А.Шкроб: Первая книга В. Петрова

"З-С", №3, 1986 © А.М. Шкроб

Будут ли гнилушки светиться в пустоте?
или
Первая книга Василия Петрова

Александр Шкроб

_____Биография Петрова весьма поучительна. Сын приходского священника, он начал свою деятельность скромным учителем в Барнауле в провинциальном училище, впоследствии достиг положения профессора физики в Медикохирургической академии в Петербурге. Петров, как и Ломоносов, был ученый-одиночка, и он тоже не оставил после себя школы. Его работы и он сам остались неотмеченными в истории науки не только за границей, но и у нас. Не сохранилось портрета Петрова, и только недавно стало известно, где он похоронен. Для меня нет никакого сомнения, что по своим научным открытиям Василий Владимирович Петров должен был бы занять одно из самых первых мест не только в нашей, но и в мировой науке, как крупнейший физик-экспериментатор.

Академик П. Л. Капица

Около двух столетий назад наша наука - химия, во всех ее ипостасях. от органической до физической, оформилась и осознала себя как отрасль естествознания. Замечательные достижения химии на рубеже XVIII-XIX веков заставляют задуматься, как работали совершившие их люди. В чем они видели силу научного подхода и истинность теории, какими, по их мнению, должны были быть связи ученых, как развивались методология эксперимента и терминология?

Находя ответы на эти вопросы, мы лучше понимаем (а то и вообще только начинаем понимать) и те подлинные, глубинные принципы и ценности, которые во все времена присущи науке и ученым, и то, какую печать ставит каждая эпоха на воплощение этих принципов и ценностей в практике научной работы. Нужно знать историю, чтобы осознать свое место в ней, нужно найти опору в предтечах, чтобы угадать и встретить будущее.

Раскроем толстый томик "Собрания физико-химических новых опытов и наблюдений", изданный в Петербурге в 1801 году. Автор - Василий Петров, "профессор физики при Академиях Санкт-Петербургской медико-хирургической и свободных художеств". Через год Василий Владимирович Петров войдет в историю науки как первый исследователь электрического дугового разряда - дуги Петрова.

Пройдет еще время, и дуга, горевшая на рабочем столе Петрова, в руках Яблочкова осветит цивилизованный мир, а потом трудами Бенардоса, Славянова и Патона пересечет его тысячами километров сварных швов. Сейчас же Василий Петров подводит итоги других, более ранних опытов - он пытается развить и уточнить антифлогистическое учение и разобраться в явлениях люминесценции и фосфоресценции.

В свои сорок лет он пишет о себе так: "...я природный россиянин, не имевший случая пользоваться изустным учением иностранных профессоров физики и доселе остающийся в совершенной неизвестности между современными нам любителями сей науки".

О себе

" Но что принадлежит до краткости, связи, красоты, отборных слов и выражений, которые бы можно употребить в приличных местах сего сочиненьица, то я предупреждаю читателей о таких, в сем отношении недостатках, которые и самого меня побуждали иногда желать какой-либо поправки или перемен; однако я находил себя отнюдь не способным к учинению оных во вое такие грустные часы. в которые от разных причин возобновлялось в душе моей... унылое сетование о смерти добродетельнейшей и любезнейшей моей другиня, а таковые печальные часы тем скорее одни за другими ко мне возвращаются, что я, здесь безродный, после нее остался с тремя осиротевшими дочками, из которых старшей пять только лет минуло".

Что есть истина

Научный подход к познанию мира включает построение гипотез, то есть различных систем представлений (моделей), описывающих определенный круг явлений, из которых истинной признается та, которая обладает наибольшей предсказательной силой. Только успешность предсказаний преобразует для нас гипотезу в теорию. Однако наука выработала, а точнее выстрадала, критерии, позволяющие более или менее уверенно оценивать и отбирать гипотезы a priori.

Василий Петров еще не уверен в завершенности экспериментального опровержения представлений о флогистоне, однако он пишет о причинах внутренней убежденности большинства физиков и химиков в истинности "антифлогистического учения" Вот эти причины:

1) ...по основаниям сего последнего яснее, нежели помощию Шталева флогистона, можно истолковать несравненно большее число явлений, в надлежащей связи с различными обстоятельствами и почти всегда единообразно,

2) ...сие учение гораздо сходственнее с простотой деяния самой Природы,

3) ...в сем самом учении все заключения бывают выводимы непосредственно из опытов и наблюдений и

4) следственно, здесь не нужно выдумывать каких-либо, нередко весьма странных, умозрительных положений для изъяснения физикохимических явлений".

