Остановись, мгновенье!

Нередко и в наши дни, когда говорят об ученом-теоретике, это вызывает представление о сумрачном, нелюдимом чудаке, углубленном в дебри таинственных полумистических схем и расчетов. Над созданием этого литературного штампа немало, к сожалению, потрудились писатели-фантасты. Как всякая искусственная конструкция, он безжалостно разлетается от соприкосновения с живой действительностью.

Академик Николай Николаевич Семенов - ученый-теоретик и по складу научного мышления и по характеру научных интересов. Он больше всего на свете любит сложные и запутанные загадки, которые в изобилии возникают в повседневном быту лабораторий. В их распутывании он величайший искусник.

Когда Семенова всецело захватывает какая-нибудь новая идея, он становится одержимым. В ту пору он бывает, рассеян: может слушать, не слушая и отвечать невпопад. Страстный охотник, редкие досуги отдающий этому увлечению, он может в такое время, опустив ружье и забыв о собаке, идти и идти, не замечая времени и не считаясь с усталостью. И вообще он любит движение - в пути особенно хорошо думается.

Но не эти необходимейшие минуты и часы творческого уединения, единоборства с беспокойной мыслью характерны для ученого нового типа, чей расцвет совпал с рождением новых форм организации науки. Наука в наши дни все в большей мере приобретает коллективный характер, это определяется и масштабами проблем, которые она призвана решать, прогрессирующей дружбой наук, все более властно, как мы уже видели на многих примерах, проявляющейся в самой постановке научных задач.

Нисколько не противоречит сказанному то, что отдельные ветви научного исследования по необходимости углубляются в траншеи узкой специализации. Тем более необходимо - такова диалектика жизни! - объединение этих узких специалистов в рамках большой принципиальной научной школы.

Итак, мы с вами вступаем в научный институт, над входом в который незримо сияет знак великой и всепроникающей диалектико-материалистической дружбы наук. Но знакомство с институтом мы начнем не с отвлеченных проблем науки, а с директорских будней. Мы воспользуемся для этого счастливым обстоятельством: глава столь обширной и своеобразной школы, включающей в себя, по его собственному признанию, и физику, и химию, и механику, и биологию, принимает корреспондента газеты, который просил его рассказать, как протекает его директорский день. Этот день, обыденный и необычный, один из 365 дней года и вместе с тем «День мира», который запечатлен пером журналиста и объективом фотоаппарата на всех континентах, чтобы мы могли окинуть единым взглядом многообразные всепланетные человеческие свершения, трудности и надежды. К рассказу самого ученого о том, как протекал этот день, нам придется добавить немало пояснений, вспомнить о многом, что, может быть, неизвестно читателю. Но, возможно, из этих отдельных штрихов, в конечном счете, соберутся черты цельного портрета ученого.

- У директора большого института много дел, - рассказывает академик Семенов, - и очень увлекательных и довольно скучных. Интересно участвовать в горячей дискуссии, которая возникает в совете института или на лабораторных коллоквиумах по отчетным докладам заведующих лабораториями или научных сотрудников. Но больше всего я люблю неофициальные беседы о последних опытных или теоретических результатах. У меня нет, конечно, плана этих бесед, они не назначаются заранее, но если есть что-то интересное, мы иногда часами обсуждаем проблему, забыв о времени...

Сегодня у директора института были профессор Лев Александрович Блюменфельд и доктор химических наук Николай Сергеевич Ениколопов. У каждого из них много сотрудников, много интересных исследований, но речь идет лишь о двух конкретных работах. Семенова особенно интересуют опыты Блюменфельда, выясняющие, не меняются ли магнитные и электрические свойства материи клеток в процессе их деления.

Результаты опытов Блюменфельда тем более волнуют руководителя института, что они непосредственно отвечают на давние его раздумья. Несколько лет тому назад академик Семенов высказал мысль, что специфика процессов жизни, например, роста, деления клеток, обмена веществ, наследственности - все, что отличает живую материю, вероятно, определяется неизвестными до сих пор физическими свойствами молекулярных структур, являющихся основой живой материи.

- Мы ожидали, - рассказывает Николай Николаевич, - что у живой материи есть какие-то новые физико-химические свойства, с которыми мы до сих пор не встречались в мертвой природе, и что, изучив эти свойства, можно будет понять специфику биологических процессов сперва простейших, а затем и более сложных организмов...

Совсем недавно, в 1958 году, молодой исследователь, который возглавляет в институте лабораторию физической химии биополимеров, обнаружил необычайные магнитные свойства у важнейших клеточных структур.

Профессор Блюменфельд предположил, что магнитный эффект должен быть связан с новыми электрическими свойствами органических материалов, и предсказал, что молекулярные структуры, в которых он обнаруживается, должны обладать одновременно и аномальными электрическими свойствами.

- Сегодня мы подводили первые предварительные итоги, - рассказывает директор института, - и думали, какие новые опыты надо поставить. Работа только начинается, результаты предварительные, но они вселяют надежду, что мы идем по правильному пути. Поэтому я надеюсь, что мы навсегда запомним этот день - день научной удачи...

Директор института переходит к обсуждению одной из работ Ениколопова. Это уже область обычных, а не биологических полимеров. Здесь ученого тоже ждут неожиданные известия. Теплостойкость полимеров, полученных при полной очистке исходных веществ и растворителя от следов влаги, действительно повысилась, но всего вдвое, а не в пять раз, как предполагалось. Но самое главное - длинная полимерная цепочка настолько выросла, что обработать такой полимер в изделиях при помощи литья было бы невозможно.

- Мы озадаченно смотрели друг на друга, - продолжает свой рассказ академик Семенов. - Но в чем же дело? Казалось, теоретические предпосылки, проверенные опытом, были верны. Начинаем обсуждать, какие же новые научные сведения о механизме процесса мы получили из этой неудавшейся попытки, и постепенно из анализа результатов отдельных опытов тут же, в разговоре, начинает вырисовываться несколько измененная картина механизма полимеризации. Мы начинаем понимать сначала туманно, а потом все яснее, что в свете этих новых данных отрицательный результат закономерен. Намеченный нами ранее путь в действительности невозможен. Это окончательно убивает первоначальную идею, но мы уже не так огорчаемся. Раз механизм ясен, значит легче искать иные пути повышения теплостойкости. Рождается новая идея повышения теплостойкости этого полимера в расплавленном состоянии. Горячо обсуждаем, какие опыты надо немедленно поставить. Быть может, и здесь нас ждет неудача? Но даже если так случится, то мы еще больше узнаем о механизме полимеризации и, в конце концов, добьемся решения поставленной практической задачи.

Вопрос очень сложен, и его невозможно осветить популярно, да и к тому же это пока замысел, о нем еще рано писать. Но поучительна диалектика развития любой научной работы.

- Ведь это всегда смена удач и неудач, - говорит Николай Николаевич, - и никогда нельзя сказать, не таит ли в себе неудача зародыша большей удачи, чем сама первоначальная удача?

А уж если Николай Николаевич Семенов захочет вам показать свой институт, вы испытаете редкое удовольствие прогулки по стране совершенно своеобразных технических чудес.

Семенов распахивает перед вами двери лабораторий в такой последовательности, какая соответствует его популяризаторскому замыслу. Как истинно большой ученый, страстно и нежно влюбленный в свою науку, он раскрывает ее перед вами в живом движении творческой мысли, а не только демонстрирует конечные выводы и сегодняшние итоги. Конечно, это особое искусство.

Научные диковинки, которые здесь любят и умеют показывать, полны глубокого смысла... Коротко рассказать об этом нелегко.

Однако вспомним простой школьный опыт, который поможет нам сразу войти в большой круг важных явлений и проблем, изучаемых в институте.

Вот перед нами азид свинца. Это азотистое соединение легко взрывается. Экспериментатор кладет крошку азида на стеклянную пластинку и подносит горящую спичку. Легкий удар. Стеклянная пластинка цела. Однако вглядитесь пристальней! Вы с величайшим удивлением увидите в ней сквозное отверстие, словно пробитое крохотной пулей.

В чем же тут дело? Да только в скорости реакции! Она, именно она, определяет эффект взрыва. Эта скорость близка к девяти километрам в секунду. Самая быстрая пуля летит медленнее. Кристаллик азида свинца взорвался примерно за одну миллионную долю секунды. Газы не могли успеть даже расшириться. Но в это неуловимо малое мгновение в зоне взрыва возникло чудовищное давление - в сотни тысяч раз превышающее давление газов в стволе артиллерийского орудия. Конечно, оно равно распространилось во все стороны, но только с одной встретило препятствие... Так пылинка азида пробила стеклянную пластинку, как пуля.

Ясно, что этот маленький опыт - лишь наглядная иллюстрация к той главе химической физики, которая трактует о закономерностях протекания химических процессов во времени. Эта глава называется «кинетикой химических реакций».

В Институте химической физики созданы способы наблюдения быстротекущих процессов, которые позволяют расчленить на отдельные интервалы даже мгновение. Но не только сверхбыстрые процессы взрыва или горения изучают этими тонкими методами. Любой химический процесс состоит из последовательности каких-то процессов, в которых принимают участие «активные центры». Что это такое?

Сейчас мы кое-что о них узнаем.

Для этого вернемся к прерванной мысли исследователя. Да, действительно, редкая удача для ученого - заметить в явлениях природы нечто резко противоречащее основам существующих представлений и требующее их коренного пересмотра.

Самому Николаю Николаевичу Семенову довелось полной мерой вкусить радость подобной удачи. Связанные с этим переживания ученый описал однажды в словах точных и поэтичных.

