Семенов открывает цепную реакцию окисления фосфора

Случай явился к Семенову однажды вечером в образе миловидной девушки, только что окончившей университет и просившей принять ее в лабораторию. В трех лабораторных комнатах было тесно. Все были заняты своими работами, и не хотелось ставить еще одну новую тему. Словом, хотя он и согласился принять девушку, но сделал это без особого желания и тему для нее выбрал случайно.

"Если бы я знал, что эта двойная случайность определит в дальнейшем работу всей моей жизни!" - писал он впоследствии. Зиночка Вальта - так звали новую сотрудницу - под руководством Юлия Харитона (уже не робкого первокурсника, а опытного экспериментатора) стала изучать свечение при окислении фосфора. Вскоре мало кого занимавшие опыты с "холодным" огнем привлекли внимание всей лаборатории. Исследователи разводили руками и, как ни искали, не могли найти объяснения обнаруженным чудесам. Статья Харитона и Вальта с описанием полученных и не понятых результатов была напечатана в научном журнале. Вальта вскоре перешла в другой институт, а Харитон уехал в длительную командировку, Этим бы все и кончилось, - мало ли незаметных, "проходных" работ на том и кончается, что автор публикует статью... И для Зиночки Вальта действительно этим все кончилось.

Странная судьба была уготована милой жизнерадостной девушке. Вот уже сколько лет в десятках научных работ упоминают ее фамилию, но никому неизвестно, что сталось с нею. "Харитон и Вальта, Харитон и Вальта"... Сама истина опахнула ее своим крылом, но Зиночка этого не ощутила. Если бы она хоть немного могла заглянуть вперед, если бы хоть предчувствие что-то шепнуло ей, разве она ушла бы в другой институт, чтобы навсегда расстаться с той областью науки, начало которой положила своими руками?..

Да и будущий академик Семенов еще не понял того, что зеленоватые вспышки фосфора осветили весь его будущий путь. И вполне вероятно - путь был бы иным, когда бы на статью Харитона и Вальта не откликнулся знаменитый немецкий химик Макс Боденштейн , который без обиняков объяснил полученные результаты ошибками опыта. Доводы Боденштейна были очень серьезны. В самой лаборатории явно засомневались в правильности опытов с фосфором. "Пошли разговоры по всему институту, - вспоминает Николай Николаевич Семенов, - послышались и такие голоса, что Семенов-де, конечно, хороший организатор, но в научной работе легкомыслен..." Его сотрудниками были студенты или, подобно Харитону, только что окончившие институт физики. Среди них - три будущих академика, два члена-корреспондента, два члена Украинской Академии наук, - но критики не могли этого знать заранее.. так же как не могли знать и того, что сомнительные опыты с фосфором в конце концов приведут их коллегу на торжественную церемонию в Большой зал Концертного дворца в Стокгольме, где под звуки величественной музыки шведский король вручит ему диплом и медаль нобелевского лауреата. Самому проверить спорную работу, учтя замечания Боденштейна, - что еще оставалось Семенову? Ради этого пришлось поступиться собственной темой. Он был занят тогда теорией теплового пробоя диэлектриков, вместе с Александром Вальтером ставил целую серию опытов, чтобы проверить ее. Нехотя откладывает Семенов свои исследования. Еще и еще раз продумывает раскритикованные опыты Харитона и Вальта и все больше убеждается в том, что боденштейновское объяснение неверно. Он решает провести работу по-новому, чтобы окончательно прояснить дело.

...Когда новая, измененная установка была собрана, не только повторилось то же, что наблюдали Харитон и Вальта, но обнаружилось еще много удивительных фактов. Самое главное - поразительно резкий переход от почти полной инертности вещества к бурному, взрывному течению процесса. И тут у Семенова сверкнула догадка. Похоже, что гениальность заявляет о себе неожиданностью сопоставлений, отдаленностью аналогий. Не сложно связать яблоко с грушей, куда сложнее - с силою тяготения.

