1885—1962) — датский физик-
теоретик и общественный деятель, один из создателей современной физики. Лауреат
Нобелевской премии по физике (1922). Член Датского королевского общества (1917) и его
президент с 1939. Был членом более чем 20 академий наук мира, в том числе
иностранным почётным членом АН СССР (192 9; членом-корреспондентом — с 1924). Бор известен
как создатель первой квантовой теории атома и активный участник разработки основ
квантовой механики. Также он внёс значительный вклад в развитие теории атомного ядра
и ядерных реакций, процессов взаимодействия элементарных частиц со средой.
что самому Мозли уже не пришлось ознакомиться с подобным отзывом о его труде,
на который решился один из самых крупных авторитетов в науке.
Представьте себе борца, явно превосходящего своих соперников. Но он, в
неуверенности, что показал самый лучший результат, вдруг покидает спортивный
помост, не дожидаясь решения судей и общественного признания. Сеется паника
среди "болельщиков", срывается официальная церемония награждения. Потом,
конечно, где-то в кулуарах ему запоздало вручают заслуженную медаль, но эффект
от такого "закулисного" триумфа всё равно уже не тот. С учёными подобные вещи
случаются куда чаще, чем со спортсменами. Психологические корни такого
поведения лежат на поверхности: "А что такое "я"? Какие у меня основания считать
себя лучшим?" Результат его — потери ценнейших научных находок, добровольная
передача их в чужие руки. Вот, как, например, выглядит в аллегорическом
пересказе шведского химика Йёнса Якоба Берцелиуса история открытия нового
химического элемента — ванадия.
"... Проживала в далёком северном крае прекрасная и бесконечно добрая богиня
Ванадис. Многие мечтали добиться руки и сердца вожделенной красавицы, но
никак не могли преодолеть опасности, поджидавшие их на нехоженых тропах,
ведущих к её жилищу. Первым выдержал все испытания и добрался до владений Ванадис
мужественный Фридрих Вёлер из Германии. Осторожно постучал в дверь, но богиня
не пожелала нарушить свой покой, не откликнулась на стук и не открыла двери
перед героем. Тот, не предприняв новых попыток увидеть красавицу, несмело
отступил "от самого порога" и, опечаленный, повернул обратно. Через некоторое
время в дверь снова постучали, да так напористо и громко, что Ванадис,
уступив настойчивости, впустила в дом другого молодца из Швеции Нильса Сефстрема.
Вскоре они полюбили друг друга, и плодом их безумной любви стал крепыш,
которого нарекли Ванадием".
Зачем Берцелиус воспользовался сказочными элементами, затевая серьёзный
разговор о науке? Да чтобы как можно доходчивее передать внутреннее состояние
творца, раскрыть его поведенческие мотивы. Хорошо зная и Вёлера, и Сефстрема
(оба были его любимыми учениками), да и сам познав все трудности,
сопровождавшие его на пути к открытию трёх неизвестных химических элементов (церия,
селена и тория), Берцелиус своей "легендой" передал тонкости творческого
процесса, который обычно скрыт от сторонних глаз. Вёлер первый из всех
исследователей обнаружил чистый ванадий, но не соизволил убедиться в достоверности
того, что держал в руках. С чем только он не соединял найденный ванадий,
полагая, что в реакцию вступает металлический хром! В таком неведении Вёлер
пребывал до тех пор, пока Сефстрем убедительно не доказал, что это совершенно
новый, доселе неизвестный химический элемент. Только тогда Вёлера осенило,
какой он случай упустил: сделав уникальное открытие, практически без борьбы
уступил его более смелому коллеге. "Я был настоящим ослом, что проглядел
новый химический элемент", — в душевном порыве воскликнул поверженный Сефстре-
мом Вёлер.
Мы уже знаем подробности того, как неудачник Уильям Хиллебранд, точно так
же обнаруживший гелий и подобно Вёлеру принявший его за другой, уже известный
химический элемент, в спешке "передал" приоритет открытия Уильяму Рамзаю.
Воспроизводя опыты Хиллебранда, Рамзай показал, что тот в своих исследованиях
имел дело именно с гелием и, как Сефстрем, ворвался в науку первым, хотя на
самом деле был только вторым, кто "нюхал" чистый инертный газ.
Похожий случай произошёл с открытием первого трансуранового элемента —
нептуния. Годами Отто Ган с сотрудниками (и не только они) "охотились" за
призрачным элементом, который должен был бы в периодической таблице Менделеева
занять место за ураном. В течение четырёх изматывающих лет они проделали все
возможное и невозможное, чтобы обнаружить элемент, который давно уже
искусственно получили при ядерных экспериментах, облучая большие количества урана
нейтронами. Отто Ган и его коллега просто сваляли дурака, не потрудившись
разобраться в собственных блестящих результатах и направившись по ложному
следу. К тому же вскоре их стала интересовать другая, более важная, как им
показалось , проблема возможности экспериментального расщепления ядра атома урана,
успешное решение которой стало бы поворотным пунктом дальнейшего развития
науки.
Сумятицей умов и глубокой растерянностью, царившими в то время в
лаборатории Гана (как, впрочем, и в других лабораториях физиков-ядерщиков), умело
воспользовались американские исследователи Эдвин Мак-Миллан и Филипп Абель-
сон. После знакомства с обнародованными результатами работ Гана и Штрассмана
из опубликованных ими статей Мак-Миллан срочно воспроизвёл методику этих
опытов , использовав в качестве источника нейтронов созданный в Беркли циклотрон.
Бомбардируя уран нейтронами, при помощи Абельсона он идентифицировал первый
химический элемент за пределами "классической" периодической системы
Менделеева . Мир узнал об открытии начального элемента из трансурановой группы Мак-
Милланом и Абельсоном 15 июня 1940 года. Их заслуги вскоре были оценены
Нобелевской премией. Гану же оставалось только воздевать к небу руки и проклинать
себя за ту трагическую путаницу, которой он поддался на последнем этапе
научных исследований. "Мы сами виноваты в том, что от нас ускользнула Нобелевская
премия", — только и смог он произнести.
Название новому элементу Мак-Миллан и Абельсон подобрали более чем
подходящее — нептуний. Им они хотели подчеркнуть идентичность своего научного поиска
первого трансуранового элемента тому сложнейшему поиску, в результате
которого была обнаружена новая за Ураном планета, названная Нептуном. Имеюсь в виду
и другая аналогия. Как после обнаружения в 1781 году Урана в научном мире
сложилось непреложное и никем неоспоримое мнение, что открыта последняя,
наиболее удалённая от Земли планета, так и после открытия одноимённого
химического элемента никто не сомневался, что найден последний, наиболее "тяжёлый"
химический элемент. Словом, совпадений между открытием Нептуна и нептуния
было достаточно. Совпали даже "кулуарные" подробности, связанные с грандиозными
научными завоеваниями. Правда, несколько умаляющие самих первооткрывателей.
Если немецкий астроном Иоганн Галле, "выходя" на Нептун, воспользовался
расчётами по отклонению орбиты Урана, которые сделал Урбан Леверье, устремив
согласно им в небо свой телескоп, то Мак-Миллан с Абельсоном, выйдя в 1910 году
на нептуний, не обошлись без научных подсказок Гана. Поэтому, кому
принадлежит абсолютный приоритет открытий, Леверье и Гану или Галле и Мак-Миллану,
сказать очень трудно. Скорее всего, и те и другие в одинаковой степени имеют
отношение к этим величайшим достижениям науки.
Находка следующего за нептунием трансуранового элемента заставила вспомнить
ещё одно сверхмасштабное в астрономии открытие — загадочного Плутона (мощной
планеты, обращающейся вокруг Солнца вслед за Нептуном). В начале XX столетия
американский астроном Персивал Ловелл на основании расчётов отклонений теперь
уже Урана предсказал существование этой самой отдалённой планеты в Солнечной
системе и определил её положение. После смерти Ловелла американский астроном
Клайд Томбо в 1930 году, имея в своём распоряжении более совершенный
астрономический прибор — фотографический рефрактор, направил его как раз на то место
небосвода, координаты которого точно указал прозорливый предшественник. Так
мир узнал о существовании доселе неведомой ему девятой планеты.
Поиски плутония тоже начались не на пустом месте. Уже имелась глубокая
теоретическая разработка, основанная на опытах по облучению урана.
Эмигрировавшие в США гениальные итальянцы Энрико Ферми и Эмилио Сэгре, а также Карл фон
Вейцзекер в Германии были абсолютно убеждены, что за нептунием будет найден
следующий элемент, и даже предсказывали его свойства, в том числе более
сильный, губительный радиоактивный распад. Особенно "завёлся" идеей неистовый
Ферми, уверенный, что получить неизвестный элемент трансурановой группы
возможно в результате бомбардировки нейтронами урана. Он метался из стороны в
сторону, уговаривал коллег немедленно начать работу, страстно доказывая
неверующим, что "лакомый кусочек" с неизвестным элементом обязательно выскочит из
"уранового котла", созданного его богатым воображением. При этом Ферми
всерьёз рассуждал о теории делимости ещё неоткрытого радиоактивного элемента, как
будто и так всем всё было ясно, и даже поговаривал о необходимости наладить
его промышленный синтез! Его одержимость идеей уже сама по себе вроде бы
прочила успех затеваемому предприятию. Но его опередили. И кто бы вы думали? Все
тот же Мак-Миллан! Совместно с Гленном Сиборгом и другими коллегами, точно
следуя теоретическим выкладкам Ферми, он напал-таки на элемент, таящий в себе
колоссальные запасы энергии, которые, вырвавшись наружу, посеют вокруг
невиданные ещё смерть и разрушения. Поэтому новый элемент и был назван плутонием
(тут и планета, и мифологический бог смерти — Плутон). Бедняга Ферми! Ему не
повезло куда больше, чем Гану!
Если Отто Ган сожалел о своих упущенных возможностях только один раз, то
Энрико Ферми досталось испить горькую чашу досады и душевных страданий, по
крайней мере, дважды. Вначале он "прохлопал" Нобелевскую премию за
исследования в области трансурановых элементов, в частности, за открытие плутония,
уступив её Мак-Миллану и Сиборгу, а затем "подарил" её за открытие деления
тяжёлых ядер атомов Гану.
По свидетельству учеников и друзей, Ферми особенно мучительно переживал
невезение , преследовавшее его в работе по изучению деления ядра атома урана.
Ведь ещё в 1934 году, за четыре года до появления нашумевшей работы О. Гана и
Ф. Штрассмана, гае была изложена концепция деления урановых атомов на осколки
(к обстоятельствам, сопровождавшим это открытие мы вернёмся позднее) Ферми
неустанно экспериментировал в своей лаборатории с ядрами, стараясь разгадать
загадочное поведение неуловимых радиоактивных элементов. Из-за противоречащих
друг другу результатов, Ферми так и не смог дойти до важного обобщения, хотя
и стоял от него в двух шагах. В утешение гениальному итальянскому
исследователю можно только сказать, что полученные им данные всё-таки вывели ядерную
физику из тупика, в котором она так долго находилась.
Позже, когда учёной общественности стали известны подробности этого
открытия, приведшего Гана к Нобелевской премии (1944 год), возник вполне
естественный вопрос: как же Ферми, начав эксперименты раньше, не уловил момента
расщепления атомов урана? Сам он только мог схватиться в ужасе за голову:
"Конечно же, я должен был увидеть осколки атомного расщепления на
осциллографе!" Рассеянность, случайность? Пожалуй, второе. Пронаблюдать Ферми процесс
расщепления помешала тончайшая фольга, невесть как попавшая между облучаемым
ураном и регистрирующим прибором: она-то и поглощала изображение! Вот так
какой-то обрывок фольги отшвырнул Ферми назад и отодвинул на более поздний срок
долгожданное открытие. Сам Ферми целиком отнёс эту оплошность на свой счёт
как недопустимую для учёного с мировым именем.
Злость на себя так прочно засела в нём, что, когда его пригласили принять
участие в разработке проекта нового здания Чикагского института ядерной
физики, Ферми настаивал, чтобы на барельефе, украшающем центральный вход, был
запёчатлён облик человека, напоминающего роденовского мыслителя, но внутренне
удручённого. Архитекторам же, никак не могущим понять, чего же от них хотят,
Ферми пояснил, что они должны изобразить неудачливого учёного, "который не
открыл деления ядер". Великий Ферми, конечно, имел в виду себя...
Генри Гвин Джефрис Мозли (англ. Henry Moseley, 1887-1915) — английский
физик, один из основоположников рентгеновской спектроскопии.
Родился в городке Уэймут в английском графстве Дорсет в
семье Генри Ноттиджа Мозли, профессора анатомии и
физиологии Оксфордского университета. Учился в знаменитом
Итонском колледже для мальчиков и, затем, в Тринити-колледже
Оксфордского университета. В 1910—1914 работал в
лаборатории Э. Резерфорда в Манчестерском университете, в 1914 г.
вернулся в Оксфордский университет. С началом Первой
мировой войны Мозли был направлен на фронт инженером и погиб в
Галлиполи (ныне Гелиболу, Турция) 10 августа 1915.
В 1913 в серии блестящих экспериментов установил
зависимость между частотой спектральных линий
характеристического рентгеновского излучения и атомным номером излучающего
элемента. Зависимость была названа в честь первооткрывателя законом Мозли.
Это фундаментальное открытие имело огромное значение для установления
физического смысла периодической системы элементов и атомного номера и для
подтверждения правильности концепции планетарного атома. По словам американского
физика Р. Милликена, открытие Мозли «всегда будет одним из десятка наиболее
блестящих по замыслу, изяществу исполнения и информативности в истории
науки» .
В 1913 г. создал и представил исторически первый радиоизотопный источник
электрической энергии (атомную батарею Beta Cell), представлявший собой
стеклянную сферу, посеребренную изнутри, в центре которой на изолированном
электроде располагался радиевый источник ионизирующей радиации. Электроны,
излучающиеся при бета-распаде, создавали разность потенциалов между серебряным
слоем стеклянной сферы и электродом с радиевой солью.
В 1914 Мозли опубликовал работу, в которой сделал вывод, что между
элементами алюминием и золотом в периодической таблице должно находиться три (как
оказалось позже, четыре) элемента.
По мнению многих ученых Мозли мог бы внести огромный вклад в понимание
атомной и ядерной физики, не погибни он в боях Первой Мировой войны. Айзек
Азимов написал о его гибели следующие слова: «С точки зрения того, каких
открытий мог ещё достигнуть Мозли... его смерть вполне возможно была самой
большой единичной утратой в Войне для всего человечества.»
В 1962 г. Нильс Бор заметил: «Вы знаете, работы Резерфорда [по атомному
ядру] не считались серьёзными. Сегодня мы не можем в это поверить, но они вовсе
не рассматривались серьёзно. Никто и нигде про них не упоминал. И только
после работ Мозли все изменилось.»
Антониус Ван ден Брук (нидерл. Antonius Johannes van
den Broek; 1870—1926) — нидерландский юрист и физик. В
1889-1995 гг. изучал юриспруденцию в Лейденском и
Парижском университетах. В 1895 г. получил диплом доктора права
Лейденского университета. До 1903 г. занимался юридической
практикой, после чего его интересы переместились в область
естественных наук. В 1907 г. в немецком журнале "Annalen
der Physik" вышла первая статья Ван ден Брука по физике -
"Альфа-частица и периодическая система элементов". Член
Нидерландской АН (1923).
Научные исследования относились главным образом к
строению ядра атома, периодической системе химических
элементов, явлению изотопии. В 1911 г., спустя месяц после
создания Э. Резерфордом ядерной модели атома, Ван ден Брук выдвинул гипотезу,
согласно которой порядковый номер элемента в периодической таблице равен
числу электронов в атоме и, следовательно, положительному заряду ядра атома
("Nature", 20 июня 1911). В 1913 г. предложил протонно-электронную модель
строения атомных ядер. Согласно этой модели ядро состоит из протонов и
особых, ядерных электронов - последние испускаются ядрами радиоактивных
элементов в качестве бета-лучей. Протонно-электронная гипотеза являлась
общепризнанной до 1932 г. После открытия Дж. Чедвиком нейтрона В. Гейзенберг
предложил модель ядра, состоящего из протонов и нейтронов.
Йене Якоб Берцелиус (швед. Jons Jakob Berzelius; 1779—
1848) — шведский химик.
Йене Якоб Берцелиус родился 20 августа 1779 в селении
Веверсунде близ Линчёпинга на юге Швеции в семье
директора школы. Отец умер вскоре после его рождения. Мать Йёнса
вторично вышла замуж, но после рождения второго ребёнка
заболела и умерла. Отчим сделал всё, чтобы Йене и его
брат получили хорошее образование. Химией Йене Якоб
Берцелиус увлёкся только в двадцатилетнем возрасте.
По окончании гимназии поступил в Упсальский
университет. В 1804 году получил степень доктора медицины и занял
должность адгьюнкта медицины и фармации в медицинской высшей школе в
Стокгольме. В 1807 году стал профессором этой высшей школы, а с 1810 — профессором
химии и фармации Каролинского института. В 1832 году оставил кафедру в
институте и занялся составлением учебников и обзоров по химии.
Берцелиус на опыте подтвердил многие химические законы, известные к тому
времени. В течение 1808—1812 он получил новые доказательства закона кратных
отношений, ранее предложенного Джоном Дальтоном, и связал атомистическую
теорию с обширными и разнообразными химическими фактами.
В 1814 году он опубликовал таблицу атомных масс 41 простого вещества,
выбрав в качестве единицы сравнения кислород, атомную массу которого он принял
за 100. Доказал, что атомные веса не целые числа, тем самым опровергнув
теорию Пруста, что все элементы состоят из равного числа водорода.
В 1818 году полностью изложил свою теорию пропорций. К этому времени он
определил атомные массы 4 6 элементов и установил процентный состав ~2000
соединений.
Несмотря на несовершенство его аналитических методов, результаты Берцелиуса
были во многих случаях близки к современным. С его работами по атомистике
связано введение простой и понятной системы химических символов: для
обозначения элемента им была принята первая буква его латинского или греческого
названия, иногда за ней следовала еще одна буква; для указания числа атомов
использовались алгебраические индексы. Берцелиус внес изменения в химическую
номенклатуру, построив ее на латинском языке и введя для разных классов
соединений соответствующие приставки, суффиксы и окончания. Переведенная на
многие языки, она послужила основой для современной химической номенклатуры.
В 1803 году появилась его работа по электролизу, выполненная совместно с
Вильгельмом Гизингером, а в 1812 году — работа по электрохимической
классификации элементов и в 1818 году была сформулирована электрохимическая теория.
По роду преобладающего на атомах заряда Берцелиус разграничил
электроотрицательные и электроположительные элементы и разделил известные в то время 56
элементов на два класса, исходя из свойств образуемых ими соединений с
наиболее электроотрицательным элементом — кислородом. Таким образом был получен
электрохимический ряд элементов и подразделение на металлы и металлоиды.
Электрохимическая теория легла в основу дуалистической системы, созданной
Берцелиусом для установления рациональных формул химических соединений.
Опираясь на данные, полученные при электролизе разных растворов солей, пришел к
выводу, что в них существуют простые и постоянные отношения между атомами
кислорода основания и атомами кислорода кислоты. Термин «органическая химия»
введен Берцелиусом в 1806 году.
В 1811 году он начал систематические исследования элементного состава
органических соединений, а в 1815 году вывел формулы уксусной, янтарной, винной и
т.д. кислот.
В 1824 году получил в лабораторных условиях карбид кремния.
Изучая в 1830 году виноградную кислоту, обнаружил, что по составу она
идентична винной и предложил объяснять различия их свойств неодинаковым
расположением атомов. Для описания этого феномена предложил термин «изомерия». Так
же, Берцелиус ввел такие важные понятия, как катализ и аллотропия.
Деятельность Берцелиуса включала также исследования по аналитической и
неорганической химии. Он провел систематические исследования состава многих руд
и предложил химическую классификацию минералов. Как автора новой
минералогической системы Лондонское королевское общество в 1836 году наградило его
медалью Копли. Он разработал новые методы качественного (проба на мышьяк) и
количественного анализа, усовершенствовал многие приборы и создал новые
(паяльная трубка). Он открыл три новых химических элемента: церий, торий и селен;
впервые выделил в свободном состоянии кремний, титан, тантал и цирконий.
Берцелиус развивал теоретические представления об изомерии и полимерии
(1830—1835), представления об аллотропии (1841) , ввёл термины «органическая
химия», «аллотропия», «изомерия». Ученый составлял ежегодные обзоры успехов
физических и химических наук, был автором самого популярного в те годы
пятитомного учебника химии «Учебник химии» (1808—1818) , выдержавший пять изданий
и переведённый на немецкий и французский языки.
В 1808 году Берцелиус стал членом Шведской академии наук, в 1810 — ее
президентом, а в 1818 — непременным секретарем. В 1818 был посвящен в рыцари, в
1835 ему был пожалован титул барона.
Берцелиус женился в 55 лет на 24-летней Иоганне Элизабет, дочери своего
старинного друга Поппиуса, государственного канцлера Швеции. Брак их был
счастливым, но детей не было. В 1845 году состояние здоровья Берцелиуса
ухудшилось. После одного особенно сильного приступа подагры у него оказались
парализованы обе ноги. Умер Берцелиус в Стокгольме 7 августа 1848. Он похоронен
на маленьком кладбище вблизи него.
Фридрих Вёлер (нем. Friedrich Wohler; 1800—1882) — немецкий химик, по
образованию врач. Изучал химию у Л. Гмелина в Гейдельберге и Й. Берцелиуса в
Стокгольме. С 1831 профессор технической школы в Касселе; с 1836 до конца
жизни профессор университета в Гёттингене; с 1853
иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук. В 1824
Вёлер открыл щавелевую кислоту.
В 1824, желая приготовить цианово-кислый аммоний NH4CNO,
Вёлер получил бесцветное кристаллическое вещество, которое
не давало ни одной из реакций на аммоний и циановую
кислоту. В 1828 установил, что оно по составу и свойствам
тождественно с мочевиной. Таким образом, Вёлер впервые
синтезировал из неорганического вещества органическое соединение и
тем самым нанёс удар распространённому виталистическому
учению о так называемой жизненной силе. Однако синтез мочевины долгое время
оставался единичным фактом и не мог поколебать веру в жизненную силу.
Окончательное падение учения о жизненной силе в химии произошло только в 1860-х гг.
благодаря синтезам французского химика П.Э.М. Бертло.
В 1832 Фридрих Вёлер и Юстус Либих, изучая производные «горькоминдального»
масла, показали, что радикал бензоил С7Н5О без изменений переходит из одного
соединения в другое, чем сильно укрепили теорию радикалов. Вёлеру принадлежат
и другие работы в области органической химии: исследование мочевой кислоты и
её производных (совместно с Либихом, 1838), получение диэтилтеллура (1840) и
гидрохинона (1844), исследование алкалоидов опия (1844).
Из работ Вёлера в области неорганической химии известны: получение алюминия
нагреванием хлористого алюминия с калием (1827), получение подобным же путём
бериллия и иттрия (1828), получение фосфора накаливанием смеси
фосфорнокислого кальция с углём и песком (1829), получение кремния и его соединений с
водородом и с хлором (1856—58), нитридов кремния и титана (1857—58), карбида
кальция и действием на него воды ацетилена (1862). Вёлер создал большую
научную школу и написал учебные руководства, пользовавшиеся широким
распространением.
Нильс Габриэль Сефстрём (Sefstrom, 1787-1845)- шведский
химик и минералог. Родился в г. Илсбо. Ученик Й.Я. Берце-
лиуса. Окончил Упсальский университет. В 1812-1820 гг.
работал в Военной академии в Карлсберге, в 1820-1839 гг.
преподавал в Горной школе в Фалуне; после 1839 г.
руководил лабораторией Королевской бергколлегии в Стокгольме.
Член Королевской шведской академии наук (с 1815) , её
президент в 1840-1841 гг.
Основные работы относятся к минералогии, геохимии и
аналитической химии. В 1830 г. Сефстрём обнаружил новый
элемент в железной руде из Таберга (Швеция) и назвал его
ванадием в честь древнескандинавской богини красоты Ванадис.
Металлический ванадий был получен только в 1865 г. английским химиком Г. Рос-
ко восстановлением VCI2 водородом.
Ванадий был открыт в 1801 г. профессором минералогии из Мехико Андресом
Мануэлем Дель Рио в свинцовых рудах. Он обнаружил новый металл и предложил для
него название «панхромий» из-за широкого диапазона цвета его соединений,
сменив затем название на «эритроний». Дель Рио не имел авторитета в научном мире
Европы и европейские химики усомнились в его результатах. Затем и сам Дель
Рио потерял уверенность в своём открытии и заявил, что открыл всего лишь
хромат свинца.
В 1830 году ванадий был открыт заново Нильсом Сефстрёмом в железной руде.
Новому элементу название дали Берцелиус и Сефстрём.
Шанс открыть ванадий был у Фридриха Вёлера, исследовавшего мексиканскую
руду, но он серьёзно отравился фтороводородом незадолго до открытия Сефстрёма и
не смог продолжить исследования. Однако Вёлер довёл до конца исследование
руды и окончательно доказал, что в ней содержится именно ванадий, а не хром.
Отто Ган (нем. Otto Hahn - Отто Хан; 1879—1968) — немецкий химик, учёный-
новатор в области радиохимии, открывший ядерную изомерию (Уран Z) и
расщепление урана. Получил Нобелевскую премию по химии за 1944 год. Гленн Сиборг на-
звал его «отцом ядерной химии».
Отто Ган родился 8 марта 1879 года во Франкфурте-на-
Майне, в семье стекольщика и предпринимателя Генриха Гана
(1845—1922). Отто и его старшие братья Карл, Гейнер и
Юлиус росли в достатке и любви. К 15 годам Отто проявил
интерес к химии и проводил в прачечной несложные химические
опыты. Его отец, достигший благосостояния благодаря своим
новаторским идеям, усердию и экономности и построивший
несколько жилых домов и офисных зданий, видел в сыне
архитектора . Однако он не стал возражать, узнав, что его сын
Отто выбрал карьеру промышленного химика.
После окончания школы во Франкфурте-на-Майне Ган в 1897
году начал изучать в Марбургском университете химию и
минералогию. В качестве второстепенных предметов он изучал
физику и философию. Третий и четвёртый семестр Ган провел
у Адольфа фон Байера в Мюнхенском университете. Своё
университетское образование Отто Ган закончил в 1901 году,
выполнив у профессора Т. Цинке диссертационную работу по органической химии
«О дериватах изоевгенола, содержащих бром». По окончании годичной службы в
армии в 1902 году Ган начал научно-педагогическую деятельность в качестве
лекционного ассистента у того же Цинке. Работу в области радиохимии он начал
более или менее случайно. Директор одной химической фирмы обратился к
профессору Цинке с просьбой порекомендовать ему молодого химика, которого фирма в
случае необходимости могла бы командировать за границу. Соответственно,
искомый кандидат должен был бы уже немного владеть, по крайней мере, одним
иностранным языком, а для усовершенствования проработать примерно полгода в
какой-нибудь заграничной лаборатории. Профессор Цинке порекомендовал Гана и
содействовал тому, чтобы его в свою лабораторию в Университетском колледже
Лондона принял Уильям Рамзай.
Уильям Рамзай предложил Гану поработать в области химии радиоэлементов, и
Ган согласился, впрочем, честно сознавшись, что он ничего о них не знает.
Первая задача состояла в выделении радия из образца хлористого бария, в
котором, по мнению Рамзая, должно было содержаться 10 мг радия, и в последующем
точном определении атомного веса радия. Однако соль бария, которую Рамзай дал
Гану, была получена не из уранового минерала, а из минерала, содержавшего
уран и торий. При фракционировании этой соли Ган обнаружил, кроме радия,
новое радиоактивное вещество, впоследствии распознанное как изотоп тория 228Тп.
Он назвал его радиоторием, так как в то время ещё не существовало понятие
изотопа.
После этого первого успеха Ган серьёзно заинтересовался радиохимией и,
желая получить основательные знания и навыки в этой новой увлекательной
области, отправился осенью 1905 года в канадский Монреаль, где работал профессором
физики в то время уже прославившийся Эрнест Резерфорд. Резерфорд сначала
отнёсся скептически к открытию Гана. Причиной тому было отрицательное отношение
к работе Гана одного из друзей Резерфорда, известного американского
радиохимика Б. Болтвуда, и общее недоверие к работам в области радиоактивности,
выходившим из лаборатории Рамзая. По поводу открытия Ганом радиотория Болтвуд
прямо писал Резерфорду: «Новый элемент доктора Гана, по-видимому,
представляет собой новое соединение тория X и глупости». Однако Гану не только удалось
убедить Резерфорда и Болтвуда в реальности существования радиотория, но и
открыть ещё три новых короткоживущих радиоэлемента — радиоактиний, радий D и
торий С.
Летом 1906 года Ган вернулся в Германию и стал сотрудником Эмиля Фишера в
Берлинском Университете, где ему была предоставлена собственная лаборатория с
крайне примитивной аппаратурой. Там Ган открыл промежуточный продукт распада
между торием и радиоторием и назвал его мезоторием (впоследствии оказалось,
что этот продукт является смесью двух веществ — мезотория I (228Ra) и мезото-
рия II (228Ас) . Также он открыл там изотоп тория 230Тп, который он назвал
ионием. Открытие мезотория I (228Ra) имело практическое значение, так как его
время полураспада составляет 5,5 лет (по современным данным 5,75 года), ввиду
чего препарат, отделённый от тория, сохранял достаточную активность по
крайней мере в течение 10 лет. По этой причине мезоторий, стоимость которого при
одинаковой активности была вдвое ниже стоимости ранее используемого радия
(226Ra, радий Кюри), с успехом применялся в медицинских учреждениях. За
открытие мезотория I Адольф фон Байер в 1922 году в первый раз выдвинул
кандидатуру Отто Гана на Нобелевскую премию по химии.
В 1907 году Ган защитил в Берлине докторскую диссертацию и получил право
работать профессором. Одновременно началась совместная работа Отто Гана с
австрийским физиком Лизой Мейтнер, получившей физическое образование в Вене и
приехавшей в Берлин прослушать курс теоретической физики у Макса Планка. Эта
работа, продолжавшаяся в течение 30 лет, принесла много важных результатов и
сделала этих двух учёных близкими друзьями. Для Лизы Мейтнер работа проходила
вначале в трудных условиях: она вынуждена была поместить свою установку в
столярной мастерской в подвале здания химического института университета, так
как директор института, знаменитый химик Эмиль Фишер, не нашёл возможным
разрешить женщине работать в его институте. Однако важные результаты, полученные
благодаря совместной работе химика Отто Гана и физика Лизы Мейтнер, быстро
обеспечили им такой авторитет, что, когда в 1912 году был организован так
называемый Химический институт имени кайзера Вильгельма, в нём был создан для
них специальный отдел, носивший название «Отдел Гана—Мейтнер». В 1909 году
Ган и Мейтнер нашли и правильно интерпретировали открытый в 1904 году (но
тогда неправильно интерпретированный) Гарриет Брукс эффект радиоактивной
отдачи. В дальнейшем Ган и Мейтнер открыли с помощью созданного ими «метода
радиоактивной отдачи» несколько новых радиоактивных веществ. В 1910 году Ган
получил профессуру, а в 1912 году он возглавил отделение радиоактивных
веществ в Химическом институте имени кайзера Вильгельма в берлинском районе
Далем (сегодня корпус Отто Гана Свободного университета Берлина). С 1928 по
1946 годы он был директором этого института. В 1924 году Ган стал
полноправным членом Прусской Академии Наук (по предложению Эйнштейна, Габера, Планка,
Шленка и фон Лауэ).
В июне 1911 года Отто Ган познакомился в Щецине со студенткой факультета
искусства Эдит Юнгганс, на которой он женился 22 марта 1913 года.
Во время Первой мировой войны Гана мобилизовали. Он попал в
спецподразделение Фрица Габера по химическому оружию. Задачей этого спецподразделения была
разработка, тестирование и производство отравляющих газов, которые потом
использовались в военных целях. Однако ещё во время войны, в декабре 1916 года
Гана перевели назад в Берлин, где он продолжил свою прежнюю работу. В 1917-
1918 годах Гану и Мейтнер удалось изолировать долгоживущее радиоактивное
вещество. Они назвали его прото-актинием. Это вещество оказалось элементом с
порядковым номером 91 и получило в 1949 году официальное название
протактиний.
В феврале 1921 года Ган опубликовал первое сообщение об открытии урана Z.
Это было открытием ядерной изомерии, которая была на тот момент не объяснима,
но впоследствии оказалась существенной для ядерной физики. Только в 1936 году
Карлу Фридриху фон Вайцзеккеру удалось теоретически объяснить этот феномен.
За это открытие, полное значение которого некоторые всё же понимали, кандида-
тура Гана во второй раз была выдвинута (в том числе Максом Планком) на
Нобелевскую премию по химии.
В 1920-х годах Отто Ган разработал метод применения радиоизотопов в химии,
включая выращивание кристаллов и использование меченых атомов в химических
реакциях и создал тем самым новую область химии — прикладную радиохимию,
которая использует радиоэлементы для решения проблем общей и физической химии.
В 1936 году вышла его книга с названием «Applied Radiochemistry» (Прикладная
радиохимия) на английском языке (позже она вышла и по-русски), которая
содержит собрание лекций, прочитанных Ганом в Корнелльском Университете в городе
Итака штата Нью Йорк в США. «В середине тридцатых годов, а также несколькими
годами позже при работе с плутонием его книга „Applied Radiochemistry" была
моей Библией», — сказал Глен Теодор Сиборг, президент комиссии США по ядерной
энергии в 1966 году.
Отто Ган вместе с Лизой Мейтнер и Фрицем Штрассманом продолжили работу,
начатую в 1934 году итальянским физиком Энрико Ферми, обстреливавшим уран
нейтронами. До 1938 года предположение Ферми о том, что при этом образуются
элементы с порядковым номером больше 92, так называемые трансураны, было
общепризнанным. Распад тяжёлых ядер на более лёгкие элементы считался
невозможным.
В марте 1938 года Гану пришлось расстаться с Лизой Мейтнер. Из-за своего
еврейского происхождения после аншлюса Австрии она лишилась австрийского
гражданства и 13 июля 1938 года с помощью Гана нелегально эмигрировала через
Голландию в Швецию. Другого еврейского учёного, Вильгельма Траубе, Гану не
удалось спасти. Траубе изготовил органическую соль, с помощью которой Ган в
своём самом знаменитом эксперименте по расщеплению ядра доказал образование
бария.
Когда Отто Ган и Фриц Штрассман в 1938 году при поиске трансуранов облучали
уран нейтронами, они нашли следы бария. 17 декабря 1938 года они провели
решающий опыт — знаменитое фракционирование радия, бария и мезотория, на
основании которого Ган заключил, что ядро урана «лопается», распадаясь на более
лёгкие элементы. Так было открыто расщепление ядра. Результаты опытов Гана и
Штрассмана, опубликованные 6 января 1939 года, послужили неопровержимым
доказательством распада урана на более лёгкие элементы. Расчёт задействованных в
этой ядерной реакции энергий подтвердил результаты, полученные
экспериментальным путём. Сделав это открытие, Ган немедленно проинформировал Мейтнер,
которая вместе со своим племянником Отто Робертом Фришем уже 11 февраля 1939
года опубликовала теоретическое физическое обоснование в английском журнале
«Nature». В этой публикации Фриш ввёл в дальнейшем интернационально
признанный термин «англ. nuclear fission» (расщепление ядра).
«Открытие расщепления ядра Отто Ганом и Фрицем Штрассманом стало началом
новой эпохи в истории человечества. Научное достижение, лежавшее в основе
этого открытия, потому кажется мне столь необыкновенным, что оно было
достигнуто чисто химическим путём, без всяческой теоретической наводки», — писала
позже Лиза Мейтнер. В телевизионном интервью она дополнила: «Это удалось с
помощью необычайно хорошей, просто фантастически хорошей, химической работы
Гана и Штрассмана, на которую в те времена больше никто не был способен.
Позже американцы научились. Но тогда Ган и Штрассман были действительно
единственными, потому что они были столь хорошими химиками. Они действительно с
помощью химии открыли и доказали физический процесс». А Штрассман ответил,
уточняя: «Профессор Мейтнер сказала, что наш успех — результат химии. Тут я
должен немного поправить. Ведь химия всего лишь сделала возможным разделение
и добычу отдельных веществ, но не их точное опознание. Чтобы это сделать,
необходим был метод профессора Гана. Так что это его заслуга».
Во время Второй мировой войны Ган работал вместе с Борном, Флюгге, Гётте,
Зеельман-Эггебертом и Штрассманом над реакциями расщепления урана. До 1945
года Ган успел создать список, состоящий из 25 обнаруженных элементов и
примерно 100 из о т опов.
Отто Ган и его жена Эдит всегда были противниками фашизма. Они своим
решительным поведением спасли многих сотрудников института, находившихся в
опасности или подвергавшихся преследованию, от призыва на фронт или даже от
депортации. Уже в начале 1934 года Ган из протеста против увольнения еврейских
коллег, в особенности Лизы Мейтнер, вышел из профессорско-преподавательского
состава Берлинского университета.
В конце войны в 1945 году Ган был арестован в Таильфингене (ныне в составе
Альбштадта) спецподразделением АЛСОС. Его интернировали вместе с другими
девятью немецкими физиками, в том числе Максом фон Лауэ, В.К. Гейзенбергом и
К. Ф. фон Ваицзеккером в английский Фарм-Холл, неподалёку от Кембриджа. Там
немецкие учёные узнали о ядерных бомбардировках Хиросимы и Нагасаки. Отто Ган
был на грани отчаянья: из-за своего открытия расщепления ядра он чувствовал
себя ответственным за смерть и страдания сотен тысяч японцев. В начале января
194 6 года немецким учёным разрешили вернуться в Германию.
В 1945 году Шведская королевская академия наук присудила Отто Гану
Нобелевскую премию по химии за 1944 год «за открытие расщепления тяжёлых атомных
ядер». Находившийся в это время под британским арестом в Фарм-Холле Отто Ган
получил саму премию только в 194 6 году. Карл Фридрих фон Вайцзеккер
прокомментировал это событие так: «Он действительно заслужил эту Нобелевскую
премию, он бы её даже заслужил, если бы он не сделал этого открытия. Но что за
расщепление ядра пора было дать Нобелевскую, это было, пожалуй, всем ясно».
С момента основания в 1948 году и по 1960 год Отто Ган был первым
президентом Общества Макса Планка, которому удалось благодаря трудам и всемирному
уважению к личности Отто Гана постепенно завоевать не меньший авторитет, чем
у его предшественника — Общества имени кайзера Вильгельма. Сразу после войны
Отто Ган, находившийся под впечатлением от бомбардировок Хиросимы и Нагасаки,
решительно выступал против применения ядерной энергии в военных целях. Он
считал такое использование его открытия злоупотреблением и даже
преступлением. Он был одним из инициаторов Майнауского заявления 1955 года, в котором
многие нобелевские лауреаты предупреждали об опасностях ядерного оружия.
Кроме того Ган в 1957 г. стал одним из авторов Гёттингенского обращения, в
котором он вместе с 17 ведущими западногерманскими учёными-ядерщиками выступил
против вооружения немецкой армии ядерным оружием. В январе 1958 года Ган
подписал обращение Лайнуса Полинга к ООН, в котором он призывал к «немедленному
заключению международного соглашения о прекращении испытаний ядерного
оружия», а в октябре Ган подписал Соглашение о созыве встречи для разработки
мировой конституции. Отто Ган до конца своих дней не уставал предупреждать мир
об опасности ядерной гонки вооружений и радиоактивного загрязнения земли.
Начиная с 1957 года различные интернациональные организации, в том числе и
самый большой французский профсоюз CGT, многократно выдвигали Гана на
Нобелевскую премию мира. Лайнус Полинг, лауреат Нобелевской премии мира 1962 года,
назвал Отто Гана образцом для подражания.
Отто Гана, почётного председателя общества Макса Планка с 1960 года,
чествовали и награждали во всём мире. Он был членом либо почётным членом 45
академий и научных обществ (в том числе Лондонского королевского общества, а
также академий в Аллахабаде и Бангалоре (Индия), Бостоне (США), Бухаресте,
Копенгагене, Хельсинки, Лиссабоне, Мадриде, Риме, Стокгольме и Вене) и
получил в течение жизни 37 высших национальных и международных наград, в том
числе высший прусский орден Pour le Merite За мир, орден Федеральной Республики
Германия «За Заслуги» и звание офицера Почётного легиона Франции от Шарля де
Голля. В 1961 году папа Иоанн XXIII вручил Отто Гану в Риме Золотую медаль
Папской Академии. В 1957 году Отто Гану предложили стать почётным гражданином
города Магдебурга в ГДР, а в 1958 году — почётным членом Академии Наук СССР в
Москве. Обе награды Отто Ган отклонил.
Отто Ган умер 28 июля 1968 года в Гёттингене. На следующий день Общество
Макса Планка опубликовало во всех больших газетах некролог: «Наш почётный
председатель скончался 28 июля на девяностом году жизни. Он войдёт в историю
человечества как пионер ядерной эпохи. В его лице Германия потеряла учёного,
в равной мере отличавшегося честностью и скромностью. Общество Макса Планка
скорбит о своём основателе, продолжившем после войны традиции Общества
кайзера Вильгельма, о добром и любимом человеке, которого не забудут все, имевшие
честь встретить его на своём жизненном пути. Его труд жив. Мы вспоминаем его
с большой благодарностью и уважением».
Через два года после смерти Гана американские исследователи предложили
назвать впервые синтезированный элемент 105 ганием в его честь, но в 1997 году
он окончательно был назван ИЮПАК дубнием в честь российского
исследовательского центра в Дубне. Однако в будущем планируется переименовать элемент 108,
хассий, в ганий. В 1964 году единственное европейское судно на ядерной тяге,
атомный сухогруз получил имя Отто Гана. Имя Отто Гана носят два скорых поезда
Гамбург-Базель, принадлежащие Deutsche Bahn.
В его честь были учреждены следующие награды: премия Отто Гана, медаль Отто
Гана и медаль мира имени Отто Гана.
Отто Ган был почётным жителем городов Франкфурт-на-Майне и Гёттинген, а
также федеральной земли и города Берлина. Во многих городах и общинах
немецкоязычного пространства его имя носят школы, европейские улицы, площади и
мосты. Некоторые государства чествовали Отто Гана выпусками медалей,
юбилейных монет или почтовых марок (в том числе Федеративная Республика Германия,
Ангола, Куба, Содружество Доминики, Австрия, Румыния, Сент-Винсент и
Гренадины, Республика Чад, Гана, Мадагаскар и Гвинея-Бисау).
Отто Ган увековечен на известной мозаике «Франкфуртская лестница». В его
честь названы остров в Антарктике (неподалёку от Mount Discovery), библиотека
имени Отто Гана в Гёттингене и институт химии в составе Общества имени Макса
Планка в Майнце. В марте 1959 года Ган и Мейтнер лично присутствовали на
торжественном открытии действующим бургомистром Вилли Брандтом института ядерных
исследований в Берлине, получившего их имена. В 1974 году крыло института им.
Вейцмана в израильском Реховоте было названо «Otto-Hahn-Wing» в память об
особых заслугах Отто Гана в развитии немецко-израильских отношений. Во многих
населённых пунктах в его честь были открыты памятники и памятные доски,
например, в Восточном и Западном Берлине, Бостоне, Франкфурте-на-Майне,
Гёттинген, Майнце, Марбурге, Мюнхене, Реховоте, Сан-Виджилио на озере Гарда и в
Вене (в фойе МАГАТЭ) . В городе Гёттинген и в населённом пункте Оттобрунн под
Мюнхеном созданы центры имени Отто Гана. Планируется и центр имени Отто Гана
во Франкфурте-на-Майне, где будет открыта постоянная экспозиция,
рассказывающая о жизни и труде учёного.
Международный астрономический союз чествовал Отто Гана, назвав в его честь
кратеры на Луне и Марсе и астероид 19126 Оттоган. Особое признание выпало на
долю учёного в Нидерландах: именем Отто Гана была названа азалия
«Rhododendron luteum Otto Hahn», а позже — и новый сорт роз «Otto Hahn». В
его честь был назван даже популярный в 1950-60-х годах коктейль: «Отто Ган»
состоит из одной доли виски и одной — хереса; подаётся в предварительно
подогретых коньячных стопках.
В 1999 году немецкий журнал «FOCUS» опубликовал результаты опроса 500
ведущих представителей естественных наук, инженеров и медиков о наиболее важных
исследователях двадцатого века. Химик-экспериментатор Отто Ган занял третье
место следом за физиками-теоретиками Альбертом Эйнштейном и Максом Планком и,
таким образом, был назван самым значимым эмпирическим исследователем своего
времени.
Научные записи Отто Гана хранятся в историческом архиве Общества Макса
Планка.
Эдвин Маттисон Макмиллан (Edwin McMillan, 1907—1991)
— американский физик; один из первых учёных,
синтезировавших трансурановые элементы. Родился в Редондо-Бич
(Калифорния, США) , получил степень бакалавра в 1928
году, степень магистра в 1929 году, обучаясь в
Калифорнийском технологическом институте; затем получил степень
доктора философии в Принстонском университете в 1932
году.
В 1940 году вместе с Филиппом Абельсоном в Беркли по-
« 239
лучил первый изотоп нептуния Np во время эксперимента
по бомбардировке урана-238 нейтронами. Этот изотоп нептуния появился после
поглощения ураном-238 нейтронов и последующего бета-распада образовавшегося
урана-239. Макмиллан дал теоретическое обоснование получившейся ядерной
реакции и приступил к получению 94 элемента путем бомбардировки урана-238
дейтерием, но закончил его работу Глен Сиборг, так как Макмиллан отправился в MIT
для проведения исследований по радиолокации.
Во время Второй мировой войны был включён в исследования по радиолокации,
гидролокации и ядерному оружию. В 1945 году, независимо от В.И. Векслера,
предложил идеи улучшения циклотрона (принцип автофазировки), ведущие к
разработке синхроциклотрона, синхротрона.
Вместе с Г. Сиборгом был удостоен Нобелевской премии по химии (1951) год за
создание первых трансурановых элементов.
В 194 6 году становится полным профессором в Беркли, в 1954 году назначен
заместителем директора Лаборатории Излучения (Radiation Laboratory
переименованной после смерти Лоуренса в LBNL) , директором LBNL — в 1958 году, после
смерти Эрнеста Лоуренса. Оставался на этом посту до своей отставки в 1973
году.
Был избран в Национальную академию наук США в 1947 году и являлся её
председателем с 1968 до 1971 год.
В 1963 году получил специальную награду за исследования в области мирного
применения атомной энергии.
Филипп Хауге Абельсон (англ. Philip Hauge Abelson, 1913—2004) —
американский физик и геохимик, член Национальной академии наук.
Абельсон родился в городе Такома (штат Вашингтон). В
1935 году окончил колледж в Вашингтоне. Начиная с 1939
года (за исключением 1941-46, когда участвовал в Манхэттен-
ском проекте) Абельсон работал в Технологическом институте
Карнеги, в том числе в 1953-71 в качестве директора
геофизической лаборатории, в 1971-78 — президента института. С
1962 года по 1984 год был редактором журнала Science. В
1972-74 годах выбирался президентом Американского
геофизического общества.
Работы Абельсона посвящены ядерной физике, ядерной хи-
мии, органической геохимии, биофизике, микробиологии, проблеме возникновения
жизни. Вместе с Э. Макмилланом считается пионером в исследовании
трансурановых элементов. В 1940 году они открыли первый такой элемент — нептуний. В
работах ученого также обсуждаются вопросы деления ядра, идентификации продуктов
деления урана, разделения изотопов урана. В частности, в 1940 году им был
предложен метод термодиффузии для разделения урановых изотопов. Стоит
отметить также работы по биосинтезу микроорганизмов, аминокислотам в окаменело-
стях и горных породах.
Фриц (Фридрих Вильгельм) Штрассман (нем. Fritz
StraBmann; 1902—1980) — немецкий химик и физик.
Родился в Боппарде. В 1924 окончил Высшую техническую
школу Ганновера. С 1929 работал с О. Ганом и Л. Майтнер в
Институте химии кайзера Вильгельма в Берлине. В
послевоенные годы занимал должность профессора Майнцского
университета (1946-1970), одновременно в 1946-1952 являлся
директором Института неорганической и ядерной химии.
Научные труды посвящены ядерной химии, радиохимии.
Изучал процессы ядерного деления, свойства радиоактивных
изотопов урана и тория. В 1938 совместно с О. Ганом
открыл деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами,
химическими методами доказал факт деления. Эта трактовка опытов была
подтверждена Л. Мейтнер и О. Фришем.
Иоганн Готтфрид Галле (нем. Johann Gottfried Galle;
1812—1910) — немецкий астроном.
Окончил Берлинский университет, с 1835 начал работать
помощником И.Ф. Энке в Берлинской обсерватории. С 1851 по
1897 был директором обсерватории и профессором
университета в Бреслау (ныне Вроцлав).
В 1872 г. впервые предложил определять параллакс Солнца
по наблюдениям малых планет во время их противостояний. В
этом же году при наблюдении малой планеты Фокси (№ 25)
вывел параллакс Солнца 8,87".
В течение своей жизни он изучал кометы, и в 1894 (с
помощью своего сына Андреаса Галле) он издал таблицу-обзор с элементами орбит
178 комет. Сам он обнаружил три кометы в течение короткого промежутка: с 2
декабря 1839 до 6 марта 1840. В 1872 г. установил тождественность метеорного
потока Андромедид с распавшейся кометой Биелы. В 1843 г. обнаружил креповое
(внутреннее) кольцо Сатурна.
23 сентября 184 6 года получил письмо от У. Леверье с просьбой провести
поиск заурановой планеты по предвычисленным им координатам. В тот же вечер
Галле отыскал новую планету, получившую позже название Нептун.
В его честь названы кратеры на Луне и на Марсе, кольцо Нептуна и астероид №
2097 (Галле).
Урбен Жан Жозеф Леверье (фр. Urbain Jean Joseph Le Verrier, 1811—1877) —
французский математик, занимавшийся небесной механикой, большую часть своей
жизни проработавший в Парижской обсерватории.
Его наиболее известным достижением является
предсказание существования планеты Нептун, сделанное с помощью
математического анализа астрономических наблюдений. По
предложению Франсуа Араго он выполнил вычисления для
объяснения несоответствий между наблюдаемой орбитой Урана и той,
которая должна быть согласно законам Кеплера и Ньютона.
Леверье родился в 1811 году в Сен-Ло, департамента Манш
на северо-западе Франции. Первоначальное образование он
получил в гимназии своего родного города, зачем перешел в
Кайенскую Политехническую школу, где он должен был
Завершить свое школьное образование. Однако, это ему не
удалось , так как он не выдержал выпускного экзамена. Леверье
переходит в Колледж Людовика Великого в Париже, где он кончил курс с первой
наградой по математике. После этого Леверье посещал ещё некоторое время
Политехническую школу, но вскоре оставляет её и переходит на платное место
инженера в Парижском акцизном управлении (Administration des Tabacs). Но это
спокойное и обеспеченное место было не по нраву двадцатидвухлетнему Леверье. Не
пробыв в Управлении и полных двух лет он вернулся к науке и начал преподавать
в колледже Stanislas.
В часы досуга, которого у него было довольно много, он занимался химией и,
кроме того, производил астрономические вычисления, точной обработкой которых
он привлек к себе внимание Араго и снискал его дружбу. В 1836 году Леверье
опубликовал свой первый труд: «Memoires sure le phosphor»; скоро, однако, его
химические изыскания отступили на второй план, так как он увлекся более
серьезными астрономическими работами. В 1837 году он вернулся в Политехническую
школу на должность ассистента кафедры астрономии. Его первая астрономическая
работа: «Исследования о вековых возмущениях планетных путей» появилась в 1839
году, в которой впервые он указал пределы изменения элементов планетных орбит
и дал таблицы элементов на промежуток в 200000 лет. Тогда, по приглашению
Араго, Леверье поступил в парижскую обсерваторию астрономом, после чего он
продолжал углублять свои астрономические познания. Через несколько лет он
опубликовал свои первые более значительные вычисления относительно
прохождения Меркурия 8 мая 1845 года и пути кометы Фая 22 ноября 1843 года.
В то время астрономов всего мира весьма сильно занимал вопрос о возмущениях
планетной орбиты Урана. Уже Бувар (Alexis Bouvard) в 1821 году высказал
взгляд, «что не все наблюдения, относящиеся к Урану, могут быть представлены
посредством одной и той же системы элементов», и в 1834 году он высказал
предположения, что аномалии могут быть объяснены, если допустить более
крупную возмущающую планету. Бувар пытался также вычислить орбиту этой
предполагаемой планеты, но его методы оказались недостаточными. «Неизвестный
нарушитель мира во вселенной» вызвал интересную переписку между главными
астрономами того времени Бесселем, Араго, Гершелем и Эйри. К сожалению, не все
одинаково признавали важное значение этого теоретического открытия, и именно Эйри
встретил его очень холодно, так как «все это казалось ему недостаточно
выясненным» .
Вопрос о планете привлек к себе внимание ещё и благодаря Гёттингенской
академии наук, которая в 1842 году объявила работу а премию: «Дать новую
обработку теории движении Урана, удовлетворяющую современным научным требованиям,
и с достаточной полнотой изложить основные моменты». Премия составляла
пятьдесят дукатов, сумму, довольно большую для того времени. Но для этой премии
не нашлось ни одного соискателя.
Однако, задача вновь привлекла к себе живой интерес влиятельнейших
астрономов того времени. Араго, который считал Леверье наиболее способным математи-
ком, настаивал, чтобы он использовал свой талант для решения этой задачи;
таким образом, Леверье занялся вычислением этой неизвестной планетной орбиты.
Одновременно с тем Адаме (немного моложе Леверье, впоследствии профессор и
директор в Кембридже) старался решить эту же самую задачу. Таким образом
случилось , что оба ученых почти одновременно получили решение. Позже это вызвало
в ученом мире неприятный спор о приоритетах. Дело в том, что Адаме уже в 1845
году представил в Кембриджскую обсерваторию свои вычисления, начатые им по
его словам ещё в 1843 году. Затем спустя несколько месяцев последовали работы
Эйри, который тем временем изменил свое первоначальное отношение к вопросу
(вычисления Адамса опубликованы были лишь в 1847 и 1851 годах) . Основываясь
на работах этих двух английских ученых, Кембридский профессор Чэллис
(Challis) разыскивал планету. По утверждению английских ученых, он и нашел
её, но «за отсутствием достаточно подробной карты этой части небесного свода,
он не мог сейчас же распознать её».
Тем временем Леверье в 1845 и 184 6 годах представил в Парижскую академию
наук вычисления и установил предполагаемые элементы орбиты возмущающего тела.
Эта работа была озаглавлена «Recherches sur les mouvements de la planete
Herchel dite Uranus». Один экземпляр этой работы Леверье сразу же послал в
Берлин астроному Иоганну Галле, который был тогда адъюнктом и наблюдателем в
Берлинской обсерватории и имел в своем распоряжении хорошие звездные карты.
Галле, получив письмо от Леверье 23 сентября 184 6 года, в тот же вечер
отправился на поиски, и в ту же ночь действительно нашел возмущающую планету
весьма близко от того места, указанного парижским ученым.
Леверье и Галле прославились на весь мир, между тем как Адаме и Чэллис
долгое время оставались в неизвестности. Лишь значительно позже их заслуги
получили более справедливую оценку, и было признано их участие в открытии
Нептуна , но вначале все почести достались на долю Леверье. Сначала Араго предложил
по принятому обычаю окрестить найденную планету именем «Леверье», но против
этого высказался целый ряд ученых, — главным образом, английские астрономы, к
которым присоединил свой голос и Струве. Благодаря этому планета получила
другое имя, а именно Нептун. Галле, со своей стороны, желал назвать планету
«Янус», но Леверье отклонил это имя, мотивируя это следующим замечанием: «имя
Янус указывало бы, что эта планета есть последняя в солнечной системе, но мы
не имеем основания так думать».
После открытия Нептуна Леверье начал исследовать отклонения орбиты
Меркурия, вызванные, по его мнению, другой планетой, которой он дал название
Вулкан. Это спровоцировало целую волну ложных обнаружений, которые продолжались
до 1915 года, когда Эйнштейн объяснил данную аномалию с помощью своей теории
относительности.
Также Леверье занимался вычислениями кометы Лекселя (1770) и других
небесных тел. По его настояниям во Франции учреждена сеть метеорологических
станций.
Французской правительство назначило Леверье профессором небесной механики в
«Faculte des Sciences», а Парижская Академия наук включила его в число своих
членов; Людовик Филипп и прусский король пожаловали его почетными отличиями.
После смерти Бувара и Араго, Леверье был избран (1854) пожизненным директором
Парижской обсерватории: этот пост он занимал до самой смерти, если не считать
короткого перерыва во время осады Парижа и господства коммуны (1870—1872).
Департамент Манш ещё в 184 9 году избрал его своим депутатом. В зале Академии
правительство поставило бюст Леверье на «вечные времена». Людовик Наполеон
сразу же по вступлению на престол пожаловал ученому титул сенатора. Леверье
был награждён Золотой Медалью Королевского Астрономического Общества в 1868
году и снова в 1876 году.
Главнейшие сочинения Леверье собраны в основанных им «Annales de
1'Observatoire de Paris», которых он успел издать 14 т. «Мемуаров» (1855—76),
помимо «Наблюдений»; последних издано 22 т. (1858—1867).
Урбен Леверье скончался в Париже 23 сентября 1877 года. Похоронен на
кладбище Монпарнас. В саду парижской обсерватории поставлен памятник
Названы его именем:
• Кратер на Луне
• Кратер на Марсе
• Кольцо Нептуна
• Астероид 1997 Леверье
Персиваль Лоуэлл, также Ловелл (англ. Percival Lowell,
1855—1916) — американский бизнесмен, востоковед,
дипломат , астроном и математик, исследователь планеты Марс,
открыл астероид «Аризона» (1907). Почётный член
Американской академии искусств и наук (англ. American Academy of
Arts and Sciences), Британского общества востоковедов,
Французского астрономического общества, Астрономических
обществ США, Бельгии, Германии и Мексики. Удостоен медали
Жансена Французского астрономического общества (1904), а
также Золотой медали Астрономического общества Мексики
(1908) — обе за исследования Марса. Почётный профессор астрономии Массачусет-
ского технологического института. В честь Лоуэлла названы кратеры на Луне и
на Марсе.
Персиваль Лоуэлл — основатель и первый директор крупнейшей частной
обсерватории в США. Многие годы потратил на поиски девятой планеты Солнечной
системы. После обнаружения карликовой планеты Плутон Клайдом Томбо через 14 лет
после смерти Лоуэлла, название планеты было выбрано так, чтобы, не выбиваясь
из мифологического ряда, оно включало в себя также инициалы Лоуэлла. В то же
время Лоуэлл разрабатывал псевдонаучную теорию о существовании на Марсе
высокоразвитой цивилизации, отвергнутую уже его современниками.
Представитель одного из старейших семейств Бостона, обосновавшегося в США с
1639 года, входящих в сонм так называемых «Бостонских браминов». Клан Лоуэл-
лов дал Америке десятки выдающихся личностей. Отец — известный бизнесмен и
филантроп, вице-президент Американской Академии наук и искусств Огастас
Лоуэлл (1830—1900) , мать — Кэтрин Бигелоу Лоуренс. В семье было семь детей,
Персиваль был первенцем.
Окончил престижную школу «Noble and Greenough School» (1872), где удостолся
награды Bowdoin Prize, и Гарвардский университет (1876), где занимался не
только математикой и физикой, но и гуманитарными науками. Астрономией
увлекался с раннего детства. Получил предложение остаться в Гарварде для
приготовления к профессорскому званию, но отказался от него. Получив от отца 100
тыс. долларов, в 1877—1878 годы совершил длительную поездку в Европу и на
Ближний Восток (в Сирию). В дальнейшем работал управляющим текстильными
фабриками деда — известного филантропа Джона Эймори Лоуэлла (1798—1881).
Отказался от вступления в брак.
Унаследовав семейный бизнес (текстильные фабрики и электрическую компанию),
в 1880-е годы заинтересовался Дальним Востоком, занимался востоковедением и в
частности японским языком. В 1883 г. был назначен прикреплённым секретарём и
советником корейского посольства в США. В 1883—1893 годах совершил три
длительных поездки в Японию, где занимался научными исследованиями и
дипломатией. Опубликовал ряд монографий, посвященных особенностям японского националь-
Ы
ного характера, языка и религии. Главные его востоковедческие труды: No to
(1891) и Occult Japan (1894). Большой популярностью пользовалась его книга
The Soul of the Far East (1888), в которой он доказывал, что прогресс в
значительной степени является плодом индивидуальных усилий и фантазии. Стиль его
востоковедческих трудов примечателен: он пытался рассматривать особенности
японского уклада жизни через алгебраические построения. Считал западный
национальный характер олицетворением мужского начала, а японский — женского.
В 1894 году, достигнув большого политического влияния и располагая
значительными средствами, Лоуэлл решил полностью изменить свою жизнь. Он посвятил
себя астрономии, и следующие 23 года его жизни были тесно связаны с Флагстаф-
фом (Аризона), где он привлек к работе в своей обсерватории лучших
специалистов своего времени, в том числе Уильяма Пикеринга и Весто Слайфера. Три его
книги, посвященные Марсу, стали бестселлерами своего времени.
Из-за тяжёлого приступа депрессии, в 1897—1901 гг. забросил астрономические
исследования, живя в это время на Бермудских островах и во Франции. В
дальнейшем, постоянно проживал в Бостоне, бывая во Флагстаффе наездами.
В 1907 году удостоен почётной степени доктора права Колледжем Амхерста, в
1909 году удостоен такой же степени Университетом Кларка.
В 1908 году Персиваль Лоуэлл женился на Констанс Сэвидж Кейт (1863—1954),
которая была художником-оформителем его резиденции в Бостоне.
С 1912 года посвятил деятельность своей обсерватории поискам занептуновой
планеты Солнечной системы.
Критику своих теорий научным сообществом Лоуэлл переносил очень тяжело.
Будучи последовательным пацифистом, он не перенёс известий о начале Первой
Мировой войны и вступления в неё США. Скончался от инсульта в возрасте 61 года.
Был похоронен в мавзолее на территории обсерватории. После его кончины вдова
пыталась отсудить у обсерватории Лоуэлла более 1 млн. долларов. Тяжба длилась
более десятилетия и нанесла существенный урон деятельности обсерватории.
Лоуэлл был многосторонне образованным человеком: свободно владел латинским
и древнегреческими языками, староанглийским языком, был известен как знаток
литературы и тонкий ценитель вин. Увлекался игрой в поло, и был одним из
основателей престижного Dedham Polo Club. В то же время, многие источники
указывают, что он был склонен к авторитаризму, что проявилось и на научном
поприще.
Лоуэлл заинтересовался Марсом после прочтения работ Камиля Фламмариона и
Джованни Скиапарелли, делавших попытки объяснить происхождение марсианских
каналов. Книга Фламмариона была ему подарена на Рождество 1893 г. родной
тёткой. Немалую роль в решении заняться астрономией сыграло и давнее знакомство
с Уильямом Генри Пикерингом, который жил по соседству с Лоуэллами, а также
близящееся противостояние Марса и Земли в октябре 1894 года.
Лоуэлл выбрал для основания обсерватории гористую местность в Аризонской
пустыне на высоте около 7 тыс. футов (2175 м) , с хорошим астроклиматом и
близкую к железной дороге. Исследования Марса продолжались 15 лет, при этом
результаты наблюдений фиксировались в рисунках (более 15 тыс. их было сделано
только самим Лоуэллом), поскольку астрономическая фотография была в то время
в зачаточном состоянии. Результаты наблюдений были опубликованы в трёх
чрезвычайно популярных в то время трудах: Mars (1895) , Mars and Its Canals
(1906) , Mars As the Abode of Life (1908, русский перевод «Марс и жизнь на
нём». Одесса, 1912). Последняя книга, несмотря на название, излагала
собственную астрономическую теорию Лоуэлла. Его работы стали основой паранаучнои
теории о существовании на Марсе высокоорганизованной жизни и древней
цивилизации. Примечательно, что о существовании высокоразвитой жизни на Марсе
Лоуэлл объявил ещё до начала регулярных наблюдений в 1894 году.
Содержание работ Лоуэлла таково. Планеты Солнечной системы эволюционируют в
одном направлении. Стадии эволюции, по Лоуэллу, таковы:
1. Солнечная стадия (англ. The Sun Stage): планета раскалена настолько, что
обладает собственным световым излучением.
2. Расплавленная стадия (англ. The Molten Stage): планета ещё горяча, но
уже не обладает самосвечением.
1. 3.Стадия отвердения (англ. The Solidifying Stage): формируется твёрдая
поверхность планетной коры. Формируются океанические бассейны.
Геологически — это эра метаморфических горных пород.
3. Стадия земли и воды (англ. The Terraqueous Stage): формируются осадочные
породы.
4. Стадия суши (англ. The Terrestrial Stage) : начинается иссыхание океанов.
5. Стадия смерти (англ. The Dead Stage): улетучивается атмосфера.
Каждая планета должна проходить через эти стадии. Нептун, Уран, Сатурн и
Юпитер находятся на стадии 2, Земля — на стадии 4, Марс — на стадии 5, и на
стадии 6 — Луна и крупные спутники планет.
Марс, будучи меньше Земли по размерам, остыл раньше, и эволюция жизни на
нём шла более быстрыми темпами. Из-за высыхания планеты, на которой нет
больших водоёмов, местная цивилизация вынуждена была построить глобальную сеть
каналов (Лоуэлл насчитывал их более 600), переносящих воды тающих полярных
ледников в экваториальные зоны. Это возможно только при наличии всепланетного
государства и гораздо более развитой, чем земная, технологии. Лоуэлл
осознавал, что видимые с Земли «каналы» должны иметь ширину не менее 100 км, но
заявлял, что наблюдаются пояса растительности, расположенные близ источника
воды.
Теории Лоуэлла были популярны у читающей публики, но профессиональные
учёные встретили их скептически. Хотя было составлено множество карт марсианских
каналов, они не совпадали друг с другом, некоторые известные астрономы вообще
не видели никаких каналов. Среди них, например, был Эжен Антониади,
производившим наблюдения во время противостояния в 1909 году, пользуясь мощным
телескопом Медонской обсерватории. Ряд исследователей объясняли появление каналов
на Марсе оптической иллюзией. Так, в 1903 Эдвардом Маундером был поставлен
эксперимент, в ходе которого испытуемым показывали изображения с
беспорядочным набором пятен, вместо которых многие из них видели «каналы».
В 1907 году Альфред Рассел Уоллес опубликовал брошюру Is Mars Habitable?, в
которой показал, что температура на поверхности Марса намного ниже, чем
считалось Лоуэллом, а атмосферное давление слишком мало для существования воды в
жидком виде. К тому же спектральный анализ атмосферы не показал наличия в ней
водяного пара. Отсюда он сделал вывод, что существование на Марсе
высокоорганизованной жизни невозможно, не говоря уже о развитой цивилизации и
искусственных сооружениях. Таким образом, Лоуэлл оказался в полной научной изоляции.
Точку в проблеме каналов поставил полёт зонда Mariner 4 в 1965 году,
передавшего на Землю фотографии Марса, на которых можно было увидеть только
безжизненную поверхность с метеоритными кратерами. До этого многие учёные
(например, Г.А. Тихов) считали наличие на Марсе низших растений вполне
возможным.
Помимо исследований Марса, Лоуэлл известен наблюдениями Венеры и спутников
Юпитера. Он обнаружил «каналы» и на этих объектах, несмотря на то, что
поверхность Венеры скрыта густой облачностью, а поверхность спутников Юпитера
не может наблюдаться с Земли. В 2003 году была выдвинута гипотеза, что Лоуэлл
страдал дефектом зрения, и наблюдал узоры собственной сетчатки. Кроме того,
Лоуэлл полагал, что период обращения Венеры вокруг оси и период обращения
вокруг Солнца совпадают. Это мнение разделяли многие астрономы его времени.
Последние десять лет жизни, Лоуэлл посвятил поискам девятой планеты
Солнечной системы, которую называл «планета X». Его усилия не увенчались успехом.
Плутон, однако, был обнаружен именно в обсерватории Лоуэлла, причём в месте,
близком к расчётам Лоуэлла (в настоящее время это признаётся случайностью).
Несмотря на псевдонаучные теории о существовании цивилизации Марса, Лоуэлл
вписал своё имя в историю астрономии.
Примечательные факты:
• Исследования Лоуэлла оказали большое влияние на Герберта Уэллса и его
книгу «Война миров».
• Картами Марса, составленными Лоуэллом, пользовался и Эдгар Райе Берроуз,
создавая свою картину марсианской цивилизации.
• После публикации теорий Лоуэлла никто в тогдашнем мире не сомневался в
наличии жизни на Марсе. В 1900 г. К. Гузман учредила премию в 100 000
франков за налаживание двусторонней связи с внеземной цивилизацией.
Известия с Марса (если бы они были получены) при этом игнорировались...
• Лоуэлл располагал 24-дюймовым (61-см) телескопом-рефрактором,
изготовленный фирмой Элвина Кларка. Видимый размер Марса даже во время великого
противостояния не превышает 25"(1/70 размера лунного диска). При
фотографировании диаметр марсианского диска на фотопластинке не превышал 6
мм, и накладывался на зёрна фотоэмульсии.
• Труд Лоуэлла «Марс и его каналы» (1906) посвящался «Джованни Скиапарел-
ли, Колумбу нового планетарного мира».
Клайд Уильям Томбо (англ. Clyde William Tombaugh, 1906—
1997) — американский астроном, открывший большое число
астероидов, а также карликовую планету Плутон в 1930 году (в
период с 1930 по 2006 Плутон считался планетой).
Родился в семье бедного фермера-арендатора. В 12-летнем
возрасте Клайд впервые посмотрел в астрономическую трубу
на Луну, и с этого момента началось его увлечение
астрономией. Когда Клайд окончил среднюю школу, его одноклассники
Записали в книгу выпускников пророческую фразу: «Он
откроет новый мир».
Дальнейшая учёба Клайда оказалась невозможной по причине
отсутствия у родителей денег.
В связи с этим, он принял решение изучать астрономию
самостоятельно и самостоятельно сделать телескоп. После первых неудачных
опытов , для соблюдения температурного режима при обработке зеркала рефлектора,
выкопал погреб и в нём обрабатывал стеклянные диски для своего 9-дюймового
рефлектора. Рисунки лунных кратеров, спутников Юпитера, поверхности Марса он
послал в Ловелловскую обсерваторию, где они были высоко оценены
специалистами.
В конце 1928 года директор Ловелловской обсерватории доктор Слайфер (1875—
1969) прислал Клайду письмо с приглашением на работу. Он был зачислен в штат
в качестве лаборанта-фотографа.
В начале апреля 1929 года, Клайд, с помощью 13-дюймового астрографа,
приступил к фотографированию звёзд в созвездии Близнецов, где по вычислениям Ло-
велла должна была находиться планета Икс (её назовут Плутон). Для поиска
неизвестной планеты сравнивал снимки одного и того же участка неба с интервалом
2-3 ночи на блинк-микроскопе. Работал по 14 часов в сутки.
Клайд, в ходе выполнения этой программы, обнаружил новую комету, сотни
новых астероидов, много переменных звёзд; провел исследование по
пространственному распределению галактик.
18 февраля 1930 года, анализируя фотопластинки, Клайд увидел, что вблизи
звезды дельты Близнецов одна из слабых точек «запрыгала». Это был Плутон.
В 1932 году Клайд Томбо поступил в Канзасский университет, который окончил
в 1936. Продолжал работать в Ловелловской обсерватории до 1943. В 1943—1945
преподавал в Аризонском колледже во Флагстаффе, в 1945—194 6 — в
Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе.
С 194 6 года работал в Абердинской баллистической лаборатории в Лас-Крусесе
(штат Нью-Мексико), с 1955 — также в ун-те шт. Нью-Мексико (с 1965 —
профессор, с 1973 — почётный профессор).
За открытие Плутона Клайд Томбо был удостоен специальной медали с
изображением Уильяма Гершеля. Кроме того, за вклад в астрономическую науку, был
удостоен медали им. X. Джэксон-Гуилт Лондонского королевского астрономического
общества (1931) и других наград.
Томбо женился в 1934 году на Патрисии Эдсон, с которой не расставался до
конца жизни. У них было двое детей (сын и дочь).
Примерно одна унция праха Клайда Томбо была помещена в автоматическую
межпланетную станцию «Новые горизонты», запущеную к Плутону в 2006 году, то есть
к 100-летней годовщине астронома. Это будут первые останки человека, которые
покинут пределы Солнечной системы и выйдут в межзвёздное пространство.
Одной из работ Томбо, в обсерватории Лоуэлла в Флагстаффе (Аризона), был
систематический поиск «Нептуновой планеты» (называемой также Планета X) ,
которая была предсказана Персивалем Ловвелом и Генри Пикерингом.
Томбо использовал 13-дюймовый астрограф обсерватории, чтобы получить
фотографии одной и той же части неба, в разные ночи. Для сравнения изображений
использовался блинк-микроскоп. В момент смены изображения, движущиеся
объекты, такие как планета, переместятся с одного места в другое, в то время как
более отдалённые объекты, такие как звёзды не меняют своего положения. Томбо
обнаружил такой движущийся объект, и последующие наблюдения показали, что это
планета. Открытие было сделано во вторник, 18 февраля 1930, с помощью
изображений , полученных в январе того же года.
Название «Плутон» было предложено Венецией Верни, 11-летней английской
школьницей, которая до самой своей смерти(30 апреля 2009) жила в Англии. 1
мая 1930 было официально объявлено, что планета будет носить имя Плутон.
В настоящее время Плутон носит статус карликовой планеты и является
прототипом для транс-нептунианских объектов под общим названием «плутино».
Томбо обнаружил в общей сложности 14 астероидов, во время поиска Плутона и
в годы последующих поисков других кандидатов на Планету X. Клайду также
приписывают открытие кометы С/1931, хотя её орбита в настоящее время неизвестна.
Энрико Ферми (итал. Enrico Fermi, 1901—1954) —
выдающийся итало-американский физик, внёсший большой вклад в
развитие современной теоретической и экспериментальной
физики, один из основоположников квантовой физики. Член
Национальной академии деи Линчей (1935), иностранный
член-корреспондент АН СССР (1929).
Ферми родился в 1901 году в Риме в семье
железнодорожного служащего и учительницы. В 1923 году он успешно
Закончил Высшую Нормальную Школу в Пизе и Пизанский Универ-
ситет и был направлен на стажировку к Максу Борну в Гёттингенский
университет . По возвращении в Италию Ферми оказался на распутье и даже подумывал об
уходе из науки. Однако в 1924 году по просьбе Пауля Эренфеста его отыскал в
Риме Георг Уленбек и пригласил в Лейденский университет. Это стало поворотным
моментом в карьере Ферми и заставило его поверить в свои силы. В 1925 году он
преподавал в Флорентийском и Римском университетах. В декабре 1925 года он
независимо от Поля Дирака разработал статистику частиц с полуцелым спином,
подчиняющихся принципу Паули, которые позднее назвали фермионами.
Ферми был масоном, его посвятили в ложе «Лемми», в 1923 году, находящейся в
ведении масонской штаб-квартиры на площади Джезу в Риме.
В 1926 году Ферми был назначен на должность профессора Римского
университета, что стало началом плодотворного периода его жизни. В 1928 году он развил
предложенный Л. Томасом метод определения основных состояний многоэлектронных
атомов (теория Томаса—Ферми). В 1929-30 годах Ферми внес принципиальный вклад
в становление квантовой электродинамики, разработав канонические правила
квантования электромагнитного поля, отличные от подхода Гейзенберга—Паули.
После 1933 года Ферми целиком погрузился в проблемы ядерной физики. В 1934
году он создал теорию бета-распада. Суть её состояла в том, что при бета-
распаде , кроме электрона, испускается ещё нейтрино. Эта теория Ферми явилась
прототипом современной теории слабых взаимодействий элементарных частиц.
В 1934 году Ферми выполнил первые крупные экспериментальные работы в
области ядерной физики, связанные с облучением элементов нейтронами. Сразу же
после открытия Ф. Жолио-Кюри искусственной радиоактивности Ферми пришёл к
выводу, что нейтроны, поскольку они не имеют заряда, и не будут отталкиваться
ядрами, должны быть наиболее эффективным орудием для получения радиоактивных
элементов, в том числе трансурановых. Это оригинальное решение оказалось
очень плодотворным — было получено более 60 новых радиоактивных изотопов и
открыто замедление нейтронов (эффект Ферми), в 1936 году было открыто
селективное поглощение нейтронов.
Работа группы Ферми получила очень высокую оценку в научном мире, она
явилась началом нейтронной физики. Эффект Ферми оказался востребован в атомной
технике. За серию работ по получению радиоактивных элементов путём нейтронной
бомбардировки и за открытие ядерных реакций под действием медленных нейтронов
в 1938 году Энрико Ферми была присуждена Нобелевская премия по физике. Выехав
в 1939 году для её получения в Стокгольм вместе с семьёй, Ферми не вернулся в
Италию, где фашистская диктатура Муссолини по существу ликвидировала условия
для нормальной научной работы. К тому же его жена происходила из известной
еврейской семьи, а как раз в это время в Италии были приняты законы,
существенно ужесточившие положение евреев. Ферми отправился в США, где пять
университетов предложили ему место профессора физики. Ферми выбрал Колумбийский
университет в Нью-Йорке, где и работал с 1939 по 1942 год.
В 1939 году он разработал теорию потерь энергии заряженными частицами на
ионизацию вещества с учётом его поляризации.
В январе 1939 году Ферми высказал мысль, что при делении урана следует
ожидать испускания быстрых нейтронов и что, если число вылетевших нейтронов
будет больше, чем число поглощенных, путь к цепной реакции будет открыт (до
него это теоретически предсказал, но не смог получить Лео Силард). Поставленный
эксперимент подтвердил наличие быстрых нейтронов, хотя их число на один акт
деления осталось не очень определённым.
В это время Ферми начал работать над теорией цепной реакции в уран-
графитовой системе. К весне 1941 года эта теория была разработана, и летом
началась серия экспериментов, главной задачей которых являлось измерение
нейтронного потока. Было сделано (совместно с Г. Андерсоном) около тридцати опы-
тов, и в июне 1942 году был получен коэффициент размножения нейтронов больше
единицы. Это означало возможность получения цепной реакции в достаточно
большой решетке из урана и графита и послужило началом разработки конструкции
реактора . Ферми сделал поправку к полученному значению коэффициента размножения
и учел это в размерах планируемого котла, разработал метод определения
критических размеров системы. Кроме того, боясь, что атмосферный азот будет хорошо
поглощать нейтроны, Ферми настоял на том, чтобы все огромное устройство было
помещено в гигантскую палатку из материи для оболочек аэростатов. Так
появилась возможность поддерживать соответствующий состав атмосферы, окружающей
реактор. Постройка реактора началась в Металлургической лаборатории
Чикагского университета (Metallurgical Laboratory of the University of Chicago) в
октябре, а закончилась 2 декабря 1942 года. В самодельной лаборатории под
стадионом Stagg Field Stadium на этом реакторе был проведен поистине эпохальный
эксперимент, продемонстрировавший первую самоподдерживающуюся цепную реакцию.
Работа в Чикаго продолжалась до 1944 года, когда Ферми принял американское
гражданство и стал одним из руководителей (Associate Director) Лос-Аламосской
Национальной лаборатории в Нью-Мексико (Los Alamos National Laboratory in New
Mexico). В 194 6 году он возвратился в Чикаго и занял должность профессора в
Институте ядерных исследований, который сейчас носит его имя. Он продолжил
свои исследования в области ядерной физики и физики элементарных частиц.
Помимо этого, с 1950 года он стал одним из первых членов Комитета советников
при Комиссии по атомной энергии (General Advisory Committee of the Atomic
Energy Commission).
В науке Ферми всегда оставался молодым, энергичным и одержимым. В возрасте
около 50 лет, имея богатейший запас знаний в области ядерной энергетики и
прекрасную базу для исследований, Ферми изменил направление своей научной
деятельности и начинал заниматься физикой частиц высоких энергий и
астрофизикой . И здесь он достиг замечательных результатов: создал теорию происхождения
космических лучей и раскрыл механизм ускорения частиц в них (1949),
разработал статистическую теорию множественного рождения мезонов (1950), открыл
изотопический квадруплет, ставший первым адронным резонансом (1952), изучал
взаимодействие протонов с пи-мезонами.
Одной из особенностей физических идей Ферми является их долголетие. Ряд
последних работ великого ученого был оценён лишь после его смерти. Одной из них
является совместная работа Ферми и Ч. Янга по составным моделям элементарных
частиц, в которой в качестве основных частиц рассматривались нуклоны и
антинуклоны (модель Ферми—Янга). Когда она появилась, то многие, даже маститые
физики-теоретики были удивлены её «бессодержательностью». Но прошло время, и
на основе работы Ферми—Янга появились новые модельные схемы, сыгравшие
большую роль в развитии физики элементарных частиц. Одной из последних таких
моделей является модель кварков.
На склоне лет Ферми, по словам Сегре, собирался написать книгу, посвященную
тем трудным вопросам физики, о которых часто говорят «как хорошо известно»,
«как нетрудно показать» и т.п. Он начал даже собирать вопросы, лишь кажущиеся
элементарными. Но, к сожалению, у него не осталось на это времени. Когда в
194 6 году Ферми оценивал, что им уже сделано, он сказал Сегре: «Одна треть».
Две трети он собирался ещё сделать, до предела уплотняя свой рабочий день.
Ферми с олимпийским спокойствием работал до самого конца своей жизни.
Ферми умер 28 ноября 1954 года, в возрасте всего лишь 53 лет от рака
желудка . Трудно себе представить, что мог бы сделать великий физик, если бы он
прожил ещё лет 15—20. Но и та «одна треть», которую успел сделать Ферми из
намеченного им плана и которая, по словам Понтекорво, достойна 6—8
Нобелевских премий, навсегда сохранит в науке имя этого исключительного одарённого
учёного.
В 1956 г. в память о выдающемся учёном в США учреждена Премия Энрико Ферми,
которой награждаются учёные, внесшие выдающийся вклад в области исследования,
использования и производства энергии. В его честь назван 100-й химический
элемент — фермий. Его имя носят Чикагский институт ядерных исследований,
Национальная ускорительная лаборатория и космический телескоп, улицы во многих
итальянских городах.
. Эмилио Джино Сегре (итал. Emilio Gino Segre; 1905—
I 1989) — американский физик, профессор, лауреат
Нобелевской премии по физике (в 1959 г. , совместно с Оуэном
Чемберленом «за открытие антипротона»).
Родился в еврейской семье, в Италии. Среднее
образование получил в лицее Мамиани, в Риме (1922) . В 1922—
27 учился на инженерном факультете Римского
университета . Потом специализировался на физическом факультете,
где познакомился с Энрико Ферми. Под руководством
Ферми написал диссертационную работу и получил степень
доктора наук (1928).
После окончания учебы был в итальянской армии и уже
офицером вернулся в Римский университет. Был
стипендиатом Рокфеллеровского фонда и занимался наукой
вместе со знаменитыми физиками Отто Штерном (Гамбург) и
Питером Зееманом (Амстердам). Становится адъюнкт-профессором на кафедре
Ферми. В 1936 назначен деканом физического факультета Университета Палермо и
посещает США для работы на циклотроне в Калифорнийском университете в Беркли. В
1938 он вторично приезжает в США для работы с Дейлом Р. Корсоном и К.Р. Мак-
кензи. Летом 1938 в связи с принятием в Италии антисемитских законов Сегре
принимает решение остаться в США. В 1944 он получает американское
гражданство.
В начале своей деятельности Сегре выполнил важные исследования в области
спектроскопии запрещённых линий и эффектов Зеемана и Штарка. Войдя в группу
Энрико Ферми, он становится одним из первооткрывателей в области нейтронной
физики, сыгравшей решающую роль в производстве ядерной энергии. Сегре вместе
с коллегами в 1936 г. искусственным путём выделил и идентифицировал
практически не встречающийся в естественном виде химический элемент с атомным номером
43 (технеций), получивший применение как медицинский препарат в радиографии.
В 1938 синтезировал искусственный элемент с атомным номером 85, получивший
название астат. В 1940 открыл плутоний-239 (с атомным номером 94),
оказавшийся делящимся материалом, который стал главным источником энергии в первой
атомной бомбе.
Во время войны (с 1943 по 194 6 год) Сегре работал в Лос-Аламосской
национальной лаборатории, принимая участие в Манхэттенском проекте. В 1950-х Сегре
и Оуэн Чемберлен экспериментально подтвердили существование предсказанного П.
Дираком и другими физиками-теоретиками антипротона и показали, что он
рождается не отдельно, а в аннигилирующих парах протон-антипротон. Выступая в
качестве популяризатора физики, Сегре выпустил биографическую работу об Энрико
Ферми и другие книги.
За открытие антипротона Сегре (совместно с Чемберленом) была присуждена
Нобелевская премия по физике (1959). Сегре удостоен медали Августа Вильгельма
фон Хофмана Немецкого академического общества, премии Станислао Канницаро
Итальянской национальной академии наук.
Сегре являлся академиком или почетным членом следующих научных организаций
• Национальная академия наук США
• Итальянская национальная академия наук
• Американское философское общество
• Американское физическое общество
• Итальянское физическое общество
• Американская академия наук и искусств
• Индийская академия наук
• Гейдельбергская академия наук
• Уругвайское научное общество
• Национальная академия наук Перу
Сегре был заслуженным профессором Римского университета, ему были присвоены
почетные степени университетов Палермо, Сан-Марко в Лиме, Тель-Авива,
колледжа Густава Адольфо.
Карл Фридрих фон Вайцзеккер (нем. Carl Friedrich von
Weizsacker; 1912—2007) — немецкий физик, философ и
политический деятель.
Вайцзеккер является выходцем из швабской семьи, давшей
многих известных теологов, ученых и военных. Его дедом
был премьер-министр Вюртемберга, отцом — дипломат
нацистского периода Эрнст фон Вайцзеккер, а братом —
президент ФРГ в 1984—1994 Рихард фон Вайцзеккер. Уже в ранние
годы Вайцзеккер обнаруживал интерес к астрономии и
физике. В 1929—33 изучал физику в Берлине, Геттингене,
Копенгагене (у Н. Бора) и Лейпциге (у В. Гейзенберга).
Будучи молодым учёным впервые получил полуэмпирическую
формулу для энергии связи атомного ядра, которую назвали
в его честь формулой Вайцзеккера. В 1942—44 был
профессором теоретической физики в Страссбурге. В годы 2-й мировой войны вместе с
В. Геизенбергом и другими немецкими учёными работал над созданием ядерного
оружия для Германии (проект «Уран»). В 194 6—57 Вайцзеккер руководил отделом в
Институте физики им. Макса Планка (Гёттинген). В 1956 Вайцзеккер,
обеспокоенный проблемой ядерного вооружения, вместе с другими немецкими учёными-
ядерщиками выступил с т.н. «Геттингенским заявлением» об отказе участвовать в
изготовлении, испытании или применении ядерного оружия. С тех пор проблема
политической ответственности учёного за общественные последствия своих
открытий становится одной из главных тем его размышлений. В 1957—69 — профессор
философии в Гамбурге, с 1970 — директор Института им. Макса Планка в Штарн-
берге.
В 1989 году удостоен Темплтоновской премии.
По мнению Вайцзеккера, философия должна создавать априорный фундамент
частных наук, а также заниматься проверкой обоснованности лежащих в их основе
принципов. Главная задача философии — достижение нового понимания единства
природы, что возможно на основе синтеза философии и частных наук. Именно
здесь обнаруживается философская значимость фундаментальной физики (под
которой Вайцзеккер понимает квантовую физику). Только её аксиомы могут быть
положены в основу познания, поскольку лишь они описывают условия возможности
опыта и представляют мир как единое целое. Внимание Вайцзеккера привлекает диа-
лог Платона «Парменид», который позволяет понять условия возможности самой
рациональности и сферу её применимости. По мнению Вайцзеккера, временная
структура является условием всякого опыта. При этом прошедшее
интерпретируется в категориях действительно-фактичного, а будущее в категориях возможности.
Высказывания о будущих событиях могут быть сделаны только в форме
вероятностных суждений. Опыт квантовой физики показывает, что суждения о будущем в
строгой форме (идеал классической физики) невозможны. Это фундаментальное
различие между прошлым и будущим выражает 2-й закон термодинамики. Ваицзеккер
не выводит из этого закона традиционного следствия о возрастании энтропии:
если отказаться от каузальной интерпретации будущего, то данное следствие
перестает быть необходимым. На основании 2-го закона следует заключить, скорее,
о росте богатства форм (как потенциальной информации). Такому взгляду должна
соответствовать не классическая аристотелевская логика, а «квантовая»,
наделяющая высказывания не значением «истинно»/«ложно», а «необходимо»,
«возможно» или «невозможно». Ваицзеккер — автор большого числа статей, посвященных
проблемам современного мира и культуры. Одну из причин современного кризиса
он видит в особенностях развития «больших» культур, в которых отношения
строятся не на основе личного знакомства, а на процессах абстрагирования и кван-
тификации взаимных прав и обязанностей в форме власти и денег.
Гленн Теодор Сиборг (англ. Glenn Theodore Seaborg,
1912—1999) — американский химик и физик-ядерщик.
Благодаря его работам окончательно сформировалась новая
наука — ядерная химия.
Гленн Сиборг родился в Ишпеминге, штат Мичиган, в
семье иммигрантов из Швеции. В 1934 году окончил
Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе. Получил
степень доктора философии в Калифорнийском университете в
Беркли в 1937 году, в 1939 году там же начал
преподавательскую деятельность, в 1941 году получил звание
ассистирующего профессора, в 1945 году — полного
профессора. В 1958—1961 годах был ректором (англ.
Chancellor) университета. В 1942—194 6 годах работал в
Металлургической лаборатории в Чикаго над проблемой промышленного получения
плутония. В 1945 году подписал обращение к властям США («Доклад Франка») с
просьбой не проводить атомные бомбардировки японских городов. В 1954—1961
годах и с 1971 года — помощник директора Радиационной лаборатории Лоуренса. В
1961—1971 годах — председатель Комиссии по атомной энергии США.
Совместно с Э. Макмилланом синтезировал плутоний (1940—1941), совместно с
другими учёными открыл америций, кюрий (1944) , берклий (1949) , калифорний
(1950) , эйнштейний (1952) , фермий (1953) , менделевий (1955) . В последующие
годы принимал участие в синтезировании более тяжёлых элементов.
В 1951 году Сиборг совместно с Макмилланом получил Нобелевскую премию по
химии. В 1971 году удостоился звания иностранного члена Академии наук СССР.
В 1997 году в честь Сиборга назвали 106-й элемент периодической таблицы
Менделеева — сиборгий. После этого рабочий адрес Сиборга может быть записан
при помощи обозначений химических элементов, из которых первые три
синтезировал он сам: Am, Cf, Bk, Lr, Sg (америций, калифорний, берклий, лоуренсий
(лаборатория имени Лоуренса), сиборгий).
ВСЕГДА ЛИ СПРАВЕДЛИВО
ПРИСУЖДАЛИСЬ
НОБЕЛЕВСКИЕ ПРЕМИИ?
Всегда ли был справедлив в своих решениях Нобелевский комитет Шведской
Академии наук? Ведь его мнение котируется в мире очень высоко. С присуждением
Нобелевских премий имена учёных прочно и основательно вписываются в священные
книги Храма науки. К сожалению, не всегда. Нет-нет, да и встретятся
необъективные оценки результатов деятельности того или иного учёного, останутся в
тени наиболее достойные.
В их число, как ни странно, на первых порах организации Нобелевского фонда
попал Дмитрий Иванович Менделеев, создатель всей периодической системы
химических элементов, хотя за большой вклад в изучение отдельных элементов
Нобелевских премий в разные годы (1904 и 1906) были удостоены У. Рамзай и А. Му-
ассан.
Удивительно, что не заслужил внимания этого компетентного органа
основоположник химической термодинамики и статистической механики американец Дж. У.
Гиббс. Правда, когда только начали присуждать Нобелевские премии, согласно
завещанию Альфреда Нобеля их полагалось вручать только исследователям,
находящимся в периоде творческого расцвета. Хотя Гиббс был уже стар, но по
вкладу, который он внёс в науку, ему всё-таки могли бы сделать исключение. Ведь
за дело, начатое Гиббсом и которому он отдал жизнь, их потом раздавали
направо и налево.
Очень обидно и за изобретателя радио А.С. Попова. Хотя 24 марта 1896 года
этот выдающийся русский физик в присутствии членов Российского физико-
химического общества впервые при помощи сконструированного им устройства
передал на расстояние короткую радиограмму, состоящую всего из двух слов —
"Генрих Герц" — в память великого учёного, вместо него "за работы по созданию
беспроволочного телеграфа" в 1909 году Нобелевские премии по физике были
присуждены Г. Маркони и Ф. Брауну. Досадная оплошность произошла, по-видимому,
потому, что Попов своё открытие вовремя не запатентовал. Сыграло роль и ещё
одно обстоятельство.
Вслед за Поповым Маркони создал свой радиопередатчик с антенной и,
усовершенствовав его, добился хорошего обеспечения дальности передачи, вплоть до
установления связи через Атлантический океан. В крупных учёных кругах того
времени идея передачи радиоволн на огромные расстояния считалась просто
абсурдной: тогда думали, что радиоволны, как и световые лучи, распространяясь в
окружающей среде прямолинейно, никак не могут "обогнать" нашу круглую
планету. Дилетанта-самоучку Г. Маркони это мнение, быть может, из-за недостатка
образования, к счастью, с пути не сбило. Пренебрегая им, он к 1901 году
блестяще доказал, что осуществить радиосвязь через континент возможно, а значит
и сама идея состоятельна.
Это был второй случай в истории радиотехники, когда свершившийся факт
поколебал взгляды упрямых теоретиков и заставил их искать в природе что-то такое,
что "помогло" радиоволнам вопреки фундаментальному закону пересечь океан. И
действительно в верхней части атмосферы ими был обнаружен новый особый слой —
ионосфера, который отражал и возвращал радиоволны обратно на Землю. Вот к
чему привело упорство "самоучки", отказавшегося считать принцип прямолинейности
в распространении волн незыблемым. За открытием в радиотехнике последовало
открытие ионосферы Земли.
Будет справедливым вырвать из небытия имя ещё одного большого неудачника в
науке — английского химика и физика У. Крукса, который за четыре года до
Попова додумался до принципиальной схемы осуществления радиосвязи. Однако этому
бедняге фатально не везло на научной стезе. Из-за несобранности и неумения
добиться конечного результата Крукс "прозевал" как минимум три Нобелевские
премии.
Он фактически первым подал идею о возможности радиосвязи и провёл важные
эксперименты. Дотошно исследуя катодные лучи в так называемых "круксовых
трубках", он также первым вышел на Х-лучи, но, столкнувшись с неизвестным
излучением, не проявил настойчивости идти дальше и тем самым предоставил
возможность открыть эти лучи Рентгену, обеспечив того Нобелевской премией,
всемирной славой и почестями.
Первым высказал Крукс и мысль о существовании изотопов химических элементов
(в 1886 году), однако забросил и эти перспективные исследования, позволив
обнаружить первые изотопы Дж.Дж. Томсону. Когда же эту идею оседлал неутомимый
Ф. Содди, то "за исследование процессов образования и природы изотопов"
Нобелевскую премию в 1921 году получил именно он, а не Крукс. Через год той же
высокой награды удостоился коллега Содди но Лондонскому Королевскому обществу
Ф.У. Астон, умудрившийся обнаружить 212 изотопов простых веществ на
сконструированном им масс-спектрографе.
Но вернёмся условно ко второй "потере" премии Круксом. Итак, использование
его вакуумных трубок позволяет Рентгену обнаружить новый вид
электромагнитного излучения. Общественность настолько потрясена, что, пожалуй, нет человека,
который остался бы в стороне от обсуждения этой удивительной находки. С одной
стороны, открытие невероятно быстро обрастает нелепыми слухами и историями, с
другой — неимоверно растёт спрос на изготовление "биноклей, позволяющих
просвечивать наряды женщин". Пресса негодует, называя возмутительной и
недостойной саму возможность "просматривать" людей, она требует сурово наказать
Рентгена за дерзкую и безнравственную выходку.
В то же время ничто так не подстёгивает развитие науки, как Х-лучи. Всего
за год после "бума" выходит более тысячи статей и сообщений, устраиваются
широкие обсуждения исследований на семинарах и конференциях. Последующие работы
в этом направлении столь серьёзны и глубоки, что Нобелевский комитет только и
делает, что отмечает их премиями.
Первым крупным после рентгеновских лучей становится открытие естественной
радиоактивности, "виновником" которого можно считать величайшего мыслителя
нашей эпохи Анри Пуанкаре. Этот человек, чем-то похожий на Крукса и абсолютно
равнодушный к почестям, расточал свои ценные идеи повсюду, благодаря чему его
менее щепетильные коллеги делали головокружительные успехи, а сам он зачастую
оставался "у разбитого корыта". Это в его светлой голове зародилась идея о
предполагаемом излучении урана под воздействием света и возможной связи между
флуоресценцией и рентгеновскими лучами. Заинтересовавшись ею, его тёзка и
соотечественник Анри Беккерель в 1896 году решил экспериментально проверить
соображения Пуанкаре и "случайно" натолкнулся на сенсационное явление: уран
проявлял себя даже без какого-либо светового воздействия. Позже явление
самопроизвольного излучения получило название радиоактивности. Кстати,
аналогичное действие солей урана в темноте за 30 лет до Беккереля посчастливилось
наблюдать, как мы уже Знаем, Ньепсу де Сен-Виктору. Но из своих опытов он не
сумел сделать существенных выводов и вывести новую закономерность в поведении
природных сил. Его имя так и осталось для широкого научного круга
неизвестным.
В 1914 году Нобелевский комитет довольно быстро (всего через два года)
отреагировал на открытие немецким физиком М. Лауэ дифракции рентгеновских лучей
в кристаллах. Сложные и красивые дифракционные картины убедительно
свидетельствовали о волновой природе этих лучей. А что же "главные исполнители"
оригинального эксперимента его соотечественники В. Фридрих и П. Книпинг? Их
вниманием беспардонно обошли. И не только их одних.
После открытия дифракции рентгеновских лучей в кристаллах над тем, как ис-
пользовать это явление для выяснения молекулярной структуры, задумались отец
и сын Генри и Лоуренс Брэгги. В результате своего поиска они заложили основы
рентгеноструктурного анализа и, кроме того, дали теоретическое обоснование
открытию Лауэ. В том же направлении работал наш соотечественник Георгий
Викторович Вульф. Параллельно с Брэггами он установил чёткую зависимость между
длиной "рентгеновской" волны и структурой кристаллической решётки веществ,
которая сегодня вошла в учебники физики как формула Брэгга—Вульфа.
Нобелевские премии "достались" Брэггам, а вот вклад в науку Вульфа проигнорировали.
Но почему?
Исследования в области рентгеновской спектроскопии, заложенной Брэггами и
Вульфом, продолжил шведский физик Карл М. Зигбан. Он уточнил формулу Брэгга—
Вульфа и изучил также спектры практически всех известных тогда химических
элементов. Но первым ими всерьёз занялся молодой англичанин, ученик Резерфорда,
Г. Мозли. Трагическая смерть не позволила ему довести до завершения важные
исследования, и поэтому Нобелевской премии был удостоен один лишь Зигбан,
который почти завершил начатый Мозли цикл перспективных работ.
Вслед за Карлом Зигбаном, их продолжил его сын, Кай Зигбан, разработавший
метод рентгеновской электронной микроскопии. Его труд был высоко оценен
Шведской академией наук, и Зигбан-младший тоже стал лауреатом Нобелевской премии.
"Нобелевская плеяда" пополнилась ещё одной семейной парой.
Нобелевской премией было также отмечено использование рентгеновского
излучения в медицине. Десятилетиями успешно применяемый в медицинской диагностике
метод рентгенологии качественно усовершенствовал американский физик Аллан
Кормак, родом из Южной Африки. Вместе с английским инженером Годфри Хаунсфил-
дом он создал принципиально новый прибор — рентгеновский томограф, который
через сканирование объекта рентгеновскими лучами выдавал о нём исчерпывающую
информацию. Томография, оперируя послойным "просмотром" внутренних органов,
позволяла быстро и точно фиксировать имеющиеся в них патологические
изменения.
В 1979 году Кормаку и Хаунсфилду была вручена Нобелевская премия за
разработку метода компьютерной томографии. Но вместе с тем Комитет проявил
несправедливость по отношению к венгерскому специалисту Габору Франку, кому на
самом деле принадлежал приоритет на данное открытие. К идее томографии он
подошёл за 30 лет до обоих лауреатов.
Но самым вопиющим актом несправедливости было, пожалуй, решение
Нобелевского комитета о присуждении премии в области физики в 1930 году индийскому
физику Ч. Раману за обнаружение спектров комбинационного рассеяния. Как же так?
Ведь доподлинно известно, что в 1928 году впервые обнаружили и тщательно
исследовали эти спектры советские физики Леонид Исаакович Мандельштам и
Григорий Самуилович Ландсберг, которые выполнили сложные теоретические и
количественные расчёты, а потом долго проверяли и перепроверяли их. Раман же,
столкнувшись с тем же эффектом, послал всего лишь краткое сообщение в английский
журнал, да к тому же дал не совсем верную интерпретацию полученным
результатам. К чести Рамана сам он признавал лидерство советских учёных в этой
работе, но в научном лексиконе всё равно закрепились термины, прославляющие его
имя, — раманспектры, раманэффект и т.п.
Таковой оказалась цена скороспелой публикации. Допустим, мировая учёная
общественность ошиблась. Но почему исследования Мандельштама и Ландсберга не
нашли достойной оценки и наград в собственном отечестве? Выходит, у
индийского физика больше болела душа за обойдённых вниманием талантливых учёных, чем
у их российских коллег!
Не "по-джентельменски" поступил Нобелевский комитет с ещё одним советским
физиком — Абрамом Фёдоровичем Иоффе. Его вклад в становление и развитие
физики полупроводников был весьма значительным, исследования, проводимые в труд-
ных сороковых годах, фактически заложили основы для становления этой отрасли.
Тем не менее, при оценке достижений разных учёных в физике полупроводников и
при распределении премий Иоффе был незаслуженно забыт.
Подобные истории, если отбросить в сторону случайности, вызывают горечь и
недоумение. Тем более, что предвзятое отношение Нобелевского комитета к
отдельным учёным наблюдается и в наши дни.
Так, в 1987 году за экспериментальные исследования и открытие
высокотемпературной сверхпроводимости Нобелевская премия по физике была присуждена
швейцарцу Карлу А. Мюллеру и немцу Иоганну Г. Беднорцу. На такое решение снова
повлияла четырехстраничная заметка, помещённая в одном из американских
журналов. Но если потрудиться просмотреть все сообщения о работах того времени,
связанных с высокотемпературной сверхпроводимостью, то несложно увидеть, что
львиная доля труда принадлежала здесь китайскому физику П. Чу и японскому
исследователю С. Танака, которые первыми добились наибольших успехов. Ну, разве
не предвзятость?
То, что Мюллер и Беднорц буквально через год после выхода научной статьи
стали "знаменитостями", случай в практике присуждения Нобелевских премий,
прямо скажем, уникальный, с которым сопоставим лишь факт поспешного признания
открытия Лауэ дифракции рентгеновских лучей. Большинству же исследователей
приходилось ждать оценки своего труда чуть ли не десятилетиями. Френсис Роус,
например, ожидал Нобелевскую премию за открытие опухолеродных вирусов 55 лет,
хотя сделал его ещё до первой мировой войны. Пётр Леонидович Капица дожидался
своего звёздного часа тоже почти полвека. А Александер Флеминг после
шестнадцатилетнего ожидания этой премии за открытие пенициллина принял её с
иронической репликой: "Сейчас надо награждать не только меня, но ещё добрую сотню
врачей".
Кстати, не так давно в маленьком городе Лионе была совершенно случайно
найдена диссертация французского медика Эрнеста O.K. Дюшена, в которой он
предлагал использовать эффективное средство против бактерий, пагубно влияющих на
человеческий организм. Дюшен написал её... за 4 0 лет до потрясшего мир
открытия Флеминга. (О том, как Флеминг самозабвенно "спасал" для науки его имя, мы
уже рассказывали.) Кроме того, задолго до Флеминга противовирусное действие
зелёной плесени заметили наши соотечественники, сначала В.А. Манассеин, а
затем А.Г. Полотебнов, применивший её для быстрого заживления кожных ран. Никто
не спорит с тем, что гением Флеминга было положено начало эре антибиотиков,
что Нобелевская премия была им заслужена, но стоило ли потом, когда Флеминг
насытился славой, а из глубин истории науки вновь всплыли имена дюшена, Ма-
нассеина и Полотебнова, продолжать в их отношении политику умолчания?
Нобелевской премией также был отмечен поиск другого чудотворного
лекарственного средства — инсулина. Его получили в 1922 году шотландский физиолог
Джон Дж.Р. Мак-Леод и канадский учёный Фредерик Бантинг. Эти исследователи
прошли нелёгкий путь прежде, чем выделили инсулин из поджелудочной железы и
на его основе разработали эффективный метод лечения сахарного диабета. Но
почему тогда был обойдён распорядителями фонда Чарлз Бест? Ведь он впоследствии
избранный президентом Международного союза физиологических наук,
непосредственно участвовал во всех исследованиях и обсуждениях научной проблемы,
которая сделала знаменитыми его коллег. Не вызывал тогда доверия слишком молодой
возраст Беста? Но не тот ли же самый Нобелевский комитет примерно в то же
время присудил свою престижную премию 25-летнему У.Л. Брэггу!
В чём же было дело? Отчего премия вообще досталась не первопроходцу? Ведь
как выясняется из немецкого издания по эндокринологии "Гормоны" (этот том был
переведён на русский язык в 1936 году) , все основные идеи по этой проблеме
были высказаны и опубликованы ещё в 1910 году преподавателем Петербургской
Военно-медицинской академии Л. В. Соболевым, который разобрался в причинах
возникновения сахарного диабета и предложил действенный метод его лечения.
Неужели ни Мак-Леод и Бантинг, ни члены уважаемого Комитета не были знакомы с
его трудами, широко представленными не только в отечественной периодике, но и
опубликованными в авторитетном немецком журнале по общей патологии и
патологической анатомии? Тем не менее, повторилась та же ситуация, что и с
пенициллином Флеминга: об истинном создателе инсулина и его научных достижениях
вспомнили слишком поздно.
Не раз сами нобелевские лауреаты, исполненные глубокого чувства
ответственности перед наукой и теми, кто её делает, пытались разными путями исправить
допущенные Нобелевским фондом оплошности и воздать дань своим
единомышленникам и их работам. Усилия Рамана и Флеминга не единственные в этом роде, и
рано или поздно коррективы всё-таки вносились или в списки награждённых, или в
пособия по истории.
Но ведь вообще доходило до абсурда, когда премии Нобеля присуждались за
непроверенные теории и ошибочные выводы. Об одном таком эпизоде рассказывал
известный советский биолог, академик Е.М. Крепе137. Звезды первой величины в
биохимии Отто Мейерхоф и Арчибальд Хилл однажды провели совместные
исследования по изучению процесса химических превращений, происходящих в работающей
мышце, и на основе полученных результатов дали ему весомое теоретическое
обоснование. Так называемая "теория мышечных сокращений" вызвала бурную
реакцию в научном мире и сразу же попала в поле зрения Нобелевского комитета. Но
только после вручения премий Мейерхофу и Хиллу была обнаружена вкравшаяся в
экспериментальные данные ошибка, повлёкшая за собой и неверные теоретические
выкладки.
К счастью, несмотря на весь трагизм своего положения, невольные лжелауреаты
оказались на высоте. Разобравшись толком в перекосах своих исследований, и
выслушав всех и вся по данной проблеме, они признали полную несостоятельность
собственных выводов, касающихся последовательности протекания химических
реакций образования и распада сложных органических кислот. "Стало быть, дорогой
Арчибальд, — писал с горечью своему другу и коллеге Отто Мейерхоф, —
Нобелевскую премию мы получили незаслуженно!" Больше того! Договорившись между
собой, исследователи пошли на крайне благородный жест. Они обратились к
Нобелевскому комитету с просьбой аннулировать решение по их лауреатству и
выразили готовность возвратить денежное вознаграждение обратно. Вогнанные в краску
члены Комитета посовещались и... пошли на компромисс. Они сохранили премию за
Меиерхофом и Хиллом на основании не этой рухнувшей теории, а за оригинальную
постановку экспериментов, обогативших биохимию в целом. В данном случае
"соломоново" решение было достойным выходом из недоразумения. Но лучше было
бы избегать таких ситуаций вовсе.
А вот последний из скандалов, разразившихся после присуждения Нобелевских
премий по физике. В 1997 году они были вручены американцам Стивену Чу,
Уильяму Филипсу и французу Клоду Коэн-Таккуджи за исследования в области
управления движением охлаждённых атомов. А ведь всему учёному миру известно, что ещё
в 80-х годах в СССР такие исследования провела группа учёных Института
спектроскопии Академии наук. Руководил работами Владлен Летохов, именем которого,
кстати, открывается так называемый индекс цитирования российских учёных в
мировой научной литературе. Причём приоритет за советскими физиками был
закреплён как в теоретических изысканиях, так и в экспериментальных работах.
Отчего-то упустил из внимания Нобелевский комитет и такую немаловажную
деталь: один из лауреатов, американец Филипс, разумеется, не мог не быть в кур-
Крепс Евгений Михайлович - советский биолог и биохимик, академик АН СССР с 1966
г.
се того, чем занимались в лаборатории Летохова. Странная рассеянность, не
правда ли?
Фердинанд Фредерик Анри Муассан (фр. Ferdinand Frederic
Henri Moissan, 1852—1907) — французский химик.
Анри Муассан родился 28 сентября 1852 в семье младшего
сотрудника восточной железнодорожной компании и швеи. В
том же году семья переехала из Тулузы, откуда родом были
родители Анри, в Париж. В 1864 году они перебрались в Мо,
где он учился в местной школе. В 1870 году он оставил
школу, не пройдя "Университетский класс", необходимый для
поступления в университет. Анри начал работать в аптеке в
Париже, где он смог спасти человека от отравления
мышьяком. Он решил изучать химию и начал работать в лаборатории
Эдмонда Фреми, а затем у Пьера Поля Дихрейна. Дихрейн посоветовал ему делать
академическую карьеру. Степень бакалавра, которая была необходима, чтобы
учиться в университете, Муассан получил в 1874 году со второй попытки. Во
время своего пребывания в Париже он подружился с химиком Александром Леоном
Этардом и ботаником Васком. Он опубликовал свою первую научную работу об
углекислом газе и кислороде в метаболизме растений совместно с Дихрейном в 1874
году. Вскоре он оставил физиологию растений и заинтересовался неорганической
химией и исследованиями по пирофорному железу, обратившись к двум самым
известным французским химикам-неорганикам того времени - Анри Этьен Сент-Клэр
Девилю и Дебре. После того, как Муассан получил в 1880 году степень PhD, его
друг Ландрин предложил ему место в аналитической лаборатории. Его брак с Лео-
ни Лугань состоялся в 1882 году. Спустя три года у них родился сын.
Существование элемента фтора, было известно на протяжении многих лет, но
все попытки выделить его в свободном состоянии не удавались, а некоторые
экспериментаторы погибали при попытках получения этого вещества.
В 1880-х годах Муассан занялся изучением химии фтора и особенно получением
самого фтора. У него не было своей собственной лаборатории, но он использовал
несколько - например, лабораторию Карла Фриделя. Там он имел доступ к мощной
батарее, состоящий из 90 ячеек Бунзена. 26 июня 1886 года в результате
электролиза фтористого водорода был получен фтор. Французская академия наук
послала трех представителей, Марселена Бертло, Анри Дебре и Эдмона Фреми, чтобы
подтвердить результаты. Однако Муассан не смог воспроизвести свои результаты,
в связи с тем, что фтористый водород не содержал даже следов фторида калия,
как было в предыдущем эксперименте. В конечном итоге Муассану удалось
выделить фтор. Выяснилось, что для электролиза необходим раствор гидрофторида
калия (KHF2) в жидком фтористом водороде (HF) . Такая смесь нужна потому, что
фтористый водород сам по себе не проводит электрический ток. Устройство для
получения было построено с использованием платиновых и иридиевых электродов в
платиновом держателе, аппарат охлаждали до -50 °С. В результате было
достигнуто полное отделение водорода, полученного на отрицательном электроде, от
фтора (на положительном) . Фактически этим способом фтор получают до сих пор.
После демонстрации получения фтора несколько раз Муассану была присуждена от
Французской академии наук награда в 10000 франков.
Кроме того, за это достижение в 1906 году он был удостоен Нобелевской
премии.
В последующие годы (до 1891) Муассан сосредоточил внимание на исследовании
химии фтора. Он получил многочисленные соединения фтора, например, вместе с
Полом Лебо получил в 1901 году SF6.
Продолжая изучать химию фтора, Муассан внес свой вклад в усовершенствование
электродуговой печи: при токе 2200 ампер и напряжении 80 Вольт она была
способна достичь 3500 °С. Такая печь открывала путь для получения боридов и
карбидов многочисленных элементов, что явилось еще одним направлением
исследований Муассана.
Он также попытался использовать давление для синтеза алмазов из наиболее
распространенных форм углерода.
В 1893 году Муассан начал изучать фрагменты метеорита найденного в Кратере
Метеора возле Каньона Смерти в Аризоне. В этих фрагментах он обнаружил
мельчайшие количества нового минерала и после обширных исследований Муассан
сделал вывод, что этот минерал состоял из карбида кремния. В 1905 году этот
минерал в честь его открывателя был назван муассанитом.
Он скоропостижно скончался в Париже в феврале 1907 года, вскоре после его
возвращения с церемонии вручения Нобелевской премии в Стокгольме. Причиной
его смерти был, как считают, острый аппендицит. Неизвестно, являлись ли его
эксперименты с фтором причиной его ранней смерти.
Джозайя Уиллард Гиббс (англ. Josiah Willard Gibbs;
1839—1903) — американский математик, физик и физикохимик,
один из создателей векторного анализа, статистической
физики, математической теории термодинамики, что во многом
предопределило развитие всех современных точных наук и
естествознания в целом; чей образ запёчатлён в «Галерее
славы великих американцев». Его имя присвоено многим
величинам и понятиям химической термодинамики: энергия Гиббса,
парадокс Гиббса, правило фаз Гиббса—Гельмгольца,
треугольник Гиббса—Розебома, уравнения Гиббса—Дюгема и др.
В 1901 г. Гиббс был удостоен высшей награды
международного научного сообщества того времени, присуждаемой каждый
год только одному ученому, - Медали Копли Лондонского
королевского общества, за то, что он стал "первым, кто применил второй закон
термодинамики для всестороннего рассмотрения соотношения между химической,
электрической и тепловой энергией и способностью к совершению работы".
Гиббс родился 11 февраля 1839 года в городе Нью-Хейвен, штат Коннектикут.
Его отец, профессор духовной литературы в Йельской богословской школе
(впоследствии вошедшей в состав Йельского университета), был известен в связи с
его участием в судебном процессе, называвшемся Amistad. Хотя отца тоже звали
Джозайя Уиллард, с именем сына никогда не употребляли «младший»: кроме того,
пять других членов семьи носили то же имя. После обучения в Хопкинс-школе, в
возрасте 15 лет Гиббс поступил в Йельский колледж. В 1858 г. он окончил
колледж в числе лучших в своем классе и был премирован за успехи в математике и
латыни.
В 1863 г. по решению Шеффильдской научной школы в Йеле Гиббс был удостоен
первой в США степени доктора философии (PhD) по техническим наукам за
диссертацию «О форме зубцов колёс для зубчатой передачи». Последующие годы он
преподавал в Йеле: два года вёл латынь и ещё год — то, что впоследствии было
названо натурфилософией и сравнимо с современным понятием «естественные науки».
В 1866 г. он уехал в Европу для продолжения учёбы, проводя по одному году в
Париже, Берлине и затем — в Гейдельберге, где он встречает Кирхгоффа и
Гельмгольца. В то время немецкие учёные были ведущими авторитетами в химии,
термодинамике и фундаментальных естественных науках. Эти три года, собственно, и
составляют ту часть жизни учёного, которую он провел за пределами Нью-
Хейвена.
В 1869 г. он вернулся в Йель, где в 1871 г. был назначен профессором
математической физики, — это была первая подобная должность в Соединённых Штатах
— и занимал этот пост всю оставшуюся жизнь.
Позиция профессора была поначалу неоплачиваемой, — ситуация, типичная для
того времени (особенно для Германии), и Гиббс должен был публиковать свои
статьи. В 1876—1878 гг. он пишет ряд статей по анализу многофазных химических
систем графическим методом. Позже они были изданы в монографии «О равновесии
разнородных веществ» (On the Equilibrium of Heterogeneous Substances),
наиболее известной его работе. Этот труд Гиббса рассматривается как одно из
величайших научных достижений XIX века и одна из фундаментальных работ по
физической химии. В своих статьях Гиббс применил термодинамику для объяснения
физико-химических явлений, связав то, что ранее было набором отдельных фактов.
Важнейшие разделы, освещенные в других его статьях о гетерогенных
равновесиях , включают:
• Концепции химического потенциала и свободной энергии
• Модель ансамбля Гиббса, основу статистической механики
• Правило фаз Гиббса
Гиббс публиковал и работы по теоретической термодинамике. В 1873 г. вышла
его статья о геометрическом представлении термодинамических величин. Эта
работа вдохновила Максвелла изготовить пластиковую модель (так называемую
термодинамическую поверхность Максвелла), иллюстрирующую гиббсовский конструкт.
Модель была впоследствии отослана Гиббсу и в настоящее время хранится при
Йельском университете.
В 1880 г. вновь открывшийся Университет Джона Хопкинса в Балтиморе, штат
Мэриленд, предложил Гиббсу позицию за 3 тыс. долларов, на что Йель ответил
увеличением жалованья до 2 тыс. долларов. Но Гиббс не оставил Нью-Хейвен. С
1880 по 1884 г. он объединяет идеи двух математиков: «кватернион» Уильяма
Гамильтона и «внешнюю алгебру» Германа Грассмана, и создает (независимо от
британского физика и инженера Оливера Хевисайда) векторный анализ. В 1882-89 гг.
Гиббс вносит в него усовершенствования, пишет труды по оптике, развивает
новую электрическую теорию света. Он намеренно избегает теоретизирования
касательно строения вещества, что было мудрым решением ввиду последовавших
революционных событий в физике субатомных частиц и квантовой механике. Его
химическая термодинамика была вещью более универсальной, чем любая другая
существовавшая в то время химическая теория.
После 1889 г. он продолжает работу над статистической термодинамикой,
«оснащая квантовую механику и теории Максвелла математическим каркасом». Он
пишет классические учебники по статистической термодинамике, которые выходят в
1902 г. Гиббс внёс также вклад в кристаллографию и применил свой векторный
метод к расчёту планетарных и кометных орбит.
Об именах и карьере его студентов известно немногое. Гиббс никогда не был
женат и всю жизнь прожил в отцовском доме вместе с сестрой и зятем,
библиотекарем в Йеле. Он был настолько сконцентрирован на науке, что был, как
правило, недоступен для личных интересов. Его протеже Э.В. Уилсон рассказывал:
«Вне стен учебной аудитории я видел его крайне мало. У него была привычка
пойти прогуляться после полудня по улочкам между его кабинетом в старой
лаборатории и домом — небольшая зарядка в перерыве между работой и обедом — и
тогда можно было иногда встретить его». Гиббс умер в Нью-Хейвене и похоронен на
кладбище Гроув-стрит.
Признание пришло к ученому не сразу, в частности, потому что Гиббс в
основном публиковался в "Transactions of the Connecticut Academy of Sciences" -
журнале, издаваемом под редакцией его зятя-библиотекаря, мало читаемом в
Соединённых штатах и еще меньше в Европе. Поначалу лишь немногие европейские
физики-теоретики и химики, (в их числе был, например, шотландский физик
Джеймс Клерк Максвелл) обратили внимание на его работу. Лишь после того, как
статьи Гиббса были переведены на немецкий (Вильгельмом Оствальдом в 1892 г.)
и французский (Анри Луи ле Шателье в 1899 г.) языки, его идеи получили
широкое распространение в Европе. Его теория правила фаз была экспериментально
подтверждена в работах Х.В. Бахёйса Розебома, который продемонстрировал её
применимость в различных аспектах.
На родном континенте Гиббс был оценен даже меньше. Тем не менее, он был
признан, и в 1880 г. Американская академия искусств и наук присудила ему
премию Румфорда За работы по термодинамике. А в 1910 г. в память об ученом
Американское химическое общество по инициативе Уильяма Конверса учредило Медаль
Уилларда Гиббса.
Американские школы и колледжи того времени акцентировались на традиционных
дисциплинах, а не на науке, и студенты мало интересовались его лекциями в Йе-
ле. Знакомые Гиббса так описывали его работу в Йеле:
"Свои последние годы жизни он оставался высоким, благородным джентльменом
со здоровой походкой и здоровым цветом лица, справляющимся со своими
обязанностями по дому, доступным и отзывчивым к студентам. Гиббса высоко ценили
друзья, но американская наука была чересчур озабочена практическими
вопросами, чтобы применять его основательные теоретические работы в период его
жизни. Он проживал свою тихую жизнь в Йеле и глубоко восхищался несколькими
способными студентами, не производя на американских учёных первого впечатления,
сопоставимого с его талантом." (Кроутер, 1969)
Не следует думать, что Гиббс был малоизвестен в свои дни. Например,
математик Джайен-Карло Рота, просматривая стеллажи с литературой по математике в
Библиотеке Стерлинга (при Йельском Университете), наткнулся на написанный от
руки Гиббса и прикреплённый к каком-то конспекту список адресатов. Список
насчитывал свыше двухсот заметных математиков того времени, том числе Пуанкаре,
Гильберта, Больцмана и Маха. Можно прийти к выводу, что среди корифеев науки
труды Гиббса были более известны, чем о них свидетельствует печатный
материал . Достижения Гиббса, однако, были окончательно признаны лишь с появлением в
1923 г. публикации Гильберта Ньютона Льюиса и Мерл Рэндэлл "Thermodynamics
and the Free Energy of Chemical Substances", которая познакомила с методами
Гиббса химиков из различных университетов. Эти же методы легли, по большей
части, в основу химической технологии.
Согласно Американскому математическому обществу, учредившему в 1923 году
так называемые "Гиббсовские лекции" для поднятия всеобщей компетенции в
математических подходах и приложениях, Гиббс был величайшим из ученых, когда-либо
рожденных на американской земле.
В 1945 г. Йельский университет, в честь Дж. Уилларда Гиббса, ввел в обиход
звание профессора теоретической химии, сохранявшееся до 1973 г. за Ларсом Он-
загером, (лауреатом Нобелевской премии по химии). В честь Гиббса были названы
также лаборатория при Йельском университете и должность старшего
преподавателя математики. 28 февраля 2003 г. в Йеле прошёл симпозиум, отметивший 100 лет
со дня его смерти. Рутгерский университет (штат Нью-Джерси) имеет
профессорство им. Дж. Уилларда Гиббса в области термомеханики, числящееся в настоящее
время за Бернардом Д. Коулманом.
В 1950 г. бюст Гиббса был размещен в Зале славы великих американцев (Hall
of Fame for Great Americans).
4 мая 2005 года Почтовая служба Соединённых Штатов выпустила серию почтовых
марок, с портретами Гиббса, Джона фон Неймана, Барбары Мак-Клинток и Ричарда
Фейнмана.
Труды Гиббса привлекли к себе большое внимание и повлияли на деятельность
учёных, некоторые из них стали Нобелевскими лауреатами:
• В 1910 г. голландец Ян Дидерик Ван-дер-Ваальс был удостоен Нобелевской
премии по физике. В своей Нобелевской лекции он отметил влияние на его
работу гиббсовских уравнений состояния.
• В 1918 г. Макс Планк получил Нобелевскую премию по физике За труды в
области квантовой механики, в особенности, за публикацию в 1900 г. его
квантовой теории. Его теория существенным образом базировалась на
термодинамике Рудольфа Клаузиуса, Дж. Уилларда Гиббса и Людвига Больцмана.
Планк так говорил о Гиббсе: "его имя не только в Америке, но и во всём
мире будет причислено к самым известным физикам-теоретикам всех
времён . . . " .
• В начале XX века Гильберт Н. Льюис и Мерл Рэндэлл использовали и
расширили разработанную Гиббсом теорию химической термодинамики. Свои
изыскания они изложили в 1923 г. в книге, которая называлась "Thermodynamics
and the Free Energy of Chemical Substances" и была одним из
фундаментальных учебников по химической термодинамике. В 1910-х гг. Уильям Джиок
поступил в Химический колледж при Университете Беркли и в 1920 г.
получил степень бакалавра в химии. Поначалу он хотел стать химиком-
технологом, но под влиянием Льюиса проявил интерес к химическим
исследованиям. В 1934 г. он стал полноправным профессором химии в Беркли, а в
194 9 г. получил Нобелевскую премию за свои криохимические исследования,
использовавшие третий закон термодинамики.
• Используя линейный векторный анализ Гиббса, Говард Скотт разработал
исчисление и модуль размерности, которые позволили ему предложить
оптимизированные решения для промышленных задач. Скотт в 1920-х годах
рассмотрел полностью автоматизированный завод, интегрированные системы
перевозки, коммуникации, электрические сети передачи и результат планирования
жизненного цикла в контексте учета экономических потребностей вместо
того, что группа назвала системой цен, или денежно-кредитным основанием.
• Работы Гиббса оказали существенное влияние на формирование взглядов
Ирвинга Фишера, - экономиста, имевшего степень доктора философии в Йеле.
^ру^^ Александр Степанович Попов (1859—1905) — русский физик
£^\ и электротехник, профессор, один из изобретателей радио.
и tr Александр Степанович Попов родился 4 марта 1859 (16 мар-
г СЯш та 1859) года на Урале в посёлке Турьинские Рудники Верхо-
^^A^fl^L^ турского уезда Пермской губернии.
МЦ^^^^Ь^Кк^^^^^. В семье его отца, местного священника Степана Петровича
^^^^^^^^^^^^^^Щ Попова (1827—1897) , кроме Александра было ещё б детей.
^^^^^^^^^k^^^^^f Жили более чем скромно. В 10-летнем возрасте Александр По-
^^^^^^^^^^^^^^Н пов был отправлен в Далматовское духовное училище, где
^^^^^^^^^^^^^^Н учился с 1869 по 1871 годы. В 1871 году Александр Попов
■l^^^^^^^^^^^^^l перевёлся в Екатеринбургское духовное училище.
^^^^^^^^^^^^^™ В 1873 году он перевёлся в Пермскую духовную семинарию.
После окончания общеобразовательных классов Пермской духовной семинарии (1877
год) Александр успешно сдал вступительные экзамены на физико-математический
факультет Петербургского университета. Годы учения в университете не были для
Попова лёгкими. Средств не хватало, и он вынужден был подрабатывать
электромонтёром в конторе «Электротехник». В эти годы окончательно сформировались
научные взгляды Попова: его особенно привлекали проблемы новейшей физики и
электротехники.