- Вступаешь в девственную область явлений, - рассказывал он в 1941 году о первых шагах новой области знания, заложенной им и его соратниками, - где каждый шаг несет неожиданности. Огромное удовольствие - разбираться в этом неведомом мире и с помощью остро поставленных опытов и логических заключений после долгой борьбы утвердить, в конце концов, новую точку зрения на большую область явлений природы. Пятнадцать лет назад мне и моим товарищам посчастливилось открыть такого рода исключительное явление...

На этих новых, «остро поставленных опытах» нам придется остановить внимание читателя не только из чисто исторического к ним интереса. В этих первых опытах с большой наглядностью проявились общие черты, казалось бы, внешне несхожих процессов химии. Именно универсальный характер первых опытов в области химической физики и помог исследователям сразу же прийти к большим обобщениям, составившим славу новой школы. Поэтому даже читателям, которые далеки от специального интереса к миру науки и от описаний спешат перейти к выводам, не следует уклоняться от ознакомления с корнями теории, принесшей в дальнейшем богатые плоды, хотя для этого придется перенестись в двадцатые годы нашего изумительного и неповторимого века. Я не говорю уже о том, что эта небольшая экскурсия в прошлое поможет нам лучше представить себе облик главного героя этой эпопеи. Не только в самом действии, но и в рассказе о нем характер повествователя проявляется новыми гранями.

- Чудесным и поистине романтическим был этот период становления нашей науки, - каким искренним волнением, какой теплотой дышат воспоминания творца теории, сокрушившей многие устоявшиеся взгляды, отменившей многие прочно укоренившиеся предрассудки, уже всеми признанного крупного ученого академика Семенова! - Непередаваемым был порыв молодежи к знаниям, непостижима та умственная и физическая выносливость, которая отличала эту молодежь и обеспечивала быстрый рост ее творчества. В науку шли молодые люди из тех слоев общества, которые в прошлом не могли мечтать об образовании, - молодые рабочие, крестьяне, подмастерья и пастухи... Тяжелые условия жизни, холод и голод первых послереволюционных лет были им нипочем и каким-то удивительным образом не мешали учиться и работать. Когда они начинали трудиться в исследовательских институтах, они умели сочетать творческую научную работу со студенческой учебой. Мало того, в те времена в институтах еще не было вспомогательного штата, и они выполняли многие работы, связанные с чисто физическим трудом.

Воспоминания академика Семенова позволяют представить себе обстановку того времени со всеми ее трудностями, со всем ее воодушевлением.

...Зима 1921 -1922 годов. Огромное здание Политехнического института погружено в холод и мрак. Трескучий мороз одинаково силен как снаружи, так и внутри здания. Светятся лишь несколько окошек южного крыла, где размещаются лаборатории физико-технического института. Двери этих комнат обиты войлоком, чтобы мороз не мог проникнуть из коридора.

В одной из комнат трудятся трое сотрудников, составляющих штат лаборатории Николая Николаевича Семенова, - студенты второго курса, юноши 18-20 лет: Юлий Харитон, Виктор Кондратьев, Антон Вальтер (Первые двое - ныне здравствующие члены Академии наук СССР, а третьего, ставшего членом-корреспондентом Академии, уже нет в живых.).

Посреди комнаты они оборудовали высокий помост, на котором виден огромный эбонитовый бак большого аккумулятора. Из бака резиновые трубки расходятся к рабочим столам. Это самодельный водопровод. Воды в замерзшем здании нет. Каждое утро молодые ученые заготавливают дрова и дважды в день топят печку.

«Вечер. В печке весело потрескивают поленья. Только что закончено приготовление немудреного ужина. На нескольких лабораторных столах сложены установки из стекла и металла, опутанные сетью стеклянных трубок и проводов. Немало труда положили три начинающих физика, чтобы соорудить все это своими руками: работали на станках, у стеклодувных горелок. Установки нужны для довольно сложных экспериментов, для решения совершенно новых вопросов науки».

Это из воспоминаний академика Семенова. И еще: «Сейчас девять часов вечера. Трудовой день в лаборатории только что закончен. Я вхожу во время ужина. Сперва общий разговор, шутки, а потом начинается беседа о деле - о сегодняшних успехах и неуспехах... Это проклятое пятно молекулярного пучка - оно должно быть узким, как нитка, и совершенно четким. Вместо этого оно получается расплывчатым и широким. Видимо, плохо работает форвакуумный насос. Он такой старый. Его надо разобрать и откуда-то достать лучший сорт масла. Кажется, на электротехническом факультете остались еще прежние запасы. Этот первый масспектрометр для химических целей, который мы только что соорудили, не дает нужных результатов. Скорее всего, где-то вкралась ошибка в расчет. Где же?

Постепенно от тягот сегодняшнего дня переходим к научным планам, к догадкам, что даст наша работа. Делимся содержанием прочитанных иностранных статей, читать их нужно, и это так интересно, но для нас это большой труд - иностранными языками мы владеем еще недостаточно хорошо. А потом принимаемся мечтать, как развернется работа, когда придут, наконец, из Германии заказанные Иоффе приборы, когда закончится строительство нового здания для института и можно будет, наконец, переехать из этой комнаты, погребенной в промерзшем доме без отопления и водопровода, чтобы начать трудиться в специально оборудованных теплых лабораториях со стеклодувной и механическими мастерскими под боком...

А потом начинаются горячие разговоры о политике, о последних решениях партии.

Вот уже около двенадцати часов ночи, а трем студентам еще надо часа два посидеть за учебниками, а мне надо еще докончить подготовку к завтрашней лекции: читал я впервые не существовавший ранее курс под названием «Электронные явления», курс надо сотворить - надо к каждой лекции прочитывать столько иностранной и нашей литературы.

Один из студентов отправляется в общежитие, а друзья его живут далеко в городе. Но трамваи уже не ходят, да и вообще они ходят с перебоями. Надо что-то придумать. Второй располагается на диване в лаборатории, третий идет ночевать ко мне. Он такой маленький и худой, этот будущий академик Юлий Борисович Харитон. Стоит двадцатиградусный мороз, а на нем один брезентовый плащ до пят и длинный-длинный шарф. Он работал раньше монтером, а теперь ему трудно приходится. Как сотрудник института, он получает несколько миллионов рублей в месяц, но - увы! - у рыночных торгашей на них можно купить так мало. Гораздо важнее карточки и самое важное - это обед в студенческой столовой, хотя состоит он из жидкого супа и неизменной пшенной каши на воде. Я живу много лучше - у меня академический паек из Цекубу»...

Молодые ученые приходят домой, где тоже царит пронизывающая стужа. И что же они делают?

«Оба садимся за книги, - вспоминает Семенов. - Перед сном, в постели думаю, где же достать кабель для подводки к новому зданию технического тока от трансформатора и провода для разводки тока по лабораториям...»

Ведь Семенов заместитель директора института, и на нем, кроме всего прочего, лежат хозяйственные дела!

...Первыми сотрудниками Физико-технического института в Ленинграде были участники семинара при физической кафедре Петроградского политехнического института, которую возглавлял Абрам Федорович Иоффе, впоследствии академик и Герой Социалистического Труда. Он осуществил то, о чем еще до революции мечтал один из учредителей Политехнического института, академик Алексей Николаевич Крылов: подготовку таких специалистов, которые бы глубоко понимали физические основы техники. В январе 1919 года, в самый разгар гражданской войны, в Петрограде собрался первый, довольно многочисленный, съезд советских физиков, и с его трибуны отчетливо прозвучало требование включить науку в производственную жизнь страны. В те годы подобное требование воспринималось как прямой вызов активной и еще влиятельной группе ученых, драпировавшихся в потертую тогу борцов за «чистую» науку, хотя еще Пастер говаривал: «Я не знаю, что такое «чистая» наука и что такое наука «прикладная», - я знаю только науку и ее приложения».

Первый петроградский съезд физиков смело заглядывал в будущее. Эпоха бурного строительства новых заводов, закладки новых шахт, разведки новых земель еще не наступила: страна только-только начинала оправляться от пережитых потрясений. Но, думая о завтрашнем дне истории, передовые физики предвидели расцвет будущего социалистического строительства. И они были убеждены, что самостоятельное движение вперед в технике невозможно без ведущего участия современной физической мысли. Само название нового института - «Физико-технический» - ясно отражало эту их убежденность.

...Когда старший преподаватель кафедры физики, ученик академика Иоффе Николай Семенов впервые перешагнул порог молодого Физико-технического института, ему представилась фантастическая картина. Полутемный коридор был застлан черным бархатом. Чей-то голос из полутьмы закричал:

- Остановитесь!

В этот же момент запела стрела. С изумлением Семенов увидел одного из своих товарищей по политехникуму, уже успевшего освоиться в этих стенах крутолобого юношу Петра Капицу, который с совершенно серьезным видом стрелял из детского лука. Это удивительное занятие объяснялось весьма прозаически. Капица осуществлял свое остроумное изобретение: летящая с большой скоростью стрела увлекала за собой нить, в которую вытягивалась расплавленная в пламени кислородной горелки кварцевая палочка. Мгновенно застывая, эта нить падала на черный бархат, как исчезающе легкая, но различимая на темном фоне серебристая паутина. Такие нити необходимы для конструирования тонких электронных приборов. В молодом Физико-техническом институте разнообразные приборы вели нередко совсем короткую, но зато славную жизнь. Они работали! И если руки, которые ими управляли, оказывались поначалу недостаточно умелыми, приборы погибали, не вызывая своей преждевременной кончиной ничьих особых переживаний. Зато руки экспериментатора становились умнее. Зато в этих лабораториях умели создавать и новые приборы. Физика здесь воистину жила!

Нет ничего удивительного в том, что Физико-технический институт на заре его развития в кругах «академистов» называли «детским садом». Он и в самом деле на девять десятых состоял из юношей, у которых еще не было за душой ничего, кроме самоотверженной любви к науке и решимости безгранично служить ей.

