Гемфри Дэви: поэт химии

Гемфри Дэви был для меня – как и для большинства мальчишек, моих ровесников в химической лаборатории – любимым героем; необычайно привлекательная фигура, свежая и живая, несмотря на сотню прошедших лет. Мы знали все о его экспериментах в юности – начиная с закиси азота (которую он открыл, описал и на которую немного подсел в подростковом возрасте) и заканчивая опытами со щелочными металлами, электрическими батареями, электрическими рыбами, взрывчаткой. Мы представляли его молодым человеком байроновского типа с широко расставленными мечтательными глазами.

Так случилось, что я думал о Гемфри Дэви, когда в 1992 году увидел рекламу биографической книги Дэвида Найта «Гемфри Дэви: наука и власть» – и немедленно заказал экземпляр. Я поддался ностальгии, вспоминая собственное детство: вспоминая себя, двенадцатилетнего, влюбленного – как, наверное, больше никогда в жизни – в натрий и калий, хлор и бром; влюбленного в волшебную лавку, где в полумраке приобретал химикаты для своей лаборатории; в тяжелый энциклопедический том Меллора (и в отрывки из рукописей Гмелина, которые был в состоянии разобрать); в лондонский Музей науки Южного Кенсингтона, где была представлена история химии; влюбленного в Королевское общество, интерьеры которого и даже запахи были такими же, как и когда там работал юный Гемфри Дэви; теперь можно было разглядывать и изучать его блокноты, рукописи, заметки и письма.

Как отмечает Найт, Дэви – замечательный объект для биографа, и за последние полтора века было написано множество его биографий. Однако сам Найт – химик по образованию, профессор истории и философии науки и бывший редактор «Британского журнала истории науки», создал труд не только серьезный и научный, но и полный человеческих откровений и сочувствия.

Дэви родился в 1778 году в Пензансе. Он был старшим из пяти детей в семье гравера, резчика по дереву. Ходил в местную школу и наслаждался тамошней свободой («Мне повезло, что я был по большей части предоставлен самому себе и не подчинялся какому-то особому плану учения», – писал Дэви). Школу он покинул в шестнадцать и стал учеником местного аптекаря-хирурга, однако мечтал о чем-то более серьезном. Больше всего его привлекала химия: он досконально изучил «Начальный учебник химии» (1789) Лавуазье – значительное достижение для восемнадцатилетнего юноши почти без образования. В его мозгу возникали фантастические видения: а вдруг он станет новым Лавуазье, а то и новым Ньютоном? Одна из его тетрадей той поры помечена «Ньютон и Дэви».

И все же у Дэви больше родства не с Ньютоном, а с другом и современником Ньютона, Робертом Бойлем. Ведь если Ньютон основал новую физику, Бойль основал столь же новую химию – и освободил ее от алхимического налета. Именно Бойль в книге «Химик-скептик» (1661) отбросил четыре метафизических элемента античности и определил «элемент» как простое, чистое, неделимое тело, состоящее из «корпускул» определенного типа. Именно Бойль видел главной задачей химии анализ (это он ввел слово «анализ» в контекст химии), разложение сложных веществ на составляющие элементы и изучение того, как они могут соединяться. Инициатива Бойля получила развитие в конце восемнадцатого и начале девятнадцатого веков, когда один за другим были выделены новые элементы.

Выделение этих элементов сопровождалось забавными недоразумениями. Шведский химик Карл Вильгельм Шееле получил в 1774 году из соляной кислоты тяжелый зеленоватый пар, но не смог установить, что это был самостоятельный элемент, и считал его «бесфлогистонной соляной кислотой». Джозеф Пристли, в том же году выделивший кислород, называл его «бесфлогистонный воздух». Это недопонимание родилось из полумистической теории, главенствовавшей в химии восемнадцатого века и во многом тормозившей ее развитие. «Флогистоном» («теплородом») называли нематериальную субстанцию, выделяемую горящими телами; материю жара.

Лавуазье, чей «Начальный учебник» был опубликован, когда Дэви исполнилось одиннадцать, опроверг теорию флогистона и показал, что воспламенение не сопровождается потерей таинственного «флогистона», а является результатом соединения горящего вещества с атмосферным кислородом (то есть окисления).

Работа Лавуазье стала стимулом для первого плодотворного эксперимента Дэви: в возрасте восемнадцати лет он растопил лед с помощью трения, показав, что тепло – это энергия, а не материальная субстанция вроде «калорика». «Было доказано, что теплорода, или “жидкости тепла”, не существует», – радовался Дэви. Он изложил результаты своего эксперимента в большом труде, озаглавленном «Эссе о тепле, свете и комбинациях света», где приводил критику Лавуазье и всей химии, начиная с Бойля, а также излагал видение новой химии, которую надеялся основать, – очищенной от всякой метафизики и фантомов прошлого.