Успешно окончив университет в 1882 году, А.С. Попов получил приглашение
остаться там для подготовки к профессорской деятельности по кафедре физики. В
1882 году защитил диссертацию на тему «О принципах магнито- и динамоэлектри-
ческих машин постоянного тока». Но молодого учёного больше привлекали
экспериментальные исследования в области электричества, и он поступил
преподавателем физики, математики и электротехники в Минный офицерский класс в
Кронштадте, где имелся хорошо оборудованный физический кабинет. В 1890 году получил
приглашение на должность преподавателя физики в Техническое училище Морского
ведомства в Кронштадте. Одновременно в 1889—1898 годах в летнее время
заведовал главной электростанцией Нижегородской ярмарки. В этот период всё своё
свободное время Попов посвящает физическим опытам, главным образом, изучению
электромагнитных колебаний.
С 1901 года Попов — профессор физики Электротехнического института
императора Александра III. Также Попов был Почётным инженером-электриком (1899) и
почётным членом Русского технического общества (1901).
В 1905 году учёный совет института избрал А. С. Попова ректором. В том же
году на озере Кубыча в трёх километрах от станции Удомля Александр Степанович
Попов покупает дачу, где долгие годы после смерти учёного жила его семья.
Жена Раиса Алексеевна работала врачом в удомельской больнице, а дети
преподавали в удомельской школе.
Скоропостижно скончался 31 декабря 1905 (13 января 1906). Похоронен на Вол-
ковском кладбище в Санкт-Петербурге.
В 1921 году СНК РСФСР постановил (по предложению проф. В.П. Вологдина на
первом Всероссийском Радиотехническом съезде в Нижнем Новгороде) обеспечить
семью А.С. Попова пожизненным вспомоществованием.
Судовой радиоприемной станцией А.С. Попова образца 1901 года, для приёма на
ленту и на слух, были оборудованы многие корабли Черноморского флота.
Прибор А.С. Попова возник из установки для учебной демонстрации опытов
Герца, построенной Поповым с учебными целями ещё в 1889 году; вибратор Герца
служил Попову передатчиком. В начале 1895 года Попов заинтересовался опытами
Лоджа (усовершенствовавшего когерер и построившего на его основе
радиоприёмник, с помощью которого в августе 1894 года сумел получать радиосигналы с
расстояния 40 м) , и попытался воспроизвести их, построив собственную
модификацию приёмника Лоджа.
Главное отличие приёмника Попова от приёмника Лоджа состояло в следующем.
Когерер Бранли—Лоджа представлял собой стеклянную трубку, наполненную
металлическими опилками, которые могли резко — в несколько сот раз — менять свою
проводимость под воздействием радиосигнала. Для приведения когерера в
первоначальное состояние для детектирования новой волны нужно было встряхнуть,
чтобы нарушить контакт между опилками. У Лоджа к стеклянной трубке
приставлялся автоматический ударник, который бил по ней постоянно; Попов ввёл в
схему автоматическую обратную связь: от радиосигнала срабатывало реле, которое
включало звонок, и одновременно срабатывал ударник, ударявший по стеклянной
трубке с опилками. В своих опытах Попов использовал заземлённую мачтовую
антенну, изобретенную в 1893 году Теслой.
Впервые он представил своё изобретение 25 апреля (7 мая по новому стилю)
1895 года на заседании Русского физико-химического общества в Петербургском
университете. Тема лекции была: «Об отношении металлических порошков к
электрическим колебаниям». В опубликованном описании своего прибора, Попов
отмечал его пользу для лекционных целей и регистрирования пертурбаций,
происходящих в атмосфере; он также выразил надежду, что «мой прибор, при дальнейшем
усовершенствовании его, может быть применён к передаче <на деле — к приёму>
сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний, как только
будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией»
(позднее, с 1945 года это событие будет отмечаться в СССР как День радио) .
Работа в Морском ведомстве накладывала определенные ограничения на публикацию
результатов исследований, поэтому, соблюдая данное клятвенное обещание о
неразглашении сведений, составляющих секретную информацию, Попов не опубликовал
новых результатов своих работ.
Попов соединил свой прибор с пишущей катушкой братьев Ришар и таким образом
получил прибор для регистрации электромагнитных колебаний в атмосфере,
названный «грозоотметчик» и использовавшийся в Лесном институте. Однако, когда
в печати появились первые сведения об изобретении радиотелеграфа Маркони
(продемонстрировал передачу радиограмм на 3 км 2 сентября 1896) — Попов начал
делать утверждения, что приоритет в радиотелеграфировании принадлежит ему, и
что его прибор идентичен прибору Маркони. Тем не менее, 19 (31) октября 1897
года Попов говорил в докладе в электротехническом институте: «Здесь собран
прибор для телеграфирования. Связной телеграммы мы не сумели послать, потому
что у нас не было практики, все детали приборов нужно ещё разработать». 18
декабря 1897 года Попов передал с помощью телеграфного аппарата,
присоединённого к прибору, слова: «Генрих Герц». Приёмник размещался в физической
лаборатории Петербургского университета, а передатчик — в здании химической
лаборатории на расстоянии 250 м. В литературе, тем не менее, утверждается, что
этот опыт был произведён 24 марта 1896 года (то есть до заявки Маркони).
Однако в протоколе этого заседания сказано лишь: «... 8. А.С. Попов показывает
приборы для лекционного демонстрирования опытов Герца...».
С 1897 года Попов проводил опыты по радиотелеграфированию на кораблях
Балтийского флота. Летом 1899 года, когда Попов был в Швейцарии, его ассистенты
— П.Н. Рыбкин и Д.С. Троицкий — при проведении работ между двумя
кронштадтскими фортами случайно обнаружили, что когерер при уровне сигнала,
недостаточном для его возбуждения, преобразует амплитудномодулированный
высокочастотный сигнал в низкочастотный, так что его сигналы становится возможным
принимать на слух. При известии об этом, Попов модифицировал свой приёмник,
поставив вместо чувствительного реле телефонные трубки, и летом 1901 года
получил русскую привилегию № 6066, группа XI, с приоритетом 14 (26) июля 1899
года на новый (линейно-амплитудный) тип «телеграфного приёмника депеш,
посылаемых с помощью какого-либо источника электромагнитных волн по системе Морзе».
После этого фирмой Дюкрете, уже выпускавшей в 1898 году приёмники его
конструкции , был налажен выпуск телефонных приёмников.
Во многих странах Запада изобретателем радио считается Маркони, хотя
называются и другие кандидатуры: в Германии создателем радио считают Герца, в США
и ряде балканских стран — Николу Теслу, в Беларуси Наркевича-Иодку.
Утверждение о приоритете Попова основывается на том, что Попов продемонстрировал
изобретённый им радиоприёмник на заседании физического отделения Русского
физико-химического общества 25 апреля (7 мая) 1895 года, тогда как Маркони подал
заявку на изобретение 2 июня 1896 года. Это нередко сопровождалось прямыми
или косвенными обвинениями Маркони в плагиате: его работы 1895 года нигде не
отражены (точнее, о них известно только от близких к нему лиц,
беспристрастность которых сомнительна), в то же время он использовал немного
модифицированный приемник Попова, описание которого было опубликовано в том же 1895
году. Сам Попов с начала 1897 г. (то есть с появления первых газетных сообщений
об опытах Маркони) начал активно отстаивать свой приоритет, поддерживаемый в
этом близкими и коллегами. В 1940-х гг. в СССР его приоритет (в том числе и
среди учёных) считался бесспорным.
7 мая было с 1945 года объявлено Днём Радио. В 1995 году ЮНЕСКО провело в
этот день торжественное заседание, посвященное столетию изобретения радио.
Совет директоров Института инженеров электротехники и электроники (IEEE)
отметил демонстрацию А.С. Попова как веху в электротехнике и радиоэлектронике.
Статья в разделе «История» на официальном сайте IEEE утверждает, что А.С.
Попов действительно был первым, но был вынужден подписать соглашение о
неразглашении, связанное с преподаванием в Морской инженерной школе. На
мемориальной доске «Milestone» отлита надпись, гласящая: «Вклад А.С. Попова в развитие
электросвязи, 1895. 7 мая 1895 года А.С. Попов продемонстрировал возможность
передачи и приема коротких и продолжительных сигналов на расстояние до 64
метров посредством электромагнитных волн с помощью специального переносного
устройства, которое реагировало на электрические колебания, что стало
определяющим вкладом в развитие беспроволочной связи». Аналогичная мемориальная
доска установлена в Швейцарии. Она свидетельствует о том, что Маркони начал
свои опыты по беспроволочной телеграфии 25 сентября 1895 г.
Приоритет Попова также обосновывается тем фактом, что он 25 марта 1896 г.
(то есть за два месяца до заявки Маркони) провёл опыты с радиотелеграфией,
соединив свой аппарат с телеграфом и послав на расстояние 250 м радиограмму
из двух слов: «Генрих Герц». При этом ссылаются на воспоминания близких
Попова, а также на доклад профессора В.В. Скобельцына в электротехническом
институте от 14 апреля 1896 года «Прибор А. С. Попова для регистрации
электрических колебаний». В докладе (появившемся до первого патента Маркони) прямо
говорится :
«В заключение докладчик произвёл опыт с вибратором Герца, который был
поставлен в соседнем флигеле на противоположной стороне двора. Несмотря на
значительное расстояние и каменные стены, расположенные на пути распространения
электрических лучей, при всяком сигнале, по которому приводился в действие
вибратор, звонок прибора громко звучал».
Запись относится к заседанию русского физико-химического общества 24 марта
1896 года; в записи чётко оговорено, что Поповым на значительное расстояние
передавались именно сигналы, то есть, по сути дела, это было то самое
устройство, которое через несколько месяцев будет запатентовано Маркони.
Однако уже в протоколе заседания 25 марта сказано: «А.С. Попов показывает
приборы для лекционного демонстрирования опытов Герца». 19/31 октября 1897 г.
(то есть уже после создания Маркони радиостанции, передававшей на 21 км)
Попов говорил в докладе в электротехническом институте: «Здесь собран прибор
для телеграфирования. Связной телеграммы мы не сумели послать, потому что у
нас не было практики, все детали приборов нужно ещё разработать». Передача же
первых радиотелеграмм Поповым, согласно документальным свидетельствам,
произошла 18 декабря 1897 г.
Сторонники приоритета Попова указывают, что:
• Попов первый продемонстрировал практичный радиоприёмник (7 мая 1895)
• Попов первый продемонстрировал опыт радиотелеграфии, послав радиограмму
(24 марта 1896).
• И то и другое произошло до патентной заявки Маркони.
• Радиопередатчики Попова широко применялись на морских судах.
На это критики возражают, что:
• Первое устройство, которое можно назвать приёмником, создал Генрих Герц
в 1888 году, а приёмник, работающий на когерере, создал Оливер Лодж в
1895 году и тогда же провёл удачный эксперимент с радиотелеграфической
связью, послав сигнал азбукой Морзе на расстояние 40 метров. Приёмник
Попова был лишь его усовершенствованием.
• Не существует документально подтверждённых данных, что Попов пытался
серьёзно заниматься внедрением радиотелеграфии до 1897 г. (то есть до
того, как узнал о работах Маркони).
• В своей лекции (тема лекции: «Об отношении металлических порошков к
электрическим колебаниям») Попов не касался вопросов радиотелеграфии и
даже не пытался приспособить для неё радиоприемник (прибор был
приспособлен для улавливания атмосферных явлений и получил название
«грозоотметчик») .
• Целью Попова было воспроизведение опытов Лоджа, и его радиоприёмник
представлял собой «всего лишь» усовершенствованную модификацию когерер-
ного приёмника Лоджа.
Таким образом, по мнению некоторых критиков, «отцом» радио в широком смысле
слова является Герц, «отцом-распространителем» радиотелеграфии — Маркони,
который приспособил передатчик Герца и приёмник Попова к практической задаче —
передаче и приёму радиотелеграмм, соединив первый с телеграфным ключом, а
второй — с печатающим телеграфным аппаратом. Но в целом постановка вопроса об
изобретении радио вообще (а не радиотелеграфии и других конкретных форм его
применения) по мнению Никольского так же нелепа, как постановка вопроса об
«изобретении» земного притяжения.
В СССР пропагандировался приоритет Попова в изобретении радио, в частности
в «Энциклопедическом словаре» было написано: «Радио изобретено русским учёным
А.С. Поповым в 1895». Попову приписывают также изобретение антенны, хотя сам
Попов писал, что «употребление мачты на станции отправления и на станции
приёма для передачи сигналов с помощью электрических колебаний» — заслуга
Николы Теслы. Приписывалось Попову и создание когерера. При этом не только
опыты Оливера Лоджа, но и само его существование замалчивалось, как и
замалчивались и ранние опыты Теслы. Так, в 3 издании БСЭ работы Теслы в области радио
датированы эпохой после Попова: «Работы Т. по беспроволочной передаче
сигналов в период 1896—1904 (...) оказали существенное влияние на развитие
радиотехники .»
В то же время во многих западных странах, особенно в Италии и Англии,
пропагандировался лозунг «Маркони — отец радио», о Попове и его изобретениях
сознательно умалчивалось.
Гульельмо Маркони (итал. Guglielmo Marchese Marconi;
1874—1937) — маркиз, итальянский радиотехник и
предприниматель , один из изобретателей радио; лауреат Нобелевской
премии по физике За 1909 год.
Родился в Болонье, в семье крупного землевладельца.
В 13 лет поступил в технический институт в Ливорно. В
1894 году под влиянием посмертно изданных трудов Генриха
Герца, а также Николы Теслы заинтересовался вопросами
передачи электромагнитных волн и поступил в обучение к
профессору физики Болонского университета Аугусто Риги,
занимавшемуся исследованиями в этом направлении. Тогда же в
имении своего отца начал проводить опыты по сигнализации с помощью
электромагнитных волн. В 1895 году Маркони послал беспроводной сигнал из своего сада
в поле на расстояние 3 км. Тогда же предложил использование беспроводной
связи министерству почты и телеграфа, но получил отказ.
В начале 1896 года приехал в Великобританию, где продемонстрировал свой
аппарат : с помощью азбуки Морзе передал сигнал с крыши лондонского почтамта в
другое здание на расстояние 1,5 км. Изобретение заинтересовало крупного
физика В.Г. Приса, бывшего директором британской почты и телеграфа; под его
руководством, Маркони повёл дальнейшие работы. 2 июня 1896 года подал заявку на
I
«усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов и в
аппаратуре для этого». 2 сентября провёл первую публичную демонстрацию своего
изобретения на равнине Солсбери, добившись передачи радиограмм на расстояние 3
км.
В качестве передатчика Маркони применил генератор Герца в модификации Риги,
а в качестве приёмника — прибор Попова (созданный, в свою очередь, на основе
прибора Лоджа), в который Маркони ввёл разработанный им самим вакуумный
когерер, повысивший стабильность работы прибора и его чувствительность, а также
дроссельные катушки.
2 июля 1897 получил патент и уже 20 июля создал и организовал крупное
акционерное общество («Маркони К°»). Для работы в своей фирме Маркони пригласил
многих видных учёных и инженеров. Летом того же года осуществил передачу
радиосигналов на 14 км через Бристольский залив, в октябре — на расстояние 21
км. В ноябре того же года построил первую стационарную радиостанцию на
острове Уайт, обеспечившую связь острова с материком на расстоянии 23 км. В мае
1898 года впервые применил систему настройки (на принципах, открытых в
предыдущем году Оливером Лоджем); запатентовал её в 1900 (патент № 7777). В том же
году открыл в Челмсфорде первый «завод беспроволочного телеграфа», на котором
работают 50 человек.
Огромное влияние на дальнейшее развитие радиотехники оказала совершенно
ошибочная точка зрения Маркони, что электромагнитные волны могут без больших
потерь проходить через грунт и воду. Это позволило ему убеждать как себя, так
и других, что возможна передача радиоволн на огромные расстояния (противная
точка зрения утверждала, что прохождение радиоволн возможно только в условиях
прямой видимости, и радиопередача на далёкие расстояния будет невозможной
ввиду кривизны Земли). В действительности потери при прохождении радиоволн
через грунт и воду огромны, что знал ещё Тесла, но радиоволны достаточно
низкой частоты могут отражаться от ионосферы и огибать весь земной шар. Именно
эта вера позволила Маркони в декабре 1901 года организовать первую радиосвязь
через Атлантический океан (передал букву S азбуки Морзе), о чем сообщил сам
лично, но это сообщение не подтверждается источниками. В конце следующего
года была налажена регулярная трансатлантическая радиосвязь.
В 1905 — запатентовал направленную связь.
В 1919 — полномочный представитель Италии на Парижской мирной конференции.
От имени Италии подписал мирные договоры с Австрией и Болгарией.
В 1932 — установил первую радиотелефонную микроволновую связь. В 1934 году
он продемонстрировал возможность применения микроволновой телеграфии для нужд
навигации в открытом море.
Последние годы жизни провёл в Италии. Член Фашистской партии с 1923 года
(впоследствии — член Большого Совета партии). Сенатор.
Карл Фердинанд Браун (нем. Karl Ferdinand Braun;
1850—1918) — немецкий физик, лауреат Нобелевской премии
по физике в 1909 г. (совместно с Г. Маркони).
Интенсивно участвовал в разработке технического применения
электромагнитных волн. Изобретатель кинескопа (катодно-
лучевой трубки). В немецко-говорящих странах кинескоп
до сих пор называют трубкой Брауна.
Фердинанд Браун родился в семье гессенского
чиновника. Посещал гимназию в городе Фульда. В 1868 г.
поступил в Марбургском университете, где приступил к
изучению физики, химии и математики. В 1869 г. переезжает в
Берлин, где работает в частной лаборатории Г.Г. Магнуса. После смерти Магнуса
весной 1870 г. продолжает исследования у Георга-Германа Квинке, причём
особенно интересуется колебаниями струны. По этой теме защищает в 1872 г.
диссертацию на степень доктора физики.
Так как у Брауна не было денег, чтобы занять должность ассистента, а позже
и приват-доцента, он сдаёт в 1873 г. госэкзамен на учителя гимназии и в
следующем году начинает работу в качестве второго учителя математики и
естествознания в лейпцигской школе Святого Фомы. Там, помимо главной своей
деятельности, он занимался также научными исследованиями колебаний и проводимости
тока. При этом он делает первое своё открытие. На эту тему он пишет в 1874 г. в
Analen der Physik und Chemie: «... большое количество естественных и
искусственных серных металлов... имело разное сопротивление в зависимости от
направления, величины и продолжительности тока. Различия составляли до 30 % от полной
величины.»
Этот эффект выпрямителя в кристаллах противоречил закону Ома, и на него
почти не обратили внимания. Однако это открытие подтвердило научную репутацию
Брауна. Объяснения этому эффекту Браун, несмотря на интенсивные исследования,
дать не смог — для этого недоставало тогда фундаментальных знаний по физике.
Это нашло объяснение только в ХХ-м веке с развитием квантовой механики.
В 1877 г. Браун становится профессором теоретической физики в Марбурге. В
1880 г. он переезжает в Страсбург и становится профессором физики в
университете Карлсруэ. В 1887 г. он переезжает в университет им. Эбернарда Карла в
Тюбингене и принимает там активное участие в основании и постройке
физического института. В 1895 г. он становится директором института и профессором в
Страсбургском университете.
Браун был известен среди студентов за мастерство делать понятные доклады и
понятные даже дилетантам эксперименты. В этом же свободном, местами
юмористическом стиле он написал учебник «Молодой математик и естествоиспытатель»,
который был издан в 1875 г.
Среди его учеников наиболее известны Джонатан Ценнек — основоположник
изучения ионов, а также Леонид Исаакович Мандельштам и Николай Дмитриевич Папа-
лекси, которые были основателями русской школы высокочастотной техники.
Своей известности он обязан в основном своей катодо-лучевой трубке. Сегодня
под этим прибором понимается вакуумированная трубка с горизонтальными и
вертикальными отклоняющими катушками. Первая версия, которая была сделана в 1897
г. в Карлсруэ, была не так совершенна: у неё был холодный катод и умеренный
вакуум, что требовало ускоряющих напряжений в 100 киловольт, чтобы световой
след отклонённого магнитным полем луча был виден. Кроме того, магнитное
отклонение было сделано только в одном направлении. Второе направление
развёртывалось при помощи вращающегося зеркала, помещённого перед светящимся слоем.
Однако промышленность сразу заинтересовалась открытием, и поэтому оно быстро
модифицировалось. Уже в 1899 г. ассистент Брауна — Ценнек — ввёл магнитное
вертикальное отклонение, потом последовал накаливаемый катод, цилиндр Венель-
та и высокий вакуум. Таким образом, эти трубки могли применяться не только
для осциллографов, но и после 1930 г. в качестве основной детали телевизоров.
После изобретения кинескопа Браун начинает исследования в области
беспроводного телеграфа. Проблема радиотехники в то время состояла в отсутствии
надёжного приёмника. Как физик, Браун привык полагаться на воспроизводимые
условия экспериментов. Привычные в то время приёмники на основе когерера не
могли обеспечить этого. Поэтому Браун заменил когерер на кристаллический
детектор, что в те времена привело к большому прогрессу в чувствительности
приёмника, несмотря на то, что кристаллический детектор должен был постоянно
заново настраиваться. Только электронные лампы смогли заменить кристаллический
детектор, который, однако, и после этого продолжал использоваться в простых
приёмниках. Также первые УКВ радары использовали такой детектор.
Браун также помог в развитии радиотехнических передатчиков. Маркони собрал
свой передатчик преимущественно методом проб и ошибок, и Браун смог его
улучшить, основываясь на физических рассуждениях. Первоначально колебательный и
антенный контура составляли одно целое. Браун разделил их. Теперь появился
первичный контур, состоящий из конденсатора и искрового промежутка, и
индуктивно связанный антенный контур. В такой системе было гораздо легче повысить
энергию передатчика. Поэтому уже в 1899 г. появились настолько мощные
передатчики , что понятие дальняя телеграфия получило оправдание: если до тех пор
могли делать передачи только на 20 км, то в 1901 г. Маркони смог осуществить
передачу из Англии в Северную Америку.
Одновременно с этим пытался Браун заменить технологию пробойной искры,
которая производила только затухающие колебания. Ему удалось это при помощи
генераторов переменного тока, которые производили незатухающие колебания.
Сделать то же самое при помощи обратной связи на электронных лампах ему не
удалось.
Браун также занимался проблемой направленности радиопередач. Он был одним
из первых, кому удалось построить направленную антенну.
В 1909 г. Браун получает, совместно с итальянцем Гульельмо Маркони,
Нобелевскую премию «за выдающийся вклад в создание беспроволочной телеграфии».
Браун был сооснователем 000 Радиотелеграфия Кёльн (1898) и Общества по
беспроводной телеграфии Telefunken в Берлине (1903). Последняя компания привела
его в возрасте 64 лет с подорванным здоровьем в Нью-Йорк: большая
радиостанция в Сэгвиле должна была прекратить свою работу из-за патентного спора.
Процесс затягивался, причём вступление США в войну застало Брауна врасплох, и он
не мог больше вернуться в Германию. Он продолжал проживать как
интернированный в Бруклине, пока в 1918 г. не умер в результате несчастного случая.
Фрэнсис Уильям Астон (англ. Francis William Aston;
1877—1945) — английский физик, член Лондонского
королевского общества (1921), член-корреспондент АН СССР (1924),
лауреат Нобелевской премии по химии за 1922 год.
Окончил Бирмингемский и Кембриджский университеты. С
1909 года преподавал в Бирмингемском университете. С 1920
года — член Тринити-колледжа Кембриджского университета.
В 1913 году Дж.Дж. Томсон и Астон впервые получили
указания на существование стабильных изотопов у неона, а в
1919 году, сконструировав масс-спектрометр, Астон оконча-
20
тельно доказал существование двух изотопов неона — Ne и
22Ne. С помощью масс-спектрометра Астон открыл 213
устойчивых изотопов химических элементов, определил их
относительную распространённость. В 1925 году построил масс-спектрограф большой
разрешающей силы, с его помощью произвёл точные измерения масс и определил
дефекты масс ряда изотопов. На основании полученных данных в 1927 году
построил первую кривую упаковочных коэффициентов, характеризующую энергию связи
атомных ядер.
Макс фон Лауэ (нем. Max von Laue; 1879—1960) — немецкий физик, лауреат
Нобелевской премии по физике в 1914 году «за открытие дифракции рентгеновских
лучей на кристаллах».
После окончания школы в 1898 году, фон Лауэ служил один
год в армии по призыву. Затем поступил в Страсбургский
университет, где приступил к изучению математики, физики и
химии. Вскоре фон Лауэ перешёл в Гёттингенский
университет , после этого провёл один семестр в Мюнхенском
университете и затем перешёл учиться в Берлин, под руководством
Макса Планка. В 1903 году защитил диссертацию по теории
интерференции на параллельных пластинках и стал в 1905
году ассистентом у Макса Планка. После защиты второй
диссертации в 1906 году занялся теорией относительности и при
помощи оптических опытов получил в 1907 году важные
экспериментальные подтверждения релятивистского правила
сложения скоростей. В 1909 году получает в Мюнхенском
университете место приват-доцента теоретической физики.
В 1910 году женился на Магдалене Деген.
В 1912 году фон Лауэ переходит в Цюрих. Там он предсказал дифракцию
рентгеновских лучей на кристаллах, что было экспериментально подтверждено двумя его
студентами — Фридрихом138 и Книпингом139. Таким образом, был подтверждён
волновой характер рентгеновского излучения. Кроме того, при помощи этого метода
удалось выяснить структуру многих кристаллов. За эти достижения Макс фон Лауэ
получил в 1914 году Нобелевскую премию по физике.
В 1919 году возвращается в Берлин, где дорабатывает свою первоначальную
«геометрическую теорию» интерференции рентгеновских лучей до так называемой
«динамической теории». В 1921 году получает памятную медаль Адольфа фон
Байера и в 1932 году медаль имени Макса Планка. Во время нацизма он выступает в
защиту Эйнштейна и т.н. «еврейской физики», за что его досрочно отправляют в
1943 году на пенсию. После войны он подвергается интернированию в Англии и
пишет в это время «Историю Физики».
После окончания войны он активно участвует в восстановлении немецкой
научной отрасли. Основывает «Немецкое физическое общество в британской
оккупационной зоне» и участвует в восстановлении «Сообщества немецких физических
обществ», в основании «Федеративного физико-технического учреждения» в городе
Брауншвейг, а также «Немецкого исследовательского сообщества» (главного
распределителя исследовательских грантов ФРГ) . В 1951 году фон Лауэ становится
директором института Фрица Габера общества Макса Планка в Западном Берлине
(район Далем). Кроме того, он был почётным членом Свободного университета
Берлина, от которого он получил звание почётного доктора в 1958 году Институт
имени Лауэ — Ланжевена в Гренобле носит его имя. Незадолго до смерти его
именем была названа гимназия в городе Кобленц.
Фон Лауэ был страстным автомобилистом и любил ездить на больших скоростях.
Несмотря на это, ни разу, до несчастного случая, в котором он погиб, он не
попадал в аварию. 8 апреля 1960 году по пути в лабораторию он наехал на своей
машине на мотоциклиста, который получил водительские права за два дня до
этого . Мотоциклист погиб на месте, а машина фон Лауэ упала со скоростного шоссе.
Несмотря на то, что фон Лауэ остался жив после аварии, от полученных ранений
138 Фридрих (Friedrich) Вальтер (1883-1968) , немецкий физик, член (1949) и президент
(1951-56) Германской АН в Берлине. Участник открытия дифракции рентгеновских лучей
(1912). Труды по физике и биологическому действию рентгеновского и других
ионизирующих излучений.
139 Книппинг (Knipping) Пауль (1883-1935) , немецкий физик. Участник открытия (1912)
под руководством М. Лауэ дифракции рентгеновских лучей на кристаллах. Труды по
рентгеновской спектроскопии.
он скончался 24 апреля 1960 года.
Сэр Уильям Генри Брэгг (англ. Sir William Henry Bragg;
1862—1942) — английский физик, лауреат Нобелевской премии
по физике За 1915 г. (совместно со своим сыном У.Л.
Брэггом) .
Английский физик Уильям Генри Брэгг родился на ферме
вблизи Уигтона, Камберленд, в семье Роберта Джона Брэгга,
бывшего офицера торгового флота, и Мэри (Вуд) Брэгг,
дочери викария Уэствордского прихода. Мать умерла, когда
ему было 7 лет, и с тех пор он жил у своего дяди, который
заботился о его образовании. Когда мальчику исполнилось
13 лет, отец послал его в Кинг-Уильям-колледж, среднюю
школу на острове Мэн, где мальчик прекрасно занимался по
всем предметам, за исключением церковной истории и греческого языка.
В 1881 г. Б. поступил в Тринити-колледж в Кембридже, где он стал блестящим
студентом-математиком. На последнем курсе он слушал лекции по физике Дж.Дж.
Томсона, который и сообщил Брэггу о вакансии в Аделаидском университете в
Австралии. Брэгг подал заявление и был назначен на должность профессора
математики и физики, которую занимал в течение 18 лет. Поскольку его подготовка в
области физики уступала его познаниям в математике, большую часть долгого
морского путешествия он провел, изучая учебники по физике, которые взял с
собой.
Брэгг прибыл в Аделаиду в 1885 г. Здесь он занялся педагогической
деятельностью, участвовал в общественной жизни университета, работал в Австралийской
ассоциации содействия развитию науки. Почти 20 лет он не пытался проводить
какие-либо самостоятельные исследования. В 1889 г. он женился на Гвендолин
Тодц, дочери сэра Чарлза Тодда, министра почт Южной Австралии. У них было два
сына, младший из которых погиб в первую мировую войну, и дочь. За эти годы
Брэгг занял видное положение в южно-австралийском обществе, но опубликовал
всего лишь несколько небольших статей.
В 1904 г., когда Б. было 42 года, его глубоко заинтересовали результаты
последних исследований в области радиоактивности, включая работы Эрнеста Резер-
форда и Марии и Пьера Кюри. Он провел свое первое самостоятельное
исследование, дабы пролить свет на феномен радиоактивности. Следующие три года Брэгг
изучал проникающую способность альфа-частиц (ядер атома гелия), которые
испускаются атомами радиоактивных веществ при распаде, то есть когда их ядра
распадаются на ядра других элементов. Он обнаружил, что альфа-частицы,
испускаемые данным радиоактивным веществом, можно разбить на хорошо различимые
группы, так что все частицы из одной группы проходят одинаковое расстояние до
того, как будут поглощены расположенным на их пути веществом. Открытие этих
групп, которое оказалось весьма неожиданным, показало, что альфа-частицы
испускаются только с определенными начальными скоростями. Отсюда вытекало, что
распад родительского радиоактивного ядра проходит поэтапно, причем каждое
промежуточное дочернее ядро испускает альфа-частицу с отличной от других
начальной скоростью. Следовательно, пройденное альфа-частицей расстояние можно
было использовать для определения типа ядра, испускающего эту частицу. Это
открытие вместе с экспериментальным исследованием других радиоактивных
излучений принесло Брэггу международную известность.
В 1908 г. Брэгг получил должность профессора физики в университете Лидса и
в начале следующего года вместе с семьей возвратился в Англию. В течение
нескольких следующих лет он проводил интенсивные исследования свойств рентге-
новских и гамма-лучей, считая, что они больше похожи на поток частиц, чем на
волны. В этот период он вел бурные дебаты с Чарлзом Г. Баркла о природе
рентгеновских лучей. Однако в 1912 г. Макс фон Лауэ обнаружил дифракцию
(отклонение) рентгеновских лучей на кристаллах, причем возникавшая интерференционная
картина напоминала аналогичную картину для света. Поскольку подобные картины
могли быть порождены только волнами, Брэгг перестал защищать корпускулярную
теорию, сказав, что «теории - это не более чем удобные и привычные
инструменты». Проблема, заявил он, «не в том, чтобы выбрать между двумя теориями
рентгеновских лучей, а в том, чтобы построить теорию, которая совместила бы
сильные стороны обеих точек зрения». Квантовая теория, создававшаяся в первой
четверти XX в. трудами Макса Планка, Альберта Эйнштейна и Нильса Бора,
подвела к выводу, что электромагнитное излучение (и свет, и рентгеновские лучи)
обладает свойствами, как волн, так и частиц.
Старший сын Брэгга, который по возвращении семьи в Англию поступил в
Кембридж для изучения физики, начал в 1912 г. исследования под руководством
Дж.Дж. Томсона. Обсудив проблему дифракции рентгеновских лучей со своим
отцом, У.Л. Брэгг пришел к убеждению, что волновая картина этих лучей,
описанная Лауэ, верна, однако он чувствовал, что в своих объяснениях Лауэ излишне
усложнил детали дифракции. У.Л. Брэгг выдвинул предположение, что атомы
кристалла располагаются в плоскостях и что рентгеновские лучи отражаются от этих
плоскостей, образуя дифракционные картины, которые определяются специфическим
расположением атомов. Из этой теории следовало, что дифракционные картины
рентгеновских лучей можно использовать для определения атомной структуры
кристаллов. В 1913 г. У.Л. Брэгг опубликовал формулу, ныне носящую название
Закона Брэгга и указывающую угол, под которым нужно направить рентгеновские
лучи на кристалл, чтобы определить его структуру по дифракционной картине.
Пока его сын работал над теоретическими аспектами дифракции рентгеновских
лучей, Брэгг изобрел инструмент, названный рентгеновским спектрометром и
предназначенный для регистрации и измерения длины волн дифрагированных
рентгеновских лучей. Работая вместе, Брэгги использовали рентгеновский
спектрометр для определения структуры различных кристаллов, и к 1914 г. они свели
анализ простых кристаллов к стандартной процедуре.
Проводя дифракционные исследования кристаллов хлористого натрия (поваренной
соли), Брэгги обнаружили, что это вещество состоит не из молекул, а из
расположенных определенным образом ионов натрия и ионов хлора (ион - это
заряженный атом). Ранее предполагалось, что все соединения имеют молекулярную
природу, что, например, поваренная соль образована отдельными молекулами,
состоящими из атомов натрия и атомов хлора. Открытие Брэггов, что некоторые
соединения носят ионный характер, и не существует, например, такого объекта, как
молекула хлористого натрия, имело фундаментальное значение для химиков.
Голландский химик Петер Дебай использовал эти результаты в своих
основополагающих исследованиях поведения ионов в растворах.
Изобретение Брэггом рентгеновского спектрометра и его работа вместе с сыном
по исследованию кристаллов легли в основу современной науки - рентгеновской
кристаллографии. Рентгеновская дифракционная техника используется
специалистами по материалам, минералогами, керамистами и биологами. Она помогла
решить ряд проблем, начиная с диагностики внутренних напряжений в металлических
деталях машин и кончая определением строения биологических молекул, таких,
как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Хотя современные рентгеновские
спектрометры в высокой степени автоматизированы, принципиальная схема и
методы анализа остаются теми же самыми, которые были разработаны Брэггами.
В 1915 г. Брэгги были награждены Нобелевской премией по физике «за заслуги
в исследовании структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей». За год до
этого разразилась первая мировая война, и церемония награждения была отмене-
на. Г.Д. Гранквист из Шведской королевской академии наук в своем эссе,
написанном в 1919 г., так охарактеризовал работу Брэггов. Благодаря их методам,
указал он, «был открыт совершенно новый мир, который частично был ими
исследован с отменной тщательностью». Брэгг не читал Нобелевской лекции.
В том же году, когда он получил Нобелевскую премию, Брэгг стал профессором
физики Университетского колледжа в Лондоне. Первая мировая война затормозила
его исследования по строению кристаллов, во время войны Брэгг возглавлял
группу ученых, занимавшихся вопросами морской акустики и подводных
акустических датчиков. После войны он собрал большую исследовательскую группу,
которая занялась рентгеновским анализом органических кристаллов, что привело к
возникновению еще одной современной науки - молекулярной биологии. Сам Брэгг
преуспел в определении структуры нафталина и его производных, тогда как
другие члены группы исследовали различные классы органических соединений и
провели теоретический анализ дифракции рентгеновских лучей на сложных
кристаллах.
В 1923 г. Брэгг стал директором Королевского института в Лондоне, и его
группа продолжила там исследование органических кристаллов. Блестящий оратор,
Брэгг получал много приглашений из разных концов Англии прочитать лекции как
для студентов, так и для своих коллег по профессии. Во время второй мировой
войны он активно работал в нескольких правительственных научно-
консультационных комитетах, так что времени для научных исследований
оставалось немного. Тем не менее, он сохранил живой интерес к работе Королевского
института и продолжал писать статьи о новых достижениях в рентгеновской
кристаллографии почти до самой своей смерти, которая наступила в Лондоне 12
марта 1942 г.
Известный своим дружелюбием, щедростью и простотой, Брэгг преклонялся перед
традициями и мастерством. Будучи глубоко религиозным человеком, он
интересовался взаимоотношениями между наукой и религией и написал об этом книгу. Его
самой большой привязанностью была его семья, и смерть жены в 1929 г. была для
него страшным ударом. Брэгг был заядлым игроком в гольф и талантливым
художником-любителем, а кроме того, играл на флейте.
Кроме Нобелевской премии, Брэгг получил много наград, в том числе медаль
Румфорда (1916 г.) и медаль Копли (1930 г.) Королевского общества. Он получил
дворянское звание в 1920 г. и орден «За Заслуги» в 1931 г. Президент
Королевского общества с 1935 по 1940 г., Брэгг был также членом ведущих научных
академий других стран. У него было 16 почетных докторских степеней британских и
иностранных университетов.
Сэр Уильям Лоренс Брэгг (англ. Sir William Lawrence
Bragg, 1890—1971) — австралийский физик, лауреат
Нобелевской премии по физике за 1915 год (совместно со своим
отцом Уильямом Генри Брэггом). Самый молодой нобелевский
лауреат по физике за всю историю премии. Занимал пост
директора Кавендишской лаборатории в Кембридже в то время,
когда там, в феврале 1953 г., Дж. Уотсоном, Ф. Криком и Р.
Франклин была открыта структура ДНК. Уотсон и Крик,
совместно с сотрудником лондонского королевского колледжа М.
Уилкинсом, были награждены Нобелевской премией по
физиологии за 1962 год («за открытия, касающиеся молекулярной
структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи
информации в живых системах»). Розалинд Франклин умерла в
1958 году и по правилам Нобелевского комитета не могла быть выдвинута на
номинацию награждена Нобелевской премии.
Брэгг родился в Северной Аделаиде, в Австралии. Он был впечатлительным
мальчиком и рано показал интерес к науке. Его отец, Уильям Генри Брэгг был
профессором математики и физики в Аделаидском университете. В начале школы,
когда ему было 5 лет, Уильям Лоренс Брэгг упал с велосипеда и сломал руку.
Его отец, который недавно прочёл об экспериментах Вильгельма Рентгена,
использовал недавно открытые лучи для диагноза сломанной руки сына. Это было
первым документально подтверждённым применением рентгеновских лучей в
хирургических целях в Австралии.
Брэгг был очень способным студентом. После начала обучения в 1904 г. в
колледже Св. Петра в Аделаиде он поступил в Университет Аделаиды в возрасте 14-
ти лет и изучал там математику и физику. Окончил университет в 1908 г. В том
же году его отец принял предложение о работе в Лидском университете и перевёз
семью в Англию. Брэгг поступил осенью 1909 г. в Колледж Тринити в Кембридже,
получив стипендию для изучения математики, несмотря на то, что сдавал экзамен
в постели, заболев воспалением лёгких. После успешного обучения математике в
начале обучения, он перешёл в последующие годы к изучению физики и окончил
колледж в 1911 году.
Наибольшую известность Брэггу принёс его закон о дифракции рентгеновских
лучей на кристаллах. Закон Брэгга позволяет рассчитать положение атомов в
кристалле по дифракционной картине, которую образуют рентгеновские лучи
проходя сквозь кристаллическую решётку. Он сделал это открытие в 1912 году, в
течение первого года в качестве студента-исследователя в Кембридже. Он
обсуждал свои идеи с отцом, который разработал в Лидсе рентгеновский спектрометр.
Этот инструмент позволил проанализировать большое количество кристаллов.
Сотрудничество отца и сына вселяло во многих людей убеждение в том, что эти
исследования инициировал отец. Такая точка зрения расстраивала сына.
Исследования Брэгга прерывались первой и второй мировыми войнами. Во время
обеих войн он работал над методом звукового обнаружения пушек противника.
Осенью 1915 года его брат Роберт погиб. В то же время Уильям Лоренс Брэгг
узнал, что он стал самым молодым человеком, когда-либо получавшим Нобелевскую
премию — в возрасте 25 лет, «за заслуги в исследовании кристаллов с помощью
рентгеновских лучей». В промежутке между войнами с 1919 по 1937 гг. он
работал в викторианском университете Манчестера в качестве профессора физики. В
1921 г. он женился на Элис Хопкинсон. Посвящен в рыцари в 1941 году.
После второй мировой войны он вернулся в Кембридж, разделив при этом Кавен-
дишскую лабораторию на исследовательские группы. Он считал, что идеальной
исследовательской единицей является группа из одного до 6—12 учёных и
нескольких ассистентов. В 1948 г. Брэгг заинтересовался структурой белков, и
частично его заслугой было формирование группы, которая использовала физику для
исследования биологических проблем. Он сыграл главную роль в открытии в 1953 г.
структуры ДНК, главным образом тем, что поддержал Фрэнсиса Крика и Джеймса
Уотсона, которые работали под его руководством в Кавендишской лаборатории.
Брэгг был отблагодарён тем, что увидел, как метод, который он разработал
более сорока лет назад, послужил основой этому знаменательному взгляду в саму
природу жизни. В то же время в Кавендишской лаборатории Макс Перутц делал
исследования о структуре гемоглобина, которые принесли ему Нобелевскую премию.
Брэгг систематически и успешно продвигал и номинировал Крика, Уотсона и Уил-
кинса на нобелевскую премию по физиологии и медицине за 1962 г. Вклад в
открытие, сделанный королевским лондонским колледжем по определению структуры
ДНК и последующей её проверки, признан участием Уилкинса в Нобелевской
премии.
В апреле 1953 г. Брэгг принимает приглашение о работе в качестве
постоянного профессора Королевского Учреждения в Лондоне. Он внёс предложение о том,
что Учреждение должно было проводить общественную работу, и предложил серию
лекций с экспериментами для школьников. Его идея была встречена с энтузиазмом
и в 1965 г. примерно 20000 школьников посещали эти лекции каждый год. Он
работал в Королевском Учреждении до ухода на пенсию в сентябре 1966 года.
Интересами Брэгга были рисование, литература и увлечение садоводством,
которое продолжалось всю жизнь. Когда он переехал в Лондон ему недоставало
сада, и он подрабатывал садовником на полставки, не ставив в известность своего
работодателя, пока однажды один его знакомый с удивлением не узнал его.
Брэгг получил как медаль Копли так и королевскую медаль от королевского
научного общества. В 1967 г. Брэгг стал кавалером Ордена Кавалеров Почёта. Он
умер в больнице недалеко от своего дома в Валдрингфорде, 1-го июля 1971 года.
С 1992 года Австралийский Физический Институт награждает золотой медалью
Брэгга за отличие в физике за лучшую кандидатскую диссертацию, выполненную в
австралийском университете.
В честь Уильяма Лоренса Брэгга и его отца Уильяма Генри назван Институт
Брэгга (англ. Bragg Institute) — австралийская группа по исследованию
рассеивания нейтронного и рентгеновского излучения.
Вульф Георгий (Юрий) Викторович (1863-1925),
российский физик, член-корреспондент РАН (1921), - родился в
дворянской семье. После окончания 6-ой классической
гимназии в Варшаве поступил на естественное отделение
физико-математического факультета в Варшавский университет.
Со 2-го курса занимался кристаллографией у профессора
А.Е. Лагорио и в физической лаборатории у профессора Н.Е.
Егорова. На 3-м курсе выполнил экспериментальную работу
по изучению электрических свойств кварца, выдвинутую
факультетом на конкурс, и получил золотую медаль. После
окончания университета в 1885 году был оставлен А.Е.
Лагорио на кафедре минералогии и занимался изучением
теплоемкости минералов калориметром Бунзена.
В 1888 году, после сдачи магистерского экзамена переехал в Петербург, где
работал в Минералогическом кабинете. В 1889 году Вольф командирован в Мюнхен
к профессору П. Гроту, где провел работу по исследованию кристаллов
сернокислого бериллия, послужившую основой для магистерской диссертации.
В 1890-1891 годах в Париже он работал в лаборатории академика Корню над
изучением упругости твердых тел.
В 1892 году Вульф защитил в Варшаве магистерскую диссертацию по теме
«Свойства некоторых псевдосимметрических кристаллов и т.д.» («Записки
Императорского Минералогического Общества», II серия, XXIX часть), после чего открыл в
тамошнем Университете приват-доцентский курс.
В 1896 году защитил диссертацию в Новороссийском университете (г. Одесса) и
в 1887 году был назначен профессором в Казанский университет. В конце 1898
года после ухода А.Е. Лагорио возглавил кафедру минералогии в Варшавском
университете . Можно предположить, что активное сочувствие демократическим силам
в период 1905-1907 года, вынудило Вульфа в 1907 году подать в отставку и
переехать в Москву. Вернулся он к работе в Московский университет только в 1909
году. Но уже в 1911 году вместе с передовой профессурой покинул Московский
университет в знак протеста против реакционной политики Министерства
просвещения и перешёл в Народный университет им. Шанявского. Здесь Вульф впервые в
России поставил эксперименты по рентгеноструктурным исследованиям кристаллов.
В 1913 открыл закон интерференции рентгеновских лучей, отражённых атомными
плоскостями кристаллов, и независимо от У. Г. Брэгга вывел основную формулу
рентгеноструктурного анализа (Брэгга-Вульфа условие). В этот же период он из-
бран Почетным членом Российского минералогического общества.
В 1917 году вернулся в Московский университет, где в 1918 году избран
профессором. С 1921 года член-корреспондент АН СССР.
В последние году занимался просветительской деятельностью, возглавляя
Общество попечения об учащихся детях Тверского района г. Москвы и Общество
грамотности в Тарусе Калужской губернии. Председатель Общества распространения
физических наук им. Н.А. Умова.
Основные научные работы Вульфа все имеют своим предметом кристаллографию,
кристаллофизику, кристаллооптику, рентгеноструктурный анализ, минералогию.
Основной взгляд, проводимый Вульфом в его научных трудах, университетских и
публичных лекциях, сводится к тому, что минералогия не есть самостоятельная
наука и что владеть ею способен лишь ученый, глубоко знающий физику и химию в
качестве основных предметов, а не вспомогательных. Образовавшись в качестве
науки о «третьем царстве природы», царстве мертвых предметов, минералогия
оказалась конгломератом различных наук, как, например, чисто биологической -
палеонтологии, чисто физической - кристаллографии, и чисто химической -
собственно минералогии. Смешение этих дисциплин вводит в науку нежелательный
дилетантизм.
Вульф предложил способ вывода всех видов симметрии кристаллов, разработал
графический метод обработки результатов измерения с помощью сетки (сетка
Вульфа, линейка Вульфа-Федорова). Установил влияние силы тяжести на форму
кристалла во время его роста из раствора (1895). Сконструировал вращающийся
кристаллизатор и разработал метод выращивания кристаллов правильной формы.
Установил закон процесса роста кристаллов, по которому скорости роста граней
пропорциональны их удельным поверхностным энергиям (закон Вульфа). Вульф
изобрёл наглядный графический метод обработки результатов измерения кристаллов с
помощью стереографической сетки, получившей его имя. Дал новый способ вывода
всех групп симметрии кристаллов. Вульфу принадлежат также работы в области
роста кристаллов, изучения жидких кристаллов и кристаллооптики.
НКарл Манне Георг Сигбан (швед. Karl Manne Georg
Siegbahn; 1886—1978) — шведский физик, лауреат Нобелевской
премии по физике в 1924 году «За открытия и исследования в
области рентгеновской спектроскопии».
Манне Сигбан родился в семье станционного смотрителя
шведской железной дороги Нильса Рейнхольда Георга Сигбана
и его жены Эммы Софии Матильды (ур. Цеттенберг) . В 1906
году Сигбан поступил в университет Лунда, который он
окончил в 1911 году защитой докторской диссертации по теме
«Измерение магнитного поля». Уже с 1907 по 1911 год Сигбан
работал ассистентом профессора Иогана Ридберга. После
защиты диссертации Сигбан стал доцентом и в 1915 году —
профессором. После смерти Ридберга в 1919 году Сигбан занял его кафедру. В 1923
году Сигбан перешёл в Упсальский университет и в 1937 году стал профессором-
исследователем в Королевской Шведской Академии Наук. С 1938 по 1947 год
Сигбан — президент международного союза чистой и прикладной физики (IUPAP).
В 1914 году Сигбан женился на Катрин Хёгбом. Отец двух сыновей: Во (род.
1915), сделавшего карьеру дипломата, и Кая, ставшего физиком и получившего в
1981 году Нобелевскую премию.
С 1908 по 1912 год Сигбан работал над задачами в области электричества и
магнетизма. Затем его интерес переместился в область рентгеновской спектро-
скопии. Он предложил улучшения в схеме и методике эксперимента, которые
привели к заметному увеличению точности измерений и позволили (совместно с
развивавшейся в то время квантовой механикой) получить полное понимание оболо-
чечной структуры электронной оболочки атома. В 1923 году Сигбан выпустил
монографию «Спектроскопия рентгеновского излучения», в которой были собраны все
результаты его работы, и которая стала классическим примером научной
литературы. В 1924 году Сигбан был удостоен Нобелевской премии по физике.
После перехода в академию наук Сигбан занялся ядерной физикой и инициировал
построение циклотрона для ускорения дейтронов, генератора высокого
напряжения, многих бета-спектрометров и одного электронного микроскопа. При помощи
этого оборудования его институт занял одно из ведущих мест в исследовании
атомного ядра и процессов радиоактивного излучения.
Кай Манне Бёрье Сигбан (швед. Kai Manne Borje
Siegbahn; 1918—2007) — шведский физик, лауреат
Нобелевской премии по физике в 1981 году (половина премии «за
вклад в развитие электронной спектроскопии высокого
разрешения» . Вторую половину премии получили Николас Блом-
берген и Артур Шавлов «за вклад в развитие лазерной
спектроскопии» .)
Кай Сигбан родился в семье будущего Нобелевского
лауреата (1924) Карла Манне Сигбана. Окончил гимназию в Уп-
псале. С 1936 по 1942 год изучал в Упсальском
университете физику, математику и химию. В 1944 году защитил
диссертацию в Стокгольмском университете. С 1942 по 1951 год
работал в Нобелевском институте физики. В 1951 году стал
профессором физики в Королевском технологическом институте в Стокгольме. В
1954 году перешёл на кафедру в университете Уппсалы, которой раньше, до 1937
года заведовал его отец. Являлся членом многих научных сообществ, среди
прочих Королевской шведской академии наук. Кай Сигбан был президентом
Международного союза чистой и прикладной физики (ИЮПАП). Иностранный член РАН
(1994) .
Сигбан разработал методы химического анализа при помощи электронной
спектроскопии высокого разрешения.
23 мая 1944 года женился на Анне Врите Редин. Отец трёх детей — Пер (1945),
Ганс (1947; в настоящее время профессор физики в Уппсале) и Нильс (1953) .
Аллан МакЛеод Кормак (англ. Allan McLeod Cormack; 1924—
1998) — южноафриканский американский физик, лауреат
Нобелевской премии по физиологии и медицине 1979 года «за
разработку компьютерной томографии», которую он получил с
Годфри Хаунсфилдом.
Родители Аллана Кормака, отец-инженер и мать-
учительница, переехали в Южную Африку перед Первой мировой
войной из северной Шотландии. Кормак родился 23 февраля
1924 года в Йоханесбурге и был младшим из трёх детей. В
1936 году семья обосновалась в Кейптауне, где Кормак
закончил Кейптаунский университет в 1945 году. Его интерес к
астрономии пробудил желание изучать физику и математику. После окончания
университета он поехал в качестве студента-исследователя в колледж Сент-Джона в
k. fa
Кембриджском университете и работал в Кавендишской лаборатории у Отто Фриша.
Там он познакомился с американской студенткой, которая позже стала его женой.
В 1950 году вернулся в Кейптаун, где в основном занимался ядерной физикой и
физикой элементарных частиц, но в 1956 году заинтересовался проблемой
рентгеновской технологии, которая позже привела к появлению компьютерной
томографии. Во время научной командировки в Гарвардский университет в 1956—1957
годах, где Кормак работал на циклотроне, он получил предложение в Тафтский
университет. Там Кормак проработал всю жизнь. В 1968—1976 годах был Заведующим
отделом физики университета.
В 1963—1964 годах Кормак опубликовал несколько работ по компьютерной
томографии , что вначале не заинтересовало научное сообщество. Он вернулся к этой
проблеме вновь лишь в начале 1970-х годов, когда появились новые разработки в
этой области.
Годфри Ньюболд Хаунсфилд (англ. Godfrey Newbold
Hounsfield; 1919—2004) — британский инженер-электрик,
лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1979
года «за разработку компьютерной томографии», которую он
получил совместно с теоретиком Алланом Кормаком.
Именем учёного названа шкала измерения плотности среды
для рентгеновских лучей, используемая в томографии —
шкала Хаунсфилда. Диапазон единиц шкалы, соответствующих
коэффициенту поглощения рентгеновского излучения нор-
мальными анатомическими структурами организма, составляет от —10 до +10 .
Средний показатель в шкале Хаунсфилда (0 HU) соответствует плотности воды,
отрицательные величины шкалы соответствуют воздуху и жировой ткани,
положительные — мягким тканям, костной ткани и более плотному веществу (металл).
Прототип компьютерного томографа
История томографии:
• До XX в. Математики Фредгольм и Абель исследуют свойства семейства
интегральных уравнений, позже ставших основой томографии.
• В 1895 г. В.К. Рентген открывает проникающие «Х-лучи», позже названные
благодарными физиками и врачами его именем — «рентгеновские».
• В 1905 г. Я. Ван-Циттерт осуществил томографическое измерение
распределение яркости далёкой звезды по радиусу как численное обратное
преобразование Абеля.
• В 1917 году австрийский математик Иоганн Радон предложил способ
обращения интегрального преобразования, впоследствии получившего его имя,
благодаря которому стало возможно восстанавливать изначальную функцию, зная
её преобразование. Однако в то время работа Радона не попала в поле
зрения исследователей и вскоре была незаслуженно забыта современниками.
• В 20-х гг. XX в. французский врач Бокаж изобрёл и запатентовал
томографический механический сканер, который должен был оставлять на
рентгенограмме неразмытым только заданный слой тела пациента. Это называлось
«рентгеновская планиграфия», а также «биотомия», а позже было названо
«классическая томография».
• В 1930 г. А. Валлебона, как сообщают, «разработал принцип послойного
рентгенологического исследования (томографии)».
• В 1934 г. В.И. Феоктистов создал первый действующий рентгеновский
томограф.
• В 1937 г. польский математик Качмаж опубликовал алгоритм, который
впоследствии был использован Кормаком и Хаунсфилдом без ссылки на автора.
• В 1937 г. И. Раби открыл новое явление — ядерный магнитный резонанс
(ЯМР) в изолированном ядре.
• В 1938 г. А. Ощепков изобрёл СВЧ-интроскопию.
• В 1941 г. А.Н. Тихонов изобрёл метод регуляризации, сделавший возможным
реконструкцию при неточных проекциях.
• 1941—1945 гг. Рентгеновские, гамма- и нейтронные интроскопы с
вычислительной томографической обработкой по Тихонову осуществлены в СССР для
задач дефектоскопии в авиационной и пушечной отраслях промышленности, а
к концу войны — и для контроля объёмного распределения процессов в
ядерных реакторах.
• В 1944 г. Е. К. Завойский открыл новое явление — электронный
парамагнитный резонанс (ЭПР) .
• В 1946 г. Ф. Блох и Э. Парселл повторили открытие И. Раби в
конденсированных средах.
• В 1953 г. И. А. Бочек изобрёл стохастическую версию алгоритма Качмажа,
избавившую реконструкции от регулярных артефактов и значительно
увеличивший качество изображений.
• В 1953 г. советский математик Вайнштейн доказал теорему о связи
минимального достаточного количества проекций с группой симметрии объекта,
резко упростившую томографию.
• В 1960 г. В.А. Иванов изобрёл ЯМР-томографию (внутривидение на основе
ядерного магнитного резонанса).
• В 1963 году американский физик А. Кормак повторно (но отличным от Радона
способом) решил задачу томографического восстановления, а в 1969 году
английский инженер-физик Г. Хаунсфилд из фирмы EMI Ltd. сконструировал
«ЭМИ-сканер» (EMI-scanner) — первый компьютерный рентгеновский томограф,
чьи клинические испытания прошли в 1972 году. В 1979 году Кормак и Ха-
унсфилд «за разработку компьютерной томографии» были удостоены
Нобелевской премии по физиологии и медицине.
• А в 2003 за изобретение метода магнитно-резонансной томографии, на
основе открытия Реймонда Дамадьяна, Нобелевскую премию по физиологии и
медицине получили Питер Мэнсфилд и Пол Лотербур.
• В 2010 году создана так называемая четырёхмерная электронная томография
— техника визуализирования динамики трёхмерных объектов во времени. Эта
техника позволяет наблюдать за пространственно-временными
характеристиками микрообъектов.
Чандрасекхара Венката Раман (Raman, Chandrasekhara
Venkata; 1888—1970) — лауреат Нобелевской премии по
физике за 1930 год («за работы по рассеянию света и за
открытие эффекта, названного в его честь»). Рамановское
рассеяние положило начало целому направлению в спектроскопии
молекул и кристаллов — рамановской спектроскопии.
Индийский физик Чандрасекхара Венката Раман родился в
Тируччираппали в семье Чандрасекхара Айяра, профессора
математики и физики колледжа при Обществе распространения
Евангелия, и урожденной Парвати Аммал, происходившей из
семьи, которая дала несколько известных знатоков
санскрита. С 1901 по 1906 г. Раман посещал колледж миссис А.В.Н.
в Вишакхапатнаме, а затем перешел в Президентский колледж
Мадрасского университете, который закончил в 1904 г. в 16-летнем возрасте,
первым в своем классе, с золотой медалью по физике. Оставшись в аспирантуре
Мадрасского университета, Раман в 1907 г. получил степень магистра с
наивысшими отличиями.
Слабое здоровье не позволило ему продолжить образование в Европе, но и дома
он упорно отклонял все возможности присоединиться к индийскому академическому
обществу. Вместо этого он в 1907 г. поступил на индийскую гражданскую службу
и за десять лет выдвинулся в высший эшелон министерства финансов. Раман, еще
с детства питавший страсть к музыке, параллельно с исполнением своих
обязанностей по службе провел экспериментальное и теоретическое исследование
струнных инструментов и индийских барабанов. К 1917 г. он опубликовал около
тридцати статей по результатам своих исследований в этой области, выполненных в
лаборатории Индийской ассоциации по распространению науки и культуры в
Калькутте .
Эти публикации снискали ему определенную репутацию в научных кругах, и в
1917 г. ему предложили занять пост профессора на только что созданном
факультете физики при Калькуттском университете. Он принял это предложение, и
вскоре физический факультет Калькуттского университета завоевал международное
признание высоким качеством исследований, выполненных его сотрудниками под
руководством Р., Мегнада Саха и Шатьендраната Бозе. К этому времени Р.
заинтересовался оптикой.
В 1921 г. он впервые посетил Европу, где принимал участие в работе
Конгресса британских университетов, состоявшегося в Оксфорде. На обратном пути в
Индию, на борту пассажирского судна, Раман был поражен темно-синим цветом моря.
Через год он теоретически доказал, что цвет моря определяется рассеянием
света на молекулах воды, подобно тому как цвет неба объясняется рассеянием света
на молекулах воздуха. Наблюдения Рамана послужили началом семилетних
исследований рассеяния света молекулами жидкостей, твердых тел и газов. Уделяя этим
исследованиям основное внимание, он вместе с тем не прекращал и работ в
области физики музыкальных звуков. Его международная известность, достигнутая
благодаря этим работам, настолько возросла, что в 1924 г. он был избран
членом Лондонского королевского общества.
За год до этого события Раман и его сотрудники впервые заметили, что
рассеянный свет сопровождается более слабым вторичным излучением, длина волны
которого отличается от длины волны первичного излучения. В последующие годы
Раман и К.С. Кришнан усовершенствовали методику эксперимента, стремясь выделить
и измерить замеченное вторичное излучение. Они исследовали рассеяние света,
когда сфокусированный пучок солнечных лучей проходил сквозь чистую жидкость
или очищенный от пыли воздух. В статье, опубликованной в 1928 г. в «Индийском
физическом журнале» («Indian Journal of Physics»), они показали, что
вторичное излучение состоит из света с различными длинами волн, главным образом
более длинных и более низкой энергии, чем падающий свет. Раман и Кришнан
сообщили также, что длины волн, возникающих при таком рассеянии, зависят от
природы молекул, на которых происходит рассеяние, и характерны для вещества,
состоящего из этих молекул. Авторы отметили также, что при изменении длины
волны освещающего источника света индуницированное вторичное излучение также
меняет свою длину волны, хотя сдвиг по энергии между первичным и вторичным
излучением остается постоянным. Эти сдвиги энергий, впоследствии получившие
название эффекта Рамана, могут служить чувствительным инструментом исследования
структуры молекул. В квантовой механике эффект Рамана описывается как обмен
энергией между молекулами рассеивающего вещества и падающим светом.
В 1928 г. этот же эффект был открыт независимо от Рамана советскими
физиками Григорием Ландсбергом и Леонидом Мандельштамом, но, поскольку работы
Рамана и Кришнана отличались большей полнотой, приоритет открытия остался за
ними. Более того, хотя взаимодействие молекул со светом было предсказано
Адольфом Смекалем в 1923 г. и Вернером Гейзенбергом, Раман был первым, кто
наблюдал его.
В 1930 г. Раман был удостоен Нобелевской премии по физике «за работы по
рассеянию света и за открытие эффекта, названного в его честь». При
презентации лауреата Ханс Плейель, член Шведской королевской академии наук, сказал,
что «эффект Рамана уже привел к важным результатам в определении химического
состава веществ... Чрезвычайно важный инструмент, который дал нам в руки
Раман, в ближайшем будущем приведет к углублению наших знаний о структуре
материи» .
Поскольку эффект Рамана для проведения высокоточных измерений требует очень
интенсивных монохроматических источников света, до изобретения лазеров, т.е.
до начала 60-х гг., он мало использовался. С помощью лазеров - идеальных
источников монохроматического излучения - ученые начали систематически
проводить анализ структуры молекул на основе эффекта Рамана, и поныне остающегося
постоянным средством лабораторных исследований.
В 1933 г. Раман стал директором Индийского научно-исследовательского
института в Бангалоре. Продолжая работы, связанные с эффектом, он также приступил
к кристаллографическим исследованиям алмазов. Раман установил, что
люминесценция алмаза, возбуждаемая ультрафиолетовым светом, обусловлена не примесями
или дефектами, как принято было считать ранее, а свойством, присущим самому
алмазу. Кроме того, он исследовал взаимодействия атомов в кристаллах со
светом и звуком и влияние звуковых волн на рассеяние света.
После выхода в отставку (1948) он занял пост директора Рамановского научно-
исследовательского института, построенного Индийской академией наук на
средства , выделенные несколькими годами раньше правительством Майсура. Раман и
его ученики, кроме продолжающихся работ по оптике и структуре кристаллов,
начали вести также исследования по физиологии зрения. В 60-е гг. они попытались
развить новую теорию цветного зрения и исследовать окраску цветов различных
растений. В музее драгоценных камней при Рамановском научно-исследовательском
институте собранная им коллекция алмазов насчитывает несколько сотен камней.
В 1907 г. Р. вступил в брак с Локой Сундари Аммал, талантливой артисткой,
разделявшей его интерес к музыкальным инструментам. У супругов родилось двое
сыновей. Продуктивный исследователь с разносторонними интересами, Раман
служил образцом для индийского научного сообщества, которое он помог создать, и
всячески поошрял интерес к науке у широкой общественности. Талантливый
педагог, сыгравший ведущую роль в культурном возрождении Индии, он снискал
широкую популярность благодаря тонкой интуиции, чувству юмора и любви к музыке.
Он активно занимался научной деятельностью вплоть до самой смерти в возрасте
восьмидесяти двух лет, последовавшей 21 ноября 1970 г. в Бангалоре.
Кроме Нобелевской премии, Р. был удостоен золотой медали Маттеуччи
Итальянской национальной академии наук (1928), медали Хьюза Лондонского королевского
общества (1930), медали Франклина Франклиновского института (1941),
Международной Ленинской премии, врученной Советским правительством (1957). В 1954 г.
индийское правительство удостоило его одной из высших почестей - титула
«Жемчужина Индии». Ему были присвоены почетные ученые степени университетами
Калькутты, Бомбея, Мадраса, Бенареса, Дакки, Майсура, Дели, Фрейбурга, Глазго
и Парижа. Как член-основатель Индийской академии наук, Раман оставался на
посту ее президента до самой смерти. Он состоял также иностранным членом
Цюрихского физического общества, Лондонского королевского общества, Королевского
философского общества в Глазго, Ирландской королевской академии,
Американского оптического общества, Американского минералогического общества и Папской
академии наук, а также многих других научных обществ и организаций. В 1929 г.
Раман получил от британского правительства дворянский титул.
В Леонид Исаакович Мандельштам (1879—1944) — советский
физик, академик АН СССР (1929, чл.-корр. 1928). В 1928 открыл
(совместно с Г. С. Ландсбергом) комбинационное рассеяние
света на кристаллах. Мандельштамом совместно с Н.Д. Папа-
лекси выполнены основополагающие исследования по нелинейным
колебаниям, разработан метод параметрического возбуждения
электрических колебаний, предложен радиоинтерференционный
метод. Труды по рассеянию света. Ленинская премия (1931),
премия им. Д. И. Менделеева (1936) , Сталинская премия
(1942).
Родился в семье врача Исаака Григорьевича Мандельштама и
Мины Львовны Кан. Получил высшее образование в Новороссийском университете
(Одесса) (исключён в 1899 году) и Страсбургском университете, где его дядя
А.Г. Гурвич работал ассистентом у известного антрополога Густава Швальбе (G.
Schwalbe). Степень доктора натуральной философии (физики) Страсбургского
университета (1902).
С 1925 работал в Москве. Профессор Московского государственного
университета. Практически заново создал физико-математический факультет, который многое
потерял в связи с уходом П.Н. Лебедева в 1911 году (Дело Кассо) . В связи с
его успехами в университет создал Физический факультет в 1933 году. С 1934
работал также в Физическом институте АН СССР.
В 1944 году в связи с событиями на кафедре теоретической физики физического
факультета МГУ подписал письмо 14 академиков. Когда B.C. Кафтанов в ответ на
обращение учёных провёл совещание, прибыл на это собрание как представитель
«академистов», хотя очевидцы отмечали, что на тот момент он был уже глубоко
болен.
В 1907 году женился на Лидии Соломоновне Исакович. Сын Сергей (1910—1990).
В 1918 г. Мандельштам предсказал расщепление линии рэлеевского рассеяния,
вследствие рассеяния света на тепловых акустических волнах. Начиная с 1926
г., Мандельштам и Ландсберг развернули в МГУ экспериментальное изучение
молекулярного рассеяния света в кристаллах. В результате этих исследований 21
февраля 1928 г. Ландсберг и Мандельштам обнаружили эффект комбинационного
рассеяния света. О своем открытии они сообщили на коллоквиуме от 27 апреля
1928 г. и опубликовали соответствующие научные результаты в советском и двух
немецких журналах.
В том же 1928 г. индийские ученые Ч.В. Раман и К.С. Кришнан искали некую
комптоновскую компоненту рассеянного солнечного света в жидкостях и парах.
Неожиданно для себя они обнаружили явление комбинационного рассеяния света.
По словам самого Рамана: «Линии спектра нового излучения в первый раз удалось
наблюдать 28 февраля 1928 года». Таким образом, комбинационное рассеяние
света индийские физики впервые наблюдали на неделю позже, чем Ландсберг и
Мандельштам в МГУ. Тем не менее, Нобелевская премия по физике 1930 года была
присуждена лишь Раману, а комбинационное рассеяние света в иностранной
литературе с тех пор носит название «эффект Рамана».
Григорий Самуилович Ландсберг (1890—1957) — советский
физик, академик АН СССР (194 6; член-корреспондент с 1932
года) , лауреат Сталинской премии (1941) . Его труд —
«Элементарный учебник физики» в 3-х томах многие годы является
лучшим учебником физики для школьников, многократно
переиздавался .
Начал учёбу в Вологодской гимназии, но окончил её уже в
Нижнем Новгороде. После этого Григорий Самуилович поступил
на физико-математический факультет Московского
университета и окончил его в 1913 году с дипломом первой степени.
Ландсберг остался при университете, чтобы подготовиться к
Званию профессора, преподавал в 1913—1915, 1923—1945 и
1947—1951 годах (профессор с 1923 года). Доцент Омского
сельскохозяйственного института (1918—1920), профессор 2-го Государственного
университета в Москве. В 1945—1947 годах был профессором общей физики
инженерно-физического факультета Московского механического института. В 1951—1957
годах профессор Московского физико-технического института. С 1934 года
работал в Физическом институте АН СССР.
Фундаментальные труды по оптике и спектроскопии. В 1926 году впервые
выделил и исследовал молекулярное рассеяние света в кристаллах. В 1928 году
совместно с Леонидом Мандельштамом открыл явление комбинационного рассеяния
света (одновременно с Ч.В. Раманом и К.С. Кришнаном), экспериментально
подтвердил существование тонкой структуры в линии рэлеевского рассеяния, как
следствие рассеяния света на тепловых акустических волнах. В 1931 — обнаружил
явление селективного рассеяния света. Положил начало отечественной
спектроскопии органических молекул и изучению внутри- и межмолекулярных
взаимодействий в газах, жидкостях и твёрдых телах. Разработал методы спектрального
анализа металлов и сплавов (Государственная премия СССР, 1941), а также сложных
органических смесей, в том числе моторного топлива. Автор известного курса
оптики, редактор популярного «Элементарного учебника физики» (т. 1—3, 7 изд.,
1971). Основатель и председатель Комиссии по спектроскопии, которая
впоследствии была преобразована в Институт спектроскопии АН СССР (ИСАИ, Троицк).
Создал школу атомного и молекулярного спектрального анализа. Награжден двумя
орденами Ленина, а также медалями.
Главный редактор универсального «Элементарного учебника физики» в 3 томах.
В 1955 году подписал «Письмо трёхсот».
Начиная с 1926 года, Мандельштам и Ландсберг развернули в МГУ
экспериментальное изучение молекулярного рассеяния света в кристаллах, чтобы
подтвердить предсказанное ранее Мандельштамом расщепление линии рэлеевского
рассеяния. В результате этих исследований 21 февраля 1928 года Ландсберг и
Мандельштам обнаружили эффект комбинационного рассеяния света. О своем открытии они
сообщили на коллоквиуме от 27 апреля 1928 года и опубликовали соответствующие
научные результаты в советском и двух немецких журналах.
Однако в том же 1928 году индийские ученые Ч.В. Раман и К.С. Кришнан искали
некую комптоновскую компоненту рассеяного солнечного света в жидкостях и
парах. Неожиданно для себя они обнаружили явление комбинационного рассеяния
света. По словам самого Рамана: «Линии спектра нового излучения были в первый
раз наблюдены 28 февраля 1928 года». Таким образом, комбинационное рассеяние
света индийские физики впервые наблюдали на неделю позже, чем Ландсберг и
Мандельштам в МГУ. Тем не менее, Нобелевская премия по физике 1930 года была
присуждена лишь Раману, а комбинационное рассеяние света в иностранной
литературе с тех пор носит название «эффект Рамана».
Абрам Фёдорович Иоффе (1880—1960) — российский и
советский физик, организатор науки, обыкновенно именуемый
«отцом советской физики», академик (1920), вице-президент
АН СССР (1942—1945), создатель научной школы, давшей
многих выдающихся советских физиков, таких как А.
Александров , М. Бронштейн, Я. Дорфман, П. Капица, И. Кикоин, Б.
Константинов, И. Курчатов, Н. Семёнов, Я. Френкель и
другие.
Родился в 1880 году в семье купца второй гильдии Файви-
ша (Фёдора Васильевича) Иоффе и домохозяйки Рашели
Абрамовны Вайнштейн. Среднее образование получает в реальном
училище города Ромны Полтавской губернии (1889—1897), где
Заводит дружеские отношения со Степаном Тимошенко, связь с которым
поддерживает и в зрелом возрасте.
1902 — окончил Санкт-Петербургский Технологический институт. 1905 — окончил
Мюнхенский университет в Германии, где работал под руководством В.К. Рентгена
и получил степень доктора философии.
С 1906 работал в Политехническом институте, где в 1918 организовал Физико-
механический факультет для подготовки инженеров-физиков. В 1911 принял
лютеранство для вступления в брак с нееврейкой. Профессор с 1913.
В 1911 году А.Ф. Иоффе определил заряд электрона, использовав ту же идею,
что и Р. Милликен: в электрическом и гравитационном полях уравновешивались
заряженные частицы металла (в опыте Милликена — капельки масла). Однако эту
работу Иоффе опубликовал в 1913 году (Милликен опубликовал свой результат
несколько раньше, поэтому в мировой литературе эксперимент получил его имя).
С 1913 по 1915 год читал лекции на Курсах П.Ф. Лесгафта.
В 1913 защитил магистерскую и в 1915 г. докторскую диссертации по физике. С
1918 — член-корреспондент, а с 1920 — действительный член Российской академии
наук.
В 1918 создаёт и возглавляет физико-технический отдел при Государственном
рентгенологическом и радиологическом институте, являясь также Президентом
этого института (директором был профессор Неменов М.И.). В 1921 стал
директором Физико-технического института АН СССР, созданного на основе отдела и
названного теперь его именем. В 1919—1923 — председатель Научно-технического
комитета петроградской промышленности, в 1924—1930 — председатель
Всероссийской ассоциации физиков, с 1932 — директор Агрофизического института.
Абрам Иоффе — один из инициаторов создания Дома учёных в Ленинграде (1934).
В начале Отечественной войны назначен председателем Комиссии по военной
технике, в 1942 — председателем военной и военно-инженерной комиссии при
Ленинградском горкоме партии.
В 1944 году А.Ф. Иоффе, в свою очередь, принял участие в судьбе Физического
факультета МГУ. От его имени В.М. Молотову было написано письмо четырёх
академиков , которое инициировало разрешение противостояния между так называемой
«академической» и «университетской» физикой.
В декабре 1950, во время кампании по «борьбе с космополитизмом», Иоффе был
снят с поста директора и выведен из состава Учёного совета института. В 1952
году возглавил лабораторию полупроводников АН СССР. В 1954 на основе
лаборатории организован Институт полупроводников АН СССР.
Автор работ по экспериментальному обоснованию теории света (1909—1913),
физике твёрдого тела, диэлектрикам и полупроводникам. Иоффе был редактором
многих научных журналов, автором ряда монографий, учебников и популярных книг, в
том числе «Основные представления современной физики» (1949), «Физика
полупроводников» (1957) и другие.
Крупнейшей заслугой А.Ф. Иоффе является основание уникальной физической
школы, которая позволила вывести советскую физику на мировой уровень. Первым
этапом этой деятельности была организация в 1916 семинара по физике. К
участию в своём семинаре Иоффе привлёк молодых учёных из Политехнического
института и Петербургского университета, которые вскоре стали его ближайшими
соратниками при организации Физико-технического института. По инициативе Иоффе
начиная с 1929 были созданы Физико-технические институты в крупных
промышленных городах: Харькове, Днепропетровске, Свердловске и Томске. За глаза и
ученики, и другие коллеги с любовью и почтением называли Абрама Фёдоровича «папа
Иоффе».
Под руководством А.Ф. Иоффе начинали свою научную деятельность будущие
Нобелевские лауреаты П.Л. Капица, Н.Н. Семёнов, Л.Д. Ландау, работали
крупнейшие учёные А.П. Александров, А.И. Алиханов, Л.А. Арцимович, М.П. Бронштейн,
Я.Г. Дорфман, Я.Б. Зельдович, И.К. Кикоин, Б.П. Константинов, И.В. Курчатов,
И.Е. Тамм (также будущий лауреат Нобелевской премии), Я.И. Френкель, Ю.Б. Ха-
ритон и многие другие.
А.Ф. Иоффе скончался в своём рабочем кабинете 14 октября 1960 года.
Похоронен на Литераторских мостках Волкова кладбища, на его могиле установлен
памятник работы М.К. Аникушина.
Герой Социалистического Труда (1955). Заслуженный деятель науки РСФСР
(1933) , лауреат Сталинской премии (1942), Ленинской премии (посмертно, 1961) .
Иоффе был членом многих академий наук: Гёттингенской (1924), Берлинской
(1928), Американской академии наук и искусств (1929), почётным членом АН
Германии «Леопольдина» (1958), Итальянской АН (1959), почётным доктором
Калифорнийского университета (1928), Сорбонны (1945), университетов Граца (1948),
Бухареста и Мюнхена (1955).
Карл Александр Мюллер (нем. Karl Alexander Muller; род. 1927) — швейцарский
физик, лауреат Нобелевской премии по физике в 1987 г., совместно с Георгом
Беднорцем, «за важный прорыв в физике, выразившийся в
открытии сверхпроводимости в керамических материалах».
Мюллер получил степень доктора в 1958 г. в Высшей
технической школе Цюриха. Начиная с 1963 г., проводил
исследования по физике твёрдого тела в исследовательской
лаборатории фирмы IBM в Цюрихе. Возглавлял там физический
отдел и в 1982 г. стал членом IBM.
Будучи специалистом по оксидным керамическим
соединениям, Мюллер приступил в начале 1980-х годов к поискам
веществ , способных к сверхпроводимости при более высоких
температурах, чем были достигнуты до тех пор. Самая
высокая известная температура перехода в сверхпроводящее состояние равнялась в то
время 23 К (-250 °С). В 1983 г. Мюллер принял на работу Беднорца, чтобы
провести систематическое исследование различных оксидов на сверхпроводимость. В
1986 г. им удалось обнаружить сверхпроводимость в недавно созданном барие-
лантано-медном оксиде при температуре 35 К (-238 °С) . Вслед за их
исследованиями по всему миру последовала волна экспериментов с использованием оксидов
и в течение одного года были обнаружены вещества, переходящие в
сверхпроводящее состояние при температурах около 100 К (-173 °С).
Исследования, последовавшие за работой Мюллера и Беднорца, показали
возможность применения сверхпроводимости для производства и передачи
электроэнергии, что сулит большую экономическую выгоду.
Йоханнес Георг Беднорц (нем. Johannes Georg Bednorz;
^ЯЦ|^. род. 16 мая 1950, Нойенкирхен, ФРГ) — немецкий физик.
jF ^% Лауреат Нобелевской премии по физике (совместно с Алек-
'(■ л ~ач ^ сандром Мюллером) в 1987 году за открытие высокотемпера-
Л > п турнои сверхпроводимости.
После окончания школы и подготовительного курса для
поступления в университет (Abitur) в гимназии «Мартинум» в
городе Эмсдеттен, Беднорц поступает в 1968 г. в
Вестфальский Университет Вильгельма в городе Мюнстер. Так как он
чувствовал себя неудобно среди огромного числа студентов,
а также из-за того, что он не выдержал вступительной
контрольной работы для допуска к химическим лабораторным
работам, он поменял себе специальность на минералогию. Свою
дипломную работу он написал под руководством профессора
Вольфганга Гоффмана в области кристаллографии по теме синтетических перовски-
тов.
Летом 1972 года Беднорц впервые работал в исследовательской лаборатории IBM
в Цюрихе (Швейцария) в качестве студента-практиканта. Спустя год он еще раз
прошел там практику, и в 1974 году, в течение шести месяцев под руководством
Ганса Йорга Шееля, проводил в той же лаборатории эксперименты для своей
дипломной работы по описанию и росту кристаллов перовскитов (SrTiOs) . В 1977
году, после того как он провел ещё один год в Мюнстере, Беднорц начал работу
над диссертацией в «лаборатории физики твёрдого тела» в Высшей Технической
Школе Цюриха под руководством профессора Хайни Грэнихера и Александра
Мюллера.
После начала в 1982 году работы в IBM, он приступил к 1983 г., совместно с
Мюллером, к работе по высокотемпературной сверхпроводимости в керамиках на
основе оксидов меди. Они систематически проверяли новые материалы в надежде
на то, что эти материалы могли быть сверхпроводниками. В 1986 г. им удалось
обнаружить сверхпроводимость в барий-лантан-медном оксиде при температуре 35
К (-238 °С) — на 12 К больше, чем температура сверхпроводимости, достигнутая
когда-либо ранее. За эту работу им была присуждена Нобелевская премия по
физике За 1987 год.
Пол Чу (Paul Chu) named Best Researcher in the United
States by US News and World Report in 1990, Professor C.W.
"Paul" Chu has continued his award winning research as a
professor of physics, director of the Texas Center for
Superconductivity, and the T.L.L. Temple Chair of Science,
since joining the faculty in 1979. In 1988, he received a
National Medal of Science for leading a team of scientists
in the discovery of high temperature superconductivity.
Beginning in the summer of 2001, Chu will serve as
president of the Hong Kong University of Science and
Technology. He will continue to serve the University of
Houston as the Temple Chair and lead his research program at
the Texas Center for Superconductivity.
"When I started my academic career thirty years ago, I was told that there
were three missions of professors: teaching, research and service," he said.
"I think as a professor my ultimate duty is to teach our students and also to
serve our local and global communities. I strongly believe that without
research, a university's knowledge will become stale, and teaching and service
will become less effective."
In 2000, Chu visited Washington, D.C., to contribute a sample of his
groundbreaking research in the field of high temperature superconductivity to
the National Millennium Time Capsule Project. Chu's work has resulted in the
publication of more than 460 papers in referred journals, as well as entries
on lasers and superconductivity for Funk and Wagnall encyclopedias.
Born in Hunan, China, he received his B.S. degree from Cheng-Kung
University in Taiwan. After service with the Nationalist Chinese Air Force, he
earned a M.S. degree from Fordham University, Bronx, N.Y., and completed his
Ph.D. at the University of California at San Diego - all three degrees in
physics.
Chu is the recipient of more than a dozen honorary professorships and
doctorates and awards, and belongs to a host of national and international
societies and organizations. He believes the unique dynamics between UH and the
city of Houston has enabled him to successfully do the things he loves most -
- teach and study superconductivity.
Professor Emeritus of the University of Tokyo, Shoji
Tanaka, Honorary Director General and Advisor of
Superconductivity Research Laboratory (SRL) in International
Superconductivity Technology Center (ISTEC), passed away on
November 11th , 2011.
Prof. Tanaka verified the superconducting phenomena of
cuprate high temperature superconductor (HTS) for the
first time in the world in 1987. After his verification,
the world —wide HTS fever was ignited. In 1988, he retired
from the University of Tokyo. After his retirement, he
endeavored to establish a new joint laboratory of industry,
academia, and government. He was appointed as a Vice President of ISTEC and
the first Director General of SRL in ISTEC. He served his position till 2008.
During the period, he developed a variety of new HTS materials and also
technology for fabricating HTS bulks, wires, and devices. He also contributed to
raise young researchers and engineers.
He was born in Odawara, Kanagawa Prefecture, in 1927. He graduated from the
Applied Mathematics in the School of Engineering of the University of Tokyo
in 1950, and was appointed as an assistant professor in the department of
Applied Physics in 1958, professor in 1968, and Professor Emeritus in 1988. He
was approved to be a Vice President of ISTEC and the Director General of SRL
in 1988. Prof. Tanaka achieved great success in various research fields
including semiconductor devices, electron transport phenomena, charge-density
wave, and superconductivity. In 1999 he received the degree of Honorary
Doctor of Science from the Purdue University in USA, and in 2005, he was engaged
as an Advisory Professor of Shanghai University. He received two awards, the
Medal with Purple Ribbon and the Order of the Rising Sun, from Japanese
Emperor, in 1990 and 1999, respectively. He also received many other domestic
and international awards.
Фрэнсис Пейтон Роус (Раус, англ. Francis Peyton Rous,
1879—1970) — американский патолог, лауреат Нобелевской
премии по физиологии и медицине в 1966 году «за открытие
онкогенных вирусов». Разделил премию с Чарлзом Хаггинсом,
награждённым «за открытия, касающиеся гормонального
лечения рака предстательной железы».
Окончил медицинскую школу университета Джонса Хопкинса.
С 1909 работал в Рокфеллеровском институте медицинских
исследований (Нью-Йорк), с 1945 почётный член этого
института. Редактор «Journal of Experimental Medicine».
Наиболее крупная научная заслуга Роуса - открытие опухо-
леродных вирусов; в 1911 он показал, что саркома кур
может быть перевита от больной птицы здоровой не только
клетками, но и бесклеточными фильтратами опухолевой ткани. В последующем
вирус саркомы Рауса был идентифицирован, изучался многими онкологами и
вирусологами и широко применяется в онковирусологических исследованиях. Роус и его
сотрудники установили, что механизмы иммунитета организма к опухолеродному
вирусу и к пораженной им опухолевой клетке различны; показали, что онкоген-
ность опухолеродных вирусов возрастает при их применении совместно с
канцерогенными веществами или стимуляторами клеточного роста. Роус опубликовал также
ряд обобщающих работ о роли вирусов в происхождении опухолей и выдвинул
понятие прогрессии опухолей. Член Национальной АН США и многих других академий и
научных обществ.
Пётр Леонидович Капица (1894—1984) — инженер, физик, академик АН СССР
(1939) .
Лауреат Нобелевской премии по физике (1978) за открытие явления
сверхтекучести жидкого гелия, ввёл в научный обиход термин «сверхтекучесть». Известен
также работами в области физики низких температур, изучении сверхсильных
магнитных полей и удержания высокотемпературной плазмы. Разработал
высокопроизводительную промышленную установку для ожижения газов (турбодетандер).
С 1921 по 1934 год работал в Кембридже под руководством
Резерфорда. С 1934 года переехал в СССР. С 194 6 по 1955
годы был уволен из государственных советских учреждений
из-за отказа сотрудничать с властями в работе над
советским атомным проектом. Он работал в нескольких местах
одновременно. Но ему было оставлена возможность до 1950 г.
работать профессором в МГУ им. Ломоносова.
Дважды лауреат Сталинской премии (1941, 1943). Награждён
большой золотой медалью имени М. В. Ломоносова АН СССР
(1959) . Дважды Герой Социалистического Труда (1945, 1974) .
Действительный член Лондонского Королевского общества
(Fellow of the Royal Society).
Видный организатор науки. Основатель Института физических проблем (ИФП),
директором которого оставался вплоть до последних дней жизни. Один из
основателей Московского физико-технического института. Первый заведующий кафедрой
физики низких температур физического факультета МГУ.
Пётр Леонидович Капица родился в Кронштадте, в семье военного инженера
Леонида Петровича Капицы и его жены Ольги Иеронимовны. В 1905 году поступил в
гимназию. Через год из-за слабой успеваемости по латыни переходит в Кронштад-
ское реальное училище. Окончив училище, в 1914 году поступает на
электромеханический факультет Петербургского политехнического института. Способного
студента быстро замечает А.Ф. Иоффе, привлекает на свой семинар и работу в
лаборатории. Первая мировая война застала молодого человека в Шотландии, которую
он посетил на летних каникулах с целью изучения языка. В Россию он вернулся в
ноябре 1914-го и через год добровольцем отправляется на фронт. Капица служил
водителем на санитарном автомобиле и возил раненых на польском фронте. В
1916-м демобилизовавшись, возвращается назад в Петербург продолжать учёбу.
Ещё до защиты диплома А.Ф. Иоффе приглашает Петра Капицу на работу в
Физико-технический отдел недавно созданного Рентгенологического и
радиологического института (преобразованного в ноябре 1921 года в Физико-технический
институт) . Учёный публикует свои первые научные работы в ЖРФХО и начинает
преподавательскую деятельность.
Иоффе считал, что перспективному молодому физику необходимо продолжить
учёбу в авторитетной зарубежной научной школе, но организовать выезд за границу
долго не удавалось. Благодаря содействию Крылова и вмешательству Максима
Горького в 1921 году Капица, в составе специальной комиссии, командирован в
Англию. Благодаря рекомендации Иоффе ему удаётся устроиться в Кавендишскои
лаборатории под начало Эрнеста Резерфорда и с 22 июля Капица начинает
работать в Кембридже. Молодой советский учёный быстро заслуживает уважение коллег
и руководства благодаря таланту инженера и экспериментатора. Работы в области
сверхсильных магнитных полей приносят ему широкую известность в научных
кругах. Поначалу взаимоотношения Резерфорда и Капицы складывались непросто, но
постепенно советскому физику удалось завоевать и его доверие, и вскоре они
стали очень близкими друзьями. Капица дал Резерфорду знаменитое прозвище
«крокодил». Уже в 1921 году, когда Кавендишскую лабораторию посетил известный
экспериментатор Роберт Вуд, Резерфорд поручил провести эффектный
показательный опыт перед знаменитым гостем именно Петру Капице.
Темой докторской диссертации, которую Капица защитил в Кембридже в 1922
году, стало «Прохождение альфа-частиц через вещество и методы получения
магнитных полей». С января 1925 года Капица — заместитель директора Кавендишскои
лаборатории по магнитным исследованиям. В 1929 году Капица избран
действительным членом Лондонского Королевского общества. В ноябре 1930 года Совет
Королевского общества принимает решение о выделении 15 000 фунтов стерлингов
Г1
на строительство в Кембридже специальной лаборатории для Капицы.
Торжественное открытие Мондовской лаборатории (по имени промышленника и филантропа Мон-
да) состоялось 3 февраля 1933 года. Капица избирается Мессельским профессором
Королевского общества. Лидер консервативной партии Англии, бывший премьер-
министр страны Стэнли Болдуин в своей речи на открытии отметил:
«Мы счастливы, что у нас директором лаборатории работает профессор Капица,
так блестяще сочетающий в своем лице и физика, и инженера. Мы убеждены, что
под его умелым руководством новая лаборатория внесет свой вклад в познание
процессов природы.»
Капица поддерживает связи с СССР и всячески содействует международному
научному обмену опытом. В «Международной серии монографий по физике»
издательства Оксфордского университета, одним из редакторов которой был Капица,
выходят монографии Георгия Гамова, Якова Френкеля, Николая Семёнова. В Англию по
его приглашению приезжает на стажировку Юлий Харитон и Кирилл Синельников.
Ещё в 1922 году Фёдор Щербатской высказывался о возможности избрания Петра
Капицы в Российскую Академию Наук. В 1929 году целый ряд ведущих учёных
подписались под представлением на избрание в АН СССР. 22 февраля 1929 г.
непременный секретарь АН СССР Ольденбург сообщает Капице, что: «Академия наук,
желая выразить свое глубокое уважение к ученым заслугам Вашим в области
физических наук, избрала Вас на Общем собрании Академии наук СССР 13 февраля с.г. в
свои члены-корреспонденты».
XVII съезд ВКП(б) оценил значительный вклад ученых и специалистов в успехе
индустриализации страны и выполнении первой пятилетки. Однако, одновременно с
этим, правила выезда специалистов за границу стали более строгими и за их
исполнением теперь следила специальная комиссия.
Не остались без внимания многочисленные случаи невозвращения советских
учёных. В 1936 г В.Н. Ипатьев и А.Е. Чичибабин были лишены советского
гражданства и исключены из состава Академии наук за то, что остались за рубежом после
командировки. Широкий резонанс в научных кругах имела аналогичная история с
молодыми учёными: Г.А. Гамовым и Ф.Г. Добжанским.
Деятельность Капицы в Кембридже не оставалась незамеченной. Особое
беспокойство властей вызывал факт того, что Капица оказывал консультации
европейским промышленникам. По мнению историка Владимира Есакова ещё задолго до 1934
года был разработан план связанный с Капицей и о нём знал Сталин. С августа
по октябрь 1934 года был принят ряд постановлений Политбюро, пописанных
Кагановичем, предписывающих задержать учёного в СССР. Окончательная резолюция
гласила:
«Исходя из соображений, что Капица оказывает значительные услуги
англичанам, информируя их о положении в науке СССР, а также и то, что он оказывает
английским фирмам, в том числе военным, крупнейшие услуги, продавая им свои
патенты и работая по их заказам, запретить П.Л. Капице выезд из СССР.»
До 1934 года Капица с семьёй жил в Англии и регулярно приезжал в СССР на
отдых и повидать родных. Правительство СССР несколько раз предлагало ему
остаться на Родине, но учёный неизменно отказывался. В конце августа Пётр
Леонидович, как и в предыдущие годы, собирался навестить маму и принять участие
в международном конгрессе, посвященном 100-летию со дня рождения Дмитрия
Менделеева .
После приезда в Ленинград 21 сентября 1934 г. Капицу вызвали в Москву, в
Совет Народных Комиссаров где он встретился с Пятаковым. Заместитель наркома
тяжёлой промышленности рекомендовал как следует обдумать предложение
остаться. Капица отказался и его отправили на приём в вышестоящую инстанцию к Меж-
лауку. Председатель Госплана сообщил учёному, что выезд за границу невозможен
и виза аннулирована. Капица был вынужден переехать к матери, а его супруга,
Анна Алексеевна, уехала в Кембридж к детям одна. Английская пресса, комменти-
руя случившееся, писала о том, что профессора Капицу принудительно задержали
в СССР.
Пётр Леонидович был глубоко разочарован. Поначалу даже хотел уйти из физики
и переключиться на биофизику, став ассистентом Павлова. Обращался с просьбой
о помощи и вмешательстве Полю Ланжевену, Альберт Эйнштейну и Эрнесту Резер-
форду. В письме Резерфорду он писал, что едва пришёл в себя после шока от
случившегося и благодарил учителя за помощь его семье оставшейся в Англии.
Резерфорд письмом к полпреду СССР в Англии обратился за разъяснениями —
почему известному физику отказывают в возвращении в Кембридж. В ответном письме
ему сообщили, что возвращение Капицы в СССР продиктовано запланированным в
пятилетнем плане ускоренным развитием советской науки и промышленности.
Первые месяцы в СССР прошли трудно — не было работы и определённости с
будущим. Жить пришлось в стеснённых условиях коммунальной квартиры у матери
Петра Леонидовича. Очень помогли ему в тот момент друзья Николай Семёнов,
Алексей Бах, Фёдор Щербатской. Постепенно Пётр Леонидович пришёл в себя и
согласился продолжить работу по специальности. В качестве условия потребовал
перевезти Мондовскую лабораторию, в которой он работал, в СССР. Если
Резерфорд откажется передать или продать оборудование, то необходимо будет
приобрести дубликаты уникальных приборов. Решением Политбюро ЦК ВКП(б) было
выделено 30 тыс. фунтов стерлингов на Закупку оборудования.
23 декабря 1934 г. Вячеслав Молотов подписал постановление об организации в
составе Академии наук СССР Института физических проблем (ИФП). 3 января 1935
г. газеты «Правда» и «Известия» сообщили о назначении Капицы директором
нового института. В начале 1935 года Капица переезжает из Ленинграда в Москву — в
гостиницу «Метрополь», получает в распоряжение личный автомобиль. В мае 1935
года началось строительство институтского лабораторного корпуса на Воробьёвых
горах. После довольно сложных переговоров с Резерфордом и Кокрофтом (Капица
не принимал в них участия) удалось прийти к соглашению об условиях передачи
лаборатории в СССР. В период с 1935 по 1937 год постепенно было получено
оборудование из Англии. Дело сильно стопорилось из-за нерасторопности чиновников
занимавшихся поставкой и понадобилось писать письма высшему руководству СССР,
вплоть до Сталина. В итоге удалось получить всё, что требовал Пётр
Леонидович. В Москву приехали два опытных инженера, которые помогали в монтаже и
настройке — механик Пирсон и лаборант Лауэрман.
В своих письмах конца 1930-х годов Капица признавался о том, что
возможности для работы в СССР уступают тем что были за рубежом — это даже несмотря на
то, что он получил в своё распоряжение научное учреждение и практически не
испытывал проблем с финансированием. Угнетало то, что проблемы, решавшиеся в
Англии одним телефонным звонком, погрязали в бюрократизме. Резкие
высказывания учёного и исключительные условия созданные ему властями не способствовали
налаживанию взаимопонимания с коллегами по академической среде:
«Положение угнетающее. Упал интерес к моей работе, а с другой стороны,
товарищи-ученые так возмутились, что были, хотя бы на словах, сделаны попытки
поставить мою работу в условия, которые попросту надо было считать
нормальными, что без стеснения возмущаются: «Если <бы> нам то же сделали, то мы не то
еще сделаем, что К<апица>» ... Помимо зависти, подозрений и всего прочего,
атмосфера создалась невозможная и прямо жуткая ... Ученые здешние определенно
недоброжелательно относятся к моему переезду сюда.»
В 1935 году кандидатура Капицы даже не рассматривается на выборах в
действительные члены АН СССР. Он неоднократно пишет записки и письма о
возможностях реформы советской науки и академической системы представителям власти,
но не получает внятной реакции. Несколько раз Капица принимал участие в
заседаниях Президиума Академии Наук СССР, но как сам вспоминал после двух-трёх
раз «устранился». В деле организации работы Института Физических Проблем Ка-
пица не получил сколько-нибудь серьёзной помощи и полагался в основном на
свои силы.
В январе 1936 года из Англии возвращается Анна Алексеевна с детьми и семья
Капицы переезжает в коттедж, построенный на территории института. К марту
1937 года закончилось строительство нового института, перевезена и
смонтирована большая часть приборов и Капица возвращается к активной научной
деятельности. В это же время при Институте Физических проблем начинает работать «ка-
пичник» — знаменитый семинар Петра Леонидовича, который вскоре приобретает
всесоюзную известность.
В январе 1938 года году Капица публикует в журнале Nature статью о
фундаментальном открытии — явление сверхтекучести жидкого гелия и продолжает
исследования в новом направлении физики. Одновременно коллектив института
возглавляемого Петром Леонидовичем активно работает над чисто практической
задачей совершенствования конструкции новой установки для производства жидкого
воздуха и кислорода — турбодетандера. Принципиально новый подход академика к
функционированию криогенных установок вызывает бурные дискуссии, как в СССР,
так и за рубежом. Однако деятельность Капицы получает одобрение, и
возглавляемый им институт ставят в качестве примера эффективной организации научного
процесса. На общем собрании Отделения математических и естественных наук АН
СССР 24 января 1939 г., единодушным голосованием Капица был принят в
действительные члены Академии наук СССР.
Во время войны ИФП был эвакуирован в Казань, туда же переехала из
Ленинграда семья Петра Леонидовича. В военные годы необходимость в производстве
жидкого кислорода и воздуха в промышленных масштабах резко возрастает. Капица
работает над внедрением в производство разработанной им кислородной
криогенной установки. В 1942 г. первый экземпляр «Объекта № 1» — турбокислородной
установки ТК-200 производительностью до 200 кг/ч жидкого кислорода — был
изготовлен и в начале 1943 г. запущен в эксплуатацию. В 1945 году сдан «Объект
№ 2» — установка ТК-2000 с производительностью в десять раз больше.
По его предложению 8 мая 1943 года постановлением Государственного комитета
обороны создается Главное управление по кислороду при СНК СССР, начальником
Главкислорода назначается Пётр Капица. В 1945 г. организован специальный
институт кислородного машиностроения — ВНИИКИМАШ и начал выходить новый журнал
«Кислород». В 1945 году Капица награждён золотой звездой Героя
социалистического труда, а возглавляемый им институт Орденом Трудового красного знамени.
Помимо практической деятельности Капица находит время и для преподавания. С
1 октября 1943 г. Капица зачислен на должность заведующего кафедрой низких
температур физического факультета МГУ. В 1944 году, в момент смены
заведующего кафедрой стал главным автором письма 14 академиков, которое привлекло
внимание правительства к ситуации на кафедре теоретической физики физического
факультета МГУ. В результате заведующим кафедрой после Игоря Тамма стал не
Анатолий Власов, а Владимир Фок. Недолго проработав на этой должности, Фок
через два месяца покинул этот пост. Капица подписал письмо четырёх академиков
Молотову, автором которого был А.Ф. Иоффе. Это письмо инициировало разрешение
противостояния между так называемой «академической» и «университетской»
физикой.
Тем временем, во второй половине 1945 года, сразу по окончании войны, в
активную фазу вступает советский атомный проект. 20 августа 1945 г. был создан
атомный Спецкомитет при Совнаркоме СССР, руководителем которого стал
Лаврентий Берия. В комитет первоначально вошли лишь два физика. Курчатов был
назначен научным руководителем всех работ. Капице, который не являлся специалистом
в ядерной физике, было поручено возглавить отдельные направления
(низкотемпературная технологии разделения изотопов урана). У Капицы сразу же возникает
недовольство методами руководства Берия. Он весьма нелицеприятно и остро от-
зывается о генеральном комиссаре госбезопасности — как в личном, так и в
профессиональном плане. 3 октября 1945 г. Капица пишет Сталину письмо с просьбой
освободить его от работы в Комитете. Ответа не последовало. 25 ноября Капица
пишет второе письмо, более подробное (на 8 страницах). 21 декабря 1945 г.
Сталин разрешает отставку Капицы.
Собственно во втором письме Капица описал как необходимо, на его взгляд,
реализовывать атомный проект, детально определив план действий на два года.
Как полагают биографы академика — Капица в то время не знал о том, что на
руках у Курчатова и Берия в то время уже были полученные советской разведкой
данные об американской атомной программе. Предлагавшийся Капицей план, хотя и
был достаточно быстр в исполнении, но недостаточно скор для сложившейся
политической обстановки вокруг разработки первой советской атомной бомбы. В
исторической литературе часто упоминается о том, что Сталин передал Берия,
который предлагал арестовать независимого и резкого в суждениях академика «Я тебе
его сниму, но ты его не трогай». Авторитетные биографы Петра Леонидовича не
подтверждают историческую достоверность подобных слов Сталина, хотя известно,
что Капица позволял себе совершенно исключительное для советского учёного и
гражданина поведение. По мнению историка Лорен Грэхэм Сталин ценил в Капице
прямоту и откровенность. Свои послания советским лидерам Капица, при всей
остроте поднимаемых ими проблем, держал в тайне (содержание большинства писем
было раскрыто после его смерти) и свои идеи широко не пропагандировал.
В это же время, в 1945—194 6 годах снова обостряется полемика вокруг турбо-
детандера и промышленного производства жидкого кислорода. Капица вступает в
дискуссию с ведущими советскими инженерами-криогенщиками, не признающими его
как специалиста в этой области. Государственная комиссия признаёт
перспективность разработок Капицы, но полагает, что запуск в промышленную серию будет
преждевременным. Установки Капицы разбирают, и проект оказывается заморожен.
17 августа 194 6 года Капицу снимают с должности директора ИФП. Он удаляется
на государственную дачу, на Николину гору. Вместо Капицы директором института
назначают Александрова. По словам академика Фейнберга в это время Капица
находился «в ссылке, под домашним арестом». Дача была собственностью Петра Лео-
ниовича, но имущество и мебель внутри были большей частью государственные, и
их практически полностью вывезли. В 1950 году он был уволен и с физико-
технического факультета МГУ, где читал лекции.
В своих воспоминаниях Пётр Леонидович писал о преследовании со стороны
силовых структур, прямой слежке, инициированной Лаврентием Берия. Тем не менее
академик не оставляет научную деятельность и продолжает исследования в
области физики низких температур, разделения изотопов урана и водорода,
совершенствует познания в математике. Благодаря содействию президента АН СССР Сергея
Вавилова удалось получить минимальный комплект лабораторного оборудования и
смонтировать его на даче. В многочисленных в письмах Молотову и Маленкову
Капица пишет об экспериментах проводимых в кустарных условиях и просит о
возможности вернуться к нормальной работе. В декабре 1949 года Капица, несмотря
на приглашение, проигнорировал торжественное заседание в МГУ посвященное 70-
летию Сталина.
Ситуация изменилась только в 1953 году после смерти Сталина и ареста Берия.
3 июня 1955 года Капица после встречи с Хрущёвым возвратился на пост
директора ИФП. Тогда же был назначен главным редактором ведущего физического журнала
страны — «Журнала экспериментальной и теоретической физики». С 1956 Капица
один из организаторов и первый заведующий кафедры физики и техники низких
температур МФТИ. В 1957—1984 — член президиума АН СССР.
Капица продолжает активную научную и педагогическую деятельность. В этот
период внимание учёного привлекают свойства плазмы, гидродинамика тонких
слоев жидкости и даже природа шаровой молнии. Он продолжает свой вести семинар,
где почитали за честь выступить лучшие физики страны. «Капичник» стал, своего
рода, научным клубом куда приглашались не только физики, но и представители
других наук, деятели культуры и искусства.
Помимо достижений в науке, Капица проявил себя как администратор и
организатор. Под его руководством Институт физических проблем стал одним из
наиболее продуктивных учреждений Академии наук СССР, привлек многих ведущих
специалистов страны. В 1964 году академик высказал идею создания научно
популярного издания для молодёжи. Первый номер журнала «Квант» вышел в 1970 году.
Капица принимал участие в создании научно-исследовательского центра
Академгородка неподалеку от Новосибирска, и высшего учебного заведения нового типа —
Московского физико-технического института. Построенные Капицей установки для
сжижения газов после долгой полемики конца 1940-х нашли широкое применение в
промышленности. Использование кислорода для кислородного дутья привело к
перевороту в сталелитейной промышленности.
В 1965 году, впервые после более чем тридцатилетнего перерыва, Капица
получил разрешение на выезд из Советского Союза в Данию для получения
Международной золотой медали Нильса Бора. Там он посетил научные лаборатории и выступил
с лекцией по физике высоких энергий. В 1969 году ученый вместе с супругой
впервые посетил Соединенные Штаты.
В последние годы Капица заинтересовался управляемой термоядерной реакцией.
В 1978 году академику Петру Леонидовичу Капице была присуждена Нобелевская
премия по физике «за фундаментальные изобретения и открытия в области физики
низких температур». Известие о присуждении премии академик встретил во время
отдыха в санатории Барвиха. Свою нобелевскую речь Капица, вопреки традиции,
посвятил не тем работам, что были отмечены премией, а современным
исследованиям. Капица сослался на то, что от вопросов в области физики низких
температур он отошёл около 30 лет назад и ныне увлечён другими идеями. Нобелевская
речь лауреата называлась «Плазма и управляемая термоядерная реакция» (Plasma
and the controlled thermonuclear reaction). Сергей Петрович Капица вспоминал
о том, что отец полностью оставил премию себе (положил на свой имя в один из
шведских банков) и ничего не отдал государству.
Вплоть до последних дней жизни Капица сохранял интерес к научной
деятельности, продолжал работать в лаборатории и оставался на посту директора
Института Физических проблем.
22 марта 1984 г Пётр Леонидович почувствовал себя плохо, и его увезли в
больницу, где ему диагностировали инсульт. 8 апреля, не приходя в сознание,
Капица скончался. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.
Одна из первых значительных научных работ (совместно с Николаем Семёновым,
1918 год) посвящена измерению магнитного момента атома в неоднородном
магнитном поле, который в 1922 году был усовершенствован в так называемом опыте
Штерна—Герлаха.
Работая в Кембридже Капица вплотную занялся исследованиями сверхсильных
магнитных полей и их влиянию на траекторию элементарных частиц. Одним из
первых Капица в 1923 году поместил камеру Вильсона в сильное магнитное поле и
наблюдал искривление треков альфа-частиц. В 1924 году он получил магнитное
поле с индукцией в 320 килогауссов в объёме 2 см3. В 1928 году сформулировал
закон линейного возрастания электрического сопротивления ряда металлов от
напряженности магнитного поля (закон Капицы).
Создание оборудования для исследования эффектов, связанных с влиянием
сильных магнитных полей на свойства вещества, в частности на магнитное
сопротивление, привело Капицу к проблематике физики низких температур. Для
осуществления экспериментов, прежде всего, необходимо было располагать значительным
количеством сжиженных газов. Существовавшие в 1920-1930-е годы методики были
малоэффективны. Разрабатывая принципиально новые холодильные машины и
установки, Капица в 1934 году, используя оригинальный инженерный подход, построил
высокопроизводительную установку по сжижению газов. Ему удалось разработать
процесс, при котором исключалась фаза сжатия и высокой очистки воздуха.
Теперь не требовалось сжимать воздух до 200 атмосфер — достаточно было пяти. За
счёт этого удалось повысить КПД с 0.65 до 0.85-0.90, а цену установки снизить
почти в десять раз. В ходе работ над совершенствованием турбодетандера
удалось преодолеть интересную инженерную проблему замерзания смазки движущихся
частей при низких температурах — для смазки был использован сам жидкий гелий.
Значителен вклад учёного был не только в разработку экспериментального
образца , но и доведение технологии до серийного производства.
В послевоенные годы Капицу привлекает электроника больших мощностей. Развил
общую теорию электронных приборов магнетронного типа и создал магнетронные
генераторы непрерывного действия. Капица выдвинул гипотезу о природе шаровой
молнии. Экспериментально обнаружил образование высокотемпературной плазмы в
высокочастотном разряде. Капица высказал ряд оригинальных идей, например —
уничтожения ядерных боеприпасов в воздухе с помощью мощных пучков
электромагнитных волн. В последние годы работал над вопросами термоядерного синтеза и
проблемой удержания высокотемпературной плазмы в магнитном поле.
Именем Капицы назван «маятник Капицы» — механический феномен
демонстрирующий устойчивость вне положения равновесия. Также известен квантово-
механический эффект Капицы-Дирака, демонстрирующий рассеяние электронов в
поле стоячей электромагнитной волны].
Ещё Камерлинг-Оннес, исследуя свойства впервые полученного им жидкого
гелия , отметил его необычно высокую теплопроводность. Жидкость с аномальными
физическими свойствами привлекала внимание учёных. Благодаря установке
Капицы, которая начала работать в 1934 году удалось получить жидкий гелий в
значительных количествах. Камерлинг-Оннес в первых экспериментах получил порядка
60 см3 гелия, тогда как первая установка Капицы имела производительность
около 2 литров в час. События 1934—1937 годов связанные с отлучением от работы в
Мондовскои лабораторией и принудительным задержанием в СССР сильно задержали
ход исследований. Только в 1937 году Капица восстановил лабораторное
оборудование и вернулся в новом институте к прежним наработкам в области физики
низких температур. Тем временем, на бывшем рабочем месте Капицы по приглашению
Резерфорда начали работу в той же области молодые канадские учёные Джон Аллен
и Остин Майзнер. В Мондовскои лаборатории осталась экспериментальная
установка Капицы по получению жидкого гелия — с ней и работали Ален и Майзнер. В
ноябре 1937 они получили достоверные экспериментальные результаты по изменению
свойств гелия.
Историки науки, рассказывая о событиях на рубеже 1937—1938 годов, отмечают
то, что в соревновании приоритетов Капицы и Аллена с Джонсом есть некоторые
спорные моменты. Пётр Леонидович формально раньше своих зарубежных
конкурентов прислал материалы в Nature — редакция их получила 3 декабря 1937 года,
однако не торопилась публиковать, ожидая проверки. Зная о том, что проверка
может затянуться, Капица в письме уточнил — гранки может проверить Джон Кок-
рофт, директор Мондовскои лаборатории. Кокрофт ознакомившись со статьёй
проинформировал о ней своих сотрудников — Аллена и Джонса, поторопив их с
публикацией. Кокрофт, близкий друг Капицы, был удивлён тем, что Капица только в
последний момент дал ему знать о фундаментальном открытии. Стоит отметить,
что Капица ещё в июне 1937 года в письме Нильсу Бору сообщал о том, что
значительно продвинулся в исследованиях жидкого гелия.
В итоге обе статьи увидели свет в одном номере Nature от 8 января 1938
года . В них сообщалось о скачкообразном изменении вязкости гелия при
температуре ниже 2,17 Кельвина. Сложность задачи решённой учёными заключалась в том,
что точное измерение величины вязкости жидкости, которая свободно протекала в
полумикронное отверстие, было нелегко оценить. Возникающая турбулентность
жидкости вносила значительную погрешность в измерение. Учёные исповедовали
разный экспериментальный подход. Аллен и Майзнер рассматривали поведение
гелия- II в тонких капиллярах (ту же методику использовал первооткрыватель
жидкого гелия Камерлинг-Оннес). Капица исследовал поведение жидкости между двумя
отшлифованными дисками и оценил полученное значение вязкости ниже величины
Ю-9 П. Новое фазовое состояние Капица назвал сверхтекучестью гелия.
Советский учёный не отрицал того, что вклад в открытие во многом был совместным.
Так, например, в своей лекции Капица подчёркивал, что уникальное явление
фонтанирования гелия-II впервые наблюдали и описали Ален и Майзнер.
Вслед за этими работами последовало теоретическое обоснование наблюдаемого
явления. Его дали в 1939—1941 годах Лев Ландау, Фритц Лондон и Ласло Тисса,
предложившие так называемую двухжидкостную модель. Сам Капица в 1938—1941
годах продолжил исследования гелия-11, в частности подтвердив предсказанную
Ландау скорость звука в жидком гелии. Исследование жидкого гелия как
квантовой жидкости (Конденсат Бозе—Эйнштейна) стало важным направлением в физике,
давшим целый ряд замечательных научных работ. Лев Ландау получил в 1962 году
Нобелевскую премию в знак признания заслуг в построении теоретической модели
сверхтекучести жидкого гелия.
Нильс Бор трижды рекомендовал нобелевскому комитету кандидатуру Петра
Леонидовича: в 1948, 1956 и 1960 годах. Однако присуждение премии произошло
только в 1978. Противоречивая ситуация с приоритетом открытия по мнению
многих исследователей науки привела к тому, что Нобелевский комитет многие годы
тянул с присуждением премии советскому физику. Аллен и Майзнер не были
отмечены премией, хотя научное сообщество признает их важный вклад в открытие
явления .
В 1966 году подписал письмо 25-ти деятелей культуры и науки генеральному
секретарю ЦК КПСС Л.И. Брежневу против реабилитации Сталина.
Историки науки и те, кто близко Знал Петра Леонидовича, описывали его как
многогранную и своеобразную личность. Он сочетал в себе многие качества:
интуицию и инженерное чутьё физика-экспериментатора; прагматизм и деловой
подход организатора науки; независимость суждений в общении с властями.
Если нужно было решать какие-то организационные вопросы, Капица предпочитал
не звонить по телефону, а написать письмо и в нём ясно изложить суть дела.
Такая форма обращения предполагала столь же ясный письменный ответ. Капица
считал, что в письме труднее «замотать» дело, чем в телефонном разговоре. В
отстаивании своей гражданской позиции Капица был последователен и настойчив,
написав около 300 посланий высшим руководителям СССР, затрагивающих самые
острые темы. Как писал Юрий Осипьян, он умел разумно сочетать разрушительный
пафос с созидательной деятельностью.
Известны примеры того, как в сложное время 1930-х годов Капица Защищал
своих коллег, попавших под подозрение силовых структур. Академики Фок и Ландау
обязаны освобождением Капице. Ландау выпустили из тюрьмы НКВД под личное
поручительство Петра Леонидовича. Формальным предлогом стала необходимость
поддержки со стороны физика-теоретика для обоснования модели сверхпроводимости.
Между тем, обвинения против Ландау были чрезвычайно серьёзными, так как он
открыто выступал против власти и действительно участвовал в распространении
критических по отношению к господствующей идеологии материалов.
Капица также защищал опального Андрея Сахарова. В 1968 году на заседании
Академии Наук СССР Келдыш призвал членов академии осудить Сахарова и в его
защиту выступил Капица, заявив, что нельзя выступать против человека, если не
удалось предварительно познакомиться с тем, что же он написал. В 1978 году,
когда Келдыш ещё раз предложил Капице подписаться под коллективным письмом,
тот вспомнил о том, как Прусская академия наук исключала из своего состава
Эйнштейна и отказался подписывать письмо.
8 февраля 1956 года (за две недели до XX съезда КПСС) на заседании
физического семинара Капицы с докладом о проблемах современной генетики выступили
Николай Тимофеев-Ресовский и Игорь Тамм. Впервые с 1948 года состоялось
официальное научное заседание, посвященное проблемам опальной науки генетики,
которое пытались сорвать сторонники Лысенко в Президиуме АН СССР и в ЦК КПСС.
Капица вступал в полемику с Лысенко пытаясь предложить ему
усовершенствованный метод экспериментальной проверки совершенства квадратно-гнездового метода
посадки деревьев. В 1973 году Капица в письме обратился к Андропову с
просьбой освободить супругу известного диссидента Вадима Делоне. Капица принимал
активное участие в Пагуошском движении, выступая за использование науки
исключительно в мирных целях.
Даже во времена сталинских чисток Капица поддерживал научный обмен опытом,
дружеские отношения и переписку с зарубежными учёными. Они приезжали в
Москву, посещали институт Капицы. Так в 1937 году лабораторию Капицы посетил
американский физик Уильям Уэбстер. В СССР несколько раз приезжал друг Капицы
Поль Дирак.
Капица всегда считал, что преемственность поколений в науке имеет большое
значение и жизнь учёного в научной среде приобретает настоящий смысл, если он
оставляет учеников. Он всячески поощрял работу с молодёжью и воспитание
кадров . Так в 1930-е годы, когда жидкий гелий был большой редкостью даже в
лучших лабораториях мира — студенты МГУ могли получить его в лаборатории ИФП для
экспериментов.
В условиях однопартийной системы и плановой социалистической экономики
Капица руководил институтом так, как сам считал необходимым. Первоначально в
качестве «партийного заместителя» он назначением свыше получил Леопольда Оль-
берта. Через год Капица избавляется от него, выбрав себе заместителя сам —
Ольгу Алексеевну Стецкую. Одно время в институте вообще не было начальника
отдела кадров, и вопросами персонала ведал сам Пётр Леонидович. Он весьма
свободно самостоятельно распоряжался бюджетом института, не считаясь со
схемами , навязанными свыше. Известно, что Пётр Леонидович, увидев беспорядок на
территории, распорядился уволить двух из трёх дворников института и
оставшемуся платить тройной оклад. В Институте физических проблем работало всего 15-
20 научных сотрудников, а всего в нём числилось около двухсот человек, тогда
как обычно штат профильного НИИ тех времён (например ФИАНа или Физтеха)
насчитывал несколько тысяч сотрудников. Капица вступал в полемику о методах
ведения социалистического хозяйства, весьма вольно высказываясь о сравнении с
капиталистическим миром.
Джон Джеймс Рикард Маклеод (англ. John James Rickard
Macleod, 1876—1935) — шотландский врач, физиолог,
лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1923
году.
Родился 6 сентября 1876 в Клюни (Пентшир, Шотландия).
Позже семья Маклеодов переехала в Абердин (Шотландия),
где Джон Маклеод поступает на медицинский факультет
местного Университета.
В 1898 окончил университет с отличием и стал
стипендиатом Anderson Travelling Fellowship, что позволило ему
в течение года работать в Институте Физиологии при Лейп-
цигском Университете.
В 1903 он переехал в США и получил профессорскую должность в университете
Вестерн-Резерв в Кливленде.
Начиная с 1905, Маклеод занимался изучением диабета. Симптомы этой болезни
(обильное мочеотделение, чрезмерная жажда и потеря веса) были описаны еще в I
в. н.э. В 17 в. английский врач Т. Уиллис обратил внимание на то, что моча у
пациентов с такими симптомами имеет сладковатый вкус. В 1889 немецкие
физиологи Йозеф фон Меринг и Оскар Минковски удаляли хирургическим путем
поджелудочную железу у собак и затем наблюдали у них резкий подъем концентрации
глюкозы в крови и моче, а также наличие симптомов, сходных с клиническими
проявлениями сахарного диабета.
Еще в 1893 Лагесс высказал предположение, что островки Лангерганса (группы
клеток поджелудочной железы, играющие роль желез внутренней секреции),
возможно, секретируют некоторую субстанцию, контролирующую метаболизм сахара. В
1916 Шарпи-Шафер назвал эту гипотетическую субстанцию «инсулином» (от
латинского инсула - островок), но никто до Маклеода не мог ни подтвердить, ни
опровергнуть ее существование.
В 1918 Маклеод стал профессором физиологии университета в Торонто (Канада).
В это время он познакомился с молодым врачом-хирургом Фредериком Бантингом.
Бантинг был уверен в том, что нашел способ для выделения экстракта островко-
вых клеток, но у него не было необходимых лабораторных условий. Маклеод
согласился выделить Бантингу необходимую аппаратуру и подопытных животных. В
мае 1921 Бантинг вместе с Чарльзом Бестом приступили к опытам, и в августе им
удалось выделить инсулин. Процесс был запатентован. Примечательно, что
исследователи не получили ничего, вся прибыль от реализации патента поступила на
счет Британского Медицинского Совета. В 1926 Джон Джакоб Абель выделил
инсулин в чистом виде, и, в конечном итоге, было налажено его серийное
производство.
В 1923 Маклеод и Бантинг получили Нобелевскую премии по физиологии и
медицине «за открытие инсулина».
Еще в 1908 Маклеод провел ряд экспериментов в надежде установить причинно-
следственную связь между центральной нервной системой и гипергликемией
(повышенное содержание сахара в крови) . Он вернулся к этим разработкам в 1932 и
после целого ряда экспериментов сделал вывод о роли парасимпатической нервной
системы в стимуляции глюконеогенезиса в печени.
Его научная деятельность не ограничивалась изучением процессов метаболизма,
первая научная работа, опубликованная в 1899, была посвящена содержанию
фосфора в мышечной ткани, разрабатывал метод электрошоковой терапии и многое
другое.
В 1919 избран Почетным членом Канадского Королевского Общества, в 1921-1923
- Президентом Американского Физиологического Общества, в 1925-1926 -
Канадского Королевского Института. Почетный доктор университетов Торонто,
Кембриджа, Абердина и Пенсильвании; почетный член многих европейских академий и
медицинских обществ.
Сэр Фредерик Грант Бантинг (англ. Frederick Grant
Banting; 1891—1941) — канадский физиолог и врач, один
из открывателей гормона инсулина. Лауреат Нобелевской
премии по физиологии и медицине в 1923 году (совместно
с Джоном Маклеодом).
Фредерик Грант Бантинг родился 14 ноября 1891 года. В
детстве он занимался спортом и увлекался рисованием и
живописью. Стремясь оправдать надежды родителей, мечтавших видеть сына
священником, в 1912 году поступил на богословский факультет Торонтского
университета, однако в конце того же года, поняв, что его в действительности
интересует медицина, перевелся в университетскую медицинскую школу.
Когда началась первая мировая война, он в 1915 году записался добровольцем
в ряды медицинского корпуса Королевской канадской армии. Однако его отправили
обратно в медицинскую школу, и через год он окончил ее. После войны вернулся
в Торонто и два года проработал хирургом в детской больнице. Вскоре Бантинг
принял предложение занять должность ассистента профессора в медицинской школе
университета Западного Онтарио. Одновременно он занимался научными
исследованиями под руководством нейрофизиолога Ф.Р. Миллера.
Друг детства Бантинга умер от заболевания, называемого теперь сахарным
диабетом. Этот трагический случай послужил поводом, заставившим Бантинга
заняться поиском средств для лечения этой болезни. Бантинг, Бест и Маклеод вместе
занимались этой проблемой. Исследования привели к выделению инсулина. Ведущую
роль в исследованиях играл Бантинг. В конце 1922 года новый препарат появился
на лекарственном рынке.
В том же году Бантинг написал докторскую диссертацию по результатам своих
исследований и получил в Торонтском университете степень доктора медицины. Он
приобрел международную известность.
Бантинг и Маклеод разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине
1923 года «за открытие инсулина». Взбешенный тем, что в числе лауреатов не
оказалось Беста, Бантинг грозился отказаться от награды, но, вняв советам, не
стал делать этого. Он отдал половину полученных им денег Бесту, во
всеуслышание заявив о вкладе последнего в открытие инсулина. Члены Нобелевского
комитета позже пришли к конфиденциальному мнению, что Беста следовало включить в
число награжденных.
Фредерик Бантинг погиб от ран, полученных при крушении самолёта 21 февраля
1941 года на острове Ньюфаундленд.
В знак признания заслуг Ф. Бантинга Всемирный день борьбы с диабетом
отмечается в его день рождения - 14 ноября.
Чарльз Герберт Бест (англ. Charles Herbert Best, 1899-
1978) - американско-канадский ученый-медик и один из со-
открывателей инсулина.
Чарльз Герберт Бест родился 27 февраля 1899 года в
американском городе Уэст-Пембруке штата Мэн. Обучался юноша
в Торонтском университете, где в 1921 году получил
степени бакалавра, а затем степень магистра и доктора
медицины. В годы учебы он работал на кафедре физиологии
университета, а в 1929 году стал профессором и заведующим этой
кафедрой.
Работая вместе с Ф. Бантингом под руководством Д. Мак-
леода, Бесту еще в 1921 году удалось выделить чистый
гормон инсулина из поджелудочной железы собаки. В последующих экспериментах
Бантинг и Бест доказали, что инсулин дает четко выраженный терапевтический
эффект при введении его людям, больным сахарным диабетом.
За это открытие в 1923 году Д. Маклеоду и Ф. Бантингу была присуждена
Нобелевская премия по физиологии и медицине. Бест не мог получить премию, так как
в то время он был еще студентом. Не помогли и протесты Бантинга, тогда свою
половину полученных премиальных денег он разделил с Чарлзом.
В период с 1922 по 1932 год Бест являлся научным сотрудником лабораторий
Коннота, а затем стал их директором. Кроме того, он был доцентом кафедры
медицинских исследований имени Бантинга и Беста в Торонтском университете, а в
1941 году возглавил кафедру, оставаясь на этом посту до 1967 года.
Во время Второй мировой войны Бест руководил хирургической службой
Королевского канадского добровольческого морского резерва и Отделом медицинских
исследований Королевского канадского флота.
Бест и Бантинг в
За свои открытия и вклад в медицину Бест был награжден золотой медалью
Старра Канадской медицинской ассоциации и медалью Бэйли Королевского
медицинского колледжа в Лондоне. Он являлся членом Лондонского и Канадского
королевских обществ и был президентом Канадского физиологического общества.
Выдающийся ученый, открывший инсулин и разработавший метод лечения им
сахарного диабета, Бест также первым применил антикоагулянты для борьбы с
тромбами. Среди трудов Чарлза, опубликованных им в различные годы - «Внутренние
секреты поджелудочной железы» (в соавторстве с Бантингом), «Жизнь организма»,
а также учебник «Физиологические основы медицины» (в соавторстве с
Бантингом) .
Умер Чарлз Герберт Бест 31 марта 1978 года в Торонто (Канада).
. . Соболев, Леонид Васильевич (1876—1919) — русский
патологоанатом. В 1898 окончил Военно-медицинскую академию и в
1904—12 работал там же (первоначально был прозектором,
позже — приват-доцент). В 1901 в диссертации "К морфологии
поджелудочной железы при перевязке ее протока, при диабете
и некоторых других условиях" (предварительное сообщение
опубликовано в 1900) Соболев впервые показал, что островки
Лангерганса являются железами внутренней секреции, а их
функция — регуляция углеводного обмена, нарушение которой
ведет к сахарному мочеизнурению. В результате
микроскопических исследований препаратов поджелудочной железы ряда
| животных (кошек, собак, кроликов) после перевязки ее про-
тока, а также на основании эмбриологических и патологических данных пришел к
мысли о существовании вещества, регулирующего сахарный обмен; указал на
возможность разрешения вопроса об органотерапии сахарного диабета путем
использования поджелудочной железы молодых телят. Позже в чистом виде это вещество
(инсулин) было выделено (в 1922) канадскими учеными Ф. Бантингом и Ч.Г. Бес-
том.
