Сказка о химике белоусове, который придумал жидкий маятник

 

– Сегодня я расскажу вам историю про виртуоза, – сказала Дзинтара.

– Виртуоза‑скрипача? – высказала Галатея логичное предположение.

Мать отрицательно покачала головой:

– Среди музыкантов и композиторов, живущих в мире мелодий, немало виртуозов, которые понимают душу скрипки и саксофона, виолончели и рояля. В слаженных звуках оркестра опытные музыканты слышат гораздо больше обычных людей.

Но виртуозы встречаются не только среди скрипачей и пианистов.

Жил‑был человек, который был виртуозом‑химиком и с удовольствием жил в загадочном и интереснейшем мире химических реакций. Этот человек понимал душу металлов и кислот, катализаторов и энзимов. Он знал, как они друг к другу относятся, как враждуют и дружат, как соединяются и расходятся. Он понимал их устремления и способности, красоту и темперамент.

Звали этого человека Борисом Белоусовым. Судьба ему выпала такая, что никакой писатель‑фантазёр не смог бы выдумать.

В двенадцать лет он стал революционером, который вместе со своими старшими братьями изготавливал бомбы для рабочих, восставших в 1905 году в России. Братьев Белоусовых арестовали и приговорили к ссылке или эмиграции. Так Борис попал в Швейцарию.

Цюрихскую квартиру братьев Белоусовых посещали многие видные русские революционеры, включая Ульянова‑Ленина, с которым Борис Белоусов играл в шахматы.

В Цюрихском университете Борис прослушал полный курс химии и познакомился с Альбертом Эйнштейном. Диплом Белоусов не стал получать, потому что за него нужно было заплатить слишком много денег, а у Бориса денег было не слишком много, а очень даже мало.

Вернувшись в 1914 году из швейцарской ссылки в Россию, Борис Белоусов стал работать вместе со знаменитым химиком, академиком Ипатьевым. Есть химики, которые разрабатывают боевые отравляющие газы, но Борис Белоусов был из тех военных химиков, которые делают не яд, а противоядие: он работал над созданием противогазов и лекарств, спасающих солдат на поле боя.

Многие люди лично знакомы с результатами работы Белоусова. Кому из вас прижигали ссадины «зелёнкой», или бриллиантовой зеленью?

– Мне! – сказал Андрей.

– Так вот промышленный выпуск этого препарата был налажен благодаря работе Белоусова в конце 1930‑х годов.

Борис Белоусов много лет преподавал химию в военной академии и получил звание генерала.

– Химики могут быть генералами? – удивилась Галатея. Дзинтара кивнула:

– Во время Второй мировой войны генерал Белоусов работал начальником отдела в научном институте.

Учёные живут среди умных формул и обычных людей. После войны бюрократы оживились, повылезали из тихих щелей и отправились всем жизнь портить. Пришли они и к химику Белоусову и предложили показать его диплом о высшем образовании. Нечего было показывать профессору и генералу Белоусову: не было у него, политэмигранта, в своё время денег, чтобы выкупить заслуженный диплом Цюрихского университета.

Обрадовались бюрократы и заявили, что без диплома Белоусов не может занимать должности выше старшего лаборанта.

Посмотрел брезгливо Белоусов на бюрократов и перешёл на зарплату старшего лаборанта, оставаясь при этом начальником отдела, – других учёных с такой высокой квалификацией в отделе не было, хотя химиков с дипломами – сколько угодно. В конце концов начальству института стало стыдно, и оно добилось письменного разрешения Сталина на возвращение зарплаты учёному.

Деньги Белоусова волновали мало – он слишком был занят своими химическими реакциями.

В ходе многолетних поисков лекарств, которые могут спасти живые клетки от радиации, химик‑виртуоз наткнулся на следы терра инкогнита – неоткрытой земли в мире химических реакций.

Дело в том, что многие биологические процессы цикличны: наше сердце ритмично бьётся, а лёгкие равномерно дышат.

– А Галатея любит циклично качать ногой! – сердито сказал Андрей. – Меня это очень раздражает.

