Становление кристаллографии как науки

На самом деле кристаллография сейчас находится на самом переднем крае наук о веществе, поскольку является тем самым мостиком, который позволяет нам узнать, из чего состоит вещество, как и по каким принципам оно организовано, как объяснить свойства материалов, и как сконструировать материал с еще лучшими свойствами. Но до недавних времен, скажем, до начала XX века, кристаллография была всего лишь умозрительной наукой, такой игрушкой для разума. Великий Гёте, который был кристаллографом, кстати говоря, любителем кристаллографов, как-то читая лекцию для богатых скучающих дам, научно-популярную лекцию, сказал, что кристаллография — это наука, которая варится сама в себе, никому и ничему от нее никогда нет и не будет пользы, но она так красива, что затягивает даже лучшие умы человечества.

Так вот: с тех пор очень многое изменилось. Но давайте заглянем к самым истокам становления нашей науки. Те люди, трудами которых создавалась наша наука, были не только подвижниками науки, но и великими людьми с человеческой точки зрения. Конечно, можно истоки нашей науки определять как древние времена, когда, скажем, древние греки находили кристаллы, восхищались их правильной формой, и придумали слово «кристаллус» для обозначения этих многогранников, потому что «кристаллус» по-древнегречески значит «лед». И они думали, что многие кристаллы, в частности кристаллы горного хрусталя, — это просто такая особая форма льда, которая почему-то не тает.

Великий римлянин Лукреций Кар в своей поэме «О природе вещей» (кстати, поэма весьма оригинальная, как и ее автор, это последний, а может даже единственный научный труд в стихах) высказал гипотезу о том, что вещество состоит из атомов. Состоит из неких таких частичек, между которыми пустое пространство, т. е. строение вещества не непрерывное, а дискретное. Но эта была лишь догадка, прозрение. Подобного рода прозрения, кстати, можно встретить во многих других источниках древности — Демокрит, в частности, утверждал об атомах. Собственно слово «атом» («неделимы») принадлежит ему. Можно даже какие-то аллюзии к дискретному строению материи встретить и в Библии: в притчах Соломоновых говорится о том, что Бог создал мир из малейших крупинок, и из вот этих вот частичек мельчайших создана вся вселенная.

Но это все оставалось гипотезами очень долгое время. И именно кристаллография внесла решающий вклад в доказательство атомной теории строения материи. Но прозрения у очень многих кристаллогрофов встречались еще задолго до того, как решающие доказательство было получено.

В частности, великий немецкий астроном Иоганн Кеплер однажды, путешествуя к своему другу, попал в снегопад, его карета из-за этого перемещалась очень долго. Он, будучи ученым, пытливым ученым, рассматривая снежинки, восхитился их правильной шестиугольной формой, и у него зародилась идея трактата — трактата о том, почему снежинки имеют шестиугольную форму. Он предположил, что такая правильная форма происходит из-за правильного расположения сферических частичек, скажем, молекул или атомов, в пространстве. Вот структура льда согласно Кеплеру — это структура, в которой можно выделить такие многоугольные мотивы, шестиугольные мотивы, сотканные из сферических атомов. Так вот, если вы сравните структуру, которую нарисовал когда-то Кеплер, с современной структурой льда, то некоторые сходства есть, хотя, конечно, они отличаются. Но труд Кеплера не считался еще основополагающим для кристаллографии как науки, науки пока что еще не было. Были еще также в донаучный период кристаллографии работы Джероламо Кардано — знаменитого итальянского математика.

Но первым основополагающим, первым научным трудом в кристаллографии стал трактат датского ученого Нильса Стенсена, который вошел в историю под латинизированным именем Николай Стенон. Николай Стенон прожил удивительную жизнь. Это был датчанин, который в юности решил поехать учиться всяким наукам, в частности, биологии, в Италию. Италия тогда была центром мирового образования, центром мировой науки. В Италии он достиг значительных успехов, освоив все эти науки, написав целый ряд трактатов, которые стали основополагающими для таких наук, как кристаллография, стратиграфия (наука об осадочных слоях в Земле), палеонтология, а анатомия. И Николай Стенон вошел в историю как основатель этих наук. Николай Стенон в Италии переменил свои взгляды, свою философию, можно сказать. Он был рожден в Дании протестантом, воспитан протестантом, но в Италии он влюбился в прекрасную итальянку, которая была ревностной католичкой, и благодаря ей он перешел в католичество.

После обучения в Италии он переехал обратно в Данию профессором анатомии, собственно, науки, у истоков которой сам и стоял. Но долгое время он там не удержался, потому что стало известно, что он католик, — в те времена были большие притеснения в протестантских странах против католиков, равно как и в католических странах против протестантов, — и ему пришлось покинуть свою родную страну. В скором времени он принял решение стать священником, католическим священником, затем был рукоположен епископом, и остаток жизни прожил в Германии. Умер он в раннем возрасте, вероятно, от истощения.

Его труды при жизни были полностью забыты, никто не обратил внимания на его труд по кристаллографии, но спустя сто лет его работы были переоткрыты великим кристаллографом Франции — Рене Жустом Гаюи и Роме-де-Лилем. Кстати, его закон — первый математический закон кристаллографии — также был переоткрыт среди прочих и нашим Ломоносовым. Так вот через сто лет работы Стенона были оценены по достоинству, а через 200 лет после смерти, даже больше через почти 300 лет после смерти, он был причислен к лику блаженных в католической церкви. Таким образом, человек, который прожил исключительно скромную, по нашим меркам жизнь неудачника, оказался на самом деле на самой вершине признания и как подвижник моралей, и как основатель сразу нескольких научных дисциплин.

