В маленьком датском городке испортился старый уличный фонарь; много лет исправно нес он свою службу, но вот пришлось снять его со столба и отдать фонарщику на слом. На освободившуюся вакансию заявили свои претензии кусок гнилого дерева и какая-то селедочная головка.
Чем такая кандидатура плоха? Ведь и они светятся ночью, почему же не занять им почетное место светильника на верхушке фонарного столба? Так повествует одна из сказок Андерсена. Жестоко и ядовито высмеяны в ней смешные претензии самозваных кандидатов в светильники; но если бы мудрый и ученый автор сказки дожил до нашего времени, он, наверное, иначе взглянул бы на этих оригинальных претендентов и не подверг бы их несправедливой насмешке. Кто мог бы думать, что убогий свет селедок и трухлявого дерева является идеалом для новейшей осветительной техники, и без того уже, казалось бы, достигшей таких пределов совершенства, дальше которых, по-видимому, и идти некуда⁈
А между тем это так, и мы убедимся в том, если остановимся несколько на, так сказать, хозяйственной стороне современных источников света, начиная от самых простых приборов и кончая самыми сложными и усовершенствованными.
Рассмотрим их вкратце. Все наши свечи и лампы — от простой керосиновой до лучшей газовой или электрической — работают «горячим» светом: чтобы дать свет, они развивают массу тепла, которое нам вовсе не нужно, но которое поглощает огромное количество энергии.
Точные расчеты показывают, что, например, керосиновая лампа тратит на производство света лишь 1–1 ½ % химической энергии, заключенной в керосине. Остальные 99 % превращаются в теплоту — обстоятельство, весьма приятное в зимнее время, но совершенно нежелательное в летнее. Вообразим теперь, что нам удалось каким-либо путем добиться превращения всех 100 % только в свет: у нас получилась бы идеальная «холодная лампа», которая могла бы с помощью одной бутылки керосина давать в сто раз больше света, т.е. работать почти даром несколько лет!
Немногим лучше обстоит дело с нашим электрическим и газовым освещением: и здесь более 90 % энергии идет на образование тепла и лишь 7–10 % — на свет. А ведь мы платим деньги за весь газ, за всю энергию тока, а не за один лишь свет; другими словами, на каждый рубль, уплачиваемый за «голый» свет, приходится еще 10 рублей за теплоту, которая нам вовсе не нужна. И вся эта безумная расточительность совершенно неизбежна до тех пор, пока свет будет добываться «горячим» способом, — т.е. накаливанием до степени свечения, и пока наши инженеры не научатся у селедочных головок и гнилого дерева добывать свет сразу, без всякого нагревания. Эти андерсоновские невинно осмеянные фонарные кандидаты — далеко не единственные производители «холодного света».
И в мертвой, и в живой природе немало примеров такого свечения. В первой — множество так называемых фосфоресцирующих веществ (сернистые — кальций, барий, цинк); Луна и полярные сияния также посылают нам свет, почти не содержащий тепловых лучей. В живой природе — масса светящихся животных (медузы, иванов червячок), инфузорий, бактерий, грибов; часто светятся мясо животных, яйца, картофель и другие съестные припасы — они также дают именно «холодный» свет. Настоящая же родина этого живого холодного света — в смысле наиболее пышного развития — тропические страны. Здесь море часто переливается тысячями огней от светящихся инфузорий, бактерий, рыб, моллюсков, полипов, медуз; на суше светятся грибы, насекомые — кокуйо[65], щелкуны.
Все три царства природы и почти все отряды животных принимают участие в этой холодной иллюминации тропического мира. Но есть производители холодного света и в наших широтах. О них-то и пойдет у нас речь. Мы не будем останавливаться на общеизвестном явлении свечения моря — у нас Балтийского и Белого; скажем лишь, что оно вызывается особыми светящимися бактериями, — теми самыми, которые, развиваясь на мертвой рыбе, обусловливают ее фосфоресценцию. Об этих истинных виновниках свечения андерсеновской селедки у нас еще будет речь впереди. А пока скажем кое-что про скромного иванова червячка, зеленоватый свет которого приводит в восхищение не только энтомолога (насекомоведа), но и физика.
