Как научить лошадь летать? Тайная история творчества, изобретений и открытий

Многие пытались понять устройство снежинки, в том числе и Роберт Гук, адресат ньютоновского письма о плечах гигантов. На протяжении трех веков ученые чертили и описывали модели снежинки, распределяя их по категориям, но так никто и не смог их объяснить. Никто не понимал, что это такое, потому что никто не мог разобраться, что такое кристалл, — просто никто не знал физику твердого тела.

Тайны кристаллов невидимы человеческому глазу. Чтобы их увидеть, Франклин потребовался инструмент из эпохи Кеплера: рентген.

Если интерес Кеплера к снежинкам имеет очевидную связь с кристал­лами, то рентген возник не таким явным способом: все началось с усовершенствования технологии воздушного насоса, благо­даря которому ученые смогли создать вакуум. Англо-ирландский физик Роберт Бойль пытался с помощью вакуума понять электричество. Другие ученые продолжили исследования Бойля, и спустя две сотни лет немецкий стеклодув Генрих Гейслер создал так называемую трубку Гейслера, которая представляла собой бутылку, частично с вакуумом: когда ей по капилляру с электродами сообщался разряд, она начинала светиться. Изобретение Гейслера было не­обычным и при его жизни воспринималось как «забавная научная игрушка»258, но спустя несколько десятилетий стало осно­вой для неонового освещения, ламп накаливания, а вакуумная трубка оказалась важным компонентом ранних радиоприемников, телевизоров и компьютеров.

В 1869 году английский физик Уильям Крукс воспользовался идеей Гейслера и создал свою трубку, которая была более совершенной. С ее помощью были открыты катодные лучи, позже переименованные в электронные.

В 1895 году немецкий физик Вильгельм Рентген заметил странное мерцание, возникшее в темноте при работе с трубкой Крукса. Он ел и спал в лаборатории на протяжении шести недель, исследуя необычное явление, но однажды попросил жену поместить руку на фотопластинку и направил на нее трубку Крукса. Когда он показал результат — изображение ее костей, первый снимок живого скелета, та произнесла: «Я увидела свою смерть»259. Рентген назвал свое открытие символом, которым обозначается нечто неизвестное: «Х-лучи».

Но чем же были эти неизвестные лучи? Частицами, как электроны, или волнами, как свет260?

Немецкий физик Макс фон Лауэ нашел ответ на этот вопрос в 1912 году. Лауэ поместил кристаллы между Х-лучами и фотопластинками и обнаружил, что рентгеновское излучение оставило после себя интерференционный узор. Из этого физик сделал вывод, что Х-лучи — это волны.

Молодой английский физик Уильям Брэгг услышал о работе Лауэ и через несколько месяцев смог продемонстрировать, что интерференционные узоры также отражают структуру кристалла. В результате Брэгг, которому в 1915 году исполнилось всего 25 лет261, был удостоен Нобелевской премии в области физики за свое открытие, став самым молодым лауреатом в истории. Его отец, также физик по имени Уильям, тоже был удостоен премии, но это был исключительно эффект Матфея. Брэгг-старший не сыграл почти никакой роли в достижении сына.

Работа Брэгга преобразила подход к изучению кристаллов. До него кристаллография была одним из направлений минералогии — частью науки о горных породах и их добыче, и в основном эта работа состояла в сборе и каталогизации образцов. После открытия Брэгга эта сфера стала называться рентгеновской кристаллографией — неизведанной областью физики, населенной учеными, которые стремились узнать тайны твердой материи.

Внезапные изменения породили значимые и неожиданные последствия: женщины-ученые получили возможность продвинуться по карьерной лестнице. В конце XIX века университеты начали принимать женщин на научные специальности, пусть и нехотя. Кристаллография, относительно непопулярная область знаний, была той научной областью, в которой женщины могли состояться по завершении учебы. Одна из них, американский геолог Флоренс Бэском, преподавала геологию в Колледже Брин-Мор в Пенсильвании, пока Брэгг получал свою Нобелевскую премию. Бэском стала первой женщиной со степенью PhD[40], полученной в Университете Джонса Хопкинса, где ей приходилось слушать лекции, сидя за специальной ширмой, чтобы «не отвлекать мужчин». Она также стала первой женщиной-геологом, принятой в члены Геологического общества Америки, а также освоила науку о кристаллах задолго до того, как ими заинтересовались физики.

Когда исследование кристаллов перешло от изучения их поверхности, что было задачей минералогии и химии, к внутреннему устройству, чем занималась физика твердого тела, Бэском последовала за тенденцией, поманив за собой студентов-женщин.