В этих чеканных фразах ничего ни убавить, ни прибавить. Признаки истинности гипотезы здесь сформулированы поразительно четко. Петров находит точную историческую параллель. Он полагает, что отказ от флогистона происходит "...с таким же правом, с каким Торрицеллий, а после него вскоре и все просвещеннейшие других физики, оставив так названное не терпимое Природою пустое пространство (...которое положение, не имеющее, впрочем, никакого надежного основания, в течение многих минувших столетий... почитаемо было аксиомою), единодушно согласились признать давление земной атмосферы причиною возвышения в безвоздушной полости различных жидкостей".

Петербургский профессор павловской эпохи, Петров работает вдали от центров мировой науки. Он вынужден знакомиться с ее достижениями лишь по достаточно скромным в то время печатным источникам, причем поток информации сугубо односторонен. Однако мы видим, что в своем понимании законов познания Василий Петров достиг такого уровня, который уже сам по себе является одним из самых замечательных завоеваний естествознания.

Мысль смелая и в наши дни

Талантливый ученый опережает современников в понимании путей и задач науки. Он может преодолеть разрыв между обилием идей и ограниченностью возможностей, передавая свои мысли ученикам и ближайшим коллегам. На есть еще один, предельно демократическнй подход - передать мысли и задачи любому, желающему их воспринять. Вспомним, какую роль в развитии математики сыграл знаменитый список проблем, провозглашенный Давидом Гильбертом. И вот что предлагает Петров:

"Величайшая произошла бы польза, относительная к распространению успехов наших в естественной философии, если бы любители ее, преодолев посрамляющую их самих и наукам чрезвычайно вредительную зависть (с позволения и одобрения тех ученых обществ, к главнейшим которых самые предметы имели бы ближайшее отношение), начали, время от времени, письменно сообщать (например, через публичные газеты) охотникам те новые достопримечательные предметы, в исследовании которых сам кто не намерен упражняться либо за недостатком времени и нужных пособий, либо по причине скуки, сопряженной с исследованием оных".

Заметим, что Петров считал целесообразным такой способ пробуждения творческой энергии, живя в безграмотной, задавленной тиранией и крепостничеством стране. Но разве не своевремен этот призыв и сейчас, в эпоху научно-технической революции?

Урок научной скромности

Каждому из научных работников известны случаи, когда результаты экспериментов, не нашедшие немедленного объяснения в данной лаборатории, либо откладываются в сторону до лучших времен, либо вообще остаются неопубликованными. В самом деле, выпустив в свет такие результаты, авторы, с одной стороны, открыто признают себя неспособными их интерпретировать, а с другой - предоставляют коллегам-конкурентам возможность, что называется, утереть им нос. Без малого двести лет назад профессор Петров этого не боялся:

"...За нужное почитаю изъясниться еще вкратце о том, что, хотя имел я удовольствие открыть несколько физико-химических новостей, но я предоставляю ревности просвещеннейших мужей исследование причины некоторых явлений, сопряженных с оными, поелику сне последнее относится к отменному остроумию... первое же может быть следствием прилежания и посредственного даже знания".

Достойны ли уважения Пристли и Ньютон?

В чем смысл и значение научного приоритета? Этот вопрос, по-видимому, стал актуальным с возникновением контактов между учеными и, видимо, всегда будет существовать около науки. Кого из исследователей, например, считать "открывателем" - случайно наткнувшегося на некое явление и лишь коснувшегося его своим вниманием, или другого, тщательно это явление изучившего? Здесь есть. однако, и другая, тоже чисто человеческая, проблема - позволительно ли вообще ставить в упрек ученому существование предшественников, результаты которых он должным образом оценил и использовал?