Новости о молодом человеке, о его революционных соображениях по поводу материи и энергии достигли Томаса Беддо, в то время профессора химии в Оксфорде. Беддо пригласил Дэви в свою лабораторию в Бристоле; там Дэви выполнил свою первую крупную работу, выделив оксиды азота и изучив их физиологические эффекты^[1].

В Бристоле завязалась тесная дружба Дэви с Кольриджем и поэтами-романтиками. В то время Дэви и сам писал стихи; в его тетрадях химические эксперименты шли вперемешку со стихами и философскими размышлениями. Джозеф Коттл, публиковавший Кольриджа и Роберта Саути, чувствовал, что Дэви – поэт не меньше, чем натурфилософ, и что в обеих ипостасях он проявляет оригинальность восприятия: «Не окажись он блестящим философом, наверняка стал бы видным поэтом». В самом деле, в 1800-м сам Вордсворт просил Дэви просмотреть его «Лирические баллады», когда готовил их ко второй публикации.

В те времена литература и наука еще существовали нераздельно; еще не произошло «расхождения рассудка и чувства». Между Кольриджем и Дэви возникла тесная дружба, а также чувство почти мистического родства и раппорта^[2]. Аналогия с химическими превращениями, рождающими совершенно новые соединения, была центральной в мышлении Кольриджа, и одно время он планировал устроить с Дэви химическую лабораторию. Поэт и химик были соратниками, аналитиками и исследователями принципа связи разума и природы^[3].

Кольридж и Дэви были как братья-близнецы: Кольридж – химик языка и Дэви – поэт химии.

Во времена Дэви считалось, что химия должна заниматься не только собственно химическими реакциями; в ее ведении находились тепло, свет, магнетизм и электричество – многое из того, что впоследствии отделилось в «физику» (даже в конце девятнадцатого века супруги Кюри сначала рассматривали радиоактивность как «химическое» свойство некоторых элементов). И хотя статическое электричество известно с восемнадцатого века, получить непрерывный электрический ток было невозможно, пока Алессандро Вольта не изобрел бутерброд из двух различных металлических пластин, разделенных пропитанной электролитом картонкой; эта первая батарея давала постоянный электрический ток. Дэви написал, что работа Вольты, опубликованная в 1800 году, служила будильником для экспериментаторов Европы, а самому Дэви внезапно показала, в какой форме пройдет работа всей его жизни.

Он убедил Беддо построить большую электрическую батарею по принципу Вольты и в 1800-м начал экспериментировать. Почти сразу он заподозрил, что электричество возникает из-за химических процессов в металлических пластинах, и задумался, не справедливо ли обратное: возможно ли вызвать химические изменения с помощью электричества? Дэви внес полезные изменения в батарею и был первым, кто использовал громадную новую силу для создания нового источника света: дуговой лампы с угольным электродом.

Эти блестящие достижения привлекли внимание столичных умов, и в том же году Дэви пригласили в недавно созданное Лондонское королевское общество. Он всегда славился красноречием и живостью изложения; теперь ему предстояло стать самым известным и влиятельным лектором в Англии – громадные толпы собирались на улицах в дни его выступлений. В лекциях Дэви продвигался от мельчайших подробностей своих экспериментов – по ним можно проследить ход его работы, ход мысли выдающегося разума – к размышлениям о Вселенной и жизни.

Вступительная лекция Дэви покорила многих, в том числе и Мэри Шелли. Годы спустя в книге «Франкенштейн» она использовала в лекции профессора Вальдмана по химии некоторые высказывания Дэви (в частности, говоря о гальваническом электричестве, Дэви указывал: «Открыто новое влияние, которое позволяет получить от мертвой материи эффекты, которые прежде наблюдались только в органах животных»). Кольридж, величайший рассказчик своего времени, всегда посещал лекции Дэви не только ради знаний по химии, но и затем, чтобы пополнить запас метафор^[4].

В период расцвета Индустриальной революции возник небывалый аппетит на науку, особенно химию; казалось, возник новый властный (и почтительный) путь не только к пониманию мира, но и к его улучшению. Блестящим представителем этого двойного взгляда на науку явился Дэви.

В начале своей деятельности в Королевском обществе Дэви сосредоточился на конкретных частных проблемах: процессе дубления и выделении танина (именно Дэви обнаружил танин в чае) – и на целом ряде сельскохозяйственных проблем – он первый показал животворную роль азота и важность аммиака в удобрениях (его «Элементы агрохимии» были опубликованы в 1813 году).

Однако к 1806 году, признанный самым блестящим лектором и практическим химиком в Англии – ВСЕГО в 27 лет, – Дэви почувствовал необходимость отказаться от исследовательских работ в Королевском обществе и вернуться к фундаментальным проблемам бристольского периода. Его давно интересовало: может ли электрический ток дать новый способ выделения химических элементов; он начал эксперименты с электролизом, с помощью электрического тока разделяя воду на водород и кислород и демонстрируя, что они соединяются в определенной пропорции.

