(1) ПОСВЯЩАЕТСЯ ПАМЯТИ ВЕЛИКИХ ГЕРМАНСКИХ УЧЁНЫХ - РОБЕРТА МАЙЕРА И ГЕРМАНА ГЕЛЬМГОЛЬТЦА
25 ноября 1914 года научный мир должен был чествовать память одного из творцов современной науки - Роберта Майера - по поводу исполнившегося столетия со дня его рождения. Международное чествование не могло состояться по причине войны, и мне неизвестно, могли ли чем отметить этот день соотечественники великого учёного.
31 августа 1921 года, будем надеяться, уже закончится самая позорная из войн, лежащих на совести людей, и опомнившееся человечество, конечно, отметит столетие со дня рождения гениальнейшего представителя науки девятнадцатого века, всеобъемлющего учёного, разделяющего с Робертом Майером славу открытия закона сохранения энергии.
---------------------------------
* Весь сборник (подробный список статей и распределение по частям) был подготовлен к печати самим Тимирязевым. 28 апреля 1920 года смерть застала К. А. за работой над предисловием, которое осталось незаконченным. Ред.
---------------------------------
Сознавая, что главным содержанием моей полувековой научной деятельности был всесторонний экспериментальный ответ на запросы, предъявленные науке этими двумя мыслителями, я считаю уместным напомнить в этом беглом очерке об их значении для основного учения о жизни, тем более, что, по их собственному признанию, главным стимулом, руководившим ими в их стремлении обосновать свой закон «сохранения силы», было покончить навсегда с современным им учением о «жизненной силе», с тем витализмом, призрак которого стал снова подымать голову в связи с торжеством метафизических идей, характеризующим общий упадок научного и общего мышления в последние десятилетия, предшествовавшие войне.
Установив учение о превращении теплоты в работу и, обратно, о механическом эквиваленте теплоты, развив одновременно с Гельмгольтцем учение о «неисчезаемости силы», позднее формулированное как учение о «сохранении энергии», Майер сосредоточился на приложении этого учения к миру органическому, к чему, как уже замечено, его, главным образом, влекло желание навсегда покончить с «витализмом», так как:
«допущением какой-то гипотетической жизненной силы пресекается путь к дальнейшему исследованию и делается невозможным применение законов точной науки к учению о жизни. Сторонники этой жизненной силы восстают против духа прогресса, проявляющегося в современном естествознании, и возвращаются к прежнему хаосу самой необузданной фантазии».
Именно эти страницы из его известной статьи «Die organische Bewegung in ihrem Zusammenhange mit dem Stoffwechsel» (1), посвященные растению и животному, приведённые Тиндалем в его высокоталантливой книге «Теплота, как род движения» (2), и послужили сигналом, изменившим настроение
-----------------------------
1. Органическое движение в связи с превращением вещества.
2. Бывшей поэднее предметом глумления таких философов-берклианцев, как Мах и Оствальд.
-----------------------------
всего учёного мира к злополучному учёному (1). В параграфе, посвященном растению, Майер так устанавливает отношение растения к солнцу:
«Природа поставила себе задачей перехватить налету притекающий на землю свет и превратить эту подвижнейшую из сил в твёрдую форму (2), сложив её в запас. Для достижения этой цели она покрыла земную кору организмами, которые в течение своей жизни воспринимают солнечный свет и, используя эту силу, создают постоянно нарастающую сумму химической разности (3). Эти организмы - растения».
Растения поглощают известную силу - свет и проявляют другую - химическую разность. Закон логической причинности понуждает естествоиспытателя приводить поглощение и производимую работу в причинную связь. Но вслед за тем он указывает на недостаточность современных ему сведений в этом направлении и намечает задачу, которую предстоит разрешить, прежде чем высказанное им заключение превратится в доказанную научную истину.
«Прежде всего возникает вопрос: тот свет, который падает на живое растение, действительно ли он получает иное потребление, чем тот свет, который падает на мёртвые тела» (4).
--------------------------------
1. Основные черты трагической судьбы Р. Майера приведены мной в моей книжечке «Растение и солнечная энергия», 1897, 2-е издание 1918 г. [См. в данном томе, стр. 109. Ред.]
2. Мысль о взаимном превращении между светом и материей, как увидим, высказывалась уже Ньютоном.
3. Майер употребляет это выражение вместо обычного: химическое сродство.
4. См. второй эпиграф. Майер заключает эту фразу так: «Не будет ли растение caeteris paribus под влиянием света нагреваться менее, чем другие тёмные поверхности». Такой же подход к разрешению вопроса предлагал и Томсон (лорд Кельвин). С этой целью ещё в 1870 году я придумал особый термоэлектрический прибор, выполненный по моим указаниям самим стариком Румкорфом (см. «Труды СПБ Общ. естествоиспытателей», ч. V, 1874 г. «Термоэлектрический прибор для физиологических целей», стр. 4). Но я убедился, что этот путь исследования неудобен, и перешёл к другому.
--------------------------------
К тому же, как Майер, выводу пришёл несколько позже Гельмгольтц в приведённых также в эпиграфе словах:
«Таким образом одновременно с исчезновением солнечного (1) света в растении наблюдается появление и накопление горючего вещества, и мы в праве считать очень вероятным, что первое является причиной второго. Но, во всяком случае, я должен оговориться, что мы не обладаем никакими опытами, из которых можно было бы с достоверностью заключить, точно ли живая сила исчезающих солнечных лучей соответствует накопляющемуся запасу химических сил, а пока таких опытов ещё не существует, мы не можем признать указанное соотношение за несомненную истину. Зато, когда оно подтвердится на опыте, получится лестный для нас вывод, что все те силы, при помощи которых живёт и движется наше тело, имеют своим источником солнечный свет».
Осуществить этот опыт, превратить блестящую мысль двух великих учёных в «несомненную истину», доказать солнечный источник жизни - такова была задача, которую я поставил себе с первых шагов своей научной деятельности и упорно и всесторонне осуществлял в течение полувека.
Солнце и жизнь - эти два представления человек, вероятно, привык связывать, сопоставлять, как только стал осмысленно озираться на окружающий мир и на себя самого. Доказательством тому не служит ли тот культ солнца, который мы встречаем, начиная с самых низших ступеней развития человечества и кончая народами, стоящими высоко на пути культуры?
