Химия и жизнь 05 06 2020

5/6химия и жизнь 2020

Химия и жизнь Нет более быстрого пути к овладению знаниями, чем искренняя Ежемесячный научно-популярный журнал любовь к мудрому учителю. 5/6 2020 Сюнь-цзы Зарегистрирован Содержание в Комитете РФ по печати 19 ноября 2003 года, рег. ЭЛ № 77-8479 Элемент №… ISSN 1727-5903 НАТРИЙ: ФАКТЫ И ФАКТИКИ. А. Мотыляев................................................2 НОМЕР ПОДГОТОВИЛИ: Главный редактор Здоровье Л.Н. Стрельникова Заместитель главного редактора СЪЕСТЬ ПУД СОЛИ. А. Мотыляев ..............................................................9 Е.В. Клещенко Художники: Размышления А.В. Астрин, А. Кук ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА: ВОПРОС СОЛИ. А.В. Кулик .................... 13 Редакторы и обозреватели Л.А. Ашкинази, Гипотезы В.В. Благутина, Ю.И. Зварич, ПИРАМИДЫ ИЗ ПЕСКА. И.Ф. Шлегель .................................................... 16 С.М. Комаров, В.В. Лебедев, Проблемы и методы науки Н.Л. Резник, О.В. Рындина СТУДЕНЬ ЗАПОМНИТ ФОРМУ. С.М. Комаров..........................................22 Ответственый за соцсети Д.А. Васильев Спросите учителя Подписано в печать 19.06.2020 Типография «Офсет Принт М». ЕЩЁ НОВОЕ В МИРЕ ЗАДАЧ. Л.А. Ашкинази ...........................................32 123001, Москва, 1-й Красногвардейский пр-д, д. 1 Гипотезы Адрес редакции 119991, Москва, Ленинский просп., 29, стр. 8 ЭВОЛЮЦИЯ: ТРЕТИЙ ПУТЬ. И.А. Криштафович ......................................39 Адрес для переписки 119071, Москва, а/я 57 Дневник наблюдений Телефон для справок: ПЧЕЛИНЫЕ ЧУДЕСА. С.М. Комаров.........................................................45 8 (495) 722-09-46 e-mail: [email protected] Страницы истории http://www.hij.ru Соцсети: ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ ПИСАРЕВ И РОССИЙСКАЯ НАУКА. https://www.facebook.com/khimiyaizhizn С.В. Багоцкий.........................................................................................46 https://vk.com/khimiya_i_zhizn https://ok.ru/group/53459104891087 Радости жизни https://twitter.com/hij_redaktor https://www.instagram.com/khimiya_i_zhizn/ ЧЕСТЬ И БЕСЧЕСТЬЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИМЕН. Елена Клещенко ............56 При перепечатке материалов ссылка Земля и ее обитатели на «Химию и жизнь» обязательна ПРИМАТЫ БАЛИЙСКОГО МОРЯ. Ольга Арнольд......................................62 На журнал можно подписаться в агентствах «Роспечать» — каталог «Роспечать», индексы 72231 и 72232 Страницы истории «Арзи» — Объединенный каталог «Пресса России», индексы — 88763 и 88764 (рассылка — «Арзи», ЗООПАРК В ГОДЫ ВОЙНЫ. Ольга Нестеренко ........................................70 тел. (495) 443-61-60) Каталог «Почта России», индексы П2021 и П2017. Проблемы и методы науки «Информсистема» — (495) 127-91-47 «Урал-Пресс» — (495) 789-86-36 ДАЁШЬ ОПЫЛЕНИЕ! Н.Л. Резник ............................................................76 © АНО Центр «НаукаПресс» Панацейка Генеральный спонсор журнала ДАМИАНА – ВОЗВРАЩАЕТ ЖИЗНИ РАДОСТЬ. Н. Ручкина.......................80 Компания «Биоамид» Фантастический год НА ПЕРВОЙ СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ — рисунок Александра Кукушкина КНИГА МАШИН. Самюэль Батлер............................................................86 КОТ И КЛУБОК. Марина Аницкая.............................................................94 НА ВТОРОЙ СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ — Работа Белинды Мэрфи Би. Сохранить Цитата мир в равновесии помогут искусствен- ные создания, в том числе и насекомые. ЦАРИЦА ДОКАЗАТЕЛЬСТВ. Константин Душенко ................................. 101 Каков он будет? Об этом читайте в статье «Даёшь опыление». Нанофантастика ПРОМЕЖУТОК. Марина Мартова .......................................................... 104 Результаты: физика 29 Книги 93 Результаты: биохимия 53 Короткие заметки 102 Результаты: астрофизика 83 Пишут, что… 102

Фото: ESO/P. Horálek Элемент №… Четыре 22-ваттных лазера зажигают натриевую звезду над Большим и Малым Магеллановыми облаком А. Мотыляев Натрий: Натрий, 11-й элемент Таблицы Менделеева. Это факты мягкий металл, который плавится в кипящей воде, но и фактики этого с ним никто не проделывает, поскольку натрий при взаимодействии с водой взрывается. Поэтому его хранят под слоем керосина. Впервые натрий полу- чил в 1807 году Гемфри Дэви электролизом соды; на долю натрия приходится 2,64 % массы земной коры и 2,9% гидросферы; в природе встречается только в виде солей, самые известные минералы – каменная соль галит, содержащая хлорид натрия, глауберова соль, или мирабилит, содержащая сульфат натрия, чилийская селитра – азотнокислый натрий и трона – карбонат натрия. У человека натрий концентриру- ется в плазме крови, поте и моче. Эти факты науке известны давно, и казалось, что мы знаем о натрии все. Однако XXI век ставит новые задачи даже для издавна известных технологий, связанных с натрием, и находит ему новые применения… 2

Как из натрия зажигают звезду в мезосфере? Фото: ESO С помощью мощного лазерного луча. В верхней Ледяной Лев – уникальная звезда, которая находится части атмосферы, мезосфере Земли, на высоте 90 на последней стадии, – она уже перестала быть асим- км, имеется тонкий слой натрия. Это не наша уни- птотическим гигантом, но еще не стала планетарной кальная особенность – натрий есть в атмосфере и туманностью. Подобное крыльям бабочки облако вокруг других планет, например Юпитера, что астрономы нее состоит из выброшенной звездой пыли, газа и огром- наблюдали по характерному свечению во время па- ного количества льда, за что звезда и получила свое имя дения в него кометы Шумейкеров – Леви в июле 1994 года. Откуда натрий взялся в атмосфере планет, не астрофизикам надо существенно менять свое пред- очень понятно. Люди же научились использовать его ставление об эволюции Вселенной и происхождении в для своих целей. При подсветке лазером с длиной ней пыли, которая очень важна – из нее формируются волны 589 мм натрий возбуждается и начинает сиять новые звезды и планеты. оранжевым светом. Такой свет используют в уличных противотуманных фонарях, где газообразный натрий Какое самое важное для жизни на Земле со- возбуждают электричеством. А если на Земле поста- единение натрия? Это хлорид натрия, из которого вить мощный лазер, направить его вверх и осветить какой-то участок мезосферы, то расположенный там в основном состоит поваренная соль. Он придает натрий также возбудится и на небесной сфере засия- соленость практически всем поверхностным водам ет рукотворная оранжевая звезда. Ее используют для планеты, и прежде всего водам Мирового океана. юстировки наземных гигантских телескопов: пара- Поскольку жизнь зародилась именно в нем, не- метры искусственной звезды известны, и, наблюдая удивительно, что хлорид натрия оказался жизненно ее, можно рассчитывать поправки на турбулентности важным соединением: он обеспечивает и соленость атмосферы, которые искажают изображения насто- внутренних вод живых организмов. Зародись жизнь ящих звезд. Этот метод придумали в 80-х годах для в каком-то другом океане, может быть, удалось бы работ по Стратегической оборонной инициативе, а обойтись и без натрия, но для живых существ на Зем- для мирных целей его начали применять в 2000-х. В ле именно хлорид натрия стал главным электроли- 2007-м в Южной европейской обсерватории (Чили) том, содержащим ионы натрия, которые регулируют собрали первую установку для зажигания натриевых осмотическое давление в клетках и обеспечивают их мезосферных звезд, а с 2016 года там действуют уже обмен водой и другими веществами с окружающей четыре установки, которые обеспечивают работу средой. Ионы натрия также отвечают за поддержа- самых больших телескопов Земли. ние кислотности крови, участвуют в регулировании деятельности клеток, обеспечивают прохождение Откуда берется натрий во Вселенной? Он формиру- нервных импульсов. Наш организм разными спосо- бами старается поддерживать постоянным содер- ется в тяжелых звездах в результате горения углерода жание натрия в главной своей жидкости – плазме или неона. В легких звездах натрий не образуется, а крови. А для восполнения запасов натрия, который оказывается в них в составе той пыли, что осталась от взрыва звезд предыдущих поколений. Измеряя содер- жание натрия, можно установить, к какому поколению принадлежит легкая звезда. Изучение обогащения натрием звезд, которое проводил Симон Кемпбелл из мельбурнского Университета Монаша со своими колле- гами («Nature», 2013, 7453), дало неожиданный побоч- ный результат. Суть дела такова. Легкие звезды, массой с Солнце или несколько больше, в конце своей жизни становятся красными гигантами, у которых закончился водород в ядре. В результате горение продолжается лишь во внешних слоях, где водород остался, а ядро занято не горящим до поры до времени гелием. Это не последняя стадия эволюции – в самом конце звезда встает на так называемую асимптотическую ветвь гиган- тов. Следуя по ней, звезда периодически расширяется и сжимается, выбрасывая при этом огромное количе- ство пыли. До недавнего времени астрофизики считали, что такова судьба всех легких звезд. Но вот наблюдения за натрием показали: на асимптотическую ветвь уходят только звезды первого поколения, у которых натрия мало. А звезды второго поколения, где натрия много, такой судьбы избегают и погибают раньше, не успев запылить межзвездное пространство. Если это так, 3«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

Галит – главный минерал, в виде которого хлорид натрия отлагается в земных недрах выходит из организма с мочой и потом, люди, да и держат всю технологическую цивилизацию. Без не только они, приспособились есть соль. Сейчас соды невозможно производство, казалось бы, про- люди в год съедают почти 30 млн тонн соли. стейших предметов. Нужно сделать мыло? Для этого требуется сварить жир либо масло с содой и полу- Благодаря свойству натрия определять осмоти- чить мыльное вещество – стеарат натрия. Нужно ческое давление, поваренная соль стала важнейшим стекло? Опять-таки надо сплавить песок с мелом консервантом: подавляющее большинство бактерий и содой. Нужна щелочь? И здесь не обойтись без не выдерживает высокую концентрацию соли – раз- соды. Даже пресный хлеб не выйдет без соды – при личие в концентрации соли внутри и вне клетки ведет своем разложении она дает пузырьки углекислого к тому, что вода устремляется вовне и бактерия по- газа, обеспечивающие хлебу пористость. В 2020 гибает. При отсутствии холодильников соление было году мировой объем производства соды превышал важнейшим способом длительного хранения съест- 60 млн тонн, что обеспечивает ей десятое место в ного. Неудивительно, что в древности соль ценили на списке всех веществ, производимых человечеством, вес золота: она служила деньгами (причем в Африке за исключением нефтехимии. еще в начале ХХ века), из нее делали самые настоящие монеты, есть даже предположение, что от слова «соль» Откуда берется сама сода? Поскольку карбонат пошло название денег – сольди, а также служащих за сольди наемников – солдат, которым, действительно, натрия растворим в воде, месторождения соды не- еще с римских времен плату зачастую выдавали со- многочисленны. Сейчас крупнейшие запасы содового лью. Как мы знаем из истории страны, ограничения минерала, троны, Na2CO3· NaHCO3· 2H2O, сосредото- в снабжении солью приводят к бунтам. Владельцы чены в США: 40% мировых. Промышленную добычу соляных приисков порой становились могуществен- ведут также в КНР, Ботсване. В Кении соду извлекают нейшими магнатами, как, например, род Строгановых, из бездонного источника – содового озера Магади, история возвышения которого начинается с эксплуа- где трона постоянно образуется сама собой из горя- тации уральских залежей каменной соли. чих подземных вод, насыщенных карбонатом натрия; местами толщина отложений троны превышает 40 Те, кто имел доступ к соленым озерам или морям, метров. получали натрий из морской воды, выпаривая ее, а те, кто жил вдали от моря и соляных месторождений, В античном Средиземноморье месторождения довольствовались золой растений, аккумулирующих содового минерала натрона, Na2CO3·10H2O, были много натрия. Возможно, такая соль была полезней, только в Египте – оттуда соду развозили по всему ведь в ней наряду с натрием есть много калия. Впро- миру. Остальным приходилось довольствоваться со- чем, речь о вредности натрия пойдет ниже. довой золой – продуктом сжигания растений. Большой популярностью в средневековой Европе пользова- Как натрий формировал технологическую ци- лась зола солелюбивых суккулентов, которую про- вилизацию? Хлорид натрия важен для жизни – и мышленно заготавливали в Испании и на Канарских островах, – в ней доля карбоната натрия составляет человека, и социума. А вот карбонат натрия, сода, 20%. По-русски эти растения называют солянками, а Na2CO3 – один из тех нескольких столпов, которые 4

по-английски – glasswort, то есть стекольное сусло, В процессы Хоу и Сольвея ввести изъятый из что явно указывает на их важную роль в производстве атмосферы или печной трубы углекислый газ пока не стекла. Кстати, по-английски и соду до сих пор назы- удается. А жаль, ведь при этом решилось бы несколько вают soda ash, то есть содовая зола. экологических задач: сохранение уникальных памят- ников природы – меловых гор, экономия топлива за К концу XVIII века, по мере индустриализации, счет отказа от термического разложения карбоната выяснилось: сода из золы перестала удовлетво- кальция и прямое сокращение содержания парнико- рять нужды промышленности. Первыми меры для вого газа в атмосфере. Время от времени появляются исправления дефицита предприняли во Франции – сообщения, что, мол, есть планы модернизировать по требованию короля Людовика XVI Французская какое-то содовое производство и хотя бы утилизиро- академия наук объявила конкурс на создание техно- вать газы их собственных энергетических установок, логии производства соды из морской соли. Конкурс но в практику эти планы не воплощаются. Видимо, выиграл придворный химик герцога Орлеанского для успеха нужно сочетание двух условий: высокие Никола Леблан – он предложил обрабатывать по- штрафы за выбросы углекислого газа и высокая цена варенную соль серной кислотой и мелом: получаю- топлива, что стимулировало бы его экономию. Как щуюся соляную кислоту удаляли кипячением, а соду видно, время таких условий еще не пришло. отделяли от плохо растворимого сульфида кальция с помощью воды. Почему гидроксид натрия назвали каустической содой? Слово «каустик» (caustic) по-английски Леблану не повезло – во время Великой фран- цузской революции имущество герцога, в частности означает «едкий», а поначалу гидроксид натрия, фабрику Леблана, реквизировали, а патент раскрыли он же едкий натр или попросту щелочь, получали для всех желающих. Почти полвека соду делали при- каустификацией соды, когда ее смешивали с едкой, думанным им способом. Однако в 1860-м бельгиец то есть гашеной, известью – гидроксидом кальция. Эрнест Сольвей предложил гораздо более дешевый Образующийся при этом карбонат кальция выпадал процесс получения соды из поваренной соли, мела в осадок, а гидроксид натрия оставался в растворе. и аммиака. Отходом этого процесса служит хлорид Термическое разложение гидрокаброната натрия – кальция. В 1930 году китайский химик Хоу Дэбан другой старинный способ получения едкого натра. модифицировал процесс так, что в качестве отхода Сейчас же его промышленно получают электро- получался хлорид аммония, который можно исполь- лизом раствора хлорида натрия, и тут скорее хлор зовать как удобрение. оказывается целевым продуктом, а щелочь – отхо- дом производства. Объем этого отхода огромен – И процесс Сольвея, и процесс Хоу требуют боль- 60 млн тонн в год, и весь идет в дело. Поскольку про- ших затрат энергии – мел надо нагревом разложить изводство щелочи зависит не от спроса на рынке, на известь и углекислый газ. Так получаются огромные но от потребности в хлоре, при колебаниях послед- выбросы углекислого газа – чуть больше одной тонны него либо сода замещает недостающую щелочь, на тонну соды. Поскольку на оба процесса приходится либо, наоборот, лишняя щелочь вытесняет с рынка соответственно 50 и 20% мирового содового про- соду. Такая замена возможна в тех отраслях, где изводства, в сумме эта технология дает 43 млн тонн щелочь применяют для нейтрализации кислоты, – в углекислого газа. Вклад обжига троны в глобальное бумажном производстве или при водоподготовке. потепление меньше – 0,75 тонны газа на тонну соды, Основное же использование щелочь находит при что приводит к выбросам еще 13 млн тонн СО2. А вот производстве целлюлозы – она не только нейтрали- четвертый способ – обработка углекислым газом зует применяющиеся там кислоты, но и прекрасно минеральной воды, содержащей карбонат натрия, – растворяет лигнин, а также для промывки бокситов оказывается самым чистым: всего 0,45 тонны газа на перед передачей их в алюминиевое производство: тонну соды, или в сумме 4 млн тонн. на это идет 17% и 11% щелочи соответственно. Вообще же щелочь находит применение в бесчис- В чем смысл этого процесса? В том, что в молекуле ленном числе производственных процессов, будучи таким же столпом технологической цивилизации, карбоната два иона натрия. При обработке его раство- как и сода. Среди экзотических применений едкого ра углекислым газом из каждой образуются две мо- натра – быстрое уничтожение преступниками трупов лекулы гидрокарбоната, NaHCO3. При последующей для сокрытия улик. Сейчас эту методику, идущую из кальцификации каждая из них снова станет молекулой Италии, в промышленных масштабах используют карбоната. В результате выбросы углекислого газа мексиканские наркокартели в ходе идущей с начала удается утилизировать. Именно такое производство XXI века междуусобной войне. Порой участников развернуто в Калифорнии, то есть производство со- этих преступлений удается изобличить; например, всем не грязное, углерод-нейтральное. Оказывается, в 2009 году вся Мексика следила за процессом над при известной смекалке и политической воле решать Сантьяго Месой Лопесом по кличке Эль Посолеро, проблему утилизации углекислого газа можно, а по- то есть «Изготовитель тушенки»: он за девять лет литической воли у Калифорнии изрядно – к 2045 году уничтожил щелочью более трехсот тел. ее экономика должна стать полностью углерод-ней- тральной и оказаться лидером в борьбе с глобальным потеплением не на словах, а на деле. 5«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

а натрием можно переносить огромные количества теп- ла от реактора к внешнему охлаждающему контуру и б не сильно опасаться, что жидкость перегреется и за- кипит. А кроме того, у натрия низкое сечение захвата Ta нейтронов; натрий, омывающий тепловыделяющие Na O сборки из атомного топлива, не мешает протеканию цепной реакции. По этому параметру его опережают В идеале решетка танталата натрия соответствует только свинец с висмутом. Из свинцово-висмутового решетке перовскита (а). Однако для того, чтобы хорошо сплава изготавливают жидкий теплоноситель для под- разлагать воду, атомы натрия надо сместить из идеаль- водных лодок, а натрий применяют для реакторов на ных положений (б) быстрых нейтронах. Первый такой реактор БОР-60 запустили в Димитровграде в 1969 году, он служил Как получают металлический натрий? Промыш- прототипом реактора для АЭС малой мощности и для исследований, вывод этого реактора из эксплуатации ленное производство натрия начинается с открытия намечен на 2020 год. Анри Девилем в 1850-х годах процесса пережигания соды с углем – карбонатный остаток становится угле- Своеобразным шедевром технической мысли стал кислым газом и улетает, а металлический натрий оста- запущенный в 80-м году на Белоярской АЭС реактор ется. Натрий был нужен Девилю не сам по себе – он БН-600 (название означает «быстрый натриевый»), на служил реагентом при получении алюминия из двой- котором удалось выявить, а затем устранить слабые ного хлорида натрия-алюминия. Сейчас натрий де- места конструкции таких реакторов. Для его оснаще- лают электролизом расплава либо гидроксида, либо ния создали специальное производство металличе- хлорида натрия, то есть как его и открыл в 1807 году ского натрия реакторной чистоты – в охлаждающий Гемфри Деви, который провел электролиз щелочи. контур потребовалось загрузить две тысячи тонн этого Используют его во множестве химических процессов, металла. С учетом опыта БН-600 спроектировали один из самых известных – получение синтетического самый совершенный на сегодня реактор на быстрых каучука, где натрий служит катализатором. нейтронах – БН-800, введенный в эксплуатацию в 2016 году на Белоярской АЭС; в нем также использован на- Зачем металлический натрий ядерщикам? Он триевый теплоноситель. Так натриевый теплоноситель стал единственным, который опробован в реальной им нужен как теплоноситель для реакторов. Натрий работе на реакторах такого типа. хорош тем, что у него низкая температура плавления в сочетании с высокой температурой кипения: жидким Как натрий поможет разлагать воду? В принципе, если бросить металлический натрий в воду, то он ее разложит, образуя едкий натр и водород. Причем сде- лает это столь энергично, что может взорваться. Такое разложение воды никому не нужно, поскольку натрий в этом процессе израсходуется и никакого выигрыша в энергии не получится, а ведь воду предполагается разлагать для того, чтоб полученным водородом за- менить ископаемое топливо. Есть мнение, что эта идея чудовищна, потому что вода и так в дефиците. Это мнение ошибочно – вода снова получается при сгорании водородного топлива и возвращается в естественный круговорот влаги. Вот для получения водорода без сжигания ис- копаемого топлива и может послужить одно замеча- тельное соединение – танталат натрия, NaTaO3; оно разрушает воду под действием солнечного света, а само при этом не расходуется. Получается удиви- тельная картина: серый порошок насыпают на дно стеклянного стакана, наливают воду, ставят на свет – и все: вода наполняется пузырьками водорода и кислорода. Никаких дополнительных затрат энергии и материалов: для получения водородного топлива надо просто добавлять воду! Полученный водород можно не только сжечь, но и использовать для полу- чения органических веществ. Первыми способность танталата к разложению воды заметили в 1997 году («Chemical Letters») Кудо 6

