КРИСТАЛЛЫ

КРИСТАЛЛЫ

Вернадский на летней студенческой практике всерьез занимался изучением почв.

«Почвы, — писал Докучаев, — являясь результатом чрезвычайно сложного взаимодействия местного климата, растительных и животных организмов, состава и строения материнских горных пород, рельефа местности, наконец, возраста страны, понятно, требуют от исследователя беспрестанных экскурсий в область самых разнообразных специальностей».

Студенту-геологу Вернадскому надлежало бы, казалось, изучать преимущественно минералогию почв. Однако Докучаев не был сторонником узкой специализации. Вернадскому поручались исследования химии почв, почвообразовательной деятельности растений и животных, почвенных (грунтовых) вод, а также горных пород, происхождения рельефа. Школа почвоведения Докучаева формировала, как сейчас принято говорить, специалистов широкого профиля.

Когда Вернадский окончил университет, ему предложили занять вакантное место хранителя минералогического кабинета. Судьба словно специально отдаляла его от почвоведения и толкала на путь узкой специализации. Но мысль молодого ученого не мирилась с ограничениями. Вернадский всегда стремился как можно глубже проникнуть в тайны строения материи, минералов. Его влекло к широким обобщениям, и не раз в беседах со специалистами он старался ограничивать полет своей фантазии, чтобы не выглядеть фантазером.

Подобная жажда обобщений — прекрасное качество ученого. Недаром любимый Вернадским поэт-философ Гёте иронизировал над ограниченными учеными:

… Живой предмет желая изучить, Чтоб ясное о нем познанье получить, — Ученый прежде душу изгоняет, Затем предмет на части расчленяет И видит их, да жаль: духовная их связь Тем временем исчезла, унеслась!

Но — что делать! — прежде чем обобщать, ученый вынужден проводить анализ, исследовать отдельные части, основные элементы. Этому и обучался Вернадский в Германии и Франции.

По определению Владимира Ивановича «кристаллография занимается изучением законов твердого состояния материи» (так он писал в 1903 году). Формулировка очень обобщенная. Законы твердого состояния материи исследуют многие науки. Вернадский уточняет: речь идет об одном из разделов физики, которая, помимо твердого, изучает газовое и жидкое состояние вещества.

Такой подход к кристаллографии был нов. Как писал Вернадский, «…исторически кристаллография развивалась совершенно независимо от физики: связи ее с другими физическими науками до сих пор не вошла в научное сознание».

Кристаллы издавна привлекали людей своим внешним видом: правильными гранями, совершенством форм. Хороший кристалл — прекрасная геометрическая фигура. Именно этим его всегда отличали от других — «бесформенных» — природных образований. Древние греки сначала выделили лед (кристаллос). Затем так назвали прозрачную твердую разновидность кварца (по-русски — горный хрусталь, то есть кристалл). Позже кристаллами стали называть любые природные «камни», имеющие геометрически правильную форму. О рождении таких камней слагали легенды.

Лишь в XVII веке кристаллография стала оформляться как наука. Снова решающую роль сыграла форма, внешний облик кристалла. И вновь, как в древности, первым объектом зарождающейся науки стал лед, точнее снег. Иоганн Кеплер, стремясь постичь гармонию мира, первым доказал, что кристаллы подчиняются законам геометрии. Несколько позже философ Гассенди для объяснения формы и правильного роста кристаллов привлек старую идею атомов; крохотные частички, выстраиваясь в определенном порядке, образуют кристаллическую структуру.

После первых успехов кристаллографии наступила полоса теоретического застоя: в XVIII столетии преобладали описания классификации кристаллов, как и многих других объектов: растений, животных, окаменелостей.

Ко времени выхода в свет первой крупной работы Вернадского — «Основы кристаллографии» — эта наука достигла значительных успехов. Удалось свести все многообразие кристаллических форм к ограниченному числу «первичных» геометрических фигур. Были выделены и математически описаны тридцать два класса и двести тридцать групп кристаллов (во многом — благодаря замечательным трудам русского кристаллографа Е. С. Федорова).

