Но тогда, в 1925 году, двадцатидевятилетний физик чуть было не упустил открытие разветвленных цепных реакций и Нобелевскую премию — он расстался со своей идеей, мысленно засунув ее обратно в стол как негодную или, во всяком случае, неактуальную теперь, и, как признал сам позже, не думал к ней возвращаться.
И не вернулся бы, если бы статью Вальта и Харитона не прочел Макс Боденштейн и не расчехвостил ее по всем пунктам.
Боденштейн был крупным немецким химиком, известным прежде всего тем, что за двенадцать лет до этого открыл цепные неразветвленные реакции. Он обнаружил вначале, что при соединении хлора с водородом реакция идет не так, как положено по старой доброй теории реакционной способности, а в сто тысяч раз быстрее. Считалось, что для взаимодействия двух газов молекула хлора должна сначала поглотить квант света, возбудиться и только тогда уже стать способной к взаимодействию с водородом. И если это так, то для каждого элементарного акта в реакции требовался один квант света. А Боденштейн посчитал, что поглощение всего одного кванта света приводит к сотне тысяч химических взаимодействий. Сам он вначале не мог объяснить этого парадокса. Объяснение ему дал в 1918 году выдающийся немецкий физикохимик Вальтер Нернст, предположивший, что при поглощении кванта энергии молекула хлора разлагается на два атома, каждый из которых очень агрессивен. Поэтому он легко реагирует с молекулой водорода, состоящей также из двух атомов, образуя хлористый водород и свободный атом водорода. Тот в свою очередь реагирует с двухатомной молекулой хлора, и все повторяется. Реакция идет, как по цепи, она и называется цепной реакцией. А в тот момент, когда возбужденный атом хлора сталкивается с какой-нибудь инертной молекулой, способной забрать у него часть его энергии, атом успокаивается — происходит, как говорят, обрыв цепи, реакция останавливается. Точно так же она может затухнуть, если атом отдаст избыток энергии стенке сосуда, ударившись о нее.
Боденштейн, открывший цепные неразветвленные реакции, считался по справедливости главой ученых, работающих в области химической кинетики. И когда в его статье, написанной в ответ на публикацию Вальта и Харитона, прозвучало скрытое осуждение ленинградских ученых за спешку, небрежность в постановке опыта, за то, что они запутались в трех соснах, которые сами же и посадили, — от таких обвинений нельзя было просто отмахнуться, надлежало поднять брошенную перчатку и принять вызов. И поскольку здесь была задета честь всей лаборатории, то к барьеру должен был выйти ее руководитель.
Николай Николаевич внимательно прочитал заметку Боденштейна. Аргументы немецкого химика звучали действительно убийственно. Ведь что получалось по Боденштейну? Получалось, что порок — в самой схеме установки, ока собрана так, что кислород, поступая в сосуд через ловушку, непременно должен был сталкиваться со встречным потоком паров фосфора, стремящихся, естественно, вытолкнуть его обратно, не допустить к реакции. Поэтому и приходилось повышать давление кислорода — чтобы он одолел встречное давление. То же самое происходило, когда к кислороду добавляли аргон: он также повышал давление смеси и открывал таким образом кислороду доступ в сосуд. В заключение Боденштейн вообще не советовал кому-либо заниматься столь безнадежными опытами.
Обстановка усугублялась тем, что статью Боденштейна прочли и другие сотрудники лаборатории, стала она известна и институтскому руководству. Начались разговоры; сначала тихие, вполголоса, никого прямо не обвиняющие, лишь намекающие на легкомысленность некоторых заведующих некоторыми лабораториями; потом критические голоса стали слышны довольно громко; Семенов оказывался в сложных отношениях не только с немецким ученым, но и с собственными коллегами. Ситуация создавалась неприятная, она требовала немедленных действий.
Николай Николаевич решил сам заняться проклятым фосфором и ради этого даже бросить на время все другие дела.
Сначала надо было продумать во всех деталях будущий эксперимент. Было ясно, что установку следует изменить так, чтобы из нее выпало уязвимое место — ловушка фосфора, которая оказалась ловушкой для них самих.
Зачем нужна была она? Чтобы не допустить попадания фосфора в ртутный манометр. Значит, надо заменить манометр, поставить такой, чтобы он не боялся соприкосновения с парами фосфора, тогда не будет необходимости городить огород с охлаждением.