Акихики и Като Хидеки из Токийского университета Так выглядит содовая батарейка, которую в Нанкин- науки, правда, сделали они это с другим соединением ском университете создал Сунь Цзяньчао и его коллеги из тантала – K3Ta3Si2O13. Однако спустя десять лет основ- группы профессора Чэнь Цзюня («Research», 2018 ) ным объектом внимания стал танталат натрия. В лиде- ры его вывели те же самые Кудо и Като: они изучали более высокое насыщение электродов его ионами. фотолюминесценцию танталатов натрия, легирован- Мало того что это не так уж просто сделать, так еще ных редкоземельными элементами, и заметили, что и размер иона натрия гораздо больше, чем у иона помимо люминесценции таким соединениям присуща лития. Поэтому электрод, где накапливаются ионы и способность разлагать воду. Лидером в их опытах натрия, быстро разрушается. Идеальные материалы оказался танталат натрия, легированный лантаном и для электродов и разделяющей их мембраны пока не смешанный с небольшим количеством оксида никеля – найдены, хотя исследователи испробовали огромное именно на нем зарождается молекула водорода. В число комбинаций – и различный углерод, и фосфаты, 2000 году при облучении ультрафиолетом от ртутной и оксидные системы, и много чего еще. лампы грамм танталата давал 5,9 ммоль водорода в час, а спустя три года – уже 19,5. Не исключено, что, как это не раз бывало в истории техники, к успеху приведет не желание отделаться кос- Более того, в 2010 году Терамура Кентаро с кол- метическими изменениями известной конструкции, легами из университета Киото («Applied Catalysis B: а принципиально новое решение. Например, многие Environmental») обнаружили, что танталат натрия не исследователи думают над содовым элементом, только разлагает воду. Если пропускать через реактор где попутно с запасанием энергии удается прятать углекислый газ, то образующийся водород опять-таки углекислый газ и получать финансирование еще и от при помощи танталата станет восстанавливать угле- фондов борьбы с потеплением. В содовом элементе кислый газ до угарного. То есть можно в схожих тан- при разрядке металлический натрий взаимодействует талато-водных установках получать синтез-газ: смесь с углекислым газом и превращается в карбонат натрия водорода и угарного газа; как раз его и применяют для и атомарный углерод. А при зарядке под действием промышленного синтеза различной органики. Вся эта электрического тока карбонат разлагается с образо- технология может оказаться востребованной на Земле – ванием металлического натрия на аноде и углекислого для синтеза того же топлива из углекислого газа и воды газа на катоде. То есть внутри элемента фактически (случится это после запрета ископаемого топлива) – и протекает процесс Девиля. совершенно точно пригодится при освоении космиче- ского пространства и планет, в частности Марса: на нем Вот как выглядит свежий пример содового эле- предостаточно и ультрафиолета, и углекислого газа, а мента, созданного исследователями из группы про- воду можно получать как из льда полярных шапок, так и фессора Чэнь Цзюня из Нанкинского университета из подповерхностных залежей вечной мерзлоты. («Research», 2018: 6914626). Работая над такой ба- тарейкой уже не первый год, они решили отказаться Сейчас задача исследователей – с помощью от электрода из металлического натрия – с ним никак легирования изменить кристаллическую решетку не удается избавиться от дендритов, которые зако- танталата натрия и увеличить выход водорода, причем рачивают батарейку. Вместо этого взяли углеродные под действием не только ультрафиолетовой части, но нанотрубки и инкрустировали их частицами соды. А всего солнечного спектра. Путь более-менее поня- второй электрод сделали из алюминиевой фольги, на тен – нужно как можно сильнее исказить эту решетку, которую нанесли пористый слой из сажи и органики. максимально сдвинув слагающие ее атомы из своих Всю батарейку поместили в герметичную коробку, идеальных положений. На роль такого исказителя заполненную углекислым газом. Такая конструкция претендует стронций, который может занимать место как натрия, так и тантала, но пока идеальное соотно- шение элементов не найдено. Пока что в базе научных публикаций по проблеме, собираемой Ониси Хироси из университета Рокки-даи в Кобе («ChemSusChem», 2019, 12), накопилось почти две сотни работ – иссле- дования танталатного катализатора разложения воды находятся на переднем фронте современной науки, по крайней мере, японской. Что такое натриевая батарейка? Это наиболее вероятная замена литиевому металл-ионному ак- кумулятору. Над проблемой натриевой батарейки работает множество материаловедов примерно с 2015 года, когда стало ясно, что потенциал роста для литиевых батарей исчерпан. Проблема натриевых аккумуляторов в том, что электрический потенциал натрия выше, чем у лития, потому требуется гораздо 7«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

дала плотность энергии 183 Вт·ч на кг материала, а вот применение стандартной терапии в контроле что, как отмечает профессор Чэнь, несколько боль- оказалось менее успешным – 54%. К сожалению, ше, чем у имеющихся на рынке литиевых батареек,– все эти исследования ставят на небольших группах – 150 – 180 Вт·ч на кг, стабильную работу при много- в пределах нескольких десятков, в лучшем случае кратных циклах зарядки-разрядки и отсутствие на- сотен участников, хотя последнее, с изменением триевых дендритов. Авторы работы считают, что при- диеты, можно было бы провести и весьма широко. А думанная ими батарейка вполне может превратиться что же это за щелочные минеральные воды? Нам из в практически важные дешевые устройства хранения их числа хорошо известны «Нарзан», «Ессентуки-4» электрической энергии. или «Славяновская». Какова роль натрия в формировании минераль- Чем соль похожа на табак? На основании огром- ных вод? В большинстве случаев именно натрий ного числа исследований Всемирная организация обеспечивает их минерализацию своим гидрокар- здравоохранения и многие национальные медицин- бонатом, сульфатом или хлоридом. Тот факт, что ские ассоциации пришли к твердому выводу: соль для минеральная вода обладает целебными свойствами, общества такой же яд, как и табак. Причем в соли глав- человечество узнало в незапамятные времена, а на- ным злодеем оказывается не хлор, а именно натрий. учный подход к водолечению насчитывает уже два Соображения примерно такие. Натрий – важнейшее столетия, на эту тему написано огромное число книг вещество крови и других биологических жидкостей; и статей, поэтому остановимся на одном эпизоде: его концентрация определяет физическую химию лечении зловреднейшего недуга нашего времени – организма, которая, в свою очередь, руководит всеми синдрома рефлюксного экзофагита, или попросту биологическими процессами. Если натрия излишне изжоги. При этом недуге в силу того, что из-за каких- много, организм начинает реагировать – запасать в то причин скорость перемещения пищи снижается организме воду, и результатом такой реакции стано- (тибетские врачи образно объясняют так: в желудке вится рост кровяного давления, гипертония. Когда она не хватает жара, чтоб сварить пищу), происходит переходит в хроническую стадию, человек страдает, комплексное расстройство всего пищеварения, а страдает и его семья. Из-за плохого самочувствия печальный результат – постоянное попадание желу- он не может полноценно работать, а медикам при- дочного сока в пищевод, который и начинает в этом ходится его лечить. И сама гипертония, и лечение соке перевариваться. Хороших способов борьбы с от нее приводят к развитию сердечно-сосудистых ним нет – если такая беда случилась, пациент по- заболеваний, например к охрупчиванию сосудов. В жизненно должен принимать препараты, снижающие общем, если считать соль причиной гипертонии, то кислотность желудочного сока. О размере бедствия смертность от нее превышает смертность от табака: свидетельствует медицинская статистика: в развитых 10 млн человек против 8. странах клинические проявления болезни фиксируют у 20—40%, в РФ на изжогу жалуется 40—60%, а изме- Свежее исследование факторов диетического ри- нения в пищеводе находят у 12—16% взрослого на- ска для здоровья, проведенное Университетом штата селения. В одних только США на главное лекарство – Вашингтон на деньги фонда Билла и Мелинды Гейтс, ингибиторы протонной помпы – пациенты тратят бо- позволяет диетологам утверждать: ежегодно соль лее 13 млрд долларов в год. вызывает 3 млн преждевременных смертей и 70 млн человеко-лет, отягощенных недомоганиями («Lancet», Однако в старину изжогу лечили содой, а вода 2019, 393). Кстати, недостаток в питании цельных с гидрокарбонатом натрия, в сущности, это тот зерен или фруктов приводит к аналогичным резуль- же раствор соды. Неужели содовая вода не может татам (3 и 82 или 2 и 65 млн смертей и человеко-лет справиться с недугом? Отечественные курортологи соответственно). Экономический ущерб от сердечно- поставили не одно исследование на разных видах сосудистых заболеваний, по данным ВОЗ, составляет минеральной воды. Вывод: таким пациентам после под 4 трлн долларов год. И этого всего, видимо, можно лечения медикаментами обязательно надо ехать на избежать простейшими мерами! курорты, где есть источники с щелочными мало- или среднеминерализованными водами, желательно Исследования на больших группах людей пока- натриево-магниевыми или кальциево-магниевыми – зывают, что даже небольшое снижение потребления Ессентуки, Ижевск, Кашин и другие («Физиотерапия, соли – на один грамм натрия в день – значительно бальнеология и реабилитация», 2013, 5). уменьшает тяжесть гипертонии, число случаев сер- дечно-сосудистых заболеваний падает на 30%. То Американцы же из Нью-Йоркского медицинского есть всего-то надо класть в еду не две-три щепотки колледжа подошли к проблеме с другой стороны. Они соли, а одну. И тогда повысится глобальный уровень не стали возить пациентов на курорты, а договорились здоровья и, стало быть, счастья людей, снизятся рас- с ними об изменении образа жизни – переходе на ходы на здравоохранение и экономические потери средиземноморскую диету с большим количеством от выбытия из производства опытного работника. овощей и заменой всех напитков щелочной водой Поэтому ВОЗ и считает, что борьба с солью имеет («JAMA Otolaryngology-Head Neck Surgury», 2017, 10). такое же значение, как и бескомпромиссная борьба У таких пациентов индекс синдрома снизился на 63%, с курением табака. 8

Здоровье Знаменитая золотая солонка «Сальера» Бенвенуто Челлини Съесть (1543 год). Пищевая соль, продукт пуд соли ценный и довольно дефицитный в XVI веке, требовал достойного обрамления Сейчас среднее потребление соли в мире составляет 9—12 В2013 году ВОЗ приняла план граммов в день. ВОЗ рекомендует снизить его по крайней мере сокращения мирового потре- вдвое, до 5–6 граммов в день (то есть до одной чайной ложки), а бления соли к 2025 году на 30%, идеальным значением считается 2–3 грамма в день. В пересчете и его осуществляют с помощью раз- на чистый натрий – а соль считается вредной именно из-за того, ного рода пропагандистских меро- что содержит натрий, – ближняя цель соответствует 2,4 грамма приятий. Порой возникают весьма натрия (сейчас столько соли едят в Демократической Республи- экстравагантные идеи. Например, ке Конго, Джибути или Гайане), идеалом считается меньше 1,5 один из бескомпромиссных бор- грамма натрия в день (этому требованию соответствует только цов с солью Норм Кемпбелл из Кения). Больше всего соли едят в Казахстане и Таджикистане – университета Калгари в 2019 году 5,98 и 5,4 грамма натрия в день соответственно. В РФ – 4,17 выступил с инициативой наносить грамма в день. на каждую солонку, на каждую пачку соли надпись о ее вреде, аналогичную той, что наносят на пачки сигарет. Эта идея получила 9«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

Японцы едят много соленой пищи, однако от сердечно-сосудистых заболе- ваний страдают меньше, чем жители Италии, предпочитающие несоленые овощи и фрукты большую поддержку медицинской Японский парадокс информации, чтобы определить общественности. потребление соли в 187 странах Приведенные данные о потребле- мира («BMJ Open»). Часть данных Интересно, что соль в пище не нии соли вызывают закономерный следовали из изучения мочи, часть только та, что мы сыплем в домаш- вопрос: если японцы – лидеры по рассчитывали по анализу системы нюю еду. Например, в США основной потреблению натрия, как же быть питания. Лидерами оказались ре- источник соли – это готовая еда, ку- с их легендарной высокой продол- спублики Средней Азии и страны пленная в магазине, а то и в рестора- жительностью жизни? Похоже, что Дальнего Востока, меньше всего не быстрого питания: с ней средне- этот парадокс ВОЗ старается не соли едят в Экваториальной Африке статистический американец получает замечать. Более того, сравнение и на островах Океании, а в развитых 75% ежедневной дозы соли. Поэтому статистики потребления соли и странах потребление умеренное, в таких странах борьба должна смертности от сердечно-сосуди- хотя диетологи в один голос утверж- идти с разного рода мусорной пи- стых заболеваний камня на камне дают, что именно западная кухня щей. Напротив, обитатели Японских не оставляет от гипотезы вредности использует слишком много соли. островов и Корейского полуострова соли (см. рис.). Интересно, что найти ВОЗ каким-то способом выделяет получают соль из традиционной до- статистику потребления соли не так из общей заболеваемости сердца машней еды, где важнейшую роль уж и просто, во всяком случае, на именно те случаи, что вызваны со- играют соевый, рыбный и прочие специализированном сайте ВОЗ, лью. Хочется верить: методика тако- соусы, приготавливаемые с большим посвященном этой проблеме, ее го выделения научно обоснована. В количеством соли. Поскольку эти со- нет. Но в 2013 году вышла статья противном случае нужно задуматься усы, а также глютамат натрия исполь- международной группы исследова- над японско-корейским парадоксом зуют при ежедневном приготовлении телей, которые под руководством и разделить соль, как это сделали с пищи, неудивительно, что корейцы Джона Поулеса из Кембриджа долго холестерином, на вредную и полез- и японцы входят в число лидеров по копались в научной литературе и ную в зависимости от того, с какими потреблению натрия – 4,89 и 5,12 сумели-таки найти там достаточно продуктами ее применяют. грамма в день соответственно. 10

Кения Рекомендация ВОЗ всего лишь силе ничтожной козявки, Руанда видимо, считали себя – для потехи – Бурунди Смертность от хозяевами страны…». Вот один из Ямайка сердечно-сосудистых образцов такой критики, принад- заболеваний лежащей перу уже упомянутого ДРК на 1 тыс. жителей, Норма Кемпбелла («International ФРГ 2017 год Journal of Epidemiology», 2017, 46, США 1; 2018, 47, 2): «Вместо того чтобы Великобритания Потребление натрия, проявлять осторожность при высту- Франция граммы в день плениях против основной политики КНДР здравоохранения, отдельные дис- Испания сидентствующие ученые проводят низкокачественные исследования, РФ изымают результаты из контекста, Белоруссия совершают фактические ошибки или неверно трактуют результаты, Италия меняют научные формулы и про- КНР токолы так, что их противоречивые исследования выглядят надежными, Япония козыряют низкокачественными дан- Азербайджан ными, пытаясь побить результаты высококачественных исследова- Монголия ний… Исследования с серьезными Сингапур ошибками не смогут повлиять на вы- Южная Корея воды, сделанные на основании вы- сококачественных обзоров данных, Грузия проведенных экспертами прави- Бахрейн тельственных и неправительствен- Таджикистан ных организаций; такие работы лишь Казахстан наносят ущерб единству научного сообщества и здравоохранению. 024 6 8 J-, U-образные и обратные зависи- мости между потреблением натрия Статистика смертности от сердечно-сосудистых заболеваний показыва- и здоровьем получаются лишь в ра- ет, что если съеденный с солью натрий играет роль в их развитии, то ее мож- ботах, использующих недопустимые но заметить отнюдь не везде. Поскольку экстремальное потребление соли или просто неверные методы и могут (менее 2 граммов и более 5 граммов натрия в день) зачастую наблюдается в быть объяснены как артефакты. Тем развивающихся странах, где уровень здравоохранения считается невысоким, более что проверки этих же самых для полноты картины добавлены развитые страны баз данных не выявляют заявленных закономерностей». К критике прила- Спор о форме кривой клонении от него как в большую, так гаются и намеки на небескорыстное и в меньшую сторону. При этом все поведение диссидентов, поскольку Даже из рекомендаций ВОЗ видно, ссылаются на результаты массовых они финансово связаны с пищевыми что о полном отказе от соли речи исследований здоровья, только у компаниями, о чем не всегда сооб- нет – все-таки вряд ли уместно каждой группы – свои исследования, щают. Сам доктор Кемпбелл честно оставлять организм без главного и если в статье упоминают данные, указывает, что он сотрудничает с электролита. А в научной печати идет использованные оппонентами, то Фондом Новартиса по программе ожесточенный спор о том, какую это делают прежде всего для того, помощи в установлении контроля за форму имеет кривая зависимости чтобы чужие данные опорочить. гипертонией в странах с низкими и здоровья от соли. Те, кто считает, средними доходами. Солеоптими- что человек вообще может обойтись Анализ статистики научных пу- сты, впрочем, парируют заявления без употребления натрия, говорят, бликаций показывает, что научный оппонентов, например указывая, что кривая подобна гиперболе: чем мир в вопросе соли разделился на что основные данные о пользе от- меньше соли, тем лучше. Менее две непересекающиеся и не об- каза от соли для снижения давления экстремистски настроенные иссле- щающиеся между собой группы – получены с участием гипертоников и дователи утверждают, что форма так сказать, солепессимисты и дис- переносить их на общую популяцию кривой подобна букве J, то есть по сиденты-солеоптимисты. Причем не очень корректно. достижении некоторого минимума с диссидентами их противники, потребления соли она перестает поддерживаемые официальной Если судить по истории со- плохо влиять на здоровье. Однако позицией ВОЗ, ведут борьбу на ветской науки, подобные горячие есть и группа отъявленных дисси- уничтожение. Накал страстей столь дентов; по их мнению, форма кривой велик, что в некоторых обвинениях подобна букве U, то есть существует угадывается стиль Краткого курса оптимум потребления соли, а нега- истории ВКП(б) со знаменитым тивные эффекты появляются при от- «Эти белогвардейские пигмеи, силу которых можно было бы приравнять 11«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

дискуссии отнюдь не способствуют также в Японском обществе про- жажду, а голод. И это не случайно: выяснению истины. Тем не менее паганды науки («American Journal опыты на животных показали, что пока исследователи ломают ко- of Hypertension», 2020). рост потребления соли подключает пья, простым гражданам, видимо, печень к синтезу мочевины, а это полезно прислушиваться к офи- Исследование метаболизма требует огромных затрат энергии. циальным рекомендациям ВОЗ и соли в ходе эксперимента «Марс- Если еды не хватает, то идет раз- снижать потребление поваренной 500» вскрыло несколько неизвест- рушение мышц – подопытные мыши соли до одной, а лучше половины ных ранее аспектов проблемы. Так, теряли именно мышечную массу. А чайной ложки в день. При этом оказалось, что по ежесуточным ана- вот если разогнаться с аппетитом нужно помнить, что натрий и сам лизам мочи нельзя адекватно вы- и начать переедать, то возможно по себе содержится в таких про- явить колебания потребления соли, ожирение. Видимо, этот механизм дуктах питания, как мясо, молоко, для этого нужны данные за три, а и лежит в основе всем известного моллюски и прочие морские гады, то и семь дней. Более того, оказа- феномена ожирения, возникаю- соль обязательно есть в хлебе, лось, что ритмы в выделении натрия щего при потреблении мусорной кулинарных продуктах, консервах, связаны не с его потреблением, а пищи, которая сильно посолена. У а вот в овощах и фруктах ее мало, с ритмами выделения гормонов – молодых людей, основных потреби- ведь плодовые растения крайне кортикостероидов. А ведь именно телей такой пищи, избыточная соль плохо реагируют на присутствие на данных о разовых, в лучшем вызовет проблемы с давлением. А натрия и на засоленных почвах случае о суточных анализах мочи и у пожилых, аппетит которых ослаб, их практически не возделывают. строится представление о вредно- соль приведет к деградации мышц. Поскольку о содержании соли в сти соли для здоровья. Содержание Этот же эффект объясняет сниже- продуктах отнюдь не всегда можно натрия в организме оказалось мало ние потребления воды при увеличе- узнать, некоей мерой может слу- связанным с его концентрацией в нии дозы соли: экспериментальные жить обычный пакетик с хрустящим плазме крови. Это свидетельству- мыши увеличивали потребление картофелем: в нем содержится от ет, что у организма есть другие кислорода, то есть у них более 7 до 12% разрешенной дневной резервы, кроме работы почек, для активно окислялись жиры и полу- дозы натрия. поддержания постоянства солевого чалась эндогенная вода, что удов- состава крови. И действительно, с летворяло потребность во влаге. Путь натрия в человеке помощью ЯМР, который видит на- трий, сначала на животных, а потом Понимая, что замахнулся на Возможно, путь к примирению со- и с участием людей было установ- священных коров солепессими- леоптимистов и солепессимистов лено, что натрий накапливается стов, Китада заканчивает свое по- лежит через понимание деталей в коже. У нее есть своя система вествование совершенно несвой- поведения натрия в организме сосудов, способных работать как ственным для современных научных человека. До недавнего времени почки, то есть осуществлять об- статей абзацем. Вот его перевод: считалось, что поступление натрия ратный осмос, отделяя соль от «Мы приветствует аргументы и в организм сразу ведет к жажде, воды. При этом у животных был альтернативное мнение. Тем не почки начинают вырабатывать замечен интересный механизм. На менее для дискуссии мы пригла- больше мочевины, и лишний натрий засоление кожи реагируют клетки шаем тех, кто предоставит данные, быстро выходит, что обеспечивает иммунной системы и начинают вы- которые можно анализировать, и его баланс. Оказывается, картина делять вещества, способствующие прямые результаты экспериментов. не совсем такая, а разобрать- развитию лимфатических каналов. “Мнения и эпидемиологические ся в этом помог проходивший в Если же эти вещества блокировали, ассоциации” будут явно недоста- 2010—2011 годах в московском развивалась гипертония. Не исклю- точны. Локальное накопление на- Институте медико-биологических чено, что у людей есть подобный трия в тканях и вызванные солью проблем РАН эксперимент «Марс- механизм и тогда гипертония при изменения в энергетике организма 500». Тогда здоровые люди провели повышенном потреблении соли могут стать целями изучения для 520 дней в изоляции, имитируя по- должна развиваться у пациентов с нового поколения исследователей, лет на Марс, а следившие за ними ослабленной лимфатической си- которые направят усилия на разре- медики, в частности, совершенно стемой кожи. Это наблюдение дает шение загадки здоровья человека. точно знали, сколько и какой еды в интересный путь к поиску новых Мы рассматриваем свою работу как каждого входит и сколько отходов средств от гипертонии. побудительный мотив для нового из него выходит. Вот что по этому понимания судьбы натрия и жид- поводу рассказывает междуна- Интересно, что двукратное уве- костей в человеческом организме, родная группа солеоптимистов во личение дозы соли с 6 до 12 грам- что поможет сформировать здо- главе с Китадой Кенто. Он работает мов не вызывало у членов экипажа ровый подход в отношении соли, в совместной медицинской школе «Марса-500» увеличения объема самой вкусной добавки к пище». Хо- Университета Дьюка и Националь- мочи – в ней лишь росла концен- рошо бы его призыв был услышан. ного университета Сингапура, а трация натрия. Вопреки интуиции, такое резкое увеличение потре- А. Мотыляев бления соли вызывало вовсе не 12