«В результате этих работ, — подытожил Вернадский, — мы имеем полную и точную геометрическую теорию распределения кристаллических молекул в твердом теле и, пользуясь ее данными, можем смело, спокойно, свободно прилагать вычисление и расчет к миру молекул. В этом отношении теория кристаллических строений является наиболее обработанной частью молекулярной физики… С жидкостью и газом надо сравнивать теперь не твердое тело вообще, а одно из 32 для него возможных состояний».

Что же нового внес Вернадский в хорошо разработанную к началу нашего века кристаллографию?

Прежде всего он отказался от повторения всем известного.

«Благодаря проявлению в кристаллическом веществе геометрических законов, в кристаллографии приобрели особое значение чисто геометрические направления. В результате такой обработки некоторые изложения кристаллографии приобрели характер чисто геометрических дисциплин. Рассмотрение этих отделов науки стоит в стороне от задач данной работы».

Сорокалетний ученый вместо того, чтобы добросовестно пересказать общепринятое, доказанное, бесспорное, постарался осмыслить материал с новых позиций. До сих пор некоторые ученые повторяют старинный принцип: важно описать, каков объект или процесс, предпочтительно — в математической форме. А на вопрос «почему» наука отвечать не обязана. Цепь таких «почему» может увести очень далеко от конкретного исследования.

Но вот кристаллография начала нашего века. Математическое описание форм кристаллов безупречное. Изобретены специальные приборы, проведены бесчисленные измерения. Опыт и математика, взаимно обогащаясь, как и положено для классической науки, легли в основу теории кристаллографии. Что же дальше? Вернадский пишет в своей книге: «Интересы автора обращены в сторону физики, а не геометрии». Он стремится шагнуть в неизведанное…

Формально кристаллография должна описывать кристаллы («графо» — пишу). Для этой цели совершенно достаточно ограничиться геометрией. Математика — универсальный язык науки.

Но, если вспомнить историю, некоторые исследователи старались ответить на вопрос: почему кристаллы имеют особые геометрические формы? Так начиналась, как бы сказать, кристаллология («логос» — познание). У этого направления были свои успехи. Например, попытки по форме кристаллов судить об их микроскопическом строении и о химическом составе. Однако в целом кристаллография теоретически основывалась на геометрии, а в своих опытах — практически — на минералогии. Ведь все природные кристаллы — это одновременно и минералы. Поэтому получил распространение взгляд на кристаллографию как на часть минералогии.

Действительно, «нельзя быть минералогом, — подчеркивал Вернадский, — не овладев основными приемами кристаллографии… ибо минералог имеет дело с твердыми кристаллическими продуктами земных химических реакций». В то же время «можно быть кристаллографом, стоя совершенно в стороне от научного движения в минералогии…».

По мнению Вернадского, со временем перед кристаллографами все яснее выступают вопросы, не имеющие ничего общего с минералогией, открываются безбрежные горизонты для понимания строения материи.

(Отметим, однако, что Вернадский все-таки немало места уделил в своей работе именно геометрической кристаллографии, ее обоснованию. Он описывает кристаллические решетки, идеальные геометрические фигуры, отражающие особенности строения реальных кристаллов; приводит основные законы геометрической кристаллографии; характеризует отдельные кристаллические системы, сингонии… Он отдает должное традиционной кристаллографии, однако стремится выйти за ее пределы.)

Какие же дальние горизонты — неизбежно неясные, туманные — открывались в 1903 году Вернадскому?

Быть может, мое мнение покажется странным или даже ошибочным, но, по-видимому, за несколько лет до триумфа эйнштейновской теории относительности Вернадский пришел к одному из основных ее положений, опираясь на данные кристаллографии. Как известно, в конце прошлого века проводились опыты (главным образом Майкельсоном) по измерению скорости света и одновременно по обнаружению «мирового эфира», неподвижного пространства, в котором пребывают все тела. Вернадский в одном месте своей книги прямо говорит, что кристалл — это особая активная среда, особая форма пространства. Другими словами: нет однородного пространства мира (всеобщего эфира), а есть множество его форм, состояний. Кристалл — одно из состояний, для которого характерна неоднородность физических свойств в разных направлениях. Эту «направленность» свойств кристаллов он назвал векториальностью (от слова «вектор» — направление).