- Мы, конечно, не знаем в деталях, - рассказывает академик Семенов, перенесясь мыслью в ту давнюю - и в то же время такую недалекую! - пору, - как сложится наша судьба. Мы не догадываемся, что из нашего маленького коллектива вырастет со временем довольно большая часть будущей армии физиков Советского Союза - армии, которая будет участвовать в освоении атомной энергии, космических ракет, локации, высоковольтных аппаратов и передач, химической промышленности и много другого. Мы ничего, конечно, этого не знаем, но мы чувствуем, что наша жизнь пойдет по широкой и светлой дороге, чувствуем, знаем и верим, что народ наш построит великую социалистическую державу, в которой наука и техника будут на большой высоте, и что мы будем участниками этого великого дела...

Первые же шаги в науке маленького коллектива, возглавлявшегося Семеновым («во всяком случае, все вместе собираясь на семинар, - вспоминал он, - мы могли поместиться в одной небольшой комнате»), были отмечены значительным открытием, Его история показывает, какое сложное сплетение «случая и рациональной мысли, противоречий и настойчивости» ( Здесь и дальше мы приводим выдержки из воспоминаний академика Семенова, опубликованных им в первом сборнике «Пути в незнаемое». Изд-во «Советский писатель», 1960.)приводит к чему-то новому в науке. И действительно, если первые страницы одной из славнейших глав в истории советской науки открываются, как об этом говорит сам Николай Николаевич Семенов, «двойной случайностью», то дальнейшее ее развитие насыщено яркими эпизодами глубоко осмысленной борьбы за торжество научной истины. Это привело к успехам, которые оказались вполне заслуженными и закономерными.

Все началось с того, что как-то вечером - это было в конце 1924 года - к Семенову, как к руководителю лаборатории, пришла Зиночка Вальта («Хорошая, миленькая, молодая девушка, окончившая университет»). Она просила принять ее в аспирантуру института. И именно в лабораторию Семенова, для чего, как выяснилось впоследствии, у нее были кое-какие, вполне основательные, личные мотивы. В трех комнатках семеновской лаборатории было тесновато. «Кроме того, меня так увлекали уже ведущиеся в ней работы, - вспоминал впоследствии руководитель лаборатории, - что мне не хотелось ставить еще одну новую тему». И все же, посоветовавшись со своими сотрудниками, он решил, хотя и не очень охотно, взять Зину Вальта в качестве аспиранта. Ей поручили изучить выход света при реакции окисления фосфора.

...Всем известно, что фосфор светится в темноте. Этим явлением воспользовался еще Конан-Дойль для того, чтобы заставить зловеще сиять кровавую пасть Баскервильской собаки. Но не все знают, что это свечение - результат энергичного окисления паров фосфора кислородом воздуха.

Семенов и его сотрудники решили выяснить, какая часть энергии этой химической реакции выделяется в виде светового излучения. Они думали, что при атмосферном давлении возбужденные молекулы продуктов реакции в большинстве своем просто теряют энергию при столкновениях, не успевая испустить свет. С понижением давления, по их предположению, столкновения должны были происходить реже, зато эффект излучения должен возрасти (по некоторым подсчетам в несколько тысяч раз!). Вот это-то предположение предстояло проверить на опыте.

Тема эта не вытекала непосредственно из других работ, которые велись в лаборатории. Она не была очень тесно связана и с идеями, которыми в то время жили экспериментаторы, и, по собственному признанию Семенова, не очень ее интересовала. Непосредственное руководство работой поручили Юлию Борисовичу Харитону.

Опыт, поставленный Харитоном и Вальта, выглядел так: из сосуда, в котором помещался кусочек желтого фосфора, тщательно откачивался воздух. Сосуд нагревался при разных температурах в промежутке от 15 до 50 градусов по Цельсию. В нем появлялись пары фосфора разной концентрации. В сосуд пускался кислород, его давление также менялось.

С самого начала Харитон и Вальта натолкнулись на неожиданности.

Представьте себе затемненную лабораторию, с которой ученые с напряженным вниманием наблюдают за стеклянным сосудом с небольшим количеством фосфора. В сосуд начинает крохотными порциями поступать кислород. Вот сейчас фосфор засияет своим прозрачно-зеленоватым, колдовским светом... Это свечение просигнализирует, если говорить на мудреном языке физики, что в зоне реакции начали образовываться молекулы с возбужденными электронными оболочками, которые тотчас переходят снова в нормальное состояние, теряя энергию возбуждения, то есть испуская свет. Свечение покажет, что реакция идет.

Но реакция не шла!

Еще одна порция кислорода.

Еще одна... Сияния не появлялось.

Казалось, что смесь не дошла еще до какого-то неведомого, но реально существующего предела, за которым только и может начаться реакция. Кислород продолжал медленно поступать, и тогда вдруг возникала голубоватая вспышка, напоминающая маленький взрыв.

Реакция вступала, наконец, в свои права!

Откуда брался этот странный предел?

Что за непонятный «замок», на который до поры до времени реакция оказывается как бы запертой? Действительно ли молекулы фосфора активны по отношению к кислороду?

Весь предшествующий опыт химии заставлял ответить на этот последний вопрос положительно: да, активны! Но если так, то реакция должна происходить при соприкосновении даже самых ничтожных количеств обоих веществ.

Должна... Но она не происходит!

Здесь было над чем подумать!

Такое странное поведение реагирующих веществ противоречило всем существовавшим тогда представлениям о механизме химических реакций.

Но именно о такой находке, о таком противоречии пламенно мечтает всякий настоящий исследователь. Там, где опыт расходится с теорией, там-то, как можно ожидать, и способен забить родник новых открытий.

Мысли, высказанные по этому поводу академиком Семеновым, весьма интересны. Он считает, что первичное экспериментальное открытие только тогда действительно является открытием, существенно двигающим вперед науку, когда оно совершенно необъяснимо с точки зрения существующих научных представлений. Именно поэтому его нельзя предвидеть, и оно оказывается результатом случая. Такого рода счастливые случаи очень редки в жизни даже самого активного ученого. Поэтому их нельзя пропускать!

- Никогда не следует проходить мимо неожиданных и непонятных явлений, с которыми невзначай встречаешься в эксперименте, - говорит Семенов. - Самое важное в эксперименте - вовсе не то, что подтверждает уже существующую, пусть даже вашу собственную теорию, хотя это тоже, конечно, нужно. Самое важное то, что ей ярко противоречит. В этом диалектика развития науки.

И Николай Николаевич Семенов всегда советовал и советует своим сотрудникам обращать внимание прежде всего на непонятные явления, с которыми они встречаются в опытах. Не отмахиваться от них, думая, что это-де просто какая-то случайная ерунда и что, наверное, она объясняется какими-то тривиальными причинами.

- Всякий раз, - утверждает он, - надо тщательно экспериментально обследовать эти непонятные явления. В большинстве они действительно либо окажутся ошибкой опыта, либо объясняются просто. Но изредка они дадут начало крупному новому открытию, которое вызовет существенно новый шаг вперед в науке.

Важно не упустить этой счастливой возможности. А когда исследователь убедится в реальности поразивших его загадочных явлений, он уже должен самым тщательным образом их изучить. Надо ставить все новые и новые опыты, которые неизбежно приведут к объяснению сути дела - к созданию зачатков теории.

- Вы придете к этому тем скорее, - говорит Семенов своим ученикам, - чем смелее будете в ваших предположениях. Не бойтесь войти в противоречия с существующими представлениями, лишь бы ваши идеи в точности соответствовали опыту, этому вернейшему компасу истины...

А как быть с постоянно подстерегающей исследователя опасностью принять ложную фантазию за истину?

Чтобы избежать этой опасности, Семенов предлагает руководствоваться двумя положениями. Во-первых, говорит он, новое в науке никогда не бывает отрицанием прежних научных результатов и теорий, но лишь расширением старого, внесением в него новых, пусть даже очень существенных исправлений. Он любит к слову привести пример с открытием принципа относительности: оно вовсе не отменяло старой механики, но распространяло ее на область больших скоростей; создалась новая, более широкая механика, ее предельным случаем оказалась старая механика, верная при всех обычных скоростях, с которыми имел дело человек до открытия электрона. Во-вторых, он призывает помнить, что истина всегда конкретна. Поэтому и объяснение новых фактов должно быть сугубо конкретным.

- Только в этом случае, - говорит Семенов, - вы можете проверить на опыте каждый шаг вашей теории, каждое новое предположение или гипотезу, которую вы кладете в основу теории. Эту скрупулезную опытную проверку вы должны делать неукоснительно, не жалея труда по поводу каждой мелочи, как бы очевиден ни был с вашей точки зрения результат. Свойство истинной современной теории заключается в том, что выводы ее должны во всех случаях совпадать с опытом. Достаточно, чтобы один очень тщательно поставленный опыт противоречил теории, как ее надо изменить, а иногда и отбросить...

Существует соблазн: строить для объяснения новых фактов весьма общие туманные теории, не поддающиеся проверке «острым опытом». Под такую общую теорию можно легко подвести самые различные результаты. По мнению Семенова, это не научный путь. Это путь ложных исканий в науке.

- Тщательно подтвердив правильность основ теории в применении к частному наблюдаемому случаю,- говорит он, - мы уже приобретаем уверенность, что нашли правильный ход в новую, неизвестную область природы. Теперь дальнейшая задача ученого заключается в освоении этой новой области, определении ее границ. Здесь надо действовать строго по плану. Без правильного плана ничего не сделаешь. Руководящей мыслью является уже ваш первый набросок теории. Вы расширяете теорию и опять-таки каждый шаг этого расширения проверяете опытом. Здесь уже не случай руководит вами, но рациональная мысль. Не опыт ведет теорию, но теория ведет опыт. Ваша теория начнет увлекать других ученых, их инициатива соединится с вашей, наука завоюет новый участок знания.

