/
Tags: журнал домашняя лаборатория
Year: 2011
Text
ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ
НОЯБРЬ 2011
Д ОМАШ НЯЯ
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.
При использовании
материалов этого журнала, ссылка
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
Кривая история открытий
НОЯБРЬ 2011
История
Мир многих миров (окончание)
Ликбез
122
Терпение и труд
Военные игры
Пиротехника для начинающих
Литпортал
182
190
Технологи
201
Изготовление реактивов (окончание)
Химичка
247
АЦП с USВ
Систе
S3
259
Электроника
Источник для зарядки емкостных накопителей
300
Английский для химиков (окончание)
Английски
304
Домашняя библиотека Homelab
Шарманка и кукуруза
Опреснитель воды
Фотогалерея
От редакции
Разное
361
366
372
374
375
НА ОБЛОЖКЕ
Очень много людей любят смотреть фейерверки, но мало
кто умеет их готовить. Заглянем же на кухню
пиротехников и посмотрим, как это делается. Хотя бы на
любительском уровне. Читайте раздел «Технологии».
История
КРИВАЯ ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЙ
С.Г. Бернатосян
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.
Людские заблуждения. Полна
История гигантских лжеоткрытий.
Какая паутина соткана
Из представлений, этих тонких нитей.
О, сколько тут прогнозов и афер!
О, сколько тут напущено тумана!
Тут Саваоф и страшный Люцифер,
Златой Ваал и злой чубук шамана.
С. Винокуров
АФЕРА КЛАВДИЯ ПТОЛЕМЕЯ
"Ты умеешь измерить круг, ты называешь
расстояния между звёздами... Но если ты
такой знаток, измерь человеческую душу!
Скажи, велика она или ничтожна? Ты
знаешь , какая из линий прямая; для чего
тебе это, если в жизни ты не знаешь
прямого пути?"
Сенека
Шел 140-й год по новому летоисчислению. Александрия уже утратила к этому
времени былую славу мирового научного центра и перестала быть знаменитым
"мусейоном"— местом, где под покровительством божественных муз успешно
процветали самые разнообразные искусства и поощрялись всяческие знания. Но в
природе её ничего не изменилось: днём все также нещадно палило солнце, а к
вечеру сгущалась тьма, и с моря тянуло освежающей блаженной прохладой.
В один из таких вечеров Клавдий Птолемей завершил, наконец, свою
титаническую работу над трактатом "Magiste", куда вошла практически вся информация об
астрономических исследованиях с античных времён. Разбросанная по разным
источникам, до него она так никем и не была обобщена. Теперь оставалось в
последний раз взглянуть на пергамент с новой картой звёздного неба, сделать
необходимые уточнения и поразмышлять о будущем, достойном избранных.
Ведь по существу только он смог решить глобальную проблему, которую мудрый
Платон полагал неподвластной человеческому разуму, а Цицерон считал
труднодоступной для науки. Именно он, Птолемей, впервые представил математически
выверенные и стройные доказательства того, что Земля является центром
необъятной и загадочной Вселенной, заставляя обращаться вокруг себя Луну, Венеру,
Марс, Меркурий, Юпитер и даже само Солнце, так сильно утомлявшее его с самого
утра до наступления сумерек.
Сумерек Кумира...
В том, что после обнародования геоцентрической системы мироздания и
астрономических таблиц, позволяющих прогнозировать расположение планет с точностью
до десяти угловых минут, он станет всеобщим кумиром, Птолемей нисколько не
сомневался. Недаром и назвал манускрипт из 13 книг "Величайшим", как гласил
буквальный перевод древнегреческого слова "Magiste", украсившего объёмистую
рукопись.
Только отражало ли оно его собственное величие — величие первооткрывателя,
если аналогичный звёздный каталог давно уже составил его предшественник Гип-
парх? Да что составил! Будучи действительно большим учёным, он ещё и сумел
подтвердить свои наблюдения безупречными на ту пору измерениями, которые
Птолемей грубо у него позаимствовал наряду с научными выкладками других мыслите-
лей древности, лишь немного подправив их обычным сдвигом координаты светил на
одну и ту же величину. У Гиппарха беззастенчиво переписал он и данные
наблюдений за временем наступления осеннего равноденствия, которые тот получил 27
сентября 146 года до новой эры, т.е. на 278 лет раньше Птолемея.
Из работ остальных учёных, к примеру, были взяты и преподнесены им в
качестве собственных выводы, касающиеся триады лунных затмений, якобы представших
его взору в мае 133, октябре следующего и марте 136 года, как указывалось в
рукописи.
За эту подтасовку фактов всерьёз можно было не беспокоиться, поскольку вряд
ли малоизвестные имена всплыли бы в чьей-то памяти, но вот Гиппарх... Он-то в
отголосице бурных научных споров как раз мог не забыться. Хотя бы за счёт его
пионерской идеи управления Землёй движением остальных планет при помощи
пятидесяти прозрачных небесных сфер, также изложенной Птолемеем от своего лица.
Знать бы наверняка, что правда никогда не прорвётся наружу! Но этого он не
знал. Как и не знал, что спустя века талантливую подделку данных в его
таблицах сначала обнаружит слишком любознательный поэт и философ Омар Хайям, а
затем через столетия этот факт подтвердят экспериментальным путём французский
астроном Жан Батист Жозеф Деламбре и английский исследователь Д. Роуленс. И
уж конечно не знал и даже не допускал мысли Клавдий Птолемей, что с рождением
выдающегося гения Николая Коперника вообще напрочь рухнет все его
псевдоучение, продолжительно долго считавшееся непоколебимым и единственно верным. Но
не знать, что почти каждая страница манускрипта пропитана чужими мыслями и
насыщена чужими расчётами, он, конечно, не мог.
В труде, стоившем ему огромных усилий, не было и следа творческого
озарения, намёка хотя бы на одно собственное научное открытие. Вся заслуга
Птолемея состояла лишь в систематизации добытых другими знаний и скрупулёзном
размещении их по соответствующим полочкам.
Понимание этого просто-напросто убивало. Правильно ли он поступил, пойдя на
поводу своей бешеной гордыни? Не верней ли было отказаться от честолюбивых
планов единолично завладеть интеллектуальной собственностью Гиппарха и
прочих, сопроводив свой труд ссылками и сносками на их первоначальные работы? Не
мошенничать, а по справедливости разделить предстоящий успех со всеми, кому
он был обязан, как это предписывал труженикам науки мудрый Аристотель. Ведь,
в конце концов, самый зелёный листочек из лаврового венка всё равно достался
бы ему!
Интересно, а как бы на его месте поступил другой Птолемей, соратник
великого Александра Македонского, основатель царской династии в Египте, буквально
из руин поднявший науку и культуру Александрии после смерти полководца на
Захваченных им территориях Египта и Малой Азии ещё в III веке до нашей эры? Что
в нём одержало бы верх: нравственность или страсть к победе? К какому зову бы
он прислушался — совести или королевской крови?
Пожалуй, голос крови оказался бы сильнее. Вот и Клавдий, втайне
причисляющий себя к роду именитых предков, сделает такой же выбор. Даже при условии,
что это его блажь и выдумка. В своих, пускай нечестных, притязаниях на
мировую учёность и славу, он всё равно будет историей оправдан. Она, как правило,
победителей не судит. А раз так, то всякую щепетильность следует отбросить в
сторону. Тем более, если личное могущество послужит престижу отечества.
Доказательства же его мошенничества современникам и потомкам найти будет
тяжело. Да что там тяжело! Просто невозможно. Ведь все рукописи лучших
мыслителей древности вместе с наследием обкраденного им Гиппарха погибли в
безжалостном пламени огня, бушевавшего в стенах знаменитой Александрийской
библиотеки много веков назад.
Даже сам Юлий Цезарь, доведись ему сейчас воскреснуть, пребывал бы в полной
уверенности, что подданные ему воины, отважившиеся на этот грандиозный пожар,
уничтожили все семьсот тысяч хранившихся в запасниках свитков . Ему бы и в
голову не пришло, что часть работ чудом уцелела или отпечаталась у кого-то в
мозгу!
Нельзя, конечно, сбрасывать со счётов его величество Случай. Если какие-то
крупицы древних знаний осели в личном архиве Птолемея, то что мешало им
сохраниться в архивах или умах других памятливых людей? Вдруг не сейчас, а,
скажем, через десятилетие, кто-нибудь из числа просвещённых знатоков заметит
в Птолемеевых таблицах скрытые совпадения его хорд с хордами Гиппарха? Как
опровергнет он это безусловное тождество, притом, что рассчитанные Птолемеем
величины действительно основываются на сведениях, взятых из первых в мире
гиппарховых тригонометрических таблиц?
Да и математические выкладки по эпициклам, строго говоря, украдены. Понятие
эпицикла внёс в астрономическую науку во II веке до нашей эры незаслуженно
забытый древнегреческий математик Апполоний Пергский. Оно значительно
раздвигало и уточняло представления о сложных траекториях движения небесных тел.
Согласно учению Апполония каждая из планет вращается вокруг некоего центра —
эпицикла, который, в свою очередь, перемещается по окружности, охватывающей
другой эпицикл, следующий порождает изменение в положении светила по
траектории такого же типа и так до конца, пока не будет затронут последний эпицикл,
заставляющий вращаться любую планету вокруг Земли. Начальные расчёты этих
траекторий Птолемей также беспардонно выдернул из работ Апполония.
Здесь — Апполоний, там — Гиппарх, но ведь должно хоть что-то из его труда
целиком принадлежать ему самому! Может это описание периодических отклонений
от расчётных данных в реальном передвижении Луны? Обидно, но к открытию
явления эвекции, под которым современная наука подразумевает наиболее
значительное отклонение истинного движения Луны от расчётной орбиты, вызываемое
воздействием Солнца, он тоже не имел никакого отношения. Но тогда — что, что?
Охваченный нервной дрожью Птолемей в нетерпении переворачивал одну страницу
за другой. И вот, наконец, его глаза наткнулись на искомое: вывод о медленном
смещении земной оси при вращении по круговому конусу, которое он обозначил
термином "прецессия"! Но опять же не он нашёл, что период прецессии
составляет примерно 26 тысяч лет, и не его догадка, что вследствие прецессии полюс
мира перемещается между звёздами, а их экваториальные координаты звёзд
беспрерывно изменяются.
Все это новое оказалось прочно забытым старым. Двести лет назад проклятый
Гиппарх уже открыл явление прецессии, по-своему назвав его "предварением
равноденствия". Он не только открыл, но и указал величину ежегодного изменения
положения планет во время весеннего равноденствия. По Гиппарху, она составила
38 секунд (по данным Птолемея — 50 секунд).
Разоблачат ведь когда-нибудь, непременно разоблачат. И тогда его имя будут
произносить не с подобострастием, а брезгливо морщась. Замок, выстроенный на
песке, рассыплется в прах, и в благородном облике знаменитого учёного
проступит хищный оскал выдающегося вора в законе...
На мгновение Птолемея охватил панический страх. Он отёр взмокший от пота
В результате военных действий (обстрела города) в городе и библиотеке случился
большой пожар и часть книг сгорела. Впоследствии здание библиотеки было
восстановлено, и (по одной из версий) Марк Антоний пополнил её фонд за счёт другой крупнейшей
библиотеки эллинистического мира — Пергамской библиотеки. После этого библиотека не
раз попадала под уничтожение. Трудно приписать утрату библиотеки какому-то одному
событию или же обвинить в ней однозначно язычников, христиан или мусульман. Единого
мнения на этот счёт нет. Например, Плутарх винил Цезаря, Эдуард Гиббон (Edward
Gibbon) винил христиан, Григорий Бар-Эбрей винил мусульман, а авторы Британской
Энциклопедии возлагают основную вину на Аврелиана.
лоб, но тут же вновь овладел собой. Ерунда. Покойники не свидетели. Пускай
природа поскупилась в полной мере наделить его даром научного провидения,
зато в искусстве подчисток и подделок он даст фору многим аферистам прошлого и
будущего.
Любыми средствами надо добиться своего, заставить признать себя величайшим
из астрономов современности. Смерть беспощадна и страшна, а слава — вечна. Не
так ли? Да и что толку бежать от себя самого? Болезненная страсть к
увековечиванию своего имени преследовала Птолемея постоянно. Теперь настал час
избавиться от неё. Все рассуждения о благе отечества — не более чем тщетная
попытка самооправдаться, затушевать истинные мотивы своих преступных действий.
Как бы там ни было, завтра его труд всё равно станет ошеломляющей научной
сенсацией. Только бы не набралось слишком много охотников низвергнуть
предложенную им геоцентрическую модель мироздания. Впрочем, к такому научному спору
он готов. Новая идея вполне соответствует существующим религиозным догматам,
а при такой мощной идеологической поддержке победа ему будет обязательно
обеспечена.
Птолемей зевнул, аккуратно свернул пергамент и, убрав звёздную карту в
тайник, спокойно отправился почивать. Утром он проснётся уже всемирно известной
личностью. Той, что не побоялась оттяпать свой кусок жизни с лихвой...
Надо отдать Птолемею должное: в своей неуязвимости он почти не ошибся.
Переименованный арабами в "Альмагест" его труд прослужил человечеству целых
полтора тысячелетия как единственный подробный свод астрономических знаний, а
включённый в него каталог небесных координат стал незаменимым подручным
пособием для многих поколений исследователей. Таким долгожительством не могла бы
похвастаться никакая другая научная теория. Да и его имя пережило его самого:
он вошёл в солидные энциклопедические издания как выдающийся астроном с
безупречной репутацией.
Исследователь творческого наследия Птолемея Жан Батист Жозеф Дел амбре ещё
в XIX веке удивлялся, что в звёздный каталог Птолемея отчего-то не попали
светила, явно появлявшиеся над Александрией во время его земного бытия. Ради
выяснения истины он предпринял путешествие по Средиземноморью, где прежде
жили античные мыслители, перелопатил горы материала, но так и не смог уличить
хитрого грека в подделке знаменитых таблиц. Как ни убеждал он своих
современников, что включённые в каталог звезды возможно было наблюдать только
находясь на древнегреческом острове Родос, к которому Птолемей никогда и не
приближался, его резко обрывали. Общество не проявило любопытства к версии Де-
ламбре и обнаруженным им фактам, даже когда они получили огласку в его
шеститомном сочинении по астрономии.
Безуспешны были и попытки разоблачения Птолемея со стороны англичанина Д.
Роуленса, который уже в нашу эпоху всем с пеной у рта доказывал, что
вероятность наблюдения за "каталожными" звёздами в Александрии составляет ничтожно
малую величину, в то время как версия относительно их "родосского"
происхождения верна, по крайней мере, на 80 процентов.
И только профессору Университета Джона Гопкинса Роберту Ньютону,
выпустившему в 1977 г. труд с интригующим названием "Преступление Клавдия Птолемея",
повезло быть услышанным. "По всей видимости, — писал обвинявший
древнегреческого астронома в шулерстве Р. Ньютон, — когда Птолемей сформулировал свою
астрономическую теорию, он столкнулся с тем, что она не согласуется с
имеющимися наблюдениями. Но вместо того, чтобы отказаться от геоцентрической
модели, он преднамеренно подтасовал эти данные, чтобы доказать её
состоятельность". Кое-кто из историков вслед За Р. Ньютоном был вынужден признать, что
Птолемей действительно причинил астрономии немало вреда. Гораздо больше, чем
пользы.
И это так. Птолемеевы таблицы, которыми руководствовались на практике мно-
гие поколения астрономов, провоцировали при прогнозах положения звёзд
появление постоянной ошибки, равной 6 часам и 18 минутам, что заведомо вносило
путаницу в расчёты и пагубно отражалось на развитии дальнейших исследований. А
уж историческая наука, если вспомнить, что "Альмагест" являлся для неё
единственным источником в уточнении дат правления древних царских династий,
понесла от противоправных действий Птолемея ещё большие потери. Фактически
полетела к чёрту вся Вавилонская хронология. Не понёс их только сам Птолемей,
превзошедший по изворотливости легендарного Остапа Бендера и поистине
совершивший самое удачное в науке воровство. Следовательно, без всяких сомнений
ему можно приписать славу великого комбинатора и великого фальсификатора
вдобавок к позорной славе вора.
Клавдий Птолемей (ок. 87—165) — древнегреческий астроном, астролог,
математик, оптик, теоретик музыки и географ. В период с 127 по 151 год жил в
Александрии, где проводил астрономические наблюдения. Автор классической античной
монографии «Альмагест».
Клавдий Птолемей — одна из крупнейших фигур в науке позднего эллинизма. В
астрономии Птолемею не было равных на протяжении целого тысячелетия — от Гип-
парха (II в. до н.э.) до Бируни (X—XI вв. н.э.).
История довольно странным образом обошлась с личностью и трудами Птолемея.
О его жизни и деятельности нет никаких упоминаний у современных ему авторов.
В исторических работах первых веков нашей эры Клавдий Птолемей иногда
связывался с династией Птолемеев, но современные историки полагают это ошибкой,
возникшей из-за совпадения имён (имя Птолемей было популярным на территории
бывшего царства Лагидов). Римский nomen (родовое имя) Клавдий (Claudius)
показывает, что Птолемей был римским гражданином, и предки его получили римское
гражданство, скорее всего, от императора Клавдия.
В своём основном труде "Великое построение", известном под аравизированным
названием "Альмагест", Птолемей изложил собрание астрономических знаний
древней Греции и Вавилона. Птолемей сформулировал (если не передал
сформулированную Гиппархом) сложную геоцентрическую модель мира с эпициклами, которая была
принята в западном и арабском мире до создания гелиоцентрической системы
Николая Коперника. Главный труд Птолемея - "Великое математическое построение
по астрономии в тринадцати книгах" или просто и с достоинством "Великое", по-
гречески "Мэгисте", что, по пути из греков в средневековую Европу через
арабов , трансформировалось в Альмагест.
Альмагест также содержал каталог звёздного неба. Список из 48 созвездий не
покрывал полностью небесной сферы: там были только те звёзды, которые
Птолемей мог видеть, находясь в Александрии.
Спорным является вопрос о соотношении работ Птолемея с работами более
ранних авторов. Существует предположение, что звёздный каталог Птолемея был
уточнённой версией каталога, созданного ранее Гиппархом. В пользу этой версии
говорит то, что, согласно исследованиям современных историков астрономии, все
перечисленные в каталоге 1022 звезды могли наблюдаться Гиппархом на широте
Родоса (36° с.ш.), но каталог не содержит ни одной звезды, которая могла быть
видна в более южной Александрии (31° с.ш.), но не наблюдалась на Родосе.
Роберт Ньютон в нашумевшей книге «Преступление Клавдия Птолемея» (1977)
прямо обвинил учёного в фальсификациях и плагиате; однако, многие крупные
астрономы вступились за честь древнего учёного. Расчёты, проделанные
российскими астрономами (Ю.Н. Ефремовым, и Е.К. Павловской), просчитавшими собственные
движения всех звёзд Альмагеста, показали, что они наблюдались главным образом
во II в. до н.э., то есть Птолемей действительно использовал составленный во
II в. до н.э. каталог Гиппарха, пересчитав его на свою эпоху с систематиче-
ской ошибкой в прецессии (возникшей от того, что он принимал прецессию равной
1 градусу в 100 лет, а не в 72 года) . В результате данные о положении звёзд
оказались приведёнными на 60 год н.э., а вовсе не на 137 год н.э., как
утверждает сам Птолемей. Однако, современные учёные не склонны ставить это в вину
Птолемею и вслед за Ньютоном обвинять его в плагиате, указывая, что он нигде
не называет себя автором наблюдений, его работа — справочник, а в
справочниках и в наше время авторы материала не указываются.
В трактате «Гармоника» Птолемей представил законченную теорию звуковысотной
системы (гармонии) в современной ему музыке — от детальной систематики видов
звучания, интервалов, видов консонанса до полноценной (единственной полной в
античной науке) теории лада. Ценнейший комментарий к первым главам
«Гармоники» Птолемея написал Порфирий.
В трактате «Оптика» Птолемей экспериментально исследовал преломление света
на границе воздух-вода и воздух-стекло и предложил свой закон преломления
(приближенно выполняющийся лишь для малых углов). Указал на влияние рефракции
на астрономические наблюдения. Впервые верно объяснил кажущееся увеличение
Солнца и Луны на горизонте как психологический эффект.
В книгу «Четверокнижие» Птолемей внес итог своих статистических наблюдений
о продолжительности жизни людей: так, пожилым считался человек в возрасте от
56 до 68 лет, только после чего наступала старость.
Другой важный труд Птолемея «География» представляет собой собрание знаний
о географии всего известного античным народам мира. Птолемей был сторонником
математической географии, и его сочинение представляет собой подробное
руководство по составлению атласа мира, с указаниями точных координат каждого
пункта.
*************************
СОМНИТЕЛЬНОЕ ВЕЛИЧИЕ
ДЖЕРОЛАМО КАРДАНО
Что такое я сам? Что я сделал? Я собрал и
использовал всё, что я видел, слышал,
наблюдал; я часто снимал жатву, посеянную
другими, мой труд — труд коллективного
существа, и носит он имя Гёте"
Гёте
Кому бы действительно следовало прийти к такой строжайшей самооценке, так
это не великому немецкому поэту и мыслителю, а "великому" изобретателю,
итальянцу Джероламо Кардано, который, будучи не меньшим аферистом по духу,
чем Клавдий Птолемей, только и делал, что пользовался жатвой с чужого поля.
Причём в отличие от Птолемея не брезговал обкрадывать не только мёртвых, но и
живых. Страсть этого человека к увековечиванию своего имени была ещё более
болезненной, и, доведись ему оказаться на месте Герострата, он так же бы
легко пошёл на поджог редчайшего по красоте храма.
Но если Герострата цивилизованный мир по сию пору поминает с неприязнью, то
к Кардано он относится с глубоким уважением и даже подобострастием. Мало
того, что его многочисленные достижения заполонили практически все справочники
и энциклопедии, так его имя ещё и не сходит с уст автолюбителей, озабоченных
состоянием своих карданных шарниров и валов, медиков, использующих "карданный
метод" лечения астмы, учащихся колледжей, вызубривающих на уроках формулу
Кардано, и даже астрономов, поскольку один из кратеров на видимой стороне
Луны тоже назван в его честь.
Да и как иначе! Одна лишь история медицины, введённая в заблуждение этим
лживым человеком, умудрилась убедить мир в том, что он в своё время нашёл
способы избавлять людей от слепоты, глухоты, немоты, эпилепсии, выработал
общий подход к лечению разных типов лихорадок, запросто расправлялся с
нарывами , болезнями суставов, камнями в почках, колитами, геморроем и прочими
недугами, число которых доходило чуть ли не до пяти тысяч. Но и это ещё не все.
В некоторых средневековых источниках имеются сведения, что, занимаясь
изучением инфекций, Кардано первым распознал заболевание тифом, создал учение о
локализации функций в мозгу, указал на благотворное влияние переливания крови
при истощениях, и первым обнаружил зависимость между целебными свойствами
лекарств и их дозировкой, разработав метод "превращения дурных лекарств в
полезные и внушающих отвращение в легко воспринимаемые".
Просто голова идёт кругом от того, сколько приоритетов отдано одному
человеку! И это притом, что заслуги таких выдающихся врачевателей, как Гиппократ
и Гален, которые стояли у истоков рождения медицины, умещаются всего лишь в
несколько строк.
Как в своё время Птолемей, собрав воедино все известные до него знания по
астрономии, написал большой энциклопедический труд "Альмагест", бессовестно
обнародовав его только под своим именем и начисто отвергнув труды
предшественников , так и Кардано, досконально проштудировав все медицинское наследие
прошлого, сочинил рассчитанную на средневекового обывателя книгу, где собрал
"в кучу" все самые полезные советы и рецепты, позабыв указать их истинных
авторов . А безответственные историки, не разобравшись в существе вопроса, с
лёгкостью включили в перечень заслуг Кардано достижения этих медиков, тем
самым неоправданно выпятив его одиозную фигуру среди блестящих врачевателей
Средневековья.
А какое восхищение вызвала в обществе "повозка императора", прослывшая
одним из самых оригинальных изобретений века и получившая подробное описание в
кардановом трактате "О тонких материях"? Достоинства "повозки" — прообраза
современного автомобиля — состояли в том, что при передвижении по самым
тяжёлым дорогам с очень крутыми подъёмами и ухабами, она сохраняла устойчивость и
вполне годилась для прогулок самых важных и неприкосновенных особ. Её удобный
и простой по конструкции механизм получил широкое распространение в
современном машиностроении под общим названием "кардан" (карданный вал с карданным
шарнирным сочленением).
Словом, куда ни кинь взгляд, будь то наука или прикладное техническое
творчество , повсюду наткнёшься на упоминание о разносторонне одарённом итальянце.
Существует даже "решётка Кардано", правда ничего общего не имеющая с
тюремной, за которой этого бойкого плута следовало бы в своё время для острастки
подержать. Она представляет собой плотную бумагу с чередой одинаковых
прорезей и используется для шифровки секретных сообщений. Чтобы скрыть важные
сведения, составители депеш в свободную перфорированную часть вписывали нужную
информацию, а оставшиеся лакуны заполняли любым произвольным текстом. Не имея
под рукой точно такого же второго листа, узнать содержание "спрятанных"
записей было практически невозможно.
Не исключено, что хитроумную решётку Кардано действительно придумал сам,
хотя и существует версия, что идея данной разработки до него уже кем-то
высказывалась. Но вот что с саморекламой в отношении "повозки императора" он
явно переборщил, доказывается определёнными источниками. Об аналогичном
изобретении упоминается, например, в одном из известных средневековых
манускриптов "Маррае clavicula". Помимо того, за десятки лет до Кардано очень похожую
механическую схему рекомендовал применять при изготовлении компасов Леонардо
да Винчи, более известный нам своими полотнами, нежели техническими
новинками. Так что приоритет Кардано в создании одноимённого вала весьма и весьма
шаток.
Более того, этот средневековый мыслитель был публично уличён в краже у
своего современника Николло Тартальи математической формулы для решения сложных
уравнений третьей степени. Разумеется, из довольно затруднительного положения
Кардано удачно вывернулся, оставив поверженного соперника "в дураках". Да и
не его одного. Вся научная элита, не говоря о простом народе, была слепо
убеждена, что в лице непревзойдённого пройдохи она имеет дело с гением, каких
редко рождает земля. Причём этот оптический обман самым непостижимым образом
захватил и последующие поколения, слепота которых значительно превзошла
слепоту Семён Семеныча из сатирической миниатюры Даниила Хармса. Помните?
"Семён Семёнович, надев очки, смотрит на сосну и видит: на сосне сидит
мужик и показывает ему кулак.
Семён Семёнович, сняв очки, смотрит на сосну и видит, что на сосне никто не
сидит.
Семён Семёнович, надев очки, смотрит на сосну и опять видит, что на сосне
сидит мужик и показывает ему кулак.
Семён Семёнович, сняв очки, опять видит, что на сосне никто не сидит.
Семён Семёнович, опять надев очки, смотрит на сосну и опять видит, что на
сосне сидит мужик и показывает ему кулак.
Семён Семёнович не желает верить в это явление и считает это явление
оптическим обманом".
В отличие от Семён Семеныча с его Здравой мужицкой логикой эти поколения
предпочитали не снимать очков и, оставаясь в плену искажённых образов,
продолжали упрямо верить в сомнительное величие дутых авторитетов, чураясь любой
переоценки ценностей. Но если изначальное заблуждение в отношении личности
того же Кардано может быть объяснено характерной для эпохи Средневековья
массовой психологией, когда люди панически боялись всяческих напастей наподобие
эпидемии чумы или тифа и радовались самой примитивной лекарской помощи и
технической мысли, то чем оно может быть объяснено в наш просвещённый век? Разве
что нерадивостью отдельных историков науки и вошедшим уже в привычку всеобщим
идолопоклонством перед "неприкасаемыми" фигурами как в политике, так и в
науке .
И вот ведь какая чепуха: раскусить до конца Кардано не получилось даже у
лишённых предвзятости учёных мужей, хотя некоторые из них и были близки к
истине. Не случайно выдающийся просветитель XVIII столетия, основоположник
немецкой классической литературы Готхольд Эфраим Лессинг отмечал, что этот
исключительный гений поверг все будущие поколения в сомнения относительно него.
"Приходится верить, — писал Лессинг, — что величайший разум очень тесно
связан с величайшим сумасбродством или его характер останется неразрешимой
загадкой" . Двойственную характеристику Кардано дал немецкий историк математики
Мориц Б. Кантор: "Гений, но не характер". Французский философ Шарль Луи
Монтескье, напротив, не признавал в нем гения и брался "найти у Кардано мысли
каких угодно авторов". Сходной точки зрения, только ещё более категоричной,
придерживался английский физик и врач Уильям Гильберт, утверждавший, что тот
"в своих столь объёмистых томах не передал потомству... ничего такого, что
было бы достойно философа, а лишь некоторые сведения, взятые или описанные у
других авторов, или неудачно придуманные". Гильберт вообще начисто отвергал
любые заслуги Кардано перед наукой.
Чем же порождалась разноголосица мнений? Думается, противоречивой и поэтому
трудно доступной пониманию натурой этого человека, в котором действительно
поразительно сочетались самые разные наклонности, а цепкий ум уживался с
редкой безнравственностью. Верхом такой безнравственности было, например, жесто-
кое противостояние Кардано Николаю Копернику, который осмелился опровергнуть
учение почитаемого итальянцем Птолемея. А какой корыстью дышали
взаимоотношения Кардано с Николло Тартальей, да и другими математиками, чьи достижения он
хитростью присвоил себе? Мало присвоил! Не постеснялся опубликовать чужие
выкладки под своим именем. Они появились в книге "Великое искусство, или
Правила алгебры", прославившей Кардано на весь мир.
Там, в частности, были изложены методы решения уравнений третьей и
четвёртой степеней, положившие начало бурному развитию этой науки. Между тем
формулу кубического уравнения Кардано выведал у Тартальи, который долгое время
держал свой секрет в тайне. Тарталье очень нравилось удивлять всех своей
способностью расщёлкивать самые трудные задачи, как орехи, и он не хотел, чтобы
стало известно, как это у него получается. Завладеть этой формулой стало для
Кардано почти навязчивой идеей. И он своего добился. Она вошла в историю как
"формула Кардано".
Тот же трюк был проделан с уравнениями четвёртой степени. О способе их
решения Кардано узнал от своего ученика Людовико Феррари, который сумел
опередить в открытии учителя. Заключив удобную для себя сделку с Феррари (в
благодарность он обещал способствовать его научной карьере), Кардано остался в
полном выигрыше. С Тартальей, напротив, получился громкий скандал, вылившийся
в изнурительную двухлетнюю тяжбу.
За кого только не принимали Кардано! Его считали и "черным" колдуном, и
двуликим Янусом, который, с одной стороны, верит в Бога, а с другой, служит
Дьяволу. "Верующий" Кардано действительно мог легко предаться пьяному
разгулу, просидеть ночь за карточным столом и при удобном случае подставить под
удар ближнего. Он без разбора лез в драки и насмехался над людскими
слабостями. Кого-то на самом деле вытаскивал из немощи, не беря при этом ни копейки,
а у кого-то выуживал из кошелька последние деньги за свои абсолютно
бестолковые советы и рекомендации. Словом, жил как человек с умом, но без совести.
Кроме того, с годами обострилась его "звёздная" болезнь, и Кардано,
несмотря на весь свой фатализм, не переставал искушать судьбу, жадно заимствуя из
чужого научного наследия всё, что могло ему пригодиться для будущей славы.
Не потому ли в него вселялся ужас при появлении комет, якобы несущих дурные
предзнаменования? Стоило только такой комете дать о себе знать, как он сразу
же впадал в депрессию и заранее начинал готовиться к разным неприятностям. А
когда они случались, покорно принимал их, следуя русской поговорке: "Пришла
беда — отворяй ворота".
Свойственны были Кардано и другие странности. Например, ничуть не
сомневаясь в божественном покровительстве, он каждый раз первого апреля и не позже,
чем в восемь часов утра, со всей серьёзностью ожидал получить от Господа все,
чего сильно желал в течение года. Современникам было также известно его
страстное увлечение астрологическими предсказаниями. Обычно он развлекал ими
местных знаменитостей. И надо заметить, многое из его "ведовства" сбывалось.
Однажды Кардано имел несчастье составить собственный гороскоп. Из него
учёный "узнал" дату собственной смерти, которая падала на его
семидесятипятилетие . И что же? Он умер именно тогда, когда достиг этого возраста. Самое
удивительное, что на тот момент здоровье его было достаточно крепким. Однако,
чтобы сохранить за собой славу прорицателя, Кардано намеренно уморил себя
голодом, покинув мир в указанном гороскопом 1576 году. По существу его
уничтожила ненасытная гордыня.
Понимал ли это сам Кардано? Судя по его автобиографии, понимал. "Цель, к
которой я стремился, — писал он, — заключалась увековечивании моего имени,
поскольку я мог этого достигнуть. Желание увековечить своё имя возникло во
мне столь же рано, сколько поздно я оказался способен выполнить своё
намерение". Заплатить за эту цель пришлось самой высокой ценой.
Вообще Кардано во многом шёл по стопам своего кумира Птолемея, тут и там
доказывая, что гений и злодейство всё-таки совместимы. Эти учёные,
принадлежащие к далеко отстоящим друг от друга пластам истории, продемонстрировали
миру поразительную общность не только в мировоззрении, но и в деяниях. Будучи
людьми широчайшей энциклопедической осведомлённости, они сумели извлечь из
наработанного другими ценнейший научный материал. Тщательно переработанный,
проанализированный и отшлифованный он лёг в основу множества дошедших до нас
трудов и трактатов. Нельзя не быть благодарными за эти золотые россыпи
знаний, но нельзя и не понимать, что "украсть у кого-то мысли бывает часто
преступнее, чем украсть у кого-то деньги".
И Птолемей, и Кардано оставили потомкам огромное наследие. Однако,
опускаясь в бездну премудрости, они думали больше о личных почестях, нежели о
торжестве науки, и абсолютно не заботились о высоте своего нравственного
положения. Не одного ли из них имел ввиду популярный романист Франсуа Рабле, когда
констатировал, что "знание без совести — это крушение души"?
Так ли уж велик "великий Кардано", если он не испытывал никаких моральных
неудобств, выманивая у коллег ключи к решению важных научных проблем, а потом
беззастенчиво ими пользовался? Так ли уж умён, несмотря на всю свою учёную
всеядность? Замечательный английский врач прошлого века Томас Аддисон как-то
заметил, что "если многие научные познания не успели сделать человека более
умным, то весьма естественно делают его тщеславным и заносчивым". Тщеславия у
Кардано было не занимать. Заносчивости тоже. Его не отягощенный совестью ум
все чаще свирепствовал, толкая его на самые низкие и подлые поступки,
результатом которых становились человеческие драмы. Иного и быть не могло. Ведь
когда совесть молчит, неизбежно начинают господствовать жестокость и пошлость.
Джероламо (Иероним) Кардано (1501—1576) —
итальянский математик, инженер, философ, медик и астролог. В
его честь названы открытые Сципионом дель Ферро
формулы решения кубического уравнения (Кардано был их
первым публикатором) и карданный вал.
Учился в университетах Павии и Падуи. Занимался
сначала исключительно медициной (получил диплом
доктора в 1525 году) , но в 1534 году стал профессором
математики в Милане. Позже Кардано преподавал
математику в Болонье, хотя доходное врачебное занятие не
бросил и завоевал репутацию одного из лучших
европейских врачей. Преподавал также медицину в Павии.
Подрабатывал также составлением астрологических
альманахов и гороскопов.
За составление и публикацию гороскопа Иисуса Христа
был обвинён в ереси (1570), провёл несколько месяцев
в тюрьме и был вынужден уехать в Рим просить у Папы отпущение грехов.
Согласно легенде, Кардано предсказал день своей смерти и, чтобы оправдать
своё предсказание, покончил с собой. В действительности он ошибся на 3 года,
назначив день своей кончины на декабрь 1573 года.
Полное собрание сочинений Кардано (Opera omnia) содержит 10 томов,
напечатанных мелким шрифтом. Несмотря на многочисленность сочинений Кардано (более
130 работ), в науке сохранилась лишь формула его имени, которую открыл не он.
Кардано внёс значительный вклад в развитие алгебры: его имя носит формула
Кардано для нахождения корней кубического неполного уравнения вида х3 + ах +
Ь = 0. Он же первым в Европе стал использовать отрицательные корни уравнений.
В действительности Кардано не открывал этот алгоритм и даже не пытался
приписать его себе. В своём трактате «Великое искусство» («Ars тадпа») он
признаётся, что узнал формулу от Никколо Тартальи, пообещав сохранить его в тайне2,
однако обещание не сдержал и спустя 6 лет (1545) опубликовал упомянутый
трактат . Из него учёный мир впервые узнал о деталях замечательного открытия.
Кардано также включил в свою книгу ещё одно открытие, сделанное его учеником Ло-
довико (Луиджи) Феррари: общее решение уравнения четвёртой степени. Кардано
также обнаружил, что кубическое уравнение может иметь три вещественных корня
(этот факт остался незамеченным даже в трудах Омара Хайяма), причём сумма
этих корней всегда равна коэффициенту при х2 (одна из формул Виета).
Прикладное значение формул Кардано было не слишком велико, так как к этому
моменту математики уже разработали численные методы для вычисления корней
уравнений любой степени с хорошей точностью; один из таких расчётных
алгоритмов («метод двойного ложного положения») разработал и подробно изложил в
«Великом искусстве» сам Кардано. Однако открытие нового теоретического метода,
неизвестного ни грекам, ни арабам, воодушевило математиков Европы. Оно также
стало основой для введения одного из важнейших математических объектов —
комплексных чисел. Продолжателем исследований итальянской школы алгебраистов
стал Рафаэль Бомбелли.
В историю криптографии Кардано вошёл как изобретатель несложного
шифровального устройства, получившего название «решётка Кардано» (квадрат с
вырезанными клетками). Опубликована также (посмертно) его «Книга об игре в кости» —
исследование по математической теории азартных игр. Это один из первых
серьёзных трудов по комбинаторике и теории вероятностей; в нём, однако, Кардано
допустил немало ошибок. Разработал метод обучения слепых, сходный с брайлев-
ским.
Кардано также занимался механикой: считается изобретателем карданного вала
(известного, впрочем, ещё Леонардо да Винчи). В его трудах подробно описано
множество механизмов, в том числе его собственные изобретения — например,
масляную лампу с автоматической подачей масла и кодовый замок.
В области медицины Кардано оставил первое детальное описание тифа,
нереализованный проект переливания крови и предположение о том, что причинами
инфекционных болезней являются живые существа, невидимые глазом из-за малых
размеров .
Философские воззрения Кардано носят мистико-пантеистический характер;
изложение запутанно и иногда крайне поверхностно; отдельные взгляды, часто
глубокомысленные, не связаны между собой ясной и последовательной мыслью. Идеи
Кардано осуждали Скалигер и Кампанелла.
*************************
В Италии широко практиковались тогда математические поединки-диспуты: на
многолюдных собраниях оба противника предлагали один другому задачи для решения их на
месте или в определенный срок. Побеждал тот, кто решал большее количество задач.
Победитель награждался при этом не только славой и назначенным денежным призом, но и
возможностью занять университетскую кафедру или другую должность. А человек,
потерпевший на диспуте поражение, часто терял занимаемое им место. Для участников
алгебраических диспутов было исключительно важно обладать неизвестной еще для других
формулой решения того или иного типа уравнений, алгоритмом, с помощью которого можно
было решить значительное количество задач.
РАЗБОРКА ПО-ИТАЛЬЯНСКИ ИЛИ
ДРАМА НИКОЛЛО ТАРТАЛЬИ
Десятого августа 1548 года в саду Фрати Зокколанти, у церкви Святой Марии,
расположенной в центре Милана, собралась огромная толпа. Состояла она не
только из одних миланцев. Сюда слетелись все важные птицы средневековой
Италии. По главным аллеям степенно прогуливалась аристократическая знать:
вельможи и их дамы в шикарных платьях с изысканными украшениями. Неподалёку
образовали свои кружки и кланы учёные знаменитости и пишущая элита. Садовые
скамейки облепили любознательные студенты. Поглазеть на разборку по-итальянски
пришла и нищая ремесленная братия.
Что же за событие собрало под око Божьей матери столь разномастную публику?
Оказывается, в этот день на церковной площади должны были скрестить шпаги в
ораторском искусстве два насмерть поссорившихся математика — Джероламо
Кардано и Николло Тарталья. Предметом их научной вражды стал изящный алгоритм для
решения сложных кубических уравнений. Оба претендовали на приоритет открытия.
Истец, добрый старый Тарталья, к назначенному часу по немощи припаздывал.
Нигде не было видно и величественной фигуры ответчика. Кто-то тут же пустил
слух, что Кардано вообще накануне намеренно выехал из Милана, чтобы избежать
публичного разбирательства. На воре, дескать, и шапка горит. Сторонников
Кардано это замечание взбесило. Они принялись на все голоса доказывать, что это
не так, а если и так, то ничего особенного не произошло. Правильно, что не
опустился до диалога с простолюдином. Слишком много чести.
Ещё немного, и страсти, пожалуй, вышли бы из-под контроля, но тут зазвучали
фанфары, зашелестели знамёна, и к помосту двинулась пышная королевская свита
с герольдами и правителем Милана во главе. Начало математической дуэли было
объявлено.
На мгновение толпа замерла, потом снова зашевелилась, пропуская к
судейскому возвышению под выкрики "Слава Феррари!" энергичного молодого человека. В
нём многие сразу же узнали самого преданного Кардано ученика. Его гордая
осанка и принадлежность к высшему сословию уже сами по себе вызывали
благоговейный трепет.
С противоположной стороны, далёкой от пышности и геральдических знаков,
отделились ещё двое граждан, один из которых также взошёл на помост. Это был
Николло Тарталья, чей убогий вид явно не отвечал торжественной обстановке и
действительно свидетельствовал о низком происхождении. Другой человек, скорее
всего, приходился ему родственником и прибыл сюда в качестве сопровождающего.
Начало турнира не предвещало Тарталье ничего хорошего. Во-первых, он был
унижен неявкой основного соперника. Во-вторых, окинув цепким взглядом судей и
публику, сразу понял, что суть научного спора интересовать здесь никого не
будет. Скандал — да! Скандала ждали, ради него оставили дела и хлынули в
Милан, чтобы насладиться актом публичного распятия. Затянувшаяся церемония с
поклонами и нудной речью герольда, излагавшего существо дела, только
подтверждала его предположение.
Своим присутствием на поединке эти пресыщенные жизнью и удовольствиями люди
лишний раз хотели убедить человечество в своём существовании, вся никчёмность
которого так и выпирала наружу. Другой цели у них не было.
Ни математика, являющаяся по убеждению Тартальи одной из основ мироздания,
и уж тем более его поруганная честь здесь всерьёз никого не волновали. Как и
в древние римские времена средневековая Италия требовала все того же: хлеба и
зрелищ!
Место на помосте обещало стать лобным. А ведь как ждал он заветного часа!
Как надеялся, что Фортуна снова повернётся к нему лицом, историческое
правосудие свершится и ложная звезда Кардано наконец померкнет в лучах по праву
принадлежащей Тарталье славы. Взяв себя в руки, он начал говорить, но из
обрывочных, лишённых академической стройности доказательств и перегруженных
эмоциями фраз, никак нельзя было понять, что же произошло двадцать лет
назад . . .
А произошло вот что. Тогда, проштудировав труды предшественников, только
что вступивший в учёные круги Тарталья неожиданно для себя вывел принцип
решения уравнений третьей степени. Вывел и блистательно стал применять его на
практике, что сразу же привлекло внимание пройдохи Кардано.
Волнуясь и заикаясь (именно за этот природный недостаток Тарталья получил
свою неблагозвучную фамилию, в дословном переводе означающую "заика"),
обиженный учёный рассказывал, как повсюду преследовал его Кардано, стремясь
выведать этот принцип.
Застав однажды молодого учёного в минуту слабости, он почти завладел
открытием, но, не сумев им воспользоваться, направил в Венецию "доверенное лицо"
якобы для уточнения кое-каких деталей. От имени Кардано подосланный им
человек чего только Тарталье не сулил! От непрошеного гостя еле удалось
отделаться . Кардано же, поняв, что номер не прошёл, тут же сменил тактику, предложив
упрямому соотечественнику творческое сотрудничество.
По коварному плану Кардано оно заключалось в совместном составлении и
решении оригинальных математических задач. При этом подбирались задачи, решить
которые, не производя действия по извлечению кубических корней, было
невозможно. Волей-неволей возникала необходимость в использовании формулы Тарта-
льи.
Учуяв подвох, Тарталья улизнул от сомнительного предложения в сторону.
Теперь Кардано оставалось одно — пойти на откровенную сделку. Зная о шатком
положении Тартальи в обществе и его вечной нужде, Кардано пообещал ему в обмен
на формулу своё покровительство и серьёзную финансовую поддержку. И даже
поклялся, что секрета нигде не разгласит и никогда не выдаст его расчёты за
свои.
Загнанный в угол Тарталья (позже этот факт засвидетельствует немецкий
историк математики Мориц Б. Кантор), наконец уступил уговорам именитого коллеги.
Во время переезда в Милан в марте 1539 года он передал Кардано образец
решения заветных уравнений. Но на всякий случай заключил алгоритм в стихотворную
форму. Причём в момент передачи формулы Кардано был строго предупреждён, что
если договор будет им всё-таки нарушен, то Тарталья оставит за собой право
опубликовать компрометирующие Кардано письма, что значительно поколеблет его
научный авторитет.
Условие было принято. Довольный добычей Кардано немедленно засел за работу.
Но несколько недель напряжённого труда плодов не принесли. Формула
расшифровке не поддавалась. Новый алгебраический закон по-прежнему оставался тайной за
семью печатями.
Смирив гордыню, Кардано взялся за перо. "Я премного благодарен Вам за
переданное правило, и впоследствии не буду неблагодарным, — заверял он в письме
Тарталью, — но, однако, должен сознаться в своём недостатке: я не столь
искусен, чтобы до конца понять его (правило — СБ.) , и поэтому прошу Вас послать
мне решение вопроса".
Но письма ему показалось мало. Чтобы развеять последние сомнения в своей
добропорядочности, Кардано наспех закончил труд "Правила арифметики" и послал
Тарталье первый, ещё не переплетённый экземпляр книга. В этом экземпляре
формула нигде не фигурировала. Разумеется, после такого поступка партнёра
Тарталья уступил его домогательствам и полностью раскрыл карты.
Как же развивался сценарий дальше? Так, как и задумал его Кардано. Через
несколько месяцев он изменил данному Тарталье слову и приступил к написанию
нового солидного сочинения "Великое искусство, или О правилах алгебры". При-
чём одну из его глав целиком посвятил исследованию теорем, открытых Тарталь-
ей. Работал без перерывов, на износ, прекрасно понимая, что набрёл буквально
на "золотую жилу" в разрешении "закрытых" алгебраических проблем.
Выжав всё, что можно из формулы Тартальи, а заодно и выдоив до конца своего
ученика Феррари, Кардано в итоге проник в область уравнений n-й степени и
установил ещё ряд интересных математических закономерностей. Остаться
незамеченными они, конечно, не могли. Таким образом, Кардано постепенно превращался
в живой памятник самому себе.
Возможно, это мошенничество никогда бы и не раскрылось, но по прихоти
судьбы вышедшая в свет в 1645 году книга Кардано прямиком угодила в руки жертвы.
Раздавленный подлым обманом Тарталья в ярости разорвал её на куски. Что же
делать? Письма! Следует опубликовать письма этого наглеца! Только с их
помощью Тарталья сможет развенчать миф об открытии Кардано и отстоять свой
приоритет .
Но где обнародовать их личную переписку? Да вот же перед ним лежит готовая
работа "Вопросы и различные изобретения". Там она будет как раз к месту. Так
Тарталья и поступил. Только опубликованные им доказательства передачи Кардано
черновиков с формулой научная общественность обошла молчанием. Не
отреагировал на выпад и сам Кардано. Расчёт его был психологически точен. Отказавшись
от полемики, он вызвал к себе только сострадание. А правдолюбец Тарталья
угодил в число грязных клеветников.
Началась беспощадная травля. Оставаясь в тени, Кардано бросил против
несчастного Тартальи (помимо заикания тот страдал ещё и хромотой) свою тяжёлую
артиллерию — Феррари, который не уставал осыпать подло обворованного учёного
убойным градом лжеобвинений, подмётных писем и уничижительных оскорблений.
Дело дошло даже до уличной драки. Спровоцировавший её Феррари лишился в
потасовке всех пальцев правой руки. Но и это трагическое обстоятельство Кардано
обернул себе на пользу. Элитная часть Милана стала сочувствовать
"страдальцам" вдвойне.
И вот суд... Последняя возможность восстановить справедливость. Но кому она
нужна? Горе-оратора слушают вполуха. Королева наук — математика, на локоть
которой безуспешно пытается опереться безродный хромоножка, только наводит на
всех скуку. Красота точных формул и алгебраических правил, как тот и
предполагал, оказывается недоступной ни царственной чете, ни напыщенным вельможам.
Дамы откровенно зевают. Толпа охотнее воспринимает красноречивого Феррари,
чем его косноязычного соперника.
Тот же, чувствуя явное превосходство в речевом искусстве и спекулируя
обезображенной рукой, намеренно уводит судей от существа проблемы. Они увязают в
частностях, всё больше удаляясь от предмета разговора. Поддаётся на каждую
искусно подсунутую приманку и близкий к истерике Тарталья. Вступая в
очередной виток единоборства, он неизбежно проигрывает как расчётливому напору
Феррари, так и сонному духу толпы.
Под занавес этого заранее отрежессированного спектакля Феррари вытягивает
из колоды последний козырь. В игру вступают подкупленные интриганами люди,
которые согласно сценарию начинают открыто выражать недовольство затянувшимся
процессом. Они топочут, улюлюкают и освистывают Тарталью, буквально затыкая
ему рот. Самые веские доводы остаются невысказанными. Инициативу окончательно
перехватывает представитель ответчика. И чем больше он говорит, тем больше
чаша весов служителей Фемиды склоняется в пользу того, кто на этот суд не
явился.
Совершенно напрасно называет Тарталья имена мыслителей, которых Кардано не
постеснялся обобрать наряду с ним. Зря зачитывает выдержки из сочинений
Платона, Аристотеля, Полибия, Горация, Плиния, Вергилия, Гиппократа, Авиценны,
Галена, Плотина, Кокрада, Геснера... Все это вызывает только новую волну оз-
лобления. Из уважения к авторитетам её подавляют. Но когда доходит дело до
никому неизвестных голландца Гемма Фрезии, француза Гильомо Рондле, немцев
Михаэля Штифеля и Христофора Клавия, за счёт которых, по утверждению Тарта-
льи, прохвост Кардано также сумел сколотить изрядный интеллектуальный
капитал, терпение судей истощается.
Согласно их решению Тарталья проигрывает поединок и с позором покидает
помост . Рассчитывать на реванш нечего. На новое судилище просто никто не
придёт . Что же делать? Единственная возможность продолжить дуэль — это
подготовить новую статью. Как свидетельствуют записи учёного, именно такой шаг он и
собирался предпринять.
"Для меня стало ясно, что моё намерение убедительно говорить перед толпой
неосуществимо, — признавался он в своём дневнике, — итак, как я начал
опасаться худшего, то на следующий день, не сказав никому ни слова, уехал по
другой дороге в Брешию. Однако, всё то, что мне не позволено было досказать,
я надеялся сделать известным посредством печати".
Но надежде не было дано сбыться. Из-за навалившихся на него следом
неприятностей и неутихающей атаки близкого окружения Кардано Тарталья слёг и не
защитил свои законные права на сделанное открытие.
Выступление на церковной площади в Милане стало для него последним. Он умер
безвестным, покинув мир одиноким стариком, о котором и всплакнуть-то по-
настоящему было некому. Разве что на глазах всевидящей Девы Марии сверкнула
напоследок искренняя слеза сострадания...
Чем же завершилась судьба Кардано? Прежде утверждавший, что для славы
нужно, чтобы "сохранился какой-нибудь выдающийся и знаменитый памятник
совершенного деяния" и оставивший после себя не один такой памятник, он под конец
жизни всё-таки пришёл к покаянию. Пережив и утрату несметного состояния, и
казнь любимого сына, Кардано сделал следующую запись: "Склонный по характеру
не только ко всякому злу, но и ко всяческим порокам за исключением
честолюбия, я лучше всякого другого осознаю собственное несовершенство". Однако
признаться в том, что был честолюбив, этот тщеславный человек не смог даже
самому себе.
Недавно появились некоторые сенсационные подробности и в отношении Николло
Тартальи. Оказывается, потерпев от Кардано, он тоже решился на подлог: в 1851
году опубликовал под своим именем перевод одного из знаменитых трудов
Архимеда "О плавающих телах". Но сам знаменитым так и не стал. И это лишний раз
доказывает, что если ум человеческий имеет свои пределы, то человеческая
глупость поистине беспредельна.
? 'i^fl Не только вопросы математики, но и некоторые вопросы
'1 ' практической механики, баллистики и топографии. Так, в
первом из его сочинений, «Nuova scienza» (1537), он впервые рассматривает
вопрос о траектории выпущенного снаряда, причём утверждает, что траектория эта
Никколо Тарталья (14 99—1557) — итальянский
математик. Истинная фамилия — Фонтана (Fontana).
14-ти лет он был отдан в обучение публичному писцу,
но так как мать его не могла аккуратно платить
учителю, то Тарталья должен был прекратить учение в самом
начале. Обладая большой настойчивостью и терпением, он
научился читать сам. Пристрастившись к математике, он
достиг того, что стал сам преподавать другим и
впоследствии стал известным математиком своего времени.
Преподавал он в Вероне, Брешии и Венеции.
В оставленных Тартальей сочинениях он рассматривает
на всём её протяжении есть кривая линия., между тем как до него учили, что
траектория снаряда состоит из двух прямых, соединённых кривой линией; тут же
он показывает, что наибольшая дальность полёта соответствует углу в 45°;
кроме того, в этой книге рассматриваются различные вопросы об измерении
поверхности полей.
Вместе с вопросами артиллерии Тарталья занимался также и вопросами
укрепления городов и фортификацией вообще и в сочинении «Quesiti et invenzioni
diverse» (154 6) он предлагает даже особую систему фронта, по начертанию
схожего с тенальным; он трактует также о топографической съёмке с помощью
буссоли и излагает историю открытия им решения кубических уравнений. В сочинениях
«La travagliata invenzione» и «Ragionamenti sopra la Travagliata invenzione»
(оба 1551 г.) говорится о разных изобретениях автора, которые он приписывает
себе, но все они уже изложены в 1550 г. в книге Кардано «De subtilitate» и
принадлежат последнему.
Наиболее обширное сочинение автора называется «Generale trattato de numeri
e misure» (1556—1560) ; в нём подробно рассматриваются многие вопросы
арифметики, алгебры и геометрии.
По словам Тартальи, он самостоятельно открыл общий алгоритм решения
кубических уравнений, несколько ранее найденный Сципионом дель Ферро. В 1539 году
Тарталья передал описание этого метода Дж. Кардано, который поклялся не
публиковать его без разрешения Тартальи. Несмотря на обещание, в 1545 году
Кардано опубликовал этот алгоритм в работе «Великое искусство», и по этой
причине он вошёл в историю математики как «формула Кардано».
Вопрос о том, действительно ли Тарталья независимо открыл метод дель Ферро,
неоднократно обсуждался. Высказывалось предположение, что на самом деле
Тарталья каким-то образом получил доступ к записям дель Ферро. В качестве
косвенных доказательств этой гипотезы историки ссылались на то, что других
серьёзных математических достижений у Тартальи не было. Однако прямых
свидетельств в пользу указанного предположения найти не удалось.
*************************
ФИЕСТА ИЗОБРЕТАТЕЛЯ
ВИНСЕНТО АТАНАСОВА
Сводным братом Николло Тартальи по судебным и человеческим мытарствам
вполне можно считать американца болгарского происхождения Джона Винсенто Атанасо-
ва, хотя он и родился четырьмя веками позже. Как и Тарталья, Атанасов слыл
неудачником в научных кругах. В нём видели только чудаковатого профессора
физики, ни с того, ни с сего, претендующего на открытие мирового масштаба.
Когда он называл себя создателем первой ЭВМ, коллеги попросту над ним
потешались, и советовали привести голову в порядок. Возможно, он так бы и продолжал
жить с клеймом маразматика и юродивого, если бы судьба однажды не поманила
его пальчиком в здание суда, где он должен был выступить в качестве обычного
свидетеля.
Тогда в 1967 году, когда в России отзвенели последние капли хрущёвской
оттепели, а над Соединёнными Штатами Америки отзвучало эхо вьетнамской войны,
крупно поссорились между собой две солидные корпорации, специализирующиеся на
выпуске электронно-вычислительных машин. Та, что приобрела патент на их
производство, решила потребовать от другой через окружной суд выплаты процентов
от доходов с реализации ЭВМ, которые конкурирующая фирма выпускала
самовольно , нарушая предоставленные ей разработчиком эксклюзивные права.
Казалось бы, ситуация ясна. Но заподозренная в деловой нечестности
корпорация ответила на поданный иск встречным. Она утверждала, что мошеннически при-
обретён как раз сам патент, не могущий служить основанием для судебного
прецедента, поскольку автором данной конструкции, скорей всего, является
совершенно другое лицо.
Оказывается, юристы, взявшиеся защищать интересы задетой корпорации-
ответчика, в процессе работы с документами обнаружили в них следы, ведущие к
некоему Атанасову. Доскональное изучение ими существа вопроса обязывало
обратиться к истории сделанного им открытия и подвергнуть сомнению подлинность
патента, выданного фирме-производителю по всем правилам законодательства США.
Проблема усложнялась. В течение пяти лет назначались судебные заседания,
где обе стороны из кожи вон лезли, лишь бы отстоять собственную правоту. В
ход шли любые уловки и зацепки, пока, наконец, увесистая папка не оказалась в
Федеральном суде США. Но там её ещё на три года положили под сукно. Суд был
Завален другими делами. К тому же именно в это время (шёл 1973 год) Штаты
потряс Уотергейский скандал, приковавший внимание не только Федерального суда,
но и всей американской общественности.
И все же день Атанасова настал. Кроме него в зале суда находились Проспер
Экерт и Джон Мочли — владельцы патента на разработку "ENJAC", что в переводе
означало "Электронный численный интегратор и компьютер".
Встреча с ними вызывала только боль. Ведь эти люди ходили ещё в коротких
штанишках, когда Атанасов со своим аспирантом Клиффордом Берри взялся за
работу по созданию компьютера. Вплотную они занимались ею в 1939—1942 годах, на
которые пришлась вторая мировая война. Сама же идея и намётки по воплощению
замысла появились ещё в далёких двадцатых, найдя в дальнейшем отражение в
докторской диссертации Атанасова по физике.
В целом же путь к принципиально новой машине занял почти два десятка лет.
Первенец назвали "ABC" по начальным буквам фамилий Атанасова и Берри.
Но сможет ли он теперь убедить в этом факте судей? Сумеет ли разрушить
устоявшееся в мире мнение, что создателями компьютера являются Экерт и Мочли?
Найдёт ли доказательства для подтверждения своего приоритета на грандиозное
изобретение по прошествии стольких лет? С патентом связаны колоссальные
деньги . А где большие деньги, там и большая склока. По силам ли она ему, старику?
Странно, но именно мысль о немощи тела, подняла в Атанасове всю мощь былого
духа. К трибуне он шёл с ясной головой, свободно держался и говорил. У него
не было намерения выплеснуть ушат грязи на сидящих рядом самозванцев. Он
только хотел во всех подробностях, не упуская из внимания ни одной мелочи,
восстановить пройденный к компьютеру путь шаг за шагом, минута за минутой...
Атанасов с детства смотрел с отвращением на счёты, которые привлекали
многих его сверстников. Жёлтые костяшки наводили мистический ужас, почему-то
напоминая кладбище и мертвецов. Наверное, так действовали на воображение цвет и
связанный с ним щёлкающий звук. Казалось, будто лязгает зубами оживший
покойник . Он не представлял, как можно со счетами играть или работать, целый день
гоняя деревянные шарики из стороны в сторону: туда-сюда, туда-сюда... Этак
впору с ума сойти!
В школе из-за монотонного складывания и вычитания цифр "в столбик" Джон
начал испытывать раздражение к урокам математики. Особенно его бесили примеры с
четырёхзначными числами. Как ни старайся, всё равно вклинится какая-нибудь
ошибка. Иное дело — задачи, где требуются логика и поиск оригинального
решения . Красиво решённая задача говорит об умении нестандартно мыслить. А о чём
говорит правильно решённый пример? Только об усидчивости и концентрации
внимания .
Решать задачи Атанасов любил. Его голова вообще была постоянно полна самых
дерзких замыслов и никогда не отдыхала. Идеи сыпались из него, как из рога
изобилия: чистые, сверкающие, похожие на золотой дождь. Причём каждую
хотелось сделать осязаемой тут же, немедленно, как только она пришла. Это только
бесцветные мысли неуловимы. А у него они переливались всеми цветами радуги.
Вот другие бы увидели раскрывавшуюся перед его мысленным взором необычную
красоту!
Однако без тщательных расчётов на бумаге дать идее жизнь не получалось.
Вероятно, поэтому Атанасов сосредоточился на главной — создать такую
быстродействующую машину, которая бы значительно ускорила счётный процесс, довела его
до автоматизма и освободила мыслящих людей от лишних затрат мозговой энергии.
Вместе с Берри он приступил к осуществлению проекта. Но что-то в эскизе
машины Атанасова не устраивало. Что именно — он понял только через семь лет.
Осенило на лекции, когда работал в Университете штата Айова: надо разделить в
интеграторе вычислительные функции и функции памяти!
Так и поступили, но в разработке опять имелся изъян. В её основу был
положен ошибочный метод вычислений, построенный на аналогии чисел с какими-либо
физическими величинами. А что если заменить его цифровым?
Но он не был первым, кто пришёл к этой мысли. Независимо от Атанасова её
уже попробовали "на зуб" американцы Гевард Эйкен, Джон Стибец и немец Конрад
Цузе. Невольно всплыла в памяти цитата из Екклезиаста: "Что пользы человеку
от всех трудов его, которыми трудится он под солнцем? Что было, то и будет: и
что делалось, то и будет делаться, и нет ничего нового под солнцем". Не стоит
ли ему в таком случае поискать неувязку в другом месте? Начать с начала? Он
начал, но разрешить головоломку всё равно не удавалось. А на календаре уже
Значился 1937 год.
Время неумолимо бежало вперёд, однако путь все ещё продолжал быть усеянным
тернием и волчцами. Но вот однажды, когда Атанасов в очередной раз
подзадержался в лаборатории, где обычно проводил физические опыты, его вдруг охватила
странная дрожь. Природы её он понять не мог. Холода вроде бы не чувствовал, а
всего трясло, как при лихорадке. Сердце замирало, руки и ноги коченели.
Полагая, что все же замёрз или простудился, Атанасов спустился вниз, к
автомобилю, включил печь, чтобы хоть немного обогреться. Дрожь всё равно не
отпускала. Его рука сама по себе потянулась к ключу зажигания. Нажал на газ,
резко рванул с места. Куда и зачем ехал — не знал. Очнулся, когда заметил,
что покинул не только пределы города, но и штата. Двести километров отмахал,
как один. С чего бы всё это? Какая неведомая сила занесла его в незнакомое
место?
Атанасов припарковал машину, вышел из неё, огляделся. Неподалёку плясала
разноцветными огоньками вывеска придорожного бара. Бар служил, по-видимому,
ещё и рестораном, поскольку в углу приткнулось несколько столиков. Но и
стойка, и столики в основном пустовали. Он сел за столик, не раздеваясь, прямо в
пальто, и тут внезапно ощутил на себе его тяжесть. Или тяжесть была в нём
самом, давила изнутри?
На всякий случай он освободился от пальто, пристроив его на соседний стул.
Ужасно Захотелось расслабиться и выпить. Да, выпить! Стакан спиртного согреет
его и приведёт в порядок мысли, которые начали разрывать пополам голову ещё в
лаборатории. Мысли по поводу компьютера, будь они неладны!
Атанасов, забыв про пальто, пересел к стойке и заказал порцию виски с
содовой. Колотить перестало, но в голове по-прежнему царил хаос. Он повторил
заказ и, немного отхлебнув из своего стакана, попытался отвлечься от дурного
состояния, всматриваясь в немногочисленных посетителей. Внимание привлекла
девушка, о чём-то оживлённо беседующая с человеком его возраста. Она уже была
слегка пьяна и всем обликом — короткой стрижкой и обтягивающим грудь
свитерком — напоминала героиню из Хемингуэевской "Фиесты".
Как же её звали? Кажется, Брет. Брет Эшли. Леди Эшли. Медсестра,
влюбившаяся в раненого солдата. Обречено влюбившаяся, потому что герой войны из-за
глупейшего ранения никогда не мог быть с ней как с женщиной. Ничего не поде-
лаешь — импотент... Вот и он, Атанасов, импотент. Только не в жизни, а в
науке. Сколько ни бьётся над своим созданием, никакого толку. А ведь должно быть
решение, должно... И он уже ясно осознавал какое. Чем ближе будет догадка к
истине, тем тривиальней она покажется.
На мгновение скачка идей прекратилась, и из информационного потока
беспорядочных сведений и знаний неожиданно вынырнул чёткий и очень простенький план.
Ну, конечно! Вся механика должна быть заменена электронным устройством,
которое позволит переключать электрические сигналы, и возьмёт на себя функции
оперирования вычислениями. Как же он раньше до этого не додумался? Мог ведь
"сэкономить" несколько лет и уже иметь перед собой действующий компьютер...
Атанасова, как говорится, повело. Он опять заказал виски, залпом осушил
стакан и заговорщицки подмигнул бармену. Первый, теперь он точно первый.
Первый, кто смекнул, что сложные математические операции можно осуществлять при
помощи электроники с применением обычных вакуумных ламп. А для функций памяти
следует использовать набор конденсаторов, которые разумно установить на
барабане. . .
Бармен понял Атанасова по-своему. Он молча наполнил его стакан новой
порцией виски и с сожалением подумал о заезжем госте как о горьком пьянице, а
когда тот схватил бумажную салфетку и трясущейся рукой принялся чертить на ней
какие-то закорючки и линии, — как о сумасшедшем.
Что ж, Атанасова действительно охватил приступ настоящего безумия. Мозг
работал со скоростью доселе неведомой, не давая даже секунды на передышку. Так,
одна проблема решена. Остаётся вторая: как вводить информацию? Да вот как:
посредством перфокарт. С них машина и будет считывать данные. Только для
этого потребуется специальный язык. Дело придётся иметь с иной, двоичной
системой счисления. Это уже было третье озарение за этот вечер.
Оставалось набросать схему электронного устройства. Как будет выглядеть
она? "Чёрный ящик"? Атанасов и раньше искал его аналог, но только сейчас
сообразил, что "черным ящиком" может послужить блок, составленный из
электронных вакуумных ламп, способных обрабатывать поступающую информацию с
невероятной скоростью.
Это уже потом, через десятилетия, в современных компьютерах в качестве
"чёрного ящика" станут использовать миниатюрные интегральные микросхемы,
более эффективные, чем электронные лампы.
По тем же временам мысль об использовании электронных ламп в вычислительных
целях была переломной для процесса создания искусственного интеллекта.
Атанасов живо представил принципиальную схему работы компьютера. И даже увидел
свою машину целиком, как будто она уже была собрана и готова к работе.
Додумать оставалось только частности. Может, потом, не сию секунду? Но где
уверенность , что дар ясновидения снова посетит его?
Он пил и думал, и снова пил. Но чем больше пил, тем больше трезвел.
Обмякало только тело, а мысли, напротив, обретали стройность, складываясь в череду
образов. Он не только "видел" начертанную воображением схему регенерации
памяти и конденсаторы, в которых будет храниться информация, но и понимал, с
какими препятствиями при создании первого электронно-вычислительного
устройства ему придётся столкнуться.
В ходе размышлений удалось справиться ещё с одной трудноразрешимой
задачкой : утерей с течением времени конденсаторами своего информационного заряда.
Ячейки памяти машины понадобится, по-видимому, периодически перезаряжать.
Пожалуй, претерпев такие конструкционные изменения, замышленный им блок
памяти будет действительно хорош. Не мешало бы, конечно, "прокрутить"
техническую сторону проблемы центрального устройства управления вычислительным
процессом и вопросы координации работы входящих в компьютер систем. Но для этого
нужна другая обстановка. "Сердце" машины лучше прочувствуешь в лабораторной
тиши, за письменным столом, с чашкой крепкого кофе или чая. Он знал, что,
выбравшись из бара, заставит его стучать. Не знал только, что спустя время в
современных компьютерах это "сердце" получит название процессора, что
возникнет очевидная необходимость отделения его от блока памяти, состоящей из двух
ячеек — памяти внутренней и внешней, и что функции последней станут выполнять
зеркальные лазерные диски... Но зачем ему это было знать тогда?
Атанасов расплатился с барменом и, покачиваясь, направился к дверям. Качало
не столько от виски, сколько от полноты ощущений. Впервые он был по-
настоящему счастлив. Добрый и доверчивый мир раскрыл ему свои объятия,
поселяя в душе покой и гармонию. Навстречу спешили добрые и доверчивые люди. И
сам он себе казался самым прекрасным человеком на свете. Таким, как задумывал
людей Бог.
Удивительно, но его старенькая "телега" тоже преобразилась. В ней ничего не
стучало, не скрипело, колеса, казалось, совсем не соприкасались с асфальтом,
и узкая полоска шоссе напоминала взлётную полосу аэродрома. Он слился с
автомобилем и блаженно оторвался от земли, празднуя свою фиесту, фиесту Джона
Винсенто Атанасова...
Про тот вечер и бар он высокому суду, разумеется, ничего не рассказывал. И
про девушку, похожую на леди Эшли, — тоже. И про свои озарения относительно
конструкции будущего компьютера.
Наоборот, он утверждал, что шёл к этому изобретению очень давно. Идею
настиг только к тридцати двум годам. Причём такое признание не было неправдой.
Он повторил его в автобиофафии: "Я не помню ни единого случая, чтобы я не мог
найти время для компьютера. В эту затею я вложил всю свою жизнь".
На суде Атанасов был страстен и убедителен. Он не перегружал речь научными
терминами, не излагал содержание документов, подшитых к делу. Он просто
открыл двери своей творческой лаборатории и сделался в ней вдохновенным
экскурсоводом. Сначала им и Берри, как поняли допущенные в святая святых судьи,
была сконструирована простейшая модель ЭВМ, ставшая прототипом современного
компьютера. На ней выверялись и оттачивались схемы, пришедшие на ум в тишине
чужого городка. Они оказались принципиально верными.
Затем — война. Пришлось вплотную работать на нужды военного времени, но он
не только не забросил, а, наоборот, ускорил процесс рождения своего детища
"ABC" .
Спешил, думал, мало ли что... Вдруг — не успеет, вдруг вообще все полетит к
чертям собачьим, и мир рухнет. Тогда и его изобретение человечеству уже не
понадобится. Три года, перепутав сутки, возился Атанасов с конструкцией
машины, и к концу сорок второго первый электронный компьютер был практически
готов .
Когда создатели испробовали его на решении п-уравнений с п-неизвестными, он
показал поразительные результаты. Сбои давала только система ввода-вывода
информации. При возрастании чисел и развёртывании п-уравнений увеличивалось
количество ошибочных ответов. Процент их был невелик, но Атанасов и Берри
добивались от машины безупречной работы в считывании входных данных с перфокарт и
выдачи ответов.
Они почти уже нащупали ход, с помощью которого можно было заставить её не
ошибаться, но тут подоспел вызов в военкомат: военный призыв. Атанасова
зачислили сотрудником в состав военно-морской артиллерийской лаборатории.
Обидно было бросать дело перед самым концом, но он смирился. Принял этот удар
судьбы. А вот следующий действительно пережить было трудно.
Оказалось, что пока Берри и Атанасов работали над военными заказами, какие-
то невежественные чиновники, проводя инвентаризацию на кафедрах Университета,
уничтожили компьютер заодно с другими якобы устаревшими моделями. Его
демонтировали как непригодную к использованию вещь. Разобрали на детали. Но если
бы тем и кончилось!
В учебной лаборатории накануне акта вандализма успел, как выяснилось,
побывать ещё один необремененный нравственными установками человек. Он в полной
мере изучил принцип действия машины, проник во все тонкости конструкторской
разработки и исчез из штата Айова с бесценным багажом чужих идей и мыслей.
Этим человеком был Джон Мочли, ныне считающийся владельцем патента.
Давая против него показания в суде, Атанасов привёл в качестве одного из
доказательств своё письмо, посланное Мочли в начале сороковых годов. Не
подозревая, что расторопный тёзка тайком уже познакомился с его детищем, он в
этом письме доверчиво делился с коллегой мыслями о создании машины, которая
смогла бы выполнять любые операции с числами, и просил поддержки в реализации
идеи.
Отвечая Атанасову, Мочли уверял, что непременно поможет, сам же стал
самостоятельно собирать аналогичный компьютер, взяв в помощники крупного
специалиста в области вычислительной техники Проспера Экерта. Получив в солидных
финансовых кругах, куда был вхож Мочли, полмиллиона долларов на разработку,
оба мошенника, располагая огромным штатом служащих Пенсильванского
университета, создали на базе данных Атанасова свою модификацию "ABJAC". На неё Мочли
и Экерту и был выдан патент, из-за которого разгорелся скандал, столкнувший
интересы корпораций-магнатов.
Потрясённый рассказом Атанасова зал буквально взорвался эмоциями. Кто-то
ему захлопал. У кого-то чесались руки влепить ворам по здоровой затрещине.
Мочли и Экерт, сорвавшись с мест, завопили "Чушь! Он выжил из ума! Он всё
лжёт!". Разразились проклятиями руководители подставленной фирмы. Засновали
почуявшие запах "жареного" журналисты. Подогретая щёлканьем фотоаппаратов не
могла успокоиться и остальная публика. Призвать её к порядку не удавалось
даже гонгом судейского молотка. Растерялись и сами судьи, вынужденные перенести
слушание дела на следующий день.
Наконец наступил заключительный этап судебного разбирательства. Напряжение
людей достигло апогея. Ставший центром внимания Атанасов едва стоял на ногах.
Его очки постоянно сползали с носа, и одну из дужек приходилось придерживать.
Выражение лица Мочли напоминало обезьянье, отражая то готовность к победе, то
к расправе. Все ожидали оглашения результатов компетентной судебной
экспертизы, должной поставить точку в этой тяжбе с учётом заключения специально
собранной экспертной комиссии. И она была поставлена. Как установил суд
последней инстанции, граждане Америки Джон Мочли и Проспер Экерт действительно
использовали в корыстных интересах исследования Атанасова и изобретённую им
принципиальную схему работы электронного цифрового компьютера. Прибегнув к
обману, они практически применили в своей разработке все его конструкторские
решения как в части регенерации машинной памяти, работы электронных
переключающих устройств, раздельного хранения и обработки информативных данных, так
и самого процессора. Лично им принадлежала только идея перепрограммирования
компьютера с учётом новых задач на основе изменения электрической схемы на
панели управления. По существу Мочли лишь модифицировал электронный цифровой
интегратор Атанасова.
Исходя из этого, Федеральный суд Соединённых штатов Америки принял решение:
патент, принадлежавший ранее Мочли и Экерту, аннулировать, приоритет признать
За истинным автором разработки Джоном Винсенто Атанасовым.
Можно только представить, какую реакцию вызвало это честное решение! Мочли
и Экерт были в шоке. Разорившаяся корпорация чуть не разорвала их на куски.
Умело распутавших змеиный клубок финансовых хитросплетений судей разве что не
качали на руках. Со всех сторон раздавались оглушительные аплодисменты.
Атанасов день 19 октября 1973 года обвёл в настольном календаре красным кружком.
Как жаль, что при этом событии не довелось присутствовать его деду, который
посвятил свою жизнь борьбе за освобождение Болгарии от османской заразы. Из-
за притеснений турков, не раз угрожавших семье расправой, этот отважный
болгарин в свои последние годы был вынужден переселиться в Америку. В ней в 1903
году и родился Джон. Дед обязательно бы разделил его радость и лучше всех
понял, какие чувства бушевали в душе. Ведь судьба изобретателя в какой-то
степени повторила судьбу борца-освободителя. Оба жили крайне тяжело, страдали,
но вера в основополагающую идею и справедливость не оставляла ни того, ни
другого. Америка поддержала их в этой вере. Во всяком случае Джон Винсенто
Атанасов имел теперь полное законное право отпраздновать свою фиесту. Где?
Конечно, в том самом баре, на окраине маленького зелёного городка...
Джон Винсент Атанасов (англ. John Vincent
Atanasoff, 1903-1995) — американский физик,
математик и инженер-электрик болгарского происхождения,
один из изобретателей первого электронного
компьютера .
Иностранный член Болгарской АН (1985).
Поступил в 1921 году в университете в Гейнсвиль,
Флориды где получил диплом инженера-электрика в
1925 году. В сентябре этого же года Атанасов стал
преподавать математику в колледже штата Айова,
руководил дипломными работами по физике и математике.
В мае 1930 года защитил докторскую диссертацию в
университете штата Висконсин. Работал ассистентом
профессора по математике и физике в Государственном
колледже штата Айова.
Сначала Джон Атанасов пытался модифицировать
калькулятор фирмы IBM для решения систем уравнений, но вскоре отказался. В
1937 г. он занялся созданием машины для решения больших систем линейных
алгебраических уравнений. Он обратился к декану инженерного факультета с
просьбой порекомендовать ему выпускника электротехнического отделения, хорошо
знающего электронику, который был необходим для осуществления его идеи. Декан
предложил ему Клиффорда Эдварда Берри, и тот стал аспирантом Атанасова. Они
разработали и начали монтировать первый в США электронный цифровой компьютер
(снимок ниже). Атанасов назвал его Компьютер Атанасова — Берри (англ.
Atanasoff-Berry Computer - ABC).
Джон Уильям Мокли (англ. John William Mauchly, в
русской литературе зачастую ошибочно называемый
«Джон Мочли») (1907—1980).
Американский физик и инженер, один из создателей
первого в мире электронного компьютера ENIAC (1946,
снимок ниже).
Работал преподавателем электротехники в
Пенсильванском университете в Филадельфии (США).
Полученный при разработке машин опыт Мокли
обобщил в виде основных принципов построения ЭВМ. Они
были изложены в отчёте, составленном совместно с Г.
Голдстайном и А. Берксом в 194 6 году и положены в
основу ЭВМ IAC, руководителем разработки которой
стал Джон фон Нейман. Материалы отчёта не
публиковались в открытой печати до конца 1950-х годов, но
были переданы некоторым фирмам США и
Великобритании. Известность фон Неймана как крупного учёного
сыграла свою роль — изложенные им принципы и
структура ЭВМ стали называться фоннеймановскими, хотя их
соавторами являлись также Мокли и Джон Преспер
Экерт.
В 1948 Мокли и Экерт основали компанию «Eckert-МаисЫу Computer
Corporation» производящую компьютеры, и через год представили вычислительную
машину BINAC, которая для ввода информации вместо перфокарт впервые
использовала магнитную ленту.
В 1950 году их фирма была приобретена компанией Remington Rand (позднее
Sperry Rand).
В 194 9 году в Филадельфии под руководством Мокли создан «Краткий код» —
один из первых примитивных интерпретаторов языка программирования.
В период с 194 6 по 1951 года совместно с Экертом работал над компьютером
UNIVAC I, который стал первым коммерчески доступным компьютером. В это время
у Мокли возникла идея научить компьютер воспринимать алгебраические уравнения
в их традиционном виде. Однако в полной мере реализовать её не удалось,
потому что знаки математических действий по-прежнему приходилось заменять на их
численные коды.
В 1952 г. они завершили работу над компьютером EDVAC.
Результаты деятельности Мокли и Экерта повлияли на появление в 1953 году
первого электронного компьютера IBM.
В дальнейшем Мокли занимал руководящие посты в целом ряде проектов и
компаний. В 1959—1965 пост президента и в 1965—1969 — председателя правления
Mauchly Associates, Inc., в 1968—1980 — президента Dynatrend Inc., в 1970—
1980 — президента Marketrend Inc.
За достижения на компьютерном поприще Мокли был удостоен многих наград.
*************************
ПЕРЕКЛИЧКА ИЛИ
ОБМАН РАЗУМОВ?
Не секрет, что, как и любой творческий деятель, учёный стремится к своему
признанию. И учёных, которые не мечтали бы о славе, не бывает. Отними у
исследователя это естественное желание быть замеченным, и человечество,
пожалуй, лишится множества открытий, потому что вместе с ним исчезнет и стимул к
творчеству. Важно понимать, что по дороге на Олимп всё-таки не следует терять
достоинства и переступать границы нравственности. Поздно или рано всё равно
придётся платить по счетам.
Птолемей обессмертил своё имя, обманув историю на много веков, но, в конце
концов, его афера обнаружилась. Неуловимый Кардано вроде бы обошёл судьбу на
всех поворотах, но оказался уловленным собственной смертью. Пробил час, когда
Джон Мочли лишился нечестно добытого патента, а Джон Атанасов получил
законное право распоряжаться своим изобретением.
Но сколько ещё нераскрытых преступлений и безымянных открытий по сию пору
дожидаются своего заветного часа, сказать трудно. И ещё труднее его
приблизить, поскольку в истории науки очень тесно переплетены легенды с реальными
событиями, правда с ложью, корыстный умысел с бесхитростной выдумкой. Да и
работой по отделению в ней зёрен от плевел занят не беспристрастный Бог, а
самые обыкновенные люди с определёнными симпатиями и антипатиями,
достоинствами и недостатками. Поэтому их оценки того, кто есть кто в мировой науке, на
самом деле часто грешат изрядной долей субъективизма, причём нередко в самых
крайних его проявлениях. Так что желая избавиться от одних заблуждений, мы
невольно впадаем в другие. К тому же эту путаницу в последнее время
усугубляет щедрый на сюрпризы возрастающий информационный поток.
...Атанасов, если заново и тщательно переворошить все известные и самые
свежие сведения из истории вычислительной техники, был далеко не
единственным, кого посетила идея создания машины, способной считать, запоминать и
записывать различные математические действия. Ряд историков науки вполне
обоснованно связывали эту идею с именами Блеза Паскаля и Готфрида Лейбница,
относя её зарождение к XVII веку.
Ведь в первой суммирующей машине, построенной Паскалем в 1645 году, уже был
использован принцип, позволявший складывать и вычитать числа, который
сохранился в первозданном виде в современных ЭВМ. Заняться её разработкой совсем
ещё тогда молодого учёного побудило . . . сострадание к отцу. Дело в том, что
должность королевского интенданта Нормандии, которую тот занимал, требовала
изнурительной счётной работы. Наблюдая за его ежедневными муками, Паскаль му-
чался сам, пока наконец не набрёл на мысль, как от них можно избавиться. Так
появился первый в истории арифмометр.
Созданная в девятнадцать лет Паскалем техническая новинка сразу же вызвала
любопытство у французов, и её выставили как забавную диковинку для всеобщего
обозрения в Люксембургском парке Парижа. Причём каждый уважающий себя
парижанин считал своим долгом непременно побывать на этой уникальной выставке и
поглядеть на небольшой ящичек, в котором скрывалось оригинальное счётное
устройство . Современную же конструкцию арифмометра, способного осуществлять
любые математические действия, после напряжённой сорокалетней работы3 удалось
создать Лейбницу. Она появилась в 1673 году.
3 За сорок лет Лейбниц много чего создал, но вот над арифмометром он работал всего
пару лет.
Но прошло время и выяснилось, что историки науки заблуждались, указывая на
Паскаля как первоносителя данной идеи. В середине нашего столетия эскиз
вычислительной машины был совершенно неожиданно обнаружен в рукописях4. . .
самого Леонардо да Винчи! Обескуражило и другое открытие. Исследователи
наткнулись на неизвестное доселе изобретение "механического вычислительного
устройства", над конструкцией которого долго размышляли И. Кеплер и В. Шиккард.
Загоревшийся идеей Шиккард предположительно к 1623 году дал совместной
разработке жизнь. Очевидно, что с этой машиной был знаком Паскаль, хотя почему-то
последующие поколения ничего о её существовании не знали. Эту загадку ещё
предстоит разрешить. Впрочем, как и многие другие.
Почему, например, большинство математических выкладок Паскаля5, относимых
нами к его выдающимся заслугам, удивительно, точь-в-точь совпадают с ходом
рассуждений в той же плоскости мыслителей Древней Греции и Древнего Востока?
Что это — случайное совпадение или намеренное заимствование, продиктованное
желанием прославиться? Эту тему, кстати, затронул недавно в одной из своих
статей известный французский математик Жорж Ифр.
Подобных фактов в истории науки, когда одна и та же идея гуляет по трудам
самых разных учёных, такое множество, что даже самый дотошный исследователь
порой не в состоянии найти ответ на вопрос, столкнулся он с перекличкой или
обманом разумов? Вот отчего ещё так сложно бывает расставить приоритеты по
своим местам.
Вспомним, как обрадовался Атанасов мысли об использовании перфокарт при
вводе и выводе информации в свой компьютер. Но в действительности к этому
раньше него пришёл английский математик Чарльз Бэббедж6. Это случилось в 1834
году, когда он сделал эскиз собственной "аналитической машины". По его
замыслу она должна была представлять собой механическое вычислительное устройство,
которое выполняло бы различные расчёты в соответствии с программой,
записанной на перфокартах. Однако и Бэббедж не может считаться пионером столь
блестящей идеи, поскольку подхватил её, в свою очередь, у французского механика,
изобретателя ткацкого станка Ж.М. Жаккара. "Жаккарда машина", приспособленная
для выработки крупноузорчатых тканей, давала возможность управлять каждой
нитью основы. Этот принцип вполне мог быть заложен в вычислительную машину.
Воплотить свой замысел в жизнь Бэббеджу так и не пришлось. А жаль. Быть
может, со своевременным появлением на свет его детища компьютерная техника
начала бы победное шествие по планете не во второй половине XX столетия, а
значительно раньше. Ведь эскизная разработка "аналитической машины" содержала в
себе многие принципиальные положения, которые были успешно применены при
создании современной аналогичной аппаратуры.
Совершенно напрасно считал Атанасов своей и идею двоичной системы счисле-
4 Ни один из проектов Леонардо да Винчи никогда не был реализован, он только делал
их наброски и эскизы - своего рода фантазирование.
5 Блез Паскаль (1623—1662) — французский математик, физик, литератор и
философ. Классик французской литературы, один из основателей математического
анализа, теории вероятностей и проективной геометрии, создатель первых образцов
счётной техники, автор основного закона гидростатики.
6 Чарльз Бэббидж (1791—1871) — английский математик, изобретатель первой
аналитической вычислительной машины. Иностранный член-корреспондент
Императорской академии наук в Санкт-Петербурге (1832). Труды по теории функций,
механизации счёта в экономике. Сконструировал и построил (1820-22) машину для
табулирования. С 1822 работал над постройкой разностной машины. В 1833
разработал проект универсальной цифровой вычислительной машины — прообраза
современной ЭВМ.
ния, на которой сегодня "держится" любая ЭВМ. Не он, а Лейбниц начал первым
ею оперировать. По свидетельству Лапласа, этот оригинал был буквально одержим
страстью выражать все числа посредством двух символов — единицы и нуля. В его
представлении только такая система и имела право на существование, поскольку
в её основе лежала духовная концепция мироздания. Единица по Лейбницу
соответствовала образу высшего божественного начала, а нуль отображал собой
небытие, пустоту. Так Лейбниц-философ и Лейбниц-математик, ни в чём не желая
уступать друг другу, пришли к компромиссу, который состоял в том, чтобы
сочленить разум с верой. Результатом этого компромисса и стала двоичная система,
способная "поверить гармонию алгеброй".
Усматривая философскую связь между математическими формулировками и
законами природы, Лейбниц упрямо насаждал свою систему взамен общепринятой, убеждая
окружающих, что подобно тому, как Всевышний создал все из небытия и своего
всемогущества, так из единицы и нуля возникли все остальные числа. Не
прижилась она лишь потому, что тогда людям было очень неудобно иметь дело с
длинными математическими записями. Из-за этого человечество и отодвинуло эру её
применения на несколько веков вперёд.
Жаккардовый ткацкий станок (слева) и его вид со
стороны перфокарт (справа).
Возникает вопрос: исходя из всех этих новейших сведений, можем ли мы кого-
либо обвинить в плагиате? Равнозначны ли кража формулы Кардано у Тартальи и
применение Атанасовым двоичной системы счисления Лейбница? Конечно же, нет.
Идея это не листок с расчётами и не фиксация чужих наблюдений за
расположением звёзд. Идеям свойственно витать в воздухе и кочевать из одной головы в
другую, чтобы качественно развиваться. Будь мир устроен иначе, то мы бы не
имели возможность, взаимно обогащаясь, черпать родниковую воду из колодцев
друг друга, всякий раз приходилось бы заново изобретать велосипед, а научно-
технический прогресс просто находился бы в замороженном состоянии. Зачем же
выяснять — кто первым сказал "А", углубляясь в хронологию открытий и изобре-
тений, если для человечества это ничего не меняет?
Иное дело, когда речь идёт не об общей идее, а о частной. Но и тут, прежде
чем давать учёному или его открытию какую-либо оценку, следует хорошенько
взвесить все сопутствующие его работе обстоятельства. Например, располагал ли
он данными о том, что кто-то поблизости или вдали от него уже пришёл к
аналогичным результатам? Если да, то по какой причине не спешил с публикацией
своего труда или оформлением патента на изобретение? Что помешало ему двигаться
дальше?
Не сделав такого анализа, мы никогда не доберёмся до истины и увязнем в
бесполезных спорах, как увязали в них сами учёные, пытаясь отстоять свои
авторские права на выдающиеся открытия в разных областях наук. Красочный пример
тому — изнурительная тяжба за приоритет между двумя мировыми величинами —
Готфридом Лейбницем и Исааком Ньютоном. Давайте посмотрим, чем она обернулась
для них и для нас.
*************************
ВЕЛИКОЕ ПРОТИВОСТОЯНИЕ
Вообще говоря, Лейбницу не очень-то везло со своими открытиями. Вот и на
этот раз он как назло почти одновременно с Ньютоном разработал новое
направление в науке — математический анализ. Это стечение обстоятельств породило
крупный конфликт между двумя титанами мысли в споре за приоритет.
Студенты технических вузов на собственном опыте знают, что сей крепкий
орешек — математический анализ — просто так не раскусишь. Сдавать по этому
предмету экзамены — сплошная мука. Так же сложно, как и по сопромату. Такое там
обилие всяких специфических терминов и математических тонкостей, что диалог
по любому вопросу чрезвычайно затруднён. Можно только представить особенности
научной полемики в этой области! Представили? А теперь вообразите, какой
накалённой должна быть атмосфера в помещении, где столкнулись лбами спорщики.
Причём не просто профессионалы, а первооткрыватели.
Схватка между Лейбницем и Ньютоном собрала вокруг себя много болельщиков и
с той, и с другой стороны, и просто любопытствующих и зевак. Учёные буквально
кипели от негодования, осыпая друг друга самыми колкими упрёками и
бесплодными обвинениями. Они отняли у них массу сил, в буквальном смысле "вынули душу"
и уж, конечно, ничегошеньки не прибавили к творческому багажу обоих.
Со временем этот беспрецедентный спор перерос в настоящую интеллектуальную
войну двух великих философов своего времени. Многие из их окружения и больше
всех Пьер Вариньон, выступая посредниками в грандиозной исторической битве,
старались, если уж не примирить враждующие стороны, то хотя бы найти
компромисс в их обострившихся отношениях.
Однако, несмотря на искреннее дружеское вмешательство Вариньона и других
учёных, ситуация не менялась и страсти не утихали. Ни Лейбниц, ни Ньютон
никак не желали понять, что если в споре рождается истина, то в драке — только
избитая истина. И коль сильна жажда что-то досконально выяснить, то при этом
надо иметь холодный рассудок, доброе расположение духа и горячее желание
найти точки соприкосновения. Ведь великие люди на то и великие, чтобы не
позволять втягивать себя в бесплодные дискуссии.
Поначалу носивший частный характер этот ожесточённый спор за приоритет
приобрёл межнациональный оттенок и повлёк за собой немало отрицательных
последствий для прогресса науки. Междоусобная распря двух титанов мысли приобрела
такие масштабы, что нашла отражение во многих публикациях. Как старых, так и
новых. Вышла даже специальная книга по этому поводу: "Война философов", где
была дана беспристрастная оценка достижениям Ньютона и Лейбница. Но теневые
стороны их характеров и творчества остались "за кадром". Эту книгу написал
издатель переписки Ньютона А.Р. Холл.
В переложении полемику дошедших до откровенной ненависти друг к другу двух
мыслителей просто не передать. Поэтому послушаем самого Лейбница, как он
отстаивал своё авторское право, обратившись к его исчерпывающему труду по
истории математики: "Никто не сомневался в том, кем же собственно было создано
это исчисление, — язвительно замечал Лейбниц, — пока недавно, а точнее в 1712
году, определённый круг ранее неизвестных учёных, побуждаемых либо своим
незнанием литературы за прошлые годы, либо завистью, либо надеждой прославиться
своими нападками, либо, в конце концов, угодничеством, побудили некоего
учёного выступить в качестве соперника изобретателю этого исчисления. Это
выступление нанесло значительный урон репутации самого соперника, а ещё больше ей,
видимо, повредило бы прояснение всех обстоятельств дела.
Таким образом, эти люди разжигали спор до тех пор, пока против них не
выступили знающие действительное положение фактов X. Гюйгенс, Дж. Валлис и
прочие, благодаря свидетельству которых стало возможно изобличить ложность
обвинений. Ведь одна из причин, почему законом введены временные ограничения на
подачу исков, к тому и сводится, что истец по небрежности или с хитрым
умыслом может перенести подачу своей жалобы до той поры, когда его противник
утратит все доказательства, с помощью которых он смог бы оправдаться.
Они тогда изменили даже сам основной пункт обвинения, поскольку в их
письме, опубликованном от имени Джона Коллинса и с его согласия в книге под
названием "Обмен письмами" в 1712 году, целью которой было подвергнуть сомнению
приоритет Лейбница, о дифференциальном исчислении уже почти нет речи, но
говорится только о рядах, называемых бесконечными. Такие ряды, получаемые путём
деления, впервые рассмотрел в печати Николаус Меркатор из Гольштейна, но
общий закон для их суммирования дал Исаак Ньютон. Открытие этих рядов было
полезным, оно способствовало переносу арифметических методов приближения в
аналитическое исчисление, однако ничего не давало для дифференциального
исчисления .
Итак, они прибегли к такой уловке: во всех случаях, когда упомянутый мой
соперник вычислял какую-либо квадратуру путём сложения мельчайших частей,
постепенно увеличивавших приближающуюся фигуру, они немедленно объявляли, что
здесь применено дифференциальное исчисление... Но тогда надо признать, что
ещё раньше дифференциальным исчислением обладали Кеплер (в исчислении объёма
бочек), Кавальери, Ферма, Гюйгенс, Валлис и все трактовавшие не о каких-то
неделимых, но о бесконечно малых величинах".
Да простит нам читатель цитирование столь длинной тирады. Но только она и
способна передать дух научной атмосферы, царившей в то время в учёных кругах,
и все нюансы во взаимоотношениях учёных мужей. Если, с одной стороны, мы
отчётливо видим пренебрежительное и явно высокомерное отношение Лейбница к
"некоему ученику" (к Ньютону — СБ.) и его сторонникам, то, с другой — не
может ускользнуть от взгляда негодование, исходящее от английских специалистов
в адрес Лейбница и его кампании. Ну разве вы не почувствовали сколь велико их
возмущение тем, что кто-то позволяет себе великого Ньютона ставить на одну
доску с малоизвестным математиком Оноре Фабри6, отличившимся лишь в некоторых
геометрических изысканиях?!
6 Гоноратус Фабри (или Оноре Фабри, 1607—1688) — французский математик, физик и
богослов. Из сочинений Ф. математике было посвящено только «Synopsis geometrica»
(Lugduni, 1669). Оно находилось в числе книг, которыми пользовался Лейбниц при
изучении математики, в нём автор заменил метод неделимых Кавальери — поступательным
ходом движений.
Кстати говоря, в истории науки часто приходится сталкиваться со случаями
необъективной оценки учёными разных национальностей достижений друг друга. В
особенности этим грешили англичане и французы. Так, английский математик Вал-
лис (Уоллис) безосновательно преувеличивал заслуги своих соотечественников, в
том числе и собственные, при этом преуменьшая или вовсе игнорируя успехи
французских исследователей.
Валлис, например, приписал себе математическую разработку циклоида, когда
на самом деле только продолжил поиск, начатый Блезом Паскалем и Оноре Фабри.
И вот противоположная ситуация. Валлис действительно первым в 1668 году
разрешает проблему удара неупругих тел, но французские историки науки всё равно
отдают приоритет Гюйгенсу, лишь бы отобрать его у не "своего человека". Хотя
все тот же Валлис, в отличие от своих английских коллег, быть может оказался
единственным среди них, кто, участвуя в споре вокруг рождения элементов
математического анализа, отдавал приоритет открытия Лейбницу и отстаивал его
преимущество перед Ньютоном.
Однако нельзя исключать, что этим благородным шагом Валлис хотел спасти
знаменитого соотечественника от другого поражения. Ведь зачатки идеи, за
которую схватились между собой Лейбниц и Ньютон, присутствовали в трудах
древнегреческого мыслителя Архимеда, и оппонентам Ньютона ничего не стоило
обнаружить корни этого научного заимствования. Возможно, что реверанс по
отношению к Лейбницу был всего лишь очередной хитростью Валлиса, как и ловко
подстроенная подножка господину Паскалю.
Следует отметить, что среди огромного количества документов, порождённых
великим противостоянием двух столпов мировой науки, встречается масса
противоречий и наряду с подлинными свидетельствами соседствуют явные фальшивки,
намеренно искажающие многие события и факты. Из этих же документов
складывается весьма неприглядная картина способов ведения научной борьбы крупными
авторитетами, которые, к их обоюдному стыду, не брезговали пользоваться
сомнительными аргументами, шаткими доводами, а порой даже прибегали к открытому
шантажу и блефу, лишь бы добиться превосходства и вырвать свой приоритет
любыми средствами.
Шум, поднятый Лейбницем и Ньютоном за право быть первым в создании
дифференциального исчисления, заставил некоторых историков науки раскопать
материалы не в пользу спорящих сторон. О чём же в этих материалах говорилось?
Оказывается, древние греки, прежде всего Архимед, о чём был осведомлён
предусмотрительный Валлис, действительно вплотную подошли к решению этого вопроса
и уже тогда успешно оперировали дифференциалами и интегралами. Беда их
состояла в одном: не сумев преодолеть устоявшееся на ту пору мнение о
математической строгости и логике как незыблемых канонах, они задержали применение
новых математических методов на два тысячелетия.
Знакомясь, например, сегодня с теоретическими трудами Архимеда в области
математики, можно только удивляться, что в античном мире люди знали многое из
того, что становилось открытиями гораздо позже.
Джон Валлис, точнее — Уоллис (англ. John Wallis, 23 ноября (3 декабря) 1616
— 28 октября (8 ноября) 1703) — английский математик, один из
предшественников математического анализа.
Уже в молодости вызывал восхищение как феноменальный счётчик: как-то в уме
извлёк квадратный корень из 53-значного числа. Однако никакого
математического образования он не получил, занимаясь самостоятельно.
По окончании Кембриджского университета (Эммануэль-колледж, 1632—1640) стал
священником англиканской церкви и получил степень магистра. После женитьбы
(1645) вынужден был покинуть университет, так как от профессоров в те годы
требовался обет безбрачия.
Блестяще Знал языки: латинский, греческий, иврит, в
1647-1648 годах самостоятельно совершенствовался в
математике, изучая труды Декарта и Отреда. Вскоре начал
собственные математические исследования. В период революции
прославился расшифровкой перехваченных писем сторонников короля.
Однако он выступил против казни короля Карла I. Репутация
выдающегося математика, заслуженная Валлисом к тому
времени, привела к тому, что в 164 9 году его пригласили в
Оксфорд занять освободившуюся там (после изгнания нескольких
роялистов) кафедру геометрии, которую Валлис занимал до
кончины в 1703 году. Исполнял также почётные обязанности
хранителя Оксфордского университетского архива.
После реставрации монархии (1660) завоевал доверие нового короля, Карла II,
который назначил его придворным священником. Валлис участвовал в создании
(1660) Лондонского Королевского общества — британской Академии наук — и стал
одним из первых его членов. Прижизненное собрание научных трудов Валлиса
вышло в 1693-1699 годах.
Валлис получил значительные результаты в зарождавшемся тогда математическом
анализе, геометрии, тригонометрии, теории чисел.
В 1655 году Валлис издал большой трактат «Арифметика бесконечного» (лат.
Arithmetica Infinitorum sive Nova Methodus Inquirendi in Curvilineorum
Quadraturam, aliaque Difficiliora Matheseos Problemata), где ввёл придуманный
им символ бесконечности. В книге он сформулировал строгое определение предела
переменной величины, продолжил многие идеи Декарта, впервые ввёл
отрицательные абсциссы, вычислил суммы бесконечных рядов — по существу интегральные
суммы, хотя понятия интеграла тогда ещё не было.
Там же была приведена знаменитая формула Валлиса.
В «Трактате о конических сечениях», приложении к «Арифметике бесконечного»,
Валлис развил «метод неделимых» Кавальери, перенеся его с геометрической базы
на алгебраическую с помощью понятия бесконечно малого. Здесь он также, в
современной терминологии, вычислил ряд определённых интегралов для степенной
функции и близких к ней функций. Начиная с Валлиса, конические сечения
рассматриваются как плоские кривые; при этом Валлис использовал не только
декартовы, но и косоугольные координаты.
В математике Валлис всегда уделял особое внимание практически-
вычислительным аспектам, зачастую пренебрегая строгими доказательствами. Свои
университетские лекции по алгебре он опубликовал в виде монографии «Всеобщая
математика, или полный курс арифметики» (1657). В ней он творчески
переработал достижения алгебры от Виета до Декарта. В 1685 году он опубликовал
значительно дополненный «Трактат по алгебре», который историки расценивают как
алгебраическую энциклопедию своего времени. Трактат содержал, среди прочего,
обстоятельную теорию логарифмов, разложение бинома и приближённые вычисления.
Валлис первый дал современное определение логарифмирования: как операции,
обратной возведению в степень; Непер, изобретатель логарифмов, определил их
кинематически, затушевав их истинную природу. Валлис ввёл термины: мантисса,
интерпретация, непрерывная дробь, интерполяция, вывел рекуррентные
соотношения для подходящих дробей непрерывной дроби.
Труды Валлиса произвели большое впечатление на молодого Ньютона. Не
удивительно, что именно в письмах к Валлису Ньютон впервые открыто сформулировал
принципы своей версии дифференциального исчисления (1692). Валлис опубликовал
эти письма в переиздании своего «Трактате по алгебре» (1693).
В 1693 году Валлис в своей работе воспроизвёл перевод сочинения Насир ад-
Дина ат-Туси о пятом постулате и предложил эквивалентную, но более очевидную
формулировку этой аксиомы: существуют подобные, но не равные фигуры.
Из прочих работ Валлиса замечательны исследования по определению длины дуги
некоторых кривых. Он сумел, на пари с Паскалем, найти длину дуги части
циклоиды, её площадь и положение центра масс сегмента циклоиды. Одновременно с
Гюйгенсом и Реном он решил вопрос об упругом соударении шаров, опираясь на
закон сохранения количества движения. Валлис, кроме того, писал трактаты о
логике, об английской грамматике, о способе обучения глухонемых разговору и
множество сочинений богословского и философского содержания.
Сэр Исаак Ньютон (англ. Sir Isaac Newton, 1643—1727) —
английский физик, математик и астроном, один из создателей
классической физики. Автор фундаментального труда
«Математические начала натуральной философии», в котором он
изложил закон всемирного тяготения и три закона механики,
ставшие основой классической механики. Разработал
дифференциальное и интегральное исчисление, теорию цвета и многие
другие математические и физические теории.
В 1655 году Ньютона отдали учиться в расположенную
неподалёку школу в Грэнтеме, где он жил в доме аптекаря Кларка.
Вскоре мальчик показал незаурядные способности, однако в
1659 году мать Анна вернула его в поместье и попыталась
возложить на 16-летнего сына часть дел по управлению хозяйством. Попытка не
имела успеха — Исаак предпочитал всем другим занятиям чтение книг и
конструирование различных механизмов. В это время к Анне обратился школьный учитель
Ньютона Стоке и начал уговаривать её продолжить обучение необычайно
одарённого сына; к этой просьбе присоединились дядя Уильям и грэнтемский знакомый
Исаака (родственник аптекаря Кларка) Хэмфри Бабингтон, член Кембриджского
Тринити-колледжа. Объединёнными усилиями они, в конце концов, добились
своего. В 1661 году Ньютон успешно окончил школу и отправился продолжать
образование в Кембриджский университет.
В июне 1661 года 18-летний Ньютон приехал в Кембридж. Согласно уставу, ему
устроили экзамен на знание латинского языка, после чего сообщили, что он
принят в Тринити-колледж (Колледж святой Троицы) Кембриджского университета. С
этим учебным заведением связаны более 30 лет жизни Ньютона.
Ньютона зачислили в разряд студентов-«сайзеров» (англ. sizar), с которых не
брали платы за обучение (вероятно, по рекомендации Бабингтона).
Документальных свидетельств и воспоминаний об этом периоде его жизни сохранилось очень
мало. В эти годы окончательно сложился характер Ньютона — научная дотошность,
стремление дойти до сути, нетерпимость к обману, клевете и угнетению,
равнодушие к публичной славе.
В апреле 1664 года Ньютон, сдав экзамены, перешёл в более высокую
студенческую категорию «школяров» (scholars), что дало ему право на стипендию и
продолжение обучения в колледже.
Несмотря на открытия Галилея, естествознание и философию в Кембридже по-
прежнему преподавали по Аристотелю. Однако в сохранившихся тетрадях Ньютона
уже упоминаются Галилей, Коперник, картезианство, Кеплер и атомистическая
теория Гассенди. Судя по этим тетрадям, он продолжал мастерить (в основном,
научные инструменты) , увлечённо занимался оптикой, астрономией, математикой,
фонетикой, теорией музыки. Согласно воспоминаниям соседа по комнате, Ньютон
беззаветно предавался учению, забывая про еду и сон; вероятно, несмотря на
все трудности, это был именно тот образ жизни, которого он сам желал.
В марте этого же года на недавно основанной (1663) кафедре математики кол-
леджа начались лекции нового преподавателя, 34-летнего Исаака Барроу,
крупного математика, будущего друга и учителя Ньютона. Интерес Ньютона к математике
резко возрос. Он сделал первое значительное математическое открытие:
биномиальное разложение для произвольного рационального показателя (включая
отрицательные) , а через неё пришел к своему главному математическому методу —
разложению функции в бесконечный ряд. Наконец, в самом конце года Ньютон стал
бакалавром.
Научной опорой и вдохновителями творчества Ньютона в наибольшей степени
были физики: Галилей, Декарт и Кеплер. Ньютон завершил их труды, объединив в
универсальную систему мира. Меньшее, но существенное влияние оказали другие
математики и физики: Евклид, Ферма, Гюйгенс, Валлис и его непосредственный
учитель Барроу.
8 августа 1665 года занятия в Тринити-колледже были прекращены и персонал
распущен до окончания эпидемии чумы. Ньютон уехал домой в Вулсторп, захватив
с собой основные книги, тетради и инструменты. Существенную часть своих
научных открытий Ньютон сделал в уединении «чумных лет». Из сохранившихся заметок
видно, что 23-летний Ньютон уже свободно владел базовыми методами
дифференциального и интегрального исчислений, включая разложение функций в ряды и то,
что впоследствии было названо формулой Ньютона-Лейбница. Проведя ряд
остроумных оптических экспериментов, он доказал, что белый цвет есть смесь цветов.
Но самым значительным его открытием в эти годы стал закон всемирного
тяготения .
Эти открытия, а также многие из позднейших, были опубликованы на 20-40 лет
позже, чем были сделаны. Ньютон не гнался за славой.
В начале 1667 года эпидемия закончилась, и в апреле Ньютон возвратился в
Кембридж. 1 октября он был избран членом Тринити-колледжа, а в 1668 году стал
магистром. Ему выделили просторную отдельную комнату для жилья, назначили
неплохой оклад и передали группу студентов, с которыми он несколько часов в
неделю добросовестно занимался стандартными учебными предметами. Впрочем, ни
тогда, ни позже Ньютон не прославился как преподаватель, его лекции
посещались плохо.
В 1669 году в Европе стали появляться математические работы, использующие
разложения в бесконечные ряды. Хотя по глубине эти открытия не шли ни в какое
сравнение с ньютоновскими, Барроу настоял на том, чтобы его ученик
зафиксировал свой приоритет в этом вопросе. Ньютон написал краткий, но достаточно
полный конспект этой части своих открытий, который назвал «Анализ с помощью
уравнений с бесконечным числом членов». Барроу переслал этот трактат в
Лондон. Ньютон просил Барроу не раскрывать имя автора работы (но тот всё же
проговорился) . «Анализ» распространился среди специалистов и получил некоторую
известность в Англии и за её пределами.
Одновременно он продолжил эксперименты по оптике и теории цвета. Ньютон
исследовал сферическую и хроматическую аберрации. Чтобы свести их к минимуму,
он построил смешанный телескоп-рефлектор: линза и вогнутое сферическое
зеркало, которое сделал и отполировал сам.
Слухи о новом инструменте быстро дошли до Лондона, и Ньютона пригласили
показать своё изобретение научной общественности. В конце 1671 — начале 1672
года прошла демонстрация рефлектора перед королём, а затем — в Королевском
обществе. Аппарат вызвал всеобщие восторженные отзывы. Вероятно сыграла роль
и практическая важность изобретения: астрономические наблюдения служили для
точного определения времени, что в свою очередь необходимо для навигации на
море. Ньютон стал знаменит и в январе 1672 года был избран членом
Королевского общества. Позднее усовершенствованные рефлекторы стали основными
инструментами астрономов, с их помощью были открыты планета Уран, иные галактики,
красное смещение.
Первое время Ньютон дорожил общением с коллегами из Королевского общества,
где состояли, кроме Барроу, Джеймс Грегори, Джон Валлис, Роберт Гук, Роберт
Бойль, Кристофер Рен и другие известные деятели английской науки. Однако
вскоре начались утомительные конфликты, которых Ньютон очень не любил. В
частности , разгорелась шумная полемика по поводу природы света. Уже в феврале
1672 года Ньютон опубликовал в «Philosophical Transactions* подробное
описание своих классических опытов с призмами и свою теорию цвета. Гук, который
уже опубликовал собственную теорию, заявил, что результаты Ньютона его не
убедили; его поддержал Гюйгенс на том основании, что теория Ньютона
«противоречит общепринятым воззрениям». Ньютон ответил на их критику только через
полгода, но к этому времени число критиков значительно увеличилось. Особенную
активность проявил некто Линус из Льежа, который атаковал Общество письмами с
совершенно абсурдными возражениями против результатов Ньютона.
Лавина некомпетентных нападок вызвала у Ньютона раздражение и депрессию. Он
пожалел, что доверчиво обнародовал свои открытия перед собратьями по науке.
Ньютон попросил секретаря Общества Ольденбурга больше не пересылать ему
критических писем и дал зарок на будущее: не ввязываться в научные споры. В
письмах он жалуется, что поставлен перед выбором: либо не публиковать свои
открытия, либо тратить всё время и все силы на отражение недружелюбной
дилетантской критики. В конце концов он выбрал первый вариант и сделал заявление
о выходе из Королевского общества (8 марта 1673 года). Ольденбург не без
труда уговорил его остаться. Однако научные контакты с Обществом теперь сведены
к минимуму.
В 1673 году математическими открытиями Ньютона заинтересовался Лейбниц,
известный на тот момент как философ и изобретатель. Получив труд Ньютона 1669
года по бесконечным рядам и глубоко его изучив, он далее самостоятельно
начинает развивать свою версию анализа. В 1676 году Ньютон и Лейбниц обменялись
письмами, в которых Ньютон разъяснил ряд своих методов, ответил на вопросы
Лейбница и намекнул на существование ещё более общих методов, пока не
опубликованных (имелось в виду общее дифференциальное и интегральное исчисление).
Секретарь Королевского общества Генри Ольденбург настойчиво просил Ньютона во
славу Англии опубликовать свои математические открытия по анализу, но Ньютон
ответил, что уже пять лет как занимается другой темой и не хочет отвлекаться.
На очередное письмо Лейбница Ньютон не ответил. Первая краткая публикация по
ньютоновскому варианту анализа появилась только в 1693 году, когда вариант
Лейбница уже широко распространился по Европе.
История создания «Математические начала натуральной философии», наряду с
«Началами» Евклида, одного из самых знаменитых в истории науки, началась в
1682 году, когда прохождение кометы Галлея вызвало подъём интереса к небесной
механике. Эдмонд Галлей пытался уговорить Ньютона опубликовать его «общую
теорию движения», о которой уже давно ходили слухи в учёном сообществе.
Ньютон отказался. Он вообще неохотно отвлекался от своих исследований ради
кропотливого дела издания научных трудов.
В августе 1684 года Галлей приехал в Кембридж и рассказал Ньютону, что они
с Реном и Гуком обсуждали, как из формулы закона тяготения вывести
эллиптичность орбиты планет, но не знали, как подступиться к решению. Ньютон сообщил,
что у него уже есть такое доказательство, и в ноябре прислал Галлею готовую
рукопись. Тот сразу оценил значение результата и метода, немедленно снова
навестил Ньютона и на этот раз сумел уговорить его опубликовать свои открытия.
Работа над книгой шла в 1684—1686 годах. По воспоминаниям Хэмфри Ньютона,
родственника учёного и его помощника в эти годы, сначала Ньютон писал
«Начала» в перерывах между алхимическими опытами, которым уделял основное
внимание, затем постепенно увлёкся и с воодушевлением посвятил себя работе над
главной книгой своей жизни.
Как физический, так и математический уровень труда Ньютона совершенно
несопоставимы с работами его предшественников. В нём отсутствует аристотелева или
декартова метафизика, с её туманными рассуждениями и неясно
сформулированными, часто надуманными «первопричинами» природных явлений. Ньютон, например,
не провозглашает, что в природе действует закон тяготения, он строго
доказывает этот факт, исходя из наблюдаемой картины движения планет и их спутников.
Метод Ньютона — создание модели явления, «не измышляя гипотез», а потом уже,
если данных достаточно, поиск его причин. Такой подход, начало которому было
положено Галилеем, означал конец старой физики. Качественное описание природы
уступило место количественному — значительную часть книги занимают расчёты,
чертежи и таблицы.
В своей книге Ньютон ясно определил базовые понятия механики, причём ввёл
несколько новых, включая такие важнейшие физические величины, как масса,
внешняя сила и количество движения. Сформулированы три закона механики.
Приведен строгий вывод из Закона тяготения всех трёх законов Кеплера. Отметим,
что были описаны и неизвестные Кеплеру гиперболические и параболические
орбиты небесных тел. Истинность гелиоцентрической системы Коперника Ньютон прямо
не обсуждает, но подразумевает; он даже оценивает отклонение Солнца от центра
масс Солнечной системы. Другими словами, Солнце в системе Ньютона, в отличие
от кеплеровской, не покоится, а подчиняется общим законам движения. В общую
систему включены и кометы, вид орбит которых вызывал тогда большие
разногласия .
Слабым местом теории тяготения Ньютона, по мнению многих тогдашних учёных,
было отсутствие объяснения природы этой силы. Ньютон изложил только
математический аппарат, оставив открытыми вопросы о причине тяготения и его
материальном носителе. Для научной общественности, воспитанной на философии
Декарта, это был непривычный и вызывающий подход, и лишь триумфальный успех
небесной механики в XVIII веке заставил физиков временно примириться с
ньютоновской теорией. Физические основы тяготения прояснились только спустя более чем
два века, с появлением Общей теории относительности.
Математический аппарат и общую структуру книги Ньютон построил максимально
близкими к тогдашнему стандарту научной строгости — «Началам» Евклида.
Математический анализ он сознательно почти нигде не использовал — применение
новых, непривычных методов поставило бы под угрозу доверие к изложенным
результатам. Эта осторожность, однако, обесценила ньютоновский метод изложения для
следующих поколений читателей. Книга Ньютона была первой работой по новой
физике и одновременно одним из последних серьёзных трудов, использующих старые
методы математического исследования. Все последователи Ньютона уже
использовали созданные им мощные методы математического анализа. Крупнейшими
непосредственными продолжателями дела Ньютона стали Д'Аламбер, Эйлер, Лаплас,
Клеро и Лагранж.
При жизни автора книга выдержала три издания. Слава Ньютона стала
всемирной .
Около 1691 года Ньютон серьёзно заболел (скорее всего, отравился в ходе
химических опытов, хотя имеются и другие версии — переутомление, потрясение
после пожара, повлекшего потерю важных результатов, и возрастные недуги).
Близкие опасались за его рассудок; несколько сохранившихся его писем этого
периода действительно свидетельствуют о душевном расстройстве. Только в конце 1693
года здоровье Ньютона полностью восстановилось.
В 1679 году Ньютон познакомился в Тринити с 18-летним аристократом,
любителем науки и алхимии, Чарльзом Монтегю (1661—1715). Вероятно, Ньютон произвёл
на Монтегю сильнейшее впечатление, потому что в 1696 году, став лордом
Галифаксом, президентом Королевского общества и канцлером Казначейства (то есть
министром финансов Англии), Монтегю предложил королю назначить Ньютона смот-
рителем Монетного двора. Король дал своё согласие, и в 1696 году Ньютон занял
эту должность, покинул Кембридж и переехал в Лондон. С 1699 года он стал
управляющим («мастером») Монетного двора.
Символом научного триумфа Ньютона стали два события 1699 года: началось
преподавание системы мира Ньютона в Кембридже (с 1704 года — и в Оксфорде), а
Парижская академия наук, оплот его оппонентов-картезианцев, избрала его своим
иностранным членом. Всё это время Ньютон ещё числился членом и профессором
Тринити - колледжа, но в декабре 1701 года он официально ушёл в отставку со
всех своих постов в Кембридже.
В 1703 Ньютон был избран президентом Королевского общества и управлял
Обществом до конца жизни — более двадцати лет.
В 1704 году вышла в свет (сначала на английском языке) монография «Оптика»,
определявшая развитие этой науки до начала XIX века. Она содержала приложение
«О квадратуре кривых» — первое и довольно полное изложение ньютоновской
версии математического анализа. Фактически это последний труд Ньютона по
естественным наукам, хотя он прожил ещё более 20 лет.
В 1705 году королева Анна возвела Ньютона в рыцарское достоинство. Отныне
он сэр Исаак Ньютон. Впервые в английской истории звание рыцаря было
присвоено за научные заслуги; в следующий раз это произошло более чем век спустя
(1819, в отношении Гемфри Дэви).
В 1707 году вышел сборник математических работ Ньютона «Универсальная
арифметика» . Приведенные в ней численные методы ознаменовали рождение новой
перспективной дисциплины — численного анализа.
В 1708 году начался открытый приоритетный спор с Лейбницем (см. ниже), в
который были вовлечены даже царствующие особы. Эта распря двух гениев дорого
обошлась науке — английская математическая школа вскоре увяла на целый век, а
европейская — проигнорировала многие выдающиеся идеи Ньютона, переоткрыв их
много позднее. Конфликт не погасила даже смерть Лейбница (1716).
При доработке второго тома Ньютону, в виде исключения, пришлось вернуться к
физике, чтобы объяснить расхождение теории с опытными данными, и он сразу же
совершил крупное открытие — гидродинамическое сжатие струи. Теперь теория
хорошо согласовывалась с экспериментом.
Последние годы жизни Ньютон посвятил написанию «Хронологии древних царств»,
которой занимался около 40 лет, и подготовкой третьего издания «Начал».
Третье издание вышло в 1726 году; в отличие от второго, изменения в нём были
невелики — в основном результаты новых астрономических наблюдений, включая
довольно полный справочник по кометам, наблюдавшимся с XIV века. Среди прочих
была представлена рассчитанная орбита кометы Галлея, новое появление которой
в указанное время (1758 год) наглядно подтвердило теоретические расчёты (к
тому времени уже покойных) Ньютона и Галлея.
Составить психологический портрет Ньютона трудно, так как даже
симпатизирующие ему люди нередко приписывают Ньютону различные качества. Приходится
учитывать и культ Ньютона в Англии, заставлявший авторов воспоминаний
наделять великого учёного всеми мыслимыми добродетелями, и реальные противоречия
в его натуре. Кроме того, к концу жизни в характере Ньютона появились такие
черты, как добродушие, снисходительность и общительность, ранее ему не
свойственные .
Он почти никогда не смеялся и не раздражался, нет упоминаний о его шутках
или иных проявлениях чувства юмора. В денежных расчётах был аккуратен и
бережлив, но не скуп. Никогда не был женат. Обычно находился в состоянии
глубокой внутренней сосредоточенности, из-за чего нередко проявлял рассеянность:
например, однажды, пригласив гостей, он пошёл в кладовую за вином, но тут его
осенила какая-то научная идея, он помчался в кабинет и к гостям уже не вер-
нулся. Был равнодушен к спорту, музыке, искусству, театру, путешествиям, хотя
хорошо умел рисовать. Его помощник вспоминал: «Он не позволял себе никакого
отдыха и передышки... считал потерянным всякий час, не посвященный занятиям
[наукой]... Думаю, его немало печалила необходимость тратить время на еду и
сон.» Со всем сказанным Ньютон сумел соединить житейскую практичность и
здравомыслие, ярко проявившиеся в его успешном управлении Монетным двором и
Королевским обществом.
Воспитанный в пуританских традициях, Ньютон установил для себя ряд жёстких
принципов и самоограничений. И он не склонен был прощать другим то, что не
простил бы себе; в этом корни многих его конфликтов (см. ниже). Тепло
относился к родственникам и многим коллегам, но близких друзей не имел, не искал
общества других людей, держался отстранено. Вместе с тем Ньютон не был
бессердечным и равнодушным к чужой судьбе. Когда после смерти своей сводной
сестры Анны её дети остались без средств к существованию, Ньютон назначил
несовершеннолетним детям пособие, а позже дочь Анны, Кэтрин, взял к себе на
воспитание. Постоянно помогал и другим родственникам. «Будучи экономным и
расчётливым, он вместе с тем очень свободно обращался с деньгами и был всегда
готов помочь другу в нужде, не проявляя при этом навязчивости. Особенно
благороден он по отношению к молодёжи.» Многие известные английские учёные —
Стирлинг, Маклорен, астроном Джеймс Паунд и другие — с глубокой
благодарностью вспоминали помощь, оказанную Ньютоном в начале их научной карьеры.
В истории науки Роберт Гук отмечен не только замечательными открытиями и
изобретениями, но и постоянными приоритетными спорами. Своего первого
покровителя, Роберта Бойля, он обвинил в том, что тот присвоил себе
усовершенствования воздушного насоса, придуманные Гуком. С секретарём Общества Ольденбур-
гом он рассорился, заявив, что с помощью Ольденбурга Гюйгенс украл у Гука
идею часов со спиральной пружиной. Его друг и биограф Ричард Уоллер писал в
предисловии к посмертному сборнику трудов Гука: «Характер его был
меланхоличным, недоверчивым и ревнивым, что с годами становилось всё заметней».
В 1675 году Ньютон прислал Обществу свой трактат с новыми исследованиями и
рассуждениями о природе света. Гук на заседании заявил, что всё, что есть
ценного в трактате, уже имеется в ранее опубликованной книге Гука
«Микрография». В частных беседах он обвинял Ньютона в плагиате: «Я показал, что
господин Ньютон использовал мои гипотезы об импульсах и волнах» (из дневника
Гука) . Гук оспаривал приоритет всех открытий Ньютона в области оптики, кроме
тех, с которыми он был не согласен. Ольденбург тут же известил Ньютона об
этих обвинениях, и тот расценил их как инсинуации. На этот раз конфликт
удалось погасить, и учёные обменялись примирительными письмами (1676). Однако с
этого момента и вплоть до смерти Гука (1703) Ньютон никаких работ по оптике
не публиковал, хотя у него накопился огромный материал, систематизированный
им в классической монографии «Оптика».