Так и сделали. Новый простой сернокислотный манометр крепился непосредственно к сосуду, а кислород поступал сам по себе. После нескольких опытов стало видно, что, во-первых, Боденштейн частично прав, но, во-вторых, что правы и физтеховцы. Фосфорная пробка действительно образовывалась в прежнем опыте, но и кислород тем не менее не реагировал с фосфором ниже критического давления. Оно было, правда, не такое низкое, как раньше, но все же оно реально существовало. Оно измерялось теперь не по остановке реакции, а по возникновению свечения при медленном впускании кислорода через капилляр.
Значит, не с иллюзорными явлениями имеют ученые дело, а с чем-то существующим, хотя пока еще и непонятным.
Семенов решил продолжить работу дальше. Подключил к ней молодого помощника Александра Шальникова, теперь члена-корреспондента АН СССР. Стали менять не давление кислорода, а объем сосуда. Брали колбы разных диаметров и смотрели, меняется ли величина критического давления. Меняется. Выписали его значения, написали рядом диаметры сосудов — посмотрели, посчитали; получалось, меняется оно обратно пропорционально квадрату диаметра. Так. Значит, есть четкая зависимость.
А если плавно менять объем сосуда?
Взяли большой цилиндрический сосуд, впустили в него немного кислорода, так чтобы его давление было ниже критического. Не идет реакция. Все правильно: и не должна идти. Потом стали потихоньку наливать в сосуд ртуть. Объем плавно уменьшался, давление росло, и вдруг в какой-то момент фосфор вспыхнул. Давление? Так и есть: критическое.
Ну что ж, можно, пожалуй, садиться за статью.
Ну что описать в ней, кроме самих опытов, — опять ничего? Снова признать, что шли вслепую, не ведая, что происходит? Но это значит опять поставить себя под огонь критики. Ведь пока не будет дано объяснение происходящему в рамках какой-нибудь новой теории, судить опыт будут по законам старой теории. А по ней то, что происходит сейчас, быть не может.
Но как понять, почему молекулы фосфора не желают соединяться с молекулами кислорода до какого-то давления, а потом начинают это делать весьма бурно, словно наверстывая упущенное?
Семенов, подводя итог первым экспериментам, набросал эмпирическую формулу, которая как-то описывала происходящие странности, учитывала влияние всех факторов на величину предельного давления кислорода. Но она не давала ответа на вопрос, почему это происходит. Почему?
Конечно, это самый интересный для нас момент, когда ученого вдруг осеняет догадка, когда секунду назад еще ничего не было, кроме страстного желания понять, досады оттого, что ничего не понимаешь, и кучи фактов, которые не знаешь, как расставить в уме, а потом, в следующее мгновение, в этом хаосе неожиданно забрезжит какой-то еще неясный порядок, и вот уже факты выстраиваются в ряды и держат равнение направо, откуда несется им навстречу блестящая идея. Она, словно доспехами, блещет выводами, которые делают ее неуязвимой для критики, над ней развевается белый кивер удачи, и она потрясает острым копьем, легко целя им в разбегающиеся сомнения.
Но как остановить это сладостное мгновение? Далеко не всем счастливцам в науке посчастливилось дважды — чтобы не только встретиться с озарением, но еще и запомнить все детали встречи.
Николай Николаевич честно признал: «Я уж сейчас не помню хорошо, когда у меня мелькнула догадка…» Жаль, конечно. Жаль, что не уловил этот миг, когда мелькнула счастливая догадка о том, что на свете, кроме неразветвленных цепных реакций, кроме боденштейновских цепей, есть еще и разветвленные цепи и что окисление фосфора идет именно по такому механизму.
Единственное, что известно, — такая идея озарила его вдруг, и случилось это где-то в конце 1926 или в самом начале 1927 года, а что сделал в сей миг Николай Николаевич, запрыгал ли по лаборатории, как Дэви, или остановился как вкопанный, подобно Лауэ, или закричал «Эврика!», как Архимед, или заперся в лаборатории, как Рентген, можно только гадать; автор открытия не помнит, а автор книги не хочет брать грех на душу и выдумывать то, чего не было.
Так что придется пропустить нам минуту, час или день, когда происходило таинство рождения новой идеи, и продолжить рассказ уже со следующего события, которое в силу своей реальности оставило зримый след. Этим событием, неизбежно следующим за догадкой, была попытка зафиксировать ее в виде расчета.