Отто Фриц Мейергоф (нем. Otto Fritz Meyerhof; 1884—1951)
— немецкий биохимик и врач. Лауреат Нобелевской премии по
физиологии и медицине в 1922 году (совместно с Арчибалдом
Хиллом) за труды в области мышечного метаболизма (включая
гликолиз).
Немецко-американский биохимик Отто Фриц Мейергоф родился
в Ганновере у еврейского торговца Феликса Мейергофа и Бет-
тины (Мей) Мейергоф. Семья, включавшая также старшую
сестру и двух младших братьев, переехала в Берлин, где Отто
получил среднее образование, окончив гимназию Вильгельма.
Когда ему исполнилось 16 лет, он оказался прикованным к
постели вследствие заболевания почек. Он много читал во
время болезни, в особенности произведения Гете.
Выздоравливающий Отто вместе со своим двоюродным братом Максом, занимавшимся физикой,
отправились в четырехмесячное путешествие по Египту. С той поры у него
появился прочный интерес к археологии.
Поправившись, Мейергоф стал изучать медицину в университетах Фрайбурга,
Берлина, Страсбурга и Гейдельберга, следуя немецкой традиции учиться по
меньшей мере в двух университетах. В 1909 г. он получил медицинскую степень в
Гейдельбергском университете, защитив диссертацию по психологической теории
умственных расстройств, и начал писать книгу «О психологической теории
умственных расстройств» ("Beitrage zur psychologischen Theorie der
Geistesstorungen") , изданную в 1912 г. Он опубликовал также очерк о методах
научного исследования, которыми пользовался Гете и которые Мейергоф считал
недостаточно индуктивными. В течение следующих трех лет он работал
ассистентом в отделении внутренних болезней Гейдельбергской клиники, руководимой
Людвигом Крелем. Именно там он встретил Отто Варбурга, оказавшего на него такое
влияние, что он оставил занятия психологией и психиатрией, переключившись на
экспериментальные биохимические исследования. Некоторое время он работал на
зоологической станции в Неаполе - международном центре биологических
исследований. В 1912 г. М. становится сотрудником физиологического отделения Киль-
ского университета, а на следующий год получает должность преподавателя
университета по зоологии.
Мейергоф первым применил концепции термодинамики для анализа клеточных
реакций . Он изложил свою теорию в лекции по биоэнергетике клеточных процессов,
прочитанной в июле 1913 г. Расширенный вариант лекции был опубликован
Рокфеллеровским институтом в Нью-Йорке в 1924 г. под названием «Динамика жизненных
явлений» ("Dynamics of Life Phenomena"). В то время подробности метаболизма
углеводов были еще не совсем ясны. Было известно, что углеводы откладываются
в печени и мышечных клетках в виде гликогена - крахмалоподобного соединения,
составленного из цепи молекул глюкозы, а также то, что процесс биохимического
расщепления гликогена и глюкозы (гликолиз) осуществляется двумя способами:
аэробным, нуждающимся в кислороде, и анаэробным, протекающим в отсутствие
кислорода . Аэробное расщепление углеводов заканчивается образованием двуокиси
углерода и воды; анаэробное - образованием молочной кислоты и лактата.
Экспериментальная методика Мейергофа включала определение и сопоставление
корреляций между клеточным поглощением кислорода (дыхание), клеточной
теплопродукцией (термодинамика), биохимическими процессами в клетках и механической
работой, выполняемой специализированными мышечными клетками. В 1917 г. он
показал, что углеводные ферментные системы дрожжевых и животных клеток сходны,
подтвердив тем самым концепцию биохимического единства жизни.
В 1918 г., почти в самом конце первой мировой войны, он в течение короткого
времени служил на французском фронте офицером медицинской службы германской
армии. После войны он был назначен ассистентом профессора в Кильский
университет. Возобновив свои исследования, Мейергоф стал искать объяснение
клеточным функциям с позиции физической химии. Изучая сокращение мышцы у лягушки,
он измерил количество поглощенного кислорода и образовавшейся молочной
кислоты, как при наличии, так и при отсутствии кислорода. Он показал, что при
анаэробном гликолизе образуется молочная кислота и что при наличии кислорода
лишь 1/5 клеточной молочной кислоты (лактата) полностью окисляется до
двуокиси углерода и воды. Исходя из этого, он заключил, что клеточная энергия,
получаемая за счет окислительных процессов, используется клеткой в циклической
реакции для повторного синтеза молекул глюкозы из остаточного лактата,
содержащегося в клетках.
В 1923 г. Мейергоф был награжден Нобелевской премией по физиологии и
медицине 1922 г. «за открытие тесной взаимосвязи между процессом поглощения
кислорода и метаболизмом молочной кислоты в мышце». Он разделил премию с Арчи-
балдом В. Хиллом, который изучал теплопродукцию при мышечном сокращении.
«Истинная жизнь ученого состоит не из выдвижений и наград, - сказал Мейергоф в
Нобелевской лекции, - они являются лишь конечным, а вернее, побочным ее
продуктом. Она заключается в революционной мысли, новых теориях, фундаментальных
открытиях, которые рождаются в предназначенном для этих целей разуме, как и
произведение искусства, в результате творческого акта». Он высоко оценил
также заслуги Хилла, работы которого, «сияя, как путеводный маяк, сквозь морскую
мглу, помогли не сбиться с курса и избежать мелей».
Вскоре после получения Нобелевской премии Мейергоф не прошел на должность
заведующего кафедрой Кильского университета, вероятно, из-за антисемитизма.
Однако членами Общества кайзера Вильгельма для него была организована
лаборатория, и в 1924 г. он был назначен профессором Биологического института
кайзера Вильгельма в Берлине, где воспитал целую плеяду биохимиков, среди
которых Ханс Кребс, Фриц Липман и Северо Очоа. После того как один из его
сотрудников, Карл Ломан, обнаружил, что самая важная молекула, управляющая
биохимическими реакциями, - это аденозинтрифосфат (АТФ), Мейергоф и Ломан описали
роль АТФ в мышечном сокращении. В 1929 г. он был назначен директором вновь
организованного Института медицинских исследований кайзера Вильгельма в Гей-
дельберге. В книге «Биохимические исследования мышечных клеток» ("Biochemical
Investigations in Muscle Cells", 1930) он высказал предположение, что все
биологические явления, за исключением некоторых мыслительных процессов,
теоретически могут быть объяснены с помощью физико-химических понятий.
В 1932 г. Мейергоф и его коллеги экстрагировали ферменты для основных
биохимических реакций, протекающих в процессе превращения глюкозы в молочную
кислоту. Этот основной клеточный путь углеводного метаболизма называют также
путем Эмбдена-Мейергофа. (Густав Эмбден, скоропостижно скончавшийся в 1933
г., внес большой вклад в теоретическую разработку этой схемы.)
Встревоженный подъемом нацизма, Мейергоф с женой в 1938 г. покидает
Германию. Они переезжают сначала в Швейцарию, а затем в Париж, где он продолжает
свои исследования в Институте физико-химической биологии. После захвата
германскими войсками Парижа в 1940 г. супруги ищут убежища на юге Франции, потом
перебираются через Пиренеи в Испанию и, наконец, в Соединенные Штаты. Здесь
Мейергоф встречается со своим коллегой Хиллом, которому удалось получить
субсидию Рокфеллеровского фонда для учреждения в Пенсильванском университете
должности профессора специально для Мейергофа В летние месяцы он продолжает
заниматься биоэнергетикой клеточных процессов в лаборатории морской биологии
в Вудс-Холе (штат Массачусетс). В 1944 г. тяжелый инфаркт на 10 месяцев
приковал его к постели. Спустя два года он стал американским гражданином. Его
коллеги и ученики подготовили юбилейное издание «Метаболизм и функции»
("Metabolism and Function") и преподнесли его Мейергофу в день 65-летия в
194 9 г., когда он был избран членом Национальной академии наук.
В 1914 г. Мейергоф женился на художнице Хедвиг Шалленберг; у супругов
родились два сына и дочь. Он увлекался философией, искусством, археологией и
сочинял стихи. Его всегда волновали проблемы взаимодействия науки и общества.
Мейергоф умер 6 октября 1951 г. в Филадельфии, в возрасте 67 лет после
повторного инфаркта.
Мейергоф был членом Лондонского королевского общества и Гарвеевского
общества, обладателем почетной степени Эдинбургского университета, а также многих
других наград и почестей.
ВАрчибалд Вивиен Хилл (англ. Archibald Vivian Hill,
1886—1977) — английский физиолог, один из
основоположников биофизики и исследования операций. Лауреат
Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1922 году
(совместно с Отто Меиергофом) за труды в области термодинамики
мышечной деятельности.
Английский физиолог Арчибальд Хилл родился 26 сентября
1886 года в Бристоле в семье торговца лесоматериалами.
Детей воспитывала мать. До 7 лет Арчибальд учился дома с
матерью, потом, когда семья переехала в Вестон-супер-
Маре, он пошел в небольшую подготовительную школу.
В 1899 году Хилл был принят в колледж Блюнделла, где
проявил способности к математике.
В 1905 году начал обучения в Тринити-колледже в Кембриджском университете,
изучая математику. Он был способным студентом и закончил курс обучения на год
раньше. Его руководитель, физиолог М. Флетчер, предложил Хиллу заняться
физиологией, что, по его усмотрению, больше соответствовало интеллектуальным
способностям будущего ученого. Советы наставника были приняты. В 1909 году,
завершив естественное образование, отлично сдав экзамены, Хилл продолжает
углублять свои знания по химии и физике.
В этом же году Хилл как молодой ученый начал работать в физиологической
лаборатории в Кембридже, продолжая исследование Флетчера и Гопкинса
относительно изучения физиологических особенностей мышц жабы. С помощью термопары
Арчибальд Хилл установил, что «механизм мышечного сокращения связан с процессом
преобразования энергии химических реакций в электрическую энергию высокого
потенциала».
В 1914 году его исследование были сосредоточены на измерении тепла, которое
выделяется во время мышечных сокращений и механической работы, а также на
выяснении взаимосвязи полученных данных с биохимическими аспектами мышечной
активности .
В 1922 году Хилл получил Нобелевскую премию в области физиологии и медицины
«за открытия в области теплообразования в мышцах». Он поделил премию с Отто
Меиергофом. В своем докладе в ранге лауреата Нобелевской премии Хилл обратил
внимание аудитории на странную сложность проблем физиологии мышц и отметил
необходимость проведения дальнейших экспериментов, которые бы охватывали все
аспекты статики, динамики и термодинамики, а также подчеркнул важность
создания и использование новых лабораторных инструментов.
Из-за обострения политической ситуации в Германии Хилл как противник
политики нацистов выступил с обвинением правительства Гитлера в преследовании
евреев и ученых.
Хилл был членом свыше 40 научных обществ, получил почетные степени от 17
университетов, награжден орденами, медалями и премиями многих научных
учреждений.
Арчибальд Хилл умер 3 июня 1977 года от осложнений вследствие вирусной
инфекции .
Стивен Чу (англ. Steven Chu, род. 1948) — американский
физик-экспериментатор. За исследования в области
охлаждения и улавливания атомов с использованием лазерных
технологий в 1997 году награждён Нобелевской премией по физике
(совместно с Клодом Коэном-Таннуджи и Уильямом Филипсом).
Чу родился в семье учёных, в Сент-Луисе, штат Миссури.
Его отец получил учёную степень по химической технологии в
Массачусетском технологическом институте и преподавал в
Университете Вашингтона в Сент-Луисе и в Бруклинском
политехническом институте, а его мать изучала экономику. Его
старший брат Гилберт Чу — профессор и исследователь
биохимии и медицины в Стэнфордском университете. Чу в 1970 году окончил Рочестер-
ский университет, получив степень бакалавра математики и физики. В 1976 году
получил степень доктора философии в области физики в Калифорнийском
университете в Беркли. Некоторое время работал в Bell Labs. В 1987 году покинул
исследовательский центр и стал профессором физики в Стэнфордском университете,
возглавляя физический факультет с 1990 по 1993 год и с 1999 по 2001 год. В
августе 2004 года Чу был назначен директором Национальной лаборатории Лоренса
Беркли. В 2009 году он был назначен министром энергетики в администрации
Барака Обамы.
В 1997 году Стивен Чу получил Нобелевскую премию по физике «За создание
методов охлаждения и улавливания атомов лазерным лучом», совместно с Клодом
Коэном-Таннуджи и Уильямом Филлипсом. Этот метод применяется при
конструировании прецизионных атомных часов, а также при точном позиционировании и в
космической навигации.
Чу — член Национальной академии наук США, Американской академии искусств и
наук, Американского философского общества. Он также является иностранным
членом Академии наук Китая и Корейской академии науки и техники. В 1995 году он
был удостоен премии имени Гумбольдта от Фонда Александра фон Гумбольдта.
Уильям Дэниел Филлипс (англ. William Daniel Phillips; род. 1948) —
американский физик, лауреат Нобелевской премии по физике в 1997 году (совместно с
Клодом Коэном-Таннуджи и Стивеном Чу).
Родился в Уилкс-Барре (штат Пенсильвания). Окончил Колледж Juniata,
Хантингтон. Штат Пенсильвания. С 1970 - в Массачусетсском технологическом
институте, где получил докторскую степень (1976). С 1978 работает в Национальном
институте стандартов и технологии в Гейтерсберге (штат
Мэриленд) .
Работы связаны с экспериментальным доказательством
возможности лазерного охлаждения. Основываясь на работах С.
Чу развивал новые методы измерения температуры охлажденных
атомов - сдвиг энергетических уровней атомов, помещенных в
магнитное поле (эффект Зеемана) и создание «оптических
кристаллов», когда атомы удерживались в местах
концентрации световой энергии, возникших в пространстве при
интерференции нескольких лазерных лучей. В 1988 получил
температуру в шесть раз ниже предсказанного теоретически
предела.
Член Национальной АН (1997).
Медаль А. Майкельсона (1996). Премия А. Шавлова (1998).
Клод Коэн-Таннуджи (фр. Claude Cohen-Tannoudji; род.
1933) — французский физик, лауреат Нобелевской премии по
физике За 1997 год, совместно со Стивеном Чу и Уильямом
Филлипсом «за создание методов охлаждения и улавливания
атомов лазерным лучом».
Коэн-Таннуджи происходит из еврейской семьи, проживавшей
в Алжире с XVI века (с 1870 года — подданные Франции) . С
1953 по 1957 год изучал в Высшей нормальной школе сперва
математику, затем физику, после того, как посетил лекции нобелевского
лауреата Альфреда Кастлера. В 1957 году он получил диплом, после чего прослужил в
армии 28 месяцев (несколько больший срок, чем обычно, по причине войны в
Алжире) . С 1960 года работал в государственном научном исследовательском центре
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). После 1962 года
преподавал на факультете естественных наук в университете Парижа и впоследствии в
университете Пьера и Марии Кюри, наследнике факультета естественных наук. В
1973 году стал профессором Коллеж де Франс и членом правления Колледжа
ядерной и молекулярной физики.
Двухтомная монография «Mechanique Quantique», вышедшая в 1977 году и
написанная Коэном-Таннуджи совместно с Бернаром Дью и Франком Лалоэ, и сегодня
является образцовым учебником по квантовой механике.
Совместно с американцами Стивеном Чу и Уильямом Филлипсом Коэн-Таннуджи
разработал метод охлаждения атомов при распространении пучка атомов вдоль
переменного магнитного поля. При этом атомный пучок тормозится, и атомы
улавливаются в ловушку. Этот метод применяется при конструировании прецизионных
атомных часов, также его применяют при точном позиционировании и в
космической навигации.
В 1996 году был награждён премией Харви в Хайфе (Израиль).
Владилен Степанович Летохов (1939—2009) — советский и российский физик-
теоретик, пионер лазерной физики и классик лазерного охлаждения. Доктор
физико-математических наук (1970) , профессор. Автор более 850 статей и 15
монографий, наиболее цитируемый советский ученый во всех областях науки за период
1973—1988 годов.
Летохов родился в Тайшете (Иркутская область). В 1963 году окончил Мое-
ковский физико-технический институт и поступил в
аспирантуру ФИАН, где работал в 1963—1970 годах под руководством
Н.Г. Басова. В 1970 году по приглашению С.Л. Мандельштама
перешел в Институт спектроскопии АН СССР, руководил
отделом лазерной спектроскопии, занимал должность заместителя
директора. Одновременно с 1972 года являлся профессором
МФТИ.
Среди учеников Летохова 60 кандидатов и 12 докторов
наук.
Научные труды Летохова посвящены квантовой электронике и
;'4| ее приложениям, нелинейной оптике, лазерной спектроскопии.
Развивал методы генерации мощных лазерных импульсов.
Изучал процессы взаимодействия лазерного излучения с
веществом, в том числе с одиночными атомами и молекулами: многофотонную
диссоциацию, детектирование частиц для целей сверхчувствительного анализа, лазерное
охлаждение атомов, процессы управления атомными пучками и органическими
молекулами при помощи сверхкоротких импульсов света. Ряд работ посвящен лазерным
явлениям в космосе.
Его исследования легли в основу работ американских учёных, получивших
Нобелевскую премию по физике в 1997 году. По мнению российских и зарубежных
лауреатов, имя Летохова несправедливо отсутствует в списке награждённых. В
качестве извинения за данную ошибку Нобелевского комитета король Швеции Густав II
подарил нашему земляку коттедж в своей стране.
, Ж
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Ликбез
КРАТКИЙ КУРС БИОЛОГИИ
(продолжение)
ГЛАВА 5.
БЕ СП03В0Н0ЧНЫЕ
5.1. ЦАРСТВО
ЖИВОТНЫХ
5.1.1.
Классификация
животных
Животные - одна из основных групп живых существ, выделяемая в царство
Animalia. Все животные - гетеротрофные организмы; они не могут самостоятельно
синтезировать органические вещества и питаются уже готовой органикой.
Животных несколько миллионов видов; среди них есть те, кто живёт в воде, на
суше или в воздухе, свободные и прикреплённые к субстрату, большие и
маленькие. Ранее простейшие считались сначала типом, а затем полцарством в царстве
животных. Сейчас эту группу одноклеточных организмов помещают в царство
Protista.
Все многоклеточные животные разделяются на три полцарства. Наиболее
примитивными среди них являются пластинчатые, относящиеся к надразделу фагоцител-
лообразных (Phagocytellozoa). У них присутствуют только два типа клеток, нет
дифференцированных тканей и органов. Относящиеся к надразделу паразои
(Parazoa) губки отличаются высокой дифференциацией клеток, имеющих тенденцию
к образованию тканей. Однако специализированных органов у них не образуется.
Все остальные животные входят в надраздел собственно многоклеточных животных
(Eumetazoa) .
Многоклеточные организмы стали более крупными, чем одноклеточные. В связи с
этим, перед ними возникло несколько важных проблем, которые им пришлось
решить:
• потребность в большем количестве пищи, что привело к полному переходу на
гетеротрофный способ питания и образованию пищеварительной системы;
• потребность в эффективном способе передвижения, что привело к появлению
скелета и мускулатуры; удлинённая обтекаемая двусторонне-симметричная
форма тела облегчила движение;
• удалённость клеток от поверхности тела и увеличение непроницаемости
наружных покровов привели к появлению транспортной системы;
• возросшая сложность организма потребовала образования контролирующих
нервной и эндокринной систем; чтобы быстрее регистрировать сигналы,
поступающие из внешней среды, органы чувств переместились на переднюю
сторону туловища, в результате чего обособилась голова (цефализация);
• развитие многоклеточного организма из зиготы привело к появлению
эмбрионального развития и метаморфоза.
Большинство многоклеточных животных состоит из тканей различных типов.
Дифференциация на ткани выгодна тем, что они выполняют свою задачу значительно
эффективнее, чем отдельные клетки. Для выполнения определённых функций ткани
объединяются в органы, а последние - в системы органов. Системы контроля
объединяют системы органов в единый организм.
Следующим после тканевой дифференциации важным признаком в систематике яв-
ляется симметрия тела. У животных существуют два типа симметрии: двусторонняя
(когда тело можно разделить на две зеркальные половинки только одной
плоскостью) и радиальная или лучевая (когда таких плоскостей несколько). К животным
с лучевой симметрией относят кишечнополостных и гребневиков. Животные
некоторых типов (например, иглокожие) обладают радиальной симметрией, однако по
происхождению она вторична, что подтверждается исследованием эмбрионов и
личинок этих животных. Поэтому иглокожих также относят к группе двусторонне-
симметричных животных.
=>v
^ >
Радиальная симметрия
Передний
Задний
Пит С ОСТЬ
симметрии
Брюшной
Двусторонняя симметрия
Рисунок 5.1.1.1. Различные формы симметрии тела.
Ещё один важный признак систематики - характер дробления яйца в процессе
формирования зародыша. У плоских червей и немертин пространство между
наружными покровами и кишечником плотно заполнено клетками мезодермы. Таких
животных называют бесполостными. У остальных двусторонне-симметричных животных
(или хотя бы их эмбрионов) стенка тела отделена от пищеварительного тракта
полостью, заполненной жидкостью.
Внутренняя полость служит гидростатическим скелетом, а также позволяет
значительно увеличить размеры тела. Существуют два способа образования полости.
У круглых червей и некоторых других типов она возникает при исчезновении
клеток мезодермы. В этом случае внутренние органы омываются жидкостью,
заполняющей полость тела. Помимо скелетной функции, полостная жидкость играет важную
роль в транспорте питательных веществ и продуктов обмена. Такие животные
называются первичнополостными, а сама полость - псевдоцелью.
У других животных из мезодермы образуется особый эпителиальный слой клеток,
полностью отделяющий внутренние органы от стенок тела. Между его клетками
формируется вторичная полость тела, или целом, а сам эпителий называется це-
ломическим. Образованные мезодермой мышцы окружают кишечный тракт,
обеспечивая его перистальтику. Перенос питательных веществ от стенок кишечника к
остальным частям тела обеспечивается кровеносной системой. Такие животные
называются вторичнополостными. По-видимому, целом образовался у предков кольчатых
червей как приспособление к роющему образу жизни.
В процессе гаструляции образуется зачаток кишечника, сообщающийся с внешней
средой первичным ртом, или бластопором. У первичноротых (кольчатых червей,
моллюсков, членистоногих и других животных) из него образуется рот. У вторич-
норотых (иглокожих, полухордовых, хордовых и представителей некоторых других
типов) из первичного рта образуется анальное отверстие, а настоящий рот
закладывается вторично, образуясь значительно позднее.
L**4
,*L-'"
Эктодерма
Мезодерма
Эндодерма /
Эктодерма
Мезодерма
Эндодерма
Псевдоцель
энтодерма
Мезодерма
ел омический
эпителий
Эндодерма
Целом
Б ее полостные
Первичнополостные
Вторично полостные
Рисунок 5.1.1.2. Полости тела.
В следующих разделах курса описаны все перечисленные группы животных.
5.1.2. Пластинчатые
Пластинчатые (Placozoa) — самые примитивные современные многоклеточные. По-
видимому, они являются потомками реликтовой фауны первых многоклеточных
животных Земли. Согласно теории Мечникова неразошедшиеся в результате деления
клетки жгутиконосцев не могли одновременно выполнять функции и движения, и
питания и поэтому образовали два слоя. Веским аргументом в пользу такой
теории является сходство этого гипотетического животного - фагоцителлы - с
личинками кишечнополостных.
Сейчас пластинчатые обычно выделяются в отдельное подцарство фагоцителлооб-
разных.
Клетки Пищеварительная Покровная
фибры вакуоль клетка
Жгутик
Дорсальный
эпителий
Промежуточный
слой
Вентральный
эпителий
Цилиндрическая Железистая
клетка клетка
Рисунок 5.1.2.1. Трихоплакс.
Современные животные этого типа включают в себя два вида из рода трихоп-
лакс. Они обитают в Средиземном и Красном морях, у берегов Англии и Франции,
в прибрежных водах Японии. Часто встречаются в морских аквариумах и хорошо
разводятся в неволе. Это настоящие многоклеточные животное длиной до 3-4 мм.
Листовидное тело состоит из нескольких тысяч клеток, образующих два слоя,
между которыми находятся амёбовидные клетки. Если трихоплакса разделить на
отдельные клетки, то они поползут одна к другой и соединятся вместе,
восстанавливая единый организм.
У пластинчатых ещё нет зародышевых листков, а также не образуется никаких
органов. Нет даже переднего и заднего концов тела, из-за чего трихоплакс
перемещается неупорядоченно, то одним концом вперёд, то другим. Найдя пищу,
трихоплакс накрывает её своим телом, выделяет пищеварительные ферменты, а
затем поглощает то, что от неё осталось. Другим способом питания пластинчатых
является фагоцитоз.
5.1.3. Губки
Губки (Porifera) - тип одних из наиболее примитивных многоклеточных
животных, большинство из которых лишено общей характерной симметрии тела. У
некоторых одиночных губок наблюдается гетерополярная осевая симметрия. В связи с
тем, что тела губок не дифференцируются на ткани, этот тип выделяется в
отдельное подцарство Parazoa. Функционально клетки губок слабо связаны между
собою.
клетка карман канал
Аскон Сикон Лейкон
Рисунок 5.1.3.1. Различные типы строения губок.
Тело губок высотой от 1,5 мм до 1 м состоит из двуслойной пористой стенки,
окружающей центральную полость. Между слоями стенки находится студенистая
мезоглея, в которой содержатся клетки разного рода. Губки ведут неподвижный
образ жизни, прикрепляясь своим основанием к субстрату. Только устье и поры
способны немного сужаться. Под действием жгутиковых клеток - хоаноцитов,
выстилающих внутреннюю поверхность губок, вода со взвешенными пищевыми
частицами закачивается через поры во внутреннюю полость. Здесь различные органиче-
ские вещества, а также бактерии и планктон захватываются хоаноцитами.
Продукты метаболизма выходят вместе с водой наружу через широкое устье. Некоторые
губки прокачивают сквозь себя за день до полутора тонн воды.
Большинство губок гермафродиты. Размножение половое и бесполое. Почки,
образующиеся на теле, как правило, не отделяются от материнского организма, что
приводит к появлению колоний самой причудливой формы. В половом процессе
сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку; из яйца выходит личинка, некоторое
время плавающая в воде, а затем прикрепляющаяся ко дну. Большинство губок
живут от нескольких недель до двух лет; конская губка может жить до 50 лет и
больше. У губок очень хорошо развита способность к регенерации тканей: даже
если губку разрезать на куски, то из каждого кусочка через некоторое время
вырастет новая губка.
Скелет губок развивается в мезоглее. Он состоит из фибриллярного белка
коллагена или органического вещества спонгина и миллионов микроскопических игл
(спикул), образованных кремнезёмом или углекислой известью. Строение скелета
служит основным признаком классификации губок. Около 5000 видов губок,
встречающихся преимущественно в морях от поверхности до глубины 8 км, разделяются
на три класса: известковые губки (скелет из карбоната кальция), обыкновенные
губки (скелет из одно- или четырёхосных игл кремнезёма, реже из спонгина),
стеклянные или шестилучевые губки (кремнезёмный скелет из шестиосных игл). К
обыкновенным губкам относятся более 95 % всех видов.
Рисунок 5.1.3.2. Обыкновенные губки. Верхний ряд,
слева направо: Dysidea granulosa, Polymastia
penicillus, Tetilla leptoderma, Aplysilla rosea.
Нижний ряд, слева направо: Geodia sp. , Haliclona sp. ,
Mycale rotalis, Pseudoceratina crassa.
Рисунок 5.1.3.3. Обыкновенные губки. Верхний ряд, слева направо:
Mycale loveni, Tedania ignis, Hymeniacidon heliophila, Myxilla
fimbriata. Нижний ряд, слева направо: Suberites massa,
Monanchora unguifera, слоновье ухо, бадяга.
Известковые губки известны с докембрия, стеклянные - с девона. В настоящее
время большинство исследователей, вслед За Иваном Мечниковым, рассматривают в
качестве предка губок гипотетическое животное — фагоцителлу. Об этом
свидетельствует строение личинки губок, близкой к наиболее архаичным животным из
полцарства фагоцителлообразных — трихоплаксам. Однако Геккель считал, что
губки произошли от воротничковых жгутиконосцев, в колониях которых возникли
анатомические и функциональные различия.
*v_/£" ^ /5
Рисунок 5.1.3.4. Известковые губки. Слева направо: Clathrina
coriacea (белая губка), Leucandra heathi, Leucosolenia botryoides.
Рисунок 5.1.3.5. Стеклянные губки. Слева направо: Aphrocallistes, Farrea.
Практическое значение губок невелико: они применяются в качестве украшений,
для медицинских и технических целей. Греческие туалетные губки издавна
использовались человеком в качестве природного гигиенического средства.
5.2. РАДИАЛЬНО-СИММЕ ТРИЧНЫЕ
5.2.1. Внутреннее
строение кишечно-полостных
Кишечно-полостные (Coelenterata) или стрекающие (Cnidaria) - богатый видами
тип примитивных многоклеточных животных с радиальной симметрией тела, часто
придающей им сходство с цветком. Кишечно-полостные - это первые животные, у
которых появились настоящие ткани.
Продольная
миофибрилла
Эпителиально-
мышечная клетка
Стрекательная нить
Эпидермис
Мезоглея
Га :тр одер ми с
Промежуточная
клетка
Пищеварительная
полость
Пищ ев зрительно- Круговая
мышечная клетка миофибрилла
Поперечный разрез гидры
Сенсорная
клетка
Стрекательная клетка Стрекательная клетка
со свободным с заряженным
нематоцистом нематоцистом
Рисунок 5.2.1.1. Внутреннее строение гидры.
Эти животные представляют, по сути, мешок, стенка которого состоит из
наружного (эктодермы) и внутреннего (эндодермы) слоев. Эктодерма состоит из
сократительных эпителиально-мускульных и стрекательных клеток, а эндодерма - из
пищеварительных эпителиально-мускульных и железистых клеток. Стрекательные
клетки служат для нападения и защиты. Слои разделены мезоглеей -
бесструктурным желеобразным веществом, в котором также могут находиться клетки.
Дыхательная, кровеносная и выделительная системы отсутствует.
Внутреннюю часть тела занимает кишечная полость, нередко разделённая на
отдельные камеры. Она открывается наружу ротовым отверстием, через которое
происходит и заглатывание пищи, и экскреция. Рот обычно окружён щупальцами,
служащими для захвата пищи. Пищеварение происходит как в кишечной полости, так и
клетках эндодермы, захватывающих частицы пищи с помощью ложноножек.
Щупальца кишечно-полостных - длинные, тонкие, способные сильно сокращаться
и вытягиваться придатки, вооружённые микроскопическими стрекательными
капсулами - нематоцистами. Капсулы содержат свёрнутую в спираль нить, которая
может с большой силой разворачиваться, вонзаясь в тело мелких животных. Через
капсулу впрыскивается яд, парализующий жертву.
Щупальце
Осевой
стержень
Рисунок 5.2.1.2. Строение восьмилучевого кораллового полипа.
Другая характерная особенность кишечно-полостных - это полиформизм. У
большинства видов наблюдается чередование поколений: свободноплавающего (медузы)
и прикреплённого к субстрату (полипа). Медуза состоит из студенистого
колокола (зонтика) с отходящими от его края щупальцами. Она перемещается за счёт
реактивных толчков, создаваемых выбрасываемыми назад из-под зонтика струями
воды. Полип - это сидячая цилиндрическая форма, расширяющаяся к основанию
тела, и сужающийся к вершине, окружённой щупальцами.
Пищеварительная
полость
Мезоглея
Лучевой канал ?
Гонада
Га стр одер ми с- '
Нервная
цепочка ~
Щупальце
Кольцевой
проток
Парус
статоцист
Присоска
Рисунок 5.2.1.3. Строение медузы.
Нервная система представляет собой сеть, образованную нервными клетками. У
медуз имеются два рыхлых нервных кольца, расположенных около рта и по краю
зонтика. Органы зрения (светочувствительные глазки) и равновесия (статоцисты)
есть только у медуз.
Кишечно-полостные размножаются почкованием, обычно приводящим к образованию
колоний. При половом размножении гаметы выходят во внешную среду, где
происходит их слияние. После этого из образовавшейся зиготы развивается подвижная
личинка - планула. Полип или медуза возникают после метаформоза планулы.
5.2.2. Классификация
кишечно-полостных
Кишечно-полостные - водные (преимущественно морские) одиночные или
колониальные животные. Практически все кишечно-полостные - хищники, питающиеся
планктоном, личинками беспозвоночных и даже мальками рыб. Немногие из них
(например, кунина) ведут паразитический образ жизни. В основе классификации
типа лежит соотношение между жизненными стадиями медузы и полипа. Примерно 10
000 видов кишечно-полостных делятся по наиболее распространённой
классификации на три класса: гидроидных, сцифоидных и коралловых полипов. Первые два
класса иногда объединяются в подтип медузовых (Medusozoa).
В классе гидроидных (Hydrozoa) доминируют полипы, обычно образующие путём
почкования ветвистую колонию из огромного числа особей - гидрантов. От
полипов отпочковываются медузы, живущие, как правило, недолго; некоторые виды не
образуют медуз.
6-7 отрядов гидроидных разделяются на 4000 видов, встречающихся, в
основном, в морях. Большинство обитают на литорали, лишь немногие гидромедузы -
глубоководные формы. Некоторые гидроидные (гонионема, португальский кораблик)
вызывают сильные ожоги, опасные для человека.
Рисунок 5.2.2.1. Гидроидные. Верхний ряд, слева направо: обыкновенная гидра,
несравненная кунина (паразитирует на более крупной медузе), калифорнийская
аллопора, коленчатая обелия. Нижний ряд, слева направо: огненный коралл,
светящаяся кладонема, тихоокеанская порприта, краспедакуста.
Рисунок 5.2.2.2. Гидроидные. Верхний ряд, слева направо: пантахогон, красная
кроссота, эвдендриум, крестовичок. Нижний ряд, слева направо: коническая али-
скера, клеточная митрокома, тубулярия, карибдея.
Гидра - характерный представитель пресноводных полипов - обитает в озёрах,
прудах и реках. Цилиндрическое тело подошвой прикреплено к субстрату; на
противоположном конце имеется рот, окружённый щупальцами. Оплодотворение
внутреннее. Находящиеся в эктодерме интерстициальные клетки способствуют
регенерации повреждённых тканей. Гидру можно резать на куски, даже вывернуть
наизнанку - всё равно она будет жить и расти. Гидра окрашена в зелёный или бурый
цвет; длина тела составляет от 5 мм до 1 см. Срок её жизни составляет лишь
один год.
Рисунок 5.2.2.3. Сифонофоры. Слева направо: португальский
кораблик (физалия), прая, плавучая физофора, наномия.
Рисунок 5.2.2.4. Сцифомедузы. Верхний ряд, слева направо: атолла ван Хоффа,
корнерот, медуза-кочан, ушастая медуза. Нижний ряд, слева направо:
таинственная хризаора, молочная хризаора, гигантская цианея, фацеллофора.
Иногда в отдельный класс выделяются сифонофоры, образующие плавающие на
поверхности воды колонии. Отдельные особи, входящие в её состав, различаются
внешним видом в зависимости от выполняемых функций. Плавательный пузырь с
газом поддерживает колонию в горизонтальном положении, а иногда служит парусом.
Сцифоидные (Scypnozoa), наоборот, выделяются свободноплавающими медузами,
размеры которых колеблются от нескольких миллиметров до 2-3 м (цианея);
щупальца цианеи вытягиваются в длину до 20 м. Полип развит слабо, иногда его
нет совсем. Кишечная полость разделена неполными перегородками на камеры.
Сцифомедузы живут несколько месяцев.
Около 200 видов в умеренных и тропических водах Мирового океана. Некоторые
виды (корнероты, аурелия) употребляются в солёном виде в пищу. Многие медузы
при прикосновении вызывают сильные покраснения и ожоги. Австралийская сцифо-
медуза хиродрофус может вызвать смертельные ожоги у людей.
Рисунок 5.2.2.5. Коралловые полипы. Верхний ряд, слева направо:
мёртвые пальцы, красный коралл, оранжевое морское перо,
удивительная виргулярия. Нижний ряд, слева направо: чёрный коралл,
цериантус Ллойда, стеклянная роза, гигантский карибский анемон.
Коралловые полипы (Anthozoa) - колониальные (реже одиночные) морские
организмы. Тело длиной от нескольких миллиметров до одного метра обладает шести-
лучевой или восьмилучевой симметрией. Из-за того, что оплодотворение у
кораллов внутреннее, личинка планула развивается в кишечной полости полипа,
образующего яйцеклетки. Стадия медузы отсутствует. Ротовое отверстие соединяется
с кишечной полостью глоткой. У полипов одной колонии кишечная полость общая,
и пища, добытая одним из полипов, становится достоянием всей колонии. Около
6000 видов коралловых полипов обитают во всех морях с достаточно высокой
солёностью; в северных и дальневосточных морях России около 150 видов.
Рисунок 5.2.2.6. Коралловые полипы. Верхний ряд, слева направо:
грибной коралл, протопалитоя, курчавый этерактис, зелёный
звёздчатый коралл. Нижний ряд, слева направо: гигантская ковровая
актиния , багряная стомфия, земляничный анемон, водяная уртицина.
Некоторые бесскелетные актинии (морские анемоны) служат хорошим примером
симбиоза. Они сосуществуют вместе с раками-отшельниками, живя на их
раковинах. Рак питается остатками добычи актинии, а взамен переносит её с места на
место - в более удачные для охоты места. Другая актиния симбиотирует с рыбой-
клоуном. Яркая рыбка, невосприимчивая к яду щупалец, завлекает врагов, а
актиния хватает их и поедает. Кое-что перепадает и клоуну. Отдельные актинии
доживают (в аквариумах) до 50-80 лет.
Некоторые колониальные полипы (например, мадрепоровые кораллы) окружают
себя массивным известковым скелетом. Когда полип умирает, его скелет остаётся.
Колонии полипов, разрастаясь в течение тысячелетий, образуют коралловые рифы
и целые острова. Самый крупный из них - Большой Барьерный риф - тянется вдоль
восточных берегов Австралии на 2300 км; его ширина составляет от 2 до 150 км.
Рифы в местах своего распространения (в тёплых и солёных водах с температурой
20-23 °С) являются серьёзным препятствием для судоходства. Веточки кораллов
используют как украшения.
Коралловые рифы представляют собой уникальные экосистемы, в которых находит
приют огромное количество других животных: моллюсков, червей, иглокожих, рыб.
В ледниковый период коралловые рифы окаймляли многие острова. Затем уровень
моря начал подниматься, и полипы со средней скоростью сантиметр в год
надстраивали свои рифы. Постепенно сам остров скрывался под водой, а на его
месте образовалась мелководная лагуна, окружённая рифами. Ветер приносил на них
семена растений. Затем появились животные, и остров превратился в коралловый
атолл.
Рисунок 5.2.2.7. Коралловый атолл.
Рисунок 5.2.2.8. Обитатели кораллового рифа.
По одной из гипотез, кишечно-полостные произошли от одноклеточных животных
в результате нерасхождения дочерних клеток после деления. По другой, они
появились из-за многократного деления ядра в клетке с последующим образованием
перегородок между дочерними ядрами. Представители большинства классов
известны уже в кембрии; в конце палеозоя произошло массовое вымирание древних
кишечно -полостных. Всего известно около 20 000 вымерших видов этого типа.
Многие из них, обладая массивным скелетом, принимали участие в формировании
мощных слоев известняка.
5.2.3. Гребневики
Гребневиков (Ctenophora) ранее относили к кишечнополостным; сейчас эти
животные выделены в отдельный тип.
Студенистое прозрачное тело гребневиков размерами от 2 мм до 2,5 м имеет
двухлучевую симметрию. Тело имеет вид мешка, на одном конце которого
находится рот, а на другом - органы равновесия. Гребневики плывут ртом вперёд при
помощи специальных гребных пластинок - склеенных между собой пучков ресничек.
В отличие от кишечнополостных гребневики лишены стрекательных клеток;
добычу ловят клейкие клетки наружного эпителия. Пища захватывается
непосредственно ртом или особыми ловчими щупальцами, передающими её ко рту. Затем через
глотку пища поступает в кишечную полость. Пищеварительная и нервная системы
развиты более сильно. Гребневики - гермафродиты; чередования поколений у них
не происходит.
Рот-
Глотка-
Колленхима
Пищеварительные
каналы
Анальный
канал
Ловчее
щупальце
-Желудок
Аморальный
канал
Рисунок 5.2.3.1. Строение гребневика.
Рисунок 5.2.3.2. Щупальцевые гребневики. Слева направо: плеуроб-
рахия, венерин пояс, бероэ, мнемиопсис.
Более 100 видов гребневиков делятся на два класса: щупальцевые
(Tentaculata) и бесщупальцевые (Atentaculata). Распространены на разных
глубинах во всех морях. Гребневики - хищники, питающиеся планктоном, мальками
рыб и другими гребневиками.
Рисунок 5.2.3.3. Бесщупальцевый гребневик целоплана.
5.3. БЕСПОЛОСТНЫЕ ЧЕРВИ
5.3.1. Плоские черви
Плоские черви (Platyhelminthes) - это тип двусторонне-симметричных
беспозвоночных животных. У плоских червей впервые среди многоклеточных животных
появляется третий, средний, слой - мезодерма, участвующий в образовании
органов и систем органов. Таким образом, плоские черви стоят на новом, более
высоком уровне организации, по сравнению со всеми предыдущими животными.
В соответствии с названием, тело плоских червей сильно уплощено, а всё
пространство между стенкой тела и органами заполнено недифференцированной
соединительной тканью — паренхимой. Площадь поверхности тела велика по отношению к
объёму, и обмен веществ в нём может поддерживаться путём простой диффузии.
Кровеносная система отсутствует. Тело составляет в длину от 0,1 мм до
нескольких метров и обычно удлинено. У паразитических форм имеются органы
прикрепления - крючья, присоски, хоботки, позволяющие удерживаться на или в теле
хозяина. Кожный покров образует эпителиальная ткань, иногда с ресничками.
Мускулатура состоит из кольцевых, продольных и косых слоев, образованных
самостоятельными мышечными волокнами и обеспечивающих «червеобразное» движение.
Глазок
Кишечник-
-*/•
,/vvb
\
Г/
эпидермис
Кольцевые
мышцы
Кишечник
^. Продольные
^$^~г мышцы
Нервный/ / 1 Протонефридии
ствол Семяпровод Яйцевод
-Глотка
Рисунок 5.3.1.1. Строение планарии.
Ротовое отверстие расположено на переднем конце тела или на его брюшной
стороне. Пищеварение, как правило, происходит в кишечнике; питательные
вещества разносит по телу сама кишка, ответвления которой проникают во все части
тела червя. Анального отверстия нет; непереваренные остатки пищи
выбрасываются через ротовое отверстие. Органами выделения являются примитивные
протонефридии.
В передней части тела расположен примитивный мозг (точнее, ганглий -
сгусток нервных клеток), от которого отходят продольные нервные стволы. У сво-
бодноживущих форм на переднем конце тела сосредоточены органы чувств -
осязательные щупальца, парные глаза, статоцист.
Плоские черви - гермафродиты. Их репродуктивная система устроена достаточно
сложно. У свободноживущих плоских червей цикл развития простой или с
метаморфозом; у паразитических форм он, как правило, более сложен.
По одной из версий, плоские черви произошли от кишечно-полостных. Согласно
другой, их предками были одноклеточные простейшие, а кишечно-полостные были
потомками примитивных турбеллярии, перешедших к оседлому образу жизни. Однако
наиболее аргументированной считается гипотеза А.В. Иванова о происхождении
плоских червей, прежде всего турбеллярии, от фагоцителлообразных предков,
отдаленно напоминавших современных трихоплаксов.
5.3.2. Классификация
плоских червей
Плоские черви разделяются на четыре класса.
паразитическому образу жизни.
Три из них полностью перешли к
Рисунок 5.3.2.1. Ресничные черви. Верхний ряд, слева направо: планария
дугезия, глазчатая филлидия, подражающий псевдоцерос, золотистая юнгия.
Нижний ряд, слева направо: псевдоцерус джебборум, раздвоенный
псевдоцерос (в паре с партнером), тихоокеанская акваплана, парапланоцера.
Ресничные черви (Turbellaria) - наиболее примитивная группа низших червей;
представлена, в основном, свободноживущими формами. Длина тела варьирует от 5
мм до 50 см. Турбеллярии имеют форму веретена, ленты либо капли и покрыты
ресничным эпителием; железистые клетки на поверхности тела секретируют слизь.
У мелких форм реснички служат для перемещения, крупные черви передвигаются за
счёт мускулатуры.
Поймав жертву, турбеллярия прижимается к ней и сосательными движениями рвёт
добычу на куски, после чего заглатывает их. Если добыча слишком велика, то
пищеварительные ферменты могут выделяться наружу. У примитивных турбеллярии
кишечник отсутствует, и пищеварение происходит в клетках паренхимы, которые
заполняют пространство между внутренними органами. У остальных имеется
мешковидный или разветвлённый кишечник. Органы выделения - протонефридии,
структурной единицей которых являются так называемые «клетки мерцательного
пламени». У примитивных форм они отсутствуют. Нервная система у наиболее
примитивных форм лежит в толще кожного эпителия и представляет собой сеть нервных
тяжей. У более высокоорганизованных ресничных червей она состоит из головных
узлов с отходящими от них продольными стволами.
Ресничные черви имеют и женские, и мужские половые органы. После копуляции
в каждом из партнёров сперматозоиды оплодотворяют яйцеклетки. Через несколько
недель на свет появляются молодые турбеллярии. Развитие у большинства реснич-
ных червей прямое, у некоторых имеется личиночная стадия. Отдельные виды
способны к бесполому размножению поперечным делением; образовавшиеся половинки
регенерируют недостающие части. Опытным путём доказано, что даже 1/279 часть
тела червя может восстановить целый организм. Планарии способны к аутотомии;
в минуты опасности они могут распадаться на части, а когда опасность минует,
каждый «кусочек» вырастает в нового червя. При длительном голодании
турбеллярии питаются собственным телом (до 6/7 массы); при наступлении благоприятных
условий они восстанавливаются вновь.
Рисунок 5.3.2.2. Ресничные черви. Верхний ряд, слева направо:
псевдоцерос байе, майязон, великолепный псевдобицерос, филиноп-
сис. Нижний ряд, слева направо: планоцера, разделённый
псевдоцерос, хорошенькая рисбеция, блистающий псевдоцерос.
Около 3000 видов ресничных червей объединены примерно в 10 отрядов. В
отдельный класс или даже тип иногда выделяются гнатостомулиды, соединительная
ткань которых развита в значительно большей степени. Большинство турбеллярии
- хищники, обитающие в морях и пресных водах; во влажных тропических лесах
живут наземные планарии. Некоторые виды паразитируют в иглокожих и моллюсках.
Сосальщики (Trematoda) - класс широко распространённых паразитических
плоских червей, произошедших от дегенерировавших прямокишечных турбеллярии.
Удлинённое листовидное тело имеет длину от десятых долей миллиметра до 1,3 м.
На кожном эпителии нет ресничек, но обычно имеются чешуйки и бугорки. Две
присоски, расположенные у ротового отверстия и в брюшной части тела, а у
некоторых форм и хитиновые шипы служат для прикрепления паразита к тканям
хозяина . Вязкая пища поглощается путём сосательных движений.
Гл сггка
Совокупительный
орган
Семенной пузырёк
Яичник-
Скорлуповая
железа
Продольный
нервный ствол
Матка
Семяпровод
Семенники
Рот
Нервное
кольцо
Желточники
Рисунок 5.3.2.3. Внутреннее строение печёночной двуустки.
■.Ш'^:..
, У-'"'^W&fr^*""
Рисунок 5.3.2.4. Сосальщики. Слева направо: печёночная двуустка,
китайская двуустка, японская шистосома.
Почти все сосальщики откладывают яйца, некоторые живородящи. Ресничная
личинка попадает в промежуточного хозяина - моллюска, где путём многочисленных
делений и нескольких последовательных метаморфозов образует хвостатые
личинки. Они выходят из тела моллюска во внешнюю среду и попадают в окончательного
хозяина - позвоночное животное. У одних сосальщиков некоторые стадии
жизненного цикла редуцированы, у других же, наоборот, имеются дополнительные
хозяева.
Сосальщики (например, печёночная двуустка) паразитируют в печени,
поджелудочной железе, кишечнике, лёгких, в крови, куда попадают через пищу (рыбу,
раков) или вместе с водой. Термическая обработка морепродуктов и соблюдение
правил личной гигиены помогают не допустить заражения. Трематод от 3 до 14
отрядов; около 7000 видов.
Рисунок 5.3.2.5. Моногенетический сосальщик гиродактилус.
С сосальщиками нередко объединяют третий класс плоских червей -
моногенетических сосальщиков (Monogenea). В отличие от трематод их развитие происходит
без смены хозяев. Длина моногеней не превышает 5 см; на заднем конце
бесцветного тела находится прикрепительный диск, вооружённый крючьями, клапанами или
присосками. 2000 видов моногенетических сосальщиков, разделяемых на два
подкласса, паразитируют на рыбах, амфибиях и рептилиях. Некоторые моногеней
наносят большой ущерб рыбоводческим хозяйствам, вызывая массовые «эпидемии»
среди рыб.
Ленточные черви (Cestoda) - ещё один класс паразитических плоских червей.
На переднем конце находится головка с присосками и крючьями. Лентовидное тело
длиной от нескольких миллиметров до 40 м (паразиты серых китов) разделено на
сотни и тысячи члеников, образующихся по мере роста. Кишечник у ленточных
червей отсутствует, всасывание пищи происходит всей поверхностью тела.
Мужские и женские половые органы развиваются в члениках. Многие цестоды
живут годы и даже десятки лет; за это время они успевают произвести миллиарды
яиц. Яйцо выводится с экскрементами хозяина наружу и проглатывается
промежуточным хозяином - кольчатым червём, членистоногим, моллюском или
млекопитающим . В дальнейшем из яйца выходит личинка финна. В стадии финны некоторые
цестоды величиной со спичечную головку, другие вырастают с детскую голову,
имея массу до 50 кг. Попадая вместе с промежуточным хозяином в окончательного
хозяина, личинки прикрепляются к стенке кишечника и вырастают во взрослого
червя.
Стенка
кишечника
Венчик
крючьев
Присоска
Головка
'-.-егменты
Матка
\
Половое
отверстие
Рисунок 5.3.2.6. Внутреннее строение свиного цепня.
Более 3000 видов цестод - опасные паразиты позвоночных животных. Бычий и
свиной цепни, широкий лентец, эхинококки заражают человека, вызывая слабость,
боли в животе, кишечные расстройства. Заразиться ленточными червями можно
даже при купании или просто погладив собаку. Гельминтозы лечатся
противоглистными средствами, в тяжёлых случаях - путём операции. Чтобы не допустить
заболевания, важно соблюдать меры личной гигиены, не употреблять в пищу
необработанное мясо и рыбу. Большое значение также имеют ветеринарный надзор за
домашними и сельскохозяйственными животными.
Рисунок 5.3.2.7. Ленточные черви. Слева направо: головка свиного
цепня, молодой бычий цепень, эхинококк, широкий лентец.
5.3.3. Немертины
Другим типом червей, у которых отсутствует внутренняя полость, являются
немертины (Nemertini - в честь средиземноморской нимфы Немертес, дочери Нерея и
Дориды). В отличие от плоских червей они имеют кровеносную систему и анальное
отверстие.
Тело немертин сильно вытянуто в длину (от сантиметров до 35 м при ширине в
1 см) и не расчленено на сегменты. Сверху оно покрыто ресничным эпителием.
Передвигаются немертины сокращениями мускулатуры или при помощи ресничек.
Длинный мускулистый хоботок, расположенный на переднем конце тела, служит
для защиты и нападения. Обычно он втянут в туловище, но при ловле добычи
выбрасывается наружу, и стилеты на его концах вонзаются в жертву. Помимо
замкнутой кровеносной системы имеются пищеварительная, нервная и выделительная
системы; из органов чувств - глаза, хеморецепторы, статоцисты и органы
осязания.
Немертины раздельнополы; самки и самцы неотличимы друг от друга по внешним
признакам. Для некоторых немертин характерна личиночная стадия.
Рисунок 5.3.3.1. Немертины. Слева направо: линеус,
тубуланус, амфипорус, церебратулус.
Тип разделяется на два класса по наличию или отсутствию стилетов и
расположению ротового отверстия. Немертин более тысячи видов во всех морях и
океанах. Живут они обычно на поверхности грунта, иногда зарываются в него.
Большинство их них - свободноживущие хищники, несколько видов - паразиты морских
беспозвоночных. Около 10 видов немертин живут на суше. Многие немертины
служат пищей рыбам.
5.3.4. Мезозой
В 1876 году французский биолог Эдуард ван Бенеден открыл новую группу
чрезвычайно просто устроенных животных, названных им мезозоями (Mesozoa). Он
предположил, что мезозой являются «потерянным звеном», связывающим простейших
и многоклеточных животных.
Все мезозой - паразиты морских беспозвоночных: плоских и кольчатых червей,
немертин, двустворчатых и головоногих моллюсков, а также иглокожих. Их
червеобразное тело длиной от 0,1 до 7 мм состоит из двух десятков клеток,
окружающих половые клетки. В сложном жизненном цикле чередуются половое и бесполое
поколения.
Мезозоев около 60 видов. Два класса этого типа, ромбозои и ортонектиды,
настолько сильно отличаются друг от друга, что их впору определить в разные
типы.
Женская особь
Соматодерма Яйцеклетки
Мужская особь
Рисунок 5.3.4.1. Мужская и женская особь Rhopalura (класс ортонектиды).
Систематические и филогенетические связи мезозоев не ясны. Одни считают их
дегенерировавшими плоскими червями, другие - отдельной ветвью многоклеточных
животных, которые развивались независимо от настоящих многоклеточных и потому
должны быть выделены в отдельное подцарство.
5.4. ПЕРВИЧНОПОЛОСТНЫЕ
5.4.1. Общие черты
первично-полостных червей
У всех первично-полостных червей есть важное отличие от животных,
рассмотренных ранее, - у них имеется полость тела (псевдоцель), являющаяся остатком
полости бластулы. Псевдоцель отделяет наружные покровы тела от
пищеварительного тракта. Она заполнена небольшим количеством богатых белком клеток и
полостной жидкостью.
Тело первично-полостных червей несегментировано и покрыто кутикулой,
состоящей из коллагеновых волокон. Под ней находятся эпителиальные клетки,
объединённые в синцитий - большой многоядерный протопласт. Под эпителием имеется
слой продольных мышечных волокон. Их сокращения позволяют животному
двигаться . Кольцевые мышцы отсутствуют.
Кишечник начинается ртом и заканчивается анальным отверстием. Пища попадает
внутрь через мускульную глотку; специальные клапаны не дают ей перемещаться в
противоположном направлении. Кишка покрыта микроворсинками; в её переднем
конце выделяются пищеварительные ферменты, а в заднем осуществляется
всасывание . Органы выделения - протонефридии либо видоизменённые кожные железы.
Дыхательной и кровеносной систем нет. Первичнополостные черви раздельнополы; у
некоторых из них цикл развития достаточно сложен.
Нервная система первичнополостных включает в себя скопление ганглиев вокруг
глотки (примитивный мозг) и продольные нервные стволы. Из органов чувств
имеются глазки, обонятельные ямки, а также органы осязания.
Кишечник
Глотка
Анус
Яичник
Псевдоцель
Яйцевод
Гиподерма
Яичник —
Кутикула
Матка
I
Половое
отверстие
Выделительное Рот
отверстие
Кишечник
Мышцы
Выделительный
канал
М атка
Брюшная нервная
цепочка
Рисунок 5.4.1.1. Строение аскариды.
Многие первичнополостные - опасные паразиты растений, животных и человека.
Рисунок 5.4.1.2. Слева желудок свиньи, забитый аскаридами.
Справа нога больного слоновьей болезнью, вызываемой поселяющейся в
лимфатических протоках нитчаткой Банкрофта.
5.4.2. Многообразие
первично-полостных
Ранее все первично-полостные животные объединялись в один тип. Однако
различия между ними заставили разделить этих животных на 8 типов: коловратки,
брюхоресничные, киноринхи, лорициферы, приапулиды, круглые черви, волосатики
и скребни.
Коловратки (Rotifera) - мелкие животные длиной от 0,01 (самое маленькое
многоклеточное животное) до 2 мм , в изобилии встречающиеся в лужах. Иногда
коловратки образуют колонии диаметром до 3-4 мм. Некоторые из них живут в
солёной воде; встречаются также паразиты червей, простейших и ракообразных.
Удлинённое тело разделяется на голову, туловище и ногу. Два венчика
ресничек на голове закручивают воду в водоворот, втягивающий пищевые частицы в
ротовое отверстие. Они же приводят тело в движение (хотя среди животных этого
типа встречаются и прикреплённые формы). У многих коловраток имеется панцирь.
Самцы карликовые и найдены не у всех видов. Личиночная стадия отсутствует.
Коловратки обычно яйцекладущие: летом самка откладывает неоплодотворённые
яйца, из которых вылупляются самки; перед наступлением холодов откладываются
яйца с толстой оболочкой, развивающиеся уже с оплодотворением. Коловратки
способны к анабиозу.
*
Рисунок 5.4.2.1. Коловратки. Слева направо: асплахна,
эпифанес, колония синантерин, лекане.
Коловраток 3 класса и 1500-2000 видов. Они обитают практически везде, где
есть вода. Коловратки служат пищей многим другим животным.
I
^4-
4с
.-«.*
Рисунок 5.4.2.2. Брюхоресничный хетонотус.
Брюхоресничные (Gastrotricha) - микроскопические водные животные длиной
0,5-1,5 мм. Удлинённое червеобразное тело с ресничками на брюшной стороне
покрыто кутикулярными чешуйками и клеевыми железами, при помощи которых червь
прикрепляется к субстрату. Задний конец тела вильчатый. Мускулатура состоит
из отдельных мышечных пучков. Гастротрихи питаются мелкими водорослями. Среди
животных этого типа встречаются как гермафродиты, так и раздельнополые виды;
половые органы занимают большую часть тела самки. Личиночная стадия в
развитии отсутствует.
Гастротрихов несколько сотен видов в пресной и солёной воде.
Киноринхи (Kinorhyncha) - мелкие морские черви. Голова в моменты опасности
может втягиваться в членистое тело. Ресничек нет; на голове находятся шипики.
Мускулатура сходна с предыдущими типами, но сегментирована по членикам.
Киноринхи раздельнополы; оплодотворение внутреннее.
Рисунок 5.4.2.3. Чувствительный эхинодерес (тип киноринхи).
Киноринхи не могут плавать; шипиками они вырывают норы в иле и закрепляются
там. Описано менее 100 видов киноринхов по всему миру от приливной зоны до
глубины в 6 километров.
Рисунок 5.4.2.4. Типичная лорицифера.
Крошечные лорициферы (Loricifera) были открыты совсем недавно - в 1983 го-
ду. Тело длиной в доли миллиметра слегка вытянуто. Лорициферы живут в морской
гальке, плотно прицепившись к частицам грунта. Описано два семейства этих
животных.
Приапулиды (Priapulida) - небольшая (20 видов) реликтовая группа морских
червей, живущих в холодных водах Северной Атлантики, Арктики и Антарктики.
Длина сегментированного цилиндрического тела составляет от нескольких
миллиметров до 40 см. Выворачивающийся наружу при помощи мускулов хоботок покрыт
шипами. Выделительные и половые органы соединены в мочеполовую систему.
Мембрана, подстилающая эпителий, долгое время принималась за целом. Приапулиды
зарываются в ил на дне океана, где охотятся на других червей.
Круглые черви (Nematoda) - это несегментированные черви без хоботка.
Круглое в поперечном сечении тело длиной от 80 мкм до 8 м покрыто кутикулой,
голова практически не выражена, реснички отсутствуют. Мышечные волокна
продольные. Органы осязания обычно имеют форму шипов, щетинок или сосочков; у
некоторых свободноживущих видов имеются фото- и хеморецепторы.
Рисунок 5.4.2.5. Круглые черви. Слева направо:
элегантный кенорабдитис, большой почечный червь, рабди-
тис, нитчатка Банкрофта, спиральная трихинелла.
Самцы нематод значительно мельче самок. Самки способны отложить сотни
миллионов яиц в сутки. Молодые черви вылупляются из яиц в почве или в теле
организма-хозяина .
Нематоды живут в море, пресной воде, почве и даже во льду, от полярных
областей до тропиков. Их около 1000 видов (1 или 2 класса). В 1 дм3
поверхностного слоя почвы можно насчитать миллионы особей. Нематоды питаются
бактериями, водорослями и детритом; есть и хищники. Многие виды - паразиты растений,
животных и человека (аскариды, свайники, власоглавы, острицы). Яйца попадают
в человека с заражённой водой и пищей. Аскариды и свайники перед тем, как
развиться во взрослого червя, проделывают достаточно длительное «путешествие»
по организму человека: кишечник, печень, сердце, лёгкие, бронхи, дыхательное
горло, рот, пищевод, желудок и снова кишечник.
Волосатиковые (Nematomorpha) сходны с круглыми червями по форме и строению.
Длина тела колеблется от 3 до 90 см, а его диаметр - от 0,3 до 2,5 мм.
Окраска от белой до светло-коричневой.
Волосатики откладывают миллионы яиц в виде длинных белых шнуров. Личинки
этих животных - паразиты членистоногих; взрослые животные живут в морях и
пресных водоёмах. Некоторые волосатики могут случайно попасть в организм
человека или домашнего животного и некоторое время там жить, причиняя вред.
Около 250 видов.
Рисунок 5.4.2.6. Типичный волосатик.
Скребни (Acanthocephala) паразитируют в кишечнике позвоночных. Они также
похожи на круглых червей, хотя и отличаются от них рядом признаков. Вытянутое
тело длиной от 1 мм до десятков сантиметров заканчивается хоботком с
крючками, служащими для прикрепления к хозяину. Кишечник отсутствует, питание
осуществляется осмотически - всей поверхностью тела. В процессе развития
происходит метаморфоз; промежуточные хозяева - членистоногие. При сильном
заражении могут вызывать гибель хозяина; наблюдались случаи заражения людей.
Описано 300 видов.
Рисунок 5.4.2.7. Длинный эхиноринх (тип скребни).
Несколько лет назад появилось сообщение об открытии нескольких видов ещё
одного типа первичнополостных - циклиофор. Это крошечные (размером в доли
миллиметра) животные; вокруг рта у них имеется кольцо из ресничек. Жизненный
цикл циклиофор очень сложен; в нём участвуют подвижные непитающиеся самки и
карликовые самцы, прикреплённые питающиеся бесполые формы и личинки.
Рисунок 5.4.2.8. Пандора (тип циклиофоры)
5.5. ВЫСШИЕ
ПЕРВИЧНОРОТЫЕ
5.5.1. Классификация
первичноротых животных
У высокоорганизованных - вторично-полостных - животных внутренняя полость
тела (целом) образуется из мезодермы. По способу образования ротовой полости
вторично-полостные делятся на первичноротых и вторичноротых.
Большинство систематиков насчитывают 8 типов первичноротых: моллюски,
кольчатые черви, сипункулиды, эхиуриды, пятиустки, онихофоры, тихоходки,
членистоногие . Систематическое положение девятого типа - погонофор - пока неясно.
По традиции мы отнесём его к вторичноротым, однако в последнее время
появились свидетельства в пользу того, что погонофоры ближе к первичноротым
животным. Заметим также, что у всех рассмотренных ранее многоклеточных животных
(например, плоских и круглых червей) ротовая полость также первична.
Типы моллюсков, кольчатых червей и членистоногих ввиду их большой
значимости и многообразия мы рассмотрим в отдельных параграфах. Здесь же пойдет речь
об остальных типах первичноротых вторично-полостных.
Сипункулиды (Sipunculida) - червеобразные морские животные. Длина несегмен-
тированного тела от 1 до 50 см; передний конец со ртом и венчиком щупалец
может впячиваться в туловище. Имеется зачаточная кровеносная система,
выделительная система (1-3 пары метанефридиев), петлеобразная кишка с анальным
отверстием на спинной стороне. Нервная система состоит из расположенного над
глоткой головного мозга и брюшного нервного ствола. Скелет отсутствует.
Сипункулиды раздельнополы, из яйца выходит личинка.
250-300 видов этих животных обитают по всему океану в покрытых изнутри
слизью норках, раковинах моллюсков, трубках других червей. Питаются мелкими
животными.
Рисунок 5.5.1.1. Голая сипункулида.
Эхиурид (Echiurida) ранее относили к кольчатым червям, сейчас это отдельный
тип животных. Цилиндрическое тело длиной от нескольких миллиметров до 185 см
погружено в грунт и снабжено длинным (до 1 м) хоботком, покрытым ресничками.
Рот расположен на брюшной стороне недалеко от основания хоботка. Кровеносная
система развита слабо. Имеется трубчатый кишечник, заканчивающийся анусом,
метанефридии и нервная система, состоящая из окологлоточного нервного кольца
и брюшного ствола. Органов чувств нет.
Рисунок 5.5.1.2. Зелёная бонеллия.
Эхиуриды раздельнополы, из яйца выходит личинка. Карликовые самцы некоторых
видов паразитируют в выделительных органах самок; в процессе прохождения яиц
по выводным протокам происходит оплодотворение. Около 130 видов во всех
морях. Больше всего их на литорали тёплых морей, однако эхиурид можно встретить
и на глубине 2 км, и в полярных водах.
Пятиустки (Pentastomida) или язычковые (Linguatulida) - паразитические
беспозвоночные, близкие к членистоногим, куда их раньше включали в ранге класса.
Червеобразное языковидное тело длиной от 2 до 14 см состоит из короткого
переднего отдела и более длинного членистого заднего. На переднем отделе снизу
расположено ротовое отверстие и две пары крючьев. Под кожей, покрытой
кутикулой, два мышечных слоя. Органы дыхания и кровообращения отсутствуют.
Пятиустки раздельнополы. Яйца, проглоченные промежуточным хозяином,
развиваются в личинки, а затем в нимфы. Последнюю проглатывает окончательный
хозяин (пресмыкающееся или млекопитающее); в его лёгких она и развивается во
взрослую особь. Около 100 видов преимущественно в тропиках.
Онихофоры (Onychophora) или первичнотрахейные (Protracheata) - древняя,
известная ещё с кембрия, группа наземных хищников. Длина тела колеблется от 1,5
до 20 см; есть от 14 до 43 пар ног (в зависимости от вида и пола животного).
Мягкое сегментированное тело, неветвистый кишечник, кожно-мускульный мешок,
парные нефридии в каждом сегменте сближают их с кольчатыми червями, а
трахейное дыхание и незамкнутая кровеносная система - с членистоногими. Имеются два
глаза-антенны. Добычу онихофоры ловят, выбрасывая клейкую слизь из желёз,
расположенных по бокам рта; пищеварительные ферменты впрыскиваются в жертву,
после чего полупереваренная пища засасывается внутрь.
Рисунок 5.5.1.3. Онихофора перипатус.
Онихофоры, как правило, живородящи и раздельнополы. В настоящее время
известно около 70 видов в сырых лесах Латинской Америки, Южной Африки, Юго-
Восточной Азии, Австралии и Океании.
Тихоходки (Tardigrada) - тип мелких, близких к членистоногим первичноротых.
Короткое тело длиной 0,1-1 мм не имеет чёткой сегментации. Четыре пары
нечленистых ног снабжены длинными щетинковидными коготками. На голове есть два
глаза. Острые стилеты во рту прокалывают оболочки водорослей и мхов, которыми
тихоходки питаются. Дыхание кожное, кишечник прямой.
Рисунок 5.5.1.4. Тихоходка макробиотус.
Из отложенных самками яиц выходят молодые тихоходки. 300-400 видов
распространены повсеместно в морях, пресных водоёмах и почве. Наземные тихоходки
способны входить в состояние анабиоза, переносить охлаждение до температуры -
271 °С и нагревание до +150 °С.
5.5.2. Кольчатые черви
Кольчатые черви (Annelida) - это тип наиболее высокоорганизованных червей,
имеющих целом. Их размеры колеблются от нескольких миллиметров до 3 м.
Вытянутое тело поделено внутренними кольцевыми перегородками на сегменты; иногда
таких сегментов несколько сотен. На каждом сегменте могут быть боковые
выросты с примитивными конечностями - параподиями, вооружёнными щетинками.
Мускулатура состоит из нескольких слоев продольных и кольцевых мышц. Дыхание
осуществляется кожей; органы выделения - парные нефридии, расположенные посег-
ментно. Нервная система состоит из «головного мозга», образованного парными
ганглиями, и брюшной нервной цепочки.
Глотка ■
Мозг-
Ротовая
полость
Рот
Семенные
пузырьки
Боковой
нерв
Сердца
Эпидермис
Желудок
Семяприёмник
Продольные мышцы
Кольцевые мышцы
Спинной сосуд
Нефридий
Брюшной сосуд
Семенной Яйцевод
проток
Нервная Средняя
цепочка кишка
Рот
Поясок
Щетинки
Кутикула
Целомический эпителий
Спинной сосуд
Тифлозоль
Кишечная полость
Анус
Желудочный эпителии
Брюшной сосуд
Щетинки
Эпидермис
Кольцевые мышцы
Продольные мышцы
Нефридий
Мышцы, управляющие
щетинками
Брыжейка
Кровеносный сосуд
Брюшная нервная цепочка
Рисунок 5.5.2.1. Строение дождевого червя.
Замкнутая кровеносная система состоит из брюшного и спинного сосудов,
соединённых в каждом сегменте мелкими кольцевыми сосудами. Несколько наиболее
толстых сосудов в передней части тела имеют толстые мышечные стенки и играют
роль «сердец». В каждом сегменте кровеносные сосуды ветвятся, образуя густую
капиллярную сеть.
Одни кольчатые черви гермафродиты, у других различаются самцы и самки. Раз-
витие прямое или с метаморфозом. Встречается и бесполое размножение
(почкованием) .
Кольчатые черви делятся на 3 класса: многощетинковые, малощетинковые и
пиявки.
Многощетинковые (Polychaeta) имеют на каждом сегменте примитивные
конечности (параподии) с многочисленными щетинками. С двулопастными параподиями
часто связаны ветвистые придатки - жабры, при помощи которых осуществляется
газообмен. На чётко обособленной голове имеются глаза (у некоторых видов даже
способные к аккомодации), осязательные усики и органы равновесия (статоци-
сты). Некоторые виды способны к люминесценции.
В период размножения самцы выбрасывают в воду сперму, а самки - большое
количество яиц. У некоторых видов наблюдали брачные игры и борьбу за
территорию. Оплодотворение наружное; родители после этого погибают. Развитие
происходит с метаморфозом (свободноплавающая личинка). Бесполое размножение
наблюдается редко.
Рисунок 5.5.2.2. Многощетинковые черви. Верхний ряд, слева направо:
зелёный нереис, коричневая биспира, разноногий хетоптерус, воронко-
видная миксикола. Нижний ряд, слева направо: платинереис Дюмериля,
хлойя, гигантский спиробрахус, великолепная протула.
Представители этого класса - обитатели морского дна (встречаются на глубине
до 10 км), где они плавают, ползают по грунту или зарываются в ил, но
некоторых можно встретить и в пресных озёрах. Многие черви строят из песчинок
трубки различной формы, которые никогда не покидают. От 6 до 10 тысяч видов. Мно-
гие черви - хищники, другие питаются детритом, паразитов среди них
практически нет. Многощетинковые черви (например, нереис) служат пищей для многих
рыб. Некоторые черви (палоло) употребляются в пищу людьми.
Малощетинковые (Oligochaeta) - преимущественно почвенные черви. Среди них
встречаются как гигантские дождевые черви длиной до 2,5 м, так и карликовые
формы. На всех сегментах, кроме ротового, имеются щетинки, расположенные
пучками. Параподии не выражены, голова обособлена слабо. Тонкая кутикула
постоянно увлажняется выделяемой слизью; через кутикулу путём диффузии
осуществляется газообмен.
Малощетинковые черви - преимущественно гермафродиты с перекрёстным
оплодотворением; половые органы рассредоточены по нескольким сегментам тела.
Сложное строение этих органов является приспособлением к наземному образу жизни.
У некоторых видов известен партеногенез. Метаморфоз отсутствует; из
образующихся в процессе копуляции коконов через несколько недель выходит десяток
молодых червей.
Рисунок 5.5.2.3. Малощетинковые черви. Слева направо:
обыкновенный дождевой червь, апорректода длинная, эйсения, трубочник.
Известно около 3000 видов, две трети из них живут в почве, а остальные - в
пресных, реже солёных водоёмах. Типичным представителем является дождевой
червь. Большинство малощетинковых червей питается детритом, играя при этом
важную роль в круговороте веществ и улучшая структуру и состав почвы. За
несколько лет черви пропускают сквозь себя весь пахотный слой почвы территории,
на которой они обитают. Несколько видов - хищники. Есть среди малощетинковых
и паразиты (рачьи пиявки).
Пиявки (Hirudinea) имеют уплощённое тело, окрашенное обычно в коричневые
или зелёные тона. На переднем и заднем концах тела есть присоски. Длина
туловища от 0,2 до 15 см. Щупальца, параподии и, как правило, щетинки
отсутствуют . Мускулатура развита хорошо. Вторичная полость тела редуцирована. Дыхание
кожное, у некоторых есть жабры. У большинства пиявок имеются 1-5 пар глаз.
Срок жизни пиявок - несколько лет. Все они гермафродиты. Яйца откладываются
в коконах, личиночной стадии нет. Большинство пиявок сосёт кровь у различных
животных, в том числе человека. Пиявки прокалывают кожные покровы хоботком
или зубчиками на челюстях, а специальное вещество - гирудин - препятствует
свёртыванию крови. Высасывание крови из одной жертвы может продолжаться меся-
цы. В кишечнике кровь не портится очень долго: пиявки могут жить без пищи
даже два года. Некоторые пиявки - хищники, целиком проглатывающие добычу.
Пиявки обитают в пресных водоёмах, встречаются также в морях и почве.
Пиявки служат кормом для рыб. Медицинская пиявка используется человеком в
лечебных целях. 400-500 видов.
Рисунок 5.5.2.4. Пиявки. Слева направо: улитковая пиявка,
большая ложноконская пиявка, трёхчастная пиявка, медицинская пиявка.
Кольчатые черви произошли от примитивных плоских червей в кембрии. Первыми
кольчатыми червями были многощетинковые, давшие начало малощетинковым, а
через них - и пиявкам.
5.5.3. Моллюски
Моллюски или мягкотелые (Mollusca) - ещё одна большая группа
высокоорганизованных первичноротых животных. Предками моллюсков были кольчатые черви; у
примитивных моллюсков сохранились остатки сегментации.
Тело состоит из головы, туловища и ноги. На голове расположены рот, глаза,
иногда щупальца. Туловище содержит в себе большинство внутренних органов и
образует кожную складку - мантию. Наружная поверхность мантии выделяет
раковину, состоящую из углекислой извести; по сути, она является наружным
скелетом и выполняет опорную и защитную функции. Между мантией и туловищем
расположена мантийная полость: в неё открываются задняя кишка, выделительные и
половые органы. Форма ноги зависит от образа жизни животного.
Пища поступает в ротовую полость. Специальная хитиновая тёрка во рту
измельчает пищу. Пищеварительный тракт разделён на три отдела; к первому
относятся ротовая полость, глотка и пищевод, ко второму - желудок и печень, к
третьему - задняя кишка. Целом редуцирован. Органы дыхания - жабры либо
воздушные лёгкие. Сердце, состоящее из 1-2 предсердий и желудочка, перекачивает
кровь из полости тела к органам и обратно. Органами выделения служат
нефридии.
Нервная система моллюсков развита хорошо. Она состоит из парных ганглиев,
связующих нервов и органов чувств, среди которых имеются органы зрения,
обоняния, осязания (щупальца), вкуса и равновесия. Моллюски размножаются только
половым путём.
Мантия Гонада Сердце Целом
Рисунок 5.5.3.1. Внутреннее строение типичного моллюска.
Большинство моллюсков обитает в море, есть пресноводные и наземные формы.
Некоторые плавают, другие ведут сидячий образ жизни, но большинство из них
медленно ползают.
Моллюски - второй по количеству видов тип животных после членистоногих.
Известно около 150 000 видов моллюсков; из них 50 000 уже вымерли. В тип
включают 7 классов: беспанцирные, моноплакофоры, панцирные, лопатоногие,
брюхоногие, двустворчатые и головоногие.
Рисунок 5.5.3.2. Кладка яиц большого тихоокеанского осьминога.
Первые моллюски появились в кембрии. По некоторым данным, предками
моллюсков являются турбеллярии, хотя большинство учёных считает, что они произошли
от кольчатых червей.
5.5.4. Многообразие моллюсков
Тип моллюски разделён на 7 классов: беспанцирные, моноплакофоры, панцирные,
лопатоногие, двустворчатые, брюхоногие и головоногие.
Беспанцирные (Aplacophora) моллюски имеют червеобразное тело до 30 см дли-
ной, целиком закрытое мантией, раковины нет. На брюшной стороне у них имеется
бороздка с валиком - рудиментом ноги. Нефридии отсутствуют. Эта группа
моллюсков - гермафродиты.
Один из двух подклассов - бороздчатобрюхие моллюски - обитают в морях на
глубине от 15 м до 4 км. Они зарываются в ил либо живут на кораллах. 250-300
видов.
Моноплакофоры (Monoplacophora) - морские, преимущественно ископаемые формы.
Голова и нога могут втягиваться в раковину мышцами. Дышат 5-6 парами перистых
жабр. Сердце состоит из 2 желудочков и 4 предсердий. Нервная система включает
четыре продольных нервных ствола, связанных окологлоточным кольцом.
Периодом расцвета моноплакофор было время с кембрия по девон. До настоящего
времени сохранился 1 род с 8 видами.
В класс панцирных моллюсков (Polypiacophorа) входит около 1000 видов
морских донных животных, встречающихся во всех морях, в основном, на мелководье.
Панцирные моллюски обитают на камнях и скалах и питаются водорослями и
детритом. Некоторые из них употребляются человеком в пищу.
Рисунок 5.5.4.2. Панцирные. Слева направо: зелёный хитон,
железная мопалия, атлантическая плацифорелла, акантохитон Хемфиля.
Продолговатое тело длиной 0,5-30 см разделено на голову, туловище и ногу,
которой панцирные моллюски присасываются к субстрату. Спинная сторона
туловища покрыта раковиной, состоящей из восьми щитков. Органы дыхания - жабры,
сердце состоит из двух предсердий и одного желудочка. Из органов чувств
имеются глаза, расположенные на спинной поверхности тела, и органы осязания.
Большинство панцирных моллюсков раздельнополы с наружным оплодотворением;
развиваются с метаморфозом.
Тело лопатоногих (Scaphopoda) моллюсков заключено в раковину, похожую на
бивень. Длина тела 0,4-25 см. На концах раковины находятся отверстия; через
переднее из них лопатоногие могут выдвигать наружу голову и ногу. Над
основанием головы расположены ловчие щупальца, служащие для осязания и захвата пищи
(в основном, фораминифер). Эти моллюски раздельнополы; оплодотворение
наружное . Из яйца появляется плавающая личинка.
Около 600 видов ведут роющий образ жизни в морях на различной глубине (до 6
км) .
^т
Рисунок 5.5.4.3. Раковина слоновьего клыка (класс лопатоногие).
Раковина двустворчатых (Bivalvia) моллюсков состоит из двух створок,
охватывающих тело моллюска с боков. Со стороны спины створки связаны между собой
эластичной перемычкой - лигаментом, а изнутри - мышцами. Утолщённый спинной
край створок несёт выступы, образующие замок. Раковина имеет размеры от
нескольких миллиметров до десятков сантиметров. Гигантская тридакна вырастает в
длину до 1,5 м, а масса этого животного может превосходить 200 кг. Тридакна
может жить до ста лет.
Рисунок 5.5.4.4. Двустворчатые. Верхний ряд, слева направо:
обыкновенная жемчужница, речная дрейсена, флоридская кардитамера,
гигантская тридакна. Нижний ряд, слева направо: корабельный червь (тере-
до), бородавчатая венерка, ложная мидия, гребешок святого Якова.
Голова у двустворчатых моллюсков отсутствует - это результат приспособления
к сидячему образу жизни. По этой же причине слабо развиты органы чувств: есть
органы осязания, равновесия (статоцисты), хеморецепторы (осфрадии на жабрах).
У некоторых имеются глаза. На брюшной стороне тела есть нога, служащая для
прикрепления к субстрату. Органы дыхания - двоякоперистые жабры (у
примитивных форм) либо жаберные пластинки. Сердце состоит из желудочка и двух
предсердий .
Чужеродное тело (например, песчинка или паразит), попав в раковину,
раздражает мантию, и та постепенно обволакивает его слоями перламутра, состоящего,
в основном, из углекислого кальция. Именно таким образом в раковинах
образуется жемчуг, ценящийся как драгоценный камень. В настоящее время большое
количество жемчуга «выращивают» в моллюсках на морских фермах.
Рисунок 5.5.4.5. Жемчуг.
Класс известен ещё с кембрия. Около 150 семейств и 20 000 видов.
Двустворчатые моллюски, обитающие в морских и пресных водах, питаются планктоном и
детритом, фильтруя воду сквозь сифоны в задней части раковины. Некоторые
сверлят твёрдые породы и дерево (при помощи острых зубчиков раковины или
растворяя породу выделяемой кислотой). Корабельный червь повреждает днища
кораблей и пирсов, протачивая в них длинные ходы. Некоторых двустворчатых
моллюсков (устриц, мидий, гребешков) употребляют в пищу.
Раковины брюхоногих (Gastropoda) моллюсков закручены в спираль и отличаются
большим разнообразием формы. У некоторых моллюсков раковина погружена внутрь
тела или отсутствует вообще. На голове есть пара щупалец с глазами. В ходе
эволюции брюхоногие моллюски потеряли двустороннюю симметрию. У многих видов
симметричные органы, расположенные в правой части тела, редуцировалась. Часть
видов имеют своеобразное лёгкое - полость, заполненную воздухом или водой с
растворённым в ней кислородом. Встречаются как гермафродиты, так и
раздельнополые формы.
Большинство брюхоногих моллюсков питаются растениями или детритом. Хищные и
паразитические формы довольно редки. Серная кислота в слюне позволяет
хищникам растворять раковины и панцири добычи. Укус некоторых видов ядовит.
Различные виды класса обитают на суше (от альпийских высокогорий и тундры
до тропических лесов и пустынь) и в воде. Наземные улитки, живущие несколько
лет, переносят зиму в закупоренных слизью норках в спячке. Водные формы
ползают по дну; некоторые входят в состав планктона, перемещаясь при помощи
видоизменённой в плавник или киль ноги. Типичный пресноводный представитель -
прудовик. Раковины фарфоровой улитки каури использовалась во многих странах в
качестве монет, а из мурекса добывали красную и фиолетовую краски - пурпур.
Слизни - вредители сельского хозяйства. Виноградная улитка употребляется
человеком в пищу. Около 40 000 (по некоторым данным, более ста тысяч) видов
делятся на три подкласса: переднежаберные, заднежаберные и лёгочные. Вымершие
гастроподы известны с кембрия или даже протерозоя; 15 000 видов.
Рисунок 5.5.4.6. Брюхоногие. Верхний ряд, слева направо: гигантская ахатина,
гранатовое блюдечко, большой прудовик, географический конус. Нижний ряд, слева направо:
теребра, розовое морское ушко, окаймлённый слизень, растопыренная филлидия.
Рисунок 5.5.4.7. Брюхоногие. Верхний ряд, слева направо: банановый слизень,
бороздчатый лиоплакс, таинственная улитка, ребристый бузикотипус. Нижний ряд, слева
направо : обыкновенная виноградная улитка, коронная ракушка, аплизия ваккария, нацелла.
Рисунок 5.5.4.8. «Живое ископаемое» наутилус помпилиус и
вымершие аммониты и белемниты.
Класс головоногие (Cephalopoda) - наиболее высокоорганизованная группа
моллюсков. Голова чётко обособлена. Часть ноги превратилась в 8 или 10 щупалец
(«рук»), окружающих рот. На конце щупалец, которыми животное хватает добычу,
имеются присоски, нередко снабжённые роговыми крючками. Во рту расположены
мощные роговые челюсти, напоминающие клюв попугая. С его помощью головоногие
разрывают пищу, а зубчики радулы перетирают её в кашицу. Дело в том, что мозг
этих моллюсков со всех сторон обступает пищевод, не позволяя заглатывать
крупные куски пищи.
Рисунок 5.5.4.9. Осьминоги. Верхний ряд, слева направо: обыкновенный
осьминог, осьминог адский вампир, ночной гавайский осьминог, полосатый осьминог.
Нижний ряд, слева направо: большой тихоокеанский осьминог, синекольчатый
осьминог, карликовая болитена, рогатый осьминог.
Остатки раковины иногда сохраняются под кожей в виде роговой пластинки;
наружная раковина была в основном у вымерших форм. Единственными среди
современных головоногих, до сих пор сохранившими наружную спиральную раковину,
являются наутилусы. Кровеносная система развита хорошо; кровь имеет голубую
окраску из-за входящего в состав эритроцитов гемоцианина. Дышат головоногие
жабрами, некоторые способны к продолжительному пребыванию на суше (несколько
часов или даже дней) благодаря запасённой в мантийной полости воде.
Рисунок 5.5.4.10. Каракатицы и кальмары. Верхний ряд, слева
направо: обыкновенная каракатица, кальмар-светлячок, гигантский
кальмар, тасманийская эвпримна. Нижний ряд, слева направо:
обыкновенный каракатицекальмар, летающий кальмар, атлантический хис-
тотевтис, обыкновенный лолиго.
У входа в мантийную полость имеется воронка (сифон), представляющая собой
вторую часть видоизменённой ноги. Благодаря реактивной силе, возникающей за
счёт выбрасываемой из неё назад воды, животное движется задним концом тела
вперёд. Сокращения мышц происходят с очень большой частотой, что обеспечивает
равномерность движения. Это достигается, в частности, высокой проводимостью
нервов - у некоторых кальмаров их толщина достигает 18 мм. У кальмаров была
зарегистрирована скорость передвижения 55 км/ч. Головоногие также могут
плыть, помогая себе щупальцами. Некоторые кальмары, выталкивая из сифона воду
у поверхности моря, могут подниматься в воздух на несколько метров.
Органы зрения совершенны. Глаза, похожие на человеческие, имеют хрусталик и
сетчатку; у гигантских кальмаров их величина превышает 40 см. На плавниках
есть и миниатюрные термолокаторы. На внутренней поверхности щупалец и на при-
сосках сосредоточены чувствительные органы обоняния (или вкуса). Развитым
органам соответствует большой головной мозг.
Рисунок 5.5.4.11. Каракатицы и кальмары. Слева направо:
аргентинский кальмар, гетеротевтис, малая каракатица, кальмар-ромб.
Для пассивной защиты от врагов используется автотомия (головоногие
«отбрасывают» щупальца, за которые их схватил враг) и выпрыскиваемые в сторону
чернильные завесы, возможно, ядовитые. Кроме того, рассеянные по коже
специальные клетки - хроматофоры и иридиоцисты - позволяют изменять цвет тела,
«подстраиваясь» под окружающую среду. Некоторые головоногие способны к
люминесценции .
Головоногие могут вырастать до гигантских размеров - 18 м и больше (их
масса может достигать нескольких тонн). Известны многочисленные рассказы о
гигантских спрутах (кракенах), якобы уволакивающих морские суда на дно.
Все головоногие раздельнополы. Самцы осьминогов переносят сперму в
мантийную полость самки особым щупальцем - гектокотилем. Часто оно отрывается от
тела и самостоятельно плавает в поисках самки. Самка обычно высиживает яйца,
иногда сооружая гнезда.
Головоногие обитают в морях (вплоть до глубины 5 км) , предпочитая тёплые
водоёмы. Одни формы живут среди прибрежных скал, другие - на больших
глубинах. Одни плавают в толще воды, другие ползают по дну. Практически все -
хищники, питающиеся рыбой, ракообразными, другими моллюсками; добычу ловят
щупальцами, умерщвляя её секретом ядовитых желёз. Многие головоногие (кальмары,
каракатицы, осьминоги) употребляются человеком в пищу. Класс делится на два
подкласса: четырёхжаберные (вымершие аммониты и единственный сохранившийся
сейчас род наутилусы) и двужаберные (каракатицы, кальмары, осьминоги и
вымершие белемниты). Около 600 современных видов.
5.5.5. Щупальцевые
Все четыре типа щупальцевых - вторично-полостные животные. Они обычно
относятся к первичноротым животным, хотя имеют ряд особенностей вторичноротых.
Рассмотрим эти типы по очереди.
Мшанки (Bryozoa или Ectoprocta) - морские сидячие животные. Колонии мшанок
состоят из микроскопических особей длиной до 3 мм, заключённых в известковую,
хитиновую или студенистую оболочку. Через отверстие в её стенке может
выдвигаться передняя часть тела с венчиком щупалец. Их движение создаёт ток воды,
приносящей ко рту мелкий планктон. Одни колонии мшанок имеют форму кустов и
деревьев, другие - комков и корочек. Некоторые колонии похожи на мох, отсюда
и произошло название типа. Площадь колонии может достигать квадратного метра.
Рисунок 5.5.5.1. Мшанки. Слева направо: извилистая целлярия,
гребенчатая мшанка, мелколистная флюстра, мембранипора.
В связи с сидячим образом жизни все органы мшанок упрощены. Петлеобразный
кишечник заканчивается анальным отверстием, лежащим вне лофофора (кольца
щупалец) . Жидкость вторичной полости выполняет функции крови; выделения
собираются в фагоцитах и выводятся через кишечник. Дыхание осуществляется через
щупальца и поверхность тела. Нервная система состоит из одного ганглия и
отходящих от него нервов.
Размножение половое и бесполое, причём большинство мшанок раздельнополы.
Осев на дно, личинка прикрепляется к субстрату и почкованием даёт начало
новой колонии. Отдельные особи живут недолго. В колониях мшанок наблюдается
полиморфизм: есть особи, служащие для защиты колонии, очистки, укрепления.
Мшанки широко распространены в пресных водах и морях, от полосы прилива до
глубины в 300 м (некоторые - до глубины в 6 км). Древние мшанки (около 15 000
вымерших видов) известны с кембрия; в настоящее время насчитывают около 4500
видов, разделённых на 2 класса (по способу размножения и образу жизни).
Мшанками часто обрастает днище кораблей, что мешает нормальному судоходству.
Форониды (Phoronida) - морские животные длиной от 0,5 до 40 см, названные
одним из эпитетов египетской богини Исиды. Червеобразное тело не разделено на
сегменты. Форониды живут поодиночке в секретируемых хитиновых трубках,
погружённых нижним концом в ил или песок. Край лофофора несёт двойной ряд
ресничных щупалец, загоняющих в рот пищу. Форониды имеют замкнутую кровеносную
систему и петлеобразный кишечник. Органами выделения служит пара метанефридиев.
Дыхательной системы нет.
Форониды раздельнополы, из яйца выходит личинка. Около 2 0 видов.
Последний тип щупальцевых - плеченогие (Brachiopoda) - мелкие одиночные
животные , похожие на двустворчатых моллюсков. Ведут сидячий образ жизни. Тело
покрыто известковой раковиной, задние края которой соединяются мышцей. Перед-
няя часть раковины занята разросшимся лофофором в виде отростков, на которых
расположены щупальца с ресничками, загоняющие в рот воду с питательными
частицами. Имеется сердце и кровеносная система, а также окологлоточное нервное
кольцо.
Брахиоподы раздельнополы. Свободноплавающая личинка прикрепляется к
субстрату , превращаясь во взрослую особь.
Сохранилось около 300 видов плеченогих, вымерших видов известно около 12
000. Они появились в кембрии и достигли расцвета в ордовике; на рубеже
палеозоя и мезозоя большинство видов вымерли.
Рисунок 5.5.5.2. Phoronis hippocrepia.
Рисунок 5.5.5.3. Плеченогое Lingula unguis.
К щупальцевым в последнее время относят ещё один тип животных - камптозоев.
Камптозои (Kamptozoa) или внутрипорошицевые (Entoprocta) - мелкие, как
правило, колониальные животные длиной от 1 мм до 1 см. Тело состоит из чашечки,
заключающей в себе все органы животного, и гибкого стебелька, при помощи
которого оно прикрепляется к субстрату или столону - стелющемуся стволу
колонии. Ротовое и анальное отверстия окружены кольцом щупалец на округлом
выросте - лофофоре. При помощи ресничек на щупальцах животное загоняет в рот воду
с питательными частицами.
Рот Пищевод
Гонада
Желудок
Ножка
Щупальце
Прямая
кишка
Желудок
Рисунок 5.5.5.4. Строение камптозоев.
Большинство камптозоев раздельнополы; у самок есть выводковая сумка, в
которой оплодотворяются яйца и развиваются личинки. Имеется и бесполое
размножение. Развитие сопровождается метаморфозом. Камптозои питаются детритом и
водорослями; большинство из них - обитатели моря (обычно в прибрежной
полосе) . Около 150 видов.
5.6. ЧЛЕНИСТОНОГИЕ
5.6.1. Общая
характеристика
членистоногих
Членистоногие (Arthropoda) - это крупнейший тип животных, объединяющий
сегментированных высших беспозвоночных.
Двусторонне-симметричное тело этих животных обычно состоит из головы, груди
и брюшка. Иногда грудь сливается с головой, образуя головогрудь. Членистые
конечности (ножки) устроены по принципу рычага. Тело покрыто плотной
хитиновой оболочкой, образующей наружный скелет, к ней присоединяются внутренние
мышцы. Независимые движения отдельных конечностей осуществляются парами мышц-
антагонистов . Оболочка состоит из нескольких слоев и у большинства видов
водонепроницаема , что позволило членистоногим заселить сушу.
Развивающиеся у животных этого типа в эмбриональный период парные
целомические полости впоследствии разрушаются, сливаясь с остатками первичной полос-
ти; в результате формируется смешанная полость тела, содержащая внутренние
органы и наполненная гемолимфой. Кровеносная система не замкнута, артерии и
вены отсутствуют. Сердце перекачивает по сосудам кровь из полости тела и
обратно. Органы дыхания - жабры, лёгочные мешки либо трахеи. Передняя и задняя
кишки выстланы хитином, в среднюю открываются протоки печени. Органы
выделения - видоизменённые железы (почки) или мальпигиевы сосуды (у наземных форм).
Нервная система состоит из головного мозга (слившихся надглоточных нервных
ганглиев) и брюшной нервной цепочки. Мозг членистоногих достигает высокой
степени развития, что связано со сложным поведением. Из органов чувств
характерны фасеточные глаза, чувствительные органы обоняния и вкуса.
Членистоногие раздельнополы; у некоторых видов наблюдается партеногенез.
Развитие часто сопровождается метаморфозом. Рост происходит периодически во
время линек, в то время, когда старая кутикула сброшена, а новая ещё не
затвердела .
Грибы
Перепончатокрылые
Цветковые растения
Простейшие
Другие
беспозвоночные
Бабочки
Другие насекомые
Двукрылые
Моллюски
Позвоночные
Паукообразные
Ракообразные
Рисунок 5.6.1.1. На долю членистоногих приходится больше видов,
чем на все остальные типы животных, вместе взятые.
Членистоногие происходят от примитивных морских кольчатых червей. Учёные до
сих пор не установили, произошли ли все членистоногие от общего предка или
каждая группа животных этого типа произошла независимо от других групп.
Тип членистоногие обычно делят на 4 подтипа: трилобитообразные, хелицеро-
вые, жабродышашие и трахейнодышашие. Трилобитообразные (Trilobitomorpha)
представлены единственным вымершим классом трилобиты (Trilobita), появившимся
ещё в начале кембрия. Это были морские животные длиной 0,5-70 см с
обособленными головой, туловищем и хвостом. В палеозое трилобиты были одной из основ-
ных морских групп животных (тысячи видов), однако в середине перми вымерли.
i ■*»* '— ^- *>*^_^ к.
Рисунок 5.6.1.2. Ископаемые трилобиты.
В настоящее время членистоногие встречаются во всех природных экосистемах:
от высокогорных пустынь до глубоководных впадин. Особенности организации
сделали этот тип одним из наиболее приспособленных к жизни на Земле. Об этом, в
частности, свидетельствует количество современных видов членистоногих,
составляющее несколько миллионов.
5.6.2. Хелицеровые
Хелицеровые (Chelicerata) - подтип беспозвоночных животных типа
членистоногих. Тело состоит из головогруди, от которой отходят шесть пар придатков: хе-
лицеры, предназначенные для фиксации пищи, педипальпы, служащие для осязания,
пережёвывания пищи, а также в качестве копулятивного органа) и четыре пары
ходильных ног. Представители подтипа известны с кембрия (наземные формы - с
девона) и объединяются в четыре класса: мечехвосты, ракоскорпионы, морские
пауки и паукообразные.
Сердце
Глотка
Печень
Остин
Мальпигиевы
сосуды
Анус
Паутинные
бородавки
Яичник
Паутинные
железы Яйцевод
Лёгкое
Коксальная
железа
Глаза
Ядовитая
железа
Хелицера
Педипальпа
Рот
Подглоточный
ганглий
Рисунок 5.6.2.1. Внутреннее строение паука.
Мечехвосты (Merostomata) - класс морских животных, занимающий промежуточное
положение между трилобитами и паукообразными. Тело разделено на головогрудь и
брюшко, несущее хвостовой шип. Конечности служат для передвижения и захвата
пищи.
Рисунок 5.6.2.2. Атлантический мечехвост.
Большинство отрядов к настоящему времени вымерли; 5 видов мечехвостов
существуют и поныне на мелководьях у берегов Центральной и Северной Америки, Юго-
Восточной и Восточной Азии. Мечехвосты ползают по дну, легко закапываясь в
грунт.
Тело морских пауков (Pyenogonida) состоит из массивного хоботка,
сегментированного туловища и короткого хвостового отдела. Конечности
дифференцированы: первая пара служит для захвата пищи, вторая и третья - для осязания,
остальные - для ходьбы. Размах ходильных ног составляет от 1,5 мм до 50 см. На
спине находится четыре глаза. Дыхание осуществляется жабрами.
/ /
Рисунок 5.6.2.3. Южный нимфон.
500 видов морских пауков - донные хищники, питающиеся мягкими тканями
других беспозвоночных животных (моллюсков, иглокожих, кишечнополостных).
Встречаются до глубины в 7,5 км.
Паукообразные (Arachnoidea) - наиболее процветающая группа хелицеровых
животных, насчитывающая 60 000 видов. К ней относятся пауки, скорпионы и ложно-
скорпионы, сольпуги, сенокосцы, клещи и другие животные. Наука, изучающая
паукообразных, называется арахнологией (от греч. «арахна» - паук; так звали,
по одному из мифов, ткачиху, которую разгневанная Афина превратила в паука).
Рисунок 5.6.2.4. Паучата обыкновенного крестовика вылезают из кокона.
Размеры паукообразных составляют от 0,1 мм до 17 см. Тело разделено на
головогрудь и брюшко, на котором иногда имеются дополнительные видоизменённые
конечности (например, паутинные бородавки у пауков). Дыхание осуществляется
трахеями либо лёгкими. Органы выделения - мальпигиевы сосуды и специальные
железы, открывающиеся в основании первой или третьей пар ходильных ног.
Сенокосцы способны к автотомии (их конечности легко отбрасываются, продолжая
двигаться, что позволяет спастись самому сенокосцу).
Рисунок 5.6.2.5. Пауки могут выделять паутину.
Нервная система паукообразных представлена мозгом (слившимися надглоточными
нервными ганглиями) и подглоточнои нервной массой, от которой отходит брюшная
нервная цепочка. Органы чувств - глаза и осязательные волоски; у некоторых
есть органы слуха и обоняния. Скорпионы, ложноскорпионы и пауки имеют
ядовитые железы, помогающие убивать жертву. Пойманную добычу пауки опутывают
клейкой паутиной; ткани жертвы разжижаются пищеварительными ферментами и
высасываются пауком.
Большинство паукообразных откладывает яйца; лишь некоторые из них живородя-
щи. Распространены повсеместно, большей частью на суше; встречаются на почве,
деревьях. Большинство пауков - хищники, питающиеся другими членистоногими,
червями, моллюсками, мелкими рептилиями. Некоторые клещи - паразиты человека
и домашних животных, многие из них являются переносчиками опасных заболеваний
(например, энцефалита). Укусы тарантула, каракурта, некоторых скорпионов
опасны для человека.
Рисунок 5.6.2.6. Паукообразные. Верхний ряд, слева направо: сольпуга эремо-
батес, обыкновенный сенокосец, гигантский телифон-мастигопроктус,
мексиканский парафрин. Нижний ряд - скорпионы, слева направо: африканский скорпион,
саблевидный скорпион, суперститиония, смерингурус.
Рисунок 5.6.2.7. Пауки. Слева направо: коричневый паук-отшельник, рогатый
паук, красный мексиканский птицеед, водяной паук-серебрянка.
Рисунок 5.6.2.8. Пауки. Верхний ряд, слева направо: домовой паук, обыкновенный паук-
птицеед, зелёная певцетия, кругопряд-нефрила. Нижний ряд, слева направо: каролинскии
тарантул, чёрная вдова, паук-бокоход, рыбный паук.
г»"
4S
.yjy-*^-;;
Ж
^
Рисунок 5.6.2.9. Клещи. Верхний ряд — акариевые клещи, слева направо: чесоточный
клещ, почвенный клещ, двупятнистыи паутинный клещ, водяной клещ. Нижний ряд, слева
направо: акариевые клещи (зерновой клещ), паразитические клещи (таёжный клещ, отоби-
ус, клещ-краснотелка).
5.6.3. Жабродышащие
Жабродышащие (Branchiata) - ещё один подтип членистоногих. Многими авторами
эти животные объединяются вместе с насекомыми в подтип челюстных
(Mandibulata). Подтип включает единственный класс ракообразных (Crustacea).
Тело ракообразных составляет в длину от 0,5 мм до 80 см. Оно покрыто
хитиновым панцирем и состоит из головы, груди и брюшка. На голове имеются две
пары осязательных придатков (антенн и антеннул) и три пары челюстей. Грудь и
брюшко сегментированы. Количество ног у разных групп ракообразных может
варьировать .
Брюшко
Головогрудь
Сердце Щиток
Мозг
Антеннул а
Семенник
Кишечник
Уропода
Антенна
Тельсон Плавательная
нога
Ходильные Брюшная
Семяпровод ноги нервная цепочка
Рисунок 5.6.3.1. Строение речного рака.
Пищеварительная система ракообразных включает в себя жевательный желудок,
кишечник и «печень». Органы дыхания - жабры, расположенные на конечностях или
по бокам тела, а у некоторых сухопутных форм - псевдотрахеи. Органы выделения
- целомодукты (протоки, соединяющие целом с внешней средой). Органы чувств -
фасеточные глаза, статоцисты и усики.
Большинство раков раздельнополы; усоногие рачки, ведущие сидячий образ
жизни, - гермафродиты. Оплодотворение наружное (самцы прикрепляют сперматофоры
возле половых отверстий самок). Как правило, эти животные развиваются с
несколькими метаморфозами; их личинка называется науплиусом.
Ракообразные - обитатели морей, где они составляют основную массу
зоопланктона и значительную часть бентоса и служат пищей рыбам. Обитают раки и в
пресных водах, а вот на суше живут лишь немногие - мокрицы и некоторые
сухопутные крабы. Ракообразные питаются бактериями и простейшими, детритом,
растениями или животными. Мешкогрудые, веслоногие и усоногие раки - паразиты.
Десятиногие раки (камчатский краб, речные раки, лангусты, креветки, омары)
разводятся человеком и употребляются в пищу.
Рисунок 5.6.3.2. Ракообразные. Верхний ряд, слева направо: спелеонектес (ремипедии),
дафния (ветвиусые), триопс (щитни), артемия (жаброноги). Нижний ряд, слева направо:
морской жёлудь (усоногие), морская уточка (усоногие), циприс (ракушковые), диаптомус
(веслоногие).
Рисунок 5.6.3.3. Высшие раки. Верхний ряд, слева направо: обыкновенная мокрица
(равноногие) , норвежский криль (эуфазиевые), морская козочка (разноногие), погребная
мокрица (равноногие). Нижний ряд — десятиногие высшие раки, слева направо:
широкопалый речной рак, пальмовый вор, голубой краб-плавунец, тропический наземный рак-
отшельник .
Рисунок 5.6.3.4. Десятиногие высшие раки. Верхний ряд, слева
направо: лисмата Вурдемана, креветка чилим, гигантский краб,
камчатский краб. Нижний ряд, слева направо: лофолитодес,
обыкновенный лангуст, креветка пенеус, манящий краб.
Ракообразные произошли либо от вымерших трилобитов, либо непосредственно от
кольчатых червей. В ископаемом состоянии они известны с кембрия. Современных
ракообразных около 30 000 видов, объединяемых в 5 подклассов (согласно другим
иследованиям - классов): ремипедии, цефалокариды, жаброногие, максиллоподы
(ракушковые, усоногие и веслоногие раки, тантулокариды, жаброхвостые) и
высшие раки.
5.6.4. Трахеинодышащие
Трахеинодышащие (Tracheata) или парноусые - последний подтип членистоногих.
Они характеризуются хорошо заметной головой с парой усиков и тремя парами
челюстей; кроме того, животные этого подтипа обладают трахеями. Трахеинодышащие
включают надкласс шестиногих (Hexapoda), разделяющийся на два класса: скрыто-
челюстных и открыточелюстных насекомых, а также надкласс многоножек
(Myriapoda), в состав которых входят классы губоногих, двупарноногих, пауро-
под и симфил.
Губоногие (Chilopoda) имеют вытянутое тело длиной от нескольких миллиметров
до 30 см, разделённое на голову и туловище. На голове есть пара усиков,
скопление простых глазков и челюсти. На каждом сегменте туловища имеется пара
ног; ноги первого сегмента хватательные и вооружены ядовитыми коготками,
необходимыми для охоты и защиты от врагов.
Рисунок 5.6.4.1. Губоногие. Слева направо: садовая слепая сколо-
пендра-криптопс, жёлтый некрофлоэфагус, калифорнийская
сколопендра херос, ужасная сколопендра.
Четыре отряда губоногих включают около 3000 видов. Большинство из них
хищники . Укус тропических сколопендр смертелен для человека.
Тело двупарноногих (Diplopoda) состоит из головы и сегментированного
туловища, каждый сегмент которого несёт по две пары ног. Расположенные по бокам
туловища ядовитые защитные железы выделяют дурно пахнущую жидкость. На голове
находятся неветвистые антенны, две пары челюстей и простые глазки. Органы
выделения - мальпигиевы сосуды.
Рисунок 5.6.4.2. Слева направо: двупарноногие (пятнистый кивсяк,
спиробулус, узкий многосвяз), симфилы (сколопендрелла).
Двупарноногие - почвенные сапрофаги, питающиеся гниющими остатками
растений; некоторые обитают в гниющей древесине, в трещинах скал. Около 50 000
видов на всех континентах, кроме Антарктиды.
Симфилы (Symphyla) имеют белое или желтоватое тело длиной 2-10 мм. На
голове имеется пара усиков; глаз нет. Туловище несёт 12 пар ног. Дыхание
трахейное.
Симфилы питаются гниющими растительными остатками. Около 150 видов,
распространены повсеместно.
Пауроподы (Pauropoda) - мелкие наземные членистоногие с удлинённым телом
длиной до 2 мм. На голове двуветвистые усики, две пары челюстей. Туловище
состоит из 11 сегментов; на нём располагаются 7-11 ходильных ног. Дыхание
осуществляется через кожу.
Пауроподы живут в гниющей древесине или во влажной почве. Хищники. Около
500 видов.
Шестиногие (Hexapoda) - самая обширная группа не только среди
членистоногих , но и среди животных вообще. Общее количество видов двух классов больше,
чем количество видов во всех других классах, вместе взятых. В настоящее время
известно 1,5-2 миллиона видов, а по некоторым оценкам их количество
приближается к десяти миллионам. Ежегодно описываются тысячи новых видов.
Крыло
Брюшко Среднегрудная Вертлуг нога
нога
Рисунок 5.6.4.3. Внешнее строение кузнечика.
Членистое тело покрыто хитиновой кутикулой, образующей наружный скелет, и
состоит из трёх отделов: головы, груди и брюшка. На голове находятся сложные
фасеточные глаза, пара усиков (органы осязания и обоняния), ротовые органы:
грызущие (челюсти), сосущие (хоботки), колюще-сосущие. Слюнные железы
помогают переваривать пищу.
Грудь состоит из трёх сегментов и несёт три пары членистых ног, а также
одну- две пары перепончатых крыльев, укреплённых жилками. У низших и некоторых
высших насекомых крылья отсутствуют. Сильная мускулатура делает возможными
продолжительный бег и полёт. Ноги выполняют функции передвижения (ходьба,
бег, плавание, прыгание, рытьё), питания (захват добычи, сбор пыльцы). Брюшко
состоит из нескольких сегментов, у взрослых насекомых развитых ног на нём
нет.
Яичник Сердце
Ости и
Аорта
Прямая
кишка
Анус
Яйцеклад
Влагалище
Мальпигиевы
сосуды
Слюнная
ЖЕлеза
Рот
Пищевод
Верхняя
губа
Рисунок 5.6.4.4. Внутреннее строение кузнечика.
Дыхательная система представлена ветвящимися трахеями, заканчивающимися
тончайшими трахеолами. На поверхности тела трахеи открываются отверстиями -
дыхальцами. Пищеварительная система представлена ртом, глоткой, пищеводом и
Зобом, желудком и кишечником. Выделительные органы - мальпигиевы сосуды.
Половая система состоит из парных половых желёз (семенников либо яичников) и
парных половых протоков, сливающихся на вершине в непарный выводной проток.
Некоторые насекомые ядовиты.
Сложная нервная система состоит из головного «мозга» и брюшной нервной
цепочки. Наличие разнообразных органов чувств (зрения, обоняния, осязания,
вкуса, слуха) обуславливает сложные поведенческие реакции.
Развитие насекомых сопровождается метаморфозом (превращением), который
может быть полным и неполным. Для полного превращения характерна
последовательная смена четырёх стадий: яйца, подвижной личинки (нимфы), неподвижной
куколки и взрослой особи (имаго)). У насекомых с неполным превращением стадия
куколки отсутствует. Преобразования осуществляются под действием гормонов,
выделяемых эндокринными железами и существенно зависит от внешних условий
(например, времени года). У многих видов личинки и имаго занимают различные
экологические ниши, что помогает избежать внутривидовой конкуренции.
В современной систематике класс скрыточелюстных насекомых делится на три
отряда: бессяжковые (протуры), ногохвостки (коллемболы) и двухвостки. Класс
открыточелюстных насекомых разделяется на два подкласса: первичнобескрылых
(отряд щетинохвостки) и крылатых насекомых (подёнки, стрекозы, таракановые,
богомоловые, термиты, эмбии, гриллоблаттиды, палочники, прямокрылые, кожисто-
крылые, гемимериды, зораптеры, веснянки, равнокрылые, полужёсткокрылые
(клопы) , пузыреногие, пухоеды, вши, сеноеды, жесткокрылые (жуки), веерокрылые,
вислокрылые, верблюдки, сетчатокрылые, скорпионовы мухи, ручейники,
чешуекрылые (бабочки), блохи, двукрылые и перепончатокрылые). Многие учёные, однако,
до сих пор включают все перечисленные отряды в один класс насекомых
(Insecta). Скрыточелюстные насекомые (ногохвостки) обнаружены в девоне.
Рисунок 5.6.4.5. Осиное гнездо.
Насекомые входят в состав пищевых цепей и сетей на различных уровнях,
принимают участие в почвообразовательном процессе, выполняют санитарную функцию.
Велика роль насекомых в опылении цветковых растений; фактически, эволюция
этих двух групп организмов шла совместно. Пчёлы, шелкопряды и другие
насекомые дают ценную продукцию человеку. Некоторые насекомые - паразиты животных и
растений, переносчики и возбудители опасных заболеваний, кровососы.
Рисунок 5.6.4.6. Насекомые. Верхний ряд, слева направо: щетинохвостки
(сахарная чешуйница), подёнки (окаймлённая гексагения), стрекозы (перевязанная
стрекоза), богомоловые (обыкновенный богомол). Нижний ряд, слева направо:
таракановые (чёрный таракан, прусак, гигантский таракан), термитовые (ретикули-
термес).
Рисунок 5.6.4.7. Насекомые. Верхний ряд, слева направо: гриллоблатиды (японская гал-
лоизиана), палочники (палочник-рамулус), кожистокрылые (обыкновенная уховёртка),
веснянки (калифорнийский птеронарцис). Нижний ряд — прямокрылые, слева направо:
серый кузнечик, обыкновенная медведка, пенсильванский сверчок, перелётная саранча.
* •>
W*"^
rv;
'"- 'Ш-*
Рисунок 5.6.4.8. Насекомые. Верхний ряд, слева направо: равнокрылые (картофельная
тля, тепличная белокрылка, светящаяся лантернария), вши (человечья вошь). Нижний ряд
— полужёсткокрылые, слева направо: красноокаймлённая эдесса, обыкновенный гладыш,
постельный клоп, водяной скорпион.
Рисунок 5.6.4.9. Жесткокрылые насекомые. Верхний ряд, слева направо: западный
майский жук, большой красотел, трёхполосая божья коровка, окаймлённый жук-плавунец.
Нижний ряд, слева направо: жук-олень, Иванов светлячок, колорадский жук, священный
скарабей.
Рисунок 5.6.4.10. Насекомые. Верхний ряд, слева направо: вислокрылые (болотная
хохлатка) , сетчатокрылые (личинка муравьиного льва, украшенная златоглазка), ручейники
(гесперофилакс). Нижний ряд — двукрылые, слева направо: муха-дрозофила, муха-цеце,
комнатная муха, личинка комара-дергуна (мотыль).
\
Рисунок 5.6.4.11. Насекомые. Верхний ряд, слева направо: двукрылые (москит,
малярийный комар), блохи (человеческая блоха), перепончатокрылые (наездник). Нижний ряд —
перепончатокрылые, слева направо: пчела медоносная, чёрный садовый муравей, оса-
полист, шершень.
Рисунок 5.6.4.12. Чешуекрылые насекомые. Верхний ряд, слева направо: лимонница,
обыкновенная хохлатка, малахит, бабочка-сова. Нижний ряд, слева направо: тутовый
шелкопряд, большой ночной павлиний глаз, большой мормон, странствующий монарх.
Рисунок 5.6.4.13. Чешуекрылые насекомые. Верхний ряд, слева направо:
мёртвая голова, большой ласточкин хвост, воинственная дисфания,
гусеница непарного шелкопряда. Нижний ряд, слева направо: голубой мор-
фо, сосновый бражник, тиноптерикс, южноамериканская совка.
5.7. ВТОРИЧНОРОТЫЕ
5.7.1. Классификация
в т оричноро тых
В отличие от первичноротых животных - кольчатых червей, моллюсков и
членистоногих - бластопор эмбриона иглокожих и хордовых становится анальным отвес-
тием. Все вторичноротые имеют вторичную полость тела - целом. Кроме того, для
вторичноротых характерно радиальное дробление яйца, а не спиральное, как у
первичноротых. К вторичноротым животным относятся щетинкочелюстные,
погонофоры, иглокожие, полухордовые и хордовые. Иногда в состав вторичноротых
включают и щупальцевых, занимающих по ряду признаков промежуточное положение между
первичноротыми и вторичноротыми животными.
Щетинкочелюстные (Chaetognatha) - тип морских беспозвоночных животных. На
стреловидном прозрачном теле длиной 0,5-10 см имеются плавники. Серповидные
щетинки на голове служат для захвата пищи. Дыхательной, кровеносной и
выделительной систем нет. Нервная система состоит из парного надглоточного и
непарного подглоточного ганглиев, соединённых продольными тяжами.
Щетинкочелюстные - гермафродиты с внутренним оплодотворением. Большей
частью это хищники, входящие в состав морского планктона. В настоящее время из-
вестно более 60 видов этих животных. Некоторые исследователи относят этот тип
к первичноротым или выделяют в отдельный надтип.
Рисунок 5.7.1.1. Головокрылая спаделла.
Погонофоры (Pogonophora) - морские беспозвоночные животные, обитающие в
длинных хитиновых трубках. Нитевидное тело длиной от нескольких сантиметров
до 1,5 м разделено на четыре отдела; толщина тела в 100-500 раз меньше его
длины. На голове имеются щупальца (до 2000) ; задним концом животное
постепенно закапывается в грунт.
Рисунок 5.7.1.2. Погонофоры. Гигантская рифтия.
Погонофоры - единственные непаразитические животные, полностью лишённые рта
и пищеварительной системы. Они питаются органическими веществами,
растворёнными в воде, всасывая их всей поверхностью тела (особенно щупальцами).
Некоторые виды живут в симбиозе с хемосинтезирующими бактериями, которые питаются
за счёт окисления химических веществ, чаще всего, серы. В кровеносной системе
развито сердце. Нервная система представлена мозговым нервным скоплением и
отходящим от него брюшным стволом; органы чувств отсутствуют.
Погонофоры раздельнополы. Полагают, что возраст отдельных особей может
превышать 25 000 лет. Представители типа распространены во всех морях на глубине
от 20 м до 9 км (обычно на глубине более 1 км) . Около 150 видов. Ископаемые
погонофоры известны с палеозоя. Систематическое положение погонофор неясно:
некоторые исследователи относят их к первичноротым.
Полухордовые (Hemichordata) - тип червеобразных донных животных. По внут-
реннему строению (наличие хордоподобного органа - нотохорда, спинное
положение нервного ствола, парные жаберные щели, некоторые особенности
эмбрионального развития) они близки к хордовым, однако отличаются от них строением
тела , состоящего из трёх отделов: хоботка, воротничка (у перистожаберных на нём
имеются перистые щупальца, покрытые ресничками) и туловища. Длина тела
некоторых видов достигает 2м. У полухордовых имеется пищеварительная,
кровеносная, выделительная и нервная системы.
Рисунок 5.7.1.3. Полухордовые. Слева направо: саккоглоссус (ки-
шечнодышащие), рабдоплевра (перистожаберные).
Около 100 видов делятся на два класса: кишечнодышащие (Enteropneusta;
подвижные донные животные) и перистожаберные (Pterobranchia; сидячие
колониальные формы). Другой подтип этих животных - ископаемые граптолиты - был
распространён с ордовика по девон.
5.7.2. Иглокожие
Иглокожие (Echinodermata) - тип беспозвоночных вторичноротых животных. Их
характерный признак - радиальная симметрия тела - является вторичным и
развился под влиянием малоподвижного образа жизни; древнейшие иглокожие были
двусторонне-симметричными.
Размеры и форма тела иглокожих весьма разнообразна. Некоторые ископаемые
виды достигали в длину 20 м. Обычно тело делится на пять лучей, чередующихся
с межлучевыми промежутками, однако лучей может быть 4, 6, 13 и даже 25.
Наружные покровы твёрдые и состоят из ресничного эпителия и соединительной
ткани, в которую входит известковый скелет с иглами. Рот у прикреплённых
иглокожих находится сверху (недалеко от анального отверстия), у свободнодвижущихся
обращен в противоположную сторону.
Ещё один характерный признак иглокожих - амбулакральная система, состоящая
из заполненных жидкостью каналов и служащая для движения, дыхания, осязания и
выделения. Наполняя жидкостью расслабленные каналы амбулакральной системы,
иглокожие вытягиваются по ходу движения, присасываясь к грунту или какому-
нибудь предмету. Резкое сокращение просвета каналов выталкивает из них воду,
в результате чего животное подтягивает остальную часть тела вперёд.
Кишечник в виде длинной трубки или объёмного мешок. Кровеносная система
состоит из кольцевых и радиальных сосудов; движение крови вызывается осевым
комплексом органов. Выделение осуществляется амёбоцитами, выводящимися через
разрыв в стенке тела наружу вместе с продуктами распада. Нервная система и
органы чувств развиты слабо. Некоторые иглокожие, спасаясь от врагов,
способны отбрасывать отдельные лучи и даже большую часть тела с внутренностями,
регенерируя их впоследствии в течение пары недель.
Мардепоровая
пластинка
днус
•Желудок
!*••'•
Амбулакральные
ножки
Пищеварительные
железы
Кольцевой
канал
- Гонада
- А мпу л а
Лучевой
канал
Рисунок 5.7.2.1. Внутреннее строение морской звезды.
Анус Мадрепоровая пластинка
Околоанальное
кольцо
Пилорический
канал
Желудочное
кольцо
Желудок
Спинной
мешок
%, Каменистый
^ канал
Осевой
орган
Осевая
полость
Кольцевой
канал
Радиальный
канал
Околоротовое
кольцо
Рисунок 5.7.2.2. Строение амбулакральной системы.
Все иглокожие разможаются половым путём; морские звезды, офиуры и голотурии
способны к делению пополам с последующей регенерацией недостающей половины.
Оплодотворение происходит в воде. Развитие протекает с метаформозом; имеется
свободноплавающая личинка (у некоторых видов личинки остаются в выводковых
камерах самки). Некоторые иглокожие доживают до 30 лет.
Тип разделяется на два подтипа; прикрепленные иглокожие представлены
морскими лилиями и несколькими вымершими классами, свободнодвижущиеся - морскими
Звёздами, морскими ежами, голотуриями и офиурами. Известно около 6000
современных видов, вымерших видов вдвое больше. Все иглокожие - морские животные,
обитающие только в солёной воде.
Рассмотрим коротко основные классы иглокожих.
Морские лилии (Crinoidea) - единственный современный класс прикреплённых
иглокожих. В центре чашевидного тела находится рот; от него отходит венчик
перистых ветвящихся лучей. С их помощью морская лилия захватывает планктон и
детрит, которыми питается. Вниз от чашечки отходит стебелёк длиной до 1 м
либо многочисленные подвижные отростки, которыми животное прикрепляется к
субстрату. Бесстебельчатые морские лилии способны медленно ползать и даже
плавать. Общее количество видов - около 6000; из них в настоящее время
существуют менее 700. Морские лилии известны с кембрия.
Рисунок 5.7.2.3. Морские лилии. Слева направо: перистая звезда,
комантус Беннета, средиземноморский антедон.
Большинство морских звёзд (Asteroidea) в полном соответствии с названием
имеют форму уплощённой пятиконечной звезды, иногда пятиугольника. Однако
среди них встречаются виды более чем с пятью лучами. Многие из них ярко
окрашены. Морские звёзды - хищники, способные медленно ползать по дну при помощи
многочисленных амбулакральных ножек. Некоторые виды способны выворачивать
желудок , обволакивая им жертву, например, моллюска, и переваривая его вне тела.
Около 1500 видов; известны с ордовика. Некоторые морские Звёзды приносят
вред, поедая промысловых устриц и мидий. Терновый венец разрушает коралловые
рифы, а прикосновение к нему может вызвать сильную боль.
Тело офиур или змеехвосток (Ophiuroidea) состоит из плоского диска
диаметром до 10 см с отходящими от него 5 или 10 гибкими членистыми лучами, длина
которых иногда в несколько десятков раз больше размеров диска. Некоторые
офиуры живородящи. Офиуры ползают за счёт изгибания лучей, питаются мелкими
животными или детритом. Тропические виды ярко окрашены, некоторые способны
светиться. Офиуры обитают на морском дне на глубине до 8 км, некоторые живут
на кораллах, губках, морских ежах. Около 2000 видов; известны с ордовика.
Рисунок 5.7.2.4. Морские Звёзды. Верхний ряд, слева направо:
солнечная морская звезда, эхинастер, кровавая морская звезда, радужная
морская звезда. Нижний ряд, слева направо: охряная морская звезда,
мозаичная морская звезда, морская звезда тосия, терновый венец.
4^Д^-' •*&; «-•
■ Т^ jzsz
4
4
.k>'A«
Рисунок 5.7.2.5. Офиуры. Слева направо: серая офиура, офиотрикс,
голова Горгоны, офиофолис.
Морские ежи (Echinoidea) - ещё один класс иглокожих. Дисковидное или
шаровидное тело размером до 30 см покрыто скелетными пластинками, несущими длин-
ные и тонкие иглы. Одно из важнейших назначений этих игл - защита от врагов.
Одни морские ежи питаются детритом; у других, соскребающих водоросли с
камней, имеется рот со специальным жевательным аппаратом - аристотелевым
фонарём, напоминающим сверло. С его помощью некоторые морские ежи не только
питаются, но и могут сверлить отверстия в скалах. Морские ежи перемещаются при
помощи амбулакральных ножек и своих игл. Около 800 видов на глубинах до 7 км.
Икра некоторых видов съедобна. Ряд морских ежей ядовиты.
Рисунок 5.7.2.6. Морские ежи. Слева направо: восхитительная астро-
пига, морской ёж-диадема, чешуйчатая арбация, красный морской ёж.
Голотурии или морские огурцы (Holothurioidea) действительно похожи на
огурцы длиной до 2 м. Скелет сильно редуцирован. Рот окружён венчиком щупалец,
служащих для захвата пищи. При сильном раздражении способны к автотомии.
Голотурии - донные (очень редко - пелагические) малоподвижные животные,
питающиеся илом или мелким планктоном. Около 1000 видов в морях и океанах. Трепанг
на Дальнем Востоке употребляется в пищу.
Рисунок 5.7.2.7. Голотурии. Слева направо: северо-атлантический
морской огурец, калифорнийский парастихопус, ананасовый морской
огурец, дальневосточный трепанг.
5.7.3. Хордовые
Хордовые (Chordata) - это высший тип вторичноротых животных. Для всех видов
этого типа характерно хотя бы на стадии эмбрионального развития наличие не-
сегментированной спинной скелетной оси (хорды), спинной нервной трубки,
жаберных щелей. Тип разделяется на три подтипа: оболочники, бесчерепные и
позвоночные .
Оболочники (Tunicata) или личинкохордовые (Urochordata) имеют мешкообразное
или бочонкообразное тело длиной от 0,3 до 50 см; размеры колонии пиросом
могут превышать 30 м. Тело оболочников заключено в студенистую тунику,
выделяемую наружным эпителием. Глотка пронизана жаберными щелями. Задняя кишка и
протоки половых желёз открываются в атриальную полость, соединяющуюся с
внешней средой. Нервная система состоит из ганглия, расположенного между ртом и
атриопором, с отходящим от него нервным стволом; органы чувств развиты слабо.
Рисунок 5.7.3.1. Оболочники. Верхний ряд - асцидии, слева направо:
асцидия ментула, колония ботриллуса Шлоссера, клавелина, желудочная
циона. Нижний ряд, слева направо: аппендикулярия ойкоплевра, бочё-
ночник долиолетта, колония сальп пегия, атлантическая пиросома.
Оболочники размножаются половым путём; встречается и бесполое размножение.
Все личинкохордовые - морские животные, питающиеся водорослями, мелкими
животными и детритом. В отличие от упрощённого строения взрослых форм, ведущих
сидячий образ жизни, личинки активны, имеют развитые органы чувств и нервную
систему, мускулатуру и хорду (у взрослых форм она остаётся только у аппенди-
кулярий). Считается, что позвоночные животные произошли от неотенических
(начавших размножаться) личинок оболочников. Три класса: крошечные примитивные
аппендикулярии (Appendicularia), асцидии (Ascidiacea) и пелагические
оболочники (Thaliacea), включающие три подкласса: пиросомы, сальпы и бочёночники.
Около 3000 видов, в основном в верхних слоях морей и океанов.
Бесчерепные (Acrania) или головохордовые (Cephalochordata) - подтип низших
хордовых животных. Голова не обособлена, череп отсутствует (отсюда название).
