5 марта 2017 г.

Глава 4. Несостоявшиеся и состоявшиеся открытия. От брака до открытия. В.В.Митрофанов.

Глава 4. Несостоявшиеся и состоявшиеся открытия

 
Он неоднократно высказывал мысль о том, что единственно посильная обязанность каждого смертного - это внести скромный вклад в науку или какую-либо другую область. Успех зависит от сотрудничества целой группы людей, объединенных стремлением добиться общей цели.
Нильс Бор (об отце) [17].
Очевидно, один из методов нахождения приемов для проведения исследовательских работ - это анализ работ исследователей всех поколений и их опыта. Мы уже писали, что все равно все открытия будут сделаны, но за неоправданно большое время, а неиспользование полученных результатов тормозит развитие науки и приносит ущерб человечеству.
Я обратил внимание на тот факт, что открытия в разных книгах преподносятся по-разному. Так, например, я читал, что вирусы были обнаружены в 1903 году. Затем их действие было зафиксировано в опытах Зильбера в 1922 году, но объяснения причин найдено не было, и открытие не состоялось. А официально они были открыты американскими учеными в 1944 году. Эта информация взята из книги великолепного популяризатора науки Товарницкого [15]. Приведем отрывок из этой книги о несостоявшемся открытии вируса.
“Ученым иногда приходят в голову довольно странные, на первый взгляд, идеи, после чего они начинают экспериментировать, т.е. ставить опыты с целью доказать правильность этих идей. Опыты могут подтвердить догадку ученого или ее опровергнуть. В последнем случае прежняя идея заменяется новой и ставятся опыты уже в другой аранжировке. Но во всех случаях перед исследователем стоит всегда одна и та же конечная цель - вскрыть природу явления и установить истину.
В 1922 году молодой в то время микробиолог, а потом известный советский ученый Лев Александрович Зильбер поставил следующий любопытный опыт. Он заразил морских свинок в брюшную полость возбудителями сыпного тифа, а затем ввел туда же очень маленький коллодийный мешочек со взвесью бактерий так называемого “вульгарного протея” и зашил брюшину. Бактерии вульгарного протея, находящиеся в мешочке, не могли проникнуть в брюшную полость морских свинок и соприкасаться там с возбудителями сыпного тифа, точно так же, как последние не могли проникнуть в мешочек и соприкасаться с бактериями вульгарного протея. Через поры коллодийного мешочка могли проникнуть лишь растворимые неорганические и органические вещества. (Итак, автор знал о порах и это параметр, который следовало изменять! - В.М.)
Спустя несколько дней ученый извлек из брюшины морских свинок коллодийный мешочек и исследовал находящихся в нем бактерий вульгарного протея. Он установил, что с этими бактериями произошли странные изменения: они не аглютинировались, то есть не осаждались как раньше антисывороткой к протею, но аглютинировались антисывороткой к возбудителю сыпного тифа, чего раньше не наблюдалось. Другими словами, бактерии вульгарного протея изменили свою природу и стали как бы сыпнотифозными.
Это вновь приобретенное ими свойство не было случайным или временным, а передавалось по наследству в течение ряда лет, то есть было наследственно закрепленным. Все это казалось тогда весьма непонятным и загадочным.”
Ни в коем случае не критикуя автора эксперимента, можно только сожалеть, что не был проведен другой, противоположный эксперимент.
Мы уже отмечали, что Рассел сделал открытие - в фотопластинах при их контакте со свежеобработанной поверхностью металла на воздухе в темноте образуется скрытое изображение. Его можно сделать видимым, обработав пластину стандартными методами. Об этом открытии я узнал совершенно случайно. Я занимался разработкой кремниевого бескорпусного транзистора и возникла необходимость посмотреть, достаточно ли полно вскрываются окна в окисле кремния, нет ли на кремнии остатков окисла. Присутствие окисла на кремнии не позволяло получать хорошие электрические контакты между кремнием и алюминием, а это, в свою очередь, не позволяло получать необходимые параметры транзистора. Я как-то шел по коридору и встретил приятеля Ю. Комаишко. Он поинтересовался моими делами, и я рассказал ему о «контактной эпопее», сетуя, что нет метода «влезть» в окно окисла размером 10х10 мкм. Он посоветовал мне посмотреть книгу [11], в которой автор пишет об эффекте Рассела. “Возьмешь фотопластинку и проверишь, - сказал Юра, - Это просто. Если отпечаток получится - окно чистое, если нет, то на кремнии есть окисел. Я зажегся этой идеей. Взял первые попавшиеся фотопластинки и начал проводить эксперимент. Не буду описывать детали. Затратил я примерно полгода, пока не получил положительный результат и не нашел именно такие фотопластинки, которые за время экспонирования 5 минут давали ответ. На рис.7 показана фотография, полученная с пластинки кремния с окислом, в котором вскрыты окна. Брак был устранен - подобраны режимы вскрытия окон в окисле и режимы вжигания алюминия.
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
 
