Закон счастливых совпадений: формулы богини и пляшущие змеи

Мы любим говорить, что нет ничего невозможного, но сами расставляем пределы в своей голове, что здорово ограничивает фантазию. По другому известному утверждению, все случайности в научных открытиях закономерны: не знающий основ физики человек вряд ли увидит во сне строение атома. Наш автор нашел вдохновляющие сюжеты для научно-популярного сериала о счастливых совпадениях таланта, знаний и случайности.

Эпизод первый: судьбоносное опоздание

В 1939 году студент Калифорнийского университета в Беркли Джордж Данциг опоздал на лекцию по статистике. Он вошел в аудиторию и увидел на доске две задачи. В начале занятия профессор Ежи Нейман представил их как примеры нерешенных проблем математической статистики. Данциг представление пропустил и подумал, что это домашнее задание. Через несколько дней он принес профессору расчеты. Тот опешил от такого поворота. Его студент разобрался сразу с двумя научными проблемами: решил задачу о нахождении метода наименьших квадратов при наличии ошибок в наблюдениях и задачу о статистическом оценивании параметров распределения, которая до того момента не имела удовлетворительного решения.

Выкладки Данцига оказались настолько точными, что Нейман включил их в свои научные публикации. «Домашка» вошла в докторскую Данцига и прославила его в научной среде. Позднее он стал знаменит как отец линейного программирования — ​метода оптимизации, который применяют в экономике, логистике, военном деле и космических миссиях.

Эпизод второй: формулы богини Намагири Деви

Индийский математик-самоучка Сриниваса Рамануджан, не имея высшего образования, прочитав единственный учебник математики, решал сложнейшие задачи в области теории чисел. Вот что пишет о Рамануджане его наставник, великий английский математик Годфри Харди: «Он был в лучшем случае наполовину образованным индусом… <…> Большую часть своей жизни он работал, оставаясь в полном неведении относительно открытий современных европейских математиков, и умер, когда был чуть старше 30 и когда его математическое образование в некотором смысле едва началось. У него много опубликованных работ, вместе они образуют книгу из почти 400 страниц, но он также оставил массу неопубликованных работ, которые включают множество новых открытий».

По иронии судьбы учебником, который в 16 лет прочитал Рамануджан, был «Сборник элементарных результатов чистой и прикладной математики» в двух томах (1880). Его автор Джордж Шубридж Карр пришел в математику очень поздно. Из-за болезни сетчатки глаза долго не мог читать и писать. Когда болезнь удалось вылечить, в возрасте 40 лет поступил в Кембридж. Степень магистра получил в 46 лет. Сегодня Карра если и вспоминают, то лишь в связи с Рамануджаном, который благодаря его сборнику из 6 тыс. формул и теорем почти без пояснений и доказательств выработал собственную манеру математического мышления.

Кстати, Рамануджан рассказывал Харди, что открытия делает не он, а богиня Намагири Деви, также известная как Намаккаль, которой поклонялась его семья. Намагири Деви являлась юноше во снах и пела формулы.

Эпизод третий: пляшущие змеи Кекуле

Молекулу бензола, С6Н6, можно назвать прообразом всех ароматических соединений — ​класса, которому принадлежит львиная доля и природных, и синтетических веществ, наиболее интересных химикам. В 1865 году ее структуру открыл немец Фридрих Август Кекуле. Тоже во сне.

«Я сидел и писал учебник, но работа продвигалась плохо, — ​вспоминал он. — ​Мои мысли были не здесь. В конце концов я развернул кресло к камину и задремал. Атомы снова заплясали у меня перед глазами, только на сей раз небольшие группы скромно держались на периферии. Мой мысленный взор, обостренный частыми видениями такого рода, теперь мог различать большие структуры во всем разнообразии их форм: длинные ряды, пригнанные вплотную друг к другу и при этом по-змеиному сдваивающиеся и вьющиеся. Но что это? Одна змея ухватила свой собственный хвост и издевательски закружилась передо мной. Я очнулся словно от вспышки молнии — ​и снова потратил остаток ночи, работая над тем, что вытекало из моей догадки». Догадка заключалась в том, что бензол — ​циклическая молекула: шесть атомов углерода образуют шестиугольник, к каждому углу которого прикреплен атом водорода. Адольф фон Байер, великий химик­органик, как-то заметил, что променял бы достижения всей своей жизни на одно это озарение.