Нам остается проследить, как все эти важные положения преломлялись в живой действительности. Харитон и Вальта махнули рукой на все первоначальные предположения и с увлечением занялись исследованием новых непонятных явлений.

Странности продолжались. Исследователи раз за разом наталкивались на все более удивительные вещи.

В малом сосуде «активность» фосфора пропадала быстрее, чем в большом. Этот факт выглядел уже просто как нелепость; ну, какая может существовать связь между объемом сосуда и способностью или неспособностью одного химического элемента вступать в соединение с другим?! Однако реальная действительность - это такая штука, с которой хочешь не хочешь, а приходится считаться...

Итак, еще одна загадка. И еще одно поражение общепринятых взглядов.

Но и это не все!

Фосфор, потерявший свою активность по непонятным причинам, - то ли помещенный в слишком малый сосуд, то ли получавший слишком малые порции кислорода, - начинал вполне исправно реагировать с кислородом и светиться, как только в сосуд добавляли газ аргон. «Это было, - вспоминал впоследствии академик Семенов, - уже настоящим чудом!..»

Чтобы и вы, читатель, могли вместе с исследователями удивиться этому обстоятельству, мы напомним, что аргон, составляющий ничтожную часть воздуха, - это один из газов, названных в старину «благородными» из-за горделивого нежелания вступать в какие бы то ни было реакции с другими элементами. «Ленивый», химически недеятельный газ. Казалось бы, «мертвые», заведомо химически инертные молекулы этого газа, попав в сосуд и вмешавшись в толчею молекул фосфора и кислорода, должны были еще больше затруднить их столкновения между собой, а следовательно, и замедлить реакцию, понизить вероятность ее наступления. На деле же и здесь все происходило шиворот-навыворот: аргон ускорял наступление реакции. Еще одна несуразность!

Экспериментальные факты на каждом шагу наталкивали на еретические сомнения. А может быть, обычно наблюдаемая энергичная реакция между фосфором и кислородом - это результат отнюдь не простого соударения их молекул? Может быть, здесь действуют какие-то особые, еще не выясненные причины?

Сомнения оказались плодотворными. А разгадка всех этих «тайн», расшифровка механизма одного из наиболее распространенных типов химических реакций, и составила то, что в широком смысле слова можно назвать открытием.

Да, речь шла именно о научном открытии огромного значения, и его ни в малейшей степени не умаляет то обстоятельство, что обнаружившиеся в исходных опытах Юлия Борисовича Харитона и Николая Николаевича Семенова так называемые «предельные явления» отмечались многими исследователями уже очень давно.

Весь разнообразный накопившийся в науке «горючий» материал ждал только «запала», чтобы вспыхнуть и новым светом озарить таинственный механизм многих химических реакций.

Эту обобщающую работу и проделал Николай Николаевич Семенов.

Молодому физику, впервые вступившему в пограничную область, сближавшую физику с химией, открылись широкие горизонты. Загадка фосфора скрывала за собой волшебный ключ, который обещал открыть не один, а множество замков...

Семенов со своими ближайшими помощниками - Юлием Борисовичем Харитоном, Александром Иосифовичем Шальниковым, Алексеем Васильевичем Загулиным, Александром Алексеевичем Ковальским и другими - очень скоро установил, что подобно фосфору ведут себя многие горючие газы и пары.

Все их опыты, многократные, повторные, придирчиво-тщательные, согласно говорили об одном: нет, прямым соударением молекул исходных веществ течение изученных реакций не объяснишь!

Но как же они тогда идут?..

Николай Николаевич Семенов предположил, что в реакциях, которые претерпевают столь странные превращения - то останавливаются, то идут с ураганной скоростью взрыва, - несомненно, играют важнейшую роль какие-то «посредники». Если условия опыта благоприятны для появления таких посредников, реакция идет. Если их появление исключено, реакции прекращаются. Если они получают возможность размножаться в большом количестве, реакция бурно развивается, скорость ее резко возрастает.

Что же это за посредники?

Семенов с самого начала нашел для них удачный термин - «активные центры». Это частицы, тем или иным способом выведенные из спокойного нейтрального состояния. Благодаря своей энергетической возбужденности и стремлению снова вернуться к нормальному существованию они получают способность активно взаимодействовать с окружающими их частицами.

«Активными центрами» могут оказаться не только поврежденные атомы. Чаще всего ими оказываются сложные обломки молекул, то есть целые сочетания атомов, приведенные в неустойчивое, или, как выражаются физики, «возбужденное», а отсюда и активное состояние. Например, молекулы окислов - соединений каких-либо веществ с кислородом, - если только они способны присоединять к себе еще новые атомы кислорода, то есть дальше окисляться. Раз они способны вновь окисляться, то в подходящих условиях они это обязательно сделают!

Но само по себе существование «активных центров» еще ничего не объясняет. Семенов догадался - и это было следующим важным шагом, - что «активные центры», легко взаимодействуя с молекулами исходного вещества, в свою очередь, порождают новые сонмы «активных центров». Они снова вступают в реакцию с исходными молекулами. Так, все время возрождаясь и размножаясь, «активные центры» вызывают химические реакции, которые образно были названы цепными. Еще легче представить себе, что они разрастаются, как лавина в горах: все начинается с падения одного камня.

Поведение «активных центров» в таких цепных, или лавинных (последний термин не привился в науке), реакциях, по мнению Николая Николаевича Семенова, очень похоже на деятельность бактерий, размножающихся в геометрической прогрессии.

И первоначальные экспериментальные наблюдения и своеобразное теоретическое истолкование, которое придал им Николай Николаевич Семенов, не сразу встретили признание. Но он не очень огорчился.

- Я был действительно полностью уверен в успехе, - рассказывает он, - и уже ничто не могло меня сбить с этой позиции.

Успех действительно пришел, и даже быстрее, чем ожидал сам ученый. Он разрастался по тому самому закону, который исследователь только что открыл: по закону лавины.

Летом 1928 года на очередной конференции Фарадеевского общества в Англии стихийно возникла бурная дискуссия по работам Семенова и его сотрудников, после чего на поселок Лесное под Ленинградом, где находился физико-технический институт, обрушился целый поток посланий из всех стран. Молодой ученый Хиншелвуд из Оксфорда (тот самый Хиншелвуд, вместе с которым уже в 1956 году академику Семенову довелось получать Нобелевскую премию за труды в области раскрытия механизма химических реакций, а по сути дела - механизма цепных химических процессов) сообщил о новом экспериментальном подтверждении результатов ленинградцев. Он обнаружил верхнее критическое давление для реакции соединения водорода с кислородом. Выше этого верхнего критического давления реакция практически не идет. Хиншелвуд объяснил это явление в духе теории разветвленной цепной реакции.

С этой принципиально новой точки зрения получили исчерпывающее объяснение первые опыты Харитона и Семенова. Обычно наблюдаемая активность фосфора, как выяснилось, была связана именно с тем, что в системе фосфор - кислород легко размножаются «активные центры». Продолжая аналогию с бактериями, Семенов образно говорит, что при обычных условиях эта система как бы поражена инфекционным заболеванием. И если дать ей «лекарство», убивающее «активные центры» (в случае с фосфором таким лекарством могут явиться пары карбонила железа), то сопротивление вещества окислению сильно возрастает. Этот прием ныне широко применяется для управления химическими процессами в производственных условиях.

Прояснились и другие малопонятные явления.

Активные частицы, поддерживающие и развивающие цепную реакцию, могут «погибнуть» при ударе о стенку сосуда.

Ведь стенки тоже состоят из молекул, из мириадов микрочастиц, и «активные центры» не прочь вступить и с ними если не в химическое, то в физическое взаимодействие - как бы прилипнуть к стенкам. Если давление в сосуде падает ниже определенного предела, активные центры беспрепятственно достигают стенок и выходят из игры, обрывая цепную реакцию.

При более высоких давлениях доступ «активных центров» к стенкам затруднен. В результате процесс их размножения нарастает. Скорость химической реакции мгновенно увеличивается - происходит вспышка.

И влияние размеров сосуда на течение этого процесса окисления тоже потеряло ореол таинственности: все очень просто - ведь в широком сосуде путь «активного центра» до стенки будет большим, чем в узком, и тот успевает вступить в реакцию до своей «гибели».

Объяснилась и активизирующая роль инертного газа, вводимого в сосуд. Практически инертные молекулы затрудняют движение «активных центров» к стенкам и таким образом сохраняют их для реакции с исходными веществами.

- Далее мне надо было убедиться, - рассказывал Николай Николаевич Семенов, - что энергия возбужденной молекулы пятиокиси фосфора действительно достаточно велика, чтобы вызвать расщепление молекулы кислорода на атомы.

Это доказательство в свое время взял на себя Александр Ильич Лейпунский, нынешний академик, лауреат Ленинской премии, создатель новых типов экспериментальных ядерных реакторов. Пропуская пучок электронов сквозь зону реакции окисления фосфора, он обнаружил, что часть электронов обладала энергией движения, значительно превосходящей энергию, необходимую для расщепления кислородных молекул. Где-то эту энергию электроны «одалживали». Источник дополнительной энергии мог быть только один: возбужденные частицы пятиокиси...

Но и на этом Семенов не остановился.

Многие спорщики, соглашаясь в целом с предложенной Семеновым картиной процесса, не принимали одного пункта, а он-то, как показало дальнейшее, и был самым важным. Недаром решение этой проблемы, как признавался впоследствии Семенов, больше всего его волновало. Многие оппоненты сомневались, что разветвленную реакцию можно «поджечь» небольшим числом «активных центров». Расчеты, произведенные Семеновым, исключали сомнения в этом вопросе. Но и здесь правота теоретика должна была быть доказана прямым опытом.