Когда Ньютон готовил к публикации свои «Начала», Гук потребовал, чтобы
Ньютон в предисловии оговорил приоритет Гука относительно Закона тяготения.
Ньютон возразил, что Буллиальд, Кристофер Рен и сам Ньютон пришли к той же
формуле независимо и раньше Гука. Разгорелся конфликт, немало отравивший жизнь
обоим учёным.
В дальнейшем отношения Ньютона с Гуком оставались напряжёнными. Например,
когда Ньютон представил Обществу придуманную им новую конструкцию секстанта,
Гук тут же заявил, что изобрёл такой прибор более 30 лет назад (хотя никогда
секстантов не строил). Всё же Ньютон сознавал научную ценность открытий Гука
и в своей «Оптике» несколько раз упомянул своего, уже покойного, оппонента.
Иногда Ньютона обвиняют в уничтожении единственного портрета Гука, некогда
хранившегося в Королевском обществе. В действительности не существует ни еди-
ного свидетельства в пользу такого обвинения.
Джон Флемстид, выдающийся английский астроном, познакомился с Ньютоном в
Кембридже (1670), когда Флемстид был ещё студентом, а Ньютон — магистром.
Однако уже в 1673 году, почти одновременно с Ньютоном, Флемстид тоже стал
Знаменит — он опубликовал великолепные по качеству астрономические таблицы, за
которые король удостоил его личной аудиенции и звания «Королевский астроном».
Более того, король распорядился построить в Гринвиче вблизи Лондона
обсерваторию и передать её в распоряжение Флемстида. Однако деньги на оснащение
обсерватории король посчитал излишними тратами, и почти все доходы Флемстида
уходили на постройку инструментов и хозяйственные нужды обсерватории.
Поначалу отношения Ньютона и Флемстида были добросердечными. Ньютон готовил
второе издание «Начал» и крайне нуждался в точных наблюдениях Луны для
построения и (как он надеялся) подтверждения своей теории её движения; в первом
издании теория движения Луны и комет была неудовлетворительна. Это было важно
и для утверждения ньютоновской теории тяготения, подвергавшейся на континенте
резкой критике картезианцев. Флемстид охотно передавал ему запрошенные
данные, и в 1694 году Ньютон с гордостью известил Флемстида, что сравнение
расчётных и опытных данных показало их практическое совпадение. В некоторых
письмах Флемстид настоятельно просил Ньютона в случае использования
наблюдений оговорить его, Флемстида, приоритет; это в первую очередь относилось к
Галлею, которого Флемстид не любил и подозревал в научной нечестности, но
могло означать и недоверие к самому Ньютону. В письмах Флемстида начинает
сквозить обида.
Начало открытому конфликту положило письмо Флемстида, в котором он с
извинениями сообщал, что обнаружил в части предоставленных Ньютону данных ряд
систематических ошибок. Это ставило под угрозу ньютоновскую теорию Луны и
вынуждало переделать расчёты, причём доверие к остальным данным также было
поколеблено. Ньютон, который терпеть не мог недобросовестности, был крайне
раздражён и даже заподозрил, что ошибки был внесены Флемстидом сознательно.
В 1704 году Ньютон посетил Флемстида, который к этому времени получил
новые, чрезвычайно точные данные наблюдений, и просил его передать эти данные;
взамен Ньютон обещал помочь Флемстиду в издании его основного труда —
Большого звёздного каталога. Флемстид, однако, стал тянуть время по двум причинам:
каталог был ещё не вполне готов, а Ньютону он больше не доверял и боялся
кражи своих бесценных наблюдений. Предоставленных ему для завершения труда
опытных вычислителей Флемстид использовал для расчёта положений звёзд, в то время
как Ньютона интересовали в первую очередь Луна, планеты и кометы. Наконец, в
1706 году печать книги началась, но Флемстид, страдавший от мучительной
подагры и становившийся всё более подозрительным, потребовал, чтобы Ньютон не
вскрывал запечатанный типографский экземпляр до окончания печати; Ньютон,
которому данные были срочно нужны, пренебрёг этим запретом и выписал нужные
величины . Напряжение росло. Флемстид устроил Ньютону скандал За попытку лично
внести мелкие корректуры ошибок. Печать книги шла крайне медленно.
Из-за финансовых трудностей Флемстид не уплатил членский взнос и был
исключён из Королевского общества; новый удар нанесла королева, которая, видимо,
по ходатайству Ньютона, передала Обществу контрольные функции над
обсерваторией. Ньютон предъявил Флемстиду ультиматум насчет завершения каталога звезд.
Ньютон также пригрозил, что дальнейшие задержки будут рассматриваться как
неподчинение приказу Её Величества. В марте 1710 года Флемстид, после горячих
жалоб на несправедливость и козни врагов, всё же передал завершающие листы
своего каталога, и в начале 1712 года первый том, под названием «Небесная
история», вышел в свет. В нём были все данные, нужные Ньютону, и год спустя
переработанное издание «Начал», с гораздо более точной теорией Луны, также не
Замедлило появиться. Злопамятный Ньютон не включил в издание благодарности
Флемстиду и вычеркнул все упоминания о нём, присутствовавшие в первом
издании. В ответ Флемстид сжёг все не распроданные 300 экземпляров каталога в
своём камине и стал готовить второе его издание, уже по собственному вкусу. В
1719 году он скончался, но усилиями жены и друзей это замечательное издание,
гордость английской астрономии, было опубликовано в 1725 году.
Преемником Флемстида в королевской обсерватории стал Галлей, который также
немедленно засекретил все результаты наблюдений во избежание кражи данных
соперниками. До конфликта с Галлеем дело не дошло, однако на заседаниях
Общества Ньютон неоднократно отчитывал Галлея за нежелание поделиться нужными
Ньютону данными.
Из сохранившихся документов историки науки выяснили, что дифференциальное и
интегральное исчисление Ньютон открыл ещё в 1665-1666 годы, однако не
публиковал его до 1704 года. Лейбниц разработал свой вариант анализа независимо (с
1675 года), хотя первоначальный толчок, вероятно, его мысль получила из
слухов о том, что такое исчисление у Ньютона уже имеется, а также благодаря
научным беседам в Англии и переписке с Ньютоном. В отличие от Ньютона, Лейбниц
сразу опубликовал свою версию, и в дальнейшем, вместе с Якобом и Иоганном
Бернулли, широко пропагандировал это эпохальное открытие по всей Европе.
Большинство учёных на континенте не сомневались, что анализ открыл Лейбниц.
В 1693 году, когда Ньютон наконец опубликовал первое краткое изложение
своей версии анализа, он обменялся с Лейбницем дружескими письмами.
После появления первой подробной публикации ньютонова анализа
(математическое приложение к «Оптике», 1704) в журнале Лейбница «Acta eruditorum»
появилась анонимная рецензия с оскорбительными намёками в адрес Ньютона. Рецензия
ясно указывала, что автором нового исчисления является Лейбниц. Сам Лейбниц
решительно отрицал, что рецензия составлена им, но историки сумели найти
черновик, написанный его почерком. Ньютон проигнорировал статью Лейбница, но его
ученики возмущённо ответили, после чего разгорелась общеевропейская
приоритетная война, «наиболее постыдная склока во всей истории математики».
31 января 1713 года Королевское общество получило письмо от Лейбница,
содержащее примирительную формулировку: он согласен, что Ньютон пришёл к
анализу самостоятельно, «на общих принципах, подобных нашим». Рассерженный Ньютон
потребовал создать международную комиссию для прояснения приоритета. Комиссии
не понадобилось много времени: спустя полтора месяца, изучив переписку
Ньютона с Ольденбургом и другие документы, она единогласно признала приоритет
Ньютона , причём в формулировке, на этот раз оскорбительной в отношении Лейбница.
Решение комиссии было напечатано в трудах Общества с приложением всех
подтверждающих документов. В ответ с лета 1713 года Европу наводнили анонимные
брошюры, которые отстаивали приоритет Лейбница и утверждали, что «Ньютон
присваивает себе честь, принадлежащую другому». Брошюры также обвиняли Ньютона в
краже результатов Гука и Флемстида. Друзья Ньютона, со своей стороны,
обвинили в плагиате самого Лейбница; по их версии, во время пребывания в Лондоне
(1676) Лейбниц в Королевском обществе ознакомился с неопубликованными
работами и письмами Ньютона, после чего изложенные там идеи Лейбниц опубликовал и
выдал за свои.
Война не ослабевала до декабря 1716 года, когда аббат Конти сообщил
Ньютону : «Лейбниц умер — диспут окончен».
Готфрид Вильгельм Лейбниц (нем. Gottfried Wilhelm Leibniz 1646—1716) —
немецкий философ, логик, математик, физик, юрист, историк, дипломат,
изобретатель и языковед.
Важнейшие научные достижения:
» Лейбниц, независимо от Ньютона, создал математический анализ —
дифференциальное и интегральное исчисление, основанные на бесконечно малых.
» Лейбниц создал комбинаторику как науку; только он во всей истории
математики одинаково свободно работал как с непрерывным, так и с дискретным.
» Он заложил основы математической логики.
» Первым ввёл понятие «живой силы» (кинетической энергии) и сформулировал
закон сохранения энергии.
» Обосновал необходимость регулярно измерять у больных температуру тела.
» Задолго до Зигмунда Фрейда привёл доказательства существования
подсознания человека, выдвинул в психологии понятие бессознательно «малых
перцепций» и развил учение о бессознательной психической жизни.
Когда мальчику было 8 лет, его отец умер, оставив
после себя большую личную библиотеку. Свободный доступ к
книгам и врождённый талант позволили молодому Лейбницу
уже к 12 годам самостоятельно изучить латынь и взяться
за изучение греческого языка.
Учился в лейпцигской школе Святого Фомы, в 15-летнем
возрасте (1661) Готфрид сам поступил в тот же Лейпциг-
ский университет, где когда-то работал его отец. В свою
бытность студентом он познакомился с работами Кеплера,
Галилея и других учёных. Спустя 2 года переходит в Йен-
ский университет, где изучает математику. Затем
возвращается в Лейпциг изучать право, но получить докторскую
степень там не удалось. Расстроенный отказом, Лейбниц
отправился в Альтдорфский университет в Альтдорф-
Нюрнберге, где успешно защищает диссертацию на соискание степени доктора
права . Диссертация была посвящена разбору вопроса о запутанных юридических
случаях. Защита состоялась 5 ноября 1666 года; эрудиция, ясность изложения и
ораторский талант Лейбница вызывают всеобщее восхищение.
В этом же году он написал первое из своих многочисленных сочинений «О
комбинаторном искусстве». Опередив время на два века, 20-летний Лейбниц задумал
проект математизации логики. Будущую теорию (которую он так и не завершил) он
называет «всеобщая характеристика». Она включала все логические операции,
свойства которых он ясно представлял.
Закончив обучение, он устраивается советником курфюрста Майнцского по
юридическим и торговым делам (1670). Работа требовала постоянных разъездов по
всей Европе; в ходе этих путешествий он подружился с Гюйгенсом, который
согласился обучать его математике. Служба, однако, продолжалась недолго, в
начале 1672 года Лейбниц с важной дипломатической миссией покинул Майнц, а
спустя год курфюрст умер.
В это время Лейбниц изобретает собственную конструкцию арифмометра, гораздо
лучше паскалевской — он умел выполнять умножение, деление, извлечение корней
и возведение в степень. Предложенные им ступенчатый валик и подвижная каретка
легли в основу всех последующих арифмометров.
1673: Лейбниц в Лондоне, где на заседании Королевского общества
демонстрирует свой арифмометр и избирается членом Общества. От секретаря Общества Оль-
денбурга он получает изложение ньютоновских открытий: анализ бесконечно малых
и теория бесконечных рядов. Сразу оценив мощь метода, он сам начинает его
развивать. В частности, он вывел первый ряд для числа я .
1675: Лейбниц завершает свой вариант математического анализа, тщательно
продумывает его символику и терминологию, отражающую существо дела. Почти все
его нововведения укоренились в науке и только термин «интеграл» ввёл Якоб
Бернулли (1690), сам Лейбниц вначале называл его просто суммой.
По мере развития анализа выяснилось, что символика Лейбница, в отличие от
ньютоновской, отлично подходит для обозначения многократного
дифференцирования , частных производных и т. д. На пользу школе Лейбница шла и его
открытость , массовая популяризация новых идей, что Ньютон делал крайне неохотно.
1676: вскоре после смерти курфюрста Майнцского Лейбниц переходит на службу
к герцогу Эрнесту-Августу Брауншвейг-Люнебургскому (Ганновер). Он
одновременно советник, историк, библиотекарь и дипломат; этот пост он не оставил до
конца жизни. По поручению герцога составляет историю рода Гвельфов-
Брауншвейгов; за 40 лет трудов Лейбниц успел довести её до 1005 года.
Лейбниц продолжает математические исследования, открывает «основную теорему
анализа», обменивается с Ньютоном несколькими любезными письмами, в которых
просил разъяснить неясные места в теории рядов. Уже в 1676 году Лейбниц в
письмах излагает основы математического анализа. Объём его переписки
колоссален .
1682: основал научный журнал Acta Eruditorum, сыгравший значительную роль в
распространении научных знаний в Европе. Привлекает к исследованиям братьев
Бернулли, Якоба и Иоганна.
1698: умирает герцог Брауншвейгский. Его наследником стал Георг-Людвиг,
будущий король Великобритании. Он оставляет Лейбница на службе, но относится к
нему пренебрежительно.
1700: Лейбниц основывает Берлинскую Академию наук и становится её первым
президентом. Избирается иностранным членом Французской Академии наук.
1697 год: во время путешествия Петра I по Европе, русский царь познакомился
с Лейбницем. Это была случайная встреча в ганноверском замке Коппенбрюк. Во
время торжеств в 1711 году, посвященных свадьбе наследника престола Алексея
Петровича с представительницей правящего ганноверского дома, принцессой Бра-
уншвейгской Софией Христиной, состоялась их вторая встреча. На этот раз
встреча имела заметное влияние на императора. В следующем году Лейбниц имел
более продолжительные встречи с Петром, и, по его просьбе, сопровождал его в
Теплиц и Дрезден. Это свидание было весьма важным и привело в дальнейшем к
одобрению Петром создания Академии наук в Петербурге, что послужило началом
развития научных исследований в России по западноевропейскому образцу. От
Петра Лейбниц получил титул тайного юстиции советника и пенсию в 2000
гульденов . Лейбниц предложил проект научных исследований в России, связанных с её
уникальным географическим положением, таких как изучение магнитного поля
Земли, отыскание пути из Арктики в Тихий океан. Также Лейбниц предложил проект
движения за объединение церквей, которое должно было быть создано под эгидой
русского императора.
1708: вспыхнул печально известный спор с Ньютоном о научном приоритете.
Известно, что Лейбниц и Ньютон работали над дифференциальным исчислением
параллельно и что в Лондоне Лейбниц ознакомился с некоторыми неопубликованными
работами и письмами Ньютона. Известно также, что Ньютон создал свою версию
математического анализа («метода флюксий») не позднее 1665 года, хотя и
опубликовал свои результаты лишь много лет спустя. Лейбниц же первым опубликовал
исчисление бесконечно малых и разработал символику, которая оказалась
настолько удобной, что её используют и на сегодняшний день.
1716: смерть Готфрида Вильгельма Лейбница. Никто из свиты ганноверского
герцога не проводил Лейбница в последний путь, за гробом шёл только его
личный секретарь. Берлинская академия наук, основателем и первым президентом
которой он был, не обратила внимания на его смерть, однако год спустя Б. Фонте-
нель произнес известную речь в его память перед членами Парижской академии.
Позднейшие поколения английских философов и математиков воздали должное
достижениям Лейбница, компенсировав тем самым сознательное пренебрежение его
кончиной Королевским обществом.
Лейбниц стал первым гражданским лицом Германии, которому был воздвигнут
памятник .
Отличительной чертой Лейбница с самых ранних лет была его ничем неприкрытая
гениальность, которая, тем не менее, явно не вписывалась в традиционные
образовательные схемы. Трудные книги казались ему лёгкими, а лёгкие — трудными;
если глубина изучаемого материала была недостаточна, то мысль Лейбница
работала вхолостую, приводя к неэффективной растрате интеллекта. Вспоминая о
школе, Готфрид Вильгельм Лейбниц писал главным образом о том, чему научился не в
ней, а за её стенами.
По мнению Бертрана Рассела, Лейбниц «был одним из выдающихся умов всех
времён , но человеком он был неприятным». Рассел также писал, что «Лейбниц —
скучный автор, и его влияние на немецкую философию сделало её педантичной и
сухой». Однако по характеристике Л.А. Петрушенко Лейбниц производил в общем
приятное впечатление, будучи по натуре миролюбивым, гуманным, мягким,
великодушным, демократичным и доброжелательным человеком; обо всех людях он говорил
только доброе и даже щадил своих врагов.
По мнению многих биографов, Лейбниц был скуп, хотя сам он отрицал в себе
корыстолюбие. Однако когда какая-нибудь фрейлина ганноверского двора выходила
замуж, Лейбниц обычно преподносил ей то, что сам называл «свадебным
подарком», состоящим из полезных правил и заканчивающихся советом не отказываться
от умывания теперь, когда она заполучила мужа7.
*************************
СТРАСТИ ПО РОБЕРТУ ГУКУ
"Наука подобна красивой, сварливой
женщине. Если хочешь общаться с ней, то
надо беспрестанно ссориться"
Исаак Ньютон
Исаак Ньютон более всех из плеяды великих личностей агрессивно относился к
своим научным противникам. Сколько горьких минут и треволнений, переступая
элементарные этические нормы, доставил он Лейбницу! А какими жаркими
баталиями сопровождались споры по кардинальным научным вопросам между Ньютоном и
такими талантливыми учёными, как Роберт Гук и Джон Флэмстид? Он настолько им
досадил, что эти светила, в свою очередь, подхватив бациллу ньютоновой
неприязни, столь же пошло и бурно начали выяснять отношения с Ольденбургом и Э.
Галлеем.
С неприкрытой ненавистью каждый обвинял другого в воровстве, обмане и
невежестве . Каждый поносил соперника как мог. В беспрецедентной схватке пришли в
яростное столкновение величайшие идеи, оригинальные взгляды и неблаговидные
устремления. Спрашивается, не слишком ли много насыщенных отрицательной
энергетикой эпизодов вместил в себя столь короткий исторический период? Почему
вдруг солидные, вроде бы и умнейшие люди того времени, как с цепи сорвавшись,
стали уличать, оскорблять, осыпать грязными ругательствами и даже колотить
один другого, до чего однажды докатились Ньютон и Флэмстид? Чем было вызвано
Пожалуй, это требует более обширного пояснения, которое мы дадим в подвале этой
публикации.
такое ужесточение во нравах и взглядах?
По-видимому, тем, что XVII век, характеризующийся небывалым расцветом
науки, пришедшим на смену длительному средневековому застою, был насыщен мощными
потрясениями: что ни год-два, так крупное научное открытие! Это век Галилея,
Кеплера, Гильберта, Декарта, Герике, Торричелли, Бойля, Гука, Гюйгенса,
Ньютона , Лейбница... Шеренга великих имён, великих свершений. Не успевал один
сделать открытие, как другой тут же его повторял, либо не подозревая о
завершённой кем-то аналогичной работе, либо ловко пользуясь утечкой информации и
багажом чужих досконально проанализированных идей.
Как же тут было не запутаться в приоритетах, тем более что система
авторских прав не была ещё как следует отработана, а система информационного
обмена вообще выглядела крайне слабой и несовершенной. Вот и приходилось кому как
бог на душу положит защищать права. Одна гора брала приступом другую. Велико-
масштабные распри то и дело потрясали мир. Вполне понятно, что в подобной
борьбе разумов отдать предпочтение какой-то одной стороне и при этом не
ошибиться , почти никому не удавалось. Нам же через столетия правильно расставить
в ней акценты ещё труднее.
Но всё-таки, исходя из того, что "большое видится на расстоянии",
попробуем, придерживаясь логики установленных фактов и сохранившихся документов,
остановиться, оглянуться и понять, кому же действительно принадлежало первое
слово в той или иной области познания, кто действительно был "на высоте", а
кто выглядел отнюдь не лучшим образом. С этой целью предпримем для начала
небольшое путешествие в 1675 год и поприсутствуем на заседании только что
основанного Лондонского Королевского общества, где обсуждалась работа
тридцатидвухлетнего кембриджца Исаака Ньютона "Теория света и цветов"...
Итак, заранее уверенный в успехе молодой учёный подробно излагает её суть.
Выдвинутые положения он подтверждает результатами блестящей серии
экспериментов . Опыты со стеклянными призмами поражают собравшихся неожиданностью и
новизной . Ему уже готовы рукоплескать, как вдруг поднимается приглашённый на
заседание в качестве рецензента известный специалист в оптике Роберт Гук и
всё переворачивает вверх тормашками.
Он, не скрывая сарказма, во всеуслышание заявляет, что точность
экспериментов не вызывает у него никаких сомнений, потому что до Ньютона... он проводил
их сам, о чём, к счастью, успел сообщить в своём научном труде "Микрография".
Внимательно ознакомившись с содержанием этой работы, нетрудно заметить, что
там представлены те же самые данные только с иными выводами, в чём Гук готов
прямо на месте убедить собравшихся, зачитав из неё кое-какие выдержки.
Странно, что вышедшая десять лет тому назад она непостижимым образом ускользнула
от внимания увлёкшегося оптикой Ньютона. Ну, да бес с ним, этим плагиатом.
Главное, что позаимствованным без спроса материалом Ньютон весьма неумело
воспользовался, из-за чего пришёл к ошибочному заключению о корпускулярной
природе света. Другое заключение Ньютона относительно наличия в белом
световом луче семи цветовых составляющих и объяснение невосприимчивости глазом
этого явления из-за их непроявленности вообще не лезет ни в какие ворота.
"Принимая этот вывод За истину, — съязвил возмущённый Гук, — можно с большим
успехом заявить, что музыкальные звуки скрыты в воздухе до их звучания".
Сам Гук придерживался абсолютно иной концепции во взгляде на природу света.
Он был убеждён, что свет следует рассматривать в виде поперечных волн, а его
полосовая окраска может быть объяснена только отражением преломлённого луча
от поверхности стеклянной призмы.
Представьте, как разъярился на своего рецензента Ньютон! В ответном слове
он резко осудил Гука за непозволительный для учёного подобного ранга тон, а
обвинение в плагиате назвал гнусной клеветой, продиктованной завистью к его
особе и научным достижениям.
Гук, конечно, этой дерзости Ньютону не простил и, спустя время, разразился
рядом гневных обличительных писем, на которые Ньютон не преминул откликнуться
в том же духе. Все эти письма сохранились и были опубликованы. Читая их,
просто краснеешь от стыда за этих деятелей науки. До такой распущенности,
пожалуй , больше в её истории никто никогда не доходил. Видимо, оба великих учёных
считали, что мысль звучит убедительнее, когда она сопровождается крепким
словцом.
Самое любопытное, что, вылив на головы друг друга словесные помои, но так
ничего и не доказав один другому, соперники помирились. Так, во всяком
случае, показалось из-за внезапно заглохшей ядовитой переписки. Именно что
показалось ! Через одиннадцать лет затишья с выходом в свет работы Ньютона
"Математические начала натуральной философии" вражда возобновилась с новой
силой. Первым открыл огонь Гук, который с пеной у рта стал настаивать на том,
что сформулированный в этом труде Ньютоном закон всемирного тяготения на
самом деле выведен им. У всех на глазах стал раскручиваться очередной виток
взаимных претензий и угроз.
Обычно идейные схватки не обходятся без компромиссов. Эта же "встреча на
ринге" имела бесчисленное количество раундов. Не идя даже на мало-мальские
взаимные уступки, и Гук, и Ньютон бились, что называется, до победного конца,
пока кто-то из них, измотанный мощными и весьма чувствительными ударами
противника, не оказывался "в нокауте".
Путая борьбу идей со сведением счётов, оба настойчиво не желали понимать,
что если первое приносит здоровые плоды, то второе — только гнилые. И опаснее
всего, когда в сведении таких счётов, выдаваемых за научную дискуссию,
преобладает стремление непременно выбить противнику "зуб мудрости". Они же только
этим и были озабочены.
Понятно, что наглая выходка Гука вызвала в учёном сообществе настоящий шок.
На что же он опирался, отрицая безусловное право Ньютона на одно из
фундаментальных открытий в физической науке? Оказывается, опять на свою работу,
датированную 1674 годом. Но самое удивительное, что Гук действительно
предвосхитил в ней этот закон! Придя к умозаключению о том, что "все небесные тела
имеют притяжение, или силу тяготения, к своему центру", он сделал вывод, что
"все тела, однажды приведённые в прямолинейное и равномерное движение,
продолжают это движение по прямой линии до тех пор, пока какие-либо другие силы
не отклонят и не обратят это движение в движение по кругу, эллипсу или другой
более сложной кривой линии".
Остановившись на этом, Гук по обыкновению махнул на проблему рукой и вглубь
её не пошёл, занявшись другими научными вопросами. А ведь подкрепи он тогда
свои мысли точными математическими расчётами, вполне вероятно, что закон
всемирного тяготения стал бы известен науке гораздо раньше и под его именем.
Почему же Гук прохлопал гениальное открытие? Может он не вполне себе
представлял, к чему дальнейшая работа может привести? Ещё как представлял!
Согласно его же собственным словам, "тот, кто разрешит эти проблемы, найдёт
определяющую причину величайших движений, которые имеются во Вселенной". Так
что Гука подвела не его недальновидность, а свойственные его натуре
разбросанность и неспособность многое из начатого доводить до конца. Башка то у
него была лобастая и крепкая, и потому он не боялся разбивать её всякий раз о
новые ворота эпохальных научных проблем. Только вот ни разу не догадался
приподнять запоры.
Он сам по своей вине упустил предоставленный ему талантом и судьбой шанс
стать первооткрывателем одного из фундаментальных законов природы и подняться
на пьедестал почёта, по праву занятый Ньютоном. Отсюда его выходка и была
воспринята как величайшая беспардонность по отношению к умеющему предельно
чётко организовать свой труд научному противнику.
В Гуке на сей раз и вправду заговорила чёрная зависть. Ведь по счету это
был уже четвёртый случай, когда из его рук ускользало грандиозное научное
открытие . На заседании Лондонского Королевского общества он был абсолютно прав,
споря с Ньютоном и настаивая на том, что свет состоит из поперечных волн. Но
волновую теорию света Гук проморгал, как и закон всемирного тяготения. Да не
только её. Докопавшись до причин механизма распространения света, он безо
всякой борьбы оставил последнее слово За голландцем Христианом Гюйгенсом. Как
"принцип Гюйгенса" это открытие и вошло в учебные пособия по физике. С той же
беспечностью Гук "подарил" своему коллеге по этому обществу Эдмунту Галлею
идею о периодичности некоторых планет, наподобие кометы Галлея.
Не достало ему духа и для создания клеточной теории строения организмов,
хотя он и представил на суд учёных в 1663 году неопровержимые
экспериментальные подтверждения своей прозорливой идеи. Изучая под микроскопом собственного
изобретения срезы различных растений (Гук, кстати, был первым, кто
использовал микроскоп в качестве точного прибора для исследовательской работы), он,
например, в одном кубическом дюйме пробковой ткани обнаружил и с
педантичностью насчитал 127 миллионов 720 тысяч индивидуальных клеток. Какой же
настойчивостью и редким терпением надо было обладать, чтобы сутки напролёт, позабыв
о еде и сне, просиживать за лабораторным столом, вычисляя какие-то
неизвестные науке мельчайшие тельца, одинаково присущие каждому растительному
организму!
Характерно, что, сделав из этих наблюдений важнейшее заключение о том, что
все живое на земле состоит из таких первозданных строительных "кирпичиков",
Гук опять остался в тени другого большого учёного. Почти через два столетия к
таким же выводам пришёл немецкий биолог Теодор Шванн, который и сформулировал
клеточную теорию, признанную человечеством одним из выдающихся достижений в
естествознании XIX века. Вот как обидел себя напоследок Роберт Гук! Но
почему?
Почему этот великий неудачник, генерирующий столько ценных идей, вечно
оставался "с носом" и позволял так легко обходить себя в самых дерзких
начинаниях? Почему он вспоминал о них и начинал крушить кулаками воздух, сожалея об
утраченных авторских правах, только задним числом? Почему, наконец, честь
самых гениальных открытий он неизменно делил с менее прозорливыми соратниками и
противниками, в числе которых нередко оказывался и Ньютон? Скорее всего,
здесь сыграли роль определённые психологические комплексы и страстность его
разносторонней натуры, проявляющейся в стремлении охватить мыслью абсолютно
все. Трудяга Гук не учёл одного, что самые тяжёлые последствия на
производстве возникают при нарушении нами самых примитивных правил техники
безопасности. Он пренебрегал элементарной предосторожностью, разбрасываясь своими
идеями направо и налево, и потому был вечно травмирован.
Слишком широкий диапазон его научных интересов в итоге обернулся против
него самого. В результате этот перспективнейший физик, биолог и математик вошёл
в историю как создатель часового крючкодержателя, дождемера, ватерпаса,
рефлекторного телескопа и прочих нужных вещей, но отнюдь не самых важных. Что же
до фундаментальных открытий, то его авторство ограничилось всего одним
законом физики, гласящим, что деформация упругости тела прямо пропорциональна
приложенной к нему силе. Этот основной закон в теории упругости тел нам и
известен как закон Гука. Досадно, что Гук, который был на голову выше своих
современников , так мало достиг. Но ничего не поделаешь.
Вернёмся, однако, к разговору о характерных для этого века научных
разногласиях, приобретавших в борьбе за приоритет чуть ли не масштабы "космических
войн", и коснёмся имён, вообще непростительно забытых историей науки. Самой
яркой звездой здесь окажется пионер "небесной механики" Иоганн Кеплер. Теперь
можно с уверенностью сказать, что, не родись в это время на земле Кеплер, не
была бы рождена и теория всемирного тяготения, за обладание которой позорно
сцепились Ньютон и Гук. Ещё в 1609 году Кеплер утверждал, что планеты взаимно
притягиваются друг другом, чем обусловливаются особенности их движения и
связь с явлениями природы. Так, по Кеплеру, планеты под воздействием Солнца
двигаются не по круговой траектории, а по эллипсам, а из-за притяжения Луны к
Земле в океанах и морях, например, попеременно происходят приливы и отливы.
Никто не спорит, что Ньютон, использовав эти открытые Кеплером
закономерности, "прыгнул" выше, но не была ли историками науки допущена этическая
ошибка, когда закон всемирного тяготения назвали только "законом Ньютона",
начисто забыв о "носителе идеи" — Кеплере?
А Флэмстид? Почему неоправданно забыли его? Разве вознёсся бы Ньютон на
такую небывалую высоту, если бы у него в качестве подспорья не оказались под
рукой астрономические таблицы, так кстати составленные добросовестным
коллегой по Лондонскому Королевскому обществу Джоном Флэмстидом? Характерно, что
этими таблицами Ньютон воспользовался без спроса, впрочем, как и другими его
работами.
Болезненный Флэмстид8, добившийся редкой чести стать первым в истории
Англии королевским астрономом, на основе собственных и очень точных наблюдений
за вращением Луны вокруг Земли создал, например, немаловажную для науки
теорию движения загадочного земного спутника — Луны. Именно его "лунная" теория
дала возможность Ньютону на основе закона тяготения прийти к общей теории
движения планет. Кроме того, Ньютон использовал в своих трудах флэмстидовы
расчёты по определению их угловых диаметров. Это было ещё в 1673 году, когда
он приступил к своим "Началам...", которые увидели свет через четырнадцать
лет. Имя Флэмстида в этом труде также не фигурировало.
Естественно, что обкраденный, а затем и оболганный Ньютоном Флэмстид был
весьма раздосадован этими обстоятельствами. Разлегшись под яблонями,
высаженными в райском саду руками Флэмстида, тот не додумался угостить его даже
одним яблочком. И это притом, что касающаяся движения планет теория Ньютона
была оценена наряду с законом о тяготении как революционный переворот в науке!
Смертельная обида, которую Флэмстид никак не мог простить Ньютону, заставила
его однажды изречь: "Это я добыл руду, из чего сэр Исаак выделил драгоценный
металл".
Что и говорить, выпущенная стрела угодила прямо в "десятку". Правда,
находчивый Ньютон тут же направил её обратно со словами: "Я не только разработал
добытую руду, но и изготовил золотое изделие". На это беспардонное остроумие
Флэмстиду следовало бы ответить "К сожалению, не всё то золото, что блестит".
Ведь каждая золотая монета имеет и оборотную сторону. К тому же она бывает
ещё и низкой пробы.
Роберт Гук (англ. Robert Hooke; 1635—1703) — английский естествоиспытатель,
учёный-энциклопедист. Гука можно смело назвать одним из отцов физики, в
особенности экспериментальной, но и во многих других науках ему принадлежат
зачастую одни из первых основополагающих работ и множество открытий. Как
выглядел Роберт Гук, неизвестно (ниже дана современная реконструкция).
Джон Флемстид (англ. John Flamsteed; 1646—1719), первый Королевский астроном,
первый директор Гринвичской обсерватории (с 1675). Основные труды — таблицы движения
Луны (1673), каталог положений около 3 тысяч звёзд (1712—1725) и звёздный атлас
(опубликован в 1729). Выполнил большое число наблюдений Луны, которые были
использованы И. Ньютоном, при обосновании закона всемирного тяготения. Через десять лет
после его смерти был опубликован составленный им атлас звёздного неба Atlas Coelestis.
Отец Гука, пастор, подготавливал его первоначально к
духовной деятельности, но ввиду слабого здоровья
мальчика и проявляемой им способности к занятию механикой
предназначил его к изучению часового мастерства.
Впоследствии, однако, молодой Гук получил интерес к
научным занятиям и вследствие этого был отправлен в
Вестминстерскую школу, где успешно изучал языки латинский,
древнегреческий, еврейский, но в особенности
интересовался математикой и выказал большую способность к
изобретениям по физике и механике. Способность его к
занятиям физикой и химией была признана и оценена учёными
Оксфордского университета, в котором он стал заниматься
с 1653 года; он сначала стал помощником химика Виллиса,
а потом известного Роберта Бойля.
• С 1662 был куратором экспериментов при Лондонском Королевском обществе
(с момента его создания).
• В 1663 Королевское общество, признав полезность и важность его открытий,
сделало его своим членом.
• В 1677—1683 был секретарём этого общества.
• С 1664 — профессор Лондонского университета (профессор геометрии в
Gresham College).
• В 1665 публикует «Микрографию», где описаны его микроскопические и
телескопические наблюдения, содержащую публикацию существенных открытий в
биологии.
• С 1667 Гук читает «Кутлеровские (Cutlerian or Cutler) лекции» по
механике .
В течение своей 68-летней жизни Роберт Гук, несмотря на слабость здоровья,
был неутомим в занятиях, сделал много научных открытий, изобретений и
усовершенствований .
Более 300 лет назад он открыл клетку, женскую яйцеклетку и мужские
сперматозоиды.
К числу открытий Гука принадлежат:
• открытие пропорциональности между упругими растяжениями, сжатиями и
изгибами, и производящими их напряжениями (закон Гука),
• правильная формулировка закона всемирного тяготения (приоритет Гука
спаривался Ньютоном, но, по-видимому, не в части формулировки; кроме того,
Ньютон утверждал о независимом и более раннем открытии этой формулы,
которую, однако, до открытия Гуком никому не сообщал),
• открытие цветов тонких пластинок (то есть, в конечном итоге, явления
интерференции света),
• идея о волнообразном распространении света (более или менее одновременно
с Гюйгенсом), экспериментальное обоснование её открытой Гуком
интерференцией света, волновая теория света,
• гипотеза о поперечном характере световых волн,
• открытия в акустике, например, демонстрация того, что высота звука
определяется частотой колебаний,
• теоретическое положение о сущности теплоты как движения частиц тела,
• открытие постоянства температуры таяния льда и кипения воды,
• закон Бойля (каков здесь вклад Гука, Бойля и его ученика Ричарда Таунли
(Richard Townley) — не до конца ясно),
• живая клетка (с помощью усовершенствованного им микроскопа; Гуку же
принадлежит сам термин «клетка» — англ. cell),
• непосредственное доказательство вращения Земли вокруг Солнца изменением
параллакса звезды y Дракона
и многое другое.
Первое из этих открытий, как утверждает он сам в своём сочинении «De
potentia restitutiva», опубликованном в 1678, сделано им за 18 лет до этого
времени, а в 1676 было помещено в другой его книге под видом анаграммы
«ceiiinosssttuv», означающей «Ut tensio sic vis». По объяснению автора,
вышесказанный закон пропорциональности применяется не только к металлам, но и к
дереву, камням, рогу, костям, стеклу, шёлку, волосу и проч. В настоящее время
этот закон Гука в обобщённом виде служит основанием математической теории
упругости. Что касается до прочих его открытий, то в них он не имеет такого
исключительного первенства; так, цвета тонких пластинок в мыльных пузырях Бойль
заметил за 9 лет ранее; но Гук, наблюдая цвета тонких пластинок гипса,
подметил периодичность цветов в зависимости от толщины: постоянство температуры
таяния льда он открыл не ранее членов флорентийской академии, но постоянство
температуры кипения воды подмечено им ранее Ренальдини; идея о волнообразном
распространении света высказана им позже Гримальди.
Идею же об универсальной силе тяготения, следуя Кеплеру, Гук имел с
середины 1660-х годов, затем, ещё в недостаточно определённой форме, он выразил её
в 1674 в трактате «Попытка доказательства движения Земли», но уже в письме 6
января 1680 года Ньютону Гук впервые ясно формулирует закон всемирного
тяготения и предлагает Ньютону, как математически более компетентному
исследователю, строго математически обосновать его, показав связь с первым законом
Кеплера для некруговых орбит (вполне вероятно, уже имея приближённое решение).
С этого письма, насколько сейчас известно, начинается документальная история
закона всемирного тяготения. Непосредственными предшественниками Гука
называют Кеплера, Борелли и Буллиальда, хотя их взгляды достаточно далеки от ясной
правильной формулировки. Ньютону также принадлежат некоторые работы по
тяготению, предшествовавшие результатам Гука, однако большинство самых важных
результатов, о которых позднее вспоминал Ньютон, во всяком случае не было им
никому сообщено.
В.И. Арнольд в книге «Гюйгенс и Барроу, Ньютон и Гук» аргументирует, в том
числе документально, утверждение, что именно Гуком был открыт закон
всемирного тяготения (закон обратных квадратов для центральной гравитационной силы),
и даже вполне корректно обоснован им для случая круговых орбит, Ньютон же
доделал это обоснование для случая орбит эллиптических (по инициативе Гука:
последний сообщил ему свои результаты и попросил заняться этой задачей).
Приводимые там цитаты Ньютона, оспаривающего приоритет Гука, говорят лишь о том,
что Ньютон придавал своей части доказательства несоизмеримо большую
значимость (в силу её трудности и т.д.), но отнюдь не отрицает принадлежность Гуку
формулировки закона. Таким образом, приоритет формулировки и первоначального
обоснования следует отдать Гуку (если, конечно, не кому-то до него), и он же,
судя по всему, ясно сформулировал Ньютону задачу завершения обоснования.
Ньютон, впрочем, утверждал, что сделал это же открытие независимо и раньше, но
он никому об этом не сообщал, и не осталось никаких документальных
свидетельств этого; кроме того, в любом случае, Ньютон забросил работы по этой
теме, которые возобновил, по его признанию, под влиянием письма Гука.
Ряд современных авторов полагают, что главным вкладом Гука в небесную
механику было представление движения Земли в виде суперпозиции движения по
инерции (по касательной к траектории) и падения на Солнце как тяготеющий центр,
что оказало, в частности, серьёзное влияние на Ньютона. В частности, этот
способ рассмотрения давал непосредственную базу для выяснения природы второго
закона Кеплера (сохранения момента импульса при центральной силе), что
явилось ключом и к полному решению кеплеровой задачи.
В упомянутой выше книге Арнольда указывается, что Гуку принадлежит открытие
закона, который в современной литературе принято называть законом Бойля,
причём утверждается, что сам Бойль не только не оспаривает это, но явно об этом
пишет (самому же Бойлю принадлежит лишь первенство публикации). Впрочем,
реальный вклад Бойля и его ученика Ричарда Таунли (Richard Townley) в открытие
этого закона мог быть и достаточно велик.
С помощью усовершенствованного им микроскопа Гук наблюдал структуру
растений и дал чёткий рисунок, впервые показавший клеточное строение пробки
(термин «клетка» был введён Гуком). В своей работе «Микрография» (Micrographia,
1665) он описал клетки бузины, укропа, моркови, привел изображения весьма
мелких объектов, таких как глаз мухи, комара и его личинки, детально описал
клеточное строение пробки, крыла пчелы, плесени, мха. В этой же работе Гук
изложил свою теорию цветов, объяснил окраску тонких слоев отражением света от
их верхней и нижней границ. Гук придерживался волновой теории света и
оспаривал корпускулярную; теплоту считал результатом механического движения частиц
вещества.
Изобретения Гука весьма разнообразны. Во-первых, следует сказать о
спиральной пружине для регулирования хода часов; изобретение это было сделано им в
течение времени от 1656 до 1658. По указаниям Гука часовой мастер Томпсон
сделал для Карла II первые часы с регулирующей пружиной. Нидерландский
механик, физик и математик Христиан Гюйгенс применил регулирующую спираль позже
Гука, но независимо от него; зацепляющие части (echappement), придуманные
ими, неодинаковы. Идею о применении конического маятника к регулированию
часов Гук приписывал себе и оспаривал первенство у Гюйгенса.
В 1666 он изобрёл спиртовой уровень, в 1665 представил королевскому
обществу малый квадрант, в котором алидада перемещалась помощью микрометренного
винта, так что представлялась возможность отсчитывать минуты и секунды;
далее, когда найдено было удобным заменить диоптры астрономических инструментов
трубами, он предложил помещать в окуляр нитяную сетку. Вообще Гук сделал
немало усовершенствований в конструкции телескопов диоптрических и
катоптрических; стёкла он шлифовал сам и много занимался наблюдениями; между прочим, он
обратил внимание на пятна на поверхности Юпитера и Марса и по движению их
определил, одновременно с Джованни Кассини, скорости вращений этих планет
вокруг осей.
В 1684 изобрёл первую в мире систему оптического телеграфа.
Изобрёл множество различных механизмов, в частности для построения
различных геометрических кривых (эллипсов, парабол). Предложил прототип тепловых
машин.
Кроме того, он изобрёл оптический телеграф, термометр-минима,
усовершенствованный барометр, гигрометр, анемометр, регистрирующий дождемер; делал
наблюдения с целью определить влияние вращения Земли на падение тел и занимался
многими физическими вопросами, например, о влияниях волосности, сцепления, о
взвешивании воздуха, об удельном весе льда, изобрёл особый ареометр для
определения степени пресности речной воды (water-poise). В 1666 Гук представил
Королевскому обществу модель изобретённых им винтовых зубчатых колёс,
описанных им впоследствии в «Lectiones Cutlerianae» (1674) . Эти винтовые колёса
известны теперь под именем Байтовых колёс. Карданово сочленение, служащее для
подвеса ламп и компасных коробок на судах, Гук применил для передачи вращений
между двумя валами, пересекающимися под произвольным углом.
Установив постоянство температур замерзания и кипения воды, вместе с Гюй-
генсом, около 1660 предложил эти точки в качестве реперных для шкалы
термометра .
Гук был главным помощником Кристофера Рена при восстановлении Лондона после
великого пожара 1666. В сотрудничестве с Реном и самостоятельно построил в
качестве архитектора множество зданий (например, Гринвичскую обсерваторию,
церковь Вилленского прихода в Милтон Кинсе). В частности, сотрудничал с Реном
в строительстве лондонского Собора св. Павла, купол которого построен с
использованием метода, придуманного Гуком. Внёс серьёзный вклад в
градостроительство, предложив новую схему планировки улиц при восстановлении Лондона.
*************************
КТО ЖЕ ВЫ, СЭР
ИСААК НЬЮТОН?
Как это кто? — поспешат обидеться на такую нелепую, на их взгляд,
постановку вопроса соотечественники выдающегося английского физика. И, захлебываясь
от гордости, тут же примутся перечислять все принадлежащие ему открытия,
начиная от пресловутых дифференциалов и заканчивая прогремевшей во все колокола
теорией гравитации. Они также не преминут подчеркнуть исключительность
Ньютона упоминанием о невысоком происхождении и соответственно скудных
возможностях на пути к образованию. Право, когда сын бедного фермера собственным
умом, а не деньгами и связями родителей, добивается звания магистра в
престижном Кембриджском университете, а потом ещё и руководит в нём тридцать два
года подряд престижной кафедрой математики и физики, случай в истории науки
не частый. Такая карьера, пожалуй, сродни только подвигу крестьянского
отпрыска Михаилы Ломоносова, отправившегося в девятнадцатилетнем возрасте пешком
За знаниями с северной окраины России, далёких Холмогор, в Москву.
В общем, мы услышим о Ньютоне все только самое хорошее, вплоть до
тривиального анекдота об однажды сорвавшемся на его мудрую голову яблоке, которое
породило в ней гениальную мысль о силе земного притяжения. А вот о том, сколько
яблок раздора падало в ньютоновом саду, так что и яблоку упасть было негде,
наши предполагаемые собеседники, скорей всего, даже не будут иметь
представления. И уж не приведи Бог, намекнуть им на то, что общепризнанный гений не
раз угощал человечество плодами просвещения, выращенными в чужих садах! Убьют
прямо на месте. Ведь стараниями подобострастных авторов монографий
человеческий образ Ньютона давно напоминает упаковку с рафинированным сахаром. Но на
самом деле "сахаром" Ньютон никогда не был. И в этом нетрудно убедиться.
Если за двумя самыми большими и спелыми яблоками — дифференциальным
исчислением и законом тяготения Исаак Ньютон удачно "слазил" в сады Готфрида
Лейбница и Иоганна Кеплера, то в области исследования световых явлений ему
удалось поживиться уже целым ящиком таких плодов. Он был сколочен из научных
достижений многих предшественников и современников учёного. Эксперименты Гука
— далеко не единичное заимствование, которое позволил себе честолюбивый
Ньютон .
Напрасно связали с его именем историки науки классический опыт по
разложению луча белого цвета на спектр с помощью призмы. На самом деле приоритетом
Ньютона здесь и не пахло. Впервые этот опыт был поставлен профессором
Пражского университета Яном Маркусом Марци. Состоялся он в 1848 году, За
восемнадцать лет до того, как его повторил Ньютон. Кстати, Марци пошёл дальше своего
последователя, задействовав для выяснения природы непонятного оптического
эффекта не одну, а несколько призм. Именно когда он прибег к помощи второй
призмы, установив её на пути уже пропущенного через первую призму луча, ему
удалось наблюдать любопытное явление: преломляясь под различными углами и
принимая разную окраску в самом начале, тот же самый луч не подвергался
разложению на цвета при встрече со второй призмой. Из экспериментов Марци
буквально напрашивались выводы, которые сделал позже Ньютон. Причём об опытах
Марци9 он не мог не быть осведомлён хотя бы потому, что его оптические
эксперименты чуть ли не в деталях совпадали с более ранними опытами чешского
исследователя . Оказалось, что сам Марци отправил письмо с изложением методики
экспериментов и полученных основных результатов Ньютону как большому
авторитету в научном мире с просьбой дать оценку его работам.
Так что и тут Ньютон добрался до вершин славы в известной степени за чужой
счёт. Потому, наверное и доложил об итогах своей работы не сразу по её
завершении, а лишь через шесть лет после постановки эксперимента, в 1672 году.
Марци к тому времени уже не было в живых, и возможность уличения в плагиате
почти отпадала. Иные предположения вроде того, что Ньютон сомневался в
точности полученных результатов и несколько лет их перепроверял, кажутся попросту
смешными. Чего-чего, а уж самоуверенности ему было не занимать! Как и
хитрости. Не просто ведь так ходили слухи, что Ньютон не отказывал себе в
удовольствии частенько "подправлять" и собственноручные расчёты, если они не
умещались в рамки его теорий.
Удивительно, но по следам Марци двигался и ярый противник Ньютона Роберт
Гук. Он повторил ход его рассуждений по поводу природы света и пришёл к
аналогичной мыслительной концепции через семнадцать лет. Не Гук, а Марци первым
догадался о том, что свет представляет собой быстро распространяющиеся волны.
Споры о природе света учёными XVII в. вообще велись с особым неистовством.
Причём Ньютон почти всегда брал в них верх. Выдающийся физик современности
Сергей Иванович Вавилов в посвященной жизни и творчеству Ньютона
биографической книге отмечал, что "во всех спорах Исаак Ньютон неизменно выходил
победителем, даже в тех случаях, когда он был совершенно не прав". И это
соответствовало истине. Ньютон разносил в пух и прах практически все наиболее ценные
новые научные идеи и физические теории, которые исходили от его противников.
И хотя научная линия, которой он придерживался, была слишком прямолинейной,
это ему не мешало гнуть её в полемике слишком круто.
Особо ярым нападкам со стороны Ньютона подвергался закон двойного
лучепреломления, установленный замечательным голландским учёным Христианом
Гюйгенсом. Не желая оставаться в долгу, Гюйгенс, в свою очередь, всеми силами
старался опровергнуть ньютонов закон всемирного тяготения, давая ему неверное
истолкование и навязывая взамен свою ошибочную теорию. Такие "медвежьи
услуги", постоянно оказываемые друг другу схлестнувшимися учёными, самым пагубным
образом отражались на науке, сдерживая её поступательное движение вперёд. Они
же искусственно препятствовали раскрытию граней их безграничных талантов во
всей полноте. И этого не могли не чувствовать сами спорщики. Каждый из них
как истинный учёный в глубине разума понимал, что любая научная концепция,
9 Марци из Кронланда (Marci z Kronlandu) Йоханнес Маркус (1595—1667), чешский
учёный. Изучал философию и теологию в Оломоуцском и медицину в Пражском университетах.
С 1630 профессор, с 1662 ректор Пражского университета. За научные труды получил
дворянский титул и должность императорского лейбмедика. Провёл анализ соударения
твёрдых шаров и впервые сформулировал различие между упругими и неупругими
столкновениями. Наиболее значительны работы М. по оптике: он дал объяснение радуги и
окрашенности тонких плёнок, установил связь между преломлением и цветностью луча,
рассмотрел явление дифракции и фактически применил принцип, открытый позднее X.
Гюйгенсом и названный его именем. Работы М. долгое время были мало известны. Соч.: De
proportione motus seu regula sphygmica, Pragae, 1639; Thaumantias. Liber de arcu
coelesti deque colorum apparentium natura, ortu et causis, Pragae, 1648.
как бы она ни была близка к истине, относительна. Тем не менее, каждый
стремился выдать свою за абсолют. Но долго ли можно продержаться на пределе
возможностей, доказывая относительную правоту?! Ведь так немудрёно и сорваться.
Все они были из мира сего, и нервы у всех были не железные.
Сорвался и всепобеждающий Ньютон. Переживая очередной душевный кризис, он
дошёл до того, что едва ли не насовсем забросил свои научные занятия, а
друзьям посоветовал не делать впредь никаких открытий, поскольку "можно
превратиться в раба своих же взглядов". Когда же его чуть не "съели" за
знаменитый опыт по разложению светового луча с использованием стеклянной призмы, то
он впал в такое глубокое отчаяние, что поклялся вообще больше никогда не
печатать своих трудов по оптике.
Хорошо хоть, что этому зароку воспротивилась его творческая натура, и после
сорокалетнего безмолвия, не выдержав диалога с самим собой, Ньютон всё-таки
опубликовал свой фундаментальный и широко известный труд "Оптика", не на
шутку всколыхнувший научное общество.
Таково было истинное лицо этого тщеславного и ранимого человека,
обречённого историками науки веками носить слащавый и никому не нужный грим. Вряд ли
бы этот грим пришёлся по вкусу взыскательному англичанину. Ведь более всего в
себе и других сэр Исаак Ньютон ценил индивидуальность.
*************************
СВЕТ И ТЬМА
В ЕВАНГЕЛИИ
ОТ ИОГАННА ГЁТЕ
Затрагивая тему научных раздоров того времени, нельзя обойти молчанием
конфликт, в котором столкнулись мудрыми лбами Исаак Ньютон и... Гёте. Да-да, тот
самый Иоганн Вольфганг Гёте, который создал бессмертного "Фауста" и, будучи
уже при жизни непревзойдённым классиком немецкой литературы, иногда
"баловался" наукой. Хотя, как показали новейшие сенсационные исследования,
интеллектуальное баловство Гёте в отдельных случаях граничило с блестящим
научным провидением.
Что же стало предметом разногласий двух мировых величин? Пристально
следившему за всеми научными изысканиями Гёте не понравилось заключение
экспериментировавшего с призмами Ньютона о том, что луч света состоит из семи различно
окрашенных компонентов: от красного до фиолетового. Посчитав такой вывод
нелепостью , Гёте поставил сотни оптических опытов, исписал по их поводу тысячи
страниц и в итоге предложил собственную теорию, в которой доказывалось, что в
природе существуют только два цвета — чёрный и белый. Все же остальные цвета
воспринимаются глазом исключительно за счёт "игры" этих двух. Накладываясь
один на другой, они и образуют самые разные цветовые сочетания.
Новая теория света имела под собой определённую философскую подоплёку.
Чёрный и белый цвета олицетворяли собой по Гёте свет и мрак. Полагая, что именно
в борьбе света и мрака проявляется вся многогранность различных явлений
природы, он считал факт проявления цветовой гаммы следствием чередующегося
"подавления" белого цвета черным, и наоборот. Причём темноту Гёте воспринимал
не как лишённую света физическую среду, а как некую реальную
действительность, имеющую свою собственную природу. Защищая свои неординарные взгляды в
этом вопросе, Гёте не внимал никаким опровергающим их доводам.
Длительное время эти научные воззрения Гёте вызывали у специалистов в
области оптики лишь снисходительную усмешку. Принимая его исследования за
поэтическую блажь, они считали, что Гёте, занявшись не своим делом, просто-
напросто забрёл в научный тупик из-за типично дилетантского подхода к трак-
товке световых явлений и своего чрезмерно богатого воображения. То есть Гёте-
физик проигрывал в своих убеждениях Гёте-лирику.
А как оцениваются эти исследования с современных научных позиций? Так ли уж
они наивны и беспомощны, что не заслуживают даже мало-мальски серьёзного
разговора, или всё-таки за "антинаучными" Гётевскими фантазиями скрывается хоть
одно маленькое зёрнышко истины? Отыскать это зёрнышко решили британские
учёные из Центра атомных исследований. Для этого они в точности воспроизвели
один из оптических опытов Гёте и неожиданно для всех пришли к сенсационному
заключению. Несмотря на несостоятельность Гётевской теории в целом, он,
оказывается, в описании наблюдаемых световых эффектов был более точен, нежели
полемизирующий с ним великий физик-экспериментатор Ньютон! Несомненно, Гёте,
будь он жив, от подобной сенсации пришёл бы в неописуемый восторг. А Ньютон?
Правильно. Лопнул бы от злости!
Гёте подвела только путаница в теоретических построениях, а полученные им
экспериментальные данные с полной научной объективностью отражали картину
оптических явлений. Природа, о которой Гёте говорил, что "она не любит шуток,
она всегда правдива, всегда серьёзна, всегда строга, она всегда права, а
ошибки и заблуждения исходят от людей", с исследователем шутить не стала и
раскрылась перед ним в своей первозданности: в черно-белых тонах, в
противоборстве света и тьмы.
Зря Ньютон не дал себе труда должным образом проанализировать результаты
Гётевских наблюдений. Они могли бы привести его к ошеломляющим теоретическим
выводам. Но в его характере было не придавать особого значения никаким
экспериментам, даже тем, которые ставились высочайшими профессионалами. По мнению
британских специалистов, повторивших в деталях классические опыты прохождения
светового пучка через призму, Ньютон с его приоритетной теорией во многом
уступал Гёте, поскольку, рождённая его всеобъемлющим умом, она имела шаткую
экспериментальную основу. Большинство данных были жульнически подогнаны под
теоретические построения и как бы вывернуты наизнанку.
Ньютон принадлежал к той категории учёных, для которых истина — это то
суждение, какое их устраивает в данной конкретной ситуации. К тому же он был
непревзойдённым виртуозом в скрещивании своих идей и чужих результатов. Причём
достиг в этих интеллектуальных упражнениях такого мастерства, что никто и не
замечал, как в одном случае, выстраивая теорию, он что-то опустил, в другом
углубил и расширил, а в третьем просто подправил, как того требовал замысел.
По убеждению сегодняшних оппонентов Ньютона, он, работая над своей версией
природы световых явлений, не мог при постановке опытов не столкнуться с
оптико-физиологическим эффектом, который зарегистрировали по прошествии более чем
двух столетий немецкие исследователи Вильгельм фон Бецольд и Эрнст Брюкке,
дав ему подробное описание.
Восприятие цветового спектра согласно этому эффекту (он теперь так и
называется, эффектом Бецольда—Брюкке) меняется в зависимости от интенсивности
излучения. В том, что это действительно так, может легко убедиться каждый из
нас, понаблюдав через трёхгранную стеклянную призму за сиянием звёзд на небе.
Близкорасположенные к Земле Луна и Венера станут переливаться всеми цветами
радуги, в то время как менее яркие и удалённые от нашей планеты светила не
будут иметь в спектре жёлтого и голубого цветов. Оказывается, чем дальше от
глаза расположен источник света и чем меньше интенсивность его излучения, тем
более трудно различимы для зрения эти два цвета. При определённом критическом
расстоянии оно просто делается "нечувствительным" к их восприятию.
Ньютон этот зрительный обман как научный факт проигнорировал. А Гёте в
своём труде "Учение о цвете" как раз сосредоточил на нём внимание, дав
представление о том, как это происходит. Если перед наблюдателем установить экран и
попросить его, постепенно от него удаляясь, внимательно следить через призму
за расцветкой спектральных полос, то каждый раз в зависимости от изменения
расстояния эти полосы будут расширяться, пока, наконец, середину экрана не
заполнит сплошная зелёная полоса, а вытесненные на края полосы жёлтого и
голубого цветов вообще не исчезнут из вида.
Беда Гёте состояла в неверном толковании точно зафиксированного оптического
феномена. Считая полосу зелёного цвета не составной частью белого, а
порождением пропадающих из поля зрения жёлтых и голубых полос, он и объяснил, исходя
из ошибочного посыла, загадочный светозрительный эффект чередой наложений
света и тьмы.
Придерживаясь и в научной работе своей поэтической установки "О тайне мира
— пусть хотя бы лепет!", Гете, тем не менее, при всех теоретических плутаниях
в значительной мере способствовал становлению и развитию многих областей
естествознания. И, как подтвердили британские исследователи научного наследия
Гёте, в его наивных, на первый взгляд, трудах содержалось немало полезного и
ценного. Слово Гёте-исследователя по существу лепетом не было. Причём не
только в оптике, но и в химии, ботанике, зоологии...
Говорят, что если человек талантлив, то он талантлив во всём. Гёте обладал
такой разносторонней одарённостью. Но всё-таки самым главным его даром
следует считать беспримерную взыскательность души. Не переставая удивлять
окружающих своими творческими возможностями, этой гений постоянно спрашивал себя:
"Что такое я сам? Что я сделал? Я собрал и использовал всё, что я видел,
слышал , наблюдал... Я часто снимал жатву, посеянную другими, мой труд — труд
коллективного существа, и носит оно имя Гёте".
Ньютон тоже "снимал жатву" и куда чаще, чем Гёте, но чтобы беречь и хранить
каждый подобранный колосок? Это было не в его духе. Напротив, если колосок с
чужого поля или яблоко из чужого сада не делали славу его житнице или могли
испортить начинку собственноручно приготовленного научного пирога, он с
радостью оставлял их на корм другим птицам. При этом его ничуть не Заботило, что
из этих зёрен и семян произрастёт позже, съедобными или нет окажутся для
будущего науки взращённые плоды.
Ньютона, знающего толк во многих научных проблемах, тоже завораживала и
влекла к себе скрывающаяся за многими непонятными явлениями природы тайна. Но
вместе с тем его также влекла цель громогласно заявить о себе, хоть новым
открытием, хоть очередным скандалом, если написанное пером требовало
доказательств "топором". Поэтому он так часто хватался за топор, подгонял под свои
теории результаты экспериментов, не считал за грех о чём-то намеренно
умолчать, а что-то намеренно подкорректировать в интересах собственных идейных
построений.
Примеров тому море. Однажды Ньютону выпал шанс открыть явление
хроматической аберрации. Это оно служит причиной искажения изображения и размывания
цветовых спектральных полос, о которых мы так много рассуждали. Но бывает же
такое! Открыв важное оптическое явление и, главное, осознав его, Ньютон не
предаёт его общественной огласке. Он попросту утаивает его, поступая по
принципу: "Вижу, но не приемлю, наблюдаю, но глазам своим не верю".
Чем же можно объяснить подобное неестественное поведение учёного в
естественных условиях исследовательского поиска? Да вот чем. Вновь открытое явление
противоречило его умозаключениям и не лезло ни в какие ворота, если иметь
ввиду теоретический "особняк", который он выстроил на основе своих
фундаментальных воззрений на природу света. Ведь иначе он не стал бы настаивать,
например, на том, что невозможно создать линзы, способные не "размывать"
цветовой спектр изображения.
Безобидное вроде бы плутовство, но повлекло-то оно за собой целый каскад
ошибок. Надо сказать, что учёные и до Ньютона замечали потерю в чёткости
изображения цветовых полос, причиной чему служила разная степень преломления
световых лучей. При этом цветовые составляющие луча после прохождения через
линзу оптического прибора фокусировались на различных от неё расстояниях,
образуя вокруг изображения цветное окаймление. А поскольку наш глаз не
улавливал подобных тонкостей, ими был сделан крайне неверный вывод о том, что он
лишён хроматической аберрации. Ньютон же, оставив свои наблюдения при себе,
только помог ему укрепиться. Опираясь исключительно на авторитет Ньютона, к
такому ложному заключению пришёл и выдающийся российский исследователь XVIII
века, швейцарец по происхождению, Леонард Эйлер10, увидевший причину невос-
примчивости зрением цветовой каймы в особенностях строения человеческого
глаза . Не скрой Ньютон истинного положения вещей и прояви элементарную этическую
добросовестность, Эйлер бы не впал в подобное заблуждение.
Хорошо хоть, что в науке встречаются парадоксы. На основе ошибочной теории
Эйлера шведский физик С. Клингеншерн создал ахроматические объективы, быстро
нашедшие признание у исследователей. Отталкиваясь от положения Эйлера о
несвойственной глазу человека хроматической аберрации, он с целью
"уравновесить" всю систему и избежать нежелательного явления "размыва"
изображения использовал в конструкции несколько линз с разными оптическими
свойствами .
И, хотя теперь доподлинно известно, что хроматическая аберрация есть в
человеческом глазу, как и в любой другой оптической системе, кроме зеркальной,
объективы Клингеншерна до сих пор верой и правдой служат человечеству. Но
здесь надо сказать "спасибо" игре случая, а не сэру Исааку Ньютону,
отодвинувшего своими "играми" многие ценные изобретения на целые столетия.
Рассчитывая на незыблемость своего исключительного положения в среде других учёных,
маститый физик почти не сомневался в том, что его обманные маневры никогда не
раскроются. И если возникала необходимость, то он с присущей ему
виртуозностью шёл на заведомый обман, не усматривая ничего дурного в том, если
развивающаяся в правильном направлении человеческая мысль будет из-за этого
заведена в непроходимые дебри.
А она в них попадала не раз. Слишком уж над всеми довлела вера в
непреложность открытых крупными учёными новых законов и слишком велика была сила
авторитетов, чтобы кому-то взбрело в голову проверять подлинность обнародуемых
экспериментальных данных, а уж тем более их опровергать. Ньютон действительно
ничем не рисковал, наводняя свои работы недостоверными сведениями. Кто
осмелился бы проводить ревизию трудов, под которыми стояло его блистательное имя?
Случалось, что подобострастие и смятение перед великими мира сего принимали
чисто анекдотический оборот. Так, например, гениальный древнегреческий
мыслитель Аристотель однажды объявил, что муха имеет восемь ног. И с этим
убеждением сошёл в могилу. Поскольку к подобному заключению пришёл сам Аристотель,
то его никто не удосужился подвергнуть сомнению. И надо же — понадобились
Леонард Эйлер (нем. Leonhard Euler; 1707—1783) — швейцарский, немецкий и
российский математик, внёсший значительный вклад в развитие математики, а также механики,
физики, астрономии и ряда прикладных наук. Эйлер — автор более чем 800 работ по
математическому анализу, дифференциальной геометрии, теории чисел, приближённым
вычислениям, небесной механике, математической физике, оптике, баллистике,
кораблестроению, теории музыки и др. Почти полжизни провёл в России, где внёс существенный вклад
в становление российской науки. В 172 6 году он был приглашён работать в Санкт-
Петербург, куда переехал годом позже. С 1731 по 1741, а также с 1766 года был
академиком Петербургской Академии Наук (в 1741—1766 годах работал в Берлине, оставаясь
одновременно почётным членом Петербургской Академии). Хорошо знал русский язык и
часть своих сочинений (особенно учебники) публиковал на русском. Первые русские
академики-математики (С.К. Котельников) и астрономы (С.Я. Румовский) были учениками
Эйлера. Некоторые из его потомков до сих пор живут в России.[
почти два тысячелетия, чтобы наконец подсчитать, что у мухи не восемь ног, а
всего шесть! Да, кстати, говорили, что Ньютон и мухи не обидит. И зачем же
ему было мелочиться, когда рядом стояли "слоны" науки. Вот чьих костей он
добивался, вот чью волю он хотел сломать своим авторитетом.
Как здесь не вспомнить того же Гёте, который в своих сочинениях по
естествознанию предупреждал об опасности этого безрассудного биения челом перед
кумирами любых мастей. "Ложная гипотеза лучше, чем отсутствие всякой гипотезы,
— утверждал он, — что она ложна, в том нет беды, но если она закрепляется,
становится общепринятой, превращается в своего рода символ веры, в котором
никто не смеет сомневаться, которого никто не смеет исследовать, — вот зло,
от которого страдают века". Самое страшное, что может произойти с идеей — это
её трансформация в окаменелость. Кого только не сразишь таким холодным
оружием! А неверные предпосылки сами по себе, возможно, действительно безвредны и
безобидны. Но стоит их только воплотить в жизнь, как сразу же скажутся
последствия, которые могут стать необратимыми.
Немало печальных последствий преподнёс истории частенько пренебрегавший
моральными и нравственными принципами в своей научной деятельности лучезарный
Ньютон. Сильным мира сего как раз и ничто чужое не чуждо. Но обвинить его в
том, что он за неимением собственных идей обкрадывал других исследователей,
заимствуя у них ценные идеи и мысли, как это пытался преподнести Гук,
конечно, нельзя. Ньютон сам был начинён ими "по макушку" и подобно Гёте
неоднократно заявлял, что если и "видел дальше, то потому что стоял на плечах
гигантов" . Но мелкое жульничество всё-таки было свойственно его не лишённой
авантюризма натуре. Во всяком случае, стараясь пролить свет на природу света,
он, несмотря на всю свою светоносность, не раз пускался в аферы. Так что из-
за ограды ньютонова сада летело немало неотёсанных камней в чужие огороды.
Собранные же с чужих огородов камушки, ладные да крепкие, с любовью
закладывались им в фундамент собственного роскошного дворца.
Но если человечеству психологически нетрудно свыкнуться с мыслью о научных
преступлениях Птолемея, Кардано и прочих, то усомниться в нравственной
чистоте Ньютона всё равно, что плюнуть против ветра. Ведь если не верить Ньютону,
то кому же верить тогда?
Иоганн Вольфганг фон Гёте (нем. Johann Wolfgang von
Goethe, 174 9—1832) — немецкий поэт, государственный
деятель , мыслитель и естествоиспытатель.
Дом Гёте был хорошо обставлен, там была обширная
библиотека, благодаря которой писатель рано познакомился с
«Илиадой», с «Метаморфозами» Овидия, прочитал в оригинале
сочинения Вергилия и многих поэтов-современников. Это
помогло ему восполнить пробелы в несколько лишённом системы
домашнем образовании, которое началось в 1755 году с
приглашением в дом учителей. Мальчик выучился, кроме
немецкого языка, ещё французскому, латыни, греческому и
итальянскому, причём последнему, слушая то, как отец обучает его сестру.
В 1765 году отправился в Лейпцигский университет, круг своего высшего
образования завершил в Страсбургском университете в 1770 году, где защитил
диссертацию на звание доктора права.
Занятие юриспруденцией мало привлекало Гёте, гораздо более
интересовавшегося медициной (этот интерес привёл его впоследствии к занятиям анатомией и
остеологией) и литературой.
Первое целенаправленное исследование Гёте предпринял в области физиогномики
- учения о взаимозависимости внешнего облика человека и его душевных качеств.
Руководителем и вдохновителем Гёте в этой области был Лафатер - известный
богослов и физиогномист. Именно в его книге "Физиономические фрагменты для
содействия познанию людей и любви к ним" (1774 г.) Гёте выступил соавтором.
Впрочем, его можно было назвать скорее иллюстратором, потому что помимо
небольших фрагментов текста, в книге ему принадлежит большая часть рисунков
(надо сказать, что Гёте хорошо рисовал, и долго считал своим настоящим
призванием именно живопись).
Вероятно, именно во время работы над этим пособием для определения
характера человека по его лицу мог зародиться интерес к строению черепа, да и к
остеологии вообще. Интерес к прочим наукам коренится в разнообразии прикладной
деятельности и житейских нужд Гёте.
Химия стала занимать его во время долгой болезни в 1770-1771 гг., когда он
сам готовил себе лекарства по старинным рецептам. Разбивка парков и
организация лесничеств преобразовались в занятия ботаникой, а необходимость
реанимации старинных шахт в рудном массиве Ильменау - в занятия геологией и
минералогией. Интерес к метеорологии объясняется тем, что состояние здоровья Гёте
сильно зависело от перемен атмосферного давления. Даже исследования Гёте в
области хроматики считают результатом занятий ткацким производством, в
частности, вопросами окраски тканей. Впрочем, в большинстве своем эти
предположения - лишь версии, покоящиеся на нескольких строчках в письмах ученого к
друзьям.
Очевидно только, что наука не была для него антитезой искусства, ибо
движения человеческой души и законы природы были для него явлениями одного корня.
Он был ученым исключительной широты интересов, охватывая мыслью всю земную
природу, все науки, связанные с биосферой. Во всех областях науки Гёте был
чрезвычайно точным и добросовестным наблюдателем, упорно работал как эмпирик,
никогда не получая свои результаты из умозрения. Однако наиболее значимыми
могут считаться его биологические изыскания.
Очень своеобразен стиль его научных работ. Гёте пополнил плеяду
натуралистов, избравших поэтическую форму для изложения своего понимания природы и ее
явлений. К сожалению, эти труды, объединяющие естествознание и философию,
стоят в стороне от основной научной литературы и редко обращают на себя
внимание ученых. Его научное творчество почти не было оценено современниками.
"Отягчающими обстоятельствами" послужили и оторванность от центров научной
мысли того времени (Англия для геологии и Франция для биологии), и
необычность не только научного мировоззрения в целом, но и методик исследования.
Кроме того, многие его работы так и не были окончены или опубликованы, да и
напечатанные труды многими цеховыми учеными воспринимались как фантазии
поэта-дилетанта .
Несмотря на это, в истории развития биологического миропонимания Гёте
принадлежит одно из самых значительных мест. И наибольший интерес представляет
здесь как раз формальная сторона его вклада в эту область - выработка новых
точек зрения, новых методов, закладка фундамента для нового мировоззрения.
Причем по своим взглядам он гораздо ближе к науке XX столетия с ее пониманием
биосферы (в лексике Гёте этому термину соответствовала "Природа") и
синтетическим изучением природных объектов.
"Гёте был натуралистом прошлого, на этот путь вступивший раньше времени", -
писал о нем В.И. Вернадский.
В геологии и минералогии Гёте был признан современниками гораздо более, чем
в иных областях науки. Активное изучение этих дисциплин Гёте началось в
середине 70-х годов и продолжалось в течение всей жизни. Он находился с научных
сношениях со множеством специалистов, был избран первым почетным членом
Минералогического общества в Иене, Общества Отечественного музея в Богемии и Вер-
неровского общества в Эдинбурге. Составленную им коллекцию минералов (1800
образцов) считали образцовой. Первая геологическая карта Германии возникла
при его содействии, он сам определил ее раскраску, сохраняющуюся и доныне. Из
замечательных догадок Гёте отметим, что он допускал существование ледникового
периода в Европе (об "эпохе большого холода" он писал в 1782 г.) и именно так
объяснял наличие ледниковых валунов.
Метеорология увлекла Гёте уже в конце жизни. Базовая гипотеза, им принятая
- зависимость барометрических колебаний от колебаний в силе земного тяготения
- не имела научного значения. Зато его практическая деятельность в этой
области не прошла бесследно. Он стоял у истоков организации обширной сети
метеорологических станций в Веймаре; причем в 1817 году он сам вырабатывает
подробную инструкцию для наблюдателей на этих станциях.
Хроматике (оптике) Гёте посвятил один из наиболее значительных научных
трудов - работу "К учению о цвете". Учение Гёте о цвете заключалось в идее, что
цвета возникают там, где "свет ослабляется тьмою", т.е. цвета являются
видоизменениями ослабленного цвета. Во второй части трактата Гёте полемизирует с
Ньютоном, автором общепринятой оптической теории.
Долгое время учение Гёте было принято считать абсолютно ошибочным. Однако,
ценность его велика - правда, не для физики, а для физиологии. "Важнейшие
открытия Гёте - что он отнес дополнительные цвета к физиологической
деятельности сетчатки... учение о цветных тенях получило у него прочный физиологический
фундамент... Физиологическая оптика 19 столетия уходит своими корнями
непосредственно в "Учение о цветах"...в своей физиологической части это -
основоположный труд...", писал об этой работе физиолог Мангус.
Ценность работ Гёте в области биологии неоспорима. И здесь перечень его
заслуг очень обширен. Более всего внимания Гёте уделял морфологии - науке о
форме организма (собственно, сам термин введен в науку именно Гёте).
В морфологии растений Гёте был сформулирован основополагающий принцип,
согласно которому все боковые органы растения суть видоизменения одного и того
же органа. Морфологические особенности растения Гёте старался связать с
физиологией и внешними условиями. Сходство большинства растений (он
рассматривал, в основном, однолетние цветковые) Гёте объяснял их общим происхождением,
существованием "пра-растения", характеристики которого являются общими для
всех наблюдаемых видов. Некоторое время Гёте тщетно пытался обнаружить "пра-
растение" в природе. Результаты его ботанических изысканий опубликованы в
книге "Метаморфоз растений".
В морфологии животных Гёте внедрил новый принцип исследования -
сравнительно-анатомический. Главными завоеваниями Гёте в этой области можно считать
построение общего остеологического типа (плана) строения млекопитающих:
подробный перечень всех костей скелета с подробными описаниями их функций,
местоположения, размеров и форм, сделанными для огромного количества видов
млекопитающих. Частным проявлением метода, основанного на идее существования этого
общего типа, можно считать обнаружение межчелюстной кости у человека.
В общетеоретических работах Гёте касался вопросов взаимодействия и
взаимовлияния среды и организма, а также гипотезы трансформизма, подходя к основам
современной экологии и синтетической теории эволюции.
*************************
КАК ЮНГ ПОТЕРЯЛ
"РОЗЕТСКИЙ КАМЕНЬ"
В 1799 году во время Большого Египетского похода, предпринятого Наполеоном,
один из сопровождавших его учёных мужей Бруссар близ города Розетта наткнулся
на плиту с тремя надписями на разных древних языках, датированными 196 годом
до нашей эры.
Эта удивительная находка с параллельным текстом демотического и
иероглифического письма, названная "Розетским камнем", всполошила весь мир. Особенно
притягивала учёных разгадка текста, выполненного с помощью древнеегипетских
иероглифов. Она представляла собой тайну за семью печатями.
Но вот подвернулся случай раскрыть и её. Поскольку смысл надписи на
древнегреческом языке был понятен, тот же самый смысл было логичным искать и в двух
других. Многие учёные, забросив основные дела, занялись этой проблемой.
Понятно, что в их числе оказался и вечно увлекающийся всем новым Томас Юнг.
А вышло это так. Самолюбивого Юнга задело заявление крупнейшего математика
и физика Ж.Б.Ж. Фурье, создателя теории тригонометрических рядов ("рядов
Фурье") , что поверить алгеброй древние письмена не удастся. То же утверждали
другие признанные авторитеты. В пику этой одноголосице и взялся Юнг прочесть
скрытую в иероглифах информацию именно с помощью математического аппарата.
Днями и ночами он делал какие-то вычисления, корпя над древними
закорючками, пока не разделил текст на слова. Вопреки всеобщему мнению Юнг был убеждён
в том, что каждый иероглиф представляет собой отдельную букву, а не слово-
символ, как предполагалось вначале.
В общем, за относительно короткое время он достиг фантастических успехов, и
пока коллеги все ещё ломали голову над "ключом" шифра, ему уже удалось кое-
что прочитать. Как потом выяснилось, из 214 разобранных Юнгом слов, 50 были
переведены им правильно.
Но на большее его, как всегда, не хватило. Он оставил нудное занятие и
погрузился в решение далёких от лингвистики проблем. А свой утраченный к
письменам пыл объяснил тем обстоятельством, что в них подробно перечислялись
имена всяческих богов и фараонов, мало интересных для науки.
Как бы там ни было, Юнг поступил с этой работой так же, как и со своим
трудом по волновой оптике: забросил её на самом пороге открытия. Когда же его
посетила мысль вернуться к прерванному исследованию, то обнаружилось, что
"поезд ушёл, и рельсы разобрали".
Надписи на Розетском камне оказались полностью расшифрованными молодым,
энергичным и крайне собранным Жаком Франсуа Шампольоном. "Камушек"
обессмертил его имя так же, как другому учёному Луиджи Гальвани принёс славу суп с
лягушачьими лапками.
Томас Юнг (иногда пишут в современном прочтении
Янг, англ. Thomas Young; 1773—1829) — английский
физик, врач, астроном и востоковед, один из
создателей волновой теории света.
Очень рано научился читать. В детстве обнаружил
удивительную способность запоминания разнообразных
сведений и текстов, любознательность и
сообразительность . Обладая разносторонними способностями и
интересами, Юнг уже в восемь лет занимался
геодезией и математикой. Подростком знал латынь,
древнегреческий, древнееврейский, итальянский и французский языки, изучал
арабский язык, а также историю и ботанику. В 1792—1803 в Лондоне, Эдинбурге, Гёт-
тингене (в Гёттингенском университете слушал лекции Г.К. Лихтенберга) ,
Кембридже изучал медицину. Затем занимался оптикой и акустикой.
В 21 год стал членом Лондонского королевского общества (1794), в 1802—1829
был его секретарём. В 1801—1803 был профессором Королевского института в
Лондоне. С 1811 года до конца жизни работал врачом в больнице Святого Георгия в
Лондоне. Одновременно с 1818 года секретарь Бюро долгот и редактор «Мореход-
ного календаря» („Nautical Almanac").
Юнг написал около 60 глав для приложения к четвёртому изданию «Британской
энциклопедии», главным образом биографии учёных.
Научные интересы Юнга весьма разнообразны. Наиболее важные направления его
работ — оптика, механика, физиология зрения, филология.
В 1793 году в работе «Наблюдения над процессом зрения» указал, что
аккомодация глаза обусловлена изменением кривизны хрусталика.
Оптические наблюдения привели Юнга к мысли, что господствовавшая в то время
корпускулярная теория света неверна. Он высказался в пользу волновой теории.
Его идеи вызвали возражения английских учёных; под их влиянием Юнг отказался
от своего мнения. Однако в трактате по оптике и акустике «Опыты и проблемы по
Звуку и свету» (1800) учёный вновь пришёл к волновой теории света и впервые
рассмотрел проблему суперпозиции волн. Дальнейшим развитием этой проблемы
явилось открытие Юнгом принципа интерференции (сам термин был введён Юнгом в
1802 году).
В докладе «Теория света и цветов», прочитанном Юнгом Королевскому обществу
в 1801 (опубликован 1802), он дал объяснение колец Ньютона на основе
интерференции и описал первые опыты по определению длин волн света. В 1803 году в
работе «Опыты и исчисления, относящиеся к физической оптике» (опубликована
1804) он рассмотрел явления дифракции. После классических исследований О.
Френеля по интерференции поляризованного света Юнг высказал гипотезу о попе-
речности световых колебаний. Он разработал также теорию цветного зрения,
основанную на предположении о существовании в сетчатой оболочке глаза трёх
родов чувствительных волокон, реагирующих на три основных цвета.
В 1807 году в двухтомном труде «Курс лекций по натуральной философии и
механическому искусству» Юнг обобщил результаты своих теоретических и
экспериментальных работ по физической оптике (термин ввёл Юнг) и изложил свои
исследования по деформации сдвига, ввёл числовую характеристику упругости при
растяжении и сжатии — так называемый модуль Юнга. Он впервые рассмотрел
механическую работу как величину, пропорциональную энергии (термин ввёл Юнг), под
которой понимал величину, пропорциональную массе и квадрату скорости тела.
Юнг доказывал родство языков индоевропейской семьи и в 1813 году
опубликовал работу, в которой ввёл сам термин индоевропейские языки (англ. Indo-
European languages).
Он занимался также расшифровкой египетских иероглифов (определил значение
некоторых знаков Розеттского камня). Именно он первым прочёл имя великой
Клеопатры на лондонском обелиске с острова Филы, обнаруженном Джованни Бельцони.
Тем не менее, бессистемный подход Юнга к анализу египетских надписей привёл к
тому, что Юнг прочёл всего около 30 знаков, а полностью дешифровку осуществил
Жан-Франсуа Шампольон.
*************************
ДА ПРОЛЬЁТСЯ СВЕТ
НА ПРИРОДУ СВЕТА
- Что вы можете рассказать о волновой
теории света?
- Я не Света, я Наташа.
Экзамен в вузе.
Как вы думаете, что произойдёт, если мы взглянем на небосклон науки через
примитивную оптическую трубу Птолемея и подсчитаем число блуждающих там звёзд
с помощью придуманного Джоном Атанасовым персонального компьютера? А вот что:
оно заметно превысит количество так называемых "устойчивых" светил, которые
ни за что не уступят другим своего "звёздного" места. В случае же если
нечаянно выяснится, что оно занято ими не совсем по праву, то они из кожи вон
вылезут , лишь бы не пересесть с трона на табуретку и не оказаться в созвездии
Пса после обжитого созвездия Лебедя. Этого не даст им сделать страсть к
славолюбию — одно из самых неприятных проявлений испорченной человеческой
природы.
И всё-таки блуждающие приоритеты и их истинные авторы своей незавидной
участью будут обязаны не столько порокам и заблуждениям замечательных людей,
сколько тем замечательным идеям, которые созревали в головах исследователей,
либо когда не наступила пора сбора урожая, либо когда сами идеи не были
готовы к тому, чтобы превратиться в неопровержимые теории. Помните обидчивую
тираду яйца Ганзера из широко известного романа Роберта Шекли: "... сижу себе,
никого не трогаю, как вдруг кто-то приходит и меня собирает!" То же
происходит и с идеями, которые имеют обыкновение сопротивляться, когда их начинают
неожиданно и несвоевременно "собирать".
Давайте посмотрим с этих позиций на научные изыскания в выяснении природы
света, которыми помимо Гёте, Ньютона и Гука занималось не одно поколение
естествоиспытателей. Почему в раскрытии этой тайны они постоянно наталкивались
на какие-то рогатки, то шли вперёд, то внезапно откатывались назад? Почему
одни впадали в крайность идеализированных представлений, а другие были
склонны искать в световых явлениях непременно нечто материальное, наподобие
ньютоновых корпускул? Почему, наконец, учёные, придерживающиеся более
прогрессивных взглядов, неизменно встречали на своём пути мощную волну сопротивления со
стороны своего же круга? И как случилось, что более чем через столетие вокруг
волновой теории света, сформулированной на основе научного наследия Гука и
Марци французским физиком Огюстеном Френелем, вновь разгорелись научные
страсти?
Дело в том, что многим исследователям того времени было не по силам
разобраться в сложном математическом аппарате учения Френеля, и его наотрез
отвергли, невзирая на одобрительные отзывы отдельных "китов" науки.
Прогрессивную идею предали забвению, а приоритет прочно и надолго закрепился за
однобокой корпускулярной теорией Исаака Ньютона. Ладно, будь на дворе XVII век, но
XIX?! Не правда ли, странно? Ведь к тому времени уже был выявлен механизм
распространения света, вошедший в науку как "принцип Гюйгенса", обнаружены
явления преломления и интерференции света. Наконец, в 1819 году состоялось
открытие Френелем дифракции света, блестяще подтверждённое его расчётами.
Разве все это вместе взятое не противоречило положениям Ньютона и не
свидетельствовало в пользу именно волновой теории?
Возражения были просты до предела — «не верим!» — и больше походили на
эмоциональные вопли яйца Ганзера, нежели на научные контраргументы. Френелю
оставалось только иронизировать над запутавшимися в формулах коллегами: "Мы
согласны, что теория действительно сложна, но неужели природу могут остановить
трудности подобного рода". Ну, а чем дальше в лес, тем больше дров.
Открытие фотоэффекта Столетовым и указания Эйнштейна и де Бройля на
двойственную природу света лишь подлили масла в огонь. Учёные сходу раскололись на
три враждующих стана. Последователи Ньютона продолжали рьяно утверждать, что
свет представляет собой поток материальных частиц, сторонники Френеля
отстаивали волновую теорию света и лишь самая малозначительная часть физиков
склонялась к мысли, что свет обладает как волновыми, так и корпускулярными
свойствами. Один только Нильс Бор, по меткому замечанию В. Гейзенберга,
"балансировал" между всеми, оставляя решение проблемы за... политиками. В
духе неиссякаемого на юмор Бернарда Шоу он утверждал, что на этот вопрос лучше
учёных ответит германское правительство. Если свет представляет собой волны,
запретит пользоваться фотоэлементами, если же — поток частиц, запретит
применение дифракционных решёток.
Все эти баталии не прошли мимо внимания летописцев науки. С каким трудом
новая волновая теория вытесняла ставшее реакционным учение Ньютона, исписано
немало страниц. И всё-таки одно любопытное обстоятельство выпало из их поля
зрения. Связано оно с именем английского исследователя Томаса Юнга, нигде и
никем в этой связи не упоминавшимся.
А ведь никто иной как Юнг, с ранних лет блиставший необыкновенными
способностями и щедро наделённый всяческими дарованиями, первым сформулировал
основные принципы волновой теории света и на их основе дал объяснение явлению
дифракции. Вслед за этим он с профессиональной дотошностью разобрал "по
косточкам" сложнейшую проблему суперпозиции волн, не поддававшуюся другим
великим умам. Более того, Юнг первым открыл явление интерференции света и
поставил признанный впоследствии классическим эксперимент по наблюдению за ним.
Молодой учёный даже подготовил исчерпывающий обзор по проблемам этих
оптических явлений и предложенному им методу определения длин световых волн, с
которым выступил перед светилами Лондонского Королевского общества ещё в 1801
году (обратите внимание на дату!). Кстати, многие научные термины, в том
числе и "интерференция", были введены в научный обиход с подачи Юнга.
Казалось, все сделал Юнг, чтобы заслужить славу не только первопроходца, но
и первооткрывателя. По всей логике вещей совершенные Юнгом эти поистине
великие открытия в оптике (а их сразу было несколько) должны были бы состояться и
сохраниться за ним. Но они не состоялись. Почему? Вероятно, этому помешали
молодость исследователя и свойственная его трудам сложность рассуждений в
толковании открытых им явлений. Во всяком случае именно они стали причиной
неблагожелательного приёма, оказанного работам Юнга со стороны маститых
английских учёных.
Иные предположения разваливаются. Ведь в изданном Юнгом в 1807 году
двухтомном фундаментальном труде "Лекции по натуральной и экспериментальной
философии" излагались не только результаты опытов по волновой оптике, но и
делались правильные выводы из них. Как и в предыдущем трактате "Опыты и проблемы
по звуку и свету", Юнг подверг в этой работе острой критике постулаты Ньютона
и противопоставил его теорию волновой, к которой пришёл задолго до Френеля.
Восемь долгих лет Юнг безуспешно ломился в Храм науки, стоял у самого
порога ряда крупнейших открытий, но стучался, видно, не в ту дверь. Надо было
зайти ему туда с обратной стороны, а не через парадный подъезд, и тогда,
возможно, он подобно Френелю беспрепятственно бы вышел оттуда в историю с
богатым научным наследием, став звездой первой величины. По всей видимости мысли
в его голове неслись так стремительно, что он за ними никак не поспевал.
Результат не замедлил сказаться: от передовых рубежей науки Юнг отстал на много
лет вперёд.
Дело в том, что, когда его очевидный приоритет не заметили или не захотели
заметить, а "мертворождённую", хотя и ценную, теорию предали необоснованному
забытью, сам учёный отошёл от начатых исследований, переключив своё внимание
на другие научные вопросы.
"Вспомнил" он о своём покинутом детище только через десятилетие, когда
посетившие его домашнюю лабораторию французские физики Доменико Араго и Жозеф
Гей-Люссак с восторгом поведали ему о работе их соотечественника, молодого
Френеля, рассматривающего свет как волновые колебания эфира. Потрясённый Юнг
не мог вымолвить ни слова, несколько минут сидел в неподвижной позе. И было с
чего онеметь: его звезда блуждала так долго, что успела загореться новая...
Очнувшись, учёный стал страстно доказывать гостям, что на самом деле
основателем волновой теории является он, а не Огюстен Френель. Поверить на слово
ему не решались. Жаркий спор прекратила супруга Юнга. Она вынесла из личной
библиотеки мужа его давно опубликованный труд и, раскрыв книгу на странице
787, указала как раз на то место, где сообщалось об открытии Юнгом световых
волн и явления дифракции. Все также молча она возвратилась в библиотеку и
вернулась оттуда с охапкой ещё каких-то научных работ и статей. Юнг
поочерёдно комментировал каждую из них и передавал из рук в руки оторопевшим
французским коллегам. Не осведомлённые раньше об этих исследованиях Араго и Гей-
Люссак были поражены прозорливостью Юнга, и им ничего не оставалось, как
извиниться и пожать ему руку, натруженную руку первопроходца. Их сомнения в его
приоритете были полностью рассеяны.
А что же мировая наука? Она по-прежнему считает творцом волновой теории
Френеля, а не Юнга, который сказав "А", не сказал "Б". Не доведя до
логического конца осенившую его задолго до Френеля идею, Юнг свернул с пути,
предоставив возможность завершающий шаг к истине сделать другому.
Но стоит ли обижаться на науку, если сам Юнг и помог ей так с ним обойтись?
Прямота и честность не позволили ему ворваться в её неприступную цитадель,
воспользовавшись "черным ходом", а разбросанность и рассеянность поставили в
ряд гениальных... потеряшек.
Огюстен Жан Френель(фр. Augustin-Jean Fresnel;
1788—1827), французский физик, один из создателей
волновой теории света.
В 1806 году окончил Политехническую школу. В
1809 году также окончил Школу мостов и дорог в
Париже. В период 100 дней (временное возвращение
Наполеона из ссылки) работал инженером, после
чего лишился работы как участник военных действий.
Впоследствии перешёл в Политехническую школу.
Основные работы Френеля посвящены физической
оптике. Физику изучал самостоятельно после
ознакомления с работами Э. Малюса. Также
самостоятельно начал проводить эксперименты по оптике. В
1815 году переоткрыл принцип интерференции,
проделав по сравнению с Томасом Юнгом несколько
новых опытов (в частности опыт с «бизеркалами
Френеля») . В 1816 году дополнил принцип Гюйгенса,
введя представление о когерентной интерференции элементарных волн, излучаемых
вторичными источниками (принцип Гюйгенса—Френеля). Исходя из этого принципа,
в 1818 году разработал теорию дифракции света, на основе которой предложил
метод расчёта дифракционной картины, основанный на разбиении фронта волны на
зоны (так называемые зоны Френеля). С помощью этого метода рассмотрел задачу
о дифракции света на краю полуэкрана и круглого отверстия. В 1821 году
независимо от Т. Юнга доказал поперечность световых волн. В 1823 году установил
законы изменения поляризации света при его отражении и преломлении (формулы
Френеля). Изобрёл несколько новых интерференционных приборов (зеркала
Френеля, бипризма Френеля, линза Френеля).
В 1823 году Френель был избран членом Парижской АН. В 1825 году стал членом
Лондонского королевского общества. Его имя внесено в список величайших учёных
Франции, помещённый на первом этаже Эйфелевой башни.
Огюстен Жан Френель скончался в возрасте 39 лет от туберкулёза.
*************************
"ЛЯГУШАЧЬЯ" РЕКЛАМА
ЛУИДЖИ ГАЛЬВАНИ
Начало "электрической" эры человечества в официальных источниках связывают
с именем итальянского физика и физиолога Луиджи Гальвани, поскольку
считается, что он первым исследовал электрические явления при мышечном сокращении
("животное" электричество). Первый эксперимент в данной области относят к
1780 году и обычно сопровождают довольно забавной легендой.
Выглядит она так. Однажды тяжело заболела супруга учёного, и врачи
прописали ей в качестве лечения регулярно употреблять в пищу суп из лягушачьих
лапок. Во время одной из таких целебных трапез сеньора заметила, что лапки как
будто бы шевелятся, чем её мудрый муж сразу заинтересовался. На основе
наблюдений за конвульсирующими частями лягушки в супе жены он и сделал
ошеломляющий вывод о наличии в природе "животного" электричества.
Красиво, не правда ли? Только на самом деле всё обстояло иначе. Байка о
лягушачьих лапках была целиком придумана итальянским писателем Алиберти,
который слыл непревзойдённым мастером развлекательного жанра. В качестве
подобного чтива легенда и получила популярность.
Достоверным же в ней можно считать только сообщение о болезни сеньоры и
научном открытии. Жена Гальвани действительно страдала серьёзным недугом, но
постиг он её лишь через одиннадцать лет после того, как экспериментатор
получил сенсационные для его эпохи данные. Алиберти либо этого не знал, либо
намеренно допустил писательскую вольность, объединив оба факта во времени и
создав, таким образом, рекламу и себе, и Гальвани.
Самому Гальвани она весьма пришлась по душе, и потому оказалась на
удивление живучей. Он занял хитрую позицию: не подтверждал и не разрушал выдумку,
высказываясь на этот счёт весьма туманным образом. "Я сделаю нечто ценное, —
писал он, находясь уже в самом зените славы, — если предельно кратко предам
гласности историю моих открытий в таком порядке и расположении, в какой мне
их доставили отчасти случай (имеются ввиду лягушачьи лапки. — СБ.) и
счастливая судьба, отчасти трудолюбие и прилежание. Я сделаю это только для того,
чтобы мне не приписывалось больше, чем счастливому случаю, и счастливому
случаю больше, чем мне".
Более запутано и вправду не скажешь! Но почему бы не позволить себе впасть
в детство, не окружить свою работу элементами таинственности и драматизма?
Тем более, что приправленные ими факты тотчас "пойдут нарасхват" и скорей
сохранятся в памяти, чем если бы они были изложены сухим наукообразным языком.
Наука и реклама — какая между ними может быть связь? Ведь истинный учёный
по существу должен ненавидеть сенсации, а тяга к сенсациям — определять в нём
шарлатана и авантюриста. Однако, не так все просто, как кажется на первый
взгляд.
Уже в XVII веке оформились строгие каноны рациональной научной
деятельности. Одним из обязательных её принципов стала строгая воспроизводимость
эксперимента. Любой претендующий на новизну опыт подлежал "перепроверке" в
других лабораториях.
Вроде бы подход верный. Но как быть, если чья-то новая работа не вызвала
интереса, осталась незамеченной, а то и вообще оказалась принятой за чистый
абсурд? Кто взялся бы подвергать её дополнительной экспертизе при этих
условиях? Тем не менее, приоритет терять не хочется, да и за науку как-то
обидно ... Вот и приходит в голову автора мысль о хорошей косметике своего
открытия. Ну, чем она, право, помешает, если при необходимости её всегда можно
легко убрать, сохранив лицо? Почему на самом деле не подать новое научное
блюдо с остренькой приправой в виде лягушек Гальвани, яблок Ньютона или не
подбросить, к примеру, ту же лягушку в ванну Архимеда? Какая здесь кроется
опасность? Да та, что из-за подобных рекламных трюков истина становится менее
живучей, чем легенда.
Давайте посмотрим, был ли Гальвани наяву первым, кто обнаружил так
называемое "животное электричество"? Оказывается, эта общепризнанная в учёном кругу
версия не соответствует действительности. В 1752 году подобные явления уже
получили огласку в выпущенном берлинским издательством научном труде "Теория
приятных и неприятных ощущений". Его автор, талантливый самородок И. Зуль-
цер11, наблюдал те же самые эффекты во время постановки своих оригинальных и
на редкость простых опытов. Но что ещё интереснее: Гальвани не был и вторым,
поскольку на четверть века раньше него, но намного позже Зульцера результаты
аналогичных исследований опубликовал итальянец М. Кальдони, который
экспериментировал — да-да! — с точно такими же лягушачьими лапками!
А теперь держитесь за стул совсем крепко. Не так давно выяснилось, что
задолго до Кальдони и Гальвани, начиная примерно с 1678 года, опыты на лягушках
с фиксацией сокращения их конечностей успешно демонстрировал голландский
натуралист, доктор медицины Ян Сваммердам12. Подобно Кальдони, он
зарегистрировал "пляску" лапок при пропускаемом разряде первым прототипом
электростатической машины! Стало быть, повсеместно разрекламированный как первооткрыватель
"животного" электричества Гальвани по существу не вошёл даже в лидерскую
тройку, удерживаясь на четвёртом месте в очерёдности опытов и на третьем по
использованию в них злополучных лягушек. Его приоритет стойко отбрасывал три
блуждающие тени — Сваммердама, Зульцера и Кальдони. От лягушек Сваммердама до
лягушек Гальвани расстояние огромное, и что дотошные историки науки, в конце
концов, развеют миф о пионерских исследованиях Луиджи Гальвани, организаторы
рекламной шумихи, конечно, не подозревали.
Вот и задумаемся, что же следует предпринять, чтобы из оценок научных
достижений исчез фактор необъективности? Только ли осторожнее быть с рекламой?
Почему чуть ли не во всех случаях мы сталкиваемся с развитием событий, когда
вся подготовительная, предшествующая открытию "чёрная" исследовательская
работа, несмотря на её огромную значимость, как бы проваливается вместе со
старателями в "чёрную дыру", а на поверхности остаются имена учёных, которые
произнесли в науке "новое слово" последними? Случайно или закономерно
поделены эти люди историками науки на "неудачников" и "везунчиков"? Каким образом
получается, что кто-то из них всю жизнь нежится под лучами славы и купается в
почестях, а кто-то неизбежно оказывается за бортом истории и тонет в волнах
неоправданного забвения? Почему почти всегда выходит так, что "хорошо смеётся
тот, кто смеётся последним", хотя логичнее выглядит ситуация, при которой
"хорошо смеётся тот, кто смеётся заразительнее всех"? И как такой ситуации
добиться? Какой выработать подход к распределению приоритетов, чтобы все, кто
встраивал "кирпичики" в Храм науки, получили заслуженное признание, и всё
было бы как в пьесе времён классицизма, когда "порок наказан, а добродетель
торжествует"?
Немецкий философ и профессор математики Иоганн Георг Зульцер (1720—1779). Он не
занимался исследованием электричества, но зато еще в 1752 году, почти за 30 лет до
открытия Гальвани, в своей работе «Исследование происхождения приятных и неприятных
ощущений» заметил, что если свинцовую пластину соединить с серебряной и положить их
на язык, то появится вкус железного купороса, хотя по отдельности эти металлы таким
вкусом не обладают. На исследование электричества это никак не сказалось, но
интересно как бы отреагировал философ, если бы он узнал, что и через 250 лет многие люди
будут лизать батарейки, чтобы таким способом узнать насколько они заряжены.
12 Ни Кальдони, ни Сваммердам ни придали особого значения своим наблюдениям и не
продолжили исследование этой темы. Благодаря этому изобретенному во второй раз
открытию, Гальвани приобрел мировую славу.
Каждый исследователь, по меткому изречению Ньютона, стоит "на плечах" своих
предшественников, в его трудах неизменно присутствуют следы их творчества.
Да, они сильно переплетаются между собой, одно независимо сделанное открытие
перекликается с другим, и вероятность ошибок выдвижения на "первые роли" тех
или иных учёных историографами чрезвычайно велика. Велика и роль его
величества Случая.
Но должны ли эти обстоятельства мешать выяснению истины: кто из
многочисленной плеяды исследователей был второстепенным по значимости оставленного им
научного наследия, кто важным и кто самым важным? Наверное, не должны. Ведь
одни из учёных умели чётко различать частное и общее, другие только и делали,
что увязали в частностях. Одни слепо подражали своим кумирам, а другие искали
в науке свой собственный путь, отличный от стези мыслителей прошлого. И было
бы крайне неверным взять и подстричь всех под одну гребёнку или возбудить
нездоровое любопытство к четырежды повторенному открытию дутой сенсацией.
Только внимательно изучая первоисточники и оставаясь при этом беспристрастными
судьями, мы сможем прийти к историческим оценкам, обеспеченным не "буквой", а
"духом закона". С иными установками возникает риск быть непонятыми
последующими поколениями, которые вполне обоснованно вынесут нам обвинительный
вердикт в научной близорукости и невежестве.
Луиджи Гальвани (итал. Luigi Galvani, 1737—1798) —
итальянский врач, анатом, физиолог и физик, один из
основателей электрофизиологии и учения об
электричестве, основоположник экспериментальной
электрофизиологии. Первым исследовал электрические явления при
мышечном сокращении («животное электричество»).
Обнаружил возникновение разности потенциалов при контакте
разных видов металла и электролита.
Изучал сначала богословие, а затем медицину,
физиологию и анатомию. В 1759 окончил Болонский университет
по специальности богословие, и только после защиты
диссертации заинтересовался медициной (произошло под
влиянием его тестя — известного врача и профессора ме-
^^Jj^^T"1^^<4L^j^^| дицины Карло Галеацци) . Несмотря на учёную степень,
Гальвани круто изменил свою профессию и вновь окончил
Болонский университет, но уже медицинское отделение. Магистерская работа
Гальвани была посвящена строению человеческих костей. После её успешной
защиты в 1762 Гальвани начал преподавать медицину. В 1785 году, после смерти
своего тестя, Гальвани занял его место руководителя кафедры анатомии и
гинекологии, откуда незадолго до смерти был уволен за то, что отказался принести
присягу Цизальпинской республике, основанной в 1797 году Наполеоном I. Первые
работы Гальвани были посвящены сравнительной анатомии. В 1771 он начал опыты
по изучению мышечного сокращения и вскоре открыл феномен сокращения мышц
препарированной лягушки под действием электрического тока.
Работая в университете, Гальвани одновременно занимался физиологией: ему
принадлежат интересные труды, в которых он доказал, что строение птичьего уха
практически не отличается от человеческого.
К концу XVIII века Джон Уолш доказал электрическую природу удара ската,
проводя эксперименты во французском городе Ла-Рошель, а анатом Хантер дал
точное описание электрического органа этого животного. Исследования Уолша и
Хантера были опубликованы в 1773 году.
К тому времени, как в 1786 году Гальвани положил начало своим опытам, не
было недостатка в попытках физической трактовки психических и физиологических
явлений. Однако именно исследования вышеуказанных ученых подготовили почву
для возникновения учения о животном электричестве.
В 1791 году в «Трактате о силах электричества при мышечном движении» было
описано сделанное Гальвани знаменитое открытие. Сами явления, открытые
Гальвани, долгое время в учебниках и научных статьях назывались «гальванизмом».
Этот термин доныне сохраняется в названии некоторых аппаратов и процессов.
Как справедливо указал впоследствии Вольта, в самом факте вздрагивания
лапки препарированной лягушки при электрическом разряде с физической точки
зрения не было ничего нового. Явление электрической индукции, а именно явление
так называемого возвратного удара, было разобрано Магоном в 1779 году. Однако
Гальвани подошел к факту не как физик, а как физиолог. Ученого заинтересовала
способность мёртвого препарата проявлять жизненные сокращения под влиянием
электричества.
Он с величайшим терпением и искусством исследовал эту способность, изучая
её локализацию в препарате, условия возбудимости, действие различных форм
электричества и, в частности, атмосферного электричества. Классические опыты
Гальвани сделали его отцом электрофизиологии. Гальвани, осуществив ряд
экспериментов , пришел к выводу о существовании нового источника и нового вида
электричества. Его привели к такому выводу опыты составления замкнутой цепи
из проводящих тел и металлов (лучше всего по признанию самого учёного было
использовать разные металлы, например железный ключ и серебряную монету) и
лягушечного препарата.
После долгих научных изысканий Гальвани предположил, что мышца является
своеобразной батареей лейденских банок, непрерывно возбуждаемой действием
мозга, которое передается по нервам. Именно так и была рождена теория
животного электричества, именно эта теория создала базу для возникновения
электромедицины, и открытие Гальвани произвело сенсацию. Среди последователей болон-
ского анатома оказался и Алессандро Вольта.
*************************
КАК ГЕРИКЕ ЗАСТАВИЛ
НА СЕБЯ РАБОТАТЬ
ПУСТОЕ ПРОСТРАНСТВО
В 1641 году германский физик Отто фон Герике изобрёл воздушный насос, а
потом начал ставить опыты с вакуумом. И, естественно, столкнулся с ныне хорошо
известным эффектом: на сосуд, из которого удалён воздух, начинают действовать
огромные сжимающие силы атмосферного давления. Да так, что составленную из
нескольких частей герметичную ёмкость можно скрепить ... пустотой!
Однако столь революционные выводы не нашли поддержки учёных. Из них-то
воздуха никто не выкачивал. Какая косность, какое недоверие - и это при том, что
вскоре жители Магдебурга сами же избрали профессора Герике своим
бургомистром! Что же предпринял учёный?
В один из воскресных майских дней 1650 года, когда в окрестности города
высыпала гуляющая публика, герр профессор со своими ассистентами устроил на
лужайке театрализованное представление. Он установил необходимое оборудование.
Ассистенты плотно прижали друг к другу две медные полусферы с рукоятками.
- Теперь, - объявил Герике, - через трубку будет изнутри откачен воздух.
Воздух откачали, и на траве очутился блестящий шар, который почему-то не
распадался. Вызвали добровольцев: одного, двоих, четверых - ничего с шаром не
сделать. Подогнали шестнадцать лошадей, но и животные оказались бессильны
перед "игрушкой". Наступил кульминационный момент. Лёгкий поворот крана, шипе-
ние, и полушария распались сами.
Под бурные аплодисменты зрителей профессор удалился писать трактат "Новые,
так называемые магдебургские опыты с пустым пространством". Пост бургомистра
за ним сохранился после этого ещё на два с лишним десятка лет.
~ .4
Отто фон Ге рике (нем. Otto von Guericke, 1602,
Магдебург — 1686, Гамбург) — немецкий физик,
инженер и философ.
правоведению,
математике
и
механике
Учился
Лейпциге, Иене и Лейдене. Некоторое время служил
инженером в Швеции. С 164 6 г. — бургомистр
Магдебурга. В 1650 изобрёл вакуумную откачку и применил
своё изобретение для изучения свойств вакуума и
роли воздуха в процессе горения и для дыхания
человека. В 1654 году провёл известный эксперимент с
Магдебургскими полушариями, который доказал
наличие давления воздуха; установил упругость и
весомость воздуха, способность поддерживать горение,
проводить звук.
В 1657 году изобрел водяной барометр, с помощью
которого в 1660 году предсказал надвигающуюся бурю за 2 часа до ее появления,
таким образом, войдя в историю как один из первых метеорологов.
В 1663 изобрёл один из первых электростатических генераторов, производящих
электричество трением — шар из серы, натираемый руками. В 1672 году
обнаружил, что заряженный шар потрескивает и светится в темноте (первым наблюдал
электролюминесценцию). Кроме того, им было обнаружено свойство электрического
отталкивания однополярно заряженных предметов.
Невзирая на столь явную наклонность к научным занятиям, Отто фон Герике
никогда не уклонялся от возлагаемых на него его родным городом гражданских
обязанностей и, приняв на себя почетную должность бургомистра города Магдебурга
чуть ли не в самое смутное для страны время, был принужден постоянно
отлучаться для исполнения разных дипломатический поручений; если еще прибавим,
что в этой хлопотливой должности он состоял 32 года, а раньше этого побывал и
в плену, и на военной службе, и занимался постройкой укреплений и мостов, то
нельзя не удивиться той настойчивости, с которой он в свободные дни и часы
предавался любимым занятиям физикой и такому значительному числу изобретений
и новых опытов, которыми он обогатил науку и подробное описание которых
оставил в своей знаменитой книге: «0ttonis de Guericke Experivmenta Nova (ut
vacantus) Magdeburgica».
Как физик, Герике был прежде всего экспериментатором, вполне понимавшим
научное значение опыта, что в его время можно считать признаком гениальности. В
17 столетии еще очень трудно было отрешится от схоластического направления,
так долго господствовавшего в науке и приучить свой ум к самостоятельной
оценке наблюдаемых явлений. Между учеными лишь немногие могли это. Герике
мог.
Не зная еще ничего об изобретении ртутного барометра (1643 год) и о так
называемой торричеллиевой пустоте, Герике настойчиво стремился разрушить путем
опыта старинный философский спор о пустом пространстве. И вот, около 1650
года , результатом этой настойчивости является изобретение воздушного насоса.
Герике, как известно, сначала не считал возможным выкачивать воздух
непосредственно и хотел образовать пустое пространство в герметически закрытой
бочке посредством удаления наполнявшей ее воды. С этой целью он ко дну бочки
приделал насос, думая, что только при таком расположении прибора вода будет
следовать за поршнем насоса вследствие своей тяжести. Отсюда видим, что
вначале у Герике не было еще определенного понятия об атмосферном давлении и
вообще об упругости воздуха. Когда эта первая попытка не удалась, так как в
образующуюся пустоту сквозь щели и поры бочки проникал с шипением наружный
воздух, Герике попробовал поместить свою бочку в другую, тоже наполненную водою,
предполагая этим способом предохранить пустоту от устремляющегося в нее
воздуха снаружи. Но и на этот раз опыт оказался неудачным, ибо вода из наружной
бочки под влиянием атмосферного давления протекала сквозь поры во внутреннюю
и наполняла пустоту. Тогда, наконец, Герике решился приложить насос к
непосредственному выкачиванию воздуха из медного шарообразного сосуда, все еще
придерживаясь своего ложного предположения, что и воздух, подобно воде, может
следовать за поршнем насоса только благодаря своей тяжести, поэтому и теперь
насос был привинчен внизу сосуда и расположен вертикально. Результат
выкачивания был совсем неожиданным и напугал всех присутствующих: медный шар не
выдержал внешнего давления и с треском был скомкан и сплюснут. Это заставило
Герике приготовлять для следующих опытов резервуары более прочные и более
правильной формы. Неудобное расположение насоса вскоре принудило Герике
устроить специальный для всего прибора треножник и приделать к поршню рычаг;
таким образом был устроен первый воздушный насос, названный автором Antlia
pneumatica. Конечно, прибор был еще очень далек от совершенства и требовал не
менее трех человек для манипуляций с поршнем и кранами, погруженными в воду,
для лучшей изоляции образующийся пустоты от наружного воздуха.
Полусферы и вакуумный насос в музее Мюнхена
Роберт Бойль, внесший в пневматическую машину значительные
усовершенствования, считал Отто фон Герике её настоящим изобретателем. И хотя Герике в
начале своих исследований ошибочно истолковывал действие своего прибора
(тяжестью, а не упругостью воздуха, заключенного в резервуар), тем не менее, он,
по-видимому, хорошо понимал невозможность достижения при посредстве
воздушного насоса абсолютной пустоты.
Герике следует считать изобретателем только воздушного разрежающего насоса:
нагнетательные насосы были известны еще в древности, и их изобретение
приписывается Ктезибию, жившему во II веке до н.э. в Александрии. Духовые ружья
тоже были уже известны Герике, однако к понятию об упругости воздуха он
пришел только после устройства своего насоса, на основании многих опытов.
Очевидно, вопрос этот, столь элементарный сегодня, для того времени нужно
считать одним из самых трудных, и установление закона Бойля—Мариотта около 1676
года — одним из самых важных завоеваний человеческого ума того времени.
Опыты, которые Герике показывал публично со своими воздушными насосами,
доставили ему громкую известность. Различные высокопоставленные лица нарочно
заезжали в Магдебург, чтобы лично убедиться в справедливости всех этих
новинок. Общеизвестный опыт с магдебургскими полушариями был показан в 1654 году
в Регенсбурге во время Рейхстага. Опыт доказал наличие давления воздуха.
Другие из его пневматических опытов и поныне повторяются на школьных уроках
физики и описаны в учебниках.
Один из опытов Герике заключался в следующем: шар, наполненный воздухом, и
другой, из которого воздух был предварительно выкачан, сообщались посредством
трубки; тогда воздух из первого шара входил в пустой шар с такой
стремительной скоростью, что показывало Герике сходство этого явления с земными бурями.
Опыт с плотно завязанным бычьим пузырем, который разбухает и наконец
разрывается под колоколом пневматической машины, был тоже тогда придуман для
демонстрации упругости воздуха. Уяснив себе раз эти явления упругости, Герике
быстрыми шагами пошел дальше, и его выводы всегда отличались строго
логической последовательностью. Вскоре он стал доказывать, что так как воздух имеет
вес, то атмосфера сама на себя производит давление, и нижние слои воздуха при
поверхности земли, как наиболее сжатые, должны быть наиболее плотными. Для
наглядной демонстрации этого различия упругости он придумал следующий
прекрасный опыт: шар, наполненный воздухом, запирался при помощи крана и
переносился на высокую башню; там при открытии крана замечалось, что часть воздуха
выходит из шара наружу; наоборот, если шар был наполнен воздухом и заперт на
высоте, а потом перенесен вниз, то воздух при открытии крана устремлялся
внутрь шара. Герике очень хорошо понимал, что необходимым условием
убедительности этого опыта было постоянство температуры, и он заботился о том, чтобы
переносимый с воздухом шар был «одинаково нагрет как внизу, так и на вершине
башни». На основании подобных опытов он пришел к выводу, что «вес известного
объема воздуха представляет собою нечто весьма относительное», так как вес
этот находится в зависимости от высоты над поверхностью земли. Результатом
всех этих соображений было устройство «манометра», то есть «прибора,
предназначенного для измерения различия в плотности, или в весе, данного объема
воздуха». Ныне мы этим термином называем прибор, служащий для измерения
упругости (давления) газов в миллиметрах ртутного столба. Прибору же Герике
Роберт Бойль, подробно его описавший, дал название «статического барометра»,
или «бароскопа», которое сохранено за ним и в наше время. Прибор этот,
основанный на законе Архимеда, состоит из большого полого шара, уравновешенного
при помощи коромысла весов гирькой малых размеров. В бароскопе Герике шар
имел в диаметре около 3 метров. Он был впервые описан в письме Герике к
Каспару Шотту (Caspar Schott) в 1661 году.
Ранее этого, около 1657 года, Герике устроил свой грандиозный водяной баро-
метр. Во время пребывания в Регенсбурге в 1654 году он узнал (от одного
монаха, Магнуса) об опытах Торричелли. Возможно, что это важное известие побудило
его заняться тем же вопросом, а может быть он и самостоятельным путем пришёл
к изобретению своего водяного барометра, устройство которого было тесно
связано с его прежними пневматическими опытами. Как бы то ни было, прибор этот
уже существовал в 1657 году, так как есть указания, что с этого именно
времени наблюдалась зависимость его показаний от состояния погоды. Он состоял из
длинной (в 20 магд. локтей) медной трубки, прикрепленной к наружной стенке
трехэтажного дома Герике. Нижний конец трубки был погружен в сосуд с водою, а
верхний, дополненный стеклянной трубкой, был снабжен краном и мог быть
соединён с воздушным насосом. При выкачивании воздуха вода поднялась в трубке до
высоты 19 локтей; тогда кран был закрыт, и барометр разобщался с насосом.
Вскоре при помощи этого прибора Герике нашел, что атмосферное давление
постоянно изменяется, почему он и назвал свой барометр словами Semper vivum.
Потом, заметив соотношение между высотой воды в трубке и состоянием погоды, он
назвал его Wettermannchen. Для большего эффекта на поверхности воды в
стеклянной трубке был поплавок, имевший вид человеческой фигурки с протянутой
рукой, которая указывала на таблицу с надписями, соответствующими различным
состояниям погоды; вся же остальная часть прибора была нарочно замаскирована
деревянной обшивкой. В своей книге Герике дал своему барометру название
Anemoscopium. В 1660 году он привел всех жителей Магдебурга в крайнее
возмущение , предсказав сильную бурю за 2 часа до ее начала.
Избрав предметом своих исследований воздух, Герике старался доказать
опытным путем необходимость его соучастия в таких явлениях, как передача звука на
расстояние и горение. Им был придумал известный опыт с колокольчиком под
колпаком воздушного насоса, а в вопросе о горении он значительно опередил
современных ему философов, имевших об этом явлении самые смутные представления.
Так, например, Рене Декарт в 1644 году старался доказать путем рассуждения,
что лампа может гореть в герметически закрытом пространстве сколько угодно
долго.
Убедившись, что свеча не может гореть в резервуаре, из которого выкачан
воздух, Герике доказал с помощью специально для этой цели устроенного
прибора, что пламя пожирает воздух, то есть что некоторая часть воздуха (по его
мнению, около 1/10) уничтожается горением. Вспомним, что в эту эпоху еще
никаких химических сведений не было, и о составе воздуха никто не имел еще
представления; неудивительно поэтому, что и Герике не мог объяснить факта
поглощения части воздуха при горении и говорил только, что пламя портит воздух,
потому что его свеча гасла в закрытом пространстве сравнительно скоро. Во
всяком случае, он был гораздо ближе к истине, чем те химики 17 века, которые
создали гипотезу флогистона.
Герике занимался также изучением действия теплоты на воздух, и хотя в
устройство своего воздушного термометра он не внес никаких существенных
усовершенствований сравнительно с известными тогда приборами (носившими в его время
в Италии название caloris mensor), тем не менее мы можем смело сказать, что
он был первым по времени метеорологом. Не касаясь спорного и в сущности
маловажного вопроса об изобретении термометра, которое чаще всего приписывается
Галилею, но также и Дреббелю и врачу Санкториусу, отметим только, что
первоначальная форма его была крайне несовершенна: во-первых, от того, что на
показания прибора влияла не только температура, но и атмосферное давление, а
во-вторых, вследствие отсутствия определенной единицы (градуса) для сравнения
тепловых эффектов.
Термометр (воздушный) того времени состоял из резервуара с трубкой,
погруженной открытым концом в сосуд с водою; уровень приподнятой в трубке воды
изменялся, очевидно, в зависимости от температуры воздуха в резервуаре и от
внешнего атмосферного давления. Странно, что и Герике, которому это последнее
влияние должно было быть хорошо известным, не обращал на него внимания, по
крайней мере, в его термометре это влияние не устранено. Сам прибор,
предназначенный исключительно для наблюдений изменения температуры наружного
воздуха и потому подобно барометру помещенный на наружной стене дома, состоял из
Сифонной (металлической) трубки, наполненной приблизительно до половины
спиртом; один конец трубки сообщался с большим шаром, содержащим воздух, другой
был открыт и заключал поплавок, от которого шла нить через блок; на конце
нити свободно качалась в воздухе деревянная фигурка, указывающая рукою на шкалу
с 7-ю делениями. Все подробности прибора, кроме шара, на котором красовалась
надпись Perpetuum mobile, фигурки и шкалы, были тоже закрыты досками. Крайние
точки на шкале были отмечены словами: magnus frigus и magnus calor. Средняя
черта имела особое значение, так сказать, климатическое: она должна была
соответствовать той температуре воздуха, при которой в Магдебурге появляются
первые осенние ночные морозы.
Отсюда можем заключить, что хотя первые попытки отметить 0° на шкале
термометра принадлежал знаменитой в истории опытной физики Флорентийской академии
(Del Cimento), но и Герике понимал, как важно и необходимо иметь на
термометрической шкале хотя бы одну постоянную точку, и, как мы видим, пытался
сделать в этом направлении новый шаг вперед, избрав для регулирования своего
термометра произвольную черту, соответствующую первым осенним морозам.
Переходим теперь к другой области физики, в которой имя Герике пользуется
тоже вполне заслуженной известностью. Мы говорим об электричестве, которое в
то время, призванное, так сказать, к жизни опытными исследованиями Гильберта,
представляло в виде нескольких отрывочных фактов лишь ничтожный и никого не
интересующий зародыш той грандиозной силы, которой суждено было завоевать
внимание всего цивилизованного мира и опутать земной шар сетью своих
проводников .
Отто фон Герике называют иногда только остроумным изобретателем физических
приборов, стремящимся прославиться среди современников своими грандиозными
опытами и мало заботящимся о прогрессе науки. Но Фердинанд Розенбергер (1845—
1899) в своей «Истории физики» совершенно справедливо Замечает, что такой
упрек лишен всякого основания, ибо Герике вовсе не имел исключительной цели
удивлять публику. Он всегда руководился чисто научными интересами и выводил
из своих опытов не фантастические идеи, а настоящие научные заключения.
Лучшим доказательством этому служат его экспериментальные исследования явлений
статического электричества, которыми в это время — повторяем — еще мало кто
интересовался.
Желая повторить и проверить опыты Гильберта, Герике изобрел прибор для
получения электрического состояния, который если и не может быть назван
электрической машиной в настоящем значении этого слова, потому что в нем
недоставало конденсатора для собирания электричества, развиваемого трением, то все
же послужил прототипом для всех поздних устраиваемых электрических открытий.
Сюда, прежде всего, следует отнести открытие электрического отталкивания,
которое было неизвестно Гильберту.
Для развития электрического состояния Герике приготовил довольно большой
шар из серы, который при посредстве продетой насквозь оси приводился во
вращение и натирался попросту сухой рукой. Наэлектризовав этот шар, Герике
заметил, что притягиваемые шаром тела после прикосновения отталкиваются; затем он
подметил еще, что свободно носящаяся в воздухе пушинка, притянутая и вслед
затем оттолкнутая от шара, притягивается другими телами. Герике доказал
также, что электрическое состояние передается по нитке (льняной); но при этом,
не зная еще ничего об изоляторах, длину нитки он брал только в один локоть и
мог придавать ей лишь вертикальное расположение. Он первый наблюдал на своем
серном шаре электрическое свечение в темноте, но искры не получил; он слышал
также «в серном шаре» слабый треск, когда подносил его близко к уху, но не
знал, чему это приписать.
В области магнетизма Герике сделано тоже несколько новых наблюдений. Он
нашел, что железные вертикальные прутья в оконных решетках намагничиваются сами
собою, представляя вверху северные, а внизу южные полюсы, и показал, что
можно слегка намагнитить железную полосу, расположив ее в направлении меридиана
и ударяя по ней молотком.
Также занимался астрономией. Был сторонником гелиоцентрической системы.
Разработал свою космологическую систему, отличавшуюся от системы Коперника
предположением о наличии бесконечного пространства, в котором распределены
неподвижные звёзды. Полагал, что космическое пространство является пустым, но
между небесным телами действуют дальнодействующие силы, регулирующие их
движение .
*************************
ЗАЧЕМ АНТУАН
ЛАВУАЗЬЕ
СЖИГАЛ АЛМАЗ?
Восемнадцатый век, Франция, Париж. Антуан Лоран Лавуазье, один из будущих
творцов химической науки, после многолетних экспериментов с разными
веществами в тиши своей лаборатории вновь и вновь убеждается в том, что совершил
подлинную революцию в науке. Его простые, по сути, химические опыты по сжиганию
веществ в герметически закрытых объёмах полностью опровергают общепринятую в
то время теорию флогистона. Но веские, строго количественные доказательства в
пользу новой "кислородной" теории горения в учёном мире не принимаются. Очень
уж прочно засела в головах наглядная и удобная флогистонная модель.
