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

• Название: Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени
• Автор: Джеймс Бёрк
• Жанр: История
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-98062-053-0

Эта книга — об удивительной и захватывающей истории научно-технического прогресса. На множестве примеров Джеймс Бёрк доступно и наглядно показывает, по какой замысловатой траектории порой движется наука и как открытия вековой и более давности приводят к самым современным изобретениям. От фонтанов Версаля до карбюратора, от пряностей до авиабомбы, от бритвенных лезвий до квазаров — автор скрупулезно выстраивает увлекательные цепочки и прослеживает взаимосвязи во времени и пространстве между предметами, явлениями, событиями и человеческими свершениями.

Книга адресована широкому кругу читателей, которые неравнодушны к истории научного познания.

---

Гюйгенс не знал, что необыкновенный луч был лучом поляризованного света — через первый кристалл проходили световые волны, для которых характерны колебания только в одной определенной плоскости. В 1828 году в Шотландии геолог Уильям Николь смог извлечь пользу из этого свойства исландского шпата (или кальцита). Ранее он взял на вооружение и усовершенствовал технологию изготовления тонких срезов камней и кристаллов, разработанную местным камнерезом. На примере таких срезов он исследовал внутреннюю структуру минералов под микроскопом. Тем не менее эта технология Николя так и не получила распространения — он опубликовал только две малоизвестные работы (о мелких полостях в некоторых минералах).

В 1828 году Николь разделил кристалл кальцита на две части и склеил их вместе «канадским бальзамом» — смолой канадской пихты. У смолы был другой показатель преломления, и сквозь кристалл проходил только луч поляризованного света, а обычный свет отражался. Вращением второго кристалла, подготовленного аналогичным способом и установленного позади первого, можно было изменять яркость поляризованного света. Призма Николя, так сейчас называется этот инструмент, показала, что поляризованный свет, проходя через некоторые вещества, затухает, а угол поворота, который влияет на яркость света, зависит от структуры этого вещества. Следовательно, по этому углу можно судить о его химическом составе. Вещества с такими свойствами стали называться оптически активными. В 1840 году призму Николя начали применять для определения качества сахара — количество сахарозы в сахарном растворе влияло на угол преломления поляризованного света, проходящего сквозь раствор.

Несмотря на то что в те времена сахар был столь же ценным и дорогим товаром, как сегодня бензин, это открытие не попало в заголовки газет и не сделало Николя знаменитым. Слава пришла к нему позже, благодаря стараниям другого шотландца — Джеймса Нильсона, мастера по обслуживанию доменной печи из фирмы «Глазго газворкс». В 1824 году он запатентовал изобретение, которое впоследствии изменит ход истории Шотландии. Нагнетаемый в печь поток воздуха он подал через раскаленную докрасна трубу, таким образом повысив его температуру до трехсот градусов Цельсия. В результате производительность выросла: расход угля остался прежним, а чугуна получалось в три раза больше. Другим важным обстоятельством стало то, что при такой технологии можно было использовать углистый железняк из богатых месторождений графства Ланкашир, который ранее считался слишком низкосортным для металлургии. К 1835 году метод Нильсона использовался на каждом металлургическом предприятии Шотландии, и регион приобрел огромную промышленную значимость. С 1829 по 1845 год производство чугуна в Шотландии выросло с 29 до 475 тысяч тонн, шотландский чугун использовался для самых разных нужд — от строительства мостов до производства питьевых фонтанчиков, оборудования для выпаривания сахара85 — 218 и даже чернильниц. Этот подъем естественным образом повлек за собой бум в угольной отрасли, что в конечном итоге и принесло известность Уильяму Николю и его «минералам в мелкую нарезку».

В дальнейшем развитии событий принял участие ботаник-любитель из северной Англии Генри Уитам, который был помешан на строении ископаемых растений. В 1829 году в Эдинбурге, после своего выступления на тему «О растительности начального периода древнего мира», он познакомился с Николем и разговорился с ним о тонких срезах минералов. Уитама так привлекла перспектива изучить свои любимые растения при помощи методики Николя, что он применил ее для исследования множества ископаемых образцов — растений, зубов, рыбьих скелетов, деревьев, — которые в изобилии выкапывали горняки при добыче угля. В 1831 году Уитам описал свои находки в статье «Замечания о некоторых ископаемых растениях» и с благодарностью упомянул Николя (даже не пытайтесь найти эту работу в библиотеке).