Происхождение человека: вопрос соли Размышления А.В. Кулик Соль для человека – необходимый, незамени- кости павших животных, а также выгрызают пятна почвы мый и физиологически многофункциональный и снега, на которые попала чья-то моча. Не случайно они продукт. Но при этом она постоянно выводится приходят к стоянкам человека, привлеченные челове- из организма. Стало быть, столь же постоянно ческой мочой, которая содержит много соли. человек нуждается в ее пополнении, а если нет соли в организме – нет и самого человека. Со- Теперь о людях. Принято считать, что регулярно временный человек, владеющий технологией, употреблять соль человек начал с переходом к осед- соль добывает из-под земли либо выпаривает лому образу жизни, когда с развитием земледелия в ее из морской воды. А как человек вообще при- его рационе стала преобладать растительная пища. учился к соли? Основанием служат исторические документы, из кото- рых видно, что на протяжении истории человечества Соль коровы и человека неизменным остается правило: земледельческие пле- мена добывают или покупают соль, а племена охотников Поскольку человек есть эволюционное порожде- этого не делают – им и не надо, ведь животная пища ние животного мира, логично для ответа на этот сама по себе удовлетворяет потребность в соли. вопрос взглянуть сначала на хорошо известных и близких нам домашних животных. Наибольшую по- Однако земледелие, растениеводство и животно- требность в соли испытывают травоядные виды, ведь водство вошли в человеческую практику сравнительно растительный корм обычно беден натрием. Поэтому недавно. Естественно, встает вопрос, как же существа соль – в молотом виде, в смеси с концентратами или рода Homo, которые еще не стали sapiеns, удовлет- в составе комбикормов – обязательный компонент их воряли потребность в совершенно необходимой для рациона. Так, молочным коровам при средних удоях них соли? Насколько мне известно, в антропологии дают в сутки 50–70 граммов соли, мясным – 40–50, такой вопрос, несмотря на всю его очевидность и взрослым свиньям – 30–40, лошадям – 20–40, овцам – принципиальную важность, почему-то никогда не воз- 10–15 граммов. никал. Конечно, исследователи происхождения чело- века уделяют много внимания вопросам питания наших Однако и дикие звери (от которых произошли древнейших предков, но оно сосредоточено главным когда-то домашние) также испытывают нужду в соли. образом на предполагаемом рационе безотносительно Плотоядным животным легко решить эту проблему, по- к удовлетворению потребности в соли. Скорее, идет по- скольку они с пищей получают нужное количество соли иск оптимальной диеты современного человека, как, на- и других минералов. Растительноядные же вынуждены пример, об этом рассуждает научный редактор портала преодолевать солевое голодание, поедая засоленную Антропогенез.ру С.В. Дробышевский на канале «Пост- почву, облизывая вышедшие на поверхность камни из наука»: «Один из самых животрепещущих вопросов, соли – их называют лизунцы, используя воды минераль- которые задают антропологам: “Что ели наши предки?” ных источников (если всё это найдут). Ответ на него интересен многим, так как люди пытаются подогнать собственный рацион, диету под палеодиету, Северные олени включают в свой рацион нетипич- которая якобы была самой правильной в прошлом. В ную и, казалось бы, даже чуждую им животную пищу: принципе идея довольно правильная. Наш организм леммингов, яйца и птенцов гнездящихся на земле птиц, возник не с нуля, а прошел долгий путь эволюции, и мы приспособлены к конкретным условиям, в которых жили наши предки. Если, например, наши предки всю жизнь питались репой, то наш пищеварительный тракт, зубы 13«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

и прочие органы пищеварения должны быть приспосо- ганическое вещество кратно превышает его поступле- блены к питанию репой, поэтому правильно питаться ние: отходы растений и животных в считаные недели репой, тогда мы сможем дольше жить». Однако хочется полностью разрушаются бактериями, грибами и рас- разобраться именно в солевом вопросе, учитывая его тениями, которые не владеют фотосинтезом и должны исключительную важность для человека как результата получать органические вещества в готовом виде. Ос- эволюции животного мира. вобождающиеся минеральные элементы переходят в поверхностные воды, которые становятся уже, по сути Жизнь дождевого тропического леса дела, гидропонным питательным раствором, постоянно омывающим корни. Корневая система многоярусного Наука не оставляет сомнения в том, что человек леса, сложная, сильно разветвленная, к тому же обиль- исторически уходит своими корнями в дождевой но снабженная микоризой, немедленно захватывает и вечнозеленый тропический лес. Однако именно поглощает содержащиеся в этом растворе минералы. там солевой вопрос всегда стоял наиболее остро: Налицо завершающее звено гидропонной технологии. минеральные ресурсы для питания растений здесь в сильном дефиците. И еще одна весьма показательная деталь. В дожде- вом тропическом лесу очень много растений-эпифитов, Приглядимся к этой удивительной растительной которые и вовсе не связаны с подножным грунтом; формации, как ее называл Александр фон Гумбольдт, типичные эпифиты – это орхидеи. Они растут на дере- гилее. Она заключает в себе огромную биомассу – в вьях в освещенной зоне высоко над землей. Многие из среднем 5000 ц/га, а иногда (как, например, в бассей- них снабжены воздушными корнями. Не имея прямого не Амазонки) более 17 000 ц/га сухого органического контакта с тем раствором, который постоянно подается вещества. Покрывая около 6% поверхности суши, гилея снизу, эпифиты тем не менее получают достаточное дает 28% общей продукции органического вещества минеральное питание из влажного воздуха лесного биосферы. полога и непосредственно от дождей. Да и сами тро- пические деревья через листья эффективно усваивают Потребность гилеи в минеральном питании должна минеральную пищу, содержащуюся в дождевой воде. А быть соразмерна биомассе, но что же мы здесь видим? это уже настоящая аэропоника. Наземный субстрат в тропических лесах крайне беден элементами минерального питания, органических остат- Откуда возьмутся минералы в чистейшей дожде- ков на его поверхности накапливается очень мало – все вой воде? Их порождает дыхание океана – ветер за- они мгновенно утилизируются, перегнивают. Поэтому хватывает насыщенные солями брызги волн, которые лесной подстилки почти нет, тонкий слой мертвых листьев сами по себе уже есть питательный раствор. Масштаб перемежается с участками оголенного каменистого грун- этого потока огромен: с атмосферными осадками на та, а почва если и образуется, то лишь в поверхностном поверхность суши из океана ежегодно поступает поч- слое мощностью не более нескольких сантиметров. ти 2 млрд тонн различных солей. Это равно примерно двум третям стока минералов, увлекаемых реками со Может быть, корни мощных тропических деревьев всей площади суши. Кроме того, воздушные потоки добывают минеральную пищу из более глубоких слоев приносят во влажные тропики элементы минерального земли? Вовсе нет. Корни не идут вглубь, а распростра- питания с континентальной пылью, которую ветер несет няются горизонтально в поверхностном слое грунта. В из засушливых регионов; известно, что до Амазонии лесах Амазонии, например, они находятся на глубине долетает пыль из Сахары. всего 10–20 см. А чтобы тяжелые деревья не падали, у основания ствола зачастую формируются подпорки, В таких условиях стало биологически выгодно подобные контрфорсам: корни первого порядка плоско держать резервы минеральной пищи не под ногами, а расширены в вертикальном направлении, что обеспе- над головой, то есть непосредственно в приподнятой чивает дереву более широкую и жесткую опору. Дере- над землей растительной биомассе. В таком закон- вьям, даже отмершим, не дают падать лианы, которые сервированном и биологически связанном состоянии обильно переплетают их друг с другом снизу доверху. В минеральным элементам уже не грозит вымывание, и общем, земная твердь необходима им лишь как опора, они могут экономно расходоваться на различные жиз- но никак не в качестве источника питательных веществ. ненные нужды. Биологический круговорот веществ, от- Откуда же берутся минералы? личающийся в дождевом тропическом лесу чрезвычай- но высокой скоростью и эффективностью, становится Мне представляется, что дождевой тропический лес здесь еще и максимально замкнутым. не только оправдывает свое название, но именно в нем, в этом названии, отражена главная его суть – высокая Степная жизнь влажность, проистекающая от обилия выпадающих осадков. Дожди, идущие здесь ежедневно, промывают Так вот, именно этой, обособленной, парадок- лес; реки, разливаясь от обилия осадков, регулярно сальной, приподнятой над землей, автономной затопляют низменные равнины. Так получается посто- лесной системе и суждено было стать колыбелью янная подача воды с поверхности без необходимости человечества. Но чем же могли питаться здесь наши извлекать ее из глубоких горизонтов почвы. Минералы предки и, главное, как удовлетворяли потребность в же ходят по кругу. Несмотря на огромную массу опада соли? (250 ц/га в год) способность гилеи утилизировать ор- 14

Опять сошлемся на мнение С.В. Дробышевского В самих степных травах резко увеличивается «Человек как вид, как род и даже как семейство, строго содержание как белков, так и минералов: при сго- говоря, возник всеядным существом. Наши предки пи- рании получается много золы – 500–700, а иногда и тались всем. Пока это были обезьяны типа проконсула, 1000–1200 кг/га, тогда как, например, хвойные леса живущие на деревьях в тропическом лесу в Африке, они дают лишь 70–100 кг/га. Не случайно, а совершенно ели преимущественно фрукты и листья». закономерно именно в степи образовалась фунда- ментальная основа биосферы – плодородная, по- Вполне резонно. Во фруктах хлорида натрия немно- стоянно воспроизводимая почва. го, что же касается потенциально съедобных листьев и сочных молодых побегов тропической растительности, Все это, вместе взятое, способствует чрезвычайно то их (как и фрукты) постоянно омывает дождевая вода. А интенсивному размножению в степных регионах раз- в ней из солей больше всего того самого хлорида натрия, личных животных, особенно копытных млекопитающих. что приносит ветер с брызгами океана. Видимо, этого Их неисчислимые стада достигают в совокупности и хватало нашим предкам, которые вели безмятежную огромной биомассы. Понятно, что этой биомассе жизнь в роскошном дождевом тропическом лесу на при- постоянно требуется много соли дополнительно к ятной фруктовой диете. И стремиться им было не к чему. растительной пище. Несмотря на повышенную золь- ность степной растительности, дикие травоядные ис- Помимо зоны лесов на континентах есть обширные пытывают недостаток в хлориде натрия, специально территории с сухим, холодным климатом. Эти терри- разыскивают и находят его в местах своего обитания. тории могли бы так и остаться свободными от высшей Ну а хищники пользуются тучными степными стадами растительности, однако эволюция цветковых растений в своих целях. не остановилась на древесных формах: как считает ботаническая наука, она неуклонно шла от высоких де- Выход из дождевой колыбели ревьев к низкорослым травам. Превращение древесных форм в травянистые началось, вероятно, еще в меловом Вполне логично, что наши обезьяноподобные пред- периоде, когда цветковые растения только появились, и ки, став двуногими, обретя свободные руки и при- это оказалось эволюционно очень успешным решением. бавив в разуме, однажды вышли из леса в открытую Сейчас число видов трав значительно превышает таковое степь. Не важно, сделали они это по собственной воле деревьев и кустарников. Травы играют очень большую, или причиной стало похолодание, сгубившее тропиче- во многих случаях доминирующую роль в растительном ские леса примерно 17 млн лет тому назад. В степи чело- покрове суши. И в наибольшей степени их биологический век стал умелым хищником, каких еще не было в истории потенциал раскрылся при освоении обширных внутри- биосферы. А для того чтобы бегать за животными и от континентальных равнин в пределах умеренных поясов них, нужно было решить проблему терморегуляции. При- Северного и Южного полушарий – регионов с сухим рода решила эту проблему просто – избавила человека континентальным климатом, где количество осадков от волосяного покрова и снабдила его кожу мощными составляет 200–550 мм в год. В середине кайнозоя, при- потовыми железами. Однако при этом возникла другая мерно 25 млн лет назад, эти обширные территории и за- и не менее серьезная проблема: возросшие с потом росли травами, образовав, в сущности, один и тот же тип потери хлорида натрия вызвали его острый дефицит в ландшафта – степь Евразии, прерию Северной Америки, организме. Так человек встал на путь соли. пампу Южной Америки или саванну Африки. Конечно, поедая мясо, он получал немало соли, Степь – диаметральная противоположность лесу. но в степи были и другие источники этого вещества. Если в лесах преобладает надземная масса, то у рас- Возможно, люди находили природную соль, следуя за тений степи, наоборот, главное – сильно разветвленная копытными животными и в конце концов приходили к корневая система, стремящаяся проникать как можно соленым лизунцам, соленым водоемам, солонцам и глубже. Там, под землей сосредоточено 60–85%, а ино- солянкам или еще к каким-то источникам соли. Очень гда и более, всей биомассы степи. Корни травянистых даже вероятно, что именно здесь, на самых ранних растений, проникая в поисках воды и минеральной этапах антропогенеза, наши древнейшие предки впер- пищи в глубь почвы, интенсивно всасывают и пере- вые познакомились с кристаллической солью, которая качивают рассеянные в ней минеральные элементы. В теперь у нас на столе. результате со временем в самом верхнем слое земной коры повышается содержание кальция, калия, фосфо- Так в степи человек, образно говоря, нашел и хлеб, ра, магния и, наконец, натрия. и соль. По многим основаниям, степным просторам суждено было сыграть выдающуюся роль не только в В засушливых степных районах вся атмосфер- истории биосферы, но и в истории самого антропоге- ная влага испаряется либо ее поглощают растения, неза. Человечество, если иметь в виду род Homo, сфор- поэтому почвенный субстрат не промывается. В от- мировалось не где-нибудь, а именно на необозримых личие от лесов, у степных почв щелочная реакция, степных просторах. В условиях дождевого тропического они содержат много катионов кальция, магния и, что леса для эволюции в этом направлении не было никакой очень важно в контексте рассматриваемой пробле- перспективы уже по причине хронического солевого де- мы, – натрия. В степных формациях хлорид натрия фицита. И если дождевой тропический лес – колыбель выходит местами на земную поверхность даже в человечества, то степь – его alma mater. концентрированном виде. 15«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

Гипотезы Фото: Phil59 с сайта Pixabay Кандидат технических наук И.Ф. Шлегель Пирамиды из песка Какие технологии использовали древние стро- Невозможный бетон пирамид ители, создатели мегалитических сооружений по всему миру? Эта тема в числе вечных. Не Самые известные мегалиты мира – это египетские одну сотню лет светлые умы человечества пирамиды. Согласно официальной версии, долгие пытаются разгадать загадку: как без строи- годы огромная армия рабов их строила из гранитных тельных машин, без стального инструмента блоков, которые везли из каменоломен в верховьях они точнейшим образом пригоняли друг к Нила, а затем блоками и рычагами водружали друг другу многотонные блоки? Как делали в проч- на друга. Реконструкторы технологий даже сумели нейшем граните идеально круглые отверстия, воспроизвести детали этого процесса и доказа- как вырубали барельефы? Ведь возраст этих ли: человеку действительно по силам перемещать памятников огромен – у некоторых он теряет- огромные глыбы при помощи весьма примитивного ся в глубинах каменного века. А если это был оборудования и силы мускулов. бетон? Не тот, что запатентовал Жозеф Монье в 1885 году и на изготовление которого нужно Однако представим себе заслуженного прораба тратить много тепла, а другой, получаемый Древнего Египта, перед которым поставлена задача: ручным трудом. Автор статьи, директор Ин- построить пирамиду. Задача поставлена не кем- ститута новых технологий и автоматизации нибудь, а фараоном, с которым, как известно, шутки промышленности строительных материалов, плохи – умри, но сделай. И вот мысли этого строи- предлагает свою версию. теля заняты непосильной задачей: если строить из кирпича, на обжиг не хватит всех лесов Египта, если строить из камня, то нужна точная подгонка разме- ров и много рабочих – не хватит населения Египта. Вот бы вылепить строительные блоки из такой гли- ны, чтобы она на месте застывала и не требовала обжига, думает он. 16

Трудно подумать, но элегантные колонны и своды Пирамиду Хеопса безвестные строители создали барселонского храма Саграда Фамилия выполнены в XXVI веке до н.э. из гранита, не имея под рукой сталь- из белого бетона, специально подготовленного для ного инструмента для обработки этого твердого мате- этой стройки компанией «Hanson Hispania» из группы риала «HeidelbergCements». А вдруг и египетские пирамиды также цементные? Что это за глина? В принципе, она нам известна – природе отсутствуют. Их можно получить из соды, но бетон. Более того, реконструкторы уже поработали и ее в Древнем Египте добывали отнюдь не из соляных на этом поле: они нашли в блоках пирамиды и гвозди, озер, а получали из минерала натрона, запасы которо- и следы циновки – мягкой опалубки, и даже челове- го были столь малы, что эта сода никак не могла пойти ческие волосы. Одного не нашли: нужного состава, на строительство пирамид – вся она уходила на про- который позволил бы делать искусственные блоки изводство стекла. Соду в промышленных количествах гранита, не отличимые от монолитного камня. А по- можно делать из мела, однако соответствующий слож- чему нельзя использовать известный нам цементный ный химический процесс был разработан бельгийцем бетон? Потому что цемент нужно обжигать, а это тре- Эрнестом Гастоном Сольве только в 1861 году, и этот бует огромных расходов энергии, то есть в древние процесс требует немалых затрат тепла. Речной ил со- времена – дров, которых в Египте не было и нет. держит до 30% органических веществ, и его нельзя в исходном виде использовать в составе шлакощелоч- Так появилась идея, что египтяне использовали ного вяжущего. Золу, ввиду отсутствия ТЭЦ, можно так называемый геополимерный бетон, который при- было получать, сжигая деревья, но это дорогое удо- думал французский химик Иосиф Давидовиц в 1978 вольствие, ведь древесины в долине Нила никогда не году. Конечно, меня заинтересовал состав этого ска- хватало и ее импортировали. Для доказательства идеи зочного материала. А он такой: шлак, зола, гидроксид Давидовица показывают фильм, где ряженные под калия или натрия, жидкое стекло, вода. Получается, древних египтян замешивают в яме геополимерный что если первая часть названия удивительного бето- бетон, причем засыпают «чистый» гидроксид калия и на, «гео», предполагает, что все материалы берут с получают формованные в опалубку блоки. поверхности земли, то из «гео» в этом составе одна вода. Давидовиц пишет, что гидроксид натрия в из- Интересно, что, глядя на состав якобы нового бытке имеется в соляных озерах, а вместо золы может материала, видно, что это обычный шлакощелочной быть использован ил со дна Нила, которого опять же бетон, известный уже более 100 лет. В «Справоч- в избытке. Однако гидроксид что натрия, что калия в нике кустаря» 1931 года издания приводится много 17«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

рецептов этого бетона, используемого для рестав- Фото: И.Ф. Шлегель рации мрамора, гранита и тому подобных каменных изделий. Причем рецепты взяты из еще более ранних зарубежных изданий. В СССР в Киевском инженерно- строительном институте в начале 1950-х годов под ру- ководством профессора В.В. Глуховского тщательно изучали шлакощелочное вяжущее для бетона, однако эти разработки не удалось широко внедрить: цемент оказался выгоднее. Таким образом, Иосиф Давидовиц придумал кра- сивое слово для обозначения известного шлакощелоч- ного вяжущего и метод продвижения этого вяжущего на рынок путем широкой рекламы, построенной на раскрытии «тайны строительства египетских пирамид». У его работы было интересное продолжение. Ав- торы новой хронологии А.Т. Фоменко и Г.В. Носовский собрали множество аргументов в защиту способа изготовления из бетона блоков для строительства пирамиды и склонили значительную часть аудитории в пользу бетонной версии. Однако из-за невозмож- ности ответить на вопрос: что же это был за бетон? – ухватились за предложение И. Давидовица и признали геополимер. В результате геополимер Давидовица оказался ложкой дегтя в бочке с медом, и гипотеза бетонного строительства была поставлена под со- мнение, так как геополимер в качестве материала для строительства пирамид не выдерживает самой доброжелательной критики. Нанотехнология бетона Камни с берега Персидского залива состоят из ракушек, обломков кораллов, склеенных кремнистой связкой Вернемся к древнеегипетскому прорабу. Стоит он на берегу Красного моря, смотрит на набегающие раствор, в котором частицы дисперсионной фазы об- волны, на то, как песок трет песок. Бросает камушки разуют пространственную структуру. Процесс золь- в воду, и тут в его руке оказывается странный камень, гель предполагает сначала получение золя, который похожий на тот, что попался мне на пляже, когда я затем переводят в гель. Каркас же формируется из отдыхал в Дубае. Рассматривая его, можно увидеть соединившихся частиц дисперсионной фазы. Спо- конгломерат, состоящий из отдельных камней, ра- собность золей становиться гелями известна уж три кушек и частиц кораллов. Причем все это прочно столетия, однако сейчас этот процесс окрестили мод- связано между собой, и в связке просматриваются ным словом «нанотехнологии». Хотя если вспомнить, мелкие частицы песка. Возникает мысль: «Не те ли это что, скажем, в глине много частиц размером менее частицы, что образуются от трения песка о песок?» 100 нм, то окажется, что она – явный наноматери- ал, а процесс изготовления кирпича, известный по Набрав немного песка и возвратившись домой, меньшей мере пять тысячелетий, уместно окрестить будущий строитель пирамиды в результате нехитрого нанотехнологией. эксперимента убеждается: частицы кварца, измель- ченные мельче мелкой пыли, обладают вяжущими К настоящим чудесам нанотехнологии следует свойствами и не рассыпаются при сушке. То есть отнести разработки известного российского мате- копирует у природы то, что теперь называют золь- риаловеда и специалиста в области керамобетонов, гель-технологией. К сожалению, среди египтологов, доктора технических наук Ю.Е. Пивинского, который пытающихся ответить на вопрос о строительстве пира- создал немало огнеупоров для металлургии и косми- мид, не было и нет ни одного специалиста, знающего ческой техники. Он не только исследовал высококон- строительные материалы и коллоидную химию. Иначе центрированные вяжущие суспензии, но и внедрил их они бы давно догадались, что именно такая технология в производство огнеупоров на заводе «Динур». Суть позволяет без сверхъестественных допущений по- его подхода состоит в том, что некоторые неоргани- строить пирамиды и объяснить многие несуразности. ческие вещества, измельченные до частиц размером менее 100 нм, обладают вяжущими свойствами, то Напомним, что золь – коллоидный раствор, где в есть могут образовывать гели. К таким веществам объеме жидкости равномерно распределены части- цы другой фазы (ее называют дисперсной), а гель – структурированная система; это тот же коллоидный 18