Иванов червячок (Lampyris splendidula):
1 — самец со спинной и с брюшной стороны, 2 — самка, 3 — личинка. Большой светляк (L. noctiluca): 4 — самец, 5 — самка, 6 — личинка. Все в натуральную величину, крому 1, 2 и 4
Знаменитый астрофизик Ланглей посвятил светляку специальную работу, в которой впервые открыл ученому миру то поразительное совершенство, с каким построены в техническом смысле светящиеся органы этого жучка. Это было недавно — в 1890 году. За Ланглеем последовал целый ряд других физиков; десятки всевозможных физических приборов — фотометров, спектроскопов, термомультипликаторов, болометров — направились на эти безобидные создания, которым, наверное, и не снилось, что сам человек, всемогущий повелитель стихий, мечтает похитить у них тайну производства живого света.
И вот к какому результату привело это изучение: «Свет этого насекомого сопровождается только 1/400 той теплоты, которая сопровождала бы равное количество света, будь он произведен обыкновенным огнем. Если бы мы умели расходовать энергию нашего керосина, газа или электричества так же экономно, как расходует свою энергию светляк, то при той же затрате мы получали бы в 400 раз больше света, чем получаем теперь» (профессор С. Томпсон[66]). Свечение некоторых съестных припасов — одного порядка с фосфоресценцией этих насекомых: здесь также испускается «холодный» свет, и притом свет «живой», так как истинными виновниками свечения являются живущие на мясе, рыбе и т.п. субстратах бактерии.
Всякая хозяйка, наверное, не раз наблюдала, как оставленное в погребе мясо, рыба, картофель, яйца светятся красивым серебристым светом. И хотя явление это так давно известно, что о нем, как говорят, упоминается даже у Аристотеля, все же истиная причина его раскрыта лишь сравнительно недавно, в 1877 г. Немецкий физиолог Пфлюгер первый отделил от мяса светящиеся бактерии, процедив соленый настой такого мяса через фильтр. С тех пор изучение этих так называемых фотогенных (т.е. светородных) бактерий далеко шагнуло вперед, и теперь известно их около 25 видов[67].
Все они светят лишь до тех пор, пока живы: если лишить их кислорода, то свечение прекращается; вот почему светится лишь поверхность мяса, доступная воздуху. Точно так же прекращается свечение, если бактерии убить хлороформом. Холод (умеренный) не вредит им так, как тепло; некоторые бактерии живут при 4–7 градусах мороза, но быстро погибают уже при 30–40° тепла[68]. Вместе с тем прекращается, конечно, и свечение, так что выражение «холодный» свет здесь как нельзя более уместно.
Можно даже получить настоящий светящийся лед, если заморозить раствор желатина с культурой светородных бактерий. Как самому разводить такие культуры и вообще как делать кое-какие интересные опыты с фотогенными бактериями, мы опишем позднее, но прежде отметим одно обстоятельство, небезынтересное для хозяек, особенно молодых. Дело в том, что во многих семьях весьма подозрительно относятся к светящимся съестным продуктам и боятся их есть: по аналогии со свечением гнилого дерева заключают, что раз мясо светится, значит, оно уже начало гнить.
Опытные хозяйки знают, что все это пустые страхи, но, подчиняясь ученому авторитету своих многосведущих мужей, нередко выбрасывают такие продукты как негодные. И совершенно напрасно! Наука доказала как раз обратное: если мясо светится, значит, оно еще свежо. При первых признаках гниения бактерии погибают, и продукт перестает светиться. Это, впрочем, можно было бы установить и без всякой научной поддержки: ни одна хозяйка не станет утверждать по совести, чтобы она когда-либо заметила хотя бы малейший гнилостный запах у светящегося продукта, будь то говядина, дичь, рыба, картофель или яйца.
Возразят, пожалуй, что на светящемся мясе все-таки есть бактерии, которых, может быть, небезопасно есть. Можем успокоить и этих малодушных: если бы все бактерии были так безвредны, как фотогенные, то врачам не много нашлось бы работы на нашей планете. К тому же, никто сырого мяса не ест, а уже при 40° светородные бактерии погибают. Свечение мяса производит бактерия Bacterium phosphoreum. Это одна из распространеннейших бактерий, завсегдатайка мясных складов, скотобоен, кухонь, — словом, всех тех мест, которые редко бывают свободны от свежего мяса.