Что же делать? Убив два-три года на бесплодные усилия отстоять свою идею,
Лавуазье приходит к заключению, что до чисто теоретических аргументов его
научное окружение ещё не дозрело, и следует пойти совершенно иным путём. В 1772
году великий химик решается с этой целью на необычный эксперимент. Он
приглашает всех желающих принять участие в зрелище по сжиганию в запаянном котле...
увесистого куска алмаза. Как же тут удержаться от любопытства? Ведь речь идёт
не о чем-нибудь, а об алмазе!
Вполне понятно, что вслед за сенсационным сообщением в лабораторию вместе с
обывателями валом повалили и ярые оппоненты учёного, до этого никак не
желавшие вникать в его опыты со всякой там серой, фосфором и углём. Помещение было
надраено до блеска и сияло не меньше, чем приговорённый к публичному сожжению
драгоценный камень. Надо сказать, что лаборатория Лавуазье по тем временам
принадлежала к одной из лучших в мире и вполне соответствовала дорогостоящему
эксперименту, в котором идейным противникам хозяина теперь просто не
терпелось принять участие.
Алмаз не подвёл: сгорел без видимого следа, согласно тем же законам, что
распространялись и на другие презренные вещества. Ничего существенно нового с
научной точки зрения не произошло. Зато "кислородная" теория, механизм
образования "связанного воздуха" (углекислого газа) наконец-то дошли до сознания
даже самых закоренелых скептиков. Они поняли, что алмаз исчез не бесследно, а
под воздействием огня и кислорода претерпел качественные изменения,
превратился в нечто иное. Ведь по окончании эксперимента колба весила ровно
столько , сколько в начале. Так с ложным исчезновением у всех на глазах алмаза из
научного лексикона навсегда исчезло слово "флогистон", обозначающее
гипотетическую составную часть вещества, якобы теряемую при его горении.
Но свято место пусто не бывает. Одно ушло, другое пришло. Флогистонную
теорию вытеснил новый фундаментальный закон природы — закон сохранения материи.
Лавуазье был признан историками науки первооткрывателем этого закона. Убедить
в его существовании человечество помог алмаз. В то же время эти же историки
напустили вокруг нашумевшего события такие клубы тумана, что разобраться в
достоверности фактов до сих пор представляется довольно непростым делом.
Приоритет важного открытия вот уже много лет и без всяких к тому оснований
оспаривается "патриотическими" кругами самых разных стран: России, Италии,
Англии. . .
Какими же аргументами обосновываются претензии? Самыми нелепыми. В России,
например, закон сохранения материи приписывается Михаилу Васильевичу
Ломоносову, который в действительности его не открывал. Причём в качестве
доказательств борзописцы химической науки беспардонно используют выдержки из его
личной переписки, где учёный, делясь с коллегами своими рассуждениями о
свойствах материи, якобы собственноручно свидетельствует в пользу этой точки
зрения .
Итальянские историографы притязания на приоритет мирового открытия в
химической науке объясняют тем, что... Лавуазье не первого осенила догадка
использовать в опытах алмаз. Оказывается, ещё в 164 9 году видные европейские
учёные познакомились с письмами, в которых сообщалось о подобных
экспериментах. Они были предоставлены Флорентийской Академией наук, и из их содержания
следовало, что местные алхимики уже тогда подвергали алмазы и рубины сильному
воздействию огня, помещая их в герметически закрытые сосуды. При этом алмазы
исчезали, а рубины сохранялись в первозданном виде, из чего делался вывод об
алмазе как "поистине волшебном камне, природа которого не поддаётся
объяснению". Ну и что? Все мы, так или иначе, движемся по стопам предшественников. А
то, что алхимиками итальянского Средневековья не была распознана природа
алмаза, только лишь наводит на мысль о недоступности их сознанию и многих
других вещей, в том числе вопроса о том, куда девается масса вещества при его
нагревании в исключающем доступ воздуха сосуде.
Весьма шатко выглядят и авторские амбиции англичан, которые вообще отрицают
причастность Лавуазье к сенсационному эксперименту. По их убеждению, в актив
великого французского аристократа была несправедливо занесена заслуга,
принадлежащая на самом деле их соотечественнику Смитсону Теннанту13, который
известен человечеству как первооткрыватель двух самых дорогих в мире металлов —
осмия и иридия. Именно он, как заявляют англичане, проделывал подобные
демонстрационные трюки. В частности, сжигал в золотом сосуде алмаз (до этого
графит и древесный уголь). И именно ему принадлежит важное для развития химии
умозаключение о том, что все эти вещества имеют одинаковую природу, и при
сгорании образуют углекислый газ в строгом соответствии с весом сгораемых
веществ .
Но как ни тщятся отдельные историки науки хоть в России, хоть в Англии
умалить выдающиеся достижения Лавуазье и отвести ему второстепенную роль в
уникальных исследованиях, у них всё равно ничего не получается. Гениальный фран-
Смитсон Теннант (англ. Smithson Tennant; 30 ноября 1761(17611130), Селби,
Северный Йоркшир — 22 февраля 1815, Булонь) — английский химик. Изучает сначала химию в
Эдинбурге, а затем в Кембридже. В 1813 году получает в Кембридже должность
профессора. Вместе со своим ассистентом Уильямом Хайдом Воластоном Теннант приводит
доказательства, что бриллиант состоит из чистого углерода. Он окисляет одинаковую массу
угля и алмаза, получая лишь продуктом окисления одинаковое количество С02. В 1804
году Теннант в остатке оставшийся после растворения платины выделяет новые элементы
— иридий и осмий. Тенннант награжден медалью Копли Лондонского королевского общества
за 1804 год. Его именем назван минерал теннантит.
цуз продолжает оставаться в глазах мировой общественности человеком
всеобъемлющего и оригинального ума. Достаточно вспомнить его знаменитый опыт с
дистиллированной водой, который раз и навсегда поколебал бытующий в то время
среди многих учёных взгляд на способность воды превращаться при нагревании в
твёрдое вещество.
Сложился этот неверный взгляд на основе следующих наблюдений. Когда воду
упаривали "досуха", на дне сосуда неизменно обнаруживался твёрдый остаток,
который для простоты называли "землёй". Отсюда и ходили разговоры о
превращении воды в землю.
В 1770 году Лавуазье подверг расхожее мнение проверке. Для начала он сделал
все, чтобы получить как можно более чистую воду. Достичь этого можно было
тогда только одним способом — перегонкой. Взяв самую лучшую в природе дождевую
воду, учёный перегнал её восемь раз. Затем наполнил очищенной от примесей
водой заранее взвешенную стеклянную ёмкость, герметично закупорил её и снова
зафиксировал вес. Затем в течение трёх месяцев он нагревал этот сосуд на
горелке, доведя его содержимое почти до кипения. В итоге на дне ёмкости
действительно оказалась "земля".
Но откуда? Чтобы ответить на этот вопрос, Лавуазье вновь взвесил сухой
сосуд, масса которого уменьшилась. Установив, что вес сосуда изменился
настолько, насколько появилось в нём "земли", экспериментатор понял, что смущавший
коллег твёрдый остаток просто выщелачивается из стекла, и ни о каких
чудодейственных превращениях воды в землю не может быть и речи. Такой вот происходит
любопытный химический процесс. И под воздействием высоких температур он
протекает намного быстрее.
Антуан Лоран Лавуазье (фр. Antoine Laurent de
Lavoisier; 1743—1794) — основатель современной
химии .
Лавуазье происходил из состоятельной буржуазной
семьи. Первоначальное образование он получил в
колледже Мазарини, а затем прошёл курс юридического
факультета и в 1764 году получил степень лиценциата
прав. Одновременно с прохождением курса юридических
наук и по окончании его Лавуазье занимался
естественными и точными науками под руководством лучших
парижских профессоров того времени; математику и
астрономию он изучал под руководством известного
аббата Ла-Кайля (фр. La-Caille), ботанику — под
руководством Бернара де Жюссье, по минералогии и
геологии работал у Гэттара (фр. Guettard) . Курс химии
прошёл у Руэля (Rouelle).
В 1765 году Лавуазье представил работу на заданную Парижской академией наук
тему — «О лучшем способе освещать улицы большого города». При выполнении этой
работы сказалась необыкновенная настойчивость Лавуазье в преследовании
намеченной цели и точность в изысканиях — достоинства, которые составляют
отличительную черту вообще всех его работ. Именно, чтобы увеличить чувствительность
своего зрения к слабым изменениям силы света, Лавуазье провёл шесть недель в
тёмной комнате. Эта работа Лавуазье в 1766 году была удостоена Академией
золотой медали. В период 1763—1767 годов Лавуазье совершает ряд экскурсий с
Гэттаром, помогая последнему в составлении минералогической карты Франции.
18 мая 1768 года, в возрасте 25 лет, Лавуазье был избран в академию
адъюнктом по химии. В 1778 году он был избран действительным членом академии, с
1785 года он состоял её директором. Во время Конвента Лавуазье явился самым
деятельным защитником академии и прилагал все усилия, чтобы спасти её. Однако
это ему не удалось, ив 1793 году академия была упразднена.
В том же 1768 году, когда Лавуазье был, избран в академию, он вступил в
Главный откуп, пайщиком откупщика Бодона. Со смертью последнего в 1779 году
Лавуазье стал самостоятельным членом откупа (фр. fermier general titulaire).
Откупная система с полным основанием была ненавидима народом, но личная
деятельность Лавуазье по откупу была вполне безупречна, как показал его биограф
Гримо, опираясь на подлинные документы. Участие в откупе не было для Лавуазье
синекурой; оно требовало постоянных разъездов, отнимало у него много времени
и внимания.
Значительную часть больших доходов, которые Лавуазье получал от откупа, он
тратил на научные опыты. Для своих исследований он не щадил средств:
например, опыты над составом воды стоили ему 50000 ливров. Он добивался самой
тщательной постановки опытов и стремился к устройству наиболее точных и
совершенных приборов: в этом отношении научная техника во Франции обязана ему
многим. В 1775 году министр Тюрго, преобразовав пороховое дело во Франции,
назначил Лавуазье одним из четырёх управляющих этим делом (фр. regisseurs des
poudres). Благодаря энергии Лавуазье производство пороха во Франции к 1788
году более чем удвоилось (с 1600 тысяч франков оно дошло до 3700 тысяч
франков в год). Лавуазье организует экспедиции для отыскания селитряных
местонахождений, ведёт исследования, касающиеся очистки и анализа селитры; приёмы
очистки селитры, разработанные Лавуазье и Боме, дошли и до нашего времени. По
инициативе Лавуазье, академия наук в 1773 году назначает премию за лучшую
работу, касающуюся способа наиболее выгодного производства селитры; программа
работы была детально разработана самим Лавуазье.
Пороховым делом Лавуазье управлял до 1791 года. Он жил в пороховом
арсенале; здесь же помещалась и его лаборатория, из которой вышли почти все его
химические работы. Лаборатория Лавуазье была одним из главных научных центров
Парижа того времени. В ней сходились представители различных отраслей знания,
для обсуждения научных вопросов, сюда же приходили и начинающие молодые
работники науки учиться у Лавуазье.
Помимо научных работ, занятий по откупу и по управлению пороховым
арсеналом, Лавуазье принимал участие в различных комиссиях или по поручению
академии, или по поручению правительства. Так, например, в 1783 году Лавуазье
составляет, по поручению академии, доклад о «месмеризме», в 1784 году — доклад
об «аэростатах». Все отчёты Лавуазье обнаруживают его необыкновенное уменье
смотреть в корень дела, носят печать ясного, дисциплинированного,
уравновешенного ума и вместе с тем обличают натуру благородную, опиравшуюся в своей
деятельности на широкие гуманные принципы, принципы общего блага.
Эти принципы проглядывают нередко и в научных его трудах, но главным
образом проявляются в исследовании тюрем, предпринятом им, в министерство Некке-
ра, по поручению академии, и в его деятельности, направленной на улучшение
положения земледельческого класса. В 1783-1788 годах Лавуазье состоял членом
общества и комитета земледелия в Париже. В целом ряде докладов он указывает
на необходимость изменить положение земледельческого класса податной реформой
и распространением лучших способов земледельческой культуры.
Состоя в 1787 году представителем третьего сословия в Орлеанском
провинциальном собрании, он выступает и там с докладами об изменении натуральной
дорожной повинности, об организации различного рода благотворительных
учреждений для народа, страховой кассы на случай обеднения и старости и т.п. Став с
1778 года владельцем собственного имения, Лавуазье занялся агрономическими
опытами, из желания, главным образом, прийти на помощь соседним
землевладельцам, подав им «примеры агрикультуры, основанной на лучших принципах». В 1788
году Лавуазье мог уже представить в комитет земледелия отчёты о плодотворных
результатах своих агрономических опытов.
По его почину устраиваются школы пряжи и тканья; до того времени лён и
пенька в сыром виде шли за границу, откуда Франция получала готовое полотно;
Лавуазье широко пропагандирует способ беления тканей хлором, открытый Бертол-
ле; настаивает на необходимости устроить около Парижа опытное поле для
агрономических экспериментов; составляет инструкции провинциальным собраниям,
касающиеся самых разнообразных сельскохозяйственных вопросов. Как результат
основательного знакомства Лавуазье с экономическим положением родины явился его
мемуар, касающийся вычисления территориальных богатств Франции. Мемуар был
представлен Лавуазье национальному собранию в 1791 году и имел целью дать
основание наиболее рациональному расчёту налогов, какие страна может
выплачивать, не изнемогая под их бременем.
Во время революции Лавуазье состоял членом «Национального Казначейства», в
котором установил строгий и образцовый порядок. Эти обязанности он нёс
безвозмездно. В 1790 году Национальное Собрание поручило академии наук
выработать рациональную систему мер и весов. Для этой цели была организована
комиссия, в которой Лавуазье принимал постоянное участие в качестве её секретаря и
казначея; кроме того, ему вместе с Гюйо было поручено определить вес в
пустоте единицы объёма дистиллированной воды при 0 °С; а впоследствии вместе с
Борда Лавуазье определял расширение меди и платины, для устройства
нормального метра.
С 1791 года Лавуазье принимал участие в «совещательном бюро искусств и
ремёсел» , имевшем задачей указывать правительству на полезные для страны
технические изобретения и поощрять наградами лучшие из них. Плодом участия
Лавуазье в совещательном бюро осталась записка, касающаяся организации народного
просвещения. Хотя в 1791 году откуп был уничтожен, но нападки революционных
газет на откупщиков не прекратились. В 1793 году депутат Бурдон потребовал в
Конвенте немедленного ареста и предания суду бывших участников откупа, не
дожидаясь срока, назначенного для ликвидации дел. Лавуазье, вместе с другими
откупщиками, был заключён в тюрьму, в конце ноября 1793 года, и Конвент
постановил отдать его на суд революционного трибунала.
Ни петиция от совещательного бюро, ни всем известные заслуги перед родиной,
ни научная слава не спасли Лавуазье от смерти. «Республика не нуждается в
учёных», заявил председатель, трибунала Коффиналь в ответ на петицию бюро.
Лавуазье был обвинён в участии «в заговоре с врагами Франции против
французского народа, имевшем целью похитить у нации огромные суммы, необходимые для
войны с деспотами», и присужден к смерти. «Палачу довольно было мгновения,
чтобы отрубить эту голову» — сказал Лагранж по поводу казни Лавуазье, — «но
будет мало столетия, чтобы дать другую такую же»...
Высказывается мнение (напр., в романах М. Алданова), что преследование
ученого было спровоцировано и духом соревнования в науке: один из вождей
революции, Марат, был приверженцем как раз тех взглядов, которые были
экспериментами Лавуазье эффектно опровергнуты. Историк науки В. Штрубе отмечает, что в
обвинении ученому чувствуется надуманность и демагогичность.
Его имя внесено в список величайших учёных Франции, помещённый на первом
этаже Эйфелевой башни.
Научная слава Лавуазье по смерти неоднократно оспаривалась. Главным образом
Томсон (1830) и Voihard (1870) старались умалить заслуги Лавуазье и набросить
тень на всю его научную деятельность. Они обвинили его в том, что он присвоил
себе открытия, сделанные другими, что он умышленно умалчивал имена своих
предшественников и т.д. Причины этих нападок, однако, коренятся главным
образом в национальном антагонизме. Не говоря уже о том, что эти нападки на деле
далеко не оправдываются, научная слава Лавуазье заключается не в установлении
новых фактов, а главным образом в водворении в науке новой системы, которая
её совершенно реформировала. Этот труд произведён Лавуазье с необыкновенной
энергией и логической убедительностью, благодаря чему система его
восторжествовала над прежней в сравнительно очень короткое время.
Одна из первых по времени, наиболее важных работ Лавуазье посвящена решению
вопроса, можно ли воду превратить в землю. Вопрос этот занимал в то время
многих исследователей и оставался нерешённым, когда к нему приступил
Лавуазье .
Лавуазье посвятил ему два мемуара, носящие общее заглавие: «Sur la nature
de l'eau et sur les experiences par les quelles on a pretendu prouver la
possibility de son changement en terre» (1770). В этом исследовании Лавуазье
впервые показал, какую важность при выяснении химических задач могут иметь
весовые определения. Очистив дождевую воду восьмикратной перегонкой, он
поместил её в стеклянный сосуд особого устройства, который был после того
герметически закупорен и взвешен. Вес сосуда без воды был определён ранее.
Нагревая воду в этом сосуде в течение 100 дней, Лавуазье нашёл, что в воде
действительно появилась «земля». Но взвесив сосуд без воды после опыта, он
нашёл, что вес его уменьшился, причём оказалось, что вес образовавшейся земли
равен уменьшению в весе сосуда. Отсюда он заключил, что эта «земля» есть
продукт действия воды на стекло сосуда. Этим опытом Лавуазье окончательно и
навсегда разрешил вопрос о превращении воды в землю, долго остававшийся
спорным.
Химическую природу алмаза впервые установил в 1772 году А. Лавуазье с
сотрудниками. Приобретя несколько алмазов на свои собственные средства, они
накалили их до температуры горения, после чего определили состав получившегося
газа.
Лавуазье обращается к изучению газов. С физической стороны газы были уже
несколько исследованы Бойлем и Мариоттом, но со стороны химической они
представляли в это время очень тёмную и почти неизведанную область. Приступая к
исследованию газов, Лавуазье чувствовал, что изучение этой области должно
произвести переворот в физике и химии и высказал эту мысль в своём
лабораторном журнале в 1773 г. Прежде всего он подвергает проверке тот факт, что вес
металлов при превращении их в «извести» (так называли в то время все
металлические окислы, например красная окись ртути, железная окалина и др.)
увеличивается, факт, установленный ещё в 1630 г. Реем и в 1669 г. Майовом, и
доказывает, что увеличение в этом случае совершается за счёт части воздуха, а не за
счёт присоединения огня, как думал Бойль, мнение которого в то время было
общепринято .
Лавуазье превращал в «известь» (окись) олово в герметически закрытом
сосуде, нагревая металл при помощи большого зажигательного стекла. Общий вес
сосуда с оловом, после превращения олова в «известь», оставался неизменённым;
этого не могло бы быть, если бы действительно к олову что-нибудь
присоединилось извне. Лавуазье нашёл кроме того, что количество взятого воздуха после
опыта уменьшается на 1/5 и что остающийся воздух не поддерживает горения и
дыхания. Он показал также увеличение веса при сгорании серы и фосфора.
Установленные им факты описаны в «Opuscules physiques et chimiques» (1773) и в
«Memoire sur la calcination de l'etain dans les vaisseaux fermes et sur la
cause de 1'augmentation du poids qu'acquiert ce metal pendant cette
operation» (1774) .
Открытие кислорода, сделанное в 1774 г. Пристли и Шееле, дало Лавуазье
толчок к полному разъяснению вопроса. В 1775 г. Лавуазье представил в академию
мемуар «Sur la nature du principe qui se combine avec les metaux pendant leur
calcination et qui en augmente le poids», в котором определяет роль кислорода
в образовании металлических «известей» и признаёт кислород одной из составных
частей воздуха. Вслед за тем в целом ряде мемуаров Лавуазье развивает свою
новую теорию окисления и горения, диаметрально противоположную по своим
основаниям теории «флогистона», которая была тогда общепринятой.
По теории флогистона, введённой в науку Бехером (конец XVII в.) и
разработанной Шталем (начало XVIII в.), все тела, способные гореть и окисляться,
заключают особое горючее начало, «флогистон», которое при процессе горения
выделяется из тела, оставляя золу, «известь». Прибегая в своих исследованиях
постоянно к точному взвешиванию, Лавуазье показал, что при процессе горения
вещество не выделяется из горящего тела, а присоединяется к нему. Установив
свой новый взгляд на процессы горения и окисления, Лавуазье вместе с тем
правильно понял состав воздуха.
Путём анализа и синтеза он показал, что воздух есть смесь двух газов: один
из них — есть газ, преимущественно поддерживающий горение, «здоровый
(salubre) воздух, чистый воздух, жизненный воздух, кислород», как
последовательно называл его сам Лавуазье, другой газ — нездоровый воздух (moffette)
или азот. Пристли и др. сторонники теории флогистона смотрели на изменения
воздуха, вызываемые горением и окислением, совершенно иначе. Как кислород,
так и азот они считали различными видоизменениями обыкновенного воздуха,
отличающимися от него количествами содержащегося в них флогистона: кислород,
как энергично поддерживающий горение, считали «воздухом лишённым флогистона»,
«дефлогистированным воздухом», а азот — «флогистированным воздухом», то есть
насыщенным флогистоном и потому неспособным отнимать его от других тел, и
значит, поддерживать горение.
Лавуазье произвёл анализ и синтез воздуха, нагревая ртуть с определённым
объёмом воздуха и разлагая затем образовавшуюся красную окись ртути. Описание
этого классического опыта Лавуазье, перешедшее с тех пор во все руководства
химии, помещено в его «Traite elementaire de chimie» (I, chap. 3). Вместе с
изучением состава воздуха Лавуазье исследует роль кислорода в образовании
кислот («Considerations generales sur la nature des acides et sur les principes
dont ils sont composes*, 1778), устанавливает состав угольной кислоты,
многочисленные случаи выделения которой были изучены уже Блэком («Sur la formation
de l'acide nomme l'air fixe», 1781), объясняет изменения воздуха, вызываемые
горением свечи («Мет. sur la combustion des chandelles dans l'air
atmospherique et dans l'air eminement respirable» 1777) и дыханием животных
(«Experiences sur la respiration des animaux et sur les changements qui
arrivent a l'air en passant par leurs poumons», 1777) .
С 1774 г. Лавуазье занимался изучением горения водорода, или как его
называли тогда, «горючего воздуха», открытого в 1767 г. Кавендишем. Долго
Лавуазье не мог прийти к определённому результату, так как предполагал найти, как
продукт горения водорода, какую-нибудь кислоту. Одновременно с Лавуазье тем
же вопросом занимались многие другие химики, Кавендиш, Пристли, Монж,
Warllire и др. Только в 1783 г. Лавуазье и Лаплас нашли искомое: продуктом
горения водорода оказалась чистая вода. Одновременно с ними то же было
найдено Кавендишем и Ваттом. Но так как один Лавуазье в то время правильно понимал
процесс горения, то он один из всех, кому стало известно это явление,
правильно истолковал его и понял состав воды.
В 1785 г. Лавуазье вместе с Менье получили, путём синтеза из водорода и
кислорода, 45 г воды. Как и в других случаях Лавуазье и здесь не
довольствовался одним синтезом. Вместе с Менье он производит в 1783—1784 гг. разложение
воды при помощи железа. Через раскалённый ружейный ствол они пропускали пары
воды и выделяющийся газ собирали: это был водород; железный ствол покрывался
внутри слоем железной окалины, представляющей соединение железа с кислородом.
Определив состав воды, Лавуазье затем правильно истолковал восстановление
металлических окислов водородом и выделение водорода при действии кислот на ме-
таллы. Учение о кислороде, как о главном агенте горения, было встречено очень
враждебно.
Макер, французский химик, смеётся над новой теорией. В Берлине, где память
флогистика Шталя особенно чтилась, Лавуазье был даже предан сожжению in
effigie, как еретик науки. Лавуазье не тратил времени на полемику с
воззрением, несостоятельность которого он чувствовал, но, изучая настойчиво и
терпеливо факты, устанавливал постепенно шаг за шагом основы своей научной теории.
Только тщательно изучив факты и выяснив вполне свою точку зрения, Лавуазье
выступает открыто с критикой учения о флогистоне и показывает его шаткость
(«Reflexions sur le phlogistique», 1783). Объяснение состава воды было
решительным ударом для теории флогистона; сторонники её стали переходить на
сторону учения Лавуазье.
Когда же в 1789 г. Лавуазье издал «Traite elementaire de chimie», которое
тотчас же было переведено на многие иностранные языки, многие прежние
противники его системы изменили теории флогистона; так например, англичанин Кирван,
написавший книгу «Опыт о флогистоне», наполненную жестоких нападок на учение
Лавуазье, в 1792 г. оставил теорию и флогистона и признал взгляды Лавуазье:
«я кладу оружие и оставляю флогистон», писал он Бертолле. Лавуазье был ещё
при жизни свидетелем полного торжества своего учения. Разъяснив состав
воздуха и воды, Лавуазье полно выдвинул и разъяснил много других вопросов.
Найдя, что при сжигании органических соединений образуются вода и
углекислый газ, Лавуазье дал указания относительно состава органических веществ,
признав составными частями их углерод, водород и кислород. Вместе с тем
Лавуазье дал первые примеры органического анализа, производя сжигание спирта,
масла и воска в определённом объёме кислорода и определяя над ртутью объём
образующегося углекислого газа («Sur la combinaison du principe oxygine avec
l'esprit de vin, l'huile et differents corps combustibles*, 1784).
Позже он сжигал сахар, нагревая его с красной окисью ртути, образующуюся
угольную кислоту поглощал едким калием и взвешивал: для сжигания он применял
также перекись марганца и бертолетову соль. Таким образом, Лавуазье был
знаком не только принцип, но и практическое выполнение органического анализа.
Лавуазье занимался также процессами брожения и установил факт расщепления
виноградного сахара на алкоголь и углекислый газ. Он пытался даже выразить это
превращение количественным уравнением и по поводу его ясно формулировал
истину о неизменяемости веса вещества («Traite», I. chap. XIII).
Опираясь на свойства кислородных соединений различных простых тел (см.
далее) , Лавуазье первый дал классификацию тел, известных в то время в
химической практике. Основой его классификации служили, вместе с понятием о простых
телах, понятия — окись, кислота и соль.
Окись есть соединение металла с кислородом, например, окись железа, ртути,
меди и многие другие; кислота есть соединение неметаллического тела, каковы
уголь, сера, фосфор, с кислородом; органические кислоты уксусную, щавелевую,
винную и др. Лавуазье рассматривал, как соединения с кислородом различных
«радикалов». Соль образуется соединением кислоты с основанием. Эта
классификация, как показали скоро дальнейшие исследования, была узка и потому
неправильна: некоторые кислоты, как, например, синильная кислота, сероводород, и
отвечающие им соли, не подходили под эти определения; кислоту соляную
Лавуазье считал соединением кислорода с неизвестным ещё радикалом, а хлор
рассматривал как соединение кислорода с соляной кислотой.
Тем не менее, это была первая классификация, давшая возможность с большой
простотой обозреть целые ряды известных в то время в химии тел. Она дала
Лавуазье возможность предугадать сложный состав таких тел как известь, барит,
едкие щёлочи, борная кислота и др., считавшихся до него телами элементарными.
Рядом с классификацией Лавуазье много работал над упрощением химической но-
менклатуры, вопрос о которой был поднят Гитоном де Морво в 1782 г. ; в основу
этой номенклатуры легла классификация, данная Лавуазье. Новая номенклатура
внесла большую простоту и ясность в химический язык, очистив его от сложных и
запутанных терминов, которые были завещаны алхимией и были вполне
произвольны, а часто и лишены всякого смысла.
Явления тепла, тесно связанные с процессом горения, составляли также
предмет изучения Лавуазье. Вместе с Лапласом, будущим творцом «Небесной
механики» , Лавуазье даёт начало калориметрии; они устраивают ледяной калориметр. С
помощью его они измеряют теплоёмкости многих тел и теплоты, освобождающиеся
при различных химических превращениях, например при сгорании угля, фосфора,
водорода, при взрыве смеси селитры, серы и угля.
Этими работами они кладут основание новой области исследования — термохимии
и устанавливают её основной принцип, сформулированный ими в следующей форме:
«Всякие тепловые изменения, которые испытывает какая-нибудь материальная
система, переменяя своё состояние, происходят в порядке обратном, когда система
вновь возвращается в своё первоначальное состояние». Например, чтобы
разложить угольную кислоту на уголь и кислород, необходимо потратить столько же
тепла, сколько его выделяется при сгорании угля в углекислоту.
Калориметрические и термохимические исследования Лавуазье и Лапласа описаны в мемуаре «Sur
la chaleur» (1780) . В 1781—82 г они дают известный способ определять
расширение твёрдых тел. Выработанные ими методы они вслед за тем применяют для
изучения животной теплоты. Производя исследования над составом воздуха, Лавуазье
установил те изменения, которым подвергается воздух при процессе дыхания
животных .
Уже упомянутое исследование «Sur la chaleur», сделанное Лавуазье совместно
с Лапласом, а также исследования над дыханием животных, произведённые
Лавуазье совместно с Сегеном в 1789—90 гг. , имели громадное значение в физиологии.
Эти исследования показали, что дыхание животных есть медленное горение, за
счёт которого в организме поддерживается всегда постоянный запас тепла.
Траты, производимые в организме процессом горения, восполняются пищеварением.
Названные исследования стараются установить соотношение между количеством
выделяемой организмом углекислоты и состоянием покоя или работы, в котором
организм находится. Лавуазье правильно понял значение и связь трёх важных
функций животного организма: дыхания, пищеварения и транспирации.
Физиология ведёт от Лавуазье новую эру — опытного исследования жизненных
процессов. Исследованиями над животной теплотой Лавуазье представил против
витализма, царившего в то время в науках биологических, столь же сильные
доводы, как исследованиями над горением тел и над составом воды против учения о
флогистоне. Лавуазье нанёс, кроме того, окончательное поражение учению о
стихиях , ведущему своё начало от времён глубокой древности. Взгляд на огонь,
воздух, воду и землю, как на элементы, дожил до Лавуазье. Стоит развернуть,
например, руководство Beaume, «Chimie experim. et raisonnee» (1773), где
автор называет огонь, воздух, воду и землю — первичными началами, входящими в
состав всех известных тел. Лавуазье выделил огонь, то есть его источник —
теплоту из класса весомых тел и отнёс его вместе со светом, магнетизмом и др. в
разряд невесомых жидкостей (fluida).
Такое разделение внесло большую ясность, как в общие воззрения, так и в
расчёты химических превращений. Состав воздуха и воды был разъяснён Лавуазье;
а что землю нельзя считать элементом, доказательств этому было уже накоплено
много. Вместе с тем новое понятие об элементарных телах, установленное Бойлем
(1661) , было подкреплено Лавуазье и окончательно введено в науку. Понятие об
элементарных телах могло быть в то время, конечно, чисто эмпирическое, так
как для широкой философской его концепции не было ещё данных. Элементарными
телами Лавуазье считал те, которые в его время оставались ещё неразложенными.
Различие между двумя классами простых тел, металлами и металлоидами,
принадлежит Лавуазье.
Вопрос о трёх состояниях тел, близко связанный с учением о стихиях, был
выдвинут Лавуазье. В этом отношении в воззрениях Лавуазье на природу различных
состояний и связь их с теплотой уже ясно намечаются воззрения нашего времени.
Он признавал теоретически возможность превращения понижением температуры (и
увеличением давления) всех газообразных тел в жидкости и в твёрдые тела
(«Traite», I, chap. 2) . Эта мысль Лавуазье практически осуществлена была
только в наше время работами Пикте, Кальете и др. над сжижением газов. По
воззрению Лавуазье газы состоят из весомого «основания» и из невесомой
материи, теплоты, благодаря которой они сохраняют своё газообразное состояние.
Если материю тепла отнимать от газа, то остаётся весомая материя в жидком или
твёрдом виде, смотря по количеству отнятого тепла.
Когда кислород соединяется с горючим телом, то тепло, скрытое в
газообразном кислороде, освобождается и выделяется в виде жара и огня. Лавуазье первый
придал важное значение количественной стороне химических превращений веществ
и сделал весы необходимой принадлежностью химической лаборатории. Он сам во
всех своих исследованиях руководился тем принципом, что при различных
химических превращениях вещество не пропадает, не творится вновь и что поэтому веса
тел, участвующих в химическом превращении, до превращения и после него,
остаются неизмененными. Это положение высказывалось Лавуазье неоднократно, напр.
в «Traite» (I, chap. 13). Со времени с Лавуазье указанная истина легла в
основание научной химической системы («закон вечности вещества») и вместе с
другой истиной, добытой в нашем веке физикой, именно — законом сохранения
энергии, составляет основу современной философии природы... Руководясь
принципом, указанным Лавуазье, исследователи быстро пришли к выводам необычайной
важности, к установлению законов, управляющих весовыми отношениями
соединяющихся между собою веществ; а эти законы, в связи с законами объёмных
отношений для газов, привели затем к установке понятий об атоме и частице,
придающих необыкновенную простоту и ясность современной химической системе.
Важное достоинство, отличающее работы Лавуазье, состоит в точном научном
методе, в духе которого они произведены. Как образец точной
дисциплинированной мысли, работы Лавуазье так же бессмертны, как и результаты их. Вся
система Лавуазье представляет логическую стройность и единство. Лавуазье внёс в
химию тот метод строгой критики и отчетливого анализа явлений, который до
него уже оказался столь плодотворным в других областях точного знания, в
механике, физике, астрономии. В этом отношении труд Лавуазье составляет звено в
той цепи трудов, которые ставили целью открытие законов, управляющих
явлениями природы, и имя Лавуазье стоит в одном ряду с немногими именами, каковы
имена Галилея, Ньютона, Кеплера и др.
При проведении лабораторных исследований Лавуазье обнаружил, что
воспламенение спирта происходит при концентрации не менее 40 % в растворе воды (Н20) .
*************************
ПОИСКИ И МУКИ
ДЖОЗЕФА ПРИСТЛИ
Антуан Лоран Лавуазье своим дорогостоящим экспериментальным трюком вбил
последний гвоздь в гроб флогистонной теории, предложив взамен стройную
кислородную теорию горения и дыхания. У химии, обособившейся в отдельную науку,
появились безграничные перспективы и возможности. Но состоялась ли бы эта
многообещающая теория, если бы ей не предшествовало открытие кислорода?
Конечно, нет. А без неё не был бы и сам Лавуазье признан основоположником со-
временной химической науки. Так кто же нашёл кислород?
История открытия этого важного химического соединения полна всяких
неожиданностей и драматизма. По официальной версии первооткрывателями кислорода
считаются два выдающихся химика того времени — швед Карл Вильгельм Шееле,
аптекарь по профессии, и англичанин Джозеф Пристли, философ по натуре.
Благодаря свойственной обоим редкой наблюдательности, сообразительности и
экспериментаторскому таланту, они одновременно, почти день в день, как утверждают
историки, в 1774 году вышли на кислород. Причём "огненный воздух", как его
окрестили, дал обнаружить себя и тому, и другому в результате проведённых до
этого опытов с подогретой окисью ртути.
Впечатляющее совпадение, не правда ли? Но ещё более любопытен вот какой
факт. Ни Шееле, о котором говорили, что "он не мог прикоснуться к какому-либо
телу, без того, чтобы не сделать открытия", ни Пристли, считавший своей
главной задачей сочинение богословских и философских трактатов и занимающийся
химией как бы между прочим, не сумели целиком осознать значимость найденного
ими газа и распознать его главенствующую роль в процессах горения и дыхания.
Произойди это — не понадобились бы эксперименты Лавуазье.
А ведь тот же Пристли стоял буквально у порога "кислородной теории"! В
своих работах 1771 года он, в частности, указывал, что зелёные растения при
действии света "исправляют воздух, испорченный дыханием". То есть уже тогда
констатировал явление фотосинтеза, которое, как мы знаем с начала 20-х годов,
состоит в усвоении листьями растений углекислого газа и выделении ими в
окружающую среду кислорода. Тем не менее, и Пристли, и Шееле как слепцы
продолжали с пеной у рта ревностно защищать укрепившуюся на тот период флогистонную
теорию, противореча собственным изысканиям! Любая другая теория, прежде всего
"кислородная", поставила бы под сомнение наличие в природе "начала горючести"
веществ, оттого, наверное, им и не доставало сил сделать последний шаг на
пути к истине. Ведь иначе пришлось бы расстаться со многими традиционными
представлениями, в том числе перестать соглашаться с тем, что при обжиге и
горении часть вещества непременно улетучивается.
Для такой "переоценки ценностей" нужен был именно гениальный ум Лавуазье,
не цепляющийся за привычное. Лавуазье прозрел в открытии кислорода то, что
Заставило говорить об этом открытии как об открытии века. Едва услышав от
Пристли о его опытах с "дефлогистированным воздухом", он сразу же замыслил
поставить свой эксперимент, который буквально перевернул и жизнь самого
Лавуазье, и историю химии. Выглядел он так. В запаянной реторте нагревалась
ртуть. Соединяясь с кислородом, она превращалась в оксид ртути.
Образовывались красные чешуйки ртутной окалины с соответственным уменьшением объёма
воздуха. Затем Лавуазье получил ту же окалину в другой реторте. Но при этом
он подвергал ртуть постепенному высокотемпературному обжигу. Объем
поглощаемого газа не изменялся. Ртуть забирала из воздуха все тот же кислород.
Зафиксировав , сколько кислорода ушло на образование ртутного соединения, Лавуазье
установил, что масса вещества после проведения опыта осталась прежней. Этот
гениальный по своей простоте эксперимент указывал на один из основополагающих
законов природы — закон сохранения материи.
Так, воспользовавшись счастливым случаем, подаренным ему судьбой и Пристли,
Лавуазье пришёл к своей славе. А что же Пристли? Разубедился ли во
флогистонной теории, отстаивающей потери вещества в "начале горючести"? Да ничуть!
Даже спустя годы после открытия кислорода и постановки знаменитого эксперимента
своим коллегой он умудрился сдать в печать объёмистое сочинение под
претенциозным названием "Теория флогистона доказана и сложность воды опровергнута".
Более того, посчитал этот труд вершиной своего творчества. В сознании Пристли
все его обогатившие химию открытия — установление явления фотосинтеза,
получение кислорода, окиси азота, аммиака, хлористого водорода, сернистого газа и
прочие — были сущей "мелочевкой" в сравнении с "великим" флогистоном. Надо же
было так себя настроить, чтобы в конце концов лечь "трупом", защищая свои
ошибочные воззрения и не придавая никакого значения своим прогрессивным
идеям! Каких только шишек не насобирал Пристли, потрясая с упрямством овна древо
химических знаний! Из-за этого упрямства возможная слава улетучивалась из-под
его носа как гипотетический флогистон. Впрочем, что слава? Если бы поклонение
устаревшей традиционной идее могло хотя бы спасти его от травли за передовые
взгляды на другие научные проблемы! Так ведь нет.
Всю свою жизнь Джозеф Пристли подвергался нападкам реакционно настроенных
кругов и, будучи талантливейшим человеком своего времени, всем мешал, как
бельмо в глазу. Ненависть к нему просто не знала границ. Дошло даже до того,
что разъярённая толпа невежд однажды ворвалась в дом обосновавшегося в Париже
учёного и, совершив поджог, уничтожила его личную библиотеку и лабораторное
оборудование. А ведь на создание собственной лаборатории учёный потратил
целое состояние и убил не один десяток лет! Ладно, лаборатория. Сам-то он
буквально чудом спасся от пожара. Опасаясь очередной гадости, бедолага сбежал из
столицы Франции в Лондон. Но покоя не нашёл и там. Гонения на него
продолжались . В итоге обессиленный бесконечной "игрой в прятки" Пристли был вынужден
пересечь океан и поселиться в США. Но не надолго. Америка стала его последним
прибежищем, там в 1804 году он и скончался. Сказалось сильное нервное
истощение .
После смерти о химике с редким даром забыли. Как говорится, нет учёного —
нет и связанных с ним научных проблем. Блестящие достижения Пристли на долгое
время ушли вместе с ним в небытие. Но его творческий дух всё-таки осилил
века . И сегодня мы по достоинству оцениваем заслуги этого удивительного
мыслителя перед человечеством.
Весьма нелюбезно обошлась судьба и с другим гениальным самородком Корнелиу-
сом Дреббелем, имя которого до сих пор вообще не упоминается ни в одном
энциклопедическом издании и специальной литературе по химии. А ведь фактически
именно он был первым, кто обнаружил кислород. Но дело повернулось так, что
этот факт просто сбросили со счётов, хотя открытие Дреббеля состоялось за 150
лет до открытий, сделанных Пристли, Шееле и Лавуазье.
Специально Дреббель этой проблемой не занимался. Первооткрывателем
кислорода его вынудили сделаться обстоятельства, сопутствующие изобретательской
деятельности. В частности, когда он был занят сооружением подводной лодки, ему
волей-неволей пришлось размышлять над вопросами её погружения и обеспечения
гребцов достаточным количеством воздуха. Ведь, находясь на глубине, при
дефиците кислорода они могли бы задохнуться. После длительных поисков, в
результате обжига селитры, талантливый англичанин всё-таки получил этот жизненно
важный газ в свободном состоянии и таким образом вышел из затруднительного
положения. Заметьте, он искал кислород как необходимое условие дыхательного
процесса! То есть проявил куда большую прозорливость, чем движущийся наугад
Пристли.
Однако эпохальная находка "эликсира жизни" осталась незамеченной. Почему?
Скорей всего потому, что работы над подводной лодкой контролировало военное
ведомство, и их секретность делала открытие недоступным для широкой
общественности. Словом, ситуация развернулась, как некогда в нашей "оборонке",
когда самые светлые головы решали самые "неподъёмные" задачи, совершали
грандиозные открытия, а мы до поры и ведать не ведали, кому обязаны первым
искусственным спутником Земли или первой космической ракетой. Разница между
засекреченными исследованиями XX столетия и Средневековья просматривается только в
том, что лучшие умы того времени своего звёздного часа так и не дождались. Ни
при жизни, ни после смерти. А их достижения получили огласку под новыми
именами. Во всяком случае, открытие кислорода Корнелиусом Дреббелем тому убеди-
тельное подтверждение.
Корнелиус Якобсон Дреббель (нидерл. Cornelius Jacobszoon
Drebbel, 1572—1633) — нидерландский изобретатель, внёсший
вклад в развитие оптики, химии, науки об измерениях,
известен как изобретатель одного из первых типов микроскопов и
строитель первой в мире действующей подводной лодки.
Первое образование он получил, проведя несколько лет в
алкмарской школе, после чего, в 1590 году, поступил в
академию в Харлеме, где в то время преподавали, в частности,
Карел ван Мандер и Хендрик Гольциус. Обучаясь в академии,
Корнелиус стал искусным гравёром.
В 1600 году Корнелиус Дреббель построил фонтан в Мидделбурге, там он
познакомился с Иоанном Липперсгеем и Захарием Янсеном. У них Дреббель обучался
оптике и созданию линз. В 1604 году Корнелиус Дреббель с семьёй перебирается в
Англию, предположительно, по приглашению нового короля Якова I Стюарта. В
Англии Дреббель жил и работал под патронажем кронпринца Генри. В 1610—1612
годах по приглашению Рудольфа II Австрийского Корнелиус работал в Праге,
однако после смерти императора вернулся в Англию. Последовавшая вскоре смерть
кронпринца Генри привела семейство Дреббеля к финансовым трудностям.
В 1619 году Дреббель демонстрирует в Лондоне созданный им микроскоп с двумя
выпуклыми линзами, это изобретение приносит ему известность. Некоторые
авторы, в том числе и Христиан Гюйгенс, приписывали именно Дреббелю изобретение
составного оптического микроскопа.
Демонстрация подводной лодки Дреббеля, Темза, 1620 год.
В 1620 году, работая на Британский флот, Корнелиус Дреббель, используя
работы Уильяма Борна, опубликованные в 1578 году, строит подводную лодку из
дерева, обтянутого кожей. В течение последующих четырёх лет он строит ещё две
субмарины, каждый раз увеличивая размеры. Сохранились описания публичных
демонстраций возможностей корабля: в присутствии короля Якова I и нескольких
тысяч лондонцев Дреббель погружался и всплывал в водах Темзы. Его творение
способно было оставаться под водой в течение нескольких часов, чему способст-
вовало применение химической регенерации воздуха, брать на борт до 16
пассажиров, им было совершено подводное плавание от Вестминстера до Гринвича и
обратно на глубине 12-15 футов (4-5 метров). Лодка совершила множество плаваний
по реке, однако не смогла вызвать энтузиазма в Адмиралтействе, и никогда не
использовалась в боевых действиях.
Корнелиус Дреббель участвовал в открытии фульмината ртути, изобрёл
инкубатор для цыплят, ртутный термостат, сконструировал систему кондиционирования
воздуха.
В конце жизни Дреббель работал над планом осушения болот вокруг Кембриджа,
жил небогато, управляя собственным небольшим трактиром.
Джозеф Пристли (англ. Joseph Priestley, 1733—1804)
— британский священник-диссентер, естествоиспытатель,
философ, общественный деятель. Вошёл в историю прежде
всего как выдающийся химик, открывший кислород и
углекислый газ.
Из-за финансовых затруднений родители отдали
мальчика на воспитание его тётушке. Джозеф стал рано
проявлять способности к наукам, и его тётушка решила
дать ему хорошее образование, чтобы он мог стать
впоследствии пастором. В связи с тем, что религиозные
взгляды Пристли отличались от взглядов сторонников
англиканской церкви, он поступил в академию в Дэвен-
три, где и получил филологическое и богословское
образование. Эта академия готовила священников-
диссентеров, противников англиканской церкви.
Благодаря заботам тётушки и собственному усердию к моменту
окончания академии Пристли был хорошо образованным
для своего времени человеком, знакомым не только с
теологическими трудами, но и с работами современных и древних философов. Он
изучил девять иностранных языков — французский, итальянский, немецкий,
латинский, древнегреческий, древнееврейский, арабский, сирийский, халдейский.
Получив такую сугубо гуманитарную подготовку, Пристли начинает свою
деятельность в качестве проповедника в диссентерских общинах. Через некоторое
время он пробует себя на педагогическом поприще в открытой им же частной
школе. Однако в полной мере его талант педагога раскрылся после 1761 года, когда
он начал работать в качестве преподавателя в Уорингтонской академии. В этот
период он начинает свои занятия естественными науками, успехи в которых
принесли ему впоследствии международную известность. Именно тогда и произошла
встреча Пристли с Франклином, одобрившим интерес молодого преподавателя к
проблемам электричества.
В 1766 году Пристли установил обратно пропорциональную зависимость силы
электрического взаимодействия от квадрата расстояния между зарядами. Свои
результаты Пристли изложил в сочинении «История и современное состояние
электричества, с оригинальными опытами», изданном в двух томах в Лондоне в 1767
г. Эта работа сразу получила признание в кругах английских ученых, и ее автор
в том же году был избран членом Лондонского королевского общества.
Сочинение Пристли об электричестве можно разделить на две неравные части.
Первую, большую, составляет обзор работ предшественников, а вторую — описание
его собственных опытов. Среди экспериментов Пристли был и опыт, являющийся по
существу повторением наблюдения Франклина, но проведенный более тщательно.
Вот как его описывает сам Пристли: «...я наэлектризовал оловянный кубок объемом
в одну кварту, стоявший на табурете из высушенного дерева; я наблюдал, что
пара пробковых шариков, которые были изолированы, поскольку подвешивались на
стеклянной палочке, и висели внутри сосуда так, что ни малейшая часть нитей
не выступала над его горловиной, оставаясь именно в том месте, куда была
помещена, ни в малейшей степени не испытывая воздействия электричества; однако
если палец или любое проводящее тело, соединенное с землёй, касалось шариков
или даже просто подносилось к ним, когда они находились вблизи горловины
сосуда, они немедленно разделялись, испытывая притяжение в разные стороны; так
же они вели себя при вытягивании вверх в тот момент, когда нити выступали над
горловиной сосуда».
Далее Пристли описал различные варианты этого опыта, а затем сформулировал
вывод: «Можно ли не заключить из этого эксперимента, что притяжение
электричества подчиняется тем же законам, что и тяготение, и поэтому меняется
соответственно квадратам расстояний; поскольку легко показать, что если бы Земля
имела форму оболочки, то тело, находящееся внутри нее, не притягивалось бы к
одной стороне сильнее, чем к другой».
В 1766 году Пристли высказал догадку о том, что электрические силы
подчиняются закону «обратных квадратов», по аналогии с законом всемирного тяготения
Ньютона. В «Математических началах натуральной философии» Ньютон рассмотрел
задачу о том, какая сила действует на тело, помещенное внутрь сферической
оболочки, и показал, что эта сила равна нулю. Вывод Ньютона справедлив для
любых сил, подчиняющихся закону «обратных квадратов». При этом сила не
действует на тело только внутри сферического однородного слоя. При нарушении либо
условия сферичности слоя, либо условия его однородности это утверждение
перестает быть справедливым.
Следует отметить, что форма сосуда, с которым экспериментировал Пристли,
была далека от сферической. Следовательно, решение задачи Ньютона неприменимо
к опыту Пристли и его вывод основан на очень грубой аналогии между действием
электрических и гравитационных сил. В то же время дальнейшее развитие науки
показало, что «нулевой» метод, то есть метод, основанный на доказательстве
равенства нулю силы, может быть весьма эффективным при обосновании закона
«обратных квадратов».
Пристли по праву его можно считать одним из основоположников современной
химии. Его основные химические исследования были посвящены изучению газов. В
этой области ему принадлежит ряд крупнейших открытий. В 1771 г. Пристли
открыл фотосинтез, обнаружив, что воздух, испорченный горением или дыханием,
становится вновь пригодным для дыхания под действием зеленых частей растений.
В 1778 г. он доказал, что при фотосинтезе растения поглощают углекислый газ и
вырабатывают кислород.
В 1772 г. Пристли, действуя разбавленной азотной кислотой на медь, впервые
получил окись азота — «селитряный воздух» — и нашёл, что окись азота при
соприкосновении с воздухом буреет вследствие образования двуокиси азота.
Пользуясь для собирания газов ртутной ванной, Пристли в 1772—74 гг. впервые
получил хлороводород — «соляно-кислый воздух» и аммиак — «щелочной воздух».
Вместе с другими учеными, такими, как Антуан Лавуазье, Генри Кавендиш, Карл
Шееле, он способствовал утверждению представлений о сложном составе воздуха.
Пристли принадлежит честь открытия в 1774 году кислорода. Нагревая окись
ртути, он выделил кислород — «бесфлогистонный воздух». Кроме того, Пристли в
1775 г. получил в чистом виде фтористый кремний, сернистый газ, а в 1799 г.
окись углерода. Обогатив науку многими новыми фактами, Пристли, однако, не
смог правильно объяснить их и до конца жизни оставался последователем
ошибочной теории флогистона, отвергнутой трудами Лавуазье, поэтому его теоретиче-
ские идеи не шли ни в какое сравнение с описанными им остроумными и
убедительными экспериментами. Кроме химии, его исследования относятся также и к
оптике. Пристли — автор книги «История и современное состояние открытий,
относящихся к зрению, свету и цветам», опубликованной в 1772 г.
Работы Пристли получили широкую известность в научных кругах. Он был избран
почетным доктором Эдинбургского университета, членом Лондонского королевского
общества, иностранным членом Парижской и Петербургской академий наук
Несмотря на международное признание, Пристли на протяжении всей жизни был
вынужден переезжать из города в город в поисках прилично оплачиваемого места.
Дольше всего он прожил в Бирмингеме, где с 1780 по 1791 гг. выполнял
обязанности приходского священника, а в свободное время проводил химические
эксперименты. В этом городе Пристли участвовал в работе так называемого «Лунного
общества», члены которого интересовались научными проблемами, главным образом
вопросами естествознания. Заседания этого общества происходили раз в месяц по
понедельникам, предшествовавшим полнолунию, — отсюда и его название. В
Общество входили люди, интересующиеся наукой, независимо от их религиозных и
политических взглядов. «Нам нет дела,— говорил Пристли,— до политических и
религиозных принципов каждого из нас: мы объединены общей любовью к науке,
которой достаточно, на наш взгляд, чтобы соединить всех без различия лиц —
христиан, евреев, магометан, язычников, монархистов и республиканцев».
Пристли придерживался весьма прогрессивных для второй половины XVIII в.
философских и политических взглядов и активно занимался их пропагандой. В
философии он был сторонником материализма, хотя и полагал, что законы
материального мира созданы божественным разумом (деизм). После Великой французской
буржуазной революции конца XVIII в. Пристли с большой силой и страстностью
оправдывал право народа на восстание и свержение тирании. Он стал членом
общества «Друзей революции» и как проповедник пропагандировал идеи равенства и
братства, отстаивал свободу совести и веротерпимость. Пристли был идеологом
радикально настроенной части английской буржуазии эпохи промышленного
переворота в Англии.
Эта деятельность, а также горячие симпатии Пристли к идеям Великой
французской буржуазной революции вызвали ненависть к нему со стороны реакционеров.
14 июля 1791, когда группа его друзей собралась у него, чтобы отметить
годовщину взятия Бастилии, с помощью подстрекательства гражданские и церковные
власти Бирмингема спровоцировали нападение на его дом. Толпа фанатиков
разгромила и сожгла дом, уничтожила лабораторию и библиотеку рукописей Пристли.
Сам Пристли и члены его семьи едва избежали расправы и с трудом спаслись.
Разгром дома Пристли вызвал возмущение не только в Англии, но и за рубежом.
Во Франции были собраны средства для восстановления дома и лаборатории, а в
сентябре 1792 г. Пристли был провозглашен почетным гражданином Франции. И все
же, несмотря на помощь и поддержку друзей, Пристли решил покинуть родину и
переехать в Америку, куда ранее эмигрировали его сыновья. С 1794 г. до конца
жизни ученый жил в Америке, занимаясь в основном литературной работой.
Карл Вильгельм Шееле (швед. Carl Wilhelm Scheele; 1742—1786) — шведский
химик, с 1775 года — член Королевской шведской академии наук. Будучи
фармацевтом по образованию и работая в аптеках различных городов Швеции, с 1757 года
проводил химические исследования.
Шееле принадлежит честь открытия множества неорганические и органические
вещества. В 1774 году он показал, что пиролюзит, считавшийся ранее
разновидностью магнитного железняка, представляет собой соединение неизвестного ме-
талла. Тогда же при взаимодействии соляной кислоты и пиролюзита при
нагревании был впервые получен хлор. Позже им были получены оксиды молибдена (1778
год) и вольфрама (1781 год) из природных минералов молибденита и тунгстена
(шеелита). В 1779 году действием свинцового глёта на растительные и животные
жиры Шееле впервые получил глицерин.
Им также открыты тетрафторид кремния (1771год), оксид
бария (1774 год), мышьяковистый водород (1775 год),
винная (1769 год), кремнефтористоводородная,
фтороводородная (1771 год) , мышьяковая (1775 год) ,
щавелевая (1776 год), молочная (1780 год), синильная
(1782год) кислоты.
В 1769 году Шееле разработал способ производства
фосфора из золы, образующейся при обжиге костей. В 1777
году, одновременно с Феличе Фонтана, он обнаружил
способность свежепрокалённого древесного угля поглощать
газы. В труде «Химический трактат о воздухе и огне» Шееле
описал получение и свойства «огненного воздуха» и указал,
что атмосферный воздух состоит из двух «видов воздуха»:
«огненного» — кислорода и «флогистированного» — азота.
Несмотря на то, что он впервые в истории получил в
лабораторных условиях кислород приоритет открытия кислорода принадлежит
Джозефу Пристли (1774) , так как труд Шееле был опубликован только в 1777 году.
Курьезная страсть Шееле пробовать на вкус все, с чем он имел дело (по
другим сведениям, в те годы при описании вещества необходимо было в обязательном
порядке указывать его вкус), стоила ему жизни. В 1786 году его нашли мертвым
на своем рабочем месте в окружении массы ядовитых реактивов; некоторые
источники приписывают его смерть синильной кислоте.
Во время посещения Парижа шведским королём Густавом III к нему явилась
делегация французских учёных и высказала почтение в связи с работой в Швеции
выдающегося химика Карла Вильгельма Шееле, открывшего многие органические и
неорганические вещества. Так как король никогда не слышал о Шееле, он
отделался общими фразами, а затем немедленно издал приказ возвести химика в
рыцарское достоинство. Однако премьер-министр тоже не знал учёного, и в
результате титул графа достался другому Шееле — лейтенанту артиллерии, а химик так
и остался неизвестным для короля и придворных.
*************************
ОТКРЫТИЕ ОДНО, А
ПЕРВООТКРЫВАТЕЛЕЙ МНОГО
Ситуация, при которой потребность общества в технических новшествах и
созревшая человеческая мысль совпадали и служили бурному развитию определённой
области знания, в истории науки возникала весьма часто. И тогда в
определённые, правда, относительно короткие, периоды времени появлялись целые
созвездия замечательных исследователей, которые одновременно и независимо друг от
друга пытались решить одну и ту же научную или техническую проблему. Что же
происходило, когда туман, окутывавший работы по этой конкретной проблеме,
рассеивался, и учёная общественность признавала какое-нибудь открытие, а
исследователей, добившихся наиболее выдающихся результатов, удостаивала,
наконец, своего внимания? Разгорались страсти, затевалась беспощадная
околонаучная борьба за приоритет. Чем она только не сопровождалась: и жгучими
упрёками, и необоснованными обвинениями, и досадными оскорблениями. А уж если чьи-
то успехи были очевидны, и общественный суд единодушно стоял на стороне побе-
дителя, его завистники просто начинали испытывать "миллион терзаний",
задаваясь вопросом "Почему же он, а не я?" Задетое самолюбие никак не давало им
утихомириться, и бросало в безудержную погоню за чужой славой. Или, как
некоторым казалось, — за своей.
Из истории химии все ещё остаётся непонятным, кто же первым вывел
химическую формулу молекулы воды — Н20? В какой-то момент желание установить
химический состав воды "захлестнуло" множество великих химиков и специалистов.
Этим вопросом почти одновременно занимались Генри Кавендиш, Антуан Лоран
Лавуазье, Джозеф Пристли и прочие гиганты мысли, захваченные страстью к химии.
Спор за приоритет разыгрался не на шутку и в конечном итоге перерос в
серьёзный конфликт. Каждый с пеной у рта доказывал своё преимущественное право
называться первооткрывателем. Только вот в пылу борьбы все её участники отчего-
то разом запамятовали, что до них тайну строения молекулы воды разгадали
независимо друг от друга... один из основоположников начертательной и
аналитической геометрии, математик и механик Гаспар Монж, и изобретатель
универсальной и практичной паровой машины Джеймс Уатт.
Было это так. Прервав свои важные прикладные исследования, француз Монж и
англичанин Уатт, подстёгиваемые жаждой охватившего всех научного любопытства,
тоже переключились на поиск химической формулы воды. Работая в Мезьерской
инженерной школе, Монж даже специально для этого открыл лабораторию. Так
хотелось ему испытать свои возможности в иной области знаний. Повезло ли Монжу?
Можно сказать, что да. Любитель точных геометрических построений, он одним из
первых, если не самым первым, выяснил, что молекула воды состоит из атомов
кислорода и водорода, и подтвердил смелый для того времени вывод успешно
поставленным экспериментом по синтезу воды из кислорода и водорода.
А что же Уатт, который сталкивался в своей деятельности с водой самым
непосредственным образом (движущей силой его парового двигателя был водяной пар)?
Он установил, что оксиген (кислород) есть вода, утратившая гидроген
(водород) . Причём об этом заключении Уатта знали в самых разных странах. Вот
почему, когда в споре за приоритет открытия формулы воды между последующими
"первооткрывателями" всё-таки всплыло его имя, некоторые из его коллег начали
настаивать на безусловной принадлежности авторского права именно Уатту,
которое он и должен защищать. Сам же Уатт равнодушно отмахивался от этих советов,
полагая, что "лучше уж терпеть муки несправедливо оттеснённого от
собственного открытия учёного, чем попасть в кромешный ад борьбы за приоритет и
восстановление научной чести". Ведь однажды замечательный изобретатель уже испытал
на собственной шкуре, сколько душевных сил отбирает подобная борьба. Это
произошло, когда он был вовлечён в серьёзную дрязгу по поводу запатентованной им
конструкции паровой машины с цилиндром двойного действия.
Правда, пока разгорался весь этот сыр-бор за право быть первосоздателем
теплового двигателя, машине Уатта удалось найти себе сторонников в среде
фабрикантов и, благодаря их поддержке, утвердиться в правах, сыграв решающую роль
в переходе цивилизованного мира к машинному производству.
Характерно, что специалисты, изучающие психологию научного творчества, в
большинстве своём сходятся на том, что ни один истинный учёный, каким бы
тщеславным он не был, не испытает радости от ошибочно приписанного ему
приоритета на важное открытие. Такого мнения придерживался, кстати, и замечательный
канадский биолог и физиолог Ганс Селье14, считавший, что "учёные тщеславны,
им нравится признание, они не безразличны к известности, которую приносит
слава, но очень разборчивы в отношении того, какого признания им хотелось бы
Ганс Селье (Hans Hugo Bruno Selye, венг. Selye Janos, 1907-1982) — выдающийся
канадский эндокринолог австро-венгерского происхождения.
добиться и за что им хотелось бы стать знаменитым".
Увы! Уатту да и остальным учёным, о которых шёл разговор выше, такая
разборчивость свойственна не была. Они попадали в число знаменитостей как из-за
собственных, так и из-за необоснованно приписанных им открытий, которые в
действительности принадлежали менее удачливым и выносливым исследователям. Но
об этой стороне дела — не сейчас.
Сейчас нас интересует химия и "соискатели" её руки. Как же при
одновременности возникновения идей в самых разных головах, обусловленной всем развитием
научной мысли, происходило открытие химических элементов? Оказывается, каждый
из целого ряда химических элементов независимо открывали сразу несколько
человек. Никто из них даже не подозревал о параллельно ведущемся
исследовательском поиске, и поэтому споры за приоритет приняли особенно ожесточённый
характер. Ведь под аналогичными работами стояли подписи ничего не знающих о
достижениях друг друга людей!
Азот, например, практически одновременно открыли в Швеции, Англии и
Шотландии Карл Шееле, Генри Кавендиш и Даниэль Резерфорд15. Первооткрывателями
кислорода стали тот же самый Шееле и Джозеф Пристли. Кстати, Шееле вместе со
своим соотечественником Ш. Ганом16, который работал параллельно с ним,
обнаружили марганец. Англичанин Гемфри Дэви17 и французы Жозеф Луи Гей-Люссак18
совместно с Луи Жаком Тенаром19 в один и тот же 1808 год, но разными путями
открыли и проидентифицировали ранее неизвестный элемент — бор, из-за чего
потом, похоже, и сцепились между собой английские и французские специалисты. Да
так, что впору было уносить ноги! Но вот в чём была проблема: бор-то открыли,
а вот в достаточно чистом виде выделить его так и не смогли.
Теллур в чистом виде получили в одном, 1782 году, Ф. Мюллер20 и П. Китай-
бель21, а немец М.Г. Клапрот22 чуть попозже переоткрыл его более оригинальным
способом и, главное, сделал его идентификацию. На кадмий самостоятельно вышли
Даниель Резерфорд (Рутерфорд) (Daniel Rutherford; 1749—1819) — английский химик и
физик. Получил образование в Эдинбургском университете, где и получил степень
доктора в 1772 году за работу под названием «De аёге mephitica», в которой описывал новый
газ, около того же времени открытый независимо Д. Пристли и получивший название
азота. С 1777 года член общества врачей в Эдинбурге, а с 1786 года профессор ботаники
эдинбургского университета.
16 Юхан (Йохан, Иоганн) Готлиб Ган (швед. Johan Gottlieb Gahn, 1745—1818) — шведский
химик и минералог. Первым получил металлический марганец (1774) и изучил его
свойства .
17 Гемфри Дэви (Хамфри Дэви), (англ. Humphry Davy, 1778—Женева) — английский химик и
физик. Помимо всего прочего открыл Майкла Фарадея.
18 Жозеф Луи Гей-Люссак (фр. Joseph Louis Gay-Lussac; 1778—1850) — французский
химик и физик, член Французской Академии наук (1806), один из величайших французских
учёных.
19 Луи Жак Тенар (фр. Louis Jacques Thenard; 1777—1857) — французский химик, член
Парижской АН (1810).
20 Ференц Йожеф (Франц Йозеф, Muller von Reichenstein) Мюллер, барон фон Рейхенштейн
(1740—1825) — венгерский (австрийский) горный инженер и минералог. В 1782 г. в
золотоносной руде, найденной на территории Семигорья, открыл новый элемент, который М.
Г. Клапрот позднее назвал (1798) теллуром. В 1778 г. обнаружил в Тироле минерал
турмалин и исследовал его свойства.
21 Пауль Китайбель (венг. Pal Kitaibel; 1757—1817) — австрийский химик и ботаник.
Как химик Китайбель был одним из первооткрывателей теллура, выделив его в 1786 г. из
минерала верлита.
22 Мартин Генрих Клапрот (нем. Martin Heinrich Klaproth; 1743—1817) — немецкий
химик, первооткрыватель трёх химических элементов: циркония, урана и титана.
в 1817 году швед Ф. Штромейер и немцы Л. Герман и В. Мейснер. А в
родословную радона вообще смело можно занести сразу пять имён первооткрывателей.
Это У. Рамзай25 и Ф. Содди26, Э. Резерфорд27 и С. Дебьерн28, а также К. Дорн29.
Целая плеяда учёных связана с открытием химического элемента — рения. Его
обнаружили, работая по своим "углам", супруги И. и В. Нодцак30, Я. Гейровский31
_ on 33 _ 34
и Долеижек, Друце и Лоринг. Протактинии нашли О. Ган и Л. Меитнер , Ф.
Содди и Кренстон35, К. Фаянс36 и Э. Геринг. А к "родительской чете" полония —
супругам Кюри в последнее время на законном основании был причислен в
качестве первооткрывателя того же самого элемента несправедливо до этого обойдённый
23 Фридрих Штромейер (Stromeyer , 1776 —1835)— химик и фармацевт, ученик Л.Н. Вокле-
на.
24 Насчет этого какая-то путаница. Похоже, Карл Герман (1765-1846) - это немецкий
аптекарь, потом владелец фабрики по производству окиси цинка (ZnO) для аптекарских
нужд. Инспектор заподозрил в ней примесь мышьяка, фабрику закрыли. Недовольный
Герман обратился к эксперту Штромейеру, который и открыл что эта примесь - кадмий. В
литературе часто Карл Герман называется как открыватель кадмия, вместе с Мейснером,
о котором вообще ничего неизвестно.
25 Сэр Уильям Рамзай (англ. Sir William Ramsay; 1852—1916) — английский химик,
лауреат Нобелевской премии по химии 1904 года.
26 Фредерик Содди (англ. Frederick Soddy; 1877—1956) — английский радиохимик, член
Лондонского королевского общества (1910), лауреат Нобелевской премии по химии
(1921).
27 Эрнест Резерфорд (англ. Ernest Rutherford; 1871—1937) — британский физик
новозеландского происхождения. Известен как «отец» ядерной физики, создал планетарную
модель атома. Лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года.
28 Андре-Луи Дебьерн (фр. Andre-Louis Debierne, 1874—194 9) — французский физик и
химик, первооткрыватель химического элемента актиний (1899). В 1906 году после смерти
Пьера Кюри активно участвовал в продолжении его работ совместно с Марией Кюри. В
1910 году они совместно выделили чистый образец соли полония и получили образец
металлического радия. Радон-222 - эманация радия.
29 Дорн Фридрих Эрнст (Dorn Friedrich Ernst, 1848-1916) — немецкий физик-
экспериментатор. Открыл вторичное рентгеновское излучение, определил скорость
рентгеновских лучей (1900). В 1900 открыл эманацию радия (радон), установил ее основные
свойства, отклонение бета-лучей в электрическом поле.
30 Вальтер Карл Фридрих Ноддак (Noddack, 1893 —1960) — немецкий физикохимик.
Основные исследования посвящены геохимии редких и рассеянных элементов. Совместно с женой
Идой Ноддак (Такке) открыл в 1925-1928 гг. новый химический элемент — рений.
31 Ярослав Гейровский (чеш. Jaroslav Heyrovsky; 1890—1967) — чешский химик,
иностранный член АН СССР (1966). Создал полярографию, сконструировал (1925, совместно с
японским ученым М. Шикатой) первый полярограф. Лауреат Нобелевской премии по химии
(1959). Одним из первых открытий, сделанных с помощью полярографа было обнаружение
следов рения. Это было подвержено В. Долеижек рентгенографическими исследованиями,
но о нем самом мало что известно — он погиб в лагере Терезин в начале 1945 г.
32 См. Друце H.N. Рений. 1951.
33 Ган Отто (Hahn Otto, 1879- 1968), немецкий радиохимик. Открыл несколько изотопов,
а совместно с физиком Л. Майтнер открыл новый радиоактивный элемент - протактиний. В
1935 совместно с Л. Майтнер и Ф. Штрассманом Ган начал исследования бомбардировки
урана нейтронами и в 1938 открыл деление ядер урана. За эту работу он был удостоен
Нобелевской премии по химии за 1945, однако Гану было запрещено ее получать, и
премия была вручена ученому лишь в 1946.
34 Лиза Мейтнер (нем. Lise Meitner, 1878—1968) — австрийский физик и радиохимик.
Проводила исследования в области ядерной физики, ядерной химии и радиохимии.
35 Кранстон Джон (Cranston J.) (p. 1891) — английский химик.
36 Фаянс Казимир (Fajans, 1887—1975) - американский физико-химик, поляк по
происхождению. Основные исследования посвящены учению о растворах и радиохимии.
известностью и славой Марквальд37.
Безумно интересна история открытия алюминия. В 1825 году его почти
одновременно нашли датчанин Г.К. Эрстед38 и немец Ф. Вёлер39. Об их открытии
сообщалось не раз. Но при этом из поля зрения историков науки почему-то всегда
выпадал неопровержимый факт выхода на алюминий ещё в 1754 году немецкого химика
А.С. Маргграфа40. Тогда Маргграф выделил из квасцов — алюминиево-калиевых
минералов "бесцветную землю", которая по сути и была алюминием. Во второй
половине прошлого века стало ясно: алюминий обладает такими свойствами, что
необходимо разработать промышленный способ получения этого металла из руд. Причём
ни сил, ни средств на это жалеть не стоит.
На протяжении многих лет проблемой получения алюминия, которая стала в
химии проблемой номер один, занимались десятки крупных специалистов. И опять к
удачному финалу — открытию электролизного метода — пришли в одном и том же
1886 году сразу двое изобретателей — американец Ч.М. Холл41 и француз П.Л.Т.
Эру42. Оба они предложили практически неразличимый технологический способ
выплавки алюминия электролизом криолитоглиноземных расплавов. Но что особенно
удивительно, так это то, что эти талантливые инженеры не только одновременно
родились, но и одновременно умерли (1863-1914 гг.) Надо же какое переплетение
творческих судеб! Поистине ошеломляющее историческое совпадение!
Лет шесть заодно с другими исследователями гонялся за "призраком" нового,
удивительного по своим свойствам, химического элемента французский химик Эжен
Демарсе43. Наконец применив разработанный им же метод разделения
редкоземельных элементов фракционной кристаллизацией, Демарсе выделил этот элемент и
назвал его европием. Но слегка опоздал. Его соотечественник Поль Лекок де Буа-
бодран44, считающийся первооткрывателем галлия, самария, гадолиния и диспро-
Вильгельм Марквальд открыл полоний на 4 года позже Кюри, так что он немного
опоздал .
38 Ханс Христиан Э рстед (дат. Hans Christian 0rsted, 1777—1851) — датский учёный,
физик, исследователь явлений электромагнетизма. В 1825 г. Эрстед первым получил
относительно чистый алюминий; поскольку сообщение об этом было опубликовано в
малоизвестном датском журнале и не сразу стало известно химикам, иногда первооткрывателем
алюминия называют Ф. Вёлера.
39 Фридрих Вёлер (нем. Friedrich Wohler; 1800—1882) — немецкий химик, по образованию
врач. Получил алюминий нагреванием хлористого алюминия с калием (1827).
40 Андреас Зигизмунд Маргграф (нем. Andreas Sigismund Marggraf; 1709—1782) —
немецкий химик, член Берлинской академии наук (1738), почётный член Петербургской
академии наук (1776), один из последних значительных химиков эпохи теории флогистона. В
1754 г. Маргграф получил окись алюминия, а не сам алюминий. Соли алюминия были
известны и раньше.
41 Чарльз Мартин Холл (Charles Martin Hall, 1863-1914), американский инженер-химик.
В 1886 году получил первые слитки алюминия при помощи электролиза расплава глинозема
в криолите.
42 Поль Луи Туссен Эру (Paul-Louis-Toussaint Heroult, 1863—1914), французский
инженер-химик. В 1886 году одновременно с Чарльзом Холлом и независимо от него изобрел
метод промышленного получения алюминия с помощью электролиза расплава глинозема в
криолите.
43 Эжен Демарсе (фр. Eugene-Anatole Demarcay; 1852—1903) — французский химик. В 1890
году усовершенствовал метод разделения редкоземельных металлов, что позволило ему
выделить ряд новых элементов, в частности так называемую «самариевую землю» (в
1896). Позднее в 1901 году после подробного спектроскопического анализа доказал, что
этот элемент является европием.
44 Поль Эмиль Лекок де Буабодран (фр. Paul Emile Lecoq de Boisbaudran, 1838-1912) —
французский химик. Он проанализировал спектры 35 элементов и таким образом открыл
лантаноиды — самарий (1880), диспрозий (1886) и европий (1890).
зия, до Эжена Демарсе "поймал" тот же самый европий в спектральных линиях
редкоземельных элементов. И совсем мало кому известно, что знаменитый
английский физик и химик Уильям Крукс45 опередил в поиске европия и Демарсе, и Ле-
кока де Буабодрана, увлёкшись спектральным анализом различных химических
соединений .
А вот открытие таллия, числящееся до последнего времени исключительно за
Круксом, следовало бы согласно данным историков советского периода,
заполнивших серьёзный пробел в знаниях, связанных с "родословной" таллия, сопроводить
ещё одним именем — К. Лами46. Неизвестный тогда никому К. Лами пришёл своим
путём к открытию этого нового элемента. Причём добился гораздо большей
точности в результатах исследований и их научном истолковании, чем Крукс.
Все мы широко осведомлены о том, что в 1793 году немецкий химик Мартин Кла-
прот, организовав свою собственную лабораторию в Берлине, выделил чистый
стронций из его природных соединений. Но почему-то в специальной литературе
упорно замалчивается факт, что в то же самое время совершенно другим
оригинальным методом (воздействием абсолютного этилового спирта на соли стронция)
этот химический элемент был открыт учёным из России Товием Егоровичем Лови-
цем, и тоже в основанной им лаборатории. Далее Клапрот и Ловиц в 1797 году,
не ведая о параллельно проводимых опытах, будто сговорившись, открывают
важный химический элемент — хром. Не меньшие права на приоритет в открытии хрома
имеет и француз Луи Николо Воклен47, который в том же году нашёл этот
химический элемент в сибирской красной свинцовой руде.
За Клапротом сейчас признают и другие открытия: церия (наряду с Й.Я. Берце-
лиусом48) и титана. Но при этом преданы стойкому забвению работы шведского
химика В.Г. Гизингера49 и английского минеролога У. Грегора50, о которых ни
слова не найдёшь в самых объёмных справочниках и книгах по истории науки.
Между тем эти неизвестные нам учёные прежде названных обнаружили упомянутые
химические элементы: Гизингер — церий, а Грегор — титан. Справедливо ли было в
таком случае приоритет этих открытий безоговорочно отдать более крупным
фигурам того времени — Берцелиусу и Клапроту? Правда, к чести обоих химиков,
повторно открывших церий и титан, сами они на единоличной славе не настаивали и
чужих трудов не воровали. Напротив, Клапрот, вышедший на титан через четыре
года после Грегора, благородно указал в своей работе на открытие коллеги и
абсолютно не претендовал на роль первопроходца.
Но больше всех всё-таки был обижен судьбой Ловиц, упустивший из рук, помимо
открытия стронция, ещё и много других. Так, ему первому удалось получить та-
Сэр Уильям Крукс (Sir William Crookes, 1832-1919) — английский химик и физик,
член (с 1863 года) и Президент (в 1913—1915 годах) Лондонского Королевского
общества. В 1897 году королева Виктория пожаловала ему рыцарское звание. Крукс вошел в
историю как человек, открывший таллий и впервые получивший гелий в лабораторных
условиях. В 1886 году Крукс обнаружил линию европия в спектре самарскита.
46 Клоду Опосту Лами (1820-1878), бельгийский (французский) ученый. Лами получил 14
г металлического таллия 1862 году и подробно описал его свойства, но его сообщение
опоздало на несколько месяцев и приоритет открытия остался за Круксом.
47 Луи Никола Воклен (фр. Louis-Nicolas Vauquelin; 1763—1829) — французский химик. В
1797 открыл в сибирской красной свинцовой руде новый элемент хром и в 1798 получил
его в свободном состоянии.
48 Йене Якоб Берцелиус (швед. Jons Jakob Berzelius; 1779—1848) — шведский химик.
49 Гизингер Вильгельм (1766-1852), шведский химик. Открыл церий (1803) вместе с
Берцелиус ом .
50 Грегор (Мак-Грегор) Уильям (Gregor W., 1761—1817) — английский пастор, занимался
минералогией. Нашел титан в 1791 г. в черных песках недалеко от своего церковного
прихода. Но выделенный им белый кристаллический порошок был двуокисью титана Ti02.
кие важные химические вещества, как абсолютно чистый спирт и безводный диэти-
ловый эфир, якобы открытые не им, как изображают историки науки, приписывая
их другим лицам. Ловиц51 также первым, не расставаясь с микроскопом,
разработал метод качественного микрохимического анализа. Однако и это важное
открытие из области аналитической химии связывают не с его именем, а с именами
Гартинга и Гельвига. Ловиц, наконец, замечает способность древесного угля
поглощать самые различные вещества. И что же? Его "находка" опять нигде
своевременно не фиксируется и не реализуется. Только через столетие с лишним Д.Н.
Зелинский52 заново обнаруживает чудесные свойства угля и использует их при
создании противогаза. Вот какими неожиданностями полна история открытий новых
химических элементов!
Генри Кавендиш (англ. Henry Cavendish; 1731—1810) —
британский физик и химик, член Лондонского королевского
общества (с 1760 года).
Семья Кавендишей была тесно связана с многими
аристократическими семьями Великобритании, ее история
насчитывает около восьми веков и восходит к эпохе Норманнов.
Генри вместе со своим братом Фредериком получил
начальное образование дома. Первоначально планировалось
продолжить обучение братьев в Итоне — классической
английской школе, дававшей хорошую подготовку будущим
государственным деятелям. Однако ни Генри, ни его брат,
/ /, не проявляли склонности к юридической науке, поэтому
I ' отец решил отправить их в специализированное научное
учреждение. Он остановился на академии Хакни, многие из преподавателей
которой были тесно знакомы с передовыми умами современной науки. Генри и Фредерик
были первыми членами семьи Кавендишей, окончившими академию Хакни, однако
позднее эта школа стала очень популярной среди других аристократических
английских семей.
В 174 9 году в возрасте до восемнадцати лет Генри поступает в Кембриджский
университет и, продолжая родовую традицию, становится двадцать первым членом
семьи Кавендишей, поступившим в этот университет. Его брат Фердерик поступает
в университет двумя годами позже. Обучение в университете, впитавшем в себя
идеи Исаака Ньютона, сильно повлияло на мировоззрения братьев. Генри Кавендиш
уходит из университета в 1753 году, не получая ученой степени, поскольку не
видит необходимости в академической карьере. После ухода из университета он
начинает вести собственные научные исследования в уединении своего жилища.
Опубликованные работы Кавендиша касаются в основном исследованиям газов и
относятся к периоду 1766—1788 гг. Мы остановимся на основной работе ученого
«Искусственный воздух». Эта работа представляет большой научный интерес,
повествуя о составе и свойствах воды.
Пневматические исследования Кавендиша знаменательны количеством открытий,
На самом деле, по сравнению с другими известными химиками того времени, Ловиц
сделал не очень много, да и кто знал, что он там делал в своей варварской стране.
52 Николай Дмитриевич Зелинский (1861-1953) — выдающийся русский и советский химик-
органик, создатель научной школы, один из основоположников органического катализа и
нефтехимии. Помимо всего прочего изобрел противогаз, но не стал патентовать, считая,
что нельзя наживаться на человеческих несчастьях, и Россия передала союзникам право
его производства.
которые они предварили. Среди наиболее значимых из них первое полное
изложение свойств водорода и углекислого газа; демонстрация постоянства состава
атмосферного воздуха и его первый расчет его состава относительно высокой
точности; записи известных экспериментов, которые привели к обнаружению
нетривиальных свойств воды и к открытию состава азотной кислоты.
До плодотворных экспериментов Кавендиша пневматическая химия едва ли
существовала . В работах немногих ученых по всему миру встречались упоминания об
'упругой жидкости', которая участвует в некоторых химических превращениях.
Парацельс имел некоторое знакомство с водородом. Ван Гельмонт, который ввел
понятие «газ», работал над выделением углекислого газа и некоторых горючих
газообразных соединений углерода и серы, Бойль в своих экспериментах
столкнулся с угольной кислотой и водородом.
В 1754 году, однако, отмечается появление первой диссертации Блэка, в
которой показано существование по крайней мере одной «упругой жидкости», которая
обладает постоянным химическими свойствами, отличными от свойств атмосферного
воздуха. Поскольку результаты его исследований шли в разрез со сложившимся
мнением, он не осмеливается дать выделенному газу (водороду) название и
ссылается на ошибку эксперимента, планируя в дальнейшем поставить его более
точно .
Тем не менее, Блэк делает большой шаг вперед по сравнению со своими
предшественниками. В более поздних работах он описывает свойства раствора угольной
кислоты; двенадцатью годами позднее Кавендиш показывает, что она обладает
точно такими же химическими свойствами и в свободном состоянии.
Его первое сообщение о газах под названием «Искусственный воздух» было
опубликовано в 1766 году. Оно начинается с определения искусственного
воздуха, как «любого вида воздуха, который содержится в других органах в
„неупругом" состоянии, и может быть получен оттуда». Далее следуют ссылки на работы
Блэка, в которых он заявляет о своем намерении в последующем пользоваться
термином «зафиксированный воздух» в отношении газа, содержащегося в
карбонатах щелочных и щелочноземельных элементов. Кавендиш также называет этот газ
«негорючим», противопоставляя его газу, который выделяется при гниении живых
организмов и взаимодействии металлов с кислотами. Термины «горючий» и
«негорючий» газ впоследствии находят широкое применение.
Свое сообщение Кавендиш делит на три части: первая относится к водороду,
вторая — к углекислому газу, третья — к газам, выделяющимся во время брожения
и гниения. К основным наблюдениям Кавенидша можно отнести следующие: цинк,
железо и олово были единственными металлами, которые выделяли «горючий
воздух» при взаимодействии с разбавленными растворами серной и соляной кислот.
Цинк растворялся в обеих кислотах с большей скоростью, чем железо и олово,
однако выделялось одинаковое количество газа вне зависимости от используемой
кислоты. Железо давало одинаковое количество «горючего газа» в растворах
серной кислоты разной силы. Олово растворялось лучше всего в теплой соляной
кислоте. Унция цинка производила около 356, унция железа — 412 и унция олова —
202 унции «горючего газа».
Все эти металлы легко растворялись в закиси (азотной кислоте) и производили
«негорючий воздух» (окислы азота), а также в горячем купоросном масле
(концентрированной серной кислоте), также с образованием «негорючего воздуха» с
сильным неприятным запахом.
Из этих наблюдений Кавендиш пришел к выводу, что, когда металлы растворяют
в разбавленной серной или соляной кислоте, «их флогистон летит, не изменяя
свою природу с изменением кислоты и формируя „горючий воздух", но когда
металлы взаимодействуют с концентрированной серной или с азотной кислотой, их
флогистон теряет свою горючесть».
В своей работе Кавендиш указал на следующие свойства «горючего газа» (водо-
рода) : он не теряет свою эластичность, не проявляет заметного растворения в
воде и взаимодействия с щелочами. Кавендиш также исследовал влияние состава
смеси кислорода и водорода на взрывоопасность. Смесь из одной части «горючего
воздуха» и девяти «обычного» горела исключительно в пределах рассматриваемого
сосуда. Смесь из 8 частей «горючего воздуха» и 2 частей «обычного»
воспламенялись без взрыва. При увеличении количества водорода примерно в два раза,
горение происходило со взрывом. Из этих экспериментов Кавендиш попытался
установить пропорцию между водородом и атмосферным воздухом, необходимую для
полного сгорания смеси, однако допустил ошибку, посчитав, что на два объема
водорода необходимо 7 объемов воздуха, в то время как 5 объемов последнего
было бы достаточно.
Кавендиш также пытался установить массу «горючего газа» водорода. Он пришел
к выводу, что легковоспламеняющийся воздух выходит 8760 раз легче, чем вода,
или в 11 раз легче, чем «обычный воздух». Водород, однако, в действительности
в 14,4 раза легче воздуха.
Первую часть своей работы Кавендиш завершает исследованием взаимодействия
меди с соляной кислотой и попытками получить «горючий газ» этим способом.
Ученый приходит к выводу, что газ, выделяющийся в реакции (газообразная
соляная кислота), не воспламеняется в смеси с атмосферным воздухом, а также
теряет эластичность при взаимодействии с водой (в связи с растворением), а значит
получить таким образом «горючий газ» не представляется возможным.
Исследованиями газообразной соляной кислоты Кавендиш не занимался.
Вторая часть работы Кавендиша носит название «Эксперименты по связанному
воздуху, или искусственный воздух, получаемый из щелочных веществ
взаимодействием с кислотами или прокаливанием».
Описывая эту часть работы, Кавендиш опирается на полученные Блэком
результаты касательно влиянии угольной кислоты на жесткость карбонатов. Кавендиш
получил углекислый газ растворением мрамора в соляной кислоте. Он обнаружил,
что выделяющийся газ обладает растворимостью в воде, быстро взаимодействует с
щелочами, но может сохраняться до одного года под слоем ртути, не теряя
эластичности и химических свойств. Для определения растворимости углекислого
газа в воде Кавендиш использовал аппарат, открытие которого часто приписывают
Пристли. В градуированный сосуд, наполненный ртутью, Кавендиш запускал
известные объемы исследуемого газа и воды; таким образом он установил, что «при
температуре 55° вода поглощает гораздо больше исследуемого газа, чем обычного
воздуха». В ходе своих экспериментов он установил, однако, что вода не всегда
поглощает один и тот же объем связанного в мраморе газа. Этот факт ученый
объяснял тем, что данный газ содержит вещества, обладающие различной
растворимостью в воде. Ученый также выяснил, что холодная вода растворяет гораздо
больше такого газа, чем горячая; для объяснения этого факта он приводил в
пример кипящую воду, которая не только не способна поглотить какой-либо газ,
но и лишается того, что она уже поглотила.
Плотность угольной кислоты была определена так же, как и в случае водорода,
она оказалась равной 1,57 плотности атмосферного воздуха. Это определение
хорошо воспроизводит известное на данный момент значение 1,529. Неточность
определения связано с наличием примеси газообразной соляной кислоты, а также с
несовершенством оборудования. Была проведена серия опытов по влиянию
углекислого газа на процесс горения, Кавендиш использовал простую установку,
содержащую стеклянную банку и восковую свечу. При наличии в банке только
атмосферного воздуха свеча горела в течение 80 секунд. При содержании в банке одной
части «связанного воздуха» (углекислого газа) и 19 частей атмосферного
воздуха свеча горела 51 секунду, при соотношении 1 к 9 — всего 11 секунд. Таким
образом, добавление даже небольших количеств углекислого газа к атмосферному
воздуху лишает последнего способности к поддержанию горения.
Далее следуют попытки определить количества «связанного воздуха» в
карбонатах щелочных металлов. Для этого Кавендиш измерял потерю массы раствора при
взаимодействии карбонатов с соляной кислотой. Он пришел к выводу, что
карбонат аммония содержит гораздо больше связанного воздуха, чем мрамор, поскольку
реакция с соляной кислотой протекает более бурно.
Третья часть работы Кавендиша посвящена «Воздуху, образующемуся в процессах
брожения и гниения». Макбрайд, следуя предположению Блэка, показал, что в
этих процессах выделяется исключительно углекислый газ. Кавендиш подтвердил
этот результат опытами по брожению сладкого вина и яблочного сока.
Действительно, газ, выделяющийся в этих процессах, полностью поглощался карбонатом
калия, а также обладал такими же растворимостью в воде, действием на пламя и
удельным весом, как и «воздух», выделяемый из мрамора.
Газы, выделяющиеся в процессе гниения Кавендиш получал, разлагая бульон при
температуре, близкой к температуре кипения воды. Опыт проводил до тех пор,
пока газ не переставал выделяться. Полученный газ пропускали через раствор
карбоната калия, при этом углекислый газ поглощался и оставалась смесь
«обычного воздуха» и некого «горючего воздуха» в пропорции 1 к 4,7. Далее Кавендиш
определил удельный вес полученный смеси и сравнил с удельным весом 1 части
атмосферного воздуха и 4,7 частями водорода; удельный вес последнего оказался
меньше. Ученый сделал вывод о том, что новый полученный «горючий газ»
обладает практически такой же природой, что и полученный взаимодействием металлов с
кислотами.
Кавендиш смог точно определить состав атмосферы Земли. После тщательных
измерений ученый пришел к выводу, что «обычный воздух состоит из одной части
воздуха без флогистона (кислорода) и четырех частей воздуха с флогистоном
(азота)».
В работе 1785 г описан эксперимент, в котором Кавендишу удалось удалить
кислород и азот из образца атмосферного воздуха, но при этом оставалась
определенная часть, которую ученый не мог удалить известными ему способами. Из
этого эксперимента Кавендиш пришел к выводу, что не более 1/120 атмосферного
воздуха состоит из газов, отличных от кислорода и азота. Несмотря на то, что
аргон на тот момент был уже известен, понадобилось около ста лет, чтобы
Рамзай и Релей показали, что именно этот газ составляет остаточную часть
атмосферного воздуха.
Помимо своих достижений в области химии, Кавендиш также известен своими
опытами, с помощью которых он сумел измерить гравитационную силу и определить
точное значение плотности Земли. На основании его результатов, можно
вычислить значение для G = 6,754х10-11 м2/кг2, что хорошо совпадает с известным
всем значением 6,67428х10-11 м2/кг2. Для своего эксперимента Кавендиш
использовал оборудование, построенное и сконструированное геологом Джоном
Митчеллом, который умер еще до начала эксперимента. Оборудование было направлено к
Кавендишу, который завершил эксперимент в 1797 году и опубликовал результаты
в 1798 г.
Многие источники ошибочно описывают работы Кавендиша как измерение
гравитационной постоянной (G) или массы Земли, и эта ошибка уже отмечалась многими
авторами. В действительности основная цель Кавендиша состояла в определении
плотности Земли. Этот результат послужил основой для расчета константы G,
которая впервые использована была в 1873 году, почти через 100 лет после опыта
Кавендиша. Результаты опыта Кавендиаш также могут быть использованы для
вычисления массы Земли.
Экспериментальная установка состояла из крутильных весов для измерения
гравитационного притяжения между двумя свинцовыми шарами массой 350-фунтов и
парой 2-дюймовых шаров массой 1,61 фунтов. Используя это оборудование, Кавендиш
установил, что средняя плотность Земли в 5,48 раза больше плотности воды.
Джон Генри Пойнтинг позже отметил, что данные должны были привести к значению
5,448, и действительно именно это число является средним значением двадцати
девяти экспериментов Кавендиша, описанных в его работе.
Кавендишу принадлежат несколько работ об изучении свойств электричества,
написанных для Королевского общества, но большая часть его экспериментов была
собрана и опубликована Джеймсом Максвеллом только век спустя в 1879 году,
вскоре после того, как к тем же результатам пришли другие ученые. К открытиям
Кавендиша принадлежат:
• Понятие электрического потенциала, который он назвал «степенью
электрификации»
• Определение емкости сферы и конденсатора
• Концепция диэлектрической проницаемости материала
• Отношение между электрическим потенциалом и током, которое теперь
называется законом Ома. (1781)
• Законы для разделения тока в параллельных цепях, которое в настоящее
время связано с именем Чарльза Уитстоуна.
• Закон обратных квадратов изменения электрической силы с расстоянием,
который сейчас называется законом Кулона.
Экспериментально установил (1771 год) влияние среды на ёмкость
конденсаторов и определил (1771) значение диэлектрических постоянных ряда веществ. В
1798 году сконструировал крутильные весы и измерил с их помощью силу
притяжения двух сфер, подтвердив закон всемирного тяготения; определил
гравитационную постоянную, массу и среднюю плотность Земли. Занимался определениями
теплоты фазовых переходов и удельной теплоёмкости различных веществ. Изобрёл
эвдиометр — прибор для анализа газовых смесей, содержащих горючие вещества,
ввёл в практику осушители. Предвосхитил многие изобретения XIX века в области
электричества, но все его работы оставались достоянием семейного архива в
Дервоншире, пока в 1879 году Джеймс Максвелл не опубликовал его избранные
труды.
Кавендиш вел тихий и уединенный образ жизни. Со своими служанками он
общался исключительно записками и не заводил личных отношений вне семьи. Согласно
одному из источников, для того, чтобы попасть домой, Кавендиш часто
пользовался черным ходом, чтобы избежать встреч со своей экономкой. Некоторые
современные врачи (например, Оливер Сакс) предполагают, что Кавендиш страдал
синдромом Аспергера, хотя он, возможно, просто был очень застенчивым. Круг
его общения ограничивался лишь клубом Королевского общества, члены которого
обедали вместе до еженедельных совещаний. Кавендиш редко пропускал эти
встречи, и был глубоко уважаем своими современниками.
Излюбленным способом тратить деньги была для Кавендиша благотворительная
деятельность. Как-то раз, узнав, что студент, помогавший ему упорядочивать
библиотеку, оказался в трудной финансовой ситуации, Кавендиш немедленно
выписал ему чек на 10 тысяч фунтов — сумму по тем временам громаднейшую. Подобным
образом он поступал всю жизнь — и, тем не менее, всегда располагал миллионами
фунтов стерлингов, будто обладал сказочным «неразменным рублем».
Кавендиш был совершенно безразличен к окружающему его миру и никогда не
интересовался происходящими в этом мире событиями — даже столь значительными,
как Французская революция или наполеоновские войны, прокатившиеся по Европе.
Большинство научных работ Кавендиша не публиковалось вплоть до второй
половины XIX века, когда Джеймс Максвелл занялся разбором архивов Кавендиша. И
даже сейчас несколько ящиков, заполненных рукописями и приборами, назначение
которых не поддается определению, остаются не разобранными.
Одним из следствий его гравитационных измерений было довольно точное
определение плотности. Однако, этот результат не был известен почти 100 лет, так
как Кавендиш не заботился ни о публикации своих работ, ни о каком-либо
признании учёным миром.
В 1775 году он пригласил семерых выдающихся ученых, чтобы
продемонстрировать сконструированного им искусственного электрического ската, и дал каждому
ощутить электрический разряд, абсолютно идентичный тому, каким настоящий скат
парализует свои жертвы. А по завершении показа он, опередивший своих
современников Гальвани и Вольта, торжественно объявил приглашенным, что именно
эта, продемонстрированная им новая сила когда-нибудь революционизирует весь
мир.
Хотя распространено мнение, что всемирно известная Кавендишская лаборатория
названа в честь Генри Кавендиша, это не соответствует действительности. Она
названа в честь родственника Генри, Уильяма Кавендиша, 7-го герцога
Девоншира . Он был канцлером Кембриджского университета и пожертвовал крупную сумму
на открытие первой в мире учебно-научной лаборатории при университете.
Примерно за 11 лет до Кулона закон взаимодействия зарядов был открыт Г. Кавенди-
шем, однако результат не был опубликован и долгое время оставался
неизвестным.
Он умер неженатым, оставив состояние в 700 ООО фунтов и еще 6000 годового
дохода от имения. К сожалению, ни один фунт из этого богатства не был
пожертвован на нужды науки. Завещание же ученого содержало категорическое
требование, чтобы склеп с его гробом сразу после похорон был наглухо замурован, а
снаружи не было никаких надписей, указывающих, кто в этом склепе похоронен.
Так и было сделано. Кавендиша похоронили в соборе в Дерби. Ни осмотра тела,
ни вскрытия трупа не производили. И ни одного достоверного портрета Кавендиша
тоже не сохранилось.
Гаспар Монж (фр. Gaspard Monge, 174 6—1818) —
французский математик, геометр, государственный
деятель.
Гаспар Монж родился 10 мая 174 6 г. в
небольшом городке Боне на востоке Франции (в пределах
современного департамента Кот л'Ор) в семье
местного торговца. Он был старшим из пяти детей,
которым отец, несмотря на низкое происхождение
и относительную бедность семьи, постарался
обеспечить самое лучшее образование из
доступного в то время для выходцев из незнатного
сословия. Его второй сын, Луи, стал профессором
математики и астрономии, младший — Жан также
профессором математики, гидрографии и
навигации. Гаспар получил первоначальное образование
в городской школе ордена ораторианцев. Окончив
её в 1762 году лучшим учеником, он поступил в
колледж г. Лиона, также принадлежавший ораторианцам. Вскоре Гаспару доверяют
там преподавание физики.
Летом 1764 года Монж составил замечательный по точности план родного города
Бона. Необходимые при этом способы и приборы для измерения углов и черчения
линий были изобретены самим составителем. Во время обучения в Лионе получил
предложение вступить в орден и остаться преподавателем колледжа, однако, вме-
сто этого, проявив большие способности к математике, черчению и рисованию,
сумел поступить в Мезьерскую школу военных инженеров, но (из-за
происхождения) только на вспомогательное унтер-офицерское отделение и без денежного
содержания. Тем не менее, успехи в точных науках и оригинальное решение одной
из важных задач фортификации (о размещении укреплений в зависимости от
расположения артиллерии противника) позволили ему в 1769 году стать ассистентом
(помощником преподавателя) математики, а затем и физики, причём уже с
приличным жалованием в 1800 ливров в год.
В 1770 году в возрасте 24 лет Монж занимает должность профессора
одновременно по двум кафедрам — математики и физики, и, кроме того, ведёт занятия по
резанию камней. Начав с задачи точной резки камней по заданным эскизам
применительно к архитектуре и фортификации, Монж пришёл к созданию методов,
обобщённых им впоследствии в новой науке — начертательной геометрии, творцом
которой он по праву считается. Учитывая возможность применения методов
начертательной геометрии в военных целях при строительстве укреплений, руководство
Мезьерской школы не допускало открытой публикации вплоть до 1799 года
(стенографическая запись лекций была сделана в 1795 году).
В 1777 году Монж женился на молодой вдове владельца литейной мастерской.
Оказавшись владельцем мастерской, он осваивает литейное дело, увлекается
металлургией, серьёзно занимается физикой и химией.
В Мезьерской школе Монж преподавал 20 лет. Там обучали геометрии, физике,
фортификации, строительному делу с упором на практические занятия. Эта школа
стала прообразом знаменитой в будущем Политехнической школы. Кроме основ
начертательной геометрии Монж разрабатывал и другие математические методы, в
том числе теорию развёрток, вариационное исчисление и другие. Несколько
докладов , с большим успехом сделанных им на заседаниях Парижской академии наук,
и рекомендации академиков Даламбера, Кондорсе и Боссю обеспечили Монжу в 1772
году избрание в число двадцати «associes» членов Академии («присоединённых»,
то есть членов-корреспондентов Академии) , а в 1780 году он уже избран
академиком. Монж переезжает в Париж, сохраняя за собой должность в Мезьерской
школе . Кроме этого, он преподаёт гидродинамику и гидрографию в Парижской Морской
школе, а впоследствии занимает должность экзаменатора морских школ. Однако,
работа и проживание по полгода поочерёдно в Париже и Мезьере со временем
стало для него весьма утомительным и не устраивало руководство Мезьерской школы.
В 1783 году Монж прекращает преподавание в школе и в 1784 году окончательно
переселяется в Париж.
Избранный в академики, Монж, кроме исследований по математическому анализу,
представленных в ряде мемуаров в изданиях Академии, занимался вместе с Бер-
толле и Вандермондом изучением различных состояний железа, производил опыты
над капиллярностью, делал наблюдения над оптическими явлениями, работал над
построением теории главных метеорологических явлений, независимо от Лавуазье
и Кавендиша обнаружил, что вода представляет соединение водорода и кислорода,
в 1781 году издал «Мемуар о выемках и насыпях», в 1786—1788 гг. подготовил
учебник по практической механике и теории машин «Трактат по статике для
морских колледжей». Этот курс переиздавался восемь раз, последний — в 184 6 году,
и неоднократно переводился на другие языки, в том числе на русский.
Монж приветствовал Французскую революцию, провозгласившую социальную
справедливость и равенство. Он на себе испытал, как тяжело представителю низшего
сословия получить хорошее образование и занять положение в обществе. В
отличие от многих сограждан, покинувших страну, Монж продолжал научную и
преподавательскую деятельность, участвовал в заседаниях Академии наук, охотно и
добросовестно выполнял поручения новой власти. В мае 1790 года вместе с
академиками Борда, Даламбером, Кондорсэ, Кулоном, Лагранжем, Лапласом он назначен
Национальным собранием в комиссию по установлению новой, единой для всей
страны, метрической системы мер и весов, взамен старых мер, различных в
каждой провинции. Одной из важнейших задач было укрепление морских границ. Монж
организует в портах Франции 12 школ для подготовки специалистов-гидрографов и
одновременно принимает экзамены в морских школах. В августе 1792 года, приняв
во внимание его приверженность идеалам Революции и знание морских дисциплин,
Законодательное собрание назначает его морским министром в состав нового
правительства — Временного исполнительного совета.
Порученный Монжу флот находился в тяжёлом состоянии: не хватало офицеров и
матросов, боеприпасов и продовольствия. Франция потерпела уже несколько
поражений на море, а в скором времени ей предстояло вступить в войну с Англией.
Несмотря на скудность государственной казны, Монжу удалось отчасти пополнить
опустевшие арсеналы и приступить к возведению на берегах необходимых
укреплений. Во время полугодового исполнения обязанностей президента Совета ему
пришлось принять два важнейших политических решения — он поставил свою подпись
под приговором о казни Людовика XVI и объявлением войны с Англией. Тем не
менее, у него не было необходимого административного и военного опыта, он
тяготился министерской работой, и уже в апреле 1793 года ушёл в отставку,
продолжая работать во имя Революции.
Комитет общественного спасения поручает Монжу организовать производство
пороха, стали, литьё пушек и изготовление ружей. Его талант учёного,
разносторонние знания и поразительная работоспособность позволяют с успехом в
кратчайшие сроки справиться со всеми поставленными задачами. Для получения
необходимой для производства пороха селитры Монж нашёл и популярно изложил
способы добычи её из земли в хлевах и погребах; он организовал новые литейные
мастерские и разработал способы выплавки стали, сменил технологию изготовления
ружей и организовал их выпуск до 1000 штук в день только в Париже и др. Не
получая за работу никакого вознаграждения, Монж часто уходил на работу ранним
утром и возвращался поздней ночью, питаясь одним хлебом, поскольку в стране
не хватало продовольствия, а он не считал возможным выделяться среди
голодающих рабочих. Однако, даже это не спасало его от периодических обвинений в
нелояльности к власти, так что однажды он был вынужден два месяца скрываться от
преследований. С 1794 года Монж уже более не принимал непосредственного
участия в делах государственного управления, а всецело предался научной и
преподавательской деятельности.
Монж публикует руководство по производству пушек, читает аналогичный курс и
в 1794 году приступает к организации Центральной школы общественных работ,
долженствующей заменить упразднённые декретами Конвента в 1793 году Академии
и университеты. По замыслу, это должен был быть новый тип высшей школы с
трёхлетним обучением для подготовки на прочной научной основе инженеров и
учёных по целому ряду гражданских и военных специальностей. 1 сентября 1795
года школа была переименована в Политехническую школу. В январе 1795 года
была организована так называемая Высшая нормальная школа, предназначенная для
четырёхмесячной подготовки профессиональных кадров (главным образом,
учителей) . Вместе с Монжем занятия вели Бертолле, Лаплас, Лагранж и другие. Для
слушателей первого набора Школы Монж подготовил и прочёл курс начертательной
геометрии, запись которого была напечатана в Трудах Нормальной школы (1795).
В октябре 1795 года Конвент образовал ассоциацию обновлённых академий,
названную Французским институтом (позднее — Национальный институт науки и
искусства) . Предполагалось, что Институт станет научным учреждением, состоящим
из трёх классов (отделений): физических и математических наук, моральных и
политических наук, литературы и изящных искусств. Монж был в числе самых
активных организаторов, а затем и преподавателей этих научных учреждений.
В мае 1796 года Директория поручает Монжу и Бертолле принять участие в
комиссии по отбору в счёт контрибуции памятников искусства и науки в
завоёванных армией Республики областях Италии. Монж выполнил поручение, доставив в
Париж полотна Рафаэля, Микеланджело, Тициана, Веронезе и другие
художественные произведения, а также научные экспонаты и приборы для Политехнической
школы. Во время пребывания в Италии он познакомился и подружился с молодым
генералом Бонапартом, преданность которому во многом определило дальнейшую
жизнь Монжа. Вернувшись из Италии, 1 октября 1797 года он произнёс речь перед
Директорией о победах французской армии с угрозами в адрес английского
правительства , но, одновременно, с призывами сохранить нацию, давшую миру Ньютона.
В феврале 1798 года Монжа снова посылают в Италию в составе комиссии для
выяснения событий, происходящих в Риме. 20 марта там была провозглашена
республики, свергнута папская власть. Монж, однако, пробыл в Риме совсем недолго
— вместе с Бертолле, Фурье, Малюсом и другими академиками он участвует в
египетском походе Бонапарта, который очень рассчитывал на помощь учёных в
постройке дорог, каналов, плотин, составлении карт, организации производства
пороха, ружей и пушек, а также в создании на завоёванных территориях новых
научных учреждений по типу французских. 29 августа 1798 года в Каире членами
этой экспедиции и некоторыми военными, к числу которых принадлежал и сам
Бонапарт, был учреждён Египетский институт наук и искусств, устроенный по
образцу Французского и избравший своим президентом на первый триместр Монжа,
вице-президентом Бонапарта, непременным секретарём Фурье. Монж продолжал
научную работу, печатался в издаваемом Институтом научном и литературном
сборнике «Египетские декады» («Decade Egyptienne»). В нём в первый раз был
напечатан его мемуар с простым объяснением явления миража, который пугал солдат в
пустыне. Временами Монжу приходилось вспоминать своё недолгое военное прошлое
— он руководил в октябре 1798 года обороной Института против восставшего
каирского населения, в 1799 году участвовал в неудачном походе Бонапарта в
Сирию. Получив сведения о сложной обстановке во Франции, 18 августа 1799 года
Бонапарт в сопровождении Монжа и Бертолле тайно выехал из Каира и после
трудного и опасного двухмесячного пути они добрались до Парижа.
Сосредоточивший в своих руках всю власть Бонапарт назначил Монжа
пожизненным сенатором, в Политехнической школе он читает курсы приложения алгебры и
анализа к геометрии, составляет устав и план работы школы. В августе 1803
года Монж назначен вице-президентом Сената, а в сентябре — сенатором Льежа с
поручением организовать там производство пушек. Преданность новой власти и
заслуги перед Империей были вознаграждены — он получил высшую степень ордена
Почетного легиона, в 1806 году назначен президентом Сената на очередной
годичный срок, ещё через год получил титул графа Пелузского и 100 000 франков
для покупки имения. Однако вскоре его начало подводить здоровье, у него на
время отнялась рука. Монж прекращает преподавание в Политехнической школе, но
продолжает научную работу и консультирует предлагаемые технические проекты.
Так, в 1805 году император поручает ему изучить возможность проведения канала
от реки Урк для снабжения Парижа водой. В 1808 году его привлекли к оценке
возможности десанта в Англию на 100 больших аэростатах, каждый из которых
должен был поднимать 1000 солдат и снаряжение для них.
События 1812—1814 гг. закончились поражением Франции и ссылкой Бонапарта.
Монж оставался приверженцем Империи и в период всех Ста дней по-прежнему был
на стороне Бонапарта. После восстановления власти Бурбонов Монж был лишён
званий, наград и пенсии, исключён (правда, всего лишь на год) из
Политехнической школы. Распоряжением правительства в 1816 году он и Карно были исключены
из преобразованного на новый лад Института и замещены Коши и Брегетом. Как
один из «цареубийц», Монж мог ждать и более серьёзных репрессий. От всех этих
ударов судьбы, довершённых ссылкой его зятя Эшассерио, как бывшего члена
Конвента, Монж заболел и вскоре скончался. Его похоронили на кладбище Пер-Лашез.
Создание «Начертательной геометрии», трактат которой вышел в свет только в
1799 году под заглавием «Geometrie descriptive*, послужило началом и основой
работ, позволивших новой Европе овладеть геометрическими знаниями Древней
Греции; работы же по теории поверхностей, помимо своего непосредственного
значения, привели к выяснению важного принципа непрерывности и к раскрытию
смысла той обширной неопределенности, которая возникает при интегрировании
уравнений с частными производными, произвольными постоянными и тем более с
появлением произвольных функций.
Принцип непрерывности в том виде, в каком он сформулирован Монжем, может
быть изложен следующим образом. Всякое свойство фигуры, выражающее отношения
положения и оправдывающееся в бесчисленном множестве непрерывно связанных
между собой случаев, может быть распространено на все фигуры одного и того же
рода, хотя бы оно допускало доказательство только при предположении, что
построения, осуществимые не иначе как в известных пределах, могут быть
произведены на самом деле. Такое свойство имеет место даже в тех случаях, когда
вследствие полного исчезновения некоторых необходимых для доказательства
промежуточных величин предполагаемые построения не могут быть произведены в
действительности .
Изображение самолёта с помощью эпюра Монжа.
Из других, менее значительных вкладов Монжа в науку следует назвать теорию
полярных плоскостей применительно к поверхностям второго порядка; открытие
круговых сечений гиперболоидов и гиперболического параболоида; открытие
двоякого способа образования поверхностей этих же тел с помощью прямой линии;
создание первого представления о линиях кривизны поверхностей; установление
начал теории взаимных поляр, разработанной впоследствии Понселе,
доказательство теоремы о том, что геометрическое место вершины трёхгранного угла с
прямыми плоскими углами, описанного около поверхности второго порядка, есть шар,
и, наконец, теорию построения ортогональных проекций трехмерных объектов на
плоскости, получившую название эпюр Монжа (Ёриге — от фр. чертёж, проект).
Многочисленные мемуары Монжа издавались в трудах парижской и туринской
академий, выходили в «Journaux de l'Ecole Polytechnique et de l'Ecole Normale»,
в «Dictionnaire de Physique», «Методической энциклопедии» Дидро и д'Аламбера,
в «Annales de Chimie» и в «Decade Egyptienne», издавались отдельно:
«Dictionnaire de Physique» (1793—1822), составленный при сотрудничестве Кас-
сини, «Avis aux ouvriers en fer sur la fabrication de l'acier» (1794),
составленный вместе с Бертолле, и др. Библиография трудов Монжа содержит 72
наименования .
Имя Гаспара Монжа внесено в список 72 величайших учёных Франции, помещённый
на первом этаже Эйфелевой башни.
Джеймс Уатт (англ. James Watt; 1736—1819) —
шотландский инженер, изобретатель-механик.
Член Эдинбургского королевского общества
(1784), Лондонского королевского общества
(1785), Парижской академии наук (1814). Его
именем названа единица мощности — Ватт.
Усовершенствовал паровую машину Ньюкомена.
Изобрел универсальную паровую машину двойного
действия. Работы Уатта положили начало
промышленной революции вначале в Англии, а затем и
во всем мире.
Джеймс Уатт имел от рождения хрупкое
здоровье. Мать научила его читать, а письму и
арифметике его научил папа. Хотя он начал было
учиться в средней школе Гринока, слабое его
здоровье, и постоянные недомогания положили
этому конец. Большую часть года он был
ограничен стенами своей комнаты, где учился
самостоятельно. Друг его отца увидев однажды, что мальчик рисует на очаге мелом
какие-то линии и углы, спросил: «Зачем Вы разрешаете ребёнку тратить впустую
время; почему бы не послать его в школу?» Джеймс Уатт-старший ответил: «Не
судите его слишком быстро; прежде разберитесь, чем он занят». Оказалось, что
он искал решение задачи Эвклида.
Будучи подростком, он увлекался астрономией, химическими опытами, научился
всё делать своими руками, за что получил от окружающих звание «мастера на все
руки».
В 18 лет отправляется для получения специальности в Глазго. Для обучения на
мастера по слесарному делу отец в 1754 году отправил Уатта в Лондон. Освоив
за год семилетнюю программу, Уатт возвратился в Шотландию и получил место
мастера-изготовителя точных и оптических инструментов в Университете Глазго.
В университете Уатт познакомился с химиком Джозефом Блэком. Эта встреча
способствовала разработке ряда новых химических приборов, необходимых в
дальнейших исследованиях Блэка.
В 1774 году к Джеймсу Уатту, обратился профессор физики университета Глазго
Джон Андерсон с просьбой отремонтировать действующий макет паровой машины
Ньюкомена (имелась в виду «огневая машина», изобретённая английским инженером
Томасом Ньюкоменом). Макет был оснащен 2-дюймовым цилиндром и имел рабочий
ход поршня в 6 дюймов. Уатт провел ряд экспериментов, в частности, заменил
металлический цилиндр на деревянный, смазанный льняным маслом и высушенный в
печи, уменьшил количество поднимаемой за один цикл воды и макет, наконец,
заработал . При этом Уатт убедился в неэффективности машины и внёс в конструкцию
многочисленные усовершенствования. Первым значительным усовершенствованием,
которое Уатт запатентовал в 1769 году, была изолированная камера для
конденсации. Он изолировал паровой цилиндр, а в 1782 году он изобрёл машину
двойного действия. Вместе с более мелкими усовершенствованиями это изобретение
позволило увеличить производительность паровой машины в четыре и более раз.
Кроме того, сама машина стала легко управляемой.
Первая паровая машина Джеймса Уатта.
Попытки Уатта поставить свои изобретения на коммерческую основу не имели
успеха до тех пор, пока он не вступил в деловые отношения с предпринимателем
Мэттью Болтоном. Совместная компания "Boulton and Watt" успешно действовала
на протяжении двадцати пяти лет, в результате чего Уатт стал весьма
состоятельным человеком.
Российская академии наук пригласила Уатта работать в России. Русское
правительство предложило английскому инженеру «занятие, сообразное с его вкусом и
познаниями» и с ежегодным жалованьем в 1000 фунтов стерлингов. Намерение
Уатта уехать в Россию вызвало переполох. Поэт Эразм Дарвин написал: «О Боже, как
я был напуган, когда услышал, что русский медведь зацепил Вас своей громадной
лапой и тянет в Россию! Умоляю не ездить, если только это возможно... Я
надеюсь , что Ваша огненная машина оставит Вас здесь». Уатт в Россию не поехал.
Уатт был разносторонне одарён, легко изучал языки, много читал. Вальтер
Скотт в предисловии к одному из своих романов выражает удивление
разнородности познаний Уатта, которого он знал в последние годы его жизни.
В качестве единицы мощности Уатт в свое время предложил такую единицу, как
«лошадиная сила». В 1882 году Британская ассоциация инженеров решила
присвоить его имя единице мощности. Это был первый в истории техники случай
присвоения собственного имени единице измерения.
Иоганн Тобиас (Товий Егорович) Ловиц (нем. Johann
Tobias Lowitz; 1757—1804) — выдающийся русский химик,
академик Петербургской Академии наук (с 1793).
В 1768 вместе с отцом, астрономом Георгом Ловицем,
приехал в Россию. Отец возглавил Астраханскую
астрономическую экспедицию, снаряженную для исследований на
юго-востоке Европейской России. Путь экспедиции
пересекли отступавшие разгромленные отряды участников
Пугачевского восстания. Известно, что беседа пленного
ученого с Емельяном Пугачевым закончилась казнью Лови-
ца: Пугачев велел повесить астронома, «чтобы он был
поближе к звездам». Мальчик случайно спасся от такой
трагической участи, ему чудом удалось бежать. После
этих страшных событий Тобиаса Ловица взял на
воспитание известный математик Санкт-Петербургский академик Леонард Эйлер. На
казенный счет мальчика определили в Академическую гимназию, где ему пришлось
пережить нелегкое время. Он плохо говорил по русски и, несмотря на хорошие успехи
в математике, физике и астрономии, однокашники и учителя часто им помыкали,
поэтому из семи лет, отводившихся на обучение в гимназии, он выдержал только
два года. В феврале 1777, уже почти двадцатилетним, Ловиц поступил учеником в
Главную Санкт-Петербургскую аптеку, в то время лучше оснащенную, чем
химическая лаборатория Академии наук, которая после смерти М.В. Ломоносова
постепенно приходила в упадок. В аптеке у Ловица началось увлечение химией. Он
готов был без конца штудировать имевшиеся в библиотеке книги по химии,
повторять химические опыты, а это вызывало удивление и насмешки. В мае 1779 Тобиас
стал помощником аптекаря, но новое назначение лишь усилило зависть
«сослуживцев». Ловиц работал в Главной аптеке в Санкт-Петербурге до 1780, когда
подступила тяжелая болезнь. Ему советовали переменить обстановку, и он решил
вернуться в свой родной город Гёттинген, где жил единственный близкий
родственник - дядя по материнской линии и те немногие люди, кто знал и помнил его
отца. Однако вскоре выяснилось, что отношения с родней более чем прохладны.
Ловиц поступил в Гёттингенский университет для изучения медицины, но учеба на
этом факультете - дело слишком дорогостоящее и длительное, не стоило и
надеяться, что он, со своим слабым здоровьем, защитит магистерскую диссертацию.
На помощь пришла природа: Ловиц увлекся путешествиями. Сначала он
предпринимал небольшие пешие прогулки, затем - длительные экскурсии. В 1782 он прошел
более 200 миль по Германии, Франции, Швейцарии и Италии, поднялся на Бернский
ледник в Альпах и на Монблан. «Мое страстное желание побывать на самой
высокой точке Европы было так велико, что я взобрался с величайшим трудом и
опасностью на наивысший пик этой замечательной горы...» - писал Тобиас одному из
Санкт-Петербургских знакомых. Начало поправляться и здоровье - физическое и
духовное. Наконец он решил вернуться в Санкт-Петербург. Запрос руководству
Академии - и весной 1783, после заверения, что может рассчитывать на прежнее
место в аптеке, он начал сборы. Через год Товий Егорович Ловиц (так теперь
Звучало его имя) приплыл в Санкт-Петербург, чтобы навсегда остаться в России.
Однако здесь его продолжали преследовать беды: один за другим умерли четверо
детей, а потом и любимая жена. Не принес радости и второй брак... Однако
исследователь, не отличавшийся крепким здоровьем, продолжал упорно работать -
сначала в академической аптеке, затем, с 1797 - в домашней лаборатории, находясь
официально на службе в Санкт-Петербургской академии наук в качестве
профессора химии. Хотя Ловиц не получил никакого систематического образования, он
оказался блестящим химиком-экспериментатором. Его исследования посвящены
различным проблемам химии.
В 1785 он открыл и подробно исследовал явление адсорбции углем в жидкой
среде. Это открытие положило начало новой области науки - физико-химии
поверхностных явлений. Ловиц предложил использовать уголь для очистки воды,
спирта и водки, меда и селитры, фармацевтических препаратов и органических
соединений. Практический эффект был настолько велик, что имя автора открытия
стало известно за рубежом, а Санкт-Петербургская академия наук в 1787 избрала
Ловица членом-корреспондентом (действительным членом он стал в 1793). В это
же время он исследовал кристаллизацию солей из растворов. Обнаружил (1794)
явление пересыщения и переохлаждения растворов; установил условия выращивания
кристаллов. Одним из первых в мире Ловиц стал систематически исследовать
процессы кристаллизации, его можно считать основоположником изучения механизма
образования кристаллов из растворов. Он выделил в кристаллическом виде едкие
щелочи (1795), приготовил ледяную уксусную кислоту (1789) и, подействовав на
нее хлором, наблюдал образование хлоруксусных кислот; наконец, получил
безводный спирт («чистейший алкоголь») и диэтиловый эфир (1796). Первым в России
Ловиц заинтересовался химией Сахаров и установил различие медового и
тростникового сахара. Как химик-аналитик Ловиц занимался анализом минералов и
усовершенствовал методики качественного и количественного анализа (например,
предложил способ качественного определения веществ по их индивидуальной
кристаллической модификации). Для этого он изготовил 288 моделей-эталонов
различных веществ и классифицировал их по химическим признакам. Разработал ряд
рецептов охладительных смесей. Независимо от шотландских исследователей Кро-
уфорда и Круикшенка Ловиц открыл в тяжелом шпате новый химический элемент
стронций. Почти одновременно с французским аналитиком Л. Вокленом, Ловиц
выделил элемент хром из минерала крокоита. Начал заниматься химией титана и
ниобия. Очевидно, Ловиц был первым на Руси специалистом по химии редких
элементов . Кроме того, он разработал новый метод анализа природных силикатов и
кремнезема. Он опубликовал более 170 работ на русском, немецком, французском
и латинском языках. Прекрасный стиль изложения показывает, что русский язык
стал для него родным. Ловиц не прекратил работу и в 1800, когда из-за
серьезной травмы перестал владеть левой рукой, он даже планировал подняться на
воздушном шаре и, может, и здесь одержимость позволила бы Ловицу достичь цели.
Но 7 декабря 1804 года он скончался в Санкт-Петербурге от апоплексического
удара. А было ему всего 47 лет. На надгробном камне Ловица было высечено по-
латыни: «Себе самому - мало, всем нам - много».
Сочинения: Избранные труды по химии и технологии, Москва, 1955 (имеется
библиография трудов Ловица и статья Н.А. Фигуровского "Жизнь и научная
деятельность Т.Е. Ловица").
ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ
А может быть и нет.
СКРОМНОЕ ОБАЯНИЕ СРЕДНЕВЕКОВЬЯ
Многие с тоской представляют себе старую Европу с благородными рыцарями,
готовыми на подвиги во имя прекрасных дам, с прекрасными дворцами и
галантными мушкетерами, с пышными королевскими приемами и благоухающими садами
Версаля .
И есть люди, которые думают: ну почему я не родился (родилась) в те
красивые времена?
Почему мне приходится жить в эти скучные годы, когда о чести и красоте
забыли? Поверьте - вам очень повезло.
До 19 века в Европе царила ужасающая дикость. Забудьте о том, что вам
показывали в фильмах и фэнтезийных романах. Правда - она гораздо менее... хм...
благоуханна. Причем это относится не только к мрачному Средневековью. В
воспеваемых эпохах Возрождения и Ренессанса принципиально ничего не изменилось.
Кстати, как ни прискорбно, но почти за все отрицательные стороны жизни в
той Европе ответственна христианская церковь. Католическая, в первую очередь.
Теперь я понимаю князя Мышкина, который говорил, что «католичество - еще
хуже , чем атеизм».
Античный мир возвел гигиенические процедуры в одно из главных удовольствий,
достаточно вспомнить знаменитые римские термы. До победы христианства только
в одном Риме действовало более тысячи бань. Христиане первым делом, придя к
власти, закрыли все бани.
К мытью тела тогдашний люд относился подозрительно: нагота - грех, да и
холодно - простудиться можно. Горячая же ванна нереальна - дровишки стоили уж
очень дорого, основному потребителю - Святой Инквизиции - и то с трудом
хватало, иногда любимое сожжение приходилось заменять четвертованием, а позже -
колесованием.