Физики изучали движение материи в инертной бесструктурной среде (пространстве, эфире). Вернадский заговорил о структурной, активной среде, о множественности форм пространства.

Не слишком ли серьезно относимся мы сейчас к этой достаточно абстрактной и, пожалуй, туманно выраженной мысли? Надо ли непременно выискивать гениальные предвидения ученого?

Нет, дело не в гениальном предвидении. Очень важно заметить особенность взгляда Вернадского — свежесть, новизну, даже некоторую «детскость» восприятия. Он отказался от понятия «пустого» пространства без материи, энергии, организованности.

Если прибегнуть к сравнению, то отличие его точки зрения таково. Говорят: человек состоит из таких-то и таких органов. Представляется некоторое пространство (человек), внутри которого находятся сердце, легкие, селезенка и прочие составные части — набор отдельных деталей внутри определенного объема. Как будто, если вынуть все детали, то что-то все-таки останется: некое пространство, где эти детали находились.

В действительности человек — это нечто единое, но неоднородное. Как бы ни отличались между собой органы, они не просто скопище деталей. Скажем, человеку пересадили чужое сердце. Если оно приживется, станет частью организма, человек выживет. Если оно останется отдельной деталью, пусть даже вполне здоровый человек погибнет. Поюму что человек — не просто сумма частей внутри определенного объема, а единство частей.

Подобную цельность, но неоднородность мира (пространства) и сумел уловить Вернадский. Он исходил не из общих рассуждений, а осмысливал конкретные научные данные кристаллографии. Несколько позже физики доказали, что понятие «абсолютно пустого пространства» не имеет реального смысла.

Для Вернадского кристаллография была средством познания тайн вещества, постижения мира. Конкретная наука была как бы прибором, помогающим заглянуть в неведомое.

Вернадский не забывал о самой науке, о ее внутренних особенностях. И все-таки она привлекала его не только сама по себе как определенная сумма знаний. Любая наука исследует конкретную часть природы с помощью конкретных методов. Но часть природы — это еще не природа. Даже в каком-то смысле совсем еще не природа (как часть нашего организма — это еще не мы собственной персоной). А Вернадского всегда влекло постичь целое, глубинную сущность явлений природы, отдельных объектов и всего мироздания.

Об этом он высказывался достаточно определенно. Вот что писал он своей жене в 1893 году о своих лекциях (за десять лет до выхода в свет «Основ кристаллографии»); «Читаю вкратце и главным образом стараюсь освещать с общей философской точки зрения: с точки зрения теории материи и связи наших отвлеченных воззрений с данными опыта и наблюдения».

Через год он пишет: «Идет, чувствую это, во мне сильная и упорная работа мысли над основными метафизическими вопросами… Я чувствую, как у меня все определеннее начинает укладываться мое мировоззрение и мой взгляд на человека и на природу… Много, конечно, неясного и много спорного».

Вернадский подошел к познанию кристаллов не только как геометр или минералог, и даже не только с точки зрения физических теорий.

Всякий специалист, углубляясь в конкретные исследования, словно копает глубокий колодец. Чем глубже он проникнет в недра проблемы, тем меньше ему будет виден круг неба над головой. В конце концов узкому специалисту, внедрившемуся далеко в данную область знания, небо будет казаться с копеечную монету; общенаучные проблемы станут для него очень далекими.

Без узкой специализации сейчас трудно быть хорошим ученым; слишком далеко ушел передний край науки, слишком много требуется затратить усилий, чтобы вскрыть новый пласт проблем.

Вернадский, занимаясь кристаллографией, тоже, безусловно, был специалистом. Правда, не очень узким. И не только специалистом.

Вот это «не только» — чрезвычайно важно отметить. Вернадский вел специальные исследования и одновременно размышлял о сущности исследований, о познании, о природе. Он как бы поднимался постоянно из глубины детальных узких разработок на вольный воздух, под ясное небо, охватывая взглядом дальние горизонты, работу своих товарищей и себя самого.

По словам видного советского кристаллографа И. И. Шафрановского, Вернадский в своей книге дал «единственный в мировой литературе по ширине и глубине подхода очерк развития кристаллографии».

Безусловно, очерк этот замечателен. Ученый описывает пути отдельных идей о кристаллах, их связь с общим развитием науки и техники. Он упоминает имена, нэзаслуженно забытые. Он знает содержание тех работ, о которых говорит даже вскользь, прослеживает судьбы ученых.

Иной раз кажется, что он нарочито детально, как добросовестный, но недалекий архивариус, копается в пыльных, никому не нужных фолиантах, испытывает восторг перед давно забытыми мыслями давно забытых людей, живет отдаленнейшим прошлым…

Так кажется. Проходит недолгое время, продолжаешь следить за ходом его мысли и, незаметно, исподволь перешагнув грань настоящего, переходишь от истории в будущее.

Углубляясь в историю науки, Вернадский преследовал две цели. Прежде всего, он анализировал прошлое науки для того, чтобы лучше понять ее современное состояние и перспективы.

«Во всем труде сознательно проводятся указания на исторический ход развития науки. Изложение научных данных связывается с их историей; по возможности оно делается на основании самостоятельного изучения старинной и новой литературы… Я думаю, что такое сознание исторической эволюции знания имеет не один библиографический или исторический интерес — нередко приходится слышать, что научное изложение может делаться чисто логически, без всякой связи с историческим развитием знания. Нетрудно убедиться, что такое утверждение основано на недоразумении… Пройдет немного лет, изложение „устареет“, приобретут значение новые факты или выводы, которые сделаны из оставленных исследователем без внимания явлений. Тогда ясно проявится историческая временная подкладка его работ и отпадут его выводы, казалось, неизбежно вытекавшие из действительности…

Явное проявление исторического сознания особенно необходимо при изложении современного состояния какой-нибудь науки, так как только этим путем возможно сохранить для будущего исследователя указания на взгляды и факты, которые кажутся автору ложными или неважными — но некоторые ход времени как раз выдвинет вперед, как правильные или научно-полезные…»

И вторая, не менее важная цель — познавать сам процесс познания. Спрашивать себя: а что это такое — научное объяснение? Насколько оно точно доказано? Как отличить собственную выдумку от действительности, которую исследуешь? Почему история идей складывалась так, а не иначе? По каким законам?

Вот, скажем, представление о связи формы кристалла с его строением. Высказывалось мнение, что кристалл отличается от жидкости или газа тем, что его молекулы крупнее, а потому уложены боле плотно, прочно, упорядоченно. Вернадский возражал против такого толкования, казавшегося многим вполне естественным, но в действительности не основанном на фактах. Последующие расчеты показали, что радиусы отдельных ионов, входящих в кристаллы (лития, бериллия, железа), меньше, чем радиусы ионов водорода, кислорода, хлора и т. п. По мнению Вернадского, с точки зрения кристаллографии твердое тело и кристалл — это одно и то же. «Кристалл является единственной возможной формой однородного твердого состояния материи». Другими словами, для истинно твердого тела характерно зернистое (кристаллическое) строение в отличие от воды или газа. Подобно тому как жидкость распадается на капли, твердое тело распадается на кристаллические многогранники. «Можно сказать, что каплями твердого тела являются кристаллические многогранники».

Сравнение кристаллика с каплей лежит где-то на грани научного и художественного. Это зримый образ, за которым угадывается глубокая научная аналогия. Творческая мысль ученого разрывала путы, которые накладывает опыт, вырывалась из круга известных истин, выявляя нечто неожиданное, доселе неизвестное.

Вернадский писал: «… В научных исследованиях необходимо и законно прибегать к гипотезам только в том случае, когда эти гипотетические данные открывают перед нами новые явления или новые законности, являются менее сложными, чем объясняемое ими явление, составляют удобную и надежную руководящую нить в трудных и неясных вопросах, стоящих перед исследователем».

В более поздних работах Вернадский продолжал параллельно с конкретными исследованиями размышлять о путях и методах научного анализа.

