• Медь — это первый металл, который стал доступен человечеству примерно 11 000 лет назад. Древние жители Ближнего Востока находили медь в самородном виде, то есть без примесей других пород, и использовали ее для изготовления украшений. Около 10 000 лет назад предки шумеров стали первооткрывателями технологий изготовления медной посуды: горшков, сковород и подносов.
• Начиная с середины IV тысячелетия до н. э. в различных регионах Азии, Северной Африки и Европы люди осваивали выплавку меди из руд, что ознаменовало завершение каменного века и переход к медному. В Южной Америке медная металлургия зародилась на пару тысячелетий позже, а коренные народы Северной Америки ограничивались использованием самородной меди вплоть до установления глобальных связей со Старым светом.

• Современные ученые подтверждают антибактериальные свойства меди на основе научных исследований, но наши предки сделали те же выводы на основе опыта использования медных предметов. Около 1500 года до н. э. древнеегипетские ремесленники изготавливали из меди инструменты для проведения хирургических операций: скальпели и щипцы. В аюрведических текстах целителей Древней Индии, датированных III–I веками до н. э., для приготовления пищи и хранения воды рекомендуется именно медная посуда.
• Латинское название меди, которое используется для обозначения химического элемента Cu — Cuprum, — появилось благодаря острову Кипр. На Кипре было так много медных месторождений, что римляне начали называть этот металл «aes Cyprium» — «кипрская руда». Впоследствии в латыни закрепился термин «cuprum», ставший основой для названия меди в других романских языках. На английский, немецкий и французский «медь» переводится как «copper», «Kupfer» и «cuivre» соответственно.

• В древних культурах медь зачастую считали сакральным металлом, связывающим миры людей и богов. В Древней Греции медь ассоциировали с Афродитой, родившейся на Кипре из морской пены, и считали, что медные изделия приносят любовь и продлевают красоту. В культуре викингов медь играла второстепенную роль по сравнению с железом, однако скандинавские народы вставляли в шлемы медные пластины для защиты от злых духов.

ЖЕЛЕЗО — «дар богов»

• В середине IV тысячелетия до н. э., когда технологии выплавки железа из руд еще не были известны, люди использовали метеоритное железо. Современные ученые смогли определить его космическое происхождение по высокой доле содержания никеля — элемента, мало распространенного в земной коре. Металл, упавший с небес, во многих культурах считался даром богов, а потому из него изготавливали амулеты и другие религиозные артефакты. Кроме того, высокая редкость металла сказывалась на его цене — железные изделия стоили больше, чем золотые.

• Считается, что первыми выплавлять железо из руд научились хетты — кочевой народ, обитавший на территориях современных Турции, Сирии и Ливана. В середине II тысячелетия до н. э. они строили примитивные варианты сыродутных печей. Они представляли собой глиняные трубы высотой не более 1,5 метров, которые позволяли лишь частично расплавить руду и получить рыхлую губчатую массу — крицу. Крицу подвергали ковке, отделяя железо от примесей и уплотняя металл. Технологии хеттов быстро распространились по миру и способствовали переходу от бронзового века к железному.
• Хотя железо было очень распространенным материалом в производстве прошлых лет, у него были существенные недостатки, среди которых выделялась недолговечность из-за хрупкости и склонности к коррозии. Древнеиндийские металлурги в середине I тысячелетия до н. э. смогли существенно улучшить характеристики железа, начав выплавлять из него сталь. Для этого железную руду и древесный уголь помещали в глиняные огнеупорные сосуды — тигли, которые запечатывали и нагревали в течение суток. В результате получались слитки индийской стали вутц. Скорее всего, термин «вутц» является ошибочной английской транскрипцией санскритского слова «укку», обозначавшего глагол «плавить».
• Железная руда является исходным сырьем для производства чугуна. Самые первые чугунные артефакты, датированные VIII веком до н. э., были обнаружены на территории Китая, тогда как до других регионов технологии чугунного литья дошли на сотни лет позже. Древние китайцы заливали расплавленный чугун в формы для изготовления сельскохозяйственных инструментов, таких как наконечники плугов, получая таким образом прочные сельхозорудия. Кроме того, чугун был задействован в производстве холодного оружия и чеканке монет.

• Железо помогло заложить основы современной химии. В 1774 году французский ученый Антуан Лавуазье нагревал железные образцы в герметичных сосудах с воздухом. Зная точный вес исходных компонентов, Лавуазье доказал, что в результате химической реакции окисления материя не исчезает и не создается, а только лишь перегруппируется. Так был экспериментально подтвержден закон сохранения массы в замкнутой системе, теоретически выведенный Михаилом Ломоносовым в 1748 году.

