...И где-то на дне его мы все живём — как пишут, что-то подобное сказал или написал в далёком XVII веке итальянский физик и математик Эванджелиста Торричелли. Его исследования различных явлений, связанных с давлением, среди прочего «подарили» миру миллиметры ртутного столба, которые в количестве чуть большем семи с половиной сотен дают нам сегодня целую атмосферу и хорошее самочувствие. А ещё он, во многом вопреки логике и здравому смыслу того времени, придал воздуху вес — ведь если что-то воздушное и невесомое всё-таки оказывает давление, то, значит, оно не такое уж и невесомое! Не меньшую уверенность в правильности собственных выкладок проявил пару столетий позже другой хорошо всем знакомый учёный. И, несмотря на то, что его имя теперь навсегда связано с открытием периодичности свойств химических элементов, среди интересов Дмитрия Ивановича Менделеева нашлось место и «воздушным» исследованиям.
Здесь, наверное, можно было бы начать рассказывать о работах Менделеева по изучению свойств газов, об уравнении Менделеева — Клапейрона, об изготовлении учёным дифференциального барометра, о проектах аэростатов и, конечно же, о его полёте на воздушном шаре. Но только это всё уже было, как говорится, придумано до нас. О том самом полёте написал по горячим следам Владимир Гиляровский (а знаменитую зарисовку отлёта сделал друг учёного Илья Репин). Да и сам Менделеев в мельчайших подробностях и хорошим литературным языком описал свой опыт в отчёте «Воздушный полёт из Клина во время затмения», где помимо досконального разбора причин, почему всё пошло не по плану, описаны основы пилотирования воздушного шара и даже личные переживания, которые испытал Менделеев, глядя на облака сверху вниз. Дмитрий Иванович, без всякого сомнения, был чрезвычайно деятельным учёным, изучавшим самые разные дисциплины, оставивший после себя немало трудов и сделавший научные открытия мирового уровня.
Подобные слова и фразы уже многократно сказаны и пересказаны в каждой первой книге или статье, посвящённой Менделееву. К тому же и наука с тех пор шагнула далеко вперёд. Попади обычный школьный учебник химии наших дней в руки учёного начала ХХ века, он бы смог наверняка получить Нобелевскую премию, возможно, даже не одну. Да и современные химики при всём уважении к первооткрывателю Периодического закона не начинают день с созерцания таблицы элементов, а проектировщики установок для газоперерабатывающих заводов не делают расчёты по формуле состояния идеального газа. Наши знания об окружающем мире усложнились многократно, и знать «всё обо всём» уже невозможно просто из-за физиологических ограничений. Недаром Менделеева называют одним из последних энциклопедистов эпохи. Конечно, законы природы, известные нам теперь по именам их великих первооткрывателей, никто не убирал из основы научной картины современного мира. Но сейчас науку двигает вперёд труд миллионов людей, в одиночку с этим не справится ни один даже самый гениальный гений. Весьма очевидная мысль, но она поможет нам провести мостик между нами сегодня и… Менделеевым тогда.
Возьмём для начала в руки его работу под названием «Об упругости газов», вышедшую в свет в 1875 году. Этот многостраничный отчёт начинается с благодарственных слов Петру Аркадьевичу Кочубею, председателю Императорского русского технического общества. Вполне логичный ход, ведь именно благодаря содействию Кочубея проект Менделеева по изучению «незаконных» свойств газов, которым он занимался не один год, смог выйти за рамки «кабинетных занятий», как об этом писал сам Дмитрий Иванович. Фундаментальная наука уже тогда была весьма дорогим занятием и за редким исключением не делалась «на коленке». И в одиночку тоже. Как минимум пятнадцать человек работали вместе с Менделеевым над проектом — о них он написал в том же вступлении, особо отметив работу нескольких сотрудников. Если посмотреть на этот отчёт современным взглядом, то за исключением ряда речевых оборотов, вроде «милостивый государь», сейчас он мог бы вполне сойти за хороший отчёт по гранту — и по структуре, и по содержанию.