Всё тело, включая некоторые внутренние органы, сегментировано. Органы дыхания
- жабры. Кровь движется за счёт пульсирующего брюшного сосуда. Органы чувств
представлены лишь чувствующими клетками.
Хвостовой
плавник
Спинной
плавник
Хор
Спинная
нервнаятрубка
Брюшной
плавник
Атриопор Гонада Печёночный Жаберные Предротовая воронка
вырост кишечника щели со щупальцами
Рисунок 5.7.3.2. Строение ланцетника.
В подтип входят два семейства (около 20 видов), представители которых
обитают в умеренных и тёплых морях; наиболее известен ланцетник.
Рисунок 5.7.3.3. Фотография ланцетника.
Позвоночные (Vertebrata) или черепные (Craniota) - наиболее
высокоорганизованная группа животных. Позвоночные проигрывают, например, насекомым по
количеству видов, однако имеют очень важное значение для современной биосферы,
так как обычно завершают все цепи питания. Благодаря наличию сложно
устроенной нервной системы и способности жить в самых разнообразных условиях
позвоночные разделились на резко различающиеся систематические группы и сумели
достичь не только высокого совершенства в морфологии, физиологии и биохимии,
но и способности к высшим формам поведения и психической деятельности.
Основные черты позвоночных: наличие у эмбриона хорды, преобразующейся у
взрослого животного в позвоночник, внутренний скелет, обособленная голова с
развитым головным мозгом, защищенным черепом, совершенные органы чувств,
развитые кровеносная, пищеварительная, дыхательная, выделительная и половая
системы. Позвоночные размножаются исключительно половым путём; большинство из
них раздельнополы, но некоторые рыбы - гермафродиты.
Первые позвоночные появились в кембрии. 8 классов, объединяемых в 2 над-
класса: бесчелюстные (Agnatha) - щитковые и круглоротые и челюстноротые
(Gnathostomata) - панцирные, хрящевые и костные рыбы, земноводные, пресмы-
скающиеся, птицы, млекопитающие. Щитковые, а также панцирные рыбы вымерли в
палеозое. В настоящее время известно около 50 000 видов позвоночных.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
ДВЕНАДЦАТЬ ДЕЛ ШЕРЛОКА ХОЛМСА
Борис Казаков
МЫ - МОРСКИЕ ОФИЦЕРЫ
Как - то ранним утром миссис Хадсон постучала в мою дверь и сообщила, что
пришел какой-то джентльмен. Было очень рано, и я спросил:
- Может быть, не ко мне, а к мистеру Холмсу?
- Нет, нет, доктор, он спрашивает именно вас и уже ожидает в гостиной.
Накинув халат, я вышел к ожидавшему. Тот поклонился и сказал, что Шерлоком
Холмсом ему поручено передать мне саквояж и от меня требуется расписка в его
получении. Это меня несколько озадачило. Я не видел своего друга с середины
минувшего дня. Он ушел и до сего времени не возвращался. Меня это не особенно
тревожило, ибо Холмс часто исчезал надолго по своим делам, и я к такому
образу его действий привык. Но что означала эта передача от него? Вскрыв саквояж,
я увидел в нем морскую форму. Удивленно я поднял глаза на незнакомца и
спросил, не ошибся ли он. Посланец был в темной накидке с капюшоном, прикрывавшим
лицо. Услышав вопрос, он ответил:
- Нисколько, сэр. Только я полагаю, что в вашей расписке надобность не
столь очевидна.
С этими словами он откинул капюшон, и я увидел лицо улыбавшегося Холмса.
Для меня его перевоплощения не были новостью, но, по правде сказать, всегда
были неожиданными, заставали меня врасплох.
Холмс снял накидку и предстал передо мной в форме офицера флота Его
Величества. Улыбаясь, он попросил меня облачиться в костюм, принесенный в саквояже.
Ничего не понимая, я выполнил его просьбу, отметив, что форма в точности
соответствует моему росту и объему.
- Оставайтесь в ней, - сказал Холмс, - мы с вами сейчас позавтракаем, и я
вкратце сообщу вам, что все это значит.
Вскоре мы сидели за столом, и Холмс вводил меня в курс дела,
- Видите ли, дорогой Ватсон, меня срочно захотел видеть мой брат Майкрофт.
По пустякам такое не случается. Я был у него, и он попросил моего участия в
деле, совершенно для меня необычном. Вы еще не смотрели сегодняшних газет?
Я достал газеты и кинул на них беглый взгляд.
- Все это не то, - сказал Холмс, - вот смотрите: небольшая заметка, но дело
очень серьезное.
Я прочел: «Вчера на рейде потерпел аварию противолодочный крейсер
«Портсмут» . Имеются человеческие жертвы».
- Это сказано очень мягко, - нахмурился Холмс, - и то лишь по той причине,
что событие невозможно скрыть. Сообщают об аварии, тогда как корабль затонул
после происшедшего на нем взрыва. Майкрофт хочет, чтобы я подключился к
расследованию, которое уже ведут офицеры флота. По совести говоря, я пока не
вижу, сколь смогу оказаться полезным. Это не моя сфера деятельности. Следов на
воде не остается. Военные разведка и контрразведка в таких вопросах более
компетентны, но Майкрофт доверяет моей способности замечать детали,
пропущенные другими, и я не смог уклониться. Хотя еще раз говорю, что здесь
подозревается диверсия, о которой флотским офицерам и армейской разведке должно быть
известно куда больше, чем мне. Но, так или иначе, я согласился на условиях,
что я - всего лишь консультант, а делом занимается сам флот. Меня свели с
несколькими офицерами и, дабы не возбуждать каких-либо подозрений, мне
предложили побывать на месте катастрофы в форме офицера флота. Я высказал
пожелание, чтобы и вы, милейший Ватсон, сопутствовали мне в этой экспедиции.
Надеюсь , у вас нет возражений?
Я тут же выразил свое согласие,
- Для вас я выбрал форму корабельного врача, что соответствует вашей
профессии , и вы в ней, как я заметил, довольно импозантно выглядите. То, что она
пришлась вам так впору, у вас, я полагаю, не должно вызвать удивления: я,
живя с вами столько времени вместе, очень хорошо знаю ваши размеры.
Не без некоторого удовольствия я про себя отметил, что форма на мне сидит
лучше, чем на моем друге. Это, конечно, было естественно, ибо военная форма
(хотя в данном случае и не армейская, а флотская) для меня когда-то была
обыденной , и я не совсем еще отвык от нее.
- Запомните, доктор, - сказал Холмс, - что на время вам следует забыть свое
имя. Вы сейчас - корабельный врач, сэр Уилкс, а я - сэр Хейли. Мы с вами:
отправимся в порт. Там нас будут ожидать. У вас есть, такая же накидка, как у
меня. Мы выйдем в них, чтобы не привлекать лишнего внимания к своей новой
форме.
Позавтракав, мы вышли на Бейкер-стрит и, подозвав кеб, поехали в порт.
Погода была на редкость солнечной, и, удалившись от дома, мы освободились от
накидок. В порту, нас встретил подтянутый морской офицер, представившийся
мне, как и следовало ожидать, - Смит. Он сказал, что катер уже готов, и мы
тут же спустились к нему. Через некоторое время наш катер приблизился к месту
происшествия. Под ярким солнцем небольшое судно стояло там на якоре. Катер
подошел вплотную, и мы поднялись на борт судна. После короткого приветствия
командир информировал Смита, что судно ведет работы по обследованию корпуса
затонувшего корабля. Смит захотел побеседовать с уже спускавшимся перед этим
под воду водолазом. Широкогрудый моряк выступил вперед и сказал, что он
последним поднялся на борт и может сообщить все, что видел.
По его словам, корпус судна был поврежден взрывом на самом корабле. Никаких
признаков внешнего удара не обнаружил.
- В каком месте пробоина? - поинтересовался Смит.
- Я полагаю, сэр, - ответил водолаз, - в непосредственной близости от
расположения крюйт-камеры.
- А какие плавающие предметы были вами подобраны?
- Это, - сказал командир судна, - проделано было прежде всего пришедшим на
место происшествия миноносцем «Стремительный» и противолодочным крейсером
«Ливерпуль».
- Сюда уже направлены суда для подъема «Портсмута». Они хорошо оснащены и
укомплектованы. Через пару дней всю картину можно будет видеть уже
непосредственно на свету, - сказал Смит, - хотя у меня и нет сомнений в наблюдениях
водолаза.
Мы взошли на катер и направились к миноносцу «Стремительный». Капитан
немедленно проводил нас в свою каюту. Холмс обратился к нему и спросил, что
наблюдала его команда, и что она подобрала, прибыв на место аварии.
- Все три корабля, сэр, - ответил капитан, - вели непрерывное наблюдение за
поверхностью моря и были в повышенной боевой готовности. Ожидали появления
подводной лодки, но ничего не обнаруживалось. Переговаривались сигналами. В
семнадцать ноль семь увидели на «Портсмуте» взрыв и сразу устремились к
судну. Когда подошли, «Портсмут» уже погружался. Шлюпки стали собирать людей
живых и погибших. Подошел и «Ливерпуль», делал то же самое. Тело капитана Ни-
кольса подобрали мы. «Стремительный» вернулся на свою позицию, всех
пострадавших и тела отправили шлюпками и катером на берег.
- Много ли было живых? - спросил Смит.
- Всего пятеро, сэр, но все в таком состоянии, что разговаривать с ними
было невозможно. Удачливей всех, я полагаю, оказался марсовый матрос. В момент
взрыва мачта, на которой он был, переломилась, и его выбросило далеко в море,
но он был оглушен и, если бы мы не подошли, определенно бы утонул.
- Где он сейчас?
- Полагаю, что в госпитале.
- А эта подводная лодка, - спросил Смит, - не могла ли она вас все-таки
обмануть , капитан?
- Нет, сэр, такого я не думаю. Наблюдение велось очень тщательно и
непрерывно. Погода тому благоприятствовала. И, кроме того, море прослушивалось
гидрофонами, никакого шума работающего двигателя отмечено не было.
- А что вы скажете о погибшем капитане Никольсе? - спросил Холмс.
- Я много лет знаю его, сэр, как исключительно честного, опытнейшего
моряка . Порядок и дисциплина на корабле под его командованием всегда ставились в
пример другим капитанам.
- Благодарю вас, капитан, - сказал Холмс, - не пройдем ли мы с вами в
крюйт-камеру вашего корабля?
В этом помещении Холмс осмотрел все очень пристально, попросил вскрыть
некоторые картузы с порохом. Он обратился ко мне:
- Отберите, пожалуйста, пробы этого пороха, Уилкс, и плотно упакуйте их.
Я немедленно выполнил указание, набрав длинные полосы пороха, похожие на
макароны, завернул их в бумагу и сделал на ней надпись, проставив дату и
время отбора. Смит спросил Холмса, интересует ли его что-нибудь еще. Тот сказал,
что больше задерживаться, на «Стремительном» не имеет смысла.
Поблагодарив еще раз капитана, мы спустились в свой катер.
- Я полагаю, Смит, что нам следует сейчас навестить и «Ливерпуль».
Смит молча, кивнул, и наш катер отправился к другим кораблям.
Чтобы не задерживать читателя, скажу, что встреча там была почти такая, как
на «Стремительном». Людей «Портсмута» крейсер «Ливерпуль» не подбирал, так
как «Стремительный» подоспел раньше и успел все сделать до его прихода. На
вопрос Смита о Никольсе капитан крейсера ответил с жаром:
- Полагаю, сэр, что без ведома капитана Никольса на судне не могло
оказаться никого из посторонних, даже крыса не прошмыгнула бы!
Холмс и здесь изъявил желание посетить крюйт-камеру. Он пристально поглядел
на матросов, ее охранявших, а в помещении осмотрел все, как мне показалось,
даже с большим вниманием, чем на «Стремительном». И также попросил меня
отобрать пробы пороха. Я опять запаковал «макароны» в пакет, сделал
соответствующую, запись и положил в саквояж.
Мы отправились в порт. Там Холмс вдруг предложил Смиту посетить линейный
корабль, пришвартованный к пирсу. Меня это удивило, ибо корабль с места не
трогался и никакого участия в спасательных операциях не принимал. Своего
удивления я, однако, не выказал, хорошо зная, что Холмс не будет делать
ничего ему не нужного. Смит же был абсолютно бесстрастен и тут же отдал
необходимые распоряжения. Не буду вдаваться в подробности, скажу только, что там мы
также посетили крюйт-камеру и - что для меня было совсем непонятным - Холмс
опять дал мне поручение отобрать пробы пороха.
На берегу Холмс подозвал кеб, и все мы поехали к председателю правления
порохового завода. Встретил нас красивый, можно сказать, элегантный мужчина,
явно не достигший сорока лет. Он был выдержан и предупредителен. Узнав, что
мы желаем ознакомиться с производством пороха на месте, он сказал, что отдаст
нужные распоряжения, и нас туда проводят
- У нас нет времени, мистер Харт, - сказал ему Холмс, - мы отправимся туда
немедленно, но если вы будете так любезны, то я хотел бы после ознакомления с
производством уточнить с вами некоторые детали. Вы не возражаете?
- Что вы, что вы, сэр Хейли, я к вашим услугам. Я полностью отдаю себе
отчет в том, что вам необходимо знать все обстоятельства. Я совершенно уверен,
что наш завод никак не причастен к этим трагическим событиям, никогда прежде
к нам не было претензий, но все, что вас интересует, я сообщу. К вечеру я
освобожусь от дел и, если вам будет угодно, прошу ко мне.
Завод не оказался крупным. В обстановке я сориентировался далеко не сразу.
Главный инженер, командующий всем производством, мистер Пауэлл встретил нас
очень любезно. Это был мужчина, примерно того возраста, что и Харт, с
энергичным выразительным лицом. Холмс поинтересовался документами по отгрузке
пороха на корабли за последнее время. Получив их, он попросил предоставить их
ему на некоторое время. Потом мы прошли в цех и ознакомились с
технологической цепочкой. Видели автоклавы-реакторы, выходящую из них продукцию. Машину,
выдавливающую готовый порох в виде макарон, подачу его в сушильное отделение,
а затем расфасовку и упаковку. Четкость и слаженность работы, дисциплина
обслуживающего персонала, чистота и аккуратность произвели на нас хорошее
впечатление. Закончив пояснения, Пауэлл поинтересовался, чем может быть еще по-
лезен. Холмс поблагодарил и сказал, что не смеет больше отрывать его от дел,
но, с его разрешения, мы присмотримся к производству сами. Пауэлл наклонил
голову в знак согласия и оставил нас.
Холмс остановился у сушильной печи и долго рассматривал, как пожилой
мужчина следит за температурой по показаниям термометра и отмечает ее на графике.
Потом мы вернулись в помещение с автоклавами-реакторами, где, собственно
говоря, создавалась продукция. Холмс обратил внимание на большой оцинкованный
ящик, разделенный на секции, с пустыми бутылками в нем. Слово «дифениламин»,
написанное на ящике, нам ничего не говорило.
Женщина в цехе пояснила, что эти бутылки - из-под добавки в пороховую
массу, которую она каждую смену лично получает от мистера Пауэлла и лично же
вводит в реакционную смесь. Холмс внимательно рассмотрел ящик и обратил
внимание , что каждая бутылка была перед вскрытием запечатана. Печать висела тут
же, а на этикетке каждой бутылки была запись даты и времени загрузки, а также
подпись загружающего реактив - она всегда принадлежала одному и тому лицу,
этой женщине.
- Скажите, - обратился к ней Холмс, - у вас есть отдельное помещение, где
мы могли бы поработать?
- Пожалуйста, сэр, - ответила она, - вот небольшая отдельная комната,
участок нашей лаборатории. Мистер Пауэлл поручил мне выполнение всех ваших
указаний.
Мы зашли в комнату со столом, на этажерках которого стояли реактивы.
Внимательно все осмотрев, Холмс обратился к Смиту:
- Надо будет опечатать ящик с бутылками, занести его сюда и опечатать все
помещение.
- Ваш саквояж, доктор Уилкс, - обратился он ко мне, - оставьте здесь же.
Проделав все, мы покинули завод и направились к Харту.
Уже вечерело. В его уютном кабинете мы расселись вокруг стола.
- Мы, - пояснил Харт, более всего обращаясь к Холмсу, - постоянным своим
заказчиком имеем корабли флота Его Величества. И заказ этот выполняется с
особой тщательностью. Нареканий никогда не было.
- Я полагаю, - сказал Холмс, - что особая тщательность лежит в основе
вашего производства, вне зависимости от того, кто заказчик вашей продукции.
- Совершенно верно, - подтвердил Харт. - Вы знаете, наверное, сколько
катастроф было на заводах бездымного пороха. Нас господь бог миловал пока что,
четкость действий обслуживающего персонала и меры по технике безопасности
предусмотрены прежде всего. Мы недавно выделились из объединения. Такое
производство предпочтительнее иметь в небольших размерах.
- Очень хорошо, - заметил Холмс, - с вами нельзя не согласиться, но, если
вы позволите, мне хотелось бы немного узнать про обслуживающий персонал, от
которого вы требуете такой четкости действий.
- Всем ведает Пауэлл. Это опытнейший специалист и прекрасный организатор.
Работает как хронометр. Честности безупречной, людей своих знает хорошо. Я
знаю его с колледжа, мы и сейчас с ним в самых дружественных отношениях.
- Он подвержен каким-нибудь слабостям? - спросил Холмс.
- Что вы, сэр Хейли! Это сама невозмутимость, отработанный механизм, мало
чем интересующийся, кроме своей работы. Живет он очень скромно, и мне стоило
большого труда куда-нибудь его вытащить. Он поддался мне всего лишь раз.
- А куда именно? - поинтересовался Холмс.
- Видите ли, мы оба не женаты. Я - больше по рассеянному образу жизни, а
Пауэлл не так давно овдовел. Я люблю бывать на всяких раутах и в свете.
Пауэлл от всего этого уклоняется, хотя зарабатывает он хорошо. Мужчина, вы
видели, представительный и хорошо воспитанный. Но я все-таки уговорил его
взглянуть на выступления индийской танцовщицы, по которой вся лондонская публика
сходит с ума. Я сам несколько раз бывал на этих представлениях, и, признаюсь,
они производят неизгладимое впечатление, как изяществом и красотой Зиты Радж,
ее искусством исполнения, так и всей экзотической, даже какой-то мистической
обстановкой. В определенной степени я мог бы причислить себя к поклонникам
Зиты Радж, во всяком случае, подносил ей букеты цветов, которые она милостиво
принимала от меня. Мне удалось увлечь Пауэлла лишь однажды, и тут мне не
повезло, так как произошел неприятный случай, который испортил все впечатление.
А Пауэлл сказал мне, что у него все это не вызывает интереса.
- Расскажите коротко, - сказал Холмс.
- Все было очень хорошо, публика застыла от восторга, и вдруг перед самым
концом на сцене раздался какой-то хлопок, один из светильников опрокинулся, и
я увидел искаженное от испуга лицо Зиты Радж, она пошатнулась. Дали занавес,
и я, обеспокоенный случившимся, прошел к ней в уборную, захватив с собой
Пауэлла. Танцовщица приветливо кивнула нам, но я видел, что она была в высшей
степени взволнована. С гневом и раздражением она потребовала: «Паризьена ко
мне, немедленно!»
- Кто этот Паризьен?
- Это ее администратор и устроитель всех ее выступлений, с которым она
ездит по гастролям. Тот появился тут же, смущенный необычайно. «Вы что, убить
меня хотите, Паризьен?» - вскричала Зита Радж. Тот что-то лепетал в свое
оправдание . Он оправдывался, что чистота химикатов фирмы Краузе небезупречна,
что он всегда пользовался услугами французской фирмы на Лазурном берегу, но
на этот раз она столь срочно приказала собраться в Лондон, что у него не было
времени связаться со своей постоянной фирмой с Лазурного берега. Зита ничего
не хотела слушать и сказала, что ей до всего этого нет никакого дела, но по
его вине она вынуждена отменить завтрашнее выступление, так как после
случившегося не может прийти в себя и не чувствует уверенности. За это время, я
полагаю, месье Паризьен сделает все, чтобы избавить ее, Зиту Радж, от таких
неприятных сюрпризов. Тот рассыпался в заверениях, и она сразу же предложила
ему исчезнуть. Ко мне же она обратилась с извинением за то, что,
возбужденная, не смогла удержаться от резкого разговора в нашем присутствии, и
поблагодарила нас за участие, сказав, что ничего особенного не произошло, просто
неожиданность выбила ее из колеи.
Я после этого предлагал Пауэллу еще раз посетить театр Зиты Радж, но он к
моему приглашению остался равнодушным, - продолжал Харт, - предложения
другого рода тоже не вызвали у него интереса. Он ведет размеренную жизнь, хотя
энергии у него предостаточно и всю ее он посвящает работе. Всеми своими
успехами , я считаю, завод обязан усилиям Пауэлла. А ведь это очень непросто. Наш
главный заказчик - флот хорошо нас оплачивает, но его заказы, случается, нашу
работу лихорадят. По заказам иногда требуется поставить большое количество
нашей продукции в сжатые сроки. А мы не стараемся производить большого
задела. В таких случаях заводу приходится трудиться, с большим напряжением. Мы не
можем позволить себе недопоставку и потерю заказчика. Есть другие
предприятия , которые будут рады перехватить у нас заказ.
Вмешался Смит:
- Скажите, мистер Харт, ваше знакомство с прелестной танцовщицей после
отказа Пауэлла приходить на ее выступления продолжалось?
- Конечно, я был еще несколько раз, встречался на гуляньях, она ко мне была
очень благосклонна, но ничего более вам подозревать не следует. Это была
обычная, очень милая светская болтовня - и только. Зита привлекает, всеобщее
внимание и умеет вести интересный, разговор.
- А в ваших разговорах Зита Радж не интересовалась вашей работой или
работой Пауэлла?
- Боже упаси! Я на эту тему вообще не склонен распространяться. Пауэлла она
больше не видела, да такая скучная материя вовсе не в сфере ее интересов. Мы
беседовали, как правило, об искусстве, особенно об индийском, о театре, о
танцах, вообще вели пустые, но обаятельные светские разговоры. Зита Радж
великая труженица, но она и очаровательна, светских развлечений не чуждается.
Поклонников возле нее всегда целая стая, как молодых людей, так и пожилых.
Совсем недавно она досадовала, что сорвалась ее морская прогулка. Обещал ей
один из капитанов флота, но потом извинился, сказав, что получил приказ о
выходе в море.
- Как фамилия этого капитана, с какого он корабля?
- Я не запомнил, да и какое это имеет значение? Ведь прогулка так и не
состоялась !
Холмс вернул разговор в изначальное русло и попросил что-нибудь сказать о
женщине из автоклавно-реакторного отделения и о мастере сушильного цеха. Харт
охарактеризовал женщину как безупречную исполнительницу, строжайшим образом
наблюдавшую за технологическим процессом своего отделения. О мастере же
сказал, что тот имеет немалый опыт, как на этом заводе, так и прежде, в
сушильном отделении мебельной фабрики. Он также исполнителен, дисциплинирован,
ведет размеренный образ жизни, прекрасный семьянин. Мы распрощались с Хартом,
поблагодарив его, сказав, что если возникнут у нас какие-нибудь
дополнительные вопросы, то надеемся, что он не откажет нам сообщить все нас
интересующее.
Кеб доставил нас на Бейкер-стрит. За ужином, к которому Холмс пригласил
Смита, он сказал ему:
- Я полагаю, сэр, что вас заинтересовала предполагаемая морская прогулка.
Не возьмете ли вы на себя труд выяснить, кто был тот капитан, который ее
обещал? Кроме того, не лишним будет побывать на месте катастрофы. К концу дня, я
думаю, корпус судна будет на поверхности, и следует убедиться в правоте
водолаза, утверждающего, что пробоина не от наружного удара. Он мог и ошибиться.
- Вы знаете, сэр Хейли, у меня на подозрении сам мистер Харт. Его общение с
этой танцовщицей наводит на мысль, что от него она могла узнать что-либо о
порядках на корабле и выяснить возможность проникновения туда диверсанта.
- Я не склонен делать поспешных заключений, пока нет достаточных оснований.
Ведь вы слышали о капитане Никольсе, про которого говорят, что на его корабль
«даже крыса не могла пролезть». Но исключать ничего не следует. Если вам
удастся что-нибудь узнать о Харте, то это тоже будет полезно. Завтра мы с вами
не встретимся. Увидимся послезавтра в десять часов утра у входа на завод.
Пройдем туда, и там вы сообщите мне все, что вам удалось выяснить.
Когда мы остались вдвоем, Холмс сказал мне:
- Милейший Ватсон, завтра я уйду из дома ранним утром, а вечером мне
хотелось бы поразвлечься.
Я с удивлением посмотрел на него, ибо не в его привычках было тратить время
на развлечения тогда, когда он вел расследование.
- Да, да, «сэр Уилкс», я надеюсь, что вы окажете мне услугу, приобретете
пару билетов на представление Зиты Радж. Желательно, естественно, поближе к
сцене. Пойдете к театру не как корабельный врач, а в обычном одеянии, которое
носите постоянно. Да и на представление мы отправимся оба, как два обычных
добропорядочных лондонских джентльмена.
День был насыщенным, но то, что в нем почерпнули, как мне казалось, не
подвигало Холмса к разрешению загадки ни в малейшей степени. Все эти разговоры о
Зите Радж и последующее наше посещение ее театра представлялись мне пустой
тратой времени, хотя, по правде говоря, у меня решительно не было никакого
представления о том, за что Холмс мог бы зацепиться. Его я видел в
озабоченном, но не в угнетенном состоянии.
Холмса уже не было, когда, плотно позавтракав, я отправился покупать биле-
ты. К моему удивлению, их не продавали. Я поинтересовался у хозяина помещения
и от него узнал, что Зита Радж уже выступает на континенте. Весь ее театр
выехал туда четыре дня тому назад. Увидев у хозяина рулончик нераскленных,
устаревших афиш, я попросил у него парочку, высказав сожаление, что не успел
побывать на представлении, о котором слышал, столько восторженных отзывов.
Хозяин посочувствовал мне, но заметил, что я мог бы позаботиться об этом
раньше: гастроли были довольно продолжительными. Я ответил, что только что
прибыл из Манчестера.
Дома я рассмотрел афишу очень внимательно. Она была красочной и эффектной.
Фоторепродукции отдельных моментов выступления знаменитой танцовщицы в
экзотическом обрамлении впечатляли, и я подосадовал, что нам не удалось ее
увидеть.
Холмс вскоре появился и, узнав о моей неудаче с билетами, не выказал
удивления . Пристально вглядевшись в афишу, он похвалил мою догадливость, заметив,
что и рассматривание афиши может принести некоторую пользу. Естественно, это
одобрение, высказанное моим другом, вдохновило меня, хотя я ничего для него
полезного в афише не увидел. Холмс ушел опять, захватив с собой афишу. Я не
задавал ему вопросов, но он сам сказал, что побывал в госпитале, где
находятся пострадавшие при катастрофе, но ничего нового не узнал.
Его не было до самого вечера. Пришел он сосредоточенный и углубленный в
себя . Поужинав, закурил и, погрузившись в кресло, перестал меня замечать. Такое
его состояние мне было хорошо знакомо, и я постарался не мешать ему,
занявшись чтением.
Утром кеб доставил нас к заводу, там уже был невозмутимый Смит. Нас не
задерживали, так как имелось на это соответствующее указание Пауэлла. Мы прошли
через цехи, сорвали печать с лаборатории и вошли в помещение.
- Доктор Уилкс, - обратился ко мне Холмс, - вскройте ящик и выставьте на
аналитический стол бутылки, придерживаясь порядка их датировки. Залейте их
дистиллированной водой на три четверти объема, воду возьмите из этой бутыли,
что на подставке в углу. А мы с вами, Смит, давайте все имеющие касательство
к делу документы разложим здесь.
Я выполнил распоряжения Холмса, и он опять дал мне работу:
- Распакуйте ваш саквояж и все пробы пороха с кораблей поместите в те
большие стеклянные цилиндры. Принадлежность каждого корабля отметьте бумажкой.
Когда я проделал все указанное, Холмс оторвался от бумаг, внимательно
осмотрел мою работу, потом отыскал какую-то бутыль с резко пахнущим
растворителем и из нее долил несколько миллилитров в каждый цилиндр с порохом. Никаких
изменений от наших манипуляций ни в бутылках, ни в цилиндрах не произошло.
Затем Холмс взял с полки какую-то склянку и из нее тоже добавил реактив в
каждую бутылку. Мы со Смитом удивленно взирали на его действия и вдруг увидели,
что вода в двух бутылках приобрела фиолетовую окраску, а в остальных осталась
бесцветной.
- Я попрошу вас, Уилкс, - сказал мне Холмс, - оформить технический протокол
испытаний. Вам, Смит, придется вести другую запись. А нам следует немного
побеседовать с персоналом завода.
Холмс попросил зайти мастера сушильного отделения и спросил его:
- Скажите, Джонсон, вот передо мной технологическая карта за весь месяц.
Почему, начиная с двадцатого числа по двадцать третье, вы проводили сушку при
завышенной температуре?
- Температура не была завышенной, сэр. Она не выходила за пределы
допустимого.
- Пожалуй, что так, но все же до двадцатого вы придерживались более низкой
температуры..
- Совершенно верно, сэр, но мистер Пауэлл сказал, что необходимо поторо-
питься: до двадцать четвертого должна быть завершена погрузка пороха на суда.
- И вы успели уложиться в назначенный срок?
- Мы бы успели, сэр, но последний корабль двадцать третьего ушел
недогруженным. Остатки его пороха и сейчас на складе. Корабль ушел досрочно,
прекратив погрузку по своей инициативе. В накладной все это указано: сколько
погружено и сколько осталось на складе.
- Благодарю вас, Джонсон. Пройдите, пожалуйста, сейчас же на склад, и пусть
сэр Смит отберет по вашему указанию пробу из недогруженного пороха.
Смит и мастер вышли из лаборатории, а Холмс попросил, чтобы к нам
пригласили на несколько минут мистера Пауэлла. Через короткое время вернулись Смит и
мастер, почти одновременно подошел и Пауэлл. Мастера Холмс отпустил тут же, а
перед Пауэллом извинился, что отрывает его от дела, и попросил присесть.
Принесенную Смитом пробу он также поместил в цилиндр и также залил
растворителем. После того обратился к Пауэллу:
- Мистер Пауэлл, почему вы перестали в пороховую массу добавлять
дифениламин?
Изменившийся в лице главный инженер посмотрел на Холмса оторопело и сказал:
- Почему вы так решили, сэр Хейли?
- Это не я решил. Взгляните на эти бутылки. Ко всем прибавлен нитрат, чутко
улавливающийся дифениламином, а окраски, за исключением первых двух, нет
нигде . Раствор дифениламина вы выдавали лично в запечатанной бутылке. Введение
его в массу осуществлялось на глазах у всех. И хотя операция проводилась
регулярно и при свидетелях, дифениламин в пороховую массу не поступил. Я думаю,
его попросту не было в запечатанной бутылке. Вы ставили об этом в известность
мистера Харта?
- Нет, - ответил смущенный Пауэлл, - я не ставил в известность ни мистера
Харта, ни кого-либо другого. Сделал я это из боязни повредить производству.
- Которая появилась у вас после семнадцатого числа?
Совсем растерянный, Пауэлл подтвердил это и сказал:
- Я отдал пробу дифениламина на анализ. Весь его запас у меня в сейфе, я
сейчас принесу его вам.
- Подождите, Пауэлл, - Холмс вытащил из кармана пробирку с каким-то
коричневатым порошком, - посмотрите, этот реактив похож на ваш дифениламин?
- Да, очень похож...
- Он не только похож, он тот самый, это часть пробы, которую вы передали
профессору Тредвеллу. Заподозрив ваши опасения, я предположил, что вы
обратитесь в одну из самых лучших химических лабораторий, и потому быстро нашел
Тредвелла. Дифениламин - сложное органическое соединение, и потому ответить
вам однозначно в короткий срок не представлялось возможным. Потребовалась
экстракция, перекристаллизация и ряд других длительных операций. У вас же не
было возможности останавливать производство, и вы решили воздержаться пока от
добавки, опасаясь неприятных последствий. Это так?
Пауэлл молча кивнул головой.
- Заключение по результатам анализа поступит к вам в ближайшее время. Могу
вам предварительно сообщить, что оно подтверждает паспортные данные. Чистота
реактива безупречна, никаких «подозрительных» примесей в нем не содержится.
Ваши «профилактические меры» были совершенно напрасными. Теперь мне хотелось
бы услышать от вас другое. Вы сказали Джонсону, мастеру вашего сушильного
цеха, что следует поторопиться, чтобы успеть предоставить порох на загрузку
кораблей. Почему вы боялись, что не успеете?
Пауэлл бросил опасливый взгляд на записывающего беседу Смита и ответил:
- Мистеру Харту стало известно, что двадцать четвертого, корабли срочно
выйдут в море... Он нашел нужным по-дружески, в частном порядке предупредить
меня об этом, чтобы у нас не было задержки... Это было, кажется, двадцатого...
- Ну, хорошо. Ознакомьтесь, пожалуйста, с записью сэра Смита, и мы больше
не будем вас задерживать.
Когда он ушел, Смит взглянул на Холмса и сказал:
- Мне очень подозрительна такая осведомленность мистера Харта, ведь о
приказе по выходу в море не было известно никому.
Холмс слегка улыбнулся и, ничего не ответив, подошел к цилиндрам, в которых
«отмачивались» образцы пороха. Они заметно утоньшились. Вынув образцы, Холмс
досыпал в каждый цилиндр немного принесенного с собой порошка. Мы внимательно
следили за его действиями. Жидкость в большинстве цилиндров осталась
бесцветной , лишь в одном появилось слабое фиолетовое окрашивание.
- Вот, кажется, все, что нам требуется. Доктор Уилкс, запишите все в
технический протокол.
При расставании Смит обратился к нам со следующими словами:
- Я надеюсь, сэр Хейли, и вы, доктор Уилкс, что застану вас вечером дома. Я
обязан информировать адмирала о ваших выводах. Я уверен, что мой доклад
заинтересует адмирала, и мне придется заехать за вами, ибо он определенно захочет
видеть вас у себя.
На этом мы расстались и отправились к себе на Бейкер-стрит. Холмс снова
просмотрел все документы и сгруппировал их в определенном порядке.
Уже темнело, когда послышался стук колес около нашего дома. Это был Смит,
которого мы ожидали.
В помещении, куда нас доставили, за большим столом в старинном кресле сидел
пожилой человек в адмиральской форме. Он приподнялся при нашем появлении и
приветливо предложил всем присесть.
- Смит доложил мне, - сказал он, - что у вас, сэр Хейли, создалось
определенное впечатление по поводу той катастрофы, которую пришлось нам пережить. Я
буду вам очень признателен, если вы выскажете свои соображения. Мне не
терпится узнать хоть что-то, что может приблизить нас к разгадке этой трагедии.
Не нужно никакого доклада, расскажите просто и доступно, что вы обо всем этом
думаете.
- Происшедшая трагедия, адмирал, - сказал Холмс, - причиной своей имеет
либо неосторожность, либо злой умысел. То, что удалось нам узнать о дисциплине
и соблюдении порядка на крейсере «Портсмут», мало допускает наличие какой-
нибудь небрежности. Злой умысел более вероятен. В таком случае естественно
предположить, что злоумышленник незаметно проник на корабль и подорвал
пороховой запас в крюйт-камере. Обследование корпуса затонувшего корабля
водолазом и последующий осмотр после его поднятия указывают, четко на то, что
никакого внешнего удара по кораблю не было. По свидетельству всех, знавших
капитана Никольса, проникновение постороннего лица на борт «Портсмута»
исключалось . Это наводит на мысль, что злоумышленник - член судового экипажа.
Наблюдавшие море на «Стремительном» и на «Ливерпуле» в один голос утверждают, что
видимость была прекрасной и вблизи от «Портсмута» не было замечено никаких
предметов, ни тем более человека в море. Марсовый матрос с «Портсмута»,
находящийся сейчас в госпитале, показал то же самое. По его словам, офицеры судна
находились на палубе, на носовой части, наблюдая море. Капитан и старший
офицер были на мостике. Крюйт-камера неизменно очень надежно охранялась.
Находясь на марсе, матрос вдруг почувствовал удар огромной силы, сопровождаемый
грохотом, а затем его выбросило далеко в море вместе с обломком мачты. Он был
оглушен и ушиблен. Если бы не обломок мачты, за который он судорожно
цеплялся, и не быстрый подход «Стремительного», его не выловили бы. С остальными
спасенными беседовать возможности не было из-за их состояния. Если
злоумышленник находился на корабле, то это - заведомый самоубийца, что предположить
крайне трудно. Посещение нами порохового завода и беседа с его работниками
дали некоторую ниточку.
Адмирал насторожился и впился глазами в Холмса, и тот продолжал:
- Весьма любезный мистер Харт рассказал нам о случае на танцевальном
представлении Зиты Радж. Объяснения смущенного администратора разгневанной Зите
дали пищу сомнениям главного инженера Пауэлла. Органическое вещество
дифениламин поставляется заводу фабрикой химреактивов «Краузе». Ее именно упомянул
администратор, оправдываясь перед Зитой и говоря, что он не доверяет
производимой ею очистке реактивов. Испугавшись, что имеющийся у него дифениламин,
прибавляемый в пороховую массу, может оказать на нее вредное действие, Пауэлл
втайне от всех перестал вводить его в порох, и отдал пробу на анализ в
лабораторию профессора Тредвелла. Анализ этой пробы требует времени и готов
только сейчас.
- Что он показал? - нетерпеливо спросил адмирал.
- Его чистота оказалась безупречной. Никаких примесей, могущих
подействовать на пороховую массу, в нем не содержится. Но Пауэлл об этом осведомлен не
был, погрузка на корабли шла интенсивно, и они получили порох без
дифениламина.
- Простите, Хейли, я не вижу связи с взрывом, - сказал адмирал несколько
обескураженно.
- Это естественно. Есть дифениламин в порохе или нет его, это никак не
повлияет на инициирование взрыва. Но факт этот неоспорим. Вот технический
протокол, который вел доктор Уилкс. По нему мы видим, что в порохе
«Стремительного» и «Ливерпуля» дифениламин отсутствует, а в порохе линейного корабля,
стоящего в порту, он есть. По этой ведомости мы видим, что этот линкор
грузился ранее всех. После восемнадцатого грузились «Стремительный», «Портсмут»
и «Ливерпуль». Последний недогрузился, ввиду приказа о срочном выходе в море.
Опробование пороха, оставшегося на складе, показывает, что в нем также нет
дифениламина. Любопытнее всего, что это обстоятельство было прослежено
посторонним лицом. При посещении профессора Тредвелла я при беседе с ним попросил
о небольшой услуге. У него прекрасная фотолаборатория, в которой мне сделали
пересъемку фоторепродукции афиши, которую после отъезда Зиты Радж доставил
мне доктор Уилкс. Я побывал в доме мастера сушильного цеха Джонсона,
спрашивая, не возьмется ли он провести мне дома некоторые столярные работы, так как
мне «известно, что он работал на мебельной фабрике». Сам он был на работе, а
его приветливая хозяюшка сказала мне, что он не будет мне полезен, но его
дружок Питч, пожалуй, возьмется. Он - краснодеревщик и остался на фабрике
благодаря этому, когда на фабрике сократили число рабочих. Джонсону же
пришлось фабрику покинуть, и теперь он работает на заводе. Они остались в
прежней дружбе, иногда выпивают по кружке пива в трактире «Красный кабан» и
вспоминают свои молодые годы. Недавно он подарил Джонсону дикого гуся, которого
подстрелил его брат, проживающий в сельской местности. Гуся она зажарила, и
он был очень вкусен. Она предложила мне подождать прихода мужа, который
проводит меня к Питчу. Я ответил, что, к сожалению, не располагаю временем,
зайду как-нибудь в другой раз. Трактир «Красный кабан» находился неподалеку, и я
на всякий случай зашел туда. В нем было немного посетителей, но интересующий
меня Питч (я спросил у трактирщика) сидел за столиком. Я присел к нему и
попросил принести себе что-нибудь из дичи. Хозяин посожалел, что у него ничего
такого нет, он может предложить только домашнюю птицу. «Тогда дайте гуся!»
Когда все было подано, я заговорил с Питчем и сказал, что домашняя птица не
то что дичь. Тот сказал, что не разделяет моего мнения, и мы стали по этому
поводу спорить. Я угостил Питча, от чего тот уклоняться не стал. Потом я
сказал , что он все же лицемерит, так как сам не только предпочитает дичь, но и
дарит ее своим друзьям. Тот сразу понял, что речь идет о Джонсоне, и сказал,
что это случай особый. Он на этом гусе заработал целый фунт. Числа двадцатого
он также был здесь и пил пиво. Пришел какой-то джентльмен - он был в охот-
ничьей куртке - и тоже присел к его столику. Он был щедр и в разговоре с
Питчем сказал, что едет в сельскую местность, где хочет сорвать приз по охоте на
гусей. Питч поинтересовался, хорошо ли он стреляет. Тот ответил, что довольно
прилично и не сомневается, что опередил бы других, если бы у него был порох.
Это Питча изумило, так как недостатка пороха в охотничьих магазинах не было.
Тогда незнакомец открылся ему. При стрельбе случается много дыма, и это
затрудняет охоту. Если бы у него был бездымный порох, хотя бы малая толика, то
это дало бы ему ощутимое преимущество перед своими соперниками. Он попросил
Питча достать немного пороха у его друга Джонсона, обещая за это целый фунт.
Питч поинтересовался, как же он объяснит такую просьбу своему другу.
Незнакомец сказал, что ему совсем не придется врать, надо прямо сказать ему цель; а
чтобы Джонсон не сомневался, незнакомец одного из подстреленных гусей
принесет Питчу, и тот скажет, что он подстрелен его братом, который действительно
живет в сельской местности и тоже охотится, как этот джентльмен. Оба приятеля
простодушны, и Джонсон для «брата Питча» принес немного бездымного пороха.
Незнакомец порох получил, уплатил обещанный фунт и передал для Джонсона
подстреленного дикого гуся. Об этом фунте Питч не поминал, а Джонсон остался в
уверенности, что получил подарок. Сомнений ни у кого не возникло: порох не
бог весть какая ценность, его можно купить в охотничьем магазине. А почему бы
и не помочь выиграть состязание? Питч всей этой операцией остался доволен,
но, когда я показал ему фотографию и спросил, не этот ли джентльмен попросил
его об услуге, лицо его вытянулось. «Конечно! - воскликнул он. И тут же
забеспокоился: - А что, он натворил что-нибудь?» Я ответил уклончиво, сказав,
что также участвовал в охотничьих состязаниях, а «этот тип» обскакал меня.
Питч расхохотался, а у меня не осталось сомнений в том, что это был
администратор Зиты Радж месье Паризьен.
- Зачем же это было ему нужно? - нетерпеливо спросил адмирал.
- Чтобы убедиться в том, что его провокация с «несчастным случаем» на
представлении подействовала, и Пауэлл перестал добавлять дифениламин в пороховую
массу.
- Продолжайте, Хейли, я все еще не улавливаю ход ваших мыслей и действий,
- После этого Пауэлл узнал от Харта, что двадцать четвертого корабли выйдут
в море, и, боясь, что их не успеют догрузить, сказал тому же Джонсону, что
надо ускорить сушку пороха. Тот поднял температуру до верхнего предела.
- Черт побери! Откуда же Харт узнал о выходе кораблей, когда приказ был
отдан мной, ввиду неожиданных обстоятельств?!
- Это записано сэром Смитом. Харт сделал такой вывод самостоятельно из
разговора с Зитой Радж, которая сожалела, что у нее сорвалась прогулка по морю.
Капитана, который будто бы ей отказал по непредвиденным обстоятельствам, при
проверке личного состава не оказалось, если только им не был погибший Ни-
кольс.
- Да его и не могло быть! Я никому не сообщал о своем приказе, и отдан он
был в экстренном порядке!
- Совершенно верно, адмирал. Из этого можно заключить, что об отдаче вами
такого приказа неизвестные лица знали заранее и подбросили, между делом,
сведения об этом Харту. Тот, ничего не подозревая, сообщил об этом Пауэллу.
- Мне кажется, и я начинаю понимать, сэр Хейли, что повышение температуры
вызвало разложение пороха, от чего и произошел взрыв на «Портсмуте». Обязаны
же этим мы двум сверхосторожным остолопам - Пауэллу и Харту, им, я полагаю,
даром это не пройдет!
- Не совсем так, адмирал. Обратите внимание на то, что ваш приказ
последовал двадцать третьего, а ориентировались злоумышленники на двадцать
четвертое . Да и какая им разница, где этот взрыв произойдет: на рейде или в порту?
- Это, пожалуй, верно! Я совсем, кажется, перестал что-либо понимать!
- Все объясняется проще, чем кажется. Повышенная Джонсоном температура не
вышла из предела допустимого, но предрасположила порох к реакции его
разложения. Этого могло бы и не произойти, если бы корабли остались в порту. Выход
их в море был спровоцирован с континента. Это появление в наших водах
неизвестной подводной лодки. Она появилась так, чтобы ее заметили. О дате ее
появления уведомили Зиту Радж и Паризьена. Но она появилась несколько
преждевременно, почему «Ливерпуль» и остался недогруженным. Месье Паризьен убедился
в том, что дифениламин не добавлялся, и потому вся театральная компания могла
спокойно удалиться на континент. Дальнейшее их уже не касалось, да и от греха
подальше. Все выглядело благообразно: гастроли закончены и артисты уехали.
Дифениламин - индикатор, по которому сразу можно обнаружить начало разложения
пороха. Аккуратность капитана Никольса, ежедневная проверка им содержимого
крюйт-камеры немедленно выявили бы потемнение пороха, если бы дифениламин в
нем присутствовал.
- Но ведь это касается и «Стремительного» и «Ливерпуля»?
- Совершенно верно. Особенно «Ливерпуля». Я рекомендовал бы вам, адмирал,
приказать ему расстрелять свой запас пороха в учебных стрельбах. Слабенькое
окрашивание экстракции с пороха «Ливерпуля» при добавлении к нему
дифениламина говорит за то, что вскоре там будет наблюдаться разложение.
- Я очень благодарен вам, сэр Хейли, за это сообщение и, поверьте,
немедленно отдам приказ на «Ливерпуль». Агенты морской разведки, я уверен, разыщут
на континенте эту компанию Паризьена и Зиты Радж.
- А что вы можете им предъявить, адмирал? Обратите внимание на то, что ни у
кого они не выспрашивали никаких секретов, никого не вербовали, не подкупали,
не шантажировали. Здесь все проще и в то же время продуманнее. Ваш
«Стремительный» вне опасности, равно как и линейный корабль, что находится в порту.
«Портсмут» и «Ливерпуль» - противолодочные крейсера новейшей конструкции. Их
чертежи агентурным порядком стали известны на континенте и внимательно
изучены специалистами. Осматривая крюйт-камеру «Ливерпуля», я обратил внимание на
то, что слишком близко от нее располагается вентиляционная труба из машинного
отделения. Горячий воздух, по ней поступающий, постепенно повышает
температуру крюйт-камеры, что и ведет к ускорению разложения пороха. Если бы
«Портсмут» и «Ливерпуль» остались в порту и машины их не работали столь
интенсивно , то никакого бы разложения пороха не началось. А на рейде они вели, поиск
подводной лодки. Безуспешно, так как, спровоцировав вас, она поторопилась
убраться, но корабли оставались в напряжении. Катастрофу можно было бы
предотвратить , если бы в порохе был дифениламин, сразу же указавший на начавшееся
разложение пороха. Виновниками всего происшедшего нельзя считать ни Пауэлла,
ни Харта, ни Джонсона. Последний дал немного бездымного пороха своему
приятелю, но ведь порох этот вовсе не является секретом, им широко пользуются
другие державы и заготовлять его умеют не хуже нас. Отстранение всех этих лиц от
производства нелепо, несмотря на все случившееся. Знаете поговорку о том, что
стрелочник, по недосмотру которого произошло крушение, вдвое более ценен: он
наверняка не допустит повторения. Виновны прежде всего наши корабелы,
которые , создавая конструкцию крейсеров, в погоне за их компактностью, недоучли
вентиляционную трубу. Это подметили конструкторы континента, и морская
разведка иностранной державы на этом сыграла, проведя хитроумную диверсию без
участия диверсантов. Нащупать эти нити на континенте - дело вашей
контрразведки. Свою миссию я на этом считаю законченной.
Пораженный адмирал встал и, пожимая руку Холмсу, сказал:
- Сэр Хейли! Королевский флот в высшей степени благодарен вам за выяснение
такого запутанного дела. Я не нахожу слов. Поверьте, мы не останемся в долгу.
Завтра Смит доставит вам чек, суммой которого, я надеюсь, мы подтвердим еще
раз свое признание ваших заслуг перед флотом. Форму же морских офицеров, вы и
доктор Уилкс, оставьте у себя и, если она вам когда-нибудь пригодится, будьте
уверены, что никто не посмеет усомниться в вашем праве ее носить.
2. НЕБЕСНЫЕ КАМНИ
Холмс всегда поражал меня на протяжении долгих лет нашей дружбы. Первые дни
нашего знакомства поставили меня в тупик тем, что я обнаружил у своего друга
необыкновенно большие и тонкие познания в одних областях знания и полную
неосведомленность, если не сказать невежество, - в других. Он тогда же мне
заметил, что человеческий мозг не может вместить всего, сколь развит он бы ни
был. Холмс сравнивал его с чердаком, который можно захламить знаниями
совершенно бесполезными, не оставив свободного места для того, что нужно.
- В каждой области, - говорил он, - есть специалисты, многие из которых
своей науке посвятили всю жизнь. Они прекрасно знают одно дело, оставаясь
абсолютными олухами во всех других. Почему вы их не осуждаете, Ватсон? Ведь
когда знаменитый профессор, выходя с лекции, по рассеянности своей, лезет не в
кеб, а в катафалк, у вас подобный анекдотический случай вызывает умиление, но
в том, что в науке он звезда первой величины, у вас не возникает никаких
сомнений. Я специалист в своей области, а когда мое исследование требует
знаний, которыми я не располагаю, то нет ничего зазорного в том, чтобы я выяснил
вопрос у специалиста. Я наблюдателен, и он сообщит мне то, что меня
интересует , подчас даже не подозревая об этом. В нашем колледже студенты с трепетом
шли на экзамен к профессору Торре, который требовал глубоких знаний,
последовательности и ясности изложения. Но как принимал экзамен этот профессор? Он
приглашал студента к себе в кабинет, предлагал записать несколько непростых
вопросов - после чего вставал, глядел на часы и говорил студенту: «Я не буду
вас стеснять, вот вам моя библиотека, вот вам час времени. Я удаляюсь, а вы
постарайтесь разрешить эти вопросы». Расчет его был очень простой, но
исключительно верный. Три стены уставлены шкафами со специальной литературой. Бери
любую книгу и списывай с нее. Если студент чего-нибудь и не запомнил, но был
внимателен и добросовестен на занятиях, то он найдет ту книгу, которая
поможет разрешению его вопросов. Если же он вел «веселую жизнь», то поставьте ему
еще три стены в шкафах с книгами, он в них утонет, не зная, как подступиться.
Нельзя объять необъятного, не нужно перегружать память мелочами, не имеющими
существенного значения. Так можно потерять основную нить.
- Что же, - спросил я, - метод профессора Торре оправдал себя?
- Представьте себе, что да. Он предоставлял студенту полную
самостоятельность, не стоял над ним полицейским, выслеживая пользование шпаргалками. Он
их предоставлял самым широким жестом, но для того, чтобы такой
самостоятельностью воспользоваться, студент должен быть хорошо подготовлен, знать, что он
должен искать. В моей работе методом Торре мне приходится неоднократно
пользоваться, и я очень ценю его.
Я решился высказать некоторое недоверие:
- Вы сказали о мелочах, не имеющих значения, но, как я все время наблюдаю,
именно отдельным мелким деталям вы сами уделяете особое внимание.
- Так в этом и заключается моя наука. Нужно заметить и отсортировать,
определить: какая деталь может дать ниточку, а какая только обременяет следствие
и может повести его по ложному пути.
Мне невольно вспоминались эти беседы, когда Холмсу пришлось
заинтересоваться загадочными письменами. Эта история, я полагаю, показывает, как Холмс, не
располагая определенными знаниями, прибегнул к услугам специалистов,
преследуя свою цель - пресечение преступления.
Как-то утром Холмс протянул мне полученное им письмо со словами:
- Ознакомьтесь с этим посланием, мой друг.
Исполненное на великолепной бумаге, с каким-то вензелем в углу, письмо
гласило:
Мистеру Шерлоку Холмсу.
Бейкер-стрит1, 221-6. Лондон.
Дорогой сэр!
Я осведомлен о вашей крайней занятости, почему и заранее приношу свои
извинения. Я очень нуждаюсь в вашем совете. Буду очень признателен, если вы не
оставите мою просьбу без внимания. Окажите мне честь посетить меня в удобное
для вас время, которое укажите подателю сего. Я вышлю вам экипаж к указанному
часу. Простите мне мою старость. Я, несмотря на это, сам бы посетил вас с
своей просьбой, но о предмете, который является объектом моего внимания, мне
думается, удобнее будет беседовать на месте.
С искренним уважением лорд Беверли.
- Эти пожилые аристократы в большинстве случаев обеспокоены пустяками, и
следовало бы, конечно, удовлетворить его просьбу не сразу, чтобы показать
действительную нашу занятость, но письмо составлено в таком уважительном
тоне, который не всегда им присущ. Экипаж у дверей, и ответ следует передать
кучеру, который его ожидает. Однако я полагаю, что лорд Беверли достаточно
воспитан для того, чтобы не усмотреть в нашем немедленном приезде излишнюю
торопливость. Насущных забот у нас сейчас нет, а что будет завтра -
неизвестно. Давайте, Ватсон, прокатимся сейчас же, нанесем визит старому лорду
Беверли, хотя, предполагаю, он и не ожидает такого скорого нашего прибытия.
Перспектива прокатиться за город в столь хорошую погоду, какая тогда
стояла, мне импонировала, и я согласился без всяких колебаний. Мы спустились к
вознице, и Холмс сказал ему, что никакого ответа везти не надо, так как мы
поедем с ним к лорду Беверли. Кучер открыл дверцы, мы удобно устроились и
отправились в дальний путь.
Подъезжали мы к месту назначения по роскошной тенистой аллее. Загородный
дом лорда Беверли представлял собой старинный особняк, изящно украшенный.
Вокруг была зелень, через которую просвечивало зеркало пруда. В общем, все
говорило о том, что мы попали в райский уголок. Не знаю, сам ли заметил лорд
Беверли свой возвращающийся экипаж или об этом уведомила его прислуга, но он
уже стоял на ступеньках крыльца и, увидев нас, радостно приветствовал.
- Я бесконечно благодарен вам, мистер Холмс. Не смел надеяться на ваше
столь быстрое прибытие. Прошу пожаловать в Беверли-хауз.
Холмс представил меня старому лорду, и мы вошли в дом. Седой и статный, с
безупречными манерами, хозяин дома был немолод, но еще крепок, он производил
впечатление осколка предшествующей эпохи.
- Видите ли, джентльмены, - говорил он, - я живу здесь довольно уединенно.
Время светских увлечений давно миновало. В обществе я бываю редко, хотя кое-
какие связи у меня еще сохранились. Изредка я бываю в клубе, где встречаюсь с
теми своими товарищами, что, подобно мне, еще обременяют собой нашу грешную
1 Бейкер-стрит (Baker Street) — оживленная улица в лондонском районе Мэрилебон
(северная часть Вестминстера). Является частью шоссе А41. Наиболее известна в связи со
знаменитым персонажем Артура Конан Дойля частным детективом Шерлоком Холмсом.
Согласно замыслу автора, великий сыщик жил на Бейкер-стрит, в доме 221Б, которого в
реальности не существует. Улица получила название в честь строителя Уильяма Бейкера,
проложившего её в XVIII веке. Первоначально здесь было место жительства для высшего
сословия, однако в наши дни на Бейкер-стрит в основном располагаются коммерческая и
торговая недвижимость.
землю. Но многих уже нет, а со многими связи порвались. Леди Беверли, с
которой мы прожили счастливую жизнь, покинула меня два года тому назад, не
перенеся жестокого воспаления легких. Сына мы утратили еще ранее, он служил в
колониальных войсках, и оттуда мы получили скорбную весть о его кончине. Я
принял большое участие в своем племяннике, сыне моего покойного брата,
оставшемся без родителей. Это энергичный, красивый молодой человек. Я дал ему
возможность получить хорошее образование, после чего он поступил на хорошее место.
К сожалению, учился он не с большим рвением, а потом слишком много времени
стал уделять светским удовольствиям. Я был этим обеспокоен и решил, что для
него будет благом удалиться из Лондона, почувствовать себя более
самостоятельным. Руководствуясь этим, я выхлопотал ему хорошее место в наших
индийских владениях, надеясь, что новая жизнь заставит его более серьезно ко всему
относиться. Не скажу, что он был в восторге от моего решения, но перечить не
стал. Более двух лет он был там, писал мне превосходные письма. Сейчас он
вернулся и настолько очарован Индией, что мечтает еще раз там побывать. Он
привез мне оттуда массу интересных вещей. Пойдемте со мной, я покажу их вам.
Мы прошли в комнату, где стоял застекленный шкаф, в котором на полочках
были выставлены самые различные вещи индийского обихода, красивые изделия,
редкое оружие. Многое из того мне уже приходилось встречать в период моей
военной службы. Лорд Беверли обратил наше внимание на отдельно лежащие два камня
голубовато-серого цвета, неодинаковой величины. Нижняя поверхность камней
была плоская, более темного цвета.
- Вот этот камень, - сказал лорд, беря в руки меньший из них, - привезен
моим племянником Эрнстом Беверли, а этот принадлежит его приятелю, с которым
он вернулся из Индии, профессору Бержье. Оба утверждают, что эти камни у
индийского населения в особом почете. Один индийский раджа, с которым я знаком
уже несколько лет, проживает в Лондоне, совершенствуется в науках. Это
человек большой культуры и разносторонних знаний. Я как-то пригласил его к себе и
показал эти камни. Они произвели на него впечатление, и он сказал, что в
Индии они считаются священными. Но дело, собственно говоря, не в этой их
миссии , а в надписях на них. Профессор Бержье - ориенталист, знаток древних
языков . Он за такими письменными свидетельствами охотится. Это, как я понял, и
было причиной сближения его с сэром Эрнстом. Племянник свой камень приобрел у
какого-то нищего и похвалился этим перед Бержье. Тот загорелся, сказав, что
он располагает подобным, и главное, что в них есть, с его точки зрения,
надписи, которые следует расшифровать, что может немало добавить к истории
древних цивилизаций. Бержье этим и занят. Горячий поклонник Шампольона,
расшифровавшего египетские иероглифы, он очень хочет пролить свет на историю народа,
некогда населявшего Индию. Эти надписи, полагает профессор Бержье, какое-то
ответвление древнего санскрита. Кое-что ему удалось расшифровать, но это
очень трудно не только из-за древности, но и по сохранности надписей. Лучше
они проглядываются на камне сэра Эрнста.
Холмс вытащил лупу и стал внимательно разглядывать камни. Нечеткие,
заметные лишь на одной стороне камня извилины были очень похожи на строчки письма.
Действительно, на камне профессора Бержье они были различимы хуже, но, тем не
менее, очевидно присутствовали. Распознать, что в этих строчках, конечно,
было не под силу никому из присутствующих.
- Это понятно, - заметил сэр Беверли, - камень профессора приобретен им
также по случаю, уже более пятнадцати лет тому назад, почему и сохранился
хуже . Вот видите, в некоторых местах он даже осыпался.
Холмс аккуратненько собрал осыпь на бумажку и спросил лорда, не будет ли у
него возражений, если он заберет ее себе.
- Конечно, нет! Никаких возражений, мистер Холмс!
- Благодарю вас, - сказал Холмс, - но вы не сказали мне главного. Что побу-
дило вас пригласить меня? Я не вижу пока никакого убийства, кражи, подлога,
шантажа, ничего такого, что могло у вас вызвать тревогу.
- Я подойду к этому, мистер Холмс. Хотя это может оказаться старческой
блажью, за что заранее прошу у вас снисхождения. Профессор Бержье показал, что
ему удалось расшифровать. Вот запись текста, весьма отрывочного, но в какой-
то степени определенного.
Он протянул листок бумаги, и мы прочли: «...году... после разлива большой реки
царь царей узнал, что на него идет... царь царей устремился ему навстречу и
уничтожил его войско... Добыча была обильная... Все радовались победе и
прославляли царя царей...»
- А где делал эту запись профессор Бержье, где он проводил расшифровку?
- У себя дома. Он возился с камнем долго. А потом продолжил свою работу,
сняв отпечатки восковой бумагой и сфотографировав надписи.
- Он бывает у вас?
- Бывает, но не часто, у него много дела. Обычно он приезжает из Лондона
вместе с сэром Эрнстом.
- А кстати, где сейчас ваш племянник?
- Он будет только через неделю. У молодого человека в Лондоне много старых
товарищей и привязанностей. Не могу же я держать его взаперти. В возвращениях
своих он точен, как я того от него требую. Через неделю он будет дома,
полагаю , что вместе с профессором Бержье. Он увлекся его идеей расшифровки этих
надписей и хотел бы отправиться с ним опять в Индию разыскивать добавочные
сведения. Я разделяю эти его стремления и не пожалею средств, постараюсь
помочь ему заняться, как я считаю, благородным делом. Может быть, молодость его
не будет растрачена по-пустому и он оставит какой-то след Беверли в науке... Но
вот с некоторого времени у меня появились, может быть, совсем необоснованные
сомнения, по поводу которых я и хотел с вами посоветоваться. В один из своих
последних визитов профессор Бержье упал с лошади. У меня хорошая конюшня, и
они с Эрнстом иногда позволяют себе верховую прогулку.
Естественно, он испачкался. Мой дворецкий, помогавший ему умыться, сказал
мне, что заметил у профессора возле локтя какую-то татуировку. Бержье очень
выдержан, воспитан, я бы сказал даже - обаятелен. Элегантный сорокапятилетний
мужчина с короткой бородкой и безупречными манерами. Но - татуировка! Я не
знаю ни одного джентльмена, который позволил бы наносить на свою кожу какие-
то знаки!
- Но ведь профессор по национальности француз? - остановил лорда Холмс.
- А я не думаю, что и во Франции образованные, воспитанные люди позволяют
себе такое.
- Пожалуй, вы правы, сэр, хотя совсем не исключено, что это след
мальчишеских увлечений, когда все они бредят пиратами. Или же какое-нибудь несчастье,
в котором такую татуировку ему нанесли насильственно. Он знает, что вам об
этом известно?
- Что вы, мистер Холмс! В порядочном доме на такие вещи не принято обращать
внимания, тем более упоминать их. Дворецкий же об этом никому не проронил
слова, кроме меня. У меня прислуга старой школы.
- Превосходно, сэр. Не могу ли я взять у вас эти камни на некоторое время?
Я привезу их ровно через неделю в полной неприкосновенности, когда вернется
ваш племянник. Только я просил бы вас не посвящать его во все и не говорить
ему, что вы передали мне камни.
Мы очень тепло распрощались, и тот же кучер доставил нас на Бейкер-стрит.
С утра следующего дня Холмс исчез и пропадал до позднего вечера. Опять
утром он отправился, по его словам, в библиотеку, еще через пару дней он
пригласил меня с собой.
Мы оказались в кабинете профессора Фуллера. Черноволосый с проседью, вскло-
коченный, с горящими глазами, он произвел на меня впечатление демона. Холмс
изложил ему суть дела, которое его интересовало. Профессор взглянул на
принесенные камни и тут же сказал:
- Нет никакого сомнения, что это метеориты. Они - ваши?
- Нет, к сожалению, профессор, они нам не принадлежат, я принес их только
для того, чтобы вы их осмотрели. Нас интересуют надписи на них.
- Надписи? А кто вам сказал, что это надписи?
Холмс осторожно пояснил, что это лишь подозревается владельцем камней,
- Конечно, конечно, - сказал профессор, - неосведомленные люди вольны в
таких подозрениях. Некогда это имело даже трагические последствия. В «падающие
звезды» передовая наука долго не верила, отвергая такое явление самым
решительным образом, относя такие камни к продуктам вулканической деятельности.
Самой ярой противницей метеоритов была Парижская академия наук. Их
прославленный химик Бертолле объявил падение метеоритов легендой, которую нельзя
объяснить не только физикой, но и ничем разумным вообще. Какой-то невероятный
парадокс: наука опровергает, а суеверия приближают нас к познанию истины!
Холмс слушал очень внимательно. Я же позволил себе замечание.
- Простите, профессор, такое утверждение что-то трудно усваивается нашим
разумом.
- И все-таки это имеет место, мистер Ватсон! Все началось с того, что
петербургский академик Паллас, путешествуя по Сибири, обнаружил в глухой
енисейской деревне неподъемную глыбу железа, найденную на вершине какой-то горы
отставным казаком. Как и зачем она туда попала, никому не было ясно. Но
академик приложил неимоверные усилия, чтобы эта глыба была доставлена в
Петербург. Там ее поместили в кунсткамеру для всеобщего обозрения. Вряд ли она
сохранилась бы в Сибири до приезда туда Палласа, если бы не одно
обстоятельство . Нашедший железо казак хотел использовать его в своем хозяйстве, но это
ему не удалось. Он с огромным трудом отделил от глыбы кусок, который ковался
превосходно, не требуя нагрева. Однако изготовленные из него изделия были
слишком мягки. Кузнецы хорошо знают, как придать твердость металлу путем
закалки. Но это железо закалки не принимало и оставалось мягким после того, как
его раскаленным опускали в воду. Таким образом, железо было признано для
поделок непригодным, что и спасло всю глыбу.
В Петербурге ею был очень заинтересован приехавший туда немецкий ученый
Хладни, широко известный своими работами по акустике. В 1794 году им была
выпущена в свет книга о метеоритах, которая и стала тогда объектом ожесточенных
нападок со стороны французских ученых. Однако именно эту книгу и можно
считать первыми началами метеоритики - немыслимой ранее науки. Вам, наверно,
известно предание о том, как английский король Ричард Львиное Сердце,
организатор крестовых походов, заключив мир с Саладином, вступил в состязание по
добротности своего оружия. Саладин тогда подкинул в воздух шелковый платок и
подставил под него свою саблю. Попав на острый клинок, платок распался на две
половинки. Мечом Ричарда достигнуть такого эффекта не удалось. А ведь не
только меч короля, но и вообще мечи крестоносцев славились как замечательное
оружие. У них не было той остроты, что у арабских клинков, но по крепости они
были необычайны, а именно это и требовалось в боях, где удары обрушивались на
панцири и кольчуги. Металловеды и химики нашего времени долго и
безрезультатно старались раскрыть секрет мечей крестоносцев, а помогли им в этом старые
хроники. Оказывается, мечи эти изготавливались в испанском городе Толедо и в
Северной Италии. Но искусство изготовления было не на первом плане, главное
было в материале, который использовали. Это, как выяснилось, было метеоритное
железо. Металл, посланный самим небом! Разве такое не вдохновляло
крестоносное войско?
- Простите, профессор, - опять остановил я увлекшегося ученого, - нам не
совсем ясно это. Выходит, что никакой крепости у мечей крестоносцев не было,
достигался только психологический эффект: воодушевление воинов, суеверно
считавших, что само небо за них, раз посылает им свой металл?
- Нет, нет, мистер Ватсон, я уже сказал вам, что они отличались необычайной
прочностью. А вот в чем причина этого, выяснилось значительно позже. Дело в
том, что «небесный металл» на самом деле не железо, а природный сплав его с
никелем. А никакой другой элемент, введенный в сталь, не сообщит ей такой
вязкости, как никель. Вы можете, конечно, недоумевать: как же так - сибирский
кузнец признал небесный металл непригодным, а задолго до него, оказывается,
из него изготавливали великолепное оружие! Совсем не исключено, что здесь
суеверие оказало какое-то положительное влияние. Сибирский кузнец не
представлял себе, откуда взялся этот металл, а оружейники знали, что у них в
руках металл, «посланный небом». Они не просто закаливали его после нагрева, а
долго томили в горне, где железо науглероживалось. После этого оно отлично
принимало поверхностную закалку, оставляя прочной, вязкой сердцевину изделия.
Ваш первый камень как раз образец такого железа.
- Простите, профессор, - вмешался на этот раз Холмс, - вы сообщаете нам
крайне интересные сведения, и мы в высшей степени благодарим вас за них, но
почему вы сказали только о первом камне?
- Потому, дорогой Холмс, что метеориты подразделяются главным образом на
железные и каменные. Второй экземпляр - образец каменного метеорита. Вас,
наверное, интересует, как я так сразу и безоговорочно определил, что ваши камни
- метеориты? Для занимающегося метеоритикой столько лет, как я, это не
составит груда. Возьмите лупу и всмотритесь в эти включения - мелкие шарики,
желваки. Их называют хондрами (от греческого «хондрос» - Зерно). Каким путем они
образовались, я, пожалуй, не сумею вам ответить - ученые много спорят по
этому поводу. Но они - характерные признаки для метеоритов. Ни в одной земной
породе их не обнаруживают. Встречаются изредка такие метеориты, в которых не
присутствуют хондры. Их так и называют - ахондриты. Но если вы их увидели, то
можете не сомневаться - перед вами метеорит.
Вдохновенность, с которой вел свой рассказ профессор Фуллер, передавалась и
нам. Однако я отдавал себе отчет в том, что Холмс, очевидно, не затем посетил
этого энтузиаста, чтобы слушать популярную лекцию. Профессор между тем
продолжал :
- Ученые, занимающиеся метеоритами, знают друг друга, находясь даже в
разных странах и континентах. Они извещают друг друга о находках и своих
исследованиях. Обширные публикации на эту тему привели к тому, что, образно
говоря, каждый зарегистрированный метеорит мы, что называется, «знаем в лицо».
- Вот как раз это, - сказал Холмс, - представляет для нас особый интерес. Я
побывал в лаборатории профессора Тредвелла, и там мне по крошкам от каменного
метеорита произвели полный анализ состава. Вот его запись.
Фуллер внимательно вгляделся в поданный листок, а потом попросил своего
сотрудника принести ему какие-то папки. В них оказалась целая картотека. Он
долго перебирал ее, потом позвал к себе еще двоих сотрудников и, протягивая
им запись анализа, принесенного Холмсом, торжествующе сказал:
- Вот, полюбуйтесь! Осколок знаменитого Оханского метеорита. Давайте
немедленно проведем обследование и запротоколируем все.
Они очень долго рассматривали метеорит, измеряли его, нюхали, разглядывали
включения, все аккуратно записывая. Потом профессор обратился к ним.
- Мистер Холмс, не согласитесь ли вы переговорить с владельцем этого камня,
мы очень заинтересованы в приобретении его в нашу собственность. Это
требуется британской науке. О цене, я полагаю, мы с владельцем, при его согласии,
договоримся.
- Я сообщу владельцу ваше предложение, - сказал Холмс, - но как это он вое-
примет, я не могу и предположить. Он не относится к лицам, нуждающимся в
средствах. О результатах переговоров я, во всяком случае, профессор, поставлю
вас в известность. Но не скажете ли нам, что такое Оханский метеорит?
- Охотно, охотно! Его падение зарегистрировано тридцатого августа тысяча
восемьсот восемьдесят седьмого года. По месту падения, как это принято в
метеоритике, он и получил название - по городу Оханску, в России, в Пермской
губернии. Он развалился на несколько осколков, создав целый каменный дождь,
который переполошил всех в округе. Некоторые осколки были доставлены в
Петербург в Академию наук, а много их осталось у местных землевладельцев или даже
крестьян, которые приписывали им целебную силу. Некоторые обломки попали за
границу и были проданы их владельцами. Такой обломок есть и у нас.
Идентичность химического анализа, столь предусмотрительно принесенного вами, не
позволяет в этом сомневаться. Метеорит был крупный и представляет для науки
немалый интерес. Очень было бы хорошо собрать все его обломки.
- Позвольте, профессор, задать вам еще один вопрос. Меня интересуют записи,
сделанные на камне. Вот видите, их?
- Ах, вот вы о чем! Я могу вам сказать, что все это Заблуждение. Никаких
записей ни на одном из этих камней нет, хотя, конечно, не исключено, что где-
нибудь и кто-нибудь иногда мог использовать такой материал. Эти извилистые
линии не однажды воспринимались как какие-то записи, что приводило к весьма
драматическим последствиям. Библейское предание об избиении младенцев по
повелению царя Ирода, полагаю, вам хорошо известно. Падение метеоритов
наблюдалось уже тысячелетие, несмотря на то, что недавняя наука считала это
абсурдом. В одной из древних китайских летописей рассказано о том, что с неба
упала звезда, превратившись в камень, на котором было написано о скорой смерти
императора. Тот такого пророчества не потерпел и, подобно Ироду, приказал
всех жителей местности, где видели падающую звезду, умертвить, а сам камень
уничтожить. На родине Оханского метеорита, правда, задолго до его падения,
произошло нечто подобное. В окрестностях Москвы упал метеорит, и люди
«увидели» на нем какую-то запись. Толкователи «расшифровали», что она предсказывает
скорую гибель государства. Царствующий тогда Иван Грозный был разгневан до
крайности и скор на расправу. Толкователей подвергли жестокой каре, а камень
разбили на куски. Всему виной в таких случаях были регмаглипты. Так называют
ученые следы на поверхности метеорита, оставленные частицами атмосферы, когда
он, раскаленный, проходит через нее. Глядя на них, создается впечатление, что
метеорит был сжат какой-то гигантской рукой, оставившей на нем вмятины. Но в
воздухе часто случается, что метеорит раскалывается на несколько кусочков.
Место раскола вроде как «свежая поверхность», на нее частицы действуют не с
момента вхождения метеорита в атмосферу, а несколько позже. Соответственно
этому и регмаглипты на такой поверхности менее оплавлены, они более резки и
отчетливы, создают впечатление каких-то начертаний, записей на плоскости. Эти
следы очень много говорят метеоритоведам. По ним можно установить, как
происходит полет, сколько времени, когда произошел раскол, получить много других
сведений. Непосвященный же, а тем более суеверный человек принимает подчас
регмаглипты на поверхности раскола (как мы говорим - торцовой) за неведомые
таинственные письмена.
Горячо поблагодарив профессора Фуллера за интересный рассказ, мы с ним
распрощались . Холмс попросил у него разрешение взять с собой на некоторое время
протокол обследования камня, обещая вернуть его в самом непродолжительном
времени. Профессор согласился и, прощаясь, еще раз напомнил Холмсу, чтобы он
переговорил с владельцем камней о возможности их продажи.
Аккуратно завернув камни, Холмс сказал мне, что их незамедлительно следует
доставить лорду Беверли, и, наняв кеб, уехал. Я же отправился домой и стал
его ожидать.
Вернулся он к вечеру. Я не стал задавать ему лишних вопросов, но он сам
сказал мне:
- Вот, дорогой Ватсон, доля правды в утверждениях профессора Фуллера все же
есть.
- Я вас не понимаю. Что значит - «доля правды»? Профессор Фуллер - большой
ученый, прославленный метеоритовед, обладающий великолепными знаниями. Он,
можно сказать, энтузиаст своего дела, просто одержимый. Как мы с вами,
дилетанты, можем ставить под сомнение хоть что-то из того, что он нам сообщил?
- Я не о том, Ватсон. Я имею в виду его замечание по поводу того, что
случается иногда, что суеверия и предрассудки скорее подвигают к установлению
истины, чем наука. В нашем случае аристократический предрассудок лорда
Беверли по поводу замеченной татуировки заставил его обратиться ко мне. Не было бы
этого «великосветского чванства», все прошло бы, как задумано, аккуратно, без
треволнений. Мы с ним договорились: завтра к середине дня он пришлет за нами
коляску. Племянник известил его, что к утру будет дома вместе с профессором
Бержье. Мы имеем возможность познакомиться с ними. А камни я отвез, и лорд
поместил их в свой шкаф, где они находились ранее.
Коляска оказалась у нашего дома в точно назначенное время. Когда мы выехали
за город, то я заметил, что за нами следует какой-то кеб, и обратил на него
внимание Холмса. Тот посмотрел на него пристально и сказал, что вряд ли есть
основание для тревоги, это, по всей вероятности, кто-то из проживающих в той
же местности. Я все же оглядывался на неотступно следующий за нами экипаж.
Когда мы подъезжали к усадьбе лорда Беверли, кеб исчез из вида, и я несколько
успокоился.
Лорд Беверли, как и прежде, встретил нас у входа и тепло приветствовал. В
гостиной, куда он нас проводил, находилось еще двое. Труда не составляло
определить , кто из них сэр Эрнст, а кто - профессор Бержье. Будучи представлены
лордом, мы расселись вокруг стола, сделали несколько обычных, ничего не
значащих замечаний, после чего перевели тему на красоты Индии, с которыми, как
заверил Холмс, мне пришлось соприкоснуться. Бержье, человек плотно сложенный,
лет сорока пяти, как я определил, оказался словоохотливыми. Он вспоминал
многие забавные случаи из индийской жизни, с ним происходившие. Манеры его
отличались изящной небрежностью. Я поддерживал этот разговор, Холмс изредка
вставлял какое-нибудь замечание. Молодой сэр Эрнст был красив и, я бы сказал,
щеголеват. Со своей, стороны он также участвовал в беседе, что-нибудь
поправлял или уточнял. Создалась атмосфера непринужденности, в которой только
старый лорд, придерживался присущей ему сдержанности.
- Мы ознакомились, - вдруг сказал Холмс, - с коллекцией лорда Беверли. Она
великолепна. Особенно те ее образцы, что доставлены вами. За эти священные
камни вам, я думаю, пришлось уплатить немалую сумму?
- Пустяки, - ответил Бержье, - они действительно недешевы, поскольку редки
и своеобразны, но за них, я полагаю, следует платить и дороже, так как
истинная, их цена гораздо выше.
- Вы имеете в виду начертанные на них письмена?
- Вы угадали. Для ученого-ориенталиста они бесценный клад, хотя
непосвященные и не замечают этого.
- Очень интересно. Удалось ли вам хоть что-нибудь прочесть по этим
письменам?
- Очень немного! Записи короткие и слабо выражены, а дело мы имеем, можно
сказать, с палеоязыком. Это какое-то ответвление древнего санскрита.
Необходимы поиски добавочных сведений, розыск таких же камней, а это, согласитесь,
очень сложная задача. Я своим камнем располагаю уже пятнадцать лет, но я
бился над ним безуспешно очень долго. Если бы не счастливая встреча с сэром
Эрнстом, у которого также оказался подобный камень, я вряд ли чего-нибудь дос-
тиг.
Холмс слушал все очень внимательно и наклонял голову в знак своего
согласия. И вдруг неожиданно для всех спросил:
- Почему вы говорите неправду, профессор?
- Что вы имеете в виду?! - возмущенно воскликнул Бержье.
- Камень этот не находится у вас в течение пятнадцати лет, как вы сказали.
Более того, здесь только его часть.
- Что за нелепое утверждение! Откуда у вас такие сведения?!
- Очень просто, профессор. Вот полный анализ состава вашего камня,
проведенный в лаборатории профессора Тредвелла.
- Вы что, позволили себе нарушить целостность камня? Быть может, свели на
нет проведенную работу?
- Отнюдь нет. Камень в первозданной неприкосновенности. Для анализа
использована осыпь, крошки с него.
- А, тогда другое дело. Но что из того? Как вы смеете делать подобные
замечания?
- По составу оказалось легко определить, что ваш камень - осколок
известного Оханского метеорита.
- Оханский или не Оханский - меня это мало интересует! Если бы даже записи
были сделаны на дереве или каком другом материале - для ученого это
безразлично !
- Совершенно справедливо. Только записей этих нет. То, что вы показали
лорду Беверли, это всего лишь атмосферное воздействие на метеорит при его
падении. Это нам в подробностях разъяснил известный метеоритовед профессор Фул-
лер. Лорд Беверли склонен к субсидированию ваших дальнейших поисков. А вам
для этого совсем не требуется пересекать океан. Вы сможете представить ему
результаты, не покидая Англию, находясь только подальше его усадьбы - в
Бирмингеме, Манчестере, Ливерпуле или другом городе, расходуя то, что он будет
высылать сэру Эрнсту, по своему усмотрению. Ваши записи о походах царя царей
он возьмет на веру, а как нечто реальное он получит другие камни, которыми вы
располагаете уже сейчас! Они будут осколками с того же метеорита.
- Слушайте, сэр! Надо отвечать за свои слова. Я не потерплю таких
инсинуаций . Лорд Беверли, я прошу вас оградить меня от оскорблений в вашем доме.
Я взглянул на сэра Эрнста и заметил, что тот ошарашен этим разговором. По
нему было видно, что он им крайне обеспокоен, но в пререкания Холмса и Бержье
вмешаться не решался.
- Лорд Беверли, - обратился к хозяину Холмс, - я приношу извинения за эту
сцену, но истина того требует. Я не могу допустить, чтобы пользовались вашей
доверчивостью. Оба камня - метеориты. Тот, что принадлежит профессору Бержье,
предъявлен вам не целиком. Профессор от осколка, видимо крупного, отколол
часть, оставив остальное у себя в расчете на то, что, получив субсидии, он
через некоторое время вышлет вам другой, потом третий и так далее,
сопровождая все измышленными им «расшифровками». Вы, к сожалению, едва не стали
жертвой примитивного мошенничества. Только ваша наблюдательность предотвратила
это.
Лорд, потемневший, сидел как каменный, не говоря ни слова. На лице
племянника была растерянность.
- Послушайте, мистер Холмс, вы без малейших оснований предъявили мне
чудовищное обвинение. Я не могу больше оставаться в доме, где меня оскорбляют!
- Совершенно верно. Вы сейчас покинете этот дом, я полагаю, к всеобщему
удовольствию. А что касается бездоказательности моих обвинений, то разъясняю
вам. Ваш камень исследовали у профессора Фуллера. Вот протокольная запись.
Обращаю внимание на то, что отмечен исходящий от камня запах - неприятный,
«похожий на запах порохового дыма». Это обстоятельство неопровержимо. Запах
зафиксирован сотрудниками профессора Фуллера, я тоже его почувствовал, да и
любой из нас при желании может в этом убедиться. Это запах сернистого
ангидрида. Он может сохраняться месяц или несколько более, но никак не пятнадцать
лет, в течение которых, как утверждает профессор Бержье, камень был в его
распоряжении. На свежем отколе запах опять появится, после чего через
определенное, но не столь продолжительное время выветрится. Совершенно очевидно,
что вам предгьявлен осколок глыбы, хранящейся у профессора Бержье, от которой
можно в дальнейшем еще откалывать.
Бержье резко вскочил и вышел из комнаты. Холмс не сделал никакой попытки
его задержать, сделав и мне предупредительный жест.
Воцарилось молчание. Выждав некоторое время, Холмс обратился к лорду
Беверли:
- Я полагаю, сэр, на этом вся история заканчивается. Профессор Бержье, я
полагаю, за своим драгоценным камнем к вам не обратится. Им и другим
метеоритом, принадлежащим сэру Эрнсту, очень заинтересован профессор Фуллер. Он
очень просил меня поговорить с вами на эту тему.
- А где же профессор Бержье? Что он может сказать по всему происшедшему?
- Он уже ничего не скажет вам сейчас. Он в пути следования. Кеб, который,
как вам показалось, Ватсон, преследовал нас, делал это неспроста. В нем ехал
Лестрейд из Скотленд-Ярда. Он встретит профессора Бержье при выходе из дома и
доставит его по назначению. В Скотленд-Ярде выяснят его личность, его прежние
проделки. По обстоятельствам этого дела, я полагаю, меня туда пригласят, я
помогу им разоблачить мошенника. Я понимаю, сэр, что вы не заинтересованы в
огласке этой истории. На меня и доктора Ватсона вы можете целиком положиться
- мы о ней упоминать не будем, с уважением относясь к вашей фамильной чести.
Долю участия во всем этом неприглядном деле сэра Эрнста я не намереваюсь
выявлять . Это ваше семейное дело, вы его сами уладите, я не позволю себе
компрометировать чем-нибудь членов вашей фамилии.
Мы откланялись.
Через определенное время я спросил у Холмса, известно ли ему что-нибудь о
лорде Беверли.
- Да, Ватсон. Все уладилось. Надо думать, что у дяди с племянником была
неприятная сцена, но потом старик простил молодые прегрешения. А молодой
красавец определенно был в сговоре с мошенником. Я не стал бередить рану старого
лорда и уклонился от выявления этого. Пойдет ли на пользу ему урок,
полученный в этой истории, я сказать затрудняюсь. А что касается камней, то лорд
безвозмездно передал их профессору Фуллеру, не желая, чтобы они напоминали
ему о том уроне фамильной чести, который едва не был ему нанесен.
3. ШПИЦБЕРГЕНСКАЯ ТРАГЕДИЯ
Подходя как-то к нашему дому на Бейкер-стрит, я еще издали заметил, у его
подъезда фигуру девушки в черном. Видимо, она колебалась, подняться ли ей по
лестнице, чтобы найти нужную ей квартиру. Когда я приблизился к ней
настолько, что мог отчетливо различить черты ее лица, она вскинула на меня глаза и с
некоторым замешательством обратилась:
- Простите, сэр, вы - доктор Ватсон?
- Совершенно верно, мисс Коутс, я к вашим услугам.
Девушка взглянула на меня с легким удивлением;
- Вы знаете меня? Откуда?
- Для этого не нужно быть Холмсом, мисс, которому, по моим предположениям,
вы собираетесь нанести визит. Ведь ваш портрет совсем недавно был помещен
почти во всех газетах.
- Да, да... - вздохнула девушка, - печальная известность...
- Если я не ошибся в своих предположениях, то буду рад проводить вас к
моему другу Холмсу.
Не говоря ни слова, она последовала за мной, и через несколько минут мы с
Холмсом сидели за столом, слушая ее рассказ.
- Я боюсь затруднить вас, мистер Холмс, прося выяснить некоторые
обстоятельства, ибо они могут оказаться нелепостью, вздором, просто плодом больного
воображения, но я решаюсь на это, так как для меня это имеет очень большое
значение.
- Продолжайте, мисс, мы никогда не можем знать наперед, что имеет, и что не
имеет значения. Равно как не знаем, какие обстоятельства важны, несмотря на
то, что кажутся нелепостью, а какие - действительно вздор, хотя на первых
порах они выглядят первостепенно важными.
Холмс ободряюще взглянул на свою клиентку и продолжал:
- Я знаю, что вы единственная дочь известного, трагически погибшего
полярного исследователя Коутса. Поверьте, что и я, и Ватсон разделяем вашу скорбь.
Из того, что вы в таком непродолжительном со дня похорон времени решили
обратиться ко мне, следует несомненно, что вас интересует какой-то вопрос,
имеющий непосредственное касательство к этой трагедии. Вы имеете основание
думать, что в гибели вашего отца виновна не только стихия, но и человек?
- Я не знаю этого, мистер Холмс, но мне необходимо это узнать... Необходимо,
ибо это вопрос моей дальнейшей жизни... Я уже сейчас не знаю, как вести себя.
- Хорошо, мисс, расскажите все с самого начала. Начните издалека.
Девушка печально вздохнула.
- Мой отец, мистер Холмс, унаследовал от своего отца приличное состояние.
Образование он получил также блестящее. Но вопреки надеждам своего отца,
моего деда, он не имел никакой склонности заняться, как принято выражаться,
полезным делом. Его влекли путешествия, причем обязательно в неизведанные
страны. Он стал известным полярным исследователем. Я рано лишилась матери. Отец
же, оставшись вдовцом, еще больше отдался своей страсти изучать неведомые
страны. Перед последней его экспедицией я продолжительное время гостила у
своей тетки в Шотландии. Там мне пришлось познакомиться с мистером Мак-
Гиллом. Он ухаживал за мной очень настоятельно, и я не могу сказать, что была
безразлична к этому... Дело закончилось его предложением. Я была согласна, но
необходимо было испросить согласие отца. По возвращении своем в Лондон я
сказала обо всем отцу и надеялась, что он не будет иметь возражений. Отец, как я
и ожидала, зная его характер, сказал, что он ни в коем случае не хочет
принуждать меня к отказу от брака с любимым человеком, но все же хотел бы знать,
достаточно ли он мужествен. Если я не буду возражать, он, отец, сделает моему
жениху предложение: примкнуть к его экспедиции на Шпицберген и по возвращении
из нее сыграть нашу свадьбу. Я не нашла возражений и сообщила об этом Мак-
Гиллу. К моей радости, он воспринял предложение с энтузиазмом. Он писал, что
надеется завоевать расположение моего отца и наш брак от этого будет еще
счастливее .
К весне он прибыл в Лондон и был зачислен участником предстоящей
арктической экспедиции. На судне Арктического института вся экспедиция отплыла из
Ливерпуля к берегам Шпицбергена. Они высадились на побережье у Вейде-фьорда и
должны были оттуда на лыжах двигаться в глубь острова до определенного,
назначенного Арктическим институтом пункта. Часть участников оставалась на
базе, другая же, во главе с моим отцом, направилась по намеченному маршруту. На
пути следования экспедиции предварительно были организованы склады с
продовольствием и горючим, для того чтобы облегчить обратный путь тем, кто пошел с
моим отцом. Мак-Гилл по распоряжению отца должен был сопровождать его, но при
организации складов, в которой и он принимал деятельное участие, сломал лыжу
и повредил ногу. В результате он был оставлен на базе, его заменили другим
участником. Когда прошли все сроки возвращения отца и его спутников,
оставшиеся на базе пошли им навстречу и всего в двадцати километрах от последнего
склада нашли засыпанную снегом палатку с телами погибших. Отец, а также Гор-
тон, Эспер, Грин - лучшие товарищи отца - замерзли. Хенк был еще жив, но
обморожен и без сознания. Его доставили на базу, и сейчас он в ливерпульской
больнице. Из дневника отца, который он вел до последнего своего момента,
видно, что в пути им все время не хватало керосина. Банки, что они брали на
складах, были неполные или даже совсем пустые. Это и явилось причиной гибели
отца и его товарищей. Так как вопросы материальной подготовки экспедиции во
многом были поручены отцом Мак-Гиллу, сейчас оставшиеся в живых участники
экспедиции считают его виновником трагедии и усматривают в этом его
преднамеренные действия. Так как он небогат, а после женитьбы на мне и смерти отца
он, естественно, должен был стать владельцем значительного состояния. Я
пришла к вам за советом. У меня никого близких, кроме Мак-Гилла, если его
считать, нет. Он казался мне всегда надежной опорой, но сейчас, после всего
этого, я не знаю, как поступить. Все товарищи несчастного отца, ранее называвшие
меня своей «полярной феей», будут смотреть на меня как на бессердечную дочь,
пренебрегшую памятью отца. Да и сама я не могу связать свою судьбу с
человеком, который, быть может, является убийцей отца, расчетливым авантюристом.
Холмс внимательно взглянул на мисс Коутс, закрывшую глаза платком.
- Дать совет сейчас, мисс Коутс, пока мне известно так мало, я, конечно, не
могу. Скажите, а где Мак-Гилл сейчас?
- Он тоже в больнице, у него воспаление легких. Когда он увидел
приближающийся траурный поезд, то, не одевшись, выскочил ему навстречу. Удержать его
было некому, а его нога еще не поправилась. Он ковылял навстречу саням, его
прохватило ветром, и он слег в горячке. Как невеста, я сейчас должна была бы
навестить его, но... просто боюсь презрения товарищей отца, да и сама в
замешательстве, хотя знаю, что посетить его больше некому. В период похоронных
церемоний все это было простительно и объяснимо, а сейчас... как я должна вести
себя по отношению к нему, я просто не знаю.
- Мне кажется, что вам все же следует посещать его от времени до времени.
Ведь если он не виновен, это непростительно, а если вы все же не будете
убеждены в его невиновности, то и тогда сострадание к немощному грехом не
является. А отвернуться от него вы сможете по его выздоровлении и тем самым
оправдаете себя в глазах товарищей вашего отца и перед своей совестью. Пока, мисс
Коутс, я ничего не могу сказать вам определенного. У меня сейчас даже нет
вопросов к вам. Они, возможно, возникнут через некоторое время, и тогда я
попрошу вас сообщить мне некоторые сведения. Я извещу вас об этом.
После ухода клиентки Холмс предложил мне, не откладывая в долгий ящик,
проехать в Арктический институт. Следует ли говорить, что я охотно принял его
предложение, хотя абсолютно не представлял себе, как мой друг будет
исследовать обстоятельства дела. Не отправится же он к Шпицбергену на место
предполагаемого преступления!
Директор института встретил нас изысканно вежливо, но достаточно холодно.
Про себя я отметил, что это, видимо, соответствует низким температурам
высоких широт, с которыми приходится иметь дело Арктическому институту.
- Видите ли, мистер Холмс, - сказал он, - я, при всем моем уважении к вам,
не нахожусь в уверенности, что ваше вмешательство имеет какую-то
целесообразность . Никакой тайны или злонамерения не существует. Вопрос слишком ясен для
того, чтобы утруждать вас. Вся причина этих прискорбных событий заключена в
недобросовестности фирмы резинотехнических изделий, поставившей прокладки для
крышек, предназначенных для банок с керосином. По техническим условиям резина
должка обладать морозостойкостью. Фирма же не выполнила этих условий. В
результате резина, попав в условия шпицбергенского холода, не обеспечила герме-
тичности сосудов с керосином, и последний улетучивался, оставляя банки,
которых так ждали участники экспедиции, неполными или же совершенно пустыми. Мы
намерены предъявить иск этой фирме. Известие же о том, что за расследование
взялся Холмс, вызовет весьма нежелательные для нас слухи и подозрения. Вы
знаете наших газетчиков.
Холмс вежливо обратил внимание директора на то, что он действует по желанию
дочери покойного.
- Что же касается слухов и газетчиков, то, я полагаю, от вас зависит
сообщить или не сообщить о моем интересе к этому делу.
Директор несколько смягчился.
- Хорошо. Память нашего друга Коутса и желание его дочери, конечно,
заставляют меня пойти навстречу вашим желаниям. Вы ведь, наверное, не очень
осведомлены об условиях полярных экспедиций?
Холмс улыбнулся:
- Только по газетным сообщениям вашего института, а также по роману Жюля
Верна «Путешествие капитана Гаттераса». Между прочим, и о центре земли я имею
смутное представление, ограниченное сведениями из другого произведения этого
же славного романиста.
- Превосходно! Ну, тогда к делу, мистер Холмс. Я сейчас представлю вам
возможность ознакомиться с последними записями покойного: его дневником. Отвечу
на интересующие вас вопросы. Если желаете, познакомлю вас с капитаном судна
экспедиции, который вскоре должен прибыть ко мне.
Он открыл сейф и достал оттуда клеенчатую тетрадь.
- Вот и изучайте пока, я оставлю вас на некоторое время.
Мы с Холмсом сели за стол и погрузились в чтение дневника несчастного
полярника .
Вся картина недавней трагедии развернулась перед нами в этих скупых, но
последовательных записях. В них не было почти никаких эмоций, но настойчивое:
«...опять нехватка керосина», «...несколько банок пустых», «...лишь три банки
полные , а в остальных осталось лишь на дне...». Мы представляли себе, как Коутс и
его товарищи, изможденные и обмороженные, брели к своей базе, теряя силы и
надежды. На последней странице было написано: «Будь счастлива, дочь моя. Твой
покойный отец».
Директор института вошел, сопровождаемый плотным мужчиной в морской форме.
- Вот капитан Спрэг, мистер Холмс. Если у вас есть к нему вопросы, то, я
думаю, он не уклонится сообщить вам то, что вас интересует.
Открытый взгляд сурового моряка располагал к нему.
- Вы разрешите мне, капитан, - обратился Холмс, - ознакомиться с вашим
судовым журналом и теми записями, которые имеют отношение к экспедиции?
- Пожалуйста, если это вас интересует, - ответил моряк. - Только ведь это
навигационный журнал, и из него вы узнаете лишь о том, как проходил рейс по
доставке экспедиции на Шпицберген и обратно.
Директор достал из сейфа требуемый документ. Посмотрев его, Холмс опять
обратился к моряку:
- Как я вижу, капитан, вы торопились с выходом в море?
- Да, ожидался шторм, который мог нас задержать. Я сообщил об этом Коутсу,
и он ускорил приготовления. Шторма нам не удалось избежать, но встретились с
ним мы сравнительно безболезненно. Мы скоро вышли из него.
- Во время шторма вы пользовались услугами участников экспедиции?
- Нет, сэр, им было предложено не выходить на палубу, в этом не было
необходимости .
- У вас постоянный экипаж?
- Да, сэр. Это все испытанные моряки, привыкшие к плаваниям в высоких
широтах . Нам недоставало в этом рейсе лишь Боба Картера: он заболел и его при-
шлось оставить на берегу.
- Значит, экипаж был не в полном комплекте?
- Нет, сэр, в полном: на этот раз мне пришлось взять в порту безработного
матроса. Не могу сказать, чтобы он был хорошей заменой Бобу, но мы обошлись.
- Этот матрос и сейчас на вашем корабле?
- Нет, сэр. Он нанимался только на этот рейс, и я его списал по
возвращении , тем более что Боб к тому времени уже выздоровел.
- Мистер Пентеркоффер, - обратился Холмс к директору, - полагаю, вы
собираетесь предъявить претензии к фирме после определенных лабораторных
испытаний резины?
- Несомненно, мистер Холмс, они уже проводятся. Резиновые прокладки
подвергаются воздействию низких температур в камере.
- Я очень просил бы вас сообщить мне о результатах испытаний сразу же по
окончании их, еще до предъявления иска. Теперь, я надеюсь, вы не откажете мне
сообщить местонахождение вернувшихся участников экспедиции.
Записав адреса, Холмс опять обратился к директору:
- А где, скажите, заготавливалась тара для керосина, и где производился
разлив?
- Банки, как всегда, изготавливались в мастерской Мортимера в Ливерпуле.
Этот старик уже не первый раз готовил экспедицию Коутса. Разлив же и укупорка
проводились всегда самими участниками экспедиции. На этот раз, если не
ошибаюсь, эта операция была поручена Мак-Гиллу.
Мы распрощались. Выйдя из института, Холмс попросил меня заказать билеты на
вечерний поезд, отходящий в Ливерпуль, заметив неопределенно, что он пока
сходит по одному из адресов.
Вечером мы уже сидели в купе и курили под монотонный стук колес. Холмс
сосредоточенно думал, а я погрузился в чтение только что вышедшей
юмористической книги Джерома К. Джерома «Трое в одной лодке». Моего друга, как это
бывало не раз, видимо, весьма устраивало то, что я не прерываю цепь его
размышлений, а я после трудного дня испытывал искреннее удовольствие, следя за
приключениями героев повести в их путешествии по Темзе. В конце концов Холмс
остановил на мне свое внимание и улыбнулся.
- Чем вы так увлечены, мой друг? Вы не шевелитесь, но просто сияете. Я бы
тоже хотел немного отвлечься.
Я показал книгу и прочел несколько остроумных мест из нее. Холмс улыбался.
Особенно понравились ему злоключения героев с керосином, когда на них дул то
«Южно-керосиновый», то «Северно-керосиновый» ветер.
- Не находите ли вы, Ватсон, - сказал он, - что есть нечто общее у этой
истории с тем делом, которым мы занялись?
Я удивленно взглянул на него и недоуменно пожал плечами.
- Нет, Холмс, я не вижу связи между трагедией, может быть злодейством, и
сюжетом этой развлекательной книги.
- Да, пожалуй... Я сегодня был у Крисса, того, что развозил продовольствие по
складам и присутствовал при поломке лыжи и повреждении ноги Мак-Гиллом.
Прийти к выводу о преднамеренной поломке лыжи, по его рассказу, пока нет
достаточных оснований. У меня не было времени вновь посетить Арктический институт,
но я сделаю это сразу по возвращении. Лыжи, оказывается, Криссом доставлены
туда и там сохраняются. Сомнительно, что их осмотр может чем-нибудь нам
помочь, но в нашем деле нет мелочей. Однако, прежде всего, конечно, мне важен
результат испытания резины.
В Ливерпуле мы довольно быстро нашли мастерскую Мортимера, хотя она
находилась в самой захудалой части города. Хозяин встретил нас хмуро, но не выказал
недружелюбия. Узнав, что мы интересуемся снаряжением экспедиции Коутса,
старик повторил то же, что мы слышали от директора института: он не первый раз
выполняет заказ знаменитого полярника и, видимо, тот всегда был доволен, если
каждый раз обращался к нему. Как правило, он всегда обговаривал это с
Мортимером лично, но в последний раз Коутс известил, что очень спешит, и прислал
молодого уполномоченного - Мак-Гилла. Это, конечно, ничего не меняло, но с
самим Коутсом было куда приятнее иметь дело.
- А чем вам не понравился Мак-Гилл? - поинтересовался Холмс. - Может быть,
просто приятнее были деловые взаимоотношения со старым, тем более знаменитым
знакомым?
- Нет, дело не в этом. Я прекрасно понимал его занятость... Несколько
надоедлив был этот Мак-Гилл. Он был чересчур заботлив, если можно это сказать о
нем. Требовал все, чтобы были использованы лучшие материалы, а мне ли не
знать, что надо для полярной экспедиции, когда я уже не первый раз выполняю
такой заказ? Поверьте, это оскорбительно для старого мастера: какой-то
сосунок будет его учить, когда сам паяльника от чайника не отличит!
Холмс внимательно посмотрел на старика, а затем заявил ему веселым тоном:
- А знаете, мне ранее в лаборатории приходилось немало паять, и очень бы
хотелось, чтобы вы дали мне попробовать сейчас и оценили мою работу.
Мортимер пригласил нас в мастерскую.
- Джек! - обратился он к молодому человеку в фартуке. - Вот джентльмены
хотят попробовать нашу работу, дай им запаять банку.
Джек подал аккуратную заготовку из жести и показал жестом на паяльник и
прутки припоя.
Я недоумевал: зачем Холмсу понадобился такой спектакль? Что он хочет
выяснить, не опозорится ли он сейчас со своим мастерством? Но Холмс снял пиджак,
закатал рукава и с полной серьезностью положил паяльник в горн. После этого
он взял несколько палочек припоя и по очереди согнул их около уха.
- Вот, - подал он мне одну из них, - согните, Ватсон, и послушайте: это так
называемый «крик дьявола». Если олово чистое, то при сгибании палочки -
треск, а припой свинцово-оловянный - сгибается без него. Кстати, - обратился
он к старику, - это как раз такая банка, которые поставлялись экспедиции?
- Да, конечно, - ответил Мортимер, - мы же исполняли и исполняем заказы не
только для этой экспедиции, но и для других заказчиков.
Холмс приступил к работе, и я поразился тому, как он быстро и аккуратно ее
выполнил. Лицо Мортимера просветлело.
- Если бы вы не были джентльменом, я пригласил бы вас к себе работать, -
сказал он.
Подмастерье стал собираться: рабочий день подходил к концу. Мы тоже не
стали задерживать хозяина и поблагодарили за теплый прием.
На улице Холмс приостановился и сказал, что неплохо было бы побеседовать с
Джеком. Тот вскоре появился и не стал отказываться от приглашения пообедать и
пропустить стаканчик с нами в небольшом трактирчике.
Джек, видимо, был славным малым, и Холмсу после пропущенного стаканчика не
составило труда заставить его разговориться. Холмс поинтересовался, чем Мак-
Гилл возбудил недовольство или неодобрение его хозяина.
- Ну, как же, - сказал подмастерье, - о подготовке экспедиции мы были
извещены и уже начали работу с банками под керосин. Вдруг приезжает этот
шотландец и говорит, что его наша работа «не устраивает». Мы, слава богу, не первый
раз заготавливаем банки для Коутса, и он никогда не делал нам по этой части
замечаний.
- Но все же, Джек, что именно «не устраивало» шотландца?
- Он доставил нам припой из чистого олова и требовал, чтобы все банки были
пропаяны им. Нет слов, припой тем лучше, чем больше в нем олова, но, скажем
прямо, тем и дороже. Мортимер сказал этому птенцу, что наша работа всегда
была добротной, и сэр Коутс всегда был ею доволен, хотя мы и не пользовались
припоем из чистого олова. Но он стоял на своем, отстранив все уже
заготовленное в сторону, долбил, как дятел, что все материалы должны быть высшего
качества. Пришлось ему подчиниться. А потом, для недовольства Мак-Гиллом у
Мортимера было основание еще и потому, что ему пришлось послать меня помогать ему
в разливе керосина по банкам.
- Разве в этом виноват Мак-Гилл, а не сам Коутс?
- Конечно же, шотландец! Коутс от нас никогда такого не требовал. Он хорошо
платил нам за добротную жестяную работу, и ничего более ему от нас не было
нужно. И в этот раз все обстояло так же.
- Как «так же», если вы в чем-то вините шотландца?
- Мак-Гилл приехал к нам на большой фуре. С собой он привез две бочки
керосина. С ним приехал еще матрос Джинджер. Мак-Гилл сказал, что он вынужден
торопиться, потому разлив керосина по банкам он будет производить тут же и
отсюда направится прямо в порт. На некотором расстоянии от нашей мастерской они
и проводили этот разлив. Забирали уже готовые банки, и после наполнения
устанавливали их на фуру. Работал этот шотландец как исступленный, заставляя так
же трудиться и матроса. Так они были заняты до середины дня, а потом нужно
было передохнуть и покушать. Они и пошли в эту таверну. Вернувшись, они опять
приступили к работе. Однако этот Джинджер За обедом порядком нагрузился и не
очень-то пошевеливался. Шотландец стал на него покрикивать, говоря, что очень
нужно торопиться. Матроса же совсем развезло, он стал огрызаться, заявив, что
ему на все в высшей степени наплевать, что его нанял капитан Спрэг, что он
моряк и не обязан возиться со всякой вонючкой. В общем, страсти у них
накалились, а дело встало. Мы были заняты своим. Они банки у нас забирали прямо из-
под пайки. Чем-то пьяный матрос швырнул в шотландца, и они сцепились. В
общем, Мак-Гилл отлупил матроса, и тот убежал от него, но синяк под глазом на
память ему оставил. Когда шотландец остался один, он думал не о своем
обидчике, а о том, как ему все же завершить свою работу. Пришлось мне встать ему на
помощь взамен убежавшего матроса. До полного комплекта готовых банок не
хватало, и шотландец смирился, дополнив недостающее ранее заготовленными
банками, пропаянными припоем, а не чистым оловом. Задерживаться долее он не мог.
- А как закупоривались банки после разлива?
- К этому шотландец относился очень внимательно. Прокладку каждой крышки он
тщательно просматривал и, закупорив банку, переворачивал ее, чтобы убедиться
в том, что нет ни малейшего подтекания. Жаль, очень жаль отважного Коутса. Он
всегда обращался за услугами к старику Мортимеру еще с тех пор, как только
начинал свои экспедиции. Он целиком полагался на добросовестность Мортимера,
и тот его заказ всегда исполнял с удовольствием и, прямо сказать, гордостью.
В такой беседе мы провели с Джеком около часа и, поблагодарив его за
рассказ, расстались. Наняв кеб, мы предложили доставить себя в больницу. В
регистратуре Холмс поинтересовался состоянием больного Хенка. К нам вышел лечащий
врач и, узнав, что я его коллега, проявил к нам внимание. Он сказал, что
здоровье больного не вызывает у него опасения, но полежать ему еще придется.
Обморожения у него есть, но не столь серьезные, сколь можно было ожидать. Но он
истощен и пока что в нервном потрясении. В палате тепло и сухо, но ему вдруг
кажется, что он замерзает. Полежать ему придется еще и по той причине, что
сейчас у него повязка на глазах. Он потерял защитные очки и потому был
поражен «снежной болезнью» - конъюнктивитом. Это пройдет, но пока ему лучше не
снимать повязки с глаз. На мой вопрос, нельзя ли пройти к нему, доктор
сказал, что не возражает против нашего визита, но только несколько позже,
примерно через час. Сейчас Хенк заснул, а сон для него - лучшее лекарство.
- Простите, доктор, - обратился к нему Холмс, - вы сказали, что он все
время мерзнет - на нервной почве. Нельзя ли ему для согрева стаканчик спиртного,
ведь он, надо думать, не трезвенник?
Врач улыбнулся:
- Вы хотите его угостить? Ну, что же, особенного вреда это не принесет,
улучшит разве аппетит, что для выздоровления его только на пользу пойдет.
Мы оставили доктора на указанное им время, и пошли по магазинам. В одном из
них Холмс взял бутылку джина для больного. Но прежде, чем вернуться в
больницу , Холмс раскупорил бутылку, отпил маленький глоток и снова закрыл ее. Мне
это показалось странным: неужели он не доверяет качеству спиртного?
Лечащий врач предупредил нас еще раз, чтобы мы не утомляли излишне
больного, а потом провел нас в палату.
- Вот, Хенк, - сказал он ему, - вас навестили джентльмены из Арктического
института: доктор Ватсон и его друг, мистер Холмс.
Больной с завязанными глазами приподнялся на кровати и приветствовал нас.
Как врач, беседу с Хенком начал я. О его самочувствии, об уходе за ним, о его
пожеланиях - все то, что говорится в подобных случаях. Видно по всему было,
что Хенк поправляется, что его тяготит вынужденное пребывание на больничной
койке, особенно необходимость иметь повязку на глазах. Я успокоил его,
сказав, что полностью разделяю мнение доктора, что больничный срок не будет
продолжительным. Повязку с глаз также скоро снимут, терпеть ее придется совсем
недолго. Все это я говорил не только для его успокоения, а и совершенно
искренне, ибо видел, что беда миновала. Осторожно я перевел наш разговор на
тему пережитой им трагедии.
Хенк заметно оживился: он был переполнен всеми невзгодами, выпавшими на его
долю, и стосковался по живому слову. Он охотно рассказывал нам про весь
тяжелый путь в ледяной пустыне. Сильно волновался.
Холмс вставил свое слово:
- Ваш врач, Хенк, сказал, что вам иногда кажется, что вокруг по-прежнему
холодно, и вас неожиданно охватывает озноб. Это правда?
- Совершенно верно, сэр. Задремлешь и вдруг словно опять оказываешься в той
обстановке.
- Мы спросили разрешения у вашего врача и получили его: для согрева в таких
случаях вы можете пропустить глоток спиртного. Доктор Ватсон для вас приобрел
бутылку джина. Только извините нас, Хенк, мы перед этим сами продрогли и
начали бутылку. В ней осталась лишь половина содержимого, но по маленькой
рюмочке вам хватит, я думаю.
Лицо Хенка расцвело.
- Я не пьяница, - сказал он, - но в таких случаях это очень не помешает. И
я не знаю, как вас благодарить за такое внимание ко мне, джентльмены.
Холмс передал ему бутылку. Хенк подержал ее в руках, а потом задумчиво
произнес :
- Не пойму, джентльмены, что побуждает вас обманывать меня. Здесь не
наполовину наполненная посуда, а почти полная бутылка... Я хотя и не вижу сейчас,
но хорошо ориентируюсь в весах. Ведь мне столько банок пришлось пропустить
через свои руки, что я вряд ли ошибусь.
- Очень хорошо, Хенк! Я несколько преувеличил, говоря о половине, но
небольшую толику мы все же из бутылки употребили.
Хенк пошарил рукой стоящий на его столике стаканчик, отлил в него из
бутылки и выпил.
- Еще раз благодарю, джентльмены, я был приятно разочарован объемом, а
джин, кроме того, превосходной крепости. Вот сейчас, хлебнув, я как будто
черный флаг увидел.
- Черный флаг?! - изумились мы с Холмсом.
- Да! Вы что, не знаете разве, что означает для полярника черный флаг? Где-
то в южных морях черный флаг - предвестник беды, ибо его на мачте своего
корабля вывешивают пираты, а в ледяной пустыне черный флаг - это как свет зари,
надежда на спасение. Свой путь через определенные промежутки экспедиция
отмечает установкой черных флагов, и, когда возвращается, флаги эти оповещают ее,
что они на верной дороге. Более радостного, чем черный флаг, для полярника
трудно и придумать.
- Но почему именно черный?
- А какой же еще? Красный или желтый могут обмануть вас, их примут за
отблеск солнца или, наоборот, увидят их там, где их нет. Среди снежной метели
только черное отчетливо просматривается.
Живой рассказ Хенка о проделанном им в составе экспедиции скорбном пути
дополнил и оснастил подробностями то, что было уже почерпнуто нами из дневника
покойного Коутса.
- Скажите нам, Хенк, - поинтересовался Холмс, - а шотландец Мак-Гилл
намечался к походу в глубь Шпицбергена?
- Вполне определенно. Это было известно всем участникам. Не тайной было,
что он будущий зять Коутса. Он принимал в подготовке экспедиции самое
деятельное участие. Проявил себя как здоровый, выносливый и энергичный человек.
Конечно, для всех нас он был новым лицом, но сказать о нем что-нибудь
скверное я не могу. Вот только эта внезапная поломка лыжи и повреждение ноги у
него кое-кому показались подозрительными.
- А как это произошло?
- Он вместе с другими ездил на лыжах и оснащал склады, к которым мы должны
были подходить при нашем возвращении. Ко всему был исключительно внимателен,
я бы даже сказал - придирчив. Если бы он отправился с нами, я уверен, что он
был бы хорошим и надежным товарищем. Отваги ему не занимать. Но бог судил
иначе. Когда Мак-Гилл решил лишний раз проверить ближний склад, все ли на нем
в порядке, то при возвращении оттуда налетел на камень, присыпанный снегом,
поломал лыжу и повредил ногу. Естественно, он не мог после этого следовать с
нами. У прибрежной полосы, где была наша база, снега немного, но он
прикрывает массу камней, которые сразу не распознаешь. Самым лучшим, конечно, было бы
отправить Мак-Гилла домой, но судно не уходило, оно оставалось ожидать
возвращения экспедиции. Его оставили на базе, поскольку, кроме разбитой ноги, с
ним ничего скверного не было. Он очень досадовал на свою неудачу, но ничего
сделать было нельзя.
- А каковы были взаимоотношения Мак-Гилла с участниками экспедиции и с
экипажем судна?
- Самые хорошие. Он не чванлив, в обращении со всеми прост, в нужном случае
приходит на помощь без приглашения.
- Со всеми ли он был таким? Не было ли каких-нибудь натянутостей с кем-либо
из экипажа?
- Я ничего такого не заметил, сэр.
Мы беседовали довольно долго и, наверное, продолжили бы еще наш разговор,
но лечащий врач Хенка, уже трижды к нам наведывавшийся, категорически
потребовал, чтобы наше посещение завершилось. Он был доволен, что мы в какой-то
мере приподняли силы больного, возбудили энергию, но считал, что мы и
достаточно утомили его.
Из Ливерпуля мы выехали ночным поездом. Дома после основательного отдыха
Холмс засел в кресле со своей трубкой и погрузился в размышления. Я решил не
надоедать ему и прогулялся по Лондону.
Утром следующего дня Холмс сказал мне, что самое время навестить нам
Арктический институт. Пентеркоффер встретил нас более приветливо, чем в первый
раз, и в то же время несколько озабоченно.
- Дорогой Холмс, моя гипотеза не подтвердилась, у нас нет достаточных
оснований для предъявления иска фирме резинотехнических изделий. Испытания
прокладок показали, что они морозостойки. Наш сотрудник присутствовал при этом.
Проверялись и те прокладки, что остались, и те, что побывали на Шпицбергене.
Холмс смотрел на него с интересом.
- А о каких побывавших на Шпицбергене говорите вы?
- Ну, как же! Весь инвентарь погибшей экспедиции доставили к нам, он здесь
в специальной кладовой.
- Это любопытно, мистер Пентеркоффер. Вы не можете меня с ним ознакомить?
Директор института не возражал, и мы прошли в кладовую, где хранились
одежда погибших, керосинка, чайник, другой инвентарь. Несколько банок из-под
керосина помещались тут же. Холмс внимательно их осмотрел и спросил Пентеркоф-
фера, а не может ли он предоставить их ему на некоторое время. Тот
согласился. Потом внимание Холмса остановилось на лыжах. Особенно заинтересовала его
поломанная лыжа.
- Это лыжа, из-за которой шотландец не смог следовать за Коутсом? - спросил
он.
- Да, это та самая, роковая лыжа. Ошибки быть не может. Видите медные
буковки «МГ». Каждый подбирал себе лыжи и, чтобы не спутать в общей массе,
помечал их.
- Но что-то эта лыжа не совсем похожа на те, что остались от погибших?
- Если бы он следовал с ними, у него были бы такие же лыжи. На длительный
путь в неизведанную даль путники брали лыжи более широкие. У Мак-Гилла тоже
были такие, но ему не пришлось ими воспользоваться. Более узкие лыжи,
рассчитанные на скоростные пробеги, предназначались для сообщения базы с ближайшими
складами.
В это время подошел капитан Спрэг. Он поздоровался со всеми и присел в
стороне. Холмс обратился к нему:
- Скажите, пожалуйста, капитан, а как доставлялся весь инвентарь к месту
высадки?
- Его было много. Большая часть - в трюме, но кое-что осталось и на палубе.
В частности, эти примитивные лыжи располагались на палубе в специальном
стояке.
Несколько помолчав, капитан сказал задумчиво:
- Жаль Коутса и всех его товарищей, но что можно было сделать? На все божья
воля. Для Шпицбергена такая гибель совсем не в диковинку. Что стоят одни
названия: «Полуостров мертвецов», «Гора мертвецов». «Мыс мертвецов», «Гора
печали» , «Бухта печали»...
- Судя по этому, можно понять, что экспедиции туда были довольно
многочисленными, - сказал Холмс. - Стало быть, эта «Страна мрака» не столь уж и
неизведанна. Не просветите ли вы меня, что побуждало Арктический институт
снарядить эту экспедицию, мистер Пентеркоффер?
Директор пристально посмотрел на Холмса и произнес следующее:
- Я уже предупредил вас, мистер Холмс, о нежелательности большой огласки,
привлечения обостренного внимания газетчиков. Мне кажется, что вы меня
поняли. Вкратце я вам обрисую обстоятельства. Сумм, выделяемых на исследования
правительством, не всегда хватает по нашим замыслам. Но есть
заинтересованность отдельных ведомств и частных компаний, которые вкладывают в затеваемое
нами предприятие значительные средства. Вы, я думаю, обратили внимание на то,
что на снаряжение этой экспедиции средств не пожалели. Вокруг Шпицбергена в
давние времена кипели страсти. Вы ничего не слышали о «Китобойной войне»? Это
было очень давно - полтора столетия тому назад. У берегов Шпицбергена
скоплялась огромная масса китов. За право охоты на них дрались между собой датские,
голландские, британские, норвежские корабли. Били китов, били и друг друга.
Нашему флоту тогда крепко досталось от голландцев. В конце концов все
закончилось соглашением по разделению зон китобойного промысла. Голландцы с
северо-западного побережья Шпицбергена на острове основали целый город по отлову
китов и разделке их туш. Он был назван Смеренбург - Ворваний город. В нем
были улицы, лавки, товарные склады, салотопни, мастерские, кузницы, игорные
притоны и трактиры, где веселились, пели и плясали. Не менее десяти тысяч
человек толкалось в этом городе, среди них немало и разряженных женщин,
ловивших мужчин и помогавших китобоям проматывать их великолепные заработки. Это
было очень давно. Сейчас и следов той бурной жизни там не найдешь. Вам всем,
джентльмены, известны потрясающие мир экономические лихорадки, прежде всего
золотые - в Америке, в Австрии - серебряные, алмазные и так далее. Как
правило, лихорадка кончается, оставляя после себя города-призраки. Такое мы имеем
и в Смеренбурге: давняя китобойная лихорадка создала этот «златокипящий»
город, но киты, в конце концов, были перебиты или ушли от столь трагических для
них берегов. Промысел прекратился, город стал никому не нужен, и сейчас о нем
- только легенды. Если на Шпицберген предъявляли права англичане, голландцы,
шведы, норвежцы, датчане, русские, то все они в своих притязаниях значительно
поостыли. Постоянного жилья там долго не удавалось создать, да и не к чему.
Шпицберген стал как бы «ничейной землей». Однако полярных исследователей он
интересует с давних пор. Его всегда рассматривали как своеобразный трамплин
для завоевания Северного полюса. Эти их устремления вряд ли могли
рассчитывать на солидную финансовую поддержку. Но времена изменились. Еще в начале
восемнадцатого столетия английский китобой Пулль обнаружил на Шпицбергене
каменный уголь. Кого, скажите, может заинтересовать такое открытие? Это не
золото, не алмазы. Кто станет разрабатывать уголь в промороженной стране, когда
у нас есть Кардифф, уголь которого Англия экспортирует в другие страны? В
наши дни флоты многих держав бороздят моря и океаны. Что значит для них
топливо, я полагаю, нет нужды разъяснять. По всему миру разбросаны у побережий
угольные станции, к которым от месторождений уголь приходится доставлять по
сухопутью. После находки Пулля прошло не одно столетие, и геологическое
изучение Шпицбергена выявило на нем богатые запасы угля. Прежде всего, они
расположены непосредственно у залива Ис-фьорд. Корабли, туда приходящие, могут
загружаться углем прямо с разработок, без ожидания транспортировки из какой-
то глубинки. Для морских держав Шпицберген раскрыл замечательную перспективу.
Это, естественно, повлекло за собой борьбу - национально-правовую, и прежде
всего - экономическую. Разворотливее всех оказались американцы и норвежцы.
Они в широких масштабах стали проводить разработку шпицбергенского угля.
Англичане несколько поотстали в этом. Геолог Грин, погибший вместе с Коутсом,
высказал уверенность в том, что угольные месторождения не ограничиваются
зоной Ис-фьорда, а простираются в глубь острова. Он заинтересовал
углепромышленников планом экспедиции, которая зайдет к такому месторождению с севера
через Вейде-фьорд, и был убежден, что угольные пласты имеют свои отроги там,
куда еще не дотянулись руки других промышленников. Арктический институт был
соблазнен перспективой такой экспедиции. Завершилась она, как вы знаете,
очень печально, но не исключено, что, несмотря на трагедию, изучение этой
части острова на том не остановится. Причиной тому образцы угля, которые
нашел Грин. Он не смог их сам доставить, но они здесь, и заинтересованные лица
с ними уже ознакомились.
- Благодарю вас, сэр, за ваш превосходный рассказ об истории острова и о
побудительных причинах экспедиции. Заверяю, что мы прослушали его с
неослабевающим интересом. Мне, однако, необходимо заняться тем, к чему я призван. Я
надеюсь, мистер Пентеркоффер, что вы предоставите мне возможность поработать
еще в этом помещении.
- Пожалуйста, пожалуйста, мистер Холмс. Все, что вам потребуется - в вашем
распоряжении.
Холмс обратился к внимательно следившему за разговором Спрэгу:
- Скажите, пожалуйста, капитан, в ближайшее время вы никуда не отбываете?
Нет? Хорошо. А тот матрос, которого вы временно брали в рейс, он завербовался
куда-нибудь?
- Джинджер-то? Да нет, мистер Холмс, он околачивается в портовых кабаках.
Пока не размотает своего заработка, полагаю, и пытаться не будет куда-то
устроиться . Мои ребята часто его видят. Ведь если бы не неожиданная болезнь Боба
Картера и не спешка, я нашел бы матроса получше.
- А что, он вел себя на корабле неподобающим образом?
- Да нет, этого я сказать не могу. Моряк он опытный и нареканий не вызывал.
Но как-то настороженно себя вел.
- Видите ли, капитан, мне хотелось бы повидать этого матроса и спросить его
кое о чем, но не в порту, а Здесь, в Арктическом институте. Нельзя ли как-
нибудь завлечь его сюда под благовидным предлогом? У вас, мистер Пентеркоф-
фер, не будет возражений?
- Хорошо, мистер Холмс, я скажу своим матросам, и они что-нибудь придумают.
Только завтра это не получится: им срочно нужно завершить работу.
Послезавтра , часика в три, его сюда доставят.
- Благодарю вас, капитан Спрэг. Мы сегодня уже не будем задерживать вас и
сэра Пентеркоффера и отправимся по своим делам. Завтра с вашего разрешения я
опять буду у вас.
Когда мы вышли, Холмс помедлил некоторое время и, обращаясь ко мне,
спросил, не смогу ли я выполнить для него одну деликатную миссию. Я, конечно же,
отвечал утвердительно.
- Вот адрес, Ватсон. Навестите, пожалуйста, мисс Коутс, поболтайте с ней,
успокойте, чем можете, но не распространяйтесь о наших делах и о наших
разъездах. Может быть, она что-нибудь знает о состоянии Мак-Гилла. Попросите ее в
ближайшие дни никуда из дома не отлучаться.
Я сказал, что выполню все неукоснительно, и мы разошлись в разные стороны.
Я разыскал милую девушку и был принят ею с большой сердечностью. Она была
обрадована тем, что о ней не забыли, и не стала задавать щекотливых вопросов,
избавив меня от необходимости быть неискренним. Возвратившись на Бейкер-
стрит, я довольно долго ожидал прихода Холмса. Рассказал ему о своем визите,
на что он сказал мне, что рассчитывал на мое умение беседовать с женщинами и,
как всегда, не ошибся в этом.
Ранним утром нас разбудил звонок у входной двери. С удивлением я увидел
подмастерье Мортимера - Джека, которого мы угощали в трактире. Холмс никакого
удивления не выказал и тепло приветствовал славного малого.
- Я привез то, что вы просили, мистер Холмс, - сказал он. - Как только
поступила ваша телеграмма, старик Мортимер отобрал мне, что нужно, направил
меня на вокзал.
- Очень благодарен и вам, Джек, к старому Мортимеру. Сердечный привет ему
от нас обоих. Вот вам деньги за изделия, за услуги и на дорогу туда и
обратно. Сядете с нами закусить?
- Нет, сэр, очень вам благодарен. Я уже хорошо перекусил в дороге. Мне надо
поторапливаться. Хочется поглазеть на Лондон, сколько позволит время, а потом
и в обратный путь: Мортимер ждет. Посмотрите, пожалуйста, то ли это, что вам
требуется, и я, с вашего разрешения, пойду.
Он привез четыре жестяные банки и два прутика припоя.
- Как раз то, что надо, Джек! Очень благодарен. Если не хотите перекусить,
то хоть рюмочку пропустите.
- Нет, нет, мистер Холмс, спасибо большое, но я обещал Мортимеру, что ни
капли до приезда.
Он ушел. Холмс тоже начал собираться. Глядя на меня, он сказал:
- Не удивляйтесь Ватсон, он прибыл по моей телеграмме, которую я отправил
Мортимеру в то время, когда вы пошли к мисс Коутс. У меня сегодня будет хло-
потный день. Позовите, пожалуйста, кеб и помогите мне водрузить на него эту
посылку с банками. Я поеду в Арктический институт и, возможно, долго там
задержусь . Вас я обременять заботами сегодня не буду. Отдыхайте весь день как
найдете нужным. Завтра, я надеюсь, у меня будет к вам просьба.
Он уехал и пропадал действительно до ночи. Утром следующего дня я увидел в
глазах Холмса, как мне показалось, какую-то успокоенность, и, садясь с ним
завтракать, я ожидал, что он скажет о том, где он был и чем занимался в то
время, когда я изнывал от безделья. Но он ничего мне не сказал, а,
сосредоточенно посмотрев на меня, обратился ко мне с просьбой:
- Мой дорогой друг, мне настоятельно нужна ваша помощь. Эта миссия не
обременительна для вас и, полагаю, даже доставит вам удовольствие. Сейчас мы
возьмем кеб и поедем к Арктическому институту. Я останусь там, а вы
проследуете дальше по уже известному вам адресу. Вы побываете у мисс Коутс и
предупредите ее, чтобы она была готова поехать с вами в Арктический институт, где
ее присутствие очень желательно. Но привезите ее к строго определенному
времени - к трем часам дня: ранее этого времени я не освобожусь.
