Реакция Белоусова-Жаботинского

  В начале 30-х годов в Институте химической физики Академии наук были обнаружены колебания свечения в "холодных пламенах", аналогичные колебательной люминесценции паров фосфора, которые заинтересовали замечательного физика Д.А. Франк-Каменецкого. В 1939-м он объяснил эти колебания на основании кинетической модели Лотки 20-го года. В 1941-м в статье в журнале "Успехи химии" он специально рассмотрел возможность колебательных режимов в гомогенных химических системах, хотя "холодные пламена", строго говоря, нельзя отнести к гомогенным химическим реакциям. Причины те же: перепады температуры и пространственные градиенты концентрации.

  Механизмом колебаний в этой сложной системе вместе с Франк-Каменецким занялся воспитанник андроновской школы И.Е.Сальников, и в 1947-м представил в Институт химической физики диссертацию, которая называлась "К теории периодического протекания гомогенных химических реакций". Но диссертацию отвергли! Кто был наиболее непримиримым хранителем незыблемых истин, наиболее образованным человеком в аудитории? Неизвестно. Сработала "инерция предыдущего знания". Баръер "здравого смысла" химиков преодолен не был.

  Сальников успешно защитил эту диссертацию в следующем году в Горьком в институте Физики, руководимом А.А.Андроновым.

  В 1951 году генерал Белоусов послал статью об открытой им колебательной реакции в "Журнал общей химии" [1,2]. И получил обидную отрицательную рецензию: "такого быть не может". В статье был описан легко воспроизводимый процесс. Все реактивы вполне доступны. Но если вы твердо убеждены в невозможности результата, то проверять его пустая трата времени. Внук Бориса Павловича, Борис Смирнов, уговаривал деда: "Возьми реактивы, поезжай в редакцию покажи им..." Генерал считал все это оскорбительным, не соответствующим нормам научной этики, и не поехал.

  А Белоусов продолжал изучать свою замечательную реакцию. Колебания – желтый-бесцветный были не очень яркие. Ученик и сотрудник Бориса Павловича А.П.Сафронов посоветовал ему добавить в раствор комплекс железа с фенантролином. Окраска резко изменилась. Лилово-красная переходила в ярко-синюю. Это было прекрасно.

  Замечательной особенностью работ Жаботинского и образовавшейся вокруг него группы сотрудников было сочетание химического эксперимента, методов физической регистрации и построение математических моделей. В этих моделях системах дифференциальных уравнений кинетические константы подставлялись из экспериментальных данных. После этого можно было сравнивать экспериментальные записи колебаний с кривыми, которые получались при компьютерном моделировании.

  Компьютеры тогда были громоздкие и неудобные, данные вводились на перфолентах или перфокартах. Но это не охлаждало энтузиазма.

  К 1963 году основной качественный этап изучения реакции Белоусова был завершен. Аспиранту Жаботинскому нужно было написать статью. И он написал замечательную первую статью [3]. Возник естественный вопрос об авторах.

  Статья вышла за подписью одного Жаботинского. Статья произвела такой неожиданный эффект, что восхищенное человечество назвало реакцию именами Белоусова и Жаботинского.

"Научное сообщество" постепенно проникалось сознанием,  что колебательные режимы не  только возможны, но даже обязательны  и достаточно распространены  в химии и биохимии. Особенно  хотелось их найти в биохимии, чтобы ими объяснить феномен  биологических часов.

С обоснованием высокой  вероятности колебательных биохимических  реакций с точки зрения теории колебаний на семинаре в Физическом институте АН СССР в 59-м году выступил аспирант И.Е.Тамма Д.С.Чернавский. Теперь уже возникла ситуация, когда теория, понимание, опережали феноменологию. Ожидалось открытие колебаний в  биохимических системах.

Осенью 1964 года вышла  статья Чанса о колебательной  кинетике фосфофруктозокиназной реакции. В биохимии начался бум исследований колебательных режимов. Из года в  год росло число таких публикаций.

  В 1966 году, в марте, был созван первый Всесоюзный симпозиум по колебательным процессам в химии и биохимии. Это совершенно историческое событие в науке. Потому что колебательные процессы в биологии: биологические часы, всякие процессы типа сердечной деятельности, перистальтики кишечника и даже численность популяций все это одни и те же дифференциальные уравнения. Физики находили это одним из главных достижений нашего Пущинского центра и Института биофизики. Активное участие в работе симпозиума принимал Д.А.Франк-Каменецкий, делали доклады И.Е.Сальников и Б.В.Вольтер, блистал Д.С.Чернавский и его коллеги Ю.М.Романовский и Н.В.Степанова, представил свои первые работы Е.Е.Сельков. Центральное место занимали доклады А.М.Жаботинского и его соавторов М.Д.Корзухина, В.А.Вавилина. Борис Павлович Белоусов от участия в симпозиуме отказался.

Уже в январе 1967-го вышла книга "Колебательные процессы в химических и биологических  системах" [5].

