Текст: Андрей Мягков
Наука ожидаемо плохо уживается с изоляцией, враждой и фразой "отдай, это мое" — а вот совместные усилия всего человечества, напротив, оборачиваются завидной синергией. Правда, некоторые звенья этого челночного забега в поисках прогресса порой теряются — из-за чего командная игра воспринимается как показательные выступления отдельных гениев
Историк Джеймс Поскетт в своей книге «Незападная история науки» как раз ставит своей целью восстановить недостающие звенья, выпавшие из традиционного научного канона по многим — печально человеческим — причинам. Не подвергая сомнению значительную роль европейских ученых, которые действительно кучу всего открыли и сформулировали, Поскетт предлагает не забывать их коллег из других частей света — иногда дававших Ньютонам и Эйнштейнам данные, необходимые для великих открытий, а иногда и вовсе опережавших поп-звезд науки в их изысканиях. Так, открытие строения атома традиционно приписывают британцу Эрнесту Резерфорду — при этом, вот незадача, японский физик Хантаро Нагаока на несколько лет раньше написал серию статей на ту же тему.
Или вспомним Коперника, с которого обычно начинают отсчет величия европейской науки: его гелиоцентрическая модель мира была прорывной для своего времени, но мало кто упоминает, что это открытие ученый совершил именно в тот момент, когда Европа налаживала все более тесные связи с Азией. В своих трудах Коперник недвусмысленно опирался на теории и методы, подсмотренные им в арабских и персидских текстах. Больше того: сами эти тексты уже являлись плодом научного обмена, безостановочно происходившего по всей Азии и Африке. Да-да, и Африке: придворные математики в Тимбукту еще в XVI веке изучали арабские рукописи, специально привезенные с другой стороны Сахары. "Я демонстрирую, что развитие современной науки зависело в первую очередь от межкультурного обмена идеями по всему миру, — пишет Поскетт. — Так было в XV в.; так есть и сегодня".
Еще один важный урок этой книги: то, как политика искажает историю науки (и не только) в угоду сиюминутным целям. Очевидный пример — искажения, порожденные Холодной войной, когда научно-техническое развитие превращалось в руках политиков в средство идеологической борьбы. Но увы, такое происходило и в пределах одной — в том числе нашей с вами — страны; есть какая-то злая ирония в том, что советские историки, зачастую игнорируя достижения коллег, совершенные еще в царской России, лишь способствовали распространению мифа о Европе как единственной и неповторимой колыбели научного знания.
Именно об открытиях российских ученых — о которой в книге Поскетта написано немало — мы и предлагаем вам прочитать в День российской науки, который отмечается 8 февраля. Впрочем, и в любые другие дни тоже предлагаем.
Незападная история науки: Открытия, о которых мы не знали / Джеймс Поскетт ; Пер. с англ. Ирины Евстигнеевой — М. : Альпина Паблишер, 2024. — 474 с.
I. Война и грозы в царской России
Александр Попов смотрел, как приближается гроза. Что ж, настало время проверить свое изобретение в деле. Попов уже много лет преподавал электротехнику в Минном офицерском классе — военно-морском училище, находящемся в Кронштадте в восточной части Финского залива. Теперь, весной 1895 г., он собирался применить то, чему учил, на практике. Поднявшись на ближайшую башню, он запустил в небо небольшой воздушный шар, к которому была привязана медная проволока. Когда грозовые тучи вдалеке озарились разрядами молний, Попов присоединил конец проволоки к «грозоотметчику». Как он и рассчитывал, машина ожила. Хотя гроза находилась на расстоянии почти 25 км, на каждую вспышку молнии откликался маленький звонок. Попов, имевший самое прямое отношение к военно-морскому флоту, сразу же понял потенциал своего изобретения. С его помощью корабли в море и синоптики на суше могли обнаруживать приближение грозы до ее начала. Как работало этот устройство? В основе действия грозоотметчика лежал известный принцип — разряд молнии создает электромагнитные волны. Попов изобрел способ регистрировать эти волны на расстоянии… и попутно сконструировал один из первых радиоприемников в мире. В царской России радио зародилось во время изучения гроз.