Мы оделись, на улице подозвали кеб и отправились. Высадив Холмса у
института , я поехал выполнять его поручение. Мисс Коутс я застал дома и был ею
встречен очень приветливо. Однако я отказался посидеть у нее и побеседовать,
предупредив только, что ей надлежит быть готовой, я заеду за ней с тем, чтобы
доставить ее в Арктический институт. Времени до указанного срока было еще
достаточно, потому я отпустил кеб и прогулялся по городу, размышляя, зачем
Холмсу эта милая девушка понадобилась в институте. Он ведь мог пригласить к
себе или, наоборот, навестить ее сам, дабы побеседовать в более
непринужденной обстановке. Ответить себе на этот вопрос я не смог.
Кеб подкатил к Арктическому институту, и мы с мисс Коутс прошли в
помещение, где обычно занимался Холмс. Кроме него там были Пентеркоффер, капитан
Спрэг и четыре матроса. Все сидели на стульях и при нашем появлении
приподнялись.
Холмс подошел к большому столу и обратился к присутствующим:
- Мисс Коутс, джентльмены! Вы все оторвались от своих занятий по моему
приглашению. Над всеми нами нависла тайна, угнетающая каждого из нас. Мы сейчас,
с вашего разрешения, попытаемся снять покров этой тайны, выяснить причины
гибели прославленного полярного исследователя Коутса и его товарищей при их
возвращении на базу. Расследование я вел по желанию дочери покойного, потому
и считаю ее присутствие здесь необходимым. С вашего разрешения, мисс Коутс, я
изложу сейчас все, что удалось выяснить в этой прискорбной для всех истории.
Я увидел, как все насторожились и застыли в ожидании. Мисс Коутс сидела
рядом со мной. Она сильно побледнела и еле слышно выговорила:
- Да, да, мистер Холмс, очень прошу вас об этом...
Холмс поклонился ей и продолжал:
- Неоспоримым для всех обстоятельством, как непосредственной причины
трагедии, на первый план выступает катастрофическая нехватка керосина, от которого
зависела жизнь путников. Только с его помощью изможденные, замерзшие
участники экспедиции могли обогреться в палатке и сварить себе пищу. Переходя от
склада к складу, они находили хорошо закупоренные банки с керосином, но
содержимого в них было значительно меньше, чем предполагалось. Возможны лишь
два варианта: либо керосин исчез из банок во время его хранения, либо с
самого начала в банках был недолив, что заставляло подозревать преступный умысел.
Заполнение банок проводилось самими участниками экспедиции, и, таким образом,
казалось невероятным, что по недосмотру, небрежности имел место недолив. Сэр
Пентеркоффер предупредил меня о том, что искать виновника нет оснований.
Более всего подозрений вызвали резиновые прокладки крышек, которые могли не
выдержать мороза Шпицбергена, в результате чего керосин выпарился из банок при
потере герметичности. Я отнесся к этому с должным вниманием. По распоряжению
сэра Пентеркоффера прокладки были подвергнуты придирчивым испытаниям в
морозильной камере. К нашему удивлению, они не потеряли эластичности и при
температурах более низких, чем те, которые им пришлось выдержать на Шпицбергене.
Это обескураживало следствие, оставляя большую вероятность умышленного
недолива. Мне и доктору Ватсону пришлось побывать в Ливерпуле у мастера, который
много лет изготавливает банки под керосин для Коутса. Выяснилось, что разлив
керосина, ввиду спешности, проводился там же двумя лицами: молодым шотландцем
Мак-Гиллом и помогающим ему матросом Джинджером.
Я глянул на сидевших рядышком моряков и заметил, как потемнело лицо одного
из них: это и был Джинджер. Холмс обратился к нему:
- Скажите, Джинджер, что произошло между вами и Мак-Гиллом? Его мы сюда
пригласить пока не имеем возможности, так как он еще не вышел из больницы.
Джинджер несколько путано стал объяснять, что в процессе работы они
несколько повздорили.
- Нет, Джинджер, вы не договариваете. Вам эта работа не понравилась. После
обеда вы стали препираться с Мак-Гиллом, заявив, что вы моряк, нанятый
капитаном Спрэгом, и не обязаны возиться со всякой вонючкой. А затем вы
схватились с шотландцем, поставили ему синяк под глазом. Но он вас отлупил, и вы от
него бежали, бросив работу. Ведь так?
- Это так, сэр, слишком он гнал меня в этой работе. Я и распалился, выпив
за обедом.
- Да, вам некогда было соображать. Но вы затаили зло на Мак-Гилла и хотели
чем-то отплатить ему за полученную взбучку.
- Ну, если даже и так, то ведь я ничего ему не сделал.
- Он, оказывается, ваше дезертирство огласке не предал, вашему капитану не
пожаловался. Вы же на корабле старались избежать встречи с ним. Но от мести
своей вы не отказались, и из-за вас Мак-Гилл оказался в больнице.
- Простите, сэр, всем участникам экспедиции, всем матросам хорошо известно,
что он повредил себе ногу, сломав лыжу. Это все видели своими глазами. При
чем же здесь я, бывший на палубе?
- Вот, Джинджер, та лыжа, которая сломалась у Мак-Гилла. Наиболее тонкий у
нее носок, которым он и налетел на подснежный камень. В этом месте и должна
была сломаться лыжа. Но она сломалась у основания, где располагается нога
лыжника, где лыжа, прежде всего, воспринимает его вес. Вот здесь можно
увидеть трещинки. Они были до того, как лыжи сняли с корабля. С нижней стороны
образовались они из-за того, что лыжу сверху через что-то мягкое в этом месте
несколько раз ударили тяжелым. Прочность древесины была нарушена, но трещинки
в ней не были бы видны. Если бы лыжи не находились на палубе, то штормовой
ветер не залил бы их водой, которая потом замерзла в трещинках и расширила
их, разорвав волокна. Из участников экспедиции на палубе никого не было. Эта
операция проведена вами, вряд ли есть смысл запираться. Вы легко могли найти
лыжи Мак-Гилла по медным буквам. Ни в одной из других лыж таких повреждений
нет.
Все воззрились на несчастного Джинджера, который стал красным как рак.
- Правда ваша, - сказал он наконец, - но я вовсе не хотел ему причинить
увечья. Я думал только, что Коутс отставит его от похода. Ведь никому не
секрет, что он ввязался в эту экспедицию, желая хорошо выглядеть в глазах
Коутса, которого уже считал своим тестем. Мисс Коутс, вы простите меня, паршивца,
но ведь этот мой паскудный проступок удержал Мак-Гилла от гибели.
- Вот, видите, - сказал Холмс, - одно обстоятельство выяснено. Хотя следует
добавить, что моряк Джинджер слишком невежествен в условиях полярного похода.
Он не хотел увечья Мак-Гилла, он хотел только лишить его лыжи, но не знал,
что для дальнего пути предназначены другие лыжи, более широкие, те, что были
в трюме. На узких лыжах совершали только быстрые пробеги от одной базы до
другой, совершали, как сказали бы моряки, «каботажное плавание». Если бы не
повреждение ноги, то эта сломанная лыжа нисколько не помешала бы включению
его в поход, ибо для этого были заготовлены другие лыжи. Мак-Гилл - шотландец
и хороший лыжник. Ему эта разница в лыжах хорошо известна, а моряку она,
естественно , невдомек.
Однако выяснение этого нелицеприятного поведения Джинджера нисколько не
приблизило нас к выяснению обстоятельств полярной трагедии. К керосину Джинд-
жер, очевидно, не имел никакого отношения. Он назвал его «вонючкой», а
главным лицом при заливе керосина был Мак-Гилл. Когда Джинджер убежал от него, то
помощь ему оказал подмастерье Джек. С ним они закончили спешную работу. По
всем этим данным, получается, что недолив проведен Мак-Гиллом или Джеком.
Последним менее вероятно по той причине, что у него не было к тому причин, да и
приступил он к этой операции лишь в самом конце. Мак-Гилл же проверял лично
плотность укупорки каждой банки, которая, как показала морозильная камера,
требуемые условия выдержала. Совершенно непонятным был мотив и Мак Гилла,
если действительно он произвел недолив.
Я посмотрел по сторонам, видел, как все понурили головы, а мисс Коутс
приложила платок к глазам.
Холмс продолжал:
- Мы решили навестить оставшегося чудом в живых участника экспедиции Хенка.
Он скоро выйдет из больницы, а пока лежит там с повязкой на глазах из-за
конгьюнктивита: в пути он потерял снежные очки. От него мы узнали много
подробностей похода, которые, пожалуй, ничего существенного для разрешения нашей
задачи не добавят. Мы, с разрешения лечащего врача, принесли ему бутылку
джина , которую я предварительно откупорил. Он на ощупь принял эту бутылку от нас
с моими извинениями за то, что мы половину содержимого израсходовали. Его
реакция была немедленной, он сразу определил, что содержимое бутылки почти
цело. Сделал это я для проверки того, насколько этот больной точно
ориентируется в весе. Он рассказал нам, что едва ли сможет ошибиться, так как много в
его руках перебывало банок с керосином. И он заверил меня, что все сгруженные
на лед банки были полностью залиты керосином. Недолива не было. И в то же
время во многих банках керосина не хватало, что отмечается в дневнике
покойного.
Мак-Гилл очень ревностно относился к подбору лучших материалов. Резиновые
прокладки не обманули возлагавшихся на них надежд. Что же тогда могло быть
причиной пропажи керосина? Мастер Мортимер ранее изготовлял Коутсу банки,
пользуясь оловянно-свинцовым припоем, и нареканий никогда не получал. Мак-
Гилл настаивал на использовании самых лучших материалов и заставил пропаивать
швы чистым оловом, ибо хорошо известно, что чем больше в припое олова, тем он
лучше. Шотландец действовал из самых лучших побуждений, но не только он, но и
вряд ли кто другой мог предположить, что в некоторых особых случаях чистота
может стать причиной гибели.
Олово простудилось, и в швах появились трещинки, которые не только глазом,
но и с помощью увеличительного стекла нельзя заметить. Это известная
металловедам «оловянная чума». В обычных условиях олово, застывая, кристаллизуется и
имеет удельный вес семь и три десятых. При сильном морозе может начаться
перекристаллизация олова. Металл становится менее плотным в своей массе с
удельным весом олова пять и восемь десятых. В паяном шве происходит что-то
вроде микровзрыва. Керосин - очень проникающая жидкость. Сквозь незаметные
микротрещины в напаянном шве он выходит и улетучивается. Вот непредвиденная
причина постигшего всех несчастья. Некоторые банки от экспедиции остались, и
мистер Пентеркоффер любезно предоставил их в мое распоряжение. Посмотрите на
них - они повернуты к вам паяным швом. Этот шов - не до конца - покрыт мною
раствором мела, а сами банки залиты керосином. Вы видите, как «отсырел» шов
от проникающего керосина. Вот эта банка имеет более темный паяный шов. С ним
проделана та же операция, но он керосин не пропускает. Когда от Мак-Гилла
убежал Джинджер, ему пришлось пользоваться помощью подмастерья, а времени у
него не оставалось, и он скрепя сердце согласился дополнить комплект ранее
заготовленными банками, пропаянными не чистым оловом, а оловянно-свинцовым
припоем. Перекристаллизацию, или «оловянную чуму», можно задержать, примешав
к олову некоторые другие элементы, в частности свинец. В припой свинец
добавляется для экономии дорогого олова, но в этом случае он сыграл свою
предохранительную роль. Чтобы окончательно убедиться в этих выводах, я воспользовался
банками того же мастера, которые никуда из Англии не отправлялись. Вот они
перед вами. Эта пара прошла, через морозильную камеру, и шов пропускает
керосин только при «белой пайке», то есть паянный чистым оловом. Окончательное
убеждение дают паяльные палочки. Это - олово, а это припой. От них отделены
половинки и помещены, также в морозильную камеру. Половинка припоя осталась в
неизменном виде, и из половинки олова получилась кучка серого порошка.
- Резюмирую: ни с чьей стороны никакого умысла не было. Причина трагедии -
в недостаточной осведомленности.
Все шумно заговорили, благодаря Холмса. Потом один из матросов обратился к
нему:
- Я понял, мистер Холмс, что во всей этой печальной истории вы не нашли
виновного? Но я с вами не согласен. Хотя и не в гибели наших товарищей, но в
паскудстве своем виновен Джинджер, и я ему это сейчас докажу.
На Джинджера обрушилось несколько плюх от дюжих матросов, и он поспешил к
выходу.
Поздно вечером за вечерним столом я сказал Холмсу:
- Мне казалось, что у этого дела нет никаких концов, за которые можно было
бы уцепиться. Не обратились ли вы к французскому правилу, гласящему: «Шерше
ля фам», то есть «Ищите женщину».
- В какой-то, очень небольшой, степени, - сказал, улыбаясь мне, Холмс, -
пожалуй, здесь более применимо не французское «шерше ля фам», а библейское -
«шерше ля хам»,
Мы оба рассмеялись, припомнив, что глупость пьяницы матроса имелась в виду
в этом случае.
- А, между прочим, Ватсон, я должен отметить, что именно вы подали мне
мысль правильного направления.
- Не пойму этой шутки, мой друг.
- Не скромничайте, Ватсон, - лукаво сказал Холмс, - ведь именно в тот
момент, когда я сосредоточенно размышлял обо всем, вы зачитали мне выдержку из
веселой книжки Джерома Клапки Джерома о «Северно-керосиновом ветре»,
К этой истории можно добавить немного. Мак-Гилл выздоровел, но свадьба его
состоялась не так скоро. Другой полярный исследователь на средства
Арктического института возглавил новую экспедицию по маршруту покойного Коутса. Мак-
Гилл счел своим долгом проделать этот же путь и не спешил под венец, чтобы не
записать в дневник: «Моей вдове». Но экспедиция эта прошла успешно, и никаких
препятствий к его свадьбе с мисс Коутс уже не возникло.
4. ЖЕЛТЫЙ ЛЕС
Высокий, представительный мужчина, вошедший к нам в гостиную по приглашению
миссис Хадсон, переводил свой взор с моего друга на меня, пытаясь, видимо,
определить, кто из нас является знаменитым сыщиком, в услугах которого он
нуждался. Холмс вывел его из затруднения, пригласив садиться и сказав:
- Вам нужен Шерлок Холмс? Это я, а это друг - доктор Ватсон. Рассказывайте,
что привело вас к нам.
Наш посетитель был высок и широкоплеч, напоминая собой медведя. Бородка у
него была коротко подстрижена, а костюм сидел великолепно, сшит был, по всей
видимости, у одного из лучших лондонских портных. Заговорил он с некоторым
акцентом, которого я сразу не определил, но по-английски - совершенно
правильно .
- Умоляю вас, мистер Холмс, - сказал он, - помогите мне, не дайте погибнуть
от разорения!
- Вы, я вижу, русский. Что у вас случилось, кого у вас убили, где труп? -
усмехнулся Холмс.
- Меня убили! Я труп, мистер Холмс!
- Превосходно! - усмехнулся Холмс, потешаясь. - Доктор Ватсон, не откажите
в любезности, осмотрите, пожалуйста, труп повнимательнее и напишите
свидетельство о смерти.
У меня запало некоторое сомнение, мне думалось, что многие живые могли бы
позавидовать такому великолепному трупу.
- Такое свидетельство, мистер Холмс, - вмешался посетитель, - выдадут в
банке.
- Ах, вот как! Тогда не торопитесь, Ватсон. Слухи о кончине нашего гостя,
как говаривал Марк Твен, несколько преувеличены.
- Скорее, мистер Холмс, они немного преждевременны.
- Ну, кончим нашу развлекательную программу. Извините нас, дорогой гость,
за эту, может быть, неуместную игривость. Успокойтесь и расскажите нам, что
вас так встревожило.
- Я - русский купец, - сказал наш гость. - Лесопромышленник Самойлов Иван
Николаевич. Под Архангельском у меня большое лесное хозяйство. Лесозавод. Я
поставляю лес сюда, в Лондон. Дела мои до сего времени шли хорошо. Русский
лес - ведь это редкостное богатство. Мне приходилось поставлять его вашему
морскому министерству. Главным же моим клиентом является фирма «Медокс и
сыновья», с которой у меня прочные связи. Фирма солидная, заказы крупные и
постоянные . Товар у меня самый лучший и оплачивается крайне для меня выгодно.
Доставляют лес в Лондонский порт мои пароходы - лесовозы. Представители фирмы
принимают его в порту, и никаких недоразумений никогда не было. Да вот,
посмотрите образчик...
Он показал короткую дощечку. Она действительно была великолепна: плотная,
очень чистая древесина.
- Контракт с фирмой, я полагаю, обоюдовыгоден. В основном я поставляю
пиломатериал . У меня превосходное оборудование, закупленное в Англии. В
производстве, естественно, немало отходов - опилки, щепа. Все это раньше просто
сжигали. С некоторого времени фирма предложила мне забирать у меня отходы с
соответствующей оплатой. Для меня это выгодно, так как очищается территория
лесозавода, и платят за это мне, а не я.
- Простите, я вас перебью, - сказал Холмс, - скажите, прежде всего, в чем
причина вашего беспокойства?
- Ну, как же! Весь груз моего парохода сейчас фирма отказывается принять,
утверждая, что он уже не соответствует ранее принятым техническим условиям.
Пиломатериал стал желтым, и они утверждают, что он поражен каким-то грибком,
почему и не сможет быть использован. Я не могу найти никакой причины, так как
при отгрузке лес был таким, какой я вам только что показал. Представьте себе
пустой рейс через северные моря!
- А сколько у вас пароходов, мистер Самойлов?
- Два: «Белуха» и «Северный олень». Этот груз с «Белухи», которая имеет
больший тоннаж.
- А на «Северном олене» такая же картина?
- Нет, там все в порядке. Он только что подошел, а «Белуха» уже три дня
стоит в порту как неприкаянная.
- «Белуха» где-нибудь задерживалась?
- Ее в пути задержала штормовая погода. Поэтому-то «Северный олень» почти
догнал ее. Вообще-то рейсы скоординированы так, чтобы была регулярная
поставка каждый месяц.
- У вас есть конкуренты, мистер Самойлов?
- Есть, мистер Холмс, наиболее крупный - это лесопромышленник Титов Михаил
Тимофеевич. Мой лес лучше, чем у него, со мной контракты заключают охотнее,
но и он не остается в накладе.
- У вас не возникает каких-либо подозрений на его происки?
- Конечно, я могу всякое думать, так как концов не вижу. Но соприкасатель-
ства с ним и его людьми у меня нет никакого. К тому же я не представляю, как
он мог додуматься заразить мой лес каким-то грибком. Он, считайте,
неотесанный мужик, который может поджечь мой лес или потопить судно. Но такое
хитроумие, мне думается, ему не под силу.
- Это еще ни о чем не говорит. Имея деньги, он может найти понимающего в
таких вопросах человека. Морскому министерству вы поставляли такой же лес?
- В большинстве своем - кругляк, но некоторую часть также в пиломатериалах.
- Скажите, а отходы, о которых вы упомянули, фирма доставляет в Англию
своим транспортом?
- Нет, что вы, мистер Холмс. Она их никуда не доставляет. Она
перерабатывает их на месте. Заарендовав у меня небольшой участок, фирма поставила на нем
заводик, и там вырабатывает скипидар, который отправляет в Англию. Это для
меня добавочный доход: за аренду участка и за фрахт. Мои же пароходы
доставляют их скипидар фирме. Они же на обратном пути отвозят иногда заводу разные
химикаты.
- А вы несете ответственность за этот груз?
- Только в случае гибели парохода, но пока что бог миловал нас от такой
напасти. Сохранность в пути целиком на ответственности их агента, который
наблюдает за ним и доставляет фирме.
Холмс погрузился в раздумье и затем спросил, может ли он посмотреть
забракованный лес на месте.
- Бога ради, мистер Холмс! - обрадовался Самойлов, увидев, что мой друг
проявил какой-то интерес. - Коляска у подъезда. Единым махом долетим в порт,
и вы все увидите своими глазами.
Они отсутствовали часа полтора. Когда вернулись, то, усевшись за стол,
Холмс сказал Самойлову:
- Очень любопытный случай, но сказать о нем что-либо определенное, не имея
никаких фактов, я затрудняюсь, а искать их следует на месте. Может быть, Ват-
сон, нам совершить такое экзотическое путешествие, если все расходы по нему
возьмет на себя мистер Самойлов?
Я взглянул на Холмса, пытаясь определить, не продолжает ли он шутить.
Самойлов же просто воспрянул.
- Мистер Холмс! Не сомневайтесь! Все будет сделано в лучшем виде. Поедете
на моем же пароходе, взгляните на нашу русскую природу. Уверяю вас, она стоит
того. Комфорт вам будет обеспечен полностью - капитан об этом позаботится. Я
не, буду ни в какой претензии на вас, если причина не выяснится. Но я в вас
верю, как у нас говорят, нутром. Я наслышан о ваших блестящих способностях.
- Не преувеличивайте, мистер Самойлов, об этих успехах больше рассказов,
хотя кое-что мне и удавалось. Ну, как, мой дорогой друг, - обратился он ко
мне, - согласны ли вы на такой вояж?
Я представил себе Холмса в промороженном Архангельском крае одного и решил
следовать вместе с ним.
- Поговорим о другом, - сказал Холмс. - Что вы намерены делать с лесом,
который фирма «Meдоке и сыновья» отказалась у вас принять? Повезете обратно в
Архангельск?
Самойлов глубоко вздохнул.
- Тут нашлась одна мебельная фабрика Берроуза, она видит мои затруднения и
намерена ими воспользоваться. Она согласна забрать у меня лес, уплатив лишь
двадцать процентов суммы, которую я должен был бы получить от Медокса.
Холмс поразмыслил и сказал Самойлову:
- Я думаю, что вам ничего другого не остается.
- Да, как говорят русские, хоть шерсти клок...
- Хорошо. Как быстро сможете вы завершить эту операцию? Как скоро сможет
отправиться «Белуха» в обратный рейс?
- Через три дня, я полагаю, но вы можете ее и не ожидать. «Северный олень»
уже разгружается, и он к вашим услугам.
- Нет. Мы предпочитаем отбыть на «Белухе». Ведь вы говорите, что это
корабль более крупный. Теперь вот что, мистер Самойлов, русские купцы не
избегают лондонских ресторанов, насколько мне известно, и вы, наверное, не
исключение . Нет ли у вас желания пригласить нас с Ватсоном в ресторан.
- С превеликим моим удовольствием! Сочту за великую честь.
- Очень хорошо, Самойлов, но только вы должны пригласить нас в ресторан,
где бывают люди из фирмы Медокса. Ни на кого не обращайте внимания, будто
поглощены только нами, разговаривайте только с нами, никаких общений с другими
знакомыми. Если вас это устроит, то мы будем ожидать вас завтра вечером. О
северной экипировке для нашего путешествия позаботьтесь. Пока же
распрощаемся , летите устраивать ваши дела.
Вечером следующего дня Холмс предложил мне облачиться в форму морского
офицера, оставленную нам после выяснения Холмсом причины взрыва на крейсере
«Портсмут». Приехавший за нами Самойлов оторопел, увидев нас в таком
непредвиденном образе.
Холмс успокоил его:
- Это для дела. Нас увидят в ресторане, и Медоксу сообщат, что вы угощаете
морских офицеров, из чего легко сделать вывод о том, что морское министерство
опять заинтересовано в поставках вашего леса.
Публика в ресторане была самая изысканная. Самойлова, очевидно, хорошо знал
весь обслуживающий персонал. Швейцар, официанты подобострастно кланялись ему.
Метрдотель провел нас к отдельному столику и с почтением выслушал заказ
Самойлова, наклоняя голову. Угощение было великолепным. Мы тихо беседовали о
малозначащих вещах. Улыбаясь, Холмс тихо спросил Самойлова, есть ли в зале
кто-либо из людей Медокса. Тот утвердительно кивнул, показав глазами на
столик в другом углу.
Мы хорошо отужинали и были доставлены Самойловым к себе на Бейкер-стрит.
Еще через два дня мы были уже на «Белухе». Капитан Михайлов проводил нас во
вполне благоустроенную каюту, сказал, что обед нам подадут сюда же, показал
нашу экипировку - меховые шубы и шапки, спросил: не будет ли каких
распоряжений? Все это на прекрасном английском языке. Мы поблагодарили его за заботу,
и Холмс пригласил его в свободное для него время заходить к нам. Он появился
у нас к обеду, когда судно уже далеко ушло от берегов Англии. Спросил нас, не
будем ли мы возражать, если он отобедает с нами, и приказал повару подать
обед на троих.
Холмс расспрашивал его обо всем подробно. Поинтересовался, откуда он так
хорошо знает английский язык, ведь вся команда его - русские матросы.
Михайлов любезно ответил, что на морских путях капитану волей-неволей нужно
владеть этим языком, а ему это легче, чем кому другому, так как мать его была
англичанкой. Холмс поинтересовался, давно ли он работает у Самойлова, есть ли
у него семья. Михайлов сказал, что у Самойлова он работает много лет, его
брат - управляющий его лесозаводом в Архангельске.
Путь был долгий, но погода нам благоприятствовала... Наблюдая, как командует
капитан на палубе, я пришел к заключению, что он не только хорошо говорит по-
английски, но и великолепно владеет русскими ругательствами. Я не понимаю
русских слов, но по резкости капитана при отдаче команд и по стремительности
их исполнения матросами мне было ясно, что употребляются крепкие выражения.
На корабле был человек, с которым мы при желании могли бы свободно
поговорить по-английски. Это был агент фирмы «Медокс и сыновья», возвращающийся на
свой скипидарный заводик. Сопровождая груз - какие-то химикаты, Гримшоу, как
его звали, общительностью не отличался, был хмур и сосредоточен. В своей
каюте он занимался бумагами фирмы и завода, часто наведывался в трюм, проверяя
сохранность своего груза. Михайлов сообщил ему о нас как о специалистах,
намеревающихся осмотреть лесозавод с целью определить возможности расширения
производства и затем поставить новые пилорамы «нашей» фирмы. Общения с ним
Холмс не искал, мы только вежливо кланялись при встречах на палубе.
Когда мы вышли в Баренцево море, то на себе ощутили разницу плавания в
непосредственной близости от английских берегов и в этом сумрачном и
промороженном крае. В Архангельский порт мы все же прибыли без каких-либо
приключений. Там для нас все было любопытно, ничем не похоже на жизнь в английских
городах и селах. Корабельщики и рыбаки - поморы показались нам совершенно
особым, ни на кого не похожим народом. Лес произвел на нас неизгладимое
впечатление .
Управляющий лесозаводом - брат капитана Михайлова - принял нас очень
хорошо, создал вполне приличные условия нашего существования, был к нам очень
внимателен и предупредителен. По-английски он говорил столь же безупречно,
как и его брат. Он показал нам весь завод, все его механизмы, продукцию,
готовую к отправке. Побывали мы и на лесозаготовке, где Холмс проявил интерес к
свежеспиленным деревьям. На некотором расстоянии от дороги дымила заводская
труба. Михайлов пояснил, что это предприятие по переработке отходов,
принадлежащее фирме «Медокс и сыновья», и предложил завернуть туда. Холмс, к моему
удивлению, отказался, сославшись на занятость.
Тем временем уже отгружалась «Белуха», и мы засобирались в обратный рейс.
Тепло распрощавшись с Михайловым-управляющим, мы опять перешли под
покровительство Михайлова-капитана. Гримшоу опять был на корабле - он экспедировал
свой груз: двадцать один бидон со скипидаром. Спустившись в трюм, мы увидели
бидоны, установленные в деревянных обрешетках с особой тщательностью.
Пиломатериалы Михайлова были уложены очень аккуратно и сверкали своей белизной.
Поездка наша в Архангельск была хотя и нелегкой, но интересной.
Познавательный ее аспект был вне сомнения, но что она дала Холмсу в его
расследовании, я себе не представлял никоим образом, Холмс много времени проводил на
палубе, неоднократно спускался в трюм.
Погода испортилась, волна свинцового цвета поднимала нашу «Белуху», сильная
качка и пронзительный шквалистый ветер портили настроение. Холмс, несмотря на
это, пребывал больше на палубе. Я предпочитал больше находиться в каюте, лишь
изредка наведывался на палубу.
Во время особенно сильной качки вечером я поднялся на палубу и стал искать
глазами своего друга. Не обнаружив его, я забеспокоился. Но он вдруг появился
из трюма и торопливо сказал мне:
- Сейчас из трюма поднимется Гримшоу, задержите его любой ценой!
Он тут же скрылся за связкой канатов, а из трюма показался Гримшоу со
скипидарным бидоном на плече. Увидев его, я растянулся на палубе и закричал:
- Помогите, помогите! Это вы Гримшоу? Окажите мне помощь, доведите меня до
каюты.
Экспедитор поставил свой бидон на палубу и подбежал ко мне:
- Что с вами, вы расшиблись?
- Я поскользнулся и подвернул ногу, может быть, вывихнул. Доведите меня,
пожалуйста, до каюты.
Опираясь на него и волоча ногу, я добрался до каютной койки и, стиснув
зубы, попросил помочь мне лечь в постель. Гримшоу выполнил это безупречно,
очень предупредительно и сказал, что сейчас разыщет моего друга и пришлет его
ко мне.
Холмс появился через некоторое время, довольный и улыбающийся:
- Не ушиблись ли вы, Ватсон, выполняя мое поручение?
- Вообще-то, Холмс, это не столь безболезненно, как замышлялось. Проклятая
качка, я действительно ушибся при падении.
- Крайне соболезную и приношу вам свои искренние извинения. Вы и подошли в
нужный момент, и блестяще выполнили свою задачу, что, я надеюсь, даст нам в
руки какую-то ниточку.
Для большей правдивости я перебинтовал голову и в таком виде вскоре
предстал перед Гримшоу, который зашел осведомиться о моем состоянии. Я успокоил
его, сказав, что отделался, оказывается, легко, немного только стукнулся
затылком, поблагодарил его за оказанную мне своевременно помощь.
Холмс, бывший тут же, присоединился к моей благодарности. Капитан Михайлов,
узнав о происшествии, тоже навестил нас, и спросил, может ли чем-нибудь быть
полезным. Мы его успокоили, сказав, что все - сущие пустяки.
В Лондонский порт мы прибыли ночью. Распрощавшись с капитаном Михайловым,
мы взяли кеб, и вскоре оказались в своей квартире на Бейкер-стрит, в
привычной для нас обстановке.
К середине дня нас посетил Самойлов. Он поздравил нас с благополучным
возвращением, но вид у него был крайне расстроенный, Холмс заметил это и
спросил , о причине.
- Как же, мистер Холмс, не расстраиваться: ведь «Белуха» опять пришла с
желтым лесом!
Я ожидал от Холмса удивления, ибо сам был крайне ошарашен таким сообщением.
Однако мой друг воспринял этот возглас с полным спокойствием.
- Подождите немного, мистер Самойлов, садитесь, и обсудим все без излишних
треволнений.
Самойлов оторопело сел, а Холмс вышел в свою лабораторию и вернулся с
какими-то колбами, заполненными темными жидкостями.
- У вас при себе есть какая-нибудь денежная купюра, Самойлов?
Тот молча протянул крупный банкнот.
- Я немного нарушу его целостность, но он не будет потерян, так как все
знаки на нем останутся на месте. Я отрежу у него только узкую белую полосочку
с края.
Холмс взял ножницы, отрезал полоску, после чего опустил ее в одну из колб.
Через некоторое время он вынул ее нисколько не изменившейся. Мы с Самойловым
смотрели на эти манипуляции, ничего не понимая.
- Теперь я отрежу такую же полоску от лондонской газеты.
Холмс опустил ее в ту же колбу, после чего вынул и показал нам. Полоска
приобрела желтую окраску.
- Вы понимаете, в чем дело. Я объясню. Древесина - очень сложная
конструкция. Основная ее масса - целлюлоза, но она не единственная. В древесине много
инкрустирующих веществ, от которых приходится избавляться в производстве
бумаги. Одна из таких примесей - лигнин. Лучшими сортами бумаги считаются те, в
которых он присутствует в самых незначительных количествах. Естественно, что
лучшие сорта используются при изготовлении денежных купюр. То, что вы
наблюдали, это качественная реакция взаимодействия лигнина с анилином, веществом,
являющимся исходным материалом в производстве самых различных красителей.
Бумага вашего банкнота никак не реагировала, а газетная, низкосортная,
немедленно окрасилась. Если мы опустим в анилин древесную дощечку, то она станет
еще желтее.
В передней раздался звонок. Холмс взглянул на часы и попросил меня впустить
посетителя, которого он ожидает. Он оказался матросом с «Белухи». Принес он с
собой бидон, на котором была цифра и четкая надпись - «скипидар». Холмс
поблагодарил его за услугу и заплатил, по-видимому, щедро, так как тот ушел
очень довольным.
- Продолжим, мистер Самойлов, наш рассказ, хотя я вижу, что он вас
интересует не столь, сколь мне хотелось бы. Вас интересует пожелтение не бумаги, а
вашего пиломатериала. Вы, кстати сказать, еще не предъявили его фирме «Медокс
и сыновья»?
- Как можно, мистер Холмс! Лишний позор на мою голову.
- Так вот. Виновником всего является фирма «Медокс и сыновья», с которой у
вас такой солидный контракт и полное взаимопонимание. Их агент Гримшоу
доставлял на вашем корабле скипидар, полученный из отходов вашего лесозавода.
Вот бидон из этой грузопоставки. На нем та же надпись «скипидар», но содержал
он анилин, который этим же Гримшоу был доставлен из Англии на вашем же
корабле. Он был затарен в бочки, а при отправке скипидара разлит по таким же
бидонам. Гримшоу знал, в каком именно бидоне он содержится, по условленному
номеру. В пути во время шторма он повреждал именно этот бидон, после чего
предусмотрительно , чтобы не оставить следов, выбрасывал его в море. Я настиг эту
акцию. Свое «желтое» дело Гримшоу совершил и на этот раз, но, благодаря
помощи моего друга Ватсона, мне удалось заполучить этот бидон в свое
распоряжение . Гримшоу не мог выбросить вынесенный им из трюма бидон: до борта нужно
было пройти, а Ватсон требовал от него немедленной помощи, поскользнувшись на
палубе. Пока Гримшоу отводил Ватсона в каюту, я с помощью только что
покинувшего нас матроса вылил в банку остатки анилина, а сам бидон надежно
припрятал . Не найдя бидона на палубе, Гримшоу решил, что его выбросило за борт
штормом. Полюбуйтесь на стенку бидона - она не просто повреждена при
случайном столкновении, на ней дыра от удара каким-то острым предметом. А вот в
другой колбе - его содержимое. Это такой же анилин. Мы опустим в него полоску
вашего банкнота и газетной бумаги, и будем наблюдать всю картину повторно.
Для убедительности Холмс продемонстрировал это.
- Никакого грибка-паразита в Архангельском лесе нет, равно как и не могли
им заразить ваш пиломатериал в пути. Все это - пары анилина.
- Я изуродую мерзавца! - гневно воскликнул Самойлов, и я представил себе,
что будет с Гримшоу при встрече с таким медведем.
- Не надо так горячиться, Самойлов, я думаю, что это только повредит вашим
интересам.
- Да! Но ведь дело сделано, в каком я сейчас положении? Не могу в ум взять,
зачем все это потребовалось фирме, с которой у меня такие хорошие
взаимоотношения, фирме, получающей от меня превосходный лес!
- Все проще, чем вы себе представляете, Самойлов. Дело в том, что мебельная
фабрика «Берроуз» - предприятие фиктивное, ваш превосходный лес поступил той
же фирме «Медокс и сыновья», но по цене, составляющей всего лишь одну пятую
часть того, на что вы надеялись. Качество леса нисколько не пострадало.
- Ах, мошенники! Я их выведу на чистую воду!
- Не горячитесь, Самойлов. Ведь вы купец. Вам не привыкать взвешивать все,
что вам выгодно или не выгодно. Контракт с фирмой «Медокс и сыновья», как вы
сами признали, для вас выгоден. После скандала он, без сомнения, будет
разорван . Выиграет от этого только ваш конкурент Михаил Титов.
- Но что же мне теперь делать, дорогой мистер Холмс?
- Прежде всего, мы сейчас с вами отправимся в порт. Посмотрим на «Белухе»,
что сталось с вашим лесом, а затем уж обсудим положение.
Мы снова ступили на палубу «Белухи», где тепло нас приветствовал капитан
Михайлов. Холмс предложил спуститься в трюм. Гримшоу на корабле уже не было:
он успел выгрузить свои бидоны со скипидаром. Аккуратно уложенный в штабеля
пиломатериал был похож на сердцевину яйца. Холмс подошел к нему вплотную,
потрогал доски, а затем достал колбу с разбрызгивателем - вроде пульверизатора,
которым пользуются парикмахеры, освежая клиента одеколоном. Он надавил на
грушу, брызги устремились на конец доски, и мы вдруг увидели, что желтая
окраска исчезает. На наших глазах доска стала такой же белой, как прежде, когда
ее погрузили.
- Это какое-то волшебство! - воскликнул капитан Михайлов. Самойлов же молча
вытаращил глаза, видимо, не доверяя им, считая, что ему показывают какой-то
фокус!
Мы собрались в каюте капитана, и Холмс сказал, что мы можем продолжить
беседу, начатую на Бейкер-стрит.
- Вот, Самойлов, и все выяснение ваших неприятностей и возможность их
ликвидации. Я обрызгал ваш пиломатериал раствором, который, я полагаю, известен
вам как нашатырный спирт. Окраска лигнина, как вы видели, при этом исчезает.
Правда, это временный эффект, она потом возвратится. Однако если вы сейчас же
пошлете приобрести и доставить на «Белуху» несколько бутылей этого совсем
недефицитного продукта, то завтра утром сможете вызвать представителя фирмы
«Медокс и сыновья» и предъявить им ваш груз.
- Но ведь вы сказали, что он снова пожелтеет, и фирма предъявит мне
претензии.
- Я думаю, что этого не произойдет. Ведь качество леса нисколько не
пострадало , и фирма об этом прекрасно осведомлена. О проделанной над лесом операции
вы будете помалкивать, а предъявите его в наилучшем виде. Сделайте вид, что
вам ничего не известно о проделках Гримшоу и вы так и не знаете о причинах
пожелтения леса. Гримшоу, возможно, и прогонят, заподозрив, что он обманул
фирму и не выполнил своего задания. А может быть, и оставят: ведь он опытный
экспедитор. Если он снова решится на такую акцию, то вы опять «ничего не
заметите» и сдадите лес по вашей обычной цене. Им еще докопаться надо, каким
образом вы все это делаете. Терять такого поставщика, как вы, я полагаю,
фирме невыгодно, тем более что скипидарный заводик на вашей земле, пользуется он
вашими отходами, да и доставка его продукции производится вашими кораблями. А
угрозу такой потери они подозревают: в ресторане вы обедали с морскими
офицерами. Фирма облапошила вас на прошлом рейсе, забрав груз по цене значительно
меньшей ранее оговоренной. Но это лишь отдельная финансовая операция, вами
пресеченная без излишнего шума. Худой мир, как говорится, лучше доброй ссоры.
Вы - купец и, надо думать, лучше меня знаете, что не на честность, а на
взаимную выгоду полагаются предприниматели. Нет оснований думать, что фирма
решится еще раз проделать с вами нечто подобное. Таковы мои соображения, мистер
Самойлов, я их высказал, а вы можете поступать как вам заблагорассудится.
- Истина ваша, мистер Холмс! Как ни горит у меня душа вывести мошенников на
чистую воду, но придется промолчать. Пусть побесятся, что их номер не прошел.
Ломать голову будут, старания приложат узнать, как это их обошли! Нижайшее
вам спасибо за все, мистер Холмс, сам бог меня натолкнул к вам обратиться.
Превеликая благодарность, что не пренебрегли. Русские купцы умеют быть
благодарными, вот чек в отделение Лондонского банка. Сумма, проставленная в нем, я
надеюсь, не позволит вам и вашему достойному другу мистеру Ватсону
сомневаться в моих чувствах.
Оплата работы Холмса действительно оказалась щедрой - с русским размахом.
Я потом встречал Самойлова и спрашивал о делах. Никаких эксцессов с фирмой
у него уже не было. Он каждый раз благодарил меня, говоря, что Холмс и я его
истинные спасители и благодетели. Всегда заканчивал словами: «Ежели что-
нибудь потребуется от меня вам или мистеру Холмсу, то я в полном вашем
распоряжении . Сделаю все, что прикажете».
5. СТЕКОЛЬНОЕ РАССЛЕДОВАНИЕ
В нашем посетителе я не уловил ничего особенного. Средний рост,
подтянутость , открытый взгляд, неторопливый разговор. Вежливо осведомившись, туда ли
он попал, он пытливо взглянул на нас обоих и представился Стоксом. Холмс
предложил ему сесть за стол и изложить причины, приведшие его в нашу скромную
квартиру. Стоке поблагодарил и сказал, что дело у него, как ему кажется,
несложное, но он надеется, что оно все же заинтересует Холмса, и если это так,
то он будет ему очень признателен.
Суть дела состояла в том, что требовалось выявить промышленного шпиона на
большом стекольном заводе, расположенном недалеко от Лондона.
- А какие у вас, мистер Стоке, имеются данные к тому, чтобы подозревать его
существование? - спросил мой друг.
- Видите ли, мистер Холмс, прямых к тому свидетельств нет, но кое-что
подозрительно. В частности, такой факт. Заводу стоило больших усилий, чтобы
наладить машинное производство стекла по способу Фурко. А через очень короткое
время тем же самым занялся другой завод. Правда, там этот процесс идет еще не
вполне гладко, но быстрота внедрения подозрительна.
- Ну и что из того? Не бог весть какой секрет. Другой завод мог прийти к
освоению того же процесса совершенно самостоятельно. Нам известны
поразительные случаи, когда какое-нибудь открытие или изобретение совершается
одновременно несколькими учеными, никак друг с другом не связанными,
располагающимися по разные стороны разделяющего их океана. За примером ходить далеко не
надо . Француз Эру и американец Холл одновременно разработали электролитический
способ получения алюминия. Юнгнер в Европе и Эдисон в Америке тоже
одновременно воплотили идею создания электрического аккумулятора щелочного типа.
Изобретение телефона принадлежит не только Беллу, но и Грею, который
опоздал с подачей заявки всего лишь на час. В последнем случае самое забавное,
мне кажется, в том, что Белл был преподавателем в школе глухонемых. Так или
иначе, таких примеров можно привести много, и в них нет оснований усматривать
воровство идеи или конструкции.
- Я могу с вами согласиться, Холмс, но в нашем случае проявление действий
этого злонамеренного лица приобрело конкретный характер. Завод изготавливает
безосколочное стекло, так называемый триплекс. Довольно долго в этом
производстве не было никаких помех, но вот сейчас завод понес убытки: пришлось
уплатить за некачественную продукцию. Старый триплекс стоит в каретах, машинах,
помещениях, а новая его партия вдруг очень быстро потемнела. Никаких
изменений в процесс изготовления триплекса в этот период не вносилось. Завод уже
получил предупреждение, что если положение не изменится, то от этой его
продукции откажутся.
- А есть другой поставщик?
- Есть другой завод. Он тоже поставляет триплекс, но его продукция меньше
отвечает техническим условиям.
- У пострадавшего завода, я полагаю, триплекс не единственная продукция?
- Конечно, нет. Ассортимент его изделий пространен. Это, прежде всего,
оконное листовое стекло, трубки, витринные стекла, цветные стекла и много
сортовых изделий, таких, как стаканы, кувшины, вазы, фужеры, фарные стекла,
елочные игрушки и многое другое.
- Это очень любопытно, - сказал Холмс, - только у меня весьма туманное
представление об одной детали. Почему вы, майор... э-э... Стоке, заинтересовались
в выявлении причины этих неполадок? Ни владельцем завода, ни кем-либо из его
руководящих технических работников вы не являетесь. Никаких взрывчатых
веществ или ответственных деталей машин и орудий он не производит. Трудно
допустить , что ваше ведомство столь озабочено оконным стеклом или елочными
игрушками. Согласитесь с тем, что даже триплекс, о котором вы сейчас
заботитесь, вряд ли стоит вашей тревоги.
Стоке молча и оторопело смотрел на Холмса.
- Не делайте удивленного лица, - примирительно сказал мой друг Стоксу, -
вам, я полагаю, самому понятно, что все раскрывается очень просто. Доктор
Ватсон - военный врач, и он может засвидетельствовать, что вам не удается
скрыть своей военной выправки. Когда же вы шли сюда, то шаги ваши не были
чеканными, какие приняты в армии. Это не топот боевого коня, а поступь
осторожного барса. Интерес, который вы проявили, говорит о том, что вы из военного
ведомства, скорее всего из контрразведки, занимающейся в настоящее время,
выявлением промышленных шпионов. Если вы хотите, чтобы наша беседа была
содержательной, то вам не следует что-то умалчивать. Без вашей полной
откровенности я не вижу возможности быть вам полезным.
- Хорошо, но скажите, пожалуйста, почему - майор?
- Здесь, конечно, я не застрахован от ошибки... Это, если хотите, вопрос
моего честолюбия. Рассуждение, тем не менее, тоже простое. Если ваше ведомство
решило обратиться ко мне по делу, у которого имеется некоторая деликатность,
то вряд ли оно пошлет ко мне офицера чином ниже майора. Но давайте к делу.
Намерены ли вы сообщить мне, чего опасается ваше ведомство?
- Да, - ответил Стоке, - я не буду от вас ничего утаивать. Дело в секрете
оптического стекла.
- А какой же здесь секрет? Насколько мне известно, его превосходно готовят
и французы и немцы?
- Прежде всего, в этом производстве много технологических нюансов. Однако в
нашем случае вопрос идет о так называемом просветлении стекла.
Профессиональным фотографам известно малопонятное обстоятельство. Линзы, изготовленные
давно, обеспечивают гораздо более четкое изображение, чем те, которые
получены недавно по самой совершенной технологии. Совсем как в марочных винах: тем
ценнее они, чем дольше от нашего времени отстоит дата их разлива. Оптическое
стекло старится нам на пользу. Вы, естественно, представляете себе, что армия
и флот не могут позволить себе ожидания нескольких десятилетий. В научном
смысле вопрос очень сложный, но на нашем заводе, кажется, разгадали причину
загадочного явления. Там сейчас не только варят оптическое стекло, но и
просветляют изготовленные из него линзы, иначе говоря, искусственно состаривают
их. Секретом этим владеем только мы, и это дает нам весьма ощутимые
преимущества перед нашим возможным противником. Представьте себе перископ подводной
лодки. В нем не один десяток оптических стекол. Неизбежное отражение света
приводит к тому, что до глаза наблюдателя доходит всего двенадцать процентов
того света, что вошел в перископ. Просветление оптического стекла, проводимое
на этом заводе, позволило повысить этот процесс до шестидесяти с лишним. Наши
моряки имеют возможность пользоваться перископом не только в светлые дневные
часы, но и на рассвете, и в сумерки. Нельзя допустить, чтобы это стало широко
известным, А история с триплексом нас настораживает, заставляя подозревать,
что на заводе имеется агент с тайным заданием выведать секрет просветления
стекла. Я все сказал.
- Нет, не все. Вы не объяснили мне, что заставило вас обратиться ко мне, в
то время как вы располагаете большим аппаратом, имеющим немалый опыт по
выявлению шпионов.
- Это, как вы выражаетесь, мистер Холмс, очень просто. Послать на завод
сразу несколько наших агентов довольно затруднительно. Что они будут делать
на нем, не имея к производству никакого отношения? Их присутствие сразу
насторожит персонал завода, и, прежде всего, преступника, которого они ищут. Мы
с превеликим уважением относимся к вашей необыкновенной способности найти
сущность по деталям, которые не производят на других никакого впечатления.
Ваши успехи в делах, которые сопряжены с химическими вопросами, вызывают наше
восхищение. Если вы согласитесь оказать помощь Британии, то вам будут созданы
условия для того, чтобы в вашей работе не было помех. При этом мы
рассчитываем, и на помощь вашего друга доктора Ватсона. Завод располагает своей
амбулаторией, при которой имеется жилое помещение для врача и его помощника -
фельдшера или санитара. Постоянный заводской врач в настоящий момент
отпросился в отпуск по срочной надобности: у него тяжело заболела жена, и он
настаивает на возможности находиться в ближайшее время при ней. Заместить его
на время мы предлагаем доктору Ватсону, а вы будете при нем в качестве
помощника. Это даст вам возможность иметь свободу действий. Когда вам потребуется,
бы будете выезжать в Лондон, якобы по заданию вашего начальства - доктора
Ватсона. Ваша миссия будет тайной для всех, кроме нескольких доверенных лиц,
с которыми я вас познакомлю. Они могут оказаться полезными в вашей работе.
Сам я, думается, тоже пригожусь вам. Завод на приличном расстоянии от
Лондона, сырьевые материалы для него и готовую продукцию с него доставляют
большими фурами. При заводе располагается небольшое почтовое отделение, на котором
я имею возможность проконтролировать все корреспонденции, поступающие с
завода или, наоборот, на завод. Я буду находиться на этой почте в течение всего
периода вашего пребывания на заводе, и вы в любой момент можете узнать от
меня что-либо интересующее вас, дать нужные, с вашей точки зрения, указания.
Холмс испытующе взглянул на меня, и я в ответ кивнул ему утвердительно.
На следующий день мы с Холмсом были уже на заводе. Представились начальству
и предъявили соответствующие, подготовленные Стоксом документы. Нам
предоставили довольно приличное жилое помещение, непосредственно прилегающее к
амбулатории. Разместившись довольно уютно, мы, прежде всего, ознакомились с
амбулаторией, которая, на мой придирчивый медицинский глаз, оказала приятное
впечатление . Все в ней было расположено очень удобно, регистрационный журнал был
в идеальном порядке. Фиксировались травмы, ожоги, простудные заболевания,
расстройство желудочно-кишечного тракта, общие недомогания.
Проводил нас на место нашего нового обитания главный инженер Чезлвит, один
из тех, кто был осведомлен о подлинности нашей миссии. Энергичный, крепко
сложенный мужчина, он произвел на меня приятное впечатление. Когда мы
расположились, Чезлвит присел с нами за столом и в общих чертах обрисовал
обстановку и порядки на заводе. Он сказал, что весьма полезным будет для нас
пройтись по заводу, посмотреть на работу в его цехах. Он может нас со всем
ознакомить и дать разъяснения, если нас что-либо заинтересует. Холмс нашел, что
это очень верная мысль, что в дальнейшем мы будем, по всей вероятности,
бывать на заводе самостоятельно, но для первого ознакомления нам нужен
компетентный гид. Чезлвит сказал, что технические руководители и работники не
злоупотребляют поездками в Лондон, так как работа в настоящее время напряженная,
требует постоянного присутствия на заводе. Есть договоренность со всем
персоналом о том, что ему компенсируют все эти неудобства и ограничения в самом
недалеком будущем, когда спадет эта напряженность.
Завод, скажу прямо, ошеломил меня и Холмса. Зарево стекловаренных печей,
тени снующих вокруг них рабочих производили на нас впечатление чего-то
грандиозного и страшного. Особенно величественными были печи непрерывного
действия, предназначенные для варки оконного стекла. В боковые проемы их,
ослепительно светящиеся, непрерывно загружали шихту, подносимую рабочими. А в
передней ее части печь раздваивалась на два рукава, над которыми до самого по-
толка возвышались стальные шахты. Это были машины Фурко, вытягивающие ленту
стекла и подающие ее (постепенно затвердевающую) на другой этаж, где от нее
отрезались куски одного и того же размера. Чезлвит все нам обстоятельно и
общедоступно объяснял. Я позволил себе выразить удивление тому, что эта лента
при подъеме наверх не обрывается.
- Это и есть главное в разработке Фурко, - сказал Чезлвит, - взгляните пока
в подмашинную камеру, а принцип действия я объясню вам на досуге, когда мы
уйдем отсюда.
Мы взглянули, куда он нам указывал, и увидели, что лента выходит из щели
плавающего в раскаленной стекломассе устройства.
- Это - лодочка, - сказал Чезлвит, - основная деталь всего процесса. О ней
я расскажу вам позже, чтобы долее не задерживаться здесь.
Мы прошли к другим печам, некоторые из которых были на выработке. У них
также был свод, но непрерывной засыпки не было. Это были печи периодического
действия. Их загружали, разваривали в них шихту, и когда была готова
стекломасса, ее вырабатывали, превращая в изделия. Перед печью был деревянный
помост, на котором работали стеклодувы, доставая раскаленную массу кончиком
трубки. Помост этот почему-то называли верстаком. Над каждым работающим
свешивался хобот жестяной трубы, из которой его обдували воздухом. Без этого
приспособления вряд ли была возможность работать стеклодувам, опаляемым жаром
из окна печи. Я подумал, что вполне объяснимы многочисленные записи о
простудных заболеваниях в регистрационной книге. Мы восхищенно понаблюдали за
тем, как изготавливаются колбы, шары, стаканы, кувшины из раскаленных,
ослепительно светящихся шаров. Потом мы прошли в шихтовальное отделение, где
большая мельница размалывала сырьевые материалы, а полученное ею загружалось
в смесители. Интересного там было мало, а запыленность ощущалась остро. Видя,
что пребывание здесь не доставляет нам удовольствия и не вызывает интереса,
Чезлвит провел нас в шлифовально-полировальное отделение. Здесь мы увидели
окончательную отделку изделий. Хотя такого чарующего впечатления, как от цеха
варки, отделение не производило, но чувствовалось, что здесь могут работать
только мастера высокой квалификации. Под их руками на стекло наносились
замысловатые рисунки и ослепительно сверкающие грани.
Заметив, что эта познавательная экскурсия нас порядком утомила, Чезлвит
прервал ее, сказав, что на сегодня с нас довольно впечатлений. Он проводил
нас до амбулатории и посидел еще с нами. Как обещал, он растолковал нам
принцип вытягивания расплавленной стекломассы. Я употребил именно это выражение,
но он строго меня поправил:
- Не расплавленной, а разваренной. Стекло не плавится, а варится, профессия
«стеклоплав» не существует, есть «стекловар».
Мне показалось это странным, так как я только что видел расплавленное
стекло.
Чезлвит посмотрел на меня снисходительно и стал растолковывать, как делают
это ребенку:
- Скажите, доктор, не знаете ли вы температуру плавления какого-нибудь
металла?
- Я знаю кое-что, - вмешался Холмс, - температура плавления золота - тысяча
шестьдесят три по Цельсию, серебра - девятьсот шестьдесят и пять десятых,
свинца - что-то триста двадцать семь с небольшим градуса, олова - около
двухсот тридцати двух градусов.
- Очень хорошо! А, хотя бы примерно, температуру плавления воска - не
скажете? Нет! Вы можете наблюдать, как он под воздействием температуры
приобретает жидкую консистенцию, но момент этого перехода останется для вас
неуловимым, не так, как при плавлении любого металла. Металлы, затвердевая,
приобретают кристаллическую структуру. При нагреве эта структура разрушается во
вполне определенный температурный момент, и это есть температура плавления. У
воска же нет кристаллической структуры, разрушаться при нагреве нечему. Он -
вещество аморфное. Поэтому при нагреве он и не плавится, а постепенно
размягчается. То же самое происходит и со стеклом. Стекло варится, а не плавится.
Стекло - многокомпонентная система, и рецептов ее насчитывается много. Как
говорят, на все случаи жизни. Однако по всем этим рецептам стекло варится, а
не плавится. Это не значит, что стекло не может кристаллизоваться, но такой
случай в нашей практике - это катастрофическое технологическое упущение.
Слышали про «козла» в доменной печи? Примерно то же в стекловаренной печи, когда
начинается зарухание стекломассы. Разварить или расплавить рух не удается и
приходится разбирать печь. Ну, мы отошли несколько в сторону. Я обещал
просветить вас относительно вертикального вытягивания стекла. В подмашинной
камере, вы видели, в стекломассе плавает лодочка. В ней щель от одного края до
другого. Лодочка притоплена, и в щель вылезает язычок стекломассы. Благодаря
гидростатическому давлению, а не за счет вытяжки. Мы говорим - «стекло
вытягивается» , а на самом деле оно по шахте только транспортируется. На оттянутую
порцию стекла в щель поступает новая, опять же благодаря конструкции лодочки,
обеспечивающей гидростатическое давление, как в сообщающихся сосудах. К
лодочке предъявляются очень высокие требования. Огнеупор, из которого она
изготовлена, не может стоять вечно. Срабатываются прежде всего губки,
соприкасающиеся с раскаленной стекломассой, и как только это происходит, то лодочка не
годна, так как лист стекла из нее пойдет деформированный. Лодочку необходимо
заменить. Ее приготовить очень непросто, но, кроме того, ее в течение многих
дней перед загрузкой следует обжигать в соответствующем опечке2. И загружать
ее приходится в раскаленном состоянии, очень быстро. Вот завтра как раз в
левую подмашинную камеру будут загружать лодочку, и вам представляется
возможность полюбоваться этим зрелищем.
На следующий день нам действительно удалось наблюдать эту, я бы сказал,
уникальную операцию. Возле печи столпилось несколько инженеров и мастеров.
Раскрыли опечек, и мы увидели в нем огромное шамотное «полено». Оно было
раскалено так, что без защитных очков на него невозможно было смотреть. Это и
была лодочка, подготовленная к загрузке в подмашинную камеру. Несколько
человек подкатили к опечку высокую тележку, верх которой представлял собой ровную
стальную поверхность, как у стола. На нее крючьями и вытянули ослепительно
сверкающее чудовище, после чего подкатили тележку к пылающему окну
подмашинной камеры. Очень осторожно раскаленную лодочку теми же крючьями протолкнули
в окно, и она закачалась на поверхности стекломассы. Все это время отдельные
люди следили за температурой, крутили какие-то вентиля. Потом откуда-то
сверху стали раздаваться команды, и лодочку разворачивали по ним, чтобы придать
ей требуемое положение. В завершение всего сверху опустилась большая решетка,
и ее направили в щель лодочки. Через некоторое время решетка стала
подниматься, и за ней в шахту потянулась широкая лента стекла. Машина была пущена,
аврал кончился, и все стали расходиться по своим местам. Остались только те,
кто работал все время у этой печи.
Мы отправились к себе, а через некоторое время нас навестил Чезлвит и осве-
2 Опечки - специальные печи периодического действия, предназначенные для
термообработки: отпуска и отжига уникальных и мелкосерийных изделий, отличающихся большими
линейными размерами и массой. Опечка представляет по конструкции муфель с толстыми
стенами, выложенными из огнеупорного материала с хорошими теплоизоляционными
свойствами. Крупные стеклянные или хрустальные изделия после выработки помещаются в
опечку. Рабочая температура внутри опечки достигается путем газового или электрического
нагрева, производится выдержка на данной температуре и медленное (до 48 часов)
остывание изделий вместе с опечкой.
домился о нашем впечатлении. Мы выразили свое неподдельное восхищение.
- Я отвлек вас от ваших непосредственных дел, - сказал Чезлвит, - но, я
надеюсь, вы меня простите - такой случай представится не скоро. Вечером, если
вы не заняты, приходите, пожалуйста, в нашу «кают-компанию» - так мы называем
наш небольшой клуб. Обычно там собирается наш технический персонал -
отдохнуть , поболтать, поиграть в шахматы или на бильярде.
Мы поблагодарили за приглашение, особенно я, так как давно уже не брал кия
в руки, о чем и сообщил Чезлвиту. Тот откликнулся живо, сказав, что в
партнерах недостатка не будет.
- Между прочим, - сказал Чезлвит, - бильярд можно считать родоначальником
того изделия, которое сейчас в центре забот ваших и наших. Я говорю о
триплексе .
Не увидев на наших лицах понимания, Чезлвит пояснил нам:
- Это занятие приобретало все большую популярность, но его распространение
сдерживалось нехваткой материала для изготовления шаров. Бильярд стал
угрожать существованию слонов, ибо из их кости вытачиваются шары. Настоятельно
требовался не столь дорогой и труднодобываемый заменитель. В Америке объявили
премию в десять тысяч долларов за заменитель слоновой кости, предназначенной
для этой цели. И изобретатель нашелся. Он предложил целлулоид - обработанную
азотной кислотой целлюлозу. Забавнее всего, что этот материал в практику ввел
не квалифицированный химик, а... наборщик! Непосредственно же к созданию
триплекса подошли на Европейском континенте. Это удалось химику Бенедиктусу, но
любопытно то, что наборщик искал и нашел, а химик пришел к открытию по чистой
случайности. У него как-то свалилась с полки тонкостенная колба и, к его
удивлению, не разбилась, а только растрескалась. Особенного значения
случившемуся Бенедиктус не придал, но сам факт запомнил. В колбе до этого хранился
раствор того самого целлулоида (нитроцеллюлозы). Он усох, и на стенках
осталась тонкая пленка. Она-то и не позволила осколкам стекла разлететься во все
стороны. А тут все больше стало развиваться автомобилестроение. В
незначительных даже авариях от порезов осколками стекла стали страдать шоферы и
пассажиры. Тогда и вспомнил химик о случае с неразбившейся колбой. Он
сконструировал триплекс, закладывая лист целлулоида между двумя листами стекла.
Конечно, процесс изготовления этого материала не столь прост - свой режим
обработки, специальные растворители, - но принцип именно такой: при ударе стекло
растрескивается, но не разлетается, сдерживаемое целлулоидной прокладкой.
- Это очень интересно, - сказал Холмс, - у нас теперь есть представление о
самом материале, но не будете ли вы любезны, Чезлвит, просветить нас по части
тех неприятностей, которые случились у вас с триплексом?
- Охотно. Целлулоид, конечно, не панацея. Он не будет служить вечно. Через
определенное время смотровые стекла из триплекса приходится заменять из-за их
пожелтения и замутнения. Об этом потребители триплекса знают. У нас все шло,
как говорится, в пределах допустимого. Но вот сейчас нам пришлось уплатить за
поставку брака. Очень быстро стал непрозрачным поставленный нами триплекс.
Такого ранее не наблюдалось, а производство его в технологическом смысле не
претерпело никаких изменений. Это и наводит нас на мысль о действии чьей-то
преступной руки.
- А куда вы поставляете триплекс?
- В фирменный магазин стекольных изделий. Он принимает от нас самую
разнообразную продукцию. Вы можете полюбоваться ею, зайдя в этот магазин. Это
солидное предприятие, получающее изделия не только с нашего завода, оно
направляет их своим заказчикам.
- Когда вы собираетесь отправлять очередную партию триплекса?
- Особенной нужды в этом сейчас нет, да у нас имеются и опасения.
- Все же, если у вас есть возможность, отправьте в магазин завтра же ящик
триплекса.
- Не имея уверенности в его качестве?!
- Да, именно так. Он пойдет с вашего склада с соответствующей наклейкой.
Но, кроме того, я полагаю, вам следует отправить туда же еще один ящик
втайне , без оформления через склад. Прямо из цеха, чтобы никто об этом не знал.
Чезлвит понимающе наклонил голову, сказав, что он оставит нас и обратится к
своим обязанностям.
По его уходе Холмс сказал мне, что надлежит придумать какую-нибудь причину
для того, чтобы поотираться в цехах не в сопровождении начальства, а
самостоятельно, но так, чтобы у окружающих создать впечатление о нашей занятости
делом. Я обратил его внимание на прибор для забора воздуха и предложил
пройтись по цехам с ним, отбирая пробы на запыленность.
- Превосходная мысль, мой друг, - сказал Холмс, - распоряжаться всем,
конечно, будете вы, как мое непосредственное начальство, а я, фельдшер, буду
таскать прибор и выполнять все ваши указания.
Так мы и сделали на следующий день. В халатах, как подобает медицинским
работникам, мы не торопясь, обошли цехи, ко всему присматриваясь. Холмс по
моему указанию прилежно переносил прибор с одного места на другое, прокачивая
через него воздух и меняя в нем специальные фильтры. Запыленность,
естественно, без всякого прибора больше всего замечалась в шихтовальном отделении, и в
нем мы отобрали несколько проб. Холмс попросил меня подольше задержаться в
шлифовально-полировальном отделении, и мы сделали это, как бы позволив себе
передышку. Я осматривал уже готовые изделия, восхищался великолепием их
отделки, а Холмс наблюдал за работой шлифовальщиков, время от времени что-то
спрашивая у них. Когда мы вернулись к себе, Холмс сказал мне:
- Мой дорогой Ватсон, вам, моему непосредственному начальнику, надлежит
давать мне различные поручения, и я буду их исполнять.
- У вас появилась нужда прокатиться в Лондон?
- Пока еще нет, но ценю вашу догадливость. Поручите мне сходить на почту,
справиться о корреспонденции на ваше имя.
- Хорошо, мой друг, только я не жду корреспонденции.
- Это не имеет значения. Мне нужен предлог для того, чтобы повидаться со
Стоксом.
Я принимал больных, когда Холмс вернулся. Тут же я строжайше выговорил ему:
- Вы задержались слишком долго, а мне нужна ваша помощь. Будьте любезны
наложить повязки этим больным.
Холмс покорно наклонил голову, пробормотал что-то вроде «извините» и
довольно искусно выполнил мое требование.
Когда мы остались одни, Холмс сказал мне, что виделся на почте со Стоксом.
Объем корреспонденции через почту тщедушный. Холмс попросил Стокса
задержаться с отправкой одного из писем, которое почему-то остановило его внимание.
Оно было адресовано мастеру шлифовального отделения Барнету. Написано синими
чернилами. Вот его текст: «Дорогой Джим! Кажется, я оправляюсь. После того
как радужные надежды меня оставили, все стало прозрачным, как твои стекла.
Мои фотографические работы принесли мне успех, но прежнее занятие было мне
больше по душе. От скуки стал ходить на ипподром. Втянулся в игру и не Знаю
даже, как от нее отстать. Был там в воскресенье и поставил на Розу, что шла
во втором заезде под третьим номером. На ипподроме всех одолевала мошка. Я
еле высидел, но был вознагражден, - получил большой выигрыш. Но это, кажется,
непозволительно затягивает. Выскажись по этому поводу. Мне кое-что обещано
хорошее. Я решился оставить игру на тотализаторе. Хочу работать в полном
покое . Твой Фредди». Даты проставлено не было. Я спросил Холмса, что особенного
он усмотрел в этом тексте.
- Видите ли, Ватсон, как утверждает Стоке, письма Барнету поступают доволь-
но часто, но корреспонденции от него через почту не проходят. Почему он не
отвечает на письма? А если отвечает, то с какой целью он свои ответы
старается направить минуя ближайшее почтовое отделение? Завтра с утра вы отправите
меня в Лондон - за йодом, марганцовкой или за бинтами, которые я сегодня по
вашему указанию израсходовал, так что обойдетесь уж без своего помощника. А
сейчас давайте посмотрим вашу регистрационную книгу, поинтересуемся:
обращался ли за врачебной помощью Барнет.
Мы нашли его в записях. У него значилось какое-то нагноение на десне, и
врач прописал ему облучение кварцевой лампой. Холмс раздумывал.
- Я видел этого Барнета в шлифовальном, отделении, он командует там всеми
отделочными работами, и в большом авторитете у всех. Не только знающий
специалист, но, как говорят его подчиненные, еще и золотые руки. Некоторые
работы проводит сам, не доверяя чужому мастерству. Он, кажется, не чуждается
бильярда в заводской «кают-компании». Вам, пожалуй, нелишним было бы
поразвлечься. Играете вы хорошо. Навестите бильярдную, постарайтесь поиграть с Бар-
нетом - чтобы составить свое о нем впечатление.
За выполнение такого поручения я взялся с большой охотой. Вечером я
появился в «кают-компании», которая оказалась приятным уголком для отдыха. Там меня
приветствовал Чезлвит. Он представил меня руководителю экспериментального
отделения Вудворду. Это был пожилой мужчина, с сумрачным взглядом, совсем
седой. Его неторопливость в движениях никак не мешала ему быть прекрасным
игроком на бильярде. Сыграв со мной две партии, он похвалил меня, и спросил,
почему я не навещаю их отделение, ему кажется, что там немало любопытного для
новичка. Я поблагодарил за приглашение и обещал обязательно побывать у него,
сказав, что просто не имел возможности сделать это ранее из-за обилия
свалившихся на меня впечатлений. Вудворд уступил свое место у бильярдного стола
тому самому Барнету, о котором составить впечатление просил меня Холмс.
Темноволосый мужчина средних лет имел вид чем-то озабоченного немногословного
игрока. Играл он хорошо, но не выказывал никаких эмоций. Я вглядывался в него,
когда он сгибался над столом для удара по шару. Ничего особенного в его
облике я не обнаружил, кроме какой-то, казалось бы не к месту, сосредоточенности.
Из трех партий две он у меня выиграл.
Вернувшись из «кают-компании», я о своих впечатлениях рассказал Холмсу. Он
внимательно все выслушал, а потом неожиданно спросил:
- На лице Барнета вы не заметили какой-нибудь загорелости?
- Нет, пожалуй. Откуда ей взяться? Он ведь постоянно пребывает в своем
шлифовальном цехе.
- По моим наблюдениям, такого тоже незаметно... Воспользуйтесь, мой друг,
приглашением Вудворда. Навестите экспериментальное отделение, только
захватите меня с собой. А когда мы все там посмотрим и побеседуем, прикажите мне не
задерживаться и отправьте с поручением в Лондон.
Утром мы уже были в экспериментальном отделении, которое, в отличие от всех
цехов завода, блистало порядком и чистотой. Чезлвит стал пояснять нам. Это
была святая святых завода. Здесь велись новые разработки технологий завода,
совершенствовались и корректировались те, которыми уже пользовались. Понять
смысл работы экспериментальных установок нам без соответствующей подготовки
было, конечно, трудно. Малого размера стекловаренная печь располагалась в
углу помещения. В отличие от тех, что мы видели в цехе, она не представляла
собой ванну, заполненную огненной стекломассой. В ее пространстве размещались
горшки, в которых варилось стекло. Заметив наше недоумение, Чезлвит сказал
нам:
- В цехе варки есть печь подобного же устройства, вы просто не заметили ее,
ибо она не была в работе. Она покажется вам вчерашним днем по сравнению с
теми , что вы видели раньше. У нее гораздо меньшая производительность, так как
далеко не все пространство заполнено стекломассой. Но здесь этого и не надо.
Требуется провести экспериментальную варку определенного вида стекла.
- А в цехе?
- И в цехе она нужна, и очень. Ведь с любой ванной печи за одну варку мы
можем получить только один сорт стекла. А с горшковой - столько, сколько
горшков умещается в печи. Мы готовим оптическое стекло, цветные стекла. Для
них не требуются большие объемы, но к чистоте варки - особо высокие
требования . Вот полюбуйтесь на цветные стекла, их очень сложно изготовить. И это не
просто материал для витражей. Заказ на них дают промышленные предприятия.
Красное стекло - принадлежность каждой фотолаборатории. Железные дороги
пользуются сигнальными стеклами. Почему запретительный свет - красный? Вовсе не
по той причине, что напоминает адово пламя. Лучи красного цвета менее других
рассеиваются в тумане, и сигнал издалека виден. Вот синее стекло. Его также
используют на транспорте. Приготовить его можно разными путями. Введением в
стекломассу солей меди, например. Однако, как бы хорошо ни было приготовлено
синее стекло, железная дорога откажется его принять, если в накладной не
будет указано, что это кобальтовое стекло. Введение в стекломассу именно этого
элемента дает уверенность в том, что лучи, проходящие через светофор, будут
более других однородны. Ужесточение этого условия достигается добавлением к
кобальтовому стеклу солей меди, но основная окраска его должна быть
обусловлена кобальтом. На железных дорогах или океанских судах цветной сигнал должен
быть таким, чтобы его несовершенный человеческий глаз ни с чем не спутал.
Казалось бы, меньшее значение имеет стекло желтого цвета, но именно оно
изготавливается с наибольшими трудностями.
Мы насмотрелись всяких чудес, а под конец нас поразил Вудворд, который, по
всей видимости, был душой, царем и богом всей работы этого отделения. Он
показал нам фотографию какого-то пейзажа. Изображение располагалось не на
поверхности , а в глубине стекла. Как можно было достигнуть такого эффекта, мы
себе не представляли, но он окончательно убедил нас в том, что Вудворд
обладает большими познаниями и что он очень тонкий экспериментатор.
Тут я вспомнил о наказе Холмса и обратился к нему, спросив, не слишком ли
мы увлеклись, не пора ли ему отправиться в Лондон?
Холмс беспрекословно откланялся, а я еще некоторое время пробыл в обществе
двух чародеев стекольного дела, восхищаясь и удивляясь изделиями их рук.
Прием больных я провел без Холмса. Он вернулся очень поздно и без лишних
слов стал располагаться ко сну.
Утром он сказал мне, что нами не обследован еще один заводской участок -
склад готовой продукции. Мы захватили свой прибор проверки загрязненности
воздуха и отправились туда. Встретил нас заведующий складом Коллинз,
располагавшийся там постоянно. Он любезно предложил провести нас по складским
помещениям. Самая разнообразная продукция была расставлена там в самом лучшем
порядке. Многое было уже упаковано, кое-какая продукция затаривания только
ожидала . Этим занимались подведомственные Коллинзу рабочие склада. Мы прошли все
помещения, отбирая пробы воздуха и попутно изучая обстановку на складе. Холмс
остановил свое внимание на больших шарах великолепной радужной окраски. Они,
видимо, устанавливались в холлах и гостиных. Рядом располагались бесцветные
шары, поверхность которых была покрыта причудливыми узорами, как будто ее
тронуло морозом. Кругом было много стружек и мягкой ветоши, идущих в упаковку
для сохранности изделий. Побродив там довольно продолжительное время, мы
зашли в каморку Коллинза, где он занимался оформлением накладных.
- Много работы? - участливо спросил Холмс.
- Много! Свободного времени совсем нет.
- И что, вам приходится оформлять всю без исключения продукцию завода?
- Почти всю, - сказал Коллинз, - кое-какая мелочь в небольших партиях от-
правляется прямо из цеха.
- Какая же?
- Та, что изготавливается небольшими партиями, имея специальное назначение.
Оптическое стекло, например, оформляется прямо заказчику в экспериментальном
отделении. А стекла для фотопортретов в мастерскую Сэвиджа, те отправляются
прямо из шлифовального цеха. По объему это мелочовка, и я доволен, что меня
ею не загружают. И так работы невпроворот.
Холмс обратил внимание на стоящий на столике портрет красивой девушки,
очень смуглой, скорее всего мулатки.
- Это моя невеста, - сказал Коллинз, - я намерен с ней обвенчаться, но пока
такой возможности у нас нет.
Считая неделикатными дальнейшие вопросы, Холмс не стал интересоваться
подробностями. Видя занятость заведующего складом, мы покинули его.
Довольно скоро к нам пришел Барнет. Он порезал руку, и «мой помощник» Холмс
искусно перевязал его. Порез был незначительный, но от загрязненности
следовало предохранить. Холмс внимательно всматривался, в лицо пациента. Он
спросил его:
- Скажите, Барнет, вы не всю продукцию вашего цеха сдаете на склад?
- Нет, стекла для портретов - это небольшой заказ - мы отправляем прямо в
фотомастерскую.
- Это как раз сказал нам Коллинз. Он выразил удовлетворение тем, что его не
загружают этой мелочью.
- А ну его, этого Коллинза!
- Почему вы так о нем?
- Вы же видели его. Он молод, красив собой, но стяжатель, по моему мнению.
Что заставляет его избрать себе невесту из черных? Что, англичанок мало?
Полагаю, что у нее неплохие деньжонки водятся, вот он и лезет из кожи, альфонс
несчастный.
- Вы видели его невесту?
- Живьем не приходилось. Да и сам-то он сейчас лишен этой возможности:
видите , какая сейчас напряженная работа на заводе. А фотографию ее я видел у
него на столике. Хотя и красивая, но определенно - мулатка.
После его ухода Холмс запросил у меня «поручения» сходить на почту.
Вернулся он довольно быстро и принес с собой письмо, полученное от Стокса. На
конверте был адрес: «Мисс Керол Уайт. Центральный почтамт. До востребования.
Лондон».
Это письмо Коллинза к его невесте. Текст его был обычным лирическим
повествованием: «Дорогая моя Керол! Я неимоверно скучаю без тебя, жду не дождусь» и
так далее... Я не нашел в нем ничего необычного.
- Стоке сказал мне, что корреспонденция с этого почтового отделения
отправляется два раза в неделю, так что получатели, знающие это, никогда не сетуют
на задержку, - заметил Холмс.
Пришел Чезлвит и сообщил, что отосланные с триплексом ящики неравноценны.
Триплекс, отправленный прямо из цеха, отвечал техническим условиям, а
поступивший со склада очень скоро замутился.
Холмс выслушал Чезлвита с вниманием и попросил доставить нам небольшой
кусочек триплекса непосредственно из цеха. Чезлвит сказал, что это будет
сделано.
Когда он ушел, Холмс показал мне какую-то буковку из резины.
- Это я подобрал среди стружек на складе. Зачем она там? Ее кто-то обронил,
но ею, надо полагать, не пользовались. Я видел в магазине детских игрушек
такие наборы под названием «Гутенберг». Подростки воображают себя будущими
писателями или журналистами. Эта игрушка предоставляет им возможность
«печатать» свои произведения. Три параллельные полоски в строчке, в них пинцетиком
заводят буквы по тексту, а потом прикладывают к штемпельной подушке и
оттискивают текст на бумагу. Но буква чистая, с чернилами она не соприкасалась, да
и детей у Коллинза нет, равно как и у грузчиков.
Холмс положил перед собой на стол письмо к Барнету и долго и пристально
изучал его. Я старался его не отвлечь каким-нибудь замечанием и делал вид,
что занят своими делами. Неожиданно Холмс сказал мне:
- В имуществе вашего предшественника, Ватсон, остался утюг, которым мы с
вами уже пользовались. Давайте я, как младший по вашей квалификационной
медицинской лестнице, возьму его, и мы с вами пройдем к Чезлвиту и Вудворду. У
меня возникло подозрение, но проверить его здесь не представляется возможным.
Я постарался не выказать никакого удивления, хотя никак не мог представить
себе, зачем в экспериментальное отделение двум медикам тащиться с утюгом. По-
видимому, решил я, это для маскировки, чтобы окружающие видели, что у нас к
отделению всего лишь хозяйственный интерес.
Холмс пошарил в своем чемоданчике, что-то достал из него и положил к себе в
карман. Потом мы прошествовали (Холмс с большим утюгом в руках) в
экспериментальное отделение. Чезлвит и Вудворд оторвались от своих занятий и с
удивлением смотрели на утюг. Холмс же не терял времени. Он сказал, что с первого
дня заметил в отделении темную кабину, предназначенную для фотографических
работ. Он попросил разрешения воспользоваться ею. У хозяев не было никаких
возражений, они продолжали рассматривать принесенный Холмсом утюг. А он
быстро разжег его и поставил у входа в кабину. Вудворд и Чезлвит обратились к
своим, прерванным нашим появлением занятиям, а мы вошли в кабину. Холмс
соорудил какую-то стоечку. Затем взял ванночку и при красном свете осторожно
опустил в них две фотопластинки. В дистиллированную воду, что была здесь же,
он прибавил какого-то порошка из пробирки, которую он извлек из чемоданчика.
Полученным раствором он залил обе ванночки с пластинками и тут же накрыл их
чем-то, не допуская к ним даже красного цвета. Затем на стоечках он укрепил
оба письма, в развернутом виде, но не в самом низу, а несколько выше. Так мы
с ним посидели некоторое время, которое он использовал для приготовления
свежих проявителя и закрепителя. После этого он погасил и красный свет, оставив
нас в полнейшей темноте. Движения его были точно рассчитаны. Он открыл
ванночки, дал с пластинок стечь раствору, некоторое время подсушивал их на
воздухе, а затем положил их горизонтально под стоечками, прямо под
расположенными повыше письмами. Кабина закрывалась двумя черными пологами, и это давало
возможность выйти из нее или, наоборот, войти, не опасаясь проникновения в
нее света. Холмс воспользовался этим, и через секунду в кабине появился
разогретый утюг. Мне действия Холмса были непонятны, но я не мешал ему
расспросами , старательно выполнял его указания: это - подержать, это - подать, это -
переставить и так далее.
На вытянутой руке Холмс довольно продолжительно подержал нагретый утюг над
укрепленными в стоечках письмами, а затем убрал его из кабины. Дальнейшая
процедура была обычной: пластинки опущены в проявитель, промыты, затем их
погрузили в закрепитель, снова промыли и дали им высохнуть.
Отпечатков на бумаге Холмс не стал делать, сказав, что если будет в этом
нужда, то это можно будет сделать и потом.
Аккуратно завернув полученные пластинки в бумагу, Холмс положил их в
карман. Мы привели все в кабинете в первозданный вид и вышли из нее. Вудворд к
Чезлвит с интересом взглянули на нас, но мы, мокрые от долгого сидения в
маленьком замкнутом пространстве, только поблагодарили их и заторопились на
чистый воздух. Когда мы проходили через цех, то многие рабочие, уже
побывавшие у меня на приеме, здоровались с нами.
- Вы знаете, Холмс, - сказал я ему, когда мы пришли к себе, - что мне
удалось прочесть в глазах этих рабочих?
- Очень любопытно, Ватсон!
- Они были приветливы, но усмешку свою подавляли: вот, мол, два
образованных остолопа, которые самостоятельно простой утюг наладить не могут!
- Весьма возможно, - засмеялся Холмс, - и это к лучшему. Пусть считают нас
олухами. Но давайте смотреть, что у нас получилось.
Текст письма, адресованного Барнету, выявился на пластинке, но в нем
оказались пробелы. Холмс, как я видел, был этим очень доволен.
- Так и должно было быть, Ватсон. Письмо написано разными чернилами, хотя
они и одного цвета. Они по-разному реагируют на невидимое инфракрасное
излучение, которое исходило от разогретого утюга. Анилиновые красители его не
задерживают , а берлинская лазурь для него непрозрачна. В этой тайнописи для нас
имеют значение именно пробелы. Посмотрим, какие слова под ними кроются. Вот
как это выглядит: «Радужные стекла принесли мне успех... Втянулся в игру и не
знаю даже, как от нее отстать... Во втором... под третьим номером... мошка...
Выскажись по этому поводу... Мне... обещали... оставить в полном покое».
Текст, не лишенный интереса. По какому вопросу предлагается высказаться
Барнету? Что означает «мошка»?
Письмо влюбленного Коллинза к Керол Уайт не показало ничего интересного.
Снимок с него не имел никаких пробелов в тексте.
- Дело в том, - сказал Холмс, - что в своей поездке в Лондон я побывал на
ипподроме и навел там справки. Выяснилось, что лошадь Роза действительно
фаворитка, но в указанное воскресенье она в бегах не участвовала по
недомоганию, хотя была заявлена во второй заезд под третьим номером. Совершенно
очевидно, что отправитель письма в этот день на ипподроме не был, но знал, в
каком заезде должна бежать Роза. Цифры - второй (заезд) и третий (номер) -
исполнены тайнописью. Они о чем-то сообщают адресату. Надо всем этим придется
еще подумать, но задерживать письмо долее не следует. Я отнесу его Стоксу на
почту, А письмо влюбленного пока еще придержим.
Стали приходить нуждающиеся в моей врачебной помощи. Их было немного, и
прием не был продолжительным. Последним пришел к нам Чезлвит. Считая, что я
уже освободился, он пригласил меня в «кают-компанию» сыграть партию-другую на
бильярде. Я принял приглашение с благодарностью и уже собрался следовать за
ним, когда меня придержал Холмс.
- Я надеюсь, доктор Ватсон, вы не слишком задержитесь там. Надо ведь как-то
отметить день вашего рождения. Я пока все приготовлю к этому, а вы пригласите
в гости сэра Чезлвита и сэра Вудворда.
До моего дня рождения было еще далеко, но я выразил признательность Холмсу
«за хорошую память» и выказал надежду на то, что приглашенные окажут нам
честь. В «кают-компании» мы встретили и Вудворда, которому Чезлвит сообщил о
нашем приглашении. Я сыграл по паре партий с тем и с другим, заприметив себе,
что они старались «не обижать» меня в мой светлый день.
Когда мы пришли к нам, то угощение и вино были уже на столе и Холмс с
гордостью посматривал на нас. Хорошее вино расположило моих гостей к
доверительному разговору.
- Как ваши «утюговые» эксперименты? - улыбаясь, спросил Вудворд.
- Да пока ничего определенного они не выявили, - ответил Холмс, - но они не
были совсем бесполезными.
- Я вижу, - сказал Вудворд, - у вас возникли некоторые вопросы, которые вы
не решаетесь нам задать. Не стесняйтесь, пожалуйста. Я так же, как и Чезлвит,
посвящен в секрет вашей истинной миссии. Сколь трудно вам во всем
разобраться, я представляю. Секретов, которых нельзя было бы доверить вам, я не вижу,
ибо иначе бы вас не просили всем этим заняться.
Холмс был вполне удовлетворен этими словами большого специалиста и попросил
его в общих чертах обрисовать то, что так беспокоило Стокса.
- Вы о просветленном стекле? Оно действительно имеет немаловажное значение,
и крайне нежелательно, чтобы секрет его изготовления стал бы известен другим.
Но я думаю, что выведать его совсем не просто. Надо знать сущность самого
парадокса, по которому старое стекло по своим оптическим свойствам превосходит
новое. За долгое время поверхность объектива претерпевает изменения. Силикаты
с поверхности частично растворяются, оставляя тонкую пленку кремнеземистого
скелета. Она и способствует улучшению качества линзы, но ее нет на новых
стеклах. Погружением в слабые кислоты (не буду уточнять - в какие) нам
удалось добиться получения таких пленок. В отраженном свете ее можно заметить.
Она может быть зеленоватой, синей или даже фиолетовой. Последняя лучше
других. Процесс очень сложен. Режимы - температуру, концентрацию надо
выдерживать очень точно. Даже зная всю технологию, ее не так-то просто освоить.
- Благодарю вас, сэр Вудворд, - сказал Холмс, - этого для нас вполне
достаточно. Теперь относительно триплекса. Его кто-нибудь, кроме вашего завода,
поставляет?
- Да, Бирмингемский завод, но его продукция в значительной мере уступает
нашей. У нас сейчас, как вы знаете, не очень-то хорошо с этим. Мы
предпринимаем изготовление триплекса из стекла другого сорта с зеленоватым оттенком.
Это придаст большую светоустойчивость. Ацетилцеллюлоза, которой пользуются
бирмингемцы, труднее буреет, чем наш целлулоид (нитроцеллюлоза), но она
быстрее теряет свою прочность и перестает быть основой безосколочного стекла. Мы
начали изучение поливинилбутираля, который, как мы надеемся, заменит и нитро
- и ацетилцеллюлозу, но это исследование у нас пока ориентировочное, к чему
оно приведет и когда именно, сказать затруднительно.
Ободренный такой расположенностью наших гостей, я тоже решил задать вопрос
и спросил о поразившем наше воображение чуде - фотографии внутри стекла. Я
сказал, что, скажи нам кто-нибудь, что такое возможно, мы ему определенно не
поверили бы.
- Ну что же, - улыбаясь сказал Вудворд, - это действительно очень эффектно.
Но, говоря откровенно, мы не усматриваем в этом какой-нибудь практической
пользы. Это всего лишь шутка специалиста стекольного дела, не лишенного
определенного таланта. Такая фотография кажется противоестественной, совершенно
невероятной, так как не допускает возможности иметь светочувствительную
эмульсию внутри стекломассы. Я уверен, что никто другой пока не сумеет
приготовить такого стекла, ибо здесь наличествует исключительно точная рецептура,
непростой и невероятно осторожный режим варки. Чтобы разобраться в процессе,
необходимо располагать весьма определенными знаниями. У вас их, простите,
нет. Я ограничусь самым простым и популярным объяснением. Вы заметили, что мы
не только поставляем цветное стекло, но и много с ним экспериментируем в
нашем отделении. От чего окрашивается стекло? От введения в стекломассу тех или
иных элементов, в большинстве своем - металлов. На общий объем их
затрачивается немного. Стекло, как вы уже знаете, не имеет кристаллической структуры,
это вещество аморфное. При его застывании подвижность введенных в массу
частичек ограничивается. При вторичном нагреве эти частички получают некоторую
свободу передвижения, и они, встречаясь с себе подобными, образуют
микрокристаллики. Они-то и виновники окрашивания стекла. Замечено было, что цвет
некоторых стекол после длительного на них воздействия солнечного света
становится более густым. Отсюда вывод: свет вызывает большую подвижность
микрочастичек в массе стекла. Это привело к нашим экспериментам. Мы стали облучать
такое стекло ультрафиолетовыми лучами - у нас есть такая установка. Обычное
стекло как раз плохо пропускает их через себя. Поэтому мы разработали стекла,
менее других задерживающие ультрафиолет, избавили исходную шихту от
нежелательных примесей. Ввели в шихту светочувствительные примеси - соли золота,
серебра, меди... Ввели также сенсибилизатор - вещество, повышающее чувствитель-
ность указанных металлов к лучам определенной длины волны. После
экспонирования изображения в ультрафиолетовых лучах на такое стекло оно продолжает
оставаться бесцветным, но после нагрева в нужном режиме, когда
светочувствительные частицы, получив некоторую свободу передвижений, станут объединяться в
облученных местах, образуя микрокристаллики, в нем появится изображение.
Я слушал этот рассказ как зачарованный. Холмса же, видимо, интересовало
другое, и он спросил:
- Не скажете ли нам, что можно подразумевать под словом «мошка»?
Чезлвит и Вудворд переглянулись и засмеялись.
- Да ведь это официальный термин в стеклоделии, мистер Холмс, - пояснил
Чезлвит, - это порок готового стекла, от которого очень трудно избавиться.
Вам его наверняка приходилось неоднократно наблюдать. При варке стекломассы
из нее выделяются различные газы. Стекломасса густая и вязкая, газам не так-
то просто ее покинуть. Они застывают в стекломассе в виде мелких пузырьков.
Это и называется «мошкой» в стеклоделии.
Переглянулись и мы с Холмсом, поняв, что отыскивали какую-то шифровку в
широко известном термине. Однако ни он, ни я не упомянули причины, по которой
возник у нас интерес к слову «мошка».
После ухода наших гостей Холмс сказал мне, что с утра он намерен
отправиться в Лондон - «исполнять полученное от меня поручение».
- Вас же, дорогой Ватсон, я попрошу в мое отсутствие узнать у Чезлвита,
когда должны отправить портретные стекла в фотомастерскую. Если они уже готовы
к отправке, то попросите его под каким-нибудь предлогом задержать эту
транспортировку. А кроме того, посмотрите, пожалуйста, повнимательнее опись
инвентаря нашей амбулатории. Я вижу у нас ртутно-кварцевую лампу, которой вам еще
не приходилось пользоваться. Одна ли она значится по описи?
С утра он исчез, а я занялся тем, о чем он меня просил. Рассматривая очень
тщательно опись инвентаря, я обнаружил, что помимо той ртутно-кварцевой
лампы, что была в наличии, значилась подобная же, которая под расписку была
выдана мастеру шлифовального отделения Барнету. «Зачем?» - подумал я. Однако в
документах своего коллеги нашел объяснение. Врач предписал ему сеансы лечения
светом этой лампы нагноения на десне. Была пометка и о лампе, находящейся на
складе, более совершенной конструкции. Она поступила туда давно, но врач ее
не затребовал, так как широко пользоваться таким лечением не было нужды, и
ему пока было вполне достаточно одной лампы.
Довольный тем, что мой розыск не бесплоден, я отправился в
экспериментальное отделение. После взаимных приветствий я передал Чезлвиту просьбу Холмса.
Тот справился и сказал, что заказ на портретные стекла будет готов только
завтра или послезавтра.
Холмс появился к концу дня. Весело улыбаясь, он вытащил из кармана и подал
мне какую-то коробочку. Я с любопытством взглянул на нее.
- Я посетил магазин детской игрушки и купил там этот набор резиновых букв.
Мне кажется, что найденная мной на складе буковка из точно такого же набора
«Гутенберг».
Действительно, наборчик был именно таким, каким он его обрисовал мне
прежде . Найденной им буковкой можно было с успехом заменить букву из набора. Что
давало ему это открытие, я себе не представлял. А он стал пинцетиком
подбирать буквы в полоски набора. Потом попросил дать ему вазелин. Я подал ему и
следил за его операциями, не отрывая глаз. К штемпельной подушечке он
прикладывать набранный текст не стал, а смазал его вазелином, после чего насухо
вытер, пробуя оттиск на чистом листе бумаги, пока текст не перестал оставлять
следы. Взяв потом другой лист бумаги, он притиснул к нему набранный текст и
дал мне взглянуть.
- Имеются ли какие-нибудь следы?
Я отрицательно покачал головой.
- Давайте теперь подключим ртутно-кварцевую лампу.
Он направил свет на лист бумаги, и на нем четко вспыхнула надпись:
«Ультрафиолет» .
Я смотрел на это чудо с изумлением и потом сказал, что установил по описи
наличие ртутно-кварцевой лампы на складе.
- Я это и подозревал, - сказал Холмс, - сейчас мы испытаем любовное письмо
Коллинза.
Он расстелил его на столе и направил на него свет ртутно-кварцевой лампы.
Между строчками засверкали слова из печатных букв: «Об армированном стекле я
уже сообщал вам. Цементация: поверхность стекла покрывается смесью из глины
или охры с добавкой серебряной соли. После нагрева и удаления слоя охры
изделие окрашено в желтый цвет».
- Вот он, секрет Коллинза! Но мы продолжим наши игры, - сказал Холмс, - я
был у Стокса и привез от него еще два письма из той же любовной переписки.
Он разложил их на столе и снова направил на них свет ртутно-кварцевой
лампы . Одно письмо было опять же на имя Керол Уайт, а другое, наоборот, от нее к
Коллинзу. Открытый любовный текст не интересовал нас. В междустрочье же
проглядывался светящийся текст. В первом из них было: «Литейную огнеупора
навещаю. Но пока еще рецептуру и режим полностью не установил. Сообщу
дополнительно» .
В письме его невесты мы прочли иное: «Армировку стекла освоили.
Обусловленная сумма перечислена ваш счет. Правильно поступили, придержавшись с
триплексом» .
Подписи не было ни в одном из писем. Легко было заметить, что текст всей
корреспонденции выполнялся с помощью детского набора «Гутенберг». Мне все же
было непонятно, почему именно мы видим светящиеся буквы, и я спросил об этом
Холмса. Он пояснил мне, что тончайшая пленка вазелина, оставленная шрифтом на
бумаге и неулавливаемая нашим зрением, люминесцирует под воздействием
ультрафиолетовых лучей.
- Подождите минутку, Ватсон, - сказал Холмс, покидая наше помещение. Он
очень быстро вернулся с куском стекла. - Это триплекс, полученный нами от
Чезлвита. Я еще вчера, когда вы наслаждались бильярдом, подверг его действию
света нашей расчудесной ртутно-кварцевой лампы, после чего выставил вне
помещения на весь день. После моей обработки он не претерпел никаких заметных
изменений , а теперь глядите: его прозрачность утрачена! Совершенно очевидно,
что Коллинз у себя на складе облучал перед отправкой изготовленный триплекс,
отчего он и приходил в негодность уже у получателя.
- Трудно отразить логику вашего построения, Холмс, но мне непонятны в таком
случае слова в письме, направленном Коллинзу, о том, что он правильно
поступил, придержавшись с триплексом.
- А это ему незаслуженная похвала. Он вовсе не «придерживался с
триплексом» , а это извещение, когда он его получит, скорее всего, насторожит его. В
заблуждение введен его хозяин. Он располагает сведениями, что часть
триплекса, отправленного недавно в магазин, вполне доброкачественна, и, не зная, что
триплекс этот не побывал на складе, относит его на счет осторожности
Коллинза.
- Меня сейчас беспокоит другое, - немного помолчав, сказал Холмс, - вы
спрашивали у Чезлвита об отправке портретного стекла?
Я рассказал ему о своем разговоре с Чезлвитом.
- Я к нему наведаюсь сейчас же.
Вернувшись через некоторое время, он сказал мне:
- Все в порядке. Стекло уже упаковано и утром будет отправлено с подводой,
отъезжающей в Лондон. Я, кажется, успел вовремя.
Утром мы с Холмсом не торопясь прибрались и позавтракали. Он не проявил
никакой активности, и у меня сложилось впечатление, что он чего-то ожидает, так
как некоторую напряженность на его лице я заметил. Это ощущение не обмануло
меня. Часов в десять с небольшим к нам заглянул Чезлвит и, поздоровавшись,
сел в кресло.
- Все готово, Холмс, - сказал он, - стекло было отгружено и отправлено, а
потом я выехал ему вдогонку. Сказал, что вышла путаница с отправкой, и забрал
стекло в свою повозку. Подвода проследовала дальше в Лондон, а стекло я
привез, и оно находится сейчас в нашем отделении. Как вы просили, я,
возвращаясь , остановился у почты и привез с собой мистера Стокса. Он уже у Вудворда.
Я зашел за вами.
Мы быстро собрались и пошли за Чезлвитом в экспериментальное отделение. Там
приветствовал нас Стоке. Никого из лаборантов или обслуживающего персонала в
отделении не было: Вудворд выслал их под каким-то предлогом. На полу лежали
пачки портретного стекла, аккуратно упакованные оберточной бумагой. Всего их
было семь.
Холмс взял вторую и третью пачку, развернул бумагу и осторожно из каждой
вынул по листу. Их он передал Вудворду. Тот взял один из них, укрепил в
каких-то стоечках и включил реостат. Повеяло теплом. Мы напряженно
всматривались в поверхность стекла, но оно оставалось без изменений. Вудворд выключил
реостат. Защитными рукавицами убрал стекло в сторону и укрепил в стоечках
другой лист. Когда оно нагрелось, в нем все более отчетливо стал выступать
текст письма. Это было подобно той чудесной фотографии в глубине стекла,
которую мы уже наблюдали раньше.
- Очень хорошо! - сказал Чезлвит. - Выключайте, Вудворд, дадим ему остыть и
разберемся поподробней. - Вглядываясь в текст, он заметил, что автор
тайнописи не оставил без внимания и его, Вудворда, персону.
Мы прочитали следующее: «Фредди! Вся твоя история стала мне поперек горла.
Я разъясняю тебе вопрос. В ленте стекла мошка появляется от недостаточного
прогрева стекломассы в подмашинной камере. Перед введением туда лодочки
температура там должна достигать 1130-1150°. Погружение лодочки при этом должно
быть медленным. При удалении щелоков пламя должно быть восстановительным. Я
сообщаю тебе это в надежде, что эта скотина отвяжется от тебя. Секрета в этом
никакого нет. Скоро выйдет из печати книга Вудворда, в которой любой сможет
прочитать подробности этой технологии. Я не стал бы этого делать в любом
случае, так как считаю это непорядочным по отношению к заводу, на котором
тружусь много лет. Надеюсь, что это последняя дань скотине. Если нет, то ты
принудишь меня покинуть завод».
Ознакомившись с содержанием письма, мы переглянулись друг с другом, а Холмс
сказал всем присутствующим:
- Я полагаю, что текст этого письма разъясняет многое и значительно
упрощает все наше расследование. Вы не против того, чтобы сейчас же пригласить сюда
Барнета?
Все согласились, и Чезлвит, выглянув из отделения, сказал кому-то, чтобы к
нему позвали мастера шлифовального отделения.
Барнет пришел, и его пригласили сесть. Я ожидал, что Холмс сразу оглоушит
его предъявлением текста, но он выложил на стол совсем другие карты. Он
достал из кармана какую-то фотографию и положил ее на стол, прикрыв половину ее
книгой.
- Скажите, Барнет, - обратился он к мастеру, - вы знаете эту девушку?
- Нет, - отвечал Барнет, - первый раз вижу.
- Странно! А ведь это - невеста Коллинза,
- Чепуха! Я видел фотографию его невесты у него на складе, она - мулатка, а
это ярко выраженная блондинка.
- Весьма возможно, - медленно сказал Холмс, - но вот еще какой вопрос. Вы
получаете от кого-нибудь письма на завод?
- Да, получаю. От брата.
- Вот это письмо от него? - Холмс положил перед ним фотоснимок письма.
Оказалось , что Вудворд и Чезлвит по его просьбе пересняли письма, адресованные
ему и Коллинзу, как в обычном свете, так и в ультракрасном и
ультрафиолетовом. Этого Барнет не знал - и без смятения, но все же настороженно,
подтвердил авторство брата. Смысл текста в полном его виде был вполне невинным,
можно было только выразить недовольство тем, что письма Барнету кем-то
проверены.
- А почему вы оставляете его письма без ответа?
Барнет замялся и, несколько смутившись, сказал:
- У меня не хватает времени, я очень занят. Но я не понимаю, почему вас
интересуют мои родственные отношения?
- Не скажете нам, чем занимается ваш брат?
- Это что - допрос?
- Ну, зачем так резко? Просто - беседа.
- Мой брат - владелец небольшого фотоателье, портретной мастерской, он
делает заказы стекла у нас на заводе.
- Он вам брат двоюродный?
- Нет, почему же... Самый родной - единокровный и единоутробный.
- Кто же из вас тогда изменил свою фамилию и для какой цели? Ведь вы -
Барнет , а он Сэвидж.
Барнет густо покраснел и с трудом вымолвил:
- Никто фамилию не менял. Это просто семейная неприятность... Я не люблю
распространяться на эту тему, но раз вас так это интересует, тем более вызывает
какие-то подозрения, то я скажу. Мои родители не успели оформить свой брак.
Отцу пришлось срочно уехать в наши колонии, и я родился в его отсутствие.
Меня крестили и в метрическую книгу записали под фамилией матери. Отец вернулся
не столь скоро, сыну был очень рад, семья у них образовалась крепкая. Родился
и второй сын - Фредди, который уже без помех унаследовал фамилию отца. Когда
не стало отца с матерью, то всю заботу о брате взял на себя я. Мне удалось
обеспечить ему приличное образование, сам же я остался хорошим, но только
мастером.
- Как я вижу, - сказал задумчиво Холмс, - вы питаете к брату нежные, можно
сказать, отеческие чувства. Не буду скрывать от вас, что именно это и
остановило мое внимание, побудило к розыскам. Согласитесь, что довольно странно то,
что вы не отвечаете на письма любимого брата. Не буду вас томить и приглашаю
взглянуть на это стекло. Вы, оказывается, вовсе не оставляли письма брата без
ответа, но пользовались разным способом тайнописи.
Барнет смотрел на письмо со своим текстом и был, как все видели, полностью
уничтожен. После некоторого молчания он выдавил из себя:
- Хорошо, я признаюсь вам во всем., расскажу последовательно. Фредди
талантлив, но натура у него увлекающаяся. Он организовал небольшой театрик -
варьете с танцовщицами и световыми эффектами. Успех у него был немалый, и он
работал не покладая рук, все время совершенствуя и разнообразя свои
представления. В стекольном магазине он обратил внимание на шары с радужным переливом,
изготовляемые нашим заводом, и они ему очень понравились. На одном из
представлений оказался его знакомый по годам учения - Крейтон. Он выразил ему
свое восхищение постановкой, они вспомнили прежние годы, и тот стал довольно
часто посещать представления. Однажды Фредди поделился с ним, сказал, что ему
очень бы пригодились для спектакля радужные шары, но те, что продаются,
слишком велики по размеру. Крейтон сказал ему, что он мог бы помочь ему, если бы
знал, как наводится на стекло эта игра цветов. Он, Крейтон, работает на Бир-
мингемском стекольном заводе и, зная технику изготовления, смог бы для Фредди
сделать подобные по требуемому для него размеру. Фредди запросил меня, и я,
не видя в том большого секрета, сообщил ему, что для этого нужно. Крейтон
изготовил ему маленькие шарики, которые Фредди тут же употребил в дело и
восхищался усилением эффекта представления. Потом его внимание остановили так
называемые морозные шары. Крейтон опять выразил готовность помочь ему. История
повторилась. Фредди очень хорошо знает ультрафиолетовую технику и увлекается
ею. На ее применении и достигаются световые эффекты его представлений. Как-то
Крейтон пришел к нему и дал кусок трехслойного стекла. Попросил испытать его
- нельзя ли от него получить светового эффекта? Фредди испытал, но ничего
толкового не вышло. А потом получилась глупость, за которую Фредди жестоко
поплатился. Он придумал новое представление, которое было воспринято не так,
как он ожидал. В какой-то там волшебной обстановке девушки танцуют. С ними
комический персонаж с биноклем. Время от времени он направляет на них свой
бинокль, и они кажутся публике голыми. Это вызвало восторг. Но однажды клоун
по своей глупости позволил себе вольность: он направил свой бинокль на
публику. У французов это вызвало бы большую веселость, но англичане - не французы,
их это оскорбило. Поднялась буря негодования: как смел «раздевать» публику
какой-то клоун своим рентгеновским биноклем.
Все дружно расхохотались.
- А мы-то все поражались тупости и дремучей невежественности нашего
обывателя, - сказал Чезлвит. - Ведь со всей серьезностью в свое время в США на
обсуждение был вынесен законопроект депутата Рида о запрещении лучей Рентгена
(х-лучей, как их тогда именовали) в театральных биноклях. Мы удивлялись тому,
как такая дикость могла прийти кому-то в голову, а источник этого,
оказывается, в «пикантной» дури какого-то весельчака!
Барнет не смеялся. Печально наклонив голову, он продолжил:
- Конечно, все это было достигнуто с помощью невидимых ультрафиолетовых
лучей. Но дурацкая выходка скверно отразилась на Фредди. Его театрик прикрыли,
и ему пришлось заняться чем-нибудь. Он и открыл свое фотоателье. Крейтон не
покинул его, он выразил ему свои соболезнования, предлагал денежную помощь.
Не так часто, как раньше, но заходил к Фредди. Он продолжал работать, по его
словам, на Бирмингемском заводе и никак не мог справиться с мошкой в листовом
стекле. Он стал просить Фредди о том, чтобы я сообщил ему эту тонкость. Когда
Фредди стал уклоняться, он не только напомнил о своих ему благодеяниях, но и
дал понять, что сделает так, что прежде всего может пострадать его брат, то
есть я. Не только по той причине, что я сообщил технику изготовления
радужного и морозного стекла, а и по более серьезным причинам. Он упомянул, что
некачественный триплекс с нашего завода поступил благодаря Фредди, который
облучал его ультрафиолетом по просьбе Крейтона. Он делал это не таясь, и Крей-
тону не составило бы труда найти свидетелей, если бы возник судебный процесс.
Я все сказал, джентльмены. Если вы найдете нужным выгнать меня с завода, я
приму это как заслуженное наказание.
Холмс взглянул на Чезлвита и Вудворда. Те сидели с каменными лицами.
- Простите, Барнет, - обратился Холмс, - а почему вы с братом по-разному
писали друг другу?
- Ну, это естественно, мистер Холмс, я был восхищен работой Вудворда по
фотографии в стекле, уловил этот способ, который, невозможно было разоблачить,
не зная сути. Стеклобой от листов такого стекла всегда был в
экспериментальном отделении. Вырезать из него по портретным размерам нужный кусок мне не
составляло труда. Затем я покрывал его желатиной, зная, что она поглощает
ультрафиолет, процарапывал свой текст и использовал ртутно-кварцевую лампу.
Фредди мой текст проявлял у себя уже нагревом. Он мне так же писать не мог
даже в том случае, если бы я направил ему подготовленное стекло. Посылка
стекла на стекольный завод - это то же, что доставка дров в лес. Он
пользовался тайнописью, высвечиваемой инфракрасными лучами.
- Поэтому вы и придерживали у себя лампу, взятую у врача. Нагноение на
десне, возможно, у вас и было раньше, но, не вернув лампу в амбулаторию, вы
перестали и облучать кожу, что сразу было мной взято на заметку. Это я говорю
просто для удовлетворения возможного вашего любопытства. Но у меня к вам есть
еще один вопрос. Вы не признали в показанной вам девушке невесту Коллинза, а
ведь это именно ее фотография, снятая в ультрафиолетовых лучах. Посмотрите,
пожалуйста, сюда. - Холмс отодвинул прикрывавшую часть фотокарточки книгу, и
выяснилось, что девушка сидит не одна, а рядом с молодым мужчиной.
- Вам не знаком этот человек?
- Да ведь это тот самый Крейтон, о котором я вам сейчас рассказывал!
- Ну, что же, джентльмены, я, кажется, сильно утомил Барнета этой беседой.
Если у вас нет к нему вопросов или замечаний, то отпустите его пока отдохнуть
от всего.
Когда Барнет, тяжело поднявшись со стула, покинул помещение, Холмс
продолжал:
- Мне удалось добыть эту фотографию просто, против всяких ожиданий.
Отправка писем Коллинзом своей невесте не домой, а на «до востребования» казалось
совершенно естественной, ибо к такому способу прибегают многие влюбленные.
Мне же это обстоятельство облегчило задачу. Мистер Стоке дал мне рекомендацию
на центральный почтамт, и я там угнездился рядом с окошком, где выдаются
письма, адресованные до востребования. Когда подошла девушка и спросила
письмо на имя Керол Уайт, я вышел из почтамта и шел за ней незаметно. Погода была
прекрасной, и она проследовала на бульвар, к столику, где подавали
прохладительные напитки. Вскоре к ней подсел молодой мужчина, и они стали с ним о
чем-то разговаривать. Я увидел на бульваре бродячего фотографа и, быстро
подойдя к нему, сказал: «Два фунта, если незаметно заснимешь мне эту парочку».
Фотограф кивнул и постарался. Они ничего не заметили. Невеста она или нет
Коллинзу - неважно, но очевидно, что через нее он получает задания и
поставляет Крейтону сведения по вашему заводу. Ясно и то, что триплекс,
отправленный от вас, приводился в негодность Коллинзом с помощью ртутно-кварцевой
лампы, что хранится на складе. Кстати, давно ли работает у вас Коллинз?
- Нет, - сказал Чезлвит, - он не из старых наших работников. Прежний наш
заведующий складом по своему возрасту не смог уже выполнять обязанности и
попросил его освободить. Тут и подвернулся Коллинз - с приличными
рекомендациями, разбирающийся в продукции, очень энергичный. Я думаю, что мы продолжим
наше собеседование и позовем сюда Коллинза.
Чезлвит выглянул за дверь и сказал кому-то, чтобы сходили на склад и
попросили Коллинза прийти. Он появился довольно скоро и был несколько ошарашен от
такого количества присутствующих.
Холмс обратился к нему, сказав, что передает ему привет от его невесты,
которую он повстречал в Лондоне.
Такое начало еще более насторожило Коллинза, а Холмс, как бы не замечая
ничего , продолжил:
- Вы, наверное, очень ревнивы, Коллинз. Зачем облик обаятельной девушки
изображать в виде мулатки?
Коллинз сумрачно молчал.
Не выдержал Чезлвит:
- Не будем играть в бирюльки, Коллинз! Выкладывайте все как на духу. Вот
пересъемка вашей корреспонденции, а вот фотография вашей невесты в обществе
молодого мужчины. Вы к нему не ревнуете? Конечно же: вы именно ему служите! А
может быть, она вам никакая и не невеста, а просто «почтовый ящик» для вашей
корреспонденции? Вы, возможно, никогда ее и не видели, а просто получили фо-
тографию, замаскированную под мулатку, с тем чтобы при случае иметь о ней
представление? Говорите, зачем вам потребовалась технология изготовления ог-
неупора? Отвечайте же!
- Для лодочки, - сдавленно ответил Коллинз.
- Для лодочки?! Растолкуйте, пожалуйста.
- Процесс вытягивания листового стекла плохо налаживается у Креитона.
Лодочка изготавливается из шамота. Ее приходится долго лепить и обжигать. Крей-
тон задумал отливать ее из огнеупора, что будет быстрее и надежнее, так как
новый огнеупор выдерживает значительно более высокую температуру.
- Великолепно! Болван же я, что заставил вас сказать это сейчас. Надо было
предоставить вам возможность узнать технологию изготовления огнеупора. Ваш
Крейтон - патентованный осел. Изготовленная им отливкой лодочка потонула бы в
стекломассе подмашинной камеры. Ведь шамотную лодочку в стекломассу
вдавливают специальные штанги, иначе она просто всплывает на поверхность. Новый
огнеупор не потребовал бы штанг. Прежде чем интересоваться его изготовлением для
этой цели, нужно было узнать его удельный вес! Он значительно тяжелее
стекломассы. Где вы работали до нас?
- В Бирмингеме, у того же Креитона. Он послал меня сюда, сказав, что даст
мне продвижение по работе после выполнения его заданий. В противном случае
просто вышвырнет меня за дверь.
- Порча триплекса - ваша работа?
- Моя... этого требовал от меня Крейтон.
- А «голубое стекло»?
- Я ничего не знаю о таком..
Чезлвит был взбешен и не стал больше уточнять что-нибудь.
- Сегодня же извольте покинуть завод!
Коллинз тяжело поднялся с места, но был остановлен Стоксом:
- Минуточку, Коллинз! Я пойду с вами. У меня могут быть к вам кое-какие
вопросы.
Когда мы остались вчетвером, Чезлвит все еще кипел:
- Каков мерзавец! Спасибо вам, Холмс, что вы его вовремя выявили. Он мог бы
еще что-нибудь напакостить нам, оставаясь у нас на работе.
- Видите ли, Чезлвит, как я вижу, Коллинз - мелкотравчатый промышленный
шпион, работающий для Креитона. Их завод сравнительно недавно организован, и
они просто крадут у других тонкости той или иной технологии. Стоке обеспокоен
другим. Сейчас он все выявит, но думаю, что успокоится. «Голубое стекло»
просто неведомо этой компании. Они были бы не прочь овладеть секретом
просветленной оптики, но квалифицированных специалистов, которые могли бы наладить
такое производство, у них нет. О продаже же секрета на континент, что
беспокоит Стокса, речи быть не может. Не таким олухам поручается столь тонкое
дело . Другое дело, что вы можете предъявить иск на испорченный триплекс.
- Я думаю, - сказал Чезлвит, - что во избежание кривотолков не стоит
поднимать этот вопрос.
- А как вы думаете поступить с Барнетом? - поинтересовался Холмс.
Заговорил Вудворд:
- Ну, что же с Барнетом? Из текста его негодующего письма мы видим, что он
- честный человек. Работает он у нас давно. У него золотые руки, он ценный
работник. Я не думаю, что его следует прогонять. Я предложу ему, чтобы его
брат прикрыл свою фотолавку и обосновался у нас. Я возьму его к себе в
экспериментальное отделение. Он увлеченный и талантливый человек. Полагаю, что он
с радостью окунется в работу, где ему придется заниматься теми же
ультрафиолетовыми лучами, которые он столь успешно использовал в своем театрике, и
инфракрасными, что он применял в своей дурацкой тайнописи.
Холмс удовлетворенно наклонил голову:
- В таком случае, друзья мои, я полагаю, что жена вашего врача может уже
выздоравливать, а он пусть возвращается на свое место. Мы с Ватсоном очень
рады тем дням, что провели на вашем заводе в столь приятном для нас обществе.
Просветите уж нас до конца, чтобы мы имели представление о тех предметах, что
фигурировали в расследовании. Барнет сообщил своему брату способ изготовления
радужных и морозных шаров. Как это производится?
- Никакого секрета в этом нет, - ответил Вудворд, - это все скоро можно
будет прочитать в моей книге. Для получения радужной поверхности разогретое
изделие помещается в пары хлорного олова. После такой обработки поверхность его
покрывается чрезвычайно тонкой пленкой, отличной от основной массы стекла. На
разделе этих двух поверхностей создаются условия для интерференции света. Мы
это наблюдаем как радужную побежалость. Морозные стекла готовятся еще проще.
Раздутая заготовка в горячем состоянии на короткое время погружается в воду.
Наружный слой стекла при этом растрескивается, образуя причудливые узоры.
Операция эта повторяется неоднократно, а потом стеклу придается окончательная
форма изделия.
- Благодарю вас, Вудворд, это хоть и просто для вас, нам же в диковинку.
Еще хотелось бы узнать, зачем ваш завод изготавливает армированное стекло, о
чем сообщил Коллинз своему хозяину?
- Это, пожалуй, более сложный процесс из-за того, что не просто подобрать
металл для сетки, которую закатывают в стекло, по коэффициенту термического
расширения. Но вас интересует, зачем оно? То же назначение, что и у
триплекса, - безосколочность. Но если триплекс все же мутнеет со временем, то
армированное стекло этим не страдает. Но оно не подходит для легких конструкций и
там, где нужна абсолютная прозрачность. Армированным стеклом можно закрыть
большой проем в стене и получать от него достаточное количество света. Им
можно покрыть здание сверху, как в оранжерее. Его достоинство не только в
отсутствии осколков, но еще и в том, что оно выдерживает высокую температуру.
Это важно в противопожарном отношении. Ведь пламя разгорается сильнее тогда,
когда разрушаются стекла здания и образуется сквозняк.
Мы очень тепло распрощались.
Через пару дней к нам на Бейкер-стрит заглянул Стоке. Он поблагодарил нас
обоих. Сказал нам, что его беседа с Коллинзом окончательно убедила его в том,
что для интересов страны ни он, ни его хозяин никакой опасности не
представляют. Мерзавцы, конечно, они оба отъявленные, но четкого законодательства по
коммерческому или промышленному шпионажу пока нет. В интересах военного
ведомства не поднимать шум, не обнаруживать своего беспокойства.
6. АФРИКАНСКИЙ СЛЕД
Поздним летом мы с Холмсом прогуливались по бульвару и решили посидеть на
скамеечке покурить. Проезжавший мимо кеб вдруг резко затормозил, и из него
выскочил человек, радостно нас приветствовавший. Это был наш давний знакомый,
сыщик из Скотленд-Ярда Лестрейд.
- Доброе утро, доктор Ватсон, доброе утро, Холмс! Очень рад нашей встрече.
Как вы себя чувствуете? Я еду по делу, но, увидев вас, не мог не
остановиться: мы, кажется, уже давно не виделись.
Холмс поинтересовался, по какому делу спешит Лестрейд. Тот махнул
пренебрежительно рукой:
- Дело пустяковое. Нападение в доме на полковника Мэрдстона. Никто не убит
и ничего не пропало, да, кажется, и наслежено порядком. Я не думаю, что такие
мелочи вас заинтересуют, но если у вас появится желание и вы не заняты чем-
нибудь серьезным, то приглашаю вас на место преступления. Вы хорошо знаете,
что ваши советы всегда были ценны для меня и для Грегсона.
Холмс скучал и по этой, видимо, причине принял приглашение Лестрейда.
Мы подкатили к окраине Лондона. Полковник жил в небольшом особнячке с
немногочисленной прислугой. Осторожно ступая, чтобы не затоптать следов, мы
вошли в помещение. Это, собственно говоря, было кабинетом и спальней
полковника. Туда мы прошли через столовую. Сам полковник с забинтованной головой
лежал на своей постели. Два его лакея находились при нем. Ночью неизвестный
напал на него и оглушил чем-то тяжелым по голове.
Холмс и Лестрейд внимательно все осмотрели в комнате. Следы борьбы были яв-
ны. Злоумышленник, очевидно, проник в комнату через наружную дверь, которая
не была запертой. Это был отдельный ход, которым полковник пользовался, когда
возвращался домой поздно. Через другую дверь, ведущую в столовую и к
помещениям слуг, он общался со всем домом; через нее мы и вошли. Полковника
осматривал врач, потребовавший от нас, чтобы мы не беспокоили пострадавшего. Он
сказал, что ничего серьезного в травме не видит, но считает необходимым на
несколько дней поместить его в свою больницу. С помощью лакея и санитара он
одел полковника и поместил его в карету. Она уехала. Мы остались в комнате
втроем и, уже не стесненные присутствием пострадавшего, стали все внимательно
рассматривать. В углу комнаты стоял сейф. Он был заперт, и следов попытки
открыть его не выявилось. На стенках сейфа был отпечаток пальца, но его мог
оставить сам владелец. В комнате чувствовался какой-то приторный запах. Холмс
осмотрелся и из угла поднял марлевую повязку.
- Это хлороформ, - сказал он.
Лестрейд показал ему на стену, в которой засела пуля. На полу валялся нож.
Подняв его, Холмс внимательно рассматривал лезвие и обратил внимание на
кровавое пятно. Стали смотреть на полу, но капелек крови не обнаружили. Однако у
косяка двери четко вырисовывался кровавый отпечаток большого пальца.
- Кажется, это удача, - сказал Лестрейд, - по этому отпечатку убийцу не
трудно будет отыскать.
Холмс пристально посмотрел на него и возразил:
- Это у вас получится только в том случае, когда он уже прошел по какому-
нибудь делу. А ведь могло случиться, что он еще и не попадался. А потом,
дорогой мой Лестрейд, почему вы так поспешно называете преступника убийцей?
Кровь на ноже? Но у пострадавшего нет ножевых ранений. Это кровь преступника,
которую пустил ему полковник.
Лестрейд согласился с доводом Холмса, сказав, что это еще более облегчает
задачу. Однако неясным остается выстрел. Кто в кого стрелял? Если преступник,
то трудно промахнуться на таком расстоянии, а на полковнике ничего не
обнаружено , кроме сильного ушиба.
- Посмотрите на стол, Лестрейд. В пепельнице сигара, выкуренная почти
целиком . Эту сигару курил полковник. В момент нападения на него он был раздет.
Стало быть, он пришел, довольно долго сидел за столом, потом разделся и лег в
постель. Преступник проник через дверь, точнее, двери, ибо их три, еще до
того, как полковник вернулся. Он был в комнате, спрятавшись за шторой, и
ожидал, когда полковник ляжет и выключит свет. Дождавшись этого, он накинул
полковнику на лицо тряпку с хлороформом, но тот рванулся, и завязалась борьба, в
которой полковник ножом порезал преступника.
- А выстрел?
- Выстрел, видимо, произвел тоже полковник, но пистолет у него тут же
выбили, и он схватился за кож.
- Это выглядит правдоподобно, Холмс, но мне представляется, что только
усугубляет неясности. Прежде всего, где этот пистолет? Возможно, его подобрали
слуги или захватил сам преступник.
- Это мы выясним. Выйдем во двор, осмотрим все кругом, затем опросим
лакеев .
Во дворе мы подошли к двери, через которую вошел полковник. На земле видны
были его следы. Кроме того, довольно четко отпечатался след ботинка,
обращенный в обратную сторону. Холмс подошел к нему очень осторожно и сказал:
- Отпечаток великолепный и свежий, никем не затоптанный. Лестрейд, вы
можете послать за собакой? Надежды на нее мало, но пренебрегать ничем не следует.
Лестрейд что-то сказал сопровождавшему его констеблю, и тот, вскочив в кеб,
умчался. Осмотр входных дверей показал их неповрежденность. Их открыли
ключом, и, видимо, преступник запер их снова, если верна версия Холмса по поводу
того, что полковник пришел к себе после него и ничего не заметил.
Мы вернулись в дом и стали опрашивать лакеев. У меня создалось впечатление,
что опросить их следовало бы раньше, но Холмс и Лестрейд прежде всего
обратились к тому, что можно было увидеть своими глазами. Лакеи рассказали, что
полковник живет уединенно, большого общения избегает. Средствами он
располагает и часто ездит в клуб играть в карты. Это у него давняя привычка, и
играет он, как говорят, очень искусно. Возвращается из клуба он всегда поздно и
проходит к себе через свои двери, не тревожа лакеев. Двери эти надежные. Их
три. Надо сначала открыть дверь в тамбур, в нем дверь в небольшой коридорчик,
а затем уже дверь в комнату полковника. Ключи от этих дверей у полковника
всегда при себе на связке. Они все сейчас на месте.
Накануне полковник отправился в клуб как обычно. После двенадцати ночи
прислуга легла спать. Часа через два все всполошились от выстрела в комнате
полковника . Кинулись туда и услышали звук отпираемой двери. Один из лакеев
кинулся к лежавшему навзничь полковнику, а другой выскочил к наружной двери. Из
нее выбежал человек. Когда лакей кинулся к нему, он погрозил ему пистолетом и
через калитку быстро вышел на улицу. Боясь получить пулю в живот, лакей не
двигался с места, но, когда увидел, что неизвестный остановил кеб и сел в
него, осторожно выглянул из калитки.
- Каков он был собой? - спросил Лестрейд. - Вы заметили его наружность?
- Нет, сэр, было темно. Я заметил только, что он невысокого роста и что
придерживал левую руку. Но он остановил кеб около фонаря, и я запомнил номер
кеба - двести сорок пять.
Лестрейд многозначительно взглянул на Холмса, а тот, как бы не замечая
этого взгляда, обратился к лакею:
- Скажите, а почему в комнате вашего хозяина такой тусклый свет?
- Так ведь в окно вставлены не стекла. Вот посмотрите. - Лакей ударил в
окно локтем, и его руку отбросило.
- Любопытное оснащение, - сказал Холмс, - и давно оно в окнах?
- Около двух месяцев, сэр, - ответил лакей. - Полковник как-то сказал, что
ему желательно иметь в окнах что-нибудь попрочнее стекла, но такое, чтобы
дневной свет в комнате все-таки был. Из Ипсуича ему доставили эти листы и
вмонтировали их в оконные рамы. Он несколько раз ездил туда по этому вопросу.
Решеток на окнах он не любил. Но это только в рамах его комнаты, во всех
остальных помещениях стекла обычные.
Лакеи были отпущены. Лестрейд, обращаясь к нам обоим, сказал:
- Теперь понятно, почему преступник подбирал ключи к дверям, а не проник в
помещение, просто выдавив стекло в раме. Видимо, он о таком устройстве знал,
равно как и знал, что полковник будет отсутствовать. Но зачем же нужно было
ему нападать на полковника? Ведь если он намерен был вскрыть сейф, это
удобнее сделать в отсутствие его хозяина. И зачем он так долго ожидал, а не
перерезал полковнику горло ножом сразу же, как тот вернулся? Поистине верно
утверждение, что в пустяковом деле больше загадок, чем в самом сложном!
Вернулся посланный Лестрейдом кеб и с ним проводник с собакой и
криминалист . Констебля Лестрейд тут же снова отправил на извозчичью биржу для
розыска кеба под номером 245. След собака взяла сразу же, но, дойдя до места ос-
тановки кеба, тут же его потеряла. Холмс распорядился, чтобы со следа сняли
точный слепок. Через некоторое время вернулся и констебль с кебом номер 245.
Его тщательно осмотрели и нашли несколько пятнышек крови, а у поручня тот же
кровавый отпечаток пальца. Кебмен сказал, что возвращался домой после
тяжелого дня, вдруг у фонаря его остановил седок и потребовал гнать во всю прыть.
Кебмен намеревался уже ехать в конюшню, так как лошадь его сильно устала. Но
седок прервал его резко, сказав, чтобы он пошевеливался, и показал дуло
пистолета . Описать наружность седока он не может, так как тот приказал ему не
оборачиваться, заприметил только, что роста он был небольшого. Доставил он
седока к вокзалу около трех часов ночи. Расплатился седок щедро, но грозно
потребовал, чтобы кебмен немедленно убирался.
Холмс предложил Лестрейду проехать к вокзалу. Двумя кебами мы отправились
туда, захватив и проводника с собой. После оставшегося следа она была
возбуждена еще и обнюхиванием внутренности кеба номер 245. Ее сразу выпустили, как
только мы подъехали к вокзалу, месту высадки ночного пассажира. Она потянула
через вокзал на перрон, рыскала туда и сюда, а потом замерла у места, где
останавливается последний вагон.
У начальника вокзала Холмс и Лестрейд выяснили, что после трех часов ночи
был отправлен только один поезд - на Ипсуич. Скоро такой же будет подан к
перрону. Ночной поезд не очень загружен, большинство людей предпочитают
дневную поездку.