Этот труд прочел еще один одержимый, Генри Сорби из Шеффилда (он всюду возил за собой свою мать и так никогда и не женился), и был потрясен методикой Николя и обнаруженными им пустотами в горной породе. Впоследствии этот ученый заложил основы микроскопической петрографии и был первым человеком, который «принес микроскоп в горы». Сорби интересовали минералы сами по себе, а не окаменелые растения, которые могли в них попасться. В 1849 году, взяв на вооружение метод изготовления срезов Николя (геологи называют их шлифами) и призму, он принялся исследовать гранит — ценнейший источник сведений об истории вулканических пород. Ранее Сорби тщательно изучал процессы осаждения песка и ила в вихревых течениях, так что теперь он использовал методы Николя, чтобы проанализировать характерные узоры в камне и узнать, как именно формировались осадочные горные породы. Исследуя микрополости, он научился определять, под действием каких факторов (вода, температура или давление) они сформировались. Эта информация крайне важна для геологов и других ученых, изучающих историю Земли.

В 1864 году, ознакомившись с действием спектрометра86 — 105, 198, Сорби скомбинировал этот прибор с микроскопом и таким образом изобрел микроспектроскоп. Этот прибор он использовал для изучения растворов неизвестных веществ в воде, просвечивая их и пропуская свет сквозь призму. Материалы в изучаемых веществах поглощали световые волны определенной длины, и в результате спектр, видимый через призму, содержал неосвещенные черные вертикальные полосы в тех точках спектра, где в нормальных условиях был бы цвет с соответствующей длиной волны. По этим линиям он определял, какой материал в веществе поглощает свет.

Такие исследования Сорби проводил со многими веществами, в том числе органическими ядами, птичьими яйцами, растениями, водорослями, человеческими волосами, грибами и копотью. В 1867 году его внимание привлекли осенние листья, он решил выяснить, почему они меняют свой зеленый цвет на желтый или красный. Он обнаружил, что все дело в веществе, которое образуется только осенью, когда зеленый хлорофилл в листьях разлагается от недостатка солнечного света. Это желто-красное вещество Сорби назвал каротином (он придает моркови[4] ее характерный цвет). Выяснилось, что каротин отвечает за желтую и красную пигментацию у всех растений и животных. Перья фламинго, панцири крабов, абрикосы, томаты и яичные желтки — во всем был обнаружен каротин. Затем, в 1876 году благодаря стараниям немецкого профессора Франца Болля каротин был найден и в человеческом глазе.

В 1873 году, когда Болль еще жил в Берлине и занимался физиологией электрических рыб, ему поступило предложение, от которого невозможно было отказаться, — возглавить лабораторию сравнительной анатомии в университете Рима. Тремя годами позже, исследуя сетчатку лягушки, Болль обнаружил, что под воздействием сильного света красный пигмент сетчатки обесцвечивался. В том же году он отправился в Берлин и продемонстрировал этот феномен старшим товарищам, в том числе Герману фон Гельмгольцу87 — 233 и Эрнсту Прингсхайму88 — 279. После беседы с Гельмгольцем Болль решил выяснить, почему же обесцвечивается красный пигмент в глазной сетчатке (позже его назовут родопсином). Под микроскопом Болль обнаружил, что потеря красного цвета связана с тромбоцитами внешнего слоя глазных палочек. Поскольку у ночных животных эти ткани красного цвета, а у ведущих дневной образ жизни — белые, Болль посчитал, что красный цвет исчезает под действием света, а в темноте некий «питательный элемент» восстанавливает его. Позже будет установлено, что этим питательным элементом является разновидность каротина, и его дефицит сдерживает выработку зрительного пурпура (родопсина), что ведет к слепоте. Этот аспект диетологии станет очевиден благодаря странному поведению кур на острове Ява.

Беду, которая приключилась с курами, заметил молодой врач, голландец Христиан Эйкман. Он находился на Яве в составе армейской комиссии по расследованию причин бери-бери, тропической болезни, подтачивавшей здоровье членов голландской колониальной администрации. В 1886 году комиссия была убеждена, что бери-бери вызвана какой-то инфекцией. Собрав нужные сведения, комиссия вернулась на родину, а Эйкман остался на Яве заведовать медицинской школой. Однажды он обратил внимание на странное обстоятельство: куры на территории больницы своей шатающейся и неустойчивой походкой навевали ассоциации с симптомами бери-бери у людей. Эйкман ничего не стал предпринимать, а в один прекрасный день птицы ожили и казались здоровыми. Выяснилось, что это событие совпало с прибытием в больницу нового повара, который перестал кормить птицу остатками обеда сотрудников-европейцев, в состав которого входил дорогой шлифованный рис. Он стал давать курам неочищенный рис, который употребляли в пищу местные жители. На этой-то диете птицы и выздоровели. Стало очевидно: в таком рисе содержалось нечто такое, что предохраняло птиц от болезни. Что же это был за ингредиент? После исследований в Голландии Эйкман и его коллеги объявили, что все дело в шелухе, которая счищается при шлифовке риса. Но что такое особенное есть в шелухе?