Фото: Ralph Ellis Южный Камень баальбекского храма Юпитера (I век н .э.) современная строительная техника не сдвинет принадлежат SiO2, Al2O3, TiO2 и некоторые другие. Для На заводе «Динур» огнеупоры изготавливают с получения бетона к гелю из них добавляют наполни- использованием кремнезема: он обладает самым тели: известняк, гранит, диорит и другие минералы. низким тепловым коэффициентом линейного расши- При этом важно, чтобы частицы-наполнители имели рения – это важно для обеспечения термостойкости полидисперсный состав, подчиняющийся требованию при смене тепловых режимов. А вот попытки исполь- оптимальной упаковки: тогда количество вяжущего зовать такой способ в производстве строительного составит всего 4–6% от массы бетона. кирпича успеха не имели: себестоимость продукции оказалась слишком высокой. И что в результате? В зависимости от того мине- рала, что применяли в качестве наполнителя, можно Образцы-свидетели получать искусственные блоки известняка, гранита, мусковита, базальта, аргиллита и многих других. В У древнеегипетского прораба было много рабочих наше время, впрочем, такой искусственный камень рук, мало топлива и не было ни стального инструмента, не имеет экономической перспективы как деко- ни хорошего материала для масштабного строитель- ративный материал: дешевле добывать в карьере ства. Поэтому золь-гель-технология могла оказаться натуральный камень и затем распиливать на плиты его единственным спасением от гнева фараона. и блоки, благо современные стальные и алмазные Можно ли найти следы применения такой технологии? инструменты легко позволяют это делать. А для из- Да, для этого нужно другими глазами взглянуть на из- делий домашнего обихода – столешниц, раковин вестные египетские артефакты. из искусственного камня – разработаны составы с минералами на эпоксидном связующем. Для техники При раскопках находят жернова. Они служили же такие искусственные камни очень пригодились. для первичного помола песка и отмывки оксидов Пивинский делал из них не только огнеупоры для железа. Оксиды железа отравляют коллоидное вя- футеровки установок непрерывной разливки сталей, жущее, поэтому их должно быть не более 1%, иначе но и головные обтекатели ракет зенитных комплексов изделие получается непрочным. В обычных песках С-300 и С-400. оксида железа гораздо больше, 5—6%, потому они 19«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

и требуют отмывки. Значит, рядом со стройплощад- мой идея архитектора и энтузиаста исследования кой должно быть это железо. И оно есть: оксидные пирамид Жан-Пьера Удена о том, что обнаруженные конкреции, так называемые кирасы, разбросаны в пирамиде внутренние пандусы с уклоном 7% пред- вокруг пирамиды и встречаются даже на глубине 20 назначены для транспортирования строительных метров. Видимо, получившуюся при отмывке песка материалов. Только транспортировали по ним не жидкость с большим содержанием железа сливали громадные блоки, а бетон, приготовленный на крем- в расщелины, и при потере воды она превращалась неземистом связующем. в твердые жилы. Одну ладью нашли в яме, которую так и назвали – Другой важный артефакт – каменные терки, также ладейная яма. Скорее всего, в ямах мешали и выдер- в большом количестве обнаруженные при раскопках; живали бетон. А ладью в одной из них оставили для они служили для доведения отмытого кремнезема до замачивания да и забыли. Прилагаемыми к ладьям наноразмерных фракций. На заводе нанометровые веслами не гребли, а мешали бетон: полученное при фракции кремнезема получают в шаровых барабанных помощи терок кремнеземистое вяжущее сливали в мельницах. Однако перетирание более выгодно по яму, а затем выдерживали – нормализовывали, для трудозатратам, чем ударное измельчение в шаро- чего требуется слабое помешивание. В дальнейшем, вых мельницах. Так возникает возможность оценить когда набиралось необходимое количество вяжуще- сверху трудозатраты: при переработке одного и того го, в яму при более интенсивном перемешивании же объема материала древнеегипетские рабочие засыпали песок, мелкий, а затем и крупный щебень. тратили меньше энергии, чем мельницы. Полученный бетон загружали в ладью и перевозили к месту укладки в опалубку. На заводе «Динур» на одну тонну вяжущей су- спензии затрачивают 375 кВт.ч электроэнергии. Вес Гигантские размеры блоков не случайны: в опа- пирамиды Хеопса – 5 млн тонн. Однако если учесть, лубку таких размеров можно бросать крупные камни – что ее середина сделана на треть из колотых извест- они создают ударную волну, которая способствует няковых блоков, то для строительства понадобится вытеснению воздуха и уплотняет бетонную смесь. 3,3 млн тонн бетонных блоков. По свидетельству Кроме того, такой камень замещает некоторое коли- Геродота, стройка заняла 30 лет. Значит, в год было чество драгоценного бетона, образуя оптимальный необходимо сделать 110 тысяч тонн блоков, и, если гранулометрический состав. Скорее всего, камни работать 360 дней в году, – 300 тонн блоков в день. утапливали послойно при помощи колотушек, они же При этом вяжущего надо 4%, то есть около 12 тонн в еще сильнее уплотняли бетон. А если бы строитель- день. По нормам завода выходит, что расход энергии ство вели из цельных блоков, не было бы никакого на перетирание составлял 4500 кВт.ч. смысла делать их таких размеров, если, конечно, для транспортировки не привлекать явление левитации. Как известно, один киловатт электрической Следы от пил и надпилы блоков, сделанные якобы не- мощности соответствует мощности тридцати трех ведомым в древности инструментом, могли появиться человек. С учетом 12-часового рабочего дня для уже в наши дни при изучении материала пирамид. выработки одного кВт.ч энергии нужно 33:12=2,75 По свидетельству крупного специалиста-египтолога человеко-дня. Тогда для изготовления 12 тонн свя- Альфреда Лукаса, реставратора Каирского музея, во зующего потребуется 4500·2,75=12 375 человек. Это множестве гиероглифов, хорошо сохранившихся до число согласуется с данными историков, которые наших дней, изображены процессы обработки камня: утверждают: на строительстве пирамиды работало отбивание в каменоломне, трение зажатыми в руках 100 тысяч человек. Как видно, примерно 12% из них камнями, сверление; однако нет ни одного изобра- были заняты получением вяжущего для бетона. Это жения распиливания! вполне разумно. Тем же способом, что искусственные гранитные бло- Интересный артефакт – частицы меди, обнару- ки, можно делать и штукатурку, только с наполнителем из женные на поверхности гранитных блоков. Версия о одного песка. А если этот песок сделать измельчением том, что это следы от медных пил, использованных гранита, тогда отштукатуренную поверхность будет труд- при распиле блоков, выглядит фантастической: гранит но отличить от гранитного монолита. Выпуклые узоры и намного тверже меди и, если быть материалистом, гиероглифы на стенах печатали по влажной штукатурке такую обработку надо признать невозможной. А вот штампом, заранее вырезанным из дерева. отделать опалубку медными листами вполне разумно: она прослужит долго. Саркофаг в переводе означает «пожиратель мяса», однако он уже давно служит пожирателем умов Рядом с пирамидой Хеопса обнаружили ладьи. египтологов: много лет они ломают голову – как он Похоже, их легендарное назначение для переправы оказался в центре пирамиды Хеопса, если габариты души умершего фараона через реку Стикс можно от- саркофага намного превышают ширину проходов. нести к сказкам для доверчивых туристов. Назначение Проблема решается, если изготовить саркофаг и ладей оказывается гораздо прозаичнее: это емкости крышку из искусственных черного базальта и красного для перевозки бетона. Интересно, что у них выгод- гранита: их делали на месте и заливали в опалубку. ное отношение ширины к длине, которое позволяет транспортировать большие объемы материала по Интересно искусство размягчения камня, о кото- узким проходам. В результате становится приемле- ром говорят исторические источники: это свойство 20

присуще изделиям с высококонцентрированной более измельчать мельче мелкого и не перевел песок вяжущей суспензией. Такие изделия, набравшие в состояние кремнеземистого связующего. Видимо, в некоторую прочность, но еще не высохшие, могут разных концах света в разное время некоторые более размягчаться при механических воздействиях; а если наблюдательные люди смогли пойти дальше Лукаса и, они потеряли некоторый процент влажности, то при подобно упомянутому древнеегипетскому прорабу, орошении вновь приобретают пластичность. создавали свою нанотехнологию кремнеземистого вяжущего. Однако эта технология имеет смысл именно Круговорот размеров для создания мегалитических сооружений, когда лю- дей много, а дров для обжига тех же кирпичей мало. Используя гипотезу о древнем нанобетоне, можно Условия изменились, необходимость строить такие объяснить странности не только египетских пирамид, колоссы, как пирамида Хеопса или баальбекский но и некоторых других загадочных сооружений. Напри- храм Юпитера, отпала, и технология была забыта: из мер, в Перу, в древнем поселении Мачу-Пикчу, есть кирпича строить удобнее. стена, где неведомая сила выгнула блоки. Здесь нет ничего сверхъестественного: строители рано сняли Наблюдая за природой, мы понимаем, как из гор опалубку, пошел ливень и под его напором стену вы- рождаются камни, которые со временем превраща- гнуло. Потом бетон набрал прочность, а стена так и ются в щебень и гальку, а затем становятся песком и осталась искореженной. глиной. В дальнейшем происходит обратный процесс: кремнеземистое вяжущее опускается на глубину, где Оплавленный участок стены в Куско некоторые цементирует песок и различные обломки, образуя энтузиасты приписывают взрыву ядерной бомбы, ко- осадочные породы – ракушечник, известняк, гранит торый произошел неподалеку. Однако поверхности, и множество других минеральных образований, ко- похожие на остеклованные, получаются, если доза торые составляют три четверти земной коры. Так, наносвязующего более 6%. Полигональную кладку, вы- подобно закону круговорота воды в природе, можно полненную без всякого раствора из плотно пригнанных сформулировать закон круговорота размеров мине- другу к другу камней, применяли для строительства ралов в природе: крупное рождает мелкое, мелкое многих мегалитов. Объяснить ее, придерживаясь становится крупным. версии строительства из отесанных монолитов, очень трудно, если не прибегать к помощи инопланетян и Смысл пирамиды сверхъестественных сил. А вот приняв, что это была бетонная технология, удается прояснить многое. Если с технологией строительства пирамид можно Опалубкой в этом случае служила кожа, натянутая на разобраться, то надежд на разгадку тайны их пред- деревянную рамку. Поэтому блоки и получились выпу- назначения гораздо меньше. Египтологи посчитали, клыми с обрамлением по контуру – это след от рамки. что на данный момент существует около 600 версий, А размер их разный оттого, что кожи были разными. которые укладываются в несколько направлений тех- ногенного, религиозного, физического и эзотериче- Мегалитические сооружения разбросаны по всей ского характера. Добавим к этому еще одну версию, планете, они встречаются и в Африке, и в Азии, и в психологическую. Америке. Самый крупный объект – в ливанском Бааль- беке, в храме Юпитера. Это так называемый Южный Строительство огромного, заметного из космоса Камень, его вес больше 1000 тонн. Такую громадину сооружения потребовало огромных усилий. Казалось доставить на место не помогла бы и современная гру- бы, такая трата должна иметь разумное обоснование. зоподъемная техника. Понятно, что этот камень, как Однако порой человек тратит много усилий для до- и многие пирамиды, искусственного происхождения стижения совершенно бессмысленного результата. и сделан также по бетонной технологии на кремнезе- Например, рискуя жизнью лезет на скалу, чтобы на- мистом связующем. писать на каменной плите: «Здесь был Вася». Как же в древние времена в разных концах света Фараонам ничто человеческое не было чуждо, и, люди могли обладать одной и той же технологией? вполне возможно, что они тоже хотели оставить свой Ученые, опасаясь насмешек, не занимаются этим во- след в истории. Тем более что лично фараону для просом, а энтузиасты предполагают, что «сакральные» строительства пирамиды надо приложить примерно знания нам передали инопланетяне. Я ничего не имею столько же сил, сколько и Васе. против инопланетян, однако не уверен, что нельзя дать ответ без учета инопланетного вмешательства. Зато мы теперь знаем, что «Здесь был Хеопс»! Альфред Лукас пишет: «Почти всякое вещество, даже совершенно инертный кварц в достаточно мелко ис- Что можно прочитать по этой теме толченном и в смоченном состоянии обладает хотя Ю.Е. Пивинский. Кварцевая керамика, ВКВС и керамо- бы небольшой силой сцепления, но при высыхании бетоны. История создания и развития технологий. СПб.: частицы его распадаются, отсюда вывод: измельчение Политехника-принт, 2018. не решает проблемы, да и материал в этом случае не А. Лукас. Материалы и ремесленные производства был мелко истолчен». Он стоял на пороге открытия, но, Древнего Египта. М.: Издательство иностранной лите- работая экспертом музея, не стал «мелко толочь», тем ратуры, 1958; Ancient Egyptian materials and industries by A. Lucas. London, 1948. Third edition, revised. 21«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

Проблемы и методы науки Кандидат физико-математических наук Работа с формой С.М. Комаров Возьмем, к примеру, студень. С точки зрения мате- риаловеда, это композитный гидрогель. Прочность, Студень которая не дает куску студня растечься по тарелке запомнит под собственным весом, ему придает сетка из пере- форму плетенных молекул коллагена, объем обеспечивает наполняющая эту сетку вода, а волокна мяса – это Гидрогели известны нам в обыденной жизни как функциональный наполнитель, на прочностные желе и студни. Однако, когда они обретают спо- свойства особо не влияющий, однако отвечающий собность менять свою форму при различных воз- за потребительские качества – вкус и питательность. действиях, то становятся важнейшим материалом Другой всем известный кулинарный гидрогель – фрук- и для медиков, и для создателей искусственных товое желе и мармелад, их готовят из желатина или существ. Впрочем, материаловеды находятся в агар-агара, наполнителем здесь служит фруктовый самом начале этого скользкого пути. сироп. С несъедобными гидрогелями сталкивались в своей жизни также огромное число людей: полиакри- 22 лат натрия впитывает влагу в памперсах, полиакрила- мид помогает садоводам-огородникам регулировать поступление воды к корням растений. Каждый, кто имел дело с сухим коллагеном, же- латином или полиакриламидом, знает, что, впитывая воду, гидрогель за считаные часы превращается из ничтожной частички в весьма объемный кубик. Од- нако такое превращение даже не формы, а объема

ия Сергея Тюнина выглядит каким-то несерьезным, неконтролируемым, приспособлений, которые с нанесением минимальных поэтому, несмотря на то что студень люди готовят с травм можно вставлять в человеческий организм. незапамятных времен, материаловеды в качестве Одним из таких медицинских шедевров считается возможного предмета своего интереса его не вос- нитиноловый стент. Это узенькая сеточка, которую принимали, предпочитая работать с материалами вводят в кровеносный сосуд и там она под действием более надежными и прочными. тепла тела разворачивается в трубочку, расширяющую проток сосуда. По иронии судьбы, создатель стента Например, если завести разговор об эффекте В.А. Займовский из лаборатории термомеханической памяти формы, то с вероятностью 99% предметом обработки стали МИСиСа внезапно умер из-за ото- обсуждения станут металлические сплавы, а главным рвавшегося тромба. материалом этого класса окажется нитинол – сплав на основе никелида титана, у которого за возврат формы У металлических имплантатов, даже нитиноловых, отвечает мартенситное превращение. Под действи- есть некоторые недостатки. Порой из-за их способ- ем деформации в нитиноле и ему подобных сплавах ности проводить электричество вокруг развивается снижается температура превращения. Если она воспаление – с этим борются, нанося диэлектри- оказывается ниже комнатной, то превращение про- ческое покрытие. Кроме того, нитиноловая деталь исходит, и в ходе него атомы решетки одномоментно не может рассосаться, заместиться собственной изменяют свое взаимное расположение, фиксируя тканью человека. Изготавливать по индивидуальным деформацию. А при нагреве идет обратное превраще- чертежам металлические детали – тоже не самая ние, атомы занимают исходные места, и деформация простая задача, от этого цена выходит немалой. Ну исчезает – деталь принимает прежнюю форму. и конечно же жесткость металлического сплава по- зволяет успешно делать из него имплантаты твердых Сплавы с эффектом памяти формы вызвали в 70-х тканей – костей, – но никак не тканей мягких. Вот тут годах материаловедческий бум, из них было создано и начинается история гидрогелей с эффектом памяти множество интересных изделий – от самосвариваю- формы. щихся муфт для труб до всевозможных хирургических 23«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

0 мин 45 мин 0с 5с Фото 2 При набухании полоска из геля, созданного Цуем Юйли- нем с коллегами («Journal of Materials Chemistry B», 2014), 10 с вспоминает свою форму и за 45 минут сворачивается в восьмерку 15 с боковые цепочки из стеарилакрилата. В зависимости от температуры они способны пребывать в кристалли- Фото 1 ческом либо аморфном состоянии – в первом состо- Гидрогель с памятью формы, придуманный Осадой Ёсихи- янии гель получается жестким, как типичный пластик, то и Мацудой Ацуси («Nature», 1995): плотная спиралька а во втором модуль упругости падает в тысячу раз и из него за 15 секунд после нагрева разворачивается вещество размягчается. в прямой стержень Эффект памяти проявлялся так. Стержень, из- Теоретически для «мягкого» применения они готовленный из такого геля, нагрели выше темпе- превосходят металлы, потому что полностью биосов- ратуры перехода в аморфное состояние, скрутили в местимы, способны рассасываться в организме, а их спиральку, а затем, удерживая эту форму, охладили; жесткость соответствует таковой у мягких тканей жи- возникшая кристаллическая фаза сохранила эту пру- вых существ. Немаловажна и стоимость материала – жинку подобно тому, как замки на ремнях корсета у полимера она существенно меньше, ну а способ- удерживают затянутую в него фигуру. А при повторном ность менять размер во много раз, что недоступно нагреве кристаллический порядок исчез, замки рас- металлическим сплавам, дает конструкторам гораздо стегнулись, и молекулы скелета, освободившись, воз- больший простор для реализации своих фантазий вратились в первоначальное положение – пружинка в деле обратимого изменения формы объектов их распрямилась, стала стержнем. творчества. Правда, глядя на студень, трудно запо- дозрить в нем способность служить конструкционным Замки и замочки материалом, однако на то и искусство материаловеда, чтобы разными ухищрениями совершать, казалось бы, У металлических материалов есть лишь один способ невозможное, в частности, превращать кусок студня запомнить форму – мартенситное превращение, при- в плотное желе, которое не разваливается в руках. чем осуществленное нежно, так, чтобы двигающиеся при этом границы элементов структуры смещались Видимо, эти соображения, а также страсть к по- без каких-либо препятствий; только в этом случае они знанию нового, которая движет всяким истинным уче- смогут вернуться точно на свои места. Скажем, в стали ным, и привели к тому, что в начале 90-х годов Осада так не получается, там мартенситное превращение по- Ёсихито и Мацуда Ацуси из Хоккайдского университе- ступает брутально и полностью переформатирует всю та в Саппоро занялись созданием гидрогелей, кото- микроструктуру материала, поэтому у стали память рые смогут менять свою форму не за счет поглощения формы если и можно вызвать, то с огромным трудом и выделения воды, а под действием температуры. При и низкой эффективностью. этом они исходили из того, что именно гидрогели, в отличие от металла и многих полимеров, очень хороши У полимеров возможностей больше хотя бы по- тем, что мягкие и влажные, то есть должны отлично тому, что число органических соединений и их комби- приживаться в человеческом теле. наций безгранично велико. За четверть века работы исследователи, главным образом из КНР, создали В 1995 году исследователи отчитались о проде- огромное число самых разнообразных полимерных ланной работе коротким письмом в номер журнала систем, способных проявлять эффект памяти формы. «Nature» от 20 июля, рассказав о первом таком гидро- Принцип в основном остался тем же, что использовали геле (фото 1). Его скелет составила хорошо известная Осада и Мацуда: сетка из длинных молекул, образу- полиакриловая кислота, отлично набухающая в воде. ющая скелет геля, вода, придающая ему объем, и А к молекуле полимера были приделаны небольшие приделанные к скелету ремешки из коротких цепочек, способных стягивать полимерную сетку, причем об- 24