Со многими другими проектами Менделеева всё складывалось примерно таким же образом: он не отправлялся в одиночку в экспедиции, не обрабатывал один за закрытой дверью полученные данные, не держал в руках каждую колбу с раствором в лаборатории и не закладывал своё имение в Боблово, чтобы заказать из-за границы какой-нибудь новый прибор. Он работал вместе с помощниками, многие из которых построили успешные научные карьеры и сделали свои открытия, искал спонсоров и заказчиков. Например, в работе над газами Менделееву среди прочих помогал Николай Николаевич Каяндер, тогда ещё студент физико-математического факультета Санкт-Петербургского университета. Несколькими годами позже Каяндер выдвинул гипотезу, что растворённые вещества распадаются на части, по сути, сформулировав основной тезис теории электролитической диссоциации, за которую шведский химик Сванте Аррениус получит спустя два десятилетия Нобелевскую премию. Многие коллеги Менделеева остались в тени его славы, и мы сейчас не вспомним их имён, если только не обратимся к историческим документам. А спустя сто с лишним лет имена даже крупных учёных почти перестали быть у нас на слуху какое-то продолжительное время. В новостях мы читаем, что «учёные из такой-то страны что-то открыли, исследовали или обнаружили», но назовём ли мы, не подглядывая в экран телефона, имена нобелевских лауреатов хотя бы прошлого года? Океан информации оказался не таким спокойным и безмятежным, а его волны захлёстывают не меньше, чем давление когда-то «невесомого» воздуха.
Но в океане можно не только тонуть, можно в нём и плавать. По крайней мере, в воздушном. Эра воздухоплавания началась в конце XVIII века, и наполненные горячим воздухом монгольфьеры или лёгкими газами шарльеры упорно взмывали ввысь весь следующий век. Среди воздухоплавателей начались «соревнования», кто поднимется выше всех, которые нередко заканчивались трагически. Но вслед за отважными покорителями поднимались в небо и люди науки. Английский аэронавт и метеоролог Джеймс Глешер в 1862 году вместе с напарником Хенри Коксуэллом достиг на воздушном шаре высоты примерно 9 километров над уровнем моря. Полёт чуть не обернулся катастрофой, но в итоге исследователями были получены уникальные данные о параметрах воздуха: влажности, давлении и температуре на недосягаемой раньше высоте. Метеорология как наука о строении и свойствах земной атмосферы только зарождалась, и подобные данные были для неё жизненно необходимы. Не обошла атмосфера и научные изыскания Дмитрия Ивановича. Как он сам писал, его интересу к строению атмосферы способствовали работы по изучению упругости разреженных газов, которые должны были быть в верхних слоях атмосферы. Но какая у них должна была быть температура? Где должна закончиться атмосфера и начаться «пустота», из чего она должна состоять? Сегодня мы знаем строение атмосферы, из каких слоёв она состоит и как меняется температура с ростом высоты (отнюдь не очевидным образом). Но в XIX веке это было предметом различных гипотез, увлекавших не только теоретиков, но и более практичных исследователей, стремившихся научиться прогнозировать погоду. Поэтому когда 7 августа 1887 года в средней полосе России ожидалось полное солнечное затмение, Менделеев не упустил случая попытаться «убить двух зайцев»: и понаблюдать за солнечной короной, и проверить свои выкладки о зависимости температуры и давления на разных высотах. Да и, как он сам потом признался на страницах отчёта, подняться выше Глешера ему тоже хотелось. К счастью, у Менделеева это не получилось, потому что подъём на такую высоту с большой вероятностью окончился бы для него печально.
Из-за того, что предоставленный военным министерством шар был некачественно заправлен водородом (вместо чистого водорода в него попадала смесь водорода и воздуха, снижавшая подъёмную силу шара), Менделеев смог подняться лишь на 3000 метров и то только один, хотя изначально планировался полёт трёх человек и достижение бoльших высот. Не случилось ему толком понаблюдать и за затмением — подъём затянулся, подняться выше границы облаков к моменту начала фазы полного затмения не удалось, да и шар вращался, а проводить наблюдения и одновременно управлять аэростатом оказалось затруднительно. Тем не менее, с точки зрения «пиара», полёт удался на все сто — о нём стало известно всем, даже крестьяне деревни Спас-Угол, где Менделеев приземлил аэростат, были в курсе и солнечного затмения, и его полёта. Что уж говорить, и сейчас полёт на воздушном шаре упоминается, пожалуй, лишь чуть реже Периодического закона. Для популяризации науки все средства бывают хороши, хотя порой они могут быть далеко не безопасными…
И раз уж мы вскользь коснулись темы метеорологии, то сложно обойти такую её часть, как прогнозирование погоды. Чтобы ваш смартфон утром ненавязчиво сообщил вам, что за окном «–5, ощущается как –10» или «дождь через 30 минут закончится», где-то круглые сутки должен трудиться мощнейший суперкомпьютер, а с околоземной орбиты с группы спутников должны постоянно передаваться данные о состоянии атмосферы по всему миру. Прогноз уже давно не делается на основе стрелки барометра, колеблющейся между «буря» и «ясно», и даже на показаниях стационарных метеостанций. Нет, можно, конечно, и так, но чтобы получить точный прогноз на несколько дней, на неделю и даже больше, нужны спутниковые данные и необходимо много считать. Притом мало задать компьютерной модели погоду «сейчас, вчера и позавчера», нужно просчитать различные варианты, где исходные данные немного другие — учесть своего рода «эффект бабочки», когда незначительные изменения начальных данных приводят к большим отклонениям в результатах расчётов. Точность прогнозов погоды равномерно, но медленно росла последние пару десятков лет, борьба между самыми передовыми моделями шла буквально за доли процента точности. Пока в 2023 году Google Deepmind не представила нейросетевую модель GraphCast, которая, обучившись на архивных метеосводках, в точности прогнозов некоторых атмосферных параметров опередила существующие модели почти на 10%. Проще говоря, нейросеть смогла «увидеть» более длинные причинно-следственные цепочки в атмосферных процессах и благодаря этому дальше «заглянуть» в будущее.