  Задолго до симпозиума произошло еще одно знаменательное событие. О реакции Белоусова захотел узнать подробнее президент Академии наук СССР Мстислав Всеволодович Келдыш. Он был известен как человек совсем особых скоростей восприятия, феноменальной эрудиции. Сосредоточенный, мрачный, лицо в таких львиных морщинах.

  Жаботинский кратко изложил суть: Келдыш свирепел, если говорили долго. В стакане пошли колебания, мы думали, что Келдышу этого достаточно, но он зло посмотрел на стакан и сказал: "Вы от меня скрываете самое главное?" А самым главным были цветные волны, которые начинались у дна и шли вверх. Келдыш был специалистом по пространственным эффектам колебаний. Жаботинский пространственные волны, конечно, заметил, но еще в этом не разобрался и решил не рассказывать о них Келдышу. Но не тут-то было! Президент ужасно рассердился, посчитав, что ему просто не хотят рассказывать... Реплика была чрезвычайной важности. А потом мы узнали, что это видел и Белоусов. Даже назвал колбу "зеброй". И полагал это наиважнейшим.

  После симпозиума Жаботинский сосредоточился на исследовании распространения волн. Работу очень затрудняла малая оптическая плотность раствора. В это время к группе присоединился А.Н. Заикин, и они решили использовать телевизионную установку, способную накапливать слабый сигнал за счет многократного сканирования. Достать промышленную телевизионную установку не удавалось. Работа застопорилась. И никто не вспомнил о железо-фенантролиновом комплексе.

  Пространственные эффекты, распространение волн в активной среде открыли новые замечательные возможности и аналогии. Подобным же образом распространяется возбуждение в нерве, в сердечном синцитии, вообще в "активных средах". BZ-реакция "вышла на оперативный простор", вошла в учебники и стала одним из ярких объектов новой науки синергетики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  Итак, преувеличено ли значение открытой Белоусовым реакции? Нисколько. Справедлива ли его посмертная слава? Без сомнения. И она нисколько не умаляет заслуг множества исследователей, на протяжении почти трех столетий изучавших эти проблемы.

  Осталось сказать, что пока человечество узнавало про Бориса Павловича Белоусова, его выгнали из института... "поскольку он стар и часто болеет". Он, в самом деле, был стар, но его творческая активность оставалась очень высокой. Он не вынес жизни без лаборатории и умер 12 июня 1970 года.

  Когда Жаботинский в 74-м защищал докторскую диссертацию [6], его оппонент, великий человек, академик Рэм Викторович Хохлов сказал: "По аналогии с автоколебаниями процесс распространения волн в активной среде можно назвать автоволновым". Термин Хохлова прижился. Эта новая часть науки, посвященная, в основном, пространственным эффектам, соединилась с исследованиями распространения волн возбуждения в сердце и вообще в "активных средах" Кринского-Иваницкого. Образовалась тесно взаимодействующая команда: Жаботинский, Кринский, Иваницкий, Заикин. И эта четверка двигала дело дальше.

  Возникла идея о Ленинской премии. В списке соискателей не было Белоусова. Но Ленинские премии, в отличие от Нобелевских, давали и посмертно. Борису Павловичу присудили Ленинскую премию посмертно. Это было в 1980 году, через десять лет после его смерти. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.                 Белоусов Б.П., "Периодически действующая  реакция и ее механизм" в  Сборнике рефератов по радиационной  медицине за 1958 год. - М. Медгиз, 1959, стр. 145-147.

2.                 Белоусов Б.П., "Периодически действующая  реакция и ее механизм" в  сб. «Автоволновые процессы в  системах с диффузией» Сб. науч. тр. Под ред. М.Т. Греховой. Горьк.  гос. ун-т, Горький, 1981. стр. 176-186.

3.                 Жаботинский А.М. «Периодический  ход окисления малоновой кислоты  в растворе (исследование кинетики  реакции Белоусова)», Биофизика, 1964, т.9 стр. 306-311.

4.                 "Колебательные процессы в  биологических и химических системах". Труды Всесоюзного Симпозиума  по колебательным процессам в  биологических и химических системах. Пущино-на-Оке, 21-26 марта 1966 г. Изд.  Наука, М. 1967

5.                 Жаботинский А.М, «Концентрационные  автоколебания» М. Наука, 1974, 178 стр.22.

6.                 Anatol M. Zhabotinsky. A history of chemical oscillations and waves, CHAOS 1(4), 1991, 379-385

7.                 Сальников И.Е., "У истоков теории  химических автоколебаний", в  сб. "Динамика систем. Динамика  и оптимизация". Межвузовский  сборник научных трудов. Нижний  Новгород, 1992

8.                 Вольтер Б.В. "Легенда и быль  о химических колебаниях", Знание-Сила, 1988, № 4 , стр. 33-37.

9.                 Шноль С.Э., В.А.Коломбет, Н.В.Удальцова  , В.А.Намиот, Н.Б.Бодрова "О закономерностях  в дискретных распределениях  результатов измерений. (космофизические  аспекты) " Биофизика, 1992г., том 34, вып.3, с.467-488.