Современные борцы против человеческого разума и его высшего проявления - науки, бьющие отбой во имя попятного
---------------------------------
Гораздо позднее он был применён Детлефсоном и ещё позднее Пуриевичем и также не дал удовлетворительных результатов.
1. Мы увидим, что это дополнение Гельмгольтца, представляющее как бы преимущество перед Майером, оказалось на деле неверным.
---------------------------------
возвращения в область интуиции или инстинкта (всякие Бергсоны и их многочисленные поклонники у нас), поспешат, конечно, сделать из этого вывод в пользу примата интуиции, на многие тысячелетия опередившей на этом пути разум и науку.
Но дадим себе труд ознакомиться с плодами этой интуиции, начиная от самой первобытной и до самой изощрённой, в её попытках охватить мыслью величайшее из явлений, конечно, ранее всего поразившее и приковавшее к себе его внимание,- солнце, и мы увидим, как жалки и бессильны были все эти попытки разгадать то, что могло быть раскрыто только разумом, дисциплинированным наукой, - природу солнца и его отношение к жизни.
Недавно появилась изящно изданная книга одного американского астронома Олькота (1), касающаяся роли солнца в фольклоре всех времён и народов. Он тщательно собрал мифы и легенды, верования, поверияи суеверия, связанные с солнцем, начиная от современных дикарей (американских, африканских, океанийских и пр.), переходя к Вавилону, Ассирии, Финикии, Египту, Греции, Риму, Перу и Мексике и кончая современными повериями, обычаями, предрассудками и другими пережитками, уцелевшими у самых культурных народов (2). Не говоря уже о детски убогих, буднично тривиальных созданиях интуиции первобытных народов, о всех бесконечных зайцах или воронах, откуда-то занёсших солнце, или о ловком охотнике, где-то похитившем его и подвесившем к тому своду, на котором оно продолжает болтаться и поныне, - перед нами проходит вереница величественных храмов (Стонхендж, Кузко, храм на озере Солнца, на озере Титикака, в Карнаке, Бальбеке и пр.),
-----------------------------------
1. Olcott, Sun Lore of all Ages, 1914 г., с прекрасными фотографиями, иллюстрирующими роль солнца в искусстве и культе.
2. Как быстро исчезают эти последние следы солнечного культа, примером тому может служить за мою память исчезнувшее празднование в ночь под Иванов день на взморье Крестовского острова (в Петербурге) - с прыганьем через костры, скатываньем под горку (Кулерберг) и другими несомненными пережитками глубокой старины, - праздника летнего поворота солнца, тесно связанного с зимним, то-есть 25 декабря.
-----------------------------------
заставляющих дивиться обширности технических и астрономических знаний их строителей в сравнении с интуитивным творчеством, выразившимся в создании самых предметов культа, их изображений, символов и атрибутов - всех этих Молохов, Аманра, Астарот вплоть до последнего из них, Митры, включительно, долго не сдававшегося перед торжествовавшим христианством (1).
Олькот приводит любопытное изображение Митры (по некоторым исследователям, не только бога солнца, но и бога растительности): между тем как голова его окружена нимбом солнечных лучей (Sol invictus, - непобедимое солнце, как его величали римляне), ноги попирают веерообразно расположенные листовые пластины.
Только поэтический гений греков порою подсказывал им более удачные мифы и символы, как, например, те, которые связаны с позднейшим культом Аполлона. Но и здесь должно заметить, что интуиция греческих мифотворцев, вдохновлявшая бесчисленных художников, вплоть до наших времён, остановилась прежде всего на не только несущественном, но и не существующем явлении - на его быстром суточном беге, находя подходящее сравнение в самом быстром им известном беге квадриг.
Они даже озаботились сохранить для нас клички этой небесной четвёрки: Erythous, то-есть Красный, Acteon - Лучезарный, Lampos - Сияющий и Philogaeus - Землелюбивый, и эти кони продолжали вдохновлять художников вплоть до наших дней, как, например, в чудной воспроизведённой Олькотом скульптуре XVIII века над входом в Парижскую национальную типографию. Даже ультрареалист Роден не обошёлся без них, как символа солнца, на памятнике великому худож-
---------------------------------
1. Пришедший с востока культ Митры, как известно, процветал в Риме в первые века нашей эры, конкурируя с христианством. Под римской церковью St. Clemente, одной из древнейших католических церквей, я видел раскопки христианской базилики первого века, а под нею остатки подземного (как всегда) храма Митры.
---------------------------------
нику, «который первый осмелился, подобно орлу, смотреть на солнце» (1). Гораздо удачнее другой атрибут Аполлона - лук и стрелы и миф о том, как он убил Пифона, то-есть как лучи солнца разгоняли заволакивающие землю туманы (в чём этот миф почти сходится с новейшими представлениями. См., например, Лоуэль «Эволюция миров»). Это удачное сравнение сохранилось даже в современной французской речи в выражении «le soleil dardant ses rayons» (солнце, мечущее свои лучи. Ред.) и вдохновило Тернера в его знаменитой картине «Аполлон и Пифон», где лучезарный юноша - бог убивает стрелой чудовище, своими извивающимися кольцами символизирующее клубящийся туман. К этому сравнению с копьём и стрелой, как мы увидим далее, прибегает даже современный физик, желая подчеркнуть могущественное действие лучистой энергии, концентрирующейся в малом пространстве. Но, быть может, ещё ближе к занимающему нас вопросу об отношении солнца к растительной жизни подходит третий миф - об Аполлоне и Дафне. Миф этот, как известно, повествует о том, как Аполлон-солнце, воспылав страстью к нимфе Дафне, дочери речного бога Пенея от богини Земли (Terra у Овидия), преследовал её по берегу этой реки, но в самый момент, когда он её настиг, она взмолилась о помощи к отцу своему, и тот превратил её в лавровое дерево. Миф этот вдохновлял таких художников, как Бернини, чудная группа которого в музее Villa Borghese изображает Аполлона (а чертами Аполлона Бельведерского) и Дафну, уже наполовину превратившуюся в лавровое дерево. В другом веке другой художник, Тернер, пытаясь, как всегда, раскрыть стихийный смысл мифа, изобразил на одном из лучших, по мнению Рескина, своих полотен Темнейскую долину, по которой катит в море свои воды Пеней, питаемый бесчисленными ручьями, сбегающими серебряными нитями, или низвергающимися водопадами с обрывов зелёного предгорья, окаймляющего долину. Впечатление, вопреки
--------------------------------
1. Клоду Лорену, по несколько цветистому выражению известного художественного критика Виардо.
