Мистер Томпкинс внутри самого себя. - Гамов Г.
ISBN 5-7029-0343-9
Скачать (прямая ссылка):
— Органическая молекула, особенно если она большая, — пояснил доктор Экскинс, — может изгибаться самым причудливым образом, хотя все ее части остаются по-прежнему связанными, как изгибается цепочка, собранная из деталей детского конструктора на шарнирных соединениях. Химики, работавшие в старину, установили, какой атом в молекуле может быть связан с каким. Но хотя эта информация имеет фундаментальное значение, ею далеко не исчерпывается то, что мы хотим знать. Теперь мы изучаем, как в действительности расположены атомы в пространстве, а такая информация очень важна для понимания структуры генов и белков.
— И всем этим занимается только молекулярная биология? — поинтересовался мистер Томпкинс, вспоминая статью в газете, которую прочитал утром.
— Не только и не вся молекулярная биология. Установление пространственного расположения атомов составляет лишь часть молекулярной биологии. Важную роль в получении информации о расположении атомов сыграло множество различных экспериментов, часть которых не имела никакого отношения ни к химии, ни к физике. Значительный прогресс был достигнут, когда ряд ранее независимых исследований, проводившихся, например, в рамках генетики и биохимии, продвинулись настолько, что, так сказать, пересеклись или встретились. Генетическая мутация может вызывать в организме некоторые биохимические изменения, например, неспособность расщеплять некоторые сахара, или приводить к структурным изменениям в гемоглобине, как при некоторых видах наследственных анемий, пониженной способности переносить кислород по кровотоку. Наоборот, некоторые химические вещества могут вызывать мутацию. Все эти выдающиеся достижения стали возможны благодаря всестороннему исследованию ситуации. Но мне особенно приятно сообщить вам, что очень важной частью этих совместных усилий стали исследования формы молекул. Поэтому неко-
138
Мистер Томпкинс внутри самого себя
торые из нас с таким рвением занимаются определением возможного пространственного положения атомов во всевозможных молекулах.
— Но каким образом вы можете определять пространственное положение атомов? — удивился мистер Томпкинс. — Сент говорил мне, что разглядеть атом невозможно даже в электронный микроскоп.
— Разглядеть отдельный атом вы действительно не можете, подтвердил доктор Экскинс, — но зато ничто не мешает вам рассмотреть множество атомов, расположенных в пространстве так, что каждый атом одинаково расположен относительно всех остальных.
Заметив недоумение на лице мистера Томпкинса, доктор Экскинс продолжал:
— Вы поймете, что я имею в виду, взглянув на кафельный пол в этой комнате. Пол выложен квадратными плитками двух сортов, красными и белыми. Обратите внимание, что к каждой красной плитке примыкают, имея с ней общие стороны, по четыре белые плитки, а к каждой белой плитке примыкают по четыре красные плитки, образуя простейший узор, какой только можно себе представить. Можно сказать, что любая красная плитка занимает такое же положение относительно белых плиток, какое каждая белая плитка занимает относительно красных плиток. Именно это я и имею в виду, когда говорю, что каждый атом одинаково расположен относительно всех остальных: в окрестности каждого атома все остальные атомы расположены одинаково.
— Но я всегда думал, — заметил мистер Томпкинс, — что атомы непрестанно движутся и не образуют застывший узор, как плитка кафельного пола.
— Разумеется, атомы движутся в газе или жидкости и даже в некоторых твердых телах, например, в стеклах, атомы не образуют правильных узоров. Однако существует одна разновидность твердых тел, в которых атомы располагаются в пространстве с поразительной правильностью. Мы называем такие твердые тела кристаллами. В кристаллах все атомы занимают определенное положение, как плитки в кафельном полу, хотя вследствие теплового движения они колеблются то в одну, то в другую сторону. Положение атомов в кристалле можно определить с помощью метода, известного под названием дифракции рентгеновского излучения. Хотя отдельный атом создает лишь очень слабый эффект, совместное действие большого числа атомов, периодически расположенных в пространстве, может быть обнаружено с помо-
Число зверя
139
щью рентгеновского излучения. Многие очень большие молекулы образуют кристаллы. В частности, кристаллы образуют вирусы или белки, и в принципе мы можем определить в такой молекуле положение каждого атома.
— Я понимаю то, что вы говорите, но не понимаю, как вы это делаете, — признался мистер Томпкинс. — Не могли бы вы более подробно объяснить, как вам удается определять положение атомов?
— Охотно, но сначала мне придется прочитать вам небольшую лекцию по оптике. Объяснить основы совсем нетрудно, если мы с вами подойдем вон к той доске.
Мистер Томпкинс последовал за доктором Экскинсом и подождал, пока тот стер с доски остатки каких-то вычислений.
— Великий сэр Исаак Ньютон считал, что свет представляет собой поток корпускул, которые, как пули, летят в пространстве. Как нам теперь известно, в его взглядах много истины, но во многих случаях свет лучше рассматривать как волновое движение В 1802 году английский физик Томас Юнг выполнил эксперимент, который свидетельствовал в пользу волновой природы света. Сначала Юнг пропустил свет через отверстие размером с булавочную головку и поставил на пути прошедшего света экран. Как и следовало ожидать, на экране он увидел светлое пятнышко. Затем Юнг проделал второе отверстие размером с булавочную головку, расположив его очень близко от первого. И тогда на экране он увидел яркое центральное пятно, окруженное светлыми и темными кольцами. Эти кольца получили название интерференционных колец, и их стали рассматривать как подтверждение волновых свойств света.
