По воспоминаниям Г. Густавсона, однажды некий составитель руководства по химии, даря Менделееву свою книгу, подчеркнул, что теоретическое содержание отделено в ней от фактического и практического, и он считает это большим достоинством. Дмитрий Иванович со свойственной ему прямотой и эмоциональностью заявил, что это как раз недостаток. Загружая читателя фактами, вместо того чтобы разъяснять им законы, управляющие фактами, автор рискует оказаться в положении аристотелевского сапожника, снабдившего своего ученика запасов готовых сапог, вместо того чтобы научить его, как нужно тачать сапоги.
Рукопись таблицы «Опыт системы элементов…», составленной и подписанной к печати 17 февраля (1 марта) 1869 г.
Менделеев писал: «Одно собрание фактов, даже и очень обширное, одно накопление их, даже и бескорыстное, не дадут еще метода, обладания наукой, и они не дают еще ни ручательства за дальнейшие успехи, ни даже права на имя науки в высшем смысле этого слова. Здание науки требует не только материала, но и плана, гармонии, воздвигается с трудом, необходимым как для заготовки материала, так и для кладки его, для выработки самого плана, для гармонического сочетания частей, для указания путей, где может быть добыт наиполезнейший материал. Тут поле истинным открытиям, которые делаются усилием массы деятелей, из которых один есть только выразитель того, что принадлежит многим, что есть плод совокупной работы мысли. Узнать, понять и охватить гармонию научного здания с его недостроенными частями — значит получить такое наслаждение, какое дает только высшая красота и правда».
Члены химической секции Первого съезда русских естествоиспытателей в Петербурге (1868). Сидят (слева направо): В. Ю. Рихтер, С. И. Ковалевский, Н. П. Нечаев, В. В. Марковников, А. А. Воскресенский, П. А. Ильенков, П. П. Алексеев, А. Н. Энгельгардт; стоят (слева направо): Ф. Р. Вреден, П. А. Лачинов, Г. А. Шмидт, А. Р. Шуляченко, А. П. Бородин, Н. А. Меншуткин, Н. Н. Соковнин, Ф. Ф. Бейльштейн, К. И. Лисенко, Д. И. Менделеев, Ф. Н. Савченков
Охватить «гармонию научного здания с его недостроенными частями» Менделеев смог в периодическом законе химических элементов, составившем методологическую базу «Основ химии».
Существует легенда, что гениальная система, позволившая наглядно представить все многообразие природных элементов в виде упорядоченного множества, открылась 35-летнему ученому во сне. Ученый сам способствовал ее распространению, рассказывая: «Вижу во сне таблицу где все элементы расставлены, как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги, — только в одном месте впоследствии оказалась нужной поправка». Но тем, кто наивно поражался такому везению, он однажды растолковал: «Я над ней (системой, — Ю. С.), может, лет двадцать думал, а вы думаете: сидел и вдруг — готово».
По сохранившимся черновикам можно судить, с каким упорством и напряжением работал Менделеев в поисках правильного расположения каждого элемента в таблице. Однажды он закупил пустые визитные карточки и на каждой написал с одной стороны название элемента, а с другой — атомный вес и формулы его различных соединений. Часы и дни проводил ученый, раскладывая их на большом квадратном столе, порою за ним и засыпая. В пасмурный февральский день 1869 года домочадцы слышали доносившиеся из его кабинета возгласы: «У-у-у! Рогатая. Ух, какая рогатая! Я те одолею. Убью-у!» Они знали, что это означает высшую степень творческого возбуждения. Вечером Дмитрий Иванович переписал набело таблицу под названием «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве». Сделав пометки для типографских наборщиков, он поставил дату: «17 февраля 1869 года.» Этот день считается днем рождения периодического закона, современная формулировка которого такова: «Свойства простых веществ, а также формы и свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов».
Мировое научное сообщество не сразу оценило это открытие. Уж очень многое оно меняло в сложившихся представлениях. Так, немецкий физико-химик В. Оствальд, будущий лауреат Нобелевской премии, утверждал, что открыт не закон, а принцип классификации «чего-то неопределенного». Его соотечественник Р. Бунзен, открывший в 1861 году два новых элемента — рубидий и цезий, говорил, что Менделеев увлекает химиков «в надуманный мир чистых абстракций». Профессор Лейпцигского университета Г. Кольбе назвал открытие «спекулятивным».