Ca2+ Перекись Замораживание Нагрев Фото 3 Альгинатный гель, Вымывание Восстано- благодаря искусству кальция витель Таня Линьи и его коллег («ChemComm», 2018), оказался способен запомнить несколько изгибов, а затем, повинуясь командам экспериментаторов, восстановить их ратимым образом. Помимо кристаллических, работа- ряжении замочки, раскрываемые как химическими, ющих под действием тепла, для этих ремешков есть так и физическими ключами, материаловеды получили еще несколько замочков со своими ключами. весьма гибкий инструмент, чтобы программировать поведение гидрогелей. Вот, например, вода. Казалось бы, она может только изменять объем гидрогеля. Однако в 2014 В частности, используя несколько замочков с году исследователи из лаборатории Го Мин-юя в разными ключами, можно восстанавливать не одну, а университете Сучжоу сделали прочный гель из поли- несколько форм у одного и того же куска гидрогеля; этиленгликоля (это вещество применяют, например, нынешний рекорд – троекратное изменение формы. как основу для кремов или добавку в зубные пасты, со- Например, Вень Ланьфан с коллегами из Технологи- храняющую воду) без каких-либо ремешков («Journal ческого университета Южного Китая («ChemComm», of Materials Chemistry B», 2014, 2). Это был совсем не 2018) смешали альгинат (это выделенное из водорос- студень – прочность на разрыв составила 4 МПа, то лей вещество служит, в частности, для приготовления есть всего в три раза меньше, чем у кожи, причем при желе) с поливиниловым спиртом (работает, напри- удлинении почти в восемь раз. мер, как смазка для глазных линз или загуститель для шампуня, клея). Альгинат, впрочем, был непростым – к При высушивании гель кристаллизовался, и ему его молекулам во многих местах приделали короткие можно было в таком сухом состоянии придать некую цепочки с тиоловыми группами (-SH) на конце. В ре- новую форму, например распрямить. Вода растворя- зультате получилось три типа замочков: во-первых, ет кристаллы этого полимера: при набухании она, как комплексы, которые ион металла создает с макро- ключ, раскрывала кристаллические замочки и материал молекулами геля, во-вторых – мостики, возникающие принимал исходную форму, а именно из выпрямленной при соединении двух тиоловых групп в дисульфид полоски свивался в восьмерку (фото 2). Правда, про- (процесс, аналогичный образованию дисульфидных цесс шел не быстро – около часа. мостиков в белках), а в-третьих – водородные связи. В числе широко используемых замочков – ионные Работало это так (фото 3). В систему ввели хлорид или водородные связи, комплексы с ионами металлов. кальция, поскольку ионы кальция часто используют Ключами тут могут служить и кислотность окружающей для сшивания молекул альгината ионной связью меж- среды, и облучение, и даже участие ферментов. На- ду кальцием и карбоксильной группой; так зафиксиро- пример, в если в гидрогеле у молекул скелета имеются вали изгиб первоначально прямого стержня. Затем, карбоксильные группы (-СOOH), то они образуют добавив перекись водорода, замкнули дисульфидные комплексы с ионами цинка или кальция и те закре- связи и зафиксировали второй сгиб. После материал пляют временную форму. Изменение кислотности заморозили и еще раз причудливо изогнули: в дело эти замочки раскрывает, и форма восстанавливается. вступили водородные связи, оформившие кристал- Причем можно создать систему, где восстановление лические блоки. формы идет постепенно – это интересно для адресной доставки лекарства: оно будет высвобождено в той А потом стали форму восстанавливать, для чего части пищеварительного тракта, где имеется нужная материал нагрели: кристаллические застежки рас- кислотность. Очень интересен комплекс с трехва- крылись и причудливые изгибы исчезли. Добавка лентным железом: при его восстановлении до двух- восстановителя разрушила дисульфидные мостики. валентного замочек открывается. Это важно потому, Остался лишь один изгиб – его держали ионы каль- что в организме человека есть специальные ферменты ция: вымыв их, стержень распрямили. Судя по фото 3, для восстановления железа; они и станут раскрывать нельзя сказать, что формы восстанавливались иде- такие замочки, освобождая содержимое целебных ально, но это была первая работа, где материаловеды гидрогелевых капсул. В общем, имея в своем распо- одновременно задействовали три механизма. Спо- 25«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

собность гидрогеля последовательно менять формы можно было бы останавливать кровь в глубоких ко- при постепенном отмыкании разных замочков может лотых ранах, поскольку их невозможно перевязать, а пригодиться при дозированном выделении лекарства, во-вторых, чтобы он сам, без добавок антибиотиков, особенно когда нужно последовательно воздейство- справлялся с инфекцией, которая могла попасть в вать несколькими препаратами, скажем, при дуальной рану. Поэтому исследователи за основу взяли при- химиотерапии рака. родный биополимер хитозан: его получают из хитина, причем медики уже давно пытаются его использо- А что с прочностью гидрогелей? Удается ли до- вать ввиду биосовместимости и антибактериальных биться, чтобы студень перестал быть студнем и пре- свойств. Для повышения прочности в материал до- вратился в конструкционный материал? Да, проблема бавили углеродные нанотрубки, к которым пришили решаема. Вот как это сделала в 2019 году группа ис- функциональные цепочки: при образовании геля они следователей из Юго-Западного университета транс- создавали химические связи с молекулами хитозана, порта в Чэнду во главе с Чжоу Шаобином («Polymer сшивая их в сеть. Chemistry», 2019, 10). Они взяли опять-таки полиэти- ленгликоль, управлять формой которого можно с по- Эту смесь охладили до –20оС и провели криопо- мощью воды, и приделали к нему молекулы дофамина. лимеризацию, в результате чего получился криогель Казалось бы, при чем тут гормон удовольствия? А он, с очень пористой структурой. Цилиндрик из такого оказывается, не только активирует соответствующие геля можно было легко сдавить пальцами в плоский рецепторы мозга, но и служит важным компонентом диск, который мгновенно распрямлялся при снятии того прочнейшего клея, которым моллюски приклеи- нагрузки: обратимая деформация сжатия составляла ваются к камням. При окислении дофамин сшивает 2000–3000% в зависимости от количества нанотру- молекулы полимера, к которым приделан. Окисли- бок. Зачем это было нужно? Способность к легкой телем же служил периодат натрия, NaIO4: когда его деформации при небольшой нагрузке очень важна брали в соотношении 1:2 к молекулам дофамина, он для такого материала – ведь он должен разбухать создавал наибольшее число дофаминовых мостиков как можно нежнее, чтобы возникающей нагрузкой не между молекулами полиэтиленгликоля. Соответствен- наносить дополнительную травму ране. А разбухал но, обеспечил и наибольшую прочность (12 МПа), хитозаново-нанотрубочный гель хорошо: цилиндр почти как у кожи, и разрушался лишь при растяжении из него при насыщении водой увеличивал свой диа- почти в восемнадцать раз! И это не в сухом состоя- метр впятеро, в длину же почти не рос. Благодаря нии, когда прочность гидрогелей максимальна, а при этому он прекрасно закупоривал глубокие колотые 10%-ном содержании воды. При 30%, когда начинал раны, которые наносили мышам и кроликам. Доста- проявляться эффект памяти формы, прочность, впро- точно было тонким катетером ввести туда маленький чем, падала до 2,68 МПа. Но это все равно много, ведь тампон, и кровотечение останавливалось в считаные предшественники получали на гидрогелях полиэти- секунды, чего нельзя сказать о желатиновых губках или ленгликоля стократно меньшую прочность при схожей стандартных армейских тампонах, которые делают из эластичности, всего 35–53 кПа. Помимо воды памятью бинта, пропитанного каолином. формы созданного группой Чжоу гидрогеля можно было управлять и нагревом до температуры челове- Добавленные в гель нанотрубки сыграли не толь- ческого тела: сложенная пополам экспериментальная ко роль упрочнителя. Во-первых, они придали ему пластинка при такой температуре самопроизвольно электропроводность, а исследователи из предыдущих распрямлялась. опытов знали, что проводящий тампон залечивает рану быстрее, чем диэлектрический. А во-вторых, на- А зачем это нужно? нотрубки прекрасно поглощают тепловое излучение. Поэтому тампон стал своеобразным внутренним на- Как говорил герой С.Ю. Юрского в фильме «Место гревателем: при облучении закупоренной раны ближ- встречи изменить нельзя»: «Вы же меня этим вопро- ним инфракрасным светом, нечувствительным для сом наповал бьете. Но при желании можно ответить человека, нанотрубки за 10 минут так разогреваются, и на этот вопрос». Пока что подобные гидрогели если что и стафилококки, и кишечные палочки гибнут. А еще и имеют шансы найти применение, то в качестве там- при таком нагревании лучше выделяется стандартное пона для остановки кровотечения, который надежно обезболивающее ибупрофен, которое было заранее закупорит рану. Во всяком случае, исследователи уже помещено в целебный тампон. проводят не отвлеченные демонстрации, а практи- чески важные опыты и даже клинические испытания В общем, материал вышел на редкость инте- таких тампонов, и новый материал демонстрирует ресным, что, впрочем, не гарантирует ему быстрое явные преимущества над давно используемыми. одобрение со стороны медиков, ведь у них уже есть тампоны, которыми они в целом удовлетворены. А, Вот работа, которую в 2018 году провели Го как известно, лучшее – враг хорошего. Баолинь из Сияньского университета транспорта и Питер Ма из Мичиганского университета со своими Способность гидрогеля останавливать кровь коллегами («Nature Communications», 2018, 9). Их можно использовать и по другому поводу – для бло- задачей было создать тампон, которым, во-первых, кирования кровотока в артериях; эта процедура, называемая эмболизацией, часто нужна хирургам для разных надобностей. Из геля можно сделать на- 26

дежную затычку для сосудов. Подобно нитиноловому Мягкая сила стенту, гель в виде тонкого стержня вводят в артерию, и от тепла тела он становится спиралью. Только если Наверное, одно из самых необычных свойств гидро- металлическая проволочка расширит просвет артерии гелей с эффектом памяти формы – это возможность для улучшения кровотока, то гелевая спираль, еще и контролируемой деформации сделанных из них разбухнув, надежно его заблокирует. Наверное, при предметов под влиянием неких внешних условий. известной фантазии удастся сделать и такой гель, Фактически речь идет о проявлении мягкой силы, ко- который потом при каком-то воздействии снова из торая лежит в основе концепции мягких движителей; спирали станет стержнем и его удастся после окон- их еще называют искусственными мышцами. Один из чания операции легко из артерии вытянуть. таких движителей сделал коллектив исследователей из Южно-Китайского технологического университе- Останавливающий кровь тампон, который об- та в Гуанчжоу во главе с Тун Чжэнем («Soft Matter», растает в ране клетками человеческой ткани, это, в 2018), а работали они с гидрогелем из диметила- сущности, прототип мягкого имплантата. Однако с криламида. Сетку из его молекул сделали, сшив их гидрогелями, обладающими памятью формы, уже под действием ультрафиолета с помощью метилен- экспериментируют и для создания настоящих им- бисакриламида, а меняющими форму застежками плантатов, способных замещать поврежденную часть послужили цепочки из метакриламида дофамина: какого-то органа. Вот, например, как профессор Ши как мы уже знаем, дофамин придает гидрогелям Пен с коллегами из Городского университета Гонконга высокую прочность. У него есть еще два важных для готовятся лечить травму позвоночника («ACS Applied этой работы качества – во-первых, он гидрофобен и Materials & Interfaces», 9 августа 2018 года). Путь им в воде не растворяется, а во-вторых, способен фор- понятен: нужно в место разрыва нервов вставить мировать комплексы с ионами металлов. Выглядит предшественников нейронов и заставить их сформи- это так: на дофаминовой части цепочки расположено ровать нервные волокна вдоль позвоночного столба. бензольное кольцо с двумя гидроксильными груп- пами, которые торчат как рога; между этими рогами Однако пока что этого добиться не удается: но- и размещается ион металла. Если рядом окажется вые клетки если и растут, то делают это хаотично и аналогичная группа другой молекулы, то этот же восстановить полноценное прохождение сигналов самый ион притянет ее, связав замком две молеку- по спинному мозгу не могут. Для решения проблемы лы. Такую конструкцию для создания искусственных исследователи сделали композитный гидрогель. Он мышц придумали в 2014 году Брюс Ли и Шари Конст состоял из желатина, циклодекстрина и полиэтиленли- из Мичиганского технологического университета коля, сочетание которых обеспечило ему способность («Advanced Materials», 2014). Деформацией своего хорошо сжиматься под нагрузкой, причем обратимо; гидрогеля они управляли, манипулируя кислотно- модуль упругости у этого материала оказывается не- стью. Исследователи из Ганчжоу пошли другим пу- большим, и жесткость гидрогеля вполне соответствует тем и решили управлять сменой растворителя. Им таковой у нервной ткани. Нервные клетки прекрасно показалось, что так делать проще, чем попеременно росли в этом геле: уже через сутки после того, как менять щелочь на кислоту. в гель подселили эмбриональные стволовые клетки мыши, они расселились по его объему. Тогда гель Чтобы приготовить гель, диметилакриламид укрепили каркасом из полимерных волокон, облада- растворили в воде, метакриламид дофамина в ющих эффектом памяти формы (это был сополимер диметилсульфоксиде (ДМСО), затем эти растворы молочной кислоты с триметилкарбонатом), и полу- слили, тщательно перемешали и, как уже упомина- чился готовый имплантат – цилиндрик длиной два и лось, провели полимеризацию, так что в гидрогеле диаметром один миллиметр. изначально присутствовали и вода, и ДМСО. А дальше, вытесняя один растворитель другим, ис- У подопытной мыши вырезали кусочек нервного следователи стали наблюдать за интереснейшими столба и катетером ввели в рану имплантат. Очевидно, превращениями. что во время пребывания в катетере он сильно смялся, но, оказавшись на свободе, при температуре мышино- Гель, насыщенный ДМСО, – прозрачный, бесцвет- го тела волокна вспомнили, какими они были раньше, ный и низкопрочный. Насыщение водой резко меняло и восстановили цилиндр, который плотно заполнил эти свойства: полоска геля становилась белой, не- всю рану. При этом сохранилась и ориентировка во- прозрачной, но приобретала высокую прочность на локон вдоль его оси, то есть вдоль нервного столба. растяжение, более 2 МПа. При этом, как и положено, В отличие от контроля, где никаких волокон не было, у пластичность существенно падала: полоска рвалась, этих мышей быстро развивалась нервная ткань: спустя растянувшись на считаные проценты своей длины, четыре недели восстановилась способность двигать гель оказывался жестким и хрупким. Причиной такого задними лапами. В общем, как видно, медики и их па- изменения свойств было образование замочков – циенты вполне могут рассчитывать на создание новых ассоциатов из гидрофобных молекул дофамина. Про- технологий с использованием гидрогелей, которые мывка ДМСО изгоняла воду из геля, дофаминовые сделают излечимыми недуги, пока не поддающиеся ассоциаты разрушались, и гель снова становился искусству врачей, особенно если речь идет о каких-то прозрачным и мягким. механических повреждениях тела. 27«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

30 с 60 с 150 с Так, действуя двумя растворителями, стало воз- можным работать с формой. Например, из полоски Фото 4а прозрачного геля скручивали спираль и помещали ее в воду: полоска белела, а форма застывала; второй Вода ДМСО растворитель снова распрямлял полоску. Ну да таким превращением никого уже не удивишь, поэтому, убе- ДМСО дившись в верности своих предположений, исследо- Вода ватели пошли дальше. В одном опыте они в горячей воде растягивали струну из геля, а потом охлаждали, Фото 4б Вода не снимая нагрузку: холодная струна так и осталась Fe3+ растянутой – сработали дофаминовые замочки. За- тем к струне подвесили грузик и стали кисточкой для Фото 4в туши аккуратно смазывать ее со всех сторон вторым растворителем, который вытеснял воду и разрушал Сменой растворителя Хуан Цзахэ с коллегами («Soft дофаминовые замочки. Растворитель в одних участках Matter», 2018) заставил гидрогель не только поднимать струны проникал глубже, чем в других, струна дефор- грузы (а), но и становиться бумагой, с которой можно мировалась неоднородно, формируя восьмерки, и стереть надпись (б). А способность ионов железа обра- совершала большую работу: менее чем за три секунды тимо закрывать и раскрывать замочки на дофаминовых подняла грузик на 6,5 см (фото 4а). ремешках, стягивающих скелет гидрогеля, позволила сделать прототип мягкого движителя (в) А дальше перешли к созданию мягкого движителя. Из листа геля вырезали восьмиконечную звезду, на ко- 28 торую нанесли хлорид трехвалентного железа: у четы- рех лучей – на одну сторону, а у остальных – на другую. Ионы металла проникали в гель, связывались с дофа- миновыми блоками, и при последующем насыщении водой возникли дополнительные замочки. В резуль- тате покрашенные стороны деформировались силь- нее, чем не покрашенные, и звезда превратилась в подобие короны, стоящей на четырех ножках (фото4в). Обработка вторым растворителем, ДМСО, развора- чивала корону в плоскую звезду. Ко всему прочему этот гель оказался удобной бумагой, с которой можно легко стирать изображе- ние: если нанести его водой, то на бесцветном фоне появятся белые линии, а если потом промыть ДМСО, то от них не останется ни следа. Так что у геля воз- никли перспективы сразу двух типов применения (фото4б). Во-первых, мягкие движители, работающие с использованием жидких реагентов, которые могут пригодиться для создания мягких роботов. Во-вторых, перспективный материал для устройства, многократно воспроизводящего на одном твердом носителе руко- писные или печатные тексты. Если первые сейчас даже трудно себе представить, то многоразовая бумага уже не один год служит предметом обсуждения среди специалистов по компьютерной технике. Как видно, у материаловедов прямо на наших глазах сформировалось обширное поле для ис- следований. В их руках имеется огромное число крупных и малых органических молекул, искусное объединение которых в системы позволяет соз- давать широкое разнообразие программируемых материалов. Они станут гибко и многогранно ре- агировать на всевозможные воздействия. А в ре- зультате появятся какие-то неведомые ныне методы лечения, изделия и конструкции, использующие мягкую силу и другие интереснейшие возмож- ности дальних родственников обычного студня – гидрогелей, помнящих свою форму.

РЕЗУЛЬТАТЫ: ФИЗИКА Тулиевый лазер электроники, и для компьютинга. Для лазероиндуцированным режимом плюс вода мощной вакуумной электроники — сверхинтенсивного пузырькового потому что именно там, на поверхно- кипения. Они бережно опустили в Т ак уж устроен человек (инте- сти, тормозятся электронные пучки, воду конец оптического волокна, ресно, прописано это в генах порождая рентген и тепло, которое которое было не простым оптово- или нет?), что он весьма любо- надо куда-то отводить. А что каса- локном, а оптоволоконным тулиевым пытен. Поэтому одно из главных на- ется компьютинга, то вот почему — лазером: длина волны 1,96 мкм, правлений развития физики — про- увеличение плотности упаковки, то ближний инфракрасный, в воде движение в сторону увеличения зна- есть миниатюризация, увеличивает прекрасно поглощается. И вот — чений параметров — скорость и мощ- именно плотность мощности, а тре- плотность мощности 160 кВт/см2 на ность побольше, размер поменьше и бование высокой скорости работы торце волокна, в 23 раза больше так далее. Но мощность побольше, усугубляет тепловые проблемы еще опубликованных ранее результатов, а размер поменьше — это ж какая сильнее. из торца бьет струя смеси воды и плотность мощности получится! А пара со скоростью 50 см/с, а в каче- что будет, если попытаться отвести от Так вот В.И. Юсупов, В.М. Чуд- стве вишенки на торте — генерация поверхности твердого тела высокую новский и В.Н. Баграташвили из звука в основном в диапазоне 10–30 плотность мощности? Задача эта, Института фотонных технологий и кГц. Так что охлаждаемая таким спо- заметим, вполне актуальная и для Тихоокеанского океанологического собом электроника будет еще и звуки института им. В.И. Ильичева РАН издавать… (ЖТФ, 2019, № 1) исследовали то, что они назвали 29«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

Еще раз и убедились, что полная энергия из- С.В. Сорокина, О.А. Хвостикова и о шаровой молнии лучения составляет малую долю всей В.М. Андреев, сотрудники Физи- энергии, содержащейся в молнии. ко-технического института имени Интенсивность электромаг- Остается вопрос о механизме излу- А.Ф. Иоффе. Теоретически КПД нитного излучения шаровой чения. По мнению авторов, генери- такой структуры может достигать молнии оценили А И. Григо- ровать излучение могут движущиеся 22%, но пока что авторы сделали рьев и С.О. Ширяева (Ярославский внутри шаровой молнии заряды; источник с КПД 6%, напряжением государственный университет им. механизм возникновения и движения холостого хода — до 0,5 В, плотно- П.Г. Демидова) и предложили ме- этих зарядов авторы в данной работе стью тока короткого замыкания — до ханизм генерации этого излуче- не рассматривают. (ЖТФ, 2019, № 1) 1000 нА/см2, плотностью мощности — ния. Авторы сделали интересное до 0,56 мкВт/см2. (Письма в ЖТФ, науковедческое наблюдение: они Тритий и его КПД 2019, № 23) отметили, что в последние десяти- летия изменился подход к проблеме В се, что мы делаем, требует Полет — не шмеля, шаровой молнии. А именно, вместо источника энергии — косми- но капли попыток построить всеобъемлющие ческий аппарат, кардио-сти- модели исследователи начали пы- мулятор, фонарик в спасательном Полет и столкновение капель таться строить модели отдельных жилете и многое, многое другое. — это не только «тучки не- свойств объекта. Авторы почему-то Энергию устройство может полу- бесные, вечные странники», считают это положительной тенден- чать из окружающей среды, если водопады и прочая лирика, а еще цией и, в согласии с этим своим в ней есть перепад температур, камеры сгорания двигателей, топки мнением, обратили внимание на электромагнитное излучение или ТЭС, большая энергетика. Что мо- электромагнитное излучение этого перемещение вещества. Но если жет происходить при столкновении загадочного объекта. ничего этого нет или устройство капель друг с другом и со стенкой? должно иметь малые размеры, при- Поглощение, отскок, разлет и дро- Исследователи изучили многочис- ходится задуматься о собственном, бление. Поглощение — это слились, ленные наблюдения за поведением внутреннем источнике. наверное, в экстазе, отскок — это шаровых молний в естественных целиком, разлет — это развалились, условиях и оценили ее электромаг- Самое распространенное реше- но частей немного, дробление — это нитное излучение. Основа оценки — ние — батареи или аккумуляторы на мелкие кусочки; резкой границы, отмеченный несколькими наблюда- (которые сейчас часто неправильно как обычно в жизни, нет. Попутно: телями эффект: при пролете молнии называют батарейками). Однако отскок происходит из-за взаимо- около не включенной лампочки та есть ситуации, когда и это — не действия через буферный газовый начинает светиться. Нить лампочки решение, например, при очень слой, то есть газ не успевает убрать- разогревается электромагнитным низких температурах и весьма боль- ся с пути летящей капли. Чаще из- излучением аналогично работе ших сроках службы. В этих случаях учают поглощение и дробление — промышленной индукционной печи применяют радиоизотопные источ- потому что они изменяют состав или бытовой индукционной плиты. ники — в них источником энергии аэрозоля. Авторы получили расчетом необхо- служит радиоактивный изотоп, а димую для такого эффекта мощность преобразование энергии выле- Отскок друг от друга взаимодей- тающих частиц в электроэнергию ствующих капель воды с помощью может делаться самыми разными весьма изощренной эксперимен- способами. Например, если это тальной техники изучали Н.Е. Шле- α-активный изотоп, то пробег частиц гель и П.А. Стрижак, сотрудники мал, они тормозятся в самом мате- Национального исследовательского риале, их энергия превращается в Томского политехнического универ- тепло, а дальше — термоэлемент. ситета. Его изучать труднее других Если это β-активный изотоп, то процессов, потому что капли не электроны могут вызывать све- разваливаются и дисперсность при чение люминофора, а дальше — этом не меняется. Исследователи фотоэлемент. Третий путь — это пря- варьировали скорость и направле- мая передача энергии вылетающих ние движения капель, температуру электронов — электронам полупро- и состав газа. Опыты проводили водника. в потоке воздуха, водяного пара, продуктов сгорания. Авторы пишут, Источник электроэнергии на что современных представлений о основе изотопа водорода, три- причинах отскока, то есть гипотезы тия, и полупроводниковой струк- о влиянии газовой прослойки между туры AlGaAs/GaAs сделали В.П. Хвостиков, В.С. Калиновский, 30

