Ирвинг изобретатель что изобрел
Нобелевские лауреаты: Ирвинг Ленгмюр. «Двумерная» премия по химии
Об изобретателе слова «плазма», человеке, который мог получить премию как по химии, так и по физике, о мыслителе, который считал, что для науки важна свобода, и о человеке, который смог измерить длину молекулы линейкой и мерной колбой, повествует наш сегодняшний выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».
Ирвинг Ленгмюр
Родился 31 января 1881 года, Бруклин, Нью-Йорк, США
Умер: 16 августа 1957 года, Вудс-Хол, Массачусетс, США
Нобелевская премия по химии 1932 года. Формулировка Нобелевского комитета: «за открытия и исследования в области химии поверхностных явлений».
С точки зрения американцев, наш нынешний герой был самого «знатного» рода. Еще бы: по матери Ирвинг Ленгмюр вел род аж от тех пуритан, что высадились на американском континенте в ноябре 1620 года на знаменитом галеоне «Мэйфлауэр» (к слову, на самом деле, так на английском называется не любой майский цветок, а боярышник). Так что третий ребенок в семье Чарльза и Сэйди Ленгмюров имел полное право гордиться происхождением.
«Мэйфлауэр в гавани Плимута». Полотно Уильяма Холсалла, 1882
Папа Ирвинга работал страховым агентом, видимо, в связи с этим школы будущему нобелевскому лауреату пришлось посещать в разных городах. Начал он с Парижа (его семья переехала во Францию, где отец представлял Нью-Йоркскую страховую компанию). По воспоминаниям Ирвинга, он ненавидел школу до 14 лет – особенно за жесткую и даже за жестокую дисциплину (к не-французам она была избирательно жесткая). Впрочем, его воодушевил один учитель, увлекший его логарифмами и тригонометрией – «вещами, казалось бы, совершенно неприменимыми» в обычной жизни обычного человека. Однако, как говорил Ирвинг, по-настоящему интерес к науке в нем пробудил другой человек – его старший брат Артур, привлекавший его к работе в лаборатории уже в 12. Артур был химиком-технологом в одной из компаний.
Затем последовали школы в Нью-Йорке и в Филадельфии. В Бруклине он окончил Институт Пратта (так называемая high-school), а затем поступил и в Колумбийский университет – но не на что-то «базовое», а в Горный институт (School of Mines), поскольку юношу уже тогда привлекала химия, а программа по химии в Горном была несколько круче. Впрочем, уровень США вообще был тогда не самым лучшим: на рубеже XIX и XX веков в науке «рулила» Германия. Поэтому, получив диплом инженера-химика в 1903 году, Ленгмюр садится на пароход и отбывает в Европу. Геттингенский университет и руководство физхимика, одного из основателей физической химии, Вальтера Нернста, будущего нобелевского лауреата вполне устраивали нашего героя.
Докторская диссертация Ленгмюра была посвящена скорее физике, чем химии: он изучал распад (диссоциацию) водяного пара и диоксида углерода при взаимодействии с раскаленной добела платиновой проволокой. Ирвинг провел изучение этого процесса в диапазоне температур от 1351 до 1537 К, однако объединив работу с данными, которые получил сам Нернст, он сделал солидную диссертацию, посвященную диссоциации этих двух соединений в интервалах температур от 1000 до 3000 градусов Цельсия. Так он соприкоснулся с первой из основных тем исследований в своей жизни – физикой и химией плазмы (забегая вперед, скажем, что и сам термин «плазма» в науку ввел именно Ленгмюр).
Защитившись, наш герой решил заняться фундаментальной наукой, а не идти, подобно брату Артуру, в промышленную химию. И поэтому вернулся в США, получив место преподавателя химии в Стивенсоновском технологическом институте в Хобокене, штат Нью-Джерси (впрочем, это всего лишь через Гудзон от Нью-Йорка и Манхэттена). Однако достаточно быстро Ленгмюр понял, что преподавание тоже не дает ему времени заниматься наукой. И оказалось, что если пойти в химию от бизнеса, а именно – в R&D (как сейчас принято говорить) компании General Electric, то можно получить лабораторию, в которой ты будешь заниматься только наукой и больше ничем. Впрочем, GE как раз и были пионерами такого подхода к науке от бизнеса.
Ленгмюр времени университетского обучения
Первая работа Ленгмюра стала продолжением его докторской. И кошмаром для инженеров и исследователей GE. Дело в том, что в компании, выпускавшей в том числе и лампы накаливания, были убеждены, что лучше всего лампа светит, когда ее колба не наполнена ничем, то есть вакуумирована. Однако новый ведущий исследователь быстро сумел доказать, что ярче всего – лампы, наполненные азотом. Против фактов не попрешь, и хорошо стало всем, кроме упертых технологов: потребители в США сэкономили миллионы долларов на расходах на электричество, GE, соответственно, миллионы заработала на лампочках.
Впрочем, сам вакуум Ленгмюра заинтересовал очень сильно – и для своих экспериментов он в 1916 году изобрел вакуумный насос, при помощи которого можно было делать вакуум в 100 раз более сильный, чем ранее. Вообще, надо сказать, что получив относительную свободу, Ленгмюр изучал много чего, и в итоге пришел к изучению электронных ламп для радиотехники (кстати, в 1922 году его лабораторию посещал сам Маркони) и каким-то образом дошел до изучения особенностей испускания электронов вольфрамовой нити, покрытой оксидом тория. И оказалось, что активнее всего вольфрамовая нить испускает электроны, когда она покрыта слоем всего в одну молекулу. Кстати, в этой работе ему помогал двоюродный брат Уильям Камингс Уайт. Так началось изучение двумерного мира поверхностных явлений в химии.
Маркони (крайний справа) в лаборатории Ленгмюра (в центре)
То, что поверхность вещества способна удерживать (адсорбировать) молекулы другого, было известно уже давно. Так, адсорбцию изучал замечательный термодинамик Джозайя Уиллард Гиббс, соотечественник Ленгмюра – еще в XIX веке. Однако именно Ленгмюр, более-менее разбираясь в современных концепциях строения атома и имея одновременно хорошее химическое и математико-физическое образование, смог показать, как это работает, как располагаются молекулы адсорбируемых веществ на поверхности адсорбента, какие силы участвуют в этом процессе (таковых сил-связей насчиталось больше, чем пальцев на одной руке – кулоновское взаимодействие, валентность, ван-дер-ваальсовы силы, электронное давление, отталкивание завершенных электронных оболочек и дипольное межмолекулярное взаимодействие). Вывел Ленгмюр и уравнение изотермы адсорбции (уравнение Ленгмюра). Прервавшись на военные работы по обнаружению вражеских подлодок во время Первой мировой войны, Ленгмюр распространил изучение поверхностных явлений на тонкие масляные пленки на поверхности воды. В 1917 году вышла его фундаментальная работа в Journals of American Chemical Society «Строение и фундаментальные свойства твердых тел и жидкостей. Часть 2. Жидкости». В ней он теоретизировал о структуре масляных пятен на воде, справедливо полагая, что длинная цепочка будет ориентирована гидрофильными концами к воде, образуя слой толщиной в одну молекулу. Толщину пленки можно было легко выяснить, измерив объем вылитого масла и площадь пятна, что давало возможность измерить длину молекулы еще до появления спектроскопии.
Именно эти работы и принесли Ленгмюру Нобелевскую премию по химии 1932 года, в которой он обошел, например, основателя химии цепных реакций Макса Боденштейна или исследователя витаминов Пауля Каррера.
Впрочем, нужно сказать, что к тому времени (а в 1932 году Ленгмюр стал главой лаборатории), Ленгмюр давно уже занимался совсем другими вещами. Он продолжил изучать то, с чего началась его карьера – диссоциацию и ионизацию газов при высоких температурах, и достиг в физике плазмы выдающихся успехов: начиная от самого термина «плазма», описывающего новое, четвертое состояние вещества, заканчивая понятием электронной температуры, зонда для ее измерения (щуп Ленгмюра), электронные волны плотности в плазме (волны Ленгмюра). В практическом плане – изобретение атомной водородной сварки (первой в истории плазменной сварки), да и современные работы по управляемому термоядерному синтезу базируются в том числе и на работах нашего героя. И это мы еще не говорим об изучении атмосферы Земли, постоянных научно-популярных лекциях, работах по философии свободы и философии науки, научной этике, методе «разгона» облаков йодидом серебра и твердой углекислотой и 54 томах его рабочих дневников в фирме General Electric объемом в 330 страниц каждый. Вот такой вот мощный человек стал лауреатом Нобелевской премии по химии в 1932 году (а мог бы получить и премию по физике – на нее, за работы по плазме, он тоже был номинирован целых пять раз, из них дважды – Нильсом Бором).