Сдержанно отнеслись к нему и русские химики. Зачитанный Н. Меншуткиным по просьбе отсутствовавшего Менделеева доклад «Соотношение свойств с атомным весом элементов» на заседании недавно созданного Русского химического общества не произвел впечатления на специалистов. Академик Н. Н. Зинин заявил, что Менделеев делает не то, чем следует заниматься настоящему исследователю. Правда, через два года, прочитав статью Дмитрия Ивановича «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств некоторых элементов», Зинин изменил свое мнение и написал автору: «Очень, очень хорошо; премного отличных сближений, дай Бог Вам удачи в опытном подтверждении Ваших выводов».
Периодический закон давал возможность предсказать существование еще не известных науке элементов. В столбце под алюминием Менделеев оставил место для его аналога «экаалюминия», под бором — для «экабора», а под кремнием — для «экасилиция». Так он назвал еще неоткрытые химические элементы и даже присвоил им соответствующие символы.
И вот в 1875 году французский химик Лекок де Буабодран открыл предсказанный Менделеевым «экаалюминий», назвал его галлием и заявил: «Я думаю нет необходимости настаивать на огромном значении подтверждения теоретических выводов господина Менделеева». Спустя четыре года известный химик Л. Нильсон открыл скандий и сказал: «Не остается никакого сомнения, что в “скандии” открыт “экабор”… Так подтверждаются нагляднейшим образом соображения русского химика, которые не только дали возможность предсказать существование скандия и галлия, но и предвидеть заранее их важнейшие свойства». В 1886 году профессор Горной академии во Фрайбурге немецкий химик К. Винклер при анализе редкого минерала аргиродита обнаружил еще один элемент — предсказанный Менделеевым «экасилиций» — и назвал его германием.
Ясное понимание того, что место элемента в системе выражает его связи, отношения с ближайшими соседями по системе, а через них и со всеми остальными элементами определило научное превосходство Менделеева перед всеми оппонентами. В системе действительно отразился закон природы. Понимая систему, зная, например, через какой промежуток повторяются свойства элементов и как они меняются в пределах одного периода от одного элемента к другому, можно было целенаправленно вести поиск новых элементов, представляя, как, примерно, будут выглядеть «незнакомцы», если обнаружатся.
В то же время предугадать существование группы благородных газов Менделеев не смог. Им поначалу не нашлось места в периодической системе. Поэтому открытие английским учеными У. Рамзаем и Дж. Релеем в 1894 году аргона сразу же вызвало бурные дискуссии и сомнения в периодическом законе и периодической системе элементов. После нескольких лет раздумий Менделеев согласился с присутствием в предложенной им системе «нулевой» группы химических элементов, которую заняли другие благородные газы, открытие вслед за аргоном. В 1905 году ученый написал: «По-видимому, периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает, хотя, как русского, меня хотели затереть, особенно немцы».
Полное научное объяснение периодическая система элементов получила на основе квантовой механики в XX веке. Закон и система Менделеева лежат в основе современного учения о строении вещества, играют первостепенную роль в изучении всего многообразия химических веществ и в синтезе новых элементов.
В дневнике Д. И. Менделеева последняя запись, посвященная экспериментам в области неорганической химии, имеет дату 11 декабря 1871 года. Следующая же страница под датой 14 декабря уже посвящена упругости газов. Именно в этом кратком промежутке и совершился переход Менделеева от тематики, непосредственно связанной с периодическим законом и естественной системой элементов, к новой тематике, связанной с изучением газов. Она-то и определила на ближайшие — семидесятые — годы его научные интересы.
Свойства паров, газов и изменения состояний вообще-то занимали Менделеева с первых шагов его научной деятельности. Еще в магистерской диссертации «Об удельных объемах» он писал: «Все эти факты сближают три состояния тела, показывают, что правильность в изменениях газа есть только кажущаяся, трудно наблюдаемая, что все тело в строгом смысле не подчинены ни Мариоттову, ни Дальтонову законам — для твердых, жидких и парообразных тел это очень ясно, а для газов открывается только при тщательных наблюдениях».