Каждый легко может попробовать, если захочет, развести их, почти с обеспеченным успехом. Для этого нужно свежее воловье, телячье или свиное мясо разрезать на куски величиной с детский кулак и положить на время в тарелку с 3 %-ным раствором поваренной соли таким образом, чтобы верхние их половины поднимались выше уровня воды. Все это покрывается другой тарелкой и оставляется в покое при температуре 9–12°. Через день-два обыкновенно уже начинается свечение — отдельные участки мяса испускают серебристый свет в виде островков среди прочей темной массы. Заполучив таким образом светородные бактерии, вы можете проделать с ними интересные опыты. Сварите крепкий мясной бульон и распустите в нем столько желатина, чтобы при остывании он затвердевал. Теперь соскоблите с мяса (или с рыбы, картофеля, дерева) светящиеся места в этот бульон, слегка еще тепловатый, и влейте массу в графин. Предоставленные самим себе, бактерии находят в бульоне плодородную почву для своего развития. Через две-три недели ваш бульон в графине будет весь сплошь сиять красивым ровным светом. Конечно, этот свет очень слаб, и нужен целый десяток таких оригинальных ламп, чтобы хорошо осветить, например, белый бюст; но при этом «холодном» свете можно читать, можно даже фотографировать, — при долгой экспозиции, конечно.
Бюст, освещенный бактериями
Свечение мертвой рыбы (морской) вызывается другим видом бактерий, нежели свечение мяса. Но это явление наблюдается у нас гораздо реже, — что и понятно, так как на наших рынках нечасто появляется действительно свежая морская рыба. Рыбы же пресных вод не светятся, кроме тех случаев, когда на них попадут бактерии с морских рыб. Свечение яиц очень мало известно, хотя его легко вызвать искусственно. Куриные яйца варят минут восемь, а когда они остынут, скорлупу разбивают легкими ударами, но яйца из нее не вынимают. Затем каждое яйцо прокатывают по куску свежей сырой говядины — при этом яйцо «заражается» светородными бактериями, — а затем в скорлупе кладут в 3 %-ный раствор соли таким образом, чтобы яйца немного выступали из-под воды. Все это покрывают тарелкой и сохраняют при комнатной температуре. Обыкновенно через 1–3 дня в трещинах скорлупы появляются светящиеся точки, а весь соляной раствор начинает светиться слабым матовым светом.
Подобным же образом можно развести фотогенные бактерии на вареном очищенном картофеле.
Нам остается еще сказать о свечении гнилого дерева. Оно обусловлено также живыми существами, — но не бактериями, а грибами.
«Холодный» электрический свет, добытый по способу Тесла (напряжение 2 000 000 вольт, число перемен направления тока — 3 000 000 в секунду)
В природе известно до полутора десятка грибов, поверхность которых испускает «холодный» свет, но в наших широтах растут всего два вида их. Один из них — всем известный опенок: светится не он сам, а особые сплетения его нитей, имеющие форму шнуров и называемые в ботанике «ризоморфами». Вот эти-то ризоморфы, оплетая и пронизывая трухлявое дерево, обусловливают его свечение; при этом светится, собственно, не дерево само по себе, а именно ризоморфы. Этот «грибной» свет похож на бактериальный свет мяса, но имеет слегка зеленоватый оттенок.
Свечение опавших листьев, ветвей и т.п., иногда наблюдаемое в лесу, также грибного происхождения: такие листья бывают обильно пронизаны грибными нитями (мицелием), но какому грибу принадлежит этот мицелий — пока еще с достоверностью не известно.
Итак, мы познакомились вкратце с главнейшими источниками «холодного света» умеренных стран. Под тропиками эти явления еще пышнее, еще обильнее и словно поддразнивают нашу изобретательность: мы до сих пор еще не сумели добиться тех результатов, которых легко, без напряжения, чуть не на каждом шагу достигла природа. Достигнет ли когда-нибудь наша осветительная техника совершенства светящегося аппарата гнилого дерева и селедочной головы, посрамляющих нашу человеческую гордость? Будем надеяться, что достигнет.
Между прочим заметим, что на пути к разрешению этого вопроса находится в настоящее время знаменитый Тесла, второй после Эдисона король электричества. Ему удалось получить переменные токи величайшего напряжения — в миллионы вольт, быстро, миллионы раз в секунду меняющие свое направление. С помощью этих токов он получает настоящие потоки холодного, безвредного света. Токи Тесла пока еще не получили практического применения, но раз основной принцип усмотрен правильно, то, вероятно, недалеко уже время, когда техника завоюет идеально дешевый «холодный свет».