УГОЛЬ — «вспыхивающий камень»

• Пласты ископаемого угля иногда выходят на поверхность, например, вблизи русел рек. Считается, что мелкомасштабная добыча из поверхностных месторождений угля велась еще в эпоху позднего палеолита, около 20 000 лет назад. При этом самые ранние украшения из угля, найденные на территории Китая, датированы серединой IV тысячелетия до н. э. Также в Древнем Китае люди научились строить угольные «шахты». Конечно, они сильно отличались от современных, так как залегали всего на несколько метров в глубину и были похожи скорее на большие ямы.
• В эпоху античности горючие свойства угля были уже хорошо известны. Древнегреческий философ Теофраст, бывший учеником Аристотеля, около 300 года до нашей эры написал трактат «О камнях», в котором классифицировал известные ему породы. В одной из глав он упоминал о камнях, вспыхивающих и горящих подобно древесному углю, которые использовали специалисты по работе с металлами. При описании угля Теофраст использовал термин «ἄνθραξ» («антракс»), впоследствии давший название антрациту — ископаемому углю высшего сорта. Интересно, что в наши дни «антракс» — это международное название сибирской язвы, связанное с черным, «угольным» налетом на струпьях.
• В Средневековье основным мировым рынком добычи угля была Британия, где крупнейшие месторождения были разведаны еще во времена Римской империи. У историков есть письменное свидетельство в виде контракта на поставку 12 тонн угля, заключенного в 852 году. Известно, что в XIII веке уголь доставляли из Ньюкасла в Лондон, где строители Вестминстерского аббатства использовали его для обжига извести. В XIV веке британская угольная промышленность привела к массовым загрязнениям воздуха, из-за чего король Эдуард I ввел временный запрет на использование угольного топлива.

• В России основы угольной промышленности заложил Петр I. В 1698 году император посещал Англию, где смог оценить значимость ископаемого угля для металлургии. Вернувшись в Россию, Петр инициировал начало масштабных горно-разведочных работ. Они увенчались успехом уже в 1721 году, когда отечественные специалисты обнаружили пласты Донецкого каменноугольного бассейна. В современную эпоху наша страна является второй страной после США по подтвержденному объему запасов ископаемого угля.
• Благодаря энергетической эффективности и доступности уголь стал основным топливом промышленной революции, начавшейся в Европе в середине XVIIIвека. Развитие поршневых паровых двигателей способствовало переходу от ручного труда к машинному производству, заложив основы для формирования индустриального общества. Спрос на уголь возрастал благодаря изобретению новых транспортных средств — в начале XIX века первые регулярные коммерческие рейсы начали выполнять паровозы и пароходы. Кроме того, развивалась индустрия паровых автомобилей, но с появлением двигателей внутреннего сгорания их использование стало неэффективным и уголь начал уступать место бензину, дизельному топливу и другим производным нефти.

БОКСИТЫ  — сенсация XIX века

• Алюминий — это металл, который почти никогда не встречается в природе в самородном виде и сложно извлекается из руд — бокситов, поэтому человечество не знало о нем вплоть до XIX века. Однако с древнейших времен люди использовали квасцы — сульфатные соли, содержащие алюминий. Начиная с V века до н. э. растворы квасцов применяли в качестве фиксатора красителей для тканей, огнестойкого покрытия для древесины и материала для дубления кожи. От латинского названия квасцов — «alumen», что в переводе означает «горькая соль», — произошел термин «алюминий».

• Ученые стремились выделить алюминий из квасцов и глинозема с конца XVIвека, однако удача улыбнулась датскому химику Хансу Кристиану Эрстеду, объявившему об открытии этого элемента, лишь в 1825 году. Эрстед осуществил сложный двухэтапный процесс, включавший получение хлорида алюминия и его последующее восстановление в ходе реакции со сплавом калия и ртути при нагревании. В результате ему удалось извлечь несколько миллиграммов металлического порошка. Учитывая сложность процесса алюминий, подобно железу в каменном веке, имел статус элитного и весьма дорогостоящего металла. Первый президент Франции Наполеон III очень гордился своими алюминиевыми столовыми приборами.
• Бокситы получили свое название в честь французской провинции Ле-Бо, в которой их впервые обнаружил геолог Пьер Бертье в 1822 году. Важнейшим стимулом к развитию алюминиевой промышленности стал 1888 год, когда австрийский физик Карл Йозеф Байер, работавший на текстильной фабрике в Санкт-Петербурге, изобрел метод получения глинозема из бокситов. Он включал этапы растворения, фильтрации, осаждения и прокаливания сырья. Уже спустя год процесс Байера был дополнен методом электролиза, позволившим получать из глинозема алюминий высочайшей степени чистоты.