Вряд ли имеют какой-то смысл рассуждения, а что бы делал Менделеев, окажись в его руках современная искусственная нейросеть. Хотя не исключено, что Менделеев и завёл бы себе небольшой вычислительный центр в Боблово под свои научные задачи, а с Архипом Куинджи они бы не только играли в шахматы и обсуждали искусство, но и развлекались написанием промтов для генерации картин. Интереснее было бы провести другую параллель. В конце XIX — начале XX века мир стоял на пороге научных открытий, открывших человечеству совершенно новые знания о мире и его устройстве: от атомного ядра до структуры галактик во Вселенной. Новая физика и химия как бы витали в воздухе, порой ведя учёных по ложному следу (как было в случае с поиском мирового эфира, который так увлёк и Менделеева), но, как и ветер, они подталкивали исследователей к своему изучению.
Если мы посмотрим на жизнь и труды Менделеева, оставив за скобками сугубо исторический и биографический интерес (и советы по пилотированию аэростата), то что актуального и полезного мы можем из них извлечь? Как можно было бы ответить на вопрос: зачем нам сейчас Менделеев? Неужели только, чтобы назвать что-нибудь в его честь и отметить очередной юбилей?
Весь год, задаваясь этим вопросом, редакция «Науки и жизни» расспрашивала исследователей из разных областей наук, есть ли в их работе что-то, связанное с наследием Дмитрия Ивановича. Большинство людей науки так или иначе отметили Периодический закон — он объединяет и физиков, и химиков, и астрономов и даже определяет структуру кафедр, по крайней мере, в одном химическом институте. Физики-ядерщики благодарны Менделееву за пустые клеточки в его таблице, в которые можно поместить новые синтезированные элементы, а лесоведы — за основы учёта роста деревьев, который не сильно поменялся за полтора столетия. Да и для метрологов вклад Менделеева бесценен — он фактически заложил основы отечественной метрологической (не метеорологической) службы. Но, несмотря на то, что многие помещали Менделеева в основном «в прошлое», мы, как нам кажется, нащупали одну ниточку, которая, возможно, тянется от него к будущему.
Современные научные исследования всё более и более междисциплинарные. Нового в этом, конечно, ничего нет, это было ясно и раньше. С одной стороны, решать научные задачи, каждый раз собирая группу из специалистов из разных областей, можно, и это стандартная, рабочая практика, но её «стоимость» постоянно растёт, да и не всегда удаётся собрать нужную команду исследователей. А подготовить уникального специалиста под какое-то одно направление на стыке нескольких наук в большинстве случаев за гранью и разумного, и возможного. С другой стороны — есть Менделеев как пример выдающегося «междисциплинарного» и чрезвычайно плодовитого учёного, хотя даже он подошёл к пределу и своих сил, и возможностей, и времени. Собственно, поэтому на нём фактически закончилась эпоха учёных с широчайшим кругозором. А что если в недалёком будущем технологии, вроде тех же искусственных нейросетей, помогут каждому учёному расширить область своих научных интересов и возможностей, позволив подойти к решению задач, на которые раньше просто не хватало человеческих ресурсов? Что если быть «немного Менделеевым» станет не просто способом удовлетворения собственного любопытства, но и эффективным методом решения ряда научных задач? Количество публикаций и исследований, посвящённых нейросетям или проведённых с их помощью, растёт, как снежный ком, невозможно этого не замечать — даже Нобелевский комитет в этом году не смог пройти мимо. Вдруг нас в скором будущем будет ждать ренессанс научных исследований, а рутина современной лабораторной работы чуть-чуть уступит место воздушной лёгкости и свободе мысли учёных не такого далёкого прошлого?
О СОПРОТИВЛЕНИИ ЖИДКОСТЕЙ И О ВОЗДУХОПЛАВАНИИ.
Д. Менделеев, 1880.