При создании своей машины Попов опирался на работу французского физика Эдуарда Бранли. В 1890 г. Бранли сообщил о своем открытии: электромагнитные волны воздействуют на металлические опилки. Это привело к изобретению прибора, получившего название «когерер»: он лег в основу всех первых радиоприемников. Когерер состоял из небольшой стеклянной трубки, заполненной металлическими опилками. Сами по себе металлические опилки — плохой проводник электричества. Но при прохождении через трубку электромагнитной волны металлические опилки выравнивались — когерировали — и, сцепившись, внезапно превращались в проводник электричества. Таким образом пионеры радио смогли обнаруживать электромагнитные волны. Единственная проблема состояла в том, что каждый раз для восстановления детектирующих свойств трубки ее требовалось встряхивать, чтобы расцепить и перемешать опилки. Гениальное новшество Попова позволило решить эту проблему. Его грозоотметчик использовал ток, генерируемый электромагнитными волнами, для питания молотка, который ударял по стеклянной трубке и встряхивал металлические опилки. Благодаря этому прибор мог срабатывать при каждом разряде молнии — то есть регистрировать каждое отдельное излучение электромагнитной волны.
Тот факт, что российский изобретатель грозоотметчика работал в военно-морском училище, говорит о многом. Физика в XIX в. была наукой как теоретической — «чистой», так и практической — «промышленной». Попов родился в 1859 г. на Урале в рабочем поселении при Богословском металлургическом заводе, который выбрасывал в небо над поселком клубы ядовитого дыма. В детстве Попова завораживали машины в местных мастерских и на руднике. Однажды из старых ходиков и электрического звонка он сконструировал электрический будильник и с гордостью поставил его у себя в спальне, где он и отзванивал время. Его отец был бедным священником и настаивал, чтобы сын отправился учиться в духовную семинарию. Тем не менее Попов сумел поступить на физико-математический факультет Санкт-Петербургского университета, где учился с 1877 по 1882 г. Чтобы заработать себе на жизнь, одновременно с учебой он работал электромонтером в новой петербургской компании — товариществе «Электротехник». Он помогал проводить освещение в местном увеселительном саду, а в 1880 г. устроился гидом на проходившую в Санкт-Петербурге промышленную выставку, где компании со всего мира представляли свои новейшие электрические машины: телеграфные аппараты, электрогенераторы и даже устройство для электротерапии, которое, как гласила его реклама, излечивало самые разные недуги.
По окончании учебы Попову предложили должность преподавателя в Санкт-Петербургском университете, но обещанное ему жалованье было скромным, а молодой физик собирался жениться и нуждался в надежном источнике дохода. Поэтому в 1883 г. он устроился ассистентом на кафедре электротехники в Минном офицерском классе и переехал в Кронштадт. Для начинающего ученого в России XIX в. работа на военно-морской флот предполагала не только более высокий доход, но и более благоприятные условия для научной деятельности. В Минном классе имелась физическая лаборатория, оснащенная самым современным оборудованием, а также обширная библиотека с новейшими зарубежными и российскими научными изданиями. В училище готовили специалистов, которым предстояло управлять торпедными катерами. Попов читал курсантам лекции по самым разным дисциплинам — от электромагнетизма до химии взрывчатых веществ. Именно в лаборатории Минного класса Попов впервые сгенерировал электромагнитные волны и продемонстрировал курсантам, как использовать его грозоотметчик для коммуникации на расстоянии. «Можно предположить, что применение этих явлений принесет существенную пользу на флоте в качестве маяков и для сигнализации между кораблями», — пояснил Попов. В то время вся коммуникация в море осуществлялась с помощью флагов и сигнальных огней — так же, как и на протяжении многих веков.
Попов по праву гордился своим изобретением. Поэтому он был поражен, узнав, что у него есть конкурент, разработавший очень похожее устройство. В 1897 г., просматривая свежий номер инженерного журнала, Попов наткнулся на новость, что итальянский инженер Гульельмо Маркони пытается запатентовать в Великобритании радиоприемник собственной конструкции. Сегодня Маркони широко известен как изобретатель радио, но в действительности несколько других ученых, включая Попова (который не уставал это подчеркивать), чуть ли не одновременно разработали почти идентичные устройства. «Приемник Маркони во всех своих деталях сходен с моим устройством от 1895 года», — сетовал Попов. Было очевидно, что исследование возможностей практического применения электромагнитных волн продвигается вперед быстрыми темпами, поэтому Попов поспешил превратить свой грозоотметчик в коммерческую систему радиосигнализации. Для этого он объединил усилия с французским инженером-предпринимателем Эженом Дюкрете, который начал производство радиодетектора Попова во Франции. В 1898 г. с помощью модифицированного варианта первоначальной конструкции Дюкрете удалось принять радиоволны, отправленные между Эйфелевой башней и Пантеоном, на расстоянии более 3,2 км. Впервые Эйфелева башня была использована в качестве радиоантенны — эту функцию она продолжает выполнять и по сей день.