каплями, недостаточно для объяс- Странный способ увеличить стой- ственно больших энергий, нежели нения причин изменения структуры кость контактов к таким надругатель- каменные, и что для разрушения потоков, содержащих газ, пар и ствам предложили авторы работы 60-метрового метеорита 1,4 мега- капли. Они предполагают, что важна А.М. Чалый, В.А. Дмитриев, М.А. тонной бомбы будет недостаточно. еще роль фазовых превращений, Павлейно, О.М. Павлейно и М.С. (ЖЭТФ, 2020, том 157, вып. 5) протекающих на поверхности капель Сафонов (Санкт-Петербургский воды, то есть испарения. И что про- государственный университет). Газ или жидкость? слойку, тормозящую соударение, Прежде чем подать на контакт Проводник образует не столько газ, в котором большой и опасный импульс тока, или изолятор? летят капли, сколько пар — резуль- они пропускали предварительный тат испарения самих этих капель. импульс, который его разогревал! Ш кольник, который добро- (ЖТФ, 2019, № 6) Оказалось, что при этом контакт совестно изучил курс фи- способен без катастрофического зики по хорошему учеб- Облегчим жизнь разогрева переносить последую- нику, правильно нарисует фазовую контакта щий, причем существенно больший диаграмму с областями твердого, импульс тока. Для достижения жидкого и газообразного и, если Всовременном процессоре этого эффекта предварительный не подползать с гелием к нулю и не больше миллиарда транзи- импульс должен нагревать контакт соваться в область сверхдавлений, сторов. Если бы не микро- до температуры размягчения, при внятно о ней расскажет. Но, как и схемы, в такой вещи было бы не- которой происходит более плотное всегда в физике, проблема подкра- сколько миллиардов контактов. прилегание контактов друг к другу. дывается незаметно и встает во весь И где они теперь? Так что техника То есть возрастает площадь «ис- рост. Жидкий металл — проводник, а понемногу от контактов избавляет- тинного контакта», и последующий газообразный металл при не слиш- ся. Но это от постоянных контактов, разогрев поэтому уменьшается. ком больших давлениях — вроде а есть еще такие, которые должны (ЖТФ, 2019, № 4) изолятор. Вопрос: переходы газ— замыкаться и размыкаться, мы о них жидкость и изолятор—проводник – писали (см. «Химию и жизнь», 2008, Бомбой это один переход или два? 10). От некоторых из них технике по астероиду. тоже удается избавиться, но в мощ- Пока — Этот наивный вопрос поставили ной энергетике без них не обойтись. моделирование вертикально Зельдович и Ландау Причем это не та штучка на стене, в 70 лет назад, и он так и стоит. Ис- которую вы тычете пальцем, входя в Прилетит или нет — непо- следовали его и экспериментально, комнату (или которая сама знает, что нятно, но интересно, как и теоретически, и вроде догово- вы вошли), а устройство высотой в защититься. В литературе рились, что у щелочных металлов несколько метров, и когда оно сра- рассматривается несколько вариан- это один, а у ртути — вроде два, а батывает, то загорается метровая тов, в том числе — шибануть по нему остальные очень уж сложно иссле- дуга и грохот окрест… мегатонной. Ученые действительно довать. Авторы работы А.Л. Хомкин моделируют воздействие мегатонн и А.С. Шумихин (Объединенный Если по контакту течет ток, он на астероид. Вот, например, И.А. институт высоких температур РАН) нагревается, потому что площадь Белов с соавторами (Российский построили новую модель этого зага- «истинного контакта», то есть та, по федеральный ядерный центр, Са- дочного состояния, которое отчасти которой проводники действительно ров; Уральский федеральный уни- жидкость, а отчасти газ, и получили касаются и по которой течет ток, — верситет; Росатом) взяли неоди- неплохое согласование с экспери- это лишь часть всего размера кон- мовый лазер и выяснили, при какой ментальными данными. Кстати, что тактных площадок. Поэтому контакты мощности импульса разрушается касается диаграммы состояния, то часто делают так, чтобы при нажатии макет астероидов разного типа и там куда ни кинь, везде если и не они «прыгали» навстречу друг другу, на какого размера осколки. Полу- клин, то загадка. Что таится справа от стукались и прижимались по боль- ченные результаты закладываются критической температуры — вопрос, шей площади (нажмите тихонечко в модель, и она выдает ответ — как сколько существует разных льдов — на мышь и прислушайтесь). Нагрев себя будет вести злоумышленник вопрос, по некоторым элементам пропорционален квадрату тока, а в разного типа (каменный, железо- в приличных книжках приводятся некоторых случаях (например, при каменный, железный, ледяной), разные данные… Так что и после коммутации электродвигателей и подкрадывающийся к Земле со ЕГЭ есть жизнь! (ЖЭТФ, 2020, том конденсаторов и при коротком за- скоростью от 11 до 70 км/с. Авторы 157, вып. 4) мыкании) ток возрастает ненадолго, обнаружили, что железные метео- но многократно, и этого хватает для риты требуют для разрушения суще- Выпуск подготовил того, чтобы контакты плавились, сва- Л. Намер ривались и выходили из строя. 31«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

Спросите учителя Л.А. Ашкинази Ему была свойственна высокомерная скромность человека, Ещё новое так много познавшего, в мире что теперь ему стала ясна задач беспредельность его незнания. Роберт Хайнлайн Рассмотрение новых типов задач полезно и пото- Невозможные задачи му, что вы можете с ними встретиться, и потому, что вы сами можете кого-то с ними «встретить» — Один из путей расширения представления ученика если преподаете физику. Или иной предмет — по- о возможных задачах — рассматривать не только скольку многие типы задач вполне возможны по задачи, касающиеся реальных природных явлений и другим предметам. Некоторые новые типы задач технических процессов, но и осмелиться обратиться к мы рассмотрели ранее (см. «Химию и жизнь», альтернативным мирам, нереальным экспериментам 2020, № 4), здесь рассмотрение продолжено. и вопросу, могли ли быть законы физики и значения констант иными. Они могут быть нескольких типов, начнем с самого распространенного — с невозможных 32

Левитация монокри- сталла графита в магнит- ном поле — неустойчивая в поле диполя, устойчивая в поле четырех диполей начальных условий, но возникающих в нашем обычном идет вразрез с современной тенденцией в массовом преподавании — заменой умения разбираться на за- мире. Вот пять примеров: учивание нескольких стандартных приемов. Человек, натасканный на стандартные приемы и стандартное их а) в Земле просверлено сквозное отверстие, в него применение и даже получивший максимальный балл хлынул океан, рассмотрите дальнейшие события; на экзамене, может оказаться неэффективен в новой б) Земля мгновенно перестала вращаться, рассмо- ситуации — и тем самым он повлияет на свою дальней- трите дальнейшие события; шую жизнь, закрыв себе дорогу к интересной работе. в) какая скорость была у мухи, которая при неупру- гом столкновении остановила паровоз, и как он Откуда берутся подобные вопросы? Люди могут нагрелся? задавать их в шутку, или для обучения, или, скажем г) автомобиль в космос запустили без экипажа, а так, по наивности. Человек, не понимающий связи что будет, если запустить атомную подводную лод- объектов и процессов, то есть не знающий физики или ку с экипажем? выучивший ее формально и в реальной жизни не при- д) …или дизельную подводную лодку? меняющий, может не понимать абсолютной нелепости двух из этих пяти вопросов и относительной нелепости Часть из этих вопросов я взял из прекрасной остальных. Но независимо от этого пытаться отвечать на подобные вопросы все равно полезно, потому что книги, которая вся состоит из таких задач — Рэндалл ситуации, в которых мы можем успешно применить знание, — это новые ситуации. В некоторых из таких Манро «А что, если?..», а часть — мои; он и я — мы оба новых ситуаций знание физики приходится применять как-то иначе, с учетом каких-то иных факторов или любим подобные задачи. Пытаться решать их полезно иного их сочетания. Еще одна хорошая книжка этого типа — «Как уничтожить Вселенную, и еще 34 инте- потому, что при этом проверяется и совершенствует- 33«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru ся знание физики и умение ее применять, причем в нестандартных ситуациях. Это особенно важно, если вы хотите заниматься физикой или инженерным твор- чеством, то есть создавать существенно новые вещи. Причем умение применять знания в новой ситуации

Образец левитирует в поле диполя только при опоре сбоку, на это прозрачное кольцо. Равновесие по вертикали устойчивое, а по горизонтали без этой опоры – нет ресных способа применения физики» Пола Парсонса. нерной точки зрения ситуация вполне обыденная: на Наслаждайтесь. Луне холодно и вакуум, на Венере — давление, жарко и сверхкритический флюид все растворяет, на Марсе — Как устроены эти задачи, как их придумывать? вакуум и пыльно, в космическом пространстве — Если, прищурившись, посмотреть на коротенький «солнечный ветер», и либо замерзнете, либо будет список выше, то способ синтеза становится ясен — жарко от электромагнитного излучения. На Юпитере (и это изменение каких-то параметров, например, ко- вообще на газовых гигантах) — плавно нарастающая ординат объекта или скорости вращения. Продолжая по мере погружения гравитация и «прочность горных эту генеральную линию, можно поиграть с энергией пород». Да и на Земле встречаются всякие необычные фазовых переходов, теплоемкостью или скоростью условия: высокое давление в глубинах океана, низ- испарения H2O. Причем про связь этих параметров кое — внутри вакуумных систем, низкая температура скромно промолчим, чтобы ошарашить учеников, в Антарктиде и физических установках, высокая — в когда они завопят, что решили. Но это только начало глубоких скважинах, в реакторах, в технологических дискотеки, потому что катастрофические последствия и физических установках. Высокая радиация внутри для цивилизации наступят, если увеличится или умень- реакторов, потоки электромагнитного излучения в шится на порядок прочность земли и горных пород. А технологических и физических установках, а у химиков что скажут электрики, если увеличится сопротивление и биологов в их аппаратах бывает такое, что у физиков матушки-землицы? Впрочем, эти апокалиптические волосы встают дыбом. задачи (графоманы-фантасты, ау!) скорее относятся к следующему разделу. Чисто инженерная задача делится на две — как защитить внутренность любого устройства от всех Необычные миры этих страстей и как сделать то, что будет защищать, устойчивым к среде. А ведь можно и не защищать, Следующий тип невозможных задач – это задачи не если «внутренность» способна выдерживать эти усло- про нереальные исходные условия в реальном мире, вия. Например, аппараты, садившиеся на Венеру — а про реальные исходные условия в необычном мире, гениальные по тем временам инженерные решения! — мире иных температур, давлений, иной радиации, имели защищенную «внутренность», но защита дей- иных электромагнитных полей и так далее. С инже- ствовала небольшое время. Если мы хотим создать 34

аппарат, который будет работать на Венере долго, то Рассмотрение всех этих ситуаций — прекрасная надо создать «внутренность», которая работоспособ- тренировка знания физики. А те, кому покажутся на именно при этих условиях. Ну, или отправлять туда слишком простыми миры индивидуальных стра- суперхолодильник с атомным источником энергии. стей, могут рассмотреть миры комбинированных Решение инженерных задач такого уровня сложности страстей. И в космосе, и на Земле такие миры и новизны возможно только на базе знания физики — встречаются: в атомном реакторе — радиация и причем знания широкого. температура, на Меркурии — температура и элек- тромагнитное излучение, на Венере — давление, Попробуем поставить вопрос конкретно. Пред- температура и ветер, в институте — курсовики, за- ложите ученикам подумать, как мог бы выглядеть четы и экзамены. Домашнее задание — как разви- аппарат, не содержащий защиты, то есть открытый, валась бы цивилизация в непрозрачной атмосфере? погруженный в среду и работающий при низких и Смягченный вариант — в обычной, но без внешнего высоких давлениях, температурах, уровне радиации. источника света. Что из обычной электронной и электротехники в экс- тремальных условиях сможет работать, а что — нет? Некоторые из подобных идей развивал в самом Вакуум электронной технике и электротехнике не стра- конце прошлого века П.Р. Амнуэль в книге «РТВ — это шен, кроме проблем с охлаждением — если воздушное очень просто. Курс лекций по развитию творческого охлаждение было существенно. Давление опасно, оно воображения и теории решения изобретательских может разрушить корпуса электронных (вакуумных и задач для начинающих». В частности, он предлагал полупроводниковых) приборов, если внутри корпуса читателям рассмотреть ситуацию на планете с силь- атмосфера или вакуум. Правда, есть ситуации, когда но уменьшенной скоростью света, с переменной корпуса вроде бы и нет. гравитацией, с переменным положением магнитных полюсов, без металлов, с переменным фазовым со- Температуру в сотни градусов вакуумные приборы стоянием — от твердого до жидкого. выдерживают, полупроводниковые — только некото- рые типы, радиацию вакуумные приборы переносят Бред материаловеда существенно лучше, чем полупроводники. Электро- литические конденсаторы и все аккумуляторы высо- Следующий шаг по этому пути — материалы с несу- ких температур не переносят, но можно вспомнить ществующими свойствами. Вопрос — как повлияет о высокотемпературных топливных элементах. Вся на облик техники создание материала с большей органическая изоляция не любит высоких температур, прочностью, модулем Юнга, большей или меньшей придется переходить на керамику, стекло, оксидные плотностью, теплопроводностью, электропроводно- пленки и т. п. — это относится и к электротехнике, и стью, электропрочностью? Вопросы эти не совсем к электронике. Электронике нужны ферромагнетики, бессмысленные, потому что материаловеды все а электротехника вся на них живет (вот он, истинный время пытаются сделать нечто новенькое, и полезно смысл слов «железный век»!), но железо перестает знать, что сможет выиграть техника в целом от того быть ферромагнетиком при 770°C, так что при прибли- или иного их достижения. Но можно подумать и в жении к этой температуре электротехника изменится обратную, дискомфортную сторону — как изменится очень сильно. Ее агонию продлит переход на кобальт, техника, если уменьшится прочность материалов, у него точка Кюри 1115°C, но он на два порядка доро- возрастет сопротивление проводников, уменьшится же, так что вспомните про парниковые страсти и поку- сопротивление диэлектриков и так далее. пайте его прямо сейчас. В мире без ферромагнетизма вся электротехника могла развиваться иначе и стать Вполне содержательное рассмотрение может в меньшей степени электромагнитной и в большей — последовать за предложением изменения диэлектри- электростатической. ческой проницаемости и потерь, оптических свойств и прочего. В каких-то ситуациях отправятся на свалку Но это еще не все ужасы. Хуже, если электро- СВЧ-печки, в каких-то человечество избавится от оч- технике придется существовать в химически агрес- ков и некоторых телескопов, а в некоторых — напротив, сивной среде или проводящей среде — придется все эффективность этих устройств возрастет. изолировать. Зато если проводимость среды велика, провода не понадобятся! Но как передавать ток не Можно попробовать посмотреть на ситуацию с во все стороны, а куда надо? «По диэлектрическим другой стороны — не от условий, а от процессов. На- трубкам!» — вопит с последней парты Вовочка, пер- пример, для передачи энергии и для работы с инфор- сонаж школьных анекдотов. Вообще, электротехника мацией используется электричество. Вопрос — как станет низковольтной и сильноточной. А высокий может существовать цивилизация без электричества уровень электромагнитного излучения может сде- вообще, или без электроэнергетики, но с информа- лать невозможной радиосвязь и повлиять на работу ционным электричеством (связь и компьютеры), или, любой электроники, например компьютеров. Можно, наконец, с электроэнергетикой, но без информацион- конечно, их экранировать, но это вес и проблемы с ных применений. Писатели-фантасты кокетничают с охлаждением… нос и мощность вытащил, хвост и вес этой задачей давно и иногда — успешно. Даже знание увяз. Это для инженерного творчества — нормальная физики у них иногда проглядывает, хотя мы их любим картина. не за это. 35«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

Цивилизация вообще без проводников (металлов, на границе физики. Как в смысле логики задаваемых углерода) – это вот что: энергетика механическая и тепло- вопросов, так и в смысле собственно познания мира. вая, информационная сфера — механическая, пневмо- и Начнем с примера. Вам показывают шахматную доску гидромеханическая. Вариант без электроэнергетики — с расставленными фигурами, причем, что такое доска, проводники есть, но только плохие, например графит. фигуры и «находиться в клетке», вы знаете. Вас спра- Энергию по таким проводам не прокачаешь, однако шивают, возможна ли позиция, показанная на доске, компьютер или приемник попробовать сделать можно. или можно ее, например, вот так изменить. Естествен- но, вы удивляетесь и говорите, что для ответа вам Вариант без информационных применений элек- как минимум нужно знать принципы возникновения, тричества — это мир с высоким уровнем электромаг- исчезновения и перемещения фигур. нитных помех, например, с непрерывными молниями. Электромагнитная помеха такая, что котлеты скоро Примерно такая же ситуация возникает, когда сами начнут разогреваться без СВЧ-печи, об электро- люди спрашивают, могли ли законы физики или значе- магнитной информатике и речи нет, но электроэнерге- ния констант быть другими. Некоторые законы физики тика есть. Правда, нет линий электропередач — только изменять до какой-то степени можно, пока мы не напа- подземные кабели, сами понимаете почему. Или рываемся на противоречия с чем-то принципиальным, вообще вся электроэнергетика под землей, ничего например, с законом сохранения энергии. Скажем, за- на поверхности. Или энергия передается потоком менить закон Ома «ток пропорционален напряжению» энергоносителя, нефти, газа, угля, дров, а в под- на закон «ток пропорционален квадрату напряжения» вале каждого дома — маленький автономный котел, можно, и ничего принципиально не изменится. Более турбинка и генератор, такие уже есть, и в некоторых того, можно придумать и создать условия, в которых ситуациях они даже экономически выгодны. этот закон будет в некотором диапазоне величин со- блюдаться. А вот сделать без использования внешних Или вот вполне забавный вопрос, только не источников энергии, чтобы в законе Ома сменился спешите отвечать: как бы выглядел мир, в котором знак, — нельзя. Заменить в законе Кулона или законе коэффициент отражения всех поверхностей в види- всемирного тяготения произведение зарядов на сум- мой части спектра был бы ноль? Все тела абсолютно му, навесить на заряды разные степени или заменить в черные… Вокруг вместо всего — черная дыра. Только знаменателе степень 2 на 3 — нельзя, причем это три огоньки свечей видны и фонарики, но они ничего не разные, но все довольно серьезные «нельзя». освещают, потому что ничто не отражает, не рас- сеивает, все молча поглощает. А когда вы придете в Замена произведения на сумму повлечет возникно- себя от ужаса, попробуйте придумать, как выйти из вение силы при отсутствии второго заряда или массы, положения. это противоречит изотропии пространства — в пустом, кроме единственного тела, пространстве сила будет На границе физики куда-то направлена. Разные степени вызовут зависи- мость силы от того, какой заряд или какую массу мы на- Во всех областях физики есть некие нормы и тради- зовем первой, а какую второй: если массы 1 кг и 2 кг, то, ции рассмотрения проблем и решения задач. Они если первая в квадрате, сила пропорциональна 2 кг2, а не упали с потолка, а стали результатом решения если вторая — 4 кг2. Двойка в знаменателе — следствие миллионов задач — практических и учебных. И если трехмерности пространства, это упоминается даже область в течение века ограничивалась некоторыми в некоторых школьных учебниках. Вы уже видите, что значениями параметров, при которых действовали обсуждение этих немного странных вопросов физично какие-то приближения, то к ним все привыкли. И и интересно? Можно поиграться с ограничениями. Про применяют их совершенно автоматически. Кто ж не скорость распространения электромагнитных волн знает, что звук не передается через вакуум, а тепло даже школьники нынче знают, что она ограниченна, а передается излучением в соответствии с законом что изменится при ограничении значений масс, уско- Стефана — Больцмана. Между тем в нанообласти рений, напряжений, токов? Или радиусов действия это не так — и звук может передаваться, хотя на электромагнитных и гравитационных сил? очень малые расстояния, от одного тела к другому через вакуум, и излучение устроено в этой ситуа- Что касается констант, то в физике вполне мо- ции по-другому. Никакой гомеопатии, эктоплазмы жет рассматриваться вопрос: что произошло бы или и нижних чакр! Ничего, кроме физики — просто при что произойдет, если какая-то из мировых констант переходе в нанообласть растет относительная роль когда-то была или когда-то станет другой? Например, процессов, которые ранее были незаметны. На- масса электрона или постоянная Больцмана. И ока- пример, вообще роль поверхностных эффектов по зывается, что сильно изменить некоторые константы отношению к объемным, сами понимаете почему. нельзя — не будут образовываться атомы, молекулы Кстати, вопрос о механизме передачи звука через и т. д. Если такой мир возможен и если, собственно, вакуум — очаровательная задача. Которая теперь, законы физики там будут те же, то в нем не может когда она решена, кажется обидно простой. быть сложных систем, значит, не будет и человека, наблюдателя. Отсюда делается вывод: возможно, А вот теперь мы вступаем в несколько менее последовательно существовавших Вселенных было ортодоксальную область, которая, скажем так, лежит (и будет) более одной. Но мы видим именно такую, 36