Наконец, обратим внимание на одно подстрочное примечание Вернадского. Известно, что нередко в кристаллах поляризованный световой луч отклоняется в сторону. Вернадский предложил для обозначения этих отклонений употреблять старинные русские слова: посолонь и противусолонь, обосновывая свое мнение так:

«Малоупотребительные выражения „посолонное“ и „противусолонное“ движение превосходно передают понятия, для которых очень часто употребляются образные сравнения с правой и левой рукой или со времен Ампера в физике сравнивают с движением стрелки часов („по часовой стрелке“ и „против часовой стрелки“). Однако в русском языке существует старинное слово „посолон“ — движение по солнцу; в связи с разнообразными теологическими спорами и расколами в церкви Московской Руси это слово, начиная с XV века, приобрело широкое и строго определенное значение в русском народе и церковно-общественной литературе; тогда же выработались и соответствующие прилагательные. То же слово (и глагол) существует и в морском языке поморов. Жизнь русского народа выработала в этих словах выражение новому научному понятию, для обозначения которого поэтому следует воспользоваться сокровищницей русского языка, а не выдумывать новые образные выражения».

Несмотря на частые и длительные поездки за границу, прекрасное знание иностранных языков и учебу у зарубежных специалистов, Вернадский оставался русским человеком. А может быть, именно хорошее знание других стран и народов, уважение к ним определяют истинную любовь к своей родине…

В творчестве Вернадского кристаллография занимала сравнительно скромное место, хотя некоторые ее разделы интересовали его до последних лет жизни. В частности, учение о симметрии, объединяющее геометрию, физику и кристаллографию.

Вернадский занимался кристаллографией в тот период, когда ее геометрическая часть приблизилась к совершенству, а стало быть, не представляла больших возможностей для творчества. Химические исследования связи состава и формы кристаллов еще только начинались. Вернадский предсказал этому направлению большое будущее (и не ошибся). Но сам по этому пути не последовал.

Он попытался возродить философию кристаллографии. Как некогда Кеплер находил в снежинке отражение мировой гармонии, так и Вернадский видел в кристаллах проявление какой-то глубокой закономерности природы, строения мироздания. Книга «Основы кристаллографии» осталась незавершенной. Основные интересы ее создателя переместились на другие отрасли знания. Он не разрабатывал частных вопросов кристаллографии. Однако многолетние занятия этой наукой, поиски в ней новых путей, размышления о строении материи и гармонии Вселенной во многом определили его научную судьбу.

Для научных трудов XVII–XVIII веков очень характерны философские, религиозные, художественные отступления, уводящие мысль читателя в области, очень далекие от научных фактов.

Вот к примеру, как начал свой опыт теории структуры кристаллов (1784 год) основатель кристаллографии Ренэ Жюст Гаюн, которого очень высоко ценил Вернадский: «С какой бы точки зрения не рассматривать Природу, всегда поражает обилие и разнообразие ее творений. Украшая и оживляя поверхность земного шара постоянным чередованием живых существ, она в то же время в своих расселинах тайно подвергает обработке неорганические вещества и как бы играя, порождает бесконечное разнообразие геометрических форм».

Или еще — отрывок первой главы труда Михаила Ломоносова «О слоях земных» (1759 год): «Велико есть дело достигать во глубину земную разумом, куда рукам и оку досягнуть возбраняет натура; странствовать размышлением в преисподней, проникать рассуждением сквозь тесные расселины, и вечною ночью помраченные вещи и деяния выводить на солнечную ясность».

Позже, когда отдельные научные дисциплины расширились, оформились, подобные «излишества» были отброшены, ученые старались в своих научных трудах не отвлекаться от вполне определенных проблем вполне определенных наук. Вернадский возродил традиции основоположников классической науки.

Он сравнительно рано выработал для себя главные принципы научного исследования. В «Основах кристаллографии» они уже отчетливо видны. Изучение кристаллов стало как бы основой для выработки этих принципов. В дальнейшем мы поговорим о них особо, а сейчас ограничимся их перечислением.

Проводить детальный анализ.

Видеть за частным общее.

Не ограничиваться описанием явления, а глубоко исследовать его сущность и связь с другими явлениями.

Не избегать вопроса: «почему»?

Прослеживать историю идей.

Собирать как можно больше сведений о предмете исследований из литературных источников (преимущественно научных), обращаясь к оригиналам.

Изучать общие закономерности научного познания (думать о том, как думаешь).

Связывать науку с другими областями знания, с общественной жизнью.

Не только решать проблемы, но и находить новые, нерешенные.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.