Как уже говорилось в предыдущей главе, во второй половине XIX в. в царской России возобновились инвестиции в науку. Это касалось прежде всего физических и биологических наук. После поражения России в Крымской войне 1853–1856 гг. царь Александр II был полон решимости модернизировать экономику и вооруженные силы. Это требовало создания новых научных лабораторий как при гражданских университетах, так и при военных учебных заведениях, а также переориентации науки на удовлетворение военных и промышленных нужд. Александр II был убежден, что выживание Российской империи в конечном счете будет зависеть от того, сумеет ли она воспользоваться новейшими достижениями науки и техники. Для торжеств по случаю своей коронации, состоявшейся в Москве в сентябре 1856 г., он даже приказал военным инженерам осветить весь Кремль грандиозной электрической иллюминацией. Один комплект гирлянд, согласно официальному отчету, был оформлен в виде «колоссальной короны… с огненными сапфирами, изумрудами и рубинами». Таково было новое индустриальное восприятие царской власти. Для Александра II будущее было за электричеством.
Исследовательская лаборатория Минного офицерского класса в Кронштадте была лишь одним из великого множества новых научных учреждений, созданных в России во второй половине XIX в. В 1866 г. Александр II утвердил создание Русского технического общества с правлением в Санкт-Петербурге. Это общество занималось организацией отраслевых съездов в разных областях, включая железнодорожное дело, фотографию, электрическую телеграфию и многие другие. Кроме того, РТО издавало целый ряд научных журналов, в том числе журнал «Электричество», а также проводило крупные промышленные выставки (на одной из таких выставок Александр Попов и подрабатывал в бытность студентом).
Университеты тоже стали уделять больше внимания физическим наукам, хотя, как правило, в этом они отставали от промышленных и военных училищ. В 1847 г. русский физик Александр Столетов посетил Кембриджский университет: там он познакомился с Джеймсом Максвеллом и присутствовал при открытии нового центра экспериментальной физики — Кавендишской лаборатории. Вдохновленный британским примером, по возвращении в Россию Столетов занялся расширением и модернизацией физической лаборатории Московского университета. К концу 1880-х гг. физический факультет располагал самым современным научным оборудованием, включая аппараты для генерации электромагнитных волн. Именно здесь Петр Лебедев проводил свои эксперименты с «давлением света», о которых шла речь в начале главы.
Александр II придавал большое значение не только исследованиям в области электромагнетизма, но и развитию современной химии. В конце концов, практическая польза химии была предельно очевидна. Во второй половине XIX в. русские химики выполняли государственные поручения в самых разных областях, от изготовления пороха до производства водки. Поскольку в те времена общепризнанным лидером в промышленной химии была Германия, российское правительство отправляло сотни молодых ученых в немецкие университеты. Среди них был и Дмитрий Менделеев — пожалуй, самый знаменитый русский химик той эпохи. С 1859 по 1861 г. он учился в Гейдельбергском университете, а после возвращения в Россию начал преподавать в Санкт-Петербургском университете, где помог обновить курс химии (с целью придать ему более практическую направленность), и расширил экспериментальную деятельность по образцу увиденных в Германии лабораторий. Менделеев также участвовал в создании Русского химического общества* (1868г.), которое через год начало издавать собственный научный журнал на русском языке.
Сегодня Менделеева помнят в основном как создателя периодической таблицы, в которой все химические элементы были упорядочены по атомному весу и распределены по 18 группам. В таблице оставались пустые места: Менделеев смог предсказать существование пока неизвестных химических элементов, а также их свойства. Но при этом часто забывается, что Менделеев не был чистым теоретиком. Он был практиком, убежденным в важности химии для промышленного и военного развития Российской империи. Химия есть «орудие, служащее практическим целям, — утверждал Менделеев в своем известнейшем учебнике «Основы химии» (1868–1870). — Она открывает путь к полезному использованию природных ресурсов и созданию новых веществ». Таким образом, чтобы понять вклад Менделеева в развитие современной химии, нам нужно выйти за рамки его знаменитой таблицы и вернуться в мир промышленности и войн, в котором существовала наука XIX в.
