Ни Митчерлих, ни французский ученый Провостэ, также изучавший это явление, не смогли ответить на поставленный вопрос. Не ответил на него и знаменитый физик Жан-Батист Био, который задолго до этих ученых высказал мысль, что свойство некоторых тел вращать плоскость поляризации, очевидно, стоит в связи с кристаллической формой тел и что изучение этого вопроса поможет проникнуть в тайны молекулярного строения материи.
Тайна оставалась тайной и именно своей неразрешимостью привлекла внимание Пастера.
Прочитав статью Митчерлиха, а затем и работу Провостэ, Пастер утратил покой. Прежде всего он изучил явление поляризации, и оно показалось ему интересным и поэтичным.
Примерно за двести лет до того, как Пастер занялся изучением кристаллов, было открыто удивительное свойство исландского шпата раздваивать луч света. Если смотреть через пластинку этого минерала на какое-либо изображение, то можно видеть не одно, а два изображения. Такое двойное лучепреломление было достаточно хорошо изучено в последующие десятилетия. Оказалось, что раздвоенный пучок света превращается как бы в два самостоятельных луча, и каждый из них ведет себя неодинаково. Если из полевого шпата выточить призму, распилить ее по диагонали и снова склеить канадским бальзамом, а затем пропустить через нее пучок света, то пройдет только один из двух лучей, второй же отразится от канадского бальзама и отклонится в сторону. Если потом поставить на пути второго луча еще одну такую же призму, так, чтобы плоскости ее были параллельны первой, отклонившийся луч пройдет через нее, как через любое другое прозрачное тело. Но стоит повернуть вторую призму на 90 градусов, как луч снова отклонится. Теперь уже колебания в проходящем свете совершаются в определенной плоскости — световые волны стали поляризованными. Такой поляризованный свет может проходить только через определенно расположенную атомную решетку. И если между двумя такими призмами расположить какое-либо прозрачное вещество, например пластинку горного хрусталя или трубочку с раствором сахара, поляризованный луч, пройдя через них, снова изменит плоскость своих колебаний и, отклонившись вправо или влево, сможет пройти через повернутую на 90 градусов вторую призму. Способность тел вращать плоскость поляризации называется оптической активностью.
В дальнейшем при помощи поляризованной установки — поляриметра — было показано, что одни кристаллы отклоняют плоскость поляризации только влево, другие — только вправо. Так, например, Био нашел, что есть два вида горного хрусталя — лево- и правовращающий, причем на глаз никакой разницы между ними установить не удалось: кристаллы были абсолютно одинаковыми по своему строению, количеству и расположению граней и т. д.
Позже оказалось, что оптическая активность кварца связана с асимметрическим строением его кристаллов — те, которые вращали луч света вправо, имели на правой стороне дополнительную грань, те же, которые вращали плоскость света влево, имели такую грань с левой стороны кристалла.
Но почему же винная и виноградная кислоты, кристаллы которых совершенно одинаковы, по-разному относятся к поляризованному свету? В чем тут секрет?
Мысль о внутренней структуре, обусловливающей внешнюю форму тел, стала для Пастера чем-то вроде навязчивой идеи. Если раствор двух веществ, химически одинаковых, состоящих из одних и тех же частиц, различно относится к свету, это значит, что частицы в чем-то неодинаковы, рассуждал Пастер, химически однородные, они должны быть неоднородными по своей форме. А что такое неоднородность формы частицы? Различная группировка атомов, составляющих ее. Отклонение плоскости поляризации — оптическая неправильность — указывает на неправильность внутреннюю, на асимметричность в группировке атомов. Если эта гипотеза верна, то очевидно, что внутренняя, невидимая асимметрия частиц должна проявиться видимой неправильностью кристалла. Кристаллы должны быть различны.
Если эта гипотеза верна…
Пока что гипотеза явно расходилась с мнением столь маститых ученых, как Митчерлих и Провостэ, утверждавших, что кристаллы винной и виноградной кислот во всем схожи между собой. Смелость, с какой Пастер ринулся в бой с признанными авторитетами, поистине удивительна. Но тогда, когда перед ним вставали вопросы науки, авторитетов не существовало. И он, быть может по молодости, а может быть по строптивости характера, легко допускал, что и Митчерлих и Провостэ просто могли ошибиться. Ибо ученые — тоже люди, а всякому человеку свойственно ошибаться…
Он почти не встретил затруднений в определении неправильности строения оптически активных кристаллов винной кислоты и ее солей. Повторяя опыты Митчерлиха, он обнаружил то, что упустил маститый ученый: на кристаллах солей винной кислоты существуют маленькие дополнительные грани, доходящие только до половины ребер и создающие неправильность в строении кристалла; называется такая неправильность гемиэдрией (половинчатостью). Если положить такой кристалл перед зеркалом, то отражение будет неналожимо на него, то есть отражение не совпадет во всех точках с отражаемым предметом. Очень важным в этом опыте было то, что все гемиэдрические грани находились у кристаллов винной кислоты справа, и именно вправо вращался луч поляризованного света.
Прямая связь между гемиэдрией и оптической активностью, как и предполагал Пастер, была очевидной. Первая часть опыта закончилась благополучно.
С волнением приступил Пастер ко второй части, которая должна была подтвердить, что кристаллы оптически пассивной виноградной кислоты симметричны и гемиэдрическое построение им не свойственно.
Пастер исследует кристаллы солей виноградной кислоты и… Что это? Не может быть, вероятно он ошибается… Он снова и снова повторяет опыт и снова получает одни и те же результаты: кристаллы оптически пассивной виноградной кислоты тоже гемиэдричны!.. Вот это осечка! Все здание рушится сразу, вся стройная теория зависимости оптической активности вещества от его строения оказывается никуда не годной.
Очень экспансивный, легко меняющий настроения, Пастер впал в уныние — гипотеза не выдержала испытания опытом, надо все начинать сначала. Но чтобы начать заново, надо иметь новую гипотезу, а он ничего другого не может предложить! Вопреки эксперименту он продолжает верить в свою первоначальную догадку, ибо логика вещей говорит в ее пользу.
Уже безо всякого энтузиазма Пастер снова — в который раз! — рассматривает под микроскопом крохотные кристаллики таинственной виноградной кислоты и — стоп! — замечает в них нечто новое, отличное от первоначальных наблюдений. Оказывается, гемиэдрия тут есть, но не такая, как в первом случае: если у винных кристаллов все дополнительные грани расположены справа, то тут они на некоторых кристаллах справа, а на других слева… Еще неясно, что это может дать, но это уже какая-то зацепка. Надо все как следует обдумать.