ПРИРОДНЫЙ ГАЗ – факел Химеры 

• Самовоспламеняющийся природный газ, выходивший на поверхность, завораживал и пугал людей с древнейших времен. В трудах римского писателя Плиния Старшего упоминается гора Химера, расположенная в Малой Азии, где непосредственно из скальных пород поднимаются многочисленные горящие факелы. Это место стало источником вдохновения для легенды о Химере — огнедышащем чудовище с головами льва, козы и змеи. В наши дни гора Химера носит название Янарташ и продолжает привлекать туристов в Турции своими бьющими из скал языками пламени.

• В этой статье мы уже не раз упоминали о технологиях древних китайцев, и раздел о природном газе также не является исключением. Уже в IV веке до н. э. жители провинции Сычуань обнаружили потоки «огненного воздуха», выходящего из соляных скважин. Используя полые стебли бамбука, ремесленники строили подземные трубопроводы, перенаправляя газ к котлам для выпаривания соли из воды. Вероятно, в дальнейшем использование этой технологии стало экономически невыгодным, однако именно она является первым историческим примером промышленного использования природного газа.
• В XIX веке для освещения улиц использовали синтетический газ, а природный воспринимали как побочный продукт, мешающий разработке нефтяных месторождений из-за своей взрывоопасности. Долгое время потоки газа, выходящие на поверхность, попросту выпускали в атмосферу или контролируемо сжигали в специальных факельных трубах. Только с наступлением XX века люди начали массово добывать природный газ, направляя его в трубопроводы и используя как топливо для транспорта и производства электроэнергии.

Автор текста Иван Стефанов

Изображение на обложке: Ai-generated

Ученый вернулся в лабораторию и начал пробовать на вкус все химикаты, с которыми работал в тот день. Так он нашел вещество, которое позже назовет сахарином. Оказалось, что оно, по разным оценкам, в 300-500 раз слаще сахара и при этом не усваивается организмом. Фальберг быстро запатентовал открытие и наладил производство. Сахарин стал первым искусственным подсластителем, произведя революцию в пищевой промышленности. Особую популярность он приобрел в годы Первой мировой войны и дефицита натурального сахара. В 1970-х годах исследования на лабораторных крысах показали связь сахарина с развитием рака мочевого пузыря. Однако позже выяснилось, что этот механизм неактуален для людей.

2. Поиск «эфирного ветра», эксперимент Майкельсона-Морли (1887 г.)

В конце XIX века считалось, что свет распространяется в эфире, а его движение может зависеть от движения Земли относительно этой среды. Предполагалось, что орбитальное движение Земли вокруг Солнца может создавать «эфирный ветер» — эффект, который повлиял бы на скорость света в разных направлениях. Задача опыта заключалась в том, чтобы выявить это влияние или доказать его отсутствие.
Чтобы поймать этот эффект, ученые построили сверхточный интерферометр — прибор, который позволял измерять мельчайшие различия в скорости света. Американские физики Альберт Майкельсон и Эдвард Морли крутили прибор в разные стороны, меняли время суток и сезоны, чтобы поймать «эфирный ветер». Но результат был неизменен: скорость света всегда оставалась одинаковой, а эфир — необнаружимым. Это был «нулевой результат» — эксперимент, который не нашел того, что искал. В течение нескольких лет ученые спорили о том, почему измерения ни к чему не привели, как правильно было бы измерять так называемый «эфирный ветер». Так, например, в попытках спасти «теорию эфира» ирландский физик Джордж Фицджеральд и независимо от него Хендрик Лоренц предположили, что предметы физически сжимаются в направлении движения сквозь эфир. Однако в итоге теория эфира  все же не выдержала критики. Отдаленным последствием «нулевого эксперимента» Майкельсона-Морли стало создание теории относительности Альберта Эйнштейна, для которого эти данные выступили экспериментальной основой.

3. Открытие пенициллина, эксперимент Александра Флемминга (1928 г.)

В 1928 году британский бактериолог Александр Флемминг изучал бактерии стафилококка — опасных микробов, которые вызывают гнойные инфекции и часто приводили к смерти пациентов. Он выращивал их в специальных плоских емкостях — чашках Петри. После очередного эксперимента он, как обычно, убрал чашки в сторону, но перед отъездом в отпуск забыл закрыть их крышкой. В лаборатории было открыто окно, и в чашку из воздуха попали споры плесени.