Дмитрий Менделеев поднял руку, отдавая флотским артиллеристам приказ зарядить пушку. Когда он опустил руку и крикнул «Огонь!», офицер дернул спусковой шнур, и орудие выплюнуло снаряд, который разорвался на другом конце чистого поля. Менделеев был доволен: его новое изобретение работало. Так холодным апрельским утром 1893 г. прошли первые испытания «пироколлодийного пороха» — нового вида бездымного пороха, над которым ученый работал последние три года. Заняться этим его попросил не кто иной, как сам Александр III. Обеспокоенный последними военными успехами других европейских держав, российский царь обратился за помощью к Менделееву, который к тому времени сделался светилом мировой химии. Для обеспечения ученого и его коллег всем необходимым для разработки при Морском министерстве по указу царя была создана специальная Научно-техническая лаборатория, расположившаяся на небольшом острове посреди Невы в Санкт-Петербурге. Именно здесь в 1890–1893 гг. Менделеев проводил большую часть времени, используя свои глубокие познания в химии для создания новых взрывчатых веществ.
Изобретение бездымного пороха было одним из важнейших военных новшеств XIX в. Обычно порох изготавливался из смеси селитры, серы и древесного угля. Но с развитием химии ученые начали искать более мощные альтернативы. Основой для нового поколения взрывчатых веществ стал впервые полученный в 1840-х гг. нитроглицерин, который смешивался с другими химическими веществами. Как известно, шведский химик и инженер Альфред Нобель (который завещал свои деньги на учреждение знаменитой Нобелевской премии) разбогател на разработке новых взрывчатых веществ, в том числе бездымного пороха баллистита.
Как следует из его названия, бездымный порох производит очень мало дыма. Это очевидное преимущество в бою, особенно в морских сражениях, поскольку улучшается видимость и облегчается координация действий судов и экипажей. Еще более важное преимущество состоит в том, что бездымный порох обеспечивает гораздо более мощный взрыв. При использовании обычного пороха значительная часть топлива расходуется впустую (сгорает и превращается в дым), тогда как в случае с бездымным порохом почти все топливо преобразуется во взрывную силу. Этот мощный взрыв увеличивает дальность, точность и скорость артиллерийских снарядов, что подчас дает решающее преимущество в морском бою, особенно против металлических кораблей, которые начали строиться во второй половине XIX в. Только мощный артиллерийский снаряд мог пробить корпус современного линкора. Словом, Александр III понимал, что военно-морскому флоту России срочно требуется собственная технология бездымного пороха.
Работая в Морской научно-технической лаборатории, Менделеев начал с детального изучения существующих британских и французских образцов. Он побывал во Франции и лично посетил Вулвичский арсенал в Лондоне, где познакомился с британской разновидностью бездымного пороха под названием кордит. Анализируя эти образцы, Менделеев пришел к выводу, что необходимо разработать новое соединение на основе смеси углерода, водорода, азота и кислорода. Это позволило бы ему улучшить французскую и британскую разновидности, создав порох, который был бы еще более мощным и давал бы еще меньше дыма. Особенно Менделееву пригодилось знание атомного веса различных химических элементов — это позволяло рассчитать точную пропорцию веществ, которая при воспламенении произведет максимально сильный взрыв.
К концу 1892 г. Менделееву удалось изготовить небольшую партию нового бездымного пороха. Это был «новый продукт в химическом отношении, который сильно отличался от обычного пороха и требовал фундаментального знакомства с химическим реакциями и продуктами», как написал Менделеев в своей записной книжке.
На протяжении всей своей жизни Менделеев проявлял острый интерес к военному и промышленному развитию Российской империи. Иногда он работал на правительство, в других случаях — на частные компании. Он принимал активное участие и в развитии российской нефтяной отрасли. В XIX в. Российская империя в ходе войн с Персией и Османской империей захватила значительную часть Закавказья и Прикаспия, включая территорию современного Азербайджана с его богатыми нефтяными месторождениями. Российская корона немедленно объявила эти нефтеносные земли своей собственностью, а потом начала сдавать их в долгосрочную аренду частным компаниям (Бакинскому нефтяному обществу и некоторым другим). И вновь Менделеев поставил свои глубокие знания химии на службу промышленности: он разработал эффективный способ разделения сырой нефти на целый ряд коммерчески ценных нефтепродуктов, а также предложил другие полезные идеи. Позже, в 1870-х гг., Менделеева даже отправили в США для изучения опыта американских нефтяников. В то время Россия все еще импортировала большую часть необходимой ей нефти из Соединенных Штатов. Но к концу века ситуация полностью изменилась: Россия стала поставлять на мировой рынок почти 90% всей сырой нефти.
* 10 лет спустя Менделеев добился слияния этого общества с соответствующим объединением физиков. Русское физико-химическое общество просуществовало с 1878 по 1930 г.