– Разве ты не понял, что цикличность естественна? – хихикнула Галатея.

Дзинтара продолжила:

– Полоски на шкуре тигра и жирафа, узоры на крыльях бабочки и на чешуе тропических рыб тоже отражают биологические периодические процессы. В популяциях рысей и зайцев охотники тоже заметили колебания звериного поголовья, а математики даже составили уравнения для периодических изменений числа хищных щук и травоядных карасей.

В основе биологических процессов, среди которых так много периодических, лежат химические превращения, но химии периодических или колебательных реакций не существовало.

В середине двадцатого века поиск периодической химической реакции выглядел как кощунство. Уголь сгорает, а железо ржавеет необратимо, невозможно представить себе химическую реакцию, которая периодически меняет своё направление. Для обычных людей это выглядело как издевательство над законами термодинамики!

– Да, я бы с удовольствием посмотрел на дрова, которые горят циклично! – заявил Андрей. – Сначала из дров получаются угли, потом зола снова превращается в дерево – и оно снова загорается! И топливо подносить не надо.

Дзинтара сощурила глаза в усмешке:

– Между прочим, во время горения дров происходит немало волновых колебаний продуктов реакции. Я сама часто любуюсь периодическими волнами пламени на горящей древесине.

Что невозможно представить обычному человеку, то возможно совершить виртуозу. Белоусов понимал, что в мире химических взаимодействий должна найтись Страна Периодических Реакций, которые и должны стать основой для циклических процессов в клетках живых организмов.

Знания, опыт и интуиция подсказывали человеку‑виртуозу – где нужно искать эти периодические реакции.

В 1937 году немецкий химик Кребс открыл цикл окисления лимонной кислоты.

– Которая содержится в лимоне? – уточнила Галатея.

– Да. Открытие важное – недаром за неё Кребс получил Нобелевскую премию. Цикл Кребса – это ключевая реакция, лежащая в основе кислородного дыхания, энергоснабжения и роста клетки.

– А можно поподробнее про этот цикл? – спросил Андрей.

– Нельзя, – покачала головой Дзинтара. – Этот цикл очень непрост и используется организмом в самых разных случаях, например, при уничтожении ядовитых продуктов распада алкоголя. Его изучать надо по учебникам, внимательно отслеживая все химические реакции внутри цикла. Займись этим завтра сам.

Белоусов, конечно, знал сложный цикл Кребса как свои пять пальцев. Химик‑виртуоз напряженно размышлял: можно ли получить более простой, в идеале – неорганический – аналог органического цикла Кребса? Это позволило бы сложную биохимию живой клетки проиллюстрировать гораздо более простой химической реакцией, которую легче изучить и понять.

Белоусов перебрал сотни химических веществ, сделал сотни опытов. Он приезжал с работы домой, съедал лёгкий ужин и снова садился за рабочий стол, заваленный научными книгами – на русском, английском, французском и немецком языках.

Что будет, если подействовать на лимонную кислоту раствором бертолетовой соли? А если добавить в раствор ещё и соли церия? Ведь нужен окислитель, но такой, который действует в присутствии катализатора…

– Какой он был умный, этот человек! – восхищённо вздохнула Галатея. Дзинтара согласилась:

– Прежде чем химик начнёт сливать растворы вместе, он должен проделать немало расчётов, сопоставлений и прикидок. Действовать вслепую – зря терять время. Нужна хорошо обдуманная гипотеза, которую потом можно проверить в пробирке.

Много вариантов реакции исследовал Белоусов – и нашёл всё‑таки дорогу в свою терра инкогнита.

Вот маршрут, вернее – рецепт. Если соединить в одной колбе и в нужных пропорциях раствор серной кислоты, бромат натрия, лимонную кислоту, сульфат церия и индикатор фенантролин‑железо, то возникнет чудо: раствор начинает менять цвет с голубого до оранжевого и обратно с периодом колебания от долей секунды до десятков минут.