В одном из "лирических отступлений" Василии Владимирович Петров излагает свою точку зрения:

"Но если обращать внимание на одно сходство мнений и предметов, которые иными только слегка и по новерхиости, а другими с возможною точностью, весьма многими подробностями и в различных отношениях бывают исследованы, то люди, расположенные из зависти помрачать других славу, приобретенную истинными заслугами, конечно могут сыскать некоторые причины говорить и о Пристлее, что и он сделал премногие важные открытия в естественной философии, шествуя по стезям, проложенным к пневматической химии от Парацельса, Гельмонта, Майова, наипаче же от Роберта Бойлия, Галеса и некоторых других физиков. По той же причине, то есть из предосудительной зависти, некоторые люди... старались умалить редкие к физике заслуги великого Невтона, которому, между весьма многими важнейшими откровениями. приписывается разделение бесцветного солнечного света на семь известных цветов, хотя Роберт Бойлий прежде его посредством треугольной стеклянной призмы и в темном же покое разделял солнечный свет на различные цветы..."

Как быть с температурой ?

В России всегда кто-нибудь воевал с иноязычными терминами. Да что там с иноязычными. Современник Петрова, небезызвестный Шишков, восставал даже против новомодного тогда слова развитие в его историческом смысле, ибо, как он считал, развивать можно лишь то, что ранее было свито. Шишков предложил развитие заменить - на что бы вы думали? - на прозябание, поскольку зябь - это то, что растет и (простите!) развивается.

По-видимому, Петров ощущает некое давление, во всяком случае, в своей книге он специально оговаривает:

"Я рассудил употреблять в сем сочиненьице латинское слово температура без перевода на наш язык, поелику соединяемые с сим предметом понятия надлежало бы во многих случаях изъяснять посредством перифразиса или описания, которого, вероятно, избегая, французские, немецкие и других просвещенных европейских наций физики оставляют также сие слово без всякого перевода на свои языки".

Книга как книга

Из читателей журнала, вероятно, немногие имели дело со столь старинными изданиями. Поэтому любопытно взглянуть на книгу Петрова как на пример научной публикации того времени.

Объем текста на наши мерки несколько менее десяти печатных листов. Литературные источники рассмотрены с чрезвычайной подробностью и, как подчеркивает автор, просмотрены "...до прошедшего 1800 года". Поражает оперативность Петрова и его Петербургских типографов. Ивановы червячки, то есть светляки, для одного из описанных опытов были выловлены в последнюю декаду июня 1801 года, а уже 27 января 1802 года академик по физике Л. Ю. Крафт представил членам Петербургской академии поднесенную ей книгу Петрова.

Безупречен справочный аппарат книги, сделавший бы честь любому современному изданию. Помимо развернутого оглавления и списка цитированных авторов, в него входит предметный указатель, написанный так, что он представляет с собой своего рода конспект книги. Прочитав любой из разделов этого указателя-конспекта, можно в ежатом виде получить всю информацию о данном предмете или понятии. Вот типичный пример (.NN. - номера страниц):

"Фосфорная кислота .NN.; тяжесть ее бывает в три раза больше тяжести фосфора, из коего она происходит чрез медленное сгорание его в воздухе. М.; без содействия воздуха не может образоваться .NN.; в твердом виде белая, как снег .NN.; из твердого тела превращается в жидкость от влажности воздуха .NN.; способ добывать ее без малейшей потери .NN.; существование ее во многих телах всех трех царств природы .NN.".

Записывайте на бумаге

Василий Владимирович Петров не только быстро писал свои книги, но и вообще быстро работал. Опыты, описанные в данной книге, были начаты не ранее 1797 года, когда он получил возможность пользоваться в Медико-хирургической академии закупленными в Лондоне физическими приборами. Следующая его книга, знаменитые "Известия о гальвани-вольтовских опытах...", вышла в свет уже через два года, а спустя еще один год он опубликовал свою третью книгу "Новые електрические опыты", посвященную электризации проводников трением.

Можно думать, что быстрота действий Петрова в значительной мере объясняется их хорошей продуманностью и тщательным планированием. Во всяком случае, в предисловии он уделяет заметное место необходимости тщательно записывать все мысли и наблюдения и подчеркивает, что, производя опыты, он решал задачи, "давно уже записанные... на бумаге". Очень многие отчаявшиеся руководители дипломников и аспирантов смогут теперь взывать к авторитету замечательного русского ученого:

"Сколь полезно записывать на бумаге те предметы, которые нам приходят на мысль либо при чтении каких-нибудь сочинений, либо при размышлениях или при неожиданных вовсе случаях, и которых исследование, в каковых то ни было отношениях, заслуживает наше внимание, то сие могут подтвердить все те естествоиспытатели, которые научились пользоваться сим правилом. И сие средство можно почитать весьма надежным руководством к учинению множайших откровений в естественной философии, также и к поправлению недостатков, находящихся в оной.