Ирвинг Пангмюр
Serendipity — талант делать случайные открытия
В огромной толпе парижан, вышедшей проводить похоронный кортеж великого ученого Пастера, стоял юный американский школьник.
Ирвинг Лангмюр выполнил свое намерение. Он был одним из первых американцев, сыгравших новую роль — он подчинил научно-исследовательскую работу практическим нуждам промышленности; он стал первым американским ученым-практиком, удостоенным Нобелевской премии.
Лангмюр родился в 1881 году в аристократическом Бруклине, в одном из маленьких городков с остроконечными шпилями церквей и с обсаженными деревьями улицами. Из удобных домиков, окруженных зелеными лужайками, люди добирались до городских учреждений, переезжая через реку в экипажах или на речных трамваях.
Отец Ирвинга Лангмюра принадлежал к тому сорту людей, которые то и дело наживают и теряют скромные состояния и преисполнены спокойной уверенности, что прямо за углом их каждый раз ожидает новое богатство. Ирвинга поместили в одну из местных начальных школ, но, когда ему исполнилось одиннадцать лет, семья переехала в Париж, чтобы быть неподалеку от старшего сына Артура, который хотел изучать химию в Германии.
Ирвинга отдали в небольшой пансион на окраине Парижа. Лангмюр был единственным иностранцем в школе. Дела его шли неважно, потому что он восстал против того, что считал «дурацки строгой дисциплиной». Однако отец его был дружен с директором, и на проделки мальчика смотрели сквозь пальцы.
Тогда же один из учителей стал поощрять Лангмюра самостоятельно заниматься изучением логарифмов и тригонометрией.
Мальчик отличался способностью с огромной энергией отдаваться любому интересующему его делу. Если он не теребил своего обожаемого старшего брата расспросами о химии, то старался вбить в голову младшего братишки все, что он узнавал об электричестве. Его мать однажды сказала: «Ребенок приходит в такой энтузиазм, что не помнит себя; просто страшно, как много он знает!»
Когда Артур получил степень доктора, семья вернулась в Соединенные Штаты и Ирвинга послали в Академию Честнат Хилл в Филадельфии. Его сжигала страсть к науке. Самостоятельно он в течение шести недель изучил книгу о дифференциальном и интегральном исчислении. В четырнадцать лет он поступил в институт Пратта в Бруклине, а когда ему исполнилось семнадцать, стал студентом Колумбийской горной школы, где изучал технику. В 1906 году он получил диплом доктора физики в Геттингене. Институт Стивенса в Хобокене пригласил его преподавать химию. И тут на время вихрь утих.
Когда истекал третий год его работы в институте Стивенса, Лангмюр решил вместо обычного отдыха в горах провести лето в новых лабораториях «Дженерал Электрик» в Скенектеди. Несколько месяцев растянулись до самого конца его научной карьеры, потому что он попал в «Дженерал Электрик» в тот момент своей жизни и жизни лаборатории «Дженерал Электрик», когда они как нельзя более нуждались друг в друге.
К 1900 году, благодаря жесткости, предприимчивости и могучей поддержке Дж. П. Моргана, «Дженерал Электрик» соединила патенты Эдисона с патентами фирмы электрического оборудования в Новой Англии, принадлежавшей Томпсону-Хьюстону, и превратилась в одну из крупнейших американских корпораций. Директора понимали, что компания может устоять против конкурентов лишь в том случае, если будет постоянно предлагать потребителю все новую продукцию и новые услуги. До сих пор они использовали академические знания, накопленные учеными в течение XIX века. Теперь директора «Дженерал Электрик» А. Г. Дэвис и Е. В. Райс решили, что компания сама должна внести вклад в этот свод фундаментальных научных знаний. Необходим был новый тип индустриальных лабораторий.
С этой целью в качестве директора был приглашен профессор Массачузетского технологического института Виллис Р. Уитни.
Когда в 1909 году Лангмюр впервые приехал в Скенектеди, он имел весьма смутное представление о том, что ему там предстоит делать. Несмотря на широкую рекламу новых лабораторий «Дженерал Электрик», Лангмюр ожидал, что его засадят за обычную, ставшую уже рутиной, работу. К его удивлению, Уитни предложил ему, не стесняя себя никакими сроками, ознакомиться с лабораториями и выяснить, какого рода проблемы там изучают, а затем выбрать тему, над которой он хотел бы поработать.
«Когда я стал работать в лаборатории, — писал Лангмюр, — я обнаружил, что там гораздо больше „академической свободы“, нежели в любом университете».
В то время как Лангмюр изучал лаборатории, Уитни изучал Лангмюра. Уитни приглядывался к нему в течение лета и понял, что нашел в Лангмюре редкое сочетание проницательности и догадки, педантичности и воображения. Исследование казавшейся незначительной темы, которую выбрал Лангмюр в то лето, открыло впоследствии пути во многих направлениях. Оно повлекло за собой:
1) значительное усовершенствование обычной электрической лампочки;
2) совершенствование триодов, которые изобрел де Форест;
3) развитие теории элементов в химических соединениях;
4) развитие учения об особом двухмерном мире плоскости и его применение в химии, физике и биологии;
5) объяснение замечательного явления катализа;
6) такие метеорологические опыты, как воздействие на тучи, вызывающее дождь.
В течение своей долгой карьеры Лангмюр никогда не брался специально за исследования, преследуя прямую практическую цель. Все эти полезные результаты были просто побочными продуктами изучения основных загадок природы. Лангмюра часто спрашивали, почему он начал то или другое исследование, и он неизменно отвечал: «Наверное, потому что я очень любопытен». Когда же его спрашивали, почему он продолжал в этом направлении, он отвечал: «Меня это забавляет».
Двумя столетиями раньше, Горэс Уолпол назвал «искусство использовать неожиданные случайности — serendipity».
Талант Лангмюра в этом искусстве целых пятьдесят лет давал ему немало возможностей «позабавиться», принес ему почетные дипломы, медали и Нобелевскую премию. Лангмюр же открыл миру больше увлекательных подступов к новым областям знания, чем любой другой из его современников-американцев.
За все эти неожиданные удачи «Дженерал Электрик» платила щедро, но отнюдь не оставалась в накладе. В результате открытий, полученных в собственных лабораториях, «Дженерал Электрик», эта частная американская корпорация, в 1954 году была богаче и могущественней, чем были до первой мировой войны многие вместе взятые европейские королевства и империи, чьи гусары и лейтенанты щеголяли расшитыми мундирами в Вене, Берлине и Париже как раз в то самое время, когда Ирвинг Лангмюр в высоком крахмальном воротничке и брюках с узкими манжетами сошел с поезда на станции Скенектеди (США) в 1909 году.
Читайте также
Ирвинг стоун. Джек Лондон
Ирвинг стоун. Джек Лондон «Если ты утаил правду, скрыл ее, если ты не поднялся с места и не выступил на собрании, если выступил, не сказав всей правды, — ты изменил правде». «Дайте мне взглянуть правде в лицо. Расскажите мне, какое лицо у правды». Джек Лондон Это история о
Вашингтон Ирвинг Жизнь пророка Мухаммеда
Вашингтон Ирвинг Жизнь пророка Мухаммеда
ДЖУЛИУС ИРВИНГ (родился в 1950 г.)
ДЖУЛИУС ИРВИНГ (родился в 1950 г.) Это случилось, и случилось на чрезвычайном военном совете, именуемом играми «Всех Звезд» НБА и АБА на втором – и последнем – из этих маленьких междусобойчиков всем известной и почтенной Национальной баскетбольной ассоциации и
Незаметный обитатель Ирвинг-плейс
Незаметный обитатель Ирвинг-плейс У О. Генри есть рассказ под названием «Комната на чердаке». Он не принадлежит к числу самых известных его творений, да и не очень характерен для сюжетов писателя, поскольку отличается мрачным колоритом. Но интересен тем, что относится к
«God Bless America» Ирвинг Берлин (Irving Berlin) (11 мая 1888, Тюмень, Россия — 22 сентября 1989, США)
«God Bless America» Ирвинг Берлин (Irving Berlin) (11 мая 1888, Тюмень, Россия — 22 сентября 1989, США) Во время похоронной процессии в конце сентября 1989 года, возглавляемой президентом США Джорджем Бушем-старшим, все собравшиеся пели его самую знаменитую песню «Боже, благослови Америку». Эта
Ирвинг изобретатель что изобрел
Изучая свойства нити в электрической лампочке, он в 1916 обнаружил, что вольфрамовая нить проявляет лучшие качества, если её покрыть слоем оксида тория толщиной всего в одну молекулу. Он подверг анализу узкую пластинку вольфрама, покрытую оксидом тория, чтобы установить её способность испускать электроны. Это исследование побудило его обратиться к изучению поверхностных явлений — молекулярной активности, которая наблюдается в тонких покрытиях или на поверхностях. Он изучал адсорбцию и поверхностное натяжение, а также поведение тонких покрытий жидких и твердых тел.
Основываясь на имеющихся достижениях в области теории строения атома, Ленгмюр описал химическое поведение поверхностей как поведение отдельных атомов и молекул, которые, подобно фигурам на шахматной доске, занимают отдельные клетки — участки поверхности. Это привело его к выводу уравнения изотермы адсорбции, известного как уравнение Ленгмюра.
Количественно процесс физической мономолекулярной адсорбции в случае, когда межмолекулярным взаимодействием адсорбата можно пренебречь, описывается уравнением Ленгмюра:
,
Развивая представления о строении мономолекулярных адсорбционных слоев на поверхности жидкостей, он показал, что разреженные монослои обладают свойствами двумерного газа, а в насыщенных монослоях молекулы ориентированы в зависимости от полярности их концевых групп, что в ряде случаев позволяет установить их строение, форму и размеры.
Он установил также, что в явлении адсорбции принимают участие кулоновские, дипольные межмолекулярные и валентные силы, вандерваальсовы силы притяжения и силы отталкивания, вызываемые непроницаемостью заполненных электронных оболочек.
Беговая дорожка — изобретение, которое можно ненавидеть по историческим причинам
Ненавидеть беговые дорожки, какими бы ни были их плюсы, — это исторически справедливо. Изначально это устройство было придумано в целях, которые имеют мало отношения к спорту, здоровью и радостям сжигания калорий. Речь, скорее, шла о каторге, тюремных наказаниях и терроре заключенных. Так что в XIX веке попасть на беговую дорожку хотели только тогда, когда альтернативой была виселица.
Уильям Кьюбитт потрясен до глубины души
Однажды теплым солнечным днем 1818 года малоизвестный и пока не очень успешный английский изобретатель Уильям Кьюбитт имел удовольствие посетить тюрьму в городке Бери-Сент-Эдмундс. Что именно он там делал — неизвестно, но ему удалось понаблюдать за поведением здешних заключенных в естественной среде обитания. Викторианский джентльмен был шокирован и возмущен царившими здесь порядками. Щипачи-карманники, грабители, насильники и (самые отвратительные из всех) налоговые уклонисты вальяжно бродили по тюрьме и вообще выглядели довольно жизнерадостными. Они здесь отдыхали! И это в то время, когда снаружи люди были вынуждены работать, не покладая рук.
Тюрьма XIX века на Флит-стрит в Лондоне. Выглядит скорее как дешевый санаторий
В кратчайшие сроки Уильям исправил это недоразумение и в том же 1818 году предоставил нескольким из британских тюрем свое известнейшее изобретение — «шаговую мельницу». Теперь мы знаем его открытие как «беговую дорожку» (treadmill), но тогда это было несколько иное устройство.
Беговая дорожка — каторга, бизнес и средство террора
Кьюбитт создал конструкцию, которая должна была превратить лежебок из тюрем, сидящих на шеях у честных налогоплательщиков, в полезных членов британского общества. Исправлять заблудшие умы и порочные сердца планировалось с помощью двухметрового колеса с 24 лопастями, исполнявшими роль ступеней. Группа заключенных должна были вращать его, нога-в-ногу шагая в бесконечную воображаемую гору.
Затраченные ими усилия, однако, были далеко не воображаемыми: минимальная норма, которую должен был пройти узник, составляла 2000 метров в день. Учитывая, что это была ходьба с высоким подниманием колен, да еще и требующая сильного нажима на ступени, получалась изматывающая работа на несколько часов. Энциклопедия «Британника» вообще описывает типичную норму как 16 630 футов (5069 метров, то есть больше, чем половина высоты Эвереста), которые нужно было «пройти» за 6-10 часов. Учитывая, что каторжанам почти не давали отдыха, работа получалась адской и невероятно изнуряющей.
Сначала такая участь ждала только самых отъявленных негодяев в качестве наказания. Когда правительство поняло выгоду изобретения — каждого, кому не посчастливилось попасть на каторгу с подобным нововведением. В одной только Британии было 40 таких тюрем и еще примерно столько же с похожим на «беговые дорожки» агрегатом, но только приводимым в действие руками, а не ногами. Сколько их было в мире — неизвестно, но в колониях, вроде Ямайки, они существовали точно.
Барабан «шаговой мельницы» вращался не просто так: с помощью мускульной силы перемалывалось зерно, поднималась вода из колодцев и даже вентилировались шахты. Изобретение Кьюбитта ждал моментальный успех — администрации тюрем сразу же смекнули, насколько оно полезно. Теперь-то все эти лоботрясы не просто проедали тюремные харчи, но и приносили пользу Британии. Кроме того, беговые дорожки занимали время заключенных и изматывали их. После очередного восхождения на 16 тысяч футов мало кто был способен строить изощренные планы побега, а уж тем более бежать, обгоняя охрану.
Зато у Уильяма Кьюбитта дела резко пошли в гору. Оценив его инженерную сноровку, правительство пригласило его курировать строительство каналов и доков — весьма престижная и выгодная работа для инженера тех лет.
Настоящие истоки изобретения и его будущее
Изобретение «Шаговых мельниц» далось Уильяму Кьюбитту довольно просто. Он был сыном мельника и с детства понимал, как обращаться с такими механизмами. Кроме того, нечто подобное, только работающее в иной плоскости, было придумано еще 6000 лет назад на Ближнем Востоке. Устройства для обмола зерна, приводимые в движение мускульной силой, здесь можно найти даже в наше время. Разве что изначально оно приводится в движение с помощью животных (хотя никто не мешает запрячь и человека). Если вы смотрели фильм про Конана-варвара, то наверняка вспомните, как он крутил подобную мельницу до того, как стал великим воином.
«Шаговые мельницы» Кьюбитта стали символом и, если угодно, мемом викторианского общества. Дело в том, что многие настаивали на том, что оно — едва ли не гуманнейшее из изобретений эпохи. Бедные заключенные, дескать, находились на свежем воздухе и делали полезную зарядку в исцеляющей атмосфере коллективизма. А ведь могли сидеть в застенках, помирая от скуки! Викторианское общество ответило на это самым едким сарказмом и «беговые дорожки» стали синонимом изощренного садизма исправительной системы. Эвфемизм «танцевать на шаговой мельнице» начал означать «оказаться на каторге».
«Беговая дорожка» на каторге в Бирме
В 1902 году практику оздоровительного каторжного бега окончательно отменили как антигуманную. Всего спустя десятилетие, в 1913 году, была запатентована беговая «Тренировочная машина» С. Л. Хагена, и обеспеченные господа смогли почувствовать себя счастливыми физически активными заключенными за свои же деньги.
Современный аналог беговой дорожки создали кардиолог Роберт Брюс и изобретатель медицинских устройств Уэйн Куинтон. Будучи американцами, они, скорее всего, понятия не имели о каторжном предшественнике их изобретения.