Королева Испании Изабелла Кастильская (конец XV в.) признавалась, что за
всю жизнь мылась всего два раза - при рождении и в день свадьбы. Дочь одного
из французских королей погибла от вшивости. Папа Климент V погибает от
дизентерии, а Папа Климент VII мучительно умирает от чесотки (как и король Филипп
II). Герцог Норфолк отказывался мыться из религиозных убеждений. Его тело
покрылось гнойниками. Тогда слуги дождались, когда его светлость напьется
мертвецки пьяным, и еле-еле отмыли.
Изабелла I Кастильская.
Русские послы при дворе Людовика XIV писали, что их величество «смердит аки
дикий зверь». Самих же русских по всей Европе считали извращенцами за то, что
те ходили в баню раз в месяц - безобразно часто.
Если в XV - XVI веках богатые горожане мылись хотя бы раз в полгода, в XVII
- XVIII веках они вообще перестали принимать ванну. Правда, иногда
приходилось ею пользоваться - но только в лечебных целях. К процедуре тщательно
готовились и накануне ставили клизму. Французский король Людовик XIV мылся все-
го два раза в жизни - и то по совету врачей. Мытье привело монарха в такой
ужас, что он зарекся когда-либо принимать водные процедуры.
Король Людовик XIV.
В те смутные времена уход за телом считался грехом. Христианские
проповедники призывали ходить буквально в рванье и никогда не мыться, так как именно
таким образом можно было достичь духовного очищения. Мыться нельзя было еще и
потому, что так можно было смыть с себя святую воду, к которой прикоснулся
при крещении. В итоге люди не мылись годами или не знали воды вообще. Грязь и
вши считались особыми признаками святости. Монахи и монашки подавали
остальным христианам соответствующий пример служения Господу.
На чистоту смотрели с отвращением. Вшей называли «Божьими жемчужинами» и
считали признаком святости. Святые, как мужского, так и женского пола, обычно
кичились тем, что вода никогда не касалась их ног, за исключением тех
случаев , когда им приходилось переходить вброд реки.
Люди настолько отвыкли от водных процедур, что доктору Ф.Е. Бильцу в
популярном учебнике медицины конца XIX(!) века приходилось уговаривать народ
мыться. «Есть люди, которые, по правде говоря, не отваживаются купаться в
реке или в ванне, ибо с самого детства никогда не входили в воду. Боязнь эта
безосновательна, - писал Бильц в книге «Новое природное лечение», - После
пятой или шестой ванны к этому можно привыкнуть...». Доктору мало кто верил...
Духи - важное европейское изобретение - появились на свет именно как
реакция на отсутствие бань. Первоначальная задача знаменитой французской
парфюмерии была одна - маскировать страшный смрад годами немытого тела резкими и
стойкими духами.
Король-Солнце, проснувшись однажды утром в плохом настроении (а это было
его обычное состояние по утрам, ибо, как известно, Людовик XIV страдал
бессонницей из-за клопов), повелел всем придворным душиться. Речь идет об эдикте
Людовика XIV, в котором говорилось, что при посещении двора следует не жалеть
крепких духов, чтобы их аромат заглушал зловоние от тел и одежд.
Первоначально эти «пахучие смеси» были вполне естественными. Дамы
европейского средневековья, зная о возбуждающем действии естественного запаха тела,
смазывали своими соками, как духами, участки кожи за ушами и на шее, чтобы
привлечь внимание желанного объекта.
С приходом христианства будущие поколения европейцев забыли о туалетах со
смывом на полторы тысячи лет, повернувшись лицом к ночным вазам. Роль забытой
канализации выполняли канавки на улицах, где струились зловонные ручьи
помоев . Забывшие об античных благах цивилизации люди справляли теперь нужду где
придется. Например, на парадной лестнице дворца или замка. Французский
королевский двор периодически переезжал из замка в замок из-за того, что в старом
буквально нечем было дышать. Ночные горшки стояли под кроватями дни и ночи
напролет.
После того, как французский король Людовик IX (XIII в.) был облит дерьмом
из окна, жителям Парижа было разрешено удалять бытовые отходы через окно,
лишь трижды предварительно крикнув: «Берегись!» Примерно в 17 веке для защиты
голов от фекалий были придуманы широкополые шляпы.
Улица средневекового города в наше время.
Изначально реверанс имел своей целью всего лишь убрать обосранную вонючую
шляпу подальше от чувствительного носа дамы.
В Лувре, дворце французских королей, не было ни одного туалета. Опорожня-
лись во дворе, на лестницах, на балконах. При «нужде» гости, придворные и
короли либо приседали на широкий подоконник у открытого окна, либо им приносили
«ночные вазы», содержимое которых затем выливалось у задних дверей дворца.
То же творилось и в Версале, например, во время Людовика XIV, быт при
котором хорошо известен благодаря мемуарам герцога де Сен Симона. Придворные дамы
Версальского дворца, прямо посреди разговора (а иногда даже и во время мессы
в капелле или соборе), вставали и непринужденно так, в уголочке, справляли
малую (и не очень) нужду.
Король-Солнце, как и все остальные короли, разрешал придворным использовать
в качестве туалетов любые уголки Версаля и других замков. Стены замков
оборудовались тяжелыми портьерами, в коридорах делались глухие ниши. Но не проще
ли было оборудовать какие-нибудь туалеты во дворе или просто бегать в парк?
Нет, такое даже в голову никому не приходило, ибо на страже Традиции стояла
...диарея. Беспощадная, неумолимая, способная застигнуть врасплох кого угодно и
где угодно. При соответствующем качестве средневековой пищи понос был
перманентным. Эта же причина прослеживается в моде тех лет на мужские штаны-
панталоны, состоящие из одних вертикальных ленточек в несколько слоев.
Парижская мода на большие широкие юбки, очевидно, вызвана теми же причинами. Хотя
юбки использовались также и с другой целью - чтобы скрыть под ними собачку,
которая была призвана защищать Прекрасных Дам от блох.
Естественно, набожные люди предпочитали испражняться лишь с Божией помощью
- венгерский историк Иштван Рат-Вег в «Комедии книги» приводит виды молитв из
молитвенника под названием: «Нескромные пожелания богобоязненной и готовой к
покаянию души на каждый день и по разным случаям», в число которых входит
«Молитва при отправлении естественных потребностей».
Не имевшие канализации средневековые города Европы1 зато имели крепостную
стену и оборонительный ров, заполненный водой. Он роль «канализации» и
выполнял . Со стен в ров сбрасывалось дерьмо. Во Франции кучи дерьма За городскими
стенами разрастались до такой высоты, что стены приходилось надстраивать, как
случилось в том же Париже - куча разрослась настолько, что дерьмо стало
обратно переваливаться, да и опасно это показалось - вдруг еще враг проникнет в
город, забравшись на стену по куче экскрементов.
Улицы утопали в грязи и дерьме настолько, что в распутицу не было никакой
возможности по ним пройти. Именно тогда, согласно дошедшим до нас летописям,
во многих немецких городах появились ходули, «весенняя обувь» горожанина, без
которых передвигаться по улицам было просто невозможно.
Вот как, по данным европейских археологов, выглядел настоящий французский
рыцарь на рубеже XIV-XV вв: средний рост этого средневекового «сердцееда»
редко превышал один метр шестьдесят (с небольшим) сантиметров (население
тогда вообще было низкорослым). Небритое и немытое лицо этого «красавца» было
обезображено оспой (ею тогда в Европе болели практически все). Под рыцарским
шлемом, в свалявшихся грязных волосах аристократа, и в складках его одежды во
множестве копошились вши и блохи.
Изо рта рыцаря так сильно пахло, что для современных дам было бы ужасным
испытанием не только целоваться с ним, но даже стоять рядом (увы, зубы тогда
Римляне оставили в Париже водопровод и канализацию, но они были заброшены за
ненадобностью .
никто не чистил). А ели средневековые рыцари все подряд, запивая все это
кислым пивом и закусывая чесноком - для дезинфекции2.
Кроме того, во время очередного похода рыцарь сутками был закован в латы,
которые он при всем своем желании не мог снять без посторонней помощи.
Процедура надевания и снимания лат по времени занимала около часа, а иногда и
дольше. Разумеется, всю свою нужду благородный рыцарь справлял... прямо в латы.
Некоторые историки были удивлены, почему солдаты Саллах-ад-Дина так легко
находили христианские лагеря. Ответ пришел очень скоро - по запаху.
Если в начале средневековья в Европе одним из основных продуктов питания
были желуди, которые ели не только простолюдины, но и знать, то впоследствии
(в те редкие года, когда не было голода) стол бывал более разнообразным.
Модные и дорогие специи использовались не только для демонстрации богатства, они
также перекрывали запах, источаемый мясом и другими продуктами.
В Испании в средние века женщины, чтобы не завелись вши, часто натирали
волосы чесноком.
Чтобы выглядеть томно-бледной, дамы пили уксус. Собачки, кроме работы
живыми блохоловками, еще одним способом пособничали дамской красоте: в
средневековье собачьей мочой обесцвечивали волосы.
Сифилис XVII-XVIII веков стал законодателем мод. Гезер писал, что из-за
сифилиса исчезала всяческая растительность на голове и лице. И вот кавалеры,
дабы показать дамам, что они вполне безопасны и ничем таким не страдают,
стали отращивать длиннющие волосы и усы. Ну, а те, у кого это по каким-либо
причинам не получалось, придумали парики, которые при достаточно большом
количестве сифилитиков в высших слоях общества быстро вошли в моду и в Европе и в
Северной Америке. Сократовские же лысины мудрецов перестали быть в почете до
наших дней.
Благодаря уничтожению христианами кошек расплодившиеся крысы разнесли по
всей Европе чумную блоху, отчего пол-Европы погибло3. Спонтанно появилась
новая и столь необходимая в тех условиях профессия крысолова4. Власть этих
людей над крысами объясняли не иначе как данной дьяволом, и потому церковь и
инквизиция при каждом удобном случае расправлялись с крысоловами, способствуя
таким образом дальнейшему вымиранию своей паствы от голода и чумы.
Методы борьбы с блохами были пассивными, как например палочки-чесалочки.
Знать с насекомыми борется по-своему - во время обедов Людовика XIV в Версале
и Лувре присутствует специальный паж для ловли блох короля. Состоятельные
дамы, чтобы не разводить «зоопарк», носят шелковые нижние рубашки, полагая, что
вошь за шелк не уцепится, ибо скользко. Так появилось шелковое нижнее белье,
Надо заметить, что моральный облик рыцарей тоже был соответствующий - во время
войны они были грабители, а в мирное время бандитами. Возможно, в своей среде они и
следовали романтической чуши о Прекрасной Даме, как это утверждалось в рыцарских
романах, но это не мешало им насиловать женщин в своих подвластных деревнях. Одной из
главных причин крестовых походов было желание сплавить этих «братков» подальше.
3 В этом, конечно, обвинили евреев и сожгли их во многих городах. См. статью «Чёрная
смерть» в Википедии.
4 Вспомните легенду о гамельнском крысолове.
к шелку блохи и вши действительно не прилипают.
Чума в Европе.
Влюбленные трубадуры собирали с себя блох и пересаживали на даму, чтоб
кровь смешалась в блохе.
Кровати, представляющие собой рамы на точеных ножках, окруженные низкой
решеткой и обязательно с балдахином в средние века приобретают большое
значение . Столь широко распространенные балдахины служили вполне утилитарной цели
- чтобы клопы и прочие симпатичные насекомые с потолка не сыпались.
Считается, что мебель из красного дерева стала столь популярна потому, что
на ней не было видно клопов.
Кормить собой вшей, как и клопов, считалось «христианским подвигом».
Последователи святого Фомы, даже наименее посвященные, готовы были превозносить
его грязь и вшей, которых он носил на себе. Искать вшей друг на друге (точно,
как обезьяны - этологические корни налицо) - значило высказывать свое
расположение .
Средневековые вши даже активно участвовали в политике - в городе Гурденбур-
ге (Швеция) обыкновенная вошь (Pedicuius) была активным участником выборов
мэра города. Претендентами на высокий пост могли быть в то время только люди
с окладистыми бородами. Выборы происходили следующим образом. Кандидаты в
мэры садились вокруг стола и выкладывали на него свои бороды. Затем специально
назначенный человек вбрасывал на середину стола вошь. Избранным мэром
считался тот, в чью бороду заползало насекомое.
Пренебрежение гигиеной обошлось Европе очень дорого: в XIV веке от чумы
(«черной смерти») Франция потеряла треть населения, а Англия и Италия - до
половины.
Медицинские методы оказания помощи в то время были примитивными и
жестокими . Особенно в хирургии. Например, для того, чтобы ампутировать конечность, в
качестве «обезболивающего средства» использовался тяжелый деревянный молоток,
«киянка», удар которого по голове приводил к потере сознания больного, с
другими непредсказуемыми последствиями. Раны прижигали каленым железом, или
поливали крутым кипятком или кипящей смолой. Повезло тому, у кого всего лишь
геморрой. В средние века его лечили прижиганием раскаленным железом. Это
значит - получи огненный штырь в задницу - и свободен. Здоров.
Сифилис обычно лечили ртутью, что, само собой, к благоприятным последствиям
привести не могло5.
Кроме клизм и ртути основным универсальным методом, которым лечили всех
подряд, являлось кровопускание. Болезни считались насланными дьяволом и
подлежали изгнанию - «зло должно выйти наружу». У истоков кровавого поверья
стояли монахи - «отворители крови». Кровь пускали всем - для лечения, как
средство борьбы с половым влечением, и вообще без повода - по календарю.
«Монахи чувствовали себя знатоками в искусстве врачевания и с полным правом
давали рекомендации». Основная проблема была в самой порочной логике такого
лечения - если улучшение у больного не наступало, то вывод делался только один
- крови выпустили слишком мало. И выпускали еще и еще, пока больной от потери
крови не умирал. Кровопускание, как излюбленный метод лечения всех болезней,
унесло, вероятно, жизней не меньше, чем чума.
Была в средневековой Европе и хирургия. Даже если хирург научился резать
быстро - а к этому они и стремились, памятуя Гиппократа: «Причиняющее боль
должно быть в них наиболее короткое время, а это будет, когда сечение
выполняется скоро» - то из-за отсутствия обезболивания даже виртуозная техника
хирурга выручала лишь в редких случаях. В Древнем Египте попытки обезболивания
делались уже в V-III тысячелетиях до н.э. Анестезия в Древней Греции и Риме,
в Древнем Китае и Индии осуществлялась с использованием настоек мандрагоры,
белладонны, опия и т.п., в XV-XIII веках до н.э. для этой цели был впервые
применен алкоголь. Но в христианской Европе обо всем этом позабыли6.
Широко распространяются в средневековье лекарства из трупов и размолотых
костей. Гарманн приводит также рецепт «божественной воды», названной так за
свои чудесные свойства: берется целиком труп человека, отличавшегося при
жизни добрым здоровьем, но умершего насильственной смертью; мясо, кости и
внутренности разрезаются на мелкие кусочки; все смешивается и с помощью перегонки
превращается в жидкость.
Нарочитое пренебрежение к смерти и презрение к земной жизни проявилось в
таком явлении, как мода на человеческие черепа. Историк Рат-Вег поражался
такому обычаю, широко распространенном в Европе еще в 18-ом веке:
5 Иван Грозный тоже лечился от сифилиса ртутной мазью. Сифилис тогда гулял и по
Руси. Ртуть нашли в его костях, когда исследовали на предмет проверки версии об
отравлении.
6 Если быть точными - то не знали. Рим добили германские варвары, а европейцы были
их потомками. Знакомство с античным наследием началось с Ренессанса.
«Трудно представить, что человеческий череп когда-то был предметом моды.
Ненормальная мода родилась в Париже в 1751 году. Знатные дамы устанавливали
череп на туалетный столик, украшали его разноцветными лентами, устанавливали
в него горящую свечу и временами погружались в благоговейное созерцание». Но
удивляться тут особенно нечему - у такого отношения к человеческим останкам
глубокие корни. Христиане тысячелетие насаждали культ поклонения мощам. Как
известно, первые христиане жили в катакомбах в окружении трупов.
Для языческой культуры это было неприемлемым явлением. Евнапий из Сард в IV
веке описывал осквернение христианами языческого храма Сераписа: «они привели
в это священное место так называемых монахов, которые имеют хотя человеческий
образ, но .... собирают кости и черепа людей, уличенных в преступлениях и
казненных по приговору суда, выдают их за богов и повергаются ниц перед ними».
Этим культом мертвых тел, а также культом евхаристии, Церковь добилась того,
что народ в Европе еще в 17-ом веке свято верил, что истертые в порошок
черепа и костяшки пальцев очень полезны для здоровья. Из обожженных костей
счастливых супругов или страстных любовников приготовляли возбуждающий любовный
напиток.
Выражение «переплет из человеческой кожи» скорее вызовет ассоциации только
с пропагандистскими байками вроде «абажуров из кожи в Бухенвальде7» и «мыла
из евреев8». Но если на пресловутые абажуры посмотреть нигде не получится
ввиду их отсутствия, то прототипы этого «навета» вполне реальны. Книг,
переплетенных в человеческую кожу, в библиотеках достаточно. Книги или пергамент,
обернутые в человеческую кожу, появились в средневековье, когда стало широко
практиковаться дубление человеческой кожи (и сохранение других частей тела).
Эти книги до нас не дошли, хотя есть некоторые исторические сообщения
касательно Библии XIII-ого века и текста Decretals (Католическое церковное
право) , написанных на человеческой коже.
Среди других переплетенных в человеческую кожу документов - копия Прав
Человека и нескольких копий французской Конституции 1793 г.
Великий инквизитор Испании Томас де Торквемада (1420-1498), широко
прославившийся своей священной борьбой с еретиками, стал своеобразным «лицом
Инквизиции», наряду с Крамером и Шпренгером. Торквемада с истинно христианским
человеколюбием сжег на кострах 10 220 человек. Гораздо меньше известно другое -
сколько человеческого материала «врагов народа» было использовано более
рационально. Сжигание заживо эмоционально заслоняет от нас куда большее
количество «общественно полезных» приговоров образовавшейся в Испании
«экономической инквизиции». Например, тем же Торквемадой к ссылке на галеры было
приговорено 97 371 человек. Именно на галерах должны были эти еретики искупать
7 Этим увлекалась Эльза Кох, жена коменданта лагеря. Снимок этого абажура я видел в
детстве в одной из книг собрания моего отца - он прошел через многие немецкие
лагеря, будучи военнопленным. Но этот абажур был единственным в своем роде - у Эльзы Кох
и других поделок хватало. Кстати она не была казнена, а покончила жизнь
самоубийством (официальная версия) в 1967 году, в немецкой тюрьме (см. статью «Ilse Косп» в
Wikipedia).
8 Сомнительно, чтобы немцы стали мыться таким мылом, но могли покупать его ради
мстительного удовлетворения. См. статью «Мыло из человеческого жира» в Википедии.
Возможно, один из последних кусков этого мыла был выставлен на продажу (евреем в
своем антикварном магазине, за 300 долларов) в Монреале (Канада) в прошлом году, что
вызвало волну возмущения в еврейской среде.
свою вину перед Господом. Томас Торквемада был духовником инфанты Изабеллы
Кастильской (той самой, которая гордилась тем, что мылась два раза в жизни).
В отношении «истинных» врагов Церкви (то есть, например, тех кто
отказывался признать свою вину или посмел не «заложить» свою семью, родственников и
друзей) Инквизиция была непримирима - только костер9. У остальных еретиков
всегда был выбор: быстрая смерть в огне (тогда еще быстрая - сожжение на
сырых дровах христиане придумают позже) или галеры. Ссылка на галеры фактически
являлась той же смертной казнью, только отложенной - большинство
приговоренных к пожизненной каторге не доживало даже до окончания второго года
заключения .
Сожжение ведьм.
Теперь вы понимаете, что имел в виду Готфрид Лейбниц, когда советовал
фрейлинам, вышедшим замуж, не отказываться от умывания (см. заметку о нем в
основной публикации).
К этому надо добавить массовую истерию насчет ведьм, в результате которой
множество невинных женщин было сожжено. То, что принято называть «охотой на ведьм», в
Западной Европе началось в XIII веке, и продолжалась до конца XVII века. Процессы и
казни ведьм приняли особенно массовый характер в 1550-1650 годы. По оценкам
историков за годы «охоты» было казнено от сорока до ста тысяч «ведьм». В старинных книгах
говориться, что кое-где, например, в Южной Германии, в результате этих процессов, в
некоторых селениях и городках почти не осталось женщин.
Ликбез
МИР МНОГИХ МИРОВ
ФИЗИКИ В ПОИСКАХ ИНЫХ ВСЕЛЕННЫХ
Александр Виленкин
ЧАСТЬ III. ПРИНЦИП ЗАУРЯДНОСТИ
Глава 12.
Проблема
космологической
постоянной
Немногие теоретические оценки в истории
физики... были настолько неточными.
Ларри Эббот
Кризис
энергии
вакуума
Вакуум — это самый загадочный объект, с которым когда-либо встречались
физики. А самый страшный секрет вакуума — это происхождение его энергии. Я
должен подчеркнуть, что говорю не о высокоэнергичном вакууме инфляционной
космологии . Как раз физика ложного вакуума относительно понятна. Загадочный
объект, о котором идет речь, — это обычный, истинный вакуум, в котором мы сейчас
обитаем.
Вакуум — это то, что остается, когда мы убираем все частицы и излучение.
Для классического физика это просто пустое пространство, и о нем нечего
больше сказать. Но в квантовой физике вакуум — это арена безумно активной
деятельности .
Возьмем, к примеру, электромагнитное излучение. Оно состоит из фотонов —
небольших сгущений электромагнитной энергии. Допустим, у нас есть ящик
чистого вакуума. Мы напрочь опустошили его и убедились, что внутри не осталось ни
одного фотона, ни одной частицы. Можно предположить, что электрическое и
магнитное поля в ящике должны быть строго равны нулю. Но это не так. Квантовый
вакуум отказывается пребывать в покое. Точно так же, как скалярное поле во
время инфляции, электрическое и магнитное поля испытывают случайные рывки или
квантовые флуктуации.
Если вы попробуете измерить, скажем, магнитное поле внутри ящика,
полученный результат будет зависеть от размера вашего измерительного устройства.
Предположим, для начала вы взяли относительно крупное приспособление,
измеряющее поле в масштабе 1 сантиметр. Тогда величина измеренного поля составит
несколько миллиардных долей гаусса. (Для сравнения: напряженность магнитного
поля Земли составляет у поверхности около 1 гаусса.) Спустя одну наносекунду1
направление поля станет совершенно другим, но его величина останется где-то
между нулем и несколькими миллиардными гаусса. Чтобы заметить эти
стремительные флуктуации поля, измерения надо выполнять быстро. Если измерение занимает
больше наносекунды, вы получите среднее значение поля, которое будет очень
близко к нулю.
Детектор размером 1 миллиметр зарегистрирует в 10 раз более сильное поле,
которое флуктуирует в 10 раз быстрее. Эти соотношения сохраняются по мере
дальнейшего уменьшения масштабов: каждый раз, когда вы уменьшаете масштаб
длины в 10 раз, величина флуктуации увеличивается в 100 раз, а их частота
возрастает десятикратно. В масштабе атомов флуктуирующее магнитное поле в 10
миллионов гаусс меняет свое направление примерно 1017 раз в секунду.
Мы не замечаем этих колоссальных магнитных полей, потому что они очень
быстро меняются от точки к точке и от мгновения к мгновению. Стрелка компаса,
например, реагирует на магнитное поле, осредненное по всей ее длине, и за
интервал времени, достаточный для существенного ее поворота (скажем, 0,1
секунды) . Влияние квантовых флуктуации на таких масштабах совершенно ничтожно2.
Все это замечательно, пока мы не заинтересуемся энергией флуктуации. Плот-
1 Наносекунда — одна миллиардная доля секунды.
2 Первое надежное измерение флуктуации электромагнитного вакуума выполнено только в 1990-х
годах методом, предложенным десятки лет назад голландским физиком Хендриком Казимиром. Две
металлические пластины помещают в вакууме параллельно друг другу. Металл подавляет
электромагнитные колебания, и это приводит к уменьшению вакуумных флуктуации между пластинами.
Давление флуктуирующих полей на внешние поверхности пластин оказывается больше, чем на
внутренние , что приводит к появлению силы, прижимающей пластины друг к другу. Эта сила очень мала и
быстро спадает с увеличением расстояния между пластинами. Измерения проводились с
пластинами , разделенными интервалом в один микрон (миллионную долю метра).
ность энергии магнитного поля зависит только от его напряженности, но не от
направления. Поэтому, даже если поле колеблется в разные стороны, его
плотность энергии в среднем не равна нулю. Сильные, быстро флуктуирующие поля на
малых расстояниях вносят большой вклад в плотность энергии, и тут мы
сталкиваемся с серьезной проблемой. По мере рассмотрения все меньших и меньших
размеров плотность энергии неограниченно возрастает. В результате мы приходим к
абсурдному выводу, будто плотность энергии вакуума бесконечна! Похоже, в
нашей теории что-то глубоко неверно. Попробуем разобраться, что бы это могло
быть и как нам обойти этот странный результат.
Бесконечность возникает, если мы допускаем, что линейный масштаб флуктуации
может быть сколь угодно малым. Но ведь не исключено, что существует предел
тому, насколько малыми они могут быть. На сверхмалых расстояниях геометрия
пространства и времени тоже оказывается подвержена большим квантовым флуктуа-
циям. Как и в случае электромагнетизма, чем меньше линейный масштаб, тем
больше флуктуации. Ниже некоторого критического размера, называемого планков-
ской длиной, пространство-время обретает хаотическую, пенообразную структуру.
Пространство неистово закручивается и сминается, крошечные "пузырьки"
отрываются от него и немедленно коллапсируют, возникает и мгновенно исчезает
множество "ручек" или "туннелей" (рис. 12.1). Планковская длина невероятно мала:
она составляет одну миллиардно-триллионно-триллионную долю сантиметра. В
значительно больших масштабах пространство выглядит гладким, а "пространственно-
временная пена" не видна — подобно тому, как пенная поверхность океана
кажется гладкой, если смотреть на нее с большой высоты.
Рис. 12.1. Пространственно-временная пена.
Возможно, столь резкое изменение свойств пространства-времени гасит идущие
вразнос электромагнитные флуктуации. Этого нельзя сказать с уверенностью,
поскольку физика пространственно-временной пены не вполне ясна. Но даже при
наилучшем раскладе ничто не ограничивает флуктуации в масштабах, больших, чем
планковская длина. Оценка плотности энергии таких флуктуации дает
поразительную величину 1088 тонн на кубический сантиметр, что намного превосходит
энергию вакуума Великого объединения!
Плотность энергии истинного вакуума — это то, что Эйнштейн называл
космологической постоянной. Если она действительно так невероятно велика, Вселенная
должна сейчас находиться в состоянии взрывного инфляционного расширения.
Однако наблюдаемый темп расширения Вселенной ограничивает величину
космологической постоянной значением в 10120 (это больше гугола!) раз меньшим. Итак, мы
столкнулись с загадкой: почему плотность энергии вакуума не так велика? Столь
разительное несоответствие между предсказанным и наблюдаемым значениями
космологической постоянной известно под названием проблемы космологической
постоянной. Это одна из самых волнующих и будоражащих ум загадок в
теоретической физике элементарных частиц.
В поисках
глубинной
симметрии
Помимо электромагнетизма квантовые флуктуации других полей также вносят
свой вклад в энергию вакуума. Некоторые из этих вкладов оказываются
отрицательными, и это дает надежду на то, что положительные и отрицательные вклады
в энергию скомпенсируют друг друга. Эта возможность стимулировала
многочисленные попытки решения проблемы космологической постоянной.
Все элементарные частицы делятся на два типа: бозоны и фермионы3. Фотоны,
например, относятся к бозонам, а электроны, позитроны, кварки — к фермионам.
Ферми-частицы можно представлять в виде небольших сгущений фермионных полей,
однако, в противоположность электромагнетизму, величины таких полей
характеризуются так называемыми грассмановыми числами4, которые очень сильно
отличаются от обычных. Когда вы перемножаете обычные числа, результат не зависит от
порядка сомножителей; например, 4x6 = 6x4 = 24. Однако произведение грассма-
новых чисел при этом меняет знак: АхВ = -ВхА. Грассманов характер фермионных
полей ответствен за многие особенности ферми-частиц, но для нас важно то, что
вакуумные флуктуации ферми-полей имеют отрицательную плотность энергии.
Может ли положительная энергия бозе-полей быть скомпенсирована
отрицательной энергией ферми-полей? В принципе это возможно, но выглядит крайне
маловероятным. Огромные положительные и отрицательные члены уравнений, сложнейшим
образом связанные с массами и взаимодействием частиц должны совпасть по
величине с точностью лучше, чем единица к гуголу. С чего бы случиться такому
чудесному совпадению?
Удивительные сокращения случаются в физике элементарных частиц, но они
обычно связаны с некоторой лежащей в их основе симметрией. Возьмем, к
примеру, сохранение электрического заряда. Высокоэнергичные столкновения могут
порождать мириады новых частиц, но всегда можно быть уверенным, что число
положительно и отрицательно заряженных среди них будет в точности равным, так что
совокупный заряд останется неизменным. Это свойство связано с особой
симметрией уравнений физики элементарных частиц, называемой калибровочной
симметрией5 .
Из калибровочной симметрии следует, что электрический заряд сохраняется при
любых взаимодействиях элементарных частиц. Красота симметрии состоит в том,
что детали не имеют значения. Неважно, каковы массы частиц, и в какие
взаимодействия они друг с другом вступают. Сохранение заряда имеет место всегда.
Вплоть до самого недавнего времени абсолютное большинство физиков верило,
что нечто подобное должно иметь место и в случае энергии вакуума. Должна су-
3 Они называются в часть Шатьендраната БоЗе и Эрнико Ферми, которые сформулировали их
отличительные свойства.
4 Названы в честь немецкого математика XIX века Германа Грассмана, который ввел их в оборот.
5 Про уравнение говорят, что оно обладает симметрией, если существует некоторая операция,
при которой оно остается неизменным. Например, уравнение х + у = 1 не меняется, если
поменять местами х и у.
ществовать некая пока еще не открытая глубинная симметрия, которая приводит к
сокращению различных вкладов в космологическую постоянную6. Начиная с 1970-х
годов при участии лучших умов было предпринято множество попыток разобраться,
что это может быть за симметрия. Однако несколько десятилетий усилий так и не
принесли значимых успехов. Проблема космологической постоянной остается столь
же неприступной, как и прежде.
Проблема совпадения
"Любое совпадение, — сказала себе
мисс Марпл, — это лучше, чем ничего.
Если это просто совпадение, его потом
можно отбросить".
Агата Кристи
Когда в конце 1990-х годов две группы астрономов сообщили, что обнаружили
признаки далеко не исчезающе малой величины космологической постоянной, их
заявление оказалось полнейшей неожиданностью. Как уже говорилось в главе 9,
это открытие стало важнейшим событием для теории инфляции. Плотность массы
(энергии) вакуума оказалась в точности такой, какая требовалась, чтобы
сделать Вселенную плоской. Но для физики элементарных частиц оно стало страшной
неприятностью.
Шансы найти решение проблемы космологической постоянной становились теперь
и вовсе ничтожными. Симметрия должна работать идеально; она не оставила бы и
следа некомпенсированной энергии вакуума. И это еще не все. Фактическое
значение космологической постоянной, полученное из новых данных, выглядело
крайне подозрительно. Оно было настолько велико, что большинство физиков,
занимающихся элементарными частицами, и космологов просто отказывались в него
верить , надеясь, что как-нибудь все обойдется.
Наблюдаемая плотность массы вакуума оказалась примерно вдвое больше средней
плотности вещества. Удивляло то, что эти две плотности сравнимы друг с другом
по величине. Это было странно, поскольку плотность вещества и плотность
вакуума совершенно по-разному ведут себя в ходе расширения Вселенной. Плотность
вакуума остается совершенно неизменной (до тех пор, пока мы остаемся в том же
самом вакууме) , а плотность вещества убывает с ростом объема. Если эти две
плотности сегодня примерно совпадают, значит, в эпоху последнего рассеяния
вещество в миллиарды раз превосходило вакуум по плотности, а через секунду
ПБВ она была в 1045 раз выше. В далеком будущем ситуация сменится на
противоположную : плотность вещества станет много меньше, чем у вакуума. Например,
через триллион лет она будет в 1050 раз меньше.
Таким образом, на протяжении большей части истории Вселенной плотности
вещества и вакуума очень сильно различались. Почему же в таком случае нам
довелось жить именно в ту особенную эпоху, когда эти две плотности столь близки
друг к другу? Если глядеть на огромный диапазон изменения плотности вещества,
Именно это происходит в тех теориях элементарных частиц, где есть особый вид симметрии,
называемый суперсимметрией. Бозоны и фермионы в таких теориях появляются парами, так что
каждая бозе-частица имеет фермионного партнера и наоборот. Частицы-партнеры в каждой паре
имеют одинаковую массу, а вакуумные энергии фермионов и бозонов в точности сокращаются. Поэтому
полная плотность энергии вакуума равна нулю. Это могло бы оказаться изящным решением
проблемы космологической постоянной, но беда в том, что наш мир определенно не суперсимметричен. В
противном случае на ускорителях наблюдалось бы рождение многочисленных партнеров электронов,
кварков и фотонов. Кроме того, даже в суперсимметричном мире космологическая постоянная
сокращается только в отсутствие гравитации. Если же принять ее в расчет, то энергия вакуума
приобретает большое отрицательное Значение.
это совпадение выглядит таким странным, что его трудно считать "просто
совпадением" .
Похоже, будто Природа пыталась нам что-то сказать. Но, по своему
обыкновению, она не озаботилась внятностью формулировки. Почему такая фундаментальная
величина, как космологическая постоянная, должна быть связана с плотностью
вещества в ту определенную эпоху, когда довелось появиться человеку? Сама
мысль о связи этих двух величин выглядела совершенно вздорной. Сообщество
физиков элементарных частиц пребывало в замешательстве.
И тогда обнаружился замечательный факт, сделавший ситуацию еще более
странной. Ненулевое значение космологической постоянной, не очень далекое от
наблюдаемого, как оказалось, было предсказано теоретически за много лет до
упомянутых наблюдений. Правда, с этим предсказанием была связана одна проблема.
Оно основывалось на так называемой антропной селекции — весьма неоднозначной
идее, которой уважающие себя физики избегают как чумы.
Глава 13.
Антропные владения
На берегах неизведанного мы обнаружили
странные следы. Чтобы объяснить их
происхождение, мы выдвигали одну
изощренную теорию за другой. Наконец нам
удалось реконструировать существо,
оставившее следы. И что же? Оказалось, они
наши собственные.
Сэр Артур Эддингтон
Фундаментальные
постоянные
Свойства любого объекта Вселенной от молекулы ДНК до гигантских галактик
определяются, в конечном счете, несколькими числами — так называемыми
фундаментальными постоянными. К числу этих констант относятся массы элементарных
частиц и параметры, характеризующие силу четырех фундаментальных
взаимодействий — сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного. Протон,
например, на 0,14% легче нейтрона и в 1836 раз массивнее7 электрона. Гравитационное
взаимодействие между двумя протонами в 1040 раз слабее их электрического
отталкивания. На первый взгляд эти числа кажутся совершенно произвольными.
Пользуясь метафорой Крэйга Хогана8, можно представить себе Творца, сидящего
за пультом управления Вселенной и крутящего различные регуляторы для
настройки констант: "Поставить 1835 или 1836?"
Но не скрывается ли за внешне случайным набором чисел некая система?
Возможно, нет никаких регуляторов для подстройки, и все числа предопределены
математической необходимостью? Давняя мечта физиков — вывести, в конце концов,
значения всех постоянных из некоторой фундаментальной теории, которую еще
предстоит открыть.
Однако сегодня нет никаких признаков того, что выбор констант предопреде-
Численное Значение массы Зависит от используемых единиц измерения — граммов, унций или
атомных единиц, но соотношение двух масс, такое как 1836, не Зависит от нашего выбора.
8 Craig J. Hogan, "Quarks, electrons and atoms in closely related universes", in Universe or
Multiverse, ed. by B.J. Carr, Cambridge University Press, Cambridge, 2006 (Крэйг Хоган,
"Кварки, электроны и атомы в тесно связанных вселенных" в сб. "Вселенная или мультиверс" под
редакцией Б.Дж. Карра).
лен. Стандартная модель элементарных частиц, которая описывает сильное,
слабое и электромагнитное взаимодействия всех известных частиц, содержит 25
"подстраиваемых" констант. Их значения определяются из наблюдений9. Вместе с
недавно открытой космологической постоянной имеется 26 фундаментальных
постоянных, которые описывают физический мир. Этот список может расшириться, если
будут открыты новые типы частиц или взаимодействий.
Рис. 13.1. За пультом управления Вселенной.
Тонкая
настройка
Вселенной
То, как Творец выбрал значения констант, может показаться простым капризом,
и все же удивительным образом за ними, похоже, стоит некая система, хотя и не
в обычаях физиков полагаться на нее. Исследования в различных областях физики
обнаружили, что многие существенные особенности нашей Вселенной чувствительны
к точному значению некоторых констант. Если бы Творец повернул регуляторы
немного иначе, Вселенная оказалась бы совершенно иной. И, скорее всего, в ней
не было бы ни нас, ни любых других живых существ, способных ею восхищаться.
Для начала рассмотрим влияние массы нейтрона. Как было сказано, она чуть
больше массы протона, что позволяет свободному нейтрону распадаться на протон
9 Значения некоторых из этих констант, в особенности тех, что описывают свойства нейтрино,
до сих пор неизвестны.
и электрон . Предположим теперь, что мы повернули регулятор массы нейтрона в
сторону меньших значений. Внесем очень маленькую коррекцию, не больше 0,2%,
чтобы соотношение масс протона и нейтрона изменилось на противоположное.
Теперь протоны становятся нестабильными и распадаются на нейтроны и позитроны.
Протоны по-прежнему могут оставаться стабильными внутри атомных ядер, но если
повернуть ручку сильнее, они будут распадаться и там. В результате ядра
потеряют свой электрический заряд, атомы распадутся, поскольку нечему будет
удерживать электроны на околоядерных орбитах. Свободные электроны будут
образовывать тесные пары с позитронами. Сплетаясь в смертельном танце, они быстро
аннигилируют, превратившись в фотоны. Мы в итоге останемся в "нейтронном мире",
состоящем из изолированных нейтронных ядер и излучения. В этом мире не будет
химии, не будет сложных структур и не будет жизни.
Теперь повернем регулятор массы нейтрона в другую сторону. И вновь
увеличение массы лишь на малую долю приведет к катастрофическим изменениям. С
увеличением массы нейтроны становятся более нестабильными и с некоторого момента
начинают распадаться внутри атомных ядер, превращаясь в протоны. Ядра после
этого разрываются из-за электрического отталкивания протонов, которые, обретя
свободу, объединяются с электронами и образуют атомы водорода. Получается
довольно скучный "водородный мир", в котором не может существовать никаких
других элементов11.
Продолжим наше исследование и на этот раз посмотрим, какой эффект окажет
изменение силы фундаментальных взаимодействий между частицами. Слабое
взаимодействие не играет большой роли в современной Вселенной, за исключением
грандиозных звездных взрывов — сверхновых. Когда массивная звезда исчерпывает
свое ядерное горючее, ее внутреннее ядро коллапсирует под действием
собственного веса. При этом выделяется громадная энергия, которая по большей части
распространяется в виде слабо взаимодействующих нейтрино. Фотоны и другие
частицы, которые участвуют в сильном или электромагнитном взаимодействиях,
остаются в ловушке сверхплотного коллапсирующего ядра. По пути наружу
нейтрино срывают внешние слои звезды, вызывая колоссальный взрыв. Если бы слабое
взаимодействие было существенно сильнее, чем в действительности, нейтрино не
могли бы вырваться из ядра, а если бы оно было намного слабее, нейтрино
свободно проходили бы сквозь внешние слои, не увлекая их за собой. Таким
образом, если существенно изменить силу слабого взаимодействия в ту или в другую
сторону, астрономы лишатся одного из самых любимых своих зрелищ.
Думаете, вы сможете прожить и без них? Не спешите; не будем пока
поворачивать регулятор. Последствия этих изменений на ранних стадиях космической
эволюции могли оказаться куда более опустошительными. Как мы уже обсуждали в
главе 4, тяжелые элементы, такие как углерод, кислород и железо, выковываются
в звездных недрах, а затем рассеиваются взрывами сверхновых. Эти элементы
чрезвычайно важны для образования планет и живых существ. Без сверхновых
тяжелые элементы оставались бы похороненными внутри звезд, и в нашем
распоряжении оставались бы только легкие, образовавшиеся во время Большого взрыва:
водород, гелий и дейтерий с очень небольшой примесью лития, — не слишком
подходящий для жизни набор.
Из четырех фундаментальных взаимодействий гравитация намного слабее всех
остальных. Ее влияние существенно только при наличии больших скоплений
материи — таких как галактики и звезды. На самом деле именно слабость гравитации
Распад сопровождается испусканием антинейтрино.
11 На более глубоком уровне протоны и нейтроны состоят из кварков, так что боле корректно
рассматривать массы нуклонов как величины, производные от масс кварков, которые уже являются
настоящими фундаментальными постоянными. Это, однако, не меняет общего вывода. Изменение
масс кварков на несколько процентов приводит либо к нейтронному, либо к водородному миру.
делает звезды столь массивными: они должны быть достаточно велики, чтобы
сжимать горячий газ до высокой плотности, необходимой для ядерных реакций. Если
сделать гравитацию сильнее, звезды станут меньше, и будут прогорать быстрее.
Усиление гравитации в миллион раз уменьшит массы звезд в миллиард раз12.
Типичная звезда будет иметь массу Луны, а срок ее жизни составит около 10 ООО
лет (против 10 миллиардов лет для Солнца). Этого времени вряд ли хватит даже
на то, чтобы в процессе эволюции развились простейшие бактерии. Но и куда
меньшее усиление гравитации уже сделает Вселенную необитаемой. Стократный
прирост, например, сделает время жизни звезд много меньше тех нескольких
миллиардов лет, которые потребовались для появления разумной жизни на Земле.
Эти и многие другие примеры показывают, что наше присутствие во Вселенной
зависит от тонкого баланса различных тенденций, который нарушился бы, будь
фундаментальные постоянные существенно отличными от своих фактических
значений13. О чем говорит нам эта тонкая настройка констант? Указание ли это на
Творца, который тщательно отрегулировал постоянные, чтобы сделать возможными
жизнь и разум? Возможно. Но существует и совершенно иное объяснение.
Антропный принцип
Альтернативная точка зрения основывается на совершенно ином представлении о
Творце. Вместо того чтобы дотошно проектировать одну Вселенную, он небрежно
творит их одну за другой, порождая огромное число вселенных с различными и
совершенно случайными значениями постоянных. Большинство этих вселенных не
более интересны, чем нейтронный мир, но изредка совершенно случайно возникает
вселенная с удачно подобранными параметрами, пригодными для жизни.
Если принять эту точку зрения, нам следует задаться вопросом: в какого типа
мирах мы могли бы жить? Большинство вселенных окажутся мрачными и
непригодными для обитания, но пожаловаться на это будет некому. Все разумные существа14
обнаружат, что находятся в редких благоприятных вселенных, и будут
восхищаться удивительным подбором постоянных, делающих возможным их существование.
Этот ход рассуждений известен как антропный принцип. Название было придумано
в 1974 году кембриджским астрофизиком Брэндоном Картером15, который предложил
следующую формулировку принципа: "... все наши ожидания в отношении возможных
наблюдений должны быть ограничены условиями16, необходимыми для нашего
существования как наблюдателей".
Антропный принцип — это критерий отбора. Он предполагает существование не-
Заметим, что даже после усиления в миллион раз гравитация по-прежнему будет в 10 раза
слабее электромагнетизма.
13 Многочисленные наглядные примеры тонкой настройки фундаментальных постоянных обсуждаются в
статье Бернарда Карра и Мартина Риса в журнале Nature (Bernard J. Carr and Martin J. Rees in
Nature, vol. 278, p. 605,1979) , и в книгах "Случайная Вселенная" Пола Дэвиса (Paul C.W.
Davies, The Accidental Universe, Cambridge University Press, Cambridge, 1982) , "Антропный
космологический принцип" Джона Барроу и Фрэнка Типлера (John D. Barrow, Frank J. Tipler, The
Anthropic Cosmological Principle, Oxford University Press, Oxford, 1986) и "Вселенные" Джона
Лэсли (Universes, Routledge, London, 1989) . Легко доступные для понимания популярные обзоры
даны в книгах Мартина Риса "До начала: наша Вселенная и другие" (Martin Rees, Before the
Beginning: Our Universe and Others, Addison-Wesley, Reading, 1997) и "Всего шесть чисел"
(Martin Rees, Just Six Numbers, Basic Books, New York, 2001).
14 Пока эти разумные существа не разумеют даже физический смысл собственной жизни, вряд ли
они могут представить другие виды жизни, вообще не имеющие человеческого разума. - Ред.
15 Ныне он работает в обсерватории Медон во Франции.
16 В. Carter, "Large number coincidences and the anthropic principle in cosmology", in
Confrontation of Cosmological Theories with Observational Data, ed. by M.S. Longair, Reidel,
Boston, 1974, p. 132. (Б. Картер, "Совпадение больших чисел и антропный принцип в
космологии" в сб. "Сопоставление космологических теорий с наблюдательными данными" под ред. М.С.
Лонгэйра).
ких отдаленных доменов, где фундаментальные постоянные иные. Эти домены могут
располагаться в далеких частях нашей собственной Вселенной или принадлежать
другим, совершенно не связанным пространствам-временам. Совокупность доменов
с самыми разнообразными свойствами называется мультиверсом — это термин был
введен бывшим одноклассником Картера Мартином Рисом, ныне британским
королевским астрономом. Далее в этой книге мы встретим три типа мультиверсных
ансамблей . Первый состоит из множества регионов, принадлежащих одной Вселенной.
Второй тип состоит из отдельных несвязанных вселенных17. А третий
представляет собой сочетание этих двух: он состоит из множества вселенных, в каждой из
которых содержится множество различных регионов. Если мультиверс любого типа
действительно существует, то неудивительно, что фундаментальные постоянные
так хорошо подходят для жизни. В противном случае они с гарантией будут тонко
настроены.
Антропную аргументацию также можно применить к изменениям наблюдаемых
свойств во времени, а не только в пространстве. Одним из первых приложений
антропного принципа стало объяснение Робертом Дикке современного возраста
Вселенной. Он указал, что жизнь может возникнуть только после того, как в
звездных недрах будут синтезированы тяжелые элементы. Это занимает несколько
миллиардов лет. Элементы затем рассеиваются взрывами сверхновых, и нужно еще
несколько миллиардов лет для образования второго поколения звезд и их
планетных систем из продуктов взрывов и для протекания биологической эволюции. Так
что первые наблюдатели не могли появиться ранее, чем через 10 миллиардов лет
ПБВ. Также следует учесть, что звезды, подобные нашему Солнцу, исчерпывают
свою ядерную энергию примерно за 10 миллиардов лет, и при этом галактические
запасы газа для формирования новых звезд исчерпываются в том же масштабе
времени. Примерно через 100 миллиардов лет ПБВ в наблюдаемой Вселенной останется
очень мало солнцеподобных звезд18. Если предположить, что жизнь исчезнет
вместе со смертью звезд, то остается окно, скажем, между 5 и 100 миллиардами
лет, когда могут существовать наблюдатели19. Неудивительно, что современный
_ 20
возраст Вселенной попадает в это окно .
Философы часто определяют Вселенную как "все сущее". Тогда, конечно, не может быть никаких
других вселенных. Физики обычно не используют данный термин в столь широком смысле и говорят
о совершенно не связанных, самодостаточных пространствах-временах как об отдельных
вселенных . Здесь я следую именно этой физической традиции.
18 Звезды менее массивные, чем Солнце, живут дольше. Однако они склонны к нестабильности и
подвержены вспышкам, способным уничтожить жизнь на планетах. Мы предполагаем, что планеты,
обращающиеся вокруг таких Звезд, не годятся на роль дома для потенциальных наблюдателей.
19 Можно представить, что высокоразвитая цивилизация сумеет пережить смерть Звезд, используя
ядерную или приливную энергию для поддержания жизни. Но более вероятным кажется, что
цивилизации живут относительно недолго.
20 Дикке обнародовал этот аргумент в 1961 году в ответ на Захватывающую гипотезу, выдвинутую
Знаменитым британским физиком Полом Дираком. Дирак был поражен слабостью гравитации, которая
в 1040 раз слабее электромагнитного взаимодействия. Он также Заметил, что видимая Вселенная в
1040 раз больше протона. Мысль Дирака состояла в том, что это не может быть простым
совпадением, и предположил, что эти два числа должны быть каким-то образом связаны. Но размер
наблюдаемой Вселенной увеличивается во времени, и поэтому его отношение к размерам протона в
последующие эпохи будет расти. Это привело Дирака к Заключению, что другое число, выражающее
слабость гравитации, тоже должно увеличиваться: гравитация должна становиться все слабее.
Аргумент Дикке дал совершенно иной взгляд на совпадение больших чисел. Мы наблюдаем
Вселенную не в произвольную эпоху, а в то время, когда ее возраст сравним со временем жизни Звезд.
Дикке показал, что именно в это время дираковские большие числа действительно близки друг к
другу. (Это не совпадение: видимая Вселенная велика, поскольку велика продолжительность
жизни Звезд, а она, в свою очередь, связана со слабостью гравитации, что и Задает связь между
двумя большими числами.) Таким образом, совпадение автоматически обеспечивается в эпоху,
когда могут существовать наблюдатели, и не требуется постулировать никакого ослабления
гравитации. Точные астрономические измерения позднее показали, что сила гравитации остается
постоянной с очень высокой точностью. Если и есть изменения, они должны быть меньше, чем 1 к
Использованный Дикке способ применения антропного принципа для получения
интервала времени, в течение которого возможно наше существование, не
выглядит бесспорным. Но Брэндон Картер, Мартин Рис и некоторые другие физики
попытались пойти дальше, используя антропный принцип для объяснения тонкой
настройки фундаментальных констант. Вот здесь-то и начинаются разногласия.
Что общего между
антропным принципом
и порнографией?
Антропный принцип в формулировке Картера является тривиальной истиной.
Фундаментальные постоянные и наше местоположение в пространстве-времени не
должны препятствовать существованию наблюдателей. В противном случае наши теории
были бы логически непоследовательными. В такой интерпретации, в качестве
элементарного логического требования, антропный принцип, конечно, бесспорен, но
вместе с тем не слишком полезен. Однако любая попытка использования его в
качестве объяснения тонкой настройки Вселенной вызывает неодобрительную и
весьма резкую реакцию со стороны физического сообщества.
Для этого действительно есть довольно серьезные причины. Чтобы объяснить
тонкую настройку, постулируется существование мультиверса, состоящего из
далеких доменов, где фундаментальные постоянные иные. Проблема, однако, в том,
что нет ни единого свидетельства в пользу этой гипотезы. Даже хуже — похоже,
нет никакой возможности когда-либо подтвердить или опровергнуть ее. Философ
Карл Поппер писал, что любое утверждение, которое не может быть
фальсифицировано, не является научным. Из этого критерия, признаваемого большинством
физиков, по-видимому, естественным образом следует, что антропное объяснение
тонкой настройки является ненаучным. Другая, связанная с первой, линия
критики говорит о том, что антропный принцип может служить для объяснения лишь
того, что мы уже знаем. Он никогда ничего не предсказывает и потому не может
быть проверен.
Успеху идеи не способствовала и аура туманных и бестолковых интерпретаций,
окружающая тему антропного принципа в целом21. А вдобавок ко всему в
литературе приводится множество различных формулировок данного принципа (философ
Ник Востром, автор книги по этой теме22, насчитал их более тридцати).
Ситуация отлично характеризуется цитатой23 из Марка Твена: "Исследования многих
комментаторов уже пролили достаточно тьмы на этот предмет, и вполне возможно,
что, продолжай они дальше в том же духе, мы скоро не будем ничего о нем
знать". Даже сам термин "антропный" служит источником недоразумений,
поскольку словно бы отсылает именно к человеческим существам, а не любым разумным
наблюдателям.
Однако основной причиной столь эмоциональной реакции на антропные
объяснения послужило, вероятно, ощущение предательства. Со времен Эйнштейна физики
верили, что настанет день, когда все фундаментальные постоянные будут
выведены из некой всеохватывающей окончательной теории. Обращение к антропным аргу-
10 в год, — гораздо меньше, чем требует гипотеза Дирака.
21 Сам Картер внес свой вклад в общую путаницу, введя альтернативную версию принципа,
называемую "сильным антропным принципом", гласящую, что "...Вселенная... должна быть такой,
чтобы на определенной стадии допускать появление наблюдателей". Многие восприняли эту
формулировку в мистическом смысле — как указание на определенного рода теологическую необходимость.
В этой книге я следую первоначальной формулировке Картера, которую он называет "слабым
антропным принципом".
22 N. Bostrom, Anthropic Bias (Ник Востром, "Антропный уклон"), Routeledge, New York, 2002.
23 Цитируется по: A.L Масау, A Dictionary of Scientific Quotations (А.Л. Макей, "Словарь
научных цитат"), Institute of Physics Publishing, Bristol, 1991, p. 244.
ментам рассматривалось как капитуляция и вызывало реакцию в диапазоне от
раздражения до открытой враждебности. Некоторые хорошо известные физики дошли до
того, что стали называть антропные идеи "опасными24" и говорить, будто они
"развращают науку25". Только в исключительных случаях, когда все иные
возможности исчерпаны, может быть простительно упомянуть об "антропности", да и то
не всегда. Лауреат Нобелевской премии Стивен Вейнберг однажды сказал, что
физик, говорящий об антропном принципе, "подвергается такому же риску, как
священник, рассуждающий о порнографии. Сколько бы он ее ни порицал, кое-кто все
равно подумает, будто он немного интересуется предметом".
Космологическая
постоянная
Если какая-то проблема и требовала применения крайних мер, то это проблема
космологической постоянной. Различные вклады в плотность энергии вакуума
будто сговорились компенсировать друг друга с точностью до 1 к 10120. Это самый
вопиющий и необъяснимый случай тонкой подстройки в физике. Андрей Линде был
одним из первых смельчаков, применивших антропный подход к этой проблеме. Его
не удовлетворяли туманные разговоры о "других вселенных", и он предложил
конкретную модель, описывающую, каким образом космологическая постоянная может
варьироваться и что способно вызывать ее изменения от одного места к другому.
Линде использовал все ту же идею, что и раньше. Помните маленький шарик,
скатывающийся по энергетическому ландшафту? Шарик представляет собой
скалярное поле, а высота, на которой он находится, — плотность энергии этого поля.
Пока шарик катится вниз, его энергия вызывает инфляционное расширение
Вселенной .
Линде взял из этой модели то, что различные высоты ландшафта соответствуют
различным плотностям энергии. Он предположил существование другого скалярного
поля со своим энергетическим ландшафтом. Чтобы не путать его с полем,
ответственным за инфляцию, последнее мы будем в дальнейшем называть "инфлатоном" —
это термин, обычно применяемый в физической литературе. В наших окрестностях
инфлатон уже скатился к подножию своего энергетического холма. (Это случилось
14 миллиардов лет назад, в конце эпохи инфляции.) Чтобы новое поле не
скатилось вниз слишком быстро, Линде ввел условие, что для него склон должен быть
чрезвычайно пологим, намного более пологим, чем в модели инфляции. Любой
уклон, каким бы малым он ни был, заставит поле, в конце концов, скатиться вниз.
Но при меньшем уклоне понадобится больше времени, чтобы "заставить шарик
катиться". Линде предположил уклон настолько малый, что за 14 миллиардов лет,
прошедших с момента Большого взрыва, поле не изменилось существенным образом.
Но если склон имеет огромную протяженность в обоих направлениях, плотность
энергии может достигать очень больших положительных или отрицательных
значений .
Полная плотность энергии вакуума — космологическая постоянная — получается
путем добавления плотности энергии скалярного поля к плотностям энергии фер-
мионов и бозонов, которые вычисляются в физике элементарных частиц. Даже если
нет никакого чудесного сокращения вкладов разных частиц и их совокупный вклад
в энергию вакуума велик, на склоне будет такой участок, где вклад скалярного
поля окажется равен по величине и противоположен по знаку, так что полная
Дэвид Гросс (David Gross), цитируется по статье Денниса Овербая "Мириады вселенных? Или
нашей повезло?" в газете "Нью-Йорк Тайме" (Dennis Overbye "Zillions of universes? Or did
ours get lucky?", The New York Times, October 28, 2003).
25 Пол Стейнхардт (Paul Steinhardt), цитируется по статье "Холодный прием" Маркуса Чоуна
(Marcus Chown, "Out in the cold", New Scientist, June 10, 2000).
плотность энергии вакуума оказывается нулевой. Предполагается, что в нашей
части Вселенной скалярное поле очень близко к этому участку.
Если скалярное поле меняется от одной части Вселенной к другой, то и
космологическая "постоянная" тоже будет переменной, и это все, что требуется для
применения антропного принципа. Но что может вызывать вариации скалярного
поля? На этот вопрос Линде тоже нашел хороший ответ!
Плотность
энергии
Скалярное поле
Рис. 13.2. Скалярное поле на очень пологом энергетическом ландшафте.
Еще до Большого взрыва в процессе вечной инфляции поле подвержено случайным
квантовым флуктуациям. Поведение поля по-прежнему можно описывать как
случайные блуждания пьяниц, расходящихся с вечеринки (см. главу 8). В данном случае
уклон холма слишком мал, чтобы оказывать на них какое-либо влияние, так что
пьяницы шагают вправо и влево практически с равной вероятностью. Даже начав с
одного места, они будут постепенно удаляться и, если дать им достаточно
времени, распределятся по всей длине склона. (Помните — в условиях вечной
инфляции нет недостатка во времени.) Поскольку пьяницы представляют значения
скалярного поля в различных областях пространства, мы приходим к выводу, что
квантовые процессы в ходе инфляции с необходимостью порождают набор областей
со всеми возможными значениями поля, а значит, и со всеми возможными
значениями космологической постоянной.
Пока пьяницы блуждают по склону, расстояния между областями, которые они
представляют, растягиваются экспоненциальным инфляционным расширением. Как
результат, пространственные вариации плотности энергии вакуума становятся
чрезвычайно малыми26. Придется преодолеть гуголы километров, прежде чем
станет заметно хоть какое-то изменение.
Модель Линде можно расширить, включив больше скалярных полей27, и сделать
переменными другие фундаментальные постоянные. И если физика элементарных
частиц позволяет константам меняться, то квантовые процессы во время вечной
инфляции неизбежно порождают огромные области пространства со всеми
возможными значениями постоянных. Итак, вечная инфляция естественным образом создает
условия для применения антропного принципа.
Теперь, когда у нас имеется ансамбль областей с различными значениями
космологической постоянной, какое значение мы с наибольшей вероятностью
обнаружим в наблюдениях? В областях, где плотность массы вакуума больше плотности
воды (1 грамм на кубический сантиметр), звезды будут разрываться на части
отталкивающей гравитацией. Но оказывается, что и гораздо меньшие значения плот-
26 Чтобы высота Заметно изменилась, пьяница должен пройти большое расстояние вдоль очень
пологого склона, Вселенная За это время испытает колоссальное расширение.
27 Неизвестно, существуют ли в действительности скалярные поля, постулируемые Линде. Мы
вернемся к этому вопросу в главе 15.
ности вакуума вызовут достаточно нарушений, чтобы сделать невозможным
существование наблюдателей. Это было показано Стивеном Вайнбергом в статье, которая
позднее стала классикой антропной аргументации.
Рис. 13.3. Стивен Вайнберг (англ. Steven Weinberg).
По мере расширения Вселенной плотность вещества снижается, и неизбежно
наступит время, когда она станет ниже вакуумной. Вайнберг обнаружил, что после
того, как это случится, вещество больше не сможет скучиваться в галактики;
напротив, оно станет рассеиваться отталкивающей гравитацией. Чем больше
космологическая постоянная, тем раньше наступит эпоха доминирования вакуума.
Области, где он начинает доминировать прежде, чем образуются первые галактики,
имеют все шансы никогда не обзавестись космологами, которых беспокоила бы
проблема космологической постоянной.
Влияние отрицательной космологической постоянной еще более опустошительно.
В этом случае вакуумная гравитация положительна, и доминирование вакуума
приводит к быстрому сжатию и коллапсу соответствующих областей. Антропный
принцип требует, чтобы коллапс не случился, пока не образуются галактики и пока
не пройдет достаточно времени для развития наблюдателей.
Согласно выполненному Вайнбергом анализу, наибольшая плотность массы
вакуума, которая еще позволяет сформироваться некоторым галактикам, примерно равна
одному атому водорода на кубический метр, то есть в 1027 раз меньше плотности
воды. Это был существенный прогресс по сравнению с гуголами тонн на
кубический сантиметр, следующими из физики элементарных частиц.
Если малость космологической постоянной действительно связана с антропной
селекцией, то ее значение, хоть и мало, не должно быть в точности равно нулю.
На самом деле у нее нет никаких причин быть значительно меньше, чем требует
антропный принцип. В конце 1980-х годов точность наблюдений как раз достигла
уровня, необходимого для детектирования таких значений постоянной, и Вайнберг
предсказал, что вскоре она проявит себя в астрономических наблюдениях. И в
самом деле, не прошло и десяти лет, как первые признаки космологической
постоянной появились в наблюдениях сверхновых.
Глава 14. Заурядность,
возведенная в принцип
Я считаю себя средним человеком, за
исключением того факта, что я считаю себя
средним человеком.
Мишель Монтень (1533-1592)
Колоколообразная кривая
Самая серьезная критика антропного принципа связана с тем, что он не дает
никаких проверяемых предсказаний. Весь его смысл сводится к тому, что мы
можем наблюдать лишь такие значения постоянных, которые позволяют существовать
наблюдателям. Это утверждение трудно считать предсказанием, поскольку оно с
гарантией истинно. Вопрос в том, можем ли мы предложить что-то получше? Можно
ли извлечь из антропных рассуждений какие-то нетривиальные предсказания?
Если величины, которые я собираюсь измерить, могут случайным образом
принимать значения в широком диапазоне, то мне не удастся уверенно предсказать
результаты измерений. Но я могу, по крайней мере, сделать статистическое
предсказание. Допустим, я хочу предсказать рост первого встречного человека на
улице. Согласно "Книге рекордов Гиннесса", самым высоким человеком в истории
медицины был американец Роберт Першинг Уэдлоу, чей рост составлял 2,72 метра.
Самый низкий взрослый человек, индиец Гал Мохаммед, имел рост 57 сантиметров.
Чтобы быть уверенным в успехе, мне следует предсказать, что первый встречный
будет иметь рост где-то между этими крайними значениями. Если только рекорды
Гиннесса не будут побиты, это предсказание с гарантией окажется правильным.
Рис. 14.1. Распределение американцев по росту. Число людей с
ростом в определенном интервале пропорционально площади под
соответствующим участком кривой. Цветные "хвосты" колоколообразной
кривой соответствуют 2,5% на нижнем и верхнем участках
распределения. Попадание в диапазон между этими отмеченными областями
предсказывается с точностью в 95%.
Допустим, что фундаментальная постоянная, назовем ее X, меняется от одной
области Вселенной к другой. В некоторых областях присутствие наблюдателей
невозможно , а в других они могут существовать, и значение X будет измерено.
Предположим также, что некое Статистическое бюро Вселенной собирает и
публикует результаты этих измерений. Распределение значений, измеренных различными
наблюдателями, будет, скорее всего, иметь колоколообразную форму — подобную
той, что на рисунке 14.1. Тогда мы можем отбросить 2,5% с обоих концов
распределения и предсказать значение X с точностью 95%.
Рис. 14.2. Наблюдатель, случайным образом вброшенный во
Вселенную. Измеренные им значения постоянных могут быть предсказаны по
статистическому распределению.
Каков может быть смысл подобного предсказания? Если мы случайно вбросим
наблюдателя во Вселенную, обнаруженное им значение X будет находиться в
предсказанном интервале в 95% случаев. К сожалению, мы не можем проверить такого
рода предсказание, поскольку все области с различными значениями X находятся
далеко за горизонтом. Мы можем измерить X только в нашей местной области. Но
что мы все-таки можем, так это считать свое положение случайным. Мы — лишь
одна из множества цивилизаций, разбросанных по Вселенной. Априори у нас нет
оснований считать, что значение X в нашей области очень редкое, иными
словами, особое по сравнению с величинами, измеренными другими наблюдателями.
Отсюда мы можем с точностью 95% предсказать, что наши измерения дадут значение
в указанном диапазоне. Для данного подхода ключевую роль играет предположение
о нашей неисключительности; я называю его "принципом заурядности".
Некоторые мои коллеги возражают против такого наименования. Вместо этого
они предлагают говорить о "принципе демократии". Конечно, никто не хочет быть
заурядным, но зато это слово выражает ностальгию по тем временам, когда люди
находились в центре мира. Так заманчиво думать, что мы особенные, но в космо-
логии предположение о нашей заурядности вновь и вновь оказывается очень
плодотворной гипотезой.
Такого же рода рассуждения применимы и к предсказанию роста людей.
Представьте на мгновение, что вы не знаете собственного роста. Тогда, чтобы
предсказать его, вы можете использовать статистические данные для своей страны и
пола. Если, например, вы взрослый мужчина, живущий в США, и у вас нет
оснований считать себя необычно высоким или низким, то с 95-процентной уверенностью
вы можете считать, что ваш рост лежит в интервале от 1,63 до 1,90 метра.
Позднее я узнал: сходные идеи уже высказывали философ Джон Лесли (John
Leslie) и — независимо от него — принстонский астрофизик Ричард Готт (Richard
Gott) . Главным образом их интересовало предсказание долговечности
человеческой расы. Они доказывали, что человечество вряд ли проживет намного дольше,
чем уже существует, поскольку в противном случае мы находились бы на
удивление близко к началу нашей истории. Это так называемый "аргумент судного дня".
Он восходит к Брэндону Картеру, изобретателю антропного принципа, который
изложил данный аргумент28 на своей лекции в 1983 году, но никогда не публиковал
его в печати (похоже, Картеру и без того хватало спорных идей). Готт также
использовал аналогичное рассуждение для предсказания падения Берлинской стены
и срока жизни британского журнала Nature, где он опубликовал свою первую
статью на эту тему. Последнее предсказание о том, что Nature будет выходить до
6800 года, пока остается непроверенным.
Если у нас есть статистическое распределение для фундаментальных
постоянных, измеренных другими наблюдателями, мы можем, опираясь на принцип
заурядности, сделать предсказание с заданным уровнем надежности. Но откуда мы
получим это распределение? Вместо данных Статистического бюро Вселенной мы можем
использовать результаты теоретических расчетов. Статистическое распределение
нельзя узнать без теории, описывающей мультиверс с переменными константами. В
настоящее время лучший кандидат на роль такой теории — это теория вечной
инфляции. Как говорилось в предыдущей главе, квантовые процессы в инфлирующем
пространстве-времени порождают множество доменов со всеми возможными
значениями постоянных. Мы можем попробовать рассчитать распределение для констант,
исходя из теории вечной инфляции, а затем — кто знает! — можем сопоставить
результаты с экспериментальными данными. Тем самым, открывается захватывающая
перспектива несмотря ни на что сделать вечную инфляцию объектом
наблюдательной проверки. Конечно, я не мог упустить такую возможность.
Подсчет
наблюдателей
Рассмотрим большой объем пространства — настолько большой, что он
охватывает области со всеми возможными значениями констант. Некоторые из этих
областей плотно заселены разумными наблюдателями. Другие, менее благоприятные для
жизни, больше в объеме, но при этом малонаселенные. Большая часть объема
будет занята громадными пустынными доменами, где наблюдателей быть не может.
Число наблюдателей, которые обнаружат определенные значения констант,
определяется двумя коэффициентами: объемом тех областей, где константы имеют
указанные значения (в кубических световых годах, например), и числом
наблюдателей на один кубический световой год. Долю объема можно определить на основе
теории инфляции в совокупности с моделью физики элементарных частиц для пере-
Аргумент судного дня — Захватывающий и противоречивый предмет. Более глубоко он
обсуждается в книгах Джона Лесли "Конец света" (John Leslie, The End of the World, Routeledge,
London, 1996) и Ричарда Готта "Путешествия во времени в эйнштейновской вселенной" (Richard
Gott, Time Travel in Einstein's Universe, Houghton Mifflin Company, Boston, 2001).
менных констант (такой как модель скалярного поля для космологической
постоянной) . Но второй коэффициент, плотность наблюдателей, вызывает гораздо
больше трудностей29. Мы очень мало знаем о происхождении жизни, не говоря уже о
разуме. Как тогда мы можем надеяться определить число наблюдателей?
Спасительным может стать тот факт, что некоторые константы не влияют
непосредственно на физику и химию жизни. В качестве примеров можно привести
космологическую постоянную, массу нейтрино и параметр, обычно обозначаемый Q,
который характеризует величину первичных возмущений плотности. Изменения
таких нейтральных в отношении жизни констант могут повлиять на образование
галактик , но не на шансы развития жизни в конкретной галактике. Напротив, такие
константы, как масса электрона или ньютоновская гравитационная постоянная,
непосредственно влияют на жизненные процессы. Наше неведение относительно
жизни и разума можно исключить, если мы сконцентрируемся на тех областях, где
влияющие на жизнь константы имеют такие же значения, как и в наших
окрестностях, а различаются только значения бионейтральных. Все галактики в таких
областях будут содержать примерно одинаковое число наблюдателей, так что их
плотность будет просто пропорциональна плотности галактик30.
Итак, стратегия состоит в ограничении анализа бионейтральными константами.
Проблема тогда сводится к вычислению количества галактик на единицу объема
пространства — хорошо исследованной астрофизической задаче. Результат этих
расчетов совместно с коэффициентом объема, выведенным из теории инфляции, как
раз и даст нам нужное статистическое распределение.
Наступление на
космологическую
постоянную
Пока я размышлял о наблюдателях в далеких доменах с другими
фундаментальными постоянными, было трудно поверить, что уравнения, которые я писал в своем
блокноте, имеют отношение к чему-то реальному. Но, оставив этот вопрос в
стороне, я смело двинулся вперед: я хотел понять, может ли принцип заурядности
29 В бесконечной вселенной коэффициент объема можно определить как долю, Занятую областями
данного типа. Но это определение приводит к неоднозначности. Чтобы проиллюстрировать природу
проблемы, Зададимся вопросом: какова доля нечетных чисел среди целых? Четные и нечетные
числа чередуются в последовательности 1, 2, 3, 4, 5, и можно подумать, что ответом,
очевидно , будет половина. Однако целые числа можно упорядочить другим способом. Например, так:
1, 2, 4, 3, 6, 8, ... . Эта последовательность по-прежнему включает все целые числа, но
теперь За каждым нечетным числом следует два четных, и кажется, что только треть целых чисел
являются нечетными. Такого же рода неопределенность возникает при вычислении объемного
коэффициента в моделях вечной инфляции. Чтобы справиться с этой проблемой, был предложен ряд
интересных идей, но пока она остается неразрешенной.
30 Это, конечно, чрезмерное упрощение. Галактики бывают разных размеров — от карликовых до
гигантских, с весьма различным числом Звезд, а Значит, и наблюдателей. Тем не менее,
абсолютное большинство Звезд находится в гигантских галактиках, подобных нашей. Так что Задачу
можно решить, подсчитывая только такие галактики и не обращая внимания на остальные. Более
серьезная проблема связана с тем, что плотность вещества и другие характеристики галактик
могут меняться из-за вариаций бионейтральных констант. Например, если параметр плотности
возмущений Q делается больше, галактики образуются раньше и имеют более высокую плотность
вещества. Как результат, тесные сближения Звезд, нарушающие орбиты планет и уничтожающие
жизнь, становятся чаше. (На это указали Макс Тегмарк (MaxTegmark) и Мартин Рис в статье,
опубликованной в 1998 году в Astrophysical Journal.) Даже если сближения не настолько тесны,
чтобы влиять на планеты, они могут возмущать облака комет на окраинах Звездных систем,
посылая смертельные кометные дожди на внутренние планеты. Еще одна опасность в более плотных
галактиках — это потенциально опустошительное воздействие близких взрывов сверхновых.
Количественно оценить влияние всех этих факторов на плотность обитаемых Звездных систем — крайне
сложная, хотя в принципе разрешимая Задача. Но пока в этом деле трудно пойти дальше
порядковых оценок.
пролить хоть какой-то свет на проблему космологической постоянной.
Первый шаг был уже сделан Стивеном Вайнбергом. Он изучил, как влияет
космологическая постоянная на образование галактик, и установил антропные границы
для этой константы: значение, выше которого энергия вакуума станет
доминировать во Вселенной слишком быстро, не позволяя образоваться галактикам. Более
того, как я уже отмечал, Вайнберг вывел из своего анализа предсказание. Если
между нулем и антропной границей мы выберем произвольное значение, оно вряд
ли будет много меньше этой границы — по той же причине, по которой первый
встретившийся нам человек вряд ли окажется карликом. Таким образом, Вайнберг
утверждал, что значение космологической постоянной в нашей части Вселенной
должно быть сравнимо с антропной границей31.
Хотя эти рассуждения звучат убедительно, я должен сделать некоторые
оговорки. В областях, где космологическая постоянная сравнима с антропной границей,
образование галактик вряд ли возможно и плотность наблюдателей очень низка.
Большинство наблюдателей окажутся в областях, изобилующих галактиками, где
космологическая постоянная заметно ниже границы и достаточно мала, чтобы
начать доминировать во Вселенной только после того, как процесс формирования
галактик будет более или менее завершен. Принцип заурядности говорит, что мы,
скорее всего, обнаружим, что оказались именно среди этих наблюдателей.
Я грубо прикинул, что космологическая постоянная, измеренная типичным
наблюдателем, не должна заметно — более чем в 10 раз — превышать среднюю
плотность вещества. Намного меньшие значения тоже маловероятны — так же как
встреча с карликом. Этот анализ я опубликовал в 1995 году, предсказав, что в
нашем регионе мы должны получить значение примерно в десять раз больше
плотности вещества32. Более тщательные расчеты, также основанные на принципе
заурядности, были выполнены позднее оксфордским астрофизиком Джорджем Эфста-
тиу33 (George Efstathiou) и Стивеном Вайнбергом, к которым теперь
присоединились Хьюго Мартел (Hugo Martel) и Пол Шапиро (Paul Shapiro). Они пришли к
аналогичным выводам.
Я был крайне воодушевлен возможностью превратить антропные рассуждения в
проверяемые предсказания. Но лишь очень немногие разделяли мой энтузиазм.
Ведущий специалист по теории струн Джозеф Полчински (Goseph Polchinski) однажды
сказал, что бросит физику, если будет открыто ненулевое значение
космологической постоянной34. Полчински понимал, что единственное объяснение малой
космологической постоянной — антропное, и он просто не мог смириться с этой
мыслью. Ответом на мои доклады об антропных предсказаниях часто служила
напряженная тишина. После одного из выступлений некий выдающийся принстонский
космолог поднялся и сказал: "Если кто-то хочет работать над антропным принципом
— пусть работает". Тон этого замечания не оставлял сомнений в том, что такие
люди зря теряют время.
Антропная граница, полученная Вайнбергом, была слишком велика — примерно в 500 раз выше
средней плотности вещества во Вселенной. В середине 1990-х наблюдательные данные уже
говорили о том, что в нашей области пространства космологическая постоянная почти в 50 раз меньше.
Кроме того, определение границы Вайнберга основывалось на данных о самых далеких галактиках,
известных в конце 1980-х. На сегодня открыты еще более далекие галактики, и соответствующая
граница была бы в 4 000 раз больше средней плотности вещества.
32 A. Vilenkin, "Predictions from quantum cosmology" (А. Виленкин, "Предсказания квантовой
космологии"), Physical Review Letters, vol. 74, p. 846,1995.
33 Подход Эфстатиу несколько отличался от моего. Он предполагал, что мы типичны только среди
ныне существующих наблюдателей (галактик), тогда как я считал нужным учитывать всех
наблюдателей — современных, прошлых и будущих. Если мы действительно типичны и живем в ту же эпоху,
что и большинство наблюдателей, эти методы должны давать сходные результаты, как фактически
и получается. Но в общем случае выбор референтного класса наблюдателей, в котором мы ожидаем
оказаться типичными, — это важный вопрос. Он подробно обсуждался философом Ником Бостромом.
34 Об этом мне рассказал Шон Кэрролл (Sean Carroll) из Чикагского университета.
Спасительные сверхновые
Как я уже упоминал в предыдущих главах, первая публикация данных о
ненулевом значении космологической постоянной стала настоящим шоком для большинства
физиков. Результаты основывались на изучении взрывов далеких сверхновых
особого вида — так называемых сверхновых типа 1а.
Считается, что эти гигантские взрывы происходят в двойных звездных
системах, состоящих из активной звезды и белого карлика — компактного остатка
звезды, исчерпавшей свое ядерное топливо. Одиночному белому карлику положено
медленно затухать, но при наличии компаньона его жизнь может закончиться
грандиозным фейерверком. Он должен захватывать часть газа, выбрасываемого
звездой-компаньоном, так что его масса будет неуклонно расти. Между тем
существует максимальная масса, которую может иметь белый карлик — так называемый
предел Чандрасекара, — за которым гравитация вызывает коллапс, приводящий к
колоссальному термоядерному взрыву. Именно его мы и наблюдаем как сверхновую
типа 1а.
На небе появляется яркая точка — на пике своего блеска сверхновая может
светить как 4 миллиарда звезд. В галактике вроде нашей сверхновые типа 1а
вспыхивают примерно один раз в 300 лет. Чтобы засечь десятки таких взрывов,
астрономы несколько лет следили за тысячами галактик. Но их усилия были
вознаграждены. Сверхновые типа 1а очень близки к давней мечте астрономов о
стандартной свече — классе космических объектов, которые имеют в точности
одинаковую мощность излучения. Расстояния до стандартных свеч можно определить по
их видимому блеску — точно так же, как расстояние до 100-ваттной лампочки
определяется по создаваемой ею освещенности. Без таких волшебных объектов
определение расстояний в астрономии становится удручающе сложной задачей.
Сверхновые типа 1а имеют почти одинаковую мощность, поскольку взрывающиеся
белые карлики обладают одинаковой массой35, равной пределу Чандрасекара. Зная
эту мощность, можно определить расстояние до сверхновой, а раз нам известно
расстояние, то легко найти и время взрыва — просто подсчитав, за какой срок
свет покроет эту дистанцию. Кроме того, для определения скорости, с которой в
то время расширялась Вселенная, можно использовать покраснение, или доплеров-
ское смещение света36. Таким образом, анализируя свет далеких сверхновых,
можно выяснить историю космологического расширения.
Этот метод был усовершенствован двумя конкурирующими группами астрономов,
одна из которых называлась Supernova Cosmology Project, а другая High-Z37
Supernova Search Team. Эти две группы соревновались в определении темпов
замедления космологического расширения под действием гравитации. Но обнаружили
они нечто совершенно иное. В 1998 году команда High-Z сообщила, что вместо
замедления уверенно наблюдает ускорение расширения Вселенной на протяжении
последних примерно пяти миллиардов лет. Чтобы сделать такое заявление,
требовалась определенная смелость, поскольку ускоренное расширение было
недвусмысленным признаком космологической постоянной. Когда одного из руководителей
На самом деле мощность сверхновых типа 1а несколько варьируется, вероятно, из-за различий
в химическом составе белых карликов. Но эти вариации можно учесть, измеряя длительность
вспышки: Зависимость мощности от длительности хорошо изучена.
36 Доплеровское смещение — это изменение частоты электромагнитных волн при движении источника
и приемника волн друг относительно друга. Если вы приближаетесь к источнику света, частота
волн увеличивается, подобно тому, как лодка встречает больше волн, когда движется им
навстречу. Такой же эффект имеет место, когда источник света приближается к неподвижному
наблюдателю: важно только их относительное движение. Подобным же образом частота света,
испускаемого галактикой, становится ниже (свет смещается к красному концу спектра), когда она
удаляется от наблюдателя.
37 В космологии Z традиционно используется для обозначения красного смещения.
группы, Брайана Шмидта (Brian Schmidt), попросили выразить свое отношение к
38
этому результату, он ответил : "Нечто среднее между удивлением и ужасом".
Несколько месяцев спустя команда Supernova Cosmology Project сообщила об
очень похожих результатах. Как выразился руководитель этой группы Сол Пер-
лмуттер (Saul Perl-mutter), результаты двух команд находились "в отчаянном
согласии".
Открытие породило в физическом сообществе настоящую взрывную волну. Некото-
39
рые просто отказывались верить полученным результатам. Слава Муханов
предложил мне поспорить на бутылку бордо, что свидетельства космологической
постоянной вскоре бесследно исчезнут. Когда в итоге Муханов выставил бутылку,
мы вместе насладились вином, и, похоже, присутствие космологической
постоянной не повлияло на его букет.
Было также предположение, что на яркость сверхновых могут влиять факторы,
отличные от расстояния. Например, если бы свет рассеивался частицами пыли в
межгалактическом пространстве, сверхновые выглядели бы более тусклыми, вводя
нас в заблуждение и заставляя думать, что они находятся дальше, чем есть. Эти
сомнения были рассеяны спустя несколько лет Адамом Райессом (Adam Riess) из
Института космического телескопа в Балтиморе, который изучал самую далекую
сверхновую, известную на тот момент, — SN 1997ff. Если бы ослабление было
вызвано экранирующей пылью, эффект лишь возрастал бы с расстоянием. Но эта
сверхновая была ярче, а не слабее, чем должна быть в "пограничной" Вселенной,
которая не ускоряется и не тормозится. Объяснение состояло в том, что она
взорвалась через 3 миллиарда лет ПБВ, в эпоху, когда энергия вакуума еще не
доминировала, и ускоренное расширение не началось.
По мере того как свидетельства в пользу ускоренного расширения становились
все сильнее, космологи начинали понимать, что с определенной точки зрения
возвращение космологической постоянной — не такая уж плохая вещь. Во-первых,
как говорилось в главе 9, она обеспечивает недостающую массу, делая общую
плотность Вселенной равной критической. А во-вторых, она разрешает давнюю
проблему несоответствия космических возрастов. Возраст Вселенной, вычисленный
без космологической постоянной, оказывался меньше возраста самых старых
звезд. Если же космологическое расширение ускоряется, значит, в прошлом оно
шло медленнее, и Вселенной потребовалось больше времени, чтобы расшириться до
своего нынешнего размера40. Космологическая постоянная делает Вселенную
старше , устраняя несоответствие возрастов41.
Итак, спустя всего несколько лет после открытия космологического расширения
было уже трудно представить себе, как мы вообще могли без него жить. И
сегодня дебаты сместились к вопросу о том, что же оно собой представляет.
Объясняя совпадение
Наблюдавшееся значение плотности энергии вакуума — примерно втрое
превосходящее среднюю плотность вещества — в первом приближении соответствовало зна-
Цит. по R. Krishner, The Extravagant Universe (P. Кришнер, "Экстравагантная Вселенная"),
University Press, Princeton, 2002, p. 221.
39 Муханов — тот самый человек, который первым вычислил плотность возмущений, возникающих
вследствие квантовых флуктуации в ходе инфляции.
40 Здесь термин "Вселенная" используется в Значении "видимая Вселенная", а "возраст
Вселенной" — в смысле "время, прошедшее с момента Большого взрыва в нашей области пространства".
41 Возможность благодаря космологической постоянной избавиться от несоответствия возрастов
старейших Звезд и Вселенной отмечал еще в 1980-х годах Жерар де Вокулер (Gerard de
Vaucouleurs). Позднее на это наряду с другими потенциальными преимуществами указывали Ло-
уренс Краусс (Lawrence Krauss) и Майкл Тернер (Michael Turner) в статье "Космологическая
постоянная возвращается" ("The cosmological constant is back", General Relativity and
Gravitation, vol. 27, p. 1137, 1995).
чениям, которые тремя годами раньше были предсказаны на основе принципа
заурядности. Обычно физики считают успешные предсказания сильным доводом в
пользу теории. Но в этот раз они не спешили признавать антропную
аргументацию. В первые годы после открытия многие физики прикладывали неимоверные
усилия в попытках объяснить ускоренное расширение без обращения к антропным
аргументам. Самой популярной среди этих попыток была модель квинтэссенции,
разработанная Полом Стейнхардтом (Paul Steinhardt) с коллегами42.
Идея квинтэссенции состоит в том, что энергия вакуума не постоянна, а
постепенно убывает с расширением Вселенной. Ныне она так мала потому, что
Вселенная весьма стара. Точнее говоря, квинтэссенция — это скалярное поле,
энергетический ландшафт которого будто специально спроектирован для скоростного
лыжного спуска (рис. 14.3). Предполагается, что в ранней Вселенной поле было
высоко на холме, но к настоящему времени скатилось вниз, что соответствует
низкой плотности энергии вакуума.
Плотность
энергии
Скалярное поле
Рис. 14.3. Энергетический ландшафт квинтэссенции.
Недостаток этой модели состоит в том, что она не решает загадку совпадения
— почему современная плотность энергии вакуума оказалась сравнимой с
плотностью вещества (см. главу 12) . Форму энергетического холма можно подобрать
так, чтобы это произошло, но это будет простой подгонкой, а не объяснением
данных43.
С другой стороны, антропный подход предлагает естественное решение.
Согласно принципу заурядности, большинство наблюдателей живет в таких областях, где
плотность материи сравнялась с космологической постоянной как раз вблизи
эпохи образования галактик. Формирование гигантских спиральных галактик,
подобных нашей, завершилось в относительно недавнем космологическом прошлом —
примерно через несколько миллиардов лет44 ПБВ. С тех пор плотность вещества ста-
Популярный обзор идеи квинтэссенции содержится в книге Лоуренса Краусса "Квинтэссенция:
Загадка недостающей массы" (Lawrence Krauss, Quintessence: The Mystery of the Missing Mass,
Basic Books, New York, 2000) .
43 Другое Затруднение модели квинтэссенции состоит в том, что плоское подножие холма, как
считается, лежит на нулевом уровне плотности энергии. Это эквивалентно предположению о том,
что энергии флуктуирующих фермионов и бозонов чудесным образом компенсируют друг друга (см.
главу 12).
44 По-видимому, мы не случайно обитаем в диске гигантской галактики. Образование галактик —
это иерархический процесс, в ходе которого небольшого размера плотные объекты сливаются,
формируя более крупные и рыхлые. Ранние плотные галактики меньше подходили для жизни по
причинам, отмеченным в примечании [30].
ла ниже, чем у вакуума, но не намного45 (в нашей области — примерно в три
раза).
Несмотря на многочисленные попытки, никакого другого способа правдоподобно
объяснить это совпадение предложено не было. Постепенно коллективное сознание
физиков стало привыкать к мысли, что антропная картина мира может закрепиться
надолго.
За и против
Нетрудно понять, почему многие физики не хотят мириться с антропным
объяснением. Стандарты точности в физике очень высоки, можно сказать,
неограниченны. Впечатляющий пример дает вычисление магнитного момента электрона.
Электрон можно рассматривать как крошечный магнит. Его сила характеризуется
магнитным моментом, который впервые вычислил Поль Дирак в 1930-х годах.
Результат очень точно согласовывался с экспериментом, но физики вскоре поняли, что
имеется небольшая поправка к дираковскому значению, вызванная квантовыми
флуктуациями вакуума. В результате началась гонка между теоретиками, которые
выполняли все более точные расчеты, и экспериментаторами, измерявшими
магнитный момент с все более и более высокой точностью. Самый последний результат
измерений дает для поправочного множителя значение 1,001159652188 с
погрешностью в последней цифре. Теоретическое значение еще точнее. Удивительно, что
согласие между этими двумя величинами наблюдается до 11-го знака после
запятой. На самом деле, если бы такого согласия не было, пусть даже расхождение
наблюдалось бы только в 11-м знаке, это стало бы сигналом тревоги,
указывающим на пробел в нашем понимании электрона.
Антропные предсказания не таковы. Самое большее, на что мы можем надеяться,
— это вычислить колоколообразную статистическую кривую. Но даже если
рассчитать ее очень точно, мы сможем предсказать только диапазон, в который
значение попадет с заданной вероятностью. Дальнейшее совершенствование вычислений
не приведет к впечатляющему повышению точности предсказаний. Если наблюдаемая
величина попадет в предсказанный интервал, все равно еще надолго останутся
сомнения, не произошло ли это в результате чисто случайного совпадения. В
случае же промаха можно допустить, что теория все же верна, просто нам
довелось оказаться в числе немногих наблюдателей в хвостах колоколообразной
кривой .
Неудивительно, что, стоя перед таким выбором, физики не спешат отказываться
от своей старой парадигмы в пользу антропной селекции. Но природа уже сделала
свой выбор. Мы только выяснили, каким же он был. Если фундаментальные
постоянные меняются от одной части Вселенной к другой, то, нравится нам это или
нет, лучшее, что можно сделать, — это дать статистическое предсказание на
основе принципа заурядности.
Наблюдаемое значение космологической постоянной — сильный довод в пользу
существования действительно колоссального мультиверса. Оно попадает в
диапазон значений, предсказанный из антропных соображений, а правдоподобных
альтернатив, по-видимому, нет. Конечно, это свидетельство в пользу мультиверса —
непрямое и всегда останется таковым. Это дело построено на косвенных уликах,
и в нем не предполагается заслушивать свидетелей-очевидцев или изучать орудие
преступления. Но если при некотором везении мы сделаем еще несколько удачных
предсказаний, то сможем считать дело раскрытым за отсутствием обоснованных
Такое объяснение совпадения приведено в статье, написанной мной совместно с Хауме Гарригой
и Марио Ливио (Mario Livio) "Космологическая постоянная и время ее доминирования" (Physical
Review, vol. D61, p. 023503, 2000). Независимо эта идея была предложена Сиднеем Бладменом
(Sidney Bludman) в Nuclear Physics, vol. Аббз, p. 865, 2000.
сомнений.
Глава 15.
Теория Всего
Что меня по-настоящему интересует — мог
ли Бог сотворить мир иным, то есть
оставляют ли требования логической
простоты хоть какую-то свободу.
Альберт Эйнштейн
В поисках
окончательной
теории
Антропная картина мира держится на предположении, что фундаментальные
постоянные могут варьироваться от одного места к другому. Но действительно ли
такое возможно? Это вопрос о фундаментальной физической теории: будет ли из
нее вытекать один уникальный набор констант или она предоставит более широкий
набор возможностей?
Неизвестно, что представляет собой фундаментальная теория, и нет никакой
гарантии, что она вообще существует, но поиск окончательной объединенной
теории вдохновляет многие современные исследования в области физики элементарных
частиц. Есть надежда, что за многочисленностью частиц и различиями четырех
фундаментальных взаимодействий стоит единый математический закон, которые
управляет всеми первичными явлениями. Из этого закона могут вытекать все
свойства частиц, а также законы гравитации, электромагнетизма, сильного и
слабого взаимодействий — подобно тому, как все теоремы геометрии следуют из
пяти аксиом Евклида.
Характер объяснения свойств элементарных частиц, которое физики надеются
получить из окончательной теории, хорошо иллюстрируется тем, как квантовая
механика объяснила химические свойства элементов. В начале прошлого века
атомы считались фундаментальными кирпичиками материи. Каждый тип атомов
представляет определенный химический элемент, и химики накопили огромный объем
данных о свойствах каждого из них и об их взаимодействии друг с другом. К
тому времени было известно 92 различных элемента — для фундаментальных
строительных блоков это было многовато. К счастью, работа русского химика Дмитрия
Менделеева в конце XIX века открыла некоторые закономерности в этой горе
данных46 . Менделеев упорядочил элементы по возрастанию их атомного веса и
заметил, что похожие химические свойства появляются в таблице через равные
интервалы. Никто, однако, не мог объяснить, почему элементы следуют этому
периодическому шаблону.
К 1911 году стало ясно, что атомы все-таки не являются фундаментальными
частицами. Эрнест Резерфорд продемонстрировал, что атом состоит из роя
электронов, обращающихся вокруг маленького тяжелого ядра. Количественное
объяснение строения атомов было получено в 1920-х годах, после создания квантовой
механики. Оказалось, что электроны, грубо говоря, образуют вокруг ядра серию
концентрических оболочек. Каждая оболочка может содержать строго определенное
число электронов. С добавлением электронов оболочки постепенно заполняются.
Химические свойства атома определяются в основном числом электронов на самой
внешней его оболочке. Когда начинает заполняться новая оболочка, свойства
Другим важным вкладом Менделеева в культуру было совершенствование рецепта русской водки.
элементов меняются аналогично — примерно так, как при заполнении предыдущей
оболочки47. Этим объясняется периодичность таблицы Менделеева.
В течение нескольких лет казалось, что фундаментальная структура материи
наконец понята. Поль Дирак, один из основателей квантовой механики, заявил в
статье 1929 года, что "все базовые физические законы, необходимые для
построения математической теории большей части физики и всей химии, уже
открыты". Но затем одна за другой стали появляться новые "элементарные" частицы.
Для начала атомные ядра оказались составными, сложенными из протонов и
нейтронов , удерживаемых вместе сильным ядерным взаимодействием. Затем был открыт
позитрон, а за ним мюон48. Когда протоны врезаются друг в друга на
ускорителях, возникают новые виды короткоживущих частиц. Это вовсе не означает, что
протоны состоят из них. Если столкнуть два телевизора, то можно быть
уверенным, что разлетающиеся обломки — это части, из которых прежде состояли
устройства . Но в случае столкновения протонов некоторые образующиеся частицы
будут тяжелее самих протонов. Избыток массы возникает из кинетической энергии
их движения. Так что эти эксперименты со столкновениями не раскрывали
внутреннее устройство протона, а лишь пополняли зоопарк частиц. К концу 1950-х
годов их количество превзошло число известных элементов49. Энрико Ферми, один
из пионеров физики элементарных частиц, сказал, что если бы он мог запомнить
названия всех частиц, то мог бы стать ботаником50.
Прорыв, позволивший упорядочить эту хаотичную толпу частиц, совершили
независимо друг от друга в начале 1960-х годов Мюррей Гелл-Манн из Калтеха и Ювал
Нееман (Yuval Ne'eman), израильский офицер, который ушел в отставку для
завершения своей диссертации по физике. Они заметили, что все сильно
взаимодействующие частицы подчиняются двум типам симметрии. Позднее Гелл-Манн и —
независимо — Георг Цвейг (George Zweig) из ЦЕРНа показали, что эти симметрии
можно объяснить, если считать все частицы состоящими из более фундаментальных
строительных блоков, которые Гелл-Манн назвал кварками. Это сократило
количество элементарных частиц, но не радикально: кварки бывают трех "цветов" и
шести "ароматов", так что имеется 18 кварков и столько же антикварков. В 1969
году за открытие симметрии сильно взаимодействующих частиц Гелл-Манн получил
Нобелевскую премию.
Параллельно с этим схожая симметрия обнаружилась и для частиц, участвующих
в слабом и электромагнитном взаимодействиях. Ключевую роль в формулировании
этой электрослабой теории сыграли гарвардские физики Шелдон Глзшоу (Sheldon
Glashow) и Стивен Вайнберг, а также пакистанский физик Абдус Салам. За эту
работу они разделили Нобелевскую премию 1979 года. Классификация частиц в
соответствии с симметриями играет роль, аналогичную периодической таблице в
химии. Вдобавок было выявлено три типа частиц-переносчиков для трех
фундаментальных взаимодействий: фотоны для электромагнитных сил, W- и Z-частицы для
слабого взаимодействия и 8 глюонов для сильного. Все эти ингредиенты легли в
основу Стандартной модели физики элементарных частиц.
Разработка Стандартной модели была Завершена в 1970-е годы. Получившаяся
теория дала точную математическую схему, которая могла использоваться для
определения результатов столкновения любых известных частиц. Эта теория
проверена в бесчисленных экспериментах на ускорителях, и на сегодня она подтвер-
Другими словами, любые два атома с различным числом населенных оболочек, но с одинаковым
числом электронов на внешней оболочке демонстрируют сходное химическое поведение.
48 Позитроны — это античастицы электронов. Мюоны — нестабильные частицы, очень похожие на
электроны, но в 200 раз тяжелее.
49 Большинство из этих новых частиц неустойчивы и быстро распадаются на уже Знакомые нам
стабильные частицы.
50 Цит. по книге Найджела Калдера, "Ключ ко Вселенной" (Nigel Calder, The Key to the
Universe, Penguin Books, New York, 1977, p. 69) .
ждается всеми имеющимися данными. Стандартная модель предсказала свойства W-
и Z-частиц, а также дополнительных кварков — все они были позднее открыты. По
любым меркам это феноменально успешная теория.
И все же Стандартная модель очевидно слишком громоздкая, чтобы признать ее
окончательной теорией. Модель включает более 60 элементарных частиц — не
слишком большой шаг вперед по сравнению с числом элементов таблицы
Менделеева. В модели (чтобы не путать с таблицей) 25 настраиваемых параметров,
которые должны выводиться из экспериментов, но с позиций теории их значения
совершенно произвольны. Более того, одно важнейшее взаимодействие — гравитация
— осталось за бортом этой модели51. Успех Стандартной модели говорит о том,
что мы на правильном пути, но ее недостатки указывают, что поиск должен
продолжаться52 .
Проблема с
гравитацией
Отсутствие гравитации в Стандартной модели — это не просто упущение. На
первый взгляд гравитация похожа на электромагнетизм. Например, ньютоновская
сила тяготения, так же как и кулоновское электрическое взаимодействие,
обратно квадратично зависит от расстояния. Однако все попытки разработать
квантовую теорию гравитации по аналогии с теорией электромагнитного и других
взаимодействий в Стандартной модели сталкивались с непреодолимыми трудностями.
Сила электрического взаимодействия между двумя заряженными частицами
возникает вследствие непрерывного обмена фотонами. Частицы подобны двум
баскетболистам, которые бегут вдоль площадки, перебрасываясь мячом. Аналогично,
гравитационное взаимодействие можно описать как обмен квантами гравитационного
поля, которые называют гравитонами. И такое описание действительно работает
довольно хорошо, пока взаимодействующие частицы находятся достаточно далеко.
В этом случае гравитация слаба, а пространство-время почти плоское. (Помните
— гравитация связана с искривлением пространства-времени.) Гравитоны можно
представлять как маленькие бугорки, скачущие между частицами на этом плоском
фоне. Однако на очень маленьких расстояниях ситуация совершенно иная. Как
говорилось в главе 12, квантовые флуктуации на коротких расстояниях придают
пространству-времени пенообразную геометрическую структуру (см. рис. 12.1).
Мы не знаем, как описывать движение и взаимодействие частиц в такой
хаотической среде. Картина частиц, движущихся сквозь гладкое пространство-время и
стреляющих друг в друга гравитонами, очевидным образом не подходит к этому
состоянию.
Эффекты квантовой гравитации становятся существенными на расстояниях меньше
планковской длины — это невообразимо малая величина, в 1025 раз меньше
размера атома. Для изучения таких расстояний частицы должны сталкиваться с
колоссальной энергией, лежащей далеко за пределами возможностей самых мощных уско-
В 1970-1980-х годах физики пытались достичь более единообразного описания частиц и их
взаимодействий в рамках так называемых теорий Великого объединения. Первая модель этого типа
была предложена Говардом Джорджи (Howard Georgi) и Шелдоном Глэшоу из Гарварда, которые
показали , что всю Стандартную модель вместе с ее отдельными симметриями для сильного и
электрослабого взаимодействий можно элегантно вписать в теорию, которая имеет одну, но более
мощную симметрию. Более того, эта модель дала единое описание для трех фундаментальных
взаимодействий . Великое объединение — очень привлекательная идея, и многие физики верят, что она
сохранится как часть окончательной теории. Однако в теории Великого объединения сохраняются
почти все недостатки Стандартной модели. В частности, она требует еще большего числа
подстраиваемых параметров, а гравитация по-прежнему остается За бортом.
52 Широкий круг вопросов, касающихся существования (или несуществования) окончательной
теории, обсуждается в книге Стивена Вайнберга "Мечты об окончательной теории" (Steven Weinberg,
Dreams of a Final Theory, Vintage, New York, 1994).
рителей. На гораздо больших расстояниях, доступных для наблюдения, квантовые
флуктуации геометрии пространства-времени усредняются, и эффектами квантовой
гравитации можно безболезненно пренебречь. Однако в поисках окончательных
законов природы нельзя игнорировать конфликт между эйнштейновской общей теорией
относительности и квантовой механикой. В окончательной теории должны найти
отражение, как гравитация, так и квантовые явления. Так что оставить
гравитацию в стороне — это не выход.
Гармония струн
Большинство физиков ныне возлагает надежды на принципиально новый подход к
квантовой гравитации — теорию струн. Она предлагает единое описание всех
частиц и их взаимодействий. Это самый многообещающий из всех кандидатов на роль
фундаментальной Теории Всего.
Согласно теории струн, частицы, подобные электронам или кваркам, которые
кажутся точечными и потому считаются элементарными, на самом деле являются
крошечными колеблющимися колечками из струн. Струны бесконечно тонки, а длина
колечек сравнима с планковской. Частицы кажутся бесструктурными точками
потому, что планковская длина крайне мала.
Струны в крошечных петлях очень сильно натянуты, и это натяжение заставляет
их вибрировать подобно колеблющимся струнам скрипки или фортепьяно. На
рисунке 15.1 показаны различные режимы вибраций прямой струны. В этих режимах,
которые соответствуют разным музыкальным нотам, струна приобретает
волнообразную форму с укладывающимися вдоль нее несколькими полуволнами. Чем больше
число полуволн, тем выше нота. Режимы вибрации петель в теории струн весьма
похожи (рис. 15.2), но теперь они соответствуют не различным нотам, а
различным типам частиц. Все свойства частиц, такие как масса, электрический заряд и
заряды, участвующие в слабом и сильном взаимодействиях, определяются точным
вибрационным состоянием струнной петли. Вместо введения независимой новой
сущности для каждого типа частиц мы имеем единственную сущность — струны, из
которых состоят все частицы.
волны от
половин
волны от
третей
волны от
четвертей
Рис. 15.1. Режимы колебаний струны.
Частицы-переносчики — фотоны, глюоны, W и Z — также представляют собой
маленькие вибрирующие колечки, а взаимодействие частиц можно изобразить как
разделение и слияние струнных петель. Что особенно замечательно, спектр
состояний струн с необходимостью включает гравитон — частицу, переносящую
гравитационное взаимодействие. В теории струн нет проблемы объединения гравита-
в два раза
скорее
в три раза
скорее
в четыре раза
и так далее
Рис. 3
ции с другими взаимодействиями; наоборот, теорию нельзя построить без
гравитации .
Рис. 15.2. Вибрации струнной петли.
Конфликт между гравитацией и квантовой механикой также исчезает. Как уже
говорилось, эта проблема связана с квантовыми флуктуациями геометрии
пространства-времени. Если частицы — это математические точки, то флуктуации в
непосредственной близости от частиц идут вразнос, а гладкий континуум
пространства-времени превращается в неистовую пространственно-временную пену. В
теории струн крошечные струнные колечки имеют конечные размеры, заданные
планковской длиной. Это как раз тот масштаб, ниже которого квантовые
флуктуации выходят из-под контроля. Петли невосприимчивы к таким субпланковским
флуктуациям: пространственно-временная пена укрощается как раз в тот момент,
когда она должна была начать причинять неприятности. Таким образом, впервые
мы получаем согласованную квантовую теорию гравитации.
Идею о том, что частицы могут втайне быть струнами, предложили в 1970 году
Еитиро Намбу (Yoichiro Nambu) из Чикагского университета, Холгер Нильсен
(Holger Nielsen) из Института Нильса Бора и Леонард Сасскинд (Leonard
Susskind) из Ешивы-Университета. Первоначально теория струн задумывалась как
теория сильного взаимодействия, но вскоре обнаружилось, что она предсказывает
существование безмассового бозона, для которого нет соответствия среди сильно
взаимодействующих частиц. На ключевую идею о том, что этот безмассовый бозон
имеет все свойства гравитона, указали в 1974 году Джон Шварц (John Schwarz)
из Калтеха и Джоэл Шерк (Joel Sherk) из Эколь Нормаль Сюпериор. Потребовалось
еще 10 лет, чтобы Шварц в сотрудничестве с Майклом Грином (Michael Green) из
Колледжа королевы Марии в Лондоне справились с рядом тонких математических
проблем и показали, что теория действительно является непротиворечивой.
В теории струн нет произвольных констант, так что она не допускает никаких
настроек и подгонок. Все, что мы можем сделать, — это открыть ее
математическую структуру и посмотреть, соответствует она реальному миру или нет. К
сожалению, математика этой теории невероятно сложна. Сегодня, после 20 лет
штурма сотнями талантливых физиков и математиков, она все еще остается не до
конца понятной. В то же время эти исследования открыли удивительно богатые и
красивые математические структуры. Это в большей мере, чем что-либо другое,
указывает физикам, что они находятся на верном пути53.
Ландшафт
Как я только что сказал, в теории струн нет подстроечных параметров. Это не
преувеличение: их действительно нет, ни одного. Теория жестко фиксирует даже
число измерений пространства. Проблема в том, что ответ в результате
получается неверный: она требует, чтобы пространство имело 9 измерений вместо 3.
Это звучит довольно странно: почему мы вообще должны рассматривать теорию,
которая находится в столь вопиющем противоречии с реальностью? Противоречие
это можно, однако, обойти, если 6 лишних измерений свернуты или, как говорят
физики, компактифицированы. Соломинка для коктейля — простейший пример ком-
пактификации: у нее есть одно большое продольное измерение и другое,
свернутое в маленькую окружность. Если смотреть издали, соломинка выглядит
одномерной линией, но вблизи видно, что в действительности ее поверхность — это
двумерный цилиндр (рис. 15.3). Совершенно аналогично компактные дополнительные
измерения могут быть невидимы, если они достаточно малы. В теории струн
предполагается, что они не намного превышают планковскую длину54.
Рис. 15.3. Соломинка для коктейля имеет двумерную
поверхность . Большое измерение идет вдоль нее, а
маленькое свернуто в окружность.
Главная проблема с дополнительными измерениями состоит в том, что неясно,
каким именно образом они компактифицировались. Если бы существовало одно
дополнительное измерение, оно могло бы компактифицироваться только одним
способом: свернуться в окружность. Двумерная поверхность компактифицируется в
сферу, в бублик или в более сложную поверхность с большим числом "ручек" (рис.
15.4). Количество вариантов растет с увеличением числа измерений.
Колебательные состояния струн зависят от размеров и формы дополнительных измерений, так
что каждая новая компактификация соответствует новому вакууму с иными типами
частиц, имеющими другие массы и другие взаимодействия.
Космология дает интересную возможность наблюдательной проверки теории струн. В результате
высокоэнергетических процессов в конце инфляции могли образоваться струны астрономического
размера. Подобно "обычным" космическим струнам (см. главу 6) эти фундаментальные струны
будут впоследствии доступны для наблюдения. Струны не испускают света и потому непосредственно
не видны, но их присутствие может быть обнаружено по гравитационным эффектам. Световые лучи
далеких галактик, расположенных позади длинной струны, искривляются ее притяжением, и мы
можем видеть по соседству два изображения галактики, образованных лучами, прошедшими с двух
сторон от струны. Колеблющиеся струнные петли служат мощными источниками гравитационных
волн. Существующие и перспективные детекторы гравитационных волн будут искать характерные
для них сигналы.
54 Недавние работы Наймы Аркани-Хамеда (Nima Arkani-Hamed) из Гарварда, Гии Двали (Gia Dvali)
из Нью-Йоркского университета и Саваса Димипоулоса (Savas Dimipoulos) из Стэнфорда говорят о
том, что компактные измерения могут быть гораздо больше, чем считалось прежде. В этом случае
размеры вибрирующих струнных петель также Значительно возрастают. Это означает, что
следующее поколение ускорителей может оказаться достаточно мощным, чтобы открыть "струнную"
природу частиц.
Рис. 15.4. Различные способы компактификации двух дополнительных
измерений. Большие, некомпактифицированные измерения не показаны.
Струнные теоретики надеялись, что в итоге теория даст единственную компак-
тификацию, которая описывает наш мир, и мы получим наконец объяснение
наблюдаемых значений всех параметров элементарных частиц55. На волне энтузиазма,
которая последовала за математическими прорывами 1980-х годов, казалось, что
эта цель вот-вот будет достигнута, и теорию струн называли будущей "Теорией
Всего" — высокое звание для концепции, которой еще только предстоит сделать
свои первые наблюдаемые предсказания! Но постепенно стала вырисовываться
совершенно иная картина: теория, как выяснилось, допускает тысячи различных
компактификации.
Это было бы полбеды, но в середине 1990-х годов ситуация еще ухудшилась из-
за некоторых неожиданных открытий. По мере того как улучшалось понимание
математики теории струн, становилось ясно, что вдобавок к одномерным струнам
теория должна включать двумерные мембраны, а также их многомерные аналоги.
Все эти новые объекты собирательно называются бранами56. Маленькие
вибрирующие браны должны выглядеть как частицы, но они слишком массивны, чтобы
рождаться на ускорителях57.
С бранами связан один неприятный эффект: они радикально увеличивают число
способов, которыми можно конструировать новые виды вакуума. Брана может как
резиновая лента накручиваться на некоторые компактные измерения. Каждая
стабильная конфигурация браны дает новый тип вакуума. Можно накрутить одну, две
и более бран на каждую ручку компактного пространства, и при большом числе
ручек количество вариантов становится просто чудовищным. В уравнениях теории
нет подстроечных констант, но их решения, описывающие различные состояния ва-
Яркое изложение этой философии, а также более подробное описание теории струн можно найти
в книге Брайана Грина "Элегантная Вселенная" (Brian Greene, The Elegant Universe, Vintage
Books, New York, 2000).
56 Теория также включает множество других сущностей (например, потоки, похожие на магнитные
поля), но Здесь я не буду о них рассказывать.
57 В присутствии бран струны могут образовывать Замкнутые петли, но могут также быть и
открытыми, с концами, присоединенными к бранам. Такие открытые сегменты струн могут двигаться
вдоль бран, но никогда их не покидают. Браны играют центральную роль в так называемом "мире
бран" — космологической модели, которая предполагает, что мы живем на трехмерной бране,
плавающей в многомерном пространстве. Знакомые нам частицы, такие как электроны и кварки,
представляются тогда открытыми струнами, концы которых присоединены к нашей бране.
куума, характеризуются сотнями параметров: размерами компактных измерений,
расположением бран и т.п.
Если у нас есть один параметр, это очень похоже на скалярное поле в обычной
физике элементарных частиц. Как говорилось в предыдущих главах, оно ведет
себя подобно маленькому шарику на энергетическом ландшафте и катится к
ближайшему минимуму плотности энергии. С двумя параметрами ландшафт становится
двумерным, как показано на рисунке 15.5. У него есть максимумы (пики) и минимумы
(долины), причем последние соответствуют состояниям вакуума. Высота каждого
минимума задает соответствующую плотность энергии вакуума (космологическую
постоянную).
Рис. 15.5. Двумерный энергетический ландшафт. Каждое измерение
(не путать с измерениями обычного пространства) представляет
один параметр, характеризующий вакуум теории струн.
Действительный энергетический ландшафт теории струн гораздо сложнее,
поскольку он включает куда больше параметров. Этот ландшафт нельзя изобразить
на листе бумаги: чтобы учесть все параметры, нужно пространство с несколькими
сотнями измерений. Но ландшафт можно анализировать математическими методами.
Грубые оценки показывают, что он содержит около 10500 (гугол в пятой степени!)
различных вакуумов. Некоторые из них похожи на наш; другие имеют совершенно
иные значения фундаментальных постоянных. Третьи отличаются еще радикальнее:
они поддерживают совершенно иные частицы и взаимодействия или имеют свыше
трех больших измерений.
Когда стали проступать контуры этого ландшафта, надежда вывести из теории
струн один уникальный тип вакуума быстро развеялась. Однако струнные
теоретики это отрицали и были не готовы признать поражение.
Пузырящаяся
Вселенная
Первыми физиками, которые откололись от стаи, были Рафаэль Буссо (Raphael
Bousso), ныне работающий в Калифорнийском университете в Беркли, и Джозеф
Полчински из Института теоретической физики Кавли в Санта-Барбаре. Помните
Полчински? Это тот самый струнный теоретик, который на дух не переносил
антропный принцип и обещал бросить физику, если будет открыта космологическая
постоянная . К счастью, он изменил свое мнение как по части ухода из физики,
так и в отношении антропного принципа.
Буссо и Полчински объединили картину струнного ландшафта с идеями
инфляционной космологии и показали, что в ходе вечной инфляции будут порождаться
области со всеми возможными вакуумами. Самый высокоэнергичный вакуум будет
расширяться быстрее всех. На этом инфляционном фоне будут зарождаться пузырьки
менее энергичных вакуумов (как в первоначальном инфляционном сценарии Гута,
описанном в главах 5 и 6) . Внутренние области пузырьков будут инфлировать в
меньшем темпе, и в них будут появляться пузырьки с еще меньшей энергией59
(рис. 15.6). В результате будет задействован весь ландшафт теории струн —
образуется бесчисленное количество пузырьков со всеми возможными типами вакуу-
Рис. 15.6. Пузырьки, заполненные низкоэнергетическим вакуумом,
зарождаются на расширяющемся высокоэнергетическом фоне, и еще
менее энергетические пузырьки появляются внутри них.
Мы живем в одном из пузырьков, но теория не говорит, в каком именно. Лишь
очень малая доля из них пригодна для жизни, и мы должны оказаться именно в
одном из таких редких пузырьков. То, что именно такая картина используется в
антропных рассуждениях, стало большой неожиданностью для многих струнных
теоретиков. Если теория струн действительно окончательная Теория Всего, то, по-
видимому, антропное мировоззрение неизбежно.
Надо сказать, что еще далеко не весь ландшафт теории струн картирован.
Чтобы получалась реалистичная космология, некоторые склоны должны быть очень
пологими , допускающими медленно катящуюся инфляцию. Недавние работы показывают,
что такие участки ландшафта действительно существуют. Но надо найти еще более
пологие склоны, требуемые для скалярного поля Линде в модели переменной кос-
В Значительной мере благодаря работам Полчински стало ясно, что теория струн должна
включать браны разной размерности.
59 Формируются также и пузырьки с более высокой энергией, хотя вероятность этого намного
ниже .
60 Пространственно-временная структура расширяющихся пузырьков напоминает островные
вселенные, описанные в главе 10. Пузырьки конечны, когда рассматриваются снаружи, но изнутри
каждый пузырек выглядит самодостаточной бесконечной вселенной. Вечная инфляция с пузырьками
островных вселенных упомянута Ричардом Готтом в 1982 году, а более реалистичная ее модель
обсуждалась в 1983 году Полом Стейнхардтом.
мологической "постоянной" (обсуждавшейся в главе 13). Пока таких не
обнаружено . Но Буссо и Полчински полагают, что среди гуголов вакуумов струнного
ландшафта найдутся подходящие варианты.
Вместо континуума плотностей энергий вакуума в модели Линде ландшафт теории
струн предлагает дискретный набор значений. Это могло бы стать проблемой,
поскольку лишь крошечная доля этих значений (примерно 1 из 10120) попадает в
небольшой антропно приемлемый диапазон. Если бы у нас было меньше 10120
вакуумов, этот диапазон вполне мог бы оказаться пустым. Но при 10500 разных
вакуумов в ландшафте набор значений оказывается столь плотным, что становится
почти непрерывным, и можно ожидать, что гуголы вакуумов будут иметь
космологическую постоянную в антропно приемлемом интервале. Тем самым, принцип
заурядности по-прежнему остается в силе, и в успешном предсказании наблюдаемого
значения космологической постоянной ничего не меняется.
Программа на XXI век
Статья Буссо и Полчински, появившаяся в 2000 году, вызвала подвижку, но
настоящий обвал начался три года спустя, когда к ним присоединился изобретатель
теории струн Леонард Сасскинд из Стэнфорда. Это на удивление независимый
мыслитель , а также чрезвычайно привлекательный и харизматичный человек. У него
феноменальная способность убеждать; словом, это тот человек, которого хочется
иметь на своей стороне.
Сасскинд по-прежнему не соглашался с первой статьей Буссо и Полчински. Он
чувствовал, что содержащееся в статье предположение о существовании множества
вакуумов является скорее догадкой, чем математическим фактом. Но работы
следующих нескольких лет показали, что догадки были весьма глубокими, и в 2003
году Сасскинд стал в полную силу поддерживать то, что он назвал "антропным
ландшафтом теории струн". Он доказывал, что разнообразие вакуумов в теории
струн впервые дает серьезную научную основу для антропной аргументации.
Струнные теоретики, говорил он, должны, поэтому, поддерживать антропный
принцип, а не бороться с ним.
Менее чем через год все вокруг уже говорили о "ландшафте". Число статей, в
которых обсуждалась множественность вакуумов и другие антропные вопросы,
выросло с четырех в 2002 году до тридцати двух в 2004-м. Конечно, не всем
понравился такой поворот дел. "Я ненавижу новую идею ландшафта, — говорил61 Пол
Стейнхардт, — и надеюсь, что она сгинет". Дэвид Гросс, лауреат Нобелевской
премии 2004 года, считающий антропный принцип отступлением от идеала
единственности, перефразировал Уинстона Черчилля62, говоря: "Никогда, никогда,
никогда, никогда не отступайте!" Когда я беседовал с ним на конференции в
Кливленде, он жаловался, что антропный принцип подобен вирусу. Однажды
заразившись, вы потеряны для сообщества. "Эд Виттен63 терпеть не может эту идею, —
говорит Сасскинд, описывая ситуацию, — но, по-моему, его очень беспокоит то,
что она может оказаться верной. Ему это не нравится, но, я думаю, он
понимает, что все к тому идет64".
Если ландшафтные идеи верны, объяснить наблюдаемые значения фундаментальных
постоянных будет непросто. Во-первых, нам нужна карта ландшафта. Какие типы
вакуумов на ней есть и сколько объектов внутри каждого типа? Конечно, нельзя
Цит. по статье Davide Castelvecchi, "The growth of inflation" ("Рост инфляции"), Free
Republic, December 2004.
62 Речь об известной фразе Черчилля: "Никогда не сдавайтесь — никогда, никогда, никогда,
никогда. .." ("Never give in — never, never, never, never..."). — Примеч. перев.
63 Эдвард Виттен (Edward Witten) — один из ведущих специалистов по теории струн, награжденный
в 1990 году Филдсовской медалью — эквивалентом Нобелевской премии для математиков.
64 Интервью с Джоном Брокманом (John Brockman), Edge, 2003.
надеяться детально охарактеризовать все 10500 вакуумов, так что понадобится
некое статистическое описание. Необходимо также оценить вероятности появления
пузырьков с одним типом вакуума по сравнению с другим. После этого у нас
будут все ингредиенты для разработки модели вечно инфлирующей Вселенной с
пузырьками внутри пузырьков внутри пузырьков, как показано на рисунке 15.6.
Построив эту модель, можно применить принцип заурядности для определения
вероятности нашего существования в том или ином типе вакуума.
Сейчас мы делаем лишь первые пробные шаги в этой исследовательской
программе, и впереди лежат труднопреодолимые препятствия. "Однако, — пишет Леонард
Сасскинд65, — я готов держать пари, что к началу XXII века философы и физики
будут с ностальгией оглядываться на наше настоящее, вспоминая золотой век,
когда узкая и ограниченная концепция Вселенной XX века уступила место гораздо
более широкому и масштабному мегаверсу, населяющему ландшафт ошеломительных
размеров".
ЧАСТЬ IV. ДО НАЧАЛА
Глава 16. Было ли
у Вселенной начало?
Источник, от которого берут начало все
творения, <...> он, который обозревает
их все с высочайших небес, он знает,
или, быть может, даже он не знает.
Риг-веда
Проблема
космического
яйца
Древние мифы о творении демонстрируют поразительное разнообразие, но на
самом фундаментальном уровне они сводятся к одному из двух основных вариантов:
либо Вселенная была создана конечное время назад, либо она существовала веч-
66
но .
Вот один из сценариев, взятый из священной индуистской книги "Упанишады":
"В начале этот [мир] был несуществующим. Он стал существующим. Он
превратился в яйцо. Яйцо лежало год. Затем оно раскрылось... И прямо из него
родился Адитья-Солнце. Его рождение встретили возгласом "Ура!" все существа и все
объекты желания".
Эта идея выглядит довольно простой, но, к сожалению, имеет серьезный
недостаток, который присущ и всем остальным историям творения. Древние хорошо
понимали эту проблему; индийский поэт Джинасена писал в IX веке:
"Некоторые глупцы утверждают, что мир создан Творцом. Учение о сотворении
мира противоречит здравому смыслу и должно быть отвергнуто.
Если Бог создал мир, где он был до творения?
<. . .>
Как мог Бог создать мир без всяких исходных материалов? Если вы скажете,
Интервью с Джоном Брокманом (John Brockman), Edge, 2003.
66 Интересные параллели между древними мифами и современной космологией обсуждаются в книге
Марчело ГлиЗера "Танцующая Вселенная: от мифов о творении до Большого взрыва" (Marcelо
Gleiser, The Dancing Universe: From Creation Myths to the Big Bang, Dutton, New York, 1997) .
что он сначала сделал их, а уже потом мир, вы приходите к бесконечной
регрессии .
<. . .>
Таким образом, учение о том, что мир был создан Богом, вовсе не имеет
никакого смысла...
Знай, что мир не сотворен, как и само время, без начала и конца... Несотво-
римый и неразрушимый, он продолжает существовать, подчиняясь законам своей
собственной природы..."
Эта критика в равной мере приложима к любым сценариям возникновения космоса
— будь то сотворение Богом, как в истории с космическим яйцом, или
"естественное" творение, как в модели Большого взрыва современной космологии67.
Согласно теории Большого взрыва, вся материя вокруг нас появилась из
раскаленного космического огненного шара около 14 миллиардов лет назад. Но откуда
появился огненный шар? Теория инфляции показала, что расширяющийся огненный
шар может возникнуть из крошечного зародыша ложного вакуума. Но все равно
остается вопрос: откуда взялся этот первоначальный зародыш? Что происходило до
инфляции?
В большинстве своем космологи не спешат браться за эту щекотливую тему. И
действительно, похоже, что здесь не может быть удовлетворительного ответа.
Каков бы ни был ответ, всегда можно спросить: "А что было перед этим?" Это и
есть "бесконечная регрессия", о которой упоминает Джинасена. Однако в 1980-х
годах, когда был разработан инфляционный сценарий, похоже, появилась
привлекательная альтернатива.
Вселенная вечной инфляции состоит из расширяющегося "моря" ложного вакуума,
в котором постоянно зарождаются "островные вселенные", подобные нашей. Таким
образом, инфляция — это никогда не прекращающийся процесс. Он закончился в
нашей собственной островной вселенной, но будет неограниченно продолжаться в
других отдаленных областях. Однако если инфляция бесконечна в будущем, то,
вероятно, ей не нужно и начало в прошлом. Получается вечно инфлирующая
вселенная без начала и конца, что исключает неразрешимые проблемы, связанные с
происхождением космоса. Эта картина напоминает космологическую теорию
стационарной вселенной 1940-50-х годов. Некоторые люди находили ее весьма
привлекательной .
Циклическая
Вселенная
Помимо стационарного состояния есть еще один способ сделать Вселенную
вечной. И вновь индусы придумали его в далеком прошлом. Бесконечный цикл
создания и уничтожения символизируется танцем Шивы. "Он приходит в состояние
экстаза и, танцуя, посылает сквозь инертную материю пульсирующие волны
пробуждающих звуков". Вселенная оживает, но потом "на исходе времен, продолжая
танцевать , он разрушает все формы и имена в огне и делает передышку".
Параллельная идея в научной космологии — это представление о пульсирующей
вселенной, которая проходит через циклы расширения и сжатия. В 1930-х годах
она короткое время была популярна, но потом вышла из моды из-за очевидного
противоречия со вторым началом термодинамики. Второе начало требует, чтобы
энтропия, которая служит мерой беспорядка, возрастала с каждым циклом
космической эволюции. Если Вселенная уже прошла через бесконечное число циклов,
Эта же критика применима к идее Вселенной, рождающейся из хаоса, как в модели хаотической
инфляции. Этот момент обыгрывается в "шутке", приводимой в книге Тимоти Ферриса "Целая
история" (Timothy Ferris, The Whole Shebang, Simon & Schuster, New York, 1997). Атеист Заявляет,
что мир появился из хаоса, на что верующий отвечает: "Но кто же навел этот хаос?"
она должна достичь состояния с максимальной энтропией — термодинамического
равновесия. Однако очевидно, что мы не находимся в таком состоянии. Это
проблема "тепловой смерти", о которой я упоминал раньше.
Идея пульсирующей вселенной была отброшена больше чем полстолетия назад, но
в 2002 году возродилась в новом образе благодаря Полу Стейнхардту и Нейлу Ту-
року из Кембриджа. Как и в ранних моделях, они предположили, что история
Вселенной состоит из бесконечно повторяющихся циклов расширения и сжатия. Каждый
цикл начинается с горячего расширяющегося огненного шара. Он расширяется и
остывает, образуются галактики, и вскоре после этого во Вселенной начинает
доминировать энергия вакуума. С этого момента Вселенная начинает расширяться
экспоненциально, удваивая свои размеры примерно каждые 10 миллиардов лет.
Спустя триллионы лет этой сверхмедленной инфляции Вселенная становится
чрезвычайно однородной, изотропной и плоской. Наконец расширение замедляется и
затем сменяется сжатием. Вселенная схлопывается и сразу же восстанавливается,
давая старт новому циклу. Часть энергии, выделившейся при коллапсе, идет на
создание горячего огненного шара вещества68.
Стейнхардт и Турок доказывали, что в их сценарии не возникает проблемы
начала. Вселенная всегда проходит один и тот же цикл, так что никакого начала
попросту нет. Проблему тепловой смерти также удается обойти, поскольку
степень расширения в каждом цикле больше, чем степень сжатия, так что объем
Вселенной с каждым циклом возрастает. Энтропия нашей наблюдаемой области сегодня
такая же, как энтропия аналогичной области в предыдущем цикле, но энтропия
Вселенной в целом возросла — просто потому, что ее объем стал больше. С
течением времени как энтропия, так и объем неограниченно растут. Состояние
максимальной энтропии никогда не достигается, поскольку максимальной энтропии не
существует.
Таким образом, есть две возможных модели вечной вселенной без начала: одна
основана на вечной инфляции, а другая — на циклической эволюции. Но,
оказывается, ни одна из них не обеспечивает полного описания Вселенной.
Пространство
де Ситтера
Когда физик хочет понять какое-то явление, первым делом он максимально его
упрощает, отбрасывая все, кроме самого существенного. В случае вечной
инфляции можно отбросить островные вселенные, сохранив только море инфляции. Кроме
того, можно предположить, что Вселенная однородна и изотропна, как в моделях
Фридмана. С этими упрощениями нетрудно решить уравнения Эйнштейна для инфли-
рующей Вселенной.
Решение имеет геометрию трехмерной сферы, которая сжимается от очень
большого радиуса в далеком прошлом. Сжатие замедляется отталкивающей гравитацией
ложного вакуума, пока сфера на мгновение не остановится и не начнет затем
расширяться. Силы гравитации теперь действуют в направлении движения, так что
сфера расширяется с ускорением. Ее радиус растет экспоненциально, а время его
удвоения определяется плотностью энергии ложного вакуума69.
Это решение было найдено вскоре после создания теории относительности; оно
Для реализации этого сценария Стейнхардт и Турок ввели скалярное поле с тщательно
подобранным энергетическим ландшафтом. Космологи обычно скептически относятся к их модели,
поскольку этот ландшафт выглядит довольно искусственно. Кроме того, Значение плотности энергии
вакуума, которое играет ключевую роль в этой модели, просто устанавливается "руками" без
всякого объяснения, почему оно столь мало или почему оно доминирует во Вселенной в эпоху
формирования галактик.
69 Минимальный радиус деситтеровской сферы примерно равен расстоянию, которое проходит свет
За один период инфляционного удвоения.
называется пространством-временем де Ситтера в честь голландского астронома
Виллема де Ситтера, который открыл его в 1917 году. Это пространство-время
изображено на рисунке 16.1. Инфляция начинается в пространстве-времени де
Ситтера лишь после того, как сферическая вселенная достигнет своего
минимального радиуса. Но когда она начинается, экспоненциальное расширение
продолжается бесконечно, так что инфляция вечна в будущем.
Рис. 16.1. Пространство де Ситтера без двух из трех
пространственных измерений. Горизонтальные срезы пространства-времени дают
"стоп-кадры" вселенной в различные моменты времени. В
четырехмерном пространстве-времени эти срезы будут трехмерными сферами.
Ось времени проходит снизу вверх.
Если допустить образование островных вселенных в сжимающейся части
пространства-времени, они бы сталкивались и сливались. Острова тогда быстро
заполнили бы все пространство, ложный вакуум полностью исчез, а Вселенная
продолжила бы коллапсировать вплоть до большого сжатия. Таким образом, инфляцию
нельзя бесконечно продолжить в прошлое. У нее должно быть какое-то начало.
Следует, однако, иметь в виду, что данный вывод основан на максимально
упрощенной модели инфляции, в которой рассматривается однородная и изотропная
вселенная. В действительности Вселенная на масштабах, значительно превышающих
временный горизонт, может быть очень неоднородной и анизотропной. Не окажется
ли так, что фаза сжатия пространства де Ситтера есть побочный эффект наших
упрощений? Нельзя ли в пространстве-времени более общего вида обойтись без
начала?
За пределами
неразумных
сомнений
Эти сомнения удалось рассеять лишь недавно в статье, которую я написал в
соавторстве с Эрвиндом Бордом (Arvind Borde) из Саутгемптонского колледжа и
Аланом Гутом. Теорема, доказанная в этой статье, на удивление проста. Ее
доказательство не выходит за рамки школьной математики, но для проблемы начала
Вселенной она имеет важные следствия.
В статье мы исследовали, как выглядит расширяющаяся вселенная с точки
зрения разных наблюдателей. Мы рассматривали воображаемых наблюдателей,
движущихся сквозь вселенную под действием гравитации и инерции и регистрирующих,
что они видят. Если вселенная не имеет начала, то истории всех таких
наблюдателей должны уходить в бесконечное прошлое. Мы показали, что такое
предположение приводит к противоречию.
Чтобы сделать разговор более конкретным, предположим, что в каждой
галактике нашей области вселенной есть наблюдатель. Поскольку вселенная расширяется,
каждый такой наблюдатель будет видеть, что остальные удаляются от него. В
некоторых областях пространства и времени может не быть галактик, но мы все
равно мысленно "рассеем" наблюдателей по всей вселенной таким образом, чтобы
они удалялись друг от друга70. Будем называть этих наблюдателей "зрителями".
Введем теперь другого наблюдателя, который движется относительно зрителей.
Назовем его космическим путешественником. На протяжении целой вечности он
летит по инерции, выключив двигатели своего космического корабля. Когда он
пролетает мимо зрителей, те регистрируют его скорость.
Поскольку наблюдатели разлетаются, скорость космического путешественника
относительно каждого следующего зрителя будет меньше, чем относительно
предыдущего. Предположим, например, что путешественник только что пронесся мимо
Земли со скоростью 100 ООО километров в секунду и сейчас движется в
направлении далекой галактики примерно в миллиарде световых лет от нас. Эта галактика
улетает от нас со скоростью 20 ООО километров в секунду, так что, когда
путешественник доберется до нее, тамошние наблюдатели увидят, что он движется со
скоростью 80 ООО километров в секунду. Если в будущем скорость космического
путешественника относительно зрителей становится все меньше и меньше, это
значит, что по мере углубления в историю его скорость должна становиться все
больше и больше. В пределе она должна стать сколь угодно близкой к скорости
света.
Ключевая идея нашей с Бордом и Гутом статьи состоит в том, что по мере
движения назад, к бесконечному прошлому, время, прошедшее по часам космического
путешественника, остается конечным. Все дело в том, что, согласно
эйнштейновской теории относительности, движущиеся часы замедляются, и чем ближе вы к
скорости света, тем медленнее они идут. Чем дальше мы уходим назад во
времени, тем ближе космический путешественник к скорости света, а его часы
практически замирают. Так это выглядит для зрителей. Но сам космический
путешественник не замечает ничего необычного. То, что кажется зрителям застывшим
мгновением, растянувшимся на целую вечность, для него — обычный момент
времени, которому предшествуют другие моменты. Как и истории зрителей, история
космического путешественника должна продолжаться в бесконечное прошлое.
Сам факт конечности времени, прошедшего по часам космического
путешественника, указывает на то, что мы имеем дело с неполной его историей. Это
означает , что часть прошлой истории вселенной отсутствует; она не включена в нашу
модель. Таким образом, предположение, что все пространство-время можно
покрыть расширяющейся пылью из наблюдателей, приводит к противоречию и поэтому
не может быть истинным71.
Замечательная особенность этой теоремы — широта ее охвата. Мы не
использовали никаких допущений о материальном наполнении вселенной. Мы даже не
предполагали, что гравитация описывается уравнениями Эйнштейна. Так что, если по-
Существование такого класса наблюдателей может считаться определением расширяющейся
вселенной .
71 Этот метод доказательства неполноты пространства-времени путем демонстрации того, что
определенные истории имеют конечную длительность в прошлом или будущем, восходит к работам Хо-
кинга и ПенроуЗа 1960-70-х годов.
требуется внести изменения в теорию гравитации, наши выводы не изменятся.
Единственное сделанное нами предположение состояло в том, что скорость
расширения вселенной никогда не была ниже некоторого ненулевого значения —
неважно , насколько малого72. Это предположение, очевидно, должно выполняться в ин-
флирующей ложном вакууме. Отсюда вытекает невозможность вечной в прошлом
инфляции, не имеющей начала.
А что же с циклической вселенной? В ней есть чередующиеся периоды
расширения и сжатия. Помогут ли они этой вселенной вырваться из когтей данной
теоремы? Как выяснилось, ответ будет отрицательным. Существенная особенность
циклического сценария, позволяющая обойти проблему тепловой смерти, состоит в
том, что объем вселенной с каждым циклом возрастает, так что в среднем
вселенная расширяется. В нашей статье было показано, что в результате такого
расширения скорость космического путешественника в среднем возрастает по мере
движения назад во времени и по-прежнему в пределе стремится к скорости света.
Так что выводы остаются неизменными.73
Говорят, что аргумент — это то, что убеждает разумного человека, а
доказательство — то, что способно убедить даже неразумного. После публикации
данного доказательства космологи не могли больше прятаться за возможностью вечной
в прошлом Вселенной. Выхода не было: пришлось лицом к лицу встретиться с
проблемой космического начала.
Совместная с Аланом Гутом работа над этой статьей принесла мне незабываемые
впечатления. Идея доказательства возникла в переписке по электронной почте
между мной, Аланом и Арвиндом, а детали были доработаны за два часа,
проведенных у доски, когда в августе 2001 года мы втроем встретились в моем
кабинете в Тафтсе. Примерно через месяц мы написали статью и подали ее в Physical
Review Letters. Я был поражен. Что случилось с Аланом и его легендарной
склонностью все откладывать? Но в итоге он меня не разочаровал. Через
несколько месяцев редактор прислал нам отзывы рецензентов, которые просили
прояснить некоторые моменты в доказательстве. И вот тогда старый добрый Алан
показал все, на что способен. Все с большими и большими интервалами от него
приходили электронные письма с заголовками "Погряз в делах" или "Пока ничего
не сделал". Когда он нашел немного времени для работы над статьей, то,
похоже, потратил большую его часть на выяснение вопросов вроде того, как следует
благодарить "анонимного рецензента" за его или ее замечания. Он дал подробный
разбор всех "за" и "против" каждого варианта. Видимо, Алан подозревал, что
редактирование статьи несколько затянулось, и в какой-то момент написал: "Я
должен поблагодарить вас, ребята, что вы меня не пристрелили". Справедливости
ради надо признать, что он потратил некоторое время и на более существенные
вопросы, так что затянувшийся процесс редактирования статьи привел к значи-
Один из способов обойти вывод данной теоремы — допустить, что по мере движения назад во
времени темп расширения все Замедляется и Замедляется и в бесконечном прошлом вселенная
становится статической. Но тогда вселенная должна была бы оставаться статической в течение
бесконечного времени и достигла бы термодинамического равновесия.
73 Другая интересная попытка избавиться от начала Вселенной предпринята в 1998 году в статье
принстонских ученых Дж. Ричарда Готта и Ли-Синь Ли "Может ли Вселенная создать саму себя?"
С- Richard Gott, Li-Xin Li, "Can the universe create, itself?", Physical Review D, vol. 58,
p. 023501.) Готт и Ли предположили, что при движении в прошлое мы попадаем во временную
петлю , прокручивая снова и снова одни и те же события. Эйнштейновская теория относительности
действительно в принципе допускает существование временных петель. (Увлекательное обсуждение
этого см. в отличной книге Ричарда Готта "Путешествия во времени в эйнштейновской
вселенной".) Однако, как отмечают сами Готт и Ли, вдобавок к историям, Закрученным в петлю,
придуманное ими пространство-время с необходимостью содержит некоторые неполные истории, подобные
истории космического путешественника, обсуждаемой в основном тексте. Это означает, что само
пространство-время неполно в прошлом, а Значит, не обеспечивает удовлетворительной модели
для вселенной, не имеющей начала.
тельным улучшениям. Она наконец была опубликована в апреле 2003 года .
Доказательство
бытия Божия?
Теологи весьма благосклонны к любым свидетельствам существования у
Вселенной начала, считая их аргументами в пользу бытия Божия. Накопление данных о
Большом взрыве в 1950-х годах вызвало энтузиазм в теологических кругах и
среди религиозно настроенных ученых. "Что касается первопричины Вселенной, —
писал75 британский физик Эдвард Милн, — то в контексте ее расширения
окончательное решение, конечно, за читателем, однако наша картина будет неполна без
Него". Теория Большого взрыва даже снискала официальное одобрение церкви. В
своем послании к Папской академии наук в 1951 году папа Пий XII писал76, что
"получены... надежно подтвержденные результаты относительно эпохи, когда
Космос вышел из рук Творца. Значит, Творение имело место. Значит, существует
Творец. Значит, существует Бог!"
В силу той же причины, которая вызвала восторгу папы, естественный инстинкт
большинства ученых отвергает идею наличия у Космоса начала. "Чтобы отрицать
бесконечную длительность времени, — писал нобелевский лауреат, немецкий химик
Вальтер Нернст, — придется отбросить самые основания науки". Начало Вселенной
слишком похоже на божественное вмешательство; кажется невозможным описать его
научно. Это единственная мысль, на которой, по-видимому, сходятся ученые и
теологи.
Итак, что же нам делать с доказательством неизбежности начала? Доказывает
ли оно существование Бога? Такой взгляд был бы слишком упрощенным. Всякий,
кто пытается понять происхождение Вселенной, должен быть готов встретиться с
логическими парадоксами. В этом отношении теорема, которую мы с коллегами
доказали, не дает теологам существенных преимуществ перед учеными. Как следует
из приведенного выше замечания Джинасены, религия не защищена от парадоксов
творения.
Впрочем, и ученые, возможно, слишком торопятся признавать, что начало
космоса нельзя описать с чисто научных позиций. Да, действительно, трудно
понять, как это можно было бы сделать. Но кажущаяся невозможность часто
отражает лишь ограниченность нашего воображения.
Глава 17. Сотворение
вселенных из ничего
Из ничего не творится ничто...
Лукреций, "О природе вещей" (пер. Ф.А.
Петровского)
74 A. Borde, А.Н. Guth, A. Vilenkin, "Inflationary spacetimes are not past complete"
("Инфляционное пространство-время не является полным в прошлом"), Physical Review Letters, vol. 90,
p. 151301 (2003).
75 E.A. Milne, Modern Cosmology and the Christian Idea of God ("Современная космология и
христианская идея Бога"), Clarendon, Oxford, 1952.
76 Pope Pius XII, Address to the Pontifical Academy of Sciences, November 1951; перевод на
англ. в P.J. McLaughlin, The Church and Modern Science ("Церковь и современная наука"),
Philosophical Library, New York (1957). He все духовенство разделяло энтузиазм папы. В
частности, Жорж Леметр, который был одновременно католическим священником и Знаменитым
космологом, считал, что религия должна ограничиться духовным миром, оставив материальный науке.
Леметр даже пытался отговорить папу от одобрения Большого взрыва. Похоже, что позднее папа
изменил свое мнение. Ни он сам, ни его последователи больше не предпринимали попыток прямой
научной верификации религии.
Инфляция в
конце туннеля
Вернемся в 1982 год, когда инфляция еще оставалась совсем свежей темой,
полной неисследованных идей и требующих напряженной работы задач, — в общем,
золотой жилой для молодого честолюбивого космолога. Самым интригующим и,
пожалуй, наименее связанным с современным состоянием Вселенной был вопрос о
том, как инфляция могла начаться. Инфляционная вселенная быстро "забывает"
свои начальные условия, и состояние, с которого она стартовала, слабо влияет
на то, что происходит потом. Так что, если вы хотите проверить инфляцию
наблюдениями , не стоит тратить время на вопрос о ее начале. Но загадка начала
все равно остается, и ее нельзя избежать. Она притягивает к себе как магнит.
На первый взгляд проблема кажется довольно простой. Мы знаем, что небольшой
области пространства, заполненной ложным вакуумом, достаточно, чтобы
запустить инфляцию. Поэтому все, что нужно придумать, — это как такая область
могла появиться из некоего предшествующего состояния Вселенной.
В те годы доминировало представление, основанное на фридмановской модели, в
которой Вселенная расширялась из сингулярного состояния с бесконечной
кривизной и бесконечной плотностью материи. Если предположить, что Вселенная
заполнена высокоэнергичным ложным вакуумом, любое вещество, которое в ней
изначально присутствовало, становится разреженным, что приводит к доминированию
энергии вакуума. С этого момента его отталкивающая гравитация берет верх, и
начинается инфляция.
Все это хорошо, но с чего бы Вселенной начинать расширяться? Одним из
достижений теории инфляции было объяснение расширения Вселенной. Однако, похоже,
нам нужно получить расширение еще до того, как начнется инфляция.
Притягивающая гравитация вещества первоначально намного сильнее гравитационного
отталкивания вакуума, так что, если не постулировать мощную первоначальную вспышку
расширения, Вселенная просто сколлапсировала бы, и инфляция никогда бы не
началась .
Я некоторое время размышлял над этими аргументами, но логика была очень
простой, и никакого выхода не просматривалось. И тогда я неожиданно понял,
что вместо коллапса Вселенная может совершить нечто намного более интересное
и драматичное...
Рассмотрим замкнутую сферическую вселенную, заполненную ложным вакуумом и
содержащую некоторое количество обычной материи. Предположим также, что в
некоторый момент она находится в покое, не расширяясь и не сжимаясь. Если ее
радиус мал, вещество сжато до высокой плотности, и вселенная сколлапсирует в
точку. Если радиус велик, доминирует энергия вакуума, и начнется инфляция.
Малые и большие радиусы разделяет барьер, который нельзя пересечь, не придав
вселенной высокой скорости расширения.
И вот неожиданно до меня дошло, что коллапс маленькой вселенной был
неизбежным только в классической физике. В квантовой теории вселенная может тун-
нелировать под энергетическим барьером и появиться по другую сторону — как
это происходит с ядерными частицами в гамовской теории радиоактивного
распада.
Это выглядело изящным решением проблемы. Вселенная возникает чрезвычайно
маленькой и с очень высокой вероятностью вновь коллапсирует в сингулярность.
Но есть крошечный шанс, что вместо этого она туннелирует сквозь барьер,
приобретет больший радиус и начнет инфляционно расширяться (рис. 17.1). Таким
образом, в этой грандиозной картине мира будет масса вселенных-неудачниц,
живущих лишь неуловимое мгновение, но будут и те, что сумеют сделаться
большими .
Рис. 17.1. Пространственно-временная диаграмма замкнутой фридма-
новской вселенной, расширяющейся от сингулярности, достигающей
максимального радиуса и вновь коллапсирующей. Время растет в
вертикальном направлении, а горизонтальные окружности — это
стоп-кадры вселенной в разные моменты времени. Сравните с
пространством-временем де Ситтера. Вселенная Фридмана может после
коллапса туннелировать через энергетический барьер в область
больших радиусов и начать расширяться как вселенная де Ситтера.
Почувствовав, что достиг прогресса, я стал торопиться. Существуют ли для
размера первичной вселенной какие-то ограничения снизу? Что случится, если мы
позволим ей становиться все меньше и меньше? К моему удивлению, выяснилось,
что даже при начальных размерах, стремящихся к нулю, шансы на туннелирование
не исчезают. Я также заметил, что вычисления значительно упрощаются, если
позволить начальному радиусу вселенной обратиться в нуль. Это была по-
настоящему безумная идея: я получил математическое описание вселенной, тунне-
лирующей из нулевого размера — из ничего! — в состояние с конечным радиусом и
начинающей инфляционно расширяться. Похоже, никакого исходного состояния
вселенной вовсе не требовалось!
Туннелиров ание
из ничего
Идея вселенной, материализующейся из ничего, повергает в недоумение. Что в
точности означает "ничто"? Если это "ничто" способно туннелировать в нечто,
что может вызвать первичный акт туннелирования? И что происходит с законом
сохранения энергии? Но чем дольше я думал над этим, тем более важной казалась
мне эта идея.
Начальное состояние, предшествующее туннелированию, — это вселенная с
нулевым радиусом, то есть попросту отсутствие вселенной. В этом очень странном
состоянии нет материи, нет пространства. Нет также и времени. Время имеет
смысл, только если во вселенной что-то происходит. Мы измеряем время,
используя периодические процессы, такие как вращение Земли вокруг своей оси или
вокруг Солнца. Невозможно определить время в отсутствие пространства и материи.
И вместе с тем состояние "ничто" нельзя определить как абсолютное небытие.
Туннелирование описывается законами квантовой механики, а значит, "ничто"
должно подчиняться этим законам. Законы физики должны существовать, несмотря
на отсутствие вселенной. Я коснусь этого вопроса подробнее в главе 19.
В результате акта туннелирования из ниоткуда рождается вселенная конечных
размеров и немедленно начинает инфляционно расширяться. Радиус новорожденной
вселенной определяется плотностью энергии вакуума: чем выше плотность, тем
меньше радиус. Для вакуума Великого объединения это одна стотриллионная
сантиметра . Вследствие инфляции эта крошечная вселенная растет с ошеломительной
скоростью и за малую долю секунды намного превосходит размер наблюдаемой
сегодня области.
Если до возникновения вселенной ничего не было, тогда что же вызвало тунне-
лирование? Как это ни удивительно, ответ состоит в том, что никакой причины
для этого не требовалось. В классической физике причинность диктует, что
случится в каждый следующий момент времени, однако в квантовой механике
поведение физического объекта по сути непредсказуемо, и некоторые квантовые
процессы совершенно беспричинны. Возьмем, к примеру, радиоактивный атом. У него
есть некоторая вероятность распада, остающаяся неизменной от минуты к минуте.
В конце концов он распадется, но нет никакой причины, которая заставила бы
его распасться в какой-то определенный момент. Зарождение вселенной также
является квантовым процессом и не требует причины.
Большинство наших представлений неразрывно связаны с пространством и
временем, и непросто создать мысленную картину вселенной, возникающей из ничего.
Невозможно представить себя сидящим посреди "ничего" и ожидающим
материализации вселенной, поскольку нет ни пространства, чтобы в нем сидеть, ни времени.
В некоторых недавно предложенных моделях, основанных на теории струн, наше
пространство представляет собой трехмерную мембрану (брану), плавающую в
многомерном пространстве. В таких моделях можно представить многомерного
наблюдателя, следящего за маленькими пузырьками вселенных — "мирами на бране", —
появляющимися то здесь, то там, как пузырьки пара в кипящем чайнике. Мы живем
на одном из таких пузырьков, который является расширяющейся трехмерной
сферической браной. Для нас эта брана — единственное существующее пространство. Мы
не можем оторваться от нее, и не замечаем дополнительных измерений. Если
проследить историю нашей пузырьковой вселенной назад в прошлое, мы достигнем
момента зарождения. За ним наше пространство и время исчезают.
От этой картины всего один маленький шаг до той, что я первоначально
предложил. Просто уберите многомерное пространство. С нашей внутренней точки
зрения ничего не изменится. Мы живем в замкнутом трехмерном пространстве, но это
пространство не простирается повсюду. Если мы двинемся назад во времени, то
обнаружим, что наша Вселенная имеет начало. И за ним нет пространства-
времени .
Элегантное математическое описание квантового туннелирования можно
получить, используя так называемое евклидово время. Это не то время, которое
измеряется по часам. Оно выражается при помощи мнимых чисел, таких как
квадратный корень из -1, и вводится лишь для удобства вычислений. Превращение
времени в евклидово странным образом влияет на пространство-время: различие между
временем и тремя пространственными измерениями полностью исчезает, так что
вместо пространства-времени получается четырехмерное пространство. Если бы мы
могли жить в евклидовом времени, то измеряли бы его линейкой в точности так,
как мы измеряем длину. Это может показаться довольно странным, однако
описание , сделанное в евклидовом времени, очень полезно: оно обеспечивает удобный
способ определения вероятности туннелирования и начального состояния
вселенной в момент, когда она обретает существование.
Графически рождение вселенной можно изобразить пространственно-временной
диаграммой на рисунке 17.2. Темная полусфера в нижней части отвечает
квантовому туннелированию (в этой части пространства-времени время евклидово).
Светлая верхняя часть — это пространство-время инфляционной вселенной.
Граница между этими двумя областями пространства-времени — это вселенная в
момент зарождения.
Рис. 17.2. Пространственно-временная диаграмма
вселенной , туннелирующей из ничего.
Замечательная особенность этого пространства-времени заключается в
отсутствии сингулярностей. Фридмановское пространство-время имеет в начале
сингулярную точку с бесконечной кривизной, где перестает работать математика
эйнштейновских уравнений. Этой точке соответствует острый угол внизу схемы на
рисунке 17.1. Напротив, в сферической евклидовой области нет таких точек; она
повсюду имеет одинаковую конечную кривизну. Это было первое математически
последовательное описание того, как могла родиться Вселенная. Пространственно-
временная диаграмма на рисунке 17.2, напоминающая по форме бадминтонный
волан, теперь стала логотипом Института космологии в Тафтсе.
Я описал все это в короткой статье77, озаглавленной "Создание вселенных из
ничего". Перед отправкой ее в журнал я на один день заехал в Принстонский
университет, чтобы обсудить эти идеи с Малкольмом Перри (Malcolm Perry),
крупным специалистом в области квантовой теории гравитации. После часа,
проведенного у доски, Малкольм сказал: "Да, пожалуй, это не столь безумно... И
как я сам до этого не додумался?" Может ли физик сделать лучший комплимент
коллеге!
77 A. Vilenkin, "Creation of universes from nothing" ("Создание вселенных из ничего"),
Physics Letters, vol. 117B, p. 25,1982. Позднее я узнал, что возможность спонтанного Зарождения
Вселенной из ничего обсуждалась примерно годом раньше Леонидом Грищуком и Яковом Зельдовичем
в Московском государственном университете. Однако они не предложили никакого математического
описания процесса Зарождения.
Вселенная как
квантовая
флуктуация
Моя модель вселенной, туннелирующей из ничего, не возникла на пустом месте
— у меня были предшественники. Первое предположение такого рода восходит к
Эдварду Трайону (Edward Tryon) из Хантеровского колледжа при Университете
Нью-Йорка. Он выдвинул идею, что Вселенная возникла из вакуума благодаря
квантовой флуктуации.
Эта мысль впервые пришла к нему в 1970 году во время физического семинара.
Трайон сказал, что она поразила его подобно вспышке света — как будто перед
ним раскрылась некая глубочайшая истина. Когда докладчик сделал паузу, чтобы
собраться с мыслями, Трайон выпалил: "Может быть, Вселенная — это вакуумная
флуктуация!" Аудитория разразилась хохотом.
Как уже говорилось раньше, вакуум вовсе не мертвый и статичный; это арена
бешеной деятельности. В субатомных масштабах электрическое, магнитное и
другие поля постоянно флуктуируют из-за непредсказуемых квантовых толчков.
Геометрия пространства-времени также флуктуирует, неистово взбивая
пространственно-временную пену на планковском масштабе расстояний. Вдобавок
пространство полно так называемых виртуальных частиц, которые спонтанно появляются то
здесь, то там и немедленно исчезают. Виртуальные частицы существуют очень
недолго, поскольку живут за счет заемной энергии. Энергетические кредиты
приходится отдавать, и, согласно принципу неопределенности Гейзенберга, чем больше
энергии заимствуется у вакуума, тем быстрее ее надо вернуть. Виртуальные
электроны и позитроны обычно появляются и исчезают примерно за одну триллион-
ную долю наносекунды. Более тяжелые частицы живут и того меньше, поскольку
для их материализации требуется больше энергии. И вот Трайон предполагает,
что вся наша Вселенная с ее колоссальным количеством материи является лишь
огромной квантовой флуктуацией, которая почему-то не может исчезнуть вот уже
более десяти миллиардов лет. Все подумали, что это просто очень смешная
шутка .
Трайон, однако, не шутил. Он был настолько подавлен реакцией коллег, что
забыл о своей идее и выбросил из памяти весь этот инцидент. Но мысль
продолжала вариться в глубине его сознания и вновь появилась на поверхности три
года спустя. В тот раз Трайон решил ее опубликовать. Его статья вышла в 1973
году в британском научном журнале Nature под заголовком "Является ли
Вселенная вакуумной флуктуацией?"
Предположение Трайона основывалось на хорошо известном математическом
факте: энергия замкнутой вселенной всегда равна нулю. Энергия материи
положительна, гравитационная энергия — отрицательна, и оказывается, что в замкнутой
вселенной их вклады в точности сокращаются. Так что, если замкнутая вселенная
возникнет как квантовая флуктуация, вакууму ничего не понадобится отдавать, а
время жизни флуктуации может быть сколь угодно большим.
Создание замкнутой вселенной из вакуума проиллюстрировано на рисунке 17.3.
Область плоского пространства начинает вспучиваться, пока не приобретает
форму шара. В тот же самый момент в этой области рождается колоссальное
количество частиц. Наконец шар отделяется, и — вуаля! — мы получили замкнутую все-
78
ленную, которая совершенно не связана с исходным пространством . Трайон
Примерно в то же время идею, очень похожую на трайоновскую, высказал Петр Фомин из
Харьковского государственного университета на Украине. Фактически последовательность шагов,
показанная на рис. 17.3, не была четко изложена Трайоном и впервые появилась именно в статье
Фомина. К сожалению, Фомин не смог найти журнал, который опубликовал бы его работу. В итоге
он напечатал ее в малоизвестном украинском физическом журнале.
предположил, что наша Вселенная могла возникнуть именно таким образом, и
подчеркнул, что подобное творение не требует причины. "На вопрос, почему это
случилось, — писал он, — я отвечу скромным предположением, что наша Вселенная
— из числа тех вещей, что время от времени случаются79".
Рис. 17.3. Замкнутая вселенная отделяется от большой
области пространства.
Главная проблема с трайоновской идеей состоит в том, что она не объясняет,
почему Вселенная такая большая. Крошечные замкнутые вселенные постоянно
отделяются от любой крупной области пространства, но вся эта деятельность
протекает в планковском масштабе размеров в форме пространственно-временной пены,
изображенной на рисунке 12.1. Образование большой замкнутой вселенной в
принципе возможно, но вероятность того, что это случится, гораздо ниже, чем веро-
79 Е.Р. Tryon, "Is the universe a vacuum fluctuation?" ("Является ли Вселенная вакуумной
флуктуацией?"), Nature, vol. 246, p. 396,1973. В конце 1970-х и начале 1980-х было
предпринято несколько попыток разработки математических моделей квантового творения из вакуума.
Ричард Броут (Richard Brout), Франсуа Энглер (Francois Englert) и Эдгар Гунциг (Edgard Gunzig)
из Брюссельского университета предположили в 1978 году, что в вакууме может спонтанно
возникнуть сверхтяжелая частица с массой в 1020 раз больше, чем у протона. Такая частица
искривила бы пространство, растущая кривизна Запустила дальнейшее рождение частиц, и процесс стал
бы распространяться все дальше и дальше, как расширяющийся пузырь. Внутри пузыря тяжелые
частицы будут быстро распадаться на более легкие и излучение, Заполняя материей
расширяющуюся вселенную. Эта модель сталкивается с той же проблемой, что и сценарий Трайона: в
действительности она не объясняет происхождение Вселенной. Если пустое плоское пространство
действительно настолько неустойчиво, оно быстро Заполнилось бы растущими пузырями. Такое
нестабильное пространство не могло бы существовать вечно, а Значит, не могло бы служить начальной
точкой творения.
ятность для обезьяны случайно напечатать полный текст шекспировского
"Гамлета".
В своей статье Трайон доказывал, что, даже если большинство вселенных
чрезвычайно малы, наблюдатели могут появиться только в больших вселенных, а
значит, мы не должны удивляться, что живем в одной из них. Но этого
недостаточно, чтобы справиться с данным затруднением, поскольку наша Вселенная гораздо
больше, чем нужно для развития жизни.
Более глубокая проблема трайоновского сценария состоит в том, что он в
действительности не объясняет происхождение Вселенной. Квантовая флуктуация
вакуума предполагает наличие вакуума в некоем исходно существующем
пространстве. А мы теперь знаем, что понятия "вакуум" и "ничто" очень сильно
различаются. Вакуум, или пустое пространство, обладает энергией и натяжением, он может
сгибаться и искривляться, а значит, это, безусловно, нечто80. Как писал81 Алан
Гут, "в данном контексте предположение о том, что Вселенная была создана из
пустого пространства, не более фундаментально, чем предположение, что она
была выдута из куска резины. Это может оказаться правдой, но люди все равно
будут спрашивать, откуда появился этот кусок резины".
В картине квантового туннелирования из ничего нет ни одной из этих проблем.
Сразу после туннелирования Вселенная имеет крошечные размеры, но она
заполнена ложным вакуумом и немедленно начинает инфляционно расширяться. За долю
секунды она раздувается до гигантских размеров.
До туннелирования пространства и времени не существует, так что вопрос о
том, что было раньше, не имеет смысла. Ничто — состояние без материи, без
пространства и без времени — по-видимому, единственное, что удовлетворяет
требованиям к начальной точке творения.
Через несколько лет после публикации моей статьи о туннелировании из ничего
я узнал, что упустил в ней важную ссылку. Обычно такие вещи всплывают гораздо
быстрее в электронных письмах от авторов, которых забыли упомянуть. Но этот
автор не написал мне, и на то была уважительная причина: он умер более 1500
лет назад. Его звали Блаженным Августином, и он был епископом Гиппо, одного
из крупнейших городов Северной Африки.
Августина чрезвычайно интересовал вопрос, что делал Бог до творения, — по-
82
иски ответа он красноречиво описал в своей "Исповеди". "Если Он ничем не
был занят... и ни над чем не трудился, почему на всё время и впредь не
остался Он в состоянии покоя, в каком всё время пребывал и раньше?" Августин
полагал , что для ответа на этот вопрос он сначала должен понять, что такое время:
"Что же такое время? Если никто меня об этом не спрашивает, я знаю, что такое
время; если бы я захотел объяснить спрашивающему — нет, не знаю". Четкий
анализ привел его к пониманию, что время может быть определено только через
движение , а значит, не может существовать прежде Вселенной. Окончательный вывод
Августина: "Мир был создан не во времени, но вместе со временем. Не было
времени до мира". А потому бессмысленно спрашивать, что тогда делал Бог. "Если
не было времени, то не было "тогда". Это очень близко к тому, что я обосновы-
Дэвид Аткац (David Atkatz) и Хайнц Пейджелс (Heinz Pagels) из Рокфеллеровского
университета в статье, написанной в 1982 году, предположили, что перед Большим взрывом Вселенная
существовала в форме своеобразного "космического яйца" — маленького сферического пространства,
Заполненного необычной высокоэнергичной материей. Они построили модель, в которой "яйцо"
было классически стабильным, но могло туннелировать в состояние с большим радиусом и
расшириться. (Насколько я Знаю, это было первое упоминание о квантовом туннелировании вселенной
как целого.) И вновь проблема в том, что нестабильное "яйцо" не могло существовать вечно,
следовательно, оставалась проблема, откуда оно взялось.
81 А.Н. Guth, The Inflationary Universe ("Инфляционная Вселенная"), Addison-Wesley, Reading,
1997, p. 273.
82 St. Augustine, Confessions (Святой Августин, "Исповедь"), Sheed and Ward, NY, 1948.
вал в своем сценарии туннелирования из ничего.
Об идеях Августина мне стало известно случайно, из беседы с моей коллегой
по Тафтсу Кэтрин Маккарти (Kathryn McCarthy). Я прочел "Исповедь" и сослался
на святого Августина в моей следующей статье .
Множество
миров
Вселенная, возникающая в результате квантового туннелирования, не будет
идеально сферической. Она может иметь множество различных форм и быть
заполнена разными типами ложного вакуума. Как обычно, в квантовой теории нельзя
сказать, какие из этих возможностей реализовались, а можно только подсчитать
их вероятности. Может ли тогда оказаться, что существует множество других
вселенных, которые стартовали иначе, чем наша?
Этот вопрос тесно связан с острейшей проблемой интерпретации квантовых
вероятностей. В главе и были описаны две основные альтернативы. Согласно
копенгагенской интерпретации, квантовая механика приписывает вероятности всем
возможным исходам эксперимента, но лишь один из них на самом деле реализуется.
Напротив, эвереттовская интерпретация утверждает, что все возможные исходы
реализуются в несвязанных "параллельных" вселенных.
Если принимать копенгагенскую интерпретацию, то творение было однократным
событием, в котором из ничего появилась единственная Вселенная. Это, однако,
приводит к проблеме. С наибольшей вероятностью из ничего возникает крошечная
вселенная планковских размеров, которая не станет туннелировать, а немедленно
сколлапсирует и исчезнет. Туннелирование в большие размеры имеет низкую
вероятность, а значит, требует большого числа попыток. По-видимому, это
совместимо только с интерпретацией Эверетта.
В эвереттовской картине мира существует ансамбль вселенных со всеми
начальными состояниями. Большинство из них — "мерцающие" вселенные планковского
размера, мгновенно возникающие и прекращающие существование. Но помимо них
есть и вселенные, которые туннелировали в большие размеры и стали инфляционно
расширяться. Ключевое отличие от копенгагенской интерпретации состоит в том,
что все эти вселенные не просто возможные, а реальные84. Однако наблюдаться
могут только большие вселенные, поскольку в "мерцающих" невозможно появление
наблюдателей.
Все входящие в ансамбль вселенные совершенно независимы друг от друга.
Каждая имеет собственное пространство и собственное время. Вычисления
показывают , что наиболее вероятными — а значит, и самыми многочисленными — среди тун-
нелирующих вселенных являются те, что имеют наименьший начальный радиус и
наивысшую плотность энергии ложного вакуума. Есть все основания предполагать,
что наша Вселенная зародилась как раз такой.
В моделях инфляции со скалярным полем наивысший уровень плотности энергии
вакуума достигается на вершине энергетического холма, и потому в большинстве
зарождающихся вселенных скалярное поле будет находиться в этой области. Это
самая предпочтительная стартовая точка для инфляции. Помните, я обещал
объяснить, как поле попадает на вершину холма? В сценарии туннелирования из ничего
это как раз то состояние, в котором Вселенная обретает существование.
Зарождение Вселенной по сути есть квантовая флуктуация, и ее вероятность
A. Vilenkin, "Quantum origin of the universe" ("Квантовое происхождение Вселенной"),
Nuclear Physics, vol. B252, p. 141,1985.
84 Я благодарен Эрнану Макмаллину (Ernan McMullin) который обратил мое внимание на важность
требования, что вселенные ансамбля должны существовать реально, а не быть только возможными
вселенными.
быстро убывает с ростом охваченного ею объема. Вселенные, имеющие при
возникновении больший начальный радиус, менее вероятны, а в пределе бесконечного
радиуса вероятность стремится к нулю. Бесконечная открытая вселенная имеет
строго нулевую вероятность зарождения, а значит, в ансамбле должны быть
только замкнутые вселенные.
Фактор Хокинга
В июле 1983 года несколько сотен физиков со всего мира собрались в
итальянском городе Падуе на 10-ю конференцию по общей теории относительности и
гравитации. Конференция проходила в Палаццо делла Раджоне — старинном здании
суда XIII века в самом сердце Падуи. Первый его этаж занят знаменитым базаром,
который продолжается снаружи на прилегающей площади. На верхнем этаже
располагается вместительный зал, украшенный по периметру фресками со знаками
Зодиака. В нем-то и проходили выступления. Гвоздем программы был доклад Стивена
Хокинга, озаглавленный "Квантовое состояние Вселенной". Чтобы попасть в
лекционный зал, нужно подняться по длинной лестнице, так что доставить туда
Хокинга в его инвалидном кресле было непростой задачей. Мне повезло, что я
пришел заранее, поскольку к началу доклада зал был полностью забит.
В своем выступлении85 Хокинг предложил совершенно новый взгляд на квантовое
происхождение Вселенной, основанное на работе, выполненной им совместно с
Джеймсом Хартлом Games Hartle) из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре.
Вместо того чтобы сконцентрироваться на первых моментах творения, он задался
более общим вопросом: как вычислить квантовую вероятность пребывания
Вселенной в некотором конкретном состоянии? К данному состоянию Вселенная может
прийти посредством огромного множества возможных историй, и квантовая
механика позволяет определить, каков вклад каждой из них в его вероятность86.
Итоговое значение вероятности зависит оттого, какие классы историй включены в
расчет. Хартл и Хокинг предложили включать только истории, в которых
пространство-время не имеет границ в прошлом.
Пространство без границ нетрудно себе представить: это просто означает
Замкнутую вселенную. Но Хартл и Хокинг потребовали, чтобы пространство-время
не имело также границы или края во времени со стороны прошлого. Оно должно
быть замкнуто во всех четырех измерениях, за исключением границы,
соответствующей настоящему моменту (рис. 17.4) .
Граница в пространстве означает, что существует нечто за пределами
вселенной, так что вещи могут уходить за границу и появляться из-за нее. Граница во
времени соответствует началу вселенной, где должны быть заданы начальные
условия. Согласно предложению Хартла и Хокинга, Вселенная не имеет таких
границ; она "полностью самодостаточна и не испытывает никаких воздействий
извне". Это кажется очень простой и привлекательной идеей. Единственная
проблема состоит в том, что пространств-времен, замкнутых со стороны прошлого —
таких, как на рисунке 17.4, — не существует. У пространства-времени должно быть
три пространственно-подобных и одно времени-подобное измерение в каждой
точке, а в замкнутом пространстве-времени обязательно есть аномальные точки с
более чем одним времени-подобным направлением (рис. 17.4).
J.B. Hartle, S.W. Hawking, "The wave function of the universe" ("Волновая функция
Вселенной"), Physical Review, vol. D28, p. 2960,1983. Хокинг наметил основную идею этой работы
примерно годом раньше в сб. "Астрофизическая космология: доклады недели космологии и
фундаментальной физики" (Astrophysical Cosmology: Proceedings of the Study Week on Cosmology and
Fundamental Physics, edited by H.A. Bruck, G.V. Coyne, and M.S. Longair, Pontifica Academia,
Vatican, 1982) , но тогда он не раскрыл никаких математических подробностей.
86 Точнее, путем суммирования вкладов различных историй определяется величина, называемая
волновой функцией. Вероятность данного состояния равна квадрату волновой функции.
Рис. 17.4. Двумерное пространство-время без границ в прошлом, с
времени-подобными направлениями, отмеченными сплошными и
пунктирными линиями. Начальная точка является аномальной, поскольку
все направления в ней являются времени-подобными.
Чтобы справиться с этим затруднением, Хартл и Хокинг предложили перейти от
реального времени к евклидовому. Как говорилось в прошлой главе, евклидово
время не отличается от других пространственных измерений, так что
пространство-время просто становится четырехмерным пространством, и его без проблем
можно сделать замкнутым. Таким образом, предложение состояло в том, чтобы
вычислять вероятности суммированием вклада всех евклидовых пространств-времен
без границ. Хокинг подчеркивал, что это было лишь предложение. У него не было
доказательства его корректности, и единственным способом получить его была
проверка: удастся или нет сделать на данном пути разумные предсказания.
Предложение Хартла-Хокинга обладает определенной математической красотой,
но я думаю, что после перехода к евклидовому времени оно в значительной мере
теряет свою интуитивную привлекательность. Вместо суммирования по всем
возможным историям Вселенной нам предлагается суммировать по историям, которые
заведомо невозможны, поскольку мы не живем в евклидовом времени. Так что
после того, как убираются строительные леса первоначальной мотивации, мы
остаемся с довольно формальным рецептом вычисления вероятностей87.
В конце своего доклада Хокинг коснулся тех следствий, которые вытекали из
нового предложения для инфляционной вселенной. Он показал, что основной вклад
в сумму по историям дается евклидовым пространством-временем, имеющим форму
полусферы, — точно так же, как и в моих расчетах туннелирования, — и что
последующая эволюция описывается инфляционным расширением в обычном времени.
(Переключение от евклидова формализма обратно к обычному времени — довольно
хитрая процедура, которую я не стану пытаться здесь описать.) Результатом
была такая же история пространства-времени, как и на моем рисунке 17.3, но
полученная из совершенно других посылок.
Я ожидал, что Хокинг упомянет мою работу по квантовому туннелированию из
Познакомиться с предположением об отсутствии границ можно в бестселлере Хокинга "Краткая
история времени", Амфора, 2003. (Hawking S., A Brief History of Time, Bantam, New York,
1988, p. 136) . (О современном состоянии этих идей рассказывается в новой научно-популярной
книге Хокинга "Мир в ореховой скорлупке", Амфора, 2007. — Примеч. перев.).
ничего, и был разочарован, когда он этого не сделал. Но я был уверен, что
теперь, когда на площадку вышел Хокинг, вся тема квантовой космологии, в том
числе и моя работа, получит значительно больше внимания, чем прежде.
Много шума
из ничего
Важное различие между "туннелированием из ничего" и предложением об
"отсутствии границ" состоит в том, что они дают сильно различающиеся, в некотором
смысле противоположные, предсказания для вероятностей. Предположение о тунне-
лировании благоприятствует зарождению вселенной наименьшего размера и с
наивысшей энергией вакуума. Из требования отсутствия границ, наоборот, вытекает,
что наиболее вероятной стартовой точкой является вселенная с наименьшей
энергией вакуума и наибольшим возможным размером. Самым вероятным будет появление
из ничего бесконечного пустого плоского пространства. Мне кажется, в это
очень трудно поверить!
Конфликт между этими двумя подходами стал очевиден только после одного
первоначального недоразумения. В моей статье 1982 года делался вывод, что
крупные вселенные имеют более высокую вероятность зарождения, так что казалось,
будто два предложения согласуются друг с другом. Я продолжал возвращаться к
тем своим выкладкам, поскольку этот вывод резко противоречил интуиции. В 1984
году я обнаружил ошибку, которая изменила расклад вероятностей на
противоположный. Когда Хокинг посетил Гарвард, я поспешил переговорить с ним и
поделиться своим новым пониманием. Однако переубедить Стивена не удалось, и он
по-прежнему считал, что правильным является мои первоначальный результат .
Хокинг стал настоящей легендой в кругу физиков, да и за его пределами. Я
восхищаюсь как его научными результатами, так и его силой духа и очень дорожу
возможностями побеседовать с ним. Поскольку общение требует от него столь
больших усилий, люди часто стесняются к нему обращаться. Мне потребовалось
время, чтобы понять: Стивен действительно получает удовольствие от диалога и
даже не обижается, когда над ним подшучивают. У нас очень разные взгляды на
вечную инфляцию и квантовую космологию, но это делает дискуссию только
интереснее .
В 1988 году я вступил в схватку на хокинговской территории и сделал доклад
перед его группой в Кембриджском университете, подчеркивая преимущества моего
подхода. Когда выступление закончилось, Хокинг подкатился ко мне на своем
кресле. Я ожидал критических замечаний, но вместо этого он пригласил меня
поужинать вместе... После утки с картошкой и пирога со сливами, приготовленных
его матерью, мы заговорили об использовании "кротовых нор" — туннелей в
пространстве-времени — для межгалактических путешествий. Таково представление
физиков о светской беседе после ужина. Что же касается предложения об
отсутствии границ, Стивен не изменил своего мнения.
Спор между сторонниками этих двух подходов продолжается до сих пор.
Состоялись даже "официальные" дебаты на конференции COSMO-98 в Монтеррее,
Калифорния, где Хокинг защищал предложение об отсутствии границ, а я — о туннелиро-
вании. Правда, большой полемики в действительности не получилось89. Хокингу
требовалось много времени, чтобы составить фразу при помощи своего
синтезатора речи, так что мы не смогли далеко уйти от заранее заготовленных тезисов.
Разрешить этот спор удалось бы, если изобрести наблюдательный тест, позво-
Ошибку в моей первоначальной статье независимо Заметили и исправили Андрей Линде, Валерий
Рубаков, а также Яков Зельдович с Алексеем Старобинским.
89 На следующий день у Хокинга было другое важное дело: он поехал в Голливуд, чтобы Записать
свой электронный голос для специального эпизода сериала "Симпсоны".
ляющий выбрать между двумя предположениями. Это, однако, весьма маловероятно
по причине вечной инфляции. Квантовая космология дает предсказания о
начальном состоянии Вселенной, но в ходе вечной инфляции любые проявления начальных
условий полностью стираются. Возьмем, к примеру, ландшафт теории струн,
который мы обсуждали выше. Можно начать с одного инфляционного вакуума или с
другого, но неизбежно станут образовываться пузыри иных вакуумов, так что
задействованным окажется весь ландшафт. Свойства результирующего мультиверса не
будут зависеть от того, как началась инфляция90.
Таким образом, квантовая космология пока не собирается становиться
наблюдательной наукой. Дискуссия о двух подходах, возможно, разрешится
теоретическими выкладками, а не наблюдательными данными. Например, если окажется, что
квантовое состояние Вселенной определяется неким новым, еще не открытым
принципом теории струн. И оно может, конечно, оказаться отличным от обоих
нынешних предложений. Но определенность с этим вопросом вряд ли будет достигнута в
скором времени.
Глава 18.
Конец света
Одни говорят, мир погибнет в огне,
Другие — во льдах.
Роберт Фрост
Мое описание Вселенной было бы неполным без рассказа о том, какой конец ее
ждет. Теория инфляции говорит нам, что Вселенная как целое будет существовать
вечно, но наша местная область — наблюдаемая Вселенная — вполне может иметь
конец. Этот вопрос был в центре внимания космологов на протяжении большей
части прошлого столетия, и за это время наши представления о конце света
несколько раз менялись. Я не буду касаться истории данного вопроса, а изложу
современное состояние космической эсхатологии.
Безжалостные
варианты
После того как Эйнштейн отказался от космологической постоянной в начале
1930-х годов, предсказания фридмановских однородных и изотропных моделей
стали простыми и понятными: Вселенная подвергнется коллапсу и большому сжатию,
если ее плотность больше критической, и продолжит вечно расширяться в
противном случае. Все, что нужно сделать для определения судьбы Вселенной, — это
тщательно измерить среднюю плотность материи и посмотреть, превосходит ли она
критическую. Если да, то расширение Вселенной будет постепенно замедляться и
затем сменится сжатием. Сначала медленным, потом все ускоряющимся. Галактики
станут сходиться все ближе, пока не сольются в огромный конгломерат звезд.
Небо будет делаться все ярче, но не из-за звезд — все они, скорее всего,
умрут к тому времени, — а из-за растущей интенсивности космического
микроволнового излучения. Оно разогреет остатки звезд и планет до весьма неприятных
температур, и любые существа, ухитрившиеся дожить до этих последних дней,
последует сделать оговорку, что ландшафт теории струн состоит из нескольких не связанных
доменов и пузыри из одного домена не могут Зарождаться в другом. В таком случае пузыри,
возникающие в ходе бесконечной инфляции, будут содержать только вакуумы, принадлежащие тому же
домену, что и первоначальный вакуум, Заполнявший вселенную в момент ее возникновения. В этом
случае природа мультиверса будет Зависеть от начального состояния, и проверка квантовой
космологии становится принципиально возможной.
чувствуют себя лобстерами в кипящей воде.
Наконец, звезды разрушатся в столкновениях друг с другом или испарятся под
действием мощного теплового излучения. Образовавшийся горячий огненный шар
будет похож на тот, что существовал в ранней Вселенной, за исключением того,
что теперь он станет сжиматься, а не расширяться. Еще одно отличие от
Большого взрыва состоит в том, что сжимающийся огненный шар сильно неоднороден.
Сначала более плотные области сожмутся в черные дыры, которые затем будут
сливаться и укрупняться, пока все они не объединятся в одном большом сжатии.
В противоположном варианте — при плотности меньше критической —
гравитационное притяжение вещества слишком слабо, чтобы обратить расширение вспять.
Вселенная будет расширяться вечно. Менее чем через триллион лет все звезды
исчерпают свое ядерное топливо, и галактики превратятся в скопища холодных
звездных остатков — белых карликов, нейтронных звезд и черных дыр. Вселенная
станет совершенно темной, с призрачными галактиками, разлетающимися прочь в
расширяющейся пустоте.
Такое положение дел сохранится по меньшей мере 1031 лет, но в конце концов
нуклоны, из которых состоят звездные остатки, распадутся, превратившись в
легкие частицы — позитроны, электроны и нейтрино. Электроны и позитроны
аннигилируют в фотоны, и мертвые звезды медленно растворятся. Даже черные дыры не
существуют вечно. Согласно знаменитой хокинговской догадке, из них должна
происходить утечка излучения, а значит, они постепенно потеряют свою массу
или, как говорят физики, "испарятся". Так или иначе, менее чем через гугол
лет все знакомые нам структуры во Вселенной перестанут существовать. Звезды,
галактики и их скопления исчезнут без следа, оставив после себя лишь
становящуюся все более разреженной смесь нейтрино и излучения91.
Судьба Вселенной закодирована параметром, называемым омега, который
определяется как отношение средней плотности Вселенной к критической плотности.
Если омега больше 1, Вселенная завершит свое существование большим сжатием;
если он меньше 1, следует ожидать замерзания и медленного распада. При
пограничном значении, если параметр омега равен 1, расширение будет бесконечно
замедляться, но никогда полностью не остановится. Вселенная на пределе избежит
большого сжатия, но лишь затем, чтобы превратиться в замерзшее кладбище.
Более полувека астрономы пытались измерить значение омега. Однако природа
была не склонна раскрывать свои долгосрочные планы. Параметр омега был на
удивление близок к 1, но точности измерений не хватало, чтобы сказать, больше
он или меньше.
Инфляционный
поворот
Представления о конце Вселенной изменились в 1980-х годах, когда на сцену
вышла идея инфляции. Прежде большое сжатие и неограниченное расширение
априори казались равновероятными, но теперь новая теория инфляции дала весьма
определенные предсказания.
Во время инфляции плотность Вселенной становится предельно близкой к
критической. В зависимости от квантовых флуктуации скалярного поля некоторые
области приобретают плотность выше или ниже критической, но в среднем она почти
точно критическая. Те, кого мучают кошмары, вызванные грядущим через
несколько триллионов лет большим сжатием, могут расслабиться. Конец будет медленным
Физические процессы в отдаленном будущем Вселенной среди прочих анализировали Мартин Рис и
Дон Пейдж (Don Page). Популярный обзор дан в книге Пола Дэвиса "Последние три минуты:
догадки о конечной судьбе Вселенной" (Paul Davies, The last three minutes: conjectures about the
ultimate fate of the universe, Basic Books, New York, 1994)
и невпечатляющим: холодный остаток Солнца будет целые зоны висеть в пустоте,
дожидаясь, пока распадутся все его нуклоны.
Характерная особенность критической плотности состоит в том, что процесс
образования структур растягивается на огромный отрезок времени, поскольку
более крупные структуры требуют больше времени на формирование. Сначала
возникают галактики, затем они сбиваются в скопления, а те впоследствии образуют
сверхскопления. Если средняя плотность в наблюдаемой части Вселенной выше
критической, то примерно через сотню триллионов лет вся эта область
превратится в огромное супер-пупер-скопление. К этому времени все звезды уже
прогорят, а все наблюдатели, вероятно, вымрут, но образование структур будет
продолжаться, охватывая все большие и большие масштабы. Оно остановится, только
когда космические структуры исчезнут из-за распада нуклонов и испарения
черных дыр.
Другое изменение, связанное с инфляцией, состоит в том, что конец Вселенной
в целом никогда не наступит. Инфляция вечна. В других частях инфлирующего
пространства-времени будут формироваться бесчисленные области, похожие на
нашу, а их обитатели будут пытаться понять, как все это началось и чем
закончится .
Галактическое
одиночество
Фридмановекая взаимосвязь между плотностью Вселенной и ее окончательной
судьбой работает, только если плотность энергии вакуума (космологическая
постоянная) равна нулю. Это было стандартным предположением до 1998 года, но
когда были обнаружены свидетельства обратного, все прежние предсказания
будущего Вселенной пришлось пересмотреть. Главный прогноз, согласно которому
конец света (локальный) будет ледяным, а не огненным, сохранился, но некоторые
детали изменились.
Как уже отмечалось, расширение Вселенной начинает ускоряться, как только
плотность вещества становится ниже, чем у вакуума. В этот момент всякое
гравитационное скучивание останавливается. Скопления галактик, которые уже
связаны друг с другом гравитационно, сохраняются, но более рыхлые группы
рассеиваются отталкивающей гравитацией вакуума.
Наш Млечный Путь связан с так называемой Местной Группой, включающей
гигантскую спиральную галактику в Андромеде и около 20 карликовых галактик.
Туманность Андромеды держит курс на столкновение с Млечным Путем; они сольются
примерно через 10 миллиардов лет. Галактики за пределами Местной Группы,
двигаясь все быстрее и быстрее, улетят прочь. Одна за другой они будут
пересекать наш горизонт и исчезать из виду. Этот процесс завершится через несколько
сотен миллиардов лет. В ту далекую эпоху астрономия станет очень скучным
делом. Кроме гигантской галактики, образовавшейся после слияния Туманности
Андромеды с ее карликовыми спутниками, на небе не будет практически ничего92.
Так что порадуемся небесному шоу, пока еще есть такая возможность!
Окончательный
вердикт
Наш прогноз для Вселенной был бы завершен, если бы космологическая постоян-
Этот сценарий основан на анализе К. Нейджамайна и А. Лоэба в статье "Будущая эволюция
окружающей крупномасштабной структуры во Вселенной с доминирующей космологической постоянной"
(Nagamine К., Loeb А., "Future evolution of nearby large-scale structure in a universe
dominated by a cosmological constant", New Astronomy, vol. 8, p. 439, 2003).
ная действительно была константой. Но, как мы знаем, есть серьезные основания
считать, что плотность энергии вакуума меняется в очень широком диапазоне,
принимая различные значения в разных частях Вселенной. В некоторых областях
она имеет большое положительное значение, в других — большое отрицательное, и
лишь в редких местах, где она близка к нулю, есть существа, которые знают об
этом.
Таким образом, наблюдаемое нами значение не является наименьшей возможной
плотностью энергии, а значит, в будущем она неизбежно станет меньше.
Рассмотрим, например, модель Линде, в которой энергия вакуума объясняется скалярным
полем с очень пологим энергетическим ландшафтом (см. рис. 13.1). Уклон столь
мал, что поле очень незначительно изменилось за 14 миллиардов лет, прошедших
после Большого взрыва. Но, в конце концов, оно начнет катиться вниз, и
космическое ускорение станет замедляться. В некоторый момент поле опустится ниже
нулевой отметки, к отрицательным значениям плотности энергии. Отрицательная
энергия вакуума дает гравитационное притяжение, так что долгое космическое
расширение остановится и сменится сжатием.
Другой сценарий, вытекающий из представления о ландшафте теории струн,
говорит, что в классическом смысле наш вакуум стабилен и имеет постоянную
плотность энергии, но квантово-механически он может распадаться, образуя
пузырьки. Те из них, в которых вакуум имеет отрицательную энергию, однажды
появившись, будут расширяться с околосветовой скоростью. Стенка пузыря может
надвигаться на нас прямо сейчас. Мы не узнаем о ее подходе: она движется так
быстро, что свет не намного ее опережает. Приход стенки приведет к полному
уничтожению нашего мира. Даже частицы, составляющие звезды, планеты и наши тела,
не смогут существовать в новом типе вакуума. Все знакомые объекты мгновенно
разрушатся и превратятся в сгустки какой-то неизвестной нам материи.
Так или иначе, но энергия вакуума станет, в конце концов, отрицательной в
нашей области Вселенной. Тогда здесь начнется уплотнение с последующим
коллапсом большого сжатия93.
Вряд ли можно предсказать, когда именно это случится. Темп зарождения
пузырьков может быть очень низким, поэтому не исключено, что пройдут гуголы
лет, пока на наши окрестности надвинется стенка пузыря. В моделях скалярного
поля время апокалипсиса зависит от уклона энергетического холма и может
наступить довольно скоро, всего, например, через 20 миллиардов лет.
Глава 19. Огонь
в уравнениях
Что вдыхает огонь в уравнения и создает
вселенную, чтобы они описывали ее?
Стивен Хокинг
Совет
Альфонса
Альфонс Мудрый, правивший Кастилией в XIII веке, глубоко уважал астрономию.
На то имелись совершенно прагматические причины: знание точного положения
Предсказание о том, что местная область Вселенной подвергнется коллапсу и большому сжатию,
сделано в статье "Проверяемые антропные предсказания для темной энергии", написанной мною с
Хауме Гарригой ("Testable anthropic predictions for dark energy", Physical Review, vol. D67,
p. 043503, 2003) . Мы отмечали, однако, что это предсказание вряд ли удастся проверить в
обозримое время.
планет на небе было жизненно необходимо для составления точных гороскопов.
Для повышения их качества Альфонс заказал новые астрономические таблицы,
основанные на теории Птолемея — последнем слове тогдашней космологии. Но когда
ему объяснили тонкости птолемеевой системы, он отреагировал весьма
скептически94: "Если бы Всемогущий Бог посоветовался со мной перед творением, я бы
порекомендовал что-нибудь попроще".
Король Альфонс мог бы сказать то же самое и о той картине мира, которую я
нарисовал в этой публикации. Она говорит о существовании бесконечного
ансамбля вселенных, каждая из которых пестрит областями с разной физикой
элементарных частиц. Области, где могут жить разумные существа, редки и разделены
громадными расстояниями. Еще реже встречаются области, совершенно идентичные
между собой, но даже их существует бесконечное множество. Какое расточительство
пространства, материи и вселенных!
Однако нам не стоит слишком беспокоиться о количестве вселенных. Новая
картина мира экономит куда более ценный товар: она значительно снижает число
произвольных предположений, которые делаются о Вселенной. Лучшая теория — та,
которая объясняет мир, опираясь на минимальные и простейшие предположения.
Ранние космологические модели исходили из того, что Творец тщательно
сконструировал и тонко настроил Вселенную. Каждая деталь в физике элементарных
частиц, каждая фундаментальная постоянная и все первичные возмущения нужно
было выставить строго определенным образом. Представьте только бесчисленные
тома спецификаций, которые Творец вручал своим ассистентам для выполнения
работы! Новая картина мира предлагает совершенно иной образ Творца. После
некоторого раздумья он пришел к набору уравнений фундаментальной теории всей
природы. Этим запускается процесс неудержимого творения. Никаких дальнейших
инструкций не требуется: теория описывает квантовое зарождение вселенных из
ничего, процесс вечной инфляции и создание областей со всеми возможными типами
физики элементарных частиц — до бесконечности. Каждый конкретный элемент
ансамбля вселенных невероятно сложен, и для его описания понадобилось бы
огромное количество информации. Но весь ансамбль в целом можно закодировать
относительно простым набором уравнений95.
Бог как
математик
Как узнать, что наш портрет Творца близок к истине? Пытался ли он
оптимизировать использование "ресурсов", таких как пространство и материя, или больше
заботился о сжатости математического описания природы? К сожалению, он не
дает интервью, но продукт его работы — Вселенная — не оставляет сомнений на
этот счет.
Поверхностного взгляда на Вселенную достаточно, чтобы убедиться, с какой
великой расточительностью растрачивались материя и пространство. Бесчисленные
галактики разбросаны в пустом космосе на колоссальных расстояниях друг от
друга. Галактики делятся на несколько типов, среди которых спиральные и
эллиптические, карликовые и гигантские. Но за исключением этого все они очень
похожи друг на друга. Творец ясно дает понять, что не стесняется бесконечно
повторять свои работы.
Alan L Mackay, A Dictionary of Scientific Quotations ("Словарь научных цитат"). Institute
of Physics Publishing, Bristol, 1991.
95 Подобная ситуация, когда бесконечный ансамбль оказывается много проще отдельного члена,
очень часто встречается в математике. Рассмотрим, например, множество всех целых чисел: 1,
2, 3, ... Его можно сгенерировать простой компьютерной программой, Занимающей всего
несколько строк. С другой стороны, число битов, необходимых для Записи конкретного большого целого
числа, равно количеству цифр в его двоичной Записи и может оказаться гораздо больше.
Более внимательный анализ открывает нам, что Творец без ума от математики.
Пифагор в VI веке до нашей эры, вероятно, впервые предположил, что
математические соотношения лежат в основе всех физических явлений. Его догадка была
подтверждена веками научных исследований, и теперь мы считаем само собой
разумеющимся, что природа подчиняется математическим законам. Но если
остановиться и задуматься, то тот факт выглядит крайне странным.
Математика кажется продуктом чистого мышления, очень слабо связанным с
опытом. Но почему же тогда она так идеально подходит для описания физической
Вселенной? Это именно то, что физик Юджин Вигнер называл "непостижимой
эффективностью математики в естественных науках". Рассмотрим в качестве простого
примера эллипс. Он был известен древним грекам как кривая, которая получается
при разрезании конуса плоскостью под определенным углом. Архимед и другие
греческие математики изучали свойства эллипса просто из интереса к геометрии.
Затем, более 2000 лет спустя, Иоганн Кеплер открыл, что планеты в своем
движении вокруг Солнца с высокой точностью описывают эллипсы. Но что общего у
движений Марса и Венеры с коническими сечениями?
Ближе к нашему времени, в 1960-х годах, мой друг математик Виктор Кац
(Victor Кас) исследовал класс замысловатых математических структур, известных
как алгебры Каца-Муди. Единственной мотивом для этого был его нюх, который
подсказывал: эти структуры пахнут чем-то интересным и могут привести к
красивым математическим результатам. Никто не мот предсказать, что через пару
десятилетий эти алгебры станут играть ключевую роль в теории струн.
Эти примеры не являются исключениями. Чаще случается именно так, а не
наоборот : физики обнаруживают, что математические построения, необходимые им
для описания нового класса явления, уже исследованы математиками по причинам,
не имеющим ничего общего с обсуждаемыми явлениями. Похоже, что Творцу присуще
математическое чувство красоты. Многие физики, полагаясь на эту его черту,
используют математическую красоту в качестве путеводной нити в поисках новых
теорий. Согласно Полю Дираку96, одному из основоположников квантовой
механики, "красота уравнений важнее их соответствия эксперименту, потому что
расхождения могут быть вызваны второстепенными причинами, которые прояснятся по
мере развития теории".
Математическую красоту определить ничуть не проще, чем в красоту в
искусстве97. Примером того, что математики считают красивым, может служить формула
Эйлера: е371 + 1 = 0. Один из критериев красоты — это простота, но одной
простоты недостаточно. Формула 1+1=2 проста, но не особо красива, поскольку
тривиальна. Напротив, формула Эйлера демонстрирует весьма неожиданную связь
между тремя, казалось бы, независимыми числами: числом е, известным как
основание натуральных логарифмов, "мнимым" числом i — квадратным корнем из -1 и
числом я — отношением длины окружности к ее диаметру. Это свойство можно
назвать глубиной. Красивая математика соединяет простоту и глубину.
Если и в самом деле Творец имеет математический склад ума, тогда уравнения
окончательной Теории Всего должны быть поразительно простыми и невероятно
глубокими. Некоторые считают, что эта окончательная теория есть теория струн,
которую мы сейчас открываем. Безусловно, она очень глубока. Простой ее не
назовешь, но простота может проявиться, когда теория будет лучше понята.
P.A.M. Dirac, "The evolution of the physicist's picture of nature" ("Эволюция физической
картины мира"), Scientific American, May 1963.
97 Интересную дискуссию о красоте научных теорий можно найти в книге Марис Ливио
"Ускоряющаяся Вселенная: бесконечное расширение, космологическая константа и красота космоса" (Mario
Livio, The Accelerating Universe: Infinite Expansion, the Cosmological Constant, and the
Beauty of the Cosmos, Wiley, New York, 2000) .
Математическая
демократия
Если мы когда-нибудь откроем окончательную Теорию Всего, останется вопрос:
почему именно эта теория? Математическая красота может быть полезна как
путеводная нить, но трудно себе представить, что ее достаточно для выбора
единственной теории из бесконечного множества возможностей. Говоря словами физика
Макса Тегмарка, "почему одна, и только одна, математическая структура должна
быть наделена физическим существованием?" Тегмарк, работающий ныне в
Массачусетсом технологическом институте, предложил путь для выхода из этого тупи-
98
ка .
Его предложение столь же простое, сколь и радикальное: он отстаивает идею,
что для любой и каждой математической структуры должна существовать
отвечающая ей вселенная". Существует, например, ньютоновская вселенная,
подчиняющаяся законам евклидовой геометрии, классической механики и теории гравитации
Ньютона. Есть также вселенные, в которых пространство имеет бесконечное число
измерений, и другие — с двумя измерениями времени. Еще труднее представить
себе вселенную, управляемую алгеброй кватернионов, не имеющую ни
пространства, ни времени.
Тегмарк утверждает, что все эти вселенные существуют "где-то". Мы не знаем
о них точно так же, как не знаем о других вселенных, зарождающихся из ничего.
Математические структуры в некоторых из этих вселенных достаточно изощренны,
чтобы допустить возникновение "самосознающих подструктур", подобных вам и
мне. Такие вселенные редки, но, конечно, только они могут быть наблюдаемы.
У нас нет фактов в поддержку столь радикального расширения реальности.
Единственная причина повышать статус вселенных с другими математическими
структурами до реального существования — это обход необходимости объяснять,
почему они не существуют. Возможно, это удовлетворило бы некоторых философов,
но физикам нужно что-то более существенное. В духе принципа заурядности можно
было бы попробовать показать, что фундаментальная теория нашей Вселенной — в
некотором роде типичная среди всех теорий, достаточно богатых, чтобы
содержать наблюдателей. Это могло бы поддержать расширенный мультиверс Тегмарка.
В случае успеха эта программа полностью вывела бы Творца за рамки картины
мира. Инфляция оставляет ему лишь работу по заданию начальных условий в
момент Большого взрыва, квантовая космология снимаете него бремя создания
пространства, времени и запуска инфляции, а теперь его изгоняют и из последнего
прибежища — выбора фундаментальной теории.
Предложение Тегмарка сталкивается, однако, с очень серьезной проблемой.
Число математических структур увеличивается с ростом сложности, а значит,
"типичная" структура должна ужасать своей тяжеловесностью и громоздкостью.
Очевидно, это противоречит простоте и красоте теорий, описывающих мир. Так
что непосредственной угрозы безопасности Творца, похоже, пока нет100.
М. Tegmark, "Parallel universes" ("Параллельные вселенные"), Scientific American, May
2003.
99 Тегмарк не делает различии между математическими структурами и вселенными, которые они
описывают. Он полагает, что математические уравнения описывают все аспекты физического мира,
так что каждый физический объект отвечает определенной сущности платоновского мира
математических структур и наоборот. В этом смысле два мира эквивалентны друг другу, и, согласно Тег-
марку, наша собственная Вселенная есть математическая структура.
100 Чтобы справиться с этой проблемой, Тегмарк предполагает, что не все математические
структуры равноценны; им можно назначить разные "веса". Если веса быстро убывают с нарастанием
сложности, то наиболее вероятными могут оказаться простейшие структуры, которые все же
способны содержать наблюдателей. Это введение весов может разрешить проблему сложности, но
тогда мы встаем перед вопросом: кто определяет веса? Должны ли мы вернуть из изгнания Творца?
Или нам следует еще больше расширить ансамбль, чтобы включить все возможные назначения ве-
Мир многих миров
На протяжении веков философы и теологи пытались обосновать, что Вселенная
конечна или бесконечна, неизменна или развивается, вечна или преходяща. Может
показаться, что все возможные ответы на эти вопросы уже рассмотрены. Однако
никто не предвосхитил картину мира, родившуюся из последних достижений
космологии. Вместо выбора между противоречащими друг другу вариантами она
допускает , что в каждом из них есть некоторая доля правды.
В центре новой системы мира лежит картина вечной инфляционно расширяющейся
Вселенной. Она состоит из изолированных "островных вселенных", где инфляция
Закончилась, окруженных инфляционным морем ложного вакуума. Границы этих
постинфляционных островов быстро расширяются, но разделяющие их расстояния
растут еще быстрее. Так что всегда есть место для образования новых островных
вселенных, и их число безгранично увеличивается.
При взгляде изнутри каждый остров представляется самодостаточной
бесконечной вселенной. Мы живем в одной из таких островных вселенных, и наблюдаемая
нами область — лишь один из бесконечного числа содержащихся в ней О-регионов.
Можно фантазировать на тему того, как спустя миллиарды лет наши далекие
потомки будут путешествовать в другие О-регионы, однако добраться в другую
островную вселенную невозможно принципиально. Неважно, как долго и насколько
быстро мы будем лететь, — мы навсегда связаны с нашей островной вселенной.
В целом все вечно инфлирующее пространство-время возникло из крошечной
замкнутой вселенной. Она квантово-механически туннелировала из ничего и сразу
оказалась ввергнута в никогда не прекращающуюся бешеную инфляцию. Таким
образом, Вселенная вечна, но у нее было начало.
Инфляция быстро раздула Вселенную до огромного размера, но глобально она
всегда остается замкнутой и конечной. Причем из-за особой структуры
инфляционного пространства-времени она содержит неограниченное количество
бесконечных островных вселенных.
Фундаментальные постоянные, определяющие характер нашего мира, получают
различные значения в разных островных вселенных. Большинство из этих
вселенных кардинально отличаются от нашей, и лишь малая часть из них пригодна для
жизни101. Наблюдатели каждого такого обитаемого острова обнаружат, что их
вселенная развивается от Большого взрыва к большому сжатию. Однако с глобальной
точки зрения все типы островов на всех стадиях своей эволюции существуют
одновременно. Эта ситуация подобна человеческой популяции на Земле. Каждая
личность начинает жизнь ребенком и со временем становится старше, но население в
целом в каждый момент включает людей всех возрастов. Хотя общий объем
Вселенной растет со временем, часть пространства, занятая каждым типом островов, не
меняется. В этом смысле вечно инфлирующая Вселенная является стационарной.
Поразительная особенность новой картины мира — это существование за
пределами наблюдаемой области множества "других миров". Реальность некоторых из
них достаточно несомненна. Мало кто, например, будет сомневаться в реальности
других О-регионов, несмотря на то, что они недоступны для наблюдения. Имеются
косвенные доказательства множественности островных вселенных с различными
свойствами. Что же касается других несвязанных пространств-времен,
зародившихся из ничего, то нет никаких идей относительно возможности наблюдательной
проверки их существования.
сов? Я даже не уверен, что представление о весах на множестве всех математических структур
логически не противоречиво: оно похоже на введение дополнительной математической структуры,
но все они, как предполагается, уже включены в рассматриваемое множество.
101 В Зависимости от фундаментальной теории константы могут меняться и внутри отдельной
островной вселенной. Наша собственная островная вселенная будет тогда по большей части
пустынной с редкими обитаемыми анклавами.
Картина квантового туннелирования из ничего наводит на другой интригующий
вопрос. Процесс туннелирования управляется теми же фундаментальными законами,
которые описывают последующую эволюцию Вселенной. Следовательно, законы
должны быть "на месте" еще до того, как возникнет сама Вселенная. Означает ли
это, что законы — не просто описания реальности, а сами по себе имеют
независимое существование? В отсутствие пространства, времени и материи на каких
скрижалях могут быть они записаны? Законы выражаются в форме математических
уравнений. Если носитель математики — это ум, означает ли это, что ум должен
предшествовать Вселенной?
Эти вопросы ведут нас вглубь непознанного, в самую бездну величайшей из
тайн. Трудно представить себе, что когда-либо мы сможем ее раскрыть. Но, как
и прежде, возможно, это просто свидетельствует об ограниченности нашего
воображения .
ЭПИЛОГ
От: WSX-23EDJ
Кому: Галактическому Совету
Приветствую! Согласно Протоколу, я завершил инспекцию планеты Земля,
расположенной в секторе S-16 в периферийной зоне Галактики. Человеческий вид,
населяющий эту планету, добился значительного прогресса за 1000 земных лет,
прошедших с момента прошлой инспекции. Я повысил его статус с "подающего
надежды" до "технологически перспективного". Вы будете рады узнать, что люди
полагают, будто близки к открытию окончательной теории Вселенной. Завидую их
юношескому задору... В некоторых аспектах они подошли вплотную к правильным
ответам, что, на мой взгляд, удивительно для столь примитивной цивилизации. В
других вопросах они весьма значительно отстают и даже не догадываются о
правильных ответах.
В целом эта раса остается незрелой. В настоящее время я выступаю против их
вступления в Галактический Союз. Дальнейшие подробности будут представлены в
моих регулярных отчетах.
Искренне ваш, WSX-23EDJ
Литпортал
ТЕРПЕНИЕ И ТРУД
Кир Булычев
Коля Широнин застрял в двери вагона, и рыбаки, которые боялись, что поезд
тронется, толкали его в спину и негодовали. Коля прижимал мотор к груди, и
тот все время норовил свалить его вперед. Рюкзак тянул назад и уравновешивал.
Это еще можно было вытерпеть, если бы не сложенная тележка, наподобие тех, с
которыми бабушки ходят по магазинам, но побольше, усовершенствованная.
Тележка висела через плечо, клонила Широнина влево и всюду застревала.
Когда Коля оказался, наконец, на крупном речном песке, устилавшем площадку
перед бревенчатым зданием станции, он долго стоял, пошатываясь и стараясь
восстановить равновесие. Вокруг летали по воздуху палатки, байдарки, рюкзаки,
и спиннинги, метались люди в ватниках, брезентовых куртках и резиновых
сапогах, Поезд стоит в Скатине минуту, а из каждого вагона хотело выйти человек
по двадцать, не меньше.
Отдышавшись, Коля разложил тележку и привязал к ней мотор и рюкзак. Поезд
уполз дальше, как будто отодвинулся театральный занавес. Вместо зеленых
вагонов обнаружилось пологое, стекающее к Волге поле, живописно уставленное
купами деревьев, деревнями с разложенными между ними коричневыми и салатными
одеялами весенних полей. Рыбаки и туристы спешили туда, за железнодорожный
путь, к базе «Рыболов-спортсмен», к воде и далекому лесу. Коля не без труда
приподнял ручку тележки и поволок тележку за собой в другую сторону, вдоль
полотна, к железнодорожному мосту, у которого надо было свернуть в лес, по
берегу речки Хлопушки, к деревне Городище.
Дорога была неровной, она прерывалась широкими грязевыми преградами,
посреди которых текли к Хлопушке мутные ручьи. Тележка завязала на каждой
переправе, Широнин, вытащив ее на сухое место, присаживался отдохнуть, а мимо
пролетали на мотоциклах местные ребята. По Хлопушке наперегонки с мотоциклами
спешили моторки, и Широнин на слух определял, какие на них моторы и что в
моторах не в порядке. На моторках стояли большей частью «Ветерки», реже на
«казанках» ревели «Вихри». Речка была самым верным и легким путем от станции к
деревням, стоявшим по Хлопушке, но у бабушки нет моторки, к тому же она не
знает, когда приедет Коля.
Широнин тянул тележку, как древний раб камень на строительство пирамиды
Хеопса, и старался думать о посторонних вещах — например, почему дорога
становится все уже, чем дальше отходит от станции, хотя от нее нет никаких
ответвлений , или почему вода не хочет стекать вниз, к реке, а хлюпает под ногами.
Или что скажет бабушка, когда он приедет. Она его ждет, но сделает вид, что
страшно поражена, и по поводу такой радости она может помереть спокойно.
Бабушке было семьдесят шесть лет три года назад. В прошлом году тоже семьдесят
шесть...
Потом Широнину попалась мелкая на вид, но предательская лужа, похожая на
океанскую впадину Тускарору, тележка завалилась на бок, и мотор чуть не упал
в воду. Пришлось пожертвовать собой и залезть в грязь чуть ли не по пояс.
Тогда Коля дал себе торжественную клятву, что, как только дотащит мотор до
дома, тут же испытает его, запрет в сарай и никогда в жизни сюда не вернется.
Хватит. Он пытался выжать брюки, и бурая жижа потекла на ботинки. Разумный
человек, думал Широнин, не покупает мотор неизвестной марки и не мчится сломя
голову к воде.
На другом берегу Хлопушки была деревня Городище. Коля спустился к самой
реке и крикнул. С того берега никто не откликался, хотя там какие-то люди
красили лодку, а под большой ольхой у бани дремали рыбаки. Но, в конце концов,
Колю узнал по голосу Сергей и перевез на своей лодке. По дороге Сергей успел
рассказать, что ему в Калинине сделали новый протез, Глущенки продали свой
дом, а Клава-бригадирша купила щенка охотничьей породы. Еще он спросил Колю,
как его успехи в учебе и правда ли, он отличник, первый в школе. Коля понял,
что эти порочащие его слухи распространяет в деревне бабушка, и ответил, что
успехами не блещет, а учиться ему осталось еще год и два месяца.
Бабушка уже ждала на берегу и при виде Коли замахала руками и сказала со
слезами, что не надеялась дожить до такого счастливого дня, а теперь умрет
спокойно. Сергей помог донести до дома мотор и спросил, какой он марки, и
Коля ответил, что «Бурун».
— Не пойдет он у тебя, — неожиданно сказал Сергей, хотя вряд ли мог слышать
о моторе, потому что тот только что появился в продаже.
— Почему? — удивился Коля.
— А у Тимохиных вчера один из Москвы приехал с таким же. Ругается сильно.
Нюркин сын тоже хотел ехать покупать, а я его отговорил.
Коля даже немного расстроился: он рассчитывал что никто, кроме него, не
слышал о таком моторе.
Бабушка слушала их разговор и печалилась, потому что в этой деревне мотор
был как до революции лошадь. Хороший у тебя мотор, тебя уважают. А если
барахло купил, значит, ты не особо умный.
— Мотор интересный, — сказал Коля специально, чтобы успокоить бабушку.
— Если хотите, потом проспект покажу. Гарантия сорок пять сил при весе в
двадцать килограммов. Бензина берет меньше, чем «Ветерок».
— Не пойдет, — сказал Сергей, закуривая.
— Ты чепуху не молоти, — строго сказала бабушка. — Тебе все одно, что
мотор , что камень. Все равно потопишь.
Этим бабушка намекала на то, что Сергей еще в прошлом году, возвращаясь со
свадьбы, потопил в Волге свой мотор.
Бабушка стала верным союзником мотора «Бурун-45». Вечером она достала очки
и прочла весь проспект. Иногда она прерывала чтение, держа пальцем строчку,
чтобы не потерять, и задавала посторонние вопросы.
— Деньги отец дал? — спрашивала она.
— У меня еще с зимы были, — отвечал Коля, разбирая мотор и снимая заводскую
смазку. — И еще я велосипед продал. И отец, конечно, помог.
— Правильно, — говорила бабушка минут через пять. — Дело стоящее. Ты
надолго?
— Завтра вечером уеду. В школу же надо.
— Правильно, — говорила бабушка и снова начинала шевелить губами, разбирая
сложные слова.
— Данные у него прямо фантастические, — сказал Широнин. Мотор лежал посреди
комнаты на газетах, и его заводские чужие запахи потеснили мирные и теплые
запахи бабушкиного дома. — Но модель экспериментальная. Придется повозиться.
— Возись, — ответила бабушка. — Мы все, Широнины, упрямые. А это что?
Она достала из проспекта несколько листков.
— Заводские анкеты, — сказал Коля. — Через месяц я должен послать отчет,
как их детище трудится. А через полгода еще один отчет. И список
неисправностей . Они и сами будут узнавать. Адрес взяли, телефон.
— Значит, сами себе не доверяют, — сказала бабушка. — А денег много взяли?
— Сто восемьдесят. Недорого.
— Значит, по справедливости решили. А гарантия есть?
— Гарантия — год. Можно деньги назад получить.
На следующее утро Коля перетащил мотор к лодке. Он решил сначала укрепить у
лодки транец. От соседнего дома спустился человек в джинсах, вытирая руки
тряпкой.
— У вас, говорят, тоже «Бурун»? — спросил человек.
— А вы, наверно, турист из Москвы? — сказал Коля.
— Да, — вздохнул человек в джинсах и поправил очки толстым коротким
пальцем. — Новости здесь распространяются мгновенно. Нам с вами не повезло.
— Почему? Не ладится с мотором?
— Не то слово, — сказал турист из Москвы. — Это сплошной ужас.
Затем турист уселся на бревно и молча наблюдал, как Коля обтесывал доску,
прибивал ее к лодке, устанавливал мотор и подливал в бак масло. Коле очень
хотелось, чтобы у него мотор Завелся сразу и этим он уязвил бы москвича. Ему
казалось, что москвич смотрит на него снисходительно, как на мальчишку.
Укрепив мотор, Коля сел в лодку, оттолкнулся веслом от берега. Лодку мягко
качнуло . Сверху спешила бабушка.
Мотор Завелся сразу. Москвич даже привстал от удивления. Коля не спешил. Он
дал мотору хорошенько покрутиться на холостых оборотах. Он слушал, как стучит
мотор, и звук ему не нравился. Но Коля не подавал виду, что беспокоится. И
только он хотел переключить его на скорость, как мотор заглох.
Коля долго дергал за шнур, даже рука онемела, но мотор больше не издал ни
звука. Москвич крикнул: «Я же предупреждал!» — и довольный ушел, а бабушка
стояла у воды и переживала.
Когда вечером зашел Сергей, чтобы поговорить о политике, он увидел, что
Коля сидит на полу, а вокруг него разложены части мотора. Широнин был неразго-
ворчив. Пока что он понял одно — то, что мотор вначале завелся, было чистым
чудом. С мотором было что-то принципиально неладно.
В Москву Коля уехал с последним поездом, хорошо еще, что Сергей подкинул до
моста на моторке. Коля жалел, что не собрал мотор и не взял с собой. Отвез бы
в магазин, получил обратно деньги, и дело с концом. В опустевшем рюкзаке
лежал только карбюратор. Коля уже знал, что, раз он не отказался от мотора
сразу, теперь он его добьет, он заставит его подчиниться, даже если придется
приезжать сюда каждую субботу и потратить на это половину каникул.
В следующую субботу Коля и в самом деле вернулся в деревню. Когда он,
приладив верстак на подоконнике, распиливал отверстия под болты, которые к этим
отверстиям не подходили, хотя должны были подходить, вошел москвич. Он вел
себя как старый приятель, как товарищ по несчастью.
— Это какой-то конструкторский урод, — сказал он. — Его делали сумасшедшие.
Вы со мной согласны?
Бабушка громко вздохнула. Широнин вздыхать не стал, он ломал себе голову,
как тот сумасшедший добирался вон до той шпонки? Может, у него был пинцет
длиной в пятнадцать сантиметров с крючком на конце?
— Туда я залезть не сумел, — сказал москвич, дыша Коле в ухо. — Это выше
человеческих сил.
Москвич сидел до самого обеда, и наконец бабушка сказала:
— Что-то вы все на чужой смотрите. Свой-то небось заржавеет.
— Пускай ржавеет, — сказал москвич. — Отвезу назад. А вы?
— Нет, — сказал Широнин. Он придумал, как снять ту шпонку.
В следующую субботу Коля в деревню не приехал. Он сидел в библиотеке. Война
с мотором приняла ожесточенный характер. В тот момент, когда казалось, что
Коля прорвал очередную линию обороны мотора, мотор успевал построить новые
лоты, и обе стороны вновь переходили к позиционной войне. Пришлось всерьез
заняться теорией. Коля набрал десятка два книг, мама переживала, что он
нахватает двоек в последней четверти, а отец старался помочь, но толку было
мало — он все забыл, чему его учили в институте, а его умение руководить
другими Коле не требовалось. В школе Широнин задал физику два вопроса, на которые
тот не смог ответить, зато напомнил, что на носу годовая контрольная. В
общем, жить было трудно, но Коля не намеревался отступать перед куском мертвого
металла.
Когда он через две недели вновь добрался до деревни, лужи почти просохли, и
через ручьи можно было перешагивать, не замочив подошв. Лес стал зеленым и
непрозрачным. Москвича не было, Сергей сказал, что он собрал свой мотор и
увез в Москву. Широнин вывалил из рюкзака книги и несколько выточенных им
деталей и повел на мотор еще одну атаку. Бабушка уже привыкла к тому, что Коля
приезжает регулярно, и перестала говорить о смерти, а старалась приспособить
Колю по хозяйству, и он, чтобы не воевать на два фронта, вскопал гряды и
починил забор.
Москвич появился в деревне к вечеру.
— Вы знаете, молодой человек, — сказал он, — они даже не стали спорить.
Предложили мне на выбор либо «Вихрь» с доплатой, либо деньги. Я доплатил. И
вам советую.
— Спасибо, — сказал Широнин.
— Знаете что, — сказал москвич, — вы же варите суп из топора.
— Мне отступать некуда, — сказал Коля, оглядывая комнату, заваленную
книгами, чертежами и металлическими деталями.
Экзамены Коля сдал и отказался от поездки в альплагерь, куда все собирались
еще с зимы. К этому времени мотор сопротивлялся из последних сил. Москвич
проводил дни на Волге, куда его каждое утро уносил обыкновенный и безотказный
«Вихрь». Сергей купил себе «Стрелу», а когда Коля шел по деревне, с ним здо-
ровались с усмешками и шутили, что он строит самолет.
В конце июня из Москвы приехали Валюжанин и Таня с Эммой. Коля вспомнил о
том, что приглашал их к себе, в самый последний момент, а то бы им пришлось
топать до деревни пешком. Коля выпросил моторку у Сергея и встретил ребят на
платформе.
— Ой, какой ты загорелый, словно кубинец, — сказала Эмма.
— Тебе идет жить в деревне, — сказала Таня.
Они привезли с собой кастрюлю мяса для шашлыка, всякую зелень для приправы
и московские новости: кто куда поехал или собирается поехать. Коля познакомил
их с бабушкой и показал разобранный мотор, который не произвел на ребят
особенного впечатления, потому что Валюжанин типичный гуманитарий и будет
поступать на филфак, а девчата интересовались мотором только как средством
передвижения и предпочитали ахать при виде бабушкиных овечек или какого-нибудь
цветка. Коле было даже странно, что такие обычные вещи вызывают у них
восторг, его мысли все время возвращались к мотору, и, хотя он старался не
показать этого ребятам, Эмма спросила его:
— Тебе с нами скучно? Неинтересно?
А это надо было понимать: «Ты относишься ко мне не так, как зимой?»
— Ты ошибаешься, — сказал Коля.
Потом Коля отвез ребят на остров, они отыскали место между туристскими
палатками , жарили шашлыки, купались и пели песни, и, может быть, даже хорошо,
что Коля отвлекся, потому что, когда он стоял на платформе и махал рукой
вслед поезду, увозившему гостей, он вдруг догадался, как зафиксировать
переключатель реверса.
— А эта, черненькая, — сказала бабушка, когда Коля вернулся домой, — она
приятная, воспитанная.
Бабушка ждала ответа, чтобы углубиться в тему, всегда интересующую бабушек,
но Коля буркнул что-то и достал инструменты. Если сделать миллиметровый
пропил...
Коля Широнин завершил борьбу с мотором 12 июля. В который раз он укрепил
его на транце. Бабушка даже не вышла к берегу. Коля поглядел на тропинку от
дома к воде, протоптанную за эти недели. Потом оттолкнулся от берега веслом и
подождал, пока его отнесет подальше от вымахавшего в человеческий рост
тростника .
Широнин завел мотор и, когда тот прогрелся, включил скорость — лодка
послушно осела кормой в воду. Лодка глиссировала, поднимая облако водяной пыли,
мотор гудел тихо, уверенно и солидно, как мотор легкового автомобиля,
железнодорожный мост приближался, словно его притягивали канатом, в ушах ревел
ветер , и моторка Гаврилова, которую он обогнал, казалось, стояла на месте.
— Ну вот, — сказал Коля мотору, — один-ноль в нашу пользу.
Он не испытывал торжества. И вообще ему все надоело. Другие ходят по горам
и загорают, а он провел каникулы в виде кустаря-одиночки. Бабушка сначала не
поверила, а потом сказала:
— Мы, Широнины, ужасно какие упрямые.
Когда Коля уже вернулся в Москву, неожиданно раздался телефонный звонок.
— Тебя, — сказала мама подозрительно. — Очень милый женский голос.
Очень милый женский голос сказал:
— Это Широнин, Николай Викторович?
— Я, — сказал Коля.
— Вас беспокоят из магазина, в котором вы приобретали мотор «Бурун-45». Мы
не имеем от вас никаких сведений. Скажите, довольны ли вы работой мотора?
— Еще как, — мрачно сказал Коля. — Большое спасибо за внимание.
Он повесил трубку. Все ясно, они получили столько жалоб, что теперь весь
завод отдают под суд за головотяпство. Так им и надо. Можно представить, как
злятся на завод продавцы в магазине. Сколько им всего пришлось выслушать.
И тут же телефон зазвонил снова.
— Простите, — сказал все тот же женский голос. — Нас разъединили. Вы
уверены, что ваш мотор работает?
— Да, — ответил Коля, решив не жалеть бракоделов. — Но только потому, что я
в нем живого винта не оставил. Можете смело отдавать бракоделов под суд.
Женщина хихикнула и сказала:
— Большое спасибо.
Через три минуты позвонил взволнованный бас и попросил разрешения взглянуть
на мотор товарища Н. Широнина.
— Вы тоже из магазина? — удивился Широнин.
— Нет, — ответил бас.
— С завода?
— Можете считать, что с завода.
— Тогда учтите, — сказал Широнин твердо. — Моего мотора вы не увидите. Вас
все равно будут судить. И мне вас не жалко.
— Но я очень прошу, — сказал бас.
— Да мой мотор на Волге! — воскликнул Коля. — Что же, мне тащиться три часа
на поезде, чтобы доставить вам удовольствие?
— Коля! — крикнула мама из комнаты. — Как ты разговариваешь?
— Зачем на поезде? — сказал бас. — Вы только скажите нам адрес и разрешите
от вашего имени его осмотреть. Если же у вас есть свободное время, то можете
полететь с нами на вертолете.
— Что? На вертолете? А вы меня не разыгрываете?
— Зачем нам это делать?
— Коля, ужинать, — сказала мама. — Ты совершенно распустился за лето.
— Деревня Городище, — сказал Коля, — Калининской области...
Он вдруг поверил, что тот бас не шутит, что у них и в самом деле так плохо
все обернулось, что не жалко денег на специальный вертолет, чтобы отыскать
действующий мотор «Бурун-45». Пусть смотрят.
— Вот, — сказал он маме не без гордости. — От моего мотора зависит судьба
целого завода.
— Завтра они медаль тебе дадут, — сказала мама, которую серьезно
беспокоило, что Коля стал таким грубым.
Назавтра они пришли к Широниным. Без медали, но пришли. Солидный толстяк в
больших очках и еще один, непонятного возраста, весь встрепанный.
— Мы хотели бы видеть Николая Викторовича, — сказал солидный толстяк.
Отец, который открыл дверь, не понял и поправил их:
— Виктора Степановича.
— Нет, — сказал солидный толстяк. — Николая Викторовича. Вы приобретали
мотор «Бурун»-45»?
— Коля, — позвал отец.
Коля стоял за дверью и все слышал. Он сразу вышел в коридор.
— Николай Викторович? — спросил солидный толстяк, никак не удивившись.
— Я. И я покупал мотор «Бурун». А вы со мной вчера говорили по телефону.
— Правильно, — сказал толстяк и повернулся к встрепанному. — Что же будем
делать?
Встрепанный склонил голову набок и подмигнул Коле. Потом спросил:
— Тебе никто не помогал?
— В чем? С мотором? Нет. Я бы никого и не подпустил — там голову сломишь.
— И правильно сделал, — сказал толстяк. — Поехали с нами.
— Простите, — сказал отец. — Я не совсем понимаю...
— Нам хотелось бы, — сказал солидный толстяк, — чтобы ваш сын побывал на
нашем экспериментальном производстве.
Коля чуть не сказал вслух: «Им моя консультация нужна», но удержался, чтобы
не показаться хвастуном.
Мама из кухни сказала будничным тоном:
— Простите, что я к вам не вышла, я лук режу. Только чтобы к ужину быть
дома .
— Постараемся, — сказал встрепанный отцу. — Спасибо за содействие, — хотя
неясно было, в чем заключалось содействие отца.
Внизу ждала «Волга», толстый сел впереди, с шофером, а второй устроился на
заднем сиденье рядом с Колей. Коля выглянул в окно, ему захотелось, чтобы
совершенно случайно мимо дома прошла Эмма и спросила бы его: «Ты куда, Широнин?
Завтра же сочинение». А он ответил бы небрежно: «Надо заехать на один завод,
вот за мной машину прислали». Ну, разумеется, если бы Коля шел с авоськой в
магазин за молоком, он встретил бы двадцать знакомых. А когда за тобой
присылают «Волгу», то все как будто сквозь землю проваливаются.
— Слушай, Коля, — сказал встрепанный, — а чем тебе не понравился наш
фирменный конденсатор? Ты зачем радиотехнические поставил?
Коля вернулся с небес на землю. «Много еще во мне мальчишества, — подумал
он с некоторым осуждением. — С тобой разговаривают как с серьезным человеком,
а ты думаешь неизвестно о чем».
— А вам ваши фирменные конденсаторы нравятся? — спросил Коля у
встрепанного, сделав ударение на слове «фирменные». — Тоже мне, фирма.
Встрепанный хихикнул, а толстяк обернулся с переднего сиденья и спросил:
— Широнин, я хотел задать вопрос, хорошая ли у вас успеваемость в школе?
Вопрос к делу не относился и Коле не понравился.
— Успеваемость как успеваемость, а что?
— Имеет прямое отношение, — сказал толстяк. — Надеюсь, вы не вводите меня в
заблуждение.
— А зачем вводить?
— Бывают различные варианты, — загадочно сказал толстяк и отвернулся.
Завод располагался в Черемушках, в здании, в котором было много стекла и
алюминиевых конструкций. Широнина провели в большую комнату, похожую на холл
в санатории. У стены стояли кресла, а посередине — разноцветный ковер.
— Подожди, Коля, — сказал встрепанный. — И познакомься пока.
В креслах сидели еще два человека. У них был скучный вид, как на приеме к
зубному врачу. Коля сел рядом с худым лохматым мужчиной, до самых глаз
заросшим черной бородой.
— Широнин, — сказал он.
— Туманян, — ответил бородач, — вы тоже насчет мотора?
— И что он им сдался? — ответил третий человек, совсем пожилой, лет сорока,
не меньше, в модном костюме и галстуке-«бабочке». — И так ухлопал на него
весь отпуск.
И тут в комнату вошли встрепанный, толстяк и незнакомый старик в синем
халате .
— Здравствуйте, — сказал старик высоким голосом. — Я рад вас видеть. И
надеюсь , что мы достигнем взаимопонимания. — Потом он обернулся к толстяку и
спросил потише, показывая глазами на Колю: — А это Широнин?
— Да, — ответил толстяк, будто Широнин был виноват во всех страшных грехах.
— Ну-ну, — сказал старик весело и уселся в кресло.
— Я, — продолжал старик, — то есть академик Беккер, Сергей Петрович и мой
друг профессор Столяров, — он указал на встрепанного, — пригласили вас сюда
потому, что именно мы изобрели мотор «Бурун-45».
Академик сделал паузу и поглядел на гостей, словно ждал, что они накинутся
на него с проклятиями. Но гости молчали и ничего не понимали.
— Вопросов нет? — спросил Беккер. — Отлично. Вы все выдержанные и упрямые
люди. Итак, я повторяю, что мы изобрели мотор-сказку, мотор завтрашнего дня.
И по договоренности с торговыми организациями пустили его в продажу. Мы
продали восемнадцать тысяч шестьсот дешевых моторов «Бурун». Так вот, на
сегодняшний день в магазины возвращено восемнадцать тысяч пятьсот девяносто шесть
моторов. Один мотор утоплен с горя его хозяином. Три мотора приведены
владельцами в порядок и отлично работают. О чем это говорит?
Ответа не последовало.
— А говорит это о том, что мотор мы изобрели никуда не годный. Потенциально
— это замечательная машина. На практике довести его до рабочего состояния
невозможно. И чтобы не было случайностей, об этом позаботился весь наш
институт. Я не шучу: мотор запустить нельзя, хоть он и лучший из существующих
сегодня лодочных подвесных моторов.
— Теперь я ничего не понимаю, — сознался Туманян.
— А мы понимаем. Мы понимаем, что среди тысяч людей, большая часть которых
любит технику и обладает смелостью, чтобы купить совершенно незнакомую марку
мотора, нашлось три человека, которые настолько нелогично устроены и упорны,
что не согласились с логикой и привели моторы в отличное состояние.
— Так зачем? — решился спросить Коля.
— Я отвечу. Только сначала объясню, почему мы выбрали для нашего
эксперимента именно лодочный мотор. Могли бы сделать автомобильный. Но ведь если бы
мы снабдили такими уродцами, скажем, партию «Запорожцев», их владельцы
отправились бы в мастерские, а оттуда моторы тут же вернулись бы к нам. Владельцы
лодочных моторов занимаются своим делом вдали от городов, в свободное время,
в одиночестве. Они знают, что их моторы капризны и требуют личного, гуманного
отношения. Водники привыкли полагаться на себя, потому что, если мотор
заглохнет в десяти километрах от населенного пункта, мало шансов, что мимо
проедет добрый умелец и все за них сделает. Именно поэтому лодочный мотор —
идеальный полигон для отыскания и испытания технических талантов. Наш
эксперимент удался. Он стоил государству очень дорого, но надеюсь, что вы окупите
наши расходы.
— А я думал, вас судить будут, — сказал Туманян.
— Так что же дальше? — спросил Коля.
— Дальше что? С Туманяном и Песковским, — академик кивнул в сторону
пожилого франта, — все ясно. С сегодняшнего дня они зачисляются в наш институт, Мы
начинаем работать над новым универсальным двигателем, который, к сожалению,
изобрести невозможно. Все вы прошли испытания на моторе «Бурун» и выдержали
его.
— Но как же... — начал Туманян.
— Все согласовано, — ответил академик. — Даже ваша жена согласна. Что
касается Песковского...
— А что обо мне говорить, — улыбнулся пожилой франт. — Я всю жизнь мечтал
заняться невозможным делом.
— Труднее всего с Колей Широниным, — сказал солидный толстяк, который
оказался заместителем академика по хозяйственной части. — У него впереди десятый
класс.
— А он не виноват, что моложе нас всех, — запротестовал профессор
Столяров . — Он будет учиться и работать. Ведь Широнины упрямые.
Коля догадался, что Столяров ездил в Городище и услышал эти слова от
бабушки .
— Уж наверно, это будет не труднее, чем чинить «Бурун», — сказал Коля.
— Гарантирую, что труднее, — серьезно ответил академик.
Литпортал
ВОЕННЫЕ ИГРЫ1
Генри Каттнер
Я раньше как думал: армейская жизнь - это маршируй себе с винтовкой в руках
да форму носи. В общем, сначала-то я обрадовался, что выберусь с холмов
нашего Кентукки, потому как решил, что смогу поглядеть на мир, а то, может, и
чего поинтереснее со мной приключится.
С тех пор как пристукнули последнего из Флетчеров, у нас в Пайни наступила
скука жуткая, да и дядюшка Элмер все ныл, что вот зачем, мол, он прикончил
Джареда Флетчера, ведь тот был последним из клана, и не с кем ему теперь
будет драться. После этого дядюшка по серьезному пристрастился к кукурузной
браге, и нам приходилось гнать самогонку сверхурочно, чтобы выпивка у него не
кончалась.
Это последний рассказ из цикла о Хогбенах, хронологически он был первым, поэтому несколько
выпадает из общего стиля повествований.
Однакось учитель из Пайни всегда мне твердил: любую трепотню следует
зачинать с самого начала. Так я, пожалуй, и поступлю. Только не знаю я, где это
самое начало. Наверное, оно пришлось на тот день, когда я получил письмо с
надписью «Хьюи Хогбен». Это папуля так прочел, а он страсть как в грамоте
разбирается.
- Ага, - говорит, - вот буква «X», все правильно. Это, наверное, тебе,
Сонк.
Меня так кличут - Сонк, потому как я типа коренастый, да ростом не вышел.
Мамуля говорит, что я просто еще не вырос, хотя мне уже почти двадцать два
стукнуло, а росту во мне едва больше шести футов. Я раньше так из-за этого
переживал, что тайком бегал колоть дрова - все силенок себе прибавлял. Так
вот, папуля отнес мое письмо учителю, чтобы тот его прочитал, а потом
примчался назад, что-то выкрикивая на ходу, как помешанный.
- Война! - орал он. - Война началась! Давай, Элмер, тащи свою железяку!
Дядюшка Элмер сидел в углу, потягивая кукурузную брагу и заодно пробуя
приучить к ней малыша.
- Какая война? Кончилась она уже давно, - пробормотал он, слегка кося
глазом, будто чокнутый. - Эти чертовы янки оказались нам не по зубам. Я слышал,
и генерал Ли погиб...
- Как это нет войны, есть война! - упрямо возразил папуля. - Учитель
говорит , Сонку в армию идти надобно.
- Хочешь сказать, мы от них снова отколоться вздумали? - изумился дядюшка
Элмер, разглядывая кувшин с брагой. - А что я говорил?! Этим проклятым янки
нас в свой Союз не затащить.
- Ну, про это я ничего не знаю, - пожал плечами папуля. - Ни черта не
разобрал , что там болтал учитель. Но одно знаю точно: надо идти на войну.
- Собирайся, Элмер, - сказала мамуля, доставая из шкафа свою старую пушку.
- Мы все туда пойдем. Не знаю, правда, какой будет прок от такого коротышки,
как ты, - повернулась она ко мне, - хотя пальнуть из ружья ты кое-как
сможешь .
- Ну, ты даешь, ма, - сказал я, краем глаза замечая, что к нашему дому
подъезжает на своем муле учитель. - Да я ж отлично стреляю.
- Ага, как же, - прокаркал дядюшка Элмер. - Парни Бойер тебя чуть не
завалили, а их и было-то всего шестеро.
- Они на меня сзади набросились, - возразил я. - Но когда я отдышался, им
на орехи-то досталось...
- Хватит языки чесать, балаболки, - решительно сказала ма. - Пойдем уже.
И мы все гурьбой вывалились за дверь, слегка помяв при этом учителя, но он
сам был виноват, потому как не успел вовремя убраться с дороги. Но у нашей ма
доброе сердце, она тут же вернулась и помогла ему подняться. Он что-то
бормотал о гориллах и буйволах, но быстро заткнулся, когда мы влили в него немного
кукурузовки, с трудом вырвав ее из рук дядюшки Элмера, который никак не хотел
отдавать кувшин. После этого учитель вдруг подскочил и сунул голову в ведро с
водой, которое стояло на столе, но мы из вежливости не обратили на это
внимания - иносранец, как-никак, все они там такие.
- Сначала вы сбиваете меня с ног, - говорит он, немного отдышавшись, - а
потом вливаете в горло расплавленную лаву. О боже!
- Не выражайтесь, - говорит ему ма, кивая в мою сторону, - у меня парень
подрастает.
- Если он подрастет еще немного, у него на голове можно будет строить пент-
хаус, - говорит учитель. Он вечно произносит всякие странные слова, которые я
не понимаю.
- Мы ж вроде куда-то торопились... - рычит дядюшка Элмер, забирая назад
драгоценный кувшин.
- Да нет никакой войны! - кричит нам вслед учитель и рвет на себе волосы. -
Мистер Хогбен убежал, так меня и не дослушав!
Потом он принялся говорить и все говорил, говорил, пока мы наконец не
уразумели, о чем идет речь. Вроде какие-то кланы в Европе передрались меж собой,
и нам пора было смазывать винтовки на тот случай, если они разойдутся по-
настоящему, и примутся вдруг палить по нам.
- Ага, понятненько, - в конце концов сказала ма, и все мы снова навострили
лыжи в сторону горизонта.
- Нет, всем нельзя! - кричит вслед учитель, сделавшись красным как рак. - В
армию ведь призвали только Хьюи!
- Они бы еще нашего малыша призвали! - рявкнул в ответ па. - Сонк еще от
горшка два вершка.
- Ему уже За двадцать один. А вы, мистер Хогбен, слишком стары для армии.
Па ломанулся было на учителя, но его внезапно перехватила ма.
- Тихо ты! - прикрикнула она, и па покорился, продолжая что-то ворчать себе
под нос. - Что ж ты так петушишься-то? Не куренок чай.
- А, правда, сколько вам лет, мистер Хогбен? - спросил учитель.
- Ну, это... Честно сказать, в восемьдесят седьмом я сбился со счета, -
подумав , ответил па.
- А мне сто три, - прокаркал дядюшка Элмер, но у нас в Пайни все знают,
какой он врун.
Учитель зажмурился, а потом сказал каким-то странным голосом:
- Президент Соединенных Штатов подписал Закон, согласно которому все
мужчины в возрасте от двадцати одного до тридцати пяти лет подлежат мобилизации.
Хьюи должен отслужить в армии один год, если только у него нет специального
освобождения.
- Да ему ж роста не хватает, - вроде как заревновал па. - В армию таких не
берут.
Но ма задумчиво сказала:
- Раз президент просит, значит, так нужно, Сонк. А теперь садись рядом с
учителем, и пусть он тебе растолкует, чего от тебя хотят.
Я так и поступил, и мы вместе принялись заполнять бумагу, которую мне
прислал президент. Пришлось, правда, немного повозиться, потому как к нам все
время лез дядюшка Элмер, но через некоторое время учитель схватил кувшин с
кукурузовкой и порядком глотнул оттудова.
- Эх! - сказал он, сразу вспотев. - Серьезная болезнь требует серьезного
лечения. Давай дальше, Сонк. На что ты живешь?
- Ну, однажды я толкнул старому Лэнгланду кукурузу. В обмен на пару штанов,
- не очень уверенно ответил я.
Хрясь! Это ма изо всех сил огрела меня метлой по голове.
- А где это ты взял кукурузу? - спросила она. - Из самогонного аппарата
стащил?
- Да ты чо, ма! - воскликнул я, уворачиваясь от метлы. - Мне дядюшка Элмер
ее дал, чтобы я не рассказывал о том, как он...
- Ах ты мелкота!... - заорал дядюшка Элмер, набрасываясь на меня с кулаками.
- Твой доход! - выкрикнул учитель, чуть не переходя на визг. - Наличные!
Металлические деньги!
- О да, - обрадовался я. - В прошлом мае я нашел десять центов.
В жизни не видел, чтоб человек так высоко прыгал от ярости. Но он же ино-
сранец, опять рассудил я, а потому решил немного обождать. И правда, снова
выпив кукурузовки, учитель вроде как подобрел. Потом забрал у меня бумагу и
сказал, что сам ею займется. После этого ничего не случалось до того самого
дня, как учитель пришел к нам и сказал, что мне нужно явиться на зазывной
пункт.
В голове у меня все так смешалось, что я начал соображать, только
очутившись в какой-то комнате вместе с дядюшкой Элмером и странными людьми, которых
я не знал. Говорили они очень смешно. Велели мне раздеться и пройти в
соседнюю комнату, что я и сделал, а там оказался какой-то коротышка, который
заорал что-то насчет медведя и выскочил вон, оставив дверь открытой. Я
огляделся по сторонам - нет никакого медведя...
Ну, в общем, я стал ждать, и он вскоре вернулся вместе с высоким таким
мужиком, который ухмылялся во весь рот.
- Ну, вот видите, док, - сказал он. - Никакой это не медведь. Судя по
личному делу, это Хьюи Хогбен.
- Но он такой, э-э, волосатый, - возразил коротышка.
- Это потому, что с прошлой недели не брился, - радостно объяснил я. - Мы
забивали свиней, и бритва куда-то запропала. И вообще, какой же я волосатый?
Вы бы видели па. На нем такая шерсть, как на этих, о которых мне учитель как-
то рассказывал, ну, как их там... на иаках!
Доктор постучал меня по груди, но я ничего не почувствовал. Потом он
сказал :
- Здоров как бык. Подними-ка вот это, Хогбен.
И показал на железную болванку с ручкой, что стояла на полу. Ну, я ее и
поднял. Она оказалась тяжелее, чем я думал, а потому вырвалась у меня из рук
и шмякнулась о стену. Штукатурка так и посыпалась.
- Господи боже! - побледнел доктор.
- Ох, звиняйте, мистер, - сказал я.
- В лагере будешь извиняться, когда попадешь под команду сержанта.
Насколько я их знаю, сидеть тебе на гауптвахте.
В это время поднялись шум и суматоха. Дядюшка Элмер выяснил, что в армию
его мобилизировать отказываются, а потому отвязал свою деревянную ногу и
принялся ею кого-то гонять. В конце концов, я его поймал, стараясь не слушать,
что он там выкрикивает (подобные выражения такому молодому человеку, как я,
слушать еще рано), после чего усадил на мула, привязал к седлу и хорошенько
хлопнул животину (мула, конечно, не дядюшку) по заднице, чтобы домой топал.
Последнее, что я видел, было лицо дядюшки Элмера, которое прыгало вверх-вниз
у мула под брюхом. У бедной животины наверняка вся шерсть потом повылезла,
такие словечки дядюшка использовал. Тут я заметил, что весь народ на улице
глазеет на меня, и вспомнил, что на мне ничегошеньки нет. В общем, смутился я
вааще.
Наш учитель говорит, что, когда происходит уйма вещей, о которых не хочется
рассказывать, нужно просто нарисовать на бумаге линию из звездочек. Я этого
не умею, поэтому мой дружок, который все это записывает, сделает это за меня.
Короче, оделся я снова, прошел еще через всякую чепуховину и наконец
оказался в лагере, солдатом действенной армии. Доктор, кстати, надул меня, когда
говорил, что я все время буду где-то там сидеть. Нигде я не сидел. Но моя ма
всегда мне говорила, что старших нужно слушаться - по крайней мере, пока я не
повзрослею. Вот я только и делал, что слушался.
Люди иногда злятся ну из-за самых дурацких пустяков. Вот, например,
стреляли мы по мишеням, я в свое яблочко попал, а после взял и соседние мишени все
перестрелял. Чего ж тут кричать? А потом поднялся шум из-за того, что я
проделал дырки для пальцев в своих башмаках - так ведь ходить сразу стало
удобнее . А потом снова был переполох - это когда я наступил на лицо одному парню,
но это уж по чистой случайности. Просто я немного споткнулся, а он тут и
подвернись. Этот парень все время привязывался к моему дружку, мне даже пришлось
попросить его оставить моего приятеля в покое. А парень в ответ меня по носу
стукнул. В общем, после того, как я на него наступил, парня быстренько пота-
щили в лазарет, а меня посадили в комнату нести какую-то вахту.
Дружка моего звали Джимми Мэк, и он был ужас до чего образованный. Тощий,
маленький, едва-едва росточком до нормы дотягивал. Я думаю, мы с ним потому и
сдружились, что оба были коротышками. Он говорил, что его дедуля книжек
перечитал даже больше, чем он сам. Звали дедулю Элифалет Мэк, и он изобретал
всякие штуковины. Все считали его сумасшедшим, но Джимми говорил, что это вовсе
не так. Дедуля работал над такой штукой, от которой самолеты лучше летают -
сплав, вот как ее Джимми называл.
То есть, как я понял, когда самолет сделан из этой штуки, то он может быть
страсть каким большим и летать страсть как далеко. Однако дедуля Мэк этот
сплав еще не изобрел, а только чуток подвзорвался, когда попытался нам
показать , как работает его изобретение. Когда мы уходили, он плакал и расчесывал
свои обгорелые бакенбарды, но Джимми сказал, что когда-нибудь дедуля
обязательно своего добьется.
Наш лагерь располагался как раз возле большого леса, и я иногда уличал
минутку, чтоб смотаться туда по важным делам. Это касалось меня одного, потому
я даже Джимми ничего не рассказывал. Вот из-за этого у меня и случились
неприятности. Однажды меня привели в комнату, где было полным-полно офицеров в
блестящих пуговицах, и начали задавать вопросы, которых я не понимал.
Вообще-то наш майор относился ко мне хорошо, но тогда он сидел злой как
черт. И все вертел в руках какую-то смятую бумажку да на меня исподлобья
поглядывал .
- Рядовой Хогбен! - говорит вдруг. - Где вы были сегодня днем?
- Ну, вы даете, майор, - ответил я. - Прогуляться ходил, только и всего.
- За пределами лагеря?
- Ну... Да, сэр, - сказал я, потому как не хотел врать.
- Это запрещено. И вы так гуляете не первый раз. Вас неоднократно видели в
лесу.
- Страсть как люблю погулять по холмам, майор, - сказал я.
Один офицер с белыми усами издал такой звук, как если бы проглотил какую-то
гадость, и посмотрел на меня очень зло.
- Думаешь, мы в это поверим? - спросил он.
- Да вы что! Я вправду люблю гулять по холмам, - пожал плечами я.
- Нет, по холмам ты гулял совсем не поэтому. А как ты объяснишь вот эту
бумажку, которую нашел в твоем кармане проверяющий?
Майор показал мне клочок бумаги, обгоревшей по краям.
- Я ее тоже нашел. В смысле, перед проверяющим, - сказал я. - Как раз
сегодня , когда гулял по холмам. Она трепыхалась на ветру, я ее и подобрал.
- А тебе известно, что здесь написано?
- Я не больно-то до букв знаток. Думал, Джимми мне прочитает.
- Джимми? - уточнил усатый, и майор ответил:
- Рядовой Мэк. Он вне подозрений.
- Все вне подозрений! Особенно вот с этим шифрованным донесением, где
указано место расположения лагеря и дается оценка... э-э... некоторых данных.
- Послушайте, полковник, - перебил майор, - рядовой Хогбен не шпион, я в
этом уверен. Думаю, на холме кто-то прятался, зарисовывал лагерь и следил за
нашими маневрами, а потом появился Хогбен и спугнул его. Шпион хотел сжечь
донесение, но ветер вырвал у него из рук листок, и тот не успел сгореть.
- Как-то неубедительно, майор, - проворчал полковник.
- Во всяком случае, никаких секретных маневров в нашем лагере не
проводилось . Ума не приложу, зачем шпиону...
- Они действуют очень скрупулезно, - авторитетно заявил полковник, а я еще
подивился: кто это «они»? - Работают как машины. Схватывают каждую деталь.
Даже если она кажется незначительной. Нам нельзя рисковать. Рядовой Хогбен,
вы арестованы.
- На время расследования, - вроде как дружелюбно сказал мне майор, но я
покачал головой.
- А нельзя обождать до завтра, майор? - спросил я.
Мы с Джимми собирались навестить евойного дедулю. Он написал, что
изобретение готово и хочет нам его показать.
- Твоя увольнительная отменяется! - рявкнул полковник. - С кем ты
встречался в лесу?
- Ни с кем, - ответил я. - Сэр, я обещался Джимми, что с ним пойду, а ма
всегда мне говорила, что слово свое нужно держать.
- На гауптвахту! - выкрикнул полковник ужасно громко, и меня увел дежурный
офицер.
На душе у меня было противно-противно. А потом я узнал, что Джимми уже
ушел, попросив мне передать, чтоб я догонял его. Наверное, он не знал, что
меня посадили на гауптвахту.
Сколько ни ломал я голову, так и не понял, чего я такого натворил. А
Джимми-то я обещался... И вот, когда стемнело, я вылез через окно, немного
раздвинув железные прутья и ободрав о них плечи. В этот момент как раз из-за холма
встала луна, ну, караульный меня и заметил. Это был тот самый парень, который
приставал к Джимми, вот он и бросился на меня. Я вовсе не хотел его трогать,
думал, что он сразу отскочит, когда увидит мой кулак. В общем, кончилось все
тем, что он остался лежать, тихонько так постанывая, а я решил, что бросать
его на голой земле нельзя, потому как было довольно холодно.
В общем, затащил я его в свою камеру, из которой только что выбрался, и
уложил там поудобнее. Потом вынул у него изо рта выбитый зуб, чтоб он его
ненароком не проглотил, и ушел. Пробираться мимо часовых было опасно, но я
проскочил, даже прихватил по дороге кувшин с ку-курузовкой, а потом направился
прямиком к дороге.
Ночь стояла славная, было светло, как днем, и сойки перекликались в лунном
свете, и машины проносились по дороге, и снег шапкой лежал на деревьях. Мне
стало так хорошо-хорошо, что даже захотелось выпить. Я хлебнул из кувшина и
зашагал вперед.
Прошло, наверное, полчаса, как вдруг на дорогу, аки летучая мышь из ада,
вылетела машина и с грохотом пронеслась мимо. За рулем сидел дедуля Джимми,
Элифалет Мэк, его бакенбарды так и развевались. Я было принялся его звать, но
он меня не услышал.
Наконец я выбрался из канавы, куда прыгнул, чтобы не угодить под колеса,
снова хлебнул кукурузовки, а потом опять сиганул в канаву, потому как мимо
просвистел большой черный седан, битком набитый народом.
Один из этого народа крикнул мне что-то навроде «Думкопф!», да только я не
понял, что это значит. Я снова отхлебнул из кувшина и приготовился опять
прыгать в канаву, потому как на горизонте показалась еще одна машина.
Но возле меня она вдруг остановилась, и я увидел, что За рулем сидит
Джимми, а рядом с ним - какой-то лысый человечек.
- Сонк! - крикнул мне мой дружок. - Залазь быстрее!
- Что такое происходит? - спросил я, подходя к машине. - Я только что видел
твоего дедулю.
Тут Джимми меня сграбастал и втащил на заднее сиденье, а лысый человечек
вылез, сказал: «Поезжайте без меня» - и бросился бежать по дороге.
А мы рванули вперед с такой скоростью, с какой я еще никогда не ездил.
- Вот ведь перегни тебя через ногу, - сказал я, перебираясь на переднее
сиденье, - да успокойся ты, Джимми. Что приключилось-то такое?
- Пятая колонна, - ответил мой дружок. - Похоже, они здесь давно ошивались,
собирая информацию, а тут узнали про дедулино изобретение. Когда я пришел,
они как раз пытались заставить его выдать им формулу.
- Что, всей колонной? - спросил я.
- Это шпионы! - заорал Джимми. - Иностранные агенты! У нас завязалась
драка, и дедуля удрал вместе с документами. Они кинулись за ним вдогонку, а я,
когда пришел в себя, тоже прыгнул в машину и ходу. Ничего автобусик, верно?
Джимми - он механик. Все время говорит о движителях и всяких таких штуках.
- А тот лысый, он кто? - спросил я.
- Это его машина. Всю дорогу умолял его высадить, да у меня не было времени
останавливаться.
Мы резко свернули, потом машину занесло на грязи, потом мы поднялись на
берег реки, там развернулись и понеслись вниз. Распутавшись, я снова перебрался
на переднее сиденье и отхлебнул кукурузовки.
- Слушай, Джимми, а ты, случаем, не тогось? - подозрительно осведомился я.
- Да объясни ты толком, что происходит?
- Я и пытаюсь тебе это объяснить, дурья твоя башка! - крикнул Джимми, - Те
люди хотят отобрать у дедули его формулы. Секретный сплав для военных
аэропланов . Дедуля уже довел его до совершенства, как они...
- А почему дедуля не вызвал полицию? - спросил я.
- Откуда здесь полиция? Держу пари, дедуля сейчас несется в наш лагерь.
Больше помощи ждать неоткуда.