Исследования, произведённые мною в 70-х годах над законами, управляющими разреженными газами, заставили меня интересоваться верх-ними слоями атмосферы, где воздух естественным образом находится в том состоянии малой плотности, которое определяется малым давлением. Тот интерес привёл меня в область метеорологии верхних слоёв воздуха. А отсюда прямой переход к изучению воздухоплавания, дающего единственную возможность познать эти неизведанные края океана, омывающего сушу и воду. Мною овладело желание проверить на особо приспособленном аэростате тот закон перемены температуры с давлением разных слоёв атмосферы, который я вывел из совокупности имеющихся до сих пор наблюдений, произведённых при высоких аэростатических поднятиях, начатых в России Захаровым и выполненных потом французами и англичанами, соперничавшими друг перед другом в опытном изучении верхних слоёв атмосферы. И мне за облаками хотелось померяться с ними сноровкой и догадкой.
ВОЗДУШНЫЙ ПОЛЁТ ИЗ КЛИНА ВО ВРЕМЯ ЗАТМЕНИЯ.
Д. Менделеев, Северный Вестник, 1887.
…Мне казалось, после изучения до сих пор сделанного, что многое ещё необходимо доделывать, — чтобы уяснить равновесное и возмущённое состояния атмосферы, и что должно совершенно ясно и резко отличать нормальное и совершенно безоблачное состояние атмосферы от нарушенного равновесия и особенно от того случая, когда разные области атмосферы разделены, как экранами, слоями висящих или движущихся облаков. Нормальное или равновесное состояние, конечно, надобно было изучать ранее, чем возмущённое какими бы то ни было явлениями, для того чтобы была исходная точка в суждении и совершающихся в природе изменениях, определяющих те перемены погоды, которые имеют столь важное практическое значение для жизни всей природы. Грозы, бури, ветры, дожди изучают, однако, уже давно и подробно, а норму, состояние покоя, ясную погоду почти не знают. Так во всём сперва бывает — от истории стихий и земли до организма человека, у которого изучали болезни раньше, чем стали интересоваться нормальными отправлениями.
…Ясные дни для русской науки, однако, ещё не пришли. Они наступят.
…Править неизвестной лошадью, по мне, труднее, чем аэростатом. Немалую роль в моём решении играло также то соображение, что о нас, профессорах и вообще учёных, обыкновенно думают повсюду, что мы говорим, советуем, но практическим делом владеть не умеем, что и нам, как щедринским генералам, всегда нужен мужик, для того, чтобы делать дело, а иначе у нас всё из рук валится. Мне хотелось демонстрировать, что это мнение, быть может, справедливое в каких-нибудь других отношениях, несправедливо в отношении к естествоиспытателям, которые свою жизнь проводят в лаборатории, на экскурсиях и вообще в исследованиях природы. Мы непременно должны уметь владеть практикой, и мне казалось, что это полезно демонстрировать так, чтобы всем стала когда-нибудь известна правда, вместо предрассудка. Здесь же для этого представлялся отличный случай. Сверх всего этого, я должен признаться, меня соблазняла также мысль быть в первый раз на аэростате именно одному. Тут человек свободен и не стесняется присутствием другого лица.
…Попав в новую обстановку, я совершенно невольно отдался её новым впечатлениям. Эти первые свежие впечатления от полёта я совершенно ясно припоминаю, только описать не умею. Для того чтобы перенести читателя в эту обстановку, надо представить себя одного в полной и совершеннейшей тишине. Ничто не шелохнётся. Кругом верёвки, а за ними виден горизонт на том уровне, на котором находишься сам, а под ногами и наверху облака: нижние в виде сплошной пелены, а верхние — в виде кучеватых слоистых и разнообразной формы скоплений. Те и другие облака находились на видимом горизонте, и, следовательно, общее впечатление состояло в том, что находишься в центре двояковыпуклой чечевицы, т. е. между двумя сводами, один обычный выпуклый, другой снизу вогнутый, как чаша. Её поверхность белая, ровно матовая, а верхняя в разнообразных формах, подобных формам обычных облаков. Эти формы были так привлекательны и так к себе звали, что у меня опять родилась мысль подняться выше этих верхних облаков. Мне не с чем было выполнить эту мысль и пришлось отложить это до другого раза, когда придётся отправиться с достаточным запасом балласта. Помню, что первое время я вовсе не думал ни о спуске, ни о хозяйстве на шаре.
…Если бы мой полёт из Клина, ничего не прибавивший в отношении к знанию «короны», послужил бы к возбуждению интереса метеорологических наблюдений с аэростатов внутри России, если бы он кроме того увеличил общую уверенность в том, то летать на аэростатах можно с удобством даже новичку, тогда бы я не напрасно летал по воздуху 7 августа 1887 года.
0
210.00