Далекие понятия, как электроды, дают при сближении ослепительную искру. Эврика! Осенило! - и гений хлопает себя по лбу ладонью. Существует, впрочем, и другое объяснение того, как делаются открытия. Принадлежит оно У.Р. Эшби, одному из столпов кибернетики. "Когда несколько ученых пытаются решить задачу, мы думаем, что тот, кто решит первым, обладает выдающимися умственными качествами. В таком убеждении не больше смысла, чем в попытке объяснить феноменальные способности одного из 1024 человек, которому удалось угадать, в каком порядке выпадет 10 раз подряд подбрасываемая монета..." Иными словами, "Эврика!" - это возглас счастливца. Почти то же самое, что "Повезло!". Но даже если принять объяснение Эшби, не вредно при этом вспомнить и давнее замечание Пастера: "Судьба одаривает только подготовленные умы"...

Ленинградский физик Семенов не по узкой лесенке карабкался к высям познания - по безбрежному бездорожью, когда мотает из стороны в сторону, и подкидывает на ухабах, и кружит над пропастями. Он был жаден, щедр, нерасчетлив тем высшим расчетом, который убеждал его, что природа едина. Он сеял размашисто. Он удобрял почву, не скупясь, и оказалось, что не только для "других поколений", как написал однажды другу своему Капице.

Наступала пора жатвы. Что-то в поведении фосфора напоминало ему тепловой пробой - уж это явление в диэлектриках он изучил досконально! Стоит кристаллу разогреться под током, как его сопротивление падает; ток тотчас же возрастает, разогрев следом... так, мало-помалу, одно подгоняет другое, совсем незаметно, пока - в критическое мгновенье! - враз не пробивает насквозь. К тому времени Семенов уже удачно воспользовался аналогией с тепловым пробоем для объяснения теплового взрыва, или, иначе говоря, самовоспламенения , какое случается, например, в кучах торфа. Но ведь фосфор горит "холодным" огнем, почти не выделяя тепла. Значит, для объяснения "саморазгона", думал он, надо заменить тепловую лавину какою-то другою... Как раз в то же самое время почти над той же задачей ломал голову и учитель Семенова Абрам Федорович Иоффе .

Семенов бился над "холодным" огнем, Иоффе - над "холодным" пробоем. И тоже пытался заменить тепловую лавину какою-то другою. И тоже представил себе горный обвал. Возможно даже, что они вместе пришли к этой мысли, только учителя она завела в тупик, ученика же - вывела в нобелевские лауреаты...

Да, Семенову это напоминало обвал. Лавину в горах... Камешек незаметно срывается со склона и сталкивает другой камешек, третий, и каждый из них сталкивает еще несколько камней, даже если сам застревает где-нибудь в расщелине. Возбужденная молекула окиси фосфора, не успев испустить свет, столкнулась с молекулой кислорода, разбила ее пополам - на два атома. Осколки очень активны, каждый вступит в реакцию с фосфором, и теперь уже две молекулы окиси разбивают молекулы кислорода. Но лавина рождается лишь тогда, когда летящие камни встречают достаточно других камней по пути. Пока кислорода в сосуде мало, столкновения редки. Но в какой-то критический момент молекул становится достаточно, чтобы возникла лавина активных частиц - разветвленная цепь столкновений. Чтобы утвердиться в этой идее, Семенов с помощью лучшего своего экспериментатора Шуры Шальникова ставит опыт. На него, как на спектакль, собирается пол-института. Когда-то фосфор называли чудесным за способность светиться - самое слово "фосфор" в переводе означает "светоносный". В комнате гасят свет - и вот, по очереди, один за другим загораются - пых, пых, пых - зеленоватые, как привидения, шары. Сначала самый большой, потом - все меньше и меньше. Открывшие фосфор алхимики демонстрировали "холодный огонь" коронованным особам.

Семенов и Шальников не алхимики, а если среди зрителей и есть короли, то короли науки. Пока что даже наследные принцы. Чем больше сосуд, тем меньшее давление требуется для вспышки, - говорит им красивый опыт. Чем гора выше, тем лавина страшнее. Чем сосуд больше, тем длиннее цепь. В маленьком сосуде активные атомы скорее достигают стенок, и цепь обрывается... все непонятное поддавалось объяснению, а все объяснения хорошо описывались математическими формулами.