Делать таковые замечания на бумаге нужно по той причине, как всякому известно, что никто не может столь верно надеяться даже и на самую счастливую память, что она непременно будет сохранять вверяемые ей сокровища дотоле, пока востребует оных надобность, и что, напротив того, иногда весьма обыкновенный предмет, как говорится, мимо рта летает, однако не всегда нам приходит на мысль так скоро, как бы мы желали, а при некоторых случаях сие делается по прошествии даже многих часов или суток, если только не встретятся посторонние какие обстоятельства, способные для возобновления прежних понятий о той самой материи".

"Больше, чем открыть истину"

Пора наконец рассказать и о существе экспериментов Петрова. Поскольку их полное описание, естественно, невозможно, а беглое неинтересно, остановимся лишь на одной серии опытов, направленных на изучение "истинной природы свечения гнилых дерев". Выбор этот оправдан уже тем, что многие, если не все, специалисты по биолюминесценции и не подозревают о том вкладе, который внес в изучение этого явления Василий Петров.

Еще античные авторы описали свечение растений и животных, феномен, неизменно приводящий людей в благоговейный восторг (помните, у Драгунского: "Он живой и светится"?). Однако "холодный свет" испускают не только живые существа, но, в определенных условиях, и некоторые минералы, светится белый фосфор, очень часто ярко "горит" гниющая древесина (гнилушки), подпорченные или даже внешне еще свежие мясо и рыба. В конце XVIII века светящиеся микроорганизмы, которые поселяются на материалах органического происхождения, были еще не известны. Поэтому естествоиспытатели, пытаясь как-то классифицировать светящиеся "неживые" объекты, сравнивали в различных условиях поведение, скажем, гнилушек и фосфоресцирующих шпатов. Это был период накопления и уточнения сведений, время тонких догадок и досадных ошибок.

Петров включился в эти исследования, стремясь разрешить спор, возникший в 1797 году между двумя итальянскими учеными, Спалланцани и Коррадори. Спалланцани (его опыты, опровергающие самозарождение, описаны Полем де Крюи в "Охотниках за микробами") обнаружил, что гнилушки довольно быстро перестают светиться, будучи помещены в атмосферу, лишенную кислорода, и заключил отсюда, что их свечение есть разновидность медленного горения, то есть результат окисления. Коррадори же возражал ему, что гнилушки можно погрузить в жидкости, например под воду, и там они еще светятся очень продолжительное время. Он склонялся к мысли, что свечение гнилушек есть своего рода фосфоресценция. Изучением гнилушек занимался и немецкий ученый Гертнер. Ему также не удалось четко ответить на вопрос, нужен ли для их свечения кислород, однако он, по-видимому, впервые допустил, что на поверхности гниющей древесины обитают светящиеся микроорганизмы.

Петров в качестве первого шага решает определить, будут ли гнилушки светиться в пустоте. Он знает, что первые опыты в этом направлении были поставлены еще Бойлем. Оказалось, что после тщательного откачивания под колоколом воздушного насоса гнилушки гаснут и их свечение не возобновляется, если без доступа воздуха с помощью штырька, проходящего через сальник, погрузить угаснувший кусочек гнилушки в воду или масло. Свечение гнилушек не возобновляется также, если в откачанное пространство ввести такие газы, как водород, азот или углекислота. Между тем достаточно ввести даже небольшое количество воздуха или кислорода, как гнилушки начинают светиться вновь и в том случае, когда они находятся вне воды, и будучи погружены в нее.

Опыт внешне предельно прост, однако на самом деле это не так. Во-первых, нужна тщательность при откачивании воздуха, так как гнилушки не так быстро его отдают, во-вторых, учитывая способность гнилушек светиться при низких парциальных давлениях кислорода, необходимо возможно полнее освободить от его следов напускаемые газы.