--------------------------------
палящему солнцу, роскошной, влажной от брызг зелёной растительности, залитой палящими лучами солнца, сияющего на безоблачном небе, является реалистическим толкованием мифа великим художником кисти. Рескин поясняет, что Дафна, очевидно, - олицетворение не одного только лавра, а вообще «зелёной листвы» и той защиты, которую она находит от палящего солнца во влаге, доставляемой ей землёй и потоками. Но и этот миф, как и сходный с ним миф о Ниобее, в которой некоторые комментаторы видят олицетворение растительности, дети которой - осенние плоды и зёрна - бывают опалены солнцем, - оба эти мифа изображают только грозное или губящее действие солнечных лучей (1). Поэтическая интуиция древних греков так и не могла додуматься до благотворного, творческого значения солнца, как прямого источника жизни.
Гораздо проницательнее оказался поэт-«атеист» (2) Шелли. В своём гимне Аполлону он изменил основное содержание мифа о Дафне, заставляя бога-солнца говорить: «воздух зеленеющую землю нагою предоставил моим пылающим лобзаниям», а в стрелах угадывал не только их грубую, губительную, но и более высокую нравственную силу: «Лучи солнца - мои стрелы, которыми я поражаю тот обман коварный, что прячется в ночи и убегает от света».
Мало того. Самый вдумчивый и поэтический из современных ценителей красот природы - Рескин, выискивавший в произведениях любимого художника поэтические аллегории для стихийных явлений, открыто заявлял, что современное научное знание, что в этой прекрасной зелёной листве происходит химическое разложение углекислоты, может вызвать в нём только грубое прозаическое представление «о каком-то газовом заводе».
Таким образом, религиозно-поэтической интуиции в своих бесчисленных мифах и символических уподоблениях не уда-
-------------------------------
1. Не вернее ли, что миф о Ниобидах навеян солнечными ударами? 2. Это слово преследовало его ещё на школьной скамье и послужило поводом для его изгнания из ханжеского Оксфордского университета.
-------------------------------
лось додуматься до какого бы то ни было представления о действительной, благотворной, созидающей жизнь на земле творческой силе солнца, и даже, когда это было открыто наукой, эта интуиция отвернулась от него, не постигнув всего поэтического величия этого воззрения. Уловить его во всей полноте сумел только гений великого мыслителя-учёного Гельмгольтца, увидевшего там «не какой-то газовый завод», а величайшее из мировых явлений, в котором солнечный луч превращается в те силы, которыми живёт, движется и существует сам владыка природы - человек. Таков результат полувекового изучения солнца и жизни современной наукой, в сравнении с тем, что дали за традиционные сорок веков, а на деле за гораздо большее число веков, бесплодные искания мифотворческих, религиозных мыслителей, при помощи интуиции, с их «чутьём сокровенных тайн».
И едва ли древнему греку-солнцепоклоннику было доступно всесторонне глубокое чувство красоты природы, которое разлито в одной из лучших акварелей Тернера, названной им «Хризис». На безлюдном берегу моря, прибой которого лениво набегает на прибрежный песок, жрец Аполлона Хризис (из Илиады) преклоняет колено перед солнцем, уже поднявшимся над пеленой утреннего тумана и заливающим своими золотистыми лучами видимый вдали в просвете леска отдалённый, пробуждающийся к своей кипучей жизни, приморский город. Я считаю, что изображено утро, хотя Рескин принимает его за вечер, но мне кажется, что и направление бризы, срывающей брызги с гривок волн, и положение солнца по отношению к едва просвечивающему сквозь туман Олимпу, да и всё настроение говорит за то, что представлено бодрое, жизнерадостное утро, а не наступающий на смену томительному, палящему дню - вечер. Существование неизвестной древним ландшафтной живописи не служит ли доказательством, что не только в сфере научного знания, но и в области эстетического чувства современный человек оставил далеко за собой древних, которых хотят ставить ему в пример?
Если XX век не возводит храмов для поклонения солнцу и не имеет его жрецов, как во время господства интуитивной мысли, к которому желали бы нас вернуть всякие Бергсоны, то его можно отметить другой особенностью: он создаёт иного рода храмы, также посвященные солнцу и также на горах, храмы, посвященные не поклонению, а изучению солнца, - специальные солнечные обсерватории, снабжённые физическими лабораториями для прямого сравнения небесных явлений с земными, на необходимости которого с такою проницательностью настаивал ещё Бэкон. Этот новый культ солнца собирает своих верных со всех концов мира на свои годичные собрания (1). Эти люди уже поведали миру такие тайны солнца, которые, конечно, и не снились интуитивным мудрецам. Так, Гель на Mount Wilson (2), открыл и подробно изучил магнитные циклоны на солнце, для обнаружения чего, казалось бы, у человека не существует даже соответствующего органа чувства. А Лоуэль рассказывает в своей последней книге «Эволюция миров» (Evolution of Worlds) о прошлом нашего солнца и других солнечных систем повести, в ином смысле чудесные, чем те наивные и жалкие сказки, которые собраны у Олькота и которыми тешилась интуитивная мысль человека в былые времена. Прочтите его главы «Рождение солнечных систем» и «Свидетельства об исходной катастрофе в частном случае нашей солнечной системы», и вы проникнетесь чувством чудесного, только не в смысле рассказчиков о подвигах зайцев и сурков или хоть самого Митры. Перед нами встаёт во весь рост чудо, осуществляемое современной наукой как в познании настоящего нашей солнечной системы, так и в раскрытии на основании этого знания её прошлого и вероятного будущего. Другая черта, которую можно отметить с занимающей нас
--------------------------------
1. Организованный американскими астрономами Международный союз для исследования солнца, с 1906 года издающий свои труды. Покойный П. Н. Лебедев был в числе его членов.
2. Изящно иллюстрированное описание десятилетней деятельности этой обсерватории издано Институтом Карнеги (Ten years Work of a mountain observatory by G. E. Hale, 1915).
--------------------------------
точки зрения, та, что в современных трактатах о солнце уделяют целые параграфы (Стратонов. «Солнце», 1910) или даже главы (Abbot. The sun, 1911) жизненным явлениям, зависящим от солнца (1), особенно тому, что я уже давно предложил назвать «космической ролью растений»* ...
Наконец, тот ужас, который переживает в настоящий момент человечество, не доставляет ли он новое чудовищно-наглядное доказательство зависимости человеческого существования в конечном счёте от солнца? На наших глазах целым народам приходится учитывать свою жизнь в калориях, подсчитывая, сколько калорий необходимо для поддержания сил каждого человека и сколько может доставить ему солнце его страны, светящее, как нас учили в детстве, равно и добрым и злым. Это соображение, которое ещё недавно было только уделом науки (2), теперь стало практическим мерилом жизнеспособности целых народов, раз успехи так называемых гуманитарных (культурных) знаний привели известные категории людей к заключению, что война не есть только столкновение их вооружённых сил, а поголовное истребление мирных населений, как это провозглашают поборники современной «борьбы за мир», борьбы за культуру (3).
------------------------------------
1ю Именно неполнота и отчасти неточность сообщаемых астрономами сведений побудила меня вернуться в этом очерке к тому, что уже не раз приходилось мне излагать.
2. В своей речи «Столетние итоги физиологии растений» я указывал на основанную на этих соображениях экономическую систему Захера. [См. том II настоящего издания, а также Соч., том V. Ред.]
3. Так упорно и бесстыдно называют настоящую войну и её последствия разные Ллойд-Джорджи и им подобные. [Здесь К. А. говорит о мировой войне 1914-1918 гг. Ред.]
* На этих словах рукопись, уже переписанная автором для печати, обрывается; последние две страницы были переписаны 20 апреля 1920 года вечером. Следующая часть предисловия взята с черновой рукописи, найденной после смерти автора, последовавшей 28 апреля 1920 года. Ред.
-------------------------------------
Но, может быть, большинство читателей давно готово заметить солнце и жизнь - значительность этих двух понятий ясна для всякого, но это третье слово - хлорофилл - может ли оно быть поставлено с равным правом наряду с первыми двумя? Когда, чуть не полвека тому назад, я впервые выступал с популяризацией этого предмета, я сам не решился бы отпугнуть читателя таким непривычным технически-специальным термином в заголовке, но с той поры мне не раз приходилось знакомить и читателей неспециалистов с этим фактически связующим звеном между солнцем и всей жизнью на земле, - и вот совсем недавно один из выдающихся физиологов нашего времени (к тому же не ботаник) подтверждает, что я не преувеличивал интереса, который должен возбуждать этот предмет.
Вот что говорит Бейлис в своём превосходном трактате «Общая физиология» (1).
«Действие хлорофилла в разложении углекислоты и выделении кислорода, пожалуй, самое интересное из всех явлений природы».
На этом среднем звене в общей цепи явлений я и позволю себе на время сосредоточить внимание читателя, так как именно изучение этого предмета доставило науке то несомненное доказательство связи первых двух, которого требовали от неё оба творца учения о сохранении энергии.
Исследования полутора столетия показали, что процесс, о котором здееь идёт речь, совершается в зелёных органах, содержащих хлорофилл. Приведённые в первом эпиграфе слова Сенебье свидетельствуют, что он уже угадывал важную роль этого вещества в природе (2). Проследить судьбу солнечного луча в растении до его уничтожения, то-есть до его прев-
--------------------------------
1. См. последний эпиграф.
2. Интересующимся историческим развитием этого любопытного вопроса, недавно совершенно превратно изложенного Визнером в его книге об Ингенгузе, что, повидимому, соблазнило и некоторых русских ботаников, могу указать на мои статьи: «Ингенгуз», «Сакс», «Сенебье» в «Энциклопедическом словаре» бр. А. и И. Гранат [Соч., т. VIII. Ред.]
--------------------------------
ращения в химическую работу, - вот первый шар на длинном и сложном пути к разрешению задачи, которую я предпринял. Средство к её осуществлению давал незадолго перед тем открытый блестящий метод спектроскопии.
С первых шагов этого изучения я определил свою задачу таким образом:
«Изучить химические и физические условия этого явления (разложения углекислоты зелёным листом), определить составные части солнечного луча, участвующие посредственно или непосредственно в этом процессе, проследить их участь в растении до их полного уничтожения, то-есть до их превращения во внутреннюю работу; определить соотношение между действующей силой и произведённой работой - вот та светлая, хотя, может быть, отдалённая, задача, к осуществлению которой должны быть направлены все силы ботаников».
Первым шагом на этом пути была выработка простого и точного приёма изучения этого процесса, совершающегося в листе, что и выразилось в самом заглавии моей первой работы (1). Только вооружившись этим простым и точным методом, я мог приступить к исследованию основного вопроса, от каких составных частей солнечного луча зависит этот процесс. Теперь мой прибор в руках у каждого ботаника, и то, чего не видал до меня ни один учёный ботаник, изучается каждым школьником.
Но ещё ранее необходимо было составить себе ясное научное представление вообще о химическом действии света, то-есть о том, что до сих пор носит не совсем удачное, или, вернее, совсем неудачное, название фотохимии (2). Может быть, ни одно слово так не тормозило и не направляло в совершенно ложном направлении понимание изучаемых явлений, как это слово
--------------------------------
1. «Прибор для исследования воздушного питания листьев и пр.», Петербург, 1868. Приём, мною предложенный, вошёл в общее употребление не без попыток, однако, приписать его другим учёным [См. 371 стр. настоящего тома. Ред.]
2. В том не дают себе отчёта даже наши фотохимики, считающие себя авторитетами в этой области, - стоит прочесть первую страницу недавно вышедшего произведения академика П. П. Лазарева.
--------------------------------
фотос - свет. Раз какое-нибудь явление признаётся за действие света, тем самым признаётся, что оно зависит от светосильности источника, от его яркости. Так, повидимому, думает и выдающий себя за специалиста П. П. Лазарев в первом своём академическом труде.
