Причина времени - Геннадий Петрович Аксенов Страница 43

ось и плоскости симметрии. Все остальные фигуры обладают какими-нибудь отдельными ее элементами. Но некоторые фигуры и тела не имеют никаких элементов поворота и совмещения, у них нет ни центра, ни оси, ни плоскости симметрии. Тогда они симметричны целиком, но странным образом: если их вывернуть наизнанку. Такие фигуры и называются энантиоморфными, то есть рукоподобными. Каждая из таких во всем одинаково построенных, подобных, но не совместимых тел может быть только двух видов — или левой или правой. Других не бывает. Они называются изомерами.

Их изучение и описание шло постепенно и, следовательно, кантовская проблема возникала отдельными всплесками, чаще всего неузнаваемо, в разных науках. Например, в первой половине XIX века она появилась в чистой, по кантовской терминологии, математике, перешедшей к новым, неэвклидовым разновидностям геометрий. Однако наиболее продвинута проблема оказалась в науке, изучающей затвердевшую форму вещества, то есть в кристаллографии. Проблема энантиоморфности пространства здесь возникла как проблема внутреннего строения вещества. Было замечено, что при пропускании поляризованного света через некоторые вещества плоскость его вращалась в какую-либо сторону — влево или вправо, а в других веществах этого не происходило. Явление само по себе открыто в 1808 году французским ученым Малю. (Пастер, 1960, с 9).

Раскрыл загадку поляризации Луи Пастер, к которому мы теперь и переходим, но при этом обнаружил ту самую мирового масштаба проблему, на которую впервые указал Кант. Пастер был не просто химиком, но ученым широкого кругозора, он счастливо сочетал в себе и химика, и кристаллографа, и оптика, и физика. Совсем молодым человеком Пастер работал в химической лаборатории своего учителя Био, который открыл множество веществ, обладавших оптической поляризацией, но природа ее оставалась неясной.

Решающий опыт Пастер сделал в 1848 году в работе над кристаллами паравинной кислоты (паратартратов). По своему химическому составу и свойством, как и внешнему виду кристаллы паратартратов были похожи во всем на кристаллы винной кислоты (тартраты), они имели сходную форму и одинаковый скос на одной из граней, что называется гемиэдрия. Различие состояло только в одном. Растворы паратартратов не вращали плоскость поляризации, иначе говоря, были оптически неактивны, а тартраты — отклоняли поляризованный луч, то есть были оптически активны. Работая над проблемой сходства и различия этих веществ, Пастер обнаружил под микроскопом, что кристаллы паратартратов есть, собственно говоря, смесь двух видов кристаллов. Они обладали гемиэдрией, то есть имели на одной грани скос, но на разных гранях. Кристаллы являлись как бы отражением друг друга в зеркале. Но для обнаружения этого порядка — зеркального расположения гемиэдрии нужен был нетривиальный, то есть творческий, акт, миг прозрения: между гемиэдрией и вращательной оптической способностью кристаллов существует какая-то связь! Вот как он описал момент открытия: “У меня возникла счастливая идея поместить мои кристаллы строго перпендикулярно... и тогда я увидел, что в этой беспорядочной массе кристаллов паратартратов имеются два вида по признаку расположения у них диссимметрических граней. У одних они были расположены вправо по отношению к моему телу, у других — влево от меня. Иными словами, паратартраты представляли собой смесь двух сортов кристаллов”. (Гутина и др., 1990, с. 48). Под словом “диссимметрический” здесь имеется ввиду гемиэдрический, поскольку скоро Пастер ввел этот новый термин — диссимметрия. Паратартраты оказались смесью кристаллов с разной гемиэдрией, и только двух видов — левой и правой.

Далее Пастер просто отделил (он не пишет — чем, но наверное, пинцетом?) кристаллы с правой гемиэдрией от кристаллов с левой гемиэдрией и по отдельности растворил их. И сразу же увидел яркую картину поляризации: правые вращали плоскость света вправо, левые — влево. Смешав снова кристаллы и растворив, Пастер получил раствор, который называется нейтральным, то есть не вращавшим плоскость поляризации никуда. Явление стало ясным, открытие произошло. (Пастер, 1960, с 24). Пастер начал выступать с публичными повторениями опыта и современники действительно оценили открытие Пастера как незабываемое.

Итак, выяснилось, что паратартраты были смесью кристаллического вещества с двумя разновидностями гемиэдрии — правой и левой, а тартраты состояли из одной разновидности. И потому первые были оптически нейтральными, а вторые давали яркую картину поляризации. Первая смесь получила название рацемической смеси или рацемата, вторую, дающую поляризацию, Пастер и назвал диссимметрической, а явление — диссимметрией. Термин означал, что вещество обладает как бы двойной несимметричностью, усугубленной асимметрией. Мало того, что сами по себе фигурки кристаллов асимметричны: у них нет элементов симметрии, но еще и возможный зеркальный двойник пропал и они стали диссимметричными, то есть дважды “неправильными”. Исчез зеркальный двойник, от чего асимметрия удвоилась.

Фактически с химической или физической точки зрения происходило чудо. Всего лишь один признак: отсутствие двойника с одной скошенной гранью при полностью идентичном строении и одинаковом химическом составе давал разные свойства. Иначе говоря, различие зависело не от чего-то твердо обозначенного — состава и строения, а от пространства самого по себе, от пространственного направления, чего-то в высшей степени как бы эфемерного.

Но чем больше Пастер экспериментировал с диссимметрией и чем глубже размышлял о ней, тем загадочнее явление для него становилось. И в конце жизни он считал именно диссимметрию самым важным из всех своих многочисленных открытий, а об их всемирной известности не стоит и упоминать. И тем не менее любимым и самым загадочным своим открытием он полагал диссимметрию и до конца жизни мысленно к ней возвращался. Почему?

В диссимметрии сходились сразу все как будто без исключения науки: и кристаллография, и химия, и оптика, и даже (неожиданно!) биология, поскольку кристаллы принадлежали к органическим соединениям, продуктам винограда. “Выявление физических и химических сходств и различий, обусловленных этими молекулярными структурами, представляет особый интерес и подводит прочную основу под молекулярную механику. Последняя позволяет нам установить связь, с одной стороны, между физическими и химическими свойствами и строением молекулы, которое обусловливает, в свою очередь наличие этих свойств, и с другой, позволяет нам подняться от свойств вещества к их первопричине”. (Гутина и др., 1990, с 27).

Это был как раз такой период в науке, когда устанавливали связь между строением веществ и их свойствами. Берцелиус открыл изомерию — явление различных свойств у веществ одного и того же химического состава; Дюма прибавил в этому концепцию молекулярной изомерии; в кристаллографии развивалось понятие об изоморфизме, то есть о явлении, когда разный химический состав, наоборот, дает одни и те же свойства в силу одинакового строения и гемиэдрии.[23]. Диссимметрия Пастера знаменовала собой нечто совершенно новое в этой области связи свойств и пространственного строения. Вещества органического происхождения обладали одинаковым химическим составом и гемиэдрией, но к ним прибавлялось