Флемминг заметил странную картину: вокруг выросшей плесени бактерии погибли и растворились. Он понял, что плесень выделяет какое-то вещество, которое убивает бактерии. Флемминг назвал это вещество пенициллином.Это открытие стало началом эры антибиотиков. Пенициллин спас миллионы жизней во время Второй мировой войны и продолжает спасать до сих пор.

4. Катетеризация сердца, эксперимент Вернера Форсмана (1929 г.)

В 1929 году 25-летний хирург Вернер Форсман искал способ безопасно доставлять лекарства в сердце и измерять давление внутри него. Его идея — ввести гибкий зонд через вену на руке до правого предсердия — казалась фантастикой: считалось, что любое вторжение в сердце смертельно. 

Руководством клиники запрещены были эксперименты на людях. Тогда Форсман тайно вскрыл себе вену и под местной анестезией ввел в нее жесткий урологический катетер. Продвигая его, он контролировал путь с помощью зеркала и рентгеноскопа, а затем поднялся в рентген-кабинет и сделал снимок. Первая попытка закончилась неудачей, но в итоге ученый все же сделал снимок, зафиксировавший катетер в правом предсердии и доказал, что процедура безопасна (прим ред: по некоторым оценкам, ему понадобилось около девяти попыток, чтобы достичь нужного результата).

Однако вместо признания победы, Форсмана уволили за самоуправство. Метод отвергли в Германии, но в 1940-х годах американцы Андре Курнан и Дикинсон Ричардс развили его, сделав катетеризацию рутинным диагностическим инструментом. В 1956 году Форсман вместе с ними получил Нобелевскую премию. Сегодня эта процедура спасает тысячи жизней по всему миру.

5. Изобретение тефлона, эксперимент Роя Планкетта ( 1938 г.)

В 1938 году американский химик Рой Планкетт работал в компании DuPont над созданием новых хладагентов для холодильников. Он экспериментировал с газом тетрафторэтиленом, который хранился в баллонах под высоким давлением. Однажды он открыл клапан одного из баллонов, но газ почему-то не вышел. Удивленный Планкетт взвесил баллон — он был полным. Тогда он разрезал его и обнаружил внутри белый скользкий порошок. Оказалось, что газ самопроизвольно полимеризовался в твердое вещество с уникальными свойствами: оно было невероятно скользким, устойчивым к кислотам и высоким температурам. Сначала тефлон использовали в военной промышленности, а в 1960-х годах французская исследовательница Колетт Грегуар предложила покрывать им сковородки. 

6. Каталитическая РНК, эксперимент Сидни Альтмана и Томаса Чека (1970-80 гг.)

В конце 1970-х биологи считали незыблемой истиной: катализаторы в клетке — это только белки. РНК же отводилась лишь роль переносчика информации. Томас Чек изучал, как вырезаются ненужные фрагменты из РНК у простейшего Tetrahymena thermophila. Все были уверены, что эту операцию выполняет специальный белковый фермент, и Чек подготовил контрольный эксперимент, чтобы это доказать. Он тщательно очистил РНК от всех белков — в пробирке не осталось ничего, кроме самой нуклеиновой кислоты. По логике, реакция должна была остановиться. Но РНК продолжала вырезать себя сама. Чек перепроверил все несколько раз — ошибки не было. РНК работала как катализатор без участия белков. Это открытие разрушило старую догму и возродило гипотезу «мира РНК» — идею, что первые катализаторы на заре жизни были именно РНК. В 1989 году Чек (вместе с Сидни Альтманом, сделавшим аналогичное открытие) получил Нобелевскую премию по химии.

7. Открытие бактерии Helicobacter pylori, эксперимент Барри Маршалла (1984 г.)

В начале 1980-х годов молодой австралийский врач Барри Маршалл вместе с коллегой Робином Уорреном обнаружил в желудках пациентов с гастритом неизвестную спиралевидную бактерию. Тогда считалось, что язва и гастрит вызываются стрессом, острой пищей и кислотой, а бактерии в желудке не выживают — слишком агрессивная среда. Маршалл выдвинул достаточно неожиданную идею: именно эта бактерия, позже названная Helicobacter pylori, является главной причиной заболевания. Научное сообщество встретило его теорию в штыки.