Для тщательных наблюдений Дмитрий Иванович закупил за границей необходимую аппаратуру. Благо, Русским техническим обществом и артиллерийским ведомством были предоставлены некоторые средства. Вместе с отобранными сотрудниками он занялся изучением сжимаемости газа, проверкой законов Бойля — Мариотта и Гей-Люссака, обоснованием случаев отступления от этих законов. Отчетом об этих исследованиях стала первая часть монографии «Об упругости газов» (1875). Во второй части должны были быть описаны дальнейшие наблюдения над коэффициентом расширения газов при постоянном давлении, изменением их упругости с изменением объема, температуры и т. д. Но тут скончался его главный сотрудник М. Л. Кирпичев, что тяжело отозвалось на всем ходе опытов, а в 1876 году трое других помощников по разным причинам тоже отошли от этих занятий. Просто невозможно оказалось найти новых людей, подготовленных к такому трудному делу и в то же время достаточно обеспеченных материально, чтобы всецело ему отдаться.
«Мы отдаем себе отчет в принципиальной невыполнимости данных исследований упругости газов и в то же время невольно преклоняемся перед грандиозным их размахом», — так советский историк науки О. Н. Писаржевский в 1959 году оценил усилия Менделеева на этом направлении.
Целеустремленная научная работа в новой области на каждом шагу приводят к находкам, не относящимся к основной теме. Если не давать зарока оставлять их без внимания, они могут составлять немалую дополнительную ношу. Менделеев умел ограничивать свои потребности, но не свои искания. Он мог сократить сон, меньше времени тратить на еду, готов был безвыходно сидеть за измерениями и вычислениями, лишь бы только возможно шире охватить новые просторы науки. А как иначе объяснить, что сопутствующие работы всегда окружали его основной труд, как спутники окружают планету? Приводя в старости архив в порядок, Дмитрий Иванович записал: «Сам удивляюсь, чего только я не делывал в своей научной жизни».
Конкретно эта запись относится к первым номерам «Инженерного журнала» за 1876 год, где была напечатана большая статья «О барометрическом нивелировании и применении для него высотомера».
Высотомер — прибор для определения высоты над уровнем моря — появился в ходе исследования упругости газов. При работе над этой темой Менделееву постоянно, по несколько раз в день, приходилось прибегать к точным определениям атмосферного давления. Пользоваться для этого ртутным барометром было утомительно. Поэтому для сокращения времени наблюдений он придумал такой барометр, который указывал не абсолютную величину атмосферного давления, а только изменения, которые в нем произошли с того момента, как был заперт кран прибора. Ученый убедился, что изобретенный им дифференциальный барометр необычайно чувствителен (в 16 раз чувствительнее ртутного). Он мог указывать ничтожные изменения, отличавшие давление столба воздуха между ступеньками лестницы. Это был готовый барометрический указатель уровня. Отвечая запросам практики, Менделеев придал ему устройство, пригодное для нивелирования, и назвал высотомером. В 1875 году топографы Генерального штаба использовали его для изготовления карт незнакомой местности, когда не хватало времени для определения уровня возвышенностей оптическим путем.
Упомянутая статья в «Инженерном журнале», вышедшая потом в расширенном виде отдельной книгой, отвергала предрассудок о невозможности применения барометров к определению малых разностей высот. Однако внедрение в практику высотомера, снабженного еще и дифференциальным термометром, затруднялось противодействием директора Главной физической обсерватории академика Вильде, таким образом отстаивавшего свои собственные, более громоздкие и дорогие, конструкции. Что ж, ситуация, когда должность позволяет лоббировать собственные интересы и «отодвигать» конкурентов, характерна отнюдь не только для 70-х годов XIX века…
А Менделееву не занимать новых идей. На этот раз в области метеорологии. Видя, что на русском языке существуют лишь устаревшие курсы, а прогнозы погоды в газетах дают постоянную пищу юмористам, Дмитрий Иванович под своей редакцией выпускает в 1876 году перевод с немецкого краткого — довольно популярного и лучшего на то время — курса Мона «Метеорология, или Учение о погоде» с обширным предисловием и подстрочными примечаниями от своего имени. Особое внимание он обращал на необходимость исследования высоких слоев атмосферы. Тогда еще их связь с погодой на земле не была очевидной, а Менделеев называл эти слои «великой лабораторией погоды». Для их изучения он предлагал «прикрепить к аэростату герметически закрытый, оплетенный, упругий прибор для помещения наблюдателя, который тогда будет обеспечен сжатым воздухом и может безопасно для себя делать определения и управлять шаром». Спроектировал он и устройство, позволяющее производить наблюдения в атмосфере без участия человека с последующей расшифровкой записей приборов.