Создавалось впечатление, что преступник покинул Лондон с этим поездом.
Доехал он до Ипсуича или сошел где-нибудь по дороге, оставалось гадать.
- Большего, я полагаю, нам сейчас установить не удастся, - сказал Холмс. -
Мне думается, Лестрейд, вам не терпится сопоставить отпечатки пальцев
преступника с теми, что имеются в вашей картотеке. Необходимость этого само
собой разумеется. Давайте разделим наши усилия. Я просто прокачусь в Ипсуич, а
вы займетесь этим неотложным делом. Вы же, Ватсон, останетесь в Лондоне. Я
надеюсь, что Лестрейд не откажет вам в получении отпечатка следа преступника,
изготовленного криминалистом. Затем, мне кажется, не лишним будет извлечь
пулю из стены. Хотя она, очевидно, не нападавшим выпущена, но в стене ей делать
нечего. А кроме того, мой друг, вы меня очень обяжете, если навестите
пострадавшего в больнице. Как военному врачу, вам это вполне удобно. Осведомитесь о
его состоянии, а если он уже пришел в себя, то и побеседуйте.
Мы не стали задерживаться. Холмс сел в поезд, отходящий на Ипсуич, а я в
сопровождении Лестрейда отправился выполнять его поручения.
Отпечаток следа был уже изготовлен в нескольких экземплярах, и один из них
Лестрейд передал мне. Пулю из стены мы извлекли совместно, и ее я также
забрал с собой.
Пообедав у себя дома и несколько передохнув, я решил наведаться в больницу.
Встретив там врача, увезшего полковника, я спросил его о состоянии раненого.
- Ничего страшного, мистер Ватсон, полковника просто оглушили. Он сейчас
пришел в себя, и вы можете его навестить, развеять ему скуку больничного
однообразия . Я рассчитываю на вашу деликатность. Дня три я все же его продержу
у себя, пусть очухается, отлежится. Пойдемте - я вас проведу, накиньте халат.
Полковник помещался в отдельной небольшой палате. При моем появлении он
приподнялся с подушек и настороженно всмотрелся в меня, не говоря ни слова.
Когда врач отрекомендовал меня как своего коллегу, военного работника от
медицины, возникшее было напряжение спало, и разговор у нас завязался. Его
облегчали мне воспоминания о боевых эпизодах, выпавших на мою долю,
сопоставление характера военных действий моего времени с нынешним или совсем недавним.
Полковник командовал подразделением в период англо-бурской войны. Ведение
боевых действии там не всегда было успешным, и ему случалось попадать в
передряги. Об этом он рассказывал оживленно, говоря, что после окончания кампании
он унаследовал хорошее состояние и вышел в отставку. Боевых товарищей у него
не осталось, а тематика, так будоражащая его, мало интересна тем, кто его
окружает. Живет он отчужденно, бывает в клубе, но и там не часто может
встретить ветеранов этой войны.
Так, постепенно, мне удалось подвести полковника к разговору о событиях,
приведших его на больничную койку. Вкратце все сводилось к следующему. Он
допоздна задержался в клубе за карточным столом. Возвращался с крупным
выигрышем - он не из последних игроков в Лондоне. Отпустив кеб, на котором приехал,
полковник прошел к себе в комнату через свой отдельный ход, никого не тревожа
в доме. Он открыл одну за другой три входные двери, запер их снова и ключи
положил в карман. Выигрыш свой он поместил в сейф и тут же Запер его. Посидев
некоторое время за столом, он выпил стаканчик бренди и закурил сигарету.
Ничего подозрительного или настораживающего он не заметил. Раздевшись, он лег в
постель, погасил свет и уже начал погружаться в сон. Вдруг резкий запах
заставил его вскинуться. Он отпрянул и отшвырнул что-то со своего лица, и на
него тут же навалился человек. По старой армейской привычке полковник, ложась
в постель, имеет обыкновение класть свой пистолет под подушку. Выхватив
пистолет , полковник выстрелил в злоумышленника. Но тот успел ударить его по
руке, и пистолет из нее выпал. В схватке полковник схватил со стола нож и
ударил нападавшего, но куда именно, он не знает - было темно. А следом за этим
он получил страшный удар по голове и потерял сознание. Вот все, что он знает.
Конечно, если бы не такая внезапность, полковник не дал бы промаха. Свой
пистолет он знает превосходно, он с ним всю войну прошел. Я нашел нужным
сообщить полковнику, что его выстрел взбудоражил всю прислугу в доме, которая
едва не схватила преступника, Он убежал, но сейф полковника остался
непотревоженным. Я спросил полковника очень осторожно, не думает ли он, что кто-то
захотел свести с ним какие-то личные счеты? Он ответил, что если бы дело
обстояло так, то преступник не стал бы способствовать его сну, а просто
прирезал бы его, пользуясь тем, что о его присутствии не подозревалось. Я
согласился с этим доводом.
Побеседовав таким образом с полковником, я подбодрил его сообщением, что
врач намеревается его выписать в ближайшие дни, и распрощался, пожелав
полнейшего выздоровления.
Холмс появился в доме, когда я уже спал. Утром он расспросил меня о моих
успехах. Я передал ему отпечаток следа, переданный мне Лестрейдом, и пулю,
извлеченную из стены комнаты полковника. Рассказ о моей с ним беседе Холмс
выслушал с сосредоточенным вниманием, одобрив манеру моего поведения.
Вскоре в нашей квартире появился Лестрейд, возбужденный и радостный:
- Наше дело сильно подвинулось, джентльмены! Я обнаружил отпечатки пальцев
преступника в картотеке Скотленд-Ярда. Они принадлежат рецидивисту, ранее
судимому. Имя его Тим Пибоди. Правда, за последнее время его ни на чем не
поймали. И в Лондоне он, кажется, не обретается. Будем искать его в Ипсуиче.
Следы, как мы видим, ведут именно туда.
Он исчез так же быстро, как появился. По его уходе Холмс выкурил трубку и
обратился ко мне с предложением:
- Не будете ли вы против того, дорогой Ватсон, чтобы сделать еще попытку
использовать ваше звание военного врача? Она может в этом случае принести еще
большую пользу, чем ваша беседа с полковником Мэрдстоном.
Я выразил свое полное согласие.
- У вас, возможно, остался кто-нибудь из старых знакомых, кто не покинул
армейскую службу. Не поможет ли он, если таковой имеется, что-нибудь узнать о
службе полковника Мэрдстона в Африке?
Я сказал, что мои армейские связи в основном затерялись, но, насколько
помню, в штабе еще работает полковник Стирфорт, с которым в свое время меня све-
ла военная судьба. Я не уверен, как он встретит нас, помнит ли меня еще, но
по старым временам я знаю его как приятного, прямодушного и отзывчивого
офицера . Я даже знаю его адрес, и мы можем сделать попытку навестить его.
Нисколько не медля, мы оделись и сели в кеб, владельцу которого я указал
адрес. Солидность дома, к которому мы подкатили, не вселяла надежду на
хороший прием. Тем не менее, осведомившись у лакея, дома ли полковник Стирфорт, я
попросил доложить ему, что с ним хочет увидеться военный врач Ватсон. Ждать
нам пришлось очень недолго, и лакей, открывая дверь, сказал:
- Проходите, джентльмены, полковник ожидает вас.
Седовласый и потучневший мужчина поднялся нам навстречу:
- Дорогой Ватсон! Сколько лет мы уже не виделись! Все боевые друзья наши
уходят или отдаляются. Так приятно увидеть кого-нибудь, с кем проходили
тяжелые наши годы.
Память полковника Стирфорта не ослабела, и воспоминания о некоторых боевых
эпизодах были у нас обоюдные. На них нет смысла сейчас останавливаться, так
как к делу, побудившему нас к этому визиту, они отношения не имели. С
армейской прямотой полковник сам спросил, что экстренное привело нас к нему в этот
день.
Узнав о нашем интересе к африканской службе полковника Мэрдстона, Стирфорт
поправил нас:
- Не полковника, джентльмены, а майора. Чин полковника был присвоен ему при
выходе в отставку. Я его помню, но полагаю, что более подробные сведения
смогу сообщить вам лишь после того, как загляну в архив. Раз уж вы так
заинтересованы Мэрдстоном, то я сделаю это для вас сегодня же. Я сообщу вам о нем
все, что известно, уже сегодня вечером. Соблаговолите навестить меня часиков
в восемь-девять, когда я возвращусь.
Задерживаться не имело смысла.
- Мы чувствуем себя очень неловко, полковник, - сказал ему Холмс, - это
может оказаться обременительной просьбой...
- Чепуха! Я поручу это шустрому и исполнительному офицеру, и он быстро, как
на ладони, выложит мне все.
- Тогда, - сказал Холмс, - может быть, этот офицер заодно и обратит
внимание на соприкасательство службы полковника с такими лицами, как Эдвард Трент
и Ральф Коннели.
- Хорошо, джентльмены, - сказал полковник, записывая эту просьбу на
отдельном листке.
Мы заранее за все поблагодарили и долее задерживаться не стали.
Как было условленно, мы подъехали к дому полковника ровно к девяти часам
вечера. На наш вопрос, вернулся ли полковник, лакей отвечал утвердительно,
добавив, что он ожидает нас.
Я не питал особых надежд, что Стирфорту так быстро удастся обнаружить
какие-нибудь сведения о полковнике Мэрдстоне, но, видимо, недооценил четкость
его службы.
Сведения не были подробными, но кое-что нам сказали. По ним выходило, что
майор Мэрдстон командовал подразделением в период англо-бурской войны. Был
отмечен наградой за успешные боевые действия, проведенные в долине реки Вил-
ге. Характер майора отмечался суровым. Дисциплина в его подразделении была
высокая. По завершении войны Мэрдстон вышел в отставку с присвоением ему чина
полковника. Успешность проведенного им боя обусловлена была тем, что майор,
послав в разведку своего ординарца Тима Пибоди, получил ценные сведения о
расположении сил противника. Эдвард Трент в его подразделении был сержантом-
артиллеристом , а Ральф Коннели непосредственно с ним не соприкасался, он был
лейтенантом соседнего подразделения. Оба они попали в плен к бурам и по
завершении боевых действий из армии были уволены без присвоения им следующих
званий.
Холмс горячо поблагодарил Стирфорта за предоставленные сведения. Я,
конечно, тоже, хотя решительно не представлял себе, чем они могут помочь моему
другу в его расследовании.
Когда мы были уже дома, я обратился к Холмсу:
- Связь полковника с Тимом Пибоди, по данным Стирфорта, мне думается, для
вас в какой-то степени выявляется. Но скажите мне, мой друг, кто такие Эдвард
Трент и Ральф Коннели, почему они вас заинтересовали?
- Не буду таить от вас, Ватсон. В своей поездке в Ипсуич я не искал следов
Тима Пибоди по той простой причине, что не знал о его существовании. Но в
комнате полковника Мэрдстона меня поразили «стекла» в окнах. Согласитесь, что
и на вас они произвели впечатление. Лакей полковника сообщил нам, когда
вставлены эти «стекла» и откуда они доставлены. Их привезли из Ипсуича, куда
предположительно и уехал преступник после нападения на полковника. Мне не
составило большого труда отыскать в Ипсуиче завод резинотехнических изделий.
Мне удалось побеседовать с его владельцем. Я сказал напрямик, что видел
изготовленные этим заводом листы в оконных проемах полковника. Не могу ли я
заказать такие для себя и в какую сумму мне это обойдется? Мне сказали, что, к
великому сожалению, этот заказ для меня выполнить не смогут. Сделанное для
полковника исполнено в индивидуальном порядке технологом, который завод
покинул. Для завода это большая потеря, так как технолог этот, Ральф Коннели, был
исключительно талантлив и энергичен. Он большой специалист по производству
резины, знает такие ее тонкости, какие нам и не снились. Узнав о заказе
полковника , он согласился его выполнить, но весь процесс по изготовлению этих
листов провел сам, никого в него не посвящая. Запатентовав его, можно
составить состояние. Может быть, владельцу завода и удалось бы склонить Коннели к
этому, но вскоре к тому приехала невеста из Голландии. Она схоронила отца,
оставившего ей крупное состояние. Ральф Коннели попросил рассчитать его по
той причине, что он намерен вступить в брак и покинуть Англию. Причины были
слишком серьезными для того, чтобы не отказать ему в его просьбе. Думается,
что он станет основателем своего резинотехнического производства, на котором
успешно сможет реализовать свои открытия в области технологии резины.
Я поинтересовался, не смогу ли я его найти через каких-нибудь друзей. Мне
сказали, что он был малообщительным человеком. Он участвовал в боевых
действиях против буров. Видимо, африканские впечатления не лучшим образом повлияли
на его характер. О его друзьях ничего не известно. Единственно, с кем его
связывали, в какой-то мере, приятельские отношения, это со слесарем Эдвардом
Трентом, о котором известно, что он также воевал в Африке. Вот, что побудило
меня поинтересоваться этими именами у полковника Стирфорта.
На следующий день к нам примчался Лестрейд.
- Я изловил преступника, - возбужденно сказал он. - Я доставил его сюда, и,
хотя он пока запирается в содеянном, деваться ему некуда!
Мы смотрели на Лестрейда с интересом.
- Я отправился в Ипсуич, - стал он рассказывать, - и там нашел, что в
городе есть бакалейная лавка Пибоди. Я разыскал ее и попросил указать, как пройти
к ее владельцу. Мне указали. Я сразу узнал его по фотографии из его старого
дела, хотя, конечно, с тех пор он несколько постарел. Я спросил его: «Вы Тим
Пибоди, владелец этой лавки?» Этот негодяй без тени смущения отвечает: «Да,
я, чем могу быть полезен?» Я называю время нападения на полковника и
спрашиваю , где он был тогда. Ответ был такой, какого и следовало ожидать: «Я никуда
не отлучался». - «Кто может это подтвердить?»
Он призывает своих служащих, и те хором свидетельствуют, что мистер Пибоди
в последние дни был в своей лавке. Но старого воробья не так просто провести,
я понял, что Пибоди позаботился о том, чтобы они так говорили, если придется
на этот вопрос отвечать. Я сказал, что, тем не менее, для выяснения некоторых
обстоятельств ему придется проследовать со мной в Лондон. Он не выказал
особого волнения, отдал какие-то распоряжения, и я привез его сюда. Здесь он
продолжает упорно отрицать свое присутствие в Лондоне в день преступления. Я
привел швейцара из клуба, который обычно посещает полковник. Тот, взглянув на
него, сказал, что не может точно сказать, когда именно, но ему приходилось
видеть этого человека в клубе совсем недавно.
- Поздравляю вас, Лестрейд, - сказал Холмс, - у вас в руках главное.
Остается только выявить мотив действий преступника.
Лестрейд удовлетворенно усмехнулся:
- Да, это уж как водится. Я думаю, он недолго будет запираться. Я пока
мариную его, не предъявляя оставленных им отпечатков пальцев.
Казалось, что искать более нечего, что дело полковника Мэрдстона близко к
своему завершению, осталось только уточнить некоторые детали. Но получилось
иначе. На следующий день Лестрейд пришел к нам совершенно обескураженный.
- Какая-то фантасмагория, Холмс! - начал он без всяких предисловий. -
Преступник у меня в руках, но я не могу его идентифицировать. Я всячески
хитроумно допрашивал его, но он стоит на своем: да, он Тим Пибоди, но в последние
дни из Ипсуича никуда не отлучался, так что к лондонскому нападению на
полковника Мэрдстона никакого отношения иметь не может. Я решил его доконать,
предъявил ему оставленные на месте преступления отпечатки и полагал, что
запирательствам пришел конец. Представьте себе, джентльмены, он и ухом не
повел, ну просто никакого смущения! Я заставил его дать отпечатки своих
пальцев, а потом пошел и сверил их с теми, что остались от его старого дела.
Невероятно , но факт: отпечатки не совпадают! Они совсем не похожи одни на
другие . У меня голова кругом идет!
Холмс развеселился и с некоторой игривостью спросил Лестрейда:
- А не могло ли быть какой ошибки в Скотленд-Ярде, при снятии стародавних
отпечатков Пибоди, какой-нибудь путаницы или подмены?
- Вы, кажется, издеваетесь надо мной, Холмс. Четкость всех действий
Скотленд-Ярда никогда и никем не ставилась под сомнение. С возрастом рисунок
линий на пальцах не изменяется, и я сейчас не знаю, что мне делать с этим
нахалом.
- Полагаю, что вам придется его отпустить: у вас нет достаточных оснований
подозревать его в нападении на полковника Мэрдстона. Тут веселенькое дело.
То, что сам он себя именует Тимом Пибоди, а также свидетельство его служащих
и швейцара клуба в Лондоне, приводит к мысли, что он - двойник Тима Пибоди,
которого тот нанимает, чтобы обеспечить себе алиби. Вашу удачу опрокинула
дактилоскопия, настоящего преступника еще надо искать. Могу сообщить вам,
Лестрейд, одну маленькую подробность, которая, думается, должна вас
заинтересовать. В англо-бурской войне Тим Пибоди состоял ординарцем при майоре Мэрдсто-
не. Полковника тот получил при выходе в отставку. Что связывало их в
последние годы, нам неизвестно. Были ли со стороны бывшего ординарца к своему
начальнику какие-нибудь претензии, сказать трудно. Не исключено, конечно, что
здесь сведение каких-то старых счетов, но никаких оснований для такого
утверждения пока нет.
Лестрейд ушел от нас озадаченным и появился снова только через два дня.
- Ну что, дорогой Лестрейд, - участливо спросил его Холмс, - наметился ли
просвет в вашем расследовании?
Лестрейд тяжело вздохнул.
- Полный тупик, Холмс! Я опросил снова этого наглеца и сказал ему, что он
не Тим Пибоди, а всего лишь его копия. Постращал его, говоря, что он может
быть привлечен к ответственности по делу о нападении на полковника Мэрдстона.
Но я его не испугал! Он не стал запираться и сообщил, что он действительно не
Тим Пибоди, а Мэтью Мэгвич - актер провинциального театра, по каким-то
причинам из него выбывший. Он сидел на мели. Но вдруг ему улыбнулось счастье. Его
заприметил владелец бакалейной лавки Тим Пибоди. Он пригласил актера к себе и
сделал ему выгодное предложение, заключающееся в том, что его будут при
надобности приглашать в лавку с тем, чтобы он изображал Тима Пибоди, когда у
того появится надобность отлучиться на несколько дней. Ничего
предосудительного актер в этом не предусмотрел, тем более что платил Пибоди хорошо, а
работать Мэгвичу приходилось только при его отлучках. Он не интересовался,
зачем Пибоди нужна была такая комбинация, полагая, что он обделывает свои
коммерческие делишки. Дав согласие, Мэгвич изменил себе прическу, отпустил бачки
так, как обычно носит их Тим Пибоди. Актерские способности помогли ему
вжиться в роль. Говорить он стал с теми же интонациями, что и владелец лавки,
перенял ряд его манер и привычек. Служащие в лавке и не подозревали, что в
отдельные дни ими распоряжается фальшивый Тим Пибоди. В общих чертах Мэгвич
усвоил себе порядки, установленные в лавке. Он делал в отсутствие Тима Пибоди
отдельные мелкие распоряжения, какие сделал бы сам хозяин лавки. Если
возникал какой-нибудь более серьезный вопрос, то он откладывал его в сторону,
говоря, что еще подумает, как поступить. Все у него шло так хорошо, что
служащие и не замечали, когда настоящий Тим Пибоди возвращается к себе. Я
попытался было обязать его извещением Скотленд-Ярда о появлении Тима Пибоди, но тот
от такого решительно отказался. Он нахально заявил мне, что предпочитает
сидеть под замком, ибо он актер, а не предатель. Он-де откровенно рассказал мне
историю своего найма, ему хорошо платили, требовать от него черней
неблагодарности к своему хозяину у меня нет основания. А страшиться ему нечего:
дактилоскопия его уже оправдала, он не был в Лондоне и никакого отношения к
нападению на полковника Мэрдстона не имеет. И все это говорилось мне с таким
неподражаемым достоинством, что диву можно было даваться. Приложил все свои
актерские способности. Я отпустил его, Холмс.
- Ну, совершенно правильно поступили, Лестрейд, радуйтесь, что он еще не
потребовал от вас извинений. Теперь вся тонкость ваших действий состоит в
том, чтобы установить наблюдение за лавкой и накрыть Тима Пибоди при его
возвращении . Не спутайте только их при задержании, чтобы не было нового конфуза.
Извещать о своих приключениях актер, я полагаю, не будет, так как Тим Пибоди
не ставит его в известность о том, куда он направится.
- Нет, Холмс, дело гораздо хуже, чем вы себе представляете. Я не могу
задержать Тима Пибоди потому, что он уже задержан, он попался на взломе сейфа в
одном учреждении. Вчера вечером в Скотленд-Ярд поступила депеша, извещающая
об этом. От Нортгемптонской полиции. Завтра его доставят сюда. Но ведь беда в
том, что я не смогу предъявить ему обвинения по поводу нападения на
полковника Мэрдстона. У него алиби покрепче того, что он устраивал себе через актера
Мэгвича. К моменту нападения на полковника Тим Пибоди уже три дня как
находился под надежным замком полицейского участка в Нортгемптоне!
Когда он ушел, то Холмс откинулся на спинку кресла, задымил своей трубкой и
посмотрел на меня испытывающе:
- Ну, что вы можете сказать, мой друг, по поводу так называемых вновь
открывшихся обстоятельств?
Мне нечего было ответить на его вопрос. Я только пожал плечами и развел
руки.
- Вот видите, как иногда совершенно очевидное оказывается невероятным.
Несдержанный Лестрейд любит подчеркивать, что он доверяет только фактам. А
теперь, как видите, факты, добытые им с легкостью, упавшие ему, что называется,
«с неба», могут, похоже, расстроить его психику. Меня все это в панику не
повергает . У меня такое впечатление, что круг поисков все же сужается.
Я ничего не мог сказать ему, так как, по моим понятиям, «круг поисков» был
разорван.
- Я сейчас исчезну, дорогой Ватсон, скорее всего, меня и завтра не будет
весь день. Но вы постарайтесь пока надолго из дома не отлучаться. - Он оделся
и ушел, ничего более мне не сказав.
Через день после этого, уже к вечеру, Холмс подкатил к нашей квартире на
Бейкер-стрит. Войдя в помещение, он поздоровался со мной и сказал, чтобы я
побыстрее собирался, чтобы поехать с ним. Кеб ожидал на улице. Мы сели, и
здесь я увидел Лестреида, ожидавшего Холмса и меня в кебе. Помчались мы к
дому полковника Мэрдстона. У ворот его стоял еще один кеб. Из него вышли трое в
плащах и поздоровались с нами. Лестрейд повел нас к главному входу. На его
вопрос, дома ли полковник Мэрдстон, лакей ответил утвердительно и открыл нам
двери. Мы вошли в зал, и Лестрейд сказал лакею:
- Нас слишком много, чтобы поместиться в комнате полковника. Доложите ему о
нас, я надеюсь, он примет нас в зале.
Через некоторое время полковник вышел к нам, несколько недоумевая, что нас
так много. Он пригласил всех садиться и затем спросил, чем обязан таким
вниманием. Лестреида и меня он узнал с первого взгляда, а об остальных не имел
никакого представления.
Один из новоприбывших, по выправке которого можно было сразу определить,
что это военный, порылся в сумке и достал оттуда что-то завернутое в бумагу.
Он развернул сверток и обратился к Мэрдстону:
- Скажите, полковник, это ваш пистолет?
- Без сомнения! Я очень рад, что вы нашли его. Это мой боевой товарищ, с
которым я не расставался в своей африканской кампании.
- Посмотрите внимательно. Вы уверены, что это тот самый пистолет?
- Конечно уверен! На нем должен быть номер, зафиксированный в бумагах
нашего штаба. Я же помню его наизусть: одиннадцать - девятьсот девятнадцать.
Можете это проверить. Надеюсь, что вы его мне возвратите?
- Одну минуточку, полковник. Вот пуля, извлеченная из стены вашей комнаты,
которую вы пытались всадить в преступника, напавшего на вас. Криминалисты
подтверждают, что пуля выпущена из ствола вашего пистолета: на ней бороздки,
соответствующие неровностям в канале ствола пистолета.
- Это и так очевидно, зачем нужен криминалист?
- Извините, полковник. Я - военный следователь Глесстон, и мне поручено
заняться вашим делом. Вам придется собраться и проехать с нами.
- Но на каком основании?!
- Вы подозреваетесь в покушении на умышленное убийство.
- Я?! Вы в своем уме? На основании того, что пуля в стене выпущена из моего
пистолета, вы подозреваете меня в убийстве? Прежде всего, никакого убийства
не состоялось. Мне, к сожалению, не удалось прихлопнуть мерзавца, который
напал на меня в моем доме. Но если бы я и не промахнулся, то обвинять
пострадавшего в самозащите, по меньшей мере, нелепо!
- Это все так, полковник. Однако имеются и другие обстоятельства. Я попрошу
вас, полковник, и всех остальных поближе к столу.
Из этой же сумки Глесстон достал коробочку, перекрещенную тонким шпагатом,
на котором висела сургучная печать. К шпагату же был подсоединен конверт.
Глесстон предложил осмотреть печать. На ней значилось: «Военный госпиталь.
Амстердам». В коробочке оказалась пуля от крупнокалиберного пистолета.
Глесстон зачитал текст прилагаемого к этой необычной посылочке письма: «Я,
голландский врач Ван-Гуттен, настоящим удостоверяю, что прилагаемая при сем пуля
извлечена мной из тела английского лейтенанта Ральфа Коннели 25 мая 1901
года , когда наш полевой госпиталь дислоцировался в долине реки Вилге.
Английский лейтенант Ральф Коннели был подобран конным разъездом буров. Благодаря
своевременно проведенной операции лейтенант Коннели остался жив и передан в
лагерь военнопленных».
После некоторого молчания Глесстон продолжил:
- Нам и сейчас видно, что присланная из Голландии пуля, выпущена из
пистолета за номером одиннадцать - девятьсот девятнадцать, принадлежащего вам,
полковник Мэрдстон. Но, тем не менее, дополнительную сверку проведет
криминалист. Прошу не задерживаться, полковник. Вы находитесь под арестом.
Такая концовка ошеломила меня. Кеб с офицерами и полковником уехал в одном
направлении, а мы, то есть я, Холмс и Лестрейд, поехали в нашу квартиру.
В пути мы не задавали Холмсу никаких вопросов, но дома, разместившись за
столом, стали напряженно ожидать, когда он прольет свет на все случившееся.
- Ну что же, друзья мои, - сказал Холмс, - я вижу в ваших глазах
нетерпение. Вам хочется узнать, как дело полковника Мэрдстона пришло к такому
финалу. Расскажу вам об этом в самых коротких чертах. Неожиданные факты
обрушились на вашу голову, Лестрейд, и опрокинули наиболее очевидные версии. Я
понял , что медлить более нельзя, и отправился в Ипсуич. Адрес слесаря Эдварда
Трента мне был известен еще с первой, моей поездки. Я решил навестить этого
единственного из нам известных подчиненных полковника Мэрдстона по англо-
бурской войне. Он принял меня в своей скромной квартире. Я сказал, что зашел
с тем, чтобы передать ему привет от Ральфа Коннели. Он сразу спросил меня,
был ли я на континенте, откуда я знаком с Коннели. Я ответил, что все не
совсем так, на континенте я еще не побывал, но съезжу туда, если в том выявится
необходимость. Потом я спросил его, как хорошо он знает полковника Мэрдстона.
Он насторожился и резко заявил, что с полковником Мэрдстоном он не знаком. Я
сказал, что такое утверждение, пожалуй, правомерно, ибо в Африке Эдвард Трент
служил под командованием не полковника, а майора Мэрдстона. Когда же Трент
двинул Мэрдстона по черепу, то он не спрашивал, какое тот звание имеет. А
общение их, крайне, правда, кратковременное, вполне можно определить как
тесное.
- Между прочим, - заметил я Тренту, - Ральф Коннели обеспокоен состоянием
вашей левой руки. Я вижу, кончик бинта на ней выглядывает из-под рукава.
- Вы что - врач? - спросил он меня.
- Нет, - ответил я ему, - врачом является мой друг Ватсон, он, если
потребуется, может посмотреть ваше ранение и указать способ быстрого излечения. Я
же - сыщик Шерлок Холмс, заинтересовавшийся историей нападения на полковника
Мэрдстона в его доме. Следствие было направлено по ложному следу благодаря
оставленным преступником отпечаткам пальцев. При проверке в картотеке
Скотленд-Ярда было установлено, что принадлежат они некоему Тиму Пибоди. По
сравнению с этой уликой бледнело что-либо другое. Однако отпечатки пальцев руки
были не единственным следом, оставленным преступником. Какой-то интерес мог
представить собой и отпечаток ботинка его, хотя, конечно, куда менее
характерный. Однако я обратил внимание, что на ногу верзилы Тима Пибоди едва ли
смог бы налезть такой ботинок. Если бы даже он и ухитрился как-то напялить
его, то передвижения были бы крайне затруднены, и преследователи тут же
настигли бы преступника. След был очень четкий, и повреждение ранта на
внутренней стороне видно вполне ясно. Вот этот отпечаток. Если мы сопоставим его с
тем, что оставляет ваш ботинок, то идентичность их ни у кого сомнений не
вызовет .
Наша беседа с ним была, я бы сказал, более прямолинейной, чем с вами,
Ватсон и Лестрейд. Но это, пожалуйста, не относите на счет моего к вам
неуважения. Просто при беседе с Трентом уже выяснились все основные детали, и мне
нужно было его оглушить своей осведомленностью.
- Вы, - сказал я далее Тренту, - в сомнении: как среди сотен тысяч ботинок
я мог прийти к вашему. Все гораздо проще, чем вы предполагаете. Преступник
проделал кропотливую предварительную работу, для исполнения которой потребо-
валось наведываться к полковнику в его отсутствие и тайно от живущих в доме
по меньшей мере трижды. Надо было подобрать, скорее всего, изготовить по
слепкам ключи к трем дверям комнаты полковника Мэрдстона. Почему он просто не
взломал дверь? Ответ напрашивается: он ждал возвращения полковника, и
довольно долго. Что помешало ему избежать такой трудной работы и проникнуть в
помещение через окна? Только то, что ему было известно о вставленной в окна
прозрачной резине, которую не удастся ни выдавить, ни разрезать ножом. Откуда
ему известно такое? Скорее всего, от самого изготовителя, которым был Ральф
Коннели.
Всего интереснее, что заказ на такое «резиновое стекло» был дан полковником
Мэрдстоном. Так ли оно ему нужно? Наиболее вероятно, что ему хотелось
побывать на заводе, что-то или кого-то там увидеть. Заказ свой он предложил,
рассчитывая на заведомую его невыполнимость. И тут он обманулся в своих
расчетах. Ральф Коннели заказ исполнил, не сообщая руководству завода тонкости
своей технологии. Его-то и надеялся увидеть полковник, убедиться, что это
именно то лицо, которое его интересует. Но общение, видимо, не состоялось.
Ральф Коннели выполнил заказ, не выразив желания встретиться с заказчиком. Из
документов, которыми располагает военное ведомство по англо-бурской войне,
стало известно, что майор Мэрдстон командовал подразделением, в котором
Эдвард Трент был сержантом артиллерии. Тим Пибоди состоял ординарцем при майоре
Мэрдстоне, а Ральф Коннели - офицер соседнего подразделения. Неповрежденными
с войны вернулись только Мэрдстон и Пибоди, а другие двое попали к бурам в
плен. Все действующие лица, кроме полковника Мэрдстона, обосновались в
Ипсуиче. Какие-то счеты, оставшиеся у них после войны, могли иметь место.
Отпечатки пальцев Тима Пибоди прямо указывали на него как на злоумышленника. Его
узнал швейцар клуба, в котором Мэрдстон имеет обыкновение играть в карты.
Однако, несмотря на столь очевидные улики, версия о его причастности к этому делу
отпала, ввиду того, что Тим Пибоди к моменту преступления уже три дня
находился под замком. Ясно, что отпечатки его пальцев фальшивые, оставленные
преступником нарочито. Подобный случай вы, я думаю, помните, Лестрейд, - дело
Гектора Макфарлейна, на которого падало подозрение в убийстве подрядчика из
Лоуэр-Норвуда Джона Олдейкра. Тогда выяснилось, что Олдейкр жив и здоров,
хитроумно обставив свое «убийство». Он тогда переборщил с отпечатками пальцев
подозреваемого Макфарлейна. Он этот отпечаток снял с сургуча, который был на
конверте, сделав по нему восковой слепок. В деле полковника Мэрдстона такое
исключалось. Отпечаток пальца имеется на углу сейфа. Если бы он был на
восковом слепке, то последний изогнулся бы под углом и в таком положении остался.
Однако отпечаток есть и у косяка двери, после того как нападавший получил
ранение. Стало быть, какая-то деформация слепка места не имела. Отпечатки,
оставленные пальцем, на котором была перчатка! Они были нанесены на ее
поверхность . Этот момент беспрецедентный. Такие перчатки мог изготовить только
высокоталантливый специалист по резине. Несомненно, что и ему это стоило
огромных усилий, прежде чем он добился успеха. Таким специалистом мог быть Ральф
Коннели. Он уже достаточно зарекомендовал себя изготовлением прозрачной
резины, толщина которой достигает трех четвертей дюйма. Благодарение богу, что
таких специалистов единицы, а скорее всего, он - единственный. Такой
инвентарь в руках преступников крайне осложнил бы работу всех сыскных отделений.
Создается впечатление, что изготовитель этих перчаток не имел широких планов,
сделав их только для данного случая. Вряд ли такому таланту это нужно, он
может составить себе состояние и удовлетворять свое научное любопытство, не
вступая в конфликт с законом.
Теперь о самом нападении. Оно тщательно подготавливалось. Каков его мотив?
Если ограбление, то почему, располагая временем, преступник не вскрыл сейф?
Он ожидал прихода полковника. Хотел с ним расправиться? Почему же он тогда
просто не зарезал или не удушил его? Почему он прибегнул к такому средству,
как хлороформ? Если нужно было усыпить полковника, чтобы он ему не мешал, то
все, что нужно преступнику, он мог спокойно взять до его прихода. Вывод здесь
однозначный: он хотел взять что-то, что держал полковник при себе. Ясно, что
преступник не хотел убивать полковника. Если искомое находилось в карманах
полковника, то совсем не обязательно усыплять его, можно обойтись без этого.
Ведь полковник разделся, а одежда его располагалась на стуле. Был лишь один
предмет, который он не оставил в одежде. Это пистолет, который он клал под
подушку. Преступник завладел им после завязавшейся борьбы. Он чуть не
поплатился при этом, но пистолет с собой унес, не только как оружие от
преследовавших его лакеев, но и как предмет, за которым он приходил к полковнику.
Зачем, он понадобился преступнику, для вас уже ясно. Следователь Глесстон
представил это наглядно.
Все это я последовательно излагал Эдварду Тренту, чем и побудил его
рассказать подробности. Вот что он мне поведал. В Африке в период войны он
командовал батареей в подразделении майора Мэрдстона. Тот отличался крутостью своих
поступков и жестокостью к подчиненным, но у начальства он был на хорошем
счету. Тим Пибоди, его ординарец, выслуживался перед ним и старался больше
своего командира, терроризировал солдат.
- Буры против нас первоначально имели успех и крепко задавали перцу, -
рассказывал Трент. - Испортился замок у одного из орудий, и подошедшему тогда
Тиму Пибоди я доложил об этом, надеясь, что майор даст соответствующие
указания . Но тот на меня разозлился, а когда я стал настаивать, то просто отлупил
меня, обозвав трусом и паникером. Майор, появившийся вскоре, всецело его
поддержал, сказав, что если я позволю себе еще что-либо подобное, то он прикажет
меня расстрелять. О Тиме Пибоди ходили среди солдат слухи, что он, уйдя
добровольцем на войну, скрылся от преследования полиции, так как был замешан в
каком-то ограблении. В общем, он - закоренелый уголовный тип, но именно
такой, какой требовался майору Мэрдстону, для которого прошлое Тима Пибоди, по
всей вероятности, не было секретом.
- Далее, - продолжал Трент, - майор приказал немедленно выдвинуть батарею
на позицию. Вскоре появилась конница буров, завязался бой. Их артиллерийский
огонь обрушился на мою батарею. В самый разгар неисправный замок с орудия
сорвало и поувечило обслугу. Конница буров налетела вихрем и всех перебила. Я
остался на поле оглушенным. Буры увезли меня в свой лагерь. В полевом их
госпитале меня стали лечить, и я довольно быстро поправился.
Через несколько дней в госпиталь доставили тяжело раненного лейтенанта
Коннели. Голландский врач Ван-Гуттен извлек из него пулю, чем сохранил ему
жизнь. Командующий у буров намеревался расстрелять Коннели, усматривая в нем
лазутчика, так как он был подобран не на поле боя, подобно мне, и на нем были
резиновые сапоги (рядом была болотистая местность). Врач отстоял Коннели,
сказав командующему, что он ранен пулей из английского крупнокалиберного
пистолета - сзади. Это смягчило командующего. За Коннели неусыпно ухаживала
хорошенькая медсестра-голландочка, и ее стараниями он стал на ноги. Мы до этого
не знали друг друга, хотя наши подразделения были соседями.
Всего через два дня после того, как Коннели доставили в госпиталь,
англичане провели успешную боевую операцию, потеснив буров. Госпиталь был
переправлен в глубь расположения. С Коннели мы остались в плену до окончания войны.
Мне, своему товарищу по несчастью, он и рассказал, как случилось, что он
попал в плен. Командованию стало ясно, что последний неуспех, обусловлен тем,
что у нас нечеткое представление о противнике. Лейтенант Коннели своим
командиром был отправлен в разведку. По болотам, через кусты он сумел довольно
близко скрытно приблизиться к расположению буров. Не будучи замеченным, он
Зарисовал схему позиций буров и начал потихоньку пятиться. Вдруг сзади про-
гремел выстрел, и его ударила пуля. Он залился кровью, сознание мутилось,
подняться не мог. Услышал приближающиеся шаги и, полагая, что это идут его
добивать или захватить в плен, замер не шевелясь. К нему подошли, и он
услышал два голоса, который были ему знакомы. Пришедшие обшарили его карманы и,
решив, что он убит, скрылись. Голос принадлежал майору Мэрдстону и его
ординарцу Тиму Пибоди. Если бы Коннели обнаружил, что он еще жив, то его добили
бы. Через некоторое время на месте оказался разъезд буров, который и подобрал
его. То, что схему бурских позиций майор Мэрдстон унес с собой, оказалось
спасительным для Коннели обстоятельством. Мэрдстон же воспользовался ею, как
добытой якобы его ординарцем Пибоди, и удар по наименее защищенным точкам
буров обеспечил ему через два дня победу.
Коннели был превосходным химиком. После войны он устроился на завод
резинотехнических изделий в Ипсуиче, и там его очень высоко ценили. Я, Эдвард
Трент, большого образования не получил, но руки у меня была неплохие. Коннели
и помог мне устроиться на завод слесарем. Мы с ним время от времени
встречались как старые товарищи. Остальных-то мы оба к тому времени растеряли.
Однажды я наткнулся на вывеску бакалейной лавки Пибоди и, естественно, залюбопыт-
ствовал, он ли это или просто его однофамилец. Оказалось, что именно он, хотя
и постаревший. Я постарался себя не обнаружить, а Коннели о своем открытии
сказал. Беда в том, что этот проходимец сам меня заметил и, наверное,
выследил мою встречу с Коннели. Он и сообщил Мэрдстону, что Коннели не пропал, а
работает в Ипсуиче на заводе резинотехнических изделий. Мэрдстон, по всей
вероятности, усомнился в этом, ибо полагал, что его выстрел уничтожил Коннели.
Чтобы взглянуть на человека, в котором Пибоди усмотрел Коннели, Мэрдстон и
прибыл на завод с «идиотским», как он считал, заказом. Но Коннели ему
повидать не удалось, а «идиотский» заказ был выполнен, так что ему пришлось его
забрать. Работа превосходная, она стоит тех денег, которые вынужден был
заплатить за нее Мэрдстон.
Однако Коннели почувствовал, что он не находится в безопасности. Мэрдстон -
убийца и, если убедится, в том, что это именно он, будет искать пути к тому,
чтобы его уничтожить, дабы не открылось его африканское преступление.
С голландочкой, которая выходила его, Коннели состоял в очень теплой
переписке. Она его и известила, что сохранила пулю, которой он едва не был убит.
Тогда Коннели и составил план возмездия своему убийце. Создалась возможность
отдачи Мэрдстона под суд, но для этого надо было раздобыть его пистолет, с
которым он не расставался. Если бы Мэрдстон был осведомлен о таком замысле,
то он, конечно же, постарался бы от пистолета избавиться. Но он ничего об
этом не подозревал. Я вызвался добыть этот пистолет, хотя знал, что задача
крайне трудная. Смущало меня и то, что негодяй Пибоди, также причастный к
ранению Коннели и виновник моего несчастья в неудачном сражении, останется
неизобличенным. Коннели нашел справедливыми мои рассуждения и сказал, что
подумает об этом. А потом он спустя некоторое время принес перчатки, тонкие,
вроде хирургических, на которых были отпечатки Тима Пибоди. Раздобыл он их
рисунок через обычного пьяницу, которого подговорил сесть в трактире с Пибоди за
столик, а затем захватить с собой опорожненную бутылку.
Как он наносил отпечаток на резину, я не знаю, думаю, что и более
просвещенные люди в этом не сумеют разобраться. Он сказал мне, что, когда
полковника изобличат в преступлении, он, зная об отпечатках своего ординарца у себя в
комнате, несомненно, не пощадит его и расскажет, что тот был вместе с ним,
когда он стрелял в своего разведчика.
Я был удовлетворен и начал свою немалую и кропотливую подготовку. Но вдруг,
неожиданно, из Голландии приехала медсестра, выходившая Коннели.
Чувствовалось по всему, что он к ней питает не только благодарность и признательность.
О ней и говорить не приходится. Сейчас она прибыла ввиду того, что в ее жизни
наступили осложнения. Умер ее отец, оставив значительное состояние. Стечение
обстоятельств было таким, что Коннели следовало выехать с ней на континент и
вступить с нею в брак. Она производила очень приятное впечатление, и лучшей
жены для Коннели я не мог себе и представить. Она и привезла пулю в
запечатанной коробочке и свидетельство врача, ее извлекшего. Такая улика, конечно,
должна привести к осуждению Мэрдстона, если только у него будет изъят
пистолет . Я сказал Коннели, что он может ехать со своей невестой в Голландию, а я
доведу наше дело до конца - в этом он может на меня положиться.
Вот таков был рассказ Эдварда Трента. Он предпочел не запираться, видя, что
я уже до основного докопался. Он передал мне похищенный им пистолет Мэрдстона
и коробочку с пулей, а также свидетельство врача Ван-Гуттена. Я вернулся,
зашел к военному прокурору, все остальное вы видели сами.
- А как же Эдвард Трент, - спросил Лестрейд, - и как Коннели, изготовивший
такие кошмарные перчатки и симулировавший ограбление полковника?
- Дорогой Лестрейд, - сказал Холмс, - я разделяю ваши убеждения в том, что
порок должен быть наказан. Однако главный преступник в этом деле - сам
полковник Мэрдстон, и им займется военный суд. Коннели - жертва Мэрдстона, чудом
уцелевшая. Он помог изобличить преступника единственно возможными в этом
случае средствами. Хотя его подручный - будем так его называть - Эдвард Трент и
проник незаконным образом в комнату полковника и даже напал на него, но он
его не ограбил и ничего от него не унес, кроме столь необходимой ему улики.
Он рисковал жизнью и чуть не поплатился, но никоим образом не преследовал
цели убить полковника или нанести ему вред. Он нужен ему был для последующего
суда, которого тот вполне заслуживает. Хотя Трент и подделал ключи и треснул
полковника по голове, но я думаю, что не следует его преследовать по закону.
В случае необходимости он может выступить свидетелем. Что касается Ральфа
Коннели, то он - главный пострадавший и истец. А бояться того, что он еще раз
изготовит перчатки с чужими отпечатками, нет оснований никаких. В вашем
отчете эту подробность следует, я думаю, опустить.
7. ЗАВОД ХЕТЧИСОНА
Вернувшись откуда-то, мой друг Холмс сказал, что имеет честь передать мне
привет от нашего общего знакомого. Я полюбопытствовал, от кого именно.
- У нас с вами было непродолжительное, но, я бы сказал, плодотворное
знакомство, когда пришлось выяснить обстоятельства взрыва на крейсере
«Портсмут» . Это тот морской офицер Смит, который вместе с нами принял столь живое
участие в расследовании. Я встретил его сегодня, он осведомился о вашем
здоровье и сказал, что будет рад возобновить старое знакомство. Завтра в
середине дня он нанесет нам визит.
- Приятно это слышать, Холмс: от Смита у меня осталось превосходное
впечатление. Но думается, что у него имеются более веские причины посетить нас. Не
так ли?
- Совершенно верно, мой друг. Какая-то неясная история на заводе, услугами
которого пользуется морское министерство. В чем именно дело, я пока себе не
представляю. Ему очень хочется, чтобы она меня заинтересовала, так как
владелец завода находится с ним в определенном родстве, а ряд неприятностей,
случившихся с продукцией завода, может послужить к отказу от его услуг. Тем
самым в какой-то степени будет скомпрометирован и сам Смит, ибо заказ заводу
был дан по его рекомендации. Весьма возможно, что дело не будет представлять
для меня какого-либо интереса, но выслушать этого славного малого я не
отказался. Он прибудет завтра вместе с владельцем завода, который лучше его
сможет изложить свои невзгоды и подозрения.
Смит, как всегда, оказался пунктуальным и прибыл к нам в точно означенное
время. Его сопровождал полноватый джентльмен с седыми волосами. Смит
представил его нам как владельца завода сэра Хетчисона, Сидя за столом, мы
внимательно слушали излагаемые им обстоятельства. Все сводилось к следующему.
Завод Хетчисона - не столь больших размеров. Он постоянно выполняет заказы
морского министерства, и им всегда были довольны. Заказы эти выгодны, и,
естественно , Хетчисон ими дорожит; с большим удовольствием за них взялись бы
конкуренты. Предприятие Хетчисона - металлозавод, по сути дела, тарное
предприятие . Для морского министерства оно изготавливает, прежде всего, снарядные
ящики и пеналы для хранения взрывчатых веществ, а кроме того, вместительные
емкости закрытого типа. Последние представляют собой сварные конструкции. Не
столь сложна технология производства, но в последнее время на заводе
происходят необъяснимые вещи. Ранее безупречная листовая сталь вдруг стала рваться
на штампах. Латунные детали вдруг начали растрескиваться без каких-либо
видимых причин. Стало крайне опасно изготовлять литые решетки из-за того, что
расплавленный металл вдруг ни с того ни с сего выбрасывает в потолок. Многое
пошло в брак, и на этом завод терпит убытки. Пришлось для того, чтобы
обеспечить выполнение заказа, организовать вторую смену. Последние же события
привели мистера Хетчисона к выводу, что все эти неполадки неспроста, они -
результат деятельности злоумышленника. Возможно, и нескольких, орудующих на
заводе в интересах конкурентов.
- А что, собственно, навело вас на такую мысль? - поинтересовался Холмс.
- Ну, как же! Никогда не было претензий к емкостям, которые мы поставляем,
и вдруг одна из них взорвалась, а другая потекла, после того как они уже были
сданы приемщику. А со снарядными ящиками вообще колдовство какое-то.
Конструкция их проста, изготовлялись они без всяких задержек, а теперь вдруг на их
крышках стали появляться желтые полосы. И если бы сразу, а то лишь спустя
некоторое время, когда заказчик получил их. Разрушения никакого нет, но наличие
этих полос заставляет предполагать что угодно, и министерство уведомило
Хетчисона, что, в случае повторения подобного, контракт на поставку тары с ним
будет аннулирован.
- Может быть, здесь что-то более серьезное, - сказал Смит, - не исключено,
что это не происки конкурентов, а прямая диверсионная акция со стороны
агентов какой-либо континентальной державы?
- А как вы думаете, мистер Хетчисон, - сказал Холмс, - не причастен ли ко
всему этому главный технолог вашего завода?
- Совершенно исключено, мистер Холмс, эту должность исправляет мой сын
Чарльз, он - мой прямой наследник, целиком и полностью лично заинтересованный
в процветании нашего предприятия.
- О! Тогда, конечно, злоумышление идет не оттуда...
Привыкший наблюдать Холмса изо дня в день, его непроницаемое лицо, я, как
мне показалось, на этот раз в его глазах заметил огонек недоверия. Тем не
менее, он согласился побывать на заводе, предупредив Хетчисона, что ничего
определенного сказать не может, что его профессиональные навыки вряд ли в
данном случае найдут себе применение. Когда наши гости распрощались, я спросил
Холмса, почему он не уклонился, если не видит для себя ничего интересного в
рассказанной истории.
- Мне думается, Ватсон, что здесь более уместен специалист другого профиля.
Не отказался же я наотрез только по причине дружеского расположения к Смиту,
который столь уверовал в мои способности.
Тот же Смит на следующий день заехал за нами и доставил на завод Хетчисона.
Смит немедленно покинул нас, а с Хетчисоном мы прошли в его кабинет. Его
административное здание находилось в центре заводской территории, и из своих
окон он мог видеть все, что на ней происходит.
- Я благодарен вам в высшей степени, - обратился к нам Хетчисон, - за про-
явленное ко мне участие. Поверьте мне, я в долгу не останусь. В вашем полном
распоряжении будет находиться соседняя комната. Все, что вам будет нужно, вы
можете требовать от любого работника завода - на этот счет мной даны самые
строгие предписания. Чтобы не появилось ни у кого никаких подозрений по
поводу того, что вас интересует, все будут в уверенности, что к нам прибыла
инспекция морского министерства, которая обеспокоена неполадками на заводе.
Проводил нас в предоставленное помещение Чарльз Хетчисон, сын владельца и
главный технолог завода. Холмс попросил его вкратце ознакомить нас с
производством, и он повел нас по цехам. Завод не произвел на нас впечатления
превосходно отлаженной цепочки, но для нас все было внове, и смысл совершаемого
там постигался нами не сразу, хотя главный технолог очень доступно и подробно
все разъяснял нам. Задержались мы в цехе комплектации снарядных ящиков, где
выявилась странная неполадка, особенно встревожившая администрацию завода и
приемщика продукции - морское министерство. Ящики были изготовлены из
оцинкованного железа. Внутри них закреплялись решетки, отлитые из цинка, в их
гнездах укреплялись вертикально поставленные снаряды. Крышка ящика была выштампо-
вана из более толстой стали. Она оцинковывалась в заводских гальванических
ваннах, а кроме того, покрывалась сверху лаком с алюминиевой пудрой. Нижняя
часть крышки укомплектовывалась резиновыми ребрами, которые должны были
прижимать снаряды сверху, закрепляя их в неподвижности. Эти резиновые ребра
женщины-работницы в белых хлопчатобумажных перчатках укрепляли снизу крышки
специальными скобками. Около каждой стояла стопка готовых крышек, которые по
мере их накопления передавались другим женщинам, присоединяющим их к ящику.
Чарльз Хетчисон показал нам бракованные крышки, сложенные в отдельную
стопу . Их было десятка полтора.
- Вот вглядитесь, джентльмены. Изготовлены крышки без изъянов. Оцинкованы и
покрашены тоже безупречно. Они уже готовы к тому, чтобы быть поставленными на
изделие. Однако неожиданно появившиеся на крышке желтые полосы все надежды
уничтожили. В таком виде приемщик их не возьмет, как бы хороши они ни были.
- Давно ли у вас наблюдается такое? - спросил Холмс. Мы внимательно
осмотрели злополучные крышки.
- Всего два, от силы три месяца. До этого времени мы о такой невзгоде и
понятия не имели. Особенно неприятным является то, что порок выявляется не
сразу, а лишь через некоторое время, на солнечном свете. Как бы проявляется...
Холмс попросил распорядиться, чтобы бракованные крышки доставили в
предоставленное нам помещение, а потом предложил пройти туда, где для ящиков
отливаются решетки.
Мы подошли к небольшому помещению, возле которого было навалено много
доставленных туда цинковых чушек. По мере надобности их клали на поверхность
печи . В печь был вмазан большой графитовый тигель, под которым рабочие
регулировали огонь. В расплавленную массу загружали чушки, но делали это несколько
необычным способом. Рабочий располагал их по краю тигля, а затем осторожно
сталкивал в расплав искривленной кочергой, сам пригнувшись и зайдя за угол.
Мы глядели на эту процедуру с изумлением и вопросительно посмотрели на сэра
Чарльза.
- Не удивляйтесь, - сказал он, - это то, о чем вам уже говорили. Литейщик
никогда не знает, как поведет себя расплав после погружения в него чушки.
Операция может пройти совершенно безболезненно, но может и последовать выброс
расплавленного металла в потолок. Металл с диким норовом. Это так называемый
вторичный цинк, получаемый нами от завода по переработке отходов.
- Как же вы миритесь с такой опасностью?
- А что можно предпринять? У нас нет оснований предъявить какой-нибудь
претензии к заводу-поставщику, все соответствует тому, что значится в
технических условиях. Каждую чушку, как вы видите, во избежание попадания в расплав
влаги предварительно подсушивают и подогревают на печи.
- У вас ведь лаборатория. Что она говорит о качестве металла?
- Она не находит в нем ничего особенного.
Холмс попросил достать ему обломок чушки, и с ним мы прошли к себе, то есть
в то помещение, что нам предоставили. Чарльза Хетчисона он более не
задерживал, попросив лишь прислать сертификаты и накладные на алюминиевую пудру и
нитролак, на котором ее замешивают, а также на цинк для решеток. Пудра и
нитролак, как сказал Хетчисон, доставляются с заводов-поставщиков в
опломбированных бидонах. Приготовление же краски проводится на месте.
Холмс разложил крышки ящиков на столе и внимательно рассматривал на них
желтые полосы. Они не были одинаковыми. На одних полосы проступали еле
заметно, неровно, на других же - явственно и ярко. Общими были - желтый цвет и
направление полос: от одной менее широкой кромки крышки (ящики не были
квадратными в основании) до другой. Холмс долго всматривался в поверхность крышек и
сопоставлял их, ни к чему, видимо, не приходя. Затем он отложил в сторону
одну из крышек и стал рассматривать окраску в лупу. Полоса на ней не была ярко
выраженной, но Холмс именно на ней сконцентрировал свое внимание, Он подозвал
меня поближе и предложил взглянуть, подавая лупу. Близко к концу полосы можно
было увидеть еле заметный извилистый рисунок. Я поразился наблюдательности
своего друга: хорошо вглядевшись, можно было разобрать отпечаток большого
пальца.
- Вот он - автограф преступника! - не сдержался я.
- Не торопитесь с выводами, Ватсон, - охладил меня Холмс, - это пока
ничтожная зацепочка, ничего не говорящая о сущности явления. Было бы наивным
предполагать, что все разрешится так просто.
Углубившись в изучение сертификатов нитролака и алюминиевой пудры, из
которых составлялась краска, Холмс время от времени поглядывал через окно на
заводской двор. Обзор был хорошим, просматривались двери отдельных цехов и
складских помещений, откуда то и дело по тем или иным надобностям выходили
рабочие и работницы.
Заглянувшему к нам Чарльзу Хетчисону Холмс сказал, что на первый день
впечатлений у нас более чем достаточно. Мы пока отправимся домой, но если у сэра
Чарльза найдется немного времени, то Холмс просит показать нам складское
помещение, в котором хранятся готовые ящики. Хетчисон сказал, что он к нашим
услугам, и мы прошли с ним на склад. Это было вместительное помещение, в
котором хранились ящики и другая продукция завода. Отдельно за перегородкой
сложены были различные сырьевые материалы: химикаты, бидоны с краской,
оберточный материал, различной толщины листовая сталь, оцинкованное железо и
прочее . Порядок расположения вряд ли мог вызвать нарекания.
Уже полностью готовые ящики были сложены друг на друге большим штабелем. На
складе был кладовщик, постоянно наблюдавший за порядком, отправляющий готовую
продукцию и принимающий ее из цехов. Маленькая каморка служила ему конторкой,
где он производил записи и оформлял накладные. Это был нестарый мужчина,
сосредоточенный и неторопливый, хорошо знающий свое хозяйство. Холмс задал ему
несколько вопросов и ответами остался удовлетворен. Подойдя к стопам листовой
стали, он поинтересовался, почему ее так много накопилось. Кладовщик сказал,
что в свое время ее завезли в большом количестве, но в цехи ее забирают мало.
Холмс удивленно посмотрел на Хетчисона. Тот пояснил:
- Видите ли, мистер Холмс, эта сталь - наша боль. Основная ее масса
хранится уже третий год, и никаких претензий к ней предъявить нельзя, но в деле она
нам преподносит неприятные сюрпризы. Она хорошо выдерживает требуемую
нагрузку, прекрасно тянется на штампах, вальцуется. Закупая ее, мы соблазнились
гарантией долговременности ее хранения. И в этой части нас не обманули. Вы
видите, что без смазки она не изменяясь находится на нашем складе уже третий
год. Правда, условия хранения ее достаточно хорошие, но железо есть железо,
от него нельзя требовать стойкости к воздействию воздуха и влаги. Вся беда в
том, что она плохо принимает покрытия. При оцинковании ее листы имеют
проплешины, а при лакокрасочных покрытиях в отдельных местах появляются вздутия.
- А что говорит по этому поводу ваша лаборатория?
- Она возилась с этой сталью очень долгое время, обращалась за
консультацией на завод, где делают эмалирование. Ощутимых результатов нет, несмотря на
то, что сталь жестко травится и усиленно обезжиривается щелочными растворами.
Колдовская сталь. Если не удастся кому-нибудь перепродать ее, то придется
занести ее в графу убытков.
- А ведь сталь-то по внешнему виду хорошая, сэр Чарльз?
- Хороша, мистер Холмс, к великому сожалению...
- Ну, мы не будем больше вас задерживать, у вас, надо думать, немало своего
дела. Мы еще не раз вынуждены будем к вам обращаться.
Когда мы вышли, то Холмс обратил внимание на строящееся здание и спросил о
нем Хетчисона, заметив, что не очень удобно вести там работы при такой еще
морозной погоде. Хетчисон сказал, что, намереваясь расширить производство,
они строят здание под новый цех, и им приходится торопиться, потому, невзирая
на погоду, строительство ведут безостановочно, оплачивая его по повышенным
ставкам.
На следующий день мы попали на завод далеко не сразу. Холмс с раннего утра
отправился в лабораторию Тредвелла. Там ему провели рентгеноструктурный
анализ металла, который расплавляется в тигле для изготовления решеток.
Оказавшись на заводе Хетчисона, Холмс углубился в изучение сертификата этого
металла. На заводе близилась пересменка, и в окно видно было, как рабочие и
работницы, переодевшись в свою обиходную одежду, расходились по домам. Новая смена
заполняла цехи. Холмс подозвал меня к окну и показал пальцем на складское
помещение . Кладовщик, видимо, не торопился покидать его, так как дверь склада
оставалась незапертой. Какая-то женщина, озираясь по сторонам, судя по одежде
- подготовившаяся к уходу, проскользнула в дверь и плотно за собой ее
прикрыла . Мы остались наблюдать. Ушла она минут через сорок, опять оглядываясь, и
так же покинула территорию завода. Мы пробыли, наверное, еще более полутора
часов. Холмс рассматривал образцы, изучал сертификаты, а я все время через
окно следил за дверью склада.
Наконец кладовщик вышел оттуда, запер двери большим замком и тоже
направился к выходу. Через короткое время удалились и мы.
Придя на завод утром, Холмс увидел сэра Чарльза, и сказал, что ему хотелось
бы еще раз пройти по цеху комплектации ящиков. Мы пошли. На низеньких
табуретках сидели женщины, перебрасывали пустые ящики, укрепляли винты крышек,
комплектовали их резиной и складывали стопкой. Чтобы не замарать покрытие,
все они на руках имели белые нитяные перчатки. Улучив минуту, когда женщины
остановились передохнуть, Холмс подошел к одной из них и попросил дать ему
оцинкованную застежку крышки. Женщина кивнула и подала требуемое. Холмс
кивнул, и мы с ним пошли в свое помещение. Там он стал внимательно через лупу
рассматривать поверхность застежки, после чего пригласил и меня посмотреть.
- Вот видите, Ватсон, отпечаток пальца. Мы с вами, кажется, не зря
задержались здесь вчера. Сопоставьте этот отпечаток с тем, что мне ранее удалось
обнаружить на крышке с желтой полосой. Я запомнил эту женщину вчера, когда она
навещала кладовщика. Сегодня я нашел ее в цехе, но ожидал, когда она снимет
перчатки и сядет отдохнуть. Попросив у нее застежку, я прибегнул к невинной
хитрости, но благодаря ей мы можем точно определить, что отпечаток на
застежке и на крышке принадлежат одному человеку, то есть именно этой работнице.
Какая здесь связь, неясно, но ее пребывание после работы на складе, очевидно
с разрешения кладовщика, наводит на размышления. Но торопиться мы не будем.
Пройдем еще раз к кладовщику.
На складе Холмс затеял ни к чему не обязывающий разговор с кладовщиком. Он
спросил, хорошо ли ему платят, много ли приходится работать. Тот сказал, что
работы у него более чем достаточно и, чтобы содержать в порядке продукцию и
документацию, вести всему точный учет, ему не приходится считаться со
временем. Совсем не редко ему приходится задерживаться на своей работе по два и
три лишних часа, но он на это не в претензии, ибо хозяин все это видит и
ценит его работу, щедро ее оплачивая. У него семья, и такой работой дорожить
следует. Холмс сказал, что его заинтересовала «колдовская сталь» и он хотел
бы взглянуть на нее еще раз. Кладовщик провел нас к этим листам. Холмс после
пристального рассмотрения ее спросил, откуда она поставлена.
- Это бельгийская сталь, сэр. Если вам нужен ее сертификат, то я найду его
вам.
- Странно. В Англии нет своей листовой стали?
- Тут, я полагаю, сэр, хитрая коммерция. На наших заводах нет или не так
много прокатных станов, которые доводят сталь до такой толщины. По сути дела,
сталь эта английская, ее в листах большей толщины доставляют на континент, в
Бельгию, и там уже допрокатывают на бельгийских станах, после чего поставляют
сюда.
- Вот как! Это интересно. Вы знаете, где мы разместились? Не сможете ли
направить мне кого-нибудь из рабочих, чтобы он доставил нам листа четыре такой
стали - мне хочется с ней подетальней познакомиться.
- Пожалуйста, сэр! Это сейчас же будет сделано.
- А как же завод обходится без этого листа, если он преподносит сюрпризы?
- Вот ходовой лист. Он потолще бельгийского, его отправляют по мере нужды в
травильное отделение и оттуда уже по цехам.
Холмс обратил внимание на то, что на складе есть и подвальное помещение, с
которым мы еще не знакомились. Кладовщик предложил осмотреть его. В одном
забетонированном отделении стояли запломбированные бидоны с красками, лаками,
растворителями. В другом были мешки с резиной: уплотняющие кольца и ребра,
которыми комплектовались ящики. Холмс поинтересовался, откуда они поступают.
Кладовщик сказал, что это лондонская фирма Райдера, он поставляет Хетчисону
резину с очень давнего времени.
- Вот последние поступления, мистер Холмс. Сертификат могу доставить.
- А давней резины у вас не осталось?
- Вот в углу мешок с ребрами. Их пришлось забраковать из-за механических
повреждений уже на нашем заводе.
Холмс отобрал по десятку ребер старой и новой резины, завернул их по
раздельности в газету. Потом мы зашли в отделение, где производилась окраска
крышек. Холмс попросил дать ему две баночки с готовой краской, с нитролаком и
отдельно - алюминиевой пудры. В нашей комнате Холмс взял кисточку и покрыл
некоторые резиновые ребра принесенной с собой алюминиевой краской и положил
их сушиться на окно, подстелив под них газету.
Заглянул к нам Чарльз Хетчисон и осведомился, не может ли быть чем полезен.
Холмс попросил проводить нас в травильное отделение. Не очень-то приятное оно
произвело на нас впечатление. Накрепко захваченные листы опускались рабочим в
ванну с серной кислотой. Поверхность листа очищалась, и листы переносились в
ванну с водой для отмывки, после чего сушились и отправлялись в цехи
переработки . Нестерпимо едкий воздух с трудом позволял нам дышать. Я был рад, когда
мы выбрались из этого помещения. Рядом располагалось оцинковальное отделение,
и хотя там тоже была не очень благоприятная атмосфера, но после травилки она
показалась нам чуть ли не садовой.
Здесь мы увидели, как в большие ванны с раствором цинкового купороса
опускают на подвесках те самые злополучные крышки снарядных ящиков, протравленные
и обезжиренные. Из ванны они поднимались уже покрытые цинком и, после
промывки и сушки, отправлялись на окраску и на комплектацию, где мы их уже видели.
- Это здесь протравливают те листы, что идут вместо «колдовской стали»? Вы
упоминали, что с ними не всегда благополучно из-за того, что происходят
разрывы при обработке на штампах?
Чарльз Хетчисон подтвердил это. Холмс сказал, что ему не хочется
возвращаться в травилку еще раз, но не может ли Хетчисон дать указание, чтобы листа
три после травления и промывки выложили бы во дворе, не пуская их в дело.
Хетчисон посмотрел на него с удивлением, однако тут же отдал распоряжение, и
через короткое время рабочие вынесли три промытых и обсушенных листа и на
деревянных подложках расположили их перед входом. Холмс поблагодарил за
проделанную работу и попросил, чтобы эти листы никто не трогал и в дело не
употреблял .
- Время обеденное, джентльмены, - сказал сэр Чарльз, - если вы не
торопитесь, то я прикажу доставить вам обед.
- У вас здесь своя столовая?
- Да, сэр, и очень неплохая. Мы предпочитаем хорошо кормить своих рабочих,
полагая, что от этого только выигрываем. Вам я прикажу срочно приготовить
отдельно .
- Ну, зачем же, сэр Чарльз, давайте вместе пройдем и посидим за обедом в
столовой. Кстати и перекинемся несколькими словами.
- Как вам будет угодно.
Мы пришли в большую столовую, в которую заходили работники и работницы.
Проследовали к отдельному столику в углу. Хетчисон тут же сказал что-то
подошедшему к нему повару, и через самое короткое время перед нами стоял
великолепный бифштекс.
- Сэр Чарльз, - обратился Холмс, - серная кислота, которая у вас в
травильных ваннах, определенно разведенная. В таком виде она и поступает на завод?
- Нет, конечно, мистер Холмс, это было бы чересчур накладно. У нас отдельно
располагается большая емкость для приема кислоты концентрированной. Туда
подведена ветка от железной дороги. Мы закупаем целую цистерну, из которой
сливаем к себе. Из приемной емкости по мере потребности подвозим на завод нужное
количество и на месте уже разводим до нужной концентрации.
- Кто это производит?
- Сам травильщик по имеющейся него прописи. Емкость у нас в кирпичной
кладке . Правда, сейчас мы подумываем о ремонте, так как эта кладка в значительной
мере обветшала.
В это время большая группа рабочих вошла в столовую и уселась за столы.
Вели себя они довольно шумно. Холмс присмотрелся к ним и спросил Хетчисона, что
это за люди.
- Это строители, сезонные рабочие, в постоянном штате нашего завода не
состоящие . Их работа - постройка корпуса под новый цех. Народ мало
дисциплинированный, грубый и вечно чем-нибудь недовольный. Вот сейчас вбили себе в
голову, что повар кормит их вчерашним мясом, пережаривает остатки.
Холмс улыбнулся.
- Вы уверены, что это не так?
- Вполне уверен, снабжение нашей столовой недостойно критики. Вы сами в
этом убеждаетесь. А это - крикуны, из которых некоторые уже под хмельком. К
сожалению, воспрепятствовать этому нелегко, ибо работа у них на ветру и при
низкой температуре.
- Что, они отлучаются от рабочего места?
- Нет, этого мы не замечаем, но для них не существует проблем по добыче
выпивки. На заводе проходят большие объемы спирта, которые используют как
растворитель красок.
- Спирт этиловый? Ведь можно растворять и древесным.
- Без сомнения, можно, и ничуть не хуже. Однако мы просто не допускаем
древесный спирт на завод. Гарантии от того, что кто-нибудь его не хлебнет, у нас
нет никакой. Объяснения и предупреждения о его ядовитости не помогут: нам
просто не поверят. А после того, что случилось с грузчиками на Темзе,
насосавшимися древесного спирта, мы решили твердо, что риску себя подвергать не
будем. Разница в стоимости невелика, а для своего спокойствия стоит ею
пренебречь .
- Вы рассудили очень верно, - сказал Холмс, - если спирта у вас так много,
то не откажите в любезности прислать нам как-нибудь литра два.
Пообедав, мы пошли к себе, а Чарльз Хетчисон покинул нас, сказав, что спирт
немедленно будет нам доставлен. Его действительно быстро принесли, и я
заинтересованно смотрел, пытаясь угадать, зачем он понадобился Холмсу. Он же
налил в большое блюдце спирта и стал вымачивать в нем некоторые из оставшихся
резиновых ребер. Высохли они у него очень быстро после этой процедуры, и он
покрасил их алюминиевой краской, как делал раньше. Выставив эти ребра на
свет, Холмс предложил пройтись по заводскому двору. Остановились возле
рабочего, который газовой горелкой проводил какие-то сварочные работы. Холмс
спросил у него что-то, и тот кивнул головой, повернув кран горелки, от чего
пламя ее расширилось. Заметив проходившего мимо мастера отделения, Холмс
обратился ко мне:
- Ватсон, пройдите, пожалуйста, к нам и передайте этим рабочим те листы
стали, что взяты нами со склада.
Когда мы вернулись, Холмс сказал, чтобы листы эти поставили перед
сварщиком. Тот покрутил свою горелку, после чего прошелся пламенем по обеим
сторонам каждого листа. Дав листам остынуть, Холмс попросил отнести их в
травильное отделение. Там их закрепили и пустили в ванну с серной кислотой. После их
отмывки Холмс попросил два листа подвесить в ванне оцинкования. Когда по
прошествии некоторого времени их оттуда вытащили, они оказались покрытыми чистым
и ровным цинковым слоем. Изумленный мастер спросил Холмса, не «колдовская» ли
это сталь?
- Совершенно верно, - весело ответил Холмс, - не откажите в любезности
распорядиться, чтобы листы эти, отнесли обратно к нам.
Весть об этом эксперименте, видимо, быстро разнеслась по заводу, и вскоре
Чарльз Хетчисон уже был у нас:
- Вы, кажется, сотворили чудо, мистер Холмс? Дайте-ка я взгляну на эти
листы. Великолепно! А почему не все листы оцинковали?
- Я оставил их обработанными, но не покрытыми, чтобы вы имели возможность
проверить, как они воспринимают окраску.
- У меня нет слов, мистер Холмс! Я сейчас же распоряжусь отнести их в
малярное отделение и сам прослежу за окраской.
Когда он ушел, то Холмс обратился ко мне:
- Вот, Ватсон, наш первый и пока единственный успех.
- Это верно, Холмс, - сказал я, - но, как я понимаю, это не преступник,
которого вы ищете, Это просто - некоторое отвлечение, сделанное вами по пути. И
я до сего времени не уясню себе, как вам удалось так быстро разрешить вопрос,
который казался неодолимым химикам и технологам завода.
- Об этом после, я объясню сущность, она проста, для ее выявления не
хватало простой наблюдательности.
Вернулся Чарльз Хетчисон с двумя рабочими, которые принесли окрашенные
листы. Глаза его сияли:
- Очень хорошо, сэр Холмс! Окраска легла самым превосходным образом. Мы уже
думали избавиться от «колдовской стали», а благодаря вам она пойдет в дело и
мы не понесем от нее убытков.
- Ну, поостережемся поспешных выводов. Дадим этим листам полежать,
просохнуть окончательно. Что-то я заметил, сэр Чарльз, в ваших глазах не только
радость , но и какую-то озабоченность. В чем дело?
- Это мелочь, Холмс. Меня взбудоражили те рабочие, которых вы заметили в
столовой. У них опять задержка в работе. Уровень нужно пополнять...
- Какой уровень?
- Обыкновенный, каким пользуются строители, когда возводят стены, следя за
ровностью выкладки.
- Простите, я плохо себе это уясняю...
- Стена имеет большую протяженность. Уровень, которым пользуются столяры, в
подобном случае неприменим. Строительный уровень представляет собой две
колонки, соединенные друг с другом шлангом, наполненным водой. Пузырек воздуха
в нем перемещается в зависимости от уклона. Ровность укладки соблюдается,
когда пузырек останавливается посредине.
- Но мне отнюдь не ясна причина вашей озабоченности.
Хетчисон сказал что-то одному из рабочих, и они ушли. Он же продолжал:
- Все дело в том, что заполнять этот уровень водой сейчас нельзя. Холодно,
вода замерзает. Чтобы не прерывать работы, мы заполняем его спиртом. Колонки
уровня - закрытые, но рабочие как-то ухитряются доставать оттуда спирт, и
приходится регулярно его добавлять.
Холмс засмеялся:
- Но ведь вы говорили, что спирта на вашем заводе достаточно.
- Достаточно. Но ведь эти перезарядки каждый раз ведут к остановке работ. А
узнать, кто этим занимается, нам не удается. В целом строители - превосходные
работники, хотя и крикуны. В каком-нибудь воровстве никто из них не замечен,
а если начать дознаваться, куда делся спирт, все единодушны: никто не трогал,
ничего не видели, кому он нужен и тому подобное...
Вошли два рабочих строителя, которым, как оказалось, передали распоряжение
принести уровень к нам. Они поставили его на стол, и Хетчисон наглядно
растолковал его конструкцию.
- Не хватает около литра, а, казалось бы, все закрыто и не нарушено.
Холмс внимательно осмотрел устройство: две колонки и шланг между ними, в
середине которого вставлена трубка стеклянная.
- Ну что же, - сказал он, - у вас, кажется, нет другого выхода, как сделать
спирт негодным к внутреннему употреблению. Здесь еще остался спирт из того,
что вы мне прислали. Открывайте колонки, мы заполним их.
Он отошел в угол и вернулся с бутылкой спирта, которая была малиново-
красного цвета.
- Я полагаю, этого будет вполне достаточно. Вы видите, - обратился он к
рабочим, - спирт отравлен, и употреблять его нельзя. Забирайте уровень и
продолжайте свою работу.
Рабочие взглянули на все понуро и, захватив заполненный уровень, ушли.
- Не рискованно ли это, мистер Холмс? - спросил Хетчисон. - Ведь я говорил
вам о нашей осторожности...
- Но ведь то были вы - их непосредственный начальник, а теперь они видят,
что спирт отравлен инспектором, которому мало дела до ваших опасений.
- Если вы располагаете временем, сэр Чарльз, то не покажете ли нам участок,
где свариваются емкости, наделавшие вам столько неприятностей после их
приемки?
Хетчисон с полной готовностью проводил нас туда. Мы увидели, как из
кольцевых заготовок сваривались эти емкости, как их закрывали и накачивали в них
воздух, проверяя герметичность. По сварному шву рабочий наносил кисточкой
мыльный раствор, и там, где был непровар, показывались пузырьки воздуха. Это
место обводилось мелом. Негерметичность устранялась подвариванием шва в этом
месте.
- А как готовится мыльный раствор? - спросил Холмс.
- Для этого отваривают мыльный корень. Но в последнее время стало трудно
доставать его, да и довольно муторна операция по его отварке. Принимая это во
внимание, я распорядился, чтобы использовали стиральный порошок «Новость».
Результаты те же, но время по приготовлению мыльного раствора сократилось
весьма значительно, да и вопрос снабжения им уже не вызывает затруднений.
- Хорошо, сэр Чарльз, вы можете дать мне небольшое количество этого
порошка? И как давно вы стали испытывать такие затруднения?
Хетчисон насыпал порошка в бумажный кулек, сказал, что затруднения эти
возникли не так давно. Кулек Холмс положил себе в карман и унес его, когда мы
отправились к себе домой.
В своей домашней лаборатории он растворил часть порошка в склянке, опустил
в нее лакмусовую бумажку, которая тут же посинела. Остаток вечера он рылся в
каких-то справочниках.
Когда мы опять появились на заводе, то к нам, крайне возбужденный, пришел
Чарльз Хетчисон.
- Джентльмены, - сказал он, - дела наши приобретают неприятный оборот.
Неизвестный злоумышленник усилил свои атаки на снарядные ящики. На этот раз не
в цехе, а уже на складе. Если вы не возражаете, то мы пойдем и взглянем на
все это.
Естественно, что без дальних слов мы отправились за Хетчисоном на склад.
Крайне смущенный кладовщик встретил нас. Он подвел нас к штабелю ящиков и
показал, что с ними случилось. Штук пять, расположенных внизу, имели очень
неприглядную поверхность своего корпуса. Цинковое покрытие на ней побелело,
стало рыхлым, даже вспученным. Остальные ящики были в полном порядке.
- Ума не приложу, что могло с ними случиться!
Холмс осмотрел их внимательно, а потом сказал, что штабель надо разобрать и
порченные ящики отнести в наше помещение. Это проделали без промедления. На
месте Холмс долго рассматривал пораженную поверхность этих ящиков в лупу.
Крышки остались невредимыми, пострадали только корпуса.
У меня в голове невольно складывалась последовательная цепь событий: желтые
полосы на крышке ящиков, женщина, посещавшая склад, оставившая отпечаток
своего пальца на крышке, сегодняшнее повреждение корпусов ящиков и совершенно
очевидное смущение кладовщика. Мне казалось, что сейчас последуют действия
Холмса, которые поведут к немедленному изобличению злоумышленника - одного
или нескольких. По всей вероятности, к тому же склонялся и Чарльз Хетчисон,
ожидавший его распоряжений. Однако мой друг, отложив в сторону лупу,
обратился к Хетчисону с просьбой, далекой от того, что мы предполагали. Он попросил
главного технолога, чтобы листы стали, оставленные во дворе после травления,
отправили в цех и проверили бы, как они тянутся на штампах. Несколько
удивленный , Хетчисон отправился выполнять его поручение.
Тем временем Холмс предложил мне заняться составлением технического
протокола. По его указанию я разграфил лист бумаги и под его диктовку стал
заносить данные по тем резиновым ребрам, которые он раньше изучал и окрашивал.
Вернувшийся Хетчисон застал нас при завершении этой работы. Холмс
вопросительно взглянул на него.
- Мистер Холмс! Сталь превосходно тянется на штампах! Мы израсходовали все
три листа, и ни разу нигде не было разрыва.
- Ну что же, это обнадеживает. Дайте указание, чтобы все последующие стали
после травления не отправлялись на штамповку немедленно, а вылеживались на
воздухе хотя бы сутки. Да, вот еще что. Распорядитесь, чтобы перед вашей
литейкой сколотили какой-нибудь сарайчик, чтобы привозимые на расплав чушки
сгружали в него, не оставляя их на улице.
- Но ведь они все подсушиваются на печи. Если вы имеете в виду их
увлажненность , то мы это предусмотрели.
- Сэр Чарльз, я все объясню вам потом, пока же не откажите в любезности
сделать это: вы об этом не пожалеете. Сейчас время к обеду, может быть, мы
можем воспользоваться услугами вашей столовой?
- Конечно, конечно! Я буду очень рад.
Мы отправились в столовую и опять с большим аппетитом пообедали. С сэром
Чарльзом после этого состоялся серьезный разговор.
- Два вопроса, которые мы намереваемся разрешить, сэр Чарльз. Я думаю, вам
необходимо в завтрашний день освободиться от ваших непосредственных дел и
прокатиться с нами. Мне неудобно тревожить вашего отца, владельца
предприятия, но если он согласится на такую поездку, то это нашей миссии придаст
больший вес. Вы можете по сыновнему переговорить с ним, побудить его к такой
акции?
- Без сомнения, сэр! Несмотря на исключительную свою занятость, отец примет
участие во всем, что вы ему скажете. Он заинтересован в раскрытии всех этих
недоразумений более, чем кто-либо. Ведь это он пришел к вам и так упрашивал о
содействии.
- Дело несколько щекотливое, почему я и попросил вас об этом. Мы поедем к
Райдеру, с которым портить отношения для вас было бы крайне неразумно и
невыгодно. Но я надеюсь, что наш разговор с ним будет вполне джентльменским, что
он не нарушит ваших многолетних контактов. Поговорите с отцом аккуратно,
пусть он пошлет нарочного к Райдеру с просьбой принять нас.
- Сейчас мы покидаем завод, сэр Чарльз, вы же пока займитесь всем этим, а
кроме того, попрошу вас распорядиться о взятии пробы серной кислоты из вашей
приемной емкости и доставить ее в вашу лабораторию. Пусть там замерят
ареометром ее плотность.
Мы распрощались.
Подходя к заводу утром, я заметил у входа два фиакра, и обратил на них
внимание Холмса. Кинув на них беглый взгляд, Холмс сказал, что их присутствие
говорит о том, что договоренность о приеме нас Райдером достигнута и в самое
ближайшее время мы к нему отправимся. Мы прошли в свое помещение и там
уложили резиновые ребра, которыми занимался Холмс. Технический протокол, который я
составил под диктовку Холмса, он положил себе в карман. Вскоре к нам пришел
Чарльз Хетчисон и сказал, что все готово, нас ожидают, и что отец его уже
прошел к экипажу. Тот стоял у одного из фиакров и, завидев нас, пошел нам
навстречу. После радушного приветствия он сказал, обращаясь к Холмсу:
- Откровенно говоря, сэр, я еду с вами, испытывая душевный трепет. Если с
Райдером произойдет жесткий разговор, то он не задумается отказать нам в
поставках , а это остановит наше производство.
Холмс успокоил его, сказав, что приложит все усилия к тому, чтобы контракт
завода с Райдером не нарушился. Мы с Холмсом сели в один фиакр, в другом
поехали Хетчисоны.
Приняты мы были в светлом и просторном кабинете Райдера. Он поднялся из-за
стола и приветствовал нас. Полноватый и седоватый мужчина, он говорил с нами
со спокойствием и благодушием. Когда сэр Хетчисон представил нас, Райдер
удивленно поднял брови и сказал, улыбаясь:
- Ваше имя достаточно известно, мистер Холмс, и я рад случаю с вами
познакомиться и засвидетельствовать мое восхищение вашим талантом. Однако не
должен ли я в вашем визите усмотреть, что какой-нибудь убийца или вор имеет
отношение к нашему предприятию?
Холмс отрицательно покачал головой и сказал, что вопрос производственного
характера, но несколько деликатный и мы надеемся на его, Райдера, содействие.
- Присаживайтесь, джентльмены. Я готов выслушать вас с полнейшим вниманием.
Мы заняли предложенные нам места. Холмс выложил перед собой на краю стола
технический протокол и резиновые ребра, обернутые по раздельности бумажкой с
соответствующей пометкой. Он начал издалека, сказав, что уже много лет сэр
Хетчисон пользуется продукцией Райдера, которая всегда отличалась высоким
качеством. Но вот сейчас, когда завод имеет спешный заказ от морского
министерства, возникли неожиданные обстоятельства, препятствующие его выполнению. На
крышках зарядных ящиков, уже готовых к сдаче, стали проявляться желтые
полосы. Технология их окраски примитивная. Исходный материал проверен и нареканий
не вызывает. Оставалось предположить, что здесь чья-то злоумышленная рука,
почему и пригласили его, Холмса.
Райдер настороженно вслушивался, пытаясь определить, к чему клонит мой
друг. На лбу старого Хетчисона я увидел каплю пота, а молодой сидел в
окаменевшей позе.
- Последовательное изучение всех обстоятельств привело меня к выводу, что
злоумышления нет, а виной тому резина, - сказал Холмс.
- Простите, мной это трудно воспринимается, - сказал Райдер, - окрашивается
верхняя часть крышки, а резиной комплектуется ее нижняя часть. Это первое. А
потом, совсем непонятно, почему в течение долгих лет у Хетчисона к резине не
было никаких претензий, а теперь вдруг появились? Что вообще привело вас к
такому, простите, нелепому выводу?
- Я обратился к этому делу, чтобы выявить злоумышленника, - сказал Холмс, -
и на это был настроен, как и сэр Хетчисон, пригласивший меня. Изучая эти
полосы, я обратил внимание на слабый отпечаток пальца того же цвета. Это
наводило на мысль, что здесь и надо искать злоумышленника. Однако рассудите:
откуда мог появиться отпечаток? Выяснилось, что это палец работницы,
комплектующей крышки. Все они работают в нитяных перчатках. У этой же палец перчатки
протерся, и отпечаток появился. Ни у кого другого таких отпечатков не
появилось, но желтые полосы возникали. Ваш вопрос по поводу того, что резина
внизу , а полосы наверху, разрешается просто: укомплектованные крышки ставятся
стопкой одна на другую и таким образом отпечаток от резины появляется на
верхней стороне. Процесс этот небыстрый, и полоса выявляется только на свету.
Естественно, можно указать Хетчисону, что избежать неприятности просто, не
ставя одну крышку на другую. Но разве лучше будет, когда ящики будут
загружены снарядами и отпечатки проявятся на них? Тут придется иметь дело не с Хет-
чисоном, а с морским министерством.
- Простите, мистер Холмс, вы говорите мне довольно заумные вещи. Я сейчас
вызову сюда главного технолога и начальника отдела технического контроля.
Райдер позвал своего секретаря и отдал распоряжение. Оба появились
одновременно, и разговор был продолжен. Холмсу пришлось повториться. На него
смотрели с непониманием. Тогда он умиротворенно сказал:
- Скажите, джентльмены, менялся ли у вас технологический процесс?
- Нет, нисколько, - ответил технолог, - ведь завод получает от нас резину,
которая все время соответствует техническим условиям.
- Все верно, однако какие-то изменения были. Вот, глядите сюда. Это резина,
выкрашенная алюминиевой краской, выставленная на свет. Она вся пожелтела. А
вот другая, с которой проделана в точности та же процедура. Поверхность ее
серебристая. Обе они поставлялись на завод Хетчисона от вас. Эта последняя
чистая, - из старых поставок, а вся желтая - из новых. Поинтересуйтесь,
пожалуйста, техническим протоколом, составленным при проведении этого
эксперимента.
Оба инженера и сам Райдер смотрели на предъявленное с изумлением.
Помолчав некоторое время, главный технолог сказал:
- Мы все время заботимся о совершенствовании своего производства. Чтобы
обеспечить более длительный срок службы резины, на одном из агрегатов мы ста-
ли вводить другой антистаритель. Каптакс и альтакс - мы ими пользуемся.
Вмешался начальник технического контроля:
- Простите, сэр! Какую претензию вы можете предъявить сэру Райдеру? Через
мои руки проходит вся продукция. Разве не отвечает поставляемая на завод Хет-
чисона резина всем обусловленным параметрам? Мы можем взять любое из
указанных вами изделий и проверить резину на упругость, эластичность, сопротивление
старению, морозостойкость - на все, что указано в технических условиях.
Претензий к этим параметрам у вас нет, а другие в технических условиях не
оговорены. Нам нет никакого дела до того, куда вы употребляете нашу резину, да и
вы не обязаны нам это сообщать. А если у вас появляются какие-то
дополнительные условия, то вы должны нас об этом уведомить!
Эту взволнованную речь Холмс выслушал с ледяным спокойствием.
Райдер же кивал головой, а под конец сказал, что, кажется, вопрос выяснен,
и инженеры могут идти по своим рабочим местам. По их уходе он взглянул на
всех нас и сказал:
- Ну, чего же вы от меня хотите?
Старый Хетчисон дернулся на своем кресле, но Холмс сделал предупредительный
жест рукой и отвечал Райдеру сам.
- Я думаю, - сказал он, - что это прискорбное событие не должно омрачить
ваших взаимоотношении с сэром Хетчисоном. Ваш начальник технического контроля
совершенно прав. Завод Хетчисона не обусловил в технических условиях
исключение какого-либо воздействия на лакокрасочное покрытие, почему и не имеет
оснований для предъявления каких-то претензий. Он, собственно говоря, и не мог
это обусловить ввиду того, что никто такого не предполагал. Но поймите его
положение. Если ничто не изменится, то морское министерство откажется от
своего заказа. Как я понял, не все агрегаты у вас вводят в резину этот более
эффективный антистаритель. Будет большой любезностью с вашей стороны, сэр
Райдер, если вы дадите предписание поставлять Хетчисону резину только с прежним
антистарителем, который прекрасно себя зарекомендовал в течение всех лет
вашего содружества.
Райдер взглянул на Холмса пронизывающим взглядом, который перевел потом на
Хетчисона.
- Мне это будет сделать нетрудно, но будет ли Хетчисон удовлетворен
полностью? Ведь работа у него на полном ходу, и он пользуется той резиной, какую
уже завезли. Он не откажется от ее оплаты? Или, может быть, питает надежду на
ее возврат и обмен на новую? Куда, скажите на милость, я должен ее девать,
ведь такой конфигурации резиновые изделия мы изготавливаем только для его
завода, по его чертежам!
Холмс удовлетворенно наклонил голову и сказал, глядя на Хетчисона:
- Я не сомневаюсь в том, что ваше решение вполне удовлетворяет сэра
Хетчисона , и он вам крайне признателен за понимание. Никаких претензий по поводу
уже имеющейся у него резины он предъявлять вам не намеревается. Более того, я
полагаю, что весь этот неприятный инцидент им не будет широко обнародован,
дабы не дать пищи для кривотолков. Нам достаточно вашего слова, сэр Райдер,
мы очень благодарны вам, не смеем больше отрывать вас от ваших дел.
Фиакры быстро доставили нас к заводу. Наш несколько опередил того, что вез
Хетчисонов. Холмс, выйдя из экипажа, не задерживаясь повлек меня в столовую.
Такое нетерпение с его стороны меня удивило, ибо он не стал даже дожидаться
приезда второго фиакра. Но когда мы расположились обедать, то он стал
торопиться, и закончил свою трапезу очень быстро. Проходя мимо столов других
обедающих , он немного задержался, и догнал меня уже на выходе. В руках у него
была тарелка, прикрытая газеткой. В нашем помещении он поставил ее в темном
углу.
Скоро к нам подошли оба Хетчисона.
- Вы - чародей, мистер Холмс, - стал взволнованно говорить ему старый Хет-
чисон, - совершенно невероятная история! Я ума не приложу, как вы смогли до
этого додуматься.
- Вы, я думаю, сэр Хетчисон, предпочли бы, чтобы я изловил вам
таинственного злоумышленника?
- Вы знаете, в его наличии я был твердо убежден. Но как вы сумели так
убедить Райдера? Я теперь спасен, заказ морского министерства аннулирован не
будет !
- Но как вы его выполните, не располагая резиной?
Хетчисон замялся.
- Я надеюсь, что Райдер пойдет на дополнительный заказ и в срочном порядке
организует нам поставку резины с прежним антистарителем. То, что у нас на
складе, придется ликвидировать и списать в убыток. Ничего не поделаешь.
- Не надо этого делать, - сказал Холмс, - не надо дополнительного заказа.
Вы пустите в дело уже поставленную вам резину, предварительно обезвредив ее.
Какой-то перерасход у вас будет, но значительно меньший того, который вы
предусматриваете. Вот, глядите: это ребро той «злокачественной» резины. Она
выкрашена алюминиевой краской, полежала на ярком свету, но ни в малейшей
степени не пожелтела.
Хетчисон вертел в руках и изумленно разглядывал ребро.
- Ничего не пойму, мистер Холмс, какое-то новое волшебство?
- Все очень прозаично, мистер Хетчисон, ребро выкупано в спирте. Он
экстрагировал остатки того антистарителя, и потому желтая окраска не возникает. Сэр
Чарльз сказал мне, что на заводе большие запасы спирта, использующегося в
качестве лакокрасочного растворителя. Стоимость его не столь велика, и в
поставках его вы не испытываете затруднений. Всю резину, имеющуюся на складе,
ваши рабочие вымоют в спирте, после чего ею можно будет комплектовать ящики
без всяких опасений.
- Сэр Чарльз, - обратился Холмс к главному технологу, - вы распорядились о
постройке сарайчика перед вашей литейкой?
- Он уже готов, мистер Холмс.
- Превосходно. Настрого прикажите не выгружать чушки металла на землю, а
только в сарайчик, А как насчет серной кислоты?
- Как вы сказали: проба отобрана и в лаборатории проведен замер плотности.
- Что он показал?
- Одна и семьдесят три сотых.
- Много ее в емкости?
- Примерно пятая часть!
- Ну, хорошо. О ней мы поговорим завтра, а вы укажите, чтобы емкость пока
больше не заполняли. Если у вас нет неотложных дел, то проводите нас туда,
где изготавливаются латунные детали.
Мы пришли в этот цех и увидели, как на станке из прутков вытачиваются
латунные пробки. Все было до удивительного просто, хотя стук штампа и раздражал
нас. Детали и пробки сверкали, как золотые, но отдельно в ящике находилась и
отбракованная продукция. Холмс просмотрел ее, в лупу разглядывая
растрескивание, затем спросил, какую латунь, используют?
Мастер ответил, что в большинстве своем - кованую, так как латунь с
наклепом отличается большей прочностью в эксплуатации.
- А был ли у вас брак с литой латунью?
- Я не могу сказать этого определенно, так как она в значительной мере
меньше используется. Да и этот брак идет у нас по чудному. Резко
увеличивается в зависимости от сезона или, наоборот, сокращается.
- Что, вы хотите сказать - латунь простуживается?
- Я вам говорю то, что наблюдаю, а почему так происходит - не моего ума де-
ло!
Мы вернулись в свое помещение и обнаружили там своего старого приятеля
Смита. Офицер терпеливо ожидал нашего прихода. Он осведомился у Холмса, как
успешно идет его расследование. Увидев высыпанные Холмсом на стол образцы
бракованной латуни, Смит внимательно их разглядел и сказал:
- Джентльмены! Мы ожидаем конца вашей работы у Хетчисона, так как задержка
в его поставках крайне нежелательна. Мы надеемся, что доля риска, неизбежная
при принятии его продукции, вашим расследованием будет снята. В то же время я
далек от того, чтобы попросить вас как-то ускорить все, ибо хорошо понимаю,
что это не было бы корректностью. Я зашел повидать вас и, попутно,
проконсультироваться, если вы найдете, это возможным. Речь идет о новой
неприятности на флоте, на этот раз весьма серьезной. Латунные образцы, принесенные
сейчас вами, как мне кажется, позволяют мне отнять немного вашего времени. У
нас серьезная авария. Ваш старый знакомый утопленник, крейсер «Портсмут»,
давно поднят на поверхность, полностью отремонтирован и переоборудован. Можно
считать, что это новый боевой корабль. У моряков бытуют поверия о заклятых
кораблях. Боюсь, что «Портсмут» будет зачислен ими в этот неофициальный, но
скорбный реестр. С ним опять случилось несчастье. После свершения не столь
продолжительного рейса он принужден отправиться в ремонтный док. В аварийное
состояние пришли конденсаторные трубки, изготовленные из великолепного
металла . Жутко представить себе, что случилось бы с «Портсмутом» в боевых
условиях.
- О каком великолепном металле вы говорите, Смит?
- Я говорю о морской латуни. Вряд ли существуют более жесткие условия, чем
воздействие морской воды. Морская латунь зарекомендовала себя самым
замечательным образом. На кораблях поставлены гребные винты, и они агрессивность
морской воды выдерживают лучше, чем какой другой материал. Я очень просил бы
вас, Холмс, когда освободитесь, заглянуть к нам. Может быть, за «Портсмутом»
просто охотятся?
- У вас нет с собой куска такой трубки?
- Нет, но его очень несложно заполучить.
- Я завершаю свое пребывание у Хетчисона. Завтра я надеюсь зайти сюда в
последний раз. Чтобы не терять времени, Смит, если есть у вас такая
возможность , съездите и привезите сюда кусок пораженной трубки. Мне надо еще побыть
здесь некоторое время, и я подожду вашего возвращения.
Обрадованный офицер ушел и, видимо, поторопился, так как вернулся довольно
скоро. Холмс внимательно со всех концов рассматривал вырезанный для него
конец трубки. Потом он сказал, что если завтра к концу дня Смит заедет за ним
сюда, то они займутся его вопросом.
После ухода Смита мы недолго пробыли на заводе. У зашедшего к нам Чарльза
Хетчисона Холмс поинтересовался, как работает у строителей дозаправленный
уровень. Тот сказал, что хорошо, но небольшая нехватка спирта в нем все же
обнаружена.
- Все ли здоровы на этой стройке? - спросил Холмс.
- Да в целом-то все, только двое, видимо, объелись, часто бегают в туалет.
- Запомните их, сэр Чарльз. Если не хотите их увольнять, то сделайте им
серьезное внушение. Спирт, который добавили в уровень, не ядовит. Это я
сказал для большего страха. Но обычное недоверие к начальству привело
похитителей к разоблачению. Я не позволил бы себе рисковать, добавляя яд, зная, что
это все же может привести к несчастью. Спирт стал красным от фенолфталеина,
который я в него добавил. Это распространенный индикатор при определении
щелочной среды. Он не ядовит, но действует как слабительное. В любой аптеке его
можно приобрести под названием «пурген».
Когда мы вышли с завода, то Холмс сказал, что у него еще есть дела в Лондо-
не, и я на Бейкер-стрит отправился один. Он появился только поздно вечером.
С утра, когда я поднялся, Холмса уже не было, он куда-то ушел, никак меня
не известив. Не дождавшись его, я сел обедать. Вскоре после этого пришел и
он. Видимо, проголодался, так как поданное ему проглотил с аппетитом.
- Теперь, дорогой Ватсон, - сказал Холмс, - надлежит нам совершить наш
последний вояж на Завод Хетчисона.
Я выразил свою готовность, и мы, выйдя из дома, сели в кеб. Встретив
Чарльза Хетчисона, Холмс после приветствий сказал, что если отец его не столь уж
занят, то у него в кабинете он намерен дать все разъяснения и кое-какие
рекомендации. Нечего и говорить, что старый Хетчисон сгорал от нетерпения и,
отложив все свои дела в сторону, пригласил всех в кабинет и приготовился
слушать . Кроме нас с Холмсом и обоих Хетчисонов, в кабинете никого не было, но
вдруг пришел Смит, которого встретили радушно и предложили присутствовать, на
что он согласился с видимым удовольствием.
Обращаясь ко всем, Холмс стал излагать:
- В ходе расследования, джентльмены, нам удалось выяснить некоторые детали,
которые представляют определенный интерес. Естественно, производственные
неполадки наводили на мысль, что на заводе действует чья-то преступная рука. По
этой причине и пригласили меня. Мне не удалось обнаружить преступника, я
убедился в том, что его не было. Но это не значит, что нет и виновника.
Все насторожились, услышав эти слова. А Холмс продолжал после небольшой
паузы:
- Виновник всех своих злоключений сам сэр Хетчисон. Мне неприятно это
говорить, однако я утверждаю, что во всем можно было бы разобраться и без моего
вмешательства, если бы не столь естественная, но на этот раз мало уместная
отцовская любовь. Сэр Чарльз, его сын, который очень много мне содействовал,
не приобрел еще нужного ему опыта, чтобы занять должность главного технолога.
Он недавно завершил свое образование, и у меня нет оснований сомневаться в
его познаниях, но их требуется еще использовать в повседневной заводской
практике. Сэр Хетчисон видит в сыне преемника на своем посту, и очень
похвально то, что он приобщил его к производству, которым ему в будущем
придется командовать. Обратите внимание на инженеров-железнодорожников. Их не
выпускают на широкий простор без того, чтобы они не потрудились на паровозе
простыми кочегарами. Я надеюсь, что сэр Чарльз не примет моих слов себе в
обиду, когда я скажу, что и без моего вмешательства все обошлось бы, если бы
не его поставили главным технологом. Ведь если я, всего лишь сыщик-
консультант, криминалист, разобрался в ваших неполадках, то квалифицированный
инженер сделал бы это с не меньшим успехом. А такие инженеры в вашем
распоряжении имеются, но все они выполняют указания главного технолога, у которого
не набралось еще практических навыков. Если бы сэр Чарльз начал не с главного
технолога, а с должности простого инженера, то все другие старались бы
выяснять причину случавшихся неполадок и, наверное, пришли бы к тому же. Конечно,
совершенно непредвиденное, ставящее в тупик обстоятельство с появлением
желтых полос на крышках ящиков наводило на мрачные мысли и побуждало подозревать
злодеяние. Но чтобы прийти к ним, квалифицированный инженер сначала перебрал
бы в уме все возможные технологические причины. Я, в соответствии со своей
профессией, с того и начал, что стал искать преступника. Но простое
сопоставление деталей и обстоятельств привело меня к разрешению вопроса. Я не буду
здесь повторяться, мы достаточно разобрались в кабинете Райдера. Итог
положительный: задержки в сдаче снарядных ящиков морскому министерству уже не
будет. Настораживают несколько те ящики, что изъяты со склада не из-за полос, а
из-за повреждения на них цинкового покрытия. Тут нечего пугаться. Это
произошло из-за случайного попадания на них влаги. Не удивляйтесь и не думайте,
что сыщик ставит под сомнение свойство цинкового покрытия, на котором зиждет-
ся антикоррозийная защита. Все остается на своих местах, и цинк одним своим
присутствием предохраняет железо от ржавления. Здесь частный случай. Во
влажном воздухе, в котором всегда присутствует углекислый газ, поверхность цинка
покрывается пленкой основной углекислой соли, которая надежно предохраняет
металл от разрушения. Но вот в закрытом помещении, где нет циркуляции
воздуха, картина иная. Та самая карбонатная предохраняющая пленка, не омываемая
дождями, как на кровле домов, будучи смочена, высыхает медленно, конденсирует
на себе влагу, из-за чего увеличивается в объеме. Это общеизвестное явление,
именуемое «белой ржавчиной». Создается впечатление, что на поверхности
металла растут грибы. В технике их так и называют - «цинковые грибы». Для их
возникновения нужно условие медленного высыхания влаги в недвижной атмосфере
складского помещения.
Руку преступника заставляло подозревать и другое - страшные выбросы
расплавленного металла и рвущаяся на штампах сталь, ранее к тому не склонная. Я
надеюсь, что выбросы металла прекратились, благодаря простому устройству, о
котором распорядился сэр Чарльз. С обломком чушки я побывал в лаборатории
Тредвелла, где мне провели его рентгеноструктурный анализ. Сэр Чарльз
совершенно верно предположил, что в чушках из вторичного металла имеются
микроскопические поры, которые напитываются влагой. Попав в расплав, эта влага
моментально испаряется и с силой выбрасывает металл. Чтобы избежать этого, сэр
Чарльз предусмотрел подсушивание металлических чушек на печи. Он ошибся в
самом простом. Поры довольно глубокие, и влага скопляется в толще. Нагрев же на
печи воспринимает прежде всего верхний слой металла. Он расширяется и
закрывает выход влаги из поры. Сейчас, когда разгрузка фургона проводится не на
земле, а в закрытом сарайчике, увлажняться чушки не будут, и выброса ожидать
нет оснований.
По части стали вопрос сложнее, хотя решение его также простое. Почему ранее
она прекрасно тянулась на штампах, а теперь стала постоянно давать рванины?
Сталь не изменилась, процесс травления тот же, и штампы не менялись. Стараясь
ускорить процесс производства, сэр Чарльз распорядился протравленную сталь
немедленно отправлять на штамповку. А в травильной ванне выделяется водород и
с определенной силой внедряется в поверхность листа. Происходит так
называемое наводораживание, из-за чего металл становится хрупким. Ранее, когда от
рабочих не требовали интенсификации производства, листы некоторое время
вылеживались на воздухе, и поверхность металла освобождалась от водорода. Таким
образом общеизвестная водородная хрупкость создала неприятную ситуацию на
штамповке.
Параллельно меня заинтересовала и другая сталь, которую считали
коммерческой неудачей завода. Ее приобрели, прельстившись гарантией долгого хранения.
Но сталь не оправдала себя в другом: она плохо принимала покрытия, как
цинковые , так и лакокрасочные. Попытка очистить ее поверхность, обезжирить, как
мне сказали, ни к чему не привела, и она в немалом количестве лежит на
складе , составляя мертвый капитал. Сталь бельгийская, тонколистовая. Следовало
заинтересоваться, что дает ей такую долгую сохранность. Полная аналогия с
ходовой сталью, в которой удалось обнаружить наводораживание. Эта сталь тоже
английская, но бельгийцы сделали из нее более тонкий лист. При прокатке они в
поверхность его запрессовывали масло, которое не так-то просто оттуда извлечь
и которое обеспечивает долгую сохранность металла. Во всем остальном качества
этой стали превосходные. Если не удается избавиться от масла химическим
способом, то почему этого не сделать термически? Я проделал несложный
эксперимент , и «колдовскую сталь» теперь не придется ни продавать, ни списывать в
убытки.
Вот, сэр Чарльз, в чем я усматриваю вашу непосредственную вину, так это в
риске при проверке сварных швов изготовляемых вами емкостей. Неприятность уже
была, после того как вы сдали изделия заказчику, и причину повторения такого
вам следует устранить в самом скором времени. Опять же стремясь к
интенсификации производства, вы распорядились заменить отвар мыльного корня стиральным
порошком «Новость». Если бы вы подумали, почему в такой операции предлагается
прибегать к отвару мыльного корня, а не просто к мылу, то наверняка не дали
бы своего распоряжения. Проверить вашу «Новость» было не сложно, и новость
эта дурная. Она, прежде всего, может стать причиной выхода из строя сварных
емкостей. Отвар мыльного корня рекомендуют в таких случаях по той причине,
что у него нейтральная реакция. У вашей же «Новости» ярко выраженная
щелочная, как и положено всем моющим средствам и самому мылу. Внося щелочь в поры
шва, вы тем самым предрасполагаете металл к коррозии в этом месте.
- Но что мне было делать?! Ведь я уже говорил вам, что с очень большим
трудом мы достаем корень.
- Я вхожу в ваше положение, сэр Чарльз, однако считаю, что в таком случае
лучше было бы просто навести справки, чем можно его заменить. Такую же
нейтральную реакцию и подобное же пенообразование дает лакрица, которую можно
достать в аптеке, на пивоваренном заводе и в других местах. В Гамбурге
немецкая фирма получает большие ее количества из России. На ящиках, в которых она
упакована, написано: «Гамбург, Любек, Уральск». Так что срочно закупите
лакрицы, если не достанете мыльного корня. К слову, раз уж наше внимание
сосредоточилось на стали, серную кислоту, которая используется при травлении, я
предложил бы вам срочно выбрать из приемной цистерны, употребив везде, где
она требуется. Подходят теплые дни, активность воздействия ее на металл
усилится, и от вашей емкости остается одно воспоминание. Доставляют ее вам в
железных цистернах, в которых нет никакой облицовки. Она не воздействует на
металл только потому, что она концентрированная. Подгоните такую цистерну под
водоразборный кран, и с цистерной будет тут же покончено. Вы задержались с
ремонтом помещения, в котором расположена ваша приемная емкость, и в
результате ваша серная кислота в ней разбавилась, ее агрессивность сдерживает
только холодная погода.
С вашими строительными рабочими, сэр Чарльз, вопрос ясен. Кто решился
вытянуть из уровня спирт, вы уже знаете. Но вот по поводу их недовольства в
столовой должен вам сказать, что для них и для своего удовольствия вам следует
прогнать повара. Он действительно наживается на них, употребляя объедки
вчерашнего дня для приготовления новых блюд. Вот заключение спектрального
отделения лаборатории Тредвелла. Я «посолил» несколько оставшихся кусков мяса
безвредным хлористым литием. А в мясных блюдах обеда следующего дня тонкий
спектральный анализ вполне явственно определил присутствие лития,
добавленного накануне.
Вот и все, джентльмены. Остается лишь сказать несколько слов о ваших
латунных деталях. Брака в них легко избежать. Кованая латунь становится более
твердой, но при этом в ней возникают внутренние напряжения, которые при
неравномерном охлаждении могут привести к растрескиванию. Случается, что
готовые разогретые детали кладутся на мокрый поддон и получают одностороннее
охлаждение . Бывает, что они попадают на сквозняк, и весенний или осенний воздух
производит тот же эффект, отчего создается впечатление, что латунь
простуживается. А избегают этого несложным путем. Кованые прутки правят деревянным
молотком или обжимают, уже готовые мелкие детали в массе встряхивают. Во всех
случаях внутреннее напряжение исчезает.
Мистер Смит, вам не наскучили мои объяснения? Я вижу, что вы оживились,
когда зашел вопрос о латуни. С этим сплавом у вас связана актуальная проблема.
Но терять время на розыск злоумышленника на вашем корабле мы не станем. Все
дело в условиях эксплуатации. Морская латунь - превосходный материал для
гребных винтов. Но для тех целей, куда вы ее приспособили, ее использование
не оправдано. Латунь - сплав меди с цинком, иногда с некоторыми другими
добавками. Сплав - это застывшая масса расплава, в котором его составляющие
равномерно распределены по всему объему. Это основное условие любого
раствора. Ведь если бы было не так, то любая технология потеряла свой смысл. Вы
даже не смогли бы угостить своих гостей вином, ибо у вас не было бы уверенности
в том, что в каждой рюмке напиток одинаковой крепости. Тогда случилось бы,
что один из гостей скоропалительно захмелел, а другой, лишь не желая обижать
хозяина, не замечает ему, что получил в рюмке больше всего воды. Картина,
конечно, фантастическая, и мы ее не опасаемся, ибо знаем, что основное условие
раствора - равномерность. По этой же причине нам достаточно взять пробу
сплава из одного места, чтобы судить о его составе по всей массе.
Но вот ваши конденсаторные трубки, как кажется, нарушают это условие.
Обрезок одной из них мне тщательно исследовали химики лаборатории Тредвелла. Нет
сомнения, что в морской латуни, пошедшей на их изготовление, распределение
составляющих было равномерным по всей массе. После аварии же в них
обнаружилась иная картина. Вот заключение. Во внутреннем слое трубок меди содержится
семьдесят и четыре десятых процента, а цинка двадцать восемь и восемь
десятых, то есть такое соотношение, какое соответствует морской латуни (на других
примесях я внимания не останавливаю) . А вот в наружном слое, нарушенном
коррозией, соотношение совсем иное: меди - девяносто семь и сорок две сотых
процента, а цинка всего лишь шестьдесят девять сотых. Как могло произойти такое?
Трубки - не гребной винт. Снаружи они омываются морской водой, а внутри их
циркулирует горячее масло. Агрессивность морской воды резко усилилась из-за
соприкосновения с горячей поверхностью трубок. Цинк, как более активный
металл, стал растворяться в ней более интенсивно, чем другие составляющие. За
счет его потерь повысился процент содержания меди. Вывод из всего этого
однозначный: морская латунь непригодна для условий, в которых эксплуатируются
конденсаторные трубки. Для них ваши металловеды должны подобрать другой
материал.
Я видел, что разъяснения Холмса потрясли слушателей, ибо отличались не
только глубиной, но и доходчивостью, четкостью понятий, воспринимались как
откровение, хотя он и предупредил, что во всем опытный технолог мог бы
разобраться не хуже его. Все благодарили моего друга, говоря, что им преподали
очень впечатляющий урок, что он в непостижимо короткий срок выправил все
недостатки, ставшие для производства чуть ли не мистическими. Старый Хетчисон
сказал, что он крайне высоко ценит оказанную им услугу и надеется, что мистер
Холмс не останется недовольным суммой, проставленной в чеке. Смит добавил,
что морское министерство со своей стороны не оставит его труды без внимания.
Когда мы уже дома остались с Холмсом вдвоем, он засмеялся и сказал мне:
- Немного грустно, дорогой Ватсон, что по ходу дела пришлось не разоблачать
преступника, а искать то, что другие могли бы сделать с не меньшим успехом.
Я позволил себе не согласиться с ним, заметив, что другой, даже располагая
солидными познаниями, вряд ли смог бы так быстро нащупать нити, вникнуть в
сущность всех этих явлений.
- Ему, я считаю, - сказал Холмс, - должно было быть легче, так как у него
не только специальная подготовка, но и повседневное соприкосновение со всеми
производственными процессами. Мне помогла постоянная привычка к
умозаключениям, умение отбрасывать очевидные невероятности. Может быть, в какой-то
степени вы и правы, Ватсон, моя криминалистика оказалась здесь более полезной
ввиду того, что не только Чарльз Хетчисон, но и подведомственные ему инженеры
отвыкли размышлять, почему и ошарашивает их что-то необычное. Ведь вот никто
не остановил внимания на «белой ржавчине». Я объяснил все просто и доступно,
но напрашивался вопрос: почему грибы появились только на этих ящиках? Никто
ведь этого вопроса не задал.
- Может быть, это из деликатности? А в самом деле - почему?
- Деликатность здесь уместна, Ватсон, но я полагаю, они о ней в этот момент
не думали. Вы обратили внимание на то, что пострадавшие ящики пришлось
доставать из нижнего слоя штабеля? Ведь если вода попала на них, когда они были
еще на улице, то она не попала бы в нижний ряд. Стало быть, они облиты уже на
складе, будучи уложенными в штабель. Посторонние туда не заходят. Стало быть,
это сделал сам кладовщик.
- Так, значит, вы считаете, что злоумышленник все-таки был?!
- Никакой он не злоумышленник, Ватсон. Ведь эта женщина, оставившая
отпечаток своего пальца на крышке ящика, его жена. У них хорошая семья, двое или
трое детей. Чтобы их содержать и воспитывать, они вынуждены работать оба.
Зная, что ему приходится задерживаться на складе, жена забегает к нему, после
смены, но старается, чтобы ее при этом не увидели, ибо не поощряется
присутствие на складе тех, кто не имеет к нему отношения. Так получилось и в этот
раз. Кладовщик сидел со своей женой, и они пили чай - это я заметил по
остаткам на его столе. Услышав снаружи какой-то стук, кладовщик испугался: не
заглянет ли кто в незапертую дверь, обнаружив там его жену. Он пошел прикрыть
дверь, но кружку с чаем так и не поставил на стол. А по дороге он споткнулся,
содержимое кружки попало на ящики, расположенные внизу.
Когда «белую ржавчину» обнаружили, я видел его неподдельный ужас, но,
сообразив, в чем дело, не стал его опрашивать. Я прошел мимо этого момента в
своей заключительной беседе, боясь, что его сделают козлом отпущения. Урок ему
будет сильным, но я считаю правильным, что не стал его разоблачать. Это, по-
видимому, хорошая семья, надо и снисходительно отнестись к ее промашкам,
принимая во внимание трудности, с которыми приходится им сталкиваться.
Я полностью согласился с Холмсом, решив, что он проявил высшую
деликатность, не оставив кладовщика без работы.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Матпрактикум
МНОГОКОМПОНЕНТНАЯ МОДЕЛЬ ОБУЧЕНИЯ
Майер Р.В.
Один из великих мыслителей сказал, что наука становится наукой тогда, когда
от качественных рассуждений переходит к количественным и начинает
использовать математику1. Математические основы теории обучения разработаны около
полувека назад, поэтому дидактика является наукой и с этой точки зрения тоже.
Развитие информационных технологий делает возможным использование
имитационных моделей (так называемых компьютерных симуляций) для изучения процесса
обучения и выявления различных закономерностей. В статье рассмотрены
многокомпонентная модель обучения и результаты ее исследования на персональной
ЭВМ.
Допустим, имеется П учеников, каждый из которых характеризуется набором
1 Леонардо да Винчи: «Никакой достоверности нет в науках там, где нельзя приложить
ни одной из математических наук, и в том, что не имеет связи с математикой».
параметров CCf , pf , Yf... (i' — 1,2,,...,П) и Jfl учителей, владеющих методами М\,
Ad2 , А/3 и т.д. Основная задача дидактики состоит в том, чтобы так
организовать учебный процесс, то есть выбрать методы и распределить изучаемый
материал в течение заданного промежутка времени, чтобы в конце обучения учащиеся
справились с системой тестов Т = \Ту , Т^ , ...) . Сформулируем закон дидактики:
скорость увеличения знаний Z пропорциональна прилагаемым усилиям F(t),
эффективности методики обучения TJ , коэффициентам усвоения ОС и понимания 77:
dZldt = anr/F{t). Будем считать, что прилагаемые усилия F пропорциональны
разности между уровнем требований U учителя и знаниями Z учащихся:
F = a(U-Z).
Как известно, процесс усвоения и запоминания сообщаемой информации состоит
в установлении логических и ассоциативных связей между новыми и имеющимися
знаниями. В результате приобретенные знания становятся более прочными и
забываются значительно медленнее. Предлагаемая многокомпонентная модель обучения
выражается уравнениями:
dZ\ I dt- ka\ (U - Z) - ka2^\ - y\Z\,
dZi I dt- ka^Z\ - ka^Z^ - У 2^2,
dZ^ I dt- ka-^Zi - ka^Z^ - Уъ^Ъ >
dZ^ I dt- ka^Zi, - y\Z/^,
где и - уровень требований учителя, равный сообщаемым знаниям Zq , Z -
суммарные знания, Zj - самые "непрочные" знания первого типа с высоким
коэффициентом забывания у\ , a Z4 - самые "прочные" знания четвертого типа с
низким у^ (у/[ < у?, < У2 < У\) . Коэффициенты усвоения CXf характеризуют
быстроту перехода знаний (/ —1)-ого типа в знания i-ого типа. Пока происходит
обучение, К =1, а когда оно прекращается, К = U. Коэффициент забывания у= 11т,
где Т - время, в течение которого количество знаний /-ого типа уменьшается в
раз. Результат обучения характеризуется суммарным уровнем
приобретенных знании Z^Z\ +... + Z4 и коэффициентом Pr = (Z2/4 + Z3/2 + Z4)/Z.
Uses crt, graph;
{ PR-1 }
Const al=0.01; a2=0.003; gl=0.005; g2=0.0001; dt=0.02; Mt=0.2; Mz=2.9;
Var t,U,Zl,Z2,Z3,Z4,Z,Pr,S: real; DV,MV,k: integer;
{ Free Pascal }
BEGIN DV:=Detect; InitGraph(DV,MV,'c:\bp\bgi');
Repeat t:=t+dt; U:=0; k:=0; If (t<300) then begin U:=0.15*t+20; k:=l; end;
If (t>600)and(t<900) then begin U:=0.15*(t-600)+50; k:=l; end;
If (t>1200)and(t<1500) then begin U:=0.15*(t-1200)+90; k:=l; end;
Z:=Z1+Z2+Z3+Z4; Pr:=Z2/(Z+0.001);
Zl:=Zl+k*al*(U-Z)*dt-gl*Zl*dt-k*a2*Zl*dt;
Z2:=Z2+k*a2*Zl*dt-g2*Z2*dt; circle(10+round(Mt*t),450-round(Mz*Z),1);
circle(10+round(Mt*t),450-round(Mz*(Z2)),1); circle(10+round(Mt*t),450-
round(Mz*(U)),1); circle(10+round(Mt*t),450-round(150*Pr),1);
until KeyPressed; CloseGraph;
END.
Для исследования двухкомпонентной модели обучения используется программа
PR-1, результаты имитационного моделирования - на рис. 1.1. Учитель проводит
три урока, в течение которых уровень требований растет пропорционально
времени: U = CL\t — /q) + и . Видно, что во время перерывов и после обучения уровень
"непрочных" знаний Z\ быстро уменьшается, а "прочные" знания Z2 забываются
медленнее. При использовании четырехкомпонентной модели знаний получаются
аналогичные результаты (рис. 1.2) . Уровень и в течение занятия остается
постоянным.
л Z, U
'1 L2 v3 Ч 15
Рис. 1. Двух- и четырехкомпонентная модель обучения.
Обучение будет наиболее эффективным, когда уровень требований учителя
превышает знания учащегося на максимально возможную величину, при которой у
учащегося не пропадает мотивация к учебной деятельности. Такой режим обучения
будем называть согласованным. Для нахождения эффективного пути обучения в
качестве целевой функции рассматриваемой оптимизационной задачи возьмем
функционал :
и
п
S = J(£/(*)-Z(t))dt * Z (Uj -Zj)At,
U 7=1
n = (t2-t\)/At
Нагрузка на учащегося должна быть более или менее равномерно распределена
по всем занятиям так, чтобы не было переутомления. Поэтому для каждого /-ого
занятия следует вычислять затраты энергии Sf и следить, чтобы они не
превысили пороговое значение *$niax •
Пусть в режиме согласованного обучения проводятся три занятия, начинающиеся
в фиксированные моменты времени /q = 0 , t2 и t^ . Необходимо определить
длительность занятий, при которой уровень знаний в момент t будет равен
Z{t )= Z . Для решения этой оптимизационной задачи использовалась программа,
содержащая цикл, в котором случайным образом изменяется длительность урока
±и , затем пересчитывается Z и выясняется, приблизился уровень знаний к тре-
буемому значению Z или нет. Если да, - изменения Ти принимаются, если нет,
- отвергаются, и все повторяется снова. Результаты решения этой задачи - на
рис. 2.1.
V t
Рис. 2. Нахождение оптимальной организации обучения.
Рассмотрим другую ситуацию, в которой начала /q, t^ , /4 1 ^6 ' ^8 и
длительности ±и пяти занятий фиксированы, а уровни требований Uf (i = 1,2,...,5)
изменяются. Необходимо подобрать такие U[ , чтобы уровень знаний учащегося
достиг заданного значения Z . Для этого используется программа PR-2, результаты
моделирования представлены на рис. 2.2.
Uses crt, graph; Const al=0.01; a2=0.002; N=5; Ur=90; gl=0.005; g2=0.0001;
dt=0.5; Mt=0.3; Mz=2.1; Var min,UU,t,Zl,Z2,Z,Zn,Zn2,Pr,Sum,SI,g:real;
i,k,kk,DV,MV:integer; S,U,U1: array[O..N] of real;
{ PR-2 }
Procedure Raschet;
begin t:=0; Sum:=0; Z1:=0; Z2:=0; Zn:=0; For i:=l to N do S[i]:=0;
Repeat t:=t+dt; k:=0; i:=round(t/10);
If t<200 then begin UU:=U[1]; k:=l; S[1]:=S[1]+k*abs(UU-Z)*dt; end;
If (t>400)and(t<600)then begin UU:=U[2];k:=1;S[2]:=S[2]+k*abs(UU-Z)*dt;end;
If (t>800)and(t<1000)then begin UU:=U[3];k:=l; S[3]:=S[3]
+k*abs(UU-Z)*dt;end; If(t>1200)and(t<1400)thenbegin UU:=U[4];k:=l;
S[4]:=S[4]+k*abs(UU-Z)*dt;end;If(t>1600)and(t<1800)then begin UU:=U[5];
k:=l; S[5]:=S[5]+k*abs(UU-Z)*dt;end; If UU>=Z then Zl:=Zl+k*al*(UU-Z)*dt-
gl*Zl*dt-k*a2*Zl*dt; If UU<Z then Zl:=Zl-gl*Zl*dt-k*a2*Zl*dt;
Z2:=Z2+k*a2*Zl*dt-g2*Z2*dt; Z:=Z1+Z2; Sum:=Sum+k*abs(UU-Z)*dt;
until (t>2200)or(KeyPressed); Zn:=Z; Zn2:=Z2; end;
Procedure Draw;
begin t:=0; Z1:=0; Z2:=0; Z:=0; cleardevice;
Repeat t:=t+dt; k:=0; If t<200 then begin UU:=U[1]; k:=l; end;
If (t>400)and(t<600) then begin UU:=U[2]; k:=l; end;
If (t>800)and(t<1000) then begin UU:=U[3]; k:=l; end;
If (t>1200)and(t<1400) then begin UU:=U[4]; k:=l; end;
If (t>1600)and(t<1800) then begin UU:=U[5]; k:=l; end;
If UU>=Z then Zl:=Zl+k*al*(UU-Z)*dt-gl*Zl*dt-k*a2*Zl*dt;
If UU<Z then Zl:=Zl-gl*Zl*dt-k*a2*Zl*dt;
Z2:=Z2+k*a2*Zl*dt-g2*Z2*dt; Z:=Z1+Z2;
circle(10+round(Mt*t),450-round(Mz*Z),1)/circle(10+round(Mt*t),450-
round(Mz*Ur),1); circle(10+round(Mt*t),450-round(Mz*(Z2)),1); circle(10+
round(Mt*t), 450-round(Mz*(UU)),1); until (t>2200)or(KeyPressed); end;
BEGIN DV:=Detect; InitGraph(DV,MV,'c:\bp\bgi'); Randomize; min:=lE+7;
For i:=l to N do U[i]:=20+40*i;
Repeat For i:=l to N do Ul[i]:=U[i]; Raschet; Sl:=Sum;
If Sum<min then min:=Sum; For i:=l to N do begin
U[i]:=U[i]+random(800)/100-4; If U[i]<0 then U[i]:=0; end; Raschet;
If (Sum>min)or(Zn<Ur)or(Zn2<0.6*Ur) then For i:=l to N do U[i]:=Ul[i];
g:=0; For i:=l to N do If S[i]>75*200 then g:=l; If (g=0) and(Sum<=min)
and(Zn>Ur)and(Zn2>0.6*Ur) then begin Draw; circle(10,round(min/200),3);
end; until Keypressed; CloseGraph;
END.
Теперь представим, что учитель должен обучить ученика решать 10 задач
возрастающей сложности Of = (/f + iAu , которая равна количеству знаний,
требующихся для решения /-той задачи. Учитель располагает задачи в порядке возрастания
сложности и задает их ученику через равные промежутки времени At . Если общее
количество знаний Z больше или равно Uj , то ученик решает задачу. Суммарные
знания Z увеличиваются, часть "непрочных" знаний становится "прочными".
После этого ученику предлагается (/+1)-ая задача с более высоким уровнем
сложности Uj+l • Если у ученика знаний меньше чем (7(+\ , то он не может решить
(1+1)—ую задачу сразу. Учитель его обучает в течение времени At, а затем
снова предлагает эту же или аналогичную задачу той же сложности 0(+\• Занятия
длительностью Ти » At чередуются переменами (Tj-j » At) . Для моделирования
используется программа PR-3, в ней решение задачи рассматривается как
случайный процесс, вероятность которого вычисляется по формуле Раша:
Pj = 1/(1 + СХр(—AyZyt) — Of)) . Результаты имитационного моделирования обучения
на трех и четырех занятиях представлены на рис. 3. Ступенчатая линия u{t)
показывает, как меняется сложность решаемых задач; графики Z\\t) и Z^yt)
характеризуют динамику роста "непрочных" и "прочных" знаний. Эти кривые похожи
на графики на рис. 1.1. Некоторые другие модели рассмотрены на сайте
http://rmajer.narod.ru.
uses crt,graph;
{ PR-3 }
const al=0.005; a2=0.002; g=0.0002; dt=0.2; b=0.03; Mt=0.1; N=35;
var DV,MV,i,k,r:integer; Z,Z1,Z2,U,t,p,x,Tu,Tp:real;
Z0: array[1..N]of integer; usl:boolean;
Procedure Test;
begin r:=l; p:=l/(l+exp(-b*(Z-Z0[i]))); x:=random(100)/100;
If (x<p)and(usl) then begin i:=i+l; r:=0; end; end;
BEGIN DV:=Detect; InitGraph(DV,MV,'c:\bp\bgi'); Randomize;
For i:=l to N do Z0[i]:=10+15*i; i:=l; Tu:=1100; Tp:=700;
Repeat t:=t+dt; inc(k); usl:=(t<Tu)or((t>Tu+Tp)and(t<2*Tu+Tp))
or((t>2*Tu+2*Tp)and(t<3*Tu+2*Tp));
If usl then U:=r*(Z+40) else r:=0; Z:=Z1+Z2; If U>Z then Zl:=Zl+al*r*
(Z0[i]-Z)*dt-g*Zl*dt-a2*r*Zl*dt else Zl:=Zl-g*Zl*dt;
If Z1>0 then Z2:=Z2+a2*r*Zl*dt-g*Z2*dt/10 else Z2:=Z2-g*Z2*dt/10;
If к mod 200=0 then Test; If i>N then i:=N; If k=1000 then k:=0;
circle(round(Mt*t),450-round(Z0[i]),1); circle(round(Mt*t),450-round(Zl+Z2)
,2); circle(round(Mt*t),450-round(Z2),2); until (Keypressed); Closegraph;
END.
