Силуэты

К примеру, естественно бы ожидать, что когда жидкость переходит в твердое состояние, то ее частицы располагаются тесней и вещество делается тяжелее, плотнее; многие жидкости так себя и ведут — скажем, большинство металлов при затвердевании. Но с водой происходит как раз обратное. Охлаждаясь, вода плотнеет, но точка наибольшей плотности находится в районе 4 °C, а ниже этой температуры вода становится несколько легче. Замерзая же, она делается еще — и намного — легче и образует лед, плавающий на поверхности воды. Понятно, что вся география, да и биология тоже, перевернулась бы вверх тормашками, если бы вода не обладала этим аномальным свойством, — если бы все реки и пруды замерзали не сверху, а со дна.

Мы так свыклись с этим свойством, что оно вроде бы само собою разумеется. А тем не менее объяснения ему не было. Да и другое свойство воды взять, еще даже обыденней: почему вода вокруг нас — жидкость, а не газ? Молекулы ее очень невелики — атом кислорода и два атома водорода. У сероводорода, Н₂S, молекула гораздо тяжелей, однако сероводород — газ; между водяными же молекулами, легчайшими из малых молекул, силы сцепления почему-то достаточны, чтобы при обычных температурах вода была жидкостью. Химики обходили это затруднение с помощью довода, что вода — жидкость не обычная, а ассоциированная. Молекулы ее ассоциируются, объединяются в большие, дигидрольные молекулы и т. п. Для меня как физика все это звучало весьма туманно и неудовлетворительно, и я чувствовал, что для понимания роли воды в живом веществе необходимо существенно уточнить ее структуру.

Я все еще думал над этим вопросом, когда поехал в 1932 году с группой английских физиков и химиков в Советский Союз, чтобы принять там участие в научных дискуссиях. Часть времени мы провели в Москве, часть в Ленинграде. До этого я приезжал уже однажды в Советский Союз, но впервые вошел теперь в тесный контакт с советскими учеными; должен сказать, что для всех нас этот контакт послужил большим творческим стимулом. Особенно сильное впечатление произвела на меня работа профессора Френкеля, чья смерть в 1952 году была такой утратой для физики. Мы с ним обсудили многие из проблем твердого и жидкого состояний, которые его особенно занимали. Но понятно, пребывание в Советском Союзе было так заполнено встречами, посещениями, осмотрами, что у нас просто не было возможности и времени для разработки фундаментальных теорий. И все же такая возможность в конце концов представилась, причем именно в Советском Союзе.

Наш визит близился к концу; мы уже все увидели, истратили все деньги, оформили все документы, чтобы выехать в самый последний момент, исчерпав полностью возможности визита, — и вернуться в начале октября к преподаванию в Кембридже.

Прибыли мы из Англии морем, в Ленинград, а возвращались воздушным путем, из Москвы. В московском аэропорту, лишь недавно тогда открывшемся, расписание полетов отличалось суровостью. От нас потребовалась явка в аэропорт к четырем часам утра. Так что возникла проблема — как бы не проспать. Возможно, русский человек решил бы ее очень просто, не стал бы вообще ложиться. Я, однако, ухитрился раздобыть будильник — единственный, кажется, во всем Институте физики — и, благополучно им разбуженный, вовремя прибыл в аэропорт, но обнаружил там, что улететь нет никакой возможности. Все было окутано густым осенним туманом, и неизвестно было, когда он разойдется.

Оставалось одно — ждать. А для ожидания в те времена не было предусмотрено никаких удобств. Негде было поесть, негде посидеть, оставалось лишь ходить взад-вперед в тумане и надеяться, что он рассеется. А если не рассеется, то нас ожидали немалые заботы: смена маршрута, переоформление выездных документов, добывание еще какого-то количества денег — и сотня других затруднений, неминуемо связанных с переменой планов. Но как бы ни было, надо было чем-то занять время ожидания, и, прохаживаясь у аэродрома, мы с профессором Р. Х. Фаулером, ныне покойным, повели разговор о том, о сем и в конце концов свернули на научную тему. Больше всего прочего нас занимал туман, и естественно, что о нем и пошла речь. Туман состоит из воды, из водяных капелек размером в какую-нибудь тысячную долю миллиметра, и странно прежде всего то, что, образовавшись, эти капельки затем уж не крупнеют, иначе бы туман, разумеется, превратился в дождь; однако туман обычно в дождь не обращается, упрямо продолжает быть туманом, и капельки его оседают медленно — до неприметности медленно.

Итак, речь у нас шла о воде, и профессор Фаулер, большой знаток термодинамики, но не очень сведущий в структурной теории, попросил меня объяснить структуру воды, как я эту проблему понимаю. И тут-то я задумался над нею заново — в свете наших московских дискуссий. Меня вдруг осенило, что, быть может, ключ ко всей природе воды — в структуре самой молекулы. Хотя обычно мы обозначаем молекулу воды как Н₂О, не уточняя, как размещены в ней атомы водорода, но проще всего, конечно, расположить их на бумаге так: