Нос может служить настоящим спектроскопом.
Когда Дайсон ознакомился с работой Рамана, он сразу же увидел ее прямую связь с запахами: мы можем определить химические группы, для этого нужен спектроскоп. Следовательно, если форма не является надежным предсказателем запаха (вспомните его опыты с горчицами несколькими годами ранее), то нос может служить настоящим спектроскопом. Далее на семи увлекательнейших страницах Дайсон настолько далеко вырвался вперед, что наука о запахах до сих пор его догоняет. Вот суть того, что он продемонстрировал. В своей характерной манере Дайсон пишет: «Давайте проведем расследование на простом случае – выберем некую группу веществ с однозначно характерным запахом, которые отличается от подавляющего большинства Я выбрал меркаптаны (-SH) как наиболее подходящие; как только их сильный и устойчивый запах фиксируется, он создает самое яркое впечатление, и большинство химиков способны распознать его снова . Есть ли какая-то соответствующая характерная черта в спектре Рамана? Ответ таков: в спектре Рамана существует бесспорно уникальная характеристика всех алкилмеркаптанов, линия с частотой 2567–2580. Ни одно другое соединение не имеет подобной линии» (курсив мой).
Запах ракетного топлива утром
Большинство из сказанного им верно: SH соединения действительно обладают характерным и запоминающимся вонючим запахом, с которым ничто другое не сравнится. Однако последнее утверждение ошибочно. На самом деле есть еще один тип соединений с такого рода колебаниями: единственная ковалентная связь в природе, волновое число колебаний которой находится в пределах 2500. Это бороводородная связь, В-Н, а соединения, в которых она присутствует, называются боранами. Если бы Дайсон об этом знал, он бы оказался в шаге от важнейшего свидетельства в поддержку своей теории, настоящего Розеттского камня запахов. Представьте: если идея колебаний верна, то бораны должны иметь запах серы. Однозначно. Так ли это?
Френсис Джонс (см. на соседней странице) был первым, кто создал и осмелился понюхать боран. Это было в 1878 г. Он обнаружил, что боран имеет «неприятный[56] запах», который, как мы сейчас знаем, характерен для всех таких соединений.
Летучие, легко воспламеняющиеся, с неприятным запахом, высокотоксичные бораны, безусловно, требуют особого обращения. Технику удержания этих яростных зверей на приемлемо длинном поводке разработал в начале XX века Альфред Шток. Его великое изобретение представляло собой вакуумную трубку, а точнее, ряд сосудов, соединенных стеклянными трубками, разделенными в нужных местах задвижками. Из сосудов выкачивался воздух. В состоянии, близком к вакууму, газы перемещаются очень быстро, и бораны можно было перегонять из одной части вакуумной трубки в другую, просто охлаждая ту часть, где боран должен был конденсироваться, закрывать задвижку на другом конце и нагревать участок заново. С помощью такого устройства Шток смог должным образом изучать бораны. Коллега-химик так отозвался о его работе: «Все заявления, сделанные по поводу боранов до 1912 года, когда с ними начал работать Шток, являются неверными». То есть все, за исключением запаха. В 1912 г. в журнале Германского химического общества Berichte Шток опубликовал большую статью, свою первую работу на эту тему. Он берет В4Н10 и описывает его как «бесцветный газ с характерным, отталкивающим запахом, притом, что в очень разбавленном состоянии напоминает запах шоколада».
Шоколадная тема, как мы вскоре увидим, имела непредвиденные последствия. Через несколько страниц Шток становится более конкретен. Он описывает запах другого борана, В6Н12, как «чрезвычайно отталкивающий, похожий на В4Н10, но чем-то напоминающий сероводород». Это – недостающее звено, которое было нужно Дайсону. Совершенно различная форма, никаких общих химических свойств, но та же самая схема колебаний – и, видит бог, тот же запах!
Сообщение в Chemical News от 29 ноября 1878 г. об открытии первого борана. Обратите внимание, что Джонс с самого начала сообщает о «неприятном запахе» бороводорода. В более поздней статье он характеризует запах как «крайне неприятный» и констатирует, что он «при вдыхании даже в умеренных количествах вызывает тошноту и головную боль». Действительно, все бораны очень токсичны. Примечательно зеленое пламя борана, его можно видеть при запуске двигателей Lockheed SR-71, у которых нет стартера, и им для начала работы требуется небольшая порция бороводородного топлива. Это подчеркивает еще одно неприятное свойство боранов – их тенденцию к самовозгоранию. Странный колонтитул на странице имеет отношение к статье, опубликованной ниже, в которой двое ученых предвосхищают будущую науку «движущихся цветов и форм», которая составит конкуренцию танцам в своей привлекательности; возможно, это предчувствие концертов группы Grateful Dead.
Но в 1912 г. еще никому не было известно о колебаниях В-Н связей. Более того, со временем химики перестали нюхать смертельные бораны. Насколько я знаю, описание Штоком запаха В4Н10 в растворе как «шоколадного» может быть правдой, но ленивый химик с холодной головой беспечно свяжет его с другой молекулой, декабораном (В10Н14). Это единственный твердый боран, который может получить любой даже без использования вакуумной трубки, и единственный, который не способен к самовозгоранию. Это белое кристаллическое вещество с сильным, сладковатым запахом вареного лука, иными словами, с запахом – SH. Но ученые неохотно допускают, чтобы элементарные факты мешали давно устоявшемуся мнению, и по сей день декаборан во всех базах данных опасных веществ описывается как имеющий «интенсивный, горький, напоминающий шоколад запах». Эта единственная ошибка, вероятно, отбросила теорию колебаний на три десятилетия назад. В конце 1930-х гг. был отмечен существенный прогресс в оптических и инфракрасных детекторах, и в 1941 г. Ститт занялся колебаниями боранов с использованием инфракрасного поглощения.
В то время это была новая методика, принципиально отличающаяся от метода Рамана, и более точная. В отличие от интенсивного света в видимом спектре, инфракрасное излучение находится в диапазоне частот, вызывающих свечение образца, поглощающего свет, если его колебания совпадают с соответствующими частотами. Как это работает? Благодаря явлению, знакомому нам как резонанс.
Вот простой эксперимент, который можно провести с использованием пианино. Откройте крышку пианино, встаньте рядом и нажмите ногой правую педаль. Это освобождает все струны. Затем пропойте любую ноту – недолго, но громко, после чего прислушайтесь. Пианино подхватит вашу ноту, потому что звуковые волны из вашей гортани приведут в действие струны, которые соответствуют высоте взятой вами ноты. То же самое – с колебаниями атомов, только в этом случае используется свет.