Исследователи надеялись, что последние возражения будут сняты опытами по окислению серы. Они были осуществлены самим Семеновым и одним из его ближайших соратников - молодым физиком Юрием Рябининым.

Но даже этими опытами самые заядлые скептики не были разоружены. Тогда-то в азарте спора и появилась идея изумительно красивого «решающего эксперимента». Его красота заключалась в сочетании полной убедительности результатов и замечательной простоты осуществления. Семенов решил в тот момент, когда кислород по соединительной трубке впускался в сосуд, пропускать через него слабый импульс тока - настолько слабый, что расщепление молекул кислорода на активные атомы могло быть под его непосредственным воздействием заведомо ничтожным. Однако Семенов был убежден, что и этого малого количества «активных центров» будет достаточно для развития реакции. Он был уверен, что включение рубильника неизбежно вызовет вспышку в реакционном сосуде.

«Помню тот трепет, - пишет академик Семенов,- с каким я впервые протягивал руку к щитку с рубильником. Я долго не решался начать опыт. Мне казалось, что в эту минуту решится судьба всей теории. И, не преувеличивая, я могу сказать, что действительно безумно волновался».

Но ожидания не обманули ученого: желанная вспышка произошла!

И снова сомнения... Не случайность ли это? Ведь и без разряда иногда появлялись вспышки.

Опыт был проделан вновь и вновь. И - о счастье!- вспышка происходила каждый раз, когда от катушки Румкорфа пробегал через кислород слабенький импульс, то есть когда хотя бы малое количество «активных центров» появлялось в смеси.

Но откуда все эти постоянные сомнения, эта требовательная жажда проверки? От неуверенности в себе? Ничуть не бывало.

На повторение несчетных контрольных опытов экспериментатора толкает обостренное чувство ответственности. Он знает, кроме того, что опыт - высший судья. Он безжалостно отметает все наносное, субъективное и выносит свой приговор, который не подлежит обжалованию.

Но вот опыты подтвердили: да, это так. Следовательно, все предпосылки для большого открытия в науке уже сложились.

Что же еще нужно для того, чтобы открытие произошло?

Вероятно, необходимым условием этого является взлет обобщающей мысли. Здесь должно вступить в дело какое-то особое умение в единичном увидеть общее, сквозь призму отдельных явлений разглядеть закономерность.

Небезынтересные опыты окисления фосфора и серы... Вот что сумело прочесть в дальнейших публикациях семеновской группы большинство читателей научных журналов того времени.

А Семенову уже было ясно: разветвленные цепные реакции не ограничиваются этими случаями, а представляют собой «довольно типичный процесс», как ученый, впрочем, тоже достаточно осторожно, выражался на первых порах.

С 1931 года начала складываться книга «Цепные реакции», которая была закончена в 1934 году, тогда же издана в Советском Союзе, а в 1935 году - в Англии. Интересна история этой книги: она вырастала по мере разработки самой теории. «...Часто выяснялось, что не хватает то тех, то других экспериментальных данных, - писал академик Семенов, вспоминая свою работу над книгой. - Мои товарищи по институту быстро ставили опыты и получали результаты, которые позволяли правильно осветить в тексте тот или иной вопрос».

Это один из ярких примеров коллективного характера современного научного творчества.

Появление в свет книги «Цепные реакции» было не просто достойным завершением «наиболее насыщенного десятилетия» жизни одного из выдающихся ученых нашего времени - десятилетия, «когда каждый день приносил новые результаты, когда каждый день в спорах и обсуждениях рождались новые мысли» («Тогда я впервые познал всю силу и все возможности коллективного творчества», - так рассказывал об этом сам Семенов. ). Был достигнут важный рубеж в развитии самой науки. Учение о цепных реакциях стало крупнейшим разделом химии, и не только химии!

В 1938 году Ган и Штрассман в Германии открыли деление урана под действием нейтронов. Французские ученые Жолио-Кюри и Перрен высказали мысль, что возможна цепная разветвленная реакция деления урана. Мысль эта подтвердилась и послужила основанием для практического овладения атомной энергией.

Конечно, при «ядерных реакциях», как их называют, цепь развивается благодаря совсем иным, чем в химии, активным частицам. Здесь это нейтроны и перегруженные энергией сложные неустойчивые ядра. Но общие закономерности разветвленных цепных реакций и тут те же, что и в химическом процессе.

Теория таких реакций, развитая в химии, оказалась применимой и здесь. Это блестяще показали в своей работе соратники Семенова - уже знакомый нам Юлий Борисович Харитон и молодой тогда ученый Яков Борисович Зельдович, которые в 1939 году сделали первый подробный разбор применимости теории цепных реакций к управлению реакцией деления урана. В работе, опубликованной в «Журнале технической физики», они показали, что основные положения теории цепных реакций - явление критической плотности, критических размеров, критического количества обрывающих цепей примеси - характерны и для атомной физики. Если бы этих предельных явлений не существовало, нам не удалось бы воспользоваться ядерной энергией, нельзя было бы создать атомный котел. Так представление о разветвленных цепных реакциях с разных сторон входило в физику.

«Я думаю, - недавно писал создатель этой теории, - что недалеко время, когда ученые убедятся, что в новой своеобразной форме цепные реакции возникают и в биологии». Он предостерегает лишь от слишком примитивных попыток перенести в биологию чисто химическое понятие об активных частицах. «Надо здесь искать, - говорит он, - более сложные образования, которые, вероятно, окажутся столь же отличными от «свободных радикалов», как последние отличаются от нейтронов и «компаунд-ядер», являющихся носителями цепей в атомной физике».

В полной мере, учитывая все предостережения, физико-химики вплотную приступили к подготовке решающего штурма и этой твердыни...

Но и уже рассказанного, пожалуй, достаточно, чтобы оценить яркость луча новой теории, осветившего непроницаемо темную до этого область.

Как ни разнообразны проблемы, разрабатываемые в Институте химической физики, там постоянно господствует дух высокой теоретичности, не противопоставляемой практике, а выражающей стремление к обобщению полученных результатов, к постановке больших принципиальных вопросов науки. В этом главный принцип воспитательной работы, с самого начала положенный академиком Семеновым в основу подготовки научной молодежи: приучение к самостоятельному научному мышлению.

Его раздумья над проблемами науки, как мы уже могли убедиться, всегда отличались и отличаются увлекающей широтой.

Уже на самом раннем этапе создания цепной теории он рассматривал ее не как частный прием для объяснения отдельных любопытных явлений, а как средство теоретического вооружения химиков в их вековечной борьбе с так называемым «химическим сопротивлением».

С течением времени менялось и уточнялось содержание, которое ученые вкладывают в это понятие. Но дадим возможность рассказать об этом самому Николаю Николаевичу.

«Если представить себе, - писал он в одной из своих ранних работ,- что в некоторый момент времени по мановению волшебной палочки «химическое сопротивление» было бы уничтожено, это означало бы наступление чудовищной катастрофы, в результате которой сгорели бы все запасы угля, все растения и живые организмы. Мгновенно заржавело бы все железо, с таким трудом добытое из недр земли...»

Он так развивал в свое время эту идею:

«Непоколебимые законы термодинамики утверждают, что все химические системы рано или поздно должны перейти в такую форму, которая отвечает минимуму свободной энергии, то есть когда все излишки энергии рассеиваются и более богатые химической энергией вещества переходят в обесцененные, с точки зрения энергетики, продукты. Например, смесь водорода с кислородом должна превратиться, в воду, уголь и воздух - в углекислый газ. Однако, с другой стороны, хорошо известно, что гремучая смесь или уголь при нормальных условиях практически бесконечно долго могут сохраняться без всяких превращений. Только если мы пропустим через гремучую смесь искру или подожжем уголь, эти системы с бурным выделением энергии переходят в низшую, с энергетической точки зрения, форму своего существования, предсказанную вторым началом термодинамики. Таким образом, всякая химическая система упорствует в своем состоянии, оказывает сопротивление переходу в более устойчивые формы, и нужны специальные условия, чтобы это сопротивление одолеть... (Выделено мной. - О. П.) Вот почему борьба между химическим сопротивлением и силами, движущими химические системы по пути перехода в более устойчивые формы, - это основа физико-химической и в известной мере биологической жизни природы...»

Как видим, только еще приступая к разработке и испытанию новых методов преодоления «химического сопротивления», исследователь уже нацеливал свою мысль и творческие искания учеников на штурм одной из наиболее крутых вершин современного естествознания.

Вопросы «химического сопротивления» впервые во весь рост были поставлены почти девяносто лет назад знаменитыми физико-химиками Вант-Гоффом и Аррениусом.

Энергетический ход любой химической реакции они пытались изобразить в виде более или менее крутого спуска с горы на свободно скользящих салазках. Только надо представить себе, что на вершине горы, перед началом склона, есть небольшой горбик, барьер, и чтобы салазки скатились вниз, им сперва нужно дать толчок, нужно сообщить им некоторую энергию для преодоления подъема на этот горбик. Потом уж они покатятся сами! Чем выше горб, тем большую работу надо совершить, чтобы салазки получили возможность съехать с горы. Энергия, которая должна быть на это затрачена, получила название «энергии активации». Она-то, по представлениям Вант-Гоффа, и служит мерилом «химического сопротивления» системы.

По современным воззрениям, энергия активации - это энергия, которой должны обладать вступающие во взаимодействие частицы, чтобы реакция могла начаться. Данные опыта говорят, что энергия активации для устойчивых молекул гораздо больше, чем для их обломков, для возбужденных атомов, словом - для «активных центров». Реакции между ними потому и протекают с такою легкостью, что почти не требуют начального толчка для преодоления «энергетического барьера», который отделяет исходные вещества от конечных продуктов взаимодействия.