Ясно, что кислород необходим, но почему же гнилушки долго светятся под водой? Петров предлагает ответ: для свечения испрльзуется кислород, растворенный в воде (по его терминологии - "в скважинах жидкости") и находящийся в составе воздуха, который заполняет поры в древесине ("в скважинах твердого тела"). Чтобы определить количество последнего, Петров использует простую и эффективную методику, сохранившую свое значение и в наши дни.

Кусочек гнилушки был помещен под небольшой колокол, снабженный сверху шейкой с краном. Этот колокол вместе с гнилушкой опустили в сосуд, частично заполненный водой, которую предварительно освободили от растворенных газов кипячением и выдерживанием под вакуумом. Далее колокол заполняли водой, отсасывая воздух через шейку, кран закрывали и всю эту систему помещали под колокол воздушного насоса. Газы, выходящие из гнилушки при откачивании, в виде пузырьков поднимались вверх и собирались под краном. После сброса вакуума эти газы можно было перепустить в цилиндр с делениями и таким образом измерить их объем, а потом при необходимости - состав. В результате этих экспериментов Петров убедился, что в гнилушках предостаточно воздуха.

Петров ясно понимал, что его методика может найти широкое применение при исследовании газов, связанных твердыми материалами и растворенных в жидкостях. Он пишет: "Можно надеяться, что определение количества воздуха, содержащегося в скважинах различных тел, твердых и жидких, а наипаче исследование его качеств скорее или позже обратит на себя внимание физиков, если мне не удастся заняться сим же самым предметом более, нежели сколько я мог доселе употребить свободных часов для немногих подобных опытов...".

Жаль, конечно, что Петров прекратил свои опыты с гнилушками, так и не установив, почему же они светятся. Но иначе, быть может, он не увлекся бы "огромной наипаче" батареей. Главной своей цели экспериментатор, впрочем, достиг - правота Спалланцани была доказана, а заблуждения Коррадори отвергнуты. Петров мог быть доволен; недаром своей книге он предпослал эпиграф из Бонне, звучащий в русском переводе примерно так: "Устранить ошибку - это куда больше, чем открыть истину".

Здесь можно было бы прервать описание этих опытов, если бы Петров не нашел для них совершенно неожиданный...

Практический выход

"Прибавление. Вышеописанный колокольчик с краником неоднократно употреблен был с желаемой пользою для вытягивания из женской груди молока, которого количество нужно было уменьшить при некоторых обстоятельствах. И если на место колокольчика сделать с краником же такой хрустальный сосудец, которого окружность основания была бы весьма способна для прикладывания к женской груди, а шейка выгодным образом закривлена и такой длины, которая бы позволяла женщинам... доставать ртом отверстие шейки... и вытягивать... воздух из... полости (сосудца), то от давления наружного воздуха на грудь и будет вытекать молоко из нее, когда, по остановлении дальнейшего вытягивания воздуха, каналец шейки сего сосудца будет закрыт краником или плотным приложением кончика языка к обшлифованному отверстию самой шейки... Итак,сим простейшим и дешевым (ценою около одного рубля) приборцем можно при нужных случаях удобно заменить несколько сложную, с медной оправою и привинчиваемым к ней медным же насосцем, не дешевую (ценою ныне дороже 15 рублей) машинку, известную у хирургов под выражением: машинка для вытягивания молока из женской груди".

Кто знает, как пришел Петров к этому предложению? Трудно поверить, что в Медико-хирургической академии существовали хозрасчетные темы и план по внедрению. Быть может, к нему обратился за советом коллега-врач или просто заработала изобретательская мысль? Но хочется думать, что ограниченный в деньгах физик нашел способ помочь подручными средствами любимой жене и добавил эти строки, вспоминая о ней, уже покойной.

Что было дальше

Книгу Петрова должным образом оценили его петербургские коллеги. Ознакомив с ней членов академии, Л. Ю. Крафт уже на следующем заседании высказал пожелание, чтобы "этот ученый физик был более близок к Академии", и 7 февраля 1802 года Петрова избирают членом-корреспондентом.

На титульном листе "Собрания физико-химических новых опытов" обозначено: "Часть 1". Но второй части уже не будет - Петров полностью переключился на опыты с гальваническими элементами.

