Как стушевываются в наше время пограничные линии между разными областями знаний!
Но в статье Соболева меня заинтересовало другое. «Известно, — писал Сергей Львович, — какое значение имеет при современном состоянии химии так называемый рентгеноструктурный анализ. Еще недавно для расшифровки какой-либо структуры мог требоваться целый год. Сначала в Москве, а затем и в Новосибирске были сделаны попытки применить для этой цели электронно-вычислительную технику. Машина, способная „перепробовать“ за короткое время все возможные комбинации атомов, неизмеримо ускоряет процесс исследования. В нашем институте группой сотрудников под руководством кандидата физико-математических наук В. И. Бурдиной разработана совместно с химиками система программ для анализа так называемых двухмерных структур, разрабатывается аналогичная система для структур, более сложных — трехмерных».
Совместно с химиками… С тех пор призрак Монжа-Бертолле неотступно стоял у меня перед глазами.
Помнится, правда, что обостренный интерес к соболевской статье был отнюдь не случаен. Его подогрело предварительное знакомство с работами преемников курнаковского наследия.
На бойком месте, под боком у широкой московской магистрали — Ленинского проспекта, — примостилось неказистое с виду, серое двухэтажное здание. Это ИОНХ — Институт общей и неорганической химии Академии наук. Удивительный мир, где говорят на языке топологической химии. Недаром он носит имя своего прежнего руководителя, ныне покойного академика Курнакова. Именно здесь, посреди небольшого дворика, ненадежно забаррикадировавшегося от уличной сутолоки чугунной оградой да редкими кустиками зелени, произошла встреча, побудившая меня заинтересоваться судьбой Николая Семеновича Курнакова и его идеи — создания математического языка химии.
Тогда я работал в Институте физической химии Академии наук. ИФХАН (так сокращенно именовался наш институт) образовывал одно целое с ИОНХом, разве что в месте сочленения зданий зияла квадратная подворотня, сквозь которую каждое утро устремлялся торопливый поток людей: они спешили наперерез нам в ИНЭОС (Институт элементоорганических соединений) и другие институты, расположенные на задворках нераздельно слившихся ИФХАНа и ИОНХа. Тут-то я и натолкнулся на своего приятеля, который закончил механико-математический факультет МГУ еще в ту пору, когда я сам был студентом-химиком.
— Я теперь в аспирантуре ИНЭОСа, — сообщил он, к немалому моему изумлению. — И не я один. Там у нас целая группа математиков, все химией занимаются. Впрочем, не только у нас и не только в Москве. В Новосибирске, например, много интересного. Ну, пока…
И мой Монж нырнул в подворотню.
Шутки шутками, а встреча заставила меня призадуматься. Математика в химии… Что ж, пожалуй, здесь действительно нет ничего удивительного. Не только в ИОНХе, но и в Институте физической химии работают математики. А в пяти минутах езды — Институт химической физики, — сколько там студентов мехмата МГУ делает свои дипломы! Того и гляди появится где-нибудь Институт математической химии!
Математическая химия… А почему бы и нет? Разве не настала пора для становления и самостоятельного развития новой науки?
Ведь недаром же говорят, что на ниве знаний подчас наиболее плодородны именно межи: вспомнить хотя бы математическую лингвистику, математическую геологию, математическую экономику.
Мелодичный, но властный голос стюардессы прервал полудремотные грезы пассажиров: «Самолет идет на посадку. Наденьте привязные ремни!» Все, как один, разом посмотрели на циферблаты часов. В чем дело? Если верить расписанию, еще не время для посадки! Уж не случилось ли чего-нибудь?
Так оно и есть. Одной из пассажирок плохо. Сердечный приступ. Ни аварийная химия бортовой аптечки, ни участливые советы воздушных эскулапов помочь не в силах. Расписание расписанием, а здоровье человека превыше всего. С сердцем шутки плохи. И пилот ведет машину в ближайший аэропорт, где пострадавшую уже ждет карета «Скорой помощи», вызванная по радио.
Этот грустный эпизод невольно вспомнился мне потом, уже в Академгородке. Вовсе не потому, что опоздание самолета перепутало все мои карты: день был субботний и учреждения пустели раньше, чем обычно. Нет, повод оказался совсем иным.
Хотя стрелки давно уже перевалили за урочный час, когда кончаются всякие приемы, вахтер безропотно пропустил меня в Институт математики. Наверное, так уж повелось, что здесь даже по субботам сотрудников не выдворишь из лабораторий. Почему, я понял в тот же день.