"С некоторым торжеством начал я свой доклад на совете Физико- технического института, - вспоминает Н. Н. Семенов. - Однако очень быстро заметил, что члены Совета мне не верят. Мои товарищи, как и сам академик Иоффе, придумывали невероятные возражения против моих новых опытов. Я совершенно измучился, но так и не сумел убедить их. После заседания, провожая Абрама Федоровича Иоффе, я сказал о своем намерении напечатать работу. Я сказал ему, что не пройдет и года, как все переменят свою точку зрения, согласятся со мной, поймут важное значение нашей теории".

...Не так ли когда-то молодой физик Иоффе натолкнулся на скептицизм своего профессора Рентгена ... и вот, почти четверть века спустя, настала его очередь очутиться в положении чересчур осмотрительного метра. Если Семенов ошибся, то только в сроках.

Классическая химия изучала равновесные, устойчивые состояния: вступают в реакцию вещества такие-то, получаются в результате вещества такие-то. А как получаются? Через какие этапы проходит реакция, эта многоактная драма, в которой участвует немало эпизодических персонажей, именуемых на языке химиков "короткоживущими промежуточными продуктами"? Как правило, это оставалось неизвестным. Одним из первых приподнял "занавес" Макс Боденштейн . Семенов разглядел в этой "драме" чрезвычайно важные явления. Ведь именно скоротечные события, в которых активнейшим образом участвовали промежуточные, быстро гибнущие, не доживающие до финальной "сцены" персонажи, во многом определяли ход химического превращения.

Хотя значение цепной теории для науки было осознано не сразу, ее автор почти с самого начала понимал, что речь идет не о курьезном случае, а о важном принципе химической кинетики - науки о "внутренней жизни" химических процессов. И первым признает его правоту Боденштейн. Он напишет Семенову, что как ни удивительны результаты, но сомневаться в них больше нельзя. А академик Иоффе впоследствии скажет, имея в виду своего ученика академика Семенова: "Величайшее счастье ученого- сознавать, что его ученик превзошел учителя".

Что до фосфора, то он, через 20лет, казалось, прочно забыт. Между тем еще немало загадочного оставалось в его холодном огне, и, должно быть, эти загадки подспудно тревожили Семенова. Он решил к ним вернуться - на новом витке "исторической спирали". И двое молодых экспериментаторов, недавний выпускник Физтеха (московского, учебного, Физико-технического института ) и вчерашняя студентка физфака - ровесники Харитона и Вальта, какими те были полвека назад (так сказать, "Харитон и Вальта-1976"), словно приняли давнюю эстафету. Разумеется, между разделенными полувеком лабораториями существенны не только сближения, но и различия. Те же в принципе измерения? Да. Но улучшенная методика, несравненно более чувствительная аппаратура, куда более совершенные способы обработки экспериментальных данных, наконец, современное кинетическое и химфизическое мышление (что тоже играет не последнюю роль). И конечно, иная дистанция между сотрудниками и шефом... Отправляясь на разговор с Н. Н., мудрено им отвлечься от его веса в науке, лауреатства и пр. - волнуются, говоря откровенно (вот уж чего не могло быть в свое время у подлинных Харитона и Вальта). Но начнут разговор по делу - обо всем этом попросту забывают. Разница в знаниях, в возрасте, в званиях-все отлетает в сторону перед доводами и возражениями по существу. ("Наука - дитя истины, а не авторитетов...") ...Как-то в опыте получились результаты, противоречившие одному уравнению из классической книги Семенова - настольной для "Харитона и Вальта-76". Сколько ни проверяли, сколько ни перепроверяли себя - выходило все то же. Оставалось рассказать об этом, недоумевая, стесняясь. Семенов ответил с радостью: знаете, это уравнение мне самому давно не нравилось. Наконец-то, по-видимому, мы имеем данные, которые позволят его изменить!.. Постоянную страсть пронес Семенов через всю свою жизнь - интерес к огню, что не гас с той поры, когда гостьям его, гимназисткам, поцарапало малость носы.

Ссылки: