Борис Ляпунов - Химия завтра
Колбы и пробирки потеснятся, чтобы дать место электронно-вычислительным машинам, интуицию и чутье заменит строгий расчет. Не через одни лишь бесчисленные опыты, а и через математические формулы и расчеты будет идти дорога к новому веществу…
Ответ: нет, до такой степени математизации химии дело, вероятно, никогда не дойдет. Опыт проверяет теорию, только сравнение с ним и дает уверенность, что описанное математикой соответствует истине.
Потому нельзя скидывать со счетов тот опытный багаж, который уже накоплен химией. Наоборот, он будет еще расти. Факты будут и впредь давать пищу теории.
Кстати, именно опыты не раз позволяли химикам сделать ряд выдающихся открытий.
О периодической системе нечего и говорить. Она возникла из обобщения огромного фактического материала. Практика дала примеры и иного рода.
Когда пытались улавливать закономерности в строении какой-либо группы веществ, то нередко встречались с отклонениями. Тогда теория приходила на помощь, объясняя причину непонятного поведения молекул. И подобно тому, как Д. И. Менделеев предсказал неизвестные элементы и описал их свойства, так химики-органики предугадали кое-какие новые соединения, новые реакции. Но это удалось сделать, лишь глубже проникнув в существо атомно-молекулярной архитектуры.
В химии будущего счастливо объединятся теория и опыт. За опытом по-прежнему останется роль неустанного накопителя фактов, теория возьмет на себя объяснение, обобщение, вывод закономерностей. Органический синтез из науки чисто опытной станет превращаться в науку все более точную.
В то же время простор для искусства безусловно сохранится. Владея расчетом, химик сможет возводить еще более изящные молекулярные сооружения и проводить более эффектные реакции.
Впрочем, к чему, спрашивается, красота, если в конечном счете формулу получит производственник, которому важно совсем другое?
Здесь мы подходим к еще одной стороне химического творчества — его связи с жизнью.
Человек настоящего, а будущего тем более, стремится к красоте во всем. Он хочет красиво одеваться, окружить себя красивыми вещами, работать в красивой обстановке. Недаром родилась техническая эстетика, задачи которой сочетать удобство, целесообразность и красоту на производстве.
Химия призвана помочь искусству и эстетике. Она позволяет воплотить самые смелые и неожиданные инженерные замыслы. Она дает большую свободу в выборе формы и цвета. Химические волокна и пластмассы уже меняют внешний вид многого, что нас окружает, включая и облик городов.
А заводы? Само понятие современной архитектуры уже включает в себя «химический элемент». Что-то от химии, от арсенала ее индустрии, в высоких башнях, ажурных переплетах труб, шарах и колоннах… Невольно вспоминается здание Атомиума на Международной выставке в Брюсселе, который имел вид кристаллической решетки молекулы железа, увеличенной в 165 миллиардов раз.
В первую очередь химизация архитектуры относится к заводам самой химии. Они как бы перекидывают мостик к промышленному пейзажу будущего, вносят необычное, которое воспринимается порой как дело рук разумных существ какого-то иного мира. Вероятно, такие формы постепенно разовьются и дальше.
Фантастические рисунки художников переносят нас в обстановку грядущей эпохи, и воплотятся они наяву не без участия химии. Химия обеспечит архитектора материалами. Химия, быть может, подскажет ему новые сочетания линий и красок, новые формы. Когда развернется строительство в космосе, то «небесные архитекторы» смогут кое-что позаимствовать из опыта молекулярных построек природы и химии.
Часто, создавая новое вещество, идут поначалу длинным и сложным путем. Но бывает и так, что сама структурная формула подсказывает возможность усовершенствовать, упростить синтез. Рассматривая ее как постройку, удается подметить те лишние звенья, которые можно устранить, придав сооружению простоту, законченность и стройность. Отсюда и сокращение хода синтеза — результат для практики немаловажный.
И выяснилось, что природа, ведя свой синтез — в растениях например, — тоже строит по принципу наибольшего совершенства молекулярных форм. За многие миллиарды лет она отточила свое мастерство химика — архитектора молекул.
Человек, соединив свои разум, фантазию и изобретательность с математическими способностями электронной машины, будет свободно конструировать новые соединения.
Без помощи машинной математики химия уже не сможет обойтись. Слишком сложными получаются уравнения даже для самых простых молекул, слишком велик объем вычислений даже для самых простых реакций.
Обычно приводится такой любопытный пример. Чтобы провести расчеты для атома урана, понадобилось бы такое количество бумаги, на изготовление которой не хватило бы сырья во всей Солнечной системе!
Поэтому, с одной стороны, пользуются приближенными методами. А с другой стороны, прогресс электронно-вычислительной техники и математики вселяет новые надежды. Совершенно очевидно, что в будущем такая связь химии и счетно-решающих устройств станет основой для движения вперед.
Математика сказала свое слово, она внесла в химию свежую струю, помогла привлечь новейшую физику для объяснения многих «каверз» органики. Теперь «приключения и опасности», а значит, и искусство органического синтеза неразрывно связаны с ультрамикроструктурой вещества. Пришлось заглянуть в самые глубочайшие недра микромира, куда раньше химики не заглядывали.
Это — уже настоящее. Машина получает сведения о свойствах атомов разных сортов. Всего несколько секунд — и она выдает ответ, предсказывая, какие вещества и с какими свойствами можно из заданных атомов создать!
Пока что машина-химик имеет дело лишь с несколькими видами атомного сырья, но и тут экономятся годы человеческого труда. Пока что она предсказывает вещества, но ведь она сможет и конструировать их по заданным ей, нужным нам свойствам, скажет, из каких атомов и как синтезировать.
Сюда надо добавить еще и физику: то, что происходит с атомами и молекулами, это и в ее ведении.
Ход реакции физика вместе с химией опишет математическим языком. Химические формулы будут выражены математически. А отсюда уже один шаг до электронной автоматики.
Математика моделирует великое множество самых различных явлений — от движения спутников до какого-либо заводского процесса.
Техника умеет создавать «электрическую картину» многих явлений, преобразуя изменения разных величин в разные электрические токи.
Она может создавать и «электрические модели» различных процессов. На языке математики многие не похожие друг на друга явления описываются совершенно одинаково.
Вместо «настоящего» явления, скажем, действия сил на летящую ракету, составляется электрическая цепь, где токи, напряжения и другие величины, с какими имеет дело электротехника, заменят определенные силы, скорости, нагрузки. То и другое явления описываются совершенно одинаковыми формулами.
А для математики безразлично, что именно мы решаем. Формулы-то ведь одни и те же. Поэтому по изменению электрических величин можно судить о других, их «заменителях», о том, что делается с ракетой, когда меняются условия полета.
Как, например, узнать, что сделать, чтобы точно выдержать заданный режим — температуру, давление, плотность? Меняются одни величины, какими же будут другие? Опять уравнение, и языком математики можно описать технологические процессы — хотя бы получения материала. И электромодель дает ответ с поразительной быстротой.
Перебрав все варианты, машина остановится на наилучшем. Она подскажет, как устроить химический реактор, как наладить его работу.
Какую же, в конце концов, ставит цель это вторжение математики и физики в химию?
Проверяя себя опытом, теория должна добыть как можно больше сведений о строении молекул. Она должна выяснить, какая существует связь между молекулярной архитектурой и свойствами самих молекул — физическими, химическими, биологическими. В далекой перспективе физика, химия, биология должны вместе нарисовать единую картину мира.
Однако молекул — и тех, что уже созданы, и тех, какие еще создадут, — фактически бесконечное множество. Если каждую из них изучать отдельно, работа окажется невыполнимой. Но для соединений удастся, вероятно, построить какую-то классификацию, установить какой-то порядок, систему. Тогда и появится возможность разобраться в безумной сложности органики и предсказать, какие новые ее детища могут появиться.
Уже сейчас раздвинулись рамки «синтетического» творчества. А потом они раздвинутся еще шире. Будут создаваться разнообразные материалы с наперед заданными свойствами, какие потребуются людям.
Творец новых веществ, химия прокладывает дорогу к неведомым сейчас тайникам превращений. Раскрываются секреты химических реакций, механизмов химических связей и всего того, что происходит с молекулами, атомами, группами атомов, ионами, электронами. И открытия, уже сделанные сегодня, прокладывают пути в будущее иной раз неожиданные и очень важные для химической практики завтрашнего дня.