Менделеев хотел, «чтобы земства, уже начавшие интересоваться метеорологическими наблюдениями, приняли и эту область под свое покровительство». На выполнение обширной программы катастрофически не хватало средств. Дмитрий Иванович наивно полагал восполнить их продажей своих книг. На печатных изданиях своих трудов, относящихся к этому периоду, он помещал одно и то же предуведомление: «Сумма, которая может быть выручена от продажи этого сочинения, назначается автором на устройство большого аэростата и вообще на изучение метеорологических явлений в верхних слоях атмосферы». Даже в предисловии к «Материалам для суждения о спиритизме» он полушутливо написал: «Как ни далеки кажутся два таких предмета, как спиритизм и метеорология, однако и между ними существует некоторая связь, правда, отдаленная. “Спиритическое учение есть суеверие”, как заключила комиссия, рассмотревшая медиумические явления, а метеорология борется и еще долго будет бороться с суевериями, господствующими по отношению к погоде… В этой борьбе, как и во всякой другой, нужны материальные средства. Пусть же одно суеверие послужит хоть чем-нибудь противу другого!»
Весы конструкции Д. И. Менделеева для взвешивания твердых и газообразных веществ
Сегодняшнему читателю может показаться странным: с чего бы это вдруг серьезный ученый, занимающийся естественными науками, заинтересовался спиритизмом? Дело в том, что время было такое, когда мания общения с душами умерших, с потусторонним миром охватила общество. В том числе и (безо всяких кавычек) культурное, интеллигентное, образованное. Ну, ладно, чудаковатый биолог
Н. П. Вагнер не только писал труды по фауне беспозвоночных, изучал насекомых, но и сочинял детские сказки под псевдонимом Кот Мурлыка. Но Бутлеров! Коллегу, друга Алексея Михайловича Бутлерова Менделеев почитал как выдающегося ученого, способствовал его назначению на кафедру органической химии университета, и вдруг… Спиритические увлечения Бутлерова Дмитрий Иванович переживал так, как будто бы самый близкий, родной человек оступился. «Не имей Вагнер и Бутлеров авторитетности как натуралисты, публика не встрепенулась бы и едва ли ваши крупные журналы взяли бы статьи о спиритизме», — считал Менделеев. А раз так — нужно было во что бы то ни стало выступить против Бутлерова ради самого Бутлерова и ради молодежи, которую могло поколебать в сторону суеверий доверие к этому славному имени; ради самой науки, для здоровья которой спиритизм представлял большую опасность.
Маятник-диск и маятник-подкова — приборы, сконструированные Д. И. Менделеевым
«Комиссия для рассмотрения медиумических явлений» под председательством Д. И. Менделеева была учреждена 6 мая 1875 года на очередном собрании Физического общества при Петербургском императорском университете и закончила свое существование в марте 1876 года. Она должна была заключить, не принадлежит ли что-либо в спиритизме «к разряду ныне необъяснимых явлений, совершающихся по неизвестным еще законам природы». Всего было проведено 19 заседаний, протоколы которых приведены в упомянутой книге. Кроме того, туда вошли тексты трех публичных лекций Менделеева на ту же тему.
Комиссия приняла решение, в котором явно чувствуется авторство Менделеева — настолько оно перекликается с его примечаниями и комментариями к протоколам. Оно слишком велико, чтобы приводить его полностью. Важно, что в конце решения без обиняков говорилось: «Спиритические явления происходят от бессознательных движений или от сознательного обмана, а спиритическое учение есть суеверие». Бутлеров принял урок старшего товарища. Правда, Ф. М. Достоевский, внимательно следивший за полемикой по этому вопросу, оставил такую запись, не вошедшую в окончательный текст «Дневника писателя» и впервые обнародованную лишь в 1973 году: «Дай Бог любому противнику спиритизма быть таким ненавистником его, как я, но я ненавижу лишь отвратительную гипотезу духов и сношений с ними, насколько может чувствовать к ней отвращение человек, не потерявший здравого смысла. Но, откладывая лишь мистическое толкование фактов, я все еще остаюсь в убеждении, что факты эти требуют строгой проверки и что наука, может быть, не сказали о них не только последнего, но даже и первого слова».