Отсюда рождалось представление, что разложение углекислоты солнечными лучами должно зависеть от самых светлых, от самых ярких лучей спектра, а такими, как показал Фрауенгофер, оказывались жёлтые. Представление это, по несчастью, нашло себе временную опору в опытном будто бы доказательстве, что наиболее энергичное разложение действительно происходит в жёлто-зелёных лучах солнечного спектра. Доказывали это долго считавшиеся классическими опыты замечательного физика, позднее физиолога, а ещё позже историка Джона Дрэпера, произведённые им в 1846 году.
Но почти одновременно с возникновением и распространением учения о сохранении энергии в физике обнаружился и другой, хотя и менее общий, но далеко не маловажный шаг вперёд - учение о тождестве света, лучистой теплоты и «химического излучения».
На самом пороге девятнадцатого века почти одновременно было сделано два открытия: было установлено, что по обе стороны за пределами ньютоновского спектра простираются области невидимых лучей. За красным концом наблюдались инфракрасные, невидимые, тепловые, а за фиолетовым - ультрафиолетовые, невидимые, химические лучи.
Долгое время эти три категории лучей считались за нечто самостоятельное, отдельное, и только в сороковых, пятидесятых и шестидесятых годах было установлено их полное тождество, главным образом, благодаря Меллони с его замечательной книгой «La Thermochrose», а позднее, благодаря работам целого ряда учёных (Десена, Провоте, Кноблауха, В. Вебера, Магнуса, Жамена и, наконец, Тиндаля) (1), мало-помалу выработалось одно общее понятие «лучистой энергии». Только при этом условии явилась возможность установить действительно научное отношение к этому важнейшему из явлений природы. Это был один из случаев, на которые недавно ссылался известный физик Планк в своей полемике с философом Махом, указывая, что истинная физика начинается только тогда, когда явления из области субъективно-физиологической переходят в область объективно-механических представлений, когда физика раскрывает, что такое звук, свет до их восприятия ухом или глазом, то-есть когда она отрешилась от того антропоморфизма, который желали бы ей навязать Мах и прочие философы необерклеянцы. Я был первым ботаником, заговорившим о законе сохранения энергии (2) и соответственно с этим заменившим и слово «свет» выражением «лучистая энергия». Это не было простой заменой одного слова другим, но существенно изменяло основную точку зрения и вызвало сомнение в верности самих фактов. Став на точку зрения учения об энергии, я первый высказал мысль, что логичнее ожидать, что процесс разложения углекислоты должен зависеть от энергии солнечных лучей, а не от их яркости. Это выступает особенно ясно, если вместо слова «энергия» подставить определение, данное этому слову тем же Ранкиным, которым введён в науку этот термин, вытеснивший стоявшее ранее на его месте слово «сила». Энергия - это способность производить работу, это - работоспособность. Но при разложении углекислоты производится химическая работа, порывается сродство между углеродом и кислородом, мерой которого, как учила возникшая в то же время термохимия, мы должны считать тепловой эффект реакции соединения углерода с кислородом. Здравая логика требовала заключить, что производимая лучом работа зависит от его работоспособности, а не от его чисто субъективного свойства - яркости. Света, помимо глаза, в природе не существует, и невозможно допустить, чтобы такое объективное явление, как разложение углекислоты, зависело от
--------------------------------
1. Хотя по обычной в науке инерции ещё долго, до восьмидесятых и даже девяностых годов, можно было слышать о лучах трёх родов и встречать даже изображения кривых их распределения в спектре.
2. Как эхо заметил английский ботаник профессор Фармер.
--------------------------------
несуществующего вне глаза свойства солнечного луча - его яркости. На моей стороне была логика, против меня были все учёные, как ботаники, так и физики, а главное - на их стороне, казалось, были факты. Для того чтобы доказать верность моей точки зрения, мне предстояла двойная задача: доказать неверность их фактов и новыми более точными опытами фактически доказать верность моего логически верного воззрения.
В чём же заключалось мое противоречие с ботаниками? Ботаники, как уже вамечено выше, на основании опытов Дрэпера утверждали, что разложение углекислоты в солнечном спектре происходит всего энергичнее в жёлтой части спектра, наиболее яркой, и находили это вполне естественным, - ведь они же (жёлтые лучи. Ред.) и самые яркие. Дрэпер как физик не мог, конечно, удовольствоваться нелогичным объяснением факта; для объяснения совпадения между актом зрения и действием света в химическом процессе разложения углекислоты он придумал такую гипотезу. Он первый утверждал, что в основе акта зрения должно допустить существование химического процесса, совершающегося в сетчатке глаза (1). Но изменяющееся вещество - органическое, содержащее углерод. Углекислота также содержит углерод. Вот эта-то общность состава и может объяснить сходство в действии света в обоих случаях (2). Попытка объяснения была остроумна, но фактически не верна, так как уже и в то время было известно много случаев органических, следовательно, содержащих углерод веществ, на которые действуют различные лучи; следовательно, одного углерода для объяснения совпадения недостаточно. Да в этом объяснении не было и надобности, так как мне удалось пока-
------------------------------------
1. Что, как известно, и подтвердилось через сорок лет открытием глазного пурпура немецким физиологом Боллем. Это открытие, которому Гельмгольтц придавал соответствующее ему громадное значение, современные немецкие физиологи пытаются свести на-нет.
2. Ботаники так до сих пор и не знают об этом объяснении; для них в нём не было надобности; они рассуждали, что сила света заключается в его яркости, вначит яркость и должна действовать.
