Макс фон ЛауэМакс фон Лауэ не был сильным экспериментатором и нуждался в помощи. По этой причине он обратился за советом к основателю мюнхенской школы теоретической физики Арнольду Зоммерфельду (1868–1951), но тот не поддержал его, заявив, что тепловое движение должно сильно нарушать правильную структуру кристалла. Более того, Зоммерфельд не разрешил и одному из своих ассистентов, Вальтеру Фридриху (1883–1968), тратить время на подобные, как ему казалось, бессмысленные опыты. К счастью, Фридрих придерживался совершенно иной точки зрения, и он с помощью своего друга Пауля Книп-пинга (1883–1935) втайне все же провел эксперимент. Они выбрали кристалл сульфата меди (CuSO4) – эти белые кристаллы имелись в большинстве лабораторий – и собрали установку.
Первые эксперименты не дали результата. В них фотографическая пластинка располагалась между трубкой (источником рентгеновских лучей) и кристаллом, так как считалось, что кристалл должен действовать в качестве отражательной дифракционной решетки. Потом Пауль Книппинг предложил расположить фотопластинки со всех сторон вокруг кристалла. В результате на одной из пластинок, располагавшейся за кристаллом на пути пучка рентгеновских лучей, был обнаружен эффект, который так долго искали.
Таким образом, была открыта дифракция рентгеновских лучей на кристаллах. За это открытие в 1914 году Макс фон Лауэ, предсказавший это явление и опытным путем доказавший волновой характер ренгеновского излучения, был удостоен Нобелевской премии по физике. Отметим, что Пауль Книппинг в 1913 году получил степень доктора наук, а Вальтер Фридрих чуть позднее стал профессором во Фрайбургском, а потом в Берлинском университетах.
В 1913 году кристаллограф Г. В. Вульф (1863–1925) в России и Уильям-Генри Брэгг-отец со своим сыном Уильямом-Лоренсом Брэггом (1890–1971) в Англии повторили опыты Макса фон Лауэ с одним существенным изменением: они направили рентгеновские лучи на кристаллы под разными углами к их поверхности. Сравнение рентгеновских изображений, полученных при этом на фотопластинках, позволило исследователям точно определить расстояния между атомами в кристаллах. Брэгги за это в 1915 году были удостоены Нобелевской премии по физике, и при этом Брэгг-сын стал самым молодым нобелевским лауреатом по физике за всю историю этой премии.
Так были сделаны два фундаментальных научных открытия: рентгеновские лучи обладают такими же волновыми свойствами, как и световые лучи; с помощью рентгеновских лучей можно исследовать не только внутреннее строение человеческого тела, но и заглянуть в глубь кристаллов.
В медицине с помощью рентгеновских лучей удалось узнать много нового о человеческих недугах, в частности, о переломах костей, об особенностях строения желудка, о расположении язв и опухолей и т. д.
Но, как известно, обычно желудок прозрачен для рентгеновских лучей. И тогда придумали кормить больных перед фотографированием суспензией из сернокислого бария (BaSO4), которую назвали «бариевой кашей». Сернокислый барий не является токсичным для организма веществом и значительно менее прозрачен для рентгеновских лучей, чем мускульные ткани или внутренние органы. В результате на рентгеновских снимках стали отлично видны любые сужения или расширения пищеварительных органов человека.
В конечном итоге, мощные источники рентгеновских лучей были найдены и вне пределов Земли. В конце 40-х годов XX века детекторы рентгеновских лучей на баллистических ракетах были подняты на высоту более 100 км, и они позволили зарегистрировать рентгеновское излучение, испускаемое при солнечных вспышках.
В 60-70-е годы были обнаружены другие рентгеновские источники. А нынешние каталоги, составленные на основе спутниковых наблюдений, включают уже тысячи космических источников рентгеновского излучения: остатки сверхновых звезд, центральная область (ядро) Галактики, другие галактики…
Таким образом, измеряя приходящие к Земле потоки рентгеновского излучения, астрономы получили возможность судить о явлениях, происходящих за многие миллиарды километров от нашей планеты. Возникла новая область науки – рентген-астрономия…
«Случайное» открытие бактериолога Флеминга
Шотландский бактериолог Александр Флеминг (1881–1955) родился в графстве Эйршир в семье фермера. Он посещал маленькую сельскую школу, расположенную неподалеку, а позже Килмарнокскую академию. А потом, в 13-летнем возрасте, он вслед за старшими братьями отправился в Лондон, где работал клерком и посещал занятия в Политехническом институте.