Вот почему, для того чтобы уверенно управлять цепными химическими реакциями, надо овладевать процессом размножения «химических бактерий», надо постигать их химическую природу. Чтобы властвовать и в науке и в технике, надо знать...

Открывать и сравнивать между собой «химические бактерии», разумеется, много труднее, чем обычные. «Активные центры» нельзя увидеть в микроскоп. Кроме того, их обычно очень мало, да и в силу своей неустойчивости многие живут в течение каких-нибудь стотысячных долей секунды, а затем приходят в нормальное состояние, теряя свою драгоценную активность. Охватывая тщательными исследованиями все более широкий круг реакций, ведя споры с иностранными учеными, которые не хотели сначала признавать новых результатов и только со временем превращались в союзников, деятельно умножавших экспериментальную основу концепции, Николаю Николаевичу Семенову и его ближайшему сподвижнику Виктору Николаевичу Кондратьеву удалось найти и освоить прямые методы, позволившие подойти к определению химической природы «активных центров».

Химическая физика, соперничающая в темпах исследования с быстротой самих химических превращений, позволила ученым приблизиться к пониманию великой и древней силы огня, которую, как однажды заметил Семенов, «мы знаем гораздо хуже, чем молодое электричество».

- Великая сила огня вдохновляла поэтическое, религиозное, философское творчество людей древности, - говаривал он году в тридцатом, - но, как это ни странно, она «е сумела вдохновить современных ученых, и наука об огне находится на столь низком уровне, что еще недавно не могла ответить на самые основные вопросы из области горения...

Именно в Институте химической физики, главным образом в работах Якова Борисовича Зельдовича, Давида Робертовича Франк-Каменецкого и Кирилла Ивановича Щелкина, впервые удовлетворительно решен труднейший вопрос о «цепном» механизме распространения пламени от места первоначального воспламенения по всему горючему веществу.

Но почему же так получилось, что до самого недавнего времени не удавалось объяснить многие загадочные стороны одного из важнейших химических процессов, которыми человечество пользовалось с того самого времени, как в пещере первобытного человека вспыхнул первый костер?

Есть несколько причин. Одной, пожалуй, самой существенной, мы сейчас коснемся.

В огромном большинстве важных для техники случаев используется, собственно, не сам огонь, а создаваемое им тепло. Почему это уточнение существенно?

А вот почему. В паровых машинах и турбинах сила огня, образно выражаясь, переходит в силу пара. Поскольку процесс сжигания сам по себе идет достаточно быстро, стремясь усовершенствовать использование силы огня, техники разрабатывали главным образом тепловые проблемы, а они могут быть разрешены независимо от понимания самого процесса горения! И действительно, наука о тепле - о передаче тепла, его сохранении, потерях и тому подобном - была прекрасно разработана еще в прошлом столетии и находилась на столь же высоком уровне, что и наука об электричестве. Это и было причиной отставания: наука о горении не получала достаточно мощных толчков в своем развитии от практики...

Отдельные исключения только подтверждают правильность этой мысли. Чтобы обезопасить горные работы, при которых начали применяться подземные взрывы в шахтах, понадобилось изучить условия воспламенения «гремучего газа». Именно в этой связи, а также отвечая на запросы артиллеристов, видные химики прошлого века - Лешателье, Бертло и другие - стали заниматься изучением условий самовоспламенения и распространения пламени.

Но вот на историческую сцену выступили двигатели внутреннего сгорания. Когда они проникли в авиацию, ограничивать рациональное использование горения стал сам процесс горения, свойства горючего. На первый план выступили вопросы скорости горения. Ведь в самом деле, ускорением этого процесса больше всего озабочены создатели и современных котлов, и двигателей внутреннего сгорания, и ракет. «Форсировка двигателя внутреннего сгорания, к которой вынуждены были прибегать в борьбе за высокие скорости полета, натолкнулась на существенное затруднение: бензино-воздушная смесь начинала детонировать. Это приводило к перегреву и разрушению двигателя. Так химический состав топлива, которым определялась разница в его сгорании, стал проблемой «номер один».

С расширением масштабов таких вполне мирных производств, как мукомолье, сахароварение и прочие, по-новому встали проблемы взрывобезопасности: ведь такие, казалось бы, безобидные вещества, как мука, махорка, сахар, кожа, в виде пыли представляют грозную опасность. Известны случаи, когда на соответствующих производствах возникали сокрушительные пылевые взрывы...

Занявшись вплотную вопросами горения, исследователи до поры до времени по традиции сосредоточивали главное внимание на тепловой и гидродинамической стороне процесса. И они не могли существенно продвинуться вперед до тех пор, пока затушевывался главный вопрос - о скорости химического превращения. Ведь в этом суть!

Научная школа Института химической физики привела во взаимодействие «несколько видов оружия».

Основное звено - само химическое превращение. Ему главное внимание.

Вспомогательный удар - на решение вопросов гидродинамики и теплопередачи в пламени, поскольку они оказывают сильнейшее обратное влияние на скорость химического превращения. Эта тактика, принятая «химфизиками», вполне оправдалась.

Новая глава, вписанная в науку о горении химической физикой, дала интересное ответвление в область изучения тончайших деталей процессов детонации - катастрофических взрывов, при которых вызывающая их химическая реакция происходит с гигантской сверхзвуковой скоростью. Возражая скептикам, недоумевающим, к чему нужны все эти тонкости, профессор Щелкин в одной из своих статей вместо ответа привел некоторые результаты применения теории детонации к далекому, казалось бы, от нее явлению - к сгоранию в ракетной камере, имеющему, однако, на самом деле глубокую аналогию с детонацией. Мы не будем здесь приводить подробности, доступные лишь читателям специальных журналов. Изложение своего примера Кирилл Иванович Щелкин завершал следующими многозначительными строками: «Удивительно, как бывают, неожиданны приложения науки! Пример с ракетной камерой, не переоценивая его практического значения, лишний раз подтверждает эту старую мысль... Необычайно широка и многогранна эта увлекательная, содержащая переплетение множества разнородных процессов область науки о горении и взрывах».

...Девять десятых химических процессов, находящихся в арсенале современной техники, совершаются на основе явлений катализа. Без катализа немыслимо современное производство серной и азотной кислот, аммиака, бесчисленных сернистых и азотистых соединений. В нефтяной промышленности катализ применяется для крекинга нефти и получения бензина с высоким октановым числом. Катализ служит для производства жидкого топлива из угля и сланцев, синтетического каучука из ацетилена и спирта. Из водяного газа получают целую гамму синтетических продуктов: среди них жидкие и твердые парафины, спирты - и все это в зависимости от давления, температур и характера применяемых катализаторов. Современный катализ позволяет превращать почти неограниченное количество веществ в результате лишь одного соприкосновения с небольшой частицей другого вещества, которое само остается неизменным. В одном известном случае с помощью платинового катализатора, действовавшего бессменно около десяти лет, было получено такое количество серной кислоты, которое превысило вес платины в десятки миллионов раз.

До недавнего времени исследователи различали несколько особенностей действия катализаторов и для объяснения каждой из них пытались придумать особую теорию. Иногда «толчок» молекулы катализатора активирует молекулы реагирующего вещества, хотя сам катализатор не вступает в химическое соединение. Иногда катализатор участвует в промежуточных химических соединениях и восстанавливается лишь после окончания ряда реакций. А иногда он вызывает только цепную реакцию, которая затем продолжается без него. Твердые катализаторы, вроде платиновой губки или сетки, задерживают реагирующие вещества на своей поверхности путем адсорбции.

В отдельных случаях применение химических ускорителей - катализаторов - позволяет снижать температуру, необходимую для проведения реакции. А некоторые реакции вообще не идут в отсутствие катализаторов.

Наконец, так или иначе, связано с катализом большинство химических процессов, протекающих в живых организмах. Ферменты, которые в популярных статьях подчас несколько высокопарно именуются «ключами жизни», а одним из основоположников нашей отечественной биохимии, Данилевским, были справедливо оценены как «инициаторы жизненных процессов», с химической точки зрения являются не чем иным, как катализаторами. Каталитическую роль играют многие, если не все, витамины, гормоны и микроэлементы...

Однако не кажется ли вам, что, переходя в область, где проявляется таинственное могущество катализаторов, мы снова сталкиваемся с чем-то очень знакомым? Вспомним об «активных центрах». После всего, что уже было сказано о них, даже самый неискушенный читатель не усомнится в закономерности параллелей между поведением «активных центров» в цепных реакциях и поведением молекул катализатора в каталитических процессах. И действительно, сходство этих двух разных (а может быть, и не всегда разных) явлений заставило подумать: нельзя ли новую теорию применить для объяснения этого важнейшего круга старых и до конца не решенных вопросов?

Сейчас, насколько можно судить по самым последним работам института, химическая физика подбирается к тому, чтобы применить новые методы исследования быстро текущих процессов и новые представления о них к бесконечно сложным, особенно важным для техники процессам катализа.

Другой пример лежит совсем рядом. Известно, что далеко не все химические реакции происходят в результате непосредственного взаимодействия молекул реагирующих веществ. В определенных условиях молекулы могут отщеплять атомы или группы атомов с образованием ионов, электрически заряженных частиц, или свободных радикалов, нестойких заряженных частиц. Это и позволяет, например, осуществлять многие реакции полимеризации по цепному механизму, при котором, как мы видели, происходит непрерывное образование способных к продолжению реакции «активных центров».

Необходимо привести хотя бы небольшую часть молекул мономера в возбужденное состояние, или, как выражаются химфизики, «активировать» их, чтобы мог начаться рост цепи полимера. С этой целью применяют химические активаторы или инициаторы реакции (чаще всего различные перекиси). Иногда активация молекулы достигается другим путем, например действием света или радиоактивных излучений, повышением температуры. По методу цепной полимеризации получают такой важный полимер, как полиэтилен - «король пластиков». Его цепочечные молекулы состоят из 400 - 800 молекул этилена. Он стоек в химическом отношении и незаменим в радиотехнике, где его используют как единственный в своем роде совершенный изолятор для высокочастотных устройств.

