Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени - Джеймс Бёрк

Материя была в то время загадкой. Что такое материя? Почему песок состоит из множества мелких частиц, а камень это один большой предмет? До каких пределов можно измельчить материю? Существовали теории о мельчайших элементах материи, но никто не знал, каким образом они образуют целое. Лейбниц предположил, что любой материальный объект можно разделить на более мелкие объекты. Однако в основе всех предметов — бесконечно малые элементы, которые состоят только из чистой энергии. Эти мельчайшие частицы и есть, по Лейбницу, основа всего сущего. Но как эти частицы энергии становятся материей? Он ввел понятие монады, описав ее как мельчайшую материальную единицу, которая удерживает частицы энергии и таким образом формирует материю. Соответственно, мельчайшая собранная таким образом группа частиц и есть мельчайший элемент любого вещества.

Эти идеи вдохновили Дальтона на дальнейшие исследования погоды. Для своих метеорологических опытов он конструировал барометры, термометры и плювиометры и с их помощью изучал туманы, дожди, облака и атмосферное давление. Больше всего он интересовался влажностью и тем, как влага попадает в атмосферу и покидает ее. В то время никто не знал ответа на этот вопрос, и по одной из самых распространенных теорий этому должна была способствовать некая химическая реакция. Дальтон был убежден, что ключевую роль в этом процессе играет атмосферное давление. С высотой давление понижается, следовательно, сила притяжения удерживает частицы воздуха у земли, а это значит, они имеют вес.

Дальтон обнаружил, что азота в воздухе в четыре раза больше чем кислорода, и это подтолкнуло его к исследованию смешения газов. Он заметил, что в процессе соединения различных газов всегда остается определенное количество чистого газа. Затем он определил, что кислород и водород всегда образуют смесь в отношении 8:1, а другие газы также смешиваются в строгих пропорциях. Дальтон задался вопросом: может быть, это зависит от веса газа? Когда он под давлением закачивал различные газы в воду, некоторые из них растворялись в воде, а некоторые — нет. Было ли это тоже связано с их весом? В воде каждый газ вел себя по-своему и сохранял свои свойства. Значило ли это, что газ всегда сохраняет свою массу?

В 1803 году Дальтон опубликовал работу о растворении газов в воде, в которой указал зависимость их растворимости от веса, а также привел значения веса различных газов. В 1805 году он опубликовал полноценную таблицу весов, а в 1807-м в своем докладе в Эдинбурге сообщил «о новом взгляде на элементы веществ и их комбинации». В своей речи он уверял, что новый подход «вызовет важнейшие перемены в химии, существенно упростит ее и сделает понятной даже для людей недалекого ума». Этим скромным замечанием Дальтон открыл дорогу химии в современном ее понимании, а также атомно-молекулярному учению, в соответствии с которым ключевым параметром для образования любого химического соединения является атомный вес его компонентов.

Знаменитым Дальтона и его теорию сделал шведский ипохондрик, гурман, любитель женщин и курортов, Йёнс Якоб Берцелиус. В тот год, когда Дальтон объявил о своем открытии, Берцелиус получил должность профессора медицины и фармации в Стокгольмском медицинском колледже (который позже стал называться Каролинским институтом), где он всецело погрузился в изучение химии. Благодаря богатой жене он мог позволить себе предаваться увеселениям: путешествиям (он вел занимательные дневники с зарисовками женских прелестей), еде (до сорока перемен блюд на званых обедах), поездкам на воды (для лечения от выдуманных болезней) и исследованию различных веществ при помощи паяльной трубки. Это было довольно распространенное в те дни устройство, которое использовали для повышения температуры пламени до 1500 градусов Цельсия и анализа измельченных минералов. Берцелиус был знатоком в этом деле и, заезжая к кому-нибудь в гости (например, к Гете), перед тем как предаться чревоугодию за ужином, частенько развлекал хозяев определением состава камней из их домашней коллекции.