В следующем году он провел знаменитые эксперименты по выделению металлического калия и натрия с помощью электрического тока. При включении тока, как писал Дэви, «у отрицательного провода возник очень яркий свет, и столб пламени… появился в точке контакта». Образовывались сияющие металлические шарики, неотличимые по виду от ртути, – шарики двух новых элементов, калия и натрия. «Шарики часто вспыхивали в момент появления, – писал Дэви, – а иногда взрывались и делились на шарики поменьше, которые носились по воздуху, горя и напоминая яркие ракеты». Тогда Дэви, как записал его кузен Эдмунд, плясал от восторга по лаборатории^[5].

В детстве мне доставляло особую радость повторять эксперименты Дэви по производству натрия и калия – наблюдать, как блестящие шарики вспыхивают на воздухе, горят ярким желтым – или бледно-фиолетовым – пламенем; получать металлический рубидий (который горит восхитительным рубиновым пламенем) – этот элемент был неизвестен Дэви, но наверняка понравился бы ему. Я так погружался в оригинальные эксперименты Дэви, что представлял себе, как сам открываю эти элементы.

Затем Дэви обратился к редкоземельным металлам и за несколько недель выделил их металлические элементы: кальций, магний, стронций и барий. Это очень активные металлы, особенно стронций и барий, способные гореть, подобно щелочным металлам, ярко окрашенным пламенем. В следующем году Дэви выделил еще один элемент – бор.

Элементарные натрий и калий не встречаются в природе: слишком активные, они немедленно образуют соединения с другими элементами и существуют только в солях – например, хлорид натрия (обыкновенная поваренная соль) – в соединениях, химически инертных и электрически нейтральных. Но если пропустить через них мощный электрический ток, нейтральная соль распадется: электрически заряженные частицы (положительный натрий и отрицательный хлор) устремятся к разным электродам (позже Фарадей назвал эти частицы «ионами»).

Для Дэви электролиз был не только «новым путем открытия», который требовал все более мощных батарей. Электролиз также показал, что материя не инертна, как считали Ньютон и остальные, а состоит из заряженных частиц, удерживаемых вместе электрическими силами.

Химическое сродство и электрическая сила, понял Дэви, определяют друг друга; с точки зрения строения материи – они суть одно и то же. Бойль и его последователи, включая Лавуазье, не имели точного представления о глубинной природе химических связей, полагая их гравитационными. Дэви теперь представил новую универсальную силу, электрическую по природе, удерживающую молекулы материи. Более того, он, хотя и смутно, представлял, что весь космос пронизан электрическими силами, как и гравитацией.

В 1810 году Дэви заново исследовал тяжелый зеленый газ Шееле, который и сам Шееле, и Лавуазье считали химическим соединением, – и смог показать, что это элемент. За цвет Дэви назвал его хлором (от греческого слова chloros – зелено-желтый). Он понял, что обнаружил не просто новый элемент, а целую группу элементов, которые, подобно щелочным металлам, слишком активны и не встречаются в природе. Дэви считал, что должны существовать более тяжелые и более легкие аналоги хлора, входящие в эту же группу.

Годы с 1806 по 1810-й оказались самыми продуктивными в жизни Дэви – как в практических открытиях, так и в полученных на их основе теоретических выкладках. Он открыл восемь новых элементов, окончательно похоронив теорию флогистона и представления Лавуазье о том, что атомы – всего лишь метафизические сущности. Ему удалось показать электрическую природу химических реакций. За эти пять интенсивных лет он преобразовал химию.

Дэви не только снискал высшую оценку своих коллег, завоевав множество научных наград; его также привечала образованная публика – за популяризацию науки. Он любил проводить эксперименты публично; его знаменитые лекции-демонстрации были увлекательными, яркими, драматичными и порой буквально взрывными. Дэви поднялся на гребне новой научно-технической волны, которая сулила – или угрожала – преобразовать мир. Какой монетой могла страна отплатить такому человеку? Только одной, хотя и беспрецедентной: 8 апреля 1812 года принц-регент посвятил Дэви в рыцари – такой чести ученый добился впервые после Ньютона, ставшего рыцарем в 1705 году^[6].

«Дэви проводил свои исследования в романтическом беспорядке, – сообщает нам Найт. – За инкубационным периодом следовала вспышка бурной деятельности». Он работал один, помогал ему только лаборант. Первым лаборантом был младший кузен, Эдмунд Дэви; вторым – Майкл Фарадей, отношения с которым строились неровно: сначала они были безоблачными, потом начались сложности. Фарадей был для Гемфри Дэви почти как сын, «сын в науке» – так французский химик Бертолет называл собственного «сына» – Гей-Люссака. Фарадей, которому в то время было двадцать с небольшим, восторженно слушал лекции Дэви и почтительно подарил учителю аккуратно записанные лекции с комментариями.