Рис. 3. Модель обучения путем решения задач возрастающей сложности.
Литература:
1. Аткинсон Р., Бауэр Г., Кротерс Э. Введение в математическую теорию
обучения. - Москва: Мир, 1969. - 486 с.
2. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем: искусство и наука. - М. :
Мир, 1978. - 302 с.
Химичка
юуыо?^0^
САМОДЕЛЬНЫЕ РЕАКТИВЫ
(рецепты из интернета)
ПЕРОКСОХРОМА.Т КАЛИЯ
Вещество K3CrOs представляет собой тёмные малиново-красные кристаллы,
умеренно растворимые в воде. При хранении соль постепенно разлагается на хромат
калия, кислород и перекись калия:
4К3Сг08 = 4К2Сг04 + 2К202 + 602.
При нагревании разлагается со взрывом. Будучи спрессованной, соль при
сильном местном нагревании способна саморазлагаться с образованием сплава хромата
и пероксида калия и выделением кислорода. Смешанная с восстановителями (алю-
миний, сера и т.п.), при поджигании сильно вспыхивает, в замкнутом объёме
возможна детонация. Смесь пероксохромата и красного фосфора при поджигании
сильно детонирует, при хранении такой смеси возможна спонтанная реакция
взрыва , детонирует также от удара.
Реактивы:
• Калий хромовокислый К2Сг04 388 г
• Калий гидроокись КОН 115 г
• Перекись водорода Н202, 30% 800 мл
• Вода дистиллированная
Оборудование:
• Стеклянный сосуд на 5 л.
• Стеклянный сосуд на 3 л.
• Стеклянный сосуд на 1,5 л.
Синтез:
2К2Сг04 + 2КОН + 7Н202 = 2К3Сг08 + 8Н20
В 2 л дистиллированной воды растворяется 388 г хромата калия и 115 г гидро-
ксида калия. Отдельно готовится раствор из 800 мл. 30% перекиси водорода и
1000 мл дистиллированной воды. Далее оба раствора охлаждаются до появления
льда и смешиваются при интенсивном перемешивании. Сосуд с реакционной смесью
оставляется на несколько часов в воде со льдом (желательно применять
охлаждающую смесь из льда с поваренной солью). После прекращения реакции отделяют
кристаллы пероксохромата калия, промывают холодной дистиллированной водой
(300-500мл) и высушивают в прохладном тёмном месте.
Выход 450-500 г (75,76-84,18%).
Примечания:
1. На выход продукта сильно влияет температура реакции, она должна быть как
можно ниже.
2. Пероксохромат калия хранится около полугода без заметных изменений при
температуре 20-25 °С в тёмном месте.
3. Смеси пероксохромата калия с восстановителями должны быть использовании
как можно быстрее во избежание самовозгорания и взрыва. Особенно это
касается тех восстановителей (сера, фосфор, гипофосфит натрия, сахар и
т.п.), при окислении которых возможно образование кислот и кислотных
оксидов, т.к. данные вещества разлагают пероксохромат калия и вызывают
горение и взрыв смесей на его основе.
4. Смеси пероксохромата с металлами (алюминий, магний, цинк и т.п.) можно
хранить некоторое время, но соблюдать меры предосторожности по обращению
с подобными смесями. Оксиды металлов не влияют на распад пероксохромата
калия, некоторые даже стабилизируют его (основные оксиды).
5. Хромат калия можно заменить эквивалентными количествами хромового
ангидрида и гидроксида калия (200 г СгОз + 224 г КОН) или калием двухромово-
кислым и гидроксидом калия (294 г К2Сг207 + 112 г КОН).
6. Если реакция протекает слишком бурно, то можно применять более
разбавленные растворы, вводя в первоначальные реакционные смеси дополнительные
количества дистиллированной воды, но не более 500 мл на каждый раствор.
ХЛОРНАЯ КИСЛОТА
Получение хлорной кислоты из хлорноватой при нагревании последней (способ
Роско).
Насыщенный и горячий раствор 40—50 г КСЮз обрабатывают избытком кремнефто-
ристо-водородной кислоты. В результате реакции обмена
2КС103 + H2[SiF6] = 2НС10з + K2[SiF6]
образуется хлорноватая кислота и трудно растворимый кремнефтористый калий,
который отделяют фильтрованием.
Фильтрат (раствор хлорноватой и кремнефтористо-водородной кислот) упаривают
до появления белого дыма, затем смесь помещают в реторту с тубусом и
подвергают перегонке, в результате которой хлорноватая кислота переходит в хлорную
по уравнению
ЗНСЮз = НС104 + С12 + 202 + Н20
Разбавленную хлорную кислоту (НС104'2Н20) собирают в колбу, обернутую
полотенцем и охлаждаемую струей холодной воды. При перегонке под пониженным
давлением концентрация разбавленной НСЮ4 достигает 72%.
Азеотропная смесь НСЮ4 содержит 72% кислоты и кипит при 203°. Так как при
203° хлорная кислота уже разлагается, перегонку ведут под вакуумом (при
давлении 20 мм рт. ст. азеотропная смесь перегоняется при 111°).
ХЛОРАТ КАЛИЯ
Хлорат калия (хлорновато-кислый калий, бертолетова соль, КСЮз) - обычно
прозрачные пластинки или листочки удельного веса 2,34 г/см3, имеющие слегка
холодящий горьковатый вкус; ядовит. Растворимость в обычных органических
растворителях невелика, в воде при 0°С 3,2%, при 20°С 6,8%, при 100°С 36% (т.о.
хлорат калия может быть легко перекристаллизован из воды).
При нагревании до 370°С хлорат калия плавится, а при дальнейшем нагревании
начинает разлагаться (в отсутствии катализаторов - в диапазоне 450-510°С) .
Распад идет по двум основным направлениям - либо диспропорционирование с
образованием хлорида и перхлората либо образование хлорида и выделение
кислорода . Обычно оба процесса идут параллельно, но для чистого хлората преобладает
первый, при наличии примесей - второй.
В принципе, нагревание расплава хлората калия иногда используют для синтеза
перхлората. Однако этот метод довольно опасен и не может быть рекомендован.
Дело в том, что при распаде по второму механизму выделяется довольно
значительное количество теплоты (на 1 кг хлората 335 кДж теплоты и 276 л
кислорода) , и это сообщает расплаву способность детонировать. Причем взрыв расплава
может произойти как при толчке или ударе, так и при резком перегреве до 550-
600°С (такие взрывы были причинами крупных техногенных катастроф).
Молекулярная масса хлората калия 122,6; теплота образования из элементов -
391,8 кДж/моль; кислородный баланс +39,16% и при изготовлении ВВ 50,9 г КСЮз
заменяют 100 г нитрата аммония (Штетбахер).
Основные методы синтеза хлората калия - это действие хлора на горячий
щелочной раствор калиевой соли (обычно на раствор карбоната калия), либо
электролиз без диафрагмы горячего раствора хлористого калия. Последний метод
широко представлен в Сети; но практически этот метод не очень удобен.
Связано это с тем, что в процессе электролиза на аноде не только происходит
выделение хлора, но и выделение кислорода, и окисление графита (обычного
материала анода). Ситуация усугубляется тем, что из-за неизбежных потерь хлора
растет щелочность среды и вклад двух последних процессов увеличивается, что
при повышенных (60-90°С) температурах ведет к быстрому разрушению анода.
Для восстановления рН и устранения накапливающегося карбоната необходимо
постоянно добавлять заметные количества соляной кислоты; иногда рекомендуемая
компенсация серной кислотой не столь эффективна. Тем не менее, и при точной
компенсации износ анода происходит очень быстро, а из электролизера
выделяется довольно много хлора.
При подборе окислителей для некоторых процессов было случайно обнаружено,
что классический отбеливатель "Белизна" (ТУ 6-40-00209645-56-92) является
довольно крепким раствором хлорита натрия (хлористо-кислый натрий, ЫаСЮг)
при электролизе которого на аноде происходит как выделение двуокиси хлора
СЮг (далее гидролизующейся в смесь хлорита и хлората) , так и прямое
окисление хлорита в хлорат. Причем процесс электролиза выгодно вести при заметном
охлаждении - вплоть до 0°С (и не выше 20-30°С) , когда выход по току
максимален, а износ электродов - минимален. Далее будет описан именно этот метод
синтеза.
Требуемые материалы:
• 0,8 л отбеливателя "Белизна" (ТУ 6-40-00209645-56-92) - здесь следует
иметь в виду, что сейчас появилась масса более дешевых "жульнических"
препаратов с тем же названием ("дезинфицирующее средство Белизна" ТУ
9392-263-05763458-98 и др. - это, как правило, растворы гипохлорита
различной концентрации; их можно использовать для получения хлороформа и
гидразина - но не стоит для отбеливания белья или изготовления хлората);
• 200-250 г хлористого калия КС1 (подходит обычное минеральное удобрение -
однако, если оно содержит примесь глины, будут необходимы отстаивание
или фильтрация; если содержит аммонийные соли - при растворении
выделяется хлор и его окислы, падает выход);
• соляная кислота.
Оборудование:
• регулируемый источник постоянного тока до 5-10 А при напряжении до 7-10
В (пригодно Зарядное устройство для аккумуляторов);
• электролизер;
• колбы и химические стаканы на 1л;
• система для горячего фильтрования.
Корпус электролизера - сосуд емкостью 1-2 л из изолирующего материала.
Следует учитывать, что в процессе электролиза возможно накопление щелочи - а при
длительном воздействии щелочного раствора могут растрескиваться и стекло, и
ряд обычных бытовых пластиков.
Наилучшим материалом для анода электролизера оказался твердый спеченный
графит от анодов мощных радиоламп и тиратронов; такой графит достаточно
медленно изнашивается и практически не загрязняет раствор. Так же пригодны
жесткая углеткань, некоторые типы графитовых сердечников для карандашей, просто
твердый кусковой графит; наименее пригодны графитовые электроды батареек -
они не только быстро разрушаются, но и дают трудноудалимые загрязнения
продукта.
Для подвода тока к аноду можно использовать медный освинцованный (в крайнем
случае - луженый или никелированный) одножильный провод в пластиковой изоля-
ции, диаметр жилы провода - 0,7-2 мм; провод припаивается к винту (МЗ-М4) из
нержавеющей стали, ввернутому в "глухое" отверстие в анодном блоке. Резьба в
отверстии предварительно смазывается смесью полимеризующегося клея (или
смолы) и графитового порошка. Таким же клеем (БФ, циакрин, т.д.) покрывается
место спайки; поверх (для предотвращения проникновения электролита к металлу)
все обмазывается слоем силиконового герметика или расплавом из клеевого
пистолета .
В принципе, эффективнее и долговечнее графитовых здесь должны быть аноды из
двуокиси свинца. Технология изготовления и особенности применения анодов
"двуокись свинца-на-графите" будет описана далее. Однако из-за определенной
трудоемкости изготовления применение такого анода оправдано только при
изготовлении значительных количеств хлората (или при целевом синтезе перхлората).
Надо отметить, что процесс электролиза хлорита не очень чувствителен к
плотности тока анода (пригодны аноды полной площадью 5-80 кв.см), но, в
отличие от электролиза хлорида, правильно процесс идет только при исключительно
высоких плотностях тока катода.
Дело в том, что хлорит-ион - сильный окислитель, гарантированно
восстанавливающийся водородом в момент выделения, и лишь очень высокая плотность тока
позволяет ограничить этот процесс скоростью поступления хлорита к поверхности
катода. Практически эффективный катод - это 2-7 см оголенный участок
одножильного (диаметром 0.5-2 мм) медного никелированного (освинцованный или
луженый здесь не желательны!) провода в пластиковой изоляции; оптимальная длина
участка подбирается по максимальному выделению водорода (при заданном токе).
В заводских условиях для уменьшения восстановления на катоде (и как
кислотный буфер) к электролиту добавляют высокотоксичный хромовый ангидрид (либо
бихромат); в Сети встречается рекомендация добавлять для этой цели следовые
количества перманганата калия. Для увеличения КПД в электролит можно вводить
хлорид лития (уменьшает сопротивление электролизера) и хлориды кальция,
магния (увеличивают выход по току). Кроме того, в процессе электролиза
желательно периодически компенсировать выделяющуюся щелочь добавлением разбавленной
соляной кислоты (поддерживая рН в районе 6-8).
При установке электродов в электролизер крепить анод лучше вблизи дна,
катод - несколько ближе к поверхности; в этом случае циркуляция щелочной
жидкости в верхней части ванны (за счет пузырьков водорода) обеспечивает
эффективное поглощение хлора и его окислов; вблизи дна циркуляция подавлена и щелочь
в анодное пространство почти не поступает.
Из-за некоторого выделения хлора желательно проводить электролиз на
открытом воздухе; во избежание пролива электролита электролизер ставится в
подходящую ванну; для улучшения охлаждения ванна заполняется водой (зимой не
обязательно) .
Электролиз проводят в два приема. Сначала электролизу подвергают раствор
120-130 г хлористого калия в 0,8 л "Белизны" (если используется сильно
Загрязненный хлорид калия, раствор необходимо отфильтровать). Ток электролизера
устанавливается 3-10 А (определяется возможностями источника и охлаждения
ванны); напряжение при этом может составлять 4,5-10 В (зависит от температуры
и состава электролита, тока, размеров и размещения электродов).
При токе 5 А длительность первого периода электролиза около полутора суток.
К его завершению на дне электролизера образуется сильно загрязненный графитом
слой кристаллов хлората калия, который далее отделяется для очистки и
перекристаллизации (в этой первой порции 120-170 г хлората).
В электролите растворяется еще 70-100 г хлористого калия, и проводится
второй этап электролиза (1-2 суток при токе 5 А; при малой длительности падает
выход, при большой - растет износ анода). По завершению его электролит
сначала кипятят (для конверсии гипохлорита), и далее охлаждают (до 0 - -5°С) .
Весь хлорат (осадки охлаждения и из электролизера) консолидируют,
растворяют при нагревании в минимальном количестве воды (примерно 0,5-0,7 л воды и
90-100°С) и фильтруют для удаления частиц графита в системе для горячего
фильтрования. Сосуд с фильтратом плотно прикрывают и теплоизолируют
(например, оборачивая тканью). При медленном охлаждении из раствора выделяются
довольно крупные прозрачные пластинчатые кристаллы (листочки) бертолетовой
соли; для более полного их выделения охлаждение желательно довести до 0°С.
Холодный маточный раствор сливается, его остатки тщательно отсасывают,
кристаллы ополаскивают небольшим количеством ледяной воды, выкладывают на
уложенные в кювету листы фильтровальной бумаги (прикрывая сверху таким же
листом) и высушивают. В результате получается 230-270 г крупнокристаллического
хлората калия, пригодного для приготовления шеддита1, но несколько
гигроскопичного из-за загрязнения хлоридами калия и натрия (последняя примесь также
препятствует его применению в пиротехнике).
При необходимости лучшей очистки ополоснутые кристаллы снова растворяют в
горячей дистиллированной воде, повторно фильтруют (при необходимости), пере-
кристаллизовывают (для глубокой очистки эти процедуры повторяют еще раз) и
высушивают. Хорошо очищенный хлорат калия абсолютно не гигроскопичен и
практически не окрашивает пламени.
Повторную перекристаллизацию можно использовать и для измельчения хлората
калия. Для этого горячее растворение проводят в стакане из термостойкого
стекла, который переносят в ванну с водно-ледяной смесью и быстро охлаждают
при интенсивном размешивании (желательно, электрической мешалкой). При
быстром охлаждении бертолетова соль выделяется в виде очень мелкого блестящего
кристаллического порошка, далее отделяемого от маточного раствора и
высушиваемого .
Подобная методика может быть использована и для изготовления хлорато-
цианоферратного пороха - тесной смеси хлората калия и ферроцианида калия
(желтой кровяной соли); возможно также, что при совместной кристаллизации эти
соли могут давать смешанные кристаллы (образовывать комплекс).
Двуокисносвинцовый анод
Аноды из двуокиси свинца представляют собой дешевую альтернативу платиновым
в процессе производства хлоратов и перхлоратов. Они слабо подвергаются
коррозии и имеют ряд удобств, большой плюс такого рода анодов состоит в том, что
после работы электролит не содержит коллоидных остатков коррозии, что сильно
облегчает очистку электролита. За многие годы изобретено много методов их
производства, и многие из них легко реализуемы в домашних условиях,
рассмотрим один из них.
Чистая двуокись свинца довольно хрупка и механически малопрочна, что
требует крайне аккуратного обращения. Чаще для используют электроды из диоксида
свинца нанесенного на графитовый субстрат. Соединение двуокиси свинца с
графитом обеспечивает прекрасную электрическую проводимость и обеспечивает
достаточную механическую прочность. Хотя изготовление таких электродов двольно
просто, оно имеет ряд тонкостей, например слой двуокиси свинца должен быть
ровным и хорошо прилегать к субстрату, в случае проникновения электролита под
слой двуокиси свинца графитовая основа будет быстро коррозировать, что сдела-
Шеддиты - это наиболее распространенные взрывчатые вещества из тех, в состав
которых входит бертолетова соль. Подробнее см.: Яхонтов А.Д. Курс взрывчатых веществ.
1933.
ет электрод бесполезным. (В процессе окисления хлоратов в перхлораты
графитовые аноды неприменимы в силу того что не обеспечивают достаточного потенциала
и быстро разрушаются, не образуя даже следов перхлората, засоряя электролит
трудноудаляемыми нерастворимыми примесями).
Удобным способом производства свинцово-графитовых электродов является
электролиз специально приготовленного покрывающего раствора с медным катодом и
анодом из графита, который будет являться субстратом для изготовляемого
электрода . Трудностью процесса покрытия является склонность диоксида свинца к
растрескиванию. Для того чтобы слой диоксида свинца был ровным и не содержал
трещин можно добавлять в покрывающий раствор неионные поверхностно-активные
вещества или вращать анод во время электролиза. Вращение анода требует
изготовления специальной установки, но дает хорошие результаты.
Покрывающий раствор
Покрывающий раствор представляет собой раствор двух солей - нитрата свинца
(250 г/л) и нитрата меди (50 г/л). Для приготовления раствора используют
дистиллированную воду, а полученный раствор подкисляют азотной кислотой до рН =
1.
Вращательная установка
Установка состоит из мотора прикрепленного к короткой металлической трубке.
Графитовый анод вставляют в эту трубку примерно на 1 см, а соединение
герметизируют тугоплавким клеем. Оптимальная скорость вращения мотора составляет
около 1000 оборотов в минуту. Металлическая трубка соединяется с источником
тока при помощи скользящего контакта.
Графитовая основа
Небольшие графитовые палочки могут быть добыты из старых цинковых батареек.
В самом крупном виде батареек длина графитового стержня составляет около 8
см, а толщина 0,8 см. Перед использованием графитовые стержни очищают при
помощи горячей воды и пара, по завершении очистки к графиту, во избежание его
повторного загрязнения, можно прикасаться только чистыми, обезжиренными
предметами. Графитовый анод прикрепляется к металлической трубке, а соединение
заклеивается клеем (для предотвращения коррозии метала).
Обработка графитового субстрата
Перед покрытием двуокисью свинца графит требует специальной обработки,
необходимой для хорошего прилегания слоя двуокиси. Такую обработку проводят
электролизом 10% раствора NaOH с анодом из графитового субстрата и стальным
или медным катодом. Напряжение в электролизере 5-6 вольт, а плотность тока
0,05 - 0,1 А/см2. При электролизе графитовый анод подвергается коррозии,
выделяя в раствор нерастворимые продукты серого цвета. После электролиза
графитовый анод погружают в 10% НЫОз на 10 минут, затем дважды промывают водой.
Теперь графитовый субстрат готов к покрытию.
Покрытие
Покрытие производят электролизом покрывающего раствора с медным катодом и
анодом из обработанного графитового субстрата. Качество покрытия существенно
улучшается если покрывающий раствор имеет температуру около 55°С, но при
повышении температуры выше 60°С эффект становится обратным. Покрытие ведут до
образования слоя двуокиси толщиной 0,8-1 мм, после чего готовый анод вынимают
и промывают дистиллированной водой. Если покрытие произведено верно, графит
будет покрыт черным слоем двуокиси свинца. В идеале слой диоксида должен быть
очень ровным, но это наблюдается от раза к разу. Если покрытие все же имеет
изъяны - ничего страшного, их можно замазать тугоплавким клеем, тогда
полученный электрод не потеряет своей работоспособности, но будет требовать
периодической замены заклейки.
Использование свинцово-графитных электродов
Свинцово-графитовые аноды с успехом могут быть использованы в хлоратных и
перхлоратных электролизерах, как альтернатива платиновым с единственным
отличием: для увеличения эффективности процесса окисления хроматы и дихроматы
использовать нельзя - это приводит к снижению эффективности. Для увеличения
эффективности таких электродов используют фторид натрия или раствор плавиковой
кислоты. Стоит напомнить о том, что соединения свинца весьма токсичны.
Особенной токсичностью обладают растворимые соли свинца (в частности нитрат и
ацетат), они накапливаются в организме и поражают нервную систему, поэтому
при работе с такими электродами необходимо соблюдать меры предосторожности.
Способ получения
КСЮз из КС1
Процесс синтеза производится в электролизере периодического действия на Pt
аноде с охлаждающим медным катодом.
Преимущества:
1) Цена 1 кг марганцовки у нас приближается к цене 10 г Pt,
2) Чистота цвета пиротехнических составов с КСЮз, полученным обменными
реакциями из солей Na, загрязнена следами иона Na,
3) Данный вариант электролизера позволяет при желании получать и КСЮ4,
4) Сильно упрощается процесс очистки продукта.
Pt анод
Для изготовления анода пользовался Pt и Pt + 10% Ir проволочками, диаметром
около 0,8 мм, из старых термопар. Чтобы сделать из них хороший анод для
электролизера :
1) Один конец Pt проволоки просовываем через иглу диаметром 1,1-1,2 мм, а
длинный кусок обматываем, чтобы получилось типа пружинки. Длина пружинки
зависит от длины проволоки и надо потренироваться на, скажем, медной проволоке,
чтобы получилось что-то похожее как на рис. 1 и 2:
(
Рис. 1. Формирование Pt проволоки.
Рис.2. Вид части Pt анода.
2) Так оформленных пружинок вообще нужно побольше, чтобы увеличить общую
площадь анода (у меня анод получился площадью около 30 см2 из 10 г Pt
проволоки) . По этому делаем несколько таких пружинок:
Рис.3. Вид частей Pt анода.
3) Сформированные пружинки (аккуратно Pt очень мягкий материал!) скручиваем
вместе:
Рис. 4. Вид активной части Pt анода.
4) Берем кусок медной проволоки диаметром около 4 мм, выпрямляем,
высверливаем в одном конце отверстие диаметром чуть большим получившегося скрутка Pt
проволок на глубину 5-7 мм.
5) Впаиваем в отверстие Pt изделие обычным ПОС-61. Как флюс идеально
действует мазь из глицерина, канифоли и NH4C1.
6) Берем кусок телевизионного кабеля типа КР-75-7-22 или подобного,
добываем с него фторопластовые полоски (ближе к центральной посеребренной жиле они
будут тоньше). Далее, не боясь перепачкать пальцы, мажем универсальным
силиконом с обеих сторон, также мажем силиконом (по возможности тончим слоем)
медную проволоку и примерно 1 см Pt скрутки. После этого обматываем
фторопластовую полоску так, чтобы следующий виток наполовину покрывал уже намотанный
виток. Обматывание начинаем с конца впаянной Pt и на сам скруток мотаем
больше полоски, чтобы выравнять разницу диаметров скрутка и медной проволоки
(фторопластовая полоска, смазанная силиконом, очень скользкая). Свободный
конец полоски на самом последнем витке фиксируем сначала куском скотча, а потом
нитками примерно в том месте, где анод будет проходить через крышку
электролизера .
Даем силикону затвердеть, а потом очищаем медную проволоку до места с
нитками . Анод готов:
^^
Рис. 5. Готовый анод (после 500 часов работы).
Катод
Рис. 6. Катод в сборе. Слева видна стеклянная трубка
для установки в нее электронного термодатчика.
Так как из нержавеющей стали охлаждающий катод сделать в домашних условиях
затруднительно, будем делать его из обыкновенной мягкой медной трубки. Берем
трубку с наружным диаметром 8 мм и, для упрощения процесса сгибания,
наполняем сухим измельченным нитратом калия (можно сахаром). Делаем 7,5 витков
вокруг 50 мм трубы, отгибаем концы трубки в одну сторону. Для прочистки трубку
кипятим в воде, пока селитра не растает. Витки стягиваем по возможности
плотнее и спаиваем ПОС-61 мощным паяльником, используя при этом ранее упомянутый
флюс. Места трубки, которые будут находится выше уровня электролита, защищаем
от воздействия агрессивной среды по такой же методике, как и анодную медную
часть. На рис. 6. хорошо видны круглые пятна от капель агрессивного
конденсата.
Рис. 7. Катод - вид сбоку. Вверху по центру - медная
пластинка, к которой крепится анод. Медь не самый
лучший материал для катода - повышает потенциал ячейки, а
если пропадает ток - будет реагировать с щелочью.
Остальные части
электролитической ячейки
Сосуд - стекляный цилиндр емкостью 3 л. Можно отрезать верхнюю часть 4 л
бутылки и отшлифовать ровно при помощи наждачной бумаги, приклеенной на
ровную поверхность. Крышка вытачивается из 2 см фторопласта, но подходит и
текстолит, и гетинакс. На рис. 6, 7 и 8 крышка сделанная из углеродистого
фторопласта обыкновенной электродрелью. Диаметр банки - 15 см.
Рис. 8. Электролизер в работе. На дне видны кристаллы КС103.
Я
Рис. 9. Электролизер после 10 часов,
Теплообменник с воздухом
Для поддерживания температуры в электролизере в пределах 65-75°С построим
несложный теплообменник.
Переносчиком тепла с катодного теплообменника до воздушного нам послужит
обыкновенная вода.
Рис. 10. Теплообменник в сборе.
Итак, нам необходимо:
1) Сам теплообменник (на снимке он самодельный, медный, площадью 2500 см2) .
Подойдут и устройства для обогревания автомобильного салона (типа
печки) , а если собираетесь делать очень мощный электролизер, можно целиком
воспользоваться системой охлаждения автомобильного двигателя.
2) Вентилятор (на снимке 12 см, 3,6 W).
3) Небольшой расширительный бачок.
4) Центробежный насос небольшой мощностью (на снимке он самодельный из
компьютерного 8 см вентилятора).
5) Датчик уровня и потока жидкости охлаждающей системы.
На рис. 10 представленная конструкция способна отдавать 250 W тепла
окружающей среде при температуре поступающего на теплообменник воздуха 22°С, а
горячей воды с электролизера 65°С.
Вместо всего этого в ранних конструкциях пользовался системой, подключенной
к водопроводу через электроклапан, управляемый контактным ртутным
термометром.
Ранее допущенная ошибка: старался систему охлаждать холодной водой - в
результате КСЮз кристаллизовалась прямо на катодную трубку, тем самим уменьшая
площадь активного катода и повышая электрическое сопротивление ячейки.
Систему нужно охлаждать только настолько, чтобы поддерживалась заданная
температура и пользоваться по возможности горячей водой, чтобы кристаллизация
протекала на дне электролизера.
Это все и обеспечивает теплообменник с воздухом. Необходимый поток воздуха
в моей системе устанавливается автоматически - плавным изменением числа
оборотов 12 см вентилятора.
Центробежный насос нужен для создания принудительного потока теплоперенос-
чика (воды) и самодельный выглядит так:
Рис. 11. Общий вид насоса.
Рис. 12. Насос со снятым кожухом.
Рис. 13. Все составные части насоса.
Эта конструкция работает тихо, имеется возможность регулировать мощность,
не имеет сальников .
Блок питания
Фарадей сформулировал пару нам очень нужных законов из которых следует, что
для выделения одного грамм-эквивалента любого вещества необходимо пропустить
через электролит количество электричества равное 96500 кулонам или 26,8 а.ч
(приблизительно). Из этого следует вывод — для питания электролизера нам
больше всего подходит источник тока, а не везде упомянутые БП от ПК или
зарядчики аккумуляторных батарей (АКБ) потому, что все эти устройства являются
источниками напряжения (особенно первые), которых всячески стараются
превратить в источник тока. Компьютерный БП переделать в отличный источник тока
будет , пожалуй, сложнее, чем самому сделать такое устройство.
Лет 6 назад пользовался старым, мощным зарядчиком АКБ, в котором имитация
источника тока была осуществлена при помощи скользящего контакта на вторичной
обмотке. Обнаружил следующие недостатки:
1) В свое время выпущенные зарядчики АКБ не способны длительное время
находится под номинальной нагрузкой. Перегрев обмоток и самого магнитопрово-
да (приходилось ставить вентилятор), а также большой ток покоя (порядка
250-350 мА) делают электролиз неэкономичным.
2) Диодный мост вообще не держал номинального (20 А) тока, а замена на 180
А диоды привела к еще большими потерями из-за большого падения
напряжения на них (на мост упало 2-2,5 V) , а это половина от напряжения на
электролитической ячейке. В результате более 1/3 снимаемой с электросети
энергии выделялось на диодном мосту в виде тепла.
3) Попытка чуть выравнять пульсирующий выпрямленный ток, подключением
конденсаторной батареи емкостью 0,5 Ф, привела к немереному нагреву
проводов идущих к конденсаторам и счетчик тоже регистрировал чуть ни два раза
большее потребление электричества (учтите: выпрямители работающие на
емкостную нагрузку должны иметь фильтр начинающиеся с индуктивностью, то
есть иметь дроссель, габариты которого соизмеримы с габаритами самого
сетевого трансформатора).
Из образующейся ситуации вижу несколько путей решения, если нам нужны токи
от 10 А до 50 А:
1) Спокойно брать зарядчик АКБ. Как имитатор регулируемого источника тока
ставить мощный ЛАТР, упростить низковольтную часть заменой имеющегося
там выпрямителя на диодный мост с мощными диодами типа Шотки.
2) Сделать самодельный БП с мощным понижающим трансформатором и мощным
диодным выпрямителем на диодах Шотки и регулирующим элементом - симисто-
ром в сетевой части. Изначально делать БП как источник тока (в таком
исполнении БП не боится коротких замыканий, потери выделяемые в виде
тепла на выпрямительные элементы минимальны).
Именно второй вариант сейчас и у меня. Некоторые данные моего БП:
1) Сетевой трансформатор 1 kVA, вторичная обмотка 31 мм2.
2) Диоды 440CNQ030.
3) В сетевой части TT25F1100KEM включенные встречно-параллельно.
4) Датчик тока - самодельный трансформатор тока, размещенный на выводе
вторичной обмотки.
5) БП имеет встроенный электронный термометр и может выдать управляющий
сигнал вентилятору, но главное, в случае перегрева электролитической
ячейки - сбросит ток до значения необходимого для поддержания заданной
т емпера туры,
6) Ток, непрерывно отдаваемый в нагрузку - до 60 А.
Так выглядит мой БП спереди, в момент работы:
Рис. 14. БП работает (сверху питание насоса и вентилятора).
Сырье и электролит
Сырьем для электролита подходят КС1 удобрения даже такого вида:
\
Рис. 15. Низкокачественное КС1 сырье.
На рис. 15. удобрение содержит глину, камни, немного аммиачных солей и
органические примеси, но для получения КСЮз пригодно. Лучше пользоваться КС1
удобрениями в которых К20 52-60%. Тогда процесс упрощается — отпадает
необходимость в грубом фильтровании.
Кипятим воду, сыплем то, что купили, как КС1. Если будет пениться - значит
есть присутствие примесей органического происхождения и только. Вставляем
ареометр и если достигли отметки 1,2 г/см3, то больше добавлять сырья нет
смысла. Фильтруем то, что кипятили и получаем прозрачный раствор. Даем остыть
до 25°С, при этом должен выкристаллизоваться КС1 и плотность раствора
приближаться к 1,175 г/см3.
Готовим электролит из расчета:
1) 1л КС1 раствора (примерно 26%).
2) 5 г СгОз
Добавляем КОН до получения рН 8-9 (индикатор - фенолфталеин).
Если будет при этом выделяться NH3 (если у нас сырье как на рис. 15) - это
нормальное явление.
Вливаем электролит в банку, соединяем проводами и резиновыми шлангами все
компоненты, так чтобы образовался электролизер периодического действия на Pt
аноде с охлаждаемым медным катодом. Заливаем в охлаждающую систему воду.
Закрываем банку крышкой, чуть уплотняем силиконом, чтобы газы могли уходить
только через вентиляционный шланг, второй конец которого обитатели
многоэтажек могут поместить в переливное отверстие ванны. Так газы смогут сами
определиться: хлор растворится в сточной воде, а водород улетучится через
вентиляционную систему.
Запуск электролизера
и уход за процессом
Включаем электролизер, медленно прибавляем ток до значения 0,25-0,5 А/см2
(я подавал на свой анод до 1 А/см2) , при этом напряжение поднимется (у меня
при 30 А до 9.5 V), а по мере нагрева электролита будет постепенно падать до
определенного значения, зависящего от материала электродов,
электропроводности раствора, площади электродов и расстояния между ними. С выбранными
материалами при нормальной анодной плотности это 4-4.5 V.
Обратите внимание как загудела банка - издается звук, напоминающий работу
отдаленной электроподстанции. Это даже очень нормальное явление, ведь мы за-
<*-т.
питываем электролизер пульсирующим 100 Гц током. Через минут 15-25 система
входит в нормальный режим и при достижении 65°С, начинает работать
вентилятор. Через час доводим рН до значения 6.5-6.8, добавлением в электролит
раствор НС1.
У меня процесс идет почти полностью автоматически, благодаря источнику
тока. Необходимо только два раза подкорректировать рН и один раз пополнить
уровень электролита и сменить банку по окончании процесса.
Электролиз проводим до превращения 75% КС1 в КС103. Если будем продолжать,
то получим уже другой продукт - КС104. Так делать не советую. При попытке
превратить весь КС1 в КСЮз, вместо хлора начнет выделятся озон - газ
обладающий не менее неприятным запахом.
Если все сделали правильно, Вас обрадует полученный продукт, который,
правда, еще нуждается в перекристаллизации. Не забудьте добавить некоторое
количество щелочи до смены оранжевого цвета на светло-желтый - это избавит Вас от
неприятностей - КСЮз освободим от следов кислоты.
/
I
Рис. 16. Банка с продуктом перед перекристаллизацией.
Получить бертолетову соль можно электролизом КС1. Этот способ проверенный.
Засыпать в 120 мл воды 150 г калия хлорита. Закипятить. Оставить на
охлаждение. Когда охладится до тёплого состояния - отфильтровать добавить 3-5 г
дихромата калия. Дихромат лучше добавлять до кипячения. Это и будет
электролит .
Взять некоторую ёмкость, которая выдерживает 100 градусов и не пропускает
ток. Положить в неё два куска (они не должны соприкасаться) графита или пла-
тины поверхностью примерно 20 см2 каждый. Залить электролит в электролизер.
Подключить контакты к графитовым кускам. Электролизер поставить на какое-то
приспособление дающее 40-80 градусов нагрева. На контакты подать 8-10 вольт
постоянного тока. Электролиз продолжать в течение 13-15 часов, можно с
перерывами. Жидкость из электролизера отфильтровать и поставить в холодильник.
Где-то через неделю отфильтровать кристаллы КСЮз.
Получение бертолетовой соли электролизом КС1.
Нужно иметь мощный трансформатор с несколькими вторичными обмотками (из
расчета на 17-20 ампер) и диодный мост из четырех Д243. Потребуется также
большая графитовая щетка от электромотора в качестве положительного
электрода. Нержавеющую ложку можно использовать как отрицательный электрод.
Электролизером может служить пол-литровая банка с крышкой. Насыпаю КС1 с небольшим
избытком - раствор перенасыщен. За один цикл весь электролит несколько раз
активно перемешиваю. КС1 со дна переходит в раствор, а бертолетова соль
выпадает в осадок. Самое важное - подобрать нужный ток. Никогда особо тщательно
его не измерял (пожалуй, 5-6 ампер). Просто ток должен разогревать раствор.
Причем довольно сильно, точно больше 70°С. То, что осыпается графит -
неважно, графит не дефицит. На несколько циклов его хватает. Вся чернота легко
отфильтровывается через воронку. Выход до 150 г с пол-литровой ёмкости. Цикл -
2 суток. На трансформатор можно нагружать 3 банки одновременно.
ХЛОРАТ КАЛИЯ
(продолжение)
Хлорат калия - она же бертолетова соль (КСЮз) • Открыта французским химиком
Бертолле в результате действия хлора на горячий раствор щелочи
ЗС12 + 6КОН = 5КС1 + КСЮз + ЗН20
Эта соль богата кислородом и довольно легко отдает его при нагревании в
твердом состоянии в соответствии с уравнением
2КС103 = 2КС1 + 302
При выполнении экспериментов с бертолетовой солью следует иметь в виду, что
их смеси с органическими веществами взрывоопасны, чувствительны к трению,
удару, нагреванию. Особенно легко происходит взрыв хлоратов в смеси с серой,
красным фосфором, сурьмой, крахмалом, сажей, сахаром. Опасность взрыва
повышается в присутствии бромата калия. При смешении бертолетовой соли с солями
аммония образуется продукт, взрывающийся при 100°С, а при длительном хранении
самовоспламеняющийся.
Можно использовать как детонатор, так как при смешении сахара и
бертолетовой соли, образуется смесь, которая загорается от капли серной кислоты. Так
же можно использовать в изготовлении аммонала, а так же для изготовления
взрывпакета (смешать алюминиевую пудру 31 г, хлорат калия 69 г).
Получение бертолетовой соли
Электролиз кипящего (70-80°С) раствора хлористого калия (КС1). При электро-
лизе раствора КС1, разлагается на С1г (газ), и на КОН, естественно что,
кипящий КОН вступает в реакцию С1г и получается КСЮз.
Хлористый калий - это удобрение.
Хлорат калия растворим гораздо хуже, чем хлорид калия и потому при
охлаждении раствора после завершения реакции бертолетова соль выделяете в осадок, а
КС1 остается в растворе. Соотношение растворимостеи NaCl и ЫаСЮз обратное и
потому хлорат натрия гораздо менее распространен в лабораторной практике.
Таким образом, способ получения бертолетовой соли относительно прост, а
исходные реагенты сравнительно доступны.
Хлорат калия также получают пропусканием газообразного хлора (под тягой)
через горячие растворы гидроксида калия или карбонаты калия. В первом случае
несильный ток хлора пропускают через 30%-ный раствор едкого кали, во втором
случае - через 45%-ный раствор поташа. Чтобы выпадающие кристаллы не забивали
газоотводную трубку, подающую хлор, пользуются алонжем или широкой трубкой.
Полученные кристаллы фильтруют через стекловату или с помощью воронки Шотта и
высушивают. Использование бумажных фильтров нежелательно, так как бертолетова
соль образует с клетчаткой и другими горючими веществами взрывчатые смеси.
Для получения хлора помещают в колбу Вюрца 5-10 г перманганата калия и из
делительной воронки, вставленной в колбу, приливают по каплям 30-70 мл
концентрированной соляной кислоты. Скорость выделения хлора регулируют
интенсивностью приливания кислоты в колбу с перманганатом калия.
Хлор можно получить и электролитически - разлагая током концентрированный
р-р поваренной соли (желательно крупной - не йодированной). Для этого нужны:
два графических электрода, колба Вюрца без дна, химический стакан, провода,
резиновые трубки, понижающий трансформатор с выпрямителем (отлично подойдет
зарядное устройство к автомобильному аккумулятору или сам аккумулятор на 12
в), насыщенный р-р поваренной соли.
Бертолетовую соль я делал так. Источник питания - блок питания от
компьютера. Напряжение 12 вольт. Ток - 10 ампер. Электроды - 2 электрода от
троллейбуса и один из нержавейки. Время - сутки. Температура - высокая. Электролит -
КС1. Выход 25 г хлората калия.
Использовал двухлитровую банку. Приготовил насыщенный раствор хлористого
калия. Засунул туда пакет электродов. Катод - нержавейка (такая штука,
которой доктора горло смотрят). Им очень удобно регулировать сопротивление
(погружая поглубже в раствор или обратно), а значит и ток. Процесс проходил на
улице. Банку обмотал старыми тряпками - тепло держит само.
Аноды почти не разрушаются. Готовый раствор быстро фильтруется. Если
концентрация позволяет, то кристаллы бертолетовой соли выпадают сами. В
противном случае, предлагаю слегка его упарить. Выпавшие кристаллы обязательно
перекристаллизовать ! ! !
В результате получите красивейший "дождь" в колбе из шестиугольных
кристаллов хлората калия! Фильтруем соль, сушим. Весь фильтрат вновь упариваем - там
может остаться ещё немного соли.
Смотрите снимки. Как можете видеть, электрод изолирован холодной сваркой.
Он уже поработал, и на среднем снимке видно, что разрушений особых нет.
Можете долго использовать это приспособление. Для того, чтобы электроды не
соприкасались, я использовал крышку, в которую продевал провода, и анод висел
точно по центру. Можно использовать несколько анодов, для этого просто скрепите
их так, чтобы каждый из них был окружён электролитом. В этом случае площадь
контакта будет большей. Возрастёт и ток.
К сожалению, я не смог использовать 12 вольт на этом электролизёре - от
тока плавилась обмотка проводов. А вот пять вольт держит спокойно и даёт
отличный выход соли.
В магазине удобрений был куплен пакет с надписью "Хлористый калий". Внутри
пакета оказался грязно-серый порошок, который я растворил в кипятке
(дистиллированном) , и отфильтровал в горячем виде. Для этого двухлитровая банка с
раствором была укутана, чтобы не остывала. В воронку был положен кусок
материи - от старого пальто, но по слухам, подойдет и джинса, только была бы
чистая. Воронка была вставлена в колбу - приемник, стоявшую на слабом подогреве,
чтобы раствор не остывал во время фильтрации. Итак, первый раз фильтровал
через ткань, второй раз через фильтровальную бумагу. После чего раствор был
оставлен остывать. Выпавшие кристаллы - сравнительно чистый хлорид калия. Потом
был рейд в продовольственный магазин. Там приобрел картонный пакет, похожий
на кирпич, с надписью "С1ль", посмотрел на более красивые пакеты, но на них
была надпись "соль йодированная", что вызвало сомнения в пригодности этого
сырья. Внутри этого пакета тоже оказался грязного цвета слежавшийся порошок.
С солью были проделаны те же операции по очистке.
На создание реактора пошли пять графитовых стержней от дуговой установки
(анод), обрезок нержавейной водопроводной трубы (катод), полиэтиленовая
крышка от банки, набор для переливания крови, купленный в аптеке. Еще проволока
медная, проволока стальная, палка термоклея "китайская сопля", ортофосфорная
кислота, моток изоленты, кусок пластмассы и прочий подручный материал.
Немного меньше диаметра горлышка стеклянной банки был сделан нижний элек-
трододержатель вот такой формы:
Нижний электрододержатель.
Отверстие в центре - для катода, по его диаметру, отверстия по краям - для
анодов, опять же согласно их диаметру и числу. Электроды должны плотно
входить в предназначенные для них отверстия. Эта деталь была использована как
шаблон для сверления отверстий в крышке банки, с той только разницей, что
вместо широкого отверстия в центре были сделаны три отверстия маленького
диаметра .
Графитовые стержни с одной стороны были обмотаны медной проволокой, и облу-
жены - получились выводы. Диаметр стержней надо измерить, и посчитать площадь
их поверхности. Исходя из максимально допустимой плотности тока 0.05 ампер на
квадратный сантиметр поверхности, надо посчитать, хватит ли стержней.
Например, стержень диаметром 6 мм, погруженный на глубину 10 см в раствор, имеет
площадь 18,8 см2. Такой стержень выдержит ток до одного ампера. То есть, для
банки объемом пол-литра желательно иметь 10 стержней. А если их пять, то не
давать току подниматься выше пяти ампер, иначе стержни быстро износятся.
После изготовления выводов эти концы электродов следует погрузить на 2-3 см
в расплавленный парафин и покипятить 5-10 минут. Это нужно проделать для
заполнения пор в графите. По этим порам поднимается электролит и хлор, которые
впоследствии разрушат эти медные выводы. Катод был зачищен с торца, обмазан
кислотой, и к нему были припаяны три обрезка стальной проволоки, которые
служат как выводы, и для крепления катода. Точки пайки защищаются каплей
термоклея. Электроды пропускаются сквозь предназначенные для них отверстия в
крышке, и вставляются в нижний держатель так, чтобы они входили туда на глубину
2-3 мм. Кроме этого в крышке сверлится отверстие для газоотводной трубки и
для наполнительной трубки. В качестве газоотводной трубки применяется
пластмассовая деталь от капельницы, которая служит переходником для шланга и иглы.
Наполнительная трубка должна доходить почти до дна банки, ее нижний край
должен быть ниже блока электродов. Подойдет любая пластмассовая трубка диаметром
5-8 мм. После того, как конструкция собрана и отцентрована, места прохождения
электродов через крышку герметизируются расплавленным термоклеем с двух
сторон. В нижнем держателе электроды фиксируются каплей термоклея, газоотводная
и наполнительная трубки припаиваются к крышке тем же клеем. Конструкция
получается красивой, несколько футуристического и техногенного вида. Теперь ее
вставляем в банку, плотно одев крышку. Можно герметизировать изолентой.
рл~|
и=
о
Конструкция в сборе.
Потом, сквозь наливную трубку реактор заполняется насыщенным раствором
соли. Заливную трубку можно заткнуть пробочкой. На газоотводную трубку
одевается шланг от капельницы, который опускается в промывную склянку, наполненную
раствором соды. Эти меры нужны для задержания хлора. В промывную склянку
можно налить нашатырный спирт, тогда можно видеть момент прекращения выделения
хлора. После заливки реактора можно включать ток. Время запуска реактора надо
записать, чтобы не прозевать окончание процесса, иначе можно остаться без
анодов, как у меня и получилось. Немного передержал - за несколько часов
аноды полностью разрушились, хотя до этого в течение трех суток работы признаки
эрозии не наблюдались.
Электроды сразу покрываются "мутью" выделяющегося газа, которая начинает
стекать с них вверх и в стороны. Вскоре раствор полностью мутнеет. Если в
промывную склянку залит нашатырный спирт, то пузырьки из газоотводной трубки
должны "дымить" хлоридом аммония. Ждем примерно три минуты, за это время
выделение хлора должно прекратиться. Если не прекратилось, значит, ток через
реактор слишком большой. Сразу после включения ток надо померить, на предмет
того, укладывается ли его значение в допустимое для данного реактора. На литр
раствора не более 20-ти ампер, иначе количество выделяющегося хлора будет
слишком велико, для того чтобы он смог вступить в реакцию.
Через несколько часов после пуска реактора раствор внутри может пожелтеть и
почернеть - это нормальные явления. Желтый цвет - результат растворения солей
хрома из катода, черный - это мелкие крупинки графита, осыпавшиеся с анода.
Спустя 30-60 минут после пуска надо вновь наведаться к реактору и замерить
ток и температуру реактора. Такого времени вполне достаточно, чтобы эти
параметры пришли в динамическое равновесие и стабилизировались. Если банка сильно
греется, надо убавить ток или поставить банку в таз с водой. Я думаю, что
самая подходящая температура для такого реактора - 40-50 градусов, выше не
надо . Значение тока надо записать, чтобы рассчитать время окончания процесса.
На каждый литр насыщенного раствора соли, если его температура на момент
заливки в реактор была 20 градусов, необходима доза тока 990 амперчасов.
Таким образом, идеально спроектированный реактор, площадь электродов которого
соответствует его объему, чтобы иметь возможность пропустить максимальный для
данного объема ток (400 см2 - анод и 500 см2 - катод) на каждый литр раствора
ток 20 А. Такой реактор будет работать двое суток и полтора часа, чтобы
преобразовать весь хлорид в хлорат. И то, при условии, что выход по току
составит 100%. Реально же будет в лучшем случае 85%.
Но это не повод для оптимизма - если передержать реактор более 70 часов,
анод разрушится. Если он графитовый - его разрушит образующийся перхлорат,
синтез которого начнется, как только соотношение хлорат:хлорид в реакторе
достигнет примерно 90:10. Если анод платиновый, то он конечно выдержит. Одним
словом, надо посчитать для конкретного реактора. Я привел цифры для
идеального случая. Мои же аноды разрушились примерно после 80-90 часов с момента
пуска реактора.
Кроме небольшой суеты вокруг реактора при пуске, с обмерами его параметров,
он не требует наблюдения его работы. Реактор надо установить таким образом,
чтобы он не опрокинулся, подводящие провода должны иметь достаточное сечение,
чтобы они не грелись, и хорошую изоляцию, чтобы не возникло короткого
замыкания. Источник тока должен быть хорошо спроектирован, чтобы в рабочем режиме
он отдавал не более 50-75% от расчетной мощности. Тогда он будет работать
длительное время, и не будет перегреваться. Отходящий газ представляет собой
водород, и его желательно выпускать в атмосферу, или хотя бы обеспечить
хорошую вентиляцию помещения, где работает реактор. Если водород скопится и
хлопнет - будет очень неприятно. В любом случае газ желательно пропустить сквозь
промывную склянку со слабым раствором щелочи, чтобы нейтрализовать выделяю-
щийся хлор, иначе можно отравиться. Ну и проследить за достаточной
герметизацией реактора, чтобы газ не прошел мимо промывной склянки. Хорошо
герметизированный реактор совсем не пахнет. Очень слабый запах наблюдается только
первые 3-5 минут после пуска.
Итак, спустя примерно час после пуска реактор входит в режим, и его можно
оставить в работающем виде. Два раза в сутки желательно навещать реактор, и
осматривать его. Уровень раствора будет уменьшаться, раствор испаряется,
часть воды разлагается, и водород улетучивается, часть раствора в виде
микроскопических капель уносит поток газа, и эту убыль надо компенсировать. Для
этого открывается заливная трубочка, и доливается свежий концентрированный
раствор соли так, чтобы уровень в реакторе не уменьшался. Заливная трубочка
специально доходит до дна реактора, чтобы в ней не скапливался газ, и чтобы
при доливке, когда ее откроют, не происходило утечки газа. (Мой пол-литровый
реактор потреблял 30-40 мл электролита в сутки.)
Когда реактор отработает, его надо выключить и слить содержимое. В данной
конструкции надо отключить провода, газоотводную трубку, открыть пробочку
наливной трубки, потом наклонить реактор и слить раствор через штуцер
газоотводной трубки - прямо на фильтр. Можно фильтровать в две стадии - сначала
сквозь ткань, потом через фильтробумагу. Получится жидкость желтого цвета, с
неприятным запахом хлора. Кипятим ее, минут 20-30 на медленном нагреве. Все.
Грязный хлорат натрия готов. Особо чистить его я не стал. Далее, на литр
этого раствора берется литр раствора хлорида калия (все растворы при Т = 20°С) .
Это с недостатком по калию, на случай повторного использования раствора. Если
будет избыток калия, то образующийся при электролизе такого раствора хлорат
калия будет сыпаться на дно банки, перемешиваясь с графитом, и его будет
трудно потом очистить.
Оба раствора нагреваются до кипения, и сливаются. Соль в осадок пойдет тут
же. Бертолетова соль очень красива, и сверкает, как настоящий снег. Можно
немного полюбоваться, как кристаллики бертолетовой соли осыпаются на дно колбы.
У меня была круглая колба, и она напомнила мне любимую игрушку американцев,
где внутри шарика идет снег...
Теперь емкость с раствором надо укутать поплотнее, и пускай медленно
остывает. Чем медленнее остынет, тем крупнее будут кристаллы, и тем легче их
фильтровать. После того, как остынет, емкость надо поставить в холодильник, и
охладить до нуля градусов. Теперь фильтруем. Я использовал старые женские
чулки, натянутые на обрезок пластиковой канализационной трубы 100 мм - этакое
сито, конструкция подсмотренная у автомобилистов.
Бертолетова соль-сырец готова. Вот эти красивые кристаллы в фильтре. В
слитый раствор можно добавить еще немного соли, пока не перестанет растворятся,
профильтровать его и залить назад в реактор. И повторяем процесс...
Для изготовления хлората нам понадобится:
• блок питания на 5 вольт 2 ампера и выше
• графитовые электроды (палки)
• поваренная соль (хлорид натрия) NaCl
• Хлорид калия КС1 или гидроксид калия КОН (лучше хлорид)
• Соляная кислота 5% раствор
• Гидроксид натрия NaOH
• Индикаторная бумага(измерять рН)
• стаканы, воронка, мерный стакан, бумажный фильтр и т.д.
В приготовление хлората есть три стадии:
1. Приготовления электролита, где мы растворяем и очищаем соль NaCl
2. Сам электролиз, который превращает хлорид в хлорат при помощи тока
NaCl ==> NaCl + NaCIO + NaC102 + NaC103
3. На этой стадии мы очищаем электролит от примесей и превращаем в хлорат
при 100°С
NaCl + NaCIO + NaC102 + NaC103 ==> NaCl + NaC103 (NaCIO = NaCl + NaC103)
NaC103 + NaCl + KC1 = KC103 + NaCl + NaCl
или
NaC103 + NaCl + KOH = KC103 + NaCl + NaOH
Перейдем к каждой стадии и объясним её более подробно.
Приготовление электролита
Растворяем хлорид натрия (обычную поваренную соль) в воде, её растворимость
35 грамм на 100 мл воды. Соль желательно очистить от всяких примесей, так что
растворяем в 100 мл воды 40 грамм соли, кипятим и охлаждаем до комнатной
температуры потом процеживаем чистый раствор от того, что выпало.
Я растворяю сразу на 2 банки электролиза в каждой по 250 мл, то есть мне
нужно 500 мл раствора и 175 грамм соли (NaCl).
Я все высыпаю в сосуд и начинаю греть на огне:
Потом, когда вся соль растворилась, я охлаждаю и процеживаю от осадка,
который не растворился.
Вот мой окончательный раствор NaCl:
—
На этом стадия приготовления начального раствора закончена.
Изготовление электролизера
Изготовления электролиза это не самая сложная работа. Наверное, самое
трудное и самая дорогая вещь - это блок питания. Нам нужен мощный, ток, которого
превышает 2 ампера, а лучше использовать на 10-20 ампер, но они довольно
дорого стоят.
Ампераж имеет большое значение в электролизе. Он имеет прямое отношения к
скорости электролиза - чем ампераж выше, тем время электролиза меньше. Но
стоит помнить важное правило - чтобы не было утечек хлора, которые ведут к
маленькому выходу хлоратов, нельзя допускать повышения 2 ампер на 100 мл.
Для производства хлоратов нужно около 3 вольт, если не считать, что
половина теряется из-за сопротивления электролита и проводов. Так что надо ставить
около 3.5-4.5 вольт для производства хлоратов. Если давать больше вольт, то
будет и больше нагрев, а нам надо помнить, что выше 40 градусов нежелательно
чтобы температура поднималась, так как при повышенной температуре коррозия
электродов увеличивается (другими словами графитовые электроды начинают
сыпаться .)
Так что, если вы используете блок питания без охлаждения, и вы перегружаете
его (это заметно через полчаса-час электролиза), то если он начинает
нагреваться, то вам нужно на него поставить охлаждение (вентилятор), а то в конце
он может просто-напросто сгореть!
Обычно используют блок питания для подзарядки автомобильных аккумуляторов,
они довольно неплохо подходят как блок питания для электролиза, только вот
проблема - они выдают 12 вольт. А для одного электролизера это слишком много.
Так что обычно ставят сразу 2 электролизера и отключают их одновременно, так
что получается на каждый по 6 вольт, а это вполне нормально.
Немалую роль играют сами электроды в электролизе. Анод ( + ) обязан быть из
стойкого материала, например графита, а лучше поставить и анод и катод из
графита (хотя катод можно сделать просто из куска железа, обычного гвоздя).
Банка электролиза должна быть желательно из стекла, также не забыть сделать
в крышке отверстие для трубки, чтобы хлор мог выходить на улицу и не попадал
в комнату (хлор довольно ядовитый газ, так что лучше задуматься над его
отводом на улицу).
Важно подсчитать за какое время электролиз полностью превратит весь хлорид
в хлорат...
Время превращения хлорида в хлорат зависит от тока и эффективности.
Эффективность электролизеров сильно варьируется, поэтому точное время производства
рассчитать не представляется возможным. Тем не менее, полагая эффективность
равной 100%, время производство можно вычислить примерно. Как показано в
теории, при оптимальном пути процесса для образования 1 моль хлората требуется 6
фарадей заряда. Один фарадей - заряд соответствующий одному молю электронов,
то есть произведение заряда электрона на число Авогадро: (1,6*10~19)*
(6,03*1О23) = 96480 Кл. Поскольку 1 А соответствует протеканию одного кулона
в секунду, то один фарадей соответствует 96480/3600 = 26,8 А'ч. В нашем
случае для производства одного моля хлората требуется 6 фарадей, т.е. 160,8 ам-
перчасов (А'ч) . Например, если электролизер содержит 100 грамм хлорида
натрия и эффективность полагается 100%-ной, то для преобразования потребуется:
(100/58,6)*160,8 = 274,4 А'ч. А если, через электролит протекает ток силой 3
ампера, то на преобразование потребуется 274,4 / 3 = 91,47 часа (91 час 28
мин) .
Нам понадобится 2 одинаковые банки, желательно стеклянные, с крышкой
которая плотно закрывается! У меня были подходящие банки по 250 мл каждая, из-под
меда или варенья.
Делаете в крышке 3 отверстия и одно из них (для электрода) делаете чуть
больше, так как крышка металлическая и нам придется на один из электродов на-
мотать резинку или налить какой-то пластик, чтобы электроды не замкнули через
крышку.
Покупаем в магазине графитовый электрод для сварки (они покрыты тонким
слоем меди) :
Распиливаем его пополам:
Затем снимаем медь с большей части электрода. Лучше всего это сделать при
помощи азотной кислоты (HN03), так что подготавливаем раствор ее раствор.
Затем медленно опускаем в кислоту наш электрод.
Вот так выглядят электроды после обработки:
Затем вставляем электроды в крышку, в отверстия, по следующей схеме:
3.^ /Ь
Обозначения на схеме:
1. Банка электролиза.
2. Сами электроды (графит).
3. Покрытия электродов медью, к которой потом можно будет припаять провода.
4. Газоотводная трубка для отвода хлора
5. Герметик (подходящий клей).
6. Изолирующая резинка. Лучше всего подходит трубочка, которая при нагреве
сжимается, её можно купить в магазине электроники.
Ниже снимок моего электролиза. Там хорошо видно герметик, видно
газоотводную трубку и графитовые электроды в стеклянной банке. Вверху видно медное
покрытие электродов и красную изолирующую резинку (+).
Герметизируем банку электролизера тонкой фторопластовой лентой (уплотнение
для водопроводных труб, ее используют сантехники) или изолентой.
Затем припаиваем провода к электродам:
Наливаем в банки наш обработанный раствор NaCl.
Ставим банки в воду (если они греются) . Все подключаем, как было описано
выше.
Включаем блок питания и видим, как с электродов выделяется хлор:
Вид на установку в целом:
Обработка раствора
После того как прошло определенное время, и вы отключили ваш электролизер,
раствор из него необходимо очистить.
В растворе присутствует разные крупные частицы (куски графита и т.д.) - их
легко удалить, если процедить раствор через фильтр.
После того как вы процедили раствор вам необходимо избавится от
промежуточных продуктов электролиза - это NaClO и ЫаСЮг.
Берем наш раствор и кипятим в течение 10 мин при температуре 100 градусов -
NaClO и NaC102 разлагается на NaC103 + NaCl.
Важно измерить рН раствора - он должен быть около 7-8, т.е. близким к
нейтральному. Если рН ниже, то добавляем гидроксид натрия NaOH. Это для того
чтобы нейтрализовать все кислоты, если этого не делать, то применение
хлоратов станет чрезвычайно опасным!
После кипячения обычно выпадает соль NaCl. Это потому что при разложении
NaClO в растворе образуется много соли и она выпадает. Еще раз процеживаем
раствор.
Таким образом, в растворе есть NaC103 + NaCl. Мы переводим хлорат натрия в
хлорат калия обменной реакцией.
Растворяем в отдельном стакане хлорид калия (КС1). Его нужно 127 грамм на
каждые 100 грамм соли изначально (это при выходе 100%).
Я место хлорида использовал гидроксид калия (КОН) в расчете, что у меня
выход 70%, т.е. мне нужно было 5 6 грамм на каждые 100 грамм соли.
Гидроксид калия я растворял в воде, так как у меня в растворе изначально
было около 90 грамм соли - мне понадобилось 44.8 грамм гидроксида калия.
Гидроксид калия растворим в холодной воде 95 грамм на 100 мл, так что на 44
грамма мне понадобилось около 50 мл, не считая того, что при растворении он у
меня нагревался и вероятно растворилось больше, чем 44 грамма.
Затем я охлаждал раствор гидроксида калия и вливал его в мой раствор
хлората/хлорида натрия. Происходит обменная реакция
КОН + NaC103 = КСЮз + NaOH
Раствор у меня щелочной - лучше пользоваться хлоридом калия, тогда не нужно
избавляться от щелочи (меньше проблем):
КС1 + NaC103 = КСЮз + NaCl
Далее самое сложное.
Очистка хлората
После добавления гидроксида калия тут же выпадают кристаллы хлората калия,
который мало растворим воде (7 грамм на 100 мл при 20°С градусов) :
Но не так все просто - он очень грязный и его надо очистить от всяких
посторонних солей.
Для начала мы процеживаем кристаллы и сушим их (довольно неприятное
занятие, если вы пользуетесь гидроксидом калия, так как он гигроскопичен и
кристаллы довольно трудно высушить, так что лучше купить хлорид калия):
I
Ь.
После того как все высохнет - мы их снова растворяем в воде. Нужно 35 грамм
кристаллов на 100 мл воды.
У меня вышло 55 грамм - это значит, что я должен их разбавить в 155 мл воды
(55*100/35=155 мл).
После того как вы высыпали кристаллы в воду, начинам кипятить до
растворения всех кристаллов.
Потом полностью снимаем с огня и ставим в прохладное место, чтобы все
постепенно охладилось до комнатной температуры. После того как все остынет, вы
увидите, что выпали кристаллы похожие на квадратики - их снова фильтруем и
сушим.
Раствор не следует выливать - там еще осталось немного хлората. Его я
обычно ставлю в холодильник - там выпадают еще кристаллы бертолетовой соли, но
они не совсем чистые, так как раствор был охлажден еще сильней и с хлоратом
калия могли выпасть и другие соли. Я те кристаллы откладываю в отдельную
банку - после того как набирается приличное количество, их еще раза 2 перекри-
сталлизовываю, чтобы получить чистый хлорат.
А тот хлорат, который выпал при комнатной температуре следует высушить и
повторить еще раз всю процедуру (хотя бы один раз).
В общем вот и все, теперь у вас есть довольно чистый хлорат калия.
V
Проверено - вполне нормальная технология. Анод изготавливался из
электролизного графита диаметром ~50 мм и длиной 50 мм, (цилиндр распиливался
пополам, чтобы хватило на 2 ячейки). Катод изготавливался из куска не нержавейно-
го шампура шириной 13 мм и толщиной 3 мм, в виде перевернутой буквы Г. Длина
нижней, горизонтальной (отогнутой) части 45 мм. В аноде сверлилось отверстие
диаметром 5 мм, нарезалась резьба и ввертывалась шпилька токоподвода.
Электроды крепились на текстолитовой пластине, в центре которой сверлилось
дополнительное отверстие под термометр. Верхняя часть катода на длине 40 мм
изолировалась от электролита фторопластовой лентой. Электродная система помешалась
в обычную 800 мл банку (из-под маринованных огурцов). Было изготовлено 2
идентичные электролизные ячейки, которые соединялись последовательно и
подключались к источнику питания, который обеспечивал постоянное
стабилизированное напряжение 13,8 вольт при токе до 20 ампер. Обе электролизные ячейки
помешались в водяную баню, нагреваемую на электроплитке до температуры 60 град.
Электролит готовился из дважды отфильтрованного и прокипяченного КС1 с
добавкой 3-4 крупинок марганцовки (когда не было дихромата калия). Для получения
примерно 200 г бертолетовой соли с каждой ячейки (точнее смеси КСЮз и КСЮ4)
проводился электролиз током 14 ампер в течение примерно 30 часов при темпера-
турере 60 град. При температуре больше 60 град очень сильно съедается графит!
По окончании опыта из горячего электролита дважды фильтровался осадок
графита, а дальше электролит помешался в холодильник на кристаллизацию.
4 кг хлорной извести медленно нагревают в эмалированном тазу, чуть выше
100°С. При этом большая часть продукта раствориться в выделившейся
кристаллизационной воде. Горячую надосадочную жидкость переливают и процеживают.
Добавляют к ней 60 г хлорида калия и слегка упаривают раствор, пока его
относительная плотность не составит 1,3. Полученную жидкость охлаждают до ~ 0°С.
Выпавшие кристаллы отфильтровывают.
Для очистки продукта 56 г образовавшегося хлората калия и 100 мл
дистиллированной воды нагревают до кипения и фильтруют от осадка. Выпавшие при
охлаждении кристаллы представляют собой весьма чистую бертолетовою соль.
Можно довольно просто получить немного хлората калия.
Требуются спички. Лучше всего изготовленные "Плитспичпромом". Содержание
КСЮз в спичечной головке составляет 48%, серы 12%, клея 11%. Из одной пачки
спичек (10 коробков) получается около 9.5 г хлората калия.
Еще потребуется чёрная резинка (кольцо, отрезанное от велосипедной
покрышки) или нитки. И обычный стакан - лучше старый, так как из спичек будет
выплавляться воск, который трудно отскоблить. Вообще лучше брать стакан с
отвесными гранями. Также необходим кипяток (горячая вода) и тарелка (чашка
Петри) . Из реактивов понадобится только ацетон. Взять спички в таком количестве,
чтобы при засыпании их в стакан (головками вниз) вся площадь дна была бы ими
покрыта. Обмотать их резинкой или ниткой. Положить получившуюся конструкцию в
стакан и залить водой чуть выше, чем длина спичек (около 6 см).
Получится следующее:
- Стакан.
- Вода.
| | | | | | | | | - Спички.
I I I I I I I I
********
+ +
Надо настоять спички в воде 3-4 часа, лучше в тепле, после чего либо вылить
содержимое в тарелку и высушить (если заготавливается большое количество
КСЮз) , либо высушить не полностью. В последнем случае, ещё до выпадения в
осадок кристаллов КСЮз Залить ацетоном так, чтобы раствор приобрёл бледную
окраску. Дать отстояться - получится жёлтый раствор КСЮз и клея. При его
высушивании в прохладном месте, выпадают прозрачные кристаллы хлората калия в
чистом виде, которые можно достать из раствора, и высушить потом на батарее
или в другом тёплом месте.
Если же КСЮз изготавливать в большом количестве, то полученный сухой
продукт (в тарелке) надо предварительно развести холодной водой до полного
растворения КСЮз • Далее поступить, как описано выше.
ПЕРХЛОРАТ КАЛИЯ
Перхлорат калия — химическое соединение КСЮ4, сильный окислитель. Часто
используется аббревиатура ПХК.
Хлорно-кислый калий (перхлорат калия) - очень сильное взрывоопасное
вещество и использовалось в прошлом в гранатах, минах во Франции и Германии.
Обычный отбеливатель содержит небольшое количество хлорно-кислого калия, который
можно извлечь, следуя инструкции, которая будет изложена далее.
Для приготовления понадобятся следующее:
1. Нагреватель (печь и т.п.)
2. Гидрометр.
3. Эмалированный (или нержавеющий) стальной сосуд (контейнер).
4. Хлористый калий (который можно купить в аптеке, как заменитель пищевой
соли, или в хозяйственном магазине, как удобрение).
Возьмите 3 литра отбеливателя, налейте его в сосуд (контейнер) и нагрейте
его. Пока он нагревается, отвесьте 63 грамма хлористого калия и высыпьте его
в нагретый отбеливатель. Постоянно проверяйте смесь гидрометром, и
продолжайте ее кипятить до тех пор, пока не получите на гидрометре значение 1,3.
Полученную смесь охладите в холодильнике от комнатной температуры до 0 гра-
дусов Цельсия. Отфильтруйте полученные кристаллы и сохраните их. Снова
кипятите смесь и снова охладите ее как прежде. Фильтруйте смесь и сохраните
кристаллы. Продолжайте выполнять последние пункты до тех пор, пока кристаллы
перестанут выпадать.
Возьмите полученные кристаллы, и смешайте их с дистиллированной водой в
пропорции: 56 граммов кристаллов на 100 миллилитров дистиллированной воды.
Нагрейте эту смесь до кипения и охладите ее. Профильтруйте смесь и сохраните
кристаллы, образовавшиеся при охлаждении. В результате должен получиться
сравнительно чистый перхлорат калия.
ХЛОРАТ НАТРИЯ
Хлорат натрия (хлорновато-кислый натрий, ЫаСЮз) - прозрачные призмы
(кубические кристаллы) удельного веса 2,4 9 г/см3; ядовит; весьма гигроскопичен и
хорошо растворим в воде (41,9% при -15°С, 50,2% при 20°С, 68,8% при 100°С) ;
мало- или умеренно растворим в обычных органических растворителях (в этиловом
спирте при 20°С 1%, при 78,4°С 2,4%).
При нагревании до 248°С хлорат натрия плавится, а при дальнейшем нагревании
начинает разлагаться (в отсутствии катализаторов - примерно с 350°С, и, как
хлорат калия, по двум основным каналам); при перегреве расплава до 630°С -
взрывается.
Молекулярная масса хлората натрия 106,5; теплота образования из элементов -
359,1 кДж/моль; кислородный баланс +44,2% и при изготовлении ВВ 45,1 г ЫаСЮз
заменяют 100 г нитрата аммония (Штетбахер).
Основные методы синтеза хлората натрия аналогичны синтезу бертолетовой соли
- т.е. действие хлора на горячий раствор едкого натра или карбоната натрия,
либо электролиз без диафрагмы горячего раствора хлористого натрия. Однако
далее будут описаны две методики синтеза с электролизом хлорита натрия
(отбеливателя "Белизна" - см. раздел "Хлорат калия").
Исходные материалы в обоих методиках одинаковые: отбеливатель "Белизна" (ТУ
6-40-00209645-56-92), соляная кислота; возможно, хлористый натрий (обычная
поваренная соль); в идеале - дополнительно хлориды лития и магния (или
кальция) .
Оборудование также сходное: регулируемый источник постоянного тока до 5-10
А при напряжении до 7-10 В (пригодно Зарядное устройство для аккумуляторов);
колбы и химические стаканы; система для горячего фильтрования; электролизер
(однако конструкции электролизеров для двух методов могут несколько
различаться) .
В первом методе электролизу подвергается относительно разбавленный раствор
хлорита (исходный отбеливатель "Белизна"). Конструкция электролизера в этом
случае полностью соответствует описанной выше конструкции электролизера для
получения хлората калия; там же описана установка электролизера и основные
правила проведения электролиза.
При загрузке 0,8 л "Белизны" и токе 5 А длительность электролиза до хлората
около полутора суток. В процессе электролиза желательно периодически
проверять рН и восстанавливать нейтральность раствора прибавлением разбавленной
соляной (в крайнем случае - серной) кислоты.
В принципе, для увеличения выхода, к стартовому раствору может быть
добавлен хлорид натрия (100-150 г NaCl на 0,8 л "Белизны"); в этом случае
длительность электролиза надо увеличить в 2-3 раза. Кроме того, из-за существенных
потерь хлора среда быстро защелачивается, и компенсацию соляной кислотой
приходится выполнять чаще и в больших объемах (серная кислота здесь
малопригодна) .
По окончании электролиза раствор тщательно фильтруется (если используются
бумажные фильтры, то предварительно кипятится 10-15 мин для разрушения гипо-
хлорита) и далее упаривается примерно до 1/2 объема. Сконцентрированный
охлажденный раствор переливается в широкий сосуд (например, в пластиковую емкость
2-3 л с отрезанной горловиной); на сосуд надевается колпак из рыхлой бумаги
(противопылевой фильтр) с площадью поверхности 4-10 кв.дм.
Как правило, влажность в помещениях не очень высока, при комнатной
температуре будет происходить постепенное испарение воды и образование вначале
крупных практически прозрачных кристаллов хлората натрия. Эти кристаллы можно
отделить , промокнуть между листами фильтровальной бумаги и высушить; их чистота
достаточна для использования в большинстве синтезов.
Далее из раствора начнут выделяться (наряду с хлоратом) белые (обычно очень
мелкие) кристаллики примесей - хлорида и карбоната (следствие окисления
анода) ; если подкисление проводилось серной кислотой, то основной выделяющейся
примесью будет сульфат натрия. В конце концов, в сосуде остается только
незначительное количество невысыхающей жидкости (содержащей перхлорат натрия).
Эта жидкость отсасывается. Слой кристаллов раскалывают, переносят в
химический стакан, куда при перемешивании и нагревании постепенно приливают
дистиллированную воду таким образом, чтобы при температуре 90-100°С раствор
оказался насыщенным хлоратом натрия. Растворимость других солей натрия в горячем
насыщенном растворе хлората не очень велика, и они частично выделяются в виде
белой, постепенно оседающей взвеси. Взвесь может быть отделена либо горячим
фильтрованием, либо отстаиванием (в плотно прикрытом сосуде) в подходящем
термостате.
При медленном охлаждении из очищенного от взвеси раствора выделяется слой
кристаллов хлората натрия; кристаллы отделяют, а для оставшегося раствора
повторяют процедуры испарение и кристаллизация при комнатной температуре -
нагревание - фильтрация - охлаждение - отделение кристаллов. Для достаточно
полного выделения хлората может потребоваться 3-4 подобной переработки.
Выделяющиеся здесь кристаллы хлората пригодны как для использования в
большинстве синтезов, так и для изготовления натриевых шеддитов. Однако
количество примесей в них довольно велико, и желательно повторить весь цикл очистки
еще раз.
При указанной загрузке электролизера (0,8 л "Белизны" без добавления NaCl)
в описанной методике после второго цикла очистки получается 130-220 г
довольно чистого хлората натрия (на выход влияют как условия электролиза и качество
исходного отбеливателя, так и полнота выделения).
В принципе, рассмотренная методика электролиза (при увеличении его
длительности) может быть использована для получения раствора перхлората натрия. Но в
этом случае (на этапе электролиза хлората в перхлорат) очень сильно
возрастает скорость износа графитового анода. И реально данный процесс будет выгодным
только при использовании анода из двуокиси свинца (тем не менее, и с
графитовым анодом был наработан электролит с высоким содержанием перхлората; в
дальнейшем этот раствор был непосредственно использован в синтезе HANP).
По другой методике синтеза хлората натрия электролизу подвергается не
исходная "Белизна", а более сконцентрированный раствор.
Существенное увеличение концентрации хлорита натрия может быть достигнуто
многократным вымораживанием. Для этого при охлаждении до -Ю...-20°С исходный
отбеливатель замораживается в пластиковой бутыли (рекомендуется использовать
полиэтиленовую - т.к. пластиковые бутылки от большинства напитков не выдержи-
вают действия щелочей и окислителей). Далее, при медленном оттаивании, в
нижней части бутыли собирается тяжелый концентрированный, а в верхней - легкий
разбавленный растворы.
После нескольких повторений процедуры замораживание - оттаивание -
замораживание в верхней части оказывается блок почти чистого льда, а в нижней -
трудно замерзающий концентрированный раствор хлорита (составляющий 1/3-1/5 от
исходного объема). Этот концентрированный раствор сливается и используется
при электролизе (разбавленный раствор, образующийся при таянии льда, может
быть либо также сконцентрирован, либо просто использован как моющее
средство) .
Второй особенностью описываемой методики является проведение электролиза с
диафрагмой. Пористая диафрагма, хорошо проницаемая для ионов и ограниченно -
для жидкости, позволяет поддерживать сильно щелочную среду у катода и
нейтральную - у анода. При этом резко уменьшается катодное восстановление
хлорита (и из-за роста рН, и из-за снижения концентрации) и несколько ослабляются
паразитные процессы на аноде. Кроме того, из-за относительно низкой
растворимости хлората натрия в растворе едкого натра, постепенное проникновение ано-
лита в катодный объем приводит к выделению в этом объеме крупных кристаллов
(а далее - и образование сплошного блока) относительно чистого хлората
натрия.
Удовлетворительные результаты дает использование в качестве диафрагмы
хорошо отмытых сепараторных пластин от кислотных (свинцовых) аккумуляторов. При
этом в электролизер либо вклеивается (например, клеевым пистолетом)
перегородка из такого сепаратора (отделяющая 1/3-1/5 рабочего объема), либо
устанавливается склеенный из сепараторов соответствующий "пенал". В малом отсеке
(в "пенале") устанавливается катод ("метелка" из 10-20 тонких никелированных
медных проводников), в большом - графитовый (или лучше, оксидносвинцовый)
анод.
Условия проведения электролиза здесь в основном такие же, как и в первом
методе. Естественное различие - при одинаковом объеме электролизера полное
время электролиза должно быть увеличено пропорционально степени
концентрирования отбеливателя; кроме того, компенсация, при необходимости, выполняется
разбавленной соляной кислотой только для анодного объема.
По завершении электролиза анодный и катодный электролиты смешиваются и
перерабатываются, как описано выше; образовавшаяся в катодном пространстве
масса ЫаСЮз отделяется и (если желательно) перекристаллизовывается.
ХЛОРАТ АММОНИЯ
Хлорат аммония (хлорновато-кислый аммоний, NH4CIO3) - мелкие белые
кристаллы, хорошо растворимые в теплой воде и умеренно - в холодной; несколько
растворим в метиловом и этиловом спиртах. При нагревании до 100-130°С
воспламеняется и сгорает неярким шипящим пламенем (с выделением большого количества
хлористого водорода). Как и другие хлораты, ядовит.
Хлорат аммония (молекулярная масса 101,5)- взрывчатое вещество с избыточным
кислородным балансом +23,6% и сравнительно невысокой мощностью. Имеет, по
Штетбахеру, теплоту взрыва 1923 кДж/кг, температуру взрыва 185°С, объем
детонационных газов 828 л/кг, работоспособность 245-255 ее и скорость детонации
3300 м/с. Чувствительность его к механическим воздействиям (удар, трение)
довольно высока - выше, чем у большинства смесевых хлоратных ВВ.
Как экспериментальное ВВ данное соединение представляет некоторый интерес в
ряду сравнения перхлорат - нитрат - хлорат - нитрит аммония. Кроме того, оно
является промежуточным при получении ряда других хлоратов (в том числе
хлоратов пиперазина и тетрамминцинка).
Основная особенность хлората аммония - исключительная нестойкость и
опасность при хранении. Его разложение носит автокаталитический характер и идет с
ускорением не только при комнатной, но и при пониженной (-10. . . -20°С)
температуре. При хранении сколько-нибудь заметных количеств хлората аммония это
может привести к спонтанному воспламенению и взрыву.
Соответственно, хранение значительных количеств хлората аммония
недопустимо; небольшая (1-2 г) навеска может сохраняться в морозильном шкафу в течении
нескольких месяцев (но при признаках разложения - появлении запаха хлора -
навеску следует уничтожить).
Далее будут описаны два метода синтеза хлората аммония.
Первый метод (изложено, если не ошибаюсь, по "Preparative inorganic
chemistry") основан на относительно высокой растворимости хлората аммония в
этиловом спирте.
По этому методу смесь из 122,6 г хлората калия, 70 г сульфата аммония и 350
мл горячей воды при непрерывном перемешивании упаривают в фарфоровой кювете
до состояния пульпы.
После охлаждения добавляется четырехкратное (1,4 л) количество 80%
этилового спирта, нерастворимый сульфат калия отфильтровывается и несколько раз
промывается спиртом. После удаления дистилляцией из фильтрата спирта остаются
кристаллы NH4CIO3 (ожидаемый выход - около 90 г).
Как модификацию этого метода можно рассматривать применение вместо
однократной экстракции большим количеством спирта многократную с использованием
меньшего объема растворителя. При этом хлорат аммония частично экстрагируют
200-300 мл спирта, раствор сильно охлаждают (до -15...-30°С) , отсасывают с
выделившейся соли, подогревают и снова используют для экстракции. Повторение
процедуры "экстракция-охлаждение" 8-10 раз обеспечивает достаточно полное
выделение хлората аммония. Кроме того, этапа приготовления пульпы не требуется,
если вместо хлората калия использовать 106,5 г растертого хлората натрия
(однако чистота получаемого хлората аммония в этом случае хуже).
По другой методике хлорат аммония выделяют охлаждением непосредственно из
водного раствора.
Раствор, содержащий, например, 7,7 г ЫаСЮз (хлората натрия) и 13 г NH4NO3
(нитрата аммония) в 12,5 мл воды или 7,7 г ЫаСЮз и 6 г NH4C1 (хлористого
аммония) в 17 мл воды, охлаждается в морозильной камере (или смесью лед/соль)
до -10...-15С; далее холодная жидкость тщательно отсасывается с выделившегося
осадка, осадок отжимается между листами фильтровальной бумаги и высушивается.
Выход - 5-6,5 г мелкокристаллического хлората аммония (некоторое загрязнение
примесями других солей не мешает его использованию в большинстве синтезов).
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
ИНВЕРТОР ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА - 3
СВ. Кухтецкий
Данная статья завершает цикл статей, посвященных недорогим модульным
конструкциям лабораторных инверторов. На основе силового модуля,
описанного в первом разделе данной статьи, и дополнительных модулей,
описанных ранее, собрано несколько конструкций лабораторных
инверторов, различающихся способом регулировки мощности и подстройки
рабочей частоты инвертора (в том числе и автоматической) . Каждый вариант
представляет собой законченное устройство, которое может быть
использовано для решения лабораторных задач, связанных с индукционным
нагревом, генерацией неравновесной плазмы, ультразвука и т.п.
Как и в предыдущих статьях, приводится вся необходимая информация
для самостоятельного изготовления модулей в непрофильной
лаборатории: полные схемы, печатные платы, прошивки, исходные тексты
программ, рекомендации по изготовлению и настройке.
ВВЕДЕНИЕ
Особенность многих исследовательских лабораторных задач - их скоротечность
и специфичность. После завершения цикла исследований старое оборудование
довольно трудно (а часто - просто невозможно) адаптировать к новой задаче.
Покупка нового оборудования под каждое исследование не всегда оправдана из
финансовых соображений. Поэтому универсальность лабораторного оборудования -
одно из важнейших требований, определяющих его качество.
Опыт разработки универсального лабораторного инвертора показывает, что его
создание представляет собой весьма сложную инженерную задачу, а само
устройство становится слишком дорогим. Поэтому оптимальным решением является
разработка модульной конструкции лабораторного инвертора, позволяющая разрешить
противоречия между гибкостью, универсальностью, эффективностью и ценой за
счет взаимозаменяемости модулей и постепенного наращивания функциональных
возможностей прибора.
Не менее важным является еще один критерий качества. Современное
лабораторное оборудование должно быть не только «интеллектуальным» само по себе, но и
иметь возможность включаться в информационные сети. Это необходимо для
автоматизации управления, сбора данных и интеграции устройства в более крупные
функциональные блоки. Хорошим решением здесь является системное использование
микроконтроллеров в узлах лабораторного оборудования.
Исходя из этих критериев, был разработан набор электронных модулей для
быстрой сборки лабораторных инверторов, предназначенных для решения широкого
класса экспериментальных задач физико-химического профиля.
Важнейшая особенность этих модулей, которую необходимо учесть при
разработке, это резонансный характер нагрузок, с которыми придется иметь дело
лабораторному инвертору. Для задач индукционного нагрева - это индуктор с
компенсирующим конденсатором. Для ультразвуковых приложений - это ультразвуковые
преобразователи, имеющие электромеханическую резонансную природу. Для плазменных
приложений - это резонансные трансформаторы типа трансформаторов Тесла или
емкости диэлектрических барьеров с компенсирующими индуктивностями.
Поэтому главными параметрами, определяющими работу инвертора, являются два:
мощность и частота. Различным способам управления этими параметрами и
разработке соответствующих модулей были посвящены две отдельные статьи [3, 4].
В данной статье (в первой части) описан последний модуль «конструктора».
Это - силовой модуль, представляющий собой полумост с транзисторными ключами
и питанием от однофазной сети 220 вольт. Мощность (до нескольких кВт) и
частотный диапазон (до нескольких сотен кГц, в зависимости от используемых
транзисторов) ориентированы на большую часть экспериментальных задач, возникающих
в лаборатории физико-химического профиля.
Во второй части статьи приведены примеры реализации конкретных инверторов.
Они выполнены на базе одного и того же силового модуля и различных комбинаций
управляющих модулей. Это законченные устройства, которые могут быть
непосредственно использованы в эксперименте в соответствии со спецификой решаемой
задачи. Описаны следующие варианты:
1. Простейший инвертор с ручной настройкой частоты на резонанс и
регулировкой мощности при помощи ЛАТРа.
2. Инвертор с частотной регулировкой мощности.
3. Инвертор с ручной подстройкой частоты и PDM-регулировкой мощности.
4. Инвертор с автоматической подстройкой частоты и регулировкой мощности
при помощи ЛАТРа.
5. Инвертор с автоматической подстройкой частоты и PDM-регулировкой
мощности.
Необходимо подчеркнуть, что модули, задающие мощность (PDM-модулятор) и
частоту инвертора (для «ручной» подстройки это синтезатор частоты) выполнены
на микроконтроллерах и допускают внешнее управления по последовательному
каналу от персонального компьютера или другой управляющей системы. Это дает
возможность реализовывать сложное управление инверторами по произвольному
количеству любых параметров установки.
Перейдем к рассмотрению конкретных систем. Начнем с силового модуля.
Предупреждение
об опасности
Элементы конструкций, рассматриваемых в данной статье, находятся под
высоким напряжением и не имеют гальванической развязки от питающей сети. Поэтому
при работе с ними нужно соблюдать предельную осторожность. ВСЕ МАНИПУЛЯЦИИ с
инверторами можно проводить ТОЛЬКО ПОСЛЕ ВЫКЛЮЧЕНИЯ ПИТАНИЯ И ПОЛНОГО
ОТКЛЮЧЕНИЯ ИХ ОТ СЕТИ!
СИЛОВОЙ
МОДУЛЬ
Данный силовой модуль лежит в основе всех конструкций, рассмотренных в
данной статье. По сути дела силовой модуль представляет собой не что иное, как
мощный двухтактный полумостовой усилитель логических импульсов, поступающих
на его вход. Логическому нулю на входе модуля соответствует низкое выходное
напряжение инвертора (верхний ключ закрыт, нижний открыт), а логической
единице - высокое выходное напряжение инвертора (верхний ключ открыт, нижний
закрыт) . Естественно, величина этого выходного напряжения зависит от напряжения
питания инвертора. Помимо самих ключей, силовой модуль содержит драйверы,
обеспечивающие управление ключами, цепочки формирования пауз dead-time,
гальваническую развязку от цепей управления и автоматизации и токовую защиту от
перегрузки. Рассмотрим схему и конструкцию силового модуля подробнее.
Схема
Схема силового модуля представлена на рис.1 (вкладка).
Положительные входные импульсы (ТТЛ 5В) подаются на входы PDMC+ и PDMC-
гальванической развязки. Развязка выполнена на быстродействующей оптопаре
6N137 (IC1), которая обеспечивает передачу цифровых сигналов до 10 Мбит/сек.
Для нашей задачи такой скорости более чем достаточно. «Обвязка» оптопары
выполнена стандартно, согласно datasheet на этот чип.
D1.1 выполняет роль буфера и компенсирует инверсию сигнала, вносимого опто-
развязкой. D1.2 формирует инверсный сигнал для нижнего ключа. На элементах
D2.1 и D2.2 и RC-цепочках на их входах происходит задержка передних фронтов
управляющих импульсов для формирования пауз dead-time. Величина пауз
определяется номиналами резисторов R3, R4 и конденсаторов С2, СЗ. При указанных на
схеме номиналах значение dead-time составляет около 500 не.
В качестве драйвера используется достаточно распространенная микросхема
IR2110, включенная по стандартной бутстрепной схеме. Выбор такого решения
обусловлен широкой распространенностью и доступностью данной микросхемы. При
правильном монтаже и уровне мощности до нескольких кВт она работает вполне
надежно. Поэтому никакие дополнительные схемотехнические решения по
увеличению надежности работы данного драйвера не применялись. Конденсатор С5 должен
иметь малые токи утечки. В данной схеме использованы керамические
конденсаторы (С4, С5 и С6). Диод VD1 должен быть быстрым.
s
о
n
(D
О
S
U
О
И
о
►J
о
о
PDMC+:
PDMC-
RJ
зэо
IC1
NC
ANODE
СА1HODb
NC
vcc
VE
VO
GND
R2
1k D1.1
6N137
* - при указанных наминала* R3, C2, R4, СЗ
значение dead-time около 500 не
\Л1,\Л2-
IRGP20B60PD R5, R6 = 10
HGTG 30N60A4 D.IRGP50B60PD1 R 5. R6 = 5-1
Силовой модуль лабораторного инвертора
Версия 6.7.2.
© S.V.Kukhtetskiy, 2011 ku_@mail.ru
1ЭУ+>-
15V->-
~ 470.0
7605
CM
/77
*s7>
0.1
CT:
D1-74HC132
D2 - 74HC0S
__/>—[
470
И Y - 1 1N4143 /ft
1__П /77 Еэ
КВРСЭ510
^т>-_^ь
R10 1k-
/77
o.;
/77
Перегрузка - сброс
""777
C15
R16 1O0k 1.5KE440CA
«Обвязка» ключей VT1 и VT2 тоже достаточно стандартна. Резисторы R5, R6
ограничивают ток заряда/разряда затвора. Их величина зависит от используемых
силовых транзисторов. С данной схемой использовались следующие транзисторы
(IGBT): HGTG30N60A4D, IRGP50B60PD1 и IRGP20B60PD. Для первых двух типов
номиналы этих резисторов составляли 5.1 Ом, для третьего - 10 Ом. Резисторы R7,
R8 выполняют защитные функции. Конденсаторы С7, С8 и С9 играют роль
простейших С-снабберов для устранения выбросов на ключах, вызванных паразитными ин-
дуктивностями цепей питания инвертора. В данных конструкциях используются
IGBT со встроенными внутренними «сверхбыстрыми» диодами. Поэтому никаких
дополнительных внешних диодов не требуется.
На элементах D1.3, D1.4 и транзисторе Т1 выполнена быстродействующая «по-
цикловая» токовая защита, срабатывающая при мгновенном превышении порога
током, потребляемым силовой частью модуля. Порог срабатывания защиты
регулируется резистором R14. Работает защита следующим образом. Между общим проводом
и минусом высоковольтного блока питания включен шунт R15, напряжение на
котором пропорционально потребляемому инвертором току. Напряжение на шунте
относительно общего провода отрицательное. Как только потенциал эмиттера Т1
«уйдет» относительно базы в отрицательную область на величину, достаточную для
открывания транзистора, на входе 5 элемента D1.3 сформируется логический 0. В
результате RS-триггер, образованный элементами D1.3 и D1.4, переключится.
Уровень на выходе 6 D1.3 станет высоким. Это приведет к блокировке драйвера
ключей (вход SD микросхемы IC2). После устранения причины перегрузки сброс
RS-триггера осуществляется при помощи кнопки «Перегрузка - сброс». Для
улучшения помехоустойчивости схемы защиты желательно использовать логические
элементы с триггерами Шмитта по входам (74НС132 в данном случае).
Конструкция
Печатную плату в виде графического файла для «утюжной» технологии можно
найти в приложении к данной статье [7] в папке Pow_672. Там же есть и
соответствующий lay-файл. На рис.2 показана собранная плата силового модуля с
двух сторон.
т-
ш :--*
,1 f. &
Рис.2. Собранная плата силового модуля.
Часть элементов (С7, С8, С9, подстроечный резистор R14, светодиод
«Перегрузка», кнопка сброса, клеммники питания 15В, клеммники входного сигнала и
шунт R15) расположены с другой стороны платы. В качестве конструкционной ос-
новы силового модуля удобно использовать подходящий радиатор с кулером от
процессоров современных персональных компьютеров. На этом же радиаторе
крепятся и все остальные элементы силового модуля, показанные ниже на рис.3.
Рис.3. Элементы силового модуля, приготовленные к сборке.
Поликоровая пластина 30x40x0.5 мм с просверленными отверстиями (слева от
диодного моста) служит для электрической изоляции силовых ключей от
металлического радиатора. Она может быть заменена на пластинки слюды подходящих
размеров или другие изолирующие прокладки, имеющиеся в наличии. Шунт R15 состоит
из 5 резисторов 0.51 Ом 2 Вт, включенных параллельно. Если их смонтировать
так, как показано на рисунках, то они окажутся в зоне обдува вентилятора и
будут относительно холодные при всех рабочих режимах инвертора.
На отдельной плате смонтированы электролитические конденсаторы
(обозначенные на схеме как С16) , разрядный резистор R16 и сапрессор 1.5RT440CA. Эта
плата крепится к радиатору с другой стороны, чем основная плата. Общий вид
собранного модуля с разных ракурсов, из которых можно видеть детали
компоновки , представлен на рис.4 ниже.
ВНИМАНИЕ! Контакты кнопки сброса перегрузки и металлизация платы рядом с
ней могут находиться под высоким напряжением. Поэтому сброс перегрузки
необходимо выполнять ПРИ ОТКЛЮЧЕННОМ ВЫСОКОМ НАПРЯЖЕНИИ. Т.е. двойной автомат
должен отключать оба питающих провода от сети.
Для испытания силового модуля соберем на его основе простейший вариант
лабораторного инвертора.
ПРОСТЕЙШИЙ ВАРИАНТ
ЛАБОРАТОРНОГО ИНВЕРТОРА
Блок схема этого инвертора показана на рис.5. При наличии готового силового
блока, нагрузки и нескольких компонентов общелабораторного назначения, такой
инвертор собирается очень быстро. Инвертор прост, надежен и может
использоваться в любых лабораторных экспериментах, связанных с индукционным нагревом
с мощностью до 1.5-2 кВт и в которых не требуется никакая автоматика. В
частности, тигельная плавка небольших образцов цветных металлов (до сотни грамм),
индукционные трубчатые печи с графитовыми или металлическими нагревателями.
Мощности такого инвертора вполне хватает и для левитационнои плавки небольших
(2-3 граммов) образцов алюминиевых сплавов.
Нагрузка
—<jOut+
Силовой
модуль
ЛАТР
<PDMC+
<PDMC
Сеть 220 В
Задающий
генератор
Рис.5. Блок-схема простейшего инвертора на базе силового модуля.
Итак, кроме уже готового силового модуля, для его сборки нам еще
понадобятся следующие элементы:
1. Лабораторный автотрансформатор (Латр).
2. Двойной «автомат» на 25 ампер.
3. Амперметр переменного тока до 10 А. Можно использовать недорогие токовые
клещи.
4. Блок питания на 15В для питания драйвера.
5. Блок питания на 12 В для питания вентилятора.
6. Нагрузка.
7. Задающий генератор.
Латр
ЛАТР в особых комментариях не нуждается. Желательно использовать мощный
ЛАТР на 8-10 ампер, но для первых экспериментов можно взять ЛАТР и поменьше.
Автомат
Автомат выполняет функцию выключателя и предохранителя, защищающего сеть от
короткого замыкания в устройстве. Автомат обязательно должен быть двойным,
чтобы отключать оба провода, идущих к сети. Этот момент очень важен, т.к.
силовая часть не имеет гальванической развязки с сетью. Обратите внимание и на
предупреждение в конце раздела, посвященного силовому модулю, касающееся
использования кнопки «перегрузка-сброс».
Низковольтные
блоки питания
Особых требований к блокам питания нет. Можно использовать подходящие блоки
питания от персональных компьютеров, от «зарядок», от некоторых принтеров,
сканеров и т.д. Блок питания для драйвера (15 В) должен быть рассчитан на
потребляемый ток от 0.5 А и выше.
Нагрузка
В первых экспериментах при отладке силового модуля мы будем использовать
активную нагрузку. В качестве таковой вполне подойдет обычная лампа
накаливания мощностью 300-500 Вт. Такая нагрузка удобна для самых первых включений
инвертора, поскольку по накалу лампы можно сразу же судить о его работе. Но
для реальных задач с индукционным нагревом нам необходимо будет сделать
колебательный контур, состоящий из индуктора и конденсаторной батареи. Для
согласования колебательного контура с инвертором и для обеспечения его
гальванической развязки от инвертора (который непосредственно связан с питающей сетью)
нам потребуется согласующий трансформатор и разделительный конденсатор.
Конкретная реализация резонансной нагрузки целиком зависит от решаемых
задач. Универсальных решений здесь не существует. Во всех экспериментах,
описанных в данной статье, мы будем использовать вариант нагрузки, схема которой
изображена на рис.6. Для частных задач ее можно упростить. В неочевидных
случаях об этом будет сказано отдельно.
С1 3.0 02
OutO>-
ОйГ>
R1 100
т
>0<Х>ОХ
Конденсаторная батарея 178 мкФ
СВВ-81 0033 х 2000 В 54 шт
/
Тг1 м
Индуктор -13 витков,
■ / медная трубка 4x1
I «; Диаметр витков - 35 мм,
высота индуктора - 80 мм
40:2
М2000НМ,4штК40х25х11
Рис.6. Схема резонансной нагрузки, использованной в данной статье.
Цепочка R1C1 предназначена для демпфирования низкочастотных колебаний в
цепи первичной обмотки согласующего трансформатора при использовании PDM-
регулировки мощности. Это связано с тем, что спектр сигнала возбуждения при
PDM-регулировке имеет много низкочастотных компонентов, которые могут
привести к возбуждению паразитных НЧ колебаний. Про PDM-регулировку мощности и
конкретные варианты ее реализации можно почитать в статьях [3, 5, 8]. Для экспе-
риментов без PDM цепочку C1R1 можно не ставить.
В рассматриваемом силовом модуле используется несимметричное включение
нагрузки, то есть нагрузка включена между центральной точкой полумоста и
земляной шиной. Такое включение существенно упрощает логику управления инверторам
при использовании PDM-регулировки мощности, но требует применения
разделительного конденсатора С2 для устранения постоянной составляющей.
Для дополнительного ослабления ударно возбуждаемых низкочастотных колебаний
в контуре, образованном разделительным конденсатором и первичной обмоткой
согласующего трансформатора, желательно максимально снизить резонансную частоту
этой цепи. Поэтому индуктивность намагничивания согласующего трансформатора
сделана достаточно большой. В связи с этим, для обеспечения необходимого
напряжения , вторичная обмотка содержит два витка вместо традиционного одного.
Конечно, такой трансформатор проще сделать, используя броневые или Ш-образные
сердечники. Но сердечников подходящих размеров под рукой не оказалось.
Поэтому была сделана неразборная конструкция на ферритовых кольцах. Параметры
колец указаны на схеме выше, а конструкция индуктора с согласующим
трансформатором показана на рис.7.
Рис.7. Конструкция согласующего трансформатора и индуктора.
Для изготовления индуктора и вторичной обмотки согласующего трансформатора
использована отожженная медная трубка внешним диаметром 4 мм и толщиной
стенки - 1 мм. Параметры индуктора указаны на рис.6. Перед намоткой индуктора и
вторичной обмотки согласующего трансформатора трубка плотно набивается мелко
помолотой сухой поваренной солью. Это делается для того, чтобы избежать
случайного «залома» трубки при гнутье с малым радиусом кривизны. Использовать
традиционный песок при таких сложных геометриях не рекомендуется. Его трудно
удалить. А соль сравнительно легко растворяется и вымывается проточной водой.
Двух витка вторичной обмотки вполне достаточно для работы на уровне мощности
до 2 кВт при питании полумостового инвертора от однофазной сети. Если не
хватит , то количество витков можно легко увеличить.
Конструкция конденсаторной батареи аналогична конструкции, использованной в
работе [2, 8].
Итак, с нагрузкой разобрались. Остался задающий генератор.
Задающий генератор
Для первых экспериментов проще всего взять готовый генератор сигналов.
Генератор сигналов должен выдавать меандр с амплитудой 4-5 В и регулируемой
частотой в нужном диапазоне. Частотный диапазон зависит от решаемых задач и
транзисторов, используемых в качестве ключей в силовом модуле. Для
определенности будем рассматривать модуль, собранный на транзисторах IRGP20B60PD. В
«мягком» режиме переключения при работе на резонансную нагрузку эти
транзисторы, согласно datasheet, работоспособны до 150 кГц.
Очень удобно в качестве генератора сигналов использовать генераторы,
входящие в состав некоторых виртуальных приборов. Например, генератор сигналов
довольно популярного USB-осциллографа PV6501 практически идеально подходит для
таких экспериментов.
Ну а если готового генератора сигналов все-таки нет, то его несложно
сделать самому. Ниже мы рассмотрим два варианта самодельных задающих генераторов
- простейший генератор на триггере Шмитта и более «продвинутый» вариант -
ФАПЧ-синтеЗатор частоты на микроконтроллере ATtiny2313 и микросхеме CD4046.
Задающий генератор
на триггере Шмитта
В Сети существует огромное количество схем генераторов на логических
элементах. Наверное, самый простой из них - генератор на одном инвертирующем
триггере Шмитта. Но для работы в качестве задающего генератора инвертора он
должен выдавать именно меандр, то есть длительность импульса должны быть
точно равна длительности паузы. Если это не так, то меандр легко получить из
любого генератора импульсов при помощи D-триггера (флип-флоп). Частота при этом
упадет в два раза, но зато гарантировано будет меандр. Так мы и поступим. Для
первых экспериментов такой генератор можно собрать просто на макетной плате.
Схема генератора и его вид показан на рис.8.
Рис.8. Схема и макет задающего генератора.
Для регулировки частоты (резистор R2) желательно использовать прецизионный
многооборотный переменный резистор. Особенно это важно, если будет
использоваться частотный способ регулировки мощности инвертора. Но, при наличии
определенной сноровки, можно поставить и обычный переменный резистор. В этом
случае желательно сузить диапазон регулировки частоты путем подбора соответст-
вующих значений R1, R2 и С1.
Включаем. Смотрим сигнал с выхода PDMC на экране осциллографа. Правильно
собранный генератор обычно работает сразу же. Проверяем генерацию, форму
импульсов и пределы регулировки частоты.
Модуль
синтезатора
частоты
"32П ёт£
Л!'
IC2
14
PCAiN VCC
PCBIN PC20UT
VCO OUT
INH
GND
VCO IN
CA
CB
R2
R1
16
2200
13
R1
22k
CA 1.0
1^1 1A
Hh
C5
130
12
11
R3 18k
CD4046BE
R2
10k
+5V
Рис.9. Схема и собранная плата ФАПЧ-синтезатора частоты.
Второй вариант задающего генератора - ФАПЧ-синтезатор частоты на
микроконтроллере ATtiny2313. Он был подробно описан в статье [4, 8] . Однако, в той
статье синтезатор был рассчитан на работу в частотном диапазоне 100-300 кГц.
В данной работе мы будем работать с более низкими частотами (60-70 кГц). По-
этому нужно изменить номиналы некоторых элементов и откорректировать
программное обеспечение микроконтроллера. Схема и внешний вид платы синтезатора
показаны на рис.9. При указанных номиналах синтезатор стабильно работает в
диапазоне 33-150 кГц. Минимальный шаг изменения частоты синтезатора - 62.5
Гц. При удержании кнопок «+/-» более 0.5 сек шаг изменения частоты плавно
увеличивается до 1 кГц.
Все материалы, необходимые для сборки данного синтезатора частоты, можно
найти в дополнительных материалах к данной статье [7] в папке Syn_376.
Испытание инвертора
на активной нагрузке
Теперь у нас все готово для сборки простейшего инвертора с ЛАТРом. Собираем
и подключаем. Первые испытания проводим при пониженном напряжении на активной
нагрузке. Перед первым включением выводим регулировку уровня токовой защиты
на максимальную чувствительность (ползунок резистора R14 в верхнем положении,
см. рис.1.).
Рис.10. Испытание простейшего инвертора на активной нагрузке.
Включаем инвертор в следующей последовательности:
1. ЛАТР - в нулевом положении. Сетевой автомат выключен.
2. Включаем питание 12 В (вентиляторы), 15 В (драйвер). В любом порядке.
3. Включаем питание генератора сигналов (5 В). Установим частоту генератора
в пределах 50-60 кГц.
4. Включаем автомат.
5. Поворачивая ЛАТР, устанавливаем напряжение питания инвертора в районе 50
вольт.
Если компоненты исправны и все собрано правильно, в этот момент мы увидим
слабое свечение лампочки. Если нет, то необходимо найти неисправность. Для
первых шагов в поиске неисправностей можно обратиться к Приложению 1. Там
описана последовательность шагов для локализации неисправностей инвертора,
если они все-таки имеют место. После устранения неисправностей продолжим
работу с инвертором при пониженном напряжении на активную нагрузку.
«Погоняем» его в таком режиме полчаса-час. Ничто не должно греться (кроме
лампочки), скрипеть, взрываться и т.п. Посмотрим при помощи осциллографа
напряжение на нагрузке - это должен быть четкий меандр, возможно, с небольшими
выбросами (иглами) за фронтами и срезами импульсов. Такая картинка должна
сохраняться во всем рабочем диапазоне частот. Покрутим ручку ЛАТРа. Амплитуда
напряжения на нагрузке и яркость свечения лампы должны изменяться
соответственно. На рис.10, показан «рабочий момент» такого тестирования.
Если все прошло нормально, можно переходить к следующим испытаниям нашего
инвертора - на резонансной нагрузке. В качестве задающего генератора далее
будем использовать синтезатор частоты.
Испытание инвертора на
резонансной нагрузке
Подключим уже изготовленную резонансную нагрузку к инвертору, согласно
схеме , приведенной на рис.11.
К осциллографу
(напряжение на
нагрузке)
j, j,
Х>ОО0О<
30 C1 C2
Ч~П~И 3.0
100 R1
ТТ1
■4J-
м
11
10
Н
1f
К осциллографу
(ток нагрузки)
<^ойГ
ЛАТР
Задающий
Силовой -<РРМСН
модуль -<PDMC I—I генеРат°Р
Сеть 220 В
Блок питания
Рис.11. Подключение резонансной нагрузки.
Для контроля тока в нагрузке нам потребуется токовый трансформатор.
Трансформатор тока ТТ1, используемый в данной работе, намотан на ферритовом кольце
М2500 НМС 16x10x8. Вторичная обмотка трансформатора тока содержит 60 витков
провода МГТФ-0.12. Если есть вопросы, то популярно почитать про
трансформаторы тока можно, например, в статье [6].
Сигнал напряжения снимаем непосредственно с выходных клемм инвертора, к ко-
торым подключена нагрузка.
Если уровень срабатывания защиты еще не настроен, то выставим его на
максимальную чувствительность (ползунок резистора R14 вверху по схеме, см. рис.1).
Поместим в индуктор графитовый тигель подходящего размера или просто куски
графитовых электродов так, чтобы пространство внутри индуктора было заполнено
графитом не менее, чем на половину. Необходимо принять меры, чтобы графит не
замыкал витки индуктора. Для этого можно использовать муллитовую вату или
другой подходящий высокотемпературный изолирующий материал. Если есть
возможность - можно использовать специальные термостойкие оплетки для индуктора.
После проверки монтажа и подачи водяного охлаждения на индуктор включаем
инвертор точно в таком же порядке, как и в случае активной нагрузки. С той
лишь разницей, что перед подачей высокого напряжения (поворота ручки ЛАТРа)
частоту задающего генератора нужно выставить на максимальный уровень. Плавно
поднимаем при помощи ЛАТРа напряжение питания инвертора приблизительно до 30-
40 В. На экране осциллографа мы увидим прямоугольные импульсы,
соответствующие напряжению на выходе инвертора и периодический сигнал тока нагрузки. При
достаточно высокой начальной частоте задающего генератора сигнал тока будет
почти треугольный. Фаза тока запаздывает относительно фазы напряжения. На
рис.12 показан начальный момент тестирования.
Рис.12. Начальный этап тестирования инвертора на резонансной нагрузке.
Начинаем плавно понижать частоту задающего генератора. Наблюдаем за
сигналами тока и напряжения. Типичные осциллограммы представлены на рис.13.
С понижением частоты задающего генератора амплитуда сигнала тока будет
увеличиваться, а форма сигнала - постепенно трансформироваться из треугольной
(осциллограмма 1) в синусоидальную (осциллограмма 2). Фазовый сдвиг тока
относительно напряжения тоже постепенно уменьшается. Мы приближаемся к
резонансу. Наконец, при резонансной частоте амплитуда достигнет максимума, а фаза
тока совпадет с фазой напряжения (осциллограмма 3). Если мы будем продолжать
уменьшать частоту задающего генератора, то амплитуда тока начнет уменьшаться,
а фаза тока начнет опережать фазу напряжения. Мы заходим в так называемый
«емкостной режим». На фронтах и срезах импульсов напряжения появятся
высокочастотные выбросы (иглы), обусловленные жестким обратным восстановлением
возвратных диодов ключей. При таких режимах ключи работают в жестком режиме и
сильнее греются. При работе на резонансную нагрузку заходить в эту область не
рекомендуется.
Рис.13. Осциллограммы тока и напряжения в зависимости от частоты
задающего генератора.
Вернем частоту задающего генератора на значение, соответствующее
резонансной частоте нагрузки (или чуть большее, когда только-только исчезнут заметные
«иглы» на осциллограмме напряжения). Дадим инвертору поработать в этом режиме
минут двадцать-тридцать. Температура радиаторов не должна заметно превышать
температуру окружающей среды (не более чем на пару градусов). Также не должно
быть никаких искрений, подергиваний, срывов и т.п.
Если это испытание пройдено успешно, то при помощи ЛАТРа начинаем плавно
увеличивать напряжение питания инвертора. В какой-то момент времени должна
сработать защита. Процедура установки уровня защиты описана в Приложении 2.
Настраиваем защиту. К концу настройки мы выйдем на максимальный уровень
мощности инвертора. Графитовые стержни внутри индуктора должны раскалиться
добела. Картинка должна напоминать то, что изображено на рис.14.
Рис.14. Инвертор в процессе испытаний.
Оставим инвертор немного (минут 5-10) поработать в режиме с максимальной
мощностью. Ничего не должно взрываться, перегреваться, дымить, искрить. Также
не должно быть никаких посторонних громких шумов и тресков. Только шум
вентиляторов . Если все именно так, то будем считать первые испытания и настройку
силового модуля в «боевых» условиях завершенными успешно.
Рассмотренный только что простейший вариант инвертора функционально
полностью эквивалентен первому варианту лабораторного инвертора, описанного в
статье [1, 8]. Он более надежен за счет использования токовой защиты по цепи
питания. Поэтому этот инвертор вполне может быть рекомендован в качестве более
«продвинутой» альтернативы инвертору, описанному в [1, 8].
ДРУГИЕ ВАРИАНТЫ ИНВЕРТОРОВ
НА БАЗЕ СИЛОВОГО МОДУЛЯ
На базе рассмотренного силового модуля и дополнительных модулей, связанных
с управлением, описанных в статьях [3, 4, 8], можно легко и быстро собирать
различные варианты лабораторного инвертора, оптимизированные под конкретные
задачи и имеющиеся ресурсы. Ниже рассмотрены несколько конкретных примеров
таких инверторов.
Инвертор с частотной
регулировкой мощности
Регулировка мощности за счет изменения напряжения питания инвертора (напри-
мер, при помощи ЛАТРа, как в только что рассмотренном варианте) является
простой, удобной и вполне надежной. Однако ЛАТР - штука довольно громоздкая даже
на уровне 1-2 кВт. Для многих задач, связанных с индукционным нагревом и
плавкой, конструкцию можно существенно «облегчить». Можно просто убрать ЛАТР
и использовать так называемую частотную регулировку мощности. Естественно,
такой подход работает только с резонансной нагрузкой. Для такой нагрузки
мощность инвертора зависит от частоты расстройки задающего генератора по
сравнению с резонансной частотой нагрузки. На практике мы уже использовали такой
способ в мостовом инверторе, описанном в работе [2, 8] . Там же можно
прочитать и о методике работы с инверторами, в которых используется частотный
способ регулировки мощности. А в начале статьи [3, 8] можно посмотреть
сравнительный анализ различных способов регулировки мощности в инверторах.
Инвертор с частотной регулировкой мощности получается очень просто из
предыдущей конструкции. Для этого убираем ЛАТР и подключаем инвертор
непосредственно к сети. Как показано на рис.15.
К осциллографу
(напряжение на
нагрузке)
ТИ
j, j,
С1 10 02
ь
зо _
ХХХ>0<Х
-ПЕН
R1 100
ТТ1
-\S~
11
10
К осциллографу
(ток нагрузки)
<5^Г}- силовой KfoMC-
~<Out- j-
модуль
Сеть 220 В
Задающий
<р5мс> генератор
Блок питания
= 15 В
Рис.15. Блок-схема инвертора с частотной регулировкой мощности.
Здесь необходимо отметить один небольшой нюанс. При использовании
инверторов напряжения, в цепи питания которых стоят большие электролитические
конденсаторы, существует небольшая проблема, связанная с их предварительной
зарядкой. При включении питания инвертора при разряженных конденсаторах
возникает сильный бросок потребляемого тока, намного превышающий номинальное
значение. Для ограничения броска тока обычно применяют различную автоматику. Мы
тоже использовали простое реле напряжения в работе [2, 8]. Но, как показала
практика, в лабораторных конструкциях вполне уместна даже самая простейшая
система первоначальной зарядки через ограничивающий резистор, с последующим
«ручным» замыканием этого резистора при помощи еще одного автомата (рис.15
сверху). Понятно, что этот вспомогательный автомат должен быть рассчитан на
больший ток, чем основной автомат. Вся эта замечательная конструкция показана
на рис.16 ниже. Резистор R2 - два параллельно включенных 2-ваттных резистора.
Если при включении инвертора забыть включить вспомогательный автомат, ничего
страшного не произойдет. Просто (при достаточной мощности инвертора) от рези-
сторов пойдет густой дым. Но после пары-тройки сожженных резисторов R2
вырабатывается довольно устойчивый условный рефлекс и такой «ручной» режим
зарядки электролитических конденсаторов начинает «работать» не менее надежно, чем
автоматический.
Рис.16. «Ручная» система зарядки электролитических конденсаторов.
Работа с частотной регулировкой очень проста. Главное - не забывать перед
включением высокого напряжения устанавливать частоту задающего генератора
существенно выше резонансной частоты нагрузки. Так, чтобы мощность,
потребляемая инвертором, при включении была минимальной. После установки частоты
задающего генератора на максимальный уровень включаем высокое напряжение при
помощи основного автомата. На амперметре мы увидим бросок тока, обусловленный
зарядкой электролитических конденсаторов блока питания. Через несколько
секунд потребляемый ток упадет до минимального значения, соответствующего
начальной рабочей частоте задающего генератора. После этого включаем
вспомогательный автомат, замыкающий зарядный резистор, и приступаем к работе.
Начинаем плавно понижать частоту задающего генератора. При этом необходимо
контролировать потребляемый ток и (желательно) разность фаз тока и напряжения
нагрузки на экране осциллографа. На требуемом уровне мощности останавливаемся.
Работать в области ниже резонанса не рекомендуется. Общий вид работающего
инвертора с частотной регулировкой мощности показан на рис.17.
Пример регулировочной кривой для нагрузки, использованной в данном примере,
показана на рис.18. Мы видим, что она сильно нелинейная, а ее форма,
естественно, зависит от вида АЧХ конкретной нагрузки. Резонансная частота нагрузки
в данном эксперименте - 72.8 кГц.
Помимо нелинейности регулировочной кривой и ее зависимости от нагрузки у
частотного метода есть еще один недостаток. При частоте возбуждения,
несовпадающей с резонансной частотой, фазы напряжения и тока нагрузки не совпадают.
Поэтому при таком способе невозможно реализовать «мягкий» режим работы ключей
(например, включать/выключать ключи, когда значение тока близко к нулю).
Такой режим возможен только вблизи максимального уровня мощности, когда частота
задающего генератора близка к резонансной частоте нагрузки.
Рис.17. Общий вид работающего инвертора с частотной
регулировкой мощности.
Рис.18. Регулировочная кривая для данного варианта нагрузки.
Перейдем теперь к рассмотрению вариантов инверторов, свободных от этих
недостатков .
Инвертор с
PDM-регулировкой
мощности
PDM-регулировка мощности - один из немногих методов, позволяющих обеспечить
«мягкий» режим работы ключей во всем диапазоне регулировки мощности
инвертора. Аббревиатура «PDM» означает Pulse Density Modulation, то есть модуляция
плотности импульсов. Особенность этого режима в том, что мы «накачиваем»
энергию в нагрузку (переключаем ключи) не каждый период колебаний тока в
нагрузке, а, например, через раз (или через два) . В этом случае мы получим
среднюю мощность в нагрузке соответственно в два (или в три) раза меньшую.
Здесь можно провести очень наглядную аналогию с качелями, которые мы
раскачиваем с земли. Представьте, что вы толкаете качели не каждый раз, когда они
к вам приближаются, а только через раз или через два. Или вообще, пропускаете
толчки по какому-нибудь очень «хитрому» алгоритму, поддерживая какой-то
совершенно особый вариант изменения средней амплитуды колебаний качелей,
который больше всего нравится вашей девушке. Это и есть PDM.
Вернемся к инвертору. Поскольку частота задающего генератора близка к
резонансной частоте нагрузки, то ключи всегда будут переключаться вблизи нуля
тока. Во время PDM-пауз (когда энергия в контур не «накачивается») контур
совершает свободные колебания. В зависимости от топологии, ток во время
свободных колебаний замыкается либо через возвратные диоды ключей и конденсаторы
фильтра блока питания, либо через постоянно открытый в PDM-пауЗах нижний ключ
полумоста и его возвратный диод.
Инвертор с частотной регулировкой мощности, рассмотренный в предыдущем
разделе, тоже сравнительно просто превращается в инвертор с PDM-регулированием.
Для этого нам нужно настроить задающий генератор на резонанс с нагрузкой и
установить между задающим генератором и силовым модулем, так называемый, PDM-
модулятор, который по определенному алгоритму будет либо пропускать, либо не
пропускать управляющие импульсы на силовой модуль. Блок-схема такого
инвертора показана на рис.19.
К осциллографу
(напряжение на
нагрузке)
т
т
К ощуллогрэфу
(ток нагрузки)
,°ut+ г Силовой
0^} мод^ь <РРМСГ
Сеть 220 Б
Задающий
генератор
Блок питания
= is a
Рис.19. Блок схема инвертора с PDM-регулировкой мощности.
Таким образом, дело только за PDM-модулятором.
Рис.20. Схема модуля PDM-модулятора.
Модуль PDM-модулятора
Основная функция PDM-модулятора - пропускать только определенное количество
импульсов из всех импульсов, поступающих на его вход от задающего генератора.
Процент пропущенных импульсов определяется требуемым уровнем мощности
инвертора . Существует множество алгоритмов, при помощи которых можно осуществить
такое «прореживание» входных импульсов. Один из них, очень простой и удобный
для реализации на микроконтроллерах, подробно рассмотрен в статье [ 3, 8 ] . В
виде законченного модуля его можно найти в приложении к другой статье [4, 8],
в самом конце которой кратко рассмотрены возможные варианты его
использования. Схема PDM-модулятора с сервисным микроконтроллером и
жидкокристаллическим дисплеем представлена на рис.20 (вкладка выше).
На микроконтроллере IC1 реализованы сервисные функции - опрос кнопок,
обслуживание жидкокристаллического дисплея, измерение частоты входного сигнала
и передача по USART установленного пользователем уровня PDM в микроконтроллер
самого PDM-модулятора, реализованного на втором микроконтроллере IC2. Кнопка
«Пуск» в данной задаче не используется. Ее можно не ставить. Либо
использовать для других целей (например, диагностических) . На рис.21 представлен вид
собранного модуля.
Рис.21. Общий вид модуля PDM-модулятора.
Все материалы, необходимые для изготовления модуля PDM-модулятора, можно
найти в дополнительных материалах к данной статье [7] в папке
PDM_Control_375. Единственная регулировка, которая требуется при первом
включения - установка контрастности ЖК-дисплея при помощи резистора R2 (рис.20).
Практический пример инвертора
с PDM-регулировкой мощности
Вставляем готовый модуль PDM-модулятора между силовым модулем и
синтезатором частоты. Платы модулей синтезатора и модулятора разведены так, что их
можно расположить впритык друг к другу, соединив соответствующие клеммы
короткими жесткими проводниками. Вид инвертора с PDM-регулировкой мощности в
процессе тестирования показан на рис.22.
Работа с таким инвертором тоже довольно проста. Если известна резонансная
частота нагрузки, то частота задающего генератора устанавливается чуть выше
резонансной частоты. После этого включается высокое (не забывая про зарядный
резистор). Затем нажатием кнопок «Мощность +» и «Мощность —» устанавливается
требуемый уровень мощности инвертора.
Рис.22. Инвертор с PDM-регулировкой мощности в процессе работы.
Работа с таким инвертором тоже довольно проста. Если известна резонансная
частота нагрузки, то частота задающего генератора устанавливается чуть выше
резонансной частоты. После этого включается высокое (не забывая про зарядный
резистор). Затем нажатием кнопок «Мощность +» и «Мощность —» устанавливается
требуемый уровень мощности инвертора.
Если же резонансная частота не известна, то вначале поступаем точно так же,
как и при частотной регулировке. Перед включением высокого напряжения на
задающем генераторе устанавливаем частоту заведомо больше резонансной частоты
нагрузки. Далее, включаем высокое и выставляем уровень PDM на 10% или 20%.
Плавно понижаем частоту задающего генератора так, чтобы получить максимальную
амплитуду сигнала тока. Это можно сделать множеством способов, но нас устроит
лишь такая частота, при которой количество периодов колебаний тока между
двумя импульсами напряжения было 10 или 5 соответственно. Все. Настройка частоты
выполнена. Теперь, регулируя уровень PDM, выставляем требуемый уровень
мощности и приступаем к работе.
Осциллограммы тока и напряжения при нескольких значения PDM показаны на
рис.23. Из этих осциллограмм легко видеть, что переключение ключей (фронты и
срезы сигналов напряжения - желтый цвет осциллограмм) происходят в моменты
времени, когда ток нагрузки близок к нулю (осциллограммы голубого цвета). При
необходимости такой режим достигается путем дополнительной подстройки частоты
задающего генератора. Мы видим, что, в отличие от частотной регулировки,
«мягкий» режим переключения ключей в данном случае сохраняется во всем
диапазоне изменения мощности инвертора.
PDM - 25%
PDM - 50%
PDM f 75%
Рис.23. Осциллограммы тока и напряжения при различных значениях PDM.
Ниже на рис.2 А приведена регулировочная кривая для инвертора с PDM-
регулировкой мощности. Видно, что нелинейность этой регулировочной кривой
гораздо меньше, чем для инвертора с частотной регулировкой.
1.8 "
1.6 -
1-
* -1 J
1.4 -
ь
° l.i "
I
3
Щ 1.0 -
_ o.s ■
а
£ ПС
^ О.ь ■
■>£>
О. г, ,
1- 0.4 -
о
1=
0.2 -
0.0 <
ш ' *—
40 60
PDM,%
SO
100
Рис.24. Регулировочная кривая для инвертора с PDM-регулировкой мощности.
Рисунки 23 и 24 иллюстрируют два основных преимущества PDM-регулировки
мощности - сохранение «мягкого» режима переключения ключей во всем диапазоне
регулировки мощности и достаточно линейная регулировочная кривая. «Заплатили»
мы за это усложнением логики управления силовым модулем.
Автогенератор с регулировкой
мощности при помощи ЛАТРа
В предыдущих примерах мы использовали «ручную» настройку частоты задающего
генератора в резонанс с нагрузкой. Автоматическая подстройка частоты (АПЧ)
для задач индукционного нагрева обычно не является принципиально важной, так
как добротности нагрузок обычно невысоки, а изменение резонансной частоты за
счет перехода точки Кюри или изменения геометрии плавящегося металла, как
правило, тоже не очень велики. Для таких задач гораздо важнее автоматическая
регулировка мощности инвертора, которая, кстати, сравнительно просто
реализуется при помощи PDM-модулятора.
Тем не менее, АПЧ очень удобна на практике, так как избавляет от
необходимости выполнять процедуру «ручной» настройки частоты, например, при смене
нагрузки . В связи с этим рассмотрим еще пару вариантов инверторов, снабженных
такой функцией.
В статье [4, 8] мы анализировали различные способы автоматической
подстройки частоты лабораторного инвертора и на модельном инверторе были
продемонстрированы три наиболее распространенных варианта. Для инверторов с PDM-
регулированием мощности наиболее удобной является реализация АПЧ по принципу
автогенератора. В автогенераторе сигнал, пропорциональный выходному, после
соответствующего усиления подается на вход инвертора так, чтобы
образовывалась положительная обратная связь. При достаточном коэффициенте усиления цепи
обратной связи, в инверторе будет наблюдаться автогенерация. Так как
суммарный коэффициент усиления всей цепи обратной связи будет максимален именно на
резонансной частоте нагрузки, то частота автогенератора коррелируется с ней,
то есть автоматическая подстройка частоты осуществляется за счет частотной
избирательности нагрузки.
В той же работе [4, 8] мы выяснили, что задержки сигнала, обусловленные
наличием dead-time в двухтактных схемах инверторов и задержками в драйверах,
приводят к тому, что частота автогенерации может заметно отличаться от
резонансной частотой нагрузки. При этом ключи начинают работать не в оптимальных
режимах. Для устранения этой особенности в цепь положительной обратной связи
вводится еще один модуль - компенсатор задержки, осуществляющий отрицательный
сдвиг фазы. С небольшими изменениями этот же модуль мы будем использовать и в
данной работе.
Модуль
компенсатора
задержки
Схема модуля компенсатора задержки и готовой платы представлены на рис.25.
Красным цветом помечены два дополнительных резистора, которые облегчают
запуск ФАПЧ компенсатора задержек и улучшают стабильность работы ГУН, по
сравнению с модулем, описанным в [4, 8].
Подробно работа компенсатора рассмотрена в статье [4, 8]. Здесь же только
отметим, что За счет использования цепочки R3C3, ГУН микросхемы IC1
генерирует сигнал, опережающий по фазе входной сигнал. Т.е., образно говоря,
происходит как бы «отрицательная задержка» входного сигнала так, чтобы полностью
компенсировать запаздывание сигнала в силовом модуле.
V МАХ942
С4
74НС14 ~Тюо.о "T^j
-1- IC1 -L-
<%ыход|—<Х^_/7~
CD4046BE
R5 18к
Рис.25. Модуль компенсатора задержек.
Для удобства, все материалы, необходимые для изготовления этого модуля, с
минимальными изменениями продублированы в архиве материалов к данной статье
[7] в папку Neg_391.
