Силуэты

Н О Н — то есть на прямой линии. Однако водяная молекула подобным образом построена быть не может, ибо при такой структуре молекула, содержащая два положительных атома водорода и отрицательный атом кислорода, была бы электрически нейтральная, не обладала бы определенной направленностью, моментом. А вода обладает весьма сильным электрическим моментом, и этим, возможно, объясняются ее особенности. Такой электрический момент может образоваться, только если оба атома водорода примыкают с одной и той же стороны:

И мелькнула мысль, что именно такое «однобокое» расположение частиц водорода и способно объяснить чрезвычайно свободный способ межмолекулярного сцепления в воде (см. рисунок); отсюда становится, быть может, объяснимым и правильный порядок водяных молекул льда.

Структуру льда раскрыл за много лет до того мой старый учитель сэр Уильям Брегг. Он обнаружил, что каждую водяную молекулу льда окружают четыре других, образуя тетраэдр (треугольную пирамиду). Как именно размещены там атомы водорода, он не мог установить, да и никто тогда не мог. Сперва предполагали, что атомы водорода размещены посредине между атомами кислорода. Однако если мы предположим, что атомы водорода размещаются не между атомами кислорода, а внутри их, тогда каждая водяная молекула окажется совершенно естественно связанной с четырьмя другими молекулами: с двумя свяжут ее собственные атомы водорода, а с остальными двумя — водородные атомы соседних молекул. И тогда парадоксальный факт, что лед легче воды, получит объяснение. Если та или иная группа связана с четырьмя другими группами, то обычно возможен ряд различных способов расположения, поскольку структура по своей рыхлости напоминает скорее кружево, чем плотно упакованную дробь или горох. А нам известно уже кое-что о таких четверо частных кружевных структурах — известно по структуре кварца, которую раскрыл Гиббо в лаборатории, где я незадолго до этого работал.

Кварц — общераспространенная форма двуокиси кремния. В двуокиси кремния частица тоже соседствует с четырьмя другими — у каждого атома кремния четыре соседних с ним атома кислорода, и каждый кислородный атом связывает два атома кремния. Существует несколько возможных способов такого размещения, и один из них весьма отчетливо выражен в кварце; а кремниевая вулканическая порода тридимит демонстрирует нам другой способ размещения. Любопытно, что строение тридимита сходно со строением льда.

Кварц структурно плотней, тяжелей тридимита. И мне подумалось, что если вода сходна по структуре не с тридимитом, а скорее с кварцем, то понятно тогда, почему она тяжелей льда.

Я развил эту мысль и многие другие в течение тех часов, что мы прохаживались взад-вперед. Собственно, за всю нашу поездку это было единственное незанятое время — ходи, думай, говори, все равно делать больше нечего. А я склонен думать и говорить на ходу, и, как видно из последующего, иногда это дает неплохие результаты. В этот раз все бы разговором и кончилось, не будь моим собеседником Фаулер. Я уж не помню, до какого момента довел изложение, как вдруг, словно по волшебству, туман рассеялся, засветлел погожий октябрьский день и, хотя утро давным-давно миновало — беседовать мы начали в четвертом часу ночи, а сейчас было четыре часа дня, — но самолет вылетел.

Он доставил нас недалеко, в Кенигсберг. Но так или иначе, а отъезд наш состоялся и теория родилась. Фаулер сказал мне: «Непременно изложите на бумаге». (Мне это как-то не пришло самому в голову.) Письменное изложение оказалось делом очень скучным, но полезным. Занявшись им, я обнаружил, разумеется, что порядочный процент светлых мыслей, осенивших меня в это мглистое утро, нуждается в существенной переработке и консолидации, что рассуждения требуется одеть в математический наряд. Но прежняя основа не поколебалась, и в итоге через несколько месяцев наша с Фаулером работа о структуре воды вышла в свет. Как ни удивительно, вот уже третий десяток лет теория держится. И до сих пор я думаю, что вряд ли она возникла бы, если бы не стимул пребывания в СССР и не этот лишний проведенный там денек.

Вторая часть моего рассказа — о том, как, оттолкнувшись от исследования структуры простых веществ, я занялся структурой самых сложных — белков. Произошло это два года спустя.

Проблема структурного анализа белков и теперь еще не решена, мы начинаем лишь проникать в ее суть. А в те годы она была почти полностью загадкой. Значение белка было уже общепризнанно. Энгельс говорит о жизни как о способе существования белковых тел. И белки эти — вещества невероятной сложности, с десятками тысяч атомов в каждой молекуле — представляли неустранимую проблему не только для химиков, но и для кристаллографов.