Если вылить этот раствор в плоскую чашку, то по мелкому слою поползут волны разного цвета. После нескольких десятков колебаний нужно подлить свежие растворы, чтобы поддержать химическую реакцию, – совершенно так же, как нужно питать живой организм.

Периодическая реакция, открытая Белоусовым, явилась в каком‑то смысле простым аналогом жизни, неравновесной химической пульсацией, похожей на сердцебиение.

 

 

В комнату Белоусова, в которой «тикали» жидкие химические часы, или, если угодно, билось химическое сердце, потянулись друзья и сотрудники. Борис Павлович носил колбу даже домой, показал её домашним и своему племяннику.

Потом Белоусов сел писать статью о своём открытии.

Химик Белоусов занимался практическими задачами, печатных трудов и патентов имел много, но в академических журналах не публиковался и с нравами тамошних рецензентов знаком не был. Увы, среди рецензентов научных журналов виртуозы встречаются редко. Это неформальное звание редко кому удаётся заслужить.

В 1951 году статья Белоусова об открытии удивительной реакции ушла в журнал Академии наук. И… быстро вернулась с отказом в публикации. Болван‑рецензент завернул статью, категорически утверждая, что такая химическая реакция невозможна!

Обычно немногословный Белоусов с горечью сказал, что нынешние учёные утратили уважение к фактам. Рецензенту оказалась чужда мысль Левенгука: «Следует воздержаться от рассуждений, когда говорит опыт».

Борис Павлович Белоусов взялся за дальнейшее исследование новой реакции. Пять лет он улучшал свою работу, проводил новые измерения и анализы.

А в это время научный мир не стоял на месте.

Английский математик Алан Тьюринг в 1952 году высказал предположение о том, что сочетание химических реакций с процессами диффузии может объяснить целый класс биологических и химических явлений, в частности, периодическое чередование полосок на шкуре тигра. Бельгийский физик Илья Пригожин в 1955 году пришёл к выводу, что в неравновесных термодинамических системах, к которым относятся и все биологические системы, возможны химические колебания.

 

 

Ни Тьюринг, ни Пригожин не подозревали, что обсуждаемый ими феномен уже открыт, но статья о нём всё ещё не опубликована.

Наконец Белоусов отправляет в печать новый вариант своей работы – уже в другой журнал.

Но статья снова вернулась с отказом в публикации! Рецензент посчитал, что автор неправильно написал статью, и предложил ему сократить её до пары страниц.

Такой наглости неумных рецензентов Белоусов не выдержал, навсегда прекратил общение с академическими журналами, а статью выбросил в мусор.

– Ну зачем он это сделал! – горестно воскликнула Галатея. Дзинтара вздохнула:

– Племянник Белоусова, уже ставший студентом‑химиком, предлагал дяде принести колбу в редакцию – пусть сами увидят химический маятник в действии!

Генерал Белоусов сердито отказался: «Что я им – клоун?»

Прошло восемь лет после открытия колебательной реакции – по‑прежнему о ней никто, кроме сотрудников и друзей Белоусова, не знал. Но… по Москве уже поползли слухи о необычном стакане, в котором бьётся цветное «химическое сердце». Биофизик из Московского университета Симон Шноль, услышав об этой реакции, загорелся и стал искать её открывателя – но безуспешно. У Шноля даже вошло в привычку, выступая на каждом научном семинаре, расспрашивать присутствующих химиков о неизвестном авторе колебательной реакции.

После очередного семинара к Шнолю подошёл студент и сказал, что эту реакцию открыл его двоюродный дед – Борис Павлович Белоусов.

Шноль взял у студента номер телефона Белоусова и позвонил химику. Борис Павлович был сух, от встречи отказался, но рецепт реакции продиктовал.

Симон Шноль рецептуру полностью выдержать не смог, ярких цветов не достиг, но всё‑таки получил колебания желтоватого цвета и был восхищён ими. В лабораторию Шноля любопытные сотрудники устроили паломничество, и вскоре весть о чудесной реакции разнеслась по городу.

Шноль был обеспокоен – любая работа над реакцией представлялась ему неэтичной, потому что не было возможности сослаться на печатную работу автора открытия.

Он снова позвонил Белоусову, долго уговаривал его – и вскоре получил сборник трудов по радиационной медицине с кратким описанием колебательной реакции. Составители сборника знали и уважали Белоусова – и сразу опубликовали его краткую заметку.

Трёхстраничная работа 1959 года и стала единственной печатной работой Белоусова об открытой им циклической реакции.

Этот маленький камушек вызвал лавину. Шноль поручил своему аспиранту Анатолию Жаботинскому детально исследовать колебательную реакцию. Вскоре в исследовании химического маятника участвовали уже десятки людей; они публиковали сотни статей, получали кандидатские и докторские степени… Белоусов в этой деятельности не участвовал. Ему было глубоко за семьдесят, и он продолжал работать в своём институте. А потом какой‑то бюрократ всё‑таки добрался до химика‑виртуоза и выгнал его на пенсию – мол, старик «часто болеет».

Без любимой работы Белоусов сразу умер.

Открытая им химическая реакция, ныне знаменитая и носящая имя Белоусова – Жаботинского, оказалась поворотным пунктом в современном мировоззрении, основанном на понятиях самоорганизации, открытых систем, колебательных реакций и структурообразующих неустойчивостей.

Работа Белоусова в малоизвестном сборнике стала одной из самых цитируемых публикаций в мире. Это редчайший случай, когда единственная краткая публикация заслуживала Нобелевской премии. Но лишь спустя десять лет после кончины Бориса Павловича Белоусова ему посмертно была присуждена Государственная премия России.

Но Борис Белоусов получил гораздо большее, чем медаль и денежную награду, – он получил ни с чем не сравнимое наслаждение, открыв в мире химических реакций даже не страну, а целый огромный континент, полный тайн и новых дорог.

Что важнее – открыть Америку или получить за это награду?

Дзинтара сделала паузу, и дети переглянулись.

– Возможно, кто‑нибудь и задумается над ответом на этот вопрос, но только не Борис Белоусов, химик‑виртуоз и счастливый открыватель колебательной реакции поразительной красоты и важности.

 

Примечания для любопытных

 

Катализаторы – вещества, ускоряющие химическую реакцию. Сам катализатор не расходуется в ходе реакции. Прогресс в обществе тоже зависит от того, есть ли в нём люди‑катализаторы, в частности учёные.

Энзимы (ферменты) – белки или другие сложные органические молекулы, которые ускоряют химические реакции в живых организмах.

Борис Павлович Белоусов (1893–1970) – военный химик, в 1951 году открывший колебательную химическую реакцию, известную сейчас как реакция Белоусова – Жаботинского.

Владимир Николаевич Ипатьев (1867–1952) – химик, академик Российской академии наук и профессор университета в Чикаго (США).

Ганс Кребс (1900–1981) – биохимик, открывший цикл Кребса (1937) и получивший за это Нобелевскую премию (1953).

Алан Тьюринг (1912–1954) – английский математик, внёсший важный вклад в информатику и биологию.

Диффузия – процесс переноса молекул газа, жидкости или твёрдого тела из области с высокой концентрацией в область низкой концентрации. Например, молекулы маминых духов диффундируют во все углы комнаты.

Церий – серебристый металл из группы лантанидов, редкоземельных элементов. Из сплава церия с железом делают кремни для зажигалок.

Индикатор фенантролин‑железо – вещество, которое изменением цвета показывает колебания валентности церия в растворе. Церий трёхвалентен – индикатор синий; церий четырёхвалентен – индикатор красный.

Валентность – способность атомов химического элемента образовывать определенное число химических связей с атомами других элементов.

Илья Романович Пригожин (1917–2003) – физик и химик, основатель современной неравновесной термодинамики, лауреат Нобелевской премии (1977), виконт Бельгии.

Симон Эльевич Шноль (род. в 1930) – биофизик, профессор МГУ.

Анатолий Маркович Жаботинский (1938–2008) – биофизик. Детально исследовал химическую реакцию, открытую Белоусовым (ныне – реакция Белоусова – Жаботинского).