Первая таблица весов двадцати химических элементов Дальтона. За единицу был принят атомный вес водорода. Теория Дальтона о неделимых атомах (которые группируются, образуя химические соединения) перевернула представления о химии. Следующий шаг сделает Берцелиус — он введет новую систему записи химических элементов и соединений

Берцелиуса очень занимала таблица атомных весов Дальтона, и он продолжил это начинание. В 1818 году он измерил вес сорока пяти из сорока девяти известных химических элементов и составил список более чем двух тысяч химических соединений. Отупляющая сложность такой работы навела его на мысль о более рациональном способе записи химических формул и реакций. Берцелиус придумал форму записи, которой химики пользуются и по сей день. Каждый химический элемент записывался при помощи первой буквы его латинского названия. Если с той же буквы начиналось название другого элемента, он обозначался первыми двумя буквами. Пропорции химических соединений указывались мелкими цифрами справа от букв. Таким образом сегодня мы знаем, что формула серной кислоты выглядит как H2SO4.

Берцелиус оставил еще один след в истории — определил новый химический элемент. Однажды неподалеку от железного рудника в Швеции он нашел камень непонятного состава. В основе его был вольфрам, но присутствовала еще примесь какого-то неизвестного минерала. Вместо того чтобы назвать его сведониум или берцелиум, как можно было бы ожидать, он дал ему имя церий311 — 106 в честь недавно обнаруженного астероида. Это была занятная история — астероид обнаружили и тут же потеряли. Самое интересное заключалось в том, что первооткрыватель прекрасно знал, где искать, но астероид пропал. Еще в 1772 году директор берлинской обсерватории Иоганн Боде объявил о том, что существует математическая зависимость между интервалами, разделяющими орбиты планет Солнечной системы. В основе этой зависимости лежит числовой ряд: 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96, 192. В случае каждой планеты предыдущее число этой последовательности умножалось на 2 и к произведению прибавлялось число 4. Таким образом было предсказано положение всех планет кроме Нептуна. Если верить этой зависимости, то в позиции 24 + 4 также должно находиться небесное тело. Однако там было пусто.

Ученые безуспешно бились над этой загадкой до тех пор, пока в 1801 году астероид Цереру не обнаружил Джузеппе Пьяцци, астроном из Палермской обсерватории на Сицилии. С воодушевлением он провел три наблюдения за новым объектом, а потом сильно заболел. Когда он поправился, небо было облачным и прояснилось только через несколько недель. Пьяцци вновь посмотрел в телескоп. Какова же была его досада, когда он обнаружил, что Цереры нет на месте. До болезни он наблюдал ее только на девять градусов ее орбиты, и этого было не достаточно, чтобы при помощи экстраполяции приблизительно вычислить ее новое положение. Исчезновение Цереры стало ударом для всего астрономического сообщества. Когда молодой гений математики из Германии, Фридрих Гаусс, объявил, что нашел способ обнаружить планету, все были, конечно, приятно удивлены, но настроены скептически. Тем не менее Гауссу действительно удалось высчитать положение Цереры на основе всего трех дней наблюдений, и ровно через год ее обнаружили именно там, где он указал. Это событие сделало Гаусса мировой знаменитостью, и он получил пост астронома в Гёттингенском университете (там до сих пор хранится его законсервированный мозг).

Гаусс был человеком разносторонним. Он, например, раньше Морзе придумал телеграф и увлекался странным древним языком, который приобрел популярность в среде немецких романтиков. Этим языком был санскрит312 — 278. Он привлек внимание западных ученых благодаря стараниям валлийского судьи сэра Уильяма Джонса, работавшего в Индии. Джонс был полиглотом и выучил иврит, латынь, греческий, французский, итальянский, арабский, португальский и испанский. Еще до своей поездки в Индию он опубликовал грамматику фарси. Прибыв в 1783 году в Калькутту, он познал прелесть санскрита. Как глубоко религиозный человек, Джонс был уверен, что однажды будет найдено историческое подтверждение всех библейских легенд. Санскрит распалил его интерес, поскольку мог быть языком Эдема. В 1784 году Джонс уже активно изучал его.

В 1786 году он взбудоражил общественное мнение сообщением о том, что санскрит является тем самым языком, от которого произошли все европейские наречия. Он установил связи между санскритом и греческим, латынью, кельтским, армянским и албанским. Как только Джонс опубликовал грамматику санскрита, им тут же увлеклись интеллектуалы Европы. В какой-то момент им заинтересовались немецкие ученые, и в том числе Гаусс. Отчасти интерес германцев к древности объяснялся веяниями романтизма и революционных настроений (после событий во Франции и Америке), которые раздули в Европе огонь национализма.