Какая-то случайная машина попыталась загородить нам дорогу. Джимми отчаянно
засигналил и круто пошел на обгон. Я услышал скрежет, чьи-то вопли, а когда
открыл глаза, той машины уже не было. Оглянувшись, я увидел, что она стоит в
стороне от дороги, застряв на холме промеж двух сосен.
- Вон они! - воскликнул Джимми.
Мы приближались к лагерю. Дорога сделалась совсем прямой, по бокам тянулись
холмы, и лес стоял такой красивый-красивый в лунном свете. Машина дедули Эли-
фалета была прямо впереди, но вдруг она начала крениться, потом съехала в
канаву и перевернулась.
- Шина лопнула! - Застонал Джимми.
Черный седан тоже несся впереди. Я увидел, как дедуля выбрался из
перевернутой машины, оглянулся и почесал вверх по склону холма прямиком в лес. Седан
остановился, из него выскочили какие-то люди и побежали за дедулей. Они в
него стреляли.
- Вот теперь понятно, - удовлетворенно сказал я. - Видать, они с твоим
дедулей сильно повздорили. Типичная семейная вражда, с нами такое бывало.
Впереди просвистела пуля. Двое из седана остались поджидать нас, остальные
побежали в лес. Джимми пригнулся и нажал на тормоза. Я в это время как раз
приложился к кувшину, поэтому ничего не видел. Понял только, что вдруг
пробиваю лобное стекло и лечу.
О землю я грохнулся будь здоров, да еще и в черепушке застрял кусок стекла,
больно было страсть, а потому я сел и первым делом его вытащил. Вокруг
валялись обломки машины дедули Элифалета, в которую мы врезались, а в это время
двое парней из седана схватились с Джимми. Он, конечно, коротышка, но драться
умеет так будь здоров. Наконец одному из парней удалось-таки обойти его и
схватить за руки, а второй в это время изо всех сил двинул ему прямо в
челюсть .
- Эй, вы! - сказал я, очень рассердившись. - А ну, пустите его, слышите?
Джимми повалился в снег и остался там лежать, а парни, обернувшись,
удивленно уставились на меня. Оба здоровые, крепкие, у каждого по маленькой такой
пукалке, которые больно стреляют, и оба целятся в меня.
- Еще солдат! - воскликнул один. - Убить эту швайнхунд!
Ма всегда мне говорила: оружие - не игрушка, а потому, когда парни начали
стрелять, я быстренько нырнул За останки от дедулиной машины. Двигатель у
нее, похоже, вообще держался на соплях. Да так оно и оказалось, потому как,
когда я к нему прислонился, он тут же и отвалился. Спрятаться-то я спрятался,
но пуля все равно смазала мне по уху. Двое парней шли ко мне, стреляя на
ходу.
- Он не вооружен, Ганс, - прохрипел один из них. - Заходи справа...
В армии это называется атакой с фаланги. Мне как-то не хотелось, чтобы за
спиной у меня оказался человек с оружием, а потому я решил опередить их.
Схватил двигатель и запустил им в парней, хоть эта штука и оказалась
непривычно тяжелой.
«Готт!» - выкрикнул один из них, а второй сказал: «Дер Тойфель!» А потом
они покатились в сугроб вместе с двигателем и остались там лежать, я это сам
видел - из сугроба одни ноги торчали. Ноги эти немного так подергались, а
потом затихли, и тогда я решил, что парни эти пока ко мне не полезут. Зато
бедный Джимми так и лежал на снегу с закрытыми глазами. Я оглянулся, нет ли
поблизости кувшина с куку-рузовкой, чтобы дать ему глотнуть, да только кувшин
перевернулся, а снег, где пролилась кукурузовка, так и шипел. В этой же луже
трепыхалась сойка, и что-то испуганно верещала.
Я подхватил Джимми на руки и понес в лагерь, где у меня был спрятан еще
один кувшин с кукурузовкой. Из леса доносились вопли дедули Элифалета, но ма
всегда мне говорила: в семейные разборки вмешиваться не след. Джимми - то
совсем другое дело, Джимми был моим дружком. Зато я хорошо помнил, как в
прошлом июле, когда Гудвины напали на Джема Мартина, ну, на того, что с костылем
всегда ходит, так вот после того, как я этих Гудвинов расшвырял во все
стороны, старина Джем долго гнался за мной, палил мне вслед да орал, чтоб я не лез
не в свое дело. Ма потом сказала - когда доставала из меня пулю, - что так
мне и надо.
Но тут я заметил, что крики доносятся с холма, где стоит одинокая
расщепленная сосна, и сразу передумал. Осторожненько так уложил Джимми в канаву и
побежал вверх по холму. Ногам было больно, поэтому я скинул башмаки, спрятал
их в трухлявой колоде и побежал дальше.
Не люблю я эти все новозаведения.
Там протекал ручей - так, небольшой овражек, - который перерезал холм, и
вот на краю этого самого овражка, под соснами, я и увидел дедулю Элифалета,
который отбивался от пятерых парней. Да куда ему с ними справиться! Они его
повалили на землю и держали, а он только ругался да тряс своими обгорелыми
бакенбардами.
- Ах! - воскликнул один из парней, здоровенный такой, с усами. - Вердамнт
солдат!
- Эй-эй, погодьте, - тут же сказал я. - Не цельтесь в меня из этой железоп-
левалки, мистер. Я ж к вам по-доброму.
- Он не вооружен, Курт, - прошептал другой парень. - Возможно... Курт
оглянулся по сторонам.
- Ты здесь один? - спросил он, не опуская оружия.
- А сколько ж меня может быть? - удивился я. - Вы, это, лучше бы убирались
отсюда подобру-поздорову, пока я до вас не добрался. И без вас тут беспорядка
хватает. Давайте сматывайте удочки.
Но тут дедуля принялся визжать, как кабан, которого режут.
- Помогите! - вопил он, - убивают!
- А вам я помочь не могу, - ответил я. - Ма завсегда мне наказывала, чтобы
я в чужие дела нос свой не совал. Кстати, а что вы с ним делать-то собрались?
- спросил я Курта.
- Мы.. Мы просто уйдем, - ответил он, как-то странно на меня поглядывая.
- Вот и ладно, - кивнул я. - Вы идите, а я тут своими делами займусь.
Но только я повернулся, как раздался выстрел и что-то больно стукнуло меня
по голове. Благо, я чуть в сторонку сдвинулся, а то я хорошенько мозгами
пораскинул бы. Однако ж пуля меня все-таки задела, потому как я вырубился, а
когда пришел в себя, то увидел, что стою на снегу, да еще к дереву
примотанный. Вряд ли я долго в беспамятстве валялся, но дедуля Элифалет был уже
привязан рядом со мной к другой сосне.
- Ничего себе, дружки, - укорил я парней. - Я ж и не собирался лезть в ваши
дела.
- Молчать, швайнхунд! - прорычал Курт. - Теперь быстрее за дело, у нас мало
времени. Где ты спрятал бумаги, старый дурак?
Дедуля только головой затряс, вроде как не в себе. Курт усмехнулся.
- Снимите с него ботинки. И дайте мне спички. И, Фриц, проследи, чтобы
этому дегенерату видно было.
- Какой же я дегенерал, я всего лишь только рядовой, - поправил я, но меня
никто не слушал.
Пока дедуле расшнуровывали ботинки, он орал и ругался, но все это было
разминкой, как я думаю. Зато когда ему стали подпаливать пятки - вот где дедуля
показал себя во всей красе. Я постарался запомнить некоторые из его
выражений, чтобы потом передать их дядюшке Элмеру, хотя, конечно, узнай об этом ма,
шкуру бы с меня спустила. А потом они стали жечь спички и под моими пятками,
и я даже обрадовался, потому как уже давно стоял босиком на снегу. Примерз
маленько.
- У него, похоже, подошвы из дубленой кожи, - проворчал Фриц.
- Ах! Он как динозавр - не понимает, что ему больно.
Я хотел было подсказать, что если уж он хочет сделать мне больно, пусть
пнет ногой чуть пониже пояса, но потом передумал. Через некоторое время
дедуля Элифалет простонал:
- Бумаги в пещере, черт бы вас взял! Тут есть пещера, я спрятал бумаги там.
- Йа! - сказал Курт, ужасно довольный. - Надеюсь, ты не врешь. Пошли! Фриц,
останься здесь и стереги эту парочку.
- А может...
- Подожди, пока я не найду бумаги. Потом можешь их пристрелить.
- Злые вы какие-то, - сказал я. - Эй! Дедуль! Ты про какую пещеру говорил?
Про ту, что в овраге?
Он в ответ только застонал, а Курт и с ним еще двое стали спускаться вниз.
Фриц взвел курок и усмехнулся. Я заорал вслед Курту:
- Не смейте лезть в ту пещеру, слышите? - заорал я вслед Курту.
- Фриц, если что, солдата можешь пристрелить! - крикнул он в ответ и
скрылся из виду.
Тогда-то я и скумекал, что все, пора что-то делать. И начал выдергивать
руки из веревок, которыми был привязан к дереву. Фриц это заметил и велел мне
перестать, но я его не послушался. Тогда он зашел сзади и ударил меня
рукоятью своей пукалки по рукам, что-то бормоча себе под нос. Я продолжал ерзать.
Тогда он встал передо мной и приставил дуло пистолета мне к брюху.
- Так. Сейчас я тебя убью, - сказал он. - Хайль...
Видать, не больно-то он разбирался в драках, иначе не подошел бы ко мне так
близко. Резко наклонив голову, я двинул ему прям между глаз - черепушка у
меня чуть не раскололась, да еще и заболела ужас как. Фрицова пукалка
брякнулась мне на ногу, а сам Фриц зашатался, глупо так улыбаясь, и потом тоже
упал. На лбу у него вздувалась здоровенная шишка.
Только мне было не до него, потому как я быстренько освободился и подобрал
пистолет. Дедуля Элифалет кричал мне, чтоб я его поскорее развязал, но я уж
больно спешил. Курт и его парни уже спустились в овраг. Пролезая сквозь
сугробы, я бросился вдоль берега ручья и, наконец, нагнал Курта и компанию. Они
подходили к пещере, то и дело проваливаясь в воду там, где лед был потоньше.
- Эй! - крикнул я. - Не смейте туда лезть!
Они в ответ лишь дали по мне залп, особо не целясь и о чем-то
переговариваясь на незнакомом мне языке. Я тоже пальнул в них, но промазал, потому как
никогда из подобного оружия не стрелял. Правда, потом одного я все-таки
задел , попал ему в руку, да только в левую, и понял, что дело мое дрянь. Ма за
такую стрельбу выдрала бы меня как следует.
Наконец я расстрелял все патроны, швырнул пистолет в Курта и сиганул вниз
вслед за ним. Лететь мне было футов двадцать пять, не больше, и я приземлился
точнехонько на одного из парней, как раз на того, которого в руку ранил - то
есть я хочу сказать, что, когда я на него прыгнул, у него была ранена только
рука. А потом он остался лежать головой в сугробе, слабо дергая ножками.
Итого остались трое, но палили они с такой скоростью, что двоим вскорости
пришлось перезаряжать свои пукалки. Третий выстрелил в меня и попал в ребро,
но тут я решил применить стратегию. Упав, я перекатился и облапил его за
ноги .
Остальные бросились было ко мне с явно кровожадными намерениями, но я
просто встал, продолжая держать своего парня за ноги, и принялся раскручивать
его над головой. Он заорал, и его оружие отлетело куда-то далеко в кусты. Я
встал поудобнее и продолжал крутить парня, надеясь отогнать Курта с
подручным. Мой план увенчался успехом. Когда я разжал руки, парень перелетел через
овражек и, как пушечное ядро, врезался в скалу. Больше я его не видел.
Тем временем Курт поднялся и метнулся к пещере, а второй парень направил на
меня пистолет. У меня не было времени вступать с ним в переговоры, а потому я
со всего маху заехал ему прямо в брюхо. Он никак не хотел отдавать пистолет,
да только руки сами разжались, когда я из него немного дух вышиб.
- Ах! - сказал он. - Дер блитцкриг! - Но это были его последние слова.
Курт уже был в пещере, когда я до него добрался. Он как раз нагнулся и
засовывал в карман какие-то бумаги, но сразу обернулся и выстрелил в меня,
правда, промазал жутко. Оружия у меня не было, да и времени не было его
искать , а потому я просто зачерпнул пригоршню снега.
Как раз когда я швырнул в него снежком, мне в плечо угодила пуля, и левая
рука сразу обвисла. Но я очень метко швыряюсь - это вам и ма скажет, - и мой
снежок попал Курту прямиком в лицо. Наверное, в этой снежке было и земли
немножко , судя по тому, как повел себя Курт.
Затем я подбежал и хотел схватить его пистолет, но он никак не желал
расставаться со своей пукалкой. А потому сильно двинул меня как раз туда, где
больно. Я очень не люблю, когда меня туда бьют, поэтому я схватил его за руку
и немного так пошвырял, да все о стену. Он сначала верещал, потом затих,
вроде как вырубился, а когда я его отпустил, он пулей вылетел из пещеры, и несся
не останавливаясь, пока не остановился о сосну за овражком. После этого
бухнулся в ручей и больше не показывался.
Из меня сочилась кровь, но у меня еще было полно дел. Я собрал всех парней
и потащил их к тому месту, где был привязан дедуля Элифалет. В кувшине, что
разлился, еще плескалось на дне самый чуток кукурузовки, поэтому, отвязав
дедулю от дерева, я дал ему сделать глоток. После чего стал ждать, когда тот
немного успокоится. Тем временем на холме показался Джимми, который,
пошатываясь, вел за собой целую армию во главе с полковником и майором, а потому
мне пришлось мой кувшин быстренько сунуть под куст.
Затем случилось так много всякого шума и гама, что я почти ничего не помню,
кроме того, что снова оказался в лагере, в своей палатке вместе с Джимми. Я
лежал на койке и перебирал пальцами ног, которые весьма вольготно себя
чувствовали без этих тесных башмаков. Смешно было вспоминать, как все суетились
вокруг моего плеча со всеми этими бинтами и лекарствами. Ма шлепнула бы
примочку , влила бы в меня галлон кукурузовки и надавала тумаков, чтоб не лез ку-
да не следует. Только я когда немного подумал, то решил, что и вовсе я не лез
куда не следует. А совсем наоборот. Вот и Джимми подтвердил.
- То были шпионы, Сонк. Иностранные агенты, - сказал он, попыхивая
самокруткой . - Держу пари, тебе дадут медаль.
- Ну, ты даешь, - сказал я. - Я ж всего-то защищал свои права.
Джимми удивленно так на меня посмотрел и продолжил:
- Дедулин сплав оказался что надо. Завтра полковник отсылает дедулю вместе
с его формулами в Вашингтон. А ты спас его открытие от грязных шпионов, Сонк.
Ты смельчак, каких я еще не видывал.
- Просто я не мог позволить им войти в ту пещеру, - сказал я и сразу
заткнулся, потому как понял, что проговорился.
Но Джимми тут же начал приставать ко мне с расспросами и не отставал до тех
пор, пока я ему все не рассказал, но прежде взял с него слово, что он будет
как могила.
- Как думаешь, где я брал свою кукурузовку? - спросил я. - По-твоему, мне
ее из Кентукки в посылке присылали? У меня самогонный аппарат есть.
У Джимми отвисла челюсть.
- Ты хочешь сказать, что...
- Ну да, - кивнул я, - в той пещере. Только никому не говори, а то ни
одного глоточка больше не дождешься. А кукурузовка у меня - во какая! Меня сам
дядюшка Элмер обучал.
Джимми расхохотался так, что чуть не лопнул, а когда немного успокоился, то
сказал:
- Лады, Сонк. Значит, ты нелегально держишь в лесу самогонный аппарат. Но
болтать о нем я не стану. К тому же ты герой. Ты ведь захватил в плен тех
шпионов, верно?
- Ошибка вышла...- признался я. - Я-то думал, ко мне енти, как их, нагловики
пожаловали. С виду-то форменные они были...
Технологии
ПИРОТЕХНИКА ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ
Изготовление
Чёрного Пороха
Первая статья в разделе будет посвящена именно основе основ. Чёрный порох
раньше использовался в боеприпасах, после чего был заменён бездымным
пироксилиновым порохом. Зато он активно продолжает применяться в изготовлении
различной пиротехники, фейерверков и обычных китайских петард.
Вообще Чёрный Порох это классический представитель топливно-окислительных
смесей (ТОСов). С некоторыми модификациями может применятся во взрывпакетах,
светодымовых и ослепляющих гранатах, фонтанах для создания искр, а также как
топливо для ракет.
ЧП выглядит как чёрный порошок, частично растворимый в воде, если поджечь
небольшую щепотку пороха, то он быстро сгорит с интенсивной вспышкой и
выделением облачка белого дыма. Если поджечь порох в прочном контейнере, то он
разорвёт его с сильным звуком на крупные осколки, при использовании
детонатора взрыв намного усиливается.
Основной состав чёрного пороха состоит из трёх веществ:
1. Древесный уголь
Самый качественный древесный уголь
берёзовый или липовый. Также хороший
уголь продаётся в магазинах для
мангалов и шашлычниц. Ещё изготовить
древесный уголь можно самому.
Каменный уголь не подходит, уголь
активированный из аптеки несколько хуже и
обойдётся вам значительно дороже.
Уголь из всяких фильтров для очистки
воды и противогазов ещё худшего
качества , не рекомендую его использовать.
2. Сера
Сера представляет собой мелкий
порошок желтого цвета. Может продаваться
на рынке, в магазинах удобрений, как
насыпом, так и в виде кусков. Ещё
сера может продаваться в зоомагазинах
как кормовая добавка для животных
(для улучшения шерстяного покрова).
Не подходит:
Сера коллоидная не подходит, так как
имеет много примесей.
Сера со спичек не подходит тоже, так
как это не сера, а состав других
веществ .
Сера из ушей тоже, как ни странно, не
подходит - серы там вообще нет.
3. Селитра
Селитра используется калиевая, с
натриевой эффект будет несколько хуже,
и готовый порошок будет более
гигроскопичен .
Аммиачная для изготовления пороха не
подходит вообще!
Селитра продаётся в магазинах
удобрений и на рынке.
Чтобы сделать Чёрный Порох нужно просто смешать все компоненты, но они
должны быть хорошо подготовлены. С серой делать ничего не надо, она уже имеет
готовый вид. Уголь разбиваем молотком на мелкие кусочки и тщательно
перемалываем в мелкий порошок в кофемолке. При этом он будет очень сильно пылить, тут
уж ничего не поделаешь, можете надеть респиратор или открыть окна и стараться
им не дышать.
Селитра, которая похожа на снег, любит слеживаться комками, хоть калиевая
наименее гигроскопична из всех, нужно всё же просушить её в духовке с
полчасика на маленьком огне, с слегка приоткрытой дверкой. Изредка перемешивайте,
не нужно доводить до плавления. Можно просушить на батарее, только это займёт
больше времени.
После этого также измельчить в кофемолке до мелкого мукообразного порошка:
В зависимости от процентного соотношения порошков в конечном составе, вы
получите различный характер горения пороха.
Компоненты отмеряются в весовых частях! Пропорция классического ЧП -
75/15/10 (Селитра/Уголь/Сера). Но как показала практика, у многих в такой
пропорции порох получается не очень хорошим и плохо горит. В зависимости от
цели, для которой делается порох (вышибной заряд для мортир, для звёздок, для
ракетных двигателей, на фитили и т.д.) варьируют пропорции, чтобы получить
порох разной мощности и скорости горения.
Для начала попробуем изготовить самый мощный состав:
ЧП-1
• 65 % - селитры
• 17 % - серы
• 18 % - угля
Возможно после тестирования придется добавлять того или иного порошка,
чтобы устранить ошибки. Об этом чуть ниже.
Сначала хорошо смешиваем ложкой всю смесь, но этого недостаточно. Для
получения хорошего состава нужно использовать подручные ступку и пестик, долго и
тщательно перетирая порошок. Вся проблема будет заключатся в селитре,
которая, даже хорошо просушенная, любит сворачиваться в комочки, которые при этом
легко рассыпаются при растирании.
Чтобы получить порох приемлемого качества, нужно смесь минут 15
перемалывать в кофемолке.
Идеальный вариант (максимальное качество, достигнутое в домашних условиях)
- это использовать шаровую мельницу, которая работает несколько часов и
перемалывает состав в пыль. К сожалению, мало кто ею располагает, но можно
попытаться сделать самому.
Возьмите небольшую щепотку пороха и подожгите на твёрдой поверхности.
Качественный порох должен моментально пыхнуть, а не гореть несколько
секунд. Занимается от спички правда не моментально, а через секунду-две, это
нормальное и частое явление.
Запомните характер горения, посмотрите на то, что осталось на месте
порошка :
1. Если остаются большие белые пятна, значит в смеси много селитры, - надо
добавить угля и серы.
2. Если после сгорания остаётся чёрный порошок - добавьте селитры.
3. Если смесь плохо загорается - значит, не хватает серы.
4. Если при горении выделяется много едкого дыма - перебор с серой.
Вот ещё некоторые составы, которые можно получить, они более спокойные и не
такие мощные как первый:
ЧП-2
• Калиевая селитра - 50%
• Сера - 25%
• Уголь - 25%
ЧП-3
• Калиевая селитра - 70%
• Сера - 10%
• Уголь - 20%
Поэкспериментируйте с ними и выберите, какой вам больше понравился.
Гранулированный порох становится ещё менее гигроскопичным, и сгорает
быстрее, чем просто порошок. Чтобы его сделать нужно постепенно, по каплям,
постоянно перетирая ложкой добавлять горячей воды или лучше спирта (не
горячего) , до состояния рассыпчатой густой кашицы. (Также в пиротехнике при замесе
пороховой мякоти в качестве связующего используют декстрин или НЦ лак.)
< ч
Потом эту кашу протереть через сито, получившиеся гранулы хорошо высушить.
Порох готов. Хранить лучше всего в герметичной стеклянной таре.
Алюминиевый порох
Алюминиевый порох - это топливоокислительная смесь (ТОС), которая
применяется во многих пиротехнических изделиях: в первую очередь в фонтанах, в фае-
рах, бенгальских огнях, во флеш составах, в ослепляющих взрывпакетах и многих
других.
Алюминиевый порох отличается от обычного Чёрного пороха в первую очередь
очень ярким ослепительно белым цветом пламени, намного большей температурой и
скоростью горения.
Также из алюминиевого пороха изготавливаются высокотемпературные
зажигательные трубки, способные зажечь, например, термит или любые другие трудно-
воспламеняемые смеси.
Состав алюминиевого пороха почти такой же как у ЧП, только меняется один
компонент.
Вам понадобится:
• Алюминиевая пудра (серебрянка).
• Калиевая селитра (KNO3) . Альтернатива - Натриевая селитра (ЫаЖЭз) .
• Сера (S).
Всё, что нужно подготовить, это только просушить в духовке и измельчить в
кофемолке селитру.
Сера и серебрянка продаются уже в готовом виде.
Пропорции состава могут варьироваться, в зависимости от того, чего вы
хотите достичь. Если вам нужно большой мощности, для использования во взрывпаке-
тах и бомбах, то увеличьте в смеси содержание селитры. Если большей яркости и
ослепления для использования во флеш составах и пиро-изделий типа фонтанов,
то увеличьте содержание алюминиевой пудры.
Оптимальной пропорцией для использования в пиротехнических изделиях
является следующая:
• Калиевая селитра (KNO3) - 50%
• Сера (S) - 15%
• Серебрянка (А1) - 35%
Для взрывпакетов и бомб
• Калиевая селитра (KNO3) - 65%
• Сера (S) - 15%
• Серебрянка (А1) - 20%
Для ослепляющих гранат
• Калиевая селитра (KN03) - 40%
• Сера (S) - 20%
• Серебрянка (А1) - 40%
Все компоненты естественно берутся в весовых частях.
Собственно изготовление заключается в тщательном смешивании всех
компонентов , а точнее интенсивное перетирание их в ступке.
Более качественную смесь можно получить, если перемалывать селитру с серой
в шаровой мельнице, а потом под конец добавить алюминиевую пудру, чтобы всё
хорошо перемешалось.
Ещё лучшего результата можно добиться, если предварительно сплавить вместе
смешанные селитру и серу. Это можно сделать в любой металлической банке на
электроплитке. Нужно достичь температуры (около 120°), при которой сера
расплавится и пропитает селитру. Потом состав нужно остудить и размельчить в
кофемолке . Ну а дальше опять таки его можно либо просто смешать в ступке с
алюминиевой пудрой, либо кинуть в шаровую мельницу, что более предпочтительно.
Готовый состав по внешнему виду и свойству практически идентичен
алюминиевой пудре, также пылит и мажется:
Чтобы протестировать полученный состав, подожгите небольшую щепотку
алюминиевого пороха. От спички воспламеняется не моментально, но когда это
произойдет , то он не горит, а вспыхивает весь моментально с небольшими клубами
дыма и временным ослеплением («зайчиками») испытателя.
К механическим воздействиям алюминиевый порох не чувствительный, в том
смысле что он абсолютно безопасен при обычной с ним работе. Эксперименты с
ударами по нему молотком или трением между наждачкой и металлом не проводил.
Но в этом плане он будет чувствительней, чем Чёрный порох.
Хранить его нужно в герметичной таре, также как и ЧП. Срок хранения неиз-
вестен, но способности слеживаться, расслаиваться или затвердевать у
алюминиевого пороха нет. Спустя почти год, качество моего пороха не изменились.
Изготовление фонтана
Иногда хочется отвлечься от обычных взрывов и попробовать изготовить что-
нибудь из пиротехники, чтобы это выглядело очень красиво, и не стыдно было
людям показать и самому полюбоваться. Так называемая гражданская пиротехника
позволяет нам не идти на испытательную площадку, например в лес, чтобы
увидеть результат своего труда. А самое главное можно показать свой самодельный
фейерверк многим людям, а не только друзьям и собратьям по хобби.
Очень приятно становится на душе, когда при испытании своей пиротехники
слышишь где-то вдали детские радостные крики «Салюты, салюты», а не грозные
ругательства в свой адрес от их родителей после испытания взрывпакетов...
Фонтан (или вулканчик) - это пиротехническое изделие, позволяющее безопасно
использовать его в окружении большого количества людей и на ограниченном
пространстве, в некоторых случаях даже в закрытых помещениях (при использовании
состава, не образующего дыма). Чаще всего фонтан используется как задний фон
на коллективных праздничных фотографиях.
С теорией закончили, теперь переходим к практике.
Сначала подготовим корпус для будущего фонтана. Мы будем делать не конусный
вулканчик, а использовать обычную прямую трубку. Раздобудьте трубку длиной
15-20 см, сделанную из толстого картона, толщиной минимум 3 мм, опять же -
мортирки от использованных фейерверков подойдут в самый раз. Ни в коем разе
не использовать железную или стеклянную оболочку, если вам дорога ваша и
окружающих людей жизнь!
Снизу должна быть заглушка из глины, если нет - делаем сами, заливаем на
дно гипс или алебастр, пломба должна быть 4-5 см. Трубку хорошо просушите
пару часов и можно забивать состав.
Для белого, с красивыми искрами, фонтана будем использовать следующую
смесь. Сначала необходимо изготовить алюминиевый порох в следующей пропорции:
• Калиевая селитра - 50%
• Сера - 15%
• Алюминиевая пудра (серебрянка) - 35%
Напомню, что селитра обязательно перед смешиванием очень хорошо
просушивается в духовке и измельчается в муку в кофемолке. Все три компонента
тщательно смешиваются и перетираются. Идеальный вариант использовать шаровую
мельницу, но за не имением этого устройства, приходится пользоваться обычной
ступкой и пестиком.
Работайте в респираторе, чтобы не надышатся алюминиевой пудрой. Мешайте и
перетирайте, пока не убедитесь, что смесь однородна и отсутствуют всякие
комочки (селитры с серой). В конечном итоге смесь по внешнему виду будет похожа
на серебрянку, только не так сильно пылить (см. выше).
В качестве искрообразователя используется стружка алюминия. Лучший метод
быстро её наточить - это найти кусок алюминия и небольшим сверлом наделать в
нём кучу отверстий.
Если стружка получится слишком крупной, её потом можно будет перетереть
между двумя крупнозернистыми точильными камнями. Вместо дрели можно
воспользоваться круглым напильником, но на это уйдёт много времени.
Стружку магния использовать нельзя, потому что он, в отличие от алюминия,
имеет слишком большую скорость горения, что приведёт к очень быстрому
сгоранию состава и взрыву фонтана!
К готовому алюминиевому пороху добавляется 25-30% стружки. Я мерил по
объему, поэтому на 100 мл алюминиевого пороха в мерном стаканчике добавлял один
бочонок из-под фотоплёнки стружки, что как раз являлось четвёртой частью.
Смесь опять хорошо перемешивается.
Теперь нужно не просто насыпать, а именно плотно запрессовать состав в
картонную гильзу. Не весь сразу, а частями, то есть засыпали сантиметра два,
утрамбовали каким-нибудь цилиндром, и так до самого конца.
Для чего нужна плотная утрамбовка: если смесь будет легко насыпана, то там
будет достаточно воздуха, чтобы огонь быстро проник вовнутрь, что приведёт к
быстрому сгоранию всей смеси и взрыву фонтана! Это мне подсказали одни умные
пиротехники, а также в последствии было проверено на личном опыте.
Засыпаем смесь и забиваем сверху шайбу из плотного картона не доходя до
конца гильзы так, чтобы осталось 3-4 см под верхнюю пломбу.
Пломбу также заливаем из гипса (или из алебастра) до самого верха.
Предварительно можно где-то в середине повкручивать в гильзу несколько шурупов, для
того чтобы заглушка не вылетела от давления. Я с таким не сталкивался,
поэтому обычно пропускаю этот момент.
Трубка кладётся на батарею и сушится пару тройку часов, после чего можно
сверлить сопло. Делается обычным сверлом примерно 10 мм в диаметре. Сверлите
на маленьких оборотах, особенно когда достанете до картонной шайбы и смеси.
Если сделать сопло слишком узким, то есть риск что фонтан взорвётся, если
слишком широким - то фонтан будет иметь небольшую высоту. Экспериментальным
путём находится минимальный диаметр, при котором фонтан работает так, как
нужно и не приводит к взрыву. Я думаю, это не меньше 8 мм для данной смеси,
но сам делаю обычно 10 мм, как я уже говорил.
Осталось насыпать в сопло немножко чёрного пороха или той же смеси, если у
вас что-то осталось, вставить нормальной длины хороший пиротехнический фитиль
и заткнуть ваткой, чтобы смесь не высыпалась.
Изготавливая фонтан впервые, не испытывайте его в общественном месте среди
людей, не факт что он у вас получился.
Фонтан сделанный по этой технологии имеет высоту около 2.5 метров, из-за
реактивного характера смеси длительность горения составила всего 20 секунд.
Звездочки
Звезда представляет из себя пиротехнический состав, которому придали форму
(обычно шарик не больше 1 см в диаметре). Звезда применяется в пиротехники
для изготовления бураков, ракет, римских свечей.
Для изготовления нам понадобится всего лишь простой шприц, металлическая
пластинка и один из следующих составов (в частях или в процентах):
Для белого цвета
• Калиевая селитра 39,19%
• Сера 6,18%
• Уротропин 4,5%
• Пироксилин 9,59%
• ПАМ1 39,75%
• Парафин 0,69%
Зелёный цвет
• Перхлорат аммония 60
• Магний 2 3
• Сульфат бария 17
• Дихромат калия 5
Оранжевый цвет
• Перхлорат аммония 60
• Магний 30
• Сульфат кальция 10
• Дихромат калия 5
Красный цвет
• Перхлорат аммония 48
• Магний 2 8
• Сульфат стронция 19
• Дихромат калия 5
Порошок алюминия и магния. Соответствует примерно составу Mg4AI3 (54%- Mg) имеет
теплоту образования + 49 ккал/моль. Плотность 2,15. Температура плавления 463°С.
Жёлтый цвет
Перхлорат аммония 50
Магний 4 0
Сульфат натрия 10
Дихромат калия 5
Синий цвет
Хлорат калия 4 6%
Окись меди 15,5%
Нитрат калия 15,5%
Сера 23%
или
Калиевая селитра 65%
ХОМ2 13%
Сахар 12%
ПВХ3 5%
Декстрин 5%
Золотой цвет
Калиевая селитра 50
Сосновые древесные угли 21
Сера 9
Поваренная соль 11
Алюминий 9
Далее приготавливаем пороховую мякоть4 с добавлением декстрина, где-то 4-
10% (не больше!). Можно без декстрина, но тогда опрыскать НЦ лаком
(воспламеняться будет хуже).
Затем берем шприц (можно кондитерский) и заправляем кашицу в него. Далее
возьмем нашу пластинку. Я взял крышку для закатки (ее можно найти в любом
хозяйственно магазине). Выдавливаем шприцом состав, формируя его в шарообразную
форму. Ставим в духовку на пять минут на маленький огонь. И для полного
высыхания ставим на батарею на двое суток.
Еще несколько простых составов звезд (в граммах):
Жёлтые
• Порох 4 0
• Уголь 10
или
• Калийная селитра 32
• Порох (мука) 32
• Сера 20
2 Хлорокись меди
3 ПолиВинилХлорид — источник хлора (57% хлора) .
4 Пороховая мякоть - один из составов описанный выше.
• Уголь
• Смола
8
4
Синие
• Порох 55
• Цинк (пудра) 45
• Декстрин 5.2
Разводить на спирте!
Зелёные
• Калийная селитра 14
• Сера 2.5
• Уголь 7
• Цинк (пудра) 40
• Декстрин 1
Разводить на спирте!
Или
• Калийная селитра 35
• Пороха 4 0
• Серы 10
• Нитрат бария 50
• Уголь 10
Белые
• Калийная селитра 10
• Серебрянка5 5
• Декстрин 0.5-1
или
• Калийная селитра 42
• Сера 18
• Порох (мука) 18
После просушки звёзды должны быть хорошо смазаны зажигательной замазкой и
посыпаны пороховой мякотью.
Тигриный Хвост
• Нитрат Калия 55
• Уголь 30
• Сера 8
• Декстрин 7
Этот эффект оставляет длинный след искр, горящих в небе. Обычно
используется как состав для комет на раковинах, чтобы оставить оранжевый «хвост» как
полосы раковины вверх.
5 Алюминиевая пудра.
Составы разводится в смеси 75% воды и 25% спирта. Затем с помощью шприца
звезды формируются и сушатся.
Простой бурак
Вообще бурак это довольно популярное изделие, используемое в пиротехнике.
Его главные плюсы в том, что оно довольно безопасно, дешево, а также
наполняемое очень большим ассортиментом не самостоятельных компонентов, таких как:
кометы, швермеры, обычные звездочки и т.д.
Рассмотрим случай со звездочками в связи с его популярностью и простотой.
Цвет и состав звездочек для бурака особо роли не играет, но предпочтительнее
использовать долгоиграющие для достижения наивысшего эффекта.
Для изготовления бурака нам понадобится:
1. Корпус. Желательно использовать толстый (толщина стенок 0,5 см). Для
начала подойдет небольшой диаметр где-то 30 мм и больше. После изучения основ
можно перейти к большим диаметрам.
L
2. Заглушка. Материал на ваше усмотрение. Это может быть глина, гипс,
алебастр , кошачий наполнитель, пыж из твердого картона. Кому как удобно.
3. Гранулированный порох, порох на шелухе и т.д. От качества помола и
точности взвешивания зависит высота выстрела звездок и других компонентов.
4. Салфетки или пыжи из твердого картона.
5. Звездки, кометы или другие несамостоятельные изделия.
6. Фитиль (стопин - подходит только он).
7. Скотч и бумага для формирования квика (быстрого фитиля).
8. Техника безопасности.
9. Инструменты и материалы
Приступаем к изготовлению бурака.
1. Берем наш корпус и вставляем до самого низа заглушку по диаметру корпуса
(должна плотно входить). Если воспользуемся гипсом - просто заливаем в
корпус. Глину забиваем. Вот корпус с вставленной заглушкой:
2. Оборачиваем часть фитиля в бумагу и склеиваем скотчем. Получился квик.
3. Прокладываем фитиль вдоль корпуса (часть фитиля изготовленного в пункте
2) до самой заглушки. Закрепляем скотчем. Надо чтобы часть фитиля выглядывала
из квика, чтобы передать огонь пороху.
4. Закладываем гранулированный порох (или другой какой). Каждый сам
наловчится и выработает свою пропорцию, поэтому я не буду писать сколько положил в
граммах.
i
5. Ставим салфетку как заглушку (если используется пыж, то делаем дырку для
передачи огня звездам).
6. Закладываем звезды, кометы или другие несамостоятельные изделия.
7. Поверх кладем несколько салфеток или пыж из твердого картона
(предпочтительнее) .
8. Скругляем края как в патронной гильзе и обматываем всё изделие бумажным
скотчем для придания товарного вида. Не забудьте написать на корпусе какой
эффект используется в данном бураке.
Ракета "Разъярённая Гюрза"
Петарды это конечно хорошая вещь, но ничто в пиротехнике по красоте эффекта
не сравниться с ракетами.
Изделие, которое я вам хочу представить, вы можете спокойно купить в
магазине, но сделать это своими руками куда интереснее и приятнее.
Названа она "Разъяренная Гюрза" соответствуя своему эффекту.
Ракета с ядреным шипением взлетает на высоту до 30 метров, хлопает и
выпускает звездочки любого цвета, такого, каким вам заблагорассудится ее
напичкать .
На рисунке вы можете увидеть ее схему.
Итак, начнем изготовление пиротехнического изделия.
Самая важная часть ракеты - двигатель, который обеспечивает её перемещение
в пространстве. В зависимости от предъявляемых требований, он может быть ско-
ростнее или медленнее, мощнее или слабее.
Изготавливается он из мягкого картона, хорошо, без изломов, скручивающимся
в трубку, например, как в коробке от конфет.
Вырезаем полосу шириной 5 см и длиной 20 см. Накручиваем ее на карандаш
(стержень или любую другую палочку) формируя внутреннее отверстие диаметром
около 8 мм. Важно: скручивая обязательно промазывая клеем по всей длине
картона .
На торец верхней части приклеиваем кружок из хорошо пропитанной калийной
селитрой тонкой бумаги (например, газетной или лучше сигаретной).
Переворачиваем двигатель, засыпаем составом: Черный порох в смеси с углем
(ЧП+С), но если есть возможность, заливаем, разводя на декстрине со спиртом.
Готовится этот состав просто: берем черный порох (я беру магазинный
гранулированный) , перетираем в ступке или мелем в кофемолке и прибавляем угля до
тех пор пока ... (берем щепотку на анализ, поджигаем - сгорание должно стать
несколько медленнее чем у ЧП, примерно в 1,5 раза и сопровождаться
разбрасыванием красных угольных искр).
Этот состав необходим для того, чтобы ракета оставляла за собой шлейф из
искр и сопровождала процесс шипением (это же гюрза, и тем более,
разъяренная) .
Под самый конец засыпки или цементирования состава вставляем кусочек фитиля
(Фитиль 2 на схеме), аналогичного применяемому в магазинных ракетах.
Длина Фитиля 2 не менее 2 см.
Далее, самый важный этап.
Состав, обеспечивающий высоту, скорость полета, здесь уже кому как
нравится .
Берем черный порох, перетираем с опилками магния в ступке и снова... берем
щепотку, несем на анализ.
Для того чтобы понять примерный эффект состава при горении, необходимо
купить ракетку свистульку - высыпать белый порошок поджечь... смотрим: мгновенная
вспышка с шипением.
Можно этого добиться и самостоятельно, просто сыпьте понемногу магния к ЧП,
и проверяйте как сгорает... мгновенная вспышка, шипение - самое то, для
скоростных ракет, стремительно набирающих высоту.
Засыпаем в наш двигатель данный состав (желательно чтобы высота столбика в
двигателе была не менее 1,5 см, ракета все таки тяжеловата).
Под самый конец засыпки вставляем основной фитиль и здесь уже присыпаем
остаток до низа двигателя составом ЧП+С, который необходим для некоторого
замедления взлета ракеты, чтобы подальше отбежать, приклеиваем снизу кружок
бумажки с отверстием под фитиль, чтобы состав не высыпался из двигателя при
транспортировке, пропускаем фитиль.
Длина основного фитиля должна превышать 7 см.
Двигатель ракеты полностью готов.
Далее берем наш двигатель окручиваем проклеивая каждый слой картона клеем,
новой картонкой шириной 10 см на 20 см.
Высота ракеты будет 10 см. Двигатель помещается в самый низ общего корпуса.
Итак, у нас получилось изделие, внизу которого движок-цилиндр, вверху 5 см
пустого пространства. Засыпаем сверху черного пороха не менее 2 см по высоте
столба, далее шарики-звездочки любого цвета.
Я делал такие: цвет как при горении частичек угля, но горят вплоть до
посадки на землю, а некоторые даже начинают искрить белыми огнями при
соприкосновении с землей.
Дам пропорции в объемных частях:
• ЧП 50%
• Уголь 20%
• Магний 20%
• Декстрин 10%
Сверху вставляется неплотно бумажный комок и с самого верхнего торца ракеты
клеится кружок бумаги.
Ну а в итоге... система крепиться на палочку-стабилизатор (посмотрите как на
китайских ракетках), я беру тонкие прямые веточки с деревьев.
Стабилизатор необходим для удержания ракеты по заданному курсу.
Устанавливаем на открытой площадке, поджигаем, отбегаем (радиус опасной
зоны при вертикальной установке 5 м) и... в полет ГЮРЗА! ! !
Даже нет... в бой! ! !
Sparkling Wand
Это один из вариантов усовершенствованного бенгальского огня.
На картинке ниже вы можете видеть, как примерно он будет выглядеть.
Начнем с самого простого. Нам надо изготовить палочки, за которые его будем
держать. Из экономии я использовал полоски картона, но вы, конечно, можете
приспособить что-нибудь получше.
Далее необходимо изготовить трубочки. Лучше всего подходит журнальная
бумага , так как она достаточно плотная, но при этом тонкая и легко прогорает.
Достаточно 3-4 оборота, не больше, иначе она не прогорит, и вместо искр вы
получите фонтан горячего воздуха.
Для изготовления таких трубок просто накрутите их на любой маркер и
проклейте край, затем сдвиньте склеенную трубку немного вперед и загните концы
как свастику, чтобы сформировать "перекрестное закрытие" конца - берете и
сгибаете края вместе, чтобы по форме получилось как крестовая отвертка, затем
2 противоположных края сгибаете в противоположные стороны, и затем также
сгибаете 2 других края, получается, что каждый из загнутых треугольников лежит
на следующем. Такое сгибание нужно для формирования хорошего запала. Теперь
положите сушиться на пару часов.
Далее берите охотничью спичку и проталкивайте между загнутыми краями
"свастики", если вы все сделали правильно, то она войдет очень плотно и
полностью зафиксируется на уровне серной головки. Для надежности капните
капельку клея, чтобы приклеить спичку намертво.
Снова подождите часок, пока засохнет. Можно положить на батарею, тогда оно
высохнет уже через 10 минут.
Теперь надо изготовить искровой порох.
Идите в любой цветочный магазин и покупайте аммиачную селитру. Да, именно
ее и никакую другую. К счастью, в отличие от калийной селитры, аммиачная
продается в любом цветочном магазине.
Итак, составы:
• Аммиачная селитра 60
• Активированный уголь 40
Обычный искрящийся состав. Начните с этого.
• Аммиачная селитра 50
• Активированный уголь 45
• Калийная селитра 5
Усиленный состав, искры разлетаются немного дальше и красивее, но минус в
том, что немного быстрее сгорает.
• Аммиачная селитра 20
• Калийная селитра 20
• Уголь 55
• Сера 5
Реактивный состав, искры разлетаются очень далеко и сильно. Держать в руках
я бы не рекомендовал.
После изготовления состава нужно наполнить им подготовленные трубки. Просто
берем и засыпаем его внутрь без трамбовки! Если утрамбуете, то искры вылетать
не будут, а будут оставаться внутри, что нам совершенно не надо. Когда
наполните доверху, просто постучите трубкой об стол, чтобы немного распределить
смесь внутри. Заткните край куском бумаги - протолкните комок туда пальцем.
Должно получиться вот так:
После этого втыкайте туда приготовленные палочки из картона и обматывайте
парой оборотов липкой ленты для фиксации их на своем месте.
И вуаля! В результате у вас получится вот что:
Фальшфейер
Фальшфеер или, по-простому, фаер - имитационное пиротехническое изделие,
предназначенное для освещения местности и для использования в развлекательных
целях. Он представляет собой тонкостенную гильзу, начиненную пиротехническим
составом, излучающим при горении яркий свет. Между тем, красивые цветные фае-
ры смотрятся очень зрелищно. В данной статье я расскажу вам, как сделать фаер
красного огня. Итак, приступим. Нам понадобятся следующее:
1) Лист бумаги формата А4
2) Навойник
3) Мучной либо крахмальный клейстер
4) Гипс (алебастр)
5) Оправка
6) Набойник
7) Фитиль
Из реактивов нам потребуются:
ПВХ (Поливинилхлорид)
С ПВХ дела обстоят намного лучше, из
него изготавливаются множество вещей,
например, сантехнические трубы,
оконные профили, вагонки для отделки и
многое другое. Для получения порошка
нужно будет поработать напильником. В
данном рецепте ПВХ введен как донор
хлора, который в зоне горения
соединяется с ионами стронция образуя летучий
монохлорид ион SrCl+, окрашивающий
пламя в красный цвет. Без введения ПВХ
цвет пламени будет розовым.
Сера
Сера приобретается в зоомагазинах, как
добавка для животных, под торговым
название
"кормовая сера"
Магний
Из магниевого сплава состоят части
двигателя запорожца, улитка бензопилы
"Дружба" и "Урал", крючки для
гардероба , аноды для бойлеров, колеса от
вертолетов и самолетов, точилки для
карандашей, в общем, вариантов много.
Разумеется, без напильника здесь также
не обойтись.
Чтобы сделать корпус необходимо взять лист бумаги А4 и с помощью навойника
накатать тонкостенную гильзу, ни в коем случае не проклеивая её клеем.
При этом толщина гильзы должна быть 1-2 слоя бумаги. Разумеется, вас
заинтересует вопрос, зачем так тонко? Объяснение этому кроется в следующем: При
использовании толстой гильзы пламя очень сильно забивается желтым цветом в
результате ее горения, и ни о каком цветном пламени не может быть и речи!
Скрутив гильзу, вы должны проклеить её край крахмальным либо мучным
клейстером.
Делается он легко: насыпьте в стакан муки и залейте небольшим количеством
кипятка. Перемешав, мы получим густую суспензию, которую используем по
назначению. Не надо клеить ПВА либо силикатным клеем, так они менее горючи и
гораздо больше желтят из-за наличия соединений натрия в составе.
Получив гильзу, сделаем густой гипсовый раствор и замажем отверстие с
одного конца на глубину 5-6 см, чтобы было удобно держать фаер в руке.
После сушки мы имеем готовый корпус для фаера! Переходим к следующему этапу
- изготовлению горючего состава. Для изготовления состава для фальшфеера
отмерим следующие вещества в указанной пропорции (разумеется, по весу):
• Sr(N03)2 60
• ПВХ 20
• Мд 10
• S 10
Затем загрузите первые три компонента в кофемолку на помол в течение одной
минуты. Полученный порошок смешайте с магнием в банке перетряхиванием. Состав
беречь от влаги, так как Бг(ЫОз)2 склонен к образованию кристаллогидрата
Sr (NO3) *4Н20. Полученный состав выглядит так:
Он не чувствителен к удару, трению, статике, можете использовать его, не
опасаясь за свою жизнь и здоровье. Проверьте его: Если при поджигании горит
насыщенным красным пламенем, то все сделано верно, если же проскакивает
желтизна , то необходимо улучшить помол.
Гильзу нужно поместить в оправку (трубу, равную своим внутренним диаметром
внешнему диаметру гильзы) и аккуратными несильными ударами набойника
выполнить прессовку состава, оставив сверху пару сантиметров свободного
пространства .
Выполнив это, нужно аккуратно вставить фитиль и загнуть верхний край
гильзы.
Есть очень хорошее решение проблемы фитиля. В хозмагах часто встречается
такая колючая и лохматая веревка. Её называют "пенька", "джут", "шпагат" и
т.д. Вымочив её в концентрированном растворе калиевой селитры, мы получаем
отлично горящий фитиль!
Объемный огненный шар
Примерно похожий метод используют киношные пиротехники, только вместо
бензина они используют немного другую жидкость. В итоге здание в фильме не
взрывается (оно стоит денег), а просто-напросто из всех окон и прочих щелей
вырываются большие клубы пламени.
Сначала объясню принцип спецэффекта.
Определённый объем горючей жидкости (бензина, керосина) с помощью не
сильного взрыва распыляется в пространстве и одновременно зажигается. В
результате получается объемный огненный шар, столб, грибок. Форма и направление
зависит от многих условий, например ветра, формы ёмкости с бензином, и если не
отработать технологию, то каждый раз будет получаться по-разному.
Но так как мы не занимаемся этим профессионально, для нас это не
принципиально , главное получить красивое зрелище и огонь до второго этажа.
При изготовлении я буду отталкиваться от того, что мы будем применять
дистанционное воспламенение, я надеюсь, никто не хочет рисковать оказаться в
ожоговом отделении.
Сначала нужно сделать простенькую бомбочку по классическому методу. Из
картонки (не рифлёной) делается двух- или трехслойный цилиндр 1.5-2 см в
диаметре.
С одного края загибается, завязывается прочными нитками и фиксируется
скотчем.
Затем наполовину засыпается любым легко воспламеняемым пиротехническим
составом. Я использовал обычный Чёрный Порох. В цилиндр погружается
воспламенитель на проводках так, чтобы он находился посередине, а затем порох
досыпается почти доверху, всё слегка утрамбовывается встряхиванием.
Второй конец взрывпакета также загибается вместе с проводками, аналогично
крепко завязывается нитками и скотчем. На взрывпакет можно ничего не
наматывать, толщины корпуса достаточно. Готово.
Непосредственно на месте испытаний из пластиковой бутылки переливается в
полиэтиленовый мусорный или любой другой пакет 1-1.5 литра бензина и
устанавливается прямо над бомбочкой, ровно посередине.
В итоге при взрыве поднялся столб огня на высоту 6-8 метров, очень красиво,
прям как в кино. Разок стоит попробовать и не пожалеть для этого дела литр
бензина.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Древесный уголь
В основном уголь применяется в пиротехнике для изготовления чёрного пороха,
Звёздок, искр, составов для фонтанов и прочих устройств. Также он
используется в некоторых типах взрывчатки, например, аммонале.
Самый плохой по качеству является уголь из разных противогазов и фильтров
для воды. Можно применять в аммонале, но для изготовления чёрного пороха
такой уголь не годится.
Немного лучше считается активированный уголь из аптеки. Но минусы его в
том, что большие его количества обойдутся в итоге довольно дорого, и он тоже
может оказаться плохого качества и вовсе не древесный, а костяной.
Самый лучший и качественный уголь - это древесный. Данный уголь можно без
проблем найти в продаже в больших пакетах, который так и называется
«Древесный уголь для мангалов и шашлычниц». Отлично подходит для изготовления
чёрного пороха.
Также можно изготовить ещё более качественный древесный уголь самому. Для
начала пару слов о самом исходном сырье - дереве. Если вам нужен быстро
сгорающий, качественный и мощный чёрный порох, то нужно выбирать мягкие породы
деревьев. Вот список (в порядке убывания качества):
• Крушина
• Ольха
• Берёза
• Черёмуха
• Осина
• Липа
• Ива
Для пиротехнических составов, искр и звёзд хорошо подходят деревья твёрдых
пород:
• Дуб
• Бук
• Ясень
• Граб
• Сосна
1 Способ
Нужно очистить древесину от коры, нарезать на небольшие кочерыжки и разжечь
из них костёр. Дождаться когда всё хорошо прогорит, языков пламени почти не
будет, а сами угольки будут ярко-красного цвета, нужно быстро собрать их
совком и положить в металлическую ёмкость, например ведро и плотно закрыть
крышкой, перекрыв доступ воздуха. Дайте углям остыть, в итоге у вас получится
отличный уголь.
В принципе можно угли с костра закопать в песок, тоже перекрыв доступ к
воздуху, таким образом, правда потом придется их почистить.
2 Способ
Древесина превращается в уголь не воздействием огня, а большой температурой
без доступа внешнего воздуха. Называется метод - сухая перегонка. Дерево, как
и в предыдущем случае, очищается от коры и нарезается на небольшие кусочки
(чтобы их потом было удобно перемалывать). После чего ими наполняют доверху
металлическую ёмкость, например большую банку или кастрюлю. Ёмкость, с плотно
закрытой крышкой и небольшим отверстием или несколькими дырками в ней,
ставится на костёр. Необходимо довести температуру внутри до 350 и больше
градусов. Через отверстие в крышке будет выходить горючий газ, который будет
самовозгораться на воздухе. Ёмкость с углём надо ещё подержать некоторое время на
костре после прекращения выделения газов. Общее время процесса перегонки
длится 1,5-2 часа. Затем кастрюля снимается с костра, и всё так же без
доступа воздуха, уголь остаётся остывать внутри. В результате уголь получается
качественнее , чем в первом способе.
Декстрин
Декстрин - клей растительного происхождения, представляет собой желтый
(оранжевый) порошок. Декстрин - одно из наиболее распространенных связующих в
пиротехнике, ввиду своей низкой цены и легкой доступности. Благодаря
декстрину пиротехнический состав отлично прилипает к любым предметам, принимает
нужные формы.
Декстрин может быть использован для производства очень прочных и твердых
звездок, а также при изготовлении стопина, при гранулировании пороха и во
многом другом...
Также декстрин - горючее-связующее в цветных огнях! Это обозначает, что он
также принимает участие в горении, и изменяя его пропорции в составе можно
добиться разной скорости горения. С помощью декстрина можно уменьшить
реактивность взрывпакетной смеси, если вам нужно чтобы она не взрывалась, а
просто горела в вашем изделии.
Декстрин является продуктом, приготовляемым путем расщепления и изменения
структуры полисахаридов в зернах сухого крахмала в результате термической
обработки в присутствии катализатора или без него. В качестве катализатора,
ускоряющего термическую деструкцию крахмала, используют соляную, азотную и
другие кислоты, щелочи и соли (например, алюминиево-калиевые квасцы). В
результате обработки крахмал претерпевает сложные превращения, включающие ряд
химических реакций.
Декстрин растворим в воде, и при смешивании с ней получается темно-
коричневый клейстер.
Декстрин не ядовит и безопасен.
Для изготовления декстрина вам понадобятся:
1. Крахмал,
2. нагревательный прибор,
3. посуда для прокаливания.
Крахмал - это белый и очень мелкий порошок, продаётся в продуктовых
магазинах и супермаркетах, стоит недорого.
В качестве нагревательного прибора обычно используют духовку.
Посуда - удобнее всего противень из духовки, но можно и сковородку.
Крахмал равномерно распределяем по поверхности и помещаем в духовку на
самый верх. Температуру в духовке доводим до 200 °С и выдерживаем час-полтора.
Его нужно периодически хорошо перемешивать, и смотреть, чтобы он не плавился
и не собирался в комки. Полученный декстрин обычно имеет желтовато-коричневый
цвет. Крахмал может не полностью разложится, но это никак не скажется на
качестве декстрина и его свойствах.
Зажигательные
фитили, шнуры
и трубки
Для большинства нужд в не лёгком деле пиротехники на самом деле подойдут
самые обычные фитили. Если вам необходимо воспламенить несложное устройство,
будь-то взрывпакет, дымовая шашка, фейерверк или любая безопасную смесь, не
требующая длительного воздействия источника огня, то вполне можно
использовать так называемые фитильки китайского производства.
И действительно, зачем что-то изобретать, например, напихивать в пасту из-
под ручки серу или порох в трубочку из-под капельницы, если вам не нужны все
свойства присущие настоящему бикфордову шнуру. Самый простой и дешёвый способ
разжиться данными фитильками, это купить у торгашей самых мелких ракеток -
свистулек и просто повынимать их оттуда.
Скорость горения довольно таки быстрая, поэтому если есть необходимость
удалится от вашего взрывпакета на значительное расстояние или просто отдалить
момент воспламенения, данные фитили можно соединить вместе, реализовав, таким
образом, как бы верёвку. Достаточно просто привязать конец одного фитиля к
другому крепкими нитками, огонь отлично перейдёт по месту соединения.
А ещё дешевле и практичней извлечь фитиль из римской свечи. Он проходит по
всей длине и достигает 30 см, таким образом, вы можете отрезать себе нужный
кусок, и не надо мучатся с соединением коротких огрызков.
Другим вариантом является охотничьи спички. Они выручат вас везде, и в
дождь и в снег и в грязь. Охотничьи спички имеют большую головку для
поджигания и толстую обмазку по всей длине, сделанную из специального горючего
материала. Горят со стабильной скоростью и могут дать замедление до 20 секунд.
Такие спички продаются в различных охотничьих и туристических магазинах, в
основном по 10 штук в упаковке, бывают разных размеров и покрыты разным
материалом, отличающимся по скорости и интенсивности горения. Используя их в
пиротехнических и взрывчатых устройствах, нужно позаботится о том, чтобы
отлетающие искры не попали на состав взрывчатого вещества и не вызвали
преждевременное инициирование.
Если же вы решили сделать фитиль самостоятельно (в самом деле, римскую
свечу лучше использовать по назначению), то следует помнить, что фитиль - это
очень важная составляющая часть любой бомбы или пиротехнического устройства.
При изготовлении ему необходимо уделить наибольшее внимание. От качества
фитиля может зависеть не только срабатывание взрывного устройства, но также и
ваша жизнь. Неумело сделанные фитили могут самопроизвольно тухнуть, давать
отказ, отсыревать, ещё хуже давать прострелы, инициируя ваш взрывпакет
намного раньше, чем планировалось.
При изготовлении фитилей нужно стремиться к наделению их следующими
качествами:
• устойчивое и равномерное горение, отсутствие прострелов и затухания
• иногда требуемая водостойкость, устойчивость к изменению погоды
окружающей среды
• прочность, надёжность, лёгкость и дешевизна в изготовлении.
Зажигательный шнур
Изготовить качественный, стабильный и быстро горящий фитиль можно следующим
образом.
Плюс его в том, что он легко гнётся и можно заготовить отрезок нужной
длины, при этом пороха расходуется совсем не много. Фитиль горит довольно
быстро, поэтому отрезки надо делать от 30 см и больше.
Купите моток толстой хлопчатобумажной бельевой верёвки и отрежьте кусок
необходимой длины.
Затем приготовьте кашицу из обычного чёрного пороха. Для этого в порох по
чуть-чуть добавляйте тёплой воды, постоянно перетирая смесь ложкой.
Когда получится сметанообразная смесь, берите смело её пальцами и хорошо
обмазывайте и втирайте в верёвку по всей длине. После хорошей просушки на
батарее фитиль выглядит как на снимке далее.
Зажигательная трубка
Сверхнадёжный фитиль, который может гореть не только в сырую и дождливую
погоду, но даже под водой. Представляет собой трубку плотно набитую
зажигательным составом. В качестве оболочки обычно используется обычная соломинка
от напитка. С одного конца замазывается каплей густого горючего клея, после
высыхания можно засыпать состав. Я использую обычный чёрный порох, засыпая
частями и хорошо утрамбовывая палочкой. Когда набьёте доверху, точно также
замажьте каплей клея.
В итоге получится фитиль с устойчивым форсом огня. Десяти сантиметровый от-
резок такой трубки на чёрном порохе даёт замедление около 30 секунд.
Трубку можно набивать разными составами, в зависимости от того, какой
скорости горения вы хотите добиться.
Фитиль из
стержня
от ручки
Берём пластиковый стержень от гелевой авторучки, несколько коробков спичек,
машинное масло. Толчём головки в мелкую пыль (чем меньше, тем быстрее горит)
и смешиваем с машинным маслом до образования кашицы. После этого забиваем в
сухой и чистый стержень от гелевой ручки (если там окажется капля геля, то
ничего не выйдет) и забивать надо без пробелов с воздухом. Потом долго сушим
и если надо режем. Фитиль готов!
Фитиль-стопин
Для изготовления стопина понадобится:
Клей (кмц, декстрин)
Насыщенный водяной раствор калиевой селитры
(при использовании нитрата натрия
гигроскопичность стопина повышается).
jmeul
ШОРОХ
mm f»«i •»»• "
Чёрный порох.
Изготовление:
Сначала наливаем раствор селитры в сосуд с
низкими краями (в данном случае применяется
фарфорнаая чашечка).
Потом кладём в раствор 50 сантиметровые
отрезки хлопчатобумажных ниток и выдерживаем
их в растворе 30-40 мин.
После вымачивания ниток следует их 10 минут
просушить на батарее.
Пока нитки будут сушиться следует сделать
основную смесь. Для этого нужно ЧП
измельчить до состояния ПМ и примешать серебрянки
в пропорциях ЧП:серебрянка 4:1.
Затем надо приготовить клей (приготовляйте
по заданной инструкции).
Пока Вы делаете состав, нитки уже
подсохнут .
Нитки нужно пропустить через изготовленный
сметаноподобный состав.
Затем нитки высушиваются.
Можно добавить ещё несколько слоев пороховой смеси, но в целом стопин
готов .
Химичка
ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕАКТИВОВ
СОЕДИНЕНИЯ ВИСМУТА
Окись висмута
Окись висмута, висмута оксид (III) В120з. Встречается в природе в виде
минерала бисмита или висмутовой охры.
Свойства
Моноклинные или тетрагональные желтые (коричневые в нагретом состоянии)
кристаллы с tnn=820°C, tKMn=1890°C, плотность равна 8,9 г/см3 Устойчив до
1750°С. Диамагнитен. Мало растворим в воде, ацетоне, жидком аммиаке, гидро-
ксидах. Растворяется в кислотах.
Получение
BiON03 -> Bi203 + NO +02
В фарфоровой чашке прокаливают 265 г основного азотнокислого висмута BiON03
в течение 3-4 часов при 400-500°С. Отбирают пробу для определения полноты
удаления нитрат ионов, для этого к 1-2 мл сернокислого раствора дифениламина
добавляют 0,1-0,2 г препарата, при этом в течение 1-2 мин не должно
появляться синего окрашивания. Выход 220-230 г.
Основной азотнокислый висмут ВЮЖЭз входит в состав таблеток от гастрита:
• "Викалин" - содержит; основного азотнокислого висмута ВЮЖЭз - 0,35 г,
магния карбоната основного - 0,4 г, натрия гидрокарбоната - 0,2 г,
порошка корневища аира и коры крушенины по 0,025 г, рутина и келлина по
0,005 г.
• "Викаир" - содержит: основного азотнокислого висмута ВЮЖЭз - 0,35 г,
магния карбоната основного - 0,4 г, натрия гидрокарбоната - 0,2 г,
порошка корневища аира и коры крушенины по 0,025 г.
Применение
Применяют для получения органических производных, в качестве катодов
щелочных аккумуляторов, в качестве красителя в производстве цветного стекла и
фарфора .
СОЕДИНЕНИЯ ВАНАДИЯ
Пятиокись ванадия
Пятиокись ванадия, ванадиевый ангидрид, V2O5, оранжевый кристаллический
порошок или красно-коричневатые кристаллы в форме игл.
Свойства
Плотность 3,357 г/см3. Т. пл. 670 °С. Выше 700 °С реактив разлагается на
vo2 и Ог- В воде растворим очень мало (0,07% при 25 °С).
Получение
2NH4V03 -> V205 + 2NH3 + Н20
В фарфоровой чашке нагревают до 350-400°С 131 г ванадата аммония при
энергичном перемешивании никелевым шпателем. Сначала масса чернеет вследствие
образования vo2, а после прокаливания в течение 1 часа чёрная окраска постелен-
но переходит в красную, характерную для V20s. Прокаливание продолжают еще 1 -2
часа, после чего отбирают пробу для определения полноты окисления V2O4. Для
этого 1 г препарата растворяют в 10 мл 30%-ного раствора щелочи, при этом не
должно получаться черного остатка. Если имеется черный остаток, то препарат
растирают в ступке и прокаливают еще 20 мин, после чего снова проверяют
полноту окисления. Выход 100 г.
Применение
Ванадиевый ангидрид и ванадаты применяются в химической промышленности в
качестве катализаторов при контактном способе получения серной кислоты и при
некоторых органических синтезах. Соединения ванадия используются также в
стекольной промышленности, в медицине, в фотографии.
СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА
Окись железа
Окись железа, оксид железа(III) РегОз — амфотерный оксид с большим
преобладанием основных свойств. Красно-коричневого цвета. В природе встречается как
широко распространённый минерал гематит.
Свойства
Термически устойчив до высоких температур. Образуется при сгорании железа
на воздухе. Не реагирует с водой. Медленно реагирует с кислотами и щелочами.
Восстанавливается монооксидом углерода, расплавленным железом. Сплавляется с
оксидами других металлов и образует двойные оксиды — шпинели. Температура
плавления 1566 °С. Плотность 5,242 г/см3.
Получение
Оксид железа можно получить из щавелевокислого железа.
(NH4)2S04*FeS04*6H20 + Н2С204 = FeC204 + H2S04 + (NH4)2S04 + 6Н20
2FeC204 = Fe203 + 3C0 + C02
В горячий раствор 150 г соли Мора (NH4) 2S04*FeS04*6H20 в 200 мл воды (или
110 г сульфата железа (железного купороса) FeS04*7H20, купленного в магазине
садово-огородных принадлежностей, растворённого в воде, отфильтрованного и
подкисленного уксусной кислотой и настоянного в течение нескольких дней, без
доступа воздуха, над железными гвоздями) приливают медленной струей при
сильном перемешивании 80-90 мл горячего насыщенного при 95-98°С раствора
щавелевой кислоты. Выпавший осадок оксалата железа отсасывают на воронке Бюхнера и
промывают горячей водой до отрицательной реакции промывных вод на сульфат
ионы. Осадок сушат при 100-110°С и прокаливают небольшими порциями в фарфоровой
чашке при 400-500°С, непрерывно перемешивая стеклянной палочкой.
Выход 30 г (почти 100%).
Применение
Применяется как катализатор в производстве аммиака, компонент керамики,
цветных цементов и минеральных красок, при термитной сварке стальных
конструкций, как носитель аналоговой и цифровой информации (напр. звука и
изображения) на магнитных лентах, как полирующее средство (красный крокус) для
стали и стекла.
В пищевой промышленности используется в качестве пищевого красителя (Е172) .
Является основным компонентом железного сурика (колькотара).
Закись-окись железа
Закись-окись железа, железа (II, III) окись, Fe304 - черный тяжелый
порошок . В природе встречается в виде минерала магнетита.
Свойства
Плотность 5,1-5,18 г/см3. Температура разложения 1538 °С. Во влажном
состоянии легко окисляется на воздухе до окиси Fe203. При действии небольших
количеств кислоты образует Fe203 и раствор соли Fe2+; продолжительное действие
избытка кислоты приводит к полному растворению препарата с образованием солей
Fe2+ и Fe3+.
Гидрат Fe304-2H20 - темно-бурый, иногда черный порошок. При нагревании до
300-400 °С теряет воду, при прокаливании на воздухе переходит в Fe203.
Получение
FeS04 + Fe2(S04)3 + 8КОН = Fe304 + 4K2S04 + 4H20
Раствор 25 г железного купороса FeS04*7H20 и 25 г сульфида железа (III)
Fe2(S04) 3*9Н20 в 500 мл воды вливают в 1 л кипящего 5%-ного раствора гидрокси-
да калия. Выпавший осадок быстро промывают горячей водой декантацией,
отсасывают на воронке Бюхнера, отжимают и сушат в атмосфере водорода над
прокаленным хлоридом кальция или над концентрированной серной кислотой. Получают ди-
гидрат закись-окиси железа. Путем прокаливания при 300-400°С в атмосфере
азота получают безводный препарат.
Применение
Закись-окись железа применяют для грунтовочных и покрывных красок по
металлу в тех случаях, когда от пленки требуется высокая механическая прочность.
Ее также употребляют для подцветок вместо сажи, которая имеет тенденцию
всплывать на поверхность пленки. в смеси с порошком алюминия под названием
термит применяется для сварки стальных частей.
Металлическое железо
Простое вещество железо Fe — ковкий металл серебристо-белого цвета. На
самом деле железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до
0,8 %) , которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. Но на
практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2,14 вес. %
углерода) и чугун (более 2,14 вес. % углерода), а также нержавеющая
(легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.).
Совокупность специфических свойств железа и его сплавов делают его «металлом
№ 1» по важности для человека.
В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего оно
встречается в составе железо-никелевых метеоритов.
Свойства
Железо химической реакционной способностью: быстро корродирует при высоких
температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо
горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.
Температура плавления 1812 К. Температура кипения 3134 К. Плотность (при н.
у.) 7,874 г/см3.
Получение
Растворяется железо в соляной кислоте до получения раствора пл. 1,25-1,30
г/см3. Выделяющийся сероводород частично осаждает следы меди и мышьяка.
Полученный раствор отфильтровывают и подвергают электролизу в течение 8 часов при
напряжении 4 В и плотности тока 3 А/дм2. При этом на катоде осаждаются никель
и медь. Затем заменяют катод на пластинку или палочку из чистого железа
массой около 1 г и проводят электролиз в течение 12 ч при плотности тока 6
А/дм2. Выделяется 15-20 г железа. Его прокаливают 24-72 ч в токе водорода при
900°С. Или быстро отфильтровывают на воронке Бюхнера или Шотта и помещают под
слой этилового спирта (96%). Держат там несколько дней, а затем фильтруют,
отжимают между слоями фильтровальной бумаги и хранят в плотно закрытой банке.
Но лучше его защитить пленкой из парафина или нитроцеллюлозы.
Путём электролиза, с растворимым железным анодом, можно получить железо
различной крупности. Оптимальная плотность тока 10 А/дм2.
Составы растворов электролитов в г/л:
FeCl2
NH4C1
СаС12
МдС12
Н3ВО3
Винная
кислота
Кол-во
порошка
30
100
-
-
-
-
95
30
-
80
-
-
-
87
30
-
80
-
3
-
68
30
-
80
-
-
3
72
30
-
-
80
-
-
Применение
Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 %
мирового металлургического производства.
• Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших
конструкционных материалов.
• Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов —
например , никелевых.
• Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве
устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т.п.
• Ультрадисперсный порошок магнетита используется в черно-белых лазерных
принтерах в качестве тонера.
• Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа
способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов
трансформаторов и электродвигателей.
• Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах,
железо-воздушных аккумуляторах.
СОЕДИНЕНИЯ ТИТАНА
Оксид титана
Оксид титана (IV) (диоксид титана, двуокись титана, титановые белила) Ti02
— амфотерный оксид четырёхвалентного титана. Является основным продуктом
титановой индустрии (на производство чистого титана идёт лишь около 5 %
титановой руды).
Чистый диоксид титана — бесцветные кристаллы (желтеет при нагревании). Для
технических целей применяется в раздробленном состоянии, представляя собой
белый порошок.
Свойства
Температура плавления 1843 °С. Температура кипения 2972 °С. Температура
разложения 2900 °С. Плотность зависит от модификации, при 20 °С: 4,05-4,235
г/см3.
Не растворяется в воде и разбавленных минеральных кислотах (за исключением
плавиковой). Диоксид титана амфотерен, то есть проявляет как основные, так и
кислотные свойства (хотя реагирует главным образом с концентрированными
кислотами) .
Получение
Для получения оксида титана необходимо иметь его соли, а их найти непросто.
Поэтому воспользуемся краской, а именно "титановыми белилами". Для
извлечения из них оксида титана, краску разведем бензином, дадим отстояться
несколько дней. Затем приготовим раствор гидроксида натрия (его можно получить
обменной реакцией между карбонатом натрия (содой) и гидроксидом кальция
(гашенной известью или негашеной известью "пушонкой" и отфильтровыванием
нерастворимого осадка карбоната кальция)), добавим туда стирального порошка, бензина
и этот раствор смешаем с приготовленной краской. Водного раствора необходимо
в 2 раза больше брать, чем краски. Изредка перемешивая смесь, выдержим ее
несколько дней. Потом, когда она отстоится, верхний бензольный слой сливают, а
водный слой содержащий на дне осадок промываем водой декантацией. Затем
осадок отфильтровываем, сушим и прокаливаем на открытом воздухе, разложив его
тонким слоем, периодически перемешивая, для удаления органических примесей.
Прокаленный оксид титана промываем бензином, а затем водным горячим раствором
карбоната натрия и следом водой до удаления карбонат ионов. Остаток
отфильтровываем и сушим при 100-120°С.
Применение
Основные применения диоксида титана:
• производителей лакокрасочных материалов, в частности, титановых белил —
57 % от всего потребления (диоксид титана рутильной модификации обладает
более высокими пигментными свойствами — светостойкостью, разбеливающей
способностью и др.)
• производство пластмасс — 21 %
• производство ламинированной бумаги — 14 %.
Другие применения — в производстве резиновых изделий, стекольном
производстве (термостойкое и оптическое стекло), как огнеупор (обмазка сварочных
электродов и покрытий литейных форм), в косметических средствах (мыло и т.
д.), в пищевой промышленности (пищевая добавка Е171).
Ведутся исследования по использованию диоксида титана в фотохимических
батареях - ячейках Гретцеля, в которых диоксид титана, являющийся
полупроводником с широкой запрещенной зоной и развитой поверхностью, сенсибилизируется
органическими красителями.
СОЕДИНЕНИЯ ЦИНКА
Оксид цинка
Оксид цинка (окись цинка, цинковые белила) — химическое соединение цинка с
кислородом, имеющее формулу ZnO. Кристаллы при комнатной температуре
бесцветны.
Свойства
Температура плавления 1985 °С, при атмосферном давлении и 1950 °С —
возгоняется. Плотность: в порошке 5,5...5,6 г/см3, в виде кристалла 5,7 г/см3. Рас-
творимость в воде: при 18 °С — 0,00052 г/100 мл, при 29 °С — 1,6хЮ"4 г/100
мл.
Оксид цинка является прямозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны
3,36 эВ.
При нагревании вещество меняет цвет: белый при комнатной температуре, оксид
цинка становится жёлтым. Объясняется это уменьшением ширины запрещённой зоны
и сдвигом края в спектре поглощения из УФ-области в синюю.
Амфотерен — реагирует с кислотами с образованием солей. Растворяется в
щелочах и водном растворе аммиака.
Получение
ZnS04 + 2NH4OH = Zn(OH)2 + (NH4)2S04
Zn(OH)2 = ZnO + H20
Растворяют 96,5 г сульфата цинка (цинкового купороса) в 300 мл воды, дают
отстоятся сутки и если появляется муть её отфильтровывают. Затем при
перемешивании приливают раствор аммиака (10%-ного) до полного осаждения гидроксида
цинка (около 115 мл) . Осадок отсасывают на воронке Бюхнера, промывают 8-10
раз горячей водой порциями по 50-60 мл и сильно отжимают. Влажный гидроксид
цинка помещают тонким слоем в фарфоровую (можно металлическую) чашку и сушат
при 100-120°С, часто перемешивая, затем прокаливают 3-4 часа при 500-600°С.
Выход около 20 г (70%).
Применение
Оксид цинка:
• активатор вулканизации некоторых каучуков
• вулканизирующий агент хлоропреновых каучуков
• катализатор синтеза метанола
• белый пигмент при производстве красок и эмалей вытеснен нетоксичной
двуокисью титана Ti02
• наполнитель и пигмент в производстве:
• резины
• пластмасс
• бумаги
• парфюмерии и косметике
• В медицине в виде присыпок и в составе мазей как антисептик.
• добавка к кормам для животных
• в производстве стекла и красок на основе жидкого стекла
• как один из компонентов преобразователя ржавчины.
Известно также, что оксид цинка обладает фотокаталитической активностью,
что на практике используется для создания самоочищающихся поверхностей,
бактерицидных покрытий для стен и потолков в больницах и пр. Для
фотокаталитической очистки воды в промышленных масштабах оксид цинка в настоящее время не
используется.
Кроме того, порошок оксида цинка — перспективный материал в качестве
рабочей среды для порошковых лазеров. На основе оксида цинка создали светодиод
голубого цвета. Тонкие пленки и иные наноструктуры на основе оксида цинка
могут применяться как чувствительные газовые и биологические сенсоры.
Свойства оксида цинка обуславливают его широко применение в
фармацевтической промышленности. Оксид цинка нашел широкое применение в создании
абразивных зубных паст и цементов в терапевтической стоматологии, в кремах для
загара и косметических процедурах, в производстве электрокабелей, искусственной
кожи и резинотехнических изделий. Кроме того, применение распространено в
шинной, лакокрасочной, нефтеперерабатывающей промышленностях. Оксид цинка
участвует процессе производства стекла и керамики.
Сульфат цинка
Сульфат цинка, сернокислый цинк, ZnS04 — цинковая соль серной кислоты.
Бесцветные кристаллы.
Свойства
Плотность 3,74 г/см3. Растворимость в воде (%): 29,4 (О °С), 37,7 (99 °С).
Из растворов при температуре ниже 38,8 °С кристаллизуется ZnS04 • 7Н20
(цинковый купорос) , в пределах от 38,8 °С до 70 °С — ZnS04*6H20, выше 70 °С
образуется моногидрат ZnS04*H20. Последний обезвоживается при 238 °С. Сульфат цинка
в интервале 600—900 °С разлагается на ZnO и SO3. Слабые растворы сульфата
цинка мутнеют при гидролизе вследствие выделения осадка 3Zn(ОН)2 • ZnS04 • 4Н20.
Получение
Zn + H2S04 = ZnS04 + Н2
В 1150 г 20%-ной серной кислоты (можно взять аккумуляторную кислоту)
постепенно прибавляют 170 г нарезанного цинка (можно взять из российских батареек
корпуса - элементы 373, 343 и пальчиковые). В конце реакции (прекращение
бурного выделения водорода) смесь нагревают; небольшое количество цинка должно
остаться нерастворенным.
К раствору добавляют 2 г карбоната натрия в 15 мл воды, и фильтруют.
Фильтрат упаривают до образования плотной кристаллической пленки, затем охлаждают,
при перемешивании. Кристаллы отсасывают на воронке Бюхнера и сушат на плотной
бумаге при комнатной температуре.
Выход 500 г (66%).
Применение
Применяется в производстве вискозы, минеральных красок, глазурей, в
металлургии (флотореагент) и в медицине.
Цинк металлический
Простое вещество цинк Zn при нормальных условиях — хрупкий переходный
металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем
оксида цинка).
Свойства
В чистом виде — довольно пластичный серебристо-белый металл. При комнатной
температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристалли-
тов (обычно сильнее, чем «крик олова»). При 100—150 °С цинк пластичен.
Примеси , даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка.
Плотность (при н.у.) 7,133 г/см3. Температура плавления 419,6 °С.
Температура кипения 906,2 ° С.
Оксид цинка реагирует как с растворами кислот, так и щелочами.
Получение
В раствор 290 мл серной кислоты (пл. 1,84) в 3050 мл воды постепенно вносят
360 г металлического цинка. Смесь нагревают до 70°С и после окончания
выделения водорода раствор сливают и разбавляют его 1200 мл воды. Раствор наливают
в стеклянную банку ёмкостью около 5л, в качестве катода опускают пластинку
из алюминия или цинка площадью 75 см2 с каждой стороны. На расстоянии 2-3 см
от катода помещают два анода - пластины технического цинка такого же размера.
Электролиз проводят, при механическом перемешивании электролита, при
напряжении тока 6 В. плотность тока устанавливают в зависимости от температуры
электролита :
Температура , °С 10 20 30 37 43
Плотность тока, А/см2 0,01 0,015 0,02 0,03 0,04
Большое значение имеет кислотность среды: электролит должен вызывать слабое
посинение бумаги конго.
В течение 1 часа выделяется 8 г цинка. Выход по току 75-85%.
Другие составы электролитов для электролитического получения цинка:
1.) Губчатый цинк получают из аммиачных растворов сульфата цинка, при
плотности тока 0,05-0,2 А/дм2.
2.) Губка цинка быстро появляется на катоде при недостаточной кислотности
электролита, рН > 6, и при низкой плотности тока. Например раствор
сульфата цинка содержащий 0,016% серной кислоты при плотности тока =
0,072-0,179 А/дм2. Получается очень объёмная губка, при плотности тока
= 0,374 А/дм2, получается более компактная губка. Порошок цинка
получается при добавлении к электролиту дисперсного обугленного сахара,
глюкозы.
3.) Рыхлый цинк получается из щелочных электролитов. Для этого гидроксид
цинка растворяют в 4-5 Н NaOH. Электролиз проводят с железными
катодами и анодами. Плотность катодного тока 0,5-10 А/дм2.
СОЕДИНЕНИЯ МАГНИЯ
Магний металлический
Простое вещество магний Мд — лёгкий, ковкий металл серебристо-белого цвета.
Средне распространён в природе.
Свойства
При обычных условиях поверхность магния покрыта прочной защитной плёнкой
оксида магния МдО, которая разрушается при нагреве на воздухе до примерно 600
°С, после чего металл сгорает с ослепительно белым пламенем с образованием
оксида и нитрида магния Mg3N2. При горении выделяется большое количество
света и тепла.
Плотность магния при 20 °С — 1,737 г/см3, температура плавления металла 651
°С, температура кипения —1103 °С.
Магний высокой чистоты пластичен, хорошо прессуется, прокатывается и
поддаётся обработке резанием.
Смесь порошкового магния с перманганатом калия КМпСм — взрывчатое вещество.
Щелочи на магний не действуют, в кислотах он растворяется легко с
выделением водорода.
Получение
Магний получают электролизом расплава его соли. Если вы не смогли купить
порошок магния, то можете получить его сами.
В качестве электролита для получения магния используем карналлит, смешанный
хлорид калия-магния состава KCl*MgCl2*6H20. Безводная соль пригодна для
электролитического получения магния благодаря относительно низкой точке
плавления .
В фарфоровой чашке при постоянном перемешивании и нагревании в минимальном
количестве воды растворим 15 г хлорида магния (горькой соли), 5 г хлорида
калия и 2 г хлорида аммония; продолжая перемешивать, выпарим раствор досуха,
нагреем остаток при температуре 300°С, чтобы удалить из соли воду. После
охлаждения разотрем соль в порошок и поместим в маленький фарфоровый тигель,
который будет служить электролизной ячейкой. В качестве электродов используем
угольный стержень и расплющенный гвоздь или, лучше, тонкую стальную полоску
шириной примерно 10 мм. Чтобы избежать соединения магния с хлором, надо
поставить между электродами разделительную стенку из асбестового картона; в
нижней части ее гвоздем проделаем много маленьких отверстий. Картон перед
опытом надо многократно нагреть над пламенем, чтобы удалить органические
примеси.
После сборки ячейки подсоединим угольный стержень к положительному полюсу,
а стальной электрод - к отрицательному. Между источником тока и ячейкой
подключим в качестве сопротивления стальную проволоку длиной 2 м и диаметром 0,5
мм.
Тигель надо нагревать самым сильным пламенем до тех пор, пока содержимое не
расплавиться. При этом будем перемешивать смесь стальным гвоздем или
вязальной спицей. После этого уменьшим пламя и замкнем электроцепь. Через 20-30
минут прекратим опыт, выльем расплав из тигля, охладим и раздробим ножом. Мы
обнаружим шарики магния. Соберем их, погрузим на короткое время на фарфоровой
или пластмассовой ложке в сильную соляную кислоту и бросим их тотчас в чистый
этиловый спирт.
Источником тока можно выбрать свинцовый аккумулятор или выпрямитель,
работающий от сети переменного тока (220В) и дающий на выходе ток напряжением 12
В и как можно более сильным током.
Применение
Применяется для восстановления металлического титана из тетрахлорида
титана .
Сплавы на основе магния являются важным конструкционным материалом в
авиационной и автомобильной промышленности благодаря их лёгкости и прочности.
Магний в виде чистого металла, а также его химические соединения (бромид,
перхлорат) применяются для производства очень мощных резервных электрических
батарей (например, магний-перхлоратный элемент, серно-магниевый элемент, хло-
ристосвинцово-магниевый элемент, хлорсеребряно-магниевый элемент, хлористо-
медно-магниевый элемент, магний-ванадиевый элемент и др.) и сухих элементов
(марганцево-магниевый элемент, висмутисто-магниевый элемент, магний-м-ДНБ
элемент и др.) . Химические источники тока на основе магния отличаются очень
высокими значениями удельных энергетических характеристик и высоким разрядным
напряжением.
Магниево-серные батареи - являются одними из самых перспективных,
превосходя в теории ёмкость ионо-литиевых, однако, пока эта технологи находится на
стадии лабораторных исследований в силу непреодолённости некоторых
технических препятствий.
Гидрид магния — один из наиболее емких аккумуляторов водорода, применяемых
для его хранения.
Свойство магния гореть белым ослепительным пламенем широко используется в
военной технике для изготовления осветительных и сигнальных ракет,
трассирующих пуль и снарядов, зажигательных бомб.
Магниевый порошок с окисляющими добавками (нитрат бария, нитрат аммония,
перманганат калия, гипохлорит натрия, хлорат калия и т.д.) применялся (и
применяется сейчас в редких случаях) в фотоделе в химических фотовспышках
(магниевая фотовспышка).
АЦП с USB
Dikoy (Сергей)
ВВЕДЕНИЕ
Для нужд моей кафедры как-то понадобился особый АЦП, при помощи которого
можно писать значения отклонений аналоговых акселерометров и гироскопов на
жесткий диск в течение долгого времени (несколько суток). По ТЗ входное
напряжение должно было быть -15...+15 вольт, не менее 50000 измерений в секунду
и разрешение в 0,05 В. Этим требованиям удовлетворяла 12-и разрядная АЦП
AD7896. Чтобы передать в компьютер её 100000 измерений в секунду (что
равняется потоку 1600 кБод, учитывая 16-и битный протокол) решено было
использовать USB интерфейс. Т.к. ARM-ов тогда не было, сопряжение AVR и USB сделал
посредством конвертора FT232BM. Это такая специальная микросхемка1, которая
имеет вход UART (или параллельный, аналог LPT, если это FT245BM) и выход USB.
Также она имеет драйвер, распространяемый бесплатно. Установив этот драйвер
на ПК вы можете подключить ваше устройство к любому USB порту вашего
компьютера. При этом, как только Windows обнаружит устройство, этот USB исчезает из
списка портов ОС, а вместо него появляется "виртуальный" порт СОМп. (п -
номер , как правило, следующий за последним из реальных СОМ портов; однако на
моём ПК только 2 реальных СОМ-а, но ОС упорно ставит FT232 на С0М7)
С точки зрения программирования этот порт ничем не отличается от реального
СОМ порта, за исключением возможности установки нетипично высокой скорости
обмена. По этому писать драйвер для своего устройства достаточно просто,
особенно учитывая обилие всяких готовых компонентов по работе с портами, типа
Tcom.pas или ComPort.pas.
В этом компоненте следует установить скорость обмена. В папке "Программа"
архива находим файл "ComPort.pas" а в нём строчку "dcb.BaudRate := 2000000;".
Собственно, число - это и есть скорость в бит/с. Также на заданную скорость
надо настроить UART вашего МК (в прошивке) и саму FT232. Для этого существует
файл FTDIPORT.INF а в нём сточка с битами. Ниже описано как она
настраивается. Готовый файл с настройками под скорость 2 Мбит/с также есть в архиве. Его
надо скопировать в папку system32 вместе с остальными драйверами от FTDI.
Если всё ОК, устройство начинает работать сразу. Архив можно скачать здесь:
ftp://homelab.homelinux.com/pub/arhiv/2011-ll-al.rar
ТЕОРИЯ
Аналого-цифровое
преобразование
Принцип преобразования аналоговой (analogue, лат. - непрерывность) величины
в цифровую следующий: аналого-цифровой преобразователь (далее - АЦП) через
определённые промежутки времени измеряет амплитуду напряжения на своём входе
и заносит эти значения в таблицу в памяти. В последующем, другое устройство -
цифро-аналоговый преобразователь (далее - ЦАП) - может по этой таблице
восстановить на своём выходе исходный сигнал.
Рис. 1.1. Пример аналогового сигнала
Оцифрация делается за несколько шагов.
Во-первых, аналоговый сигнал (Рис. 1.1) разделяется по времени посредством
1 http://www.ftdichip.com/Products/lCs/FT232BM.htm
периодической выборки (Рис. 1.2) . Временной интервал между двумя выборками
называется «периодом выборки», а его обратная величина называется «частотой
дискретизации». Согласно теореме о дискретном представлении (теорема Шеннона-
Котельникова), частота дискретизации должна быть, по крайней мере, в два раза
больше максимальной частоте в спектре сигнала. В противном случае
периодическое продолжение сигнала в частотной области приведёт к спектральному
перекрытию, называемому «наложением спектров». Такой сигнал, с наложением
спектра, не может быть в последующем однозначно восстановлен.
Рис. 1.2. Временная дискретизация сигнала
«Квантованием» называется определение цифровых значений, соответствующих
аналоговым выборкам, взятым на частоте дискретизации. Аналоговый сигнал
квантуется путём округления измеренной в каждом отсчёте величины до ближайшего
«допустимого» цифрового значения (Рис. 1.3). Количество цифровых значений
называется «разрешением» и всегда ограничивается. Например, 256 значений для 8-
битного АЦП или 10 значений в этом примере.
Рис. 1.3. Квантованный сигнал
От разрешения АЦП зависит, с какой дискретностью он будет мерить тот или
иной диапазон. Например, диапазон 0-5 вольт 8-и битный АЦП измерит с
дискретностью (5-0)/256 « 19,5 мВ, а вот диапазон 0-50 вольт будет уже измерен с
дискретностью в «195 мВ. То есть в десять раз худшей. Поэтому квантование
аналоговых сигналов всегда приводит к потере информации. Эта «ошибка
квантования» обратно пропорциональна разрешению АЦП. Она также обратно
пропорциональна «динамическому диапазону» сигнала, т.е. интервалу между минимальным и
максимальным значениями (3 и 8 в этом примере) . Если диапазон изменения сиг-
нала значительно меньше входного диапазона АЦП, то необходимо принимать
специальные меры по «сдвиганию» входного диапазона АЦП до диапазона сигнала.
Входной диапазон современных АЦП устанавливается Источником Опорного
Напряжения (ИОН или ref в англоязычной литературе) и равен разности уровней
напряжения на входе ref и «опорной земли» refGND микросхемы АЦП. Это даёт
возможность не просто «сужать» входной диапазон АЦП до, например, уровня 1 вольт
относительно земли, но и «поднимать» уровень «земли», тем самым, вводя
чувствительность входа прибора в чётко определённые рамки.
Например, если на входе refGND АЦП будет установлено напряжение 1 вольт, а
на входе ref - 3 вольта, то АЦП будет измерять напряжения только в пределе 1-
3 вольта. Причём делать это с разрешением (3-1)/256 « 7,8 мВ. Если бы мы не
сдвинули входной диапазон до 2 вольт, а по-прежнему измеряли входную величину
в режиме 0-5 вольт, то тот же диапазон был бы измерен с дискретностью «19,5
мВ. То есть с в 2,5 раза худшим разрешением.
На рис. 1.4 показаны цифровые значения, которые соответствуют аналоговому
сигналу. Эти значения сняты с выхода АЦП.
да
&
&
5
4
2
1
"о
* +
* *■ *■ *
12 3 4 5 6 7 8 9
Рис. 1.4. Цифровой сигнал
Как видно, если соединить точки отрезками прямых линий, получится сигнал,
напоминающий по форме исходный, изображённый на рис. 1.1.
Таким образом, в результате операции аналого-цифрового преобразования
получен массив (таблица), где записаны значения амплитуды сигнала через равные
промежутки времени Т (период выборки):
3
4
6
7
8
7
6
5
4
4
4
3
4
Теперь эти данные могут быть сохранены.
Программное обеспечение ПК считывает очередное значение из таблицы и
прорисовывает на экране точки, соответствующие считанному напряжению, с развёрткой
по времени Т. Соседние точки соединяются отрезками прямых линий. В
результате, на экране получается следующая картинка (Рис. 1.5.).
Как видно, чем выше частота дискретизации, тем меньше будет ширина
ступеньки выходного сигнала. А, следовательно, огибающая, проведённая по пикам
ступенек, более точно повторит форму исходного сигнала.
Разрешение же АЦП характеризует ту точность, с которой каждое значение
входного сигнала было оцифровано. Например, значение 1.246789138 В (в
диапазоне 0-5 В) восьмиразрядным АЦП будет округлено до значения 1.26 В (т.к.
разрешение такого АЦП « 20 мВ) , а вот двенадцатиразрядный АЦП запишет его как
1.247, что существенно ближе к оригиналу.
2
О
4 t н с а а
Рис. 1.5. Воспроизведённый сигнал
При решении поставленной задачи стабилизации возникла необходимость выбора
интерфейса, по которому будет происходить обмен данными между АЦП и
компьютером. В силу распространённости, универсальности и высокой пропускной
способности был выбран интерфейс USB.
Интерфейс USB
Шина USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина)
появилась по компьютерным меркам довольно давно - версия первого утвержденного
варианта стандарта появилась 15 января 1996 года. Разработка стандарта была
инициирована весьма авторитетными фирмами - Intel, DEC, IBM, NEC, Northen
Telecom и Compaq.
Основная цель стандарта, поставленная перед его разработчиками - создать
реальную возможность пользователям работать в режиме Plug&Play с
периферийными устройствами. Это означает, что должно быть предусмотрено подключение
устройства к работающему компьютеру, автоматическое распознавание его немедленно
после подключения и последующей установки соответствующих драйверов. Кроме
этого, желательно питание маломощных устройств подавать с самой шины.
Скорость шины должна быть достаточной для подавляющего большинства периферийных
устройств. Попутно решается историческая проблема нехватки ресурсов на
внутренних шинах IBM PC совместимого компьютера - контроллер USB занимает только
одно прерывание независимо от количества подключенных к шине устройств.
USB обеспечивает большую скорость обмена данными между компьютером и
периферийным устройством по сравнению со стандартными портами ввода-вывода
(последовательный - СОМ и параллельный - LPT) . Максимальная пропускная
способность USB 1.1 составляет 12 Мбит/с и 480 Мбит/с для следующего поколения
этого стандарта USB 2.0, что в значительной степени превышает возможность
последовательной передачи СОМ-порта. Для поддержки низкоскоростных устройств
предусмотрен режим передачи со скоростью 1,5 Мбит/с.
Согласно спецификации, USB-шина может одновременно обслуживать до 127
устройств , что более чем достаточно для самого требовательного пользователя.
Подключать и отключать такое огромное многообразие периферии можно в горячем
режиме, не выключая и не перезагружая компьютер. Способ доступа к шине
напоминает звездную топологию с использованием концентратора (Hub). Именно к
такому устройству разветвления подключается основная масса периферийных
устройств. Достаточно подключить хаб к одному из двух (иногда, четырех) разъёмов
компьютера, так называемому корневому концентратору (Root Hub), чтобы
избавиться от мнимой нехватки USB-портов. Теперь список используемых устройств не
ограничивается только клавиатурой или мышью, его можно пополнить, подключив
принтер, сканер, джойстик, фото или видеокамеру и даже колонки.
Каждое устройство, подключаемое к шине, получает свой уникальный
идентификационный номер, посредством которого осуществляется дальнейшее
конфигурирование, управление и обмен данными. Сеанс связи организуется в пакетном режиме
и может быть инициирован только самим компьютером (управляющим устройством).
Объединение всех компонентов USB-архитектуры осуществляется при помощи че-
тырехжильных кабелей. Две жилы, питание +5В и GND, предназначены для
устройств , не имеющих внешнего источника питания, оставшиеся - для организации
последовательной передачи данных D+ и D-. Различают два типа соединителей:
тип А, обращенный к компьютеру; тип В, обращенный к устройству. Конструкция
разъёмов и гнезд рассчитана на то, чтобы сделать быстрой и удобной процедуру
многократного подключения и отключения, что необходимо, например, для работы
с цифровой фотокамерой.
Условно дерево подключения USB устройств к компьютеру можно изобразить так
(Рис. 2.1.) (цифрами обозначены периферийные устройства с USB интерфейсом):
Периферийные устройства
Рис. 2.1. Архитектура USB.
Вместо любого из устройств может также стоять HUB. Основное отличие от
топологии обычной локальной сети - компьютер (или host устройство) может быть
только один. HUB может быть как отдельным устройством с собственным блоком
питания, так и встроенным в периферийное устройство. Наиболее часто нив'ы
встраиваются в мониторы и клавиатуры.
Клавиатура
с встроенным
hub-ом
"аПаПв"
Монитор
с встроенным
hub-ом
аПаПаПв
Компьютер
с host-
контроллером
а| |а
в
Джойстик
в
"Мышь"
в
в
К другой периферии
Рис. 2.2. Организация периферийных устройств.
На рисунке 2.2 показан пример правильного соединения периферийных устройств
в условную USB сеть. Так как обмен данными по USB идет только между
компьютером и периферийным устройством (между устройствами обмена нет), то устройства
с большими объемами приема и/или передачи данных должны подключаться либо к
самому компьютеру, либо к ближайшему свободному узлу.
В данном случае, наивысший трафик у сканера и модема, затем идут джойстик и
мышь, подключенные к HUB'у в клавиатуре.
Сигналы USB передаются по 4-х проводному кабелю, схематично показанному на
рисунке 2.3:
1 USB Vcc (+5V)
2 USB
Data ♦
3. USB
Data -
4 GND
Рис. 2.3. Устройство USB кабеля.
Здесь GND - цепь "корпуса" для питания периферийных устройств, Vcc - +5V
также для цепей питания. Шина Data+ предназначена для передачи данных по
шине, а шина Data- для приема данных.
Кабель для поддержки полной скорости шины (full-speed) выполняется как
витая пара, защищается экраном и может также использоваться для работы в режиме
минимальной скорости (low-speed). Кабель для работы только на минимальной
скорости (например, для подключения мыши) может быть любым и неэкранирован-
ным.
Разъемы, используемые для подключения периферийных устройств, показаны на
рисунке ниже (папы, слева - А, справа - В).
Как видно из рисунка, невозможно подключить устройство неправильно, так как
разъем серии "А" можно подключить только к активному устройству на USB -
HUB'у или компьютеру, а серии "В" только к собственно периферийному
устройству.
USB разъемы имеют следующую нумерацию контактов:
Таблица. 2.1 .
Нумерация контактов USB разъёмов.
Номер
контакта
1
2
3
Оплетка
Назначение
Vcc
D -
D +
Экран
Цвет провода
Красный
Белый
Зеленый
Черный
Оплетка
Цоколевка разъемов USB:
USB
Standard А
- D+ D
- +
Standard В
+ D-
Таким образом, устройство, построенное на базе USB шины не нуждается во
внешнем источнике питания, может работать с любым IBM совместимым ПК без
дополнительных драйверов и способно передавать данные в компьютер на скорости
до 12 Мбит/с, что для 12-и разрядного АЦП равняется:
12-10'
12
1-106 выб/с
То есть до 1 миллиона выборок в секунду.
К сожалению, это лишь теоретический предел и достичь его на практике крайне
сложно. Таким образом, зададимся величиной в 10 раз меньшей - 100 Квыборок/с
- чего вполне достаточно для большинства систем.
РЕАЛИЗАЦИЯ СХЕМЫ
АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Для оцифровки сигнала с датчика был разработан прибор, схема которого
представлена на рис. 5.2 (вкладка, также есть в архиве).
Прибор представляет собой схему АЦП на основе микросхемы AD7896. Это высо-
коскоростной 12-и разрядный АЦП в корпусе DIP-8. Позволяет снимать до 100
Квыборок/с при входном диапазоне O..Uref.
Типовая схема включения микросхемы AD7896 представлена на рис. 5.1:
+5V
н
CD
"О
■8-
О
Рис. 5.1. Типовая схема включения АЦП AD7896.
Измеряемый сигнал поступает на вывод 1 микросхемы и преобразуется ею в 12-и
разрядный двоичный код. Этот код передаётся по SPI интерфейсу управляющему
устройству.
В роли управляющего устройства выступает микроконтроллер. Он производит
первичную обработку данных и передаёт их микросхеме-драйверу USB порта для их
последующей передачи по USB.
Рассмотрим подробнее работу каждого блока схемы.
Входной каскад.
Дифференциатор на ОУ
Выходной сигнал акселерометра изменяется в диапазоне [-15;.0] В и [0; + 15] В,
в зависимости от угла наклона. То есть имеет эффективную ширину диапазона в
30 вольт.
Используемый АЦП AD7896 имеет входной диапазон [0;+2,5] В. Таким образом,
для анализа входных сигналов в диапазоне ±15 В, их необходимо уменьшить в 12
раз и сместить на половину опорного напряжения. То есть необходимо
дифференциальное звено с Кпер = 1/12. В качестве такого звена выступает дифференциатор
на ОУ.
Схема дифференциатора приведена на рис. 5.3.
+5В ref ,
C2
100н
2Г
I T
+ 10B
D
gnd|
1 4 DD2
икФ ЮОн ИОмкФ
.. 1 1 Юн
™ ^i, I ^
R6-R8,R9,R10 - 820 Ом
LEDs - АЛ307БМ
VD1-VD4 -1 N5818 (Шоттки)
R1-R4 - ultra precesion, 0.05%
FT232BM
R4
Выход
»-
Рис.5.3. Схема дифференциатора на ОУ.
В качестве опорного напряжения ОУ используется ИОН АЦП с Vref =5.00В. Здесь
применён прецизионный ОУ ОР183 фирмы Analog Devises. Это rail-to-rail input-
output (размах входных и выходных напряжений равен напряжению питания) ОУ с
полевыми транзисторами на входе, за счёт чего достигается максимальное
входное сопротивление и минимальное искажение сигнала. Вход защищен от
статического электричества до 4 кВ согласно human body model №1.
Диапазон питающих напряжений ОУ 3..36 вольт, допускается возможность
работать в однополярном включении на частотах до 5 МГц с динамическим
потреблением 1 нА/Гц. Статическое потребление составляет 1,2 мА.
Допускается замена указанного ОУ на другие прецизионные ОУ. Параметры
некоторых из них приведены в таблице 5.1.
Таблица 5.1.
Параметры некоторых rail-to-rail input-output ОУ.
ОУ
ипит nii п, В
ипит max, В
fV, МГц.
1 потр. тА
ОР183
3
36
5
1,2
0Р191
2,7
12
3
0,3
ОР196
3
12
0,45
0,06
К1401УД1
2
18
2,5
10
Напряжение смещения формируется с помощью делителя на резисторах R2 и R3 из
прецизионного опорного напряжения Vref. Напряжение на выходе делителя равно ид
= 1,1528 В. Напряжение смещения на выходе ОУ определяется исходя из
выражения :
UCM = Ufl + [Ufl х К] ,
где К - коэффициент передачи усилителя (К=1/12).
Из чего следует, что напряжение смещения на выходе ОУ1 будет:
UCM = 1,1528 + 0,0961 = 1,2489 В,
т.е. близкое к половине опорного напряжения или половине входного диапазона
АЦП.
Зная, что максимальное входное напряжение (±15 В) преобразуется в ±1,25 В,
то, с учетом смещения и допуска резисторов получается, что напряжение на
выходе ОУ будет изменяться в диапазоне 0,0602...2,4398 В, т.е. находится в
переделах 0...Vref. Из чего следует, что при любом значении входного сигнала в ука-
занном диапазоне ±15 В на входе АЦП никогда не будет переполнения.
Получившаяся статическая ошибка преобразования в ±0,0602 В элементарно
компенсируется программно вводом калибровочного поправочного коэффициента Кпопр/
на который умножается каждое полученное значение входного напряжения.
Источник Опорного
Напряжения (ИОН)
Для формирования опорного напряжения Vref = 5.00В используется ИОН REF195
фирмы Analog Devises. Это мощный ИОН параметрического типа (тип series),
способный отдавать нагрузке ток до 30 мА. Выпускается в корпусе DIP-8 и имеет
типовое потребление 1,4 мА.
Типовая схема включения ИОН REF195GP, рекомендуемая фирмой Analog Devises
для работы в условиях повышенных шумовых воздействий, приведена на рис. 5.4:
+5В ref
REF195
5,7 - 36 В не стаб.
с
10 мкФ
ТАНТАЛЛ
Рис. 5.4. Типовая схема включения ИОН REF195GP.
Основное назначение ИОН — создавать образцовое напряжение, которое могло бы
быть использовано электронными устройствами преобразования информации в
качестве меры, эталона. Поэтому главное требование к ИОН: поддерживать выходное
напряжение неизменным и равным номинальному значению в условиях изменяющегося
входного напряжения, токов нагрузки, температуры окружающей среды и старения
элементов.
К точностным параметрам относятся: начальная точность установления
выходного напряжения в нормальных условиях, коэффициент стабилизации по входному
напряжению, коэффициент стабилизации по току нагрузки, температурный
коэффициент напряжения, тепловой гистерезис, временная стабильность, шум выходного
напряжения.
Начальная точность выходного напряжения зависит, в основном, от
технологических факторов. Отклонение выходного напряжения от номинального значения
вызвано разбросом элементов, входящих в состав ИОН. Точность повышают путем
лазерной подгонки резисторов схемы.
Коэффициент стабилизации по входному напряжению определяется как отношение
приращения входного напряжения к вызываемому им приращению выходного
напряжения ИОН:
Кст = AUin/AUref •
Иногда в справочниках приводится нестабильность по напряжению как
абсолютное изменение выходного напряжения в мВ, процентах или миллионных долях (ррт)
при изменении входного напряжения в заданных пределах. Повышение коэффициента
стабилизации достигается увеличением коэффициента усиления контура
регулирования .
Коэффициент стабилизации по току нагрузки характеризует стабильность
выходного напряжения стабилизатора при изменении тока нагрузки. Обычно под этим
коэффициентом понимают относительное изменение выходного напряжения при
изменении тока нагрузки в заданных пределах (в процентах или миллионных долях
от номинальной величины). Используются также термины «нестабильность по току
нагрузки» и «выходное дифференциальное сопротивление»:
Rout = AUref/Д1Ь
которое измеряется в омах. Этот параметр также существенно зависит от
коэффициента усиления контура регулирования.
Выходное сопротивление для трехвыводных параллельных ИОН, к которым
относится REF195, зависит от коэффициента передачи р внешнего делителя,
образованного нагрузкой.
Температурный коэффициент выходного напряжения характеризует нестабильность
выходного напряжения ИОН при изменении температуры окружающей среды. Это
вторая по важности после начальной точности выходного напряжения (а в некоторых
случаях даже первая) характеристика точности. Для многих изготовителей
измерительных приборов ТКН менее 10~6/°С позволяет избавиться от системной
температурной калибровки — медленного и дорогостоящего процесса.
Существует несколько методов определения ТКН. Один из них состоит в
определении ТКН как тангенса угла наклона касательной к графику зависимости
опорного напряжения от температуры:
ТКН = AUref/ДТ (D
Зависимость выходного напряжения от Т не только нелинейная, но даже не
монотонная, ТКН, определенный по формуле (1), сам очень сильно зависит от
температуры. Обычно применяется метод поля, при котором задается поле допуска на
отклонения опорного напряжения от номинального значения в заданном
температурном диапазоне. Например, для REF195 формула (1) дает ТКН=0,95 млн_1/°С.
На форму зависимости опорного напряжения от температуры существенно влияет
величина его начального значения. Это вызвано тем, что, в свою очередь,
величина опорного напряжения конкретного ИОН связана с точностью компенсации ТКН
его базового опорного элемента. Недокомпенсация ведет к снижению UREf, а.
перекомпенсация — наоборот.
В справочниках часто приводится так называемая "температурная
стабильность", под которой понимают относительное изменение выходного напряжения в
процентах от номинальной величины при изменении температуры окружающей среды
в допустимых для данной ИМС пределах. Используется также термин
"температурный дрейф выходного напряжения", определяемый отношением
AUref/(Urefhom * AT)
и измеряемый в мВ/(°СхВ).
Тепловой гистерезис — изменение опорного напряжения в результате изменения
температуры. Он проявляется в том, что при нагреве ИОН и последующем возврате
к исходной температуре его опорное напряжение не всегда принимает
первоначальное значение. Тепловой гистерезис трудно компенсировать и зачастую он
является главным источником погрешности при температурных колебаниях с
амплитудой 25 °С и больше. Изготовители ИОН сравнительно недавно начали включать
данные о тепловом гистерезисе их изделий в техническую документацию.
Например, для ИОН на ширине запрещенной зоны REF195 тепловой гистерезис при изме-
нении температуры в последовательности 25-50-25 °С равен 20 млн-1, что
сопоставимо с отклонением опорного напряжения при изменении температуры на 7 ° С.
К рабочим параметрам относятся номинальное выходное напряжение, ток и
падение напряжения на управляющем элементе.
Последний параметр особенно важен, т.к. определяет разницу между входным и
выходным напряжением ИОН. Для REF195 падение на управляющем элементе при
максимальной нагрузке (30 мА) составляет не более 700 мВ. Это значит, что для
устойчивого удержания 5.00 вольт на выходе, напряжение на входе ИОН должно
быть не менее 5,70 вольт. Однако по спецификации на USB шину, напряжение
линий питания может колебаться в диапазоне 4,7-5,5 вольта. Этого диапазона явно
недостаточно для устойчивой работы ИОН-а. Таким образом, появилась
необходимость в преобразователе напряжения установленном на плате устройства и
поднимающим напряжение до нужного уровня.
Удвоитель
напряжения
Принимая во внимание допустимый входной диапазон ИОН 5,7-36 вольт, наиболее
рациональным оказалось применение charge-pump схемы удвоения напряжения на
переключающихся конденсаторах (схема накачки заряда). Схема удвоителя
приведена на рис. 5.5:
Рис. 5.5. Схема удвоителя напряжения.
В основе устройства - микросхема КР1211ЕУ1. Это специализированный
контроллер электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) для компактных
люминесцентных ламп с питанием от источника постоянного напряжения 3...24 В. Кроме
того, ее допустимо применять в импульсных источниках питания. Обычно эта
микросхема управляет мощными биполярными или полевыми транзисторами в
двухтактных трансформаторных преобразователях. Если мощность, потребляемая нагрузкой,
не превышает 0,5 Вт, трансформатор подключают непосредственно к выходам
микросхемы. Таким образом, микросхема КР1211ЕУ1 во всех случаях используется
вместе с трансформатором.
Однако при построении удвоителя напряжения трансформатор использовать
необязательно. Давно известна схема бестрансформаторного удвоителя и инвертора
полярности напряжения на основе мультивибратора с двумя ключевыми каскадами,
формирующими симметричные противофазные импульсы с амплитудой, равной напря-
жению питания. Каждое выходное напряжение вырабатывают два выпрямителя с
общим сглаживающим конденсатором.
Нестандартное применение микросхемы КР1211ЕУ1 позволяет существенно
упростить устройство, реализовав те же принципы построения удвоителя напряжения
на современных элементах.
Генератор импульсов собран на самой микросхеме. Частота генерации
определяется элементами R11C17 и практически не зависит от напряжения питания.
Микросхема генерирует на выходах Q1 и Q2 симметричные противофазные импульсы,
разделенные паузой (ее наличие для данного устройства несущественно),
амплитуда которых равна напряжению питания. Элементы VD1VD3C13C10 образуют
выпрямитель с удвоением напряжения с выхода Ql(4) , a VD2VD4C14C10 — с выхода Q2(6) .
Сглаживающий конденсатор Сю — общий для обоих выпрямителей.
Напряжение на выходе устройства меньше удвоенного напряжения питания на
падение напряжения на диодах (применены диоды Шотки 1N5818 с падением 0,4 В) и
внутреннем сопротивлении, которое примерно равно 30...40 Ом. Ток,
потребляемый нагрузкой, может достигать 70 мА.
Удвоенное напряжение, через П-образный фильтр, собранный на элементах
C10C9FB1C7C5 поступает на ИОН и ОУ. Фильтр необходим для среза ВЧ помехи,
вызванной переключением выходных ключей КР1211ЕУ1.
Микроконтроллер
Данные с АЦП считываются в МК ATmega8 через SPI (Serial Peripheral
Interface - Последовательный Периферийный Интерфейс) интерфейс. Скорость
интерфейса рассчитана такой, чтобы считывать данные с АЦП без задержек и
простоя.
От АЦП микроконтроллер получает байт, состоящий из 16 бит. Старшие 4 из них
всегда нулевые и не несут информации. Оставшиеся 12 бит МК разделяет на 2
последовательности по 6 бит и присваивает их двум переменным типа char.
Получаем следующую конструкцию:
XX Dll D10
D11
D10
D9
D8
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
DO
ч
1 D9 1 D8 1 D7 1 D6 1
X
X
D5
D4
D3
D2
D1
DO
Таким образом, исходное 12-и битное слово было разбито на два байта,
содержащих данные АЦП, а так же дополнительные информационные биты, помеченные как
X. Эти байты в дальнейшем будем называть «пакетами», или «фреймами».
Биты, помеченные как X, являются служебными. Они несут информацию о номере
фрейма (первый или второй), а так же о его статусе.
Старший бит служит для определения номера фрейма. Если этот бит нулевой -
пакет первый. Если бит установлен - пакет второй. Это разделение необходимо
для чёткой работы программного обеспечения ПК.
Шестой бит определяет статус пакета. Дело в том, что устройство и ПК
периодически обмениваются служебной информацией и требуется признак, по которому
как МК, так и ПК могли бы отличить информационный фрейм (то есть фрейм,
несущий данные АЦП) от служебного. Этим признаком и является шестой бит. Если он
установлен, фрейм воспринимается как служебный и идёт дальнейшая расшифровка
заключённой в него служебной информации.
Подробнее процесс формирования фреймов можно увидеть, заглянув в код
прошивки , написанной на AVR-C:
// I
// читать старший байт с помощью SPI
spiH=spi(0) ; // [0] [0] [0] [0] [Dll] [D10] [D9] [D8]
// читать младший байт с помощью SPI
spiL=spi(0); // [D7][D6][D5][D4][D3][D2][Dl][DO]
//Формирование базовых пакетов
// [0][0][D5][D4][D3][D2][Dl][D0]
byteoutL = (spiL & 0x3F);
// [0] [0] [Dll] [D10] [D9] [D8] [D7] [D6]
byteoutH = ((spiH & OxOF) « 2) | (spiL » 6);
//Добавление метки старшего байта:
// [1] [0] [Dll] [D10] [D9] [D8] [D7] [D6]
byteoutH |= 0x80;
// i
Таким образом, в итоге имеем два фрейма:
[0] [0] [D5] [D4] [D3] [D2] [Dl] [D0] и [1] [0] [Dll] [D10] [D9] [D8] [D7] [D6] .
Эти байты последовательно копируются в регистр UART МК и передаются в
асинхронном режиме со скоростью 2 Мбит/сек на ПК через RS232-USB преобразователь.
Полный код прошивки и оттранслированный hex файл можно посмотреть ниже:
/*****************************************************
This program was produced by the
CodeWizardAVR VI.24.3b Evaluation
Automatic Program Generator
© Copyright 1998-2004 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l.
http://www.hpinfotech.com
e-mail:office@hpinfotech.com
Project :
Version :
Date : 18.03.2005
Author : Freeware, for evaluation and non-commercial use only
Company : Y2x
Comments:
Chip type
Program type
Clock frequency
Memory model
External SRAM size
Data Stack size
********************
ttinclude <mega8.h>
// Standard Input/Output functions
ttinclude <stdio.h>
// SPI functions
ttinclude <spi.h>
ttinclude <delay.h>
: ATmega8
: Application
: 16,000000 MHz
: Small
: 0
: 256
*********************************/
ttdefine UDRE 5
ttdefine ADC_BUSY PINB.O
ttdefine NCONVST PORTB.l
ttdefine RXC 7
ttdefine ERROR PINC.3
ttdefine INIT PINC.l
ttdefine TxGO PINC.5
// Declare your global variables here
void USART_Transmit( unsigned char data ) {
/* Wait for empty transmit buffer */
while ( !( UCSRA & (1«UDRE) ) ) ;
/* Put data into buffer, sends the data */
UDR = data;
}
void main(void) {
// Declare your local variables here
//Input/Output Ports initialization
//Port В initialization
//Func7=In Func6=In Func5=0ut Func4=In Func3=0ut Func2=0ut Funcl=Out FuncO
//State7=T State6=T State5=0 State4=T State3=0 State2=0 Statel=0 StateO=T
PORTB=0x00;
DDRB=0x2E;
// Port С initialization
// Func6=In Func5=0ut Func4=0ut Func3=0ut Func2=0ut Funcl=Out FuncO=Out
// State6=T State5=0 State4=0 State3=0 State2=0 Statel=0 StateO=0
PORTC=0x00;
DDRC=0x3F;
// Port D initialization
// Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=In Func2=In Funcl=Out FuncO=In
// State7=0 State6=0 State5=0 State4=0 State3=P State2=P Statel=0 StateO=T
PORTD=0x0C;
DDRD=0xF2;
// Timer/Counter 0 initialization
// Clock source: System Clock
// Clock value: Timer 0 Stopped
TCCRO=OxOO;
TCNTO=OxOO;
// Timer/Counter 1 initialization
// Clock source: System Clock
// Clock value: Timer 1 Stopped
// Mode: Normal top=FFFFh
// 0C1A output: Discon.
// 0C1B output: Discon.
// Noise Canceler: Off
// Input Capture on Falling Edge
TCCRlA=OxOO;
TCCRlB=OxOO;
TCNTlH=OxOO;
TCNTlL=OxOO;
ICRlH=OxOO;
ICRlL=OxOO;
OCRlAH=OxOO;
OCRlAL=OxOO;
OCRlBH=OxOO;
OCRlBL=OxOO;
// Timer/Counter 2 initialization
// Clock source: System Clock
// Clock value: Timer 2 Stopped
// Mode: Normal top=FFh
// 0C2 output: Disconnected
ASSR=OxOO;
TCCR2=0x00;
TCNT2=0x00;
OCR2=0x00;
// External Interrupt(s) initialization
// INTO: Off
// INT1: Off
MCUCR=OxOO;
// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization
TIMSK=OxOO;
// USART initialization
// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity
// USART Receiver: On
// USART Transmitter: On
// USART Mode: Asynchronous
// USART Baud rate: 1 Mbps
// U2X = 0
UCSRA=OxOO;
UCSRB=0xl8;
UCSRC=0x86;
UBRRH=OxOO;
UBRRL=OxOO;
// Analog Comparator initialization
// Analog Comparator: Off
// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off
ACSR=0x80;
SFIOR=0x00;
// SPI initialization
// SPI Type: Master
// SPI Clock Rate: 2*4000,000 kHz
// SPI Clock Phase: Cycle Start
// SPI Clock Polarity: Low
// SPI Data Order: MSB First
SPCR=0x54;
SPSR=0x01;
P0RTB=2; // C0NVST=1, SCLK=0
delay ms(800);
PORTB=0;
PORTC=2;
// Светодиод 1 потушен
delay ms(800);
PORTB=2;
PORTC=10;
// Светодиод 2 потушен
delay ms(800);
PORTC=42;
// Светодиод 3 потушен
while (1) {
unsigned char comand=0;
unsigned char i=0;
//Приём команды:
{
while ( ! (UCSRA & (1«RXC) ) ) ;
comand=UDR;
} ;
if (comand == 2) {
unsigned char spiL;
unsigned char spiH;
unsigned char byteoutL;
unsigned char byteoutH;
unsigned char c=0;
comand = 0;
TxGO = 0;
while (c != 4) {
// начать преобразование в режиме 1
// (максимальная производительность)
NCONVST=0;
delay_us(2);
NCONVST=l;
// ждать завершения преобразования
while (ADC_BUSY);
// читать старший байт с помощью SPI
spiH=spi(0) ; // [0] [0] [0] [0] [Dll] [D10] [D9] [D8]
// читать младший байт с помощью SPI
spiL=spi(0); // [D7][D6][D5][D4][D3][D2][Dl][DO]
//Формирование базовых пакетов
byteoutL = (spiL & 0x3F); // [0][0][D5][D4][D3][D2][Dl][DO]
// [0] [0] [Dll] [D10] [D9] [D8] [D7] [D6]
byteoutH = ((spiH & OxOF) « 2) | (spiL » 6);
//Добавление метки старшего байта:
//[1] [0] [Dll] [D10] [D9] [D8] [D7] [D6]
byteoutH |= 0x80;
// Передача байт через UART:
USART_Transmit( byteoutL );
USART_Transmit( byteoutH );
// Проверка прихода команды STOP:
if ( ! (UCSRA & (1«RXC)) ) {
c=UDR;
if (c != 4)
// Код 16 (команда неизвестна) + признак команды (64)
USART_Transmit( 80 );
else
TxGO=l; // Погасить TxLED.
} ;
} ;
} ;
if (comand == 4) {
// Код 8 (АЦП небыл Запущен!) + признак команды (64)
USART_Transmit( 72 );
} ;
if (comand == 32) {
// Зажечь ERROR
for (i=0; i<ll; i++) {
ERROR=0;
delay_ms(250);
ERROR=l;
delay_ms(250);
} ;
ERROR=l;
comand=0;
} ;
if (comand == 8)
PORTC=42; // Погасить все LED
if (comand == 1) {
// Инициализация
for (i=0; i<4; i++) {
// Код 4 - OK, + признак команды (64)
USART_Transmit( 68 );
INIT=0;
delay_ms(500) ;
INIT=1;
delay_ms(500) ;
} ;
INIT=0;
comand=0;
} ;
if (comand!=1 | comand!=32 | comand!=4 | comand!=2 | comand!=0 | comand!=8)
// Код 16 (команда неизвестна) + признак команды (64)
USART_Transmit( 80 );
} ;
}
Hex файл прошивки имеет вид:
:0A00000015C0FECFFDCFFCCFFBCFF3
:10000A00FACFF9CFF8CFF7CFF6CFF5CFF4CFF3CFBA
:10001A00F2CFF1CFF0CFEFCFEECFEDCF000000005F
:10002A000000F894EE27ECBBF1E0FBBFEBBFE5BFA5
:10003A00F8E1F1BDE1BD8DE0A2E0BB27ED938A9521
:10004A00E9F780E094E0A0E6ED930197E9F7EAE2A8
:10005A00F0E085919591009761F0A591B591059091
:10006A001590BF01F00105900D920197E1F7FB0190
:10007A00F0CFEFE5EDBFE4E0EEBFC0E6D1E006C0A9
:10008A005D9BFECFE881ECB921960895E0E0E8BBDC
:10009A00EEE2E7BBE0E0E5BBEFE3E4BBECE0E2BBAA
:10 0 0AA0 0E2EFE1ВВЕ 0E0E3BFE2BFE FBDEEBDEDBDD5
:1000BA00ECBDE7BDE6BDEBBDEABDE9BDE8BDE2BD0D
:10 0 0CA0 0Е 5BDE 4 BDE 3BDE 5BFE 9BFEBB9E 8Е1ЕАВ9Е 7
:1000DA00E6E8E0BDE0E0E0BDE9B9E0E8E8B9E0E083
:1000EA00E0BFE4E5EDB9E1E0EEB9E2E0E8BBE0E269
:1000FA00F3E0FA93EA93DCD0E0E0E8BBE2E0E5BBA8
:10010A00E0E2F3E0FA93EA93D3D0E2E0E8BBEAE074
:10011A00E5BBE0E2F3E0FA93EA93CAD0EAE2E5BB90
:10012A00229782E0A0E0B0E0E6E2F0E0D2D05F9B66
:10013A00FECFECB1E983A981A23009F041C025972D
:10014A0081E0A0E0B0E0E8E2F0E0C3D0E0E0EE83D6
:10015A009D98A881A43099F1C1988BE08A95F1F70E
:10016A00C19AB099FECFE0E0EA939BD0EB83E0E03E
:10017A00EA9397D0EC83EF73EA83EB81EF70EE0F8B
:10018A00EE0FEF93EC81E295EF70E695E695AF916D
:10019A00EA2BE983E068E983EA81EA9371DFE9817E
:1001AA00EA936EDF5F990AC0ECB1E883A881A430B4
:1001BA0021F0E0E5EA9364DF01C09D9ACACF259653
: 1001CA00A981A43019F4E8E4EA935ADFA981A0329C
:1001DA00C1F4E0E0E883A881AB3080F4 9B98EAEFB1
: 1001EA00F0E0FA93EA9364D09B9AEAEFF0E0FA938C
:1001FA00EA935ED0E881EF5FE883EDCF9B9AE0E077
: 10020A00E983A981A83011F4EAE2E5BBA981A1300A
:10021A00C1F4E0E0E883A881A43080F4 9998E4EF7F
:10022A00F1E0FA93EA9344D0999AE4EFF1E0FA9371
:10023A00EA933ED0E881EF5FE883EDCF9998E0E05A
:10024A00E983A981E1E040D0EF93E0E23DD0AF91AC
:10025A00EA2BEF93A981E4E037D0AF91EA2BEF9331
:10026A00A981E2E031D0AF91EA2BEF93A981E0E0D6
:10027A002BD0AF91EA2BEF93A981E8E025D0AF917B
:10028A00EA2B19F0E0E5EA93FBDE22964 9CFFFCF8D
:10029A005F9BFECFECB108955D9BFECFE881ECB980
1002AA0005C0E881EFB9779BFECFEFB1219608959В
1002BA00E991F991309639F080EA9FE00197F1F7D8
1002CA00A8953197C9F70895EA17E1E009F4EE27EE
1002DA000895AC0FBD1F05900D928A95E1F7089518
00000001FF
UCB<=>RS232 конвертор
Сформированные МК пакеты по RS-232 протоколу передаются на RS232-USB
преобразователь .