Став постарше, Александр по совету старшего брата подал документы на национальный конкурс для поступления в медицинскую школу. На экзаменах он получил самые высокие баллы и стал стипендиатом медицинской школы при госпитале Святой Марии.
Будучи студентом, Флеминг попал под влияние знаменитого врача-иммунолога профессора Алмрота Райта (1861–1947), приехавшего в госпиталь Святой Марии в 1902 году. Он-то и стал его первым учителем.
Александр изучал хирургию и, выдержав экзамены, в 1906 году стал членом Королевского колледжа хирургов. Оставаясь работать в лаборатории патологии профессора Райта при госпитале Святой Марии, он в 1908 году получил степени магистра и бакалавра наук в Лондонском университете.
Александр Флеминг
В то время врачи и бактериологи полагали, что дальнейший прогресс будет связан с попытками изменить, усилить или дополнить свойства иммунной системы. Открытие в 1909 году немецким врачом и химиком Паулем Эрлихом (1854–1915) препарата «606» (сальварсана – лекарства от сифилиса) лишь подтвердило эти предположения. Надо сказать, что основоположник химиотерапии Пауль Эрлих всю жизнь занимался поисками того, что он называл «магической пулей», которая могла бы находить в организме человека свою мишень – возбудитель болезни, и поражать ее одним «выстрелом».
Лаборатория профессора Райта одной из первых получила образцы сальварсана для проверки. В 1908 году Флеминг приступил к экспериментам с препаратом, используя его также в частной медицинской практике для лечения сифилиса. Прекрасно осознавая все проблемы, которые могли быть связаны с мышьякосодержащим сальварсаном, он, тем не менее, искренне верил в возможности химиотерапии.
После вступления Великобритании в Первую мировую войну Флеминг служил армейским врачом, участвуя в военных действиях во Франции. На его глазах многие раненые погибали от сепсиса, столбняка и гангрены. Пытаясь их спасти, хирурги применяли антисептики. Занимаясь исследованием ран, Флеминг доказал, что такие антисептики, как карболовая кислота (С6Н5ОН), в то время широко применявшаяся для обработки открытых ран, неэффективны, а иногда опасны – они убивает лейкоциты, создающие в организме защитный барьер, что способствует выживанию бактерий в тканях.
С этого времени Флеминг приступил к поискам вещества – «волшебной пули», по его выражению, – губительного для микробов, но безвредного для человеческого организма.
В 1922 году Флеминг сделал свое первое важное открытие: он абсолютно случайно обнаружил в тканях человека вещество лизоцим , разрушающее клеточные стенки бактерий и не причиняющее вреда здоровым тканям.
Сам термин лизоцим придумал начальник Флеминга профессор Алмрот Райт, который увлекался созданием «греческих» слов. Логика у него была такая: новое вещество напоминает фермент (энзим), значит, его название должно оканчиваться на «zyme», а раз оно разрушает микроорганизмы, его окрестили лизоцимом (англ. lyse – «разрушать»).
Как выяснилось, в больших количествах лизоцим содержится в слюне человека, и этим объясняются ее антибактериальные свойства. А еще он содержится в слезной жидкости, в носовой слизи и в грудном молоке. В последнем его концентрация весьма высока (около 400 мг/л) – это намного больше, чем в коровьем молоке.
Казалось бы, лизоцим – это и есть универсальный природный антисептик, но, к сожалению, обнаружилось, что он малоэффективен против наиболее патогенных микроорганизмов.
Коллега Флеминга, доктор Эллисон, так описал открытие лизоцима в своих воспоминаниях:...
«В 1922 году я поступил в госпиталь Святой Марии, чтобы работать в лаборатории с Флемингом. Он сразу же стал подшучивать над моей педантичной опрятностью. Каждый вечер я (…) выбрасывал все, что не могло больше пригодиться. Флеминг сказал, что я слишком аккуратен. Сам он сохранял свои культуры по две-три недели и, прежде чем уничтожить, внимательно их изучал, чтобы проверить, не произошло ли случайно какого-нибудь неожиданного и интересного явления. Дальнейшая история доказала, что он был прав и что, если бы он был таким же аккуратным, как я, он, скорее всего, не открыл бы ничего нового.
