Уолтер Гратцер - Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях

Хендрик Казимир, известный голландский физик и в течение многих лет глава исследовательского отделения компании Philips в Эйндховене, в молодости успел поработать в нескольких знаменитых европейских научных центрах. Особую привязанность он испытывал к Нильсу Бору — как, впрочем, и все, кто с Бором сотрудничал. Позже он вспоминал, какими лукавством и чувством юмора обладал знаменитый физик:

Рядом с Институтом Бора находился водоем — я затрудняюсь назвать его прудом или озером — трехкилометровой длины и 150–200 метров шириной, называвшийся Сортедамсе. Однажды Бор взял меня с собой на прогулку вокруг озера и повел на один из мостов, которых там было несколько. “Смотрите, — произнес он, — я покажу вам любопытный пример явления резонанса”. Парапет моста был устроен так: каменные столбики, метр двадцать высотой и на расстоянии метра три друг от друга, скреплялись у вершины прочными железными стержнями (или, скорее, трубками), уходящими в глубь камня. На полпути между столбиками в мост было вмуровано железное кольцо, а от него в обе стороны расходились две массивные цепи, каждую из которых особый хомут у вершины столба прикреплял к железному стержню. Бор дернул за звено неподалеку от бруска и оставил его раскачиваться, и тут, к моему удивлению, звено на другом конце цепи закачалось тоже. “Замечательный пример резонанса”, — сказал Бор. Я стоял потрясенный, и тут Бор внезапно рассмеялся. Разумеется, ни о каком резонансе не могло быть и речи: силы связывания были ничтожны, и колебания легко гасились. Просто Бор, одновременно с раскачиванием цепи, успел провернуть стержень, который, хотя и уходил в глубь столбиков, не был там закреплен — поэтому колебаться стали звенья на обоих концах сразу. Я слегка скис оттого, что сразу не послушался доводов своего здравого смысла, но Бор меня утешил тем, что на этот же трюк попался и Гейзенберг, и тут же прочел целую лекцию про резонанс.

В Институте Бора мост прозвали Резонансным Мостом. Казимир использовал этот рассказ, чтобы подчеркнуть не только юмор Бора, но еще и его практическую сообразительность. “В молодости, — пишет Казимир, — он сам ставил эксперименты на тему поверхностного натяжения, и построил большую часть приборов своими руками, а его понимание порядков физических величин распространялось на все масштабы — от атомного ядра до рутинных инженерных задач”.

Из: Casimir H.RB., Haphazard Reality: Half a Century of Science (Harper and Row, London and New York, 1983,).

Порой самые неожиданные явления способны вдохновить мысль ученого. Удивительную историю рассказывает в своих воспоминаниях известный генетик Сальвадор Лурия (1912–1991). Покинув свою родную Италию из-за антисемитских законов Муссолини, он нашел прибежище в Университете Индианы, где занялся изучением генетики бактериофагов. Его исследования оказались весьма успешными, и Лурия вместе с небольшой группой других первопроходцев — среди которых были и его студент Джеймс Уотсон, и Макс Дельбрюк из Калифорнии — заложили основы молекулярной генетики в ее нынешнем виде.

Лурию занимала судьба бактерий, зараженных бактериофагом (это вирус, который атакует бактерию и размножается внутри нее до тех пор, пока его многочисленное потомство не разорвет клетку и не вырвется наружу искать новые жертвы); он заметил, что некоторые колонии бактерий в его чашках с агар-агаром, специальной питательной средой, способны пережить такую атаку. Эти бактерии наверняка мутировали, и вопрос состоял только в том, вызваны ли мутации действием бактериофагов или же они были внезапными и случайными, однако придали бактериям силу, позволившую устоять перед нападением вирусов, — резистивность.

Я бился над проблемой несколько месяцев — главным образом мысленно, но еще успел поставить множество экспериментов. Все было безрезультатно. В конце концов ответ явился в феврале 1943 года в невероятных обстоятельствах — на факультетской вечеринке в Университете Индианы, преподавателем которого я стал пару недель назад.

Когда музыка ненадолго утихла, я оказался у игрального автомата и стал наблюдать за коллегой, бросающим туда одну за одной десятицентовые монеты. Потеряв кучу времени, он внезапно что-то выиграл. Не будучи игроком, я стал убеждать его в неизбежности проигрыша, однако тут он сорвал джекпот — около трех долларов десятицентовиками, — презрительно взглянул на меня, развернулся и ушел. В эту минуту я задумался об истинной математике игральных автоматов; тут меня и осенило, что игральным автоматам и мутациям бактерий есть что позаимствовать друг у друга.

Идея, которая внезапно пришла Лурии в голову, заключалась в том, что джекпот невозможно предсказать — даже если знать, что в среднем он случается, скажем, раз в пятьдесят игр. По той же логике, если мутации, защищающие от фагов, случайность, то колонии резистентных бактерий будут возникать с непредсказуемой частотой. Потомки выживших, тоже резистентные, будут образовывать бурно растущие скопления колоний на пластинке с бактериальной культурой. Если же, наоборот, бактериофаги делают одних устойчивыми, а остальных убивают, то колонии будут разбросаны по пластинке случайным образом по законам статистики. Лурия заключает:

Мгновение, когда я осознал сходство между выигрышами в игральном автомате и скоплениями мутантов, было восхитительным. Я выбрался с вечеринки, как только представилась возможность (собственной машины у меня не было), а ранним утром следующего дня отправился к себе в лабораторию — комнату, которую я делил с двумя студентами и восемнадцатью кроликами. Свою идею я решил проверить опытным путем — с помощью набора одинаковых бактериальных культур, каждая из которых образовалась делением всего нескольких особей. Дождаться, пока культуры вырастут, в это воскресенье было особенно трудно. В Блумингтоне я почти никого не знал, так что просидел большую часть дня в библиотеке, не в состоянии сосредоточиться ни на одной книге. На следующий день, утром в понедельник, каждая культура насчитывала примерно по миллиарду бактерий. Теперь требовалось сосчитать фаг-резистентных бактерий в каждой. Культуры я смешал с фагами на отдельных пластинках. Мне снова предстояло прождать сутки — но сейчас я, по крайней мере, был загружен преподавательскими делами. Вторник был днем триумфа. В среднем я насчитал по десять резистентных колоний на культуру — кое-где был ноль, а кое-где, как я и надеялся, джекпот. Оставалось поставить контрольный опыт. Я взял множество отдельных культур и все смешал, а потом разбил смесь на маленькие порции и сосчитал резистентные колонии в каждой. Вышло как нельзя лучше: на этот раз общее число резистентных колоний было примерно тем же, но теперь числа для отдельных порций подчинялись случайному распределению — уже без джекпотов.