------------------------------------
зать, что самый опыт Дрэпера не внушал доверия (1). При опытах, производимых в спектре, лучи пропускают через щель и затем через призму. Для того чтобы спектр был, как выражаются, чистый, то-есть цвета его были бы разделены, не налегали бы один на другой, щель должна быть узкая, но тогда свет, прошедший через эту узкую щель, распределяясь на большую площадь спектра, оказывается очень слабым. То же могло быть и, вероятно, было в опытах Дрэпера. Свет чистого спектра был слишком слаб и не вызывал разложения углекислоты; чтобы его усилить, Дрэпер должен был открыть щель до 3/4 дюйма в ширину, чего, конечно, не сделал бы в точном физическом опыте. В получаемом таким образом спектре лучи налагаются один на другой, смешиваются, и наибольшее смешение лучей происходит в средней, жёлто-зелёной части, которая от этого становится почти белой, слегка окрашенной в жёлтый цвет. В этой-то части у Дрэпера и получилось наибольшее действие (2), но понятно, что такой опыт ничего не доказал. Показав неубедительность факта, на котором основывалось мнение учёных, что наибольшим действием обладают наиболее яркие - жёлтые лучи, я перешёл к положительным доказательствам верности моего воззрения. Для того чтобы сделать опыт Дрэпера в такой же форме чистым, избежать его ошибки, нужно было усовершенствовать приёмы исследования, на что потребовалось время, а пока я сделал ряд опытов, которые всё же были достаточно точны, чтобы прямо доказать неточность опытов Дрэпера, которую я угадывал на основании условий, при которых они были произведены. На этот раз я пропускал свет через жидкости различного цвета (приём Добени), тщательно исследованные спектроскопом, и выразил результаты этих опытов графически (3). Выраженные
-------------------------------------
1. Я первый показал неточность его опыта.
2. Так как понятно, что белый свет, то-есть сумма лучей, должен действовать сильнее, чем каждое из слагаемых.
3. Работа была издана на немецком языке; это было первое ботаническое исследование, где применялся графический приём; он так и остался непонятным немецким учёным Саксу, Пфефферу, Рейнке и их русским поклонникам,, как будет показано ниже [К. А. Тимирязев ссылается здесь на свою работу «О значении лучей различной преломляемости в процессе разложения углекислоты растениями», 1869 г. См. 381 стр. настоящего тома. Ред.]
-------------------------------------
в такой форме результаты ясно показывали, что наибольшее действие света не соответствует жёлтым лучам спектра. Для опровержения опытов Дрэпера этого было достаточно, но было ли этого достаточно для подтверждения моего положения, что оно зависит от энергии лучей? На этот раз мне пришлось иметь дело с физиками. Определять непосредственно энергию луча можно только по его тепловому эффекту, всего лучше - при помощи столбика Меллони, и все, без исключения, физики были того мнения, что в пределах видимого спектра наиболее нагревают красные лучи, но ещё большее тепловое действие обнаруживается уже за пределами красной части, в невидимых инфракрасных лучах. Мои опыты подтверждали первую половину предположения; они доказывали, что наибольшее действие в процессе разложения углекислоты играют красные, а не жёлтые лучи, так что в пределах видимого спектра теория о зависимости процесса от энергии луча оправдывалась. Как же быть с наиболее энергичными, инфракрасными лучами - теми, которым соответствует максимум энергии теплового эффекта? Здесь существовали прекрасные, но оставшиеся совершенно неизвестными ботаникам опыты физика Кальете (1); он первый исследовал действие в этом процессе тёмных тепловых лучей солнца, проходящих через известную тиндалевскую жидкость (раствор иода в сероуглероде), и убедился, что они вовсе не разлагают углекислоты в листьях. Таким образом, учение о зависимости разложения углекислоты от светящей силы солнца было моими первыми опытами опровергнуто, но нельзя было утверждать, что оно зависит от тепловой энергии, то-есть, разлагаясь всего лучше под влиянием красных, наиболее нагревающих из видимых лучей, она не разлагается в ещё более нагревающих, невидимых инфракрасных лучах. Вопрос усложнялся, но я не думал сдаваться, и на
-------------------------------
1. Того самого, который позднее прославился сжижением водорода.
-------------------------------
этот раз мне пришлось иметь против себя всех физиков. Вопреки им я утверждал, что всеобщее убеждение в том, что максимум энергии наблюдается в инфракрасных лучах, основано на неубедительных опытах, что при более точной постановке опытов он, может быть, совпадёт именно с теми красными лучами, которые наиболее деятельны в растении, и мы увидим далее, что моё предположение и на этот раз снова вполне оправдалось.
Но задача между тем ещё более усложнялась: рядом с поставленным мною вопросом: от яркости или от энергии лучей зависит разложение углекислоты, два физика, Жамен и Эдмонд Беккерель, почти в то же время поставили и другой вопрос: так как этот процесс происходит в зелёных листьях, то не будет ли он зависеть от лучей, поглощённых зелёными органами растения, то-есть содержащимся в них хлорофиллом?
В фотохимии существовал закон, что физическое действие зависит в цветных телах от лучей цветности, комплементарной цвету изменяющегося вещества, или, выражаясь проще, что действие зависит от лучей, поглощаемых данным телом. Открытие этого закона обыкновенно приписывали Гершелю (в 1842 г.). Я первый в 1892 году обратил внимание на оставшиеся незамеченными фотохимиками и теоретиками фотографии исследования Гротгуса (в 1818 году в Митаве), в первый раз установившие этот закон (2). Позднее Абней совершенно справедливо высказал мысль, что, собственно говоря, этот закон - только необходимый вывод из закона сохранения энергии, так что я был в основе прав, формулируя мысль, высказанную Жаменом и Беккерелем, как в приведённой выше цитате, что «необходимо проследить участь луча в растении до его уничтожения», то-есть до превращения в химическую работу.
------------------------------
1. В первый раз я указал на Гротгуса в 1892 году, а в 1895 году даже показывал на публичной лекции в проекции на экран его опыт. Отмечаю это потому, что г. Лазарев и его сотрудники считают этот закон и его демонстрацию на экране основным фактом в фотохимии и приписывают его Лазареву; теперь и Лазарев сам себе его приписывает.
------------------------------
Беккерель на основании своих опытов не мог притти ни к какому определённому результату, а Жамен опытов не делал, но пришёл к неверному заключению об опытах Дрэпера. Он полагал, что результат, полученный Дрэпером, будто бы объясняется свойствами хлорофилла, но это фактически неверно (1). Как бы то ни было, переходя к более точной форме опыта, то-есть в спектре, необходимо было ответить и на вопрос, не играет ли роль поглощение лучей хлорофиллом, так как это доставляло бы самое простое и согласное с законом сохранения энергии объяснение и в то же время объясняло бы бездействие жёлтых лучей.