Перенесемся на столетие позже, когда закон Стенона был переоткрыт французом Рене Жустом Гаюи. В чем же состоит закон Стенона? Состоит он в том, что если вы возьмете кристаллы одного и того же вещества, одного и того же материала, разные кристаллы, которые могут иметь совершенно разную форму (какие-то могут быть удлиненными, какие-то могут быть плоскими, какие-то могут быть такой более изометричной формы), и измерите углы между гранями, то вы увидите, что углы между гранями у всех этих кристаллов одинаковые. Это означает, что есть некая константа, которая присуща самому материалу, и этой константой является внутренне строение.

Внутреннее строение определяет форму кристалла, и, если точнее, углы между гранями, которыми этот кристалл огранен. Рене Жюст Гаюи к этому закону добавил ряд своих законов кристаллографии, и с этого времени кристаллография уже становится признанным объектом. Кстати, Рене Жюст Гаюи тоже был священником, и за это был приговорен к казни французскими революционерами. К счастью, французские революционеры вовремя вспомнили, что Гаюи был не только священником, но и великим ученым, и сохранили ему жизнь. Гаюи очень любил Наполеон, он его обласкал: дал ему кафедру, дал ему в директорство Минералогический музей. Но когда Наполеона свергли, реставрированный Бурбунский режим зло отомстил Гаюи, и он оказался в опале. Хотя сам этот человек никогда не вмешивался ни в какую политику, а занимался только тем, что считал нужным как священник и как ученый. XIX век — это век геометрической кристаллографии, собственно, начатой или возрожденной трудами Гаюи.

Кстати говоря, у Гаюи был выдающий брат Валентин Гаюи, жизнь которого тесно связана с нашей страной. Валентин Гаюи был изобретателем первой письменности для слепых, еще до Брайлевской. Он разработал систему обучения слепых и получил приглашение от российского императора Александра I переехать в Россию и здесь создать школу для слепых детей. Но когда он приехал в Россию, ему сказали, что в его услугах не нуждаются, потому что в России нет никаких слепых, тем более слепых детей. Тем не менее, на свои деньги он эту школу создал, эта школа довольно долгое время влачила жалкое существование, потому что денег у Гаюи не было мало, было. Но в конце концов он добился признания многочисленных орденов от Императора и государственного финансирования его школы, а в преклонном возрасте ушел на пенсию и уехал к себе во Францию. Вот такие замечательные братья Гаюи: один из которых был, можно сказать, сооснователем кристаллографии, а второй — основателем письменности для слепых.

В XIX веке большой вклад в развитие кристаллографии внес артиллерийский французский офицер Огюст Браве, который, исходя из предположения, что структура кристалла является периодической, собственно это же предположение лежало и в основе рисунков Кеплера, и в основе законов и многих построений Гаюи, но Браве пошел немножечко дальше и вывел математически то, что мы сегодня называем «решетками Браве». Можно понять, что XIX век был веком спокойным после Наполеоновских войн, артиллерийскому офицеру, наверное, делать было нечего, и он решал математические задачи, и в случае Огюста Браве продвинулся достаточно далеко. Кстати, математическими задачами очень увлекался наш Лермонтов, тоже офицер армии и великий поэт.

Прошли годы, и уже к концу XIX века российский ученый Евграф Степанович Федоров вывел математически все возможные типы симметрий, которые присущи кристаллам. Таким типов симметрий оказалось 230. Параллельно с ним, независимо от него и совершенно другим способом и чуть-чуть позже эти же самые 230 пространственных групп, которые мы называем группы симметрии кристаллов, вывел немец Артур Шенфлис. Они был соперниками в своем роде, но они подружились, они были друзьями, и на самом деле на поздних стадиях вывода пространственных групп они помогли друг другу и активно переписывались.

Федоров умер в 1919 году в революционном Петрограде, незадолго до того он был принят в Российскую академию наук, но все эти лишения революционных лет очень сильно отразились на его здоровье и он умер в 19-м году все еще не старым человеком. Умер, я думаю, несчастным человеком, видя все лишения, которые постигли его и всех людей вокруг него, и видя, что наука меняется в том направлении, которое он уже освоить не мог. Дело в том, что за несколько лет до кончины Федорова люди научились расшифровывать кристаллические структуры материалов. Федоров так и не смог принять этой великой революции, научной революции, он по-прежнему пытался определить строение кристаллов исходя из внешней формы, то, что, как мы сейчас, конечно, понимаем, по сути невозможно. Рентгенно-структурного анализа он так и не принял. И незадолго до его смерти многие ученые писали прошение Ленину, чтобы он выделил особый рацион, чтобы больного Федорова выкормить, вылечить и так далее. Это просьба была удовлетворена, но было поздно, здоровье Федорова было уже неминуемо подорвано, и он умер в голодающем Петрограде в 19-м году.

Вот такими вот людьми, стараниями вот таких людей выковалась, вышла в свет, состоялась наша наука — кристаллография. Мне кажется, очень важно знать историю своей науки, и знать, трудами каких выдающихся людей она была создана, и знать их удачи и неудачи, знать их счастливые моменты, несчастье, взлеты и падения, ошибки и прозрения.