Надо сказать, что это было, в некотором смысле, веление времени. Увлечение "гальванизмом", охватившее всю Европу, с неожиданной силой вспыхнуло и в Петербурге. Когда в сентябре 1801 года на заседании академии известный естествоиспытатель граф А. А. Мусин-Пушкин продемонстрировал первый в России вольтов столб, состоявший из трехсот серебряных и цинковых пластинок, президент академии Л. А. Николаи распорядился, чтобы известие об этом было напечатано в "Санкт-Петербургских ведомостях",

Трудно сказать, как бы сложилась судьба "гальванизма" в Петербурге, если бы в нее не вмешался И.Я. Меджер, талантливый механик, англичанин по происхождению, переселившийся в столицу из Елгавы в 1797 году. Меджер начал изготавливать огромные по тем временам (да и сейчас!) медно-цинковые батареи. В сохранившейся до наших дней в Геттингене рукописи сокращенного варианта "Известий о гальвани-вольтовских опытах", датированной июлем 1802 года. Петров указывает, что использованная им батарея из 4200 кружков была сделана "по заказу на фабрике английского механика, коллежского асессора Иосифа Меджера, столь известного здесь наипаче по гальвани-вольтовским опытам".

Какие же эксперименты ставил Меджер? 23 мая 1802 года в "Приложении к Санкт-Петербургским ведомостям" появилась заметка "О гальваниевых опытах", рассказывающая о демонстрационных опытах Меджера с батареей из восьми тысяч кружков. Наибольшее впечатление на зрителей произвел один из них: "...между двумя угольями, соединенными с обоими концами столбцов, является продолжительный огонь, толщиною в палец, которым можно зажечь свечу, бумагу и другие горючие вещества, производится такой свет, что всякие малые предметы весьма ясно видеть можно..."

Нужно ли сейчас задаваться вопросом, в чьих руках - Петрова или Меджера, месяцем раньше или позже, впервые зажглась электрическая дуга? Вспомним приведенные выше слова самого Петрова о смысле и значении приоритета в науке. Как это ни покажется странным, но ни Меджер, ни присутствовавший на его опытах Л. Ю. Крафт, по всей видимости, не усмотрели в наблюдавшемся явлении физического феномена, достойного тщательного изучения, не оценили дугу как мощное орудие исследования. Иное дело Петров. Именно он ввел дуговой разряд, так сказать, в научный оборот, выполнив обширные исследования как условий его возникновения, так и характера воздействия на различные материалы. Но это уже тема другого рассказа.

Увы, работы Петрова не получили отклика, и дуговой разряд был вторично открыт Деви в 1810 году. Четкий ответ на вопрос, почему так случилось, дает академик П. Л. Капица: "Мне думается, что объяснение надо искать в тех условиях, в которых наука развивается в стране. Недостаточно ученому сделать открытие, чтобы оно оказало влияние на развитие мировой культуры,- нужно, чтобы в стране существовали определенные условия и существовала нужная связь с научной общественностью за границей... Трагедия изоляции от мировой науки работ Ломоносова, Петрова и других наших ученых-одиночек и состояла в том, что они не могли включиться в коллективную работу ученых за границей..."

От позавчера - к послезавтра

Мы закрываем старый томик в кожаном переплете, на плотных страничках которого профессор Василий Петров рассказал о своих опытах и поделился своими взглядами на проблемы науки. Возникло ли у вас, читатель, ощущение, что эти взгляды и проблемы, их породившие, архаичны и ушли в прошлое, как церемонное посвящение книги императору и перипетии сражений с флогистоном?

Думается, нет. Удивительно, но ни величайшие социальные сдвиги, ни обилие хитроумной техники, с одной стороны, и организаторов науки - с другой, ни повальная компьютеризация не привели пока к столь кардинальным изменениям стиля и смысла научной работы, чтобы полностью распалась связь времен, Напротив, можно быть уверенным, что, обретя широкого читателя, многие тонкие и глубокие высказывания Петрова начнут новую жизнь.

Наука быстро меняется как по своей организации, так и по масштабу задач. И если науке суждено измениться до неузнаваемости, сохраним надежду, что и тогда в ней найдется место для людей, которые сегодня хотят посмотреть, будут ли гнилушки светиться в пустоте, завтра чиркают одним угольным электродом по другому, а свою практическую жилку используют для помощи кормящим матерям...