потому что другие некому видеть. Подобное рассуж- важнее. Но они не замечают чуть более сложную за- дение явно лежит на границе области познаватель- висимость, которая их даже отчасти оправдывает. ных суждений сегодняшней человеческой науки. Вот А именно, надстройка играет свою роль, однако не другой интересный вопрос — как будет вести себя прямо, а влияя на базис. А уж базис определяет, есть тело с отрицательной массой? Гравитационной, ли еда на столе, течет ли крыша, лечит ли медицина инертной или обеими? Мир, в котором скорость и учит ли школа. Простейший очевидный пример: бо- света зависит от длины волны, фантасты открыли, лее успешное развитие экономики в протестантских а что, если скорость зависит от мощности? Как это странах по сравнению с католическими — результат скажется на работе радиолокатора — обычного и с проповеди деятельной, созидательной жизни. ФАР, фазированной антенной решеткой? А что, если от частоты или мощности зависит скорость звука, и Но это все не физика и не школа, а вот альтернатив- не как обычно, а посильнее? ная история науки и техники — поле для бесконечного множества задач. Научные и инженерные результаты Но вообще, тут нужна, как на дискотеке — мы все связаны. Например, чтобы открыть элементарную ведь на ней, вы помните? — осторожность. Потому частицу или чтобы взлетел новый самолет, можете что большая часть рассуждений на подобные темы — представить себе, сколько всего должно было быть в дилетантский лепет участников форумов и журнали- свое время открыто, придумано и сделано. Между тем стов. Хотя даже профессиональные физики, пытаясь каждый результат, и научный, и инженерный, мог быть рассказать о серьезных вещах популярно, временами достигнут немного раньше или много позже — а на превращаются в факиров, играющих на дудочке перед что бы это повлияло? Как изменилась бы химия, если загипнотизированными их профессиональными до- горелку Бунзена или воронку Бюхнера изобрели бы стижениями читателями, зрителями и слушателями. раньше или позже или вообще бы не придумали? А если бы люди не придумали колеса? В теплых краях вместо Для обретения несколько более широкого взгляда дорог были бы каналы, а в холодных странах — ледяные на вопрос вам будет полезно прочесть книгу Ричарда желоба? А в средних широтах изобрели бы фторопласт? Фейнмана «Характер физических законов». Но это уже А дальше — курсовик или диплом по экономике: что бы будет совсем не дискотека. вообще изменилось в обществе? Ведь если не колесо, то и двигатель какой-то другой, например реактивный? На десерт — еще два типа Или вместо колеса воздушный винт? А летать так — мон- гольфьер плюс паровая турбина Герона с пропеллером. На десерт назовем еще две типа задач: по альтер- И так далее… Отдельная увлекательная тема — альтер- нативной истории науки и техники и эксперимен- нативная история компьютинга. На уровне железа она тальные. Общая картина такова: то, что называют сильно связана с остальной техникой и физикой, но на «альтернативная история», сильно различается на уровне софта — живет почти отдельно. Западе и в России. На Западе это серьезные рас- суждения профессиональных историков насчет роли Что касается эксперимента, то он может быть ча- случайности. Статьи эти гораздо более материа- стью и учебника, и задачника, и, наверное, поэтому листичны, нежели камлания некоторых советских и традиционно выделяют его в «лабораторные работы». российских историков, хотя по стандартной нашей Модно заменять живой эксперимент компьютерными идеологии должно быть наоборот. Что же касается моделями. Это целесообразно в трех случаях: если альтернативной истории местного происхождения, нет ни копейки денег на пробирки и простейшие ре- то есть и серьезные статьи, и серьезные историки, активы, если учащийся физически не может принять не брезгующие этой тематикой, но это единичные участие, если речь идет о таком, что реализовать явления. А пасутся на этой лужайке в основном гра- в школе невозможно. То есть об экспериментах на фоманы, разряжающие свою болезненную ненависть больших ускорителях, на реакторах, в космосе. Тут к окружающему миру, и поэтому сюжет у них один — моделирование неизбежно, однако уже существует герой отправляется в прошлое и там всех, кого не дистанционное подключение к телескопам, и можно любит автор, немедля мочит в разных помещениях или осторожно надеяться… в чистом полюшке-поле. Впрочем, раскупаемость и кликабельность наличествуют, значит — эта эмоция Сидя на берегу, «бросая камешки в воду и глядя есть и у многих читателей. на круги», можно научиться видеть что-то свое, а не то, что заложил кто-то в компьютерную модель. Это Что же касается западных работ, то некоторые важно, если вы хотите научить своих учеников чему- из них переведены на русский и опубликованы, их то серьезному или хотите научиться этому сами. Для можно найти в Интернете. В подавляющем большин- школьника — это учиться в серьезном вузе на соответ- стве вывод таков: в средней временной перспективе ствующей специальности, а потом — заниматься на- существенных изменений в истории не произошло укой или инженерным творчеством, то есть добывать бы. То есть в масштабе десятилетий историей рулит новое знание о природе или делать новые вещи. Так экономика, она и есть базис — это вполне марксист- я говорю своим ученикам в Физико-математической ский и материалистический взгляд. Многие, особенно школе (см. «ФМШ МИЭМ» в google или youtube) после гуманитарии, ожесточенно проповедуют, что мораль, разбора очередной задачи. Чтобы они знали, какой этика, идеология («надстройка») и все подобное интересной можно сделать свою жизнь. 37«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

38

Гипотезы Доктор технических наук И.А. Криштафович ия Владимира Камаева Эволюция: «Ничто в биологии не третий имеет смысла, кроме путь как в свете эволюции». Ф.Г. Добржанский, один из создателей современной синтетической теории эволюции Если наблюдаемое разнообразие жизни на Земле «Идеи превращения не продукт естественного отбора и не результат видов так легко сверхъестественного акта творения, то не при- воспринимаются, частно ли к его возникновению некое естествен- может быть, потому, ное и материалистичное разумное начало? что освобождают от строгого Похвала дарвинизму экспериментирования». Сто шестьдесят лет назад британский исследователь Луи Пастер Чарльз Дарвин опубликовал свой труд «Происхож- дение видов путем естественного отбора, или Со- Гипотетическое знание хранение благоприятных рас в борьбе за жизнь». В этой работе он предположил, что эволюция живого Гипотеза британского ученого завоевала признание мира происходит благодаря конкуренции, в которой в научном мире и стала называться уже «теорией эво- у более успешных особей выше шанс на продолжение люции». Незамеченным остался тот факт, что научная рода. Постоянное улучшение выживаемости должно, теория, как следует из требований эпистемиологии, по мысли Дарвина, привести к появлению родов, се- это «объяснение аспекта мира природы, который мейств и прочих таксонов. Эта гипотеза вызвала энту- можно многократно проверять и подтверждать в со- зиазм в научном мире, так как подвела научную базу ответствии с научным методом, используя принятые под палеонтологическую летопись жизни на Земле. протоколы наблюдения, измерения и оценки резуль- татов». Экспериментальная проверка дарвиновской Тем самым был нанесен сильнейший удар по гипотезы оказалась делом маловероятным, ведь, креационизму – представлению о том, что жизнь как утверждают дарвинисты, для появления нового создана богом-творцом; дарвинизм оказался одним вида требуются промежутки времени, исчисляемые из сильных аргументов ученых-материалистов. Эта миллионами лет. смелая и плодотворная гипотеза стала объединяю- щей идеей для ученых в области биологии, палеонто- 39«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru логии, позднее – генетики и других наук. Советский и американский генетик русского происхождения Ф.Г. Добржанский, один из создателей современной синтетической теории эволюции, даже озаглавил свою широко цитируемую статью: «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Труд- но не согласиться с этим утверждением.

а EQ Еще Луи Пастер писал, что «идеи превраще- ния видов так легко воспринимаются, может быть, Динозавры Киты Человек 8 потому, что освобождают от строгого экспери- 7 ментирования». Выдающийся российский биолог 0 50 Дельфины 6 Ю.А. Филипченко, уже в 1913 году читавший курс Миллионы лет Шимпанзе 5 генетики и предложивший понятия микро- и ма- Собаки 4 кроэволюция, прямо заявлял, что «эволюционная 3 теория всегда была и будет только гипотезой, ибо 100 150 200 2 превращение видов не относится к числу явлений, 1 которые можно наблюдать воочию». 0 250 Время от времени, правда, появляются публи- кации, в которых декларируются появления видов в б Объем мозга человекообразных существ, см3 природных и лабораторных условиях. Не так давно сообщалось о выведении из одомашненной попу- Homo sapiens ляции дикого тутового шелкопряда... домашнего шелкопряда. Были успешные случаи получения Homo sapiens sapiens 1500 см3 видов комнатных мух, домовых мышей и различных 1000 см3 папоротников соответственно из имеющихся мух, sapiens 500 см3 мышей и папоротников. Однако при этом понятие «вид» использовано в своем узком определении; Homo sapiens Homo sapiens не совсем понятно, насколько эти новые виды вы- neandertaliensis neandertaliensis ходят за пределы внутривидовой изменчивости исходных видов. Надвидовые же превращения пока Homo erectus Homo не продемонстрированы. Американский биолог erectus Ричард Ленски более 30 лет следит за популяцией кишечной палочки. За это время сменилось 70 тысяч Homo habilis Homo поколений бактерий, однако новых видов получено habilis не было (см. «Химию и жизнь», 2016, № 12): был Astralopithecus лишь один мутант, да и тот вымер через несколько Обычный afrikanuus десятков поколений. антропоид Astralopithecus Лукеино afrikanuus Обычный антропоид Приматы Прегоминиды Гоминиды -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 -0 Миллионы лет -1,7 -0,7 Критика дарвинизма в Объем информации, накопленной 350 У дарвиновской концепции были и остаются критики, в техносфере, эксабайты 300 причем число их не уменьшается, а скорее возрастает. 1980 250 Российско-американский биолог Е.В. Кунин пишет: Годы 1985 1990 1995 2000 2005 200 «При всех своих выдающихся достоинствах Синтети- 150 ческая теория эволюции (СТЭ) представляет собой довольно догматичную и удручающе незаконченную 100 теорию». Заведующий кафедрой биологической эво- 50 люции Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломо- 0 носова А.В. Марков признает: «Сегодня и классический 2010 дарвинизм, и классическая СТЭ образца середины прошлого века похожи, скорее, на музейные экспонаты, В качестве одного из показателей интеллекта первых чем на живые рабочие теории», «целостного понимания принято употреблять коэффициент энцефализации, Жизни у нас пока нет, единая теория отсутствует». вычисляемый по формуле: EQ=m/0,055 M0,74, где m – масса мозга; M – масса тел, а в качестве оценки интеллекта Академик РАН Ю.П. Алтухов, возглавлявший до техносферы можно взять объем информации, содержа- своей смерти в 2006 году Институт общей генетики им. щейся в мировых вычислительных центрах. Графики хода Н.И. Вавилова, утверждал, что «не только происхож- энцефализации млекопитающих (а), объема мозга челове- дение человека, но даже и происхождение обычных кообразных существ в ходе эволюции (б), объема инфор- биологических видов не может иметь случайный ха- мации, накопленной человечеством (в), очевидно, схожи рактер. Каждый вид строго хранит свою уникальность. и описываются рекурсивной функцией, имеющей ясный А значит, окружающий мир не может быть результатом физический смысл – усложнение описываемой ею системы естественного отбора». Джеймс Шапиро, профессор кафедры биохимии и молекулярной биологии Чикагского университета и Денис Нобл из Оксфордского университета полагают, что «неодарвинизм возводит естественный отбор в ранг уникальной созидательной силы, разрешающей 40

все трудные эволюционные проблемы без твердой «Не только происхождение эмпирической базы». человека, но даже и происхождение обычных Противники дарвинизма доходят до того, что биологических видов не может объявляют его «проповедью материалистической иметь случайный характер. философии под маской биологии» (Дж. Уэллс), «не на- Каждый вид строго хранит укой, а идеологией, куполом на здании механического свою уникальность. А значит, материализма» (Н. Данилевский). окружающий мир не может быть результатом естественного Известный креационист В.И. Назаров в книге отбора». «Эволюция не по Дарвину» выразился еще опре- деленнее: «Если бы не сознательное намерение Академик Ю.П. Алтухов консервативной части научно-педагогического со- общества сохранить дарвинизм любыми способами, «Эволюционная теория мы сейчас говорили бы о нем в прошедшем времени». всегда была и будет Член-корреспондент НАН Украины В.А. Кордюм спра- только гипотезой, ибо ведливо замечает, что «серьезные эволюционисты превращение видов прекрасно понимали слабые места дарвинизма. Но не относится к числу без эволюционной теории биология не могла суще- явлений, которые можно ствовать как наука». наблюдать воочию». Недостатки дарвинизма Ю.А. Филипченко Вот основные претензии к дарвиновской концепции. Непостижимая сложность и продуманность жи- вого, начиная от белковых структур и простейших клеток до комплексных многоклеточных организмов с сотнями миллиардов нервных клеток, образующих иерархические структуры. Недоказанность макроэволюции, или образова- ния «надвидовых» таксонов вследствие исключитель- но естественного отбора. Нелогичность эволюции живого мира. По кон- цепции Дарвина, она должна идти в направлении наибольшей приспособленности. Однако на самом деле движется к менее живучим, но более интеллек- туальным видам. Чем сложнее организм, тем меньший эффективный размер популяции он имеет и тем менее успешным он оказывается. Парадоксальным образом, чем сложнее жизнен- ные формы, тем быстрее идет их эволюция. А казалось бы, низшие организмы при несопоставимом перевесе в способности к размножению должны эволюциони- ровать гораздо быстрее, чем высшие. В теории отсутствуют адекватные объяснения скачков при развитии биосферы. Соблазн Создателя В конце XX — начале XXI века многие биологи стали задумываться над идеей о творческом начале, Живучесть дарвинизма обусловлена в первую оче- содержащемся в самих живых организмах. Уже упо- редь тем, что единственной альтернативой ему был мянутый Джеймс Шапиро в своей книге «Эволюция: и до сих пор остается креационизм в его различных взгляд из XXI столетия» пишет так: «Способность жи- проявлениях: ученые-материалисты никогда всерьез вых организмов изменять собственную наследствен- эту концепцию не воспримут. Тем не менее трудно от- ность неоспорима». Он полагает, что «генетические казаться от мысли, что в создании жизни принимало изменения совершаются при активном участии клеток участие некое интеллектуальное начало. Даже самый и не служат продуктом случайности или повреждений ортодоксальный популяризатор дарвинизма Ричард ДНК». Британец Р. Пукотил выражался еще определен- Докинз признает: «Животные производят такое впе- нее: «В своей книге («Как виды направляют собствен- чатление, что, кажется, они были спроектированы искушенным в теории и поднаторевшим в практике физиком или инженером». 41«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

«При всех своих выдающихся Коллективный супермозг достоинствах Синтетическая теория эволюции (СТЭ) Выход из создавшегося положения подсказал тот же представляет собой довольно Эшель Бен-Джейкоб. Наблюдая поведение колоний догматичную и удручающе бактерий, он пришел к заключению, что «система, незаконченную теорию». состоящая из триллионов бактерий, превосходит по сложности единичную бактерию и способна произ- Е.В. Кунин вести более сложный организм». В одном из демон- стрирующих этот факт экспериментов исследователи следили за движением колонны бактерий к островкам питательных веществ и при этом пытались предска- зать самую выигрышную тактику. К их безмерному удивлению, колония выбрала парадоксальный, никем из наблюдавших не предвиденный путь. После мате- матического анализа исследователи были вынуждены признать: решение бактериальной колонии оказалось оптимальным. Явление коллективного разума наблюдают у социальных насекомых: пчел, муравьев, термитов и других животных, в частности стайных рыб. Разум- ные действия эти существа могут совершать только при наличии определенного количества особей. Например, несколько термитов двигаются беспо- рядочно и бессмысленно. При достижении некоего «критического» количества их действия становятся координированными и они строят сооружения, не уступающие по целесообразности и изяществу соз- даниям человека. Из этих и многих других наблюдений следует интересная гипотеза: биосфера существует в виде огромного и сложнейшего, но единого организма, который обладает интеллектом, и именно этот интел- лект направляет эволюционные изменения. «Неодарвинизм возводит Критическая масса интеллекта естественный отбор в ранг уникальной созидательной При рассмотрении идеи глобального супермозга силы, разрешающей все трудные уместна аналогия с цифровым компьютером, собран- эволюционные проблемы без ном на элементарных ключах, транзисторах, каждый из твёрдой эмпирической базы». которых имеет два состояния: включен или выключен. Для совершения более сложных логических операций Джеймс Шапиро требуется определенное количество транзисторов, которое можно назвать «критической массой». Для ную эволюцию») я хочу найти этот встроенный разум. игры в «крестики-нолики» оно равно шестнадцати: В нем нет ничего таинственного, он просто оставался пятнадцать транзисторов для запоминания возмож- необнаруженным до сего времени». ных комбинаций в игре, а 16-й — для управления остальными. Для игры в шахматы на начальном уров- Эта концепция наталкивается на непреодолимое не критическая масса составляет чуть больше 500 фундаментальное препятствие; его указал израиль- транзисторов, а чтобы выиграть у Гарри Каспарова, ский физик и биофизик Эшель Бен-Джейкоб: «...клас- компьютеру Deep Blue II понадобилось 720 миллионов сическая теорема Геделя утверждает, что система транзисторов. не может спроектировать более сложную систему». Значит, в качестве сознательного начала эволюции А каковы вычислительные возможности биосфе- следует искать систему, которая будет гораздо слож- ры? Исследователи из Эдинбургского университета нее, чем, скажем, человек. во главе с Анной Ланденмарк недавно («PLoS Biology» 11 июня 2015 года) подсчитали, что объем памяти, хра- нящейся во всех ДНК Земли, составляет 5,3.1031 Мб. Это в 1021 раз больше, чем самый мощный супер- компьютер. Гипотетическая вычислительная мощ- ность биосферы – число совершаемых операций с 42

ячейками памяти — оказывается больше суперком- структур, устройство которых с каждым новым шагом пьютерной в 1022 раз. Так удается обойти указанное становится все сложнее. Рекурсия — общий закон Бен-Джейкобом ограничение теоремы Геделя: скорее сложных развивающихся систем. Племена не нужда- всего, даже миллионной доли мощности компьюте- ются в сложной структуре управления. Есть вождь, и ра-биосферы с избытком хватит для создания самых его достаточно. По мере возникновения государств сложных форм жизни. машина управления усложняется. Прирост числен- ности неизбежно влечет за собой ускоренный рост Представление биосферы как единого орга- объема информации, запасаемый системой. Если низма не ново. Видимо, первым эту идею высказал один транзисторный ключ способен запоминать два Исаак Ньютон. Карл Кильмейер, один из первых ис- состояния (один бит информации), то три ключа – следователей, рассуждавших о природе эволюции, уже восемь (один байт). так писал основателю палеонтологии и создателю теории катастрофизма Жоржу Кювье в 1801 году: Сотни миллионов лет тому назад биосфера, «Я полагаю, что различия между ископаемыми видимо, выросла количественно и качественно до животными и ныне еще живущими на Земле объ- такой степени, что случился переход к новому этапу ясняются... изменением созидательных сил... иду- эволюции – расцвету многоклеточных организмов. щим параллельно с революциями нашей Земли». Однако числа развитых организмов еще не хватало Основоположник экологии Тейяр де Шарден ввел для создания того, что можно назвать критической понятие о точке Омега как состояния наивысшего массой супермозга. Она, видимо, была достигнута сознания, к которой стремится Вселенная. Эта 570 миллионов лет назад, после чего произошел идея не была чужда Джеймсу Лавлоку, создателю кембрийский взрыв: в течение краткого периода концепции Геи, то есть Земли как огромного су- времени, не превышающего 13—25 млн лет, био- перорганизма, и, отчасти, К.А. Тимирязеву. Один сфера произвела 22 типа живого мира в дополнение из ведущих теоретиков-эволюционистов XX века к существовавшим ранее 3 типам. академик И.И. Шмальгаузен рассматривал эволю- цию популяций как проявление жизнедеятельности Подобно тому как человеческая цивилизация системы высшего по отношению к популяции уровня продвигает свои технологии, чередуя революцион- организации — биоценоза. ные прорывы с периодами их медленного освоения и совершенствования, так и биосфера разрабатывает Объяснительная сила гипотезы новые организмы по мере устаревания старых. В палеонтологической летописи это проявляется как Гипотеза биосферы как интеллектуального существа чередование массовых вымираний и фаз взрывного позволяет разрешить многие проблемы дарвиниз- появления таксонов. Нетрудно найти примеры из ма. Например, разумное начало гораздо лучше, чем истории человеческой цивилизации: конная тяга случайные генетические изменения, справляется с сменилась паровыми двигателями, и поголовье конструированием сложных организмов, доверив лошадей резко снизилось; с появлением дизельных естественному отбору не создание, а совершенство- двигателей и двигателей внутреннего сгорания па- вание и приспособление к изменениям окружающей ровые машины перекочевали в музеи. В ближайшем среды. будущем исчезнут и бензиновые двигатели. Становится понятным и направление развития Один из аргументов дарвинистов в спорах с кре- жизни на Земле: оно идет отнюдь не в сторону наиболь- ационистами – несовершенство живых организмов. шей приспособленности видов, но в сторону роста их «Значит, — заключают дарвинисты, — они не могут вычислительной сложности, что видно из постоянного быть творениями всемогущего Бога». Предложенная роста относительного объема мозга (см. рис. на с. 40). гипотеза вполне согласуется с этим непреложным фактом: всемогущего Бога не существует, есть только Если биосфера представляет собой единый очень сильная интеллектуальная машина под названи- организм, она должна подчиняться общим тенден- ем биосфера. Но ее могущество ограничено, поэтому циям развития сложных систем. На заре зарождения она допускает ошибки и недоработки. Взглянем хотя жизни число самовоспроизводящихся молекул было бы на так называемый венец творения — человека. сравнительно невелико. Благодаря сложившимся Его интеллект превосходит остальных обитателей обстоятельствам они стали воспроизводиться с из- планеты. Касательно же выживаемости — представ- быточным размножением. Биосфера увеличивалась ляет собой плачевное зрелище. Удивительно, но все численно, и процессы коммуникации и координации остальные представители рода Homo, кроме sapiens, управления ею возрастали ускоренно, а точнее, не сумели выжить. Однако биосфера упорно созда- рекурсивно. вала новые виды Homo, пока один из них не сумел выжить и размножиться в неблагоприятных для него Последнее весьма важно. В математике под условиях. Так самка лосося выметывает миллионы рекурсией понимают, например, такой способ икринок в надежде, что несколько из них превратятся формирования последовательностей, когда каж- во взрослых особей. дый новый член получается как результат функции нескольких, а то и всех предыдущих. Хорошей ил- Предлагаемая гипотеза позволяет по-новому люстрацией здесь служит развитие фрактальных взглянуть на то, что такое жизнь, и дать ей опре- 43«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