Сказать правду, никакой это был не институт в традиционном смысле слова, а самый что ни на есть заурядный жилой дом. Напротив отнюдь не парадного подъезда (вход был со двора) прямо под сенью таблички с внушительной надписью «Институт…» годовалые «старожилы» существующего без году неделю Академгородка (стоило детской коляске чуточку притормозить) оглашали воздух пронзительным ревом. А все потому, что молодой папа-физик, заглядевшись, должно быть, в книгу с формулами космических скоростей и запамятовав лирическую гоголевскую строку: «И какой же русский не любит быстрой езды», — перестал вовремя подталкивать и без того тихоходный кабриолет…
Стройка институтского здания вот-вот должна была завершиться, а пока лаборатории временно размещались в гостиных, спальнях, даже, помнится, на кухне. Однако не успел я подумать про себя: «Не красна изба углами…», — как меня не то в кухне, не то в гостиной вместо пирогов встретили… углы. Острые, тупые, прямые, они смотрели с многочисленных диаграмм и графиков, которые разложили передо мной молодые ребята, сотрудники Лаборатории задач химии и физики.
В путешествии по институтским закоулкам, по лабиринтам графиков, по маршрутам своих планов меня сопровождал молодой математик Виктор Кудрин.
Математический анализ применительно к структурам химических веществ. Квантово-механические расчеты электронных состояний на поверхности кристаллов. Оптимизация технологических процессов в химическом производстве. Проектирование контактных аппаратов с помощью электронных машин. Абстрактные на первый взгляд, но на деле очень важные для науки и техники проблемы на стыке химии и математики.
Лаборатория химических проблем в математическом институте… Если бы все это видел Николай Семенович Курнаков! Он бы не нарадовался, глядя на племя современных Монжей, у которых свежесть взгляда и непредвзятость мышления, этот бесценный дар невозвратной юности, соперничает с деловитой уверенностью профессионалов, имеющих за плечами опыт и мудрость великих предшественников. А рядом, в четверти часа ходьбы по асфальтированной дорожке, вьющейся между стволами сибирских сосен, уже вздымались современные корпуса химических институтов, где — хотите верьте, хотите нет — я собственными глазами увидел молодых Бертолле, несущих курнаковскую эстафету. И вот что примечательно: даже привычному уху трудно отличить по манере разговаривать математиков, работающих в области химии, от химиков, работающих в области математики, — настолько общий у них язык, настолько крепко поднаторели они в методах и терминологии обеих наук.
До поры до времени «дела пробирные» обходились карандашом и клочком бумаги. Так было в эпоху Бертолле, так случалось и во времена Курнакова. А нынче химики запанибрата с мощной электронно-счетной техникой: не тот век, чтобы кичиться убожеством стародедовских способов, прикрываясь флагом традиционной скромности химиков в выборе технических средств.
Когда мы произносим слова «большая химия», перед глазами встают многозначные цифры планов, многошумные новостройки в «огнях и звонах», многоэтажные и многотрубные гиганты индустрии. Между тем история любого химического завода с его грохочущими машинами и клокочущими котлами начинается в тиши исследовательской лаборатории. Да, большая химия начинается с маленькой пробирки. Пробирка, над которой колдует экспериментатор, — это заводской аппарат в миниатюре. Именно здесь, в едва слышном бульканье реакционной смеси, чуткому уху слышится могучий ритм шумного и жаркого дыхания воздуходувок, печей, колонн, скрубберов, газгольдеров, труб, где непрерывно перемещаются многотонные массы жидкостей, многокубовые объемы газов.
Не только в химии крупномасштабному воплощению инженерного замысла предшествуют опыты с крошечными моделями. Сколько наблюдений над игрушечной копией «ТУ-104» было проделано в аэродинамических трубах, прежде чем дюзы могучего исполина огласили аэродромы зычным уверенным гулом!
Как же конструкторы переходят от одних масштабов к другим?
Чтобы превратить лилипута в Гулливера, обычно используется теория подобия. Результаты экспериментов с карликовой моделью пересчитывают по определенным уравнениям для всамделишного гиганта. Это очень эффективный метод, давно и хорошо зарекомендовавший себя в авиации, гидравлике, теплотехнике.
Увы, не в химии! Здесь при переходе к другим масштабам характер процессов, как правило, изменяется. Но отчего? Разве синтез того же аммиака в заводском аппарате описывается другим уравнением, нежели в лабораторной установке? Нет, и стехиометрия и характер равновесия остаются теми же самыми. Тогда, может статься, дают о себе знать какие-нибудь неучтенные тонкости процесса?
Что ж, давайте разберемся во всем по порядку.
Огонь, порождающий своего заклятого недруга — воду. Такому мог удивиться разве что Генри Кавендиш, который впервые наблюдал горение водорода в кислороде. А сегодня любой школьник запросто напишет незамысловатую реакцию: 2H2 + O2 = 2H2O. Простенькое уравнение, не так ли? Два объема водорода, один кислорода, и в итоге — два объема водяных паров. Берешь два исходных вещества, получаешь один конечный продукт.
Уравнение одно, но почему такие странные различия? В опытах Кавендиша над трубкой, из которой выходил водород, теплился едва заметный язычок пламени. Зато, если взять те же количества водорода и кислорода, но тщательно перемешать, получится гремучий газ. Если его поджечь, он взорвется.