Лука Турин - Секрет аромата. От молекулы до духов. Как запах становится произведением искусства

Так у меня появилась возможность проверить, как я это называю, «правило абзаца». Почти в каждой научной книжке есть место, обычно как раз длиной в один абзац, где манера автора точно совпадает с манерой понимания читающим, и именно этот абзац воспринимается правильно и запоминается надолго [79] Некоторые книги, как «Искусство электроники» Горовица и Хилла, или «Физическая химия» Эткинса, кажется, целиком состоят из таких абзацев, и можно заниматься серфингом на цунами их объяснительной способности от начала и до конца. . Сложность заключается в том, что надо прочитать сотни книг, чтобы отдельные абзацы постепенно сложились в картину, охватывающую все области интересов — как флаеры, разбросанные по футбольному полю. Именно этим на протяжении десяти лет я и занимался, осваивая физику твердого тела на студенческом уровне.

Из этого интеллектуального коллажа я извлек долгосрочную пользу рудиментарного понимания поведения электронов в металлах и полупроводниках, что и попробовал применить для решения проблемы максимума. Я чувствовал, что она каким-то образом должна иметь отношение к электронам в металлах. Как мы видели раньше, электроны в металлах располагаются на своих энергетических уровнях как жидкость в сосуде, заполняя каждый из них определенной энергией. Но при любой температуре выше абсолютного нуля начинают возникать осложнения: у этой жидкости есть, так сказать, шапка пены, в которой электроны под влиянием теплового возбуждения перепрыгивают с одного уровня на другой. Чем теплее металл, тем выше шапка этой электронной пены. Пена размывает границу между пустыми и заполненными уровнями в металле, и это объясняет, почему Яклевич и Ламбе занимались туннельной спектроскопией в жидком гелии.

Я решил, что неплохо опубликовать результаты, а поскольку большая часть того, что я узнал про физику, пришла из России, я направил статью в московский журнал «Электрохимия», где ее приняли в качестве краткой заметки.

И однажды вечером в 1989 г. меня осенило: электроны прыгают в этой шапке вверх-вниз потому, что уносят с собой квант тепла от металла. Предположим, один такой электрон прыгает в раствор сразу же после того, как набрал тепло. Он уносит с собой квант тепловой энергии металла, поэтому ртуть остывает. И наоборот: если такой прыжок совершит электрон в глубине металла, он не унесет с собой ни кванта тепла, а потому его переход в раствор не понизит температуру металла. Помнится, я встал в три часа ночи, чтобы записать эту мысль. Это объясняет все характеристики полярографического максимума: если увеличивать напряжение в отрицательном направлении, первыми в кислород будут прыгать горячие электроны, а это является причиной разницы температур в ртутной капле, что, в свою очередь, вызывает изменения в поверхностном натяжении [80] Благодаря эффекту Марангони, названному в честь Карло Джузеппе Маттео Марангони (1840–1925), преподававшем физику в Лицее имени Данте во Флоренции. , а они и вызывают вращение. При увеличении отрицательного напряжения вы проходите сквозь электронную пену в жидкое вещество, и охлаждающий эффект, вращение и ток прекращаются. Пользуясь авторитетом Пастеровского института, в котором мне полагалось заниматься совсем иной тематикой, я обратился в фирму Roucaire Instruments, французского поставщика полярографов, с просьбой одолжить мне прибор, чтобы проверить свою гипотезу. Пару недель я потратил на эксперименты, которые заключались в том, что я обматывал несколькими витками реостатного провода стеклянную трубку у того места, откуда выпадали капли, и постепенно нагревал ее: максимум исчез.

Я решил, что неплохо опубликовать результаты, а поскольку большая часть того, что я узнал про физику, пришла из России, я направил статью в московский журнал «Электрохимия», где ее приняли в качестве краткой заметки. Статью я написал, разумеется, по-английски, и ее перевели на русский язык. Обратился я в русский журнал еще и потому, что знал, что у них выходит англоязычная версия, и мне было любопытно, как два последовательных перевода (русскими учеными, работавшими за копейки) повлияют на мою статью. Они значительно ее улучшили.

Во время этого изучения максимума я обратил внимание — как каждый, занимавшийся этим же, заметил бы рано или поздно — что при добавлении в раствор белка капли ртути не сливаются в одну большую массу, а остаются на дне мензурки как металлическая икра. Вскоре после этого я наткнулся на примечательную и малоизвестную статью японского электрохимика по фамилии Шинагава, в которой говорилось, что, когда капельки ртути обволакиваются белком, электроны, устремляясь в раствор, проникают через эти белки. Шинагава описал переход электронов через белки как «полупроводимость» — буквально электризующее слово для таких биофизиков, как я. Я знал, что такие великие умы, как Альберт Сент-Дьёрди, лауреат Нобелевской премии, первооткрыватель витамина С и типичный индивидуалист, всю жизнь искал экспериментальное подтверждение полупроводимости белков и так и не нашел.

Решение пришло ко мне сразу: поскольку капли ртути а) покрыты слоем белков и б) отказываются сливаться, почему бы не создать контакт между двумя каплями в колбе, присоединить к ним провода и посмотреть, пойдет ли ток? Первые опыты оказались разочаровывающими. При напряжении около нуля небольшой ток появлялся, но при изменении его в ту или другую сторону проводимость не возникала. Шинагава предлагал растворить в ртути небольшое количество другого металла, чтобы облегчить течение тока. Я растворил один процент цинка в одной из двух капель и — presto! — система стала вести себя как электронный компонент, известный как диод Шоттки. Устройство было быстро запатентовано [81] US Patent 5, 258, 627. институтом, в котором я в то время работал. Почти наверняка оно не имеет особого практического применения, но, подобно собаке д-ра Джонсона, удивительно, что оно вообще действует. Эксперимент убедил меня, что, если белки действительно являются полупроводниками, то в таком случае эволюция могла использовать это их свойство в нашем носу. В то время все восхищались «электронными носами», которые определяли одоранты с помощью тонких полосок полупроводников. Я понял то же, что и любой биолог: если мы смогли создать это, значит, эволюция уже создала это миллиард лет назад.

Для того чтобы решить проблему «структура — запах», которая, как мы уже поняли, является биологической, нужно, как минимум, иметь представление о трех вещах: (1) о биологии, (2) о структуре и (3) о запахе. Каждое по отдельности освоить не сложно [82] Мой друг Уолтер Стюарт говорит, что, помимо математики, единственной трудной вещью является квантовая теория поля. . Чтобы получить степень по биологии, нужно три года, знакомство со всеми материалами, имеющими отношение к проблеме «структура-запах», потребует несколько месяцев, а разнюхать все, что вам нужно разнюхать в парфюмерной лаборатории, вообще вопрос нескольких дней. Проблема в том, что мало кто проходит пункты 1 и 2, а из них очень мало получают шанс пройти и пункт 3. Мне удалось пройти 3-й пункт во многом случайно. В те годы, а отчасти и сейчас, мысль о том, что парфюмерия является серьезным видом искусства, считалась эксцентричной, а для мужчин была очевидным признаком некоей женоподобности.