Изучить при помощи спектроскопа закон поглощения света хлорофиллом в растворе и, далее, проверить это поглощение в самом микроскопическом органе, в котором происходит изучаемый процесс разложения углекислоты, в хлорофилловом зерне (позднее названном хлоропластом), - обе эти задачи были мною осуществлены в 1868 и 1871 годах, и приборы, мною для этого предложенные, нахвдятся во всеобщем употреблении, хотя снова приписываются другим учёным, выступив-
-------------------------------
1. Он утверждал, что красные лучи спектра, поглощаемые хлорофиллом, красно-ораюкевые и сине-фиолетовые флуоресцируют и, следовательно, в итоге не поглощаются и не могут действовать; только, по его мнению, лучи, поглощаемые в жёлто-зелёной части, будто бы не флуоресцируют и потому наиболее энергично действуют в опыте Дрэпера. Это вдвойне неверно! все лучи, поглощаемые хлорофиллом, в растворе флуоресцируют, а с другой стороны - в растении флуоресценции вовсе не обнаруживается. Таким образом, мысль, что в пределах видимого спектра разложение углекислоты зависит не от яркости, а от энергии лучей, в первый раз была высказана и доказана мною в 1869 г. Мысль же, не зависит ли оно от поглощения хлорофилла, была высказана Жаменом и Беккерелем (1868). Наконец, немецкие ботаники и с их голоса некоторые русские, как, например, г. Цвет, упорно приписывают обе идеи физику Ломмелю, выступившему после нас троих (1871), между тем как он сам сознаётся, что первая высказана мною, а о Жамене и Беккереле он ничего не знал, что для физика непростительно. Что же сказать о г. Цвете, который, вопреки моим неоднократным разъяснениям, упорно и сознательно говорит неправду, опровергаемую простой хронологией и словами самого Ломмеля (см. Цвет. Хромофиллы, Варшава, 1910, стр. 352).
-------------------------------
шим с ними через десятки лет после меня, - обстоятельство, с которым в этом изложении приходится встречаться на каждом
шагу (1).
Моя первая работа, о которой я сам заявил, что она только предварительная, послужила сигналом к пробуждению оживлённой деятельности немецких учёных на целые десять лет. Одни, как мой друг, талантливый и недостаточно оценённый немецкий учёный Николай Мюллер, хотели меня обогнать, другие, как ученик Сакса Пфеффер, желали во что бы то ни стало отстоять опровергнутое мною. Но с первым оправдалась пословица: поспешишь, людей насмешишь, а второй после двадцатилетних упорных попыток отстоять заведомо ложное, приписал это другим учёным, подтвердил мою работу, только в гораздо менее научной форме... *
В результате этой работы, произведённой со строго научными физическими и химическими приёмами, оказалось, что наибольшее действие производят не наиболее яркие - жёлтые лучи, а наиболее тёплые (в пределах видимого спектра) - красные лучи. Таким образом, моё предположение, что фотохимическое действие есть функция энергии, а не яркости (светового напряжения) луча, получило первое экспериментальное подтверждение. Но для утверждения моей теории и в то же время для достижения того доказательства, которого требовали Майер и Гельмгольтц, этого было недостаточно. Требовалось объяснить, почему не действуют те лучи, которые обладают ещё большей тепловой энергией - тепловые инфракрасные
------------------------------------
1. Прибор для изучения кривой поглощения света жидкостями (получения их спектрограмм) предложен мною в 1868 г., а в самом обширном трактате по спектроскопии Кайзера он приписывается Бэли и Дешу (в 1904 г.). Микроспектроскоп (объективный) предложен мною в 1871 году, а приписывается обыкновенно Эдельману (в 1884 г.).
* На этом месте обрывается черновая рукопись автора. Далее следует два отрывка из оставшейся незаконченной последней части предисловия. Ред.
------------------------------------
лучи, как это доказывал Кальете, а главное - доказать, что действуют те именно лучи, которые поглощаются растением. Средство для того давал именно тот метод, открытие которого составляло едва ли не главное приобретение науки той эпохи - метод спектроскопии.
На первый вопрос я отвечал отрицанием ходячего в физике воззрения, что наибольшим напряжением обладают тёмные инфракрасные лучи, воззрения, возникшего вместе с веком, благодаря Гершелю старшему, и к середине века благодаря Гершелю младшему и, особенно, Меллони, Десену, Кноблауху и Тиндалю, - ставшего, как казалось, одной из наилучше доказанных физических истин.
Против этой истины я храбро восстал, утверждая, что наибольшей тепловой энергией обладают, очень возможно, не тёмные, а именно те красные лучи, которые, как показали только что произведённые мною опыты, наиболее энергично разлагают углекислоту в растении. А мог я рассуждать таким образом на основании соображения, ускользнувшего почти от всех физиков.
Все перечисленные физики определяли тепловой эффект различных лучей исключительно в спектре призматическом. Но призматический спектр, как известно, не однороден во всех своих частях, а в зависимости от природы призмы представляет различное светорассеяние в различных частях спектра: в одних частях лучи скучены более, в других менее. Прямо сравнивать действие различных лучей спектра так же неточно, как сравнивать, например, количество населения одинаковых площадей, не принимая во внимание его густоту. Так и в спектре: в красной и инфракрасной части лучи более скучены, чем в фиолетовой и ультрафиолетовой, где они более рассеяны. Температура в каждой точке призматического спектра, таким образом, зависит от двух условий: от живой силы луча (измеряемой его нагревательной способностью) и от скученности лучей. Если принять во внимание последнее обстоятельство, то максимум теплового действия может переместиться в видимую часть. Это соображение давало мне право отрицать ходячее воззрение физиков, что наибольшим тепловым действием обладают тёмные инфракрасные лучи. В так называемом нормальном спектре, полученном не при помощи призмы, а при помощи решётки, где светорассеяние одинаково во всех частях, наибольшее тепловое действие могло очутиться в видимой части спектра, и, как я предсказывал, в красной, где я нашёл максимум разложения углекислоты, и, как увидим, моё пророчество вскоре оправдалось.
Но моего исследования при помощи цветных жидкостей было недостаточно; для доказательства зависимости разложения не от жёлтых, а от красных лучей нужно было доказать неверность опыта Дрэпера, то-есть, показать, что и в спектре максимум разложения будет не в жёлтой, а в красной части спектра. Для этого нужно было убедиться, что результат, полученный Дрэпером таким точным, можно сказать, самым точным исследованием в этой области, был неверен; затем найти источник его ошибки и, наконец, найти и средство избежать этой ошибки. Всё это мне удалось осуществить таким образом.