«Животные производят такое Трудности гипотезы впечатление, что кажется (!): они были спроектированы Для того чтобы такой гигантский организм, как био- искушённым в теории и сфера, функционировал, необходимо выполнение поднаторевшим в практике по крайней мере двух условий: его части должны физиком или инженером». обмениваться информацией между собой и он дол- жен действовать самостоятельно, без постороннего Ричард Докинз вмешательства. «Классическая теорема Коммуникации в биосфере могут быть разделе- Гёделя утверждает, ны на две группы: быстрые и медленные. Наличие что система не может медленных средств не вызывает никаких вопросов: спроектировать более параллельный перенос генетической информации сложную систему». доказан и проанализирован. Одним из транспортных средств такого переноса служат вирусы. Их число Эшель Бен-Джейкоб огромно: только вода океанов содержит около 1030 вирусов, ежедневно на каждый квадратный метр деление, ведь общепринятого определения этого поверхности Земли опускается порядка 800 млн ви- важнейшего понятия не существует. Большинство русных частиц. Вирусы способны разрушать клетку, исследователей понимают жизнь как нечто, поддержи- но они же обеспечивают поступление генетического вающее собственное существование в данной среде. материала в нее, встраиваться в геном и передавать- При этом упускается из виду тот факт, что жизнь – ся по наследству. Для быстрой передачи информации явление коллективное: ни предбиологические само- есть много каналов – летучие вещества, излучения, реплицирующиеся молекулы, ни даже более сложные электрические, магнитные, акустические поля; в об- формы, построенные из клеток, не могут существовать щем, все то, что составляет предмет одной из самых в изоляции. Из идеи об интеллектуальной биосфе- загадочных наук – биофизики. ре как начале, управляющем эволюцией, следует: жизнь — это существование самореплицирующихся Сложнее выглядит вопрос о самостоятельном молекул, связанных единым информационным полем. функционировании интеллекта биосферы. Биосфе- ра с ее непрерывной динамикой и способностью к цифровому запоминанию информации в ДНК как нельзя лучше подходит под описание гибридного компьютера, использующего и цифровые, и анало- говые методы. Может ли такой компьютер обойтись без внешнего агента, то есть программиста? Хорошо известны так называемые клеточные автоматы. Они начинают свое развитие с очень малого количества элементарных клеток и быстро разрастаются, буду- чи стимулируемы и ограничены лишь параметрами окружающей среды. Именно их используют в моде- лировании экосистем и в популяционной динамике. Организованная как клеточный автомат, биосфера вполне может функционировать, развиваться и сохра- нять информацию самостоятельно, без вмешатель- ства посторонней, тем более сверхъестественной силы. Как работа биосферы, коммуникации между ее частями могут приводить к созданию новых таксо- нов, неизвестно, и это серьезный вызов, требующий работы ученых из разных областей науки. Его можно принять, если всерьез озаботиться изучением раз- умного начала в эволюции жизни. Любая гипотеза, претендующая на то, чтобы стать теорией, нуждается в верификации. Требуется экспериментальная проверка ее допущений и выводов. Эти вопросы не остались без внимания автора статьи, но выходят за рамки настоящей публикации. Подробнее с ними можно ознакомиться в книге: И.А. Криштафович «Рекурсивная эволюция», М.: Флинта, 2017. 44

Дневник наблюдений Пчелиные чудеса «П ослушайте, ну о чем вы А у серых кавказских пчел печатка Критики указывали – этого быть рассказываете, какой мокрая – воск прилегает к меду, от- не может, ведь факторы наслед- коллективный разум, ка- чего соты выглядят темными. ственности выключены из обмена кие коммуникации, какой веществ и передаются строго от горизонтальный перенос у высших Как рассказывают Е.Н. Васи- поколения к поколению. Дальше — организмов?» — возмутится иной льева и И.А. Халифман в научно- больше: в Горьковском университете биолог, прочитав текст с гипотезой об популярной книге «Пчелы» (серия профессора А.Н. Мельниченко и интеллектуальной биосфере. И бу- «Эврика», М.: Молодая гвардия, Н.Д. Бурмистрова выяснили, что дет не очень прав, потому что жизнь 1981), в 50-е годы А. Губин, про- маточное молочко может менять на- устроена гораздо сложнее устояв- фессор Тимирязевской сельхоз- следственность в третьем и других шихся схем. Вот один из примеров академии, поставил очень нагляд- поколениях пчел. Однако никаких того, как высшие организмы пере- ный эксперимент. В улье русских следов ДНК в маточном молочке, дают знания в буквальном смысле с пчел взяли рамку с сотами, куда взятом из ячеек с личинками, не было. молоком матери. Речь идет, правда, матка только что отложила яички. Ее Возникла нерешаемая загадка. не о млекопитающих, а о пчелах. поставили в улей кавказских пчел, а кавказскую рамку — к русским пче- И вот в 1969 году Ю.Л. Вавилов, Медоносная пчела существует лам. Из яичек вылупились личинки, аспирант А.Н. Мельниченко, при- на планете давно и пережила не и первые несколько дней пчелы- думал, как непосредственно доить одну природную катастрофу. По- кормилицы их заливали специаль- пчел-кормилиц. Собирая от них следняя – оледенение Евразии, ным кормом — маточным молочком микрокапли только что выработан- которое закончилось 10—12 тыс. (личинку матки таким молочком кор- ного молочка, он надоил достаточно лет тому назад. В результате на- мят все время ее существования). для анализа. И обнаружил молекулы ступления ледника единый ареал Личинка росли-росли да и стали наследственности – РНК и ДНК! Вот обитания пчел был фрагментиро- куколками, которым уже не надо с их помощью и был, видимо, осу- ван и, как положено по Дарвину, корма. Исследователи изъяли эти ществлен горизонтальный перенос в каждом фрагменте пошел свой рамки и переставили их в ульи, где информации от пчел-кормилиц к естественный отбор. Он привел к не было никаких пчел, а только соты пчелам-воспитанницам, который появлению подвидов медоносной с медом, в том числе запечатанные. изменил их поведение. пчелы. Они не утратили способ- Кавказским пчелам, воспитанным в ность к скрещиванию, но заметно русской семье, достались ячейки с Обнаружить этот эффект было различаются как по внешнему виду, мокрой печаткой, а у русских из кав- трудно: сам опыт задумали еще так и по повадкам. В частности, по казской семьи – с сухой. То есть как до войны. Однако если системати- строительству сотов. Поскольку им положено по происхождению. чески искать эффекты, связанные никто строить соты пчел не учит, После того как пчелы вылупились, с горизонтальной передачей на- очевидно, соответствующие умения на запечатанных сотах нацарапали следственной информации между у них закреплены генетически. надписи «корм» и «порода», на- объектами биосферы, эффекты рушив восковые крышечки. Пчелы других коммуникаций между ними, Одна из характерных особенно- этого не любят: они снова запеча- наверняка можно найти не менее стей – способ печатки. Когда ячейка тали соты. И надписи проявились – интересные явления, чем истории сотов заполнена медом, пчелы ее на темных сотах возникла белая с переделанными пчелами, и ближе закрывают восковым колпачком. надпись, а на белых – темная; пчелы подобраться к пониманию механиз- У русских пчел печатка сухая – чинили поврежденные крышечки мов, которые могут лежать в основе колпачок выпуклый, между ним и ячеек той печаткой, что использо- интеллектуальной деятельности медом остается пузырек воздуха и вали в приемной семье! биосферы. запечатанные соты — белого цвета. С.М. Комаров 45«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

Страницы истории Кандидат биологических наук С.В. Багоцкий Дмитрий Иванович Писарев и российская наука Кто был отцом российской науки? Отвечая на Слова и иллюзии гибнут, этот вопрос, кто-то вспомнит Петра Первого, факты остаются. решительно внедрявшего в России европейские нравы и порядки, а кто-то — ученого, поэта и Д.И.Писарев просветителя Михаила Васильевича Ломоносо- ва. Мало кому придет на ум Дмитрий Иванович Писарев (1840–1868), блестящий публицист и литературный критик, чьи статьи вдохновили многих российских юношей на занятия наукой. В октябре 2020 года исполняется 180 лет со дня его рождения. 46

Арестант-журналист среди них был, конечно, Д.И. Писарев. Но и другие сотрудники — В.А. Зайцев, Н.В. Соколов, Н.В. Шел- В первой половине XIX века научные штудии в России гунов — высоко держали марку журнала. не пользовались особым уважением. «Он химик, он ботаник, князь Федор, мой племянник», — насмеш- Вскоре Кушелев-Безбородко потерял интерес к ливо говорит дама из «Горя от ума» о родственнике, журналу и полностью передал его в руки Благосвет- учившемся в Педагогическом институте. Для нее лова, который сделал его вторым по значению (после это занятие, подобающее аптекарю, а не светско- «Современника») левым журналом России. му человеку, и к тому же «упражнение в безверьи». Персонажи Грибоедова для нас не авторитеты, но и После окончания университета Д.И. Писарев не друг Пушкина Антон Дельвиг (1798–1831) написал не- стал поступать на службу и выбрал жизнь профес- большую поэму «К поэту-математику», посвященную сионального литератора. В 1862 году в нелегальной вечной теме «физиков и лириков». В соответствии с студенческой типографии он издал брошюру в защиту духом времени Дельвиг отдавал пальму первенства А.И. Герцена, где призывал свергнуть династию Рома- лирикам и укорял героя за измену музам с холодной новых. Суд приговорил автора к четырем с половиной математикой. Конечно, существовали и другие точки годам заключения в Петропавловской крепости, где зрения: и «князь Федор», и «поэт-математик» были он и находился в 1862–1866 годах. списаны с натуры. Можно еще вспомнить Евгения Онегина, который «бранил Гомера, Феокрита, зато Матушка Писарева обратилась к генерал-губер- читал Адама Смита…». И все же увлечение науками натору Санкт-Петербурга с прошением, в котором представлялось чудачеством. писала, что она, беспомощная женщина, не имеет других средств к существованию, кроме гонораров, Однако в середине XIX века ситуация изменилась. которые получает сын; поэтому почтительнейше про- На арену вышли талантливые представители не столь сит его превосходительство разрешить ему работать привилегированных слоев общества — разночинцы. У над статьями и посылать их в журналы. Генерал-губер- Тургенева в романе «Отцы и дети», опубликованном натор был сердобольным человеком и уважил просьбу в 1862 году, появляется Евгений Базаров, который вдовы, к счастью для российской литературы и науки. режет лягушек и считает, что химик для общества гораздо полезнее, чем поэт. Роман Тургенева и его Годы пребывания в крепости стали вершиной герой приобрели огромную популярность среди раз- творчества Д.И. Писарева и высшей точкой его по- ночинного юношества. Базаров сделался предметом пулярности среди российской молодежи. для подражания, а занятия наукой стали уважаться. Однако все это бы осталось эфемерной модой, если Наша университетская наука бы не статьи Писарева. Одним из первых произведений, написанных в за- Дмитрий Иванович Писарев родился 14 октября 1840 ключении, стала «Наша университетская наука», со- года по новому стилю, в селе Знаменское (Орловская четавшая в себе черты публицистической статьи и губерния, ныне Липецкая область). Его родителями были художественного произведения о молодом человеке, небогатые помещики. Учился в столице; после оконча- который ищет свое место в жизни. В этом произведе- ния 3-й Петербургской гимназии поступил на истори- нии выведено несколько ярких образов преподавате- ко-филологический факультет Санкт-Петербургского лей. У каждого был реальный прототип; «один из наших университета, который окончил в 1861 году. университетов» — конечно, Санкт-Петербургский. С университетской наукой двадцатидвухлетний Писарев В 1858 году ради пополнения скудного студенче- разделался безжалостно. ского кошелька Писарев начал сотрудничать с журна- лом «Рассвет», где публиковал библиографические Вот, к примеру, доцент Креозотов: готов читать обзоры и краткие рецензии на новые художественные любой курс, который прикажет начальство, хоть произведения. Эта работа увлекала молодого челове- древнюю историю, хоть новейшую, хоть историю Бу- ка гораздо больше, чем занятия филологией. А после кеевской орды или Абиссинской империи. По каждому окончания университета он стал писать для журнала вопросу он излагает на лекциях свое личное мнение. «Русское слово». Было бы прекрасно, если бы мнение основывалось на серьезном анализе материала. Но при всей его Этот журнал издавал с 1859 года известный эрудиции на такой анализ Креозотов неспособен. меценат граф Григорий Александрович Кушелев- «На каждом диспуте он делал множество возражений Безбородко (1832–1870). Дела журнала были плохи, и замечаний, очень бесплодных, микроскопически и для его спасения граф предложил пост главного мелких, но тем более показывавших, что специальный редактора Григорию Евлампиевичу Благосветлову вопрос, разработанный магистрантом, известен ему (1824–1880), литератору не слишком большого да- по источникам, во всех мельчайших подробностях. И рования, но хорошему организатору. Благосветлов это обилие знаний лежало точно в сундуке; единствен- сумел превратить журнал в популярное издание, ным ученым сочинением Креозотова была какая-то приносящее доход. Секретом его успеха стало при- славянская мифология». Когда герой, желавший влечение молодых сотрудников, в которых главный серьезно заняться исторической наукой, обратился редактор распознал яркий талант. На первом месте к Креозотову за советом, тот порекомендовал ему «читать энциклопедию». 47«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru

Другой доцент, Кавыляев, более скромен. Его Сварожич это понимал, но большое академическое лекции — дословный пересказ чужих пособий и моно- жалованье и высокий авторитет в научных кругах не графий. Внести в них что-нибудь свое Кавыляев не позволяли ему изменить свою жизнь. может и не стремится. Нужны ли ученикам экзамены Молодой приват-доцент Телицин искренне желает и сам заниматься наукой, и вдохновить на это своих Во второй половине «Нашей университетской науки» учеников. Он очень трудолюбив и вообще хороший автор излагает свои взгляды на школьное и высшее человек. Увы, склонности к самостоятельному мыш- образование. Эти взгляды радикальны, а там, где лению у него нет. Его научный потолок — небольшие автор говорит о высшем образовании, — весьма ра- добавления и уточнения к трудам других исследова- дикальны, даже по меркам нашего времени. телей. Идея Писарева о том, что основой школьного Вернувшийся из-за границы молодой профессор образования должна быть не латынь, а естественные Иронианский до определенного момента был кумиром науки, в наше время почти реализовалась. Правда, студентов. Его публичные лекции собирали огромные логическим центром школьного образования стали не аудитории. Он был в курсе достижений современной естественные науки, а математика. Физика и химия в науки, лично общался с великими историками За- современной школе — это не анализ экспериментов и пада. Казалось бы, именно с такими людьми связано явлений, которые мы можем наблюдать в окружающем будущее отечественной науки. Но однажды рассказчик мире; это решение не слишком сложных математи- купил сборник статей французского историка и на- ческих задач. Математика просто заменила латынь. шел в нем две статьи, практически дословно, вплоть до оборотов речи, совпадающие с публичными лек- Писарев, кроме того, считал, что в школе нужно циями профессора Иронианского. Павлиньи перья, изучать не классическую литературу, плохо понятную которыми украшал себя кумир студентов, оказались ученикам, а говорить о современной литературе. Эта заемными. проблема стоит и сегодня. Правда, литература, кото- рая для Писарева была современной, теперь стала Иронианские могут быть очень полезными для малопонятной ученикам классикой. И потому вошла науки слаборазвитой страны, поскольку являются в школьные программы. проводниками и пропагандистами научной культуры стран более развитых. Они – просветители. Но их Писарев полагал также, что историю в школе пре- собственный творческий потенциал невелик. Едва подавать бессмысленно, поскольку это преподавание ли западные историки, знакомством с которыми он сводится к заучиванию дат и фамилий. Реальные хвалился, действительно видели в нем равного. исторические проблемы ученикам непонятны. Сам Дмитрий Иванович понимал историю очень широ- И наконец, самая интересная фигура: маститый ко. Для него история — это не только политические профессор и академик Сварожич. Это умный человек, события, но и история экономических отношений, он обладает исключительным критическим мышле- техники, культуры, искусства, науки. По существу, нием, позволяющим видеть слабые стороны любой Писарев считал историю не научной дисциплиной, а концепции «без всякого сострадания к ее красоте». углом зрения, под которым человек видит весь мир. Но, увы, неспособный к синтезу и генерированию Такая история для среднего школьника действительно сильных идей. неподъемна. Тем не менее предложение Писарева об отказе от изучения истории в школе выглядит более Писарев прозорливо раскрывает причину этой чем спорным. неспособности. Естественные и гуманитарные нау- ки предъявляют различные требования к исследова- Говорилось в «Нашей университетской науке» телям. Чтобы успешно заниматься гуманитарными и о перегрузке учащихся. Во времена Писарева эта науками, исследователь должен мысленно поста- проблема стояла не менее остро, чем в наши дни, и вить себя на место тех, кого изучает, почувствовать вызывала не меньше эмоций. их переживания. Сварожич на это неспособен. «Историк нуждается, правда, в трезвой критике, Идеи Писарева о реформирования высшего чтобы очистить факты от выдумок и случайных ис- образования были запредельно смелыми. Прежде кажений, но настолько же, или, может быть, еще всего, он предлагал отделить образование от про- более, нуждается он в силе воображения и чувства. фессиональной подготовки. Задача высшего (уни- Эти последние свойства часто вводят историка в верситетского) образования заключается вовсе не в ошибки, и историческая картина оказывается не- том, чтобы готовить специалистов и давать знания, верною; но если бы не было этих свойств, тогда которые пригодятся в профессиональной деятель- картины не было бы вовсе, тогда не существовало ности. Его задача — сформировать мировоззрение бы истории. Историк, подобный Сварожичу, не человека, научить разбираться в проблемах, которые ошибается никогда, потому что никогда не бывает ставит перед людьми действительность. историком». Его исключительный интеллект про- падает впустую. Сварожичу, как пишет Писарев, «Не надо всем быть исследователями — с этим я следовало заниматься не гуманитарными, а есте- совершенно согласен. Не всем надо быть популяриза- ственными науками. Писарев полагает, что и сам торами науки, с этим я также согласен; но всякому, кто хочет быть в жизни деятельной личностью, а не стра- 48

Картина Николая Ярошенко «Студента» (1881 г.) – это своего рода обобщенный портрет поколения новых людей, к которому принадлежал Д.И. Писарев, выпускник Санкт-Петербургского университета 1861 года дательным материалом, всякому, говорю я, совершен- но необходимо твердо усвоить себе и основательно передумать все те результаты общечеловеческой науки, которые могут иметь хоть какое-нибудь влияние на развитие наших житейских понятий и убеждений. Надо укрепить мысль чтением гениальнейших мысли- телей, изучавших природу вообще и человечество в особенности, не тех мыслителей, которые старались выдумать из себя весь мир, а те, которые подмечали и открывали путем наблюдения и опыта вечные за- коны живых явлений. И надо, кроме того, постоянно поддерживать серьезным чтением живую связь между собственной мыслью и теми великими умами, которые из года в год своими постоянными трудами расширяют по разным направлениям всемирную область челове- ческого знания», — писал Дмитрий Иванович в другой своей статье «Промахи незрелой мысли». Такая точка зрения в современном мире не в моде. Изучая ту или иную научную дисциплину, студент думает в первую очередь о том, пригодятся ли ему эти знания в профессиональной деятельности, по- высят ли его конкурентоспособность на рынке труда. Однако в реальной жизни для хорошего специалиста нужны прежде всего хорошая голова и привычка к интеллектуальному труду. Если они есть, то специ- альные знания всегда можно приобрести самосто- ятельно. Поэтому школа должна давать ученикам не знания, полезные в жизни, а материал, освоение которого будет способствовать интеллектуальному росту учащихся. В позднесоветские и раннепослесоветские вре- мена была популярной идея о полезности ранней профилизации учащихся, создавалось много про- фильных классов. На практике это сводилось к тому, что в школу втискивалась вузовская программа. «Мои ученики знают предмет на уровне четвертого курса вуза», — с гордостью говорили преподавате- ли. Но возникает вопрос: зачем? Зачем один и тот же материал изучать дважды: первый раз в школе, второй в вузе? Не полезнее ли изучать то, что в вузе преподавать не будут? Это, кстати, хорошо понимали создатели наиболее сильных физматшкол, считав- шие гуманитарное образование своих учеников важнейшим приоритетом. Но система, которую предлагает Д.И. Писарев, будет работать только при одном условии: если учени- ку и студенту действительно интересно учиться. Если ему интересен сам процесс познания. Такой интерес становится массовым, лишь когда общество находится на подъеме. Писарев считал необходимым отказаться от обязательного посещения лекций. И действитель- но, после изобретения книгопечатания Иоганном 49«Химия и жизнь», 2020, № 5-6, www.hij.ru