Преобразователь выполнен на специализированной микросхеме FT232BM фирмы
FTDI (© Future Technology Devices Intl. Ltd.). Такой преобразователь
необходим, поскольку протокол обмена данными по USB сложен как со стороны
аппаратных решений, так и со стороны программного обеспечения и реализовать его до
недавнего времени было не под силу не только радиолюбителям, но и многим
специалистам. В качестве доказательства можно отметить, что известная микросхема
USBN9603/USBN9604 фирмы National Semiconductor имеет в своём составе около 50
регистров, которыми должен управлять микропроцессор для того, чтобы
обеспечить связь с компьютером по USB. Программное обеспечение в этом случае должно
использовать две библиотеки Hid.dll и Setupapi.dll с множеством функций,
которые необходимо изучить достаточно подробно.
Сегодня, установив в разрабатываемом приборе микросхему FT232BM или
FT245BM, можно преобразовать USB порт в "виртуальный" последовательный или
параллельный порт, обмен данными с которым ведут привычными, хорошо
известными методами.
EESKc
EEDATAt
VCCt
RESETS
TESTc
3V30UTc
USBDPc
USBDMt
ooozo?oo
шо>Он-ох
LUK<<XX>H
пппппппп
^32 25 ^
1 О 24
=FTDI
FT232AM
XXYY
17
16
iRXD
iRTS
i CIS
i DTR
iDSR
iDCD
|RI
i GND
fflll
CD
□ o-izz
J>Ocdq
>< KMX
oppies. 6. Внешний вид микросхемы FT232BM(AM)
Вопросы организации полноценного узла USB выполняет микросхема на
аппаратном уровне, а программное обеспечение для компьютера базируется на драйвере и
одной динамической библиотеке с набором простых и достаточно прозрачных
функций .
Всё это можно свободно получить на сайте фирмы FTDI http://www.ftdichip.com
После установки драйвера один из имеющихся USB портов исчезает из списка
ОС, а на его месте появляется другой, последовательный, единственным отличием
которого от оригинала является возможность установки неестественно высокой
скорости.
Микросхема FT232BM выпускается в корпусе TQFP 32. Внешний вид и цоколёвка
микросхемы показаны на рис. 5.6.
FT232BM — однокристальный асинхронный двунаправленный преобразователь USB —
последовательный интерфейс (RS232, RS422, RS485). FT232BM включает в себя USB
приемопередатчик, UART контроллер и буферы, стабилизатор напряжения,
умножитель частоты и другие функциональные узлы, которые делают ее готовым
решением для быстрой и недорогой модернизации системы с СОМ портом для работы с USB
интерфейсом.
FT232BM совместим со спецификациями USB 1.1 и USB 2.0 при скорости
передачи до 12 Мбит в секунду (Full Speed) и поддерживает интерфейсы хост-
контроллеров UHCI (Universal Host Controller Interface) Intel и OHCI (Open
Host Controller Interface) Microsoft, Compaq и новым EHCI (Enhanced Host
Controller Interface) Intel. Поддерживается передача данных обычных и
управляющих пакетов, передача прерываний и изохронных данных — пакетов
передающихся на определенной скорости и не повторяющихся в случае сбоя, например аудио
или видео данных.
Буфер передатчика USB составляет 128 байт, приемника — 384 байта с
возможностью программирования таймаута по приему данных с периодом от 1 до 255 мс,
что позволяет гибко настраивать быстродействие устройства при передаче
коротких пакетов данных.
Встроенный стабилизатор напряжения подключается непосредственно к USB и
обеспечивает питание 3,3 В для USB—приемопередатчика и других узлов
микросхемы. Кроме этого, стабилизатор имеет выход внешний нагрузки, для питания
других компонентов на плате, требующих напряжение 3,3 В и небольшой ток
потребления (до 5 мА). Токи потребления FT232BM соответствуют требованиям
спецификации USB устройств, питание которых осуществляется непосредственно от
USB. Собственный ток потребления FT232BM в активном режиме работы не
превышает 25 мА, а согласно спецификации USB — не более 100 мА. В режиме Suspend
(приостановка) FT232BM потребляет не более 200 мкА (500 мкА по
спецификации) .
Как уже упоминалось, при питании от USB ток потребления не должен превышать
100 мА на одно устройство. Компоненты с током потребления более 100 мА
должны подключаться через отдельный стабилизатор. Для управления питанием других
компонентов схемы в FT232BM предусмотрен вывод "PWREN". "PWREN" подключается
в затвор MOSFET ключа и с его помощью подключает и отключает питание
компонентов схемы.
Встроенная схема формирования сигнала «сброс» генерирует импульс
длительностью около 5 мс при превышении напряжением питания уровня 3,5 В. Сигнал
сброса используется для внутренних цепей FT232BM и имеет дополнительно: вход
"RESET" для принудительного сброса микросхемы преобразователя от внешнего
устройства и выход "RSTOUT" для сброса других микросхем на плате. Кроме этого
вход "RESET" может быть подключен к USB линии питания через резистивный
делитель . В этом случае, при пропадании питания USB хоста или хаба на входе
"RESET" будет низкий уровень, FT232BM перейдет в состояние сброса и выводы
UART интерфейса перейдут в высокоимпедансное состояние.
FT232BM имеет встроенный интерфейс для подключения EEPROM памяти.
Поддерживается 16-битная EEPROM с протоколом Microwire (например 93С46) и
быстродействием не менее 1 МБит/с. EEPROM используется для хранения идентификационной
информации устройства, когда это необходимо.
FT232BM может использоваться без EEPROM в том случае, если к хосту
подключено только одно устройство. В этом случае (а также, если EEPROM будет неза-
программирована) будут использоваться заданные по умолчанию идентификационные
номера VID и PID USB, а серийный номер устройства будет отсутствовать.
VCC (3, 13, 26)-
3V30UT (6)
Стабилизатор
напряжения
3,3 в
USBDP(7)
USBDM (8)-
Приемо-
передатчик
USB
Блок
синхронизации и
выделения
данных
RCCLK(31)
XTOUT (28)
XTIN (27)-
AVCC (30)
AGND (29)
Кварцевый
генератор
(6 МГц)
Обработчик данных
последовательного
интерфейса (SIE)
Умножитель
частоты
48 МГц
12 МГц
Двухпортовый
буфер передачи
(128 байт)
Обработчик
протокола
USB
Двухпортовый
буфер приема
(384 байта)
Делитель
частоты
на 16
3 МГц
Контроллер
очереди
данных
Программируемый
делитель
частоты
л
с;
го
о
cl
си
ш
а:
<
Z)
х т
ГО
d
0
CL
cd
о
Интерфейс
ЭСППЗУ
TXD (25)
■ RXD (24)
RTS (23)
■ CTS (22)
DTR (21)
■ DSR (20)
■ DCD (19)
■RI (18)
TXDEN (16)
USBEN (15)
TXLED (12)
RXLED (11)
SLEEP (10)
■PWRCTL(14)
EECS (32)
■EESK(1)
EEDATA(2)
■RESET (4)
■TEST (5)
■GND (9, 17)
При подключении к хосту нескольких устройств на базе FT232BM каждому из них
назначается свой виртуальный СОМ порт, а серийные номера, VID и PID USB,
строки с кратким описанием устройства должны быть предварительно
запрограммированы в EEPROM. Программирование памяти осуществляется непосредственно в
схеме по USB интерфейсу с помощью специальной утилиты, которая можно
бесплатно скачать с сайта производителя.
FT232BM имеет встроенный умножитель частоты на базе ФАПЧ, который
преобразовывает 6 МГц кварцевого генератора в 12 МГц опорный сигнал для USB
контроллера и 48 МГц для цепи ФАПЧ USB приемопередатчика (USB DPLL) и тактового
генератора UART. Генератор UART также имеет встроенный 14-битный делитель,
позволяющий перестраивать частоту UART от 183 бод до 3 Мбод. Максимальная
скорость при работе с RS-232 составляет 1 Мбод, а с RS-422/485 — 3 Мбод.
FT232BM имеет поддержку полного набора квитирования модемного интерфейса и
поддерживает различные режимы приемо-передачи по UART: асинхронный 7/8
битный, с 1 или 2 стоп-битами, с четностью/нечетностью, маркером, с паритетом
или без паритета. Поддерживаются сигналы готовности к передаче/приему
RTS/CTS, DSR/DTR и управляющие символы, сообщающие о начале (X-ON) или
окончании (X-OFF) передачи.
Функциональная схема FT232 представлена на рис. 5.7 (вкладка выше).
Ее основа - приемопередатчики обоих интерфейсов. Блок UART снабжен полным
набором сигнальных цепей стандарта RS-232, приемопередатчик USB - всего двумя
информационными выводами USBDP и USBDM, образующими двунаправленный канал
передачи данных. Блок SIE преобразует последовательный код в параллельный и
обратно, выполняет процедуры «битстаффинга», генерирует (для исходящего потока
данных) и проверяет (для входящего) контрольные коды.
Обработчик протокола USB нижнего уровня формирует ответы на запросы host-
контроллера (компьютера). Через него же управляют режимом работы UART.
Предусмотрены два буфера промежуточного хранения данных (FIFO) емкостью 384 байта
(на прием) и 128 байт (на передачу). Управление FIFO возложено на
соответствующий контроллер.
На рис. 5.8 приведена схема UCB<=>RS232 преобразователя на основе FT232BM.
Схема предельно проста и в пояснениях не нуждается. Единственным
требованием FTDI к трассировке печатной платы является то, что элементы ZQi, Сб и С7
должны располагаться как можно ближе к соответствующим выводам микросхемы.
Супервайзер питания
Фирма ATMEL гарантирует работоспособность своих МК при напряжениях питания
в диапазоне 4,5-5,5 вольт. Однако, как показывает практика, микроконтроллер
продолжает работать даже при снижении напряжения питания до уровня 2,7
вольта. Такой режим является недопустимым, поскольку нарушается режим работы
тактового генератора и параметры записи EEPROM. Всё это может приводить к
разного рода сбоям в работе схемы, часто, на первый взгляд, незаметным. Как то -
ошибочное измерение временных интервалов, нарушение скорости передачи данных,
потери данных.
Чтобы этого избежать, применяют «супервайзеры питания». Это маленькое
устройство подключают к цепи питания МК, а выход - ко входу RESET МК. При
падении напряжения питания ниже установленного уровня супервайзер генерирует
импульс сброса (низкий уровень на входе RESET), который останавливает МК, и
удерживает этот уровень, пока напряжение не придёт в норму. Работу устройства
поясняет осциллограмма на рис. 5.9.
На осциллограмме видны два графика. Верхний - входное напряжение, нижний -
выходное.
Ucc = 5V
DD1
3V3 OUT
USBDM
USBDP
yRSTOUT
XTIN
XTOUT
/RESET
VCC
VCC
AVCC
AGND
GND
EECS
EESK
EEDATA
uUcc
VCC-IO
TXD
RXD
/RTS
/CTS
/DTR
/DSR
/DCD
/Rl
TXDEN
/SLEEP
/PWREN
ЯХ1_ЕР
/RXLED
GND
13
25
24
23
22
21
20
19
18
16
10
15
14
12
11
17
FT232BM
Рис. 5.8. UCB<=>RS232 конвертор на базе FT232BM.
P2
RS-232
Пока напряжение питание в норме, графики идут вместе - на выходе супервай-
зера уровень напряжения питания. Но стоит напряжению упасть ниже
установленного уровня, как выходное напряжение устройства падает почти до нуля,
останавливая контроллер, и в дальнейшем почти не меняется при любых колебаниях
напряжения питания (отсечка 2).
Аналогичная ситуация происходит, если напряжение питания нарастает слишком
медленно - сигнал /RESET будет снят только тогда, когда напряжение питания
достигнет безопасного уровня (отсечка 1).
Из осциллограммы также видно, что уровни первой и второй отсечки различны.
Этот гистерезис необходим для предотвращения самовозбуждения супервайзера при
колебаниях напряжения питания вблизи порога отсечки.
flj 1.00У/ Й2 l.OOW 5.005/
Рис. 5.9. Осциллограмма работы супервайзера питания.
В схеме АЦП применён отечественный супервайзер питания 1171СП42.
Микросхемы 1171СПхх представляют из себя детектор понижения напряжения и
предназначены для применения в аппаратуре, где требуется получение сигнала,
предупреждающего об изменении контролируемого напряжения ниже допускаемого
уровня.
Основные параметры серии следующие:
• Низкий ток потребления <20мкА
• Разброс напряжения срабатывания ±5%
• Напряжение срабатывания (1171СП42) 4,2 вольта.
• Пластмассовый корпус типа: КТ-26 (ТО-92)
Таблица состояния:
Состояние
Уровень
напряжения
питания, Vin,
Состояние
выходного
ключа
Выключено
Vin > Vs
закрыт
Включено
Vin ^ Vs
открыт
Выходной ключ 1171СП42 выполнен по схеме с открытым коллектором, по этому
должен быть «подтянут» к напряжению питания резистором 10к. Такое решение
позволяет подключать к МК программатор без отключения супервайзера.
Для подавления самовозбуждения через ОС нагрузки, выход супервайзера должен
быть подключён к GND через конденсатор Юн.
В общем виде, схема включения 1171СП42 выглядит как на рис. 5.10.
Выход /RESET
)UT
С11
II
Юн
R6
10к
СП-42
IN
Вход +5В
—С
GND
Рис. 5.10. Схема включения 1171СП42.
Анализ качества
аналоге- -цифрового
преобразования
Как уже отмечалось, AD7896 является 12-и разрядным АЦП с собственным шумом
не более 1 МЗР. ИОН REF195 имеет собственный шум порядка ±50 ppm/V, что не
выходит за рамки ЧМЗР. Таким образом, АЦП имеет эффективную разрядность,
равную 11 битам.
Входной диапазон АЦП имеет ширину 2,5 вольта. Таким образом, дискретность
измерения напряжений будет равна:
2,5 0,0006103515625 В
4096
где 4096 - число возможных комбинаций кода 12-и разрядного АЦП.
То есть, дискретность примерно составит 0,6 милливольта. Учитывая, что
сигнал на вход АЦП поступает с дифференциатора с Кпер = 1/12, дискретность
измерения сигнала датчика составит:
0,0006103515625 х 12 = 0,00732421875 В.
Зная ширину выходного диапазона датчика (30 вольт) и соответствующие ему
значения угла (180°), рассчитаем дискретность измерения угла наклона датчика:
30 =4096
0,00732421875
180°
4096
= 0,0439453125
о
Таким образом, устройство способно измерять углы с дискретностью «0,044
градуса в диапазоне ±90° с точностью ±0,022 градуса, что соответствует 1 МЗР.
Предельная частота дискретизации прибора равна 1-105 выборок/с, но может
быть уменьшена до любого сколь угодно малого значения. Входной диапазон равен
±30 вольт, входной диапазон АЦП равен 0..2,5 В.
Собственный шум не превышает 1МЗР.
РЕАЛИЗАЦИЯ
В результате получился прибор, фото которого и печатная плата ниже
'Ж
1
3e8\QA - ЭОА
500S.S0tS
На правом фото хорошо видна отдельная платка с FT232BM. Это было сделано
так, чтобы можно было использовать платку в других разработках. Схема -
стандартная, рекомендованная фирмой выпускающей микросхему:
GND
Л
USBVCC
1
С1
!юп
С2
г—5юи
FB1
VCC50
VCC33
СЗ
С4
|0u1
J2
USBDM
1
J3
USBDP
1
R6 1К5
J5
USBGND
1
27
Z1 6.0 MHz
28
32
л^
X-
х-
31
С1
С5
!oui
R1 К47
о о
о о
> >
3V30UT
USBDM
USBDP
/R STOUT
XTIN
хтоит
EECS
EESK
ЕЕDATA
TEST
Q
z
о
<
FT232BM
C6
|0u1
о о
0 о
1 о /TXLED
/RXLED
TXDEN
/PWREN
TXD
RXD
/RTS
/CTS
JDTR
/DSR
/DCD
JRI
/RESET
/SLEEP
PWRCTL
Tahoe 050125
VCCIO
25
24
23
22
21
20
R2 K47 D1 TX
-X
-X
-X
-X
R3 K47 D2 RX
-ллл-
RP122
W '
vVV'
v\/v-
vVV'
vVV'
GND
VCC50
RXD
7RT5"
/CTS
VCC50
таг
VCCIO
TXD
RXD
/RTS
"7CT5"
J4
CON
GND
Печатная плата ее здесь не приводиться, но в архиве она есть под программу
ОрКадом (9.2).
КОМПЬЮТЕРНАЯ ЧАСТЬ
Работа с портами
СОМ и LPT на
низком уровне
Сначала определимся, что же такое работа на высоком и на низком уровне.
Под работой на высоком уровне понимают обращение к порту через ОС и под её
контролем.
Дело в том, что в Windows обращение к любому устройству аналогично
обращению к одноимённому файлу. То есть, если мы хотим считать данные из порта,
например, С0М1, то мы должны открыть файл с именем "С0М1". Для этого
используются WinAPI функции OpenFile("С0М1",,,,,), ReadFile, WriteFile, CreateFile и
т.д. Их описание есть в «помощи» любого языка и в соответствующей литературе,
по этому мы не будем на них подробно останавливаться. Эти функции являются
функциями ОС, а не языка, поэтому одинаковы во всех языках программирования.
Отличается лишь форма их записи.
Под работой на низком уровне понимают непосредственное обращение к
регистрам контроллера порта из адресного пространства (АП). АП - это абстрактное
понятие, выражающее отправную точку, относительно которой происходит
адресация всех устройств компьютера.
Работа на высоком уровне позволяет легко реализовывать протоколы и функции,
заложенные разработчиками ОС, но затрудняет реализацию собственных. Работа на
низком уровне напротив, открывает широкие возможности для творчества, но
реализация более-менее сложного протокола может потребовать знания ассемблера,
много времени и, скорее всего, будет нагружать процессор лишними функциями.
Кроме того, доступ к некоторым регистрам (а следовательно и ножкам) порта
невозможно (без специальных знаний) получить из адресного пространства и
наоборот , некоторые комбинации выводов невозможно «зажечь» с помощью API. Таким
образом, работа на высоком и на низком уровне, это не взаимоисключающие
понятия, а всего лишь разный подход к управлению портом.
Рассмотрим структуру стандартного порта.
о
m
I-
о
т
го
Cl
\-
О
О
Cl
(И
О
X
о
О)
Cl
2
^ 2
Cl
1-
<_!
£ 4
ф
Cl
а в
ч
S
s
?
С
Н
i_
Ф
Cl
Ч
О
о.
I-
(_>
ф
Cl
О
I-
Q
О
О
ш
со
Рис. 6.1 Структура стандартного порта.
Этот макет наиболее наглядно представляет структуру стандартного порта
ввода/вывода, к которым относятся СОМ и LPT.
Как видно, порт содержит базовый регистр - это первый этап на пути к нужной
ножке из АП. Базовый регистр содержит в себе несколько подрегистров (ПР)
(называемых ещё «смещением адреса»). В зависимости от их типа, связь их с БР
может быть двусторонней (запись и чтение) или односторонней (запись или
чтение) .
Каждому ПР соответствует какое то количество ножек порта. Т.е. разные ножки
порта принадлежат разным подрегистрам и для того, чтобы выставить на них
какое-то состояние или считать его с какой-нибудь ножки, надо сначала обратится
к соответствующему ей ПР.
Некоторые ПР вообще не имеют непосредственного отношения к выводам порта,
т.к. являются регистрами состояния. Их используют для настройки порта.
Например, некоторое количество ножек порта могут работать на передачу/приём. Для
того, чтобы установить режим их работы (передача, приём или передача и приём)
в соответствующий ПР порта записывают определённый код. Ориентируясь на него,
контроллер порта устанавливает режим работы этих ножек.
Каждой ножке в ПР соответствует весовой коэффициент в двоичном коде. Т.е.
для того, чтобы выставить "1" на каком то выводе порта, нужно записать в
соответствующий ей подрегистр её весовой коэффициент. Напротив, при считывании
состояния входной линии порта, порт вернёт не состояние "О" или "1", а "О"
или "N", где N - весовой коэффициент данной ножки. Возвращение портом "О"
означает, что на входе "О". Возвращение же "N" означает, что на входе "1".
Указанные действия в языке Паскаль 7.0 выполняет процедура port[]. Формат
её записи следующий: port[b+n]:=m; Где:
b - адрес BP порта.
n - номер подрегистра.
m - весовой коэффициент вывода.
Попробуем с её помощью установить "1" на выводе RTS(7) СОМ порта.
Для этого обратимся к таблице 1:
Таблица 6.1.
Назначение контактов СОМ порта (разъём DB-9S.)
Сигнал
Контакт
Разъёма
DB-9S
Направление
Подрегистр
Вес.
TxD
3
Передача
X
X
RxD
2
Приём
X
X
DTR
4
Передача
4
1
DSR
6
Приём.
6
32
RTS
7
Передача
4
2
CTS
8
Приём
6
16
DCD
1
Приём
6
8
RI
9
Приём
6
64
GND
5
Земля
X
X
Как следует из таблицы, выводу RTS соответствует 7 контакт стандартного
девятиконтактного СОМ порта. Он относится к 4 подрегистру и имеет в нём вес
равный 2.
Адрес базового регистра, это адрес порта. Для С0М1 он равен $3F8 (для COM2
- $2F8, для LPT1 - $378, LPT2 - $278).
Таким образом, мы можем записать:
program priml;
uses crt,dos;
var
base: integer;
begin
base:=$3F8; {Присвоение переменной base баз. адреса}
port[base+4]:=2; {Установить RTS}
readln; {Ждать нажатия Enter}
port[base+4]:=0; {Сбросить все выходы порта}
end.
Эти строчки приведут к установке +12в на выводе 7 порта.
Сразу напрашивается вопрос - как запитать несколько выходов сразу. Ответ -
просто сложить коды выходов. Например, мы хотим «зажечь» выходы RTS и DTR.
Тогда пишем:
port[base+4]:=3;
Сбросить все выходы порта можно отправив туда 0, а вот для того, чтобы
сбросить конкретную ножку, оставив остальные без изменения, требуется
отправить в порт значение, логически обратное весу сбрасываемого вывода. Например,
для RTS это будет выглядеть так:
port[base+4]:=port[base+4] and (not 2);
Для экспериментов с портом удобно собрать индикатор, состоящий из вилки DB-
9F и припаянных к ней светодиодов последовательно с резистором на 1.5 кОм
между GND и нужным выходом (Рис. 6.2).
о
го
сЬ
"П
Рис. 6.2. Визуализация последовательного порта.
Зачем два светодиода? Просто для СОМ порта логической единице на входе
приемника соответствует уровень напряжения -3...-12 В. Логическому "0" соответ-
ствует напряжение +3...+12 В. Между уровнями +3...-3 В существует зона
нечувствительности, обуславливающая гистерезис приемника. Состояние на выходе
приемника изменяется только при пересечении напряжением порога +3 или -3 В.
Таким образом, в отличие от LPT, где используются ТТЛ уровни (уровень "1" при
токе нагрузки 14 мА, не менее +2.4 В, уровень "О" при токе нагрузки 14 мА, не
более +0.4 В) одной полярности, у СОМ-а полярность сигнала меняется от -12 до
+12 вольт. При этом ток нагрузки на один выход СОМ порта не должен превышать
10 мА.
Но это ещё не всё. Логика в СОМ порту ещё и инверсная! Это значит, что
активным уровнем у неё считается ноль, а пассивным - единица. Таким образом,
«зажигая» вывод, мы устанавливаем на нём "0" (+12 В), а «сбрасывая» - "1" (-
12 В). Это нужно учитывать.
Теперь разберёмся, как читать состояние входов.
Как уже говорилось выше, порт возвращает "0", если на входе "0", и "N",
если на данном входе "1". Причём в некоторых случаях (особенно, при работе с
LPT) "N" может быть равно сумме кодов ножек, если "1" присутствует не на
одном входе.
Осуществляется приём следующим образом:
e:=port[b+n] and m;
Где:
е - переменная типа byte, в которую сохраняют принятое значение.
b - адрес БР порта,
п - номер подрегистра.
m - весовой коэффициент входа (см. таблицу 6.1).
Для проверки этой записи соединим перемычкой выход RTS(7) и вход CTS(8) и
запустим приведённый ниже код:
program prim2;
uses crt,dos;
var
base,result: integer;
e:byte;
begin
base:=$3F8;
port[base+4]:=2; {Установить RTS}
e:=port[base+6] and 16; {Присвоить e состояние CTS}
if e=16 then result:=1 {Если e=16, то result=l}
else result:=0; {...иначе result=0}
writeln('Принятое состояние = ',result); {Вывод результата}
readln; {Ждать нажатия Enter}
port[base+4]:=0; {Сбросить все выходы порта}
end.
На экране должно появиться сообщение: «Принятое состояние = 1».
Отправляя в порт значения от 0 до 3 можно видеть, как изменяется состояние
на любом выходе.
К сожалению, работать таким образом с выводами TxD и RxD нельзя, т.к. они
относятся к асинхронному приёмопередатчику, встроенному в контроллер порта.
Работает он по протоколу RS232 и управление им куда более сложное.
Приёмы работы с LPT абсолютно такие же, однако надо помнить, что LPT
способен работать аж в 4 режимах (Centronics, SPP, ЕРР, ЕСР) и их вариациях. При-
чём в каждом режиме назначение и активный уровень выводов могут отличаться.
Режим, устанавливающийся ОС при загрузке по умолчанию - SPP (Standart
Parallel Port). Переключать режимы из своей программы можно записывая "1" в
соответствующие биты управления.
Сигнал
Контакт
Вилки
DB-25F
Направление
Подрегистр
Вес
DATA 0
2
Передача SPP)
0
1
DATA 1
3
Передача SPP)
0
2
DATA 2
4
Передача SPP)
0
4
DATA 3
5
Передача SPP)
0
8
DATA 4
6
Передача SPP)
0
16
DATA 5
7
Передача SPP)
0
32
DATA 6
8
Передача SPP)
0
64
DATA 7
9
Передача SPP)
0
128
Error
15
Приём
1
8
Select
13
Приём
1
16
PaperEnd
12
Приём
1
32
*Busy
11
Приём
1
128
Ack
10
Приём
1
64
*Selectln
17
Передача
2
8
Init
16
Передача
2
4
*AutoLF
14
Передача
2
2
*Strobe
1
Передача
2
1
GND
18-25
Земля
X
X
Как видно, порт имеет 3 ПР и [base+О] , или просто [base] - это основной
регистр порта. Служит для вывода информации на ножки DATA0(2) - DATA7(9). Как
и в СОМ, для того, чтобы зажечь конкретную ножку, нужно послать в [base] её
код. Несколько - сумму кодов. Это очень удобно, т.к. порт сам преобразует
десятичное число (в диапазоне 0-255) в обычный 8-и разрядный код. Таким
образом, к выводам порта можно напрямую подключать ЦАП-ы, микросхемы-драйверы 7-и
сегментных индикаторов и т.д.
Например, подключив к LPT микросхему КР514ИД1(ИД2) можно выводить числа на
внешний 7-и сегментный дисплей. Простейший код для этой схемы такой:
program prim3;
uses crt,dos;
var
base,data: integer;
begin
Randomize; {Инициализация генератора сл. чисел.}
base:=$378;
repeat {Повторять...}
data:=random(9); {data = сл. число от 0 до 9}
Port[base]:=data; {Отправить data в порт}
Delay(600); {Задержка.}
Until KeyPressed; {...пока не нажата любая клавиша.}
Port[base]:=0; {Сбросить все выводы.}
End.
Данная программа генерирует случайное число от 0 до 9 и отправляет его в
порт. Порт выдвигает на выводы его 8-и разрядный код (но мы используем лишь
первые 4 разряда), который преобразуется микросхемой-драйвером в код для се-
мисегментного индикатора, который и отображает его в привычной нам десятичной
форме.
Микросхем может быть и две (входы первой микросхемы подключают к разрядам
0-3, второй - к 4-7) . Тогда можно выводить числа от «00» до «99». Только в
этом случае лучше применить микросхемы К176ИД2(ИДЗ) или аналогичные, без
псевдографики.
Прежде чем выводить числа на двухразрядный дисплей, их надо преобразовать в
BCD (Binary Coded Decimal) представление.
Например, если требуется на индикаторе показать число 16 (десятичное), то в
порт надо записать 0xl6h, что является представлением числа 16 (десятичное) в
формате BCD. Как очевидно, 0х16п = 22 (десятичное), что не одно и то же.
Например:
(число в формате integer -> код для записи в порт)
0x09h -> 0x09h
OxOAh -> OxlOh
OxOBh -> 0x1lh
OxlOh -> 0xl6h
Oxllh -> 0xl7h
0x16h -> 0x22h
и т.д.
Указанная операция в pascal/delphi выполняется следующим образом:
Port[base]:=((data div 10) shl 4) or (data mod 10);
Где data - исходный байт.
Подрегистры [base+1] и [base+2] являются служебными. Первый - для чтения
битов состояния, второй - для записи битов управления. Работают с ними так
же, как с RTS и CTS СОМ-а. Единственной особенностью [base+2] является то,
что 4 (16) и 5 (32) биты являются настроечными. Если Ваш компьютер
поддерживает стандарт ЕРР (все компьютеры, начиная с Пентиум), то четвёртым битом Вы
сможете разрешить прерывание от принтера ("1" - разрешить прерывание по спаду
АСК(10)), а пятым битом перевести линии порта d0-d7 в режим принятия данных
("1" - режим ввода, "0" - режим вывода).
Значок «слеш» (*) перед наименованием сигнала означает, что данный сигнал
инвертирован. Для инвертированных линий активным уровнем считается "0", а
пассивным " 1".
Так, выходы 1, 14, 17 порта являются инвертированными. Это значит, что по
умолчанию на них высокий уровень напряжения. На выходе же 16 по умолчанию
уровень низкий. Отправляя в этот ПР весовые коэффициенты инвертированных
ножек мы будем «гасить» соответствующий вывод. "Ноль", посланный в порт, «за-
жгёт» все выходы (кроме 16), а число "15" (битов то всего 4) изменит
состояния на противоположные.
Аналогично для входов: при отключённом передатчике на инверсных входах
будет держаться "1", а на прямых "0".
В любом случае, не пренебрегайте инициализацией! Какое бы состояние ни
должно выставиться на выходах по умолчанию (даже если оно Вас устраивает),
хорошим тоном программирования является «ручная» установка этого состояния из
программы при её старте (т.к. по целому ряду причин начальное состояние
выходов порта разных компьютеров может отличаться). Это существенно повышает
надёжность проектируемой системы.
Также следует отметить, что вход АСК соединен с питанием +5 В через
резистор 10 кОм. Это сделано для исключения ложных прерываний, т.к. прерывание
генерируется по отрицательному перепаду сигнала на входе АСК.
Если есть знания ассемблера, то для управления портом в Дельфи можно
использовать ассемблерные вставки. Вот пример кода, отправляющего в LPT число и
считывающего его оттуда (не путать с приёмом данных - идёт простое считывание
числа, которое нами же и было записано):
asm
MOV DX,0378H ;DX теперь содержит адрес порта.
MOV AL,data ;data - то, что послать. Тип byte.
OUT DX,AL /Запись байта в регистр данных.
IN AL, DX ; Читаем регистр данных,
end;
К слову сказать, запись [$378+1] эквивалентна записи [$379]. Так что в
указанном коде можно сразу указывать адрес к нужному ПР и не производить лишнее
сложение программно.
Можно поступить и проще. Для Дельфи был разработан модуль w55rWin,
содержащий процедуры работы с портами, написанные на ассемблере указанным выше
способом. Называются эти процедуры inport(port) и outport(port,аа,data). Где:
port - полный адрес к нужному ПР.
data - информация, отправляемая в порт.
аа - зарезервированный параметр, всегда должен быть нулевым.
Например, программа prim2 в переводе на «Дельфийский» примет вид:
var
аа,е:word;
port,base,data:word;
{ }
аа:=0;
base:=$3F8;
begin
port:=base+4;
data:=2;
outport(port,aa,data) ;
sleep(10);
port:=base+6;
e:=inport(port) and 16;
port:=base+4;
data:=0;
outport(port,aa,data);
end;
Управлять конкретными выводами порта из под Дельфи можно и с помощью API.
Это хоть и сложнее, зато такая программа будет работать на любом Windows, в
т.ч. на NT, 2000, ХР (приведённые выше примеры работоспособны лишь в
95/98/МЕ).
Вот и всё по работе на низком уровне.
Программа
В ПК данные получает программа, написанная на Delphi7. Исходник и ехе файл
есть всё в том же архиве. Работает под любой Windows (тестировалась на Win98
и WinXP). Программа имеет точки для выбора номера виртуального СОМ порта,
кнопки включения и отключения приёма данных и многое другое. Позволяет
сохранять данные в виде BMP картинки и txt файла. Последний удобен для обработки в
Excel и т.п. программах.
Также есть две служебные кнопки: Init и Reset. По нажатию первой на
устройстве мигает зелёный светодиод (проверка связи).
Прежде, чем начать пользовать устройство (уже подключённое и найденное
Windows) надо нажать кнопку "открыть" - тогда программа займёт выбранный порт
для своих нужд и никто ей не будет мешать. Кнопка "приём данных" по умолчанию
нажата (приём разрешён).
Режимов измерения два: первый с ограничением по количеству (в окошке надо
ввести количество измерений). Как только АЦП выполнит это количество, она
останавливается. Второй режим позволяет проводить измерение до того момента,
пока не будет нажата кнопа "стоп". Переключение режимов осуществляется
"точечкой", при этом ненужные поля и кнопки становятся неактивны. В обеих
случаях обязателен ввод задержки между измерениями. Значение может быть от 0 до,
почти, бесконечности. При нулевой задержке частота выборки будет 100 kSPS.
Задержку выполняет микроконтроллер, так что измерение временных интервалов
происходит достаточно точно.
Результат измерения вибраций сейсмодатчиком приведен ниже:
о 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000 12 000 14 000 16 000 18 000 20 000 22 000 24 000
ЛИТЕРАТУРА
1. Вакуленко А. Программа LPTtest. - Радио, 2004, №8, с. 23,24.
2. Патрик Гёлль. Как превратить ПК в измерительный комплекс. ДМКпресс,
2002г.
3. Schweber В. Investments in voltage references pays big system dividends.
Electronic Design News, 1998, April, p.23.
4. ГОСТ 8.027-89. Государственный первичный эталон и Государственная
поверочная схема для средств измерения электродвижущей силы и напряжения.
5. Fluke Corporation, Catalog 1997/98.
6. И.А. Боярин, Г.А. Владимиров, Т.В. Мишук, В.Н. Ярославский, Новое
поколение эталонов высокого напряжения, Законодательная и прикладная
метрология, 1995, №5.
7. Widlar R.J., New developments in 1С voltage regulators. IEEE
International Solid-State Conference,1970, Session FAM 13.3.
8. Kester W. Linear design seminar, Analog Devices Inc., 1995, Chapter 8.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Измеритель с USB
интерфейсом V.3.0
Измеритель представляет собой 24 битный АЦП ADS1271, способный производить
105000 выборок/с. На входе у него 3 четырёхканальных коммутатора ADG511,
которые управляются от МК через дешифратор 74НС154. Это вынужденная мера, т.к.
был острый дефицит портов. Впрочем, преобразование адреса канала идёт аппа-
ратно и очень быстро, так что есть и плюс в этом подходе.
Чтобы передать 105000 24 битных результатов в компьютер, нужна скорость
порта более 2,5 мегабит/с. Посему МК ATmega48 был разогнан до 27 мегагерц
тактовой. Это позволило установить скорость UART = 3,375 Мбит/с, что более
чем достаточно.
Как показывает практика, атмелы достаточно стабильно разгонятся до двух раз
по частоте. Есть, конечно, свои тонкости, но в этом приборе они не критичны.
Кроме одной - запустить МК от штатного генератора на частоте 27 МГц не
получится. .. Возможно, получится с древним советским кварцем, размером со
спичечный коробок, но вот с китайским гармониковым точно не выйдет. Они упорно
Запускаются на 9 МГц... То есть на одной из гармоник, а не на основной частоте.
Эксперименты с тремя различными кварцами убедили в необходимости применения
внешнего осциллятора. Был выбран ЕН11 как самый доступный, но пойдёт любой
другой.
У такого подхода есть ещё один неоспоримый плюс. Т.к. АЦП тактируется от
МК, от МК же тактируется преобразователь напряжения для питания аналоговой
части, то частоты АЦП, преобразователя и МК в любой момент времени кратны,
независимо от условий! И кратны они двум, т.к. именно такой вес делителей
внутри этих микросхем.
Иными словами, все помехи от источника питания и работы МК дают на входе
АЦП статическую помеху, которую элементарно удалить цифровыми или аналоговыми
методами. Например, внутренний цифровой фильтр АЦП прекрасно подавляет этот
шум.
С различными, не кратными, генераторами для АЦП, МК и DC-DC такой фокус не
просто не прошел бы...
Как бонус, на борту измерителя есть цифровой термометр, а так же
предусмотрена самокалибровка прибора, что позволяет удалить погрешности допусков
резисторов входного делителя и падений на ключах коммутатора и проводниках.
+5V (питание USB)
IRU120e-1SCY
+1.8V
кхз dg|
IRF7105
ИСТОЧНИК ДЛЯ ЗАРЯДКИ ЕМКОСТНЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ
И.Е. Валыка, В.В. Ращенко, Ю.Ф. Токарев
Описан зарядный преобразователь с выходным напряжением до 800 В
и мощностью до 2 кВт. Время включения/выключения выходного тока
до 20 мкс. Устройство питается от сети 220 В, 50 Гц и имеет
частоту преобразования 25 кГц. К.п.д. преобразователя - до 85%.
Выход преобразователя изолирован. Допускается параллельное
соединение выходов нескольких преобразователей.
На рисунке (а) представлена принципиальная схема преобразователя. Он
построен на основе мостового инвертора на транзисторах Т2-Т5, работающего на
частоте 25 кГц, который питается от импульсного стабилизатора тока на
транзисторе Т1 диодах Д8, Д9 и дросселе L1. Стабилизатор тока Задает уровень
выходного тока преобразователя.
б а (а)
Принципиальные схемы преобразователя: а - силовой его части; б,
в - узла управления силовыми транзисторами (б - Т2 и Т5, в -
Tl). Т1-Т5 - ТК235-40-4, Т6-Т8 - КТ829А; Д1-Д4, Д41-Д42 - МДД40,
Д5 - Т122-25-10, Д6-Д40, Д43, Д45, Д47-Д49 - КД213Б, Д44,Д46,Д50
- КС815А; Tpl, Тр2, Тр8-Тр10 - сердечник K40x25xll М2000НМ-А,
соотношение витков 1:1 (Tpl, Тр2), 2:1:1 (Тр8), 2:1 (Тр9, TplO),
ТрЗ-Тр7 - сердечник 2xK40x25xll М2000НМ-А, соотношение витков
1:1; выравнивающие резисторы (параллельные диодам) - 47 кОм.
Переменное напряжение с выхода инвертора поступает на пять параллельно
соединенных первичных обмоток силовых трансформаторов ТрЗ-Тр7. Напряжение,
снимаемое с вторичных обмоток, выпрямляется диодными мостами и суммируется.
Суммарное напряжение через защитные цепи R2, R3, Д41 и Д42 поступает на выход
преобразователя.
Использование пяти одинаковых трансформаторов позволяет равномерно
распределить мощность между ними, кроме того, переменная составляющая напряжения,
воздействующего на межвитковую изоляцию каждого трансформатора, уменьшается
до 200 В, что снижает требования к изоляции. Распределение выходного
напряжения также позволило использовать низковольтные высокочастотные диоды КД213А.
Резисторы R2, R3, и диоды Д41, Д42 предназначены для защиты выходных
выпрямительных мостов схемы при кратковременной смене полярности напряжения на заря-
жаемой емкости во время работы импульсных генераторов.
Транзисторы мостового инвертора Т2-Т5 отпираются попарно. После того, как
очередная пара (например, Т2, Т5) находилась в открытом состоянии 17 мкс,
следует пауза, когда все четыре транзистора заперты (около 3 мкс). Наличие
паузы позволяет избежать замагничивания сердечников трансформаторов ТрЗ-Тр7.
Ток дросселя L1 во время паузы течет через емкость фильтра С4, диоды Д6-Д9 и
трансформатор Тр2, который обеспечивает соответствие тока шунта R1, току
дросселя во время паузы.
Для снижения уровня помех, наводимых на сеть, в цепь питания включен фильтр
на емкостях С1-СЗ, и дросселе L1.
На рисунке (б) представлена схема формирователя импульсов тока базы силовых
транзисторов Т2 и Т5. Отпирающий импульс необходимой длительности формируется
транзистором Т6. Резистор R4 ограничивает базовый ток силовых транзисторов, а
конденсатор С5 ускоряет процесс их отпирания. Дроссели L2 и L3 обеспечивают
Запирающий ток базы транзисторов. Цепочки диодов Д43, Д44 и Д45, Д4 6
ограничивают величину отрицательного напряжения на базах в момент запирания.
Резисторы R5, R6 служат для демпфирования колебаний в базовых цепях.
Схема формирователя тока базы транзистора Т1, приведена на рисунке (в).
Транзисторы Т7 и Т8 поочередно формируют отпирающие импульсы, которые могут
перекрываться, обеспечивая непрерывный ток базы силового транзистора.
Напряжение с токоизмерительного шунта R1, передается в управляющую схему в
аналоговом виде с помощью дифференциальной оптопары ОД301.
Процесс заряда накопительных емкостей описываемым преобразователем делится
на две стадии: вначале они заряжаются максимальным током, а затем при
приближении напряжения на емкости к требуемому значению дозаряжаются импульсами
тока, вырабатываемыми при кратковременных включениях преобразователя.
Минимальная длительность импульсов равна одному полупериоду частоты
преобразования. Эта особенность преобразователя позволила строить на его основе
импульсные генераторы с точностью заряда емкостей не хуже ±0.05%.
Опыт использования преобразователей показал, что даже незначительные сбои в
работе схемы управления, вызванные нарушениями или переходными процессами в
цепях ее питания, могут привести к выходу из строя силовых транзисторов.
Поэтому были предприняты специальные меры по контролю питания схемы управления.
Подача отпирающих сигналов на базы силовых транзисторов исключается, если
хотя бы одно из внешних или внутренних питающих напряжений находится вне
допустимых пределов. Контролируется также сетевое напряжение.
По отношению к нагрузке описываемый преобразователь является источником
тока, поэтому для увеличения выходной мощности допускается параллельное
соединение выходов нескольких устройств.
К.П.Д. устройства, измеренный в режиме максимальной выходной мощности,
составляет 85%.
Работа устройства может синхронизироваться от внешнего тактового
генератора, работающего на частоте 50 кГц.
Питается преобразователь от сети 220 В, 50 Гц. Выходной ток может
регулироваться от 0 до 2.5 А, выходное напряжение может достигать 800 В.
Английский
АНГЛИЙСКИЙ ДЛЯ химиков
А.Л. ПУМПЯНСКИЙ
(продолжение)
ПРИЧАСТНЫЕ ОБОРОТЫ,
НАЧИНАЮЩИЕСЯ С
ПРЕДЛОГА WITH
В современной английской научной и технической литературе часто встречаются
причастные обороты, начинающиеся с предлога with. Многие из них равнозначны
абсолютным причастным оборотам, выражающим сопутствующие обстоятельства или
причину и переводятся аналогичным образом, причем предлог with заменяется
обстоятельственным словом (союзом) типа «поскольку», «когда», «причем».
Например:
With the isomerisation preceding the reaction, the yields were very low.
«Поскольку до реакции происходила изомеризация, выходы были очень низкими».
Experiment indicated that 90% of the reactions proceed according to
reactions 1 and 2, with the former predominating.
«Эксперимент показал, что 90% реакций идет в соответствии с реакциями 1 и
2, причем преобладает реакция 1».
Уже неоднократно упоминалось, что в английском языке часто опускаются
инфинитив и инговая форма глагола быть — to be, being. В связи с этим в
английской научной и технической литературе встречаются причастные обороты,
вводимые предлогом with с пропущенным being (having been). Убедительным
доказательством того, что эти обороты эквивалентны оборотам с инговой формой,
служит приведенный ниже пример, в котором есть инговая форма смыслового глагола,
но одновременно отсутствует being.
The model is oriented as in (b) with the carbon chain (being) vertical and
(being) to the rear and the hydrogen and hydroxyl standing out in front.
«Модель ориентирована как в (Ь) , причем углеродная цепь вертикальна и
расположена сзади, а водород и гидроксил расположены спереди».
Если же в предложении отсутствуют инговые формы глаголов и опущен being
(having been), то единственным формальным показателем причастного оборота
служит непереводимый предлог with. Кроме того, в предложении должен быть один
из тех элементов, которые обязательно стоят после глагола to be:
обстоятельство, имя существительное или имя прилагательное, III форма глагола.
Выявление функции пропущенного глагола to be гарантирует точную передачу
непереводимых на первый взгляд предложений.
Например:
Thus, with the models in the position shown with group 1 above group b in
both Fig. 19 and 21, it is clear that d is closer to a in Fig. 19 than in
Fig. 21, and the same is true for groups f and c.
В этом предложении находим два предлога with, которые при переводе
причастного оборота заменяются соответственно союзами «когда» и «причем», и вводим
два пропущенных being каждый раз в смысловом значении «находиться» и
«располагаться» (being in the position и being above = to be + обстоятельство) . И
только тогда получаем четкий и грамматически оправданный перевод:
Thus, with the models in the position shown with group 1 above group b in
both Fig. 19 and 21, it is clear that d is closer to a in Fig. 19 than in
Fig. 21, and the same is true for groups f and c.
«Таким образом, когда модели находятся в указанном положении, причем группа
J расположена выше группы Ь, как на рис. 19, так и на рис. 21, ясно, что d
ближе к а на рис. 19, чем на рис. 21, и то же самое справедливо для групп f и
с».
А теперь перейдем к анализу предложений для закрепления другого материала.
Каждое из них обладает своими специфическими особенностями, но у них есть
одна общая черта: все они требуют при переводе на русский язык коренной пере-
стройки порядка слов. Для этого надо иметь представление о той роли, которую
играют в языке научной и технической литературы отдельные члены предложения,
и о том, в какой последовательности они стоят в английском и русском языках.
Предложения, характерные для языка научной и технической литературы,
содержат информацию, состоящую из тесно взаимосвязанных элементов четырех степеней
значимости.
В качестве основного центра информации выступает подлежащее, состоящее из
многих слов, характеризующих и определяющих основную мысль научно-
технического высказывания.
Вторую степень значимости имеет сказуемое, обычно очень краткое. Задача
короткого сказуемого — разъяснить действие или состояние длинного подлежащего;
сказуемое часто имеет дополнение, уточняющее действие подлежащего.
Третью степень значимости имеют обстоятельства, указывающие на время, место
или причину действия или состояния подлежащего.
Четвертую степень значимости имеют вводные слова, устанавливающие
логические связи между предложениями.
Как же располагаются эти члены предложения в английском и русском языках?
Известно, что английское предложение строится, как правило, по жесткой схеме.
Русское предложение теоретически имеет свободную схему. Например, фраза,
состоящая из четырех слов: «Поэтому сегодня проводится опыт», — может быть
записана 24 различными способами! В действительности же, порядок слов в
русском письменном языке находится в прямой зависимости от степени смысловой
значимости и строится в порядке ее возрастания, а именно, четвертая (вводное
слово) -> третья (обстоятельство) —> вторая (сказуемое) —> первая
(подлежащее) .
Применим эту формулу (IV + III + II + I) для перевода следующих
предложений .
A new paper has also been published this year.
«Кроме того, в этом году была опубликована новая статья».
Recently the properties of many compounds previously investigated by
chemical methods have, therefore, been studied physically in this laboratory.
«Поэтому недавно в этой лаборатории были исследованы физическими методами
свойства многих соединений, которые раньше исследовались химическими
методами» .
In many ways such a reduction resembles the action of a Grignard reagent,
hydrogen entering into the reactant molecule.
«Во многих отношениях такое восстановление напоминает действие реактива
Гриньяра, поскольку в реагирующую молекулу вступает водород».
В первом (главном) предложении логическое следование членов предложения в
английском и русском языках практически совпадает, и при переводе сохраняется
тот же порядок слов. Но во втором (обстоятельственном) предложении имеется
абсолютный причастный оборот, и при переводе мы вводим союз «поскольку». Тут
же приходит в действие формула III + II + I, которой и обусловлен
предлагаемый вариант перевода.
Definite proof to that effect is lacking.
«В настоящее время отсутствует убедительное доказательство этого эффекта».
Формы Continuous употребляются в английском языке в тех случаях, когда упор
делается не так на само действие, как на время его протекания. Соответствен-
но, Present Continuous грамматически указывает на то, что действие протекает
в момент высказывания и передается на русском языке словами «в настоящее
время». Введя эти обстоятельственные слова (III), мы получаем возможность
применить формулу III + II + I.
A number of derivatives of this compound were prepared and tested with few
results of any promise.
«Был получен и испытан ряд производных этого соединения, причем почти не
было получено обнадеживающих результатов».
Начнем с анализа второго (обстоятельственного) предложения. Это причастный
оборот с непереводимым предлогом with и опущенным being. Обнаружив with и
восстановив being, мы вводим союз «причем» и затем переводим сначала
сказуемое , а затем подлежащее.
Сложнее обстоит дело с первым (главным) предложением. В нем нет ни слова,
обеспечивающего логическую связь между двумя предложениями, ни
обстоятельства. Но для языка научной и технической литературы характерна строгая
последовательность и тесная связь отдельных элементов высказывания. В нем не
встречается изолированной мысли и нет ни одного утверждения, высказанного вне
времени и места; поэтому слова, указывающие на логическую связь между отдельными
этапами изложения или на время и место действия или состояния, нередко
подразумеваются, или как бы «затапливаются» в грамматическом контексте. В таких
случаях мы их либо восстанавливаем, либо используем при переводе остальные
члены формулы:
В заключение необходимо отметить, что предлагаемая формула дается в
обобщенном виде. Читатели могут сами выявить те случаи, когда она действует
полностью или частично. Кроме того, следует помнить, что во многих предложениях
логическое следование членов предложения в английском и русском языках
практически совпадает и при переводе сохраняется тот же порядок слов.
МНОГОЗНАЧНОСТЬ
ГЛАГОЛА to be
По сравнению с русским, немецким, французским и другими европейскими
языками, в английском используется весьма небольшое число грамматических форм. На
первый взгляд кажется, что это должно значительно упростить изучение языка.
Увы, это только кажущаяся простота...
Дело в том, что чем меньше в языке грамматических форм, тем большую
нагрузку несет каждая из них. Такое явление называют грамматической омонимией,
многозначностью; эта многозначность и служит причиной многих ошибок и
затруднений при переводе.
В первую очередь надо знать и уметь различать семь функций глагола to be.
Независимо от того, в какой форме выступает этот глагол (is, was, will be,
has been, being), его значение зависит от последующего компонента
предложения . Отсюда вытекает основное правило функционального анализа to be: чтобы
определить функцию этого глагола, надо выяснить, что стоит вслед за ним.
I. to be + обстоятельство
Если вслед за глаголом to be стоит обстоятельство, выраженное
существительным с предлогом, то to be выступает в роли смыслового глагола «находиться»,
«быть расположенным».
Например:
The amino group is in the ft-position.
«Аминогруппа находится в p-положении».
The most direct route to these compounds appeared to be through the
degradation of carbohydrates.
«По-видимому, простейший путь к этим соединениям лежал через разложение
углеводов» .
II. то be + существительное
или прилагательное
Если за глаголом to be стоит имя существительное или прилагательное, то to
be является глаголом-связкой, входящим в состав именного сказуемого.
Например:
The Staden acid is a product obtained on drastic oxidation of cholestanol.
«Кислота Стадена — продукт, получаемый при окислении холестанола в жестких
условиях».
Following regeneration the catalyst is ready for the next cycle.
«После регенерации катализатор готов для следующего цикла».
III. to be + инговая форма
Сочетание to be + инговая форма смыслового глагола указывает на формы
Continuous, не имеющие грамматических эквивалентов в русском языке. В научной
и технической литературе эти формы употребляются для грамматического указания
на то, что действие происходит в данное время, или на то, что один процесс
протекает одновременно с другим. Иначе говоря, упор делается на время, в
которое действие происходит. При переводе на русский язык Present Continuous
необходимо вставлять слова «сейчас», «в настоящее время». Например:
Although the method is receiving marked attention, its possibilities and
limitations have not yet been sufficiently explored.
«Хотя этому методу в настоящее время уделяется большое внимание, его
возможности и недостатки еще мало изучены».
The spherical joint is becoming more and more useful in the construction of
glass equipment.
«Сейчас сферические шлифы получают все большее распространение при
изготовлении стеклянного оборудования».
IV. то be + III форма
Сочетание to be + III форма смыслового глагола (Past Participle) указывает
на страдательный залог — пассив. Само название «пассив» говорит о том, что
подлежащее пассивно. При переводе пассивных конструкций необходимо помнить,
что в русском языке формы страдательного и возвратного залогов часто
совпадают («Маша моется» — возвратный, а «посуда моется» — страдательный залог).
Например:
The temperature rises.
«Температура повышается».
Но:
The temperature is raised.
«Температуру повышают».
Во избежание ошибок или неточностей можно рекомендовать переводить
пассивную конструкцию неопределенно-личной или личной формой глагола в
действительном залоге, помня о том, что подлежащее в этом случае не должно обозначать
действующее лицо или орудие действия. Например:
There are polymers wich will be called linear, whether the chain is opened
or closed.
«Имеются полимеры, которые мы будем называть линейными, независимо от того,
будет ли цепь открытой или закрытой».
This theory was advanced by Euler in the last century.
«Эту теорию в прошлом веке выдвинул Эйлер».
Значительные трудности вызывает перевод предложений, в которых одновременно
встречаются страдательный и действительный залоги; о том, как переводить
подобные предложения, мы уже писали раньше.
V, VI. то ве + то (инфинитив)
То be + to (инфинитив) выполняет функции или составного сказуемого, или
модального глагола.
В качестве составного сказуемого сочетание to be + to легко выявляется,
поскольку оно встречается в предложениях, подлежащее которых выражено
существительным типа «цель», «назначение», «способ», «методика», «долг», «план»,
«схема», «желание», «намерение», «возможность», «трудность», «задача»,
«проблема», «практика». В русском языке глагол «быть» в качестве глагола-связки в
составном сказуемом в настоящем времени очень часто отсутствует или
передается словом «это». В научной и технической литературе глагол-связка нередко
заменяется оборотом «заключаться (состоять) в том, что(бы)».
Например:
The object of Strecker's research was to find a method for synthesising
lactic acid.
«Цель исследования, предпринятого Штрекером, заключалась в том, чтобы найти
метод синтеза молочной кислоты».
A simpler method is to render the aqueous solution more acidic.
«Более простой метод — сделать водный раствор кислее».
В модальном значении сочетание to be + to соответствует русским словам
«надо», «следует», «нужно», «необходимо».
Например:
It is to be pointed out that both series of derivatives fail to isomerise
in acids.
«Необходимо указать, что в кислотах оба ряда производных не изомеризуются».
This compound is not to be found in nature.
«В природе это вещество не встречается».
Поскольку долженствование имеет оттенок действия в будущем, сочетание to be
+ to (инфинитив) иногда употребляется также при описании действия, которое
произойдет. Например:
The method is to be described in more detail.
«Этот метод будет описан подробнее».
VII. то be + of + существительное
В этом сочетании за to be + of обычно следует существительное типа
importance, interest, value, и глагол to be имеет значение «иметь»,
«представлять» .
Например:
It is of interest to consider the possibility of a reduced potential energy
function of diatomic molecules.
«Интересно рассмотреть возможность существования приведенной функции
потенциальной энергии двухатомных молекул».
The reaction of hydrogen with carbon to produce methane is not of great
significance at the moment.
«В настоящее время реакция водорода с углеродом, приводящая к образованию
метана, не имеет большого значения».
НЕМНОГО ПРАКТИКИ
#158 ТМА-2; 2,4,5-TRIMETH0XYAMPHETAMINE
SYNTHESIS: То a solution of 50 g 2,4,5-trimethoxybenzaldehyde in 175 mL ni-
troethane there was added 10 g anhydrous ammonium acetate and the mixture was
heated on the steam bath for 2 h. The excess nitroethane was removed under
vacuum, and the deep orange oily residue was drained out into a beaker, and
the flask washed with 3x60 mL boiling MeOH. On stirring the combined decan-
tation and washings, there was a spontaneous formation of crystals. After
cooling, these were removed by filtration, washed sparing with MeOH, and air
dried to constant weight to yield 35.1 g of 2-nitro-l-(2,4,5-
trimethoxyphenyl)propene as yellow crystals with a mp of 98-99 deg C. Re-
crystallization from MeOH increased the mp to 101-102 deg C.
A suspension of 31.6 g powdered LAH in 1 L anhydrous THF containing a
little anhydrous Et20 was brought to a gentle reflux, and then there was added a
solution of 40.0 g of 2-nitro-l-(2,4,5-trimethoxyphenyl)propene in 200 mL
anhydrous THF over the course of 4 h. The mixture was held at reflux
temperature for 24 h, cooled to 0 deg С with external ice, and the excess hydride
destroyed by the addition, in sequence, of 32 mL H20 (which had been diluted
with a little THF) , 32 mL 15% NaOH, and finally with 96 mL H20. The white
inorganic solids were removed by filtration, and the filter cake was washed
with THF. The combined filtrate and washings were stripped of solvent under
vacuum to give 48 g of an impure amber oil. This was dissolved in 180 mL
IPA, neutralized with 30 mL concentrated HC1, and the mixture diluted with
1500 mL anhydrous Et20. After a short induction period, an oily precipitate
separated, which on stirring changed into a loose crystalline phase. This
was removed by filtration, washed with Et20, and air dried to yield 29.0 g of
2,4,5-trimethoxyamphetamine hydrochloride (TMA-2) as fine white crystals with
a mp of 188.5-189.5 deg C. Anal. (Ci2H2oClN03) C,H,N. A 4.0 g sample of the
free base was dissolved in 15 mL pyridine, treated with 2.5 mL acetic
anhydride, heated on the steam bath for 20 min, added to 400 mL H20, acidified
with HC1, and extracted with 3x75 mL CH2CI2. After washing with H20 the
pooled extracts were stripped of solvent under vacuum to give 4.5 g of
flakey, off-white solids which, on recrystallization from MeOH, were white,
weighed 2.3 g, and had a mp of 132-133 deg C. Recrystallization from this
acetamide from MEK did not improve its quality. Anal. (C14H21NO4) C,H,N.
DOSAGE: 20 - 40 mg.
DURATION: 8 - 12 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 20 mg) I took it in two 10 milligram doses,
spaced by two hours. There was a slight movement of surface textures, my
hearing was deepened and spatially defined. The body was relaxed and
stretching seemed necessary. The further I got into it the more I realized
that I was totally lazy. Very lethargic, to the point of laughter. At the
sixth hour, I was seeing more life in the woodwork, and the wooden angel
hanging on the ceiling was flesh and feathers when I stared at it. Great
vision. But by no means overwhelming. Sleep was fine.
(with 20 mg) The first two hours seemed like an eternity, with time passing
slowly. Then it settled into a very calm and enjoyable event (not that it
wasn't already). The material seemed somewhat hypnotic. I suspect that I
would believe suggestions, or at least not challenge them too much. I had a
little confusion but it was not troublesome. On reflection, the material was
quite good. It was benign in the sense that there appeared to be no dark
spots. I would try it again, perhaps at 30 milligrams. Almost base-line
after 12 hours, but not quite.
(with 24 mg) I took the dosage in two halves, an hour apart. Initially, I
was a little nauseous, with light tremors and modest eye dilation. But after
another hour, there was the entire package of mescaline, missing only the
intense color enhancement. The world is filled with distorted, moving things.
Then my little fingers on both hands got periodically numb. And there was an
occasional light-headedness that hinted at fainting. The two phenomena
alternated, and never got in each other's ways. Both passed, once I realized
that I would recover from this experience. Then the humor and joy of the
world returned. The drop-off was quite rapid from the fifth to eighth hour,
and no effects remained at all by the twelfth hour.
(with 40 mg) Very slow coming on. Didn't feel it for an hour, but then at
a full +++ in another hour. Beautiful experience. Erotic excellent. Eyes-
closed imagery and fantasy to music. No dark corners. Benign and peaceful
and lovely. There were brief intestinal cramps early, and a little diarrhea,
but no other problems. I was able to sleep after eight hours, but had
guarded dreams.
(with 40 mg) Beautiful plus 3. Some visuals, but not intrusive. Moderate,
good-mannered kaleidoscopic imagery against dark. Music superb. Clear
thinking. Calmly cosmic. This is a seminal, or archetypal psychoactive
material. A very good experience and good for repeats. About 10-12 hrs.
Sleep difficult but OK.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: There was absolutely no reason to suspect that
the simple rearrangement of the methoxy groups of TMA from the classic 3,4,5-
positions to this new, 2,4,5-orientation, would dramatically increase potency
like this. Mescaline, 3,4,5-trimethoxyphenethylamine, is an extraordinary
compound, but it is not particularly potent, requiring hundreds of milligrams
for a trip. And going from its 3,4 ,5-pattern to the 2 ,4 ,5-pattern of TMPEA
makes the compound even less potent. There was essentially nothing reported
in the scientific literature about central activity of 2,4,5-substituted
stuff, so there could not have been any logical preparation for the activity
of TMA-2. My very first trials were with a rather liberal 400 micrograms,
and the levels being explored leaped up in fairly large steps, mostly on
separate days. On November 26, 1962, at 6:00 AM, when 12 milligrams proved
to be inactive, another 12 milligrams went in and down an hour later. This
was the 24 milligram discovery experiment, a fragment of which is given
above. The anxiety of being thrust into the unknown certainly played a role
in what can now be seen as obvious psychosomatic difficulties.
The unexpected ten-fold increase of effectiveness uncovered by the simple
relocation of a single methoxy group of TMA gave the further juggling of
methoxy groups a very high priority. There are a total of six arrangements
possible for the three groups, namely, 3,4,5- (the original TMA), 2,4,5- (the
present TMA-2), and then and in systematic sequence, 2,3,4-, 2,3,5-, 2,3,6-,
and 2,4,6. These compounds were totally unknown at that time, and they could
and would be assigned the sequential names TMA-3, TMA-4, TMA-5 and TMA-6,
respectively. I made them all, and they are all included in this book.
Having found the treasure of 2,4,5-ness, it is instructive to look back at
nature, to see what its plant equivalents might be. There are indeed a few
essential oils that have their methoxy groups in this arrangement. TMA-2 is
thus one of the Essential Amphetamines, and most of the botanical connections
are discussed under TMA. The natural skeleton is found in asarone, with al-
pha-asarone being trans-propenyl, beta-asarone the cis-propenyl and gamma-
asarone (also called euasarone) being the allyl-isomer. I had mentioned, in
the spice cabinet discussion under TMA, the tasting of asarone at up to 70
milligrams without any effects.
A couple of additional experiments involving TMA-2 had been set up and
started, but somehow never had enough fire to get completed. Studies on the
optical isomers had gotten up to assays of 6 milligrams on each of the
separate isomers, but had never been taken higher. The "R" isomer is much the
more potent in rabbit assays, but the human comparisons remain unknown at
present. Also, a study of the 14C labeled racemate (5 microcuries in 40
milligrams) was conducted with a view to metabolite analysis, but again, the
project was abandoned before any results were obtained. In the rat, the 4-
methoxyl carbon appeared as expired carbon dioxide to the extent of about
20%. And this is some four times the amount seen from either of the other
two methoxyl carbon atoms.
One final memory in the TMA-2 area. About twenty years ago I co-authored a
rather thorough review article in the British journal Nature, that described
the structure-activity relationships between the simpler one-ringed
psychotomimetics. It also quietly served as a vehicle for mentioning a number of
newly-discovered compounds and their human activities. But as a magnificent
attestment to youth and brashness, we proposed a complex compound that
embraced each and every clue and hint that might tie it to the neurological
process. This hybrid monster was 2,beta-dihydroxy-4,5-dimethoxyphenethylami-
ne. It had everything. The 6-hydroxydopamine hydroxy group and the rest of
the dopamine molecule intact as represented by the two methoxyl groups. And
the beta-hydroxy group gave it the final "norepinephrine" touch. And, with
due modesty, we proposed that it might be "an endogenous psychotogen." Why
not "the endogenous psychotogen?" And then, to compound the picture, what
should arrive in the mail a month or two later, and from a most respected
scientist, but a sample of just this stuff, synthesized for our
investigations. I must have bought a little of my own promotion, as I noted that even
after my first four graded dosages with the compound, I was still only up to
a 250 microgram dose. And then, as the sample became increasingly brown and
was clearly decomposing, the project was finally abandoned.
A sad note on how things have changed since that time. I recently queried
the editors of Nature, about their thoughts concerning a twenty year
retrospective of this area, written by the three authors of the original review.
We had each followed quite divergent paths, but each of us was still keenly
the researcher. It would have been a marvelous paper to put together, and it
would have delighted the reading audience of Nature, had it been the audience
of twenty years ago. But not today. The journal is now dedicated to neutron
stars and x-ray sources. The respected old English journal of
interdisciplinary interests is not the grand and curious lady she used to be. The
Editor's reply was polite, but negative. "Such an article would be unsuitable
for publication in Nature at present," they said. And, I am sad to say,
they're right.
And I am afraid that the American counterpart journal, Science, has
suffered a similar deterioration. It, too, has abandoned multidisciplinary
interest, but in a different direction. They are now dedicated to chromosomes,
and nucleotide identification, and are totally captivated by the attention
paid to, and the apparent importance of, the human genome project. There is
where you automatically go to publish, now, if you have unraveled some DNA
sequence from the Latvian cockroach.
#159 TMA-3; 2,3,4-TRIMETHOXYAMPHETAMINE
SYNTHESIS: To a solution of 12.4 g 2,3,4-trimethoxybenzaldehyde in 45 mL
glacial acetic acid, there was added 7 mL nitroethane and 4.1 g anhydrous
ammonium acetate, and all was held at reflux temperature for 1.5 h. To the
cooled and well stirred reaction mixture, H20 was added slowly, dropping out
an oily crystalline solid mass. This was separated by filtration, and ground
under a quantity of 50% aqueous acetic acid, and re-filtered. The 6.5 g of
crude product was recrystallized from boiling MeOH to give, after air drying
to constant weight, 5.0 g of 2-nitro-l-(2,3,4-trimethoxyphenyl)propene, with
a mp of 56-57 deg C. Anal. (Ci2Hi5N05) C,H.
To a gently refluxing suspension of 3.0 g LAH in 300 mL anhydrous Et20
under a He atmosphere, there was added 3.65 g 2-nitro-l-(2,3,4-
trimethoxyphenyl)propene by allowing the condensing Et20 drip into a shunted
Soxhlet thimble containing the nitrostyrene and effectively adding a warm
saturated solu-tion of it dropwise. Refluxing was maintained for 5 h
following the completion of the addition of the nitrostyrene. The milky reaction
mixture was cooled and the excess hydride destroyed by the addition of 200 mL
10% H2SO4. When the aqueous and Et20 layers were finally clear, they were
separated, and 75 g of potassium sodium tartrate was dissolved in the aqueous
fraction. NaOH (25%) was then added until the pH was >9, and this was then
extracted with 3x75 mL CH2CI2. Evaporation of the solvent under vacuum
produced 2.5 g of a nearly colorless clear oil that was dissolved in 300 mL
anhydrous Et20 which was saturated with anhydrous HC1 gas. The product, 2,3,4-
trimethoxyamphetamine hydrochloride (TMA-3) separated as a fine white solid.
This was removed by filtration, Et20 washed, and air dried to constant
weight. The yield was 1.65 g of a product which, after recrystallization from
IPA, had a mp of 148-149 deg C. Anal. (Ci2H2oClN03) C,H.
DOSAGE: greater than 100 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 100 mg) There were no effects at all. No eye
dilation, no believable diversion from complete normalcy. Appetite was
normal , as well.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: There is a small lesson to be learned from this
completely inactive compound. There is no way of saying that it is or is not
in-active. All that can be said is that trials were made (in this case using
three separate individuals) at an oral level of 100 milligrams. And, at this
level, nothing happened. And since a bottom threshold for mescaline would be
perhaps 200 milligrams, it can be honestly said that the activity of this
compound, if expressed relative to mescaline (using mescaline units) is less
than 2 M.U. Had 200 milligrams been inactive, it would have been less than
1.0 M.U. If 2 grams had been inactive, it would have been less than 0.1 M.U.
But the actual printed form, activity < 2.0 M.U. was accepted by many readers
as indicating that TMA-3 was active, but at dosages greater than 100
milligrams. All that can be said is, if there is activity, then it will be at
oral levels greater than 100 milligrams At the moment, as far as I know, this
compound is not active in man, but then I know of no trials in excess of 100
milligrams.
This admonition applies to all the published M.U. values that are preceded
by the "less than" sign, the "<."
#160 TMA-4; 2,3,5-TRIMETHOXYAMPHETAMINE
SYNTHESIS: To a solution of 68 g 2,4-dimethoxybenzaldehyde in 250 mL
glacial acetic acid that had been warmed to 25 deg С and well stirred, there was
added, dropwise, 86 g of a 40% peracetic acid solution (in acetic acid). The
reaction was exothermic, and the rate of addition was dictated by the need to
maintain the internal temperature within a few degrees of 28 deg C. External
cooling was used as needed. The addition took 1 h, and when the reaction had
clearly been completed (no further temperature rise) the entire reaction
mixture was added to 3 volumes of H20. The excess acid was neutralized with
solid K2CO3 (283 g were required) . This was extracted with 3x100 mL Et20, the
extracts pooled, and stripped of solvent under vacuum to give 66 g of crude
2,4-dimethoxyphenyl formate. This was suspended in 125 mL 10% NaOH, and the
mixture heated on the steam bath for 1.5 h. On cooling, the reaction mixture
set to a heavy black solid. This was removed by filtration, washed with H20,
and dissolved in 250 mL CH2CI2. The organic phase was washed with dilute
HC1, and then with aqueous ЫаНСОз, which removed much of the color. Removal
of the solvent under vacuum gave a deep red goo that was dissolved in 200 mL
anhydrous Et20 and filtered through paper. The resulting clear solution was
stripped of solvent, yielding 34.4 g of 2,4-dimethoxyphenol as a red oil that
crystallized on cooling. A 1.0 g sample in 4 mL pyridine was treated with
0.9 g benzoyl chloride and heated on the steam bath for a few min. The
addition of H20 gave a pasty solid that was isolated by pressing on a porous
plate. The yield of crude 2,4-dimethoxyphenyl benzoate was 1.1 g.
Recrystallization from cyclohexane gave a white product with a mp of 86-87 deg C.
A second recrystallization from cyclohexane raised this to 89-90 deg C, which
is in agreement with the literature value.
To a solution of 31.0 g crude 2,4 -dimethoxyphenol in 60 mL absolute EtOH
there was added a solution of 11.25 g KOH in 90 mL boiling EtOH. To this,
there was then added 28 g allyl bromide which produced an immediate white
precipitate of KBr. The mixture was held at reflux for 2 h and then quenched
in 3 volumes of H20. Sufficient 10% NaOH was added to make the reaction
strongly basic, and this was extracted with 3x100 mL Et20. Removal of the
solvent under vacuum gave 33.2 g of 1-allyloxy-2,4-dimethoxybenzene, shown to
be free of phenol starting material by GC analysis. Analyses must be carried
out at low column temperatures (below 180 deg C) on an ethylene glycol
succinate substrate. If a silicone column is used, even at these low
temperatures, there is considerable Claisen rearrangement taking place on the
column. Low temperature distillation can be used for further purification (107-
110 deg С at 1.0 mm/Hg).
A 31.0 g sample of 1-allyloxy-2,4-dimethoxybenzene was gently heated with a
soft flame until the internal temperature reached 215 deg C. An exothermic
reaction took place, with the temperature rising to 270 deg C. The residue
left in the flask was largely 2-allyl-4,6-dimethoxyphenol, that contained
perhaps 10% of 2,4-dimethoxyphenol which resulted from the pyrolytic loss of
the allyl group. This mixture was methylated without further purification.
To a solution of 30 g impure 2-allyl-4,6-dimethoxyphenol in a little
absolute EtOH there was added a boiling solution of 8.7 g KOH in 75 mL absolute
EtOH followed, immediately, by 22.4 g methyl iodide in a little EtOH. The
mixture was held at reflux for 3 h, then added to 4 volumes of H20.
Sufficient 10% NaOH was added to make the mixture strongly basic, and this was
extracted with 4x100 mL Et20. Removal of the solvent gave 28 g of 1-allyl-
2,3,5-trimethoxybenzene. GC analysis showed some 10% of the expected
impurity, 1,2,4-trimethoxybenzene.
To a solution of 26 g crude 1-allyl-2,3,5-trimethoxybenzene in an equal
weight of absolute EtOH there was added 52 g of flaked KOH. The mixture was
heated on the steam bath overnight, and then quenched with much H20. This
was extracted with 3x100 mL Et20 which, on removal under vacuum gave 24.6 g
of product. This contained, by GC analysis, largely cis- and trans-1-
propenyl-2,3,5-trimethoxybenzene and the expected 1,2,4-trimethoxybenzene.
This mixture was dissolved in an equal volume of pentane, and cooled in dry
ice. Quick filtration gave 9.2 g of an amber solid which had a melting point
of 39-41.5 deg C. Recrystallization from hexane provided pure trans-1-
propenyl-2,3,5-trimethoxybenzene with a mp of 44-45 deg C. Evaporation of the
original pentane mother liquor provided an impure sample of mixed cis- and
trans- isomers.
A solution of 7.2 g trans-1-propenyl-2,3,5-trimethoxybenzene in 41 g dry
acetone was treated with 3.3 g dry pyridine and, with good stirring, cooled
to 0 deg C. There was then added 6.9 g of tetranitromethane over the course
of 1 min, and the reaction mixture was allowed to stir for an additional 2
min. The reaction mixture was then quenched with a solution of 2.2 g KOH in
40 mL H20. After the addition of more H20, the product was extracted with
3x50 mL CH2CI2. Removal of the solvent under vacuum yielded 7.0 g of an
impure product which would not crystallize. This was distilled under vacuum to
give four fractions, all of which crys-tallized spontaneously. Cuts #1 and
#2 (bp 100-120 deg С and 120-130 deg С at 2 mm/Hg) were combined, weighed 0.8
g, and after crystallization from hexane yielded white crystals with a mp of
62-63 deg C. The NMR spectrum (in CDCI3) was in agreement with 2,3,5-
trimethoxybenzaldehyde, and the literature mp has been reported as being 62-
63 deg C. Cuts #3 and #4 (bp 130-170 deg С and 170-175 deg С at 2 mm/Hg with
the bulk coming over in the latter fraction) were combined to give 3.0 g of
yellow crystals. These were triturated under a little cold MeOH, and then
recrystallized from MeOH to give 1.15 g of yellow crystals of 2-nitro-l-
(2,3,5-trimethoxyphenyl)propene, with a mp of 87-88 deg C. The forerun of
the distillation contained considerable unreacted trans-1-propenyl-2,3,5-
trimethoxybenzene and some 1,2,4-trimethoxybenzene, by GC analysis.
To a refluxing and stirred suspension of 1.1 g LAH in 150 mL anhydrous Et20
and under an inert atmosphere, there was added a solution of 1.1 g 2-nitro-l-
(2,3,5-trimethoxyphenyl)propene in 50 mL anhydrous Et20. The creamy mixture
was held at reflux for 4 h, cooled, and then the excess hydride cautiously
destroyed by the addition of 1.5 N H2S04. There was then added 20 g potassium
sodium tartrate followed by sufficient aqueous NaOH to raise the pH to >9.
The Et20 phase was separated, and the remaining aqueous phase extracted with
3x75 mL CH2CI2. The organic phase and extracts were combined, and the
solvent removed under vacuum yielding 0.9 g of a colorless oil. This was
dissolved in 200 mL anhydrous Et20 which was saturated with anhydrous HC1 gas.
There was generated a thick oil that did not crystallize. The Et20 was
decanted from this, and allowed to stand for several days in a sealed container
at room temperature. There was the deposition of fine white needles of
2,3,5-trimethoxyamphetamine hydrochloride (TMA-4) weighing, after Et20
washing and air drying, 0.31 g. The mp was 118-119 deg C. Anal. (Ci2H2oClN03)
C,H. The residual oil was dissolved in H20, made basic with NaOH, and
extracted with CH2CI2. Evaporation of the solvent gave 0.40 of a white oil
which was dissolved in a little MeOH containing 0.22 g oxalic acid. There
was the immediate deposition of crystals of the oxalate salt of 2,3,5-
trimethoxyamphetamine, with a mp of about 110 deg C.
DOSAGE: greater than 80 mg.
DURATION: perhaps 6 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 80 mg) I was concerned about life issues, with
much introspection, for about 6 hours. There were no subjective physical
symptoms. It was comparable to about 50 micrograms of LSD, or to 120
milligrams TMA, for me.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: That is the sum total of the knowledge of
subjective effects that exist. There was such a precious small amount of the
final hydrochloride salt that, by the time the needed build-up of dosage had
been completed, there was just enough left for this single trial, which was
conducted in South America. Based upon the volunteered comparisons to LSD
and TMA, a potency for this compound has been published that states that it
is 4x the potency of mescaline, or 4 M.U. The material must be re-
synthesized, and re-evaluated with the now-accepted protocol.
In the future re-synthesis, there will be a considerable improvement made
with the several steps that are described above. The products from the
preparations of the phenol, the allyl ether, the Claisen rearrangement, the
methylation of the new phenol, and the isomerization to the mixture of cis-
and trans-propenylbenzenes were all conducted without the benefit of a Kugel-
Rohr apparatus. The products became progressively thick and blacker, and it
was only by the grace of getting a solid at the trans-propenyl stage that
some degree of purity could finally be obtained. All of the intermediates
are certainly white oils, and when this preparation is repeated, they will be
distilled at each and every stage.
This 2,3,5-orientation of the methoxy groups on the aromatic ring is far
and away the most difficult tri-substitution pattern known to chemists.
There just isn't any simple way to put it together. The 2-carbon phenethyla-
mine (2,3,5-trimethoxyphenethylamine) had been synthesized quite a while ago.
Its role as a substrate for liver amine oxidase in in vitro studies has been
explored, but it has never been tried in man. Even more bizarre is the
amphetamine with this oxygenation pattern, in which a methylenedioxy ring has
replaced the two adjacent methoxyl groups. This is the material 2,3-
methylenedioxy-5-methoxyamphetamine, or MMDA-4. Despite its theoretical
appeal (being one of the six possible MMDA derivatives) and it's synthetic
challenge (as with the 2,3,5-trimethoxy things above, everything is simply in
the wrong position) the compound is of unknown pharmacology. This follows,
quite logically, from the fact that it has never been synthesized. No one
has yet put together a workable procedure that would make it. In the course
of making all possible positional isomers of MMDA explicitly Schedule I
drugs, the DEA has named this compound, and since it was specifically named,
it was entered into the Chemical Abstracts. So it is listed in the
literature, at least it is in the Chem. Abstracts. But it is in reality completely
unknown. Some day, some one somewhere will have a light bulb go on over his
head, and find a synthetic process that will make it. Of course, the moment
it is made, an illegal act will have occurred, at least in the United States
as long as the present laws remain unchanged, as it is currently a Schedule I
drug.
Needless to say, the 2-carbon analog of MMDA-4, 2,3-methylenedioxy-5-
methoxyphenethy1amine (would 2C-MMDA-4 be a reasonable name?) is also
unknown .
#161 TMA-5; 2,3,6-TRIMETHOXYAMPHETAMINE
SYNTHESIS: A solution of 100 g 1,2,4-trimethoxybenzene in 1 L hexane was
cooled to 15 deg С and treated with 400 mL of a 15% solution of n-
butyllithium in hexane. A white precipitate formed immediately, and stirring
was continued for an additional 2 h while the reaction returned to room
temperature. There was then added a solution of 40 g freshly distilled propion-
aldehyde in 100 mL hexane. The reaction was exothermic and, as the stirring
was continued, the precipitate gradually dissolved. Stirring was continued
overnight at room temperature. There was then added 1 L H20, and the
reaction was acidified with HC1. The hexane phase was separated, and the
remaining aqueous phase was extracted with hexane, then with Et20. The pooled
organic extracts were stripped of solvent under vacuum, and the residue
distilled to give 60 g ethyl 2,3,6-trimethoxyphenyl carbinol, with an index of
refraction nD20 = 1.5 1 92. Anal. (Ci2Hi804) C,H. From the Et20 extracts above,
additional carbinol was obtained, containing a small amount of the starting
1,2,4-trimethoxybenzene. The two materials were readily separated by vacuum
distillation, providing an additional 21 g of carbinol.
The above alcohol, 60 g of ethyl 2,3,6-trimethoxyphenyl carbinol, was
stirred without solvent and cooled to 0 deg С with an external ice bath.
There was then added 80 g PBr3 at a rate that maintained the temperature
below 60 deg C. At the end of the addition, there were added quantities of
chipped ice, followed by H20. The reaction mixture was extracted with 3x100
mL Et20, and removal of the solvent provided 60 g of 1-bromo-l-(2,3,6-
trimethoxyphenyl)propane which was used in the following dehydrobromination
step without further purification.
A solution of the above 60 g of 1-bromo-l-(2,3,6-trimethoxyphenyl)propane
in an equal weight of EtOH was treated with 120 g of flaked KOH. The
exothermic reaction was allowed to run its course with stirring continued
overnight. The mixture was then quenched in H20 and extracted with 3x200 mL
CH2C12. Removal of the solvent from the pooled extracts gave a crude product
which contained no starting bromo material, but which was contaminated with
an appreciable quantity of the ethoxy analogue, 1-ethoxy-l-(2,3,6-
trimethoxyphenyl)propane. This impure product was heated briefly to 80 deg С
with 50% H2S04. Cooling, dilution with water, and re-extraction with 3x100
mL CH2C12 gave, after removal of the volatiles under vacuum, 1-(2,3,6-
trimethoxyphenyl)propene. This was distilled to provide 7.0 g of a clear oil
that was a 12:1 ratio of the trans- and cis-isomers.
A well-stirred solution of 6.8 g of the mixed isomers of l-(2,3,6-
trimethoxyphenyl)propene in 40 g of dry acetone was treated with 3.2 g
pyridine and cooled to 0 deg С with an external ice bath. There was then added
6.5 g tetranitromethane over the course of 1 min, the stirring was continued
for an additional 2 min, and then the reaction mixture was quenched by the
addition of 2.2 g KOH in 40 mL H20. There was additional H20 added, and the
organics were extracted with 3x75 mL CH2C12. The solvent from the pooled
extracts was removed under vacuum, and the 5.3 g residue distilled at 0.2
mm/Hg. A fraction boiling at 150-170 deg С proved to be largely 2,3,6-
trimethoxybenzaldehyde. A second fraction (170-200 deg С at 0.2 mm/Hg) also
spontaneously crystallized to a yellow solid. This was recrystallized from
MeOH to provide, after drying to constant weight, 2.8 g of 2-nitro-l-(2,3,6-
trimethoxyphenyl)propene with a mp of 73-74 deg C. Anal. (Ci^HisNOs) C,H.
To a refluxing and stirred suspension of 2.4 g LAH in 300 mL anhydrous Et20
and under an inert atmosphere, there was added a solution of 2.4 g 2-nitro-l-
(2,3,6-trimethoxyphenyl)propene in 100 mL anhydrous Et20. The mixture was
held at reflux for 4 h, cooled, and then the excess hydride cautiously de-
stroyed by the addition of 1.5 N H2S04. There was then added 40 g potassium
sodium tartrate followed by sufficient aqueous NaOH to raise the pH to >9.
The Et20 phase was separated, and the remaining aqueous phase extracted with
3x100 mL CH2CI2 • The organic phase and extracts were combined, and the
solvent removed under vacuum yielding 1.8 g of a colorless oil. This was
dissolved in 200 mL anhydrous Et20 which was saturated with anhydrous HC1 gas.
There was generated a thick oil that slowly crystallized. The resulting
white crystalline solid was removed by filtration, providing 2.2 g 2,3,6-
trimethoxyamphetamine hydrochloride (TMA-5) . The mp was 124-125 deg C.
Anal. (C12H20CINO3) C,H.
DOSAGE: 30 mg or more.
DURATION: 8 - 10 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 20 mg) There appeared to be a slight
stimulation. Modest eye dilation, but normal pulse. If this is the marginal edge
of intoxication, then it is not a psychotomimetic, but a stimulant. Go up
with care.
(with 30 mg) Intense introspection. Comparable to about 75 micrograms of
LSD, or more.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: TMA-5, as was the case with TMA-4, has only been
superficially explored. The above two quotations are from two different
people, and together no more than hint at the possibility that it might be
active in the several tens of milligrams.
Pharmacologists have developed quite an art in the design and evaluation of
animal behavior models for the study of psychedelic drugs. They have always
faced two formidable tasks, however. There is the qualitative question: is
the drug a psychedelic? And there is the quantitative question: how potent
is it?
The first question is addressed by taking a number of known psychedelic
drugs, and searching for some animal responses that are common to all. Since
there is little logic in the argument that animals can experience, let alone
reveal, altered states of consciousness or fantasy fugues or colored imagery,
the investigator must look for objective signs such as conditioned responses
to stimuli, or unusual behavior. If one explores ten drugs that are known
psychedelics, and all ten produce, say, bizarre nest-building behavior in
mice, and an eleventh drug of unknown pharmacology does exactly the same
thing, then the eleventh drug can be suspected of being a psychedelic drug.
And the second question, how potent, is answered by seeing how much of the
drug is required to evoke this standardized behavior. This is called the
dose-response curve, in which the more drug you give, the more response you
get. This curve gives confidence that the drug is indeed responsible for the
activity that is seen, as well as giving a quantitative measure of that
activity.
But this entire discipline depends on the acceptance of the fact that the
first ten drugs are indeed psychedelic materials. And these inputs can only
come from human trials. What is the validity of these assumptions with TMA-
5? Not very good. The statement that it is psychedelic has actually been
published in reviews solely on the basis of the above two studies; the
potency has been put at some ten times that of mescaline. Mescaline is
certainly an effective psychedelic drug in the 300-500 milligram range, and this
factor of ten implies that TMA-5 is also a psychedelic drug and is active in
the 30-50 milligram range. And indeed, both statements may be true, but
confidence in these conclusions must await more extensive trials.
The two-carbon analogue of TMA-5 is 2,3,6-trimethoxyphenethylamine (or 2C-
TMA-5 or 2,3,6-TMPEA) . This is a known material, although there has been
some controversy as to its physical properties. It has been studied in
monoamine oxidase systems, and appears to be either a competitive substrate or an
inhibitor of that enzyme. But as far as I know, no one has nibbled it, so
its human activity is unknown.
#162 TMA-6; 2,4,6-TRIMETHOXYAMPHETAMINE
SYNTHESIS: To a solution of 100 g phloroglucinol dihydrate in 320 mL MeOH
there was added 55 mL of concentrated H2SO4, and the clear solution held
under reflux conditions overnight. After cooling, there was added 500 mL H20,
and the bulk of the MeOH was removed under vacuum. The residual oil was
extracted with Et20, and the removal of this left 60 g of a red oil as residue.
This was dissolved in 300 g methyl sulfate (caution, this is extremely toxic
through skin contact, and any exposure must be flushed thoroughly with dilute
ammonium hydroxide) . With good stirring, this was cautiously treated with
500 g of 40% aqueous KOH, and the exothermic reaction allowed to run its
course. Extraction with 3x100 mL Et20 gave, after evaporation of the solvent
from the pooled extracts, an oil that became largely crystalline. This was
suspended in 100 mL hexane, and filtered through a coarse fritted funnel.
With evaporation there was obtained 57 g of 1,3,5-trimethoxybenzene as a pale
amber solid that melted at 44-50 deg C. A sample purified by
recrystallization from EtOH had the proper mp of 54-55 deg C.
A mixture of 62.9 g N-methylformanilide and 71.3 g of POCI3 was allowed to
stand for 0.5 h producing a light claret color. There was then added 30.9 g
of 1,3,5- trimethoxybenzene and the mixture heated on the steam bath for 2 h.
The reaction mixture then was poured into chipped ice, and allowed to stir
for several h. The dark gummy mess was extracted with 2x100 mL Et20 (this
was discarded) and then with 4x200 mL CH2C12. The latter extracts were
pooled, and stripped of solvent under vacuum yielding 14 g of an amber solid.
This was recrystallized from 80 mL boiling MeOH (with decolorizing charcoal
employed and filtration of the boiling solution through paper) to give 10.0 g
of 2,4,6-trimethoxybenzaldehyde as a white crystalline solid with a mp of
115-116 deg C. The literature values are generally one-degree ranges, and
they are reported as high as 121 deg C. The malononitrile adduct was
prepared from a solution of 0.5 g aldehyde and 0.5 g malononitrile in 10 mL warm
MeOH treated with a drop of triethylamine. There was an immediate formation
of a yellow crystalline mass which was removed by filtration, washed with
EtOH, and air dried. The yield of 2,4,6-trimethoxybenzalmalononitrile was
0.5 g and the mp was 174-175 deg C. Anal. (Ci3Hi2N203) N.
A solution of 5 g 2,4,6-trimethoxybenzaldehyde in 20 g nitroethane was
treated with 1.0 g of anhydrous ammonium acetate and held on the steam bath
for 24 h. The excess solvent/reagent was stripped from the deep-red colored
solution under vacuum yielding a residue that spontaneously set to a
crystalline mass. This was well triturated under 5 mL MeOH, filtered, and washed
with 3 mL additional MeOH to give 5.4 g of 2-nitro-l-(2,4,6-
trimethoxyphenyl)propene as yellow crystals. The mp of the crude material
was 135-142 deg С which could be raised to 147-148 deg С by recrystallization
from EtOH. The use of an alternate procedure for the synthesis of this ni-
trostyrene, using acetic acid as solvent and a stoichiometric amount of ni-
troethane (and ammonium acetate as catalyst), gave very poor yields. The use
of butylamine as catalyst gave considerably better results.
A suspension of 50 g LAH in 1 L anhydrous THF was placed under an inert
atmosphere, stirred magnetically, and brought to a gentle reflux. There was
added a total of 56.9 g 2-nitro-l-(2,4,6-trimethoxyphenyl) propene as a
saturated solution in THF. This was achieved by letting the condensed THF drip
through a Soxhlet thimble containing the nitrostyrene with direct addition to
the reaction mixture. The solubility was extremely low. The stirred mixture
was maintained at reflux for 36 h, generating a smooth creamy gray color.
After being brought to room temperature, the excess hydride was destroyed by
the patient addition of 50 mL H20, followed with 50 mL 15% NaOH (still some
heat evolved) and then 150 mL additional H20. Stirring was continued until
the insoluble salts were white and loose. These solids were removed by
filtration, and the filter cake washed with additional THF. The combined
filtrate and washes were stripped of solvent under vacuum, and the 73 g of pale
amber residue dissolved in 200 mL IPA, neutralized with approximately 50 mL
concentrated HCL, and diluted with 2 L anhydrous Et20. A lower, oily phase
separated slowly set up as a crystalline mass. This was removed by
filtration, Et20 washed, and allowed to air dry to constant weight. The weight of
2,4,6-trimethoxyamphetamine hydrochloride was 41.3 g and the color was an
off-white. There was a tendency to discolor upon air exposure. The mp was
204-205 deg С which was increased to 207-208 deg С upon recrystallization
from IPA. The literature gives a mp of 214-215 deg С for this salt after
isolation and purification as the picrate salt (with a mp 212-213 deg С from
EtOH) .
DOSAGE: 25 - 50 mg.
DURATION: 12 - 16 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 25 mg) I was outside at the California-
Washington State football game, which was completely nutty. As was I. With
the crowd activity, it was impossible to separate the drug's action from the
environment. Later I simply sat in the car, and tried to define what the
effects really were. Things were completely benign, there was ease with
concepts, and writing was good and smooth. At twelve hours, comfortably down.
Maybe a plus two.
(with 35 mg) My body was tingling all over, and there were times when
walking was unsteady. Thinking was a little difficult, as I was quite
intoxicated most of the day (all of the day, now that I think that over) . To
accomplish anything, such as toasting the toast in the toaster, was difficult.
And things were so funny most of the time. Setting the table for supper, six
hours later, proved to be hilarious. I like to think of the day as a mixture
of the mad hatter's tea party, and a trip to the moon. We were all still
intoxicated at bedtime, whatever time that was. Had difficult time sleeping.
If I were to repeat, would go lighter in dosage, I feel.
(with 40 mg) This experiment was begun at noon of a cool rainy day. Almost
all of the day had to be spent indoors, without benefit of sunshine, This is
worth mentioning because there was, for the first eight hours of the
experiment, a decided feeling of inner chill which might not have occurred so
strongly had it been a warm day. Most, if not all, of the other eight
subjects also reported the same chill. There was some visual sparkle which
persisted throughout. At the two hour point a minor but persistent stomach
queasiness came on, preceded by a diarrhea-like bowel movement. There was no
impairment of speech, but there was some halting quality to all thought
processes. It was easy to talk about personal matters, but there did not seem to
be a significant insight increase. Appetite for food was lessened. Sleep
was decidedly difficult after the effects of the material seemed otherwise
gone.
(with 40 mg) As the experience grows in intensity for the first four hours,
I feel a strange mixture of plateaus, exuberance, and strong negative
feelings, all replacing each other. I found myself inside a stout, hemispherical
shell, curled up in the solid part, thoroughly walled off but absolute master
within the shell, calling all shots, making all decisions, in complete
control. Moving beyond the half-shell meant becoming vulnerable, which I
refused to do. Consequently my difficulty in hearing what other people say,
becoming involved in their perceptions and lives. I keep relationships
shallow, pull away inside my shell rather than become involved. I like to be by
myself. This was a great revelation; I had never seen it before. This
material had an enormous drive. I feel extremely grateful for exposing a very
deep personal problem.
(with 50 mg) My previous try at this level produced a record that said,
'alteration of consciousness, but no visual, no anything,' and oh my,
surprise! It was very, very active, visual, colorful, etc., etc. Good talking,
clear and steady control of body, despite intense energy flow. Extremely
funny Q great humor, wonderful laughter.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: Here is a simple and easily made compound that
might well bid fair to be one of the most rewarding and pleasurable of the
methoxylated amphetamines. It is fully as potent as its counterpart, TMA-2.
This latter compound, with its 2,4,5-trisubstitution pattern, has served as a
template from which an immense family of very active and fascinating drugs
have arisen. The 2,5-dimethoxy aspect has been kept intact, and
modifications in the 4-position have given rise to treasures such as DOM, DOB, DOET,
DOI, and the Aleph compounds. And, of course, the entire world of the 2C-X's
has exploited this same orientation.
Here, there is the blatant, parallel call from TMA-6. It can serve, as the
2,4,6-counterpart, as a similar template compound. And the first indicators
are that, in keeping the 2,6-dimethoxy aspect intact, a completely analogous
series could be made, again with modifications of the 4-position. These have
been named the psu-series, or psi-series, as an abbreviation for the prefix,
pseudo, and can be differentiated from the 2,4,5-things with the use of the
Greek letter "gamma". Thus there is the gamma-DOM (called 7,-1 in this book,
and certainly an active compound), and gamma-DOB, gamma-DOET, gamma-DOI, and
the gamma-ALEPH compounds. And, of course, the gamma-2C-X counterparts. I
would expect all of them to be active and, certainly, some of them
interesting. They will be considerably more difficult to synthesize. However, some
of them, specifically things such as gamma-2C-T-4, have already been
prepared, and are being evaluated.
One of the guiding premises of this Book II was to make all recipes employ
commercially available materials as starting materials. And in the case of
TMA-6, the required benzaldehyde (2,4,6-trimethoxybenzaldehyde) is an easily
obtained trade item from any of several supply houses. Why not start the
recipe there? Why tell how to make it from 1,3,5-trimethoxybenzene (also
presently available from commercial sources) and how to make the ether in
turn, from phloroglucinol? This simply reflects a valid paranoia of our
times. Today the aldehyde is available (at $2/g) and can be easily
purchased. But tomorrow? What about in the year 2003? Who can tell what will,
or will not, be easily available then? There might be a world-wide
acknowledgment that the "war on drugs" is more destructive than any drug itself
could ever be, and every law that had been written in the attempt to dictate
human behavior will have been transformed into a force that truly educates
and allows choice. This might really happen. But maybe, on the other hand,
no fine chemicals may be permitted to be held in any hands, at any price,
except for those of licensed chemists and in authorized laboratories. The
black market price for the aldehyde might be $1000/g with another $1000 for
protection. But, it will be impossible to remove phloroglucinol from
availability.
It is available as a natural component in the free form, in sources as
diverse as the cones of the Sequoia sempervirens (the coast redwood tree) and
species of Camillia (that provides the leaves of our morning tea). And
combined with a molecule of glucose in the form of its glucoside, it is called
phlorin, and it is present in the discarded rinds of almost all citrus fruits
as well as the resins from many of the Eucalyptus species. And one step yet
further back into nature, there is a dihydrochalcone glucoside called phlo-
ridzin which practically drips out of all parts of the apple and pear trees
except for the apple or pear itself. It, on base hydrolysis, gives phlorin,
which on acid hydrolysis gives phloroglucinol, which when dissolved in
methanol and sulfuric acid gives Q. Nature is indeed most bountiful.
The phenethy1amine homologue of TMA-6 is well known, but is virtually
unexplored pharmacologically. The above benzaldehyde with nitromethane in
glacial acetic acid containing ammonium acetate gave the appropriate beta-
nitrostyrene as yellow crystals with a mp 177-177.5 deg C. This, with LAH in
ether, gave 2,4,6-trimethoxyphenethylamine (2,4,6-TMPEA, or 2C-TMA-6) as the
picrate salt (mp 204-205 deg C) or the hydrochloride salt (mp 234-235 deg C) .
It has been shown not to be a substrate to the soluble amine oxidase from
rabbit liver, a property it shares with mescaline, but whether it is or is
not active in man is at present unknown.
#163 3-TME; 3-THIOMETAESCALINE;
4,5-DIMETHOXY-3-E THYLTHIOPHENE THYLAMINE)
SYNTHESIS: A solution of 13.0 g of 3-bromo-N-cyclohexyl-4,5-
dimethoxybenzylidenimine (see under MP for its preparation) in 125 mL
anhydrous Et20 in a He atmosphere was cooled with an external dry ice acetone
bath to -80 deg С with good stirring. To this clear pale yellow solution
there was added 32 mL 1.55 M butyllithium in hexane (about a 25% excess)
which was stirred for 10 min producing a fine white precipitate. There was
then added 7.0 g diethyl disulfide. The dry ice bath was removed and the
reaction stirred as it came to room temperature. This was then added to 300 mL
dilute HC1 and the aqueous phase separated and heated on the steam bath for
45 min. A yellow oil was formed with a nearly colorless aqueous overhead.
This was removed by decantation, and the remaining oil was diluted with a
little MeOH and additional concentrated HC1. After further heating on the
steam bath, this was added to the separated phase, all was cooled and
extracted with 2x50 mL CH2CI2. Removal of the solvent from these pooled
extracts gave 11.8 g of a residue that was distilled. The product, 3-
ethylthio-4,5-dimethoxybenzaldehyde boiling at 106-125 deg С at 0.4 mm/Hg and
was an almost colorless oil weighing 8.3 g. Anal. (C11H14O3S) C,H.
To a solution of 8.2 g 3-ethylthio-4,5-dimethoxybenzaldehyde in 125 mL ni-
tromethane, there was added 1.0 g of anhydrous ammonium acetate and the
mixture was heated on the steam bath for 1.5 h. The reaction mixture was
stripped of nitromethane under vacuum, and the residual red oil was dissolved
in 20 mL of boiling MeOH. This was decanted from a small amount of insolu-
bles, and allowed to cool to room temperature. After considerable
manipulation of a small sample with dry ice cooling, a seed of crystal was obtained,
which successfully promoted crystallization of the entire MeOH solution.
After standing for 1 h, the product 3-ethylthio-4,5-dimethoxy-beta-nitrostyrene
was removed by filtration and, after air drying, weighed 3.2 g with a mp of
96-98 deg C. Upon recrystallization from MeOH, the mp was tightened to 98-99
deg C. Anal. (Ci2Hi5N04S) C,H.
AH was prepared in the usual manner from a suspension of 2.0 g LAH in 75 mL
anhydrous THF, cooled to 0 deg С and well stirred in an inert atmosphere of
He, and treated with 1.33 mL of 100% H2SO4 added dropwise. There was added,
dropwise and over the course of 10 min, a solution of 3.1 g 3-ethylthio-4,5-
dimethoxy-beta-nitrostyrene in 15 mL anhydrous THF. At the end of the
addition, the reaction mixture was returned to room temperature, and finally
heated on the steam bath for 10 min. After cooling again, there was added
enough IPA to decompose the excess hydride and sufficient 10% NaOH to convert
the aluminum oxide to a white, easily filterable mass. This was removed by
filtration, the filter cake washed with additional IPA, and the filtrate and
washes combined and the solvent removed under vacuum. This was dissolved in
100 mL of dilute H2SO4, which was washed with 2x50 mL CH2CI2. The aqueous
phase was made basic with NaOH, extracted with 2x50 mL CH2CI2, and the
extracts pooled and the solvent removed under vacuum to yield a residue of a
colorless oil. This was distilled at 160-170 deg С at 1.0 mm/Hg yielding 2.6
g of a colorless liquid. This was dissolved in 12 mL IPA, neutralized with
24 drops of concentrated HC1 and diluted with 25 mL anhydrous Et20. The
clear solution was decanted from a little solid material, and the decantings
diluted with a further 50 mL anhydrous ether. The still clear solution
became cloudy after a few min, and then there was the slow formation of 3-
ethylthio-4,5-dimethoxyphenethylamine hydrochloride (3-TME) as a fine white
crystalline product. Removal by filtration, washing with Et20, and air
drying yielded 2.8 g of white gran-ular solids that melted at 171-172 deg C.
Anal. (C12H20CINO2S) C,H.
DOSAGE: 60 - 100 mg.
DURATION: 10 - 15 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 60 mg) As important as the experience was,
itself, I feel that it was in the two or three days that followed that it had
the most profound impact on me. It was at the time of the death of my wife's
mother, and I found that I could look directly towards death and its
ramifications. Including my own death. I felt very close to the Higher Powers
that seemed to make their presence felt all around. And there was still the
deep internal strength that was the direct product of the 3-TME experience.
I feel it very strongly, still, but I have no desire to repeat the experience
right away. It is almost as if the effects are still in evidence, and one
should take one's time in letting it manifest all its ramifications. But it
is certainly an experience one should have once a year, if not oftener.
(with 100 mg) I was aware of the development quite early, and by the end of
an hour and a half, I was in quite a remarkable state. I was extremely dis-
inhibited, with easy verbal play and easily self-revealing, but not at too
deep a level. There was great fun with a set of water colors but, when a
used Kleenex became my canvas, the others failed to share my humor. I drove
home at midnight with considerable care and was unable to sleep for another
two hours. I would be very willing to repeat this experiment, at this level,
to see if the good humor of it all was a consistent property.
(with 100 mg) I had a sudden revelation Q what I called the wet-paint
theory of Christ. How does one find and identify the Messiah? It is most
simple. All of life is nothing more than a freshly painted fence separating us
from the rest of the world. And the fence has many, many signs on it that
say: Beware. Don't Touch. Wet Paint. And if you touch too soon, indeed you
get a dirty finger because the paint really is still wet. But the very first
man to touch it and find it dry? There is your natural leader, your Son of
God, and all those who touch later than He are the followers of the leader
who first touched and found the paint dry.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: A short unraveling of the codes used here for
the various materials is very much needed. There are 3's and 4's and M's and
I's and incipient confusion. Mescaline is mescaline. That much is simple.
All homologs are the first letter of the homolog. Escaline is E, Proscaline
is P, etc. If the group is at the three-position, then the term "meta" is
used and an M preceeds the name of the homolog, i.e., ME is Metaescaline.
The number (3- or 4- or 5-) gives the position of the sulfur, which is
represented by the prefix "Thio" so this compound, 3-TME, has the sulfur at the 3-
position, and by chance, the ethyl group there as well.
Here is a brief presentation of the needed Rosetta Stone:
Number of all three are One oxygen is re-
ethyl groups oxygen atoms placed with sulfur
none M 3-TM
4-TM
one E 3-TE
4-ТЕ
ME
3-TME
4-TME
5
ТЕ
two
SB
3
4
TSB
TSB
ASB
3
4
5
TASB
TASB
TASB
three
TRIS
3
4
T-TRIS
T-TRIS
#164 4-TME; 4-THIOMETAESCALINE;
3-Е THOXY-5-ME THOXY-4-ME THYLTHIOPHENE THYLAMINE
SYNTHESIS: A solution of 5.1 g N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine and 6.8
g of 3-ethoxyanisole was dissolved in 80 mL hexane. This was stirred
vigorously under a He atmosphere and cooled to 0 deg С with an external ice bath.
There was added 27.5 mL of 1.6 M solution of butyllithium in hexane. The
stirred reaction mixture deposited a fine white precipitate. It was warmed
to room temperature and stirred for 15 min. After cooling again to 0 deg C,
there was added 4.6 mL of dimethyl disulfide which converted the precipitate
to a creamy white material. Stirring was continued while the reaction
mixture was brought up to room temperature, and continued for an additional h.
All was then added to 200 mL dilute H2SO4. The solids dissolved and there
was the formation of two phases. These were separated, the aqueous phase
extracted with with 2x75 mL Et20, the organic phases combined and evaporated
under vacuum. The residue weighed 11.1 g and set up to a waxy solid. This
was ground under 1 mL of hexane, filtered, washed sparingly with hexane, and
air dried yielding 7.6 g of 3-ethoxy-2-(methylthio)anisole as white crystals.
The mp was 35-36 deg С which was not improved following recrystallization
from hexane. Anal. (C10H14O2S) C,H.
To a stirred solution of 7.6 g of 3-ethoxy-2-(methyl thio) anisole in 100 mL
CH2CI2 there was added 6.2 g elemental bromine dissolved in 50 mL CH2CI2. The
initial dark red color gradually faded to a pale yellow and there was a
steady evolution of HBr. An added crystal of iodine did not appear to
increase the rate of reaction. After 4 min the color was a pale orange. The
reaction mixture was extracted with H20 containing sufficient dithionite to
remove most of the residual color. The solvent was removed under vacuum
leaving 12.2 g of a pale yellow fluid oil. This was distilled at 100-110 deg
С at 0.3 mm/Hg to yield a mixture of 4-bromo-3-ethoxy-2-(methylthio)anisole
and 6-bromo-3-ethoxy-2-(methylthio)anisole as a pale yellow, highly
refractory oil that was used as such in the following reaction. Anal. (CioHi3Br02S)
C,H.
To a solution of 12 mL diisopropylamine in 75 mL anhydrous THF that was
stirred under an N2 atmosphere and cooled to -10 deg С with an external
ice/MeOH bath, there was added in sequence 35 mL of 1.6 M butyllithium in
hexane, 1.8 mL of dry acetonitrile, and 5.0 g of 4-bromo- (and 6-bromo) -3-
ethoxy-2-(methylthio)anisole. The reaction mixture changed color from yellow
to red to reddish brown. Stirring was maintained for an additional 0.5 h,
and then the reaction mixture was poured into 80 mL of dilute H2SO4. The
phases were separated, and the aqueous phase was extracted with 100 mL
CH2CI2. The organic phases were combined, and the solvent was removed under
vacuum. The oily residue was distilled at 0.2 mm/Hg yielded two fractions.
The first fraction boiled at 90-115 deg С and weighed 1.7 g. This material
proved to be largely the unreacted bromo starting materials. The second
fraction came over at 140- 170 deg C, weighed 1.7 g, and it crystallized when
seeded with a small crystal obtained externally with dry ice. This fraction
was recrystallized from 10 mL MeOH, filtered, and washed sparingly with cold
MeOH. After air drying, there was obtained 0.5 g 3-ethoxy-5-methoxy-4-
methylthiophenylacetonitrile which had a mp of 65-66 deg C. Anal.
(C12H15NO2S) C,H.
A suspension of 0.5 g LAH in 50 mL anhydrous THF under N2 was cooled to 0
deg С and vigorously stirred. There was added, dropwise, 0.35 mL 100% H2S04,
followed by 0.45 g 3-ethoxy-5-methoxy-4-methylthiophenylacetonitrile in 10 mL
anhydrous THF. The reaction mixture was stirred at 0 deg С for a few min,
then brought to a reflux for a few min on the steam bath. After allowing the
mixture to return to room temperature, there was added IPA sufficient to
destroy the excess hydride followed by 10% NaOH to bring the reaction to a
basic pH and to convert the aluminum oxide to a loose, white, filterable
consistency. This was removed by filtration, and washed with 50 mL IPA. The
filtrate and washes were stripped of solvent in vacuo, and the residue
suspended in dilute H2SO4. This was washed with 2x75 mL CH2CI2, made basic
with aqueous NaOH, and the product extracted with 2x75 mL CH2CI2. After
combining these extracts, the solvent was removed under vacuum providing 1.2
g of a residue which was distilled at 132-140 deg С at 0.4 mm/Hg to give 0.35
g of a colorless oil. This was dissolved in 7 mL of IPA, neutralized with 7
drops of concentrated HC1 and diluted with 3 volumes of anhydrous Et20. The
product was removed by filtration, washed with Et20, and air dried to give
0.30 g 3-ethoxy-5-methoxy-4-methylthiophenethylamine hydrochloride (4-TME) as
white crystals with a mp of 164-165 deg C. Anal. (Ci2H2oClN02S) C,H.
DOSAGE: 60 - 100 mg.
DURATION: 10 - 15 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 60 mg) There was a strange off-baseness for
several hours in the middle of the day, which was replaced by a mild gastric
upset in the evening. The mild mental disturbance is neither visual nor
particularly interesting.
(with 100 mg) A benign and gentle altered state became progressively sad
and morbid. Nothing went together well Q I could not empathize with anyone,
and trying to write at the typewriter was useless. So were efforts to sleep
at midnight, but this was totally relieved with 200 milligrams of Miltown.
In the morning I seemed still to be off baseline, and I was extremely sleepy,
with much lethargy. Even several days later there were problems trying to
integrate my emotions and feelings. I am not yet completely at peace.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: Sometimes things work well in their mysterious
ways. The reports with 4-TME were more to the toxic than to the joyous side,
and this by chance with a compound that could only be obtained in an
atrociously small yield.
#165 5-TME; 5-THIOMETAESCALINE;
3-Е THOXY-4-ME THOXY-5-ME THYLTHIOPHENE THYLAMINE
SYNTHESIS: A solution of 10.4 g of 3-bromo-N-cyclohexyl-4-methoxy-5-
ethoxybenzylidenimine (see under ME for its preparation) in 150 mL anhydrous
Et20 in a He atmosphere was cooled with an external dry ice acetone bath to -
80 deg С with good stirring. The addition of 52 mL 1.6 M butyllithium in
hexane produced a thick precipitate which was stirred for 5 min. There was
then added 8.5 mL of dimethyl disulfide and the reaction mixture gradually
became thinner and lighter. The dry ice bath was removed and the reaction
allowed to come to room temperature over the course of 15 min. This was then
added to 400 mL of dilute HC1. The two phases were separated, and the
aqueous phase was heated on the steam bath for 1 h which generated a separate
yellow oily phase. On cooling, this set to a yellow solid, which was removed
by filtration, washed with H20, and sucked relatively free of H20. These
yellow solids weighed 14.4 g and were ground under 20 mL of cold cyclohexane
which removed almost all the color and, after filtering and air drying, there
remained 12.9 g of an off-white crystalline solid that melted at 83-84 deg C.
Recrystallization from cyclohexane produced 3-ethoxy-4-methoxy-5-
(methylthio)benzaldehyde as a white fluffy crystalline material with a
melting point of 84-85 deg C. Anal. (CnHi403S) C,H.
To a solution of 8.0 g 3-ethoxy-4-methoxy-5-(methylthio)benzaldehyde in 100
mL nitromethane, there was added 0.5 g anhydrous ammonium acetate and the
mixture was heated on the steam bath for 1.5 h, at which time most of the
aldehyde had disappeared and there was a sizeable quantity of nitrostyrene as
well as a cascade of wrong things down to the origin, as seen by TLC on
silica gel, with CH2CI2. The excess nitromethane was removed under vacuum, and
the residual red oil was dissolved in 25 mL of hot MeOH and decanted from a
small amount of insoluble material. With cooling in an ice bath for 20 min,
bright yellow crystals were formed which were removed by filtration, washed
with MeOH and air dried, producing 4.1 g 3-ethoxy-4-methoxy-5-methylthio-
beta-nitrostyrene which melted at 80-82 deg C. This sample, on resolidifica-
tion and remelting, melted at 109-110 deg C. This higher-melting polymorphic
form was also produced by recrystallization of the product from cyclohexane.
The two polymorphs were chromatography cally and analytically identical.
Anal. (C12H15NO4S) C,H.
AH was prepared in the usual manner from a suspension of 3.0 g LAH in 100
mL anhydrous THF, cooled to 0 deg C, well stirred in an inert atmosphere of
He, and treated with 2.0 mL of 100% H2SO4 added dropwise. There was then
added a solution of 2.4 g 3-ethoxy-4-methoxy-5-methylthio-beta-nitrostyrene
in 20 mL anhydrous THF. The reaction was exothermic, and had come nearly to a
boil at the half-addition point. The reaction was cooled again to 0 deg С
and the remaining nitro-styrene then added. This was brought to a reflux
briefly on the steam bath, then cooled again and stirred for an additional 1
h. IPA was carefully added to decompose the excess hydride followed by
sufficient 10% NaOH to convert the aluminum oxide to a white, easily
filterable mass. This was filtered, the filter cake washed with additional
IPA, and the filtrate and washes combined and the solvent removed under
vacuum. This was dissolved in 100 mL of dilute H2SO4, which was washed with
2x50 mL CH2CI2 • The aqueous phase was made basic with sodium hydroxide,
extracted with 2x50 mL CH2CI2, and the extracts pooled, dried over anhydrous
K2C03, and stripped of solvent under vacuum to yield a nearly colorless
residue. This was distilled at 125-135 deg С at 0.3 mm/Hg producing 2.0 g of
a water-white oil. This was dissolved in 8 mL IPA, neutralized with 23 drops
of con-centrated HC1 and, with good stirring, diluted with 20 mL anhydrous
Et20. The product 3-ethoxy-4-methoxy-5-methylthiophenethylamine
hydrochloride (5-TME) was removed by filtration, washed with Et20, and air
dried to provide a white solid that weighed 2.0 g and melted at 168-169 deg
C. Anal. (C12H20CINO2S) C,H.
DOSAGE: greater than 200 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 200 mg) There was a noticeable tinnitus, but
then that comes and goes at odd times without any reason needed. There was
perhaps a brush of light-headedness at the third hour point, but other than
that, nothing. No effect that can be ascribed to today's drug trial.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: Nothing comes to mind. This, along with most of
the di- and triethylated thiomescaline analogues, represents a lot of
synthetic effort without useful qualitative data. If there is any activity, it
would only be seen with monster dosages, and why put the body through such
potential impact?
#166 2T-MMDA-3a; 3,4-METHYLENEDIOXY-2-METHYLTHIOAMPHETAMINE
SYNTHESIS: A solution of 30 g piperonal in 25 mL cyclohexyl amine was
brought to a boil on a hot plate, until there was no more water apparently
being evolved. The resulting melt was distilled giving 45 g of N-cyclohexyl-
3,4-methylenedioxybenzylideneimine boiling at 114-135 deg С at 0.2 mm/Hg as a
light yellow oil.
In 400 mL anhydrous Et20 there was dissolved 40.3 g N-cyclohexyl-3,4-
methylenedioxybenzylidenimine and 30 mL N,N,N',N'-tetramethy1ethylenediamine
(TMEDA) . This solution was put under an inert atmosphere, and with good
stirring brought to -78 deg С with an external dry ice/acetone bath, which
produced a light white crystalline precipitate. There was then added 120 mL
of 1.55 M butyllithium, which produced an immediate darkening and a
dissolving of the fine precipitate. After 10 min stirring, there was added 20 mL of
dimethyl disulfide. The color immediately vanished and there was the
formation of a white precipitate. The temperature was allowed to return to ice
bath temperature, and then all volatiles were removed under vacuum. The
residue was poured into 500 mL H20 and acidified with HC1. After heating for
1 h on the steam bath, the reaction mixture was cooled, producing a gummy
solid that was shown to be a complex mixture by TLC. But there was a single
fluorescent spot that was the product aldehyde and it was pursued.
Extraction with 3x75 mL CH2CI2 gave, after pooling and stripping of the solvent, a
residue which was extracted with four separate passes, each with 75 mL
boiling hexane. The deposited crystals from each were separated, and all recrys-
tallized from boiling MeOH to give 3.3 g of 3,4-methylenedioxy-2-
(methylthio)benzaldehyde, with a mp of 77-80 deg C.
To a solution of 3.0 g 3,4-methylenedioxy-2-(methylthio)benzaldehyde in 25
mL IPA there was added 2 mL nitroethane, 0.11 mL ethyl enedi amine and 0.1 mL
acetic acid. This was held at reflux temperature for 18 h, and the solvents
removed under vacuum. The residue showed a total of eight spots on TLC
analysis, extending from the origin to the spot of the product nitrostyrene
itself. Trituration of this residue under 25 mL MeOH gave a crude
nitrostyrene which was, after separation, recrystallized from 20 mL of boiling MeOH.
The final isolation of 1-(3,4-methylenedioxy-2-methylthiophenyl)-2-
nitropropene gave 0.5 g of a product that had a mp of 94-95 deg C. The mixed
mp with the nitrostyrene from piperonal (mp 97-98 deg C) was soundly
depressed (mp 67-79 deg C).
A solution of AH was prepared by the treatment of a solution of 0.5 g LAH
in 10 mL THF, at 0 deg С and under He, with 0.32 mL 100% H2S04. A solution
of 0.45 g 1-(3,4-methylenedioxy-2-methylthiophenyl)-2-nitropropene in 10 mL
THF was added dropwise, and the stirring was continued for 1 h. After a
brief period at reflux, the reaction mixture was returned to room
temperature, and the excess hydride destroyed by the addition of IPA. The salts were
converted to a filterable mass by the addition of 5% NaOH, and after
filtering and washing with IPA, the combined filtrate and washings were stripped of
solvent under vacuum. The residue was dissolved in dilute H2SO4 which was
washed with 3x75 mL CH2CI2. After alkalinification with 25% aqueous NaOH,
the product was extracted with 2x75 mL CH2CI2. The extracts were pooled, and
the solvent removed under vacuum. Distillation of the residue gave a
fraction that boiled at 137-150 deg С at 0.3 mm/Hg and weighed 0.3 g. This was
dissolved in 1.6 mL IPA, neutralized with 6 drops of concentrated HC1, warmed
to effect complete solution, and diluted with 4 mL of anhydrous Et20. The
formed crystals were collected by filtration, and after Et20 washing and air
drying to constant weight, gave 0.3 g 3,4-methylenedioxy-2-
methylthioamphetamine hydrochloride (2T-MMDA-3a).
DOSAGE: greater than 12 mg.
DURATION: unknown.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: And visions of sugar-plums danced through their
heads. There are many trisubstituted amphetamine analogues that have been
documented with varying degrees of activity. There are six TMA's and if one
were to systematically make every possible thio-analogue of each of these,
there would be a total of sixteen thio-analogues of the TMA. Let's go for
it, said I to myself. Let's get the 16 thio analogues in hand. That is
where the action's at. But hold on a minute. Each and every MMDA isomer has,
by definition, three possible thio analogues, so there are eighteen more
possible thio compounds just with them. Sure, let's make them all! It will be
an unprecedented coup for students of structure-activity relationships.
Let's whip out some 34 compounds, and test them all, and maybe we will begin
to understand just why those which are active are, indeed, active. And maybe
not.
Anyway, this was the most manic of all manic programs ever, involving thio-
analogues. And it was totally compelling. Another synthetic clue stemmed
from the fact that vanillin also formed the cyclic carbonate with sodium
thiocyanate and it could, in principle, be brought around in time to 3-
methoxy-5,4-methylenethiooxyamphetamine, or 5T-MMDA. That made two of the
magic analogues, and only some 32 to go. What a marvelous task for a
graduate student. (What a horribly dull task for a graduate student.) But in any
case there was no graduate student, and this appeared to be the end of the
line. Some day, let's make all these possibilities. A magnificent tour-de-
force, but at the present time, not worth the effort. Other directions are
more exciting and more appealing.
A last note of simple humor. One of the compounds used in this preparation
was N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, which has been abbreviated TMEDA.
There is a pattern, within any active inner clique of research chemists
intently pursuing a goal, to begin condensing complex comcepts into deceptively
simple terms. We "MOM-ed the hydroxy group of the T-BOC-ed amine." I have
recently heard the above tetramethyl monster referred to in the chemist's
jargon as a pronounced, rather than a spelled out, word. It sounds very much
like "tomato" spoken by a native of the Bronx.
#167 4T-MMDA-2; 6-(2-AMIN0PR0PYL)-5-METH0XY-1,3-BENZ0XATHI0L;
2-ME THOXY-4,5-METHYLENETHIOOXYAMPHETAMINE
SYNTHESIS: To a well-stirred solution of 120 g thiourea in 800 mL 2N HCL,
there was added a solution of 100 g benzoquinone in 500 mL acetic acid over
the course of 15 min. Stirring was continued for an additional 0.5 h at room
temperature, and then the reaction mixture was heated on the steam bath for 1
h. With cooling in ice water, a heavy crop of crystals separated. These
were removed by filtration and air dried to provide 90.1 g of 5-hydroxy-1,3-
benzoxathiol-2-one (2-mercaptohydroquinone cyclic carbonate ester) with a
melting point of 170.5-172.5 deg C.
To a suspension of 100 g finely powdered anhydrous К2СОз in 400 mL acetone
containing 50 g methyl iodide there was added 41 g 5-hydroxy-1,3-
benzoxathiol-2-one, and the mixture stirred overnight at room temperature.
The solids were removed by filtration, and the solvent removed under vacuum.
The residue was distilled to give a fraction subliming over as a solid at an
oven temperature of 110 deg С at 0.1 mm/Hg. This was a yellowish solid,
weighing 27.4 g and having a mp of 66-72 deg C. Recrystallization from MeOH
gave 5-methoxy-1,3-benzoxathiol-2-one as a white solid with a mp of 75.5-76.5
deg С.
To a solution of 30 g 85% KOH in 75 mL warm H20, there was added an equal
volume of warm MeOH followed by 16 g 5-methoxy-l,3-benzoxathiol-2-one, and
the mixture was held under reflux conditions for 2 h. After cooling to room
temperature, the mix was acidified with HC1 and extracted with 2x100 mL
CH2CI2. Removal of the solvent from the pooled extracts gave a yellow oil
that crystallized on standing. The product, 2-mercapto-4-methoxyphenol,
weighed 14 g and had a mp of 56-57 deg C.
