В наше время интеграции научных дисциплин вопрос о плодотворности взаимного проникновения соседних наук давно перестал быть дискуссионным. Признанный лидер естествознания XX в. - физика - породил такие пограничные области, как физическая химия, биофизика, астрофизика, геофизика, где совершались и совершаются важнейшие научные события. Глядя на это многообразие пограничных дисциплин, невольно задаешься вопросом, являемся ли мы свидетелями многочисленных плодотворных союзов четко очерченных основных наук или на наших глазах рождаются новые области, которые грозят вырасти до размеров наук, их породивших, и привести к пересмотру существующей классификации системы наук.

Я далек от того, чтобы пытаться дать ответ на этот вопрос. Моя цель - на примере физической химии проследить некоторые тенденции развития этой пограничной области.

В иерархии основных наук, данной Ф.Энгельсом, химия непосредственно соседствует с физикой^[1]. Это соседство и обеспечило ту быстроту и глубину, с которой многие разделы физики плодотворно вклиниваются в химию. Может быть, более точно было бы даже говорить не о соседстве, а о том, что химия окружена физикой со всех сторон. Действительно, предмет химии - вещество и его превращение, или, имея в виду структурный уровень организации, - молекулы и их превращения. Химия граничит, с одной стороны, с макроскопической физикой - термодинамикой, физикой сплошных сред, а с другой - с микрофизикой - статистической физикой, квантовой механикой.

Общеизвестно, сколь плодотворными эти контакты оказались для химии. Термодинамика породила химическую термодинамику - учение о химических равновесиях. Статистическая физика легла в основу химической кинетики - учения о скоростях химических превращений. Квантовая механика вскрыла сущность периодического закона Менделеева. Современная теория химического строения и реакционной способности - это квантовая химия, т.е. приложение принципов квантовой механики к исследованию молекул и их превращений.

Было бы неправильным утверждать, что применение физики к химическим проблемам всегда и немедленно приводило к плодотворным результатам. Известно, например, что различные попытки применить физические подходы к объяснению сущности гетерогенного катализа закончились в целом безрезультатно. Эти неудачи, на мой взгляд, указывают лишь на упрощенный характер применявшихся подходов к такой сложной проблеме, как катализ. Не вызывает, однако, сомнений, что в будущем физика элементарного каталитического акта станет важнейшим звеном в создании картины катализа.

Еще одним свидетельством плодотворности влияния физики на химическую науку является все расширяющееся применение физических методов в химических исследованиях. Поразительный прогресс в этой области особенно отчетливо виден на примере спектроскопических методов. Еще совсем недавно из бесконечного диапазона электромагнитных излучений химики использовали лишь узкую область видимого и примыкающего к нему участков инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов. Открытие физиками явления магнитного резонансного поглощения привело к появлению спектроскопии ядерного магнитного резонанса, наиболее информативного современного аналитического метода и метода изучения электронного строения молекул, и спектроскопии электронного парамагнитного резонанса, уникального метода изучения нестабильных промежуточных частиц - свободных радикалов. В коротковолновой области электромагнитных излучений возникла рентгеновская и гамма-резонансная спектроскопия, обязанная своим появлением открытию Мессбауэра. Освоение синхротронного излучения открыло новые перспективы развития этого высокоэнергетического раздела спектроскопии.

Казалось бы, освоен весь электромагнитный диапазон, и в этой области трудно ждать дальнейшего прогресса. Однако появились лазеры - уникальные по своей спектральной интенсивности источники - и вместе с ними принципиально новые аналитические возможности. Среди них можно назвать лазерный магнитный резонанс - быстро развивающийся высокочувствительный метод регистрации радикалов в газе. Другая, поистине фантастическая возможность - это штучная регистрация атомов с помощью лазера - методика, основанная на селективном возбуждении, позволяющая зарегистрировать в кювете всего несколько атомов посторонней примеси. Поразительные возможности для изучения механизмов радикальных реакций дало открытие явления химической поляризации ядер.

Сейчас трудно назвать область современной физики, которая бы прямо или косвенно не оказывала влияние на химию. Взять, например, далекую от мира молекул, построенного из ядер и электронов, физику нестабильных элементарных частиц. Может показаться удивительным, что на специальных международных конференциях обсуждается химическое поведение атомов, имеющих в своем составе позитрон или мюон, которые в принципе не могут дать устойчивых соединений. Однако уникальная информация о сверхбыстрых реакциях, которую такие атомы позволяют получать, полностью оправдывает этот интерес.

Оглядываясь на историю взаимоотношений физики и химии, мы видим, что физика играла важную, подчас решающую роль в развитии теоретических концепций и методов исследования в химии. Степень признания этой роли можно оценить, просмотрев, например, список лауреатов Нобелевской премии по химии. Не менее трети в этом списке - авторы крупнейших достижений в области физической химии. Среди них - те, кто открыл радиоактивность и изотопы (Резерфорд, М.Кюри, Содди, Астон, Жолио-Кюри и др.), заложил основы квантовой химии (Полинг и Малликен) и современной химической кинетики (Хиншельвуд и Семенов), развил новые физические методы (Дебай, Гейеровский, Эйген, Норриш и Портер, Герцберг).

Другим критерием роли физики в современных химических исследованиях может служить объем работ, выполняемых в области физической химии. Известно, что в развитых капиталистических странах, например в США, этот объем весьма велик как в абсолютной величине, так и в относительной доле. Растут объемы и номенклатура журналов этого профиля.