·
·
·
 
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
 
·
·
·
·
·
 
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
Рис. 7. Пластина кремния с окислом, в котором вскрыты окна. (Там, где в центре кристалла чёрные точки - окисел вскрыт до
кремния).
Дальше можно было эту работу не продолжать, но... Стало интересно, а что же вылетает с поверхности металла и кремния на воздухе в процессе атмосферной коррозии?
Подняли имеющийся литературный фонд по этому эффекту и были поражены. Нашли более тридцати публикаций, из которых следовали гипотезы, что это: кислород, водород, «металлическое излучение», свет, рентгеновское излучение, экзоэлектроны.
Больше всего оказалось статей автора И.Л. Ройха о том, что с поверхности при окислении происходит эмиссия молекул перекиси водорода [16]. Веря в печатное слово, а тем более в статьи из академических журналов, я не мог усомниться в их неправдоподобности и поэтому проверил все гипотезы, за исключением «металлического излучения», ибо не знал, как это можно проверить. Например, если фотопластинка над металлом чернеет от молекул перекиси водорода, то, естественно, она должна чернеть и над раствором H2O2. Однако известно, что H2O2 отбеливает фотоэмульсию, а не создает в ней скрытое изображение. Если же фотопластинка сенсибилизируется, как это делал автор [16], то действительно она чернеет. Но это не означает, что происходит эмиссия Н2О2.
Проверив все гипотезы и не получив ни одного подтверждения, мы решились сами выдвигать гипотезы и проводить эксперименты.
Результат первого эксперимента: фотопластинка, находясь в контакте со свежеобработанной поверхностью монокристаллического кремния, фиксирует «нечто», образующее в фотоэмульсии АgBr скрытое изображение. Это «нечто» - частицы или волны? Проведем второй чрезвычайно простой противоположный эксперимент, такой, что, получив результат, не хочется в него верить: перевернем пластину кремния шлифованной стороной вниз и снова разместим фотопластинку на ней. И что же? фотопластинка по-прежнему чернеет!
Если бы это было излучение света, то никакого почернения не было бы. На самом деле мы видим, как это «нечто» обтекает пластину Si и в фотоэмульсии создает скрытое изображение. Очевидно, это частицы. Но так хочется проверить это более доказательно!
Проведем еще один противоположный эксперимент, но изменим два параметра: создадим расстояние между фотопластинкой и поверхностью кремния и нарушим поток «нечто» в зазоре между ними за счет струи воздуха. На рис. 8 приведена схема эксперимента и фотография полученного изображения. На рисунке видно, что струя воздуха “сдувает” частицы и они, в области потока воздуха, не попадают на ФП.
Теперь нет сомнений, что происходит эмиссия частиц.
Если посмотреть отстраненно и ничего не выдумывать, то можно утверждать, что кроме водорода здесь ничего быть не может:
Si + 2 H2® SiO2 + 2 H2O в воздухе 
Однако, молекулярный водород скрытого изображения в фотопластинке не создает, значит, надо решиться и утверждать, что происходит эмиссия атомарного водорода:
Si + 2 H2® SiO2 + 4 H O 
AgBr +H ® Ag + HBr
Открытие для себя состоялось. Был сделан доклад по эффекту Рассела на конференции в Новосибирске, и он был принят на “Ура!”. Все поверили, и мы были довольны некоторое время.
Рис. 8. Действие металла на фотопластинку. Противоположный эксперимент.
a)    Схема эксперимента.
b)    Изображение, полученное от прямого контакта фотопластинки со шлифованной поверхностью кремния.
c)     Изображение, полученное на фотопластинке, расположенной на расстоянии 5 мм от пластинки кремния. В зазор направлен поток воздуха.
 
Что же помешало открыть вирусы Зильберу, а Расселу понять природу обнаруженного им явления? Ведь требовавшиеся для этого эксперименты чрезвычайно просты.
Творец нас в мир однажды бросил
И дал бессмысленную прыть,
Нас по судьбе несет без весел,
Но мучит мысль, куда нам плыть.
Игорь Губерман [146]