A solution of 10 g 2-mercapto-4-methoxyphenol in 100 mL MEK was added over
the course of 1 h to a vigorously stirred suspension of 25 g finely powdered
anhydrous K2CO3 in 200 mL MEK that contained 14 g methylene bromide. The
reflux was maintained for 48 h. After cooling, the mixture was freed of solids
by filtration and the filter cake washed with 50 mL additional MEK. The
combined washes and filtrate were stripped of solvent under vacuum, and the
product distilled to give 3.3 g of 5-methoxy-l,3-benzoxathiol as a yellowing
oil that had a bp of 110-120 deg С at 1.7 mm/Hg. There was considerable
residue in the pot, which was discarded. The NMR spectrum was excellent,
with the methylene protons a two-hydrogen singlet at 5.6 ppm.
To a mixture of 3.2 g POCI3 and 2.8 g N-methylformanilide that had been
heated briefly on the steam bath (to the formation of a deep claret color)
there was added 2.3 g 5-methoxy-l, 3-benzoxathiol, and steam bath heating was
continued for an additional 5 min. The reaction mixture was poured into 100
mL H20, and after a few minutes stirring, the insolubles changed to a loose
solid. This was collected by filtration, H20 washed and, after sucking as
dry as possible, recrystallized from 30 mL boiling MeOH. This provided 1.9 g
of 6-fоrmyl-5-methoxy-l,3-benzoxathiol as brownish needles that melted at
119-120 deg C.
A solution of 1.5 g 6-formyl-5-methoxy-l,3-benzoxathiol in 50 mL nitro-
ethane was treated with 0.3 g anhydrous ammonium acetate and heated on the
steam bath for 5 h. Removal of the solvent under vacuum gave a residue that
crystallized. This was recrystallized from 110 mL boiling EtOH providing,
after fil-tering and air drying, 1.3 g 5-methoxy-6-(2-nitro-l-propenyl)-1,3-
benzoxathiol as San Francisco Giants-orange-colored crystals.
A solution of AH was prepared by the treatment of a solution of 1.3 g LAH
in 10 mL THF, at 0 deg С and under He, with 0.8 mL 100% H2S04. A solution of
1.1 g of 5-methoxy-6- (2-nitro-l-propenyl)-1,3-benzoxathiol in 25 mL THF was
added dropwise, and the stirring was continued for 1 h. After a brief period
at reflux, the reaction mixture was returned to room temperature, and the
excess hydride destroyed by the addition of IPA. The salts were converted to a
filterable mass by the addition of 5% NaOH and, after filtering and washing
with IPA, the combined filtrate and washings were stripped of solvent under
vacuum. The residue was dissolved in dilute H2S04 which was washed with 3x75
mL CH2C12 and then, after being made basic with 25% NaOH, the product was
extracted with 2x75 mL CH2C12. The extracts were pooled, and the solvent
removed under vacuum. Distillation of the residue gave a fraction that boiled
at 140-155 deg С at 0.3 mm/Hg which weighed 0.7 g. This was dissolved in 4 mL
IPA, neutralized with 14 drops of concentrated HC1, heated to effect complete
solution, then diluted with 10 mL of anhydrous Et20. The white crystals that
formed were removed, Et20 washed, and air dried to give 0.6 g 6-(2-
aminopropyl)-5-methoxy-l,3-benzoxathiol hydrochloride (4T-MMDA-2).
DOSAGE: greater than 25 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 25 mg) At three hours after having taken the
material, I felt that there might have been a little exhilaration. And maybe
a hint of tremor and of teeth clench. Perhaps this is a threshold dose.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: There is no logical way to try to guess where
the active level of this might be. In a comparison of 4-oxy with 4-thio- and
with 4-alkyl (as, for example, TMA-2, PARA-DOT and DOM) the analogue with the
sulfur atom lies intermediate in potency between the oxygen atom and the
carbon atom. Then, perhaps, 4T-MMDA-2 should be somewhat more potent than MMDA-
2. Which is where the trials have gone to, and the absence of effects
therefore declares that line of reasoning invalid. What else could be used for
clues? The whole benzofuran project, which had the same cyclic nature, was
without activity. They had a carbon where the sulfur was of 4T-MMDA- 2, so,
by that reckoning, this compound should be even less active. Maybe that is
the formula to follow. The bottom line is inescapable. None of these
extrapolations can hold a candle to the only experiment that can give believ-
able findings, the actual trial of a new compound in man.
The positional isomer of the heterocyclic carbonate used here is also
known. Instead of using benzoquinone as a starting material with thiourea as
the sulfur source (giving the 1,4- oxygen orientation), one can start with
resorcinol in reaction with ammonium thiocyanate as the sulfur source (in the
presence of copper sulfate) and get the positional isomer with a 1,3- oxygen
orientation. This material (also known as thioxolone, or tioxolone, or 6-
hydroxy-1,3-benzoxathiol-2-one, and which is commercially available) should
follow the same chemistry shown here for the 5-hydroxy analogue, and give 5T-
MMDA-2 (5-(2-aminopropyl)-6-methoxy-l,3-benzoxathiole or 2-methoxy-5,4-
methylenethiooxyamphetamine) as a final product. I would guess, based on the
findings that compare 5-TOM with DOM, that this would be a relatively low-
potency compound. At least it should be an easy one to make!
#168 TMPEA; 2,4,5-TRIMETHOXYPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: To a solution of 39.2 g 2,4,5-trimethoxybenzaldehyde in 160 mL
nitromethane there was added 7.0 g anhydrous ammonium acetate, and the
mixture was heated on the steam bath for 2 h. The excesssolvent/reagent was
removed under vacuum, leaving a deeply colored residue that spontaneously
crystallized. This was mechanically removed and triturated under 60 mL cold
MeOH. Filtration, washing with cold MeOH and air drying, gave 4 9.3 g of
bright orange crystals. Trial recrystallizations from EtOAc gave a mp of
132-133 deg C; from CH3CN, 130.5-131.5 deg C. The entire product was recrys-
tallized from 1.1 L boiling IPA to provide, after filtration, IPA washing,
and air drying, 34.5 g of beta-nitro-2,4,5-trimethoxystyrene as yum-yum
orange crystals with a mp of 132-133 deg C. Literature values are usual one-
degree ranges, anywhere in the area of 127-130 deg C.
To a suspension of 30 g powdered LAH in 800 mL of well stirred and reflux-
ing anhydrous THF there was added a solution of 34.9 g beta-nitro-2,4,5-
trimethoxystyrene in 200 mL anhydrous THF. The mixture was maintained at
reflux for an additional 36 h, cooled, and the excess hydride activity
destroyed by the addition of 30 mL H20 followed by 30 mL 15% NaOH, and finally
with another 90 mL H20. The solids were removed by filtration, washed with
THF, and the pooled mother liquor and washings stripped of solvent under
vacuum. The residue was dissolved in CH2CI2, washed with both 5% NaOH and then
H20, removing much of the color. It was then extracted with 3x75 mL N HC1.
The pooled red-colored acid extracts were washed with CH2CI2, made basic with
25% NaOH, and extracted with 3x75 mL CH2CI2. Removal of the solvent gave
some 25 g of residue which was dissolved in 100 mL IPA and neutralized with
concentrated HC1. The crystalline mass that formed was diluted with an equal
volume of Et20, and the solids removed by filtration. Washing with cold IPA,
followed by Et20 and air drying, gave 17.7 g of 2,4,5-
trimethoxyphenethylamine hydrochloride (TMPEA) as a white product. The
reported melting point was 187-188 deg C.
DOSAGE: greater than 300 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with less than 300 mg) Since it was not easy,
however, to judge the extent of a 'Rausch'-action from experiments on animals,
some injections of beta-2,4,5-trimethoxyphenethylamine were administered to
the author, and finally a control test was carried out with an equal quantity
of mescaline. The action of both these substances in these experiments
agreed only to a limited extent with the effects described for mescaline by,
for example, Beringer. It must be remembered, however, in this connection,
that the quantities used by Beringer were larger than the doses administered
in these experiments. Nevertheless, it may be concluded that the
pharmacological action of beta-2,4,5-trimethoxyphenethylamine agrees to a large extent
with that of mescaline. However, the new compound had more unpleasant
secondary effects (nausea) and did not bring about the euphoristic state caused by
mescaline.
(with 300 mg) Under double blind conditions, I was unable to distinguish
this from a placebo. Both were without any of the changes described after
the ingestion of psychotomimetic drugs.
(with 200 mg, followed after 45 minutes, with 100 mg mescaline) RThe
normally modest effects known to be due to mescaline alone at this level,
were strongly potentiated with the earlier taking of 2,4,5-TMPEA. The
effects were stronger as well as longer lived.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: The code letters used for this drug are not as
ambiguous as they might seem at first glance. A large number of the 2-carbon
homologues are given names based on the code for the 3-carbon compound. On
that basis, this should be 2C-TMA-2, since it is the 2-carbon counterpart of
TMA-2. But since the first of the trimethoxyphenethylamines already had a
trivial name, mescaline, the code TMPEA was unassigned. So, here is the
logical place to use it.
There have been just two reports published of self-experimentation with
TMPEA, and these comments are taken from them.
The first is presented here, word for word, as it was originally published
(this was in 1931). It leaves much to be desired. The administration was by
injection (intramuscular injection?). The dose was not given, but it was
less than those reported by Beringer in his studies with mescaline, and this
latter experimenter's published levels were all between 300 and 500
milligrams. What can one conclude from all this? Only that TMPEA apparently did
not measure up to mescaline in his comparisons.
The second, reported some 40 years later, is not really contradictory. Here
the TMPEA was administered orally, and the subject surrounded himself with a
battery of psychological tests. This might allow statistics to provide an
aura of validity to the observations. But the comments are pretty self-
explanatory. The drug was not active in its own right, but when employed
preliminary to mescaline, greatly enhanced the effects of the latter.
This is an area of research that deserves more attention. The simple
compound that results from the stripping of all three of the O-methyl groups
from TMPEA is the extremely potent neurotoxin, 6-hydroxydopamine. When it is
ad-ministered to an otherwise intact experimental animal, it produces
sympathectomy, effectively destroying the sympathetic nervous system. And some of
the methyl groups of TMPEA are known to be stripped off through the normal
metabolic processes that occur in the liver. There are many fascinating psy-
chedelics that have a signature of methoxyl groups para to one-another. It
is known that they, too, can lose a methyl group or two. It would be
intriguing to see if there was some biochemical overlap between the metabolism
of some of these centrally active drugs and the metabolic fate of 6-
hydroxydopamine. But in a test animal, of course, rather than in man.
#169 2-TOET; 4-ETHYL-5-METHOXY-2-METHYLTHIOAMPHETAMINE
SYNTHESIS: A mixture of 24.4 g ortho-ethylphenol and 18.9 mL methyl iodide
was added to a solution of 15.6 g 85% KOH in 100 mL hot MeOH. The mixture was
kept at reflux temperature overnight, stripped as much as possible of the
MeOH, and poured into 1 L H20. An excess of 5% NaOH was added and this was
extracted with 3x75 mL CH2CI2. The pooled extracts were washed with 1% NaOH,
and the solvent removed under vacuum to give 32.8 g of a pale amber oil.
This was distilled at 55-65 deg С at 0.4 mm/Hg to yield 22.0 g of 2-
ethylanisole as a colorless oil.
To a 21.7 g sample of 2-ethylanisole, well stirred but without solvent,
there was added, 1 mL at a time, 21 mL of chlorosulfonic acid. The color
progressed from white to yellow, and finally to deep purple, with the
evolution of much HC1. The exothermic reaction mixture was allowed to stir until
it had returned to room temperature (about 0.5 h) . It was then poured over
400 mL cracked ice with good mechanical stirring, which produced a mass of
pale pink solids. These were removed by filtration, washed well with H20,
and air dried to give about 27 g of 3-ethyl-4-methoxybenzenesulfonyl chloride
as an off-white solid that retained some H20. A sample recrystallized from
cyclohexane had a mp of 44-4 6 deg C. A sample treated with ammonium
hydroxide provided white crystals of 3-ethyl-4-methoxybenzenesulfonamide which
could be recrystallized from H20 to give tufts of crystals with a mp of 97-98
deg C. Anal. (C9Hi3N03S) C,H.
In a 2 L round bottomed flask equipped with a mechanical stirrer there was
added 200 mL cracked ice, 45 mL of concentrated H2S04, 26.7 g of still moist
3-ethyl-4-methoxybenzenesulfonyl chloride, and 45 g elemental zinc dust.
With external heating, an exothermic reaction set in and the temperature was
maintained at reflux conditions for 4 h. After cooling to room temperature,
the reaction mixture was filtered and the insolubles washed alternately with
H20 and with CH2C12. The mother liquors and washings were diluted with
sufficient H20 to allow CH2C12 to become the lower phase. These phases were
separated, and the aqueous phase extracted with 3x100 mL CH2C12. The original
organic phase and the extracts were pooled, washed with H20, and the solvent
removed to give 15.7 g of a smelly amber oil. This was distilled at 72-84
deg С at 0.3 mm/Hg to give 12.1 g of 3-ethyl-4-methoxythiophenol as a water-
white oil. The infra-red was perfect (with the SH stretch at 2562, OCH3 at
2837 and 1061, and with fingerprint peaks at 806, 880, 1052, (1061), 1142 and
1179 cm-1) . Anal. (C9Hi2OS) C,H.
To a solution of 11.7 g of 3-ethyl-4-methoxythiophenol and 6.5 mL methyl
iodide in 100 mL MeOH there was added, with good stirring and a bit at a
time, a solution of 5.5 g 85% KOH in 25 mL hot MeOH. The mixture was held at
reflux on the steam bath for 1.5 h, and then stripped of volatiles under
vacuum. The residues were added to 400 mL H20, made strongly basic with 5%
NaOH, and extracted with 3x75 mL CH2C12. The pooled extracts were back-
washed with 1% NaOH, and the solvent removed under vacuum. The 13.2 g
residue was distilled giving 2-ethyl-4-(methylthio)anisole as a fraction boiling
at 78-85 deg С at 0.2 mm/Hg. The weight was 11.6 g for an isolated yield of
over 90% of theory. The mp was at about 0 deg C. The infra-red showed no SH
or other functionality, but an OCH3 at 2832 and 1031, and a fingerprint
spectrum with peaks at 808, 970, (1031), 1051, 1144 and 1179 cm-1. Anal.
(C10H14OS) C,H.
A solution of 11.2 g 2-ethyl-4-(methylthio)anisole and 9 g dichloro-methyl
methyl ether in 200 mL dry CH2CI2 was treated with 13 g anhydrous aluminum
chloride, added a bit at a time. The color progressed from pink to claret to
deep claret, with a modest evolution of HC1. Stirring was continued for 1 h,
then the reaction was quenched by the cautious addition of 250 mL H20. The
two phase mixture was stirred an additional hour and then separated. The
aqueous phase was extracted with 2x100 mL CH2CI2. The organics were pooled,
washed with 5% NaOH, then with saturated brine, and the solvent removed under
vacuum. The residue was an amber oil weighing 13.7 g. This was distilled at
0.2 mm/Hg. A first fraction was a yellow oil boiling at 90-100 deg C, and
weighing 2.9 g. It was a mixture of starting anisole and the desired benzal-
dehyde. A second fraction, boiling at 100-130 deg С was a viscous yellow oil
weighing 4.8 g. By TLC it was free of starting anisole, and contained a
sizeable quantity of a second benzaldehyde. From this fraction, seed crystal
was obtained, and when the oil was dissolved in an equal volume of MeOH, the
seed took, producing a yellow solid. This was filtered and air dried, to
give 2.2 g of 4-ethyl-5-methoxy-2-(methylthio)benzaldehyde with a mp of 62-63
deg C. A small sample from MeOH was almost white, and melted at 61-62 deg C.
The mixed mp with 4-ethyl-2-methoxy-5-(methylthio)benzaldehyde (57-58 deg C)
was severely depressed (37-44 deg C) . A cooled solution of the first
fraction of the distillation, in MeOH, provided an additional 1.6 g product, with
a mp 59-61 deg C. The combined mother liquors gave additional product for an
overall weight of 5.3 g. Anal. (C11H14O2S) C,H.
A solution of 1.9 g 4-ethyl-5-methoxy-2-(methylthio)benzaldehyde in 75 mL
nitroethane was treated with 0.3 g anhydrous ammonium acetate, and held on
the steam bath for 2.5 h. The excess solvent/reagent was removed under
vacuum, and the deep orange oil residue was dissolved in 10 mL boiling MeOH. As
this cooled, there was the spontaneous generation of crystals. After cooling
in an ice bath for a few h, these were removed by filtration, washed with
MeOH, and air dried to constant weight. A total of 1.4 g of 1-(4-ethyl-5-
methoxy-2-methylthiophenyl)-2-nitropropene was obtained as canary-yellow
crystals melting at 83-84 deg С which was not improved by recrystallization
from MeOH. Anal. (C13H17NO3S) C,H.
To a solution of 1.5 g LAH in 30 mL anhydrous THF that was cooled to 0 deg
С and stirred under a He atmosphere, there was added, slowly, 1.05 mL freshly
prepared 100% H2S04 (prepared by adding 0.9 g 20% fuming H2S04 to 1.0 g 96%
concentrated H2S04) . This was followed by the addition of a solution of 1.4
g 1-(4-ethyl-5-methoxy-2-methylthiophenyl)-2-nitropropene in 20 mL THF, over
the course of 10 min. The color of the nitrostyrene solution was discharged
immediately upon addition. With continued stirring, this was allowed to come
to room temperature, and then to a gentle reflux for 2 h. After cooling
again to room temperature, the excess hydride was destroyed by the addition
of IPA. Sufficient 5% NaOH was added to generate the inorganic salts as a
loose filterable mass, and these were removed by filtration. The filter cake
was well washed with additional IPA, and the combined mother liquors and
washes were stripped of solvent under vacuum. The residue was dissolved in
100 mL dilute H2SO4, washed with CH2CI2, made basic with 5% NaOH, and
extracted with 2x75 mL CH2CI2. Removal of the solvent gave a residue that was
distilled at 102-117 deg С at 0.15 mm/Hg. The colorless liquid that
distilled (0.7 g) was dissolved in 6 mL IPA and neutralized with 11 drops of
concentrated HC1. The solids that formed were dissolved by heating the
mixture briefly to a boil, and this clear solution was diluted with 20 mL
anhydrous Et20. The white crystals of 4-ethyl-5-methoxy-2-methylthioamphetamine
hydrochloride (2-TOET) weighed 0.6 g and had a mp of 164-167 deg C. Anal.
(C13H22CINOS) C,H.
DOSAGE: greater than 65 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 50 mg) After about an hour and a half, I found
myself a little light-headed. And maybe a feeling of being physically a bit
fragile. I ate something, but there was not much joy in eating. And the
next day there was some residual fragility, whatever that means. Ahead with
caution.
(with 65 mg) During the day this was barely noticeable, but pleasant.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: It seems as if the sulfur in the 2-position
makes things less interesting, and less potent, than when it is in the 5-
position. 2-TOM required twice the dosage of 5-TOM, and here it appears that
it could well take a dosage of twice that required for 5-ТОЕТ, to get 2-TOET
off the ground. There is an understandable reluctance to push on upwards in
dosage with a new and unknown compound, when there are feelings of physical
discomfort that outweigh the mental effects. There is nothing tangible here.
In the complete report of the 50 milligram trial, there is a mention of an
inability to effect erection, and this with the light-headedness and
disinterest in food, all suggest some involvement with the sympathetic nervous
system. And with these subtle effects persisting into the next day, why push
higher? Instinct said to leave it alone. So I left it alone.
The 2-carbon analogue, 2C-2-TOET, was made from the same aldehyde
intermediate. The appropriate nitrostyrene came smoothly from the aldehyde and ni-
tromethane, and gave glistening pumpkin-orange crystals from methanol, that
melted at 93-94 deg C. Anal. (C12H15NO3S) C,H. The final phenethy 1 amine
hydrochloride salt was prepared from its reduction with aluminum hydride in
THF, and was isolated in the usual manner. It was a white crystalline mass
that melted at 226-227 deg C. It, as with the other 2-carbon analogues of the
TOMs and TOETs, remains untasted as of the moment.
#170 5-TOET; 4-ETHYL-2-METHOXY-5-METHYLTHIOAMPHETAMINE
SYNTHESIS: A solution of 25 g 3-ethylphenol in 100 mL Et20 was equipped
with a magnetic stirrer, and cooled to 0 deg С with an external ice bath.
There was added 16 mL DMSO. Then, a total of 15 mL chlorosulfonic acid was
added dropwise, over the course of 30 min. The reaction was allowed to return
to room temperature and stirred overnight. The overhead Et20 phase was
removed by decantation, and the light-colored residue was dissolved in 100 mL
IPA. The clear solution spontaneously generated white crystals which were
allowed to stand for 1 h, removed by filtration, and lightly washed with IPA.
After air-drying, this crop of dimethyl-(2-ethyl-4-hydroxyphenyl)-sulfonium
chloride weighed 20.0 g and had a mp of 168-170 deg С without obvious
effervescence. A solution of 19.8 g of this sulfonium salt in 200 mL H20 was
diluted with 500 mL MeOH, and there was added 30 g NaOH. This was heated to
reflux on the steam bath. There was an initial deposition of some white
solids, but after 36 h the solution was almost clear. The excess MeOH was
removed under vacuum, and the non-volatiles were poured into 1 L H20. This was
acidified with HC1, and extracted with 3x100 mL CH2CI2. The extracts were
pooled, and the solvent removed under vacuum. The residue, 12.6 g of an
amber oil, was distilled at 95-120 deg С at 0.3 mm/Hg to give 10.0 g of 3-
ethyl-4-(methylthio)phenol as an off-white oil. This spontaneously
crystallized to a solid that had a mp of 47-49 deg C. Recrystallization of an
analytical sample from cyclohexane gave a mp of 47-48 deg C.
To a solution of 9.7 g 3-ethyl-4-(methylthio)phenol in 50 mL MeOH there was
added a solution of 4.6 g 85% KOH in 50 mL hot MeOH. There was then added
5.4 mL methyl iodide and the mixture was held at reflux on the steam bath for
18 h. Removal of the solvent under vacuum gave a residue that was poured
into 1 L H20 and made strongly basic by the addition of 5% NaOH. This was
extracted with 3x75 mL CH2CI2, and the extracts were pooled and the solvent
removed under vacuum. There remained 11.0 g of an almost white oil with a
startling apple smell. This oil was distilled at 78-88 deg С at 0.3 mm/Hg to
give 7.9 g 3-ethyl-4-(methyl thio) anisole as a white oil. Anal. (C10H14OS)
C,H.
A mixture of 7.8 g POCI3 and 6.9 g N-methylformanilide was heated on the
steam bath for a few min, until there was the development of a deep claret
color. This was added to 7.7 g 3-ethyl-4-(methylthio)anisole and the mixture
was heated on the steam bath for 2 h. This was poured into 400 mL H20 and
stirred overnight, which produced an oily phase with no signs of crystals.
The entire reaction mixture was extracted with 3x75 mL CH2CI2, and the pooled
extracts washed with H20. Removal of the solvent under vacuum gave 9.2 g of
a residue. This was suspended in 25 mL hexane, and after 1 h standing, the
overhead clear solution was decanted from the settled sludge. This hexane
solution was stripped of solvent under vacuum, giving 7.7 g of an oil that by
TLC was a mixture of starting ether and desired aldehyde. This was distilled
at 0.25 mm/Hg to give three fractions, the first boiling at 75-100 deg С (2.7
g) and the second at 100-115 deg С (2.6 g) . These were largely starting
ether and aldehyde, and were chemically processed below. A third fraction,
boiling at 120-140 deg C, solidified in the receiver, weighed 1.6 g, and was
largely the desired aldehyde. Cuts #1 and #2 (5.3 g of what was mostly
recovered aldehyde) were resubmitted to the Vilsmeier reaction. A mixture of
5.4 g POCI3 and 4.7 g N-methylf ormanilide was heated on the steam bath until
it became claret-colored. The recovered aldehyde was added, and the mixture
was heated overnight on the steam bath. This was poured into 500 mL H20.
The heavy tar that was knocked out was extracted with 3x75 mL CH2CI2, and the
solvent was removed from the pooled extracts under vacuum. Some 5.8 g of
residue was obtained, and this was heated to 120 deg С at 0.2 mm/Hg to remove
all materials lower boiling than the desired aldehyde. The very dark pot was
extracted with 3x50 mL boiling hexane, and removal of the solvent from these
pooled extracts under vacuum gave 0.9 g of a yellow oil. This was distilled
at 0.2 mm/Hg to give a fraction boiling at 130-140 deg С which spontaneously
crystallized. This pressed on a porous plate gave almost white crystals with
a mp of 55-57 deg C. Recrystallization from 0.3 mL cyclohexane provided 0.3
g of 4-ethyl-2-methoxy-5-(methylthio)benzaldehyde with a mp of 57-58 deg C.
The total yield was 1.9 g. Anal. (CnHi402S) C,H.
To a solution of 1.2 g 4-ethyl-2-methoxy-5-(methylthio)benzaldehyde in 25
mL nitroethane there was added 0.25 g anhydrous ammonium acetate and the
mixture was heated on the steam bath. The initial color was green, but this
quickly changed to the more usual yellow which darkened as the reaction
mixture was heated. After 1.5 h heating, the excess solvent/reagent was removed
in vacuo. The yellow residue was dissolved in 10 mL hot MeOH and allowed to
stand in the refrigerator overnight. There was an orange oil layer formed
underneath the MeOH. A small sample of this was scratched externally with dry
ice, and seed was obtained. The orange oil layer slowly set to crystals
which, after a few h, were removed by filtration to give 1.3 g of a slightly
sticky orange solid with a mp of 43-45 deg C. This was recrystallized from 8
mL boiling MeOH to give, after cooling, filtering, and air drying to constant
weight, 1.1 g of 1-(4-ethyl-2-methoxy-5-methylthiophenyl)-2-nitropropene as
electrostatic yellow crystals melting at 59-60 deg C. Anal. (C13H17NO3S) C,H.
A solution of 1.0 g LAH in 25 mL tetrahydrofuran was cooled, under He, to 0
deg С with an external ice bath. With good stirring there was added 0.6 mL
100% H2SO4 dropwise, to minimize charring. This was followed by the addition
of 1.1 g of 1-(4-ethyl-2-methoxy-5-methylthio)-2-nitropropene in a small
amount of THF. After 10 min further stirring, it was brought up to room
temperature and allowed to stand for several days. The excess hydride was
destroyed by the cautious addition of IPA followed by sufficient 15% NaOH to
give a white granular character to the aluminum oxide, and to assure that the
reaction mixture was basic. This was filtered, and the filter cake washed
first with THF and then with IPA. The filtrate and washings were pooled and
stripped of solvent under vacuum providing a pale amber residue. This was
dissolved in 50 mL of dilute H2SO4 and washed with 2x50 mL CH2CI2. The
aqueous phase was made basic with 5% NaOH, and extracted wit 2x50 mL CH2CI2.
These extracts were pooled, stripped under vacuum, and distilled at 0.15
mm/Hg. The fraction with a bp of 102-128 deg С weighed 0.4 g and was a
colorless liquid. This was dissolved in a small amount of IPA, neutralized with
concentrated HC1 and diluted with anhydrous Et20 to provide the 4-ethyl-2-
methoxy-5-methylthioamphetamine hydrochloride (5-TOET) which weighed 0.6 g
and melted at 146-147 deg C. Anal. (Ci3H22ClNOS) C,H.
DOSAGE: 12 - 25 mg.
DURATION: 8 - 24 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 8 mg) After my totally freaky experience on the
very closely related compound in this series, 5-TOM, I intended to approach
this with some caution. Three milligrams was without effects, so I tried
eight milligrams. I was a little light-headed, and saw sort of a brightness
around trees against the blue sky. Noticed movement on couch in living room,
and there was some activity in the curtains, almost 2C-B like. In the
evening writing was still difficult, and there was eye dilation but minimal
nystagmus. My sleep was fitful, but certainly there was no hint of the 5-TOM
storm. (with 18 mg) This was too much. There was an exhausting visual
hallucinatory tinsel, continuous movement, and there was no escape. It popped
into an LSD-like thing, strong, restless, constantly changing, with too much
input. I had to take a Miltown to calm down enough for an attempt at sleep.
In the morning, a day later, I was still 1.5 + and tired of it. It was the
next day after that before I was completely clear.
(with 20 mg) This has the makings of a superb, extraordinary material. I
didn't get to a full plus two, maybe something around a plus one and three
quarters. The eyes-closed fantasy was exceptional, with new dimensions. The
nature of the fantasy, the feeling that one had about the fantasy figures and
landscapes, was the essence of joy, beauty, lovingness, serenity. A glimpse
of what true heaven is supposed to feel like. Or maybe a button in the brain
was pushed which has not been pushed by previous chemicals. Insight? Don't
know yet. I was able to function without difficulty with eyes closed or
open. Erotic absolutely exquisite. In fact, the entire experience was
exquisite. Next day, same sense of serene, quiet joy/beauty persisted for most
of the day. A true healing potential. Onwards and upwards. This one could
be extraordinary.
(with 30 mg) Tried to focus on cosmic questions, and succeeded. Very
little fantasy images for the first 2-3 hours. After that, lovely interacting,
music okay but not vital. On this compound the Brahms Concerto #1 gave vivid
'memory' impressions of house and vegetable garden, like a primitive
painting. Tremendous nostalgia for a place I've never seen.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: With the extraordinary experience that had been
observed with one person with 5-TOM, this ethyl homologue was not only run up
with special caution, but that individual ran his own personal titration.
And he proved to be perhaps twice as sensitive to 5-TOET than any of the
other subjects. An approach to what might just be some unusual metabolic
idiosyncrasy on the part of his liver, is discussed in the recipe for TOMSO.
The initials of ТОЕТ progressed quite logically from TOM, in an exact
parallel with the relationship between the corresponding sulfur-free analogues,
where the ethyl compound is DOET and the methyl counterpart is DOM. "T" for
"thio" which is the chemical nomenclature term for the replacement of an
oxygen atom with a sulfur atom. And, as has been discussed in the text of this
volume, the peculiarities of pronunciation in this series are interesting, to
say the least. TOM is no problem. But ТОЕТ could have any of several
pronunciations such as "Two-it", or "Tow-it", or "Too-wet", but somehow the one
syllable term "Twat" became regularly used, and the family was generally
referred to as the "Toms and Twats." The almost-obscene meaning of the latter
was progressively forgotten with usage, and has led to some raised eyebrows
at occasional seminars when these compounds are discussed. And not only at
seminars. Once at the between-acts intermission at the Berkeley Repertory
Theater, the topic came up and the phrase was used. There was a stunned
silence about us within the circle of hearing, and we seemed to have been given
a little extra room immediately thereafter.
As with the other members of the TOM's and TOET's, the phenethy1amine
homologue of 5-TOET was synthesized, but had never been started in human
evaluation. The aldehyde from above, 4-ethyl-2-methoxy-5-(methylthio)benzaldehyde,
was condensed with nitroethane (as reagent and as solvent) and with ammonium
acetate as catalyst to give the nitrostyrene as spectacular canary-yellow
electrostatic crystals with a mp of 91-92 deg C. Anal. (Ci2Hi5N03S) C,H. This
was reduced with aluminum hydride (from cold THF-dissolved lithium aluminum
hydride and 100% sulfuric acid) to the phenethy1amine 4-ethyl-2-methoxy-5-
methylthiophenethylamine (2C-5-TOET) which, when totally freed from water of
hydration by drying at 100 deg С under a hard vacuum, had a mp of 216-217 deg
C. Anal. (C12H20CINOS) C,H.
#171 2-TOM; 5-ME THOXY-4-ME THYL-2-ME THYLTHIOAMPHE TAMINE
SYNTHESIS: To a solution of 64.8 g of o-cresol and 56 g dimethyl sulfoxide
in 300 mL Et20, cooled with an external ice bath with vigorous stirring,
there was added 40 mL chlorosulfonic acid dropwise over the course of 30 min.
The cooling bath was removed, and the two phase mixture was mechanically
stirred at room temperature for 12 h. The Et20 phase was then discarded, and
the deep red residue that remained was thoroughly triturated under 300 mL
IPA, producing a suspension of pale pink solids. These were removed by
filtration, washed with an additional 150 mL IPA, and allowed to air dry. The
yield of dimethyl (4-hydroxy-3-methylphenyl) sulfonium chloride was 31.6 g
and, upon recrystallization from aqueous acetone, had a mp of 155-156 deg C,
with effervescence. Anal. (C9H13CIOS) C,H,S. This analysis established the
anion of this salt as the chloride, whereas the literature had claimed,
without evidence, that it was the bisulfate. The thermal pyrolysis of 31.0 g of
dimethyl (4-hydroxy-3-methylphenyl)sulfonium chloride resulted first in the
formation of a melt, followed by the vigorous evolution of methyl chloride.
The open flame was maintained on the flask until there was no more gas
evolution. This was then cooled, dissolved in 200 mL CH2CI2, and extracted with
3x100 mL of 5% NaOH. The aqueous extracts were pooled, acidified with
concentrated HC1, and extracted with 3x75 mL CH2CI2. The solvent was removed
under vacuum, and the residue distilled at 100-110 deg С at 0.5 mm/Hg
yielding 22.0 g of 2-methyl-4-(methylthio)phenol as a white crystalline solid with
a mp 36-37 deg C.
To a solution of 25.5 g 2-methyl-4-(methylthio)phenol in 100 mL MeOH there
was added a solution of 12 g 85% KOH in 60 mL hot MeOH, followed by the
addition of 12.4 mL methyl iodide. The mixture was held at reflux for 16 h. The
solvent was removed under vacuum, and the residue added to 400 mL H20. This
was made basic with 25% NaOH and extracted with 3x100 mL CH2CI2. The
extracts were pooled, the solvent removed under vacuum giving 28.3 g of a
light, amber oil as residue. This was distilled at 72-80 deg С at 0.5 mm/Hg
to provide 2-methyl-4-(methylthio)anisole as a pale yellow oil. Anal.
(C9H12OS) C,H. The same product can be made with the sulfonyl chloride and
the thiol as intermediates. To 36.6 g 2-methylanisole there was added, with
continuous stirring, a total of 38 mL chlorosulf onic acid at a modest rate.
The exothermic reaction went through a complete spectrum of colors ending up,
when the evolution of HC1 had finally ceased, as deep amber. When it had
returned again to room temperature, the reaction mixture was poured over a
liter of cracked ice which, on mechanical stirring, produced a mass of white
crystals. These were removed by filtration, washed with H20, and sucked as
dry as possible. The wet weight yield was over 40 g and the mp was about 49
deg C. Recrystallization of an analytical sample of 4-methoxy-3-
methylbenzenesulfonyl chloride from cyclohexane gave white crystals with a mp
of 51-52 deg C. A small sample of this acid chloride brought into reaction
with ammonium hydroxide produced the sulfonamide which, after
recrystallization from EtOAc, melted at 135-136 deg C. To a slurry of 300 mL cracked ice
and 75 mL concentrated H2SO4 in a round-bottomed flask equipped with a reflux
condenser, there was added 43 g of the slightly wet 4-methoxy-3-
methylbenzenesulfonyl chloride followed by 75 g elemental zinc dust. The
temperature was raised to a reflux which was maintained for 2 h. The
reaction mixture was cooled and filtered, with the finely ground filter cake
being washed alternately with H20 and with ch2ci2. The combined mother liquor
and washings were diluted with 1 L H20, the phases separated, and the aqueous
phase extracted with 100 mL ch2ci2 which was added to the organic phase.
This was washed with 100 mL H20, and the solvent removed under vacuum. The
residue was a pale amber oil weighing 27.3 g and it slowly set up to a
crystalline mass that smelled of banana oil. A portion of this, pressed on a
porous plate, gave a waxy solid with a mp of 39-43 deg С which, on
recrystallization from MeOH, gave 4-methoxy-3- (methyl) thiophenol with a mp of 45-46 deg
C. Anal. (C8HioOS) C,H. A solution of 24 g of the crude thiol in 100 mL MeOH
was treated with a solution of 17 g KOH 85% pellets in 100 mL hot MeOH, and
to this there was added 16 mL of methyl iodide. This was held at reflux on
the steam bath for 1.5 h, then stripped of solvent under vacuum, added to 1 L
H20, and made strongly basic with 25% NaOH. Extraction with 3x100 mL ch2ci2,
pooling of the extracts, and removal of the solvent, gave an amber oil
weighing 22.6 g. This was distilled at 70-80 deg С at 0.7 mm/Hg to give 16.3 g of
2-methyl-4-(methylthio)anisole as a white oil, identical in all respects to
the product that came from the sulfonium salt pyrolysis above.
A solution of 22.1 g 2-methyl-4-(methylthio)anisole and 17.5 g dichlo-
romethyl methyl ether in 600 mL ch2ci2 was vigorously stirred, and treated
with 24.5 g anhydrous aluminum chloride added portion-wise over the course of
1 min. Stirring was continued for 20 min while the color developed to a dark
red. There was added 500 mL H20 with caution, and stirring was continued
until the initial yellow solids redissolved and there were two distinct phases
formed. These were separated, and the aqueous phase was extracted with 3x100
mL ch2ci2 • The original organic phase and the pooled extracts were combined
and washed with 5% NaOH. The organic solvent was removed under vacuum. The
residue was distilled, giving two major fractions. A forerun (85-95 deg С at
0.5 mm/Hg) proved to be largely starting ether. The major fraction (8.4 g,
boiling at 95-120 deg C) consisted of two materials, both benzaldehydes.
Crystallization of this fraction from 30 mL cyclohexane provided, after
filtering, washing and air drying, 2.9 g of 5-methoxy-4-methyl-2-
(methylthio)benzaldehyde as a pale yellow crystalline solid with a mp of 69-
70 deg C. Anal. (c10h12o2s) C,H. The mother liquor from this crystallization
contained a slower-moving component,
2-methoxy-3-methyl-5-(methylthio)benzaldehyde, which was best separated by preparative gas chromatography. The
proof of the structure of the major aldehyde above was obtained by its
reductive conversion to 2,5-dimethyl-4-(methylthio)anisole with amalgamated zinc
and HC1. The details are given in the recipe for 5-TOM.
To 4 mL glacial acetic acid there was added 1.0 g 5-methoxy-4-methyl-2-
(methylthio)benzaldehyde, 0.35 g anhydrous ammonium acetate, and 0.8 g nitro-
ethane, and the mixture was heated on the steam bath for 4 h. Another 0.5 g
of nitroethane was added, and the heating continued for an additional 4 h.
Standing at room temperature overnight allowed the deposition of spectacular
orange crystals which were removed by filtration, washed lightly with acetic
acid, and air dried. This product melted at 82-83 deg C. Recrystallization
from 10 mL boiling MeOH gave 0.7 g of 1-(5-methoxy-4-methyl-2-
methylthiophenyl)-2-nitropropene with a mp of 83-84 deg C. Anal. (C12H15NO3S)
C,H. The alternate method for the formation of nitrostyrenes, the reaction
of the benzaldehyde in nitroethane as both reagent and solvent, with ammonium
acetate as a catalyst, gave a gummy product that could be purified only with
severe losses. The overall yield with this latter method was 24% of theory.
A solution of 1.5 g LAH in 75 mL THF was cooled, under He, to 0 deg С with
an external ice bath. With good stirring there was added 1.0 mL 100% H2SO4
drop-wise, to minimize charring. This was followed by the addition of 3.0 g
1-(5-methoxy-4-methyl-2-methylthiophenyl)-2-nitropropene in 20 mL anhydrous
THF. After a few min further stirring, the temperature was brought up to a
gentle reflux on the steam bath, and then all was cooled again to 0 deg C.
The excess hydride was destroyed by the cautious addition of IPA followed by
sufficient 5% NaOH to give a white granular character to the oxides, and to
assure that the reaction mixture was basic. The reaction mixture was
filtered, and the filter cake washed first with THF and then with IPA. The
filtrate was stripped of solvent under vacuum providing a light yellow oil. This
was dissolved in 100 mL dilute H2SO4 and then washed with 2x50 mL CH2CI2. The
aqueous phase was made basic with 5% NaOH and extracted with 2x50 mL CH2CI2.
These were pooled, the solvent removed under vacuum, and the residue
distilled at 105-130 deg С at 0.25 mm/Hg to give 1.6 g of a white oil. This was
dissolved in 8 mL IPA, neutralized with 24 drops of concentrated HC1 which
formed crystals spontaneously. Another 20 mL of hot IPA was added to effect
complete solution, and then this was diluted with anhydrous Et20. On cooling
fine white crystals of 5-methoxy-4-methyl-2-methylthioamphetamine
hydrochloride (2-TOM) separated. These weighed 1.55 g and had a mp of 195-196 deg C.
Anal. (C12H20CINOS) C,H.
DOSAGE: 60 - 100 mg.
DURATION: 8 - 10 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 60 mg) There is a superb body feeling, and food
tasted excellent but then it just might have been excellent food. By the
tenth hour, there were absolutely no residues, and I had the feeling that
there was no price to pay. Venture up a bit with confidence.
(with 80 mg) For me this was excellent, in a down-to-earth, humorous,
matter-of-fact universe-perspective sense. Very pleasant feeling, although
there was a strong body awareness below the waist (not the erotic thing, but
rather a slight heaviness, and the next day I came down with a G.I. cold) .
Very good feeling, and I sense that the depth of the experience is way out
there where the big questions lie. I found it easy to go out of body (in the
good sense) into a warm, loving darkness. Sliding down by 6, 7th hour, and
had no trouble sleeping. Fully scripted dreams, vivid. Very, very good.
Want to try 100 mg.
(with 80 mg) Completely foul taste. The effects were quite subtle, and I
found this to be a strange but friendly ++. There was much eyes-closed
fantasizing to music, even to Bruchner, whom I found unexpectedly pleasant.
There was a feeling of tenseness at the twilight of the experience.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: There is a most extraordinary loss of potency
with the simple substitution of a sulfur atom for an oxygen atom. DOM is
fully active at the 5 or so milligram area, whereas 2-TOM is active at maybe
the 80 milligram area, a loss of potency by a factor of xl5 or so. And the
duration is quite a bit shorter. It might take a fair amount of learning to
become completely at peace with it, but it might be worth the effort. And
there are none of the disturbing hints of neurological and physical roughness
of 5-TOM.
Again, as with the other TOM's and TOET's, the two-carbon homologue of this
has been synthesized but not yet evaluated. The common intermediate
benzaldehyde, 5-methoxy-4-methyl-2-(methylthio)benzaldehyde was condensed with ni-
tromethane and ammonium acetate to give the nitrostyrene which, upon
recrystallization from ethanol, had a melting point of 118-118.5 deg C. Anal.
(C11H13NO3S) C,H. Reduction with aluminum hydride in THF gave the crystalline
free base which, as the hydrochloride salt, melted at 233-234 deg C. Anal.
(CnHisClNOS) C,H. Quite logically, it has been called 2C-2-TOM.
#172 5-TOM; 2-METHOXY-4-METHYL-5-METHYLTHIOAMPHETAMINE
SYNTHESIS: To a solution of 6.6 g KOH pellets in 100 mL hot EtOH there was
added a solution of 15.4 g methylthio-m-cresol (3-methyl-4-(methylthio)phe-
nol, Crown-Zellerbach Corporation) in 25 mL EtOH. This was followed by the
addition of 17 g methyl iodide, and the mixture was held at reflux on the
steam bath for 16 h. The reaction mixture was poured into 400 mL H20,
acidified with HC1, and extracted with 4x50 mL CH2CI2. These were pooled, washed
with 3x50 mL 5% NaOH, once with dilute HC1, and then the solvent was removed
under vacuum. The residue was 3-methyl-4-(methylthio)anisole, a clear pale
yellow oil, weighing 12.7 g. Distillation at 150-160 deg С at 1.7 mm/Hg, or
at 80-90 deg С at 0.25 mm/Hg, did not remove the color, and gave a product
with no improvement in purity.
To a mixture of 82 g POCI3 and 72 g N-methylf ormanilide that had been
heated on the steam bath for 10 min, there was added 33.6 g 3-methyl-4-
(methylthio)phenol, and heating was continued for an additional 2 h. This
was poured into 1.2 L H20, producing a brown gummy crystalline mass that
slowly loosened on continued stirring. This was filtered off, washed with
additional H20, and sucked as dry as possible. This was finely ground under 60
mL of cold MeOH, refiltered, and air dried to give 17.8 g of a nearly white
crystalline solid with a mp of 94-96 deg C. Recrystallization from 50 mL
boiling MeOH gave a product of higher purity, but at some cost in yield.
With this step there was obtained 13.4 g of 2-methoxy-4-methyl-5-
(methylthio)benzaldehyde with a mp of 98-99 deg C.
An additional recrystallization from IPA increased this mp by another
degree. From this final recrystallization, a small amount of material was left
as an insoluble residue. It was also insoluble in acetone, but dissolved
readily in CH2C12. It melted broadly at about 200 deg С and was not
identified. Proof of the structure of 2-methoxy-4-methyl-5-
(methylthio)benzaldehyde was obtained by its successful reduction (with
amalgamated Zn in HC1) to 2,5-dimethyl-4-(methylthio)anisole. This reference
convergence compound was prepared separately from 2,5-dimethylanisole which
reacted with chlorosulfonic acid to give the 4-sulfonyl chloride derivative,
which was in turn reduced to the 4-mercapto derivative (white crystals from
MeOH, with a mp of 38 deg С sharp) . This, upon methylation with methyl
iodide and KOH in MeOH, gave 2,5-dimethoxy-4-(methylthio)anisole (white
crystals from MeOH, with a mp of 67-68 deg C). The two samples (one from the
aldehyde reduction, and the other from this independent synthesis), were iden-
tical in all respects.
A solution of 1.9 g 2-methoxy-4-methyl-5-(methylthio)benzaldehyde in 40 mL
nitroethane was treated with 0.5 g anhydrous ammonium acetate and heated
under reflux, with stirring, with a heating mantle for 3.5 h, at which time TLC
analysis showed no unreacted aldehyde and only a trace of slow moving
materials. Removal of the excess nitroethane under vacuum gave a yellow plastic
film (the wrapping of the magnetic stirrer had dissolved off) which was
extracted first with 35 mL boiling MeOH, then with 2x35 mL boiling IPA.
Separately, the MeOH extract and the combined IPA extracts, on cooling, deposited
0.6 g each of fluffy needles. The mother liquors were combined and allowed
to evaporate to about 15 mL final volume, providing another 0.4 g crude
product. All three samples melted at 101-102 deg C. These were combined, and
recrystallized from 50 mL boiling MeOH to provide, after filtering and air
drying, 1.4 g of 1-(2-methoxy-4-methyl-5-methyl-thiophenyl)-2-nitropropene as
bright yellow crystals with a mp of 102-102.5 deg C. Anal. (Ci2Hi5N03S) C,H.
A solution of 2.0 g LAH in 100 mL anhydrous THF was cooled, under He, to 0
deg С with an external ice bath. With good stirring there was added 1.28 mL
100% H2SO4 dropwise, to minimize charring. This was followed by the addition
of 1.35 g 1-(2-methoxy-4-methyl-5-methylthiophenyl)-2-nitropropene in 50 mL
anhydrous THF over the course of 5 min. After a few min further stirring,
the temperature was brought up to a gentle reflux on the steam bath, and then
all was cooled again to 0 deg C. The excess hydride was destroyed by the
cautious addition of 5 mL IPA followed by sufficient 5% NaOH to give a white
granular character to the oxides, and to assure that the reaction mixture was
basic (about 5 mL was used). The reaction mixture was filtered, and the
filter cake washed first with THF and then with IPA. The combined filtrate and
washings were stripped of solvent under vacuum and the residue dissolved in
150 mL dilute H2SO4. This was washed with 3x50 mL CH2CI2 (the color stayed in
the organic layer), made basic with aqueous NaOH, and extracted with 2x50 mL
CH2CI2. After the solvent was removed under vacuum, the residue was
distilled at 110-125 deg С at 0.4 mm/Hg to give 0.9 g of a colorless oil. This
was dissolved in 4 mL IPA, neutralized with about 11 drops of concentrated
HC1, and then diluted with 20 mL anhydrous Et20. After about a ten second
delay, white crystals formed. These were removed by filtration and air
dried, to give 0.6 g of 2-methoxy-4-methyl-5-methylthioamphetamine
hydrochloride (5-TOM) as white crystals with a mp of 156-157 deg C. A second crop
obtained from the mother liquors on standing weighed 0.3 g and melted at 150-
156 deg C. Anal. (Ci2H2oClNOS) C,H.
DOSAGE: 30 - 50 mg.
DURATION: 6 - 10 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 35 mg) There was an awful lot of visual
activity, and in general I found the day quite good, once I got past the early
discomfort.
(with 40 mg) I knew that I was sinking into a deep reverie after an hour
into it. I was not totally unconscious since I seemed to respond to external
stimuli (at least most of the time) . But I certainly wasn't all that much
there. The exper-ience dominated completely. At one point (perhaps the
peak?) I remember seeing a very quiet sea with a horizontal shoreline and a
clear sky. This image seemed to come back rather frequently. At other times
I would see a set of disjointed horizontal lines on this beach. These lines
reminded me of spectral lines. For a short period of time I thought they
were some kind of expression of my energy levels that I didn't understand.
In retrospect, I suspect the horizontal lines were only expressions of how my
mind was reacting to the material. I don't remember talking to anyone until
I had started to come down from the experience. I eventually could see real
images, but they were greatly distorted. It was as if I was looking at
Cubism paintings by Picasso, having intense and strange colorations. As I came
back into the real world, I realized that I had had an extraordinary trip. I
had not been afraid at any time. The experience seemed unique, but quite
benign. The experience for my fellow travelers was probably much more anxious.
I wasn't particularly interested in food when I came down. I slept well. I
was quite lethargic the next day. It really took me another day to integrate
back into normal life. Would I repeat it? Possibly, but at a way smaller
dose.
(with 50 mg) The body was complete whacked, and the mental simply didn't
keep up with it. There was some early nausea going into it, and my sinuses
never cleared, and I somehow became irritable and angry. In fact, the
impatience and grimness lasted for a couple of days. There were some visual
events that might have been interesting to explore, but too much other stuff
got in the way.
(with 50 mg) There was much eyes-closed fantasy, and quite a bit of it with
erotic undertones. In efforts to direct my actions, I found it difficult to
find the point of initiation of a task. Reading and writing both impossible.
I am somehow de-focused. But art work became quite rewarding. The
experience was heavy going in, but rich coming out. Good dosage.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: The bottom line is that 5-TOM is a pretty heavy-
duty experience, with more negative reports than positive ones. I have
received no mentions of a completely ecstatic time, and not even very many
neutral experiences. The consensus is that it wasn't worth the struggle. Some
cramping, some nausea, and a generalized discomfort. And that one case of a
catatonic response. An approach to possible individual variation in the
metabolic handling of the sulfur atom is the rationale for the preparation of
the compound TOMSO, and it is discussed there.
The two-carbon homologue of 5-TOM has been prepared. It uses, of course,
the same aldehyde, but the condensation was with nitromethane which yielded
the nitrostyrene as an orange powder with a melting point of 118-119 deg С
from methanol. This was reduced with LAH in ether containing anhydrous
AICI3, giving 2-methoxy-4-methyl-5-methylthiophenethylamine hydrochloride as
white crystals with a melting point of 257-258 deg C. It has been named 2C-
5-TOM, but it has not yet been entered into the screening program so it is
pharmacologically still a mystery.
#173 TOMSO; 2-METHOXY-4-METHYL-5-METHYLSULFINYLAMPHETAMINE
SYNTHESIS: A suspension of 12.7 g 1-(2-methoxy-4-methyl-5-methylthiophe-
nyl)-2-nitropropene (see under 5-TOM for its preparation) in 50 mL warm
acetic acid was added to a suspension of 22.5 g electrolytic grade elemental
iron in 100 mL warm acetic acid. The temperature was raised cautiously until
an exothermic reaction set in, and the mixture was maintained under reflux
conditions as the color progressed from yellow to deep brown to eventually
colorless. After coming back to room temperature, the somewhat gummy mixture
was poured into 1 L H20, and all insolubles were removed by filtration.
These were washed with CH2CI2, and the aqueous filtrate was extracted with
3x100 mL CH2CI2 • The washes and extracts were combined, washed with 5% NaOH
until the bulk of the color was removed and the washes remained basic, and
the solvent was then removed under vacuum. The residue, 11.6 g of a pale
amber oil that crystallized, was distilled at 110-120 deg С at 0.4 mm/Hg to
give 9.9 g 2-methoxy-4-methyl-5-methylthiophenylacetone with a mp of 41-42
deg C. This was not im-proved by recrystallization from hexane. Anal.
(Ci2H1602S) C,H.
To a solution of 7.3 g 2-methoxy-4-methyl-5-methylthiophenylacetone in 35
mL methanol there was added 7.3 mL 35% hydrogen peroxide, and the mixture
held under reflux conditions for 40 min. All volatiles were removed under
vacuum, and the residue suspended in 250 mL H20. This was extracted with
3x50 mL CH2CI2, the extracts pooled, and the solvent removed under vacuum.
The residue, 8.6 g of an oily solid, was recrystallized from 10 mL boiling
toluene to provide, after filtering and air drying, 5.4 g of 2-methoxy-4-
methyl-5-methylsulfinylphenylacetone as a white solid with a mp of 89-89.5
deg C. Anal. (Ci2Hi603S) C,H.
To a vigorously stirred solution of 5.2 g of 2-methoxy-4-methyl-5-
methylsulfinylphenylacetone in 70 mL MeOH there was added 17 g anhydrous
ammonium acetate followed by 1.0 g sodium cyanoborohydride. HC1 was added as
needed to maintain the pH at about 6 as determined with damp universal pH
paper. No further base was generated after 3 days, and the reaction mixture
was poured into 500 mL H20. After acidification with HC1 (caution, highly
poisonous HCN is evolved), this was washed with 2x100 mL CH2CI2, made
strongly basic with NaOH, and then extracted with 3x100 mL CH2CI2. The
pooled extracts were stripped of solvent under vacuum, and the residue
weighed 7.1 g and was a pale amber oil. This was distilled at 150-160 deg С
at 0.3 mm/Hg to give a colorless oil weighing 4.4 g. A solution of this in
13 mL IPA was neutralized with 30 drops of concentrated HC1 and the resulting
solution warmed and diluted with 20 mL of warm anhydrous Et20. White
crystals separated immediately and, after filtering, ether washing and air
drying, provided 4.4 g of 2-methoxy-4-methyl-5-methylsulfinylamphetamine
hydrochloride (TOMSO) that melted at 227-229 deg С after vacuum drying for 24 hrs.
Anal. (C12H20CINO2S) C,H. The presence of two chiral centers (the alpha-
carbon of the amphetamine side chain and the sulfoxide group at the 5-
position of the ring) dictates that this product was a mixture of diastereoi-
someric racemic compounds. No effort was made to separate them.
DOSAGE: greater than 150 mg (alone) or 100 - 150 mg (with alcohol).
DURATION: 10 - 16 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 100 mg) There were no effects at all, and it
was at the so-called surprise pot-luck birthday lunch for the department
chairman that I ate a little and had two glasses of Zinfandel. I shot up to
an immediate ++ and this lasted all afternoon. I went to San Francisco by
BART, and walked up Market Street and saw all the completely bizarre faces.
I was absolutely unable to estimate the age of anybody who was female, at
least by looking at her face. All aspects, both child-like and old, seemed
to be amalgamated into each face, all at the same time. There was remarkable
time-siowing; overall the experience was favorable. That certainly was not
the effect of the alcohol in the wine. Food poisoning? No. It must have
been the TOMSO that had been kindled and promoted to something.
(with 150 mg) At best there is a threshold and it is going nowhere. At the
third hour I drank, over the course of an hour, a tall drink containing 3 oz.
of vodka. Soon I was clearly somewhere, and three hours later I was a
rolling plus three. This lasted until well after midnight, and was not an
alcohol response.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: This entire venture into the study of TOMSO was
an outgrowth of the extraordinary response that had been shown by one person
to 5-TOM. There were two obvious approaches that might throw some light on
the reason for this dramatic sensitivity. One would be to see if he was
unusually capable of metabolizing sulfur-containing molecules, and the second
would be to assume he was, and to try to guess just what product he had
manufactured with his liver.
The individual sensitivity question was addressed in a tidy and direct
manner. Why not study a simple sulfur-containing model compound that would
probably be metabolized only at the sulfur and that would itself probably be
pharmacologically inactive in its own rights? Sounded OK to me, so I made up
a goodly supply of 4-tert-butyl thioanisole, which proved to be a gorgeous
white crystalline solid. It seemed quite logical that this would be
metabolized at the sulfur atom to produce either or both the sulfoxide and the sul-
fone. So I treated a methanol solution of this with a little hydrogen
peroxide and distilled the neutral extracts at 100-115 deg С at 0.2 mm/Hg to give
the sulfoxide as a solid that melted at 76-77 deg С from hexane: Anal.
(CnHi6OS) C,H. On the other hand, if a solution of the thioanisole in acetic
acid containing hydrogen peroxide was heated on the steam bath for a few
hours and then worked up, a new solid was isolated that proved to be the sul-
fone (a negative Fries-Vogt test). This was obtained as white crystals with
a mp of 94-95 deg С from aqueous methanol. Anal. (CnHi6S02) C,H. And I
found that these three compounds separated well from one another by GC, and
that they could be extracted from urine. Everything was falling into place.
My thought was to determine a safe (inactive) level of the parent
thioanisole, and determine the distri-bution of metabolites in my urine, and then
in the urine of several other people, and then finally in the urine of the
person who was the intense reactor to 5-TOM. I found that there were no
effects, either physical or psychological, at an oral dose of 60 milligrams of
4-tert-butyl-thioanisole. But then everything fell apart. There was not a
detectable trace of anything, neither parent compound nor either of the
potential metabolites, to be found in my urine. The material was obviously
being completely converted to one or more metabolites, but the sulfoxide and
sulfone were not among them. It would be fun, someday, to methodically trace
the fate of this compound.
So, on to the second approach. What might the active metabolite of 5-TOM
actually be? The sulfoxide seemed completely reasonable, and that encouraged
the synthesis of TOMSO. This name was given, as it is the sulfoxide analogue
(SO) of 5-TOM. And since only one of these analogues has been made, the R5S
distinction is not needed. But it is apparent that this approach to the
finding of an explanation for the idiosyncratic sensitivity to 5-TOM also
failed, in that TOMSO itself appeared to be without activity.
But the fallout of this study was the uncovering of an unusual property
that alcohol can occasionally have when it follows the ingestion of certain
inactive drugs. Or if it is used at the tail end of an experience with an
active drug. Usually some alcohol has been employed as a softener of the
residual effects of the day's experiment, or as a social habit to accompany the
post-mortem discussions of a day's experiences, and perhaps as a help to
sleeping. But if there is a rekindling of the effect, rather than the
sedation expected, then the verb "to tomso" can be used in the notes. It
represents the promotion of an inactive situation into an active one, with the
catalysis of alcohol. But the effect is not that of alcohol. Might the extreme
sensitivity of some alcoholics to even a small amount of alcohol be due to
some endogenous "inactive" factor that is promoted in this way into some
centrally florid toxicity? I remember seeing proposals of some tetrahydroiso-
quinolines as potential mis-metabolites in efforts to explain the toxicity of
alcohol. Maybe they are nothing more than psychedelics that are thought to
be inactive, but which might be ignited with a glass of wine. And the person
is tomsoing with his small amount of alcohol.
#174 TP; THIOPROSCALINE; 3,5-DIMETHOXY-4-(n)-PROPYLTHIOPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A solution was made of 12.1 g N,N,N',N'-
tetramethylethylenediamine and 13.8 g of 1,3-dimethoxybenzene in 200 mL 30-60
deg С petroleum ether. This was stirred vigorously under a He atmosphere and
cooled to 0 deg С with an external ice bath. There was added 66 mL of 1.6 M
butyllithium in hexane which produced a white granular precipitate. The
reaction mixture was brought up to room temperature for a few minutes, and then
cooled again to 0 deg C. There was then added 15.8 g of di-(n)-propyl
disulfide which changed the granular precipitate to a creamy appearance. Stirring
was continued while the reaction mixture was brought up to room temperature
and finally up to reflux. The reaction mixture was then added to 600 mL of
dilute H2S04. The two phases were separated, and the aqueous phase extracted
with 2x75 mL Et20. The organic phases were combined, and the solvent removed
under vacuum. The residue was 24.2 g of a pale amber liquid which was
distilled at 0.35 mm/Hg to give two fractions. The first boiled at 85-90 deg C,
weighed 0.5 g and appeared to be recovered dipropyl disulfide. The product
2-(n)-propylthio-1,3-dimethoxybenzene boiled at at 105-125 deg C, and weighed
20.8 g. A small sample recrystallized from hexane had a mp of 27-28 deg C.
Anal. (CnHi602S) C,H.
To a stirred solution of 19.8 g of 2-(n)-propylthio-1,3-dimethoxybenzene in
200 mL CH2CI2 there was added 15.4 g elemental bromine dissolved in 100 mL
CH2CI2. The reaction was not exothermic, and it was allowed to stir for 1 h.
The reaction mixture was washed with H20 containing sodium hydrosulfite
(which rendered it nearly colorless) and finally washed with saturated brine.
The solvent was removed under vacuum leaving 33.5 g of a pale yellow liquid.
This was distilled at 112-120 deg С at 0.3 mm/Hg to yield 4-bromo-2-(n) -
propyl thio-1,3-dime thoxybenzene as a pale yellow oil. Anal. (CiiHi5Br02S) C,H.
To a solution of 16.8 g diisopropylamine in 100 mL anhydrous THF that was
stirred under a N2 atmosphere and cooled to -10 deg С with an external
ice/MeOH bath, there was added in sequence 75 mL of 1.6 M butyllithium in
hexane, 3.0 mL of dry CH3CN, and 8.7 g of 4-bromo-2-(n) -propylthio-1,3-
dimethoxybenzene which had been dissolved in 20 mL THF. The bromo compound
was added dropwise over the course of 5 min. The color became deep red-
brown. Stirring was maintained for a total of 30 min while the reaction came
to room temperature. It was then poured into 750 mL dilute H2SO4, the
organic layer separated, and the aqueous phase extracted with 2x100 mL CH2C12.
These extracts were pooled, washed with dilute H2SO4, and the solvent was
removed under vacuum yielding a residue that was distilled. Two distillation
cuts were taken at 0.3 mm/Hg. The first fraction boiled at 110-138 deg С and
weighed 0.7 g and was discarded. The second fraction came over at 148-178
deg С and weighed 3.0 g. By thin layer chromatography this fraction was
about 80% pure, and was used as such in the following reduction. A small
sample was ground under methyl cyclopentane yielding white crystals of 3,5-
dimethoxy-4-(n)-propylthiophenylacetonitrile with a mp of 35.5-37.5 deg C.
A solution of LAH in THF (15 mL of a 1 M solution) under N2 was cooled to 0
deg С and vigorously stirred. There was added, dropwise, 0.4 mL 100% H2S04,
followed by 2.7 g 3,5-dimethoxy-4-(n)-propylthiophenylacetonitrile dissolved
in 10 mL anhydrous THF. The reaction mixture was stirred at 0 deg С for a
few min, then brought to a reflux for 30 min on the steam bath. After
cooling back to room temperature, there was added IPA to destroy the excess
hydride and 10% NaOH to bring the reaction to a basic pH and converted the
aluminum oxide to a loose, white, filterable consistency. This was removed by
filtration and washed with both THF and IPA. The filtrate and washes were
stripped of solvent under vacuum, the residue added to 1 L dilute H2S04.
This was washed with 2x75 mL CH2C12, made basic with aqueous NaOH, extracted
with 3x75 mL CH2C12, the extracts pooled, and the solvent removed under
vacuum. The residue was distilled at 137-157 deg С at 0.3 mm/Hg to give 1.3 g of
a colorless oil. This was dissolved in 10 mL of IPA, neutralized with 20
drops of concentrated HC1 and, with continuous stirring, diluted with 50 mL
anhydrous Et20. The product was removed by filtration, washed with Et20, and
air dried to give 1.4 g of 3,5-dimethoxy-4-(n)-propylthiophenethylamine
hydrochloride (TP) as bright white crystals with a mp of 164-165 deg C. Anal.
(Ci3H22ClN02S) C,H.
DOSAGE: 20 - 25 mg.
DURATION: 10 - 15 h.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 18 mg) There was very little effect until more
than two hours, when I came inside out of the cold and jumped to an immediate
+ 1. It is hard to define, and I am quite willing to have it develop more,
and if not, quite willing to go higher next time. I got into several quite
technical conversations, but through it all I was aware of a continuous
alteration. There was a drop at the seventh hour, and nothing at all was left
at twelve hours.
(with 27 mg) My body feels heavy. This is not a negative thing, but it is
there. I feel a heavy pressure at the back of the neck, which is probably
unresolved energy. The nervous system seems to be somehow vunerable.
Towards the end of the experience I considered a Miltown, but settled on an
aspirin, and I still couldn't sleep for about 24 hours. The imagery is
extremely rich and there is quite a bit of eyes-open visual, but mostly eyes
closed. I think the rewards are not worth the body price. Sometime again,
maybe lower?
EXTENSIONS AND COMMENTARY: There is a high potency here, but clearly there
are signs of increased toxicity as well even over the ethyl homologue, ТЕ.
The butyl compound (see ТВ) was the last of this series of phenethy 1 amines
and as is noted there, the physical problems lessen, but so do the
psychedelic properties. The three-carbon amphetamine homologues are completely
unexplored. The most reasonable starting material for these would be 4-
thiosyringaldehyde, with S-alkylation and then the conventional nitroethane
coupling followed with LAH reduction. The most appealing target as a
potential psychedelic would be the methylthio homologue (3,5-dimethoxy-4-
methylthioamphetamine, 3C-TM) or, as a potential euphoriant, the butylthio
homologue (3,5-dimethoxy-4-(n)-butylthioamphetamine, 3C-TB). I am not sure
that these alkylthio analogues would justify the labor needed to make them.
#175 TRIS; TRESCALINE; TRISESCALINE; 3,4,5-TRIETHOXYPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A solution of 16.9 g of ethyl 3,4,5-triethoxybenzoate in 25 mL
THF was added to a well stirred suspension of 8 g LAH in 150 mL THF. The
mixture was heated at reflux for 24 h and and, after cooling, treated with
IPA to destroy the excess hydride. There was then added sufficient 25% NaOH
to produce a granular, white form of the aluminum oxide. This was removed by
filtration, the filter cake washed with IPA, and the filtrate and washes were
combined and stripped of solvent under vacuum. The residue weighed 12.2 g
and was distilled at 120-140 deg С at 0.4 mm/Hg to yield 8.6 g of 3,4,5-
triethoxybenzyl alcohol that spontaneously crystallized. It had a mp of 29-
30 deg С and was free of the parent ester carbonyl absorp-tion at 1709 cm-1
in the infra-red.
This product 3,4,5-triethoxybenzyl alcohol was suspended in 30 mL
concentrated HC1, heated briefly on the steam bath, cooled to room temperature,
and suspended in a mixture of 75 mL CH2CI2 and 75 mL H20. The phases were
separated, and the aqueous phase extracted with another 75 mL CH2CI2. The
organic fractions were combined, washed first with H2O and then with
saturated brine. Removal of the solvent under vacuum yielded an off-white oil
that was distilled at 112-125 deg С at 0.4 mm/Hg to provide 7.5 g of 3,4,5-
triethoxybenzyl chloride that spontaneously crystallized. The crude product
had a mp of 34-37 deg С which was increased to 37.5-38.5 deg С upon
recrystallization from hexane. Anal. (C13H19CIO3) C,H.
A solution of 4.5 g 3,4,5-triethoxybenzyl chloride in 10 mL DMF was treated
with 5.0 g sodium cyanide and heated for 1 h on the steam bath. The mixture
was then poured into 100 mL H20 and the oily phase that resulted immediately
crystallized. This was filtered off, washed well with H2O, air dried, and
distilled at 128-140 deg С at 0.25 mm/Hg to yield 3.7 g of 3,4,5-
triethoxyphenylacetonitrile which melted at 54-56.5 deg C. There was a sharp
nitrile band at 224 9 cm-1. Anal. (Ci4Hi9N03) C,H.
To 18.8 mL of a 1 M solution of LAH in THF under N2 , vigorously stirred
and cooled to 0 deg C, there was added, dropwise, 0.50 mL 100% H2S04. This
was followed by 3.6 g 3,4,5-triethoxyphenylacetonitrile in 10 mL anhydrous
THF over the course of 5 min. The reaction mixture was brought to room
temperature and stirred for a few min, and finally held at reflux on the steam
bath for 1 h. After cooling back to room temperature, there was added about
2 mL IPA (to destroy the excess hydride) followed by sufficient 15% NaOH to
make the aluminum oxide granular and white, and the organic solution basic.
The solids were removed by filtration, and washed with IPA. The filtrate and
washes were stripped of solvent under vacuum, the residue added to 400 mL
dilute H2SO4. This was washed with 2x75 mL CH2CI2, the aqueous phase made basic
with aqueous. NaOH, and the product extracted with 2x75 mL CH2CI2. These
extracts were pooled, the solvent removed under vacuum, and the residue
distilled at 115-135 deg С at 0.4 mm/Hg to give a white oil. This was dissolved
in a few mL of IPA, neutralized with concentrated HC1, and diluted with
anhydrous Et20 to the point of turbidity. When the crystal formation was
complete, the product was removed by filtration, washed with Et20, and air dried
to give 2.8 g 3,4,5-triethoxyphenethylamine hydrochloride (TRIS) as white
crystals with a mp of 177-178 deg C.
DOSAGE: greater than 240 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 240 mg) No effects were noted at any time
following 240 milligrams of trisescaline. This would have been a thoroughly
active level of the trimethoxy counterpart, mescaline.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: With the progressive diminution of human potency
with increased ethylation of the mescaline molecule, there is no suprise in
finding that this base is devoid of activity. Studies done years ago in the
cat at a dosage of 25 mg/Kg (i.m.) gave none of the expected, and looked for,
signs of behavioral changes (pilomotor activity, pupillary dilation,
growling, hissing, aggressive behavior, withdrawal, or salivation) that are often
seen with the less bulky substituents. It was without action.
More lengthy substituents in the 3,4,5-positions (with combinations of
ethyls and propyls, for example) are presently unknown compounds, and there is
small incentive to make them.
#176 3-TSB; 3-THIOSYMBESCALINE;
3-E THOXY-5-E THYLTHIO-4-ME THOXYPHENE THYLAMINE
SYNTHESIS: A solution of 13.4 g 3-bromo-N-cyclohexyl-4-methoxy-5-
ethoxybenzylidenimine (see under ME for its preparation) in 150 mL anhydrous
Et20 was placed in a He atmosphere, well stirred, and cooled in an external
dry ice/acetone bath to -80 deg C. There was the formation of a granular
precipitate. There was then added 28 mL of 1.6 N butyllithium in hexane over
the course of 5 min, and the mixture (which had turned quite creamy) was
stirred for 15 min. This was followed by the addition of 5.5 g diethyl
disulfide over the course of 1 min. The mixture was allowed to come to room
temperature over the course of 1 h, and then added to 100 mL of dilute HC1.
The Et20 phase was separated and the solvent removed under vacuum. The
residue was dissolved in 50 mL MeOH, combined with the original aqueous phase,
and the entire mixture heated on the steam bath for 0.5 h. The aqueous
solution was cooled to room temperature, extracted with 3x100 mL CH2CI2, the
extracts pooled, and the solvent removed under vacuum. The residue was
distilled at 132-140 deg С at 0.3 mm/Hg to yield 9.1 g of 3-ethoxy-5-ethylthio-
4-methoxybenzaldehyde as a white oil that, on standing for several months,
spontaneously crystallized. A small bit of the crystalline solid was waste-
fully recrystallized from MeOH to provide white crystals with a mp of 31.5-
32.5 deg С. Anal. (Ci2Hi603S) C,H. The crude distillate was used in the
following reactions.
Several attempts were made to prepare the nitrostyrene from this aldehyde
and nitromethane. The most successful, but still inadequate, procedure is
described here. A solution of 1.0 g 3-ethoxy-5-ethylthio-4-
methoxybenzaldehyde in 10 mL nitromethane was treated with about 150 mg of
anhydrous ammonium acetate and heated on the steam bath. The course of the
reaction was followed by TLC. The bulk of the aldehyde had disappeared in 45
min, and there were several UV-absorbing spots visible. Removal of the
excess nitromethane under vacuum gave an orange oil which, when rubbed under
cold MeOH, gave 200 mg of yellow solids. This was (by TLC) a mixture of
nitrostyrene, starting aldehyde, and several slow-moving scrudge impurities.
Recrystallization from MeOH gave a poor recovery of a yellow solid with a mp
of 102.5-104 deg С but this was still contaminated with the same impurities.
Several repetitions of this synthetic procedure gave little if any of the
desired 3-ethoxy-5-ethylthio-4-methoxy-beta-nitrostyrene.
A suspension of 5.4 g methyltriphenylphosphonium bromide in 30 mL anhydrous
THF was placed under a He atmosphere, well stirred, and cooled with an
external water bath. There was then added 10 mL of 1.6 N butyllithium in hexane
which resulted in the generation of a bright pumpkin color. The initial
heavy solids changed into a granular precipitate. There was then added 2.4 g
of 3-ethoxy-5-ethylthio-4-methoxybenzaldehyde in a little THF. An initial
gummy phase became granular with patient swirling and stirring. After 30
min, the reaction was quenched in 500 mL H20, the top hexane layer separated,
and the aqueous phase extracted with 2x75 mL of petroleum ether. The organic
fractions were combined, washed with H20, dried over anhydrous К2СОз, and the
solvents removed under vacuum to give the crude 3-ethoxy-5-ethylthio-4-
methoxystyrene as a yellow mobile liquid.
A solution of 2 mL of borane-methyl sulfide complex (10 M BH3 in methyl
sulfide) in 20 mL THF was placed in a He atmosphere, cooled to 0 deg C,
treated with 4.2 mL of 2-methylbutene, and stirred for 1 h while returning to
room temperature. To this there was added a solution of the impure 3-ethoxy-
5-ethylthio-4-methoxystyrene in a little anhydrous THF. This was stirred for
1 h. The excess borane was destroyed with 1 mL MeOH, followed by the
addition of 3.8 g elemental iodine, followed in turn by a solution of 0.8 g NaOH
in hot MeOH added over the course of 5 min. The color gradually faded, and
became a pale lime green. This was added to 300 mL dilute aqueous sodium
thiosulfate which was extracted with 2x100 mL petroleum ether. The extracts
were pooled, and the solvent evaporated under vacuum to provide crude l-(3-
ethoxy-5-ethylthio-4-methoxyphenyl)-2-iodoethane as a residue.
To this crude 1-(3-ethoxy-5-ethylthio-4-methoxyphenyl)-2-iodoethane there
was added a solution of 3.7 g potassium phthalimide in 50 mL anhydrous DMF,
and all was heated on the steam bath. The reaction seemed to be complete
after 15 min (as seen by TLC) and the addition of a second batch of potassium
phthalimide in DMF produced no further change. After adding to 500 mL of
dilute NaOH, the aqueous phase was extracted with 2x75 mL Et20. These extracts
were combined, washed first with dilute NaOH and then with dilute H2S04,
dried over anhydrous К2СОз, and the solvent removed under vacuum which
provided an amber oil as residue. This was triturated under cold MeOH giving
white solids which were recrystallized from 20 mL MeOH. Thus there was ob-
tained 0.9 g of 1-(3-ethoxy-5-ethylthio-4-methoxyphenyl)-2-phthaiimidoethane
as white crystals that melted at 79-80.5 deg C. A small sample was
recrystallized from EtOH to give large flat needles with a mp of 81-82 deg C.
Anal. (C21H23NO4S) C,H.
A suspension of 0.8 g of the crystallized 1-(3-ethoxy-5-ethylthio-4-
methoxyphenyl)-2-phthaiimidoethane in 25 mL of n-butanol was treated with 2
mL of 66% hydrazine, and the mixture was heated on the steam bath for 0.5 h.
Initially all went into solution, and then there was the separation of solids
that resembled cottage cheese. The reaction mixture was added to 150 mL
dilute H2SO4. The solids were removed by filtration, and the filtrate was
washed with 3x50 mL CH2CI2. These washes were discarded. The H20 phase was
then made basic with aqueous NaOH, extracted with 2x75 mL CH2CI2, and the
solvent from these pooled extracts removed under vacuum. The residue was
distilled at 135-155 deg С at 0.3 mm/Hg to give 0.45 g of a colorless oil.
This was dissolved in 2.5 mL IPA, neutralized with 5 drops of concentrated
HC1, and diluted with 10 mL anhydrous Et20. The solution became cloudy, and
then deposited lustrous white plates. These were removed by filtration,
washed with additional Et20, and air dried to give 0.4 g of 3-ethoxy-5-
ethylthio-4-methoxyphenethylamine hydrochloride (3-TSB) with a mp of 153.5-
154.5 deg C. Anal. (C13H22CINO2S) C,H.
DOSAGE: greater than 200 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 200 mg) No effects whatsoever, neither mental
nor physical.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: The elephant labored and brought forth a mouse.
A lot of work for a material without activity.
I have used the term "scrudge" in this and other recipes, without defining
it. With this aldehyde, as with most aldehydes in this nitrostyrene
synthesis reaction where there is no ortho-substituent on the benzaldehyde, the
reaction progress should be carefully followed by thin-layer chromatography.
As the aldehyde disappears from the reaction mixture, the nitrostyrene
appears, but there is usually the development of one or more slower moving
components as seen by TLC. Such a wrong-product is called scrudge. The reaction
should be continuously titrated, and stopped when there is a favorable
balance between the aldehyde being mostly gone, the nitrostyrene being mostly
made, and the slower-moving scrudge components being not yet too plentiful.
Methylene chloride is an excellent solvent to try first, with silica gel
plates and UV detection. The nitrostyrene is always the fastest moving
component of the reaction mixture and often fluoresces a dull purple. The
starting aldehyde is the second spot and usually fluoresces white or pale
yellow. The scrudge spots then occur in a cascade from the aldehyde to the
origin. A maddening property is that they are yellow or brown colored, and
in the probe mass spectrograph they can crack to give rise to what appears to
be the right nitrostyrene. Usually, they are high melting.
In this preparation, there was not one but several scrudges, and little if
any nitrostyrene. The same was true for the other of the diethyl compounds
such as 3-TASB, 5-TASB and 3-T-TRIS. Thus, it is preferable to circumvent
this usual synthetic step by using the Wittig reaction instead, as described
here.
#177 4-TSB; 4-THIOSYMBESCALINE;
3,5-DIETHOXY-4-METHYLTHIOPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A solution of 12.1 g N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine and
16.6 g of 1,3-diethoxybenzene was made in 200 mL 30-60 deg С petroleum ether.
This was stirred vigorously under a N2 atmosphere and cooled to 0 deg С with
an external ice bath. There was added 66 mL of 1.6 M butyllithium in hexane.
The stirred reaction mixture became a little cloudy and then gradually formed
a white granular precipitate. This was brought to room temperature, stirred
for 0.5 h, and returned again to 0 deg C. There was added 9.45 g of dimethyl
disulfide which converted the loose precipitate to a creamy texture. The
reaction was exothermic. After being held 0.5 h at reflux temperature, the
reaction mixture was added to 600 mL dilute H2SO4. There was the immediate
formation of white solids which were insoluble in either phase. The petroleum
ether phase was separated, and the aqueous phase extracted with 3x100 mL
Et20. The organics were combined, and the solvents removed under vacuum.
There was obtained as residue 24.8 g of a slightly oily crystalline solid
that, after trituration under 30 mL cold hexane, filtering, and air drying,
weighed 16.9 g. This product, 2,6-diethoxythioanisole, had a mp of 71-72 deg
С which was not im-proved by recrystallization from methylcyclopentane.
Anal. (CnHi602S) C,H.
To a stirred solution of 16.7 g of 2,6-diethoxythioanisole in 175 mL CH2CI2
there was added 13 g elemental bromine dissolved in 100 mL CH2CI2. After
stirring at ambient temperature 1 h, the dark solution was added to 150 mL
H20 containing 1 g of sodium dithionite. Shaking immediately discharged the
residual bromine color, and the organic phase was separated. The aqueous
phase was extracted once with 100 mL CH2CI2, the pooled extracts washed first
with H20, and then with saturated brine. Removal of the solvent under vacuum
provided 28.6 g of a pale yellow oil with several globs of H2O present. This
wet product was distilled at 118-125 deg С at 0.25 mm/Hg to yield 3-bromo-
2,6-diethoxythioanisole as a white oil weighing 21.5 g. It could not be
crystallized. Anal. (CnHi5Br02S) C,H.
To a solution of 19.3 g diisopropylamine in 75 mL hexane under a He
atmosphere there was added 100 mL of 1.6 M butyllithium. The viscous mixture was
loosened by the addition of 200 mL anhydrous THF, and this stirred mixture
was cooled with an external ice bath. There was then added 4.0 mL of dry
CH3CN, and 11.6 g of 3-bromo-2,6-diethoxythioanisole (which had been diluted
with a little anhydrous THF) . The deep red brown reaction mixture was
stirred for 0.5 h, and then poured into 1 L dilute H2SO4. This was extracted
with 3x75 mL CH2CI2, the extracts pooled, washed with H20, dried with
anhydrous K2CO3, and the solvent was removed under vacuum. The residue was
distilled at 0.3 mm/Hg yielding two fractions. The first fraction boiled at
120-140 deg С and weighed 1.2 g. This fraction partially crystallized, but
was not investigated further. The second fraction was 3,5-diethoxy-4-
methylthiophenylacetonitrile, which came over at 135-160 deg C, was a yellow
liquid, weighed 3.2 g, but did not crystallize.
A solution of LAH in anhydrous THF (30 mL of a 1.0 M solution) under N2 was
cooled to 0 deg С and vigorously stirred. There was added, dropwise, 0.78 mL
100% H2SO4, followed by 3.0 g 3,5-diethoxy-4-methylthiophenylacetonitrile
diluted with a little anhydrous THF. The reaction mixture was stirred at 0
deg С for a few min, then brought to reflux on the steam bath for 1.5 h.
After cooling back to room temperature, there was added IPA to destroy the
excess hydride and 10% NaOH to bring the reaction to a basic pH with the
conversion of aluminum oxide to a loose, white, filterable consistency. This
was removed by filtration, and washed first with THF followed by IPA. The
filtrate and washes were stripped of solvent under vacuum, the residue added
to 1 L dilute H2SO4. This was washed with 2x75 mL CH2CI2, made basic with 25%
NaOH, and extracted with 3x100 mL CH2CI2. After combining, the solvent was
removed under vacuum providing an orange oil. This was distilled at 135-160
deg С at 0.4 mm/Hg to give a light yellow oil. This was dissolved in 20 mL
of IPA, and neutralized with 32 drops of concentrated HC1 producing white
crystals spontaneously. These were dissolved by bringing the IPA suspension
to a boil on the steam bath and, with stirring, diluted with 80 mL of warm
anhydrous Et20. There was the immediate formation of crystals which were
removed by filtration, washed with an IPA/Et20 mixture, and then with Et20.
After air drying there was obtained 1.5 g of 3,5-diethoxy-4-
methylthiophenethylamine hydrochloride (4-TSB) as white crystals. The mp was
194.5-196 deg C. Anal. (C13H22CINO2S) C,H.
DOSAGE: greater than 240 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 80 mg) There was a real effect about three
hours into this experiment Q a little bit spacey while I was talking to Mr.
X. But the talk went well, and we were all really friendly. There was no
hint that he suspected anything. A couple of hours later, nothing.
(with 160 mg) Twinges at a couple of hours, but the rest of the day
disappointing as to any effect from the drug.
(with 240 mg) No effects at all.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: Here is an excellent presentation of a report
that shows false positives or maybe false negatives. Something at low
levels. Nothing at higher levels. Always tend to trust the absence of an
effect in preference to the presence of an effect, if one of the two
observations is presumed to be in error.
#178 3-T-TRIS; 3-THIOTRESCALINE; 3-THIOTRISESCALINE;
3,4-DIETHOXY-5-ETHYLTHIOPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A solution of 11.5 g 3-bromo-N-cyclohexyl-4,5-
diethoxybenzylidenimine (see under ASB for its preparation) in 150 mL
anhydrous Et20 was placed in a He atmosphere, well stirred, and cooled in an
external dry ice acetone bath to -80 deg C. There was light formation of fine
crystals. There was then added 25 mL of 1.6 N butyllithium in hexane and the
mixture stirred for 15 min. This was followed by the addition of 5.8 g
diethyl disulfide over the course of 20 min during which time the solution
became increasingly cloudy with the eventual deposition of an insoluble gummy
phase. The mixture was allowed to come to room temperature over the course
of 1 h, and then added to 400 mL of dilute HC1. The organic phase was sepa-
rated and stripped of solvent under vacuum. This residue was combined with
the original aqueous phase, and the mixture was heated on the steam bath for
2 h. The aqueous mixture was cooled to room temperature, extracted with
3x100 mL CH2CI2, the extracts pooled, washed with H20, and the solvent removed
under vacuum to yield 11.0 g of an amber oil. This was distilled at 130-150
deg С at 0.2 mm/Hg to yield 7.2 g of 3,4-diethoxy-5-(ethylthio)benzaldehyde
as a white oil that spontaneously crystallized. The crude product had a mp
of 52-57 deg С that increased to 57-58 deg С upon recrystallization from
EtOH. Anal. (Ci3Hi803S) C,H.
A solution of 14.9 g methyltriphenylphosphonium bromide in 200 mL anhydrous
THF was placed under a He atmosphere, well stirred, and cooled to 0 deg С
with an external ice water bath. There was then added 27.6 mL of 1.6 N
butyllithium in hexane which resulted in the generation of a yellow color which
was at first transient, and then stable. The reaction mixture was brought up
to room temperature, and 6.8 g 3,4-diethoxy-5-(ethylthio)benzaldehyde in 50
mL THF was added dropwise dispelling the color, and the mixture was held at
reflux on the steam bath for 1 h. The reaction was quenched in 800 mL H20,
the top layer separated, and the aqueous phase extracted with 2x75 mL of
petroleum ether. The organic fractions were combined and the solvents removed
under vacuum to give 12.0 g of the crude 3,4-diethoxy-5-ethylthiostyrene as a
deep yellow oil.
A solution of 5.6 g of borane-methyl sulfide complex (10 M BH3 in methyl
sulfide) in 45 mL THF was placed in a He atmosphere, cooled to 0 deg C,
treated with 11.6 g of 2-methylbutene, and stirred for 1 h while returning to
room temperature. To this there was added the crude 3,4-diethoxy-5-
ethylthiostyrene in 25 mL THF and the stirring was continued for 1 h. The
excess borane was destroyed with about 2 mL MeOH. There was then added 11.4
g elemental iodine followed by a solution of 2.2 g NaOH in 40 mL hot MeOH.
This was followed by sufficient 25% NaOH to minimize the residual iodine
color (about 4 mL was required) . The reaction mixture was added to 500 mL
H2O containing 4 g sodium hydrosulfite. This was extracted with 3x75 mL
petroleum ether, and the pooled extracts stripped of solvent under vacuum to
yield 24.5 g of crude 1-(3,4-diethoxy-5-ethylthiophenyl)-2-iodoethane as a
viscous yellow oil.
This crude 1-(3,4-diethoxy-5-ethylthiophenyl)-2-iodoethane was added to a
solution of 11.1 g potassium phthalimide in 80 mL DMF, and all was heated on
the steam bath for 1.5 h. It was then flooded with 600 mL H20, made basic
with NaOH, and extracted with 3x100 mL Et20. Removal of the solvent under
vacuum provided 18.5 g of a residue that was dried to a constant weight by
heating under vacuum (0.2 mm/Hg). The solid residue was ground under MeOH,
and then recrystallized from MeOH providing 1-(3,4-diethoxy-5-
ethylthiophenyl)-2-phthalimidoethane as white granular crystals, with a mp of
86.5-87.5 deg C. Anal. (C22H25NO4S) C,H.
The recrystallized 1-(3,4-diethoxy-5-ethylthiophenyl)-2-phthalimidoethane
was dissolved in n-butanol, treated with 66% hydrazine, and the mixture
heated on the steam bath for 1.5 h. This was then added to dilute H2SO4, the
butanol separated, the aqueous phase washed with 2x75 mL Et20. After being
made basic with aqueous NaOH, the aqueous phase was extracted with 3x75 mL
CH2CI2 and the solvent removed under vacuum to provide a pale amber oil.
This was distilled at 140-155 deg С at 0.25 mm/Hg to give about 1 g of a
white oil. The distillate was dissolved in 5 mL IPA, neutralized with
concentrated HC1, and treated with 10 mL anhydrous Et20 to give a solution from
which a white crystalline product slowly separated. These crystals, 3,4-
diethoxy-5-ethylthiophenethylamine hydrochloride (3-T-TRIS) weighed 1.1 g and
had a mp of 161-162 deg C. Anal. (Ci4H24ClN02S) C,H.
DOSAGE: greater than 160 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 160 mg) There were no effects. At the 9th or
10th hour after having taken the material I was aware of some neurological
irritability. I will not try this at any higher dosage, and let me stretch
things a bit by a few percent in good conscience and say that this is less
active than mescaline. This would allow it to be reported as < 1 M.U.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: The term "M.U." pops up here and there in a lot
of the earlier literature on these phenethy1amines. It stands for "mescaline
units" and was used to give a quantitative measure for the relative potency
of a compound. Since it became obvious quite early in these studies that
mescaline, although the prototypic compound, was probably going to remain the
least potent, it seemed reasonable to use it as a bench mark of unity. By
dividing the dose needed of mescaline (to produce central effects) by the
dose needed of another drug, one would generate a number that represented
just how many times more potent this new drug was than mescaline. I used
this term in a very early review of the one-ring psychotomimetics, and it
served satisfactorily for quite a while.
Its intrinsic worth proved, however, to be its very limitation. It was
quickly apparent that the principal value, to behavioral researchers, of the
reports of new hallucinogenic drugs, was not in the nature of their action
but in the amount of stuff needed to produce that action. This was an
essential axis against which the animal pharmacologist could plot his findings. A
number was wanted, and the mescaline unit was just that number. Sadly, the
major question that is asked by most academic researchers in their evaluation
of the psychedelic materials is, "How much does it take," rather than "What
does it do." The marvelous nuances of action, the subtle variations of
effect, are dismissed as being hopelessly subjective and thus without
scientific worth. But they are, I believe, of great worth. That is exactly what
this book is all about.
#179 4-T-TRIS; 4-THIOTRESCALINE; 4-THIOTRISESCALINE;
3,5-DIETHOXY-4-ETHYLTHIOPHENETHYLAMINE
SYNTHESIS: A solution of 12.1 g N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine and
16.6 g of 1,3-diethoxybenzene was made in 200 mL 30-60 deg С petroleum ether.
This was stirred vigorously under a He atmosphere and cooled to 0 deg С with
an external ice bath. There was added 66 mL of 1.6 M butyllithium in hexane.
The stirred reaction mixture became a little cloudy and then gradually formed
a white granular precipitate. This was brought to room temperature, stirred
for 0.5 h, and returned again to 0 deg C. There was added 12.8 g of diethyl
disulfide which seemed to produce an exothermic reaction. After being held
for a few min at reflux temperature, the reaction mixture was added to 600 mL
dilute H2SO4 which produced two clear phases. The petroleum ether phase was
separated, and the aqueous phase extracted with 2x75 mL Et20. The organics
were combined, and the solvents removed under vacuum. There was obtained as
residue 24 g of a viscous oil. This was distilled at 93-110 deg С at 0.3
mm/Hg yielding 21.5 g 1,3-diethoxy-2-ethylthiobenzene which spontaneously
crystallized. Grinding under a small amount of hexane, filtering, and hexane
washing provided 18.5 g of white crystals with a mp of 26-27 deg C. Anal.
(Ci2H1802S) C,H.
To a stirred solution of 17.3 g of 1,3-diethoxy-2-ethylthiobenzene in 175
mL CH2CI2 there was added 11.8 g elemental bromine dissolved in 100 mL CH2CI2.
There was an immediate loss of color, and the obvious evolution of HBr gas.
After stirring at ambient temperature for 1 h, the dark solution was added to
150 mL H20 containing 1 g of sodium dithionite. Shaking immediately
discharged the residual bromine color, and the organic phase was separated, The
aqueous phase was extracted once with 75 mL CH2C12, the pooled extracts
washed first with H20, and then with saturated brine. Removal of the solvent
under vacuum provided 34.2 g of a pale yellow oil with several globs of H20
that were mechanically removed. This wet product was distilled at 105-125
deg С at 0.35 mm/Hg to yield 4-bromo-l,3-diethoxy-2-ethylthiobenzene as an
off-white oil weighing 21.6 g. It could not be crystallized. Anal.
(Ci2Hi7Br02S) C,H.
To a solution of 20.2 g diisoprору 1 amine in 200 mL anhydrous THF that had
been cooled to -10 deg С under a He atmosphere with an external ice/MeOH
bath, there was added 125 mL of a 1.6 M solution of butyllithium in hexane.
There was then added, in sequence, 5.1 mL of dry CH3CN followed by the
dropwise addition of 15.3 g 4-bromo-l,3-diethoxy-2-ethylthiobenzene diluted
with a little anhydrous THF. There was only a modest color development.
Analysis by thin-layer chromatography showed that the reaction components
were largely starting bromide and only a little product nitrile. An
additional 2.5 mL dry CH3CN was added, followed immediately by a solution of
lithium diisopropylamide prepared separately from 14 mL isoprору1amine in 50
mL hexane treated with 60 mL butyllithium solution. There was an immediate
darkening of color. After 15 min stirring, the bromo starting material was
gone, by TLC analysis. The reaction mixture was then poured into 1 L dilute
H2S04. The organic phase was separated and the aqueous fraction extracted
with 2x100 mL CH2CI2. These extracts were pooled, washed with H20, dried with
anhydrous K2C03, and the solvent was removed under vacuum. The residue was
distilled at 0.3 mm/Hg yielding two fractions. The first fraction boiled at
124-145 deg С and gave an amber liquid weighing 2.4 g. It was largely
starting bromo compound with a little nitrile, and was not processed further.
The second fraction distilled at 140-190 deg С and weighed 6.2 g. Although
this was largely product nitrile, it was quite complex by chromatographic
analysis. It was redistil-led at 0.3 mm/Hg and several fractions taken. The
material collected at 145-165 deg С weighed 3.2 g and was approximately 80%
3,5-diethoxy-4-ethylthiophenylacetonitrile by TLC assay. This was used in
the subsequent reduction. The earlier fraction in this second distillation
(130-145 deg C) weighed 2.1 g but contained only 50% product nitrile by TLC
analysis, and was discarded.
A solution of LAH in anhydrous THF under N2 (20 mL of a 1.0 M solution) was
cooled to 0 deg С and vigorously stirred. There was added, dropwise, 0.53 mL
100% H2SO4, followed by 3.0 g 3,5-diethoxy-4-ethylthiophenylacetonitrile
diluted with a little anhydrous THF. The reaction mixture was stirred at room
temperature for 1 h, and then at reflux on the steam bath for an additional
0.5 h. After cooling back to room temperature, there was added IPA to destroy
the excess hydride and 10% NaOH to bring the reaction to a basic pH and
convert the aluminum oxide to a loose, white, filterable consistency. This was
removed by filtration, and washed first with THF followed by IPA. The
combined filtrate and washes were stripped of solvent under vacuum, the residue
added to 1 L dilute H2SO4. This was washed with 2x75 mL CH2CI2, made basic
with 25% NaOH, and extracted with 3x100 mL CH2CI2. After combining, the
solvent was removed under vacuum providing a residue that was distilled. A
fraction boiling at 135-150 deg С at 0.3 mm/Hg weighed 1.2 g and was a light
yellow oil. This was dissolved in 20 mL of IPA, and neutralized with 17
drops of concentrated HC1 which produces white crystals spontaneously. These
were dissolved by bringing the IPA suspension to a boil on the steam bath
and, with stirring, there was added 40 mL of hot anhydrous Et20. There was
the immediate formation of crystals which were removed by filtration, washed
with an IPA/Et20 mixture, followed by Et20. After air drying there was
obtained 1.0 g of 3,5-diethoxy-4-ethylthiophenethylamine hydrochloride (4-T-
TRIS) as sparkling white crystals. The mp was 177-178 deg C. Anal.
(C14H24CINO2S) C,H.
DOSAGE: greater than 200 mg.
DURATION: unknown.
QUALITATIVE COMMENTS: (with 120 mg) Maybe there is some physical effect?
There is a slight tingling or numbing of my hands and fingers, and a certain
amount of gas. It is certainly negative on the mental side, but go up slowly
due to the physical.
(with 200 mg) There was a passing awareness at the third hour. Otherwise,
no effects, either mental or physical.
EXTENSIONS AND COMMENTARY: As with the sulfur-free counterpart, the phen-
ethylamine with three ethyl groups hanging out from it is not active in man.
It doesn't matter where the sulfur is, since the 3-T-TRIS isomer is also
without action. The labor of making the amphetamine analogues of these tri-
ethylated things seems hardly worth the effort.
Разное
ДОМАШНЯЯ БИБЛИОТЕКА HOMELAB
Homelab - это небольшая научно-техническая библиотека для приватного
использования, вследствие чего более известная в сети как «Спецхран». Не самая
большая в интернете, но полностью ориентированная на русскоязычных
специалистов. История ее такова. Когда в мае 2005 г. был создан сайт Homelab1, при
нем была организована небольшая библиотечка для справочно-информационной
поддержки тех, кто проводит какие-нибудь разработки или экспериментальные
исследования дома, в своей домашней лаборатории. Эта библиотечка расширялась
силами самих пользователей. Время от времени они стали заливать копии книг уже не
относящиеся к тематике сайта. Несколько таких книг были положены в директорию
под названием «Спецхран» для временного хранения, на тот случай если они
кому-нибудь понадобятся. Но как раз именно этот раздел и вызвал наибольший
интерес пользователей. Усилиями неизвестных сканировщиков, обработчиков и
собирателей копий книг (это был 2005 год - книг в сети было еще не очень много)
«Спецхран» стал быстро расти, что потребовало привлечения для оформления
библиотеки специального библиотекаря и добавления на сайт поисковой системы,
разработанной yandex.ru. С тех пор уже сменилось несколько библиотекарей,
благодаря которым мы сегодня можем хранить и использовать эту библиотеку на
своем домашнем компьютере.
Где взять?
Довольно скоро «Спецхран» был закрыт для свободного распространения копий
книг, но разве можно в наше время что-либо утаить в сети - конечно тома
«Спецхрана» стали утекать и появляться на разных сайтах. Там их и можно
обнаружить, пользуясь любой глобальной системой поиска в интернете - google.com,
1 Сейчас http://homelab.atspace.com
rambler.ru, yandex.ru и т.п. Значительный вклад в распространение библиотеки
делают торренты. Совершенно не обязательно скачивать всю библиотеку целиком.
Спецхран разбит на тома по 700 Мб - под диски CD-ROM (они имеют широкую
дорожку и вероятно смогут прослужить дольше). Просто когда больше томов имеется
в наличии - больше вероятность найти нужную книгу. Каждому тому соответствует
html страничка на сайте:
Home
Forum
Journal
Library
Software
Authors
bxperts
Pictures
Mest
Library
246. Специальное хранение
'. Ацшхнч.о M.B Секуегы ламк'ьых : ■ I-.: яшкой
г:аск'1ы (2 ;07;i.7 Mbiuijvu'i
2 Альманах .'1; •■: к н ■,:•■.>: i выл 30 (.2002 )'7 Г/Ьксрап
3 Ааи-л/иь A Ми- ааок-. Л9сГ:и 11 Mt'XJjvu'<
4 Еаум6х>: ?■ ТаО.ткцы дгя порерода •■у:ски>: i/op в
м^трич^'Г,-^ и '->-"ратн'-' Г. °74'I. ? Mb i; i|7n )
j J ь.1С!А.'.1 Научные • :•: • • i н ■>■•: :н и
етат'утпчсч:т~г~ метод"с кепт-ха- ?:ачеетш i 1 у,' J а, 2
Mbo;.i|vii)
6 г':;'.:: |,ред: Лкд:р ообышд, даты :-• • :-"'|я».;
истг.р'!;" . 20и 1)'. а о Mb). ij-.ni:
Сайт можно скачать целиком (например, программой wget for Windows или
аналогичной) или постранично браузером Firefox, и поместить в какую-нибудь
директорию на своем компьютере. Некоторые тома уже включают текущую копию
сайта . Последнее время каждый новый том спецхрана содержит уже и свою страничку.
Поиск книг, конечно, следует делать в страничках, поскольку на диске все
названия файлов в транслите. Линки на html страницах сайта как раз и содержат
название файла на диске (в томе). В браузере Firefox содержимое линка
отражается внизу, в строке состояния, если указатель мышки стоит на линке. Главное
- найти нужный том (диск).
Как искать?
Существует много методов поиска на своем компьютере, включая и встроенный
поиск Windows. Мы же остановимся на одном из более продвинутых -
использование Google Desktop. Ранее программа называлась Google Desktop Search. Она
бесплатная. В этом году программа лишилась поддержки Google и будет
недоступна для скачивания с их сайтов, но ее можно найти поиском в интернете. Она
будет раздаваться еще очень долго.
После установки, при первом запуске программы Google Desktop индексирует
доступные для поиска файлы. В настройках программы можно задать папки,
исключаемые из индексации. Нам нужно исключить из поиска все директории (папки,
фолдеры), кроме папки с сайтом. В дальнейшем программа «на лету» индексирует
содержимое добавляемых файлов содержащих странички библиотеки. Иконка
программы появляется в правом нижнем углу рабочего стола Windows (системный
трей). Кликнув правой кнопкой мышки на ней, мы получим доступ к опциям
программы:
Searo Desktop
Op tens...
I'i:h> r ij
Lock Sea-ch. .
Grxbar
Deskbar
Fbatinq Disbar
• None
Add gacgets,.
о: . 1 (Atop . |T-HI I ' Ш'Р^УЧ) -1
Вой пример установки опций:
Р Enable content indexing for all items. Without content indexing, The Quick Search Box and
boxes can still be used to search filenames and launch applications.
Phijkh (1 t ixir)
Re-lncex
Index Gtatus...
Index the following items so that you can search for them:
Г Email Г Word Г Calendar
И Chats И Excel И Tasks
Г" Web history I- PowerPoint I- Notes
Г Media files Г PDF Г Journal
P Text and other files I- Contacts I- Archives (ZIP)
I- Password-protected Office documents (Word, Excel)
I- Secure pages (HTTPS) in web history
To install plug-ins to index other items, visit the Plug-ins Download page
Index additional drives and networked folders. All fixed drives are indexed by default.
Add drive or folder to search
Location Status Action
C:\site\ Up-to-date Delete
Do not search the following files, folders or web sites:
Add file or folder to exclude or |http:// Add URL |
Dontsearchtheseitenis Action
c:\buf\ Delete
c:\cygwin\ Delete
c:\doc\ Delete
c:\docurnents and settings\ Delete
c:\fmereader\ Delete
c:\install\ Delete
Обратите внимание (верхняя картинка на предыдущей странице), что все панели
(Sidebar, Deskbar и т.д.) отключены. В этом случае вызов поисковой системы
осуществляется двойным нажатием клавиши Ctrl на клавиатуре:
У этой панели есть свои опции, но их немного:
Options
Options
W Enable Hotkey (Press "Ctrl" key twice to bring Quick Search Box
forward)
R Show snippets
Default Action
(~ Search Web
(* Search Desktop
(~ Launch Programs/Files
More Options
Close
Вводим запрос, например, автора книги (и/или характерное слово из названия)
и нажимаем Enter.
1Тет
Options
Тетельбаум
■
|C| Search Web Тетельбаум
С Search Desktop Тетельбаум
В результате мы получим в браузере список томов с местами, где присутствует
искомое. Нас интересует выделенное жирным и то, что после него.
В данном примере использовался браузер Firefox, но, скорее всего, в других
браузерах аналогично, поскольку они просто отражают поисковую страницу
Google, приложенную к вашему компьютеру.
Google
Deskton^---*
Web Irridijes
Nf ч -■ Chopping Марь
cholar Desktop
IDesktop Pieteiences
[Гетельбаум
Search
Desktop^-'
Desktop: All - 0 emails - 5 files - 0 web history - 0 chats - 0 other
j Hornelab
Филиппов А.Ф Сборник задач по дифференциальным уравнениям. 2000)1 Mb)djv)
Тетельбдум ИМ Шнейдер Ю Р. Практика аналогового моделирования динамических систем
1937)5 Mb
Ш ~ ■!../:' v C.'VS:t6\3pe'C36 htfill LJ.L'I fl.l.Ll - I L J-I L J - J J J'
J Hornelab
Гальперин MB. ред) Современные линейные интегральные микросхемы и их применение.
1930)3 Mbjdjvu) Тетельблум И М Шнейдер ЮР 400 схем для АВМ. 1973)3 Mb)djvu) Цапенко
МП
©-•<=••/ * v С •••«it'?\sp?c-l6'f.htrr,| - [--ivr>-- -irh^i- г t
j Hornelab
и фидерные тракты для радиорелейных линий связи 2001)8 Mb)djvu) Векслер Г С.
Тетельбдум Я.И. Электропитание радиоустройств. 19S6)3 Mb'jdjvu) Баженов ЮМ. Технология
бетона 1987
ЙВ Г 'L V' •_' ',' С AS lte''.';.p-L-162. lUli- ll - 'I (. •_' I Л С L ' - " _. .11_ I ■_■ J - J_l L"
Нажав на линк Preview, можно посмотреть и саму html страничку тома:
D Hornelab
Филиппов А.Ф. Сборник задач по дифференциальным уравнениям. 2000)1 Mb)djv)
Тетелыоаум И.М. Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования динамическим систем.
1987)5 Mb
Q Hide preview C:\site\spec96.html - Open folder - 1 cached - Jun 01
(2000)(5 Mb)(djvu)
Филиппов А.Ф. Сборник задач по
дифференциальным уравнениям. (2000)(1
Mb)(djv)
Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. Практика
118
119
120
аналогового моделирования
динамических систем. (1987)(5 Mb)(djv)
Петров И.Б. Программируемые
контроллеры. Стандартные языки и
приемы прикладного проектирования.
121
(2004)(8 Mb)(pdf)
Рудаков П.И., Финогенов К.Г Язык
ассемблера. Уроки программирования.
(2001)(9 Mb)(djvu)
_1
11
Вот и все. Удачи в поиске нужных копий книг.
Разное
ШАРМАНКА И КУКУРУЗА
Александр Маркин
Многие знают о существовании такого хобби как радиолюбительство и о людях,
представляющих одно из его направлений - коротковолновиков. Обычно дом, в
котором живет радиолюбитель-коротковолновик можно издали узнать по огромным ан-
теннам не похожим на телевизионные. Кто они такие и чем занимаются можно
узнать из огромного количества источников, например из журнала "Радио" и по
материалам сайта www.qrz.ru, а также услышать на любительских диапазонах. Я же
хочу рассказать о другом эфире, о нём редко упоминается в печати, а если где
и пишут, то обычно с негативным подтекстом.
Речь пойдет о Свободных Операторах. Иначе их называют "радиохулиганы" или
"радиопираты". Кто они? Когда и как появились? Попробую рассказать.
Нелегальные радиопередатчики действовали в эфире давно. Об этом говорит
хотя бы тот факт, что с незапамятных времён существует международный радиокод
"UNLIS", обозначающий незаконно действующий передатчик. Причины появления
UNLISob в эфире самые различные и это были единичные случаи. Мой же рассказ о
другом.
Всё началось в конце 1950-х годов. Тогда вдруг оказалось, что для повышения
урожайности кукурузы на полях, необходимо забрать у советских
коротковолновиков один из их диапазонов. А именно диапазон "160 метров". Диапазон передали
Министерству Сельского Хозяйства, а радиолюбителям было предложено
перерегистрироваться и уйти с диапазона. Многие так и сделали. Но некоторые или не
смогли (по разным причинам) или восприняли такое самоуправство, чуть ли не
как личное оскорбление. Эти ребята решили остаться на диапазоне. Они сменили
свои официальные позывные, больше похожие на номера (вроде РБ5АБ), на
"очеловеченные" позывные-имена. Например: "Серпантин", "Резонанс", "Удача" и
т.п. В эфире зазвучало:
- Всем Свободным Операторам! Я - "Весёлый Роджер". Кто слышит - ответьте.
Всё, приехали! Выражаясь "высоким штилем" можно сказать, что над страной
Строителей Коммунизма гордо взвился Радиопиратский флаг!
У сельскохозяйственной связи возникла проблема: помехи от радиопередатчиков
бывших хозяев диапазона, оказавшихся "вне Закона". В 1957 году при
Министерстве связи была организована специальная служба контроля эфира, это были
небольшие отделы по 2-4 человека при областных управлениях связи. Далее эта
служба называлась Государственная Инспекция Электросвязи (ГИЭ). Началась
чистка диапазона. Для отлова "НДП" (Незаконно Действующих Передатчиков) были
разработаны пеленгаторы, специально предназначенные для этой цели. Для
"радионарушителя" обычно всё кончалось конфискацией радиоаппаратуры и
денежным штрафом. Но были случаи и уголовного преследования.
Радиопиратам (из соображений безопасности) пришлось перейти в диапазон
Средних волн. Благо средние волны вплотную примыкают к
"сельскохозяйственным" , или технически грамотно - "промежуточным". Теперь Свободных
Операторов можно было услышать и на обычный бытовой приёмник. Начался следующий
этап.
Я долго пытался узнать имя или позывной того человека, который придумал
схему ставшей в то время классической радиохулиганской "шарманки" -
передающей приставки1 к обычному ламповому приёмнику, позволяющей превратить его в
приёмно-передающую средневолновую радиостанцию. Схему настолько простую, что
сделать её под силу даже пятикласснику. И делали! В движение активно влились
молодые ребята, школьники, для которых эта самая "шарманка" стала первой
самостоятельно собранной конструкцией. Их энтузиазм вполне понятен. Издаваемые
Существует версия, что эта схема была разработана во время войны английскими
спецслужбами для участников французского Движения Сопротивления.
в то время (да и сейчас) книжки для начинающих радиолюбителей предлагали
начать со сборки детекторного приёмника или в лучшем случае приёмника прямого
усиления. Мало кого это может всерьёз заинтересовать, тем более, если дома
уже стоит современная (для тех времён) радиола. А тут сразу радиостанция!
Такое нигде не купишь, это уже ИНТЕРЕСНО! До сих пор в некоторых провинциальных
городах России участок средневолнового диапазона 170-200 м "гудит" даже днем,
когда нет дальнего прохождения. "Шарманка" как и 40 лет назад остается
средством коммуникации там, где нет ни Интернета, ни телефона, и случайный
заработок в неделю составляет 200-300 рублей.
"А" V
6г3в ±
К аноду ла/лпы УЗЧ
030
R1
Одна из наиболее распространенных схем шарманок в 60-х годах.
Радиохулиганы разделились как бы на две категории: "дальнобойщиков" -
имеющих мощные передатчики, больше интересующихся проведением дальних связей
(тысячи км.), и "шарманщиков" - с радиусом действия в пределах своего
населённого пункта. Будем "дальнобойщиков" и "шарманщиков" далее называть так, хотя в
разных регионах бытовали и другие термины - определения. Основным видом
деятельности шарманщиков было "гонять музыку". Деятельность эта, надо сказать,
была востребована обществом! Не секрет, что советское радиовещание не особо
баловало слушателей разнообразием репертуара. Магнитофоны, тем более -
переносные, в дефиците. А здесь какой-нибудь "Комиссар" или "Дымок" транслирует
новинки западной эстрады, полузапрещённого Высоцкого и т.п. Можно было взять
простенький "транзистор" и отдыхать на природе под современную музыку.
Власти, естественно, боролись с радиихулиганством как могли. Незаконное
изготовление и использование передатчиков квалифицировалось по статье 206 УК
РСФСР (хулиганство) - от штрафа 50 руб. до 1,5 лет. Собственно поэтому с
лёгкой руки какого-то журналиста и возник неологизм "радиохулиган", а вовсе не
потому, что Свободные Операторы неприлично вели себя в эфире! Вешались даже
плакаты с призывами "сдавать" радиохулиганов, но общественное мнение,
благодаря "шарманочной" музыке, было на их стороне. Репрессивные меры явно не
приносили результата. Свободных Операторов ловили, но они плодились как грибы
после дождя. Многие после первого "залёта" возобновляли свою деятельность.
"Шарманщики", набираясь опыта, переходили в "дальнобойщики", а им на смену
приходили новые. Если в "шарманочном эфире" с годами только менялся
музыкальный репертуар, и происходила "ротация кадров", то у "дальнобойщиков" шло
развитие. Они ушли с диапазона Средних волн назад, на "промежуточные". В 70-е
годы, когда началось бурное освоение народным хозяйством диапазона 33-57 и
150-170 МГц, радиохулиганы - дальнобойщики основательно вжились в свой
диапазон . Наращивалась мощность передатчиков. В ответ на традиционное пожелание -
"киловатт в антенну!" запросто можно было услышать: - "Да у меня и так больше
киловатта!". О чём тогда шли радиобеседы? Да почти обо всём! На
радиохулиганском диапазоне можно было услышать беседу на отвлечённую тему,
увлекательнейший рассказ "Как я вчера нажрался", анекдоты разной степени приличности и
т.д. Избегали только политики - время было такое. Не хватало ещё под
антисоветчину попасть! Но чаще всё-таки говорили об аппаратуре, антеннах, проводили
дальние радиосвязи (в пределах Союза), соревновались - чей передатчик мощнее
и качественней.
Постепенно в среде радистов пиратского диапазона начала прививаться
политика культурного радиообмена без мата в эфире, тематика стала почти такой же,
как у легальных радиолюбителей, (т.е. в основном об аппаратуре) но остался
дух свободы и вольного эфира.
Радиохулиганство подстегивалась, как ни странно, самим государством. По-
прежнему для оформления KB позывного требовалось собрать кучу бумаг, справок
и характеристик с места работы, автобиографий, обязательно вступить в ДОСААФ
и т.п. Со дня подачи заявления проходило, по меньшей мере, полгода, а то и
больше. Сначала давалось разрешение только на постройку или приобретение
передатчика, и только пото-о-ом собственно разрешение на работу. Эти условия
только способствовали появлению новых радиохулиганов.
Историческим для Радиохулиганства стал 1980-ый год. Год, когда вместо
обещанного Коммунизма в Москве проводилась Олимпиада. Видя всю бесплодность
репрессивных мер, власти решили сделать "реверанс" - вернуть радиолюбителям
диапазон "160 метров", надеясь таким образом навсегда избавиться от радиоху-
лиганства. Рассчитывали на то, что Свободные Операторы в массовом порядке,
наперегонки, кинуться регистрировать свои передатчики. Об этом говорит хотя
бы то, что для радистов вновь открываемого диапазона была выделена
специальная серия позывных, начинающихся на EZ. Боялись, что позывных не хватит. Но в
жизни всё получилось совсем не так, как планировали власти! Некоторые,
конечно, ушли, но основная масса отказалась "становится в строй". Причины были у
каждого свои, и решение принимал каждый самостоятельно.
В России многие просто не пожелали менять свой позывной - имя
("Понедельник", "Звезда", "Серпантин") на позывной - номер (EZ какой-то). Не захотели
отказываться от привычной радиосвободы, снижать мощность своих киловаттных
передатчиков до разрешенных 5-ти ватт. Да и оформление разрешения осталось
таким же нудным и долгим делом. На Украине по хуторам, где каждый второй
парубок имел как минимум передающую приставку, а его дед пулемет на сеновале и
ведро патронов в кадке с салом, ездили передвижные радиоконтрольные пункты с
радиостанциями диапазона "160 метров" и через громкоговорители
"демонстрировали" радиосвязь. Народ начал потихоньку подтягиваться и спрашивать. В ответ:
"Тащи паспорт, прямо здесь тебе оформим разрешение и ты свободен". Не многие
клюнули на это! Ребята сказали: "Мы вольные казаки и переписи не поддаемся".
Хотя все было по-настоящему. Всесоюзное Радиохулиганское Гуляй-Поле не
пожелало отказываться от свободы! Стало ясно, что власти проиграли
"радиохулиганскую войну". Можно сказать, что к 80-ым годам окончательно сформировался и
занял своё место в эфире новый тип радиолюбителя - Радиохулиган.
1990-ые годы принесли с собой не только развал СССР, но и дали
радиохулиганству новые возможности. К примеру - возможность покупать военные и
импортные KB радиостанции. Эти годы характерны тем, что Свободные Операторы освоили
не только новые диапазоны (некоторые участки KB) , но и ранее ими почти не
применяющиеся виды модуляции, такие как SSB. А так же открытый в эти годы
диапазон Си-Би (27 МГц). Вместо приставки к бабушкиному приёмнику в ход пошли
ставшие более доступными современные транзисторы и микросхемы. Радиохулиган
XXI-го века это уже не "шарманщик" 60-70-х годов. Он гораздо лучше "вооружён"
технически. Хотя в большинстве случаев качество и совершенство аппаратуры
определяется теми средствами, которые не жалко потратить ради хобби. На одной и
той же частоте могут встретиться люди с разными возможностями: кто-то
работает на импортном трансивере, купленном за пару тысяч долларов, кто-то на
военной радиостанции, у кого до сих пор изготовление примитивной приставки на
одной лампе - предел совершенства, а кто-то на самоделке не уступающей по своим
характеристикам ни импортной, ни военной технике.
Вместе с "новыми русскими" появились и "новые радиохулиганы", основной вид
"деятельности" которых - материться в эфире и преднамеренно мешать
радиосвязи. Особенно этим страдает диапазон Си-Би.
Как считают старожилы "вольных диапазонов", (радиохулиганы, начинавшие в
60-70 годах) поведение в эфире не должно скатываться на уровень нецензурной
брани, так как авторитета этим никто не заработает, а наоборот потеряет
всякое уважение. Вспомним "шарманщиков "- их музыкальные программы с
удовольствием слушали! И даже иногда транслируемые ими матерные песни под гармошку не
вызывали в народе особого раздражения, а скорее наоборот. Чего не скажешь о
деятельности некоторых, подчеркну НЕКОТОРЫХ из "новых радиохулиганов".
Обсуждение же технических проблем постройки тех же антенн и усилителей показывает
грамотность каждого радиохулигана, помогает в развитии. В отличие от
любительских диапазонов, где такими обсуждениями все и ограничивается, тут могут
часами вестись беседы о ценах на картошку, политике, (теперь уже могут) рели-
гии и разного рода других темах, на которые регламент радиосвязи накладывает
табу. И все же радиопират - это в большинстве своем тот же радиолюбитель,
который не хочет подчиняться некоторым правилам, кажущимся ему попирающими
свободу и ограничивающими творчество. Радиолюбительство, как считают
радиопираты, с которыми мне удалось пообщаться, не должно быть ограничено чиновничьими
инструкциями, иначе это уже не хобби. Отмечу также, что это мнение людей, у
которых имеется выбор - работать на любительских диапазонах или становиться
радиопиратами, людей разных возрастов регионов и социальных групп.
У радиохулиганов нет ни лидеров и иерархий. Сколько существуют - все время
преследуемы, но от этого они все равно не исчезают! Есть в этом и некоторая
романтика, а отсюда и притягательность. Благодаря чему движение без
объединяющего центра и четких правил все еще пополняется и живет.
Пожалуй, единственным ограничением в этом хобби является следование общим
нормам морали и некоторым установившимся десятилетиями правилам. Настоящий
Радиопират никогда не будет под своим позывным типа "Клен" или "Бармалей"
работать на любительском диапазоне и тем более давать вызов на частоте
спасательной службы.
В настоящее время каких-либо мер по выявлению незаконных передатчиков,
работающих на средних и коротких волнах почти не ведется: на флоте эти частоты
используются крайне редко, системы сельскохозяйственной СВ/КВ связи не
существует ровно столько же, сколько нет и самого СССР, а радиоконтроль занят
больше выявлением несанкционированных телефонных удлинителей, работающих в
УКВ.
За рубежом тоже существует такое понятие - радиопират, но у них, в отличие
от наших радиохулиганов, основной упор на вещание, а не радиообмен. Нужно
отметить , что в странах Европы и США радиопираты обладают более совершенной
аппаратурой, в основном фирменными любительскими и профессиональными трансиве-
рами. Многие из них знакомы и периодически общаются посредством электронной
почты. Известны также совместные мероприятия: например, операторы таких
станций договариваются между собой и на какой-нибудь заранее выбранной частоте
поочередно включаются на передачу, вещают, как правило, современную музыку,
одна станция работает на передачу два-три часа, после чего эту эстафету
подхватывает другая и т.д. И целый день на этой частоте можно слышать пиратские
станции!
Но надо сказать, что и у нас во все времена нелегальное вещание тоже не
было обойдено вниманием. Про "шарманщиков" я уже писал, периодически появлялись
и появляются пиратские радиовещательные станции на УКВ диапазоне, делались
попытки и TV-вещания. Радиус действия таких передатчиков ограничен (в силу
особенностей распространения УКВ) одним населённым пунктом. Но иногда можно
услышать и "дальнобойные" пиратские вещалки КВ-диапазона.
Вот, кажется, и всё, что я хотел и смог рассказать. Остаётся только
напомнить , что радиохулиганство - административно и уголовно наказуемое деяние.
Карается штрафом от 10 до 1000 минимальных размеров оплаты труда или лишением
свободы до 6 месяцев.
ОПРЕСНИТЕЛЬ ВОДЫ
Несложное и недорогое устройство способно вырабатывать около пяти литров
питьевой воды в день, будучи оставленным на солнце.
Приспособление под названием Eliodomestico создано итальянским промышленным
дизайнером Габриэле Диаманти. Внешне оно похоже на крупный (по колено
человеку) горшок и, за исключением металлического бойлера, изготовлено из глины. По
принципу действия изделие мало чем отличается от других простых «солнечных»
опреснителей.
Металлический контейнер расположен в верхней части устройства, а его
внешняя поверхность выкрашена в чёрный цвет для «притягивания» солнечных лучей. В
него заливается морская или просто грязная вода, которая испаряется под
действием небесного светила, а пар через центральное отверстие попадает в
специальную трубку. Там он охлаждается и конденсируется, стекая в нижнюю глиняную
ёмкость в виде чистой воды. В среднем её дневной объём равняется пяти литрам.
Само собой, простота в использовании связана с дешевизной производства: как
утверждает г-н Диаманти, «генератор чистой воды» обойдётся примерно в $50. По
его словам, другие опреснители такого типа производят около трёх литров за
один световой день и стоят около $100.
Средства на создание прототипа выделила французская благотворительная
организация Fondation d'entreprise Hermes, которая помогает молодым конструкторам
и дизайнерам, работающим на благо слаборазвитых стран.
Сейчас Eliodomestico активно участвует в разных выставках. О перспективах
его применения на практике пока не сообщается.
Подготовлено по материалам Wired (http://www.wired.com)
Разное
ФОТОГАЛЕРЕЯ
Разное
ОТ РЕДАКЦИИ
Как много на свете журналов? Сколько среди них научно-
популярных? А сколько среди последних некоммерческих? Похоже,
что три, может быть пять, но не более того. Пожалуй, то, что мы
делаем, является достаточно уникальным. А редакторы таких
некоммерческих журналов являются одними из самых необычных и редких
людей на земле. По крайней мере, на российской. Вот как раз их
то мы и ищем.
Попробуйте стать нашим редактором. Испытайте себя. Быть может
Вы как раз и есть тот самый необычный человек. Если вы сделаете
это, то у вас будет два варианта: или получиться или не
получиться. Если не попытаетесь - то только один.
Что для этого требуется? Ну, во-первых, желание. Напишите нам
на адрес: domlab@inbox.com. Во-вторых, немного свободного
времени. Мы тоже делаем журнал по вечерам, после работы. Конечно,
нужно уметь пользоваться поисковыми сайтами, ведь все материалы
для журнала мы ищем в интернете - это «интернет-журнал». Крайне
желательно уметь пользоваться редактором MS Word (будь он
неладен) на хорошем уровне, но последнему можно научиться и в
процессе работы. Вот, пожалуй, и все. Да, и еще нужно иметь чутье
на хороший материал, ну, это уже от бога.
Сделайте первый шаг - дорогу осилит идущий.