Спектр мы получаем, пропуская луч света (в настоящем случае - солнечный) через щель и призму. Для получения более резкого изображения спектра пользуются ещё линзой. Спектр называется чистым, когда составляющие его цвета не налегают один на другой, что всего лучше можно обнаружить, загораживая щель одноцветным стеклом: красным, жёлтым, зелёным и т. д. При этом получаются одноцветные изображения, только соприкасающиеся одно с другим. Если затем значительно расширить щель, то будут получаться более широкие изображения, налегающие краями одно на другое. Ещё нагляднее это обнаруживается, если, получив ясный, резкий спектр, затем значительно расширить щель; тогда в середине спектра получится бесцветное, белое пространство от совместного налегания всех частей спектра, и только края спектра будут ясно окрашены: с одного края - в красный, с другого - в синефиолетовый цвет. Спектр, полученный при помощи узкой щели со строго разграниченными чистыми цветами, мы называем чистым; спектр с набегающими один на другой, сливающимися цветами, пределом чего служит спектр с белой серединой, мы называем нечистым, то-есть с нечистыми смешанными цветами. Чистые спектры получаются только при узкой щели, с широкой же щелью получается только спектр нечистый. Но в спектре чистом, то-есть полученном через тонкую щель, как нетрудно понять, свет очень ослаблен, потому что луч, прошедший через щель, потом (благодаря линзе и призме) развёртывается в изображении спектра, площадь которого, может быть, в сто и более раз превосходит сечение щели. Другими словами, что мы выигрываем в силе света, мы утрачиваем в чистоте спектра, и наоборот. Точно так же, чем больше спектр, тем он слабее, чем меньше, тем он сильнее. Но, с другой стороны, размеры спектра не могут быть очень малы, так как в нём нужно расположить несколько стеклянных трубок с листьями (или, ещё лучше, кусочками одинаковой величины, вырезанными из того же листа), при помощи которых мы изучаем разложение углекислоты листом в различных цветах спектра. Размеры этих приборов зависят от того, какими мы располагаем средствами для анализа газов. Если приём для анализа разов мало чувствителен, то-есть нужны большие количества газа для его анализа и большие поверхности листа, а следовательно, и размеры спектра будут велики, тогда, чтобы свет его был достаточно силен, необходимо широко раскрыть щель, что и сделал Дрэпер. Но тогда спектр будет не чист и притом не везде одинаково, а именно в красной части относительно чист, в жёлтой же - не чист, то-есть в красной части будут действовать действительно чистые красные лучи, а в жёлтой - смесь лучей, почти белый свет, только подкрашенный в жёлтый.
Таким образом, ошибка Дрэпера была найдена. Оставалось найти средство от неё освободиться.
Так как увеличение яркости спектра расширением щели привело к ошибке Дрэпера, то оставался другой путь - довольствоваться малым, но чистым спектром, увеличив чувствительность газового анализа. Если в первой работе я довольствовался своим приёмом, допускавшим точность до 1/10 кубического сантиметра, то на этот раз я придумал метод анализа, дозволявший измерять тысячные доли кубического сантиметра. Позже я предложил свой микроэвдиометр, дозволяющий определять миллионные доли кубического сантиметра (1).
Только благодаря этому приёму явилась возможность работать в чистом спектре. Приступая на этот раз к работе, я задался уже двойной задачей - доказать в более точной форме, что действуют не наиболее яркие (жёлтые), а обладающие наибольшей энергией красные лучи, а во-вторых, доставить точное доказательство, требуемое Майером и Гельмгольтцем, что действуют те именно лучи, которые поглощаются растением.
Благодаря этим двум методам точного анализа газов, дозволявшим в первый и до сей поры единственный раз изучить явление в чистом спектре, а с другой стороны, благодаря обнаруженному закону поглощения света хлорофиллом (2), можно было получить то доказательство, что именно те лучи, которые поглощаются зелёным листом, и в той мере, как они поглощаются, затрачиваются на разложение углекислоты. Таким образом было получено мною то экспериментальное доказательство, которого требовали Майер и Гельмгольтц, для возможности приложения их великого открытия к тому явлению, которое современный физиолог (см. эпиграф) справедливо
----------------------------------
1. Помню, как Вертло в шутку сказал: «каждый раз, что Вы приезжаете к нам (1870, 1877, 1884), Вы привозите новый метод газового анализа, в тысячу раз более чувствительный». Эти методы вошли в общее употребление, но приписываются различным немецким и русским ботаникам только на том основании, что они применяли их через двадцать, тридцать лет позже меня.
2. Правильнее сказать - его зелёной составной частью, названной мною хлорофиллином, а теперь упорно и немецкими и русскими учёными называемой хлорофиллом, так что не энаешь, о чём идёт речь - о той ли смеси пигментов, которая находится в листе, или о том в первый раз выделенном мною зелёном теле, которое, собственно, только и играет роль в занимающем нас важном естественном явлении. О важном эначении сопровождающих тел скажем после.
----------------------------------
считает едва ли не самым интересным во всей области естествознания.
Но немецкие ботаники Сакс и Пфеффер и по их стопам и наши упорно продолжают отрицать значение моих исследований, опровергнувших результаты их собственных работ. Те и другие были очень обрадованы, когда явился немецкий учёный Энгельман (или, вернее, голландский, акклиматизировавшийся в Германии), который получил сходные с моими результаты совершенно негодным способом. Именно, вместо того, чтобы итти строго химическим путём, как это делал я, он вообразил, что нашёл крайне чувствительный способ определять выделяемый растением кислород так называемым методом бактерий.
Я неоднократно указывал на полную негодность этого приёма. Это не мешало немецким и русским ботаникам даже в своих позднейших произведениях (Иост, Лепёшкин) приводить результаты именно этих энгельмановских исследований (1)
--------------------------------
1. Любопытно, что Энгельман, получив результат, несогласный с воззрениями немецких авторитетов, сам сначала усомнился и решил выступить с ними, только узнав о моих исследованиях.
--------------------------------