Чтобы доказать свою правоту, Маршалл попытался заразить подопытных свиней, но все попытки эксперимента провалились. Как выяснилось впоследствии, человеческий штамм Helicobacter pylori не приживался в желудке свиней из-за видовых различий в рецепторах клеток слизистой и иной кислотности среды. Отчаявшись и не видя другого пути, он решился на отчаянный шаг. В 1984 году в присутствии лаборанта исследователь выпил чашку с живой культурой хеликобактера. Спустя время у него появились тошнота, рвота, боли в животе и неприятный запах изо рта — классические симптомы гастрита. Диагноз подтвердила эндоскопия, а под микроскопом отчетливо виднелись колонии тех самых бактерий.

Маршалл вылечил себя курсом антибиотиков, и инфекция исчезла. Этот самоэксперимент перевернул гастроэнтерологию: оказалось, что в некоторых случаях язву и гастрит можно лечить антибиотиками. В 2005 году Маршалл и Уоррен получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Случайность или закономерность? Что стоит за «неожиданными открытиями»?

Семь историй — семь примеров того, как ошибка, невнимательность или отчаянный шаг изменили науку. Но что за этим стоит — простое везение или особый склад ума исследователя? Ответить на этот вопрос мы попросили Николая Герасимова — кандидата философских наук, старшего научного сотрудника Института философии РАН, эксперта конференции «Философия в ответе»: «Само понятие «счастливая случайность», удача, фортуна пришло к нам из протестантской традиции. Исходно это религиозный концепт. Наука и религия иногда обогащают друг друга, но наука как институция остается автономной и не может опираться на элементы религиозности. Поэтому ученый — это человек со строгой методологией и установкой на рациональное познание мира, и объяснять открытие простым везением он не станет.

При этом ученые регулярно обращаются к интуиции, просто чаще всего неформально. Философ Анри Бергсон одним из первых попытался обосновать роль интуиции в познании научными средствами. Показательно, что, когда он начал публиковать эти работы, научное сообщество встретило их в штыки, хотя на практике само это сообщество давно полагалось на интуицию. Ученый годами погружается в литературу по своей теме, подолгу сидит в лаборатории, и выводы у него нередко складываются сами собой, минуя выстроенную заранее логическую цепочку.

Случайные находки при этом, конечно, бывают, и наука умеет их фиксировать. Да, что-то возникло неожиданно, само по себе, но дальше начинается исследование, почему так вышло, и почти всегда за случайностью обнаруживается закономерность. За каждой историей о «счастливой случайности» стоит долгая работа конкретного ученого, который годами занимался темой и оказался готов эту случайность заметить. Чистой случайности, взявшейся из ниоткуда, в науке почти не бывает».

Возможны ли «гениальные случайности» в эпоху искусственного интеллекта? 

«Люди нередко склонны „обожествлять“ искусственный интеллект. В 2020 году в научных статьях даже появился термин „цифровая теология“. Религиоведы заметили, что некоторые относятся к нейросетям как к проводникам чего-то божественного, будто нейросеть способна сообщить абсолютную истину, — говорит Николай Герасимов. — Вычислительные возможности ИИ, разумеется, впечатляют, но искусственный интеллект не всеведущее божество, способное просчитать абсолютно все. Не так давно в Москве в клубе Quercus проходила дискуссия “Философия в ответе: чего у нас не отнимет ИИ”, где философы и представители науки и бизнеса, креативных индустрий высказывали различные точки зрения. Несмотря на все успехи, ИИ все еще уступает человеку в целом ряде областей, особенно в науке, где он пока используется только как инструмент исследования, под управлением самого исследователя. Я уверен, что история вроде открытия пенициллина вполне может повториться и в эпоху ИИ. Искусственный интеллект принципиально не меняет эту картину: новый „пенициллин“ с такой же вероятностью может быть найден в ближайшем или отдаленном будущем».

***

Бывает, что великие открытия и в самом деле рождаются на грани провала, ведь и за кулисами научной лаборатории всегда есть место человеческому фактору — ошибкам, случайностям, невнимательности, а иногда и безрассудной смелости. И хотя современные технологии — искусственный интеллект, автоматизация, сверхточные приборы — делают науку все более точной и эффективной, они вряд ли смогут заменить главное качество настоящего исследователя: умение удивляться, замечать неожиданное и подвергать сомнению то, во что верят все. И упорно исследовать, анализировать, сопоставлять. Даже те результаты, которые кажутся отрицательными, провальными или нулевыми… Ведь иногда «неудача» — лишь начало новой дороги.

Автор текста Валерия Стопичева

Изображение на обложке: Magnific