В нашей стране из почти 30 институтов химического профиля Академии наук СССР и около 50 институтов АН союзных республик около 10 институтов можно отнести к институтам физико-химического профиля. Кроме того, надо принять во внимание, что практически во всех химических институтах имеются крупные физико-химические отделы или отделы физических методов. Институт химической физики - лидер в этой области - крупнейший по численности химический институт в нашей стране.

В целом в мировой науке долю физической химии среди химических наук легко оценить, обратившись к реферативным журналам. Картина здесь получается такая. Физическая химия далеко опережает такие « основные» разделы химии, как неорганическая, аналитическая и даже органическая. Лишь биохимия, которая в последнее время резко вырвалась вперед, сравнивается сейчас с физической химией по числу публикаций. Этот приоритет физической химии в науке в развитых в техническом отношении странах еще выше.

Возникает вопрос, не следует ли рассматривать сложившиеся объемы как временную диспропорцию, например, дань моде? Можно отметить несколько обстоятельств, которые, на наш взгляд, в ближайшее время будут и дальше увеличивать относительную роль физики в химических исследованиях.

Одно из них связано с логикой развития самой химической науки. Если на ранних этапах развития химии центральными теоретическими вопросами были проблемы состава вещества и структуры химических соединений, то сейчас на первом месте - механизм химического превращения. Прогресс в этой области связан с изучением нестабильных промежуточных частиц и наименее пока доступного образования - переходного состояния. Задачи такого исследования не могут быть решены иначе, как подходами и методами физики. Ведущим теоретическим методом здесь будет метод квантовой химии, а методами экспериментального исследования - физические методы, в частности методы изучения сверхбыстрых процессов.

Второе обстоятельство связано со все большим развитием в последнее время физических методов стимулирования химических реакций. Здесь появились и быстро развиваются такие области, как радиационная химия, фотохимия, лазерная фотохимия, плазмохимия, химия ударных волн, химия сверхнизких температур и т.д. Конечно, эти подходы не заменяют и не заменят в ближайшее время традиционные химические методы синтеза. Однако в ряде случаев они дают или готовы дать вполне конкурентоспособные процессы в технологии. Всем известно использование ионизирующих излучений для модификации полимеров или инициирования цепных процессов, применение плазмотронов в технологии неорганических материалов. На пути внедрения таких методов можно ждать появления новых подходов к решению проблемы повышения селективности - одной из центральных проблем химической технологии. Совсем недавно появилась лазерная фотохимия, и она уже открыла возможность разделять изотопы более эффективно, чем это делают известные методы. Технологическое применение лазерной фотохимии - дело времени. Не стоит забывать и о том, что наша промышленная химия основана па использовании высокоэнергетических, накопленных на Земле веществ. По мере истощения этого сырья исполъзование физической энергии, физических методов стимулирования может стать возможной альтернативой.

Наконец, следует иметь в виду и то решающее значение, которое начинает играть в развитии науки производительность труда ученого. Физические методы сыграли и продолжают играть в этом отношении в химии революционизирующую роль. Достаточно сравнить, например, время, которое затрачивал химик-органик на установление строения синтезированного соединения химическими средствами и которое он затрачивает теперь, владея арсеналом физических методов. Несомненно, что этот резерв применения достижений физики используется далеко не достаточно.

Подведем некоторые итоги. Мы видим, что физика во все большем масштабе и все более плодотворно вторгается в химию. Физика вскрывает сущность качественных химических закономерностей, снабжает химию совершенными инструментами исследования. Растет относительный объем физической химии, и не видно причин, которые могут замедлить этот рост. Все эти обстоятельства породили среди физиков крайнюю точку зрения, что химию и физику нельзя больше рассматривать как две раздельные пауки.

Вместе с тем столь же очевидно, что химия не утратила спой предмет исследования - молекулы и их превращения. Качественное своеобразие и сложность мира молекул подчеркивают отнюдь не только «чистые» химики. Н.Н.Семенов пишет: «Число химических соединений - ныне известных - и тех, которые еще будут открыты, практически безгранично. Было бы совершенно безнадежно, да и бессмысленно, пытаться понять строение каждой молекулы независимо, в отрыве от всех других. К счастью, многообразие свойств химических соединений поддается четкой классификации по гомологическим рядам и т.д.»^[2] Сходные мысли высказывали Хиншельвуд, Фейнман и др.

Положение, которое сложилось сейчас в химии, как, впрочем, и в других науках, можно охарактеризовать следующим образом. Не вызывает сомнения, что каждая из основных наук имеет четко очерченный предмет исследования, связанный со степенью сложности уровня организации материи. Для химии - это молекулы и их превращения. Вместе с тем становится все более плодотворным взаимное обогащение пограничных областей теоретическими и методическими концепциями. Это - объективное отражение единства окружающего нас мира. В связи с этим неизбежно, что физикой будет пронизана вся химическая наука, или, если смотреть со стороны химии - химия максимально использует всю мощь современной физики. Эти же процессы успешно протекают сейчас в таких пограничных науках, как молекулярная биология, космическая химия, где достигнуты поразительные успехи. Однако физическая химия является все же наиболее ярким примером глубокого и всестороннего слияния наук.

---

[1] Маркс К., Энгельс Ф. Соч. 2-е изд., т.20.
[2] Семенов Н.Н. Наука и общество. - Москва, 1973.