Так, захватывая все новые и новые области теории и практики, словно подражая лавинному течению цепных реакций, бурно развивается в наши дни сама химическая физика.

Она спешит на помощь химику, постоянно думающему о том, как преодолеть «химическое сопротивление» веществ, которые он хочет заставить реагировать друг с другом. Опираясь на общий закон, гласящий, что если вещества, вступающие в химическую реакцию, подвергать давлению, нагреванию или охлаждению, то реакция будет протекать так, чтобы воспрепятствовать этому внешнему воздействию, поскорее отделаться от него, химик широко пользуется этим способами воздействия для достижения нужного преобразования молекул. Но давление, так же как и нагревание, - обоюдоострое оружие. Сами по себе эти факторы не обеспечивают проведения реакции в нужном химику направлении. Теория цепных реакций и практические выводы, вытекающие из основанных на ней исследований механизма действия катализаторов, колоссально расширили арсенал химика, предоставив в его распоряжение средства наиболее гибкого, а главное, напраленного воздействия на вещество. Например, в результате множества остроумно задуманных и виртуозно исполненных опытов ученику Николая Николаевича Семенова лауреату Ленинской премии Николаю Марковичу Эмануэлю удалось обнаружить сложную последовательность стадий важнейших реакций окисления углеводородов. Он проследил за происходящей при этом своеобразной «эстафетой» «активных центров», столь характерной для цепных реакций вообще.

На практике это выглядит следующим образом. Через сосуд, где идет реакция, короткое время пропускается, скажем, газ, подобранный так, чтобы он стимулировал процесс. Под действием этого катализатора и развивается лавина химических превращений. Но, как выяснилось из работ Эмануэля, такой катализатор действует не все время, пока идут превращения, а только в начале реакции. На этой первой стадии создается, однако, новый промежуточный катализатор, который участвует в следующей стадии и т. д. Весь процесс, таким образом, состоит из сменяющих друг друга самостоятельных цепных реакций.

Разделение реальных процессов на отчетливо выраженные последовательные стадии позволило Эмануэлю разработать новые приемы управления этими сложными процессами путем их проведения в условиях, меняющихся по ходу реакции. Это можно сравнить со сложной системой автоматики, которая регулирует технологический процесс по заданной программе. В данном случае экспериментатор «задает» соответствующую программу течения химического процесса, подбирая для каждой его стадии соответствующие условия и обеспечивая беспрекословное их соблюдение.

На основании этих исследований Эмануэлем предложен оригинальный способ получения ценных кислородосодержащих продуктов. Он состоит в окислении углеводородных газов, взятых в сжиженном состоянии при температурах и давлениях, близких к критическим. Использование этого способа позволяет получать нужные продукты с большими выходами, более чистыми и со скоростями, удовлетворяющими химическую промышленность.

Естественно, что проникновение в самую сущность процессов катализа позволило и к самим катализаторам подойти без прежней предвзятости. Коль скоро раскрывается сущность процессов, способствующих развитию химической реакции, убыстряющих ее, и мы овладеваем ключом к этим процессам, ключ можно повернуть и в обратную сторону, то есть подавлять нежелательные реакции.

Даже тех отрывочных сведений о теории цепных реакций, которые нам удалось сообщить читателю, достаточно, чтобы понять один из важнейших механизмов подобного «отрицательного катализа». Он сводится в огромном количестве практически важных случаев к «обрыву» цепной реакции.

В пищевой промышленности «отрицательные катализаторы» Эмануэлю удалось применить для удлинения срока хранения пищевых продуктов, например для предотвращения прогоркания жиров. В этом случае действие катализатора основано на блокировании нестойких перекисей - инициаторов цепных реакций окисления, образующихся в первой стадии прогоркания. Такие «отрицательные катализаторы» могут быть природными, вроде вытяжки из жмыхов или из овсяной муки, или синтетическими. В последнем случае для этой цели употребляются эфиры высших спиртов с различными кислотами. К слову сказать, растительные масла сохраняются лучше животных жиров именно потому, что в них содержатся природные «отрицательные катализаторы».

Каучук с течением времени «стареет», становясь хрупким вследствие окисления воздухом. Этому можно помешать, добавляя в состав каучука такие вещества, как оксифенолы или первичные ароматические амины. Опять-таки большая устойчивость натурального каучука против старения связана с тем, что в нем содержатся природные «отрицательные катализаторы».

Весьма важную роль играют «отрицательные катализаторы» во всех производственных процессах, связанных с образованием высокомолекулярных соединений, к которым относятся тот же каучук, пластические массы, кроющие пленки и многое другое, особенно в тех случаях, когда необходима приостановка процесса образования больших молекул, например, на время хранения исходных маленьких молекул мономеров, при их перегонке и так далее.

Подобные же замедлители реакций типа тетраэтилсвинца или металлических карбонилов, этой новинки металлоорганики, добавляются в бензины для того, чтобы предотвратить возникновение в двигателе внутреннего сгорания взрывов связанных с мгновенным окислением топлива.

В самое последнее время родилось еще одно важное направление использования «отрицательных катализаторов». Есть много оснований думать, что во многих химических процессах, связанных с развитием злокачественных опухолей в живом организме, принимают участие свободные радикалы. Николай Маркович Эмануэль и доктор биологических паук Лана Пименовна Липчина предприняли интересные попытки торможения окислительных реакций, а тем самым и торможения развития опухоли путем введения небольших количеств «отрицательных катализаторов». Сейчас еще преждевременно говорить о решающих результатах этих экспериментов - слишком уж значительна поставленная задача. Знаменательно то, что в отличие от многих других путей борьбы с роковой угрозой «злокачественного роста» удар здесь нацелен, фигурально выражаясь, в ту самую электронную лампу, которая управляет движениями «робота». Мы верим, что этот страшный биохимический «робот», отбирающий столько жизней, будет остановлен.

Современная наука не только «взрывает» искусственные перегородки, воздвигнутые между смежными ее разделами по соображениям, часто очень далеким от существа самого процесса сознания.

С высказываний по этому поводу академика Семенова мы, собственно, и начинали свой рассказ. В настоящее время даже специализация ученых в сравнительно узкой области не приводит к их отъединению от всего научного фронта (разумеется, сам исследователь руководствуется правильными диалектико-материалистическими методологическими установками), а сводится к естественному и необходимому разделению труда в рамках общей задачи. Вот почему, говоря о какой-либо научной проблеме, в наши дни обычно не удается (без риска нарушить действительные пропорции) ограничиться рамками одной лаборатории или даже одного института.

И сейчас, пытаясь представить читателю с разных сторон новые проблемы, поставленные на очередь проникновением в химию физического эксперимента и даже шире - физического мышления, мы вынуждены выйти за стены Института химической физики.

Поисковая химия охотно селится в университетах. Вести эту традицию от Бутлерова и Зинина, как часто делается, вряд ли уместно, хотя эти замечательные русские школы были чисто университетскими. Но тогда вся наука ютилась в немногих университетских центрах.

Сейчас положение иное. На вооружение исследователя поступило «тяжелое» инженерное оснащение, требующее громадных материальных затрат. Такие научные учреждения, как, скажем, дубненский Объединенный институт ядерных исследований, представляют собой гигантские научные предприятия. Достаточно напомнить, что для размещения одного единственного физического прибора - мощного ускорителя частиц, синхрофазотрона, - понадобилось помещение, превосходящее по размерам иной завод... Такими мощными и хорошо снаряженными институтами располагает Академия наук СССР. С ними спорят многие научные учреждения, созданные в промышленности.

Казалось бы, как с ними со всеми соперничать скромной университетской кафедре, которой при самом большом желании ее устроителей никак не дотянуться до научных гигантов? Но, оказывается, не надо тянуться! У вузовских кафедр есть свои преимущества, и если ими умело воспользоваться, получается именно то, что я нашел у химиков МГУ.

Лаборатории кафедры высокомолекулярных соединений, возглавляемой академиком Валентином Алексеевичем Каргиным, оборудованы, быть может, скромнее иных специальных институтов, но у них есть все необходимые физические приборы, позволяющие вести исследования на современном уровне. Это очень важно, ибо сегодняшнюю науку нельзя делать «на пальцах». Никакой приблизительности! Никакого упрощения! Это первое важнейшее условие успеха.

Разумеется, научная школа - это не коробка здания с вывеской на ней, хотя у нее обязательно должна быть крыша над головой, и если эта кровля венчает достаточно высокие и просторные лаборатории, то тем лучше. Научная школа - это не приборы, ибо они мертвы без человека, который ими управляет. Это, прежде всего люди.

Так часто и по таким второстепенным поводам произносим мы это бесспорнейшее положение, что оно подчас начинает звучать как необязательная присказка. А между тем старое английское деловое правило «нужный человек на нужном месте» в новых условиях нашей страны должно выполняться для успеха работы особенно тщательно. При социализме любой работник, чем бы он ни был занят, - это отнюдь не послушный исполнитель, а инициативный творец, и ленинская «дисциплина сознания» все в большей мере становится нормой нашей трудовой деятельности. Особенно нетерпимы расчетливость и осмотрительность из себялюбия, а не из уважения к самому делу. Здесь, пожалуй, как нигде, необходим самоотверженный порыв. Недаром академик Николай Николаевич Семенов, говоря о том, что научный работник работает независимо от получаемого им вознаграждения, ради той радости, которую приносит любимый труд, обмолвился крылатым словом: «Научная работа ближе всего подходит к тому виду труда, каким он будет при коммунизме».