Дифференциальный
трансформатор тока
Здесь необходимо обсудить еще один нюанс. Сигнал положительной обратной
связи, который мы будем подавать на вход компенсатора задержек,
пропорционален току, текущему через нагрузку. Как правило, в качестве датчика тока
используются трансформаторы тока. Обычно с ними нет никаких проблем, но для
лабораторных задач инверторы должны иметь широкий диапазон регулировки мощно-
сти. Фактически от 0 до максимально возможного. А это уже создает
определенные проблемы при малых уровнях мощности. Характерные высокочастотные наводки,
совпадающие по времени с моментами переключения ключей, по амплитуде
становятся сопоставимы с самим сигналом тока. Пример таких наводок можно
посмотреть на рис.2 6 слева, где они выделены красным. Эти наводки могут приводить к
сбоям ФАПЧ компенсатора задержек и в результате - к невозможности работы всей
системы.
Рис.26. Пример высокочастотных наводок на сигнале тока и схема
дифференциального трансформатора тока.
Характерные частоты этих наводок много выше рабочих частот инвертора и
составляют десятки мегагерц. Поэтому они сравнительно просто отфильтровать. В
данной работе для этой цели используется дифференциальный трансформатор тока,
схема которого приведена на рис.26 справа. Вторичные обмотки мотаются бифи-
лярно. Затем конец одной соединяется с началом другой и делается отвод.
Высокочастотные наводки с двух вторичных обмоток взаимно компенсируются. Такой
трансформатор позволяет существенно снизить уровень помех и повысить
надежность работы АПЧ.
Ну вот теперь у нас есть все, чтобы собрать автогенератор.
Пример автогенератора с
регулировкой мощности
при помощи ЛАТРа
Для разнообразия в первом варианте автогенератора мы будем регулировать
мощность при помощи ЛАТРа. Такой вариант может быть интересен для тех, кто не
хочет связываться с микроконтроллерами и PDM. Блок-схема инвертора показана
на рис.27.
Работать с таким инвертором очень просто. В самом начале работы ЛАТР
установлен в ноль. Включаем все питание. Начинаем плавно поворачивать ручку
ЛАТРа. Вначале ГУН компенсатора задержек (работающий фактически как дежурный
генератор) выдает минимально возможную частоту, определяемую резистором R5 и
емкостью С5 (рис.25). Но при достижении напряжения питания инвертора уровня
20-ЗОВ (это, конечно, зависит от добротности нагрузки) ФАПЧ «срабатывает» и
автогенератор начинает работать на частоте, близкой к резонансной частоте
нагрузки .
ЛАТР
К осциллографу
(напряжение на
нагрузке)
Тг1
хххххх
<АЪ
Сеть 220 В
ш
Сиговой hCPDMC^
модуль
м
Компенсатор
<рЪмс> задеРжки
Блок питания
= 15В
К осциллографу
к к
VD1, VD2 - 1N4148
Рис.27. Блок-схема автогенератора.
Рис.28. Автогенератор в процессе работы.
При первом запуске автогенератора необходимо отрегулировать величину
«отрицательной задержки» компенсатора. Это делается при помощи резистора R3
(рис.25). Отрегулировать его необходимо так, чтобы фаза сигнала тока совпала
с фазой сигнала напряжения. Или чуть-чуть запаздывала, если на фронтах
сигнала напряжения будут сильные «иглы».
На этом настройка автогенератора заканчивается. Далее, поворачивая ручку
ЛАТРа, выставляем необходимый для работы уровень мощности инвертора. В
дальнейшем (в том числе и при смене нагрузок) никаких дополнительных настроек
компенсатора задержек уже не потребуется. Теперь для работы остается только
одна «ручка» - ручка ЛАТРа. На рис.28 показан автогенератор в процессе
работы.
Автогенератор с
PDM-регулировкой
мощности
Ну и, наконец, для завершения демонстрации возможностей нашего
«конструктора» инверторов соберем автогенератор с более «продвинутым» способом
регулировки мощности, чем ЛАТР. Это будет автогенератор с PDM-регулировкой
мощности.
К осциллографу
(напряжение на
нагрузке!
С1 3 0 С2
А 1
ХХХХХХ Rnoo
L-OZH 30 '——<о^Г
■<j5ur
СЗ rJ'YVi^»/'v'Y-'v1
1п —L- '
VD1. V02- 1N4-48
R2 10
И
К£>
RJ
50
Сеть 220 В
YX
7\/
Силовой -<РРМС-н)- ром_ - Компенсатор
модуль <^ромс г- М°ДУЛЯТ°Р _ задержки
Ф
Блок питания
= 15В
К осциллографу
Г.
Рис.29. Автогенератор с PDM-регулировкой мощности.
Блок-схема его показана на рис.29. В принципе, все узлы этого инвертора мы
уже рассматривали. Убираем ЛАТР (не забывая о зарядном резисторе), а между
силовым модулем и компенсатором задержек вставляем уже знакомый нам модуль
PDM-модулятора.
Работа с таким автогенератором не менее проста, чем с предыдущим вариантом.
После включения питания начинаем увеличивать уровень PDM. Начиная с PDM 4-5%
(для данной нагрузки) «срабатывает» АПЧ автогенератора. После этого остается
только выставить требуемый уровень мощности при помощи тех же самых кнопок.
На рис. 30 изображен наш автогенератор с PDM в процессе работы.
Рис.30. Автогенератор с PDM-регулировкой мощности.
На графиках рис.31 можно видеть как происходит «запуск» системы ФАПЧ
компенсатора задержки при увеличении PDM. Там же изображена и зависимость
потребляемой мощности автогенератора от PDM.
Рис.31. Зависимость частоты автогенератора и
потребляемой мощности от PDM.
Примечание к
автогенераторам
Рассматривая два последних варианта инвертора, я употреблял термин
«автогенератор» . Поскольку в цепи обратной связи стоит компенсатор задержек, который
использует систему ФАПЧ для своей работы, то такую топологию часто называют
«инверторами с ФАПЧ». Вопрос, конечно, в большой степени терминологический.
Но по сути, две последние конструкции все-таки скорее относятся к
автогенераторам, поскольку механизм автоподстройки частоты у них связан именно с
частотной избирательностью цепи обратной связи, характерной для автогенераторов,
а не за счет минимизации разности фаз двух сигналов (например, тока и
напряжения на контуре), характерного для ФАПЧ.
ВЫВОДЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Итак, мы закончили демонстрацию возможностей нашего «конструктора»
лабораторных инверторов. Опыт его практического использования в процессе решения
различных лабораторных задач (причем, не только связанных с индукционным
нагревом) показывает, что такой подход оказался очень удобным, гибким,
экономящим время и средства. Фактически такой конструктор «закрывает» все
лабораторные потребности в инверторах с мощностью до нескольких кВт и частотой до
нескольких сотен кГц, применительно к задачам индукционного нагрева,
генерирования неравновесной плазмы и мощного ультразвука.
В заключение хочется привести «коллективную фотографию» четырех модулей из
конструктора лабораторных инверторов, которые неплохо «потрудились» для
данной статьи.
Рис.32. Модули лабораторного инвертора, использованные в данной работе.
Что же дальше? Работы в направлении развития «конструктора», скорее всего,
будут продолжены. В основном - в сторону использования более современной
элементной базы, расширения частотного диапазона модулей и их интеграции с
информационными сетями. Но - только в «фоновом режиме». Поскольку главная цель
- «инкапсуляция» электронной части задачи подготовки физико-химического
эксперимента с использованием инверторов в целом достигнута. С этой точки зрения
экспериментатору остается только выбрать подходящий вариант инвертора и
собрать его из готовых модулей. Основные же задачи (подготовки эксперимента по
части инверторов) теперь смещаются в сторону разработки и согласования
конкретных нагрузок. По сути дела именно «нагрузки» осуществляют трансформацию
энергии высокочастотных электрических колебаний в энергию соответствующего
поля (термического, электромагнитного, ультразвукового и т.п.). Возможна ли
какая-нибудь унификация этого процесса? Пока не ясно. Как показал совсем
небольшой опыт использования лабораторного инвертора для возбуждения
ультразвука в жидких средах, это сложные физические задачи. Но очень увлекательные.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ
Поиск неисправностей следует проводить в такой последовательности:
1. На всякий случай необходимо убедится, что на выходе инвертора (резистор
R17) действительно нет сигнала. В противном случае - заменить лампочку
нагрузки.
2. Проверяем наличие питания на всех шинах.
3. Проверяем сигнал на выходе генератора сигналов/на входе опторазвязки
(IC1) . Щупы осциллографа должны быть подключены к выводам 2 и 3 (земля)
IC1. Должен быть меандр с амплитудой не менее 4 В. При вращении ручки
регулировки частоты длительность импульсов и пауз должены
соответствующим образом изменяться.
4. Проверяем работу опторазвязки - сигнал на выходе IC1. Земляной щуп
осциллографа переключить на соответствующий штырек, припаянный к общей
шине платы силового модуля. Теперь нужно работать осторожно. На земляном
проводе осциллографа может оказаться высокий потенциал.
5. Проверяем последовательно наличие сигнала на выходах Dl.l, D1.2, D2.1 и
D2.2.
6. Если используется двухлучевой осциллограф, то посмотреть взаимное
расположение импульсов на выходах D2.1 и D2.2. Убедиться в наличии паузы
dead-time. Ее величина должна быть около 500 не.
7. Проверить наличие сигнала на выходе LO драйвера (ножка 1 IC2).
8. Переключить земляной щуп осциллографа к выходу инвертора (Out+, но лучше
- к выводу 5 IC2). Посмотреть сигнал на выходе НО (ножка 7 IC2).
9. Если пункты 1-8 пройдены успешно, а сигнала нет, то, скорее всего,
проблема в силовых транзисторах VT1, VT2.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.
НАСТРОЙКА УРОВНЯ
СРАБАТЫВАНИЯ
ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ
Да. На полностью собранном модуле с рабочей нагрузкой. Алгоритм настройки
порога срабатывания защиты таков:
1. Выставляем максимальную чувствительность защиты (ползунок резистора R14
вверху по схеме).
2. Осциллограф для контроля - на шунт. Землю не путаем (особенно, если ис-
пользуются еще каналы этого осциллографа). На экране должны быть
отрицательные импульсы падения напряжения на шунте.
3 . Включаем все питание.
4. Постепенно увеличиваем PDM (либо напряжение питания инвертора в случае
регулировки мощности при помощи ЛАТРа) . Наблюдаем за импульсами. При
каком-то PDM (напряжении) защита сработает.
5. Загрубляем слегка чувствительность защиты (крутим R14).
6. Сбрасываем PDM на 0 (напряжение питания инвертора - в 0), затем -
сбрасываем триггер защиты.
7. Переходим к шагу 4. До тех пор, пока не дойдем до 100% PDM или пока
амплитуда импульсов с шунта на экране осциллографа (в пересчете на ток)
не подойдет к предельным значениям для данных ключей. На этом - выходим
из цикла.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кухтецкии СВ. Инвертор для индукционного нагрева. «Домашняя
лаборатория» №12 за 2011 г.
2. Кухтецкии СВ. Инвертор для индукционного нагрева - 2. «Домашняя
лаборатория» №12 за 2011 г.
3. Кухтецкии СВ. Цифровой модулятор плотности импульсов. «Домашняя
лаборатория» №1 за 2012 г.
4. Кухтецкии СВ. Способы подстройки частоты инвертора. «Домашняя
лаборатория» №2 за 2012 г.
5. Кухтецкии СВ. Инвертор с PDM-регулированием мощности. «Домашняя
лаборатория» №3 за 2012 г.
6. Трансформатор тока, http://bsvi.ru/transformator-toka
7. Дополнительные материалы к данной статье:
ftp://homelab.homelinux.com/pub/arhiv/2012-04-al.zip
Техника
МИКРОСКОП ЛЕВЕНГУКА
Старощук В.А.
"... в течение долгого времени я работал не ради
славы, которой сейчас наслаждаюсь, но в основном
из-за тяги к познанию, которая во мне, как я
заметил, больше, чем у многих людей. К тому же,
всякий раз, когда я узнавал что-нибудь
удивительное, я считал своей обязанностью записать мое
открытие на бумаге, чтобы все изобретательные люди
могли бы узнать о нем".
Antony van Leeuwenhoek. Letter of June 12, 1716.
Немного истории
Первым, кто открыл удивительный микромир, был Антони ван Левенгук. Ему
удалось создать очень маленькие короткофокусные, двояковыпуклые линзы, которые
работали как лупа и давали увеличение в 250-300 раз, что было для того
времени совершенно невероятно. Между двумя пластинками меди или бронзы, в которых
были предварительно сделаны сквозные отверстия, он помещал маленькую линзу.
Существовал также механизм регулировки расстояния между линзой и наблюдаемым
объектом.
Судя по его письмам, свои исследования он проводил без какого-либо плана,
помещая под микроскоп всё, что попадалось на глаза, проявляя при этом
удивительную изобретательность. Он вынимал хрусталик из глаза птиц, расслаивал на
7 срезов роговую оболочку глаза быка, рассматривал семечки груш и клешни
рака, которого ел на обед. Левенгук также глубоко проанализировал отличия
эритроцитов крови человека, лягушки и рыб, в то время когда другие исследователи
считали их жировыми включениями. Левенгук стал одним из первых, кто начал
проводить опыты на себе. Кровь на исследование он брал из своего пальца.
Кусочки своей кожи на различных участках тела он помещал под микроскоп,
рассматривая её строение и подсчитывая количество сосудов,, которые её
пронизывают.
Огромное впечатление оказало на Левенгука наблюдение капли воды, взятой из
лужи и слюны человека, который давно не чистил зубы, где он смог увидеть, как
выглядят в спиральные бактерии (spirillum, см. рис. ниже).
Как работает
микроскоп Левенгука
Микроскоп Левенгука работает, как обычная лупа.
Ход лучей при рассматривании предмета через лупу показан на рисунке.
Предмет АВ помещен на расстоянии, немного меньшем фокусного. Лучи от любой точки
предмета после преломления в линзе образуют пучок расходящихся лучей,
продолжения которых пересекаются в одной точке, создавая мнимое увеличенное
изображение AiBi. Увеличение лупы G равно отношению расстояния наилучшего зрения dO
(25 см) к фокусному расстоянию линзы F: G = dO / F.
Например, лупа с фокусным расстоянием 10 см дает увеличение 2,5х, а с
фокусным расстоянием 5 см - 5х. Таким образом, если мы хотим получить 250-
кратное увеличение, нам потребуется линза с фокусным расстоянием 1 мм!
Оказывается, такими линзами могут служить стеклянные шарики диаметром 2-3 мм.
Как сделать простой
микроскоп Левенгука
Сначала научимся делать маленькие
линзы - стеклянные шарики
диаметром 1,5-3 мм.
Возьмите стеклянную трубку длиной
не менее 15-20 см и диаметром 4-6
мм. Прогрейте ее посередине на
огне до размягчения стекла, не
забывая все время поворачивать вокруг
оси. Почувствовав, что трубка
стала пластичной посередине, резко
разведите два ее конца в стороны.
В итоге вы получите две трубки с
тонкими длинными кончиками на
одном из концов.
Прогрейте кончик над пламенем
спиртовки или газовой горелки,
чтобы силы поверхностного
натяжения образовали на его конце
стеклянный шарик.
Дайте ему остыть, а потом
аккуратно отломите. Для этого заверните
кончик с шариком в несколько слоев
бумаги и надавите на него. Шарик
старайтесь в руки не брать, иначе
на нем останутся отпечатки
пальцев , которые вы прекрасно увидите
в микроскоп.
Теперь изготовим корпус
микроскопа . Для этого нам понадобятся две
одинаковые прямоугольные медные
пластинки размером 3x6 см. Толщина
пластинки 0,5-1 мм. Края и углы
пластин закруглите.
Положив одну пластинку на
другую, просверлите в них 5
отверстий: одно - смотровое
и 4 - крепежных.
Смотровое отверстие должно
быть диаметром 1-1,5 мм и
располагаться на 2 см от
верхнего края пластин по
центру.
Сделайте только на одной
пластине, где находится
смотровое отверстие,
углубление на 1-1,5 мм с помощью
закругленного керна или
стального шарика. Диаметр
углубления 3-4 мм. Чтобы
сделать углубление,
положите пластину на ровную
деревянную дощечку, поставьте
на смотровое отверстие керн
и легко ударьте молотком.
Стеклянный шарик поместите с
помощью пинцета в углубление. Накройте
сверху второй пластиной и стяните
их вместе с помощью винтов и гаек.
Мы специально сделали разборную
конструкцию, чтобы
поэкспериментировать с шариками разного диаметра.
Головки винтов должны быть со
стороны выступа смотрового отверстия,
потому что при просмотре микроскоп
касается кожи лица.
Теперь с помощью клейкой ленты (скотча) прикрепите по контуру к медной
пластине напротив смотрового отверстия покрывное стеклышко от школьного
микроскопа. Или приклейте эпоксидным клеем. Если у вас такого нет, подойдет
прозрачная пластмассовая пластинка, вырезанная из пластиковой бутылки.
Работа с микроскопом
Положите напротив смотрового отверстия объект, который вы хотите
рассмотреть в микроскоп, и накройте вторым покрывным стеклышком стеклышком.
Микроскоп нужно поднести к самому глазу и смотреть через него на какой-либо
источник света. Это может быть окно в яркий солнечный день или настольная
лампа. После этого вам откроется удивительный микромир. Нитка, например,
будет выглядеть огромным канатом, из которого торчат оборванные тросы. Ножка
обыкновенной мухи скорей напомнит ногу слона, сильно покрытую щетиной.
Не менее интересно рассматривать разные жидкости. Если рассматривать сильно
разбавленную в воде акварельную краску, можно увидеть знаменитое броуновское
движение частичек краски в воде. Молоко предстанет перед вами в виде огромных
плавающих островов капелек жира. Вода из соседней лужи скрывает в себе
невидимый мир микроорганизмов, которые даже не подозревают о том, что вы за ними
пристально наблюдаете.
Кровь при рассмотрении в микроскоп выглядит совершенно ошеломляюще.
ОТ РЕДАКЦИИ
Современный обычный лабораторный микроскоп позволяет достичь увеличения в
400-600 раз (объектив 4Ох и окуляр 10-15х), но при таком увеличении требуется
применение иммерсионного масла между объективом (иммерсионным) и препаратом.
Хорошее иммерсионное масло редкость и стоит дорого. К тому же его потом надо
отмывать очень чистым бензином. Поэтому при таком увеличении работают редко.
Чаще используют объектив 20х. А это увеличение (200-300х) уже сравнимо с тем,
что дает микроскоп Левенгука.
Если же удастся соединить разработанную конструкцию с веб-камерой, то можно
наблюдать жизнь микробов через компьютер, делать в нем снимки и даже фильмы.
Справочник
i ~:~ v
ФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
Ааронова—Бома эффект
Эффект Ааронова — Бома (иначе эффект Эренберга—Сидая—Ааронова—Бома) —
квантовое явление, в котором на частицу с электрическим зарядом или магнитным мо-
ментом электромагнитное поле влияет даже в тех областях, где напряженность
электрического поля Е и индукция магнитного поля В равны нулю1, но не равны
нулю скалярный и/или векторный потенциалы электромагнитного поля (то есть
если не равен нулю электромагнитный потенциал).
Самая ранняя форма этого эффекта была предсказана Эренбергом и Сидаем в
194 9 году, подобный эффект был позже предсказан вновь Аароновым и Бомом в
1959 году. Эффект наблюдается для магнитного поля и электрического поля, но
влияние магнитного поля зафиксировать легче, поэтому впервые эффект был
зарегистрирован именно для него в 1960 году. Эти экспериментальные данные,
однако, подвергались критике, поскольку в проведённых измерениях не удавалось в
полной мере создать условия, при которых электрон совсем не проходил бы через
области с ненулевой напряженностью магнитного поля. Все сомнения в
существовании эффекта в экспериментах были сняты после проведения в 1986 году опытов
с использованием сверхпроводящих материалов, полностью экранирующих магнитное
поле (в смысле экранирования его вектора индукции).
Сущность эффектов Ааронова—Бома можно переформулировать так, что обычной
для классической электродинамики2 концепции локального воздействия
напряженности3 электромагнитного поля на частицу не достаточно, чтобы предсказать
квантовомеханическое поведение частицы — на самом деле для этого оказалось
необходимым, если исходить из напряженности, знать напряженность поля во всём
пространстве4. (Если Е или В ненулевые хотя бы в какой-то области
пространства, куда заряженная частица не может попасть (квантовая вероятность попасть
туда исчезающе мала), тем не менее, такое поле может заметно влиять на
квантовое поведение такой частицы - то есть на вероятности попадания частицы в
разные места той области пространства, которая ей доступна, дифракционная
картина, в том числе положение дифракционного максимума и т.п.).
Это существенно и кажется почти парадоксальным, поскольку в классической физике
взаимодействие зарядов с электромагнитным полем происходит в конечном итоге только
через посредство напряженностей Е и В, что сделало привычным отождествление этих
величин (как по смыслу, так даже и терминологически) с самим электромагнитным полем, в
то время как потенциалы электромагнитного поля долгое время рассматривались (или
могли рассматриваться, поскольку в классической физике были экспериментально нена-
блюдаемы) лишь как чисто формальные вспомогательные величины.
2 Неожиданность и парадоксальность эффекта во многом есть следствие сформировавшейся
в классической электродинамике терминологии, в которой понятия электромагнитного
поля и его напряженности слились (что видно уже из отсутствия слова напряженность в
термине тензор электромагнитного поля), то есть следствие отразившейся и в
терминологии устойчивой привычки, в частности, считать, что "поля нет", если напряженности
Е и В равны нулю, хотя бы и не были равны нулю потенциалы ф и А. Такая привычка
оказалась несовместимой с рассмотрением взаимодействия электромагнитного поля с
заряженными частицами как локального.
3 Под напряженностью здесь понимается тензор электромагнитного поля, включающий в
себя (в качестве компонент) компоненты вектора напряженности электрического поля и
вектора магнитной индукции и являющийся, таким образом, математическим объектом,
полностью характеризующим напряженность (напряженности) электромагнитного поля.
4 Если знать напряженность поля во всем пространству, то в типичной ситуации
эксперимента контурный интеграл электромагнитного потенциала, дающий сдвиг фазы по
сравнению с ситуацией полного отсутствия поля, равен по теореме Стокса поверхностному
интегралу от (тензора) напряженности поля по поверхности, пересекающей и ту область,
где эта напряженность ненулевая (именно там поверхностный интеграл получает
ненулевой вклад). В этом смысле оказывается, что формулировка через напряженности, а не
потенциалы, не является локальной: ненулевая напряженность электромагнитного поля в
одном месте пространства действует на движение электрона в других, удаленных от
этого места, областях (хотя и охватывающих область с ненулевой напряженностью, но не
пересекающиеся с ней и даже не примыкающие к ней вплотную).
Однако через электромагнитный потенциал теория эффекта строится естественно
и локально.
Эффект Ааронова—Бома можно интерпретировать как доказательство того, что
потенциалы электромагнитного поля (электромагнитный потенциал) являются не
просто математической абстракцией, полезной для вычисления напряженностей, а
в принципе независимо наблюдаемыми1 величинами, имеющими таким образом
несомненный и прямой физический смысл.
Эффект Ааронова—Бома важен в философском смысле.
Классическая физика основана на уравнении Ньютона F = та; в течение
столетий физика была основана на понятии силы, и напряженность электрического поля
Е, так же как и вектор магнитной индукции В - по сути "силовые
характеристики" электромагнитного поля: их можно использовать для наиболее прямого и
непосредственного вычисления силы, действующей на заряженную частицу (в
сущности, скажем, Е - и есть просто сила, действующая на единичный неподвижный
заряд) .
В рамках специальной теории относительности эта концепция не претерпела
радикальных изменений, хотя и чуть утратила свою первоначальную несомненность.
Дело в том, что сила из уравнения Ньютона не является 4-вектором, отчего в
данной теории расчеты и формулировки с использованием понятия силы несколько
теряют первоначальную ньютоновскую простоту и красоту (а поэтому
закрадываются некоторые сомнения в их фундаментальности). (Е и В также не являются 4-
векторами, однако, это не приводит к полной замене представлений об
электромагнитном поле, т.к. для них находится достаточно прямое и красивое 4-мерное
обобщение — тензор электромагнитного поля (компоненты Е и В оказываются его
компонентами), во многом позволяющий записать уравнения электродинамики даже
более компактно и красиво, чем Е и В по отдельности, при этом оставаясь по
смыслу всё той же напряженностью поля).
В квантовой же механике с самого начала возникают определенные вопросы с
силовой формулировкой физики.
В квантовой механике частица представлена как волна (а значит вообще говоря
не локализована в точке пространства или даже в малой окрестности точки),
поэтому принципиально оказывается довольно трудно описать ее взаимодействие с
чем-либо (например, с электромагнитным полем) в терминах силы (ведь
классическое понятие силы или силового поля подразумевает, что воздействие на частицу
- которая в классике точечна - происходит тоже в одной точке пространства; а
естественно обобщить этот подход на квантовый случай делокализованнои частицы
оказывается не просто). Поэтому в квантовой механике предпочитают иметь дело
с потенциальной энергией и потенциалами. В релятивистской квантовой механике,
включая квантовую электродинамику, трудно вообще говорить о понятии силы.
При формулировке электродинамики, теория в принципе может выбрать за
основные величины напряженности Е и В, или потенциалы ф и А. Вместе ф и А образуют
4-вектор (ф - нулевая компонента, А - три остальные компоненты) -
электромагнитный потенциал (4-потенциал). Хотя он и не является однозначно
определенным, поскольку к этому 4-вектору всегда можно добавить некоторую 4-векторную
добавку (так называемое калибровочное преобразование), и при этом поля Е и В
не изменяются (одно из проявлений калибровочной инвариантности). Долгое время
физики задавались вопросом, фундаментально ли поле электромагнитного
потенциала, даже если оно не может быть определено единственным образом, или его
появление в теории - это только удобный формальный математический трюк.
Непосредственно наблюдаемым, строго говоря, оказывается не сам электромагнитный
потенциал, а его интегралы по замкнутым контурам, но, тем не менее, они-то
измеряются непосредственно и независимо от Е и В, взаимодействуя с частицей там, где Е и В
равны нулю.
Эффект Ааронова—Бома показывает что мы можем меняя электромагнитный
потенциал менять непосредственно измеримые величины (такие, как положение
интерференционных полос на фотопластинке), пропуская электрон через области
пространства, где поля Е и В вообще отсутствуют (имеют нулевые значения), но
электромагнитный потенциал отличен от нуля: изменения электромагнитного
потенциала меняют непосредственно наблюдаемую картину, хотя Е и В не меняются в
тех областях пространства, которые доступны частице, и в которых таким
образом им можно было бы приписать локальное физическое воздействие на нее.
Таким образом, эффект Ааронова—Бома подтверждает точку зрения, что понятие
силы с современной точки зрения не самое подходящее при формулировке законов
физики, и гораздо лучше получается использовать понятие потенциалов (и
энергии взаимодействия) вместо сил. Это может быть аргументом в пользу более
фундаментального характера потенциалов по сравнению с напряженностями полей, что
(помимо чисто формальных соображений, которые часто всё же оказываются
практически важнее) представляет интерес для формулировки квантовых теорий поля.
Акустоконцентрационный эффект
Изменение концентрации носителей заряда вблизи поверхностей
полупроводникового образца под действием распространяющегося в нём стационарного
акустического потока. Является прямым следствием увлечения носителей звуковой волной
(см. Акустоэлектрический эффект).
Акустоэлектромагнитный эффект
Возникновение магнитного момента у полупроводникового кристалла при
приложении к нему достаточно сильного электрического поля, приводящего к усилению
акустических шумов (фононов). Генерируемый в образце поток акустической
энергии приводит к увлечению носителей заряда (см. Акустоэлектрический эффект).
При этом в ряде случаев поле сил увлечения оказывается непотенциальным
(например, в анизотропном кристалле, где направление наибольшего усиления шумов
может не совпадать с направлением приложенного электрического поля). В
результате возникает кольцевой электрический ток, обтекающий образец, а
следовательно, и магнитный момент. Если поток акустической энергии вводится в
образец извне, то магнитный момент может возникать и в отсутствие внешнего
электрического поля (такой эффект называется акустомагнитным).
Непотенциальность поля сил увлечения в этом случае может быть связана, как с анизотропией
кристалла, так и с неоднородностью потока акустической энергии. Такое явление
может наблюдаться и в металлических образцах. Акустомагнитное поле возникает,
в частности, при распространении поверхностных акустических волн. В этом
случае поле сил увлечения всегда неоднородно, поскольку колебательное смещение
частиц затухает в глубь образца.
Акустомагнитоэлектрический эффект
Возникновение поперечной ЭДС под действием ультразвуковой (УЗ) волны в
твердом проводнике, помещенном в магнитное поле. Акустомагнитоэлектрический
эффект обусловлен увлечением носителей заряда УЗ-волной (см.
Акустоэлектрический эффект) и отклонением потоков носителей заряда магнитным полем. При
прохождении ультразвука через проводник с биполярной проводимостью (собственно
полупроводник, полуметалл) возникают потоки электронов проводимости и дырок в
направлении распространения УЗ. Под действием перпендикулярного к ним
магнитного поля эти потоки отклоняются в противоположные стороны. В результате
возникает э.д.с. (или ток в случае электрически замкнутого проводника) в направ-
лении, перпендикулярном к магнитному полю и к УЗ-потоку. Таким образом, аку-
стомагнитоэлектрический эффект в биполярных проводниках аналогичен
фотомагнитоэлектрическому эффекту с той разницей, что потоки электронов и дырок
обусловлены не градиентом концентрации носителей, вызванным неоднородным
освещением образца, а УЗ-волной.
В монополярных проводниках (примесных полупроводниках) происхождение аку-
стомагнитоэлектрического эффекта сложнее. Если в направлении УЗ-потока
образец электрически замкнут, то имеет место акустоэлектрический эффект Холла,
отличающийся от обычного Холла эффекта тем, что продольный (диссипативный)
ток создается не внешним электрическим полем, а УЗ-потоком. Если же в
направлении распространения УЗ-потока образец разомкнут, то возникает акустоэлек-
трическое поле, которое компенсирует действие УЗ-волны на носители заряда
так, что полный электрический ток в направлении УЗ-потока будет равен нулю.
Однако такая компенсация воздействия УЗ-потока акустоэлектрическим полем
имеет место не для каждого электрона в отдельности, а лишь для некоторого
"среднего" электрона. Изменение распределения электронов по импульсам под
действием УЗ-потока по своему виду существенно отличается от того, которое
вызывается электрическим полем. Поэтому в зависимости от энергии для одних электронов
преобладающим оказывается воздействие УЗ-потока, для других - воздействие
компенсирующего акустоэлектрического поля. В результате при равенстве нулю
полного акустоэлектрического (продольного) тока в образце будут существовать
взаимно компенсирующиеся "парциальные" токи, создаваемые группами
энергетически различных электронов. Вследствие зависимости времени свободного пробега
электронов от их энергии средние подвижности электронов в этих "парциальных"
токах будут в общем случае различны. Токи Холла, образуемые этими группами
электронов, не будут компенсировать друг друга, и в направлении,
перпендикулярном к магнитному полю и УЗ-потоку, возникнут отличные от нуля акустомагни-
тоэлектрический ток (если образец замкнут в этом направлении) или э.д.с.
(если образец разомкнут). Величина и даже знак акустомагнитоэлектрического
эффекта в примесных полупроводниках зависят от механизма рассеяния носителей
заряда.
Акустомагнитоэлектрическое поле по порядку величины равно:
F aW щН/с
ens ' 1+(цН/с)2 '
где е - заряд электрона, s - скорость звука, а - коэффициент поглощения
звука, W - плотность потока звуковой энергии, р ~~ подвижность носителей тока,
п - концентрация носителей тока, Н - напряженность магнитного поля.
Акустомагнитоэлектрический эффект возможен также в планарной конфигурации,
когда векторы звукового потока, магнитного поля и акустомагнитоэлектрического
поля лежат в одной плоскости. В этом случае акустомагнитоэлектрический эффект
является эффектом, четным по магнитному полю.
Первоначально предсказанный теоретически, акустомагнитоэлектрический эффект
в дальнейшем был обнаружен экспериментально в (биполярных) полуметаллах (Bi,
графит) и монополярных полупроводниках (InSb, Те) . Подобно
фотомагнитоэлектрическому эффекту, биполярный акустомагнитоэлектрический эффект может быть
использован для измерения скорости поверхностной рекомбинации и времени жизни
носителей заряда в полупроводниках. Изучение акустомагнитоэлектрического
эффекта в монополярных полупроводниках дает информацию о механизмах рассеяния
носителей.
Акустоэлектрический эффект
Появление в проводнике постоянного тока в замкнутой цепи (т.н. акустоэлек-
трического тока) или электрического напряжения на концах разомкнутого
проводника (т.н. акусто-э.д.с.) при распространении в нём акустической волны. Был
предсказан Р. Парментером (1953) и впервые обнаружен Г. Вайнрайхом и X. Дж.
Уайтом (1957). Эффект возникает из-за увлечения носителей тока акустической
волной вследствие акустоэлектронного взаимодействия, при котором часть
импульса, переносимого волной, передаётся электронам проводимости, в результате
чего на них действует средняя сила, направленная в сторону распространения
волны. В соответствии с этим эффект меняет знак при изменении направления
волны на противоположное. Акустоэлектрический эффект (А.э.) - одно из
проявлений нелинейных эффектов в акустике; он аналогичен другим эффектам
увлечения, например акустическому ветру.
Передача импульса от волны электронам сопровождается поглощением звуковой
энергии, поэтому действующая на электрон сила пропорциональна коэффициенту
электронного поглощения звука ае и интенсивности акустической волны I.
Плоская волна, интенсивность которой при прохождении слоя толщиной Дх
уменьшается за счёт электронного поглощения на величину ае1Ах , передаёт в среду
механический импульс aeIAx/vs, приходящийся на пеДх электронов слоя (vs - скорость
звука, пе - концентрация свободных электронов). Следовательно, на отдельный
электрон действует средняя сила
F = ael/nevs (1)
Под действием этой силы появляется акустоэлектрический ток, плотность
которого
Jae = pneF
(р - подвижность электронов) определяется соотношением
Jae = pael/vs (2)
(соотношение Вайнрайха). В случае произвольных акустических полей выражение
для акустоэлектрического тока получается как среднее по времени значение
произведения переменной концентрации свободных носителей п~, возникающих под
действием акустических полей в проводнике, и их переменной скорости v~
Jae = e<n~v~> (3)
(е - заряд электрона).
Возникновение А.э. может быть объяснено с позиций квантовой механики, если
рассматривать акустическую волну с частотой со и волновым вектором к как поток
когерентных фононов, каждый из которых несёт энергию ксо и импульс hk При
поглощении фонона электрон получает дополнительную скорость, в результате чего
появляется электрический ток (2).
Для наблюдения А.э. измеряют либо ток в проводнике, в котором внешним
источником возбуждается звуковая волна (рис. 1, а), либо напряжение на его
разомкнутых концах (рис. 1, б). В последнем случае на концах проводника
возникает э.д.с, индуцированная звуковой волной (акусто-э. д.с.) :
L
0 (4)
где L - длина проводника, 1о - интенсивность звука на входе образца, а = ае
+ схо - коэффициент поглощения звука, учитывающий как электронное поглощение
ае, так и решёточное а0, а - проводимость образца.
Величина А.э., так же как и значение электронного поглощения звука, зависит
от частоты УЗ. А.э. максимален, когда длина волны оказывается одного порядка
с радиусом дебаевского экранирования для свободных электронов. Акусто-э.д.с.
существенно меняется с изменением а и имеет максимум в области значений ат,
где электронное поглощение звука также максимально (рис. 2). Такие
зависимости наблюдаются в фотопроводящих полупроводниках, в которых значительные
изменения проводимости происходят при изменении освещённости.
и
2 3
Рис. 1. Схемы измерений: а - акустоэлектрического тока Jae , б -
акусто-э.д.с. Uae; 1 - кристалл пьезополупроводника, 2 -
излучающий УЗ-преобразователь, 3 - металлические электроды.
и.
*#
Рис. 2. Зависимость акусто-э.д.с. Uae от проводимости кристалла
при различных интенсивностях УЗ: Ii < I2 < 1з-
А.э. экспериментально наблюдается в металлах и полупроводниках. Однако в
металлах и центросимметричных полупроводниковых кристаллах, таких, как Ge и
Si, он невелик из-за слабого акустоэлектронного взаимодействия. Значительный
А.э. (на 5-6 порядков больший, чем в Ge) наблюдается в пьезополупроводниках
(CdS, CdSe, ZnO, CaAs, InSb и др.). За счёт сильного пьезоэлектрического
взаимодействия электронов проводимости с акустической волной на частотах
(0,5-1)*109 с-1 в образцах длиной около 1 см возникает акусто-э.д.с.
~несколько вольт при интенсивности звука ~1 Вт/см2.
Особый характер носит А.э. в полупроводниках, помещённых в сильное
электрическое поле Е, где коэффициент электронного поглощения УЗ зависит от скорости
дрейфа носителей vd = рЕ. При сверхзвуковой скорости дрейфа (vd > vs)
коэффициент ае меняет знак и вместо поглощения звуковой волны происходит её
усиление. При этом акусто-э.д.с. также меняет знак: звуковая волна уже не
увлекает , а тормозит электроны проводимости. Средняя сила, действующая на электрон,
направлена в сторону, противоположную направлению распространения волны, так
что воздействие УЗ уменьшает электрический ток в образце - акустоэлектриче-
ский ток вычитается из тока проводимости.
В сильных электрических полях А.э. имеет место даже в отсутствие внешней
волны, из-за того что в полупроводнике происходят генерация и усиление фоно-
нов внутри конуса углов © вокруг направления дрейфа носителей, для которых
vdcos© > vs - акустический аналог Черенкова-Вавилова излучения. Сила,
действующая на носители со стороны нарастающего фононного потока, имеет
направление, противоположное дрейфу носителей.
В результате происходит их эффективное торможение, приводящее к
неоднородному перераспределению электрического поля в образце (рис. 3, а) (образуется
т.н. акустоэлектрический домен) и падению полного тока в нём (рис. 3, б) . На
опыте этот эффект обычно наблюдается по отклонению электрического тока через
образец от его омического значения J0 = aUL , где U - приложенное к образцу
напряжение.
Рис. 3. а - рост интенсивности I фононов (1) и перераспределение
электрического поля (2) вдоль длины кристалла L при генерации
фононов в пьезополупроводнике (Еи - начальное значение напряжённости
поля в кристалле, а Eth -пороговое, выше которого происходит
генерация фононов); б - отклонение тока от омического значения.
Из-за анизотропии акустоэлектронного взаимодействия генерация фононов может
происходить преимущественно вдоль какого-либо направления т, не совпадающего
с направлением дрейфовой скорости электронов vd (рис. 4), поэтому акустоэлек-
трическая сила, действующая на носители, будет иметь составляющую F±,
перпендикулярную дрейфовой скорости.
В этом случае наблюдается разность потенциалов в направлении,
перпендикулярном приложенному электрическому полю (рис. 4, а),- возникает поперечный
А.э. Кроме того, неоднородное по сечению кристалла распределение усиливаемых
фононов приводит за счёт А.э. к появлению в кристалле вихревого тока, а
следовательно, и магнитного момента, направленного перпендикулярно как скорости
дрейфа vd, так и направлению преимущественной генерации фононов т.
Значительный А.э. наблюдается при распространении поверхностной
акустической волны по поверхности проводящего кристалла. На опыте А.э. обычно
наблюдается в слоистой структуре пьезоэлектрик-полупроводник. Переменное
электрическое поле, возникающее в пьезоэлектрике за счёт пьезоэффекта и
сопровождающее волну, проникает в полупроводник и вызывает токи и перераспределение
свободных носителей в приповерхностном слое.
а
^ ^—
и
14
XT'
CdS
jn
J
/
У»
n n "
SI '^
ПАВ
LiNbO]
^^^^^^^^^^»
3
Рис. 4. Схемы возникновения поперечной акусто-э.д.с. Uae: а. - при
несимметричной относительно дрейфа носителей генерации фононов; б
- при распространении поверхностной акустической волны по пьезо-
электрику, в структуре пьезоэлектрик-полупроводник; 1 -
полупроводник, 2 - излучатель УЗ, 3 - электроды, с которых Uae снимается.
Поскольку движение носителей происходит как параллельно границе раздела,
так и перпендикулярно к ней, то в структуре наблюдается как продольный, так и
поперечный А.э. (рис. 4, б). Продольный акустоэлектрическии ток неоднороден
по сечению полупроводника: он максимален у поверхности и убывает, осциллируя,
в глубь его, что приводит к появлению вихревых токов и возникновению
магнитного момента. Поперечная компонента акустоэлектрического тока обусловливает
появление поперечной акусто-э.д.с., не меняющей знака при изменении
направления распространения поверхностной акустической волны на противоположное. А.э.
применяется для измерения интенсивности УЗ-излучения, частотных характеристик
УЗ-преобразователей, а также для исследования электрических свойств
полупроводников : измерения подвижности носителей тока, контроля неоднородности
электронных параметров, примесных состояний и др.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Разное
ПОЛУЧЕНИЕ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР
(обзор)
Введение
Охлаждением называется процесс понижения температуры охлаждаемого тела.
Различают естественное и искусственное охлаждение. При естественном
охлаждении теплота от более нагретого тела переходит к менее нагретому телу (среде).
Искусственное охлаждение предполагает получение температуры охлаждаемой среды
ниже температуры окружаемой среды. Для создания низких температур применяют
физические процессы, которые сопровождаются поглощением теплоты.
К основным физическим процессам, сопровождающимся поглощением теплоты,
относится фазовый переход вещества, при котором происходит поглощение теплоты
извне: плавление или таяние при переходе тела из твёрдого состояния в жидкое,
испарение или кипение при переходе тела из жидкого в парообразное состояние,
сублимация при переходе тела из твёрдого состояния непосредственно в
газообразное . Искусственное охлаждение может быть основано и на других физических
принципах, например адиабатическом дросселировании газа с начальной
температурой, меньшей, чем температура верхней точки инверсии; адиабатическом расши-
рении газа с отдачей полезной внешней работы; вихревом эффекте;
термоэлектрическом эффекте.
Диапазон низких температур - от температур окружающей среды да температур,
близких к абсолютному нулю, - условно подразделяют на область умеренно низких
(до - 153°С, или 120°К) и криогенных (ниже 120°К) температур.
Фазовый переход вещества при плавлении, кипении, сублимации происходит при
соответствующих температурах и с поглощением значительного количества
теплоты.
Для получения низких температур, но не ниже 0°С, может быть применён водный
лёд, который при атмосферном давлении плавится при 0°С и имеет сравнительно
большую величину удельной теплоты плавления 335 кДж/кг. При давлении ниже
атмосферного сублимация водного льда происходит при температуре ниже 0°С, что
используют при сублимационной сушке пищевых продуктов.
Самая низкая температура плавления смеси хлорида кальция со льдом достигает
в криогидратной (эвтектической) точке. Она равна -55°С при массовой
концентрации хлорида кальция 22,9%. Источником низкой температуры может служить
твёрдая углекислота (сухой лёд), имеющий при атмосферном давлении температуру
сублимации - 78,5°С и удельную теплоту 574 кДж/кг.
Получение низких температур в результате использования процесса кипения
распространено более широко. С помощью одного вещества можно получить
определённый интервал температур, поскольку температура кипения веществ зависит от
давления: с уменьшением давления температура кипения его понижается, и
наоборот .
С помощью различных веществ можно получать низкие температуры в широком
диапазоне.
Процесс испарения используют, например, для понижения температуры воды или
влажных поверхностей.
Адиабатическим дросселированием называется процесс необратимого перехода
газа (жидкости) с высокого давления на низкое (расширение) при прохождение
его через сужение поперечного сечения (перегородка с отверстием, пористая
перегородка) без совершения внешней работы и без сообщения и отнятия теплоты.
Процесс протекает быстро, вследствие чего теплообмен с окружающей средой
практически не происходит и энтальпия вещества не изменяется. Полезная же
работа не совершается, так как работа проталкивания переходит в теплоту трения.
При адиабатическом дросселировании реального газа, в отличие от идеального,
вследствие изменения внутренней энергии производится работа против сил
взаимодействия молекул. Это приводит к изменению температуры газа. Изменение
температуры реального газа при дросселировании называется эффектом Джоуля -
Томпсона.
В зависимости от начального состояния реального газа перед дросселем
температура его при дросселировании может уменьшаться, увеличиваться и оставаться
без изменений.
Точка, соответствующая начальному состоянию газа, в котором температура
газа при адиабатическом дросселировании не изменяется и, следовательно,
изменяется знак температурного эффекта, называется точкой инверсии, а температура,
соответствующая этой точке, температурной инверсией. Точку инверсии можно
определить, построив в координатах TV (температура - объём газа) изобару и
проведя к ней касательную из начала координат.
При начальных температурах газа, которые меньше температуры инверсии,
реальный газ при дросселировании будет охлаждаться, а при начальных
температурах больше температуры инверсии - нагреваться.
Большинство газов, за исключением водорода и гелия, имеет довольно высокую
температуру инверсии (600°С и выше), поэтому практически для всех
газообразных веществ в области, близкой к критической, адиабатическое дросселирование
приводит к понижению температуры.
При адиабатическом расширении газа с отдачей полезной внешней работы
получение низких температур возможно при любом состоянии газа, так как
температура изменяется в сторону понижения.
В отличие от адиабатического дросселирования, в этом случае эффект возможен
и для идеального газа, при этом величина понижения температуры в процессе
адиабатического расширения газа при прочих равных условиях бывает больше, чем
в процессе адиабатического дросселирования.
Адиабатическое расширение газа в детандре (расширителе) используют для
получения криогенных температур.
Вихревой эффект достигает в вихревых трубах при подаче в них по
тангенциальному вводу сжатого воздуха, имеющего температуру окружающей среды.
Скорость вращения воздуха в трубе обратно пропорциональна радиусу. Центральная
часть вращающегося потока имеет большую скорость, чем периферийная,
вследствие чего температура воздуха у стенке трубы выше, а в центе ниже, чем
температура подаваемого в трубу воздуха. Можно получить потоки воздуха с низкой и
высокой температурами, если разделить центральную и периферийную часть
потока . Это явление называется явлением Ранка.
Термоэлектрический эффект, известный как эффект Пельтье, заключается в
следующем : при прохождении постоянного электрического тока через цепь, состоящую
из двух разнородных проводников, или полупроводников, один из спаев имеет
низкую температуру, а другой - высокую.
Холодный спай термоэлемента, состоящий из двух ветвей, соединённых токове-
дущими шинами, является источником низкой температуры.
Основной показатель качества термоэлемента - коэффициент добротности
(эффективность вещества), определяющий максимальную разность температур горячего
и холодного спаев.
Таким образом, осуществляя определённый физический процесс, можно получить
источник требуемой низкой температуры, необходимый для понижения температуры
тела, т.е. для его охлаждения.
Для осуществления процесса охлаждения необходимо иметь два тела:
охлаждаемое и охлаждающее - источник низкой температуры. Охлаждение продолжается,
пока между телами происходит теплообмен. Источник низкой температуры должен
функционировать постоянно, так как охлаждение должно осуществляться
непрерывно. Это возможно при достаточном большом запасе охлаждающего вещества (тела)
или при его конечном количестве, если восстанавливать первоначальное
состояние вещества. Последний метод непрерывного получения низкой температуры
широко применяется в холодильной технике с использованием различных холодильных
машин.
Безмашинные способы получения холода основываются на плавлении, испарении,
сублимации, а в термоэлектрических охлаждающих устройствах - на эффекте
Пельтье.
Сжижение газов
(история)
Первым систематически исследовать низкотемпературные проблемы и возможности
ожижения газов начал в 1823 М. Фарадей. Он показал, что многие газы, например
хлор, диоксид серы и аммиак, могут быть ожижены и при этом достигаются низкие
температуры (до -110°С). Но многие другие газы, в частности кислород, азот,
водород, углекислый газ и метан, не поддавались ожижению его методами даже
при крайне высоких давлениях, за что позднее получили название постоянных
газов. И только в 1877 Л. Кальете (Франция) и Р. Пикте (Швейцария) сообщили о
том, что им удалось впервые ожижить один из постоянных газов - кислород. Теми
методами, которыми действовали эти первые исследователи, можно было получить
лишь легкий туман из жидкого кислорода, а таких количеств было недостаточно
для экспериментов. Тем не менее, их трудами было положено начало физике
низких температур и показано, что постоянные газы не следует рассматривать как
неожижаемые. К 1887 К. Ольшевскому и 3. Врублевскому в Краковском
университете и Дж. Дьюару в Лондонском королевском институте удалось получить в жидком
виде многие постоянные газы, в том числе кислород, азот и моноксид углерода,
в таких количествах, которые позволяли провести точные измерения и установить
их низкотемпературные свойства. В 1894 г. X. Камерлинг-Оннес в Лейденском
университете (Нидерланды) построил установку для ожижения воздуха. Она тоже
работала по каскадной схеме, которой ранее пользовались Пикте и Ольшевский с
Врублевским. Криогенная лаборатория, которой заведовал Камерлинг-Оннес,
позднее стала выдающимся центром физики низких температур. В 1895 У. Гемпсон
(Англия) и К. фон Линде (Германия) независимо друг от друга разработали новый
метод ожижения воздуха, а затем более совершенные методы ожижения воздуха
были найдены Ж. Клодом во Франции и К. Геиландтом в Германии. Этими работами
был заложен фундамент промышленности разделения газов, в которой результаты
низкотемпературных исследований нашли самое важное и самое широкое
техническое применение.
Впервые ожижить водород удалось в 1888 Дж. Дьюару - тем же методом, которым
ранее Гемпсон ожижал воздух. Таким образом, к концу XIX в. были ожижены все
постоянные газы, кроме гелия, и завершены измерения их точек кипения и других
параметров. Ожижение гелия с массой 4 (гелия-4) осуществил Камерлинг-Оннес в
1908 методом, почти совпадавшим с методом ожижения воздуха Линде. Этим было
не только установлено существование жидкой фазы для всех газов, но и открыта
новая важная область низких температур. Позднее гелий был ожижен и другими
методами, в частности разработанными в 1930 Ф. Саймоном, работавшим в
Германии, и в 1934 П.Л. Капицей в Кембридже (Англия). Метод Капицы
усовершенствовал в 194 6 С. Коллинз (США).
Гелий-3, получаемый как дочерний продукт распада радиоактивного трития,
впервые удалось ожижить в 1948 в Лос-Аламосской научной лаборатории (США).
Этот менее распространенный изотоп гелия дал возможность работать с жидкими
ваннами, температура которых всего лишь на 0,25°К выше абсолютного нуля.
Для получения какого-нибудь газа в жидком виде, Фарадей подыскивал твердые
или жидкие тела, которые, при нагревании в запаянной трубке, выделяют
желаемый газ. Прибор Фарадея состоял из стеклянной загнутой сифоном трубки, в
одном конце которой помещалось соответствующее вещество (например, для
получения аммиака — соединение аммиака с хлористым серебром), в другом конце сифона
помещался небольшой манометр со сжатым воздухом, который мог измерять
давление внутри трубки. Этот второй конец трубки запаивался и помещался в
охладительную смесь (рис. 1).
Нагревая первый конец трубки и образуя таким образом все новые и новые
количества газа, Фарадей этим самым увеличивал давление внутри трубки. При
достаточном давлении, в охлажденной части прибора появлялся сжиженный газ. Таким
образом Фарадей мог получить в жидком виде следующее газы: Сернистая кислота,
Сернистый водород, Углекислота, Закись азота, Синерод, Хлористо-водородный
газ, Хлор.
Рис. 1. Прибор Фарадея для сжижения газов в запаянной трубке.
Для получения жидкой углекислоты, в больших сравнительно количествах, Тило-
рье устроил прибор (рис. 2), состоящий из двух совершенно одинаковых сосудов,
емкостью около 1/4 куб. фута каждый.
Рис. 2. Прибор Тилорье для получения жидкой углекислоты.
Один из этих сосудов служил как приемник жидкой углекислоты, в другом же
получался газ из двууглекислой соды и серной кислоты, которая вливается в
раствор соды только при наклонении сосуда. Выделяющаяся углекислота, при
помощи соединительной трубки, перегонялась в охлаждаемый приемник, где и
собиралась в жидком виде. Два несчастных случая, происшедшие от разрыва прибора,
заставили избегать этого способа в лабораториях. При 20°С упругость паров
жидкой углекислоты равна 58 атмосферам. Следовательно, если будем выливать
жидкую углекислоту наружу, где давление равно одной атмосфере, то жидкость,
во-первых, разобьется в пыль, а во-вторых, будет кипеть. При кипении
жидкости, а также при расширении газа (когда при расширении совершается работа),
как известно, происходит большое поглощение тепла; поэтому жидкая
углекислота, по выходе из резервуара вследствие обеих упомянутых причин сильно
охлаждается и частью замерзает. Если выпускать жидкую углекислоту прямо на воздух,
то раздробленная жидкость частью замерзает в виде очень мелких снежинок, и
виден белый туман, который быстро рассеивается в воздухе. Собрать твердую
углекислоту можно, выливая ее, как это иногда делается, в шерстяной мешок; при
этом вследствие трения углекислоты (жидкой) об шерсть последняя сильно
электризуется. Чтобы по возможности устранить потерю углекислоты при выпускании,
Тилорье предложил употреблять особый прибор, изображенный на рис. 3.
Рис. 3. Прибор для получения твердой углекислоты при
быстром испарении струи жидкой углекислоты.
Он состоит из двух латунных воронок, которые складываются вместе и
закрепляются штыковым запором. Жидкая углекислота впускается струею внутрь этого
прибора, так что жидкость разбрызгивается и, быстро испаряясь, отчасти
замерзает; газ же выходит в отверстия, расположенные среди рукояток, которые для
предохранения рук от холода обложены сукном. Твердая углекислота имеет вид
снега и при атмосферном давлении испаряется весьма медленно, имея температуру
около — 80°С. Для сильного охлаждения Тилорье предложил смешивать твердую
углекислоту с эфиром, который, сам не замерзая, увеличивает проводимость смеси.
Для получения жидкой углекислоты и других газов в лабораториях чаще всего
берут насос Наттерера, который может сдавливать газы до 50 атмосфер (рис. 4).
Сухой газ по трубке t входит в насос (который справа изображен в разрезе).
Поршень насоса при помощи шатуна Ь и рукоятки А получает движение вверх и
вниз; при своем движении вверх он сжимает газ и проталкивает его в железный
сосуд R, снабженный в нижней части отворяющимся внутрь клапаном. Для
устранения нагревания, резервуар, где сгущается газ, и самый насос окружены
воронкой, наполняемой льдом. Накачав газ, отвинчивают резервуар от насоса,
опрокидывают резервуар и при открывании винтового крана выпускают струю сжиженного
газа из трубки О.
Фарадей стал достигать охлаждения до —100°С при помощи смеси эфира с
твердою углекислотою, испаряющеюся над колоколом воздушного насоса. Сжатие газов
достигалось при помощи двух насосов; из них первый (больший) сжимал
испытуемый газ до 10 атмосфер; газ, таким образом сжатый, поступал во второй насос,
при помощи которого газ мог быть сдавлен до 50 атмосфер. Стеклянная трубка, в
которую накачивался газ, проходила под колокол воздушного насоса; ее
запаянный конец погружался в вышеупомянутую охлаждающую смесь. Располагая давлением
в 50 атмосфер и температурой в —100°С, Фарадей, конечно, не мог сгустить
постоянные газы, так как для азота и кислорода температуры абсолютного кипения
лежат ниже —100°С.
Рис. 4. Насос Наттерера для сжижения СОг, N20 и др.
Для наблюдения над способностью к сжижению так называемых постоянных газов
Кальете их сжимал, охлаждал и затем давал им быстро расширяться, уменьшая
сразу давление, чтобы через то их температура упала; при таком понижении
температуры, если газ способен к сжижению, он дает капли или туман, как в том
легко убедиться, взяв углекислоту или другой заведомо сжижаемый газ. Опыт
показал, что и постоянные газы, после известного сдавливания и охлаждения, дают
такое же явление, чем и была доказана их способность к сжижению при низких
температурах.
Прибор Кальете изображен на рис. 5.
Рис. 5. Прибор Кальете для показания сжимаемости постоянных газов.
Стеклянная трубка ТТ, открытая снизу и сверху запаянная, наполняется сухим
испытуемым газом и погружается в ртуть, находящуюся в железном резервуаре В,
который при помощи гайки Е герметически закрывается и через трубку сообщается
к насосом. Оттянутый в капиллярную трубку верхний конец стеклянной трубки ТТ,
выходящий сквозь гайку Е, дает возможность видеть перемену состояния газа,
заключенного в ТТ. Сжатие газа достигается при помощи насоса, нагнетающего
воду в резервуар В по трубке TU; вода давит на ртуть, а ртуть, входя внутрь
трубки ТТ, сжимает газ. Резервуар В может при помощи особого крана V быть
сообщен с наружным воздухом, что может служить для быстрого уменьшения давления
газа, находящегося в ТТ. Для очень больших давлений, когда газ занимает уже
незначительный объем, пользуются винтом, который, входя внутрь прибора, давит
на воду. Таким образом, оказалось, что кислород, при обыкновенной
температуре, при быстром уменьшении давления от 300 до одной атмосферы, образует
густой туман, свидетельствующий о перемене состояния кислорода. Азот, сжатый при
+13° до 200 атмосфер, при быстром расширении образует ясно видимые капли
жидкости. Наконец, водород, сжатый до 280 атмосфер, быстро расширяясь, образует
вдоль по оси стеклянной трубки тонкую струйку тумана.
Одновременно с Кальете, Пикте произвел сжижение кислорода. Его метод тот же
как у Фарадея, только примененный в больших размерах. Рис. 6 показывает общее
расположение приборов.
А и В суть два насоса двойного действия, т.е. одновременно и всасывающие и
нагнетающие; они предназначены для сернистой кислоты, находящейся в жидком
виде в трубе С, в которой, вследствие разрежения сернистой кислоты,
температура падает до —65°С. Пары сернистой кислоты, выкачиваемые системой насосов А
и В, нагнетаются в конденсатор D, охлаждаемый льдом, где и сгущаются снова в
жидкость, которая вновь поступает в трубку С по трубке d. E и F суть насосы,
тождественные с двумя первыми. В них содержится углекислота, для сжижения
которой служит охлаждение, доставляемое испаряющеюся в С сернистою кислотою;
углекислота, сжиженная в К от сдавливания насосами Е и F и от охлаждения,
поступает в трубку Н. Здесь она испаряется под уменьшенным давлением и через
это производит сильное охлаждение трубки М, необходимое для сжижения
содержащегося в ней сжатого кислорода.
Рис. 6. Схематическое изображение прибора Пикте для
сжижения кислорода и других газов.
Пары жидкой СОг, выкачиваемые из муфты Н, сгущаются при давлении около 5
атмосфер в приемнике К, охлаждаемом до —65°С сернистой кислотой, кипящей в
муфте С. L есть реторта кованого железа, могущая выдерживать давления,
доходящие до 500 атмосфер. Она содержит бертолетову соль и при нагревании
выделяет кислород. Из реторты выходит толстая трубка М, около метра длиною, которая
помещается внутри приемника Н, где испарение жидкой углекислоты поддерживает
температуру около —115°С. На нижнем конце трубки М укрепляются (не
изображенные на фигуре) манометр для измерения давлений и выпускной кран г. Через
несколько часов нагревание сосуда L и непрерывного действия четырех насосов,
приводимых в движение 15-сильной паровой машиной, когда давление в приборе
перестало возрастать (потому что выделяющийся кислород сжижается в холодной
части трубки), давление внутри трубки М достигло 320 атмосфер. Открыв быстро
кран г, Пикте видел, что часть кислорода, находящегося в охлаждаемой трубке
М, обратилась в жидкость и из нее выбрасывалась в виде струи. Этим же
способом Пикте получил в жидком виде азот, окись углерода и другие газы.
Вроблевский и Ольшевский применили другой способ для сжижения кислорода.
Рис. 7 представляет схему расположения приборов.
Рис. 7. Прием Вроблевского для сжижения газов.
Кислород сдавливался при помощи насоса в резервуаре кованого железа, от
которого видна внизу на фигуре лишь верхняя часть be. Загнутый коленообразно,
запаянный конец трубки q, содержащей сжатый кислород, проходит сквозь
каучуковую пробку в крепкий стеклянный охлаждаемый приемник s. В каучуковой пробке
сделаны еще два отверстия; одно из них служит для небольшого водородного
термометра г, построенного наподобие воздушного термометра Жолли; через второе
отверстие проходит короткая стеклянная трубка и, имеющая форму буквы Т.
Ветвь, идущая к v, соединяется с большим воздушным разрежающим насосом Бьян-
ки. Верхний конец Т-образной трубки плотно Закупорен каучуковой пробкой d,
через которую проходит тонкая латунная трубка w, ведущая к резервуару натте-
реровского насоса х, наполненному жидким этиленом. Конец латунной трубки w,
входящий внутрь приемника s, снабжен отверстиями, через которые из х втекает
жидкий этилен, который, проходя из резервуара х, охлаждается в змеевике
смесью твердой углекислоты с эфиром, так что этилен почти весь доходит в жидком
виде. Поступив в приемник, здесь, под влиянием разрежения, производимого из
v, жидкий этилен быстро испаряется и производит охлаждение до —130°С. 300
граммов этилена и 400 граммов твердой углекислоты достаточны для одного
опыта. Приемник s помещается в стеклянный сосуд у, содержащий хлористый кальций,
для поглощения влажности из воздуха, так что можно ясно видеть все, что
совершается в трубке q. Таким образом, охладив трубку q до —10°С, удавалось
обратить кислород в жидкость при давлении около 20 атмосфер. Пользуясь
испарением сжиженных газов под уменьшенным давлением, Врублевский получал такие
температуры:
• Кислород —2 0 0 ° С при 2,0 мм рт.ст.
• Азот —206° С при 4,2 мм рт. ст.
• Окись углерода —2 0 0 ° С при 4,0 мм рт.ст.
Азот и окись углерода при этих температурах замерзают.
Дьюаром в жидком виде были получены наиболее трудно сгущаемые из газов, а
именно водород и гелий.
Тот же прием, что и у Врублевского с Ольшевским был применяем вначале
Дьюаром к получению больших количеств кислорода. В 1895 году Дьюар представил
Лондонскому химическому обществу новый прибор для сжижения кислорода; в этом
приборе можно было гораздо легче достигать очень низких температур благодаря
непрерывному расширению сжатого газа. Здесь необходимо рассмотреть два случая
расширения газов: первый, когда происходит быстрое расширение предварительно
сильно сжатого газа, сопровождаемое сильным охлаждением; этот прием с успехом
применяется в приборе Кальете, но нет никакой возможности поддерживать таким
путем постоянную, очень низкую температуру. Лишь для незначительного
охлаждения при малом сжатии и малом расширении подобного рода машины могут работать
производительно. В рассматриваемом случае происходит преобразование тепловой
энергии газа во внешнюю работу; получаемое охлаждение эквивалентно внешней
работе. Гораздо большее значение в усовершенствовании приемов охлаждения
имеет другой случай расширения, сопровождающийся охлаждением, это так называемое
явление Джоуля-Томсона. Это явление и было применено Дьюаром и, по-видимому,
одновременно с ним и Линде к получению весьма низких температур. Роль этого
явления тем более замечательна, что в условиях опытов, которые производились
(в 1854 г.) для изучения этого явления, весь эффект заключался в очень
незначительном понижении температуры, для воздуха около 0,3°С на атмосферу
разности давлений, а для водорода даже в повышении температуры; между тем именно
на основании этого явления, правда, при очень низкой температуре, удалось
обратить водород в жидкость. Сущность явления Джоуля-Томсона заключается в
следующем: газ, выходящий из резервуара, в котором поддерживается постоянное
давление pi и температура Т (по абсолютной шкале), через малые отверстия,
например пробку из ваты или шелка, в другой резервуар, имеющий, равно как и все
части прибора, ту же температуру Т и некоторое постоянное давление ро,
охлаждается. Понижение температуры может быть выражено
9° = а(Р1-р0) (273/Т)2
где а постоянная, зависящая от свойств взятого газа, равная для воздуха =
0,276, для углекислоты = 1,388, pi и р0 — давления в атмосферах. Для уяснения
явления заметим, что если бы испытуемый газ строго следовал закону Бойля-
Мариотта, что характеризовало бы полное отсутствие сцепления между частицами,
то охлаждения никаким образом не могло бы быть, а внешняя работа газа
равнялась бы при этом расширении нулю. Весь процесс свелся бы тогда на истечение,
аналогичное течению воды в водоливе, действие малых отверстий сказалось бы в
появлении трения газа о стенки и края отверстий, и результатом должно бы по-
лучиться нагревание газа, а не охлаждение. Действительные же газы, как
оказывается, обладают сцеплением, особенно при низких температурах, где явление
Джоуля-Томсона становится все более и более значительным. Понижение
температуры в явлении Джоуля-Томсона можно получить вычислением, пользуясь
уравнением состояния, например, Ван-дер Вальса, и наоборот, исходя из результатов
опытов, можно получить новый вид уравнения состояния. При получении весьма
низких температур именно и имеет место явление Джоуля-Томсона, которое иногда
называют явлением расширения без внешней работы. Рис. 8 изображает прибор, в
котором получается жидкий кислород или воздух.
nps.
Рис. 8. Прибор Дьюара для сжижения кислорода и воздуха.
В этом приборе кислород охлаждается предварительно до —79°С при помощи
углекислоты, которая, входя по трубке (из резервуара с жидкой углекислотой, не
изображенного на рис. 8, через а, проходит в змеевик, изображенный в сечении
черными кружками, доходит до клапана R, здесь расширяется, охлаждая все внут-
реннее помещение, затем проходит между стенками прибора и выходит через
отверстие в наружной стенке е. Кислород, сжатый до 100—150 атмосфер в стальном
резервуаре, входит по трубке (не изображена) через Ь в змеевик, изображенный
в сечении белыми кружками, охлаждается кипящей углекислотой, проходя по
змеевику, проходит между средними стенками к расширительному точному клапану с,
здесь, расширяясь, охлаждается и (после некоторого времени действия)
обращается в жидкость, стекая на дно сосуда d. Из сосуда d кислород (или после
сжижения его пары) проходит мимо змеевика навстречу непрерывно поступающему к
клапану с свежему кислороду, охлаждает его перед самым расширением и,
наконец, проходит далее, между наружными стенками и выходит наружу вместе с
углекислотой через е. Нетрудно видеть, что понижение температуры, получающееся
при расширении кислорода в клапане с, способствует усиленному охлаждению
поступающего вновь кислорода, что вызывает (см. формулу) новое понижение
температуры при расширении, и так продолжается до тех пор, пока температура не
упадет до температуры кипения кислорода. Весьма существенную часть аппарата
представляет сосуд d. Это стеклянный стакан с двойными стенками и с Круксовой
пустотой внутри стенок. Благодаря отсутствию теплопроводности и конвекции он
раз в 20 лучше изолирует, чем сосуд без пустоты. Еще более сильная изоляция
достигается, если высеребрить стенки внутри стенок, чем уменьшается роль
лучеиспускания (Дьюар). Подобный же прибор служит Дьюару и для сжижения
воздуха, но с тою разницей, что испарение углекислоты, служащей для
предварительного охлаждения воздуха, происходит под малым давлением 25 мм ртутного
столба, когда температура кипения углекислоты —115°С.
Прибор Линде для сжижения воздуха представляет значительное преимущество
перед прибором Дьюара в том смысле, что не требует предварительного
охлаждения, хотя с точки зрения затраты механической работы едва ли может считаться
экономичнее. Рис. 9 наглядно объясняет принцип устройства машины Линде.
Воздух накачивается насосом С, где сжимается до давления pi; проходя в
холодильник R, этот воздух, сильно разогретый вследствие сжимания в насосе,
охлаждается текущей водой до температуры ti и затем проходит во внутренний
змеевик к регулирующему клапану г. Проходя через очень малое отверстие в этом
клапане, воздух расширяется от давления pi до р2 и при этом охлаждается на
9°= 0,276(Pl-p2) (273/T)2
и затем идет навстречу вновь поступающему из насоса воздуху, проходя по
кольцевому пространству наружного змеевика и, наконец завершает свой
круговорот , вновь поступая в насос. Оба змеевика, внутренний и внешний, свернуты из
медных трубок вместе и при этом хорошо изолированы друг от друга; вся система
от внешнего притока тепла хорошо изолируется неочищенной шерстью. Когда
прибор в действии, воздух охлаждается от ti до t2 во внутреннем змеевике, затем
еще охлаждается вследствие расширения в клапане г от t2 до t3,* проходя
наружным змеевиком, он охлаждает идущий навстречу воздух, нагреваясь при этом до
t4 и вновь поступает в насос. При таком круговороте происходит прогрессивное
охлаждение воздуха до его сжижения; жидкий воздух стекает на дно сосуда G,
откуда может быть вылит наружу. Второй насос, помещенный в А, доставляет
новое количество воздуха взамен сжиженного. Есть выгода не давать во время
действия прибора полного расширения воздуха до атмосферного давления, так как
работа, потребная для сжатия воздуха в насосе, пропорциональна log отношения
давлений pi/p2; поэтому желательно по возможности уменьшить это отношение.
Так как для надлежащего охлаждения в приборе Линде приходится иметь pi =
около 200 атмосфер, то, давая расширение до атмосферы, имеем это отношение =
200, а дав, например, расширение до 15 атмосфер, мы получим отношение около
13. Взяв логарифмы, мы увидим, что во втором случае потребуется меньше работы
почти вдвое. Между тем охлаждение на основании явления Джоуля-Томсона зависит
лишь от разности (pi—рг) , которая при наших предположениях будет: в первом
случае 199, а во втором 185, что не особенно ухудшит действие прибора.
Подобное же отношение работ получится и при адиабатическом сжатии, но сама работа
в этом случае будет гораздо более, чем при изотермическом сжатии при
температуре t; последнее для быстроходного насоса осуществить крайне трудно.
Рис. 9. Прибор Линде для сжижения воздуха.
Рис. 10 изображает одну из более поздних моделей предназначенных для
лаборатории. Прибор состоит из насоса с двумя цилиндрами и охлаждающего аппарата,
состоящего из трех концентрических змеевиков. Воздух входит прямо из комнаты
в насос, все время охлаждаемый текущей водой (кроме того, некоторое
количество воды всасывается внутрь в цилиндры) для того, чтобы противодействовать по
возможности повышению температуры при сжатии, а также для уменьшения вредных
пространств в цилиндрах и пр. В первом цилиндре воздух сжимается до pi = 16
атмосфер, во втором — от 16 до 200. Сжатый воздух проходит в сепаратор f, где
происходит отстаивание воды, которая время от времени удаляется при помощи
крана, находящегося внизу f. Из f далее воздух идет в ящик д, где несколько
охлаждается смесью снега и соли; при этом пары воды замерзают, и воздух, та-
ким образом, значительно осушается, что весьма важно, иначе прибор поминутно
забивался бы льдом. Затем воздух проходит по внутреннему змеевику внутрь
холодильного аппарата; посредством клапана а дают расширение от 200 атм до 16,
охлажденный при этом воздух (клапан Ь закрыт) по среднему змеевику
возвращается назад ко второму цилиндру насоса, снова сжимается до 200 атм и вновь
проходит тот же путь. Некоторое количество воздуха, охлажденного расширением
в а, при помощи второго клапана Ь можно подвергнуть еще расширению от 16 до
одной атмосферы; часть этого воздуха (около 5%) при установившемся режиме
сжижается, собираясь в сосуде с, остальной воздух, пройдя еще по третьему
змеевику (см. рис.), выходит наружу.
Рис. 10. Усовершенствованный прибор Линде для сжижения воздуха.
Жидкий воздух, собирающийся в сосуде с (описанном при приборе Дьюара), при
помощи стеклянной трубки, доходящей до дна сосуда и крана h, может быть выпу-
щен в стеклянные же колбы, имеющие также пустоту внутри двойных стенок.
Подобные приборы Линде производят около 1 литра жидкого воздуха в час; при
затрате 3 лошадиных сил сжижение может начаться после 0,5—1 часа работы.
Машины Триппера и Гампсона также появились около 1895 г. Машина Триппера
значительно сложнее машины Линде, она может давать 9—13 литров жидкого
воздуха в час. В машине Гампсона воздух сжимается всего до 120 атм и расширяется
прямо до атмосферного давления, расширительный клапан дает отверстие в виде
щели, жидкий воздух получается через 16 минут действия и через 1 минуту, если
прибор предварительно охлажден при помощи жидкой углекислоты.
Получение жидкого воздуха в больших количествах, низкая температура его
кипения при атмосферном давлении (около —180...—190°С) весьма упростила
манипуляции для применения очень низких температур (до —200°С при разрежении).
После столь большого успеха оставалось лишь обратить в жидкость водород. Первая
серьезная попытка получить водород в виде жидкости была сделана Врублевским в
январе 1884 года. Водород, сжатый в капиллярной трубке до 100 атм и
охлажденный до температуры кипения кислорода (—200°С) при мгновенном уменьшении
давления до 1 атм обнаружил явление вроде вскипания, полученное Кальете при
опыте с кислородом. Врублевский счел нужным сообщить об этом, когда Ольшевский
сообщил о получении им водорода в виде бесцветной жидкости при расширении от
190 атм и охлаждении жидким кислородом. Но опыты, повторенные Врублевским, не
подтвердили этого явления; наоборот, выяснилось, что при подобном методе
ввиду крайне непостоянной температуры нельзя с уверенностью говорить о получении
жидкости. При самой низкой температуре, которую можно было измерить (около —
223°С), водород заведомо не обращался в жидкость. После неудачи получить
более низкие температуры Врублевский занялся изучением изотерм водорода, и,
имея их, он вычислил коэффициент формулы Ван дер Ваальса и дал такие
критические постоянные водорода:
• Критическая температура —240°С
• Критическое давление 13 атм
• Температура кипения —250°С
Дальнейшие исследования Ольшевского и Дьюара подтвердили правильность
заключений Врублевского и обнаружили очень большую неточность в определении
критического давления водорода, получаемого по формуле Сарро, основанной на
опытах Амага над сжатием водорода; критическое давление, полученное отсюда,
99 атм, оказалось раза в 4 больше полученного впоследствии. Затем работы по
сжижению водорода настойчиво продолжались Ольшевским и Дьюаром независимо
друг от друга, но окончательно вопрос был решен Дьюаром в мае 1898 года.
Прием, которым пользовался Дьюар, изображен схематически на рис. 11.
Эта схема расположения приборов была сообщена Дьюаром еще в 1895 году. А
изображает один из резервуаров со сжатым водородом, В и С — сосуды с пустотой
между стенками, содержащие первый углекислоту, кипящую под уменьшенным
давлением, второй жидкий воздух. D представляет собою змеевик, G капиллярное
отверстие и F клапан, регулирующий истечение водорода. При непрерывном
истечении водорода в подобном приборе Дьюар легко получил твердый воздух (—214°С),
но водород при этом не обнаружил признаков сжижения.
Окончательные опыты произведены 10 мая 1898 г. с водородом, охлажденным до
—205°С и сжатым предварительно до 180 атм. После непрерывного истечения
водорода в этих условиях, при расходе 10—15 куб. фут в минуту, в сосуде особого
устройства с пустотой внутри и высеребренными стенками и при охлаждении еще
снаружи до —200°С сжиженный водород стал капать из описанного прибора в
другой, меньших размеров, дважды изолированный при помощи пустоты; через 5 минут
действия было получено 20 куб. см жидкого водорода, но дальнейшее получение
должно было прекратиться вследствие образования пробки из твердого воздуха,
который в виде примеси заключался в водороде. Оказалось, что в жидком виде
получается до 1% всего водорода.
Рис. 11. Прибор Дьюара для сжижения воздуха.
Жидкий водород бесцветен и прозрачен; не дает линий поглощения, имеет, по-
видимому, большой показатель преломления и образует в сосуде ясно выраженный
мениск. Плотность жидкого водорода оказывается около 0,07, что составляет
почти половину предсказанной теоретической плотности по атомным объемам и
предельной плотности, найденной Амага по изотермам водорода. В том, что при
этом опыте температура была очень низка, Дьюар убедился, погружая в жидкий
водород запаянную только снизу трубку; эта трубка быстро наполнилась твердым
воздухом.
Другой опыт был произведен с гелием, запаянным в баллоне, имевшем маленький
отросток; при погружении этого отростка в жидкий водород можно было видеть
появившийся мениск; этим было доказано, что нет очень большой разницы в точ-
ках кипения водорода и гелия. При дальнейших работах Дьюар старался
определить температуру кипения водорода, но встретил большие затруднения;
температуры, полученные по различным методам, дали различные результаты; так, при 25
мм давления он нашел температуру кипения —238°С, или +35° от абсолютного
нуля, по изменению сопротивления чистой платины гальваническому току; —24 6°С,
или 27° от абсолютного нуля, по сопротивлению проволоки из сплава платины и
родия; —252°С, или 21° от абсолютного нуля, по водородному термометру. В
последнее время Дьюар получил водород в твердом виде, достигнув 15° от
абсолютного нуля. Твердый водород по виду сходен с твердым воздухом и не обнаружил
видимых свойств металла.
В настоящее время1 обращены в жидкость все газы и исследуются свойства
разных веществ при очень низких температурах. Следующие сжиженные газы
представляют интерес: озон сжижен Готфейдем и Шаппюи (1882), его темпкратура кипения
—119°С. Фтор обращен в жидкость Муассаном и Дьюаром в 1897 г., его
температура кипения —187°С. Фтор при очень низких температурах не действует на стекло,
но еще сохраняет сродство по отношению к водороду. Аргон сжижен и обращен
Ольшевским в 1897 г. в твердое тело (—189,6°С). Многие свойства тел, как
физические, так и химические, весьма интересны и иногда сильно изменяются при
очень низких температурах; так, сопротивление проводников непрерывно убывает,
стремясь к нулю при абсолютном нуле; наоборот, электролиты теряют способность
проводить ток. Диэлектрические постоянные убывают весьма быстро с понижением
температуры, например, диэлектрическая постоянная глицерина от 60 уменьшается
до 2,43. Явления фосфоресценции, незаметные, например, у парафина при
обыкновенной температуре, при низких — крайне энергичны; многие тела, наоборот,
теряют свойство фосфоресцировать. Явления упругости сильно изменяются: каучук
становится крайне хрупким, но железо обнаруживает большую упругость. Низкие
температуры и сжижение дают отличное средство разделять газы
фракционированием — есть даже заводской способ получения кислорода путем отгонки азота.
Наконец, найдены новые газы Рамзаем: неон, криптон и метаргон. Литература по
сжижению газов рассеяна по научным и даже популярным изданиям.
Физика низких
температур
Каскадный процесс
Каскадный процесс был предложен швейцарским физиком Пикте и применен
Ольшевским, Камерлинг-Оннесом и другими исследователями для достижения низких
температур путем ожижения кислорода, азота и воздуха. Суть его в том, что
температура понижается ступенями при помощи нескольких рефрижераторов
компрессионного типа с разными рабочими веществами. Принцип действия одной
ступени каскадного процесса поясняется схемой рис. 1. Сначала выбирается
вещество (аммиак, диоксид серы, диоксид углерода или метилхлорид), которое можно
ожижить при комнатной температуре (температуре водяной ванны на рис. 1)
только за счет сжатия. Особенности процесса таковы:
1. газ сжимается компрессором так, что превращается в жидкость в змеевике
бака системы водяного охлаждения;
2. теплота сжатия отводится системой водяного охлаждения;
3. образовавшаяся жидкость пропускается через клапан в испаритель, где
кипит при пониженном давлении (тепло, необходимое для испарения,
отбирается у окружающей среды, и возможностями такого отбора тепла определя-
1 То есть примерно до 1907 г.
4.
ется холодопроизводительность машины);
испарившийся газ поступает на вход компрессора и снова сжимается.
Рис. 1. Парокомпрессионный рефрижератор. 1 - компрессор; 2 -
вода ; 3 — бак системы водяного охлаждения; 4 - дроссель; 5 —
жидкость; 6 - испаритель (криостат).
Рабочим веществом первой ступени трехступенчатого каскадного процесса,
примененного Камерлинг-Оннесом, был метилхлорид, а второй ступени - этилен.
Первый испаритель служил для охлаждения входного сжатого этилена второй ступени,
который ожижался в змеевике, погруженном в жидкий метилхлорид (-90°С).
Испаритель второй ступени поддерживался при температуре около -160°С. В нем
ожижался сжатый воздух третьей ступени.
Каскадный процесс, ныне устаревший, непригоден для ожижения водорода и
гелия. Дело в том, что нет криогенной ванны, которая обеспечивала бы
температуру испарителя, необходимую для ожижения водорода или гелия только путем
сжатия.
Методы Гемпсона и Линде
Принцип, положенный в основу методов Гемпсона и Линде, был подсказан
открытием, сделанным Дж. Джоулем и У. Томсоном (Кельвином). В 1852 Джоуль и Томсон
обнаружили, что при истечении сжатого газа, находящегося при комнатной
температуре, через сужение трубопровода, например через полузакрытый клапан или
пористую пробку, изменяется температура газа - большинство газов охлаждается,
а некоторые (водород) слегка нагреваются. Позднее было уточнено: охлаждаются
все газы, если достаточно низка их температура перед сужением. Температура,
при которой эффект меняется на обратный (нагревание вместо охлаждения),
получила название температуры инверсии. Она равна приблизительно 620°С для
кислорода, 460°С для азота, -85,5°С для водорода и -222,7°С для гелия.
Схема ожижителя, предложенного Гемпсоном, представлена на рис. 2. Воздух
сжимается компрессором до давления 20 МПа и при комнатной температуре
подается в теплообменник. Последний представляет собой герметичный металлический
резервуар цилиндрической формы (теплоизолированный снаружи) со змеевиком
внутри. Сжатый воздух, пройдя по змеевику, истекает через дроссельный клапан
и при этом расширяется. Поскольку температура инверсии кислорода и азота
намного выше комнатной, газ при расширении охлаждается. Охладившийся газ
возвращается к компрессору уже через рубашку теплообменника, где, омывая
змеевик, охлаждает сжатый воздух, идущий от компрессора. Благодаря наличию
теплообменника обеспечивается регенерация (использование холода, производимого в
самом процессе), и, непрерывно циркулируя, газ, истекающий из дросселя, в
конце концов охлаждается настолько, что ожижается. В описанной простой машине
при начальном давлении на клапане, равном 20 МПа, ожижается ок. 8% газа,
циркулирующего в установке.
Рис. 2. Воздушный ожижитель Гемпсона. 1 - воздушный компрессор;
2 - теплообменник; 3 — дроссель; 4 - жидкий воздух.
Метод ожижения воздуха, разработанный Линде, отличается от метода Гемпсона
лишь конструкцией теплообменника. Теплообменник установки Линде состоял из
двух стальных труб диаметром 4 и 10 см и длиной 100 м, вставленных одна в
другую и свернутых в спираль. Вся система была теплоизолирована овечьей
шерстью. Сжатый воздух проходил сначала по внутренней трубе, а затем шел обратно
по кольцевому зазору между трубами.
Ожижение водорода и гелия
По тому же принципу, что и воздушные ожижители Гемпсона и Линде,
действовали ожижитель водорода, созданный Дьюаром, и ожижитель гелия,
сконструированный Камерлинг-Оннесом. Из-за низкой температуры инверсии приходилось
охлаждать газ высокого давления на входе в теплообменник. Для водорода наиболее
эффективным оказалось предварительное охлаждение газа, поступающего под
давлением 15 МПа, жидким воздухом, кипящим при пониженном давлении (температура
ниже -200°С). В случае гелия максимальная эффективность достигалась при
давлении 3 МПа, а температура предварительного охлаждения, равная -259°С, под-
держивалась за счет кипения жидкого водорода, тоже при пониженном давлении.
Схема ожижителя Дьюара представлена на рис. 3.
Рис. 3. Водородный ожижитель Дьюара. 1 - сжатый водород; 2 -
вход газообразного водорода; 3 - управление дросселем; 4 - выход
газообразного водорода; 5 - жидкий водород; 6 - дроссель; 7 -
жидкий воздух; 8 — углекислота.
Метод Клода
В методе, разработанном Клодом и Гейландтом, для охлаждения была применена
поршневая машина, в которой сжатый газ расширяется, совершая работу против
внешних сил. Если такое расширение происходит в адиабатических условиях (т.е.
без теплообмена с окружающей средой, что приблизительно выполняется при
быстром расширении), то газ совершает работу за счет своей внутренней энергии.
Уменьшение внутренней энергии газа проявляется в понижении его температуры.
Схема установки представлена на рис. 4. Воздух, поступающий под высоким
давлением из компрессора, проходит через первый теплообменник Е1, после чего его
поток разделяется. Около 20% идет на теплообменник Е2, а остальная часть
подается на расширительную машину, или детандер, где воздух охлаждается. С
выхода детандера охлажденный воздух отводится на сторону низкого давления
теплообменника Е2, где он регенеративно охлаждает поступающий газ высокого
давления. Охлажденный газ с температурой ок. -140°С, выходящий из Е2, поступает
на вход теплообменника ЕЗ, а затем проходит через дроссельный клапан и ожижа-
ется, как и в установках Гемпсона и Линде. Последняя стадия процесса, на
которой используется эффект Джоуля - Томсона, введена для предотвращения
ожижения в детандере, так как последнее вызвало бы трудности со смазкой.
При дальнейшем усовершенствовании данного метода поршневой детандер был
заменен турбинным (турбодетандером). Метод Клода был применен также для
ожижения гелия Капицей и Коллинзом. Первый предварительно охлаждал гелий жидким
азотом, а второму удалось обойтись без предварительного охлаждения благодаря
системе двух поршневых детандеров. Детандеры работали без смазки (так как их
рабочая температура составляла -244 и -263°С), а для уменьшения износа
цилиндров последние были выполнены из азотированных сталей (нитраллоев).
£1
Е2
ЕЪ
Рис. 4. Воздушный ожижитель Клода. 1 - воздушный
компрессор ; 2 - детандер; 3 - дроссель; 4 - жидкий воздух.
Метод Саймона для гелия
Почти так же, как и в методе ожижения, предложенном Кайлете, в методе
Саймона используется адиабатическое расширение сильно сжатого газа. Такой метод
очень подходит для ожижения гелия, поскольку благодаря низким рабочим
температурам (от -262°С в начале расширения до -269°С в конце) теплоемкость сосуда
ничтожно мала по сравнению с теплоемкостью газа. Схема ожижителя представлена
на рис. 5. Газообразный гелий сжимается в толстостенном медном сосуде до
давления ок. 15 МПа и охлаждается до -262°С (11°К) твердым водородом, который
находится в сосуде, расположенном непосредственно над сосудом с гелием.
Стадии процесса таковы:
1) теплота сжатия гелия отбирается водородом;
2) сжатый гелий теплоизолируется от окружающей среды путем откачки
металлической вакуумной рубашки сосуда и в газообразном виде выпускается через
узкую трубку в газгольдер, находящийся при комнатной температуре;
3) при расширении в газгольдере гелий ожижается, и жидкость примерно на 70%
заполняет медный сосуд.
Температуры до -261°С (12°К) и ниже можно также получать и поддерживать при
помощи механических криорефрижераторов, без ожижения газов. Такие
рефрижераторы все шире применяются в низкотемпературных исследованиях. Недавно они
были усовершенствованы путем применения цикла Стирлинга в маломасштабной крио-
рефрижераторной технике и использования цикла Вюилемье. Вариант криорефриже-
ратора с циклом Стирлинга, предложенный Дж. Даунтом, схематически изображен
на рис. 6.
Гелий —*—
К манометру « -—I
К высоковакуумному насосу
Сжатый гелии
насосу
К насосу
Рис. 5. Гелиевый ожижитель Саймона. 1 - сжатый гелий (жидкость);
2 - жидкий и твердый водород; 3 - сосуд Дьюара; 4 - жидкий
водород; 5 - вход сифона для жидкого водорода; 6 - газовый
термометр; 7 - исследуемый образец, погруженный в жидкий гелий.
Рис. 6. Современный криорефрижератор Стирлинга. 1 - цилиндр
компрессора; 2 - ребра охлаждения; 3 - регенератор; 4 - холодная
головка; 5 — теплоизоляция; 6 — цилиндр детандера.
Компрессор снабжен ребрами для теплообмена с окружающей средой, а поршневой
детандер находится в прямом теплообмене с охлаждаемым телом (нагрузкой).
Компрессор соединен с детандером через регенератор без промежуточных клапанов.
Рабочим веществом служит, как правило, газообразный гелий под давлением около
1,5 МПа. Компрессор и детандер работают со сдвигом по фазе ок. 90°, благодаря
чему детандер поддерживает режим чистого охлаждения. В одноступенчатой схеме,
представленной на рис. 6, предельная температура составляет -253°С (20°К).
Каскадная система из устройств подобного типа позволяет достичь еще более
низких температур при высоком КПД.
В принципе в криорефрижераторах можно было бы использовать
термоэлектрический эффект Пельтье и гальвано-термомагнитные эффекты Нернста и Эттингаузена.
Такие методы представляются весьма привлекательными, поскольку носят
немеханический характер и позволяют иметь дело лишь с твердыми (полупроводниковыми)
материалами в качестве рабочего вещества. К сожалению, подобные устройства
пока что не отличаются высоким КПД и не дают возможности достигать криогенных
температур без ожижения газов. Они требуют разработки новых материалов.
Фундаментальные
исследования
Техника низкотемпературного ожижения позволяет получать из воздуха чистый
кислород и чистый азот. Чистый кислород применяется в медицине, авиации и
ракетно-космической технике, для сварки и резки стали, в доменных печах и
бессемеровских конвертерах (для повышения выхода стали). Инертные газы, такие,
как неон и аргон, широко применяемые в электрических лампах всех видов и при
электросварке, в чистом виде могут быть получены только низкотемпературными
(криогенными) методами.
с;
о
с;
4
3
2
О
/
/у
i
/А
г/,
/
'
т
.
У
^.н---"^
1^
30/
элюми
L—*—'
ото А
едь •
-1ЦЙ •
, *
■ я.
L А
■ •
I *
*
* *
*
О 50 100 150 200 250 300 350 400
Температура, К
Рис. 7. Удельная теплоемкость Cv в зависимости от термодинамической
температуры для проводящих металлов - золота, меди и алюминия.
Измерения удельной теплоемкости твердых веществ при низких температурах,
проведенные В. Нернстом и Камерлинг-Оннесом с сотрудниками, убедительно
свидетельствовали в пользу квантовой теории. Результаты измерений подтвердили
предложенную А. Эйнштейном и видоизмененную П. Дебаем теорию, которая была
основана на законах квантовой физики. На рис. 7 представлен график
зависимости удельной теплоемкости Cv золота, меди и алюминия от температуры.
Температура отложена в градусах шкалы Кельвина, теперь называемой термодинамической
шкалой, по которой точке плавления льда соответствует температура 273,16 К.
Низкотемпературные измерения удельной теплоемкости дали много ценной
информации о твердом состоянии вещества. Два наиболее важных вывода таковы: во-
первых, электроны в металлах вносят свой вклад в удельную теплоемкость,
причем он прямо пропорционален термодинамической температуре, как это
теоретически предсказал А. Зоммерфельд; во-вторых, измеряя удельную теплоемкость,
можно исследовать те изменения кристаллической и молекулярной структуры, которые
часто происходят в твердых веществах при понижении температуры.
Низкотемпературные измерения удельной теплоемкости газов внесли ясность в
вопрос об их молекулярном строении, а в случае водорода и дейтерия дали
информацию о свойствах ядер этих элементов. Был разработан также метод расчета
химического равновесия на основе третьего начала термодинамики. Трудно
переоценить значение низкотемпературных калориметрических измерений для
разработки новых химических процессов, а также для анализа оптимальных условий их
протекания.
Электросопротивление
Го
0,8
0,6
о
t
0,4
0,2
0
-250-200-150-100 -50 0
Температура, °С
Рис. 8. Относительное удельное сопротивление г/г0 платины, меди и
железа - температурная зависимость при низких температурах.
Как показали низкотемпературные измерения, электросопротивление чистых
металлов приблизительно линейно уменьшается с понижением температуры. На рис. 8
представлен график температурной зависимости удельного сопротивления г
(отнесенного к удельному сопротивлению г0 при 0°С) для платины, меди и железа. При
температурах, приближающихся к абсолютному нулю, удельное сопротивление этих
металлов стремится к постоянному значению. Это остаточное сопротивление при
достаточно низких температурах зависит от содержания примесей в металле и от
степени его деформации. Чем меньше примесей и чем меньше деформация, тем
меньше и остаточное сопротивление. В 1911 Камерлинг-Оннес сделал важное
открытие : электросопротивление ртути резко падает до нуля при температурах ниже
4,24°К (-268,9°С). Это явление, названное сверхпроводимостью,
продемонстрировано на графике рис. 9. Позднее эффект сверхпроводимости был обнаружен и во
многих других металлах. Сверхпроводимость и сейчас остается предметом
углубленных исследований, экспериментальных и теоретических. Последовательную
теорию сверхпроводимости предложили в 1957 Дж. Бардин, Л. Купер и Дж. Шриффер.
Эффект нашел применение в измерительной и вычислительной технике, в
сверхпроводящих магнитах и других устройствах.
0,15
О
£ о,ю
X
си
с;
| 0.05
Q.
С
О
о
О
4,22 4,24 4,26 4,28 4,30
Температура, К
Рис. 9. Сопротивление ртути, зависимость от температуры. График,
полученный в 1911 нидерландским физиком Г. Камерлинг-Оннесом.
Жидкий гелий
Измерения удельной теплоемкости и других характеристик жидкого гелия-4,
проведенные В. Кеезомом и его сотрудниками в Лейдене, показали, что при
2,18°К наблюдается некое превращение. Выше указанной температуры, до точки
кипения, равной 4,2 ° К, жидкий гелий ведет себя как нормальная жидкость. Но
ниже 2,18°К он обнаруживает аномальные свойства:
1) остается жидким до абсолютного нуля, переходя в твердое состояние только
после сжатия под давлением 2,5 МПа;
2) протекает по узким капиллярам, не обнаруживая вязкости, за что позднее
был назван сверхтекучим;
3) на поверхностях, окунутых в него, образует «толстые» пленки (толщиной в
100 атомов), которые способны течь по поверхности без вязкого
сопротивления ;
4) стремится перетекать с холодных участков на теплые.
В связи с последним обстоятельством возникло понятие «второго Звука».
Обычный, или «первый», звук - это волна давления, тогда как второй звук
представляет собой тепловую волну в сверхтекучем гелии (названном гелием II),
возникающую вследствие местного нагревания (или охлаждения) жидкости. В
теоретическую интерпретацию поведения гелия 11 внесли свой вклад Ф. Лондон, Л. Тиса,
Л.Д. Ландау и Р. Фейнман.
/
Явление сверхтекучести, обнаруживающееся не только в поведении гелия II, но
и в безвязкостном течении носителей тока в сверхпроводниках, считается
специфическим для физики низких температур. В 1972 в жидком гелии-3 (менее
распространенном из двух изотопов гелия) были обнаружены необычные переходы при
температурах ниже трех милликельвинов (0,003°К). Позже было экспериментально
показано, что это переходы в состояние сверхтекучести.
То обстоятельство, что оба встречающихся в природе изотопа гелия (с массами
3 и 4) практически до абсолютного нуля остаются жидкими при давлении своих
насыщенных паров, привлекло внимание исследователей к свойствам их взаимных
растворов при крайне низких температурах. Оказалось, что такие растворы на
диаграмме состояния разделяются на фазу, богатую гелием-3, и фазу, богатую
гелием-4, которые находятся в равновесии друг с другом при температурах ниже
0,8°К. Аналогичное разделение изотопных фаз было отмечено в твердых смесях
гелия-3 с гелием-4 ниже 0,37 К; данный эффект тоже специфичен для физики
низких температур.
Магнитные эффекты
Установлено, что парамагнитные соли, такие, как сульфат гадолиния и
железные квасцы, до самых низких температур, достижимых с использованием жидкого
гелия, подчиняются закону Кюри. Согласно этому закону, магнитная
восприимчивость обратно пропорциональна термодинамической температуре. Поэтому
изменения магнитных свойств таких солей очень заметны при низких температурах.
Благодаря этому такие соли могут служить рабочим веществом для вторичной
термометрии и, что еще важнее, для достижения температур ниже тех, которые можно
получить с одним лишь жидким гелием.
Рис. 10. Метод магнитного охлаждения. 1 - витки
магнитного термометра; 2 - полюсные наконечники магнита;
3 - жидкий водород; 4 - сосуд Дьюара; 5 - жидкий
гелий ; 6 — парамагнитная соль.
Метод магнитного охлаждения (рис. 10) был предложен независимо П. Дебаем и
У. Джиоком. Он основан на том, что входящие в состав парамагнитных солей
магнитные ионы ориентируются в магнитном поле. Соль намагничивают при низкой
температуре (около 1,0°К) так, чтобы магнитные ионы практически полностью
«выстроились» в направлении магнитного поля, а выделяющаяся при этом теплота
намагничивания отбирается жидким гелием, окружающим соль. По окончании намаг-
ничивания соль теплоизолируют от ее окружения и выключают магнитное поле.
Происходит адиабатическое размагничивание, которое и приводит к понижению
температуры соли. Предельные температуры, достижимые таким методом,
составляют 10~3-10~2°К.
В 194 9 Дж. Даунт и К. Геер (США) предложили идею устройства, в котором
магнитное охлаждение могло бы циклически повторяться, благодаря чему низкая
температура поддерживалась бы сколь угодно долго. Для такого устройства
требовались «тепловые ключи» из сверхпроводящих металлов. Первое устройство
подобного рода, позволявшее поддерживать температуры до 0,25°К, было создано в 1953.
Еще в 1934 некоторые исследователи высказали мысль, что для магнитного
охлаждения можно использовать магнитные моменты не ионов, а атомных ядер.
Теоретические расчеты показывали, что если начинать охлаждение с температуры
около 10~2°К, то можно будет достичь температур порядка 10~5 и даже 10~6°К. В
1956 ученым из Оксфордского университета удалось осуществить ядерное
магнитное охлаждение: воздействуя на ядра металлической меди, они получили
температуры до 210~5°К.
Криостат растворения
В 1960 было высказано предположение, что получать и сколь угодно долго
поддерживать температуры порядка 10~3 К можно путем растворения жидкого гелия-3 в
жидком гелии-4. В последующие годы было создано много криостатов растворения,
способных длительно поддерживать температуры ниже 0,010°К. То, что криостаты
растворения могут охлаждать сравнительно большие образцы до очень низких
температур в непрерывном режиме, дает им некоторое преимущество перед
установками с магнитным охлаждением.
Криостат растворения может служить для отвода теплоты при температуре около
0,015°К на первой ступени установки ядерного магнитного охлаждения. Системы,
в которых криостат растворения сочетается со ступенью ядерного магнитного
охлаждения, применяются для поддержания температур порядка 0,001°К при
исследовании сверхтекучести жидкого гелия-3.
Компрессионное
охлаждение гелия-3
Ниже 0,3°К термодинамические свойства жидкого и твердого гелия-3 необычны в
том отношении, что при адиабатическом сжатии жидкий гелий охлаждается, причем
с увеличением сжатия охлаждение продолжается, пока жидкая фаза не превратится
в твердую. Это объясняется значительным вкладом ядерного магнетизма гелия-3 в
его энтальпию. Такой характер поведения гелия-3 был теоретически предсказан
И.Я. Померанчуком в 1950 и экспериментально подтвержден Ю.Д. Ануфриевым в
1965. С тех пор охлаждение методом адиабатического сжатия применяется во
многих лабораториях. Такой метод позволяет, начиная с низких температур,
поддерживаемых криостатом растворения, получать температуры ниже 0,003°К,
достаточно низкие для проведения экспериментов со сверхтекучим гелием.
В 1986 в «ИБМ лэбораторис» (Цюрих) К. Мюллер и Дж. Беднорц, экспериментируя
с керамическим проводником La-Ba-Cu-O, открыли явление высокотемпературной
сверхпроводимости (температура перехода в сверхпроводящее состояние для этого
керамика составила 35°К). Вскоре было найдено много керамических материалов с
температурой перехода 90-100°К, которые сохраняли сверхпроводимость в
магнитных полях до 200 кГс. Применение керамических сверхпроводящих материалов в
последнее время принимает промышленные масштабы, поскольку их можно охлаждать
недорогим жидким азотом.
Современные
машинные методы
Цикл Стирлинга
Криогенные машины, работающие на разных видах цикла Стирлинга (об одном
упоминалось выше) входят в число наиболее производимых в наши дни. Для
примера смотрите ниже разработку Chubu Electric Power Co. и Aisin Seiki Co.
сделанную в 2004-2008 гг.
Cold head
Это двухступенчатая машина Стирлинга с рабочей температурой 20°К, холодо-
производительностью около 100 Вт и непрерывным временем работы до очередного
сервисного обслуживания не менее 20 000 часов (более двух лет непрерывной
работы) . Для сравнения, время наработки до сервисного обслуживания криогенных
рефрижераторов компании Stirling Cryogenics & Refrigeration составляет не
более 6 000 часов. Столь продолжительного срока работы удалось достичь при
помощи специального встроенного композитного фильтра, поглощающего паразитные
газы, загрязняющие регенератор, что приводит к снижению холодопроизводитель-
ности машины и специально разработанного уплотнения, существенно
увеличивающего ресурс работы поршневой группы.
Цикл Гиффорда-Мак-Магона
Для создания компактных ожижителей (на снимке ниже азотный ожижитель LNP10
компании Cryomech Inc.) очень популярны гелиевые рефрижераторы, работающие по
циклу Гиффорда-Мак-Магона или Гиффорда-Лонгсворта.
Гелиевый рефрижератор состоит из гелиевого компрессорного агрегата,
«холодной головы» и линий высокого и низкого давлений, соединяющих компрессорный
агрегат и «холодную голову».
«Холодная голова» состоит из двух ступеней. Первая ступень охлаждает первый
экран до температур ниже 80°К (минус 193 градуса Цельсия), а вторая ступень
ниже ЗОК (минус 243 градуса Цельсия).
Существуют различные конструкции «холодных голов» используемых в магнитно-
резонансных томографах со сверхпроводящей магнитной катушкой.
На рисунке представлено описание работы гелиевого рефрижератора
(холодильной машины) Гиффорда-Мак-Магона (на примере одной ступени).
Сжатый газ
Расширенный
газ
Схема ступени гелиевого рефрижератора (холодильной машины) Гиффорда-
Мак-Магона. 1 - цилиндр; 2 - вытеснитель (дисплейсер); 3 -
регенератор ; 4 - теплообменник; 5 - клапан впуска; 6 - клапан выпуска.
Особенностью цикла этого агрегата, выполненного в виде поршневой машины,
является использование выхлопа из постоянного объема в качестве основного хо-
лодопроизводящего процесса. Расширение газа в поршневой машине сопровождается
отдачей энергии в окружающую среду в виде тепла; выходящий поток газа имеет
более высокую температуру, чем входящий в машину. В качестве рабочего газа
используется газообразный гелий.
Основным элементом холодильной машины является поршень-вытеснитель. Машина
имеет два рабочих объема Vi и V2 . Объемы соединены через регенератор 3 и
изменяются при перемещении вытеснителя 2. Газ подается через клапан 5 и
выпускается через клапан 6. У холодного объема V2 имеется теплообменник 4 для
снятия тепловой нагрузки. Последовательность процессов в идеальном цикле
представлена в P-V диаграмме (см. следующий рисунок).
Рис. а - теплый объем Vi; Рис. б - холодный объем V2
При заполнении газом (клапан 5 открыт) вытеснитель находится в нижнем
положении (V2 = 0). Через открытый впускной клапан газ заполняет объем Vi и
регенератор. Рост давления сопровождается повышением температуры. При открытом
впускном клапане вытеснитель движется вверх, перемещая газ из объема Vi в
объем V2. Газ, проходя регенератор, охлаждается и для поддержания постоянного
давления из компрессорного агрегата подается добавочное количество газа. В
конце впуска клапан закрывается. Затем открывается клапан выпуска, давление
падает при неподвижном вытеснителе, расширившийся газ проходит через
регенератор и поступает в компрессорный агрегат. Процесс выхлопа сопровождается
понижением температуры в объеме V2. Выходящий поток снимает тепловую нагрузку в
теплообменнике.
При открытом клапане выпуска вытеснитель перемещается вниз, V2 = 0. В конце
процесса выпускной клапан закрывается, и система возвращается в начальное
положение. Процессы в обоих объемах идентичны, но различны по направлениям (см.
следующий рисунок). В объеме VI тепло генерируется, и газ нагревается, а в
объеме V2 тепло поглощается и газ охлаждается.
Площадь диаграммы P-V определяет изменение энтальпии в цикле. При равенстве
объемов Vi и V2 (Vi = V2 = V) .
dl = V»(Ph - Pk),
где dl - изменение энтальпии.
Для холодного объема эта величина определяет холодопроизводительность
идеального цикла, а для теплого объема - количество тепла, передаваемого в
окружающую среду. Особенности рабочего цикла удобно проследить с помощью
температурной диаграммы для различных стадий этого цикла (см. рисунок ниже).
График температур в различных стадиях цикла гелиевого
рефрижератора (холодильной машины).
Газ из компрессора при температуре Т = 300°К поступает в объем Vi, где его
температура растет. Смешение с дополнительно поступающими порциями газа
приводит к некоторому снижению температуры, но она остается выше температуры
газа, поступающего из компрессора. Затем газ охлаждается в регенераторе и в
процессе расширения. Подогрев обратного потока в теплообменнике нагрузки и
регенераторе приводит к тому, что выходящий из машины газ теплее, чем
поступивший в нее из компрессора. Разность температур dT определяет
холодопроизводительность цикла; dt - недорекуперация на теплом конце регенератора.
Наилучший режим работы машины достигается такой организацией цикла, при
которой вытеснитель в нижней и верхней мертвых точках не перемещается
соответственно в течение времени, эквивалентному 75 и 110 градусов (весь цикл 360
градусов).
Холодопроизводительность идеальной машины с рабочим объемом V составит:
Q = nV (Рн - Рк)/60 Вт.,
где V - объем холодной полости, м2; Рн и Рк - начальное и конечное
давление, Па; п - число циклов в минуту.
Холодопроизводительность реальной машины меньше на величину потерь от
гидравлических сопротивлений, недорекуперации, теплопритоков и переноса теплоты
вытеснителем.
Обычно, холодильная машина, используемая для охлаждения элементов
томографа, имеет две ступени. Механизм привода вытеснителя может быть кривошипно-
шатунным или пневмоприводным.
Пульсационная труба
В основе этих устройств лежит явление термоакустики, открытое Рэлеем.
Качественное понимание Рэлея оказалось правильным, но описать этот процесс
количественно никто не мог ещё очень долгое время.
Следующим шагом в развитии термоакустики стало появление термоакустических
холодильников.
Термодинамическое явление, лежащее в основе термоакустики, обладает
обратимостью. При нагревании газ расширяется, но если газ сжать - он нагреется. При
охлаждении газ сжимается, но если объём газа резко увеличить - он охладится.
Поэтому существует обратный термоакустический эффект. Мы сформулируем его
так: «Если пропускать акустическую волну через короткий регенератор, то при
определённом фазовом сдвиге между скоростью и давлением волны на концах
регенератора будет создаваться перепад температур.» Звучит, конечно, несколько
запутанно, поэтому поясним.
Эра термоакустических холодильников началась в 1964 со случайного открытия
Гиффорда и Ландсворта. В итоге появился холодильник на основе пульсационнои
трубы (или просто пульсационная труба) - см. рис. 1.
а)
звук
б)
Тг Т>
ш
Qr
и
Тх Тг
Щп
Q
н
Q
звук
т
Рис. 1. Холодильник на основе пульсационнои трубы со стоячей
волной: а) с регенератором, расположенным со стороны источника
колебаний; б) с регенератором, расположенным со стороны
закрытого конца, в) Распределение давления (розовый пунктир) и скорости
(зелёная линия) в стоячей волне в один из моментов времени.
Это полуволновой резонатор со стоячей волной. Авторам удалось достичь на
нём температуры в 150°К, но устройство оставалось крайне неэффективным в
сравнении с существующими холодильными установками. В 1983 г советский
термодинамик Микулин Е. Л. применил на таком устройстве согласующий жиклёр, что
резко повысило эффективность установки и позволило впервые достичь
температуры в 111°К. Так появился принципиально новый тип криогенной установки -
холодильник на основе пульсационнои трубы с жиклёром (ХПТЖ). В качестве регули-
руемого жиклёра обычно используют вентиль.
Вплоть до этих пор термодинамики двигались своим путём, не рассматривая
явления, протекающие в пульсационных трубах, как акустические. Пульсационные
трубы рассматривались, как частный случай свободнопоршневого стирлинга (рис.
2 ниже).
Компрессор
Qr
I
Регенератор
I
Основной
горячий
теплообменник
Резервуар
Холодный цилиндр
Холодный Вытеснитель
теплообменник
Q
п
Компрессор
Основной
горячий
теплообменник
ТБТ
Q
Г2
I
Резервуар
Жиклёр
Z&IZ
Холодный Вспомогательный
теплообменник горячий
теплообменник
среды
нагрузки —
Рис. 2. Сравнительная принципиальная схема свободнопоршневого
холодильника Стирлинга и ХПТЖ. а) Свободнопоршневой стирлинг (вверху).
б) ХПТЖ. в) Распределение средней температуры по длине ХПТЖ.
Действительно, внешняя принципиальная разница в этих установках в том, что
поршень вытеснителя заменён на газовый поршень и добавлен согласующий жиклёр.
Возможно это и послужило основной причиной, чтобы назвать эти машины стирлин-
гами. Хотя в печати часто встречаются ссылки, что тот-то или тот-то доказал в
своей работе, что это машина Стирлинга, но когда начинаешь читать упомянутую
статью, оказывается, что просто показан полезный термодинамический цикл и не
более того.
Maglev Systems Technology Division и Railway Technical Research Institute
изготовили прототип криогенного рефрижератора (пульсационная труба) для
тягового трансформатора 25 кВ холодопроизводительностью 1,2 кВт при 65 К (рис.
3). Трансформатор предназначен для использования на Shinkansen - линии высо-
коскоростного ж/д транспорта в Японии. Задача минимизации массы поезда
связана с минимизацией массы трансформатора, являющегося одним из самых массивных
частей электровоза. Перспективным направлением поиска решения этой задачи
является использование сверхпроводящих обмоток, но при этом предъявляются
серьезные требования по минимизации массогабаритных параметров и самой криогенной
машины, охлаждающей обмотку.
Рис. 3. Пульсационная труба с высокой холодопроизводительностью.
Турбодетандер
В начале 20-го века велись поиски способов повысить температуру в домнах, и
тем самым упростить выплавку чугуна. Для этого предполагалось применять
поддув в домну обогащенного кислородом воздуха. Кислород получают из жидкого
воздуха посредством пофракционной перегонки. Соответственно возникла проблема
получения жидкого воздуха в промышленных масштабах. Существовавший на то
время способ охлаждения (дросселирование через тонкую трубку) был очень
энергозатратным и не достаточно эффективным, что не позволяло применять кислород в
металлургии. Попытки применять поршневые детандеры оканчивались неудачей,
т.к. они быстро выходили из строя, забиваясь водяным льдом. Для применения
поршневых детандеров воздух приходилось осушать, пропуская через специальные
химические смеси, что опять же чрезмерно усложняло и удорожало процесс.
Разработка турбодетандера позволила применять кислород в доменных печах и
конвертерах. Это не только упростило выплавку чугуна, но и упростило
преобразование чугуна в железо (сталь). Получаемая сталь была более высокого
качества , чем ранее, т.к. содержала меньше растворённого в ней азота.
В разработке детандеров ведущую роль в СССР с 1936 года играл академик
Капица, в частности предложивший усовершенствованную конструкцию
турбодетандера, позволившую поднять его КПД на целых 15-20% (по сравнению с лучшими до
того в мире турбодетандерами немецкой фирмы Линде).
Чем же объясняется резкое повышение КПД турбодетандера (на 15-20%, которых
не хватало), достигнутое Капицей? Очевидно, что тут дело было не в частных
усовершенствованиях, а в принципиальном изменении.
Чтобы разобраться, в чем здесь дело, посмотрим, как устроен турбодетандер
внутри (рис. ниже). Как и у всякой турбины, в нем имеется расположенный по
периферии неподвижный направляющий аппарат и помещенное внутри него
вращающееся рабочее колесо.
В направляющем аппарате по окружности расположены сопла, где, расширяясь,
поток рабочего тела разгоняется и приобретает определенную скорость. Попадая
на лопатки рабочего колеса, рабочее тело вращает его, производя работу и
отдавая энергию. Скорость при этом снижайся. Отработавшее рабочее тело
выпускается через патрубок в центре рабочего колеса. Так устроены все турбины - па-
ровые, газовые и водяные. По характеру движения текущего рабочего тела в
направляющем аппарате и колесе турбины делятся на активные и реактивные.
В турбодетандере активного типа направляющий аппарат имеет сужающиеся
каналы, в которых газ разгоняется до большой скорости (близкой к скорости звука,
т.е. несколько сот метров в секунду) и снижает начальное давление до значения
рт, почти равного конечному р2. Струи газа, попадая на вогнутые короткие
лопатки рабочего колеса, меняют направление, оказывая на них давление, и
вращают его.
Таким образом, кинетическая энергия потока преобразуется в работу. При этом
давление газа падает незначительно, достигая конечного рг, а температура
понижается .
По такому принципу работали все прежние турбодетандеры. П.Л. Капица решил
перейти на другой принцип и создал реактивный (вернее, активно-реактивный)
турбодетандер.
В нем "распределение обязанностей" между направляющим аппаратом и рабочим
колесом стало совсем другим, близким к тому, которое существует в водяных
турбинах. Направляющий аппарат здесь снабжен менее длинными каналами, и в нем
срабатывается лишь часть интервала давления от pt до рз; значение 278
находится примерно посередине. Газ разгоняется до значительно меньшей скорости,
чем звуковая; она достигает лишь значения, необходимого для плавного,
безударного входа в каналы рабочего колеса. Лопатки его сделаны длинными, и газ,
проходя в каналах между ними, срабатывает оставшуюся частъ рт-рг интервала
давлений, расширяясь в них.
Работа совершается уже не только в результате изменения направления потока
газа, но и под действием реакции струи, вытекающей из межлопаточных каналов.
Вследствие того, что скорость воздуха в активно-реактивном бодетандере
значительно ниже, гидравлические потери в нем намного меньше, чем в активном;
эта разница имеет особенно существенное значение, потому что холодный сжатый
воздух по плотности ближе к жидкой воде, чем к водяному пару. Именно это об-
стоятельство толкнуло Капицу обратить внимание на водяную турбину как
конструктивный прототип турбодетандера.
В конечном счете Капица сформулировал свое "кредо" так: "...правильно
выбранный тип турбодетандера будет как бы компромиссом между водяной и паровой
турбиной" .
Практические чертежи турбин турбодетандеров можно скачать здесь:
ftp://homelab.homelinux.com/pub/arhiv/2012-04-a2.zip
Ниже приведен рисунок установка для получения жидкого кислорода из отчета
П.Л. Капицы.
&&ф*
SCftstafcjtJnt,
iii.
Г"'^'
"1 j" * OAJinJi&flt
t—
%(WeffiiM^t ftaAJtl&i.
&ШКИ& K&COifyf.
Получение жидкого кислорода. Воздух сжимается в турбокомпрессоре
до 6 бар и далее охлаждается в теплообменнике-регенераторе и
ожижителе, после чего часть воздуха направляется на разгонку в
ректификационный аппарат для получения концентрированного
кислорода. Оставшаяся часть сжатого воздуха поступает на расширение в
турбодетандере Капицы до 1,3 бар, где охлаждается и идет в
обратном направлении в ожижитель и теплообменник-регенератор для
охлаждения поступающего сжатого воздуха. Разгонка жидкого
воздуха ведется при давлении 1,3 бар. Концентрированный кислород
сливается из нижней части ректификационного аппарата.
В качестве примера можно упомянуть, что 2006-2007 гг. ISTEC и Taiyo Nippon
Sanso Corporation (Япония) разработали криогенную систему малой мощности на
базе турбодетандера (снимок ниже). Турбодетандерныи агрегат работает по схеме
замкнутого цикла. Рабочий газ, совершив работу над крыльчаткой, через тепло-
обменный аппарат охлаждает контур с жидким азотом. Рабочим телом является
неон, скорость вращения турбины достигает 100 000 оборотов в минуту. Циркуляция
рабочего тела в контуре обеспечивается при помощи отдельного
турбокомпрессора, дополнительный криогенный насос служит для поддержания циркуляции жидкого
азота во втором контуре. Криогенная машина обеспечивает холодильную мощность
(холодопроизводительность) 2-3 кВт при температуре 65-70°К. Энергопотребление
созданной модели составляет порядка 57 кВт, что приблизительно в полтора раза
превышает энергопотребление аналогичной по холодопроизводительности машины
Стирлинга. Очевидно, что уменьшить энергопотребление можно совместив
турбокомпрессор на одном валу с турбодетандером, что позволит более эффективно
использовать затраченную работу. На сегодняшний день типичные турбодетандерные
агрегаты имеют холодопроизводительность порядка нескольких десятков киловатт
и успешно используются для сжижения компонентов воздуха или газообразного
гелия. Сложность изготовления машины малой мощности связана с технологической
сложностью изготовления крыльчатки турбины малого размера и системы подвеса
вала турбодетандера. Турбина - устройство, не требующее сервисного
обслуживания, работа по схеме замкнутого цикла позволяет существенно упростить систему
подготовки газа. Таким образом, криогенные машины на базе турбин претендуют
на повышенную надежность.
Криогенная машина замкнутого цикла на базе турбоде-
тандерного агрегата.
Простые методы
Вихревая трубка
Ранка-Хильша
Вихревой эффект (эффект Ранка-Хилша, англ. Ranque-Hilsch Effect) — эффект
разделения газа или жидкости при закручивании в цилиндрической или конической
камере на две фракции. На периферии образуется закрученный поток с большей
температурой, а в центре — закрученный охлажденный поток, причем вращение в
центре происходит в другую сторону, чем на периферии. Впервые эффект открыт
французским инженером Жозефом Ранком в конце 20-х годов при измерении темпе-
ратуры в промышленном циклоне. В конце 1931 г Ж. Ранк подает заявку на
изобретенное устройство, названное им «Вихревой трубой» (в литературе
встречается как труба Ранке). Получить патент удается только в 1934 году в Америке
(Патент США № 1952281). Спустя 12 лет открытие Ранка было подтверждено Хиль-
шем на примере вихревой трубы. В настоящее время реализован ряд аппаратов, в
которых используется вихревой эффект, вихревых аппаратов. Это «вихревые
камеры» для химического разделения веществ под действием центробежных сил и
«вихревые трубы», используемые как источник холода.
^АЛЛч/v *Jr*sr
С 1960-х годов вихревое движение является темой множества научных
исследований. Регулярно проводятся специализированные конференции по вихревому
эффекту , например, в Самарском аэрокосмическом университете.
В настоящее время вихревые охладители в силу простоты конструкции и
эксплуатации имеют широкий диапазон применения.
Охлаждающей средой, применяемой в вихревых охладителях, могут быть воздух,
гелий, природные газы и др. Однако воздух является наиболее распространенным
хладагентом.
Вихревая труба (рис. ниже) обычно имеет цилиндрический корпус 1, внутри
которого расположена диафрагма 2. Рядом с ней тангенциально размещен патрубок -
сопло 3. В противоположном (горячем) конце трубы расположен дроссельный
вентиль 4 .
boF7^
Схема вихревой трубы, где 1 - труба, 2 - диафрагма, 3
- сопло, 4 - вентиль.
Вихревой эффект несмотря на довольно продолжительный срок исследований до
сих пор не имеет единого, признанного всеми, научного объяснения.
Нижеприведенная гипотеза базируется на передаче кинетической энергии в потоке
завихренного воздуха.
В сопло 3 подается сжатый воздух. Попадая по касательной в трубу 1 завихря-
ется и приобретает кинетическую энергию. Воздух двигается в вихревом потоке с
различной угловой скоростью. У оси трубы скорость вращения больше, чем на
периферии. Поэтому внутренние слои воздуха, отдавая кинетическую энергию внеш-
ним слоям, охлаждаются до температуры tx и выходят через диафрагму 2.
Нагретый до температуры tr воздух выходит через свободный конец трубы. Расход и
температура воздуха регулируются дроссельным вентилем 4. Температура
охлажденного воздуха зависит от его начальных параметров - давления и температуры,
а также от конструкции устройства. При давлении Р = 0,4... 1 МПа и температуре
tH = 20°С воздух может быть охлажден до конечной температуры tx = -80...0°С.
Ниже приведена довольно простая конструкция. Запитать можно от компрессора,
которым автомобилисты накачивают колеса. Компрессор питается от 12 вольт.
Дает приличное давление, что-то около 3 атмосфер.
Элемент Пельтье
В 1834 году французский физик Жан Пельтье обнаружил, что при протекании
постоянного электрического тока через цепь из различных проводников, место
соединения проводников охлаждается или нагревается в зависимости от направления
тока. Количество поглощаемой теплоты пропорционально току, проходящему через
проводники.
В результате работ российского академика А.Ф. Иоффе и его сотрудников, были
синтезированы полупроводниковые сплавы, которые позволили применить этот
эффект на практике и приступить к серийному выпуску термоэлектрических
охлаждающих приборов для широкого применения в различных областях человеческой
деятельности.
Единичным элементом термоэлектрического модуля (ТЭМ) является термопара,
состоящая из двух разнородных элементов с р- и п- типом проводимости.
Элементы соединяются между собой при помощи коммутационной пластины из меди. В
качестве материала элементов традиционно используются полупроводники на основе
висмута, теллура, сурьмы и селена.
Термоэлектрический модуль (Элемент Пельтье) представляет собой совокупность
термопар, электрически соединенных, как правило, последовательно. В
стандартном термоэлектрическом модуле термопары помещаются между двух плоских
керамических пластин на основе оксида или нитрида алюминия. Количество термопар
может изменяться в широких пределах - от единиц до сотен пар, что позволяет
создавать ТЭМ практически любой холодильной мощности - от десятых долей до
сотен ватт.
Холодная сторона
Ияляпор
ксрапжа)
Горячая сторона
гымш
ГкыуфоОодник
р топа
При прохождении через термоэлектрический модуль постоянного электрического
тока между его сторонами образуется перепад температур - одна сторона
(холодная) охлаждается, а другая (горячая) нагревается. Если с горячей стороны ТЭМ
обеспечить эффективный отвод тепла, например, с помощью радиатора, то на
холодной стороне можно получить температуру, которая будет на десятки градусов
ниже температуры окружающей среды. Степень охлаждения будет пропорциональной
величине тока. При смене полярности тока горячая и холодная стороны меняются
местами.
Современные однокаскадные термоэлектрические охладители позволяют получить
разность температур до 74-76°К. Для получения более низких температур
применяются многокаскадные модули, представляющие собой несколько однокаскадных
модулей с последовательным тепловым соединением между собой. Например,
серийно производимые фирмой Криотерм четырехкаскадные ТЭМ позволяют развить
разность температур до 140 К.
Охлаждающие смеси
на основе твердой
углекислоты
Температура кипения жидкой СОг при атмосферном давлении -77,75°...-80°С (по
разным данным). Присутствие воздуха сильно Затрудняет обращение СОг в
жидкость; по Кальете, 1 объем СОг и 1 объем воздуха при 0° не давал жидкости
даже при 400 атм. Теплота испарения жидкой СОг при 0° равна 56,2 кал. При
сильном охлаждении СОг Застывает в прозрачную массу; при выпускании на воздух
жидкой СОг она получается в виде рыхлой снегообразной массы. Удельный вес
твердой СОг около 1,2 г/см3. При испарении твердой СОг при уменьшенном
давлении температура может опуститься до -120°С. При употреблении твердой
углекислоты для охлаждения в лабораториях берут обыкновенно смесь ее с обыкновенным
эфиром. Муассан (Henri Moissan) определил, какие получаются температуры, если
брать для этой цели разные жидкости. Смеси делались в сосудах с двойными
стенками, между которыми была пустота (для устранения нагревания); через
смесь пропускался ток сухого воздуха комнатной температуры. С метиловым или
этиловым спиртами он получил -85°С, с хлористым метилом или уксусным
альдегидом -90°С, с уксусным эфиром -95°С и с ацетоном 98°С. Если воздух
предварительно охлаждать, можно получить с ацетоном -110°С.
Примечание
к тексту
Регенератор (от лат. regenero — вновь произвожу) в теплотехнике,
теплообменник, в котором передача теплоты осуществляется путём поочерёдного
соприкосновения теплоносителей с одними и теми же поверхностями аппарата. Во время
соприкосновения с «горячим» теплоносителем стенки регенератора нагреваются, с
«холодным» — охлаждаются, нагревая его. Для увеличения поверхности в
конструкцию регенератора вносят разнообразные ребра, выступы, пластины или,
например, металлические гофрированные или бугорчатые ленты, свернутые в диски. В
простейшем случае регенератор содержит химически инертный наполнитель в виде
небольших обрезков трубочек, спиралей и т.п.
Разное
ФОТОГАЛЕРЕЯ
Разное
ПЕРЕПИСКА
Романов Андрей
Добрый день дорогая редакция!
Меня очень интересует возможность получения криогенных температур в
домашних условиях. Например, сжижение азота или воздуха или же просто охлаждение
какого-то жидкого теплоносителя с низкой температурой плавления типа спирта.
Кстати, какая жидкость имеет наиболее низкую температуру плавления? Причем
такая, чтоб оставалась жидкостью при нормальных условиях? Был бы рад такую
статью в следующих выпусках журнала.
Если вам известны свободно продающиеся компактные генераторы жидкого азота
или воздуха, или охладители способные охладить жидкость до хотябы -150 по
Цельсию, тоже буду признателен за информацию.
Заранее благодарю.
Редакция
День добрый. Мы постараемся найти какую-нибудь статью на эту тему, но не
можем гарантировать что найдем ее. Маловероятно что кто-нибудь, делал жидкий
азот или воздух в домашних условиях. Дело, конечно, не в принципиальной
невозможности, а в том, что это требует множества токарных и слесарных работ.
Конечно, кто-нибудь может догадаться как использовать подходящее подручное
оборудование для построения машины сжижения газов. Ведь первые машины
такого типа создавались кустарным способом, были довольно примитивными и совсем
не походили на современные промышленные образцы. О таких машинах можно
прочитать в статье "Сжижение газов" в Энциклопедическом словаре Ефрона и Брокгауза
http://dic.academic.ru/dic.nsf/brokgauz_efron/140681/%D0%A1%D0%B6%D0%B8%D0%B6
%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5
В этой же статье приведены схемы установок. Там же говорится, что приборы
Линде, например, производят около 1 литра жидкого воздуха в час; при затрате
трех лошадиных сил.
Насчет жидкости вам лучше посмотреть в химическом справочнике. Мы туда
конечно заглянули и сразу наткнулись на пентан С5Н12. При нормальных условиях он
жидкость. Он имеет изомеры:
• н-пентан, плавится при -130°С
• изопентан, плавится при -160°С.
Возможно, конечно, что есть и другие подобные.
Компактные генераторы жидкого азота или воздуха производят многие фирмы, их
легко найти поиском в интернете, вот, например:
http://www.cryotrade.ru/nplants_lnp.html
Они с удовольствием продадут вам такую установку, но боюсь, что вас не
устроит цена.
Удачи.
Редактор.
Литература
1. Клод Ж. Жидкий воздух. 1930.