Во времена расцвета фрейдизма в змеях Кекуле углядели новый подтекст — ​мол, профессор жил в квартире один в разлуке с женой, встречались они очень редко. Но что тогда только не толковали по Фрейду.

Эпизод четвертый: атомный сон Нильса Бора

Нильс Бор открыл строение атома тоже отчасти благодаря сновидению. Ученому приснилось Солнце, состоящее из горящего газа. Вокруг вращались планеты, соединенные с ним тонкими нитями. Внезапно газ затвердел, а Солнце и планеты уменьшились. Научное толкование сновидения Бор дал сразу после пробуждения: да это же наглядная модель атома. Солнце — ​ядро, планеты — ​электроны, нити — ​связи между электронами и ядром.

В июле 1913 года 27‑летний приват-доцент Копенгагенского университета Нильс Хенрик Давид Бор опубликовал статью «О строении атомов и молекул». Модель Бора, одно из крупнейших достижений теоретической физики, легла в основу квантовой механики и помогла понять природу химических связей, строение вещества и многие фундаментальные процессы. За это открытие Бор получил Нобелевскую премию по физике.

Эпизод пятый: три ведра с водой — ​к удаче

А вы знаете, что появлением атомных реакторов мы отчасти обязаны уборщице Римского университета «Сапиенца» Цезарине Марани? Как-то в лаборатории Энрико Ферми уборщица оставила три ведра воды под столом. Влажный воздух стал источником водорода — ​и большого открытия.

Впрочем, по порядку. В 1934 году научный мир всколыхнуло известие: ядро тяжелых атомов может захватить летящий нейтрон и превратиться в новый, более тяжелый изотоп, испустив при этом гамма-излучение. Энрико Ферми начал нейтронную бомбардировку всех элементов подряд. И заметил странности. Гамма-излучение после бомбардировки возникало с большей задержкой, чем говорила теория. Что-то не клеилось. В конце концов два ассистента Ферми Эмилио Сегре и Эдоардо Амальди вроде бы справились с задачей. Их подопытный алюминий захватывал нейтроны и превращался в радиоактивный изотоп со временем жизни около трех минут. Радостный Ферми сообщил об этом на конференции в Лондоне. Амальди тем временем продолжил опыты. Но повторить результат так и не смог. Раз за разом получалось по-разному. Ферми очень рассердился. Замаячила унизительная процедура опровержения. К этой неудаче добавилась толика мистики. Оказалось, результат зависит от места, где ставят опыт. На деревянных столах облученное серебро становилось очень активным. Да еще внизу стояли ведра с водой. На мраморных столах активность стремительно падала.

Источник решили оградить куском свинца. Его с трудом раздобыли, но Ферми озарило: к черту свинец, нужен парафин. Он тут же взял первый попавшийся кусок парафина и установил на место свинца. Активность мишени моментально подскочила. Сегре даже решил, что сломался счетчик радиоактивности.

Дома за ужином с супругой Ферми размышлял: если эффект от парафина такой большой и к тому же зависит от того, на мраморном столе или на деревянном ставят опыт, то, возможно, нейтроны замедляются в столкновениях с ядрами водорода. А последнего в парафине или дереве с избытком. Получается, водород замедляет нейтроны, и они поглощаются другими атомами легче всего.

Ферми установил источник нейтронов и серебряную мишень на пруду посреди институтского сада. Водород в парах воды давал такой же эффект, как и водород в парафине. Так было открыто явление, которое привело к созданию ядерной бомбы и атомных реакторов.

Эпизод шестой: спасибо коту

К открытию йода случайность приложила не руку, а лапу или хвост. В лаборатории французского химика Бернара Куртуа жил кот. В 1811 году ученый искал новый источник селитряной кислоты для пороха. Кот сидел рядом и внимательно наблюдал. Как-то Куртуа сжигал морские водоросли, чтобы добыть из них карбонат калия. По легенде, когда ученый решил отобедать, кот залез на стол с реактивами и опрокинул склянку серной кислоты в золу. Над реагентами возник фиолетовый пар. Он коснулся холодного дна колбы, и на стекле появились темные блестящие кристаллы. Так Куртуа открыл йод. Может, если бы котов почаще допускали до экспериментов, наука обогатилась бы и другими полезными открытиями.