Отбор людей для научной работы нелегок, а для работы в новых областях, где заведомо больше встретится неполадок (дело-то ведь новое!), невзгод, разочарований, этот отбор особенно труден. А здесь, в вузе, он происходит как бы сам собой. Приходит студент за темой для дипломной работы. Ему дают не «задачку на прилежание», будь то старательное воспроизведение классического опыта или выжимка из семи обзоров восьмого, чуть более худосочного. Нет, он получает совершенно «взаправдашнюю», «всамделишную» научную тему, новый, действительно нерешенный вопрос, который надо задать природе. Дерзаешь? Берись!

И молодость берется! Берется со страстью, с энтузиазмом, с подлинным волнением. И работает, позабыв обо всем на свете, кроме вот этого маленького камушка, который надо выдолбить из стены незнания. А вдруг из пролома брызнет луч света! А бывает, и засияет... Не так уж мало на кафедре высокомолекулярных соединений серьезных научных исследований, добывавших и новые факты и подводивших к значительным обобщениям, проделано студентами. А если не получается? Ну что ж, не всем быть исследователями.

Если из университета выйдет преподаватель химии, то и он вкусит сладость научного творчества, а главное, узнает, что это такое и как «делается» наука.

И это очень важно. Ведь нам нужно сегодня и в школе готовить ученых не только для самой науки, а и для производства. Оно сверху донизу избавляется сейчас от шаткого эмпиризма, становится на незыблемую основу научного метода...

А дальше происходило то же самое, что бывает всегда, когда научный руководитель любит и умеет работать с молодежью, а та находит в нем не только знающего педагога и доброго советчика, но и острого мыслителя и воодушевленного искателя. Вокруг кафедры сплотились именно те, в ком остро нуждается ученый такого склада, как академик Валентин Алексеевич Каргин. Не восторженные слушатели и добросовестные исполнители, а воодушевленные соратники, способные на лету подхватить новую идею и тотчас же обратить ее в замысел очередного эксперимента. И корпеть над ним по двадцать часов в сутки с перерывом на обязательные лекции. И возвращаться с новыми вопросами, которые будоражат воображение и зовут к новым поискам!

Я не стал смущать руководителя кафедры вопросами, на которые он, вероятно, не пожелал бы ответить, но, соприкоснувшись с атмосферой кафедры, вынес глубокое убеждение, что здесь научный руководитель чувствует себя наиболее свободно в выборе направлений предпринятого им «большого поиска». Ведь здесь нет тех, кто считает, что дипломникам надо давать темы, которые выйдут наверняка. Научные работники, которые здесь подобрались, тоже не ждут обещаний безусловной удачи.

- Иногда получается не то, что предполагали, - признался мне один из сотрудников Картина по кафедре - Виктор Александрович Кабанов. - Но выходит что-то наверняка интересное, потому что область выбрана именно та, в которой надо работать.

Здесь опять-таки «сам собой» (не является ли эта непринужденность признаком высшей организованности?) установился такой стиль работы. При обсуждении любого шага каждого конкретного исследования присутствуют все. Когда в процессе эксперимента возникает трудность, объявляется всеобщий аврал. Все должны думать, все должны искать выход из встретившегося затруднения. Ведь тропы нехоженые. Дорогу спрашивать не у кого. Ориентироваться приходится самим. Это настоящая школа мысли, в которой контакт между руководителем и руководимыми возникает с полуслова.

Вот там-то я познакомился с продолжением рассказа о хитроумных способах преодоления «химического барьера», о котором здесь говорилось в связи с работами Института химической физики. Замечу, что рассказ со всеми его новейшего происхождения эпизодами вплотную подводит к еще более увлекательной повести, которую можно было бы назвать «У великой границы». Здесь пока что обрываются реальные завоевания «второй природы», но зато раскрываются новые, поистине головокружительные перспективы дальнейшего движения по направлению к царству живого, к овладению теми процессами творения, которые сегодня еще составляют неотъемлемую прерогативу Жизни.

Моим первым проводником в эту новую область был опять-таки Виктор Александрович Кабанов, один из ближайших сотрудников академика Каргина. Он немного стесняется своего высокого роста, броской белой полосы, пересекающей поперек его свитер, отчего плечи становятся еще шире, и обращения по имени-отчеству. Коллеги по кафедре зовут его просто Витей. Одна из последних его работ, выполненных совместно с Каргиным, вызвала всеобщий интерес на Международном симпозиуме по макромолекулярной химии, который происходил в Москве в июне 1960 года. Сам Кабанов рассказывает о ней и о других работах кафедры (они были представлены на том же симпозиуме в докладе В. А. Каргина и Н. А. Платэ) в строгих и точных выражениях, которые позволяют уследить за движением мысли, но требуют «перевода» на язык общедоступных понятий. И в этой области, как и во всех остальных, наука пользуется своим особым экономным и выверенным языком формул и специальных терминов. Я говорю «выверенным», ибо целые научные дискуссии происходят подчас только по поводу разных способов истолкования одного и того же термина. Без достижения единства в истолковании не может быть достигнуто взаимного понимания.

Итак, что же - в вольном пересказе - занимает силы и время научных сотрудников кафедры высокомолекулярных соединений МГУ?

Ну, если угодно, начнем с химических реакций, которые способны протекать со скоростью взрыва при температуре 180°С ниже нуля.

Трудности комментатора начинаются немедленно. Такое сообщение способно поразить воображение каждого химика, который о нем впервые услышит (а это вполне может произойти, ибо новости с «переднего края» науки не так быстро проникают в среду химиков-практиков, которых всегда больше занимают сведения об успехах в их собственной, обычно довольно узкой области). Что касается широкого читателя, он, возможно, даже не ощутит всей парадоксальности того факта, что речь идет о химических реакциях, которые не могут, не должны идти. При понижении температуры до того предела, когда азот становится жидким, а резина приобретает хрупкость стекла, уже практически прекращаются беспорядочные «тепловые» столкновения молекул, которые приводят к их перемешиванию, так называемой взаимной диффузии. А без этого, естественно, нет шансов соприкоснуться с «активными центрами», если даже они есть по соседству.

А между тем при полном почти «оцепенении» молекул в веществе, «замороженном» до такой степени, что всякое диффузионное перемешивание можно считать заведомо исключенным, химические реакции идут, да еще как! Не всегда удается их с такой скоростью осуществлять и при высоком нагреве...

Читатель, который со вниманием отнесся к разгадке тайны огня, являющейся заслугой теории цепных реакций (как мы видели, там тоже замедленного горения по всем данным «классической» теории не должно было бы происходить, однако оно исправно происходило!), заподозрит и здесь какой-то обходный маневр. И будет прав! В случае горения барьер, который создавался на пути химического превращения прочностью внутримолекулярных связей, не преодолевался, а обходился при посредстве свободных радикалов. А здесь?

Присутствие свободных радикалов и здесь предполагается в качестве обязательного условия решения задачи. Но она еще более осложнена. Ведь этим же условием исключается возможность их свободного передвижения.

Поскольку известные механизмы оказались непригодными для объяснения таких реакций, это могло означать только одно: надо искать какой-то новый, доселе неведомый «механизм реакции».

И он был обнаружен.

Обходный маневр, примененный природой, разгаданный и повторенный исследователями, в этом случае особенно хитер и остроумен.

Прежде всего, мы имеем здесь дело с так называемыми «коллективными процессами», в которых одновременно (лучше сказать, практически одновременно, как обязательно поправил бы меня пунктуальный физико-химик) принимает участие большая группа взаимодействующих элементарных частиц, имеющих упорядоченное расположение друг относительно друга. Оказывается, в этом случае некоторые химические реакции и физические процессы протекают совершенно иначе, чем, если бы мы имели дело с беспорядочными столкновениями молекул.

Простейшим примером могут служить молекулы мономера, способного в принципе образовывать длинные цепи, если каким-либо способом эти молекулы будут заранее упорядоченно расположены наподобие той самой цепочки, которую они образуют при химическом соединении друг с другом.

Это только часть объяснения. Ну хорошо, упорядоченно расположенным молекулам не придется «искать» друг друга, им не понадобится для этого интенсивного теплового движения. Но ведь оно необходимо и для другой цели, а именно, чтобы «перепрыгнуть» через барьер «химического сопротивления». При низких температурах вероятность преодоления этого активационного барьера ничтожно мала... Как же все-таки реакция может происходить при сверхнизких температурах?

Представим себе, что мы в начальном состоянии молекулу «возбудили», подняли ее на какой-то более высокий энергетический уровень. Этого можно достичь разными приемами, не обязательно посредством нагрева. Возбужденная молекула может «скатиться с горы» и без преодоления барьера. Но коль скоро активационный барьер будет равен нулю и это вытекает из всех наших рассуждений, то реакция не будет замедляться при снижении температуры. Значит, возбужденная молекула может вступить в реакцию с другой молекулой при любой температуре!

Это еще не все... Вернемся теперь к нашей упорядоченной системе мономеров, готовых к тому, чтобы соединиться в цепочку. Мы возбудили одну молекулу мономера. Произошел первый акт соединения двух мономеров. Как мы знаем, при образовании новой связи освобождается энергия. Поскольку в данном случае она не затрачивается на преодоление активационного барьера, энергии оказывается вполне достаточно, чтобы возбудить следующую молекулу, подняв ее на более высокий энергетический уровень. В этих процессах лежит объяснение многих явлений, происходящих в живых организмах. Разнообразная работа совершается в них с ничтожными энергетическими затратами: работа мышцы, мерцание ресничек инфузории, передвижение кровяной клетки... Это все в основе своей «коллективные» процессы. Они лучше всего познаются на химических «моделях». Это один из путей, которые приводят химиков в область биологических проблем.